專利名稱：用于位置估計(jì)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定無(wú)線設(shè)備的位置的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種系統(tǒng)已經(jīng)被提出用于定位一個(gè)物體。例如，為了資產(chǎn)控制，需要定位在一個(gè)辦公建筑物中的物體(例如，筆記本電腦)。并且需要能夠定位以一個(gè)移動(dòng)電話用戶。
全球定位系統(tǒng)(GPS)是用于使用多個(gè)固定或已知位置的接收器和發(fā)射器確定位置的一種現(xiàn)有的系統(tǒng)的一個(gè)例子。GPS接收器通過(guò)處理從多個(gè)已知的位置接收的信號(hào)而確定其位置。GPS的缺點(diǎn)在于在市區(qū)的建筑物夾縫之間或者在建筑物中，來(lái)自GPS衛(wèi)星的信號(hào)可能不清晰。
為了跟蹤在辦公建筑物等等中的物體，一種方法是把一組接收器設(shè)置在該建筑物中的固定位置，并且把一個(gè)發(fā)射器附著到要被定位的每個(gè)物體上。該固定的接收器連接到一個(gè)中央計(jì)算機(jī)，用于根據(jù)從一個(gè)或多個(gè)接收器組中接收的信號(hào)確定每個(gè)物體的位置。不幸的是，這種系統(tǒng)需要實(shí)際安裝的基礎(chǔ)設(shè)施，包括所有固定接收器，以及它們和基站之間的布線連接。另外，這些系統(tǒng)不能夠提供精確的定位。精度一般為固定接收器間距的+/-25％。
所接收信號(hào)的強(qiáng)度在原理上可以被用于確定發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離。不幸的是，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)信道衰減的不確定性大大地減小了可以獲得的精度。
希望能夠使用其位置預(yù)先為未知的設(shè)備來(lái)定位其他設(shè)備。希望能夠定位不能夠建立直接通信的設(shè)備。
所需的是一種需要很少的被安裝基礎(chǔ)設(shè)施的用于定位的系統(tǒng)和方法。
特別地，解決在獲得建筑物內(nèi)和建筑物夾縫之間的位置讀數(shù)中存在的問(wèn)題。
因此，需要一種克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。


本發(fā)明的新穎的特征在權(quán)利要求中給出。但是，通過(guò)結(jié)合附圖參照本發(fā)明的特定示意實(shí)施例的詳細(xì)描述可以獲得對(duì)本發(fā)明的更好理解，其中圖1為一個(gè)辦公建筑物的內(nèi)部的建筑物平面圖，其中設(shè)置用于確定相互的位置的多個(gè)無(wú)線設(shè)備。
圖2為GPS衛(wèi)星和移動(dòng)電話網(wǎng)發(fā)射塔所服務(wù)的市區(qū)的示意圖，其中設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例確定相互位置的無(wú)線設(shè)備。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的無(wú)線設(shè)備的方框圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的所接收信號(hào)放大器的方框圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例用于進(jìn)行到達(dá)距離測(cè)量的雙向時(shí)間的直接序列擴(kuò)展頻譜收發(fā)機(jī)的方框圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的小型天線的方框圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例用于確定相對(duì)于相鄰無(wú)線設(shè)備的距離的由無(wú)線設(shè)備所執(zhí)行的處理的流程圖。
圖8為響應(yīng)圖7中所示的處理由無(wú)線設(shè)備所執(zhí)行的處理的流程圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例由用于估計(jì)多個(gè)無(wú)線設(shè)備的位置的處理節(jié)點(diǎn)所執(zhí)行的處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
盡管本發(fā)明可以由許多不同形式的實(shí)施例，但是在圖中所示和在此詳細(xì)描述的特定實(shí)施例被認(rèn)為是被本發(fā)明的原理的一個(gè)例子而不是把本發(fā)明限于在此所示和描述的特定實(shí)施例。另外，在此所用的術(shù)語(yǔ)和詞語(yǔ)不被認(rèn)為是限制性，而僅僅是描述性的。在下文的描述中，相同的參考標(biāo)號(hào)被用于表示在幾幅圖中相同、類似、或相應(yīng)的部分。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，一種系統(tǒng)和方法用于提供移動(dòng)設(shè)備的位置估計(jì)器。該系統(tǒng)不需要大量的所安裝的基礎(chǔ)設(shè)施。
另外，在建筑物夾縫之間和建筑物內(nèi)部對(duì)信號(hào)(例如，GPS信號(hào))的傳播具有多重障礙的地方，該系統(tǒng)能夠用于提供可能在范圍之外的設(shè)備的位置信息。
該系統(tǒng)可以使用期望在下一個(gè)10年中廣泛使用的無(wú)線通信設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)定位的精度將受益于廣泛使用的程度，因?yàn)?，其精度隨著在給定空間中的設(shè)備數(shù)目的增加而增加。
圖1為一個(gè)辦公建筑物內(nèi)部的建筑物平面圖100的示意圖，其中設(shè)置有用于確定相互的位置的多個(gè)無(wú)線設(shè)備。
該建筑物平面圖包括具有多個(gè)辦公室的外墻102。第一組隔間104和第二組隔間106被包含在外墻102之內(nèi)。第一組有墻壁的辦公室108沿著外墻102的第一側(cè)面而設(shè)置，并且第二組有墻壁的辦公室110沿著外墻102的第二側(cè)而設(shè)置。該隔間壁面、外墻102和有墻壁的辦公室108、110的壁面具有不同的與頻率相關(guān)的電特性(即，實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)的折射率)，其決定它們的透射率和反射率。
在建筑物平面圖中所示的圓形物體112-132是移動(dòng)無(wú)線設(shè)備，其位置是未知的并且要被確定。這些移動(dòng)無(wú)線設(shè)備設(shè)備112、132例如可以包括附著到筆記本電腦這樣的有價(jià)值的資產(chǎn)上的收發(fā)機(jī)安全標(biāo)簽，或包括例如蜂窩電話這樣的在下文中所述的硬件的無(wú)線通信設(shè)備。黑圓圈112-118表示移動(dòng)參考無(wú)線設(shè)備。通過(guò)與固定位置的設(shè)備或其位置被預(yù)定的設(shè)備(例如，GPS衛(wèi)星)進(jìn)行通信，可以在一些測(cè)量精度范圍內(nèi)確定參考設(shè)備112-118的位置。參考無(wú)線設(shè)備112-118例如可以具有GPS接收器，利用該接收器可以確定它們的位置。另外，一個(gè)或多個(gè)參考設(shè)備112-118的位置可以通過(guò)使用三個(gè)固定接收器134-138利用到達(dá)時(shí)間差(TDOA)而確定。每個(gè)參考設(shè)備112-118可以發(fā)送一個(gè)編碼序列，其由三個(gè)固定接收器134-138所接收。在每個(gè)固定接收器134-138接收該編碼序列之間的相對(duì)時(shí)間偏移以及固定接收器134-138的已知位置可以被用于計(jì)算每個(gè)參考設(shè)備的位置。提供一個(gè)使參考設(shè)備確定它們的位置的另一個(gè)可能的方法是根據(jù)多個(gè)不同的編碼序列調(diào)制在整個(gè)辦公建筑物中的不同的位置處的多個(gè)光線。然后參考設(shè)備112-118可以通過(guò)它所檢測(cè)的(使用光檢測(cè)器)的被調(diào)制的光線來(lái)識(shí)別特定的代碼以確定其位置。轉(zhuǎn)讓給摩托羅拉公司的在2000年10月8日提交的名稱為“用于光通信的接口魯棒的編碼調(diào)制方案以及調(diào)制照明用于光通信的方法”的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)09/733,717以及名稱為“用于確定在一個(gè)結(jié)構(gòu)中的位置的基于光學(xué)的定位系統(tǒng)和方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)09/755,707公開(kāi)了一種使用代碼調(diào)制光線的定位系統(tǒng)，其內(nèi)容被包含于此以供參考。
非黑色圓圈120-130表示與參考設(shè)備相對(duì)的盲移動(dòng)無(wú)線設(shè)備。由本發(fā)明所公開(kāi)的特定方法可以定位盲設(shè)備120-130，這將在下文中更加詳細(xì)地描述。虛線連接在相互范圍內(nèi)的設(shè)備。請(qǐng)注意，并非所有的設(shè)備都在每個(gè)設(shè)備的范圍內(nèi)。一個(gè)中央處理節(jié)點(diǎn)132用于執(zhí)行在確定參考設(shè)備112-118和盲設(shè)備120-130的位置中所涉及的計(jì)算，如下文更加詳細(xì)地描述。根據(jù)一些實(shí)施例，該處理節(jié)點(diǎn)132不被使用，并且在一個(gè)或多個(gè)無(wú)線設(shè)備112-130之間執(zhí)行上述計(jì)算。請(qǐng)注意，參考設(shè)備118和盲設(shè)備130都位于建筑物之外。前兩個(gè)設(shè)備可以是無(wú)線通信設(shè)備，例如電話。這兩個(gè)外部無(wú)線設(shè)備118、130可以與一個(gè)或多個(gè)其他無(wú)線設(shè)備118-132協(xié)作以確定它們的位置。盡管僅僅一個(gè)移動(dòng)設(shè)備120在處理器節(jié)點(diǎn)132的范圍內(nèi)，但是其他移動(dòng)設(shè)備可以通過(guò)一系列設(shè)備的中繼消息與該處理器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。另外，通過(guò)使用大功率的發(fā)射器，無(wú)線設(shè)備112-132的范圍可以延伸，從而所有設(shè)備112-132將在相互之間的范圍內(nèi)。
圖2為示出，GPS衛(wèi)星和蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)射塔214-218所服務(wù)的市區(qū)200的示意圖。參見(jiàn)圖2，第一202、第二204、第三206和第四208建筑物位于市區(qū)200中，具有阻礙無(wú)線發(fā)送信號(hào)的可能性，和/或造成多路徑干擾。兩個(gè)GPS衛(wèi)星210、212在市區(qū)202的視野范圍內(nèi)的軌道中。實(shí)際上，有兩個(gè)以上的衛(wèi)星在市區(qū)202的視野范圍內(nèi)。必須接收來(lái)自至少四個(gè)GPS衛(wèi)星的信號(hào)，以使得GPS接收機(jī)決定其位置。第一和第二基站收發(fā)機(jī)214和216分別位于第一202和第三206建筑物之上?；臼瞻l(fā)機(jī)214和216可以被用于進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，以確定到移動(dòng)無(wú)線設(shè)備222-228的距離。位于四個(gè)建筑物的左側(cè)的基站218具有一個(gè)相位陣列或‘智能’天線220。小型天線220包括多個(gè)輻射元件以及處理電子線路。使用到達(dá)方向(DOA)算法，小型天線220可以確定到它所接收信號(hào)的各個(gè)無(wú)線設(shè)備222-228的方向。
盲設(shè)備222如圖2中所示位于四個(gè)建筑物202-208之間。盲設(shè)備222可以是圖1中所示的盲設(shè)備130。也就是說(shuō)，在內(nèi)部建筑定位中所涉及的無(wú)線設(shè)備112-130還可以與外部的無(wú)線設(shè)備進(jìn)行通信，從而該內(nèi)部建筑的無(wú)線設(shè)備112-130的位置可以在一個(gè)較寬區(qū)域的坐標(biāo)系統(tǒng)中確定。第一、第二和第三外部參考設(shè)備224-228位于該第四建筑物202-208之外。該外部參考設(shè)備之一可以是與參考設(shè)備118相同的設(shè)備。
移動(dòng)交換中心230與三個(gè)基站收發(fā)機(jī)214-218進(jìn)行通信。該移動(dòng)交換中心230包括一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)132。該處理節(jié)點(diǎn)132電耦合到三個(gè)基站214-218，以通過(guò)移動(dòng)交換中心230從它們接收信號(hào)。處理節(jié)點(diǎn)132可以被提供一個(gè)用于與例如急救中心911相同(未示出)這樣的外部信息系統(tǒng)進(jìn)行通信的通信接口，用于通信位置估計(jì)的目的。
該建筑物202-208阻擋來(lái)自一個(gè)或多個(gè)GPS衛(wèi)星210、212的信號(hào)到達(dá)盲設(shè)備222，或者可能該盲設(shè)備222不具有一個(gè)GPS接收器。
參考設(shè)備224-228與一個(gè)特定的基站進(jìn)行通信的事實(shí)可以被用于把它定位在約等于一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元的區(qū)域內(nèi)。為了更好地估計(jì)，使用一個(gè)以上的并且最好為三個(gè)或更多的基站214-218的TDOA可以被用于定位參考設(shè)備。如果具有硬件和軟件使得它可以由TDOA所定位的參考設(shè)備僅僅在一個(gè)基站214-218的范圍內(nèi)，然后它可以有效地變?yōu)橐粋€(gè)盲設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的思想，在盲設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)基站之間發(fā)送的信號(hào)的測(cè)量在有助于確定該盲設(shè)備的位置的范圍內(nèi)。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的無(wú)線通信設(shè)備300(收發(fā)機(jī))的示意圖。參見(jiàn)圖3，天線302電連接到發(fā)射器-接收器開(kāi)關(guān)336的第一端子。該發(fā)射器-接收器開(kāi)關(guān)336的第二端子電耦合到所接收信號(hào)放大器304的輸入端。所接收信號(hào)放大器304的輸出電耦合到解調(diào)器306。本地振蕩器310還電耦合到解調(diào)器306。解調(diào)器306的輸出電耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器308的第一輸入端。從所接收信號(hào)放大器304中的放大器反饋環(huán)路輸出的信號(hào)電耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器308的第二輸入端。來(lái)自放大器反饋環(huán)路的信號(hào)表示所接收信號(hào)的功率。這一測(cè)量被稱為所接收信號(hào)強(qiáng)度指示符(RSSI)。為了使RSSI成為一個(gè)有用的距離指示符，以預(yù)定的功率發(fā)送一個(gè)信號(hào)。該天線302、T/R開(kāi)關(guān)336、所接收信號(hào)放大器304和解調(diào)器306構(gòu)成一個(gè)接收器。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器316的輸出電耦合到調(diào)制器314。本地振蕩器310還耦合到調(diào)制器314。調(diào)制器314的輸出電耦合到所發(fā)送信號(hào)放大器312的輸入端。所發(fā)送信號(hào)放大器312的輸出電耦合到發(fā)射器-接收器開(kāi)關(guān)336的第三端子。調(diào)制器314、所發(fā)送信號(hào)放大器312、T/R開(kāi)關(guān)336、天線302構(gòu)成一個(gè)發(fā)射器。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器308的輸出、數(shù)模轉(zhuǎn)換器316的輸入、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)318、程序存儲(chǔ)器320、處理器322、加速計(jì)接口電子電路324和GPS或其他參考位置模塊326電耦合到數(shù)字信號(hào)總線328。程序存儲(chǔ)器320例如可以采用電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的形式。處理器322最好包括一個(gè)可編程數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。該加速計(jì)接口電子電路被用于與一個(gè)加速計(jì)330相接。該接口電子電路324可以電耦合到處理器322的中斷引腳。該接口電子電路324可以被提供使得當(dāng)無(wú)線設(shè)備300被移動(dòng)時(shí)，該加速計(jì)輸出一個(gè)信號(hào)，其被輸入到接口電子電路324，其輸出一個(gè)導(dǎo)致對(duì)處理器322的中斷的信號(hào)。響應(yīng)該中斷請(qǐng)求執(zhí)行的一個(gè)程序是在確定無(wú)線設(shè)備的位置中所涉及的程序。這個(gè)程序在下文中更加詳細(xì)地描述。該程序被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器320中。盡管最好使用一個(gè)加速計(jì)來(lái)觸發(fā)定位程序的執(zhí)行，但是該定位程序可以被交替地寫(xiě)入到定期確定的位置處。
除了GPS接收器之外，參考位置模塊326例如可以包括一個(gè)模塊，其通過(guò)檢測(cè)所接收光線的調(diào)制確定在一個(gè)辦公室中的位置，例如上述名稱為“用于確定在一個(gè)結(jié)構(gòu)中的位置的基于光學(xué)的定位系統(tǒng)和方法”和“用于光通信的接口魯棒的編碼調(diào)制方案以及調(diào)制照明用于光通信的方法”的共同未決申請(qǐng)中所述。該參考位置模塊326例如可以使用其他臨近傳感器技術(shù)。對(duì)于一些在設(shè)計(jì)上為盲的設(shè)備，其例如可能是對(duì)于一些無(wú)線通信設(shè)備(例如，無(wú)GPS的蜂窩電話)的情況，不存在參考位置模塊326。
一個(gè)輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器332電耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器308的第二輸入端。該輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器332例如可以采用話筒的形式。一個(gè)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換器334電耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器316的第二輸出端。該輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換器334例如可以采用擴(kuò)音器的形式。
為了資產(chǎn)控制的目的，在被用于標(biāo)記一個(gè)建筑物中的可移動(dòng)對(duì)象的無(wú)線設(shè)備的情況中，可以省略輸入和輸出模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器332和334。
圖3中所示的方框圖可以描述處理節(jié)點(diǎn)132的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但是，對(duì)于處理節(jié)點(diǎn)132，不需要信號(hào)轉(zhuǎn)換器332和334。如果處理節(jié)點(diǎn)132被固定，則它用其自身的位置坐標(biāo)來(lái)編程，使得其他參考位置模塊326變得多余。另外，如果該處理節(jié)點(diǎn)132被固定，然后可以取消接口324。電耦合到一個(gè)無(wú)線接收器的工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī)還可以被用作為處理節(jié)點(diǎn)132。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的所接收信號(hào)放大器304的方框圖。參見(jiàn)圖4，所接收信號(hào)放大器304包括電耦合到第一放大器404的輸入端402、電耦合到第一放大器404的第二放大器406、以及電耦合到第二放大器406的第三放大器408。第三放大器408的輸出電耦合到解調(diào)器306和整流器410。整流器410電耦合到一個(gè)低通濾波器412。該低通濾波器412的輸出電耦合到差分放大器414的第一輸入端。對(duì)應(yīng)于所接收信號(hào)放大器304的功率輸出的一個(gè)設(shè)置點(diǎn)電壓被施加到差分放大器414的第二輸入端。差分放大器414的輸出端電耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器308的第二輸入端，并且電耦合到第一放大器404的增益設(shè)置輸入端。該差分放大器的輸出為RSSI。所接收信號(hào)放大器304與模數(shù)轉(zhuǎn)換器308相結(jié)合構(gòu)成一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試器。
根據(jù)本發(fā)明的思想，涉及第一盲設(shè)備120-130(圖1)和第二盲設(shè)備120-130(圖1)、基站214-218之一(圖2)或固定接收器134-138(圖1)之一的所接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量可以用于確定在第一盲設(shè)備222附近的其他移動(dòng)無(wú)線設(shè)備的位置。
圖5為用于進(jìn)行雙向到達(dá)時(shí)間距離測(cè)量(two-way Time of Arrivaldistance measurement)的直接序列擴(kuò)展頻譜收發(fā)機(jī)500的功能框圖。在圖3中所示的特定硬件元件被在圖5中省略，因?yàn)閳D5用于強(qiáng)調(diào)可以使用圖3中所示的硬件執(zhí)行的特定功能。參見(jiàn)圖5，其中示出來(lái)自圖3的天線302、發(fā)射器-接收器開(kāi)關(guān)336、所接收信號(hào)放大器304、所發(fā)送信號(hào)放大器312、解調(diào)器306、調(diào)制器314和本地振蕩器310。
解調(diào)器306電耦合到本地振蕩器310和偽隨機(jī)數(shù)序列(PN)相關(guān)器502。PN發(fā)生器510還電耦合到PN相關(guān)器502。該P(yáng)N相關(guān)器502執(zhí)行從解調(diào)器306接收的PN的版本和由PN發(fā)生器510所輸入的PN的版本之間相關(guān)計(jì)算。該P(yáng)N相關(guān)器502與相位測(cè)量器504一同工作，其確定給出最大相關(guān)計(jì)算結(jié)果的兩個(gè)PN的版本之間相對(duì)相位偏移。PN相關(guān)器502的輸出電耦合到基帶鎖相環(huán)508的輸入端。該基帶鎖相環(huán)508電耦合到時(shí)鐘506。時(shí)鐘506電耦合到PN發(fā)生器510。該P(yáng)N發(fā)生器電耦合到調(diào)制器314。
相關(guān)器502、相位測(cè)量器504、基帶鎖相環(huán)508和PN發(fā)生器510可以作為存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器320中的一個(gè)或多個(gè)程序而實(shí)現(xiàn)，并且由處理器322所執(zhí)行。
相同的收發(fā)機(jī)500可以由在雙向到達(dá)時(shí)間(TOA)距離測(cè)量中所涉及的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備所使用。一個(gè)設(shè)備是發(fā)起器，并且另一個(gè)設(shè)備是響應(yīng)器。在操作中，發(fā)起器首先產(chǎn)生和發(fā)送一個(gè)PN。一個(gè)響應(yīng)器接收該P(yáng)N，并且使用鎖相環(huán)508調(diào)節(jié)時(shí)鐘506，由此測(cè)量時(shí)間，并且用于驅(qū)動(dòng)PN發(fā)生器510，以匹配所接收的基帶信號(hào)的時(shí)鐘速率。在等待一個(gè)時(shí)鐘周期之后，該響應(yīng)器重新發(fā)送PN。該響應(yīng)器等待的時(shí)間周期最好由如下表達(dá)式所確定
T＝R*BI其中BT是偽隨機(jī)數(shù)序列的持續(xù)時(shí)間，以及R為一個(gè)隨機(jī)整數(shù)。
該偽隨機(jī)數(shù)序列的持續(xù)時(shí)間乘以光速(c)最好大于該收發(fā)機(jī)的范圍，從而避免在所測(cè)量距離的不確定。
如果它們被編程為對(duì)應(yīng)相同的偽隨機(jī)數(shù)序列，在響應(yīng)中導(dǎo)入隨機(jī)性避免了在多個(gè)響應(yīng)設(shè)備之間的碰撞。
在接收由響應(yīng)器所發(fā)送的PN之后，使用與相關(guān)器502相互作用的相位測(cè)量器504，該發(fā)起器確定在偽隨機(jī)數(shù)被首先由該發(fā)起器所發(fā)送的時(shí)間和接收從該響應(yīng)器返回的偽隨機(jī)數(shù)的時(shí)間之間的偏移時(shí)間。該偏移時(shí)間被乘以C，以獲得分離該發(fā)起器和響應(yīng)器的測(cè)量。該相關(guān)操作是在所接收信號(hào)的相位被測(cè)量的信號(hào)測(cè)量。
圖6為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的小型天線220的方框圖。參見(jiàn)圖6，天線陣列602電耦合到發(fā)射器-接收器開(kāi)關(guān)陣列604。該天線陣列602包括一個(gè)相控陣列，從而從一個(gè)被選擇方向發(fā)送的信號(hào)可以被選擇。該發(fā)射器-接收器開(kāi)關(guān)陣列604電耦合到向下轉(zhuǎn)換陣列606和向上轉(zhuǎn)換陣列608。向下轉(zhuǎn)換陣列606電耦合到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器618。向上轉(zhuǎn)換陣列608電耦合到多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器610。數(shù)字信號(hào)處理器612電耦合到多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器618以及多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器610。數(shù)字信號(hào)處理器612與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器614和程序存儲(chǔ)器616相集成，或者電耦合到該存儲(chǔ)器。一個(gè)到來(lái)方向(DOA)算法被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器616中，并且由數(shù)字信號(hào)處理器612所運(yùn)行。該DOA算法處理由多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器618數(shù)字化的信號(hào)，以選擇在天線陣列602中來(lái)自特定方向的信號(hào)。該DOA算法確定遠(yuǎn)程發(fā)射器所在的方向。通過(guò)控制施加到該天線陣列602中的多個(gè)天線的信號(hào)的相對(duì)相位，信號(hào)還可以在特定的方向上發(fā)送。
如果沒(méi)有其他信息的話，用于一個(gè)特定的移動(dòng)無(wú)線設(shè)備的單個(gè)DOA測(cè)量值將僅僅確定其方向。但是，這樣一個(gè)測(cè)量值可以根據(jù)本發(fā)明的思想用于特定的移動(dòng)設(shè)備以及在其附近的其他移動(dòng)設(shè)備的位置估計(jì)。
除了固定在基站218之外，小型天線220可以被安裝到第一移動(dòng)設(shè)備，例如車(chē)載無(wú)線設(shè)備。如果第一移動(dòng)設(shè)備的方向未知，則到其他移動(dòng)設(shè)備(例如，發(fā)射移動(dòng)設(shè)備)的方向沒(méi)有太大的用處，但是在第一設(shè)備使用小型天線測(cè)量到兩個(gè)其他無(wú)線設(shè)備的方向之間的差別將不隨著第一移動(dòng)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)而改變，并且根據(jù)本發(fā)明的思想可以用于估計(jì)三個(gè)設(shè)備以及在它們附近的其他設(shè)備的位置。
如上文所述，本發(fā)明提供一種用于通過(guò)在相互范圍內(nèi)的多個(gè)設(shè)備的子集之間發(fā)送信號(hào)而確定最好包括兩個(gè)或多個(gè)盲移動(dòng)設(shè)備的多個(gè)移動(dòng)無(wú)線設(shè)備的位置的方法和系統(tǒng)。該設(shè)備的范圍可以如此小，使得在多個(gè)移動(dòng)設(shè)備中的每個(gè)設(shè)備不能夠到達(dá)在該多個(gè)設(shè)備中的所有其他設(shè)備。把該無(wú)線設(shè)備設(shè)計(jì)為具有小范圍能夠節(jié)約電池能量。盡管該范圍有限，但是本發(fā)明能夠通過(guò)使更多的設(shè)備加入到該位置估計(jì)中而提高位置估計(jì)的精度。
根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，在多個(gè)無(wú)線設(shè)備的每個(gè)成員之間發(fā)送的信號(hào)以及在其范圍內(nèi)的多個(gè)無(wú)線設(shè)備的其他無(wú)線設(shè)備被測(cè)量，以獲得一組實(shí)際測(cè)量值。該無(wú)線設(shè)備最好包括至少兩個(gè)盲設(shè)備，在測(cè)量開(kāi)始時(shí)其位置是未知的。對(duì)多個(gè)無(wú)線設(shè)備假定多組坐標(biāo)。該假定的坐標(biāo)例如可以是該無(wú)線設(shè)備最后已知的坐標(biāo)，或者是使用一個(gè)計(jì)算機(jī)化的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器隨機(jī)選擇的坐標(biāo)。該測(cè)量的結(jié)果被根據(jù)該假定坐標(biāo)而計(jì)算，以獲得多個(gè)預(yù)測(cè)測(cè)量值。該預(yù)測(cè)測(cè)量值被與實(shí)際測(cè)量值相比較，并且該假定坐標(biāo)被根據(jù)該實(shí)際測(cè)量值和預(yù)測(cè)測(cè)量值的比較結(jié)果而糾正。預(yù)測(cè)該結(jié)果測(cè)量值的步驟把該預(yù)測(cè)測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值相比較，并且糾正該假定測(cè)量值的處理最好被重復(fù)執(zhí)行，直到在實(shí)際和預(yù)測(cè)值之間的匹配沒(méi)有進(jìn)一步的提高時(shí)為止。在實(shí)踐中，把該預(yù)測(cè)測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值比較以及校正該假定測(cè)量值的處理可以體現(xiàn)在優(yōu)化(查找最小值或最大值)數(shù)學(xué)函數(shù)的計(jì)算機(jī)程序中。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，通過(guò)確定使得該函數(shù)最大化和最小化(至少是近似的)的假定坐標(biāo)值而優(yōu)化基于(A)取決于假定坐標(biāo)的預(yù)測(cè)信號(hào)測(cè)量值以及(B)實(shí)際信號(hào)測(cè)量值的一個(gè)算術(shù)函數(shù)。坐標(biāo)的優(yōu)化值對(duì)應(yīng)于位置估計(jì)。上訴算術(shù)函數(shù)在下文中被稱為圖形函數(shù)(GF)。在數(shù)學(xué)符號(hào)中，圖形函數(shù)最好包括如下形式的子表達(dá)式Sub_Exp_1＝f1(ASM，f2(PC))其中，ASM為一組實(shí)際信號(hào)測(cè)量值，PC是一組假定坐標(biāo)變量，并且f1和f2是數(shù)學(xué)函數(shù)或計(jì)算機(jī)程序子例程。
f2給出基于PC的預(yù)測(cè)信號(hào)測(cè)量值。PC最好包括至少兩個(gè)移動(dòng)盲設(shè)備的坐標(biāo)，并且ASM最好包括兩個(gè)移動(dòng)盲設(shè)備之間的信號(hào)點(diǎn)測(cè)量值。f2最好體現(xiàn)(例如，以子例程的形式)可以用封閉形式書(shū)寫(xiě)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。另外，f2例如可以包括射線跟蹤程序，其根據(jù)從第二位置發(fā)送信號(hào)預(yù)測(cè)在一個(gè)位置處的信號(hào)測(cè)量值。
該圖形函數(shù)可以包括多個(gè)盲設(shè)備的坐標(biāo)以及僅僅少量(最好為至少兩個(gè)；更好為至少3個(gè))參考設(shè)備的坐標(biāo)，并且基于該設(shè)備之間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)量值。即使僅僅有少量的參考設(shè)備，并且該信號(hào)點(diǎn)測(cè)量值可能包含大的誤差，通過(guò)使用許多測(cè)量值，本發(fā)明的方法可以相當(dāng)精確地定位多個(gè)盲設(shè)備。圖形函數(shù)這個(gè)術(shù)語(yǔ)是適當(dāng)?shù)?，因?yàn)槭瞻l(fā)機(jī)的排列(其中一些收發(fā)機(jī)被在其他收發(fā)機(jī)的范圍內(nèi))可以通過(guò)收發(fā)機(jī)的位置的圖形來(lái)表示，其中每個(gè)邊緣對(duì)應(yīng)于兩個(gè)設(shè)備之間的信號(hào)測(cè)量值，并且邊緣長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于分離兩個(gè)設(shè)備的距離。如在此所用，“子表達(dá)式”這個(gè)術(shù)語(yǔ)包括項(xiàng)、指數(shù)，因數(shù)或超越函數(shù)的自變量或其一部分。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，至少一個(gè)基于至少兩個(gè)盲無(wú)線設(shè)備的坐標(biāo)的圖形函數(shù)被優(yōu)化，以確定這些坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，許多盲無(wú)線設(shè)備的位置可以被確定，即使在執(zhí)行計(jì)算之間該位置是未知的也可。
在實(shí)際信號(hào)測(cè)量中測(cè)量和在預(yù)測(cè)信號(hào)測(cè)量中預(yù)測(cè)的信號(hào)最好是用于TOA的信號(hào)。圖5中所示的收發(fā)機(jī)可以被用于發(fā)送和接收用于雙向TOA距離測(cè)量的信號(hào)。另外，該信號(hào)可以是用于RSSI的信號(hào)。當(dāng)使用RSSI時(shí)，兩個(gè)收發(fā)機(jī)之間的距離根據(jù)信道衰減模式而導(dǎo)出。
該圖形函數(shù)最好包括多個(gè)如下形式的子表達(dá)式Sub_Exp_2＝f3(ASM1-f4(PC1，PC2))其中ASM1是一個(gè)實(shí)際信號(hào)測(cè)量值，PC1是對(duì)應(yīng)于在進(jìn)行實(shí)際信號(hào)測(cè)量中所涉及的第一無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，PC2是對(duì)應(yīng)于在進(jìn)行實(shí)際信號(hào)測(cè)量中所涉及的第二無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，f3是一個(gè)函數(shù)，以及f4是一個(gè)根據(jù)PC1和PC2預(yù)測(cè)實(shí)際信號(hào)測(cè)量值的函數(shù)。
在實(shí)際信號(hào)測(cè)量值是所接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量值(RSSI)的情況中，f4包括一個(gè)信道衰減模型，其根據(jù)它和發(fā)送設(shè)備之間的距離預(yù)測(cè)到達(dá)一個(gè)接收設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度。該信道衰減模型(CH_A_1)最好采用如下形式Pi,j=Po(d0)-10nlog(di,jdo)]]>其中Pi，j是以分貝為單位的預(yù)測(cè)從第j個(gè)設(shè)備到第i個(gè)設(shè)備的功率，do是用于進(jìn)行參考測(cè)量的參考距離，Po是以分貝為單位到達(dá)與發(fā)送設(shè)備相距距離do的一個(gè)接收設(shè)備的功率，以及di,j=(Xi-Xj)2+(Yi-Yj)2+(Zi-Zj)2]]>其中(Xi，Yi，Zi)是用于第i個(gè)設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，以及(Xj，Yj，Zj)是用于第j個(gè)設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，以及n是為給定環(huán)境經(jīng)驗(yàn)確定的參數(shù)，其表示作為距離的函數(shù)的功率損耗。
如下文中更加詳細(xì)地描述，n可以根據(jù)參考設(shè)備之間的信號(hào)測(cè)量值而選擇。
該圖形函數(shù)最好包括多個(gè)采用Sub_Exp_2形式的多個(gè)子表達(dá)式，每個(gè)子表達(dá)式用于一對(duì)設(shè)備(對(duì)于每一邊)之間的每個(gè)信號(hào)測(cè)量值。在Sub_Exp_2中的函數(shù)或程序f3最好具有當(dāng)實(shí)際信號(hào)測(cè)量值A(chǔ)SM1等于由f4所預(yù)測(cè)的信號(hào)測(cè)量值時(shí)具有極值的特性。優(yōu)化該圖形函數(shù)的假定坐標(biāo)值將不需要優(yōu)化在該圖形函數(shù)中的公式Sub_Exp_2的每個(gè)子表達(dá)式。后者是由于信號(hào)測(cè)量值包含導(dǎo)致分別優(yōu)化該子表達(dá)式的假定坐標(biāo)的不一致的誤差這樣的事實(shí)所造成的。最好使用涉及基于單個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)的多個(gè)子表達(dá)式的一個(gè)圖形函數(shù)。在上述條件下，在該假定坐標(biāo)被優(yōu)化。由此，各個(gè)實(shí)際信號(hào)測(cè)量值的誤差的影響被減小。該優(yōu)化增加位置估計(jì)的精度，該位置估計(jì)作為對(duì)應(yīng)于該圖形函數(shù)的極值的假定坐標(biāo)的數(shù)值。
最好，該處假定坐標(biāo)變量包括用于至少兩個(gè)盲設(shè)備的坐標(biāo)變量，在進(jìn)行優(yōu)化之前該盲設(shè)備的位置是未知的。
最好，該圖形函數(shù)具有涉及誤差函數(shù)的概率的子表達(dá)式，其中一個(gè)自變量是實(shí)際測(cè)量值和預(yù)測(cè)測(cè)量值之差。用數(shù)學(xué)表達(dá)為Sub_Exp_3＝PE(ASM1-f4(PC1，PC2))其中ASM1、PC1、PC2和f4的定義如上文所述，并且PE是誤差函數(shù)的概率。該誤差函數(shù)的概率最好是一個(gè)連續(xù)的概率密度函數(shù)。
最好，對(duì)于該圖形的多個(gè)邊緣具有Sub_Exp_3形式的子表達(dá)式。最好，在涉及每個(gè)設(shè)備的坐標(biāo)的圖形函數(shù)中至少有兩個(gè)子表達(dá)式。
更好的是，誤差函數(shù)的概率包括高斯分布函數(shù)子表達(dá)式。高斯分布子表達(dá)式最好采用如下形式Sub_Exp_4=exp{-12(ASM-f4(PC1,PC2)σ)2}]]>其中ASM、PC1、PC2和f4的定義如上文所述，并且σ是被用于獲得ASM的測(cè)量處理的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
分別對(duì)應(yīng)于該圖形的單個(gè)邊緣的多個(gè)高斯子表達(dá)式最好在圖形函數(shù)中相乘。該圖形函數(shù)最好通過(guò)取高斯因子的乘積的自然對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)而導(dǎo)出。后一個(gè)步驟從該圖形函數(shù)中的消除指數(shù)函數(shù)，并且把該乘積轉(zhuǎn)換為求和，并且減小估計(jì)該函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的計(jì)算成本。對(duì)于一些類型的優(yōu)化算法，例如共軛梯度法，需要估計(jì)圖形函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。
可以用于與本發(fā)明相聯(lián)系并且特別適用于對(duì)信號(hào)測(cè)量值中的誤差分布模型化的誤差函數(shù)的另一種可能包括瑞利分布、威布爾分布、鈴木分布(Suzuki distribution)。上述每個(gè)可能的誤差函數(shù)包括一個(gè)或多個(gè)統(tǒng)計(jì)模型參數(shù)，其決定該函數(shù)的形狀。瑞利分布包括一個(gè)瑞利參數(shù)。威布爾分布包括一個(gè)整形參數(shù)和所測(cè)量信號(hào)的RMS數(shù)值。鈴木分布包括兩個(gè)參數(shù)，其用于模擬在高斯分布中的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
使用涉及用于每個(gè)無(wú)線設(shè)備的多個(gè)測(cè)量值的一個(gè)函數(shù)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，減小在用于每個(gè)無(wú)線設(shè)備的位置估計(jì)中的一個(gè)錯(cuò)誤測(cè)量值的影響。使用誤差函數(shù)的高斯概率具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，考慮到該測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，每個(gè)測(cè)量值被給予適當(dāng)?shù)臋?quán)重。當(dāng)實(shí)際信號(hào)測(cè)量值等于預(yù)測(cè)信號(hào)測(cè)量值時(shí)，Sub_Exp_4具有(單一的)最大值。盡管實(shí)際信號(hào)測(cè)量值可以具有較大誤差，根據(jù)本發(fā)明的思想，各個(gè)誤差的影響被通過(guò)構(gòu)造一個(gè)圖形函數(shù)而減小，其中根據(jù)它們相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)信號(hào)測(cè)量值給出權(quán)重。
另外，可以使用誤差函數(shù)的瑞利概率。誤差函數(shù)的概率包括一個(gè)或多個(gè)統(tǒng)計(jì)模型參數(shù)，例如在誤差函數(shù)的高斯分布的情況中為標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。
該圖形函數(shù)最好還包括多個(gè)子表達(dá)式，其中包含參考設(shè)備的位置估計(jì)。一個(gè)參考設(shè)備子表達(dá)式最好采用如下形式Sub_Exp_5＝f5(PC3，RC3)其中PC3是用于一個(gè)參考設(shè)備的假定坐標(biāo)，RC3是通過(guò)一個(gè)參考位置技術(shù)(例如，GPS，使用固定收發(fā)機(jī)的TDOA)而確定的參考設(shè)備的坐標(biāo)，并且f5是當(dāng)參考位置技術(shù)坐標(biāo)RC3等于假定坐標(biāo)PC3是具有極值(最大或最小值)的函數(shù)。
最好，該參考設(shè)備子表達(dá)式最好包括一個(gè)包含誤差函數(shù)的概率的子表達(dá)式，集中一個(gè)自變量是一個(gè)假定坐標(biāo)和由參考位置技術(shù)所確定的坐標(biāo)之差。也就是說(shuō)Sub_Exp_6＝PE(PC4-RC4)其中PC4是用于一個(gè)參考設(shè)備的假定坐標(biāo)，RC4是通過(guò)參考位置技術(shù)(例如，GPS，使用固定收發(fā)機(jī)的TDOA)所確定的參考設(shè)備的坐標(biāo)，其對(duì)應(yīng)于PC4。
更好的是，該圖形函數(shù)包括如下形式的子表達(dá)式Sub_Exp_7=exp[-12(PC4-RC4σB)2]]]>其中，PC4和RC4在上文中定義，以及σB是通過(guò)參考位置技術(shù)與RC4的測(cè)量值相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
該圖形函數(shù)最好包括如下形式的子表達(dá)式Sub_Exp_8=Πi=1NΠj∈Hi,j≠i{exp[-12(Pi,j-P'i,jσdb)2]}]]>其中，i是表示在位置估計(jì)計(jì)算中所涉及的無(wú)線設(shè)備的第一指標(biāo)，j為表示在位置估計(jì)計(jì)算中涉及的無(wú)線設(shè)備的第二指標(biāo)，N為在估計(jì)相互位置中涉及的無(wú)線設(shè)備的數(shù)目，Hi為在第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的范圍內(nèi)的所有無(wú)線設(shè)備的集合，P’i，j為從第i和第j個(gè)設(shè)備之一到達(dá)另一個(gè)設(shè)備的功率測(cè)量值(由分貝表達(dá))，Pi，j是根據(jù)信道衰減模型被預(yù)測(cè)為從第i和第j個(gè)設(shè)備之一到達(dá)另一個(gè)設(shè)備的功率(由分貝表達(dá))，以及σdB為用于測(cè)量值P’i，j的測(cè)量處理的標(biāo)準(zhǔn)偏差。值得注意的是，σdB用于P’i，j，因?yàn)橐苑重悶閱挝挥霉β时磉_(dá)的誤差根據(jù)高斯分布而分布。
用絕對(duì)單位表達(dá)，功率測(cè)量值的誤差值的擬合將不擬合高斯分布。
在輸入到Sub_Exp_8的功率測(cè)量值中所涉及的無(wú)線設(shè)備的集合包括固定設(shè)備、非固定參考設(shè)備和盲設(shè)備。
例如CH_A_1這樣的信道衰減模型可以把被在代入Sub_Exp_8用于Pi，j和P’i，j，以根據(jù)在根據(jù)N個(gè)設(shè)備的相互坐標(biāo)和假定坐標(biāo)中所涉及的N個(gè)無(wú)線設(shè)備的信號(hào)測(cè)量值得到的距離獲得一個(gè)算術(shù)表達(dá)式。對(duì)應(yīng)于所獲得的方程的最大值的N個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)的數(shù)值對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的N個(gè)設(shè)備的位置估計(jì)。已知有各種算法用于確定優(yōu)化多變量和函數(shù)的變量數(shù)值。Sub_Exp_810多個(gè)因子的乘積(一類子表達(dá)式)。請(qǐng)注意，存在有涉及用于每個(gè)第i設(shè)備的坐標(biāo)的一系列因子。
并非在確定相互位置中所涉及的所有設(shè)備都在相互范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該圖形函數(shù)最好包括一個(gè)超范圍子表達(dá)式，其考慮到不在相互范圍內(nèi)的一對(duì)或多對(duì)設(shè)備的信息。該超范圍子表達(dá)式鯽魚(yú)一次在相互范圍之外的兩個(gè)設(shè)備之間的距離(使用用于兩個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)的集合來(lái)確定)。如果從請(qǐng)求響應(yīng)的第一設(shè)備發(fā)送的一個(gè)信號(hào)不被第二設(shè)備所回應(yīng)，則第一和第二設(shè)備可以被確定為在相互范圍之外。超范圍子表達(dá)式最好傾向于增加在相互范圍之外的兩個(gè)設(shè)備之間的假定距離。例如，如果對(duì)應(yīng)于所估計(jì)坐標(biāo)的圖形函數(shù)的極值是超范圍子表達(dá)式的最大值(與最小值相對(duì))，則該超范圍子表達(dá)式最好隨著被確定為在相互范圍之外的兩個(gè)設(shè)備之間的假定距離而單調(diào)增加。另一方面，如果該圖形函數(shù)的所估計(jì)坐標(biāo)極值為最小值，則超范圍子表達(dá)式最好隨著兩個(gè)設(shè)備之間的距離增加而單調(diào)減小。更好的是，該超范圍子表達(dá)式隨著在相互范圍內(nèi)之外的兩個(gè)設(shè)備之間的假定距離增加而異步地逼近一個(gè)固定數(shù)值。
該圖形函數(shù)最好包括如下超范圍子表達(dá)式Sub_Exp_9=Πi=1NΠj∉Hi,j≠i∫pi,jPthresh∞exp[-12(Sσdb)2]dS]]>
其中，Pthresh是可以由一個(gè)無(wú)線設(shè)備所檢測(cè)的閾值功率。如在以前的子表達(dá)式的情況中，用于一個(gè)信道衰減模型的表達(dá)式可以代替在Sub_Exp_9中的Pi，j，以獲得假定坐標(biāo)的N個(gè)設(shè)備的算術(shù)函數(shù)。Sub_Exp_9表示根據(jù)它們?cè)谄渌麩o(wú)線設(shè)備的范圍之外的事實(shí)而對(duì)無(wú)線設(shè)備的位置的概率猜測(cè)。而根據(jù)在相互范圍內(nèi)的無(wú)線設(shè)備之間發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量值，Sub_Exp_8被用于估計(jì)N個(gè)無(wú)線設(shè)備的位置；Sub_Exp_9被用于根據(jù)在相互范圍之外的特定的無(wú)線設(shè)備對(duì)促進(jìn)位置估計(jì)。Sub_Exp_9還包括涉及在每個(gè)第i無(wú)線設(shè)備的假定坐標(biāo)的一系列因子。Sub_Exp_9的每個(gè)指數(shù)因子隨著在相互范圍之外的兩個(gè)設(shè)備之間的假定距離(在該距離上，Pi，j被假定為單調(diào)減小)增加而單調(diào)增加。另外，每個(gè)指數(shù)因子異步地逼近一個(gè)固定數(shù)值。如果用于要被查找的極值中的圖形函數(shù)為一個(gè)最大值，則每個(gè)指數(shù)因子傾向于分離在相互范圍之外的設(shè)備的假定坐標(biāo)，但是隨著該距離的增加分離量減小。
另外，范圍外子表達(dá)式基于被確定為在相互范圍之外的兩個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)之間的距離，并且當(dāng)該距離為大于兩個(gè)設(shè)備之間通信的閾值距離的數(shù)值時(shí)，具有一個(gè)極值。例如，在該范圍外子表達(dá)式的極值可以是該閾值距離乘以大于1的一個(gè)預(yù)定因子。該預(yù)定因子最好在1和10之間，更好的是在1.5和5之間。
最好，該圖形函數(shù)還包括如下形式的子表達(dá)式Sub_Exp_10=Πi∈Rexp[-12(xi-x'iσx)2-12(yi-y'iσy)2-12(zi-z'iσx)2]]]>其中(x’i，y’i，z’i)為用于通過(guò)使用參考位置系統(tǒng)(例如，GPS，TDOA)確定的對(duì)于第i個(gè)參考設(shè)備的一組坐標(biāo)估計(jì)，(xi，yi，zi)是用于第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，R是在確定具有參考定位技術(shù)的在確定相互位置中涉及的無(wú)線設(shè)備的子集，以及σx，σy，σz分別為能夠測(cè)量參考設(shè)備的x、y和z坐標(biāo)的參考定位技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)把該信道衰減模型(CH_A_1)的右側(cè)替換為在Sub_Exp_8中的Pi，j和P’i，j，并且取Sub_Exp_8、Sub_Exp_9和Sub_Exp_10的乘積的自然對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)而獲得。在代數(shù)簡(jiǎn)化之后，所獲得的圖形函數(shù)采用如下形式Sub_Exp_10=ΠI∈Rexp[-12(xi-x'iσx)2-12(yi-y'iσy)2-12(zi-z'iσx)2]]]>GF1=b28Σi=1NΣj∈Hii-1(lnd'i,j2di,j2)2]]>-Σi=1NΣj∉Hi,j≠iln{∫b2lndth2di,j2∞exp[-12(Sσdb)2]dS}+12Σi∈Rdi'i'2]]>其中b＝10n/(σdbIn10)，di',i'=((xi-x'i)2σx2+(yi-y'i)2σy2+(zi-z'i)2σz2+)(1/2)]]>d’i，j是通過(guò)把從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備的所測(cè)量功率插入在信道衰減模型CH_A_1中而確定的第i個(gè)設(shè)備和第j個(gè)設(shè)備之間的距離，并且解出di，j，(x’i，y’i，z’i)為從參考位置技術(shù)(例如，GPS)獲得的第i個(gè)設(shè)備的坐標(biāo)，
di，j是第i個(gè)設(shè)備和第j個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)的距離，即di,j=(Xi-Xj)2+(Yi-Yj)2+(Zi-Zj)2,]]>(xi，yi，zi)是用于第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，(xj，yj，zj)是用于第j個(gè)無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，dth為一個(gè)接收無(wú)線設(shè)備與一個(gè)發(fā)送無(wú)線設(shè)備之間相分離使得所接收的信號(hào)處于用于檢測(cè)的閾值電平的距離。dth使用信道衰減模型考慮到用于該系統(tǒng)中的接收器的閾值功率電平而確定的。
在簡(jiǎn)化之后(其包括指數(shù)和自然對(duì)數(shù)運(yùn)算符的組合)，不容易看出該圖形函數(shù)GF1包括Sub_Exp_8、Sub_Exp_9和Sub_Exp_10。但是，代數(shù)簡(jiǎn)化不改變特性GF1。
對(duì)于特定類型的優(yōu)化例程，例如共軛梯度法，需要該圖形函數(shù)對(duì)于變量的導(dǎo)數(shù)。這可以通過(guò)微積分從用于GF1的表達(dá)式確定。
如果TOA測(cè)量值被用于取代RSSI，則如下子表達(dá)式可以被包含在除了Sub_Exp_8之外的圖形函數(shù)中Sub_Exp_l1=Πl=1NΠj∈H1,j≠i{exp[-12(di,j-d'i,jσd)2]}]]>其中di，j是根據(jù)假定坐標(biāo)在第i和第j個(gè)設(shè)備之間的距離，d’i，j最好為基于第i和第j個(gè)設(shè)備之間的所測(cè)量的糾正距離，以及σd是表征兩個(gè)設(shè)備之間的距離測(cè)量值的不確定性。
由于多路徑效應(yīng)，該TOA測(cè)量?jī)A向于過(guò)高估計(jì)該距離。在TOA測(cè)量的情況下，通過(guò)使用返回小于所測(cè)量距離的一個(gè)數(shù)值的公式計(jì)算所測(cè)量距離而糾正di，j。更好的是，通過(guò)從所測(cè)量距離中減去一個(gè)預(yù)定常數(shù)而獲得di，j。另外，dNi，j本身是所測(cè)量距離。在所有情況中，di，j取決于所測(cè)量距離。
在小型天線被提供于該系統(tǒng)中并且它們的方向已知的情況中(例如，通過(guò)安裝在基站這樣的固定位置)，則該圖形函數(shù)最好包括如下形式的一個(gè)子表達(dá)式Sub_Exp_12=exp{-12(θi-arctan(yi-ysxi-xs)σθ)2}]]>其中xi為第i個(gè)設(shè)備的假定x坐標(biāo)，yj為第i個(gè)設(shè)備的假定y坐標(biāo)，xs為具有一個(gè)小型天線的設(shè)備的x坐標(biāo)，ys為具有一個(gè)小型天線的設(shè)備的y坐標(biāo)，θi為通過(guò)小型天線DOA算法所測(cè)量的到第i個(gè)設(shè)備的角度，以及σθ為表示θi測(cè)量值中的誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
Sub_Exp_12基于用于第i個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)和用于第i個(gè)設(shè)備的所測(cè)量角度θi。arctan((yi-ys)(xi-xs))子表達(dá)式根據(jù)該假定坐標(biāo)預(yù)測(cè)所測(cè)量角度。當(dāng)根據(jù)該假定坐標(biāo)預(yù)測(cè)的角度測(cè)量值與所測(cè)量的角度相匹配時(shí)，Sub_Exp_11具有一個(gè)極值(最大值)。
在該移動(dòng)設(shè)備具有小型天線的情況中，在第一設(shè)備從第二和第三設(shè)備接收信號(hào)的角度之差可以用于估計(jì)第一、第二和第三設(shè)備以及在它們附近的其他設(shè)備的位置。為了包含在信號(hào)到達(dá)一個(gè)小型天線的角度之差的測(cè)量值，該圖形函數(shù)最好包括如下形式的子表達(dá)式Sub_Exp_13=Πi=1NΠk=1m(l)Πj=k+1m(l)exp{-12(angle_meas(i,j,k)-angle_post(i,j,k)σangle)2}]]>其中angle_meas(i，j，k)是在第i個(gè)設(shè)備使用小型天線測(cè)量的在向著第j個(gè)設(shè)備的方向和向著第k個(gè)設(shè)備的方向所測(cè)量的差值(根據(jù)從第j個(gè)和第k個(gè)設(shè)備接收的信號(hào)在第i個(gè)設(shè)備確定angle_meas(i，j，k))。
σangle是在測(cè)量angle_meas(i，j，k)中的誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，
m(i)是在第i個(gè)設(shè)備的范圍內(nèi)的無(wú)線設(shè)備的數(shù)目，angle_post(i，j，k)使用余弦定律來(lái)計(jì)算π-arccos(c2-a2-b2ab)]]>其中a=((xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2)]]>b=((xi-xk)2+(yi-yk)2+(zi-zk)2)]]>c=((xj-xk)2+(yj-yk)2+(zj-zk)2)]]>其中(Xi，Yi，Zi)(Xj，Yj，Zj)(Xk，Yk，Zk)分別是第i個(gè)、第j個(gè)和第k個(gè)無(wú)線設(shè)備的假定坐標(biāo)。
已知有各種方法用于確定可以應(yīng)用于查找使該圖形函數(shù)最大化的假定坐標(biāo)數(shù)值的函數(shù)極值。在這些方法中有共軛梯度法，其在Press，W.H.et al.，Numerical Recipes，N.Y.，Cambridge University Press，1986.p.302-307中描述；模擬退火法(Simulated Annealing method)，其也在Numerical Recipes，p.326-334中描述；以及基因算法(GeneticAlgorithm)，其在Fogel，D.B.An Introduction to Simulated EvolutionaryOptimization.IEEE Transactions on Neural Networks，Vol.5，No.1(Jan.1994)中描述。除了推導(dǎo)單個(gè)表達(dá)式圖形函數(shù)之外，該圖形函數(shù)可以被嵌入在子例程的層級(jí)中。例如，該圖形函數(shù)的每個(gè)子表達(dá)式可以被在一個(gè)編程子例程中表達(dá)。該處理節(jié)點(diǎn)132最好具有存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器320中的程序，其實(shí)現(xiàn)用于查找該圖形函數(shù)的極值的一個(gè)優(yōu)化例程。另外，該優(yōu)化例程可以由多個(gè)節(jié)點(diǎn)所執(zhí)行，例如，無(wú)線設(shè)備112-132。在該優(yōu)化例程由多個(gè)設(shè)備所執(zhí)行的情況中，每個(gè)設(shè)備例如可以估計(jì)特定項(xiàng)，或者該圖形函數(shù)的特定導(dǎo)數(shù)，并且與其他設(shè)備共享該結(jié)果。
圖7為由一個(gè)無(wú)線設(shè)備所執(zhí)行以從相鄰的無(wú)線設(shè)備確定其距離的處理700的流程圖。從一個(gè)第i無(wú)線設(shè)備的角度示出處理700。在處理塊702中，第i個(gè)無(wú)線設(shè)備發(fā)出一個(gè)用于識(shí)別的請(qǐng)求。該用于識(shí)別的請(qǐng)求將到達(dá)在由該識(shí)別請(qǐng)求被發(fā)送的功率和在該第i個(gè)設(shè)備附近中任何障礙物的特性和分布所表示的第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的有限范圍內(nèi)的其他無(wú)線設(shè)備。處理塊704是一個(gè)判斷塊，其判斷結(jié)果取決于在由第i個(gè)設(shè)備所接收的信號(hào)中是否檢測(cè)到碰撞。如果檢測(cè)到碰撞，則該處理循環(huán)回到處理塊702。如果沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，則該處理繼續(xù)進(jìn)行到處理塊706，其中識(shí)別響應(yīng)被從第i個(gè)無(wú)線設(shè)備附近的無(wú)線設(shè)備接收。在處理塊708中，在它們的響應(yīng)內(nèi)接收的在處理塊706響應(yīng)的設(shè)備ID被記錄在第i個(gè)設(shè)備的存儲(chǔ)器中(例如，RAM318(圖3))。
在處理塊710中，對(duì)于在處理塊706中被接收響應(yīng)的每個(gè)無(wú)線設(shè)備執(zhí)行信號(hào)測(cè)量。每個(gè)信號(hào)測(cè)量最好包括到達(dá)測(cè)量的雙向TOA。在進(jìn)行雙向TOA測(cè)量中，第i個(gè)設(shè)備最好使用偽隨機(jī)數(shù)發(fā)出消息，并且對(duì)被請(qǐng)求響應(yīng)的特定設(shè)備的標(biāo)識(shí)進(jìn)行編碼。該標(biāo)識(shí)可以使用偽隨機(jī)數(shù)根據(jù)直接序列碼分多址(DS-CDMA)技術(shù)而編碼。然后在第i個(gè)設(shè)備接收一個(gè)響應(yīng)，并且在接收該響應(yīng)中的延遲被用于確定到第i個(gè)設(shè)備和響應(yīng)設(shè)備之間的距離。另外，每個(gè)信號(hào)測(cè)量值可以包括用于與一個(gè)信道模型(例如，CH_A_1)相結(jié)合的RSSI信號(hào)測(cè)量值，以計(jì)算第i個(gè)設(shè)備和響應(yīng)設(shè)備之間的距離。另外，每個(gè)信號(hào)測(cè)量值可以包括一個(gè)DOA測(cè)量值。該信號(hào)測(cè)量值可以包括選自DOA、RSSI和TOA的不同類型的信號(hào)測(cè)量值(但不限于此)的組合。還可以把該信號(hào)測(cè)量值基于在處理塊706中接收的識(shí)別信號(hào)。
如果第i個(gè)設(shè)備具有例如GPS這樣的參考定位技術(shù)，則將獲得一個(gè)參考位置估計(jì)。在處理塊712中，在第i個(gè)設(shè)備具有參考定位技術(shù)的情況中，該信號(hào)測(cè)量和對(duì)于第i個(gè)設(shè)備的參考位置估計(jì)的結(jié)果被耦合到該處理節(jié)點(diǎn)132。該信號(hào)測(cè)量和參考位置估計(jì)的結(jié)果可以直接發(fā)送到該處理節(jié)點(diǎn)132，但是，在到達(dá)該處理節(jié)點(diǎn)132之前，最好該結(jié)果通過(guò)一系列其他無(wú)線設(shè)備112-132(圖1)和222-228(圖2)中繼。按照在處理節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送的次序中繼該信息具有需要較小功率用于發(fā)送的優(yōu)點(diǎn)。為了把測(cè)量信息發(fā)送到該處理器節(jié)點(diǎn)132的目的，一個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)可以在確定相互位置的設(shè)備之間建立(圖1)。在一個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)中，由于消息在相鄰的設(shè)備之間發(fā)送而不是直接發(fā)送到一個(gè)目的地，因此節(jié)省功率。如在一個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)中所進(jìn)行的那樣，通過(guò)多個(gè)跳躍發(fā)送消息還具有不直接到達(dá)一個(gè)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，如果一個(gè)消息路由通過(guò)一個(gè)相鄰設(shè)備，則可以直接到達(dá)(例如，處理器節(jié)點(diǎn))。通過(guò)一個(gè)相鄰設(shè)備的路由可以繞過(guò)在視線上的障礙物。
處理700可以體現(xiàn)在響應(yīng)由第i個(gè)設(shè)備所攜帶的加速計(jì)330觸發(fā)的中斷而執(zhí)行的一個(gè)程序中。響應(yīng)該中斷，第i個(gè)設(shè)備還可以把一個(gè)消息發(fā)送到要求也執(zhí)行處理700的其他無(wú)線設(shè)備。另外，響應(yīng)該中斷，第i個(gè)設(shè)備可以把一個(gè)消息發(fā)送到該處理節(jié)點(diǎn)(圖1)，表明它已經(jīng)移動(dòng)，并且響應(yīng)接收該消息，該處理節(jié)點(diǎn)132(圖1)可以把消息發(fā)送到要求也執(zhí)行處理700的所選擇的其他無(wú)線設(shè)備。根據(jù)最后的已知位置，其他無(wú)線設(shè)備的可以基于它們?cè)谂c第i個(gè)設(shè)備相距預(yù)定距離之內(nèi)而被選擇。該設(shè)備的最后已知位置可以被記錄在RAM318中(圖3)。
圖8為由一個(gè)無(wú)線設(shè)備響應(yīng)圖7中所示的處理而執(zhí)行的處理800的流程圖。圖8為從第j個(gè)設(shè)備來(lái)看的示意圖。在處理塊802中，由第j個(gè)設(shè)備從第i個(gè)設(shè)備接收用于識(shí)別的請(qǐng)求。處理塊804是用于避免發(fā)送碰撞的第一隨機(jī)延遲。在處理塊806中，把一個(gè)識(shí)別消息從第j個(gè)設(shè)備發(fā)送到第i個(gè)設(shè)備(如上文所述，該信號(hào)測(cè)量可以基于在處理塊806中發(fā)送的消息)。在處理塊808中，接收用于位置估計(jì)的一個(gè)信號(hào)。在處理塊808中接收的信號(hào)例如包括基于偽隨機(jī)數(shù)的DS-CDMA信號(hào)，處理塊810是第二隨機(jī)延遲(例如，上述接合圖5討論的時(shí)間間隔T)。在處理塊812中，用于位置估計(jì)的信號(hào)被從第j個(gè)設(shè)備發(fā)送回第i個(gè)設(shè)備。在處理塊808中接收的信號(hào)和在處理塊810中發(fā)送的信號(hào)可以是用于例如結(jié)合圖5中所示的收發(fā)機(jī)討論的雙向到達(dá)時(shí)間測(cè)量中。
在確定相互位置中所涉及的N個(gè)設(shè)備的每一個(gè)設(shè)備上執(zhí)行處理700將導(dǎo)致對(duì)每個(gè)邊緣獲得兩個(gè)冗余測(cè)量值(一個(gè)來(lái)自在該邊緣的端部的每個(gè)節(jié)點(diǎn))。該實(shí)際測(cè)量值最好為兩個(gè)冗余測(cè)量值的平均值。
圖9為通過(guò)一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)132(圖1)執(zhí)行一個(gè)處理以估計(jì)多個(gè)無(wú)線設(shè)備的位置的流程圖。在處理塊902中，(如在處理塊712(圖7)中發(fā)送的)信號(hào)測(cè)量和參考位置估計(jì)的結(jié)果被從多個(gè)(N)無(wú)線設(shè)備接收。在處理塊904中，根據(jù)用于測(cè)量距離的信號(hào)測(cè)量值計(jì)算距離。處理塊904最好包括對(duì)每個(gè)邊緣平均冗余測(cè)量值的分步驟。取代處理塊904，在信號(hào)測(cè)量中所涉及的無(wú)線設(shè)備可以根據(jù)該測(cè)量值計(jì)算距離，并且把距離信息傳送到處理節(jié)點(diǎn)132(圖1)。在處理塊906中，該距離基于該信號(hào)測(cè)量值，并且參考技術(shù)位置估計(jì)值被輸入到一個(gè)圖形函數(shù)(例如，GF1)。在處理塊908中，涉及無(wú)線設(shè)備的角度測(cè)量的結(jié)果被輸入到該圖形函數(shù)(在該圖形函數(shù)包括基于角度測(cè)量的子表達(dá)式的情況中)。處理塊906和908可以通過(guò)調(diào)用一個(gè)圖形函數(shù)優(yōu)化子例程，利用該參考技術(shù)位置估計(jì)值以及距離和角度測(cè)量值作為調(diào)用參數(shù)而實(shí)現(xiàn)。處理塊904可以與處理塊906相組合，也就是說(shuō)，可以利用信號(hào)測(cè)量值的結(jié)果作為調(diào)用參數(shù)而調(diào)用優(yōu)化使得信號(hào)測(cè)量變得顯而易見(jiàn)的信號(hào)測(cè)量的圖形函數(shù)的子例程。如上文所述，該圖形函數(shù)可以清楚地涉及該信號(hào)測(cè)量。在后一種情況中，該信號(hào)測(cè)量可以被用作為一個(gè)圖形函數(shù)優(yōu)化子例程的調(diào)用參數(shù)。在處理塊910中，該圖形函數(shù)被優(yōu)化，并且對(duì)應(yīng)于該圖形函數(shù)的極值的假定坐標(biāo)被返回作為用于在多個(gè)無(wú)線設(shè)備中的至少一個(gè)無(wú)線設(shè)備的子集的位置估計(jì)值。執(zhí)行圖9中所示的處理的一個(gè)程序可以被存儲(chǔ)于一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，例如圖3中所示的程序存儲(chǔ)器(320)。
上文給出的信道衰減模型(CH_A_1)包括參數(shù)n，其表示作為與該發(fā)送源相距距離的函數(shù)的功率降。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，參數(shù)n的數(shù)值或者在其他信道模型中的其他參數(shù)被根據(jù)一個(gè)或多個(gè)在參考設(shè)備之間發(fā)送的功率測(cè)量值以及用于進(jìn)行功率測(cè)量的該參考設(shè)備的位置估計(jì)值而選擇。參數(shù)值的選擇可以基于在第一參考設(shè)備和第二參考設(shè)備之間進(jìn)行的單個(gè)功率測(cè)量值，但是最好基于涉及兩個(gè)以上參考設(shè)備的一個(gè)以上的功率測(cè)量值。該信道模型通過(guò)擬合到包含參考設(shè)備之間的位置估計(jì)值和功率測(cè)量值的數(shù)據(jù)而優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該信道模型被通過(guò)最小二乘法擬合到上述數(shù)據(jù)。一旦該信道模型的參數(shù)已經(jīng)使用在參考設(shè)備之間的測(cè)量值而優(yōu)化，則根據(jù)該優(yōu)化具有參數(shù)集的信道模型可以被用于該圖形函數(shù)中，用于預(yù)測(cè)盲設(shè)備和參考設(shè)備之間以及盲設(shè)備對(duì)之間的信號(hào)測(cè)量值。
上文給出的信道衰減模型(CH_A_1)在基于RSSI確定無(wú)線設(shè)備之間的距離方面特別有用。但是，本發(fā)明不限于使用該信道模型。對(duì)于估計(jì)在具有已知衰減特性的已知障礙物分布的一個(gè)環(huán)境中的位置的情況，如下信道衰減模型(CH_A_2)在與基于RSSI的距離確定方面是有用的Pi,j=Po(d0)-10nlog(di,jdo)-Σi=1MXlAl,jl(CH_A_2)]]>M是在特定環(huán)境中的障礙物的類型數(shù)目，Xl是在該環(huán)境中的障礙物的第l個(gè)類型的衰減，Ali，j是被第i個(gè)和第j個(gè)設(shè)備的假定位置之間的一條直線所截取的第l個(gè)類型的障礙物的數(shù)目，以及其他符號(hào)在上文中給出。
例如，在建筑物平面圖100(圖1)的情況中M＝3，并且x1、x2和x3分別對(duì)應(yīng)于圖1中所示在穿過(guò)隔間墻壁、外墻102和有壁面的辦公室108(圖1)的墻壁過(guò)程中所受到的衰減。信道衰減模型CH_A_2與表示一個(gè)地圖的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)相結(jié)合，例如圖1中所示的建筑物平面圖。該地圖或建筑物平面圖的計(jì)算機(jī)表示被與CH_A_2相結(jié)合，以估計(jì)一個(gè)圖形函數(shù)，或者圖形函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，用于優(yōu)化和位置估計(jì)的目的。該地圖的計(jì)算機(jī)表示被用于確定與在兩個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)之間連線交叉的障礙物的數(shù)目和類型。該障礙物的數(shù)目和類型被用于估計(jì)CH_A_2之和，從而一個(gè)預(yù)測(cè)功率可以使用CH_A_2根據(jù)該假定坐標(biāo)而確定。
請(qǐng)注意，CH_A_2除了確定在兩個(gè)無(wú)線設(shè)備之間發(fā)送的功率的n個(gè)參數(shù)Xl之外還具有多個(gè)參數(shù)。并且還可以表征一個(gè)信號(hào)環(huán)境，或者換句話說(shuō)通過(guò)把CH_A_2擬合到參考設(shè)備之間的多個(gè)測(cè)量結(jié)果而優(yōu)化該信道模型的參數(shù)n、Xl。用于參考設(shè)備的位置估計(jì)和在參考設(shè)備之間發(fā)送的信號(hào)測(cè)量值可以用于選擇信道衰減模型的參數(shù)(n、Xl)所用的數(shù)值。實(shí)現(xiàn)該參數(shù)數(shù)值選擇的的一個(gè)方式是把該信道模型方程按照最小二乘法擬合到該測(cè)量數(shù)據(jù)。在最小二乘法擬合的情況中，需要比要在該信道模型中確定的參數(shù)更多的測(cè)量值。最好涉及不同參考設(shè)備對(duì)的至少M(fèi)+2個(gè)測(cè)量值被用于選擇參數(shù)(n、Xl)的數(shù)值。由于CH_A_2在n和Xl中是線性的，因此線性代數(shù)可以被用于確定對(duì)于這些參數(shù)的最小二乘解。在此沒(méi)有明確公開(kāi)的其他信道模型的參數(shù)例如可以通過(guò)根據(jù)參考設(shè)備測(cè)量值進(jìn)行最小二乘擬合而優(yōu)化。
上述公開(kāi)的系統(tǒng)具有隨著在位置估計(jì)中所涉及的設(shè)備數(shù)目增加，該位置估計(jì)傾向于更加準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)?？紤]到無(wú)線設(shè)備在不久的將來(lái)變得普及，以后會(huì)特別順利。
在上文所公開(kāi)的系統(tǒng)的其他優(yōu)點(diǎn)是由每個(gè)無(wú)線通信設(shè)備所發(fā)送的測(cè)距信號(hào)的功率可以變低，因?yàn)樵摐y(cè)距信號(hào)僅僅需要到達(dá)最近的無(wú)線通信設(shè)備，而不是遠(yuǎn)處的固定基站。同理，消除了對(duì)大量固定基站的需要，否則在每個(gè)設(shè)備的合理功率電平的范圍內(nèi)需要有一個(gè)固定基站。也不需要大量的固定基站來(lái)獲得精確的位置估計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種估計(jì)無(wú)線設(shè)備的未知位置的方法，該方法包括如下步驟接收在第一和第二無(wú)線設(shè)備之間發(fā)送的第一信號(hào)的測(cè)量值，以獲得一個(gè)信號(hào)測(cè)量值，以及優(yōu)化基于該信號(hào)測(cè)量值、用于該第一無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)以及用于第二無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中接收一個(gè)信號(hào)的測(cè)量值的步驟包括如下分步驟接收一個(gè)偏移時(shí)間的測(cè)量值，該偏移時(shí)間取決于第二信號(hào)從第一設(shè)備發(fā)送到第二設(shè)備的第一時(shí)間和響應(yīng)該第二信號(hào)在被第二設(shè)備發(fā)送之后的第一信號(hào)被在第一設(shè)備接收的第二時(shí)間之差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括優(yōu)化一個(gè)包含如下形式的子表達(dá)式的函數(shù)的分步驟Sub_Exp_9=Πi=1NΠj∉H1,j≠i∫PI,j-Pthresh∞exp[-12(Sσdb)2]dS]]>其中i是表示在位置估計(jì)計(jì)算中所涉及的第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的第一指標(biāo)，j為表示在位置估計(jì)計(jì)算中涉及的第j個(gè)無(wú)線設(shè)備的第二指標(biāo)，N為在估計(jì)相互位置中涉及的無(wú)線設(shè)備的數(shù)目，Hi為在第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的范圍內(nèi)的所有無(wú)線設(shè)備的集合，Pi，j為根據(jù)信道衰減模型和第i和第j個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)的P’i，j的估計(jì)值，以及σdB為用于測(cè)量值P’i，j的測(cè)量處理的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及Pthresh是可以由無(wú)線設(shè)備所檢測(cè)的閾值功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括優(yōu)化一個(gè)包含如下形式的子表達(dá)式的函數(shù)的分步驟Sub_Exp_10=Πi∈Rexp[-12(xi-x'iσx)2-12(yi-y'iσy)2-12(zi-zi'σx)2]]]>其中(x’i，y’i，z’i)為用于通過(guò)使用參考位置技術(shù)確定的第i個(gè)參考設(shè)備的一組坐標(biāo)，(xi，yi，zi)是用于第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，R是在確定具有參考定位技術(shù)的在確定相互位置中涉及的無(wú)線設(shè)備的子集，以及σx，σy，σz分別為能夠測(cè)量參考設(shè)備的x、y和z坐標(biāo)的參考定位技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括優(yōu)化一個(gè)包含如下形式的子表達(dá)式的函數(shù)的分步驟GF1=b28Σi=1NΣj∈Hii-1(lnd'i,j'2di,j2)2]]>-Σi=1NΣj∉Hi,j≠iln{∫b2lndth2di,j2∞exp[-12(Sσdb)2]dS}+12Σi∈Rdi'i'2]]>其中b＝10n/(σdbIn10)，di',i'=((xi-x'i)2σx2+(yi-y'i)2σy2+(zi-z'i)2σz2+)(1/2)]]>d’i，j是在由一個(gè)信號(hào)功率測(cè)量所確定的第i個(gè)設(shè)備和第j個(gè)設(shè)備之間的距離，di,j=(Xi-Xj)2+(Yi-Yj)2+(Zi-Zj)2]]>(x’i，y’i，z’i)為用于通過(guò)使用參考位置技術(shù)確定的第i個(gè)參考設(shè)備的一組坐標(biāo)，(xi，yi，zi)是用于第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，σx，σy，σz分別為能夠測(cè)量參考設(shè)備的x、y和z坐標(biāo)的參考定位技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，σdB為用于進(jìn)行信號(hào)功率測(cè)量的測(cè)量處理的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及dth為一個(gè)接收無(wú)線設(shè)備與一個(gè)發(fā)送無(wú)線設(shè)備之間相分離使得所接收的信號(hào)處于用于檢測(cè)的閾值電平的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括優(yōu)化一個(gè)包含如下形式的子表達(dá)式的函數(shù)的分步驟Sub_Exp_11=exp{-12(θi-arctan(yi-ysxi-xs)σθ)2}]]>其中xi為第i個(gè)設(shè)備的假定x坐標(biāo)，yi為第i個(gè)設(shè)備的假定y坐標(biāo)，xs為具有一個(gè)小型天線的設(shè)備的x坐標(biāo)，ys為具有一個(gè)小型天線的設(shè)備的y坐標(biāo)，θi為通過(guò)小型天線DOA算法所測(cè)量的到第i個(gè)設(shè)備的角度，以及σθ為表示θi測(cè)量值中的誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括優(yōu)化一個(gè)包含如下形式的子表達(dá)式的函數(shù)的分步驟Sub_Exp_12=Πi=1NΠk=1m(i)Πj=k+1m(i)exp{-12(angle_meas(i,j,k)-angle_post(i,j,k)σangle)2}]]>其中angle_meas(i，j，k)是在第i個(gè)設(shè)備使用小型天線測(cè)量的在向著第j個(gè)設(shè)備的方向和向著第k個(gè)設(shè)備的方向所測(cè)量的差值，σangle是在測(cè)量angle_meas(i，j，k)中的誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，m(i)是在第i個(gè)設(shè)備的范圍內(nèi)的多個(gè)無(wú)線設(shè)備，angle_post(i，j，k)使用余弦定律來(lái)計(jì)算π-arccos(c2-a2-b2ab)]]>其中a=((xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2)]]>b=((xi-xk)2+(yi-yk)2+(zi-zk)2)]]>c=((xj-xk)2+(yj-yk)2+(zj-zk)2)]]>其中(Xi，Yi，Zi)(Xj，Yj，Zj)(Xk，Yk，Zk)分別是第i個(gè)、第j個(gè)和第k個(gè)無(wú)線設(shè)備的假定坐標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟從一個(gè)加速計(jì)檢測(cè)一個(gè)信號(hào)，并且響應(yīng)對(duì)該信號(hào)的檢測(cè)，開(kāi)始測(cè)量一個(gè)信號(hào)的步驟以及優(yōu)化步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟根據(jù)該測(cè)量值計(jì)算第一和第二無(wú)線設(shè)備之間的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化步驟包括一個(gè)分步驟根據(jù)一個(gè)統(tǒng)計(jì)模型參數(shù)優(yōu)化一個(gè)函數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中優(yōu)化步驟包括一個(gè)分步驟根據(jù)信號(hào)測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)化一個(gè)函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中包括如下步驟確定第三設(shè)備和第一設(shè)備在相互之間的范圍之外。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中優(yōu)化步驟包括分步驟優(yōu)化一個(gè)函數(shù)，其包括取決于第一和第三設(shè)備之間的距離一個(gè)子表達(dá)式，其根據(jù)用于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的一組假定坐標(biāo)而確定，并且是第一和第三設(shè)備之間的距離的一個(gè)單調(diào)函數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中優(yōu)化步驟包括如下分步驟優(yōu)化一個(gè)函數(shù)，其包括取決于第一和第三設(shè)備之間的距離一個(gè)子表達(dá)式，其根據(jù)用于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的一組假定坐標(biāo)而確定，并且當(dāng)?shù)谝缓偷谌O(shè)備之間的距離增加時(shí)漸近地逼近一個(gè)固定值。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該優(yōu)化步驟包括分步驟優(yōu)化一個(gè)函數(shù)，其包括取決于第一和第三設(shè)備之間的距離一個(gè)子表達(dá)式，其根據(jù)用于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的一組假定坐標(biāo)而確定，并且在大于用于在第一和第三設(shè)備之間通信的一個(gè)閾值距離的距離處具有一個(gè)極值。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該優(yōu)化步驟包括分步驟優(yōu)化一個(gè)函數(shù)，其包括取決于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的第一子表達(dá)式，以及取決于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的第二子表達(dá)式。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該優(yōu)化步驟包括分步驟優(yōu)化一個(gè)函數(shù)，其包括取決于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的第一子表達(dá)式，取決于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的第二子表達(dá)式，以及取決于第二設(shè)備的假定坐標(biāo)的第三子表達(dá)式。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟接收在第二設(shè)備和第一參考設(shè)備之間發(fā)送的第二信號(hào)的測(cè)量值。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該優(yōu)化步驟包括分步驟優(yōu)化一個(gè)函數(shù)，其包括取決于用于第一參考設(shè)備的假定坐標(biāo)的一個(gè)子表達(dá)式。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中接收在第二設(shè)備和第一參考設(shè)備之間發(fā)送的第一信號(hào)的測(cè)量值的步驟包括如下分步驟接收到達(dá)第一參考設(shè)備的信號(hào)的角度的測(cè)量值，以獲得第一角度測(cè)量值，以及其中該優(yōu)化步驟包括分步驟優(yōu)化一個(gè)函數(shù)，其包括取決于第二設(shè)備的假定坐標(biāo)的一個(gè)子表達(dá)式和第一角度測(cè)量值。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中接收一個(gè)信號(hào)的測(cè)量值的步驟包括如下分步驟接收從第二設(shè)備到達(dá)第一參考設(shè)備的信號(hào)的第一角度的測(cè)量值，以獲得第一角度測(cè)量值。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟接收從第三設(shè)備到達(dá)第一設(shè)備的第二信號(hào)的第二角度的測(cè)量值，以獲得第二角度測(cè)量值。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括如下分步驟優(yōu)化基于第一角度測(cè)量值和第二角度測(cè)量值之差和用于第一、第二和第三設(shè)備的假定坐標(biāo)的一個(gè)函數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括如下分步驟優(yōu)化包括第一子表達(dá)式的一個(gè)函數(shù)，其根據(jù)該假定坐標(biāo)給出一個(gè)預(yù)測(cè)信號(hào)測(cè)量值。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括如下分步驟優(yōu)化包括第一子表達(dá)式并且當(dāng)該信號(hào)測(cè)量值等于預(yù)測(cè)信號(hào)測(cè)量值時(shí)具有一個(gè)極值的一個(gè)函數(shù)
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括如下分步驟優(yōu)化包括信道模型的一個(gè)函數(shù)，其根據(jù)該假定坐標(biāo)預(yù)測(cè)該信號(hào)測(cè)量值。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟在一個(gè)參考設(shè)備進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，以獲得一個(gè)參考測(cè)量值，獲得用于該參考設(shè)備的位置估計(jì)，以及通過(guò)把該信道模型擬合到包括位置估計(jì)和參考測(cè)量值的數(shù)據(jù)而選擇信道模型參數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中優(yōu)化包括一個(gè)信道衰減模型的函數(shù)的步驟包括如下分步驟優(yōu)化包括如下形式的信道衰減模型子表達(dá)式的一個(gè)函數(shù)Pi,j=Po(do)-10nlog(di,jdo)(CH_A_1)]]>do是用于進(jìn)行參考測(cè)量的一個(gè)參考距離，其中Pi，j是以分貝為單位的預(yù)測(cè)從第二設(shè)備到第一設(shè)備的功率，Po是在校正距離的一個(gè)功率測(cè)量值，di,j=(Xi-Xj)2+(Yi-Yj)2+(Zi-Zj)2]]>其中(Xi，Yi，Zi)是用于第一設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，以及(Xj，Yj，Zj)是用于第二設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，以及n是為給定環(huán)境經(jīng)驗(yàn)確定的參數(shù)，其表示作為距離的函數(shù)的功率損耗。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟接收在第一參考設(shè)備和第二參考設(shè)備之間發(fā)送的功率的測(cè)量值，以獲得第一功率測(cè)量值，獲得用于第一和第二參考設(shè)備的位置估計(jì)，通過(guò)把該信道衰減模型擬合到第一功率測(cè)量值和用于第一和第二參考設(shè)備的位置估計(jì)而選擇數(shù)值n。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中優(yōu)化包括信道衰減模型的函數(shù)的步驟包括如下分步驟優(yōu)化包括如下形式的信道衰減模型的函數(shù)Pi,j=Po(do)-10nlog(di,jdo)-Σi=1MXlAi,jl]]>其中do是用于進(jìn)行參考測(cè)量的一個(gè)參考距離，Pi，j是以分貝為單位的預(yù)測(cè)從第j個(gè)設(shè)備到第i個(gè)設(shè)備的功率，Po是在校正距離的一個(gè)功率測(cè)量值，其中(Xi，Yi，Zi)是用于第i個(gè)設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，以及(Xj，Yj，Zj)是用于第j個(gè)設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，以及n是為給定環(huán)境經(jīng)驗(yàn)確定的參數(shù)，其表示作為距離的函數(shù)的功率損耗，M是在特定環(huán)境中的障礙物的類型數(shù)目，Xl是在該環(huán)境中的障礙物的第l個(gè)類型的衰減，Ali，j是被第i個(gè)和第j個(gè)設(shè)備的假定位置之間的一條直線所截取的第l個(gè)類型的障礙物的數(shù)目。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟執(zhí)行參考設(shè)備之間的多個(gè)信號(hào)測(cè)量，以獲得多個(gè)參考信號(hào)測(cè)量值，對(duì)在多個(gè)信號(hào)測(cè)量值中所涉及的參考設(shè)備獲得位置估計(jì)，以及通過(guò)把該信道衰減模型擬合到多個(gè)參考信號(hào)測(cè)量值和位置估計(jì)而確定用于Ali，j和n的數(shù)值。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中執(zhí)行多個(gè)測(cè)量的步驟包括如下分步驟執(zhí)行參考設(shè)備之間的至少M(fèi)+2個(gè)信號(hào)的測(cè)量，以獲得多個(gè)參考信號(hào)測(cè)量值。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括如下分步驟優(yōu)化包括如下形式的子表達(dá)式的一個(gè)函數(shù)Sub_Exp_11=Πi=1NΠj∈H1,j≠i{exp[-12(di,j-d'i,jσd)2]}]]>其中，i表示在位置估計(jì)計(jì)算中所涉及的第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的第一指標(biāo)，j表示在位置估計(jì)計(jì)算中所涉及的第j個(gè)無(wú)線設(shè)備的第二指標(biāo)，N為在位置估計(jì)中所涉及的設(shè)備數(shù)目，Hi為在第i個(gè)設(shè)備的范圍內(nèi)的所有無(wú)線設(shè)備的集合，di，j是根據(jù)假定坐標(biāo)在第i和第j個(gè)設(shè)備之間的距離，d’i，j基于從信號(hào)測(cè)量所推導(dǎo)的第i和第j個(gè)設(shè)備相分離的距離的測(cè)量值，以及σd是表征該信號(hào)測(cè)量值的不確定性。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟通過(guò)使用返回小于所測(cè)量距離的一個(gè)數(shù)值的公式在一個(gè)所測(cè)量距離上操作而計(jì)算d’i，j的數(shù)值。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中進(jìn)一步包括如下步驟通過(guò)從所測(cè)量距離減去一個(gè)預(yù)定數(shù)值而計(jì)算d’i，j的數(shù)值。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括優(yōu)化包含如下形式的子表達(dá)式的函數(shù)的分步驟Sub_Exp_8=Πi=1NΠj∈Hi,j≠i{exp[-12(Pi,j-P'i,jσdb)2]}]]>其中i表示在位置估計(jì)計(jì)算中所涉及的第i個(gè)無(wú)線設(shè)備，j表示在位置估計(jì)計(jì)算中所涉及的第j個(gè)無(wú)線設(shè)備，N為在位置估計(jì)中所涉及的設(shè)備數(shù)目，Hi為在第i個(gè)設(shè)備的范圍內(nèi)的設(shè)備數(shù)目，P’i，j是在第i個(gè)設(shè)備和第j個(gè)設(shè)備的功率的測(cè)量值，Pi，j為根據(jù)信道衰減模型和第i和第j個(gè)設(shè)備的假定坐標(biāo)的的P’i，j的估計(jì)值，以及σdB是用于測(cè)量P’i，j的測(cè)量處理的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中優(yōu)化該函數(shù)的步驟包括優(yōu)化包含如下形式的子表達(dá)式的函數(shù)的分步驟Sub_Exp_10=Πi∈Rexp[-12(xi-x'iσx)2-12(yi-y'iσy)-12(zi-z'iσx)2]]]>其中(x’i，y’i，z’i)為用于通過(guò)使用參考位置技術(shù)確定的第i個(gè)參考設(shè)備的一組坐標(biāo)，(xi，yi，zi)是用于第i個(gè)無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)，R是在確定具有參考定位技術(shù)的在確定相互位置中涉及的無(wú)線設(shè)備的子集，以及σx，σy，σz分別為能夠測(cè)量參考設(shè)備的x、y和z坐標(biāo)的參考定位技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。σx，σy，σz分別為能夠測(cè)量參考設(shè)備的x、y和z坐標(biāo)的參考定位技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
38.一種處理節(jié)點(diǎn)，其中包括接收器，用于接收在第一未知位置設(shè)備和第二未知位置設(shè)備之間發(fā)送的第一信號(hào)的第一信號(hào)測(cè)量值的第一結(jié)果，以及在第二未知位置設(shè)備和一個(gè)已知位置設(shè)備之間發(fā)送的第二信號(hào)的第二信號(hào)測(cè)量值的第二結(jié)果，處理器，用于根據(jù)第一未知位置設(shè)備和第二未知位置設(shè)備的假定坐標(biāo)，優(yōu)化第一信號(hào)測(cè)量值、第二信號(hào)測(cè)量值、第一未知位置設(shè)備和第二未知位置設(shè)備的假定坐標(biāo)的一個(gè)函數(shù)，從而估計(jì)第一和第二未知位置設(shè)備的位置。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的處理節(jié)點(diǎn)，其中進(jìn)一步包括一個(gè)外部系統(tǒng)通信接口系統(tǒng)。
40.一種位置估計(jì)系統(tǒng)，其中包括多個(gè)無(wú)線設(shè)備，每個(gè)設(shè)備包括信號(hào)測(cè)量器，以及用于發(fā)送一個(gè)信號(hào)測(cè)量值的發(fā)送器，以及處理節(jié)點(diǎn)，其中包括接收器，用于接收在第一未知位置設(shè)備和第二未知位置設(shè)備之間發(fā)送的第一信號(hào)的第一信號(hào)測(cè)量值的第一結(jié)果，以及在第二未知位置設(shè)備和一個(gè)已知位置設(shè)備之間發(fā)送的第二信號(hào)的第二信號(hào)測(cè)量值的第二結(jié)果，處理器，用于根據(jù)第一未知位置設(shè)備和第二未知位置設(shè)備的假定坐標(biāo)，優(yōu)化第一信號(hào)測(cè)量值、第二信號(hào)測(cè)量值、第一未知位置設(shè)備和第二未知位置設(shè)備的假定坐標(biāo)的一個(gè)函數(shù)。
41.一種響應(yīng)雙向信號(hào)到達(dá)時(shí)間的方法，該方法包括如下步驟接收具有第一時(shí)間段的一個(gè)偽隨機(jī)序列，把一個(gè)時(shí)鐘相位鎖定到該偽隨機(jī)序列的頻率，等待使用該時(shí)鐘測(cè)量的該第一時(shí)間段的隨機(jī)倍數(shù)的時(shí)間，以及發(fā)送該偽隨機(jī)序列。
42.一種測(cè)量到遠(yuǎn)程收發(fā)機(jī)的距離的方法，該方法包括如下步驟在第一時(shí)間發(fā)送第一時(shí)間段的偽隨機(jī)序列，在從第一時(shí)間開(kāi)始計(jì)數(shù)大于該第一時(shí)間段的第二時(shí)間段之后接收該偽隨機(jī)序列，以及把所接收的偽隨機(jī)序列的相位與本地產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列的相位相比較。
43.一種收發(fā)機(jī)，其中包括用于測(cè)量從多個(gè)收發(fā)機(jī)接收的多個(gè)信號(hào)以獲得多個(gè)信號(hào)測(cè)量值的裝置；用于把多個(gè)信號(hào)測(cè)量值通信耦合到一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)的裝置。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的收發(fā)機(jī)，其中用于測(cè)量的裝置包括一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量器。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的收發(fā)機(jī)，其中用于測(cè)量的裝置包括偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，電耦合到該偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的調(diào)制器，電耦合到該調(diào)制器的天線，電耦合到偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和解調(diào)器的相關(guān)器，以及耦合到該相關(guān)器的相位測(cè)量器。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的收發(fā)機(jī)，其中進(jìn)一步包括電耦合到該解調(diào)器的基帶鎖相環(huán)。
47.一種包含用于估計(jì)包括未知位置的第一無(wú)線設(shè)備和第二無(wú)線設(shè)備的一組無(wú)線設(shè)備的位置的程序指令，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括用于執(zhí)行如下步驟的程序指令接收在第一和第二無(wú)線設(shè)備之間發(fā)送的第一信號(hào)的測(cè)量值，以獲得一個(gè)信號(hào)測(cè)量值，以及優(yōu)化取決于該信號(hào)測(cè)量值、用于該第一設(shè)備的一組假定坐標(biāo)以及用于第二無(wú)線設(shè)備的一組假定坐標(biāo)的函數(shù)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中用于優(yōu)化的程序指令包括用于執(zhí)行如下步驟的程序指令優(yōu)化基于該信號(hào)測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差的函數(shù)。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中用于優(yōu)化一個(gè)函數(shù)的程序指令包括用于執(zhí)行如下步驟的程序指令優(yōu)化包括基于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的第一子表達(dá)式和基于第一設(shè)備的假定坐標(biāo)的第二子表達(dá)式的一個(gè)函數(shù)。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中進(jìn)一步包括用于執(zhí)行如下步驟的程序指令接收在第二設(shè)備和第一參考設(shè)備之間發(fā)送的第二信號(hào)的測(cè)量值。
51.根據(jù)權(quán)利要求47所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中用于優(yōu)化函數(shù)的程序指令包括用于執(zhí)行如下步驟的程序指令優(yōu)化包括基于一組用于第一參考設(shè)備的假定坐標(biāo)的子表達(dá)式的函數(shù)。
全文摘要
一種系統(tǒng)，用于通過(guò)測(cè)量在已知位置設(shè)備(112－118、134－138、214－218、224－228)和未知位置設(shè)備(120－130、222)之間發(fā)送的信號(hào)和在未知位置設(shè)備對(duì)(120－130、222)之間發(fā)送的信號(hào)，把信號(hào)測(cè)量值輸入到包括多個(gè)第一子表達(dá)式的圖形函數(shù)，其中所述多個(gè)子表達(dá)式包括信號(hào)測(cè)量預(yù)測(cè)子表達(dá)式并且當(dāng)一個(gè)預(yù)測(cè)信號(hào)測(cè)量值等于實(shí)際信號(hào)測(cè)量值時(shí)具有極值，以及優(yōu)化該圖形函數(shù)而定位多個(gè)設(shè)備(112－130)。
文檔編號(hào)G01S13/84GK1488076SQ01822217
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月5日
發(fā)明者尼爾·K·帕特瓦利, 羅伯特·J·歐迪, 弗農(nóng)·A·阿倫, 馬修·R·伯金斯, 莫尼克·J·伯格爾斯, J 伯格爾斯, J 歐迪, A 阿倫, R 伯金斯, 尼爾 K 帕特瓦利 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司