CN101568850A

CN101568850A - Rf发射器的便携式反复的地理定位

Info

Publication number: CN101568850A
Application number: CNA2007800484099A
Authority: CN
Inventors: 杰弗里·F·布尔; 罗伯特·J·安德森; 罗纳德·S·勒菲弗
Original assignee: Trueposition Inc
Current assignee: Skyhook Holding Inc
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: US7616155B2; IL199426A; KR101096010B1; AU2007342388B2; GB2458608A; US7804448B2; US20100052990A1; KR20090110839A; JP2010515052A; BRPI0720646A2; CA2672544C; WO2008085443A2; CA2672544A1; AU2007342388A1; EP2126598A4; MX2009006957A; GB0912986D0; EP2126598A2; GB2458608A8; US20080158059A1

Abstract

通过利用TDOA进行的静止RF发射器的反复地理定位可包括使用单个便携式地理定位(例如，TDOA)传感器、一对便携式地理定位传感器以及三个或更多便携式地理定位传感器。将便携式地理定位传感器添加到反复过程减少了对于将被定位的信号的约束，以及提供了获得提高的定位准确度所需要的反复次数的降低。

Description

RF发射器的便携式反复的地理定位

交叉引用

本申请要求2006年12月27日提交的名称为“Portable，IterativeGeolocation of RF Emitters”的美国申请第11/616,729号(代理人案号TPI-0841)的优先权，该美国申请通过引用而被全部并入。

技术领域

本发明一般涉及用于定位无线设备的方法和装置，所述无线设备包括固定的基站以及移动台(MS)，例如那些在模拟蜂窝系统或数字蜂窝系统、个人通信系统(PCS)、增强型专用移动无线电(ESMR)、以及其他类型的无线通信系统中使用的无线设备。更特别地，但是不排他地，本发明涉及利用少于三台的接收器通过三边测量法(trilateration)进行的发射器定位。

背景技术

确定发射射频(RF)能量的设备的物理位置的方法被称为地理定位(geolocation)。对于RF发射器的地理定位来说，存在多种技术。常用的地理定位技术被称为到达时间差(TDOA)。传统上，借助于TDOA进行的地理定位是通过在处于不同的并且已知的位置的多个传感器同时捕获RF发射器的信号来实现的。在多个传感器中任何一对传感器之间的TDOA是RF能量从其起始点传播到两个传感器的中每一个传感器所用的时间的差值。在已知位置在二维上进行的两个传感器之间的TDOA的测量生成一条双曲线，这两个传感器与该双曲线的焦点相符合。该双曲线生成可能从其发出RF能量的多个位置。从其他传感器对得到多条双曲线将会产生从其发出RF能量的唯一的位置。在二维上利用TDOA进行RF发射器的地理定位要求信号由处于最少三个不同地理位置的传感器接收。每对传感器生成作为RF能量的可能来源的双曲线。在三维上利用TDOA进行RF发射器的地理定位要求信号由处于最少四个不同地理位置的传感器接收。每对传感器生成作为RF能量的可能来源的作为面的双曲面。在本说明书中，我们将公开用于由单个传感器以反复(iterative)方式地理定位信号的方法和装置，所述信号具有在商业化无线电信中非常普通的定时特性。此外，我们公开了用于由两个或更多传感器以反复方式定位信号的方法和装置。

发明内容

以下发明内容旨在解释下面更详细描述的说明性实施方式的几个方面。本发明内容并不旨在涵盖所公开的主题的所有发明性方面，也不旨在限制下面阐明的权利要求的保护范围。

本发明的说明性实施方式可以采取各种形式，例如，本发明可以用便携式地理定位传感器、包括便携式地理定位传感器的使用的方法、以及系统来实现。本发明可以用包括数字信号处理装置的硬件或硬件和软件的组合来实现。

在一个示例性实施方式中，根据本发明的便携式地理定位传感器包括用于接收定时信号的定时信号接收器；用于接收和处理来自感兴趣的发射器(emitter of interest，EOI)的信号的可调的宽带接收器；用于对来自EOI的传输(transmission)加时间戳的信号处理器；以及装入定时信号接收器、可调的宽带接收器和信号处理器的便携式外壳。

根据本发明的一种示例性方法可用于利用至少一个便携式地理定位传感器来定位EOI。该方法包括：在第一位置，在第一时间段期间，利用第一便携式地理定位传感器接收、加时间戳和存储EOI传输；将第一便携式地理定位传感器移动到第二位置；在第二位置，在第二时间段期间，利用第一便携式地理定位传感器接收、加时间戳和存储EOI传输；以及利用在第一时间段和第二时间段期间存储的表示EOI传输的数据来计算EOI的位置。本发明方法可以利用单个便携式地理定位传感器来执行，该单个便携式地理定位传感器被反复地移动到不同位置，在这些不同位置接收来自EOI的传输。本方法还利用两个或更多地理定位传感器来执行，其中至少一个传感器是便携式的并被移动，以便其用于在两个或更多位置收集EOI传输。所利用的地理定位传感器的数量可基于EOI传输的特征来选择(例如，当EOI传输包括定时信息时，可使用单个便携式传感器)。

另一个说明性的实施方式可采取用于定位EOI的系统的形式。在该实施方式中，该系统包括便携式装置和计算装置，所述便携式装置包括在一个接收器处，在第一位置在第一时间段期间接收、加时间戳和存储EOI传输，并且在第二位置在第二时间段期间接收、加时间戳和存储EOI传输，所述计算装置包括处理器，以利用在第一时间段和第二时间段期间存储的表示EOI传输的数据计算EOI的位置。计算装置可以在与便携式装置相同的外壳中被集成，或者可以是分离的。

下面描述其他方面和实施方式。

附图说明

当结合附图进行阅读时，前述的发明内容以及下面的详细描述被更好地理解。为了说明本发明，在附图中示出了本发明的示例性结构；然而，本发明并不限于所公开的具体的方法和手段。在附图中：

图1示意性地示出用于由单个传感器反复进行地理定位的基本原理。

图2示意性地示出用于反复的单个传感器地理定位的便携式TDOA传感器。

图3示意性地示出用于由一对传感器反复进行地理定位的基本原理。

图4示意性地示出用于由一对传感器反复进行地理定位的便携式TDOA传感器。

图5示意性地示出用于由三个或更多传感器反复进行地理定位的基本原理。

图6示意性地示出用于由三个或更多传感器反复进行地理定位的便携式TDOA传感器。

图7示意性地示出多路复用的时间差测量方法。

图8是根据本发明的实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

现在我们将描述本发明的说明性或目前优选的实施方式。首先，我们提供概述，接着是更详细的描述。

A.概述

这里，我们公开了一种用于确定RF发射设备的位置的基本原理，该基本原理是渐进的。如果一个人具有感兴趣的发射器(EOI)定时的先验知识并且该感兴趣的发射器传输达一长的时间段，则单个传感器可用于确定位置。这包括由TDOA传感器在多个不同的几何地点捕获EOI，所述TDOA传感器知道其自己的位置并且具有非常稳定的参考振荡器。这还包括描述(characterize)和补偿EOI的频率和定时漂移(drift)。接着计算TDOA和到达频率差(FDOA)。假设EOI是固定的，FDOA描述EOI的频率漂移。对于从相同的参考振荡器得到其RF载波和帧时钟的发送器来说，借助于FDOA进行的频率漂移的测量将允许确定帧时钟漂移。对于未从相同的参考振荡器得到其RF载波和帧时钟的发送器来说，帧时钟漂移率以不同的方式被描述。一项这样的技术是再访问数据采集位置并将测量的TDOA与之前测量的TDOA相比较。存在用于补充帧时钟漂移的其他技术。例如，可以写出一组方程，每个方程与一个数据采集位置相关联，每个方程式包括数据采集位置的地点、测量的频率偏移(offset)、测量的时间偏移、以及用于帧时钟的模型，其中帧时钟漂移作为参数中之一。在进行足够数量的数据采集后，可以由该组过定的(over-determined)方程确定帧时钟漂移参数的解决方案。此外，随着更多数据采集的进行，能够反复地改进该解决方案。根据EOI定时的先验知识来确定TDOA。初始的位置估计能够在三次数据采集后在二维上进行计算，并且初始的位置估计能够在四次数据采集后在三维上进行计算。一旦达到最少数量的数据采集，就能够用更多的数据采集来反复地改进位置估计，以得到更高的准确度。能够向用户提供关于为了最好地改进准确度进行下一次数据采集的移动的方向和距离的指导。

如果对于单个传感器方法不能满足EOI的限制，那么渐进的下一步是使用在其之间具有通信链接的两个传感器。这种通信链接将允许这两个传感器在时间上同时地捕获EOI。由一对传感器进行的每个同时进行的数据采集将生成一条双曲线，作为EOI可能位置的范围。两个传感器的位置将是该双曲线的焦点。当传感器中的一个或两个移动并且在两个传感器处同时再次捕获EOI时，将由TDOA处理产生另一条双曲线。这两条双曲线的交点将在二维上生成EOI的唯一位置。进一步再定位一个或两个传感器以及随后同时进行的数据采集将生成改进的定位准确度。具有更好的视野(view-of-the-sky)的传感器中的GNSS接收器能够作为用于其他传感器的辅助GNSS服务器，其将提供GNSS信号采集的更高的可靠性。(GNSS表示全球导航卫星系统，其是给予采用卫星定位的导航系统的通用名称。通常有美国的全球定位系统(GPS)或俄罗斯的GLONASS系统，但是终归要包括对地静止系统，以补充GPS或GLONASS星座。)在定位方案的当前重复中进行的当前位置估计的几何精度衰减因子(GDOP)的分析提供了关于在哪里再定位传感器以用于下一次同时进行的数据采集的指导。

增加更多静止的和/或便携式的传感器将提高EOI的定位准确度，并且将提高定位准确度提高的速率与传感器再定位的数量的比值。当采用三个或更多传感器时，利用用于在传感器之间进行通信的网状通信网络，将会在提供传感器之间提供更加可靠的连通性。

图1示出了用于由单个传感器(106)进行EOI(107)的地理定位的一般基本原理。在时刻T1及位置L1，单个便携式TDOA传感器接收、加时间戳、并存储EOI达一时间段。接着该单个便携式TDOA传感器被移动到位置L2，并且该单个便携式TDOA传感器再次接收、加时间戳、并存储EOI达一时间段。重复进行这一过程，直到执行足够数量的传感器再定位和信号采集为止。在这里描述的说明性实施方式中，存在关于EOI的三个约束。首先，EOI必须处于传输状态达足够长的时间段，以便单个便携式TDOA传感器能够被移动并且EOI被接收、被加时间戳并且被存储。第二，EOI必须是静止的。第三，EOI必须在其传输中具有定时信息。

图2示出单个便携式TDOA传感器(200)的框图。其包括GNSS天线(202)和装在便携式外壳(210)内的高灵敏度GNSS定时接收器(204)。这允许对来自EOI的传输打上非常精确的时间戳，以及对于描述EOI传输的定时和频率稳定性实现非常稳定的频率参考，其中EOI传输的定时和频率稳定性是TDOA信号处理中必须考虑的。该单个便携式TDOA传感器还具有TDOA天线(201)和可调的、宽带数字接收器和信号处理器(205)。这实现了EOI的接收、加时间戳、存储和处理。可调的、宽带数字接收器被定义为用于以被调谐到的RF频率接收宽带无线传输并用模数转换器将其转换为数字格式的设备。一旦被接收的信号处于数字格式，则被接收的信号就被以数字信号处理的方式滤波为EOI的带宽。控制器/显示设备(203)向便携式TDOA传感器提供用户界面。其将允许由用户进行控制，以及一旦进行了足够数量的传感器再定位和数据采集就在地图或其他显示器上显示EOI的位置。此外，其将提供关于为了最大程度增加定位准确度，对于下一次再定位和数据采集的用户能够移动的方向和距离的指导。

图3示出了由一对时间同步的TDOA传感器(313和306)进行的EOI的反复TDOA定位的一般基本原理。这两个传感器将接收、加时间戳以及存储EOI信号，该EOI信号在特定的位置对被同步接收。因此，用于两个传感器彼此通信的机制被用于在精确的相同时间协调EOI的接收。接着，传感器中的一个或两个被再定位，EOI被接收、被加时间戳以及被存储。该过程重复进行，直到执行足够数量的传感器再定位和信号采集。利用一对传感器来消除对EOI的约束，该约束即EOI必须在其传输中具有定时信息。

图4示出了用于图3的实施方式的便携式TDOA传感器(400)之一的框图。该框图与图2的框图相同，但有两点例外。首先，增加了通信天线(409)和收发器(408)，以允许在两个传感器之间进行通信，从而协调它们的数据采集。第二，此时高灵敏度GNSS接收器(404)能够用作辅助GNSS服务器。如果一个传感器具有用于接收GNSS信号的更清楚的视野，则该传感器能够发送GNSS辅助数据，以帮助其他传感器的GNSS定时接收器捕获GNSS信号。

图5示出了由三个或更多传感器以反复的方式进行EOI的被动地理定位的一般基本原理。对于二维的地理定位来说，最少三个传感器被用于唯一的位置确定。因此，确定唯一的位置不需要传感器的再定位，但是这将提供改进的定位准确度。

图6示出了图5中表示的实施方式中的便携式TDOA传感器之一的框图。该框图与图4的便携式TDOA传感器相同，但是用网状通信收发器(608)代替通信收发器，以得到传感器之间的更加可靠的通信。

图7示出了在位置#1在最初的数据采集时，接收的无线通信信号的帧定时最初如何与基于GNSS的帧时钟校准。接着在第二位置，即位置#2，执行数据采集，并且接收的帧定时与基于GNSS的帧时钟进行比较，以得到两个位置之间的TDOA，即Δt₁，这假定在发送器中有非常稳定的帧时钟。

图8是根据本发明实施方式的方法的流程图。该方法包括，在第一位置，使用第一便携式地理定位传感器在第一时间段期间接收、加时间戳以及存储EOI传输(801)。此外，在一个或更多地理定位传感器处，EOI传输可以被同时接收、加时间戳等，所述地理定位传感器可以是便携式传感器或固定的传感器(例如，与无线通信系统的小区站点或BTS共址的位置测量单元(LMU))(802)。接着，该方法使第一便携式地理定位传感器移动到第二位置(803)，并且在第二位置处，利用第一便携式地理定位传感器在第二时间段期间接收、加时间戳以及存储EOI传输(804)。最后，在足够数量的反复之后，利用在至少第一时间段和第二时间段期间存储的表示EOI传输的数据，来计算EOI的位置。如所讨论的，可以利用单个便携式地理定位传感器执行该方法，其中该单个便携式地理定位传感器被反复地移动到不同位置，在这些不同位置接收来自EOI的传输；或者可以利用两个或更多地理定位传感器执行该方法，其中至少一个传感器是便携式的并且被移动，以便其被用于在两个或更多位置收集EOI传输。

B.说明性实施方式的详细描述

1.由单个传感器进行GSM基站收发系统(BTS)的地理定位

通过利用图2中示出的便携式TDOA传感器，由单个传感器实现精确的GSM BTS的地理定位，该便携式TDOA传感器具有集成的高灵敏度、高精确度、高准确度的GNSS定时接收器204，并且在多个已知的地理位置捕获BTS传输。该基本原理在图1中示出。

GSM无线通信系统是时分多址(TDMA)数字无线通信系统。调制类型是GMSK，符号率是270 5/6千赫兹。每帧具有8个时隙，每个时隙的持续时间是576 12/13微秒。从0到2,715,647对帧进行编号，并且每3小时28分53秒760毫秒重复。在移动台和BTS之间利用控制信道信号来建立和拆除无线电话呼叫，以及将移动台与BTS进行校准，该BTS在时间和频率两者上处理其通信量。BTS传输频率校正脉冲(burst)和同步脉冲以允许进行这种时间和频率同步。同步脉冲在已知的时刻被传输，并具有BTS的当前帧号及其标识符，即基站标识码(BSIC)。该信号可用于被动地确定BTS的位置。GSM BTS的其他已知特征也可被利用。例如，一般先验地已知中间码(midamble)，并且因此能够利用该中间码。此外，许多商业化的无线技术将基本网络定时嵌入到基站传输中，以允许其移动用户到网络的时间同步。所有这些波形都能够使用该方法进行地理定位。这包括在码分多址(CDMA)无线网络中的导频和同步传输。正交频分复用(OFDM)波形也要求其移动用户与基站时间同步，因此能够用该方法进行地理定位。GSM BTS中的基本参考频率是13MHz。符号率是13MHz除以整数48。时隙等于7500个13MHz的时间段。ETSI GSM规范05.10要求GSM BTS频率参考具有0.05百万分率(ppm)或50ppb的稳定性/准确度。相比之下，来自其高灵敏度GNSS定时接收器的便携式TDOA传感器的10MHz频率参考具有0.001ppb的稳定性/准确度或高于要求50,000倍。高灵敏度GNSS定时接收器是能够以低电平捕获并跟踪卫星导航信号的接收器，低电平是典型的综合考虑的环境。其可以自主地实现此目的，或者使用来自具有更清晰的视野的服务器的辅助数据。此外，其对从卫星导航信号获得的定时信号规定频率参考，以提供非常精确和稳定的频率参考。这非常重要，因为如将要讨论的，BTS频率参考的频率准确度/稳定性极大地影响其能够被地理定位的准确度。因为便携式TDOA传感器具有非常好的频率准确度/稳定性，因此能够测量和补偿BTS帧时钟的任何漂移，并且因此获得高的定位准确度。

单个传感器GSM BTS地理定位方法包括：最初从GSM BTS接收同步脉冲，使接收的脉冲与内部合成的同步脉冲进行相关，以及将相关函数的峰值与内部生成的基于GNSS的帧时钟对准。这种最初的相关过程在数学上被描述为：

M_{1} (τ, ω) = {&Integral;}_{0}^{T} y_{1} (t) r_{1}^{*} (t + τ) e^{- jωt} dt

方程1

其中y₁(t)是接收的用于第一数据采集位置的同步脉冲，r₁ ^*(t+τ)是合成的同步脉冲，以及T是同步脉冲的持续时间，即576 12/13微秒。该相关函数对于时延τ，以及频移ω求最大值化。我们注意到相关函数的最大值出现在τ₁和ω₁处。

同步脉冲具有在其中被编码的帧号，并且当BTS具有非常稳定的帧时钟时，帧正好每60/13000秒重复。在该第一地理数据采集位置执行BTS传输的数据采集，并且基于GNSS的帧时钟时间与接收的同步脉冲校准。数据采集的纬度和经度从GNSS接收器记录。该数据被存储以进行进一步的处理。因此，一旦最初时间与BTS帧时钟校准，将来就能够预测特定帧号的另一个特定同步脉冲的时间。这种特征将被用于允许BTS的地理定位。传感器被移动到另一个地理位置，并且执行BTS传输的另一个数据采集。被接收的同步脉冲再次与合成的同步脉冲进行相关，其中合成的同步脉冲已经被精确地时移了数据采集之间的适当的延时。这在数学上被描述为：

M_{2} (τ, ω) = {&Integral;}_{0}^{T} y_{2} (t) r_{2}^{*} (t - nT + τ_{1} + τ) e^{jωt} dt

方程2

其中y₂(t)是接收的用于第二数据采集位置的同步脉冲，r₂ ^*(t-nT+τ₁+τ)是合成的同步脉冲，该合成的同步脉冲已经在整数个帧内被时移了适当值nT，并借助于τ₁与第一数据采集时间对准。在τ₂和ω₂处确定和记录该二维相关函数的最大值。

此外，该数据被存储以用于进一步的处理，并且数据采集位置的纬度和经度被记录。该过程重复进行，直到对于数据采集来说已经访问了足够数量的几何位置为止，以提供良好的定位准确度。该过程在图1中示出。

通过在图7中以图形方式示出的过程来确定TDOA。在1号位置，基于GNSS的帧定时被精确地与从BTS接收的帧定时时间对准，即确定τ₁。接着，20分钟后，即260,000个GSM帧，在另一个地理位置重复进行该过程。注意到在该实例中，方程2中的n等于260,000。第二位置将产生基于GNSS的帧定时和接收的帧定时之间的时间差Δt₁，其等于τ₂-τ₁。对于非常稳定的BTS帧时钟来说，该时间差测量将生成一条双曲线，两个数据采集位置在焦点处，BTS可以位于该焦点处。第三数据采集位置将生成另一条双曲线，该双曲线将与第一条双曲线在单个点处相交，以提供BTS的唯一位置。然而，当访问更多数量的不同数据采集位置时，就能够极大地提高定位准确度。

实际上，BTS帧时钟并不是非常精确，将需要借助于便携式TDOA传感器被测量、描述和补偿。这种测量在每个数据采集位置进行。由于BTS帧时钟是从13MHz的频率参考获得的，因此其可以在一个小时内在时间上移动差不多48.75个符号，即使其满足0.05ppm GSM 05.10的稳定性规范也是如此。这将通过利用在每个数据采集位置进行的频移测量即ω₁和ω₂来补偿，或者通过其他技术补偿，所述其他技术例如在不同的时刻在相同的地理位置测量EOI以确定帧时钟随着时间改变了多少。TDOA处理和FDOA处理都被执行，并且所测量的FDOA被用于补偿将被BTS的帧时钟的时移破坏的TDOA估计。特别地，便携式TDOA传感器中的采样时钟在被锁定到GNSS时，将保持小于每小时10纳秒的漂移率。因此，在其将开始影响一般郊区环境中定位准确度之前，可从BTS采集数据达大约20小时，延迟扩展为200纳秒。如果RF载波和帧时钟从BTS中的相同参考振荡器获得，则所测量的频移ω₁，ω₂，...将用于补偿所测量的时移τ₁，τ₂，...，从而补偿BTS时钟漂移和不稳定性。

多种因素影响TDOA地理定位中位置估计的准确度。传感器数据采集位置关于BTS位置的几何方位是对定位准确度有重大影响的一个因素。最佳的传感器数据采集位置围绕以BTS为中心的圆周均匀地排开。传感器数据采集几何排列的这种影响被描述为几何精度衰减因子(GDOP)。其可被计算为：

GDOP = \sqrt{\frac{Σ_{l = 2}^{N} {| w_{1 l} |}^{2}}{Σ_{l = 2}^{N - 1} Σ_{m = l + 1}^{N} β_{lm}^{2}}}

方程3

其中，w_1m＝u₁-u_m是单位矢量u₁和u_m之间的矢量差，u₁和u_m是从估计位置分别到数据采集位置l和m的单位矢量。数值β_1m是w_1l和w_1m形成的平行四边形的面积，N是传感器数据采集位置的数量。通过增加传感器数据采集位置的数量超过得到唯一的位置所需要的最小值，能够极大地提高定位准确度。然而，定位准确度提高的速率与传感器数据采集的数量的比值将取决于下一个传感器数据采集的位置。这可以通过估算增加另外的传感器数据采集的GDOP以及在该方向上移动传感器来确定。

2.由一对同步的传感器地理定位任意波形

由单个传感器进行地理定位要求将被定位的信号具有嵌入其中的某种类型的定时特征，例如无线GSM通信的同步脉冲，这是先验已知的。这种先验知识允许其被合成，并且使这种被合成的信号与接收的信号相关，以确定延时。此外，其还要求补偿信号的任何漂移或不稳定性。这两项约束能够通过将另一个便携式TDOA传感器以及传感器之间的通信链接添加到系统中而被消除。两个传感器能够借助于通过它们共同的通信链接进行的协调来同时捕获EOI。两个捕获的信号的相关将产生延时估计。知道数据采集期间两个传感器的位置，一条双曲线成为信号的候选位置。所述相关在数学上被描述为：

M (τ, ω) = {&Integral;}_{0}^{T} y_{1} (t) y_{2}^{*} (t + τ) e^{jωt} dt

此外，增加更多的数据采集位置能够极大地提高定位准确度。一旦确定出唯一的位置，就能够通过估算GDOP来确定关于为了最小化定位误差对于下一个数据采集来说向哪里移动一个或两个传感器的指导。

3.由三个或更多同步的传感器地理定位任意波形

所描述的用于确定RF发射器的位置的反复过程能够通过采用三个或更多同步的传感器而被改进。实际上，定位误差与重复次数的比值的收敛速率随着数据采集传感器的数量的增加而提高。然而，在便携式数据采集传感器之间必须有通信链接，以协调数据采集。通过使用网状通信网络，在实际的环境中，这被最佳地实现。网状通信网络允许任何传感器与网络中的任何其他传感器进行通信，只要其能够与网络中的至少一个传感器通信即可。实际上，传感器作为到不能直接与网络中的所有传感器通信的其他传感器的中继。这将允许在自然环境中可靠地操作便携式TDOA系统，这种自然环境不会促成所有传感器之间的直接通信。

C.结论

本发明的真正范围不限制于这里公开的目前优选的实施方式。例如，无线定位系统的目前优选的实施方式的前述公开采用说明性术语，例如基站收发台(BTS)、TDOA传感器、GPS、GNSS、网状网络、以及类似术语，这些术语不应该被解释为限制下述权利要求的保护范围，或者另外地意味着无线定位系统的发明性方面限于所公开的特定方法和装置。而且，如本领域技术人员将理解的，这里公开的许多发明性方面可以用在不基于TDOA技术的定位系统中。例如，本发明不限于如上述构造的采用便携式TDOA传感器的系统。这里描述的TDOA传感器、系统以及子系统本质上是可编程的数据收集和处理设备，其可以采取各种形式而不脱离这里公开的发明性的基本原理。假如数字信号处理和其他处理功能的成本快速下降，则可能容易地，例如，将特定功能的处理从这里描述的一个功能元件转移到另一个功能元件，而不改变系统的发明性操作。在多种情况下，这里描述的实施位置(即，功能元件)仅是设计者的优先选择，而不是硬性要求。因此，除了它们可能被特别地如此限制之外，下述权利要求的保护范围并不意味被限制于上述具体实施方式。

Claims

1.一种便携式地理定位传感器，其包括：

定时信号接收器，其用于接收定时信号；

可调的宽带接收器，其可操作地连接到所述定时信号接收器，所述可调的宽带接收器用于接收和处理来自感兴趣的发射器(EOI)的信号；

信号处理器，其可操作地连接到所述可调的宽带接收器，所述信号处理器用于对来自所述感兴趣的发射器的传输加时间戳；以及

便携式外壳，所述便携式外壳封装所述定时信号接收器、所述可调的宽带接收器以及所述信号处理器。

2.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述定时信号接收器通过数字通信链接连接到所述可调的宽带接收器。

3.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述可调的宽带接收器包括宽带数字接收器。

4.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述可调的宽带接收器被配置为接收来自于感兴趣的发射器的传输，所述感兴趣的发射器包括无线通信系统的基站收发台(BTS)。

5.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述定时信号接收器被配置为从基于卫星的导航系统接收GNSS信号，并提供精确的采样时钟信号。

6.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述定时信号接收器被配置为向所述信号处理器提高稳定的频率参考，并且其中所述信号处理器被配置为利用所述频率采用来描述所述感兴趣的发射器传输的定时和频率稳定性。

7.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述可调的宽带接收器和所述信号处理器被配置为接收、加时间戳、存储以及处理所接收的来自所述感兴趣的发射器的传输。

8.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其进一步包括用于与控制器和显示设备(203)通信的通信链接(207)。

9.如权利要求8所述的便携式地理定位传感器，其中所述控制器和显示设备被配置为提供一种用户通过其可控制所述便携式地理定位传感器的装置，显示所述感兴趣的发射器的位置，以及提供关于为了增强定位准确度在随后数据采集周期中所述用户能够移动的方向和距离的指导。

10.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其进一步包括被配置为允许与第二便携式地理定位传感器进行通信的通信收发器。

11.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述定时信号接收器被进一步配置为作为辅助的GPS/GNSS服务器，并且发送GPS/GNSS辅助数据，以帮助第二便携式地理定位传感器捕获GPS/GNSS信号。

12.如权利要求10所述的便携式地理定位传感器，其中所述通信收发器包括网状通信收发器。

13.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，其中所述便携式地理定位传感器被配置为通过使用所述定时信号接收器从全球定位系统(GPS)或全球导航卫星系统(GNSS)接收信号，来确定所述便携式地理定位传感器的位置。

14.如权利要求1所述的便携式地理定位传感器，

其中所述定时信号接收器通过数字通信链接连接到所述可调的宽带接收器；

其中所述可调的宽带接收器包括宽带数字接收器，并被配置为接收来自感兴趣的发射器的传输，所述感兴趣的发射器包括无线通信系统的基站收发台(BTS)；

其中所述定时信号接收器被配置为从基于卫星的导航系统接收GPS信号，并提供精确的采样时钟信号；

其中所述定时信号接收器被配置为向所述信号处理器提供稳定的频率参考，以及其中所述信号处理器被配置为利用所述频率参考来描述所述感兴趣的发射器传输的所述定时和频率稳定性；

其中所述可调的宽带接收器和信号处理器被配置为接收、加时间戳、存储和处理所接收的来自所述感兴趣的发射器的传输；

所述便携式地理定位传感器进一步包括用于与控制器和显示设备通信的通信链接；

其中所述控制器和显示设备被配置为提供一种用户通过其可控制所述便携式地理定位传感器的装置，显示所述感兴趣的发射器的所述位置，以及提供关于为了增强所述定位准确度在随后数据采集周期时所述用户能够移动的方向和距离的指导；以及

所述便携式地理定位传感器进一步包括被配置为允许与第二便携式地理定位传感器进行通信的通信收发器。

15.如权利要求14所述的便携式地理定位传感器，其中所述定时信号接收器进一步被配置为作为辅助的GPS/GNSS服务器，并且发送GPS/GNSS辅助数据，以帮助第二便携式地理定位传感器捕获GPS/GNSS信号。

16.如权利要求14所述的便携式地理定位传感器，其中所述通信收发器包括网状通信收发器。

17.如权利要求14所述的便携式地理定位传感器，其中所述便携式地理定位传感器被配置为通过使用所述定时信号接收器从全球定位系统(GPS)或全球导航卫星系统(GNSS)接收信号，来确定所述便携式地理定位传感器的位置。

18.一种用于定位感兴趣的发射器(EOI)的方法，所述方法利用至少一个便携式地理定位传感器，所述方法包括以下步骤：

在第一位置，在第一时间段期间，利用第一便携式地理定位传感器接收、加时间戳以及存储感兴趣的发射器传输；

将所述第一便携式地理定位传感器移动到第二位置；

在所述第二位置，在第二时间段期间，利用所述第一便携式地理定位传感器接收、加时间戳以及存储感兴趣的发射器传输；以及

利用在所述第一时间段和所述第二时间段期间存储的表示所述感兴趣的发射器传输的数据，来计算所述感兴趣的发射器的位置。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述方法用于定位感兴趣的发射器，所述感兴趣的发射器传输达足够长的时间段，以便单个地理定位传感器能够被移动并且所述感兴趣的发射器在三个或更多位置被接收、被加时间戳和被存储。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述方法被用于定位静止的感兴趣的发射器。

21.如权利要求18所述的方法，其中所述方法被用于定位在其传输中包括定时信息的感兴趣的发射器。

22.如权利要求18所述的方法，其中所述第一便携式地理定位传感器包括：

定时信号接收器，其被配置为接收定时信号；

可调的宽带接收器，其被配置为接收来自感兴趣的发射器的信号；以及

信号处理器，其被配置为对来自所述感兴趣的发射器的传输加时间戳。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述定时信号接收器通过数字通信链接连接到所述可调的宽带接收器。

24.如权利要求22所述的方法，其中所述可调的宽带接收器包括宽带数字接收器。

25.如权利要求18所述的方法，其中所述方法用于从无线通信系统的基站收发台(BTS)接收传输，并定位所述无线通信系统的所述基站收发台。

26如权利要求22所述的方法，其中所述定时信号接收器被配置为从基于卫星的导航系统接收GPS信号，并且提供精确的采样时钟信号。

27.如权利要求22所述的方法，其中所述定时信号接收器被配置为向所述信号处理器提供稳定的频率参考，并且其中所述信号处理器被配置为使用所述频率参考来描述所述感兴趣的发射器传输的定时和频率稳定性。

28.如权利要求22所述的方法，其中所述可调的宽带接收器和所述信号处理器被配置为接收、加时间戳、存储和处理所接收的来自所述感兴趣的发射器的传输。

29.如权利要求22所述的方法，进一步包括利用连接到所述便携式地理定位传感器的控制器和显示设备，来控制所述便携式地理定位传感器，显示所述感兴趣的发射器的所述位置，以及提供关于为了增强定位准确度在随后的数据采集周期中所述便携式地理定位传感器移动的方向和距离的指导。

30.如权利要求22所述的方法，进一步包括利用通信收发器在所述便携式地理定位传感器和第二便携式地理定位传感器之间传输通信。

31.如权利要求22所述的方法，进一步包括利用所述定时信号接收器作为辅助GPS服务器，并发送GPS辅助数据来辅助第二便携式地理定位传感器捕获GPS信号。

32.如权利要求30所述的方法，其中所述通信收发器包括网状通信收发器。

33.如权利要求22所述的方法，其中所述便携式地理定位传感器被配置为通过利用所述定时信号接收器从全球定位系统(GPS)或全球导航卫星系统(GNSS)接收信号，来确定所述便携式地理定位传感器的位置。

34.如权利要求22所述的方法，进一步包括：

移动所述第一便携式地理定位传感器到第三位置；以及

在所述第三位置，在第三时间段期间，利用所述第一便携式地理定位传感器接收、加时间戳和存储感兴趣的发射器传输；

其中计算所述感兴趣的发射器的位置的所述步骤包括利用在所述第一时间段、所述第二时间段以及所述第三时间段期间存储的表示所述感兴趣的发射器传输的数据。

35.如权利要求18所述的方法，进一步包括在所述第一时间段期间利用所述第一地理定位传感器和第二地理定位传感器接收、加时间戳和存储感兴趣的发射器传输；其中所述第二地理定位传感器处于不同于所述第一位置和所述第二位置的位置，并且其中计算所述感兴趣的发射器的位置的所述步骤包括利用在所述第一时间段和所述第二时间段期间存储的、来自所述第一地理定位传感器和所述第二地理定位传感器的、表示所述感兴趣的发射器传输的数据。

36.如权利要求35所述的方法，其中所述第二地理定位传感器在至少所述第一时间段期间被时间同步到所述第一地理定位传感器。

37.如权利要求35所述的方法，其中所述第一地理定位传感器和所述第二地理定位传感器利用每个传感器内的通信收发器来协调同时接收所述感兴趣的发射器传输。

38.如权利要求18所述的方法，其中到达时间差(TDOA)测量通过下述步骤来获得：在初始数据采集时间，在所述第一位置，将所接收的无线通信信号的帧定时与基于GNSS的帧时钟校准，接着在所述第二位置执行数据采集，以及比较在所述第二位置所接收的帧定时与所述基于GNSS的帧时钟，以得到所述第一位置和所述第二位置之间的到达时间差。

39.一种用于定位感兴趣的发射器(EOI)的系统，其包括：

便携式装置，其包括在一个接收器处，在第一时间段期间，在第一位置处接收、加时间戳和存储感兴趣的发射器传输，以及在第二时间段期间，在第二位置处接收、加时间戳和存储感兴趣的发射器传输；以及

计算装置，其包括处理器，以利用在所述第一时间段和所述第二时间段期间存储的表示所述感兴趣的发射器传输的数据来计算所述感兴趣的发射器的位置。

40.如权利要求39所述的系统，其包括定位感兴趣的发射器的装置，所述感兴趣的发射器传输达足够长的时间段，以便所述便携式装置能够被移动并且所述感兴趣的发射器在三个或更多位置被接收、被加时间戳和被存储。

41.如权利要求39所述的系统，其中所述便携式装置包括用于接收感兴趣的发射器传输中的定时信息的装置。

42.如权利要求39所述的系统，其中所述便携式装置进一步包括：

定时信号接收器，其被配置为接收定时信号；

43.如权利要求39所述的系统，其中所述系统包括用于从无线通信系统的基站收发台(BTS)接收传输、并定位所述无线通信系统的所述基站收发台的装置。

44.如权利要求39所述的系统，其中所述便携式装置进一步包括用于从基于卫星的导航系统接收GNSS信号、并且提供精确的采样时钟信号的装置。

45.如权利要求39所述的系统，其中所述便携式装置进一步包括用于提供稳定的频率参考并且使用所述频率参考来描述所述感兴趣的发射器传输的定时和频率稳定性的装置。

46.如权利要求39所述的系统，其包括用于接收、加时间戳、存储和处理所接收的来自所述感兴趣的发射器的传输的装置。

47.如权利要求39所述的系统，其进一步包括用于与控制器和显示设备通过接口连接的装置，以允许用户控制所述便携式装置，显示所述感兴趣的发射器的所述位置，以及向所述用户提供关于为了增强定位准确度在随后的数据采集周期中所述便携式地理定位传感器移动的方向和距离的指导。

48.如权利要求39所述的系统，其进一步包括用于在所述便携式装置和第二便携式装置之间传输通信的通信收发器。

49.如权利要求39所述的系统，其进一步包括用于提供GPS辅助数据来辅助第二便携式装置的装置。

50.如权利要求48所述的系统，其中所述通信收发器包括网状通信收发器。

51.如权利要求39所述的系统，其中所述便携式装置包括用于通过利用来自全球定位系统(GPS)或全球导航卫星系统(GNSS)的信号来确定所述便携式装置的位置的装置。

52.如权利要求39所述的系统，其包括用于将所述便携式装置时间同步到第二便携式装置的装置。

53.如权利要求39所述的系统，其包括用于通过所述便携式装置和第二便携式装置来协调感兴趣的发射器传输的同时接收的装置。

54.如权利要求39所述的系统，其包括用于通过下述步骤来进行到达时间差(TDOA)测量的装置：在初始数据采集时间、在所述第一位置将接收的无线通信信号的帧定时与基于GNSS的帧时钟校准，接着在第二位置执行数据采集，以及比较在所述第二位置所接收的帧定时与所述基于GNSS的帧时钟，以得到所述到达时间差。