專利名稱：用于定位的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于借助于多個(gè)基站對(duì)移動(dòng)站進(jìn)行定位的一種方法、一種裝置和一種應(yīng)用。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)已知了用于借助于多個(gè)第二站對(duì)第一站進(jìn)行定位的方法，該方法對(duì)無線地在站之間傳輸?shù)男盘?hào)的傳播時(shí)間進(jìn)行測量。在不限制普遍性的情況下，接下來按照具體情況將第一站稱為移動(dòng)站，將第二站稱為基站或“訪問點(diǎn)(Access Point)”。在用于定位的已知的方法中利用了信號(hào)的傳播時(shí)間與站間距離的比例。該比例包括比例系數(shù)，該系數(shù)非常近似地符合于真空中光速的值。 基于該比例系數(shù)的大小，要求極其準(zhǔn)確地確定信號(hào)傳播時(shí)間。例如在信號(hào)傳播時(shí)間或信號(hào)傳播時(shí)間差值的確定中僅僅一微秒的誤差就可導(dǎo)致在距離計(jì)算中的300m的誤差。一種已知的用于確定到達(dá)的時(shí)間差的方法在學(xué)術(shù)界被稱為“到達(dá)時(shí)差(T imeDefference of Arrival)”并且在下面簡稱為TDoA,提出了一種對(duì)一個(gè)發(fā)送站和多個(gè)接收站的應(yīng)用。所有站在時(shí)間上這樣同步，即傳輸?shù)男盘?hào)的傳播時(shí)間可以根據(jù)時(shí)間差得以確定和測量。由發(fā)送站發(fā)出的信號(hào)也是被應(yīng)用于對(duì)所有距離進(jìn)行測量的同一信號(hào)。另一種已知的方法在學(xué)術(shù)界也被稱為“飛行往返時(shí)間(Round-Trip-Time ofFlight)”并且在下面簡稱為RTT，根據(jù)下面所提及的方法提出了一個(gè)前進(jìn)信號(hào)和一個(gè)返回信號(hào)。根據(jù)該方法由第二站發(fā)送前進(jìn)信號(hào)給第一站。在第一站接收到前進(jìn)信號(hào)后，第一站利用返回信號(hào)應(yīng)答給第二站。第二站測量在前進(jìn)信號(hào)的發(fā)送時(shí)刻與返回信號(hào)到達(dá)的時(shí)刻之間的時(shí)間差并且由此確定傳播時(shí)間。在確定傳播時(shí)間時(shí)要附加地考慮在第一站里的內(nèi)部的處理延遲。因?yàn)橥讲皇潜匦璧?，因此系統(tǒng)的復(fù)雜程度以更有利的方式被降低。RTT方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)第一站的明確的測量或與該第一站的共同工作不是必需的。為了確定信號(hào)傳播時(shí)間，即通常地通過使用已知的通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包被對(duì)方自動(dòng)地回復(fù)。例如根據(jù)基于IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)的已知的協(xié)議WLAN(無線局域網(wǎng)(Wireless Local AreaNetwork))應(yīng)用了 IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)的固有的性質(zhì)，即每個(gè)數(shù)據(jù)包由接收者直接通過確定的數(shù)據(jù)包(確認(rèn)收到(Acknowledge))簽收。以相似的方式，可替換的通信協(xié)議也支持這樣的簽收，例如無線通信協(xié)議如ZigBee、Bluetooth、UMTS (通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(Universal MobileTelecommunicationsSystem)), GSM (全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System forMobile Communications)), WiMAX(全球微波互聯(lián)接入(Worldwidelnteroperability for Microwave Access))等等。為了確定傳播時(shí)間，測量前進(jìn)信號(hào)和返回信號(hào)之間的持續(xù)時(shí)間，并且通過這個(gè)持續(xù)時(shí)間確定在初始化的(initiierenden)站、例如基站與移動(dòng)站、例如PDA (掌上電腦(Personal Digital Assistant))之間的距離。通過這樣確定的傳播時(shí)間得出移動(dòng)站到基站間的距離。
為了確定移動(dòng)站的位置，必須按照幾何原理實(shí)施所述的方法，例如三邊測量至少三個(gè)基站。由相應(yīng)的傳播時(shí)間確定移動(dòng)站到相應(yīng)的基站間的距離。借助于相應(yīng)的基站的作為已知的預(yù)先假定的位置坐標(biāo)進(jìn)行基于三邊測量的移動(dòng)站定位。通過另一種傳統(tǒng)的混合型方法，可以利用TDoA的優(yōu)點(diǎn)并且可以避免RTT應(yīng)用的缺點(diǎn)，根據(jù)該混合型方法，利用了無線電頻道的性質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，這由此實(shí)現(xiàn)，僅僅一個(gè)基站直接與移動(dòng)站進(jìn)行通信，其中，另外的位于有效距離內(nèi)的基站“傾聽(zuh0ren)”該通信。該混合型方法在下面也稱為RTTDoA方法(“到達(dá)往返時(shí)間差(Round Trip Time DifferenceofArrival )，，)。一種以RTTDoA方法為指向的專利申請(qǐng)?jiān)?008年7月11日由申請(qǐng)人使用標(biāo)題“用于定位的方法和裝置”以申請(qǐng)?zhí)柎a102008032749. 2在德國專利-和商標(biāo)局備案。上述的RTTDoA方法雖然具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即必需的測量的總量相對(duì)于前述的方法可以大大減少。然而另一方面這種方法也具有缺點(diǎn)，即為了確定環(huán)境以及移動(dòng)站的位置 需要數(shù)學(xué)方面的高成本。此外需要知曉基站的位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，借助于多個(gè)的基站這樣確定移動(dòng)站的位置，即可以在很大程度上停止進(jìn)行對(duì)周圍環(huán)境的高成本的數(shù)學(xué)建模。該目的可以通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的方法、根據(jù)從屬權(quán)利要求的裝置以及根據(jù)從屬權(quán)利要求的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的、用于借助于多個(gè)基站對(duì)站進(jìn)行定位的方法包括發(fā)送信號(hào)；在至少一個(gè)基站處接收信號(hào)并且在接收信號(hào)后通過發(fā)送確認(rèn)信號(hào)對(duì)信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)。該方法還設(shè)計(jì)為，在多個(gè)基站中的至少一個(gè)基站處接收確認(rèn)信號(hào)，以及檢測相應(yīng)的在接收信號(hào)與接收確認(rèn)信號(hào)之間的、在多個(gè)基站中的至少一個(gè)基站處的流逝的持續(xù)時(shí)間。隨后，由相應(yīng)的檢測的持續(xù)時(shí)間形成檢測的持續(xù)時(shí)間值的組?；谠摻M檢測的持續(xù)時(shí)間值，在該檢測的持續(xù)時(shí)間值的組與至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值之間進(jìn)行模型匹配(Musterabgleich)，其中，該至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值對(duì)應(yīng)于站的事先確定的位置。根據(jù)本發(fā)明的方法也就提出了一種RTTDoA方法，在其中根據(jù)檢測的持續(xù)時(shí)間值形成一個(gè)組、例如一個(gè)矢量。由檢測的持續(xù)時(shí)間值形成的該矢量借助于模型匹配與存儲(chǔ)的矢量進(jìn)行比較并根據(jù)該模型匹配確定站的位置。該存儲(chǔ)的矢量、也就是說由存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值形成的矢量對(duì)應(yīng)于站的分別事先確定的位置，其中，多個(gè)位置和其所屬的、由持續(xù)時(shí)間值形成的矢量在學(xué)習(xí)階段(Anlernphase)的范疇中被確定，并且由持續(xù)時(shí)間值形成的確定的矢量與其相應(yīng)的位置被
一起存儲(chǔ)。建議的解決方案使用無線通信系統(tǒng)的技術(shù)的已知條件，這由此實(shí)現(xiàn)，即僅僅一個(gè)基站直接與移動(dòng)站通信，其中，只要其它的基站在有效距離內(nèi)，這些基站就“傾聽(Ziihoren )，，這個(gè)通信。確認(rèn)信號(hào)被看作信號(hào)接收裝置的反應(yīng)。該確認(rèn)信號(hào)因而不是必需地指向信號(hào)的初始的發(fā)送裝置。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)，即為了確定移動(dòng)站的位置不必使用高成本的數(shù)學(xué)方法，也就是說不必特別地進(jìn)行三邊測量以及與該三邊測量相關(guān)聯(lián)的線性計(jì)算。換而言之根據(jù)本發(fā)明使用模型比較的方法，這些方法在模型確定單元的計(jì)算能力方面提出顯著更低的要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，即不需要知曉位置、也就是說分別所使用的基站的位置坐標(biāo)，該位置到目前為止形成了借助于三邊測量進(jìn)行定位的基礎(chǔ)。根據(jù)本發(fā)明僅僅在可能的學(xué)習(xí)階段中需要確定在移動(dòng)站與多個(gè)基站之間的通信中的持續(xù)時(shí)間值的一些矢量，其中，持續(xù)時(shí)間值的每個(gè)矢量必須在調(diào)查持續(xù)時(shí)間值的相應(yīng)的矢量的時(shí)刻對(duì)應(yīng)于站的位置。其它的有利的設(shè)計(jì)方案與從屬權(quán)利要求相關(guān)聯(lián)地要求保護(hù)權(quán)利。根據(jù)本發(fā)明的方法的第一可替換的實(shí)施方式設(shè)計(jì)為，通過初始化的基站發(fā)送信號(hào)。在站處以及在至少另一個(gè)基站處接收該信號(hào)。在接收該信號(hào)后由站通過發(fā)送確認(rèn)信號(hào) 來確認(rèn)該信號(hào)。此外該方法設(shè)計(jì)為，在該站處以及在多個(gè)基站中的至少一個(gè)基站處接收該確認(rèn)信號(hào)。按照這個(gè)根據(jù)本發(fā)明的方法的第一可替換的實(shí)施方式也就設(shè)計(jì)為從基站一側(cè)初始化該方法。按照根據(jù)本發(fā)明的方法的第二可替換的實(shí)施方式設(shè)計(jì)為，信號(hào)的發(fā)送通過站或移動(dòng)站進(jìn)行。信號(hào)的接收在基站處實(shí)現(xiàn)，該基站在其它的進(jìn)程中也發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，以及在其它的基站、優(yōu)選是多個(gè)基站中的至少一個(gè)基站處，該基站僅僅“傾聽(zuh0ren)”其它的通信。在接收該信號(hào)后，由之前描述的基站通過發(fā)送確認(rèn)信號(hào)來完成該信號(hào)的確認(rèn)。此外該方法設(shè)計(jì)為，在站處和在多個(gè)基站中的至少一個(gè)基站處接收該確認(rèn)信號(hào)。按照這個(gè)根據(jù)本發(fā)明的方法的第二可替換的實(shí)施方式也就設(shè)計(jì)為，從站一側(cè)初始化該方法。


根據(jù)實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。圖中示出圖I至3示出結(jié)構(gòu)圖，用于示意性地描述根據(jù)本發(fā)明的定位方法的實(shí)施例；圖4至20示出結(jié)構(gòu)圖，用于示意性地描述根據(jù)本發(fā)明的定位方法的過程；圖21示出用于示意性地描述基站的結(jié)構(gòu)圖；圖22示出用于示意性地描述用于對(duì)移動(dòng)站進(jìn)行定位的方法的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式圖I至3示出根據(jù)本發(fā)明的定位方法的實(shí)施例的第一個(gè)描述。在此所使用的方法也被稱為“到達(dá)往返時(shí)間差(Round Trip Time Difference ofArrival)” 方法(RTTDoA)。圖I示出通過初始化示例性示出的方法的基站BSm來發(fā)送信號(hào)PACK。該信號(hào)PACK舉例來說、然而不是必需地作為數(shù)據(jù)包PACK被發(fā)送?？商鎿Q地，也可以使用其它的結(jié)構(gòu)的信號(hào)PACK、特別是模擬信號(hào)。然而在以下的描述中，在不限制普遍性的情況下以一種設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)包PACK的信號(hào)PACK為出發(fā)點(diǎn)?？梢圆欢ㄏ虻亍⒗缱鳛閺V播數(shù)據(jù)包，或可以定向地對(duì)數(shù)據(jù)包PACK進(jìn)行編碼。在后一種情況下，在數(shù)據(jù)包PACK的相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)將移動(dòng)站MS標(biāo)明為接收者。其它的基站BS同樣地接收該數(shù)據(jù)包PACK。這在相應(yīng)的基站BS處分別地接收數(shù)據(jù)包PACK時(shí)分別地啟動(dòng)了本地的內(nèi)部的-未示出的-時(shí)間檢測裝置。根據(jù)圖2，移動(dòng)站MS在接收到數(shù)據(jù)包PACK后使用確認(rèn)信號(hào)ACK來應(yīng)答基站BS。該確認(rèn)信號(hào)和信號(hào)ACK —樣地設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)包。確認(rèn)信號(hào)ACK同樣通過其它的基站BS在其接收區(qū)域內(nèi)被檢測，其中，基站BS的本地的時(shí)間檢測裝置在接收到確認(rèn)信號(hào)ACK時(shí)被停止。因此也就提出，即當(dāng)時(shí)未被包含在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸中的基站“傾聽(zuh(3ren)”傳輸信道，并且測量在接收數(shù)據(jù)包PACK和由移動(dòng)站MS作為應(yīng)答而發(fā)送的確認(rèn)信號(hào)ACK之間的持續(xù)時(shí)間。為了根據(jù)相應(yīng)的、在基站處確定的持續(xù)時(shí)間來確定基站MS的位置，到目前為止提出了數(shù)學(xué)的解決方案，這些解決方案提出了高成本的對(duì)于站MS的位置的環(huán)境和認(rèn)識(shí)的建模。此外，對(duì)相應(yīng)的基站的位置的準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)是必需的。其它的圖示描述以其它的各個(gè)之前的示圖的功能單元為參考。在不同的示圖中，相同的標(biāo)號(hào)在此代表相同的功能單元。結(jié)合圖3說明RTTDoA方法的時(shí)間過程圖。在圖3中由上至下描繪了時(shí)間的進(jìn)程，因此，在圖3中更早的時(shí)刻布置在更上部，而更晚的時(shí)刻則布置在更下部?！せ綛Sm表示初始化的基站，該基站和移動(dòng)站MS進(jìn)行通信。以虛線示出的線表示數(shù)據(jù)包PACK的信號(hào)傳播時(shí)間，該數(shù)據(jù)包由基站BSm發(fā)送至移動(dòng)站MS。 以實(shí)線示出的線表示數(shù)據(jù)包形式的確認(rèn)信號(hào)ACK，該確認(rèn)信號(hào)由移動(dòng)站MS發(fā)送至基站BSm。其它的基站BS^BSj “監(jiān)聽該通信信道(hrtreil den Kommunikationskanal )”?；綛Si在幾何方面更靠近基站BSm布置，而基站BS^布置得更遠(yuǎn)。圖3在垂直方向上描繪了在基站BSiASpBSm處的相應(yīng)的流逝的持續(xù)時(shí)間ATBSi,Δ TBSj, Δ TBSm?；綛Sm發(fā)送數(shù)據(jù)包PACK給移動(dòng)站MS。該包激活了基站BSi和BSj的時(shí)間檢測裝置。在現(xiàn)有技術(shù)中已知了，要考慮在基站BSm處用確認(rèn)信號(hào)ACK應(yīng)答前通過移動(dòng)站MS的處理時(shí)間Τρηχ_。該延遲通過處理時(shí)間Tprorass比無線電信號(hào)的傳播時(shí)間大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在移動(dòng)站MS和基站BSi, BSj之間的實(shí)線具有與虛線相比不同的斜率。通過其它任意的基站BS測量的流逝的時(shí)間在圖3中垂直地示出。圖4至13示出根據(jù)本發(fā)明的RTTDoA定位方法的具體實(shí)施。在圖4至13中對(duì)于基站BS選擇了具有相應(yīng)的指數(shù)的縮寫AP。圖4示出，第一基站AP1如何給移動(dòng)站MS發(fā)送信號(hào)PACK。對(duì)應(yīng)于基站AP1的-未示出的-時(shí)間檢測裝置在發(fā)送數(shù)據(jù)包PACK的時(shí)刻被啟動(dòng)。當(dāng)相應(yīng)的確認(rèn)信號(hào)ACK被接收時(shí)，時(shí)間檢測裝置被停止。根據(jù)在這個(gè)實(shí)施例中無線電媒介的廣播特性以及基站的局部的布置，基站AP3是第一個(gè)接收到被發(fā)送的數(shù)據(jù)包的基站。在數(shù)據(jù)包接收的時(shí)刻，基站AP3啟動(dòng)本地的-未示出的-時(shí)間檢測裝置。圖5示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，由基站AP1發(fā)出的數(shù)據(jù)包PACK到達(dá)移動(dòng)站MS。于是移動(dòng)站MS準(zhǔn)備一個(gè)回復(fù)，也就是說發(fā)出確認(rèn)信號(hào)ACK作為對(duì)數(shù)據(jù)包PACK的回復(fù)。圖6示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，由基站AP1發(fā)出的數(shù)據(jù)包PACK到達(dá)基站AP2。在基站AP2處，啟動(dòng)本地的-未示出的-時(shí)間檢測裝置。圖7示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，由基站AP1發(fā)出的數(shù)據(jù)包PACK到達(dá)基站AP5。在基站AP5處，啟動(dòng)本地的-未示出的-時(shí)間檢測裝置。圖8示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，由基站AP1發(fā)出的數(shù)據(jù)包PACK到達(dá)在幾何方面距離最遠(yuǎn)的基站AP4。在基站AP4處，啟動(dòng)本地的-未示出的-時(shí)間檢測裝置。
在該時(shí)刻，所有的基站AP2，…，AP5現(xiàn)在已經(jīng)接收到由基站AP1發(fā)送的數(shù)據(jù)包PACK。在這期間或者在另一個(gè)持續(xù)時(shí)間之后，在移動(dòng)站MS中的內(nèi)部處理時(shí)間TpiOcess終止，并且將確認(rèn)信號(hào)ACK (“Acknowledge”)發(fā)出到基站AP1的地址。圖9示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，由移動(dòng)站MS發(fā)出的確認(rèn)信號(hào)ACK到達(dá)基站AP4,該基站在幾何方面距離移動(dòng)站MS最近。基站AP4的、在圖8中所描述的時(shí)刻啟動(dòng)的時(shí)間檢測裝置現(xiàn)在被停止。圖10示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，確認(rèn)信號(hào)ACK到達(dá)基站AP2。那里的本地的時(shí)間檢測裝置被停止。圖11示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，確認(rèn)信號(hào)ACK到達(dá)基站AP1,隨后那里的本地的時(shí)
間檢測裝置被停止。
圖12示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，確認(rèn)信號(hào)ACK到達(dá)基站AP5。那里的本地的時(shí)間檢測裝置被停止。圖13示出一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，確認(rèn)信號(hào)ACK到達(dá)基站AP3,該基站在這種情況下距離移動(dòng)站MS最遠(yuǎn)?；続P3的時(shí)間檢測裝置被停止。在這個(gè)時(shí)刻，所有的基站AP停止了它們的測量?，F(xiàn)在，在相應(yīng)的基站AP的每個(gè)時(shí)間檢測裝置處確定了在時(shí)間檢測裝置的啟動(dòng)和停止之間的每一段流逝的持續(xù)時(shí)間。所測量的持續(xù)時(shí)間值由于復(fù)雜的幾何形狀并不直接地與其距離相適應(yīng)，該幾何形狀對(duì)應(yīng)于測量的持續(xù)時(shí)間。為了根據(jù)這些測量獲得移動(dòng)站MS的位置，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)則必須使用高成本的數(shù)學(xué)建模。為了更好地理解時(shí)間流程，圖14至20示出時(shí)間流程圖。圖14描述了一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，基站BSm向移動(dòng)站MS的傳輸開始。因?yàn)榛綛Si距離BSm比移動(dòng)站MS更短，因此數(shù)據(jù)包PACK先到達(dá)基站BSi處。圖15描述了一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，數(shù)據(jù)包PACK已經(jīng)到達(dá)移動(dòng)站MS處。圖16描述了一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，數(shù)據(jù)包PACK到達(dá)最遠(yuǎn)地定位的基站BSj處。圖17描述了一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，移動(dòng)站MS已經(jīng)準(zhǔn)備了確認(rèn)信號(hào)ACK并發(fā)出，該確認(rèn)信號(hào)首先到達(dá)距離最近的定位的基站BSjtl圖18描述了一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，確認(rèn)信號(hào)ACK到達(dá)基站BSm處。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，在移動(dòng)站MS與基站BSm之間的距離小于移動(dòng)站MS與基站BSi之間的距離。圖19描述了一個(gè)時(shí)刻，在該時(shí)刻，確認(rèn)信號(hào)ACK最后到達(dá)基站BSitl指出了實(shí)線的不同的斜率，這由參與的站的空間上的幾何形狀而引起。圖20描述了在垂直方向上的持續(xù)時(shí)間值A(chǔ)TBSm, ATBSi, Λ TBS」，這些持續(xù)時(shí)間值由基站BSm，BSi, BSj處的相應(yīng)的內(nèi)部的時(shí)間檢測裝置測得。這些信息現(xiàn)在被用于移動(dòng)站MS的定位。此外舉例來說，在其它的基站BSi, BSj處檢測的持續(xù)時(shí)間值Λ TBSi, Δ TBSj被傳輸給初始化的基站BSm。與現(xiàn)有技術(shù)不同，在使用根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，知曉持續(xù)時(shí)間值A(chǔ)TBSm，即檢測在由初始化的基站BSm發(fā)送信號(hào)PACK與在初始化的基站BSm處接收確認(rèn)信號(hào)ACK之間流逝的持續(xù)時(shí)間Λ TBSm，對(duì)于站MS的位置確定而言并不是必需的。
與現(xiàn)有技術(shù)不同，在使用根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，確定在站MS中的處理時(shí)間TP_SS對(duì)于確定站MS的位置并不是必需的，如在下面還要說明地那樣。根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)為，根據(jù)所檢測的持續(xù)時(shí)間值A(chǔ)TBSm, ATBSi, Λ TBSj形成一個(gè)組、例如一個(gè)矢量。這個(gè)由所檢測的持續(xù)時(shí)間值A(chǔ)TBSm, ATBSi, Λ TBSj組成的矢量借助于模型匹配與已存儲(chǔ)的矢量進(jìn)行匹配并且根據(jù)該模型匹配來確定站的位置。這些已存儲(chǔ)的矢量、即由已存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值A(chǔ)TBSm, ATBSi, ATBSj組成的矢量對(duì)應(yīng)于站的事先確定的位置，這些矢量例如可在學(xué)習(xí)階段的范疇中被確定。在可能發(fā)生的學(xué)習(xí)階段的范疇中，站MS例如被定位在多個(gè)的具有相應(yīng)的預(yù)先確定的位置和各自已知的位置坐標(biāo)的標(biāo)定點(diǎn)上。在那些相應(yīng)的標(biāo)定點(diǎn)處，在學(xué)習(xí)階段的范疇中實(shí)施類似的RTTDoA方法，其中，借助于該RTTDoA方法將分別所確定的持續(xù)時(shí)間值矢量分別與相應(yīng)的標(biāo)定點(diǎn)的已知的位置存儲(chǔ)在一起，在其上這些利用站來查明。換句話說，在結(jié)束了學(xué)習(xí)階段之后，每個(gè)存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值的矢量對(duì)應(yīng)于一個(gè)位置。
根據(jù)第二個(gè)可替換方案，由持續(xù)時(shí)間值組成的相應(yīng)的矢量對(duì)應(yīng)于站的位置也可以以這種方式實(shí)現(xiàn)，即站依次定位在廣泛的任意的位置上，在一個(gè)相應(yīng)的位置上通過RTTDoA方法實(shí)現(xiàn)矢量的確定，并且在該相應(yīng)的位置上也借助于并行的定位(例如測量，GPS，由已知的坐標(biāo)等等的外推法)來確定站的實(shí)際的位置。根據(jù)前面的第一個(gè)可替換方案，站的相應(yīng)的真實(shí)的位置的位置坐標(biāo)在學(xué)習(xí)階段中，在模型確定單元內(nèi)確定矢量之前被定義和存儲(chǔ)，以便在學(xué)習(xí)階段中將站依次定位在預(yù)先規(guī)定的標(biāo)定點(diǎn)上。根據(jù)前述的第二個(gè)可替換方案，對(duì)于相應(yīng)的實(shí)際的、通過并行地點(diǎn)確定而查明的位置而言可替換的位置坐標(biāo)在確定了矢量之后被傳輸至模型確定單元并且存儲(chǔ)在那里。當(dāng)空間性是事先已知的并且被存儲(chǔ)的矢量已經(jīng)與所屬的位置存儲(chǔ)在初始化的基站的交付狀態(tài)中，那么這種學(xué)習(xí)階段也不是必要的。以下將說明，如何在組或者所檢測的持續(xù)時(shí)間值組成的矢量與至少一個(gè)所存儲(chǔ)的時(shí)間值的矢量之間實(shí)施模型匹配，以用于確定站MS的位置。舉例來說，然而也不是必要的，在初始化的基站BSm處的這種模型匹配作為信號(hào)PACK的發(fā)送方。在這個(gè)基站BSm處優(yōu)選地也存在組，或者說所檢測的所有其它的基站BSpBSj的持續(xù)時(shí)間值的矢量。在根據(jù)前面的實(shí)施方式確定其它的基站的所有的持續(xù)時(shí)間值A(chǔ)TBSp ATBSj之后，組或者說所檢測的持續(xù)時(shí)間值的矢量由其它的基站的相應(yīng)的所檢測的持續(xù)時(shí)間值組成。例如對(duì)應(yīng)于初始化的基站BSm的-未示出的-模型匹配單元，現(xiàn)在與所存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值的矢量進(jìn)行模型匹配，該存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值也被稱為“標(biāo)定矢量(Kalibrierungsvektor)”,該矢量在學(xué)習(xí)階段內(nèi)對(duì)應(yīng)于站MS的確定的位置。根據(jù)一個(gè)用于實(shí)施模型匹配的實(shí)施例，匹配基于“最大似然(Maximum-Likelihood)，，-算法進(jìn)行。另外規(guī)定在由所檢測的持續(xù)時(shí)間值所組成的矢量與由所存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值所組成的相應(yīng)的矢量之間的相應(yīng)的減法。這種方法依次與所檢測的持續(xù)時(shí)間值組成的矢量和由所存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值組成的每個(gè)相應(yīng)的矢量實(shí)施，其中，產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果矢量作為各自減法的結(jié)果。相應(yīng)的結(jié)果矢量的單個(gè)分量此后使用均方根(Root-Mean-Square)計(jì)算方法被加到相應(yīng)的標(biāo)量的結(jié)果參量上。相應(yīng)的標(biāo)量的結(jié)果參量此外與其它的標(biāo)量的結(jié)果參量進(jìn)行比較。當(dāng)待確定的站MS的位置與一個(gè)與在學(xué)習(xí)階段中所存儲(chǔ)的位置最近時(shí)，則由此得出最小的標(biāo)量的結(jié)果參量。在此情況下根據(jù)所存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值(標(biāo)定矢量)的矢量所存儲(chǔ)的位置極其近似地對(duì)應(yīng)于待確定的站MS的位置。定位的改良通過在標(biāo)定矢量之間的外推法進(jìn)行，這些標(biāo)定矢量是與所檢測的持續(xù)時(shí)間值的矢量最近似的。在本發(fā)明的可替換的實(shí)施方式中，使用神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)法(VerfahrenneuronalerNetzwerke)來實(shí)施模型匹配。對(duì)于使用根據(jù)本發(fā)明的方法而言，檢測初始化的基站BSm的持續(xù)時(shí)間值Λ TBSffl不 是必需的，這是因?yàn)橄鄳?yīng)數(shù)量的、由其它的基站的所檢測的持續(xù)時(shí)間值所組成的矢量是足夠的。此外，對(duì)處理時(shí)間Tp_ss的檢測根據(jù)圖17所示不是必不可少的，這是因?yàn)檫@僅僅描述了在初始化的基站BSm上的傳輸時(shí)間和在站MS處的傳輸時(shí)間之間的常量，該常量在所提及的在由所檢測的持續(xù)時(shí)間值組成的矢量和由所存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值組成的相應(yīng)的矢量之間的減法中被消除。在使用根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，知曉所使用的基站BSi,BSj,BSm的具體的位置不是必要的，這是因?yàn)閹缀侮P(guān)系的計(jì)算能夠取消，這有利于根據(jù)本發(fā)明的模型匹配。這種模型匹配方法特別適用于以下場景，在該場景中，在幾個(gè)或所有基站和站之間不存在直接的視線(Line of Sight視線，LOS)。這特別地在典型的“室內(nèi)的”場景或者在城市的環(huán)境是這種情況。通過取消環(huán)境的數(shù)學(xué)建模，根據(jù)本發(fā)明的方法特別地適用于局部的情況，在這些情況中存在被交換的信號(hào)的強(qiáng)烈的反射，這例如是在范圍廣泛的水量的周圍或者在工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境中，在其中典型地存在許多反射的金屬物體。示圖的描述說明了一種借助于根據(jù)本發(fā)明的方法的第一種可替換的實(shí)施方式的實(shí)施，根據(jù)該實(shí)施情況規(guī)定了，從基站的一側(cè)初始化該方法。按照根據(jù)本發(fā)明的方法的第二個(gè)實(shí)施方式設(shè)計(jì)為，通過站或移動(dòng)站發(fā)送信號(hào)。信號(hào)的接收在基站處完成(該基站在進(jìn)一步的進(jìn)程中也發(fā)送確認(rèn)信號(hào))以及在至少另一個(gè)基站處、優(yōu)選地在多個(gè)基站處完成，這些基站僅僅“傾聽”的其它的通信。在接收信號(hào)之后信號(hào)的確認(rèn)由之前闡述的基站通過發(fā)送確認(rèn)信號(hào)而實(shí)現(xiàn)。此外，該方法設(shè)計(jì)為，在站處和在多個(gè)基站中的至少一個(gè)基站處接收確認(rèn)信號(hào)。按照這個(gè)根據(jù)本發(fā)明的方法的第二個(gè)可替換的實(shí)施方式，也就設(shè)計(jì)為，從站的一側(cè)初始化該方法。圖21示意性地示出基站BSm，在該基站上能使用根據(jù)本發(fā)明的方法?；綛SmM外具有已經(jīng)描述過的時(shí)間檢測裝置Iio以及模型確定單元120。在圖22中示意性地示出了用于對(duì)移動(dòng)站進(jìn)行定位的根據(jù)本發(fā)明的方法。在第一個(gè)步驟210中，兩個(gè)信號(hào)PACK，ACK在第m個(gè)基站BSm和移動(dòng)站MS之間進(jìn)行交換。借助于時(shí)間檢測裝置110，在第二個(gè)步驟220中分別在所有的其它的基站處檢測在接收這兩個(gè)信號(hào)PACK、ACK之間的持續(xù)時(shí)間。在第三個(gè)步驟230中，最后借助于模型確定單元120通過檢測的持續(xù)時(shí)間來確定移動(dòng)站MS的位置。根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置除 了適用于在封閉的空間之內(nèi)的定位之夕卜，也適用于在封閉的空間之外的定位，這是因?yàn)樵谶@種情況下通常保證的是，在站之間不存在可能干擾站之間的傳輸?shù)恼系K。
權(quán)利要求
1.一種用于借助于多個(gè)基站(BSi, BSj, BSffl)對(duì)站(MS)進(jìn)行定位的方法，包括 a)發(fā)送信號(hào)(PACK)； b)在多個(gè)基站(BSi，BSj)中的至少一個(gè)基站處接收所述信號(hào)(PACK)； c)在接收所述信號(hào)后通過發(fā)送確認(rèn)信號(hào)(ACK)對(duì)所述信號(hào)(PACK)進(jìn)行確認(rèn)； d)在多個(gè)基站(BSi，BSj，BSm)中的至少一個(gè)基站處接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)； e)檢測相應(yīng)的在接收所述信號(hào)(PACK)與接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)之間的、在所述基站(BSi7BSj)中的至少一個(gè)基站處的流逝的持續(xù)時(shí)間； f)由所述相應(yīng)的檢測的持續(xù)時(shí)間形成檢測的持續(xù)時(shí)間值的組， g)在所述檢測的持續(xù)時(shí)間值的組與至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值之間進(jìn)行模型匹配，其中，所述至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值對(duì)應(yīng)于所述站(MS)的事先確定的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， al)通過初始化的基站(BSm)發(fā)送所述信號(hào)， bl)附加地在所述站(MS)處接收所述信號(hào)(PACK)； cl)在所述站(MS)處接收所述信號(hào)后，由所述站(MS)通過發(fā)送確認(rèn)信號(hào)(ACK)來確認(rèn)所述信號(hào)(PACK)； dl)附加地在所述站(MS)處接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， al)通過所述站(MS)發(fā)送所述信號(hào)， Cl)在所述基站(BSm)中的一個(gè)基站處接收所述信號(hào)后，由所述提到過的基站(BSm)通過發(fā)送確認(rèn)信號(hào)(ACK)來確認(rèn)所述信號(hào)(PACK)； dl)附加地在所述站(MS)處接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)。
4.跟據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于對(duì)應(yīng)于所述基站(BSi,BSj)的時(shí)間檢測裝置，檢測在接收所述信號(hào)(PACK)與接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)之間的所述持續(xù)時(shí)間值。
5.跟據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用最大似然法作為模型匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法作為模型匹配。
7.一種用于對(duì)站(MS)進(jìn)行定位的裝置，具有 -用于發(fā)出信號(hào)(PACK)的初始化的基站(BSm)； -移動(dòng)站(MS)，用于接收所述信號(hào)(PACK)并且在接收所述信號(hào)后借助于確認(rèn)信號(hào)(ACK)確認(rèn)所述信號(hào)(PACK)； -至少一個(gè)另外的基站(BSi, BSp，用于接收所述信號(hào)(PACK)以及接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)，所述基站分別包括時(shí)間檢測裝置(110)，用于檢測在接收所述信號(hào)(PACK)與接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)之間的、在所述另外的基站(BSi, BSj)處的流逝的持續(xù)時(shí)間； -模型確定單元(120)，用于由所述相應(yīng)的檢測的持續(xù)時(shí)間形成檢測的持續(xù)時(shí)間值的組并且還設(shè)置用于在所述檢測的持續(xù)時(shí)間值的組與至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值之間進(jìn)行模型匹配，其中，所述至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值對(duì)應(yīng)于所述站(MS)的事先確定的位置。
8.一種用于對(duì)站(MS)進(jìn)行定位的裝置，具有-用于發(fā)出信號(hào)(PACK)的移動(dòng)站(MS)； -基站(BSm)，用于接收所述信號(hào)(PACK)并且在接收所述信號(hào)后借助于確認(rèn)信號(hào)(ACK)確認(rèn)所述信號(hào)(PACK)； -至少一個(gè)另外的基站(BSi, BSp，用于接收所述信號(hào)(PACK)以及接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)，所述基站分別包括時(shí)間檢測裝置(110)，用于檢測在接收所述信號(hào)(PACK)與接收所述確認(rèn)信號(hào)(ACK)之間的、在所述另外的基站(BSi, BSj)處的流逝的持續(xù)時(shí)間； -模型確定單元(120)，用于由所述相應(yīng)的檢測的持續(xù)時(shí)間形成檢測的持續(xù)時(shí)間值的組并且還設(shè)置用于在所述檢測的持續(xù)時(shí)間值的組與至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值之間進(jìn)行模型匹配，其中，所述至少一組存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間值對(duì)應(yīng)于所述站(MS)的事先確定的位置。
9.一種對(duì)根據(jù)權(quán)利要求7和8中任一項(xiàng)所述的裝置的應(yīng)用，其特征在于，所述模型確定單元(120)用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于借助于修改的RTTDoA-方法對(duì)移動(dòng)站進(jìn)行定位的一種方法和一種裝置，其中，為了確定移動(dòng)站的位置不必進(jìn)行高成本的數(shù)學(xué)建模，也就是說不必特別地進(jìn)行三邊測量以及與該三邊測量相關(guān)聯(lián)的線性計(jì)算。替代地根據(jù)本發(fā)明使用模型比較的方法，該方法在模型確定單元的計(jì)算能力方面提出顯著更低的要求。該方法和裝置特別地適合于在封閉的空間里的定位。
文檔編號(hào)G01S5/02GK102947723SQ201180029883
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者亞歷杭德羅·拉米雷斯, 馬克西姆·馬爾欽科, 克里斯蒂安·施溫根施洛格爾 申請(qǐng)人:西門子公司