CN106933436A - 扩展将移动体与计算机系统连接的检测表面的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及扩展将移动体与计算机系统连接的检测表面的方法和装置。本发明尤其针对系统中的控制方法,所述系统包括将多个移动体与计算机系统接口连接的检测表面,检测表面包括形成组和子组的多个基本检测表面,在该方法中,至少一个移动体登记于至少两个不同子组的管理模块,为所述至少一个登记于至少两个不同子组的管理模块的移动体预留时间段,该时间段允许激活所述至少一个移动体,并且在所述至少两个子组的每个子组中该时间段相同。
Description
技术领域
本发明涉及移动对象与计算机系统之间的接口,尤其是在预定环境中的人员跟踪领域,并更具体地涉及用于扩展将多个移动体与计算机系统接口连接的检测表面的方法和装置。
背景技术
在许多情况下,对于计算机系统,可能需要检测移动体的位置和/或朝向,以便允许使该计算机系统做出相应反应。因此,例如,在允许丰富由多个用户观看的环境的虚拟现实的应用中,由计算机系统实施的应用应了解所有用户的位置,以便典型地根据每个用户的位置和朝向来计算三维对象的二维表现,以便将该表现添加到每个用户观看的场景中。
存在用于检测在检测表面上的实际对象的位置和/或朝向的不同技术,其允许使用这些对象作为计算机系统的接口。
因此,例如发明人之前已经开发了用于使多个移动体与计算机系统接口连接的方法和装置。该方法和这些装置是已经被授权了的专利FR 2 964 479的专利申请的主题。
根据该文件中描述的发明,移动体设有一个或更多个定位模块和激活模块,所述模块允许顺序地确定每个移动体的位置、及优选地朝向。这里通过电磁场来执行移动体的位置传感。为此,使用由电磁传感行/列类型的网格(mesh)构成的移动体的位置检测表面。该检测表面与能够通过解复用来计算发射电磁场的定位模块的位置的电子模块相关联。
因此根据每个定位模块自己的标识符顺序地选择每个定位模块,以便其发射电磁场。位置检测引导模块与检测表面相关联,以便经由控制信号顺序地激活定位模块的电磁发射。
例如位置检测表面是柔性或刚性的PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)类型的电磁接收卡。
图1示出检测表面和相关联逻辑的例子。
此处,检测表面1100由构成导电网的行和列形式的网格构成。导电网包括一组沿两个正交轴线的导电回路。每个回路是允许测量由位于检测表面上的辐射元件感应的电流强度或电压的离散传感器,辐射元件典型地为属于应计算其位置和/或朝向的移动体的螺线管。
作为示例,认为螺线管位于位置105处,即回路110和115的交点,所述回路的一端与地连接,另一端与用于计算位置的电子组件连接。当向位于位置105的螺线管供电时,它在回路110和115中产生感应电流,该电流可以被分析,并与其它回路中感应的电流比较。因此可以通过螺线管与网之间的感应耦合并通过测量感应的电流来确定螺线管的位置。
复用器120和125与网的两个轴线中的每个轴线的每个回路连接,即这里分别与每个垂直回路和水平回路连接。复用器120和125的出口分别与硬件模块140的标记为140-1的位置传感和检测引导模块的自动增益控制器(CAG)130和135连接。自动增益控制器130和135的输出信号首先分别在解调器145和150中解调。解调产生与由螺线管发射的固定频率的多个交流(AC)分量补充完整的原始正弦成比例的直流信号(DC)。
这里,硬件模块140的计算模块140-2引导复用器120和125,以便顺序地激活回路,即在激活回路n后激活回路n+1。当达到最后回路时,处理器发起新的周期并引导激活第一回路。
如所示出的,这里在每个自动增益控制器130和135中实施带通滤波器,以从解调的信号消除不希望的谐波以及电磁背景噪声。该滤波允许精炼来自复用器120和125的信号测量值,这些信号测量值在解调器145和150中解调,然后分别在模拟/数字转换器(CAN)155和160中数字化。
所获得的数字值被传送给计算模块140-2的中央处理单元(CPU)165,以便被存储。如所示出的,中央处理单元165控制解调器145和150。
所述值被存储后,中央处理单元递增复用器的地址,以便进行来自随后回路的信号的数字化。当达到最后回路时,中央处理单元将与所考虑的轴线的第一回路的值对应的复用器的地址重新初始化。
周期结束后,对于每个轴线,中央处理单元存储了与靠近螺线管位置的相邻回路数量同样多的数字值。根据这些值,中央处理单元通过下面描述的内插来计算螺线管的位置。
位置传感和检测引导模块140-1这里包括由计算模块140-2的中央处理单元165控制的发射器170,发射器170允许激活移动体的定位模块。
因此,为了估计一组定位模块的位置,需要顺序地激活每个定位模块,并且根据这里描述的实施方式,针对这些激活的每次激活在每组回路上执行一个周期。
图2示意性地示出检测表面的导电回路与螺线管之间的感应耦合的物理原理。
每个应计算其位置和/或朝向的移动体包括至少一个其轴线优选地朝向检测表面的螺线管。
交流电经过螺线管200,并且螺线管发射向着检测表面传播的电磁场,尤其是,在此例中向着回路115传播。接收来自螺线管200的电磁场的回路115与螺线管200耦合。因此可以在该回路的标记为205的端子处测量交流信号。
螺线管200与回路115之间的耦合可以以下面的关系表示:
其中E表示在螺线管200端子处的电压,R表示在接收回路115的端子205处接收到的信号的电压,D为螺线管200与接收回路115之间的距离,并且k为与系统的固有因素有关的常数,所述系统的固有因素包括螺线管和接收回路,尤其是螺线管的圈数和回路的尺寸。
图3示意性地示出允许根据通过如参照图1描述的系统获得的测量结果,根据给定轴线计算位于检测表面上的螺线管位置的内插机制。
这里假设螺线管位于沿横坐标X3、X4和X5定位的垂直回路B3、B4和B5附近,在这些回路的端子处测量的电压分别记作V3、V4和V5。这里螺线管位于横轴上记作XS的位置处。
可以通过中央处理单元根据相应回路的标识符来获得坐标X3、X4和X5(这些值按照检测表面的路由图(routing diagram)被预先确定,并优选地,存储在非易失性存储器中)。
图3上所示的曲线部分300表示根据由回路B3、B4和B5测量的值外推(extrapolate)得到的针对按照与螺线管耦合的回路位置的螺线管的位置XS的电压变化。可以将它近似为抛物线类型的二次函数。实际上,该本地近似对应于螺线管与导电网回路之间的电磁耦合现象。
以下关系表示该属性:
V3=a(X3-XS)2+b
V4=a(X4-XS)2+b
V5=a(X5-XS)2+b
其中a和b是常数,a是小于零的常数(a<0)。
另外,考虑到二次函数的假设,横坐标X3、X4和X5之间的关系可以按以下形式表示:
X4–X3=X5–X4=ΔX
X5–X3=2ΔX
(ΔX表示横坐标X3与X4之间以及横坐标X4与X5之间的距离)。
因此,可以根据下式内插得到螺线管的位置:
根据同一逻辑,还可根据纵坐标轴确定螺线管的位置。
还可以根据下面的关系定义螺线管与回路之间的距离(即螺线管相对于检测表面的高度):
因此距离D是表示检测表面的所考虑的回路端子处的电压的值R的函数。它可以根据所实现的测量被外推。要指出的是,该距离计算的精度尤其与由螺线管发射的信号E的稳定性有关,信号E的值随时间也应尽可能恒定,这需要在定位模块中的稳定供电,在电池放电期间该供电不应掉电。可以通过定位模块的电压调节器来保证这一点。
这种方案尽管被证明对于将一组移动体与小尺寸表面接口连接非常有效,但是对确定关于大尺寸的表面和可能包括不连续(即不连接)部分的大尺寸表面的移动体的位置和/或朝向存在困难。
发明内容
本发明可以解决上述问题中的至少一个。
因此,本发明涉及一种系统中的控制方法,所述系统包括将多个移动体与计算机系统接口连接的检测表面,检测表面包括多个基本检测表面,基本检测表面形成至少包括多个子组的至少一个组,每个子组包括至少一个基本检测表面,每个基本检测表面被配置用于确定移动体的位置,所述多个移动体中的每个移动体能够被与子组相关联的管理模块激活,所述方法包括以下步骤,对于至少一个子组:
-将至少一个移动体向至少一个子组的管理模块进行登记,所述至少一个移动体被登记在移动体参考列表中;
-为参考列表中所提及的每个移动体预留不同的时间段,所述时间段允许激活移动体并确定被激活的移动体的位置,预留的时间段形成允许顺序地激活登记于所述至少一个子组的管理模块的移动体的顺序;
至少一个移动体登记于至少两个不同子组的管理模块,为登记于至少两个不同子组的管理模块的所述至少一个移动体预留的时间段在所述至少两个子组的每一个中是相同的。
因此,根据本发明的方法允许管理尺寸可变的检测表面,特别是连接或不连接的大尺寸表面,允许实时确定大量移动体的位置。
根据具体实施方式,该方法还包括将移动体的位置与预定区域进行比较的比较步骤,以及响应于该比较,对为与预定区域比较了位置的移动体预留的至少一个时间段进行修改的修改步骤。
根据具体实施方式,修改预留的至少一个时间段的所述修改步骤包括为与预定区域比较了位置的移动体预留新的时间段,该新的时间段与之前为与预定区域比较了位置的移动体预留的另一个时间段相同,在不同子组的管理模块中预留该新的时间段和另一个时间段。
根据具体实施方式,修改预留的至少一个时间段的所述修改步骤包括取消之前为与预定区域比较了位置的移动体预留的时间段。
根据具体实施方式,预定区域是包括第一子组的第一基本检测表面的部分和与第一子组不同的第二子组的第二基本检测表面的部分的区域。
根据具体实施方式,该方法还包括使与子组的每个基本检测表面相关联的位置计算模块同步的同步步骤。
根据具体实施方式,该方法还包括激活移动体的激活步骤,和确定被激活的移动体的位置的确定步骤,根据所述顺序进行激活步骤和确定步骤。
根据具体实施方式,确定被激活的移动体的位置的所述确定步骤包括:测量与基本检测表面的多个检测回路的每个检测回路连接的处理电路的输出电压的测量步骤,获得多个检测回路的每个检测回路的阻抗的获得步骤,和根据获得的阻抗和电压测量来计算多个检测回路的每个检测回路的端子处的感应电压的计算步骤。
根据具体实施方式,通过包括要激活的移动体的唯一标识符的无线电信号来激活移动体。
根据具体实施方式,该方法还包括确定之前被激活的移动体的位置的步骤,和将所确定的位置传送给所述之前被激活的移动体的步骤。
本发明还涉及一种用于将多个移动体与计算机系统接口连接的检测表面,该检测表面包括多个基本检测表面,基本检测表面形成包括多个子组的至少一个组,每个子组包括至少一个基本检测表面,每个基本检测表面被配置用于确定移动体的位置,多个移动体的每个移动体能够被与子组相关联的管理模块激活,与子组相关联的每个管理模块被配置用于:
-将至少一个移动体登记在移动体参考列表中;
-为参考列表中所提及的每个移动体预留不同的时间段,所述时间段允许激活移动体并确定被激活的移动体的位置,预留的时间段形成允许顺序地激活登记于所述至少一个子组的管理模块的移动体的顺序;
与子组相关联的管理模块还被配置用于为登记于至少两个不同子组的多个管理模块的相同移动体预留相同的时间段。
因此,根据本发明的表面允许实施尺寸可变的检测表面,特别是连接或不连接的大尺寸表面,允许实时确定大量移动体的位置。
根据具体实施方式,至少一个基本检测表面包括多个检测回路,并且位置计算模块与至少一个基本检测表面相关联,该位置计算模块被配置用于获得针对基本检测回路中的每一个的阻抗并用于根据所获得的阻抗计算多个检测回路中的每个检测回路的端子处的感应电压。
根据具体实施方式,与子组相关联的管理模块还被配置用于通过包括要激活的移动体的唯一标识符的无线电信号来激活移动体。
本发明还涉及计算机程序,该计算机程序包括所在微控制器上执行所述程序时适于实施前面描述的方法的至少一些步骤的指令。该计算机程序的优点与前面对该方法提到的优点类似。
附图说明
通过下面参照附图详细描述的非限定性的例子,本发明的其它优点、目的和特征将变得清楚,在附图中:
-图1示出检测表面及相关联逻辑的例子;
-图2示意性地示出检测表面的导电回路与螺线管之间的感应耦合的物理原理;
-图3示意性地示出允许根据通过参照图1描述的系统获得的测量结果,根据给定轴线计算位于检测表面上的螺线管位置的内插机制;
-图4示意性地示出基本检测表面的一些检测回路以及相关联的电路,它们允许在考虑检测回路的阻抗的情况下,确定设有螺线管的移动体的位置和/或朝向;
-图5示出在其中借助多个基本检测表面可以确定移动体的位置和/或朝向的环境500;
-图6示出用于确定登记于相同主基本检测表面的管理模块的移动体的位置和/或朝向的时序图的简化例子;
-图7示出被实施用于确定位于子组k的基本检测表面附近的移动体的位置的算法的一些步骤;
-图8示出用于确定登记于相同组的主基本检测表面的管理模块的移动体的位置和/或朝向的时序图的简化例子;
-包括图9a-9d的图9示出时隙(TimeSlots)管理和移动体登记的例子,该移动体的位置可以通过相同组的两个子组的基本检测表面来确定;
-图10示出用于管理将移动体向基本检测表面的子组的管理模块进行登记的算法的步骤;
-图11示出系统的逻辑架构的例子,该系统用于确定位于包括通过子组和组组织的多个基本检测表面的检测表面附近的移动体的位置和/或朝向;
-图12示出中央模块或者可以与主基本检测表面或组相关联的模块的架构的例子。
具体实施方式
一般地,本发明涉及由多个基本检测表面构成的检测表面以及检测表面的管理,所述基本检测表面允许确定位于这些表面上的移动体或部件的位置(横坐标、纵坐标和/或高度)和/或朝向(偏转角、俯仰角和/或倾斜角(roll))并且所述基本检测表面被联合使用。
根据具体实施方式,每个基本检测表面包括软片,例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)型塑料片,该软片包括在诸如银之类的导电材料中形成的回路。这些导电回路形成允许检测电磁场的如之前描述的网格(行和列)。这些回路尤其可以是丝网印刷、沉积或印刷的。
可以通过将诸如银膏体之类的膏体涂在衬底上来实现这种回路的丝网印刷。
印刷可以通过使用导电墨(例如充填有银粒子尤其是银的纳米粒子的墨)按照标准喷墨印刷技术来进行。观察到,印刷可以提供实用的优点,诸如软衬底的展开以及导电回路的同时印刷之类。
根据其它实施方式,通过可被粘贴在衬底上、被插入衬底层之间或被缝合在衬底上的导线来实现检测回路。
按照这些方法获得的回路的阻抗基本相等,但回路的阻抗可以彼此不同,尤其是由于它们的长度而彼此不同。因此,发明人观察到,与用以铜为基础的材料在小尺寸玻璃纤维表面或等价表面上实现的回路相反,这里,所述阻抗不能被忽略不计。
这样产生的衬底可以是大尺寸的,典型地为数平方米。作为示例,衬底可以涉及二分之一米的带。
根据具体实施方式,每个回路的阻抗被测量并存储,以便在确定发射电磁场的螺线管的位置和/或朝向期间使用。测量可以在制造回路期间进行,或者以后在初始化阶段期间进行。测量值可以与相应回路的标号有关地存储在表中。这些标号是唯一的。
当然,存在许多用于为回路提供出处(reference)的方案。简单方案包括以分级的方式对它们进行索引。因此,例如在进行检测的集中管理时,对于从多个组形成的检测表面,每个组包括多个子组并且每个子组包括多个基本检测表面,回路的标号可以包括回路在基本检测表面中的索引、基本检测表面的索引、子组的索引、和组的索引。
另外,在对每个子组进行检测管理时,回路的标号可以包括在基本检测表面中的回路的索引和基本检测表面的索引。
在附录中给出了这种表的例子(表1)。如所示出的,子组k包括M个基本检测表面,第一基本检测表面包括N1个检测回路,第二基本检测表面包括N2个检测回路,并以此类推。作为示例,第一基本检测表面的第二检测回路的测量的阻抗等于600欧姆(Ω)。同样地,还是作为示例,索引为j的基本检测表面的第一检测回路的测量的阻抗等于570欧姆。
在考虑每个回路的阻抗的情况下,由耦合生成的电信号的阅读以与参照图1描述的阅读类似的方法进行。
图4示意性地示出基本检测表面的一些检测回路以及相关联的电路,它们允许在考虑检测回路的阻抗的情况下,确定设有螺线管的移动体的位置和/或朝向。
作为示例,基本检测表面400包括标记为405-1到405-n的n个检测回路。这些回路中的每个回路的阻抗记为Ri,其中i对应于回路的索引。这些检测回路与由中央处理单元(CPU)415控制的复用器410连接。复用器410允许选择检测回路,使得被选回路的端部之一与复用器的出口连接,被选回路的另一端部与地连接。
这里,复用器的出口与尤其允许对从检测回路接收的信号进行放大并滤波的模拟处理模块420连接。如所示出的,模拟处理模块420的入口具有阻抗Ra。模拟处理模块420的出口与可以被集成在中央处理单元415中的模拟-数字转换器425连接。
中央处理单元415能够获得来自每个回路的信号的测量结果,以便确定设有螺线管的移动体的位置和/或朝向。
为此,观察到,在模拟处理模块420的出口处测量的电压(记为Vout)可以作为索引为i的检测回路的端子处的感应电压(记为Vind)的函数,按以下方式表示:
其中G表示模拟处理链的增益。
因此,发明人观察到,由于在检测回路中阻抗可能不同,相对于在模拟处理模块420的出口处测量的输出电压(Vout)估记移动体的位置和/或朝向可能导致错误的结果。
因此,对所有检测回路,中央处理单元415计算在所选检测回路(索引为i)的端子处的感应电压(Vindi),该感应电压与回路的阻抗无关,从而确定移动体的位置和/或朝向。
换句话说,移动体的位置可以根据下式内插得到:
其中X3、X4和X5是根据横坐标X3、X4和X5定位的三个检测回路B3、B4和B5的横坐标(考虑ΔX表示横坐标X3与X4之间以及横坐标X4与X5之间的距离),在这些回路的端子处计算的感应电压分别记为Vind3、Vind4和Vind5。这里,螺线管位于横坐标上的记为XS的位置处。
在检测回路i的端子处的感应电压Vindi可以按以下方式表示为在模拟处理模块420出口处测量的电压Vouti的函数:
因此可以在考虑每个检测回路的阻抗的情况下,根据测量的电压来确定移动体的位置。
这里观察到,可以定期地测量并存储检测回路的阻抗值,以避免系统的任何偏移。
根据具体实施方式,多个基本检测表面被组合以便扩大可以在其中确定移动体的位置和/或朝向的区域的面积,并且/或者以便允许存在可以在其中确定移动体的位置和/或朝向的不连续区域。
图5示出在其中可以借助多个基本检测表面确定移动体的位置和/或朝向的环境500。
这里,环境500代表在水平平面中表示出的建筑物的三个房间,记作505-1到505-3。粗线对应于墙。可以借助按子组或组分组的基本检测表面确定移动体在房间505-1到505-3的每个房间中的位置和/或朝向。
为了清楚起见,这里每个子组与一个房间对应。但是,根据一些实施方式,一个房间可以包括多个子组,并且反之亦然,一个子组可以与多个房间相关联。
因此在这里,环境500包括三个子组,每个子组与房间505-1到505-3之一相关联(在所示例子中,标号505-1到505-3因此无区别地针对房间或子组),这里每个子组包括三个基本检测表面。
因此,例如子组505-1包括基本检测表面510-11到510-13。同样地,子组505-2包括基本检测表面510-21到510-23,并且子组505-3包括基本检测表面510-31到510-33。
尽管这里每个子组包括三个基本检测表面,但是它们的数量可以从一到数十变化。另外,基本检测表面的数量可以从一个子组到另一子组变化。
如所示出的,移动体可以经过位于检测表面510-13和510-22结合处的开口从房间505-1经过到房间505-2。
根据具体实施方式,每个子组包括称作主基本检测表面的基本检测表面。子组的其它基本检测表面是称作从基本检测表面的基本检测表面。通过与该子组的主基本检测表面相关联的管理模块来进行对位于子组附近的移动体的顺序激活。
作为示例,主基本检测表面可以是基本检测表面510-12、510-21、510-31(如使用粗体字表示的)。
每个子组允许检测位于子组附近的移动体。因此,例如位于记为515-1的区域中的移动体可以被与子组505-1的主基本检测表面相关联的管理模块激活。同样地,位于记为515-2的区域中的移动体可以被与子组505-2的主基本检测表面相关联的管理模块激活,并且位于记为515-3的区域中的移动体可以被与子组505-3的主基本检测表面相关联的管理模块激活。
可能存在其中的移动体可以被一个子组或另一子组激活的区域,例如区域520。在该区域520中,移动体可以被与子组505-1的主基本检测表面相关联的管理模块激活,或被与子组505-2的主基本检测表面相关联的管理模块激活。根据移动体在区域520中的位置,它的位置和/或朝向通过基本检测表面510-13或基本检测表面510-22确定。
根据具体实施方式,当在检测表面附近检测到移动体的存在时,移动体向(与主基本检测表面相关联的)单一管理模块进行登记。为此,例如可以使用与在名为ANT或ANT+的已知类型的无线电协议中呈现的连接机制类似的登记机制。
根据该机制的简化版本,没有向主基本检测表面的管理模块进行登记的移动体发射能够被一个或更多个(与主基本检测表面相关联的)管理模块接收的请求。当多个管理模块接收到请求时,进行选择,使得移动体只登记于主基本检测表面的单一管理模块。
与子组的主基本检测表面相关联的每个管理模块管理要激活的移动体列表。
包括相接触的并且允许移动体从子组的基本检测表面经过到具有共同激活区域的另一子组的另一基本检测表面的基本检测表面的子组形成组。因此,例如图5上所示的子组505-1和505-2形成第一组,而子组505-3自己形成一组。
当移动体登记于主基本检测表面的管理模块时,在移动体与管理模块之间建立了无线电通信链路。随着该链路的建立,第一通信步骤包括获得移动体的唯一标识符,例如在24或32比特上编码的唯一标识符,然后向移动体传送它应当使用以便接收激活消息的通信信道标号,以及优选地,它应当使用以便接收其它类型的消息的无线电信道标号。
如前面描述的,通过主基本检测表面管理移动体的顺序激活。每个激活时段,即包括移动体激活和测量相对应的基本检测表面中的感应电压的每个时间段,叫做“时隙”(TimeSlot)(也记作TS)。
由与主基本检测表面相关联的管理模块以激活消息的形式发射对移动体的唯一标识符进行编码的经调制的无线电信号,激活唯一移动体。
这种消息用于选择要激活的唯一移动体,并用于使该移动体应激活它的(第一)螺线管的时刻同步。
这里观察到,主基本检测表面的管理模块的无线电范围应覆盖它自己的表面以及依赖于该主基本检测表面的从基本检测表面。
为了使子组的从基本检测表面的检测模块与该子组的主基本检测表面的检测模块同步,主基本检测表面的检测模块或管理模块在每个激活顺序(即移动体列表的所有移动体的每个激活周期)开始时发射同步信号。
可以通过使用用于向移动体传送消息尤其是激活消息的无线电部件,或使用其它有线或无线通信部件传送该同步信号。该同步信号还可直接来自相同子组的基本检测表面的所有检测模块共享的源。
在移动体的每个(潜在)激活时,即在激活顺序的每个激活步骤,相同子组的每个基本检测表面,无论是主基本检测表面还是从基本检测表面,都寻求检测移动体的存在。
图6示出用于确定登记于相同主基本检测表面的管理模块的移动体的位置和/或朝向的时序图的简化例子,所述移动体位于该主基本检测表面和与该主基本检测表面相关联的从基本检测表面附近,这些基本检测表面属于相同的子组k。
如所示出的,此处时间被分为对应于时隙的段,每段允许激活一个移动体并确定它的位置和/或它的朝向。因此可以确定移动体E(0)的位置和/或朝向,然后是移动体E(1),并如此继续直到移动体E(n-1),随后再次进行所述顺序以便重新确定移动体E(0)的位置。
更确切地,在时刻t0(或在稍前的时间以便考虑同步时间),发射同步信号(SSk),以便使子组k的所有基本检测平面同步。在相同时刻或靠近该时刻的时刻,发射记作Sk,t0,E(0)的移动体E(0)的激活信号。因此,如果移动体E(0)位于与子组k的主基本检测表面相关联的管理模块的范围内,那么它发射电磁场,该电磁场能够通过感应在子组k的基本检测表面的检测回路中,或者必要情况下,如下面描述的,在位于子组k附近的其它子组的基本检测表面的检测回路中,产生感应电压。
作为示例,如前面所描述的,优选地在考虑检测回路的阻抗的情况下,在时隙0期间进行电压(Vout)的测量,以便允许确定移动体E(0)的位置和/或朝向。这里观察到,如果在时隙0期间进行电压(Vout)的测量,那么可以按照名为管线(pipeline)的已知方式,在进行电压测量以便允许确定移动体E(1)的位置和/或朝向时,在下一时隙(时隙1)期间继续进行移动体E(0)的位置和/或朝向的计算。
在这些基本检测表面的每个基本检测表面中已经确定了移动体E(0)的位置和/或朝向后,这样估计的位置和/或朝向可以在与所涉及子组的每个子组相关联的位置和/或朝向计算模块中,特别是在与子组k相关联的位置和/或朝向计算模块中被合并。
同样,在时刻t1,发射移动体E(1)的激活信号Sk,t1,E(1)。因此,再次地,如果移动体E(1)位于与子组k的主基本检测表面相关联的管理模块的范围内,那么它发射电磁场,该电磁场能够通过感应在子组k的基本检测表面的检测回路中,或者必要情况下,在位于子组k附近的其它子组的基本检测表面的检测回路中,产生感应电压。
以类似的方式,优选地在考虑检测回路的阻抗的情况下,在时隙1期间进行电压(Vout)的测量,以便允许确定移动体E(1)的位置和/或朝向。再次地,如果在时隙1期间进行电压(Vout)的测量,那么可以在进行电压测量以便允许确定移动体E(2)的位置和/或朝向时,在下一时隙(时隙2)期间继续进行移动体E(1)的位置和/或朝向的计算。
在该相同时间段并且在已经确定了移动体E(1)的位置和/或朝向后,可以将这样估记的位置和/或朝向合并。
如所示出的,对登记于子组k的所有移动体重复该过程,然后按顺序重复。
图7示出被实施用于确定位于子组k的基本检测表面附近的移动体的位置的算法的一些步骤。
如所示出的,第一步骤旨在将变量i初始化为零,变量i表示在登记于子组k的主基本检测表面的管理模块的移动体上的索引(步骤700)。
随后发射同步信号,以使子组k的所有基本检测表面同步(步骤705)。
随后进行测试,以确定变量i是否等于常数M,该常数M表示登记于子组k的主基本检测表面的管理模块的移动体的数量(步骤710)。
如果变量i的值等于常数M,那么除非该算法结束,否则算法重新循环到变量i的初始化步骤(步骤700)。
如果相反,变量i的值不等于常数M,那么触发计时器,以等待可以发射移动体i的激活信号的时刻ti(步骤715)。
在时刻ti,发射索引为i的移动体E(i)的激活信号(步骤720)。该激活信号典型地包括要激活的移动体的唯一标识符。
随后使变量i增加1(步骤725),并使算法重新循环到步骤710。
在发射移动体E(i)的激活信号后并且在该移动体的激活时延(730)后,与子组k的每个基本检测表面相关联的检测和定位模块以自主的方式确定被激活的移动体的位置和/或朝向。因此在这些模块的每个模块中,特别是在与标记为j的基本检测表面相关联的模块中实施标记为735的随后步骤。
在移动体的激活后,即在同步信号的接收后,或根据针对之前接收的同步信号而同步的预定顺序,分别表示关于基本检测表面j的水平和垂直检测回路的索引的变量a和b被初始化为零(步骤740)。
随后(子组k的)基本检测表面j的复用器被配置用于选择索引为a的水平检测回路(步骤745),和索引为b的垂直检测回路(步骤750)。
随后进行所选回路的每个回路中生成的电压的测量(步骤755和760)。存储这些值,并使变量a和b增加1(步骤765和770)。然后进行测试,以确定变量a和b的值是否分别等于MHj,k和MVj,k,即确定是否所有水平和垂直检测回路都已经被选择过(步骤775和780)。这里,值MHj,k和MVj,k分别表示子组k的基本检测表面j的水平检测回路数量和垂直检测回路数量。
如果所有水平和垂直检测回路没有被选择过,那么重复步骤745、755、765和775以及/或者步骤750、760、770和780,直到所有水平和垂直检测回路都已经被选择过,并已经进行了相应的电压测量。
当所有水平和垂直检测回路都已经被选择时,必要情况下,进行用于确定子组k的基本检测表面j上的所选移动体E(i)的位置Pj,k(E(i))和/或朝向的计算。该位置可以被传送给不同装置,例如传送给移动体E(i)本身,并且/或者传送给主基本检测表面的计算模块,以便例如合并由子组k的基本检测表面中的每个确定的位置,从而确定所选的移动体的位置Pk(E(i))。该位置还可以被传送给使用该位置的应用或系统。
这里观察到,根据具体实施方式,基本检测表面是不交叠的。在这种情况下,只有单一基本检测表面的检测回路被激活的移动体激励(阈值的使用允许每个位置和/或朝向计算模块确定被激活的移动体是否在附近)。
因此步骤700至725对于子组k的所有基本检测表面是唯一的,而步骤740至785在这些基本检测表面的每一个中被实施。
图8示出用于确定登记于相同组的主基本检测表面的管理模块的移动体的位置和/或朝向的时序图的简化例子。
所示出的图涉及包括例如图5所示的子组505-1和505-2的两个子组j和k的组m。
如在图6上所示出的时序图,时间被分为时隙,每个时隙对应于允许激活移动体并进行允许确定它的位置(和/或它的朝向)的电压测量的时间段。
此处,与移动体的完整询问顺序相对应的时间段被分为两个叫做子顺序的基本时段。
根据具体实施方式,在第一子顺序期间,在每个时隙开始时,与所涉及的子组的主基本检测表面相关联的管理模块同时向相同移动体发射激活消息。在第二子顺序期间,与所涉及的组的主基本检测表面相关联的管理模块在每个时隙开始时同时向仅登记于它们的子组的移动体发射激活消息。
因此,根据这些实施方式,在时刻t0,在第一子顺序开始时,或稍前的时间,发射同步信号(SSm),以便使组m的子组尤其是子组j和k的所有基本检测表面同步。在相同时刻,或者在接近该时刻的时刻,通过子组j和k的主基本检测表面的管理模块分别发射激活信号Sj,t0,E(a)和Sk,t0,E(a),以便激活移动体E(a)。因此,如果移动体E(a)位于这些模块的其中一个附近,它可以发射能够通过感应在组m的基本检测表面的检测回路中产生感应电压的电磁场。
随后,在时隙0(TS 0)期间,在优选地考虑检测回路的阻抗的情况下,在如前面所描述的这些基本检测表面的每个中进行对由移动体E(a)产生的电压Vout的测量。在该相同时间段或在随后的时间段中,通过这些基本检测表面确定移动体E(a)的位置和/或朝向。如用标记E(a)))j所示出的,这里移动体E(a)的位置通过子组j确定(移动体的任何位置都不通过子组k检测)。
同样,在时刻t1,分别通过子组j和k的主基本检测表面的管理模块发射激活信号Sj,t1,E(d)和Sk,t1,E(d),以便激活模块E(d)。因此,再次地,如果移动体E(d)位于这些模块的其中一个附近,它发射能够通过感应在组m的基本检测表面的检测回路中产生感应电压的电磁场。
再次地,在时隙1(TS 1)期间对由移动体E(a)产生的电压Vout进行测量,以便在该时隙期间或以后,确定移动体E(d)的位置和/或朝向。随后,移动体E(d)的位置和/或朝向可以被合并。如用标记E(d)))k所示出的,这里移动体E(d)的位置通过子组k确定(移动体的任何位置都不通过子组j检测)。
在时刻tq,这里对应于第二子顺序的开始,分别通过子组j和k的主基本检测表面的管理模块发射不同的激活信号Sj,tq,E(w)和Sk,tq,E(g)。因此,子组j的主基本检测表面的管理模块激活移动体E(w),而子组k的主基本检测表面的管理模块激活移动体E(g)。
因此,如用标号E(w)))j所示出的,如果移动体E(w)位于与子组j的主基本检测表面相关联的管理模块附近,它发射能够通过感应在组m(此处,子组j)的基本检测表面的检测回路中产生感应电压的电磁场。同样地,如用标记E(g)))k所示出的,如果移动体E(g)位于与子组k的主基本检测表面相关联的管理模块附近,它发射能够通过感应在组m(此处,子组k)的基本检测表面的检测回路中产生感应电压的电磁场。
在时隙q(TS q)期间,并且可能地在下一时隙(TS q+1)的部分期间确定移动体E(w)和E(g)的位置和/或朝向。
对于登记于组m的子组的所有移动体重复该过程,然后按顺序重复。
根据具体实施方式,通过与包括多个子组的每个组相关联的管理模块来进行第一子顺序的时隙管理。该管理模块尤其可以是与所涉及的组的子组之一的主基本检测表面相关联的管理模块。可以由主基本检测表面的管理模块直接进行第二子顺序的时隙管理。
这里观察到,根据具体实施方式,在第一子顺序期间,由相同组的多个不同子组发射的移动体的激活消息可以被同时发射。这些信号可以被发射到相同信道上。
作为变型,激活消息可以在不同的信道上传送,则移动体在记录阶段期间被赋予参数,以便听取与接收到的最强信号对应的激活消息。
还是作为变型,激活消息可以在不同的信道上传送,则移动体在记录阶段期间被赋予参数,以便根据移动体和子组的相对位置(例如通过选择使该相对距离最小的子组)来选择信道并听取相应的激活消息。
包括图9a-9d的图9,示出时隙管理和移动体登记的例子,该移动体的位置可以通过相同组的两个子组的基本检测表面来确定。
如图9a所示,这里检测环境包括第一子组(SG1)的第一基本检测表面和第二子组(SG2)的第二基本检测表面。移动体900可以经由过渡区域(ZT)从第一基本检测表面向第二基本检测表面或者相反地位移。
作为示例,这里可以认为,移动体900最初只登记于与子组SG1的主基本检测表面相关联的管理模块。因此,移动体900可以被子组SG1的主基本检测表面(如粗虚线矩形所示)相关联的管理模块激活。
因此,当与子组SG1的主基本检测表面相关联的管理模块顺序地激活登记于该管理模块的移动体时,在必要的情况下,该管理模块首先询问记录于与多个主检测表面相关联的多个管理模块的移动体(第一子顺序),然后询问只记录于与子组SG1的主基本检测表面相关联的管理模块的移动体,所述移动体包括如图9a所示的以时隙时序图形式的子组SG1和SG2的图示所示出的移动体900。
当移动体900在SG1区中位移以便进入到过渡区域ZT中时,如图9b所示,它的位置的获得允许确定它处于子组SG1与SG2之间的过渡区域ZT中(该过渡区域典型地在配置步骤期间确定)。该信息被提供给与将移动体900登记在它的列表中的子组SG2的主基本检测表面相关联的管理模块中。在移动体900登记于相同组的两个子组的情况下,向子组SG1和SG2的激活顺序的第一子顺序中的该移动体指定专用时隙。
因此,如图9b所示,在子组SG1和SG2的图示中,与子组SG1和SG2的主基本检测表面相关联的管理模块试图同时激活移动体900。这里移动体900的位置仍由子组SG1的主基本检测表面确定。
当移动体900从标记为SG1的区域向标记为SG2的区域位移并同时保持在过渡区域ZT中时,如图9c所示,它继续被与子组SG1和SG2的主基本检测表面相关联的管理模块激活。但是,现在移动体900的位置由子组SG2的主基本检测表面确定。
最后,如图9d所示,移动体900离开过渡区域ZT,并同时保持在区域SG2中。则移动体900被激活后,该移动体900的位置和/或朝向仍由子组SG2的主基本检测表面确定。
移动体900离开过渡区域的信息这里被传送给与子组SG1的主基本检测表面相关联的管理模块,该管理模块已经激活该移动体但没有确定其位置。则与子组SG1的主基本检测表面相关联的管理模块决定将该移动体从它的要激活的移动体列表中取出。
因此,移动体900只登记于单一的主基本检测表面的管理模块,与其相关联的时隙被修改:向子组SG2指定其自己专用的标准时隙(在子组SG2的激活顺序的第二子顺序中),如图9d上子组SG1和SG2的图示所示出的。
图10示出用于管理将移动体向基本检测表面的子组管理模块进行登记的算法的步骤。
这里第一步骤(步骤1000)涉及配置系统,特别地,用于确定子组和组以及用于确定过渡区域。根据具体实施方式,至少按组确定共同标记,以便简化移动体的位置,尤其是相对于过渡区域的位置的管理。
在下一步骤(步骤1005)中,确定是否接收到一个或更多个移动体的登记请求。优选地,该步骤以连续的方式作为背景任务进行,以便允许登记新的移动体。
如果检测出至少一个移动体,那么它被登记于与子组的主基本检测表面相关联的管理模块(步骤1010)。如前面所描述的,该初始登记阶段可以按标准方式进行,例如借助名为ANT或ANT+的已知类型的无线电协议中呈现的连接机制。
在下一步骤中,确定允许在每个子组内顺序地激活每个移动体的时隙(步骤1015)。
为此,识别登记于与相同组的子组的主基本检测表面相关联的管理模块的移动体,以便允许为所涉及的子组中的每个子组预留相对应的时隙。
因此,例如,登记于与相同组的子组SG1和SG2的主基本检测表面相关联的管理模块的移动体将在与子组SG1和SG2的主基本检测表面相关联的管理模块中被定义有等价的时隙(即具有相同的开始时刻)。这些时隙被定义在相应顺序的第一子顺序中。
随后,每个管理模块专用的时隙被分配给登记于(与单一主基本检测表面相关联的)单一管理模块的移动体。
在定义了时隙后,可以顺序地激活登记的移动体,以便如前面所描述的,确定它们的位置和/或朝向(步骤1020)。
在确定了移动体的位置时(或确定了多个移动体(例如登记于子组的所有移动体)的位置后),在必要的情况下,通过将它们的位置与过渡区域位置进行比较来识别进入到过渡区域中的一个或更多个移动体(步骤1025)。
对进入到过渡区域中的每个移动体,向与子组的主基本检测表面相关联的管理模块提供消息,所述子组的基本检测表面与所考虑的过渡区域交叠。随后产生专用时隙,使得这些管理模块同时激活这些移动体中的每一个,如参照图9b描述的。
为此,算法循环到时隙管理步骤1015。
另外,在确定了移动体的位置时(或者在确定了多个移动体(例如登记于子组的所有移动体)的位置后),进行测试,以便针对这个或这些移动体确定其管理模块(为这些表面中的每个)已经激活了一个或更多个移动体的主基本检测表面是否与允许确定这个或这些移动体位置的主基本检测表面相同(步骤1030)。
在肯定情况下,并在所涉及的移动体不处于过渡区域中时(步骤1035),向与已经激活涉及的一个或更多个移动体的主基本检测表面相关联的管理模块提供消息,以便将这个或这些移动体从一些列表中取出,并且在必要的情况下,重新定义时隙。如果所涉及的一个或更多个移动体在该操作后只被登记在单一列表上,则将所涉及的子组专用的时隙分配给这个或这些移动体,如参照图9d描述的。
为此,算法循环到时隙管理步骤1015。
图11示出系统的逻辑架构的例子,该系统用于确定位于包括通过子组和组组织的多个基本检测表面的检测表面附近的移动体的位置和/或朝向。
如所示出的,这里检测表面包括基本检测表面的三个组。
标记为1100-1的第一组包括标记为1105-1到1105-3的三个子组。这里,这些子组的每一个包括三个基本检测表面,其中一个主基本检测表面和两个从基本检测表面。作为示例,子组1105-1包括主基本检测表面1110-11,以及从基本检测表面1110-12和1110-13。
包括两个基本检测表面的子组1105-4单独构成一组,其中1110-41为主基本检测表面。
另外,标记为1100-2的组包括标记为1105-5和1105-6的两个子组,这里,子组1105-5包括三个基本检测表面,并且子组1105-6包括两个基本检测表面,其中主基本检测表面分别为1110-51和1110-61。
模块与包括一个以上子组的每个组相关联,尤其用于管理时隙。因此,模块1115-1与组1100-1相关联,并且模块1115-2与组1100-2相关联。这里观察到,这种模块可以被集成到与所考虑的组的子组之一的主基本检测表面相关联的管理模块中。
模块1115-1和1115-2还允许在所考虑的组的子组内合并确定的位置和/或朝向。
最后,标记为1120的中央模块允许控制该系统,特别是集中控制针对检测到的移动体中的每个所确定的位置和/或朝向。
该中央模块可以被集成在与组相关联的模块中,或者被集成在与主检测表面相关联的管理模块中。
特别地,中央模块和与组相关联的模块用于管理时隙。
因此,例如当与主基本检测表面相关联的管理模块接收移动体的定位信号时,并且如果该管理模块没有为该移动体预留任何TimeSlot,则管理模块向它所属的组的模块做出指示。该指示优选地包括移动体的位置和已经确定了该移动体位置的子组的唯一标识符。
随后,与该组相关联的模块将该信息传输给将时隙分配给该移动体的主基本检测表面的管理模块。根据移动体的位置是否位于过渡区域中,由与接收移动体的定位信号的主基本检测表面相关联的管理模块,或由已经将时隙分配给该移动体的主基本检测表面的管理模块,来分配在第一子顺序中的共同时隙,或者作为变型,已将时隙分配给该移动体的主基本检测表面的管理模块释放该时隙,以便随后将其分配给另一个移动体。
图12示出中央模块或者可以与主基本检测表面或组相关联的模块的架构。
装置1200优选地包括通信总线1202,通信总线1202与下列元件连接:
-中央处理单元(CPU)或微处理器1204;
-可以包括操作系统和诸如“Prog”之类的程序的只读存储器(ROM)1206;
-包括适于记录在执行上述程序期间产生的或修改的变量和参数的寄存器的随机存取存储器(RAM)或高速缓冲存储器(cache)1208;
-与分布的通信网1212(例如无线通信网和/或局域通信网)连接的通信接口1210,该接口适于传送和接收数据,尤其是向或从另一模块并且/或者向或从计算机、平板电脑或智能电话传送和接收数据。当装置1200用作与主基本检测表面相关联的管理模块时,通信接口1210还允许激活移动体。
可选地,装置1200还可具有以下元件:
-允许接收来自检测回路或检测回路的测量处理电路的数据的输入/输出接口1214;和/或
-诸如存储卡之类的可拆卸存储介质1218的阅读器1216。
通信总线允许在包括在装置1200中或与其连接的不同元件之间的通信和协同工作能力。总线的表现形式不是限制性的,并且尤其是中央单元可以直接地或通过装置1200的另一个元件将指令传输给装置1200的任何元件。
每个程序的可执行代码例如可以存储在只读存储器1206中,所述程序允许可编程设备实施根据本发明的过程,特别是用于管理和/或确定移动体的位置。
根据变型,程序的可执行代码可以通过通信网1212可以经由接口1210被接收,以便以与前面描述的方式相同的方式被存储。
以更一般的方式,一个或更多个程序可以在执行前被加载到装置1200的存储部件之一中。
中央单元1204将控制和引导根据本发明的一个或更多个程序的软件代码的指令或部分的执行,例如指令存储在只读存储器1206中,或在上述其它存储元件中。施加电压时,存储在非易失性存储器中(例如只读存储器1206)的所述一个或更多个程序被转移到随机存取存储器1208中,该随机存取存储器1208包括根据本发明的一个或更多个程序的可执行代码以及用于存储实施本发明所需要的变量和参数的寄存器。
自然地,为了满足具体需要,本领域技术人员可以在前面的描述中进行修改。本发明不局限于描述的实施形式,特征的其它变型和组合是可能的。
本发明已经在参照附图详细描述的本说明书中进行了描述和说明。但是,本发明不局限于所介绍的实施形式。本领域技术人员可以通过阅读本说明书和附图得出其它实施方式和变型。
权利要求书中,术语“包括”不排除其它元件或其它步骤。不定冠词“一”不排除多个。单一处理器或多个其它单元可以用于实施本发明。有利地,可以组合具有的和/或要求保护的不同特征。它们在说明书或不同从属权利要求中的存在实际上不排除组合它们的可能。参考标记不应被理解为限制了本发明的范围。
附录
表1:包括M个基本检测表面的检测表面的子系统k的回路阻抗,包括Ni个检测回路的基本检测表面i。
Claims (13)
1.一种系统中的控制方法,所述系统包括将多个移动体与计算机系统接口连接的检测表面,该检测表面包括多个基本检测表面(1110-11、1110-12、1110-13),基本检测表面形成至少包括多个子组(1105-1、1105-2、1105-3)的至少一个组(1100-1),每个子组包括至少一个基本检测表面,每个基本检测表面被配置用于确定移动体的位置,所述多个移动体中的每个移动体能够被与子组相关联的管理模块激活,所述方法包括以下步骤,
对于至少一个子组:
-将至少一个移动体向至少一个子组的管理模块进行登记(1010),所述至少一个移动体被登记在移动体参考列表中;
-为参考列表中所提及的每个移动体预留不同的时间段(1015),所述时间段允许激活移动体并确定被激活的移动体的位置,预留的时间段形成允许顺序地激活登记于所述至少一个子组的管理模块的移动体的顺序;
至少一个移动体登记于至少两个不同子组的管理模块,为登记于至少两个不同子组的管理模块的所述至少一个移动体预留的时间段在所述至少两个子组的每一个中是相同的。
2.如权利要求1所述的方法,还包括将移动体的位置与预定区域进行比较的比较步骤,以及响应于该比较,对为与预定区域比较了位置的移动体预留的至少一个时间段进行修改的修改步骤。
3.如权利要求2所述的方法,根据该方法,修改预留的至少一个时间段的所述修改步骤包括为与预定区域比较了位置的移动体预留新的时间段,该新的时间段与之前为与预定区域比较了位置的移动体预留的另一个时间段相同,在不同子组的管理模块中预留该新的时间段和另一个时间段。
4.如权利要求2所述的方法,根据该方法,修改预留的至少一个时间段的所述修改步骤包括取消之前为与预定区域比较了位置的移动体预留的时间段。
5.如权利要求2至4中任一项所述的方法,根据该方法,预定区域是包括第一子组的第一基本检测表面的部分和与第一子组不同的第二子组的第二基本检测表面的部分的区域。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法,该方法还包括使与子组的每个基本检测表面相关联的位置计算模块同步的同步步骤。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法,该方法还包括激活移动体的激活步骤,和确定被激活的移动体的位置的确定步骤,根据所述顺序进行激活步骤和确定步骤。
8.如权利要求7所述的方法,根据该方法,确定被激活的移动体的位置的所述确定步骤包括:测量与基本检测表面的多个检测回路的每个检测回路连接的处理电路的输出电压的测量步骤,获得多个检测回路的每个检测回路的阻抗的获得步骤,和根据获得的阻抗和电压测量来计算多个检测回路的每个检测回路的端子处的感应电压的计算步骤。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法,根据该方法,通过包括要激活的移动体的唯一标识符的无线电信号来激活移动体。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法,该方法还包括确定之前被激活的移动体的位置的步骤,和将所确定的位置传送给所述之前被激活的移动体的步骤。
11.一种用于将多个移动体与计算机系统接口连接的检测表面,该检测表面包括多个基本检测表面(1110-11、1110-12、1110-13),基本检测表面形成包括多个子组(1105-1、1105-2、1105-3)的至少一个组(1100-1),每个子组包括至少一个基本检测表面,每个基本检测表面被配置用于确定移动体的位置,多个移动体的每个移动体能够被与子组相关联的管理模块激活,与子组相关联的每个管理模块被配置用于:
-将至少一个移动体登记在移动体参考列表中(1010);
-为参考列表中所提及的每个移动体预留不同的时间段(1015),所述时间段允许激活移动体并确定被激活的移动体的位置,预留的时间段形成允许顺序地激活登记于所述至少一个子组的管理模块的移动体的顺序;
与子组相关联的管理模块还被配置用于为登记于至少两个不同子组的多个管理模块的相同移动体预留相同的时间段。
12.如权利要求11所述的检测表面,根据该表面,至少一个基本检测表面包括多个检测回路,并且位置计算模块与至少一个基本检测表面相关联,该位置计算模块被配置用于获得针对基本检测回路中的每一个的阻抗并用于根据所获得的阻抗计算多个检测回路中的每个检测回路的端子处的感应电压。
13.如权利要求11或权利要求12所述的检测表面,根据该表面,与子组相关联的管理模块还被配置用于通过包括要激活的移动体的唯一标识符的无线电信号来激活移动体。
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