专利名称:中国移动网定位系统的制作方法
一.本发明涉及技术领域：
移动通讯网络与大地测量。
1.移动通讯网络无线微波数字数据传输与测时间算距离技术。
2.大地测量学中利用已知坐标点求算未知坐标点之导线测量技术。
二.本发明涉及的背景技术：
GPS，移动通讯网旧定位法与导线测量。
1.GPS----美国全球卫星定位系统，是美国军方1973年开始发展的新一代卫星导航和定位军事系统，由分布在六个轨道上的21+3个周期为12小时卫星组成，民用限制使用，大约从1983年开始用于解决大地测量问题。它的基本定位原理是依据用户和四颗移动卫星之间的伪距测量，根据卫星在适当参考框架中的已知坐标确定用户接收机天线坐标，信号由卫星发出，基本观测值是信号由移动卫星天线到接收机天线的传播时间间隔，然后乘于信号传播速度，将信号传播时间换算成距离。
2.移动通讯网旧定位法有目前已知有基站手机定位法有1)COO----起源蜂窝小区定位技术。根据移动台小区识别号ID确定大概位置。
2)AOA----角度到达定位技术。根据移动台相对基站角度关系，只要测量一个移动台距两个基站的信号到达角即可确定位置。
3)TOA----抵达时间定位技术。利用移动台到3个或更多基站(必须同步)时间来定位，基站需要安装原子钟或GPS设备来实现同步。
4)TDOA----抵达时间差定位技术。利用移动台发射信号到两个基站时间差来确定位置，基站须同步。
5)E-OTD---增强型观测时间差定位技术。其是基于OTD观测时间差技术，使用终端定位。
6)A-GPS----辅助全球卫星定位系统技术。移动台与基站都有GPS接收机，通过接收卫星定位信号来定位。以上所述6种方法，精度非常低，精度主要受如下因素影响1.非视距NLOS传播；2.多径效应；3.多址干扰；4.需要安装改动硬件设备，成本高。精度一般大于125米。
3.大地测量学中导线计算公式Xp＝Xa+Sap*cos(α ap)，Yp＝Ya+Sap*sin(α ap).其中Xa，Xp，Ya，Yp为基站A和手机P之纵横坐标，Sap为基站到手机之平距，αap为基站A到手机P之方位角，sin，cos为数学正弦和余弦。
4.三角形边角计算公式a^2＝b^2+c^2-2*b*c*cos(A)，cos(A)＝(b^2+c^2-a^2)/(2*b*c).其中a^2，b^2，c^2为边长a，b，c之平方，cos(A)为b，c边所夹角A之余弦。
三.本发明涉及的内容距离测量与移动台(手机)的三维坐标求算。
1.移动通讯公司网络固定基站与移动台(手机)之间距离测量技术。即移动通讯公司网络固定基站与移动台(手机)之间利用距离检测文件(各种音频，视频，文字，数字等数字数据文件)测量它们之间距离的技术。
2.所有使用无线微波收发数字信息的固定频率电子发射接收机的固定站与相同性质的移动站之间距离测量技术。
即所有使用无线微波收发数字信息的固定频率电子发射接收机的固定站与具有收发同频率无线微波数字信息的移动电子发射接收机之间利用距离检测文件(各种音频，视频，文字，数字等数字数据文件)配合测量它们之间的距离的技术。
3.移动通讯公司网络同一蜂窝小区内利用人活动区多为平地测出平均标高H0或求测出手机的准确标高Hp，与移动通讯网络基站无线微波接收发射点测出的准确标高H(I)之差
用公式
(其中S(PI)和Spi分别为基站与手机之间的斜距和平距)，求出水平距离的技术。
4.利用移动通讯公司网络中同一蜂窝小区内或相邻蜂窝小区的二个或多个已测三维坐标的相邻基站与移动台(手机)组成一，二或多个水平三角形(已知三条用距离检测文件测出长度及用基站和手机之间高差算出的水平距离边长组成的三角形)求算移动台(手机)的三维坐标的技术。
四.本发明
附图1，2，3标记与解释说明1.图1说明(1)。A，B，C为移动通讯公司网络基站，它们彼此相邻，已测出三维坐标为基站A(X(A)，Y(A)，H(A))，B(X(B)，Y(B)，H(B))，C(X(C)，Y(C)，H(C))。
其中X，Y，H分别为点A，B，C之纵横坐标和标高。
(2)。P为移动台(手机)，其三维坐标为P(X(P)，Y(P)，H(P))。其中X，Y，H分别为点P之纵横坐标和标高。
(3)。S(PA)，S(PB)，S(PC)为手机P至基站A，B，C无线微波发射与接收点之三斜边长。
(4)。Spa，spb，spc为手机P至基站A，B，C之间用高差和斜距求出的平距。
(5)。α，β为PA，PB，AB水平投影边pa与ab，pb与ab之夹角。
2.图2说明(1).I为基站，其三维坐标为(X(I)，Y(I)，H(I))。其中X，Y，H分别为点I之纵横坐标和标高。
(2).P为移动台(手机)，其三维坐标为P(X(P)，Y(P)，H0)。其中X，Y，H0分别为点P之纵横坐标和蜂窝小区内平均标高。
(3).S(PI)为手机P与基站I之斜边长。
(4).Spi为用S(PI)与H(I)-H0(它们之间高差)求算出之平距。
3.图3说明(1).I为基站，其三维坐标为(X(I)，Y(I)，H(I))。其中x，Y，H分别为点I之纵横坐标和标高。
(2).P为移动台(手机)，其三维坐标为P(X(P)，Y(P)，H(P))。其中X，Y，H分别为点P之纵横坐标和标高。
(3).S(PI)为手机P与基站I之斜边长。
(4).Spi为用S(PI)与H(I)-H(P)(它们之间高差)求算出之平距。
(5)。(t)为斜边PI与重力线之夹角。
五.具体实施方式
中国移动网定位系统(China mobile net positioning system)巫学斌(广东韶关凡口铅锌矿坑口测量科)摘要利用已测坐标的基站和移动台与基站的测量距离求算移动台的坐标。
关键词距离检测文件，基站，移动台，蜂窝小区，GPS。
一直以来，我有一种想法就是怎么充分利用现有移动通讯公司发达的网络资源，发展中国自已的大陆及沿海周边的定位系统，实现移动增值服务，此涉及国家移动通讯公司发展方向，国家国防建设及测量地理信息建设，还有服务大众的需要。因此，本人作了一个移动公司发展趋势和技术可行性分析论证，希望国家给予足够重视，组织专家论证可行否？详文如下国家现有的移动通讯网络系统有900MHZ/1800MHZ/1900MHZ的GSM，AMPS，CDMA1X，TDMA等，它们网络中基站与手机间使用固定频率(单或双频)无线微波传送数字信息，基站和手机都是具有收发无线微波数字信息的电子发射接收机，基站为固定站，手机为移动站.它们设备中存储数字数据文件.如GSM网络传送数据及声音速度为每秒9600字节，若每个字节为8位(bit)，则有76800bits/s，如何充分利用手机，基站及电脑设备，实现准确定位，只需增加支撑软件，而不需要增加或改动任何硬件设备，成为最佳首选方案，原理简单。为此本人特此论证如下一，原理如图1，A，B，C，D----等为移动通讯公司基站，因为我不了解移动公司设备及使用的编程软件情况，所以在此设基站有一个能读取精确到1毫秒或0.1秒级的电脑设备，假设A，B，C，D----等基站各有一个电脑设备(若高速则更好)，电脑硬盘存有多个距离检测文件，距离检测文件即是所有音频，视频，文字，数字等用二进制数码(0/1)存储，传输，表示的数字数据文件，文件大小为3(S)*9600B＝28.125KB或6(s)*9600B＝57600B(可更大或更小些)，当手机P与远方朋友通话拨通A，B，C等站时，接通开始前3秒，传送距离检测文件，由A，B，C，D----等站(也可由A站唤起邻站B；由B唤起邻站C；由C唤起邻站D；等等依此类推)，传送一个距离检测文件，以每秒9600字节速度传送，而手机应有转发A站或B站距离检测文件数据的能力(手机最好无延迟传送)，据了解此功能软件编程设计不难。因为线路数据是串行传送，信号码元一个一个地发送，而每一比特(bit)都要经过同样的线路距离PA，PB，PC.大家知道无线电传送速度C0＝3*10^8m/s，那么设S(PA)＝50,100,400,800米等，则28.125*8*1024＝230400(bit)；57600*8＝460800(bit)1，230400*2*50/(3*10^8)*1000＝76.8ms. 1，460800*2*50/(3*10^8)＝0.15(s).
2，230400*2*100/(3*10^8)*1000＝153.6ms. 2，460800*2*100/(3*10^8)＝0.31(s).
3，230400*2*400/(3*10^8)*1000＝614.4ms. 3，460800*2*400/(3*10^8)＝1.22(s).
4，230400*2*800/(3*10^8)*1000＝1228.8ms等。 4，460800*2*800/(3*10^8)＝2.45(s)等。
(一)由A→P→A1，t0＝2*S(PA)/C0+t1.其中t0为一个bit(0或1)一个循环(由A→P→A)传送时间。t1为手机内转发数据1bit延迟时间。
2，以v＝9600*8(bits/s)速度传送数据，A站第一bit(0或1)发送开始A站电脑计时开始，一个距离检测文件由A到P到A全部传送回来时间由电脑计时，设为T，精确到毫秒。则第一bit传送后经过时间t＝1/(9600*8)(s)发送第二bit数据，设n为每个距离检测文件的比特位数。则1).t0*n+(t-t0)*(n-1)＝T.假设t大于t0，2).当t小于t0时，T＝((n+1)/2)*t0，n为奇数时.T＝(n/2)*t0+t，n为偶数时.可求出S(PA)(米)，若t1＝0s那么n*2*S(PA)/C0+(n-1)*(1/76800-2*S(PA)/C0)＝T.即可求出S(PA)；同理可求出S(PB)；S(PC)----等等。
3，因为A，B，C，D----三维坐标可用GPS(美国全球卫星定位系统)测出，第一种方法用近域静态定位测量，精度可达平面5mm+0.5ppm，高程1cm+0.5ppm。第二种方法用近域实时动态定位测量(RTK)，精度可达1cm～～0.2m。以静态定位测量精度高，测出A，B，C，D----等等全国所有基站发射接收手机无线微波数字信息点的三维坐标；再测出A，B，C，D等基站该蜂窝小区人活动区平面平均标高H0(因为大多数人活动地方为平地，当然也有山区，在蜂窝小区内范围小一般标高变化不大，可比较准确测出平均标高)。
4，那么用余弦定理可求出α，β角(图1)α＝arccos((Sab^2+Spa^2-Spb^2)/(2*Sab*Spa)).
β＝arccos((Sab^2+Spb^2-Spa^2)/(2*Sab*Spb)).
其中α，β为PA，PB，AB的水平投影边ap与ab，bp与ba夹角。Sab，Spa，Spb为斜边AB，PA，PB投影在水平面上的平距。
(二)，由测量工程学可知，AB方位角为αab＝arctg((Y(B)-Y(A))/(X(B)-X(A))).则αbp＝αab+β±180°；αap＝αba+(360-α)±180°。用坐标计算公式{X(P)＝X(I)+Spi*cosαipY(P)＝Y(I)+Spi*sinαip } -----------(1)其中αap为A→P边的方位角，αbp为B→P方位角，αba为B→A方位角αba＝αab±180°，其中当αab大于180度时为-，其它为+，I为A，B之一，(i)为a，b之一，(Spi)为PA，PB斜边长投影在水平面上的平距，如附图2，可用(Spi)^2＝S(PI)^2-(H(I)-HO)^2求出。A，B，C，D等等基站电脑求出Spi((i)为A，B，C，D等基站点之一)后，相邻站电脑相互比较Spi后，因为连接P点长边的P点实际标高与HO相差大小对求出平距影响最小，因此把大边Spi和此(i)站坐标由基站----D→C→B→A传送，把点(i)作为B点，如果Spa大于等于Spb，则上面坐标计算公式(1)中I为A，(i)为a，否则I为B，(i)为b，由ABP组成水平三角形abP求算点P三维坐标，具体验证数据如下由Spi^2＝S(PI)^2-(H(I)-H0)^2公式。用S(PI)＝50，150，250米，H(I)-HO＝20或40米代入得(45.8米和30米)；(148.7米或144.6米)；(249.2米或246.8米)。分别为相差15.8米；4.1米；2.4米。可见斜距离越长对平距影响越小。
(三)，基站求出P点三维坐标X(P)，Y(P)，HO后，即可由基站传送P点坐标给手机，手机可配合连接掌上电子阅读器里存储的电子地图，输入P点坐标后显示P点地图上的位置，以此可实现定位。此精度在特别差的条件下小于20米，一般小于10米。此法精度主要受如下因素影响1，电脑测时T的精度。
2，非视距NLOS传播。
3，多路径传播。
4，手机实际标高与平均标高高差的大小等。
但是因为基站有精确坐标和斜距测量准确，配合改正数，通过实验可得出此法精度是比较高的，通过配合起源蜂窝小区ID码识别(整个中国移动系统基站蜂窝小区识别码可预先编号输入基站电脑以区别不同小区)，如果每个基站有每个小区电子地图上范围更小大概位置标高则更准确.此法主要缺点当该蜂窝小区内标高差别大时，引起平距相差较大，也可配合相邻基站点算出多个P点坐标求平均值(可在手机内设此程序)即可求出准确P点。
以上方法精度应可以，为了更精确算出移动台坐标，可用下面方法。
二，精确的定位法目前已知有基站手机定位法有1，COO----起源蜂窝小区定位技术。根据移动台小区识别号ID确定大概位置。
2，AOA----角度到达定位技术。根据移动台相对基站角度关系，只要测量一个移动台距两个基站的信号到达角即可确定位置。
3，TOA----抵达时间定位技术。利用移动台到3个或更多基站(必须同步)时间来定位，基站需要安装原子钟或GPS设备来实现同步。
4，TDOA----抵达时间差定位技术。利用移动台发射信号到两个基站时间差来确定位置，基站须同步。
5，E-OTD----增强型观测时间差定位技术。其是基于OTD观测时间差技术，使用终端定位。
6，A-GPS----辅助全球卫星定位系统技术。移动台与基站都有GPS接收机，通过接收卫星定位信号来定位。以上所述6种方法，精度非常低，精度主要受如下因素影响1.非视距NLOS传播；2.多径效应；3.多址干扰；4.需要安装改动硬件设备，成本高。精度一般大于125米。为了更精确求出P点坐标值，需要精确求出边长之平距，因此必须精确求出移动台与基站点之高差
如附图3，1.必须精确测出倾角t，精确到角度1分，2.利用软件创新，可精确测算出移动台之高程H(P)，精确到分米或厘米级，求解精确
公式如下 其中I为A，B之一，H(P)，H(I)为P，I点之高程，S(PI)为P到I点之斜距，t为斜边与重力线之夹角。基站天线阵列安装必须与重力线重合，基站须有精确测出移动台无线电入射倾角t的设备。精确求出平距Spi后即可用上面坐标计算公式(1)精确求出P点之坐标，1.如果倾角t精确，此精度小于10米。2.如使用相邻蜂窝小区或同一蜂窝小区内之相邻已测三维坐标的基站，测算移动台(手机)之高程H(P)精确，此方法求得移动台(手机)三维坐标(X(P)，Y(P)，H(P))应非常准确，精度应小于0.1米，在视线良好地区，精度甚至达到厘米级。
参考文献1，中国，《计算机网络与通信》，通讯接口和数据链路控制，冯博琴主编，经济科学出版社，2000年3月，第3章，第60页。
2，中国，《矿山测量学》(第一分册，生产矿井测量)，生产矿井测量方法，周立吾，张国良，林家聪，冶金工业出版社，1987年6月，第一篇第60页。
3，中国广东，《移动通信》杂志之论文集。
4，中国，《广东测绘》杂志，测绘学中的3s新技术，蒋利龙供稿，《广东测绘》编辑部，2006年
权利要求
1.本发明技术特征(1)测距----利用距离检测文件(各种数字数据文件)，比如长短信等，通过移动通讯网络基站与移动台(手机)之间来回传送二进制数码(0/1)测量传送文件从开始传送到完整传回原位的总时间，进而乘于光速度求算出它们之间的距离。方便，快捷，准确，投资少，实用，编程简单，无须改动硬件，只须更新软件即可。(2)求算移动台(手机)三维坐标----利用移动通讯网络已测出三维坐标的二或多个基站与未知坐标的移动台(手机)之间测出的距离，配合它们之间的高差的大概值或精确值，求得水平距离后，组成水平面三角形，用三角形边角计算公式求出夹角，利用工程测量学求算点坐标之导线计算公式，求得移动台(手机)三维坐标。简单，快捷，准确，实用，编程容易。
2.本发明申请请求保护以下范围(1)移动通讯公司网络固定基站与移动台(手机)之间距离测量技术。即移动通讯公司网络固定基站与移动台(手机)之间利用距离检测文件(各种音频，视频，文字，数字等数字数据文件)测量它们之间距离的技术。(2)所有使用无线微波收发数字信息的固定频率电子发射接收机的固定站与相同性质的移动站之间距离测量技术。即所有使用无线微波收发数字信息的固定频率电子发射接收机的固定站与具有收发同频率无线微波数字信息的移动电子发射接收机之间利用距离检测文件(各种音频，视频，文字，数字等数字数据文件)配合测量它们之间的距离的技术。(3)移动通讯公司网络同一蜂窝小区内利用人活动区多为平地测出平均标高HO或求测出手机的准确标高Hp，与移动通讯网络基站无线微波接收发射点测出的准确标高之差，再用它们之间的斜距和直角三角形勾股定理求出水平距离的技术。(4)利用移动通讯公司网络中同一蜂窝小区内或相邻蜂窝小区的二个或多个已测三维坐标的相邻基站与移动台(手机)组成一，二或多个水平三角形(己知三条用距离检测文件测出长度及用基站和手机之间高差算出的水平距离边长组成的三角形)求算移动台(手机)的三维坐标的技术。
专利摘要
技术领域：
1.移动通讯网络无线微波数字数据传输与测时算距技术。2.大地测量学导线测量技术。二、解决的技术问题及要点1.距离测量用距离检测文件量距，通过移动通讯网络固定基站与手机之间来回传送二进制数码测量传送文件从开始传送到完整传回原位的时间，乘于速度求出它们之间的准确距离。用途测量用微波收发数字信息的固定站与同性质的移动站之间的距离。2.手机的概略与精确定位用移动通讯网络已测出三维坐标的多个基站与手机之间测算出长度的三边及各基站与手机间高差，算出三平距边组成的三角形，用三角形边角和导线测量计算公式求得移动台三维坐标定位。用途1)测量点之三维坐标。2)手机坐标配合电子地图，为交通运输工具和个人等导航定位。
文档编号H04W64/00GKCN1937843SQ200610137052
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月18日
发明者(要求不公布姓名) 申请人:巫学斌导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan