CN103502836B - 射频标签定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

射频标签(RF标签)的位置和方位的确定是经由扩展射频三角法来完成。信标布置从特殊设计的信标节点确定RF标签的方向。通过从多个空间移位的信标节点执行此测量来实现RF标签定域。所述信标节点配备有多个天线且以每一符号循环地切换到不同天线的方式来发射帧。行进不同距离的符号导致由RF标签接收的帧内的相移。根据相移和天线的已知布置，可估计从特定信标节点RF可见RF标签的角度。

Description

射频标签定位系统和方法

相关专利申请案

本申请案主张JózsefG.Németh的2011年4月26日申请的题为「射频标签定位系统和方法(RadioFrequencyTagLocationSystemandMethod)」的共同拥有的第61/479,045号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案特此为了所有目的以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及射频标签，且更具体来说涉及用于定位射频标签的系统和方法。

背景技术

当中嵌入了射频标签(RF标签)的物品和包裹的定位对库存控制和包裹跟踪以及其它应用而言非常重要。

发明内容

需要一种廉价且低功率的RF标签定位系统、方法和设备，其可与基于接收信号强度指示(RSSI)的方法竞争，同时提供优越的位置精确度。

根据实施例，用于使用空间分离的信标节点来定位射频标签的方法可包括以下步骤：从多个信标节点中的每一者的循环选中的天线发射多个信标符号；于射频(RF)标签处接收所述多个信标符号；确定于所述RF标签处接收的所述多个信标符号的相位跳跃和所述多个信标节点中的每一者的发射所述多个信标符号中的每一者的所述相应选中天线；估计从所述多个信标节点的每一者发射的所述多个信标符号的抵达角度(AoA)；根据所述相应AoA估计来估计所述多个信标节点中的每一者的AoA向量；以及根据所述AoA向量来估计所述RF标签的空间位置。

根据本方法的另一实施例，可从所述循环选中的天线中的下一个天线发射所述多个信标符号中的每一下一个信标符号。根据本方法的另一实施例，可从所述循环选中的天线中的下一个天线发射所述多个信标符号中的每隔一个下一个信标符号。根据本方法的另一实施例，所述多个信标符号可为符合IEEE802.15.4标准的帧的有效载荷部分。根据本方法的另一实施例，所述估计从所述多个信标节点中的每一者发射的所述多个信标符号的所述AoA的步骤可包括确定与发射所述多个信标符号中的每一信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述信标符号的相位跳跃的步骤。根据本方法的另一实施例，所述估计从所述多个信标节点的每一者发射的所述多个信标符号的所述AoA的步骤可包括确定与发射所述多个信标符号中的每隔一个信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述每隔一个信标符号的相位跳跃的步骤。根据本方法的另一实施例，所述估计所述AoA的步骤可提供方位角估计。根据本方法的另一实施例，所述估计所述AoA的步骤可提供仰角估计。

根据本方法的另一实施例，校准所述多个信标节点中的每一信标节点的位置和定向的步骤可进一步包括：从所述多个信标节点中的信标节点的所述循环选中的天线发射多个信标符号；以及在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点中的所述另一信标节点的所述天线的天线接收所述多个信标符号。根据本方法的另一实施例，校准所述多个信标节点中的每一信标节点的位置和定向的步骤可进一步包括：从所述多个信标节点中的信标节点的所述天线的天线发射多个信标符号；以及在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点的所述另一信标节点的所述循环选中的天线接收所述多个信标符号。根据本方法的另一实施例，额外步骤可包括：提供中央处理节点；以及提供网络以用于将所述中央处理节点耦合到所述多个信标节点。

根据本方法的另一实施例，所述多个信标节点中的每一者可包括：射频(RF)装置；天线切换器，其耦合在所述RF装置与所述循环选中的天线之间；以及数字处理器，其具有控制所述天线切换器的输出和耦合到所述RF装置的触发输入，其中当从所述RF装置接收到切换天线信号时，所述数字处理器使所述天线切换器将所述RF装置耦合到天线中的不同天线。根据本方法的另一实施例，所述数字处理器为微控制器。根据本方法的另一实施例，所述数字处理器是选自由微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)和专用集成电路(ASIC)组成的群组。

根据另一实施例，用于使用空间分离的信标节点定位射频标签的方法可包括以下步骤：从射频(RF)标签的天线发射多个信标符号；在多个信标节点的每一者的循环选中的天线上接收所述多个信标符号；确定从所述RF标签发射的所述多个信标符号的相位跳跃和所述多个信标节点中的每一者的接收所述多个信标符号中的每一者的所述相应选中天线；估计于所述多个信标节点的每一者处接收的所述多个信标符号的抵达角度(AoA)；根据所述AoA估计来估计所述多个信标节点中的每一者的AoA向量；以及根据所述AoA向量来估计所述RF标签的空间位置。

根据本方法的另一实施例，可于所述循环选中的天线中的下一个天线处接收所述多个信标符号中的每一下一个信标符号。根据本方法的另一实施例，可于所述循环选中的天线中的下一个天线处接收所述多个信标符号中的每隔一个下一个信标符号。根据本方法的另一实施例，所述多个信标符号可为符合IEEE802.15.4标准的帧的有效载荷部分。根据本方法的另一实施例，所述估计于所述多个信标节点中的每一者处接收的所述多个信标符号中的所述AoA的步骤可包括确定与从所述RF标签接收所述多个信标符号中的每一信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述信标符号的相位跳跃的步骤。

根据本方法的另一实施例，所述估计于所述多个信标节点中的每一者处接收的所述多个信标符号的所述AoA的步骤可包括确定与从所述RF标签接收所述多个信标符号中的每隔一个信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述每隔一个信标符号的相位跳跃的步骤。根据本方法的另一实施例，所述估计所述AoA的步骤可提供方位角估计。根据本方法的另一实施例，所述估计所述AoA的步骤可提供仰角估计。

根据本方法的另一实施例，校准所述多个信标节点中的每一者的位置和定向的步骤可进一步包括：从所述多个信标节点的信标节点的所述循环选中的天线发射多个信标符号；以及在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点中的所述另一信标节点的所述天线的天线接收所述多个信标符号。根据本方法的另一实施例，校准所述多个信标节点中的每一信标节点的位置和定向的步骤可进一步包括：从所述多个信标节点中的信标节点的所述天线的天线发射多个信标符号；以及在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点中的所述另一信标节点的所述循环选中的天线接收所述多个信标符号。根据本方法的另一实施例，额外步骤可包括：提供中央处理节点；以及提供网络以用于将所述中央处理节点耦合到所述多个信标节点。

根据本方法的另一实施例，所述多个信标节点中的每一者可包括：射频(RF)装置；天线切换器，其耦合在所述RF装置与所述循环选中的天线之间；以及数字处理器，其具有控制所述天线切换器的输出和耦合到所述RF装置的触发输入，其中当从所述RF装置接收到切换天线信号时，所述数字处理器可使所述天线切换器将所述RF装置耦合到天线中的不同天线。根据本方法的另一实施例，所述数字处理器可为微控制器。根据本方法的另一实施例，所述数字处理器是选自由微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)和专用集成电路(ASIC)组成的群组。

附图说明

可通过参考结合随附图式进行的以下描述来获取对本发明的更完全理解，其中：

图1说明根据本发明的教示的射频标签(RF标签)定域架构的示意图；

图2说明根据本发明的特定实例实施例的信标节点架构的示意框图；

图3说明根据本发明的特定实例实施例的信标节点的示意接口信号时序波形图；

图4说明根据本发明的教示的示意切换序列和接收器处理信号时序波形图；

图4A说明根据本发明的教示的与RF标签天线空间(三维)有关的信标节点天线的示意平面图和正视图；

图5说明根据本发明的教示的与RF标签天线有关的两个信标节点天线的示意平面图；

图6说明根据本发明的教示的与RF标签天线有关的四个信标节点天线的示意平面图；

图7说明根据本发明的教示的系统估计误差的示意图表；

图8说明根据本发明的教示的随机估计误差的示意图表；

图9说明根据本发明的教示的另一随机估计误差的示意图表；

图10说明根据本发明的教示的第一平面上的四个信标天线和第二平面上的RF标签天线的布置的示意等角三维图；

图11说明根据本发明的教示的另一随机估计误差的示意图表；

图12(a)-12(d)说明根据本发明的教示的测量相互角的各自具有四个信号天线的两个信标节点的布置的示意等角图；以及

图13说明在二维空间中各自由位置和定向表示的三个信标节点之间的测量的结果的示意表示。

虽然本发明可容许各种修改和替代形式，但其特定实例实施例已在图式中加以展示且在本文中予以详细描述。然而，应理解，在本文中特定实例实施例的描述不希望将本发明限于本文中所揭示的特定形式，而是相反地，本发明希望涵盖如附加的权利要求书所界定的所有修改和等效物。

具体实施方式

可经由扩展射频三角测量通过嵌入资产中的RF标签的位置和方位(bearing)来确定资产跟踪。信标布置确定RF标签相对于特殊设计的信标节点的方向。通过从多个空间移位的信标节点重复此测量来进一步改进RF标签定域(localization)。所述信标节点配备有多个有策略地定位的天线且以每一符号循环地切换到不同天线的方式发射帧。行进不同距离的符号导致由RF标签接收的帧内的相移。根据相移和天线的已知布置，可估计从特定信标节点RF可见RF标签的角度。信号相移的确定为基带处理硬件的部分，且可用软件实现位置确定程序的剩余部分。

有效RF标签定位同样还在反向方向上起作用，RF标签发射帧(使用单个天线)，且所述信标节点经由信标节点的逐符号切换的天线而从RF标签接收信号。在信标节点中，正向方向和反向方向均可用于校准信标节点自身的位置和定向。此导致比习知RF标签定位方法好的在精确度与资源强度之间的折衷点。

RF标签的成本和功率约束需要相对较窄的RF带宽，其阻止在确定RF标签的位置的过程中对飞行时间和到达时间差的准确估计。因此，估计射频(RF)信号的抵达角度为优选的。替代位置估计，可在特定机器人导航应用中直接应用抵达角度信息。此解决方法可与可支持此基础测量的符合标准IEEE802.15.4的无线电一起应用。当扩展到一组空间分离的信标节点时，促进了经由扩展三角测量的资产RF标签位置的估计。

在下表中概述本发明与定位RF标签资产的其它方式的比较。

现参看图式，示意性地说明特定实例实施例的细节。图式中的相同元件将由相同数字表示，且类似元件将由具有不同小写字母后缀的相同数字表示。

参看图1，其描绘根据本发明的教示的射频标签(RF标签)定域架构的示意图。抵达角度(AoA)估计需要每一RF标签节点102中的单个天线103和信标节点104中的多个循环选中的天线106，如图1所展示。在正向模式中的测量期间，RF标签节点102为被动的(收听)且至少一个信标节点104为主动的(发射)。在反向模式中的测量期间，RF标签节点102为主动的(发射)且至少一个信标节点104为被动的(收听)。信标节点104是经由网络110耦合到中央处理节点108。网络110和利用正向模式和/或反向模式的信标节点104是可缩放的。

在正向模式中，在循环选中的天线106(例如，三到六个天线)上发射信标符号。将用RF标签节点102中的接收器和解码器来感知(确定)从不同天线106a发射的信标符号之间的相位跳跃。根据不同接收符号的这些经确定相位跳跃，可利用中央处理节点108进行针对发射信标节点104a的抵达角度(AoA)估计。关于至少一个其它空间上不同的发射信标节点104b及其相应天线106b重复前述步骤。接着，可将从相应发射信标节点104中的每一者的AoA估计导出的向量用于RF标签节点102的位置的估计。

在反向模式中，在循环选中的天线106(例如，三到六个天线)上接收信标符号。将用信标节点104a中的接收器和解码器来感知(确定)于不同天线106a处接收的信标符号之间的相位跳跃。根据不同接收符号的这些经确定相位跳跃，可利用中央处理节点108进行针对发射RF标签节点102的抵达角度(AoA)估计。关于至少一个其它空间上不同的接收信标节点104b及其相应天线106b重复前述步骤。接着，可接着将从RF标签节点102的AoA估计导出的相对于相应接收信标节点104的每一者的向量用于RF标签节点102的位置的估计。

参看图2，其描绘根据本发明的特定实例实施例的信标节点架构的示意框图。在正向模式中的信标发射期间和在反向模式中的接收期间，用信标节点104中的天线切换器220切换天线106。TX/RX帧缓冲器(未图示)可定位于相应信标节点104的微控制单元(MCU)224或者RF装置222中。MCU224可使用其控制输出来切换天线106，这是因为RF装置222可具有有限数目个控制输出。天线106的数目和次序的选择可视定位应用的空间覆盖范围要求而定。MCU224可为(例如，但不限于)微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)或专用集成电路(ASIC)。

可购得的现成(COTS)天线切换器可允许介接到MCU224的任意控制输出。天线切换周期可在一个或一个以上符号持续时间内。在接收频率与发射频率之间的残余载波偏移估计期间，将禁止天线切换，例如从软件程序掩模触发信号(trigger)。RF装置222可将关于何时切换天线106(例如，在符号边界切换天线)的时序脉冲(「触发信号」)提供给MCU224。参见图3，可考虑到MCU224响应等待时间。软件等待时间可为确定性的且将对应于选中的硬件选项。

参看图3，其描绘根据本发明的特定实例实施例的信标节点的示意接口信号时序波形图。可接受的误差可为大约100奈秒(ns)，因此，在所述时序中提供足够细微度。可从频率为16MHz的振荡器(未图示)导出62.5ns的计时器分辨率。优选最大软件等待时间目标可为16μs，其可为直接序列扩频(DSSS)符号长度(或250kbps下的4位持续时间)，其中k可为可软件编程的。

在相干或块不相干偏移四相移键控(OQPSK)接收器架构中，IEEE802.15.4PHY有效载荷中的所接收的DSSS符号与16个假想预期的理想波形的每一者相关，且所接收符号是基于最大相关量值而检测。符号相位还可从计算的复相关性的实数部分和虚数部分得到。

通过将复相关性转换到极坐标来获得相位。为此目的，可再使用主要为前导码处理期间的自动频率控制(AFC)操作所需的通过数字计算机的坐标旋转(CORDIC)块。此仅为对数据路径的微小修改。在AFC跟踪操作期间，禁止天线步进。

相位和量值信息两者可经由(例如，但不限于)作为特殊功能寄存器的SPI接口而供主机-MCU224使用，所述两者可在每个新符号时更新。可通过由RF装置222提供给MCU224的事件触发信号来触发SPI读取操作。

参看图4，其描绘根据本发明的教示的示意切换序列和接收器处理信号时序波形图。相位值被噪声削弱。信噪比视接收信号强度和来自媒体的干扰的电平而定。因此，可能需要天线切换的多个循环，且接收器可执行来自每一天线106的值的某一形式的平均。

此操作不得不考虑到以2π的倍数的相位卷绕和发射器与接收器之间的残余载波偏移，如下文中更全面解释。在低信噪条件下，残余偏移(在AFC确定已完成之后)可高达+/-3百万分率(ppm)。如下文中更全面解释，在软件计算中，此需要加以估计且得到补偿，否则累积相位的可能绕回(wrap-over)可通过而未被检测到。

为了估计残余载波偏移，在最初几个符号期间不切换天线106，同时接收器完成AFC估计。可用软件遮蔽由RF装置222提供的切换触发信号。

还可解决符号间干扰(ISI)。这是由模拟接收器的有限带宽以及由RF信号的多路径传播所致。通过仅在每隔一个符号边界上切换信标天线106，接收器可舍弃被来自先前天线接收的ISI损毁的第一符号的相位，且仅使用第二符号的相位。此建立估计精确度与测量时间(在每个符号边界上切换天线)之间的可选择折衷。

相位绕回

用(x)_WRAP来表示以下运算：

(1)(x)_WRAP＝(x+π)mod2π-π

WRAP将其引数映射到-π...π[弧度]间隔。当测量相位时，WRAP不可避免地出现。当最高有效位表示-π时，WRAP等效于使用二补数算术的定点计算中的溢位。

其中W为位宽度。而且，针对关于定点计算中的溢位的WRAP，应用相同恒等式(归因于2π缩放的不同有效性范围除外)：

(2)(x)_WRAP＝x，if-π≤x≤π

用表达式来替换x：

(3)(x±y±...±z)_WRAP＝x±y±...±z，if-π≤x±y±...±z≤π

另一恒等式为：

(4)((x)_WRAP±y±...±z)_WRAP＝(x±y±...±z)_WRAP

其始终成立，且可对引数的任一者重复地应用。因此，例如：

(5)((x)_WRAP±(y)_WRAP±...±(z)_WRAP)_WRAP＝(x±y±...±z)_WRAP

然而，请注意：

(4b)(C·(x)_WRAP±y±...±z)_WRAP≠(C·x±y±...±z)_WRAP

除非C·x-C·(x)_WRAP为2π的整数倍。

展开表达式

为了展开任意表达式(x)_WRAP，可以如下格式扩展表达式：

$\left(6\right),{(x-\hat{x})}_{\mathrm{WRAP}}+\hat{x}=x-\hat{x}+\hat{x}=x,\mathrm{if}-\mathrm{\π}\≤x-\hat{x}\≤\mathrm{\π}$

其中为值的先验估计，以使得估计的误差满足不变性相对于WRAP的准则。

空间模型参数

参看图4A，其描绘根据本发明的教示的与RF标签天线在空间(三维-3-D)上有关的信标节点天线的示意平面图和正视图。假设天线的3-D位置可由点表示且信标节点的多个天线定位于一圆圈上。定义三个点：

T表示RF标签天线的位置

A_i表示信标节点的第i个天线的位置

C为保有所有信标节点天线的位置的圆圈的中心

使用以下两个投影平面来描绘这些点：

X-Y为保有所有信标节点天线的平面。

X-Z为保有C和T的平面且垂直于X-Y。

距离：

R为保有信标天线位置的圆圈的半径

d为C与T之间的距离(d＞＞R)

x为当投影到X平面时C和T的图像之间的距离(X＞＞R)

X_i、Y_i和Z_i分别为当投影到X轴、Y轴和Z轴时T与A_i的图像之间的测量距离。

d_i为T与A_i之间的距离

A_i和T的X-Y平面图像之间的距离为sqrt(X_i ²+1+Y_i ²)且可近似为X_i。一股而言，由于R＜＜X和R＜＜d，沿着y维度的距离在所有近似法中可以忽视。

方位角和仰角θ界定T相对于连接C和A_i(全部i)的向量的方位。将抵达角度(AoA)定义为其为相对于第0个天线的方位角。使用这些角：

在二维情况下，θ＝π/2，因此

假定在圆圈的相对点处的两个信标天线，而且，距标签T的距离差变为：

或等效地：(d_i-d_j)＝(x_i-x_j)·sinθ

抵达角度估计

可用软件完成抵达角度(AoA)估计。虽然每个帧的几个乘法和除法运算为必需的，但每个符号仅需要定点加法。此保证AoA估计可用8位MCU以实时方式(例如，无额外缓冲)完成。

第一原则

现参看图5，其描绘根据本发明的教示的与RF标签天线有关的两个信标节点天线的示意平面图。理想地，假设发射器与接收器之间无信号减损或完全同步，那么需要在二(2)维情形下利用以下关系：

$\left(7\right),{\mathrm{\α}}_{\mathrm{iIDEAL}}={\left(2\mathrm{\π}\frac{d_i}{\mathrm{\λ}}\right)}_{\mathrm{WRAP}};$ λ＝载波波长

其中α_i为当选择第i个信标天线时的所接收符号相对于所发射符号的相移，且d_i为选中天线与RF标签天线之间的距离。除非d_i＜λ/2，否则表达式不能使用方程式(2)展开。为了应用方程式(2)，取差值：

$\left(8\right),{\mathrm{\Δ\α}}_{i,\mathrm{jIDEAL}}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{iIDEAL}}-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jIDEAL}}={\left(2\mathrm{\π}\frac{d_i-d_j}{\mathrm{\λ}}\right)}_{\mathrm{WRAP}}$

请注意：方程式(5)的恒等式已在方程式(8)的第二等式中应用。如果|d_i-d_j|＜λ/2，那么方程式(8)可展开，从而产生：

$\left(9\right),d_i-d_j=\frac{{\mathrm{\Δ\α}}_{i,\mathrm{jIDEAL}}}{2\mathrm{\π}}\·\mathrm{\λ}$

在渐近情况下，当d_i和d_j比|d_i-d_j|大得多时，可将图5中所展示的角估计为：

如下文中将展示，此近似法的误差并不限制位置估计的精确度。

非理想情况

通过以下关系来较好地近似现实：

其中

n＝-K-1，...，0，1，...，N-1为符号索引，K+1和N分别表示用于残余载波偏移估计和相位测量的符号的数目。

i＝0，1，...，I-1为天线索引，其完全由n界定，即：i＝i_n

d_i为RF标签天线与第i个信标天线之间的距离。

ξ_n表示被视为独立于n且高斯分布的随机加性噪声

Ω为由在AFC补偿之后剩余的残余载波偏移导致的每一符号周期上的角旋转

γ为在帧内相对于n和i恒定的随机相位偏移。其为发射器与接收器PLL之间的初始相位偏移、模拟和数字处理的群组延迟等的集总贡献。

β_i为在时间上恒定，但对每一天线(i)不同的系统相位偏移。其为待估计的位置参数的函数。如果如稍后所展示，d＞＞λ，那么可假设β_i-β_j≈0。

请注意：归因于使用方程式(4)，省略圆括号内的WRAP。

噪声减小任务

将平均相位值定义为

其中

${\mathrm{\γ}}^{\′}\left(\mathrm{\Ω}\right)=\mathrm{\γ}+\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Ω}\·n=\mathrm{\γ}+\mathrm{\Ω}\·\frac{(N-1)N}{2}$

为与i和n无关的随机相位偏移。

取i与j之间的平均相位差，且应用(5)：

$\left(13\right),\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{i,j}={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_i-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_j={(2\mathrm{\π}\frac{(d_i-d_j)}{\mathrm{\λ}}+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}}_i-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}}_j+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\β}}_{i,j})}_{\mathrm{WRAP}}$

如果方程式(2)适用，那么表达式可展开，即，

$\begin{array}{c}\left(14\right),\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,j}=2\mathrm{\&pi;}\frac{(d_i-d_j)}{\mathrm{\&lambda;}}+{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_i-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_j+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&beta;}}_{i,j},\mathrm{if}\\ |2\mathrm{\&pi;}\frac{(d_i-d_j)}{\mathrm{\&lambda;}}+{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_i-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_j+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&beta;}}_{i,j}|<\mathrm{\&pi;}\end{array}$

方程式(11)与(12)之间的主要差别在于加性噪声项变小(|ξ_i|＜＜π)，其为展开相位差所需的(如方程式(14)中所展示)。(请注意，还需要|Δβ_i，j|＜＜π，但此将在下文中解决。)

因此，软件的主要任务为根据α_i，n′s的序列计算。简单平均会起作用吗？为了回答所述问题，将方程式(12)重写为：

如果内部圆括号所包围的表达式可用其卷绕表达式(即，根据方程式(11)的α_i，n)替换，那么答案将为肯定的。然而，归因于方程式(4b)，此恒等式不成立。替代解决方法为「展开」方程式(11)中的表达式(遵循方程式(6)中的模式)以获得：

其中γ″＝γ+任意常数为相对于n和i恒定的随机相位偏移。请注意，所述项在方程式(13)中被消去。

可通过以下计算来尝试展开：

其中P表示以符号的数目表示的循环天线切换的周期。

为了成功，应满足以下准则：

$\left(18\right),|{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,n}-{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,n-P}|=|{\mathrm{\&xi;}}_{i,n}-{\mathrm{\&xi;}}_{j,n}+\mathrm{\&Omega;}\&CenterDot;P|<\mathrm{\&pi;}$

在低信号对噪声条件下，将不能保证|P·Ω|＜π成立，从而导致方程式(18)中的不可预测的绕回。因此，将方程式(17)修改为：

其中为Ω的估计。

估计精确度的准则为：

$\left(20\right),|{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,n}-{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,n-P}|=|{\mathrm{\&xi;}}_{i,n}-{\mathrm{\&xi;}}_{j,n}+(\mathrm{\&Omega;}-\widehat{\mathrm{\&Omega;}})\&CenterDot;P|<\mathrm{\&pi;}$

如果方程式(20)得到满足，那么可使用方程式(19)来展开方程式(11)，从而产生方程式(16)。方程式(15)是通过在n上简单平均和卷绕(wrapping)结果而从方程式(16)导出。方程式(12)因此与方程式(15)相同。

残余载波偏移估计

第一步骤实施保证方程式(20)的关于的估计。可假设AFC操作在帧的前导码部分期间已完成且在帧的有效载荷部分期间将发射器和接收器的估计的载波频率偏移用于补偿。成功帧获取暗示|Ω|＜＜π也是有效假设。

将有效载荷的前K+1个符号(索引为-K/2，...、K/2)用于载波偏移估计。不切换天线，即，i为恒定的。假设K为偶数，那么最小平方估计量(1east-squaresestimator)为：

$\left(21\right),{\widehat{\mathrm{\&Omega;}}}_{\mathrm{LS}}=\frac{1}{K\&CenterDot;(K/2+1)}\&CenterDot;\underset{k=-K/2}{\overset{K/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{sign}\left(k\right)\&CenterDot;{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,k}$

其中是通过在P＝1且n＝k+K/2的情况下应用方程式(17)而获得，因为可假设|Ω|＜＜π。对于高信噪比(SNR)，Ω很小以致于方程式(18)可得到满足，因此为可接受的且K＝0。对于大约1％PER的灵敏度点的SNR而言，P/3＜＝K＜＝P/2为便利选择，其中P表示天线切换的一个全循环周期。举例来说，对于K＝4，可对方程式(21)求值作为：

$\left(22\right),{\widehat{\mathrm{\&Omega;}}}_{\mathrm{approx}}=\frac{5}{32}\&CenterDot;(-{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,-2}-{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,-1}+{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,1}+{\widehat{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,2})$

其中1/6已由5/32近似(即，具有6％的误差)以用乘法来替换除法，从而降低复杂性。

相位累积

在第二步骤中，如方程式(12)所定义地计算其含有减小的噪声。对于方程式(19)中所描述的迭代，必须在一个循环周期(P)中保持对应于每一天线的α_i，n相位值。累加器被指派给每一天线(i)，且根据下式每P个循环更新：

在为每一天线i累积N个样本之后，获得方程式(16)为：

$\left(24\right),{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_i=\frac{1}{N}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,N}$

为便利起见，可将N选择为二的幂，使得除法由平移小数点组成。

相位差估计

第三步骤由对方程式(13)和(14)求值以获得值的矩阵组成。|Δβ_i，j|＜＜π的准则在方程式(14)中并非限制性的，这是因为第四步骤定义更限制性的准则。为了使方程式(14)成立，必须满足以下准则：

$\left(25\right),|2\mathrm{\&pi;}\frac{(d_i-d_j)}{\mathrm{\&lambda;}}+{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_i-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_j+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&beta;}}_{i,j}|<\mathrm{\&pi;}$

假设天线均匀地分布在圆圈上。最初，对任何两个天线i和j，方程式(25)必须成立。因此，正方形的直径D必须小于λ/2。λ/2-D为留给表示非理想状况的项的余裕空间。在特定条件下，存在增加余裕空间和/或圆圈的直径的方式。举例来说，如果可将AoA限于-π...π的子间隔或如果仰角(θ)已知。

变化检测

假设可从先前测量回合以及用于估计的相位差的矩阵得到AoA的估计。如果当前矩阵的元素并未显著不同于所存储的元素(在WRAP之后取差值执行比较)，那么可消去AoA估计，保留先前估计和先前存储的矩阵。

角度计算

参看图6，其描绘根据本发明的教示的与RF标签天线有关的四个信标节点天线的示意平面图。从步骤四起，任务为根据的矩阵估计此任务需要规定信标节点中的天线布置和天线特性。针对四个天线围绕圆圈均匀分布的布置给出解决方法。如上文中在步骤三中所解释，圆圈的半径必须小于λ/4。距离将基于由圆圈的半径R界定的单位而缩放。因此，四个天线是定位于对角线长度为2的正方形的四个角上。首先展示针对二维情况的解，接着将所述解扩展到可应用于具有细致天线设计的中等仰角(例如，|sin(θ)|＞0.5)的「准三维」。

二维情形

在二维情况下，sin(θ)＝1且通过假设相关平面中的各向同性天线特性Δβ_i，j＝0。因此，方程式(14)变为：

$\left(26\right),\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,j}=2\mathrm{\&pi;}\frac{\mathrm{\&Delta;}{d}_{i,j}}{\mathrm{\&lambda;}}+{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_i-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_j\&ap;2\mathrm{\&pi;}\frac{\mathrm{\&Delta;}{d}_{i,j}}{\mathrm{\&lambda;}}$

其中△d_i，j＝d_i-d_j，即，第j个天线到RF标签的距离与第i个天线到RF标签的距离的测量差，i，j＝0，...，3。在可能的(i，j)组合中，仅Δd_0，2、Δd_1，3是根据方程式(26)求值。如下文中所展示，等效地，可使用方程式(33)。

当Δd_0，2、Δd_1，3可用时，评估以下条件：

(27a)C0为真，ifΔd_0，2+Δd_1，3＞＝0

(27b)C1为真，ifΔd_0，2-Δd_1，3＞＝0

这些条件用于选择以下条件分支中的一者：

所有所述分支需要对以下两个方程式的任一者求值：

通过缩放引数以变为一，且可通过使用CORDIC来计算方程式(29)。可通过针对方程式(27)的求值近似Δd_0，2、Δd_1，3和仅改进其中的一者来简化所述计算，如方程式(28)和(29)中所需。此被允许，这是因为方程式(28)中的条件表达式的可应用域重迭50％。方程式(27)的求值中的中等误差产生方程式(28)中的适度降级。还应注意，当缩放对两个值是共同的时，在方程式(27)中可用任意缩放的估计值来替换Δd_0，2、Δd_1，3。

参看图7，其描绘根据本发明的教示的系统估计误差的示意图表。图7展示当作为真实抵达角度的函数来求值方程式(27)时的情况和针对d(从圆圈的中心到RF标签天线的距离)的各种值的方程式(27)的系统误差。

参看图8，其描绘根据本发明的教示的随机估计误差的示意图表。图8展示当方程式(26)中的象征噪声的项为独立且相等分布的高斯随机变量时的随机误差(标准偏差为0.03弧度且假设λ＝4R)。与d的每一值无关，测量的角的标准偏差为0.9度。

参看图9，其描绘根据本发明的教示的另一随机估计误差的示意图表。图9展示当噪声增加时的随机误差。图9还展示当ξ_i，ξ_j的标准偏差为0.06弧度时方程式(27)中的随机估计误差。对于d的每一值，所得标准偏差为大约(cca.)1.7度。通过比较图8与图9，观察到输入上的噪声与所得估计上的噪声之间的相当线性的关系。

到准3-D情形的扩展

参看图10，其描绘根据本发明的教示的第一平面上的四个信标天线和第二平面上的RF标签天线的布置的示意等角三维图。在3-D情形中，不能忽略仰角和天线特性。为了便利起见，此处使用替换(d_i-d_j)＝(x_i-x_j)·sinθ来重复方程式(14)：

$\left(14b\right),\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,j}=2\mathrm{\&pi;}\frac{(x_i-x_j)\&CenterDot;\sin \mathrm{\&theta;}}{\mathrm{\&lambda;}}+{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_i-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&xi;}}}_j+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&beta;}}_{i,j}$

在3-D情况下，将第i个信标天线的位置投影到含有RF标签且与由信标天线界定的平面平行的二维平面(「投影平面」)上。因而，x_i表示所获得图像与RF标签之间的距离。

首先分析仰角的影响(sin(θ))，而假设Δβ_i，j≈0，所述项将随后进行检查。寻找解：

$\left(30\right),\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,j}\&ap;\mathrm{\&pi;}\frac{(x_i-x_j)\&CenterDot;\sin \mathrm{\&theta;}}{\mathrm{\&chi;}}$

在界定d_i，d_j的「投影平面」中，以下情况成立：

$\left(31\right),(\mathrm{\&Delta;}{x}_{\mathrm{0,2}}^2+\mathrm{\&Delta;}{x}_{\mathrm{1,3}}^2)=4R^2$

因此，可将sinθ估计为：

$\left(32\right),\sin \widehat{\mathrm{\&theta;}}=\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;2R}\&CenterDot;\sqrt{(\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{\mathrm{0,2}}^2+\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{\mathrm{1,3}}^2)}{|}_{\mathrm{\&lambda;}=4R}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}\&CenterDot;\sqrt{(\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{\mathrm{0,2}}^2+\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{\mathrm{1,3}}^2)}$

可通过使用CORDIC算法对反正弦(arcsin)求值来根据方程式(32)计算仰角。用方程式(32)中的第一等式替换方程式(30)中的sin(θ)产生：

$\left(33\right),\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{i,j}\&ap;\frac{(x_i-x_j)}{2R}\&CenterDot;\sqrt{(\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{\mathrm{0,2}}^2+\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&alpha;}}}_{\mathrm{1,3}}^2)},$ 当R＝λ/4时

这是针对Δx_0，2和Δx_1，3求解。最后，使用Δx_0，2和Δx_1，3来正式替换用以估计方位角的方程式(27)到(29)中的Δd_0，2和Δd_1，3。

天线特性

虽然在3-D中天线不能被视为完全各向同性，但针对中等仰角和长距离(d_i＞＞λ)，可假设任何两个天线i和j以仅稍微不同的角度看到RF标签，使得所述天线引入大致相同的相位偏移，因此，Δβ_i，j≈0。可通过以下操作来校正残余效应：首先估计θ，接着基于查找表估计Δβ_i，j，且最后根据方程式(14)将估计的相位差误差Δβ_i，j用于Δd_0，2、Δd_1，3的补偿。可经由交替地迭代来改进估计。在θ的可行间隔内需要单调天线特性。对于d＞＞λ，可忽略Δβ_i，i对于距离(d)的相依性。

参看图11，其描绘根据本发明的教示的另一随机估计误差的示意图表。图11展示估计的仰角上的噪声。类似于被同时评估的方位角AoA估计的标准偏差，仰角的标准偏差为1.2度。请注意，方差相对于无仰角的情况增加。当θ＝45°且的标准偏差为0.03弧度时的θ的随机估计误差。对于d的每一值，θ和的标准偏差均为大约1.2度。

多路径传播效应的减轻

多路径传播将以不可预测的方式损毁相位估计，此导致不兼容的方程组。标准技术为在多个信道频率下(频率分集)和利用若干信标(空间分集)重复测量，以及从估计筛选最不兼容的方程式。

实例算法：

使用4个信标和3个信道进行十二次(12)AoA测量。一次使用属于三个信标(B_i＝[b_j|j∈{0，1，2，3}，j≠i})的9个方程式来计算位置估计，从而导致四个初始估计回合和四个估计(I＝0，...，3)：

其中

i指示迭代的当前回合

B_i表示参加估计的第i次迭代的选中信标的集合

C_i表示参加估计的第i次迭代的选中信道的集合

||B_i||、||C_i||表示相应集合中的元素的数目

表示从第i次迭代获得的位置估计，从而产生最小误差E_i

p表示在E、f、g的求值中所使用的位置坐标

E(p，B，C)为相对于使用信道C通过信标的集合B获得的测量而估计的AoA的误差，假设位置p。

请注意：虽然E在关于和的误差中是对称的，但视信标布置和天线特性而定，不同的线性或非线性组合可为实用的。

分别为使用信道c相对于信标b测量的方位角和仰角

f_b为相对于信标b的方位角(假设位置p)

g_b为相对于信标b的仰角(假设位置p)

|·|^v为绝对值的v次幂。建议v＝2。v→∞的情况等效于最小化最大绝对误差。

求方程式(34)的解可包括三个步骤(在每一回合中重复)：

1.通过满足方程式的子集的精确解的几何建构找出多个初始值。

2.对这些解求平均以产生单个初始值。

3.使用初始估计、开始使用最小均方(LMS)算法或其便利变体的对最佳解的搜索。

在每一迭代回合中，将所获得的估计置于所有12个方程式中。首先，使用参加估计的方程式、接着使用已省去的方程式来评估残余误差。选择所述两者的差(或者，比率)作为对不计入第i个估计的信标的评分的可能度量：

$\left(35\right),S_i=E({\hat{p}}_i,\stackrel{\&OverBar;}{B_i})-E({\hat{p}}_i,B_i)$

归因于相应信标节点所经历的较高信号减损程度，较高分数指示较大不兼容性。还针对其它信标重复所述程序，且摒弃具有最高不兼容性分数的信标。(此信标选择程序是基于试探法且绝不是最佳的。所述程序在所有信标对误差同样敏感且误差在信标之间不相关的情况下最佳地起作用。)

$\left(36\right),B_{\mathrm{FINAL}}=\left\{b_i\right|i=\{0,...,3\}\backslash \arg \underset{i}{\max }{S}_i\}$

可在LS意义上解出在信标选择之后剩余的9个方程式(或进一步缩减所述9个方程式以为每一信标选择最佳信道)。

工作循环

单个位置估计可能需要多次测量。每一测量可花费长达最长帧加上余裕空间的时间。作为大致近似，稳健测量需要十二个128字节的长帧，每一者的持续时间为4ms，例如，总共稍微大于48ms。在反向模式的情况下，单个4ms的包为足够的，这是因为所有信标可同时收听所述包。优选信号对噪声电平允许较短测量或较多多路径消除。较短测量减小精确度。

以1-10秒的更新速率(具有变化的精确度)重复位置估计产生1％的工作循环。因此，10-20mA的峰值电流消耗导致100-200μA的平均电流消耗。重复率和测量持续时间的调适可能基于：

唤醒周期经调适到

当日时间/星期时间(在夜间和/或在周末频率较低)

当前位置(接近某一特定物件或禁区)

先前所描述的移位检测机制

系统或节点中的其它活动或参数变化等

经调适到所需精确度的测量长度，和环境条件

如果主数据指示相对于先前估计的位置无移位，那么中途放弃AoA估计(和其余估计)

结果，可在节点的生命周期中使平均电流消耗降到几十微安，此在大部分应用的情况下为便利的。

(自)校准

迄今为止，已假设未知(或非确定性)非理想状况和已知信标位置和定向。事实上，一方面，可测量非理想状况中的一些且在部署之前对其进行补偿，而另一方面，在部署之后并不准确知道信标位置和定向。PCB迹线的差异将对测量模型中的Δβ_i，j造成确定性的相位差量。如果(例如)迹线长度差超过波长的0.1％(即，大约0.1mm)，那么此量开始变得有意义。此误差的大部分可在部署之前加以测量且在计算中加以补偿。可通过依据测量的温度更新校正项或者通过在部署之后重新计算校正因数以作为位置校准的部分来对温度相依性进行补偿。

校准程序对前向或者逆向AoA估计方法起作用。在论述中，在此方面中不作区别。网络的校准可采用变化的形式(如稍后所解释)，但基础原则为共同的。为简单起见，这些原则存在于二维设置中。

考虑到具有未知位置和定向的两个信标。现参看图12(a)-12(d)，其描绘根据本发明的教示的测量相互角的各自具有四个信号天线的两个信标节点的布置的示意等角图。图12(a)-12(d)展示两个节点可测量相互角和以确定相对于彼此的相对定向的方式。首先，节点i使用其四个天线且节点k使用单个天线(起RF标签的作用)，接着反过来。当天线未被切换时，每一节点具有选择所使用的天线的四个选项。关于每一天线获得的结果的聚集可采取线性组合或选择(以对抗多路径)的形式。

参看图13，其描绘在二维空间中各自由位置和定向表示的三个信标节点之间的测量的结果的示意表示。图13展示具有任意定向和位置且不位于同一线上的三个节点。通过应用图12中所展示的成对测量，可确定相应角度和定向。连接所述节点的中心点的三角形的缩放比例和定向为不确定的。角度相对于信标布置的缩放比例为同态的，因此，不能根据相互测量确定绝对距离。两个节点的距离必须通过用以确定缩放比例的外部方法来测量。更有约束性的数据产生超定(over-determined)估计问题和更准确估计。在二维空间或三维空间的情况下，信标网络的定向要求从外部测量连接信标位置的至少一个(两)条线的定向。

整个信标网络的(重新)校准可以两种方式发生：

自校准：在校准中仅使用通常所应用的信标

扩展校准：将辅助信标引入到校准中

在自校准中，信标中的一些是通过外部参考来校准，且具有完全已知位置(和定向)。所述信标提供绝对锚定坐标以作为估计的约束。然而，每个信标都参加确定其自身和彼此的位置和定向。此方法有两个缺点：

锚定节点可能难以在部署之后存取以用于测量节点的精确位置(和定向)

校准使同级信标之间的定域的精确度最大化，而非出现在空间(平面)的不同域中的RF旗标的定域。

因此，可提供优选精确度的实际上更可行的方法为将辅助信标(临时)部署在预期会出现RF标签的空间区域中。每一辅助信标节点的位置(和定向)必须在校准信标网络之前通过外部方法测量。辅助信标可被到处移动，且可通过聚集结果来改进校准。对于定域程序的可使用性的同步性并无特殊要求。

尽管已通过参考本发明的实例实施例而描绘、描述且界定本发明的实施例，但这些参考并不暗示对本发明的限制，且不应推断出此限制。所揭示的标的允许在形式上和功能上具有相当大修改、变更和等效物，所述修改、变更和等效物为获益于本发明的所属领域的技术人员容易想到的。所描绘且描述的本发明的实施例仅为实例，且并非详尽阐述本发明的范围。

Claims (28)

1.一种用于使用空间分离的信标节点定位射频标签的方法，所述方法包括以下步骤：

提供至少一信标节点；所述至少一信标节点包含与天线切换器耦合的多根天线、与所述天线切换器耦合的射频装置，以及具有输出和至少一输入的微控制器，所述微控制器与所述射频装置及所述天线切换器耦合；

从多个信标节点中的每一者的循环选中的天线发射多个信标符号，其中所述微控制器经配置以经由所述天线切换器的输出而控制所述天线切换器以选择天线，且其中所述射频装置为所述微控制器的所述至少一输入提供时序脉冲，所述时序脉冲触发所述微控制器在符号边界执行天线切换；

于射频RF标签处接收所述多个信标符号；

确定于所述RF标签处接收的所述多个信标符号的相位跳跃和所述多个信标节点中的每一者的发射所述多个信标符号中的每一者的所述相应选中天线；

估计从所述多个信标节点中的每一者发射的所述多个信标符号的抵达角度AoA；根据所述相应AoA估计来估计所述多个信标节点中的每一者的AoA向量；以及根据所述AoA向量来估计所述RF标签的空间位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个信标符号中的每一下一个信标符号是从所述循环选中的天线中的下一个天线发射。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个信标符号中的每隔一个下一个信标符号是从所述循环选中的天线中的下一个天线发射。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个信标符号为传输帧的有效载荷部分。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计从所述多个信标节点中的每一者发射的所述多个信标符号的所述AoA的步骤包括：确定与发射所述多个信标符号中的每一信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述信标符号的所述相位跳跃的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计从所述多个信标节点中的每一者发射的所述多个信标符号的所述AoA的步骤包括：确定与发射所述多个信标符号中的每隔一个信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述每隔一个信标符号的所述相位跳跃的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计所述AoA的步骤提供方位角估计。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计所述AoA的步骤提供仰角估计。

9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过以下操作来校准所述多个信标节点中的每一信标节点的位置和定向的步骤：

从所述多个信标节点中的信标节点的所述循环选中的天线发射多个信标符号；以及

在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点中的所述另一信标节点的所述天线中的天线接收所述多个信标符号。

10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过以下操作来校准所述多个信标节点中的每一信标节点的位置和定向的步骤：

从所述多个信标节点中的信标节点的所述天线中的天线发射多个信标符号；以及

在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点中的所述另一信标节点的所述循环选中的天线接收所述多个信标符号。

11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：

提供中央处理节点；以及

提供网络以用于将所述中央处理节点耦合到所述多个信标节点。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述信标符号是直接序列扩频DSSS符号，所述方法进一步包含：在所述微控制器处收到时序脉冲后，同步后续天线切换器至传输的符号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述微控制器包含用于执行所述同步的计时器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中符号长度为16微秒。

15.一种用于使用空间分离的信标节点来定位射频标签的方法，所述方法包括以下步骤：

提供至少一信标节点；所述至少一信标节点包含与天线切换器耦合的多根天线、与所述天线切换器耦合的射频装置，以及具有输出和至少一输入的微控制器，所述微控制器与所述射频装置及所述天线切换器耦合；

从射频RF标签的天线发射多个信标符号；

在多个信标节点中的每一者的循环选中的天线上接收所述多个信标符号，其中所述微控制器经配置以经由所述天线切换器的输出而控制所述天线切换器选择天线，且其中所述射频装置为所述微控制器的所述至少一输入提供时序脉冲，所述时序脉冲触发所述微控制器在符号边界执行天线切换；

确定从所述RF标签发射的所述多个信标符号的相位跳跃和所述多个信标节点中的每一者的接收所述多个信标符号中的每一者的所述相应选中天线；

估计于所述多个信标节点的每一者处接收的所述多个信标符号的抵达角度AoA；

根据所述AoA估计来估计所述多个信标节点的每一者的AoA向量；以及

根据所述AoA向量来估计所述RF标签的空间位置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中于所述循环选中的天线中的下一个天线处接收所述多个信标符号中的每一下一个信标符号。

17.根据权利要求15所述的方法，其中于所述循环选中的天线中的下一个天线处接收所述多个信标符号中的每隔一个下一个信标符号。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个信标符号为传输帧的有效载荷部分。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述估计于所述多个信标节点中的每一者处接收的所述多个信标符号的所述AoA的步骤包括：确定与从所述RF标签接收所述多个信标符号中的每一信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述信标符号的所述相位跳跃的步骤。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述估计于所述多个信标节点中的每一者处接收的所述多个信标符号的所述AoA的步骤包括：确定与从所述RF标签接收所述多个信标符号中的每隔一个信标符号的所述循环选中的天线的相应天线有关的所述多个信标符号中的所述每隔一个信标符号的所述相位跳跃的步骤。

21.根据权利要求15所述的方法，其中所述估计所述AoA的步骤提供方位角估计。

22.根据权利要求15所述的方法，其中所述估计所述AoA的步骤提供仰角估计。

23.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括通过以下操作来校准所述多个信标节点中的每一信标节点的位置和定向的步骤：

从所述多个信标节点中的信标节点的所述循环选中的天线发射多个信标符号；以及

在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点中的所述另一信标节点的所述天线的天线接收所述多个信标符号。

24.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括通过以下操作来校准所述多个信标节点中的每一信标节点的位置和定向的步骤：

从所述多个信标节点中的信标节点的所述天线中的天线发射多个信标符号；以及

在所述多个信标节点中的另一信标节点上用所述多个信标节点中的所述另一信标节点的所述循环选中的天线接收所述多个信标符号。

25.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括以下步骤：

提供中央处理节点；以及

提供网络以用于将所述中央处理节点耦合到所述多个信标节点。

26.根据权利要求15所述的方法，其中所述信标符号是直接序列扩频DSSS符号且所述射频装置确定每一接收符号的相位及量值信息，所述方法进一步包含：在所述微控制器处收到时序脉冲后，所述微控制器通过所述微控制器与所述射频装置之间的接口自所述射频装置读取相位及量值信息。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述接口为串行接口。

28.根据权利要求26所述的方法，其中符号长度为16微秒且所述微控制器包含将天线切换器同步至符号的计时器。