專利名稱：確定移動的人員的位置的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于確定移動的人員的位置的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，尤其，涉及確定 在室外危險條件下和/或在一個或多個建筑物內(nèi)工作的人員的位置的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
救火員、先遣急救員和軍事人員在某些世界上最危險環(huán)境中的最危險的職業(yè)中工 作。由于大多數(shù)的救火任務(wù)是在煙霧導致的零能見度中進行的，所以救火員很容易變成迷 失方向或隔離開來。先遣急救員經(jīng)常使他們自己處于危險中，有時變成被困或無能為力。軍 事人員每日面對危險，并且對于指揮官來說，知道每個士兵的位置、是否正在執(zhí)行例行任務(wù) 或在敵方火力之下是極有價值的。在所有的情況中，都存在一些例子，其中必須在嚴峻的情 況中具有一種定位系統(tǒng)來防止死亡事故、或使傷害較少，該定位系統(tǒng)為其他人員相當快地 找到急需救助的人員并提供關(guān)于急需救助的人員的信息。當人員在室外的情況下，可以粗略地使用全球定位系統(tǒng)(GPQ設(shè)備和解決方案對 這樣的人員進行定位。然而，當在一個建筑物中使用GPS時，多徑傳播問題導致差的信號和 不正確的結(jié)果。此外，在無顯著處理的情況下，GPS設(shè)備一般精確到約士3米。雖然對于室 外人員和物體的定位來說，這種不正確性是可接受的，但是例如，建筑物中3米的不正確性 導致把救援隊伍引到建筑物中錯誤的樓層，因此浪費了救援任務(wù)中的寶貴時間。像GPS設(shè) 備那樣，例如，使用射頻能量、超聲波能量和/或紅外能量的其它本地設(shè)備會遭受多徑傳播 問題，導致在建筑物中使用時有很大的不正確性。因此存在開發(fā)用于確定移動的人員的位置的改進的設(shè)備、系統(tǒng)和方法的需求，這 些設(shè)備、系統(tǒng)和方法減少了當前定位設(shè)備、系統(tǒng)和方法中的上述和其它問題的嚴重性或消 除了當前定位設(shè)備、系統(tǒng)和方法中的上述和其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明提供一種與至少一個移動的人員一起使用的定位系統(tǒng)。定位 系統(tǒng)包括適合于個人佩帶的移動定位系統(tǒng)，其中移動定位系統(tǒng)包括慣性導航系統(tǒng)。定位系 統(tǒng)還包括參考定位系統(tǒng)，參考定位系統(tǒng)用于提供關(guān)于移動定位設(shè)備相對于坐標系的位置的 信息。在數(shù)個實施例中，參考定位系統(tǒng)包括超聲波系統(tǒng)。例如，參考定位系統(tǒng)可以包括至少 一個超聲波發(fā)射機和至少一個超聲波接收機。至少一個超聲波接收機和至少一個超聲波發(fā) 射機中之一可以位于坐標系上已知位置處，并且個人可以佩帶至少一個超聲波接收機和至 少一個超聲波發(fā)射機中的另一個。參考定位系統(tǒng)還可以包括多個超聲波發(fā)射機和多個超聲 波接收機?？梢允苟鄠€超聲波接收機的每一個或多個超聲波發(fā)射機的每一個位于坐標系上已知位置處。多個人中的每一個人可以佩帶多個超聲波接收機和多個超聲波發(fā)射機中的另 外一個的每一個。在數(shù)個實施例中，參考定位系統(tǒng)包括至少一個信標設(shè)備，該信標設(shè)備包括位于坐 標系上已知位置處的超聲波發(fā)射機以及由個人佩帶的至少一個監(jiān)聽設(shè)備。監(jiān)聽設(shè)備可以包 括超聲波接收機。參考定位系統(tǒng)可以包括多個信標設(shè)備，其中每個信標設(shè)備包括超聲波發(fā) 射機，并且位于坐標系上已知位置處。參考定位系統(tǒng)還可以包括至少一個監(jiān)聽設(shè)備，該監(jiān)聽 設(shè)備包括超聲波接收機，并且由個人佩帶。例如，適配參考定位系統(tǒng)使之提供移動定位系統(tǒng)的坐標系上的位置的信息以及相 對于個人的坐標系的移動的初始取向。例如，可以適配參考定位系統(tǒng)使之校正移動定位系 統(tǒng)。在數(shù)個實施例中，參考定位系統(tǒng)包括用于廣播定時信號的定時系統(tǒng)。例如，定時信 號可以是RF信號。除了超聲波系統(tǒng)之外或另一方面，例如，參考定位系統(tǒng)可以包括全球定位系統(tǒng)、增 強的911報警系統(tǒng)或超寬帶系統(tǒng)。在數(shù)個實施例中，參考定位系統(tǒng)具有士 1英尺的精度。參考定位系統(tǒng)還可以具有 士 1英寸的精度。在另一個方面，本發(fā)明提供用于對至少一個移動的人員進行定位的方法，包括把 一個移動定位系統(tǒng)附加到個人身上，其中移動定位系統(tǒng)包括慣性導航系統(tǒng)；以及提供參考 定位系統(tǒng)以提供關(guān)于移動定位設(shè)備相對于坐標系的位置的信息。例如，可以適配參考定位系統(tǒng)使之提供移動定位系統(tǒng)的坐標系上的位置的信息， 以及個人相對于坐標系的移動的初始取向。該方法還包括使用來自參考定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來校正移動定位系統(tǒng)。如上所述，例如，參考定位系統(tǒng)可以具有士 1英尺的精度，或甚至士 1英寸的精度。在數(shù)個實施例中，參考定位系統(tǒng)包括超聲波系統(tǒng)。例如，參考定位系統(tǒng)可以包括至 少一個超聲波發(fā)射機和至少一個超聲波接收機。至少一個超聲波接收機和至少一個超聲波 發(fā)射機中之一可以位于坐標系上已知位置處，而可以由個人佩帶至少一個超聲波接收機和 至少一個超聲波發(fā)射機中的另一個。參考定位系統(tǒng)還可以包括多個超聲波發(fā)射機和多個超 聲波接收機。多個超聲波接收機的每一個或多個超聲波發(fā)射機的每一個可以位于坐標系上 已知位置處，并且可以由多個人員中的每一個佩帶多個超聲波接收機和多個超聲波發(fā)射機 中的另一個的每一個。在數(shù)個實施例中，參考定位系統(tǒng)包括至少一個信標設(shè)備，該信標設(shè)備包括位于坐 標系上已知位置處的超聲波發(fā)射機以及由個人佩帶的至少一個監(jiān)聽設(shè)備。監(jiān)聽設(shè)備可以包 括超聲波接收機。參考定位系統(tǒng)還可以包括多個信標設(shè)備，其中每個信標設(shè)備包括超聲波 發(fā)射機，并且位于坐標系上已知位置處。參考定位系統(tǒng)還可以包括至少一個監(jiān)聽設(shè)備，該監(jiān) 聽設(shè)備包括由個人佩帶的超聲波接收機。鑒于下述說明書連同附圖，可較好地理解本發(fā)明與本發(fā)明的屬性和隨之而來的優(yōu)
點ο


圖1示出配備了本發(fā)明的移動定位系統(tǒng)的救火員，并且從該救火員把位置信息傳 送給遠程設(shè)備/用戶。圖2A示出結(jié)合在長靴等鞋類物的鞋底中的本發(fā)明的移動定位系統(tǒng)(包括慣性導 航系統(tǒng))。圖2B示出附加到諸如長靴之類的鞋類物側(cè)面的本發(fā)明的移動定位系統(tǒng)(包括慣 性導航系統(tǒng))。圖3A示出事故現(xiàn)場臨時區(qū)域中參考定位系統(tǒng)的部署，用于對圖1的移動定位系統(tǒng) 進行初始化和/或校正。圖;3B示出位于消防車上的參考定位系統(tǒng)的三個定位設(shè)備以及救火員(他也配備 了圖1的移動定位系統(tǒng))佩帶的參考定位系統(tǒng)的另一個定位設(shè)備之間的關(guān)系。圖4示出本發(fā)明的移動定位系統(tǒng)的一個實施例的方框圖。圖5A示出通過本發(fā)明的系統(tǒng)產(chǎn)生的兩維(上)和三維(下)跟蹤顯示的例子。圖5B示出通過本發(fā)明的系統(tǒng)產(chǎn)生的三維跟蹤顯示的另一個例子。
具體實施例方式在數(shù)個實施例中，本發(fā)明提供用于確定一個或多個移動的人員(例如，在危險或 有害的環(huán)境中工作的人員)的位置或定位的系統(tǒng)。例如，這種系統(tǒng)可以包括移動定位系統(tǒng)， 可操作該移動定位系統(tǒng)以提供關(guān)于移動的人員的定位或位置的數(shù)據(jù)?？刹僮髅總€移動定位 系統(tǒng)，或可使移動定位系統(tǒng)適配成與一個移動的人員相關(guān)聯(lián)(例如，由該移動的人員佩帶 或攜帶)。每個移動定位系統(tǒng)還可以包括通信設(shè)備(諸如發(fā)射機)，可操作該通信設(shè)備來發(fā) 送數(shù)據(jù)信號，以確定配備有移動定位系統(tǒng)的一個或多個移動的人員的定位。在本發(fā)明的數(shù)個代表性實施例中，可操作本發(fā)明的移動定位系統(tǒng)以測量或跟蹤移 動的人員的移動情況。例如，在事故期間，建筑物內(nèi)的救火員可以佩帶包括慣性導航系統(tǒng)的 移動定位系統(tǒng)。通常，這種跟蹤系統(tǒng)在測量/跟蹤過程中不需要外部參考信號(例如，需要 發(fā)送或接收能量信號)。因此，這種跟蹤系統(tǒng)不遭受與許多系統(tǒng)(例如，這些系統(tǒng)在確定位 置時使用射頻能量、超聲波能量和/或紅外能量)相關(guān)聯(lián)的多徑傳播和其它問題。如圖1所示，例如，包括慣性導航系統(tǒng)的移動定位系統(tǒng)10可以設(shè)置在救火員100 的長靴110腳趾部分處或附近。移動定位系統(tǒng)10確定每個救火員的定位并且跟蹤每個救 火員，并且例如，把該信息傳送(例如，經(jīng)由由每個救火員100佩帶的通信設(shè)備40)給事件 指揮官200和/或其它遠程人員。在數(shù)個實施例中，通信設(shè)備40是救火員100佩帶的個人 報警安全系統(tǒng)(縮寫為PASS)設(shè)備的收發(fā)機。例如，移動定位系統(tǒng)10與通信設(shè)備40可以 具有有線的或無線的連接。另一方面，移動定位系統(tǒng)10可以包括含發(fā)射機或收發(fā)機的專用 通信系統(tǒng)。例如，事件指揮官200和/或其他人員可以配備基本單元300，例如，基本單元 300包括顯示器310以提供一個或多個救火員100的定位信息。例如，慣性導航系統(tǒng)可以包括加速度傳感器和角速率傳感器，以測量一個或多個 救火員100的運動。慣性導航系統(tǒng)還可以包括軟件，用于推斷救火員100的運動的定位，并 且從該信息跟蹤救火員100的運動。例如，在美國專利6，305，221、6，122，960、5，998，963和 5，724，265中描述了適合于在本發(fā)明中使用的慣性導航系統(tǒng)，這里引用這些揭示作為參考。
圖2示出如美國專利6，305，221中描述的移動定位系統(tǒng)10的一個實施例，用于 對長靴Iio的鞋底112進行定位。然而，本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員會明白，可以在多種配置 中和救火員身體上多個位置上實現(xiàn)系統(tǒng)的各種部件。在美國專利6，305，221,6, 122，960、 5，998，963和5，724，265所揭示的慣性導航系統(tǒng)和/或方法和本發(fā)明的移動定位系統(tǒng)10 — 起使用情況中，最好把移動定位系統(tǒng)10的傳感器設(shè)置在腳上或腳的附近。本技術(shù)領(lǐng)域中技 術(shù)人員會理解，其它跟蹤和/或慣性導航系統(tǒng)算法或方法的使用可以使人體上其它位置處 的系統(tǒng)的定位成為可能。在一個實施例中，例如，把加速度計14、旋轉(zhuǎn)傳感器18和接觸開關(guān)22設(shè)置在長靴 110的鞋底112上(見圖2A)，以致在步行、奔跑等期間每一步它們都與地接觸。在另一個 實施例中，加速度計14、旋轉(zhuǎn)傳感器18和開關(guān)22包含在用戶佩帶系統(tǒng)500的外殼530 (例 如，見圖2B)中，所述用戶佩帶系統(tǒng)500是附加到長靴110的外部部分的。移動定位系統(tǒng)10可以在具有或不具有接觸開關(guān)22的情況下工作。例如，可以使 用另一個機構(gòu)來產(chǎn)生表示每個步驟的開始的信號。例如，移動定位系統(tǒng)10可以包括三個旋 轉(zhuǎn)傳感器18，每個都配置成用于測量每用戶的腳相對于參考系的角度。每個旋轉(zhuǎn)傳感器18 把測量到的角度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的信號，處理器沈(例如，微處理器)使用該信號來計算與用戶 的運動(諸如用戶的速度、行進的距離以及爬或跳的高度)有關(guān)的信息。例如，移動定位系統(tǒng)10還可以包括三個加速度計14，每個配置成用于測量用戶的 腳相對于參考系的加速度。例如，每個加速度計可以把測量到的加速度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的信號， 處理器沈可以處理該信號以完成運動測量。例如，可以在X、Y和Z方向的每個方向上提供三個線性加速度計14中的一個。同 樣，例如，可以在X、Y和Z軸的每個軸上提供三個旋轉(zhuǎn)傳感器18中的一個。當移動定位系 統(tǒng)10處于初始休止狀態(tài)時，這些方向定義參考坐標系。例如，旋轉(zhuǎn)傳感器18可以是測量旋 轉(zhuǎn)速度的速度旋轉(zhuǎn)設(shè)備(諸如，陀螺儀)。旋轉(zhuǎn)傳感器18不是加速度計，因此，不測量加速 度或角加速度。例如，每個旋轉(zhuǎn)傳感器18的輸出可以被積分一次以確定用于定義傳感器18 取向的角度與時間的函數(shù)關(guān)系。因此，這些角度定義在大步行走中三個維度都改變的平移 坐標系。每個線性加速度計14的輸出在參考坐標系中被積分兩次，以確定在Χ、Υ和Z方向 的每個方向上的距離。然后使用這些值來計算相對于先前的點的新的定位點。較佳地，使旋轉(zhuǎn)傳感器18和線性加速度計14定位在救火員100的腳上，如上所 述。在一個實施例中，當腳停止時，觀察到線性加速度計14和旋轉(zhuǎn)傳感器18的輸出。由于 當腳停止時應(yīng)該沒有信號，所以認為任何輸出都是誤差信號，并且從最后計算到的值中減 去，以建立下一個計算循環(huán)(即，直到腳再次變成休止狀態(tài))中的新的參考點。例如，線性 加速度計14是相互正交的，并且設(shè)置得盡可能地接近。使加速度計14定位在當腳處于休止狀態(tài)時定義的參考坐標系的軸的原點處。在 整個腳步中，參考系統(tǒng)保持固定。由與旋轉(zhuǎn)傳感器18對準的三個軸形成的平移坐標系隨腳 移動。計算平移坐標系中的讀數(shù)以確定參考坐標系中的實際的運動。在腳步的結(jié)束處，使 用開始和結(jié)束點來確定在三維中行進的距離。由于坐標系是三維的，所以任何兩個軸定義 一個平面。然而，平面不是相對于腳或地而定義的。它們可以處于腳上的傳感器取向定義 的和通過地上的腳的取向定義的任何取向。然而，定位系統(tǒng)10不使用這些平面作為任何計 算的一部分。如此，系統(tǒng)10不使用基準面，更不用提當腳停在地上時由長靴110的鞋底112所定義的平面或參考地面而定義的平面。如上所述，諸如本發(fā)明的慣性導航系統(tǒng)之類的跟蹤系統(tǒng)沒有遭受到與系統(tǒng)(在這些系統(tǒng)中，能量在一個或多個參考和移動設(shè)備之間傳送以確定移動設(shè)備的 位置)相關(guān)聯(lián)的多徑傳播和其它問題。然而，在數(shù)個實施例中，通過使用外部能量/信息使 移動定位系統(tǒng)10初始化和/或校正以提供開始的(和/或后續(xù)的)位置和/或通過第二、 參考定位或定位系統(tǒng)或網(wǎng)格400(見圖3A和3B)提供的取向。這里所使用的初始化是指確 定初始位置和/或取向。在參考網(wǎng)格或坐標系上，初始化使多個救火員的位置重疊。還可 以使用來自參考定位系統(tǒng)的一個或多個點的信息來校正和提高移動定位系統(tǒng)10的工作精 度。通常，參考定位系統(tǒng)400較佳地具有士 1英尺的精度、士2英寸或甚至士 1英寸的 精度。可以聯(lián)系本發(fā)明使用許多參考定位系統(tǒng)，在這些參考定位系統(tǒng)中，能量發(fā)送到(和/ 或接收自)移動設(shè)備。例如，可以使用GPS或E911系統(tǒng)(911緊急呼叫系統(tǒng)的特征為使一 個物理地址與呼叫方的電話號碼自動地相關(guān)聯(lián))。然而，這種系統(tǒng)具有固有的不正確性問 題。如本技術(shù)領(lǐng)域中眾知，可以使用各種算法來增大這些系統(tǒng)的精度，但是這些算法是難以 實現(xiàn)的，并且可能要求大量的處理，這使時確定成為困難。此外，對于本發(fā)明的系統(tǒng)的用戶 來說，通過政府或第三方“提供”的這些系統(tǒng)和其各方面的控制是不可用的?？梢允褂玫牧硪粋€類型的參考定位系統(tǒng)是超寬帶或UWB定位系統(tǒng)，例如，在美國 專利申請公開2007/0229356 (2007年2月13日提交的美國專利申請11/705，891)中所揭 示的，這里引用該揭示作為參考。這種超寬帶系統(tǒng)的使用提供適用于本發(fā)明的固有的精度， 并且使參考定位系統(tǒng)的全面的控制成為可能。此外，可以聯(lián)系UWB系統(tǒng)來使用電磁能量，所 述電磁能量的頻率適合于促進通過建筑物的傳輸而實質(zhì)上沒有多徑傳播問題。例如，可以 使用在IOOMHz到IGHz頻率范圍內(nèi)的電磁能量?；赨WB的參考定位系統(tǒng)的使用因此而使 開放的臨時區(qū)域處的初始化和/或校正成為可能，并且在救火員或其它移動的人員已經(jīng)進 入建筑物之后，使后續(xù)的再-初始化和/或再-校正成為可能。在另一個實施例中，參考定位系統(tǒng)400包括定位設(shè)備410，例如，定位設(shè)備410包括 超聲波系統(tǒng)或設(shè)備，超聲波系統(tǒng)或設(shè)備包括超聲波發(fā)射機，例如，在事故中，把這些都部署 在每個消防車或救火車上或通過每個消防車或救火車進行部署。例如，還可以把超聲波接 收機安裝在每個救火員身上以提供關(guān)于開始位置和取向的信息。另一方面或另外，每個救 火員可以佩帶超聲波發(fā)射機，并且例如，超聲波接收機可以部署在每個消防車上或通過消 防車進行部署。用于本發(fā)明的包括適合于超聲波定位設(shè)備或節(jié)點的系統(tǒng)的例子是CRICKET 系統(tǒng)(可從加利福尼亞州的Jose市的Crossbow Technologies公司得到)。例如，這種發(fā) 送節(jié)點可以定義在救火車的約10米之內(nèi)的一個區(qū)域，其中可以測量從每個救火員到每個 發(fā)送節(jié)點的距離。因此，當救火員退出消防車并準備進入建筑物時，移動定位系統(tǒng)10的慣 性導航系統(tǒng)可以得到他們相對于通過發(fā)送節(jié)點定義的坐標系的位置的信息。在CRICKET設(shè)備中，小的印刷電路板包括處理器和RF設(shè)備接口并具有超聲波壓電 振蕩器，如Cricket v2用戶手冊(Cricket項目，MIT計算機科學與人工智能實驗室(2005 年1月)中所闡明，這里以其拷貝作為附件，并且這里引用其揭示作為參考，并且作為其一 部分?？梢耘渲眯“寤蛭⒘Ｗ鳛樾艠嗽O(shè)備或監(jiān)聽設(shè)備。如果設(shè)置成信標設(shè)備，則處理器可 以同時把信號發(fā)送給其RF發(fā)射機和其超聲波振蕩器。RF信號作為定時信號而工作。監(jiān)聽設(shè)備可以確定(以光速行進的)RF信號和(以聲速行進的)超聲波信號之間的時間差，以 確定聲波信號的行進時間。知道了空氣中的聲速度，就可以確定信標設(shè)備和監(jiān)聽設(shè)備之間 的距離。在下面表1中示出這種系統(tǒng)的以米為單位的超聲波發(fā)射機范圍和以厘米為單位的 精度。表 1
精度范圍1厘米3. 5米2厘米10. 5最大范圍10. 5 米如上所述，定位設(shè)備410使用RF和超聲波方法的組合以向所附加的主設(shè)備提供定 位信息。可以把處于信標模式中的設(shè)備410設(shè)置在各個位置處(例如，在每個消防車上或一 個或多個位置錐體上)，并且在RF信道上廣播信息。對于每個RF廣播，信標定位設(shè)備410 發(fā)送一個同時的超聲波脈沖。例如，可以把工作在監(jiān)聽模式中的定位設(shè)備410a(見圖1、3A 和3B)附接到移動的救火員100上，并且監(jiān)聽RF信號。在接收到RF信號的最初幾位時，定 位設(shè)備410a (監(jiān)聽設(shè)備)根據(jù)(以光束行進的)RF信號和(以聲速行進的)超聲波信號之 間的傳播速度的差而得到對應(yīng)定位設(shè)備410(信標設(shè)備)的距離估計。定位設(shè)備410a(監(jiān) 聽設(shè)備)執(zhí)行用于使RF和超聲波樣本關(guān)聯(lián)起來的算法，并且拾取最佳的關(guān)聯(lián)。超聲波樣本 是簡單的脈沖，在這些脈沖上沒有經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)。甚至在存在數(shù)個競爭的信標設(shè)備發(fā)射的 情況中，定位設(shè)備410a也可以相當快地得到優(yōu)良的準確度和精度。例如，可以使用RS232串行連接把定位設(shè)備410a(作為監(jiān)聽設(shè)備而工作)附加到 主設(shè)備上。如上所述，在CRICKET系統(tǒng)的情況中，信標設(shè)備和監(jiān)聽設(shè)備是相同的硬件設(shè)備。 這些設(shè)備的功能可以如同信標設(shè)備那樣或監(jiān)聽設(shè)備那樣，全靠軟件控制。圖4示出用戶佩帶系統(tǒng)500的一個實施例的方框圖，例如，在救火員的長靴110側(cè) 上佩帶該用戶佩帶系統(tǒng)500(例如，見圖2B)。在所示的實施例中，在用戶佩帶系統(tǒng)500的 公用外殼530中結(jié)合了移動定位系統(tǒng)10和定位設(shè)備或系統(tǒng)410a。在這方面，較佳地把通 過定位設(shè)備410a表示的參考/校正定位系統(tǒng)部件設(shè)置得緊靠移動定位系統(tǒng)10，例如，以提 高精度。在所示的實施例中，移動定位系統(tǒng)10和定位設(shè)備410a與公用控制系統(tǒng)或控制器 MO (例如，微處理器)以及公用電源550(例如，包括一個或多個電池，這些電池是可充電的 和/或可更換的)進行通信?？梢允褂脿顟B(tài)指示器(例如，按紐、燈等)，以向用戶提供系統(tǒng) 500的狀態(tài)信息。在所示的實施例中，使用無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或WPAN系統(tǒng)570，例如，以從系統(tǒng)500 把數(shù)據(jù)(例如，位置數(shù)據(jù))傳送到通信設(shè)備/系統(tǒng)40?？梢园ū炯夹g(shù)領(lǐng)域中眾知的相關(guān) 聯(lián)的硬件/軟件580與WPAN系統(tǒng)570 —起或與WPAN系統(tǒng)570集成在一起，使從WPAN系統(tǒng) 570傳送的數(shù)據(jù)與佩帶系統(tǒng)500的救火員100的通信設(shè)備40相關(guān)聯(lián)(從而有助于保證來自 一個救火員的數(shù)據(jù)不會傳送到另一個救火員的通信設(shè)備并且與另一個救火員的通信設(shè)備 相關(guān)聯(lián))。
一旦救火員100處于一個建筑物之內(nèi)，來自超聲波參考定位系統(tǒng)400的數(shù)據(jù)可能 會出錯，并且在位置定位中的用途極有限。然而，在相對于坐標系參考移動定位系統(tǒng)10的 方面和提高移動定位系統(tǒng)10在跟蹤救火員位置的精度方面，通過參考定位系統(tǒng)400提供的 移動定位系統(tǒng)10的初始化和/或校正提供了實質(zhì)性的優(yōu)點。在校正過程中，參考定位系統(tǒng) 400提供用于對通過移動定位系統(tǒng)10提供的數(shù)據(jù)進行比較的冗余數(shù)據(jù)，以致可以調(diào)節(jié)移動 定位系統(tǒng)10 (或來自它的數(shù)據(jù))，以改進/減少與之相關(guān)聯(lián)的任何差錯。例如，參考圖3A和3B，下文就是工作情況的一個例子。起初，一個或多個消防車到 達現(xiàn)場?？梢栽谝粋€或多個消防車上設(shè)置信標定位設(shè)備410和/或，例如，使用定位錐體， 在外面的一個臨時區(qū)域中設(shè)置信標定位設(shè)備410。當救火員100越過臨時區(qū)域時，救火員 100佩帶的并且作為監(jiān)聽設(shè)備的定位設(shè)備410a跟蹤來自信標設(shè)備的范圍，并且計算到每個 定位設(shè)備/信標設(shè)備410的范圍。例如，當救火員100在臨時區(qū)域中工作時，在移動定位系 統(tǒng)10的慣性系統(tǒng)的校正和對準/初始化期間，可以使用Kalman濾波器。如本技術(shù)領(lǐng)域中 眾知的，Kalman濾波器是有效的遞歸濾波器，可以從一系列的不完整的和/或噪聲的測量 值中估計動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。不需要命令臨時區(qū)域中的救火員100進行特別的移動或過程。 圖3A和;3B示出可能的臨時區(qū)域幾何形狀。因為需要本地平面中的坐標，所以在位置計算 中包括了在信標設(shè)備和監(jiān)聽設(shè)備的平均平面之上的高度。圖5A和5B示出當使用參考定位系統(tǒng)400進行初始化和/或校正時，導致使用移 動定位設(shè)備10的三維定位器跟蹤的兩個例子。例如，可以在設(shè)備300的顯示器310上提供 圖5A和5B的曲線圖和/或可以以一個或多個其它格式提供信息。例如，可以提供數(shù)個救 火員的相對位置。例如，快速的干預(yù)或救援隊伍可以使用這些數(shù)據(jù)而把他們引導到擊落救 火員的位置。例如，可以使用救火員佩帶的一個或多個PASS(個人報警安全系統(tǒng))報警傳 感器來確定救火員的狀態(tài)是“擊落”或受傷，如本技術(shù)領(lǐng)域中眾知的。對于本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員是很清楚的，可以在各種已知位置處(例如，一個或 多個消防車上)設(shè)置監(jiān)聽設(shè)備，并且移動的人員或救火員可以佩帶信標設(shè)備。上述說明和附圖闡述了當前時刻的本發(fā)明的較佳實施例。當然，在上述學說下，各 種修改、添加和變型設(shè)計對于本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員是顯而易見的，不偏離本發(fā)明的范圍。 通過下面的權(quán)利要求書而不是通過上述說明來表示本發(fā)明的范圍。落在權(quán)利要求書的等效 物的意義和范圍內(nèi)的所有的變化和變更都包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種與至少一個移動的人一起使用的定位系統(tǒng)，包括移動定位系統(tǒng)，適配成由人佩帶，所述移動定位系統(tǒng)包括慣性導航系統(tǒng)；以及 參考定位系統(tǒng)，用于提供關(guān)于移動定位系統(tǒng)相對于坐標系的位置的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括超聲波系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括至少一個超聲 波發(fā)射機和至少一個超聲波接收機，至少一個超聲波發(fā)射機和至少一個超聲波接收機之一 位于坐標系上的已知位置處，并且由人佩帶至少一個超聲波發(fā)射機和至少一個超聲波接收 機中的另一個。
4.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括多個超聲波發(fā) 射機和多個超聲波接收機，多個超聲波接收機中的每一個或多個超聲波發(fā)射機中的每一個 位于坐標系上已知的位置處，并且多個人中的一個人佩帶多個超聲波接收機和多個超聲波 發(fā)射機中另一類中的每一個。
5.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括至少一個信標 設(shè)備，信標設(shè)備包括位于坐標系上已知的位置處的超聲波發(fā)射機以及由人佩帶且包括超聲 波接收機的至少一個監(jiān)聽設(shè)備。
6.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括多個信標設(shè)備， 其中每個信標設(shè)備包括超聲波發(fā)射機，并且位于坐標系統(tǒng)上已知位置處，并且至少一個監(jiān) 聽設(shè)備由人佩帶且包括超聲波接收機。
7.如權(quán)利要求6所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，適配所述參考定位系統(tǒng)使之提供移動 定位系統(tǒng)的坐標系上的位置的信息以及相對于人的坐標系的移動的初始取向。
8.如權(quán)利要求6所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)還包括用于廣播定 時信號的定時系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定時信號是RF信號。
10.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，適配所述參考定位系統(tǒng)使之提供移動 定位系統(tǒng)的坐標系上的位置的信息以及相對于坐標系的人的移動的初始取向。
11.如權(quán)利要求10所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，適配所述參考定位系統(tǒng)使之校正移 動定位系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括全球定位系 統(tǒng)、增強的911報警系統(tǒng)或超寬帶系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)具有士1英尺的精度。
14.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)具有士1英寸的精度。
15.一種對至少一個移動的人進行定位的方法，包括把移動定位系統(tǒng)附加到人身上，所述移動定位系統(tǒng)包括慣性導航系統(tǒng)；以及 提供參考定位系統(tǒng)以提供關(guān)于移動定位設(shè)備相對于坐標系的位置的信息。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括超聲波系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括至少一個超聲波 發(fā)射機和至少一個超聲波接收機，至少一個超聲波發(fā)射機和至少一個超聲波接收機之一位于坐標系上的已知的位置處，并且由人佩帶至少一個超聲波發(fā)射機和至少一個超聲波接收 機中的另一個。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括多個超聲波發(fā)射 機和多個超聲波接收機，多個超聲波接收機中的每一個或多個超聲波發(fā)射機中的每一個位 于坐標系上已知的位置處，并且多個人中的一個人佩帶多個超聲波接收機和多個超聲波發(fā) 射機中另一類中的每一個。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括至少一個信標設(shè) 備，信標設(shè)備包括位于坐標系上已知的位置處的超聲波發(fā)射機以及由人佩帶且包括超聲波 接收機的至少一個監(jiān)聽設(shè)備。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述參考定位系統(tǒng)包括多個信標設(shè)備，其 中每個信標設(shè)備包括超聲波發(fā)射機并且位于坐標系上已知的位置處，并且至少一個監(jiān)聽設(shè) 備由人佩帶且包括超聲波接收機。
全文摘要
一種用于與至少一個移動的人員一起使用的定位系統(tǒng)包括適配成由個人佩帶的移動定位系統(tǒng)，其中移動定位系統(tǒng)包括慣性導航系統(tǒng)。定位系統(tǒng)還包括參考定位系統(tǒng)，用于提供關(guān)于移動定位設(shè)備相對于坐標系的位置的信息。在數(shù)個實施例中，參考定位系統(tǒng)包括超聲波系統(tǒng)。例如，參考定位系統(tǒng)可以包括至少一個超聲波發(fā)射機和至少一個超聲波接收機。至少一個超聲波接收機和至少一個超聲波發(fā)射機中之一可以設(shè)置在坐標系上已知位置處，而由個人佩帶至少一個超聲波接收機和至少一個超聲波發(fā)射機中的另一個。參考定位系統(tǒng)還可以包括多個超聲波發(fā)射機和多個超聲波接收機。多個超聲波接收機的每一個或多個超聲波發(fā)射機的每一個可以設(shè)置在坐標系上已知位置處。可以由多個個人中的每一個人佩帶多個超聲波接收機和多個超聲波發(fā)射機中的另一個的每一個。
文檔編號G01S5/18GK102089622SQ200980128050
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者A·馬修斯, D·科德林, L·哈欽斯, P·卡薩梅爾, S·雅普 申請人:礦井安全裝置公司