CN109073739B

CN109073739B - 用于降低碰撞危险的设备和方法

Info

Publication number: CN109073739B
Application number: CN201680085383.4A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·詹姆斯
Original assignee: Saronikos Trading and Services Unipessoal Ltda
Current assignee: Saronikos Trading and Services Unipessoal Ltda
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2036-04-05
Also published as: EP3440478A1; US11536821B2; ES2922417T3; US20190064334A1; WO2017174115A1; CN109073739A; EP3440478B1

Abstract

本发明涉及一种用于降低实体和至少一个障碍物之间的碰撞危险的装置和方法，其中，所述装置包括发送装置，适于发射用于避免碰撞的第一信标信号；接收装置，适于接收至少一个第二信标信号，所述第二信标信号能够由可能危险地接近所述设备的其他设备发射；处理装置，被配置为检测通过接收装置接收到的所述至少一个第二信标信号，检测所述第二信标信号的至少一个特性，基于所述第二信标信号的所述至少一个特性，确定第一信标信号的至少一个特性，并且通过发送装置发射所述第一信标信号，以便降低碰撞危险。

Description

用于降低碰撞危险的设备和方法

技术领域

在其最一般的方面，本发明涉及一种用于降低实体(例如移动电话用户)和至少一个障碍物之间的碰撞危险的设备和方法；特别用于降低用户与他/她的移动设备交互而不关注他/她的行走路径时的碰撞危险。

背景技术

众所周知，两个人之间即使以低/中等速度(2-4km/h；1.24-2.48mi/h)的意外碰撞也可能是危险的并且造成伤害，因为走神的人不会应对即将发生的碰撞对他/她的影响。

碰撞通常由与他们的移动设备(如智能电话、平板设备等)交互的人产生。这种人机交互使用户分心，用户不再注意周围的环境，增加了他/她与其他人或障碍物碰撞的可能性。

为了降低碰撞危险，ELIA等人的美国专利申请2012/0299713描述了一种用于警告移动通信设备的用户关于由邻近的驾驶员或行人引起的危险的方法和系统。该方法包括以下步骤：经由网络从中央单元接收多个邻近的移动通信设备的列表；与每个邻近移动通信设备建立端对端(P2P)连接，经由相应的P2P连接从每个邻近移动通信设备获取定位数据；根据定位数据，本地计算与多个邻近移动通信设备中的至少一个设备的至少一个潜在碰撞路线；以及根据至少一个潜在的碰撞路线，在本地向用户呈现指示危险的警告。

该系统的主要缺点在于，它要求每个移动通信设备必须接收邻近移动通信设备的列表，导致该系统在非管理环境中(即，在不存在移动通信网络的环境中)无效；此外，该系统不考虑设备用户的状态，即用户是否可能走神。

发明内容

本发明旨在通过提供一种用于降低实体和障碍物之间的碰撞危险的设备和方法来解决这些和其他问题。

本发明的主要思想是由潜在障碍物(包括固定障碍物和人)携带的设备广播信标信号，以便发信号通知它们的存在并警告碰撞危险。然后，由设备接收所述信标信号中的至少一个，该设备检测所述信标信号的至少一个特性，基于所述信标信号的所述至少一个特性确定另外的信标信号的至少一个特性，并且通过发送装置发射所述另外的信标信号。

以这种方式，可以增加所述信标信号的检测概率，这是因为降低了所述信标信号彼此干扰的概率。这是在不使用集中式架构的情况下实现的，并且使得可以在非管理环境中降低实体和障碍物之间的碰撞的概率。所述报警(alerting)设备优选地配置成独立的对等组中的对等设备，在对等组中，一些数据仅使用单向通信来共享，并且报警设备能够自由地加入或离开，以便设备提供的报警功能能够在任何类型的环境中工作，而不依赖于任何中央单元、主站、或同步服务器或能够中继信息的网络。跳频技术优选地用于非授权频带中的操作，并且，将对等组中的设备的相关时序对准，尽管每个设备具有独立于其他设备运行的自己的时钟。

为了装备必须提供不需要发射报警信号的信标信号的无人式障碍物，本发明预见到一种称为警告(warning)设备的子类型的设备，相对于常规报警设备，该子类型的设备失去了评估碰撞危险和发射报警信号的能力。在整个说明书、附图和权利要求中，术语“报警设备”或“设备”简短地指示“常规报警设备”和“警告设备”二者，除非特别引用它们之一。

附图说明

图1示出了包括根据本发明的一个警告设备和两个(常规)报警设备的碰撞危险的场景。

图2示出了与图1中描绘的报警设备的报警功能相关的主要元件；

图3示出了描绘图1和2中所示的报警设备的操作的流程图；

图4示出了由信标信号(信标包)承载的数据包的示例；

图5示出了强调适用于本发明的实施例的传输帧的基本概念的说明性图表；

图6示出了用于评估碰撞危险的方法的流程图；

图7示出了发现方法的流程图，通过发现方法，该报警设备发现其他报警设备；

图8示出了一种帧方案，通过该帧方案，报警设备更新其关于警告场景的数据。

具体实施方式

在本说明书中，对“实施例”的任何引用将指示关于本发明的实施方式而描述的特定配置、结构或特征包括在至少一个实施例中。因此，可能存在于本说明书的不同部分中的短语“在实施例中”和其他类似短语将不一定都与同一实施例相关。此外，任何特定配置、结构或特征可以以认为合适的任何方式组合在一个或更多个实施例中。因此，下面的引用仅用于简化，并不限制各种实施例的保护范围。

为了更好地理解下面描述的特征，读者应该考虑到本发明主要集中在这样的场景上，其中仅涉及缓慢移动的实体(例如，行人、电动车、“悬浮滑板”等)并且这些实体不仅可能存在于户外，还可能存在于无法依赖任何通信网络或公共控制设备的室内场所中。为了应对这种情况，报警场景中涉及的设备聚集在独立的对等组中。现在还参考图1和图2说明这种场景，图1和2示出了警告功能基本上由第一和第二(常规)报警设备111、112(例如移动电话、智能电话、平板设备、智能表或智能眼镜等可穿戴设备)提供，第一和第二报警设备111、112包括图2所示的元件集200。所述第一和第二报警设备111、112被配置为发射信标信号131、132、接收由常规报警设备或警告设备133发射的至少一个信标信号132和131、检测所述至少一个接收到的信标的至少一个信号特性，以及基于所述至少一个信号特性发射报警信号(分别为151、152)。

提供警告功能的元件集200基本上包括六个主要元件，该六个主要元件也参考图2来描述：

-发送装置201，适于生成和发射信标信号131、132、133；

-接收装置202，适于接收和解码信标信号131、132、133；

-处理装置203，例如中央处理单元(CPU)，配置成执行指令集以管理实施警告功能的元件、执行计算任务、检测接收到的信标信号的至少一个特性以及基于所述检测到的特性评估碰撞危险；

-报警装置204(例如由音频适配器驱动的音频扬声器、振动生成器等)，其适于产生报警信号151、152，优选地用于警告所述设备的用户161、162障碍物正在接近他/她，和/或他/她正在接近障碍物；

-I/O装置205，适于例如加载和更新数据和指令、发出和接收命令、接收和发射音频信号、显示信息和图像；这种I/O装置205可以包括，例如，USB、火线、RS232、IEEE 1284、以太网或WiFi适配器、音频扬声器、振动生成器、触摸屏等和其他适配器；

-存储器装置206，适于至少包含由设备的其他元件使用的，特别是由处理装置203使用的数据和指令；

-通信总线207，允许在元件集200的元件之间交换信息。

作为使用通信总线207的替代方案，发送装置201、接收装置202、处理装置203、报警装置204、I/O装置205和存储器装置206能够通过星形架构连接。相对于常规报警设备，警告设备121不确定碰撞危险并且不包括报警装置204。

应当领会，报警设备(111,112)，并且，特别是逻辑集200不提供双向通信，而是仅仅提供发射信标信号的能力和接收信标信号的能力，这两个信标信号的内容之间没有任何关系；相反，如下解释地，由于发射信标信号的时序要与接收到的信标信号的时序一致，因此这两个信号的时序被同步。通过在报警设备111和112之间显示具有一个箭头末端的两条线而不是一条双箭头的线，图1强调了信标信号的发送和接收不是双向通信。

另一方面，如下所解释地，任何报警设备能够同时接收来自多个其他报警设备的信标信号。

报警设备不依赖于任何电缆/有线网络、或外部同步设备、或控制中心或主设备。每个报警设备实际上具有其自己的内部时钟，该内部时钟不需要与任何外部源同步。然而，如下所解释地，属于一个对等组的报警设备能够对准它们的时序。

设备111、112的所述处理装置203被配置为执行以下动作：

-检测通过接收装置202接收到的至少一个第二信标信号131、132、133；

-至少检测所述第二信标信号131、132、133的至少一个特性；

-基于所述第二信标信号的所述至少一个特性，确定第一信标信号131、132、133的至少一个特性；

-通过发送装置201发射所述第一信标信号，以便降低碰撞危险。

逻辑集200的发送装置201和接收装置202的操作是通过用于接入传输信道的特定技术实现的，在下文中，还参照图3和图4-8解释了这种技术。在该解释之前，现在还参照图3描述对设备装置(111,112)工作方式的概述，考虑以下主要步骤：

301开始；

302空闲状态，等待数据或命令；

303数据和命令，以从输入装置、适配器、接口、处理装置203或其他元件和I/O装置205获得数据和命令。特别地，输入命令可能需要启用或停用警告功能以及和对报警信号的发射，如将在下面更详细地说明；

304确定警告功能：如果警告功能有效，则过程继续到步骤307，否则过程继续到步骤305；

305确定启动警告功能：如果在步骤303接收到的命令或数据需要启用警告功能，则过程继续到步骤306，否则过程返回到步骤302；

306根据决定305启动警告功能。然后过程返回到步骤302；

307如果在步骤304处确定警告功能有效，则确定停止警告功能：如果在步骤303处接收到的命令或数据需要停止警告功能，则过程继续到步骤308，否则过程返回到步骤310；

308根据决定307停止警告功能；

309根据在步骤303处接收到的数据和命令输出关于警告功能的停止原因的信息。在步骤309之后，过程返回到步骤302；

310确定报警：如果在步骤303处接收到的数据指示碰撞危险并要求发射报警信号，则过程继续到步骤312，否则过程继续步骤311；

311更新用于警告功能的数据：根据在步骤303处接收到的数据和命令，过程将更新信息发送到报警设备111、112的相关元件；

312发射报警信号：根据在步骤303处接收到的数据和命令，过程发出命令以输出来自报警设备(111、112)的报警信号151、152。然后，过程继续到步骤311。

上述过程继续迭代，直到在步骤303处，处理装置203从报警设备111、112的元件(包括逻辑集200的那些元件)之一接收到停止命令。实际上，警告功能能够在一些事件发生时停止，例如，在关闭显示器或检测到特定条件(例如，在给定的时间间隔内没有接收到信标信号、缺少通信信道)时等。

另一方面，能够通过用户的手动操作或在一些事件发生时开始上述过程，例如，在报警设备111、112的显示器被启用时。实际上可以假设，当设备显示器运行时，用户的注意力保持在设备显示器上，并且用户不关注周围发生的事情并且不注视他/她的步伐。作为另一个示例，警告功能可以由于声学噪声的突然升高而发生启用。然而，技术人员可以指示适合于报警设备的使用条件的许多其他启用事件。

基本上，当常规报警设备111、112的用户的注意力很可能低时，常规报警设备111、112可以发射其信标信号131,132，并且必须警告他/她周围的人，同时当某人或来自外部实体的一些命令启用警告设备121时，警告设备121传播其信标信号。

就报警信号151、152而言，假设它能够通过报警设备111、112的常规装置发射，例如通过扬声器、振动器、显示器等发射。

为了确定是否存在碰撞危险，处理装置203被配置为至少确定发射接收到的信标信号的源的距离。另外，处理装置203能够确定信标信号的源是接近还是远离、相对运动的速度(即该源的距离增加或减少的速度)以及相对运动的加速度。

适于确定发射信标信号的实体的距离的信号特性是接收到的信标信号的功率。如技术人员所知，处理装置203通过将该功率与信标信号的源发射该信标信号的功率(假设其是已知的)进行比较来评估源的距离。假设在感兴趣的条件下，信标信号的源和待警告的设备在视线中，则这种评估的准确性可能是可接受的。为此目的，还可以定义信标信号的标准功率水平，该标准功率电平提供所使用的设备之间的共同理解，以通过评估所接收到的信标信号的功率电平来导出距离。

为了评估相对运动的速度，处理装置203例如在不同时间点获取所述距离，并计算距离变化与相关时间间隔的比。同样地，处理装置203能够通过获取速度变化与其间发生速度变化的时间间隔的比，来计算相对运动的加速度。

技术人员能够设计其他方法和技术来评估信标信号源的距离和相对速度和加速度。例如，如果信标信号131、132、133的载波是超声波，则能够通过众所周知的多普勒频移(相对于波源移动的观察者的波的频率变化)导出运动的相对速度。

如果仅考虑信标信号131、132、133的源的距离来评估碰撞危险，则处理装置203能够简单地确定信标信号的接收功率是否超过对应于安全距离的给定的阈值。在这种情况下，例如，报警设备111、112在超过该阈值时开始发射报警信号，并且只要该条件持续就继续发射。此外，所发射的报警信号的一些特性(例如，音量、音调、脉冲率等)可以根据距离而变化(例如，随着距离的减小而提高脉冲率)。

相反，如果还考虑相对速度和加速度，则可以应用更复杂的算法来评估碰撞危险，例如评估碰撞可能发生的时刻(例如通过给出距离随时间、加速度和初始速度变化的方程)。在这种情况下，可以在满足一个、或多个条件的组合时发射报警信号，条件例如是：

-预期给定的时间间隔内发生碰撞；

-距离短于给定的距离阈值；

-接近速度高于给定的速度阈值；

-加速度高于给定的加速度阈值。

此外，如下文所述地，以上阈值可以取决于对信标信号的特定表征。在这种情况下，发射的报警信号的特性可能不仅随距离变化，并且还随碰撞时间、速度、加速度和信标信号的所述表征而变化。一般而言，处理装置203能够被配置为评估接收到的信标信号的至少一个特性的值和其时间演变(导数)，并且在它们的基础上，处理装置能够设置用于发射报警信号151、152的多个条件，并且表征报警信号151、152特性中的至少一个。这能够有利地降低错误报警(错报)和遗漏报警(漏报)的概率。

由发送装置201产生的信标信号是在无线电波的频率范围中的调制载波，优选是电磁性质的；然而，在不脱离本发明的教导的情况下，技术人员可以设计使用其他类型的载波(例如超声波)。信标信号的内容将在下面描述。

传输技术能够是与所采用的载波的类型兼容的传输技术之一，包括例如类似于蓝牙或WiFi等的传输技术。应当领会，报警设备111、112或警告设备121可以通过多个这样的技术同时发射其信标信号，以使各种设备可以接收它们。

下面还将参考图4-8描述传输技术的特定示例，该特定示例示出如何能够在设备的对等组内实现对这样的信标信号的发送和接收，对等组仅由根据本发明的报警设备组成，而没有任何主站、任何公共同步设备、任何中央单元、能够中继信息的任何网络，同时假设任何报警设备能够进入或离开任何其他报警设备的接收范围。

为了简化解释和易于理解，对技术的描述将主要参考利用类似于蓝牙载波的载波的传输系统。然而，技术人员可以理解，在不脱离本发明的教导的情况下，也能够使用特性与上面提到的特性不同的传输技术(例如，WiFi类、超声波)。

由发送装置201产生的信标信号131、132、133优选是常规载波脉冲序列，该载波脉冲序列承载类似于图4中所描绘的数据包400(信标包)。

信标包400至少包括：

-头部401，至少包括前导码和同步字，前导码将该包标记为根据本发明的信标信号的信标包，同步字允许接收装置202获取符号同步并检测信标包域；

-短ID 402，将每个信标信号与由同一接收装置202接收到的其他信标信号区分开；

-CRC(循环冗余校验)404，用于检查传输误差并保护包内容。

可以在信标包中添加“数据”域403(图4中的虚线)以承载辅助数据。

当可能在报警设备的接收范围内出现的报警设备的数量低时，短ID 202可能由很少的位组成。如下文所解释地，当报警设备加入或创建共享相同传输资源的设备组时，短ID可以优选是由处理装置203生成的随机码。无论如何，如技术人员所知，能够以许多不同的方式提供短ID。实际上，短ID能够由设备本身在任何时候生成，或者从其他识别码(例如，蓝牙设备ID、IMEI-国际移动台设备标识)导出，或者短ID可以存储在固件中，或者由用户等设置。特别地，设备能够在新的对等组中开始发射其信标信号之前生成其自己的短ID，以确保所生成的ID不同于在其接收范围内的设备使用的所有ID。

因为ID码允许跟踪接收范围内的设备的个体行为，所以ID码允许更好地管理和评估碰撞危险。

此外，为了根据发射信标信号的设备的类型来区别报警信号，可能有用的是，在信标包400中包含对设备按“类”划分的短码。这种分类的简单示例是使用一个位来区分警告设备121和报警设备111、112。通过检测这样的位，处理装置203能够区别报警信号151、152，以允许用户(161、162)区分与警告设备碰撞的危险以及与报警设备碰撞的危险。这样的位可以是短ID 402的一部分，或者可以在“数据”域403中。技术人员能够设计对设备的多种分类以及在信标包400内承载相关信息的不同方式。

在任何情况下，信标包可以由少量位(例如，100-150位)组成，并且如果使用合适的传输比特率，则载波脉冲可以是短的。为了理解下面参考图5-8描述的新颖接入方案的基本原理，有用的是，考虑到具有其参数的似真值的应用的示例。

该示例仅用于说明目的，并且不被视为是对任何方面的限制。事实上，技术人员能够在许多完全不同的情况中应用所描述的概念。

通过给定区域中存在的运行的设备之一的角度考虑传输系统，给出了下文的描述。该设备称为“目标设备”，但读者必须记住，所有报警和警告设备是对等的，并且它们中的任何一个都可以作为目标设备。

在该描述性示例中，假设使用短程无线电系统(例如，使用蓝牙类型的载波的无线电系统)来发射信标信号，并且任何报警设备需要考虑最多30个报警设备的碰撞风险。如果在目标设备的接收范围内多于30个报警设备，则目标设备忽略最远的报警设备，仿佛最远的报警设备在其接收范围之外。可替代地，例如在通常大量报警设备可能出现的情况下，例如在体育馆中、在音乐会上等，如果报警设备的数量超过某个预定数量，则警告功能可以采用特定状态来省电。假设两个设备的最大接近速度为3m/s。

载波是无线电波，优选地，是在非授权频带中的无线电波，在非授权频带中有100个或更多个无线电信道可用。脉冲持续时间为0.1ms，包括保护时间。我们假设每个信标信号的载波脉冲每10ms定期重复。因此，每10ms，目标设备就有机会评估设备在其接收范围内的距离。考虑到最大速度为3m/s，两个连续距离样本之间的最大距离变化为3cm。这被认为是好于可接受的值。在下文中，双值(6cm)也将被认为是可接受的。

考虑到以上假设，设计了时分接入方案，由此每个报警设备在给定无线电信道的时隙中发射其信标信号，而不与在其接收范围内的其他信标信号重叠。时隙长度与载波脉冲的长度相同，即0.1ms，这是因为，如上所述地，这是因为包括了补偿可能的同步失准和时间抖动的保护时间。

由于所有信标信号的脉冲都每10ms定期重复，目标设备能够将它们视为以组织在周期为10ms的周期性帧(目标帧)中(在下文中解释了对等组的设备如何被同步以及目标设备如何设置帧时序)。因此，目标帧包括100个时隙(10ms/0.1ms)。图5示出了利用跳频技术的目标帧的三个帧周期的示例，该示例将在下面描述。纵轴表示以无线信道计的无线电资源(假设该示例有100个无线电信道)。横轴表示以时隙的时标(每帧100个时隙)。

该示例示出了由5个设备的对等组占用的时隙，5个设备标记为“a”、“b”、“c”、“d”和“t”，其中“t”表示目标设备使用的时隙。如下所解释地，通常，所使用的时隙围绕帧中心聚集并且不连续(在图5的示例中，时隙51是空闲的)。这是由于时隙的占用有些随机，因为设备可能在任何时间加入或离开对等组，尽管对时隙占用的重新排序是可能的，但其不能在任何条件下或实时地完美实现。另一方面，不要求时隙占用是连续的，但是应该理解它提供了一些优点。

应当领会，属于图1中表示的对等组的每个设备定义其自己的目标帧，该目标帧可能与其对等设备的帧不同。事实上，它们中的每一个可能在其接收范围内具有不同的设备，并且可能将其帧的开始设置在不同的时间点。例如，设备“c”可能在其接收范围内错过设备“a”和“d”，但在其接收范围内可能具有另外十个不同的设备。此外，因为与“c”相关的目标帧的时序可能相对于图1所示的时序移位，因此在设备“c”的目标帧中，设备“b”、“t”和“c”可能占用时隙48、49和51而不是49、50和52。技术人员可以设计出本发明的更复杂的实施例，其中可以将一些设备相关的目标帧的时序对准，但是这种对准不是必要的。

必要的事情是目标设备“t”在一系列非重叠时隙中接收属于其对等组的设备的信标信号脉冲。这意味着对等组的设备使它们的时隙对准。在描述本发明中使用的跳频(FH)技术以及设备与FH序列同步的方式之后，将描述实现这种对准的方法。

由于假设本发明的传输系统在非授权的频带中工作，所以可建议采用一种技术，该技术允许能够干扰接收的扰动平均到该频带的无线电信道上，并且相反，将信标信号对其他传输系统产生的干扰分散在这些无线信道上。为此目的，本发明的优选实施例使用满足本发明的特定条件的跳频方案。事实上，从一方面来说，相对于其他传输系统的需求要求较低，因为例如信标信号通常占用低百分比的无线电信道的时隙，并且本质上具有随机特性，考虑到它们具有低的传输范围并且主要由移动的设备发射。另一方面，本发明的设备不能依赖于中央单元、主站或同步服务器，或能够中继信息的任何网络，因此它们必须在没有任何外部参考的情况下同步。此外，他们必须尽快获得同步，以便警告功能能够在设备加入新的对等组后立即获得其实际操作。

因此，在本发明的优选实施例中，跳频方案的类型与图1所描绘的示例类似，其示出在每个帧周期中，目标帧的所有信标信号使用同一无线电信道501的时隙503，并且根据跳频序列504，所使用的无线电信道在每个帧周期变化。在图5的示例中，对等组的设备在第一帧中使用信道1，在第二帧中使用信道10，在第三帧中使用信道5等。此外，在本发明的优选实施例中，FH序列的长度等于信标信号能够使用的无线电信道的数量，并且FH序列循环地重复，使得在FH序列的每个周期中，所有无线电信道被使用一次。

利用上面假设的FH序列，下面描述的对等组的检测能够是快速的，同时，本发明的操作的扩展有效性足够好。然而，技术人员能够指出能够操作的其他扩展技术，更复杂或更简单的，根据经验，扩展方案越简单，检测越快，但扩展有效性越低。

FH序列、时隙的长度、每帧的时隙的数量、可用传输信道的数量以及信标信号传输功率是已知的报警和警告设备的系统参数。

在目标设备已经启用其警告功能或已经进入新区域后，需要找到对等组来加入。为此，在以上假设下，首先将目标设备调谐到可用的传输信道之一上，并且在该信道上保持调谐，至少持续FH序列的一个周期。在该周期期间，目标设备有机会接收在每个传输信道上发射的所有信标信号，并且通过分析所接收到的信号，目标设备能够通过它们的头部识别在其接收范围内的警告设备。通过检查检测到的信标信号的信号脉冲，该设备能够计算有多少不同的对等组在操作，并识别属于它们中的每一个的信标信号。为了确定一组信标信号是否属于共同对等组的设备，它们的脉冲必须满足以下三个条件：

-适合与同一帧的时隙隔开的时隙；

-在等于一个帧周期的时间间隔内；

-根据同一跳频序列跳跃。

没有识别到对等组或识别出多于一个对等组的情况将在稍后处理。现在让我们考虑找到一个对等组并且目标设备进行所需的同步以加入该对等组的情况，考虑使用短程通信系统并且可以忽略传输延迟。

第一个同步步骤是对准时隙边界。本发明的每个设备具有其自己的内部时钟，该内部时钟独立于其他设备的时钟运行，并且包括目标设备在内的每个设备中根据其内部时钟确定其时隙的长度。目标设备通过简单地对其时隙时序应用适当的偏移，将其时隙的边界与对等组的边界对准。作为时间参考，即作为对等组的时隙的时序，目标设备能够对从对等组的信标信号的脉冲导出的所有时序取平均值，或者对除了最不一致的值之外的那些时序取平均值，或者根据一些加权因子取加权平均值，或者取技术人员可以设计的另一种计算参考。在任何情况下，这种对准能够随时间重新调整，例如，每个帧周期或每个FH序列周期，或者在另一个定期时间间隔或根据一些性能标准，例如当时序误差的标准偏差超过给定限制时。技术人员还能够指示适于更新时隙时序的多个其他标准。不同脉冲串可能具有的相对失准可以被容忍，只要保护时间(见上文)能够处理它们。

针对目标设备的第二同步步骤是设置对其循环目标帧间隔的时序。对于此设置，不存在来自其他设备的时序的约束，除了需要承载对等设备的信标信号的所有时隙在等于帧周期的时间间隔内(如在实践中预期的，如果相关信标信号使用的时隙基本上小于帧的时隙，则这是相当宽松的约束，如在当前说明性示例中那样)。在本发明的优选实施例中，设置目标帧的循环时间间隔，使得由对等组使用的时隙在目标帧的中心附近。然而，如技术人员可以理解的，也能够使用其他标准。

第三个同步步骤是对准FH序列的时序。如果FH序列是上面针对本发明的优选实施例所假设的类型(长度等于所使用的传输信道的数量)，则通过在时隙中将FH序列的步骤与对等组的设备使用的传输信道进行匹配，可以立即实现与FH序列的同步。在其他类型的扩展序列的情况下，这种同步可能更麻烦，但是技术人员知道实现它的方法，因为它们是现有技术的一部分。

如果在启用目标设备的警告功能之后或在进入新区域时，目标设备没有找到任何其他设备，则目标设备简单地通过以其自己的时序和给定的扩展序列开始发射其信标信号来创建新的对等组。

相反，如果目标设备找到多个对等组，则目标设备必须从它们中选出一个。可能的选择标准是：

-具有至少一个空闲时隙的对等组；

-具有最强信标信号的对等组；

-对于给定数量的最强信标信号，(例如，三个最强信标信号)得到最大发射能量总数的对等组；

-一些标准的加权组合；

-考虑到应用本发明的条件，技术人员可以设想的其他标准。

最后，目标设备选择用于发射其信标信号的时隙，目的是尽可能地将使用的时隙集中在短时间间隔内。如果没有传输资源可用于目标设备，则目标设备无论如何都加入对等组，停止发射其信标信号。换句话说，处理装置还被配置为执行以下任务：

-根据所述接收装置接收到的信号，确定传输资源的可用性；

-如果可用传输资源不足以传输所述信标信号，则停止传输信标信号。

在任何情况下，目标设备开始接收信标信号并处理它们以评估碰撞危险。

以上对本发明执行其主要任务的方式的描述总结在图6和7中所示的示例性流程图中。

图6的流程图根据以下主要步骤概述了用于评估碰撞危险的方法：

601开始；

602设置参数；特别是将变量Nr设置为零，变量Nr用于计算加入对等组的连续失败尝试的数量；

603接收数据和命令，包括用户命令和方法及其程序的先前执行结果；

604检查对等组从属关系；

605确定从属关系：如果设备与对等组没有正确的从属关系(例如，在先前的尝试中失败的从属关系，同步已经丢失)，则过程继续到步骤612，否则过程继续到步骤606；

606将Nr重置到零；

607通过至少分析接收到的信标信号的特性，评估碰撞危险；

608确定是否存在碰撞危险：如果存在碰撞危险，则过程继续到步骤609，否则过程继续到步骤610；

609输出关于碰撞危险的信息以启用报警装置；

610在过程继续到步骤611之前经过Iu延迟；该延迟用于使在步骤611执行的更新保持间隔；

611更新程序，通过该程序，过程更新其与对等组的从属关系。

下面还参考图8描述更新程序611；

612Nr递增：如果在步骤605处确定该设备与对等组没有正确的从属关系，则加入对等组的连续失败尝试的数量Nr递增；

613确定Nr>Mr：如果加入对等组的连续失败尝试的数量Nr已达到最大值Mr，则过程继续到步骤617，否则过程继续到步骤614；

614确定Nr>1：如果先前加入对等组的尝试没有失败(即，Nr＝1)，则过程继续到步骤616，否则过程继续到步骤615；

615Ir延迟，在尝试失败后重试加入对等组之前经过Ir延迟；

616加入对等组的程序，在下文中描述，还参照了图7；

617用于停止警告功能的信息，当在步骤613处确定出已经达到连续失败尝试的最大允许数量Mr时；

618方法结束。

总之，根据本发明的用于降低碰撞危险的方法包括以下阶段：

-接收阶段，在此期间，通过接收装置202接收由可能危险地接近第一设备111、112、121的第二设备111、112、12发射的第二信标信号131、132、133；

-检测阶段，其中，通过处理装置203检测至少所述第二信标信号131、132、133的至少一个特性；

-确定阶段，其中，通过处理装置(203)，基于所述第二信标信号的所述至少一个特性，确定第一信标信号131、132、133的至少一个特性；

-发送阶段，其中，通过发送装置201发射第一信标信号。

用于发现和加入对等组的发现方法可以如图7的流程图所描绘的那样，包括以下步骤：

701程序开始，由过程调用，以评估碰撞危险；

702通过扫描传输系统的所有传输信道来搜索信标信号；如果扩展序列是优选实施例所假设的类型，则目标设备在无线电信道中调谐，并且至少在一个帧周期上保持调谐，如上所述；

703确定找到信标信号：如果已经找到至少一个信标信号，则程序继续到步骤709，否则程序继续到步骤704；

704确定发射：如果停止目标设备发射信标信号(见步骤718)，则程序继续到步骤719，将相关信息返回到调用过程，然后结束720；如果没有停止发射信标信号，则程序继续到步骤705；

705检查传输信道占用率：识别适于发射信标信号的时隙并评估干扰电平；

706确定传输资源：如果目标设备不能发射信标信号，则程序继续到步骤719，否则程序继续到步骤707；

707创建仅包括目标设备的新对等组；

708由目标设备开始发射和接收；然后程序继续到步骤719；

709检测对等组：如果在步骤703处确定已找到一些信标信号，则目标设备检测有多少不同的对等组正在操作并识别属于它们中的每一个的信标信号；

710确定对等组的数量：如果仅找到一个对等组，则程序继续到步骤712，否则程序继续到步骤711；

711选择目标设备要加入的对等组；

712同步帧和FH序列，如上所述；

713确定发射：如果目标设备停止发射信标信号(见步骤718)，则程序继续到步骤717，否则程序继续到步骤714；

714确定传输资源：如果没有传输资源可用于目标设备的信标信号，则程序继续到步骤718，并且目标设备停止发射其信标信号，同时目标设备可以在步骤717开始或继续接收。如果时隙可用于目标设备，则程序继续到步骤715；

715选择时隙，目的是将使用的时隙集中在短时间间隔内；

716在所选时隙内开始或继续发射；

717开始或继续接收；

718由于没有可用的传输资源，停止发射；

719将程序输出数据返回给调用过程(可以是在移动终端111、112上运行的应用)；

720程序结束。

在报警场景中，在目标设备的接收范围内的报警设备可能随时间改变。特别地，从属于其他对等组的设备可能进入目标设备的接收范围，但是，在其正常操作期间，目标设备不能意识到它们，因为目标设备适合于仅接收随其对等组的时序跳跃的信标信号。然而，有时对于报警设备而言，可能方便的是，离开其当前的对等组并且加入包括更近的潜在障碍物的另一个对等组。为了允许报警设备检测来自不属于其对等组的设备的信标信号，本发明提供了一种更新程序，现在也参考图8来描述该更新程序。

更新程序基于使用两种交替的帧：常规目标帧和“探测帧”。

图8中示出了这两个帧的示例及其可能的交替，假设常规帧根据长度等于传输信道数量的FH序列跳跃(对于本发明的优选实施例，与上面假定的条件相同)。用该示例，探测帧(图8中的第一和第三帧)与一个常规帧(图8中的第二帧)交替。如果传输信道的数量是奇数，则报警设备在探测帧的整个周期内被调谐到给定探测信道，并且探测帧的数量至少等于传输信道的数量。如果传输信道的数量是偶数，则在数量至少等于传输信道的数量的一半的探测帧上，报警设备被调谐到与FH序列的第一步相对应的第一探测信道上，而在数量至少等于传输信道的数量的一半的其他探测帧上，报警设备被调谐到与FH序列的第二步相对应的第二探测信道上，如果所述第一步是偶数，则第二步应该是奇数，反之亦然。通过这种方式，报警设备能够查看所有传输资源(所有传输信道的所有时隙)并检测在其接收范围内的所有信标信号。

对于实际实施问题，将为与重新调谐相关联的瞬态分配一些时间间隔。考虑到通常对等组的信标信号不占用常规帧的所有时隙，这些时间间隔被包括在常规帧(图8中标记为“f”的时隙)内，以使探测帧的全部时间实际上用于检测信标信号。此外，因为在常规帧中目标设备在发送其自己的信标信号脉冲串时不能接收信号，所以当跳频的常规帧的频率与非跳频的探测帧的频率相同时，目标设备在三个连续帧(常规帧和两个非跳跃相邻探测帧)的时间间隔上保持调谐到相对应的信道，以便目标设备有机会查看该传输信道的所有时隙三次，除了目标设备用于发射其自己的信标信号的时隙之外，该时隙只能被探测两次，这是因为，在常规帧中，目标设备不能在发射信标信号的同时接收信号。注意，对等设备未使用的常规帧的时隙(例如，图8中的第二帧的时隙51)可以用于探测目的。

除了当常规帧采用与探测帧相同的传输信道时之外，在探测帧期间，报警设备不能检测来自其对等设备(即，其当前对等组的其他成员)的信标信号的任何特性，因此，对碰撞危险的评估而言，就好像帧周期翻倍，但如上所述，这可能是可接受的。类似地，在目标设备的探测帧期间，其他设备不接收来自目标设备的信标信号，但出于相同的原因，这也可能是可接受的。

如果翻倍的帧周期或探测程序所需的时间太长，则可以使用两个接收器并且并行化任务。此外，在不脱离本发明的基本思想的情况下，技术人员能够提出其他方式使探测帧和常规帧交替(例如，每两个常规帧一个探测帧，或反之亦然)，特别是在使用的FH序列的类型与上面假设的类型不同的情况下。

根据本发明的方法的所有阶段可以由移动设备(例如，移动电话、智能电话、平板设备、诸如智能手表、智能眼镜之类的可穿戴设备等)根据现有技术水平来执行。所述移动设备被配置为执行实施根据本发明的方法的所有阶段的软件；所述软件的指令集能够由制造商存储到所述终端的存储器中，或者能够经由通信网络从服务器下载(例如，通过互连网从诸如GoogleApp Store等的在线商店下载应用)，并且然后存储/安装在所述移动的设备的存储器中。

最后，根据本发明的设备和方法不仅能够用于避免用户和障碍物之间的碰撞，而且能够用于避免一般实体(例如，诸如电动独轮车、自平衡滑板车、自行车等的个人车辆)和障碍物之间的碰撞。

本说明书已经解决了可能的变型中的一些，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，也可以实施其他实施例，其中一些元件可以用在技术上等效的其他元件替换。因此，本发明不限于本文描述的解释性示例，而是可以在不脱离如下权利要求所述的基本发明构思的情况下，对等效部件和元件进行许多修改、改进或替换。

Claims

1.一种用于降低实体与至少一个障碍物之间的碰撞危险的设备，包括：

-发送装置，适于发射用于避免碰撞的第一信标信号，

-接收装置，适于接收至少第二信标信号，所述第二信标信号能够由可能危险地接近所述设备的其他设备发射，

-处理装置(203)，其与所述发送装置和接收装置信号通信，

其特征在于，

所述处理装置(203)被配置为-检测通过接收装置接收到的至少所述第二信标信号，

-检测至少所述第二信标信号的至少一个特性，

-基于所述第二信标信号的所述至少一个特性，确定所述第一信标信号的至少一个特性，

-通过发送装置发射所述第一信标信号，以降低碰撞危险，其中，所述第一信标信号的所述至少一个特性包括定义所述第一信标信号的时序的第一时序信息，并且所述第二信标信号的所述至少一个特性包括定义所述第二信标信号的时序的第二时序信息，其中，所述处理装置(203)被配置为基于所述第二时序信息确定所述第一时序信息，使得所述第一信标信号和第二信标信号不重叠，其中，所述第一信标信号的所述至少一个特性包括定义第一通信频带序列的第一信道信息，所述第一信标信号在所述第一通信频带序列中被发射，并且所述第二信标信号的所述至少一个特性包括定义第二通信频带序列的第二信道信息，所述第二信标信号在所述第二通信频带序列中被接收，以及

报警装置(204)，其适于产生报警信号，

其中，所述处理装置(203)还被配置为：

-检测通过所述接收装置接收到的所述第二信标信号的至少一个第二特性，

-基于检测到的所述第二信标信号的所述至少一个第二特性，确定是否可能发生碰撞，

-如果可能发生碰撞，则启用所述报警装置(204)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理装置(203)被配置为基于所述第二通信频带序列确定所述第一通信频带序列，使得所述第一通信频带序列和第二通信频带序列变得相同。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述处理装置(203)还被配置为通过接收装置接收由其他设备在第三通信频带序列上发射的至少一个第三信标信号，和/或其中，所述处理装置(203)还被配置为-基于所述第一信标信号和/或第二信标信号的所述至少一个特性识别设备组的集合，

-基于接收信息选择设备组，

-还基于所选择的设备组确定所述第一信标信号的所述至少一个特性。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，检测到的所述第二信标信号的所述至少一个第二特性包括信号强度，和/或

其中，所述处理装置(203)被配置为计算所述信号强度的时间演变，并且通过所述报警装置(204)，基于所述时间演变来确定对报警信号的发射，和/或

其中，所述第二信标信号包括用于识别障碍物的类型的障碍物信息，并且其中，所述处理装置(203)还被配置为通过所述报警装置(204)，基于所述障碍物信息来确定对报警信号的发射。

5.根据权利要求1所述的设备，包括交互装置，被配置为当与用户交互时产生交互信号，其中，所述处理装置(203)与所述交互装置信号通信，并且被配置为基于所述交互信号启用或停用对所述第一信标信号的发射和/或对所述报警装置(204)的启用。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述信标信号是超声波，并且所述处理装置(203)被配置为

-计算通过所述接收装置接收到的信标信号的频率和参考频率值之间的差异，

-基于所述差异计算接近的障碍物的速度，

-当接近的障碍物的速度大于阈值时启用报警装置，和/或其中，所述处理装置还被配置为-基于由所述接收装置接收到的信号确定传输资源的可用性，以及

-如果可用传输资源不足以发射所述第一信标信号，则停止发射所述第一信标信号。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述设备适于将警告信号和/或等效信号转发到能够输出可感测的警告信号的辅助设备。

8.根据权利要求3所述的设备，其中，所述接收信息是每组接收到的最强信标信号，或每组的平均/累积接收功率。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述辅助设备是手表和/或耳机。

10.一种用于降低实体与至少一个障碍物之间的碰撞危险的方法，包括：

-接收阶段，在此期间，通过接收装置接收第二信标信号，所述第二信标信号由可能危险地接近第一设备的第二设备发射，

其特征在于，所述方法还包括：

-检测阶段，其中，通过处理装置(203)检测至少所述第二信标信号的至少一个特性；

-确定阶段，其中，通过处理装置(203)，基于所述第二信标信号的所述至少一个特性，确定第一信标信号的至少一个特性；

-发送阶段，其中，通过发送装置发射所述第一信标信号，其中，所述第一信标信号的所述至少一个特性包括定义所述第一信标信号的时序的第一时序信息，在发送阶段期间，根据该时序发射所述第一信标信号，并且所述第二信标信号的所述至少一个特性包括定义时序的第二时序信息，在接收阶段期间，根据该时序接收所述第二信标信号，其中，在确定阶段期间，基于所述第二时序信息确定所述第一时序信息，使得所述第一信标信号和第二信标信号不重叠，其中，所述第一信标信号的所述至少一个特性包括定义第一通信频带序列的第一信道信息，所述第一信标信号在所述第一通信频带序列中被发射，并且所述第二信标信号的所述至少一个特性包括定义第二通信频带序列的第二信道信息，所述第二信标信号在所述第二通信频带序列中被接收，

其中，在检测阶段期间，通过处理装置(203)检测接收到的所述第二信标信号的至少一个第二特性，其中，在确定阶段期间，通过处理装置(203)，基于所述接收到的第二信标信号的被检测到的所述至少一个第二特性，确定是否可能发生碰撞，并且其中，所述方法还包括：

报警阶段，其中，如果可能发生碰撞，则通过报警装置(204)产生报警信号(151、152)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在确定阶段期间，基于所述第二通信频带序列确定第一通信频带序列，使得所述第一通信频带序列和第二通信频带序列变得相同。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在接收阶段期间，通过接收装置接收由其他设备在第三通信频带序列上发射的至少一个第三信标信号。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，还包括：

-识别阶段，其中，通过处理装置(203)，基于所述第一时标信号和/或第二信标信号的所述至少一个特性来识别设备组的集合，

-选择阶段，其中，通过处理装置(203)，基于接收信息选择设备组，

并且其中，在确定阶段期间，还基于所述第一信标信号的所述至少一个特性，确定所述第一信标信号的所述至少一个特性。

14.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，在接收阶段期间，基于由所述接收装置接收到的信号确定传输资源的可用性，并且如果可用传输资源不足以发射所述第一信标信号，则停止发送所述第一信标信号。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述接收信息是每组接收到的最强信标信号，或每组的平均/累积接收功率。

16.一种非暂时性计算机可读介质，其存储软件代码的部分，用于执行根据权利要求10至15中任一项所述的方法的阶段。