CN105308477A - 使用信号的飞行时间的改进的距离测量 - Google Patents

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Abstract

提供一种测量第一设备与第二设备之间的距离的方法，所述方法包括，执行基于飞行时间的距离测量来测量所述第一设备与所述第二设备之间的距离，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量是根据所述距离测量所需的准确度水平来确定的。

Description

使用信号的飞行时间的改进的距离测量
技术领域
本发明涉及用于确定第一设备与第二设备(诸如用户设备与基站单元)之间的距离的技术，并且具体涉及一种改进的基于飞行时间的距离测量。本发明还涉及一种个人跟踪系统，其使用所述改进的基于飞行时间的距离测量来确定用户是否在预定的安全地带内。
背景技术
能够用于跟踪或监测人的位置的许多个人跟踪系统是可用的。这样的系统的用户可以包括老人、儿童、患老年痴呆症的人、痴呆或自闭症(有精神错乱倾向的人)或者护理中心或医院里的患者。可以建立“地理围栏”，所述“地理围栏”界定允许用户在其中自由移动的安全或可接受区域，例如他们的家中，或者相反地界定用户不应当进入的区域，并且所述跟踪系统能够用于验证用户是否在其安全地带或地理围栏内，以及如果不是，则触发报警并确定用户的位置。
这些系统通常包括用户穿戴或用户携带的设备和被放置在(并且帮助定义)安全地带中的基站单元。所述用户设备可以包括与诸如蜂窝通信或WiFi的另一无线通信技术结合的GPS接收器，其用于监测用户的位置。然而，这些系统受妨碍于由于低位置采样速率(为了节约电力)、欠佳电池寿命(如果采样速率被设置得较高)的低劣性能，或者具有由于将大电池包括在设备中的相当大尺寸。
在某些情况下，基站单元可以充当用户设备的信标，并且用户设备可以使用从基站单元发射的信号来确定用户设备(以及由此的用户)是否在安全地带内。某些设备使用对接收信号强度的测量(例如对接收无线电信号中的功率的测量，称为接收信号强度指示器，RSSI)来估计与基站单元的距离，并且由此确定用户设备是否在安全地带内。该技术通常能够消耗与诸如GPS的其他位置估计技术相比较少的功率。然而，基于信号强度测量的距离估计不是非常具有鲁棒性，并且要么产生不一致或不规律的距离测量结果，要么需要来自诸如GPS的另一位置确定技术或使用蜂窝基站的三角测量的辅助。
特别地，已发现，基于RSSI的距离检测设备随着用户和/或用户设备关于基站单元的取向改变而产生不一致的距离结果。这在图1中图示出。在该图中，正携带用户设备4的用户2被示为在距离基站单元6的两个不同距离和关于基站单元6的两个不同取向处。在第一距离和取向(标记为“A”)处，用户2和用户设备4被取向为，使得存在从用户设备4到基站单元6的瞄准线，这导致用户设备4接收来自基站单元的较强的信号。用户2和用户设备4的该取向能够使用信号强度测量来提供对用户设备4与基站单元6之间的距离的相当可靠的估计。然而，在第二距离和取向(标记为“B”)处，用户2与基站单元6接近得多，但用户设备4与基站单元6之间不存在任何瞄准线，因为其被用户2的身体阻隔/屏蔽。用户设备4被用户2的身体的该屏蔽使从基站单元6接收的信号的强度衰减许多分贝，并且由此导致用户设备4确定用户设备4距离基站单元6比实际情况更远(并且，取决于衰减水平，甚至可以确定用户2在所确定的安全地带之外)。
另外，用户的家庭或卫生保健环境中的物体和用于构造用户的家庭或卫生保健环境的材料能够影响接收信号的强度。
一种用于确定用户设备与基站单元之间的距离的备选技术是基于用户设备与基站单元之间的信号的飞行时间(ToF)。该技术相对于信号衰减更具有鲁棒性。一般说来，飞行时间测量是基于在超宽带UWB范围(2.4-5GHz)中发射的信号，因为能够达到的准确度取决于可用带宽的量和信噪比(根据Cramer-Rao极限)。然而，UWB飞行时间或GHz范围中的飞行时间的缺点在于有限的发射范围(当保持功率消耗低时)或用户设备的高能量消耗(当尝试增大范围时)。
由此，使用窄带通信(例如在900MHz范围中)执行飞行时间测量是可取的，因为需要较少电力，并且相对于UWB范围得到改进，并且，对于所述系统已显示出亚米准确度。然而，需要在用户设备与基站单元之间交换大量消息，以便产生精确结果，但这导致额外的功率消耗，并且在某些国家和/或规范中，存在对允许发射器活跃的总时间的监管限制(例如最多为时间的10％)。
因此，存在对用于执行基于飞行时间的距离测量的改进技术的需求，所述改进技术能够在使功率消耗最小化的同时提供期望的准确度水平的距离测量，并且适于在个人跟踪系统中使用以确定用户是否在预定的安全地带内。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种测量第一设备与第二设备之间的距离的方法，所述方法包括，执行基于飞行时间的距离测量，以测量所述第一设备与所述第二设备之间的距离，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量根据所述距离测量所需的准确度水平来确定。
优选地，在所述基于飞行时间的距离测量期间发射的信号的长度当需要第一准确度水平时被设置为第一长度，并且当需要第二准确度水平时被设置为第二长度，其中，所述第一长度短于所述第二长度，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
优选地，在所述基于飞行时间的距离测量期间获得的飞行时间测量结果的数量当需要第一准确度水平时被设置为第一数量，并且当需要第二准确度水平时被设置为第二数量，其中，所述第一数量小于所述第二数量，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
优选地，所述方法还包括以下步骤：确定对所述第一设备与所述第二设备之间的距离的初始估计；并且，根据对距离的所述初始估计，确定所述距离测量所需的准确度水平。
在某些实施例中，对距离的初始估计是根据在所述第一设备与所述第二设备之间发射的信号的接收信号强度来确定的。在其他实施例中，对距离的初始估计是使用通过使用第一长度的信号获得的一个或多个飞行时间测量结果来确定的。
优选地，执行所述基于飞行时间的距离测量包括获得对所述第一设备与所述第二设备之间的飞行时间的一个或多个测量结果，其中，对飞行时间的测量通过以下来获得：在所述第一设备与所述第二设备之间发射所确定的长度的第一信号；在所述第一设备与所述第二设备之间发射响应信号；以及，根据从所述第一信号的发射到所述响应信号的接收逝去的时间以及所述第一信号的接收与所述响应信号的发射之间的时间来确定所述飞行时间。
在某些实施例中，所述方法还包括以下步骤：确定所述响应信号是响应于接收到直接还是反射的第一信号而被发射。
优选地，确定所述响应信号是响应于接收到直接还是反射的第一信号而被发射的步骤包括：确定所述第一设备和所述第二设备的发射功率；确定在所述第一设备处和在所述第二设备处接收的信号的强度；使用所述发射功率和所述接收信号强度来确定所述响应信号是响应于接收到直接还是反射的第一信号而被发射。
优选地，所述方法还包括以下步骤：如果确定所述响应信号是响应于接收到反射的第一信号而被发射，则通过直接响应信号的接收与反射的响应信号的接收之间的时间对使用所述响应信号获得的飞行时间测量结果进行修正。
在某些实施例中，所述方法还包括以下步骤：在修正所述飞行时间测量结果之后，降低用于发射所述第一信号的发射功率。
在优选实施例中，所述方法用于确定所述第一设备和所述第二设备是否在彼此的预定距离内。
在那些实施例中，所述方法优选还包括以下步骤：估计使用所述基于飞行时间的距离测量获得的距离测量结果的不确定度；评估d+u<R，以及d–u>R，其中，d是所述距离测量结果，u是对所述不确定度的估计，并且R是所述预定距离；以及，如果既没有d+u<R也没有d–u>R，则确定需要更高的准确度水平，并且获得其他一个或多个飞行时间测量结果；否则，使用所述距离测量结果d来确定所述第一设备和所述第二设备是否在彼此的所述预定距离内。
在某些实施例中，所述其他一个或多个飞行时间测量结果是使用所述第一长度或第二长度的信号来获得的，所述第二长度长于所述第一长度。
在其他实施例中，在获得所述其他一个或多个飞行时间测量结果之后，所述方法包括以下步骤：根据所述一个或多个飞行时间测量结果以及所述其他一个或多个飞行时间测量结果来确定距离测量结果d’；估计所述距离测量结果d’的不确定度u’；评估d’+u’<R，以及d’–u’>R；如果既没有d’+u’<R也没有d’–u’>R，则确定需要更高的准确度水平，并且获得其他一个或多个飞行时间测量结果；否则，使用所述距离测量结果d’来确定所述第一设备和所述第二设备是否在彼此的所述预定距离内。
在某些实施例中，在执行所述基于飞行时间的距离测量过程之前，所述方法包括以下步骤：测量在所述第一设备与所述第二设备之间发射的信号的接收信号强度；将所述接收信号强度与阈值进行比较；如果所述接收信号强度在所述阈值之上，则确定所述第一设备和所述第二设备在彼此的所述预定距离之内；否则，执行所述基于飞行时间的距离测量。
在某些实施例中，在使用所述基于飞行时间的距离测量已确定所述第一设备和所述第二设备在彼此的所述预定距离内的情况下，所述方法还包括：测量在所述第一设备与所述第二设备之间发射的另一信号的接收信号强度；将所述另一信号的接收信号强度与所述先前信号的接收信号强度进行比较；如果所述另一信号的接收信号强度小于所述先前信号的接收信号强度，则执行另一基于飞行时间的距离测量；如果所述另一信号的接收信号强度大于所述先前信号的接收信号强度，则将所述另一信号的接收信号强度与所述阈值进行比较，并且，如果所述另一信号的接收信号强度大于所述阈值，则确定所述第一设备和所述第二设备在彼此的所述预定距离内，否则，执行其他基于飞行时间的距离测量。
本发明的第二方面提供一种操作设备以测量所述设备与另一设备之间的距离的方法，所述方法包括：执行基于飞行时间的距离测量来测量所述设备与所述另一设备之间的距离，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量是根据所述距离测量所需的准确度水平来确定的。
设想了操作所述设备的方法的其他实施例，其中，所述设备根据上面的方法中定义的和/或如下面的详细说明书中所描述的所述第一设备和第二设备中的任一个操作。
本发明的第三方面提供一种方操作如本发明的上述第二方面的实施例的任一个中定义的所述“另一设备”的方法。
根据本发明的第四方面，提供一种包括第一设备和第二设备的系统，所述第一设备和第二设备被配置为执行基于飞行时间的距离测量来测量所述第一设备与所述第二设备之间的距离，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量是根据所述距离测量所需的准确度水平来确定的。
优选地，在所述基于飞行时间的距离测量期间由所述第一设备和/或所述第二设备发射的信号的长度当需要第一准确度水平时被设置为第一长度，并且当需要第二准确度水平时被设置为第二长度，其中，所述第一长度短于所述第二长度，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
优选地，由所述第一设备和所述第二设备在所述基于飞行时间的距离测量期间获得的飞行时间测量结果的数量当需要第一准确度水平时被设置为第一数量，并且当需要第二准确度水平时被设置为第二数量，其中，所述第一数量小于所述第二数量，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
优选地，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为：确定对所述第一设备与所述第二设备之间的距离的初始估计；以及，根据对距离的所述初始估计来确定所述距离测量所需的准确度水平。
在某些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备被配置为根据在所述第一设备与所述第二设备之间发射的信号的接收信号强度来确定对距离的所述初始估计。在其他实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备被配置为使用通过使用第一长度的信号获得的一个或多个飞行时间测量结果来确定对距离的所述初始估计。
优选地，所述第一设备和所述第二设备被配置为通过获得所述第一设备与所述第二设备之间的飞行时间的一个或多个测量结果来执行所述基于飞行时间的距离测量，这是通过：在所述第一设备与所述第二设备之间发射所确定的长度的第一信号；在所述第一设备与所述第二设备之间发射响应信号；以及，根据从所述第一信号的发射到所述响应信号的接收逝去的时间以及所述第一信号的接收与所述响应信号的发射之间的时间来确定所述飞行时间。
在某些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为确定所述响应信号是响应于接收到直接还是反射的第一信号而被发射。
在那些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备优选被配置为通过以下来确定所述响应信号是响应于接收到直接还是反射的第一信号而被发射：确定所述第一设备和所述第二设备的发射功率；确定在所述第一设备处和在所述第二设备处接收的信号强度；以及，使用所述发射功率和所述接收信号强度来确定所述响应信号是响应于接收到直接还是反射的第一信号而被发射。
在那些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备优选还被配置为，如果确定所述响应信号是响应于接收到反射的第一信号而被发射，则通过直接响应信号的接收与反射的响应信号的接收之间的时间对使用所述响应信号获得的飞行时间测量结果进行修正。
在某些实施例中，所述第一设备和所述第二设备被配置为在对所述飞行时间测量结果进行修正之后，降低用于发射所述第一信号的发射功率。
优选地，所述第一设备和/或所述第二设备被配置为确定所述第一设备和所述第二设备是否在彼此的预定距离内。
在某些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为：估计使用所述基于飞行时间的距离测量获得的距离测量结果的不确定度；评估d+u<R，以及d–u>R，其中，d是所述距离测量结果，u是对所述不确定度的估计，以及，R是所述预定距离；以及，如果既没有d+u<R也没有d–u>R，则确定需要更高的准确度水平，并获得其他一个或多个飞行时间测量结果；如果有d+u<R和d–u>R中的一个或全部两个，则使用所述距离测量结果d来确定所述第一设备和所述第二设备是否在彼此的所述预定距离内。
在某些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备被配置为使用所述第一长度或第二长度的信号来获得所述其他一个或多个飞行时间测量结果，所述第二长度长于所述第一长度。
在某些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为，使得在获得所述其他一个或多个飞行时间测量结果之后，所述第一设备和所述第二设备：根据所述一个或多个飞行时间测量结果以及所述其他一个或多个飞行时间测量结果来确定距离测量结果d’；估计距离测量结果d’的不确定度u’；评估d’+u’<R，以及d’-u’>R；如果既没有d’+u’<R也没有d’-u’>R，则确定需要更高的准确度水平，并且获得其他一个或多个飞行时间测量结果；如果有d+u<R和d–u>R中的一个或全部两个，则使用距离测量结果d’来确定所述第一设备和所述第二设备是否在彼此的所述预定距离内。
优选地，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为，使得在执行所述基于飞行时间的距离测量过程之前，所述第一设备和所述第二设备：测量在所述第一设备与所述第二设备之间发射的信号的接收信号强度；将所述接收信号强度与阈值进行比较；如果所述接收信号强度在所述阈值之上，则确定所述第一设备和所述第二设备在彼此的所述预定距离内；如果所述接收信号强度小于所述阈值，则执行所述基于飞行时间的距离测量。
在某些实施例中，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为，使得如果使用所述基于飞行时间的距离测量已确定所述第一设备和所述第二设备在彼此的所述预定距离内，则所述第一设备和/或所述第二设备：测量在所述第一设备与所述第二设备之间发射的另一信号的接收信号强度；将所述另一信号的接收信号强度与所述先前信号的接收信号强度进行比较；如果所述另一信号的接收信号强度小于所述先前信号的接收信号强度，则执行另一基于飞行时间的距离测量；如果所述另一信号的接收信号强度大于所述先前信号的接收信号强度，则将所述另一信号的接收信号强度与所述阈值进行比较；如果所述另一信号的接收信号强度大于所述阈值，则确定所述第一设备和所述第二设备在彼此的所述预定距离内；并且，如果所述另一信号的接收信号强度小于所述阈值，则执行其他基于飞行时间的距离测量。
在优选实施方案中，所述第一设备和所述第二设备中的一个是被用户穿戴或携带的便携式设备，并且所述第一设备和所述第二设备中的另一个是基站单元。
根据本发明的第五方面，提供一种设备，包括：收发器电路，其用于实现与另一设备的通信；以及，处理单元，其被配置为执行基于飞行时间的距离测量来测量所述设备与所述另一设备之间的距离，其中，所述处理单元被配置为根据所述距离测量所需的准确度水平来确定在所述基于飞行时间的距离测量期间由所述收发器电路发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量。
设想了所述设备的其他实施例，其中，所述设备被配置为根据在上面的系统中定义和/或如在下面的详细说明书中描述的第一设备和第二设备中的任一个来操作。
本发明的第六方面提供如在上面本发明的第五方面的实施例的任一个中定义的“另一设备”，其被配置为连同所述第五方面的设备一起执行所述飞行时间距离测量。
本发明的第七方面提供一种包括根据第五方面所述的设备和根据第六方面所述的“另一设备”中的至少一个的系统。
附图说明
下面将参考附图仅作为示例来描述本发明的示例性实施例，其中：
图1是用户的取向能够如何影响使用信号强度测量技术的距离估计的图示；
图2是根据本发明的实施例的第一设备和第二设备的框图；
图3是图示出根据本发明测量第一设备与第二设备之间的距离的方法的流程图；
图4是图示出根据本发明的实施例操作第一设备以确定用户的位置的方法的流程图；
图5是图示出根据本发明的实施例操作第二设备以确定用户的位置的方法的流程图；
图6是第一距离和不确定度测量的图示；
图7是第二距离和不确定度测量的图示；
图8是第二距离和不确定度测量的图示；
图9是图示出为考虑信号反射而处理飞行时间测量结果的方法的流程图；以及
图10是图示出根据本发明的其他实施例确定用户的位置的方法的流程图。
具体实施方式
在图2中图示了根据本发明的示例性系统10。系统10包括第一设备12和第二设备14。在该示例性系统10中，第一设备12是要由用户携带或穿戴的便携式设备，并且第二设备14是一般具有固定位置(例如，当系统10是个人跟踪系统时，在被认为对用户安全的区域或环境中)的基站单元，尽管设想了第一设备12和第二设备14的其他布置。第一设备12可以是移动电话或智能电话、个人应急响应系统(PERS)设备(通常包括用于用户请求援助或帮助的按钮)、包括PERS设备和移动电话功能的移动PERS(MPERS)设备、用于监测用户是否已遭受跌倒的用户穿戴式跌倒检测器、或任何其他类型的这样的设备，其中，对于所述设备，可以用于确定与另一设备或特定位置的距离。
第一设备12包括：处理单元16，其控制第一设备12的操作；收发器电路18及关联天线20，其用于从第二设备14接收信号并且向第二设备14发射信号；存储器模块22，其用于存储程序代码，所述程序代码用于由处理单元16执行根据本发明控制第一设备12所需的处理；以及，电源24，诸如电池或电池组。
第二设备14包括：处理单元26，其控制第二设备14的操作；收发器电路28及关联天线30，其用于从第一设备12接收信号并且向第一设备12发射信号；以及，存储器模块32，其用于存储程序代码，所述程序代码用于由处理单元26执行根据本发明控制第二设备14所需的处理。
应当认识到，第二设备14也将包括电源(未示出)，其可以是电池或电池组，或者，第二设备14可以被配置为使用主电源。
还应当认识到，第一设备12和第二设备14的仅对于图示出本发明必要的部件在图2中被示出，以及，在实践中，第一设备12和/或第二设备14可以包括额外的部件。
在优选实施例中，第一设备12中的收发器电路18和第二设备14中的收发器电路28被配置为在亚GHz无线电范围中的窄带宽中操作，例如在868MHz/915MHzISM频带、430MHz频带或212MHz频带中。在某些实施例中，其中，对于距离测量需要或期望多重路径修正，收发器电路28和/或处理单元26实施软件定义的雷克(rake)接收器。
根据本发明，第一设备12和第二设备14使用飞行时间(ToF)测量来确定设备12、14之间的距离。示例性ToF测量可以通过以下来执行：第二设备14向第一设备12发射预定义信号，其中，第一设备12在接收该预定义信号后的预定义时间间隔以对应的响应信号做出响应。由第一设备12发射的响应信号能够是与由第二设备14发射的预定义信号相同的信号，或者，其能够是可被第二设备14识别的另一预定义信号。
当接收到预定义响应信号时，第二设备14计算从预定义信号从第二设备14被发射的时间到预定义响应信号从第一设备12被接收的时间所逝去的时间，以及，通过减除第一设备12在发射预定义响应信号之前等待的预定义时间间隔来确定ToF。之后，该ToF测量结果可以使用距离＝c*tToF/2被转换为距离，其中，c是光速，以及，tToF是从第二设备14到第一设备12以及折回来的ToF。应当认识到，飞行时间测量还可以通过以下来做出：第一设备12向第二设备14发射初始预定义信号，并且第二设备14在接收初始预定义信号之后的预定义时间间隔以对应的信号做出响应。
通过飞行时间测量来测量的距离的精确度取决于一些参数。
首先，软件定义的无线电中的时间测量的分辨率可以影响精确度。200MHz采样速率给出5ns分辨率，其转换为大约0.75m的距离准确度。假定GPS位置测量的准确度在3-5米之间，对于ToF，该准确度是足够的。由此，通过以高速率(例如100MHz/200MHz)过采样，该问题被解决。
能够影响ToF测量的准确度的另一参数是第一设备12中的时钟的时钟相位同步。第一设备12中的时钟正独立于第二设备14中的时钟而运行，因此可以存在相位差。然而，该不准确度通过对一些ToF测量结果进行平均来解决。另外，通过确保信号的位速率是设备中的时钟周期的离散倍数，有可能通过查看信号中的位周期的长度来估计第二设备的时钟速率，由此甚至进一步提高准确度。
由于第一设备12能够由用户携带或穿戴，因此当执行飞行时间测量时，第一设备12可以正朝向或远离第二设备14而移动，这可以影响ToF测量的准确度。假设用户正在仅走路或跑步(即不在车辆中行进)，移动速度将较低，但其仍然对第一设备12与第二设备14之间的信号交换的持续时间施加限制。因此，为减轻由第一设备12的移动引入的测量不准确度，短信号的频繁交换是期望的。
对ToF测量的准确度的另一限制由Cramer-Rao极限给出，Gramer-Rao极限将对即将到来的消息进行检测的准确度与信道带宽和有效信噪比(SNR)相关联。
如在由Lanzisera，S.M.、Pister，K.的“RFRangingforLocationAwareness”(技术报告No.UCB/EECS-2009-69、伯克利的加利福尼亚大学、2009年5月)中所描述的，将SRN和带宽链接在一起以给出对测距性能的界定的数学表述能够根据Cramer-Rao下界(CRB)导出。对于任何对未知参数的无偏估计，能够计算CRB。作为参数估计问题的测距已在雷达和声纳应用的背景中被广泛研究，并且已在多种条件下导出CRB。对于上面讨论的原型“边缘检测”测距系统，CRB能够用于将对距离的估计的方差的下界计算为
&sigma; r ^ 2 &GreaterEqual; c 2 ( 2 &pi; B ) 2 E s / N 0 ( 1 + 1 E s / N 0 ) - - - ( 1 )
其中，是距离估计的方差，c是光速，B是以赫兹为单位的占用信号带宽，以及，Es/N0是信号能量与噪声密度比。SNR和Es/N0通过以下来相关
E s N 0 = t s B &CenterDot; S N R - - - ( 2 )
其中，ts是在其期间带宽B被占用的信号持续时间，即，在其期间信号被发射的时间。
由此，Cramer-Rao极限示出，利用单一测量实现的准确度取决于带宽和比率Es/N0。带宽是固定的，并且取决于设备正在其中操作的带宽。在大约900MHz(868/900/915MHz)的较低带宽处，带宽通常是12.5kHz或25kHz。
比率Es/N0由信号的信号强度对噪声层(SNR)并且还由将作为信号的部分而被相关的代码长度(由tsB项表示)确定。
所述比率可以通过使用较长相关代码(其导致信号出现的较长时间ts)而被增大(并且由此准确度可以被提高)。这能够通过扩展单一发射的位模式(即增大位模式中的位数)和/或通过在飞行时间测量中使用多个发射/响应对来达到。还已发现，较长代码和多个发射/响应对这两者都对同步两个设备的时钟有帮助。
显而易见，作为ToF过程的部分被发射的代码模式的长度对设备12、14的能量使用有影响，特别是在发射侧，因为需要发射较长信号。完成基于ToF的距离测量所需的发射/响应对的数量也直接影响能量使用，因为每个额外的发射/响应对导致额外的能量耗费。
使单一发射太长是不可取的，因为当出现间歇性信号干扰时，较不可能良好的信号将在另一设备处被接收。将发射/响应对的数量增大到非常大的数量也是不可取的，因为每个发射/响应对需要对之间的额外时间，由此使基于ToF距离测量的周期太长。
由此，根据本发明，预定义代码信号的长度和/或发射/响应对的数量(即，设备中的一个向另一设备发射预定义代码信号和从另一设备接收预定义响应信号的次数)被调整为达到对于基于飞行时间距离测量的期望的准确度水平。
图3图示出了根据本发明测量第一设备12与第二设备14之间的距离的方法。在第一步骤、步骤101中，确定距离测量所需的准确度水平。
如在下面详细描述的，其中，基于ToF的距离测量用于确定第一设备12关于诸如安全地带边界的特定位置的位置，所需的准确度水平能够根据对第一设备12的位置的初始估计或对第一设备12与第二设备14之间的距离的初始估计来确定。
例如，如果对所述位置或距离的初始估计指示第一设备12接近安全地带的边界(或在这样的边界范围内，所述边界范围在对所述位置或距离的初始估计的误差幅度内)，则，相比于当初始估计远离边界地放置第一设备12时，为澄清第一设备12在边界的哪一侧可以需要较高的准确度水平。在某些情况下，对第一设备12与第二设备14之间的距离的初始估计是基于信号强度(例如RSSI)测量结果的，并且在其他情况下，对该距离的初始估计能够基于对代码信号长度和/或发射/响应对数量使用缺省值的ToF测量。在另外其他情况下，对所述位置或距离的初始估计能够使用另一类型的距离或位置估计技术来确定，例如蜂窝基站三角测量或低准确度卫星定位系统测量。
一旦已确定距离测量所需的准确度水平，则该所需的准确度水平用于选择将在飞行时间测量中使用的代码信号的长度和/或为确定距离而获得的飞行时间测量的次数(例如，需要被发射的发射/响应对的数量)，并且基于飞行时间的距离测量过程是在所选数量的发射/响应对的情况下使用所选长度的代码信号而被执行的(步骤103)。在某些实施例中，如在下面详细描述的，预定数量的发射/响应对(飞行时间测量)能够与所选长度的代码信号一起被用于提供对距离的初始测量，并且能够做出关于是否有必要使用其他发射/响应对来获得更多飞行时间测量结果以提升测量的准确度的判断。
一般说来，所需的准确度水平越高，则使用的代码信号越长(即，代码信号相比于当较低准确度可接受时包括更多位)和/或所需的发射/响应对越多。
在一个示例中，距离测量将准确到10米内。SNR是取决于接收信号的实际强度对环境中的噪声量的值。SNR能够通过以下来估计：测量当来自第二设备14的信号出现时的RSSI，并且还测量当来自第二设备14的信号不出现时的RSSI。这两个RSSI之间的比率提供对SNR的初始估计。
假设对SNR的初始估计是20dB，则对于B＝25kHz和10m的所需准确度，方程(2)提供出，tsB·SNR必须大于36450。20dB的SNR与针对SNR的因子100是一样的，因此，ts·25000*100>36450，导致ts>14.6毫秒。
通过该14.6毫秒的初始估计，能够创建包括已编码信息的位模式，所述已编码信息例如是发射方设备ID和用足够的信息内容覆盖指定量的时间的时间戳。由于SNR仅是初始估计，在实践中，其可以不足以准确到立即获得对信号长度的估计。因此，能够通过该模式执行多次迭代，直到从所述迭代接收的统计方差显示出已获得有效的估计。应当指出，准确度随着迭代次数的平方根而提升。
图4和图5图示出了分别操作第一设备12和第二设备14以执行和使用飞行时间测量结果以确定第一设备12是否在针对用户的预定安全地带内的示例性方法。在这些实施例中，第一设备12是随着用户移动的用户穿戴或携带的设备，并且第二设备14是在固定位置处的基站单元。安全地带对应于具有固定半径(例如，当基站单元14位于用户家中时，15米)的以基站单元14为中心的圆。
在该实施例中，在设备12、14中的一个处从另一设备12、14接收的信号的强度用于提供对基于ToF的距离测量所需的准确度的指示。
在第一步骤、步骤201中，第一设备12使用收发器电路18和天线20接收来自第二设备14的信号。该信号由第二设备14中的天线30和收发器电路28发射(图5中的步骤231)，并且能够包括指示第二设备14的发射功率的数据字段。第二设备14可以例如每0.5秒地定期或频繁发射该信号。
在接收所述信号之后，第一设备12中的处理单元16测量所接收信号的信号强度(例如RSSI)(步骤203)，并且基于该信号强度选择将在距离测量过程中使用的代码信号长度(步骤205)。在其中仅两个代码长度可用(例如短和长代码)的某些实施例中，当测量的信号强度(或根据测量的信号强度导出的SNR)在阈值之上(即，较低准确度是可接受的)时选择短代码，并且当测量的信号强度(或根据测量的信号强度导出的SNR)在阈值之下(即，期望较高准确度)时选择长代码。在其他实施例中，具有对应阈值的多于两个代码长度可以是可用的。在某些实施例中，代码序列能够是伪随机模式，该伪随机模式能够根据需要以所需长度被生成，而在其他实施例中，代码序列能够被预定并被存储在存储器中。
在例如参考图10所描述的稍后实施例中，测量的信号强度还被第一设备12中的处理单元16用于做出对第一设备12与第二设备14之间的距离的初始测量。
在确定代码长度之后，第一设备12使用收发器电路18和天线20向第二设备14发射对所选的代码长度和测量的信号强度(例如RSSI)的指示(步骤207)。
当通过收发器电路28和天线30从第一设备12接收到对所选的代码长度和测量的信号强度的指示(图5的步骤233)时，第二设备14通过使用收发器电路28和天线30向第一设备12发射包括所选的代码信号的信号来启动距离测量过程(图5的步骤235)。所发射的信号可以仅包括所选的代码信号，或者其可以包括额外信息，例如在第二设备14处从第一设备12接收的信号的信号强度(例如RSSI)和/或所发射信号的唯一标识符。在示例性实施例中，所发射信号具有5个字节加对所选的代码信号足够的引导码的尺寸、RSSI和信号标识符，并且以4.8kbps的速率对该信号进行调制，这意味着该信号持续不多于1ms。
当从第二设备14接收到信号(图4中的步骤209)时，第一设备12通过向第二设备14发射响应信号而做出响应(步骤211)。处理单元16控制收发器电路18在从第二设备14接收到信号之后的预定时间(其可以根据第一设备12中的处理单元16的预定数量的时钟周期来定义)发射响应信号。由第一设备12发射的响应信号能够是与由第二设备14发射的预定义信号相同的信号，或者，其能够是可由第二设备14辨识的另一预定义信号。在某些实施例中，每个设备12、14能够在代码信号/响应信号中包括它们的特性。在某些实施例中，每个设备12、14能够在代码信号/响应信号中包括对它们这一侧处的接收信号能量的指示，从而两个设备都知道在系统的它们这一侧处的干扰量。
当第二设备14从第一设备12接收到响应信号(图5的步骤237)时，第二设备14中的处理单元26计算针对接收的信号的飞行时间(步骤239)。即，处理单元26计算从在步骤235中发射信号到在步骤237中从第一设备12接收到响应信号所逝去的时间，并且减除第一设备12在步骤211中发射响应信号之前等待的预定时间段。在步骤237中，处理单元26使接收的信号与来自第一设备12的代码信号中预期的已知模式相关，并且对该模式进行时移直到获得最高相关性为止。获得最高相关性所在的点提供针对接收信号的接收时间。接收时间的准确度取决于模式中的边缘的数量。这里使用伪随机模式是有利的，因为模式是唯一的，因此不太可能由于干扰而出现，并且同时包含相关性可以通过其来完成的大量边缘。
采用方程形式：
tToF＝t2-t1-tw(3)
其中，tToF是飞行时间，t2是响应信号在第二设备14处被接收的时间，t1是包括代码信号的信号被发射的时间，并且tw是第一设备12接收包括代码信号的信号与发射响应信号之间的预定时间段。
在计算飞行时间之后，处理单元26确定是否做出足够数量的飞行时间测量结果以便计算第一设备12与第二设备14之间的距离(步骤241)。在某些实施例中，单一飞行时间测量结果是足够的，但在其他实施例中，需要采用多个飞行时间测量结果。所需的测量结果的数量可以是缺省值或初始值。在某些实施例中，所执行的测量结果的初始数量能够是10，这提供准确度上因子3的提升以及对方差的合理统计估计。
如果确定还未采用足够的飞行时间测量结果，则方法返回到步骤235，在该步骤中，第二设备14向第一设备12发射包括所选代码的另一信号。
如果在步骤241中确定已采用足够的飞行时间测量结果以便确定第一设备12与第二设备14之间的距离，则方法移动到步骤243，在该步骤中，处理单元26根据对飞行时间测量结果的平均来计算第一设备12与第二设备14之间的距离。该距离由以下给出：
d = &lsqb; ( &Sigma; n = 1 N t T o F ( n ) ) / N &rsqb; * c 2 - - - ( 4 )
其中，d是距离，N是做出的飞行时间测量结果的数量，tToF(n)是第n个飞行时间测量结果，并且c是光速。
处理单元26还在步骤241中确定飞行时间测量结果的不确定度。该不确定度能够使用以下来计算：
其中，average(tToF)是飞行时间测量结果的均值。
所计算的距离和不确定度被发射到第一设备12(步骤245)。
当接收到所述距离和不确定度(步骤213)时，第一设备12中的处理单元16确定获得其他飞行时间测量结果是否将是有用的，以便距离测量的准确度。特别地，处理单元16确定距离测量的不确定度是否意味着不清楚用户是否在安全地带中。应当认识到，距离测量的不确定度意味着，从第一设备12到第二设备14的实际距离d实际在范围[d-u,d+u]中的任何地方，其中，u是距离测量结果d的不确定度。
图6、图7和图8图示出了三个不同场景，在所述场景中，半径为Rz的安全地带40以第二设备14为中心。在图6中，正携带第一设备12的用户2已被第二设备14确定为与第二设备14相距距离dA，其中，距离测量结果的不确定度为uA。该距离测量结果的不确定度意味着，用户2和第一设备12可以与第二设备14相距dA-uA与dA+uA之间的任何距离，这由以第一设备12为中心的圆42指示。在此情况下，dA+uA<Rz，因此能够清楚，尽管有所述距离测量的不确定度，但用户2和第一设备12在安全地带40内。
然而，在图7中，用户2和第一设备12与安全地带40的边界接近得多(和/或距离测量结果的不确定度更大)。第一设备12与第二设备14之间的距离为dB(其中dB<Rz)，该距离将用户2和第一设备12放置在安全地带40之内。然而，距离测量结果的不确定度为uB(由以第一设备12为中心的圆44指示)，并且dB+uB>Rz，因此，用户2和第一设备12是否在安全地带中不是确凿的。
在图8中，用户2和第一设备12再次接近安全地带40的边界，但在此情况下，第一设备12与第二设备14之间的距离测量结果dC(其中dC>Rz)将用户2和第一设备12放置在安全地带40之外。然而，测量结果的不确定度为uC(由以第一设备12为中心的圆46指示)，并且dC-uC<Rz，因此，用户2和第一设备12是否在安全地带之外不是确凿的。
返回图4，在步骤215中，第一设备12的处理单元16确定以下条件中的任一个是否为真：
d+u<R(6)
d-u>R(7)
其中，R是安全地带的预定义半径。
如果这些条件中的任一个或全部两个为真，则在步骤217中，处理单元16输出距离测量结果和/或第一设备12是在安全地带之内还是之外的指示(酌情基于距离测量结果d与安全地带的半径R的比较)。
如果没有任一个条件为真(即，图7和8中的场景之一适用)，则有必要执行其他飞行时间测量，以便尝试降低测量结果的不确定度和产生置信距离测量结果。例如，如果在图7中的场景中测量结果的不确定度可以被降低到uB′，其中dB+uB′<Rz(由图7中的圆48指示)，或者，在图8中的场景中测量结果的不确定度可以被降低到uC′，其中dC-uC′>Rz(由图9中的圆50指示)，则将有可能输出距离测量结果或第一设备12是否在安全地带40中指示。
由此，第一设备12在步骤219中向第二设备14发出用于请求，以请求飞行时间测量的其他设置，并且返回到步骤209以等待从第二设备14接收包括代码的信号。
在第二设备14中，如果由第一设备12请求其他飞行时间测量结果(图5中的步骤247)，则方法返回到步骤235，并且发射包括代码的信号。如果没有任何其他飞行时间测量结果被请求，则方法在第二设备14中结束(步骤249)。
一旦已做出其他飞行时间测量结果，则由第二设备14重新计算距离和不确定度(步骤243)，以及，如果步骤215中的条件中的一个或全部两个被满足，则由第一设备输出(在步骤217中)判断，或者，如果步骤215中没有任一个条件被满足，则请求仍然其他测量结果(步骤219)。
尽管未在图4和图5中示出，但当在步骤219中需要其他飞行时间测量结果以提升距离测量结果的准确度时，对于所述其他飞行时间测量，还有可能使用这样的发射和响应信号来执行，所述发射和响应信号使用比飞行时间测量的初始设置更长的代码信号。不论在图4的方法的步骤205中选择了短还是长代码信号，使用更长的代码信号都是可能的。
如已指出的，上面的图4和图5示出了在两个设备12、14之间根据本发明的飞行时间测量过程的示例性实施方案。然而，应当认识到，在备选实施方案中，图4和图5中被示为由特定设备12、14执行的各种步骤可以在另一设备中实施。
例如，在某些实施方案中，通过使诸如步骤205(选择代码长度)和步骤215-219(确定是否需要其他飞行时间测量结果并且发射请求那些测量结果的信号)的步骤被第二设备14(其可以是被连接到主电源的基站单元)执行，可以使由第一设备12(其可以是电池供电的便携式用户设备)执行的处理的量最小化。在此情况下，第二设备14将基于在第一设备12处被测量(并由第一设备12报告给第二设备14)的信号强度来选择代码长度，并且向第二设备12发射对所选代码的指示。备选地或额外地，第二设备14可以提供指示距离测量结果或第一设备12是在安全地带之内还是之外的输出。
在另一示例中，处理步骤可以在第一设备12中执行(例如，如果第一设备12是智能电话或包括足够强大的处理单元16的其他设备)，这可以降低第二设备14的复杂度。在此情况下，第一设备12可以通过发射包括所选代码信号的第一信号来启动飞行时间测量，并且能够计算飞行时间(例如，如在步骤239中那样)，和/或第一设备12可以根据ToF测量结果来计算距离和不确定度(例如，如在步骤243中那样)。
本领域的技术人员将认识到，存在方法步骤能够被分布在第一设备12与第二设备14之间以执行根据本发明的飞行时间测量过程的其他方式。
已发现，使用窄带信号(例如，在900MHz的频率之处或附近)执行飞行时间测量的缺点在于，在第一设备12与第二设备14之间发射的信号可以被中介物体反射，于是接收方设备12、14可以对信号的反射分量而非对采用最短(例如直接的)路径的信号做出反应(所述反应是发射响应信号或测量飞行时间)。在其中信号的第一个接收分量不是该信号的最强接收分量的情况下，这特别成问题。
因此，为了处理该多重路径，优选地，第二设备14配备了雷克接收器(例如软件定义无线电实施的雷克接收器，或者允许在不同时间点检测同一代码序列的另一类型的相关接收器)。与电池供电的穿戴式设备不同，在其是基站单元并且是主供电的情况下，在第二设备14中使用雷克接收器一般是可接受的。雷克接收器允许检测在第二设备14处从第一设备12接收的“最早”信号和最强信号。最早信号与最强信号的接收之间出现时滞是对第一设备12与第二设备14之间的路径的强反射的指示。由于第一设备12通常是便携式设备并且包括简单无线电收发器18和天线20，因此其不能轻易检测到该多重路径，并且有可能第一设备12可以响应于信号的反射分量而非直接分量发射包括所选代码信号的响应信号。由此，当计算飞行时间时，对第二设备14来说不知道第一设备12是对直接信号还是反射做出反应。
由此，在本发明的实施例中，第二设备14执行图9中所示的方法来确定第一设备12对信号的直接分量还是反射做出响应。应当认识到，该方法能够在从第一设备接收到响应信号之后(例如，在图5中的步骤237之后)被执行。
在第一步骤、步骤301中，第二设备14接收到被第一设备12用于发射响应信号的功率的指示，以及对如在第一设备12处接收来自第二设备14的信号的强度的指示。
在接下来的步骤、步骤303中，第二设备14测量从第一设备12接收的信号的强度。该测量优选是对在步骤237中接收的响应信号执行。
然后，在步骤305中，第二设备14使用对在第一设备12和第二设备14处的接收信号强度的指示以及第一设备12和第二设备14的已知发射功率来估计在步骤237中接收的信号是响应于接收到直接信号还是反射信号而被发射。
在步骤305中，假设被信号的直接分量和反射分量这两者所遵循的路径是双向的，即，第一设备12经由直接路径和反射路径这两者向第二设备14发射，并且，第二设备14经由直接路径和反射路径这两者向第一设备12发射。
在上面的实施例中，第一设备12(即，正被用户穿戴或携带的设备)不具有识别哪个是直接路径以及哪个是反射路径的处理能力。而是，第一设备12仅当其接收到具有足够强度的信号(其可以来自直接路径或反射路径)时做出反应(发出响应信号)。
在步骤305中，第二设备14(基站)通过使信号相关，并且然后使用关于直接路径到达(P直接)所在的强度以及反射路径到达(P反射)在什么强度的信息来确定哪个路径是哪个。第二设备14根据在步骤301中接收的信息中知道第一设备12的发射功率(P第一设备)。
穿过直接路径和反射路径的相对衰减由以下给出：
由此，第二设备14能够使用以下来计算直接信号和反射信号将到达第一设备12所在的信号强度：
其中，是P第二设备是第二设备14的发射功率。
由于第二设备14还知道第一设备12的灵敏度和在第一设备12处的接收信号强度(例如RSSI)，因此第二设备14能够检查直接信号最接近直接路径还是反射路径的预期强度。如果直接信号在第一设备12的灵敏度之下(即，第一设备12不能够接收直接信号和/或对直接信号做出反应)，则第二设备14能够确定第一设备12是对较强的反射信号做出反应。如果直接信号在第一设备12的灵敏度之上，则信号强度(例如RSSI)的最接近近似被取作对来自第一设备12的响应信号的触发器的最可能候选项。
在步骤307中，如果确定第一设备12确实是对直接信号做出响应，则方法返回到图5的步骤239(图9中的步骤309)，并且计算飞行时间。
如果确定第一设备12是对反射信号做出响应，则第二设备14基于如由第二设备14中的雷克接收器接收的直接信号和反射信号所指示的直接信号与反射信号之间的时间差来计算飞行时间测量结果(步骤311)。第二设备14使用雷克接收器来选择信号的直接分量作为接收的信号，并且在飞行时间计算中使用该峰值的到达时间。飞行时间因此可以由以下给出：
tToF＝t2d-t1-tw-tr(12)
其中，tToF是飞行时间，t2d是直接响应信号在第二设备14处被接收的时间，t1是包括代码信号的信号由第二设备14发射的时间，tw是第一设备12接收包括代码信号的信号与发射响应信号之间的预定时间段，并且tr是直接信号与反射信号之间的时间差。
在计算飞行时间之后，方法返回到图5中的步骤241(图9的步骤313)。
在任选步骤中，第二设备14能够通过降低被第二设备14用于向第一设备12发射信号的功率来尝试验证第一设备12对较强的反射信号做出反应(步骤315)。足够地降低发射功率应当意味着，第一设备12不再能够接收直接信号，并且每次将对反射信号做出反应。在该情况下，能够对每个飞行时间测量结果施加修正tr，直到多重路径情况解决。
图10是图示了根据本发明的其他实施例操作用户设备以确定用户的位置的方法的流程图。在该实施例中，本发明在个人跟踪系统中被实施，其中，第一设备12是便携式用户设备，并且第二设备14是基站单元。所述个人跟踪系统定义从基站单元延伸预定距离的针对用户的安全地带。
在所述个人跟踪系统中，用户设备12主要使用基于接收信号强度的测量结果来确定用户设备12与基站单元14之间的距离。假如该测量结果指示用户设备12在安全地带内，则不需要任何其他距离测量结果。然而，如果该测量结果是不确凿的(即，尽管有可能用户正将设备12从基站单元14屏蔽开，但该测量结果提议用户设备12在安全地带之外)，则使用飞行时间做出其他距离测量结果。
由此，基站单元14能够被配置为规律地发射或广播用户设备12能够监测的信号(例如每0.5秒或1秒，从而用户设备12能够迅速检测到用户何时离开安全地带)。所发射的信号能够包括指示基站单元14的发射强度的数据字段。
在方法的第一步骤、步骤401中，用户设备12从基站单元14接收信号。
在步骤403中，用户设备12测量所接收信号的信号强度(例如RSSI)。
在步骤405中将所测量的信号强度与阈值进行比较。如果信号强度大于阈值，则确定用户设备12在安全地带内(步骤407)。阈值由此有效地定义安全地带的半径，并且应当被设置在针对期望的半径的合适值。
如果信号强度小于阈值，则有可能用户设备12在安全地带之外，或者备选地，在用户设备12处接收的信号已经由通过用户的身体和/或环境中的其他物体或墙壁而被衰减。通过任一种方式，都不可能根据信号强度测量结果推断出用户设备12位于何处，并且需要采取单独的距离测量。由此，用户设备12向基站单元14发射信号，请求基于飞行时间的距离测量(步骤409)。
在步骤411中，执行飞行时间测量过程。该过程如上面参考图3-5所描述的那样被执行。即，步骤411包括根据图4中的方法(或如上面所描述的变型)操作用户设备12，以及根据图5中的方法(或如上面所描述的变型)操作基站单元14。
在步骤413中从基站单元14接收飞行时间测量过程的结果，以及，在步骤415中对该结果进行评估。如果基于飞行时间的距离测量结果指示用户设备12在安全地带之外，则方法移动到步骤417，在该步骤中，报警被发出(例如，用于当用户精神错乱时向用户召唤帮助)，和/或另一位置确定系统(诸如基于卫星的定位系统，例如GPS)被激活，以便当用户在安全地带之外时更准确地确定和跟踪用户的位置。
如果飞行时间测量结果指示用户设备12在安全地带中，则用户设备12将其当前状态记录为在安全地带内，但具有影响接收信号强度的取向或位置。用户设备12然后重新开始监测由基站单元规律地发射或广播的信号，并测量信号强度(步骤419和421)。
用户设备12监测所测量的信号强度的改变，该改变指示信号条件是正在改进(例如，指示取向正在改进和/或用户已移动为使得存在将信号从基站单元14隐藏起来的更少物体和/或墙壁)还是恶化(例如，指示潜在地用户设备12现在已移动到安全地带之外)。特别地，用户设备12将在飞行时间测量之后在步骤421中测量的信号强度与飞行时间测量之前在步骤403中测量的信号强度进行比较(步骤423)。
如果信号强度现在小于步骤403中的，即，信号强度已降低，指示用户设备12潜在地在安全地带之外，则方法返回到步骤409，并且请求另一飞行时间距离测量。在该测量之后，步骤423的下一迭代将在步骤421的最后迭代中测量的新信号强度与步骤421的先前迭代进行比较。应当认识到，为避免每次当存在信号强度的轻微改变时都持续执行更新，可以应用最小阈值，从而仅如果改变大于该最小值时更新被触发。
如果在步骤423中，在步骤423中测量的信号强度高于在步骤403中测量的信号强度(即，信号强度已增大)，则方法返回到步骤405，并且确定新信号强度相比于信号强度阈值如何。
与图4和图5中所示的方法同样地，图10中所示的方法是示例性的，并且方法的备选实施方案是可能的，在所述备选实施方案中，与图10中所示的分配不同地将处理步骤分配到用户设备12与基站单元14之间。
由此，提供一种用于执行飞行时间距离测量的改进技术，所述技术能够提供达到期望的准确度水平的距离测量，同时使功率消耗最小化。还提供一种确定用户是否在预定安全地带内的在个人跟踪系统中使用的技术。
尽管已在附图和前述说明书中详细图示和描述了本发明，但所述图示和描述将被看作图示性或示例性的，并且不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
根据对附图、本公开和所附权利要求的研究，在实践所要求权利的发明时，所公开实施例的变化可以被本领域的技术人员理解和产生。在权利要求中，术语“包括”不排除其他单元或步骤，以及，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单一处理器或其他单元可以完成权利要求中详述的几项功能。事实上，特定措施在相互不同的从属权利要求中被详述并不指示，这些措施的组合不能被使用以获益。计算机程序可以存储/分布在合适介质中，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分被提供的光存储介质或固态介质，但还可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何参考符号不应当理解为限制范围。

Claims (29)

1.一种系统(10)，包括第一设备(12)和第二设备(14)，所述第一设备(12)和所述第二设备(14)被配置为执行基于飞行时间的距离测量以测量所述第一设备(12)和所述第二设备(14)之间的距离，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量是根据所述距离测量所需的准确度水平来确定的。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述第一设备(12)和所述第二设备(14)被配置为确定所述第一设备(12)和第二设备(14)是否在彼此的预定距离内。
3.根据权利要求2所述的系统(10)，其中，所述距离测量所需的所述准确度水平是根据所述第一设备(12)和所述第二设备(14)有多接近到距彼此的所述预定距离来确定的。
4.根据权利要求3所述的系统(10)，其中，当所述第一设备(12)和所述第二设备(14)接近到距彼此的所述预定距离时比当所述第一设备(12)和所述第二设备(14)不接近到距彼此的所述预定距离时，对于所述距离测量需要更高的准确度水平。
5.根据权利要求2、3或4中所述的系统，其中，所述第一设备(12)和/或所述第二设备(14)还被配置为：
估计使用所述基于飞行时间的距离测量获得的距离测量结果的不确定度；
评估
d+u<R，以及
d–u>R
其中，d是所述距离测量结果，u是对所述不确定度的估计，并且R是所述预定距离；并且
在既没有d+u<R也没有d–u>R的情况下，确定需要更高的准确度水平，并且获得其他一个或多个飞行时间测量结果；
在有d+u<R和d–u>R中的一个或全部两个的情况下，使用所述距离测量结果d来确定所述第一设备(12)和所述第二设备(14)是否在彼此的所述预定距离内。
6.根据权利要求5所述的系统(10)，其中，所述第一设备(12)和所述第二设备(14)还被配置为，使得在获得所述其他一个或多个飞行时间测量结果后，所述第一设备(12)和所述第二设备(14)：
根据所述一个或多个飞行时间测量结果和所述其他一个或多个飞行时间测量结果来确定距离测量结果d’；
估计所述距离测量结果d’的不确定度u’；
评估
d’+u’<R，以及
d’–u’>R；
在既没有d’+u’<R也没有d’–u’>R的情况下，确定需要更高的准确度水平，并且获得其他一个或多个飞行时间测量结果；
在有d+u<R和d–u>R中的一个或全部两个的情况下，使用所述距离测量结果d’来确定所述第一设备(12)和所述第二设备(14)是否在彼此的所述预定距离内。
7.根据权利要求2-6中的任一项所述的系统(10)，其中，所述第一设备(12)和所述第二设备(14)还被配置为，使得在执行所述基于飞行时间的距离测量过程之前，所述第一设备(12)和所述第二设备(14)：
测量在所述第一设备(12)和所述第二设备(14)之间发射的信号的接收信号强度；
将所述接收信号强度与阈值进行比较；
如果所述接收信号强度在所述阈值之上，则确定所述第一设备(12)和所述第二设备(14)在彼此的所述预定距离内；
如果所述接收信号强度小于所述阈值，则执行所述基于飞行时间的距离测量。
8.根据权利要求7所述的系统(10)，其中，所述第一设备(12)和所述第二设备(14)还被配置为，使得如果使用所述基于飞行时间的距离测量确定所述第一设备(12)和所述第二设备(14)在彼此的所述预定距离内，则所述第一设备(12)和所述第二设备(14)：
测量在所述第一设备(12)和所述第二设备(14)之间发射的另一信号的接收信号强度；
将所述另一信号的所述接收信号强度与先前信号的所述接收信号强度进行比较；
如果所述另一信号的所述接收信号强度小于所述先前信号的所述接收信号强度，则执行另一基于飞行时间的距离测量；
如果所述另一信号的所述接收信号强度大于所述先前信号的所述接收信号强度，则将所述另一信号的所述接收信号强度与所述阈值进行比较；
如果所述另一信号的所述接收信号强度大于所述阈值，则确定所述第一设备(12)和第二设备(14)在彼此的所述预定距离内；并且
如果所述另一信号的所述接收信号强度小于所述阈值，则执行其他基于飞行时间的距离测量。
9.根据任一项前述权利要求所述的系统，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间由所述第一设备和/或所述第二设备发射的所述信号的所述长度当需要第一准确度水平时被设置为第一长度，并且当需要第二准确度水平时为第二长度，其中，所述第一长度短于所述第二长度，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
10.根据任一项前述权利要求所述的系统，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间由所述第一设备和所述第二设备获得的飞行时间测量结果的所述数量当需要第一准确度水平时被设置为第一数量，并且当需要第二准确度水平时被设置为第二数量，其中，所述第一数量小于所述第二数量，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
11.根据任一项前述权利要求所述的系统，其中，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为：确定对所述第一设备和所述第二设备之间的所述距离的初始估计；并且，根据对所述距离的所述初始估计来确定所述距离测量所需的所述准确度水平。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一设备和/或所述第二设备被配置为(i)根据在所述第一设备和所述第二设备之间发射的信号的接收信号强度，或使用通过使用第一长度的信号获得的一个或多个飞行时间测量结果，确定对所述距离的所述初始估计。
13.根据任一项前述权利要求所述的系统，其中，所述第一设备和所述第二设备被配置为通过获得所述第一设备和所述第二设备之间的所述飞行时间的一个或多个测量结果来执行所述基于飞行时间的距离测量，这是通过：在所述第一设备与所述第二设备之间发射所确定的长度的第一信号；在所述第一设备与所述第二设备之间发射响应信号；并且，根据从所述第一信号的发射到所述响应信号的接收逝去的时间以及所述第一信号的接收与所述响应信号的发射之间的时间来确定所述飞行时间。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为确定所述响应信号是响应于接收到直接的第一信号还是反射的第一信号而被发射。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一设备和/或所述第二设备被配置为：通过确定所述第一设备和所述第二设备的发射功率来确定所述响应信号是响应于接收到直接的第一信号还是反射的第一信号而被发射；确定在所述第一设备处和在所述第二设备处接收的信号的强度；使用所述发射功率和所述接收信号强度来确定所述响应信号是响应于接收到直接的第一信号还是反射的第一信号而被发射。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一设备和/或所述第二设备还被配置为，如果确定所述响应信号是响应于接收到反射的第一信号而被发射，则通过直接的响应信号的接收与反射的响应信号的接收之间的时间对使用所述响应信号获得的所述飞行时间测量结果进行修正。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一设备和所述第二设备被配置为在修正所述飞行时间测量结果后，减小用于发射所述第一信号的发射功率。
18.一种测量第一设备(12)和第二设备(14)之间的距离的方法，所述方法包括：
执行(103)基于飞行时间的距离测量来测量所述第一设备与所述第二设备之间的所述距离，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量是根据所述距离测量所需的准确度水平来确定的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法用于确定所述第一设备和所述第二设备是否在彼此的预定距离内。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述距离测量所需的所述准确度水平是根据所述第一设备和所述第二设备有多接近到距彼此的所述预定距离来确定的。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，当所述第一设备和所述第二设备接近到距彼此的所述预定距离时比当所述第一设备和所述第二设备不接近到距彼此的所述预定距离时，对于所述距离测量需要更高的准确度水平。
22.根据权利要求18-21中的任一项所述的方法，其中，在所述基于飞行时间的距离测量中发射的所述信号的所述长度当需要第一准确度水平时被设置为第一长度，并且当需要第二准确度水平时被设置为第二长度，其中，所述第一长度短于所述第二长度，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
23.根据权利要求18-22中的任一项所述的方法，其中，在所述基于飞行时间的距离测量期间获得的飞行时间测量结果的所述数量当需要第一准确度水平时被设置为第一数量，并且当需要第二准确度水平时被设置为第二数量，其中，所述第一数量小于所述第二数量，并且所述第一准确度小于所述第二准确度。
24.根据权利要求18-23中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
确定(401、403、405)对所述第一设备(12)和所述第二设备(14)之间的所述距离的初始估计；并且
根据对所述距离的所述初始估计，确定(101)所述距离测量所需的所述准确度水平。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，(i)根据在所述第一设备(12)和所述第二设备(14)之间发射的信号的接收信号强度，或者(ii)使用通过使用第一长度的信号获得的一个或多个飞行时间测量结果，确定对所述距离的所述初始估计。
26.根据权利要求18-25中的任一项所述的方法，其中，执行(103)所述基于飞行时间的距离测量包括：
获得所述第一设备(12)和所述第二设备(14)之间的所述飞行时间的一个或多个测量结果，其中，飞行时间的测量结果通过以下来获得：
在所述第一设备(12)与所述第二设备(14)之间发射(235)所确定的长度的第一信号；
在所述第一设备(12)与所述第二设备(14)之间发射(211)响应信号；以及
根据从所述第一信号的发射到所述响应信号的接收逝去的时间以及所述第一信号的接收与所述响应信号的发射之间的时间来确定(239)所述飞行时间。
27.根据权利要求26所述的方法，所述方法还包括：
通过以下步骤来确定所述响应信号是响应于接收到直接的第一信号还是反射的第一信号而被发射：
确定(301)所述第一设备(12)和所述第二设备(14)的发射功率；
确定(301、303)在所述第一设备(12)处和在所述第二设备(14)处接收的信号的强度；
使用所述发射功率和所述接收信号强度来确定(305)所述响应信号是响应于接收到直接的第一信号还是反射的第一信号而被发射。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，如果确定所述响应信号是响应于接收到反射的第一信号而被发射，则所述方法还包括：
通过直接的响应信号的接收与反射的响应信号的接收之间的时间对使用所述响应信号获得的所述飞行时间测量结果进行修正(311)。
29.一种设备(12；14)，包括：
收发器电路(18；28)，其用于实现与另一设备(12；14)的通信；以及
处理单元(16；26)，其被配置为执行基于飞行时间的距离测量来测量所述设备(12；14)与所述另一设备(12；14)之间的距离，其中，所述处理单元被配置为根据所述距离测量所需的准确度水平来确定在所述基于飞行时间的距离测量期间由所述收发器电路(18；28)发射的信号的长度和/或获得的飞行时间测量结果的数量。
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