專利名稱：用于校準基于傳播時間的定位系統(tǒng)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于校準基于傳播時間的定位系統(tǒng)的方法以及相應的定位系統(tǒng)。
背景技術：
由現(xiàn)有技術已知了用于基于無線傳輸信號定位移動對象的各種方法或系統(tǒng)。尤其是存在基于場強的方法，其中通過移動對象與不同基站之間交換的無線電信號或聲音信號的場強來確定移動對象的地點。此外還已知了所謂的基于傳播時間的方法，其中通過信號在各自基站和對象之間的傳播時間來確定對象的位置。為了精確地確定位置必須適當?shù)匦识ㄎ幌到y(tǒng)。通常校準在此這樣進行，即將移動對象設置在多個已知的位置上并且在各自的位置上測量相應的場強。通過這種方式，獲得具有在多個點上的相應的測量的場強的地圖，然后在校準時可以通過將當前測量與來自地圖的相應值進行比較來確定位置。這些手動的校準方法是費事的并且必須由專業(yè)人士來執(zhí)行，因為在校準時移動對象必須被設置在預先確定的位置上。由現(xiàn)有技術也已知了自動的校準方法，但是這些方法是非常費事的并且使用了復雜的算法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是提供一種用于校準基于傳播時間的定位系統(tǒng)的、可簡單并且快速地執(zhí)行的方法。該任務通過按照權利要求1或權利要求10的方法或者通過按照權利要求16的定位系統(tǒng)來解決。本發(fā)明的擴展在從屬權利要求中被定義。在本發(fā)明方法中，定位系統(tǒng)被校準，其中通過檢測無線電網(wǎng)絡的多個基站的基于傳播時間的參量可確定移動對象在預先確定的環(huán)境中的位置。各自基站的基于傳播時間的參量在此表示信號在移動對象的無線電單元和各自基站之間的傳播時間?；趥鞑r間的參量因此是可以為傳播時間本身的參量或是與傳播時間有關的參量?；镜母拍钤诖吮粚挿旱乩斫猓⑶野跓o線電網(wǎng)絡中的每個在定位移動對象時被靜止地設置在固定位置上的無線電單元。在本發(fā)明意義中的無線電單元在此被理解為在相應的無線電網(wǎng)絡中的發(fā)送單元和/或接收單元。按照本發(fā)明要進行校準的定位系統(tǒng)可以既被用于移動對象的二維的位置確定又被用于三維的位置確定。在其中進行定位的預先確定的環(huán)境可以被不同地構造，但是優(yōu)選應該是凸的。例如，在二維定位的情況下預先確定的環(huán)境可以是矩形的，而在三維定位的情況下可以是方形的。在優(yōu)選的變型方案中，各個基站還設置在預先確定的環(huán)境邊緣。在本發(fā)明的方法的第一變型方案中，在步驟a)中移動對象在預先確定的環(huán)境中運動，其中在該運動期間在多個測量時間點檢測各自基站的基于傳播時間的參量。這里，在各自測量時間點移動對象的位置不必是已知的。在步驟b)中，在此將各自基站的基于傳播時間的參量的最小值分配給移動對象至各自基站的預先給定的最小距離。類似地，也將各自基站的基于傳播時間的參量的最大值分配給移動對象至各自基站的預先給定的最大距離。因此在該方法中，由預先確定的環(huán)境事先已知移動對象在其在該環(huán)境中運動的情況下至各個基站可以采取何種最小或最大距離。在步驟C)中，在本發(fā)明方法中，針對各自基站，在移動對象至各自基站的距離與各自基站的基于傳播時間的參量之間的預先給定的相關性被標定到在步驟b)中執(zhí)行的、最小值至最小距離和最大值至最大距離的分配。也就是說，在該方法中，事先給出了在距離和基于傳播時間的參量之間的(未標定的)相關性，其中按照本發(fā)明該相關性如此被適配，使得其對最小距離提供相應分配的、基于傳播時間的參量的最小值并且對最大距離提供相應分配的、基于傳播時間的參量的最大值。于是這樣確定的標定的相關性在確定移動對象的位置時用于從基于傳播時間的參量中確定移動對象至這些基站的距離。根據(jù)本發(fā)明利用如下認識存在與當前的定位環(huán)境無關的曲線走向，所述曲線走向描述了在移動對象至基站的距離與基于傳播時間的參量之間的聯(lián)系。該預先給定的相關性在此可以事先針對每個基站例如在制造該基站時就已經(jīng)被確定。于是通過該相關性的合適的標定能夠實現(xiàn)簡單的校準，在所述校準中移動對象在檢測基于傳播時間的參量的測量時間點時的位置不必是已知的。在本發(fā)明方法的特別優(yōu)選的實施形式中，該預先給定的相關性作為具有一個或多個自由參數(shù)的函數(shù)相關性(Abhaengigkeit)來給出，其中在標定時所述自由參數(shù)與最小值至最小距離和最大值至最大距離的分配適配。例如該相關性可以通過直線等式來描述，在所述直線等式中斜率和縱坐標方向上的截距是未知的。于是借助相應的最大距離和最小距離至相應的最大值和最小值的分配可以確定斜率和截距，由此得到唯一的直線等式，于是該直線等式表示本發(fā)明意義中的標定的相關性。在各自基站的距離和基于傳播時間的參量之間的預先給定的相關性可以任意地被構造，其尤其是可以是線性的和/或對數(shù)的，和/或由多項式來表示。相關性例如可以從多個在移動對象至基站的已知距離上測量的基于傳播時間的參量中借助對測量值的函數(shù)近似(例如借助內插)來確定。為了以本發(fā)明方法保證精確并且唯一的位置確定，優(yōu)選由至少三個基站檢測基于傳播時間的參量。在該方法中使用的基站越多，該方法越精確，并且所測量的基于傳播時間的參量必要時可以相互檢查真實性。在另一特別優(yōu)選的實施形式中，使用信號從基站到移動對象的無線電單元以及從該無線電單元返回基站的來回飛行時間作為基于傳播時間的參量。也就是說，基于傳播時間的參量相應于從由各自基站向移動對象的無線電單元發(fā)送請求信號起直至在各自基站處接收由該無線電單元在對該請求信號的應答中所發(fā)送的應答信號所經(jīng)歷的時間段。在本發(fā)明方法中能夠為該無線電網(wǎng)絡使用任意已知的標準。例如，該無線電網(wǎng)絡可以基于WLAN標準、即基于來自IEEE802. 11族的標準、或者基于RFID標準(RFID =射頻識別)。在RFID標準中，基站尤其是相應的閱讀器，該閱讀器向在移動對象上的RFID發(fā)射機應答器發(fā)送信號以及從該RFID發(fā)射機應答器接收信號。在本發(fā)明方法的特別優(yōu)選的實施形式中，在對象運動期間迭代地進行校準，其中在每個迭代步驟中向多個測量時間點補充從上一個迭代步驟以來已添加的、具有相應檢測的基于傳播時間的參量的測量時間點，并且基于由此產(chǎn)生的新的多個測量點來執(zhí)行上面所描述的步驟b)和c)，其中步驟c)尤其是僅在與上一個迭代步驟相比產(chǎn)生新的最小值或最大值時才被執(zhí)行。但是必要時也存在如下可能性首先在預先確定的環(huán)境中僅僅測量在移動對象運動時相應的基于傳播時間的參量并且緊接著才基于傳播時間的參量來執(zhí)行步驟 b)和 C)。除了上面描述的校準方法之外，本發(fā)明還包括用于利用基于傳播時間的定位系統(tǒng)來定位移動對象的方法，其中利用本發(fā)明方法來校準該定位系統(tǒng)，并且將在校準時確定的標定的相關性在確定移動對象的位置時用于從基于傳播時間的參量中確定移動對象至基站的距離。在此，例如借助多邊法(例如三邊法)基于所確定的移動對象至基站的距離來進行所述位置確定。同樣可以使用在申請?zhí)枮?0 2008 004 257.9的德國專利申請以及在 PCT申請PCT/EP2008/068162中所描述的用于確定位置的方法。這兩個專利申請的全部公開內容通過引用成為本申請的內容。優(yōu)選地，該方法與上面描述的迭代校準方法這樣結合， 使得在校準期間借助在當前的迭代步驟中確定的標定的相關性來針對測量時間點的至少一部分執(zhí)行移動對象的位置確定。通過這種方式，可以與校準并行地也同時執(zhí)行定位。本發(fā)明的開始所提及的任務按照本發(fā)明方法的第二變型方案借助在預先確定的環(huán)境內預先給定的位置上的校準來解決。在此，移動對象向在該環(huán)境中的該預先給定的位置運動，其中在該預先給定的位置上移動對象至各個基站的距離是已知的并且至少部分地不同。在此，在該預先給定的位置上檢測各自基站的基于傳播時間的參量。最后，基于所檢測的基于傳播時間的參量和移動對象至各自基站的已知距離來確定移動對象至各自基站的距離和各自基站的基于傳播時間的參量之間的相關性，其中在確定移動對象的位置時所述相關性用于從基于傳播時間的參量中確定移動對象至各個基站的距離。本發(fā)明的該變型方案具有特別的優(yōu)點通過僅僅一個在單個預先已知的位置上的測量過程可實現(xiàn)簡單的校準。在該變型方案中假定各個基站在移動對象至基站的距離與基于傳播時間的參量之間的相同相關性的意義上具有相同的特性。通過這種方式，對于多個不同距離可以通過不同基站所測量的基于傳播時間的參量來確定一個唯一的相關性。在此，該相關性優(yōu)選是借助近似(例如內插)確定的函數(shù)，該函數(shù)在移動對象至各自基站的已知距離處經(jīng)過所檢測的基于傳播時間的參量。類似于第一變型方案，在第二變型方案中也優(yōu)選使用至少三個基站用于定位。同樣，作為基于傳播時間的參量，尤其使用信號從基站至移動對象并且返回的來回傳播時間。 作為無線電網(wǎng)絡優(yōu)選也使用基于WLAN標準或RFID標準的無線電網(wǎng)絡。除了按照本發(fā)明第二變型方案的剛剛描述的校準方法，本發(fā)明還涉及用于定位移動對象的方法，其中定位系統(tǒng)利用剛剛描述的方法來校準并且將在所述校準時確定的相關性在確定移動對象的位置時用于從基于傳播時間的參量中確定移動對象至各個基站的距
1 O除了上面描述的方法，本發(fā)明還包括具有檢測和分析單元的定位系統(tǒng)，利用該檢測和分析單元可以通過檢測無線電網(wǎng)絡的多個基站的基于傳播時間的參量來確定移動對象在預先確定的環(huán)境中的位置，其中各自基站的基于傳播時間的參量代表信號在移動對象的無線電單元與各自基站之間的傳播時間。在此，檢測和分析裝置被構造為使得由此可以執(zhí)行按照上面描述的變型方案中每一個的本發(fā)明方法。


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下面借助于附圖詳細地描述本發(fā)明的實施例。示出了
圖1具有多個基站的環(huán)境的俯視圖，其中可以執(zhí)行按照本發(fā)明方法的實施形式的定
位；
圖2示意性示圖，其說明按照本發(fā)明實施形式的基于傳播時間的參量的確定； 圖3曲線圖，其示出在基站至移動對象的距離與基于傳播時間的參量之間的相關性的例子；
圖4類似于圖3的曲線圖，在其中說明了移動對象的當前位置的確定；以及圖5用戶界面，其在本發(fā)明定位系統(tǒng)的實施形式中為用戶可視化移動對象的位置確定。
具體實施例方式下面以定位系統(tǒng)為例描述本發(fā)明方法的實施形式，所述定位系統(tǒng)用于移動對象在建筑物內部的封閉環(huán)境中的二維位置確定。圖1以俯視圖示出了方形空間或方形大廳形式的這種環(huán)境的例子。圖1的環(huán)境例如可以是在建筑物內的停車場，并且方形環(huán)境的側邊長例如可以為100m。在該環(huán)境的每個角中設置無線電網(wǎng)絡的基站。這些基站在圖1中借助附圖標記AP1、AP2、AP3和AP4表示。這些基站是固定地設置在環(huán)境中的并且發(fā)送或接收按照無線電標準的信號。作為無線電標準在此尤其考慮在OSI參考模型的MAC層上的標準，例如WLAN或RFID標準。必要時也可以實現(xiàn)任意其它標準。確切地說重要的是基站的信號的作用距離是這樣的所述信號能夠由在環(huán)境內的移動對象所接收。在圖1的情形中還示意性再現(xiàn)了在環(huán)境中運動的移動對象0，該移動對象擁有相應的無線電單元，該無線電單元與基站APl至AP4按照相同的標準工作。在此移動對象例如可以是便攜裝置(例如PDA或移動電話)，該便攜裝置擁有用于與基站通信的相應的無線接口。移動對象可以在方形環(huán)境內任意運動。為了實施本發(fā)明方法，該環(huán)境的大小是已知的，從而移動對象至每個基站的最大距離可以被事先計算。同樣，移動對象至每個基站的最小距離是已知的，其中例如可以假定該距離典型地處于Im和^ii之間，因為基站通常被安裝在地面上方大約an至:3m。在本發(fā)明方法的第一變型方案中，移動對象連續(xù)地在預先確定的環(huán)境內運動并且在此以規(guī)則的時間間隔基于基站或移動對象的無線電單元的信號來確定基于傳播時間的參量。然后借助所述參量可以校準用于確定對象在環(huán)境內的位置的定位系統(tǒng)，如后面還要更詳細描述的。作為基于傳播時間的參量，針對各個基站，在這里描述的實施形式中測量所謂的“往返時間”(在下面也稱為來回飛行時間或RTT)，該往返時間基于“乒乓過程”來確定，該過程示意性在圖2中被再現(xiàn)。在此，在圖2中在垂直方向上繪制時間軸，其中左邊的垂直線AP說明在基站之一處的事件，而右邊的垂直線0說明在移動對象處的事件。為了確定來回時間，基站在時間點Tl發(fā)送數(shù)據(jù)分組，該數(shù)據(jù)分組在時間點T2被移動對象的無線電單元接收。所述數(shù)據(jù)分組在此是在相應無線電標準中使用的請求分組，所述請求分組由移動對象利用確認形式的應答分組來應答。直至發(fā)送該應答分組為止，移動對象需要預先確定的處理時間，該處理時間在圖2中被表示為PD (PD=處理延遲)。然后在處理之后，在時間點T3由移動對象的無線電單元發(fā)送應答分組，該應答分組在時間點T4又在相應基站處被接收。然后借助在分組中的相應時間戳，可以確定飛行時間RTT = T4-T1。因為信號近似以光速c運動，因此可以原則上并且在理想條件下在處理時間PD已知的情況下如下地確定在基站和移動對象之間的距離d
d =1>(Τ4^ η — PD)'2Cl)
在此，處理時間PD顯著大于信號的飛行時間。此外，處理時間強烈地與在移動對象中的無線電單元的所用的硬件組件相關。尤其是針對不同制造商的硬件組件，處理時間大多是不同的，并且即使在相同制造商的不同模型之間也產(chǎn)生不同的處理時間。出于該原因，按照使用標準硬件組件的上述公式來確定在移動對象與基站之間的距離是困難的。在下面描述的本發(fā)明方法的實施形式中，通過如下方式消除該缺點在校準定位系統(tǒng)和接著執(zhí)行的位置確定時處理時間PD不必已知。作為輸入?yún)⒘浚恍枰獧z測在校準或定位移動對象時的來回飛行時間RTT。在下面，首先描述本發(fā)明方法的一個變型方案，其中同時執(zhí)行校準和移動對象的定位。在此假定移動對象在較長的時間上在預先確定的環(huán)境中運動并且在此關于每個基站有一次或多次采取至各自基站的距離最大或最小時所處的位置。在移動對象運動時，在此由每個基站連續(xù)地測量按照上面的“乒乓過程”的相應飛行時間RTT。在此，與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于在校準時，在測量RTT的測量時間點不必已知移動對象在環(huán)境內的位置。 因此所述校準不必通過專門的熟練人員來執(zhí)行，所述人員逐步地運動經(jīng)過預先確定的環(huán)境并且與移動對象一同站在預先確定的已知位置處，然后在這些位置處測量各自的時間RTT。 更確切地說移動對象可以被交給在預先確定的環(huán)境中運動更長時間的任意的人員，其中校準自動地進行，而根本無需讓相應的人員知道該校準。為了實施本發(fā)明方法利用了如下事實在移動對象至各自基站的距離和來回飛行時間RTT之間存在函數(shù)相關性。該相關性是預先已知的。其在此不取決于其中安裝了基站的環(huán)境，并且能夠事先例如在制造基站的工廠中被確定。相應的相關性在此可以是針對各個基站的每個而不同。尤其是例如可以假定在移動對象與基站的距離d和相應飛行時間 RTT之間的相關性是線性的(參見等式(1))。然而為了實現(xiàn)更精確的結果，該相關性應當被更好地模型化，因為在實際中已經(jīng)表明由于信號反射，飛行時間不總是表現(xiàn)為線性。尤其是當基站按照RFID標準工作時，在距離d和時間RTT之間產(chǎn)生對數(shù)相關性。圖3示出了飛行時間RTT與移動對象至基站的距離d的相關性的例子。距離d在此是對象在其中運動的相應二維環(huán)境中的距離。在此，存在最小距離dmin和最大距離dmax， 其中在圖1的情形中可以假定dmin = Om并且dmax = 100m。在位置dmin和dmax上的相應飛行時間在圖3中在此用min和max表示。與距離d相關的傳播時間RTT的走向用f(d) 表示。在這里描述的本發(fā)明變型方案中，在開始校準時，對于每個基站在d和RTT之間的未標定的函數(shù)相關性是已知的，也即f (d)作為具有多個還未確定或要適配的參數(shù)的函數(shù)而存在。如果例如考慮線性相關性，則有f(d) =a.d+b,其中參數(shù)a和b還未確定或者標定并且在下面描述的校準期間被確定。f (d)也可以被任意地不同地構造，例如可以是通過對事先執(zhí)行的用于確定d和RTT之間的函數(shù)關聯(lián)的測量進行內插來確定的多項式。如上面已經(jīng)闡述的，在d和RTT之間的函數(shù)關聯(lián)也可以通過對數(shù)函數(shù)來描述。移動對象0在校準時在預先確定的環(huán)境中運動。在此，在多個測量時間點針對每個基站檢測飛行時間RTT，并且從所檢測的值中連續(xù)地選擇出飛行時間的最小值和最大值。然后基于當前的最小值和最大值合適地標定函數(shù)相關性f(d)。在此這樣進行所述標定， 使得飛行時間RTT的最小值出現(xiàn)在最小距離dmin處并且飛行時間RTT的最大值出現(xiàn)在最大距離dmax處，其中最小距離和最大距離通過預先確定的環(huán)境來預先給定。因此執(zhí)行函數(shù)f (d)的自由參數(shù)的相應確定，因而獲得用于描述d和RTT之間相關性的、固定的與應用情況適配的函數(shù)。在上述線性相關性的情況中，在此參數(shù)b相應于最小值min，a相應于值 (max — min) / (dmax — dmin)。在基于RTT的當前最小值和最大值確定了函數(shù)f(d)之后，移動對象的當前位置被確定，這在圖4的曲線圖中說明。然后基于傳播時間RTT的當前值cur，基于當前存在的函數(shù)f(d)來確定在移動對象和正觀察的基站之間的瞬時距離dcur。這通過如下方式進行， 確定從值cur出發(fā)的水平線與函數(shù)f(d)的交點并且針對該交點確定沿著橫坐標的相應值 dcur0通過這種方式，連續(xù)地在對象運動時一方面通過函數(shù)f(d)的相應標定進行校準，另一方面進行位置確定，其中對象在環(huán)境中運動的時間越長，該位置確定就越好，因為由此保證對象實際上也已經(jīng)采取過具有至各自基站的最小距離和最大距離的位置?？偨Y地，剛才描述的校準和同時對移動對象的定位這樣地進行對象運動到不同的未知位置上，其中對于每個新未知位置檢測關于每個基站的傳播時間RTT。緊接著，將新檢測的值與針對最小傳播時間和最大傳播時間的當前值進行比較。如果針對基站的RTT當前值小于當前最小值，則最小值由新的當前值來代替。如果針對基站的RTT當前值大于當前最大值，則最大值由新的當前值來代替。如果進行最小值或最大值的這種代替，則據(jù)此函數(shù)相關性f(d)也合適地與新的最小值或最大值適配。最后，基于函數(shù)f(d)也還估計當前位置，如借助圖4的例子描述過的一樣。由此，在校準時得到移動對象至每個基站的距離的估計。然后每個基站的數(shù)據(jù)在處理單元(例如在中央服務器)中被聚集，其中數(shù)據(jù)從每個基站被傳送到該處理單元。最后在處理單元那里，移動對象的位置通過合適的、由現(xiàn)有技術已知的算法一尤其是通過多邊法(例如三邊法)一被確定。圖5示出了用戶界面的例子，在該用戶界面上為用戶可視地再現(xiàn)校準或位置估計的結果。在此所示的附圖標記不是用戶界面的一部分。在顯示在監(jiān)視器上的用戶界面上作為方形面R而標出對象0在其中運動的被觀察的預先確定的環(huán)境。在此，考察具有25m邊長的方形面。在所述面的各個角中，分別存在相應的基站API、AP2、AP3和AP4。通過在方形面R內的小三角來為用戶標出對象0的當前確定的位置。除了方形面R，在用戶界面中還包含相應的曲線圖D1、D2、D3和D4，所述曲線圖再現(xiàn)了當前確定的、在各自基站的距離d與傳播時間RTT之間的函數(shù)相關性。曲線圖Dl在此涉及基站APl，曲線圖D2在此涉及基站AP2，曲線圖D3在此涉及基站AP3，曲線圖D4在此涉及基站AP4。在各自的曲線圖中沿著橫坐標標出距離d，沿著縱坐標標出傳播時間RTT。各個曲線圖包含函數(shù)f(d)并且因而相應于在圖4中所示的曲線圖的實施形式，但是現(xiàn)在與圖 4不同地假定在距離d與傳播時間RTT之間的相關性是線性的。如上所述，各個函數(shù)基于線性相關性的假定并且通過基于各自基站的當前存在的RTT最小值和最大值的標定被確定。 基于各自的函數(shù)，還從傳播時間RTT的當前值cur中確定移動對象至所涉及的基站的當前距離dcur。參量f (d) ,cur和dcur出于清楚的原因僅僅在上面的曲線圖Dl中通過相應附圖標記標出。除了各自的曲線圖Dl至D4還標出相應的場Fl至F4。每個場在此包含3個值，其中最上面的值再現(xiàn)RTT的最小值min，中間值再現(xiàn)RTT的最大值max，下面的值再現(xiàn)RTT的當前值cur。出于清楚的原因，僅僅針對場F2用相應的附圖標記表示出相應的值。在方形面R中，還通過以各自基站API、AP2、AP3或AP4的位置為圓心的圓弧Cl、 C2、C3或C4來再現(xiàn)針對每個基站的相應確定的距離dcur。然后借助由上述申請?zhí)枮?0 2008 004 257. 9的德國專利申請或由PCT申請PCT/EP2008/068162已知的方法來確定對象 0的位置，其中該位置在圖5的實施形式中以合適的方法被求平均，使得該位置處于通過在各個圓弧Cl至C4之間的交點構成的梯形區(qū)域的中心。在理想情況下(即在無測量誤差的位置估計情況下)各個圓弧Cl至C4相交在唯一的一個點上。本發(fā)明方法的剛剛描述的變型方案具有一系列優(yōu)點。尤其是，實現(xiàn)了定位系統(tǒng)的簡單的自動化的校準，該校準可以比傳統(tǒng)的校準明顯更低成本地實施。原因在于對于校準需要更少的時間，因為對象不再必須運動到固定的預先已知的位置上。借助本發(fā)明的校準， 在此可以顯著節(jié)省成本，因為校準部分占定位系統(tǒng)的TCO (T0C =所有者總成本)成本是非常大的。此外，校準也不再必須通過專家來執(zhí)行，而是任何人都可以在預先確定的環(huán)境中攜帶移動對象，然后無需用戶干預通過檢測相應的傳播時間RTT來執(zhí)行校準。在此只需要保證用戶在校準期間也走過預先確定的環(huán)境的大的區(qū)域。在使用上述校準的情況下，可以取消昂貴的再校準，因為可以在后臺連續(xù)地運行校準過程，并且從而自動地與新的環(huán)境條件適配。此外，發(fā)明者還可表明借助本發(fā)明方法的上述實施形式，不僅在對象在基站視線中的條件下獲得好的結果，而且在對象不在基站視線中的條件下也獲得好的結果。此外還確定了 在基站與對象之間沒有視線的傳播時間測量的情況下，由此產(chǎn)生的、導致比實際距離大的測量誤差常常通過其它基站的在其它方向上無視線的其它傳播時間測量被消除。由此可以平均地很好地確定移動對象在預先確定的環(huán)境中的正確位置。在下面描述了本發(fā)明用于校準定位系統(tǒng)的方法的簡化的另外的變型方案。在此假定在系統(tǒng)中的所有基站都具有相同的特性，也即對于所有基站存在基于相應函數(shù)f(d) 的相同的相關性，所述函數(shù)首先不是已知的。在此情況下通過如下方法來進行校準將移動對象設置在預先確定的環(huán)境中的已知位置上，在該位置上至各個基站的距離是已知的并且是不同的。這種情形也在圖1中被示出。按照該圖移動對象0至每個基站APl至AP4具有不同的距離。在此，校準如此運行將移動對象設置在已知位置上并且接著確定傳播時間 RTT的相應的測量值。然后具有相應已知距離的各個測量值可以被記錄到曲線圖中，沿著該曲線圖的橫坐標繪制對象至基站的距離d并且沿著該曲線圖的縱坐標繪制所確定的傳播時間RTT。因為如上所述基站的特性是相同的，因此可以通過基于在曲線圖中記錄的測量值的近似、尤其通過內插導出對所有基站適用的相應函數(shù)f(d)。借助該函數(shù)，緊接著可以在對象運動時導出在所檢測的傳播時間RTT上對象至各個基站的相應距離。然后基于這些距離可以又借助多邊法確定對象的位置。本發(fā)明的剛剛描述的第二變型方案具有特別的優(yōu)點 校準可以僅僅在具有已知坐標的單個預先確定的位置上執(zhí)行。這里利用了如下認識在移動對象至基站的距離與相應檢測到的傳播時間RTT之間存在預先給定的函數(shù)相關性。本發(fā)明的第二變型方案必要時也可以用于為相應的基站事先確定在距離和傳播時間之間的函數(shù)相關性，然后該函數(shù)相關性以合適的方式借助本發(fā)明方法的上面描述的第一變型方案在校準期間被標定。
權利要求
1.一種用于計算機輔助地校準基于傳播時間的定位系統(tǒng)的方法，其中在定位系統(tǒng)中通過檢測無線電網(wǎng)絡的多個基站(AP1，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)能確定移動對象(0)在預先確定的環(huán)境中的位置，其中各自基站(API，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)表示信號在移動對象(0)的無線電單元和各自基站(AP1，AP2，…，AP4)之間的傳播時間，其中a)移動對象(0)在預先確定的環(huán)境中運動，并且在此過程中在多個測量時間點檢測各自基站(API，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)；b )將各自基站(AP1，AP2，…，AP4 )的基于傳播時間的參量(RTT )的最小值(min )分配給移動對象(0)至各自基站(AP1，AP2，…，AP4)的預先給定的最小距離(dmin)；將各自基站(API，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)的最大值(max)分配給移動對象(0) 至各自基站(AP1，AP2，…，AP4)的預先給定的最大距離(dmax)；c)針對各自基站(AP1，AP2，...^卩4)，在移動對象(0)至各自基站(4卩1，八卩2，...，AP4) 的距離(d)與各自基站(AP1，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)之間的預先給定的相關性被標定到最小值(min)至最小距離(dmin)和最大值(max)至最大距離(dmax)的分配上，其中被標定的相關性(f (d))在確定移動對象(0)的位置時用于從基于傳播時間的參量(RTT)中確定移動對象(0)至各個基站(AP1，AP2，…，AP4)的距離(d)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述預先給定的相關性是具有一個或多個自由參數(shù)的函數(shù)相關性，其中在標定時自由參數(shù)與最小值(min)至最小距離(dmin)和最大值 (max)至最大距離(dmax)的分配適配。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，預先給定的相關性是線性的和/或對數(shù)的， 和/或由多項式來表示。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中，由至少三個基站(API，AP2，…，AP4)檢測基于傳播時間的參量(RTT )。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中，基于傳播時間的參量(RTT)分別相應于從由各自基站(AP1，AP2，…，AP4)向移動對象(0)的無線電單元發(fā)送請求信號起直至在各自基站(AP1，AP2，…，AP4)處接收由該無線電單元在對該請求信號的應答中所發(fā)送的應答信號所經(jīng)歷的時間段。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中，所述無線電網(wǎng)絡基于WLAN標準或者基于 RFID標準。
7.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中，在移動對象(0)運動期間迭代地進行校準，其中在每個迭代步驟中向多個測量時間點補充從上一個迭代步驟以來已添加的測量時間點，并且基于由此產(chǎn)生的新的多個測量點來執(zhí)行步驟b)以及至少在與上一個迭代步驟相比最小值(min)和/或最大值(max)改變時執(zhí)行步驟C)。
8.一種用于利用基于傳播時間的定位系統(tǒng)計算機輔助地定位移動對象(0)的方法，其中利用根據(jù)上述權利要求之一所述的方法來校準該定位系統(tǒng)，并且將在校準時確定的標定的相關性(f (d))在確定移動對象(0)的位置時用于從基于傳播時間的參量(RTT)中確定移動對象(0)至各個基站(AP1，AP2，…，AP4)的距離(d)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中利用根據(jù)權利要求7的方法來校準所述定位系統(tǒng)， 其中在校準期間借助在當前的迭代步驟中確定的標定的相關性針對測量時間點的至少一部分執(zhí)行移動對象(0)的位置確定。
10.一種用于計算機輔助地校準基于傳播時間的定位系統(tǒng)的方法，其中在定位系統(tǒng)中通過檢測無線電網(wǎng)絡的多個基站(AP1，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)能確定移動對象(0)在預先確定的環(huán)境中的位置，其中各自基站(API，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)表示信號在移動對象(0)的無線電單元和各自基站(API，AP2，…，AP4) 之間的傳播時間，其中一移動對象(0)運動到在預先確定的環(huán)境中的預先給定的位置上，其中在該預先給定的位置上移動對象(0)至各個基站(AP1，AP2，…，AP4)的距離是已知的并且至少部分地不同；一在預先給定的位置上檢測各自基站(API，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量 (RTT)；一基于所檢測的基于傳播時間的參量(RTT)和移動對象(0)至各自基站(AP1，AP2，… ，AP4)的已知距離來確定移動對象(0)至各自基站(API，AP2，…，AP4)的距離(d)和各自基站(AP1，AP2，…，AP4 )的基于傳播時間的參量(RTT )之間的相關性(f (d))，其中在確定移動對象(0)的位置時所述相關性(f (d))用于從基于傳播時間的參量(RTT)中確定移動對象(0)至各個基站(AP1，AP2，...，AP4)的距離(d)。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，相關性是近似函數(shù)(f(d))，該近似函數(shù)經(jīng)過在移動對象(0)至各自基站(AP1，AP2，…，AP4)的已知距離上所檢測的基于傳播時間的參量(RTT)。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的方法，其中，由至少三個基站(AP1，AP2，…，AP4)檢測基于傳播時間的參量(RTT )。
13.根據(jù)權利要求10至12之一所述的方法，其中，基于傳播時間的參量(RTT)分別相應于從由各自基站(AP1，AP2，…，AP4)向移動對象(0)的無線電單元發(fā)送請求信號起直至在各自基站(AP1，AP2，…，AP4)處接收由該無線電單元在對該請求信號的應答中所發(fā)送的應答信號所經(jīng)歷的時間段。
14.根據(jù)權利要求10至13之一所述的方法，其中，所述無線電網(wǎng)絡基于WLAN標準或者基于RFID標準。
15.一種用于利用基于傳播時間的定位系統(tǒng)計算機輔助地定位移動對象的方法，其中利用根據(jù)權利要求10至14之一所述的方法來校準該定位系統(tǒng)，并且將在校準時確定的相關性(f (d))在確定移動對象的位置時用于從基于傳播時間的參量(RTT)中確定移動對象 (0)至各個基站(AP1，AP2，...，AP4)的距離(d)。
16.一種定位系統(tǒng)，包括檢測和分析裝置，利用該檢測和分析裝置能通過檢測無線電網(wǎng)絡的多個基站(AP1，AP2，…，AP4 )的基于傳播時間的參量(RTT )來確定移動對象(0)在預先確定的環(huán)境中的位置，其中各自基站(API，AP2，…，AP4)的基于傳播時間的參量(RTT) 表示信號在移動對象(0)的無線電單元與各自基站(API，AP2，…，AP4)之間的傳播時間， 其中，所述檢測和分析裝置被構造為使得利用所述檢測和分析裝置能執(zhí)行按照上述權利要求之一的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于計算機輔助地校準基于傳播時間的定位系統(tǒng)的方法，其中在定位系統(tǒng)中通過檢測無線電網(wǎng)絡的多個基站(AP1，AP2，…,AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)可確定移動對象(O)在預先確定的環(huán)境中的位置，其中各自基站(AP1，AP2，…,AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)表示信號在移動對象(O)的無線電單元和各自基站(AP1，AP2，…,AP4)之間的傳播時間。根據(jù)本發(fā)明，移動對象(O)在預先確定的環(huán)境中運動，并且在此過程中在多個測量時間點檢測各自基站(AP1，AP2，…,AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)。將各自基站(AP1，AP2，…,AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)的最小值(min)分配給移動對象(O)至各自基站(AP1，AP2，…,AP4)的預先給定的最小距離(dmin)；將基于傳播時間的參量(RTT)的最大值(max)分配給移動對象(O)至各自基站(AP1，AP2，…,AP4)的預先給定的最大距離(dmax)。最后，針對各自基站(AP1，AP2，…,AP4)，在移動對象(O)至各自基站(AP1，AP2，…,AP4)的距離(d)與各自基站(AP1，AP2，…,AP4)的基于傳播時間的參量(RTT)之間的預先給定的相關性被標定到最小值(min)至最小距離(dmin)和最大值(max)至最大距離(dmax)的分配上。被標定的相關性(f(d))然后用于確定移動對象(O)的位置。
文檔編號G01S13/76GK102472810SQ201080032253
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權日2009年7月17日
發(fā)明者拉米雷茨 A., 施文根施勒格爾 C., 馬申科 M. 申請人:西門子公司