CN101881819A - 一种无线电导航方法和(或)网络及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线电导航的方法，根据这种方法可以实现一种智能交通管理的网络，提高道路交通的安全性能，在高速公路上应用可以减少甚至消除连环撞车事故，高速公路不再会因为能见度低而被迫关闭；在过桥航道上应用可以减少甚至消除船舶碰撞桥墩的事故；在铁路上应用可以为道路维护人员和道口管理人员提供有效的安全保护；在城市道路上应用可以为行人提供更多的安全保护，也可以实现交通智能调度，减少车辆平均在途时间。在这种方法中，无线收发器被安装在交通通道的沿途，构成无线电导航网络，对过往的佩戴或安装无线收发器的人、车辆或船舶等进行定位和测速，测量的结果被传送给移动的人、车辆或船舶等，车辆或船舶可以预测未来是否可能有占位冲突，如可能有占位冲突则采取相应的措施，从而避免发生碰撞事故。本发明给出的无线电导航网络也是一个移动通讯网络，可以和其它公众通讯网络相衔接，更多的应用可以建立在这个集通讯和导航为一体的平台之上。

Description

一种无线电导航的方法和(或)网络及应用

技术领域

本发明一般涉及道路交通管理和信息系统、运输工具的主动式安全系统，诸如无线电通讯、无线电导航系统、防碰撞系统、驾驶控制系统之类，包括固定位置的无线电通讯及定位和测速网络、可移动位置的无线电通讯及定位和测速收发机、防碰撞雷达、自动驾驶控制器及相关设备。具体地说，本发明涉及用无线射频收发机的通讯、定位和测速功能，构建通讯、定位和测速的网络，在人或物体或运载工具上安装通讯、(被)定位和(被)测速、防碰撞雷达系统，主动避免或减少侧面碰撞、追尾撞车、异常驾驶引发的撞车等恶性交通事故的技术。

背景技术

无线电导航是目前船舶和飞机航行所必须的，现在全球的远程导航是由八个导航站构成的Omega Navigation System进行的，这个系统已经可以满足船舶的导航需要；航空的远程导航系统是Loran-C Navigation System，它的有效工作距离陆上为1200海里，海面为2000海里；军民两用的航空近程导航系统是Omni-range and Tactical Air Navigation System，它的有效工作距离是200海里，飞行高度是22900米，定位的准确度为±0.5海里或±3％所测距离；此外飞机着陆时还需要航站区域着陆引导。

最新的无线电导航系统是卫星全球定位系统，已经完成部署的系统有美国的Global Navigation System(GPS)，正在部署的有俄罗斯的Global NavigationSatellite System(GLONASS)、欧盟的Galileo Navigation System和中国的北斗等导航系统，这些系统对民用免费开放的定位误差小于10米。卫星全球定位系统已经被广泛应用于汽车的导航，使驾驶者可以避免迷路。

我们在这里提供一个定位误差约10厘米或更小的道路交通导航系统，一种优选的方法是基于脉冲超宽带短距离(数十米)无线收发机，道路上行驶的车辆可以确定自己的位置和速度，也可以从导航系统获得其它装备这种导航设备车辆的位置和速度，可以缩小车辆的安全间距，提高道路的容量，同时可以减少或消除侧面碰撞、追尾撞车等事故，高速公路可以不再因为能见度低而被迫关闭，还可以在高速公路上实现自动防碰撞驾驶，减少或消除因驾车者短暂失去知觉和(或)错误操作而引发的恶性交通事故。由于这个导航系统和车辆间的信息交换是双向的，因此它也是一个移动通讯网络系统。

附图说明

以下首先对本发明说明书的附图进行简单的介绍，然后再结合这些附图对本发明的各个实施范例进行介绍，说明本发明的原理和优点。在以下的附图和说明文字中，同样的数字标识符表示相同或功能类似的信号或设备或装置。

在以下的附图中：

图1为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带发射机的发射延时示意图。

图2为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带接收机的接收延时和被动发射延时及时间同步延时示意图。

图3为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线定位系统的定位方法示意图。

图4为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络的结构示意图。

图5为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络对车辆定位的示意图。

图6为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络对行人定位的示意图。

图7为按照本发明的一个优选实例设计的没有无线通讯和导航网络时车辆的无线收发器对行人定位的示意图。

图8为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络的一组固定无线节点的安装示意图。

具体实施方式

本发明主要涉及的是高精度(误差约10厘米或更小)的短距离无线导航系统的实现方法及其在道路交通中的应用，其基础是通过测量出无线信号在发射机天线和接收机天线之间的传输时间，计算出发射机(天线)和接收机(天线)之间的距离，电磁波在空气中传播的速度约为每秒2.997*10⁸米或每纳秒29.97厘米，如果距离测量的误差约10厘米，对传输时间的测量误差约为300皮秒。

测量两个无线收发机A和B之间的距离，由于A和B的时标不同步，因此电磁波在两个天线之间传播的时间只能由一个收发机测量，即收发机A/B主动发射测距请求信号，收发机B/A接收到测距请求信号后被动发射测距应答信号，收发机A/B接收到测距应答信号后，测量出电磁波在A和B之间往返传播的时间，确定A和B之间的距离。

在知道了A和B之间的距离后，就可以由一方主动将两者的本地时间同步，只要定期的进行时间同步操作，就可以保证两者的本地时间的差别小于确定的值，满足对同步性能敏感的应用需求。

在应用中，每个无线节点都有一个不和其它无线节点相同的唯一识别码，用于无线通讯和导航操作。

图1为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带收发机的发射延时示意图。“主动时标”(100)主动发射“测距请求”的无线节点的时标，它的周期是TTX(108)，“主动计数”(102)是以“主动时标”(100)为时钟源的计数器的计数值，“发射控制”(101)信号由无效(0)变为有效(1)时，发射机开始发射同步信号，这时的“主动计数”(102)的值是“同步发射”TXT(106)，同步信号开始离开天线的时间“同步离开”TTT(107)和TXT的差就是“发射延时”TDT(105)，它等于“发射数差”TDN(103)乘以TTX(108)与“发射相差”TDP(104)相加，TDN表示整数倍率的“主动时标”周期时间，TDP表示小于发射时钟周期的时间。

发射延时：TDT＝TTT-TXT＝TDN*TTX+TDP

图2为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带接收机的接收延时和被动发射延时及时间同步延时的示意图。“被动时标”(200)被动响应测距的无线节点的时标，它的周期是TRX(212)，“被动计数”(202)是以“被动时标”(200)为时钟源的计数器的计数值，由于接收机收到的无线信号由另一个发射机发射，因此“主动时标”(100)和“被动时标”(201)不同步，它们有一个随时间变化的“主从相差”MSD(206)，假设两个时钟周期的差(一般小于50PPM)很小，即TTX≈TRX，“主从相差”在0至TTX/TRX之间变化，同步信号到达接收机天线的时间“同步到达”RTT(209)和当时的接收时钟有“接收相差”RDP(204)，经过“接收数差”RDN(204)“被动时标”(200)的周期后，接收机检测并锁定接收到的同步信号，锁定同步信号的时间“同步锁定”RLT(210)和“被动时标”有“锁定相差”LDP(205)，RDN表示整数倍率的“被动时标”周期，“接收延时”RDT(207)等于RDN乘以TRX(212)与RDP及LDP相加。

接收延时：RDT＝RLT-RTT＝RDP+RDN*TRX+LDP

接收机锁定同步信号后，再经过“响应数差”ODN(208)“被动时标”(200)的周期后(“响应延时”ODT≡ODN*TRX)，此时的时间是“响应操作”OPT(211)，OPT≡OPN*TRX或OPT≡OPN*TTX，接收机被动发射“测距应答”信号或进行“时间同步”操作或进行“距离计算”操作，被动发射“测距应答”信号的“发射延时”的定义和图1中的“发射延时”的定义相同。TDT和RDT都是可以被标定的值。

如果x收发机天线和y收发机天线之间的距离为Y2X/X2Y，无线电波在x和y之间往返的传输时间是YTX/XTY，那么有(其中C是光速)：

YTX＝XTY

   ＝[OPN(x/y)-TXN(x/y)]*TTX(x/y)

   -TDT(x)-RDT(x)+LDP(x)-ODT(x)

   -TDT(y)-RDT(y)+LDP(y)-ODT(y)

Y2X＝X2Y

   ＝YTX*C/2.0

   ＝XTY*C/2.0

如果用一个无线收发机w测量无线电波反射点和w的天线之间的距离，那么有：

BTW＝[OPN(w)-TXN(w)]*TTX(w)

   -TDT(w)-RDT(w)+LDP(w)-ODT(w)

B2W＝BTW*C/2.0

如果用两个收发机x和y测量无线电波反射点的位置，x/y反射测距请求，y/x接收测距请求并反射测距应答，那么有：

BTX+BTY＝[OPN(x/y)-TXN(x/y)]*TTX(x/y)

       -TDT(x)-RDT(x)+LDP(x)-ODT(x)

       -TDT(y)-RDT(y)+LDP(y)-ODT(y)

B2X+B2Y＝(BTX+BTY)*C/2.0

知道了无线电波在两个无线节点之间的传输时间后，就可以在两个节点之间进行时间同步的操作，设同步延时为TSD≡TSN*TRX，如果y被x同步，那么有：

$\mathrm{TSN}\left(y\right)=\mathrm{ODN}\left(y\right)+\mathrm{Round}\left[\frac{\mathrm{TDT}\left(x\right)+\mathrm{YTX}/2.0+\mathrm{RDT}\left(y\right)-\mathrm{LDP}\left(y\right)}{\mathrm{TRX}\left(y\right)}\right]$

如果x被y同步，那么有：

$\mathrm{TSN}\left(x\right)=\mathrm{ODN}\left(x\right)+\mathrm{Round}\left[\frac{\mathrm{TDT}\left(y\right)+\mathrm{XTY}/2.0+\mathrm{RDT}\left(x\right)-\mathrm{LDP}\left(x\right)}{\mathrm{TRX}\left(x\right)}\right]$

同步无线节点发射的时间同步请求信号中包含发射时间计数TXN和计算TSN需要的数据，被同步无线节点收到时间同步请求信号后，在时间“响应操作”OPT(211)将“被动计数”(202)的值设置为TXN+TSN。

用测距法定位一个目标，如果测量没有误差，只有一个观察点时，可以确定目标在以观察点为球心、半径为测量结果的定位球面上，是不完全定位；有两个观察点(不在一起)时，可以确定目标在两个定位球面相交汇的圆周上(极限情况是一个点)，也是不完全定位；有三个观察点(不在一条直线上)时，可以确定目标在三个定位球面相交汇的两个点上，还是不完全定位；如果有四个观察点(不在一个平面内)时，可以确定目标在四个定位球面相交汇的一个点上，是完全定位，因此不再需要更多的观察点。如果有测量误差，有三个观察点时，只能近似的确定目标在两个小区域内，有四个观察点时，只能近似的确定目标在一个小区域内，一个优选的方法实例是用最小二乘法确定一个点作为目标的近似位置，这个点到四个定位球面距离的平方和具有最小值，用更多的观察点测量可以减少随机定位误差，多次重复测量结果平均也可以减少随机定位误差。

对一个物体最简单的近似是当作一个刚体，有六个自由度，可以将它的运动分解为质心的平移运动和绕质心的旋转运动。用测距法定位一个刚体，如果没有测量误差，刚体上有一个被观察点时，无法确定刚体围绕这个观察点的旋转，刚体上有两个被观察点(不在一起)时，无法确定刚体围绕这两个观察点连接线的旋转，刚体上有三个被观察点(不在一条直线上)时，无法确定通过这三个观察点的平面的法线方向，刚体上有四个被观察点(不在一个平面内)时，刚体被完全定位。当有测量误差时，定位结果和被观察点之间的几何约束有误差，一个优选的方法是用最小二乘法确定满足几何约束的位置近似作为被观察点的定位结果，被观察点测量和近似定位结果的对应点之间距离的平方和具有最小值，用更多的观察点测量可以减少随机定位误差，多次重复测量结果平均也可以减少随机定位误差。

图3为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线定位系统的定位方法示意图。A、B、C、D四个无线收发器构成一个无线定位系统，a、b、c是三个安装在被测物体x上的无线收发器，由几何约束可以知道，如果要用测距法完全约束确定一个点的空间位置，需要不在一个平面内的四个测量点，由于距离测量有误差，实际上我们不能分别直接得到a、b、c点的位置，只能用最小二乘法或类似的方法得到一个近似位置，这个近似位置和实际位置有一个最大误差，也就是说，测量位置肯定在以实际位置为中心最大误差为半径的球体内，图3中围绕a、b、c三个点的圆就是表示这个误差球的。虽然可以近似的确定a、b、c三个点的位置，但还是不能完全确定x的全部6个自由度，还需要在a、b、c三个点构成的平面外再安装一个无线收发器d(图3中没有画出)并且由A、B、C、D四个无线收发器确定d的位置，才能够完全确定x的空间位置。

如果不能满足完全定位的约束条件，就是欠约束状态，需要有其它非测距的约束条件加入，才能够完全定位，图7所示的情况，因为只有前向的车载无线节点可以和头盔上的无线节点建立联系，所以带无线头盔的人肯定在车辆的前方，这样只要有三个不在一条直线上的测距约束就可以完全确定带头盔的人和车辆的相对位置。

用测距法可以完全确定一个物体的位置，如果能够确定物体位置随时间的变化，就可确定物体的速度，本发明的一个优选的方法是用多项式拟合局部被观察点的位置随时间变化的曲线，将多项式对时间求微分即可得到被观察点的速度，还可以用计算机建模和仿真中广泛使用的各种数值积分方法(Gear方法、Runge-Kutta方法等)预测被观察点未来的位置和速度。有了确定目标物体位置和速度的方法和(或)装置，再加上时间同步的方法和(或)装置，就可以建立一个导航网络，为网络范围内的人或物体或运载工具等导航。

图4为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络的结构示意图。图中树状的物体(以大写字母标注)是表示安装导航系统无线节点的固定位置物体，沿着道路等间距或不等间距分布，保证一小段道路范围内的固定位置无线节点可以构成完全定位的无线导航系统，在运载工具沿着道路移动时，在任意时刻其附近的固定无线节点对其构成定位和测速的导航系统。图中汽车状的物体(以小写字母标注)是表示被导航的运载工具，其上固定位置安装多个无线节点，道路沿途的导航系统对其定位并提供道路上行驶的全部运载工具的相关信息，这种无线导航系统可以安装在任何场合，如铁路、公路、水路航道尤其是通过桥梁之下的航道、城市道路、停车场、货场、建筑物的通道、室内等等。构成无线通讯和导航网络的室外固定无线节点还可以由太阳能电源供电，远距离的通讯可以通过无线接力传送至区域中心，再在区域中心通过有线(电缆、光纤等)或无线(远距离)方式接入公众通信网络。

图5为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络对车辆定位的示意图。每个树状物(500)上一上一下安装了两个无线节点(图5中用大写字母标注)，这样只要有三个树状物(500)就可以构成一个完全定位的无线导航系统，冗余无线节点的测距结果可以用来降低测量误差(最小二乘和统计平均)。汽车状(501)物体表示任意的机械和(或)电力和(或)其它动力驱动的运载工具，任意时刻保证有四个不在一个平面内的无线节点(图5中用小写字母标注)响应无线导航系统的测距请求，这个运载工具就可以被完全定位。车辆上安装的无线收发器也可以自行构成一个或多个无线定位系统和(或)防碰撞雷达。

图6为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络对行人定位的示意图。站立的人占位面积小，往往只要配带一个便携式无线收发器，便携式无线收发器可以和头盔(600)、外套、马甲、配饰等安装在一起，过往通过固定位置导航网络或车载导航网络发现行人，必要时自动采取强制措施避免碰撞事故的发生，在道路上行走的儿童、道路维护人员等带上这种便携式无线收发器，就可以有更安全的交通环境。

图7为按照本发明的一个优选实例设计的没有无线通讯和导航网络时车辆上安装的无线收发器对行人定位的示意图。装备超宽带无线导航收发器的车辆在没有导航网络时，自行构成局域导航网络，对配带便携式无线收发器的行人进行定位，避免碰撞发生。车辆自行构成的导航网络也是一个防碰撞雷达，每个无线收发器接收和处理自身或其它收发器发出的测距请求的反射回波，辨别出障碍人或物体的位置以避免碰撞。虽然有车辆安装的防碰撞雷达可以防止碰撞，但其对障碍物种类的辨别能力低，也需要较高性能的数据处理能力，而且还没有其它功能，本发明的方法不但具有更多和更强的功能，也具有更好的性能价格比。

图8为按照本发明的一个优选实例设计的超宽带无线通讯和导航网络的一组固定无线节点的安装示意图。图中800是高速公路两侧的护栏，801是车辆行驶的道路的边界线，802是分道线，803指示的是行车方向，804是道路两边的紧急停车带，在立柱805高度高于道路限制高度的地方安装有横梁806，定位无线节点807分为两行、每个行车方向有四列安装在横梁806上，多个定位无线节点是保证在任何情况下都可以对车辆进行完全定位，在横梁806之上的立柱805上还可以安装天线阵列808，用于信息的中等距离无线接力传送，立柱805的顶端可以安装太阳能电池阵列809，为本地全部无线节点供电。导航网络和过往车辆及行人之间的信息交换(无线通讯)任务既可以由定位无线节点807承担，也可以另由专用的无线节点承担。

用本发明提供的方法在高速公路上进行导航时，道路两侧的边界和护栏、道路中间的分道线、每个行车方向的紧急停车带及其边界等都是运载工具的控制中心决策时需要考虑的因素，在城市道路上的情况更加复杂，需要考虑更多的因素，其它应用领域也都有特殊的环境和要求。本发明的一个优选的方法是确定一个短距离无线导航协议，定义局域和(或)全局的参考坐标系，各种信息的分类、描述、存储和交换均规定相应的协议，这些信息包括：1.场地、道路、航道等相关的几何约束等信息；2.需要被定位的人或物体或运载工具的几何尺寸、位置和速度等信息；3.固定位置和移动位置的无线节点和母体的相对几何约束的信息；4.交通通道及其附近的地理信息等(这为某些导航服务的功能所需要)。优选实例如用二次曲面描述道路路面，用二次曲线描述道路护栏、边界和分道线等。

用本发明提供的方法防止碰撞交通事故时，需要对安全与否有明确的定义，本发明的一个优选的方法是制定一个安全交通导航协议，制定对场地、道路、航道、环境和气候状况等的相关信息确定分类、描述、存储和交换的协议，确定各种不同情况下运载工具的速度限制值协议，确定各种不同的情况下人和(或)物体和(或)运载工具之间的安全距离协议，对碰撞隐患，即预测位置的占位出现冲突时，人、物体和运载工具占用预测位置的优先权协议等。例如在任何情况下行人都有最高的占位优选权，强制使运载工具无法和行人争抢预测的位置，减少或消除对行人的碰撞事故。一种对运载工具之间的预测占位冲突仲裁的优选方法是优先采用简单的方法处理潜在占位冲突，即二者采取措施的复杂度之和最小。

防止异常驾驶(醉酒、疲劳瞌睡、生病、误操作等)引起碰撞事故的一个优选方法是不鉴别是否是异常操作，因为鉴别异常操作需要复杂的信息采样和处理，往往有高企的成本而且准确率低，本发明的一个优选方法是只进行潜在碰撞可能预测，根据预测的结果实时保持和可能碰撞的目标之间的距离大于安全刹车距离，这个安全刹车距离的值是由当时的气候、环境及速度等因素决定的，运载工具实时调整速度(如减速防止碰撞、加速防止被碰撞)甚至停车，如运载工具有高性能的处理和预测能力，改变行车方向也是可以实施的措施。

本发明的导航网络也是一个移动通讯网络，一个优选的扩展其功能的方法是将其和其它公众通讯网络相衔接，可以因此而实现更多的应用，而且这些应用主要是用软件实现，一个优选的应用实例是车辆的防盗，当车主发现车辆被盗窃时，可以通过公众通讯网络和本发明的导航网络追踪和(或)发现和(或0遥控被盗的车辆。

以上介绍了本发明专利的基本方法和装置，装置的分类有通讯和导航网络、便携式的无线节点、车载或船载的移动无线节点，这些装置实现了对行人、车辆、货物的定位，也可以实现下面介绍的优选应用实例。

在高速公路上的一个优选应用实例是沿途铺设本发明专利提供的无线通讯和导航方法和(或)网络，在车辆上安装移动无线节点，道路维护和管理人员等配戴便携式无线节点，这个系统有如下功能：

1.自动计费和收费：车辆进入、沿途、离开高速公路的过程和时间都留下了记录，计费和收费都可以自动完成，不再需要停车收费；

2.突发交通事故和(或)道路堵塞处理：手动报告或自动鉴别事故和(或)道路堵塞，手动或自动医疗求助和报警，自动向沿途车辆发出通报和警告，必要时自动强制减速或停车，防止发生连环撞车事故；

3.车辆间距自动控制：根据车辆与前后车辆的间距和相对速度，自动强制变速甚至停车，避免追尾和连环撞车，也可以缩短安全车距，提高高速公路的流量，同时行驶不受道路能见度的影响，在能见度低(大雾尤其是瞬发的大雾)时不用封闭高速公路；

4.车辆自动防碰撞行驶：自动鉴别车辆与障碍物或其它车辆的碰撞隐患，自动变换速度和方向，必要时停车，减少或消除因驾车者短暂对车辆失去控制而引发的碰撞事故；

5.行人安全保护：车辆在出现可能碰撞佩戴便携式移动无线节点行人的隐患时，自动强制减速甚至停车，有效保护行人安全；

6.违章行驶自动警告和记录：对超速行驶、违章抢道、飚车等行为自动发出警告并记录，发现碰撞隐患时强制变速甚至停车；

7.移动通讯：为车辆提供车载无线电话和车载无线计算机网络接入服务。在城市道路上的一个优选应用实例是沿途铺设本发明的无线通讯和导航网络，在车辆上安装移动无线节点，道路维护和交通管理人员和儿童等配带便携式无线节点，每个交通信号和标志都是一个无线节点，这个系统有如下功能：

1.突发交通事故和(或)道路堵塞处理：手动报告或自动鉴别出事故和(或)道路堵塞，手动或自动医疗求助和报警，自动向沿途车辆发出通报和(或)警告，必要时强制减速或停车，防止发生连环撞车事故；

2.行人安全保护：车辆在出现可能碰撞佩戴便携式移动无线节点行人的隐患时，可以自动强制减速甚至停车，有效保护行人安全；

3.违章行驶自动警告和记录：对超速行驶、违章抢道、飚车等行为自动发出警告并记录，发现碰撞隐患时强制变速甚至停车；

4.移动通讯：为车辆提供车载无线电话和车载无线计算机网络接入服务。

5.位置跟踪和移动通讯：例如，家长和学校可以随时知道学龄儿童的位置并与之保持联系，出租车调度机构可以随时知道出租车的位置及是否空载等，为顾客提供更方便的叫车服务；

6.公交车服务：导航网络向公交车通报其位置，公交车自动报站，在途公交车的信息也自动传送给车辆调度室和相关的公交车站，显示装置实时显示在途车辆的位置信息；

7.智能交通信号：根据路口附近各个方向等待的车辆类型和数量，自适应的切换交通信号，使通过车辆的平均等待时间最少，特种车辆(救护车、消防车、运钞车、警车等)能够以更快的速度通行；

8.城市交通智能调度和疏导：驾车者将目的地告诉通讯和导航网络，通讯和导航网络自动获取车辆的当前位置，用高性能计算机实时进行分析和规划，结合优化控制全部交通信号，为每一辆车设计出最优路径，缩短全部车辆的平均在途时间。

在铁路上的一个优选应用实例是沿途铺设本发明的无线通讯和导航网络，铁路维护和道口管理人员等配戴便携式无线节点，在火车即将来临时向便携式移动无线节点佩戴者发出警告，尤其是对处于火车行驶占位空间里的人员发出紧急警报，如果跨越铁路道口的道路上有无线通讯和导航网络时，警告信息可以同时传送给过往铁路道口附近的车辆。

在水运航道上的一个优选应用实例是在航标灯平台上安装本发明的无线通讯和导航网络，在船舶上安装移动无线节点，这样即使在能见度低时也可以确保船舶在航道上航行，尤其可以在桥梁下的航道上可以完全避免船舶碰撞桥墩的事故。

在铁路货场、公路货场、港口货场的一个优选应用实例是在场地上安装本发明的无线通讯和导航网络，在车辆和吊车臂上安装移动无线节点，进入场内的人员配带便携式无线节点，避免发生各种碰撞事故。

在汽车停车场的一个优选应用实例是在停车场内安装本发明的无线通讯和导航网络，在车辆上安装移动无线节点，工作人员佩戴便携式无线节点，车下人员也可以佩戴便携式无线节点，减少或避免发生人身碰撞事故。此外如果车辆拥有电子控制的方向、油门、离合器、刹车、变速箱等，还可以实现完全遥控停车或自动停车。

Claims (34)

1.一种可测距的无线收发装置，包括：

a.可操作的可以唯一识别的无线收发器；

b.可操作的表达和(或)标定和(或)存储和(或)交换本机发射延时(TDT)和(或)接收延时(RDT)和(或)(被动)响应延时(ODT)等信息的方法和(或)装置；

c.可操作的接收机获取并输出接收到的帧同步信号和本地接收采样时钟的锁定相差(LDP)的方法和(或)装置。

d.可操作的发起测距请求和(或)发起时间同步请求和(或)响应测距请求和(或)响应时间同步请求的方法和(或)装置。

2.一种无线测距的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求1描述的或其它类似的可测距的任意两个无线节点(x，y)；

b.可操作的x/y节点主动发射测距请求(DMR(x)/DMR(y))信号并记忆其发射时间(TXT(x)/TXT(y))的方法和(或)装置；

c.可操作的y/x节点被动发射包含如权利要求1描述的TDT(y)/TDT(x)、RDT(y)/RDT(x)、ODT(y)/ODT(x)、LDP(y)/LDP(x)等信息的测距应答(DMA(y)/DMA(x))信号的方法和(或)装置；

d.可操作的x/y节点接收到y/x节点的测距应答(DMA(y)/DMA(x))后计算两节点间距离Y2X/X2Y的方法和(或)装置。

3.一种无线测距的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求1描述的或其它类似的可测距的任意一个无线节点w；

b.可操作的w节点发射自测距请求(SDMR)信号并记忆其发射时间(TXT)的方法和(或)装置；

c.可操作的w节点接收和处理本机发射的自测距请求(SDMR)的多径反射回波(RFW)并计算各个反射点和w之间的距离集合(B2W)的方法和(或)装置；

4.一种无线时间同步的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求2描述的或其它类似的确定同步无线节点m和被同步无线节点s之间距离的方法和(或)装置；

b.可操作的m节点向s节点发射包含发射时间(TXT(m)、)如权利要求1.b描述的TDT(m)等信息的时间同步请求(TSR(m))的方法和(或)装置；

c.可操作的s节点接收到m节点的TSR后计算同步延时(TSD)并将节点本地时间设置为TXT+TSD的方法和(或)装置。

5.一种无线定位的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求1描述的或其它类似的可测距的N(N＞0)无线节点按照确定的几何约束(SGC)固定位置安装；

b.可操作的采用如权利要求2描述的或其它类似的方法和(或)装置测量一个可移动无线节点和定位系统中每个固定无线节点之间距离集合(M2S)的方法和(或)装置；

c.可操作的根据SGC、M2S等信息欠约束(需要附加其它约束)或完全约束或过约束的确定可移动无线节点的空间位置(POS)的方法和(或)装置。

6.一种无线定位的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求1描述的或其它类似的可测距的N(N＞0)无线节点按照确定的几何约束(SGC)固定位置安装；

b.可操作的采用如权利要求3描述的或其它类似的方法和(或)装置测量任意一个无线电波反射点和定位系统中每个固定无线节点之间距离集合(B2S)的方法和(或)装置；

c.可操作的根据SGC、B2S等信息欠约束(需要附加其它约束)或完全约束或过约束的确定无线电波反射点的空间位置(POS)的方法和(或)装置。

7.一种无线测速的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的采用如权利要求5描述的或其它类似的方法和(或)装置测量出距离集合(M2S)随时间变化的时变集合(MVT)的方法和(或)装置；

b.可操作的根据SGC、MVT等信息欠约束(需要附加其它约束)或完全约束或过约束的确定可移动无线节点的矢量速度(MMV)的方法和(或)装置。

8.一种无线测速的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求6描述的或其它类似的方法和(或)装置测量出距离集合(B2W)随时间变化的时变集合(BVT)的方法和(或)装置；

b.可操作的根据SGC、BVT等信息欠约束(需要附加其它约束)或完全约束或过约束确定回波反射点和测速装置之间的相对速度(BMV)的方法和(或)装置。

9.一种无线被定位和被测速的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求1描述的或其它类似的可测距的任意n(数量，n＞0)无线节点；

b.可操作的将n无线节点按照确定的几何约束(sgc)安装在确定的几何尺寸(obj)的人身上或物体上的方法和(或)装置；

c.可操作的输出几何约束(sgc)和几何尺寸(obj)等信息的方法和(或)装置。

10.一种运载工具，包括：

a.可操作的机械和(或)电力和(或)其它动力驱动的可以承载人和(或)物体的装置；

b.可操作的如权利要求9描述的和(或)如权利要求5和(或)7描述的和(或)如权利要求6和(或)8描述的和(或)其它类似的方法和(或)装置；

11.一种无线通讯和导航的方法和(或)网络，包括：

a.可操作的如权利要求1描述的或其它类似的可测距的任意G(数量，G＞0)无线节点按照确定的几何约束(NET)固定位置安装；

b.可操作的利用“GPS/GLONASS/GALILEO/北斗/其它”卫星接收机或如权利要求4描述的或类似的方法和(或)装置将全部无线节点的本地时间同步的方法和(或)装置。

c.可操作的如权利要求5和(或)7描述的或其它类似的方法和(或)装置确定如权利要求9和(或)10描述的人或物体或运载工具等的位置(坐标、方向)和(或)速度(平移速度、转动速度)的方法和(或)装置；

d.可操作的无线数据通讯的方法和(或)装置。

12.如权利要求11描述的方法和(或)网络，但对如权利要求11.a描述的无线节点采用可操作的太阳能装置供电。

13.如权利要求11和(或)12描述的方法和(或)网络，但包括与公众通讯网络(有线、无线)接口的方法和(或)装置。

14.一种无线导航协议，包括：

a.可操作的坐标参照系和(或)时间参照系；

b.可操作的道路和(或)航道和(或)场地的几何约束信息的表达和(或)存储和(或)交换的协议；

c.可操作的人和(或)物体和(或)运载工具等的尺寸和(或)位置和(或)速度等信息的表达和(或)存储和(或)交换的协议。

d.可操作的人和(或)物体和(或)运载工具等附带的无线节点的几何约束信息的表达和(或)存储和(或)交换的协议；

15.一种交通安全协议，包括：

a.可操作的场地和(或)道路和(或)航道和(或)环境和(或)气候等状况信息的分类和(或)定义；

b.可操作的人和(或)物体和(或)运载工具等位置的竞争优先权协议；

c.可操作的人和(或)物体和(或)运载工具的速度限制和(或)调整协议；

d.可操作的人和(或)物体和(或)运载工具之间的安全距离控制协议。

16.一种交通信号的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的交通信号可视输出方法和(或)装置；

b.可操作的交通信号切换的方法和(或)装置；

c.可操作的如权利要求1描述的或其它类似的无线节点。

17.一种交通管理的方法和(或)网络，包括：

a.可操作的如权利要求11或12或13描述的或其它类似的无线通讯和导航的方法和(或)网络；

b.可操作的如权利要求14描述的或其它类似的无线导航协议；

c.可操作的如权利要求15描述的或其它类似的交通安全协议；

d.可操作的如权利要求16描述的或其它类似的交通信号的方法和(或)装置；

e.可操作的场地和(或)道路和(或)航道交通规则和(或)应急事件处理的方法和(或)装置。

18.一种运载工具间距控制的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求10描述的或其它类似的运载工具；

b.可操作的如权利要求17描述的或其它类似的交通管理的方法和(或)网络；

c.可操作的和障碍物和(或)相邻交通工具间距信息的输出方法和(或)装置；

d.可操作的调整与相邻的运载工具间距的方法和(或)装置。

19.如权利要求18的方法和(或)装置，但采用可操作的自动控制方法和(或)装置调整与相邻的运载工具的间距。

20.一种运载工具的自动防止碰撞的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求19描述的或其它类似的方法和(或)装置；

b.可操作的如权利要求15描述的或其它类似的交通安全协议；

c.可操作的启动和(或)退出自动防止碰撞状态以及相关的信息输入和(或)输出的方法和(或)装置。

21.一种运载工具的无线遥控驾驶的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求17描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的如权利要求10描述的或其它类似的运载工具；

c.可操作的运载工具自动的启动和(或)变速和(或)变向和(或)停止和(或)锁定的方法和(或)装置；

d.可操作的驾驶控制命令和(或)运载工具的状态和(或)运载工具的环境等信息的无线输入和(或)输出的方法和(或)装置。

22.如权利要求21描述的或类似的方法和(或)装置，但采用可操作的自动控制的决策方法和(或)装置产生驾驶控制命令。

23.一种停车场遥控停车的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求21描述的或其它类似的方法和(或)装置；

b.可操作的驾驶控制命令和(或)车辆的状态和(或)车辆所处的环境等信息无线输入和(或)输出(显示)的方法和(或)装置。

24.一种停车场自动停车的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求22描述的或其它类似的方法和(或)装置；

b.可操作的停车场内道路和停车位置的几何约束等信息的表达和(或)存储和(或)传送的方法和(或)装置；

c.可操作的停车位置选择的方法和(或)装置；

d.可操作的停车场自动停车决策的方法和(或)装置。

25.一种行人防止碰撞的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求9描述的或其它类似的方法和(或)装置以及可操作的将其佩戴在人身上的方法(或)装置；

b.可操作的如权利要求5和(或)6和(或)7和(或)8描述的或其它类似的方法和(或)装置。

c.可操作的运载工具自动强制避免碰撞行人的方法和(或)装置。

26.一种交通信息服务的方法和(或)网络，包括：

a.可操作的如权利要求17描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的地理信息数据库；

c.可操作的交通运行状况和(或)违规事例和(或)事故隐患和(或)事故状况等信息的表达和(或)记录和(或)统计和(或)传送和(或)输出的方法和(或)装置。

27.一种交通信息的注册服务系统，包括：

a.可操作的如权利要求26描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的注册用户接口的信息输入和(或)输出的方法和(或)装置。

28.一种人或车辆位置跟踪的方法和(或)系统，包括：

a.可操作的如权利要求26或27描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的如权利要求9或10描述的或其它类似的方法和(或)装置；

c.可操作的相关信息的输入和(或)输出的方法和(或)装置。

29.一种公交车自动报站的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求26或27描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的如权利要求10描述的或其它类似的公交车；

c.可操作的地理信息数据库和(或)公交车辆路线信息数据库；

d.可操作的报站信息的输出和(或)显示的方法和(或)装置。

30.一种在途公交车辆的信息自动显示的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求26或27描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的地理信息数据库和(或)公交车辆路线信息数据库；

c.可操作的公交在途车辆信息的自动输出和(或)显示的方法和(或)装置。

31.一种城市交通智能调度系统，包括：

a.可操作的如权利要求26描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的车辆目的地及其它选择等信息输入和(或)交通调度信息等输出的方法和(或)装置；

c.可操作的自适应的交通信号切换的方法和(或)装置；

d.可操作的调度和(或)疏导决策的方法和(或)装置。

32.一种车辆防盗的方法和(或)装置，包括：

a.可操作的如权利要求11描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的通过公众通讯网络追踪和(或)发现和(或)遥控车辆的方法和(或)装置。

33.一种移动通讯的方法和(或)网络，包括：

a.可操作的如权利要求11描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的用户语音和(或)图像和(或)数据等信息的输入和(或)输出接口。

34.一种无线车载计算机通讯的方法和(或)网络，包括：

a.可操作的如权利要求11描述的或其它类似的方法和(或)网络；

b.可操作的用户车载计算机的接口方法和(或)装置。

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