被配置成在三维空间中使用与参考位置相关联的定时数据来估计接收机位置的系统和方法

被配置成在三维空间中使用与参考位置相关联的定时数据来估计接收机位置的系统和方法
【专利摘要】描述了用于基于从一个或多个发射机传送的一个或多个到达时间测量、以及与所述一个或多个发射机相关联并且还与远程接收机的参考区域内的一个或多个参考位置相关联的第一定时数据来确定对所述远程接收机的位置定位估计的系统、方法和计算机程序产品。
【专利说明】被配置成在三维空间中使用与参考位置相关联的定时数据 来估计接收机位置的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本公开文件通常涉及定位系统。更具体地但不排他地，该公开文件涉及用于在三 维空间中使用与参考位置相关联的定时数据来估计接收机位置的系统、方法和计算机程序 产品。

【背景技术】
[0002] 用于提供位置信息的系统是本领域公知的。例如，基于无线电的系统（例如， LORAN、GPS、GLONASS等）已经被用于提供针对人、车辆、装备等的位置信息。然而，这些系 统确实具有与诸如定位精度、传送和接收信号水平、无线电信道干扰和/或例如多路径的 信道问题、设备功耗等之类的因素相关联的一些限制。
[0003] 移动订户的准确位置的确定是非常有挑战性的。如果订户在室内，或位于具有障 碍物的市区，该订户的移动设备可能不能从GPS卫星接收信号，并且网络可能被迫使依赖 于精度较低的基于网络的三边测量/多点定位法。此外，如果订户位于多层的建筑物内，仅 知道订户位于该建筑物内，而不知道他们位于哪层，这将在提供紧急救援时导致延迟（其 可以潜在地威胁生命）。显然，需要一种能够辅助订户的计算设备（例如，移动计算设备） 加快位置确定过程、提供更高的准确性（包括垂直信息）、并且解决在市区和建筑物内的位 置确定的一些挑战的系统。
[0004] 因此，存在对改进定位系统以解决现有的定位系统和设备的这些和/或其他问题 的需求。


【发明内容】

[0005] 根据本公开文件，描述了系统、方法和计算机程序产品（例如，这种产品包括具有 在其中进行编码的计算机可读程序代码的非暂时性计算机可用介质，所述计算机可读程序 代码被适配成被运行以实施方法步骤），该系统、方法和计算机程序产品用于基于从一个或 多个发射机传送的一个或多个到达时间测量、和与所述一个或多个发射机相关联并且还与 远程接收机的参考区域内的一个或多个参考位置相关联的第一定时数据，来确定对所述远 程接收机的位置定位估计。
[0006] 所述系统、方法和计算机程序产品可以执行以下步骤：基于从一个或多个发射机 传送至远程接收机的一个或多个到达时间测量来确定对远程接收机的初始位置估计；识别 与所述一个或多个发射机相关联并且还与所述初始位置估计的预定义的距离内的第一参 考位置相关联的第一定时数据；以及基于所述一个或多个到达时间测量和与所述第一参考 位置相关联的所述第一定时数据，来确定对所述远程接收机的第一位置估计。
[0007] 所述系统、方法和计算机程序产品可以附加地或可替换地执行以下步骤：基于从 对应的第一发射机和第二发射机传送至所述远程接收机的第一到达时间测量和第二到达 时间测量来确定所述初始位置估计；识别与所述对应的第一发射机和第二发射机相关联并 且还与所述第一参考位置相关联的第一时间校正和第二时间校正；基于所述第一到达时间 测量和第二到达时间测量、以及所述第一时间校正和第二时间校正来确定所述第一位置估 计；识别与所述对应的第一发射机和第二发射机相关联并且还与所述初始位置估计的所述 预定义的距离内的第二参考位置相关联的另一时间校正集合；基于所述第一到达时间测 量和第二到达时间测量、以及与所述第二参考位置相关联的一个或多个时间校正的另一集 合，来确定对所述远程接收机的第二位置估计；以及在对应于目标函数对所述第一位置估 计的第一应用的第一结果优于所述目标函数对所述第二位置估计的第二应用时，确定所述 第一位置估计是优于所述第二位置估计的位置估计。
[0008] 所述系统、方法和计算机程序产品可以附加地或可替换地执行以下步骤：确定所 述第一参考位置的位置；确定来自所述一个或多个发射机的第一发射机的位置；确定所述 第一参考位置与所述第一发射机之间的第一视线距离；估计所述第一发射机与所述第一参 考位置之间的第一信号通路的第一长度；比较所述第一视线距离与所述第一长度；基于所 述第一视线距离与所述第一长度之间的所述比较，估计所述一个或多个时间校正中的第一 时间校正；以及引发该第一时间校正被存储在数据源中。
[0009] 下面结合附图对各种附加的方面、特征和功能进行描述。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 通过结合附图描述的以下【具体实施方式】，能够更充分地理解本申请。
[0011] 图1A描述了示出可以在其上实现实施方式的陆地定位系统的细节的框图。
[0012] 图1B描述了示出可以在其上实现实施方式的陆地定位系统的细节的框图。
[0013] 图1C描述了示出可以在其上实现实施方式的陆地定位系统的细节的框图。
[0014] 图1D描述了示出可以在其上实现实施方式的陆地定位系统的细节的框图。
[0015] 图1E描述了示出可以在其上实现实施方式的陆地定位系统的细节的框图。
[0016] 图2A显示了示出可以在其上实现实施方式的陆地位置/定位系统的某些方面的 框图。
[0017] 图2B显示了示出可以在其上实现实施方式的陆地位置/定位系统的某些方面的 框图。
[0018] 图2C显示了示出可以在其上实现实施方式的陆地位置/定位系统的某些方面的 框图。
[0019] 图2D显示了示出可以在其上实现实施方式的陆地位置/定位系统的某些方面的 框图。
[0020] 图3提供了根据某些方面的详细描述用于使用与参考位置相关联的定时数据来 估计接收机的位置的过程的图示。
[0021] 图4提供了根据某些方面的详细描述用于收集与参考位置相关联的定时数据的 过程的图示。
[0022] 图5显示了示出可以在其上实现实施方式的陆地位置/定位系统的某些方面的框 图。

【具体实施方式】
[0023] 下面描述本发明的各种方面。显而易见的是，此处，所教导的内容可以以多种形式 来体现，并且这里公开的任何具体的结构、功能或者两者仅仅是代表性的。基于这里所教导 的内容，本领域的技术人员应当理解的是，公开的任何方面可以独立于任何其他方面来实 施，并且这些方面中的两个或更多个方面可以以各种方式进行组合。例如，可以使用这里阐 述的任意数目的方面来实施系统，或实现方法。
[0024] 如这里使用的，术语"示例性"意味着作为示例、实例或例证。这里描述为"示例 性"的任何方面和/或实施方式不必须被理解为是超越其他方面和/或实施方式的优选的 或有利的。
[0025] 在以下的描述中，很多具体的细节被引入以提供对描述的系统和方法的全面理解 和使能对该系统和方法的描述。然而，相关领域的技术人员将理解的是，这些实施方式能够 在没有所述具体细节中的一者或多者的情况下被实现，或者使用其他组件、系统等来实现。 在其他实例中，公知的结构或操作未被示出，或者不作具体描述，以避免使公开的实施方式 的方面变得不清楚。
[0026] 综述
[0027] 基于地面的"到达时间"（Τ0Α)定位系统在城市/室内环境中面临的主要挑战之 一是由陆地发射机的低海拔性质引起的严重的无线信号多路径效应。在到达定位接收机之 前，从地面基站传送的无线测距信号可能由单个/多个周围的物体（例如，建筑物和车辆） 反射、衍射和/或散射，并且以一时间延迟到达该接收机，该时间延迟可明显与"视线"信号 不同。发射机与接收机之间的信号的行程时间的测量能够被用作对该信号经过的距离的估 计，但是该距离不总是对发射机与接收机之间的L0S距离的精确反映，因为所述多路径效 应。因此，接收到的信号（包括直接L0S路径和多延迟路径）对接收机取得最早到达的L0S 信号、以及估计其传输时间造成困难。这直接导致测距测量误差，基于该测距测量误差，计 算出的三边测量定位解也是有误的。在极端的情况下，例如，密集的城市峡谷或深的市内位 置，直接L0S信号总体上被发射机与接收机之间的物体减弱，以使其不可能仅通过对接收 到的信号进行研究来获取精确的测距测量。
[0028] 为了处理该问题，可以使用贝叶斯方法，其中，基于信道模型（例如，从发射机到 环境中的各个位置的信号路径特性）获取的对接收机的环境的先验知识被合并到对接收 机的位置解的估计中（例如，其中，最大似然估计法、最大后验概率、最小方差、或用于估计 接收机的位置解的其他方法）。如这里进一步讨论的，该方法的一个实施方式涉及两步定位 精度改进过程，即，（1)测量从陆地发射机传送至假定的接收机位置（即，"参考位置"）的 定时数据（例如，多路径感应的Τ0Α测量、或测量的Τ0Α信号与L0S信号之间的差异），以 及（2)应用测距测量或对应的误差的估计，以改善定位精度。这些方法和其他方法的方面 在下面被进一步详细讨论。
[0029] 本公开文件可以使用各种术语，包括到达时间（Τ0Α)和测距。这两个术语是相关 的，因为"Τ0Α"表示信号的行程时间，而"测距"表示使用Τ0Α和信号速度（例如，光速）计 算的距离。术语"测距测量"通常可以用于指代Τ0Α数据。
[0030] 以下结合附图来描述各种方面、特征和功能。虽然本发明的实施方式的细节可以 变化，并且仍然落在所要求保护的本发明的范围之内，但本领域的技术人员将理解的是，这 里描述的附图不意图提出关于本发明的方面的使用或功能的范围的任何限制。附图及其描 述都不应当被解释为具有与这些附图中示出的组件中的任意一者或组合有关的任何依赖 性或需要。
[0031] 注意的是，相似的数字用于指代共享相似特性的方面。例如，对系统100A至系统 100E进行参考，其中每个系统虽然描述了不同的实施方式，但包括相似的组件。还注意的 是，一个数字可以用于同时指代相似的方面。例如，对系统100的参考可以指代系统100A-E 中的任意一者。
[0032] 图1A示出了可以在其上实现各种实施方式的示例位置/定位系统100A的细节。 定位系统1〇〇(在这里也称为广域定位系统（WAPS)或简称"系统"）可以包括同步的发射机 110 (在这里也称为"信标"）和接收机120 (在这里也简称为"接收机单元"或"用户设备" 或"移动设备"）的网络，所述发射机110典型地为陆地的，所述接收机120被配置成获取和 追踪从发射机110提供的信号，和/或例如由卫星系统（例如，全球定位系统（GPS)和/或 其他基于卫星或陆地的定位系统）提供的其他位置信令。系统100A还可以包括与各种其 他系统（例如，发射机、网络基础设施（例如，因特网、蜂窝网络、广域网或局域网、和/或其 他网络））通信的服务器系统（未示出）。
[0033] 可选地，接收机120可以包括位置计算引擎，该位置计算引擎用于根据从多个发 射机110、经由来自发射机110中的每个的对应的通信链路接收到的信令来确定位置/定位 信息。此外，接收机120还可以被配置成接收和/或发送其他信号，例如，经由来自蜂窝基 站（也称为节点B、eNB或基站）的合适的通信链路的蜂窝网络信号、Wi-Fi网络信号、寻呼 网络信号、或其他有线或无线连接信令、以及经由卫星通信链路（例如，来自GPS或其他卫 星定位系统）的卫星信令。
[0034] 如图1A中示出的，发射机110 (例如，发射机110a-n)可以被设置在各个陆地物体 190 (例如，人造物体（例如，建筑物和车辆）、或自然物体（例如，山丘、植物和如水之类的 反射表面））之中。
[0035] 注意力现在转到图1B，该图1B描绘了系统100B，通过与系统100A (图1A的）进行 比较，该系统100B还包括设置在各个发射机110和陆地物体190之间的远程计算设备（例 如，接收机120)。如之前指示的，在某些情形下，确定接收机120的位置通常是期望的，或者 甚至是需要的。然而，在具有布设在接收机120与发射机110之间的许多物体190的密集 的城市环境中，位置固定可能执行起来比较困难或效果不好。
[0036] 在城市环境中，如在系统100B中描绘的，信号的行程时间受制于"多路径"延迟， 其中，信号不遵循发射机110与接收机120之间的直线路径，而是周游各个物体190,典型地 通过这些物体的反射。例如，从发射机ll〇a到接收机120的信号可以遵循通路113a，该通 路113a周游物体（例如，物体190a，其阻挡发射机110a与接收机120之间的"视线"通路 111a)。通过比较，从发射机110b至接收机120之间的信号通路113b是无阻碍的，以及从 发射机ll〇c至接收机120的信号通路113c在多个障碍物之间传播。
[0037] 与通路111a和113a相关联的行程时间之间的差异例如通常被称为多路径延迟。 该多路径延迟能够在使用信号行程时间来估计接收机120的位置时导致误差。当来自多个 发射机110的信号是多路径信号（例如，由信号通路113a和113c示出的）时，确定接收机 120的位置变得更难。例如，示出了与接收机120对应的初始位置估计12Π 。如所示出的， 该初始位置估计121i具有不同于该接收机120实际所在位置的位置坐标的位置坐标。如 下面将进一步阐明的，可以使用这里公开的各种技术来确定更好的位置估计，包括使用空 间分布式参考位置，其中，与发射机110相关联的定时数据（例如，到达时间测量）是已知 的，或者被估计。
[0038] 注意力现在转到图1C，该图1C描绘了系统100C，通过比较图1A的系统100A，该系 统100C还指定参考位置180 (参考位置180a-n)，该参考位置180被分布在物体190与发射 机110之间的特定坐标处，例如，在纬度、经度和/或高度方面。例如，参考位置180c与发 射机ll〇a-c分离对应的视线距离115a_c，该视线距离115a_c能够使用发射机110a-c的已 知坐标和位置180c的已知坐标来测量。下面参考图1D以及在该公开文件中的别处进一步 描述参考位置180的附加特征。
[0039] 本领域的技术人员将理解的是，参考位置可以被均匀分布在相当紧密的网格（例 如，如图5示出）上，或者可以被非均匀分布（例如，其中，物体190不准许均匀网格化，或 者其中，不位于均匀网格上的点处的特定参考位置更通常地由接收机占据）。在至少一些情 况下，参考位置被选择，以使在对接收机的位置的估计期间，至少一个参考位置接近于该接 收机，否则，对应于参考位置的多路径误差将不用于多数定位。
[0040] 注意力现在转到图1D，该图1D示出了从对应的发射机110a-c到参考位置180c的 信号通路114a_c。临时或永久接收机（未示出）可以被配置在参考位置180c处，以测量 来自对应的接收机llOa-c的各个信号的到达时间（T0A)。可替换地，这种到达时间可以使 用传播模型以及地理区域内的建筑物和其他障碍物的数据库来预测。T0A测量可以用于在 信号通路114a-c中的各个信号在它们到达参考路径180c的途上在各个物体190周围传播 时，确定该信号通路114a-c的长度。T0A测量可以被记录在数据源（未示出）中，该数据 源对于接收机120是可接入的。其他类型的定时数据可以被计算和记录。例如，多路径延 迟误差可以通过采用视线距离115a_c和与信号通路114a_c相关联的距离之间的差异来计 算。如所示出的，信号通路114a等于视线距离115a，因此，与发射机110a和参考位置180c 相关联的多路径延迟误差将为零。
[0041] 关于发射机ll〇a-n中的每个的类似的定时数据可以针对参考位置180a-n中的每 个被存储。所得到的T0A测量和对应的多路径延迟误差可以被存储在数据源（未示出）中， 该数据源至少在之后的时间可由一个或多个处理组件（未示出，但潜在地包括接收机120 处的一个或多个处理组件，或与接收机120无线通信的远程服务器）接入。
[0042] 例如，图1E描绘了系统100E，该系统100E有效地将系统100B和100C合并。
[0043] 注意力现在转到图2A，该图2A示出了由从初始估计121i起的感兴趣的距离275 定义的感兴趣的参考周边271。尽管未示出，感兴趣的参考周边271可以具有任何数量的形 状。
[0044] 感兴趣的参考周边271的一个用途可以是用于识别感兴趣的参考位置，以供在计 算其他（以及潜在地改善）位置估计时使用。如所示出的，参考位置180a_c位于从初始估 计121i起的感兴趣的距离275内，而其他参考位置180d-n落到感兴趣的参考周边271的 外面。如这里进一步详细讨论的，落入感兴趣的参考周边271内的参考位置可以取决于它 们与接收机120的接近度、基于初始估计121i来选择。
[0045] 具有初始估计121i的接收机120 了解其处于多路径环境，并且希望使用临近参考 位置180来改善该估计120i。为了这样做，接收机120使用来自这些参考位置180中的每 个的数据、以及其测量的TOA数据来形成一系列假设检验，以精炼其位置定位估计。例如， 接收机可以假设特定的临近参考位置180包括合适的测距误差校正（或其他定时数据调 整）。向测量的T0A数据应用这些校正导致新位置估计221，其质量可以通过各种方式（例 如，使用后面讨论的"测距残差"）来评估。可以针对接收机120的周边271中的参考位置 180中的每个参考位置来作出该假设检验。
[0046] 注意力现在转到图2B，该图2B示出了与参考位置180a-c相关联的其他位置估计 221a_c的计算。如在这里进一步详细讨论的，三个不同的位置估计221a_c可以基于与从 发射机ll〇a-c到接收机120的信号通路113a-c相关联的Τ0Α测量、以及对应于参考位置 180a-c的定时数据。例如，上面结合图1D所提到的多路径延迟误差可以用于调整在接收机 120取得的Τ0Α测量，并且调整的Τ0Α测量可以用于计算位置估计221a-c。这些估计的质 量可以被评估（例如，使用测距残差），以确定哪个是超越初始位置估计的改进（如果有的 话）。
[0047] 注意力现在转到图2C，该图2C示出了用于过滤位置估计221a_c以确定位置估计 221a_c之中的哪个位置估计是最准确的方法。如所示出的，参考位置a-c与初始估计12Π 之间的距离281a_c可以被确定。参考位置a-c与位置估计221a_c之间的其他距离282a_c 也可以被确定。此外，这些位置估计221通过将对应于参考位置180的定时数据与测量的 Τ0Α合并来得出。过滤可以基于距离281和/或282的各种使用来被应用。通常情况下，如 果特定的参考位置180具有针对接收机120的适用定时数据，则与该参考位置180相关联 的校正应当将初始位置估计12Π 朝向该参考位置180移动。
[0048] 例如，与参考位置180c相关联的位置估计221c可以被视为无效，因为距离282c 超过距离281c，或者超过一些距离阈值量。接近位置估计121 i与221c之间的比较的另一 方法是注意，位置估计221c进一步远离参考位置180,以及新位置估计不将接收机120的初 始位置估计121i靠近参考位置180c移动。
[0049] 通过比较，位置估计221a可以被视为无效，因为距离282a小于距离281a，或者不 超过一些距离阈值量。另一方式是考虑位置估计221a(作为新位置估计）是否靠近参考位 置180a移动初始位置估计121i。
[0050] 注意力现在转到图2D，该图2D示出了具有不均匀的边界的感兴趣的参考周边 27Γ。感兴趣的参考周边27Γ的非对称形状可以依赖于各种因素，包括系统200中的多路 径严重性的变化。
[0051] 方法
[0052] 上面已经描述了各种系统特征，包括发射机110和接收机120。下面描述的并且在 附图中描绘的图3提供关于各种系统组件的某些实施的进一步的细节。在描述图3中示出 的过程的同时对图2A-D作出参考。
[0053] 使用定时数据来确定位置
[0054] 图3不出了对用于使用与陆地发射机（例如，发射机110)和参考位置（例如，参 考位置180)相关联的定时数据来计算对远程接收机（例如，接收机120)的位置估计（例 如，位置估计221)的过程进行详细描述的图示。
[0055] 在阶段310,使用从发射机110获取的接收机120的原始测距数据（例如，Τ0Α数 据）来确定对接收机120的初始位置估计121i。在阶段320 (参考图2A)，位于从初始位置 估计121i起的距离275内的参考位置380被识别。相应地,初始位置估计121i可以用于 识别位于初始位置估计121i的特定周边271内的参考位置180,并且因此潜在地临近接收 机120的实际位置。感兴趣的周边271的形状和尺寸可以具有各种形状和尺寸，这些形状 和尺寸具有可定义的边界，包括球体或其他三维形状。在多路径严重性在系统200内变化 时，这些形状可以变化。例如，如图2D中示出的，感兴趣的周边27Γ的边界可以从图2A的 感兴趣的周边271的边界变化，其中，多路径严重性在系统200D内变化。
[0056] 在阶段330,与参考位置380相关联的定时数据可以被识别。例如，这种定时数据 可以包括与由发射机110传送的信号相关联的、且在参考位置180处测量的Τ0Α测量，或基 于该参考位置180处的Τ0Α测量的多路径延迟校正，以及发射机110与参考位置180之间 的对应的视线距离。
[0057] 在阶段340 (参考图2B)，对接收机120的位置估计221可以基于在接收机120处 的Τ0Α测量和与参考位置180相关联的定时数据来确定。例如，位置估计221可以基于通 过与在参考位置180处测量的针对特定发射机110的多路径延迟误差相关联的多路径延迟 校正，对在接收机120处接收的Τ0Α测量进行调整。所得到的调整的Τ0Α测量之后可以用 于计算位置估计221。
[0058] 阶段320到350可以针对其他参考位置380重复进行。
[0059] 在阶段350,迭代过程之后可以用于确定与各个参考位置180η相关联的哪个定时 数据最接近应用于原始测距测量的定时数据，以精炼接收机120的定位结果--即，针对每 个参考位置180的定时数据用于确定哪个参考位置180最接近于接收机120的真实位置。 例如，来自位置估计221和121i的最优位置估计可以通过使用每个位置估计以及相关联的 校正的Τ0Α数据进行计算、并且针对所有估计的集合的这些计算的结果可以被比较以选择 最优位置估计，来针对每个位置估计被确定。特别地，测距残差可以针对与每个参考位置 180相关联的位置估计来获取，并且导致最小测距残差的估计可以被选为最优位置估计。
[0060] 在阶段360 (参考图2C)，所得到的位置估计221可以以与图2C中描绘的以及在 这里的其他地方描述的方式相似的方式来被过滤。主要地，参考位置180与各个位置估计 221之间的距离282可以基于预定义的条件（例如，不超过最大距离；具有一些和初始位置 估计120i或参考位置180与初始位置估计120i之间的距离281有关的关系特性）来被评 估。相应地，在阶段360中的过滤可以用于选择最优位置估计，其中，阶段350将选择不准 确的位置估计221或相关联的定时数据。
[0061] 在一个特定的实施方式中，称为定位收敛性度量（PCM)的量化参数可以用于描述 在使用特定定时数据之前和之后（例如，在应用多路径延迟误差校正之前或之后）的三边 测量定位结果变化趋势。PCM可以针对参考位置180中的每个来被计算，该参考位置180落 入感兴趣的周边271。在PCM计算时，从初始位置估计到参考位置180的距离281可以被确 定，并且之后与计算的从更新的位置估计221到参考位置180的距离282进行比较。如果 距离281大而距离282明显变小，PCM是大的，并且针对该参考位置180的定时数据可以被 视为是有效且合适的。否则，与参考位置180相关联的定时数据可以被视为是无效的，并因 此不被应用。图2C示出了用于过滤针对参考位置180的定时数据的PCM方式的一种实施。
[0062] 阶段320到340和360可以针对其他参考位置380重复进行。
[0063] 定时数据用于确定位置的替换使用
[0064] 在接收机120取得的Τ0Α测量可以用于确定与接收机120相关联的时间偏移，该 时间偏移可以用于调整之前在参考位置180测量的Τ0Α测量。那些调整的Τ0Α测量之后可 以用于计算位置估计221a-c。另一方式可以涉及选择在接收机120处取得的优选的Τ0Α测 量，并且之后计算该Τ0Α测量与在接收机120处取得的剩余Τ0Α测量之间的差异。类似的 差异可以针对在每个参考位置处的Τ0Α测量来计算，并且之后和与在接收机120处取得的 Τ0Α测量相关联的差异进行比较。这些和其他方式在下面被更详细地描述。
[0065] 替换的方法被考虑与那些上面参考图3描述的进行比较。例如，非迭代方法可以 比较在特定参考位置180处的定时数据和来自接收机120的Τ0Α测量。为了比较定时数据 和Τ0Α测量，与接收机120的未知接收机时间相关联的多余参数（例如，时间偏移）可能需 要被解决。解决时间偏移可以使用各种技术来完成。
[0066] 例如，对时间偏移的最大似然估计可以基于以下中的任意或所有来针对每个参考 位置进行计算：发射机的传输时间、在接收机120处的Τ0Α测量、以及与参考位置相关联的 定时数据。之后，Τ0Α测量可以用该估计的偏移进行修改，以有效地将它们从估计的伪距变 化到估计的真实测距。这些估计的真实测距之后可以基于之前在参考位置180处测量的 Τ0Α测量来与参考位置180处的期望的Τ0Α测量进行比较。度量（例如，L1范数或L2范 数）之后可以用于对在接收机120处的Τ0Α测量与在参考位置180处的期望的Τ0Α测量之 间的差异进行量化。类似的过程可以针对其他参考位置180重复进行，并且度量的结果可 以被比较以选择与特定参考位置180相关联的最优定时数据。例如，针对参考位置180的 对应于与度量相关联的最小值的结果可以被选为最优位置估计。本领域的技术人员将理解 的是，不同的时间偏移计算可以针对每个参考位置来作出。
[0067] 可替换地，由接收机120接收到的Τ0Α测量中的一者可以从其他Τ0Α测量之中被 选为"最强"测距测量。所选择的Τ0Α测量之后可以被从剩余的Τ0Α测量中的每个中减去， 从而产生消除来自接收机120的公共时间偏移的时间差集合。这些时间差中的每个之后可 以与在每个参考位置180处的对应的时间差集合进行比较。度量（例如，L1范数或L2范 数）之后可以用于对该比较进行量化，并且产生优选结果的参考位置180可以被选为最优 位置估计。
[0068] 上述方法中的每个还可以包括梯度型算法，该算法可以用于在针对每个参考位置 的测距测量误差在小地理距离上相对恒定时进一步精炼位置估计。
[0069] 收集定时数据
[0070] 参考图1C-D，注意力现在转到图4,该图4描绘了具有用于收集与陆地发射机（例 如，发射机110)和参考位置（例如，参考位置180)相关联的定时数据的步骤的方法400， 该定时数据可以用于计算对远程接收机（例如，接收机120)的位置估计（例如，位置估计 221)。
[0071] 在阶段410和420,每个发射机110和参考位置180的坐标被确定。该坐标可以根 据之前映射的数据来得出，或者可以使用位置定位技术（例如，GPS和其他）来确定。
[0072] 在阶段430,每个发射机110与参考位置180之间的"视线"(L0S)距离被确定。例 如，图1B的距离111a和距离115a-c中的每个描绘L0S距离。
[0073] 在阶段440,和每个发射机110与参考位置180之间的信号通路相关联的定时数 据被估计。用于估计的信号通路长度的一种方式涉及采用在参考位置180处的Τ0Α测量。 另一方式涉及使用三维映射技术，该技术利用地理数据库来确定从每个发射机110到物体 190周围的参考位置180的最短路径。阶段440能够通过在每个参考位置180处收集来自 每个发射机110的信号传播/测距测量数据（例如，TOA数据）、并且（可选地）将与测量 的TOA相关联的距离与LOS距离进行比较来实现。如果这种测量不可能，阶段440可以通 过使用系统100中的物体190的三维模型预测测距测量数据来实现。这种物体190可以被 认为是障碍物，无线信号只能周游该障碍物，但不能通过。因此，通过将无线测距信号视为 移动粒子，阶段440的某些实施方式可以估计无线测距信号的传输路径，该信号在复杂的 城市区域中的发射机和参考位置对之间传播。绕开其到参考位置180的途中所有中间物体 190 (例如，建筑物、山丘）的最短可能路径可以被确定。
[0074] 在阶段450,可以通过比较Τ0Α测量与L0S距离来估计多路径延迟误差。例如，在 阶段440中确定的信号的行程距离可以被与L0S信号的期望行程距离（在阶段430中确定 的）进行比较，并且该差异可以用于确定针对每个信号从每个发射机110到每个参考位置 180的多路径延迟误差。
[0075] 阶段420到450可以针对其他参考位置180重复进行，所述其他参考位置180优 选地临近地均匀分布在系统1000上。然而，实际中，该分布有可能是非均匀的。参考位置 180的间距可以取决于各个因素，包括系统100中的测距测量或误差变化率，以及物体的位 置（例如，其中，参考位置180可以位于高建筑物的所有四面）。来自阶段440、450和/或 460的结果可以存储在数据源中，以供之后由远程接收机120接入。
[0076] 附加的方面
[0077] 对应于参考位置的定时数据的数据源
[0078] 特定方面应用于城市环境中的个人移动手机。根据一些实施方式，与物体190 (例 如，建筑物）有关的三维模型数据或规定在参考位置处的测距测量的测量数据可以在陆地 定位系统（包括发射机110)的任意部署之前来获取。然而，存储的模型或测量数据可以在 连续的基础上被更新，或者在系统100或200存在一些变化时被更新（例如，物体190的移 除或引入；发射机110的移除或引入）。
[0079] 模型或测量数据的存储器可以位于可由接收机120接入的服务器，或者位于接收 机120的本地数据源。对数据源的接入可以通过发射机110的陆地网络或局域网（例如， 通过各种中间计算设备（例如，路由器、其他接收机120或其他设备）的Wi-Fi、蓝牙或其他 无线网络）来实现。
[0080] 根据各个方面，模型或测量数据可以包括针对每个参考位置180的位置坐标（例 如，纬度、精度和高度），并且还可以包括针对发射机ll〇a到发射机110η的对应的定时数 据。针对每个发射机ll〇a-n的位置坐标也可以被存储，或者每个发射机110a-n与每个参 考位置180之间的L0S距离可以被存储。
[0081] 进一步预期的是，定时数据可以随时间从其他接收机收集。
[0082] 用于确定最优位置估计的示例计算
[0083] 在至少一个实施方式中，从多个位置估计中进行最优位置估计的选择可以使用以 下目标函数或其变形来完成：
[0084]

【权利要求】
1. 一种系统，该系统被配置成基于从一个或多个发射机传送至远程接收机的初始定时 数据、并且还基于与所述一个或多个发射机和对应于所述远程接收机的参考区域内的一个 或多个参考位置相关联的其他定时数据来确定对远程接收机的位置定位估计，该系统包括 一个或多个处理组件，该组件可操作用于： 识别从一个或多个发射机传送至远程接收机的初始定时数据； 识别与所述一个或多个发射机相关联并且还与第一参考位置相关联的第一定时数据； 以及 基于与所述第一参考位置相关联的所述第一定时数据来确定对所述远程接收机的第 一位置估计。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 基于所述初始定时数据确定对所述远程接收机的初始位置估计，其中，所述第一参考 位置位于所述初始位置估计的预定义的距离内；以及 基于所述初始定时数据和与所述第一参考位置相关联的所述第一定时数据来确定对 所述远程接收机的所述第一位置估计，其中，所述第一定时数据包括与所述一个或多个发 射机相关联并且还与所述第一参考位置相关联的一个或多个时间校正。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，通过使用所述一个或多个时间校正调整一个或 多个到达时间测量来确定所述第一位置估计。
4. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 确定所述第一位置估计与所述第一参考位置的位置之间的第一距离；以及 使用所述第一距离来确定所述初始位置估计是否是优于所述第一位置估计的对所述 远程接收机的位置的估计。
5. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 基于从对应的第一发射机和第二发射机传送到所述远程接收机的第一到达时间测量 和第二到达时间测量，来确定所述初始位置估计； 识别与所述对应的第一发射机和第二发射机相关联并且还与所述第一参考位置相关 联的第一时间校正和第二时间校正；以及 基于所述第一到达时间测量和第二到达时间测量、以及所述第一时间校正和第二时间 校正，来确定所述第一位置估计。
6. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 识别与所述一个或多个发射机相关联并且还与所述初始位置估计的所述预定义的距 离内的第二参考位置相关联的一个或多个时间校正的另一集合；以及 基于所述一个或多个到达时间测量、以及与所述第二参考位置相关联的一个或多个时 间校正的所述另一集合，来确定对所述远程接收机的第二位置估计。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 在对应于目标函数对所述第一位置估计的第一应用的第一结果优于对应于所述目标 函数对其他位置估计的其他应用的其他结果时，确定所述第一位置估计是优于所述其他位 置估计的位置估计。
8. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或多个时间校正对应于从所述一个或 多个发射机到所述第一参考位置的一个或多个信号通路，该信号通路围绕被设置在所述一 个或多个发射机中的每个与所述第一参考位置之间的一个或多个物体延伸。
9. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 确定所述第一参考位置的位置； 确定来自所述一个或多个发射机的第一发射机的位置； 确定所述第一参考位置与所述第一发射机之间的第一视线距离； 估计所述第一发射机与所述第一参考位置之间的第一信号通路的第一长度； 比较所述第一视线距离与所述第一长度； 基于所述第一视线距离与所述第一长度之间的所述比较，估计所述一个或多个时间校 正中的第一时间校正；以及 引发所述第一时间校正被存储在数据源中。
10. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 在所述第一距离超过距离阈值量时，确定所述初始位置估计是优于所述第一位置估计 的对所述远程接收机的位置的估计。
11. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一结果基于第一距离与第二距离之间的 第一加权差异，所述第一距离为所述第一位置估计与第一发射机的位置之间的距离，所述 第二距离基于所述第一到达时间测量。
12. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述目标函数的所述第一应用使用所述第一位 置估计和所述一个或多个发射机的一个或多个位置来计算与所述第一位置估计和所述一 个或多个发射机的一个或多个位置之间的一个或多个距离有关的一个或多个值，并且之后 比较所计算出的一个或多个值与和所述一个或多个到达时间测量相关联的一个或多个其 他值。
13. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一长度基于从所述第一发射机到所述第 一参考位置的第一测距测量来被估计。
14. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一长度基于临近于所述第一发射机或所 述第一参考位置的物体的第一参考模型来被估计。
15. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一测距测量调整基于所述第一视线距离 与所述第一长度之间的差异。
16. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 识别与所述一个或多个发射机相关联并且还与第二参考位置相关联的第二定时数据； 以及 基于与所述第二参考位置相关联的所述第二定时数据，来确定对所述远程接收机的第 二位置估计。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 通过调整所述初始定时数据来解决与所述远程接收机相关联的时间偏移，来产生调整 的初始定时数据； 执行所述调整的初始定时数据与所述第一定时数据的第一比较； 执行所述调整的初始定时数据与所述第二定时数据的第二比较；以及 基于所述第一比较和所述第二比较，确定所述第一位置估计和所述第二位置估计中的 哪个是对所述远程接收机的更好的位置估计。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述调整的初始定时数据包括对应于所述第 一参考位置的第一调整的初始定时数据和对应于所述第二参考位置的第二调整的初始定 时数据，其中，使用所述第一调整的初始定时数据来执行所述第一比较，并且其中，使用所 述第二调整的初始定时数据来执行所述第二比较。
19. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 通过调整所述初始定时数据来解决与所述远程接收机相关联的时间偏移，来产生调整 的初始定时数据； 对所述调整的初始定时数据与所述第一定时数据之间的第一差异进行量化； 对所述调整的初始定时数据与所述第二定时数据之间的第二差异进行量化；以及 基于所述第一差异与所述第二差异的比较，确定所述第一位置估计和所述第二位置估 计中的哪个是对所述远程接收机的更好的位置估计。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述调整的初始定时数据包括对应于所述第 一参考位置的第一调整的初始定时数据和对应于所述第二参考位置的第二调整的初始定 时数据，其中，使用所述第一调整的初始定时数据来量化所述第一差异，并且其中，使用所 述第二调整的初始定时数据来量化所述第二差异。
21. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 从所述初始定时数据中选择第一初始定时测量； 通过基于所述第一初始定时测量调整其他初始定时测量来解决与所述远程接收机相 关联的时间偏移，来产生调整的初始定时数据； 执行所述调整的初始定时数据与所述第一定时数据的第一比较； 执行所述调整的初始定时数据与所述第二定时数据的第二比较；以及 基于所述第一比较和所述第二比较，确定所述第一位置估计和所述第二位置估计中的 哪个是对所述远程接收机的更好的位置估计。
22. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述一个或多个处理组件还可操作用于： 从所述初始定时数据中选择第一初始定时测量； 通过基于所述第一初始定时测量调整其他初始定时测量来解决与所述远程接收机相 关联的时间偏移，来产生调整的初始定时数据； 对所述调整的初始定时数据与所述第一定时数据之间的第一差异进行量化； 对所述调整的初始定时数据与所述第二定时数据之间的第二差异进行量化；以及 基于所述第一差异与所述第二差异的比较，确定所述第一位置估计和所述第二位置估 计中的哪个是对所述远程接收机的更好的位置估计。
23. -种用于基于从一个或多个发射机传送至远程接收机的初始定时数据、并且还基 于与所述一个或多个发射机和对应于所述远程接收机的参考区域内的一个或多个参考位 置相关联的其他定时数据来确定对远程接收机的位置定位估计的方法，该方法包括以下步 骤，其中，至少一个步骤由处理组件执行： 基于从一个或多个发射机传送到所述远程接收机的一个或多个到达时间测量，来确定 对远程接收机的初始位置估计； 识别与所述一个或多个发射机相关联并且还与所述初始位置估计的预定义的距离内 的第一参考位置相关联的第一定时数据；以及 基于所述一个或多个到达时间测量和与所述第一参考位置相关联的所述第一定时数 据来确定对所述远程接收机的第一位置估计。
24. 根据权利要求23所述的方法，该方法还包括以下步骤： 基于所述初始定时数据确定对所述远程接收机的初始位置估计，其中，所述第一参考 位置位于所述初始位置估计的预定义的距离内；以及 基于所述初始定时数据和与所述第一参考位置相关联的所述第一定时数据来确定对 所述远程接收机的所述第一位置估计，其中，所述第一定时数据包括与所述一个或多个发 射机相关联并且还与所述第一参考位置相关联的一个或多个时间校正。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一定时数据包括与所述一个或多个发 射机相关联并且还与所述第一参考位置相关联的一个或多个时间校正，所述方法还包括以 下步骤： 基于从对应的第一发射机和第二发射机传送到所述远程接收机的第一到达时间测量 和第二到达时间测量，来确定所述初始位置估计； 识别与所述对应的第一发射机和第二发射机相关联并且还与所述第一参考位置相关 联的第一时间校正和第二时间校正； 基于所述第一到达时间测量和第二到达时间测量、以及所述第一时间校正和第二时间 校正，来确定所述第一位置估计； 识别与所述对应的第一发射机和第二发射机相关联并且还与所述初始位置估计的所 述预定义的距离内的第二参考位置相关联的另一时间校正集合； 基于所述第一到达时间测量和第二到达时间测量、以及与所述第二参考位置相关联的 一个或多个时间校正的所述另一集合，来确定对所述远程接收机的第二位置估计；以及 在对应于目标函数对所述第一位置估计的第一应用的第一结果优于所述目标函数对 所述第二位置估计的第二应用时，确定所述第一位置估计是优于所述第二位置估计的位置 估计。
26. 根据权利要求23所述的方法，该方法包括以下步骤： 确定所述第一参考位置的位置； 确定来自所述一个或多个发射机的第一发射机的位置； 确定所述第一参考位置与所述第一发射机之间的第一视线距离； 估计所述第一发射机与所述第一参考位置之间的第一信号通路的第一长度； 比较所述第一视线距离与所述第一长度； 基于所述第一视线距离与所述第一长度之间的所述比较，估计所述一个或多个时间校 正中的第一时间校正；以及 引发所述第一时间校正被存储在数据源中。
27. 根据权利要求23所述的方法，该方法包括以下步骤： 识别与所述一个或多个发射机相关联并且还与第二参考位置相关联的第二定时数 据； 基于与所述第二参考位置相关联的所述第二定时数据，来确定对所述远程接收机的第 二位置估计； 通过根据所述初始定时数据的第一测量调整所述初始定时数据的多个测量来解决对 应于所述初始定时数据的所述多个测量的时间偏移，来产生调整的初始定时数据； 执行所述调整的初始定时数据与所述第一定时数据的第一比较； 执行所述调整的初始定时数据与所述第二定时数据的第二比较；以及 基于所述第一比较和所述第二比较，确定所述第一位置估计和所述第二位置估计中的 哪个是对所述远程接收机的更好的位置估计。
28.根据权利要求23所述的方法，该方法包括以下步骤： 识别与所述一个或多个发射机相关联并且还与第二参考位置相关联的第二定时数 据； 基于与所述第二参考位置相关联的所述第二定时数据，来确定对所述远程接收机的第 二位置估计； 通过根据所述初始定时数据的第一测量调整所述初始定时数据的多个测量来解决对 应于所述初始定时数据的所述多个测量的时间偏移，来产生调整的初始定时数据； 对所述调整的初始定时数据与所述第一定时数据之间的第一差异进行量化； 对所述调整的初始定时数据与所述第二定时数据之间的第二差异进行量化；以及 基于所述第一差异与所述第二差异的比较，确定所述第一位置估计和所述第二位置估 计中的哪个是对所述远程接收机的更好的位置估计。
【文档编号】G01S5/00GK104272131SQ201380020752
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2012年4月17日
【发明者】安德鲁·森多纳里斯, 唐浩辰, 诺曼·克拉斯纳 申请人:耐克斯特纳威公司