CN1976531A

CN1976531A - 使用地面数字广播信号和全球定位系统信号的定位技术

Info

Publication number: CN1976531A
Application number: CNA2006101381307A
Authority: CN
Inventors: 石游玉; 程明强; 吉翠钗
Original assignee: O2Micro Inc
Current assignee: Maishi Electronic Shanghai Ltd
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: TWI310096B; US8004460B2; EP1785741B1; KR20070051754A; US20100171660A1; KR100977944B1; US7701388B2; JP2007139772A; JP5219015B2; TW200804857A; US20070109184A1; EP1785741A1; CN1976531B

Abstract

本发明提供了一种使用全球定位系统(GPS)信号和数字广播系统(DBS)信号的定位方法。该方法之步骤包括使用接收器中的信号检测器检测GPS信号是否存在，使用该信号检测器检测DBS信号是否存在，如果检测到GPS信号则确定其信号强度，如果检测到DBS信号则确定其信号强度，根据检测到的信号及其强度使用接收器中的信号处理单元从多种定位模式中选择一种，根据所选则的定位模式确定接收器的位置。上述多个定位模式包括独立GPS定位模式、辅助GPS(AGPS)定位模式、DBS辅助GPS定位模式，GPS辅助DBS定位模式、独立DBS定位模式以及辅助DBS定位模式。

Description

使用地面数字广播信号和全球定位系统信号的定位技术

技术领域

本发明系关于定位技术，具体为使用地面数字广播信号和全球定位系统卫星信号的定位技术。

背景技术

全球定位系统(GPS)是当前应用最广的一种定位系统。GPS卫星通常位于距离地表20千米的高空。GPS信号经过如此长的距离到达地面后强度大大减弱。在开阔地表和晴朗天气的条件下，GPS接收器所需的最低灵敏度一般为-130dBm。在市区或者室内环境下，GPS接收器的灵敏度可能需要-155dBm到-160dBm，甚至-160dBm以上才能正常进行定位工作。而且，在市区或室内环境下，GPS信号遇到反射、封锁以及由于其本身的多径效应，定位精度和性能都将大大降低。

由于两个主流标准即数字音频广播(DAB)和数字视频广播(DVB)/先进电视系统委员会(ATSC)的执行，地面模拟音频广播和模拟视频广播技术实现数字化，包括DAB、DVB和ATSC系统的地面数字广播系统(T-DBS)不论是在信号传输强度还是在信号传输距离上都获得了GPS所无法比拟的优势。而且，T-DBS信号在L1载频层的穿透能力比GPS信号要强得多。T-DBS可用于诸如地下室、楼梯道和地下停车场这些GPS定位无法正常工作的场所。而且，在市区由于高楼林立使得GPS定位结果可靠性下降，可以使用T-DBS作为辅助。因此，本发明之主旨即在于提供一种使用T-DBS信号和GPS信号的混合定位技术。

发明内容

本发明提供了一种使用T-DBS信号和GPS卫星信号的用于定位的接收器。该接收器包括一个第一调谐器、一个第二调谐器、一个信号检测器、一个混合信号处理单元、一个测量数据处理单元和一个辅助数据处理单元。第一调谐器用于将GPS信号从其初始频率转换为中间频率(IF)。第二调谐器用于将DBS信号转换为中间频率。信号检测器可以检测到GPS信号和DBS信号的存在并测量其信号强度，最后根据测量结果输出一个信号用于选择定位模式。混合信号处理单元可以从多种定位模式中选择一种并得出发射机的位置以及各个信号到达接收器的时间差。测量数据处理单元连接到混合信号处理单元，用于根据发射机的位置得出接收器的位置以及计算信号到达的时间差。辅助数据处理单元连接到混合信号处理单元，当接收器工作于辅助模式时，该辅助数据处理单元从辅助基站接收辅助数据并提供给混合信号处理单元。上述多个定位模式包括独立GPS定位模式、辅助GPS(AGPS)定位模式、DBS辅助GPS定位模式，GPS辅助DBS定位模式、独立DBS定位模式以及辅助DBS定位模式。

本发明还提供了一种使用GPS信号和DBS信号的定位方法。该方法之步骤包括使用接收器中的一个信号检测器检测GPS信号是否存在；使用该信号检测器检测DBS信号是否存在；如果GPS信号存在则测定其信号强度；如果DBS信号存在则测定其信号强度；提供多个定位模式；根据检测到的信号及其信号强度，使用接收器中的信号处理单元从上述多个定位模式中选择一个；使用所选择的定位模式测定接收器的位置。上述多个定位模式包括独立GPS定位模式、辅助GPS(AGPS)定位模式、DBS辅助GPS定位模式，GPS辅助DBS定位模式、独立DBS定位模式以及辅助DBS定位模式。

附图说明

结合相应的附图，以下对本发明典型实施例的描述将使得本发明之优点显而易见。

图1为一种定位系统的简化模式；

图2为使用本发明实施例的一种使用GPS和/或DBS信号的混合定位系统之示意图；

图3为使用本发明实施例的一种典型GPS/DBS接收器的块图；

图4为本发明之典型实施例中DAB信号的一个传输帧；

图5为本发明之典型实施例中model-I模式下DAB信号的一个传输帧之详细格式；

图6为本发明之典型实施例中DVB信号兆帧的兆帧标识包；

图7为本发明之典型实施例中ATSC信号的一帧；

图8为使用本发明之实施例中使用GPS和DBS信号的定位方法流程图。

具体实施方式

图1为一种定位系统的简化模式。该定位系统包括多个无线传输基站(102、104、106和108)，一个接收基站即移动接收器110，以及一个可选的参考基站112(也叫辅助服务器、辅助基站或者固定监测站)。GPS系统中，为了计算用户位置，接收器至少需要从四个不同的传输基站中接收位置信息。图1中简单表示为S0 102，S1 104，S2 106和S3 108，各自位置分别为(x0，y0，z0)，(x1，y1，z1)(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)。图1中给出了上述四个传输基站、参考基站和移动接收器的坐标。根据空间坐标的计算公式，可以得到以下方程组：

\{\begin{matrix} \sqrt{{(x_{0} - x)}^{2} + {(y_{0} - y)}^{2} + {(z_{0} - z)}^{2}} = c \times (τ_{cd 0}) \\ \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2} + {(z_{1} - z)}^{2}} = c \times (τ_{cd 1}) \\ \sqrt{{(x_{2} - x)}^{2} + {(y_{2} - y)}^{2} + {(z_{2} - z)}^{2}} = c \times (τ_{cd 2}) \\ \sqrt{{(x_{3} - x)}^{2} + {(y_{3} - y)}^{2} + {(z_{3} - z)}^{2}} = c \times (τ_{cd 3}) \end{matrix} - - - (1)

其中τ_cdi为一个无线信号(例如GPS信号或者T-DBS信号)从传输基站到达接收器的时间。

假定t_jm(m∈[0，3])为无线信号开始传输的时刻，t_in(n∈[0，3])为无线信号到达接收器的时刻，可以得到以下方程组(2)：

接收器

\{\begin{matrix} \sqrt{{(x_{0} - x)}^{2} + {(y_{0} - y)}^{2} + {(z_{0} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 0} - t_{i 0}) \\ \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2} + {(z_{1} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 1} - t_{i 1}) \\ \sqrt{{(x_{2} - x)}^{2} + {(y_{2} - y)}^{2} + {(z_{2} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 2} - t_{i 2}) \\ \sqrt{{(x_{3} - x)}^{2} + {(y_{3} - y)}^{2} + {(z_{3} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 3} t_{i 3}) \end{matrix}

和

[\begin{matrix} c \times (t_{j 0} - t_{i 0}) = c \times (t_{j 0} + 0 - t_{i 0}) = c \times (t_{j 0} + 0 - (t_{i 0} + 0)) \\ c \times (τ_{j 1} - t_{i 1}) = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{1} - t_{i 1}) = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{1} - (t_{i 0} + {ΔT}_{x 1})) \\ c \times (τ_{j 2} - t_{i 2}) = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{2} - t_{i 2}) = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{2} - (t_{i 0} + {ΔT}_{x 2})) \\ c \times (τ_{j 3} - t_{i 3}) = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{3} - t_{i 3}) = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{3} - (t_{i 0} + {ΔT}_{x 3})) \end{matrix}]

于是得到

\{\begin{matrix} \sqrt{{(x_{0} - x)}^{2} + {(y_{0} - y)}^{2} + {(z_{0} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 0} + 0 - (t_{i 0} + 0)) \\ \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2} + {(z_{1} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{1} - (t_{i 0} + {ΔT}_{x 1})) \\ \sqrt{{(x_{2} - x)}^{2} + {(y_{2} - y)}^{2} + {(z_{2} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{2} - (t_{i 0} + {ΔT}_{x 2})) \\ \sqrt{{(x_{3} - x)}^{2} + {(y_{3} - y)}^{2} + {(z_{3} - z)}^{2}} = c \times (t_{j 0} + {ΔT}_{3} - (t_{i 0} + {ΔT}_{x 3})) \end{matrix} - - - (2)

其中t_j0-t_i0为一个无线信号从指定的传输基站(S0)到达接收器的时间，ΔTi为传输基站i和指定的参考基站的传输时间差。ΔT_xi为来自传输基站i的信号到达接收器的时刻和来自指定参考基站的信号到达接收器的时刻之差。使M＝t_j0-t_t0，根据方程组(2)可以得到以下方程组(3)：

接收器

\{\begin{matrix} \sqrt{{(x_{0} - x)}^{2} + {(y_{0} - y)}^{2} + {(z_{0} - z)}^{2}} = c \times (M) \\ \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2} + {(z_{1} - z)}^{2}} = c \times (M + Δ T_{1} - {ΔT}_{x 1}) \\ \sqrt{{(x_{2} - x)}^{2} + {(y_{2} - y)}^{2} + {(z_{2} - z)}^{2}} = c \times (M + {ΔT}_{2} - {ΔT}_{x 2}) \\ \sqrt{{(x_{3} - x)}^{2} + {(y_{3} - y)}^{2} + {(z_{3} - z)}^{2}} = c \times (M + {ΔT}_{3} - {ΔT}_{3}) \end{matrix} - - - (3)

如方程组(3)所示，如果(x0，y0，z0)，(x1，y1，z1)(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，ΔT_i和ΔT_xi为已知，就可得出(x，y，z)和M的值，进而计算得知用户坐标。换言之，对于一个定位系统(GPS或者T-DBS)来说，如果已知无线信号的传输时间差(ΔT_i)和接收无线信号的时刻之差(ΔT_xi)，且各个传输基站的位置可根据所接收的信号或者本地数据库得知，就可以确定接收器的绝对位置。

对于GPS系统来说，通常所有GPS信号都是几乎同步传输(所有GPS卫星同步传输信号的同一帧，实际上各个卫星的传输时间略微有所不同，不过接收器可以根据卫星位置表进行校正)，也就是说ΔTi≈0(i∈[0，3])。因此，接收器的三维位置实际上可以根据接收器接收到GPS信号的时间差和所接收的GPS信号中包含的导航数据使用方程组(3)计算得出。

对于地面数字广播系统来说，单频网建立以后，如果网络可以保证所有发射塔(transmission tower)同步传输信号的同一帧(发射塔可以使用GPS时间进行同步)，那么接收器接收到发射塔发出的信号后可以使用与GPS系统一样的定位原理根据方程组(3)计算出用户位置。如果网络无法保证同步传输信号，各个传输基站传输信号时存在时间差，这个时间差就会导致定位误差。如果需要高精确度定位，就可能需要一个参考基站(也叫固定监测站)来提供信息以便于计算ΔTi(i∈[0，3])，如图1所示。ΔTi可以根据以下方程组(4)计算：

参考基站

\{\begin{matrix} \sqrt{{(x_{0} - x_{f})}^{2} + {(y_{0} - y_{f})}^{2} + {(z_{0} - z_{f})}^{2}} = c \times (t_{jf 0} - t_{i 0}) = c \times (t_{jf 0} - (t_{i 0} + 0)) \\ \sqrt{{(x_{1} - x_{f})}^{2} + {(y_{1} - y_{f})}^{2} + {(z_{1} - z_{f})}^{2}} = c \times (t_{jf 1} - t_{i 1}) = c \times (t_{jf 0} + {ΔT}_{1} - (t_{i 0} + Δ T_{x 1})) \\ \sqrt{{(x_{2} - x_{f})}^{2} + {(y_{2} - y_{f})}^{2} + {(z_{2} - z_{f})}^{2}} = c \times (t_{jf 2} - t_{i 2}) = c \times (t_{jf 0} + Δ T_{2} - (t_{i 0} + Δ T_{x 2})) \\ \sqrt{{(x_{3} - x_{f})}^{2} + {(y_{3} - y_{f})}^{2} + {(z_{3} - z_{f})}^{2}} = c \times (t_{jf 3} - t_{i 3}) = c \times (t_{jf 0} + {ΔT}_{3} - (t_{i 0} + {ΔT}_{x 3})) \end{matrix} - - - (4)

其中(x_f，y_f，z_f)为参考基站的位置信息。四个未知数t_jf0，ΔT₁，ΔT₂，和ΔT₃可以从方程组(4)中计算得出。ΔTi已知后，方程组(3)就可求解，得知用户的位置。

图2为使用本发明实施例的一种使用GPS信号和/或DBS信号的混合定位系统200的示意图。该混合定位系统包括多个GPS卫星(SV0 202，SV1 204，SV2 206和SV3 208)，多个DBS发射机(210，212和214)，一个GPS/DBS接收器220，一个辅助服务器216以及一个基站218。GPS卫星用于传输GPS信号，其中包括了导航数据。辅助服务器216位于开阔的户外环境中。因此，辅助服务器216接收到的GPS信号强度一般要比接收器接收到的信号强度大。使用此较强的GPS信号，辅助服务器216可以测量各个GPS卫星的多普勒频移以及它们的多普勒频移变化率。测量所得的数据从辅助服务器216传输给基站218。基站218可以向接收器220提供GPS辅助数据以提高其性能。接收器220接收到GPS信号和GPS辅助数据并确定用户位置。另外，辅助服务器216还可以从DBS发射机0 210、1 212和2 214接收DBS信号，DBS信号中的DBS数据表明了各个DBS发射机的坐标。根据DBS发射机210、212和214的坐标和辅助服务器216的坐标，传输时间差(ΔT_i)就可使用方程组(4)计算得出。接收器220从各个DBS发射机接收到DBS信号，并从辅助服务器216接收辅助数据。本领域技术人员理解，GPS系统需要四个以上的GPS卫星传输信号才能确定用户位置，而DBS系统则需要三个以上的DBS发射机以确定用户位置。需要注意的是，GPS卫星和DBS发射机的数目并不限于图2所示数目，在不背离本发明精神的前提下，在不同实施例中该数目可以有所变化。

DBS/GPS接收器220可以根据应用环境来选择从GPS卫星接收GPS信号或者从DBS发射机接收DBS信号。当接收器工作于辅助模式下时，还将使用辅助数据。本发明提供了多种定位模式。接收器220可以根据所接收到的信号强度或者工作环境在各种定位模式之间切换。上述定位模式包括独立GPS定位模式、辅助GPS(AGPS)定位模式、DBS辅助GPS定位模式，GPS辅助DBS定位模式、独立DBS定位模式以及辅助DBS定位模式。以下将对各个定位模式分别作详细描述。

独立GPS定位模式

独立GPS定位模式适用于开阔地表和户外环境的常见应用。接收器至少从4个GPS卫星接收到GPS信号。如本领域技术人员所熟知，接收器从接收到的信号中提取出坐标信息并测定接收GPS信号的时间差。根据方程组(3)可以计算得出用户位置。

辅助GPS(AGPS)定位模式

该模式下，接收器接收和使用GPS信号，并从辅助基站(即图2中的辅助服务器216)接收GPS辅助数据。AGPS模式中辅助数据用于捕获和跟踪，辅助内容包括多普勒频移，多普勒频移变化率和导航数据。在辅助数据的帮助下，接收器可以实现长时间的连续积分，获得比较高的扩频增益。但是，使用辅助数据要求有精确的GPS时间。因此，接收器在工作于AGPS模式之前必须执行一个关键步骤：时钟同步。换言之，在使用辅助数据之前接收器的时间必须与GPS时间一致。实现时钟同步的方法之一是使用大量的并行相关器来根据一个特定的GPS信号执行相关。获取该特定GPS信号后，接收器开始搜索并从其它GPS卫星上获取更多GPS信号。该方法的缺点在于辅助数据传输过程中可能发生的网络延迟将会产生严重影响。较长的网络延迟将带来巨大的运算任务。而且，当网络延迟未知时，时钟同步方法本身也会耗费大量的时间。因此，为提高效率，AGPS模式要求网络延迟较短，并使用大量的并行相关器。

DBS辅助GPS定位模式

根据本发明的一个实施例，DBS信号可以用于辅助AGPS定位，可以大幅削减用于时钟同步的时间从而提高AGPS性能。举例来说，当DBS信号为DVB信号或者DAB信号时，其帧格式中里包含有时间同步标签(STS)，它以100ns为时间单位，可以确定下一个兆帧的发送时间。由于DBS信号从传输基站到接收器的距离通常不超过75千米，传输延迟小于75Km/300,000Km/s＝0.25ms。该延迟时间很短，因此可以用来实现AGPS模式下的时钟同步，进而可以在室内环境中实现精确和快速的定位。DBS辅助GPS定位模式比传统的AGPS模式在首次定位时间(TTFF)性能方面具有非常明显的优势，尤其是DVB/DAB发射机数量有限时。

GPS辅助DBS定位模式

该模式适用于DBS发射机和可见的GPS卫星数量都不足时，比如2个DBS发射机和3个可见GPS卫星。在此情况下，接收器220同时接收DBS信号和GPS信号。因此，这种定位模式也称为混合定位模式。需要说明的是，传输基站(DBS发射机和GPS卫星)的总数不应小于5。其原因在于混合使用两种定位模式将引入一个新的未知量(两个系统之间的传输时间差)。在方程组(3)中，4个传输基站的坐标本来足以计算出x，y，z和M这4个未知数，但是引入新的未知量后，就需要一个额外的方程来计算该未知量。因此，需要至少5个传输基站提供坐标信息，方程组(3)也需要相应作出修改。通过混合分析GPS信号和DVB/DAB信号后，可以确定用户位置。

独立DBS定位模式

在诸如隧道或者地下停车场这类GPS卫星不可见的环境中，只能使用独立DBS定位模式。独立DBS定位模式至少需要3个DVB/DAB发射机来进行二维定位。在此模式下不需要参考基站。

辅助DBS定位模式

为提高DBS定位精度，可以使用DBS辅助基站来提供精确的时钟信息。比如，辅助基站接收到同一个DVB/DAB信号并根据发射机和辅助基站的坐标计算传输时间差ΔTi。接收器可获得接收时间差(信号到达的时间差)ΔT_xi并根据方程组(3)计算出用户位置。

图3为使用本发明实施例的典型GPS/DBS接收器的块图。需要注意的是该接收器与图2中所示的GPS/DBS接收器220是一致的。该接收器包括一个GPS射频调谐器302，一个DBS射频调谐器304，一个GPS/DBS辅助数据处理单元306，一个GPS/DBS混合信号处理单元308，一个GPS/DBS信号检测器310，一个GPS/DBS测量数据处理单元312和一个位置输出单元314。

GPS射频调谐器302用于接收GPS信号，将其转换为中间频率(IF)信号并将中间频率信号发送给一个基带处理单元303。DBS射频调谐器304用于接收DBS信号并转化为IF信号。

GPS/DBS混合信号处理单元308用于获取、跟踪和解调GPS IF信号和/或DBS IF信号并提取出表明相应发射机位置的导航数据或者DBS数据。GPS/DBS混合信号处理单元308还可测量接收到GPS/DBS信号的时间差(即ΔT_xi)(或者时间戳)。根据方程组(3)中的(x0，y0，z0)，(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)，GPS/DBS混合信号处理单元308输出ΔT_xi和导航数据和/或DBS数据。GPS/DBS测量数据处理单元312用于求解方程组(3)并输出用户的坐标、速率、时间及其它相关信息。GPS/DBS信号检测器310可检测接收到的GPS和/或DBS信号的信噪比(SNR)。该信噪比信息发送至GPS/DBS混合信号处理单元308用于定位模式选择，具体选择过程此前已述。根据上述SNR信息，配置GPS/DBS混合信号处理单元308工作于GPS信号处理模式(对应独立GPS定位模式和AGPS定位模式)、DBS信号处理模式(对应独立DBS定位模式和辅助DBS定位模式)或者混合信号处理模式(对应DBS辅助GPS定位模式和GPS辅助DBS定位模式)。通常赋予每种定位模式一个优先值，一般独立GPS定位模式和AGPS定位模式的优先值较高。

GPS/DBS辅助数据处理单元306可同步处理GPS信号和DBS信号，或单独处理其中的一种。实际操作中，GPS/DBS信号检测器310可以检测到哪种类型的信号强度较大并根据检测结果选择相应的定位模式。例如，如果未检测到DBS信号，而且是在郊区，接收器就会切换到GPS信号处理模式。如果检测到的GPS信号非常微弱，而且处于高楼林立的市区，接收器就会切换到DBS信号处理模式。以上两种模式都可以从辅助基站接收辅助数据以提高定位性能。需要说明的是，在本发明的一个实施例中，GPS/DBS混合信号处理单元308内部包括了两个硬件模块用于处理GPS IF信号和DBS IF信号。当进入辅助模式时，GPS/DBS辅助数据处理单元306开始工作。GPS/DBS辅助数据处理单元306可接收GPS辅助数据和/或DBS辅助数据并将经过处理的辅助数据传输给GPS/DBS混合信号处理单元308。位置输出单元314负责根据上一级312的输出来输出标准化的定位结果。

以下对于图4至图7的描述集中于如何将T-DBS信号用于定位。图4为一个DAB信号的一个传输帧。该DAB-T(地面数字音频广播)信号使用编码正交频分多路复用(COFDM)调制。在model-I模式(DAB传输帧结构的一种)下，广播节目的内容使用1.536M的带宽，由1536个载波来传输。音频数据使用MPEG-II标准编码。图4即为model-I模式下一个DAB-T信号的帧结构。该帧中包含的数据来自三个数据源：同步信道、快速信息信道和主业务信道。

图5为model-I模式下的DAB信号的一个传输帧详细结构。不论采用何种DAB模式，来自同步信道的信息总是占用头2个正交频分复用(OFDM)符号。来自快速信息信道和主业务信道的数据所需的OFDM符号数则与传输模式有关。举例来说，在model-I模式下，快速信息信道的信息占据3个OFDM符号，主业务信道的信息则占据72个OFDM符号。详细的帧结构如图5所示。在model-I模式下，每个传输帧都由76个OFDM符号组成，其周期为96ms。

DAB信号包括两个部分：主要信号s(t)和可选信号s_TII(t)(TII为发射机标识符)。DAB信号为s(t)和s_TII(t)之和。实际上，在第一个OFDM符号传输的期间，s_TII(t)就已经传输了，也就是说，第一个OFDM符号中记载了s_TII(t)信息。

接收到DAB信号以后，执行OFDM解调。经过帧同步以后，就可以获取发射机发送的来自同步信道的信息，即提取TII信息。经过信道解码以后，就可以获取发射机发送的来自快速信息信道的信息。

使用DAB信号定位的原理如下：

1.获取TII信号，方法上面已经给出。

2.获取发射机的主标识符和子标识符。主标识符和子标识符对应发射机的标识号码。从接收到的TII信号可以找出此发射台使用的载波对。该载波对分别对应参数P和C，P等于主标识符的值，C为子标识符的值。

3.获取FIG 0/22(快速信息组)。FIG 0/22包括了发射机的位置信息。快速信息信道分为多个快速信息块(FIB)，快速信息块又分为多个快速信息组(FIG)。通过过滤FIB可以得到FIG 0/22。当同时满足条件FIG类型＝＝(000)和FIG扩展＝＝(10110)时，就可以过滤出FIG 0/22；

4.获取发射机的精确位置(x₁，y₁，z₁)。主标识符和子标识符对应的发射机的精确位置信息可以从FIG 0/22中获取。

5.确定ΔTx_i。由于每个发射机的位置都是唯一的，每个主标识符和子标识符的值也是唯一的。因此，TII信号中相应的载波对也是唯一的。通过本地产生的载波对和从接收到的信号中滤出的载波对进行相关即可获得DAB信号的时间差。(ΔT_xi)。

6.计算用户位置。由于(x₁，y₁，z₁)和ΔTxi已知，根据方程组(3)可以计算出用户位置。

以上步骤中1-5是在图3所示GPS/DBS混合信号处理单元308中完成，步骤6在图3所示GPS/DBS测量数据处理单元312中完成。

图6为DVB信号的兆帧中的一个兆帧标识包。DVB-T(地面数字视频广播)信号使用COFDM调制。在2K模式(2048个正交载波)下，可以选择6M、7M或者8M带宽使用1512个载波传输数据。而且，DVB-T还可为8K模式(8192个载波)提供支持。与DVB-T类似的还有一个DVB-H，支持移动信号接收。DVB-H支持4K模式。DVB-H和DVB-T都是基于地面DVB系统的。对于一个地面DVB单频网来说，兆帧标识包(MIP)在单频网适配器中插入传输流(TS)。MIP表明了兆帧中第一个包开始传输(同步时间戳，STS)。其格式如图6所示。

该格式包括多个段，如传输包头，同步ID，指针(pointer)，周期中断标志，同步时间戳，Tx标识符等等。由于包头的特征字节是0×15，可以据此过滤出MIP。同步ID用于表明单频网络的存在，其特征字节为0×00。双字节的指针表明两个MIP之间的TS包个数。周期中断标志(PF)表明MIP消息是否是周期性传输。同步时间戳表示下一个兆帧从单频网适配器输出的时间与标准GPS时间的差。Tx标识符表明接收的信号来自哪个发射机。

使用DVB信号定位的原理如下：

1.接收一个OFDM信号，经过同步和信道解码之后根据包头过滤出MIP消息；

2.根据同步ID确定是否需要使用参考基站的辅助信息。如果单频网存在，同步时间戳即为方程组(3)中ΔT_i(i∈[1，3])的值，否则需要参考基站的辅助信息来获取ΔT_i的值；

3.根据Tx标识符确定每个发射塔的标识码。通过查阅数据库可以得知发射塔的地理坐标[(x0，y0，z0)，(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)]。

4.获取接收多径DVB无线信号的接收时间差ΔTxi(i∈[1，3])。

图7为ATSC信号的一帧。ATSC信号根据残余边带调制法则使用8边带(ATSC 8-VSB)进行调制，符号码率为10.762237。ATSC信号使用帧格式进行传输，帧结构如图7所示。每个ATSC帧由624个段组成，包括域同步段和数据段。每个段包括832个符号。两种类型的段都包含相同的由四个符号组成的段同步头{-1，1，1，-1}。根据ATSC标准，段同步头的周期为77.3微秒。ATSC定位原理使用段同步头来实现定位。在建立单频网的时候，为了确定所接收信号的信号源和测量该信号，在ATSC信号中使用了RF水印信号。当ATSC 8-VSB承载RF水印信号时，该水印信号有两个功能。一是确定所接收信号的信号源。另一功能是测量所接收信号的各项特征。该水印信号使用Kasami序列。实际上，Kasami序列是使用三层PN码的。ATSC定位原理即是利用了Kasami序列和域同步段来实现定位。

使用ATSC信号的定位原理如下：

1.接收ATSC 8-VSB，解调该ATSC 8-VSB信号，执行模数转换，执行相关来提取Kasami序列；

2.将Kasami序列中的信息与发射机数据库中的信息相比较，获取发射机的地理坐标；

3.由于SFN网络中所有发射机同步传输信号，传输时间差为0(ΔT_i＝0)；

4.由于每帧的域同步段中包含的信息为接收方已知，通过对域同步段进行相关可以得到接收时间差(ΔT_xi)；

5.由于x₁，y₁，z₁，ΔT₁和ΔT_xi已知，根据方程组(3)可以得知接收器位置。

图8为使用本发明实施例的一种使用GPS和DBS信号的定位方法流程图。接收器中的信号检测器检测GPS信号802是否存在，检测DBS信号804是否存在。如果检测到GPS信号，则信号检测器进一步确定GPS信号806的信号强度，比如信噪比。如果检测到DBS信号，则信号检测器进一步确定DBS信号808的信号强度，比如信噪比。接收器中的信号处理单元根据检测到的信号810及其强度可从多个定位模式中选择一种。如果未检测到GPS信号，接收器进入独立DBS定位模式。如果GPS信号不可见但是需要进行精确定位，接收器进入辅助DBS定位模式。如果未检测到DBS信号，接收器进入独立GPS定位模式。如果未检测到DBS信号而需要较高的接收器性能，则进入辅助GPS(AGPS)定位模式。如果可见的GPS卫星和DBS发射机的数目都有限，接收器进入GPS辅助DBS定位模式。如果GPS信号微弱(特别是当GPS信号微弱且DBS发射机数量有限时)，接收器使用DBS信号，进入DBS辅助GPS定位模式。可选的定位模式之前已经详述。根据所选的定位模式，接收器可确定接收器的位置812。

本文之用词和表达皆为描述性而非限制性，故并不排斥本文所描述和图示的特性之等同物(或部分等同物)，在权利要求书所界定的范围内可以有各种修改。也可能存在其它修改、变化和替换。因此，权利要求书旨在涵盖所有等同物。

Claims

1.一种从发射机接收无线信号用于计算位置的接收器，其特征在于，包括：

一个第一调谐器，用于将全球定位系统(GPS)信号从初始频率转换为中间频率(IF)，该GPS信号具有一定的信号强度；

一个第二调谐器，用于将数字广播系统(DBS)信号转换为第二中间频率，该DBS信号具有一定的信号强度；

一个信号检测单元，用于检测GPS信号和DBS信号并测定所检测到信号的信号强度，根据测定的信号强度，该信号检测单元输出一个信号用于选择定位模式；

一个混合信号处理单元，与第一调谐器、第二调谐器和信号检测单元保持通讯，该混合信号处理单元可从多个定位模式中选择一个并确定发射机的位置和接收器所接收的每个信号到达接收器的时间差；

一个测量数据处理单元，该测量数据处理单元连接到混合信号处理单元，根据发射机位置和信号到达接收器的时间差可确定接收器的位置信息。

2.根据权利要求1所述之接收器，其特征在于，所述DBS信号为数字音频广播信号。

3.根据权利要求1所述之接收器，其特征在于，所述DBS信号为数字视频广播信号。

4.根据权利要求1所述之接收器，其特征在于，所述DBS信号为先进电视系统委员会(ATSC)信号。

5.根据权利要求1所述之接收器，其特征在于，还包括一个连接到混合信号处理单元的辅助数据处理单元，用于从辅助基站接收辅助数据并为混合信号处理单元提供辅助数据以便于接收器在选择辅助定位模式时进行进一步的信号处理。

6.根据权利要求5所述之接收器，其特征在于，所述辅助数据包括GPS辅助数据。

7.根据权利要求5所述之接收器，其特征在于，所述辅助数据包括DBS辅助数据。

8.根据权利要求5所述之接收器，其特征在于，所述多个定位模式包括一个第一辅助定位模式，该辅助定位模式在辅助GPS(AGPS)定位模式中使用DBS信号提供时间同步信息以减少所需的同步时间，混合信号处理单元根据辅助数据和DBS信号使用GPS信号来进行定位。

9.根据权利要求8所述之接收器，其特征在于，所述多个定位模式还包括辅助GPS定位模式，混合信号处理单元根据辅助数据使用GPS信号进行定位。

10.根据权利要求8所述之接收器，其特征在于，所述多个定位模式还包括独立GPS定位模式，混合信号处理单元仅处理GPS信号。

11.根据权利要求1所述之接收器，其特征在于，所述多个定位模式还包括第二辅助定位模式，该辅助定位模式用于发射DBS信号的发射机数量和传输GPS信号的发射机数量都有限时，该模式使用GPS信号辅助DBS定位，混合信号处理单元同时使用DBS信号和GPS信号进行定位。

12.根据权利要求1所述之接收器，其特征在于，所述多个定位模式还包括一种DBS定位模式，当信号检测器无法检测到GPS信号时使用该DBS定位模式，混合信号处理单元仅处理DBS信号。

13.根据权利要求7所述之接收器，其特征在于，所述多个定位模式还包括辅助DBS定位模式，混合信号处理单元根据辅助DBS信号使用DBS信号进行定位。

14.一种使用GPS信号和DBS信号的定位方法，其中GPS信号和DBS信号各自有一个信号强度，所述方法的步骤包括：

通过接收器中的信号检测器检测GPS信号是否存在；

通过接收器中的信号检测器检测DBS信号是否存在；

如果检测到GPS信号，确定其信号强度；

如果检测到DBS信号，确定其信号强度；

根据检测到的信号及其信号强度，信号处理单元从多个定位模式中选择一个；

根据所选择的定位模式确定接收器位置。

15.根据权利要求14所述之方法，其特征在于，所述DBS信号包括数字音频广播信号。

16.根据权利要求14所述之方法，其特征在于，所述DBS信号包括数字视频广播信号。

17.根据权利要求14所述之方法，其特征在于，所述DBS信号包括先进电视系统委员会信号。

18.根据权利要求14所述之方法，其特征在于，还包括提供辅助数据以提高接收器的定位性能。

19.根据权利要求18所述之方法，其特征在于，所述辅助数据包括GPS辅助数据。

20.根据权利要求18所述之方法，其特征在于，所述辅助数据包括DBS辅助数据。

21.根据权利要求18所述之方法，其特征在于，所述多个定位模式包括一个第一辅助定位模式，该辅助定位模式在辅助GPS(AGPS)定位模式中使用DBS信号为接收器提供时间同步信息以减少所需的同步时间，接收器根据辅助数据和DBS信号使用GPS信号来进行定位。

22.根据权利要求18所述之方法，其特征在于，所述多个定位模式还包括辅助GPS定位模式，接收器根据辅助数据使用GPS信号进行定位。

23.根据权利要求18所述之方法，其特征在于，所述多个定位模式还包括独立GPS定位模式，接收器仅处理GPS信号。

24.根据权利要求14所述之方法，其特征在于，所述多个定位模式还包括第二辅助定位模式，该辅助定位模式用于发射DBS信号的发射机数量和传输GPS信号的发射机信号都有限时，该模式使用GPS信号辅助DBS定位，接收器同时使用DBS信号和GPS信号进行定位。

25.根据权利要求14所述之方法，其特征在于，所述多个定位模式还包括一种DBS定位模式，当信号检测器无法检测到GPS信号时使用该DBS定位模式，接收器仅处理DBS信号。

26.根据权利要求20所述之方法，其特征在于，所述多个定位模式还包括一种辅助DBS定位模式，接收器根据辅助DBS信号使用DBS信号来进行定位。