精确地理定位的方法和装置制造方法及图纸

提供改进的基于卫星的跟踪系统的方法和装置，使用已知位置参考发射机站提供的纠错矢量，可以用于改善对未知位置发射机的位置估计。确定地面发射机位置的技术称为地理定位。为了地理定位，要通过卫星地面站和地球轨道上的卫星转发器（３０４）查询发射机／接收机（收发机）（３０６）。一旦接收到卫星广播的收发机唯一标识码，收发机将通过卫星转发器将它的标识码发回卫星地面站。环路响应时间用于计算卫星到收发机的距离。卫星在非静止轨道上运动造成的接收信号多普勒频移用于计算信号到卫星的到达角。距离和到达角结合在一起计算收发机的位置估计。这个地理定位过程对一个已知参考站点和所有未知站点的移动和／或固定收发机重复。对参考收发机产生的位置估计和一个预先已知的参考收发机位置进行比较。估计位置和参考端的已知位置之差产生误差矢量。这个误差矢量用于对所有预先未知位置收发机的位置估计，提高位置估计的精度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术一般涉及进行地理定位的方法和系统，并且更具体地涉及通过非静止地球轨道卫星进行全球地理定位的方法和系统。专利技术的背景定位并跟踪人和设备的能力具有众多的法律实施，商业和消费应用。通过开发能够满足所有这些应用的多种需求的基本技术，可以获得低单位成本高容量的产品，比如，提供一种大幅度降低军警工作的成本并提高效力的买得起的守备技术。例如，一种应用包括监视假释犯。加利福尼亚有近100,000名州政府希望跟踪的假释犯(州级-不包括缓刑犯)。1995年10月12日，加利福尼亚政府通过了第1804号议会法案，要求连续电子监视并报告假释犯，缓刑犯和囚犯的位置。该通过的法案要求每5分钟或更短的时间更新位置。由于要求是身体佩带的装置，所以严重地限制了工作频率的选择。每年$21000的监禁成本，估计一年用于监视的$4000是很有吸引力的。另一个例子是个人援助。在今天，还没有简单，可靠的方法确定需要援助的人的位置。Captain Scott O-Grady的例子说明了这样一个事实，即坠落的飞行员不愿发送(信号)，因为害怕信号被截获并且危及到他的位置。一些建议，如Combat Survivor和Evader/LocatorProgram，要求GPS发出的坐标是加密的，然后通过安全的链路发送。这种方法要求提供GPS接收机所需的体积，成本和动力，以及随之而来的加密设备。另外，人的跟踪必须在建筑物内，建筑物外，广阔区域上，使用低成本通信链路和长寿命电池来进行。而全球定位系统(GPS)由于NAVSTAR系统的全球特性，可以很好地适用于户外和广阔区域上的导航和定位，却由于GPS信号不能穿透建筑物而不能满足户内的要求。此外，许多现有技术的导航系统，如全球定位系统(GPS)，GLONASS,LORAN,OMEGA,TACAN，等等是众所周知。利用这些现有导航系统，将导航单元与发射机结合在一起中继位置报告的同时，这些发射机将会很大程度地增加移动单元的成本，复杂度，体积，重量和功耗。同时，这也将使得(移动)单元不便于个人操作。另外，上面提到的现有技术系统更多地用于户外军用交通工具(舰艇，坦克，飞机)导航功能，而不是户内以及个人地理定位功能。另外，现有技术系统在进行它们的地理定位功能时，使用两个或更多的相距很远的发射机和/或接收机平台。基于卫星的现有技术系统的的情况下，至少要有3颗，优选地是4颗卫星同时位于地理定位接收机的视域之内以得到位置解。最后，使用现有技术基于卫星的系统不能穿透建筑结构，厚植被，或被遮蔽的地区。因此，本专利技术面向这些问题，开发不要求大的移动设备或多颗卫星，并且能够工作在户内和多种环境下的，进行增强的全球地理定位的方法和装置。专利技术的概述本专利技术通过确定表示固定参考站的已知位置和测量位置之差的误差矢量，并且将这个误差矢量用于被测量的移动单元的位置，来解决这个问题。通过这样做，本专利技术只依靠单一卫星，并且不需要基于GPS的接收机/发射机，保证了小体积和小功率，并且可以工作在能够穿透各种环境的频率下，同时提供精确的位置测量。根据本专利技术，定位移动单元的方法包括确定参考单元的位置，计算表示实际已知位置和测量的位置之差的误差矢量，使用与测量参考单元位置相同的技术估计移动单元的位置，并且将误差矢量用于移动单元的位置估计，以确定移动单元的最后位置。根据本专利技术的一个有利实施例，为了确定参考单元的位置并且估计移动单元的位置，本专利技术测量从地面单元发送到卫星的信号中的多普勒频移，从而获得地面单元可能所处的地球表面的第一位置曲线，使用从地面单元发送到卫星的信号的到达时间确定地面单元可能所处的地球表面的第二位置曲线，并且确定第一位置曲线和第二位置曲线的交叉点，该交叉点定义了地面单元的位置估计。根据本专利技术，基于从低地轨道卫星--该卫星位于已知的地球轨道发射的信号，高精度确定移动单元位置，移动单元可以有选择地在地理区域上移动--的系统，包括命令中心，将地理定位信息以及其它数据从命令中心发射到移动单元的发射机，接收从移动单元通过低地轨道卫星到命令中心的多普勒频移，到达时间和到达角度数据以及其它数据的接收机，和位于命令中心的测量/地理定位业务处理器。这样，处理器确定多个地理定位参数的多普勒频移分量，多个地理定位参数的到达时间分量，多个地理定位参数的到达角度分量，以及在移动单元和低地轨道卫星之间传播的移动单元发射机信号的近似位置。命令中心包括接收有关多个固定参考站的差分数据和移动单元的近似位置的接收机。处理器基于移动单元的近似位置和多个固定参考站的已知位置，在该多个固定参考站中确定一个当前与移动单元位于同一个卫星的视域中的固定参考站，并且结合移动单元的近似位置和来自所确定的一个差分站的差分数据，提供移动单元的精确位置。这样，命令中心中的处理器，使用差分技术和位置以及通过陆地无线传输系统或Internet数据传输网络传送的其它数据计算精确位置。附图的简要描述附图说明图1图示说明在本专利技术中使用的LEO卫星星座图的LEO卫星全球覆盖。图2图示说明在本专利技术中使用的卫星星座图的LEO卫星波束覆盖区。图3表示本专利技术的地理定位系统。图4表示本专利技术的移动收发机单元。图5图示说明在本专利技术中使用的距离测量技术。图6图示说明在本专利技术中使用的多普勒测量技术。图7表示本专利技术的综合距离和多普勒测量。图8图示说明本专利技术的移动单元定位算法。图9表示本专利技术的纠错矢量方法。图10表示差分多普勒基站的典型放置地图。详细描述描述了提供改进的基于卫星的跟踪系统的方法和装置。该方法使用位置确知的参考发射机提供纠错矢量，该矢量可以用来改善未知位置发射机的位置估计。确定地面发射机位置的技术称为地理定位。为了地理定位，要通过卫星地面站和地球轨道上的卫星转发器查询发射机/接收机(收发机)。一旦接收到卫星广播的收发机唯一标识码，收发机将通过卫星转发器将它的标识码发回卫星地面站。环路响应时间用于计算卫星到收发机的距离。卫星在非静止轨道上运动造成的接收信号多普勒频移用于计算信号到卫星的到达角。距离和到达角结合在一起计算收发机的位置估计。这个地理定位过程对一个已知参考站点和所有未知站点的移动和/或固定收发机重复。对参考收发机产生的位置估计和一个预先已知的参考收发机位置进行比较。估计位置和参考端的已知位置之差产生误差矢量。这个误差矢量用于对所有预先未知位置收发机的位置估计，提高对那些收发机位置估计的精度。为了满足对军警力量和假释犯移动的跟踪，本专利技术包括一个可以通过低地轨道(LEO)卫星跟踪的腕表大小的发射机和接收机。本专利技术依靠一颗卫星进行地理定位而不是移动单元--一个实施例是腕戴手表发射机和接收机，因而消除了以前系统所需的体积，成本和功耗。移动单元的另一个实施例包括车载发射机/接收机。在飞行器中的应用，本专利技术跟随人而不是坠落的飞行器，以便在援助中帮助坠落的飞行员。最后，移动单元被设计为在人员不省人事时也可以被查询，因此对人员位置的确定独立于人员的状态。根据本专利技术的细节，发射机可以制造成低功率，即小于1瓦。此外，系统的结构使得电池寿命是大约30天。本专利技术使用的卫星系统独立于全球定位系统(GPS)来确定位置，并且提供军用定位能力，以及在不广播位置坐标集的情况下向命令中心报告位置的装置。为了避免他人监测广播，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
定位移动单元的方法包括以下步骤：ａ）获得移动单元在地球上可能位于的第一曲线；ｂ）获得移动单元在地球上可能位于的第二曲线；ｃ）确定地球上两条曲线的交点，该交点代表移动单元的位置估计；ｄ）对一个参考单元执行步骤ａ）到ｃ）以获得参 考单元的位置估计，其中参考单元的位置是已知的；ｅ）比较参考单元的位置估计和参考单元的已知位置，产生误差矢量；以及ｆ）将该误差矢量应用于移动单元的位置估计以获得移动单元的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJ肖尔，
申请(专利权)人：鹰眼技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]