CN108474835A - 室内定位和追踪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过确定第一节点与远程节点之间的距离来追踪在现场的对象、车辆和人员中的至少一者的系统、方法和设备。在一些实施方案中，提供了一种用于通过确定定位在应急响应器上的节点之间的距离并且允许绘制所述应急响应器的相对位置来在紧急事件现场追踪所述应急响应器的方法。

Description

室内定位和追踪系统
技术领域
本公开涉及位置确定和追踪，并且更具体地涉及室内位置确定和追踪。
背景技术
当在场的所有人员能够实时看到其他人员的位置和移动时，能够提高消防队员和第一响应器的安全性。如果消防队员在燃烧的建筑物内部迷路、迷失方向或受伤，此类系统就显得特别有价值。对于事件指挥官而言，监控建筑物或其他结构内人员移动的能力是有价值的。
大多数现有的定位系统依赖信标和/或传感器，这些信标和/或传感器必须在部署定位设备之前设置在感兴趣的区域中。其他系统依赖全球定位系统(GPS)信号进行追踪。尽管基于GPS的系统不需要设置器材，但是它们在室内的有效性有限。需要一种可以追踪事发地点的消防队员和/或其他紧急事件人员的位置的追踪系统。
发明内容
一些实施方案有利地提供了用于通过确定第一节点与远程节点之间的距离来追踪在现场的对象、车辆和人员中的至少一者的方法和系统。根据一个方面，一种方法包括从第一节点发射第一信号，该第一信号具有比第一节点与远程节点之间的距离更长的波长。该方法还包括在第一节点处接收从远程节点接收到的返回信号。该方法还包括生成第二信号，该第二信号具有的频率是第一信号的频率的倍数，第二信号与第一信号同步并且被锁相到所接收到的返回信号。该方法还包括将第二信号与返回信号进行比较以产生表示第一节点与远程节点之间的距离的距离确定信号。该方法还包括基于所产生的距离确定信号确定第一节点与第二节点之间的距离。
根据这个方面，在一些实施方案中，所产生的距离确定信号具有表示第一节点与远程节点之间多个高频波长的多个脉冲。在一些实施方案中，多个脉冲中的一个脉冲具有表示第一节点与远程节点之间的增量距离的小数宽度，该增量距离小于第二高频信号的波长。在一些实施方案中，该方法还包括使用所确定的距离来基于远程节点和至少一个其他节点的已知位置确定第一节点的位置。在一些实施方案中，该方法还包括基于信号确定第一节点的加速度。在一些实施方案中，该方法还包括基于来自加速度计、陀螺仪传感器或罗盘的传感器数据来确定第一节点的前进方向和速度。在一些实施方案中，该方法还包括基于来自加速度计、陀螺仪或罗盘的数据来确定第一节点的加速度、前进方向和速度。在一些实施方案中，第一节点可附连到第一应急响应器，远程节点可附连到第二应急响应器。
根据另一方面，提供了用于通过确定第一节点与远程节点之间的距离来追踪在现场的对象、车辆和人员中的至少一者的第一节点。第一节点包括被配置为从第一节点发射第一信号并且从远程节点接收返回信号的收发器，第一信号具有比第一节点与远程节点之间的距离更长的波长。第一节点还包括被配置为生成第一信号以及生成第二信号的信号发生器，使得第二信号具有的频率是第一信号的频率的倍数，并且第二信号与第一信号同步并且被锁相到所接收到的返回信号。第一节点还包括具有存储器和处理器的处理电路。存储器被配置为存储第一节点与远程节点之间的距离。处理器被配置为将第二信号与所接收到的返回信号进行比较以产生表示第一节点与远程节点之间的距离的距离确定信号。处理器还被配置为基于所产生的距离确定信号确定第一节点与第二节点之间的距离。
根据这个方面，在一些实施方案中，所产生的距离确定信号具有表示第一节点与远程节点之间多个高频波长的多个脉冲。在一些实施方案中，多个脉冲中的一个脉冲具有表示第一节点与远程节点之间的增量距离的小数宽度，该增量距离小于第二高频信号的波长。在一些实施方案中，处理器还被配置为使用所确定的距离来基于远程节点和至少一个其他节点的已知位置确定第一节点的位置。在一些实施方案中，第一节点还包括被配置为确定第一节点的加速度的加速度计。在一些实施方案中，第一节点还包括被配置为确定第一节点的取向的陀螺仪。在一些实施方案中，第一节点还包括被配置为确定第一节点的前进方向的罗盘。在一些实施方案中，处理器被进一步配置为基于加速度和前进方向更新第一节点的位置。在一些实施方案中，第一节点定位在第一应急响应器上，远程节点定位在第二应急响应器上。在一些实施方案中，处理器实现异或和与逻辑以产生距离确定信号。在一些实施方案中，处理电路包括被配置为生成第一信号和第二信号的信号发生器。
根据又一方面，提供了一种可部署用于通过确定应急响应器的位置的绘图来追踪紧急事件现场的应急响应器的系统。该系统包括能够分布在多个应急响应器中的多个定位器节点，每个定位器节点被配置为确定其自身的位置和与至少两个其他定位器节点的距离。该系统包括被配置为显示定位器节点的位置的地图的至少一个用户界面。
根据这个方面，在一些实施方案中，定位器节点基于定位器节点到第一远程定位器节点和第二远程定位器节点的距离来确定其位置。在一些实施方案中，定位器节点通过测量相移来确定到远程定位器节点的距离，该相移指示来自定位器节点和远程定位器节点的低频信号的往返延迟，所述测量涉及高频信号和延迟的低频信号的比较。在一些实施方案中，定位器节点包括被配置为从第一节点发射第一信号并且从远程节点接收返回信号的收发器，第一信号具有比第一节点与远程节点之间的距离更长的波长。定位器节点还可包括被配置为生成第一信号以及生成第二信号的信号发生器，该第二信号具有的频率是第一信号的频率的倍数，第二信号与第一信号同步并且被锁相到所接收到的返回信号。定位器节点包括具有存储器和处理器的处理电路。存储器被配置为存储第一节点与远程节点之间的距离。处理器被配置为将第二信号与所接收到的返回信号进行比较以产生表示第一节点与远程节点之间的距离的距离确定信号。处理器还被配置为基于所产生的距离确定信号确定第一节点与第二节点之间的距离。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将更容易理解本发明实施方案及其附带优点和特征的更完整的理解，其中：
图1是两个不同相位的正弦波的示意图；
图2是无线通信中的两个定位器节点的示意图；
图3是三个定位器节点的示意图，它们的位置由三角测量确定；
图4是通信中的多个定位器节点的示意图；
图5是定位器节点的信号的示意图；
图6是用于获得可以确定距离的信号的逻辑电路；
图7是定位器节点的框图；并且
图8是用于确定两个定位器节点之间的距离的示例性过程的流程图。
具体实施方式
在详细描述示例性实施方案之前，应注意的是，实施方案主要在于装置部件和涉及追踪紧急事件现场的应急响应器的处理步骤的组合。因此，在附图中通过常规符号适当地表示了部件，仅示出了与理解实施方案相关的那些具体细节，以便不会使本公开与对于受益于本文所述的本领域普通技术人员而言显而易见的细节混淆。
如本文所用，诸如“第一”和“第二”，“顶部”和“底部”等关系术语仅可用于将一个实体或元件与另一个实体或元件区分开，而不必要求或暗示任何物理或逻辑关系或这些实体或元件之间的顺序。
一些实施方案包括定位器节点系统，该定位器节点系统可以附接到应急响应器或应急响应器的器材，使得每个定位器节点的位置可以相对于系统中的其他设备的位置来确定。该系统形成追踪网络。每个定位器节点通过定期测量其自身与其他节点之间的距离来保持并更新关于其相对于其他定位器节点的位置的信息。任选地，可将一个或多个定位器节点放置在已知位置以提供固定的参考点。然而，由于每个定位器节点保持其相对于系统中的其他定位器节点(而不是已知参考点的位置)的位置，因此不需要固定的参考点。
即使定位器节点位于GPS信号不可用的建筑物或其他环境中，系统也能够保持并更新其他定位器节点的位置信息以及定位器节点的移动。每个定位器节点通过诸如Wi-Fi或Zigbee的局域网无线连接到其他定位器节点中的每一个。这允许每个定位器节点与系统中的其他定位器节点共享其位置信息。每个定位器节点追踪其自身的移动并更新其相对于系统中的其他移动和/或固定位置定位器节点的位置。为了保持关于位置的准确信息，每个节点定期测量其自身与系统中其他定位器节点之间的距离。利用每个定位器节点中的无线电收发器，通过测量往返无线电波相移实现准确的距离测量。这种布置将在下文详细讨论。系统中的每个定位器节点可以基于定位器节点通过无线局域网接收到的位置信息和所测量的到附近定位器节点的距离来更新其相对于附近定位器节点的位置。
用于测量距离的方法基于这样的事实：无线电信号随着定位器节点之间的距离改变而在时间上偏移。在波的路径上的任何给定点上，随着时间的推移，振幅会上下移动。由于波在不停地移动，因此如果没有参考就不能测量偏移。为了解决需要参考的问题，将信号发射到远程定位器节点并返回，从而产生两个信号。这两个信号包括发射的信号和前往远程位置并返回的信号。如果使用原始信号作为参考，并与进行往返的信号进行比较，则会观察到相移。
现在参考附图，其中类似的参考标号指代类似的元件，图1是示出了用于解释本公开的原理的多个波形的示意图。在图1中，波形1(标记为Tx)是原始信号，波形2(标记为Rx)是进行往返的信号。如图1所示，往返波形(波形2)向右偏移。这种偏移与波行进的距离成比例。随着远程定位器节点移动得更远，偏移变得更大。由于波形2相对于波形1连续地偏移，两个波形最终到达它们再次彼此对齐的点。当波形2行进一个波长的距离时，出现两个波形对齐并使其看起来没有偏移的点。为了在不失去偏移的情况下测量更长的距离，应当选择相对于距离具有很长波长的波形。使用非常长的波长的不利之处在于难以测量距离的微小变化。为了解决这个问题，使具有短波长的信号与进行往返的信号同步。新的短波长(高频)信号的偏移用于准确测量距离的微小变化。
一些实施方案提供了(诸如室内)人员的实时追踪和位置绘图，而不需要信标和/或传感器设置或建筑物的先验知识。通过准确测量定位器节点之间的距离来保持每个定位器节点中的位置信息。如图1所示，原始定位器节点的发射信号1与由远程定位器节点返回的信号2之间的相移3随着两个定位器节点之间的距离改变而改变。
图2是示出了两个定位器节点4a和4b的示意图，在本文中统称为定位器节点4。如图2所示，定位器节点4之间的距离可以通过测量从原始定位器节点4a到远程定位节点4b往返的无线电波中的相移3来确定，如图1所示。例如，原始定位器节点4a可以是系统中的任何定位器节点，该定位器节点开始传送无线电信号并且通过在无线网络(诸如但不限于Wi-Fi、Zigbee或其他无线网络)上识别该定位器节点4b来指示另一个定位器节点4b返回该信号。远程定位器节点4b是系统中的任何定位器节点，该定位器节点接收指令以将距离测量无线电信号发回原始定位器节点4a。在原始定位器节点4a广播距离测量信号1时，它同时接收由远程定位器节点4b返回的相同信号的副本2。然后，原始定位器节点4a可以将输出波形与从远程定位器节点4b接收到的波形进行比较。图1所示的两个信号1和2之间的相移3与距离和距离测量信号的波长的关系如下：
相移/360×波长＝距离
如果距离小于测量信号的波长，则上述公式得出原始定位器节点4a与远程定位器节点4b之间的真实距离。否则，可以将相移3与最后已知距离和相移进行比较，以计算两个定位器节点4之间的最后已知距离的变化。应当指出的是，更高频率的距离测量信号更准确地测量距离。较低的频率测量更大的距离或测量结果之间的差值。在一个实施方案中，准确地测量长距离或测量没有最后已知值可用时的距离可以通过对距离测量信号使用多个不同的频率来实现。
如图2中详细所示，原始定位器节点4a包括发射天线6a和接收天线7a。原始节点4a使用发射天线6a发射距离测量信号1。远程定位器节点4b包括发射天线6b和接收天线7b。远程定位器节点4b在接收天线(7b)处接收距离测量信号1，并在其发射天线(6b)上转发相同频率的锁相距离测量信号2。当原始定位器节点4a在其接收天线7a上检测返回信号2时，原始定位器节点4a通过发射信号1与所接收信号2之间的相移来测量其自身与远程定位器节点4b之间的距离的变化。发射天线6a和6b在本文中统称为发射天线6，并且接收天线7a和7b在本文中统称为接收天线7。原始定位器节点4a通过测量其自身与两个其他远程定位器节点4之间的距离来计算其位置，如图3所示。在图3中，两个远程定位器节点4b和4c知道它们的位置并测量了彼此之间的距离。因此，原始定位器节点4a使用三角法确定其相对于两个远程定位器节点4b和4c的位置，下文将详细讨论。定位器节点4a、4b和4c在本文中统称为定位器节点4。
再次参考图2，原始定位器节点4a发射距离测量信号1并且同时从远程定位器节点4b接收返回信号2。同时发射和接收允许原始定位器节点4a比较两个信号相对于彼此的相位。原始定位器节点4a和远程定位器节点4b之间不需要时间同步。然而，输出信号1和输入信号2不应彼此干扰。例如，可以通过使用水平极化的发射天线和垂直极化的接收天线发射具有与输入信号2相反极化的输出信号1来避免这种干扰。
图1和图2示出了连续的波信号。虽然使用未调制信号的解决方案将在本公开的上下文中起作用，但是使用未调制的连续波信号作为往返信号存在多个缺点。首先，每个节点需要使其天线保持正确的取向，以保持正确的极化。第二个缺点是可能难以选择不违反政府无线电波发射条例的有用的往返信号频率。
替代的解决方案是使用调频(FM)发射器并调制FM载波上的距离测量波形。这种方法与图2所示的未调制连续波往返信号相比具有多个优点。首先，FM信号不易受到多径反射和背景噪声的干扰。这是因为FM接收机的捕获效应，其中最强信号倾向于被接收机捕获并锁定，而其他较低振幅的信号被忽略。其次，可以使用任何合适的FM载波频率。距离测量频率与载波频率无关，距离测量信号的广泛的频率范围可用于非常准确地测量非常长的距离。使用调频距离信号的另一个优点是输出发射信号和输入接收信号可以在不同的载波频率上。这消除了任何给定节点的发射信号与接收信号之间干扰的可能性。
当选择用作距离测量信号的频率时，需要考虑折衷。当调制到载波上时，较低的频率需要较少的带宽，但是它们具有较长的波长，这使得难以准确地测量距离的微小变化。相反，较高的频率需要更多的带宽，但是能够更好地测量距离的微小变化。除了考虑带宽之外，较高的频率可能会错误地测量距离的大幅变化。具体地讲，大于距离测量信号的波长的距离变化将导致相移环绕并且距离测量可能偏差波长的若干倍。另外，如果距离的变化大于距离测量频率的波长的一半，则不可能区分距离的正负变化之间的差异。
当系统中至少两个定位器节点具有已知位置(例如，使用GPS定位)时，所有其他定位器节点可以基于它们自身与两个已知位置之间的距离使用三角计算来确定它们的绝对位置。在一些实施方案中，即使在没有已知位置可用时，系统也能够在所有定位器节点(节点4和5)上保持相对位置信息。参考图3，如果原始定位器节点4a测量其自身与两个远程定位器节点4b和4c之间的距离并且远程定位器节点4b和4c测量彼此之间的距离，则形成三角形。由于测量了三角形所有边的长度，因此可以使用余弦定律获得三角形的角度。公式如下：
a2+b2-2abcos(C)＝c2
其中a、b和c是三角形的边，角度C是边a和b形成的角度。
为了获得关于其相对于系统中的其他定位器节点4的位置的其他信息，每个定位器节点4优选地配备有磁罗盘、加速度计和陀螺仪中的一个或多个。然后，定位器节点4可以通过考虑其前进方向和加速度及其到其他附近定位器节点4的相对距离来获得关于其相对于系统中的其他定位器节点4的位置的附加位置信息。可以使用所有节点的前进方向和速度信息将绘制的节点旋转到正确的取向。
在一些实施方案中，每个定位器节点4连续地更新其相对于系统中的其他定位器节点4的位置。所有定位器节点4可以通过无线LAN与系统中的其他定位器节点4共享它们的当前位置。这里可以实现的无线LAN技术的示例包括但不限于BLUETOOTH、Zigbee和IEEE802.11，即Wi-Fi。这允许每个定位器节点4保持系统中所有定位器节点4的地图。在替代实施方案中，所有定位器节点4中仅有一个或一些可具有绘图能力。图4示出了添加了附加的定位器节点4之后的图3所描绘的系统。图4示出了随着越来越多的定位器节点4被添加到系统中，形成了更多的三角形。这提供了更多的测量结果和角度，并因此提供了关于每个定位器节点4的相对位置的更多信息。应当指出的是，即使所有定位器节点不在同一平面内，基于所形成的三角形的距离和角度的这种相对位置仍然有效。因此，我们可以在三维空间中绘制相对位置。当所有的定位器节点4不在建筑物的同一楼层上时，这可能是有用的。
图5示出了用于解释本公开的实施方案的距离测量原理的一组波形。使用相移来测量距离的限制和带宽要求通过使用两个距离测量信号频率来克服，如图5所示，信号A和B。选择高频(信号B)，使其能够使用低成本硬件检测相移来准确且容易地测量距离的微小变化。如本文所用，高频是其波长是原始定位器节点与远程定位器节点之间的距离的一部分的频率。为了减少带宽要求并解决环绕每个波长或360°相移的距离测量问题，选择低频(信号A)，如图5所示。如本文所用，低频是其波长比原始定位器节点与远程定位器节点之间的距离更长的频率。
在一些实施方案中，高频信号具有是低频信号频率的整数倍的频率。两个信号均由一个公共时钟生成，以便保持同步。为了降低带宽要求，只有低频测距信号被发送到远程定位器节点的无线电部件，才能在射频(RF)载波上进行调制。该低频信号往返于远程定位器节点并返回到原始定位器节点(信号C)。
即使高频信号没有进行往返，该高频信号也用于精确测量距离的微小变化。这通过生成新的高频信号(信号D)并将新的高频信号锁相到距离测量信号(信号C)上来实现，该距离测量信号往返于定位器节点并返回，如图5所示。与原始高频信号相比，这一新的高频信号将被相移，如图5所示，信号B和信号D。
两个定位器节点之间的全部波长的数量可以通过首先将原始低频信号与往返低频信号进行异或运算来得到图5的信号E来测量。然后，信号E与原始高频信号(信号B)进行逻辑与运算。该操作的结果是表示如图5所示的两个定位器节点之间的高频波长的数量的一系列脉冲，信号F。可以用价格非常低廉且简单的硬件来对距离测量信号进行解码。
图6中示出了仅由几个逻辑门构成的解码器的一个可能的逻辑图。波生成电路(未示出)生成波形A和波形B，使得它们彼此同步。信号A由原始定位器节点4a的无线电发射器发送到远程定位器节点4b，然后返回。异或门10将信号A与已经进行往返的信号进行比较。比较结果是信号E。与门12使用异或门10的结果产生一系列脉冲(信号F)，这一系列脉冲表示在原始高频中存在360度相移的次数和生成的高频信号与往返于远程定位器节点的信号同步。将往返于远程定位器节点的信号C用作锁相环16的输入以生成新的高频信号。异或门14将这一新信号与原始高频信号进行比较。结果是表示定位器节点之间的距离的脉宽调制信号。
图7是根据上述原理构造的定位器节点4的框图。定位器节点4具有处理电路22。在一些实施方案中，处理电路可包括存储器24和处理器26、存储器24包含指令，所述指令在由处理器26执行时配置处理器26执行本文所述的一个或多个功能。除了传统的处理器和存储器之外，处理电路22可包括用于处理和/或控制的集成电路，例如一个或多个处理器和/或处理器核和/或FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(序专用集成电路)。
处理电路22可包括和/或连接到和/或被配置为访问(例如，写入和/或读取)存储器24，该存储器可包括任何种类的易失性和/或非易失性存储器，例如高速缓存和/或缓冲存储器和/或RAM(随机存取存储器)和/或ROM(只读存储器)和/或光存储器和/或EPROM(可擦除可编程只读存储器)。此类存储器24可被配置为存储可由控制电路执行的代码和/或其他数据，例如与通信有关的数据，例如节点的配置和/或地址数据等。处理电路22可被配置为控制本文所述的任何方法和/或使此类方法例如由处理器26执行。相应的指令可存储在存储器24中，该存储器可以是可读的和/或可读地连接到处理电路22。换句话讲，处理电路22可包括控制器，该控制器可包括微处理器和/或微控制器和/或FPGA(现场可编程门阵列)设备和/或ASIC(专用集成电路)设备。可认为处理电路22包括或可被连接到或可连接到存储器，该存储器可被配置为是可访问的，用于由控制器和/或处理电路22读取和/或写入。
存储器24被配置为存储原始定位器节点4的距离测量值28和位置30以及其他远程定位器节点5的位置30。处理器26包括或实现比较器32，以比较根据上述异或与逻辑的波形。在替代实施方案中，图6的逻辑使用分立部件或其他专用硬件来实现。处理器26还包括或实现距离确定器34，该距离确定器根据波形F确定原始定位器节点4和远程定位器节点5之间的距离。如上所述，经由波形F中的全脉冲的数量和任何短脉冲18的持续时间将距离以波形F编码。
原始定位器节点4可包括可以是图形用户界面的用户界面36，该用户界面包括显示器，该显示器显示原始定位器节点4a和远程定位器节点4b、4c等的位置的绘图，在紧急事件现场分发给应急响应器。在一些实施方案中，监督人员所使用的无线设备诸如膝上型计算机可包括这样的用户界面36，以便允许在中心或命令位置追踪应急响应器的位置。因此，在一些实施方案中，定位器节点系统被部署为用于通过确定应急响应器的位置的绘图来在紧急事件现场追踪应急响应器。至少一个用户界面被配置为显示定位器节点的位置的地图。
定位器节点4包括收发器38，该收发器被配置为从第一节点发射低频信号并且接收已经行进到远程节点并从远程节点返回的低频信号。因此，在一个实施方案中，收发器38包括如上参考图2所述的发射天线6和接收天线7。在一些实施方案中，收发器38可以被实现为单独的发射器和单独的接收器。
定位器节点4还包括信号发生器40，该信号发生器被配置为生成低频信号并生成高频信号。信号发生器40被配置为使得高频信号具有的频率是低频信号的频率的倍数。此外，信号发生器40被配置为使得高频信号与低频信号同步，并且被锁相到所接收的已经往返于远程定位器节点5的低频信号。在一些实施方案中，信号发生器40可以被包括在处理电路22中。
在一些实施方案中，定位器节点4包括加速度计42、罗盘44和陀螺仪45中的一者或多者，以允许定位器节点4能够感测运动和前进，以当定位器节点4所附接的应急响应器正在运动时提供定位器节点4的位置的持续更新。
图8是用于通过确定第一(例如原始)定位器节点4a和远程定位器节点4b之间的距离来追踪紧急事件现场处的应急响应器的示例性过程的流程图。该过程包括从第一定位器节点4a发射第一信号(框S100)。第一信号具有大于第一节点和远程节点之间的距离的波长。该过程还包括在第一定位器节点4a处接收来自远程定位器节点4b的返回信号(框S102)。生成第二信号(框S104)。第二信号具有的频率是第一信号的频率的倍数。此外，在一些实施方案中，第二信号与第一信号同步并且被锁相到所接收的返回信号。该过程还包括将第二信号与所接收的返回信号进行比较，以产生表示第一定位器节点4a和远程定位器节点4b之间的距离的距离确定信号(框S106)。基于所产生的距离确定信号来确定第一定位器节点4a和第二定位器节点4b之间的距离(框S108)。
提供了本文所述实施方案的实现的多个实施例。
实施例1
三名消防员一同进入一座建筑物，每名消防员都带有定位器节点4，两名消防员留在入口附近。当建筑物中的三名消防员开始移动时，他们的定位器节点4创建他们进入建筑物后所走的路径的数字地图。该地图基于各消防员之间距离的变化。每个定位器节点4通过查看已经在两个定位器节点4之间进行往返的信号中的相移来测量其自身与每个其他定位器节点4之间的距离。距离确定器34使用这些距离测量来确定每名消防员相对于其他消防员的位置。进入建筑物一段时间之后，一名消防员被困。建筑物外的两名消防员可以看到用户界面36上的数字地图，其显示了下来的消防员所走的路径和该消防员相对于他们在门附近的位置的位置。他们还可以看到建筑物中谁最靠近被困消防员。他们可以使用这些信息来计划救援。
实施例2
一队消防员到达火灾现场。每名消防员都配备有定位器节点4。此外，配备有定位器节点4和GPS设备的两辆消防车到达。消防车成为空间中已知的固定点。每名消防员所携带的定位器节点4追踪其相对于消防车已知位置的位置。当消防员进入建筑物时，定位器节点4开始记录消防员相对于两辆固定消防车和建筑物入口移动的数字地图。过一段时间之后，其中一名消防员处于空气不足的位置。由于他的定位器节点4在他移动穿过建筑物时记录了他的历史，因此他可以看到一幅地图，显示了他当前的位置、出口位置以及他进入建筑物后所走的路径。然后，他可以使用该地图折返并找到出口。
实施例3
一家自动化工厂配备有自动驾驶车辆和机器人设备。自动化设备用于通过生产设施移动零件和组件。每辆车和移动机器人都配备有定位器节点4。每件设备不断追踪其相对于建筑物中其他移动设备的位置，并创建一个不断更新的数字地图。这些信息可以用来帮助避免碰撞。此外，可以在任何时间在建筑物内找到任何设备。
实施例4
一个离岸石油钻井平台由一组工人和一名经理负责。钻井上的每个人都配备有定位器节点4。定位器节点4a永久地附接到石油钻井的北侧并且另一个定位器节点4b附接到钻井的南侧。附接到每位工人的定位器节点4维护数字地图，该数字地图显示钻井上所有其他工人相对于彼此以及两个固定定位器节点4a和4b的位置。钻井的一个区域出现了危险情况。经理可以查看由定位器节点4创建的数字地图，并确定哪些工人处于危险中以及如何最佳地将个人移出危险地带。然后有必要撤离石油钻井平台。经理和救援人员可以使用由定位器节点4维护的不断更新的数字地图来监控疏散并且获知何时所有人员已经被移到安全地点。如果其中一名工人没有撤离，救援队可以在数字地图上看到他的位置。
一些示例性实施方案包括：
实施方案1：一种用于应急人员的追踪网络，包括：
第一节点，该第一节点具有第一信令输出；
第二节点，该第二节点接收第一信令输出并发射不同于第一信令输出的第二信令输出，
其中第一节点可以测量其自身与第二节点之间的距离。
实施方案2.根据实施方案1所述的追踪网络还包括能够维护和更新关于系统中其他节点的位置信息的微控制器。
实施方案3.根据实施方案1所述的追踪网络还包括允许节点彼此通信的局域网。
实施方案4.根据实施方案1所述的追踪网络还包括基于云的存储库，其中每个节点可以存储位置信息并检索其他节点已经存储的位置信息。
实施方案5.根据实施方案1所述的追踪网络还包括能够测量已经在两个节点之间往返行进的调制信号中的相移并且计算这两个节点之间的距离的电子器件。
实施方案6.根据实施方案1所述的追踪网络还包括控制系统，该控制系统能够允许每个节点在一个时隙中发射，使得该节点不干扰系统中的其他节点。
实施方案7.根据实施方案1所述的追踪网络还包括允许经解调的低频信号以较高频率锁相的电子器件，从而可以进行更准确的相移测量。
实施方案8.根据实施方案1所述的追踪网络还包括每个节点上的加速度计和罗盘。
实施方案9.根据实施方案1所述的追踪网络还包括能够显示系统中所有节点的相对位置的地图的显示器。
实施方案10.根据实施方案1所述的追踪网络，其中每个节点通过测量已经在两个节点之间往返的调制信号的相移来计算其自身与其他每个其他节点之间的距离。
实施方案11.根据实施方案1所述的追踪网络，其中系统中的每个节点与系统中的其他节点共享其本地距离测量。
实施方案12.根据实施方案1所述的追踪网络，其中系统中的每个节点基于其已经进行的距离测量和由其他节点提供的距离测量来绘制系统中的其他节点的位置。
实施方案13.根据实施方案1所述的追踪网络，其中当节点相对于彼此移动时，实时更新位置信息。
实施方案14.根据实施方案1所述的追踪网络，其中每个节点可以利用加速度和前进方向数据来改善其位置数据。
实施方案15.根据实施方案1所述的追踪网络，其中通过在节点之间进行往返的调制信号的相移来测量节点之间的距离。
本领域的技术人员将会知道，本文所述的概念可以体现为方法、数据处理系统和/或计算机程序产品。因此，本文所述的概念可以采取完全硬件实施方案、完全软件实施方案或组合软件和硬件方面的实施方案的形式，所有这些在本文中通常被称为“电路”或“模块”。此外，本公开可以采用有形计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式，所述有形计算机可用存储介质具有包含在介质中的可由计算机执行的计算机程序代码。可以使用任何合适的有形计算机可读介质，包括硬盘、CD-ROM、电子存储设备、光存储设备或磁存储设备。
本文参考方法、系统和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述一些实施方案。应该理解，流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机(从而形成专用计算机)、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理装置执行的指令，创建用于实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读存储器或存储介质中，该计算机可读存储器或存储介质可以指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令装置的制品。
计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，以使得在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机上执行的指令或其他可编程装置提供用于实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的步骤。应该理解，在框中标注的功能/动作可以不按照操作说明中指出的顺序发生。例如，根据涉及的功能/行为，按照次序示出的两个方框实际上可基本上同时执行，或者所述方框可有时按照相反次序执行。虽然一些图包括通信路径上的箭头以示出通信的主要方向，但是应当理解，通信可以在与所描绘的箭头相反的方向上发生。
用于执行本文所述概念的操作的计算机程序代码可以用面向对象的编程语言诸如Java或C++来编写。然而，用于执行本公开的操作的计算机程序代码也可以用常规过程编程语言诸如“C”编程语言来编写。程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行，作为独立的软件包，部分在用户的计算机上执行、部分在远程计算机上执行或完全在远程计算机上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网进行连接)。
结合上面的描述和附图已经公开了许多不同的实施方案。应当理解，从字面上描述和说明这些实施方案的每个组合和子组合将是过分重复和混淆的。因此，可以任何方式和/或组合来组合所有实施方案，并且包括附图在内的本说明书应被解释为构成本文所述实施方案的所有组合和子组合以及制作和使用它们的方式和过程的完整书面描述，并且应支持对任何此类组合或子组合的保护。
本领域的技术人员将会知道，本文所述的实施方案不限于以上已经特别示出和描述的内容。另外，除非上文提到了相反的情况，否则应当指出的是，所有附图都未按比例绘制。鉴于上述教导内容，各种修改和变化是可能的，而不脱离所附权利要求书的范围。

Claims (23)

1.一种用于通过确定第一节点(4a)与远程节点(4b)之间的距离来追踪在现场的对象、车辆和人员中的至少一者的方法，所述方法包括：
从所述第一节点(4a)发射第一信号，所述第一信号具有比所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离更长的波长(S100)；
在所述第一节点(4a)处接收从所述远程节点(4b)接收的返回信号(S102)；
生成第二信号，所述第二信号具有的频率是所述第一信号的频率的倍数，所述第二信号与所述第一信号同步并且被锁相到所接收的返回信号(S104)；
将所述第二信号与所述返回信号进行比较以产生表示所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离的距离确定信号(S106)；并且
基于所产生的距离确定信号来确定所述第一节点与所述第二节点之间的所述距离(S108)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所产生的距离确定信号具有表示所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的多个高频波长的多个脉冲。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个脉冲中的一个脉冲具有表示所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的增量距离的小数宽度，所述增量距离小于所述第二高频信号的波长。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所确定的距离来基于所述远程节点(4b)和至少一个其他节点(4c)的已知位置确定所述第一节点(4a)的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括基于信号来确定所述第一节点(4a)的加速度。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括确定所述第一节点(4a)的前进方向。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括基于来自加速度计(42)、陀螺仪(45)和罗盘(44)的数据来确定所述第一节点(4a)的加速度、前进方向和速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一节点(4a)能够附连到第一应急响应器并且所述远程节点(4b)能够附连到第二应急响应器。
9.用于通过确定所述第一节点(4a)与远程节点(4b)之间的距离来追踪在现场的对象、车辆和人员中的至少一者的第一节点，所述第一节点(4a)包括：
收发器(38)，所述收发器被配置为：
从所述第一节点(4a)发射第一信号，所述第一信号具有比所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离更长的波长；
接收来自所述远程节点(4b)的返回信号；以及
信号发生器(40)，所述信号发生器被配置为：
生成所述第一信号；并且
生成第二信号，所述第二信号具有的频率是所述第一信号的频率的倍数，所述第二信号与所述第一信号同步并且被锁相到所接收的返回信号；以及
处理电路(22)，所述处理电路包括存储器(24)和处理器(26)：
所述存储器(24)被配置为存储所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离；
所述处理器(26)被配置为：
将所述第二信号与所接收的返回信号进行比较以产生表示所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离的距离确定信号；并且
基于所产生的距离确定信号来确定所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的所述距离。
10.根据权利要求9所述的第一节点，其中所产生的距离确定信号具有表示所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的多个高频波长的多个脉冲。
11.根据权利要求10所述的第一节点，其中所述多个脉冲中的一个脉冲具有表示所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的增量距离的小数宽度，所述增量距离小于所述第二高频信号的波长。
12.根据权利要求9所述的第一节点，其中所述处理器被进一步配置为使用所确定的距离来基于所述远程节点(4b)和至少一个其他节点(4c)的已知位置确定所述第一节点(4a)的位置。
13.根据权利要求12所述的第一节点，还包括被配置为确定所述第一节点(4a)的加速度的加速度计(42)。
14.根据权利要求13所述的第一节点，还包括被配置为确定所述第一节点(4a)的取向的陀螺仪(45)。
15.根据权利要求14所述的第一节点，还包括被配置为确定所述第一节点(4a)的前进方向的罗盘(44)。
16.根据权利要求14所述的第一节点，其中所述处理器被进一步配置为基于所述加速度和所述前进方向来更新所述第一节点(4a)的所述位置。
17.根据权利要求9所述的第一节点，其中所述第一节点(4a)定位在第一应急响应器上，并且所述远程节点(4b)定位在第二应急响应器上。
18.根据权利要求9所述的第一节点，其中所述处理器(26)实现异或和与逻辑以产生所述距离确定信号。
19.根据权利要求9所述的第一节点，其中所述处理电路(22)包括被配置为生成所述第一信号和所述第二信号的所述信号发生器(40)。
20.一种能够部署用于通过确定应急响应器的位置的绘图来在紧急事件现场追踪所述应急响应器的系统，所述系统包括：
多个定位器节点(4)，所述多个定位器节点能够分布在多个应急响应器中，每个定位器节点(4)被配置为确定其自身的位置和与至少两个其他定位器节点(4)的距离；以及
至少一个用户界面(36)，所述至少一个用户界面被配置为显示所述定位器节点(4)的所述位置的地图。
21.根据权利要求20所述的系统，其中定位器节点(4)基于所述定位器节点(4)到第一远程定位器节点(4b)和第二远程定位器节点(4c)的距离来确定其位置。
22.根据权利要求21所述的系统，其中定位器节点(4)通过测量相移来确定到远程定位器节点(4b)的距离，所述相移指示来自所述定位器节点(4)和所述远程定位器节点(4b)的低频信号的往返延迟，所述测量涉及高频信号与所述延迟的低频信号的比较。
23.根据权利要求20所述的系统，其中定位器节点(4)包括：
收发器(38)，所述收发器被配置为：
从所述第一节点(4a)发射第一信号，所述第一信号具有比第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离更长的波长；
接收来自所述远程节点(4b)的返回信号；以及
信号发生器(40)，所述信号发生器被配置为：
生成所述第一信号；并且
生成第二信号，所述第二信号具有的频率是所述第一信号的频率的倍数，所述第二信号与所述第一信号同步并且被锁相到所接收的返回信号；以及
处理电路(22)，所述处理电路包括存储器(24)和处理器(26)：
所述存储器(22)被配置为存储所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离；
所述处理器(26)被配置为：
将所述第二信号与所接收的返回信号进行比较以产生表示所述第一节点(4a)与所述远程节点(4b)之间的距离的距离确定信号；并且
基于所产生的距离确定信号来确定所述第一节点(4a)与所述第二节点(4b)之间的所述距离。
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