[发明专利]室内定位系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2014年3月3日提交的序列号为No.61/946,987的美国临时专利申请的权益，该申请的公开通过全文引用合并于此。

技术领域

本发明涉及定位系统。更具体地，本发明涉及一种用于在给定区域内识别物体位置或追踪物体的系统。

背景技术

室内定位系统(IPS)是一种用于在建筑物内或在密集工业区中对物体或人进行无线定位的设备的网络。由于全球定位系统(GPS)需要到四个或更多个GPS卫星的无遮挡视线导致全球定位系统通常不适用于确立室内位置，所以需要专门的设计。通过屋顶、墙壁和其他物体衰减并散射微波，表面上的多次反射导致多径传播受到不可控的误差。

渡越时间(ToF)(Time of flight)是信号从发送机传播到接收机的时间量。由于信号传播速率是常数并且是已知的，信号渡越时间可以直接用于计算距离。可以将相对多个锚站点(anchor stations)的多个测量(在GPS中，至少四个卫星)与三边测量法相结合，以便查找位置。

由于光速是3x10⁸m/sec，在基于射频(RF)的系统中，时钟同步的不准确性是定位误差的关键因素。在GPS中，ToF通常需要复杂的同步机制来针对传感器保持可靠的时间源。

此外，基于ToF准确性的方法通常在室内定位中受到较大的多径条件，所述多径条件是由于物体对RF信号进行反射和衍射而导致的。

由于构造材料导致的衰减和反射，需要至少确保在由系统覆盖的任意位置的三个锚点的视线是无遮挡的。因此，需要大量锚站点。

发明内容

一种室内定位系统，包括多个锚站点，每个锚站点被配置为发送射频信号和声学信号。移动站包括射频接收机，配置为从多个锚站点中的至少一个锚站点接收射频信号；以及声学接收机，配置为从多个锚站点中的至少一个锚站点接收声学信号。处理单元被配置为基于接收到的射频信号和声学信号，确定移动站的位置信息。

发明内容和摘要是为了以简化形式介绍选择构思，下文将进一步详细描述所述构思。发明内容和摘要不是为了指明所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不是为了将它们用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是示出了在定位系统中使用RF脉冲来进行时间同步的图。

图2是示出了直接回声和多径反射的幅值对射程(range)的图。

图3示出了根据本公开的一个实施例的定位系统的框图。

图4是根据本公开的一个实施例的锚站点的框图。

图5是根据本公开的一个实施例的移动站的框图。

具体实施方式

在各个方面，本公开的实施例通过使用混合RF/声学方法，解决了室内定位系统(IPS)的问题，在一个实施例中，所述声学方法是超声波。该方法包括解决时间同步和多径问题。更具体地，电磁波比声音快10⁶倍。由于RF脉冲的ToF相对超声波脉冲的ToF是可忽略的，RF脉冲可以被用作同步脉冲。在接收机侧，多径是若干个时移(或等同地，射程移位)脉冲(脉冲串)的卷积。假定视线，接收机将锁定第一脉冲(最快的)。

脉冲的射程分辨率确定接收机解析两个连续脉冲的能力。物理结构的典型尺寸确定了所需要的射程分辨率。对于工业区内的走廊，所需的射程分辨率应小于1米。

用声学脉冲实现所需要的射程分辨率比用电磁波脉冲要简单得多。可实现的射程分辨率受到脉冲的带宽和群速度的限制。对于具有工业无线网络(例如，)的典型带宽的RF信号，射程分辨率大约8米。使用声学技术，带宽为1kHz的超声波脉冲的射程分辨率小于50cm。此外，在声学技术中，可以用传统、低成本电器来产生并采样高级脉冲。

图1是示出了在定位系统中使用RF脉冲和声学脉冲的时间同步的图。一个实施例中的声学脉冲是超声波脉冲。发送机或多个发送机(如下文所述)同时发送RF脉冲和超声波脉冲。针对RF和超声波脉冲并置排列的接收机针对RF脉冲在3x10^-8秒时接收到RF脉冲，针对超声波脉冲在3x10^-2秒时接收到超声波脉冲。在一个实施例中，将接收时间的差值用于确定发送机与并置排列的接收机之间的距离，并将在下文进行详述。