[发明专利]超声位置确定系统

说明书

提供了一种系统(1)，其用于确定移动接收器单元(3a、3b)在环境中的位置。该系统包括：发射装置(6a、6b、6c)，其包括多个超声发射器，该多个超声发射器被配置为在不同的相应主方向上发射多个超声信号，每个超声信号对不同的相应方向标识符进行编码；移动接收器单元(3a、3b)，其包括超声接收器，该超声接收器被配置为沿多个信号路径接收所述多个超声信号，其中信号路径中的至少一个包括从环境表面(16)的反射；以及处理系统，其包括：解码器，该解码器被布置为对来自接收信号的相应方向标识符进行解码。处理系统被配置为确定每个信号的相应到达时间，并且使用与发射装置(6a、6b、6c)和环境表面(16)有关的方位信息、以及相应方向标识符和到达时间，来计算移动接收器单元(3a、3b)的估计位置。

本发明涉及使用超声信号确定移动单元的位置的系统和方法。

已知通过从环境中的已知位置(例如，在建筑物的墙壁或天花板上)处的多个静态发射器单元发射超声信号，使用超声来确定移动单元或标签在三维中的位置。这些信号由可以附接到物体的移动接收器单元接收。给定静态发射器单元的位置，超声信号在移动单元处的到达时间可以用于使用标准几何计算来估计移动单元在环境中的位置。在US6292106(立方国防系统公司(Cubic Defense Systems，Inc))中描述了这种系统的示例。

超声非常适合用于定位系统，尤其是在室内，因为它的传播得比无线电波和光慢得多。因此，与光速信号相比，对于给定的空间分辨率，超声需要较不准确的时间测量。

然而，已知的基于超声的定位系统通常需要每个静态发射器单元和移动接收器单元之间的清晰的视线路径，以便给出准确的结果。这是因为任何明显的障碍物(尺寸上大于一个波长)将导致超声波经历反射、吸收或两者的组合。这意味着当移动单元被人体屏蔽或者被从静态发射器单元的视线中的任何其他障碍物屏蔽时，可以容易地阻挡信号到达移动单元。当发生这种情况时，从环境中的表面的反射可能以比直接路径信号更大的能量到达移动单元，并且因此可能被错误地识别为直接路径信号，导致估计移动单元的位置时的实质误差。已知的基于超声的定位系统的安装和维护通常也很昂贵。

本发明试图解决这些缺点中的至少一些缺点。

从第一方面，本发明提供了一种确定移动接收器单元在环境中的位置的方法，该方法包括：

在不同的相应主方向上从发射装置发射多个超声信号，超声信号中的每一个传送不同的相应方向标识符；

沿多个信号路径在移动接收器单元处接收多个超声信号，其中至少一个信号路径包括从环境中的表面的反射；

识别来自接收的超声信号的相应方向标识符；

针对信号路径中的每一个，确定相应超声信号在移动接收器单元处的相应到达时间；以及

使用(i)与发射装置有关的方位信息、(ii)与表面有关的方位信息、(iii)所述相应方向标识符、以及(iv)所述到达时间，以估计移动接收器单元的位置。

从另一方面，本发明提供了一种用于确定移动接收器单元在环境中的位置的系统，该系统包括：

发射装置，其包括多个超声发射器，并且被配置为在不同的相应主方向上从发射装置发射多个超声信号，每个超声信号传送不同的相应方向标识符；

移动接收器单元，其包括超声接收器，并且被配置为沿多个信号路径接收多个超声信号，其中至少一个信号路径包括从环境中的表面的反射；以及

处理系统，

其中：

处理系统包括被布置为识别来自接收的超声信号的相应方向标识符；

处理系统被配置为针对信号路径中的每一个确定相应超声信号在移动接收器单元处的相应到达时间；并且