專利名稱：射頻運動跟蹤系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運動捕捉領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及射頻(RF)運動捕捉系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
術(shù)語“運動捕捉”或“運動跟蹤”是指跟蹤一個或多個目標(biāo)(或物體)上的一個或多個目標(biāo)或位置，并且根據(jù)目標(biāo)在空間中的運動來量化和記錄目標(biāo)的位置。所述空間可以是二維空間，或者更常見的是為三維空間。在許多諸如步態(tài)分析之類地應(yīng)用中，將跟蹤目標(biāo)上的許多個點，從而有效地跟蹤、量化和記錄目標(biāo)的組成部分(例如關(guān)節(jié)和肢體)的線性運動和旋轉(zhuǎn)運動。運動捕捉可以將現(xiàn)場行為轉(zhuǎn)換為數(shù)字化性能。運動捕捉在娛樂業(yè)正變得日益重要，因為在娛樂業(yè)中希望跟蹤人體例如特技演員身上的許多點，以及演員攜帶的或者與演員有關(guān)的任何目標(biāo)上的許多點。一旦數(shù)字地捕捉了人的肢體及相關(guān)目標(biāo)的運動，那么就可利用這些運動數(shù)據(jù)將人數(shù)字地疊加(superimpose)到不同環(huán)境中，或者數(shù)字地再造不同的角色，例如完成那些相同或類似運動的不同演員或創(chuàng)造物(creature)。數(shù)字創(chuàng)建的結(jié)果圖像可用于運動圖片、視頻游戲、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和類似應(yīng)用中。在體育運動中，精確跟蹤身體部分和附屬物的運動可用于，例如分析和校正人的高爾夫揮桿。
存在許多現(xiàn)有的運動跟蹤技術(shù)?，F(xiàn)有用于運動捕捉的主要技術(shù)是光學(xué)系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)和機電系統(tǒng)。已經(jīng)提議或正在使用幾種RF系統(tǒng)。雖然基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的系統(tǒng)及其衛(wèi)星組能夠被用于跟蹤地球上目標(biāo)的位置，例如貨物集裝箱的位置，但是基于GPS的系統(tǒng)對于通常使用運動捕捉系統(tǒng)的應(yīng)用類型而言，卻是相當(dāng)緩慢、不準(zhǔn)確、笨重和昂貴。
光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)
光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)一般利用附著到或者縫制到演員衣服上的反射片和照在演員身上的光。光學(xué)攝影機記錄來自反射片的反射，而一個處理系統(tǒng)用于處理攝影機記錄的圖像，以確定當(dāng)演員移動穿過布景時反射片的位置。光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)的例子包括，題為“Wavelet-BasedFacial Motion Capture for Avatar Animation”的6580511號美國專利和題為“Multiple Object Tracking System”的6567116號美國專利。前一個專利并入了小波變換用于特征探測和跟蹤。光學(xué)運動跟蹤系統(tǒng)限于視線操作(line-of-sight operation)。一旦特定的反射片已經(jīng)被演員的運動隱藏，然后反射片重新進(jìn)入視野，操作員一般就必須手工處理這個重新出現(xiàn)的反射片，以使該系統(tǒng)一種。
電磁跟蹤器
電磁跟蹤器的一般工作原理是標(biāo)簽在其周圍產(chǎn)生電磁場，或在穿過捕捉區(qū)的電磁場中引入干擾。磁場運動捕捉系統(tǒng)的例子包括題為“Distributed Magnetic Field Positioning System Using Code DivisionMultiple Access”的6549004號美國專利，和題為“Methods and Apparatusfor Electromagnetic Position and Orientation Tracking with DistortionCompensation”的6400139號美國專利。前一個專利使用碼分多址(CDMA)來區(qū)分信標(biāo)，據(jù)稱能夠提供較大的捕捉區(qū)、減少干擾。
機電裝置和套件
機電裝置和套件一般利用機電傳感器，例如電位計來捕捉運動(例如關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn))。傳感器可通過電線連接到處理系統(tǒng)，或者傳感器的輸出可經(jīng)由無線連接傳輸。機電套件已經(jīng)被廣泛用于虛擬現(xiàn)實模擬系統(tǒng)中。機電運動跟蹤系統(tǒng)包括題為“Topological and Motion MeasuringTool”的6563107號美國專利，以及題為“Data-Suit for Real-TimeComputer Animation and Virtual Reality Applications”的6070269號美國專利。機電系統(tǒng)經(jīng)常是體積龐大、引人注意，而且也不十分適于跟蹤獨立目標(biāo)間的相對運動。
射頻系統(tǒng)
幾種射頻(RF)系統(tǒng)已經(jīng)被提議。6204813號美國專利聲稱描述了確定大量目標(biāo)的身份和位置數(shù)據(jù)的射頻定位系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括多個擴頻無線電收發(fā)器，而且在每個目標(biāo)上設(shè)置了至少一個收發(fā)器。至少三個擴頻無線電收發(fā)器向所述多個無線電收發(fā)器傳送信號，并且從所述多個無線電收發(fā)器中接收信號。信號處理器被連接到擴頻無線電收發(fā)器并且確定目標(biāo)的身份和位置數(shù)據(jù)。
5583517號美國專利涉及多徑抗跳頻擴展頻譜移動定位系統(tǒng)。跳頻擴展頻譜移動汽車和個人定位系統(tǒng)由一個中心站、多個基站和使用跳頻擴展頻譜微分二進(jìn)制移相鍵控(BPSK)傳送通信信號的多個移動發(fā)射器組成。多個基站中的每一個包括接收偶極天線陣列，并且利用特殊的算法在噪音和多徑環(huán)境中檢索非常低能量的跳頻擴展頻譜信號。基站使用計算算法用于確定每個接收偶極天線之間的相位差，以確定發(fā)射器相對于各自基站位置的方向。在每個基站的接收信號的到達(dá)角度的多個方向基于n維模糊空間被校正，以定位到達(dá)的最可能的角度。
5513854號美國專利描述了一種系統(tǒng)，其中現(xiàn)場的每個表演者攜帶小型化的射頻發(fā)射器。一組至少三個射頻測角計的接收器確定發(fā)射器發(fā)射的方向。數(shù)字處理器利用三角測量方法來確定發(fā)射器的位置。
5438621號美國專利描述了用于跟蹤地下礦工的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括許多連接到中央控制站的識別站。便攜的識別模塊被發(fā)給礦工，其安裝在他們的帽燈上。識別模塊間隔地傳送唯一的識別信號，所述信號被識別站拾取。被發(fā)給帽燈的礦工首先讓識別卡通過讀取器，讀取器讀取來自卡片的唯一個人識別碼。該系統(tǒng)包括適合接收和顯示由失蹤礦工的識別模塊發(fā)送的識別碼。
5056106號美國專利描述了利用基于擴頻的無線電定位系統(tǒng)的系統(tǒng)，其使用手持接收器單元和固定位置的參考發(fā)射器來確定打高爾夫球的人的距離和方向，及高爾夫球場上的關(guān)鍵位置。位置遍布高爾夫球場的鄰近地區(qū)的多個定時參考發(fā)射器廣播擴頻范圍的信號，該信號由定期偽噪聲(PN)編碼序列或類似序列直接調(diào)制的射頻載波組成。每個發(fā)射器在同一射頻信號廣播，但是唯一的PN編碼序列被分配給每個發(fā)射器。提供手持接收單元給打高爾夫球的人，其接收發(fā)射器擴頻信號并且與擴頻信號同步，以獲得選定的參考發(fā)射器組的范圍估計。
4660039號美國專利描述了用于定位運動目標(biāo)的系統(tǒng)。用戶攜帶射頻發(fā)射器，而運動目標(biāo)具有一個在信號頻率處有效長度為λ/4的傳導(dǎo)條，以致當(dāng)發(fā)射器靠近運動目標(biāo)時，傳導(dǎo)條就會增加發(fā)射器上的載荷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的RF運動跟蹤系統(tǒng)，其具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的各種優(yōu)點。在一個方面，本發(fā)明是運動捕捉系統(tǒng)。根據(jù)這第一個方面，在一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明最好包括定義傳感器的至少四個靜止射頻接收器，其被放置在一個已知位置，該已知位置處于一個定義捕捉區(qū)的區(qū)域的周圍或附近；定義參考標(biāo)簽的至少一個靜止射頻發(fā)射器，和定義標(biāo)記標(biāo)簽的多個射頻發(fā)射器，這些標(biāo)記標(biāo)簽被放置在待跟蹤的一個或多個目標(biāo)上。一個處理系統(tǒng)處理傳感器接收的信號。所述信號是擴頻RF信號。參考標(biāo)簽相對于傳感器的位置可使用直接測量來確定，或者可使用各種不依賴于直接測量的可能的校正程序和技術(shù)來確定。捕捉區(qū)應(yīng)該至少處于所有接收器的接收范圍內(nèi)。
一旦確定了參考標(biāo)簽相對于傳感器的位置，來自傳感器的數(shù)字采樣被處理，以取出每個標(biāo)簽和每個傳感器之間的偽距離測量值。與距離不同，測量是偽距離，因為它們包含時間項和距離項。這些測量在標(biāo)記標(biāo)簽和參考標(biāo)簽之間被差分，并且所得到的單個差值在傳感器之間被差分，以形成二重差分。該二重差分被處理，以確定在每個測量時間，標(biāo)記標(biāo)簽相對于參考標(biāo)簽位置的位置。等同地，使用公知的數(shù)學(xué)坐標(biāo)變換可以確定，相對于包括彼此的任何參照幀內(nèi)的軌跡、傳感器位置或任意坐標(biāo)系，每個標(biāo)記標(biāo)簽的位置。因為用于處理來自參考標(biāo)簽和標(biāo)記標(biāo)簽的信號的算法會去掉依賴時鐘的項，所以能夠以非常高的準(zhǔn)確度來確定所述標(biāo)記標(biāo)簽的位置，而不需要在傳感器之間、在標(biāo)簽之間和在傳感器與標(biāo)簽之間同步時鐘。
以某種載波頻率對這些標(biāo)簽發(fā)射的信號進(jìn)行碼序列調(diào)制，并且使用直接序列擴頻技術(shù)進(jìn)行擴展。碼序列包括一個所有標(biāo)簽共有的同步碼，以及一個每個標(biāo)簽唯一的標(biāo)簽識別碼。在一個優(yōu)選實施例中，同步碼是16比特的諾埃曼-霍夫曼(Neuman-Hofman)同步字OEED十六進(jìn)制，其具有良好的自相關(guān)特性。選擇標(biāo)簽識別碼以使成對互相關(guān)最小化。那些碼是在二進(jìn)制擴展的二次余項碼空間中隨機選擇的向量。處理系統(tǒng)使用碼相位和載波相位測定來分辨標(biāo)簽的位置到波長的一小部分內(nèi)。發(fā)射器發(fā)射微脈沖串碼(microburst of code)，以致發(fā)射器的發(fā)送少于5％的時間，少于1％的時間，在優(yōu)選實施例中大約是少于0.2％的時間。這種小工作周期使發(fā)射器的電池消耗減至最小，并且減少了沖突的可能性。發(fā)射率優(yōu)選是24次/秒和30次/秒的整數(shù)倍，并且更優(yōu)選是240次/秒。這確保運動能夠在等于24幀/秒或30幀/秒的幀率被捕捉，這兩個幀率是娛樂產(chǎn)業(yè)內(nèi)使用的標(biāo)準(zhǔn)幀率。
在該處理系統(tǒng)中，所接收的表示識別碼的波形不用二進(jìn)制碼值解調(diào)為0和1的比特流，然后通過查找表查找。相反，是通過在數(shù)字信號處理器(DSP)內(nèi)實現(xiàn)的相關(guān)器來處理所接收的表示標(biāo)簽識別碼波形的數(shù)字采樣。標(biāo)簽識別碼是通過自相關(guān)候選標(biāo)簽碼波形到所接收的波形來確定的。
模擬指出所述系統(tǒng)能夠以亞毫米的準(zhǔn)確度跟蹤對角線長達(dá)125米的捕捉區(qū)內(nèi)的多達(dá)5000個標(biāo)簽。更一般地，這意味著所述系統(tǒng)能夠在對角線至少50米的捕捉區(qū)上在1cm準(zhǔn)確度內(nèi)解析至少100個標(biāo)簽的位置。這也意味著所述系統(tǒng)能夠在至少75米的捕捉區(qū)上解析至少1000個發(fā)射器的位置到小于1cm的準(zhǔn)確度。
在另一個方面，本發(fā)明是柔性RF補片(patch)標(biāo)簽，當(dāng)移去保護(hù)性的蓋或?qū)訒r，其本身自動打開，并開始發(fā)射。能夠提供可視的、音頻的或其他反饋，以驗證標(biāo)簽是活動的并且正在發(fā)射。在一個實施例中，補片發(fā)射器是一個具有多個薄層的小圓形柔性補片，所述多個薄層包括襯背層、粘附涂層、電池層、電路層、天線層和保護(hù)層。該裝置可由覆蓋粘附層的紙層或薄膜層來覆蓋，移去紙層導(dǎo)致電源接觸閉合，因此激活所述裝置。同時，移去紙層將導(dǎo)致粘附層暴露，所以標(biāo)簽?zāi)軌虮恢苯诱掣降酱櫟哪繕?biāo)。補片標(biāo)簽小得足以粘附到人皮膚或衣服上的大量位置上，同時基本上允許人的全部運動。
本發(fā)明的運動捕捉系統(tǒng)能夠被用于希望了解目標(biāo)在參照幀內(nèi)位置的應(yīng)用中，特別是希望了解在一個或許多分離目標(biāo)上的許多快速移動點的位置的應(yīng)用。
在另一個方面，本發(fā)明是匹配移動系統(tǒng)，其利用所述的RF運動捕捉系統(tǒng)跟蹤運動圖片攝影機的運動，并且根據(jù)攝影機的跟蹤位置和高度在記錄的運動圖像上進(jìn)行后期處理。在本發(fā)明的這個方面，至少三個標(biāo)記標(biāo)簽被放置在運動圖片攝影機，例如手持運動圖片攝影機上。標(biāo)記標(biāo)簽被放置在攝影機上的非平面位置，使得三個標(biāo)簽的位置可完全確定攝影機的空間位置及其斜度、偏轉(zhuǎn)角和傾側(cè)角。當(dāng)攝影機移動時，例如由攝影機操作者手持移動時，其記錄場景。因為攝影機的確切位置和高度是由RF運動跟蹤系統(tǒng)精確記錄的，得到的圖像稍后被后期處理，以實現(xiàn)許多想要的效果。
在一個例子中，記錄的場景能夠被后期處理，以插入數(shù)字計算機產(chǎn)生的(CG)圖像到場景中。隨著攝影機水平或垂直地在場景周圍向前或向后、旋轉(zhuǎn)、傾斜或?qū)嵤┤魏纹渌\動搖動拍全景，可改變CG圖像以匹配攝影機的運動。CG圖像的外觀變化和攝影機移動時期望在場景中實際出現(xiàn)的目標(biāo)的圖像變化一樣。結(jié)果在運動圖像內(nèi)得到逼真的CG圖像，并大大減少了CG圖像的手工相關(guān)和操作，這正是某些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中所需的。在另一個實施例中，匹配移動系統(tǒng)允許記錄圖像被后期處理，以除去攝影機抖動，也就是從記錄圖像中除去攝影機小的運動的效果，以致對觀看者而言，攝影機看上去是被穩(wěn)定握持的，盡管它在穿過拍電影場景時可能移動。
雖然所述系統(tǒng)理論上能夠和其他定位技術(shù)例如GPS、慣性傳感器及某些應(yīng)用中使用的機電傳感器結(jié)合，但是對于大多數(shù)預(yù)期應(yīng)用，所述系統(tǒng)無需任何其他定位方法就可工作。
后文將參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的示例性實施例，附圖中的相似編號表示相似部件。
圖1是本發(fā)明運動捕捉系統(tǒng)的總體系統(tǒng)圖。
圖2說明了本發(fā)明如何與作為匹配移動系統(tǒng)的一部分的運動圖片攝影機一起使用。
圖3說明了在示例性的4傳感器實施例中傳感器的布置。
圖4說明了在示例性的8傳感器實施例中傳感器的布置。
圖5是標(biāo)簽發(fā)射的頻率規(guī)劃圖。
圖6說明了傳輸包的結(jié)構(gòu)。
圖7是一個自相關(guān)圖，示出了在優(yōu)選實施例中使用的同步字的自相關(guān)。
圖8說明了用于產(chǎn)生傳輸序列的簡單移位寄存器發(fā)生器。
圖9是一個自相關(guān)圖，示出了在本發(fā)明的一個實施例中由標(biāo)簽發(fā)射的640比特PN序列的自相關(guān)。
圖10是系統(tǒng)接口功能圖。
圖11是第一個標(biāo)簽實施例的功能圖。
圖12是第二個標(biāo)簽實施例的功能圖。
圖13是根據(jù)第一個標(biāo)簽控制器實施例的示例性標(biāo)簽控制器電路的示意圖。
圖14是根據(jù)第二個標(biāo)簽控制器實施例的示例性標(biāo)簽控制器電路的示意圖。
圖15是傳感器的功能塊圖。
圖16是用于處理接收的標(biāo)簽信號的處理器的功能塊圖。
圖17是說明優(yōu)選實施例的預(yù)測載波相位多徑誤差的圖。
圖18是在處理器內(nèi)實現(xiàn)的相關(guān)器組的功能塊圖。
圖19是根據(jù)第二個系統(tǒng)實施例的用于產(chǎn)生標(biāo)簽傳輸?shù)暮唵我莆患拇嫫靼l(fā)生器。
圖20是根據(jù)在所述第二個系統(tǒng)實施例中使用的第三個標(biāo)簽實施例的標(biāo)簽功能塊圖。
圖21是根據(jù)在所述第二個系統(tǒng)實施例中使用的第三個標(biāo)簽控制器實施例的示例性標(biāo)簽控制器電路的示意圖。
圖22是根據(jù)所述第二個系統(tǒng)實施例的傳感器的功能塊圖。
圖23是根據(jù)所述第二個系統(tǒng)實施例的傳感器DSP處理功能塊圖。
圖24是根據(jù)所述第二個系統(tǒng)實施例用于處理所接收的標(biāo)簽信號的處理器的功能塊圖。
圖25是標(biāo)簽位置重采樣圖。
圖26說明系統(tǒng)如何通過疊加獨立的捕捉區(qū)來創(chuàng)建擴展的捕捉區(qū)。
圖27是根據(jù)本發(fā)明一個方面的補片標(biāo)簽的側(cè)視圖。
具體實施例方式
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明第一方面的射頻(RF)位置跟蹤系統(tǒng)40由三個子系統(tǒng)組成活動RF標(biāo)簽或簡稱標(biāo)簽、無源傳感器42和處理裝置或簡稱處理器60。系統(tǒng)40利用兩種不同類型的標(biāo)簽，即一個或多個參考標(biāo)簽50，以及一個或多個標(biāo)記標(biāo)簽52。參考標(biāo)簽50和標(biāo)記標(biāo)簽52在結(jié)構(gòu)上可能是完全相同的。它們的區(qū)別主要在于放置和使用的不同。在一個優(yōu)選實施例中，多個標(biāo)記標(biāo)簽52被放置在待跟蹤的目標(biāo)54上，例如圖中所示的人以及任何附加物56(例如人佩帶的槍或劍)上。對于具有許多組成部分和可能運動的目標(biāo)(例如人)，優(yōu)選地大量標(biāo)記標(biāo)簽52被放置在人的各個肢體和關(guān)節(jié)上，以致通過跟蹤各個標(biāo)記標(biāo)簽52的運動可以完整或幾乎完整地記錄目標(biāo)的各種運動?？梢詷?biāo)記和跟蹤多個目標(biāo)。例如，可以跟蹤進(jìn)行擊劍的兩個人，存儲得到的數(shù)字表示，并隨后將其轉(zhuǎn)換成兩個不同的創(chuàng)造物之間的擊劍。目標(biāo)和參考標(biāo)簽被放置在運動捕捉區(qū)或簡稱捕捉區(qū)內(nèi)，捕捉區(qū)處于傳感器42所包圍的區(qū)域內(nèi)。捕捉區(qū)一般位于傳感器42所包圍的區(qū)域中，但是并沒有必要完全占據(jù)傳感器42所包圍的區(qū)域，因為在傳感器42和捕捉區(qū)之間可能有緩沖區(qū)域。標(biāo)記標(biāo)簽52和參考標(biāo)簽50發(fā)射RF信號，優(yōu)選是直接序列擴頻信號。信號傳感器42是接收標(biāo)簽發(fā)射的RF信號的接收器。
來自每個標(biāo)記標(biāo)簽52和參考標(biāo)簽50的信號被唯一地編碼，以區(qū)分各個標(biāo)簽。最少四個傳感器42被放置在捕捉區(qū)周邊(periphery)的周圍。傳感器42數(shù)字化(采樣和量化)所接收的信號帶。來自傳感器42的數(shù)字采樣被處理，以抽出每個標(biāo)簽50或52和每個傳感器42之間的偽距離測量值。與距離不同，測量是偽距離，因為它們包含時間項。這些偽距離測量值在標(biāo)記標(biāo)簽52和參考標(biāo)簽50之間被差分，并且得到的單個差值在傳感器之間被差分，以形成二重差分。二重差分被處理，以確定在每個測量時間，標(biāo)記標(biāo)簽52相對于參考標(biāo)簽50位置的位置。這個原始位置信息被輸出用于每個標(biāo)記標(biāo)簽52。
圖2說明了本發(fā)明的一個特定應(yīng)用，其中待跟蹤的目標(biāo)是運動圖片攝影機57。攝影機57具有多個附于其上或者與之關(guān)聯(lián)的標(biāo)記標(biāo)簽52。優(yōu)選地，攝影機57具有至少三個標(biāo)記標(biāo)簽附于其上，它們處于一種非線性和非平面的空間關(guān)系，所以攝影機的運動可被完全捕捉，包括攝影機上的至少一個點的x、y、z位置及其傾斜、滾動和偏轉(zhuǎn)。在這個應(yīng)用中，所述系統(tǒng)被用作匹配運動系統(tǒng)的一部分。匹配運動系統(tǒng)可用于產(chǎn)生計算機產(chǎn)生的目標(biāo)或除去攝影機抖動。
處理算法
在下面的討論中，指示符A指的是任意的標(biāo)記標(biāo)簽52，指示符R指的是參考標(biāo)簽50，指示符i指的是任意的傳感器42，為了便于進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，這里不參考任何特定的附圖。
使用來自標(biāo)記標(biāo)簽A和來自參考標(biāo)簽R的偽距離測量值形成每個傳感器的二重差分測量。在第n次測量時間，參考標(biāo)簽R位于(0，0，0)，時鐘為TR(n)，并且標(biāo)記標(biāo)簽A位于rA(n)＝[rAX(n)，rAY(n)，rAZ(n)]T，時鐘為TA(n)。多個傳感器接收來自A和R的RF信號。傳感器i位于已知位置si＝[siX，siY，siZ]T，并且是靜止的，時鐘是Ti(n)。那么在傳感器i的標(biāo)記標(biāo)簽A和參考標(biāo)簽R的偽距離(PRs)測量方程為
其中
標(biāo)記標(biāo)簽A和參考標(biāo)簽R偽距離測量值之間的單差分消除了傳感器時鐘項
傳感器i和j的單差分之間的二重差分消除了和標(biāo)簽相關(guān)的時鐘項
在左側(cè)合并不依賴標(biāo)記標(biāo)簽A位置的項，得出
三個未知數(shù)為在時間n處的標(biāo)記標(biāo)簽A的位置坐標(biāo)，rAX(n)、rAY(n)和rAZ(n)。需要來自四個傳感器42的測量，以形成在這三個未知數(shù)中獲得三個獨立方程所需的三個獨立二重差分。所得到的方程可直接解出標(biāo)記標(biāo)簽A的坐標(biāo)。或者，所述方程可在近似解附近被線性化，并且求解所得到的線性方程得出標(biāo)記標(biāo)簽A的坐標(biāo)。直接解(directsolution)也可用作線性化的近似解(approximate solution)。
給定來自四個傳感器的單差分，直接解可如以下計算，其中s0、s1、s2和s3是四個傳感器相對于參考標(biāo)簽R的位置向量；并且δPR01AR、δPR02AR和δPR03AR是三個標(biāo)量二重差分。
βk＝δPR0kAR+|s0|-|sk|，k＝1，2，3{如果有必要就重新排序，使得β1≠0，此外，如果對于任何k，βk＝-|pk|，就重新排序，使得β1＝-|p1|}
pk＝sk-s0，k＝1，2，3
n1＝β2p1-β1p2
n2＝β3p1-β1p3
α1＝β1β2(β2-β1)+β1p2·(p1-p2)
α2＝β1β3(β3-β1)+β1p3·(p1-p3)
Y＝p1p1T-β12I3{I3是3×3的單位矩陣}
φ＝β12(|p1|2-β12)
n＝n1×n2{向量叉積，對于非平面伴生結(jié)構(gòu)，|n|＞0}
λ1＝α1|n2|2-α2n1·n2)/|n|2
λ2＝α2|n2|2-α1n1·n2)/|n|2
q＝λ1n1+λ2n2
σ＝nTYn
ω＝(rTYr-φ)/σ
κ＝nTYr/σ
θ＝-κ±[κ2-ω]1/2
w＝θn+q，checkβ1(p1·w)≤0
rA＝1/2[w+s1-s0]{標(biāo)簽A相對于參考標(biāo)簽R的位置向量}
對于(M+1)傳感器，M≥3，標(biāo)記標(biāo)簽A相對于參考標(biāo)簽R的位置的廣義最小二乘解由下式給出
rA(n)＝r0(n)+δrA 其中r0(n)是標(biāo)記標(biāo)簽A位置向量的近似解
δrA＝(HnTHn)-1HnTδz
{M×3觀察值矩陣}
為了提高的準(zhǔn)確性，這些方程能夠進(jìn)行如下迭代
1.給定初始標(biāo)記A估計的位置向量r0(n)，傳感器位置向量si’s，和二重差分，計算δPRijARs。
2.計算測量向量δz。
3.計算線性化的觀察值矩陣Hn。
4.計算誤差狀態(tài)向量δr。
5.更新標(biāo)記標(biāo)簽A估計的位置向量rA(n)。
6.從步驟2重復(fù)，使用更新的位置向量作為新估計的位置向量，直到計算的誤差狀態(tài)向量足夠小。
誤差狀態(tài)估計的協(xié)方差由下式給出
E[δrδrT]＝(HnTHn)-1HnTE[δzδzT]Hn(HnTHn)-T
假設(shè)單個偽距離測量值誤差是i.i.d.(獨立恒等分布的)，方差為σM2，那么誤差協(xié)方差矩陣由下式給出
E[δrδrT]＝4(HnTHn)-1HnTGHn(HnTHn)-TσM2
其中
傳感器-標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的效果是精度位置減損(position dilution ofprecision，PDOP)，其被計算為
PDOP＝{trace[(HnTHn)-1HnTGHn(HnTHn)-T]}1/2
PDOP能夠被分解成垂直和水平分量
PDOP2＝HDOP2+VDOP2
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)使用至少4個傳感器42，如圖3中的一個示例性的4傳感器配置所示。更多的傳感器，例如在圖4中的示例性的8傳感器配置是可能的。一般來說，傳感器42的數(shù)量越多，PDOP越小。但是，為了獲得更大的精度所用的傳感器和標(biāo)簽的數(shù)量必須和實際考慮因素平衡，實際考慮因素包括處理能力和處理量。
當(dāng)來自5個或更多傳感器的偽距離測量值可獲得時，就可能檢測到4個獨立的二重差分何時不一致。有了來自6個或更多傳感器的偽距離測量值，就可能識別1個錯誤的二重差分測量。通常，有了(M+1)個傳感器，就可能識別多達(dá)(M-4)個錯誤測量。錯誤測量能夠作為多徑的結(jié)果、無線電折射率的變量、干擾和設(shè)備誤差出現(xiàn)。M×1錯誤向量f被計算為
S＝IM-Hn(HnTHn)-1HnT
f＝Sz
如果判定變量fTf超出閾值，那么M個二重差分測量就不一致。
如果M大于或等于5，那么通過找到使fi2/Sii最小的指數(shù)i，就能夠識別(M-4)個錯誤測量。
對于(M+1)個傳感器，閾值T被計算為
T＝4σM2Q-1(PFA|M-3)
其中σM2是偽距離測量值方差
PFA是可接收的錯誤警報率
Q-1(x，n)是
的逆
漏檢概率用下式計算
其中
B是可接受的測量誤差。
用于處理二重差分以確定標(biāo)記標(biāo)簽相對于參考標(biāo)簽的位置的替代算法是擴展的卡爾曼濾波器。標(biāo)記標(biāo)簽運動被建模為由白噪聲加速度驅(qū)動，系統(tǒng)模型為
x(k)＝Φx(k-1)+w(k)
其中x(k)＝[r(k)T v(k)T a(k)T]T{9×1狀態(tài)向量}，
r(k)是標(biāo)記標(biāo)簽位置向量；v(k)是標(biāo)記標(biāo)簽速度向量；a(k)是標(biāo)記標(biāo)簽加速度向量
ΔT是測量k和k+1之間的間隔(額定是0.004167sec(秒))。
E[w(k)]＝0
σA是建模的加速度噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差(額定是2.25m/秒2)，測量模型是δz(k)＝H(k)δx(k)+v(k)，其中
E[v(k)]＝0
σPR是偽距離標(biāo)準(zhǔn)偏差(對于基于碼相位的測量額定是3.5m，和對于基于載波相位的測量額定是0.00025m)
時間更新方程是
x-(k)＝Φx+(k-1)
測量更新方程是
x+(k)＝x-(k)+Kkδz(k)
狀態(tài)協(xié)方差矩陣P是基于標(biāo)記標(biāo)簽的位置中的不確定度被初始化的。
擴展的卡爾曼濾波器能夠為了增強的性能而被迭代。這三個測量更新方程是使用誤差測量向量和在那次迭代的開始使用最近的狀態(tài)估計重新計算的觀察值矩陣迭代的。
能夠使用射頻的寬廣頻譜來實現(xiàn)本節(jié)所述的原理。但是，最可能的頻率是在從0.3GHz到300GHz的范圍。這個范圍包括UHF(0.3GHz-3GHz)、SHF(3GHz-30GHz)和EHF(30GHz-300GHz)頻帶。這個原理能夠利用各種用于獲取偽距離測量值的技術(shù)來實現(xiàn)。
第一個示例性系統(tǒng)實施例
在第一個示例性系統(tǒng)實施例中，標(biāo)簽50和52發(fā)射直接序列擴頻微波信號脈沖串(signal bursts)。傳感器42下轉(zhuǎn)換并且模擬到數(shù)字(A/D)采樣接收的信號頻帶。來自傳感器42的數(shù)字采樣被處理，以抽出每個標(biāo)簽50和52的碼偽距離測量值和載波偽距離測量值。這些偽距離測量值被處理，以確定在每個采樣時刻的標(biāo)簽位置。
根據(jù)模擬結(jié)果，所述系統(tǒng)預(yù)計在130m×55m×10m的捕捉區(qū)工作，并且能夠捕捉該區(qū)域內(nèi)任何地方的標(biāo)簽52的位置。最少的優(yōu)選傳感器配置是8個傳感器，各個傳感器靠近捕捉區(qū)的每個至高點。在捕捉區(qū)的周邊附近放置的多達(dá)24個額外的傳感器提供了改善的性能。傳感器42被向后移動，使得在傳感器前部和捕捉區(qū)之間有大約5到15米。標(biāo)簽50和52一般被排除在以下定義的體積之外由一個在捕捉區(qū)最接近傳感器的點與捕捉區(qū)相切的平面和一個平行平面定義的體積，兩平面間的距離是傳感器離捕捉區(qū)的最近點的后移距離的兩倍。
所述系統(tǒng)被設(shè)計為在捕捉區(qū)中和多達(dá)5000個標(biāo)簽一起工作，并且提供標(biāo)簽動態(tài)的準(zhǔn)確度，達(dá)到每軸4.5m/s的速度、每軸0.45m/s2的加速度和每軸0.45m/s3的加速度率。為動態(tài)提供的減少的準(zhǔn)確度達(dá)到每軸45m/s的速度、每軸4.5m/s2的加速度和每軸4.5m/s3的加速度率。對于具有無阻礙視線、最少4個傳感器的捕捉區(qū)而言，所述系統(tǒng)在捕捉區(qū)內(nèi)捕捉每個單個標(biāo)簽的概率為90％。
根據(jù)模擬，所述系統(tǒng)在X、Y、Z本地水平面坐標(biāo)中，相對于放置在捕捉區(qū)內(nèi)的固定參考標(biāo)簽50的位置，提供了標(biāo)記標(biāo)簽位置輸出。位置延遲不超過0.1秒。每個標(biāo)記標(biāo)簽52的位置輸出率優(yōu)選可從下列輸出率中選擇每秒1、2、3、4、5、6、8、10、12、15、16、20、25、30、40、48、60、80、120和240。在一個優(yōu)選實施例中，為了便于與娛樂業(yè)內(nèi)常用的幀率兼容，輸出率應(yīng)為24以及30的共同整數(shù)倍，例如240。輸出準(zhǔn)確度在受限的動態(tài)期間是每軸1mm 1σ，在高動態(tài)期間是每軸10mm 1σ。輸出精度是每軸1mm。
在捕捉區(qū)中具有5000個標(biāo)簽的系統(tǒng)的總輸出數(shù)據(jù)率是9MB/秒未格式化的數(shù)據(jù)，或10.8MB/秒格式化為字節(jié)界的數(shù)據(jù)。每個標(biāo)簽的位置數(shù)據(jù)可格式化為17個比特的X位置、16比特的Y位置和14比特的Z位置及13比特的標(biāo)簽ID。用字節(jié)界格式化，輸出位置由3字節(jié)的X位置、2字節(jié)的Y位置和2字節(jié)的Z位置及2字節(jié)的標(biāo)簽ID組成。
傳感器42生成的數(shù)字采樣具有67微秒的時間準(zhǔn)確度。它們具有最少29db的RF輸入動態(tài)范圍，并且它們的天線提供覆蓋整個捕捉區(qū)的視場。
圖5說明了第一個示例系統(tǒng)實施例在其中工作的頻帶。這個實施例在5.725-5.850GHz的頻帶工作。這個頻帶60被分成8個子信道，從A到H。每個可工作的子信道62、64、66、68、70、72、74和76是10MHz寬，并且由5MHz防護(hù)頻帶61、63、65、67、69、71、73、75和77隔開。
圖6說明了這個實施例的傳輸包結(jié)構(gòu)。每個包80包括對于每個標(biāo)簽相同的16比特同步字82。同步字82是為其自相關(guān)屬性選擇的。在優(yōu)選實施例中，選擇16比特諾埃曼-霍夫曼同步字OEED(十六進(jìn)制)(二進(jìn)制000011101111011101)并且將其用于所有的包。這個同步模式具有優(yōu)秀的自相關(guān)屬性，如圖7所示。可以使用其他的同步字而不是選擇的特定同步字。此外，沒有必要所有的標(biāo)簽發(fā)射相同的同步字，但是使用相同的同步字具有方便的優(yōu)點，并且允許為每個標(biāo)簽使用好的同步字。另外，可以選擇具有其他比特數(shù)量的同步字。
包80也包括48比特的標(biāo)簽ID字段84，其對于每個標(biāo)簽是唯一的。每個標(biāo)簽的唯一標(biāo)簽ID允許系統(tǒng)區(qū)分各個標(biāo)簽并且自動跟蹤各個標(biāo)簽。使用現(xiàn)有技術(shù)的光反射標(biāo)簽，當(dāng)標(biāo)簽從攝影機的視野變得模糊然后重新顯現(xiàn)時，系統(tǒng)操作員需要手工為處理系統(tǒng)識別哪些標(biāo)簽重新出現(xiàn)及其出現(xiàn)的位置。通過使每個標(biāo)簽發(fā)射唯一的標(biāo)簽ID碼，就不需要這樣了。標(biāo)簽ID可以通過各種技術(shù)，例如通過熔絲的激光汽化被硬連接到電路片，或者可以是通過各種技術(shù)，例如EEPROM、電池備份RAM、FRAM、UVPROM等等可編程的。
標(biāo)簽ID被選擇作為[48，24，12]二進(jìn)制擴展二次冗余碼空間中的任意向量。這確保所有的碼向量在最少12個比特位置不同。標(biāo)簽不需要編碼器，相反標(biāo)簽ID是預(yù)計算并且存儲在標(biāo)簽中的。同樣，傳感器不需要解碼器，因為標(biāo)簽是通過預(yù)存儲的模式識別的。碼產(chǎn)生器多項式是
其中Q＝{1，2，3，4，6，7，8，9，12，14，16，17，18，21，24，25，27，28，32，34，36，37，42}，并且標(biāo)簽ID的LSB被計算，使得第一個47比特的模2和(modulo-2 sum)加上LSB是0。
標(biāo)簽碼也可在標(biāo)簽自身或標(biāo)簽包裝上由書寫的標(biāo)簽ID、條形碼或標(biāo)簽上人類或機器可讀的其他編碼機制識別。例如，每個標(biāo)簽上的條形碼允許由手持或固定的條形碼讀取器掃描，這作為操作員識別過程的一部分，操作員在識別過程中識別一次每個標(biāo)簽在待跟蹤目標(biāo)的哪個部分上被使用。掃描條形碼表示的標(biāo)簽ID碼也使得系統(tǒng)操作員能夠確保沒有具有相同標(biāo)簽ID的兩個標(biāo)簽在同一捕捉區(qū)內(nèi)被同時使用。
在這個示例系統(tǒng)實施例中的多址架構(gòu)是FDMA(頻分多址)和SSMA(擴頻多址)的結(jié)合。標(biāo)簽在8個不同的頻率信道中被平分。每個信道中的所有脈沖串使用長偽噪聲(PN)碼的相同的640碼片段擴展，長偽噪聲(PN)碼具有良好的自相關(guān)屬性。只有當(dāng)信道中的一個突發(fā)的第一個碼片在傳感器重疊那個信道中的任何其他突發(fā)的第一個碼片時，才發(fā)生包之間的沖突。沖突發(fā)生的概率是PC＝1-e-2τλ，其中τ是碼片持續(xù)時間(100納秒)并且λ是信道率(突發(fā)/秒)。例如，對于1個信道和λ＝1.2兆突發(fā)/秒，沖突概率是PC＝21％。對于2個信道，每信道的脈沖串/秒減少為λ＝0.6兆，并且PC＝11％。對于4個信道，λ＝0.3兆脈沖串/秒/信道，并且PC＝5.8％。對于8個信道，λ＝0.15兆脈沖串/秒/信道并且PC＝3.1％。因此，對于8個信道和每秒每標(biāo)簽240個測量，由于沖突就丟失平均7.4個測量/秒/標(biāo)簽。
圖8說明了產(chǎn)生640碼片PN段的簡單移位寄存器發(fā)生器。該段是從ca 19級簡單移位寄存器發(fā)生器(SSRG)產(chǎn)生的，具有最長長度反饋多項式x19+x5+x2+x和初始狀態(tài)0EEDA(16進(jìn)制)(二進(jìn)制0001110111011011010)。SSRG在第19、第5、第2和第1級異或位，以產(chǎn)生到第1級的輸入。然后這些位向左移位一級。在最左級的位(第19級)為輸出。使用第一個640比特。第一個40比特是7DBA98EEDA(16進(jìn)制)。
圖9說明了640比特PN序列的自相關(guān)、
載波是10Mbps碼序列調(diào)制的高斯最小頻移鍵控，帶寬時間積(BT)＝0.3。表1給出了鏈路預(yù)算。
表1鏈路預(yù)算
圖10是接口功能圖，顯示了標(biāo)記標(biāo)簽52、傳感器42和處理器62之間的功能接口。每個標(biāo)簽52定期發(fā)射在5.8GHz RF載波上調(diào)制的數(shù)據(jù)包。傳感器42接收和解調(diào)來自標(biāo)簽52的包，并且處理它們以得出標(biāo)簽ID、碼相位和載波相位。這個數(shù)據(jù)以1.2兆測量/秒/傳感器的速率被提供給處理器62。處理器處理這些測量，以確定每個標(biāo)簽的X、Y和Z位置坐標(biāo)，總共每秒1.2兆位置。
圖11是第一個系統(tǒng)實施例的第一標(biāo)簽實施例的功能圖。晶體振蕩器(XO)1112產(chǎn)生參考載波。鎖相環(huán)(PLL)由相位/頻率檢測器、低通濾波器(LPF)1116和除法器1120組成，其被用于通過將額定的1.16GHz壓控振蕩器(VCO)1118的輸出鎖定到XO參考載波來穩(wěn)定該輸出。穩(wěn)定的VCO輸出是由線性調(diào)制器1128進(jìn)行相位調(diào)制的，范圍從-π/5到π/5。然后該VCO輸出被應(yīng)用到x5頻率乘法器1130。乘法器1130的輸出被帶通濾波器(BPF)1132濾波，以除去不想要的諧波。通過在積分器1124積分控制器1122的輸出波形產(chǎn)生調(diào)制信號，然后在高斯低通濾波器(GLPF)1126濾波該信號，GLPF具有帶寬時間積0.3?？刂破?122定期產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包由同步報頭和標(biāo)簽ID組成，其都由10Mbps偽噪聲碼擴展。波形在標(biāo)簽天線1134被發(fā)射。
圖12是第一個系統(tǒng)實施例的第二個標(biāo)簽實施例的功能圖。在這個實施例中，晶體振蕩器(XO)1212產(chǎn)生參考時鐘。鎖相環(huán)(PLL)由相位/頻率檢測器、低通濾波器(LPF)1216和除法器1220組成，其被用于通過將額定的5.8GHz壓控振蕩器(VCO)1218的輸出鎖定到XO參考時鐘來穩(wěn)定該輸出。穩(wěn)定的VCO輸出是由線性調(diào)制器1228進(jìn)行相位調(diào)制的，范圍從-π到π。調(diào)制器輸出在帶通濾波器(BPF)1230被濾波。通過在積分器1224積分控制器1222的輸出波形產(chǎn)生調(diào)制的信號，然后在高斯低通濾波器(GLPF)1226濾波該信號，GLPF1226具有帶寬時間積0.3?？刂破?222定期產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包由同步報頭和標(biāo)簽ID組成，其都由10Mbps偽噪聲碼擴展。波形在標(biāo)簽天線1232被發(fā)射。
圖13是標(biāo)簽控制器1112或1222的第一種實現(xiàn)方式的電路示意圖。10MHz標(biāo)簽時鐘1312被時鐘除法器1314除以41667，以產(chǎn)生240Hz包時鐘。包時鐘設(shè)置使能鎖存器1316，其中使能鎖存器1316允許10MHz時鐘信號通過與門1318，從而使能發(fā)射器。10MHz門控時鐘在時鐘除法器1320處被除以640個時鐘，以重設(shè)使能鎖存器并且在包傳輸完成后禁用發(fā)射器。
10MHz門控時鐘被用于移位19級移位寄存器1328。這個移位寄存器在每個包的開始被初始化為16進(jìn)制0EEDA(二進(jìn)制0001110111011011010)。來自第1、2、5、19級的輸出被輸入到異或(XOR)門1330。然后這個門的輸出被輸入到移位寄存器的第一級。移位寄存器的輸出(第19級的輸出)被應(yīng)用到輸出異或門1338。
10MHz門控時鐘在時鐘除法器1322被除以10，以形成1MHz時鐘。這個時鐘被用于驅(qū)動6級(除以64)計數(shù)器1324。計數(shù)器狀態(tài)的三個MSB被用于尋址8×8的ROM 1334，ROM 1334包含包數(shù)據(jù)。尋址的8比特ROM數(shù)據(jù)被應(yīng)用到8到1的MUX(多路復(fù)用器)1332。計數(shù)器狀態(tài)的三個LSB被用于選擇MUX輸出。MUX輸出經(jīng)由D觸發(fā)器1336被10MHz門控時鐘重新計時，然后應(yīng)用到輸出異或門1338。
圖14是標(biāo)簽控制器1122或1222的第二種可能的實現(xiàn)1122’或1222’的電路示意圖。10MHz標(biāo)簽時鐘(CLK)1412在時鐘除法器1414被除以41667，以產(chǎn)生240Hz包時鐘。這個包時鐘重新設(shè)置10級(除以1024)計數(shù)器1424。計數(shù)器狀態(tài)NOT 640被解碼并且被用于門控10MHz時鐘和使能發(fā)射器。10MHz門控時鐘被用于計時計數(shù)器1424。當(dāng)計數(shù)器狀態(tài)到達(dá)640時，禁用門控時鐘。計數(shù)器狀態(tài)的7個MSB被用于尋址128×8的ROM 1434，ROM 1434包含640比特的擴展包數(shù)據(jù)。尋址的8比特ROM數(shù)據(jù)被應(yīng)用到8到1的MUX 1432。計數(shù)器狀態(tài)的三個LSB被用于選擇MUX輸出，其提供控制器輸出。
圖15是傳感器42中一個傳感器的功能塊圖。傳感器經(jīng)由計數(shù)器天線1512接收來自標(biāo)簽的5.8GHz信號，在帶通濾波器1514中對它們進(jìn)行帶通濾波，以除去干擾，并且通過放大器(AMP)1516對它們進(jìn)行低噪放大，以設(shè)置接收器噪聲最低限度。然后，低噪放大的信號再次在帶通濾波器1518被帶通濾波，以限制噪聲功率，并且被分別轉(zhuǎn)換成同相和正交相位的基帶信號1522和1524?；鶐盘栐诘屯V波器1536和1538被低通濾波，在放大器1540和1542被放大，并且在模數(shù)轉(zhuǎn)換器1544和1516被采樣和量化。注意模數(shù)轉(zhuǎn)換器1544和1516的轉(zhuǎn)換時鐘組成接收器時鐘，它們不和任何發(fā)射器時鐘或任何其他接收器時鐘同步。數(shù)字同相和正交相位采樣在多路復(fù)用器1548被多路復(fù)用到單個數(shù)據(jù)流中，該數(shù)據(jù)流被施加到相關(guān)器組(bank of correlators)1550。這些相關(guān)器用于確定參數(shù)，這些參數(shù)由數(shù)字信號處理器(DSP)1552轉(zhuǎn)換成最可能的標(biāo)簽ID、碼相位和載波相位。然后，這些估計值被輸出到100Base-T以太網(wǎng)接口1554，以便傳送到處理系統(tǒng)62。
圖16是用于處理接收的標(biāo)簽信號的處理器62的功能塊圖。來自各種傳感器42的100Base-T接口1612上的數(shù)據(jù)被輸入到測量處理器1614，其將碼相位和載波相位轉(zhuǎn)換成位置估計值。估計值經(jīng)由1000Base-T吉(千兆)比特以太網(wǎng)接口1616被輸出。
處理器62使用來自傳感器42的碼和載波偽距離測量值來確定在采樣時刻的標(biāo)簽位置。然后輸出原始位置信息。所有位置是相對于參考標(biāo)簽50。當(dāng)然，當(dāng)參考標(biāo)簽50的位置已知時，可以使用公知的坐標(biāo)變換算法計算相對于捕捉區(qū)內(nèi)任意參考點或標(biāo)簽的位置。碼偽距離測量值如前所述的那樣被處理，以提供碼相位測量，碼相位測量提供大致的位置估計。這個大致的估計被用于界定模糊搜索，并且載波偽距離測量值被處理，以獲得最終的位置估計。也就是，碼相位確定提供了大致的位置估計，而載波相位確定提供了大致的估計內(nèi)的精確位置確定。碼相位和載波相位測量在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的，并在參考文獻(xiàn)中有描述。
碼偽距離測量值誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差由下式給出
其中R是碼速率(10Mcps)；T是測量持續(xù)時間(48比特/1Mbps＝48×10-6s)；C/N0是載波到噪聲密度比(68db-Hz@閾值)，
這給出σcode＝1724mm或σ二重差分＝√4×σcode＝3448mm。
其他的碼偽距離位置誤差源是1m傳感器位置誤差和要求某種形式的抑制(mitigation)來實現(xiàn)的1m多徑誤差。余下的誤差源很小，包括傳感器天線相位中央偏差和大氣折射。表2顯示了誤差預(yù)算。
表2碼偽距離位置誤差預(yù)算
載波偽距離測量值方程是
其中NiA是在參考時間處標(biāo)簽A和傳感器i之間的周期整數(shù)，
ΦiA是在參考時間的分?jǐn)?shù)相位加上自從參考時間(周期)以來累積的測量的相位變化，
λ是載波波長(米/周期)。
二重差分能夠類似碼偽距離測量值形成為
其中
δNijAR＝λ[NiA-NiA-NiR+NjR]
如果δNijAR是已知的，那么在標(biāo)題為“處理算法”一節(jié)里討論的直接、最小二乘和擴展的卡爾曼濾波器解，及關(guān)聯(lián)的PDOP和錯誤檢測和隔離算法是適用的。如果這個整數(shù)是未知的，那么通過形成三重差分，即通過對兩個時刻(epoch)間的二重差分進(jìn)行差分，可將其抵消
6個未知數(shù)是在時刻n和n+1的標(biāo)記標(biāo)簽A位置向量，rA(n)和rA(n+1)。需要這兩個時刻的來自7個傳感器的測量值，以形成6個獨立三重差分，從而獲得這6個未知數(shù)的6個獨立方程。這些方程可在近似解附近被線性化，近似解來自前面的時刻或來自碼偽距離解和求出標(biāo)記標(biāo)簽A坐標(biāo)的結(jié)果線性方程。
對于(M+1)個傳感器，M≥6，和在近似解附近的線性化，[r0(n)，r0(n+1)]廣義最小二乘解是
xA(n)＝x0(n)+δxA
其中
δxA＝(HnTHn)-1HnTδz
僅當(dāng)rank(Hn)＝6(即Hn的秩等于6)時才存在最小二乘解。必要條件是標(biāo)記標(biāo)簽A已經(jīng)在時刻n和n+1之間移動。否則，觀察值矩陣H的最后三列是前三個負(fù)數(shù)，并且Hn的秩小于等于3(rank(Hn)≤3)。由于在單個時刻期間，標(biāo)簽不可能充分移動以提供良好的可觀察性，所以要必要使用兩個時間上充分間隔的時刻，或者確定δNijAR。
一個選擇是使用二重差分并估計二重差分整數(shù)。每個二重差分是三個標(biāo)記標(biāo)簽A坐標(biāo)及其二重差分整數(shù)周期的函數(shù)。因此，對于(M+1)個傳感器，我們有含M+3個未知數(shù)的M個方程。這是個欠定問題。對于(M+1)個傳感器和L個時刻，我們有含M+3×L個未知數(shù)的L×M個方程。所有，對于2個時刻(L＝2)，我們需要來自7個傳感器(M＝6)的測量。類似地，對于4個時刻(L＝4)，我們需要來自5個傳感器(M＝4)的測量。遺憾的是，這些方程組具有和三重差分系統(tǒng)相同的可觀察性擔(dān)心。但是，因為現(xiàn)在我們正在估計δNijAR，就不需要連續(xù)的時刻。
對于2個時刻，n和n+k，并且對于(M+1)個傳感器，M≥6，和在近似解附近的線性化，廣義最小二乘解是
xA(n)＝x0(n)+δxA
其中
δXA＝(HnTHn)-1HnTδZ
使用這個算法的一種方法是執(zhí)行標(biāo)記標(biāo)簽二重差分整數(shù)校正(MTDDIC)。處理器62被放置在MTDDIC模式中。標(biāo)記標(biāo)簽50和參考標(biāo)簽52被放置在捕捉區(qū)中。標(biāo)記標(biāo)簽然后在捕捉區(qū)內(nèi)來回移動，要么以預(yù)定的MTDDIC模式，要么直到處理器基于碼偽距離測量值的處理已經(jīng)觀察到充分的運動，保證了二重差分整數(shù)的良好的可觀察性。在后一情況中，處理器指出何時已經(jīng)觀察到每個標(biāo)記標(biāo)簽的充分運動。在兩種情況下，都是如上所述的那樣計算狀態(tài)估計。一旦δNijAR是已知的，只要每個傳感器在每個標(biāo)簽信號上保持相位鎖定，在上面題為處理算法的小節(jié)中討論的算法就能夠用于處理二重差分相位。
在不需要校正模式的另一種方法中，處理器存儲二重差分相位測量，直到它已經(jīng)確定δNijAR的值，然后使用在上面處理算法的小節(jié)中討論的算法處理它們，以求出標(biāo)記標(biāo)簽位置的時間數(shù)據(jù)。處理器等待，直到已經(jīng)發(fā)生基于碼偽距離測量值的處理的充分運動來保證二重差分整數(shù)的良好可觀察性。然后求解它們。一旦已經(jīng)解出所述二重差分整數(shù)，就使用在處理算法的小節(jié)中討論的算法實時產(chǎn)生位置估計，以處理二重差分相位。如果在一個標(biāo)簽或傳感器上相位鎖定失敗，那么這個方法在MTDDIC之后也是可應(yīng)用的。
還有另一種方法是使用擴展的卡爾曼濾波器。這個時間更新和測量更新方程與在處理算法小節(jié)中描述的那些方程相同。狀態(tài)方程和測量模式中的不同是
x(k)＝[r(k)T v(k)T a(k)T nT]T是(9+M)×1狀態(tài)向量；
r(k)是3×1標(biāo)記標(biāo)簽位置向量；
v(k)是3×1標(biāo)記標(biāo)簽速度向量；
a(k)是3×1標(biāo)記標(biāo)簽加速度向量；
n是二重差分整數(shù)的M×1向量δNijAR。
σPR是載波相位偽距離標(biāo)準(zhǔn)偏差(額定0.00025m)。
狀態(tài)協(xié)方差矩陣P是基于每個標(biāo)記標(biāo)簽的位置中的不定性被初始化的。碼偽距離解提供了3.5米/軸的額定不定性。
因為來自系統(tǒng)的標(biāo)記標(biāo)簽位置輸出可以被延遲達(dá)100ms，所以可以使用固定時滯的平滑濾波器最優(yōu)來確定標(biāo)簽位置。
在文獻(xiàn)中已經(jīng)描述了GPS模糊度求解的大量方法，它們一般可應(yīng)用于求解帶有較小修改的二重差分整數(shù)。這些包括系統(tǒng)標(biāo)識、粒子濾波、最小二乘模糊度去相關(guān)調(diào)整、快速模糊度求解方法、快速模糊度搜索濾波器、遺傳算法和接口非線性編程方法。
載波偽距離測量值誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差由下式給出
其中
c是光速(3×108m/s)
F是載波頻率(5.8GHz)
T是測量持續(xù)時間(48比特/1Mbps＝48×10-6s)
C/N0是載波到噪聲密度比(在閾值為68db-Hz)。
得到的σcarrier在閾值是0.47mm，在73.7dB-Hz C/N0是0.24mm，在93.4dB-Hz C/N0是0.024mm。
載波偽距離測量值必須為無線電折射率進(jìn)行校正。距離和光速的傳播時間有關(guān)，也就是從a到b的距離等于光速乘以從a到b的傳播時間。真空中的光速是c＝2.99792458×108m/s。在大氣中光速是c/(1+N×10-6)≈c×(1-N×10-6)，其中N是無線電折射率(N個單位)，其可估計為
其中
T是大氣溫度(℃)，
P是大氣壓力(hPa)，
H是相對濕度(％)，
對于-20℃＜T＜+50℃，(a，b，c)等于(6.1121，17.502，240.97)
對于-50℃＜T＜-20℃，(a，b，c)等于(6.1115，22.452，272.55)。
估計誤差小于5％。表3顯示了對于各種大氣條件，150米的路徑所需的校正。
表3 150米路徑所需的校正
載波偽距離測量值多徑誤差由形式給出
其中，λ是載波波長，α是反射系數(shù)和碼相關(guān)性(0-1)的乘積。
圖17顯示了作為反射系數(shù)的函數(shù)的計算等等載波相位多徑誤差。
各種技術(shù)可用于多徑抑制，包括但不限于循環(huán)極化的信號、良好軸比傳感器天線、扼流圈傳感器天線、傳感器處的數(shù)字處理、多元件傳感器天線、RF吸收劑傳感器接地平面、以及更高的載波頻率。
其他誤差源是傳感器天線相位中心偏差和傳感器位置誤差。相位中心變化是在天線的信號到達(dá)角度的函數(shù)。在5.8GHz預(yù)計是2到5mm的偏差。每個傳感器天線為相位中心偏差校正，相位中心偏差是信號到達(dá)角度的函數(shù)，并且這些校正值被從測量值中減去。10％的建模誤差留下0.2到0.5mm的殘留誤差。
傳感器位置優(yōu)選地使用以下的程序被測量到亞毫米的準(zhǔn)確度
1)用剛性支柱安裝傳感器。
2)打開所有的傳感器到校正模式。
a)停用傳感器接收器。
b)從傳感器接收器發(fā)射類似信號的標(biāo)簽。
3)用剛性支柱安裝參考標(biāo)簽并且激活。
4)在幾個相對于參考標(biāo)簽的已知位置放置校正接收器。
5)在每個位置收集數(shù)據(jù)。
6)處理數(shù)據(jù)以確定傳感器相對于參考標(biāo)簽的位置。
其他的校正程序是可能的，這對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。
表4顯示了載波偽距離位置誤差預(yù)算。已經(jīng)使用了模擬來確認(rèn)該設(shè)計。
表4載波相位位置誤差預(yù)算
相關(guān)性匹配的濾波器被用于獲取時間、頻率和相位測量。相關(guān)性處理是在兩級實施的。首先，和標(biāo)簽波形的同步字段的相關(guān)性是被用于時間和頻率同步。這個相關(guān)性必須在覆蓋可能的多普勒頻移和振蕩器偏移范圍的頻率實施。頻率范圍被分成頻率單元，并且相關(guān)性在每個單元的中心頻率實施。由于所有的標(biāo)簽具有相同的同步字段，所以同步相關(guān)檢測每個傳感器看到的所有標(biāo)簽。
在標(biāo)簽已經(jīng)被檢測及其接收的頻率單元被識別之后，與ID字段的相關(guān)性被用于獲得碼相位測量和載波相位測量。碼相位測量是通過在100納秒相關(guān)樣本之間插值以找到相關(guān)值峰值而產(chǎn)生的。載波相位測量是通過計算插值的相關(guān)峰值的輻角(argument)而產(chǎn)生的。
圖18顯示了在處理器62及其相關(guān)器組550內(nèi)的相關(guān)器組功能處理。每對10兆采樣/秒(MSPS)8比特同相(I)和8比特正交相(Q)采樣被輸入到先進(jìn)先出(FIFO)寄存器1812。采樣對被作為16比特字儲存。FIFO 1812是800個字長。以62.5kHz的速率，對應(yīng)于輸入FIFO的160個新字，F(xiàn)IFO內(nèi)容被復(fù)制到800字緩沖區(qū)。對應(yīng)于FIFO中最舊的320個字的320個字從緩沖區(qū)被復(fù)制。，通過用全部由0組成的160個字填充，這個復(fù)制塊從320個字?jǐn)U展到480個字。0填充被附在和來自FIFO的最新的320個字相鄰的塊之后。填充的塊被輸入480點復(fù)快速傅立葉變換(FFT)塊1814。8比特I采樣被作為實部對待，并且8比特Q采樣被作為虛部對待。FFT實直接傅立葉變換(DFT)的快速實現(xiàn)，DFT是連續(xù)時間傅立葉變換的離散版本。
FFT輸出在乘法器1816和參考同步序列1818相乘。480字參考同步序列被預(yù)計算并且存儲在存儲器芯片中。相同的參考同步序列由所有的傳感器使用。參考同步序列是通過計算填充序列的復(fù)FFT并且取其復(fù)共軛(也就是改變Q部分的代數(shù)符號)產(chǎn)生的。填充序列的前160個字由通過在10MSPS復(fù)采樣理想的同步波形獲得的160個字組成的。剩下的320由0填充組成，也就是全部為0的字。
以如下方式使用復(fù)乘法
IM＝IF×IC-QF×QC
QM＝IF×QC+IF×QC
其中IM和QM是乘法器輸出；IF和QF是FFT輸出；IC和QC是來自參考存儲器芯片的預(yù)計算的輸出。
乘法是逐個元素執(zhí)行的，也就是，F(xiàn)FT輸出塊1814的第一個字乘以預(yù)計算的參考序列1818的第一個字，第二個字乘以第二個字等等。
相乘的結(jié)果是復(fù)數(shù)的480字向量。這個向量被輸入480點IFFT(逆FFT)函數(shù)1820。IFFT的輸出是復(fù)數(shù)的另一個480字向量。這些值中每一個的大小是通過取I和Q值的平方和的平方根計算的。所得到的480個大小被檢查用于峰值。每個峰值對應(yīng)于來自緩沖區(qū)的320個字中包含的標(biāo)簽同步字段，并且峰值位置識別標(biāo)簽包的開始。
由于同步字段是包含在緩沖區(qū)的最后320個字內(nèi)，所以標(biāo)簽ID字段必須完全包含在緩沖區(qū)內(nèi)。對于同步相關(guān)性識別的每個相關(guān)峰值，482個字從緩沖區(qū)被復(fù)制，該緩沖區(qū)對應(yīng)于480字ID字段在兩邊都加上一個字的預(yù)測位置。在塊1824，復(fù)制塊中央的480個字和每個可能的標(biāo)簽ID參考序列相關(guān)(使用逐元素復(fù)乘法)。480字參考ID序列在存儲芯片例如標(biāo)簽ID波形EEPROM 1822中被預(yù)計算和存儲。所有的傳感器使用同一組參考ID序列。參考ID序列是通過在10MSPS復(fù)采樣理想的ID波形產(chǎn)生的。
最初，“可能的標(biāo)簽ID參考序列”的數(shù)量等于捕捉區(qū)中的標(biāo)簽數(shù)量。一旦給定傳感器在時間TA(如傳感器的時鐘所測量的)檢測到來自標(biāo)簽A的包，它就知道來自標(biāo)簽A的下一個包將在時間TA+4167μs到達(dá)，最大的不確定性為由于標(biāo)簽A時鐘偏移(100ppm)和運動造成的±417μs。在傳感器已經(jīng)檢測到幾個來自標(biāo)簽A的包之后，它能夠隔離來自標(biāo)簽A的下一個包的到達(dá)至特定的緩沖區(qū)。那么“可能的標(biāo)簽ID參考序列”的平均數(shù)量是(240×捕捉區(qū)中的標(biāo)簽數(shù)量/62500)。
相關(guān)的結(jié)果是每個可能的標(biāo)簽ID參考序列的一個復(fù)值。對應(yīng)于相關(guān)值峰值的標(biāo)簽ID被用于確定哪個標(biāo)簽發(fā)送包。使用識別的標(biāo)簽ID參考序列計算兩個附加的相關(guān)性，一個是和復(fù)制的第一個480個字相關(guān)，另一個是和復(fù)制的最后480個字相關(guān)。由每個這些數(shù)表示的大小和相位是分別通過取I和Q值的平方和的平方根和取Q值除以I值的正切——ATAN(Q/I)計算的。大小值的插值是被用于估計相關(guān)值峰值，這個值是碼相位測量。一旦已經(jīng)識別了相關(guān)值峰值，相位值就被插值到時間上相同的時刻，結(jié)果值是載波相位測量。
以下是同步相關(guān)處理的數(shù)學(xué)描述。接收的波形復(fù)采樣由sw(n)表示，其中n＝0～319，并且參考波形復(fù)采樣由rw(n)表示，其中n＝0～159。填充的復(fù)采樣序列s和r的產(chǎn)生如下
對于k＝0～159，s(k)＝0；且對于k＝160～479，s(k)＝sw(k-160)
對于k＝0～159，r(k)＝rw(k)；且對于k＝160～479，r(k)＝0
然后按如下方式繼續(xù)處理
S計算為s的快速傅立葉變換(FFT)；R計算為r的FFT；R*計算為R的共軛；D計算為S和R*的逐個元素乘積，D(k)＝S(k)×R*(k)；相關(guān)向量C計算為D的逆FFT。
可從位于得克薩斯州Dallas的Texas Instruments Incorporated(“TI”)公司獲得的TI TMS320C6713-200 DSP微電路被用于示例實施例中，用于傳感器處理。利用TI的TM S320C67x DSP庫和使用單精度浮點，表5中顯示了同步相關(guān)的時鐘周期的所需數(shù)量。由于每個DSP每秒提供200兆時鐘，所以每個傳感器需要總共7個處理器。處理器是并列工作的，每個處理器處理一個樣本緩沖區(qū)，直到已經(jīng)利用了它們中的每一個，在那一點第一個處理器就空閑了并且周期重復(fù)。所以，每個處理器處理每第7個樣本緩沖區(qū)。
表5傳感器DSP同步相關(guān)性處理需求
一旦傳感器正在跟蹤標(biāo)簽，標(biāo)簽ID相關(guān)處理就由三個480點復(fù)相關(guān)和插值的峰值計算及來自每個標(biāo)簽的每個包的相位計算組成。ID相關(guān)所需的時鐘周期數(shù)量顯示在表6中。對于捕捉區(qū)中5000個標(biāo)簽和240個包/秒，需要37個處理器。
表6傳感器DSP ID相關(guān)性處理需求
第二個系統(tǒng)實施例
第二個系統(tǒng)實施例類似于第一個系統(tǒng)實施例，但是其使用某些不同的技術(shù)。第二個系統(tǒng)實施例一般已經(jīng)被確定稍優(yōu)于第一個系統(tǒng)實施例，并且因此被認(rèn)為是第二代設(shè)計。
捕捉區(qū)是矩形的平行六面體，最長的對角線達(dá)到150米。系統(tǒng)捕捉這個捕捉區(qū)內(nèi)任何地方的標(biāo)簽位置。所述系統(tǒng)和從4到32的任何數(shù)量的傳感器42工作。傳感器被放置的位置使得傳感器前部和捕捉區(qū)之間的距離是在捕捉區(qū)最長的對角線的5％和15％之間。
每個傳感器的緩沖區(qū)域的體積是由在捕捉區(qū)離那個傳感器最近的點和捕捉區(qū)相切的平面和一個平行平面定義的，兩平面間的距離是那個傳感器離捕捉區(qū)的后移距離的兩倍。標(biāo)簽不包括在緩沖區(qū)域內(nèi)。所述系統(tǒng)能夠在捕捉區(qū)內(nèi)捕捉1000個標(biāo)簽。所述系統(tǒng)能夠以每軸45m/s的速度、每軸45m/s2的加速度和每軸45m/s3的加速度率動態(tài)捕捉標(biāo)簽。
相對于固定的參考標(biāo)簽50的位置提供標(biāo)簽位置的X、Y和Z坐標(biāo)。坐標(biāo)框架的方向是在校準(zhǔn)過程中確定的。標(biāo)簽位置輸出不超過0.1秒延遲。每個標(biāo)簽的位置是以N次/秒的速率輸出的，其中N從集合{1，2，3，4，5，6，8，10，12，15，16，20，24，30，40，48，60，80，120和240}中選擇。
對于任何兩個標(biāo)簽A和B，其可能是同一標(biāo)簽，及在任何兩個時間t1和t2，其可能是同一時間，在相對于時間t2標(biāo)簽B的報告位置的時間t1的標(biāo)簽A的報告位置中的每軸1σ誤差不超過以下，只要僅僅使用那些具有到標(biāo)簽的清楚視線的傳感器計算的各個參考標(biāo)簽50、標(biāo)簽A和標(biāo)簽B的精度位置減損(PDOP)不超過1.73
ε＝1mm+Fv(VAB)+FT(t2-t1)+FD(δAB)
其中VAB＝MAX[VA(t1)，VA(t2)，VB(t1)，VB(t2)，]
Vx(tk)是標(biāo)簽X在時間tk的實際速度
δAB＝|PA(t1)-PB(t2)|，
Px(tk)是標(biāo)簽X在時間tk的實際位置向量
如果v＜1m/s，那么FV(v)＝0mm，否貝FV(v)＝1mm×v/(1m/s)
如果t＜21600秒，那么FT(t)＝0mm，否則FT(t)＝1mm×t/(21600s)
如果d＜3m，那么FD(d)＝0mm，否則FD(d)＝1mm×d/(3m)
標(biāo)簽位置輸出的精度為0.1mm的精度或更高。
系統(tǒng)輸出在1000Base-T接口上提供。它們使用UDP廣播到IP組播地址214.0.0.2上的端口3030。在選定的輸出率為每個標(biāo)簽產(chǎn)生一個UDP包，其格式如表7所示。
表7輸出包格式
標(biāo)簽在5725MHz到5875MHz頻帶中發(fā)射。其被分成15個信道，中心頻率是5730+n×10MHz，n＝0，1，……，14。在每個信道中配置多達(dá)1000個標(biāo)簽，在該頻帶中總共15000個標(biāo)簽。
標(biāo)簽發(fā)射400比特包。設(shè)計在指定頻率信道工作的每個標(biāo)簽被分配一個唯一的400比特模式，該模式是作為長的最長長度序列(PN-序列)的子串獲得的。為了容納1000個標(biāo)簽，需要400000比特的最短序列長度。這是由具有19或更多級以及適當(dāng)反饋抽頭(feedback taps)的SSRG提供的?；蛘呖梢允褂镁哂辛己没ハ嚓P(guān)屬性的碼族，例如金碼(Gold codes)。
圖19使用了在標(biāo)簽內(nèi)使用的簡單移位寄存器發(fā)生器。從具有最長長度反饋多項式x19+x5+x2+x和初始狀態(tài)07FFFF(16進(jìn)制)(二進(jìn)制1111111111111111111)的SSRG產(chǎn)生1000個400比特模式。注意因為219-1＝524287是梅森素數(shù)(mersenne prime)，在Z2上所有的19次不可約分的多項式產(chǎn)生最長長度序列。同樣，除了全部為0，任何初始狀態(tài)都產(chǎn)生最長長度序列。SSRG異或在第19、第5、第2和第1級的比特，以產(chǎn)生到第1級的輸入。比特然后向左移位1級。在最左級第19級的比特是輸出。標(biāo)簽k的位模式是輸出序列的從400×k到400×k+399的比特(對于k＝0，1，……，999)。
標(biāo)簽發(fā)射信號調(diào)制率是10Mbps。因此每次發(fā)射它的400比特包時，標(biāo)簽脈沖串40μs。脈沖串重復(fù)率是50Hz，所以脈沖串之間的時間近似是20000μs。因此每個標(biāo)簽具有0.2％的發(fā)射工作周期。在標(biāo)簽之間故意沒有發(fā)射時鐘的同步。這確保來自不同標(biāo)簽的脈沖串之間的重疊最小化，如在每個傳感器看到的。
圖20是標(biāo)簽的功能塊圖。10MHz晶體振蕩器(XO)2012產(chǎn)生參考時鐘。鎖相環(huán)(PLL)由相位/頻率檢測器、低通濾波器(LPF)2016和除法器2020組成，其被用于通過將額定的5.8GHz壓控振蕩器(VCO)2018的輸出鎖定到XO參考時鐘來穩(wěn)定該輸出。除率被設(shè)為573，574，……，587之一，對應(yīng)于所需的頻率信道。穩(wěn)定的VCO輸出是調(diào)制器2028調(diào)制的BPSK。調(diào)制的信號是由脈沖成形控制器2022輸出波形產(chǎn)生，升余弦(RC)LPF2025的頻率響應(yīng)跌落因子α＝0.35。控制器2022以10Mbps，50次/秒輸出標(biāo)簽的400比特序列。
圖21是一種可能的標(biāo)簽控制器電路示意圖。穩(wěn)定10MHz標(biāo)簽時鐘在除法器2114被除以200000，以產(chǎn)生50Hz包時鐘2116。這個包時鐘設(shè)置啟動觸發(fā)器2118和重置9級(除以512)計數(shù)器2122。啟動觸發(fā)器狀態(tài)被用于門控10MHz時鐘和經(jīng)由發(fā)射啟動信號2132啟動發(fā)射器。10MHz門控時鐘被用于計時計數(shù)器2122。當(dāng)計數(shù)器到達(dá)400狀態(tài)時，啟動觸發(fā)器2118被重置，禁用門控時鐘，停止計數(shù)器2122和停用發(fā)射器。計數(shù)器狀態(tài)的7個MSB被用于尋址64×8的ROM2124，ROM 2124包含400比特的包數(shù)據(jù)。尋址的8比特數(shù)據(jù)被應(yīng)用到8-1MUX 2126。計數(shù)器狀態(tài)的3個LSB被用于選擇MUX輸出，MUX輸出提供控制器輸出2130。
圖27是根據(jù)一個可能的補片標(biāo)簽實施例的補片標(biāo)簽側(cè)視圖。標(biāo)簽2710被封裝成膠粘的片，類似于那些用于人類中的持續(xù)藥品釋放的片。它們是平的、柔性的，直徑約40mm并且包括多層。那些層包括保護(hù)的頂層2712、包括天線2715的天線層2714、天線2715可以是膜天線或印刷天線，包含ASIC電路小片或其他電路的電路片層2716、包含電池例如印刷電池的電池層2718、保護(hù)層2720和粘附層2722?？梢迫サ膶?724可以是可剝紙層或薄膜層，其覆蓋或保護(hù)粘附層直到準(zhǔn)備使用標(biāo)簽。當(dāng)該裝置準(zhǔn)備使用時，用戶剝?nèi)タ梢迫サ膶?724，以暴露粘附層，該粘附層然后被用于粘貼標(biāo)簽2710到人的皮膚、衣服或某個其他表面。移去這個襯背2724，也通過閉合電池連接激活了標(biāo)簽2710。在一個實施例中，電池層2718是印刷開放式單元電池(printed open cellbattery)，其提供31mA/hr存儲和在1.5VDC的63mA峰值脈沖放電電流。電路片層2716上的芯片可以是結(jié)合了RF和數(shù)字標(biāo)簽功能的SiGeBiCMOS ASIC器件。以它們0.2％的工作周期，每個標(biāo)簽2710能在63mA峰值脈沖放電電流工作10天。
移去可移去的層2724能夠以任何數(shù)量的不同方法激活標(biāo)簽2710。可移去的層2724可包括從接線天線2710的平面向中心延伸的的、且置于兩個彈簧的加載電池觸點之間的接頭，使得移去可移去的層2724導(dǎo)致接頭在觸點之間退出，因此允許電池電路閉合，并且給該裝置提供電源或者激活它。這是個通常斷開的配置。替代地可以使用通常閉合的配置，在其中可移去的層2724具有導(dǎo)電部分，其一般覆蓋因此閉合兩個電觸點，非常低的安培電流流過這兩個電觸點。當(dāng)可移去的層被移去時，觸點被斷開，導(dǎo)致該裝置感應(yīng)現(xiàn)在斷開的電路和通過給余下的裝置供電及初始化傳輸來響應(yīng)。
當(dāng)所述裝置準(zhǔn)備好被使用時，激活它的其他機制是可能的。移去具有至少一個不透明部分的可移去的層2724可曝光光電二極管或其他感光器，導(dǎo)致裝置打開。移去可移去的層2724也可使氧氣傳感器暴露到大氣，導(dǎo)致裝置打開。標(biāo)簽2710也可在包裝例如鋁箔包裝中包裹，除去包裝導(dǎo)致標(biāo)簽2710上的傳感器暴露給光、氧氣或其他環(huán)境條件，因此激活標(biāo)簽2710。其他傳感方法是公知的并且能夠使用。
標(biāo)簽2710也能夠提供視覺、音頻或其他反饋，以指出它已經(jīng)被激活并且提供確定的狀態(tài)信息。例如，在激活所述裝置時，小的發(fā)光二極管(LED)能夠閃爍幾次，或者所述裝置能夠發(fā)出幾次嘟嘟聲，指示所述裝置正在發(fā)射。也可以以各種方法提供狀態(tài)信息。LED閃爍模式或發(fā)聲模式能夠指出內(nèi)裝自測試(BIST)已經(jīng)通過或失敗、電池完全充電或電量低、或者其他狀態(tài)。BIST結(jié)果和其他診斷和狀態(tài)信息也能夠在初始激活時或者定期通過RF發(fā)射器發(fā)射。
圖22是根據(jù)一個實施例的傳感器42的功能塊圖。傳感器經(jīng)由接收天線2212接收來自標(biāo)簽的5.8GHz信號，在帶通濾波器2214帶通濾波信號以消除干擾，并且在放大器2216低噪放大它們來設(shè)置接收器噪聲最低限度。低噪放大的信號然后在帶通濾波器2218被再次帶通濾波，以限制噪聲最低限度，并在乘法器2224被下轉(zhuǎn)換到105MHz IF信號。該IF信號在BPF塊2226用8MHz帶寬被進(jìn)行帶通濾波，在放大器2228被放大，并且在AD轉(zhuǎn)換器2230以20Msps被采樣和量化。采樣率FS和IF頻率FIF被選擇，使得對于某個整數(shù)k，4×FIF＝(2k+1)×Fs。對于FIF＝105MHz和FS＝20Msps，k＝10和(2k+1)＝21。數(shù)字樣本表示同相(I)和正交相(Q)樣本的交替，如同I，Q，-I，-Q一樣。這些樣本被輸入DSP 2232，在此它們被組合成復(fù)樣本，并且交替的符號被校正。DSP 2232實現(xiàn)相關(guān)器組，以確定被轉(zhuǎn)換成最可能的標(biāo)簽ID、碼相位和載波相位的參數(shù)。這些估計然后經(jīng)由100Base-T以太網(wǎng)接口2234被傳給處理系統(tǒng)。
圖23是DSP處理功能塊圖。10Msps復(fù)樣本2310被輸入FIFI寄存器2313。每個樣本作為16位字被存儲。FIFO是600個字長。在50kHz的速率，對應(yīng)輸入FIFO的200個新字，F(xiàn)IFO內(nèi)容被復(fù)制到600字緩沖區(qū)2314。根據(jù)傳感器模式即獲取模式或跟蹤模式，來處理緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。
在獲取模式中，通過用全部是0組成的424個字填充，緩沖區(qū)從600個字?jǐn)U展到1024個字。0填充被附加到和來自FIFO2312的最新的字緊鄰的塊。填充的緩沖區(qū)被輸入1024點復(fù)FFT塊2334。
FFT輸出在乘法器2336依次地和1000個參考ID序列中的每一個相乘。1024字的參考ID序列在存儲芯片中被預(yù)計算和存儲。所有的傳感器使用相同的參考ID序列。參考ID序列是通過計算填充序列的復(fù)FFT，并取其復(fù)共軛產(chǎn)生的(也就是改變Q部分的代數(shù)符號)。每個填充序列的最初400個字由通過在10Msps復(fù)采樣理想的標(biāo)簽波形獲得的400個字組成。這些理想的標(biāo)簽波形包括所有標(biāo)簽組成部分的模式，例如濾波器，其可影響發(fā)射波形，以致當(dāng)在傳感器實際接收存儲的波形時，它們接近理想化的標(biāo)簽識別碼波形。余下的624個字由0填充組成，也就是由全部是0的字組成。結(jié)果存儲在EEPROM 2332中。
復(fù)乘法按如下方式使用
IM＝IF×IC-QF×QC
QM＝IF×QC+IF×QC
其中IM和QM是乘法器輸出
IF和QF是FFT輸出
IC和QC是來自參考存儲芯片的預(yù)計算輸出。
這個相乘是逐個元素進(jìn)行的，也就是FFT輸出塊的第一個字和預(yù)計算參考序列的第一個字相乘，第二個字和第二個字相乘等等。
乘法的結(jié)果是復(fù)數(shù)的1024字的向量。這個向量被輸入到1024點IFFT(逆FFT)塊2338。IFFT的輸出2340是復(fù)數(shù)的另一個1024字的向量。每個這些數(shù)的大小是通過取I和Q值的平方和的平方根計算的。為1000個標(biāo)簽參考序列中的每一個確定峰值和對應(yīng)的指數(shù)。如果峰值超過閾值，就已經(jīng)接收到了對應(yīng)的標(biāo)簽。
每個這些峰值指數(shù)表示的大小和相位是通過分別取I和Q值的平方和的平方根，并取Q值除以I值的正切ATAN(Q/I)計算的。大小值的插值被用于估計相關(guān)性峰值，這個值是碼相位測量。碼相位測量提供了航向位置估計(course position estimate)。一旦已經(jīng)識別了相關(guān)性峰值，相位值就被插值到時間上的同一時刻，結(jié)果值是載波相位測量。載波相位測量提供了碼相位測量范圍內(nèi)的精確位置估計。
獲取處理模式的數(shù)學(xué)描述如下所示。接收的波形樣本表示為sw(n)，其中n＝0到599且參考波形樣本表示為rw(n)，其中n＝0到399。填充的樣本序列s和r是按如下方式產(chǎn)生的
對于k＝0～423，s(k)＝0；且對于k＝424～1023，s(k)＝sw(k-424)，
對于k＝0～399，r(k)＝rw(k)；且對于k＝400～1023，r(k)＝0。
然后按如下方式繼續(xù)進(jìn)行處理
S被計算為s的快速付氏變換(FFT)，R被計算為r的FFT，R*被計算為R的共軛，D是S和R*的逐個元素乘積，D(k)＝S(k)×R*(k)，相關(guān)性向量C，被計算成D的逆FFT。
在跟蹤模式中，對于在緩沖區(qū)中期望的每個包，和那個包關(guān)聯(lián)的400字和傳感器中預(yù)存儲的三個400字參考波形相關(guān)。這三個參考波形對應(yīng)按時的包和早1/2比特的包和晚1/2比特的包。相關(guān)值被計算為從緩沖區(qū)抽取的400字向量與按時、早和晚預(yù)存儲的參考波形之間的復(fù)向量點積。因此跟蹤模式處理由三個400點復(fù)向量點積和為來自每個標(biāo)簽的每個包計算的插值峰值和相位組成。
TI TMS320C6713-200 DSP可用于傳感器處理。利用TI的TMS320C67x DSP庫的優(yōu)點和使用單精度浮點，對于捕捉區(qū)中的500個標(biāo)簽預(yù)計所需的時鐘周期數(shù)顯示在表8中。因為每個DSP芯片每秒提供200兆時鐘，所以每個傳感器需要單個芯片。
表8傳感器DSP跟蹤處理需求
圖24是根據(jù)這個實施例用于處理接收的標(biāo)簽信號的處理器的功能塊圖。來自各種傳感器的100Base-T接口上的數(shù)據(jù)2412被輸入到測量處理器2416，其將碼相位和載波相位轉(zhuǎn)換成位置估計值。估計值2420經(jīng)由1000Base-T吉(千兆)比特以太網(wǎng)接口2418被輸出。
該處理器使用來自傳感器的碼和載波偽距離測量值來確定在采樣時刻的標(biāo)簽位置。所有位置是相對于參考標(biāo)簽的。碼偽距離測量值如前在處理算法小節(jié)中所述的那樣被處理，以提供大致的位置估計。這個大致的估計被用于界定模糊搜索，并且載波偽距離測量值被處理，以獲得最終的位置估計。
該處理器重新采樣標(biāo)簽位置測量，以匹配所需的位置輸出率(1Hz到240Hz)。該處理器利用可允許的100ms延遲來平滑位置，如圖25所示。即使測量率和輸出率是相同的，重新采樣也是所希望的，因為標(biāo)簽發(fā)射時間是不同步的。
圖26說明了上面描述的技術(shù)是如何被用于建造擴展的捕捉區(qū)的。擴展的捕捉區(qū)2610包括多個分開但是重疊的捕捉區(qū)2612、2614和2616。傳感器2620被放置在多個捕捉區(qū)之間。在重疊的捕捉區(qū)空間中的傳感器2620優(yōu)選是不共線的或者幾乎不共線的。
應(yīng)用
上述的基本系統(tǒng)被用于大量的應(yīng)用，包括視頻游戲、電視、卡通、商業(yè)廣告、音樂錄像、長片、數(shù)字附加設(shè)備、數(shù)字特技和數(shù)字大眾的運動捕捉。這個發(fā)明提供了光系統(tǒng)的許多優(yōu)點(非常準(zhǔn)確、大量的標(biāo)記、易于改變標(biāo)記配置、表演者不被電線約束和大的表演區(qū)域)，而沒有各種缺點(昂貴的后期處理、昂貴的硬件、不能捕捉封閉的標(biāo)記和需要受控環(huán)境)。
運動捕捉跟蹤軟件接收來自處理器的標(biāo)記標(biāo)簽坐標(biāo)，并且處理它們，以必要地減少數(shù)據(jù)噪聲。這個減少能夠通過不同的方法實施，例如平均各種相鄰的樣本，限制坐標(biāo)上的最大偏差或者基于歷史來預(yù)測位置。其他噪聲減少算法可以用于這個目的。在減少噪聲之后，運動捕捉跟蹤軟件重建了不可獲得的數(shù)據(jù)。這個重新構(gòu)建是通過分析和完成現(xiàn)有的軌跡完成的。
生物力學(xué)求解程序利用運動捕捉跟蹤軟件輸出數(shù)據(jù)并構(gòu)建用于重建目標(biāo)的運動的分級結(jié)構(gòu)。這個過程結(jié)合了多達(dá)3個標(biāo)記標(biāo)簽的位置來重建離散部分圍繞其母體的旋轉(zhuǎn)。得到的分級鏈由多個全局變換和一系列的旋轉(zhuǎn)組成，例如，對于人體的情況，每個肢體圍繞局部軸的旋轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)然后可輸出生物力學(xué)求解程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
RF匹配移動
該系統(tǒng)可用于匹配移動應(yīng)用。匹配移動是用2D影片或視頻圖像自動記錄3D虛擬圖像。觀察計算機產(chǎn)生(CG)目標(biāo)的虛擬攝影機必須精密地匹配實際的攝影機位置、旋轉(zhuǎn)、焦距和光圈。這能夠通過使用運動控制攝影機來實現(xiàn)(這限制了導(dǎo)演的靈活性)，或者通過實時跟蹤攝影機來實現(xiàn)。在這兩種情況下，都必須記錄攝影機設(shè)置。
最少4個固定的參考標(biāo)簽被放置在捕捉區(qū)中，以建立參考坐標(biāo)系統(tǒng)。優(yōu)選的是標(biāo)簽是不共面的或者幾乎不共面的。角度的準(zhǔn)確度大約等于11°除以參考標(biāo)簽之間的分隔距離(以厘米表示)。因此，對于300cm、10英尺分隔，可以達(dá)到高于0.05°的角度準(zhǔn)確度。
圖2示例了為了匹配移動的目的，其上具有標(biāo)簽的攝影機。最少3個標(biāo)記標(biāo)簽被粘附到每個攝影機，以跟蹤它的空間位置和旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的是標(biāo)簽是不共線的或者幾乎不共線的。角度的準(zhǔn)確度大約等于11°除以參考標(biāo)簽之間的分隔距離(以厘米表示)。因此，對于30cm、1英尺分隔，可以達(dá)到高于0.5°的角度準(zhǔn)確度。
固定的標(biāo)記標(biāo)簽被放置的捕捉區(qū)中，以定義CG目標(biāo)的坐標(biāo)框。選擇三個標(biāo)簽來鎖定每個目標(biāo)的坐標(biāo)框。此外，CG目標(biāo)能夠被鎖定到捕捉區(qū)中的非固定的“鮮活”目標(biāo)上，捕捉區(qū)粘附有至少3個標(biāo)記標(biāo)簽。在兩種情況下，優(yōu)選的是標(biāo)簽是不共線的或者幾乎不共線的。
一旦所需的參考標(biāo)簽和標(biāo)記標(biāo)簽已經(jīng)被放置在捕捉區(qū)中、附到攝影機上和附到所希望的活目標(biāo)上，CG目標(biāo)就如以下這樣和實況動作視頻合并
使用視頻攝影機記錄實況動作。
跟蹤捕捉區(qū)中的所有標(biāo)記標(biāo)簽。
記錄攝影機的焦距和光圈設(shè)置。
記錄RF位置跟蹤系統(tǒng)時間碼和攝影機時間碼。
分配3個標(biāo)簽給每個CG目標(biāo)，用于坐標(biāo)框鎖定。
如果每個CG目標(biāo)已經(jīng)是“活的”目標(biāo)，當(dāng)它已經(jīng)被視頻攝影機捕捉時就產(chǎn)生每個CG目標(biāo)。
所有的CG目標(biāo)和“活的”視頻組合，并且繪制合成物用于顯示。
攝影機可見的固定標(biāo)簽可用于校正攝影機鏡頭畸變和其他影響。
游樂園/商場/機場/聚集區(qū)資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)
所述系統(tǒng)能夠用于資產(chǎn)跟蹤。資產(chǎn)跟蹤捕捉在任何區(qū)域中的人或其他目標(biāo)的位置和移動，例如在游樂園、商場、機場或者其他可能有高密度的人、動物或其他移動或靜止目標(biāo)的室內(nèi)或室外場所中。其應(yīng)用的例子包括能夠在游樂園找到丟失的兒童和能夠在人一旦進(jìn)入機場就跟蹤人的路徑。標(biāo)記標(biāo)簽被附到每一個資產(chǎn)。對于兒童，標(biāo)記標(biāo)簽可通過腕帶或下面的衣服粘貼，使得兒童自己不可能移去標(biāo)記標(biāo)簽。所述系統(tǒng)能夠找到任何一個標(biāo)記標(biāo)簽和/或跟蹤其隨著時間的運動。使用所述系統(tǒng)，可遍及游樂園或類似的聚集區(qū)以精確定點的準(zhǔn)確度即刻且同時跟蹤數(shù)千的兒童。如果陪伴的父母也攜帶標(biāo)記標(biāo)簽，那么孩子和父母的標(biāo)記標(biāo)簽可通過掃描登記為一對，以致如果孩子要在沒有父母在旁邊的情況下離開游樂園，就會響起警報和/或告警安全性。兒童不允許離開停車場或其他外部周邊，知道解決了可能的誘拐情況。
在資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)中，資產(chǎn)跟蹤軟件接受了來自處理器的標(biāo)記標(biāo)簽坐標(biāo)，并進(jìn)一步處理它們，以必要地減少數(shù)據(jù)噪聲。這個減少能夠通過不同的方法實施，例如平均各種相鄰的樣本，限制坐標(biāo)上的最大偏差或者基于歷史來預(yù)測位置。其他噪聲減少算法可以用于這個目的。在減少噪聲之后，資產(chǎn)捕捉跟蹤軟件重建了不可獲得的數(shù)據(jù)。這個重新構(gòu)建是通過分析和完成現(xiàn)有的軌跡完成的。
跟蹤和捕捉程序利用資產(chǎn)跟蹤軟件輸出數(shù)據(jù)，并構(gòu)建用于在任何指定時間重建目標(biāo)的運動和位置的分級結(jié)構(gòu)。這個數(shù)據(jù)可以和地圖、設(shè)計圖、GIS或其他提供構(gòu)建/結(jié)構(gòu)/環(huán)境細(xì)節(jié)的軟件組合。這個組合的數(shù)據(jù)然后可在計算機系統(tǒng)上被監(jiān)視，并且也流向PDA和公共信息站。
推進(jìn)距離的高爾夫揮桿分析工具
用于位置跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用包括能夠捕捉任何個人的高爾夫揮桿用于重放和分析。所述系統(tǒng)能夠在一個推進(jìn)距離被設(shè)置，在其中通過使用標(biāo)記標(biāo)簽和傳感器捕捉運動數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被實時處理并且以高精度顯示在逼真的3D動畫中。這個動畫然后能夠以無限的方式被觀看和操縱，提供對個人的高爾夫揮桿的了解和分析。來自每次揮桿的數(shù)據(jù)集能夠被保存并和職業(yè)的高爾夫揮桿、以前的高爾夫揮桿等等比較。身體部分移動，例如一個身體部分相對于另一個部分的旋轉(zhuǎn)能夠被孤立查看。目標(biāo)可由一系列的線框表示，也提供集中的分析。此外，數(shù)據(jù)集可被輸入視頻游戲中，其中個人在游戲中可使用他/她的實際揮桿和圖像。因為對于這種應(yīng)用，標(biāo)記標(biāo)簽的數(shù)量可以相對少，所以標(biāo)記標(biāo)簽脈沖串傳輸率、因此有效的捕捉率可增加到30幀/秒之上，因而用比標(biāo)準(zhǔn)錄像設(shè)備的幀率快得多的幀率捕捉運動。因為數(shù)據(jù)集本質(zhì)是數(shù)字的，所以計算機系統(tǒng)能夠提供立即的定性和定量分析。例如，緊接高爾夫揮桿之后，處理系統(tǒng)能夠通知打高爾夫的人正好在落球式衡擊之前，他過旋轉(zhuǎn)了他的手腕10％，并且提供他的手腕對比高爾夫模特的手腕的慢運動演示。
類似地，所述系統(tǒng)能夠用于捕捉、分析和操縱其他的運動活動，例如奔跑步幅、俯仰運動、撐桿跳和其他活動。
工業(yè)應(yīng)用
除了上面討論的資產(chǎn)跟蹤，所述系統(tǒng)能夠被用于跟蹤和分析非人類運動，例如包括高速工業(yè)產(chǎn)品制造過程的工業(yè)生產(chǎn)過程，其中需要不同部件高速的精確協(xié)同運動。所述系統(tǒng)可提供優(yōu)于工業(yè)生產(chǎn)過程的高速拍攝的各種優(yōu)點，高速拍攝過去已經(jīng)被用于分析這種工藝，包括能夠提供準(zhǔn)確的距離、速度和遍及記錄的序列的旋轉(zhuǎn)測量。
捕捉影片制作的運動數(shù)據(jù)或在視頻游戲制作中使用的運動事件
精密跟蹤系統(tǒng)也能夠被用于為影片或電視上的視覺效果捕捉運動。在影片上建立的同樣的數(shù)據(jù)集可用于導(dǎo)出模仿視頻游戲演員的逼真運動。這個數(shù)據(jù)可以可視頻游戲動畫軟件一起使用，以為視頻游戲重建實際的身體運動和來自電影拍攝的交互。
精密跟蹤系統(tǒng)也能夠被用于捕捉在實況運動事件過程中的運動員的、關(guān)鍵人物和目標(biāo)的運動，例如在棒球或橄欖球比賽中，并且提供位置數(shù)據(jù)，其然后被用于為視頻游戲創(chuàng)建3D動畫。此外，由精密跟蹤系統(tǒng)捕捉的游戲數(shù)據(jù)集也能夠被下載和并入現(xiàn)有的視頻游戲，用于增強玩家的體驗。這個數(shù)據(jù)和視頻游戲動畫一起使用，以為視頻游戲重建實際的身體運動和來自運動事件的交互。
跟蹤整個運動事件以升級運動廣播
所述系統(tǒng)也可用于捕捉在運動事件中涉及的全部元素，包括比賽者、裁判員/仲裁人/場上裁判、器材(球、球棒等等)和對于實時比賽重要的靜止目標(biāo)。由傳感器收集的運動數(shù)據(jù)然后可用于重建使用3D動畫實況動作。這個動畫然后可用于提供準(zhǔn)確的重放、分析、虛擬廣告、虛擬成像和交互活動例如經(jīng)由因特網(wǎng)的觀眾控制的視點。
多個標(biāo)記標(biāo)簽可附到比賽者和其他要跟蹤的目標(biāo)上。軟件可以重建圖像并且將它們和動畫合并，以顯示能夠由操作員操縱的動作的精確復(fù)制，并且在電視或在線流上播放。
運動表演分析和回復(fù)工具
位置跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用包括能夠?qū)崟r捕捉、監(jiān)視和分析運動員的表現(xiàn)。在表演過程中，運動數(shù)據(jù)通過使用標(biāo)記標(biāo)簽和傳感器被捕捉。這個數(shù)據(jù)被實時處理并且以高精度顯示在逼真的3D動畫中。這個動畫然后能夠以無限的方式被觀看和操縱，提供對運動員表現(xiàn)的了解和分析。數(shù)據(jù)集和動畫序列能夠被用于做出決策、監(jiān)視運動員的醫(yī)療情況和訓(xùn)練目的。
多個標(biāo)記標(biāo)簽可附到比賽者和其他要跟蹤的目標(biāo)上。軟件可以重建圖像并且將它們和動畫合并，以顯示能夠由操作員以無限的方式操縱的動作的精確復(fù)制。
全身視頻游戲控制器
精密跟蹤系統(tǒng)能夠被用于捕捉視頻游戲玩家的運動，游戲玩家以和現(xiàn)有的手柄控制器目前所作的相同方式控制視頻游戲的動作。玩家用粘貼到他們身體上的標(biāo)記標(biāo)簽來玩視頻游戲，同時傳感器捕捉他們的運動數(shù)據(jù)并將其發(fā)給視頻游戲控制臺，用于處理和顯示。玩家在他/她的身體移動在屏幕上重建時觀看。
多個標(biāo)記標(biāo)簽可附到玩家身體的關(guān)鍵點上，例如手腕、踝和腰上。就很象它使用現(xiàn)有的視頻游戲控制器所做的一樣，視頻游戲控制臺轉(zhuǎn)換和再現(xiàn)動作。
如這里所使用的，術(shù)語“射頻(RF)”打算包含從大約10KHz到大約300GHz的頻譜范圍，其包括微波。
在前面的討論中，參考標(biāo)簽已經(jīng)被特征化為固定的或靜止的?？梢岳斫獾氖菂⒖紭?biāo)簽不需要是嚴(yán)格靜止或固定的。只要能夠確定參考標(biāo)簽的位置，在本發(fā)明的含義內(nèi)就可以理解參考標(biāo)簽是固定的或靜止的。例如，如果參考標(biāo)簽被移動已知的或可知的距離，并且是在已知或可知的方向內(nèi)，距離和方向就能夠讓處理系統(tǒng)知道或確定。處理系統(tǒng)然后可以只是考慮已知的運動，并據(jù)此繼續(xù)處理標(biāo)簽偽距離測量值，以確定正在被跟蹤的標(biāo)記標(biāo)簽的正確的相對和/或絕對位置。在此給出的權(quán)利要求將覆蓋優(yōu)選實施例的這種非實質(zhì)的變化。因此，當(dāng)指的是參考標(biāo)簽時，在此使用的詞“靜止的”或“固定的”應(yīng)該理解為不僅是相對于地球表面絕對靜止的，而且是相對于所希望的坐標(biāo)系統(tǒng)位于可確定的位置，即使可確定的位置從一個時刻到另一個時刻可移動。
應(yīng)該理解的是，本文所用術(shù)語“本發(fā)明”不應(yīng)僅僅是給出具有單個必要元素或元素組的單個發(fā)明。類似地，應(yīng)該理解的是術(shù)語“本發(fā)明”包含許多各個可認(rèn)為是獨立發(fā)明的獨立創(chuàng)新。雖然已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例及其附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以實現(xiàn)本發(fā)明的各種改變和修改。例如，可使用其他的硬件架構(gòu)和微電路技術(shù)；可使用算法的變體；可使用不同的存儲器類型；可使用不同的比特長度、碼字和碼類型；可使用不同的頻率、頻率分配計劃、調(diào)制類型及發(fā)射和接收技術(shù)。因此，應(yīng)該理解的是上面闡述的詳細(xì)描述和附圖無意限制本發(fā)明的范圍，其范圍應(yīng)該僅由所附權(quán)利要求及其適當(dāng)?shù)姆傻韧锎_定。
權(quán)利要求
1.一種運動捕捉系統(tǒng)，其包括
處于一個定義區(qū)域周圍的至少四個靜止的射頻接收器，
一個第一射頻發(fā)射器，其相對于所述接收器被置于一個可確定位置，
多個射頻發(fā)射器，其被附到所述定義區(qū)域的鄰近地區(qū)內(nèi)的至少一個可移動目標(biāo)上；
所述接收器接收由所述發(fā)射器發(fā)射的射頻信號；和
一個處理系統(tǒng)，其用于處理由所述發(fā)射器接收的信號，以確定關(guān)于所述定義區(qū)域的鄰近地區(qū)內(nèi)的所述可移動目標(biāo)的位置信息，所述處理系統(tǒng)使用從所述第一發(fā)射器接收的信號作為參考，用于確定附到所述可移動目標(biāo)的所述發(fā)射器的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于確定所述第一發(fā)射器相對于所述接收器的位置的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述靜止接收器具有各自的接收器時鐘，且所述靜止接收器沒有使它們的接收器時鐘從一個靜止接收器同步到另一個接收器的電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述確定的位置信息在運動圖像場景內(nèi)定位計算機產(chǎn)生的目標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述確定的位置信息在視頻游戲場景內(nèi)定位計算機產(chǎn)生的目標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個可移動目標(biāo)包括至少兩個在產(chǎn)品制造過程內(nèi)相對移動的目標(biāo)，且其中所述方法進(jìn)一步包括使用所述確定的位置信息來分析所述產(chǎn)品制造過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可移動目標(biāo)是一個運動圖片攝影機，且其中附到其上的所述多個發(fā)射器包括至少三個發(fā)射器，其被放置在所述攝影機上的位置，足以確定所述攝影機的傾斜、偏轉(zhuǎn)和滾動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述運動圖片攝影機是手持式運動圖片攝影機。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中附到所述可移動目標(biāo)上的所述多個射頻發(fā)射器中的至少一個包括一個補片，所述補片是通過從其上移去襯背層而被激活的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述補片是柔性補片，其具有被所述襯背層覆蓋的粘附層，所述發(fā)射器是通過移去所述襯背層來暴露所述粘附層而被激活的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中附到所述目標(biāo)上的每個所述發(fā)射器都發(fā)射同步碼和標(biāo)簽識別碼，所述標(biāo)簽識別碼對于每個標(biāo)簽是唯一的，所述同步碼和所述標(biāo)簽識別碼被調(diào)制到一個載波頻率上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述同步碼是16進(jìn)制的OEED。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述標(biāo)簽識別碼被選擇用于小的成對互相關(guān)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述標(biāo)簽識別碼是在二進(jìn)制擴展二次余項碼空間中的向量。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述標(biāo)簽識別碼表示由下列碼產(chǎn)生器多項式產(chǎn)生的值
其中Q＝{1，2，3，4，6，7，8，9，12，14，16，17，18，21，24，25，27，28，32，34，36，37，42}。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)計算所述目標(biāo)上的所述發(fā)射器的各自位置，而不使用任何全球定位系統(tǒng)GPS數(shù)據(jù)或所述目標(biāo)上的所述發(fā)射器發(fā)射的慣性傳感器數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個所述發(fā)射器發(fā)射信號的發(fā)射率是24次發(fā)射/秒和30次發(fā)射/秒的共同整數(shù)倍。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中附到所述可移動目標(biāo)上的每個所述發(fā)射器包括
一個襯背層；
附于所述襯背層的電路，其用于產(chǎn)生射頻波形；
一個發(fā)射所述波形的天線；
涂附到所述襯背層的粘合劑；
一個附于粘合劑的可移去部分；
一個傳感器，用于檢測可移去部分何時被移去；和
一個發(fā)射器控制器，當(dāng)所述傳感器檢測到所述可移去部分已經(jīng)被移去時，所述發(fā)射器控制器使該裝置能夠開始發(fā)射射頻波形。
19.一種跟蹤至少一個目標(biāo)運動的方法，所述方法包括
提供定義傳感器的多個射頻接收器；
提供第一射頻發(fā)射器，所述第一射頻發(fā)射器定義了一個參考標(biāo)簽；
在所述至少一個目標(biāo)上提供多個射頻發(fā)射器，所述發(fā)射器定義標(biāo)記標(biāo)簽；
確定所述參考標(biāo)簽的位置，以定義一個參考標(biāo)簽已知位置；和
處理所述參考標(biāo)簽的已知位置和在所述傳感器接收的來自所述標(biāo)記標(biāo)簽和所述參考標(biāo)簽的射頻信號，以確定所述標(biāo)記標(biāo)簽的各自位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述處理包括
計算所述參考標(biāo)簽和所述傳感器之間各自的參考標(biāo)簽偽距離測量值；
計算每個所述標(biāo)記標(biāo)簽和所述傳感器之間各自的標(biāo)記標(biāo)簽偽距離測量值；
為每個所述傳感器計算所述標(biāo)記標(biāo)簽偽距離測量值和所述參考標(biāo)簽偽距離測量值之間各自的單差分；
為各對傳感器計算所述單差分之間各自的二重差分；
使用所述二重差分來形成一組聯(lián)立方程；和
求解所述聯(lián)立方程，以計算所述標(biāo)記標(biāo)簽的位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中每個所述標(biāo)記標(biāo)簽發(fā)射同步碼和各自的標(biāo)簽識別碼，所述標(biāo)簽識別碼對于每個標(biāo)簽是唯一的，所述同步碼和所述標(biāo)簽識別碼被調(diào)制到一個載波頻率上。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述處理包括確定碼相位，其指示出給定標(biāo)記標(biāo)簽在對應(yīng)于所述同步碼的比特位置的范圍內(nèi)的位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述處理進(jìn)一步包括確定載波相位，所述載波相位將所述給定標(biāo)記標(biāo)簽在所述比特位置內(nèi)的位置分辨到小于所述載波頻率的一個波長之內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括使用根據(jù)所述方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在運動圖像場景內(nèi)插入計算機產(chǎn)生的圖像。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括使用根據(jù)所述方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一部分視頻游戲場景。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括在虛擬現(xiàn)實模擬器內(nèi)使用根據(jù)所述方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括將根據(jù)所述方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)用于運動訓(xùn)練。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括將根據(jù)所述方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)用于運動事件的播放過程中，用以說明運動動作。
29.一種跟蹤目標(biāo)運動的方法，其包括
在至少一個目標(biāo)上放置至少一個發(fā)射器，所述發(fā)射器發(fā)射射頻信號；
在多個射頻接收器接收所述信號；
其中并不相對于任何其他接收器來及時控制給定接收器的所述信號的發(fā)送和所述信號的接收；
處理在所述接收器接收的信號的定時，以跟蹤所述目標(biāo)的運動。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述運動發(fā)生在捕捉區(qū)內(nèi)并被有效地跟蹤，該捕捉區(qū)的水平尺寸大于25米×25米。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述運動發(fā)生在捕捉區(qū)內(nèi)并被有效地跟蹤，該捕捉區(qū)的對角尺寸為至少100米。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述至少一個發(fā)射器包括至少1000個發(fā)射器。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述至少一個發(fā)射器包括發(fā)射各自波形的多個發(fā)射器，所述波形已經(jīng)被選擇，以使發(fā)射器之間的成對互相關(guān)值最小化。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述發(fā)射器以小于5％的工作周期進(jìn)行發(fā)射。
35.一種跟蹤目標(biāo)運動的方法，其包括
在捕捉區(qū)周圍放置多個射頻傳感器；
在所述捕捉區(qū)內(nèi)放置至少一個定義參考標(biāo)簽的參考射頻發(fā)射器；
確定所述標(biāo)記標(biāo)簽相對于所述傳感器的位置；
在所述目標(biāo)上放置多個定義標(biāo)記標(biāo)簽的射頻發(fā)射器；
在所述傳感器接收由所述參考標(biāo)簽和所述標(biāo)記標(biāo)簽發(fā)射的信號；和
處理由所述參考標(biāo)簽和所述標(biāo)記標(biāo)簽發(fā)射的信號，以在所述目標(biāo)穿過所述捕捉區(qū)時確定所述目標(biāo)的位置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述標(biāo)記標(biāo)簽既不彼此同步也不相對于所述參考標(biāo)簽同步。
37.一種跟蹤目標(biāo)運動的方法，其包括
在所述目標(biāo)上多個分隔位置中的每個位置處放置定義各自標(biāo)記標(biāo)簽的射頻發(fā)射器，其中每個發(fā)射器發(fā)射各自的波形，其至少部分對應(yīng)于唯一的標(biāo)記標(biāo)簽識別碼；
接收所發(fā)射的波形，所述發(fā)射的波形的接收版本定義了接收波形；
將各自的接收波形和各自的標(biāo)記標(biāo)簽關(guān)聯(lián)，所述標(biāo)記標(biāo)簽發(fā)射那些波形，但是并不將所述波形解調(diào)到各自的比特模式；和
處理所述各自的波形，以確定所述各自的標(biāo)記標(biāo)簽的位置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述波形處理包括使每個接收的波形的采樣值和存儲的標(biāo)簽識別碼波形的樣本相關(guān)；和
基于所述特定接收波形和一個特定存儲標(biāo)簽識別碼波形的所述樣本之間的高度相關(guān)，將一個特定的標(biāo)記標(biāo)簽識別為發(fā)射所述特定接收波形的標(biāo)記標(biāo)簽。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述相關(guān)是使用數(shù)字信號處理微電路實現(xiàn)的。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述存儲的標(biāo)簽識別碼波形已經(jīng)被濾波，以便當(dāng)它在所述傳感器被實際接收時，近似于理想化的標(biāo)簽識別碼波形。
41.一種跟蹤目標(biāo)運動的方法，其包括
在所述目標(biāo)上放置多個發(fā)射器，每個所述發(fā)射器發(fā)射信號的發(fā)射率是24次發(fā)射/秒和30次發(fā)射/秒的共同整數(shù)倍；和
處理所述發(fā)射的信號，以跟蹤所述目標(biāo)的運動。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述發(fā)射率是240次發(fā)射/秒。
43.一種射頻發(fā)射裝置，其包括
一個襯背層；
附到所述襯背層的電路，其用于產(chǎn)生射頻波形；
一個發(fā)射所述波形的天線；
涂附到所述襯背層的粘合劑；
一個附于所述粘合劑的可移去部分；
一個傳感器，用于檢測所述可移去部分何時被移去；和
一個發(fā)射器控制器，其當(dāng)所述傳感器檢測到所述可移去部分已被移去時，使所述裝置能夠開始發(fā)射射頻波形。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的射頻發(fā)射裝置，其中所述發(fā)射器控制器包括一個開關(guān)，其在檢測到所述可移去部分已被移去時，使來自電池的能量能夠流向至少一部分所述電路。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的射頻發(fā)射裝置，其中所述可移去部分包括涂附有與所述粘合劑接觸的釋放涂料的膜層或紙層，使得所述可移去部分可被剝離，從而激活所述裝置，并且此后所述裝置由所述粘合劑粘貼到一個目標(biāo)。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的射頻發(fā)射裝置，其中所述裝置足夠小和柔軟，能夠直接粘貼到衣服或脫去衣服的人體上，同時允許身體基本完全運動。
47.一種射頻發(fā)射裝置，其包括
一個發(fā)射器；
一個給所述發(fā)射器供電的電源；
一個存儲對應(yīng)于待發(fā)射波形數(shù)據(jù)的存儲器；
一個置于所述裝置的至少一部分之上的保護(hù)層；和
一個在移去所述保護(hù)層時自動激活所述裝置的裝置。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的裝置，其中所述保護(hù)層是可移去的層，在其上有釋放涂料被置于所述裝置的涂附粘合劑的部分，且所述激活裝置包括一個通過移去所述可移去層來操作的開關(guān)。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的裝置，其中所述保護(hù)層是圍繞所述裝置的氣密包裝，且所述激活裝置包括氧氣傳感器和開關(guān)，當(dāng)所述氧氣傳感器感應(yīng)到存在氧氣時，所述開關(guān)就激活所述裝置。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的裝置，其中所述激活裝置是光電開關(guān)，且所述保護(hù)層是置于所述光電開關(guān)之上的不透明層。
51.根據(jù)權(quán)利要求47所述的裝置，進(jìn)一步在所述裝置和所述保護(hù)層中的至少一個上具有機器可讀標(biāo)志，所述機器可讀標(biāo)志對應(yīng)于當(dāng)所述裝置被激活時，其發(fā)射的標(biāo)簽識別碼。
52.根據(jù)權(quán)利要求47所述的裝置，進(jìn)一步在所述裝置和所述保護(hù)層中的至少一個上具有人類可讀標(biāo)志，所述標(biāo)志對應(yīng)于當(dāng)所述裝置被激活時所述裝置發(fā)射的標(biāo)簽識別碼。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的裝置，其中所述機器可讀標(biāo)志是條形碼。
54.一種方法，其包括
提供至少三個附到攝影機上的無線發(fā)射器，以定義攝影機發(fā)射器；和
處理從所述攝影機發(fā)射器接收的信號，以確定所述攝影機的運動。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述方法不包括使用任何機電傳感器或光傳感器來確定所述攝影機的運動。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，進(jìn)一步包括使所述攝影機的運動和在所述攝影機記錄的場景上的計算機生成的圖像相關(guān)。
57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，進(jìn)一步包括
提供至少一個無線發(fā)射器，其定義了處于靜止位置的參考發(fā)射器；且
其中所述處理步驟包括處理從所述攝影機發(fā)射器和從所述參考發(fā)射器接收的信號，以確定所述攝影機的運動。
58.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述發(fā)射器是射頻發(fā)射器。
59.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述攝影機是手持式運動圖片攝影機。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，進(jìn)一步包括
處理由所述手持?jǐn)z影機記錄的圖像和從所述攝影機上的發(fā)射器接收的信號，以從記錄圖像中消除攝影機抖動。
61.一種記錄運動圖像用于后期處理的系統(tǒng)，其包括
一個可移動的運動圖片攝影機；
附到所述攝影機上的多個射頻發(fā)射器；
沒有附到所述攝影機上的一個參考發(fā)射器；
第一處理部分，其用于接收所述發(fā)射器發(fā)射的信號并從其中確定所述攝影機的運動。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括
第二處理部分，其基于所述攝影機的運動來改變所記錄的運動圖像。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中附到所述攝影機上的所述發(fā)射器不發(fā)射任何慣性傳感器數(shù)據(jù)。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中改變所述記錄圖像的步驟包括增加至少一個計算機產(chǎn)生的圖像到所述記錄圖像中，以致所述攝影機的運動對所述計算機產(chǎn)生的圖像外觀造成相應(yīng)變化。
65.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中改變所述記錄圖像的步驟包括從所述記錄圖像消除攝影機的抖動。
66.一種運動捕捉系統(tǒng)，其包括
多個無線發(fā)射器；
多個無線接收器；
裝置，其基于所述接收器從所述發(fā)射器接收的信號的定時來確定所述無線發(fā)射器的位置，而不需要所述發(fā)射器或所述接收器的定時時鐘同步。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的運動捕捉系統(tǒng)，其中至少某些無線發(fā)射器位于可移動的攝影機上。，
68.根據(jù)權(quán)利要求66所述的運動捕捉系統(tǒng)，其中
所述無線發(fā)射器包括至少一個置于已知位置的發(fā)射器，其定義了參考發(fā)射器；和
所述位置確定裝置包括用于將至少100個發(fā)射器的位置分辨到遍及捕捉區(qū)的1cm準(zhǔn)確度內(nèi)的裝置，該捕捉區(qū)具有至少50米的對角線。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的運動捕捉系統(tǒng)，其中所述分辨裝置包括將至少1000個發(fā)射器的位置分辨到遍及捕捉區(qū)的小于1cm的準(zhǔn)確度的裝置，該捕捉區(qū)至少75米。
70.根據(jù)權(quán)利要求66所述的運動捕捉系統(tǒng)，其中所述位置確定裝置包括數(shù)學(xué)地消除發(fā)射器時鐘依賴項和接收器時鐘依賴項的裝置，以致不需要發(fā)射器和接收器之間的同步。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的運動捕捉系統(tǒng)，其中
所述接收器包括至少四個接收器，它們定義了彼此間隔的傳感器接收器；
所述發(fā)射器包括定義參考發(fā)射器的、處于一個已知位置的至少一個發(fā)射器和定義附到至少一個移動目標(biāo)上的標(biāo)記發(fā)射器的多個發(fā)射器，所述運動目標(biāo)在捕捉區(qū)內(nèi)運動，該捕捉區(qū)在所述四個接收器的接收范圍內(nèi)；
且其中數(shù)學(xué)地消除時鐘依賴項的所述裝置包括
裝置，其計算在標(biāo)記發(fā)射器接收的信號參數(shù)和參考發(fā)射器接收的信號參數(shù)之間各自的單差分；和
裝置，其計算傳感器接收器對的所述單差分項之間各自的二重差分。
72.根據(jù)權(quán)利要求68所述的運動捕捉系統(tǒng)，其中所述標(biāo)記發(fā)射器以小于1％的工作周期發(fā)射擴展頻譜信號脈沖串。
73.根據(jù)權(quán)利要求68所述的運動捕捉系統(tǒng)，其中所述標(biāo)記發(fā)射器包括多組標(biāo)記發(fā)射器，第一組標(biāo)記發(fā)射器發(fā)射第一頻帶內(nèi)的擴展頻譜信號，第二組標(biāo)記發(fā)射器發(fā)射第二頻帶內(nèi)的擴展頻譜信號，所述第一和第二頻帶由保護(hù)頻帶隔開。
全文摘要
一種射頻(RF)運動捕捉系統(tǒng)包括靜止的傳感器接收器，在捕捉區(qū)內(nèi)待跟蹤的一個或多個目標(biāo)上的一個或多個發(fā)射器標(biāo)記標(biāo)簽，至少一個靜止的參考標(biāo)簽發(fā)射器和用于處理接收信號的處理系統(tǒng)。各個獨立的標(biāo)簽發(fā)送擴頻RF信號的脈沖串。所發(fā)送的信號包括公共的同步碼和對于每個標(biāo)簽唯一的標(biāo)簽識別碼。通過計算偽距離的二重差分，消除了時鐘項，允許處理系統(tǒng)精確地確定每個標(biāo)簽運動通過捕捉區(qū)時的位置，而不需要使傳感器和標(biāo)簽之間的時鐘同步。所述系統(tǒng)可用于RF匹配運動。
文檔編號G01S5/14GK1784612SQ20048001253
公開日2006年6月7日 申請日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者A·梅納謝, M·A·斯圖爾扎 申請人:梅納謝有限公司