CN101806901A - 利用数据通信网络进行检测位置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用数据通信网络的基于全球导航卫星系统(GNSS)的定位系统及追踪方法。所述基于GNSS的定位系统包括信号放大器、信号转换器、补充信息处理器和网络适配器。当基于GNSS的定位装置与数据通信网络连接时，定位装置就通过数据通信网络将GNSS数字数据(如中频或基带数字数据)和附加的用于改进性能的补充信息(如每个卫星的时序信息、涉及蜂窝的信息、比特数据以及频移信息)传送给位置追踪服务器，位置追踪服务器基于位置追踪服务器中可利用的丰富运算资源提高接收机灵敏度，以计算定位装置的方位。因此，甚至在信号非常微弱的条件下，定位装置也可以找到自身位置。

Description

利用数据通信网络进行检测位置的系统和方法

相关申请的交叉引用

本美国非临时专利申请根据35U.S.C.§119要求在2009年6月23日提交的韩国专利申请10-2009-0055945号以及在2009年1月06日提交的韩国专利申请10-2009-0000876号的优先权，将其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及利用数据通信网络的定位系统和方法。如果定位装置通过数据网络将来自GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)卫星的原始GNSS数字数据(例如，中频或基带数字数据)和提高性能所需的附加信息(例如，每个卫星的时序信息、基于蜂窝的信息、比特数据和载波频移信息)传送给位置追踪服务器，则位置追踪服务器通过利用强大的运算能力提高接收机的灵敏度以计算定位装置的位置，而该强大的运算能力在普通GNSS定位装置中是无法实现的。因此，即便是在信号非常微弱的条件下(例如，房间里或者GNSS卫星信号被严重削弱的区域里)，定位装置也可以找到自身的位置。这种基于GNSS的定位系统可以应用于各种基于定位的服务。

此外，本发明还涉及利用数据通信网络的定位系统及方法，该系统及方法可以在不仅需要提取定位信息而且还要提取绝对时序信息时实现时间同步。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)是提供覆盖全球自主地理空间定位的卫星导航系统的通称，其包括全球定位系统(GPS)、GLONASS、Galileo、Compass等。GPS是由美国国防部开发和运作的GNSS。在使用GPS的情况下，GPS接收机接收来自24颗每天绕地球两周的卫星的信号。通常，GPS接收机检测到四个以上卫星信号就可以通过一系列信号处理操作找到接收机的位置(经度、纬度、海拔)。

近年来，GNSS的使用已增加并且从最初的军事目的延伸到非军事应用(民用)领域。此外，GNSS的应用还正在延伸到无线导航系统等。GPS不仅广泛使用于简单的无线导航系统而且还使用于基于定位的服务中。美国联邦通讯委员会(FCC)颁布强制性规定以使通信运营商能识别出紧急呼叫(911)中呼叫者的位置。因此，使用GNSS的定位系统已成为基本的而不是辅助的系统。

GNSS接收机一直在提升性能。装有GNSS接收机的终端在无障碍的室外环境中识别自身位置没有任何问题。但是，当来自GNSS卫星的信号强度被严重削弱时(例如，在室内或城市峡谷环境中)，依靠传统GNSS接收机就不能轻易找到自身位置。

各种基于定位的服务都要求不但可在室外环境工作而且也可在室内环境工作。尤其是需要找到紧急用户位置的紧急情况可能会发生在房间里或者发生在来自GNSS卫星的信号被严重削弱的区域。因此，例如灾祸或营救服务的各种高级的基于定位的服务都要求基于GNSS的定位性能有所改进。

已开发各种技术来改进GNSS接收机的性能。但是，通过终端自身来改进其接收机灵敏度非常难。也就是说，在改进GNSS接收机的性能上仍然还有局限性。虽然如此，仍需提高定位技术的性能。

GNSS已广泛用于识别和追踪终端的位置。当能检测到三个或四个来自GNSS卫星的卫星信号时，GNSS接收机就可以找到终端的位置。

但是，如上所述，当传统GNSS接收机设置在房间里或在来自GNSS卫星的信号被严重削弱的区域时，传统GPS接收机就难以同时检测到三个或四个卫星信号。如此，就不能识别和追踪到位置。在各种基于定位的服务中，尤其是在紧急或灾祸情形下，要求基于GNSS的定位装置即便在所接收的信号强度非常微弱的区域也能工作。因此，各种高级的基于定位的服务就愈加需要提高GNSS接收机的接收灵敏度。

发明内容

本发明的一个特点是提供利用数据通信网络的基于GNSS的定位系统和方法。如果基于GNSS的定位装置通过数据通信网络将来自GNSS卫星的原始中频或基带数字数据(下文称为“GNSS数字数据”)，以及如果需要的话，还有辅助信息(例如，每个卫星的时序信息、涉及蜂窝的信息、比特数据以及频移信息)传送给位置追踪服务器，则位置追踪服务器利用大量的信号处理资源提高接收机的灵敏度以计算出基于GNSS的定位装置的位置，而该大量的信号处理资源是无法在定位装置端实现的。因此，本发明的基于GNSS的定位系统甚至在位置不容易确定的区域(例如，室内或来自GNSS卫星的信号强度非常弱的区域)也可以找到定位装置的位置，并且可应用在各种基于定位的服务中。

本发明的另一个特点是提供这样一种利用数据通信网络的基于GNSS的定位系统和方法，该系统和方法在不仅需要确定位置信息而且还要确定绝对时序信息时实现时间同步。

为了实现上述特点，本发明的一个实施例提供了一种基于GNSS的定位系统。该基于GNSS的定位装置包括：信号放大器，其用于放大所接收的来自GNSS卫星的卫星信号；信号转换器，其用于将放大的卫星信号转换成GNSS数字数据；补充信息处理器，其用于自提取附加信息并生成补充信息和具有所述GNSS数字数据、自提取附加信息、帮助信息以及数据通信网络信息的扩充的GNSS数字数据；以及网络适配器，其用于收集来自数据通信网络的帮助信息和数据通信网络信息并通过所述数据通信网络将扩充的GNSS数字数据传送给位置追踪服务器。

所述基于GNSS的定位系统还可包括：卫星信号处理器，其用于处理GNSS数字数据、从补充信息处理器接收的补充信息、帮助信息和数据通信网络信息以推导每个卫星的相对距离和轨道/时序信息；以及位置计算器，其利用每个卫星的轨道/时序信息计算GNSS卫星的位置，然后通过计算出的GNSS卫星的位置和各个卫星的相对距离计算定位装置的位置。

在另一个实施例中，基于GNSS的定位系统包括：信号放大器，其用于放大所接收的来自GNSS卫星的卫星信号；信号转换器，其用于将放大的卫星信号转换成GNSS数字数据；以及网络适配器，其用于通过数据通信网络将转换的GNSS数字数据传送给位置追踪服务器。

为实现上述特点，本发明的一个实施例提供一种基于GNSS的位置追踪服务器。该基于GNSS的位置追踪服务器包括：卫星信号处理器，其用于处理GNSS数字数据、辅助信息、帮助信息和数据通信网络信息以推导每个卫星的相对距离和轨道/时序信息；以及位置计算器，其利用每个卫星的轨道/时序信息计算GNSS卫星的位置，然后通过计算出的GNSS卫星位置和各个卫星的相对距离计算定位装置的位置。

为实现上述特点，本发明的一个实施例提供一种基于GNSS的定位方法。该基于GNSS的定位方法包括：信号放大步骤，放大所接收的来自GNSS卫星的卫星信号；信号转换步骤，将放大的卫星信号转换成GNSS数字数据；帮助信息收集步骤，收集帮助信息和数据通信网络信息；以及网络适配步骤，如果需要时将所述GNSS数字数据和所收集到的帮助信息通过数据通信网络传送给位置追踪服务器。

所述基于GNSS的定位方法还可包括：补充信息提取步骤，提取用于定位的补充信息并使GNSS数字数据与中间信息、自提取的附加信息、帮助信息和数据通信网络信息结合。在所述网络适配步骤中，通过数据通信网络将GNSS数字数据和补充信息传送给位置追踪服务器。

所述基于GNSS的定位方法还可包括：卫星信号处理步骤，处理GNSS数字数据、补充信息、帮助信息和数据通信网络信息以推导距离各个卫星的相对距离和每个卫星的轨道/时序信息；以及定位计算步骤，利用每个GNSS卫星的轨道和时序信息计算GNSS卫星的位置并通过距离各个GNSS卫星的相对距离计算定位装置的位置。

附图说明

参照附图和所附详细描述，本发明将更加清楚明白。下文描述的实施例是作为示例，而并非用于限制，其中相同的附图标记指相同或相似的元件。附图并非按比例绘制，其旨在说明本发明的各方面。

图1A～图1C是传统的基于GNSS的定位系统的结构图。

图2是说明在图1A中所示的信号放大器、信号转换器和GNSS卫星信号处理器中处理卫星信号的传统步骤的详细流程图。

图3是说明在位置计算器中计算位置的传统步骤的详细流程图。

图4A～图4C分别是根据本发明第一至第三实施例的利用数据通信网络的基于GNSS的定位系统的结构图。

图5是说明根据本发明一个实施例的在位置追踪服务器中处理GNSS卫星信号的步骤的详细流程图。

图6是说明本发明第一实施例的利用数据通信网络的基于GNSS的定位方法的流程图。

图7是说明本发明第二实施例的利用数据通信网络的基于GNSS的定位方法的流程图。

具体实施方式

以下参照附图更完整地说明本发明，附图示出了本发明的优选实施例。但是，还可以以各种不同形式实现本发明，本发明并不局限于这里所述的实施例。更确切地说，提供这些实施例以便对于本领域技术人员来说，本发明的公开内容是详尽和完整的，并且充分表达本发明的范围。

以下简要说明传统GNSS接收机的定位步骤。该定位步骤可分为以下三种情形：

第一种情形，GNSS接收机追踪GNSS卫星信号，然后利用从追踪到的GNSS卫星所提取的信息自己计算位置。

第二种情形，GNSS接收机利用从网络接收的帮助信息追踪GNSS卫星信号。然后，如同第一种情形，GNSS接收机计算位置。追踪GNSS卫星信号由GNSS接收机执行。

第三种情形，GNSS接收机追踪GNSS卫星信号并将所追踪的卫星的信息提供给网络的位置追踪服务器。然后，位置追踪服务器计算位置。如同第二种情形，也是由GNSS接收机执行追踪GNSS卫星信号。

本发明所涉及的不是使用基于GNSS信号追踪的终端的传统定位系统，而是涉及基于数据通信网络进行追踪和识别基于GNSS的定位装置的位置的定位系统。定位装置通过连接的数据通信网络将原始GNSS卫星数据传送给位置追踪服务器，位置追踪服务器搜寻和追踪GNSS卫星信号以计算定位装置的位置。位置追踪服务器可以利用丰富的信号处理资源来提高接收机的灵敏度以得到改善的处理增益。

下文参照图1A～图1C描述典型的基于GNSS的定位系统。

图1A～图1C是典型的基于GNSS的定位系统的结构图。

如图1A所示，典型的基于GNSS的定位装置100包括信号放大器110、信号转换器120、GNSS卫星信号处理器130和位置计算器140。基于GNSS的定位装置100是GNSS接收机，其利用从多个GNSS卫星10接收到的信号执行定位运算。

具体地，信号放大器110接收和放大来自GNSS卫星10的卫星信号。信号转换器120将放大的卫星信号转换成GNSS数字数据。

GNSS卫星信号处理器130处理转换后的数据以追踪GNSS卫星10。即，GNSS卫星信号处理器130处理GNSS数字数据以获得距离各个卫星的相对距离和各个卫星的轨道/时序信息。

位置计算器140利用由GNSS卫星信号处理器130所追踪和计算出的GNSS卫星10的位置来确定自身位置。即，位置计算器140利用由GNSS卫星信号处理器130所得到的距离各个卫星的相对距离、轨道/时序信息找到自身位置。

类似于上述第一种情形，图1A示出了在没有连接任何网络或网络提供帮助的情况下，系统自己执行GNSS信号处理和定位步骤的情形。

如图1B所示，另一种传统定位装置100包括信号放大器110、信号转换器120、GNSS卫星信号处理器130、位置计算器140和网络适配器150。即，图1B中所示的定位装置100包括图1A中所示的定位装置100的所有部件，且还包括网络适配器150。信号放大器110、信号转换器120、GNSS卫星信号处理器130和位置计算器140与图1A中所示的部分具有相同功能。

下面描述图1A与图1B中的定位装置100之间的区别。网络适配器150与网络的接入点(AP)11连接，所述AP11通过数据通信网络与GNSS和网络信息提供装置12连接。因此，网络适配器150通过数据通信网络接收GNSS和网络信息提供装置12所生成的帮助信息并将该信息传送给GNSS卫星信号处理器130。网络适配器150与网络的连接可以部分提高图1B中所示的定位装置100的性能或提高位置计算速度。

GNSS卫星信号处理器130利用GNSS数字数据和网络适配器150传送来的帮助信息获得距离各个卫星的相对距离和每个卫星的轨道/时序信息。

位置计算器140通过由GNSS卫星信号处理器130获得的距离各个卫星的相对距离和每个卫星的轨道/时序信息计算位置。

如图1C所示，另一个传统定位装置100包括信号放大器110、信号转换器120、GNSS卫星信号处理器130和网络适配器150。即，图1C中所示的定位装置100包括图1A中所示的信号放大器110和信号转换器120，还包括网络适配器150。图1C中所示的定位装置100的信号放大器110和信号转换器120和图1A中所示的定位装置100的相应部分有相同功能。

下面描述图1A与图1C中的定位装置100之间的区别。网络适配器150与网络的接入点AP11连接，所述AP11通过数据通信网络与GNSS和网络信息提供装置12以及位置追踪服务器13连接。因此，网络适配器150将由GNSS和网络信息提供装置12生成的帮助信息传送给GNSS卫星信号处理器130。此外，网络适配器150通过AP11和数据通信网络将在GNSS卫星信号处理器130所获得的距离各个卫星的相对距离和每个卫星的轨道/时序信息传送给位置追踪服务器13。

GNSS卫星信号处理器130利用转换后的数据和网络适配器150传送的帮助信息获得距离各个卫星的相对距离和每个卫星的轨道与时序信息。

对于图1C中所示的定位装置100，网络适配器150通过数据通信网络将处理过的信息(距离各个卫星的相对距离、轨道与时序信息)传送给位置追踪服务器13。此后，位置追踪服务器13利用从网络适配器150传送来的距离各个卫星的相对距离和轨道/时序信息计算图1C中所示的定位装置100的位置。

图1A～图1C中所示的典型的基于GNSS的定位装置100自己处理GNSS卫星信号并且追踪GNSS卫星10。于是，因为接收机灵敏度主要受到GNSS卫星信号处理器的处理能力的限制，所以所有基于GNSS的定位装置100在接收机灵敏度方面仍然受到限制并需要改善接收机灵敏度。

图2是说明图1A中所示的信号放大器110、信号转换器120和GNSS卫星信号处理器130的典型的卫星信号处理步骤的详细流程图。

信号放大器110接收来自GNSS卫星10的卫星信号(S202)。信号放大器110放大接收到的卫星信号(S204)。

信号转换器120检查放大的卫星信号是否为基带信号(S206)。

如果放大的卫星信号不是基带信号，信号转换器120就将该放大的卫星信号转换成基带信号(S208)。另一方面，如果放大的卫星信号是基带信号，则流程进入S210步骤。

GNSS卫星信号处理器130从转换后的基带信号搜寻每个卫星的码相位和载波频率。

GNSS卫星信号处理器130利用搜寻到的各个卫星的编码和频率追踪GNSS卫星10的码相位和载波频率(S212)。

GNSS卫星信号处理器130通过追踪到的码相位和载波频率信息得出每个卫星的伪距信息，即距离各个卫星的相对距离(214)。

GNSS卫星信号处理器130得出解调后的每个卫星的导航数据，即每个卫星的轨道/时序信息(S216)。

也就是说，GNSS卫星信号处理器130在卫星信号中搜寻和追踪每个卫星的码相位和载波频率。GNSS卫星信号处理器130还提取各个卫星的信号到达时刻之间的差值(伪距信息)和导航数据。

图3是说明在图1所示的位置计算器140中的典型的位置计算步骤的详细流程图。

位置计算器140利用GNSS卫星信号处理器130所提取的各个卫星的信号到达时刻之间的差值和导航数据估计伪距(S302)。

位置计算器140根据得出的导航数据信息修正估计出的伪距(S304)。

位置计算器140利用各个卫星的时间信息和导航数据计算GNSS卫星10的位置(S306)。

位置计算器140利用修正后的伪距和GNSS卫星的位置计算定位装置100的位置(S308)。位置计算器140依据众所周知的导航算法执行位置计算步骤。

图4A示出了作为本发明第一实施例的利用数据通信网络的基于GNSS的定位装置400。

如图4A所示，该定位装置400包括信号放大器410、信号转换器420、GNSS卫星信号处理器430、补充信息处理器440、网络适配器450以及位置计算器460。

定位装置400通过AP11和数据通信网络与GNSS和网络信息提供装置12以及位置追踪服务器40连接。位置追踪服务器40包括GNSS卫星信号处理器41和位置计算器42。

以下将详细说明本发明第一实施例的定位装置400和位置追踪服务器40的各部件。

信号放大器410接收来自GNSS卫星10的卫星信号并放大所接收到的卫星信号。

信号转换器420将放大的卫星信号转换成GNSS数字数据(中频或基带数字数据)。转换后的GNSS数字数据被传送给GNSS卫星信号处理器430和补充信息处理器440。

GNSS卫星信号处理器430保护GNSS数字数据和来自补充信息处理器440的附加补充信息。GNSS信号处理器430搜寻每个GNSS卫星的码相位和载波频率并生成距离各个卫星的相对距离和每个卫星的轨道/时序信息。GNSS卫星信号处理器430将相对距离和轨道/时序信息传送给位置计算器460。当所接收的卫星信号状况良好时，GNSS卫星信号处理器430可确定足够数目(通常，四个以上)的GNSS卫星的相对距离和轨道/时序信息。在卫星信号非常微弱的情况下，GNSS卫星信号处理器430不能生成用于位置计算器460定位计算的足够的结果。尽管中间信息P1不足以用于定位计算，但GNSS卫星信号处理器430可将中间信息P1(相对距离、轨道/时序信息、所处理GNSS卫星的码相位和频率的搜寻结果)提供给补充信息处理器440。

补充信息处理器440从网络适配器450接收帮助信息和数据通信网络信息。补充信息处理器440将帮助信息和数据通信网络信息与自生的附加信息(例如，考虑与AP11网络同步的本地振荡器的频率偏置信息、频率偏置控制历史信息等)结合以生成补充信息。补充信息处理器440将补充信息传送给GNSS卫星信号处理器430。同样，补充信息处理器440接收来自GNSS卫星信号处理器430的中间信息P1和来自信号转换器420的GNSS数字数据。补充信息处理器440利用所述GNSS数字数据生成扩充的GNSS数字数据。扩充后的GNSS数字数据另外包括中间信息P1、自生的附加信息、帮助信息和数据通信网络信息中的至少一个。

网络适配器450通过数据通信网络和AP11接收来自GNSS和网络信息提供装置12的帮助信息(例如，轨道数据、本地电离层情况以及其他影响卫星信号的误差等)和数据通信网络信息(例如，基于蜂窝的信息、大概位置信息、时序信息、频率偏置信息等)。网络适配器450将帮助信息和数据通信网络信息传送给补充信息处理器440。并且，网络适配器450从补充信息处理器440接收扩充的GNSS数字数据。网络适配器450通过AP11和数据通信网络将扩充的GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40。当数据通信网络的数据传输速率低于预设的网络数据传输容量时，网络适配器450在存储扩充的GNSS数字数据后通过数据通信网络将扩充的GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40。

基本上，位置追踪服务器40追踪GNSS卫星10并利用GNSS数字数据、自身所提取的附加信息、帮助信息、数据通信网络信息和卫星数据修正信息计算定位装置400的位置。帮助信息和数据通信网络信息可从定位装置400或从GNSS和网络信息提供服务器12接收。GNSS和网络信息提供服务器12可提供帮助信息、主蜂窝基站和相邻蜂窝基站的坐标信息、基于RSSI的粗略位置估计信息等。位置追踪服务器40计算定位装置400的位置。位置追踪服务器40通过数据通信网络和AP11将计算出的定位装置400的位置信息反馈给定位装置400。

具体地，GNSS卫星信号处理器41从定位装置400接收扩充的GNSS数字数据。如果需要的话，GNSS卫星信号处理器41通过数据通信网络搜集来自GNSS和网络信息提供服务器12的帮助信息和数据通信网络信息以及卫星数据修正信息(例如，所测量的卫星伪距和在差分GNSS基站14的实际(内部运算的)伪距之间的差值)。GNSS卫星信号处理器41还搜寻GNSS卫星的码相位和载波频率。GNSS卫星信号处理器41利用扩充的GNSS数字数据解调轨道/时序信息。搜寻和解调步骤需要大量运算。可以利用帮助信息和数据通信网络信息减少搜寻和解调步骤的运算量。还可以利用从定位装置接收到的中间信息P1和自生的附加信息来进一步减少搜寻和解调步骤的运算量。可以应用位置追踪服务器40中丰富的运算资源来减少GNSS卫星信号处理器41的处理时间。这样就可以通过位置追踪服务器40中丰富的运算资源改进GNSS卫星信号处理器41的搜寻和解调性能(如接收机的灵敏度)。

位置计算器42利用GNSS卫星信号处理器41所得到的距离各个卫星的相对距离、轨道/时序信息精确计算定位装置400的位置。此外，位置计算器42利用GNSS卫星信号处理器41的结果提取绝对时序信息，其中提取绝对时序信息作为定位计算的临时信息。

定位装置400接收来自GNSS卫星的卫星信号以生成GNSS数字数据。其后，定位装置400通过数据通信网络将安全的GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40。若传送给位置追踪服务器40的GNSS数字数据没有进行过任何卫星信号处理，所需要的数据流量就会相对大。通过传统通信网络(尤其是，无线通信网络)传输这样大量的数据就变得很难。但是，近来数据通信网络的大传输容量使GNSS数字数据不需要任何卫星信号处理就能够被完全传送(为了高效实现可引入数据压缩技术)。

在如图4A所示的定位装置有自己的GNSS卫星信号处理器和位置计算器的情形下，当卫星信号状况良好时，定位装置400可以自行计算自身位置。在卫星信号非常微弱的情况下，定位装置400生成中间信息P1并将其传送给位置追踪服务器40以帮助定位装置400的定位计算。

图4B示出了本发明第二实施例的利用数据通信网络的基于GNSS的定位装置400。

如图4B所示，该定位装置400包括信号放大器410、信号转换器420、补充信息处理器440和网络适配器450。定位装置400通过AP11和数据通信网络与GNSS和网络信息提供装置12以及位置追踪服务器40连接。位置追踪服务器40包括GNSS卫星信号处理器41和位置计算器42。

以下详细说明本发明第二实施例的定位装置400和位置追踪服务器40的各部件。

信号放大器410接收并放大来自GNSS卫星10的卫星信号。

信号转换器420将放大的卫星信号转换成GNSS数字数据。转换后的GNSS数字数据被传送给补充信息处理器440。

补充信息处理器440从网络适配器450接收帮助信息和数据通信网络信息。补充信息处理器440从信号转换器420接收GNSS数字数据。补充信息处理器440利用所述GNSS数字数据生成扩充的GNSS数字数据。扩充后的GNSS数字数据另外包括自生的附加信息(例如，考虑与AP11网络同步的本地振荡器的频率偏置信息、频率偏置控制历史信息等)、帮助信息和数据通信网络信息中的至少一个。

网络适配器450通过数据通信网络和AP11接收来自GNSS和网络信息提供装置12的帮助信息(例如，轨道数据、本地电离层情况以及其他影响GNSS卫星信号的误差等)和数据通信网络信息(例如，基于蜂窝的信息、大概位置信息、时序信息、频率偏置信息等)。网络适配器450将帮助信息和数据通信网络信息传送给补充信息处理器440。并且，网络适配器450从补充信息处理器440接收扩充的GNSS数字数据。网络适配器450通过AP11和数据通信网络将扩充的GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40。当数据通信网络的数据传输速率低于预设的网络数据传输容量时，网络适配器450在存储扩充的GNSS数字数据后通过数据通信网络将扩充的GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40。

图4A和图4B中基于GNSS的定位系统之间的区别在于定位装置400是否有自己的GNSS卫星信号处理器430和位置计算器460。当需要定位装置有自定位能力时，图4A中的结构就比较适合。即便在卫星信号非常微弱的情况下，内部的GNSS卫星信号处理器和位置计算器也可以用于生成中间信息P1。但是，当定位装置400能够容易地访问数据通信网络时，就按图4B所示构造定位装置。对于大多数基于定位的服务而言，图4B所示的结构是足够的，而且可以容易、经济地实现。

具体地，GNSS卫星信号处理器41从定位装置400接收扩充的GNSS数字数据。如果需要的话，GNSS卫星信号处理器41通过数据通信网络收集来自GNSS和网络信息提供服务器12的帮助信息和数据通信网络信息以及卫星数据修正信息。GNSS卫星信号处理器41还搜寻GNSS卫星的码相位和载波频率。GNSS卫星信号处理器41利用GNSS数字数据解调轨道/时序信息。搜寻和解调步骤需要大量运算。可以利用帮助信息和数据通信网络信息减少搜寻和解调步骤的运算量。还可以利用自生的附加信息进一步减少搜寻和解调步骤的运算量。可以应用位置追踪服务器40中丰富的运算资源减少GNSS卫星信号处理器41的处理时间。这样就可以通过位置追踪服务器40中丰富的运算资源来改进GNSS卫星信号处理器41的搜寻和解调的性能(例如接收机的灵敏度)。

位置计算器42利用GNSS卫星信号处理器41所得到的距离各个卫星的相对距离、轨道/时序信息精确计算定位装置400的位置。此外，位置计算器42利用GNSS卫星信号处理器41的结果提取绝对时序信息，其中提取绝对时序信息作为定位计算的临时信息。

图4C示出了本发明第三实施例的利用数据通信网络的基于GNSS的定位装置400。

如图4C所示，基于GNSS的定位装置400包括信号放大器410、信号转换器420和网络适配器450。

基于GNSS的定位装置400通过AP11和数据通信网络与GNSS和网络信息提供装置12以及位置追踪服务器40连接。位置追踪服务器40包括GNSS卫星信号处理器41和位置计算器42。

以下详细说明第三实施例的基于GNSS的定位装置400和位置追踪服务器40的各部件。

信号放大器410接收并放大来自GNSS卫星10的卫星信号。

信号转换器420将放大的卫星信号转换成GNSS数字数据。转换后的GNSS数字数据被传送给网络适配器450。

网络适配器450接收来自信号转换器420的GNSS数字数据。网络适配器450通过AP11和数据通信网络将GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40。当数据通信网络的数据传输速率低于预设的网络数据传输容量时，网络适配器450在存储GNSS数字数据后通过数据通信网络将GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40。

GNSS卫星信号处理器41从定位装置400接收GNSS数字数据。如果需要的话，GNSS卫星信号处理器41通过数据通信网络收集来自GNSS和网络信息提供服务器12的帮助信息和数据通信网络信息以及卫星数据修正信息。GNSS卫星信号处理器41还搜寻GNSS卫星的码相位和载波频率。GNSS卫星信号处理器41利用GNSS数字数据解调轨道/时序信息。解调和搜寻步骤需要大量运算。可以利用帮助信息和数据通信网络信息减少搜寻和解调步骤的运算量。可以应用位置追踪服务器40中丰富的运算资源来减少GNSS卫星信号处理器41的处理时间。就可以改进GNSS卫星信号处理器41的搜寻和解调的性能(例如接收机的灵敏度)。

位置计算器42利用GNSS卫星信号处理器41所得到的距离各个卫星的相对距离、轨道/时序信息精确计算定位装置400的位置。此外，位置计算器42还利用GNSS卫星信号处理器41的结果提取绝对时序信息，其中提取绝对时序信息作为定位计算的临时信息。

典型的基于GNSS的定位装置100可以处理GNSS卫星10的卫星信号并计算定位装置自身的位置。然而，图4B或图4C中所示的基于GNSS的定位装置400中定位追踪步骤是根据自生成的需求或来自网络的要求而执行。

图5是表示本发明一个实施例的位置追踪服务器处理GNSS卫星信号的步骤的详细流程图。

GNSS卫星信号处理器41通过数据通信网络接收GNSS数字数据、辅助信息和卫星数据修正信息(S502)。辅助信息包括中间信息P1、自生的附加信息、帮助信息和数据通信网络信息中的至少一个。

当所接收的GNSS数字数据是中频信号时，GNSS卫星信号处理器41将中频信号转换成基带信号(S504)。

GNSS卫星信号处理器41利用GNSS数字数据、帮助信息和数据通信网络信息以及利用辅助信息来搜寻每个卫星的码相位和载波频率(S506)。GNSS卫星信号处理器41利用位置追踪服务器40中丰富的运算资源实现更高的处理增益(同“S210”的情况相比)。

然后，GNSS卫星信号处理器41追踪搜寻到的GNSS卫星10的码相位和载波频率(S508)。

GNSS卫星信号处理器41通过追踪到的码相位和载波频率得到每个被搜索卫星的伪距信息，即距离各个卫星的相对距离(S510)。

GNSS卫星信号处理器41得到每个被搜索卫星的轨道/时序信息(S512)。

根据GNSS基带数字数据，GNSS卫星信号处理器41对GNSS卫星信号执行解展频操作以搜寻卫星信号并追踪相应的卫星。

对于“S506”和“S508”，当定位装置400自己执行“S506”和“S508”步骤时，定位装置在性能上存在限制。由于信号弱时需要极大的运算量，使得定位装置400不能精确推导出GNSS卫星10的码相位和载波频率。

例如，说明一种对接收到的GPS卫星信号实时累积的情况。在累积20ms的GPS数据比特的情况下，理论上可获得大约43dB的处理增益，其中20ms被认为是GPS卫星信号搜寻中的通用时限。如果20ms的累积长度被延长到1秒(1sec)，从而处理增益进一步增加大约17dB，那么积分长度就有50倍长，并且搜寻频率解析度更精确。即，定位装置400需要2500倍大的计算量和存储空间。大量的计算对自计算定位装置的实际性能形成限制。

与典型的基于GNSS的定位装置中定位装置自己执行卫星信号处理不同，位置追踪服务器40中的GNSS卫星信号处理器41利用丰富的运算资源来获得高处理增益。因此，本发明可以实现对接收机灵敏度的提高。

GNSS卫星信号处理器41利用位置追踪服务器40中的自生的附加信息、帮助信息、数据通信网络信息和中间信息来有效搜寻GNSS卫星的码相位和载波频率。因而，能够得到比典型的基于GNSS的定位装置更高的接收机灵敏度。而且，更高效地执行信号处理以提高信号处理速度。

在GNSS卫星信号处理器41中，根据先验信息精确度确定码相位和载波频率的搜寻的不确定范围。如果GNSS卫星信号处理器41知道本地时钟精确的时序信息和频移信息，就可以极大缩短GNSS卫星信号处理器41的计算时间。卫星信号处理器41从AP11收集基于蜂窝的信息并且从定位装置400收集自生的附加信息。基于蜂窝的信息包括基于与定位装置400所属的AP11网络同步的定位装置400的振荡器频率偏置信息和时序信息。GNSS卫星信号处理器41根据基于蜂窝的信息和自生的附加信息提高先验信息精确度。

知道每个卫星的比特数据意味着GNSS卫星信号处理器41事先知道改变每个比特持续时间(GPS是20msec)的比特数据。GNSS卫星信号处理器41通过应用每个卫星的比特数据来增加相干相关长度以获得高处理增益。此外，GNSS卫星信号处理器41还可将比特数据应用于高解析度频率追踪操作以精确追踪载波频率。

图6是说明本发明第一实施例的使用数据网络的基于GNSS的定位方法的流程图。

更具体地，图6是表示利用GNSS和网络信息提供装置12、位置追踪服务器40、AP11以及定位装置400和用户600之间的数据通信网络的位置追踪服务器启动定位的方法的流程图。

当需要计算用户600的定位装置400的位置时，位置追踪服务器40访问数据通信网络以请求AP11测量定位装置400的位置(S602)。

在通过数据通信网络呼叫和访问定位装置400后，AP11传递定位装置400定位的请求(S604)。

如果需要的话，定位装置400收集包括GNSS数字数据和辅助信息的扩充GNSS数字数据(S606)。辅助信息包括帮助信息、数据通信网络信息、自生的附加信息(例如，考虑与AP11网络同步的本地振荡器的频率偏置信息、频率偏置控制历史信息等)和中间信息P1中的至少一个。

定位装置400将安全的GNSS数字数据和辅助信息传送给AP11(S608)。

AP11将从定位装置400接收的扩充GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40(S610)。

位置追踪服务器40向GNSS和网络信息提供装置12要求帮助信息(S612)。GNSS和网络信息提供装置12供给在网络上安全的数据通信网络信息和帮助信息(S614)。

当位置追踪服务器40收集到定位所需的GNSS数字数据、数据通信网络信息和帮助信息时，位置追踪服务器40就执行GNSS卫星信号处理并计算定位装置400的位置(S616)。

位置追踪服务器40将计算出的定位信息传送给AP11(S618)。之后，AP11再将所传送的定位信息传送给定位装置400(S620)。

当需要将计算出的定位信息通报给用户600时，定位装置400就将定位信息通知用户600并使用户600可以找到它的位置。

基于步骤“S602”至步骤“S622”的服务器启动定位方法可以运用在各种基于定位的服务中，例如寻友或紧急救援服务。

图7是本发明第二实施例的使用数据网络的基于GNSS的定位方法的流程图。

更具体地，图7是表示使用GNSS和网络信息提供装置12、位置追踪服务器40、AP11以及定位装置400和用户600之间的数据通信网络的用户启动定位的方法的流程图。虽然图7中的步骤与图6中的步骤相似，但定位追踪方法以用户600的请求开始。

用户600请求或命令定位装置400执行位置测量(S702)。

定位装置400请求AP11执行位置测量(S704)。AP11请求位置追踪服务器40执行位置测量(S706)。

如果需要的话，定位装置400收集包括GNSS数字数据和辅助信息的扩充GNSS数字数据(S708)。辅助信息包括帮助信息、数据通信网络信息、自生的附加信息(例如，考虑与AP11网络同步的本地振荡器的频率偏置信息、频率偏置控制历史信息等)和中间信息P1中的至少一个。

并且，定位装置400将收集到的GNSS数字数据和辅助信息传送给AP11(S710)。

AP11将从定位装置400接收的辅助GNSS数字数据传送给位置追踪服务器40(S712)。

位置追踪服务器40请求GNSS和网络信息提供装置12的帮助信息和数据通信网络信息(S714)。GNSS和网络信息提供装置12将在网络上安全的帮助信息和数据通信网络信息提供给位置追踪服务器40(S716)。

当位置追踪服务器40收集到定位所需的GNSS数字数据、帮助信息和数据通信网络信息时，位置追踪服务器40就对GNSS卫星信号进行处理并计算基于GNSS的定位装置400的位置(S718)。

位置追踪服务器40将计算出的位置信息传送给AP11(S720)。然后，AP11将传送来的位置信息传送给定位装置400(S722)。

因为该步骤是由用户请求启动的，所以定位装置400将位置信息通知用户600(S724)。

基于步骤“S702”至步骤“S724”的定位追踪方法可以应用于根据用户600的请求而得知终端的位置的情况。例如，定位追踪步骤可以应用于诸如要求特别高精确度的情形、危难或特殊终端的位置记录(例如，诸如照相机的设备的基于GPS的位置记录)的各种情况。

另外，可以通过编写计算机程序来具体实现根据本发明的定位方法。本领域技术人员可以很容易推断出构成程序的代码和分段代码。编写好的程序存储在计算机能够读取的记录媒介(信息存储媒介)中，并由计算机读取和执行以实施该定位方法。此外，记录媒介包括计算机能够读取的所有类型的记录媒介。

如前文所述，根据本发明，如果与数据通信网络连接的定位装置通过数据通信网络将GNSS数字数据和辅助信息传送给位置追踪服务器，则位置追踪服务器通过利用其丰富的运算资源来提高接收机的灵敏度，以计算出定位装置的位置。因此，甚至是在GNSS卫星信号被严重削弱的区域，也可以计算并追踪定位装置的位置。本发明的定位系统可以应用在各种基于定位的服务中。

此外，根据本发明，因为绝对时序信息可以作为定位计算的临时信息而被轻松提取，所以能够在利用数据通信网络的定位系统和定位方法中实现时间同步。

除了提高接收机的灵敏度，定位精度也由于位置追踪服务器的强大运算能力而明显提高以提供高可靠性的定位服务。因此，根据各种情形或应用，提高的灵敏度和精度可以应用于由网络或用户请求的GNSS接收机的位置检测、存储以及记录。

尽管结合附图中所示的本发明的实施例说明了本发明，但并不局限于此。本领域技术人员应当明白，可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行各种置换、修改和变化。

Claims (23)

1.一种基于全球导航卫星系统(GNSS)的定位系统，该定位系统包括：

位置追踪服务器；以及

通过访问接入点和数据通信网络与所述位置追踪服务器连接的GNSS定位装置，

其中，所述GNSS定位装置包括：

信号放大器，其用于在从GNSS卫星接收到卫星信号之后放大该卫星信号；

信号转换器，其用于将放大后的所述卫星信号转换成GNSS数字数据(中频或基带数字数据)；

补充信息处理器，其用于提取用于定位的补充信息，并将所述补充信息与GNSS数字数据结合以生成扩充的GNSS数字数据；以及

网络适配器，其用于通过所述数据通信网络将所述扩充的GNSS数字数据传送给所述位置追踪服务器。

2.如权利要求1所述的基于GNSS的定位系统，其中，所述位置追踪服务器包括：

GNSS卫星信号处理器，其用于处理所述GNSS数字数据、补充信息和来自GNSS和网络信息提供装置的帮助信息，以推导出距离各个GNSS卫星的相对距离以及每个卫星的轨道和时序信息；和

位置计算器，其用于利用所述每个GNSS卫星的轨道和时序信息来计算每个GNSS卫星的位置，并利用计算出的每个GNSS卫星的位置以及距离各个GNSS卫星的相对距离来计算所述GNSS定位装置的位置。

3.如权利要求2所述的基于GNSS的定位系统，其中，所述位置计算器利用所述计算出的每个GNSS卫星的位置以及距离各个GNSS卫星的相对距离来计算所述GNSS数字数据的到达时刻。

4.如权利要求1所述的基于GNSS的定位系统，其中，所述补充信息处理器提取考虑与访问接入点网络同步的本地振荡器的频率偏置信息、频率偏置控制历史信息、每个GNSS卫星的时序信息、基于蜂窝的信息、数据比特以及频移信息中的至少一个作为利用所述数据通信网络的基于GNSS的定位所需的补充信息。

5.如权利要求1所述的基于GNSS的定位系统，其中，当所述数据通信网络的数据传输速率等于或大于预设的数据传输速率时，所述网络适配器通过所述数据通信网络将所述扩充的GNSS数字数据实时地传送给所述位置追踪服务器，而当所述数据通信网络的数据传输速率低于所述预设的数据传输速率时，所述网络适配器在存储所述扩充的GNSS数字数据后通过所述数据通信网络将所述扩充的GNSS数字数据传送给所述位置追踪服务器。

6.一种基于GNSS的定位装置，包括：

信号放大器，其用于在从GNSS卫星接收到卫星信号之后放大该卫星信号；

信号转换器，其用于将放大的所述卫星信号转换成GNSS数字数据；以及

网络适配器，其用于通过数据通信网络将所述GNSS数字数据传送给位置追踪服务器。

7.如权利要求6所述的基于GNSS的定位装置，还包括补充信息处理器，

所述补充信息处理器提取用于定位的补充信息，并使所述补充信息与所述GNSS数字数据结合以生成扩充的GNSS数字数据，

其中，所述网络适配器通过所述数据通信网络收集帮助信息，并且通过所述数据通信网络将所述扩充的GNSS数字数据传送给所述位置追踪服务器。

8.一种基于GNSS的位置追踪服务器，包括：

GNSS卫星信号处理器，其用于处理从基于GNSS的定位装置接收的GNSS数字数据，以推导出距离各个GNSS卫星的相对距离，并推导出每个GNSS卫星的轨道和时序信息；和

位置计算器，其用于利用所述轨道和时序信息计算每个GNSS卫星的位置，并利用所述计算出的每个GNSS卫星的位置以及距离各个GNSS卫星的相对距离来计算所述基于GNSS的定位装置的位置。

9.如权利要求8所述的基于GNSS的位置追踪服务器，其中，所述GNSS卫星信号处理器处理来自所述基于GNSS的定位装置的GNSS数字数据和补充信息、来自GNSS和网络信息提供装置的帮助信息和数据通信网络信息。

10.如权利要求8所述的基于GNSS的位置追踪服务器，其中，所述GNSS卫星信号处理器收集卫星数据修正信息，并利用所收集的卫星数据修正信息来调整距离各个GNSS卫星的相对距离，并且推导每个GNSS卫星的轨道和时序信息。

11.如权利要求8所述的基于GNSS的位置追踪服务器，其中，所述GNSS卫星信号处理器利用丰富的运算资源来处理所述GNSS数字数据，以提高接收机的灵敏度或缩短运算时间。

12.如权利要求8所述的基于GNSS的位置追踪服务器，其中，所述位置计算器通过利用计算出的每个GNSS卫星的位置和距离各个GNSS卫星的相对距离来计算所述GNSS数字数据的到达时刻，并提取绝对时序信息。

13.一种基于GNSS的定位方法，包括：

信号放大步骤，在该步骤中，在接收到来自GNSS卫星的卫星信号之后放大该卫星信号；

信号转换步骤，在该步骤中，将所述放大的卫星信号转换成GNSS数字数据；

帮助信息收集步骤，在该步骤中，通过数据通信网络收集帮助信息和数据通信网络信息；和

网络适配步骤，在该步骤中，通过所述数据通信网络将所述GNSS数字数据传送给位置追踪服务器。

14.如权利要求13所述的基于GNSS的定位方法，还包括：

补充信息提取步骤，在该步骤中，提取用于定位的补充信息，并将GNSS数字数据与中间信息、自提取的附加信息、所述帮助信息和数据通信网络信息中的至少一个结合，

其中，在所述网络适配步骤中，通过所述数据通信网络将所述GNSS数字数据和补充信息传送给所述位置追踪服务器。

15.如权利要求13所述的基于GNSS的定位方法，还包括：

GNSS卫星信号处理步骤，在该步骤中，处理所述GNSS数字数据、补充信息和数据通信网络信息，以推导出距离各个GNSS卫星的相对距离，且推导出每个GNSS卫星的轨道和时序信息；和

定位计算步骤，在该步骤中，利用所述每个GNSS卫星的轨道和时序信息来计算每个GNSS卫星的位置，并利用所述计算出的GNSS卫星的位置和距离各个GNSS卫星的相对距离来计算GNSS定位装置的位置。

16.如权利要求15所述的基于GNSS的定位方法，其中，在所述定位计算步骤中，通过利用所述计算出的每个GNSS卫星的位置以及距离各个GNSS卫星的相对距离来计算所述GNSS数字数据的到达时刻，并提取绝对时序信息。

17.如权利要求14所述的基于GNSS的定位方法，其中，在所述补充信息提取步骤中，处理与访问接入点网络同步的本地振荡器的频率偏置信息、频率偏置控制历史信息、每个GNSS卫星的时序信息、基于蜂窝的信息、数据比特以及频移信息中的至少一个作为基于GNSS的定位所需的补充信息。

18.如权利要求13所述的基于GNSS的定位方法，其中，在所述网络适配步骤中，当所述数据通信网络的数据传输速率等于或大于预设的数据传输速率时，通过所述数据通信网络将所述GNSS数字数据实时地传送给所述位置追踪服务器，而当所述数据通信网络的数据传输速率低于所述预设的数据传输速率时，在存储所转换的GNSS数字数据后通过所述数据通信网络将所述GNSS数字数据传送给所述位置追踪服务器。

19.一种基于全球导航卫星系统(GNSS)的定位方法，包括：

GNSS卫星信号处理步骤，在该步骤中，处理从基于GNSS的定位装置接收到的GNSS数字数据，以推导出距离各个卫星的相对距离，且推导出每个GNSS卫星的轨道和时序信息；和

定位计算步骤，在该步骤中，利用所述每个GNSS卫星的轨道和时序信息来计算每个GNSS卫星的位置，并利用所述计算出的GNSS卫星的位置和距离各个GNSS卫星的相对距离来计算所述基于GNSS的定位装置的位置。

20.如权利要求19所述的基于GNSS的定位方法，其中，在所述GNSS卫星信号处理步骤中，处理来自所述基于GNSS的定位装置的GNSS数字数据和补充信息、以及来自GNSS和网络信息提供装置的帮助信息与数据通信网络信息。

21.如权利要求19所述的基于GNSS的定位方法，其中，在所述卫星信号处理步骤中，通过数据通信网络额外地收集卫星数据修正信息，然后利用该卫星数据修正信息来推导距离各个卫星的相对距离和每个GNSS卫星的轨道与时序信息。

22.如权利要求19所述的基于GNSS的定位方法，其中，在所述卫星信号处理步骤中，利用丰富的运算资源来处理GNSS数字数据。

23.如权利要求22所述的基于GNSS的定位方法，其中，在所述定位计算步骤中，通过利用所述计算出的每个GNSS卫星的位置以及距离各个GNSS卫星的相对距离来计算所述GNSS数字数据的到达时刻。

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