[发明专利]照明系统中的无线定位技术有效
申请号: | 200980148663.5 | 申请日: | 2009-11-16 |
公开(公告)号: | CN102239418A | 公开(公告)日: | 2011-11-09 |
发明(设计)人: | X.鲍;S.达斯;M.戈什 | 申请(专利权)人: | 皇家飞利浦电子股份有限公司 |
主分类号: | G01S5/02 | 分类号: | G01S5/02;H05B37/02 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 李亚非;刘鹏 |
地址: | 荷兰艾*** | 国省代码: | 荷兰;NL |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 照明 系统 中的 无线 定位 技术 | ||
背景技术
在商业的和住宅的照明系统中,越来越令人感兴趣的是无线地控制系统中的各个照明单元,例如照明器,以便调节该照明及其效果。例如,在典型的100米×400米大小的温室中,部署近似10000到20000个配备有低成本无线节点的照明单元。这些节点也可以置于(reside)与对应的照明单元分离的位置处,尽管它们一起形成照明单元或照明单元节点。所有这些无线节点形成网络,例如网状网络,在网络中命令可以从任何无线控制点(或控制点节点)被发送到网络中的任何节点。因此,控制点需要知道该设施(facility)中每个照明单元的确切位置。存在当前用于确定系统中每个照明单元的位置的若干个已知的算法/协议。这些算法或协议包括:接收的信号强度指标(RSSI)、到达角(AOA)和到达时间差(TDOA)。每个方案具有它自己的优点和缺点。
照明系统的无线控制提供了除对系统中的照明单元进行远程开关和调光的能力之外的许多优点。例如,这种控制提供了设置并改变照明系统以及改进能量利用的便利方式。照明单元可以是任何类型或类型的组合,例如荧光的、高强度放电(HID)、发光二极管(LED)、白炽的等等。利用许多种产品的能力允许该系统提供多个特征,例如应急照明控制,其可以在不进行任何布线改变的情况下被添加。也可以通过可以容易地被修改以满足变化的需求的程序来调控(regulate)系统的能量利用。
基于RSSI的定位协议受益于通过消除对无线节点中附加的硬件的需要而实现的简化,从而使得系统成本、功耗和物理尺寸(size)可以得到大大降低。然而,基于RSSI的定位协议要经受典型无线环境中的阴影(shadowing)和多径衰落,这不仅限制了测量精确度而且限制了测量范围。现有的基于RSSI的定位协议没有满足诸如温室或商用建筑物之类的照明单元系统中的大测量范围和高精确度要求。
在基于AOA的系统中,定位协议使用定向天线或天线阵列来测量相对于位于已知位置处的点的角度或方位(bearing),如图1所示。若干测量的方向指针(pointer)的交叉点产生位置值。AOA方法的精确度受到测量孔径(measuring aperture)的可能的方向性、受到阴影效应(shadowing)以及受到从误导的方向到达的多径反射的限制。此外,定位(positioning)估计误差随着定位范围而线性增加。
基于射频传播延迟的系统,例如飞行时间(TOF)系统,依赖于信号发射器与接收器之间的定时的精确度。因此,在这种系统中高精确度同步是非常重要的。通过组合距三个参考节点的至少三个距离,可以使用三角测量(triangulation)来估计(estimate)可重定位的站的位置。另一方面,到达时间差(TDOA)系统使用到每个参考节点的信号到达时间差来计算从照明单元节点到每个参考节点的距离差,如图2所示。类似于TOF系统,需要从一个照明单元到至少两个参考节点的距离差来估计照明单元节点的位置。TDOA方法仅要求在这些参考节点之间的高精确度同步。在参考节点中需要早-晚接收器、硬件计数器和高精确度时钟。这些照明单元节点不需要任何附加的硬件或昂贵的时钟。这使得TDOA技术实施起来更加可行,特别是如果在网络中使用低成本的无线电设备(radio)。尽管TDOA系统不要求照明单元与参考节点之间的同步,但是它们的性能仍然受到低成本节点中的窄带宽无线电设备的限制。
为了解决传统的基于定位的系统中普遍存在的许多缺点中的一些,要克服至少三个挑战:(1)存在严重的多径衰落,特别是在室内环境中,其变为定位精确度的阻碍,(2)为了减少参考节点的数量,测量范围应当大,这进一步增加了提高定位精确度的困难,以及(3)为了降低系统成本,只采用低成本的商用无线电设备,其具有不精确的时钟和窄带宽。此外,在典型地用在每个照明单元节点中的低成本无线电设备中不允许硬件更改。这些挑战中的每一个都需要提供具有提高的精确度和减少的开销(overhead)的位置定位系统和方法的解决方案。
发明内容
本发明总的涉及用于在照明系统中进行定位(localization positioning)并且在大规模设施(installation)(例如商用建筑物)中具有特别益处的系统和方法。到达时间差(TDOA)、到达角(AOA)和接收的信号强度指标(RSSI)中的至少两个连同位置估计算法一起用于确定定位。
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