CN102365560B

CN102365560B - 用于单个和/或多个设备的测距、定向和/或定位的方法和装置

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Publication number: CN102365560B
Application number: CN201080014777.3A
Authority: CN
Inventors: A.H.罗比勒
Original assignee: XYZ Interactive Technologies Inc
Current assignee: XYZ Interactive Technologies Inc
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: US9024810B2; US20160223636A1; KR20110124263A; US20110279366A1; JP6218785B2; CA2764120A1; EP2391905B1; EP2391905A1; US20230208420A1; US20190101614A1; WO2010085877A1; EP2391905A4; CN102365560A; US20190120925A1; CN104111446A; US20210043398A1; JP2012515899A; KR101742583B1; US20150309154A1; CA2764120C

Abstract

提供一种用于信号发送设备的测距的方法和装置。信号接收方法仅基于数字方式并且无需作为模拟测量设备的接收器。可以使用与最少的单个信号发送器和单个数字接收器以及处理电路为范围间隔关系进行操作的单个脉冲发送设备来实现测距。一般而言，可以使用在任何固定3维配置中布置的多个数字接收器的配置来对多个发送脉冲发射器实质上同时进行三维（XYZ坐标）测距和定位。应用可以涉及到用于确定范围或者确定从物体反射的至少一个发送反射信号以确定范围的至少一种单发送器到接收器的设计。

Description

用于单个和/或多个设备的测距、定向和/或定位的方法和装置

相关申请的引用

本申请涉及并要求通过引用将其全部主题内容结合于此的、于2009年1月27日提交的、名称为“A METHOD AND APPARATUS FOR RANGING FINDING, ORIENTING, AND POSITIONING OF SINGLE OR MULTIPLE DEVICES”的第61/147,711号美国临时专利申请的优先权权益。

技术领域

本公开内容涉及一个或者多个信号发送设备的测距并且因此涉及基于来自这些信号发送设备的发送信号来确定它们的定向和位置。

背景技术

目前用于对电磁波进行三维定位的方法依赖于使用与传感器图像处理算法组合的平面传感器阵列来测量强度、波长和相位。在更低频系统中，将平面传感器阵列进行的测量相关以发现电磁波源的3D位置。通过测量波在传感器之间的相移，可以三角测量或者三边测量源的位置。在可见光和红外线范围中的更高频系统通常使用成像系统以确定源的3D位置。其它3D定位系统将有源EM光束与测量反射波的传感器一起使用（比如光检测和测距（LIDAR）或者雷达系统）并且用于长程用途。3D游戏设备的出现已经越来越希望将短程3D定位用于包括3D对象表现和控制的多种游戏功能以允许逼真的实时游戏体验。

无论是单个有向天线系统还是具有多个天线和信号处理算法的相控阵列雷达系统，当前用于对射频波进行定位的方法依赖于三角测量形式。单个天线通常监视信号幅度用于发现射频源的范围而两个或者更多固定天线或者单个旋转天线用于发现方向。通常没有用于在长程上操作这些系统的一致方式、也没有短程处理普遍存在的无线电信号而无与来自周围环境的反射波关联的多路径衰落复杂性的可靠方法。尝试将更高频率与编码调制和更低信号功率一起使用可以减少多径效应、但是不足以完全用于无线电发送器源的高分辨率定位。

用于在3D中感测红外线源的当前技术水平运用对周围区域的相继画面进行拍摄的成像系统。这些成像系统限于相对短程的具体视野（FOV）并且并入用于目标跟踪和标识的扫描算法和图像处理。这样的系统根据所需分辨率和涉及到的成像扫描仪数目也需要更长信号处理时间并且因此限于用于实时控制应用。必须并入复杂的图像处理算法以确定IR源的3D位置以与环境源分离。透镜系统也受到系统聚焦的影响，在系统的聚焦以外的物体将被遮蔽从而需要聚焦时间来纠正。宽FOV、聚焦时间、图像处理算法和多个传感器的组合用许多用于确定IR源的3D位置的部件来创建复杂、高成本系统。

光检测和测距（LIDAR）系统或者激光器雷达通过发出光脉冲并且处理返回的信号来工作。通过测量光子飞行的时间，LIDAR系统在空间上导出周围环境中的物体。这样的系统也在不同频率包括激光脉冲，从而返回的波长的相对信号强度测量大气的特性（比如气体组成）、但是未用于测距目的。非有意的反射物体和变化的气体性质将干扰测距性能，因为它们主要旨在用于长程跟踪应用。认为短程的飞行时间跟踪不实际。

最近，3D图形游戏的出现已经增加了对于如下3D无线设备的需要，这些3D无线设备允许用户与具有内置3D特征的游戏对接。也存在对于用于在3D中定位的数据的更快速率的需要，以允许具有与计算机更自然的交互，从而以基本无延迟的方式提供更平滑的定位。对于越来越复杂的游戏和与高分辨率计算机屏幕的接口而言也需要更高分辨率定位。然而越来越需要如下设备，这些设备真正无线并且允许多个用户与相同接口屏幕和与多种控制器功能对接。游戏功能比如是用户标识（用于多用户游戏）、切换、指向、3D对象控制和其它用于虚拟现实的3D表现功能。

一些无线接口设备在与计算机屏幕的更长程（例如约一至三米）操作并且基于红外线和/或声学介质以发送用来在3D空间中对发送器进行定位的信号。信号由基站接收器接收，该接收器基于时间延迟来三角测量手持发送设备的位置。这些设备适合于禁止的用户和如下用户，这些用户在比如用于游戏的更大量空间内需要接口。这些技术一般具有有限的操作范围并且普遍要求电力线缆系缚于手持设备以提供电力并且能操作用于在手持设备与基站接收器之间切换信号。因而，这些设备相当难以使用，因为它们未完全无线或者旨在于提供2D屏幕输出而无进行测距的能力。

显示绝对或者相对位置的现有接口或者游戏系统（比如计算机鼠标和操纵杆）向任何显示或者监视设备引入降低呈现速度的某种机械或者数据链路延迟。因而需要在2D和3D中感测位置的如下系统和方法，这些系统和方法增加在显示器上呈现对于在计算机屏幕上查看的多个对象和图标的绝对位置数据的速率。

在高尔夫球摆动分析领域中，许多发明已经描述了使用IR发送器和接收器以开始摆动起始和摆动结束的时序序列。具体而言，专利US6821211描述如下系统，其中目的在于根据IR发射器和接收器配置来测量高尔夫球球棒路径的起始和停止时间因此测量该路径的速度和角度。在专利US7329193中描述了球棒摆动的偏移对准和高度，该专利描述了IR时序起动器以及将超声脉冲用于在摆动感测走廊内对球棒底部进行测距。在现有技术中没有如下实施例，该实施例提到使用配置有如下信号强度代码的信号本身，该信号强度代码确定摆动球棒到席垫（mat）的范围。

美国海军专利US4851661讨论将功率电平和阈值用于边缘检测和角度偏移测量。在现有技术中提到的这一技术是不成熟的，但是限定一种使用通过在不同时间接通多个IR LED来设置的功率电平以最终检测靠近的机器人并且用于测量偏移角度的简单方法。这一方式未以任何方式用于范围测量。

附图说明

参照附图仅通过例子方式提供若干示例实施例，其中：

图1是在具有平面接收器阵列的能操作配置中的若干示例发送器的示意图；

图2是在具有周界接收器阵列的另一能操作配置中的示例发送器的示意图；

图3是在以接收器的3维网格作为处于房间周围的所述接收器的单个阵列或者多个阵列的能操作配置中的示例发送器的示意图；

图4是如这里描述的发送器发射的信号的若干示例绘图的示意图；

图5是图1的发送设备的部分示意图；

图6是如这里限定的示例发送器发射的信号的若干附加示例绘图的示意图；

图7是实施图1的发送器的过程的流程图；

图8是图1的示例接收器阵列的部分示意图；

图9A至9D是示例发送器和示例接收器的示意操作图；

图10是在具有接收器阵列的另一能操作配置中的示例发送器的示意图；

图11是在具有周界接收器阵列的另一能操作配置中的示例发送器的另一示意图；

图12a和12b是以鼠标和指针的形式的附加示例实施例的透视图；

图13是在具有接收器阵列的另一能操作配置中的示例发送器的示意图；

图14是又一示例实施例（在这一情况下为高尔夫球席垫）的透视示意图；

图15是又一示例实施例（在这一情况下为6DOF控制器）的透视示意图；并且

图16和图17是根据这里的示例实施例的计算机系统的示意图。

具体实施方式

应当理解，本公开内容在它的应用上并不限于在下文描述中阐述的或者在附图中图示的部件构造和布置细节。本公开内容能够有其它实施例并且以各种方式来实施或者实现。也将理解这里所用的措词和术语是为了描述而不应视为限制。这里使用“包含”、“包括”或者“具有”及其变体打算涵盖随后列举的项目及其等效物以及附加项目。除非另有限制，术语“连接”、“耦合”和“装配”及其变体在这里被广义地使用并且涵盖直接和间接连接、耦合和装配。此外，术语“连接”和“耦合”及其变体并不限于物理或者机械或者电连接或者耦合。另外并且如在后续段落中描述的那样，在附图中图示的具体机械或者电配置旨在于举例说明本公开内容的实施例。然而，视为在本公开内容的教导内的其它替代机械或者电配置是可能的。另外，除非另有指明，术语“或者”将视为是包含性的。另外，术语“一个”在跟随有命名特征的单数记载时将被包含性地理解从而意味着它在它的含义内包括不止一个命名特征或者不止一个包括命名特征的特征。

示例实施例提供如下系统，凭此，一个或者多个发送器的位置可以基于来自每个发送器的信号由一个或者多个接收器确定、由所述接收器中的至少一个接收器接收，每个接收器耦合到电子电路并且能操作用于基于在接收器接收的信号之间的比较来确定具体发送器的位置。

一种用于感测发送器的位置的系统使用如下发送器，该发送器被构造成发送脉冲信号。至少两个接收器被定位成相对于发送器并且相对于彼此为间隔关系。至少两个接收器各自能操作用于接收信号的不同版本。电子电路耦合到至少两个接收器并且能操作用于基于在信号的不同版本之间的比较来确定发送器相对于至少两个接收器的位置。

一种确定发送器的范围的方法，该发送器被构造成向与发送器为间隔关系的至少一个接收器发送信号而电子电路耦合到接收器，该方法包括操作发送器以向接收器发送无线电信号并且根据接收器接收的无线电信号来确定发送器的范围。

接收器包括相互为并且与发送器为间隔关系的至少两个接收器。接收器各自能操作用于接收发送器发送的信号的不同版本。接收器连接到电子电路，并且接收器构造于电路中以基于在信号的每个不同版本之间的比较来确定发送器相对于接收器的位置。

一种用于感测发送器的位置的方法使用相互隔开并且与发送器隔开的至少两个接收器。发送器操作用于向至少两个接收器发送信号，至少两个接收器中的每个接收器能操作用于接收信号的不同版本。该方法包括操作发送器以发送信号、操作至少两个接收器以各自接收信号的不同版本并且基于信号的两个版本的比较来确定发送器的位置。

一种位置感测系统包括各自能操作用于发送唯一信号的至少两个发送器。有相互为间隔关系的至少两个接收器，并且每个接收器能操作用于接收每个信号的不同版本。接收器由波能量输入设备和接收器元件构成。电子电路耦合到接收器元件并且能操作用于通过基于唯一数据字段并且基于在每个相应信号的每个不同版本之间的比较区别所述发送器来基本上同时确定每个无线电发送器相对于接收器的位置。

一种用于对发送区中的一个或者多个发送器进行标识和定位的系统包括用于在整个发送区内传导信号的信号传播介质。至少一个发送器具有用于产生信号并且将信号耦合到信号传播介质的装置。信号具有组合脉冲编码和信号强度编码，每个信号包括对从其发射信号的发送器进行标识的唯一代码。接收器与发送区关联并且连接到传播介质以从至少一个发送器接收至少一个信号，其中用于对信号进行解码的装置对至少一个发送器进行标识和定位。

一种用于感测发送器的位置的系统使用如下发送器，该发送器被构造成发射该发送器所特有的信号。接收器能操作用于接收信号并且基于信号和在接收器中的预编程信息来标识发送器。电子电路耦合到接收器，该电子电路能操作用于基于信号来确定发送器相对于接收器的位置。

一种用于感测来自发送器的反射信号的位置的方法使用相互隔开并且与发送器隔开的至少两个接收器。该发送器操作用于向物体发送信号，该物体向至少两个接收器反射发送的信号，至少两个接收器中的每个接收器能操作用于接收反射信号的不同版本。该方法包括操作发送器以向反射物体发送信号并且因此操作至少两个接收器以各自接收反射信号的不同版本并且基于信号的两个版本的比较来确定发送器的位置。

如将描述的那样，一种示例系统提供一种包括至少一个信号发送器10和能操作用于接收发射的信号14的至少一个信号接收器12的系统。如将讨论的那样，发射的信号14包括标识发送器标识的单个信息分组、传达分组的同步时序以及包括如下脉冲的串列，这些脉冲沿着串列具有可变脉冲长度。信号接收器12在接收信号时能操作用于标识发送器10（在两个或者更多发送器的情况下）、同步接收的脉冲的时序与其它接收器12（在两个或者更多接收器的情况下）、并且对在预定阈值以上接收的脉冲数目进行计数。在这一情况下，该计数代表在发送器10与接收器12之间的范围。使用校准和多个布置或者配置为阵列16的其它接收器，可以个别和单独计算（一个或多个）发送器的范围和位置。

在图1中示出了具有一个或者多个信号发送器10（在这一情况下为两个）的示例实施例，该信号发送器向附接到阵列16的一个或者多个信号接收器12（在这一情况下为九个）发送来自发射器17的信号14。在这一情况下在平面配置中示出了阵列4，尽管可以按照需要在其它配置中提供阵列16。该系统还能操作用于确定在每个信号接收器12与对应信号发送器10之间的范围18并且也可以在一些情况下确定每个信号发送器10的标识、它的位置和/或角度定向20。据此得到的数据可以在计算机中或者在显示单元22上记录为可3维表示的数据或者表现为3D图像或者图标24（图2）。

如图2中所示的示例实施例包括向任何数目的信号接收器12（在这一情况下为八个）发送信号14的任何数目（在这一情况下为两个）的信号发送器10，这些信号接收器附接到显示单元22的周界22a，从而对应图标24在其上例如显示为实际信号发送器10的实时位置和运动的精确表现。其它位置或者表示图像、位置或者范围等的数据也可以呈现于显示单元22上，或者为此按照需要其它格式呈现于其它显示或者消息接发设备上。

在图3中示出了具有一个或者多个接收器元件12或者信号接收器12阵列16的另一示例实施例，这些接收器元件或者信号接收器阵列附接到多个表面30的构造（比如3维房间），从而任何数目的信号发送器10如果未被例如房间中的在信号接收器与信号发送器10之间的物体遮蔽则可以被测距。可以用涉及到测量的范围18、三角测量或者三边测量算法等的数学公式进行范围处理。

示例实施例可以在其中出现波现象的任何波介质（比如近-远红外线、可见光、激光、紫外线和高频无线电波及其组合和各种调制）中操作。示例实施例也可以应用于声学介质和超声波。除此之外，介质可以操作用于反射发送的信号，其中发送器和接收器从相同设备能操作或者由相同处理单元控制。反射信号的物体可能需要适当的如下反射介质（例如：比如反射金属表面或者特殊IR反射带），该反射介质允许在发送器与接收器之间确定可校准或者可测量的范围。

参照图1，可以实现短程精确测距和定位，这需要如单个发送器10到有间隔关系并且接收相同发送信号14的单个或者多个个别信号接收器12那样简单的配置。单个发送器10因此可以能操作用于发送包括连串主要脉冲串的信号14，这些脉冲串形成如下脉冲的串列，这些脉冲的总脉冲分布随着与信号发送器的间距增加而改变。检测和校准总脉冲分布的改变允许将范围、间距和/或定向相关。在一个例子中，例如基于一个或者多个校准测量将脉冲分布测量为信号中的脉冲计数并且将其转换成表示范围18的值。3维定位计算因此基于来自多个信号接收器12的范围18测量。这一测距和位置测量方法可以根据发送的信号的强度和接收器的灵敏度而在30米的最大范围内准确进行。对于电磁或者声学介质，根据这里的示例实施例的方法基于这些发送的高频脉冲并且使用对这些脉冲信号灵敏而且能够数字地处理这些脉冲信号的接收器。可以针对10米范围在1cm均方根（RMS）误差内、针对3米范围内在1.0mm RMS误差内实现针对测距准确性的估计并且范围测量分辨率如0.1mm那样低。

参照图4，信号14包括数字报头段34从而允许接收器标识发送器并且与对于测距或者脉冲计数所必需的时序操作同步。报头段34在这一例子中可以包括所有数字数据字段，比如设备ID 36、操作数据38、加密密钥和在信号发送器10与信号接收器12之间的数据通信所需要的校验和代码或者一般为循环冗余代码（CRC）40。数据字段的起始例如也允许信号接收器12开始同步和测距。

信号也包括测距段42，其提供通常随着在信号发送器10与信号接收器12之间的范围18增加（也就是随着信号在载波介质（比如大气空气）中朝着接收器传播）而改变的测距代码。以如下脉冲的连串或者串列的形式提供测距代码，这些脉冲的照射强度沿着该连串变化。如将描述的那样，测距段可以具有各种分布形状，包括递增（如在绘图b中的44所见）或者递减（如在绘图c中的46所见）的连串斜波功率电平。另一例子可以利用脉冲强度随机变化的脉冲（如在绘图d中的48所见）。在这一情况下，对应接收的测距段138、140和142包括在预定阈值136以上的如下脉冲，这些脉冲的计数表示对接收的信号的照射信号强度并且因此对范围的直接测量。如将描述的那样，信号接收器12和与之关联的那些部件、模块和功能被配置成接收信号、标识信号发送器10并且通过对在预定阈值以上的存在于信号中的脉冲数目进行计数来处理测距段42。该计数然后提供对在信号发送器10与关联信号接收器12之间的间距或者范围的表示，该表示可以应用于多个信号发送器10和接收器12。

在一个例子中，定位方法利用在10至10,000KHz之间发脉冲的单个发送器。这一范围可以针对使用发送二极管和接收二极管的可见光或者IR电路而变化，但是无线电可以从100KHz向上至10GHz明显变化。因此在具有速率约为1KHz至500KHz的数字编码序列或者连串脉冲的一个或者多个主要脉冲串中发送每个信号，其中脉冲串速率小于脉冲速率。声波或者脉冲可以针对超声范围从10Hz至100KHz变化。根据应用，可以变化脉冲串内的脉冲的占空比从而允许检测器更高效操作，尽管这不应当不利地影响其测距或者定位准确性。

在图5中，每个信号发送器10包括载波代码生成器52和信号代码生成器54（在这一情况下为在微处理器56控制之下并且由共同时钟58同步的相异处理器）。备选地，可以在共同处理器比如通用计算机中实现载波代码生成器52和信号代码生成器54的功能。载波代码和信号代码生成器52、54向数字调制器60派送用于载波和信号代码的波形，该数字调制器调制载波和信号代码波形以向发射器17递送二进制波形。功率电平控制器64接收来自微处理器56的测距代码细节和来自功率调节器66的调节功率信号以调整用于信号发送的发射器17的输出功率电平。

参照图5和图6，微处理器56与用于存储发送器标识和测距代码数据的存储器68通信。备选地，可以在对应处理器中根据测距代码算法来生成测距代码数据。在这一情况下，载波代码包括以如图6a)中所示的数字波形的形式的、供给发射器27的如下指令，这些指令将由数字调制器60编译以发射将携带信号的载波。类似地，信号代码包括供给数字调制器的以如图6b)所示的报头代码（包括用于发送器标识、数据字段和CRC字段的代码）形式的如下指令，这些指令同样将由数字调制器60编译以形成以二进制一和零（各自根据数字调制器60的操作功率具有恒定强度、峰值或者幅度）的波形形式提供的如图6c)中所示的调制数字输出。

同时，微处理器56沿着路径70向功率电平控制器64派送指令，从而功率电平控制器64可以设置波形中的每个个别二进制一的功率以形成如图6d)中所示的发射器输出的幅度为连串脉冲。示出了报头段34，其每个脉冲具有固定最大功率，从而整个报头将在预定阈值以上由接收器元件接收。示出了测距段42，其中每个脉冲的功率电平根据测距代码来调整。

参照图7图示了使用递增测距段的示例过程。信号生成过程始于时钟58在步骤72执行延迟以表明先前信号的结束。接着在步骤74，微处理器56指示数据路径76上的载波代码生成器52在数据路径78上启动载波波形。微处理器68在步骤80指示数据路径70上的功率电平控制器64将功率电平设置成最大值。接着在步骤82、84和86，微处理器56指示数据路径88上的信号代码生成器54通过首先派送标识代码波形、然后派送数据字段代码波形、然后派送加密和/或CRC脉冲代码波形来启动信号波形，该加密和/或CRC脉冲代码波形然后由数字调制器60向数据路径90上的发射器17派送。接着在步骤92，微处理器启动测距循环并且在步骤94经由数据路径96取读存储于存储器68中的第一测距代码。利用第一测距代码，微处理器56在步骤98指示功率电平控制器64为测距段中的第一脉冲设置第一功率电平，该功率电平控制器又在步骤100调整在发射器输出的功率以形成测距段的串列中的第一脉冲。接着在步骤102，微处理器56增长计数并且在步骤104确定计数是否等于N（测距段中的脉冲数目）。如果为“否”，则微处理器56重复步骤72并且取读用于测距段中的下一脉冲的测距代码。然后重复步骤94至104直至测距段已经完全形成于发射器输出上，在这一点，发射器在步骤104停止波形并且终止信号，而且微处理器重复步骤72以实施表明信号结束的延迟。

并非必然但是强烈需要共同时钟58以保证当在接收器阵列16接收信号时在用于主要脉冲串的位完成（bit-up）时间之间并且因此在它们中携带的数据之间无不一致。如果未同步分别用于载波代码和信号代码生成器52和54的时钟，则接收的数据的不一致计数所引起的相邻抖动噪声可能出现于接收的主要脉冲串的时序中。这可能在测距测量中引起增加的“噪声”从而引起测距的减少准确性。使用同步时钟58减少这一所不希望的测距误差源（如果未消除的话）。

因此，测距代码根据测距算法来量化每个个别脉冲的功率电平。在一个例子中，为了递增测距代码，功率函数为R(x)=x，其中R(x)为功率电平，并且其中x为从零至N增加的脉冲编号并且N为最大功率电平以及测距代码的最后脉冲。类似地对于递减测距代码，功率函数为R(x)=N-x。在另一例子中，测距代码的非线性函数为功率函数R(x)=x^2/N作为渐增非线性测距代码并且R(x)=N*(1-(x/N)^2)作为渐减测距代码代码。交织测距代码的例子是在功率函数R(x)=x（如果x为偶数）、R(x)=N-x（如果x为奇数）的情况下。这后一个例子是将作为算法在处理器中计算的测距代码的例子。

在这一例子中，用于每个脉冲的测距代码存储于存储器68中。如下电子部件当前可用，这些电子部件可以被配置成将发送设备的功率数字设置为小型集成电路基板内的连串门控部件。这样的功率控制设备的例子是数字电阻器、具有数控增益的门控场效应晶体管（FET）、数模（DAC）设备等。功率电平控制器35在这一情况下可以使用测距代码并且将它存储于功率电平控制器的ROM内用于为设备即时设置功率。因此，功率电平控制器64将在信号发送期间设置信号发送器17的功率电平，其中每个设置对应于个别脉冲。通常，可用于功率电平设置的增量数目取决于为功率电平控制器64指定的位操作范围并且可以长如4位那样低至如10位那样高（范围从共计16个设置至1024个不同功率电平控制设置）。通过精确控制从恒定和受控功率调节器106流向发送器的电流或者电压，每个功率电平控制器设置转译成用于单个脉冲的发送信号强度设置。希望维持流向二极管的一致电流，从而功率调节器106可用于减少电池耗尽（可能原本改变发送器10相对于接收器12的精确校准范围设置）的影响。

如下各种电子电路方法可用，这些方法可以被配置成用作发送设备中的功率电平控制器。通常，功率电平控制器64为测距段42内的每个脉冲调整功率电平。使用这样的电子电路方法的设备的例子包括数模（DAC）芯片和数字电阻器芯片。根据为了调整个别脉冲的强度而需要的时间，电路必须能够在脉冲的关断周期期间处理数字指令从而允许数字功率在用于下一脉冲的下一接通周期期间可用。这样用于控制信号强度的硬件设备依赖于发送设备如何最好地变化信号强度（比如例如使用电压电平、电流电平或者二者）。

图8图示了作为阵列16中的接收器例子的三个接收器的更多细节。每个信号接收器12包括信号能量换能器110，该信号能量换能器接收包括报头和测距段的信号及其载波波形并且发射数字地表示该信号的对应连串辅助脉冲。这些辅助脉冲串又由低噪声放大器112接收，该低噪声放大器又与带通滤波器114通信。带通滤波器114工作用于隔离每个辅助脉冲串的值与载波波形。带通滤波器114又与自动增益控制器（AGC）116通信。AGC 116沿着通向放大器112的数据路径118与放大器112通信并且与比较器120通信。比较器120从阈值设置单元122接收阈值设置值并且比较来自AGC 116的消息以建立测距段中的在预定阈值以上的脉冲并且向数字输出单元124派送用于在预定阈值以上的每个脉冲的对应指令，该数字输出单元又在路径126上向微处理器128发射数字输出用于计数。阈值设置单元122可以被人工编程或者以别的方式通过另一控制器比如微处理器128或者通用计算机来计算。

微处理器128在图1中被更具体地示出并且包括信道处理器模块130、范围处理器模块132以及标识和位置处理器模块134。这些模块在这一情况下是在微处理器128内操作的子例程或者备选地可以由独立处理器或者在另一计算机系统中加以实现。

在这一情况下，信道处理器130被配置成在10至10,000KHz的频率在路径126上接收输入。在这一情况下，信号接收器12可能要求在如下“脉冲速率”或者频率发送信号的测距段中的脉冲，该脉冲速率或者频率允许信道处理器130无阻碍操作而无原本破坏接收的脉冲的杂散、干扰或者环境信号。AGC 116在数据路径118上通信以控制比较器120接收的值的增益并且在通常比脉冲速率更慢的速率操作以免因更低频率的脉冲速率而变更。实际上，AGC 116的作用在于适应信号的测距段的减少强度。减少的强度仅仅意味着在信号从信号发送器10辐射并且通过载波介质中的损耗时信号正损耗它的幅度，在信号发送器10与信号接收器12之间的间距越远，AGC 116提供的增益就越大。AGC 116应当相对于脉冲的接收速率相对慢地改变增益，从而AGC 116未变更测距操作本身。如果希望，则微处理器128可以被配置成控制AGC提供的增益。AGC 116与带通滤波器114一起工作，该带通滤波器仅允许辅助脉冲串以脉冲频率通过，因此滤除信号干扰和环境噪声。AGC 116因此在一个操作阶段中将仅允许1000KHz脉冲从接收器的信号能量换能器110穿过。AGC 116可以具有其它操作阶段，在这些阶段中其它频率的脉冲可以穿过（包括指定频率或者指定频率范围的那些脉冲）。广而言之，辅助脉冲串接收为数字并且表示为用足够的如下灵敏度接收和处理的脉冲串代码，该灵敏度允许接收器/发送器组合在超过10米范围的长程内操作并且实质上无环境IR干扰。例如，作为信号能量换能器110来操作的数字IR接收器二极管将操作用于锁定到发送的IR脉冲上以允许二极管的AGC 116保持设置于带通滤波器的周期内从而允许数字脉冲接收不受中断或者破坏。

对于从信号发送器10发送的测距段同样重要的是信号接收器12允许对测距段内个别脉冲的检测的可编程阈值。接收器12在这一例子中在接收脉冲强度低于阈值功率电平的脉冲时处于关断状态。接收器12被配置成检测发送的脉冲并且在脉冲的强度超过阈值功率电平时转向接通状态。理想地，功率电平在串列中的脉冲内的变化被配置成与由于在发送器与接收器之间的范围增加所致的功率损耗成比例。否则，应当选择如下功率范围，该功率范围超过由于范围改变所致的功率损耗。在这一情形中，可以数学上仅需一个校准步骤以在可用功率电平和编程阈值给定时选择适当范围。

因此，在一个示例实施例中，测距段42提供脉冲序列、比如在44、46或者48所示的那些脉冲序列。在递增或者上斜序列44的情况下，在每个主要脉冲串开始时，功率电平控制器64起初设置成最小功率设置。这引起最小量的电功率流过信号发送器10，因此发送器10正以它的最小信号强度发送能量。在主要信号脉冲串的每个关断周期，功率电平控制器64被递增如下值，该值引起发送器功率逐渐递增增加直至它达到最大功率。在发送器的最小与最大信号强度或者亮度之间的某一时间，接收器12接通并且开始接收主要脉冲并且将它们转换整形成一个或者多个数字消息的对应连串辅助脉冲。微处理器128然后对测距段中的数字消息进行计数，并且这一计数与在发送器10与接收器12之间的范围18成反比，也就是说，计数越小，信号向接收器12行进的间距就越大。

在阵列16中有多个接收器12的情况下，用于每个接收器12的AGC 116由共同控制功能控制。在这一情况下，用于每个个别接收器12的个别AGC 116将不独立于其它每个地调整。这将意味着在接收器12上均匀地施加针对信号损耗的增益调整以减轻如下可能性：一些接收器12错误地标识“增益的”脉冲信号在预定阈值以上，同时接收相同脉冲串（但是在这一情况下未被增益）的另一接收器认为相同脉冲在阈值以下从而造成如果已经一致地调整AGC则原本不会出现的不同计数和不同范围。因此可以明显减少基于测距的位置计算的误差，因为接收器在这一情况下可重复地并且相互一致地操作。这样的多要素AGC因此可以允许阵列在长程内并且在存在外部干扰时操作。

在信号接收器12，测距段42中的脉冲的可变强度意味着信号接收器12可能直至达到阈值136才激活以接收脉冲用于计数。如果信号接收器（在关断时）处于一致初始状态（例如具有高AGC 116设置），则有将触发接收器接通状态的一致阈值136。这通常随着发送器的信号强度而变化。然而，数字二极管中的AGC 116的一致状态可能在一些情况下需要更低（或者更高）脉冲占空比以保持它稳定或者需要电路中的人工设置以免随着环境光或者其它影响而变化。在这一情况下，在138、140、142以如由接收器接收的形式示出了递增、递减和随机脉冲序列。

可以配置用于这里的示例实施例的接收器电路部件目前可用。例如，来自Vishay Electronics的TSOP7000针对455KHz的IR发送脉冲串数字地操作，并且各种无线电设备（比如来自Analog Devices的AD8302 Log-amp检测器）将作为用于在1KHz至3GHz内的任何频率的无线电脉冲串的宽带无线电接收器来操作。标准IRDA模块具有内置AGC能力并且允许以上至4MHz进行脉冲发送和接收以允许很快速和准确的测距应用。这些设备可以被配置成接收辅助脉冲串信号的连串或者序列以估计不同介质中的测距。

在示例实施例中，如图9A中所示，示出了被范围18分离的信号发送器元件10和信号接收器12。信号接收器被配置成基于从信号发送器电路接收的信号14来计算范围18。这一范围基于在信号发送器与信号接收器之间的恒定和固定角度。类似地，在图9B中，信号接收器10被配置成假如有固定范围则基于信号14来计算角度146。在图9C中，信号发送器10被配置成发送信号14以从反射障碍物144反射并且由信号接收器12接收，从而可以计算范围18（假设在信号发送器10与信号接收器12之间的角度146恒定和固定）。在图9D中，信号14从障碍物144反射并且由信号接收器12接收，从而角度146可以由信号接收器12计算（假设在信号发送器10与信号接收器12之间的范围恒定和固定）。在图9C和9D中，隔离障碍物148放置于信号发送器10与信号接收器12之间以减少其间短程串扰。也在图9C和9D中，信号发送器和信号接收器可以在提供发送器和接收器这二者的功能的共同电路中能操作。

在另一示例实施例中，可以执行不同类型的如下序列，功率电平控制器64可以变化这些序列以创建与范围成比例的所需接收器计数。通常，根据接收器的数字处理步进而需要上斜或者下斜序列。对于发送器，上斜功率序列44更佳，因为接收器电路在上斜周期期间未滞后、它在上斜期间也未变更AGC 116设置。下斜序列46通常可以变更AGC 116设置，因为如果接收的信号减弱从而在微处理器128中引起不一致的脉冲计数则AGC 116可以尝试保持锁定。如果代替地使用递减功率控制分布46，则接收器12可以接收数字脉冲、但是在功率斜波减弱信号（见图4）时关断。通常，如果使用递减功率序列46，则AGC 116设置成固定操作。适合于功率电平控制器64的多数数字设备也可以更好地适于递增或者递减，因为有比把整个新功率设置写入它的ROM更短的用于针对递增/递减操作数字地切换门的时间。换而言之，ROM一次存储用于每个脉冲的一个功率设置并且针对每个后续脉冲加以更新。

作为另一示例实施例，功率电平或者功率控制分布可以使用既不渐增也不渐减的不与斜波44、46类似的数字功率序列。这一功率控制分布可以在这一情况下为图案化或者随机的功率控制代码48，从而在测距段42（见图6）中表示数字功率控制的所有所需值。这样的功率代码包含如例如在斜波代码中发现的、但是排序不同的所有唯一功率控制设置。这一分布的效果在于接收器仅接收所有功率设置的子集并且因此接收器脉冲计数为始发信号中的脉冲的子集。接收器的计数仍然与在发送器与接收器之间的范围18成比例。可以使用随机或者伪随机代码。也可以使用公式或者算法表示的代码。功率分布的这一序列可以针对每个后续信号为用于每个测距时段42的随机或者图案化代码。可能的是代码图案42至48可以对于每个相继测距段或者时段42而不同（假设接收器将图案化的代码恰当地解码成与范围一致的计数）。

在示例实施例中，使用随机或者图案化的功率控制代码48的原因在于去除或者平均掉接收器单元中的偏置误差。接收器电路可能往往“记住”先前周期（也就是促成紧接先前脉冲的周期）的功率分布例如作为偏置的AGC 116设置或者作为信号能量换能器或者光传感器电路中的更高电容。也在使用光脉冲时，以数字接收器二极管形式的信号能量换能器具有相对快的切换速度并且可以无需AGC 116，在该情况下对于以发送二极管形式的发射器而言可能需要随机功率设置48的序列以偏移来自最后脉冲周期的任何游移电荷。这将允许功率设置不遵循接收二极管可以容易适应的已知序列。在这一配置中，仍然将脉冲串中的接收脉冲计数为数字输出脉冲，并且求和与信号强度并且因此与范围成比例。缺点在于功率控制设备不能如可以递增或者递减数字控制值那样快地将它们写入到ROM。

有各种类型的使用上述单个发送器和（一个或多个）接收器组合的可能设备配置，包括：

1）单个发送器10向测量信号强度和范围的单个信号接收器12发送信号14；

2）单个发送器10向两个信号接收器12的阵列16发送信号14以确定在两个信号接收器12之间的间隔关系。这是2维定位方法；

3）单个发送器10向三个或者更多信号接收器12的阵列16（比如信号接收器12的对称阵列配置）发送信号14。这根据信号接收器12的定向可以是2维或者3维定位方法；

4）单个发送器10向多个信号接收器12的阵列16发送信号14以允许发送器范围的最小平方拟合并且布置为分布60（图10）以推断发送分布60的曲率角度、因此推断到达角度和位置；

5）单个发送器10向信号接收器12的至少两个阵列4发送信号14，这允许对发送设备10的空间功率分布进行拟合的最小平方求解以在三维中确定发送设备的角度定向并且因此允许除了在每个所述信号接收器12的测距测量18之外还使用曲率分布150（图10）以推断发送器10的位置。

在示例实施例中，可以通过确定从单个发送器10到多个信号接收器12的多个范围并且因此拟合这些范围的表面而且使用曲率分布150以确定设备位置来将角度定向表达为将为发送器10确定的仰角和首向（heading）角。

在示例实施例中，可以基于使用对具有多个信道的范围结果的多接收器阵列处理来实施定向角度估计方法。例如来自多个信道的范围18的输出，其中每个信道从多个接收器（比如在3x3（9个传感器）阵列或者4x4（16个传感器）阵列中）之一接收输出。输出结果可以用来呈现3x3阵列图像或者4x4阵列图像，该阵列图像表示在发送器10与阵列16（在这一情况下提供平面阵列）之间的估计范围。通过测距数据点（具有传感器在阵列上的实际位置的坐标）拟合表面曲率分布150，可以计算针对发送器的照射波瓣分布的估计，如图10所示。根据传感器阵列的尺寸，可以针对角度估计（包括对发送器的XYZ坐标的更精确计算）获得更大准确性。在图10中描绘了角度定向估计方法和装置的例子。

在例子实施例中，单个发送器10可以与多个发送器17一起用来如图11中所示的那样确定设备在3维中的定向。使用从一个发送器10通过复用器160复用的并且各自可由发送的发送报头34和数据字段38中的代码36标识的三个相异发送器17，多个发送器17可以与内置于发送设备的处理器56中的轮循算法（round-robin algorithm）复用或者使用无线控制器162来激活，该无线控制器指示发送器10向三个单独发送器17之一独立地发送。在接收器阵列16，在3维空间中对每个独立发送器10进行定位和跟踪。如果三个相异发送器元件17的坐标可用，则可以在3维空间中对发送器10准确地定位、也可以确定定向角度（滚转、俯仰和偏转）。然而如果单个发送器元件17未存在，则处理计算机可以运用算法以基于以往或者邻近数据来估计所述发送器元件的位置。计算机算法可以通过估计未知发送器元件的位置（已知它在其它两个发送器元件17的邻域内）来“纠正”计算中的异常。针对具有三个信号发射器17的单个发送器10在图11中描绘了这一设备定位方法的例子（也示出了多点图像或者图标24在显示单元22上的3维表现）。

在示例实施例中，例如如图3中所示，单个发送器10可以用来计算与处于房间周围墙壁上的多个阵列16的范围。这些范围可以用来形成如下三角测量或者三边测量求解，该求解使用三个范围中的表示三个圆形表面交线的最小范围。如果更多范围可用，则最小平方求解可以用来确定发送器10的XYZ坐标。这一方法类似于全球定位系统（GPS）方法，但是代替地在短程信号环境中确定伪范围。如果范围测量由于对功率控制方法和代码的选择而偏置，则伪范围和偏置估计算法可以用来提高定位准确性。

在示例实施例中，可以运用一种用于确定精确性稀释（在GPS计算中使用的原理）的方法。这基于多个传感器处理信道从而允许超定发送器的求解。例如，如果使用2x2阵列，则有用于确定唯一XYZ坐标计算的四个方程，其中仅三个未知值可用。因此，使用额外方程允许计算与可用求解的不确定性或者超定性质有关的求解稀释测量。因此例如，如果部分地遮蔽或者阻塞一个传感器，则结果将引起计算不准确的最小平方求解。将测量这一求解结果为精确性稀释的求解，并且将在可接受度阈值以外测量不确定性、因此允许忽略求解。精确性稀释在GPS位置测量中是普遍的并且通常例如是基于都市峡谷中卫星信号的高多径衰落或者损耗的不良计算的结果。

尽管这里已经仅讨论示例实施例的各种特征和部件的具体组合，但是本领域技术人员将清楚可以如希望的那样利用公开的特征和部件的所需子集和/或这些特征和部件的替代组合。例如将强调并未具体限制并且可以用任何希望的方式针对任何给定应用来选择和构造发送器设备10和信号接收器12的配置和数量。因此，在仅希望确定单个物体在单个平面中的位置的情况下，阵列可以限于与附接到该单个物体的一个发送器设备10交互（或者从该发送器设备接收信号）的两个接收器单元12（经由有线接口连接到两个单信道处理器）。对照而言，在希望跟踪多个物体在三维空间中的位置和/或移动的情况下，则阵列可以由配置成与多个发送器设备10（每个附接到它自己的物体）交互的多个信号接收器12（每个可以耦合到相应信道处理器）组成。使用处理器中的适当编程逻辑，可以基于到每个接收器的不同范围来计算方向。例如在具有一个发送器17和两个信号接收器12的配置中并且将R1和R2表明为从一个发送器到每个相应接收器的反射范围，如果R1大于R2则处理器可以切换成“接通”状态；否则，如果R2大于R1则切换成“关断”。例如，邻近光开关或者有向光开关或者任何其它两个状态开关装置可以运用这一配置。

本领域技术人员现在应当清楚可以在广泛多种现实应用中使用这里的教导。图12A和12B图示了以鼠标172和指示设备174的形式的示例实施例。在另一示例实施例中，图13图示了可以作为用于计算机应用的人类接口设备来利用的手势接口170取代图12A和12B的鼠标和指示设备并且可能取代甚至对计算机键盘的需要，因为在连接到手势接口170的计算机系统上使用的软件可以被编程为响应于可以表示计算机键盘上的键的复杂范围的手势。以这一方式，手势接口170可以模仿实际计算机键盘。基于IR的手势识别设备将通常涉及到IR发射器在中间的接收器阵列从而允许通过IR反射的组合将手势确定为接收器阵列记录的基于范围的唯一空间或者时间图案。从人手直观识别的手势的例子为“推”、“拿”、“张开”和“挥舞”（任何方向）。微处理器可以识别唯一图案并且将它们显示于计算机屏幕上或者执行表示动作。

也设想发送设备（比如发送设备10和发射器17）可以固定而接收器12的阵列可以移动和/或由用户佩戴或者携带。这样的配置可以用来允许用户获得用于移动显示器的精确定位信息从而例如允许向游戏设备的交互输入并且反之亦然。作为另一例子，接收器12的阵列可以装配于个人携带的个人数字助理（或者其它便携计算设备）上。同时，多个发送设备10可以装配于整个购物中心。在用户漫步于购物中心时，个人数字助理可以向用户提供精确映射信息从而向用户确切地表明用户位于购物中心内何处。本领域技术人员现在将想到其它具有移动接收器12的应用。现在也应当清楚可以存在其中发送设备10和接收器12的阵列均为移动的应用。

在另一示例实施例中，可以配置发送设备10的阵列和接收器12的阵列16使得在至少一个操作模式中每个阵列旨在相对于另一阵列固定，其中与系统关联的计算设备被配置成检测在固定关系下的任何移动是否出现。例如这样的系统可以用于防盗报警系统中，其中发送设备10附接到门和窗并且接收器12的阵列16附接到与发送设备邻近的墙壁30或者其它静止固定装置。当“武装”防盗报警系统时，可以检测门或者窗的移动并且提供该移动作为用于激活报警的信号。

图3中的接收器12的配置描绘了接收器12的三维立方体。这样的接收器12配置可以用于建筑物的一个或者多个房间中。在房间内活动的发送器10然后可以附接到物体（或者个人）以跟踪它们在房间（或者如果如此配备建筑物则在整个建筑物）内的位置。在这一例子中，显示单元可以替换为保持对那些物体位于该房间中何处的跟踪的计算机跟踪软件。这一具体系统可以复制于建筑物的每个房间中，并且其中建筑物中的接收器12的每个阵列16有线或者无线链接在一起，由此提供一种用于跟踪物体（或者个人）在它们在整个房间或者建筑物内移动时的位置的手段。例如，整个购物中心可以配有接收器12的多个阵列16并且个人消费者配备有发送设备10，由此提供一种用于跟踪具体个人的移动并且由此跟踪所述个人的购物模式的手段。

在示例实施例中，也设想可以在报头段34中对能与接收器单元12的多个不同阵列一起操作的每个发送设备10唯一地进行编码，由此提供一种用于在集中或者主控数据库中跟踪每个个别发送设备10的手段。这样的唯一编码可以包括加密或者其它安全措施以允许恰当地认证它们以与对应接收器单元12一起操作。

对于示例实施例，也设想这里的教导可以应用于外科手术。例如，发送设备10可以附接到外科仪器或者可植入医疗设备以及附接到在患者内的各种生物地标。与操作部位邻近的接收器12的阵列然后可以连接到计算设备以给出与外科仪器或者医疗设备相对于生物部位位于何处有关的数据。例如，小型无线电发送器设备10（或者多个这样的设备）可以附接于动脉中的阻塞点。第二发送器设备10（或者多个这样的设备）可以附接到将在阻塞点植入的支架。在插入支架期间，接收器单元12的阵列可以与支架和阻塞点通信以保证支架的恰当定位。

另一示例实施例包括有向光开关和调光器装置。使用附接于两个信号接收器12之间的发送设备10使得发射的信号以一个信号接收器在另一信号接收器之前接收低范围反射这样的方式从移动物体反射，这允许确定有向物体运动。微处理器可以运用适当检测逻辑以基于一个有向移动来确定接通状态而将关断状态确定为相反有向移动。对光强度的调光例如可以基于在开关处于接通状态时同时使用两个接收器的范围测量。

这里的各种示例实施例中的另一适用性例子为工业机器人领域。组装线上的个别机器人可以配有通常位于可以移动的机器人上的各点的多个发送设备10。与机器人邻近的接收器单元12的阵列和关联处理电子器件然后可以用绝对项高精确性地确定机器人位于何处。然后可以反馈这一位置数据以保证在用来移动机器人的软件和机器中实现对机器人的精确定位并且由此规避依赖于通过测量控制机器人的伺服马达的匝数来实现的相对定位确定的限制。

这里的各种示例实施例中的另一适用性例子为高尔夫球摆动分析领域。在图14中的176所示的高尔夫球“席垫”可以配有用于发射从高尔夫球球棒底部反射的信号的发送设备10，从而反射信号由接收单元12的适当阵列接收。反射路径被测量并且用来确定球棒底部的位置，因此可以计算球棒底部路径从而向打高尔夫球者产生用于摆动练习目的有用信息。待辨认的有用信息为球棒摆动速度（通常上至100MPH）、相对于中心线的对准和摆动弧相对于位于席垫区域中的高尔夫球的高度。范围捕获速度必须上至每秒10,000个样本以准确地捕获快速高尔夫球摆动用于分析目的。

这里的各种示例各种实施例的另一适用性例子是新兴的沉浸现实领域，其中用户配备有虚拟现实显示头盔、然后配备有一个或者多个手势接口170并且这样可以使用如图14中所示的6DOF控制器180。在用户具有附接到所有四肢和手指的发送设备10的情况下，将接收器单元12的阵列与虚拟现实显示头盔互连的计算设备可以向用户呈现沉浸现实体验。

图16示出了示例实施例可以实现于其上的通用计算机系统190。通用计算机系统包括信息中继模块192。在一些实施例中，信息中继模块192包括用于经由声卡218提供可听提示的模块，比如扬声器。在一些实施例中，信息中继模块包括具有显示屏幕196的显示设备或者模块194。显示设备的例子是阴极射线管（CRT）设备、液晶显示器（LCD）设备等。通用计算机系统也可以具有其它附加输出设备比如打印机。机柜198容纳通用计算机系统的附加基本部件，比如微处理器、存储器和盘驱动。在通用计算机系统中，微处理器是任何商业可用处理器，来自Intel的x86处理器和来自Motorola的680X0系列是所述商业可用处理器的例子。许多其它微处理器是可能的。通用计算机系统可以是单个处理器系统或者可以在单个系统上或者通过网络使用两个或者更多处理器。微处理器将如下易失性存储器用于它的工作，该易失性存储器是随机存取存储器比如动态随机存取存储器（DRAM）或者静态存储器（SRAM）。盘驱动是通用计算机系统使用的持久存储介质。这一持久存储器可以是磁盘、闪存和磁带。这一存储器可以是可拆卸的（比如软盘）或者持久的（比如硬盘）。除此之外，机柜198也可以容纳比如光盘只读存储器（CD-ROM）驱动、声卡、视频卡等的其它附加部件。通用计算机系统也可以包括各种输入设备，比如例如键盘200和鼠标202。键盘和鼠标可以通过有线或者无线链路而连接到通用计算机系统。鼠标202可以是两个按钮的鼠标、三个按钮的鼠标或者滚动鼠标。除了所述输入设备之外，还可以有比如光笔、跟踪球等的其它输入设备。微处理器被配置成执行用于通用计算机系统的基本工作的、称为操作系统的程序。操作系统的例子为UNIX^TM、WINDOWS^TM和OS X^TM。这些操作系统向各种程序分配计算机系统资源并且帮助用户与系统交互。应当理解本公开内容并不限于任何包括计算机系统或者在计算机系统上运行的软件的具体硬件。

图17示出了图15的通用计算机系统的内部结构。通用计算机系统190包括借助系统总线204互连的各种子系统。微处理器206与其它子系统通信并且控制这些子系统的工作。存储器208通过在微处理器执行期间存储指令和数据来在微处理器的工作中帮助处理器。固定驱动210用来保持性质上持久的数据和指令，比如操作系统和其它程序。显示器适配器212用作系统总线与一般为监视器的显示设备194之间的接口。网络接口214用来通过有线或者无线手段将计算机与网络上的其它计算机连接。系统连接到各种输入设备（比如键盘200和鼠标202）和输出设备（比如打印机216或者扬声器）。这些子系统的各种配置是可能的。也应当注意一种实施示例实施例的系统可以使用数目比上述更少或者更多的子系统。显示结果的计算机屏幕也可以是与包含部件（比如数据库和上述其它模块）的计算机系统不同的单独计算机系统。

也提供如下文描述的其它示例实施例：

在示例实施例中，提供一种信号发送设备，该信号发送设备用于传达用于在确定在发信号（signaling）设备与远程位置之间的间距时使用的信号，该信号发送设备包括能操作用于发送脉冲串列的源发送器，所述脉冲串列形成表示消息的数据流，所述数据流包括连串报头脉冲，这些报头脉冲具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度，该连串报头脉冲具有与消息的预定报头段对应的图案，该数据流包括表示消息的主体段的连串主体脉冲，这些主体脉冲包括与报头脉冲共同的载波频率，每个主体脉冲具有脉冲强度，该脉冲强度以预定脉冲强度图案在连串主体脉冲上变化。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器能操作用于生成脉冲强度渐增的连串主体脉冲。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器能操作用于生成脉冲强度渐减的连串主体脉冲。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器能操作用于生成脉冲强度随着连串中的脉冲而变化的连串主体脉冲。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器能操作用于生成脉冲强度根据固定或者可变图案随着连串中的脉冲而变化的连串主体脉冲。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器能操作用于生成脉冲强度根据预定算法随着连串中的脉冲而变化的连串主体脉冲。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器能用包括近红外线、远红外线、可见光、激光、紫外线、高频无线电、超声及其组合和调制的载波频率操作。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器能操作用于以如下脉冲速度递送连串报头和主体脉冲，所述脉冲速度的范围对于在可见光或者红外线载波频率发送的脉冲而言从10至10,000KHz、对于在无线电载波频率发送的脉冲而言从100KHz至10GHz并且对于在超声载波频率发送的脉冲而言从10Hz至100KHz。

在示例实施例中，提供如限定的设备，报头段包括唯一标识，该唯一标识包括向源发送器分配的一个或者多个唯一数据字段代码字。

在示例实施例中，提供如限定的设备，其中信号能由至少一个报头或者数据字段标识代码、操作数据字段、时间同步数据代码和/或测距代码标识。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号包括信号测距代码，其中脉冲图案的不同版本能使用在包括实际数据代码的序列中变化的可变辐射信号强度来标识。

在示例实施例中，提供如限定的设备，其中发送器附接到指示设备，并且电子电路与输入设备耦合，该输入设备与具有显示设备的个人计算机在操作上关联，并且使得指示设备能操作用于移动显示设备上的光标。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器包括用于生成载波波形的载波代码生成器、用于生成信号波形的信号代码生成器。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器被配置成生成信号波形，该信号波形一起或者接连包括标识代码波形和数据字段代码波形。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器被配置成生成加密波形。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器被配置成生成信号波形，该信号波形一起或者接连包括标识代码波形、数据字段代码波形和/或加密波形。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器被配置成生成测距段波形。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器被配置成生成信号波形，该信号波形一起或者接连包括标识代码波形、数据字段代码波形、加密波形和/或测距段波形。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器被配置成生成信号波形。

在示例实施例中，提供如限定的设备，还包括处理器，该处理器被配置成控制根据功率函数R(x)=x生成包括测距段波形的信号波形，其中R(x)为功率电平，并且其中x为从零至N增加的脉冲编号，并且N为最大功率电平。

在示例实施例中，提供如限定的设备，还包括处理器，该处理器被配置成控制根据功率函数R(x)=N-x生成包括测距段波形的信号波形，其中R(x)为功率电平，并且其中x为从零至N增加的脉冲编号，并且N为最大功率电平。

在示例实施例中，提供如限定的设备，还包括处理器，该处理器被配置成控制根据作为增加和/或减小的、非线性和/或线性测距代码的功率函数R(x)或者根据算法生成包括测距段波形的信号波形，该算法执行一个或者多个子例程以选择或者标识测距段波形的要素。

在示例实施例中，提供如限定的设备，处理器与功率电平控制器通信，载波代码生成器、信号代码生成器和功率电平控制器与用于发射信号的发射器通信。

在示例实施例中，提供如限定的设备，功率电平控制器被配置成根据从处理器接收的指令为测距段中的每个脉冲设置对应功率电平。

在示例实施例中，提供如限定的设备，还包括用于存储R(x)的值的存储器，这些值能由处理器和/或功率电平控制器存取。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号包括用于接收幅度信息的信号强度代码、用于确定发送设备的标识的发送器检测器代码、用于确定与发送设备相应的无线电信号中嵌入的任何具体数据的数据信号提取器代码。

在示例实施例中，提供如限定的设备，源发送器包括由信号调制器互连的电源、信号强度代码生成器、载波代码生成器；发送器设备还包括用于对从信号调制器输出的波形进行整形的脉冲整形模块；发送器设备还包括连接到脉冲整形调制器的输出用于输出信号的波发射器。

在示例实施例中，提供如限定的设备，波发射器包括红外线或者发光二极管、激光发射器、无线电天线和/或压电耦合器。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器耦合到微处理器。

在示例实施例中，提供如限定的设备，信号代码生成器还包括开关，该开关用于在开关被激活时将信号强度代码选择性地改变成另一代码。

在示例实施例中，提供如限定的设备，其中发送器设备并入于光开关、包括鼠标的计算机接口、倾斜-操纵杆、指示器控制器、六个自由度接口或者手势接口中。

在示例实施例中，提供如限定的设备，其中发送器并入于外科仪器中。

在示例实施例中，提供如限定的设备，其中发送器并入于工业机器人、高尔夫球席垫或者速度测量设备中。

在示例实施例中，提供一种信号接收设备，该信号接收设备用于从信号发送设备接收用于确定远程位置相对于源位置的位置和/或范围的信号，该信号接收设备包括被定位于远程位置的接收器，该接收器能操作用于接收信号，该信号包括形成数据流的脉冲串列，该数据流表示消息，该脉冲串列包括连串报头脉冲和连串主体脉冲，这些报头脉冲具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度，该连串报头脉冲具有与消息的预定报头段对应的图案，这些主体脉冲具有与报头脉冲共同的载波频率并且表示消息的主体段，每个主体脉冲具有脉冲强度，该脉冲强度以预定脉冲强度图案在连串主体脉冲上变化，接收器能操作用于标识脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲。

在示例实施例中，提供如限定的设备，接收器能操作用于对脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲进行计数，该计数表明位置和/或范围。

在示例实施例中，提供一种用于在信号发送器与信号接收器之间的测距系统，该系统包括：

- 信号发送器，能操作用于发送具有脉冲串列的测距信号，该脉冲串列形成表示测距消息的数据流，该数据流包括具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度的连串报头脉冲，该连串报头脉冲具有与消息的预定报头段对应的图案，该数据流包括表示消息的主体段的连串主体脉冲，这些主体脉冲具有与报头脉冲共同的载波频率，每个主体脉冲具有脉冲强度，该脉冲强度以预定脉冲强度图案在连串主体脉冲上变化，

- 一个或者多个将位于所述远程位置的信号接收器，该接收器能操作用于接收脉冲串列；

- 一个或者多个信号处理器，能操作用于与接收器通信以标识脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲并且将脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲与范围值关联。

在一个示例实施例中，提供一种用于在信号发送器与信号接收器之间的测距系统，该系统包括：

- 多个信号发送器，每个能操作用于发送具有对应脉冲串列的测距信号，该脉冲串列形成表示测距消息的数据流，该数据流包括具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度的连串报头脉冲，该连串报头脉冲具有与消息的预定报头段对应的图案，每个报头段包括表示对应信号发送器的标识的数据，该数据流包括表示消息的主体段的连串主体脉冲，这些主体脉冲具有与报头脉冲共同的载波频率，每个主体脉冲具有脉冲强度，该脉冲强度以预定脉冲强度图案在连串主体脉冲上变化，

- 一个或者多个将位于所述远程位置处或者附近的信号接收器，该接收器能操作用于接收脉冲串列；

在示例实施例中，提供如限定的系统，一个或者多个信号处理器能操作用于对脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲进行计数，该计数值表示范围值。

在示例实施例中，提供如限定的系统，信号发送器包括第一信号发送器，一个或者多个接收器包括定位成与第一信号发送器邻近的第一接收器和定位成与第一信号发送器远离的第二接收器，第一接收器实现比第二接收器更高的计数值。

在示例实施例中，提供如限定的系统，信号发送器包括第一信号发送器，一个或者多个接收器包括用于生成第一计数值的第一接收器，第一接收器计数值随着在第一信号发送器与第一接收器之间的间距增加而减少。

在示例实施例中，提供如限定的系统，信号发送器包括各自配置成发送相应第一和第二测距信号的第一发送器和第二发送器，每个测距信号包括唯一报头段，一个或者多个信号接收器包括第一接收器和第二接收器，至少一个信号处理器能操作用于与第一接收器通信以将来自第一发送器的脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲与第一范围值关联，第二信号处理器能操作用于与第二接收器通信以将来自第二发送器的脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲与第二范围值关联。

在示例实施例中，提供如限定的系统，信号处理器包括与第一接收器通信的第一信号处理器和与第二处理器通信的第二信号处理器。

在示例实施例中，提供如限定的系统，还包括在信号发送器与信号接收器之间的至少一个反射表面，并且对于每个信号接收器，对应范围值与在信号发送器与反射表面之间的间距加上在反射表面与接收器之间的间距有关。

在示例实施例中，提供如限定的系统，提供一种在源位置与远程位置之间的测距方法，该方法包括：

- 从每个源位置发出形成数据流的脉冲串列，该数据流表示消息并且包括具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度的连串报头脉冲，该连串报头脉冲具有与消息的预定报头段对应的图案，该数据流包括表示消息的主体段的连串主体脉冲，这些主体脉冲具有与报头脉冲共同的载波频率，每个主体脉冲具有脉冲强度，该脉冲强度以预定脉冲强度图案在连串主体脉冲上变化；

- 在远程位置接收脉冲串列；

- 标识脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲；并且

- 将在预定主体脉冲强度阈值以上的脉冲串列与在源位置与远程位置之间的范围值关联。

在示例实施例中，提供如限定的系统，提供一种在多个源位置与多个远程位置之间的测距方法，该方法包括：

- 从每个源位置发出包括脉冲串列的测距信号，该脉冲串列形成数据流，该数据流表示测距消息并且包括连串报头脉冲，这些报头脉冲具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度，该连串报头脉冲具有与消息的预定报头段对应并且为源位置所特有的图案，该数据流包括表示消息的主体段的连串主体脉冲，这些主体脉冲具有与报头脉冲共同的载波频率，每个主体脉冲具有脉冲强度，该脉冲强度以预定脉冲强度图案在连串主体脉冲上变化；

- 在每个远程位置接收测距信号；

- 在每个测距信号中标识脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲；并且

- 针对每个测距信号将在预定主体脉冲强度阈值以上的脉冲串列与在相应源位置与远程位置之间的范围值关联。

在示例实施例中，提供一种用于感测位置的系统，该系统包括：发送器，能操作用于发送包括脉冲串列的信号，这些脉冲的脉冲强度沿着串列变化以形成脉冲图案；多个接收器，相对于发送器为间隔关系并且相互为间隔关系，每个接收器能操作用于根据接收器相对于发送器的位置来接收具有脉冲图案的不同版本的信号；以及电子电路，耦合到接收器并且能操作用于基于每个接收器接收的脉冲图案的对应版本的比较来确定发送器的位置。

在示例实施例中，提供如限定的系统，还包括至少一个附加发送器，每个发送器能操作用于发送具有唯一标识的信号，该电子电路还能操作用于基于唯一标识来区别每个发送器与其它发送器，该电子电路还能操作用于基本上同时确定每个发送设备的位置。

在示例实施例中，提供如限定的系统，每个接收器包括波能量输入设备，该波能量输入设备与其它接收器的每个波能量输入设备间隔一段与信号的波长独立的间距。

在示例实施例中，提供如限定的系统，信号基于预定脉冲强度编码方案和/或预定脉冲编码方案。

在示例实施例中，提供如限定的系统，信号包括一组或者多组脉冲。

在示例实施例中，提供如限定的系统，唯一标识包括向每个发送器分配的一个或者多个唯一数据字段代码字。

在示例实施例中，提供如限定的系统，其中信号能由至少一个报头或者数据字段标识代码、操作数据字段、时间同步数据代码和/或测距代码标识。

在示例实施例中，提供如限定的系统，信号包括信号测距代码，其中脉冲图案的不同版本能使用在包括实际数据代码的序列中变化的可变辐射信号强度来标识。

在示例实施例中，提供如限定的系统，其中发送器附接到指示设备，并且电子电路与输入设备耦合，该输入设备与具有显示设备的个人计算机在操作上关联，并且使得指示设备能操作用于移动显示设备上的光标。

在示例实施例中，提供如限定的系统，其中指示设备包括用于用户激励的至少一个按钮，并且信号基于直接可用、编码到和/或调制于报头中的信息。

在示例实施例中，提供如限定的系统，发送器设备包括电源，该电源包括至少一个电池、太阳能电池和/或线圈。

在示例实施例中，提供如限定的系统，线圈能操作用于从与电源邻近辐射的EM供电场接收能量。

在示例实施例中，提供如限定的系统，线圈能操作用于通过机械运动从磁场感应电能。

在示例实施例中，该系统包括两个接收器，并且位置表达为单维中的变化和范围。

在示例实施例中，提供一种系统，其中至少一个发送器和至少一个接收器在操作期间保持固定用于自校准目的。

在示例实施例中，提供一种系统，该系统包括在第一三角分组中布置的至少三个接收器和在第二分组中分组的至少三个接收器，电子电路能操作用于从第一分组接收第一输入并且还能操作用于从第二分组接收第二输入，这些分组仅共有接收器之一，该电子电路还能操作用于基于第一输入与第二输入的比较来确定发送器的范围和至少二维位置。

在示例实施例中，提供一种系统，该系统包括在矩形格式中布置的至少四个接收器单元，电子电路能操作用于从各自为两个接收器的相应四对中接收四个单独输入，该电子电路还能操作用于基于单独输入的比较来确定发送设备的三维位置。

在示例实施例中，提供一种系统，其中矩形格式为在计算机显示器的周界周围布置的平面。

在示例实施例中，提供一种系统，该系统包括在立方体中布置的至少八个接收器单元，电子电路能操作用于从两组中的八个接收器单元的相应八对中接收八个单独输入，该电子电路还能操作用于基于单独输入的比较来确定发送设备相对于立方体的三维位置。

在示例实施例中，提供一种系统，电子电路至少包括连接到接收器的多信道处理器、连接到多信道处理器的检测器和位置计算器以及用于向能附接到输出设备的电子外设呈现位置的输出设备。

在示例实施例中，提供一种系统，电子外设为通用计算机和显示设备，通用计算机被配置成在显示设备上呈现位置的表示。

在示例实施例中，提供一种系统，多信道处理器包括耦合到接收器单元以从其接收输入的数字信号接收器，信道处理器还包括检测器、带通滤波器、自动增益控制器和/或阈值可编程比较器；信道处理器还包括用于根据接收的数字信号确定脉冲计数信息并且用于输出脉冲计数信息的信号强度数据计算器。

在示例实施例中，提供一种系统，信号包括用于接收幅度信息的信号强度代码、用于确定发送设备的标识的发送器检测器代码、用于确定与发送设备相应的无线电信号中嵌入的任何具体数据的数据信号提取器代码。

在示例实施例中，提供一种系统，发送器包括由信号调制器互连的电源、信号强度代码生成器、载波代码生成器；发送器设备还包括用于对从信号调制器输出的波形进行整形的脉冲整形模块；发送器设备还包括连接到脉冲整形调制器的输出用于输出信号的波发射器。

在示例实施例中，提供一种系统，波发射器包括红外线或者发光二极管、激光发射器、无线电天线和/或压电耦合器。

在示例实施例中，提供一种系统，信号代码生成器耦合到微处理器。

在示例实施例中，提供一种系统，信号代码生成器还包括开关，该开关用于在开关被激活时将信号强度代码选择性地改变成另一代码。

在示例实施例中，提供一种系统，其中发送器设备并入于包括鼠标的计算机接口、倾斜-操纵杆、指示器控制器、六个自由度接口或者手势接口中。

在示例实施例中，提供一种系统，其中发送器并入于外科仪器中。

在示例实施例中，提供一种系统，其中发送器并入于工业机器人、高尔夫球席垫或者速度测量设备中。

在示例实施例中，提供一种系统，其中每个接收器包括波能量输入设备和接收器元件。

在示例实施例中，提供一种系统，波能量输入设备包括二极管、天线或者压电耦合器。

在示例实施例中，提供一种系统，其中接收器元件包括连接到波能量输入设备的低噪声放大器、连接到低噪声放大器的带通滤波器和连接到带通滤波器用于向电子电路输出并且向低噪声放大器反馈的自动增益控制器电路以及向脉冲计数处理器输出的可编程阈值比较器。

在示例实施例中，提供一种能操作用于发送信号的发送设备，该发送器用于和与发送器为间隔关系的一个或者多个接收器单元通信，并且电子电路连接到至少一个接收器以接收无线电信号以便根据无线电信号的信号强度在预定感测时间段内的变化来确定发送设备的范围。

在示例实施例中，提供一种能操作用于接收从发送设备发送的信号的接收器单元；该接收器单元用于放置成与另一基本上相同接收器单元为间隔关系，从而每个接收器单元能操作用于接收信号的不同版本，该接收器单元用于连接到电子电路，该电子电路能连接到两个接收器单元，该电子电路能操作用于基于在信号的每个不同版本之间的比较来确定信号发送设备相对于接收器单元的位置。

在示例实施例中，提供一种用于感测位置的方法，该方法包括：从第一发送设备接收第一信号，该版本中包括主体段，该主体段中具有脉冲串列的第一版本；从第一发送设备接收第二信号，第二段包括具有脉冲串列的第二版本的主体段；并且基于第一版本与第二版本的比较来确定发送设备的位置。

在示例实施例中，提供一种方法，还包括以下步骤：从第二发送设备接收第一信号，该第一信号包括具有脉冲串列的第一版本的主体段，第二信号在与第一信号不同的时间发送；从第二发送设备接收第二信号，该第二信号包括具有脉冲串列的第二版本的主体段；基于第二信号的第一版本与第二版本的比较来确定第一发送设备的范围和/或位置。

在示例实施例中，提供一种方法，接收步骤包括提供用于接收信号的波能量输入设备和用于接收附加信号的附加波能量输入设备，波能量输入设备隔开一段与信号和附加信号的波长独立的固定间距。

在示例实施例中，提供一种方法，其中信号和附加信号基于代码和信号强度可变算法。

在示例实施例中，提供一种方法，其中同时脉冲代码和信号强度可变算法包括递增斜波序列、递减斜波序列和/或随机选择的强度代码。

在示例实施例中，提供一种方法，基于代码的算法允许标识信号的唯一信号强度图案并且计算唯一范围。

在示例实施例中，提供一种方法，其中信号的不同版本能经由不同脉冲代码来标识，该脉冲代码为向每个发送设备分配的唯一代码字。

在示例实施例中，提供一种方法，其中信号为无线电信号，并且信号的不同版本能经由不同信号强度代码并且在版本之间标识。

在示例实施例中，提供一种方法，其中无线电信号的不同版本能使用辐射信号强度编码技术和脉冲编码技术中的至少一种编码技术来标识。

在示例实施例中，提供一种方法，还包括以下步骤：在指示设备上提供发送设备；并且提供与在具有显示设备的个人计算机上的输入设备耦合的电子电路，并且使得指示设备能操作用于移动显示设备上的光标。

在示例实施例中，提供一种方法，其中指示设备包括用于用户激励的至少一个按钮，并且信号基于在报头或者测距代码字中格式化的数据，并且其中在至少一个测距时段内经由变更代码字向接收器单元发送对按钮的激励。

在示例实施例中，提供一种方法，其中并入于发送设备中的电源选自于包括以下的组：电池、太阳能电池、能操作用于从与电源邻近辐射的EM供电场接收能量的线圈或者能操作用于通过机械运动从磁场感应电能的线圈。

在示例实施例中，提供一种方法，通过每个发送设备中的唯一数据字段代码实现不同发送设备的唯一标识。

在示例实施例中，提供一种用于感测位置的系统，该系统包括：至少两个发送设备，每个能操作用于发送唯一无线电信号；至少两个接收器单元，相互为间隔关系并且每个能操作用于接收每个信号的不同版本，接收器单元包括波能量输入设备和接收器元件；以及电子电路，耦合到接收器元件并且能操作用于通过基于唯一数据字段并且基于在每个相应信号的每个不同版本之间的比较来区别发送设备而基本上同时确定每个发送设备相对于接收器单元的位置。

在示例实施例中，提供一种系统，其中与每个接收器单元关联的波能量输入设备隔开一段与无线电信号的波长独立的间距。

在示例实施例中，提供一种系统，其中信号包括向每个发送设备分配的唯一数据字段代码字。

在示例实施例中，提供一种系统，其中信号的不同版本能使用辐射信号强度技术和脉冲编码技术中的至少一种技术来标识。

在示例实施例中，提供一种用于对发送区中的一个或者多个发送设备进行标识和定位的发送系统，该发送系统包括：至少一个发送装置，用于在整个发送区内在传播介质上发送信号并且将信号耦合到传播介质，该发送信号包括组合脉冲编码分量和信号强度编码分量；每个发送信号包括标识相应设备的唯一代码；信号接收装置，与发送区关联并且连接到传播介质以从一个或者多个发送设备接收至少一个发送信号；用于对发送信号进行解码以标识至少一个发送设备的装置，并且还包括用于确定至少一个发送设备在发送范围内的位置的装置。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中一个或者多个发送设备为有源设备。

在示例实施例中，提供一种发送系统，还包括用于在发送范围内的传播介质中生成能量场的装置。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中能量场包括信号强度变化的分量。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中每个发送设备包括用于通过能量场接收用于有源发送设备操作的信号的装置。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中能量场包括EM场、可见光能量场、磁场或者声学场。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中传播介质包括在发送范围内的自由空间。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中传播介质包括在发送范围内的阻塞物。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中信号强度变化和脉冲编码表示唯一强度级编码和/或范围编码。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中信号强度编码为前向斜波或者反向斜波代码。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中脉冲编码信号分量调制为幅度移位键控（ASK）。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中脉冲编码信号分量调制为频率移位键控（FSK）。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中一个或者多个发送设备的唯一代码在数据字段中。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中一个或者多个发送设备为生成发送信号的有源设备。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中发送信号为电磁信号。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中传播介质包括在发送范围内的EM反射和传导层。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中信号接收器装置包括多个隔开信号接收器；并且用于确定一个或者多个发送设备中的每个发送设备的位置的装置包括用于计算穿过传播介质去往多个信号接收器的无线电发送信号的接收信号强度的装置。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中用于对一个或者多个发送设备中的每个发送设备进行解码和标识的装置包括用于比较接收的发送信号与一个或者多个发送设备的存储标识代码并滤除接收的发送信号的装置。

在示例实施例中，提供一种用于对发送范围内的一个或者多个发送设备进行标识和定位的发送系统，该发送系统包括：信号传播介质，用于在整个发送区内传导信号；至少一个发送设备，包括用于产生发送信号并且将信号耦合到传播介质的装置；发送信号包括信号强度编码和/或脉冲编码；每个发送信号包括标识相应发送设备的唯一代码；信号接收装置，与发送区关联并且连接到传播介质以从一个或者多个发送设备接收至少一个发送信号；用于对发送信号进行解码以标识一个或者多个发送设备的装置；以及用于确定一个或者多个发送设备在发送范围内的位置的装置。

在示例实施例中，提供一种发送系统，其中一个或者多个发送设备的一部分为生成发送信号的有源设备，并且一个或者多个发送设备的另一部分为有源收发器设备。

在示例实施例中，提供一种用于感测至少两个发送器的位置的系统，所述系统包括：至少两个发送器，每个发送器能操作用于发送唯一信号；至少两个接收器，相互为间隔关系并且与所述发送器为间隔关系；所述至少两个接收器每个能操作用于接收每个所述信号的不同版本，所述接收器具有波能量输入设备和接收元件；以及电子电路，耦合到所述接收元件并且能操作用于通过基于唯一数据字段并且基于在每个信号的每个不同版本之间的比较来区别所述发送器而基本上同时确定每个所述发送器相对于所述接收器的位置。

在示例实施例中，提供一种用于感测发送器的位置的系统，所述发送器被解释成发射独特信号，所述接收器能操作用于接收所述独特信号并且基于所述独特信号来标识所述发送器；电子电路，耦合到所述接收器并且能操作用于基于所述信号的性质来确定所述发送器相对于所述接收器的位置。

在示例实施例中，提供一种用于感测位置的系统，包括：（a）发送器，能操作用于发送具有信号强度变化的脉冲波定向信号；（b）至少一个接收器，放置成在所述发送器与所述接收器之间为间隔关系；（c）所述发送器，同时发送定时脉冲串图案和功率脉冲串图案；（d）至少一个附加接收器，每个接收器能操作用于接收所述信号的不同版本；以及（e）电子电路，耦合到所述接收器并且能操作用于基于在所述信号的每个版本之间的比较来确定所述发送器相对于所述接收器的位置。

在示例实施例中，提供如要求保护的系统，其中有至少一个附加发送器，每个发送器能操作用于发送具有标识和信号强度变化的信号：（a）所述电子电路还能操作用于基于接收的标识信号强度变化来区别每个发送器与其它发送器；并且（b）所述电子电路能操作用于基本上同时确定所述发送器的位置。

在示例实施例中，提供一种用于感测位置的系统，该系统包括：多个发送器，每个发送器能操作用于发送作为定时脉冲串图案和功率脉冲串图案来同时发送的脉冲波定向信号，来自每个发送器的信号能区别于来自每个其它发送器的所述信号；有多个接收器，每个接收器能操作用于从所述发送器接收所述信号的不同版本；电子电路，耦合到所述接收器并且能操作用于基于在所述信号的不同版本之间的比较来确定每个所述发送器相对于所述接收器的位置。

在示例实施例中，提供一种用于检测在两个位置之间的范围值的系统，该系统包括与第一位置关联的发送器和与第二位置关联的接收器，该发送器能操作用于发送在能标识的组中布置的脉冲串列，每组包括以信号强度的离散值变化的多个脉冲，该接收器能在不活动条件与活动条件之间操作，如果强度大于已知阈值，否则为不活动。

在示例实施例中，提供一种用于检测在两个位置之间的范围值的系统，该系统包括与第一位置关联的发送器和与第二位置关联的接收器，该发送器能操作用于发送在能标识的组中布置的脉冲串列，每组包括以信号强度的离散值变化的多个脉冲，该接收器能在不活动条件与活动条件之间操作，如果强度大于已知阈值则活动，否则为不活动。

在示例实施例中，提供一种用于检测在两个位置之间的范围值的方法，该方法包括：在第一位置发送在能标识的组中布置的脉冲串列，每组包括以信号强度的离散值变化的多个脉冲；在第二位置接收脉冲串列；确定脉冲串列中的最小强度；当最小强度超过预定阈值时激活检测条件。

在示例实施例中，提供一种确定第一位置相对于第二位置的相对位置的方法，该方法包括：从位置之一发射信号，该信号携带在范围上作为信号强度的离散值集合变化的脉冲序列；从其它位置接收信号；根据信号来测量最小信号强度值；并且将最小强度值与对应相对位置关联。

在示例实施例中，提供如限定的方法，还包括：提供用于最小强度值的预定阈值；并且调节预定阈值。

在示例实施例中，提供如限定的方法，关联步骤包括访问用于最小强度值与对应相对位置之间的相关性的查找表。

在示例实施例中，提供如限定的方法，关联步骤包括访问用于每个最小强度值的预定转换器函数以生成对应相对位置值。

在示例实施例中，提供如限定的方法，还包括以下步骤：根据作为增加和/或减小的、非线性和/或线性测距代码的功率函数R(x)或者根据算法生成包括测距段波形的信号波形，该算法执行一个或者多个子例程以选择或者标识测距段波形的要素。

在示例实施例中，提供如权利要求49至56、60至92和108至145中的任一权利要求限定的方法，还包括以下步骤：根据算法生成包括测距段波形的信号波形，该算法执行一个或者多个子例程以根据一个或者多个功率函数来选择、标识或者量化测距段波形的要素。

本发明的上述实施例旨在作为本发明的例子，并且本领域技术人员可以对之实现变更和修改而不脱离仅由所附权利要求限定的本发明范围。

Claims

1.一种信号发送设备，用于传达用于在确定在所述信号发送设备与远程位置之间的间距时使用的信号，所述信号发送设备包括能操作用于发送脉冲串列的源发送器，所述脉冲串列形成表示消息的数据流，所述数据流包括连串报头脉冲，所述报头脉冲具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度，所述连串报头脉冲具有与所述消息的预定报头段对应的图案，所述数据流包括表示所述消息的主体段的连串主体脉冲，所述主体脉冲包括与所述报头脉冲共同的载波频率，每个所述主体脉冲具有脉冲强度，所述脉冲强度以预定脉冲强度图案在所述连串主体脉冲上变化。

2.如权利要求1所述的设备，所述源发送器能操作用于生成脉冲强度渐增的连串主体脉冲。

3.如权利要求1所述的设备，所述源发送器能操作用于生成脉冲强度渐减的连串主体脉冲。

4.如权利要求1所述的设备，所述源发送器能操作用于生成脉冲强度随着所述连串中的脉冲而变化的连串主体脉冲。

5.如权利要求1所述的设备，所述源发送器能操作用于生成脉冲强度根据固定或者可变图案随着所述连串中的脉冲而变化的连串主体脉冲。

6.如权利要求1所述的设备，所述源发送器能操作用于生成脉冲强度根据预定算法随着所述连串中的脉冲而变化的连串主体脉冲。

7.如权利要求1所述的设备，所述源发送器能用包括近红外线、远红外线、可见光、激光、紫外线、高频无线电、超声及其组合和调制的载波频率操作。

8.如权利要求1所述的设备，所述源发送器能操作用于以如下脉冲速度递送连串报头和主体脉冲：所述脉冲速度的范围对于在可见光或者红外线载波频率发送的脉冲而言从10至10,000KHz、对于在无线电载波频率发送的脉冲而言从100KHz至10GHz并且对于在超声载波频率发送的脉冲而言从10Hz至100KHz。

9.如权利要求1所述的设备，所述报头段包括唯一标识，所述唯一标识包括向所述源发送器分配的一个或者多个唯一数据字段代码字。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述信号能由至少一个报头或者数据字段标识代码、操作数据字段、时间同步数据代码和/或测距代码标识。

11.如权利要求1所述的设备，所述信号包括信号测距代码，其中所述脉冲图案的不同版本能使用在包括实际数据代码的序列中变化的可变辐射信号强度来标识。

12.如权利要求1所述的设备，其中所述发送器附接到指示设备，并且电子电路与输入设备耦合，所述输入设备与具有显示设备的个人计算机在操作上关联，并且使得所述指示设备能操作用于移动所述显示设备上的光标。

13.如权利要求1所述的设备，所述源发送器包括用于生成载波波形的载波代码生成器以及用于生成信号波形的信号代码生成器。

14.如权利要求13所述的设备，所述信号代码生成器被配置成生成信号波形，所述信号波形一起或者接连包括标识代码波形和数据字段代码波形。

15.如权利要求13所述的设备，所述信号代码生成器被配置成生成加密波形。

16.如权利要求13所述的设备，所述信号代码生成器被配置成生成信号波形，所述信号波形一起或者接连包括标识代码波形、数据字段代码波形和/或加密波形。

17.如权利要求13所述的设备，所述信号代码生成器被配置成生成测距段波形。

18.如权利要求13所述的设备，所述信号代码生成器被配置成生成信号波形，所述信号波形一起或者接连包括标识代码波形、数据字段代码波形、加密波形和/或测距段波形。

19.如权利要求13所述的设备，所述信号代码生成器被配置成生成信号波形。

20.如权利要求1所述的设备，还包括处理器，所述处理器被配置成控制根据功率函数R(x)=x生成包括测距段波形的信号波形，其中R(x)为功率电平，并且其中x为从零至N增加的脉冲编号，并且N为最大功率电平。

21.如权利要求1所述的设备，还包括处理器，所述处理器被配置成控制根据功率函数R(x)=N-x生成包括测距段波形的信号波形，其中R(x)为功率电平，并且其中x为从零至N增加的脉冲编号，并且N为最大功率电平。

22.如权利要求1所述的设备，还包括处理器，所述处理器被配置成控制根据作为增加和/或减小的、非线性和/或线性测距代码的功率函数R(x)或者根据算法生成包括测距段波形的信号波形，该算法执行一个或者多个子例程以选择或者标识所述测距段波形的要素。

23.如权利要求22所述的设备，所述源发送器包括用于生成载波波形的载波代码生成器以及用于生成信号波形的信号代码生成器，所述处理器与功率电平控制器通信，所述载波代码生成器、所述信号代码生成器和所述功率电平控制器与用于发射所述信号的发射器通信。

24.如权利要求23所述的设备，所述功率电平控制器被配置成根据从所述处理器接收的指令为所述测距段中的每个脉冲设置对应功率电平。

25.如权利要求23所述的设备，还包括用于存储R(x)的值的存储器，所述值能由所述处理器和/或所述功率电平控制器存取。

26.如权利要求1所述的设备，所述信号包括用于接收幅度信息的信号强度代码、用于确定所述发送设备的标识的发送器检测器代码、用于确定嵌入于无线电信号中的与所述发送设备相应的任何具体数据的数据信号提取器代码。

27.如权利要求1所述的设备，所述源发送器包括由信号调制器互连的电源、信号强度代码生成器、载波代码生成器；所述发送器设备还包括用于对从所述信号调制器输出的波形进行整形的脉冲整形模块；所述发送器设备还包括连接到所述脉冲整形调制器的输出用于输出所述信号的波发射器。

28.如权利要求27所述的设备，所述波发射器包括红外线或者发光二极管、激光发射器、无线电天线和/或压电耦合器。

29.如权利要求27所述的设备，所述信号代码生成器耦合到微处理器。

30.如权利要求27所述的设备，所述信号强度代码生成器还包括开关，所述开关用于在所述开关被激活时将所述信号强度代码选择性地改变成另一代码。

31.如权利要求1所述的设备，其中所述发送器设备并入于光开关、包括鼠标的计算机接口、倾斜-操纵杆、指示器控制器、六个自由度接口或者手势接口中。

32.如权利要求1所述的设备，其中所述发送器并入于外科仪器中。

33.如权利要求1所述的设备，其中所述发送器并入于工业机器人、高尔夫球席垫或者速度测量设备中。

34.一种信号接收设备，用于从信号发送设备接收用于确定远程位置相对于源位置的位置和/或范围的信号，所述信号接收设备包括将被定位于所述远程位置的接收器，所述接收器能操作用于接收所述信号，所述信号包括形成数据流的脉冲串列，所述数据流表示消息，所述脉冲串列包括连串报头脉冲和连串主体脉冲，所述报头脉冲具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度，所述连串报头脉冲具有与所述消息的预定报头段对应的图案，所述主体脉冲具有与所述报头脉冲共同的载波频率并且表示所述消息的主体段，每个所述主体脉冲具有脉冲强度，所述脉冲强度以预定脉冲强度图案在所述连串主体脉冲上变化，所述接收器能操作用于标识所述脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲。

35.如权利要求34所述的设备，所述接收器能操作用于对所述脉冲串列中接收的在所述预定主体脉冲强度阈值以上的主体脉冲进行计数，所述计数表明位置和/或范围。

36.如权利要求35所述的设备，还包括：一个或者多个信号处理器，能操作用于对所述脉冲串列中接收的在所述预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲进行计数，所述计数值表示所述范围。

37.如权利要求35所述的设备，还包括：一个或者多个信号处理器，能操作用于对所述脉冲串列中接收的在所述预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲进行计数，所述计数值表示所述位置。

38.如权利要求34所述的设备，还包括：数字信号接收器，耦合到所述接收器单元以从其接收输入；以及信道处理器，所述信道处理器包括检测器、带通滤波器、自动增益控制器和/或阈值可编程比较器；所述信道处理器还包括用于根据接收的数字信号确定脉冲计数信息并且用于输出所述脉冲计数信息的信号强度数据计算器。

39.如权利要求34所述的设备，所述接收器包括信号能量换能器和用于对所述信号能量换能器报告的脉冲控制增益的增益控制器。

40.如权利要求39所述的设备，还包括配置成从所述信号能量换能器接收输入的低噪声放大器和配置成与所述低噪声放大器通信的带通滤波器。

41.如权利要求40所述的设备，所述增益控制器被配置成调节所述低噪声放大器和/或所述带通滤波器。

42.如权利要求41所述的设备，还包括：比较器，配置成与所述增益控制器通信以比较脉冲强度值与预定阈值。

43.如权利要求42所述的设备，还包括配置成控制所述预定阈值的阈值设置单元。

44.如权利要求43所述的设备，还包括数字输出单元和从所述数字输出接收指令的处理器。

45.如权利要求44所述的设备，所述处理器被配置成向显示器发出用于呈现输出结果的指令。

46.一种用于在信号发送器与信号接收器之间测距的系统，所述系统包括：

a．信号发送器，能操作用于发送具有脉冲串列的测距信号，所述脉冲串列形成表示测距消息的数据流，所述数据流包括具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度的连串报头脉冲，所述连串报头脉冲具有与所述消息的预定报头段对应的图案，所述数据流包括表示所述消息的主体段的连串主体脉冲，所述主体脉冲具有与报头脉冲共同的载波频率，每个所述主体脉冲具有脉冲强度，所述脉冲强度以预定脉冲强度图案在所述连串主体脉冲上变化，

b．一个或者多个将位于远程位置的信号接收器，所述接收器能操作用于接收所述脉冲串列；

c．一个或者多个信号处理器，能操作用于与所述接收器通信以标识所述脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲并且将所述脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲与范围值关联。

47.一种用于在信号发送器与信号接收器之间测距的系统，所述系统包括：

a．多个信号发送器，每个能操作用于发送具有对应脉冲串列的测距信号，所述脉冲串列形成表示测距消息的数据流，所述数据流包括具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度的连串报头脉冲，所述连串报头脉冲具有与所述消息的预定报头段对应的图案，每个报头段包括表示所述对应信号发送器的标识的数据，所述数据流包括表示所述消息的主体段的连串主体脉冲，所述主体脉冲具有与所述报头脉冲共同的载波频率，每个所述主体脉冲具有脉冲强度，所述脉冲强度以预定脉冲强度图案在所述连串主体脉冲上变化，

b．一个或者多个将位于远程位置处或者附近的信号接收器，所述接收器能操作用于接收所述脉冲串列；

48.如权利要求47所述的系统，所述一个或者多个信号处理器能操作用于对所述脉冲串列中接收的在所述预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲进行计数，所述计数值表示所述范围值。

49.如权利要求47所述的系统，所述信号发送器包括第一信号发送器，所述一个或者多个接收器包括定位成与所述第一信号发送器邻近的第一接收器和定位成所述第一信号发送器远离的第二接收器，所述第一接收器实现比所述第二接收器更高的计数值。

50.如权利要求47所述的系统，所述信号发送器包括第一信号发送器，所述一个或者多个接收器包括用于生成第一计数值的第一接收器，所述第一接收器计数值随着在所述第一信号发送器与所述第一接收器之间的间距增加而减少。

51.如权利要求47所述的系统，所述信号发送器包括各自配置成发送相应第一和第二测距信号的第一发送器和第二发送器，每个测距信号包括唯一报头段，所述一个或者多个信号接收器包括第一接收器和第二接收器，至少一个所述信号处理器能操作用于与所述第一接收器通信以将来自所述第一发送器的所述脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲与第一范围值关联，第二信号处理器能操作用于与所述第二接收器通信以将来自所述第二发送器的所述脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲与第二范围值关联。

52.如权利要求51所述的系统，所述信号处理器包括与所述第一接收器通信的第一信号处理器和与所述第二接收器通信的第二信号处理器。

53.如权利要求47所述的系统，还包括在所述信号发送器与信号接收器之间的至少一个反射表面，并且对于每个信号接收器，所述对应范围值与在所述信号发送器与所述反射表面之间的间距加上在所述反射表面与所述接收器之间的间距有关。

54.一种在源位置与远程位置之间的测距方法，所述方法包括：

a．从每个源位置发出形成数据流的脉冲串列，所述数据流表示消息并且包括具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度的连串报头脉冲，所述连串报头脉冲具有与所述消息的预定报头段对应的图案，所述数据流包括表示所述消息的主体段的连串主体脉冲，所述主体脉冲具有与所述报头脉冲共同的载波频率，每个所述主体脉冲具有脉冲强度，所述脉冲强度以预定脉冲强度图案在所述连串主体脉冲上变化；

b．在所述远程位置接收所述脉冲串列；

c．标识所述脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲；并且

d．将在预定主体脉冲强度阈值以上的所述脉冲串列与在源位置与远程位置之间的范围值关联。

55.一种在多个源位置与多个远程位置之间的测距方法，所述方法包括：

a．从每个源位置发出包括脉冲串列的测距信号，所述脉冲串列形成数据流，所述数据流表示测距消息并且包括连串报头脉冲，所述报头脉冲具有共同载波频率和相对恒定脉冲强度，所述连串报头脉冲具有与所述消息的预定报头段对应并且为所述源位置所特有的图案，所述数据流包括表示所述消息的主体段的连串主体脉冲，所述主体脉冲具有与报头脉冲共同的载波频率，每个所述主体脉冲具有脉冲强度，所述脉冲强度以预定脉冲强度图案在所述连串主体脉冲上变化；

b．在每个远程位置接收所述测距信号；

c．在每个测距信号中标识所述脉冲串列中接收的在预定主体脉冲强度阈值以上的所述主体脉冲；并且

d．针对每个测距信号将在预定主体脉冲强度阈值以上的所述脉冲串列与在相应源位置与远程位置之间的范围值关联。

56.一种用于感测位置的系统，包括：（a）发送器，能操作用于发送具有信号强度变化的脉冲波定向信号；（b）至少一个接收器，放置成在所述发送器与所述接收器之间为间隔关系；（c）所述发送器，同时发送定时脉冲串图案和功率脉冲串图案；（d）至少一个附加接收器，每个接收器能操作用于接收所述信号的不同版本；以及（e）电子电路，耦合到所述接收器并且能操作用于基于在所述信号的每个版本之间的比较来确定所述发送器相对于所述接收器的位置。

57.如权利要求56所述的系统，其中有至少一个附加发送器，每个所述发送器能操作用于发送具有标识和信号强度变化的信号：（a）所述电子电路还能操作用于基于接收的标识信号强度变化来区别每个所述发送器与其它发送器；并且（b）所述电子电路能操作用于基本上同时确定所述发送器的位置。

58.一种用于感测位置的系统，所述系统包括：多个发送器，每个发送器能操作用于发送作为定时脉冲串图案和功率脉冲串图案来同时发送的脉冲波定向信号，来自每个发送器的所述信号能区别于来自每个其它发送器的所述信号；有多个接收器，每个接收器能操作用于从所述发送器接收所述信号的不同版本；电子电路，耦合到所述接收器并且能操作用于基于在所述信号的不同版本之间的比较来确定每个所述发送器相对于所述接收器的位置。

59.一种用于检测在两个位置之间的范围值的系统，所述系统包括与第一位置关联的发送器和与第二位置关联的接收器，所述发送器能操作用于发送在能标识的组中布置的脉冲串列，每组包括以信号强度的离散值变化的多个脉冲，所述接收器能在不活动条件与活动条件之间操作，如果所述强度大于已知阈值，否则为不活动。

60.一种用于检测在两个位置之间的范围值的方法，该方法包括：在第一位置发送在能标识的组中布置的脉冲串列，每组包括以信号强度的离散值变化的多个脉冲；在第二位置接收所述脉冲串列；确定所述脉冲串列中的最小强度；当所述最小强度超过预定阈值时激活检测条件。

61.一种确定第一位置相对于第二位置的相对位置的方法，所述方法包括：从所述位置之一发射信号，所述信号携带在范围上作为信号强度的离散值集合变化的脉冲序列；从其它所述位置接收所述信号；根据所述信号测量最小信号强度值；并且将所述最小强度值与对应相对位置关联。

62.如权利要求61所述的方法，还包括：提供用于所述最小强度值的预定阈值；并且调节所述预定阈值。

63.如权利要求61所述的方法，所述关联步骤包括访问用于所述最小强度值与所述对应相对位置之间的相关性的查找表。

64.如权利要求61所述的方法，所述关联步骤包括访问用于每个最小强度值的预定转换器函数以生成对应相对位置值。

65.如权利要求61所述的方法，还包括以下步骤：根据作为增加和/或减小的、非线性和/或线性测距代码的功率函数R(x)或者根据算法生成包括测距段波形的信号波形，所述算法执行一个或者多个子例程以选择或者标识所述测距段波形的要素。

66.如权利要求65所述的方法，还包括以下步骤：根据算法生成包括测距段波形的信号波形，所述算法执行一个或者多个子例程以根据一个或者多个功率函数来选择、标识或者量化所述测距段波形的要素。