本發(fā)明涉及適配于使用具有錨定節(jié)點網(wǎng)格的基于區(qū)的方法的定位方法和系統(tǒng)領域，諸如但不限于，用于其中每個照明器裝配有無線電收發(fā)機的照明系統(tǒng)的室內定位系統(tǒng)。這些無線電收發(fā)機充當用于移動節(jié)點（諸如由用戶攜帶的設備）的定位的參考點（被稱為錨定節(jié)點）。

背景技術：

在自由場情況下，假設發(fā)射單元的發(fā)射功率是已知的，可以使用無線電傳播模型來根據(jù)接收信號強度計算兩個無線電單元之間的距離。當存在多個無線電錨定點（即，具有已知位置的無線電單元）時，可以借助于三邊測量使用接收信號強度來估計無線電單元的位置。

室內定位系統(tǒng)正在變得越來越流行，具有諸如用戶導航、目標廣告、地理圍欄等之類的大量應用。然而，三邊測量方法的準確度在不能被視為自由場的環(huán)境（即包含與無線電信號相交互且可以對無線電信號造成失真的結構的任何環(huán)境）中由于無線電傳播模型中的大的模糊性而受限。典型的非自由場情況是建筑物的內部，其中，墻壁、地板、家具和各種物理結構以基本上不同于自由場情況的復雜方式與無線電信號相交互。

然而，可以通過使用在無線電單元與無線電錨定點之間接收到的信號強度相對于在非自由場環(huán)境中在射頻（rf）域中操作的多個無線電錨定點對單個無線電單元進行定位。

典型的室內定位系統(tǒng)可以包括至少三個組件。首先，存在要定位的一個或多個目標移動設備，稱為移動節(jié)點。第二組件是已知位置的一組參考點，稱為錨定節(jié)點。第三組件是用以計算移動節(jié)點相對于錨定節(jié)點的相對位置的計算實體，稱為定位引擎。

實際上，如例如在wo2014/083494a2中描述的，基于區(qū)的方法的性能取決于每個區(qū)的錨定節(jié)點的數(shù)目。每個區(qū)中的錨定點越多，可以實現(xiàn)的分區(qū)結果越好。然而，給定諸如室內環(huán)境中的照明網(wǎng)絡的照明器之類的錨定節(jié)點的密度，每個區(qū)的尺寸進而變大。因此，定位結果的分辨率由于每個區(qū)的擴大尺寸而受損。此副作用是非常不期望的，這是因為任何典型的室內定位系統(tǒng)的目的是以高分辨率實現(xiàn)定位結果。

為了以較高準確度分辨率針對基于區(qū)的方法獲得可靠的室內定位性能，期望的是增加錨定節(jié)點的空間密度，這導致附加的系統(tǒng)成本和復雜性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種改善的定位系統(tǒng)和方法，借助于該系統(tǒng)和方法可以在沒有任何附加系統(tǒng)成本和復雜性的情況下實現(xiàn)改善的室內定位性能。

通過權利要求1所述的裝置、權利要求7所述的無線電設備、權利要求9所述的定位系統(tǒng)、權利要求11所述的照明網(wǎng)絡、權利要求12所述的方法以及權利要求13所述的計算機程序產(chǎn)品來達到此目的。

因此，用至少兩個不同方式將錨定節(jié)點劃分成多個超級區(qū)以獲得至少兩個不同類型的超級區(qū)，其中，針對每個類型的超級區(qū)，基于用于目標節(jié)點與超級區(qū)內的錨定節(jié)點之間的鏈路的平均接收信號質量而選擇單個超級區(qū)，并且其中，將不同類型的所選超級區(qū)的交叉取作用于移動節(jié)點的最終分區(qū)結果。從而，可以在不增加錨定節(jié)點的密度的情況下獲得細化的用戶定位結果。每個超級區(qū)仍由多個錨定節(jié)點組成，使得仍執(zhí)行在空間中對接收信號質量求平均的操作，這導致可靠的分區(qū)結果。通過取已識別超級區(qū)的交叉（例如，在正交方向上），獲得較小的區(qū)，這導致定位結果的更高分辨率，而不損害分區(qū)性能的可靠性。如果替代地以不重疊方式劃分錨定節(jié)點，使得每個區(qū)對應于較小數(shù)目的錨定節(jié)點，則仍可以獲得相同的區(qū)分辨率，但是以損失用于獲得分區(qū)結果的較高可靠性的空間求平均的益處為代價。

根據(jù)第一選項，選擇單元可以適配于通過對屬于超級區(qū)的錨定節(jié)點的無線電鏈路的接收到的相應信號強度或質量信息求平均來計算用于每個已識別超級區(qū)的單個超級區(qū)信號強度或質量。因此，可以通過針對屬于每個超級區(qū)的錨定節(jié)點的相應鏈路獲得的信號強度或質量值的簡單求平均處理，來保持提出的改善的基于區(qū)的定位方法的低的處理負擔。

根據(jù)可以與第一選項組合的第二選項，交叉類型的超級區(qū)可以被配置成在正交方向上延伸。交叉超級區(qū)的此類正交布置導致基于簡單的行列結構來簡單直接確定交叉區(qū)域的優(yōu)點。

根據(jù)可以與上述第一或第二選項組合的第三選項，鏈路的信號強度或質量信息可以包括rssi值。rssi值在無線通信系統(tǒng)中是容易可用的，使得可以容易地實現(xiàn)提出的基于區(qū)的定位方法。

根據(jù)可以與上述第一至第三選項中的任一項組合的第四選項，交叉類型的超級區(qū)可以被配置成部分地相互重疊。在其中無線電單元位于超級區(qū)的邊界附近且定位系統(tǒng)關于無線電單元位于其中的超級區(qū)并不確定的情況下，可以使用此類重疊面積。然后，定位系統(tǒng)可以將無線電系統(tǒng)定位至作為較小超級區(qū)區(qū)域的重疊區(qū)域，從而有效地增強空間分辨率。

根據(jù)可以與上述第一至第四選項中的任一項組合的第五選項，可以將識別、選擇和交叉單元包括在局部化單元中，該局部化單元被配置為用于執(zhí)行操作和計算以導出無線電單元的估計位置的可編程處理單元。此選項提供在改變條件或環(huán)境的情況下可以被重編程的高度靈活的局部化單元的優(yōu)點。作為示例，超級區(qū)的數(shù)目、尺寸和地理分布可以適配于系統(tǒng)變化或環(huán)境變化。

應注意的是可以基于具有分立硬件組件、集成芯片或芯片模塊的布置的分立硬件電路或者基于被存儲在存儲器中、寫入計算機可讀介質上或者從網(wǎng)絡（諸如因特網(wǎng)）下載的軟件例程或程序控制的信號處理設備或芯片來實現(xiàn)上述裝置。

應理解的是權利要求1的裝置、權利要求7的無線電設備、權利要求9的定位系統(tǒng)、權利要求11的照明網(wǎng)絡、權利要求12的方法和權利要求13的計算機程序產(chǎn)品可以具有與特別地如在從屬權利要求中定義的類似和/或相同的優(yōu)選實施例。

應理解的是本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可以是從屬權利要求或上述實施例與相應獨立權利要求的任何組合。

本發(fā)明的這些及其它方面根據(jù)下文中描述的實施例將是顯而易見的，并且將參考該實施例來闡明。

附圖說明

在以下各圖中：

圖1示出了根據(jù)第一實施例的局部化裝置的示意性框圖；

圖2示出了根據(jù)第一實施例的第一選項的示意性系統(tǒng)架構，其中，目標無線電單元接收到由錨定節(jié)點發(fā)送的無線電信號；

圖3示出了根據(jù)第一實施例的第二選項的示意性系統(tǒng)架構，其中，錨定節(jié)點接收到由目標無線電單元發(fā)送的無線電信號；

圖4示出了垂直方向上的超級區(qū)定義的示例；

圖5示出了水平方向上的超級區(qū)定義的示例；

圖6示出了基于所選垂直和水平超級區(qū)的交叉的最終分區(qū)結果的示例；以及

圖7示出了根據(jù)第二實施例的基于區(qū)的定位程序的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在基于用于室內系統(tǒng)的定位系統(tǒng)來描述本發(fā)明的實施例，所述定位系統(tǒng)在已知位置處具有多個無線電錨定點或錨定節(jié)點，以用于對具有未知位置的無線電單元或移動節(jié)點進行定位。

根據(jù)各種實施例，基于區(qū)的方法被用于局部化或定位，其中，在室內系統(tǒng)中提供了錨定節(jié)點的稠密網(wǎng)格。特別感興趣的是室內照明系統(tǒng)，其中，每個照明器裝配有無線電收發(fā)機。在此類系統(tǒng)中，可以針對移動節(jié)點與每個錨定節(jié)點之間的鏈路獲得接收信號強度指示符（rssi）值或其它信號質量指示符。然而，應注意的是由移動節(jié)點在每個錨定點發(fā)送無線電信號時獲得rssi值，還是每個錨定節(jié)點在移動節(jié)點發(fā)送無線電信號的同時獲得rssi值無關緊要。由于無線電傳播性質的隨機性質，所獲得的rssi值也具有隨機性質。

通過在時間和空間兩者上對相當數(shù)目的rssi值或其它信號質量指示符求平均來實現(xiàn)可靠的定位結果?？梢酝ㄟ^確定來自不同傳輸信號（例如，分組）的多個rssi的平均來完成每個鏈路在時間上求平均。為了在空間域中實現(xiàn)求平均操作，將多個相鄰錨定節(jié)點分組在一起而形成區(qū)。然后通過針對目標移動節(jié)點和區(qū)內的錨定節(jié)點之間的所有可能鏈路取rssi值的平均獲得每個區(qū)的平均rssi值。基于區(qū)的方法底層的原理則是每個區(qū)選擇最大rssi值，并且將目標移動節(jié)點定位到錨定節(jié)點的所選區(qū)的地理范圍內。

根據(jù)各種實施例，用基于區(qū)的方法獲得目標移動節(jié)點的位置，其中，錨定節(jié)點以至少兩個不同方式被劃分成多個超級區(qū)，以獲得至少兩個不同類型的超級區(qū)。然后，應用兩步分區(qū)方法，其中，針對每個類型的超級區(qū)，基于用于移動節(jié)點與超級區(qū)內的錨定節(jié)點之間的鏈路的平均rssi值來選擇單個超級區(qū)，并且然后將不同類型的所選超級區(qū)的交叉取作用于目標移動節(jié)點的最終分區(qū)結果。

作為示例，將超級球劃分成不同類型的不同方式可以相互正交，使得不同類型的超級區(qū)在正交方向上延伸?？蛇x地，單個所考慮類型的超級區(qū)可以部分地重疊。

圖1示出了具有測量單元110、識別單元120、選擇單元140和交叉單元150以及兩個數(shù)據(jù)庫（db1、db2）130和160的根據(jù)第一實施例的定位系統(tǒng)100的示意性框圖?？梢杂脝蝹€數(shù)據(jù)存儲設備的相應查找表或存儲器區(qū)域來實現(xiàn)所述兩個數(shù)據(jù)庫。測量單元110適配于選擇錨定節(jié)點（圖1中未示出）并測量無線電單元101與所選錨定節(jié)點之間的信號強度。測量單元110將錨定節(jié)點標識符111和相應信號強度值（例如，rssi值）112傳遞至識別單元120。識別單元120適配于從第一數(shù)據(jù)庫130獲取對應于錨定節(jié)點標識符111的超級區(qū)的兩個錨定群組類型的超級區(qū)標識符131，并且然后計算用于所獲取的每個類型的超級區(qū)的錨定群組的超級區(qū)信號強度值121。超級區(qū)信號強度值121是單個值，其表示超級區(qū)的相應錨定群組的信號強度值，并且可以計算為相應超級區(qū)的錨定群組的錨定節(jié)點的信號強度值的平均。然后選擇單元140從識別單元120接收不同類型的超級區(qū)標識符131和相應的計算的超級區(qū)信號強度值121，并且針對每個類型的超級區(qū)選擇具有最高群組強度的超級區(qū)，其中，每個類型的所選超級區(qū)是用其超級區(qū)標識符141來識別的。最后，交叉單元150從選擇單元140接收每個群組類型的超級區(qū)標識符141并確定不同類型的兩個已識別超級區(qū)的交叉區(qū)域的交叉區(qū)域標識符142?；谒_定的交叉區(qū)域標識符142，交叉單元150從第二數(shù)據(jù)庫160獲取區(qū)域坐標161，該坐標161對應于交叉區(qū)域標識符142。檢索的區(qū)域坐標161表示無線電單元101的估計位置。交叉單元150然后將區(qū)域坐標161呈現(xiàn)為局部化裝置100的最終輸出。

在圖1中，可以將組合的識別、選擇和交叉單元120、140、150包括在局部化單元170，該局部化單元被配置為用于執(zhí)行操作和計算以根據(jù)信號強度值112和相應錨定節(jié)點標識符111導出無線電單元101的估計位置的可編程處理單元。

圖2和3示出了具有四個錨定節(jié)點2001至2004和目標無線電單元101的兩個不同實施例，其中，定位系統(tǒng)200的無線電錨定點和無線電單元以不同的角色充當信號強度或質量指示信號的發(fā)送者和接收者。因此，兩個實施例包括圖1的上述測量單元110的功能。定位系統(tǒng)200是在被描繪為云240的通信網(wǎng)絡（例如，照明網(wǎng)絡）240中提供的。

在圖2的實施例中，目標無線電單元101適配于接收由錨定節(jié)點2001至2004發(fā)送的無線電信號，使得目標無線電單元101充當接收者且錨定節(jié)點2001至2004充當發(fā)送者。無線電單元101從錨定節(jié)點2001至2004接收具有不同信號強度或質量（在圖2中用相應箭頭的粗度來指示）的信號211至214。無線電單元915測量信號211—214的強度，并且將錨定節(jié)點標識符111和相應信號強度值112傳遞至圖1的選擇單元120。因此，如上文所指示的，可以將包括目標無線電單元101和所述多個錨定節(jié)點2001至2004的所描繪的云240解釋為圖1中的測量單元110的實施例。

在圖3的替換實施例中，錨定節(jié)點2001至2004適配于從定位系統(tǒng)300的目標無線電單元101接收具有不同信號強度或質量（在圖3中用相應箭頭的粗度來指示）的無線電信號321至324。因此，在圖3中，目標無線電單元101充當發(fā)送者，并且錨定節(jié)點2001至2004充當接收者，如在云340中描繪的。錨定節(jié)點2001至2004適配于從具有不同的信號強度或質量的無線電單元101接收信號321至324，并且將相應信號強度值371至374用信號通知給收集單元375，該收集單元適配于從錨定節(jié)點2001至2004收集信號強度值112并將信號強度值112和相應錨定節(jié)點標識符111傳遞至圖1的選擇單元120。因此，如上文所指示的，可以將收集單元175與包括目標無線電單元101和所述多個錨定節(jié)點2001至2004的描繪的云240的組合解釋為圖1中的測量單元110的實施例。

在實施例中，目標無線電單元101可以是接收由錨定節(jié)點2001至2004（例如，照明網(wǎng)絡的照明器的無線電收發(fā)機）發(fā)送的無線電信號的移動電話。移動電話測量無線電信號的信號強度或質量，并且使用信號強度或質量來計算移動電話的估計位置。為此，移動電話可以包括局部化單元，其將基于不同類型的所選超級區(qū)的交叉面積或區(qū)域以及將錨定節(jié)點與不同類型的相關超級區(qū)的錨定群組相關聯(lián)并將所確定交叉區(qū)域與相關區(qū)域坐標相關聯(lián)的（多個）查找表或（多個）數(shù)據(jù)庫來計算估計位置。

在先前實施例的變體中，移動電話可以測量由錨定節(jié)點2001至2004發(fā)送的無線電信號211至214，但是不同于先前的實施例，移動電話可以不包括局部化單元。替代地，移動電話通過通信鏈路（未示出）向包括局部化單元的中央編程單元（未示出）發(fā)送測量的信號強度值111，該局部化單元根據(jù)接收到的測量信號強度值來計算估計位置。

圖4和5分別地示出了以兩個正交方式（例如，在垂直和水平方向上）的超級區(qū)定義的示例的圖示。

針對實施例的示例的提出的超級分區(qū)方法，以兩個不同且正交的方式將九個錨定節(jié)點200劃分成三個超級區(qū)，其包括三個錨定節(jié)點200的相應錨定群組，即在垂直方向的第一類型的超級區(qū)40和在水平方向上的第二類型的超級區(qū)50，如在圖4和5中所示。

接下來，針對如以兩個不同方式定義的不同類型的每組超級區(qū)，執(zhí)行獨立的分區(qū)操作。例如，針對圖4的垂直方向上的超級區(qū)40，可以判定目標移動節(jié)點位于對應于每個區(qū)最大平均信號強度或質量值（例如，rssi值）的區(qū)內。作為示例，可以識別圖4的最左側超級區(qū)40。同樣地，可以選擇水平方向上的超級區(qū)。作為示例，可以假設識別到圖5的中間超級區(qū)50。

圖6示出了基于所選垂直和水平超級區(qū)的交叉的最終分區(qū)結果的示例。如上文結合圖1至3所述，可以通過使用不同正交類型的所識別超級區(qū)40、50的交叉面積或區(qū)域42來獲得最終分區(qū)結果。然后可以將所識別的超級區(qū)40、50的交叉區(qū)域42作為用于目標移動電話的位置的最終分區(qū)結果而輸出。

提出的超級分區(qū)方法的主要優(yōu)點是可以在不增加錨定節(jié)點200的密度的情況下獲得細化的用戶定位結果。如上所述，每個超級區(qū)仍由多個錨定節(jié)點200組成。因此，仍執(zhí)行在空間上對信號強度或質量求平均的操作以實現(xiàn)可靠的分區(qū)結果。通過取在正交方向上的已識別超級區(qū)的交叉，獲得較小的區(qū)，這導致定位結果的更高分辨率，而不損害分區(qū)性能的可靠性。如果圖4至6的錨定節(jié)點200被劃分成九個區(qū)，使得每個區(qū)對應于單個錨定節(jié)點，則將實現(xiàn)相同的區(qū)分辨率，但是將損失針對分區(qū)結果中的更高可靠性的空間求平均的益處。

應注意的是圖4至6中的劃分九個錨定節(jié)點200的超級區(qū)40、50的兩個方式和拓撲僅僅是作為說明性實施例而提出。本發(fā)明的應用及不限于此示例性拓撲，也不限于劃分超級區(qū)40、50的兩個正交方式?？梢允褂脤е螺^小交叉區(qū)域的任何其它劃分，諸如對角線劃分、圓形或橢圓形劃分或者具有重疊或交叉區(qū)域的按不同類型的任何圖案的任何劃分。

圖7示出了根據(jù)第二實施例的基于區(qū)的定位過程的流程圖。

在第一步驟701中，選擇具有未知位置的目標無線電單元的范圍內的錨定節(jié)點，使得可以測量錨定節(jié)點與目標無線電單元之間的信號強度或質量。在后續(xù)步驟702中，使用所選錨定節(jié)點的標識符來測量目標無線電單元與無線電錨定點之間的信號強度或質量。在步驟703中，使用所獲得的錨定節(jié)點標識符和相應信號強度或質量來導出錨定節(jié)點的相關超級區(qū)，并且針對每個超級區(qū)計算群組強度或質量（例如，對超級區(qū)的錨定節(jié)點的強度或質量求平均）。然后，在步驟704中，選擇具有最高群組強度的每個類型的超級區(qū)。最后，在步驟705中，例如使用超級區(qū)標識符而基于查找表或算術邏輯來確定每個類型的所選超級區(qū)的交叉區(qū)域，并且將交叉區(qū)域的坐標或其它地理指示輸出為目標無線電單元的估計位置。從步驟705開始返回至步驟701的箭頭指示可以連續(xù)地重復定位方法。

總而言之，已描述了用于經(jīng)由交叉的細化分區(qū)的方法和系統(tǒng)，其中，以不同的方式將基于區(qū)的定位系統(tǒng)的錨定節(jié)點200劃分成多個超級區(qū)40、50，其中，劃分超級區(qū)的不同方式可以相互正交，可能具有部分重疊。針對劃分超級區(qū)40、50的每一方式，基于用戶分區(qū)方法來選擇最后可能的候選超級區(qū)。然后，將所識別的超級區(qū)的交叉42取作要定位的移動節(jié)點的最終定位結果，以從而在不增加錨定節(jié)點200的密度的情況下實現(xiàn)細化的用戶定位準確度。

雖然在附圖和先前的描述中示出并詳細地描述了本發(fā)明，但要將此類圖示和描述視為說明性或示例性而非限制性的。本發(fā)明不限于公開實施例。相關超級區(qū)的選擇可以基于其它信號強度或質量指標，諸如差錯率、信噪比等。提出的基于區(qū)的定位方法可以在零售、工業(yè)、待客以及室外應用中使用，或者用于基于用戶位置的照明或其它控制功能。

根據(jù)對附圖、本公開和所附權利要求的研究，本領域的技術人員在實施要求保護的發(fā)明時可以理解并實現(xiàn)對公開實施例的其它變型。在權利要求中，單詞“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單個處理器或其它單元可以實現(xiàn)在權利要求中敘述的多個項目的功能。在相互不同的從屬權利要求中敘述某些措施的僅有事實并不指示這些措施的組合不能被有利地使用。

前文的描述詳述了本發(fā)明的某些實施例。然而，將認識到的是無論前文在文本方面看起來有多詳細，也可用許多方式來實施本發(fā)明，并且因此其不限于公開的實施例。應注意的是不應將在描述本發(fā)明的某些特征或方面時對特定術語的使用理解為暗示該術語在本文中被重新定義成局限于包括與該術語相關聯(lián)的本發(fā)明的特征或方面的任何特定特性。

單個單元或設備可以實現(xiàn)在權利要求中敘述的多個項目的功能。在相互不同的從屬權利要求中敘述某些措施的僅有事實并不指示這些措施的組合不能被有利地使用。

類似于圖7中指示的那些或圖1的方框120、140和150的那些的所述操作可以被實現(xiàn)為計算機程序的程序代碼部件和/或專用硬件。可以在與其它硬件一起或者作為其一部分供應的適當介質（諸如光學存儲介質或固態(tài)介質）上存儲和/或分發(fā)計算機程序，但是其還可以以其它形式分發(fā)（諸如經(jīng)由因特網(wǎng)或其它有線或無線電信系統(tǒng)）。