CN108024513A - 用于工业自动化的高精度飞行时间测量系统 - Google Patents

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马修·伊恩·贝恩
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詹姆斯·坎贝尔·金西
格雷戈里·L·哈尔瓦特
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Trimex Corp
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Abstract

一种用于追踪工业环境中的物体的位置的系统，包括询问器、应答器以及处理器。询问器发射信号并且提供与所发射的信号对应的第一参考信号。应答器提供响应信号。询问器接收响应信号并且提供与响应信号对应的第二参考信号。处理器基于两个参考信号确定询问器或应答器中的一者相对于另一者的位置。

Description

用于工业自动化的高精度飞行时间测量系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年6月15日提交的第62/175,819号、于2015年7月29日提交的第62/198,633号、于2015年10月19日提交的第62/243,264号、于2015年11月11日提交的第62/253,983号、均于2015年12月17日提交的第62/268,727号、第62/268,734号、第62/268,736号、第62/268,741号和第62/268,745号、于2015年12月22日提交的第62/271,136号、于2016年1月6日提交的第62/275,400号以及均于2016年3月10日提交的第62/306,469号、第62/306,478号和第62/306,483号共同未决美国临时申请的权益，所述共同未决美国临时申请中的每一个出于所有目的通过引用全部并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及追踪工业自动化环境中的物体，并且更具体地涉及追踪工业装备或雇员的运动。
背景技术
工业环境例如制造设施、仓库、履行中心等通常具有在其中工作并且相互组合的人员、机器和装备的混合。自动化装备和机器、人控装备和机器以及人类人员都可能彼此独立移动，并且可能对彼此造成危险，或者可能不能以有效或协调的方式执行他们的功能。优化操作和/或检测危险的传统系统通常包括机器上的独立传感器和强加于人类的规则或操作程序，所有这些均会经受故障、错误或不寻常的行为。因此，需要一组部件、系统和方法来提高工业环境中的操作和移动的自动化和精确追踪。
发明内容
各方面和实施方式涉及追踪工业自动化环境中的物体，并且更具体地涉及追踪工业装备或雇员的运动。
根据一个方面，一种用于追踪物体的位置的系统包括：至少一个询问器，其发射第一电磁信号并且提供与所发射的信号对应的第一参考信号；至少一个应答器，其接收第一电磁信号并且提供响应信号；所述至少一个询问器包括接收响应信号并且提供与响应信号对应的第二参考信号的接收器；以及处理器，其响应于第一参考信号和第二参考信号来确定至少一个询问器或至少一个应答器中的至少一个的精确位置；其中，要被追踪的物体包括物品、一件装备和人中之一的一部分中的至少一个；其中，系统被配置成与一件装备或物品协作来确定人的身体移动的精确位置和定位；并且其中，至少一个询问器和至少一个应答器中之一被配置成安装至物体。
在一些实施方式中，至少一个询问器包括处于固定位置的多个询问器。在一些实施方式中，至少一个应答器包括处于固定位置的多个应答器。在一些实施方式中，至少一个询问器和至少一个应答器中之一被集成到腕带中。在一些实施方式中，至少一个询问器和至少一个应答器被集成到个人数字设备中。在一些实施方式中，至少一个询问器和至少一个应答器中之一配置有反馈机构。在一些实施方式中，反馈机构包括彩色LED、扬声器、麦克风、无线信标、加速度计、陀螺仪和触觉设备中的一种。在一些实施方式中，系统被配置成向反馈机构发信号以向人提供关于任务绩效的实时反馈。在一些实施方式中，反馈机构被配置成提供关键反馈的至少一个指示和常规反馈的至少一个其他指示。在一些实施方式中，系统被配置成向人提供实时指令。在一些实施方式中，系统被配置成监测和存储人的肢体的工作模式以用于分析、行为监测和训练中的一种。在一些实施方式中，系统被配置成追踪工作环境中的一件装备或物品以用于行为监测。在一些实施方式中，工作环境是拾取和包装环境、仓库环境以及装配环境中的一种。在一些实施方式中，肢体是人的手，并且系统被配置成用于追踪人的手和物品，以从箱子中选择物品，从而提供拾取和包装环境中的实时反馈。在一些实施方式中，系统被配置成用于精确追踪与一件装备相关的一个或更多个人类肢体。在一些实施方式中，系统被配置成用于致动工业装备，以基于所识别的一个或更多个肢体的移动并且与所识别的一个或更多个肢体的移动协作来执行动作。在一些实施方式中，系统被配置成检测肢体与一件装备之间的即将发生的碰撞，并且做出响应使工业装备停止或者移动离开碰撞路径。在一些实施方式中，系统被配置成用于将人类身体部分的移动解释为可执行动作。在一些实施方式中，系统被配置成预测人类肢体的移动。在一些实施方式中，系统被配置成用于使得能够设置或修改机器人线路以消除干扰并且优化在工业环境中工作的机器人的移动路径。在一些实施方式中，系统被配置成用于基于所确定的一件装备的定位来在一件装备的控制模式之间进行自动切换。在一些实施方式中，系统被配置成用于在具有多个子部件的大型机器的公差内进行精确装配或设置。
下面详细讨论其他方面、实施方式和这些示例性方面和实施方式的优点。本文公开的实施方式可以以与本文公开的原理中的至少一个一致的任何方式与其他实施方式结合，并且对“实施方式”、“一些实施方式”、“替代实施方式”、“各种实施方式”、“一个实施方式”等的引用不一定是相互排斥的，并且旨在指示所描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施方式中。本文的这些术语的出现并不一定都是指代相同的实施方式。
附图说明
下面参照附图讨论至少一个实施方式的各方面，附图并非意在按比例绘制。包括附图以提供对各方面和实施方式的说明和进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，但是并非意在作为本发明的限制的定义。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的附图标记表示。为了清楚起见，并非每个部件都可以在每个附图中标记。
在附图中：
图1示出了用于基于用于测量直接飞行时间(TOF)的双静态(bi-static)测距系统配置来精确测量距离的系统的一个实施方式；
图2示出了用于基于频率调制连续波(FMCW)TOF信号来精确测量距离的系统的一个实施方式；
图3示出了用于基于直接序列扩频(DSSS)TOF信号来精确测量距离的系统的一个实施方式；
图4示出了用于基于宽带、超宽带脉冲信号或者任何脉冲压缩波形来精确测量距离的系统的一个实施方式；
图5示出了用于基于DSSS或者跳频扩频(FHSS)FMCW测距技术来精确测量距离的系统的一个实施方式；
图6示出了用于使用TOF信号来精确测量距离的具有多个发射器、多个收发器或者发射器和收发器的混合组合的系统的一个实施方式；
图7示出了用于使用TOF信号来精确测量距离的具有多个接收器、多个应答器或者接收器和应答器的混合组合的系统的一个实施方式；
图8示出了用于使用TOF信号来精确测量距离的具有多个发射器、多个收发器或者发射器和收发器的混合组合以及多个接收器、多个应答器或者接收器和应答器的混合组合的系统的一个实施方式；
图9示出了用于使用调制的TOF信号来精确测量定位的系统的一个实施方式；
图10示出了用于使用调制的TOF信号来精确测量定位的系统的另一实施方式；
图11示出了用于线性FMCW双向TOF测距的询问器的框图；
图12示出了用于线性FMCW双向TOF测距的询问器的框图的另一实施方式；
图13示出了用于使用TOF信号来精确测量距离以检测用户和/或工业装备的移动的系统的一个实施方式；以及
图14示出了用于使用TOF信号来精确测量距离以检测用户和/或工业装备的移动的系统的另一实施方式。
具体实施方式
应当理解的是，本文讨论的方法和装置的实施方式不是将应用限制于在下面的描述中阐述的或者在附图中示出的部件的构造和布置的细节。所述方法和装置能够以其他实施方式实现，并且能够以各种方式实践或执行。本文提供特定实现的示例仅是为了说明的目的，而非意在限制。此外，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型意在涵盖其后列出的项及其等同物以及附加项。对“或”的引用可以被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示所描述的术语的单个、多于一个和全部中的任何一种。对前和后、左和右、顶部和底部、上部和上部以及竖直和水平的任何引用意在为了便于描述，而不是将本系统和方法或其部件限制至任何一个位置或空间定向。
定义：
收发器是包括共享公共电路的发射器(借助于天线产生电磁信号的电子设备)和接收器(借助于天线接收电磁信号并且将由电磁信号携带的信息转换成可用形式的电子设备)二者的设备。
发射器-接收器是包括被组合但是不共享公共电路的发射器和接收器的设备。
发射器是仅发射设备，但是可以指代发射器-接收器、收发器或应答器的发射部件。
接收器是仅接收设备，但是可以指代发射器-接收器、收发器或应答器的接收部件。
应答器是响应于接收到识别应答器并且从发射器被接收到的询问信号来发出信号的设备。
雷达(用于无线电检测和测距)是使用电磁信号来确定物体的范围、高度、方向或速度的物体检测系统。为了本公开内容的目的，“雷达”指代主要的或“经典的”雷达，其中，发射器在预定的(一个或更多个)方向上发出射频信号，并且接收器侦听从物体反射回来的信号或回波。
射频信号或“RF信号”指的是RF信号频谱中的可以是CW或脉冲或任何形式的电磁信号。
脉冲压缩或脉冲压缩信号指的是要用于飞行时间(TOF)测量的任何编码的、任意的或其它时变的波形，包括但不限于FMCW、线性FM、脉冲CW、脉冲、巴克码以及任何其他编码的波形。
有线指的是通过物理波导例如线缆连接至中央处理器的发射器、收发器、接收器、应答器或其任何组合的网络。
无线指的是仅通过无线地发射并接收的电磁信号而不是通过物理波导来连接的发射器、收发器、接收器、应答器或其任何组合的网络。
对网络进行校准指的是测量发射器、收发器、接收器、应答器或其任何组合之间的距离。
高精度测距指的是使用电磁信号来以毫米或亚毫米精度测量距离。
单向传播时间或TOF指的是电磁信号从发射器或收发器传播至接收器或应答器所花费的时间。
双向传播时间或TOF指的是电磁信号从发射器或收发器传播至应答器所花费的时间加上信号或响应返回至收发器或接收器所花费的时间。
参照图1，本发明的用于精确测量距离的系统的一个实施方式的各方面和实施方式基于双静态测距系统配置，该双静态测距系统配置测量至少一个发射器10与至少一个接收器12之间的发射信号的直接飞行时间(TOF)。本发明的测距系统的该实施方式可以被表征为用于测量电磁信号14的TOF的装置。装置的该实施方式包括向至少一个接收器12发射电磁信号14的至少一个发射器10，该至少一个接收器12接收发射信号14并且确定所接收的信号的飞行时间。测量从发射器10发射信号14的发射时间至由接收器12接收到信号的时间之间的电磁信号14的飞行时间，以确定发射器与接收器之间的信号14的TOF。发射器10和接收器12中的一者内的信号处理器对接收到的并且采样的信号进行分析以确定TOF。信号14的TOF指示发射器10与接收器12之间的距离，并且可以用于许多目的，本文描述许多目的中的一些示例。
参照图2说明和描述本发明的测距系统的优选实施方式。特别地，根据本发明的测距系统的一个实施方式包括例如可以安装在要被感测位置和/或范围的物体上的发射器10。发射器10发射频率调制连续波(FMCW)信号14'。至少一个接收器12通过线缆16耦接至发射器10。线缆16将由至少一个接收器接收到的所接收的发射信号返回至发射器10。在发射器10中，发射信号14'在被馈送至天线18并且由天线18发射之前被分路器17分路。已经被分路器16分路的发射信号14'的一部分被馈送至混频器20的第一端口并且被用作为用于混频器的输入信号的本地振荡器(LO)信号。发射信号14'在接收器12处由天线22接收，并且由至少一个接收器12输出至组合器24，组合器24将来自至少一个接收器12的接收信号进行组合，并且使用线缆16将组合的接收信号转发至混频器20的第二端口。来自混频器的输出信号21具有与来自发射器10的发射信号至由接收器12接收的信号之间的时间差对应的拍频。因此，混频器的输出信号21的拍频表示发射器与接收器之间的距离。混频器20的输出信号21被供应至模数转换器26的输入端以提供采样的输出信号29。采样信号29可以被提供至处理器28，该处理器28被配置成确定拍频以指示TOF，TOF表示发射器与接收器之间的距离。
测距系统的该实施方式基于FMCW发射信号的发射和接收，并且确定发射信号与接收信号之间的拍频差。拍频信号与发射器和接收器之间的TOF距离成比例。作为示例，来自A/D转换器26的采样信号被馈送至快速傅立叶变换(FFT)设备30，以将采样时间信号变换至频域将理解的是，例如，可以使用其他变换或算法，例如多信号分类器(MUSIC)、经由旋转不变技术评估信号参数(ESPRIT)、离散傅里叶变换(DFT)以及傅立叶逆变换(IFT)。根据FFT，可以确定信号14'的TOF。特别地，从A/D转换器26输出的数据是具有一些低频噪声的一组滤波后的幅度。根据该实施方式的各方面，可以设置用于发生物体检测的最小幅度阈值，使得检测由高于最小阈值的幅度触发。如果在给定频率下的采样信号的幅度未达到阈值，则可以忽略。
在图2所示的系统中，任何数目的附加接收器12可以包括在该系统中。来自附加接收器12的输出信号由开关24选择，并且通过线缆16被反馈回至发射器10，以提供在附加接收器处所选择的接收信号，以用于附加接收器12处的附加飞行时间测量信号。在替选实施方式中，混频器20和A/D转换器26可以被包括在每个接收器中，以从每个接收器输出数字信号。在该实施方式中，数字信号可以被选择并且被反馈回至发射器以用于进一步处理。可以理解的是，针对该实施方式，FFT处理可以在每个接收器中完成或者在发射器处完成。根据本发明，由附加接收器12产生的TOF测量信号可以被处理，以指示以多个自由度和良好的分辨率安装至发射器10的物体的位置。另外，如参照图8所示，根据本公开内容的各方面和实施方式，可以理解的是，多个发射器可以耦接至多个接收器以产生复杂的位置检测系统。
在图2的测距系统中，至少一个发射器10可以安装在要被追踪距离和位置的物体上。接收器各自生成用于确定由发射器发射的信号14'的TOF测量的信号。接收器12耦接至处理器28，以产生指示从发射器至三个接收器中的每一个的TOF的数据，该数据可以用于耦接至物体的发射器10的精确位置检测。可以理解的是，发射器和接收器的各种布置可以用于对附接至发射器的物体的位置进行三角测量，以提供诸如发射器10的x、y、z位置以及平移和3个旋转轴的信息。
可以理解的是，针对本文公开的任何实施方式和方面，在发射器与接收器之间可以存在协调定时，以实现精确距离测量。还可以理解的是，所公开的系统的实施方式能够在数百米的总范围内以1Hz或更小的频率通过TOF以约毫米或亚毫米量级的精度测量距离。可以预期，系统的实施方式可以以少于100美元的非常低成本的部件来实现。
调制测距系统
参照图3，示出了根据本发明实现的测距系统300的另一实施方式。可以理解的是，各种形式的调制例如谐波调制、多普勒调制、幅度调制、相位调制、频率调制、信号编码以及其组合可以用于提供精确导航和定位。图3示出了一个这样的示例，图3示出了使用脉冲直接序列扩频(DSSS)信号32来确定范围或距离。在直接序列扩频测距系统中，可以通过对载波信号进行相移调制来完成发射信号32的编码调制与对所接收的并且重新发射的信号36的解调。收发器38的发射器部分经由天线40发射具有频率F1的伪噪声编码调制信号32。可以理解的是，在双工测距系统中，收发器38和应答器42可以同时工作。
如图3所示，应答器42接收具有频率F1的发射信号32，该发射信号32被馈送至变换器34并且由变换器34变换为不同的例如可以是2×F1的频率F2，并且作为具有频率F2的编码调制信号36由应答器42重新发射。与收发器38的发射器部分共定位的收发器38的接收器子系统接收重新发射的信号36并且同步至返回信号。特别地，通过测量正在发射的发射信号32与接收信号36之间的时间延迟，系统可以确定从其自身至应答器的距离。在该实施方式中，时间延迟与发射信号32和重新发射信号36的双向传播延迟对应。
根据该实施方式的各方面，系统可以包括用于收发器38的发射器和接收器子系统的两个单独的PN码生成器44、46，使得在收发器的接收器部分处的编码可以与发射编码异相或者使得编码可以不同。
用于测量电磁信号的TOF距离的收发器38的发射器部分包括：用于生成第一相移信号的第一伪噪声生成器44；以及第一混频器48，其接收载波信号50，使用第一相移信号52对载波信号进行调制以提供由收发器38发射的具有中心频率F1的伪噪声编码调制信号32。应答器装置42包括变换器34，变换器34接收具有中心频率F1的伪噪声编码调制信号32，并且变换频率为F1的伪噪声编码调制信号，以提供具有中心频率F2的变换后的伪噪声编码调制信号，或者提供居中于中心频率F1处的不同编码信号，并且其由应答器发射回到收发器38。收发器装置38还包括：用于生成第二相移信号56的第二伪噪声生成器46；以及第二混频器54，其从伪噪声生成器46接收第二相移信号56，接收频率为F2的变换后的伪噪声编码调制信号36，并且使用第二相移信号56对具有中心频率F2的伪相关编码调制信号36进行调制，以提供返回信号60。该装置还包括检测返回信号60的检测器62和测距设备/计数器64，该测距设备/计数器64测量发射信号32与接收信号36之间的时间延迟，以确定从收发器38至应答器42并且回到收发器38的往返距离，以便确定双向传播延迟。根据一些实施方式的方面，第一PN生成器44和第二PN生成器46可以是两个单独的PN码生成器。
可以理解的是，系统的该实施方式的精确性取决于信号的信噪比(SNR)、带宽以及采样信号的采样率。还可以理解的是，系统的该实施方式可以使用任何脉冲压缩信号。
图9示出了调制测距系统301的另一实施方式。该实施方式可以用于提供来自询问器380的频率为F1的发射信号，该发射信号由应答器420接收并且进行谐波调制以提供位于F2处的谐波返回信号360，该谐波返回信号360由应答器420发射回到询问器380以确定应答器的精确定位，其中，F2例如可以是2×F1。利用谐波测距系统，由应答器对发射信号320进行的倍频(doubling)可以用于对重新发射的应答器信号与例如由场景杂波(sceneclutter)反射的信号进行区分。
如图3和图9至图10以及上面的讨论所示，应答器42、420、421、423可以将接收到的频率F1变换成响应频率F2，并且响应频率F2可以与F1谐波相关。能够这样做的简单谐波应答器设备可以包括耦接至一个或更多个天线的用作倍频器或倍增器的单个二极管。图9示出了简单谐波应答器423，其包括接收天线RX、可以简单地为二极管的倍增器422、可选电池425以及可选辅助接收器427。图3示出了具有用于从应答器42接收信号和向应答器42发射信号的单个天线的应答器42，而图9示出了用于从应答器420、423接收信号和向应答器420、423发射信号的单独的天线(标记为RX、TX)。可以理解的是，如本文公开的任何应答器42、420、421和423的实施方式可以具有一个共享天线，可以具有多个天线例如TX天线和RX天线，并且可以包括不同的天线布置。
应答器42、420、421、423的实施方式可以包括集成到天线结构中的倍频元件422，例如但不限于二极管。例如，二极管可以放置在传导结构例如贴片天线或微带天线结构上并且与该传导结构耦接，以及放置在使得匹配接收和/或发射信号的阻抗的配置中，从而能够在接收和响应频率中的每一个处激励天线模式。
无源谐波应答器423的实施方式包括低功率源例如电池425(例如手表电池)，低功率源可以用于使二极管倍增器422反向偏置以通常关断，并且低功率源可以被关闭来将谐波应答器转到打开状态(唤醒状态)，以使接收到的信号的频率倍增或以其他方式谐波移位。例如在像本文所讨论的那些的应用中，低功率源可以用于使倍增器422反向偏置以打开和关闭应答器。根据应答器的实施方式，电源425还可以被配置成使多路复用器(二极管)422正向偏置以增加灵敏度，并且将应答器的范围从例如10米至100米的范围增加至千米范围。在又一实施方式中，单独或与倍增器二极管422的正向偏置组合的放大(LNA、LNA2、LNA3、LNA4)也可以或可替选地用于增加应答器的灵敏度。可以理解的是，通常，放大可以与任何应答器一起使用，以增加如本文公开的任何测距系统的应答器的任何实施方式的灵敏度。
根据各方面和实施方式，基于二极管的应答器423可以是被配置成使用非常少的电力的无源应答器，并且可以经由按钮型或者手表电池供电，以及/或者可以通过能量收集技术来供电。应答器的该实施方式被配置成：消耗少量的能量，其中应答器在大部分时间处于断电模式下，并且偶尔切换至唤醒状态。可以理解的是，二极管的反向偏置以及二极管偏置的导通和关断几乎不消耗电力。这将使得应答器423的无源实施方式脱离手表电池或其他低功率源运行，或者通过使用电力收集技术甚至是无电池的，例如根据TOF电磁信号或者根据诸如压电源、螺线管或惯性生成器的运动或者根据光源例如太阳能。利用这样的布置，如本文所讨论的特别是针对图3、图9至图10所讨论的，询问器38、380、381可以包括辅助无线发射器429，并且应答器42、420、421和423可以包括辅助无线接收器427，该辅助无线接收器427用于寻址每个应答器以告知每个应答器何时醒来。由辅助无线发射器429发射并且由辅助无线接收器427接收的辅助信号被用于寻址每个应答器，以告知每个应答器何时开启和关闭。向询问器提供辅助无线发射器429和向每个应答器提供辅助无线信号接收器427的一个优点是：例如，其允许TOF信号信道不负荷无用信号噪声，例如来自未被使用的应答器的通信信号。据此，还可以理解的是，TOF系统的另一实施方式实际上可以使用TOF信号信道来向应答器发送无线电/控制消息和从应答器接收无线电/控制消息，以告知应答器启用和关闭等。利用这样的布置，辅助无线接收器427是可选的。
可以理解的是，无源谐波应答器423的实施方式不需要电池电源，电池电源需要每天/几天对其进行充电。无源谐波应答器423可以具有长寿命电池，或者针对较短范围的应用可以由主信道信号无线地供电，或者针对较长范围由辅助信道信号无线地供电(例如，询问器和应答器可以在3GHz至10GHz的范围工作，而电力收集可以使用主信号范围和较低频率范围例如900MHz或13MHz中的任一个或者两者来发生)。相反，经典谐波雷达标签简单地作为斩波器来对输入信号进行响应，使得有用的标签输出电力电平需要来自发射器的非常强的输入信号，例如在该标签处大于-30dBm。可以理解的是，无源谐波应答器423通过储存能量来提供紧凑的、长/无限寿命的远程应答器，以对二极管进行偏置、极大地增加二极管的灵敏度并且将应答器的范围增加至例如1km级别。
调制测距系统的图9所示的实施方式的一个方面或者如本文公开的测距系统的任何实施方式是每个应答器420可以配置有辅助无线接收器427，以由来自辅助无线发射器429的可以由询问器380发射的辅助无线信号401(例如蓝牙信号、Wi-Fi信号、蜂窝信号、Zigbee信号等)唯一地可寻址。因此，询问器380可以配置有用于发射辅助无线信号401以识别和开启特定的应答器420的辅助无线发射器429。例如，辅助无线信号401可以被配置成基于每个应答器的序列号来开启每个应答器。利用该布置，每个应答器可以由询问器提供的辅助无线信号唯一地寻址。可替选地，用于寻址和启用单独的应答器或应答器组的辅助信号可以是发射的询问信号中的嵌入控制消息，其可以采取命令协议或唯一编码的形式。在其他实施方式中，用于启用应答器的辅助信号可以采取各种其他形式。
如图9所示，询问器380的发射器部分经由天线400发射具有频率F1的信号320。可以通过辅助无线发射器429发射辅助无线信号并且应答器使用辅助无线接收器427接收辅助无线信号401来促进唤醒应答器，使得应答器420接收具有频率F1的发射信号320，该发射信号320的频率通过应答器倍增至频率F2(＝2×F1)，并且作为具有频率F2的信号360由应答器420重新发射。与询问器380的发射器部分共定位的询问器380的接收器子系统接收重新发射的信号360并且使返回信号同步以测量询问器380与应答器420之间的精确距离和定位。特别地，通过测量正在发射的发射信号320与接收信号360之间的时间延迟，系统可以确定从询问器至应答器的距离。在该实施方式中，时间延迟与发射信号320和重新发射信号360的双向传播延迟对应。
例如，用于测量应答器420的精确定位的询问器380的发射器部分包括振荡器382，该振荡器382提供由询问器380发射的具有中心频率F1的第一信号320。应答器装置420包括频率谐波变换器422，该频率谐波变换器422接收具有中心频率F1的第一信号320并且对将频率为F1的信号进行变换以提供信号F1的具有中心频率F2例如2×F1的谐波，该谐波由应答器420发射回到询问器380。所示的询问器380还包括用于接收信号F2的四个接收信道390、392、394、396。每个接收信道包括接收频率为F2的第二信号360并且对返回信号360进行下变频的混频器391、393、395、397。询问器装置还包括检测返回信号的检测器、模数转换器以及处理器，来确定发射信号320与接收信号360之间的时间延迟的精确测量，以确定从询问器380至应答器420并且回到询问器380的往返距离，以便确定双向传播延迟。
根据该实施方式的各方面，询问器可以包括四个单独的接收信道390、392、394和396，以接收空间分集阵列(diverse array)中的重新发射信号401的谐波返回频率以用于导航的目的。可以理解的是，具有中心频率F1的第一信号320的频率可以根据本文中已经讨论的任何调制方案例如FMCW而变化，并且调制也可以是CW脉冲调制的、脉冲调制的、脉冲或任何其他波形中的任何一种。可以理解，可以使用任何数目的信道。还可以理解的是，在询问器的四个接收信道中，可以多路复用以在不同的时间接收信号360，或者可以被配置成同时工作。可以进一步理解，至少部分地因为正在使用调制，所以询问器380和应答器420可以被配置成同时工作。
可以理解的是，根据本文公开的各方面和实施方式，调制器可以使用不同形式的调制。例如，如上所述，可以使用直接序列扩频(DSSS)调制。另外，可以结合频率或谐波变换或者代替谐波或频率变换来使用其他形式的调制，例如多普勒调制、幅度调制、相位调制、诸如CDMA的编码调制或者其他已知形式的调制。特别地，询问器信号320和应答器信号360可以处于相同的频率即F1，并且可以由应答器420完成对询问器信号的调制以提供处于相同频率F1的信号360，或者除了对信号F1进行调制之外，询问器也可以对信号320进行频率变换以提供处于第二频率F2的信号360，其中，第二频率F2可以是F1的谐波，或者询问器可以仅对信号320进行频率变换以提供信号360。如上所述，任何所提到的调制技术提供了对应答器信号360与背景杂波反射信号320进行区分的优点。可以理解的是，使用某些形式的调制，应答器可以通过调制例如编码调制来唯一地识别以响应于询问信号，使得多个应答器420可以同时工作。另外，如本文所指出的，通过使用编码波形，不需要对重新发射信号360进行频率变换，其具有提供较便宜的解决方案的优点，因为不需要频率变换。
可以理解的是，根据如本文公开的测距系统中任何一个的各方面和实施方式，多个信道可以由各种询问器和应答器设备使用，例如，多个频率信道、正交相位信道或编码信道可以被并入在询问或响应信号中的一者或两者中。在其他实施方式中，可以使用另外的信道方案。例如，应答器42、420、421、423的一个实施方式可以具有与两个不同的二极管同相和90°异相(正交)的信道，其中，通过二极管的反向偏置而对二极管进行正交调制。利用这样的布置，询问器可以被配置成同时向不同的应答器发送编码波形信号。另外，如本文讨论的其他方法，诸如极化分集、时间共享、编码多路复用方案(其中，每个应答器具有用于使每个应答器唯一可寻址的唯一伪随机编码)等，允许以全能量灵敏度连续监测数目增加的应答器。
图10示出了调制测距系统310的另一实施方式。该实施方式可以用于提供来自询问器381的频率为F1的发射信号，该发射信号由应答器421接收并且通过应答器421进行频率变换，以提供处于F2的频移返回信号361，该频移返回信号361可以在频率上任意地与询问器信号(其不一定是谐波信号)的F1相关，其由应答器421发射回到询问器381以确定应答器421的精确定位。利用图10所示的该布置，例如，处于F1的信号321可以处于5.8GHz的工业科学和医学频带，并且处于F2的返回信号361可以在24GHz ISM频带中。还可以理解的是，利用调制系统的该布置，由应答器421对发射信号321进行的频移可以用于对重新发射的应答器信号361与例如由背景杂波反射的信号进行区分。
调制测距系统的该实施方式310的一个方面或者如本文公开的测距系统的任何实施方式是每个应答器42、420、421、423可以被配置成唯一可寻址，以通过使用辅助无线接收器427从辅助无线发射器429接收辅助无线信号401(例如蓝牙信号、Wi-Fi信号、蜂窝信号、Zigbee信号等)来唤醒每个应答器，该辅助无线信号可以由询问器381发射。因此，询问器381可以配置有辅助信号发射器429，以发射辅助无线信号401，从而识别和开启特定应答器42、420、421、423。例如，辅助无线信号可以被配置成基于每个应答器的序列号来开启每个应答器。利用该布置，可以通过由询问器或另外的源提供的辅助无线信号来唯一地寻址每个应答器。
关于图10，可以理解的是，振荡器例如OSC3将具有有限的频率误差，其自身表现为有限的估计位置误差。一种用于OSC3的使用低成本TCXO(温度控制晶体振荡器)的可能缓解措施是使用户定期将他们的应答器触摸到校准目标。该校准目标装配有磁性、光学、雷达或其他合适的近距离高精度传感器，以有效地使由TCXO或其他合适的低成本高稳定性振荡器的任何长期或短期漂移引起的位置误差趋零(null out)。趋零被保留在雷达和/或应答器中作为一组校准常数，其根据用户的位置精度需求可以持续几分钟、几小时或几天。
根据各方面和实施方式，系统的询问器和每个应答器可以被配置成使用单个天线(相同的天线)来发射和接收信号。例如，询问器38、380、381可以配置有一个天线40、400，以发射询问器信号32、320、321并且接收响应信号36、360、361。类似地，应答器可以配置有一个天线以接收询问器信号32、320、321并且发射响应信号36、360、361。例如，如果编码波形被用于信号，则可以实现这一点。可替选地，在对信号进行频率变换但频率接近例如4.9GHz和5.8GHz的情况下，可以使用相同的天线。可替选地或者另外，可以提供处于诸如左旋圆极化(LHCP)、右旋圆极化(RHCP)、垂直极化、水平极化的第一极化的询问器信号32、320、321，以及提供处于第二极化的询问器信号36、360、361。可以理解的是，提供具有不同极化的信号还可以使得具有询问器和应答器的系统各自使用单个天线，从而降低成本。可以进一步理解的是，使用圆极化技术减轻了来自背景杂波的反射，从而降低了多路径返回信号的影响，因为当使用圆极化时，反射信号的极化被翻转，所以通过使用线性极化和/或极化滤波器可以衰减多路径返回信号。
根据本文公开的任何系统的各方面和实施方式，还可以理解的是，可以通过使用辅助无线接收器427接收辅助无线信号401(例如蓝牙信号、Wi-Fi信号、蜂窝信号、Zigbee信号等)来对每个应答器42、420、421、423进行选择性查验(pinging)以唤醒每个应答器，该辅助无线信号401可以由询问器380发射以提供场景数据压缩。特别地，当使用辅助无线信号来识别和询问每个应答器42、420、421、423时可能存在一些延迟。随着应答器的数目增加，这可能导致对所有应答器的询问减慢。然而，一些应答器可能不需要像其他应答器一样经常被询问。例如，在一些应答器可能正在移动而其他的应答器可能静止的环境中，静止应答器不需要像正在积极移动的应答器一样被经常询问。还有一些可能移动地不如其他应答器快。因此，通过更频繁地对正在移动的应答器或者比其他应答器移动地更快的应答器进行动态评估和查验，可以压缩应答器信号，这可以类推到例如仅对正在变化的像素进行采样的MPEG4压缩。
根据本文公开的各方面和实施方式，询问器和应答器可以配置有它们自身的专有微定位频率分配协议，使得应答器和询问器可以以现有的分配频带中存在的未使用的频带工作。另外，询问器和应答器可以被配置成使得向处于其他频率的遗留系统的用户通知情境意识，例如以在保证使用现有频带分配的情况下使用现有的频带分配。这些方面和实施方式的一些优点是：其使得能够在现有的有线和无线回程(backhaul)网络上对所有行进模式(脚、汽车、空中、船等)进行控制，其中，询问器和应答器与现有的智能交通工具和智能电话技术(例如专用短程通信(DSRC)和蓝牙低功耗(BLE)无线电)相互操作。
特别地，各方面和实施方式涉及U-NII下的免许可频带例如5.8GHz中的高功率询问器和经由动态频率选择和内部脉冲共享的频率共享方案，其中，系统检测诸如系统定时和负载因子的其他负载问题，并且系统在共享系统使用之间分配脉冲。这样的布置的一个示例是空中动态内部脉冲频谱陷波(dynamic intra pulse spectrum notching on thefly)。本文公开的实施方式的另一方面是由处于免许可频带的低功率应答器(较低的功率使得能够实现应答器响应频率的较宽的选择)进行的响应频率的动态分配。
如本文所述的，本文公开的询问器和应答器的实施方式的另一方面是以下区域：该区域已经被配置有多个询问器(启用定位的区域)并且可以使用BLE信号发射信标(不需要连接)使应答器中的每一个启用。利用该布置，当拥有应答器例如可穿戴应答器的用户进入定位区域时，应答器“唤醒”以侦听BLE询问信号并且根据需要进行回复。还可以理解的是，应答器可以被配置成通过BLE信道或另外的频率信道例如动态分配信道来请求更新正在发生的事情。
可以使用该系统布置的应用的一些示例例如是：当人或机器人行走、驱驶或驾驶交通工具或无人驾驶交通工具通过例如密集的市区、树木覆盖的区域或深谷区域中的任何一个时，其中，直接的视线是有问题的，并且多路径反射导致GNSS导航解决方案高度不准确或者不能完全收敛。人或机器人或交通工具或无人驾驶交通工具可以配备有这样配置的应答器，并且询问器可以被配置成通过使用无线协议、低能耗蓝牙、DSRC和其他用于法律溯源的适当机制(意外保险索赔、法律合规)而预先选择的或动态选择的频率来向应答器更新它们的当前状态向量以及它们的状态向量的广播意识。
一种实现可以是例如使用UDP多播，其中，应答器被配置成使用UDP多播信号来传送目标应答器的所有已知状态向量。UDP多播加密信号也可以被配置成防止欺骗的网络安全、拒绝服务等。网络基础架构的一个实际实现可以包括：Amazon AWS IoT服务、512字节分组增量、TCP端口443、MQTT协议(被设计成可容忍间歇性链接)、迟到单元(late to arriveunit)以及用于溯源和机器学习的日志数据和代理(broker)。
宽带或超宽带测距系统
图4示出了宽带或超宽带脉冲测距系统800的实施方式。该系统包括脉冲无线电发射器900。发射器900包括生成周期性定时信号908的时基904。时基904包括通常被锁定至晶体的参考的具有高定时精度的压控振荡器等。周期性定时信号908被供应至编码源912和编码时间调制器916。
编码源912包括用于存储编码并且输出编码作为编码信号920的存储设备，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。例如，正交PN码被存储在编码源912中。编码源912监测周期性定时信号908，以准许编码信号被同步到编码时间调制器916。编码时间调制器916使用编码信号920来对周期性定时信号908进行调制，以用于最终发射信号的信道化和平滑。编码时间调制器916的输出是编码后的定时信号924。
编码后的定时信号924被提供至使用编码后的定时信号作为触发来生成电磁脉冲的输出级928。电磁脉冲经由传输线路936被发送至发射天线932。电磁脉冲通过发射天线932被转换成传播的电磁波940。电磁波通过传播介质例如空气传播至脉冲无线电接收器。
图4还示出了脉冲无线电接收器1000。脉冲无线电接收器1000包括用于接收传播的电磁波940并且将其转换成电接收信号1008的接收天线1004。接收到的信号经由耦接至接收天线1004的传输线路被提供至相关器1016。
接收器1000包括解码源1020和可调节时基1024。解码源1020生成与由发射信号940的相关发射器900使用的编码对应的解码信号1028。可调节时基1024生成周期性定时信号1032，该周期性定时信号1032包括具有基本等同于接收信号1008的每个脉冲的波形的模板信号脉冲的序列。
解码信号1028和周期性定时信号1032由解码定时调制器1036接收。解码定时调制器1036使用解码信号1028来适时定位周期性定时信号1032，以生成解码控制信号1040。解码控制信号1040因此与发射器900的已知编码适时匹配，使得可以在相关器1016中检测到接收信号1008。
相关器1016的输出1044由输入脉冲1008和信号1040的相乘并且对所得到的信号进行积分而产生。这是相关处理。信号1044由低通滤波器1048滤波，并且在低通滤波器1048的输出端处生成信号1052。信号1052用于控制可调节时基1024以锁定接收信号。信号1052与相关器输出的平均值对应，并且是用于控制可调节时基1024以维持对信号的稳定锁定的锁定环路误差信号。如果接收到的脉冲序列稍早，则低通滤波器1048的输出将稍微高，并且生成时基校正来使可调节时基偏移成稍微较早以匹配输入脉冲序列。以这种方式，接收器与输入脉冲序列保持稳定的关系。
可以理解的是，系统的该实施方式可以使用任何脉冲压缩信号。还可以理解的是，发射器900和接收器1000可以被并入到单个收发器设备中。根据该实施方式的第一收发器设备和第二收发器设备可以用于确定至物体的距离d和物体的位置。对发射器和接收器两者的功能的进一步引用在美国专利第6,297,773号的“System and Method for PositionDetermination by Impulse Radio”中公开，其通过引用并入本文。
线性FM和FHSS FMCW测距系统
参照图5，示出了根据本发明实现的测距系统400的另一实施方式，其可以使用线性FMCW测距信号和技术或者跳频扩频(FHSS)FMCW测距信号和技术。
根据实现线性FMCW测距的一个实施方式，发射信号74被扫过频率的线性范围并且作为发射信号74被发射。对于单向线性TOF FMCW测距，在单独的接收器80处，线性扫描的发射信号的分离版本和接收信号74的线性解码在混频器82处被混频在一起，以提供与发射信号的TOF对应的相干接收信号。因为这是在单独的接收器80处完成的，所以其产生了单向TOF测距。
图11示出了用于线性FMCW双向TOF测距的询问器的实施方式的框图。在图11的实施方式中，询问器例如如图5所示经由天线1(ANT1)朝向应答器(未示出)发射线性FM调制啁啾信号74(或FMCW)。例如，应答器可以对线性FM调制啁啾信号74进行频移，并且如本文针对应答器的多种实施方式的各方面所讨论的，重新发射处于不同频率的频移信号75。例如，如本文所讨论的，通过对线性FM调制询问信号进行接收、放大、然后混频并且将其以不同的频率重新发射出去来追踪应答器标签。这使得可以容易地对标签与杂波进行辨别，或者换言之，因此可以在其他雷达反射表面中检测到标签。频率偏移返回信号75和任何散射返回信号74由接收器天线2(ANT2)、天线3(ANT3)和天线4(ANT4)来收集，由低噪声放大器LNA1和放大器AMP1进行放大，并且在混频器MXR1中与经由环形器CIRC2供应的原始啁啾信号进行相乘。在示出的实施方式中，天线由单极多掷开关SW1多路复用。乘积经由视频放大器放大并且被馈送至可以计算测距信息的数字转换器。可以理解的是，虽然在本示例中讨论了线性FM，但是可以使用任何任意波形，包括但不限于脉冲、巴克码或者任何脉冲或任何类型的相位编码波形。询问器和应答器可以使用任何任意波形来工作，包括但不限于线性FM(或FMCW)、脉冲、脉冲调制CW、巴克码或者符合其信号链带宽的任何其他调制技术。
图12示出了用于线性FMCW双向TOF测距的询问器的框图的另一实施方式。该实施方式与图11的实施方式的不同主要在于：询问器具有允许询问器的三维测距的三个发射天线以及用于接收重新发射信号的四个接收信道。该实施方式被原型化并且被测试。发射信号在从8.5GHz至12.5GHz的4GHz带宽上以线性FM调制、10mS啁啾被发射。发射的输出功率是+14dBm。利用这样的布置，精确定位被测量并且被实现为信道0中的27um、信道1中的45um、信道2中的32um和信道3中的59um的精度。
在FHSS FMCW测距的情况下，发射信号未被线性扫过频率的线性范围，如线性FMCW测距那样，而是使用根据特定PN码按一些伪随机次序来变化并且被依次发射的一系列各个频率对发射信号进行频率调制。例如，出于遵守法规的目的，也可能排除特定频带。针对用于单向TOF测距的在单独的接收器80处的FHSS FMCW测距，根据特定PN码而变化并且被依次发射的各个频率的分离版本和接收信号74的解码在混频器82处被混频在一起，以提供与发射信号的TOF对应的相干接收信号。针对FHSS FMCW，这在用于单向TOF测距的单独的接收器80处完成。
更具体地，用于经由线性FHSS FMCW电磁信号测量TOF距离的装置400的该实施方式包括：发射器70，其包括用于生成信号74的本地振荡器72；以及耦接至本地振荡器的线性斜波生成器76，其对本地振荡器信号进行扫描，以提供用于线性调制的线性调制发射信号74。根据FHSS FMCW实施方式，代替线性斜波生成器，被提供以调制本地振荡器信号的信号被分解成离散频率信号78，离散频率信号78根据特定PN码来调制本地振荡器信号，以提供用于对本地振荡器信号进行调制的一系列各个频率。使用一系列各个频率进行调制的调制后的发射信号74作为发射信号根据特定PN码按照一些伪随机次序被依次发射。对于单向TOF测量，发射信号的分离版本也经由线缆88被馈送至接收器80。接收器80在天线90处接收发射信号，并且将接收到的信号转发至混频器的第一端口91。混频器也在第二端口92处接收线缆88上的信号，并且将该信号与接收信号74混频，以在混频器的输出端94处提供与发射信号74的接收器80和发射器70之间的飞行时间距离对应的信号，其是线性调制的(用于线性FMCW)或者使用各个频率的PN码进行调制(用于FHSS FMCW)。装置还包括耦接至混频器82的输出端94的模数转换器84，该模数转换器84接收从混频器输出的该信号并且提供采样输出信号85。采样输出信号85被馈送至处理器86，该处理器86对采样信号执行FFT。根据该实施方式的各方面，测距装置还包括：频率生成器，其被配置成提供处于多个离散频率的信号；以及处理器，其提供各个频率信号的随机化序列。
可以理解，系统的该实施方式可以使用任何脉冲压缩信号。
如本文所讨论的，期望使询问器和应答器尽可能小并且尽可能便宜，使得询问器和应答器可以在任何地方使用并且用于任何事情。期望如可以在芯片上完成的那样实现尽可能多的询问器结构和功能以及尽可能多的应答器结构和功能。可以理解的是，制造电子设备的最便宜的形式中的一种是CMOS实现。因此，如本文描述的询问器和应答器的各方面和实施方式将被实现为CMOS。
多个发射器和/或收发器
参照图6，可以理解的是，根据本发明的测距系统500的各种实施方式可以包括发射发射信号106的多个发射器96、多个收发器98或者发射器和收发器二者的组合，发射信号106可以是根据本文描述的任何实施方式的任何信号。根据本文描述的任何测距信号和系统，这样的实施方式包括从每个发射器接收发射信号106的至少一个接收器102和/或接收发射信号并且将信号108重新发射回到多个收发器98的至少一个应答器104，信号108是发射信号106的重新发射版本。
根据该实施方式的系统的一个示例包括向至少一个应答器104发射第一询问信号106的一个收发器98(询问器)，该至少一个应答器可以被附接至正在被追踪的物体。该至少一个应答器重新发射由例如第二收发器98、第三收发器98和第四收发器98接收的第二重新发射信号108，以确定应答器和被追踪的物体的位置和范围。例如，两个收发器可以被成对分组以进行双曲线定位，并且三个收发器可以被分组以对应答器/物体执行三角测量位置。可以理解的是，收发器98中的任何一个均可以被改变成向应答器104发送第一发射询问信号的询问器，并且收发器98中的任何一个可以被改变成从应答器接收重新发射的信号。可以理解的是，在正在收发器处确定至应答器的距离的情况下，距离和位置确定是由应答器104发射并且由收发器98中的至少两个接收的信号之间的飞行时间测量。
根据该实施方式的系统的另一示例包括至少一个应答器104，其可以附接至正在被追踪的物体。该至少一个应答器104接收由至少第一收发器98、第二收发器98、第三收发器98和第四收发器98(询问器)中的任何一个发射的信号106。该信号可以被编码以对应答器中的至少一个进行查验。可以理解的是，可以设置超过一个应答器104。可以理解的是，每个应答器可以被编码以响应于发射信号106的不同查验。可以理解的是，多个应答器可以被编码以响应于发射信号106的相同查验。因此，可以理解的是，一个应答器或者多个应答器中的任何一个或者多个应答器可以由信号106查验，信号106由收发器98中的至少一个发射。可以理解的是，多个收发器可以被配置成发送具有相同编码/查验的信号106。还可以理解的是，每个收发器可以被配置成发送具有不同编码/查验的发射信号。可以进一步理解的是，成对的或更多的收发器可以被配置成发送具有相同编码/查验的信号。还可以理解的是，成对的或更多的应答器可以被配置成响应于具有相同编码/查验的信号。可以理解的是，在正在应答器(被追踪的设备)处确定至应答器的距离的情况下，距离确定是由收发器98中的至少两个发射的信号之间的到达时间差测量。例如，在应答器由收发器98中的两个进行查验的情况下，可以确定应答器(物体)的双曲线定位。在应答器由收发器98中的三个进行查验的情况下，可以确定应答器(物体)的三角测量定位。
可替选地，代替使用查验对每个信号进行编码，可以理解的是，根据一些实施方式，可以在由发射器和/或收发器发射的信号之间引入精确的时间延迟。可替选地，响应于接收到的发射信号，可以在由至少一个应答器重新发射的信号之间引入精确时间延迟。利用该布置，根据本文描述的任何信号，成对的收发器可以用于实现3D或双曲线定位，或者至少三个收发器可以用于执行三角定位。
根据该实施方式的系统的另一示例包括作为参考发射器的一个发射器96，其提供以下波形：通过该波形，接收器102和/或应答器104相互关联，以适时测量相对于参考发射器96的信号的到达时间差的delta(TDOA)。也可以理解的是，系统的该实施方式可以使用任何脉冲压缩信号。
多个接收器和/或应答器
根据本文描述的测距系统和信号中的任何一个，根据本发明的系统的各种实施方式可以包括发射发射信号106的至少一个发射器96或收发器98和从每个发射器或收发器接收发射信号的多个接收器102或应答器104。根据本文描述的测距信号和系统中的任何一个，这样的实施方式包括：发射发射信号106的至少一个发射器96或收发器98；以及多个接收器102或应答器104，多个接收器102或应答器104接收发射信号106或者接收并且重新发射作为发射信号106的重新发射版本的信号108回到至少一个收发器98。
可以理解的是，根据该实施方式的各方面，发射器96可以附接至正在被追踪的物体，并且可以向多个接收器102发射第一信号106以执行从发射器至接收器的飞行时间定位和测距。例如，在两个接收器接收发射信号的情况下，可以实现发射器/物体的双曲线定位。可替选地或者附加地，在至少三个接收器接收发射信号106的情况下，可以实现对发射器96和物体的三角测量定位。
根据另一实施方式的各方面，至少一个收发器98可以被附接至正在被追踪的物体，并且可以向多个应答器104发射第一信号106以执行从发射器至接收器的定位和测距。例如，在两个应答器接收并且重新发射发射信号106的情况下，可以实现发射器/物体的双曲线定位。可替选地或者另外地，在至少三个应答器104接收并且重新发射发射信号106的情况下，可以实现对收发器98和物体的三角测量定位。
可以理解的是，可以改变应答器中的任何一个来响应于向应答器104发送第一发射询问信号的询问器98。可以理解的是，至少一个应答器104接收由收发器98(询问器)发射的信号106。可以对该信号进行编码，以对应答器中的至少一个进行查验。可以理解的是，可以对每个应答器进行编码，以响应于发射信号106的不同查验。可以理解的是，可以对多个应答器进行编码，以响应于发射信号106的相同查验。可以理解的是，一个应答器或者多个应答器中的任何一个或者多个应答器可以由信号106来查验，信号106由至少一个收发器98发射。还可以理解的是，成对或者更多的应答器可以被配置成响应于具有相同编码/查验的信号。
可替选地，代替使用查验对每个信号进行编码，可以理解的是，根据一些实施方式，响应于接收到发射信号，可以在由应答器104重新发射的信号之间引入精确的时间延迟。利用该布置，根据本文所述的任何信号，可以使用成对的应答器来实现至少一个收发器的双曲线定位，或者可以使用至少三个应答器来执行三角定位。还可以理解的是，系统的该实施方式可以使用任何脉冲压缩信号。
混合测距系统
参照图8，根据本文公开的信号和系统中的任何一个，根据本发明的系统的各种实施方式可以包括发射发射信号的多个发射器和接收发射信号的多个接收器。根据本文描述的测距信号和测距系统中的任何一个，根据本发明的系统的各种实施方式可以包括发射发射信号的多个收发器98和接收发射信号106并且重新发射发射信号108的多个应答器104。可以进一步理解的是，多个发射器96或收发器98可以通过单个线缆或多个线缆耦接在一起以例如创建发射器或收发器的有线网，或者无线地耦接在一起以创建发射器或收发器的无线网。还可以理解的是，多个接收器102或应答器104可以通过单个线缆或多个电缆耦接在一起以例如创建接收器或应答器的有线网，或者无线地耦接在一起以创建接收器或应答器的无线网。可以更进一步理解的是，系统可以包括多个发射器和收发器的混合和/或多个接收器或应答器的混合。可以理解的是，多个发射器和收发器的混合和/或多个接收器或应答器的混合可以通过一个或更多个线缆或者无线地或者一个或更多个线缆和无线的组合而耦接在一起。这样的实施方式可以被配置成根据本文已经描述的信号和系统中的任何一个来确定至至少一个物体的距离和定位。
根据上面关于公开的任何TOF测距系统的公开内容，将明显的是，TOF测距系统可以由其中任何一个均可以发射、接收、响应或处理与前述TOF测距系统中的任何一个相关联的信号的设备组成。在各方面和实施方式中，任何收发器、询问器、应答器或接收器均可以根据所公开的TOF测距系统中的任何一个以上面讨论的方式中的一种或更多种来确定TOF信息。任何发射器、收发器、询问器或应答器都可以是根据所公开的TOF测距系统中的任何一个以上面讨论的方式中的一种或更多种来确定TOF信息所需要的信号的源。
可以理解的是，在实施方式中，信号生成和信号处理部件的精确位置可能并不重要，但是天线的位置与精确测距即发射或接收电磁信号的位置和定位密切相关。因此，本文公开的TOF测距系统定位通常被配置成通过TOF测距来确定至天线的位置和定位。例如，上面参照图2和图9至图12所讨论的示例性实施方式具有多个天线部件，并且还可以理解的是，如图1至图12中所公开的询问器和应答器的任何实施方式可以具有多个天线。在这样的示例实施方式以及其他类似的实施方式中，可以在超过一个天线之间共享各种部件，并且可以对多个天线部件进行TOF测距。例如，单个振荡器、调制器、组合器、相关器、放大器、数字转换器或者其他部件可以向超过一个天线提供功能。在这样的情况下，在可以针对这样的天线确定相关联的定位信息的程度上，多个天线中的每一个可以被认为是单独的TOF发射器、接收器、询问器或者应答器。
在各方面和实施方式中，可以在单个设备中设置多个天线以利用空间分集。例如，其中嵌入任何TOF测距部件的物体可以具有多个天线，以确保至少一个天线可以例如在物体的定向变化时在任何给定的时间不受阻挡。在一个实施方式中，腕带可以具有绕周长以一定间隔间隔开的多个天线，以确保一个天线始终可以接收而不会被佩戴者的手腕阻挡。
在各方面和实施方式中，例如用于基于TOF信息和TOF设备的位置来确定距离的信号或其他处理例如计算可以在TOF设备上执行，或者可以在其他合适的定位处或通过其他合适的设备(例如但不限于中央处理单元或者远程或联网的计算设备)执行。
其他示例
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，系统可以用于实现精确距离测量，实现多个距离测量以用于多点定位，实现高精度的绝对TOF测量，实现多个应答器、收发器或者接收器的精确定位，或者使用双曲线到达时间差方法来实现测距，或者实现可以使用TOF测量的任何其他测距或定位能力。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，系统可以使用任何脉冲压缩信号。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，每个应答器可以被配置成检测唯一编码的信号并且仅响应于该唯一编码。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，多个发射器或收发器可以联网在一起，并且被配置成以规则的精确定时间隔进行发射，并且多个应答器或接收器可以被配置成接收该发射并且经由双曲线到达时间差方法来定位他们自身。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，至少一个收发器被携载在交通工具上。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，至少一个收发器可以被固定至人或动物，或者被固定至衣服，或者被嵌入在衣服、手表或腕带中，或者被嵌入在蜂窝或智能电话或其他个人电子设备中，或者用于蜂窝或智能电话或其他个人电子设备的情况。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，收发器可以发现彼此并且发出关于存在其他收发器的警报。这样的发现和/或警报可以通过对询问信号的响应来触发，或者可以通过如所讨论的经由辅助无线信号启用收发器来触发。例如，交通工具可以广播激活其路径上的任何TOF收发器的BLE信号，从而发现其路径上的人、动物、交通工具或其他物体。类似地，可以向路径上的人、动物或交通工具警告接近的交通工具。在另一种情况下，例如当加入组或者进入房间或者以其他方式开始接近时，可以向自身具有收发器的人警告其他人的存在。在这样的情况下，距离和定位信息可以被提供给人中的一个或更多个。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，系统可以包括处于固定位置的无线应答器的无线网络，并且其中，要追踪的元件包括至少一个收发器，所述收发器使用编码脉冲来查验无线应答器，使得应答器仅以精确编码的脉冲来进行响应并且回复。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，系统还包括处于固定位置的无线收发器或应答器的无线网络，其出于测量用于校准网络的收发器或应答器之间的基线的目的而相互发射或询问以及回复。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，要被追踪的物体包括被配置成发射第一信号以询问网络中的多个应答器中之一的至少一个收发器，并且其中，至少一个应答器被配置成响应于第一信号并且发射信号以询问网络中的一个或更多个其他应答器，并且其中，一个或更多个其他应答器发出由原始询问器-收发器接收的第二信号以用于校准的目的。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，系统包括至少一个应答器，所述至少一个应答器被编程为发送一阵数据及其定时传输，并且包括用于揭示温度、电池寿命、其他传感器数据以及应答器的其他特征中的任何一种的数据。
根据本文公开的TOF测距系统中的任何一个的各方面和实施方式，系统可以包括无线应答器，该无线应答器被配置成在应答器中的每一个之间发送测距信号以便测量应答器之间的距离。
测距系统的各种实施方式的拾取和包装应用
参照图13，根据主题公开内容的各方面和/或实施方式，示出了用于与工业自动化环境协作来检测用户的身体移动的系统710和方法的示例。还可以理解的是，系统可以用在各种环境中，以与工业机器112接合，或者在没有工业机器的情况下例如用于履行中心和仓库或者两者的组合中的拾取和包装工作中。系统和方法包括采用如本文已经描述的多个TOF发射器96或收发器/询问器98(由天线描绘)，其发射和/或接收检测安装至用户的身体部分的应答器114的移动的信号110。可以使用本文已经描述的询问器、应答器、发射器和收发器的各种实施方式中的任何一种。在下文中也被称为TOF传感器的应答器可以安装至身体部分，以用于以下项中的任何一个或者任何组合：检测用户的身体部分的移动；确定身体部分的移动是否符合识别的身体部分的移动；将所识别的身体部分的移动解释为可执行的动作；致动工业机器以基于识别的身体部分的移动并且与识别的身体部分的移动协作来执行可执行的动作；以及/或者向工作人员提供关于他们的任务绩效的实时反馈。
系统包括如本文已经描述的发射和/或发射并接收信号110的多个TOF发射器96或收发器/询问器98(由天线描绘)，信号110用于测量被安装至用户的身体部分的应答器114的移动。系统可以用于测量拾取和包装环境中的用户的位置，或者接近工业机器112(例如机器人臂)并且与工业机器112(例如机器人臂)协作并且接近TOF传感器96/98的用户(例如用户的手臂)的位置。系统还可以包括安装至工业机器112例如机器人臂并且接近TOF传感器96/98的至少一个应答器118。根据该实施方式的各方面，控制器可以被配置成接收如由发射器或收发器/询问器96/98测量的接收器或应答器114、118的移动的测量结果，以确定任何或全部的身体部分的移动是否与识别的身体部分的移动相符合，确定接收器或应答器114、118的精确位置和定位，预测人类肢体的移动，监测例如拾取和包装环境中的用户的移动和行为并且向用户提供反馈，并且至少部分地基于从工业控制器接收到的指令和附接至用户的接收器或应答器114、118的位置来控制工业机器例如机器人臂112执行动作，至少部分地基于从工业控制器接收到的指令和接收器或应答器114、118的位置中的任何一个来控制机器人臂执行动作，使得人与机器人臂能够协作工作并且对人没有伤害的危险或风险。还可以理解的是，系统可以被配置成在机器人臂上具有发射器或收发器/询问器并且在人的肢体或附体上具有应答器或收发器/询问器，以便在机器人臂与人的手臂或肢体之间具有直接的飞行时间测距。
根据各方面和实施方式，工作人员可以例如配备有小型腕带或者被配置为应答器114的其他个人数字设备。应答器设备可以配置有反馈机构例如彩色LED、简单麦克风、无线信标和/或触觉反馈系统(例如陀螺仪)，以向用户提供反馈。例如，设备可以向工作人员提供关于在当前拾取和包装系统中的他们的任务绩效的实时反馈。拾取和包装系统可以配置有将工作人员引导至工作人员应该放置到其中或从中拾取的箱子的各种通信机构例如激光指示器。系统可以被配置成例如使得当工作人员朝向正确或不正确的移动移动时，腕带(或其他设备)可以经由任何反馈机构(例如，闪烁的绿/红光和陀螺仪的慢-弱/快-强脉冲)将此向用户发信号。可以理解的是，一些信号可以被保留以用于关键反馈(例如，不安全的状况)，并且其他反馈信号可以被用于常规任务反馈(例如，正确/不正确的放置)。还可以理解的是，系统可以被配置成使得如果虽然有来自系统的反馈但是用户仍然参与某些形式的不正确或不安全的行为，则系统还可以与所涉及的装备交互(例如，使其停止、将其移出用户的空间等)。还可以理解的是，系统和应答器设备可以被配置成使得用户可以能够在一定程度上定制他们的优选的反馈模式(如由系统操作员确定)。可以进一步理解的是，系统可以用于监测用户的行为并且将用户的行为列入目录，以用于各种目的例如分析、训练等中的任何一种。
参照图14，根据主题公开内容的各方面和/或实施方式，示出了用于确定工业装备和/或用户的身体的运动的环境的另一示例。图14的示例性环境具体涉及在履行中心、仓库等中的拾取和包装工作。系统和方法包括采用如本文已经描述的多个TOF发射器96或收发器/询问器98(由天线描绘)，其发射和/或接收信号以检测粘附至工业机器112或用户的部分的应答器114的移动。
在图14的示例中，要追踪的工作是从箱子120中选择(拾取)物品并且将物品放置在盒子中(包装)。可以追踪并且分析用户的身体运动和工业机器112的运动，以确定已经从哪个箱子120取走了物品，从而通过参考数据库(哪些物品被存储在哪些箱子120中)来识别物品。另外的应答器114可以被粘附至传送带上的凹口，从而系统可以确定物品放置在哪里，并且因此确定物品放置在哪个盒子中。此外，利用哪些物品被放置在哪些盒子中的知识，系统借助于后端数据库和订单处理信息可以确定哪个订单在哪个盒子中，并且从而可以通过例如将正确的运输标签粘附至盒子来进一步使处理自动化。
可以理解的是，可以考虑该示例性环境的许多变化。利用物品、用户和机器的移动的知识，系统可以监测安全性、准确性、效率等。除了或者代替传送带，应答器114可以被粘附至单独的盒子，或者系统可以以交替的方式追踪传送带的运动。在追踪箱子外的物品时，系统还可以追踪放置在箱子中的物品以及/或者管理库存。应答器114可以被粘附至单独的物品，这可以进一步使得即使在盒子被密封关闭之后也能够识别盒子的内容。
虽然该特定示例是用于拾取和包装，但是可以理解的是，要追踪的工作可以包括任何环境或应用。例如，被监测的工作可以是装配线功能。系统可以针对安全性、准确性、效率而监测装配线的规律的操作，并且还可以控制或监测安装或并入到特定产品构造的选件等。
根据另外的方面或实施方式，系统包括任意组合并且使用本文公开的任何信号的飞行时间发射器和/或收发器/询问器以及飞行时间接收器或应答器(飞行时间传感器)，以便不断监测由用户进行的移动，检测由用户进行的适当的移动，预测用户的肢体的移动，监测例如拾取和包装环境中的用户的移动和行为并且向用户提供反馈，结合用户的移动控制工业机器以用于划分工业装备周围的用于由用户进行的适当的移动以及用于与工业装备协作的安全区域，以及控制并且致动工业装备远离安全区域和/或与用户的移动协作并且交互。
可以理解的是，根据各方面或实施方式，如本文已经讨论的TOF系统可以用于提供机器人线路的初始和正在进行的工程，以消除干扰并且优化在工业环境中工作的工业级机器人的移动路径。TOF系统将改善需要使装配线上的大型工业机器人必须精确放置的系统，这需要大量的集成工作和时间来确保机器人在工作中不会发生冲突，并且机器人的路径已经被优化成使生产能力最大化。TOF系统将改善需要对机器人的精确定位进行定期检查和确定的系统，其中，即使线路的小的变化也可能需要对整个解决方案进行近乎彻底的重新设计。利用如本文已经讨论的TOF系统，询问器和应答器可以集成在将根据每个多轴机器人上的应用而变化的若干个点处(即，在末端效应器、一个或更多个关节上)。来自这些传感器的数据可以被馈送至优化和机器学习软件套件，其可以提供针对线路优化工作流程的一组或多组干扰解决方案。可以设置用户界面和状态机，这将允许用户以上下文适当的方式规划和执行该处理。系统可以基于TOF测量进行配置以解决干扰并且优化自身，并且还可以被配置成使得用户能够控制处理。系统还可以被配置成随着线路配置的不断变化而动态地优化自身，并且需要机器人技术，系统可以利用减少的集成和设置工作来针对这些变化动态地优化。
可以理解的是，根据各方面或实施方式，如本文已经讨论的TOF系统可以用于在自动化工业环境中提供位置意识。利用如本文已经讨论的TOF系统，基线TOF询问器基础设施可以安装在重要工作区域附近，并且应答器可以被集成到各种设备(例如钻机、动力外骨骼(powered exoskeleton)、运输交通工具)中。可以设置软件，以用于根据该工具的定位在设备的控制模式之间自动切换。例如，如果从工作站离开两米以上，则钻机可能变得无效，交通工具可以根据其距自动化生产设施中的某些区域的邻近程度而切换至不同的速度限制，并且动力外骨骼可以根据某些工作站的邻近程度允许不同模式的活动。软件可以进一步使得用户能够定制该模式切换，到如由系统中的那些授予的权限(例如，管理员)设置的一定程度，并且系统还可以收集用户对当前控制方案的定制/反馈以向系统中的那些授予的权限进行表示。分析引擎可以为用户生成报告和可视化信息，以关于控制模式切换、错误状态和优化时机做出更明智的决策。
可以理解的是，根据各方面或实施方式，如本文已经讨论的TOF系统可以用于提供以下系统：该系统提供具有多个子部件的大型机器(例如，100米长的制模和装配机器)的精确装配。一些优点在于：这样的系统可以提供这样的机器在毫米级的公差内的装配，并且使得用户能够直观并且平稳地管理装配过程。组织可以使用如本文公开的TOF系统，以在将大型(100m+)机器拆分以运送至设施之前和之后，按公差和规格装配大型(100m+)机器。与在装备到达时涉及数周密集的、昂贵的现场工作的处理相比较，这样的布置可以提供容易装配的优点。
机器的每个子部件可以装备有将测量处于关键点处的这些子部件之间的精确距离的询问器和/或应答器。软件可以分析精确的距离数据并且向用户呈现精确的距离数据，以实时指导装配处理，对装配质量进行评估，对装配处理做出明智的决策，以及存储机器的每个子部件的数据来基于微位置信息和分析按容差重新装配。
根据一个实施方式的各方面，如本文已经公开的飞行时间传感器可以用在大规模的工业自动化环境中或者由于距离和/或巨大的环境噪声使得语音命令是无效的情况，所以并不少见采用身体移动(例如，手势、手臂运动等)来在工业装备的控制下指导人员执行任务，例如指导叉车操作员将货物托盘装载到存储架上，或者通知高架台架操作员升高或降低、向右或向左、向前或向后移动过大或重的部件部分(例如，翼梁或引擎)以附接至飞行器的机身。这些人类的手、手臂、身体姿势和/或手指姿势可以具有对人类观察者而言的普遍意义，以及/或者如果它们没有被立即理解，则它们通常足够直观以至于可以在没有对训练的大量投入的情况下容易地学习它们，此外，它们可以被大多数人以很大的一致性和/或精确性重复。以相同的方式(其中人类观察者可以理解始终可重复的身体运动或移动以传达次要含义)，系统710还可以利用人体移动、身体姿势和/或手指姿势而具有呈命令的形式的传达的有意义信息，并且因此可以至少部分地基于所解释的身体移动和潜在命令来执行后续动作。
根据一个实施方式，TOF传感器可以监测或者检测与被定位成接近TOF传感器的用户的躯干相关联的运动。根据另一实施方式，TOF传感器可以检测或监测与位于TOF传感器视线内的用户的手和/或手臂相关联的运动。根据另一实施方式，TOF传感器可以检测或监测与被定位成接近自动化机器的用户的手和/或手指(例如手指)相关联的移动。
可以理解的是，TOF传感器与其他部件(例如，控制器和逻辑部件)结合或协作可以感知物体在至少三维中的运动。根据实施方式，TOF传感器可以感知在其视线内发生的侧向身体移动(例如，在x-y平面中的移动)，并且还可以辨别z轴线上的身体移动。
此外，可以理解的是，与其他部件例如控制器和/或相关联的逻辑部件协作，如本文公开的TOF传感器可以测量执行身体移动、姿势或手势的速度。例如，在用户配置有一个或更多个TOF传感器并且正在以活力或速度移动他们的手的情况下，与控制器和/或逻辑部件结合，飞行时间传感器可以理解用户正在移动他们的手的速度和/或活力，以暗示紧急或侵略性。因此，在一个实施方式中，TOF传感器可以感知身体移动的活力和/或速度。例如，在工业自动化环境中，在叉车操作员正在从同事接收指示的情况下，同事可以通过轻轻地前后挥动他/她的手臂而已经首先开始他/她的指示(向叉车的操作员指示他/她清楚反向地移动叉车)。同事在感知到叉车操作员倒退太快和/或有可能与即将到来的车辆发生碰撞时，可以开始以大速度前后挥动他/她的手臂(例如，通知叉车操作员快点)或者非常重视地举起他们的手臂(例如通知叉车操作员骤然停止)，以避免即将发生的碰撞。根据本公开内容的实施方式的各方面，本文公开的系统可以用于解释这样的手命令并且例如在叉车操作员可能不能够看到或听到来自提供指令的人的指令的情况下向叉车操作员发送指令。
还可以理解的是，根据这样的实施方式的各方面，与控制器和/或逻辑部件结合，TOF传感器可以检测用户正在移动他们的手的迟缓或谨慎。对迟缓、谨慎或缺乏重视进行的这样的飞行时间测量可以由控制器和/或逻辑部件解释成传达不确定性、警告或警示，并且可以再次提供用于先前感知的身体移动或者未来的身体移动的指令。因此，继续前述叉车操作员的示例，同事可以在已经以大速度前后挥动他/她的手臂之后，活力和/或强调可以现在开始以更慢悠悠或试探性的方式移动他/她的手臂，向叉车操作人员指示应该谨慎倒退叉车。
可以理解的是，在不受限制或不失一般性的情况下，TOF传感器、控制器(以及相关联的逻辑部件)和工业机器112可以位于自动化工业环境中的不同的位置处。例如，根据实施方式，TOF传感器和工业机器112可以位于彼此靠近的位置，而控制器和相关联的逻辑部件可以位于环境受控的(例如，有空调、无尘等)环境中。根据另一实施方式，飞行时间传感器、控制器和逻辑部件可以位于环境受控的安全环境(例如，安全控制室)中，而工业机器可以被定位在对环境有害的环境中。
从前述可以理解的是，由主题申请使用的身体/移动、信号、手势或姿势的序列和/或系列可以是无限制的，并且同样可以开发复杂的命令结构或命令集合以用在仓库和/或工业环境中。此外，仅需要考虑建立的人类手语(例如美国手语)来实现：可以仅通过使用手移动来传达大量复杂的信息。因此，如将结合前述所观察到的，在特定情境下，命令的集合或序列中的某些手势、移动、运动等可以用作对先前的或预期的手势、移动、运动、姿势等的修饰符(modifier)。
根据某些实施方式的各方面，控制器和/或逻辑部件还可以被配置成：对意图传达含义的有效身体移动(或身体移动的模式)与并非意图传达信息的无效身体移动(或身体移动的模式)进行区分；解析和/或解释识别的和/或有效的身体移动(或身体移动的模式)；以及将识别的和/或有效的身体移动(或身体移动的模式)变换成致动或实现工业机器执行任务所需要的指令或命令的序列或命令。例如，为了帮助控制器和/或相关联的逻辑部件对有效的身体移动与无效的或未被识别的身体移动进行区分，控制器和/或逻辑部件可以查询预先建立的或识别的身体移动(例如，各个手势、手指移动序列等)的持久性库或者字典，以确定由TOF传感器提供并且从TOF传感器接收的身体移动或者对由TOF传感器提供并且从TOF传感器接收的身体移动与识别的身体移动进行关联，并且此后利用识别的身体移动来解释识别的身体移动是否能够在仓库环境中和/或与工业机器112协作来进行一个或更多个可执行的动作。
应当注意，在不受限制或不丧失一般性的情况下，预先建立的或者识别的身体移动的库或字典及其与命令或命令序列的变换或相关性可以被存留到存储器或存储介质。虽然没有示出存储设备(例如，存储器、存储介质等)，但是这些设备的典型示例包括计算机可读介质，包括但不限于ASIC(专用集成电路)、CD(紧致盘)、DVD(数字视频盘)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程ROM(PROM)、软盘、硬盘、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、存储器棒等。
为了便于本文公开的系统中的任何一个的各种的并且不同定位的部件部分之间的通信，可以使用网络拓扑结构或网络基础架构。通常，网络拓扑结构和/或网络基础架构可以包括任何可行的通信和/或广播技术，例如，可以利用有线和/或无线形式和/或技术来实现主题申请。此外，网络拓扑结构和/或网络基础架构可以包括使用个人区域网(PAN)、局域网(LAN)、校园网(CAN)、城域网(MAN)、外联网、内联网、因特网、广域网(WAN)——集中式和/或分布式二者——和/或其任何组合、置换和/或集合。
已经在上面描述了至少一个实施方式的若干方面，可以理解的是，本领域的技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进意在作为本公开内容的一部分，并且意在处于本发明的范围内。因此，前面的描述和附图仅作为示例，并且本发明的范围应当根据所附权利要求及其等同物的适当构造来确定。

Claims (22)

1.一种用于追踪物体的位置的系统，包括：
至少一个询问器，其发射第一电磁信号，并且提供与所发射的信号对应的第一参考信号；
至少一个应答器，其接收所述第一电磁信号并且提供响应信号；
所述至少一个询问器包括：接收器，其接收所述响应信号并且提供与所述响应信号对应的第二参考信号；以及
处理器，其响应于所述第一参考信号和所述第二参考信号来确定所述至少一个询问器或所述至少一个应答器中的至少一个的精确位置；
其中，要被追踪的物体包括物品、一件装备和人中之一的一部分中的至少一个；
其中，所述系统被配置成与所述一件装备或物品协作来确定人的身体移动的精确位置和定位；
并且其中，所述至少一个询问器和所述至少一个应答器中之一被配置成安装至所述物体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个询问器包括处于固定位置的多个询问器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个应答器包括处于固定位置的多个应答器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个询问器和所述至少一个应答器中之一被集成到腕带中。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个询问器和所述至少一个应答器中之一被集成到个人数字设备中。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个询问器和所述至少一个应答器中之一配置有反馈机构。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述反馈机构包括彩色LED、扬声器、麦克风、无线信标、加速度计、陀螺仪和触觉设备中的一种。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述系统被配置成向所述反馈机构发信号，以向人提供关于任务绩效的实时反馈。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述反馈机构被配置成提供关键反馈的至少一个指示和常规反馈的至少一个其他指示。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成向人提供实时指令。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成监测和存储人的肢体的工作模式，以用于分析、行为监测和训练中的一种。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成追踪工作环境中的所述一件装备或物品，以用于行为监测。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述工作环境是拾取和包装环境、仓库环境以及装配环境中的一种。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述肢体是人的手，并且所述系统被配置成用于追踪所述人的手和所述物品，以从箱子中选择物品，从而提供拾取和包装环境中的实时反馈。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成用于精确追踪与所述一件装备相关的一个或更多个人类肢体。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述系统被配置成用于致动工业装备，以基于所识别的所述一个或更多个肢体的移动并且与所识别的所述一个或更多个肢体的移动协作来执行动作。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述系统被配置成检测所述肢体与所述一件装备之间的即将发生的碰撞，并且做出响应使所述工业装备停止或者移动离开碰撞路径。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成用于将人类身体部分的移动解释为可执行动作。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成预测人类肢体的移动。
20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成用于使得能够设置或修改机器人线路，以消除干扰以及优化在工业环境中工作的机器人的移动路径。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成用于基于所确定的所述一件装备的定位来在所述一件装备的控制模式之间进行自动切换。
22.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置成用于在具有多个子部件的大型机器的公差内进行精确装配或设置。
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