专利名称：Gsm无线定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及定位装置，更具体地说，涉及全球移动通信系统(GSM)无线定位装置。
各种定位技术及其设备，其精度和有效性存在内在的矛盾，而进度、有效性又与价格、轻巧、便携性构成矛盾，因此，在不同的基于位置的应用场合将有不同的要求。对航船来说，它们距海岸距离数据要求一定精度，而人群定位精度达到100M就可接受的了。
另一方面，随着定位技术改进，精度提高，驾驶导引、路边求助、包裹或人群追踪等服务的要求变得越来越普遍，人们会要求知道他们公司的车辆或包裹之类的物件目前在城市的哪个部位；希望知道他们的财产或亲属，例如孩子的准确位置，路边服务就是如此。如果定位精度达不到125M，不能认为是安全的。此外，轻巧、便宜、便携等要求是随之而来的制约因素。虽然当前定位精度已经可以做得很高，但设备的庞大和昂贵在许多场合特别是民用场合不足取。
移动的定位服务已有多种可选技术，其中包括了基于网络的和基于手机的解决方案，前者需要在网络设备中植入智能以获得位置信息，后者则需要在手机中植入智能。对于需要修改网络或修改手机的技术都将需要巨大的投资，这是缺点。
使用现有的未经修改的手机于移动定位服务，可选的方案有起源蜂窝小区、增强观测时间差分、到达角度和信号衰减等种。
起源蜂窝小区(COO)技术相比其它技术其精度最低，虽说在城市中小区较小，COO的精度似乎已经足够提供信息服务，但当需要发现系统提供紧急服务时，COO的精度便是一个不可忽视的问题。不过COO的响应速度快(3sec左右)。
增强观测时间差分(E-OTD)技术是通过放置位置接收器或参考点实现的，这些参考点分布在较广的区域内的许多站点上，作为位置测量单元以覆盖无线网络。每个参考点都有一个精确的定时源，当具有E-OTD功能装置(例如有E-OTD功能的手机)和位置测量单元接收到来自至少3个基站信号时，从每个基站到达手机和位置测量单元的时间差将被计算出来，这些差值可以被用来产生几组交叉双曲线，并由此估计出手机的位置。上述E-OTD精度高于COO技术，但是，它和到达角度系统一样，会受到城市市区多径效应影响，使在决定信号观测点上较困难，响应速度也较慢。此外，它要求对手机进行改造，这意味着现有用户无法通过E-OTD技术获得基于位置的服务。
信号衰减法(SA)技术利用当移动电话靠近基站或远离基站时所带来的信号衰减变化来估计移动电话的方位。由于多数移动电话的天线是多向发送的，因此信号功率会向所有方向迅速消散。如果移动电话发出的信号功率已知，那么在另一点测量信号功率时，就可以利用一定的传播模型估计出移动电话与该点的距离。SA的缺点是信号衰减很易受到环境因素的影响，尤其在城市中，由于有高楼大厦，在信号传输过程中形成屏蔽和发射墙。从基站到达接受信号的机器，例如手机，时可能已经经过了多次反射，信号的衰减过程已不能准确地来评估传输的距离了。
本实用新型设计人考虑到中国GSM网的现状，以及市场的定位。位置发现策略采用增强观测时间差分和信号衰减技术通过查询周围基站的位置信息、主基站的时间提前量(Timing Advance)和周围各个基站到达手机的信号衰减来估计出手机的位置(三角定位技术)，此方法无需改动现有GSM网络，且定位精度可达到125米，确定位置信息的响应时间十分快(4秒左右)。通过测量主基站到手机的时间提前量可粗略估算出当前手机的位置，然后通过上面所讲的信号衰减法来定位手机的精确位置。由于主基站的时间提前量受环境影响很小，所以能正确反映从主基站到受测位置的距离，这样就能大致估算出受测位置，但时间提前量在一个时间点只能有一个，所以不能测算准确的位置。引入信号衰减量，它在同一时间点根据周围的基站数目可提供1至7个可用信息。如通过主基站的时间提前量滤掉明显不准确的信号衰减量(例如由于过多的反射衰减所致)，用剩下的信号衰减量参数可较准确地测算位置。这就是本实用新型关于通过结合增强观测时间差分和信号衰减技术将很大程度地克服单纯通过以上某一定位技术带来的缺点的构思。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现一种GSM无线定位装置，其特征是包括GSM移动通信系统通信模块；与所述通信模块连结的、控制其运行的微控制器模块；与所述微控制器连接的键盘；以及对所述各部分供电的电源；根据与所述通信模块有握手协议的主基站响应该通信模块的定位请求回送的时间提前量，进行初定位，通过监测多个周围的基站的信号场强发送到中心作精确计算定位。
本实用新型定位装置可以设和GSM模块连接的电源管理电路，以监测电池的工作状况。还可以设音频电路，以和GSM模块作数据交换，实现语音传输。
使用本实用新型的GSM无线定位设备，无需改动现有GSM网络，实现在GSM网络覆盖范围内不受时间、地点限制的在线定位。节省运营成本，结合增强观测时间差分和信号衰减技术的优点，定位精度高。本实用新型的GSM无线定位设备实现定位功能同时可实现通常手机功能。与全球定位系统(GPS)方式相比，本实用新型定位设备不昂贵，无需GPS方式那样的高能耗，它只相当于一般手机，体积小，适合随身携带。
图2为本实用新型GSM无线定位装置的实施例总电路图。
图3为本实用新型GSM无线定位装置的实施例工作流程图。
图1为本实用新型GSM无线定位装置的实施例方框图。图2为图1中定位装置的具体构成电路图。参阅图2虚框31，采用8位微控制器芯片IC6(AT90S8535)为主构成微控制器模块2。微控制器模块通过其第14、15管脚与全球移动通讯系统(GSM)通信模块3(虚框41)连接，实现与GSM通信模块的双向数据通信，同时通过第6、7、8管脚实现程序的在线下载功能，通过第40管脚实现对电压的实时监测。微控制器模块中微控制器与按键K1、K2、K3(见图2)相连实现对该设备的控制(报警、通话等)。与按键K4相连实现微控制器的复位功能。微控制器模块中微控制器与作为显示器7的LED(F2、F3、F4)以及与蜂鸣器BUZ1(图2)相连，以显示装置当前工作状态(报警状态、通话状态、电压指示等)。
全球移动通讯系统(GSM)通信模块3见图2的虚框41、42。所述通信模块以IC1 WM02C芯片为中心构成，通过1-8脚和SIM卡插接，在微控制器模块控制下实现和与其有握手协议的主基站及其它基站的通信，传输数据。利用“短信息”通信功能，向监控中心发送查询到的基站参数，中心通过计算得到本装置的位置信息，并回送到本装置。通过41-44脚和虚框51、52所示的音频电路相连，实现语音传输功能以提供通话功能。GSM模块还连接电源管理电路实现对作为供电电源的电池之变化的实时监测，对电池保护，延长其使用受命。
现在结合图3流程图描述本实用新型装置的工作过程本装置通过GSM模块发出定位请求，请求被确认后(SP1)，监测网络环境，是否具备定位条件(SP2)，当搜索不到和本装置有握手协议的主基站和其它基站时，定位将无法进行，在本装置上显示不能定位(SP3)，返回待机状态。否则，将开始收集各基站信息，包括主基站反应的时间提前量及其它基站的信号功率衰减参数(场强)(SP4)，监测所收集的信息有效，即是否有主基站的时间提前量？是否收到了至少三个基站的信号衰减量？(SP5)，如收集的信息有效，则发送该有效信息到监控中心作运算，即通过主基站的时间提前量首先估算出大致的位置，再用时间提前量对基站的信号衰减量进行过滤，滤掉无用信息，用剩下的信号衰减量进行进一步的测算(SP6)，否则如监测到所收集的信息无效，则告知不能定位，返回(SP3)。接到中心回送的计算结果(SP7)，通知本装置定位的结果(SP8)，定位完成。如接收不到中心回送的计算结果，则返回SP3，定位工作终了。
权利要求1.一种GSM无线定位装置，其特征是包括GSM移动通信系统通信模块；与所述通信模块连结的、控制其运行的微控制器模块；与所述微控制器连接的键盘；以及对所述各部分供电的电源；还包括与所述GSM通信模块通信的各基站通信装置及通信监控中心通信装置；GSM通信模块收集所述各基站中的主基站响应该通信模块的定位请求回送的时间提前量及多个周围的基站的信号场强，发送到所述监控中心作精确计算定位。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征是还有电源管理电路及音频电路与所述GSM模块连接。
3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征是其中微控制器模块由芯片AT90S8535为中心构成；GSM通信模块由芯片WM02C为中心构成。
专利摘要一种GSM无线定位装置，其特征是包括GSM移动通信系统通信模块；与所述通信模块连结的、控制其运行的微控制器模块；与所述微控制器连接的键盘；以及对所述各部分供电的电源；根据与所述通信模块有握手协议的主基站响应该通信模块的定位请求回送的时间提前量，进行初定位，通过监测多个周围的基站的信号场强发送到中心作精确计算定位。本实用新型装置无需改造原有GSM网，本机功耗小，投资省，还有定位精度较高和响应速度较快的优点。
文档编号G01S5/02GK2540641SQ01274818
公开日2003年3月19日 申请日期2001年11月22日 优先权日2001年11月22日
发明者汪晖, 张连成 申请人:北京移舟启程信息技术有限公司