基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法

摘要

一种基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，包含手机位置注册与鉴权登记、基站的漫游与切换、手机的主被呼叫与挂机、手机快速定位处理、精确定位、以及导航信息的收发与处理。本发明为适应企业级无线通信市场的需求，特别是煤矿无线通讯市场对矿工定位与导航救生的要求，克服传统的RFID射频卡定位识别产品定位速度慢、定位精度差、定位识别漏点、系统功能单一等诸多技术弊端，充分利用手机平台丰富强大的功能，实现以往RFID产品无法实现的精确定位、导航救生、人员考勤等前沿技术，还可为未来儿童老人病人等特殊定位服务终端的推广应用开辟全新的技术理念。

主权项

1.一种基于小灵通技术的手机精确快速定位与导航方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1、手机位置注册与鉴权登记；步骤2、基站的漫游与切换；步骤3、手机的主被呼叫与挂机；步骤4、手机快速定位处理，所述的快速定位处理包括以下步骤：步骤4.1、链路信道建立阶段，发生在控制时隙上；步骤4.1.1、手机完成基站突发同步脉冲的接收；步骤4.1.2、手机确立与基站的同步收发时隙，同时，手机会在指配的信道上发送应答同步突发脉冲给基站；步骤4.1.3、二者同步突发脉冲互通，手机和基站在空口通信时隙上已建立物理层链路；步骤4.2、业务信道建立阶段，发生在业务通信时隙上；步骤4.2.1、手机发送SABM和UA信令，使手机和基站建立在通信时隙上的多帧传输模式；步骤4.2.2、手机在SCCH信道上发送链路信道的建立请求消息，基站收到后搜索是否有可用的信道，若有，进行步骤4.2.3、若无，进行步骤4.2.4；步骤4.2.3、基站回链路信道指配信息，包括有信道的频点和时隙的位置；步骤4.2.4、基站回链路信道拒绝消息，附加拒绝原因；步骤4.3、网络通信阶段，发生在业务通信时隙上；步骤4.3.1、手机发送SETUP消息，主要包含有信道承载能力、位置注册信息、用户鉴权号码的信息单元；步骤4.3.2、基站分析/识别手机认证后，再把SETUP消息发给交换机；步骤4.3.3、网络侧回CALL PROCEEDING消息，通知手机系统已经开始处理SETUP消息；步骤4.3.4、手机收到CALL PROCEEDING消息，触发鉴权过程；步骤4.3.4.1、发送Encryption key set消息，将自己的密钥传给系统；步骤4.3.4.2、网络侧通过Authentication消息，将产生的随机数下发到手机；步骤4.3.4.3、手机进行加密，并将加密结果通过Authentication消息由基站返回网络侧；步骤4.3.5、鉴权结束后，基站和手机发DISC和UA，释放FACCH；步骤5、精确定位，所述的精确定位包括以下的步骤：步骤5.1、建立精确定位传输信道；在原PHS空口协议RCR-STD28的基础上，为手机精确定位所需的RSSI场强消息上报，单独设计了1条协议消息，当手机处于通话或待机状态下，该协议消息随手机位置注册或定位登记的流程一同上报基站；同时，网络侧的基站控制器与交换机都将为其建立特殊的传输信道，直至定位处理的服务器；为提高精确定位的速度，该传输信道采用了精确定位数据提前上报的流程，即不等手机完整的注册流程完成，只要检测到该协议消息到达，则立刻上传，其它消息将并行后续处理；步骤5.2、对精确定位的原始采集数据即基站接收场强RSSI进行计量误差分析；步骤5.2.1、对单位时间内的测量结果进行算数平均处理：最佳值；步骤5.2.2、当统计独立的多元变量构成理想线性函数关系时，应有：yi＝ki1x1+ki2x2+ki3x3+......+kimxm，当测量结果引入噪声后，上式则可表示为：yi+εi＝ki1x1+ki2x2+ki3x3+......+kimxm，式中的ε为误差修正值；步骤5.2.3、根据最小二乘法的定义，则应有：i＝1、2、3、......、m，ε为误差修正值；步骤5.2.4、求解步骤步骤5.2.3中的方程组，则可得到理想线性方程中的各项变量系数kin，n＝1，2，3......m；步骤5.3、精确定位；步骤5.3.1、设手机的基站场强采样时间ξ与手机精确定位状态η之间的理想数学模型为：$\left(\begin{array}{c}{\eta }_1\\ {\eta }_2\end{array}\right)=\alpha +\beta \left(\begin{array}{c}{\xi }_1\\ {\xi }_2\end{array}\right)$式中的α、β为待定的最佳拟合方程特征参数，由于手机历史测量数据中存在噪声误差，所以，实测信息的误差方程组应为：η_i+v_i＝α+βξ_i，i＝1、2、3、......、n；步骤5.3.2、根据最小二乘法的定义有：即手机实际定位状态与最佳拟合的理想取值之间的方差和最小；步骤5.3.3、定义两个高斯求和运算符号，即：$\left[a\right]=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left[\mathrm{ai}\right];$$\bar{a}=\left[a\right]/n;$$\left[\mathrm{ab}\right]=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left[\mathrm{aibi}\right];$$\overline{\mathrm{ab}}=\left[\mathrm{ab}\right]/n;$步骤5.3.4、由于对该式展开计算求和，则可得：[v²]＝[η²]+β²[ξ²]+2αβ[ξ]+nα²-2α[η]-2β[ξη]；根据函数取极值的条件，应有：$\partial \left[v^2\right]/\partial \alpha =2\mathrm{n\alpha }+2\beta \left[\xi \right]-2\left[\eta \right]=0;$$\partial \left[v^2\right]/\partial \beta =2\beta \left[{\xi }^2\right]+2\alpha \left[\xi \right]-2\left[\mathrm{\xi \eta }\right]=0;$对上面二式进行整理，可得到求解最小二乘直线拟合特征参量的方程组为：nα+β[ξ]＝[η]；β[ξ²]+α[ξ]＝[ξη]；经过解算可得：β＝Sξη/Sξξ；式中的Sξη为采样时间与定位状态之间的协方差和，Sξξ为采样时间的均方差和，即有：$\mathrm{S\xi \eta }=\left[(\xi -\bar{\xi })(\eta -\bar{\eta })\right]$$=\left[\mathrm{\xi \eta }\right]-\bar{\xi }\left[\eta \right]-\bar{\eta }\left[\xi \right]+n\bar{\xi }\bar{\eta }$$=\left[\mathrm{\xi \eta }\right]-n\bar{\xi }\left[\eta \right]/n-n\bar{\eta }\left[\xi \right]/n+n\bar{\xi }\bar{\eta }$$=\left[\mathrm{\xi \eta }\right]-n\bar{\xi }\bar{\eta }$$=\left[\mathrm{\xi \eta }\right]-1/n\left[\xi \right]\left[\eta \right];$$\mathrm{S\xi \xi }=\left[{(\xi -\bar{\xi })}^2\right]$$=\left[{\xi }^2\right]-2\left[\xi \bar{\xi }\right]+n{\bar{\xi }}^2$$=\left[{\xi }^2\right]-n{\bar{\xi }}^2$$=\left[{\xi }^2\right]-1/n{\left[\xi \right]}^2;$又因和所以，解算α与β的全部未知项均已获得，因此，最小二乘拟合的精确定位方程为：η＝α+βξ，于是通过给定内插或外推的时间，便可获得所需的各个时刻的手机定位状态；步骤6、导航信息的收发与处理，所述的导航信息的收发与处理包括以下的步骤：步骤6.1、系统根据手机用户上报的定位信息，即：CSID、PSID、以及距离基站的精确位置信息，按照系统编程预置的路线和用户类别，分别将下一时刻手机用户的理论运动方向或基站位置，以短信方式自动下传手机；步骤6.2、手机收到导航数据后，按照预置的网络位置地图信息，以当前本机所处位置为中心点在手机屏幕上绘制区域电子地图，并标注导航运动方向，以及其它相关导航信息。