照附圖，需 要強(qiáng)調(diào)的是，所示的細(xì)節(jié)是作為示例和用于對本發(fā)明實施例的解說性討論的目的。在此意 義上，對附圖所作的描述使得對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言如何實踐本發(fā)明的實施例是明顯 的。
[0115] 在附圖中：
[0116] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的小空間定位系統(tǒng)的簡化框圖；
[0117] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的用于確定反射所發(fā)射信號的對象的位置的簡化 數(shù)據(jù)流圖；
[0118] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的收到和期望信號的相關(guān)（correlation)曲線的絕 對部分、虛部和實部的示意解說；
[0119] 圖4A-4C是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的三個示例性相關(guān)曲線集，其解說了由于存 在多徑信號而可能出現(xiàn)的潛在模糊性；
[0120] 圖5是可從重疊在L0S(視線）信號上的多個多徑信號獲得的自相關(guān)曲線的示例 性絕對部分和實部的示意解說；
[0121] 圖6是可從對來自發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的直接路徑的泄漏的接收、以及對反射信 號連同重疊在L0S信號上的多個多徑信號的接收所獲得的互相關(guān)曲線的示例性絕對部分 的不意解說；
[0122] 圖7解說了泄漏衰減方法，其中從收到信號中扣除在沒有檢測到信號時的復(fù)相關(guān) 的絕對值；
[0123] 圖8A-8D解說了時域中的泄漏衰減方法，其中在無反射狀況期間對時域信號取平 均并且隨后在檢測到或指示反射時從收到信號中扣除該平均值；
[0124] 圖9解說了在上/下移動期間從相同對象收到的信號的Τ0Α軌跡的示例；
[0125] 圖10A和10B解說了由兩個接收機(jī)對從相同對象反射的信號接收到的信號的從左 往右移動的Τ0Α軌跡的示例；
[0126] 圖11A和11B解說了圖10a和10b的經(jīng)濾波版本；
[0127] 圖12A和12B解說了指示上/下運動的到達(dá)時間軌跡；
[0128] 圖13A、13B和13C解說了本實施例用于檢測手指位置（包括姿勢）、用于軟屏幕使 用（作為鼠標(biāo)）以及用于檢測接近度的應(yīng)用；
[0129] 圖14解說了本實施例用于多手指檢測的應(yīng)用；以及
[0130] 圖15解說了本實施例用于根據(jù)來自用戶面部的反射來檢測用戶存在性的應(yīng)用。
[0131] 一心示例件實施例的描沐
[0132] 本發(fā)明在其一些實施例中涉及定位系統(tǒng)和方法，尤其但不排他地涉及小空間定位 系統(tǒng)和方法。
[0133] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，提供了一種小空間定位系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施 例，小空間定位系統(tǒng)朝無源對象發(fā)射經(jīng)調(diào)制連續(xù)信號，該無源對象反射所發(fā)射信號并且該 反射被間隔開的至少兩個接收機(jī)接收。該經(jīng)調(diào)制連續(xù)信號包括嵌入在載波信號上的預(yù)定義 基帶信號。可基于對該信號的基帶部分和載波部分的分析、或使用在期望經(jīng)調(diào)制信號與收 到經(jīng)調(diào)制信號之間計算出的互相關(guān)（cross-correlation)來確定T0F和/或L0S距離。如 本文所使用的，術(shù)語互相關(guān)意指能比較信號的任何比較函數(shù)，例如最小方差、最小絕對誤差 等?？扇芜x地，同步信號隨該經(jīng)調(diào)制連續(xù)信號一起被發(fā)射以定義T0F延遲的開始。
[0134] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，用載波和基帶信號兩者執(zhí)行互相關(guān)，例如不必移除和/或 執(zhí)行下變頻，并且對載波信號進(jìn)行或不進(jìn)行低通濾波。期望載波波形與收到載波波形的互 相關(guān)可促進(jìn)執(zhí)行對載波信號的相位分析。
[0135] 基帶（BB)信號可提供具有對應(yīng)于載波信號的波長的量級內(nèi)的準(zhǔn)確度的定位，而 載波信號的相位分析可通過提供關(guān)于該波長內(nèi)的位置的信息來改善該準(zhǔn)確度。
[0136] 本發(fā)明的實施例可促進(jìn)改善對于聲學(xué)定位系統(tǒng)可獲得的準(zhǔn)確度?？蛇_(dá)成載波信號 的波長的大約千分之一的數(shù)量級上的準(zhǔn)確度。通常情況下，該準(zhǔn)確度受信噪比（SNR)限制； 在無限SNR下，準(zhǔn)確度也可以是無限的。在實踐中，SNR可高達(dá)20dB，并且在準(zhǔn)確度方面仍 可允許良好的結(jié)果。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，本文描述的系統(tǒng)的準(zhǔn)確度的限制因素不是SNR(若其足 夠高，比如通常高于15dB)。限制因素是音速的重復(fù)性，其甚至在辦公/家里環(huán)境也略微地 變化。音速的較小波動（比如說由于溫度變化）可限制系統(tǒng)準(zhǔn)確度。然而，可基于測量揚聲 器與話筒之間的直接信號路徑（這是已知距離）的TOF來作出對溫度的直接測量。由此， 本發(fā)明的實施例可校正此類溫度變化。
[0137] 載波信號和基帶信號可被選擇成使得載波信號落在基帶信號的頻率范圍內(nèi)和/ 或在與基帶信號相同的量級上。
[0138] 載波和基帶信號可以是聲學(xué)的并且在超聲（US)頻率范圍中。在其他示例性實施 例中，載波和基帶信號是電磁的并且在RF范圍中。
[0139] 各實施例可解決在存在多徑信號的情況下確定L0S距離或反射距離時的模糊性。 模糊性可能是由于相關(guān)曲線（例如原始信號或最近反射與多徑信號的相關(guān)曲線）的交迭， 使得能以標(biāo)識原始LS0峰值或反射對象的最近反射點。
[0140] 可計算一個或多個參數(shù)以確定在暴露于多徑期間的最可能定位?？墒褂迷u分系統(tǒng) 基于各種所定義參數(shù)來確定最可能的定位。對相關(guān)的包絡(luò)和實部中的峰值分析可解決模糊 性，或者歷史跟蹤或速度跟蹤或在每個接收機(jī)中接收到的信號之間的比較、或上述任何組 合可用于解決模糊性。
[0141] 現(xiàn)在參照圖1，其是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的小空間反射定位系統(tǒng)的簡化示意 框圖。由揚聲器123提供在固定的已知位置處的發(fā)射元件，其發(fā)射經(jīng)調(diào)制連續(xù)波130。波 130包括連續(xù)載波信號部分和調(diào)制到該載波上的基帶信號。發(fā)射元件123被定位成在其中 可能預(yù)期出現(xiàn)要定位的對象的范圍上發(fā)射該經(jīng)調(diào)制連續(xù)波，諸如在屏幕上方、在計算設(shè)備 前方的表面上，如下文將更詳細(xì)地討論的。接收元件RX1接收由該發(fā)射元件發(fā)射并由對象 140反射的信號。
[0142] 位置檢測元件包括處理器160及其組成部分和附件（諸如存儲器151)，并使用該 反射信號（通常通過分析反射信號中的載波信號部分和基帶信號兩者）來確定該對象的位 置。
[0143] 定位系統(tǒng)120通常包括發(fā)射機(jī)123、和接收機(jī)121，用于拾取由該發(fā)射機(jī)發(fā)射、從對 象140反射并由這些接收機(jī)接收的信號。系統(tǒng)120基于對接收到的反射信號的T0F分析來 估計反射對象在所定義空間內(nèi)的位置。通常情況下，系統(tǒng)120是靜止的。
[0144] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，發(fā)射設(shè)備123發(fā)射預(yù)定義的經(jīng)調(diào)制連續(xù)信號170。一個或 更多個接收機(jī)（例如，來自系統(tǒng)120的接收機(jī)121和接收機(jī)122)可拾取由發(fā)射機(jī)123發(fā)射 的信號。使用載波和基帶相關(guān)器152將收到信號與期望信號（例如預(yù)存在接收機(jī)端的該預(yù) 定義的經(jīng)調(diào)制連續(xù)信號的副本、或在接收機(jī)端計算出的信號或由接收機(jī)捕獲的信號）作比 較。通常情況下，載波和基帶相關(guān)器被整合到處理單元160中。該預(yù)定義的經(jīng)調(diào)制連續(xù)信 號的模板、模型和/或特征通常被預(yù)存在存儲器151 (例如，非易失性存儲器）中。如本文 所使用的模板是期望信號從數(shù)學(xué)級數(shù)到數(shù)字化輸入數(shù)據(jù)的完整模型。模板表示包括例如話 筒響應(yīng)、發(fā)射機(jī)響應(yīng)、電路系統(tǒng)、反射器、空氣間隙等在內(nèi)的總模型。
[0145] 模板可用作計算出的參考的起始點。不同示例在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳遞函數(shù) 方面可能有一定程度的差異。接收機(jī)可例如通過在工作中或在特殊校準(zhǔn)模式中調(diào)整模板來 容適這些差異?？沙鲇诖祟惸康亩鴮崿F(xiàn)對收到信號的質(zhì)量的量化度量。此類量化度量可以 是相關(guān)評分，并且可實現(xiàn)對該相關(guān)評分的預(yù)定義閾值以限定信號的質(zhì)量。例如，當(dāng)相關(guān)評分 高于該預(yù)定義閾值時，收到信號可被系統(tǒng)用來調(diào)整模板。
[0146] 接收機(jī)121和122可接收來自發(fā)射機(jī)123的一個或更多個信號。通常情況下，接 收機(jī)121、122和發(fā)射機(jī)123是靜止的、間隔開的、并且定位在預(yù)定義位置處。在一個示例性 實施例中，接收機(jī)121和122沿與計算設(shè)備（例如，個人計算機(jī)、移動電話設(shè)備、個人數(shù)字助 理（PDA))相關(guān)聯(lián)的顯示單元的邊緣定位。接收機(jī)121和122可以是話筒。與接收機(jī)121 和接收機(jī)122處于電通信或邏輯通信中的載波和基帶相關(guān)器152可包括用于將收到經(jīng)調(diào)制 信號與期望經(jīng)調(diào)制信號進(jìn)行互相關(guān)而不從其載波提取基帶信號和/或用于將基帶信號連 同載波信號一起執(zhí)行互相關(guān)的電路系統(tǒng)。通常情況下，可實現(xiàn)期望經(jīng)調(diào)制信號的模板以用 于與收到信號進(jìn)行互相關(guān)。
[0147] 在本實施例中可通過對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)使用相同的時鐘源來達(dá)成發(fā)射機(jī)和接收 機(jī)的同步。T0F測量包括測量經(jīng)調(diào)制信號130的發(fā)射與對收到信號的最可能延遲的估計之 間的時間，如上文所解釋的。
[0148] 處理器160基于載波和基帶信號的互相關(guān)結(jié)果來確定定位。每個系統(tǒng)可與專用的 載波和基帶相關(guān)器152相關(guān)聯(lián)，并且發(fā)射機(jī)123可發(fā)射一系列可能信號之一。以此方式，若 干發(fā)射機(jī)可同時從相同的系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射而不產(chǎn)生干擾。若干系統(tǒng)可在相同的鄰域中使用， 每個系統(tǒng)使用不同的信號集以避免干擾其他近旁系統(tǒng)?？扇芜x地，在發(fā)射之前，系統(tǒng)偵聽周 圍環(huán)境，從而動態(tài)地選取信號以避免干擾。
[0149] 在本發(fā)明的替換實施例中，載波和基帶相關(guān)器和/或其功能被整合到（例如，與該 定位系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的個人計算機(jī)或計算設(shè)備中的）處理單元160。處理器160可包括快速傅 里葉變換（FFT)能力并且可用于對收到信號執(zhí)行相位和振幅分析。
[0150] 存儲器單元151可包括存儲器能力，例如用于存儲來自收到信號的信息、期望經(jīng) 調(diào)制連續(xù)信號的參數(shù)和/或其他信息的存儲器能力。存儲器單元151可包括易失性和非易 失性存儲器。存儲器單元151可存儲一個或更多個校準(zhǔn)參數(shù)，這些參數(shù)被實現(xiàn)成用于基于 諸特征來調(diào)整模板，這些特征例如是具體硬件集合（例如發(fā)射機(jī)和接收機(jī)）的傳遞函數(shù)。示 例性校準(zhǔn)參數(shù)可包括模板的相位、振幅、和群延遲以及其他參數(shù)中的差異。
[0151] 經(jīng)調(diào)制連續(xù)信號源170可以是聲學(xué)信號源（例如，在超聲范圍中）。例如，經(jīng)調(diào)制 連續(xù)信號源170的信號范圍可在約20與80KHz和/或高達(dá)200KHz之間變動。盡管高于 200KHZ的頻率也可用于聲學(xué)信號，但發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)隨著聲學(xué)信號的頻率增加，對L0S損失 的敏感性也增大。頻率增加可能由于尺寸比波長更大或在波長附近的較小人造物而對總 體聲學(xué)響應(yīng)產(chǎn)生影響或?qū)Πl(fā)射信號的衰落速率產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致該系統(tǒng)有較小的有效范 圍。
[0152] 根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，信號源112可以是RF信號源。在一些示例性實施例中， RF信號源可在超高頻率（UHF)范圍中（例如 433MHz、868MHz、900MHz、915MHzjP2.4GHz) 和/或在超寬帶（UWB范圍中（例如，3. 1-10. 6GHz)發(fā)射信號。
[0153] 發(fā)射/接收系統(tǒng)與反射對象之間的距離可基于來自發(fā)射機(jī)的、從對象反射并由接 收機(jī)拾取的經(jīng)調(diào)制連續(xù)信號的T0F來確定。收到信號可包括通常情況下的最短路徑、一般 而言的L0S、或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的最短距離、來自反射對象的反射群、以及來自該設(shè)備 自身和環(huán)境的反射。一個接收機(jī)可以能夠確定到反射對象的