[发明专利]使用微波和毫米波视差对空间的三维和四维测绘

说明书

使用两个RF发射器和RF接收器，或者两个RF接收器和RF发射器来确定物体的距离。当使用两个RF发射器时，改变第一发射器的方向直到其到达由第一角度限定的第一方向，在第一角度下，从物体反射并由接收器接收的由第一发射器发射的RF信号的功率达到最大值。还改变第二发射器的方向，直到其到达由第二角度限定的第二方向，在第二角度下，从物体反射并被接收器接收的由第二发射器发射的第二RF信号的功率达到最大值。物体和第一发射器之间的距离由两个发射器之间的距离、第二角度以及第一角度和第二角度之间的差来定义。

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC 119(e)要求2018年1月4日提交的申请号为62/613,704的美国申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及使用射频信号的位置确定。

背景技术

确定物体在有限区域内的位置和移动速率可有益于广泛的应用，例如游戏、人机界面、安全性、环境意识、健康系统、无线功率传输、服务业等。通过确定从物体到源的在不同方向上的距离来完成区域(例如房间)内各种实体的三维(3D)地图。

在四维(4D)成像系统中，除了位置信息外，还获得关于各种目标的其他信息，例如它们的速度和移动方向。在标准的激光雷达和雷达解决方案中，通过评估渡越时间(即信号到达目标并返回信号源所花费的时间)来测量从信号源到远程目标的距离。因此，需要探测信号上的定时标记来进行这种测量。这可以作为脉冲雷达(即雷达信号的幅度调制)来执行，其中射频信号的短脉冲朝向目标发射，并测量其渡越时间。

当随时间线性增加的啁啾频率(chrip frequency)用作发射信号时，频率调制连续波(FM-CW)雷达和相位调制连续波(PM-CW)雷达也可用于通过评估反射信号和发射信号的频率之间的差来确定距离(范围)。

然而，在这样的常规方法中，因为距离分辨率主要是由发射信号的带宽确定的，所以调制信号占据相当大的带宽。带宽限制会影响距离分辨率。

发明内容

根据本发明的一个实施例的确定物体的距离的方法部分地包括：从第一发射器向物体传送第一RF信号；改变第一发射器的方向，直到第一发射器到达由第一角度限定的第一方向，在该第一角度下，从物体反射并被接收器接收的第一RF信号的功率达到最大值；从第二发射器向物体传送第二RF信号；改变第二发射器的方向，直到第二发射器到达由第二角度限定的第二方向，在该第二角度下，从物体反射并被接收器接收的第二RF信号的功率达到最大值；以及使用两个发射器之间的距离、第二角度以及第一角度和第二角度之间的差确定来物体与第一发射器之间的距离。

在一个实施例中，该方法还部分地包括：使用两个发射器之间的距离、第一角度以及第一角度与第二角度之间的差来确定物体与第二发射器之间的距离。

在一个实施例中，该方法还部分地包括：使用两个发射器之间的距离、第一角度和第二角度、第一角度和第二角度之间的差以及接收器与第一发射器和第二发射器中的每一个之间的距离来确定物体与接收器之间的距离。在一个实施例中，第一发射器、第二发射器和接收器沿着大体上直线而定位。

在一个实施例中，通过机械旋转发射器来改变第一发射器的方向。在一个实施例中，通过改变相控阵列的多个发射/天线元件的相位来改变第一发射器的方向。在一个实施例中，通过改变相控阵列的第一子阵列的多个发射/天线元件的相位来改变第一发射器的方向，并且通过改变相控阵列的第二子阵列的多个发射/天线的相位来改变第二发射器的方向。

在一个实施例中，该方法进一步部分地包括在传送第一RF信号的同时停用第二发射器，以及在传送第二RF信号的同时停用第一发射器。在一个实施例中，接收器是多普勒接收器，其适于检测第一RF信号的频率与由物体反射的RF信号的频率之间的差以确定物体的速度。