專利名稱：自治超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)、裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及室內(nèi)定位和位置傳感，更具體地涉及在客戶端側(cè)執(zhí)行位置 計(jì)算并使得對(duì)象可以獲悉自身的物理位置的基于超聲波的室內(nèi)定位系統(tǒng)、 裝置和方法。
背景技術(shù)：
毫無疑問，定位信息是用于提取用戶和環(huán)境之間的地理位置關(guān)系以進(jìn) 一步了解用戶行為的基本內(nèi)容。定位獲悉應(yīng)用的重要性和發(fā)展前景已經(jīng)促 使對(duì)提供定位信息的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，尤其是在室內(nèi)和城市環(huán)境中。當(dāng) 前，在許多不同的應(yīng)用場(chǎng)合中，包括辦公、醫(yī)療、煤礦、地鐵、智能樓宇、 餐館等，對(duì)于實(shí)時(shí)高精度地跟蹤人和財(cái)物有著越來越大的市場(chǎng)需求。例如， 在辦公環(huán)境中，要求職員在特定的安全區(qū)域中訪問機(jī)密信息數(shù)據(jù)庫。在該 區(qū)域之外，任何訪問都將被禁止。安全區(qū)域的示例可以是一個(gè)房間、工作 區(qū)域的一部分、甚至可以是一張桌子。
眾所周知的全球定位系統(tǒng)(GPS)在室外環(huán)境可以提供幾十米精度的對(duì)
象位置信息，但是，在室內(nèi)環(huán)境中GPS無法很好地工作，原因在于GPS的 定位結(jié)果因多徑效應(yīng)和信號(hào)遮斷(signal obstruction)而急劇惡化。
從概念上，室內(nèi)定位系統(tǒng)可以被歸類成跟蹤系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)。在跟蹤 系統(tǒng)中，定位計(jì)算在服務(wù)器側(cè)運(yùn)行以定位對(duì)象的位置從而進(jìn)行跟蹤。在這 種情況下，數(shù)據(jù)庫持續(xù)跟蹤包括用戶在內(nèi)的所有實(shí)體的位置，因而用戶的 隱私無法得以保證。此外，在跟蹤系統(tǒng)中，所有的控制和管理功能都集中 在服務(wù)器側(cè)，因此無法以可擴(kuò)展的方式來部署和管理系統(tǒng)。
例如，在授予R. Want的題為"Infrared Beacon Position System"的美 國專利No. 6,216,087中公開了一種在雙向紅外光鏈路上建立的基于接近度 (proximity)的定位系統(tǒng)"Activebadge",其中，在每個(gè)房間中部署一個(gè)紅外光信標(biāo)，并且小型輕量的移動(dòng)紅外收發(fā)機(jī)每隔固定間隔就廣播唯一 ID。
因?yàn)榧t外光信號(hào)很難穿透墻壁，所以ID廣播可以很容易地被包含在房間內(nèi)， 從而提供房間級(jí)(roomgranularity)的定位精度。
在授予Jones的題為"Detection system for determining positional and other information about objects"的美國專利No. 6,493,649中公開了一種 "Bat"系統(tǒng)，其中，用戶佩戴小型識(shí)別徽章(badge),該識(shí)別徽章在受中 央系統(tǒng)的無線電觸發(fā)時(shí)發(fā)射超聲波脈沖。系統(tǒng)確定從識(shí)別徽章到安裝在天 花板上的密集接收機(jī)陣列的脈沖TOA (到達(dá)時(shí)間)，并基于多邊定位 (multilateration)算法來計(jì)算識(shí)別徽章的3D位置。
S.Holm等人的題為"A system and method for position determination of objects"的國際專利No. WO 03/087871 Al公開了一種"Sonitor"系統(tǒng)，其 中，僅利用超聲波的定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了室粒度的定位精度。Sonitor標(biāo)簽(tag) 向位于監(jiān)聽區(qū)域內(nèi)的接收器發(fā)射20kHz到40kHz的超聲波信號(hào)。通過頻率 調(diào)制，每個(gè)標(biāo)簽向接收器傳送唯一 ID，接收器使用某種算法來讀取這些ID, 然后將它們轉(zhuǎn)發(fā)到中央服務(wù)器。
另一方面，導(dǎo)航系統(tǒng)在客戶端側(cè)執(zhí)行定位計(jì)算并使對(duì)象知曉他們自身 的物理位置。用戶應(yīng)用不廣播他們自身的位置，除非他們想要被其他人發(fā) 現(xiàn)。這樣，用戶的隱私可以得到充分地保證。
例如，非專利文獻(xiàn)"RADAR: An In-Building RF-based User Location and Tracking System" ， P. Bahl etc., Proc. IEEE INFOCOM, 2000公開了一種基于 802.11無線網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度的定位系統(tǒng)。其中，首先在離線(off-line) 階段，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，并根據(jù)分布在目標(biāo)區(qū)域中的有限量的位置處的接 收信號(hào)強(qiáng)度來構(gòu)建模型。然后在在線(on-line)階段，移動(dòng)單元報(bào)告從各個(gè) 基站接收的信號(hào)強(qiáng)度，并且系統(tǒng)確定在線觀測(cè)數(shù)據(jù)與在線模型中的任意點(diǎn) 之間的最佳匹配。最佳匹配點(diǎn)的位置被報(bào)告作為位置估計(jì)。但是，因?yàn)樵?建筑物內(nèi)的RF傳播將從經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型嚴(yán)重偏離，所以使用信號(hào)強(qiáng)度來估計(jì) 位置無法產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。
另夕卜，非專利文獻(xiàn)"The Cricket Location-Support System" , B. Nissanka， etc., Proceedings of the Sixth International Conference on Mobile Computingand Networking, Boston, Massachusetts, USA， August 2000公開了一禾中 "Cricket"系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括安裝在樓宇中的一組獨(dú)立不相 連接的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射機(jī)，每個(gè)超聲波定位信標(biāo)發(fā)射機(jī)都既包含RF(射 頻)發(fā)射器又包含超聲波發(fā)射器。在工作期間，各個(gè)RF發(fā)射器如果偵聽到 清楚的RF頻道就發(fā)射RF信號(hào)，與此同時(shí)相應(yīng)的超聲波發(fā)射器將發(fā)射超聲 波信號(hào)。對(duì)象身上攜帶的接收機(jī)首先將接收RF信號(hào)以用于與各個(gè)超聲波定 位信標(biāo)發(fā)射機(jī)建立同步，然后接收超聲波信號(hào)，從而使用TOA來測(cè)量其自 身和發(fā)射機(jī)之間的距離，然后當(dāng)接收到多于3個(gè)TOA樣本時(shí)接收機(jī)就可以 推斷其自身的位置以用于導(dǎo)航。但是，在這種系統(tǒng)中，1)采用了多個(gè)RF 發(fā)射和多個(gè)US (超聲波信號(hào))發(fā)射，從而使得RF與US之間的諧調(diào)相當(dāng) 復(fù)雜并增加了系統(tǒng)成本；2)隨機(jī)選擇RF發(fā)射器以使得每次僅有一個(gè)超聲 波定位信標(biāo)發(fā)射機(jī)可以發(fā)射RF信號(hào)和US，因此從各個(gè)超聲波定位信標(biāo)發(fā) 射機(jī)的RF發(fā)射是無序的；以及3)對(duì)象一次僅偵聽一個(gè)超聲波信標(biāo)，并且 可能在來自不同信標(biāo)的信號(hào)之間發(fā)生位置移動(dòng)。結(jié)果，將無法保證距離樣 本的同步性，而這會(huì)導(dǎo)致不精確的位置估計(jì)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的主要目的旨在提供一種針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng) 合的可以保護(hù)用戶隱私、非集中控制管理、高精度且低成本的室內(nèi)定位系 統(tǒng)。本發(fā)明提供了一種自治超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括定位信標(biāo)發(fā)射裝置 和定位信標(biāo)接收裝置。其中，定位信標(biāo)發(fā)射裝置被配置為在發(fā)射包括同步 信息的信號(hào)之后按預(yù)定順序以預(yù)定時(shí)間間隔地輪發(fā)多個(gè)超聲波信號(hào)；并且 定位信標(biāo)接收裝置被配置為在檢測(cè)到同步信息之后執(zhí)行與定位信標(biāo)發(fā)射裝 置的同步，基于所獲得的同步定時(shí)來確定接收到的各個(gè)超聲波信號(hào)的發(fā)射 順序，根據(jù)發(fā)射順序來推斷所接收的各個(gè)超聲波信號(hào)的發(fā)射定時(shí)，使用所 接收的各個(gè)超聲波信號(hào)的發(fā)射定時(shí)和接收定時(shí)來計(jì)算與各個(gè)所接收超聲波 信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA信息，并基于定位信標(biāo)發(fā)射裝置中的各個(gè)超聲波發(fā)射器 的位置和所計(jì)算得到的TOA信息序列來確定攜帶定位信標(biāo)接收裝置的對(duì)象 的位置。
10根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供了一種定位信標(biāo)發(fā)射裝置，包括第一信
號(hào)發(fā)射器，用于發(fā)射包含同步信息的第一信號(hào)；多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器；以 及第二信號(hào)發(fā)射控制裝置，用于控制所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器在第一信號(hào) 被發(fā)射之后以預(yù)定時(shí)間間隔按預(yù)定順序來輪發(fā)第二信號(hào)。第一信號(hào)發(fā)射器 可以例如周期性地發(fā)射第一信號(hào)，從而使得所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器循環(huán) 地輪發(fā)第二信號(hào)。第一信號(hào)可以是射頻信號(hào)、微波信號(hào)或紅外信號(hào)。第二 信號(hào)可以是超聲波信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供了一種定位信標(biāo)接收裝置，用于從發(fā)射 裝置接收定位信標(biāo)，所述接收裝置包括第一信號(hào)接收器，用于接收包含 同步信息的第一信號(hào)；第二信號(hào)接收器，用于順序地接收第二信號(hào)；同步 單元，用于利用第一信號(hào)中包含的同步信息來執(zhí)行與發(fā)射裝置的同步，并 獲取同步定時(shí)；順序確定單元，用于根據(jù)所述同步定時(shí)來確定由第二信號(hào) 接收器接收的各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射順序；TOA獲取單元，用于基于由順序 確定單元確定的所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射順序來獲取與各個(gè)第二信號(hào)相對(duì) 應(yīng)的TOA信息序列；以及位置計(jì)算單元，用于根據(jù)由第二信號(hào)接收器接收 的各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的位置和由T0A獲取單元獲得的T0A信息序列來 計(jì)算接收裝置的位置。
順序確定單元可以包括發(fā)射序號(hào)判斷部分，將從第一個(gè)第二信號(hào)發(fā) 射源的發(fā)射定時(shí)開始的時(shí)間段分成間隔所述發(fā)射時(shí)間間隔的n個(gè)區(qū)間，如 果所接收的第二信號(hào)的接收定時(shí)處于第i區(qū)間，則判定該第二信號(hào)的發(fā)射序 號(hào)為i，其中，n為所述第二信號(hào)發(fā)射源的數(shù)目，并且i二l， 2， ...n;和第 二信號(hào)發(fā)射定時(shí)推斷部分，用于基于由發(fā)射序號(hào)判斷部分判定的所述發(fā)射 序號(hào)來推斷所接收的各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射定時(shí)。
從第一信號(hào)接收器接收到第一個(gè)第一信號(hào)到其接收到第二個(gè)第一信號(hào) 之間的時(shí)間段為一個(gè)發(fā)射周期，其中，位置計(jì)算單元可以包括連續(xù)三角 位置計(jì)算部分，用于沿著由TOA獲取單元獲得的TOA信息序列來應(yīng)用長 度為三的滑動(dòng)窗并利用三角定位法、基于各個(gè)第二信號(hào)發(fā)射源的位置和一 個(gè)發(fā)射周期內(nèi)的時(shí)間上相鄰的三個(gè)TOA信息樣本來實(shí)時(shí)地計(jì)算接收裝置的
位置，從而在該發(fā)射周期內(nèi)獲得接收裝置的一系列位置信息；和連續(xù)中值濾波部分，用于從所述一系列位置信息中去除異常值，從而得到接收裝置 在所述發(fā)射周期內(nèi)的多個(gè)實(shí)時(shí)位置。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種發(fā)射定位信標(biāo)的方法，包括以 下步驟發(fā)射包含同步信息的第一信號(hào)；和在所述第一信號(hào)被發(fā)射之后以 預(yù)定時(shí)間間隔按預(yù)定順序輪發(fā)第二信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，提供了 一種用于在接收裝置中從發(fā)射裝置 接收定位信標(biāo)的方法，所述方法包括以下步驟接收包含同步信息的第一 信號(hào)，利用該同步信息來執(zhí)行與所述發(fā)射裝置的同步，并獲取同步定時(shí)； 順序地接收第二信號(hào)；根據(jù)所述同步定時(shí)來確定所接收的各個(gè)第二信號(hào)的 發(fā)射順序；基于所確定的發(fā)射順序來獲取與所述各個(gè)第二信號(hào)相對(duì)應(yīng)的 TOA信息序列；以及根據(jù)所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的位置和所獲得的 TOA信息序列來計(jì)算接收裝置的位置。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出的自治超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)具有下述 優(yōu)點(diǎn)低系統(tǒng)復(fù)雜度、可以保護(hù)用戶隱私、分布式計(jì)算、高定位精度且可
以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。
本發(fā)明的室內(nèi)定位系統(tǒng)具有簡單的定位信標(biāo)發(fā)射機(jī)制，可以很容易地 諧調(diào)同步信息的發(fā)射和用于位置計(jì)算的超聲波信號(hào)的發(fā)射。
本發(fā)明的室內(nèi)定位系統(tǒng)在接收裝置側(cè)進(jìn)行定位計(jì)算，因此不需要中央 服務(wù)器進(jìn)行控制和維護(hù)，并且在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中可以很容易地進(jìn)行擴(kuò)展。
圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)超聲波定位系統(tǒng)的示意圖； 圖2是描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位系統(tǒng)的示意圖； 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置的詳細(xì) 配置的框圖4是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu) 化US輪發(fā)(順序發(fā)射)機(jī)制的示意圖，其中圖4 (a)是以六邊星型拓?fù)?為例示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置200的結(jié)構(gòu)的示意圖， 而圖4 (b)是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置200的結(jié)構(gòu)化US輪發(fā)機(jī)制的框圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在發(fā)射時(shí)間間隔選擇錯(cuò)誤的情況 下的三種接收情形的示意圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在發(fā)射時(shí)間間隔選擇正確的情況 下的一種接收情形的示意圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置的配置 的框圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置中的順 序確定單元的詳細(xì)配置的框圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置在考慮 到超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置的退避時(shí)間和超聲波定位信標(biāo)接收裝置的比特 同步誤差的情況下的US脈沖發(fā)射順序確定的示意性時(shí)間圖IO是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置中的連 續(xù)三角位置計(jì)算單元的詳細(xì)配置的框圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)三角定位部分的工作原理的示意圖12是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)輪發(fā)處理的流程
圖13是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收處理的流程
圖14是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的US脈沖發(fā)射順序確定處理的流 程圖；以及
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收處理的流 程圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。在這里的描述中，提供了許 多具體細(xì)節(jié)，例如組件和/或方法的示例，以幫助全面理解本發(fā)明的實(shí)施例。 但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)， 或者利用其他裝置、系統(tǒng)、組合件、方法、組件、素材、部件等等也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。在其他情況下，沒有具體地示出或詳細(xì)描述公知的結(jié) 構(gòu)、素材或操作，以避免模糊本發(fā)明實(shí)施例的各個(gè)方面。在本說明書和附 圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示具有基本相同功能的結(jié)構(gòu)元素，并且將省略對(duì)這些 結(jié)構(gòu)元素的重復(fù)說明。 <系統(tǒng)概況>
首先將描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于超聲波的定位系統(tǒng)的概況。 圖2是描述了根據(jù)該實(shí)施例的超聲波定位系統(tǒng)的示意圖。
如圖2所示，根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位系統(tǒng)10包括安裝在天花板上 的用于發(fā)射定位信標(biāo)的超聲波定位發(fā)射裝置20和在對(duì)象身上攜帶的用于接 收定位信標(biāo)并根據(jù)所接收的定位信標(biāo)來計(jì)算自身位置的超聲波定位接收裝 置30。其中，超聲波定位發(fā)射裝置20又包括單個(gè)RF發(fā)射器和包括多個(gè) US發(fā)射器的結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)。RF發(fā)射器根據(jù)預(yù)定的發(fā)射定時(shí)信號(hào)來發(fā)射 包括同步信息的RF信號(hào)(例如，數(shù)據(jù)分組)，并且所述多個(gè)US發(fā)射器在 RF發(fā)射器發(fā)射該包括同步信息的RF信號(hào)之后以預(yù)定時(shí)間間隔來輪發(fā)超聲 波。這里，術(shù)語"定位信標(biāo)"指的是由RF發(fā)射器發(fā)射的包括同步信息的信 號(hào)和由結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)發(fā)射的超聲波信號(hào)序列。
結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)中包括的多個(gè)US發(fā)射器相互之間的位置確定，也就 是說結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)中包括的US發(fā)射器的數(shù)目一定，相互之間的距離確 定，并且根據(jù)預(yù)定順序來輪發(fā)超聲波信號(hào)。注意，這里所使用的US發(fā)射器 例如可以是低成本的在單一頻率(例如，40KHz)上操作的窄帶US發(fā)射器， 該窄帶US發(fā)射器在受到觸發(fā)時(shí)僅發(fā)射不包含任何信息的超聲波脈沖。
超聲波定位接收裝置30在啟動(dòng)之后開始檢測(cè)從超聲波定位發(fā)射裝置 20發(fā)射的同步信息，使用所檢測(cè)到的同步信息來與超聲波定位發(fā)射裝置20 進(jìn)行同步，然后順序地檢測(cè)從超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置20發(fā)射的US序列， 并使用所檢測(cè)到的US序列來計(jì)算自身的位置。
在本實(shí)施例中，RF發(fā)射器作為示例被用作發(fā)射同步信息的設(shè)備。但是 本發(fā)明并不限于該具體示例。在其它實(shí)施例中，諸如微波發(fā)射器和紅外光 發(fā)射器之類的設(shè)備可以被用來發(fā)射所述包括同步信息的信號(hào)。
此外，在本實(shí)施例中，定位信標(biāo)包括超聲波信號(hào)序列。但是，可替代
14的是，定位信標(biāo)也可以包括聲波序列、次超聲波序列或者其他比電磁波信 號(hào)慢的機(jī)械波序列，用以取代在本實(shí)施例中使用的超聲波信號(hào)序列。
圖2所示的根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)作為示例被示出為包括7
個(gè)us發(fā)射器且具有正六邊形結(jié)構(gòu)，但是，本發(fā)明并不限于此示例，而可以
按需增加或減少US發(fā)射器的數(shù)目，并且取決于應(yīng)用場(chǎng)合可以采取任何結(jié) 構(gòu)。此外，在圖2中，接收裝置30被示出為攜帶在人身上。但是本發(fā)明并 不限于此，而可以將接收裝置30安裝在任何需要定位或者導(dǎo)航的對(duì)象上。 <定位信標(biāo)發(fā)射裝置>
以下將描述根據(jù)本發(fā)明的定位信標(biāo)發(fā)射裝置的詳細(xì)配置。本發(fā)明的定 位信標(biāo)發(fā)射裝置包括一個(gè)第一信號(hào)發(fā)射器和多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器。第一信 號(hào)例如是RF信號(hào)、微波信號(hào)或者紅外光信號(hào)等；并且第二信號(hào)例如是聲波 信號(hào)、次聲波信號(hào)或者比電磁波信號(hào)慢的機(jī)械波信號(hào)等。
現(xiàn)在將以射頻(RF)發(fā)射器和超聲波信號(hào)(US)發(fā)射器為例來說明根 據(jù)本發(fā)明的定位信標(biāo)發(fā)射裝置。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲 波定位信標(biāo)發(fā)射裝置IOO的詳細(xì)配置的框圖。
如圖3所示，根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置100包括RF 發(fā)射器101，用于發(fā)射包括同步信息的RF信號(hào)(例如，RF分組)；結(jié)構(gòu) 化US發(fā)射機(jī)102，包括多個(gè)US發(fā)射器102—1 102—n (n為自然數(shù))，該 結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)102以預(yù)定時(shí)間間隔按預(yù)定順序輪發(fā)超聲波信號(hào)；以及發(fā) 射定時(shí)控制器103，用于控制RF發(fā)射器101和結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)102的發(fā) 射定時(shí)。
在一個(gè)示例中，RF發(fā)射器101還可以發(fā)送以下附加信息結(jié)構(gòu)化US 發(fā)射機(jī)102的發(fā)射器位置確定信息、各個(gè)US發(fā)射器102—l 102_n的發(fā)射 時(shí)間間隔信息、和/或退避時(shí)間等?；诓煌膽?yīng)用場(chǎng)合，發(fā)射器位置確定 信息可以是各個(gè)US發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息或者通過坐標(biāo)等直接指示出各個(gè)US 發(fā)射器的位置的位置信息，其中，各個(gè)US發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息是諸如US發(fā) 射器的數(shù)目、各個(gè)US發(fā)射器的相互之間的距離、結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)的拓?fù)?之類的信息，在接收機(jī)側(cè)通過使用這些結(jié)構(gòu)信息可以計(jì)算出各個(gè)US發(fā)射器 的位置。退避時(shí)間指的是用于諧調(diào)RF發(fā)射器101和結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)之間發(fā)射定時(shí)的時(shí)間延遲。附加信息和同步信息可以例如被封裝成RF分組來同
時(shí)發(fā)射，或者可以分開來發(fā)射。
圖3所示的發(fā)射定時(shí)控制器103包括定時(shí)生成裝置1031和US發(fā)射控 制裝置1032。定時(shí)生成裝置1031按預(yù)定周期來生成RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)，并 將所生成的RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)輸出到US發(fā)射控制裝置1032和RF發(fā)射器 101。 RF發(fā)射器101根據(jù)從定時(shí)生成裝置1031接收的RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)來 發(fā)射RF信號(hào)。US發(fā)射控制裝置1032根據(jù)從定時(shí)生成裝置1031接收的RF
發(fā)射定時(shí)信號(hào)來生成以預(yù)定時(shí)間間隔的US發(fā)射定時(shí)信號(hào)序列Tp。uing，i
Tp。lling, n，并通過有線或無線方式將該US發(fā)射定時(shí)信號(hào)序列發(fā)送到結(jié)構(gòu)化 US發(fā)射機(jī)102。具體而言，US發(fā)射控制裝置1032在接收到由定時(shí)生成裝 置1031生成的RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)之后立即生成第一個(gè)US發(fā)射定時(shí)信號(hào) Tp。lling,!并將其發(fā)送到US發(fā)射器102—1，然后，在間隔預(yù)定時(shí)間間隔Twi 之后US發(fā)射控制裝置1032生成US發(fā)射定時(shí)信號(hào)Tp。lling, 2并將其發(fā)送到 US發(fā)射器102_2，依此類推直到US發(fā)射控制裝置1032生成最后一個(gè)US 發(fā)射定時(shí)信號(hào)Tp。^g,n并將其發(fā)送到US發(fā)射器102—n。相應(yīng)地，多個(gè)US發(fā) 射器102—1 102—n在接收到發(fā)送給其的US發(fā)射定時(shí)信號(hào)之后順序地發(fā)射 超聲波信號(hào)，通過這種方式，多個(gè)US發(fā)射器就實(shí)現(xiàn)了以預(yù)定時(shí)間間隔按預(yù) 定順序來輪發(fā)超聲波信號(hào)。至此，發(fā)射定時(shí)控制器103完成了一個(gè)輪發(fā)控 制周期，而結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)102完成了一個(gè)輪發(fā)周期。 <結(jié)構(gòu)化US輪發(fā)機(jī)制〉
接下來，將參考圖4來描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo) 發(fā)射裝置200的結(jié)構(gòu)化US輪發(fā)機(jī)制。圖4是示出根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化 US輪發(fā)機(jī)制的示意圖，其中圖4 (a)是以六邊星型拓?fù)錇槔境龈鶕?jù)本實(shí) 施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置200的結(jié)構(gòu)的示意圖，而圖4 (b)是示出 根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置200的結(jié)構(gòu)化US輪發(fā)機(jī)制的框 圖。
如圖4 (a)所示，根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置200包括 一個(gè)RF發(fā)射器和7個(gè)US發(fā)射器，其中，我們將與RF發(fā)射器同處中央的 US發(fā)射器編號(hào)為1，而周圍的US發(fā)射器按預(yù)定方式(這里為按逆時(shí)針順序)分別編號(hào)為2到7。這里，各個(gè)US發(fā)射器的編號(hào)用于示意性地表示各 個(gè)US發(fā)射器的發(fā)射順序。
如圖4 (b)所示， 一旦RP發(fā)射器發(fā)射包括同步信息的RF信號(hào)，所有 的US發(fā)射器就順序地發(fā)射超聲波信號(hào)。發(fā)射順序?yàn)榘l(fā)射器1—發(fā)射器2—… —發(fā)射器7。當(dāng)最后一個(gè)US發(fā)射器完成US發(fā)射之后，過程將返回到RF 發(fā)射器以等待RF發(fā)射觸發(fā)，從而開始下一個(gè)US輪發(fā)周期。兩個(gè)相鄰的 US發(fā)射器之間的時(shí)間間隔固定為Tinterval，因此各個(gè)US發(fā)射器的發(fā)射定時(shí) 是精確確定的。這里，將RF發(fā)射器的RF發(fā)射周期定義為輪發(fā)周期。在不 考慮退避時(shí)間(即，第一個(gè)US發(fā)射器的發(fā)射定時(shí)相對(duì)于RF發(fā)射器的發(fā)射 定時(shí)的時(shí)間延遲)的情況下，編號(hào)為1的US發(fā)生器被配置為在RF發(fā)射器 發(fā)射RF信號(hào)的同時(shí)發(fā)射第一個(gè)US信號(hào)，所以輪發(fā)周期可以表示為下式
<結(jié)構(gòu)化us發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間間隔的選擇>
以下將參考圖5和圖6來描述根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)
間間隔Tinter^的選擇。圖5是示出在發(fā)射時(shí)間間隔Tinterval選擇錯(cuò)誤的情況 下的三種接收情形的示意圖，而圖6是示出在發(fā)射時(shí)間間隔Tinte^選擇正 確的情況下的一種接收情形的示意圖。
如圖5所示，US發(fā)射器1和US發(fā)射器2以固定時(shí)間間隔發(fā)送US信 號(hào)。因?yàn)槌暡ǘㄎ恍艠?biāo)接收裝置接近US發(fā)射器2而相對(duì)遠(yuǎn)離US發(fā)射器 1,所以US信號(hào)從US發(fā)生器1到超聲波定位信標(biāo)接收裝置的傳播時(shí)間將 比從US發(fā)射器2到該接收機(jī)的傳播時(shí)間長，因此US脈沖到達(dá)接收機(jī)側(cè)存 在三種可能情況(a)在US發(fā)射器2發(fā)送出US脈沖之后，超聲波定位信 標(biāo)接收裝置接收到兩個(gè)US脈沖；(b)超聲波定位信標(biāo)接收裝置接收到混合 脈沖；和(c)超聲波定位信標(biāo)接收裝置接收到US脈沖的順序與這些US 脈沖被發(fā)送的順序不一致，即，US脈沖的到達(dá)順序是無序的。在這三種情 況中，超聲波定位信標(biāo)接收裝置無法判斷所接收的US脈沖是從哪個(gè)US發(fā) 射器發(fā)射的，因而超聲波定位信標(biāo)接收裝置無法使用其來計(jì)算與US發(fā)射器 的距離，這將導(dǎo)致無法計(jì)算超聲波定位信標(biāo)接收裝置自身的位置。
但是，通過適當(dāng)?shù)剡x擇發(fā)射時(shí)間間隔Tinte^，可以避免上述錯(cuò)誤情況?？紤]到超聲波信號(hào)在空氣中傳播的衰減很大，傳播時(shí)間很短，所以發(fā)射時(shí) 間間隔Tinter^可以選擇為大于超聲波信號(hào)在空氣中的消逝時(shí)間(S卩，從超 聲波信號(hào)被發(fā)射到該超聲波信號(hào)完全消逝所需的時(shí)間)?？紤]到超聲波信號(hào)
大約在30ms之后消逝，所以發(fā)射時(shí)間間隔Tinte^可以在30ms到40ms的 范圍內(nèi)選擇。換而言之，應(yīng)當(dāng)保證在從前一個(gè)US發(fā)射器發(fā)射的US信號(hào)消 逝之后，下一個(gè)US發(fā)射器才開始發(fā)射其US信號(hào)。如圖6所示，在US發(fā) 射器1發(fā)射的US信號(hào)被超聲波定位信標(biāo)接收裝置接收且該US信號(hào)完全消 逝之后，US發(fā)射器2才發(fā)射其US信號(hào)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，取決于US發(fā)射器的發(fā)射功率，可以改變結(jié) 構(gòu)化US發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間間隔。 <定位信標(biāo)接收裝置的詳細(xì)配置>
以下將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的用于接收包括第一信號(hào)和第二信號(hào)的定 位信標(biāo)以計(jì)算對(duì)象的位置的接收裝置的配置。如上所述，第一信號(hào)例如是 RF信號(hào)、微波信號(hào)或者紅外光信號(hào)等；并且第二信號(hào)例如是聲波信號(hào)、次 聲波信號(hào)或者比電磁波信號(hào)慢的機(jī)械波信號(hào)等。
現(xiàn)在將以包括RF信號(hào)和US信號(hào)的定位信標(biāo)為例來描述根據(jù)本發(fā)明一 個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的詳細(xì)配置。如圖7所示，根據(jù) 本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置300包括RF接收單元301、 US接收 單元302、同步單元303、順序確定單元304、 TOA獲取單元305、位置計(jì) 算單元306、存儲(chǔ)單元307、以及顯示器308。
在超聲波定位信標(biāo)接收裝置300啟動(dòng)之后，RF接收單元301接收從超 聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置發(fā)射的包括同步信息的RF信號(hào)，并將其發(fā)送到同步 單元303。根據(jù)本實(shí)施例的RF接收單元301可以包括US接收觸發(fā)單元 3011，用于在檢測(cè)到所述同步信息之后生成US接收觸發(fā)信號(hào)并將其發(fā)送到 US接收單元302。
US接收單元302在接收到從US接收觸發(fā)單元3011發(fā)送的US接收觸 發(fā)信號(hào)之后開始檢測(cè)US信號(hào)，并將所檢測(cè)到的US信號(hào)發(fā)送到順序確定單 元304。
同步單元303根據(jù)RF接收單元301所接收的RF信號(hào)中包括的同步信息來與超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置進(jìn)行同步，并獲得同步定時(shí)TQ。同步單元
303可以將所獲得的同步定時(shí)To存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元307中。所述同步可以采 用任何現(xiàn)有的同步技術(shù)(例如，在RF分組中設(shè)定同步字節(jié))。在從超聲波 定位信標(biāo)發(fā)射裝置發(fā)射的RF信號(hào)包括上述附加信息的情況下，根據(jù)本實(shí)施 例的同步單元303可以包括附加信息提取單元3031，用于從所接收的RF 信號(hào)中提取除同步信息之外的附加信息。附加信息提取單元3031可以將所 提取的附加信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元307中。在替代實(shí)施例中，這些附加信息 也可以預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元307中，而無需從超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置接 收。
順序確定單元304依次接收從US接收單元302發(fā)送而來的US信號(hào)， 獲取所接收的各個(gè)US信號(hào)的接收定時(shí)，并根據(jù)這些接收定時(shí)和由同步單元 303獲得的同步定時(shí)來確定所接收的各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射順序。這里，所接 收的各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射順序相當(dāng)于各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射源(例如，上述超 聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置中包括的各個(gè)US發(fā)射器)的發(fā)射序號(hào)。
TOA獲取單元305基于由順序確定單元304確定的各個(gè)US信號(hào)的發(fā) 射序號(hào)來獲取TOA信息序列，并將所獲得的TOA信息序列發(fā)送到位置計(jì) 算單元306，其中，所述TOA信息序列包括與各個(gè)US信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA 信息樣本(即，各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射源到超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的到 達(dá)時(shí)間)。具體而言，TOA獲取單元305根據(jù)各個(gè)US信號(hào)的接收定時(shí)TD,j (j二l， 2，…，N，其中N為超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置中包括的US發(fā)射 器的數(shù)目)和相應(yīng)各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)Tus,i (i二l， ...， N)來計(jì)算各 個(gè)TOA信息樣本。TOA獲取單元305可以將所獲得的TOA信息序列存儲(chǔ) 在存儲(chǔ)單元307中。
在接收到第N個(gè)TOA信息TOAN時(shí)，這標(biāo)志著超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝 置已經(jīng)完成一個(gè)輪發(fā)周期，則位置計(jì)算單元306根據(jù)由TOA獲取單元305 獲得的一個(gè)輪發(fā)周期內(nèi)的所有TOA信息樣本和與各個(gè)TOA信息樣本相對(duì) 應(yīng)的各個(gè)US發(fā)射器的位置來計(jì)算超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的位置。具 體而言，位置計(jì)算單元306將TOA信息序列中的各個(gè)TOA信息樣本乘以 超聲波速度，以得到各個(gè)US發(fā)射器到超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的距離，然后基于這些距離值和各個(gè)US發(fā)射器的位置、使用三角定位法
(triangulation)或多邊定位法來計(jì)算超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的位置。 位置計(jì)算單元306可以將計(jì)算得到的接收機(jī)位置信息提供給存儲(chǔ)單元307 以進(jìn)行存儲(chǔ)。
在一個(gè)示例中，位置計(jì)算單元306使用從超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置接 收的或者預(yù)先在本地存儲(chǔ)的直接指示出各個(gè)US發(fā)射器的位置的位置信息 來進(jìn)行位置計(jì)算。在替代實(shí)現(xiàn)方式中，位置計(jì)算單元306使用從超聲波定 位信標(biāo)發(fā)射裝置接收的或者預(yù)先在本地存儲(chǔ)的各個(gè)US發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息 來計(jì)算各個(gè)US發(fā)射器的位置。在后一種情形中，在包括所述各個(gè)US發(fā)射 器的結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)具有中心對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況下，位置計(jì)算單元 306自動(dòng)地將中心US發(fā)射器的坐標(biāo)設(shè)置為(x尸0，y產(chǎn)0,z產(chǎn)0)，則第i (i = 1， 2， ...， N，其中，N為US發(fā)射器的數(shù)目)個(gè)US發(fā)射器的坐標(biāo)用下式
表不
x'=/'cos ~^rr^
(2)
、n J
顯示器308向用戶顯示由位置計(jì)算單元306計(jì)算得到的接收機(jī)的位置， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的導(dǎo)航。這里所使用的顯示器308可以是諸如陰極射線管 (CRT)、液晶顯示屏、等離子顯示屏、電致發(fā)光屏之類的可以實(shí)現(xiàn)顯示功 能的任何顯示設(shè)備。
在替代實(shí)現(xiàn)方式中，超聲波定位信標(biāo)接收裝置300還可以包括揚(yáng)聲器， 用于以語音方式向用戶輸出其自身的位置。 <順序確定單元>
以下將參考圖8來描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的順序確定單元304的 詳細(xì)配置。如圖8所示，順序確定單元304包括US接收定時(shí)獲取部分3041、 US信號(hào)發(fā)射順序判斷部分3042、和US發(fā)射定時(shí)推斷部分3043。
US接收定時(shí)獲取部分3041接收從US接收單元302發(fā)送而來的US信 號(hào)，并獲取接收到各個(gè)US信號(hào)時(shí)的接收定時(shí)TD,j (j = l， 2， ...， N，其中， N為超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置中的US發(fā)射器的數(shù)目，而j表示接收序號(hào))。
20US接收定時(shí)獲取部分3041可以將所獲取的接收定時(shí)TDJ與接收序號(hào)j相關(guān) 聯(lián)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元306中。
US信號(hào)發(fā)射順序判斷部分3042根據(jù)上述附加信息中包括的US發(fā)射時(shí) 間間隔信息Tinte^,來判斷所接收的各個(gè)US信號(hào)的相應(yīng)US發(fā)射器的發(fā)射序 號(hào)(在這里稱為各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射序號(hào))，如果所接收的第j個(gè)US信號(hào)
的接收定時(shí)TD,j滿足下式
T0+ (i—1) XTintervai《TD,j<To+iXTintervai (3) 其中，To是同步單元303 (參見圖7)所獲得的同步定時(shí)，則判定該US信 號(hào)的發(fā)射序號(hào)為i (i=l，...，N)。通過這種方式，使得每一個(gè)所接收US信號(hào) 的接收定時(shí)與發(fā)射該US信號(hào)的US發(fā)射器的發(fā)射序號(hào)相關(guān)聯(lián)。US信號(hào)發(fā) 射順序判斷部分3042可以將各個(gè)所接收US信號(hào)的接收定時(shí)TD, i (i=l， 2， ...， N，其中，N為超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置中的US發(fā)射器的數(shù)目， 而i表示發(fā)射序號(hào))與發(fā)射序號(hào)i相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元306中。
US發(fā)射定時(shí)推斷部分3043根據(jù)US信號(hào)發(fā)射順序判斷部分3042所判 定的各個(gè)所接收US信號(hào)的發(fā)射序號(hào)(也就是相應(yīng)超聲波發(fā)射器的發(fā)射序 號(hào))來推斷各個(gè)所接收US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)。在不考慮退避時(shí)間的情況下， 接收定時(shí)為TD,i的US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)為
Tus,i=T0+ (i—1) XTinterval (4) 基于此，TOA獲取部分305 (參見圖7)可以根據(jù)由US接收定時(shí)獲取 部分3041獲取的各個(gè)所接收US信號(hào)的接收定時(shí)和由US發(fā)射定時(shí)推斷部 分3043推斷得到的相應(yīng)的各個(gè)所接收US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)來計(jì)算與各個(gè)所 接收US信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA信息樣本，具體而言，將發(fā)射序號(hào)為i的US 信號(hào)被超聲波定位信標(biāo)接收裝置300接收的接收定時(shí)TD,;減去該US信號(hào)的 發(fā)射定時(shí)Tus, i就可以得到發(fā)射序號(hào)為i的US發(fā)射器到超聲波定位信標(biāo)接 收裝置300的TOAi:
TOAi=TD,i—Tus,i (5) 實(shí)踐中，超聲波定位信標(biāo)接收裝置300可能無法檢測(cè)到所有US信號(hào)。 例如，如果發(fā)射序號(hào)為i的US發(fā)射器到接收機(jī)的距離太大，使得由該US 發(fā)射器發(fā)射的US信號(hào)到達(dá)超聲波定位信標(biāo)接收裝置300時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度低于系統(tǒng)所允許的SNR (信噪比)，則超聲波定位信標(biāo)接收裝置300將無法檢測(cè) 到該US信號(hào)。由此可見，超聲波定位信標(biāo)接收裝置所接收到的第j (j = 1，2,...，N)個(gè)US信號(hào)有可能不是由第j個(gè)US發(fā)射器發(fā)射的，因此，如果簡 單地將US信號(hào)接收序號(hào)視為US發(fā)射器的發(fā)射序號(hào)，則可能會(huì)導(dǎo)致位置計(jì) 算錯(cuò)誤。但是，根據(jù)本發(fā)明的超聲波定位信標(biāo)接收裝置300中的順序確定 單元304很好地防止了這個(gè)問題。
此外，在超聲波定位信標(biāo)接收裝置300中，由于軟件開銷和諸如硬件 中斷和軟件中斷之類的干擾，所以雖然超聲波定位信標(biāo)接收裝置300和超 聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置很容易獲得字節(jié)同步，但是它們之間可能存在比特 偏移，也就是說超聲波定位信標(biāo)接收裝置所獲得的同步定時(shí)T?？赡苎舆t于 超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置的RF發(fā)射定時(shí)，這里用Td^y來表示這個(gè)同步延 遲量(比特同步誤差)。為了消除這個(gè)同步延遲，可以在超聲波定位信標(biāo)接 收裝置側(cè)測(cè)量該比特偏移量并使用測(cè)量得到的比特偏移量來補(bǔ)償同步延遲 Tdelay。補(bǔ)償之后，超聲波定位信標(biāo)接收裝置就可以獲得精確的超聲波定位 信標(biāo)發(fā)射裝置的RF發(fā)射定時(shí)T。_Tdday (校正后的同步定時(shí))。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置在考慮 到超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置的退避時(shí)間Tbaek。ff和超聲波定位信標(biāo)接收裝置 的同步延遲Tdehy的情況下的US信號(hào)發(fā)射順序檢測(cè)的示意性時(shí)間圖。如圖 9所示，超聲波定位信標(biāo)接收裝置在時(shí)間T。獲得與超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝 置的同步，經(jīng)過比特補(bǔ)償，超聲波定位信標(biāo)接收裝置可以得到校正后的RF 發(fā)射定時(shí)T。一Tdelay，隨后將該校正后的RF發(fā)射定時(shí)加上退避時(shí)間可以得 到第一個(gè)US信號(hào)(在此示例中，由US發(fā)射器1發(fā)射的US信號(hào))的發(fā)射 定時(shí)Tq—Tdelay+Tbaek。ff，隨之就可以推斷US發(fā)射器2、 US發(fā)射器3、…US 發(fā)身寸器n的發(fā)身寸定時(shí)分另'J為To—Tdelay+Tback0ff+Tinterval， T。一Tdelay+Tback0ff
+ 2Tintervai， ...T。一Td勿+ Tback0ff + (n — 1 ) T
interval0 在如圖所示的情況下， 超聲波定位信標(biāo)接收裝置在TD,,接收到第一個(gè)US信號(hào)，經(jīng)判斷TD，，處于[To
—Tdday + Tbackoff ， To — Tdelay + Tbackoff + T interval )的區(qū)間中，所以可以判定該
US信號(hào)是由第一個(gè)US發(fā)射器(US發(fā)射器1)發(fā)射的，因而記錄To,i。隨 后，超聲波定位信標(biāo)接收裝置在TD, 2接收到第二個(gè)US信號(hào)，如圖所示，鄉(xiāng)圣,lj斷TD,2處于[T。 —Tdelay + Tbackoff+2Tintervai， T0_Tdelay+Tbackoff+3Tintervai)
的區(qū)間中，所以可以判定該US信號(hào)是由第三個(gè)US發(fā)射器(US發(fā)射器3) 發(fā)射的，因而記錄TD,3。通過這種方式，就可以判斷超聲波定位信標(biāo)接收 裝置所接收的各個(gè)US信號(hào)是由哪個(gè)US發(fā)射器發(fā)射的了。然后，將所獲取 的各個(gè)US發(fā)射器的發(fā)射定時(shí)和所接收的各個(gè)US信號(hào)的接收定時(shí)代入式 (5)中就可以得到TOA信息序列。如上所述，結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)
間間隔Ti^r^應(yīng)當(dāng)足夠長，以確保在該時(shí)間間隔內(nèi)US信號(hào)能夠消逝。
<連續(xù)三角位置計(jì)算單元>
在根據(jù)上述實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置300中的位置計(jì)算單元 306根據(jù)一個(gè)輪發(fā)周期內(nèi)獲得的所有TOA信息樣本、使用三角定位法或多 邊定位法來計(jì)算超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的位置。在這種情況下，超 聲波定位信標(biāo)接收裝置300的位置每隔一個(gè)輪發(fā)周期更新一次。但是，當(dāng) 攜帶超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的對(duì)象移動(dòng)時(shí)，超聲波定位信標(biāo)接收裝 置300所獲得的TOA樣本無疑將不是來自同一個(gè)位置。因此，如果使用這 些來自不同位置的TOA樣本來計(jì)算超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的位置， 則將得到錯(cuò)誤的定位結(jié)果。
鑒于上述原因，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，可以采用連續(xù)三角位置計(jì)算 單元來取代上述的位置計(jì)算單元306。以下將參考圖10來描述連續(xù)三角位 置計(jì)算單元的配置。圖10是示出根據(jù)本實(shí)施例的連續(xù)三角位置計(jì)算單元406 的詳細(xì)配置的框圖。
如圖IO所示，根據(jù)本實(shí)施例的連續(xù)三角位置計(jì)算單元406包括連續(xù)三 角定位部分4061、連續(xù)中值濾波部分4062和軌跡獲取部分4063。
連續(xù)三角定位部分4061沿著由TOA獲取單元305 (參見圖7)獲得的 TOA信息序列來應(yīng)用長度為三的滑動(dòng)窗。具體而言，如圖ll所示，連續(xù)三 角定位部分4061使用時(shí)間上相鄰的三個(gè)TOA信息樣本來進(jìn)行三角定位， 而不是像上述位置計(jì)算單元305那樣使用一個(gè)輪發(fā)周期內(nèi)的所有TOA樣本 來進(jìn)行三角定位。連續(xù)三角定位部分4061可以得到一系列的初始位置樣本 Location'! 、 Location'2、 …、Location'N—2。
連續(xù)中值濾波部分4062對(duì)連續(xù)三角定位部分4061所獲得的初始位置樣本序列進(jìn)行中值濾波以從該初始位置樣本序列中去除異常值，從而得到 在本輪發(fā)周期內(nèi)的超聲波定位信標(biāo)接收裝置的實(shí)時(shí)位置
Locatioiii = Median(Location'j) (6) 其中，1=1， 2，…，N-2，而i二l， 2， ...n,其中，n^N-2。
軌跡獲取部分4063根據(jù)來自連續(xù)中值濾波部分4062的實(shí)時(shí)位置樣本 就可以得到超聲波定位信標(biāo)接收裝置的實(shí)時(shí)移動(dòng)軌跡。因而可以在顯示器 上向用戶顯示其自身的實(shí)時(shí)移動(dòng)軌跡。 <定位信標(biāo)的輪發(fā)>
以下將以包括RF信號(hào)和US信號(hào)的定位信標(biāo)為例來描述根據(jù)本發(fā)明一 個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)輪發(fā)處理。圖12是以圖3所示的超聲波定位信 標(biāo)發(fā)射裝置100為例來示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)輪發(fā)處理的流 程圖。
如圖12所示，首先定時(shí)生成裝置1031例如按預(yù)定周期生成RF發(fā)射定 時(shí)信號(hào)，并將所生成的RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)發(fā)送給RF發(fā)射器101和US發(fā)射 控制裝置1032 (步驟S1)。所述RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)決定了RF發(fā)射器101的 RF發(fā)射周期(也稱為輪發(fā)周期)。
在接收到該RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)之后，RF發(fā)射器101發(fā)射包括同步信息 的RF信號(hào)(步驟S2)。在一個(gè)示例中，RF發(fā)射器101按需還可以發(fā)射以 下附加信息結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)102的發(fā)射器位置確定信息、各個(gè)US發(fā)射 機(jī)器的發(fā)射時(shí)間間隔信息、和/或退避時(shí)間等?；诓煌膽?yīng)用場(chǎng)合，發(fā)射 器位置確定信息可以是各個(gè)US發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息或者通過坐標(biāo)等直接指 示出各個(gè)US發(fā)射器的位置的位置信息，其中，各個(gè)US發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息 是諸如US發(fā)射器的數(shù)目、各個(gè)US發(fā)射器的相互之間的距離、結(jié)構(gòu)化US 發(fā)射機(jī)的拓?fù)渲惖男畔ⅰ?br>
與此同時(shí)，US發(fā)射控制裝置1032生成用于控制結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)102 中的各個(gè)US發(fā)射器以預(yù)定時(shí)間間隔按預(yù)定順序來輪發(fā)US信號(hào)的US發(fā)射 定時(shí)信號(hào)序列，并將其發(fā)送給結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)102 (步驟S3)。取決于US 發(fā)射器的發(fā)射功率，所述預(yù)定時(shí)間間隔(S卩，US發(fā)射時(shí)間間隔Tinte^)應(yīng) 當(dāng)被選擇為大于超聲波信號(hào)在空氣中的消逝時(shí)間，也就是說，在該時(shí)間間隔內(nèi)由US發(fā)射器發(fā)射的US信號(hào)將完全消逝。此外，在考慮到超聲波定位 信標(biāo)發(fā)射裝置的退避時(shí)間的情況下，肝發(fā)射周期=(超聲波定位信標(biāo)發(fā)射 裝置100中包括的US發(fā)射器的數(shù)目一1)XUS發(fā)射時(shí)間間隔Tinter^+退避
時(shí)間Tback。ff。
隨后，結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)102中包括的各個(gè)US發(fā)射器102—1 102—n 根據(jù)從US發(fā)射控制裝置1032發(fā)送而來的US發(fā)射定時(shí)信號(hào)序列以預(yù)定時(shí) 間間隔來輪發(fā)US信號(hào)(步驟S4)。在完成一個(gè)輪發(fā)周期的US信號(hào)發(fā)射之 后，處理返回到步驟S1，然后重復(fù)步驟S1及其后步驟的處理。這樣，超聲 波定位信標(biāo)發(fā)射裝置100就有序地輪發(fā)包括同步信息的RF信號(hào)和US信號(hào) 序列。在替代實(shí)現(xiàn)方式中，定位信標(biāo)發(fā)射處理在完成一個(gè)輪發(fā)周期的發(fā)射 之后就結(jié)束，而沒有循環(huán)地輪發(fā)定位信標(biāo)。 <定位信標(biāo)的接收>
以下將以包括RF信號(hào)和US信號(hào)的定位信標(biāo)為例，參考圖13來描述 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收處理。圖13是以圖7所示的 超聲波定位信標(biāo)接收裝置300為例來示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo) 接收處理的流程圖。
如圖13所示，在超聲波定位信標(biāo)接收裝置300啟動(dòng)之后，RF接收單 元301接收從超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置發(fā)射的包括同步信息的RF信號(hào)(步 驟Sll)。如果檢測(cè)到同步信息，則RF接收單元301生成US接收觸發(fā)信號(hào)， 并將其發(fā)送給US接收單元302，然后處理前進(jìn)到步驟S12，否則處理繼續(xù) 在步驟Sll中進(jìn)行檢測(cè)。
在一個(gè)示例中，在步驟S11中，RF接收單元還接收包括上述附加信息 的RF信號(hào)，并將其發(fā)送給同步單元303。
在步驟S12中，US接收單元302在接收到來自RF接收單元301的US 觸發(fā)信號(hào)之后開始接收US信號(hào)，并將接收到的US信號(hào)發(fā)送給順序確定單 元304。隨后，處理前進(jìn)到步驟S13。
在步驟S13中，同步單元303根據(jù)RF接收單元301所接收的RF信號(hào) 中包括的同步信息來與超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置建立同步，并獲取同步定 時(shí)T。。同步定時(shí)To表示超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置的RF發(fā)射定時(shí)，在不考慮退避時(shí)間T^k。ff的情況下還表示超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置發(fā)射第一個(gè)US
信號(hào)的定時(shí)。在RF接收單元301還接收包括上述附加信息的RF信號(hào)的情 況下，在步驟S13中，同步單元303還可以從該RF信號(hào)中提取該附加信息。 隨后，處理前進(jìn)到步驟S14。
在步驟S14中，順序確定單元304順序地接收從US接收單元302發(fā)送 而來的US信號(hào)，獲取所接收的各個(gè)US信號(hào)的接收定時(shí)，并根據(jù)這些接收 定時(shí)和由同步單元303獲得的同步定時(shí)來確定所接收的各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射 順序，也就是各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射器的發(fā)射序號(hào)。隨后處理前進(jìn)到步驟S15。
在步驟S15中，TOA獲取單元305基于由順序確定單元304確定的各 個(gè)US信號(hào)的發(fā)射序號(hào)來獲取TOA信息序列，并將所獲得的TOA信息序列 發(fā)送到位置計(jì)算單元306。具體而言，TOA獲取單元305根據(jù)各個(gè)US信號(hào) 的接收定時(shí)和相應(yīng)各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)來計(jì)算各個(gè)TOA信息樣本。隨 后，處理前進(jìn)到步驟S16。
在步驟S16中，位置計(jì)算單元306判斷是否接收到與最后一個(gè)US發(fā)射 器(在超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置存在n個(gè)US發(fā)射器的情況下，即發(fā)射序號(hào) 為n的US發(fā)射器)相對(duì)應(yīng)的TOA信息樣本，如果判定結(jié)果是否定的，則 處理返回到步驟S15以繼續(xù)進(jìn)行TOA信息獲取。相反，如果判定結(jié)果是肯 定的，這指示出超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置已經(jīng)完成一個(gè)輪發(fā)周期的發(fā)射， 則處理前進(jìn)到步驟S17。
在步驟S17中，位置計(jì)算單元306根據(jù)這一輪發(fā)周期內(nèi)的TOA信息序 列和與該TOA信息序列中包括的各個(gè)TOA樣本相對(duì)應(yīng)的US發(fā)射器的位置 來計(jì)算超聲波定位信標(biāo)接收裝置300的位置。這里，位置計(jì)算單元306可 以使用三角定位法或多邊定位法來進(jìn)行位置計(jì)算。在一個(gè)示例中，位置計(jì) 算單元306使用從超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置接收的或者預(yù)先在本地存儲(chǔ)的 直接指示出各個(gè)US發(fā)射器的位置的位置信息來進(jìn)行位置計(jì)算。在替代實(shí)現(xiàn) 方式中，位置計(jì)算單元306使用從超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置接收的或者預(yù) 先在本地存儲(chǔ)的各個(gè)US發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息來計(jì)算各個(gè)US發(fā)射器的位置。
以下將參考圖14來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的US信號(hào)發(fā)射順 序確定處理。圖14是以圖8所示的順序確定單元304為例來示出根據(jù)本實(shí)施例的獲取TOA信息的處理的流程圖。如圖所示，在步驟S21中，US接 收定時(shí)獲取部分3041順序地接收從US接收單元302發(fā)送而來的US信號(hào)， 并獲取各個(gè)US信號(hào)的接收定時(shí)To,j (j = l， ...， N) (N為超聲波定位信標(biāo) 發(fā)射裝置中包括的US發(fā)射器的數(shù)目)。
然后，在步驟S22中，US信號(hào)發(fā)射順序判斷部分3042根據(jù)上述附加
信息中包括的US發(fā)射時(shí)間間隔信息Tint^^來判斷所接收的各個(gè)US信號(hào)是
從哪個(gè)US發(fā)射器發(fā)射的，也就是判斷各個(gè)US信號(hào)的發(fā)射序號(hào)。具體而言， 可以將從第一個(gè)US發(fā)射器的發(fā)射定時(shí)開始的時(shí)間劃分為若干區(qū)間，例如， 在不考慮退避時(shí)間和比特同步誤差的情況下，區(qū)間i (i=l， 2...N)可以表 示為[To十(i —1) XTinterval， TQ+iXTinterval)，如果所接收的第j個(gè)US信號(hào) 的接收定時(shí)TD，j落在區(qū)間i中(也就是滿足上式(3))，則表示該US信號(hào) 的發(fā)射序號(hào)為i。通過這種方式，使得每一個(gè)所接收US信號(hào)的接收定時(shí)與 發(fā)射該US信號(hào)的US發(fā)射器的發(fā)射序號(hào)相關(guān)聯(lián)。隨后，處理前進(jìn)到步驟S23 。
在步驟S23中，US發(fā)射定時(shí)推斷部分3043根據(jù)在步驟S22中判定的 各個(gè)所接收US信號(hào)的發(fā)射序號(hào)來推斷各個(gè)所接收US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)。在 上述示例中，接收定時(shí)為TD,i (表示發(fā)射序號(hào)為i的所接收US信號(hào)的接收 定時(shí))的1^信號(hào)的發(fā)射定時(shí)為1^,1二丁()+ (i—1) XTinterval。隨后，處理 前進(jìn)到步驟S24。至此，就完成了US信號(hào)發(fā)射序號(hào)確定處理。
如果考慮到超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置的退避時(shí)間Tbaek。ff和超聲波定位 信標(biāo)接收裝置的比特同步誤差(比特偏移量)Tdelay，則無法使用在步驟S13 中獲取的同步定時(shí)To來表示RF發(fā)射定時(shí)和第一個(gè)US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)。此 時(shí)，可以推斷RF發(fā)射定時(shí)為TQ—Tdelay，而第一個(gè)US信號(hào)的發(fā)射定時(shí)為 T0—Tdelay+Tbaek。ff。在這種情況下，在上述發(fā)射順序確定處理中，判斷US 信號(hào)的發(fā)射序號(hào)的區(qū)間應(yīng)當(dāng)表示為[1。一1^^+丁^1 ^+ (i_l) XTinterval， T0—Tdelay+Tback。ff+iXTinterval)。并且，接收定時(shí)為To,i的US信號(hào)的發(fā)射定
日寸變?yōu)門us, i = To 一 Tdelay + Tbackoff + ( i — 1 ) X Tintervai 。
如上所述，如果攜帶超聲波定位信標(biāo)接收裝置的對(duì)象移動(dòng)，則使用簡 單的三角定位法或多邊定位法來計(jì)算接收機(jī)位置將導(dǎo)致錯(cuò)誤的定位結(jié)果。
但是，使用根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)三角位置計(jì)算方法可以克服這個(gè)問題。圖15是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收處理的流程圖。在
圖15中，步驟S31-S35的處理與圖13中的步驟S11-S15的處理相同，因此 將省略對(duì)它們的重復(fù)描述。
在步驟S36中，連續(xù)三角定位部分4061 (參見圖10)順序地接收從 TOA獲取單元305發(fā)送而來的TOA信息序列，對(duì)所接收的TOA序列應(yīng)用 窗長為3的滑動(dòng)窗口以使用時(shí)間上相鄰的三個(gè)TOA信息樣本來進(jìn)行三角定 位，從而得到一系列的初始位置樣本。
然后，在步驟S37中，連續(xù)中值濾波部分4062對(duì)在步驟S36中獲得的 初始位置序列執(zhí)行連續(xù)中值濾波，從該初始位置序列中去除異常值以獲得 超聲波定位信標(biāo)接收裝置的多個(gè)實(shí)時(shí)位置。
根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收處理可以在一個(gè)輪發(fā)周期內(nèi)獲得 對(duì)象的多個(gè)實(shí)時(shí)位置，從而獲得更優(yōu)的定位精度。在一個(gè)實(shí)施例中，還可 以基于所獲得的對(duì)象的實(shí)時(shí)位置來獲取對(duì)象的實(shí)時(shí)移動(dòng)軌跡。因而可以在 顯示器上向用戶顯示其自身的實(shí)時(shí)移動(dòng)軌跡。
根據(jù)本實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收處理還可以包括顯示操作，用于 在顯示器上顯示對(duì)象的位置或?qū)崟r(shí)移動(dòng)軌跡?；蛘?，根據(jù)本實(shí)施例的超聲 波定位信標(biāo)接收處理可以包括語音輸出操作，用于以語音方式來輸出對(duì)象 的位置。
通過上述處理，超聲波定位信標(biāo)接收裝置只要沒有被關(guān)斷，就可以持 續(xù)獲取其自身實(shí)時(shí)位置，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。 <擴(kuò)展例和變形例>
以上已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，這些實(shí)施例僅僅是示意性的而非限制性的。雖然已經(jīng)參 考本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但以上公開中意欲包括一定范圍的 修改、各種變化和替換，并且將會(huì)明白，在一些情況下，將會(huì)使用本發(fā)明 實(shí)施例的一些特征，但相應(yīng)地不使用其他特征，這不脫離所記載的本發(fā)明 的精神和范圍。因此，在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍和精神內(nèi)，可對(duì)特定情形或要 素進(jìn)行許多修改。本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求的精神內(nèi)的任何及所有 實(shí)施例和等同物。在上述實(shí)施例中，超聲波定位信標(biāo)發(fā)射裝置包含分立的發(fā)射定時(shí)控制
器，用于控制RF發(fā)射器和結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)的發(fā)射定時(shí)，但是該發(fā)射定時(shí) 控制器也可以全部或部分地并入到RF發(fā)射器中。
另外，在上述實(shí)施例中，發(fā)射定時(shí)控制器生成US發(fā)射定時(shí)序列并順序 地將各個(gè)US發(fā)射定時(shí)信號(hào)發(fā)送到各個(gè)US發(fā)射器。但是，發(fā)射定時(shí)控制器 也可以向各個(gè)US發(fā)射器發(fā)送RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)，然后各個(gè)US發(fā)射器根據(jù) 該RF發(fā)射定時(shí)信號(hào)各自在預(yù)定的時(shí)間段之后發(fā)射US信號(hào)。事實(shí)上，可以 采用任何方式，只要使得結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)中的多個(gè)US發(fā)射器能夠以預(yù)定 時(shí)間間隔按預(yù)定順序輪發(fā)US信號(hào)即可。
另外，在上述實(shí)施例中，為了方便說明，RF發(fā)射器與第一個(gè)US發(fā)射 器是分立設(shè)置的。但是，這兩個(gè)裝置也可以合成為單個(gè)設(shè)備。
另外，在上述實(shí)施例中，RF接收單元包括US接收觸發(fā)單元，用于觸 發(fā)US接收單元的接收。但是，也可以不提供該US接收觸發(fā)單元。順序確 定單元可以只使用在獲得同步定時(shí)之后的所接收US信號(hào)，而將獲得RF同 步之前接收的US信號(hào)丟棄。
另外，在上述實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化US發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間間隔是均一的， 但是根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，也可以按需設(shè)置不同的發(fā)射時(shí)間間隔。
此外，為了方便說明，根據(jù)上述實(shí)施例的超聲波定位信標(biāo)接收裝置具 有與其它組件分立設(shè)置的存儲(chǔ)單元，但是，也可以按需在各個(gè)組件中設(shè)置 存儲(chǔ)單元。這里使用的存儲(chǔ)單元例如可以是但不限于是電的、磁的、光的、 電磁的、紅外的或半導(dǎo)體的存儲(chǔ)器件、裝置、系統(tǒng)、傳播介質(zhì)或計(jì)算機(jī)存 儲(chǔ)器。
根據(jù)需要可以用硬件或軟件來執(zhí)行步驟。注意，在不脫離本發(fā)明范圍 的前提下，可向本說明書中給出的流程圖添加步驟、從中去除步驟或修改 其中的步驟。并且，包含在本說明書中的各種處理并不限于根據(jù)描述過程 按時(shí)間順序來進(jìn)行的那些處理，其還可以按需或者根據(jù)適于實(shí)現(xiàn)該處理的 裝置的處理能力來并行地或單獨(dú)地執(zhí)行上述各種處理。 一般來說，流程圖 只是用來指示用于實(shí)現(xiàn)功能的基本操作的一種可能的序列。
還將意識(shí)到，根據(jù)特定應(yīng)用的需要，附圖中示出的要素中的一個(gè)或多個(gè)可以按更分離或更集成的方式來實(shí)現(xiàn)，或者甚至在某些情況下被去除或 被停用。
此外，附圖中的任何信號(hào)箭頭應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為僅是示例性的，而不是限制 性的，除非另有具體指示。另外，除非另有指明，這里使用的術(shù)語"或" 一般是要指"和/或"。
權(quán)利要求
1.一種定位信標(biāo)發(fā)射裝置，包括第一信號(hào)發(fā)射器，用于發(fā)射包含同步信息的第一信號(hào)；多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器；以及第二信號(hào)發(fā)射控制裝置，用于控制所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器在所述第一信號(hào)被發(fā)射之后以預(yù)定時(shí)間間隔按預(yù)定順序來輪發(fā)第二信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其中，所述第一信號(hào)發(fā)射器還發(fā)射 以下附加信息中的部分或全部所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器的發(fā)射器位置確 定信息、指示出所述預(yù)定時(shí)間間隔的信息以及作為所發(fā)射的第一個(gè)第二信 號(hào)的發(fā)射定時(shí)和所述第一信號(hào)的發(fā)射定時(shí)之間的時(shí)間延遲的退避時(shí)間。
3. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)射裝置，其中，所述附加信息被包括在所述 包含同步信息的第一信號(hào)中。
4. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)射裝置，其中，所述發(fā)射器位置確定信息是所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息或者所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器的位置"(曰息。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其中，所述第一信號(hào)是射頻信號(hào)、微波信號(hào)或紅外信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其中，所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器具 有預(yù)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其中，所述第一信號(hào)發(fā)射器周期性 地發(fā)射所述包含同步信息的第一信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其中，所述第二信號(hào)是超聲波信號(hào)。
9. 一種定位信標(biāo)接收裝置，用于從發(fā)射裝置接收定位信標(biāo)，所述接收裝置包括第一信號(hào)接收器，用于接收包含同步信息的第一信號(hào)； 第二信號(hào)接收器，用于順序地接收第二信號(hào)；同步單元，用于利用所述第一信號(hào)中包含的同步信息來執(zhí)行與所述發(fā) 射裝置的同步，并獲取同步定時(shí)；順序確定單元，用于根據(jù)所述同步定時(shí)來確定由所述第二信號(hào)接收器接收的各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射順序；TOA獲取單元，用于基于由所述順序確定單元確定的所述各個(gè)第二信 號(hào)的發(fā)射順序來獲取與所述各個(gè)第二信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA信息序列；以及位置計(jì)算單元，用于根據(jù)由所述第二信號(hào)接收器接收的各個(gè)第二信號(hào) 的發(fā)射源的位置和由所述T0A獲取單元獲得的T0A信息序列來計(jì)算所述接 收裝置的位置。
10. 如權(quán)利要求9所述的接收裝置，其中，所述第一信號(hào)是射頻信號(hào)、 微波信號(hào)或紅外信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求9所述的接收裝置，其中，所述第二信號(hào)是超聲波信號(hào)。
12. 如權(quán)利要求9所述的接收裝置，其中，所述第一信號(hào)接收器還接 收所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的發(fā)射源位置確定信息、這些第二信號(hào)發(fā)射 源的發(fā)射時(shí)間間隔信息以及作為第一個(gè)所述發(fā)射源的發(fā)射定時(shí)和所述包含 同步信息的第一信號(hào)的發(fā)射定時(shí)之間的時(shí)間延遲的退避時(shí)間中的部分或全 部。
13. 如權(quán)利要求9所述的接收裝置，還包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器預(yù)先存 儲(chǔ)所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的發(fā)射源位置確定信息、這些第二信號(hào)發(fā)射 源的發(fā)射時(shí)間間隔信息以及作為第一個(gè)所述發(fā)射源的發(fā)射定時(shí)和所述包含 同步信息的第一信號(hào)的發(fā)射定時(shí)之間的時(shí)間延遲的退避時(shí)間中的部分或全 部。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的接收裝置，其中，所述發(fā)射源位置確 定信息是所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的結(jié)構(gòu)信息或者所述各個(gè)第二信號(hào)的 發(fā)射源的位置信息，并且所述位置計(jì)算單元根據(jù)所述結(jié)構(gòu)信息或者所述位 置信息來確定所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的位置。
15. 如權(quán)利要求14所述的接收裝置，其中，所述順序確定單元包括 發(fā)射序號(hào)判斷部分，將從第一個(gè)第二信號(hào)發(fā)射源的發(fā)射定時(shí)開始的時(shí)間段分成間隔所述發(fā)射時(shí)間間隔的n個(gè)區(qū)間，如果所接收的第二信號(hào)的接 收定時(shí)處于第i區(qū)間，則判定該第二信號(hào)的發(fā)射序號(hào)為i，其中，n為所述第二信號(hào)發(fā)射源的數(shù)目，并且i二l， 2， ...n;禾口第二信號(hào)發(fā)射定時(shí)推斷部分，用于基于由所述發(fā)射序號(hào)判斷部分判定 的所述發(fā)射序號(hào)來推斷所接收的各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射定時(shí)。
16. 如權(quán)利要求15所述的接收裝置，其中，所述TOA獲取單元通過將所述各個(gè)第二信號(hào)的接收定時(shí)減去相應(yīng)所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射定時(shí)來 計(jì)算與所述各個(gè)第二信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA信息序列。
17. 如權(quán)利要求15所述的接收裝置，其中，所述第一個(gè)第二信號(hào)發(fā)射 源的發(fā)射定時(shí)為所述同步定時(shí)或者將所述同步定時(shí)和所述退避時(shí)間相加而 得到的定時(shí)。
18. 如權(quán)利要求17所述的接收裝置，其中，所述同步單元包括比特同 步部分，用于利用比特同步技術(shù)來補(bǔ)償比特同步誤差，并且通過將所述同 步定時(shí)減去所述比特同步誤差來得到校正后的同步定時(shí)。
19. 如權(quán)利要求9所述的接收裝置，從所述第一信號(hào)接收器接收到第 一個(gè)所述第一信號(hào)到其接收到第二個(gè)所述第一信號(hào)之間的時(shí)間段為一個(gè)發(fā) 射周期，其中，所述位置計(jì)算單元還包括連續(xù)三角位置計(jì)算部分，用于沿著由所述TOA獲取單元獲得的所述 TOA信息序列來應(yīng)用長度為三的滑動(dòng)窗并利用三角定位法、基于所述各個(gè) 第二信號(hào)發(fā)射源的位置和一個(gè)發(fā)射周期內(nèi)的時(shí)間上相鄰的三個(gè)TOA信息樣 本來實(shí)時(shí)地計(jì)算所述接收裝置的位置，從而在所述發(fā)射周期內(nèi)獲得所述接 收裝置的一系列位置信息；和連續(xù)中值濾波部分，用于從所述一系列位置信息中去除異常值，從而 得到所述接收裝置在所述發(fā)射周期內(nèi)的多個(gè)實(shí)時(shí)位置。
20. 如權(quán)利要求9所述的接收裝置，還包括顯示器，用于顯示由所述位置計(jì)算單元計(jì)算得到的所述接收裝置的位置或位置軌跡。
21. 如權(quán)利要求9所述的接收裝置，還包括揚(yáng)聲器，用于以語音形式 來輸出由所述位置計(jì)算單元計(jì)算得到的所述接收裝置的位置。
22. —種發(fā)射定位信標(biāo)的方法，包括以下步驟 發(fā)射包含同步信息的第一信號(hào)；和在所述第一信號(hào)被發(fā)射之后以預(yù)定時(shí)間間隔按預(yù)定順序輪發(fā)第二信號(hào)。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括發(fā)射以下附加信息中的部分或全部輪發(fā)所述第二信號(hào)的多個(gè)第二發(fā)射器的發(fā)射器位置確定信息、指示出所述預(yù)定時(shí)間間隔的信息和作為所發(fā)射的第一個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射定時(shí)和 所述包含同步信息的第一信號(hào)的發(fā)射定時(shí)之間的時(shí)間延遲的退避時(shí)間。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述附加信息被包括在所述包 含同步信息的第一信號(hào)中。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述發(fā)射器位置確定信息是所 述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器的結(jié)構(gòu)信息或者所述多個(gè)第二信號(hào)發(fā)射器的位置信'H、 o
26. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述第一信號(hào)是射頻信號(hào)、微 波信號(hào)或紅外信號(hào)。
27. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述包含同步信息的第一信號(hào) 被周期性地發(fā)射。
28. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述第二信號(hào)是超聲波信號(hào)。
29. —種用于在接收裝置中從發(fā)射裝置接收定位信標(biāo)的方法，所述方 法包括以下步驟接收包含同步信息的第一信號(hào)，利用所述同步信息來執(zhí)行與所述發(fā)射 裝置的同步，并獲取同步定時(shí)； 順序地接收第二信號(hào)；根據(jù)所述同步定時(shí)來確定所接收的各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射順序； 基于所確定的發(fā)射順序來獲取與所述各個(gè)第二信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA信息 序列；以及根據(jù)所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的位置和所獲得的TOA信息序列來計(jì) 算所述接收裝置的位置。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述第一信號(hào)是射頻信號(hào)、微波 信號(hào)或紅外信號(hào)。
31. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述第二信號(hào)是超聲波信號(hào)。
32. 如權(quán)利要求29所述的方法，還包括以下步驟接收或者在本地預(yù)先存儲(chǔ)所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的發(fā)射源位置確 定信息、這些第二信號(hào)發(fā)射源的發(fā)射時(shí)間間隔信息以及作為第一個(gè)所述發(fā) 射源的發(fā)射定時(shí)和所述第一信號(hào)的發(fā)射定時(shí)之間的時(shí)間延遲的退避時(shí)間中 的部分或全部。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述發(fā)射源位置確定信息是所 述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的結(jié)構(gòu)信息或者所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的位 置信息，并且在計(jì)算所述接收裝置的位置的步驟中，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)信息或 者所述位置信息來確定所述各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射源的位置。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述確定所接收的各個(gè)第二信 號(hào)的發(fā)射順序的步驟包括將從第一個(gè)第二信號(hào)發(fā)射源的發(fā)射定時(shí)開始的時(shí)間段分成間隔所述發(fā) 射時(shí)間間隔的n個(gè)區(qū)間，如果所接收的第二信號(hào)的接收定時(shí)處于第i區(qū)間， 則判定該第二信號(hào)的發(fā)射序號(hào)為i，其中，n為所述第二信號(hào)發(fā)射源的數(shù)目， 并且〖=1， 2，…n;和基于在所述第二信號(hào)發(fā)射序號(hào)判斷步驟中判定的所述發(fā)射序號(hào)來推斷 所接收的各個(gè)第二信號(hào)的發(fā)射定時(shí)。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中，在所述獲取TOA信息序列的 步驟中，通過將所述各個(gè)第二信號(hào)的接收定時(shí)減去相應(yīng)各個(gè)所述第二信號(hào) 的發(fā)射定時(shí)來計(jì)算與所述各個(gè)第二信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA信息序列。
36. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述第一個(gè)第二信號(hào)發(fā)射源的 發(fā)射定時(shí)為所述同步定時(shí)或者將所述同步定時(shí)和所述退避時(shí)間相加而得到 的定時(shí)。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述獲取同步定時(shí)的步驟包括 利用比特同步技術(shù)來補(bǔ)償比特同步誤差，并且通過將所述同步定時(shí)減去所 述比特同步誤差來得到校正后的同步定時(shí)。
38. 如權(quán)利要求29所述的方法，從接收到第一個(gè)所述第一信號(hào)到接收 到第二個(gè)所述第一信號(hào)之間的時(shí)間段為一個(gè)發(fā)射周期，其中，計(jì)算所述接 收裝置的位置的步驟包括連續(xù)三角位置計(jì)算步驟，其中，沿在所述獲取TOA信息序列的步驟中獲得的所述TOA信息序列來應(yīng)用長度為三的滑動(dòng)窗，并利用三角定位法、基于所述各個(gè)第二信號(hào)發(fā)射源的位置和一個(gè)發(fā)射周期內(nèi)的時(shí)間上相鄰的三個(gè)TOA信息樣本來實(shí)時(shí)地計(jì)算所述接收裝置的位置，從而在所述發(fā)射周期 內(nèi)獲得所述接收裝置的一系列位置信息；和連續(xù)中值濾波步驟，其中，從所述一系列位置信息中去除異常值，從 而得到所述接收裝置在所述發(fā)射周期內(nèi)的多個(gè)實(shí)時(shí)位置。
39. 如權(quán)利要求29所述的方法還包括顯示在計(jì)算所述接收裝置的位置 的步驟中計(jì)算得到的所述接收裝置的位置或位置軌跡的步驟。
40. 如權(quán)利要求29所述的方法，還包括以語音形式來輸出在計(jì)算所述 接收裝置的位置的步驟中計(jì)算得到的所述接收裝置的位置的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自治超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)、裝置和方法。自治超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)包括定位信標(biāo)發(fā)射裝置和定位信標(biāo)接收裝置。其中，定位信標(biāo)發(fā)射裝置被配置為在發(fā)射包括同步信息的信號(hào)之后按預(yù)定順序以預(yù)定時(shí)間間隔地輪發(fā)多個(gè)超聲波信號(hào)；并且定位信標(biāo)接收裝置被配置為在檢測(cè)到同步信息之后執(zhí)行與定位信標(biāo)發(fā)射裝置的同步，基于所獲得的同步定時(shí)來確定接收到的各個(gè)超聲波信號(hào)的發(fā)射順序，根據(jù)該發(fā)射順序來推斷所接收的各個(gè)超聲波信號(hào)的發(fā)射定時(shí)，使用所接收的各個(gè)超聲波信號(hào)的發(fā)射定時(shí)和接收定時(shí)來計(jì)算與各個(gè)所接收超聲波信號(hào)相對(duì)應(yīng)的TOA信息，并基于發(fā)射裝置中的各個(gè)超聲波發(fā)射器的位置和所計(jì)算得到的TOA信息序列來確定定位信標(biāo)接收裝置的位置。
文檔編號(hào)G01S11/16GK101592727SQ200810111009
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者王永才, 趙軍輝 申請(qǐng)人:日電(中國)有限公司