[发明专利]利用目的多径信号的定位系统

说明书

本申请是2003年7月3日提出的美国专利申请No.10/614,097的部分继续申请，其在这里被全部引用作为参考。

技术领域

本发明一般地涉及定位系统，尤其涉及一种利用一个或更多目的多径信号，确定移动设备相对于大量目标的位置的系统和方法。

背景技术

本地定位系统正在成为需要导航能力的移动设备中一项重要功能(enabler)，特别是在自控车辆和精确建筑工具的应用中。诸如GPS的全球定位系统只提供通常不优于10cm的中等精度的定位信息，并且需要有接近地平线的清晰天空视觉。具有分布在工作空间中的有源或无源组件的本地定位系统，可以允许进行精确得多(＜1cm)的定位，并且允许用户按照需要扩充系统，使其即使在最复杂的封闭地形中也能运行。

常规的本地定位系统包括声学和激光测距系统。声学系统通常利用无线电应答信标来测量设备网络内部的范围，其中一些设备被固定形成本地坐标系统。

不幸的是，由于声音在空气中传播的特性，声学系统只能测量精度到厘米或更多的范围，并且只能在相对较短的距离上测量。基于激光的本地定位系统利用设备与一个或更多诸如棱镜之类的反射目标之间的角度和范围的测量，对设备位置进行三角或者三边测量。然而，现在的激光系统使用昂贵的瞄准机构，使系统成本达到三万美元或更高。

能够确定2D或3D位置达到几个毫米精度的成本相对较低(例如低于2000美元)的本地定位系统将会在某些应用领域中带来大批有潜力的产品，这些应用领域诸如精确室内和室外建筑、采矿、精细农业和大范围收割和处理。本发明克服了常规的本地定位系统在成本和精确度方面的局限性。

发明内容

提供了一种系统和方法，该系统和方法提供低成本但是高度精确的本地定位系统。在一个实施例中，一种设备发射具有载波信号频率的至少一个电磁脉冲，该设备包括天线和具有靠近天线的已知位置的反射器。该设备在一段时间内接收返回信号，其中该返回信号包括来自该设备的雷达探测区域内目标的返回脉冲，以及至少一个多径脉冲。该设备处理该返回信号，以便将返回脉冲和该至少一个多径脉冲从返回信号中分离出来。该设备确定从该设备到目标的范围和该设备相对于目标的位置。该范围根据返回脉冲的到达时间确定，该位置根据至少一个多径脉冲的到达时间确定。

在一些实施例中，所发射的脉冲被极化，并且所接收的返回信号优选地具有相同的极化。

在一些实施例中，反射器是无源反射器。在另外的实施例中，反射器是有源反射器。在一些实施例中，目标是无源反射器。在另外的实施例中，目标是有源地标。

在一些实施例中，该设备包括处理器、存储器和至少一个程序模块。该至少一个程序模块被存储在存储器中并由处理器执行。该至少一个程序模块包含用于处理返回信号的指令，以便将返回脉冲和至少一个多径脉冲从返回信号中分离出来。该至少一个程序模块还包含用于确定从设备到目标的范围和设备相对于目标的位置的指令。该范围根据返回脉冲的到达时间确定，该位置根据至少一个多径脉冲的到达时间确定。

在一些实施例中，天线被配置为，既优选地发射具有极化的脉冲，也优选地接收具有极化的返回信号。

附图说明

当结合附图时，从下述的详细说明和所附权利要求中，本发明的其他目标和特征将变得更加显而易见。

图1是图解具有一个或更多目的多径信号的定位系统实施例的框图。

图2是图解所述定位系统的实施例的框图。

图3A是图解在所述定位系统的一个实施例中直接路径和多径信号的到达时间的图。

图3B是图解在所述定位系统的一个实施例中直接路径和多径信号的到达时间的图。

图4是图解所述定位系统的实施例的框图。

图5A是图解所述定位系统的实施例的框图。

图5B是图解所述定位系统的实施例的框图。

图6是图解在所述定位系统的实施例中典型设备中的各部件的框图。

图7是图解在所述定位系统的实施例中典型有源地标中的各部件的框图。

图8是图解利用一个或更多目的多径信号的过程实施例中操作的流程图。

相同的附图标记在几个附图中是指相对应的部分。

具体实施方式

现在详细地参照本发明的各实施例，它们的实例被示于附图中。在下面的详细描述中，为了实现对本发明的全面理解，阐述了大量特殊细节。然而，对本领域普通技术人员来说，很明显地，本发明可以在没有这些特殊细节的情况下实现。在其它例子中，没有对公知的方法、过程、部件和电路进行详细描述，但这样不致于使得本发明的各个方面不清楚。