用于探測(cè)無線設(shè)備的三維位置的交通工具系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于探測(cè)無線設(shè)備的三維位置的交通工具系統(tǒng)。交通工具系統(tǒng)帶有被配置為提供無線信號(hào)的便攜設(shè)備。交通工具系統(tǒng)包括：至少三個(gè)基站，用以布置在交通工具各處且處于第一平面內(nèi)；以及第四基站，用以布置在交通工具內(nèi)部，并且垂直偏離于第一平面，以與至少三個(gè)基站中的兩個(gè)一起定義第二平面。每個(gè)基站被配置為接收無線信號(hào)，并且產(chǎn)生指示無線信號(hào)空口傳輸時(shí)間的消息。第四基站還被配置為基于每個(gè)基站產(chǎn)生的消息，確定便攜設(shè)備的三維位置。
【專利說明】用于探測(cè)無線設(shè)備的三維位置的交通工具系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年4月16日提交的編號(hào)為13/863,852的美國專利申請(qǐng)的優(yōu)先 權(quán)，該申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用方式被整體并入。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] -個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式涉及用于確定與交通工具的有關(guān)的無線設(shè)備的三維定位的 交通工具系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 許多現(xiàn)代交通工具裝備有一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器，所述收發(fā)器使用無線信號(hào)與智能鑰 匙通信用以控制交通工具的功能（比如被動(dòng)式無鑰匙進(jìn)入和被動(dòng)式啟動(dòng))。使用被動(dòng)式進(jìn) 入，交通工具控制器基于智能鑰匙相對(duì)于交通工具的位置確定哪個(gè)門將被打開。這樣的被 動(dòng)式無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)通常包括多達(dá)六個(gè)低頻（LF)天線。每個(gè)LF天線被安裝在交通工具的 門的附近(例如，在手柄內(nèi))并且與智能鑰匙通信以確定其位置。使用被動(dòng)式啟動(dòng)，交通工具 控制器基于智能鑰匙的位置確定駕駛員是在車內(nèi)還是在車外。這樣的被動(dòng)式啟動(dòng)系統(tǒng)通常 包括在交通工具內(nèi)的至少一個(gè)天線和安裝在交通工具外部的另一個(gè)天線(例如，在頂部之 上)。因此，裝備有被動(dòng)式進(jìn)入/被動(dòng)式啟動(dòng)（PEPS)系統(tǒng)的交通工具可有多達(dá)八個(gè)天線。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在至少一個(gè)實(shí)施方式中，交通工具系統(tǒng)配備了一個(gè)被配置為用來提供無線信號(hào)的 便攜設(shè)備。交通工具系統(tǒng)包括：至少三個(gè)基站，用以在第一平面內(nèi)對(duì)于交通工具定位；以及 第四基站，用于在交通工具內(nèi)部定位并且從第一平面垂直地偏離，以和至少三個(gè)基站中的 兩個(gè)一起定義第二平面。每個(gè)基站被配置為接收無線信號(hào)并且產(chǎn)生指示無線信號(hào)空口傳輸 時(shí)間的消息。第四基站還配置為基于每一個(gè)基站產(chǎn)生的消息確定便攜設(shè)備的三維位置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 本公開的實(shí)施方式在所附的權(quán)利要求中被具體指出。然而，各種實(shí)施方式的其它 特征通過參照以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將變得更加明顯和將被最好地理解，其中：
[0007] 圖1是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的帶有用于探測(cè)無線設(shè)備三維位置的交通工具 系統(tǒng)的交通工具的示意圖；
[0008] 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的無線設(shè)備、主基站和輔助基站的詳細(xì)示意圖；
[0009] 圖3是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的說明確定無線設(shè)備三維位置的方法的流程圖； [0010] 圖4是圖1中的交通工具系統(tǒng)的俯視示意圖，說明了與三個(gè)基站交叉的第一節(jié)點(diǎn) 平面；
[0011] 圖5是圖1中的交通工具系統(tǒng)的側(cè)視示意圖，說明了與三個(gè)基站和第一節(jié)點(diǎn)平面 交叉的第二節(jié)點(diǎn)平面；
[0012] 圖6說明了無線設(shè)備相對(duì)于第一節(jié)點(diǎn)平面的第一位置；以及
[0013] 圖7說明了無線設(shè)備相對(duì)于第二節(jié)點(diǎn)平面的第二位置。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 按照要求，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)的實(shí)施方式；然而，需要了解的是所公布的實(shí)施 方式僅僅是本發(fā)明的示例，其可被實(shí)施為多種并且可選的形式。附圖并非一定要成比例；一 些特征可被放大或縮小以顯示具體部件的細(xì)節(jié)。因此，這里公布的特定結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié) 并不能被解釋為限制，而僅僅是作為教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員從多方面運(yùn)用本發(fā)明的代表性 基礎(chǔ)。
[0015] 本公開的實(shí)施方式一般提供多個(gè)電路和多個(gè)其它的電氣設(shè)備。每一個(gè)實(shí)施方式 所提供的電路和其它電氣設(shè)備的所有參考和功能，不是旨在受限于僅僅包含這里的所說明 和描述的內(nèi)容。盡管具體的標(biāo)識(shí)可被分配給所公開的各種電路和其它電氣設(shè)備，但是這些 標(biāo)識(shí)不是旨在限制這些電路和其它的電氣設(shè)備的操作范圍。這些電路和其它的電氣設(shè)備 可基于期望的電器實(shí)現(xiàn)的具體類型，以任何方式相互結(jié)合和/或分割。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這里公 開的任何電路和其它的電氣設(shè)備可包括任何數(shù)量的微處理器、集成電路、存儲(chǔ)設(shè)備(例如， FLASH、RAM、R0M、EPR0M、EEPR0M，或其另外的合適的變體）和軟件，它們相互作用以執(zhí)行如這 里所公開的任何數(shù)量的操作。
[0016] 參考圖1，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的用于確定無線設(shè)備位置的交通工具 系統(tǒng)，并且總體上用數(shù)字10表示。交通工具系統(tǒng)10包括便攜的無線設(shè)備12(例如，智能鑰 匙)和至少四個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括主基站14和至少三個(gè)輔助基站16a、16b、16n ("16")。根據(jù)圖示 的實(shí)施方式，三個(gè)節(jié)點(diǎn)16定位在交通工具上部以內(nèi)（例如，在頂篷以內(nèi)）。主基站14 (第四 節(jié)點(diǎn))與其它節(jié)點(diǎn)16垂直分隔開并且定位在交通工具的中間部分(例如，在汽車的儀器板以 內(nèi)）。第四節(jié)點(diǎn)14相對(duì)于其它節(jié)點(diǎn)16的垂直分隔允許交通工具系統(tǒng)10確定智能鑰匙12 的三維位置。
[0017] 主基站14、輔助基站16以及智能鑰匙12相互作用于一系列信號(hào)交換并且使用空 口傳輸時(shí)間（T0F)的實(shí)施來確定從交通工具18到智能鑰匙12的距離。在這之后，節(jié)點(diǎn)14、 16使用三邊測(cè)量來定位智能鑰匙12所在的實(shí)際區(qū)域20。三邊測(cè)量的使用使主基站14能夠 定位鑰匙12在水平方向上距離交通工具的位置。第四節(jié)點(diǎn)14和其它節(jié)點(diǎn)（16a、16b、16n) 之間的垂直偏移使交通工具系統(tǒng)10能夠使用三邊測(cè)量來計(jì)算智能鑰匙12相對(duì)于多個(gè)平面 的三維（3-D)位置。這樣的3-D分析比相對(duì)于單個(gè)平面的2-D分析提供更精確的位置確定。 該信息(例如，鑰匙12定位在哪個(gè)區(qū)域20內(nèi))結(jié)合使用T0F確定的距離信息使主基站14以 更高級(jí)別的精確度定位鑰匙12相對(duì)于交通工具18的位置。
[0018] 例如，主基站14可確定智能鑰匙12位于距交通工具18三米距離的位置，并且智 能鑰匙12位于駕駛員一側(cè)的區(qū)域20a中。盡管說明了智能鑰匙12的位置可通過T0F和三 邊測(cè)量確定，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這里所說明的關(guān)于定位智能鑰匙12的方面可被應(yīng)用于其它 交通工具功能（比如，但不限于輪胎壓力檢測(cè)）。當(dāng)使用T0F時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到主基站14和輔 助基站16可定位在交通工具18內(nèi)的預(yù)先確定的位置，以從智能鑰匙12接收信號(hào)，或向其 發(fā)送信號(hào)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，節(jié)點(diǎn)14、16定位在交通工具頂篷以內(nèi)（如圖1所示） 并且定向?yàn)橐话愕娜墙Y(jié)構(gòu)(如圖3所示)。
[0019] 主基站14 一般包括附加的電路以響應(yīng)智能鑰匙12提供的命令信號(hào)來鎖定和解鎖 交通工具18。交通工具系統(tǒng)10執(zhí)行被動(dòng)式進(jìn)入被動(dòng)式啟動(dòng)（PEPS)功能，其中主基站14響 應(yīng)于確定智能鑰匙12位于交通工具的相應(yīng)區(qū)域20a-20n ("20"）以解鎖交通工具18。例 如，圖示的實(shí)施方式描繪了前駕駛員一側(cè)的區(qū)域20a、交通工具前部區(qū)域20b、前乘客一側(cè) 的區(qū)域20c、后乘客一側(cè)的區(qū)域20d、交通工具后部區(qū)域20e以及后駕駛員一側(cè)的區(qū)域20f。 區(qū)域20 -般對(duì)應(yīng)預(yù)先確定的關(guān)于交通工具18的授權(quán)位置(例如，交通工具18的內(nèi)部或外 部)，從而使智能鑰匙12被探測(cè)到在這樣的區(qū)域20中的一個(gè)以內(nèi)時(shí)，那么主基站14可自動(dòng) 解鎖靠近智能鑰匙12被探測(cè)到的區(qū)域20的交通工具(或門），并且使用戶能夠發(fā)動(dòng)交通工 具。
[0020] 根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，除了 PEPS功能，交通工具系統(tǒng)10還使用遠(yuǎn)程無鑰匙操 作。例如，如果鑰匙12在授權(quán)區(qū)域20內(nèi)發(fā)送期望操作的命令指示，主基站14可執(zhí)行期望 的交通工具18的操作(例如，鎖定、解鎖、升降門釋放等)。
[0021] 圖2示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的智能鑰匙12、主基站14以及輔助基站16 的詳細(xì)示意圖。智能鑰匙12包括微控制器30、發(fā)送/接收器("收發(fā)器")32、以及至少一個(gè) 天線34。微控制器30可操作地耦合至收發(fā)器32和天線34,用于發(fā)送和接收發(fā)送到/接收 自主基站14和輔助基站16的信號(hào)。射頻（RF)開關(guān)35可操作地耦合至天線34,用以將其 耦合到收發(fā)器32。多個(gè)天線34的實(shí)施方式可提供天線分集，有助于解決射頻多徑問題。RF 開關(guān)35的使用和多個(gè)天線是可選的。例如，單個(gè)天線34可用于發(fā)送和接收發(fā)送至和來自 智能鑰匙12的信號(hào)。
[0022] 根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，智能鑰匙12包括給微控制器30和收發(fā)器32供電的可 充電電池36。電池充電器電路40從充電器連接器42接收能量，充電器連接器42可操作 的耦合至外部電源(未示出）。微控制器30可控制第一發(fā)光指示器44和/或振動(dòng)馬達(dá)46， 以向用戶提供電池36的充電狀態(tài)指示的反饋，。智能鑰匙12也可包括加速度計(jì)47和陀螺 儀48,用于探測(cè)無線設(shè)備12的運(yùn)動(dòng)。加速度計(jì)47可提供指示智能鑰匙12在三個(gè)軸（Αχ、 Ay和Αζ)上的加速度數(shù)據(jù)。陀螺儀48可提供指示鑰匙12的偏航率（Ψ)、俯仰率（Θ )、側(cè) 傾率(Φ)的定向數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，壓力發(fā)聲器49以及第二發(fā)光指示器也可可操作地耦合至 微控制器30,用以提供額外的反饋。放置在無線設(shè)備12的多個(gè)開關(guān)52用于向交通工具18 發(fā)送命令，從而開始許多交通工具操作(例如，門鎖定和解鎖、升降門釋放、遠(yuǎn)程啟動(dòng)等)。
[0023] 收發(fā)器32 -般被配置為運(yùn)行在3-lOGHz的頻率，并且在至少500MHz的超寬帶 (UWB)帶寬內(nèi)通信。在超寬帶帶寬內(nèi)的這種高頻率通信使交通工具系統(tǒng)10能夠在更高的精 度內(nèi)確定智能鑰匙12相對(duì)于交通工具系統(tǒng)的距離。收發(fā)器32 -般包括振蕩器54和鎖相 環(huán)56 (PLL)，從而使得收發(fā)器32運(yùn)行在3-lOGHz頻率。
[0024] 微控制器30可操作地耦合到收發(fā)器32和天線34,用來向主基站14和每一個(gè)輔助 基站16發(fā)送無線信號(hào)58。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，無線信號(hào)58包括諸如加密數(shù)據(jù)、加速 度數(shù)據(jù)（Ax、Ay和Αζ)和陀螺儀數(shù)據(jù)（Ψ、Θ和φ)。
[0025] 主基站14 一般包括微控制器60、收發(fā)器62和至少一個(gè)天線64。交通工具18中的 電源65給微控制器60和收發(fā)器62提供電力。RF開關(guān)66可操作地稱合至微控制器60和 天線64。RF開關(guān)66可操作地耦合至天線64用以將其耦合至收發(fā)器62。多個(gè)天線64的實(shí) 施方式可提供天線分集，可能有助于解決RF多徑問題。還可以考慮的是單個(gè)天線64可被 用于發(fā)送和接收發(fā)送到和接收自智能鑰匙12的信號(hào)而無需RF開關(guān)66。微控制器60可操 作地耦合至收發(fā)器62和天線64,用以發(fā)送和接收發(fā)送到/接收自智能鑰匙12 (例如，無線 信號(hào)58)和輔助基站16的信號(hào)。微控制器60基于這些信號(hào)確定智能鑰匙12的位置。主 基站14還包括用以執(zhí)行交通工具的門和/或升降門/車尾行李箱的鎖定/解鎖、以及用于 執(zhí)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)操作的電路。
[0026] 收發(fā)器62 -般也配置為運(yùn)行在3-lOGHz頻率，并且在至少500MHz超寬帶（UWB)帶 寬內(nèi)通信。在3-lOGHz運(yùn)行頻率和超寬帶帶寬內(nèi)操作收發(fā)器62,當(dāng)其與智能鑰匙12通信 時(shí)，使得主基站14在更高的精度內(nèi)確定智能鑰匙12相對(duì)于交通工具的距離。收發(fā)器62 - 般包括振蕩器74和PLL76,用以使收發(fā)器62能夠運(yùn)行在3-lOGHz頻率。
[0027] 輔助基站16 -般包括微控制器80、收發(fā)器82和至少一個(gè)天線84。RF開關(guān)86可 操作地耦合至微控制器60和天線64。由于以上提到的原因，RF開關(guān)86和多天線84的實(shí) 施是可選的。微控制器80可操作地耦合至收發(fā)器82和天線84以發(fā)送和接收發(fā)送到/接 收自智能鑰匙12的信號(hào)(例如，無線信號(hào)58)和主基站14的信號(hào)。交通工具18的電源65 給微控制器80和收發(fā)器82提供電力。
[0028] 收發(fā)器82 -般也配置為運(yùn)行在3-lOGHz頻率，并且在至少500MHz的超寬帶（UWB) 帶寬通信。在3-lOGHz運(yùn)行頻率和超寬帶帶寬內(nèi)操作收發(fā)器82,當(dāng)其與智能鑰匙12通信 時(shí)，使得交通工具系統(tǒng)10在更高的精度內(nèi)確定智能鑰匙12相對(duì)于交通工具的距離。收發(fā) 器82 -般包括振蕩器94和PLL96,用以使收發(fā)器能夠82運(yùn)行在3-lOGHz頻率。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí) 到第二和第三輔助基站16b、16η (如圖1所示)類似于如上描述的基站16,并且包括相同的 組件和提供相同的功能。在另一個(gè)實(shí)施方式中，交通工具系統(tǒng)10包括簡(jiǎn)單的僅包括天線84 的輔助基站16,其被主基站14的微控制器60控制。
[0029] 每個(gè)輔助基站16從智能鑰匙12接收無線信號(hào)58,并且發(fā)送消息98到主基站14， 消息包括指示無線信號(hào)空口傳輸?shù)臅r(shí)間。消息98也包括加速度數(shù)據(jù)（Ax、Ay和Αζ)、以及 陀螺儀數(shù)據(jù)（Ψ、Θ和φ)。主基站14也接收無線信號(hào)58,并且產(chǎn)生包括指示無線信號(hào)58 空口傳輸時(shí)間、以及加速度計(jì)數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)的消息(未示出）。輔助基站16可無線地、 或通過有線連接與主基站14通信。在一個(gè)實(shí)施方式中，輔助基站16使用局域互聯(lián)網(wǎng)（LIN) 與主基站14通信。
[0030] 智能鑰匙12、主基站14和輔助基站16中的每個(gè)都布置為在至少500MHz的UWB帶 寬內(nèi)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，這個(gè)方面決定了這樣的設(shè)備上的大電流開銷的需求。例如，通過運(yùn)行 在UWB帶寬范圍，這樣的情況產(chǎn)生大的頻率譜(例如，同時(shí)包含低頻和高頻)和提高測(cè)距精確 性的高的時(shí)間分辨率。因?yàn)榛驹O(shè)備從交通工具的電源65獲得電力，功耗可能不是主基站 14和輔助基站16的主要問題。然而，因?yàn)橹悄荑€匙12是便攜設(shè)備，功耗問題是其主要問 題。通常，便攜設(shè)備裝備有單獨(dú)的電池。在實(shí)現(xiàn)單獨(dú)電池與在UWB帶寬范圍內(nèi)發(fā)送/接收 數(shù)據(jù)的智能鑰匙12相連接的情況下，電池將很快耗盡?？紤]到這種情況，智能鑰匙12包括 可充電的電池36和電池充電器電路40、以及充電器連接器42 (或無線實(shí)施方式)，以使電 池36可按需要充電，以支持與在UWB帶寬范圍內(nèi)發(fā)送/接收信息一起使用時(shí)的功率需要。
[0031] 現(xiàn)存的PEPS系統(tǒng)(未示出)通常包括定位在交通工具各處的多達(dá)八個(gè)LF天線。交 通工具的結(jié)構(gòu)阻擋了 LF信號(hào)，因此天線安裝在外部或靠近窗戶的地方，以提供視距通信。 這樣的系統(tǒng)通?；诮邮盏降臒o線信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度（RSS)確定智能鑰匙的位置。
[0032] 交通工具系統(tǒng)10在高頻(例如，3-lOGHz)通信，相比較于現(xiàn)有系統(tǒng)，允許天線數(shù)量 的減少。通常，收發(fā)器32、62和82運(yùn)行的頻率越高，這些收發(fā)器32、62和82能發(fā)送和接收 的信息的帶寬越大。這樣大的帶寬（即，在UWB帶寬內(nèi)）可提高抗噪聲干擾性和提高信號(hào)傳 輸。因?yàn)閁WB帶寬允許更可靠的信號(hào)傳輸，這也可以提高確定智能鑰匙12距離時(shí)的精確 性。如上所述，3-lOGHz的運(yùn)行頻率使得收發(fā)器32、62和82在UWB范圍內(nèi)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 對(duì)于智能鑰匙12、主基站14和輔助基站16的UWB帶寬的使用可提供（i)待要被要接收的 發(fā)送信號(hào)通過的障礙物的穿透性(例如，提高抗噪聲干擾性）；（ii)高測(cè)距(或定位）的精確 性；（iii)高速數(shù)據(jù)通信；以及（iv)低成本的實(shí)施方案。因?yàn)閁WB譜的多個(gè)頻率成分，相對(duì) 于結(jié)合窄帶實(shí)施方案發(fā)送的數(shù)據(jù)(例如，基于在315MHz的載頻的傳輸?shù)?，發(fā)送的數(shù)據(jù)可被 智能鑰匙12、主基站14和輔助基站16更可靠地接收。例如，基于UWB的信號(hào)，因?yàn)榫哂信c 其相關(guān)的多個(gè)頻率成分，可以同時(shí)具有好的反射特性和透射特性。一些頻率成分可穿過各 種物體發(fā)送，而其它的頻率成分可很好的被物體反射。這些情況可增加智能鑰匙12、主基站 14和輔助基站16的數(shù)據(jù)的全部接收中的可靠性。進(jìn)一步，UWB譜中的傳輸可提供抗堵塞的 魯棒的無線性能。這也可提供反中繼攻擊的對(duì)抗措施，以及在其內(nèi)的合適的測(cè)量分辨率，例 如，幾個(gè)厘米的分辨率。
[0033] 在智能鑰匙12、主基站14和輔助基站16中實(shí)施UWB -般地適合于T0F應(yīng)用。盡 管基于UWB的信號(hào)可有好的反射特性，但是如果基于反射信號(hào)，T0F的計(jì)算可變得復(fù)雜。因 此基站14、16安裝在乘客艙內(nèi)部和靠近窗戶或擋風(fēng)玻璃的地方(例如，在頂篷或儀表板內(nèi) 部)，以一般地允許與智能鑰匙12的視距通信。
[0034] 交通工具系統(tǒng)10使用T0F確定智能鑰匙12和每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（主基站14和輔助基站 16)之間的距離。交通工具系統(tǒng)10之后使用三邊測(cè)量確定智能鑰匙12的3-D位置，包括 目前鑰匙12處在哪一個(gè)區(qū)域20 (如圖1所示)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)14、16從鑰匙12接收無線信號(hào) 58,并且產(chǎn)生具有指示無線信號(hào)58的空口傳輸時(shí)間的信息的消息。主基站14從每一個(gè)節(jié) 點(diǎn)14、16接收空口傳輸時(shí)間信息，并且執(zhí)行T0F測(cè)量以確定智能鑰匙12和主基站14之間 的第一距離（D1)、智能鑰匙12和第一輔助基站16a之間的第二距離（D2)、智能鑰匙12和第 二輔助基站16b之間的第三距離（D3)、以及智能鑰匙12和第三輔助基站16η之間的第四距 離（D4)。這樣對(duì)每一個(gè)三邊測(cè)量計(jì)算，至少需要三個(gè)距離讀數(shù)。交通工具10執(zhí)行多個(gè)三邊 測(cè)量計(jì)算以確定智能鑰匙12的3-D位置。
[0035] 圖3是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式說明確定智能鑰匙12相對(duì)于交通工具18 (如圖 1所示）的3-D位置的方法的流程圖100。在操作110,交通工具系統(tǒng)10使用T0F技術(shù)，分 別計(jì)算智能鑰匙12和四個(gè)節(jié)點(diǎn)14、16a、16b和16η之間的距離（D1、D2、D3、D4)。圖4是交 通工具系統(tǒng)10的俯視圖，并且示出了定位在公共的水平（XY)平面("節(jié)點(diǎn)平面1"）的三個(gè) 節(jié)點(diǎn)（16a、16b和16η)。第四節(jié)點(diǎn)（主基站14)垂直地偏離節(jié)點(diǎn)平面1。如圖5所示，第二 平面（"節(jié)點(diǎn)平面2"）定義為與節(jié)點(diǎn)14、16a和16b交叉的平面。節(jié)點(diǎn)平面2也與節(jié)點(diǎn)平面 1交叉。其它節(jié)點(diǎn)平面(未示出）可定義為與主基站14和其它輔助基站16的組合交叉的平 面，諸如（14,16a，16η)和（14,16b，16η)。
[0036] 在操作112,交通工具系統(tǒng)10確定智能鑰匙12相對(duì)于節(jié)點(diǎn)平面1的位置。這個(gè) 智能鑰匙位置可被稱為"位置1"。圖6示出了關(guān)于節(jié)點(diǎn)平面1的第一輔助基站16a的T0F 計(jì)算的簡(jiǎn)化視圖。參考圖6,交通工具10用T0F確定智能鑰匙12和節(jié)點(diǎn)16a之間的距離 (D2)。這個(gè)距離D2是直角三角形的斜邊，該直角三角形包括代表縱向位移的底（D2x)和代 表垂直位移的高（D2z)。同樣地，交通工具系統(tǒng)10確定第二輔助基站16b和智能鑰匙12之 間的距離（D3)，以及第三輔助基站16η和智能鑰匙12之間的距離（D4)。交通工具系統(tǒng)10 使用三邊測(cè)量，基于距離D2、D3和D4確定智能鑰匙12相對(duì)于節(jié)點(diǎn)平面1的位置1。
[0037] 如果鑰匙12現(xiàn)在定位在與第一節(jié)點(diǎn)平面的同樣的垂直高度，那么距離D2、D3和 D4將對(duì)應(yīng)于鑰匙12距每個(gè)節(jié)點(diǎn)16的實(shí)際水平距離。然而，鑰匙12和節(jié)點(diǎn)16之間的垂直 偏移越大，計(jì)算的距離（例如D2)和實(shí)際水平距離(例如D2x)之間的水平差距越大。例如， 在一個(gè)實(shí)施方式中，垂直位移D2z等于24. 00英寸，并且D2x等于49. 49英寸。交通工具系 統(tǒng)10計(jì)算D2為55. 00英寸。D2和D2x之間的差距為5. 51英寸。該差距被稱為直角三角 形斜邊的誤差。如果交通工具系統(tǒng)10僅依靠位置1的2-D確定，那么這個(gè)直角三角形斜邊 的誤差將阻止交通工具系統(tǒng)10在正確的區(qū)域或交通工具內(nèi)部/外部正確地定位無線設(shè)備 12。例如，如果用戶坐在駕駛員的座位并且一般地低于基站，那么交通工具系統(tǒng)也可能將智 能鑰匙"推"到交通工具外面的位置，從而不允許用戶被動(dòng)地啟動(dòng)交通工具。
[0038] 在操作114,交通工具系統(tǒng)10確定鑰匙12相對(duì)于節(jié)點(diǎn)平面2的位置。鑰匙12位 置可被稱為"位置2"。圖7示出了關(guān)于在節(jié)點(diǎn)平面2中的主基站14的T0F計(jì)算的簡(jiǎn)化視 圖。如圖5所示，節(jié)點(diǎn)平面2是與節(jié)點(diǎn)14、16a和16b相交的平面。交通工具系統(tǒng)10計(jì)算 智能鑰匙12和節(jié)點(diǎn)14之間的距離（D1)。這個(gè)距離（D1)是直角三角形的斜邊，該直角三角 形包括代表縱向位移的底（Dlx)和代表橫向位移的高（Dly)。交通工具系統(tǒng)10使用三邊測(cè) 量，基于距離D1、D2和D3,確定智能鑰匙12相對(duì)于節(jié)點(diǎn)平面2的位置2。
[0039] 在操作116,交通工具系統(tǒng)10基于位置1和位置2確定智能鑰匙12的3-D位置。
[〇〇4〇] 盡管在前面描述了示例性的實(shí)施方式，但是并不意味著這些實(shí)施方式描述了本發(fā) 明的所有的可能形式。而是，說明書中的詞語是描述性的而非限制性的，并且可以理解成在 不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可做出多種改變。此外，各種實(shí)施的實(shí)施方式的特征 可被結(jié)合以產(chǎn)生本發(fā)明的另外的實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1. 一種交通工具系統(tǒng)，包括： 便攜設(shè)備，配置為提供無線信號(hào)； 至少三個(gè)基站，用于布置在交通工具各處且處于第一平面內(nèi)； 第四基站，用于布置在所述交通工具內(nèi)并且與所述第一平面垂直地偏離，以和所述至 少三個(gè)基站中的兩個(gè)一起定義第二平面，每一個(gè)基站被配置為接收所述無線信號(hào)，并且產(chǎn) 生指示所述無線信號(hào)的空口傳輸時(shí)間的消息，所述第四基站還配置為基于每一個(gè)基站產(chǎn)生 的所述消息確定所述便攜設(shè)備的三維位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第四基站還被配置為基于每個(gè)基站 產(chǎn)生的所述消息確定所述便攜設(shè)備和每個(gè)基站之間的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第四基站還被配置為： 基于所述便攜設(shè)備和定位在所述第一平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離確定所述便攜設(shè) 備的第一位置； 基于所述便攜設(shè)備和定位在所述第二平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離確定所述便攜設(shè) 備的第二位置；以及 基于所述第一位置和所述第二位置確定所述便攜設(shè)備的所述三維位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第四基站還被配置為使用三邊測(cè)量 確定所述第一位置和所述第二位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述便攜設(shè)備還被配置為以在3GHz到 10GHz內(nèi)的頻率發(fā)送所述無線信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述至少三個(gè)基站被配置為布置在靠近 所述交通工具頂部并且在頂篷內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第四基站被配置為布置在儀表板 內(nèi)。
8. -種用于確定便攜設(shè)備相對(duì)于交通工具的三維位置的裝置，所述裝置包括： 至少三個(gè)基站，用于布置在交通工具各處以定義第一平面；以及 主基站，用于布置在交通工具上，以和所述至少三個(gè)基站中的兩個(gè)一起定義第二平面， 以使所述第二平面和所述第一平面交叉； 所述至少三個(gè)基站的每個(gè)基站和所述主基站被配置為向便攜設(shè)備發(fā)送以及從便攜設(shè) 備接收無線信號(hào)，并且基于所述無線信號(hào)產(chǎn)生指示到所述便攜設(shè)備的距離的消息，所述主 基站還被配置為： 基于所述便攜設(shè)備和在所述第一平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離、以及所述便攜設(shè)備和 在所述第二平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離，確定所述便攜設(shè)備的三維位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中每個(gè)消息包括所述無線信號(hào)到相應(yīng)基站的空口傳 輸時(shí)間信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述主基站還被配置為： 基于所述便攜設(shè)備和定位在所述第一平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離確定所述便攜設(shè) 備的第一位置； 基于所述便攜設(shè)備和定位在所述第二平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離確定所述便攜設(shè) 備的第二位置；以及 基于所述第一位置和所述第二位置確定所述便攜設(shè)備的三維位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述主基站還被配置為使用三邊測(cè)量確定所述 便攜設(shè)備的三維位置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中每個(gè)基站和所述主基站還被配置為在超寬帶 (UWB)帶寬內(nèi)向所述便攜設(shè)備發(fā)送以及從所述便攜設(shè)備接收所述無線信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述至少三個(gè)基站被配置為定位在靠近一個(gè)或 多個(gè)交通工具窗戶的位置，用于穿過所述一個(gè)或多個(gè)交通工具窗戶發(fā)送和接收所述無線信 號(hào)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述主基站被配置為布置在靠近擋風(fēng)玻璃的位 置，用于穿過所述擋風(fēng)玻璃發(fā)送和接收所述無線信號(hào)。
15. -種交通工具系統(tǒng)，包括： 便攜設(shè)備，配置為向位于交通工具頂篷內(nèi)的第一基站、第二基站和第三基站發(fā)送無線 信號(hào)，并且向位于乘客艙內(nèi)的第四基站發(fā)送無線信號(hào)，所述第一基站、所述第二基站、所述 第三基站和所述第四基站的每個(gè)被配置為接收所述無線信號(hào)，并且產(chǎn)生指示所述無線信號(hào) 空口傳輸時(shí)間的消息，所述第四基站還被配置為基于每個(gè)基站產(chǎn)生的所述消息確定所述便 攜設(shè)備的三維位置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第一基站、所述第二基站和所述 第三基站的每個(gè)被配置為布置在第一平面內(nèi)，并且其中所述第四基站被配置為垂直偏離于 所述第一平面布置，以與所述第一基站和所述第二基站一起定義第二平面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第二平面與所述第一平面交叉。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第四基站還配置為： 基于每個(gè)基站產(chǎn)生的所述消息確定所述便攜設(shè)備和每個(gè)基站之間的距離； 基于所述便攜設(shè)備和定位在所述第一平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離確定所述便攜設(shè) 備的第一位置； 基于所述便攜設(shè)備和定位在所述第二平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離確定所述便攜設(shè) 備的第二位置；以及 基于所述第一位置和所述第二位置確定所述便攜設(shè)備的所述三維位置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第四基站還被配置為與所述第二 基站和所述第三基站一起定義第三平面。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的交通工具系統(tǒng)，其中所述第四基站還配置為： 基于所述便攜設(shè)備和定位在所述第三平面內(nèi)的每個(gè)基站之間的距離，確定所述便攜設(shè) 備的第三位置；以及 基于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置確定所述便攜設(shè)備的三維位置。
【文檔編號(hào)】G01S5/06GK104111443SQ201410027511
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月16日
【發(fā)明者】托馬斯·奧布萊恩, 希爾頓·W·吉拉德, 詹森·鮑曼, 建·葉, 利雅得·哈巴爾 申請(qǐng)人:李爾公司