衛星導航專利分析報告之四＊── 衛星導航混合定位技術（下）

石 蕊，劉清泉，丁文佳

（1.國家知識產權局專利局審查協作河南中心，鄭州 450000；2.國家知識產權局專利局審查業務管理部，北京 100088）

（接上期）

3.4 重要申請人

3.4.1 全球申請主要申請人

圖4 全球申請主要申請人

圖5 全球主要申請人技術分布

圖4是衛星導航混合定位技術的專利全球申請和在中國申請主要申請人排名情況。如圖所示，在全球排名第一位的高通股份有限公司的專利申請量為254項，這也與該公司在衛星導航混合定位領域的地位相一致，顯示出該公司對衛星導航混合定位技術的專利布局非常重視；排在第二位的是真實定位公司，申請量為83項；排名第三位的是三星電子，申請量為56項；排名第四位的是施耐普特拉克（Snaptrack，雖然施耐普特拉克公司已被高通公司并購，但出于分析的需要，這里將施耐普特拉克公司的申請單列出來）；第五位至十位的申請人為愛立信、摩托羅拉、羅瑟姆、天寶、中國科學院、美國博通，他們的申請量都在20～40件之間，說明這些公司或機構對衛星導航混合定位技術的專利布局也都比較重視，并且愛立信、摩托羅拉、美國博通都是重要的電信廠商，這也顯示出了電信企業進軍衛星導航混合定位技術這個巨大市場的前瞻布局。此外，在第十至二十名的國外主要申請人還有諾基亞、SIRF等，且申請數量都不多，說明該領域進入門檻較低，競爭非常激烈，各大公司都在抓緊進行專利布局。

由圖5可知，高通公司、真實定位公司的申請主要集中在“GPS+蜂窩網絡+其他”和“蜂窩網絡+其他”技術分支；施耐普特拉克的申請全部在“GPS+蜂窩網絡+其他”技術分支；羅索姆公司的申請基本集中在“電視定位”技術分支；中國科學院的申請最多的是“偽衛星”技術分支，其次是“GPS+蜂窩網絡+其他”技術分支；愛立信、摩托羅拉和博通三家電信企業的申請也重點集中于“GPS+蜂窩網絡+其他”技術分支，愛立信還有一些“蜂窩網絡”的專利申請。

4 技術發展路線

衛星導航混合定位技術的技術發展路線如圖6所示。

4.1 GPS+蜂窩技術的發展

（1）1990～2000年

美國聯邦通信委員會（FCC）于1996年10月頒發E911命令，歐洲、日本等國也隨即積極開展了關于商用定位技術的研究。這項命令極大地推動了基于移動網絡的定位技術的發展。例如在90年代后期，相繼出現了移動網絡定位技術、GPS+移動網絡定位技術等。

1992年，ITT制造企業，US 5726893A，GPS系統的多個地球軌道衛星將位置信息傳輸給地面的移動無線基站，提供單獨的源衛星定位數據廣播信道和一個或多個電話服務通信信道輔助移動無線基站訪問來自衛星的定位信息。

圖6 衛星導航混合定位技術的技術發展路線圖

1999年，施耐普特拉克公司，WO9936795A1，AGPS定位技術，當通信收發裝置通信收發裝置通過通信鏈路以高功率發送數據時，向衛星定位系統接收機發送控制信號。

1998年，高通公司則開始研發GPS+蜂窩定位技術，所涉及的專利申請有US6429815B1，US6199045B1，CN1375062A等。

1999年，高通公司申請了專利US6429815B1（已授權），使用來自位置已經確定的無線通信裝置的信息來確定GPS衛星的搜索大小和中心。所述信息包括確定哪個無線基站對于無線通信裝置時本地的，并且每個基站與無線通信系統之間的距離。

2000年，高通公司申請了專利US6199045B1（已授權），使用蜂窩電話網絡和GPS系統和Cell-ID確定精確位置。

（2）2001～2005年

2000年春，為了符合E911即將在2001年實施的要求，高通并購了施耐普特拉克公司（SnapTrack），將施耐普特拉克公司的無線AGPS專利技術并入高通的用于CDMA蜂窩和個人通信服務PCS網絡的GPSOne系統、移動站芯片集和軟件集中，從而為GPSOne和真實定位公司技術的更多商業發展和應用鋪平了道路，高通GPSOne客戶端實現和施耐普特拉克公司位置確定實體（PDE）成為GPSOne端對端定位系統的兩種主要部件。以高通公司和真實定位公司雄厚的專利池為基石，2001年4月，第一臺具有GPSOne功能的用于個人安全應用的移動終端由日本的Secom投入使用，隨后多個大型無線經營商也跟進了高通/施耐普特拉克的GPSOne客戶端/服務器技術，如日本的KDDI、韓國的SKT和KTF、美國的Verizon無線等。

其他公司也沒有停止自己的技術研發腳步，紛紛申請了基于蜂窩網絡或GNSS+蜂窩網絡定位的專利。

2002年，真實定位公司申請了專利CN1537395A，使用蜂窩網絡定位TDOA和FDOA技術，以基于移動協助網絡提高無線定位系統精度。

2004年，諾基亞公司申請了專利CN101048671A，要求保護一種用于通過進行測量以確定至少第一定位站與裝置之間的距離，和確定至少第二定位站與裝置之間的距離來確定裝置的位置的方法和系統。至少一個測量為裝置的位置定義幾何面。所述第一定位站和第二定位站屬于不同的系統。這些測量用于選擇幾何模型，該模型至多包括二次曲面，所選擇的幾何模型被簡化以減少二次曲面的數量，測量結果被插入所簡化的幾何模型，以及通過求解所簡化的幾何模型而確定裝置的位置。

（3）2006年至今

GPS+蜂窩定位技術自身進一步發展，如高通于2009年申請的專利CN102089672A，使用衛星軌道數據的混合組合來確定其位置（或速度）：移動站在確定鎖定時將來自一個衛星的預測軌道數據與來自另一衛星的實時軌道數據相組合，可對同一或不同衛星系統中的衛星作出組合。移動站可在一個時段使用衛星的實時軌道數據，并在另一時段使用相同衛星的預測軌道數據。在另一方面，移動站可使用實時軌道數據來校正預測軌道數據中的時鐘偏離。可對提供實時軌道數據的同一衛星，或者對同一或不同衛星系統中的不同衛星作出對時鐘偏離的校正。

此外，隨著2000年以來室內無線定位技術（如短距無線通信技術）的快速發展，許多公司開始將廣域無線定位技術和室內無線定位技術結合起來，后續將詳細介紹。

4.2 偽衛星技術

1995年和1999年，卡特彼勒公司申請了有關偽衛星定位技術的申請US5375059A和AU1862699A。

1998年，澳大利亞洛克達公司（LOCATA）申請了有關偽衛星定位技術的申請EP1076833 A1，并于在2011年8月公布了他們的偽衛星定位系統研究成果。2012年12月，在美國白沙導彈試驗場測試了Locata系統定位性能，測試結果顯示該系統在軍用環境下的定位精度達到：水平方向6厘米，垂直15厘米。

4.3 局域定位技術的發展

（1）1990～2000年

1992年出現了以紅外線技術定位的Active Badge系統，其是劍橋大學AT&T實驗室開發的第一個室內定位傳感系統，并被認為是第一個室內標記感測（Badge Sensing）原型系統。其工作原理為每個人身上攜帶一個微型的紅外發射器，該發射器每10～15秒發射一個獨特的身份信息代碼，覆蓋在建筑物內的紅外接收站網絡會接收到這些紅外發射器發出的信號而進行定位。

1999年，AT&T實驗室又開發了比Active Badge系統定位更加精確的Active Bat系統，其采用超聲波時間-飛行變更（alteration）技術技術進行定位。

（2）2000～2012年

2000年以來，由于WLAN，WSN，RFID等短距無線通信技術的爆發，各種局部室內定位技術相繼出現，其精度可達到米級。如2000年的RADAR WLAN系統，Cricket超聲波系統，2003年RFID LANDMARC系統，2005年UWB Ubisense系統等。

4.4 混合定位的發展

隨著計算機、通信技術的迅猛發展，出現了多種廣域、局域技術相結合的無縫定位技術，例如：蜂窩網絡+短距無線通信定位技術、GPS+短距無線通信定位技術等。

（1）蜂窩網絡+短距無線通信定位技術

2010年，捷迅研究公司提交了US8195251B2的申請，采用了蜂窩網絡+WLAN技術，通過監測WLAN信號和蜂窩信號的強度改變，從而發現移動終端在室內外環境中的躍遷。判斷為室內環境時減小蜂窩信號的強度，在WLAN覆蓋范圍內則增加連接掃描的頻次。

2011年，英特爾公司申提交了WO2013100886A1的申請，采用了蜂窩網絡+WLAN技術。

（2）GPS+蜂窩網絡+短距無線通信定位技術

2007年，三星電子株式會社提交了GB2451616A的申請，采用了自動切換多種輔助定位裝置如衛星信號接收機、紅外線或短距離射頻收發機等的開關來減少能源消耗，檢測位置或移動的類型而改變預設的參數。

（3）GPS+短距無線通信定位技術

2011年，美國博通公司提交了CN102279400A的申請，要求保護一種通信系統和方法，該方法包括：能用GNSS的移動裝置從第一區域移動到第二區域，且在第一區域內GNSS信號的質量和／或水平高于特定的閾值，在第二區域內GNSS信號的質量和／或水平低于所述特定的閾值，能用GNSS的移動裝置在第二區域根據在第一區域前GNSS測量值確定自身位置。能用GNSS的移動裝置在第一區域使用所計算的GNSS測量值確定能用GNSS的移動裝置的位置。能用GNSS的移動裝置在第二區域使用第一區域的最當前GNSS測量值確定能用GNSS的移動裝置的位置。使用諸如攝像傳感器、光敏傳感器、聲音傳感器和／或位置傳感器的傳感器來改善能用GNSS的移動裝置在第二區域的位置。

2011年，摩托羅拉公司提交了WO2013131383A1的申請，采用了GPS+WLAN技術。

由此可見，如何在廣域環境中將進行衛星導航混合定位，并且提高定位精度已經成為了將來的發展熱點。

5 羅瑟姆公司

如上所述，在無縫室內外定位的全球專利申請中，羅瑟姆公司位列全球第五，如圖7數據顯示，其在2001年和2002年申請量較多，而2009年之后沒有新的申請出現。

圖7 羅瑟姆公司年度申請量

如表4所示，羅瑟姆公司在定位領域中的主要研究方向為電視定位技術。

表4 羅瑟姆公司主要研究方向

羅瑟姆公司由GPS的奠基人J·J·小施皮爾克（SPILKER James J JR）博士和高精度導航系統專家拉比諾維茨（RABINOWITZ Matthew）博士所創建，其創建的惟一目的就是為了在GPS無法提供可靠定位的室內和城市區域提供可靠、精準的定位技術。J·J·小施皮爾克士和拉比諾維茨博士深刻了解GPS的內在局限性，并創建了羅瑟姆公司以克服這些局限性。J·J·小施皮爾克士的GPS共同奠基者Bradford Parkinson博士是羅瑟姆眾多技術顧問中的一員。

自2001年起，J·J·小施皮爾克在羅瑟姆公司以發明人的身份提起了電視定位技術專利申請，所述申請是使用多種類型的電視信號（如數字信號、模擬信號、移動廣播信號等）進行定位和定時，以及組合使用GPS和電視信號、蜂窩網絡等進行定位和定時，還包括以電視信號為AGPS提供精密定時協助的技術。

羅瑟姆公司在2001和2002年的定位技術專利申請數量呈爆發性增長，在2002年之后，J·J·小施皮爾克及其研發團隊只提交了零星的定位技術專利申請，2009年之后羅瑟姆公司沒有提交專利申請，這表明羅瑟姆公司實際上已經暫停了相關研發或研發未有進一步的進展。

這些已有的定位技術專利仍然給羅瑟姆公司帶來巨大的經濟收益，在2007年，憑借這些專利，羅瑟姆公司與天寶公司合作開拓韓國手機市場。

2010年3月1日，Rosum公司宣布推出ALLOY，這是一款革命性的供室內和城市環境使用的位置和同步解決方案。ALLOY芯片由該公司與合作伙伴思亞諾共同開發，后者為領先的手機、筆記本、PND以及其它移動設備移動數字電視接收器芯片供應商。該方案利用廣播電視信號提供精確的頻率、時間和位置信息。ALLOY客戶端將ALLOY芯片和一個高靈敏度的A-GPS芯片組合到一個緊密耦合的混合TV-GPS解決方案中，該方案能夠在所有類型的環境下工作（農村、城郊、城區和室內）。與GPS相比，廣播電視信號的功率裕度強10萬倍，并且能夠使定位和同步能力深入到建筑物和城市環境內部。

2011年，羅瑟姆公司的電視定位專利被定位技術領域的第二大申請人真實定位公司所收購。雖然電視定位技術分支不是定位領域的研發熱點，但羅瑟姆公司的經歷或許能夠更好地說明專利背后所隱藏的價值。■

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