CN101156081A - 用于本地定位的改进的雷达系统 - Google Patents

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Abstract

一种定位系统包括一个或多个有源地标和设备。设备发射具有极化的电磁脉冲并且在一段时间接收返回信号。设备可以优先接收具有所述极化的返回信号。返回信号包括来自至少一个有源地标的至少一个返回已调制脉冲。设备处理返回信号，以从返回信号中分离出返回已调制脉冲并且确定设备到有源地标的作用距离。在接收返回信号的同时，设备可选地沿特定方向移动，在返回信号的返回已调制脉冲部分中检测多普勒频移并且确定所述特定方向与设备和有源地标之间的直线之间的角度。

Description

用于本地定位的改进的雷达系统
本申请是2003年7月3日提交的美国专利申请No.10/614,097的部分继续申请，这里全篇引用未决的美国专利申请No.10/614,097作为参考。
技术领域
本发明通常涉及定位系统，更具体地，涉及一种用于通过相干射频测距技术确定移动设备相对于若干有源地标的位置的方法和系统。
背景技术
本地定位系统在要求导航能力的移动设备中尤其在自控车辆和精密施工工具的应用中正成为重要的使能器。诸如GPS的全球定位系统仅提供了中等精度的位置信息，通常不会好于10cm，并且要求天空到近地平线的清晰视野。具有分布在工作容积中的有源或无源部件的本地定位系统能允许更为精确(＜1cm)的定位，并且允许用户按照需要扩展系统，以在最为复杂的封闭几何形状中工作。
常规的本地定位系统包括声学和激光测距系统。声学系统典型地采用无线电应答信标来在设备网络内测量作用距离，设备的一些固定起来形成本地坐标系。不幸的是，由于声音在空气中传播的性质，声学系统仅能以厘米或更多的精度来测量作用距离，并且仅能在相对较短的距离上测距。基于激光的本地定位系统使用设备和诸如棱镜的一个或多个反射物体之间的角度和作用距离的测量来对物体的位置进行三角测量或三边测量。然后，激光系统目前使用昂贵的指向机制，这使得系统的花费高达30k美元或更多。
能够以几个毫米的精度确定2D或3D位置的相对低成本(≤2000美元)的本地定位系统将使得在诸如精密室内室外施工、采矿、精细农业和体育场割草及处理的应用领域中大量的潜在产品成为可能。本发明克服了传统本地定位系统的成本和精度限制。
发明内容
在低成本、但高精度的本地定位系统中，使用电磁脉冲确定设备与多个有源地标之间的作用距离(range)并且可选地确定角度。电磁脉冲的传播速度并不像声音信号那样随环境条件发生剧烈变化，这在测距上提供了极好的精度。用来传送电磁脉冲的天线的空间波束宽度基本上比激光的要宽，这就消除了对昂贵的指向机制的需要。有源地标的使用允许对脉冲进行调制，以便可以确定相应地标的独特特征。
在一个实施例中，通过从设备发送具有极化和第一载波信号频率的脉冲并在一段时间接收返回信号来确定设备相对于一个或多个有源地标的位置，其中所述接收包括优先接收具有该极化的返回信号。返回信号包括来自至少一个有源地标的返回已调制脉冲。处理返回信号，以从返回信号中隔离返回已调制脉冲并基于返回已调制脉冲的到达时间确定设备到至少一个有源地标的作用距离。
可以使用调幅或调频对返回已调制脉冲进行调制。在一些实施例中，使用方波对返回已调制脉冲进行频率调制。可以对方波进行编码以在返回已调制脉冲的到达时间内消除模糊。方波也可以周期性地编码以区别往返路径，往返路径是发射的脉冲的多个重复周期。此外，在具有多于一个有源地标的实施例中，对来自相应有源地标的返回已调制脉冲的调制可以不同于所有其他有源地标所用的调制。
在一些实施例中，当进行接收时，设备或相应的有源地标以已知的速度沿特定方向移动。设备检测在返回信号中的返回已调制脉冲中的多普勒频移并作为检测的多普勒频移的函数确定该特定方向与设备和相应有源地标之间的直线之间的角度。在一些实施例中，该方法还可以包括利用借助第二设备的雷达到雷达测距来确定该设备的位置。
在一些实施例中，设备包括单独的发射天线和单独的接收天线，还包括减少发射天线和接收天线之间串扰的去相干板(decoherentplate)。
在一些实施例中，设备被进一步配置为对至少一个相应的有源地标存储至少一个校准的延迟，并且使用该校准的延迟确定设备到有源地标的作用距离。
在一些实施例中，有源地标包括用于接收对应于发射的电磁脉冲的接收信号的接收天线，用于放大接收信号的放大器，用于产生调制信号的信号发生器，用于用调制信号调制接收信号以产生发射已调制信号的混频器和用于发射对应于发射已调制信号的返回电磁调制脉冲的发射天线。发射和接收天线可以组合在共用天线中。此外，有源地标可以靠近无源反射结构，以增加有源地标的雷达截面积。
提供了对方法和装置实施例的其他变化。
附图说明
结合附图，下面的详细说明和随附的权利要求将使本发明的其他目的和特征更加显而易见。
图1是示出定位系统的框图，该定位系统包括设备，多个有源地标和各种地物干扰(clutter)目标。该设备发射脉冲并接收包括来自有源地标的返回已调制脉冲的返回信号。
图2示出了来自定位系统中有源地标的返回已调制电磁脉冲。
图3A示出了用正弦波对返回已调制脉冲进行的幅度调制。
图3B示出了用方波对返回已调制脉冲进行的频率调制。
图4A示出了以特定速度移动的设备，这样返回信号中的返回已调制脉冲将包含多普勒频移。
图4B示出了以特定速度移动的有源地标，这样返回信号中的返回已调制脉冲将包含多普勒频移。
图5示出了对应于设备相对于有源地标的位置的作用距离和角度库(bin)。
图6是示出用在定位系统中的典型设备的组件的框图。
图7是示出用在定位系统中的有源地标的实施例的部件的框图。
图8是用于对返回已调制脉冲进行幅度调制的机械调制器的图示。
图9是有源地标的图示，该有源地标能够在表面上具有时间和空间变化的反射率，用于返回已调制脉冲的幅度调制。
图10是接近于无源反射结构的有源地标的图示，所述无源反射结构包括第一无源反射面、第二无源反射面和用于以相对于第一表面的角度定位第二表面的结构。
图11是一设备和第二设备之间的雷达到雷达测距的图示。
图12是减少设备中发射天线和接收天线之间串扰的去相干板的图示。
在附图的几个视图中相似的参考数字表示对应的部件。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的实施例，本发明的示例在附图中进行了图示。在以下的详细描述中，为了提供对本发明的充分理解陈述了许多具体细节。不过，对本领域的普通技术人员显而易见的是不需要这些具体细节也可以实践本发明。在其他实例中，为了避免不必要地模糊本发明的各方面没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和电路。
参考图1，本地定位系统100包括设备110和位置固定或其平均位置固定的多个有源地标112。有源地标112可以放置在已经测量的位置。可选地，有源地标112可以放置在初始系统自定标过程期间自动确定的任意位置。在任一情况下，通过确定一个或多个作用距离，相对于一个或多个有源地标112的位置确定设备110的位置，每个作用距离与设备110与诸如有源地标112_1的有源地标之间的距离(distance)相关。
设备110被配置为在多个方向116上发射至少一个电磁脉冲114。在一些实施例中，设备110被配置为在多个方向116上发射多个电磁脉冲，例如脉冲114。在示范性实施例中，电磁脉冲114大约持续1纳秒(ns)，且其载波信号频率约为6千兆赫(GHz)。脉冲114的典型重复周期约为1微秒。其他实施例可以采用以下脉冲持续时间和载波信号频率对：1ns和24GHz，5ns和6GHz以及1ns和77GHz。在一些实施例中，由更短的脉冲持续时间和更高的载波信号频率可得到的增加精度的作用距离估计是以增加的成本和相关电路的复杂度为代价的。
设备110被进一步配置为在一段时间接收返回信号118。返回信号118包括来自一个或多个有源地标112的返回已调制电磁脉冲。返回信号包括来自多个接收方向118的贡献。一些接收方向118包括来自“地物干扰”目标而不是返回返回已调制脉冲的有源地标112的反射脉冲。例如，当被沿方向116_2发射的电磁脉冲照射后，树叶120将沿方向118_2反射电磁脉冲。类似地，当被沿方向116_3发射的电磁脉冲照射后，建筑物122将沿方向118_3反射电磁脉冲。
为了确定设备110和诸如有源地标112_1之类的有源地标之间的相应作用距离，设备110需要从至少一个返回信号中隔离至少一个返回已调制脉冲，所述至少一个返回信号也可以包括来自地物干扰的反射脉冲。为了促进来自有源地标112_1的返回已调制脉冲的分离，有源地标112_1对返回已调制脉冲进行调制。在一些实施例中，设备110通过使用有源地标为产生返回已调制脉冲所用的信号的复制信号对返回信号进行解调从返回信号中分离返回已调制脉冲。
在一些实施例中，有源地标为产生返回已调制脉冲所用的调制是幅度调制，例如单边带、双边带或双边带抑制载波调制。
图3A中示出了作为频率312的函数的幅度310的频谱300，示出了有源地标使用调制深度小于1的正弦波对返回脉冲进行的幅度调制。载波信号频率314具有边带，边带具有边带频率316。在这个示例中，边带频率316相对于载波信号频率314发生了偏移，偏移量为正弦波频率318。这个频率偏移大于频率320的带宽，其中频率320对应于与设备110的雷达探测区域内的设备110(图1)和目标的相对运动相关的多普勒频移。
在其他实施例中，调制是频率调制，包括窄带或宽带频率调制。图2示出了采用频率调制的实施例。频率调制允许设备110从包括来自树叶120的反射脉冲的返回信号中分离出返回已调制脉冲124。
图3B中的频谱示出了使用具有基频326的方波对返回已调制脉冲124(图2)进行频率调制的示范性实施例。在使用诸如正弦波之类的其他调制信号的频率调制中，调制由中心频率表征。在图3B所示的示例中，方波(用于调制)的基频326远小于主返回脉冲信号的载波信号频率314，造成小的调制指数。结果，在频谱322中仅示出了一阶边带。然而，采用方波调制会导致多个边带。在图3B中示出了对应于方波的基波和三次谐波的边带，其具有边带频率316和324。在这个示例中，边带频率316和324相对于载波信号频率314发生了偏移，偏移量分别为基频326和三次谐波频率328。基频326和三次谐波频率328都大于频带320，频带320对应于与设备110的雷达探测区域内的设备110和目标的相对运动相关的多普勒频移。在示范性实施例中，基频326是几百赫兹。
参考回图1，在包括多个有源地标112的实施例中，来自诸如有源地标112_1的有源定标的返回已调制脉冲可以不同于所有其他有源地标112所使用的返回已调制脉冲。例如，对于方波调制，有源地标112的每一个都可以具有不同的基频326(图3B)。对于诸如正弦波的其他调制信号，有源地标112的每一个可以具有不同的中心频率。可选地，来自多个有源地标112的返回已调制脉冲可以彼此不同。在这种情况下，这些返回已调制脉冲可以具有彼此不同的基频或中心频率。除了频分多址，在其他实施例中，来自多个有源地标112的返回已调制脉冲可以通过时分多址或码分多址而彼此区别。
为了进一步区分返回已调制脉冲和来自地物干扰的反射脉冲，在一些实施例中，设备110发射具有极化的脉冲114。由有源地标112生成的返回已调制脉冲同样具有相同的极化。合适的极化包括线性极化、椭圆极化、右旋椭圆极化、左旋椭圆极化，右旋圆极化(RHCP)和左旋圆极化(LHCP)。右旋椭圆极化、左旋椭圆极化、RHCP和LHCP尤其有优势。作为示例，考虑RHCP，虽然对于其他右旋和左旋极化讨论也是恰当的。
当设备110发射具有RHCP的脉冲114时，例如树叶120的地物干扰将沿接收方向118_2反射具有主要相反圆极化即LHCP的电磁脉冲。类似地，来自建筑物122的单反射将导致沿接收方向118_3的具有LHCP极化的反射脉冲。不过，来自有源地标112的返回已调制脉冲具有RHCP。因此，设备110通过使用配置为优先接收具有与发射的电磁脉冲114相同极化的信号的接收机可以进一步分离返回已调制脉冲，例如有源地标112_1发射的返回已调制脉冲。除了改进返回已调制脉冲的分离，在这些实施例中，发射脉冲和返回已调制脉冲的共同极化允许设备110和有源地标112每一个都使用单个天线用于发射和接收。
一旦从设备110接收的返回信号中分离出来自诸如有源地标112_1的有源地标112的诸如返回已调制脉冲124的返回已调制脉冲，则确定设备110和有源地标112_1之间的作用距离。假设脉冲沿直线行进并且没有多路径传播，设备110发射的且由距设备110的距离为r的物体反射的脉冲114以到达时间ToA到达设备110：
ToA = 2 r c , (公式1)
其中c是电磁信号的传播速度。已知真空中电磁信号的传播速度c约为3.0*108m/s。在典型的大气条件下，电磁信号的传播速度偏离该值小于300ppm(百万分之一)。通过使用高度和其他环境因素信息，可以将定位系统的环境中的电磁信号的传播速度确定到100ppm之内。对于来自有源地标112的返回已调制脉冲，可能会有额外的延迟Δ，该延迟与有源地标112中接收对应于发射脉冲114的接收信号，用调制信号调制接收信号以生成发射已调制信号以及发射对应于发射已调制信号的返回已调制脉冲相关。到达时间的修正的表达式为：
ToA = 2 r c + Δ . (公式2)
对于每个有源地标112来说，延迟Δ可能不一样。不过，在校准过程(例如，系统自校准过程)期间可以对相应有源地标的延迟Δ进行校准，在随后的测量期间可以对返回已调制脉冲的到达时间进行校正。因此，对应于一个或多个返回已调制脉冲的到达时间的确定可以被用来精确地确定设备110与一个或多个有源地标112之间的作用距离。
虽然图1中仅示出了两个有源地标112，在其他实施例中，可以有更多的或更少的有源地标112。在一些实施例中，所用有源地标112的数量足以提供设备110相对于有源地标112的位置的不模糊确定，其中有源地标112的位置已经被测量过。例如，如果已知三个不共线的有源地标112的位置，例如通过预先测量得知，并且设备110和有源地标112基本位于二维平面内，则可能从设备110到每个有源地标112的作用距离知识不模糊地确定设备110的位置。可选地，如果有源地标112和设备110基本不共面，则使用四个已知位置的有源地标112将允许从设备110到每个有源地标112的作用距离知识不模糊地确定设备110的位置。基于一个或多个作用距离确定位置的算法对于本领域的技术人员是众所周知的。例如，参考“Quadratic time algorithmfor the minmax length triangulation”H.Edelsbruneer和T.S.Tan，pp.414-423，Proceedings of the 32nd Annual Symposium on Foundationsof Computer Science，1991，San Juan，Puerto Rico，此处全文引入，以供参考。
参考图4，除了确定设备110到诸如有源地标112_1的一个或多个有源地标112的作用距离，在一些实施例中，例如本地定位系统400，设备110沿特定方向412以速度v410移动，同时发射脉冲114(图1)。设备110在一段时间接收返回信号。设备110接收的来自有源地标112_1的返回已调制脉冲在频率上将根据下式发生多普勒频移：
f = f c ( 1 + v c cos ( θ ) ) , (公式3)
其中fc是载波信号频率314(图3)，f是由设备110接收的返回已调制脉冲的接收载波信号频率，c是电磁信号在充满设备110和有源地标112_1之间的空间的大气中的传播速度，θ是设备移动的方向412和设备110与有源地标112_1之间的直线416之间的角度414。因此，从一个或多个返回已调制脉冲的接收载波信号频率，设备110可以确定角度θ414。不过，注意对于相应的接收载波信号频率f，至少有两个角度能满足方程3。之所以如此是因为能满足方程3的任意角度θ0，角度-θ0也能满足方程3。在图4A中，这两个角度对应于方向412与设备110和有源地标112_1之间的线416之间的角度θ414，以及方向412与线418之间的角度-θ420。如图4B中所示，在一些实施例中，诸如实施例422，有源地标112_1关于平均固定位置沿特定方向412以速度v 424移动，该位置允许从得到的多普勒频移确定角度θ414。注意，在这些实施例中，多普勒频移提供了关于角度θ414的余角的信息。
设备110与有源地标112之间的作用距离信息和，如果需要的话，角度信息的组合允许确定设备110的位置。典型地，本地定位系统能够以1cm或更好的分辨率建立或确定诸如有源地标112_1的有源地标的位置。这在图5中对于本地定位系统500示出了。有源地标112(图1)在由作用距离r1、r2、r3和r4(根据返回已调制脉冲的到达时间确定)定义的作用距离库510和由角度512、514、516和518定义的角度库520中。在示范性实施例中，可以1cm或更好的精度确定设备110的位置。
使用诸如方波的简单调制信号对返回已调制信号进行调制有利于帮助最小化本地定位系统的成本。按照前面对于如何根据返回已调制脉冲的到达时间确定设备110(图1)的作用距离以及位置的描述，使用方波调制也造成其他的挑战。具体地，在反转和相移操作下方波是相同的。这使得分辨载波信号相位中的模糊以及返回已调制脉冲的到达时间的模糊更加困难，因为由于调制信号的相位在设备110(图1)的解调期间丢失了所以只能在半周期内知道载波信号相位。在一些实施例中，可以通过对方波信号进行编码使得在任何相移反转时其不等同来消除这种模糊。有源地标可以使用的编码技术包括开关键控、正交幅度调制、频移键控、连续相位频移键控、相移键控、差分相移键控、正交相移键控、最小移动键控、高斯最小移动键控、脉冲位置调制、脉冲幅度调制和脉冲宽度调制。
一种可能的编码模式是周期二进制相移键控(BPSK)波形++-，其中+表示具有正幅度的脉冲，-表示具有负幅度的脉冲，并且对应于BPSK波形的比特单元的码片率与方波的码片率相同。不过，同样希望具有直流平衡(dc-free)的波形，因为在零频处具有能量的波形将会跟与地物干扰相关的信号交互。零均值周期BPSK波形的示例是++--+-以及++++---+--。可以将这些波形同其他的编码技术而不是具有恒定包络的编码技术即相位调制一起使用。不过，相位调制通常比大多数其他的编码技术要简单的多，实施的成本也更低。
除了具有复杂的相位，例如上面的具有正弦相位调制的方波示例，可以用不同的幅度序列来实施BPSK波形。合适的幅度序列包括伪随机噪声序列、Walsh码、Gold码、Barker码，以及诸如直流平衡码的具有在零时间偏移的值基本接近1且在非零时偏移的值基本接近0的自相关(以减小或消除到达时间的模糊)和/或互相关(对于具有多个设备的实施例，例如设备110，或者和/或多个有源地标112)的码。
在本地定位系统中使用固定重复周期也引起一些挑战。具体地，系统可能不能分辨按到达时间来说以重复时间的多倍分隔开的物体，除非分析返回信号的强度并且使用地标的已知雷达截面积。如果来自有源地标112(图1)的返回已调制脉冲并不是彼此完全不同的话，这更成问题。例如，如果设备110(图1)每微秒发射持续时间为纳秒的脉冲，来自物体的达到时间为1100ns的返回信号将与那些来自物体的到达时间为100ns的信号重叠。消除这种模糊的一种方法是用来自具有自相关在零时间延迟处为1且在非零时间延迟处基本接近0的序列的连续比特对发射的脉冲进行周期编码。理想地，该序列在非零时间延迟处的自相关为零。Walsh函数提供了合适的序列。例如，如果使用BPSK编码序列+++-中的连续比特对连续脉冲进行调制(每四个脉冲重复编码)，可以区分来自物体的到达时间为0-1000ns、1000-2000ns、2000-3000ns和3000-4000ns的返回信号。
在一些实施例中，在发射每个脉冲114后，返回信号与编码序列中的当前比特相乘，允许检测到达时间为0-1000ns的返回信号。可选地，在发射每个脉冲114后，返回信号与编码序列中的前一个比特相乘，允许检测到达时间为1000-2000ns的返回信号。类似地，将返回信号与编码序列中比前一个比特移位更多的比特相乘将允许检测其他到达时间的返回信号。通过在编码序列中增加多个比特，可以将该技术延伸到更大的到达时间以及由此更长的作用距离。
参考图11，还可以使用具有至少第二设备1112的雷达到雷达测距来确定本地定位系统1100中的第一设备1110的位置。在第一设备1110和第二设备1112之间交换的信号1114对需要的数据信息进行编码用于雷达到雷达测距。雷达到雷达测距是有优势的，因为它帮助克服在使用无源地标的本地定位系统中的远距R处的信号损失，该信号损失正比于R4。参考图1，虽然有源地标112的使用也帮助克服了该问题，雷达到雷达测距可以结合有源地标112使用，以使得对于大于阈值的距离能够确定设备110的位置，尤其当对来自有源地标112的返回已调制脉冲的发射功率具有限制时，例如，当有源地标靠电池供电时。在一些实施例中，该阈值可能是50m、100m、250m、500m、1000m、5000m或10000m。雷达到雷达测距在2003年7月3日提交的题为Two-way RF Ranging System and Method for Local Positioning的美国专利申请10/614098中有进一步描述，该专利申请的内容在此引入，以供参考。
参考图6，在本地定位系统600的实施例中的设备610包括以下部件的至少一个子集：
·用于至少发射电磁脉冲的天线612；
·用于接收返回信号的任选天线644；
·任选的发射-接收隔离器646；
·无线电频率(RF)收发机614；
·数模(D/A)和模数(A/D)转换器616；
·信号发生器618；
·任选的通信集成电路(IC)620；
·处理器622；
·任选的机电接口电路640；
·任选的移动机械装置642，用于沿特定的方向以一速度移动设备610；以及
·存储器624，其可以包括高速随机存取存储器，也可以包括非易失性存储器，例如一个活多个磁盘存储设备；存储器624可以用来存储以下模块、指令和数据的至少一个子集：
·操作系统626；
·地图数据(map data)628；
·校准数据630；以及
·至少一个程序模块632，其由处理器622执行，该程序模块632包括用于多普勒计算的指令634、用于作用距离计算的指令636和用于延迟校准的指令638。
在一些实施例中，程序模块632包括用于当设备610固定时在设备610的第一位置、在已知的时间发射诸如脉冲114(图1)的脉冲的指令。根据这些指令，处理器622发送信号到通信IC 620，产生数字信号。在可选实施例中，由处理器622执行通信IC 620的功能，且设备610中不包括通信IC 620。D/A转换器616产生脉冲，RF收发机614使用该脉冲对具有载波信号频率的载波信号进行调制。已调制脉冲然后由天线612发射。在一些实施例中，发射的脉冲具有极化。
除了用于发射电磁脉冲的指令，程序模块632包括用于在一段时间接收返回信号的指令。接收天线614接收包括一个或多个返回已调制脉冲的返回信号。在一些实施例中，天线644优先接收具有同诸如脉冲114(图1)的发射脉冲相同极化的返回信号。设备610也可以包括任选的发射-接收隔离器646，诸如发射-接收开关。在其他实施例中，接收天线不包括在设备600中，相反，发射天线612用于发射和接收。在另外的实施例中，设备610进一步包括接地层(未示出)，用以减少天线612和接收天线644之间的串扰。参考图12，替代接地层，设备1200可以进一步包括去相干板1214，用以减少发射天线1210和接收天线1212之间的串扰，其中对于从发射天线1210到接收天线1212的路径作用距离上的多个路径，去相干板1214基本上定义了180度异相的对应路径，诸如路径1216和1218。去相干板1214可以用包括但不限于诸如铝、铜和其他金属的导体的材料制造。
参考图6，在示范性实施例中，天线612、天线644或共用天线的每一个都被配置为发射和/或接收具有特定的包括圆极化和椭圆极化的右旋或左旋极化的电磁脉冲。在一些实施例中，天线612、天线644或共用天线每一个在包含有源地标112(图1)和设备610的平面中各向同性地辐射。在平面上基本各向同性地辐射并且发射具有特定圆极化的电磁脉冲的天线612、天线644或共用天线的示例是从背靠背放置的两个背腔式螺旋天线形成的天线。这种天线的示例在“A newwideband cavity-backed spiral antenna”，Afsar等，Proceedings of the2001IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium，vol.4，pp.124-127中有所描述，此处全文引入，以供参考。在一些实施例中，天线612、天线644或共用天线每一个是具有机械方位角致动器的定向喇叭天线。在其他实施例中，天线612、天线644或共用天线每一个包括使用诸如Rothman透镜的切换波束配置。在其他实施例中，天线612、天线644或共用天线每一个包括电子可操控相控天线阵(electronically steerable phased-array)。在另外的实施例中，天线612、天线644或共用天线每一个都线性极化，双锥体、具有接地层的双锥体、螺旋、水平全方向、全方向、半方向或各向同性天线。
返回信号被传至RF收发机614，在收发机614，其被降频变换到相对于载波信号频率的基带。在一些实施例中，RF收发机614采用正交相位保留降频变换到基带。然后降频变换的同相成分、正交成分或两者都被传至A/D转换器616，在A/D转换器它们被抽样。然后在通信IC 620中使用信号发生器618产生的调制信号对返回信号进行解调，以便从返回信号分离出返回已调制脉冲。调制信号对应于在一个或多个有源地标112(图1)中用来产生返回已调制脉冲的调制信号。在其他实施例中，解调发生在将返回信号降频变换到基带之前。在另外的实施例中，通信IC 620不包括在设备610中，并且解调在处理器622中完成。通过返回信号的解调被分离出的返回已调制脉冲由处理器622处理。在一些实施例中，处理器622是(或者包括)微处理器、数字信号处理器(DSP)或其他中央处理单元。在其他实施例中，其是专用集成电路(ASIC)。处理器622处理返回已调制脉冲，以确定从设备610到诸如有源地标112_1(图1)的有源地标的作用距离。
在一些实施例中，处理器622通过执行作用距离计算指令636确定作用距离。处理器622使用校准数据630对与诸如有源地标112_1(图1的)相应的有源地标相关的延迟Δ校正计算的作用距离。校准数据630可以使用延迟校准指令638生成，或者用于有源地标的校准数据630可以使用不包括在设备中的装置和处理来生成。在其他实施例中，处理器622可以使用例如通过地图数据628提供给设备610的信息，诸如建筑平面图或特定的有源地标的位置或方位，来确定作用距离。在其他实施例中，处理器622可以在存储器624中存储对应于一个或多个发射脉冲的作用距离计算的结果。可以在随后的基于附加发射脉冲的作用距离测量中和/或基于返回已调制脉冲中检测多普勒频移的设备610和一个或多个有源地标112(图1)之间的角度测量中提高设备610的位置精度。
在一些实施例中，程序模块632包括用于将设备610移动到第二位置的指令。第二位置可以位于离第一位置的预定的隔开距离处。处理器622通过信令接口640执行该指令，信令接口640反过来启动移动机械装置642。在一些实施例中，机械装置642包括电马达，其速度由接口640提供的DC电压电平控制。在其他实施例中，接口640和/或机械装置642将程序模块632确定的位置广播到车辆(未示出)中的计算机。然后车辆中的计算机部分地根据位置确定作出关于设备610的移动的决定。例如，在一些实施例中，车辆中的计算机将来自几个包括全球定位系统(GPS)的定位系统的信息组合起来。程序模块632还包括用于在设备610的第二位置发射诸如脉冲114(图1)之类的脉冲并且从接收的返回信号确定设备610到一个或多个有源地标112(图1)的第二作用距离的指令。最后，程序模块632包括用于处理第一作用距离和第二作用距离以生成与至少一个潜在的有源地标的位置一致的改进作用距离的指令。在一个实施例中，程序模块632包括用于在附加位置执行这些步骤的指令。所述附加位置，即地点，每一个都可以与相应的先前位置分开预定的分开距离。
为了将返回已调制脉冲中的多普勒频移与角度方向联系起来，必须知道设备610的速度，或者至少知道设备610的速度的幅度。在一些实施例中，移动机械装置642包括光电子传感器，其通过接口640将频率信息馈入处理器622。与关于移动机械装置642的信息一起，处理器622将该信息转换成设备610的速度的估计。在其他实施例中，来自地物干扰的返回信号提供了测量平台速度(即设备的速度)的方法。在足够的地物干扰的情况下，返回信号功率谱将具有等于最大多普勒频移两倍的带宽。最大多普勒频移在数值上等于设备速度除以载波信号波长。在一些情况下，设备速度的这种类型的测量比从移动机械装置642可得到的那些更为精确。在这些实施例中，程序模块632包括用于通信IC 620的指令以向处理器622提供对应于地物干扰的必要返回信号，使得处理器能够计算返回信号功率谱。在其他实施例中，差分和绝对方位的信息也可以从返回信号中的多普勒频移得到。当设备速度的方向发生小变化时，来自地物干扰的反射脉冲和来自有源地标(图1)的返回已调制脉冲都将在到达角度上发生偏移。因此，可以利用角度随时间的互相关来估计合成的方向变化。
为了在对应于地物干扰的返回信号中和/或返回已调制脉冲中检测多普勒频移，程序模块632包括由处理器622执行的多普勒计算指令634。程序模块632还包括用于确定设备610的特定移动方向与设备610和诸如有源地标112_1(图1)的有源地标之间的直线之间的角度的指令。在一些实施例中，处理器622在多普勒计算634中采用快速傅立叶变换(FFT)。当设备610沿着恒定的方向以恒定的速度移动，同时接收一个或多个返回信号时，这种技术最精确。如果设备610接收返回信号的时候经历了加速，可以使用预先校正的FFT，以更精确地确定返回信号和/或返回已调制脉冲中的多普勒频移。在一些实施例中，这种预先校正的FFT的系数是从设备速度和方向的惯性传感器(未示出)确定的。
参考图7，在本地定位系统700的实施例中的有源地标710包括：
·用于接收电磁脉冲和发射返回已调制脉冲的天线712；
·发射-接收隔离器714；
·任选的带通滤波器716；
·放大器718；
·调制器720，例如混频器；
·信号发生器722；
·任选的延迟线724；
·控制逻辑726；
·任选的机电接口电路728；以及
·任选的移动机械装置730，用于沿特定方向以一定的速度移动有源地标710。
在一些实施例中，有源地标710是固定的。使用天线712接收对应于设备610(图6)发射的脉冲的接收信号。如果设备610(图6)发射的脉冲具有极化，天线712可以被配置为优先接收具有该极化的信号。接收信号通过隔离发射和接收电路的发射-接收隔离器714被传送到任选的带通滤波器716，以对接收信号进行频带限制，并传送到放大器718以放大接收信号。在调制器720中用由信号发生器722产生的调制信号对接收信号进行调制，以生成发射已调制信号。如上所述，调制可以是幅度调制或频率调制。在示范性实施例中，调制信号是基频为几百赫兹的方波。发射已调制信号通过任选的延迟线724和发射-接收隔离器714被传送到天线712，天线712发射对应于发射已调制信号的返回电磁已调制脉冲。如果包含的话，延迟线724的目的是确保接收信号和发射已调制信号没有显著的重叠。
在一些实施例中，发射-接收隔离器714是发射接收开关。在其他实施例中，发射-接收隔离器714是光栅，并且延迟线724修正发射已调制信号的相位，使得光栅把发射已调制信号路由到天线712。在其他实施例中，有源地标710包括诸如电池(未示出)的可拆卸或可充电能源。
在示范性实施例中，天线712被配置为接收和发射具有诸如圆极化或椭圆极化的特定右旋或左旋极化的电磁脉冲。在一些实施例中，天线712在包括设备610(图6)和有源地标710的平面各向同性地辐射。在平面基本各向同性辐射并且发射和接收具有特定圆极化的电磁脉冲的天线712的示例是由两个背靠背放置的背腔式螺旋天线形成的天线712。这种天线的示例在“A new wideband cavity-backed spiralantenna”，Afsar等，Proceedings of the 2001 IEEE Antennas andPropagation Society International Symposium，vol.4，pp.124-127中有所描述，此处对其全文引用，以供参考。在一些实施例中，天线712是具有机械方位角致动器的方向喇叭天线。在其他实施例中，天线712包括使用诸如Rothman透镜的切换多波束配置。在其他实施例中，天线712包括电子可操控相控天线阵。在另外的实施例中，天线712是线性极化，双锥体、具有接地层的双锥体、螺旋、水平全方向、全方向、半方向或各向同性天线。
在其他实施例中，有源地标710具有单独的接收和发射天线，每一个具有由设备610(图6)发射的脉冲的极化，并且不包括发射-接收隔离器714和延迟线724。
在一些实施例中，可以对信号发生器722产生的调制信号进行编程，从而使得控制设备能够改变调制信号或调制信号的编码，例如方波的基频或方波的编码。可以在由设备610(图6)反射的脉冲中对相应于信号发生器的修正的控制信息进行编码。可选地，可以以单独的无线信号在设备610(图6)到有源地标710之间传送控制信息。控制逻辑726识别该控制信息并根据这些指令修正信号发生器722中的设置。在一些实施例中，由不同于设备610的设备，例如控制和校准设备，来提供控制信息。
在一些实施例中，可以使用单独的无线链路启动有源地标710中的省电模式。这在有源地标包括可拆卸或可充电能源的那些实施例中尤为有用。如果可以节约使用可拆卸或可充电能源，则减少了有源地标710的维护。在示范性实施例中，放大器处于省电模式。在设备610(图6)发射脉冲之前，包含诸如增加放大器功率的同步信号之类的命令指令的无线信号被传送到有源地标710。控制逻辑726识别该控制信息，并给放大器718加电。在包括(bracketing)由设备610的发射脉冲的预定时间后，控制逻辑726可以对放大器718断电。可选地，包含减小放大器功率的命令指令的第二无线信号被设备610(图6)传送到有源地标710。控制逻辑726识别该控制信息并且对放大器718断电。在另一个实施例中，设备610(图6)和有源地标718具有同步时钟。在包括发射的时间窗期间，分别在已知时刻发射脉冲，并且对放大器718加电和断电。这些方法使得对放大器718供电与从设备610(图6)发射的脉冲同步。
在一些实施例中，有源地标710关于平均固定位置可移动。控制逻辑726通过给接口728发信号来实现这个性能，接口728又启动移动机械装置730。在一些实施例中，机械装置730包括电马达，其速度由接口728提供的DC电压电平控制。在一些实施例中，控制逻辑726响应于在来自设备610(图6)的发射脉冲或在单独的无线链路中编码的来自设备610(图6)的命令信号来完成此功能。为了让设备610(图6)从返回已调制脉冲中的得到的多普勒频移确定角度信息，设备610(图6)需要知道有源地标710移动的方向412(图4B)。
有源地标112(图1)有替换物。在一些实施例中，有源地标(图1)可以是荧光灯泡。从设备610(图6)发射的脉冲将从荧光灯泡上反射开。这些反射的脉冲将被调制，因此对应于返回已调制脉冲。来自荧光灯泡的返回已调制脉冲被频率调制，该调制的特征在于其中心频率两倍于灯泡的交流电频率。该调制是荧光灯泡中上下行进的等离子波的反射特性中对称的结果。通过在荧光灯泡中调整交流电的频率，相应的荧光灯泡可以具有不同的调制。这些实施例在仓库环境中可能有用，在仓库环境中荧光灯泡已经安装在屋顶，可以用作有源地标。在这种实施例中，天线612(图6)可以是各向同性的。
在其他实施例中，有源地标112(图1)在表面上具有随时间空间变化的反射率，该表面对返回已调制脉冲进行幅度调制。图8示出了有源地标112(图1)的一个这样的实施例800，机械旋转轮810，用于产生对应于轮810的旋转速率的幅度调制。图9示出了通过选择性地改变单元910的反射率得到的另一个这样的实施例900。单元910可以是液晶反射器，其中通过施加电压到单元910而调整其反射率。
诸如有源地标710的有源地标112(图1)使得设备610(图6)能够从返回信号中分离出一个或多个返回已调制脉冲。不过，诸如荧光灯泡的有源地标112(图1)也许具有有限的雷达截面积。为了增加该截面积，在一些实施例中，将无源反射器结构接近有源地标(图1)放置。参考图10，组合的地标1000包括具有调制器的有源地标1014，用于反射电磁脉冲的第一无源反射器1010，用于反射电磁脉冲的第二无源反射器1012以及静态结构(未示出，但是可能由有源地标的外罩或结构部件形成)，该静态结构被配置为以相对于第一无源反射器1010的角度1016静态定位第二无源反射器1012。可以用来制造反射电磁脉冲的无源反射器1010和1012的材料的实例包括但不限于诸如铝、铜和其他金属的导体。在一些实施例中的无源反射器的形状不同于图10中所示的那些无源反射器的形状，例如具有不大可能划伤人的圆角，或者被设计为更容易装进诸如塑料球之类的保护性容器。
作为组合地标1000的功能的图示，如果具有第一圆极化(RHCP或LHCP)的电磁脉冲入射到第一无源反射器1010，其将被以第二圆极化(相应地，LHCP或RHCP)反射。然后，第一无源反射器1010反射的脉冲将被第二无源反射器1012以第一圆极化(相应地，RHCP或LHCP)反射。这样第二无源反射器1012反射的脉冲沿与原始入射脉冲相反的方向传播，最终到达发射原始脉冲的设备610(图6)，角度1016约为90°。由于制造公差和机械干扰，一旦配置为组合地标1000，角度1016也许就不可能准确地是90°。同样，由于反射器长度有限，并且可能只有几个载波信号波长的长度，在示范性实施例中，反向辐射(reradiation)模式在几度的范围内比较强。在一些实施例中，设备610(图6)将沿不止一个方向发射脉冲，并且对来自不止一个方向的返回信号敏感，因此角度1016可以包括90°±3°。在其他实施例中，有用的角度1016可以包括90°±10°。
来自组合地标1000的返回信号将包括返回已调制脉冲和反射脉冲。在那些设备610(图6)发射的脉冲是极化的实施例中，来自组合地标1000的返回已调制脉冲和反射脉冲将具有同样的极化。返回已调制脉冲可以用来清楚地识别各个组合的地标，并且反射脉冲可以通过增加截面积增加设备610(图6)处的返回信号的整体信噪比。
在先前的图示中，入射到第一无源反射器1010或第二无源反射器1012的边缘的圆极化电磁脉冲将分别被第二无源反射器1012或第一无源反射器1010仅反射一次，并且因此被以不同于入射波的圆极化反射。在这种情况下，设备610(图6)不能够从环境中其他物体反射的脉冲中分离出来自组合地标1000的反射脉冲。为了消除这个问题，在一些实施例中，组合地标1000进一步包括第三无源反射器1018和第四无源反射器1020。静态结构进一步被配置为以相对于反射器1020大约90°的角度(未示出)处静态地放置反射器1018。静态结构还被配置为以相对于反射器1010不为零的角度(未示出)处静态放置反射器1018。反射器1010和1018之间的角度可以约为45°。在示范性实施例中，反射器1010和1018之间的角度位于30°到60°之间。在其他示范性实施例中，反射器1010和1018之间的角度位于1°和89°之间。反射器1010和1012组成了第一二面角对。类似地，反射器1018和1020组成了第二二面角对。通过以相对于反射器1010不为零的角度处放置反射器1018，当圆极化电磁脉冲入射到第一二面角对中的其中一个反射器的边缘时，该脉冲将不会入射到第二二面角对中的任一反射器的边缘上。类似地，入射到第二二面角对中的其中一个反射器的边缘的脉冲将不会入射到第一二面角对中的任一反射器的边缘上。因此，任何入射到组合地标1000的圆极化脉冲将产生具有同样圆极化的至少一个反射脉冲。在其他实施例中，组合地标1000可以包括三面角反射器，又被称为“三面直角棱镜”反射器。在另外的实施例中，组合地标1000可以包括Lunenburg透镜。
为了解释的目的，以上的描述使用了特定的术语，以提供对本发明的彻底理解。不过，对于本领域的技术人员显而易见的是为了实践本发明并不需要具体细节。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，因此使得本领域的其他技术人员能够按照适合于考虑的特定应用最好地使用本发明和各种具有各种修改的实施例。因此，上述公开并不打算是详尽的或将本发明限制到公开的具体形式。根据上述教导可能有许多修改和变化。
意在由以下的权利要求及其等同物来定义本发明的范围。

Claims (63)

1.一种确定设备相对于有源地标的位置的方法，包括：
从该设备发射具有极化和第一载波信号频率的脉冲；
在一段时间接收返回信号，其中返回信号包括来自有源地标的返回已调制脉冲并且该接收包括优先接收具有所述极化的返回信号；以及
处理返回信号，以便从返回信号中分离返回已调制脉冲并确定从设备到有源地标的作用距离。
2.权利要求1的方法，其中所述极化选自线性极化、椭圆极化、右旋椭圆极化、左旋椭圆极化、右旋圆极化和左旋圆极化。
3.权利要求1的方法，进一步包括使用至少一个具有优选极化的天线用于发射和接收。
4.权利要求1的方法，其中返回已调制脉冲被幅度调制。
5.权利要求1的方法，其中返回已调制脉冲被频率调制并且至少具有第二载波信号频率，并且其中返回已调制脉冲频率的调制使第二载波信号频率相对于第一载波信号频率发生比对应于多普勒频移的频率带更多的偏移，其中所述多普勒频移与设备及位于其雷达探测区域内的物体之间的相对运动相关。
6.权利要求5的方法，其中返回已调制脉冲的调制的特征在于中心频率。
7.权利要求5的方法，其中返回已调制脉冲的调制是具有基频的方波。
8.权利要求7的方法，其中对方波进行编码以消除返回已调制脉冲的到达时间中的模糊。
9.权利要求8的方法，其中对方波进行编码所用的技术选自开关键控、正交幅度调制、连续相位频移键控、频移键控、相移键控、差分相移键控、正交相移键控、最小移动键控、高斯最小移动键控、脉冲位置调制、脉冲幅度调制、脉冲宽度调制、Walsh码调制、Gold码调制、Barker码调制、伪随机噪声序列调制以及具有自相关在零时间偏移处为1且在非零时间偏移处基本接近零的直流平衡码。
10.权利要求8的方法，其中对方波进行周期编码以区分往返路径，所述往返路径是发射脉冲的多个重复周期。
11.权利要求1的方法，进一步包括：
接收返回信号中的多个返回已调制脉冲，所述多个返回已调制脉冲对应于多个有源地标；以及
处理返回信号，以便从返回信号中分离出相应的返回已调制脉冲，并且确定从设备到相应的有源地标的作用距离。
12.权利要求11的方法，其中来自相应的有源地标的返回已调制脉冲的调制不同于至少多个其他有源地标所用的调制。
13.权利要求12的方法，其中来自相应有源地标的返回已调制脉冲被频率调制并且至少具有第二载波信号频率，并且其中返回已调制脉冲频率的调制使第二载波信号频率相对于第一载波信号频率发生比对应于多普勒频移的频率带更多的偏移，其中所述多普勒频移与设备和其雷达探测区域内的物体之间的相对运动相关。
14.权利要求13的方法，其中返回已调制脉冲的调制是具有基频的方波并且多个有源地标具有各自不同的基频。
15.权利要求13的方法，其中返回已调制脉冲的调制特征在于中心频率并且多个有源地标具有各自不同的中心频率。
16.权利要求12的方法，其中来自相应有源地标的返回已调制脉冲被幅度调制。
17.权利要求1的方法，进一步包括：
在进行接收的同时沿特定方向以一速度移动设备；
在返回信号中的返回已调制脉冲中检测多普勒频移；以及
作为检测的多普勒频移的函数确定所述特定方向与设备和有源地标之间的直线之间的角度。
18.权利要求1的方法，进一步包括：
在进行接收的同时沿特定方向以一速度移动有源地标；
在返回信号中的返回已调制脉冲中检测多普勒频移；以及
作为检测的多普勒频移的函数确定所述特定方向与设备和有源地标之间的直线之间的角度。
19.权利要求1的方法，进一步包括使用具有第二设备的雷达到雷达测距来确定超过大于阈值的距离的设备的位置。
20.权利要求19的方法，进一步包括在设备和第二设备交换的信号中在雷达到雷达测距中所用的数据信息进行编码。
21.一种定位系统，包括
有源地标，其中有源地标包括调制器；以及
设备，被配置为发射具有极化和第一载波信号频率的电磁脉冲，在一段时间接收包括来自有源地标的返回已调制脉冲的返回信号，处理返回信号以从返回信号中分离出返回已调制脉冲以及确定设备到有源地标的作用距离；
其中所述设备优先接收具有所述极化的返回信号。
22.权利要求21的系统，其中所述极化选自线性极化、椭圆极化、右旋椭圆极化、左旋椭圆极化、右旋圆极化和左旋圆极化。
23.权利要求21的系统，其中所述设备进一步包括至少一个天线，该天线被配置为优先接收具有所述极化的信号。
24.权利要求21的系统，所述设备进一步包括至少一个天线，该天线被配置为优先发射具有所述极化的脉冲并且优先接收具有所述极化的信号。
25.权利要求21的系统，所述设备进一步包括选自线性极化和圆极化的天线。
26.权利要求21的系统，所述设备进一步包括选自双锥体、具有接地层的双锥体、螺旋、水平全方向、全方向、半方向或各向同性天线的天线。
27.权利要求21的系统，所述设备进一步包括减少发射天线和接收天线之间串扰的去相干板，其中对于在从发射天线到接收天线的路径作用距离上的多个路径来说去相干板基本上定义了180°异相的相应路径。
28.权利要求21的系统，有源地标进一步包括减少发射天线和接收天线之间串扰的接地层。
29.权利要求21的系统，进一步包括接近于有源地标的无源反射结构。
30.权利要求29的系统，其中无源反射结构选自二面角和三面直角棱镜。
31.权利要求21的系统，所述设备进一步包括：
车辆移动机械装置，其用于沿特定方向以一速度移动所述设备；
数据处理器；
至少一个由数据处理器执行的程序模块，所述至少一个程序模块包含指令，所述指令用于：
在返回信号中的返回已调制脉冲中检测多普勒频移；以及
确定所述特定方向与所述设备和有源地标之间的直线之间的角度。
32.权利要求21的系统，有源地标进一步包括用于沿特定方向以一速度移动有源地标的机械装置；并且
所述设备进一步包括：
数据处理器；
至少一个由数据处理器执行的程序模块，所述至少一个程序模块包括指令，所述指令用于：
在返回信号中的返回已调制脉冲中检测多普勒频移；以及
确定所述特定方向与所述设备和有源地标之间的直线之间的角度。
33.权利要求21的系统，其中所述设备用调制信号对返回信号进行调制，调制信号用来产生返回已调制脉冲，以便从返回信号中分离出返回已调制脉冲。
34.权利要求21的系统，其中返回已调制脉冲被幅度调制。
35.权利要求21的系统，其中返回已调制脉冲被频率调制并且至少具有第二载波信号频率，并且其中使第二载波信号频率相对于第一载波信号频率发生比对应于多普勒频移的频率带更多的偏移，其中所述多普勒频移与设备和其雷达探测区域内的物体之间的相对运动相关。
36.权利要求35的系统，其中返回已调制脉冲具有特征为中心频率的调制。
37.权利要求35的系统，其中返回已调制脉冲具有方波调制，所述方波调制具有基频。
38.权利要求37的系统，其中对方波进行编码以消除返回已调制脉冲的到达时间中的模糊。
39.权利要求38的系统，其中对方波进行编码所用的技术选自开关键控、正交幅度调制、连续相位移频键控、频移键控、相移键控、差分相移键控、正交相移键控、最小移动键控、高斯最小移动键控、脉冲位置调制、脉冲幅度调制、脉冲宽度调制、Walsh码调制、Gold码调制、Barker码调制、伪随机噪声序列调制以及具有自相关在零时间偏移处为1且在非零时间偏移处基本接近零的直流平衡码。
40.权利要求38的系统，其中对方波进行周期编码以区分返回路径，所述返回路径是发射脉冲的多个重复周期。
41.权利要求21的系统，进一步包括：
多个有源地标，其中返回信号包括对应于所述多个有源地标的多个返回已调制脉冲；并且
所述设备被配置为处理返回信号，以便从返回信号中分离出相应的返回已调制脉冲并且确定设备到相应的有源地标之间的作用距离。
42.权利要求41的系统，其中来自相应有源地标的返回已调制脉冲具有不同于至少多个其他有源地标所用的调制。
43.权利要求42的系统，其中来自相应有源地标的返回已调制脉冲被频率调制并且至少具有第二载波信号频率，并且其中使第二载波信号频率相对于第一载波信号频率发生比对应于多普勒频移的频率带更多的偏移，其中所述多普勒频移与设备和其雷达探测区域内的物体之间的相对运动相关。
44.权利要求43的系统，其中来自相应有源地标的返回已调制脉冲具有方波调制，所述方波调制具有基频，并且多个有源地标具有各自不同的基频。
45.权利要求43的系统，其中来自相应有源地标的返回已调制脉冲具有特征为中心频率的调制并且多个有源地标具有各自不同的中心频率。
46.权利要求42的系统，其中来自相应有源地标的返回已调制脉冲被幅度调制。
47.权利要求21的系统，有源地标进一步包括：
接收天线，用于接收对应于发射电磁脉冲的接收信号；
放大器，用于放大接收信号；
信号发生器，用于产生调制信号；
混频器，用于用调制信号对接收信号进行调制以生成发射已调制信号；以及
发射天线，用于发射对应于发射已调制信号的返回电磁已调制脉冲。
48.权利要求47的系统，有源地标进一步包括用于对接收信号的频带进行限制的带通滤波器。
49.权利要求47的系统，有源地标进一步包括可拆卸能源。
50.权利要求47的系统，信号发生器可进行编程以包含和执行指令，所述指令用于改变由信号发生器产生的调制信号并因此改变发射已调制脉冲的调制。
51.权利要求47的系统，信号发生器可进行编程以包含和执行指令，所述指令用于改变由信号发生器产生的调制信号并因此改变发射已调制脉冲的编码。
52.权利要求47的系统，其中发射天线和接收天线组合在共用天线中，并且有源地标进一步包括延迟线和用于时间多路复用信号的发射-接收隔离的发射-接收光栅。
53.权利要求47的系统，其中发射天线和接收天线组合在共用天线中，并且有源地标进一步包括用于时间多路复用信号的发射-接收隔离的发射-接收开关。
54.权利要求47的系统，其中接收天线和发射天线选自线性极化和圆极化。
55.权利要求47的系统，其中接收天线和发射天线分别选自双锥体、具有接地层的双锥体、螺旋、水平全方向、全方向、半方向和各向同性天线。
56.权利要求21的系统，其中所述设备被进一步配置为为至少一个相应的有源地标存储至少一个校准的延迟并且使用该校准的延迟确定所述设备到有源地标之间的作用距离。
57.权利要求21的系统，其中所述设备被进一步配置为发射无线同步信号到有源地标，该同步信号将到达有源地标中放大器的功率与发射脉冲同步。
58.权利要求21的系统，其中有源地标是荧光灯泡并且返回已调制脉冲被频率调制，该频率调制特征在于两倍于荧光灯泡中的交流电频率的中心频率。
59.权利要求21的系统，其中有源地标在表面上具有随时间变化和空间变化的反射率，其中所述表面确定返回已调制脉冲的幅度调制。
60.权利要求59的系统，有源地标进一步包括机械旋转轮。
61.权利要求59的系统，有源地标进一步包括液晶反射器。
62.权利要求21的系统，进一步包括第二设备，其中使用所述设备与第二设备之间的雷达到雷达测距确定所述设备在超过大于阈值的距离上的位置。
63.权利要求62的系统，所述设备进一步包括调制器和解调器，其中调制器和解调器用来在所述设备和第二设备交换的信号中对用在雷达到雷达测距中的数据信息进行编解码。
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