专利名称：用于定位蜂窝电话及类似发射装置的设备和方法
技术领域：
本发明一般涉及定位蜂窝电话和其它移动发射机的功能，尤其涉及一种方法和设备，它使用两阶段测量方法，即包括较长范围、可变精度技术与较短范围、较高精度技术的结合。
随着移动电话，或蜂窝电话，及它们的技术与使用的迅速增长，在许多应用中需要定位蜂窝电话和类似发射机的能力。这些应用场合包括“911”呼叫，旅游和交通信息，商业跟踪政府机关和被偷窃的车辆，及确定未授权的蜂窝电话的使用和非法活动，可能还可举出一些例子。基本蜂窝电话系统只能确定最近的蜂窝电话基站，基站可在3-10英里范围内定位蜂窝电话。
与移动电话一起使用的任何定位系统的目标是尽量多地使用现有的设备或至少与现有设备相兼容，例如与未经改进的移动电话一起使用并与现有蜂窝基站相兼容。
现在已有许多技术可以跟踪或定位无线发射机。如LORAN和GPS系统，这种定位蜂窝电话的过程包括精确地测量同一信号到达多个基站的时间并比较这些时间以确定各个基站接收信号的时间差。Tdoa技术并不要求对发射机进行改进，因为它们基于正常信号传输来操作Tdoa技术也与现有的蜂窝电话和基站的全向天线相兼容。
Tdoa技术与寻向技术相结合并应用于移动电话的一项应用在美国专利No.5,317,323中描述，在那里描述的系统在接收机端使用GPS定时信号以确定信号接收的时间。用寻向技术减少多经干扰和同信道间干扰。不幸的是，使用寻向技术要求使用可变向的天线或天线阵列，因此就与蜂窝电话工业中使用的现有全向天线结构不兼容，既使是也可用于蜂窝电话的分区(sectoreod)天线也不能提供足够的精度。该专利阐述了去除多经干扰的重要性。任何移动电话定位系统的一个目标是能够区分蜂窝电话发来的直达信号与同一发射信号经过建筑物和其它反射体反射而到达的多经反射信号。经过较长和不确定路径到达接收机的反射信号提供较低精度的定位信息。
一种类似的定位蜂窝电话的方法在美国专利No.5,327,144中描述，这种方法使用tdoa技术通过收集蜂窝电话在反向控制信道上发射的所有数据并交叉相关此数据，来标识和定位蜂窝手机，这种方法在使用tdoa技术与不加改进的蜂窝电话时有一个固有的缺陷，即只能限定在30KHz的传输信道上测量信号。这种受限的带宽就限制了在理想情况下tdoa测量的精度理论上为300英尺。当遇到任何多经或相邻信道间干扰时，精度还会大大地下降。
相应地，本发明的一个目的是提供一种设备和方法以确定蜂窝电话和类似发射机的位置并提供较高的精度。
本发明的另一个目的是不用特别地改造普通的蜂窝电话和类似的发射机就可以进行位置确定。
本发明还有一个目的是在存在较强多经反射信号的情况下进行位置确定。
本发明还有一个目的是使用一般用于蜂窝电话操作的天线和天线结构来进行位置确定。
在一个实施方式中，本发明提供一种用来确定蜂窝电话或类似发射机位置的方法，此方法包括步骤在预定的范围内，通过在多个位置接收传输信号并对所接收到的信号进行处理来确定电话或发射机的大致的位置；在电话或发射机的预定范围内用便携接收机接收电话或发射机发射的信号；根据由便携式接收机接收的发射信号确定蜂窝电话或发射机的准确位置。
在另一种实施方式中，本发明提供一个设备以确定蜂窝电话或类似发射机的位置，它包括用于在预定的范围内确定电话或发射机的大致位置的装置，包括在多个位置接收传输信号的装置和处理接收到的信号的装置；和能在电话或发射机的预定范围内移动的便携接收装置以从电话或发射机接收信号；还包括通过处理接收到的发射信号来确定蜂窝电话或发射机精确位置的装置。
本发明结合附图加以描述，附图中
图1是按照本发明的一个实施方式的部分原理而构造的设备的系统方框图。
图1显示了采用现有蜂窝电话基站和天线的蜂窝电话定位系统10的一个实施方式。系统10一般包括多个现有蜂窝基站12-14，其中加有本发明的装置。基站12-14使用形式和功能相同的现有的发射和接收天线16。每个基站加上一个附加的GPS(全球定位系统)天线18，它可以接收已有的用于定位功能的民用GPS发射的定时信号。
每个基站尽一步包括执行定位功能的设备，这种设备一般包括采样或数字化从蜂窝电话或发射机22接收的信号及用从接收到的GPS信号导出的信号对上述采样或数字化数据定时标的装置。
所示的通信线19将至少两个远程基站12，13与中心基站14连接中心基站14包括了远程基站12，13中没有的设备，如用于处理从所有基站12-14接收的信号的toda CPU20。Tdoa CPU20可以位于任何一个基站中或位于这样的基站之外的地方。这种分离的位置将包括直接互连基站和tdoa CPU20间的所有通信线路19。
Tdoa CPU 20从每个接收基站接收数字化的、带有时标的数据并互相关类似的数据，互相关数据所带的时标提供了相关数据和相应的已知位置的基站间的到达数据的时间差。网孔电话或发射机22的大致位置可按照熟知的技术来确定。
上述的tdoa系统提供了一种以在用圆24表示的预定范围内确定蜂窝电话或类似发射机22的大致位置的方法。也可用其它合适技术如寻向技术来实施这种大致是位功能。一种可行的tdoa方法在题为“用于定位蜂窝电话的设备和方法”，由同一发明人在1994年7月8日申请的美国专利号08/272,752中描述，在这里给出以供参考。
一旦圆圈24的大致位置已知知道了，一个便携接收机26就可在这个区域内移动用来精确定位电话或发射机22。在那里本地警察在许多巡逻警车上装备了便携式接收机，这样接收机可能已经处在圆圈24的大致范围内了。圆24的大小理论上取决于上述定位设备的精度。但是，实际上圆24的大小与便携式接收机24的接收能力成正比。由于便携式接收机26的接收仰角有限，地形就对接收性能有影响。
便携式接收机可以是任何合适的类型和制造工艺。一种型号在题为“查找信号发射源的设备和方法”由David L.Herrick和William F.Matthews III在1994年7月8日申请的美国专利No.08/272,724中描述，在此给出以供参考。其中的便携式接收机使用接收机和电话或发射机22间的相对运动来确定它们的大致的方向。所描述的技术在如建筑物的较强多径干扰的环境中是有用的。其它形式的寻向也是适用的。
为了使便携式接收机26精确地定位蜂窝电话或发射机22，有必要确定电话或发射机22的发射频率和接收信号。对于蜂窝电话22，发射频率取决于本地蜂窝电话系统的信道分配。为了确定合适的信道分配，最好在接收机26和本地蜂窝系统间建立一条通信链路以接收信道的分配信息。
因此，所提供的定位系统在不要求显著增加费用的条件下就能克服长距离范围系统中存在的所有不精确性。这种不精确性在强多经干扰的环境中甚至是不可能避免的，蜂窝基站中的高精度系统的附加费用主要是由操作基站的数目引起的。
以上描述的实施方式是一个示意性的，并不局限于此。本领域的技术人员在不脱离附加权利要求定义的本发明的范围的情况下可对以上的实施方式做不同的修改和改进。
权利要求
1.确定蜂窝电话或类似发射机的位置的方法，包括步骤通过在多个位置接收发射的信号和处理所接收的信号在预定的范围内确定电话或发射机的大致位置；用位于电话或发射机的预定范围内的一个便携式接收机接收电话或发射机发射的信号；和根据从便携式接收机接收的发射信号确定蜂窝电话或发射机的精确位置。
2.权利要求1的方法，其中发射接收的多个位置是蜂窝电话网络中的基站。
3.权利要求2的方法，其中所述预定的范围由便携式接收机的接收性能所确定。
4.权利要求3的方法，其中使用到达信号时间差的处理技术来实现确定大致位置。
5.权利要求1的方法，进一步包括在电话或发射机位于的预定范围中移动便携式接收机的步骤。
6.权利要求1的方法，其中确定精确位置的步骤包括当移动便携式接收机时测量在预定范围内接收发射信号的特性并根据测量到的特性来移动便携式接收机。
7.用于确定蜂窝电话或类似发射机位置的设备，包括用于在预定范围内确定电话或发射机的大致位置的装置，其包括用于在多个位置接收发射信号的装置和用于处理所接受的信号的装置；和用于在电话或发射机的预定范围内移动的便携式接收机，用于从电话或发射机接收发射信号，并包括用于根据接收到的发射信号确定蜂窝电话或发射机的准确位置的装置。
8.权利要求7的设备，其中发射接收的多个位置是蜂窝电话网络的基站。
9.权利要求8的设备，其中预定的范围由便携式接收机的接收性能确定。
10.权利要求9的设备，其中信号处理装置包括到达信号的时间差算法。
11.权利要求7的设备，其中便携式接收机装置包括用于在接收机装置移动时测量接收信号特性的装置以提供精确位置方向的指示。
全文摘要
定位蜂窝电话的方法受城市环境的多径干扰的影响，从而降低了精度。这个问题可用两级方法加以克服，包括使用蜂窝基站定位系统(10)以确定大致的方位和使用能在较强多径干扰环境中工作的便携式接收机(26)以确定其后较精确的位置。应用包括了紧急呼叫和犯罪调查。
文档编号H04M11/00GK1155331SQ95190753
公开日1997年7月23日 申请日期1995年7月7日 优先权日1995年7月7日
发明者戴维·L·海里克 申请人:洛克希德·桑德斯公司