CN106461754B

CN106461754B - 用于自适应开窗和高分辨率toa确定的接收器处理器

Info

Publication number: CN106461754B
Application number: CN201580035767.0A
Authority: CN
Inventors: E·A·理查利; B·特纳; 王常; A·阿梅蒂
Original assignee: Zebra Technologies Corp
Current assignee: Zebra Technologies Corp
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: WO2015186044A1; US10285157B2; US20180063811A1; GB201621432D0; GB2541834B; GB2541834A; CN106461754A; DE112015002629T5; US9854558B2; US20150358938A1

Abstract

本发明提供了用于高分辨率有源RTLS标签位置确定系统的方法，其提供<1ns TOA准确度和分辨率并且甚至在低SNR应用中显著地减少多路径干扰的信道影响。为了实现这些目标，本发明在接收器网格的接收器中的捕获来自相关联的目标RTLS标签中的每个的多次发射的多个反射的每个中提供了迭代的且自适应的窗口函数。自适应窗口函数集合异步发射和接收时钟功能一起使用，其有效地将TOA检测的分辨率增强到小于与接收器网格中的接收器中的每个相关联的最小检测窗口的水平。

Description

用于自适应开窗和高分辨率TOA确定的接收器处理器

技术领域

本文中讨论的实施例涉及射频定位，并且更具体地涉及用于通过多接收器目标位置系统中的高分辨率到达时间(TOA)确定的目标位置的系统、方法、装置、计算机可读介质和其他手段。

背景技术

本文中标识了与UWB实时定位系统相关联的、尤其是与干扰相关的许多缺陷和问题。通过所应用的努力、才智和创新，由本发明体现对这些所标识的问题中的许多问题的示例性解决方案，在下面对其进行详细描述。

发明内容

公开了用于提供超宽带实时定位系统中的干扰抑制的系统、方法、装置以及计算机可读介质。在下文中提供简要概述。

在一些示例中，本文中公开了一种用于在多接收器目标位置系统中确定目标位置的方法、装置以及计算机程序产品(CPP)，包括：基于可调节粗略时序窗口中的脉冲的检测来确定来自多个接收器中的至少两个接收器的闪烁数据的到达时间(TOA)的粗略估计；基于精细时序窗口的集合中的至少一个精细时序窗口中的该脉冲的检测来确定来自多个接收器中的至少两个接收器的TOA的精细估计；以及基于在多个脉冲中的至少一个脉冲的连续精细接收器窗口之间的至少一个检测转变来确定来自多个接收器中的至少两个接收器的TOA的子窗口分辨率。

在一些示例中，方法、装置和CPP还包括：基于针对多个接收器中的至少两个接收器的脉冲的检测来确定第一粗略时序窗口；基于多个脉冲的检测和针对所述多个接收器中的至少两个接收器的粗略时序窗口函数来确定多个粗略时序窗口；以及基于所述多个粗略时序窗口中的至少一个粗略时序窗口来确定精细时序窗口的并行集合。

在一些示例中，确定多个粗略时序窗口可以包括迭代的、自适应的反馈回路。反馈回路由检测模式驱动。

在一些示例中，确定精细时序窗口的并行集合还包括确定与接收器时钟同步的一组精细时序窗口。与接收器时钟同步的一组精细时序窗口是不相交的。确定TOA的子窗口分辨率包括求平均值。确定粗略估计、精细估计和TOA的子窗口分辨率包括多个并行检测器。多个并行检测器包括不同的检测水平。

在一些示例中，TOA是来自多个并行检测器的脉冲的检测的最早检测。TOA与标签唯一标识符相关联。标签唯一标识符在多个接收器中的每个接收器处从由目标发射的数据分组被解码。标签唯一标识符解码包括异步采样和同步采样中的一种采样。同步采样包括接收器时钟。异步采样包括目标发射时钟恢复。目标发射时钟恢复包括多个脉冲的跟踪。另外，多个脉冲的跟踪包括锁相环(PLL)。

附图说明

已经由此概括地描述了本发明，现在将对附图进行参考，附图不一定是按比例绘制的，并且其中：

图1示出了根据本发明的示例实施例的针对示例高分辨率TOA确定系统中的RTLS标签发射(TX)的时序图；

图2示出了根据本发明的示例实施例的针对可调节时序窗口函数的时序图；

图3示出了根据本发明的示例实施例的针对接收器(RX)精细时序窗口函数的时序图；

图4示出了根据本发明的示例实施例的针对接收器(RX)子窗口分辨率函数400的时序图；

图5图示了根据本发明的一些实施例的使用射频定位系统以用于提供性能分析的示例性环境；

图6图示了根据本发明的一些实施例的包括可以被配置的RTLS接收器的RTLS系统中的示例性接收器；以及

图7图示了根据本发明的一些实施例的来自图6的RTLS系统中的示例性接收器的示例TOA和恢复电路功能。

具体实施方式

现在可以在后文中参考附图更完整地描述本发明的示例实施例，其中示出了本发明的一些而非全部实施例。实际上，这些发明可以以许多不同的形式来体现并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施例；更确切地，这些实施例被提供使得本公开将满足可适用的法律要件。在所有附图中类似的标号指代类似的元件。

本领域技术人员将想到本文中阐述的发明的许多修改和其他实施例，与其相关的这些发明具有在前面的描述和相关联的附图中呈现的教导的益处。因此，要理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且该修改和其他实施例意图被包括在随附权利要求书的范围内。尽管本文中采用特定术语，但是仅仅在通用的和描述性的意义上而非出于限制的目的来使用它们。

这样，本文中描述的示例实施例包括用于有源RTLS标签目标位置系统的方法，该有源RTLS标签目标位置系统提供<1ns TOA准确度和分辨率并且甚至在低SNR应用中显著地减少多路径干扰的信道影响。为了实现这些目标，示例实施例提供在接收器网格的接收器中的一个或多个接收器中的迭代的且自适应的窗口函数，其捕获来自相关联的目标RTLS标签中的一个或多个相关联的目标RTLS标签的多次发射的多个反射。

多接收器目标位置系统中的示例高分辨率TOA确定

本文中描述的示例实施例包括用于多接收器目标位置系统中的接收器自适应窗口和高分辨率TOA确定的方法、装置和计算机程序产品。目标可以为已经向其安装了RTLS位置标签以跟踪与目标相关联的位置的人、动物、对象等。在一些示例中，高分辨率TOA确定甚至被实现在其中通信信道遭受多路径干扰并且范围要求提供相对低的SNR的实例中。在本文中描述的另外的示例中，通过在被包括在接收器网格中的接收器中的每个接收器中的迭代的、自适应的窗口函数来解决多路径干扰和低SNR的两个问题。在另外的示例中，通过在针对来自与目标RTLS标签相关联的发射器中的一个或多个发射器的时序脉冲的序列中的一个或多个序列的接收器网格中的一个或多个接收器处增大检测窗口的分辨率来改善TOA确定的分辨率。在一些示例中，通过使用上述窗口检测针对多个位的时间戳以生成或以其他方式确定高分辨率时间戳来有效地提高针对来自与RTLS标签相关联的每个相应发射器的时序脉冲的每个序列的分辨率。

本文中描述的系统、标签、接收器和用于操作它们的方法被配置为建立针对接收到的标签发射信号的时间戳。标签发射信号可以在本文中指代“闪烁数据”或“闪烁数据脉冲”，因为其以包括闪烁的选定间隔(例如，以1Mb/s的闪烁速率的72个脉冲)被发射。闪烁数据还可以包括一个或多个数据分组。这样的标签数据分组可以包括来自旨在用于发射的模块化位置标签的任何数据，诸如例如在描述的实施例中的标签唯一标识号(标签UID)、其他标识信息、顺序突发计数、存储的标签数据，或者用于对象或人员标识、库存控制等的其他期望的信息的。在一些实施例中，时间戳可以基于发射中的特定时序位来生成。尽管这样的方法可以生成时间戳，但是在一些示例中其易于受噪声(例如，在接收器之间变化的噪声)影响。为了消除潜在的噪声(或其他干扰)，本文中描述的系统、标签、接收器和用于操作它们的方法被配置为动态地调节窗口以便更准确地生成针对分组的时间戳。在一些示例中，窗口可以使用数据分组的前同步码(例如，包括1的序列或脉冲的头16-32位)来被建立并且之后可以被应用到同步模式或代码(例如，在已知模式中跟随前同步码的16-32位的1和0)以生成时间戳。这样，通过建立窗口(例如，30纳秒(nsec)窗口)，接收器可以被配置为生成针对给定脉冲的时间戳(例如，具有1nsec分辨率的时间戳)。

在其中使用可调节时间窗口(诸如30ns窗口)的示例中，通过在前同步码阶段期间建立这样的窗口，有可能沿着接收到的模式找到脉冲的前缘或前沿。在一些示例中，在检测到第一脉冲时，可以针对下一脉冲建立在一些情况下可能不对称的窗口以便使得该窗口能够被重新居中。随着在没有同步的较早回波的情况下更多地脉冲被检测窗口宽度可以被调节(例如，变窄)，直到确定原始第一到达。

备选地或附加地，为了消除对时间戳生成的随机噪声影响，多个接收到的脉冲(例如，同步模式中的脉冲)可以被用于确定时间戳。因此，在其中如本文中所描述的窗口被建立的情况下，窗口可以被用于标识或以其他方式确定同步模式内的多个脉冲(例如，八个)以便生成时间测量值(例如，以1nsec分辨率)并且通过对测量值求平均值、对时间测量值求取整平均值来将那些时间测量值组合，以确定针对分组的高分辨率时间戳。

示例目标位置系统

图1示出了根据本发明的示例实施例的高分辨率TOA确定系统中的RTLS标签发射(TX)的时序图100。时序图100包括TX时钟101、前同步码110和数据分组120，如图1中所呈现的，数据分组120包括作为数据分组120的子集的前同步码110。前同步码110包括脉冲的发射(TX)序列111T，其中脉冲的TX序列111T根据与TX时钟101相关联的周期在时间上被等距地间隔开。在一些示例中，与TX时钟相关联的周期大约为1μsec，其中TX时钟101以1MHz的频率进行操作。

脉冲的TX序列111T中的每个个体TX脉冲111T’是相同的。在一些示例中，TX脉冲111T’包括由2.0nsec脉冲或矩形函数(rect)调制的6GHz载波。在一些示例中，附加地由发射和接收天线以及与TX脉冲111T’的放大或前置放大相关联的任何电子器件结合高分辨率TOA确定系统在接收器处对TX脉冲111T’进行整形。在一些示例中，在接收器处的TX脉冲111T’形状(表示为RX脉冲111R’)可以与函数～t e^–t/τ一致。脉冲的TX序列111T被用于提供迭代的开窗功能，图2中描述的可调节的时序窗口200。

数据分组120包括至少以下数据字：前述前同步码110、同步码112、头部120A、发射标识(TX ID)120B以及CRC字120C。同步码112表示1和0的已知序列。在其他示例中，1和0可以以其他方式分布。在一些示例中，同步码112可以为16位长。同步码112主要包括1，其表示TX脉冲111T’而非0，0表示“空白”或没有脉冲。同步码112被用于响应于与同步码112相关联的TX脉冲111T’中的每个TX脉冲而提供注册码350，其中注册码350提供针对图3中描述的接收器(RX)精细时序窗口函数300中的同步码112的检测的记录。

在一些示例中，数据分组120由RTLS标签发射器连续地且周期性地发射。在一些示例中，数据分组120的发射在与最末发射位(在该示例中为CRC 120C最低有效位)相关联的1μsec周期的最后处被立即发起。在一些示例中，建立在连续发射之间的等待周期。

在一些实施例中，数据分组120为112位长，其中位分布可以如下：前同步码110(例如，32位)、同步码112(例如，16位)、头部120A(例如，16位)、TX ID 120B(例如，32位)以及CRC 120C(例如，16位)。在该示例中，与数据分组120和上述1MHz数据速率相关联的发射时间为112μsec。在其他示例中，数据分组120可以包括多个数据长字120B’，紧跟着TX ID120B并且在CRC 120C之前，从而得到更长的数据分组120。在一些实施例中，多个数据长字120B’均为32位长。

在一些实施例中，多个数据长字120B’可以包括以下的一项或多项：温度、加速度以及旋转移位的姿势。在一些实施例中，多个数据长字120B’可以包括到接收器的“查询”命令，其中在该示例中RTLS标签发射器被装备有125KHz接收器和相关联的固件以对响应进行解码。

图2是根据本发明的示例实施例的针对可调节时序窗口函数200的时序图。图2包括TX时钟101和(如在图1中示出的RTLS标签发射(TX)100中呈现的)与前同步码120相关联的脉冲的TX序列111T以及RX时钟201和RX时钟时序图202。接收到的(RX)脉冲串211R包括与脉冲的TX序列111T相对应的RX脉冲的序列111R’并且与RX时钟201(其驻存在接收器网格中的示例接收器处)同步。如图2所示，表示较早的脉冲215和回波的序列216A-B以及可能的噪声脉冲217的RX脉冲签名212与RX时钟时序图202相关联，并且还与对应的TX脉冲111T’相关联。

图2中呈现的可调节时序窗口函数200包括检测窗口220的序列，其包括宽检测窗口221-230和窄检测窗口231-233，以及用于自适应地对宽检测窗口和窄检测窗口221-233进行定位以将RX脉冲111R’在对应的窗口中居中的相关联的函数集。在一些实施例中，如在图2中示出的当前示例中，存在十个宽检测窗口221-230。在一些实施例中，如在图2中示出的当前示例中，存在三个宽检测窗口231-233。为了标记方便，精细检测窗口和窄检测窗口221-233的序列中的最后一个窗口被称为最末检测器窗口233。

在示例实施例中，如图2所示，第一检测窗口221可以以480nsec为中心，例如具有150nsec的宽度。第一检测器窗口的中心是第一注册检测的函数，其中当前示例在RX脉冲111R’的第二回波216B处注册第一注册检测。第一检测窗口221的宽度可以为从RTLS标签发射器到接收器的预期距离的函数。

第一检测窗口221可以如由第二注册检测的证据提供的由第二检测窗口222自适应地更新，其中当前示例在RX脉冲111R’的第一回波216A处注册第二注册检测。在示例实施例中，第二检测窗口222可以以460nsec为中心、具有150nsec的宽度。类似地，第二检测窗口222可以如由第三注册检测的证据提供的由第三检测窗口223自适应地更新，其中当前示例在RX脉冲111R’的最早回波215处注册第三注册检测。在示例实施例中，第三检测窗口223可以以415nsec为中心、具有150nsec的宽度。

宽检测窗口221-230的序列继续由包括与前同步码110中的脉冲的TX序列111T相对应的RX脉冲串211R的RX脉冲111R’的注册的检测自适应地更新。在一些示例中，最末宽检测器窗口230可以在检测到十个RX脉冲111R’之后被声明。在该点处最末宽检测器窗口230被确定，针对宽检测窗口221-230的序列的注册检测结束，并且窄检测窗口231-233的序列被实现。

如图2所示，第一窄检测窗口231以最末宽检测窗口230的中心为中心。在一些示例中，第一窄检测窗口231的宽度为30nsec。注意，如图2展示的，时序移位可能导致与第一窄检测窗口231相关联的RX脉冲111R’的注册检测。以425nsec为中心的第一窄检测窗口231的放置以图形方式表示这样的移位，因为与RX脉冲111R’相关联的最早脉冲215似乎被注册为沿RX时钟时序图202更靠近415nsec。

窄检测窗口231-233的序列中的每个序列包括三个10nsec、不相交的时序窗口231A-C、232A-C和233A-C。针对包括RX脉冲串211R的RX脉冲111R’的检测被并行地注册在三个不相交的时序窗口231A-C中的每个时序窗口中，例如以确定检测应当被分配到三个不相交的时序窗口231A-C中的哪个时序窗口。窄检测窗口231-233的序列的目的是要确保与RX脉冲串211R中的最末RX脉冲111R’相关联的最末检测被注册在与最末检测器窗口233相关联的最末中心不相交时序窗口233B中。例如，用于以10nsec增量左右滑动窄检测窗口231-233的序列的滑动窄窗口函数235被提供为实现上述要求的方法，并且这样与RX脉冲序列211R中的最末RX脉冲111R’相关联的最末检测被注册在最末检测器窗口233的中心中。

图2中示出的可调节时序窗口函数200可以被实现为第一反馈回路，其中脉冲检测器驻存在前向反馈中并且滑动窗口函数235可以包括反馈。脉冲检测器可以确定脉冲检测是否被注册在当前规定的不相交的时序窗口231A-C中，例如针对窄检测窗口231-233的序列中的任何序列。作为被注册在当前规定的不相交的时序窗口231A-C中的检测的函数，例如，反馈功能可以确定要进行哪个方向的移位，并且在一些示例中例如在与10nsec的默认移位值不同的情况下规定的移位的幅值是多少。

如先前所陈述的，默认移位幅值等于在图2中给出的示例中呈现的移位幅值，例如，10nsec。还可以给出最小移位幅值(例如，10nsec)。取决于检测算法，可以并入更大的移位幅值。作为一个示例，可以确定如注册在相对宽的检测器窗口中的多个回波216A-B的检测算法可以包括用于一次向左“跳过”若干反射以加快最早脉冲215(视线信道)的捕获的逻辑。在该示例中，相对宽的检测器窗口中的多个回波216A-B的注册可以由注册检测的相对幅值确定。

其中多个回波216A-B或反射可以被注册在相同的检测器窗口中的当前示例中描述的情形在反射环境(由导体包围的环境)中是特定的。对比之下，最早脉冲215、视线信道以及回波216A-B或反射不太可能在相同的宽检测器窗口221-230的界限内到达，因为在最早脉冲215、视线信道以及回波216A-B、反射之间的时间差可以大约为数十英尺，或者大于TOA中的150nsec差(在该示例中为宽检测器窗口221-230的宽度)。

另外，检测器本身可以包括可能影响改善的检测分辨率的若干功能。例如，检测器可以被分配有检测水平或阈值水平，其可以确定最早脉冲215、回波216A-B中的一个或多个回波、或噪声脉冲217的幅值实际上是信号还是仅仅是低水平背景噪声干扰。备选地或附加地，例如，信噪比(SNR)水平可以被动态地监测，并且检测阈值水平因此被调节。在另外的进步中，信号的相对强度可以被动态地监测，其中信号的强度结合与信号相关联的TOA确定可以包括对针对信号的前置放大或放大的自动增益控制(AGC)的两个输入。

图3示出了根据本发明的示例实施例的针对接收器(RX)精细时序窗口函数300的时序图。图3包括最末检测器窗口233和与最末检测器窗口233相关联的三个10nsec不相交时序窗口233A-C，以及精细检测器窗口340A-E的并行集合。如图2所示，最末检测器窗口233和精细检测器窗口340A-E与RX时钟时序图202同步。第一精细检测器窗口340A的前沿与和最末检测器窗口233相关联的最末中心不相交时序窗口233B的前沿同步。RX精细时序窗口函数300包括在精细检测器窗口340A-E的并行集合(每个精细检测器窗口与最末中心不相交时序窗口233B相关联)中注册检测的序列。精细检测器窗口340A-E的并行集合中的检测的序列提供同步码112、由RTLS标签发射器发射的1和0的TX脉冲111T’的序列的检测记录。

将检测的序列注册在精细检测器窗口340A-E的并行集合(每个精细检测器窗口与最末中心不相交时序窗口233B相关联)中包括注册码350的生成，其编写与同步码112TX脉冲111T’相关联的RX脉冲111R’的检测。注册码350编写关于如图3中给出的示例中示出的精细检测器窗口340A-E中的每个精细检测器窗口的检测。如针对当前示例所示的，每个连续的精细检测器窗口340A-E与先前的精细检测器窗口340A-E重叠1nsec，并且精细检测器窗口340A-E的并行集合中的精细检测器窗口340A-E中的每个精细检测器窗口为具有如由以100MHz的频率运行的RX时钟201确定的具有10nsec的周期的5nsec宽。

如由针对当前示例的注册码350表示的，与对应的同步码112TX脉冲111T’相关联的RX脉冲111R’的检测被注册在精细检测器窗口340A-E中的每个精细检测器窗口中。这样，在当前示例中，推测针对RX脉冲111R’的TOA是在RX时钟201的前沿之后的414nsec。

图4示出了根据本发明的示例实施例的针对接收器(RX)子窗口分辨率函数400的时序图。图4包括最末中心不相交时序窗口233B和精细检测器窗口340A-E的并行集合。要重申，精细检测器窗口340A-E与如图2所示的RX时钟时序图202同步。即，第一精细检测器窗口340A的前沿与最末中心不相交时序窗口233B的前沿并且与RX时钟201的前沿同步。精细检测器窗口340A-E的并行集合中的检测的序列提供针对与包括同步码112的TX脉冲111T’相关联的RX脉冲111R’中的每个RX脉冲的检测记录，该检测被记录在注册码350中。

图4呈现与同步码112相关联的RX脉冲111R’的集合，其中脉冲的集合被标识为RX脉冲1-8。还示出了相关联的注册码350，针对每个脉冲一个注册码，其编写集合RX脉冲111R’(RX脉冲1-8)的检测。在图4中呈现的示例中，TX时钟101可以以稍微高于RX时钟201的频率运行。这样，如在RX子窗口分辨率函数图400中示出的，每个连续的RX脉冲111R’(RX脉冲1-8)有效地相对于RX时钟201向左“滑动”。或者备选地，中心不相交时序窗口233B的前沿和第一精细检测器窗口340A的前沿、以及RX时钟201本身有效地相对于连续的脉冲1-8向右移位。

来自注册码350的结果清楚地将与TX脉冲111T’的第四同步码112相关联的RX脉冲6的检测示为第一RX脉冲以改变检测注册；即，为了在新的窗口(即，精细检测器窗口340E)中被检测或不被检测。这样，TOA针对最接近精细检测器窗口340E的前沿的RX脉冲6来被确定。RX脉冲6利用TOA估计被指定为大于在410nsec处注册的最末中心不相交时序窗口233B的前沿的4nsec。因此，RX脉冲6利用TOA估计被指定为相对于RX时钟201的414nsec。

更一般地，TOA求平均值功能可以被用于促进子窗口分辨率函数400。TOA求平均值功能可以有效地获取连续RX脉冲1-8的TOA中的差，例如如先前所示的其中TOA是最末中心不相交窗口233B和相关联的注册码250的前沿注册的函数。如TOA本身的TOA差将随着连续RX脉冲1-8展示检测注册中的变化而注册转变，正如先前所示的情况一样。

通过分配说明在精细检测器窗口233A-C之间的转变的注册码350，TOA数值平均值可以被构建以向TOA分配子窗口分辨率。在当前示例中，TOA平均值可以被构建，其中RX脉冲1-5被分配有大于最末中心不相交时序窗口233B的前沿的等于4nsec的权重，并且RX脉冲6-8被分配有大于最末中心不相交时序窗口233B的前沿的等于3nsec的权重。这样，TOA平均值被计算为：410nsec+(5/8x 14nsec)+(3/8x 13nsec)＝414 5/8nsec。

如图4所示，RX脉冲1-8相对于RX时钟201的相对位置的变化在一些示例中可直接归因于异步TX 101和RX时钟201。即，TX时钟101频率和RX时钟201频率是不相等的。TX时钟101与RX时钟201之间的频率差可以是由于TX时钟101和RX时钟201中的至少一个或两者的时钟漂移。在另一实施例中，TX时钟101和RX时钟201可以被有目的地失谐以便利用图4中呈现的子窗口分辨率函数400。在后一情况下，在给定误差界限的非常稳定的失谐的TX 101和RX时钟201的情况下，以下是可能的：由子窗口分辨率函数400实现的子窗口准确性本身是稳定的且可预测的。

示例实时定位系统

图5图示了可用于通过在中央处理器/中心11处位置数据或到达时间(TOA)的累积来计算位置的示例性定位系统500，其中TOA表示如在每个接收器13a-l(例如，UWB阅读器等)处记录的来自RTLS标签12a-f的相对飞行时间(TOF)。在一些示例中，使用时序参考时钟，使得接收器13a-l的至少子集可以在频率上被同步，其中与RTLS标签12a-f中的每个RTLS标签相关联的相对TOA可以由与接收器13a-l的至少子集相关联的计数器注册。在一些示例中，被定位在已知坐标处的参考标签14a-b(优选UWB发射器)被用于确定在与接收器13a-l的至少子集相关联的计数器之间的相位偏移。RTLS标签12a-f和参考标签14a-b驻存在有源RTLS场18中。本文中描述的系统可以被称为“多点定位”或“地理定位”系统，该术语指代通过对由在多个接收器13a-1处接收到的TOA信号之间的到达时间(DTOA)中的差确定的位置估计的误差最小化函数进行求解来定位信号源的过程。

在一些示例中，包括至少标签12a-f和接收器13a-l的系统被配置为甚至在存在多路径干扰的情况下提供二维和/或三维精确定位(例如，亚英尺分辨率)，多路径干扰部分由于短纳秒持续时间脉冲的使用，短纳秒持续时间脉冲的TOF能够使用诸如接收器13a-l中的、能够在接收到的波形的前沿上触发的检测电路来被准确地确定。在一些示例中，该短脉冲特性允许由系统以相比被配置用于高数据速率通信的无线系统更高的峰值功率但是更低的平均功率水平传达必要的数据，但是仍然在本地监管要求内进行操作。

在一些示例中，假设分组速率充分低，为了提供优选性能水平同时符合监管限制(例如，FCC和ETSI条例)的交叠，标签12a-f可以以大约400MHz的瞬时-3dB带宽和1msec间隔中的低于187脉冲的平均发射进行操作。在这样的示例中，以6.55GHz的中心频率进行操作的系统的预测的最大范围在其中在接收器处使用12dbi定向天线的实例中大约为200米，但是在其他示例中投射的范围将取决于接收器天线增益。备选地或附加地，系统的范围允许一个或多个标签12a-f利用被定位在遍及在专业足球上下文中使用的足球场馆中的一个或多个接收器来被检测。这样的配置有利地满足由与峰值功率密度和平均功率密度(例如，有效各向同性功率密度(“EIRP”))相关的监管主体施加的约束，同时仍然优化与范围和干扰相关的系统性能。在另外的示例中，具有大约400MHz的-3dB带宽的标签发射产生，在一些示例中，大约2纳秒的瞬时脉冲宽度使得位置分辨率能够好于30厘米。

再次参考图5，要被定位的对象具有附接的标签12a-f，优选地具有UWB发射器的标签，UWB发射器发射突发(例如，以1Mb/s突发速率的多个脉冲，诸如以1Mb/s的速率的112位的开关键控(OOK))，以及可选地包括利用OOK的信息分组的突发，其可以包括但不限于ID信息、顺序突发计数，或用于对象或人员标识、库存控制等的其他期望的信息。在一些示例中，来自每个标签12a-f的顺序突发计数(例如，分组序列号)可以被有利地提供以便在中央处理器/中心11处允许对来自各个接收器13a-l的TOA测量数据的关联。

在一些示例中，标签12a-f可以采用UWB波形(例如，低数据速率波形)来实现极其精细的分辨率，因为它们极其短的脉冲(即，亚纳秒到纳秒，诸如2nsec(向上1nsec和向下1nsec))持续时间。这样，信息分组可以具有短的长度(例如，在一些示例实施例中，以1Mb/sec的速率的112位的OOK)。如果每个信息分组是唯一的，则较高的分组速率导致较高的数据速率；如果每个信息分组被重复地发射，则较高的分组速率导致较高的分组重复率。在一些示例中，针对每个标签的较高的分组重复率(例如，12Hz)和/或较高的数据速率(例如，1Mb/sec、2Mb/sec等)可以得到用于过滤的较大的数据集以实现更准确的位置估计。备选地或附加地，在一些示例中，信息分组的较短的长度结合其他分组速率、数据速率和其他系统要求还可以得到较长的电池寿命(例如，在一些示例实施例中，关于300mAh电池以1Hz的发射速率的7年电池寿命)。

可以在接收器处直接从RTLS标签接收标签信号，或者可以在标签信号在途中被反射之后接收标签信号。反射的信号从RTLS标签到接收器行进比直接信号更长的路径，并且因此晚于对应的直接信号被接收。该延迟被称为回波延迟或多路径延迟。如果反射的信号足够强以被接收器检测，则它们能够通过符号间干扰来损坏数据发射。在一些示例中，标签102可以采用UWB波形来实现极其精细的分辨率，因为它们的极其短的脉冲(例如，2nsec)持续时间。另外，信号可以包括以某种程度上高突发数据速率(在一些示例实施例中，1Mb/sec)的短信息分组(例如，112位的OOK)，其有利地使得分组持续时间能够简短(例如，112微妙)，同时允许脉冲间时间(例如，998nsec)充分长于期望的回波延迟，从而避免数据损坏。

反射的信号能够被预计为随着延迟由于较多的反射和行进的较长的距离而增加而变得更弱。因此，超出脉冲间时间(例如，998nsec)的、与某个路径长度差(例如，299.4m.)相对应的某个值之外，将不存在针对发射功率的任何给定水平进一步增大脉冲间时间(并且因此，降低突发数据速率)的优点。以这种方式，分组持续时间的最小化允许标签的电池寿命被最大化，因为其数字电路仅仅需要针对简短的时间有源。将理解，不同的环境可以具有不同的预期的回波延迟，使得不同的突发数据速率以及因此分组持续时间可以在取决于环境的不同情形中是合适的。

分组持续时间的最小化还允许标签在给定周期中发射较多的分组，尽管在实践中，监管平均EIRP界限可能常常提供首要约束。然而，简短分组持续时间还减少来自多个标签的分组在时间上交叠从而引发数据损坏的可能性。因此，最小的分组持续时间允许多个标签每秒发射较高聚合数量的分组，从而允许最大数量的标签被跟踪，或者给定数量的标签以最高速率被跟踪。

在一个非限制性示例中，以1Mb/sec(1MHz)的数据速率发射的(例如，OOK编码的)112位的数据分组长度可以以每秒1次发射(1TX/sec)的发射标签重复率来实现。这样的实现方式可以将电池寿命调节为高达七年，其中电池本身可以例如为序列号BR2335(Rayovac)的具有300mAhr的电池充电率的紧凑3伏特纽扣电池。备选实现方式可以是序列号CR2032的具有220mAhr的电池充电率的通用紧凑3伏特纽扣电池，其中如能够认识到的，后一通用纽扣电池可能提供较短的电池寿命。

备选地或附加地，一些应用可能要求较高的发射标签重复率来跟踪动态环境。在一些示例中，发射标签重复率为每秒12次发射(12TX/sec)。在这样的应用中，能够进一步认识到电池寿命可以更短。

与短数据分组长度(例如，112位)和相对低的重复率(例如，1TX/sec)耦合的高突发数据发射速率(例如，1MHz)在一些示例中提供两个不同的优点：(1)较大数量的标签可以以较低的损坏概率独立地从标签的场中发射，和/或(2)在给予电池寿命约束的合适考虑的情况下，每个独立的标签发射功率可以被增大，使得针对单个数据分组的总能量少于针对给定时间间隔的规定的平均功率(例如，针对FCC调节的发射的1msec时间间隔)。

备选地或附加地，附加的传感器遥测数据可以从标签12a-f被发射以向接收器13a-lt提供关于标签的环境和/或操作状况的信息。例如，标签可以将温度发射到接收器13a-l。例如在涉及易腐蚀商品或其他制冷要求的系统中，这样的信息可以是有价值的。在该示例实施例中，温度可以由标签以比数据分组的剩余部分的重复率低的重复率发射。例如，温度可以以每分钟一次的速率(例如，1TX/分钟)从标签被发射到接收器，或者在一些示例中，每发射数据分组720次一次，其中在该示例中数据分组以12TX/sec的示例速率被发射。

备选地或附加地，标签12a-f可以被编程为响应于来自磁命令发射器(未示出)的信号而向接收器13a-l间歇地发射数据。在一些示例实施例中，磁命令发射器可以为用于以大约15英尺或更少的范围向标签12a-f中的一个或多个标签发射125kHz信号的便携式设备。在一些示例中，标签12a-f可以被装备有至少被调谐到磁命令发射器发射频率(例如，125kHz)的接收器和用于支持对由磁命令发射器发射的信号的接收和解码的功能天线。

在一些示例中，诸如参考标签14a-b的一个或多个其他标签可以被定位在被监测的区域内和/或附近。在一些示例中，参考标签14a-b可以被配置为发射用于测量接收器13a-l内的不可重置计数器的相对相位(例如，自由运行计数器的计数)的信号。

一个或多个(例如，优选四个或更多个)接收器13a-l也被定位在被监测的区域内和/或附近的预定坐标处。在一些示例中，接收器13a-l可以以“菊花链”19方式被连接以有利地允许许多接收器13a-l被相互连接在明显的被监测区域内以便减少并简化布线、提供功率等。接收器13a-l中的每个接收器包括用于接收诸如UWB发射的发射的接收器以及优选地分组解码电路，分组解码电路提取到达时间(TOA)时序脉冲串、发射器ID、分组号和/或可能已经被编码在标签发射信号中的其他信息(例如，材料描述、人员信息等)并且被配置为感测由标签12a-f和一个或多个参考标签14a-b发射的信号。

每个接收器13a-l包括时间测量电路，其测量相对于其内部计数器的标签突发的到达时间(TOA)。时间测量电路与经由来自具有中央时序参考时钟发生器的中央处理器/中心11的线缆连接分布的公共数字参考时钟信号锁相(例如，相位差不变并且因此相应的频率是相同的)。参考时钟信号建立针对接收器13a-l的公共时序参考。因此，相应的接收器13a-l的多个时间测量电路在频率上被同步，但是不必在相位上被同步。尽管通常可以在接收器13a-l中的任何给定接收器对之间存在相位偏移，但是相位偏移容易通过参考标签14a-b的使用来被确定。备选地或附加地，每个接收器可以在没有专门的物理时序信道的情况下经由虚拟同步而被无线地同步。

在一些示例实施例中，接收器13a-l被配置为确定接收到的信号的各种属性。由于在每个接收器13a-l处确定以数字格式而非一些示例中的模拟格式的测量值，所以信号被发射到中央处理器/中心11。有利地，因为分组数据和测量结果可以以高速度被传输到接收器存储器，所以接收器13a-l能够在几乎连续的基础上接收和处理标签(以及对应的对象)定位信号。这样，在一些示例中，接收器存储器允许要捕获的标签事件(即，信息分组)的高突发速率。

数据线缆或无线发射可以将测量数据从接收器13a-l传达到中央处理器/中心11(例如，数据线缆可以实现2Mbps的传输速度)。在一些示例中，测量数据以规则的轮询间隔被传输到中央处理器/中心。

这样，中央处理器/中心11通过相对于由接收器13a-l检测到的多个数据分组处理TOA测量值来确定或以其他方式计算标签位置(即，对象位置)。在一些示例实施例中，中央处理器/中心11可以被配置为使用非线性优化技术来解析标签的坐标。

在一些示例中，来自多个接收器13a-l的TOA测量值由中央处理器/中心11处理以通过多个TOA的差分到达时间(DTOA)分析来确定发射标签12a-f的位置。DTOA分析包括标签发射时间t₀的确定，其中如从所估计的标签发射时间t₀到相应的TOA经过的时间测量的飞行时间(TOF)以图形方式表示以相应的接收器13a-l为中心的球的半径。在相应的球的表面到发射标签12a-f的所估计的位置坐标(x₀,y₀,z₀)之间的距离表示针对每个相应的TOA的测量误差，并且来自参与DTOA位置估计的每个接收器的TOA测量误差的平方的和的最小化提供针对发射标签的位置坐标(x₀,y₀,z₀)和该标签的发射时间t₀。

在一些示例中，本文中描述的系统可以被称为“超指定”或“超定”系统。这样，中央处理器/中心11可以基于测量值的集合和/或一个或多个不正确(即，较不正确)的位置来计算一个或多个有效(即，最正确)的位置。例如，由于物理法则不太可能或者当与其他计算的位置比较时为异常值的位置可以被计算。这样一个或多个算法或试探法可以被应用以使这样的误差最小化。

用于最小化的起点可以通过首先在由用户定义的区域上在x、y和z的粗略网格上进行区域搜索并且跟着通过局部化的最陡下降搜索来获得。在一些示例中，针对该算法的起点是固定的，处于所有有源接收器的平均位置处。不需要初始区域搜索，并且在一些示例中优化通过Davidon-Fletcher-Powell(DFP)拟牛顿(quasi-Newton)算法的使用来进行。在其他示例中，可以使用最陡下降算法。

可以被称为时间误差最小化算法的用于误差最小化的一个这样的算法可以被描述在等式1中：

其中，N是接收器的数量，c是光速，(x_j,y_j,z_j)是第j个接收器的坐标，t_j是在第j个接收器处的到达时间，并且t₀是标签发射时间。变量t₀表示发射的时间。由于t₀初始是未知的，所以到达时间t_j以及t₀与在一些示例中从到达时间导出的公共时基相关。结果，各到达时间之间的差具有用于确定位置以及t₀的显著性。

用于使等式1中的误差ε最小化的优化算法可以例如为Davidon-Fletcher-Powell(DFP)拟牛顿算法。在一些示例中，用于使等式1中的误差ε最小化的优化算法可以为最陡下降算法。在每种情况下，算法可以以表示参与标签位置确定的接收器13a-l的位置的二维(2D)或三维(3D)均值的初始位置估计(x,y,z)为种子。

在一些示例中，RTLS系统包括接收器网格，其中接收器网格中的接收器13a-l中的每个接收器保持以初始未知的相位偏移与其他接收器时钟同步的接收器时钟。任何接收器之间的相位偏移可以通过被定位在已知坐标位置(x_T,y_T,z_T)处的参考标签的使用来被确定。如下面所描述的，相位偏移用于解析各个接收器13a-l内的计数器之间的恒定偏移。

在另外的示例实施例中，N个接收器13a-l{R_j:j＝1,...,N}被定位在已知坐标处，其分别被定位在距参考标签14a-b的距离处，诸如等式2中给出的：

每个接收器R_j利用例如从公共频率时基(诸如，时钟发生器)导出的同步时钟信号。因为接收器未被同步地重置，所以针对每个接收器的内部自由运行的计数器存在未知的、但是恒定的偏移O_j。偏移O_j的值根据精细分辨率计数增量的数量(例如，针对一个纳秒分辨率系统的纳秒的数量)来被测量。

在一些示例中，参考标签被用于如下地校准射频定位系统：参考标签在未知的时间τ_R处发射信号突发。在从参考标签接收到信号突发时，如在接收器R_j处测量的计数在等式3中被给出：

其中c是光速并且β是每单位时间的精细分辨率计数增量的数量(例如，每纳秒一次)。类似地，要定位的每个对象的每个对象标签T_i在未知的时间τ_i发射信号以产生如等式4中给出的计数

在接收器R_j处，其中是对象标签T_i与接收器13a-l R_j之间的距离。注意τ_i是未知的，但是具有针对所有接收器的相同的恒定值。基于以上针对接收器R_j和R_k表达的等式和给定的参考标签14a-b信息，被表达为差分计数值的相位偏移如等式5a-b中给出的被确定：

或者，

其中只要保持恒定就是恒定的，(其意味着接收器和参考标签是固定的并且不存在多路径情形)并且β针对每个接收器是相同的。注意是已知量，因为和是已知的。即，接收器R_j与R_k之间的相位偏移可以基于参考标签14a-b发射而被容易地确定。因此，再次根据以上等式，针对在接收器R_j与R_k处到达的标签12a-f(T_i)发射，可以推断出以下等式6a-b：

或者，

如等式7中给出的每个到达时间t_j能够被引用到特定接收器(接收器“1”)：

之后可以在变量(x，y，z，t₀)上执行等式1中描述的最小化以达到解(x′，y′，z′，t₀′)。

示例接收器体系结构

图6图示了根据本发明的一些实施例的包括可以配置的UWB接收器的UWB接收器系统600中的示例性接收器13a-l。在示例实施例中，数据分组120被发射到接收器13a-l并且由UWB天线21截获。UWB接收器22被提供在每个接收器13a-l处。例如，UWB接收器可以根据共同拥有的美国专利5,901,172中描述的系统来设计，通过引用将其整体并入本文。

在接收器13a-l处提供的UWB接收器22允许模拟信号流，其被数字化之后被UWBTOA和数据恢复电路24处理。模拟流由以三个不同的阈值水平工作的高达三个或更多个并行的、并发的、独立的模数转换器(ADC)数字化，从而得到被发送到UWB TOA和数据恢复电路24的高达三个或更多个数字数据流23A-C。在一些实施例中，被应用到UWB接收器22中的模拟信号流的阈值水平是存在于通信信道中的信噪比(SNR)的函数。在一些实施例中，阈值水平根据天线前置放大增益和估计的RTLS标签范围中的一项或多项来被动态地设置。

UWB TOA和数据恢复电路24在三个或更多个数字数据流23A-C上执行多达三个或更多个并行的、并发的、相同的信号处理功能。三个或更多个UWB TOA和数据恢复电路24可以被配置为接收与RTLS标签12a-f相对应的数据分组120。UWB TOA和数据恢复电路24可以提供作为数据恢复电路的部分的分组分帧和提取功能，其中RTLS标签12a-f标识可以被提取。如先前所描述的，RTLS标识可以由数据分组120的TX标识字段120B提取。在一些实施例中，UWB TOA和数据恢复电路24由现场可编程门阵列(FPGA)实现。TOA和提取的数据分组通过TOA线路25发送到仲裁/缓冲功能26。

仲裁/缓冲功能26有效地选择由UWB TOA和数据恢复电路24提供的TOA线路25数据。仲裁/缓冲功能26选择TOA线路25，其收敛于来自由数字数据流23A-C驱动的高达三个或更多个UWB TOA和数据恢复电路24的最早TOA。仲裁/缓冲功能26提供串行消息或标签消息27的序列以向标签队列功能28发送，其中标签消息27中的每个标签消息由RTLS标签12a-f和相关联的TOA标识。

标签队列功能28提供对RTLS标签标识符和TOA的集合的格式化和排序，有效地先进先出(FIFO)存储器缓冲器等待向中央处理器/中心11的发射。在标签队列功能28触发时，标签数据分组29被发送到格式化和数据编码/解码功能30，其继而对标签数据分组29进行重新打包并向中央处理器/中心11发射同步标签数据分组30B。

由格式化和数据编码/解码功能30发射到中央处理器/中心11的同步标签数据分组30B由10MHz接收器时钟40同步，从“菊花链”19中的先前接收器接收，并且在同步频率上/下变换之后被发射到“菊花链”19中的下一接收器。接收器时钟40驱动锁相环(PLL)41，其中反馈回路中的分频器结合电压控制的振荡器(VCO)提供在相位上与10MHz接收器时钟40同步的100MHz接收器时钟42-43。100MHz接收器时钟42被提供以同步UWB接收器13a-l中的所有逻辑块并且提供TOA粗略时间45，其由线路46发送到TOA和数据恢复电路24以在TOA确定中使用。如先前参考图3所描述的，100MHz接收器时钟43提供精细检测器窗口340的并行集合，用于捕获和注册由RTLS标签12a-f在TOA确定中发射的脉冲的接收器的集合的基础。

格式化和数据编码/解码功能30的第二功能是经由“菊花链”19接收器网络在接收器13a-l与中央处理器/中心11之间接收和发射的中央处理器数据30A-B的缓冲、重新格式化和重复。从格式化和数据编码/解码功能30接收到的并且向格式化和数据编码/解码功能30发射的中央处理器数据30A-B可以提供在命令解码器44处被解码以触发接收器功能的命令的序列。这样的功能的非穷举列表可以包括以下：自动/手动控制功能20、一系列遥测功能60以及用以删减数据队列并且对数据队列进行管理、删除和重新排序的仲裁/缓冲功能26。自动/手动控制功能20可以从手动模式被命令以报告在遥测功能60中记录的诸如温度和其他遥测数据的传感器信息，并且可以被命令以手动地调节在UWB接收器22处的天线前置放大增益中和先前描述的阈值水平中的一项或多项。

功率供应50可以被配置为借助于AC-DC转换器对接收器13a-l供电，其中AC功率可以被提供为来自图5中示出的中央处理器/中心11的输入。在一些实施例中，功率供应50可以伴随有功率延迟电路51以允许顺序接收器13a-l的顺序地“上电”，由此避免中央处理器数据30A-B发射线路中的功率电涌和过流事件。

在一些示例中，UWB接收器系统600的当前实施例的优点在于能够以高速将分组数据和测量结果传输到TOA测量值缓冲器、仲裁/缓冲功能26，使得接收器13a-l能够在几乎连续的基础上接收并处理标签12a-f(以及对应的对象)定位信号。即，多个UWB数据分组120能够接近连续地被处理，由此允许使用数百上千的标签发射器。

在一些实施例中，存储在TOA测量值缓冲器、仲裁/缓冲功能26中的数据响应于来自中央处理器/中心11的特定请求通过中央处理器数据发射线路30A-B被发射到图5中示出的中央处理器/中心11。

在一些实施例中，连接接收器的“菊花链”19网络的中央处理器数据30A-B发射线路的集合包括两个双向数据链路。在一些实施例中，这些数据链路可以为RS422差分串行链路。网络接口可以在一个链路上从中央处理器/中心11接收命令信号，例如以指示TOA测量值缓冲器、仲裁/缓冲功能26向中央处理器/中心11的传输。附加的命令可以包括用于调节UWB接收器22操作特性(诸如增益和检测阈值)的命令。双向数据链路还可以提供针对在“菊花链”19接收器之间的数据信号的缓冲器，缓冲在通信链中的当前接收器与下一接收器13a-l之间的顺序发射。

在10MHz接收器时钟40上执行的同步频率上/下变换提供针对被发射到“菊花链”19中的下一接收器的接收器时钟40的驱动器。在一些示例中，该方法的优点在于被发射到下一接收器的10MHz接收器时钟40(如原始10MHz接收器时钟40)可以被使得在频率上足够低，使得其能够通过低成本线缆(例如，双绞线)被发射。由于本地时序参考信号的时序抖动随着PLL乘法器系数被增大而下降，所以在本地时序参考信号的频率和抖动与时序参考时钟的频率之间存在必要的权衡。

利用用于时序参考的公共的10MHz接收器时钟40，多个本地时序参考信号(每个接收器中一个)能够在频率上被精确地匹配。使用该方法，附加的接收器能够在不关注时钟负载的情况下被连接。缓冲延迟也不是问题，因为时序参考时钟仅仅被用于频率，而非相位参考。

在一些实施例中，10MHz接收器时钟40可以包括差分信号。差分信号的使用是有利的，因为它们避免时钟占空比扭曲，其能够随着在长线缆(例如，>100英尺)上相对高速的时钟(例如，>10MHz)的发射而发生。

图7图示了根据本发明的一些实施例的被呈现在图6中示出的UWB接收器系统600中作为TOA和数据恢复电路24的UWB TOA和数据恢复电路700的示例性实施例。在示例实施例中，UWB TOA和数据恢复电路包括开窗/选通功能71、TOA功能72、窗口控制时钟和数据恢复(PLL)功能73、TOA求平均值功能74、数据同步和提取功能(1MHz-2MHz)75-76以及标签数据恢复和处理功能77。UWB TOA和数据恢复电路700处理图6中示出的数字数据流23以向仲裁/缓冲功能26提供经解包的数据分组和与RTLS标签相关联的TOA。

开窗/选通功能71和窗口控制时钟和数据恢复(PLL)功能73用作反馈回路以通过跟踪包括与前同步码110中的TX脉冲111的序列中的TX脉冲111T’相对应的RX脉冲序列211R的RX脉冲111R’来恢复TX时钟101并提供如图2中呈现的可调节时序窗口函数200。TOA功能72结合100MHz接收器时钟42-43一起工作。RX时钟42(201)提供TOA粗略时间46。精细检测器窗口43的并行集合(340)提供与图3中示出的RX精细时序窗口函数300相关联的TOA精细时间，由针对与同步码112TX脉冲111T’相对应的RX脉冲111R’的注册码350记录检测。先前分别利用图2-3的呈现给出针对可调节时序窗口函数200和RX精细时序窗口函数300的描述。

TOA精细时间-注册码350、如由可调节时序窗口函数200确定的不相交时间窗口231A-C以及粗略时间46连同指示TOA确定的结束的锁存TOA控制信号一起被发射到TOA求平均值功能74。TOA求平均值功能74由计算TOA触发器78激活，其中如先前关于图4描述的子窗口分辨率函数400被启动以利用子窗口准确性来确定TOA；即，其中分辨率少于1nsec。平均的TOA 80之后被发射到标签数据恢复和处理功能77。

数据同步和提取功能(1MHz-2MHz)75-76在与窗口控制时钟和数据恢复(PLL)功能73相关联的PLL的相位锁定时被触发。PLL的相位锁定由包括开窗/选通功能71和窗口控制时钟和数据恢复(PLL)功能73的先前描述的反馈回路确定，其中反馈回路通过跟踪与前同步码110相对应的RX脉冲111R’来有效地恢复TX时钟101。

在相位锁定时，其中前同步码110与恢复的TX时钟同步，以前同步码110的剩余部分开始的数据分组120由数据同步和提取功能75(76)以1Mhz(2MHz)的采样速率被提取和解包，并且被发送到标签数据恢复和处理功能77。在另一实施例中，数据同步和提取功能75-76两者被设置为以2MHz的采样速率对数据分组120进行采样，但是两个功能可以通过数据格式区分。在一个示例中，由功能75提取的数据可以遵循非IOS格式，其中由功能76提供的功能可以遵循IOS格式。

标签数据恢复和处理功能77用作针对由数据同步和提取功能75-76提取的数据的数据处理器并且用作通信控制功能，并且还提供与图6中示出的仲裁/缓冲功能26相关联的数据交换。标签数据恢复和处理功能77在TOA线路25上将TOA和数据分组120信息分别从TOA求平均值功能74和数据同步和提取功能75、76发送到仲裁/缓冲功能26，其从并发地在UWBTOA和数据恢复电路700中运行的三个TOA功能中选择最早TOA，并且将TOA与数据分组120数据组合成标签消息27以向标签数据队列28发送。在此时，标签消息27至少包括从与给定标签发射相关联的数据分组120提取的平均TOA80和TX ID 120B。如先前关于图6描述的，标签数据队列28有效地用作用于到中央处理器/中心11的数据发射的FIFO缓冲器。

标签数据恢复和处理功能77还用作用于对TOA求平均值功能74和窗口控制时钟和数据恢复(PLL)功能73中的PLL的锁定/解锁79的触发的定时的控制器。TOA求平均值功能74通过由标签数据存储器和处理控制器77设置的计算TOA触发器78发起，其中TOA触发器78是同步码112检测和与数据同步和提取功能75-76相关联的等待间隔的函数。如先前所描述的，PLL的锁定/解锁79是在窗口控制时钟和数据恢复(PLL)功能73处发起的PLL锁定指示的功能。并且PLL的锁定/解锁79被重置以在检测到数据同步和提取功能75-76中的数据分组120的结束已经达到、针对给定标签发射的数据分组的采样完成时解锁PLL。

如参考图4描述的，TOA求平均值功能74由子窗口分辨率函数400阐述并且由计算TOA触发器78发起。在一些示例中，如图4所示，TOA求平均值功能74可以随着连续RX脉冲展示出检测注册中的变化而注册转变。在另一示例中，TOA数值平均值可以被构建以向TOA分配子窗口分辨率。TOA数值平均值可以根据图4来构建，其中RX脉冲1-5例如被分配有大于最末中心不相交时序窗口233B的前沿的、等于4nsec的权重，并且RX脉冲6-8被分配有大于最末中心不相交时序窗口233B的前沿的、等于3nsec的权重。因此，TOA平均值被计算为：410nsec+(5/8x 14nsec)+(3/8x 13nsec)＝414 5/8nsec。

已经在本文中描述了本发明的示例性实施例。本发明不限于这些示例。这些示例出于说明而非限制的目的被呈现在本文中。基于本文中包含的教导，备选方案(包括本文中描述的那些的等效方案、扩展、变型、偏离等)对于相关领域的技术人员将是显而易见的。这样的备选方案落入本发明的范围和精神内。

在本说明书中提到的所有公开物、专利和专利申请在如同每个个体公开物、专利或专利申请被专门地和个体地指示的相同程度上通过引用被并入本文中。

Claims

1.一种用于在多接收器目标位置系统中确定目标位置的方法，包括：

基于可调节粗略时序窗口中的脉冲的检测，来确定来自多个接收器中的至少两个接收器的标签发射信号的到达时间的粗略估计；

基于精细时序窗口的集合中的至少一个精细时序窗口中的所述脉冲的检测，来确定来自所述多个接收器中的所述至少两个接收器的所述到达时间的精细估计；以及

使用处理器基于在多个脉冲中的至少一个脉冲的连续精细接收器窗口之间的至少一个检测转变，来确定来自所述多个接收器中的所述至少两个接收器的所述到达时间的子窗口分辨率；

基于多个脉冲的检测和针对所述多个接收器中的至少两个接收器的粗略时序窗口函数，来确定多个粗略时序窗口；以及

基于所述多个粗略时序窗口中的至少一个粗略时序窗口，来确定精细时序窗口的并行集合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中经由迭代的、自适应的反馈回路确定所述多个粗略时序窗口。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述自适应的反馈回路由检测模式驱动。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定精细时序窗口的所述并行集合还包括确定与接收器时钟同步的一组精细时序窗口。

5.根据权利要求4所述的方法，其中与所述接收器时钟同步的所述一组精细时序窗口是不相交的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述到达时间的所述子窗口分辨率包括构建到达时间数值平均值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述粗略估计、所述精细估计和所述到达时间的所述子窗口分辨率包括多个并行检测器。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多个并行检测器包括不同的检测水平。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述到达时间是来自所述多个并行检测器的所述脉冲的所述检测的最早检测。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述到达时间与标签唯一标识符相关联。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述标签唯一标识符在所述多个接收器中的每个接收器处从由目标发射的数据分组被解码。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述标签唯一标识符解码包括异步采样和同步采样中的一种采样。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述同步采样包括接收器时钟。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述异步采样包括目标发射时钟恢复。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述目标发射时钟恢复包括所述多个脉冲的跟踪。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个脉冲的所述跟踪包括锁相环(PLL)。

17.一种用于在多接收器目标位置系统中确定目标位置的装置，包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机程序代码，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述处理器一起使所述装置至少：

基于在多个脉冲中的至少一个脉冲的连续精细接收器窗口之间的至少一个检测转变，来确定来自所述多个接收器中的所述至少两个接收器的所述到达时间的子窗口分辨率；

18.根据权利要求17所述的装置，其中经由迭代的、自适应的反馈回路确定所述多个粗略时序窗口。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述反馈回路由检测模式驱动。

20.根据权利要求17所述的装置，其中所述确定精细时序窗口的所述并行集合还包括确定与接收器时钟同步的一组精细时序窗口。

21.根据权利要求20所述的装置，其中与所述接收器时钟同步的所述一组精细时序窗口是不相交的。

22.根据权利要求17所述的装置，其中所述确定所述到达时间的所述子窗口分辨率包括构建到达时间数值平均值。

23.根据权利要求17所述的装置，其中所述确定所述粗略估计、所述精细估计和所述到达时间的所述子窗口分辨率包括多个并行检测器。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述多个并行检测器包括不同的检测水平。

25.根据权利要求23所述的装置，其中所述到达时间是来自所述多个并行检测器的所述脉冲的所述检测的最早检测。

26.根据权利要求17所述的装置，其中所述到达时间与标签唯一标识符相关联。

27.根据权利要求26所述的装置，其中所述标签唯一标识符在所述多个接收器中的每个接收器处从由目标发射的数据分组被解码。

28.根据权利要求27所述的装置，其中所述标签唯一标识符解码包括异步采样和同步采样中的一种采样。

29.根据权利要求28所述的装置，其中所述同步采样包括接收器时钟。

30.根据权利要求28所述的装置，其中所述异步采样包括目标发射时钟恢复。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述目标发射时钟恢复包括所述多个脉冲的跟踪。

32.根据权利要求31所述的装置，其中所述多个脉冲的所述跟踪包括锁相环(PLL)。

33.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质具有存储在其中的计算机可执行程序代码部分，所述计算机可执行程序代码部分包括程序代码指令，所述程序代码指令被配置为：

34.根据权利要求33所述的非暂态计算机可读存储介质，其中经由迭代的、自适应的反馈回路确定所述多个粗略时序窗口。

35.根据权利要求34所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述反馈回路由检测模式驱动。

36.根据权利要求33所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述确定精细时序窗口的所述并行集合还包括确定与接收器时钟同步的一组精细时序窗口。

37.根据权利要求36所述的非暂态计算机可读存储介质，其中与所述接收器时钟同步的所述一组精细时序窗口是不相交的。

38.根据权利要求33所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述确定所述到达时间的所述子窗口分辨率包括构建到达时间数值平均值。

39.根据权利要求33所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述确定所述粗略估计、所述精细估计和所述到达时间的所述子窗口分辨率包括多个并行检测器。

40.根据权利要求39所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述多个并行检测器包括不同的检测水平。

41.根据权利要求39所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述到达时间是来自所述多个并行检测器的所述脉冲的所述检测的最早检测。

42.根据权利要求33所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述到达时间与标签唯一标识符相关联。

43.根据权利要求42所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述标签唯一标识符在所述多个接收器中的每个接收器处从由目标发射的数据分组被解码。

44.根据权利要求43所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述标签唯一标识符解码包括异步采样和同步采样中的一种采样。

45.根据权利要求44所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述同步采样包括接收器时钟。

46.根据权利要求44所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述异步采样包括目标发射时钟恢复。

47.根据权利要求46所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述目标发射时钟恢复包括所述多个脉冲的跟踪。

48.根据权利要求47所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述多个脉冲的所述跟踪包括锁相环(PLL)。

49.一种用于在多接收器目标位置系统中确定目标位置的系统，包括：

至少一个位置标签，被配置为发射标签发射信号；

多个接收器，被配置为接收所述标签发射信号；以及

处理中心，被配置为：

基于可调节粗略时序窗口中的脉冲的检测，来确定来自所述多个接收器中的至少两个接收器的所述标签发射信号的到达时间的粗略估计；

50.根据权利要求49所述的系统，其中经由迭代的、自适应的反馈回路确定所述多个粗略时序窗口包括。

51.根据权利要求50所述的系统，其中所述反馈回路由检测模式驱动。

52.根据权利要求49所述的系统，其中所述确定精细时序窗口的所述并行集合还包括确定与接收器时钟同步的一组精细时序窗口。

53.根据权利要求52所述的系统，其中与所述接收器时钟同步的所述一组精细时序窗口是不相交的。

54.根据权利要求49所述的系统，其中所述确定所述到达时间的所述子窗口分辨率包括求构建到达时间数值平均值。

55.根据权利要求49所述的系统，其中所述确定所述粗略估计、所述精细估计和所述到达时间的所述子窗口分辨率包括多个并行检测器。

56.根据权利要求55所述的系统，其中所述多个并行检测器包括不同的检测水平。

57.根据权利要求55所述的系统，其中所述到达时间是来自所述多个并行检测器的所述脉冲的所述检测的最早检测。

58.根据权利要求49所述的系统，其中所述到达时间与标签唯一标识符相关联。

59.根据权利要求58所述的系统，其中所述标签唯一标识符在所述多个接收器中的每个接收器处从由目标发射的数据分组被解码。

60.根据权利要求59所述的系统，其中所述标签唯一标识符解码包括异步采样和同步采样中的一种采样。

61.根据权利要求60所述的系统，其中所述同步采样包括接收器时钟。

62.根据权利要求60所述的系统，其中所述异步采样包括目标发射时钟恢复。

63.根据权利要求62所述的系统，其中所述目标发射时钟恢复包括所述多个脉冲的跟踪。

64.根据权利要求63所述的系统，其中所述多个脉冲的所述跟踪包括锁相环(PLL)。