CN112204425A - 用于确定介质中的接收器的特性的方法和实施此方法的系统 - Google Patents

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CN112204425A CN201980035158.3A CN201980035158A CN112204425A CN 112204425 A CN112204425 A CN 112204425A CN 201980035158 A CN201980035158 A CN 201980035158A CN 112204425 A CN112204425 A CN 112204425A
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Abstract

用于确定接收器(20)的特性的方法，所述特性是检测和/或标识信息和/或位置信息，其中：a)由天线发射初级波；b)用多个参数集来控制可调节元件，以更改来自所述接收器的初级波和/或次级波的传播；c)保存所述天线所接收的信号；并且d)基于针对每个参数集接收的信号来确定所述介质中的所述接收器的所述特性。

Description

用于确定介质中的接收器的特性的方法和实施此方法的系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定介质中的接收器的特性的方法和系统，所述特性是所述接收器的检测信息和/或标识信息和/或位置信息。
背景技术
更具体地，本发明涉及一种用于通过在介质中传播波来检测、识别或定位接收器的方法。
存在许多用于这些应用的方法。
例如，根据用于检测/定位介质中的对象的第一技术，常规地使用天线阵列，所述天线阵列通过定向波束天线的机械旋转或通过借助于调节多个天线元件上的延迟和振幅权重倾斜波束(波束成形技术)来扫描介质的区域。另外，通过估计对象在其被发射的初级波照射后所反射的次级波的到达角度和飞行时间，由接收天线来确定对象的位置。
然而，由于雷达天线与介质中待检测、定位和/或识别的对象之间的多条路径，因此这一类型的雷达技术在包括混响的复杂介质中并且具体地在建筑物内部并不是十分有效。
例如，根据用于检测/定位介质中的对象的第二技术，使用在介质中的大量地点中存在对象的签名数据库，并且发射被对象反射成次级波的初级波，并且将次级波的保存的接收信号与数据库中的所有签名进行比较，以确定最类似于保存的接收信号的签名，以便检测、定位和/或识别介质中的对象。
但是，这一类型的技术仍然很复杂，因为所述技术通常需要存储包括大量频率的时间长度较长的信号以确保可靠的比较。尽管有此资源密集型学习，但此技术对介质中的变化以及先前保存的签名的不精确性较为敏感。
发明内容
本发明的目的是提供用于通过波传播来检测和/或定位和/或识别介质中的接收器的方法，所述方法更高效且更可靠。
为此，所述方法由系统实施，所述系统包括：
-天线，所述天线能够在所述介质中发射初级波，并且能够接收由于所述初级波以及由于在所述介质中所述接收器的存在而产生的次级波，
-多个可调节元件，所述可调节元件具有可以被更改以改变所述初级波发射和/或反射和/或透射的方式的阻抗，以及
-控制器，所述控制器连接到所述天线和所述可调节元件，并且基于参数集来控制所述可调节元件的状态。
另外，所述接收器能够响应于接收所述初级波而有源地发射所述次级波。
所述方法的特征在于，所述系统：
a)使所述天线发射初级波，
b)在至少一个探测周期期间连续用多个参数集来控制所述可调节元件，每个参数集与先前的参数集不同，以便更改由所述天线发射和/或接收波的期间所述初级波和/或所述次级波的传播，
c)存储在所述探测周期期间由所述天线接收的信号，并且
d)基于针对每个参数集接收的信号来确定所述介质中的所述接收器的所述特性。
由于所述可调节元件以及其用多个参数集进行的连续控制，因此所述方法允许获得从接收器接收的相同的多个信号，这些信号包括用于检测、定位和/或识别介质中的接收器的大量信息。
此方法比天线阵列技术更简单并且比签名检测技术更准确，因为具有不同参数的多个实验允许对介质中的接收器进行多次不同的观察。
在根据本发明的方法的各个实施例中，可能可以使用以下布置中的一种或多种布置。
根据一方面，所述控制器计算接收信号的平均值或从接收信号计算出的值的平均值，以确定所述接收器的所述特性。
根据一方面，所述多个参数集是随机序列。
根据一方面，所述多个参数集是先前保存的序列。
根据一方面，所述多个参数集是一次改变少量可调节元件的序列，所述少量小于所述系统的可调节元件的10％，并且所述控制器基于更高振幅的保存信号和对引起此更高振幅的可调节元件的定位的了解来确定特性。
根据一方面，对所述可调节元件的控制以大于阈值速率例如每秒10次的速率进行。
根据一方面，所述控制器将针对所述多个参数集接收的信号与预定信号的存储的数据库进行比较，所述数据库包含与所述预定信号相关联的所述接收器的所述特性。
根据一方面，所述预定信号包括单个频率。
根据一方面，所述系统进一步包括具有预定特性的参考接收器，并且所述控制器将针对所述多个参数集接收的信号与针对那些参考接收器的预定信号的存储的数据库进行比较，所述数据库包含与所述参考接收器的所述预定信号相关联的每个参考接收器的预定特性，并且所述接收器的特性是通过确定所接收的信号与所述参考接收器的预定信号之间的最高可能性的比较来确定的。
根据一方面，定期更新所述参考接收器的预定信号。
根据一方面，所述控制器包括用于所述天线和/或所述可调节元件使得所述初级波聚焦在一个或多个参考接收器周围的控制逻辑，并且在执行步骤a)到d)之前，将所述初级波聚焦在所述参考接收器周围。
根据一方面，用所述多个参数集定期测量从所述参考接收器接收的信号，并且仅将最相干的接收信号存放在所述数据库中。
根据一方面，所述控制器在每个接收信号中使用所述接收器所包含的至少一个数据项，所述数据项对应于所述天线与所述接收器之间的传播信道传递函数的水平和/或质量和/或估计。
根据一方面：
-用于所述可调节元件的所述多个参数集包括第一参数集和第二参数集，所述第二参数集对应于相对于所述第一参数集π弧度的相移，
-所述控制器在接收信号中解码与所述第一参数集相对应的第一数据项和与所述第二参数集相对应的第二数据项，所述第一数据项和所述第二数据项对应于所述接收器所接收的波的水平，并且
-所述接收器的所述特性根据作为所述第二数据项与所述第一数据项之差的第一计算值ψ1来确定，换句话说：
ψ1＝(I2-I1)
其中
ψ1是所述第一计算值，并且
I1和I2分别是所述第一数据项和所述第二数据项。
根据一方面：
-用于所述可调节元件的所述多个参数集包括第一参数集、第二参数集、第三参数集和第四参数集，所述第二参数集对应于相对于所述第一参数集π/2弧度的相移，所述第三参数集对应于相对于所述第一参数集π弧度的相移，并且所述第四参数集对应于相对于所述第一参数集3.π/2弧度的相移，
-所述控制器在接收信号中解码与所述第一参数集相对应的第一数据项、与所述第二参数集相对应的第二数据项、与所述第三参数集相对应的第三数据项和与所述第四参数集相对应的第四数据项，所述第一数据项、所述第二数据项、所述第三数据项和所述第四数据项对应于所述接收器所接收的波的水平，并且
-所述接收器的所述特性根据如下第二计算值ψ2来确定：
ψ2＝(I3-I1)+i(I4-I2)
其中
ψ2是所述第二计算值，并且
I1、I2、I3和I4分别是所述第一数据项、所述第二数据项、所述第三数据项和所述第四数据项，并且
i是虚数单位。
根据一方面：
-所述控制器在接收信号中解码与所述天线与所述接收器之间的传播信道传递函数的估计相对应的数据项，并且
-所述接收器的所述特性根据如下第三计算值m(ω)来确定：
Figure BDA0002796978590000051
其中
m(ω)是所述第三计算值，
A(ω)是作为角频率ω的函数的传递函数，
d()/dω是关于角频率的导数算子，并且
()*是复共轭算子。
根据一方面，所述接收器的所述特性根据若干计算量的平均值或点积或组合或函数来确定，所述计算量为第一计算量或第二计算量或第三计算量。
本发明的另一个目的是提供用于确定介质中的接收器的特性的系统。所述特性是此接收器在所述介质中的检测信息和/或识别信息和/或位置信息。
为此，所述系统包括：
-天线，所述天线能够在所述介质中发射初级波，并且能够接收由于所述初级波以及由于在所述介质中所述接收器的存在而产生的次级波，
-多个可调节元件，所述可调节元件具有可以被更改以改变所述初级波发射和/或反射和/或透射的方式的阻抗，以及
-控制器，所述控制器连接到所述天线和所述可调节元件，并且基于参数集来控制所述可调节元件的状态。
另外，所述接收器能够响应于接收所述初级波而有源地发射所述次级波。
所述系统的特征在于，所述系统(1)：
a)使所述天线发射初级波，
b)在至少一个探测周期期间连续用多个参数集来控制所述可调节元件，每个参数集与先前的参数集不同，以便更改由所述天线发射和/或接收波的期间所述初级波和/或所述次级波的传播，
c)存储在所述探测周期期间由所述天线接收的信号，并且
d)基于针对每个参数集接收的信号来确定所述介质中的所述接收器的所述特性。
在根据本发明的系统的各个实施例中，可能可以使用以下布置中的一种或多种布置。
根据一方面，所述可调节元件是单个表面或多个表面的一部分。
根据一方面，所述接收器通过发射包含存储在所述接收器中的数据项的次级波来响应所述初级波，并且所述控制器处理接收信号以解码所述数据项并确定此特性。
根据一方面，所述接收器是连接到无线计算机网络的对象，并且所述初级波和所述次级波是所述无线网络的发射和/或接收。
根据一方面，所述计算机网络是蓝牙、WiFi或GSM类型网络。
根据一方面，所述接收器是RFID类型标记，并且所述次级波包括识别所述接收器的至少一个数据项。
根据一方面，所述可调节元件是独立于所述天线的元件，并且所述可调节元件改变所述初级波反射和/或透射的方式。
根据一方面，所述可调节元件是所述天线附近的漫射器，并且所述可调节元件改变所述天线发射和/或接收所述初级波的方式。
根据一方面，所述可调节元件是所述天线的天线元件，并且用可调节相位进行控制。
根据一方面，所述可调节元件在所述介质中的移动装置上。
附图说明
参考附图通过以下对作为非限制性实例给出的本发明的实施例中的至少一个实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
在附图中：
-图1示出了适合于实施根据本发明的方法的系统的第一实施例；
-图2示出了适合于实施根据本发明的方法的系统的第二实施例。
在各个附图中，相同的附图标记指代相同或类似的元件。
具体实施方式
本发明涉及一种用于检测和/或定位和/或识别介质中的接收器的方法，具体地通过在此介质中发射/接收波。此波被称为初级波并且本质上可以是电磁的、声学的或振动的。
为了简单起见，将主要在电磁波，具体地无线传输类型的电磁波的应用中描述本发明，例如：
-电磁能的传输，或
-GSM、3G、4G、5G移动电话服务，或
-WiFi、蓝牙类型无线网络，或
-所连接对象之间的网络，
例如iOT，或
-RFID类型标记阅读器，或
-通过无线电波具有无线连接的装置之间的任何其它无线传输。
然而，本发明适用于任何波频域。
所述方法例如通如图1中示意性地表示的系统1来实施。
介质M包括接收器20，此接收器20是例如对介质M中的波场有影响的对象或装置。
此接收器是有源类型的，从而意味着所述接收器本身能够在介质中发射波。实际上：
-接收器本身能够在介质M中发射电磁波，
-或者接收器能够更改到达接收器的入射电磁波；例如，接收器能够将此入射波转换为另一个发射波(例如，通过更改入射波的频率)。
此有源接收器20因此与内部操作有关地对电磁波作出响应：内部处理或内部更改。因此，此接收器20包括给予其有源装置状态的内部逻辑。
此接收器20因此不是无源的，内部更改对应于具有未被所述对象有源地更改的电磁响应的大多数对象(无源的)。这种响应仅是对象的材料和形状的功能，而不是对象的任何内部逻辑或操作的功能。
另外，此接收器20可以由或可以不由能量源供电。任选地，接收器20从接收波中以及任选地从系统用来检测和/或识别和/或定位所述接收器的初级波中提取能量来为自身供电。
系统1包括：
-被称为发射器30的第一装置，所述第一装置至少能够在波传播介质M中发射初级波40并且可能相反地在此介质M中接收初级波，以及
-被称为波形整形装置10的第二装置，所述第二装置能够在接收器20处更改对由发射器30发射并作为所发射初级波43接收的初级波40的接收。
发射器30和波形整形装置10这两个装置通过链路LR连接。根据已经提到的协议中的一个协议，链路LR是例如数字链路以及例如有线链路(例如，以太网)或计算机或电话类型无线链路。
发射器30和波形整形装置10可以被集成在相同的壳体或分开的壳体中，如图2所示。有利地，发射器和波形整形装置将处于分开的壳体中，以便将发射器30定位在适合于应用的位置中并将波形整形装置10定位在适合于介质M的容积和其环境的位置中。
可替代地，系统1可以包括若干相同的或不同的波形整形装置10，每个波形整形装置通过链路连接到发射器30，这使得可以改善所述波形整形装置对接收器20所接收的所发射初级波43的影响。
发射器30是无线发射装置，所述无线发射装置包括：
-发射在介质M中传播的初级波40的天线32，所述天线32可能也相反地接收波，以及
-控制所述天线32并通过链路LR连接到波形整形装置10的通信单元31。
天线32可以任选地由若干独立的天线元件构成，每个独立的天线元件使得能够发射和/或接收独立的信号，这允许通过如例如相控阵天线类型的多波束聚焦等各种技术或任何其它技术来增加信道的数量并改善对检测和/或识别和/或位置特性的确定。
当然，具有发射器30和波形整形装置10的不同系统架构是可以的并且是本领域技术人员可及的，具体地在系统的功能的分布和/或集成方面是可以且可及的。
接收器20以所发射初级波43的形式直接地和/或通过在介质(环境)的元件上的反射间接地接收来自发射器30的天线32的初级波，所述所发射初级波是所有这些直接或间接路径的贡献的组合。
波形整形装置10包括：
-将入射的初级无线电波41反射为反射波42的可调谐(电磁)表面11，波在相同的介质中传播，以及
-连接到可调谐(电磁)表面11以控制所述可调谐表面11，具体地以改变其(电磁)阻抗的控制器12，所述控制器改变了入射波41反射为反射波42的方式。
因此，波形整形装置10的目的是在包含此接收器20和波形整形装置10的区域内改变接收器20对初级波的接收。此波形整形装置10例如在具有大量和/或复杂的波反射的环境中有用，所述反射干扰接收器20的接收。波形整形装置10产生被控制以改变接收器20接收的另一次反射。
相反地，在波形整形装置10的范围内，介质中接收器20的存在和作用影响此波形整形装置10。
因此，波形整形装置10在接收器20的范围内并且在发射器30的范围内，即，在使得能够接收非零入射波41的距离处并且在使得能够接收非零发射波贡献43的距接收器20一定距离处。这取决于距离，但也取决于如上文所解释的传播介质(多次反射)。
波形整形装置10将发射器30所发射的入射波41或另一个波形整形装置所反射30的入射波反射为反射波42。然后，以非常简化的方式，反射波42也在介质中传播，例如朝接收器20传播，其中反射波对所述接收器20所接收的初级发射无线电波43有贡献。
另外，波形整形装置10可以由或可以不由能量源供电。任选地，波形整形装置10从接收波中以及任选地从由发射器30的天线32发射并由系统用来检测和/或识别和/或定位有源接收器20的初级波中提取能量来为自身供电。
可调谐(电磁)表面11可以以多种方式构造。
美国专利第6,538,621号示出了一种电磁表面的实例，其中阻抗是可调谐的或可更改的。此电磁表面11包括多个谐振器元件，每个谐振器元件是可调节的。此文献的电磁表面11包括位于距接地平面一定距离处的板元件，相邻的板元件通过可变电容器连接到彼此，每个可变电容器能够通过控制电压来操纵。因此更改了电磁表面的阻抗，例如以聚焦反射波42或给予反射波42空间方向。任选地，电磁表面11由多个单元组成，每个单元包括两个不同的谐振器元件。
专利第WO 2015/039769号引用并示出了可以用于具有可调谐阻抗的电磁表面中的其它类型的谐振器元件：
-可变二极管可以代替可变电容器，
-谐振器元件可以具有单个极化类型或两个极化类型，任选地以交替方式分布在表面上，
-谐振器元件具有一个或多个谐振频率以控制预定的频带，
-谐振器元件是具有例如通过经过更改的波的相位或振幅的变化来限定的两个状态的二进制元件。
已知的谐振器元件的许多变化可以用于形成具有可调谐阻抗的电磁表面11。
因此，可调谐表面11的谐振器元件的状态由波形整形装置10的控制器12所限定的参数集来限定。
波形整形装置10的控制器12例如控制电磁表面11的所有可调节元件(例如，可变二极管或电容)，这使得可以改变电磁表面的阻抗。此变化比空间方向性或聚焦要复杂得多。控制器改变了第一传播信道C1的无线电波在波形整形装置10周围直到接收器20的区域中的空间分布。
在专利WO 2015/039769中，波形整形装置10包括用于连接到接收器20(移动电子装置)以及用于检索来自此接收器20的此发射装置的导频波中含有的信息的发射装置，此信息可能是发射器(网络站或接入点)与接收器(移动电子装置)之间的通信水平或质量。这使波形整形装置独立于初级波的来源。
相比之下，在本专利申请中，波形整形装置10通过链路LR连接到通信单元31并由所述通信单元控制。因此，整形装置10依赖于通信单元31并且是系统1的一部分。
最后，系统1或波形整形装置10或仅可调谐表面11可以直接集成到建筑物构造元件中：煤渣块、砖、绝缘件、绝缘板、石膏灰胶纸夹板或其它某个元件。
系统1或波形整形装置10或仅可调谐表面11还可以直接集成到建筑物覆盖元件中：镶木地板、地毯地板、瓷砖地板、装饰面板、墙衬、天花板、假天花板面板或其它某个元件。
系统1或波形整形装置10或仅可调谐表面11还可以直接集成到家具元件中：桌子、橱柜、架子单元、架子、镜子、装饰画、灯、如收银机抽屉等容器。
系统1或波形整形装置10或仅可调谐表面11还可以直接集成到在建筑物内或室外可移动的运输元件中：用于运输货物的汽车、卡车、飞机、拖车、手推车、运货马车。
此元件至少包括反射装置或整个波形整形装置10的可调谐表面11。所述元件可以从外部供电或者包括电池或者可以连续地通过感应来远程供电。
在本专利申请中，接收器20接收经过更改的所发射无线电波43(源自反射波42)；介质中仅存在此接收器产生了次级波44，所述次级波是发射的无线电波43的反射和/或透射。此次级波44具有物理特性，所述物理特性是以下功能：由接收器20接收的所发射无线电波43的接收，换句话说，天线32与接收器20之间的无线电接收。
所述物理特性是接收器20的此接收的一种签名。
将通过在接收器20处接收初级波而产生的次级波44传播回发射器30的天线32，并且发射器测量所得的波。
上述系统1包括波形整形装置10，所述波形整形装置包括能够改变一组所述可调节元件反射和/或透射初级波的方式的可调节元件。这改变了此组可调节元件的(电磁)阻抗。
因此，在这点上，波形整形装置10包括无源类型的可调节元件，从而意味着可调节元件不耗散能量或耗散很少的能量来改变电磁阻抗。此无源变化改变了初级波在介质中的反射和/或透射。可调节元件则是独立于天线32的元件，所述元件在没有初级波的情况下不发射波。可调节元件更改了初级波在介质中反射和/或透射的方式。
所述方法任选地由与上述系统1略有不同的系统1来实施。
例如，波形整形装置10被集成到来源即发射器30中。
根据一个变体，通过参数集控制的可调节元件可以是如专利申请第WO 2008/007024号中描述的金属漫射器等可调节元件。这种元件是将所述一个传播波转化为消逝波的元件。元件被定位成靠近天线即发射器30的天线32并更改此天线32的属性。具体地，这些漫射器的距离可以小于初级波的波长并且可能处于小于初级波长除以十的距离。漫射器中的每个漫射器然后与可调节电子组件电耦接以形成本发明的可调节元件。这些可调节元件仍然是无源元件，但是这些可调节元件是电磁耦接到这些可调节元件所影响的有源天线元件的元件。因此，在此变体中，这些可调节元件是天线附近的漫射器，并且这些可调节元件改变了天线32发射和/或接收初级波的方式。
根据一个变体，通过参数集控制的可调节元件可以是相控阵天线(天线32)的天线元件，并且参数集相对于公共参考来调节每个天线元件(可调节元件)的相位。在此情况下，可调节元件是有源元件，所述有源元件意指辐射能量以产生在介质中传播的波的元件。
最后，系统1可以是介质M中的移动装置。任选地，发射器30在介质M中可移动，和/或波形整形装置10在介质M中可移动。由于此移动性，接收器的检测和/或识别和/或位置特性得以更充分地确定。
发明人已经观察到，对次级波的此测量是使得可以比不包括波形整形装置10的现有技术的系统更快且更精确地检测和/或识别和/或定位接收器20并通过以下描述的特定方法这样做的信号。
根据本发明的方法，系统1：
a)使发射器30的天线32发射初级波，
b)在至少一个探测周期P期间连续用多个参数集来控制波形整形装置10的可调节元件，每个参数集与先前的参数集不同，以便更改天线32发射和/或接收波的期间初级波和/或次级波的传播，
c)存储在所述探测周期P期间由天线接收的信号，并且
d)基于针对每个参数集接收的信号来确定介质中的接收器的特性。
例如，在一段时间的探测周期P期间，系统将控制可调节元件的参数集改变N次，以便将可调谐表面11的阻抗更改N次。N是大于2的正自然数。N优选地大于10，使得许多参数集得以应用。任选地，此数字N大于20，以便增加参数集的数量和介质M中的实验的数量并因此提高对特性的确定的准确性。
实际上，此方法通过连续改变控制可调谐表面11的可调节元件的参数集若干次来执行介质的多次实验。因此，此方法改变了可调谐表面11的阻抗若干次。
因此，此方法改变了波在介质中的传播，并且具体地，此方法改变了多个间接路径，而最直接的路径保留下来。具体地，对于所有实验，保留了天线32与接收器20之间的直接路径，使得所述直接路径在估计接收器20的特性中的贡献是突出的。
在每个实验中(即，对于每个参数集，即，可调谐表面11的每个阻抗)，来自接收器20的返回信号由系统1保存，这允许进行处理以消除不那么直接的路径，即，以便确定所有实验所共有的主要传播路径并且主要确定天线32与接收器20之间的直接路径。
系统处理信号，以便例如使用如在现有技术的方法中应用的处理但基于系统针对所述多个参数集接收的信号来应用与期望的特性(检测、识别或位置)相对应的处理。
根据一个变体，步骤d)中对特性的确定包括针对接收信号的相关性计算，例如，以提取这些接收信号所共有的分量并确定接收器20的特性。
根据一个变体，步骤d)中对特性的确定包括针对接收信号的统计计算，例如，以提取这些接收信号所共有的先验信息并确定接收器20的特性。
例如，检测特性可以基于对大于预定阈值的接收信号的检测。因此，如果接收信号超过此预定阈值，则检测接收器20，否则未检测所述接收器。
例如，检测和/或识别和/或位置特性可以基于天线32所接收的每个信号(如在发射初级波之后返回的)与特定签名(即，已知的接收器20的先前保存的预期返回信号)的比较。比较被理解为意指两个信号之间和/或接收信号与签名信号(或参考信号)之间的任何相干性过程。例如，如果信号之间的相干性大于预定阈值，则比较导致检测接收器20，否则，导致未检测。
例如，接收器的检测和/或识别和/或位置特性可以基于天线32所接收的每个信号(如在发射初级波之后返回的)与保存的预定信号数据库的比较，所述数据库包括接收器20针对每个预定信号的预定检测和/或识别和/或位置特性。因此，通过进行所有比较并确定具有最高可能性的最高级比较，将数据库的预定信号确定为最接近接收信号。此过程类似于相关性计算。并且，确定的接收器特性是分配给具有最高可能性的预定信号的预定特性。
基于若干参数集来有利地填充预定信号的此数据库。然后，如方法的步骤d)中所解释的，根据所有参数集的可能性结果来确定接收器的特性。因此，确定的接收器特性是分配给一些或所有参数集可能中可能性最大的预定信号的预定特性。
然后，这些布置允许考虑介质随时间推移的变化或漂移以及例如由可调谐表面11引起的改变和/或针对所述变化或漂移以及所述改变具有鲁棒性。
任选地，系统1进一步包括放置在介质M中的具有预定特性的参考接收器。换句话说，介质包括已知的参考接收器的分布，即，为此，将此参考接收器的检测/识别/位置特性与对应于所述参考接收器的预定信号中的每个预定信号相关联地保存在数据库中。此预定特性包括介质中的标识符和/或定位(例如在系统校准或学习步骤期间针对系统预先确定的)。
然后，控制器12将针对所述多个参数集接收的信号与这些参考接收器的预定信号(例如，在校准步骤期间由这些参考接收器接收的信号)的数据库进行比较。此数据库还包括与所述参考接收器的预定信号相关联的每个参考接收器的预定特性。
通过这些参考接收器，可以定期更新数据库：用多个参数集定期测量参考接收器的预定信号。例如，仅将与先前的接收和验证的信号(预定信号)最相干的接收信号或仅将彼此最相干的接收信号作为新的预定信号存放在数据库中。
由于参考接收器的此布置，可以遵循介质随时间推移的变化或漂移，并且具体地遵循接收的参考信号的变化或漂移。相比之下，在校准阶段期间，参考接收器的标识符和定位与预先确定相比保持不变。如果将一些参考接收器移动、添加或删除，则必须通过另一个过程如在校准阶段期间更新数据库。
任选地，数据库包括与参考接收器无关的预定信号和与参考接收器相对应的预定信号；可以定期更新与参考接收器相对应的这些预定信号。然后，所述方法使用一些或所有所述数据库来确定接收器的特性。具体地，可以仅选择数据库的一部分来确定接收器的特性，具体地例如基于参数集的接近参数的目标值或接近特性(如介质中针对位置的空间定位)的目标值的值。
另外，控制器12可以包括用于天线32使得初级波聚焦在一个或多个参考接收器周围的控制逻辑，这使得可以在系统将初级波聚焦于的所述参考接收器周围搜索接收器20(未知接收器)。因此，天线32是例如由允许例如通过波束成形来聚焦的相控阵类型的若干独立天线元件构成的天线。然后，方法/系统在执行步骤a)到d)以检测/识别/定位在参考接收器周围的所述区域中的接收器之前将初级波聚焦在参考接收器周围。
任选地，用于控制天线32的控制器12的逻辑驱动如上文中的天线元件，但是也驱动一些可调节元件或所有可调节元件，使得初级波聚焦在一个或多个参考接收器周围，这使得可以在系统(天线和可调节元件)正将初级波聚焦于的所述参考接收器周围更高效地搜索接收器20(未知接收器)。如上文中所述的，天线32因此是例如具有用于执行波束成形的多元件的相控阵天线。然后，方法/系统在执行步骤a)到d)以检测/识别/定位介质M中的在参考接收器周围的区域内的接收器之前将初级波聚焦在参考接收器周围。
然后，确定的接收器的特性可以是聚焦围绕的一个或多个参考接收器的一个或多个预定特性的函数。具体地，取决于从接收器20接收的信号，接收器的特性可以是或可以不是所述参考接收器的参考特性的线性组合。
然后可以一个接一个地聚焦在参考接收器周围或者仅聚焦在这些参考接收器的子列表聚焦。
例如，识别特性包含在天线32所接收的信号(如在发射初级波之后返回的)中的每个信号中。换句话说，接收器20包括存储有识别数据项的存储器，并且接收器将此识别数据项与所发射的次级波44一起传输。然后，系统1针对每个接收信号解码此识别数据项。任选地，接收器20因此具有RFID标记，所述RFID标记通过发射具有所述接收器的识别数据项的次级波44来响应初级波40。
对所接收的多个识别的处理(例如通过比较)允许确定最可能的识别和/或多个接收器，每个接收器具有不同的识别数据项。
例如，通过估计由于介质M中接收器20的存在而产生的次级波的到达角和/或飞行时间来确定位置特性。任选地，天线32包括多个天线元件，并且每个天线元件所接收的信号集使得可以改善对接收器20的位置特性的估计。
例如，使用返回的次级波44中包含的数据项来确定检测和/或识别和/或位置特性。在用于例如通过GSM、WiFi或蓝牙与无线电接收器20通信的某些应用中，接收器20将关于其所接收的初级波的接收以及例如天线32与接收器20之间的传播信道C1传递函数的水平和/或质量和/或估计的信息引入到其发射中。然后，系统1被适配成解码接收信号并从信号中提取此信息。然后，此信息允许估计例如天线32与接收器20之间的距离并且因此允许确定接收器20在介质M中的位置。
因此，控制器12可以在接收器20所接收的信号中的每个信号中使用所述接收器所包含的至少一个数据项，此数据项可能对应于接收器20接收初级波的水平(振幅或强度)和/或接收器20接收初级波的质量和/或天线32与接收器20之间的传播信道传递函数的估计。
根据第一变体，系统1(例如，控制器12或通信单元31)计算天线32所接收的信号的平均值，以确定平均信号并由此平均信号确定接收器20的特性。因此，系统直接计算天线32所接收的信号的平均值，以确定接收器20的特性。
可替代地，系统1计算从天线32所接收的信号计算出的值的平均值，以确定接收器20的特性。因此，系统间接计算天线32所接收的信号的平均值，以确定接收器20的特性。
根据第二变体，探测周期P的持续时间较短并且例如小于或等于返回的初级波40和/或次级波44的持续时间。这意味着参数集在初级波和/或次级波的传播期间至少改变了若干次。因此，由天线32接收并被存储的信号考虑了所述多个参数集考，即，多个阻抗。
此第二变体以类似的方式实施了第一变体的等效形式，而不使用系统的任何计算资源。然后，系统1直接处理天线32所接收的信号，以确定接收器20的特性。
可调谐表面11的阻抗的更改速率C是参数集的数量N除以探测周期P的持续时间，即，C＝N/P。例如，此速率C大于阈值速率，所述阈值速率是例如每秒100次以具有非常快速的阻抗变化或者是每秒10次以具有简单地快速变化。
根据一个变体，所述多个参数集是随机序列，从而意味着：
-参数集的值是相对于彼此的随机值，即，可调节元件的状态相对于彼此是随机的，并且
-与可调节元件相对应的参数集的值相对于先前的参数集或与此相同可调节元件相对应的任何其它参数集的值是随机的。
根据一个变体，所述多个参数集是先前保存的序列，从而意味着所述多个参数集是一旦序列完全播放完就重播的值的集合。
以此方式，系统1随时间推移以随机或准随机的方式改变可调谐表面11的阻抗，这使得可以改变初级波和次级波在介质中的传播路径。
根据一个变体，所述多个参数集是这样的序列：其中在每个步骤中更改少量可调节元件的状态，从而意味着参数集仅与先前参数集相差与可调谐表面11的这些可调节元件相对应的几个值。低数量例如小于系统1的可调节元件的总数的10％。任选地，此低数量减少到只有一个：通过参数集中的仅一个值来更改仅一个可调节元件。
利用这一类型的参数集，可以简化对接收信号的处理。
具体地，在用于定位接收器20的处理的情况下，并且如果已知表面20的每个可调节元件的空间定位，则接收信号的振幅和/或飞行时间使得可以例如估计接收器20与可调节元件中的每个可调节元件之间的距离。这些距离允许推断接收器20在介质M中的空间定位，所述空间定位意指接收器在介质M中的位置。
根据一个变体，系统1从每个接收信号中提取单个频率分量，并且由于多个接收信号，即，例如针对可调谐表面11的每个参数集或阻抗的信号，系统1然后能够根据上文所解释的处理实例中的一个处理实例来确定接收器20的特性(检测和/或识别和/或位置)。
现在，我们将详细描述方法/系统的一些变体，在所述变体中，接收器20将与其对初级波的接收相对应的数据项插入到发射的初级波43中。
根据第一变体，数据项对应于接收器20所接收的波的水平，所述水平意指波的强度。
在探测周期期间，控制器12使用两个参数集：第一参数集和第二参数集，所述第二参数集对应于可调节元件相对于第一参数集的相位偏移π弧度的相位调节。这意味着可调节元件的反射和/或透射波的相位在第一参数集与第二参数集之间改变了π弧度。
接着，控制器12在接收信号中解码与第一参数集相对应的第一数据项I1和与第二参数集相对应的第二数据项I2，第一数据项和第二数据项因此对应于接收器响应于每个参数集(第一参数集和第二参数集)而接收的波的水平；换句话说，第一数据项I1对应于具有第一相位的水平，并且第二数据项I2对应于相对于第一相位具有π弧度的相移的水平。
然后由控制器12基于第一计算值ψ1来确定接收器20的特性，所述第一计算值是第二数据项I2与第一数据项I1之差，换句话说：
ψ1＝(I(π)-I(0))＝(I2-I1)。
接收器的确定的特性可以是在介质中的检测和/或识别和/或位置。
然后例如基于从多个参数集的解码数据计算出的若干第一计算量ψ1来确定接收器的特性，这些参数集包括若干对第一参数集和第二参数集，每对使得可以如先前公式中所解释的计算第一计算值ψ1。
例如，接收器的特性可以由从含有第一参数集和第二参数集的每对参数集计算出的第一计算量ψ1的平均值或点积或组合或函数来确定。
根据第二变体，数据项还对应于接收器20所接收的波的水平，所述水平意指波的强度。
在探测周期期间，控制器12使用四个参数集：第一参数集、第二参数集、第三参数集和第四参数集。
第二参数集对应于可调节元件相对于第一参数集偏移π/2弧度的相位调节，第三参数集对应于可调节元件相对于第一参数集偏移π弧度的相位调节，并且第四参数集对应于可调节元件相对于第一参数集偏移3.π/2弧度的相位调节。这意味着从可调节元件反射和/或透射的波的相位改变了对应的角度。
接着，控制器12在接收信号中解码与第一参数集相对应的第一数据项I1、与第二参数集相对应的第二数据项I2、与第三参数集相对应的第三数据项I3和与第四参数集相对应的第四数据项I4。第一数据项、第二数据项、第三数据项和第四数据项分别对应于接收器针对对应的参数集所接收的波的水平。
接收器的特性然后由控制器12根据通过以下公式计算出的第二计算值ψ2来确定：
ψ2＝(I(π)-I(0))+i(I(3π/2)-I(π/2))＝(I3-I1)+i(I4-I2)
i是虚数单位。
确定的特性可以是在介质中的检测和/或识别和/或位置。
接收器的特性然后例如基于从针对多个参数集的解码数据计算出的若干第二计算量ψ2来确定，这些参数集包括如上文所限定的四个参数集的组。
例如，接收器的特性可以通过从四个参数集的每个组计算出的第二计算量ψ2的平均值或点积或组合或函数来确定。可以泛化至更大量的参数集。
根据第三变体，数据项对应于天线32与接收器20之间的传播信道传递函数，这具体地使得可以在此基础上进行估计时获得此传递函数的振幅和相位或此传递函数的实数部分和虚数部分。
在探测周期期间，控制器12在接收信号中解码与天线32与接收器20之间的传播信道传递函数(A(ω))的估计相对应的数据。在此情况下，发射器30和接收器20使用多频传播信道C1或具有预定带宽的信道用于初级波40，使得可以至少在多个角频率ωi下估计传递函数，其中角频率ωi等于2.π.fi，并且fi是传递函数的估计频率中的一个估计频率。
接收器的特性然后由控制器12通过以下公式根据第三计算值m(ω)确定：
Figure BDA0002796978590000221
其中
A(ω)是作为天线32与接收器20之间的角频率ω的函数的传递函数，
d()/dω是关于角频率的导数算子，并且
()*是复共轭算子。
第三计算值的计算可以通过前述公式的任何其它类似或等效公式化来进行，具体地用于计算关于角频率的导数。
确定的特性可以是在介质中的检测和/或识别和/或位置确定。
接收器的特性然后例如基于从针对多个参数集的解码数据计算出的若干第三计算量m(ω)来确定。
例如，接收器的特性可以由从各个参数集计算出的第三计算量m(ω)的平均值或点积或组合或函数来确定。
在本发明的变体和实施例中，可以重复初级波的发射，以便增加接收信号的数量并改善对接收器20的特性的确定，无论此特性是检测和/或识别和/或位置。
最后，根据本发明的系统和/或方法具体地在以下应用中。
根据第一应用，方法和系统适合于例如RFID标签或标记类型的一个或多个接收器20的检测和/或识别和/或位置，并且可调节元件是如在本说明书中所解释的无源类型。这些可调节元件独立于发射初级波的天线32。
有利地，本应用的可调节元件放置在适合于介质M的容积的一个或多个位置处并且可能分布在介质的容积内。
在此第一应用中，所述方法/系统确定所述介质中的接收器20的特性，此特性是所述接收器20的检测信息和/或标识信息和/或位置信息，所述方法由系统1实施，该系统1包括：
-天线32，所述天线能够在所述介质中发射初级波，并且能够接收由所述初级波以及由在所述介质中所述接收器的存在而产生的次级波，
-多个可调节元件，所述可调节元件具有可以被更改以改变所述初级波反射和/或透射的方式的阻抗，这些可调节元件独立于所述天线32，以及
-控制器12，所述控制器连接到所述天线和所述可调节元件，并且基于参数集来控制所述可调节元件的状态，并且
接收器20能够响应于接收所述初级波而有源地发射所述次级波，并且此接收器是RFID类型的标记或标签，并且由此接收器返回的所述次级波包括所述接收器的至少一个识别数据项。
所述方法的特征在于，所述系统：
a)使所述天线发射初级波，
b)在至少一个探测周期期间连续用多个参数集来控制所述可调节元件，每个参数集与先前的参数集不同，以便更改由所述天线发射和/或接收波的期间所述初级波和/或所述次级波的传播，
c)存储在所述探测周期期间由所述天线接收的信号，并且
d)基于针对每个参数集接收的信号来确定所述介质中的所述接收器的所述特性。
根据第二应用，方法和系统适合于与RFID标记或标签类型或通过无线网络(GSM、3G、4G、5G)连接的移动电话类型或连接到无线网络(WiFi、蓝牙)的移动计算机类型或连接到无线网络的所连接对象类型的一个或多个接收器20通信，并且其中，如本说明书中所解释的，可调节元件是无源或有源类型的(集成或未集成到天线32中)。在此情况下，控制器12在接收信号中有利地解码源自接收器20的数据项，以便应用特定处理来确定接收器的特性，并且具体地，确定接收器的空间位置。
在此第二应用中，所述方法/系统确定所述介质中的接收器20的特性，此特性是所述接收器20的位置信息，所述方法由系统1实施，该系统1包括：
-天线32，所述天线能够在所述介质中发射初级波，并且能够接收由所述初级波以及由在所述介质中所述接收器的存在而产生的次级波，
-多个可调节元件，所述可调节元件具有可以被更改以改变所述初级波发射和/或反射和/或透射的方式的阻抗，以及
-控制器12，所述控制器连接到所述天线和所述可调节元件，并且基于参数集来控制所述可调节元件的状态，并且
接收器20能够响应于接收所述初级波而有源地发射所述次级波，
所述方法的特征在于，所述系统：
a)使所述天线发射初级波，
b)在至少一个探测周期期间连续用多个参数集来控制所述可调节元件，每个参数集与先前的参数集不同，以便更改由所述天线发射和/或接收波的期间所述初级波和/或所述次级波的传播，
c)存储在所述探测周期期间由所述天线接收的信号，并且
d)基于针对每个参数集接收的信号来确定所述介质中的所述接收器的所述特性。
在所有这些应用中，可以应用或改编本说明书中提出的各种变体。
在所有这些应用中，所述多个参数集允许系统改善接收器的所确定特性。

Claims (27)

1.用于确定介质中的接收器(20)的特性的方法，所述特性是所述接收器(20)的检测信息和/或标识信息和/或位置信息，所述方法由系统(1)实施，所述系统(1)包括：
-天线(32)，所述天线能够在所述介质中发射初级波，并且能够接收由于所述初级波以及由于在所述介质中所述接收器的存在而产生的次级波，
-多个可调节元件，所述可调节元件具有能够被更改以改变所述初级波发射和/或反射和/或透射的方式的阻抗，以及
-控制器(12)，所述控制器连接到所述天线和所述可调节元件，并且基于参数集来控制所述可调节元件的状态，并且
所述接收器(20)能够响应于接收所述初级波而有源地发射所述次级波，
所述方法的特征在于，所述系统：
a)使所述天线发射初级波，
b)在至少一个探测周期期间连续用多个参数集来控制所述可调节元件，每个参数集与先前的参数集不同，以便更改由所述天线发射和/或接收波的期间所述初级波和/或所述次级波的传播，
c)存储在所述探测周期期间由所述天线接收的信号，并且
d)基于针对每个参数集接收的信号来确定所述介质中的所述接收器的所述特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器(12)计算接收信号的平均值或从接收信号计算出的值的平均值，以确定所述接收器的所述特性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个参数集是随机序列。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个参数集是先前保存的序列。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个参数集是一次改变少量可调节元件的序列，所述少量小于所述系统的可调节元件的10％，并且所述控制器基于更高振幅的保存信号和对引起此更高振幅的可调节元件的定位的了解来确定特性。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，对所述可调节元件的控制以大于阈值速率例如每秒10次的速率进行。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制器将针对所述多个参数集接收的信号与预定信号的存储的数据库进行比较，所述数据库包含与所述预定信号相关联的所述接收器的所述特性。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定信号包括单个频率。
9.根据权利要求1到7所述的方法，其特征在于，所述系统进一步包括具有预定特性的参考接收器，并且其中所述控制器将针对所述多个参数集接收的信号与针对那些参考接收器的预定信号的存储的数据库进行比较，所述数据库包含与所述参考接收器的所述预定信号相关联的每个参考接收器的预定特性，并且所述接收器的特性是通过确定所接收的信号与所述参考接收器的预定信号之间的最高可能性的比较来确定的。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，定期更新所述数据库中的所述参考接收器的预定信号。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述控制器(12)包括用于所述天线(32)和/或可调节元件使得所述初级波聚焦在一个或多个参考接收器周围的控制逻辑，并且在执行步骤a)到d)之前，将所述初级波聚焦在所述参考接收器周围。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用所述多个参数集定期测量从所述参考接收器接收的信号，并且仅将最相干的接收信号存放在所述数据库中。
13.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制器(12)在每个接收信号中使用所述接收器(20)所包含的至少一个数据项，所述数据项对应于所述天线(32)与所述接收器(20)之间的传播信道传递函数的水平和/或质量和/或估计。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：
-用于所述可调节元件的所述多个参数集包括第一参数集和第二参数集，所述第二参数集对应于相对于所述第一参数集π弧度的相移，
-所述控制器(12)在接收信号中解码与所述第一参数集相对应的第一数据项(I1)和与所述第二参数集相对应的第二数据项(I2)，所述第一数据项和所述第二数据项对应于所述接收器所接收的波的水平，并且
-所述接收器的所述特性根据作为所述第二数据项与所述第一数据项之差的第一计算值(ψ1)来确定，换句话说：
ψ1＝(I2-I1)
其中
ψ1是所述第一计算值，并且
I1和I2分别是所述第一数据项和所述第二数据项。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：
-用于所述可调节元件的所述多个参数集包括第一参数集、第二参数集、第三参数集和第四参数集，所述第二参数集对应于相对于所述第一参数集π/2弧度的相移，所述第三参数集对应于相对于所述第一参数集π弧度的相移，并且所述第四参数集对应于相对于所述第一参数集3.π/2弧度的相移，
-所述控制器(12)在接收信号中解码与所述第一参数集相对应的第一数据项(I1)、与所述第二参数集相对应的第二数据项(I2)、与所述第三参数集相对应的第三数据项(I3)和与所述第四参数集相对应的第四数据项(I4)，所述第一数据项、所述第二数据项、所述第三数据项和所述第四数据项对应于所述接收器所接收的波的水平，并且
-所述接收器的所述特性根据如下第二计算值(ψ2)来确定：
ψ2＝(I3-I1)+i(I4-I2)
其中
ψ2是所述第一计算值，并且
I1、I2、I3和I4分别是所述第一数据项、所述第二数据项、所述第三数据项和所述第四数据项，并且
i是虚数单位。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：
-所述控制器(12)在接收信号中解码与所述天线(32)与所述接收器(20)之间的传播信道传递函数(A(ω))的估计相对应的数据项，并且
-所述接收器的所述特性根据如下第三计算值(m(ω))来确定：
Figure FDA0002796978580000041
其中
m(ω)是所述第三计算值，
A(ω)是作为角频率ω的函数的传递函数，
d()/dω是关于角频率的导数算子，并且
()*是复共轭算子。
17.根据权利要求14到16中任一项所述的方法，其特征在于，所述接收器的所述特性根据若干计算量的平均值或点积或组合或函数来确定，所述计算量为第一计算量(ψ1)或第二计算量(ψ2)或第三计算量(m(ω))。
18.用于确定介质中的接收器的特性的系统(1)，所述特性是所述对象的检测信息和/或标识信息和/或位置信息，所述系统包括：
-天线(32)，所述天线能够在所述介质中发射初级波，并且能够接收由于所述初级波以及由于在所述介质中所述接收器的存在而产生的次级波，
-多个可调节元件，所述可调节元件具有能够被更改以改变所述初级波发射和/或反射和/或透射的方式的阻抗，以及
-控制器(12)，所述控制器连接到所述天线和所述可调节元件，并且基于参数集来控制所述可调节元件的状态，并且
所述接收器(20)能够响应于接收所述初级波而有源地发射所述次级波，
所述系统的特征在于，所述系统(1)：
a)使所述天线发射初级波，
b)在至少一个探测周期期间连续用多个参数集来控制所述可调节元件，每个参数集与先前的参数集不同，以便更改由所述天线发射和/或接收波的期间所述初级波和/或所述次级波的传播，
c)存储在所述探测周期期间由所述天线接收的信号，并且
d)基于针对每个参数集接收的信号来确定所述介质中的所述接收器的所述特性。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述可调节元件是单个表面(11)或多个表面的一部分。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述接收器通过发射包含存储在所述接收器中的数据项的次级波来响应所述初级波，并且所述控制器处理接收信号以解码所述数据项并确定所述特性。
21.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述接收器是连接到无线计算机网络的对象，并且所述初级波和所述次级波是所述无线网络的发射和/或接收。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述计算机网络是蓝牙、WiFi或GSM类型的网络。
23.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述接收器是RFID类型标记，并且所述次级波包括识别所述接收器的至少一个数据项。
24.根据权利要求18到23中任一项所述的系统，其特征在于，所述可调节元件是独立于所述天线的元件，并且所述可调节元件改变所述初级波反射和/或透射的方式。
25.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述可调节元件是所述天线附近的漫射器，并且所述可调节元件改变所述天线发射和/或接收所述初级波的方式。
26.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述可调节元件是所述天线的天线元件，并且所述可调节元件用可调节相位进行控制。
27.根据权利要求18到26中任一项所述的系统，其特征在于，所述可调节元件在所述介质中的移动装置上。
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