[发明专利]运用广播调频信号定位地理位置的方法及系统

说明书

技术领域

本发明是关于一种定位系统，尤指一种适用于室内定位的定位系统。

背景技术

全球卫星定位(Global Positioning Satellites，GPS)系统主要是用来提供 导航坐标。目前的GPS系统使用24至27个半对地同步卫星(half geo-synchronous satellites)在三维空间中进行三角定位。但GPS全球覆盖范围 仍有许多不足之处，再加上传统的GPS接收器仅能接收直线传输信号 (line-of-sight signal)，加上常因信号强度太弱以致无法穿透建筑物的缘故，导 致现行GPS信号无法在室内使用。另外，由于高楼的障蔽，城市内也很难取 得低仰角GPS卫星的信号。此外，GPS的制造、发射与维持需要庞大昂贵的 国家资源，而信号结构的复杂、补偿干扰的需求、相对弱信号的电离层迟延 等因素更导致GPS接收器成本偏高。

在GPS被大量运用之前的导航系统主要是长程定位(Long Range Positioning，LORAN)系统。LORAN系统运用双曲线定位理论，而非GPS所 采用的球面三角定位理论。两者的差异在于，双曲线定位使用到达时间差 (time-difference-of-arrival，TDOA)而球面理论则用到达时间(time-of-arrival， TOA)。但不论是双曲线定位理论或是球面三角定位理论均须要求各个基地台 完全时间同步，才能达到高精确性。LORAN系统有一个主要高频(high frequency，HF)电台与两个附属站，于已知时间内以不同频率传送脉冲信号。 依据传统几何学，对二点距离差为定值的各点所集合而成的线就是双曲线。 一对双曲线的交叉点决定一对象的位置。该对象位置决定于二对基地台的距 离差(TDOA)。现代化后的LORAN系统采用GPS的优点，或是将全部基地 台都使用同步的原子钟，而不必使用主-从(master-slave)基地台的关系。

使用极低频(very low frequency，VLF)信号的OMEGA系统也被运用于长 程定位，其频带介于11至15KHz，使用长波远距播送。不同于LORAN系 统，OMEGA系统运用两个连续波形信号的相位差决定位置。然而，OMEGA 系统仍有位置精确性不足(偏差四海浬)的问题，这是因为如下理由：1)远距播 送的波在历经多个周期(cycle)造成的相位偏差。2)因电离层发生多途径(Path) 的特性。3)平流层(stratophere)、海洋或陆地所反射的信号会干扰直线波。4) 相隔遥远的基地台所发生同步时差。

近来，E-911紧急援救项目开启对于目标定位系统的新需求。美国联邦 通讯委员会(Federal Communication Commission，FCC)规定行动电话业者应提 供大略位置的信息给911呼救的执法单位。由于行动电话转播塔的结构，更 便于定位系统建立在现有转播台的基础结构。转播台的时间同步可以由行动 电话公司经由网络或GPS进行。全球行动通讯系统(Global System for Mobile communications，GSM)行动电话采用到达时间(TOA)、到达角度 (Angle-Of-Arrival，AOA)、增强测量时间差 (Enhanced-Observed-Time-Difference，E-OTD)、以及辅助全球卫星定位(A-GPS) 等等。分码多任务撷取(Code Division Multiple Access，CDMA)行动电话则采 用进阶前向连结三角定位法(Advanced-Forward-Link-Triangulation，A-FLT)的 技术。分时多任务撷取(Time Division Multiple Access，TDMA)行动电话则采 用A-GPS的技术。A-GPS用网络互助来缩短取讯时间，可达五公尺以内的精 准度。A-FLT与E-OTD的精准度约100公尺，TDOA与AOA的精准度约150 公尺。除了GPS的外，行动电话定位的精确度只适用于E-911的工作，但不 适用于室内定位的应用。