与基于卫星定位有关的方法和布置

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本发明的技术领域\n本发明一般涉及通过使用卫星的移动设备定位，并且具体地说，涉及由基于陆地的通信节点辅助的上述定位。\n相关技术说明\n近年来，确定物体、设备或携带设备的人员的地理位置在许多应用领域中变得越来越受关注。解决定位的一个方案是使用从卫星发射的信号来确定位置。此类系统熟知的例子有全球定位系统(GPS)(参见例如(1))和即将使用的GALILEO系统。位置是作为基于多个接收的卫星信号的三角测量/三边测量、相对于指定的坐标系统给出。\n除额定载波频率和调制通过信号承载的数据所用的规则外，无需有关系统的任何其他信息，独立的GPS接收机可获得GPS卫星信号的完全锁定。基本上，三维位置及接收机时钟与卫星时间的偏差必须在位置计算步骤中确定。\n辅助GPS(AGPS)被定义为用于将GPS接收机集成到蜂窝通信系统的用户设备即移动台的GPS增强(参阅例如第三代合作伙伴项目(3GPP)规范TS 25.331或TS 44.031或用于安全用户平面定位(SUPL)的开放移动联盟(OMA)规范)。辅助GPS通常旨在在许多不同方面提高GPS接收机的性能，包括检测灵敏度、获得位置估计的时间、准确度和节约电池电能。这通过将一些功能从移动台中的GPS接收机转移到网络并因而在GPS接收机本身中只执行一小部分GPS任务而实现。\n有两种类型的AGPS，移动台(或用户设备)基础型和移动台(或用户设备)辅助型。在移动台基础型AGPS中，在移动台中通过使用由移动台确定的测距信号测量结果及由网络提供的辅助数据而计算得出移动台的位置。在移动台辅助型AGPS(有时还称为网络基础型AGPS)中，移动台只测量和报告反应到航天器(即，卫星)的伪距的已接收测距信号的定时。对于两种类型的AGPS而言，对1毫秒模截断测距信号的测量定时，这对应于300公里的距离。计算移动台位置时，在移动台本身或网络位置服务器中，需要使用有关移动台位置的先验信息及由移动台确定的测距信号测量结果来重构完整的伪距以计算精确的移动台位置。\n本发明的发明人认识到AGPS的问题在于，如果有关移动台位置的先验信息精度太低，即，所述先验信息中移动台位置的不确定性太大，则测量和报告已接收测距信号的截断定时可导致在确定到航天器的伪距时模糊不清。因此，如果选择并使用不正确的伪距作为确定移动台位置的基础，则在计算的移动台位置中将出现大约例如100公里的重大误差。\n发明概述\n本发明涉及的问题是在通过辅助数据的基于卫星定位的环境中，提供增强的稳固性以防止出现模糊伪距重构。\n该问题通过如权利要求1所述的方法、如权利要求19所述的设备和如权利要求33所述包含在计算机可读介质上的计算机程序而得以解决。\n本发明提供的一个优点是结合通过诸如辅助GPS(AGPS)的辅助数据的基于卫星定位，增强稳固性以防止出现模糊伪距重构。\n本发明的另一个优点在于实现增强的稳固性而不降低检测灵敏度。\n本发明仍有的另一优点在于实现增强的稳固性而处理延迟只是稍微增大。\n下面将参照其示范实施例并且还参照附图对本发明进行更详细地描述。\n附图简述\n图1是应用本发明的移动台辅助型AGPS的示范情况示意图。\n图2是示出在GPS测距信号中的C/A码和导航数据比特的图。\n图3是示出在GPS测距信号中的GPS导航数据格式的方框图。\n图4是示出在图1所示系统的不同部分中的时间的图。\n图5是示出根据本发明的基本方法的流程图。\n图6是移动台的示意方框图。\n图7是示出由图6的移动台执行的处理的流程图。\n图8是提供根据本发明的设备示范实施例的位置服务器示意方框图。\n图9A-B是示出根据本发明的方法的详细示范实施例的流程图。\n图10是示出执行图9A-9B的方法时的结果和中间结果的图。\n图11是示出计算机可读介质的例子的图。\n实施例详细说明\n图1示出可应用本发明的非限制性示范情况。在此示范情况中，基本无线通信系统SYS1与全球定位系统(GPS)一起用于提供移动台辅助型AGPS。图1中所示的示范无线通信系统SYS1是通用移动电信系统(UMTS)。通信系统SYS1包括网络部分NET1和或者称为移动台(MS)的用户设备(UE)。网络部分NET1包括核心网络CN1和UMTS地面无线电接入网络(UTRAN)RAN1。核心网络CN1包括提供电路交换业务的移动业务交换中心(MSC)节点MSC1和适合提供分组交换类型业务的有时称为服务GPRS支持节点(SGSN)的通用分组无线电业务(GPRS)节点SGSN1。\n每个核心网络节点MSC1和SGSN1通过称为Iu接口的无线电接入网络接口连接到无线电接入网络RAN1。无线电接入网络RAN1包括一个或多于一个的无线电网络控制器(RNC)。为简明起见，图1的无线电接入网络RAN1示为只具有一个无线电网络控制器节点RNC1。每个无线电网络控制器连接到多个无线电基站(RBS)并控制这些基站。例如，并且再次为简明起见，图1只示出连接到无线电网络控制器节点RNC1的第一无线电基站节点RBS1和第二无线电基站节点RBS2。无线电网络控制器RNC1与基站RBS1和RBS2之间的接口称为Iub接口。诸如图1所示移动台MS1的移动台通过称为Uu接口的无线电或空中接口与一个或多于一个的无线电基站RBS1-RBS2进行通信。每个无线电接口Uu、Iu接口和Iub接口在图1中示为虚线。\n在图1中，GPS系统由航天器即卫星SV1-SV4表示。每个航天器SV1-SV4发射对应的测距信号RS1-RS4。请注意，为简明起见，图1中仅示出四个航天器SV1-SV4。\n在使用移动台辅助型AGPS确定图1中移动台MS1的位置时，移动台MS1从位置服务器101接收辅助数据并向其报告测量结果。基于报告的测量结果和有关移动台所处位置的先验信息，位置服务器计算移动台MS1的位置。视位置服务器连接到蜂窝网络的方式而定，AGPS可分成两个类别，即“AGPS控制平面解决方案”和“AGPS用户平面解决方案”。\n在“AGPS控制平面解决方案”中，位置服务器功能(可在有时称为服务移动位置中心(SMLC)或独立SMLC(SAS)的单独位置服务器节点中实施，或与诸如无线电网络控制器的其他网络节点中的其他功能集成在一起)与蜂窝网络紧密集成，并且使用所谓的控制平面信令传递辅助数据和测量结果。此解决方案的特征还在于一般情况下位置服务器会接收有关移动台当前在哪个小区中运行的信息，并且位置服务器在计算移动台的位置时会将此信息应用为移动台的先验位置。因此，先验位置信息中的不确定性对应于小区大小。\n在“AGPS用户平面解决方案”中，位置服务器功能与蜂窝网络的集成不太紧密，并且使用所谓的用户平面信令传递辅助数据和测量结果，即，普通的用户数据分组用于将此信息透明地输送到蜂窝网络。此解决方案的特征还在于位置服务器可不接收有关移动台位于哪个小区的信息，或至少可能不是始终能够将给定的小区身份与对应于小区覆盖区域的特定地理区域相关联。因此，对于AGPS用户平面解决方案，移动台先验位置信息中的不确定性可能远远大于小区大小，并且可能对应于例如移动台当前运行所处的国家大小。\n在图1的示范情况中，示出AGPS用户平面解决方案，其中位置服务器101经基于因特网协议(IP)的分组数据网络102连接到蜂窝网络NET1。\nGPS航天器SV1-SV4发射测距信号RS1-RS4，频谱中心为1575.42MHz。图2示出每个测距信号RS1-RS4如何包括导航数据比特202的流201，这些比特由对发射信号的航天器是独特的所谓粗/捕获(C/A)码203定义的扩频码扩展。C/A码203的长度为1023个码片，并且码片持续时间为1/1.023×106秒，即，C/A码包括以1.023×106Hz的速率变化并每1毫秒重复本身的+/-1序列。导航比特202具有20毫秒的比特周期，即，对应于20个C/A码重复。\n除其他内容外，导航数据还包括所谓的星历参数集合，该集合允许接收机计算信号传输时卫星的精确位置。传输的精确时间也可从导航数据中读取。\n图3更详细地示出导航数据如何被进一步分成5个子帧301-305，每个子帧长度6秒。每个子帧301-305被分成10个字，每个字长度为0.6秒，并包含30个数据比特。时戳-GPS周时(TOW)在每个子帧301-305的第二个字-传递字(HOW)中发射。所示时间是所考虑的子帧结束时的传输时间。因此每6秒重复TOW。\n每个测距信号RS1-RS4基本上定义由移动台MS1测量的时钟。该时钟指示信号传输的时间。如果移动台MS1知道GPS系统时间，则时钟读数可直接用于确定时间延迟，并因此确定从发射测距信号的航天器到移动台MS1的距离。通过测量三个距离并利用有关传输时航天器位置的知识，然后可确定移动台MS1的三维位置。然而，通常移动台MS1不知道精确的GPS系统时间，因此，需要再一次测量以消除移动台时钟偏差。\n图4的序列示出图1所示系统的不同部分的时钟关系(以毫秒表示)。每个航天器SV1-SV4具有精确的原子时钟以保持时钟稳定性。然而如图4所示，航天器传输并不是与GPS系统时间完全同步。在图4中，序列401表示GPS系统时间，序列411表示航天器1的时钟，序列41N表示航天器N的时钟，序列402表示图1的移动台MS1的时钟，而序列421和42N分别表示如在由移动台MS1分别从航天器1和航天器N接收的测距信号中读取的时间。通过画一条穿过时序图的竖线431，可获得如在空间中的各个点观察到的所有时钟读数的快照。GPS系统时间401被定义为基于地面站时钟集合和航天器时钟子集的总体均值。如图4中所示，各个航天器时钟411和41N及移动台时钟402与GPS系统时间401相比存在稍微的偏移(分别参见SV时钟偏差412和413及移动台时钟偏差414)。航天器时钟的各个偏移的模型作为导航消息的一部分从每个航天器发射。信号到达地球表面的某个点(例如移动台MS1的当前位置)时，它们被延迟了取决于从所考虑的航天器到地球表面上所述点的距离的量。如图4中的时钟读数所示，延迟一般为60-85毫秒(ms)。\n在使用AGPS确定移动台的位置时，移动台为已接收的测距信号测量相对于选定时间点的C/A码边界位置的时间位置，即，C/A码相位。对1毫秒模确定C/A码相位(即，一个C/A码周期)。\n基于已接收测距信号的测量C/A码相位和(从网络接收的)包括航天器星历与时钟校正数据的辅助数据及有关移动台位置的先验信息，实施移动台基础型AGPS的移动台计算其在选定时间点的位置。\n实施移动台辅助型AGPS的诸如图1中的移动台MS1的移动台改为发射无线信号，报告已接收测距信号的C/A码相位(依据从选定时间点直至下一C/A码重复开始的C/A码的完整和不完整码片表示)及对应于选定时间点的GSP系统时间估计。基于移动台报告的信息和有关移动台位置的先验信息，在蜂窝网络或在另一网络中的诸如图1中的位置服务器101的位置服务器计算移动台的位置。\n本发明的发明人认识到当在移动台位置的先验信息中的不确定性太大时，对1毫秒模测量C/A码相位并因此按时间模1毫秒表征每个测距信号的AGPS方式导致出现问题。如下所示，在初始位置不确定性大于75公里时，则无法明确重构到航天器的所谓伪距。\nGPS接收机基本上测量到多个卫星的伪距(然而，请注意在移动辅助型GPS中，集成在移动台中的GPS接收机不执行确定伪距所需的完整计算，而只是提供计算伪距所需的基本数据)。伪距为\nρi＝c·(tu-tti)(1)\n其中，tu是在接收时的(集成在移动台中的)GPS接收机时钟读数，并且tti是第i个航天器的信号传输时间，以及c是波传播速度。由于多个扰动因素(接收机时钟偏差、电离层和对流层延迟、航天器时钟偏差、测量误差等)，伪距与实际距离不同。为清晰起见，在下面的陈述中忽略这些误差源中大部分误差源的影响。存在已知的技术来补偿以上所列误差源中的许多误差源(参阅例如(1)、(2))。此外，由于在本领域还熟知如何处理航天器移动和地球旋转的影响，因此，这些影响也被省略(参阅例如(1)、(2))。然后简化的模型是测量的伪距服从\nρi＝/xu-xsi/+b+ei    (2)\n此处，xu＝(xu yu zu)是包含未知接收机位置的三维坐标的行向量。类似地，xsi是包含第i个航天器的坐标的行向量。符号|z|表示在括号内向量的范数，它等于(zzT)1/2。这种情况下，它可解释为在GPS接收机/移动台与航天器之间的距离。此外，b是接收机时钟偏差(表示为距离)，\nb＝c·(tu-tGPS)(3)\n其中，tGPS表示GPS系统时间。最后，ei是测量误差。\n移动台辅助型AGPS中的移动台只报告对1个C/A码周期模的伪距，即，伪距(1)中的码周期的整数数量未知。它必须重构。假设R通常表示对应于测量测距信号定时时使用的截断间隔的距离。例如，然后对应于一个C/A码周期(1毫秒)的截断间隔的距离R为\nR＝c·10-3(4)\n因此，我们得到\nρi＝kiR+vi(5)\n其中，vi是满足0≤vi＜R的报告测量，并且其中整数ki的容许值需要重构。在先验初始位置大时，可能容许ki的若干值。此外，共同偏差项b的存在使得难以确切地重构ki。然而，从位置计算的角度而言，由于任何常数偏差项在位置计算中将抵消，因此，重要的是相对伪距。\n将重构的伪距定义为\nρi＊＝ki＊R+vi   (6)\n随后将看到对所有i，ki*＝ki是不必要的。然而，必须正确地重构相对伪距，即\nki＊＝ki+X，对于所有i，X是整数(7)\n这可解释如下。在(6)中代入(7)并使用(5)、(2)可得出\nρi＊＝kiR+XR+Vi＝ρi+XR＝/xu-xsi/+b+XR+ei＝/xu-xsi/+b＊+ei(8)\n即，重构的测量方程式(8)具有与(2)相同的结构，唯一的不同之处在于b被替换为b*＝b+XR。\n重构通过以下方式完成。假设已知移动台的先验位置xu0及不确定性Δ，使得\n/xu-xu0/＜Δ    (9)\n首先，我们确定到航天器#1(在已收到/测量其测距信号的航天器中任意选定)的预测伪距\nρ1′＝/xs1-xu0/(10)\n并随后我们尝试查找满足以下条件的k1*\nk1＊R+V1＝ρ1′(11)\n在大多数情况下，无确切的解可用，因此，我们将结果四舍五入为最近的整数，使得\nk1＊＝round((ρ1′-V1)/R)(12)\n因此，我们得到\nρ1＊＝round((ρ1′-V1)/R)R+V1(12b)\n下一步是估计i＞1的情况下的容许值ki*的集合。容许伪距ρi*满足\nρi＊-ρ1＊＝ρi-ρ1＝/xu-xsi/-/xu-xs1/(13)\n在(13)中，测量误差已被忽略。为获得清晰的边界，可计算在满足(9)的所有可能接收机位置即在由xu0和Δ界定的初始位置不确定区域内的所有可能接收机位置的预计距离差(即，分别到航天器#1与到航天器#i的距离之间的差)。这样，我们得到不等式\nδρi-Δi≤ρi＊-ρ1＊≤δρi+Δi  ，i＝2，....，n    (14)\n其中，δρi是在初始不确定区域内任何处可发现的最大与最小距离差的平均值。类似地，Δi是在初始不确定区域内任何处可发现的最大与最小距离差之间差的一半。\n与ρ1*组合而形成容许相对伪距ρi*-ρ1*的所有容许伪距ρi*满足方程式(14)。\n使用(6)，方程式(14)可重新编写为\nδρi-Δi≤ki＊R+Vi-ρ1＊≤δρi+Δi    (15)\n现在可通过检查对于变化的ki*是否满足不等式(15)而找到ρi*的容许值。注意，可能容许ki*的若干可能值。重构的伪距(6)的可能值以R米的间隔步进。不确定性地区的宽度为2Δi。因此，只要\n2Δi＞R    (16)\n就存在无法明确完成重构的风险。\n下面介绍用于确定容许伪距的几个替代方案。\n可能难以在(14)中显式确定δρi和Δi。一种较简单的方式是将计算基于各个伪距。通过注意到ρi-b＝|xu-xsi|(忽略测量误差)，可确定满足以下要求的δρindi和Δindi\nδρindi-Δindi≤ρi-b≤δρindi+Δindi    ，i＝1，...，n    (17)\n其中\nδρindi是在初始不确定区域内任何处可发现的到卫星i的最大与最小距离的平均值，并且其中\nΔindi是在初始不确定区域内任何处可发现的到卫星i的最大与最小距离之间差的一半。\n通过应用简单的几何，可很容易地确定到卫星i的最大和最小距离，以及因此还可确定δρindi和Δindi。通过应用三角不等式，然后可获得\n|(ρi-b-δρindi)-(ρ1-b-δρind1)/≤|(ρi-b-δρindi)/+/(ρ1-b-δρind1)/\n≤Δindi+Δind1，i＝2，...，n        (18)\n再形成(18)并使用(13)中的第一等式，我们得到\nδρindi-δρind1-Δindi-Δind1≤ki＊R+Vi-ρ1＊≤δρindi-δρind1+Δindi+Δind1\n(19)\n重构的伪距(6)的可能值以R米的间隔步进。不确定地区的宽度为2(Δindi+Δind1)。因此，只要\n2(Δindi+Δind1)＞R    (20)\n就存在无法明确完成重构的风险。\n通过只使用关系式(9)和(以||A|-|B||≤|A+B|形式的)三角不等式，可获得进一步简化的表达式。首先注意到我们可编写\n|(ρi-b-ρi′-(ρ1-b-ρ1′))/≤|ρi-b-ρi′/+|ρ1-b-ρ1′/＝\n//xu-xsi/-/xu0-xsi//+//xu-xs1/-/xu0-xs1//≤\n/xu-xsi-xu0+xsi/+/xu-xs1-xu0+xs1/＝/xu-xu0/+/xu-xu0/≤2Δ(21)\n其中，ρi′是到航天器#i的预测伪距，ρi′＝|xsi-xu0|。\n使用(13)并代入表达式(6)，我们最终得到\n-2Δ≤ki＊R+Vi-ρi′-(ρ1＊-ρ1′)≤2Δ(22)\n重构的伪距(6)的可能值以R米的间隔步进。不确定地区的宽度为4Δ。因此，只要\n4Δ＞R    (23)\n就存在无法明确完成重构的风险。因此，在不确定性Δ大于大约75公里并且使用对应于一个C/A码周期的截断间隔执行测距信号定时测量时，存在模糊伪距重构的风险。\n通过让移动台为每个测距信号测量测距信号定时而无任何截断，可解决由于测距信号定时的截断测量与先验位置中太大的不确定性组合而导致的模糊伪距重构问题。然而，这会要求将有关每个测量的测距信号的周时信息解码，这大大增加了处理延迟，并且由于将周时信息解码比检测C/A码边界要困难得多，因此，还可能降低在移动台中集成的GPS接收机的检测灵敏度。对于移动辅助型AGPS，还会要求修改用于报告测距信号测量结果的消息以便不但报告测距信号的截断定时，而且报告测距信号的完整定时。\n通过提供方式大大降低在AGPS(包括移动台基础型和移动台辅助型AGPS)的环境中移动台的先验位置不确定性导致模糊伪距重构的风险，本发明解决了上述问题。同时，本发明还避免了将有关每个测量的测距信号的周时解码的需要和相关联的缺点。\n图5示出根据本发明，用于确定接收了来自至少三个卫星的测距信号的位置的基本方法，其中，所述位置是先验已知为位于初始位置不确定区域内。\n该基本方法包括执行至少一个伪距选择循环。根据本发明的方法的所有实施例包括执行初始选择循环511(包括图5中的子步骤501-504)。本发明的一些实施例可任选地包括一个或多于一个的另外的选择循环512(包括子步骤506-508)。\n在至少一个伪距选择循环中执行伪距选择后，在步骤505通过利用在执行所述伪距选择循环后选定的伪距确定所述位置。因此，在一些实施例中可在初始选择循环511后立即执行步骤505，以及在其他实施例中可在一个或多于一个的另外的选择循环512后执行步骤505。\n初始选择循环511包括子步骤501-504。\n在子步骤501，确定第一伪距ρ1*，该伪距相对于所述初始位置不确定区域是与第一卫星相关联的容许伪距。\n在步骤502，确定与至少两个另外的卫星相关联的所有伪距，这些伪距与所述第一伪距组合而形成容许相对伪距。在数学上，满足表达式(14)时，与卫星i相关联的伪距ρi*在与第一伪距ρi*组合时形成容许相对伪距。\n在子步骤503，形成表示与所述第一和至少两个另外的卫星相关联的确定伪距的所有可能组合的伪距向量集合。每个伪距向量因此包括与第一卫星(例如图1中的SV1)相关联的第一伪距和与至少两个另外的卫星(例如图1中的SV2和SV3)中的每个不同卫星相关联的伪距。\n在子步骤504，通过从所述伪距向量集合选择至少一个向量，形成选定伪距向量集合，其中至少在所述伪距向量集合包括不止一个向量时，所述选择包括根据用于初始向量选择的预定规则，评估所述伪距向量集合中的每个向量。在本发明的一些实施例中，可执行此类评估而无论伪距向量集合中向量的数量，即，还可在有单个向量时执行此类评估。在本发明的其他实施例中，仅在伪距向量集合中有不止一个向量时才可执行此类评估，即，如果伪距向量集合中有单个向量，则可选择此单个向量而不执行此类评估。选择用于初始向量选择的预定规则，以便消除表示不太可能的伪距组合的伪距向量。本发明的不同实施例可将不同的规则应用于初始向量选择。对于另外的至少两个卫星确切地等于两个卫星的实施例，即每个向量包括来自三个不同卫星的伪距时，用于初始向量选择的规则一般会基于将与不同向量相关联的位置与初始不确定区域进行比较。对于另外的至少两个卫星包括不止两个卫星的实施例，即每个向量包括来自四个或四个以上的卫星的伪距时，用于定义初始向量选择的不同规则的替代方案还包括为每个新伪距值计算最小损失函数值，并选择具有最低的最小损失函数值的伪距向量或具有低于阈值的最小损失函数值的所有伪距向量。\n任选的一个或多于一个的另外的选择循环512包括子步骤506-508。\n在子步骤506，确定与至少一个另外的卫星相关联的所有伪距，这些伪距与所述第一伪距组合而形成容许相对伪距(即，满足表达式(14))。\n在子步骤507，形成表示在前一选择循环中选定的向量集合和所述与所述至少一个另外的卫星相关联的确定伪距的所有可能组合的伪距向量的新集合。由于在伪距向量的新集合中的每个伪距向量包括与所述至少一个另外的卫星中的每个卫星相关联的伪距，因此，与在前一选择循环中选定的伪距向量的维数相比，新伪距向量的维数增加。\n在子步骤508，通过从伪距向量的新集合中选择伪距向量而形成选定伪距向量的新集合，其中，至少在所述伪距向量的新集合包括不止一个向量时，所述选择包括根据用于随后选择的预定规则评估所述伪距向量的新集合中的每个向量。在本发明的一些实施例中，可执行此类评估而无论伪距的新集合中向量的数量，即，还可在有单个向量时执行此类评估。在本发明的其他实施例中，仅在伪距向量集合中有不止一个向量时才可执行此类评估，即，如果伪距向量的新集合中有单个向量，则可选择此单个向量而不执行此类评估。选择用于随后向量选择的预定规则，以便消除表示不太可能的伪距组合的伪距向量。本发明的不同实施例可将不同的规则应用于随后向量选择，例如，基于将与不同向量相关联的位置与初始不确定区域进行比较，基于为每个新伪距值计算最小损失函数值，并选择具有最低的最小损失函数值的伪距向量或具有低于阈值的最小损失函数值的所有伪距向量。\n本发明的实施例可在网络端的控制节点中实施(例如，用于支持移动台辅助型AGPS)及在移动台中实施(例如，用于支持移动台基础型AGPS)。\n图8-10示出在图1的位置服务器节点101中实施的根据本发明的方法和设备第一示范实施例。在进行有关本发明的所述第一示范实施例的详细描述前，下面结合图6和图7详细描述与移动辅助型AGPS有关的在图1的移动台MS1中执行的一些结构和处理细节。\n图6是示出移动台MS1的结构的方框图。移动台MS1包括蜂窝通信模块601、定位模块602；GPS RF前端603、用于与蜂窝网络通信的天线604及GPS天线605。定位模块602包括CPU 612、存储器610和数字信号处理器(DSP)611。蜂窝通信模块601以无线方式从蜂窝网络接收辅助数据，并以无线方式经蜂窝网络中的基站将测量结果发射到蜂窝网络。辅助数据可包括可视卫星的星历和时间校正、移动台MS1的大约位置及大约的GPS系统时间。或者，辅助数据可包含预计只用于辅助相关处理的显式辅助数据。通信模块601通过使用接口606将已接收的辅助数据转发到定位模块602，而通过使用接口613将测量结果从定位模块602提供到通信模块601。通信模块601还为GPS RF前端603和定位模块602提供时钟参考607。GPS RF前端模块603由定位模块602使用接口608控制。\n图7示出由移动台MS1在接收定位请求时执行的处理。\n定位模块602从通信模块601接收定位请求时，它在步骤701请求GPS RF前端603提供GPS信号样本。GPS RF前端603通过天线605接收GPS频带，将信号下变频到基带，将信号分成同相(I)和正交(Q)分量，对信号抽样并将其转换成数字格式，以及将这些信号通过接口609输出到定位模块602。定位模块602在存储器610中存储已接收的I和Q数据。\n步骤702定义对包括在步骤707发射的测量报告中的每个单独的测距信号RS1-RS4执行的处理。请注意，即使图7示出每个单独的测距信号的按序处理(参阅步骤704)，但优选是并行执行与不同测距信号有关的处理。\n由移动台MS1从任意航天器SV1-SV4接收的随时间t变化的测距信号y可以以简化的方式编写为：\ny(t)＝a·c(t-τ)·d(t-τ)·exp{i·(ω0t+ωat+φ)}+e(t)\n此处，a是已接收信号的振幅，c(t)是航天器的C/A码，以及d(t)是导航数据比特流(参见图2)。项τ为信号的随从航天器到移动台MS1的位置的距离而变化的未知延迟，ω0是GPS载波频率，ωd是信号的多普勒频率，φ是未知相位，以及e(t)是噪声。\n在步骤702，通过使用为测距信号测试所有可能码相位和多普勒频移的相关，定位模块602中的数字信号处理器611确定测距信号的C/A码边界。一旦对于测距信号最初完成步骤702，DSP 611便通过跟踪所述测距信号的C/A码边界定时的变化而保持与所述测距信号的同步。\n如果需要采集更多测距信号(在步骤704选择“是”)，则对于下一测距信号重复步骤702(如已经论述的，对于若干测距信号，优选是并行执行步骤702的处理，而不是按如图7所示的顺序)。在步骤704中有关是否应采集更多测距信号的判定可基于到此为止采集的测距信号数量(应采集至少3个或优选是4个测距信号，但采集更多测距信号会提高计算位置的精度)和定时要求(用于提供测量报告信号的响应时间可通过参数配置为例如在接收定位请求的16秒内)。\n如果采集了足够的测距信号(在步骤704选择“否”)，则在步骤705估计选定时间点的GPS周时(TOW)。请注意，优选是对于第一测距信号一完成步骤702，便基于所述测距信号与采集另外的测距信号并行执行步骤705。\n对于可如何执行步骤705有若干替代选择。一般情况下，TOW估计是基于确定在一个测距信号优选是第一个采集的测距信号的所谓传递字(HOW)中发射的TOW(参见图3)，并然后补偿从由航天器进行信号传输直至由移动台MS1进行信号接收造成的传播延迟。\n可通过将发射的TOW直接解码而执行发射的TOW的确定。此替代选择暗示以20毫秒的速率将数据解调，并且通常要求确定子帧边界，然后解码传递字，从中可导出TOW，即传输时间tti。每个子帧的长度为6秒，因此，此过程可能要求收集大约8秒的导航数据。在假设0dB天线的情况下，TOW解调一直到大约-172dBW起作用，并且实际上是检测灵敏度的限制因素。\n或者，可通过使用相关技术的重构来确定发射的TOW。此过程还要求生成解调的数据比特，但不是进行直接解码，而是进行与已知发射导航数据比特(例如，可作为辅助数据的一部分发送到移动台的所谓遥测字和HOW字的内容)的相关。这要求GPS时间先验已知为在几秒内。此过程使用比直接TOW解码稍微低的信号电平，但极可能性能受跟踪环的限制，跟踪环在如此低的信号电平可能释放锁定。一般情况下，为此采用锁相环或自动频率控制环。但预期这将一直到大约-179dBW起作用。\n通过应用77毫秒的预计平均传播延迟，可执行传播延迟补偿。或者，根据发明人Ari Kangas和Janos于2004年9月29日提交的同时待审的美国专利申请中详细描述的原则，从由移动台MS 1从蜂窝网络接收的辅助数据可导出更准确的传播延迟补偿。\n在步骤706，为选定时间点后下一C/A码边界测量相对于选定时间点的时间位置。更具体地说，对于每个采集的测距信号，通过记录从选定时间点直至下一C/A码边界的完整和不完整码片数，测量选定时间点后下一C/A码边界的位置。最后，在步骤707，以无线方式由移动台MS1将报告测量结果的测量报告信号发射到蜂窝网络NETI。测量报告信号在此示范情况中作为用户平面中寻址到位置服务器101的普通用户数据发射。因此，通过蜂窝网络NET1，经基于IP的网络102将测量报告信号透明地路由选择到位置服务器101。\n图8以示意图方式示出根据本发明的设备的第一示范实施例的位置服务器101的结构。位置服务器包括通信模块801和定位模块803。通信模块801接收测量报告，并将测量数据转发到定位模块803。定位模块包括一个或多于一个的处理器CP1，这些处理器设计为使用提供的测量数据(包括每个报告测距信号的测量定时信息)和有关移动台位置的先验信息，确定移动台MS1的位置。先验信息例如可从包括在来自移动台MS1的信号中并指示移动台MS1运行时所处网络的公共陆地移动网络(PLMN)身份中导出。PLMN身份例如可作为移动台当前运行所处小区的小区身份的一部分包括在内。使用提供的PLMN身份，定位模块803可例如通过从表中检索移动台MS1运行时所处国家的中心的坐标及对应于从所述中心直至所述国家的边界的最大距离的半径，从而导出先验位置信息。特别是对于大的国家，小区身份的分级特性还可用于标识移动台运行时所处国家内的某个特殊地区。与尝试维护具有有关每个小区的地理坐标的信息的全球数据库相比，维护不同国家或所述国家内地区的中心/半径信息表的负担要轻得多。\n在更详细地论述根据本发明的方法的示范实施例由位置服务器101执行的处理前，下面描述用于确定移动台位置的一些基本计算。\n测量方程式(2)可以以向量化形式表示为\nρ＝/1n·xu-Xs/+b1n+e    (24)\n此处ρ是包含伪距的长度为n的列向量，1n是只包含1的长度为n的列向量。Xs是个矩阵，其中，第i行包含第i个卫星(航天器)的坐标xsi。假设此处为括号内矩阵Z的每行计算出范数|Z|。\n围绕未知参数xu和b的初始估计的泰勒级数展开式可表示为\nρ＝/1n·xu-Xs/+(b-b0)1n+e＝/1n·xu0-Xs/+G·((xu-xu0)(b-b0))T+v(25)\n其中，G是几何矩阵，包含伪距关于参数xu和b的导数，v是测量误差项e与更高阶泰勒级数项之和。假设\nri＝/xu0-xsi/(26)\n则G是第i行等于下式的矩阵\nGi＝[(xu0-xsi)/ri (yu0-ysi)/ri (zu0-zsi)/ri1](27)\n(25)的最小二乘方解等于\n(xu b)T＝(xu0 b0)T+(GTG)-1GT(ρ-/1n·xu0-Xs/-b01n)(29)\n最小二乘方最小损失函数值等于\nV＝(ρ-/1n·xu0-Xs/-b01n)T(I-G(GTG)-1GT)(ρ-/1n·xu0-Xs/-b01n)(30)\n最小损失函数值是基于更新的参数估计的预测伪距与测量的伪距匹配程度的度量。\n图9A-B示出根据本发明的方法的第一示范实施例由位置服务器101、并且更具体地说由定位模块803执行的处理。\n该过程在步骤901开始，根据方程式(12b)为任意第一卫星(航天器)计算第一伪距ρ1*。此外，所有伪距ρ2*(第二卫星的)和ρ3*(第三卫星的)通过使用任一表达式(15)、(19)或(22)确定，这些伪距与第一伪距ρ1*组合会形成容许相对伪距。假设分别为第二和第三卫星找到n2和n3个容许伪距，则可形成表示分别与第一、第二和第三卫星相关联的确定伪距ρ1*、ρ2*和ρ3*的所有可能组合的由n2·n3个候选伪距向量组成的集合。\n在步骤902，为每个候选伪距向量执行根据(29)的最小二乘方估计，但由于只使用三个测量，因此，只可进行二维位置定位。由于垂直尺寸中的先验不确定性一般小于水平不确定性，因此，估计x(纬度)和y(经度)坐标是很自然的。为所有候选伪距向量估计减少的参数向量(xu yu b)T。\n在步骤903，通过考虑水平尺寸中更新级(update step)的大小，即通过将与候选伪距向量相关联的位置与由移动台的先验位置xu0和不确定性Δ界定的初始位置不确定区域进行比较，完成最可能的伪距向量候选的选择。因此，为所有候选向量确定((xu-xu0)2+(yu-yu0)2)1/2。由于((xu-xu0)2+(yu-yu0)2)1/2＜Δ对于实际参数向量xu、yu是先验已知，因此，将生成大于选定为大于Δ的定义阈值的更新级的那些候选排除在进一步计算之外。由于最小二乘方方程式(29)只是原始非线性问题(24)的近似，因此，可优选选择阈值大于Δ，具有说明通常必须迭代执行最小二乘方解法的事实的裕度(margin)。\n注意，在此情况下，无法使用(30)中的残余V，这是因为在多数情况下，在三个测量、三个方程式时它将等于零。\n在下一步骤904中，检查所有伪距是否已重构，即是否已考虑所有测量的卫星测距信号。\n如果所有伪距已重构(在步骤904选择“是”)，处理在步骤913继续，在该步骤中计算/估计移动台位置。\n否则(在步骤904选择“否”)，处理在步骤905继续，在该步骤中，使用任一表达式(15)、(19)或(22)确定与另外的(第四)卫星相关联并与第一伪距ρ1*组合会形成容许相对伪距的所有伪距ρ4*。通过组合在步骤903选定的伪距向量集合和所有与另外的(第四)卫星相关联的确定伪距ρ4*，形成所有可能候选伪距向量的新集合。\n在步骤906，为所有候选伪距向量计算损失函数值(30)，假设在此情况下也只估计二维位置向量。注意在此步骤中，无需计算显式解(29)。\n在步骤907，选择将损失函数(30)最小化的候选伪距向量。\n在下一步骤908，检查所有伪距是否已重构，即是否已考虑所有测量的卫星测距信号。\n如果所有伪距已重构(在步骤908选择“是”)，处理在步骤913继续，在该步骤中计算移动台位置。\n否则(在步骤908选择“否”)，在下面的步骤中，足够的测距信号测量可用于实现三维解法。因此，在步骤909对于ρk*重复伪距重构的过程，其中，k＝5，即通过使用任一表达式(15)、(19)或(22)，确定与另外的(第五)卫星相关联的、与第一伪距ρ1*组合会形成容许相对伪距的所有伪距ρ5*，并且通过组合在前一选择步骤选定的候选伪距向量集合和所有与另外的(第五)卫星相关联的确定伪距ρ5*，形成所有可能候选伪距向量的新集合。\n在步骤910，使用(30)为新集合中的所有候选伪距向量计算损失函数值。在步骤911，基于所述损失函数值，将最不可能的候选伪距向量排除在进一步考虑之外，即通过排除在步骤909形成的不可能的候选伪距向量，形成选定候选伪距向量的新集合。在此实施例中，选择将损失函数最小化的候选伪距向量。\n在步骤912，检查所有伪距是否已重构，即是否已考虑所有测量的测距信号。如果所有伪距已重构(在步骤912选择“是”)，处理在步骤913继续，在该步骤中计算移动台位置。\n否则(在步骤912选择“否”)，从步骤909重复伪距重构和排除不可能伪距向量的过程，以确定与另外的卫星k相关联的伪距ρk*，其中，在步骤909-911的每个新的迭代前，k增大。\n在所有伪距已重构时，即已考虑所有采集的卫星测距信号时，通过在步骤913可能使用迭代方案确定最小二乘方解(29)，计算/估计移动台位置xu。\n分别在包括步骤901-903的初始伪距选择循环和另外的伪距选择循环905-907(对与四个卫星相关联的伪距操作)与908-911(对与不止四个卫星相关联的伪距操作)中组织图9所示过程中执行的伪距选择。\n图10示出执行根据图9A-B的方法时结果和中间结果的示范情况。在此示范情况中，假设与图1的四个卫星相关联的测距信号测量可用，这意味着只执行初始选择循环(步骤901-903)和对与四个卫星相关联的伪距操作的另外的选择循环(905-907)。\n图10示出分别与第二卫星SV2和第三卫星SV3相关联的第一伪距ρ1*(图10中的r11)、伪距ρ2*(图10中的r21、r22)和ρ3*(图10中的r31、r32)，在此示范情况中，在步骤901确定这些伪距。基于确定的伪距，还在步骤901形成表示所述伪距的所有可能组合的伪距向量集合1001。\n从在步骤901形成的伪距集合1001，通过选择与初始不确定区域内的位置相关联的伪距向量，在步骤902-903导出选定伪距向量集合1002。如图10所示，在此特殊示范情况中，在步骤902-903选择两个伪距向量。\n图10还示出在步骤905确定的与另外的第四卫星SV4相关联的伪距ρ4*(图10中的r41、r42)。基于与第四卫星SV4相关联的确定伪距ρ4*，还在步骤905形成表示伪距ρ4*和来自前一选择循环(即此示范情况中的初始选择循环)选定伪距向量集合1002的所有可能组合的伪距向量的新集合1003。\n从在步骤905形成的伪距的新集合1003，通过选择将最小损失函数(30)最小化的伪距向量，在步骤906-907导出选定伪距向量的新集合1004。\n最后，根据此示范情况，选定伪距向量的新集合1004中单个伪距向量的元素在步骤913用于确定接收来自四个卫星SV1-SV4的测距信号的位置(图10中由向量1005表示)。\n除上面公开的本发明示范第一实施例外，有若干方式提供第一实施例的重新布置、修改和替代，从而产生本发明的另外实施例。\n在本发明的第一示范实施例中，图9A-B所示的处理步骤由以一个或多于一个的常规可编程处理器形式的数字数据处理电路执行。然而，可使用能够执行所述处理的任何数字数据处理电路，例如，状态机、ASIC、离散逻辑电路等。在本发明的第一示范实施例中，如在使用可编程装置的本发明其他实施例中，控制计算机程序(软件)体现为在如RAM、硬盘驱动器、电子只读存储器、光学存储装置(例如，图11中以示意图方式示出的CD-ROM)等的某种计算机可读介质上存储的机器可读指令。执行根据本发明的处理的可编程装置可专用于此任务，或者还可用于与其他任务有关的处理。\n通过在移动台MS1的定位模块602中将图7的步骤707基本上替换为根据图9A-9B的处理，可从所示本发明第一实施例导出在移动台基础型AGPS的环境中使用的本发明示范实施例。因此，第一示范实施例中位置服务器101的定位模块903执行的计算会转为由移动台MS1的定位模块602执行。移动台位置的先验估计及卫星星历数据和时钟校正会作为在位置计算中使用的辅助数据由网络提供。因此，移动台MS1在此情况中会成为根据本发明的设备的示范实施例。\n本发明当然可在AGPS控制平面和用户平面解决方案的环境中应用。关于AGPS控制平面解决方案，本发明可能非常关注在扩展范围小区(在GSM中，扩展范围小区可具有高达100公里的半径)的环境中应用，或在网络中未实施小区身份定位(这一般用作确定先验位置信息的基础)时应用。\n执行伪距选择循环909-911直至已考虑所有测量的测距信号的一种替代方案会是在产生单个伪距向量选择的选择循环后退出迭代选择循环的循环。然后可基于选定的单个伪距向量，确定由移动台的先验位置xu0和不确定性Δ界定的初始位置不确定区域内更新的位置不确定区域。然后，可使用更新的位置不确定区域，确定移动台的未知位置，即接收卫星测距信号的位置。由于更新的位置不确定区域会比初始位置不确定区域小得多，因此，在使用更新的位置不确定区域来确定未知位置时，实际上不存在模糊伪距重构的风险。真正的位置计算可如普通GPS定位执行。\n在希望结合AGPS处理甚至更大的先验位置不确定性的情况下，本发明可与国际专利申请PCT/IB2004/052040的讲授内容组合，通过如所述国际专利申请中所指定的对已接收测距信号执行对导航数据比特长度模的测量，并然后如本专利申请中公开的，确定接收所述测距信号的位置。\n为提供增强的稳固性以防止出现例如信号到达时估计GPS时间的误差，可根据同时待审的Ari Kangas的美国专利申请60/545194执行位置计算。\n在另外的伪距选择循环中评估和选择伪距向量时，有若干替代规则可供本发明的不同实施例应用。除应用最小损失函数(30)外，可应用加权最小损失函数\nV＝(ρ-/1n·xu-Xs/-b01n)TQ-1(ρ-/1n·xu-Xs/-b01n)(31)\n其中，Q是距离信号测量误差的协方差矩阵。\n可选择产生小于定义阈值的损失函数的所有伪距向量，而不是如图9A-9B中的步骤907和909中选择将损失函数最小化的伪距向量。此外，应用的评估规则可表示在不同的选择循环迭代中不同的评估标准。一个此类例子会是选择在最后迭代中将损失函数最小化的伪距向量，但是选择在除最后迭代外的所有迭代中产生低于定义阈值的最小损失函数值的所有伪距向量。在不同循环中不同评估标准的另一例子会是将不同阈值(一般应用越来越小的阈值)应用于不同迭代。通过计算与每个伪距向量相关联的位置，并将计算得出的位置与初始位置不确定区域进行比较(即类似于初始伪距选择循环中执行的比较)，还可执行伪距向量的评估。还可能通过基于最小损失函数值(根据例如方程式(30)或(31))和相关联位置与初始不确定区域的比较两者的组合标准，评估伪距向量。\n在本发明的第一示范实施例中，截断定时测量结果可用于所有测距信号RS1-RS4。在本发明的其他实施例中，可测量了一个或多于一个的测距信号而无截断。然而，只要为至少一个卫星执行截断测距信号测量，即可用的测量结果包括至少一个卫星的截断定时测量结果，则在先验位置不确定区域大时存在模糊伪距重构的风险，并且因此本发明可用于提供增强的稳固性以防止出现模糊伪距重构。\n尽管在本发明第一示范实施例中已在辅助型GPS环境中应用本发明，但本发明当然还可结合诸如GALILEO或GLONASS的其他基于卫星的定位系统应用，以处理存在以下风险的情况，截断测距信号测量与大的先验位置不确定区域组合暗示模糊伪距重构的风险。\n参考文献\n(1)“Navstar GPS空间部分/导航用户接口”(Navstar GPS SpaceSegment/Navigation user Interfaces，ICD-GPS-200，Revision IRN-200C-003，11October 1999)。\n(2)“全球定位系统：理论与应用”(Parkinson，Spilker GlobalPositioning System：Theory and Applications，Volnme 1，AIAA，1996)