專利名稱：用于定位的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在本發(fā)明的一些實施例中，本發(fā)明涉及定位系統(tǒng)和方法，更具體但并不排他地涉 及小空間定位系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
小空間定位(在幾米或更小空間內(nèi)的定位)的領(lǐng)域是公知的。利用小空間定位 系統(tǒng)的公知應用包括使用用于計算機交互的指向裝置、機器人和機器控制系統(tǒng)以及用于玩 具和存貨控制的計算機交互系統(tǒng)的應用。某些應用可能要求2D解決方案，另一些應用可 能要求3D解決方案。例如指向裝置的某些應用可能僅需要單向通信，而例如機器人應用 的另一些應用可能需要雙向通信。數(shù)字書寫工具(例如數(shù)字筆)通常用于捕獲并數(shù)字化 筆觸以進行計算機交互。公知數(shù)字筆包括基于超聲波的數(shù)字筆。通常，數(shù)字筆發(fā)出的超聲 波脈沖信號被接收器感測，并對根據(jù)接收器的輸出確定的距離進行三角測量并將其與絕 對筆位置相關(guān)。通常，位置測量基于通過視線(LOS)測量傳送的脈沖的飛行時間(T0F)。 TOF估算通常需要發(fā)送器與接收器之間的精確同步以便補償時鐘的不精確和/或偏移。 轉(zhuǎn)讓給Epos Technologies有限公司的標題為"用于聲音定位系統(tǒng)的聲音魯棒性同步信 令，，(coustic RobustSynchronization Signaling For Acoustic Positioning System) 的國際專利申請公布號W02005111653 (其內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文)，描述了位置單元和 定位裝置，其中位置單元傳送連續(xù)調(diào)制聲音波形和同步信號，該同步信號是至少兩個同步 分組的序列，這些同步分組均承載用于連續(xù)調(diào)制聲音波形的定時數(shù)據(jù)。此外，同步信號使用 跳時(timeho卯ing)來支持多個位置單元的同時定位。 Altman Nathan禾口 Eliashiv 0ded的轉(zhuǎn)讓纟合Epos Technologies有限公司的木示 題為"用于獲取定位數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)(Method And SystemFor Obtaining Positioning Data)"的國際專利申請公布號W003088136(其內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文)，描述了用于獲 取位置并包括第一發(fā)射器的位置單元以及檢測器設(shè)備，其中該第一發(fā)射器用于發(fā)射可解碼 以修正位置的基本連續(xù)的超聲波波形，該檢測器設(shè)備用于以保持位置修正能力的方式，檢 測允許修正位置的方式的波形并輸出波形以用于計算。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的方面，提供一種用于小空間定位的系統(tǒng)和方法，這種 系統(tǒng)提供相對于公知系統(tǒng)改進的精確度和/或減少的模糊度。 本發(fā)明的一些實施例的方面是，提供用于小空間定位的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳送裝 置和接收單元，該傳送裝置可在大致范圍(an即proximate range)內(nèi)移動，配置成用于傳送調(diào)制連續(xù)波形，其中調(diào)制連續(xù)波包含載波信號和基帶信號，該接收單元配置成用于接收傳 送裝置傳送的信號并用于基于對從傳送裝置接收的載波信號和基帶信號的分析來確定傳 送裝置在大致范圍中的位置。 可選地，對載波信號和基帶信號的分析包括對載波信號的相位分析。 可選地，該接收單元包括檢測器，其中該檢測器配置成用于執(zhí)行接收單元接收的
調(diào)制連續(xù)波與期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)。 可選地，調(diào)制連續(xù)波是預先確定的，而期望的調(diào)制連續(xù)波是傳送裝置傳送的調(diào)制 連續(xù)波的副本。 可選地，接收單元配置成用于從接收的調(diào)制連續(xù)波與期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相 關(guān)來確定基帶和載波信號相關(guān)曲線(correlationcurve)。 可選地，接收單元配置成用于確定絕對相關(guān)曲線中的至少一個峰值和實數(shù)相關(guān)曲 線中的至少一個峰值。 可選地，該接收單元包括至少一個接收器，以及該接收單元配置成用于確定傳送 裝置與至少一個接收器之間的視線距離。 可選地，基本與實數(shù)相關(guān)曲線中的峰值對齊的絕對相關(guān)曲線中的峰值對應于至少 一個接收器與傳送裝置之間的最可能的視線距離。 可選地，該系統(tǒng)包括模糊度解算器(ambiguity resolver)，該模糊度解算器配置 成用于從實數(shù)相關(guān)曲線中的多個峰值中選擇至少一個峰值。 可選地，這多個峰值是從接收的信號中獲取的，該接收的信號包含若干延遲的信
號，這些延遲的信號的相關(guān)曲線相互疊加(super-impose on each other)。 可選地，該系統(tǒng)包括模糊度解算器，其中該模糊度解算器配置成用于從多個峰值
中識別最接近絕對相關(guān)曲線的峰值的峰值或者判定多個峰值中不存在適合的峰值。 可選地，模糊度解算器配置成用于從多個峰值中識別最接近絕對相關(guān)曲線中的上
升能量的峰值。 可選地，該模糊度解算器配置成基于對確定的視線距離的歷史跟蹤來從多個峰值 中識別峰值。 可選地，該模糊度解算器配置成基于對確定的視線距離的隨時間變化的速度的跟 蹤(based on velocity tracking of determined line of sightdistances over time)
來從多個峰值中識別峰值。 可選地，該模糊度解算器配置成基于對視線的速度的隨時間變化的加速度的跟蹤 (based on acceleration tracking of velocity of line ofsight over time)來從多個
峰值中識別峰值。 可選地，該模糊度解算器配置成將從不同接收器計算的可能的視線距離進行比 較。 可選地，該模糊度解算器配置成確定疊加波與接收的調(diào)制連續(xù)波擬合的最小方差 或最大似然度。 可選地，該模糊度解算器配置成基于對多個峰值的至少一部分賦予的計分來從多 個峰值中識別峰值。 可選地，該計分基于模糊度解算器計算的一個或多個預定義參數(shù)的值。
可選地，該接收單元配置成用于辨認傳送器與至少一個接收器之間最可能的視線 距離，其中接收器接收的信號包含接近范圍中因傳送裝置傳送的信號的多徑而相互疊加的 若干延遲的信號。 可選地，該接收單元配置成用于在載波信號波長的十分之一的精確度內(nèi)確定位 置(determining the position within accuracy in the order ofone tenth of the carrier signal wavelength)。 可選地，對于不同的系統(tǒng)使用不同的基帶信號。 可選地，該接收單元配置成存儲有關(guān)傳送裝置要傳送的基帶信號的信息。 可選地，該接收單元配置成基于基帶信號在具有從該系統(tǒng)的傳送裝置傳送的載波
頻率的調(diào)制信號與從其他傳送裝置傳送的載波頻率的調(diào)制信號之間進行區(qū)分。 可選地，該接收單元配置成存儲至少一個校準參數(shù)，所述校準參數(shù)配置成基于系
統(tǒng)的傳遞函數(shù)來調(diào)整期望的調(diào)制連續(xù)波。 可選地，該校準參數(shù)是從包含如下項的組中選擇的相位響應、振幅響應和組延 遲。


波。

可選地，該調(diào)制連續(xù)波是聲波。 可選地，該調(diào)制連續(xù)波是超聲波。
可選地，該調(diào)制連續(xù)波是配置為穿透除空氣以外的媒介的l-18MHz范圍內(nèi)的超聲
可選地，該調(diào)制連續(xù)波是RF波。
可選地，該載波信號的頻率與調(diào)制連續(xù)波的基帶信號的頻率處于相同的量級(the order of magnitude)。 可選地，該接收單元包括間隔開并各定位于預定義位置的至少兩個接收器。
可選地，該系統(tǒng)包括處理單元，該處理單元配置成基于傳送裝置與至少兩個接收 器中的兩個接收器的每一個接收器之間的視線距離的三角測量來確定傳送裝置的位置。
可選地，該傳送裝置還配置成用于傳送同步信號，以及其中該同步信號定義飛行 時間延遲的開始。 可選地，該同步信號是IR信號。
可選地，該同步信號是RF信號。 本發(fā)明的一些實施例的方面是，提供用于小空間定位的方法，該方法包括從傳送 裝置傳送調(diào)制連續(xù)波，其中該調(diào)制連續(xù)波包含載波信號和基帶信號，利用相互間隔預定義 的距離的接收器接收該傳送裝置傳送的信號；并且基于對從傳送裝置接收的載波信號和基 帶信號的分析來確定該傳送裝置在大致范圍內(nèi)的位置，其中傳送裝置和接收器的其中之一 可在大致范圍內(nèi)移動，而其中另一個被定位在預定義的位置處。 可選地，該傳送裝置可在大致范圍內(nèi)移動，而其中這些接收器被定位在預定義的 位置處。 可選地，對載波信號和基帶信號的分析包括對載波信號的相位分析。 可選地，該方法包括執(zhí)行接收單元接收的調(diào)制連續(xù)波與期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)。 可選地，該調(diào)制連續(xù)波是預先確定的，而期望的調(diào)制連續(xù)波是所傳送的調(diào)制連續(xù)波的副本。 可選地，該方法包括從接收的調(diào)制連續(xù)波與期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)來確定 絕對相關(guān)曲線和實數(shù)相關(guān)曲線。 可選地，該方法包括確定絕對相關(guān)曲線中的峰值和實數(shù)相關(guān)曲線中的峰值。 可選地，該方法包括確定傳送裝置與至少一個接收器之間的視線距離。 可選地，基本與實數(shù)相關(guān)曲線中的峰值對齊的絕對相關(guān)曲線中的峰值對應于至少
一個接收器與傳送裝置之間的最可能的視線距離。 可選地，該方法包括從實數(shù)相關(guān)曲線中的多個峰值中選擇峰值。 可選地，這多個峰值是從接收的信號中獲取的，該接收的信號包含若干延遲的信
號，這些延遲的信號的相關(guān)曲線相互疊加。 可選地，該方法包括從多個峰值中識別最接近絕對互相關(guān)曲線的峰值的峰值。 可選地，該方法包括從多個峰值中識別最接近絕對相關(guān)曲線中的上升能量的峰 值。 可選地，該方法包括基于對確定的視線距離的歷史跟蹤來從多個峰值中識別峰 值。 可選地，該方法包括基于對確定的視線距離的隨時間變化的速度的跟蹤來從多個 峰值中識別峰值。 可選地，該方法包括將從不同接收器計算的可能的視線距離進行比較。 可選地，該方法包括確定疊加波與接收的調(diào)制連續(xù)波擬合的最小方差或最大似然度。 可選地，該方法包括基于對多個峰值的至少一部分賦予的計分來從多個峰值中識 別峰值。 可選地，該計分基于一個或多個預定義參數(shù)的計算值。 可選地，該方法包括辨認傳送器和接收器之間最可能的視線距離，其中接收器接
收的信號包含接近范圍中因傳送裝置傳送的信號的多徑而相互疊加的若干延遲的信號。 可選地，該方法包括在載波信號波長的十分之一的精確度內(nèi)確定位置。 可選地，該方法包括在從不同的傳送裝置傳送的信號之間進行區(qū)分。 可選地，該區(qū)分基于將期望的基帶信號與接收的基帶信號進行比較。 可選地，該方法包括實時調(diào)整期望的調(diào)制連續(xù)波的模板。 可選地，該調(diào)整基于對所接收的調(diào)制連續(xù)波的質(zhì)量的定量測量。 可選地，該定量測量是來自調(diào)制連續(xù)波與期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)的相關(guān)計分。 可選地，該調(diào)制連續(xù)波是聲波。 可選地，該調(diào)制連續(xù)波是超聲波。 可選地，該調(diào)制連續(xù)波是配置為穿透除空氣以外的媒介的l-18MHz范圍內(nèi)的超聲 波。 可選地，該調(diào)制連續(xù)波是RF波。 可選地，該載波信號的頻率與調(diào)制連續(xù)波的基帶信號的頻率處于相同的量級。 可選地，該方法包括執(zhí)行對傳送裝置與兩個接收器的每個接收器之間的視線距離的三角測量，這兩個接收器配置成用于接收從傳送裝置傳送的信號。 可選地，該方法包括傳送同步信號，其中該同步信號定義飛行時間延遲的開始。
可選地，該同步信號是IR信號。
可選地，該同步信號是RF信號。 除非另行定義，否則本文使用的所有技術(shù)和/或科技術(shù)語均具有與本發(fā)明所屬領(lǐng) 域中的技術(shù)人員共識的含義相同的含義。雖然在實施或測試本發(fā)明的實施例中可以使用與 本文描述的方法和材料相似或等效的方法和材料，但是下文描述示范的方法和/或材料。 如果有沖突，則包括定義的本專利說明書將適用。此外，這些材料、方法和示例僅是說明性 的，不應作為必然的限制。 實現(xiàn)本發(fā)明實施例的方法和/或系統(tǒng)可以涉及以人工方式、自動方式或其組合來 執(zhí)行或完成選定的任務(wù)。而且，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實施例的實際儀器操作和 裝備，可以通過硬件、軟件或固件或它們的組合使用操作系統(tǒng)來實現(xiàn)多個選定的任務(wù)。
例如，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實施例的選定任務(wù)的硬件可以作為芯片或電路來實 現(xiàn)。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明實施例的選定任務(wù)可以作為使用任何適合的操作系統(tǒng)的計算機 執(zhí)行的多個軟件指令來實現(xiàn)。在本發(fā)明的示范實施例中，由數(shù)據(jù)處理器，例如用于執(zhí)行多個 指令的計算平臺來執(zhí)行根據(jù)如本文描述的方法和/或系統(tǒng)的示范實施例的一個或多個任 務(wù)?？蛇x地，該數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲器和/或非易失性 存儲裝置，例如用于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的磁硬盤和/或可移動媒介。可選地，還提供網(wǎng)絡(luò) 連接。還可選地提供顯示器和/或例如鍵盤或鼠標的用戶輸入裝置。


本文參考附圖僅以示例的方式說明本發(fā)明的一些實施例?，F(xiàn)在詳細地參考這些附 圖，要強調(diào)的是，所示的具體細節(jié)通過舉例說明，并且目的在于對本發(fā)明的實施例進行說明 性論述。就此而言，結(jié)合附圖進行的描述使得本領(lǐng)域技術(shù)人員顯見到可以如何實現(xiàn)本發(fā)明 的實施例。
在這些附圖中 圖1A是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的小空間定位系統(tǒng)的簡化框圖； 圖1B是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實施例、包括三個接收器的小空間定位系統(tǒng)的簡
化框圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例、用于確定位置的簡化數(shù)據(jù)流示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例、接收的和期望的信號的相關(guān)曲線的絕對虛數(shù)和實數(shù)部
分的示意說明； 圖4A-4C是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的三組示范相關(guān)曲線，這些曲線說明因存在 多徑信號而可能產(chǎn)生的潛在模糊度； 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例、多徑信號的振幅、多徑信號的延遲和相對于最強 峰值的L0S的位置之間的關(guān)系的示范映射圖；以及 圖6是可從在L0S信號上疊加的多個多徑信號獲取的自動相關(guān)曲線的示范絕對和 實數(shù)部分的示意說明。
具體實施例方式
在本發(fā)明的一些實施例中，本發(fā)明涉及定位系統(tǒng)和方法，更具體但并不排他地涉 及小空間定位系統(tǒng)和方法。 根據(jù)一些實施例，提供一種系統(tǒng)和方法，用于提高小空間定位系統(tǒng)的精確度。根據(jù) 本發(fā)明的一些實施例，小空間定位系統(tǒng)將調(diào)制連續(xù)信號傳送到間隔開的至少兩個接收器。 可選地，還傳送同步信號。該調(diào)制連續(xù)信號包含嵌入在載波信號上的預定義基帶信號。根 據(jù)本發(fā)明的一些實施例，基于在期望的調(diào)制信號與接收的調(diào)制信號之間計算的互相關(guān)來確 定T0F和/或LOS距離。正如本文使用的，術(shù)語互相關(guān)表示可以比較例如最小方差、最小絕 對誤差等的信號的任何比較函數(shù)?？蛇x地，該同步信號與調(diào)制連續(xù)信號一起傳送以定義TOF 延遲的開始。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用載波和基帶信號來執(zhí)行互相關(guān)，例如不移除和/或執(zhí) 行降頻轉(zhuǎn)換，以及對載波信號設(shè)有或未設(shè)有低通濾波器。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，期望 和接收的載波波形的互相關(guān)有利于執(zhí)行對載波信號的相位分析。根據(jù)本發(fā)明的一些實施 例，基帶(BB)信號提供與載波信號波長對應的量級的精確度的定位，同時對載波信號的相 位分析通過提供有關(guān)該波長內(nèi)的位置的信息而提高該精確度。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例， 本文描述的系統(tǒng)和方法有利于提高聲音定位系統(tǒng)可獲得的精確度。根據(jù)本發(fā)明的一些實施 例，可以達到約為載波信號波長的千分之一的精確度。通常，精確度受限于信噪比(SNR); 對于無窮大的SNR，精確度也會無窮大。在實際中，SNR可以高達20dB，它在精確度方面仍 會有非常好的結(jié)果。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)本文描述的系統(tǒng)的精確度的限制因素不是SNR(如果它 足夠高，即通常在15dB以上)。限制因素是甚至在辦公室/家庭環(huán)境中也微小變化的聲音 的速度的可重復性。聲音的速度的小波動限制了系統(tǒng)精確度。在一些示范實施例中，載波 信號和BB信號選為使得載波信號落在BB信號的頻率范圍內(nèi)和/或與BB信號處在相同的 量級中。 在一些示范實施例中，載波和BB信號是聲音，并且處在超聲波(US)頻率范圍中。 在其他示范實施例中，載波和基帶信號是電磁信號，并且處在RF范圍中。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，提供一種系統(tǒng)和方法用于在存在多徑信號的情況中確 定LOS距離時解算(resolve)模糊度。模糊度是由于相關(guān)曲線(例如原始信號與多徑信號 的相關(guān)曲線)疊加所致，這使得難以識別原始L0S峰值。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，計算一個或多個參數(shù)以確定暴露于多徑信號期間的最可能 定位。在一些示范實施例中，計分系統(tǒng)用于基于多個定義的參數(shù)來確定最可能定位。在一些 示范實施例中，執(zhí)行相關(guān)的包絡(luò)中的峰值和實數(shù)部分的分析以解算模糊度。在一些示范實 施例中，執(zhí)行歷史跟蹤來解算模糊度。在一些示范實施例中，執(zhí)行速度跟蹤來解算模糊度。 在一些示范實施例中，執(zhí)行每個接收器中接收的信號之間的比較來解算模糊度。
現(xiàn)在參考圖1A，其中示出描述根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的小空間定位系統(tǒng)的簡化 框圖。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，定位系統(tǒng)100通常包括可移動和/或移動傳送裝置110和 接收裝置120，將確定傳送裝置110的位置在大致范圍內(nèi)、例如定義的區(qū)域內(nèi)，接收器裝置 120用于拾取該定義的區(qū)域內(nèi)的傳送裝置110傳送的信號并用于基于對接收的信號的T0F 分析來確定傳送裝置的位置。通常接收裝置120是固定的。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳送裝置110傳送預定義的調(diào)制連續(xù)信號112。接收裝置120中的一個或多個接收器(例如接收器121和接收器122)可以拾取傳送裝置110傳送的 信號。使用載波和BB相關(guān)器152將接收的信號與期望的信號、例如預先存儲在接收器端上 的預定義的調(diào)制連續(xù)信號的副本(或在接收器端計算的信號或接收器獲取的信號)比較。 通常載波和BB相關(guān)器與處理單元160是一整體的。通常將預定義的調(diào)制連續(xù)信號的模板、 模型和/或特征預先存儲在存儲器151 (例如非易失性存儲器)中。如本文使用的模板是 從數(shù)學級數(shù)到數(shù)字化輸入數(shù)據(jù)的期望信號的完整模型。在一些示范實施例中，可以使用參 考模型(例如模板)作為計算參考的"起始點"。每個系統(tǒng)可以在傳送器與接收器之間的傳 遞函數(shù)方面有少許差異。在一些示范實施例中，接收器可以通過"實時(on the fly)"或以 特殊校準模式調(diào)整模板來適應這些差異。為此目的，可以實現(xiàn)所接收的信號的質(zhì)量的定量 測量。在一個示范實施例中，定量測量是相關(guān)計分(correlation score)。在一些示范實施 例中，實現(xiàn)相關(guān)計分的預定義閾值以定義信號的質(zhì)量。例如，當相關(guān)計分在預定義閾值之上 時，系統(tǒng)可以使用接收的信號來調(diào)整模板。 可選地，傳送裝置110還傳送同步信號116，該同步信號116可以被同步接收器 123檢測到以及由處理單元160實現(xiàn)以提示用于確定接收的調(diào)制信號112的T0F的延遲計 數(shù)。在一些示范實施例中，同步信號116可以是IR信號，而同步接收器123可以是IR檢測 器。在其他示范實施例中，可以使用RF信號來實現(xiàn)同步。通常，該同步單元具有相對于定 位系統(tǒng)100的尺寸基本為零的T0F。 TOF通?；谡{(diào)制信號的傳播速度以及傳送裝置110 與接收裝置120之間的距離。 接收器121和122從傳送裝置110接收信號和/或多個信號。通常，接收器121和 122是固定的、間隔開的并定位于預定義位置。在一個示范實施例中，將接收器121和122 沿著與計算裝置(例如，個人計算機、移動電話裝置、個人數(shù)字助理(PDA))關(guān)聯(lián)的顯示單元 的邊緣定位。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，接收器121和122可以是麥克風。根據(jù)本發(fā)明的 實施例，與接收器121和接收器122進行電通信或邏輯通信的載波和BB相關(guān)器152包括用 于不從其載波提取BB信號和/或連同載波信號一起將接收的和期望的調(diào)制信號互相關(guān)的 電路。通常，實現(xiàn)期望的調(diào)制信號的模板以用于與接收的信號互相關(guān)。
可以利用接收的同步信號來設(shè)置延遲的開始，并且還同步移動單元與基站之間的 時鐘。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。在本發(fā)明的一些實施 例中，每個接收單元與專用的載波和BB相關(guān)器152關(guān)聯(lián)。在本發(fā)明的備選實施例中，載波 和BB相關(guān)器和/或其功能與處理單元160是一整體的，例如在與定位系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的個人計 算機或計算裝置中。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，處理器160包括快速傅立葉變換(FFT)能 力，并用于執(zhí)行對接收的信號的相位和振幅的分析。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，存儲器單元 151包括存儲器能力，例如用于存儲來自接收的信號的信息、期望的調(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可以包括易失性以及非易失性存儲器。在一 些示范實施例中，存儲器單元151存儲一個或多個校準參數(shù)，該一個或多個校準參數(shù)被實 現(xiàn)用于基于例如特定硬件集(如接收器和傳送器)的傳遞函數(shù)的特征來調(diào)整模板。示范校 準參數(shù)可以包括模板在相位、振幅和組延遲上的差以及其他參數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，同步信號源116可以是具有相對于定位系統(tǒng)100的尺 寸基本為零的T0F和/或到達時間(T0A)的信號源。例如，同步信號可以是IR信號、RF信 號和/或捆綁信號(tethered signal)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以通過天線或IR傳
12送器來傳送同步信號116，以及可以通過另一個天線傳送調(diào)制連續(xù)信號112。在一些示范實施例中，可以通過單個天線來傳送同步信號116和調(diào)制連續(xù)信號112。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，調(diào)制連續(xù)信號源112可以是例如超聲波范圍中的聲音信號源。例如，調(diào)制連續(xù)信號源116的信號范圍可以在約20與80KHz之間和/或最高200KHz變化。雖然還可以對聲音信號使用200KHz以上的頻率，但是本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)隨著增高聲音信號的頻率，易受到LOS損耗。由于尺寸更大或處于波長附近的微小人為因素，頻率的增高可能對整個聲音響應有影響，或者頻率的增高對傳送信號的延遲速率有影響，從而產(chǎn)生系統(tǒng)的更小有效范圍。 根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，信號源112可以是RF信號源。在一些示范實施例中，RF信號源可以在例如433MHz、868MHz、900MHz、915MHz和2. 4GHz的超高頻率(UHF)范圍中和/或在例如3. 1-10. 6GHz的超寬帶(UWB)范圍中發(fā)射信號?；贚OS上從傳送裝置到接收裝置的調(diào)制連續(xù)信號TOF來確定傳送和接收裝置之間的距離，例如傳送與接收裝置之間的最短距離。傳送裝置在二維中的定位可以基于從兩個接收器的每個接收器確定的距離的三角測量來確定。為了確定三維中的位置，可以使用多于兩個接收器，例如可以使用三個接收器。 通常，對于計算機指向裝置和/或數(shù)字筆系統(tǒng)，將傳送裝置嵌入、附接或以其他方式結(jié)合到指向裝置和/或筆中，同時將至少兩個接收器定位于定義的固定位置用于接收傳送的信號?；诮邮盏男盘?，處理器160基于載波和BB信號來計算T0F，并且通常執(zhí)行三角測量以作為時間的函數(shù)確定傳送裝置的位置。 現(xiàn)在參考圖1B，其中示出說明根據(jù)本發(fā)明一些實施例的包括三個接收器的小空間定位系統(tǒng)的簡化框圖。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，定位系統(tǒng)101包括位于定義的位置且相互之間處于定義的距離的三個接收器121、122和124。在一些示范實施例中，將接收器121、122和124定位于單個平面上，例如定位于顯示幀的三個點上?；蛘撸梢詫⒔邮掌?21、 122和124的其中之一定位于不同的平面上。根據(jù)一些實施例，實現(xiàn)三個接收器有利于在無需同步信號的情況下檢測位置。在一些示范實施例中，通過比較三個接收器之間的時間延遲差來確定位置。 在一些示范實施例中，例如對于RF系統(tǒng)，將同步信號116嵌入在調(diào)制連續(xù)信號112中，且不需要專用的天線。 現(xiàn)在參考圖2，其中示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例、用于確定位置的簡化數(shù)據(jù)流示意圖。根據(jù)本發(fā)明的實施例，兩個或兩個以上接收器(例如接收器121和接收器122)拾取的信號可以經(jīng)過FFT 210，以便可以在預定義的頻帶內(nèi)執(zhí)行對接收的信號的延遲分析。在本發(fā)明的一些示范實施例中，可以在執(zhí)行FFT之前過濾和放大接收器拾取的信號?？蛇x地，同步接收器123(例如IR檢測器)用于接收同步信號，并且可以實現(xiàn)定時數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)214來生成與接收的聲音信號的相位有固定關(guān)系的信號。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，基于在接收的和傳送的調(diào)制信號之間檢測到的時間偏移在頻域中執(zhí)行對從接收器121和121接收的信號的定時校正。通常，將校正的信號保存在存儲器220中以用于進一步處理來確定定位。在一些示范實施例中，存儲器220與存儲器151(圖1)是一整體的。在單元212執(zhí)行的定時校正之后，相關(guān)器執(zhí)行223中存儲的模板與輸入的數(shù)據(jù)之間的互相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，實現(xiàn)相關(guān)器240用于將期望的調(diào)制連續(xù)信號(例如存儲器151 (或圖2的存儲器223)中保存的預定調(diào)制連續(xù)信號)與存儲器220中存儲的接收的調(diào)制連續(xù)信號互相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，相關(guān)器216計算相關(guān)曲線的包絡(luò)和實數(shù)部分，并基于該包絡(luò)峰值的位置和實數(shù)部分的峰值，可以確定TOF。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，實現(xiàn)模糊度解算器218以作為接收到多徑信號(例如導致相關(guān)包絡(luò)的合并的多徑信號)的結(jié)果在確定LOS距離時解算任何模糊度。在一些實施例中，在確定T0F和/或L0S的距離時可以將從先前樣本存儲的信息和/或來自其他接收器的輸出信號納入考慮。存儲的數(shù)據(jù)可以包含一個或多個定義的參數(shù)值、閾值和/或確定TOF時有用的其他信息。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，存儲的數(shù)據(jù)可以包括表，例如期望的信號、預先存儲的信號和/或參考信號的表。可以由坐標估算器222基于根據(jù)從接收器121和122接收的信號確定的TOF來確定傳送的聲音信號的原點的位置。在一些示范實施例中，原點的位置是在預定義的坐標系內(nèi)相對于接收器的位置定義的。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，處理器160使用模板來構(gòu)造參考信號和/或期望的信號的查詢表，對照該表比較接收的信號以便可以發(fā)現(xiàn)最佳匹配距離。在一些實施例中，可以按Nyquist率對期望的波形采樣，并且可以通過外推函數(shù)來克服采樣點之間的任何定時不匹配以揭示距離。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，同步信號(例如IR信號)用于設(shè)置延遲的開始，并且還用于同步移動單元與基站之間的時鐘。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到聲音信號具有不同的角傳遞函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以將均衡器添加到基站以便補償此現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用模糊度檢測器獲取的最可能信號來識別與模板信號的最可能的非零距離。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，坐標估算器222可以包括與結(jié)合的國際專利申請公布號W003088136中描述的最大似然檢測器相似的最大似然檢測器。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，利用具有傅立葉變換SJ")的復低通時域信號Sjt)來調(diào)制連續(xù)信號112，從而 SL(w) = 0， | w | > B/2，否則SL(w) - 0。 此信號在頻域中的自相關(guān)函數(shù)是 CLL(") = SL(") '^T^T = |SL(") |2 公式(1) 注意，時域中的自相關(guān)函數(shù)C^(")將是對稱的(因為頻率響應是實數(shù))。 可以通過將SJ")的頻率響應置于載波頻率"。周圍(以正頻率和負頻率)來合
成雙邊帶通信號SBp("): 根據(jù)本發(fā)明的實施例，SBP(")的自相關(guān)和/或互相關(guān)可以表示為(假定w c > B/2):.(:卿乂0)=&>>).^^=;如, |2*(5(必-<^+|&(《)|2*《創(chuàng)+4)]公式(2) 其時域表示是
l r - ,i 1 10q柳(/) = 士' c" (0' + cu (-/). e—= t cu (/).cos(a力公式(3)4 1 2 注意，如果SJ")是對稱的，則C^(t)將是實數(shù)。 在一些示范實施例中，代替雙邊SBP (")信號，可采用單邊表示，僅具有包含信息
的正頻率，SBP+(")。 此信號的自相關(guān)將是<formula>formula see original document page 15</formula>
CB+PBP+(t)的絕對部分對應于BB信號自相關(guān)。相位復矢量(復指數(shù))在此響應上 添加調(diào)制項。 現(xiàn)在參考圖3，其中示出根據(jù)本發(fā)明實施例的接收的信號和期望的信號之間的互 相關(guān)曲線的絕對和實數(shù)部分的示意說明。相關(guān)曲線的絕對部分和/或包絡(luò)曲線310表示基 帶自相關(guān)，而相關(guān)曲線320的實數(shù)部分表示載波信號互相關(guān)。正如可以從圖3中見到的，載 波信號320的相關(guān)曲線比對應于基帶信號310的相關(guān)曲線窄。相關(guān)曲線320提供嵌入在載 波信號中的添加的相位信息。因為載波信號320的相關(guān)曲線較窄，所以它能夠更精確地估 算包絡(luò)曲線310確定的波長內(nèi)的距離。根據(jù)本發(fā)明的實施例，L0S信號的延遲在直線350與 時間軸(X軸)相交時發(fā)生，并將其定義在與包絡(luò)曲線310的范圍內(nèi)的相關(guān)曲線的實數(shù)部分 中的峰值對應的時間處。在一些示范實施例中，可以使用相關(guān)曲線330的虛數(shù)部分來提供 嵌入在載波信號中的添加的相位信息。在一些示范實施例中，可以實現(xiàn)相關(guān)的虛數(shù)和實數(shù) 部分來確定相位信息。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，將來自相關(guān)曲線的基帶部分的信息與載波提供的相位信息 組合能夠更精確地估算TOA。通常，例如，如果帶寬足夠，則基帶信號包含達到波長量級的精 確度的信息。載波信號具有較窄的波段并提供包絡(luò)定義的波長內(nèi)的相位信息。本發(fā)明人發(fā) 現(xiàn)將來自基帶和載波的結(jié)果組合能夠在沒有僅使用與載波的相關(guān)所得到的模糊度的情況 下更精確地估算距離。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，平方BB信號的理想自相關(guān)結(jié)果是具有sinc(x)的形狀 的包絡(luò)310和其峰值與該包絡(luò)的峰值對齊的載波320。 sinc(x)表示sin(x)/x。 sinc(x) 是由于信號的有限帶寬所致。sinc(x)主瓣的寬度與信號的寬度成比例。根據(jù)本發(fā)明的一 些實施例，使用與載波信號的相關(guān)可以將精確度提高10的系數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過在確定TOA和/或TOF時考慮嵌入在載波信號中的相 位信息來提供在其他系統(tǒng)之上提高的精確度。在使用調(diào)制連續(xù)信號進行定位的公知系統(tǒng)中 (例如在RF定位系統(tǒng)中)，當確定TOA、TOF和/或LOS距離時，移除了載波信號而不將其納 入考慮。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，載波信號的頻率(例如30-60KHz)大約與該帶寬(例如 50-100KHz)處于相同的量級。因為采樣率通?；趲拋泶_定，例如至少為帶寬的兩倍，從 而避免折疊失真，所以確定實數(shù)信號通常使用的采樣頻率也可應用于對載波信號采樣，以 便在不大大地增加可用系統(tǒng)(例如聲音小空間定位系統(tǒng))的采樣率的情況下可以將載波信 號信息納入考慮。 通常，對于RF系統(tǒng)，則情況不是這樣，其中載波頻率可能處于數(shù)百MHz的量級，而 帶寬可能實質(zhì)性地較小。但是，對于包括具有高采樣率(例如3-4GHz的采樣率)和/或甚 至更高采樣率(例如6-8GHz)的接收器的公知RF系統(tǒng)，也可以使用本文描述的系統(tǒng)和方法 來應用載波信號的相位信息。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，載波信號通常比基帶信號更具魯棒性，并保持其與LOS 的位置，例如在面對多徑信號時保持其與LOS的位置。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，由于載波 信號的魯棒性特性，所以當確定相關(guān)時，較之依賴于BB信號來確定相關(guān)的系統(tǒng)，降低了該定位系統(tǒng)對環(huán)境噪聲的易受影響程度。 現(xiàn)在參考圖4A-4C，其中示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的三組示范相關(guān)曲線，其說 明因存在多徑信號而可能產(chǎn)生的潛在模糊度。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當存在短范圍多 徑信號時，多個延遲的信號到達接近范圍中的檢測器并相互疊加，從而使得最終的相關(guān)曲 線不明確。根據(jù)本發(fā)明的實施例，當存在多徑信號而使其對應的相關(guān)曲線450看上去與視 線(LOS)信號400的相關(guān)曲線有距離時，指示最大相關(guān)點410的相關(guān)的實數(shù)和絕對部分中 的峰值可以是清晰的，并且可以確定LOS距離(圖4A)。 LOS是接收到信號的最短距離和/ 或沒有多徑情況下傳送器與接收器之間的距離。因為由具有延遲410的第一峰值表示最短 距離，所以顯然此第一峰值表示L0S信號。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，模糊度可能源于短多徑信號，例如來自載波信號的一個波 長量級的距離的多徑信號。當多徑延遲460逼近L0S延遲410(圖4B-4C)時，相關(guān)曲線的 形狀可能因LOS信號410與多徑信號460的相關(guān)曲線的疊加而不明確。
通常如圖4B所示，當發(fā)生接近的多徑時，在相關(guān)曲線的實數(shù)部分中可能找到多個 潛在的LOS峰值，例如峰值405和455，由此導致關(guān)于峰值對應于LOS的模糊度。初看起來， 當實數(shù)曲線488具有其最大峰值455時，包絡(luò)曲線499和實數(shù)曲線488像是在時間460指 向最大相關(guān)，盡管LOS峰值發(fā)生在延遲410。 在一些示范實施例中，當甚至更接近的多徑信號出現(xiàn)(圖4C)時，LOS信號和延遲 可能更加不明確，實數(shù)相關(guān)曲線中的潛在峰值(例如峰值406、407和408)均可能不對應于 延遲410所對應的原始LOS峰值。信號的重疊可能導致非LOS峰值的峰值被放大和/或?qū)?應于LOS的峰值被衰減。面對關(guān)于LOS距離的模糊度，可能需要檢驗多于一個標準來確定 最可能的LOS峰值。 現(xiàn)在參考圖5，其中示出根據(jù)本發(fā)明實施例可用于識別視線位置的單個多徑信號 的振幅、單個多徑信號的延遲和最終峰值之間的關(guān)系的映射圖。該圖示出最接近的LOS實 數(shù)峰值與其相鄰峰值比較的相對高度。在一個示例中，圖例上0的計分指示MP振幅低于 LOS，并且MP的延遲大。另一方面，3的計分指示MP振幅與LOS振幅一樣高或高于LOS振 幅，L0S與MP之間的延遲相對較小。2的計分指示發(fā)現(xiàn)在L0S的右邊的最高峰值。本發(fā)明人 發(fā)現(xiàn)當MP振幅開始高于L0S，且MP延遲稍微低于1. 5個載波波長時，此峰值低于其相鄰峰 值。這些情況是最難解的。圖4C示出MP信號具有振幅1. 2和MP延遲為載波波長的0. 486 所對應的模擬情況。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，實現(xiàn)模糊度解算器218(圖2)以解由多徑信號的重疊 (super-positioning)導致的模糊度?，F(xiàn)在參考圖6，其中示出可從在L0S信號上疊加的多
個多徑信號獲取的自動相關(guān)曲線的示范絕對和實數(shù)部分的示意圖說明。初看起來，當實數(shù) 曲線488具有其最大峰值462時，包絡(luò)曲線499和實數(shù)曲線488像是在時間460指向最大 相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以考慮和/或計算一個或多個標準和/或參數(shù)來辨認、 估算和/或選擇L0S峰值，例如與L0S距離對應的峰值。在一些示范實施例中，可以考慮包 絡(luò)峰值499和載波峰值462之間的距離。例如，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可預期最接近包絡(luò)峰值的載 波峰值是L0S峰值。例如，在圖6中，可以將峰值462視為L0S峰值的強候選，因為它最接 近于包絡(luò)峰值461。此外或作為備選，可以作為弱候選摒棄超過與包絡(luò)峰值的預定義距離的 峰值，并可以通過排除過程選擇L0S峰值。例如，可以作為弱候選摒棄峰值425和430。
而且，上文提到的包絡(luò)峰值與載波峰值之間的距離可以是為了估算最可能的LOS 峰值而考慮的多個參數(shù)和/或標準的僅其中之一。還可以考慮的另一個參數(shù)是，該峰值是 否位于包絡(luò)的上升部分或陡峭上升部分上。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可預期LOS峰值可以是位于包 絡(luò)曲線的上升能量上的峰值，例如曲線420上升時的最陡峭部分上的第一個峰值。例如，基 于此參數(shù)，可以確定峰值422是L0S峰值。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，在選擇當前樣本中最 可能的LOS峰值時，可以將先前樣本中LOS峰值所對應的位置和/或距離納入考慮。在一 些示范實施例中，可以將沒有因存在接近的多徑而導致模糊度的情況中的先前樣本中辨認 的LOS峰值所對應的位置和/或距離納入考慮，并將其用作確定最可能的當前LOS峰值時 的參考點。例如，如果以往四個樣本中，顯然LOS峰值對應于與接收器的距離A，因為在該樣 本中沒有多徑模糊度，則可以使用該樣本作為參考點來確定什么是當前樣本的最可能距離 以及由此確定什么是當前樣本的LOS峰值。基于LOS峰值的先前位置(例如沒有模糊度的 位置)來對LOS峰值的位置進行歷史跟蹤可以提高選到正確LOS峰值的似然度。在一些示 范實施例中，可以對不同的可能性確定計分，并選擇具有最佳度量的可能性作為當前樣本 的最可能的LOS峰值。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以執(zhí)行先前信號與當前信號之間的互相關(guān)以便能夠 對LOS峰值所確定的距離進行速度跟蹤。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以使用先前信號與 當前信號之間的互相關(guān)來執(zhí)行速度跟蹤。根據(jù)實現(xiàn)的應用，可以預先確定采樣點之間的速 度的合理和/或可能范圍?？梢匀∠A定義范圍外的不太可能的速度所對應的峰值作為可 能的LOS峰值的資格，和/或此類峰值會產(chǎn)生低計分。例如，在筆數(shù)字化器系統(tǒng)中，通常利 用手運動來移動傳送裝置。手運動的可能范圍是已知的，并且可以利用該可能范圍來排除 在定義的時間段上的不太可能的位置和/或LOS位置的改變。在一些示范實施例中，可以 基于相對于先前樣本確定的速度來對LOS峰值給予計分?？梢赃x擇具有最佳計分(例如具 有最可能速度)的LOS峰值作為最可能的LOS峰值。可以在兩個樣本(例如相鄰的樣本) 之間和/或在多個樣本之間執(zhí)行速度跟蹤。在一些示范實施例中，可以利用沒有模糊度的 先前樣本來執(zhí)行速度跟蹤。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以使用從另一個接收器獲取的信息來辨認最可能的 LOS峰值。在一些示范實施例中，可以執(zhí)行從兩個接收器(例如接收器121和122 (圖l)) 接收的輸入信號之間的互相關(guān)來確定最可能的LOS峰值。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于多徑所導致 的模糊度通常不會同時和/或以相同的方式影響兩個接收器。在本發(fā)明的一些示范實施例 中，可以將每個輸入信號作為另一個接收器和/或接收的信號的模板來實現(xiàn)。當比較來自 每個接收器的結(jié)果時，添加附加的信息，并可以消除和/或降低位置上的模糊度。
上述參數(shù)的任何一個參數(shù)以及其他參數(shù)可以單獨或組合使用來確定最可能的LOS 峰值。在一些示范實施例中，基于不同的參數(shù)值使用計分系統(tǒng)，從而每個參數(shù)對每個峰值貢 獻計分，然后將LOS峰值選為具有最高(或最低)計分的峰值?？梢詫γ總€參數(shù)應用加權(quán)。 例如，可以對重要的參數(shù)給予較之其他參數(shù)更大的加權(quán)。在一些實施例中，可以將獲得最高 計分的峰值確定為最可能的L0S峰值?；蛘?，將計分系統(tǒng)定義成使得獲得最低計分的峰值 被選擇并用作最可能的L0S峰值。 根據(jù)一些實施例，可以將其他參數(shù)和/或附加的參數(shù)納入考慮來幫助辨認 (decipher)最可能的L0S峰值。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對于聲音定位，存在使用US頻率范圍中的傳送信號的優(yōu)點。US波位 于聲譜的較高端。通常，對于較高頻率載波信號，可以獲得較高精確度。另一個優(yōu)點是，US 波通常較不易受到環(huán)境噪聲的干擾，因為在我們通常的環(huán)境中，與其他聲音傳送器相比和/ 或與RF傳送器相比，US傳送器較不顯著。對于附加的US傳送器和/或US信號可能出現(xiàn)在 周圍環(huán)境中情況，它們通常比其他聲波更快衰落，因為對于越高的頻率，衰落速率越高。US 定位系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是，對于傳輸能量的所需量，US傳送器和/或接收器通常小于其他 信號傳送器和/或接收器。此外，因為US頻率范圍對于人是聽不見的，所以對于用戶交互 來說比聲音定位系統(tǒng)中使用的其他聲音范圍更實用。在一些示范實施例中，可能因為越高 范圍的信號越容易受到LOS的時間損耗而限制了所實現(xiàn)的聲音頻率的范圍。
雖然系統(tǒng)和方法主要針對范圍在20-lOOKHz之間的聲音信號來描述的，但是本文 描述的系統(tǒng)和方法還可以應用于通常應用更高頻率(例如用于例如肝臟和腎臟的深結(jié)構(gòu) 的l-6MHz或用于例如肌肉、腱、睪丸、乳房和新生兒腦部的7-18MHz)的醫(yī)用超聲系統(tǒng)。此 外，本文描述的系統(tǒng)和方法還可應用于RF系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以容易地調(diào)整本文描述的系統(tǒng)和方法以適于多個用戶， 例如相互鄰近工作的多個用戶。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，每個傳送裝置IIO可以傳送唯 一的調(diào)制連續(xù)信號，該唯一的調(diào)制連續(xù)信號可以被專用的檢測器151和152(圖1)識別。在 一些示范實施例中，可以對于不同用戶通過不同的基帶信號來調(diào)制不同傳送裝置中的載波 信號。每個接收器和/或檢測器可以識別對應于其有關(guān)的傳送器的基帶模式。例如，可以 通過基帶信號的信號分析來實現(xiàn)識別。接收的信號不具有期望的基帶信號的定義的特性， 則可以將其從TOF分析中忽略和/或排除。因為TOF是由基帶和載波信息確定的，所以可 以在不犧牲TOF檢測和/或估算的精確度的情況下實現(xiàn)不同的信號。 可預期在由本申請?zhí)岢龅膶＠挠行谄陂g，將有多種有關(guān)的檢測和處理電路被 開發(fā)出來，術(shù)語檢測器和/或處理器的范圍理應先驗地包含所有此類新技術(shù)。術(shù)語"包括"、 "包含"、"具有"及其同根詞表示"包括但不限于"。
術(shù)語"由...組成"表示"包括且限于"。 術(shù)語"基本由...組成"表示組成物、方法或結(jié)構(gòu)可以包括附加的組成部分、步驟 和/或部分，但是這僅在這些附加的組成部分、步驟和/或部分未本質(zhì)性地改變要求權(quán)利的 組成物、方法或結(jié)構(gòu)的基本且新穎特征的情況下才成立。 在本申請中，本發(fā)明的多種實施例是以范圍的形式給出的。應該理解，以范圍的形 式進行描述僅是為了方便且簡明，而不應視為對本發(fā)明范圍的固定限制。因此，對范圍的描 述應視為具有明確公開的所有可能的子范圍以及該范圍內(nèi)的各個數(shù)值。例如，對于如從1 至6的范圍的描述應視為具有如從1至3、從1至4、從1至5、從2至4、從2至6、從3至6 等的明確公開的子范圍，以及該范圍內(nèi)的各個數(shù)字，例如1、2、3、4、5和6。無論范圍的寬度 如何，這均適用。 無論何時，只要本文指示數(shù)值范圍，則意味著包含所指示的范圍內(nèi)的任何引述的 數(shù)值(小數(shù)或整數(shù))。短語"范圍在"第一指示數(shù)字與第二指示數(shù)字"之間"/第一指示數(shù) 字與第二指示數(shù)字"之間的范圍"以及"范圍在從"第一指示數(shù)字"到"第二指示數(shù)字"之間 /從"第一指示數(shù)字"到"第二指示數(shù)字"之間的范圍"可在本文中互換使用，它們表示包含 第一和第二指示的數(shù)字以及其之間的所有小數(shù)和整數(shù)數(shù)值。
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應認識到，為了簡明而在單獨的實施例上下文中描述的本發(fā)明的某些特征還可以 通過與單個實施例組合的形式來提供。相反，為了簡明而在單個實施例上下文中描述的本 發(fā)明的多種特征也可以單獨地提供或通過與本發(fā)明的任何其他描述的實施例進行任何適 合細分組合來提供或按適合在本發(fā)明的任何其他描述的實施例中提供。多種實施例上下 文中描述的某些特征不應視為那些實施例的本質(zhì)特征，除非實施例沒有那些單元就不起作 用。
權(quán)利要求
一種用于小空間定位的系統(tǒng)，包括可在大致范圍內(nèi)移動的傳送裝置，配置成用于傳送調(diào)制連續(xù)波，其中所述調(diào)制連續(xù)波包含載波信號和基帶信號；以及接收單元，配置成用于接收所述傳送裝置傳送的信號以及用于基于對從所述傳送裝置接收的載波信號和基帶信號的分析確定所述傳送裝置在所述大致范圍內(nèi)的位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對所述載波信號和所述基帶信號的分析包括對所述 載波信號的相位分析。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元包括檢測器，其中所述檢測器配置 成執(zhí)行所述接收單元接收的調(diào)制連續(xù)波與期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制連續(xù)波是預先確定的，而所述期望的調(diào)制 連續(xù)波是所述傳送裝置傳送的所述調(diào)制連續(xù)波的副本。
5 如權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元配置成用于從所接收的調(diào)制連續(xù) 波與所述期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)來確定基帶和載波信號相關(guān)曲線。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元配置成用于確定絕對相關(guān)曲線中的至 少一個峰值和實數(shù)相關(guān)曲線中的至少一個峰值。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元包括至少一個接收器，以 及所述接收單元配置成用于確定所述傳送裝置與所述至少一個接收器之間的視線距離。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中基本與所述實數(shù)相關(guān)曲線中的峰值對齊的所述絕對 相關(guān)曲線中的峰值對應于所述至少一個接收器與所述傳送裝置之間最可能的視線距離。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，包括模糊度解算器，配置成從所述實數(shù)相關(guān)曲線中的多 個峰值中選擇至少一個峰值。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其中所述多個峰值是從接收的信號中獲取的，所述 接收的信號包含若干延遲的信號，所述延遲的信號的相關(guān)曲線相互疊加。
11. 如權(quán)利要求9-10中任一項所述的系統(tǒng)，包括模糊度解算器，其中所述模糊度解算 器配置成從所述多個峰值中識別最接近所述絕對相關(guān)曲線的峰值的峰值或者判定所述多 個峰值中不存在適合的峰值。
12. 如權(quán)利要求9-11中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述模糊度解算器配置成從所述多個 峰值中識別最接近所述絕對相關(guān)曲線中的上升能量的峰值。
13. 如權(quán)利要求9-12中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述模糊度解算器配置成基于對確定 的視線距離的歷史跟蹤來從所述多個峰值中識別峰值。
14. 如權(quán)利要求9-13中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述模糊度解算器配置成基于對確定 的視線距離的隨時間變化的速度的跟蹤來從所述多個峰值中識別峰值。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述模糊度解算器配置成基于對視線速度的隨時 間變化的加速度的跟蹤來從所述多個峰值中識別峰值。
16. 如權(quán)利要求9-14中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述模糊度解算器配置成將從不同接 收器計算的可能的視線距離進行比較。
17. 如權(quán)利要求9-16中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述模糊度解算器配置成確定疊加波 與所接收的調(diào)制連續(xù)波擬合的最小方差或最大似然度。
18. 如權(quán)利要求9-17中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述模糊度解算器配置成基于對所述 多個峰值的至少一部分賦予的計分來從所述多個峰值中識別峰值。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述計分基于所述模糊度解算器計算的一個或多 個預定義參數(shù)的值。
20. 如權(quán)利要求7-19中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元配置成用于辨認所述傳 送器和所述至少一個接收器之間最可能的視線距離，其中所述接收器接收的信號包含接近 范圍中因所述傳送裝置傳送的信號的多徑而相互疊加的若干延遲的信號。
21. 如權(quán)利要求1-20中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元配置成用于在所述載波 信號波長的十分之一的精確度內(nèi)確定位置。
22. 如權(quán)利要求1-21中任一項所述的系統(tǒng)，其中對于不同的系統(tǒng)使用不同的基帶信號。
23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元配置成存儲有關(guān)所述傳送裝置要傳 送的基帶信號的信息。
24. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元配置成基于所述基帶信號在具有從 所述系統(tǒng)的所述傳送裝置傳送的載波頻率的調(diào)制信號與具有從其他傳送裝置傳送的載波 頻率的調(diào)制信號之間進行區(qū)分。
25. 如權(quán)利要求1-24中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元配置成存儲至少一個校 準參數(shù)，所述校準參數(shù)配置成基于所述系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來調(diào)整所述期望的調(diào)制連續(xù)波。
26. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述校準參數(shù)是從包含如下項的組中選擇的相 位響應、振幅響應和組延遲。
27. 如權(quán)利要求1-24中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制連續(xù)波是聲波。
28. 如權(quán)利要求1-27中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制連續(xù)波是超聲波。
29. 如權(quán)利要求1-28中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制連續(xù)波是配置為穿透除空氣 以外的媒介的l-18MHz范圍內(nèi)的超聲波。
30. 如權(quán)利要求1-24中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制連續(xù)波是RF波。
31. 如權(quán)利要求1-30中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述載波信號的頻率與所述調(diào)制連續(xù) 波的基帶信號的頻率處于相同的量級。
32. 如權(quán)利要求1-31中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述接收單元包括間隔開并各定位于 預定義位置的至少兩個接收器。
33. 如權(quán)利要求1-32中任一項所述的系統(tǒng)，包括處理單元，所述處理單元配置成基于 所述傳送裝置與所述至少兩個接收器中的兩個接收器的每一個接收器之間的視線距離的 三角測量來確定所述傳送裝置的位置。
34. 如權(quán)利要求1-33中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述傳送裝置還配置成用于傳送同步 信號，以及其中所述同步信號定義飛行時間延遲的開始。
35. 如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述同步信號是IR信號。
36. 如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述同步信號是RF信號。
37. —種用于小空間定位的方法，包括從傳送裝置傳送調(diào)制連續(xù)波，其中所述調(diào)制連續(xù)波包含載波信號和基帶信號；以及 利用相互間隔預定義的距離的接收器接收所述傳送裝置傳送的信號；以及 基于對從所述傳送裝置接收的載波信號和基帶信號的分析來確定所述傳送裝置在大 致范圍內(nèi)的位置，其中所述傳送裝置和接收器的其中之一可在大致范圍內(nèi)移動，而另一個被定位在預定義的位置處。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述傳送裝置可在大致范圍內(nèi)移動，而其中所述 接收器被定位在預定義的位置處。
39. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中對所述載波信號和所述基帶信號的分析包括對所 述載波信號的相位分析。
40. 如權(quán)利要求37或39所述的方法，包括執(zhí)行所述接收單元接收的調(diào)制連續(xù)波與期望 的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)。
41. 如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述調(diào)制連續(xù)波是預先確定的，而期望的調(diào)制連續(xù)波是所傳送的調(diào)制連續(xù)波的副本。
42. 如權(quán)利要求40或41所述的方法，包括從所接收的調(diào)制連續(xù)波與所述期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)來確定絕對相關(guān)曲線和實數(shù)相關(guān)曲線。
43. 如權(quán)利要求42所述的方法，包括確定所述絕對相關(guān)曲線中的峰值和所述實數(shù)相關(guān) 曲線中的峰值。
44. 如權(quán)利要求37-43中任一項所述的方法，包括確定所述傳送裝置與所述至少一個 接收器之間的視線距離。
45. 如權(quán)利要求37-44中任一項所述的方法，其中基本與所述實數(shù)相關(guān)曲線中的峰值 對齊的所述絕對相關(guān)曲線中的峰值對應于所述至少一個接收器與所述傳送裝置之間最可 能的視線距離。
46. 如權(quán)利要求45所述的方法，包括從所述實數(shù)相關(guān)曲線中的多個峰值中選擇所述峰值。
47. 如權(quán)利要求45或權(quán)利要求46所述的方法，其中所述多個峰值是從接收的信號中獲 取的，所述接收的信號包含若干延遲的信號，所述延遲的信號的相關(guān)曲線相互疊加。
48. 如權(quán)利要求46或47所述的方法，包括從所述多個峰值中識別最接近所述絕對互相 關(guān)曲線的所述峰值的峰值。
49. 如權(quán)利要求46-48所述的方法，包括從所述多個峰值中識別最接近所述絕對相關(guān) 曲線中的上升能量的峰值。
50. 如權(quán)利要求46-49所述的方法，包括基于確定的視線距離的歷史跟蹤來從所述多 個峰值中識別峰值。
51. 如權(quán)利要求46-50所述的方法，包括基于對確定的視線距離的隨時間變化的速度 的跟蹤來從所述多個峰值中識別峰值。
52. 如權(quán)利要求46-51所述的方法，包括將從不同接收器計算的可能的視線距離進行 比較。
53. 如權(quán)利要求46-52所述的方法，包括確定疊加波與所接收的調(diào)制連續(xù)波擬合的最 小方差或最大似然度。
54. 如權(quán)利要求46-53所述的方法，包括基于對所述多個峰值的至少一部分賦予的計 分來從所述多個峰值中識別峰值。
55. 如權(quán)利要求54所述的方法，其中所述計分基于一個或多個預定義參數(shù)的計算值。
56. 如權(quán)利要求46-55中任一項所述的方法，包括辨認所述傳送器和接收器之間最可 能的視線距離，其中所述接收器接收的信號包含接近范圍中因所述傳送裝置傳送的信號的多徑而相互疊加的若干延遲的信號。
57. 如權(quán)利要求37-56中任一項所述的方法，包括在所述載波信號波長的十分之一的精確度內(nèi)確定位置。
58. 如權(quán)利要求37-57中任一項所述的方法，包括在從不同傳送裝置傳送的信號之間 進行區(qū)分。
59. 如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述區(qū)分基于將期望的基帶信號與接收的基帶信號進行比較。
60. 如權(quán)利要求40-59中任一項所述的方法，包括實時調(diào)整所述期望的調(diào)制連續(xù)波的模板。
61. 如權(quán)利要求60所述的方法，其中所述調(diào)整基于對所接收的調(diào)制連續(xù)波的質(zhì)量的定
62. 如權(quán)利要求61所述的方法，其中所述定量測量是來自所述調(diào)制連續(xù)波與所述期望的調(diào)制連續(xù)波之間的相關(guān)的相關(guān)計分。
63. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述調(diào)制連續(xù)波是聲波。
64. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述調(diào)制連續(xù)波是超聲波。
65. 如權(quán)利要求37-64中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制連續(xù)波是配置為穿透除空氣以外的媒介的l-18MHz范圍內(nèi)的超聲波。
66. 如權(quán)利要求37-59中任一項所述的方法，其中所述調(diào)制連續(xù)波是RF波。
67. 如權(quán)利要求37-66中任一項所述的方法，其中所述載波信號的頻率與所述調(diào)制連續(xù)波的基帶信號的頻率處于相同的量級。
68. 如權(quán)利要求37-67中任一項所述的方法，包括執(zhí)行對所述傳送裝置與兩個接收器的每個接收器之間的視線距離的三角測量，所述兩個接收器配置成用于接收從所述傳送裝置傳送的信號。
69. 如權(quán)利要求37-68中任一項所述的方法，包括傳送同步信號，其中所述同步信號定義飛行時間延遲的開始。
70. 如權(quán)利要求37-68中任一項所述的方法，其中所述同步信號是IR信號。
71. 如權(quán)利要求37-68中任一項所述的方法，其中所述同步信號是RF信號。
全文摘要
一種用于小空間定位的系統(tǒng)包括可在大致范圍內(nèi)移動的傳送裝置，配置成用于傳送調(diào)制連續(xù)波，其中該調(diào)制連續(xù)波包含載波信號和基帶信號；以及接收單元，配置成用于接收所述傳送裝置傳送的信號以及用于基于對從所述傳送裝置接收的載波信號和基帶信號的分析確定所述傳送裝置在所述大致范圍內(nèi)的位置。
文檔編號G01S1/00GK101730851SQ200880017612
公開日2010年6月9日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者M·阿加西, N·艾特曼 申請人:埃波斯開發(fā)有限公司