专利名称：市区移动物体的定位方法和系统的制作方法
这项发明涉及一种市区移动物体的定位方法和系统。
关于市区移动物体的定位方法和系统的应用已经有一段时间了。特别是全球定位系统(GPS)，以其对移动物体定位的强大能力和很高的工作效率，已变得十分普及。然而，由于现代市区(例如香港和纽约)中集中了大量高层建筑物，导致了建筑物峡谷的态势，成为在这样的市区实施GPS的一个主要问题。由于高层建筑阻挡了GPS信号，以GPS技术为基础的追踪服务，在这些城市中不再可靠。尽管某些辅助技术，如象采用陀螺仪或里程计的推算定位法，可以稍稍改善GPS在这些城市中的作用，但这些技术则会增加成本消耗以及维护支出，费用成为人们主要关注的问题，这些可能是实现城市实时交通管理应用方面的障碍之所在。
其它的非GPS解决方法包括美国专利5,218,367叙述的一个紧急状态下对一个车辆的定位系统，其中，至少要求三个传感器来解析车的位置。由于信号的丢失，这在一个交通拥堵的建筑物峡谷中可能是困难的。
美国专利5,564,079叙述了一种在GPS网络定位移动物体的方法，它用到了测量参考数据和定位信息。还有，它需要一个移动测量站将测量数据连续发射到一个多个基站。这样的基站在安装和维护方面花费是昂贵的。
因此，安装和维护费用相对偏高，是现有市区移动物体的定位系统和方法的一个缺点。
发明目的因此，本发明的一个目的是，提供一套用于市区移动物体的定位系统，以便用少到用一个固定基站就可能解析出移动物体的位置。发明梗概因此，本发明提供一个用于对市区中至少一个位置未知的移动物体进行定位的系统，包括——至少有一个移动发射机与这个移动物体相连系，其中第一信号由移动发射机产生；——至少有一个固定接收机，它具有一个第一已知位置和一个工作范围，其中该接收机能够接收来自多个发射机的信号；——至少有一个固定的发射机用于产生一个第二信号，或者有一个第二固定接收机用于接收来自移动发射机的信号，固定发射机或者第二固定接收机具有一个第二已知位置；和——一个与固定接收机连接的处理器，用不止一个算法编程，用于处理固定接收机所收到的信号，这样，——每个接收机有一套预定的接收特性，而每一个发射机有一套预定的发射特性；——求解移动物体的未知位置，采用的算法要假定移动发射机、固定接收机以及至少一个固定发射机或者第二个固定接收机大体在一条直线上。
移动物体的位置最好还要通过比较接收到信号的强度来求解。
本发明的另一个方面是提供一种用于对市区中至少一个位置未知的移动物体进行定位的方法，包括下列步骤——至少将一个移动发射机与这个移动物体相连系，其中第一信号由移动发射机产生；——提供至少一个固定接收机，它具有一个第一已知位置和一个工作范围，其中该接收机能够接收来自多个发射机的信号；
——提供至少一个固定的发射机，用于产生一个第二信号，或者提供一个第二固定接收机用于接收来自移动发射机的信号，固定发射机或者第二固定接收机具有一个第二已知位置；和——将一个处理器与固定接收机连接，用不止一个算法编程，用于处理固定接收机所收到的信号。
——求解移动物体的未知位置，采用的算法要假定移动发射机、固定接收机以及至少一个固定发射机或者第二固定接收机大体在一条直线上，这样，——每个接收机有一套预置的接收特性，而每一个发射机有一套置的发射特性。
图示简述
图1是以最简便的方式画出的在一条街道上应用移动物体定位系统的示意图。
图2a和图2b表示了移动物体紧邻固定基站的情况。
图3a和图3b表示了移动物体紧邻固定发射机的情况。
图4表示移动物体处于两个固定基站之间的情况。
图5表示移动物体与一个固定的发射机有一定距离时的情况。
现在用参考图示举例的方式叙述本发明，表1是一个标号细目表。
参考图1，那里提供了一个固定的接收机用于接收信号，它作为一个基站10，具有一套预定的接收特性。一个在图1中未标出的移动发射机安置到一个移动物体14上。它也有一套预定的发射特性。最好，该系统的所有基站都有相同的接收特性，而所有的发射机都有相同的发射特性，以便节省开支。此外，还提供了一个固定发射机18，它能发射一个第二信号19。固定发射机18也可以由一个第二基站18’所取代。基站10和固定发射机18的位置是已知和确定的。基站10、移动发射机和固定发射机18应当处于相同的行进路径，即图1所示的街道20上。
为了最大限度地减少费用，移动物体定位系统的基站应当以这样一种方式来安排，即在一个基站的工作范围以内没有其它的基站。
尽管移动物体14在图1中被画成一个车辆，但它能够是其它移动物体，例如人。
系统的发射机能够以电磁波或无线电波的方式发射信号16，由基站收取信号16。
选择波的频率，以使它的频带宽度能够处理输入捕获的数据，并且在一个规定的时间框架内能发送所有的标识信号。信号16最好包括一个标识信号，它对每一个发射机是唯一的；和一个信号强度值，它随发射机到基站10的距离而变化。时间信号由基站在检测和接收到信号16之后产生和记录。时间标识信息能够在稍迟的状态下产生。时间信号可以通过提供实时交通状况，用于改善交通条件。时间信号也可以帮助滤除求解移动物体位置不需要的那些信号或数据。
基站10进而通过网络与一个处理器(几张图中都未显示)相联接。该处理器能够作为一个网络服务器，能收集和处理基站10接收的信号16，以便能够求解移动物体14的位置。这个处理器最好储存那些关于基站10以及固定发射机18位置的数据，还要存储关于街道20的数据其中包括街道20的长度；储存基站接收特性以及发射机的发射特性的数据。如果在同一路段有不止一个基站，处理器还要存储两个基站之间距离的信息。当然，处理器拥有求解移动物体14未知位置所需的算法，并且通过编程能够选择正确的算法，或为一种通用算法选择正确的输入参数。
求解移动物体14的未知位置，要假定基站10、携有移动发射机的移动物体14以及固定发射机18大体上在一条直线上。这个假定在一个市区是成立的。因为大多数道路大体上是直的。尽管这个假定对于那些具有急拐弯的道路不再成立，但这个问题可以通过另加基站来解决。
针对不同的情况，有四种数据捕获方法和相应的求解算法，说明如下类型1-移动物体紧邻固定基站如图2a和图2b所示，当移动物体14来回移动穿过基站10时，把基站10接收到信号16时刻的位置认为是移动物体14的位置。换言之，移动物体14的未知位置是通过取出存储在处理器中的基站10的位置数据来求解的。当移动物体14紧邻基站10之时，从基站10送出一个通知给处理器，其后移动物体14位置被确定并且记录下来。因此，处理器不需要处理收集的信号16。类型2-移动物体紧邻固定发射机如图3a和图3b所示，当移动物体14来回移动穿过固定发射机18时，把接收到信号16时刻的固定发射机18的位置，认为是移动物体14的位置。换言之，移动物体14的未知位置是通过取出存储在处理器中的固定发射机18的位置数据来求解的。当移动物体14紧邻固定发射机18之时，从基站10送出一个通知给处理器，其后移动物体14的位置被确定并且记录下来。因此，处理器不需要处理收集的信号16。类型3-移动物体在两个基站之间的某个位置如图4所示，固定发射机被一个第二基站18’所替代。安置在移动物体14上的移动发射机发射信号16，它包含一个标识信号和一个信号强度值，移动物体的未知位置X能够由下式确定b[SSAXSSXC]a=XCAX]]>
式中-AC＝AX＋XC＝两个基站之间的路段的长度或距离-a和b是分别由基站和发射机的接收和发射特性决定的常数；-SS是在每个基站上所检测到的信号强度，其中SSAX是基站10接收的信号，而SSAC是基站18’所接收的信号。
基站10和18’的位置以及AC的长度是已知的，数据存储在处理器中。因此移动物体14的未知位置可由上式来确定。类型4-移动物体在相对于一个固定发射机某一位置上如图5所示，移动物体14处于距固定发射机18某个位置上。它可以是在基站10与固定发射机之间的中央路段的某个位置靠右的一段或靠左的一段。移动物体的未知位置X由下式确定b[SSAXSSAC]a=ACAX]]>式中-AC＝基站10与固定发射机18之间的路段的长度或距离-a和b是分别由基站以及发射机的接收和发射特性决定的常数；-SS是在基站10检测的信号强度，其中SSAX是信号16的强度，而SSAC是信号19的强度。
还有，假定移动物体14的运行方向是单向的，会有一个可以在处理器中查到并且能够利用的时间标志信息。此外，基站10和固定发射机18的位置以及AC的长度是已知的，这些数据存储在处理器中。因此，移动物体14的未知位置可以由上式所确定。
很明显，对一个技术熟练的人来说，如果固定发射机18位于基站10和移动物体14’或14”之间，那么同样的方程式适用于确定未知位置X’。
如上所示，本发明的移动物体定位系统采用了城市街道/道路20的一维特性以及无线信号16的信号强度，同时使用了可以快速索取的城市街道/道路20的静态信息，求解移动物体14的位置。这样就最大限度地利用了信息，同时使收集动态数据也就是收集信号16的努力减小到最低的程度。它的一个优点是可以用相对简便的基站10，而且借助于数量少到一个基站便可以求解移动物体的位置，因此需要的基站数量可以更少。由于基站是类似系统中花费最大的，这会大大地减少安装和维护费用。因此，一个移动物体定位系统可以以相对较低的安装和维护费用建立起来。
尽管这里以举例的方式详细叙述了本发明的优选实施方案，显然，对技术熟练的那些人来说，会发生对本发明的修改和改编。然而，如象在下列权利要求中所陈述的那样，不言而喻，这样的修改和改编要在本发明的范围之内。此外，不要把本发明的这些实施方案解释为只限于那些例子和图件。
权利要求
1.一个用于对市区中至少一个位置未知的移动物体(14)进行定位的系统，包括——至少有一个移动发射机与这个移动物体(14)相连系，其中第一信号(16)由移动发射机产生；——至少有一个固定接收机(10)，它具有一个第一已知位置和一个工作范围，其中该接收机能够接收来自多个发射机的信号；——至少有一个固定的发射机(18)用于产生一个第二信号(19)，或者有一个第二固定接收机用于接收来自移动发射机的信号(16)，固定发射机或者第二固定接收机具有一个第二已知位置；和——一个与固定接收机(10)连接的处理器，用不止一个算法编程，用于处理固定接收机(10)所收到的信号(16和19)，这样，——每个接收机有一套预定的接收特性，而每一个发射机有一套预定的发射特性；——求解移动物体的未知位置，采用的算法要假定移动发射机、固定接收机(10)以及至少一个固定发射机(18)或者第二个固定接收机大体在一条直线上。
2.如权利要求1所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，由任何一个发射机产生的信号包括一个随距离变化的信号强度和一个识别信号。
3.如权利要求2所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，由任何一个发射机产生的信号，还包括一个时间信号，它记录时间信号产生的时间。
4.如权利要求2所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，通过比较在固定接收机(10)接收到的、由移动发射机产生的第一信号(16)和由固定发射机产生的第二信号(19)，或者比较在固定接收机(10)接收到的第一信号(16)与在第二固定接收机接收到的信号强度，来求解移动物体(14)的未知位置。
5.如权利要求1所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，所有接收机都有一套相同的接收特性，所有发射机都有一套相同的发射特性。
6.如权利要求1所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，处理器储存那些关于基站(10)、固定发射机(18)以及第二固定接收机位置的数据。
7.如权利要求6所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，与固定接收机(10)、固定发射机(18)以及第二固定接收机位置有关的数据，还包括了行进路径(20)的数据。
8.如权利要求5或6所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，处理器储存了与接收机特性和发射机特性有关的数据。
9.如权利要求1所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，移动物体14紧邻第一或第二已知位置之时，固定接收机(10)或第二固定接收机能够送出一个通知给处理器，这样，处理器无须处理由固定接收机(10)收集的信号(16)。
10.如权利要求1所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，接收机以这样一种方式来安排，即没有任何接收机处在在另一个接收机的工作范围以内。
11.一种用于对市区中至少一个位置未知的移动物体(14)进行定位的方法，包括下列步骤——至少将一个移动发射机与这个移动物体(14)相连系，其中第一信号(16)由移动发射机产生；——提供至少一个固定接收机(10)，它具有一个第一已知位置和一个工作范围，其中该接收机(10)能够接收来自多个发射机的信号；——提供至少一个固定的发射机(18)，用于产生一个第二信号(19)，或者提供一个第二固定接收机用于接收来自移动发射机的信号(16)，固定发射机或者第二固定接收机具有一个第二已知位置；和——将一个处理器与固定接收机(10)连接，用不止一个算法编程，用于处理固定接收机(10)所收到的信号(16和19)。——求解移动物体的未知位置，采用的算法要假定移动发射机、固定接收机(10)以及至少一个固定发射机(18)或者第二固定接收机大体在一条直线上，这样，——每个接收机有一套预置的接收特性，而每一个发射机有一套置的发射特性。
12.如权利要求11所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，任何一个发射机产生的信号包括一个随距离变化的信号强度和一个识别信号。
13.如权利要求12所述的用于对市区中位置未知的至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，由任何一个发射机产生的信号，还包括一个时间信号，它记录时间信号产生的时间。
14.如权利要求12所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，通过比较在固定接收机(10)接收到的、由移动发射机产生的第一信号(16)和由固定发射机产生的第二信号(19)的强度，或者比较在固定接收机(10)与在第二固定接收机接收到的第一信号(16)信号的强度，来求解移动物体(14)的未知位置。
15.如权利要求11所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，所有接收机都有一套相同的接收特性，所有发射机都有一套相同的发射特性。
16.如权利要求11所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，处理器储存那些关于固定接收机(10)、固定发射机(18)以及第二固定接收机位置的数据。
17.如权利要求16所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，与固定接收机(10)、固定发射机(18)以及第二固定接收机位置有关的数据，还包括了行进路径(20)的数据。
18.如权利要求15或16所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，处理器储存了与接收特性和发射特性有关的数据。
19.如权利要求11所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的方法，其特征是，移动物体14紧邻第一或第二已知位置之时，固定接收机(10)或第二固定接收机能够送出一个通知给处理器，这样，处理器无须处理由固定接收机(10)收集的信号。
20.如权利要求11所述的用于对市区中至少一个移动物体(14)进行定位的系统，其特征是，接收机以这样一种方式来安排，即，没有任何接收机处在在另一个接收机的工作范围以内。
全文摘要
本发明涉及一种在市区内定位移动物体的方法和系统,而在诸如香港和纽约之类的市区中集中有大量的高耸建筑物。若在一条大体直线状街道或道路上具有一个与移动物相联的移动发射器、一个基站、和一个固定发射器或一个第二基站中的至少一个,就可以解析该移动物体的位置。其优点在于,仅仅使用一个基站－本系统中最昂贵的部分,即可确定该移动物体的位置,因此,可显著降低相应的安装和维护成本。
文档编号G08G1/123GK1332377SQ0111614
公开日2002年1月23日 申请日期2001年5月16日 优先权日2000年5月16日
发明者黄淑慧 申请人:黄淑慧