CN113805143B - 使用移动AoA定位器的定位和自校准机制 - Google Patents

使用移动AoA定位器的定位和自校准机制 Download PDF

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Abstract

提供了使用移动AoA定位器的定位和自校准机制。公开了一种用于确定可移动设备的位置的系统和方法。本系统利用配备有定位器设备的可移动设备，该定位器设备具有天线阵列，使得它可以确定多个传入信标信号的到达角度。在某些实施例中，可移动设备还能够测量其行进的距离。通过知道它移动的距离和从每个信标的到达角度，定位器设备能够计算它的位置以及每个信标的位置。该过程可以以规律的间隔执行，使得可移动设备准确地确定其位置。

Description

使用移动AoA定位器的定位和自校准机制
技术领域
本公开描述了用于使用来自信标的传入信号的到达角度（AoA）来确定工作区域内的可移动设备和信标的位置的系统和方法。
背景技术
用于确定传入无线信号到达方向的算法是公知的。这些算法利用了在多个天线元件处传入信号的相位差。例如，可以形成线性天线阵列，其中相邻天线元件之间的间距是恒定的。当接收到传入信号时，它将首先抵达位于最接近传送器的天线元件。然后，基于天线阵列中其他天线元件到传送器的距离，传入信号将抵达所述其他天线元件。
使用相位差，可以估计传送器的方向。到达方向在诸如信标位置或空间定位的各种应用中是重要的。
在某些实施例中，AoA定位系统需要用于定位系统的基础设施，诸如网关、回程网络、云服务、部署工具和校准工具。然而，在某些实施例中，诸如那些利用包括器具和工具在内的可移动设备的实施例，将需要更简单的系统。在这些应用中，AoA定位器放置在可移动设备上，并且信标静态地设置在固定位置。
知道每个信标的绝对位置和从这些信标中的每一个发射的信号的到达角度，可移动设备可以使用许多不同的算法来获取其绝对位置。
然而，在某些环境中，将信标定位在确切的位置中并将那些位置提供给AoA定位器所需的复性水平可能是压倒性的。因此，如果存在可以采用的定位和自校准的系统和方法，则将是有益的。
发明内容
公开了一种用于确定可移动设备的位置的系统和方法。本系统利用配备有定位器设备的可移动设备，该定位器设备具有天线阵列，使得它可以确定多个传入信标信号的到达角度。在某些实施例中，可移动设备还能够测量其行进的距离。通过知道它移动的距离和从每个信标的到达角度，定位器设备能够计算它的位置以及每个信标的位置。该过程可以以规律的间隔执行，使得可移动设备准确地确定其位置。可移动设备100可以以多种方式使用该信息。
根据一个实施例，公开了一种确定可移动设备和多个信标的位置的方法。所述方法包括将可移动设备设置在第一位置，其中可移动设备包括具有天线阵列的定位器设备；使用定位器设备来确定当在第一位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；将可移动设备移动已知距离到第二位置；使用定位器设备来确定当在第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；以及基于在第一位置和第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度，确定所述多个信标中的至少一个中的每一个相对于可移动设备的二维偏移。在某些实施例中，可移动设备包括运动传感器和马达；并且可移动设备将其自己移动到第二位置，并基于运动传感器确定已知距离。在某些实施例中，定位器设备确定所有所述多个信标在第一位置和第二位置的到达角度。在一些实施例中，定位器设备确定所述多个信标中的至少三个在第一位置和第二位置的到达角度。在某些实施例中，所述方法包括在所述多个信标中的至少三个的位置已经被确定之后，在反向AoA模式下操作定位器设备。在一些实施例中，所述方法进一步包括在确定所述多个信标中的至少三个的位置之后，将可移动设备移动到第三位置；使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；使用定位器设备来确定当在第三位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；将可移动设备移动到第四位置；使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；使用定位器设备来确定当在第四位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；以及确定所述多个信标中的不同一个相对于可移动设备的二维偏移。在一些实施例中，所述方法进一步包括使用定位器设备来执行反向AoA，以基于当在第三位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；确定当在第三位置时来自设置在工作区域内的资产的信号的到达角度；将可移动设备移动到第四位置；使用定位器设备执行反向AoA，以基于当在第四位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；确定当在第四位置时来自资产的信号的到达角度；以及基于在第三位置和第四位置的到达角度确定资产相对于可移动设备的位置。在某些实施例中，所述方法进一步包括使用定位器设备来确定可移动设备在其中操作的工作区域。在一些实施例中，信标设置在工作区域的角落处或者沿着工作区域的周界设置。在一些实施例中，所述方法进一步包括向用户传送地图，其中所述多个信标的位置在地图上被指示；允许用户在地图上指定工作区域；以及将工作区域传送到定位器设备。
根据另一个实施例，公开了一种设置在非暂时性存储介质上的软件程序。所述软件程序当由设置在具有定位器设备的可移动设备上的处理单元执行时，使得可移动设备能够：使用定位器设备来确定当在第一位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；将可移动设备移动已知距离到第二位置；使用定位器设备来确定当在第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；以及基于当在第一位置和第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度，确定所述多个信标中的至少一个中的每一个相对于可移动设备的二维偏移。在某些实施例中，软件程序使得可移动设备能够：在所述多个信标中的至少三个的位置已经被确定之后，在反向AoA模式下操作定位器设备。在一些实施例中，软件程序使得可移动设备能够：在确定所述多个信标中的至少三个的位置之后，将可移动设备移动到第三位置；使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；使用定位器设备来确定当在第三位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；将可移动设备移动到第四位置；使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；使用定位器设备来确定当在第四位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；以及确定所述多个信标中的不同一个相对于可移动设备的二维偏移。在某些实施例中，软件程序使得可移动设备能够：使用定位器设备来执行反向AoA，以基于当在第三位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；确定当在第三位置时来自设置在工作区域内的资产的信号的到达角度；将可移动设备移动到第四位置；使用定位器设备执行反向AoA，以基于当在第四位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；确定当在第四位置时来自资产的信号的到达角度；以及基于在第三位置和第四位置的到达角度来确定资产相对于可移动设备的位置。在一些实施例中，软件程序使得可移动设备能够：使用定位器设备来确定可移动设备在其中操作的工作区域。
根据另一实施例，公开了一种可移动设备，用于确定其位置和多个信标的位置。所述可移动设备包括推进机构；定位器设备，包括：天线阵列；处理单元；存储器设备，包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：确定当在第一位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；移动已知距离到第二位置；确定当在第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；以及基于当在第一位置和第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度，确定所述多个信标中的至少一个中的每一个相对于可移动设备的二维偏移。在某些实施例中，存储器设备进一步包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：在所述多个信标中的至少三个的位置已经被确定之后，在反向AoA模式下操作定位器设备。在一些实施例中，存储器设备进一步包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：在确定所述多个信标中的至少三个的位置之后，移动到第三位置；执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；确定当在第三位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；移动到第四位置；执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；确定当在第四位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；以及确定所述多个信标中的不同一个相对于可移动设备的二维偏移。在某些实施例中，存储器设备进一步包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：执行反向AoA，以基于当在第三位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；确定当在第三位置时来自设置在工作区域内的资产的信号的到达角度；移动到第四位置；执行反向AoA，以基于当在第四位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；确定当在第四位置时来自资产的信号的到达角度；以及基于在第三位置和第四位置的到达角度来确定资产相对于可移动设备的位置。在一些实施例中，存储器设备进一步包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：确定可移动设备在其中操作的工作区域。
附图说明
为了更好地理解本公开，对附图进行参考，其中相同的元件用相同的标号引用，并且其中：
图1是根据一个实施例的可以估计到达角度的代表性定位器设备的框图；
图2示出了根据一个实施例的具有定位器设备和至少一个信标的网络；
图3示出了根据一个实施例的可移动设备的框图；
图4示出了允许定位器设备确定信标位置的第一校准过程中的第一步骤；
图5示出了图4的第一校准过程中的第二步骤；
图6示出了用于确定第一校准过程的信标之一的位置的三角关系；
图7示出了允许定位器设备确定信标位置的第二校准过程中的第一步骤；
图8示出了图7的第二校准过程中的第二步骤；
图9示出了用于针对第二校准过程确定两个信标位置的三角关系；
图10示出了不规则成形的工作区域；
图11示出了资产查找应用；和
图12示出了离开角度的实现。
具体实施方式
本公开允许可移动设备确定其自己的位置以及多个信标的位置，而无需复杂的设置过程。假设消费者已经购买了机器人器具或工具，即在被称为工作区域的固定区域内自主行进。这样的系统需要安装和校准程序，以学习工作区域及其在该工作区域内的初始位置。然而，为了易于使用，该安装过程需要是简单的。
一种方法是利用反向AoA，因为将不需要定位器基础设施，并且最终用户可以容易地在工作区域的边界放置小型单天线信标。尽管如此，为了使机器人器具定位自己，它需要知道这些信标的位置。对于最终用户，手动且准确地测量所有信标位置并将该信息输入到机器人器具可能是复杂的任务。
因此，本公开描述了若干种校准机制，其需要最小数量的已知信标位置，并且允许机器人器具自主地发现所有信标位置、工作区域的形状及其在该工作区域内的位置。一旦确定了该信息，就可以执行各种操作。
图1示出了可以安装在机器人器具（也称为可移动设备）上的代表性定位器设备10的框图。
定位器设备10具有处理单元20和相关联的存储器设备25。处理单元20可以是任何合适的组件，诸如微处理器、嵌入式处理器、专用电路、可编程电路、微控制器或另一类似设备。该存储器设备25包含指令，所述指令当由处理单元20执行时使得定位器设备10能够执行本文描述的功能。该存储器设备25可以是非易失性存储器，诸如闪存ROM、电可擦除ROM或其他合适的设备。在其他实施例中，存储器设备25可以是易失性存储器，诸如RAM或DRAM。
虽然公开了存储器设备25，但是可以采用任何计算机可读介质来存储这些指令。例如，可以采用只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁存储设备（诸如硬盘驱动器）或光存储设备（诸如CD或DVD）。此外，这些指令可以诸如例如通过网络连接（未示出）、经由CDROM或通过另一种机制被下载到存储器设备25中。这些指令可以用任何编程语言编写，这不受本公开限制。因此，在一些实施例中，可以存在包含本文描述的指令的多个计算机可读非暂时性介质。第一计算机可读非暂时性介质可以与处理单元20通信，如在图1中所示。第二计算机可读非暂时性介质可以是位于远离定位器设备10的CDROM或不同的存储器设备。包含在该第二计算机可读非暂时性介质上的指令可以被下载到存储器设备25上，以允许定位器设备10执行指令。
定位器设备10还包括网络接口30，网络接口30可以是包括天线阵列35的无线接口。
天线阵列35包括多个天线元件36，它们以固定的已知模式布置。例如，在一个实施例中，天线阵列35可以包括以线性方式布置的多个天线元件36。在一个实施例中，在任何两个相邻的天线元件36之间建立相同的间距。在另一个实施例中，天线元件36可以布置成二维阵列。在一个另外的实施例中，在一个方向上任何两个相邻天线元件36之间的间距是相同的。在某些实施例中，天线元件36之间的间距与发射和接收的波长相关。例如，相邻天线元件36之间的间距可以是半波长或更小。天线阵列35中的天线元件36的数量不受本公开限制。
无线信号首先通过天线阵列35进入网络接口30。天线阵列35与低噪声放大器（LNA）电通信。在某些实施例中，模拟开关可以用于选择天线元件36之一来与LNA通信。LNA从天线阵列35中的一个天线元件36接收非常弱的信号，并放大该信号，同时维持传入信号的信噪比（SNR）。放大的信号然后被传递到混频器。混频器还与本地振荡器通信，本地振荡器向混频器提供两个相位。频率的余弦可以称为Io，而频率的正弦可以称为Qo。然后，Io信号乘以传入信号，以创建同相信号Im。Qo信号然后乘以传入信号的90°延迟版本，以创建正交信号Qm。来自混频器的同相信号Im和正交信号Qm然后被馈送到可编程增益放大器（PGA）。PGA以可编程的量放大Im和Qm信号。这些放大的信号被称为Ig和Qg。放大的信号Ig和Qg然后从PGA馈送到模数转换器（ADC）。ADC将这些模拟信号转换成数字信号Id和Qd。然后，这些数字信号可以通过信道滤波器。滤波的信号称为I和Q。这些I和Q信号可以用来重新创建原始信号的幅度和相位。然后可以切换模拟开关，以便选择天线元件36中的不同一个，使得可以对于每个天线元件36重复以上过程。在某些实施例中，网络接口可以包括多个LNA、混频器、PGA和ADC，而不是利用模拟开关，使得可以同时处理来自所有天线元件36的信号。
网络接口30可以支持任何无线网络，诸如蓝牙、Wi-Fi、利用IEEE 802.15.4规范的网络（诸如Zigbee）、利用IEEE 802.15.6规范的网络以及无线智能家庭协议（诸如Z波）。网络接口30用于允许定位器设备10与网络31上设置的其他设备通信。
定位器设备10可以包括第二存储器设备40，其中存储由网络接口30接收和传送的数据。该第二存储器设备40传统上是易失性存储器。处理单元20具有读取和写入第二存储器设备40以便与网络31中的其他节点通信的能力。尽管未示出，但是定位器设备10还具有电源，该电源可以是电池或者诸如墙壁插座之类的到永久电源的连接。
虽然公开了存储器设备25，但是可以采用任何计算机可读介质来存储这些指令。例如，可以采用只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁存储设备（诸如硬盘驱动器）或光存储设备（诸如CD或DVD）。此外，这些指令可以诸如例如通过网络连接（未示出）、经由CDROM或通过另一种机制被下载到存储器设备25中。这些指令可以用任何编程语言编写，并且不受本公开限制。因此，在一些实施例中，可以存在包含本文描述的指令的多个计算机可读介质。第一计算机可读介质可以与处理单元20通信，如在图1中所示。第二计算机可读介质可以是位于远离定位器设备10的CDROM或不同的存储器设备。包含在该第二计算机可读介质上的指令可以被下载到存储器设备25上，以允许定位器设备10执行指令。
虽然处理单元20、存储器设备25、网络接口30和第二存储器设备40在图1中示出为单独的组件，但理解，这些组件中的一些或全部可以集成到单个电子组件中。相反，图1用于图示定位器设备10的功能，而不是其物理配置。
图2示出了具有至少一个信标60和定位器设备10的网络50。在某些实施例中，信标60可以是网络设备，并且包含上面描述的和图1中所示的许多组件。然而，信标60可以不具有天线阵列。相反，信标60可以利用单个天线元件37。此外，信标60可以具有较小量的存储器，并且可以具有较少的计算能力。
在图2中，信标60可以向定位器设备10传送信号。该信号可以被称为信标信号。在某些实施例中，该信标信号使用诸如Zigbee或蓝牙的网络协议传送。在某些实施例中，信标60以多个不同的频率发出多个信标信号。信标60可以在方位角和/或仰角方向上偏离定位器设备10。在该特定实施例中，信标60被示为在方位角方向上偏移。由于该偏移，来自信标60的信号将在其抵达定位器设备10左侧的天线元件36之前抵达定位器设备10右侧的天线元件36。该相位差可以用于确定到达方向，图2中示出为。
更具体地，定位器设备10可以利用上述的I和Q信号来确定到达每个天线元件36的信号的幅度和相位。已知基于从天线阵列获得的相位信息来计算到达方向的许多算法。
例如，多信号分类（MUSIC）算法利用相位信息来确定到达方向。MUSIC算法取决于天线阵列的配置创建一维或二维图，其中图上的每个峰值表示传入信号的到达方向。该一维或二维图可以称为伪谱。MUSIC算法为图上的每个点计算值。换句话说，伪谱中的峰值对应于某个信号进入天线阵列35的角度。
虽然本公开描述了MUSIC算法的使用，但是也可以使用其他算法。例如，也可以使用最小方差无失真响应（MVDR）波束形成器算法（也称为卡彭波束形成器）、巴特利特波束形成器算法和MUSIC算法的变体。在这些算法中的每一个中，算法使用不同的数学公式来计算频谱，但是每一个计算可以在本公开中使用的频谱。
图3示出了可移动设备100。可移动设备100包括推进机构，诸如滚轮、履带、支脚或轮110。此外，可移动设备100包括用于驱动推进机构的马达120。马达120可以是电动的、汽油驱动的或任何其他类型的马达。定位器设备10设置在可移动设备100上。此外，在某些实施例中，可移动设备100包括能够检测可移动设备100行进的距离的运动传感器130。运动传感器130可以是磁力计、测量轮旋转的编码器、霍尔效应传感器、LIDAR（光检测和测距）或任何其他合适的组件。定位器设备10的处理单元20可以与运动传感器130和马达120通信。这样，定位器设备10可以知道可移动设备100的运动。
已经定义了定位器设备10和可移动设备100的架构和功能，将描述自动确定可移动设备100、信标60和工作区域的位置的方法。
在第一实施例中，可移动设备100包括能够准确测量可移动设备100行进的距离的运动传感器130。在该实施例中，如图4中所见，假设可移动设备100设置在工作区域200中。在某些实施例中，可移动设备100可以放置在工作区域200的中间。在某些实施例中，工作区域200的周界可以由信标210a-210f的位置来定义。虽然示出了六个信标，但是理解，可以使用大于2的任何数量的信标来定义工作区域。当在该第一位置201上时，设置在可移动设备100上的定位器设备10可以根据从信标210a-210f中的一个或多个发射的信标信号来确定到达角度。在一个实施例中，定位器设备10确定来自所有信标210a-210f的到达角度。在其他实施例中，定位器设备10根据信标210a-210f的子集确定到达角度。
如图5中所示，可移动设备100然后在直线上移动到第二位置202。在某些实施例中，可移动设备100被定向成使得它不直接朝向任何信标，因为它将无法查明这样的信标的位置。
移动的距离由设置在可移动设备100上的运动传感器130确定，并且该值（称为d）被存储在定位器设备10的存储器中。当在该第二位置202上时，设置在可移动设备100上的定位器设备10可以根据从信标210a-210f中的一个或多个发射的信标信号来确定到达角度。在一个实施例中，定位器设备10确定来自所有信标210a-210f的到达角度。在其他实施例中，定位器设备10根据在第一位置201中被监视的信标210a-210f的该子集确定到达角度。
基于移动的距离d和在第一位置201和第二位置202确定的到达角度，定位器设备10能够定位每个信标210a-210f，并确定其自己在工作区域200内的位置。
图6示出了可以用于计算信标210a位置的一个方法。在该图中，可移动设备开始于第一位置201，并且定位器设备10确定从信标210a的到达角度是。如上所述，可移动设备100然后移动距离d到第二位置202。定位器设备10然后确定从信标210a的到达角度是/>。
使用正弦定律，已知的是：
因此，L1可以被确定为：
并且，L2可以被确定为：
此外，角度定义为/>，或简称为/>。
此外，在该示例中假设，可移动设备100在y方向上移动，使得在第一位置201处的坐标可以被定义为（x，y），并且在第二位置202处的坐标可以被定义为（x，y+d）。
使用该信息和该坐标系，可以计算信标210a相对于第一位置201的位置。换句话说，定位器设备10可以计算信标的两个偏移。在一个实施例中，偏移可以在平行于行进方向的Y方向和垂直于行进方向的X方向上。
标示为dx的在x方向上到信标210a的偏移可以如下计算：
并且/>。
类似地，标示为dy的在y方向上到信标210a的偏移可以如下计算：
将L1或L2代入以上等式之一，这得到如下等式：
类似地，作为在y方向上从第一位置201的偏移的dy可以如下计算：
将L1代入以上等式，产生：
。
因此，即使没有可用的位置信息，也可以确定信标210a相对于定位器设备10的位置。可以使用相同的过程来查找信标210b-f的相对位置。因此，仅使用到达角度和行进距离d的定位器设备10能够将其自己定位在工作区域200内，并标识所有信标的坐标。
在某些实施例中，该过程可以重复多次，以细化每个信标210a-210f的计算位置。例如，可移动设备100可以向前移动第二距离d2，并确定每个信标的到达角度，并重复以上所示的计算。这可以改进计算位置的准确性。
一旦确定了所有信标的位置，定位器设备10就可以在传统的反向AoA模式下操作，其中它使用每个信标的已知位置和从每个信标的到达角度来确定它自己的位置。具体地，如果定位器设备知道三个信标的位置和从这些信标中的每一个的到达角度，则它可以使用正弦定律和/或余弦定律来计算它在工作区域200内的位置。
在其他实施例中，该序列仅用于定位信标210a-210f的子集。一旦确定了三个信标的位置，定位器设备10然后就可以使用传统的反向AoA，来基于来自这些信标的信标信号的到达角度查找它自己的位置。定位器设备10然后可以移动到两个不同的位置、诸如第三位置和第四位置，在这些位置中的每一个使用反向AoA来确定其自己的位置，并且然后使用在这两个位置处来自其他信标的信标信号的到达角度信息来使用以上解释的技术确定其他信标的位置。在某些实施例中，如果定位器设备10能够诸如通过使用罗盘来确定其定向，则定位器设备10可以能够基于来自两个信标的信标信号的到达角度来查找其自己的位置。
虽然上面的描述和图4-6描述了一个实施例，但是其他实施例也是可能的。例如，两个信标之间的距离可以由用户确定并供应到定位器设备10。在该实施例中，可移动设备100可能不包括运动传感器130，并且可能无法准确地确定其行进的距离。
图7-9示出了该实施例。在图7-9中，在两个信标之间的距离是已知的。该值可以诸如经由输入设备被供应到定位器设备10，或者被无线传送。
如图7中所示，可移动设备100设置在工作区域300内的第一位置301。定位器设备10知道信标310a和信标310b之间的距离是D。定位器设备10然后计算从信标310a以及从信标310b的到达角度。
如图8中所示，可移动设备或者移动或者被移动到工作区域300内的第二位置302。在某些实施例中，可移动设备100的定向在第一位置301和第二位置302上是相同的。定位器设备10然后计算从信标310a以及从信标310b的到达角度。
基于这些测量，定位器设备10能够确定信标310a、信标310b的位置及其相对于这些信标的位置。
图9示出了可以用于确定这些参数的计算。
参考三角形310，并使用正弦定律，已知的是：
此外，角度被定义为/>，或简称为/>。
因此，
并且
参考三角形320并使用正弦定律，已知的是：
此外，角度被定义为/>，或简称为/>。
因此，
并且
由于ε是常数，
因此，L2可以被确定为：
因此，L2可以依据L1来表述。进一步使用余弦定律，可以看出：
代替L2并求解产生：
其中
因为d、、/>、/>和/>都是已知的量，所以可以求解L1和L2。
此外，在该示例中假设，可移动设备100在y方向上移动，使得在第一位置301的坐标可以被定义为（x，y），并且在第二位置302的坐标可以被定义为。
使用该信息和该坐标系，可以计算信标310a相对于第一位置301的位置，称为二维偏移。在该描述中，Y方向平行于可移动设备100的定向。X方向垂直于Y方向。在x方向上到信标310a的偏移（标示为dx1）和在x方向上到信标310b的偏移（标示为dx2）可以如下计算：
并且/>。
类似地，在y方向上到信标310a的偏移（标示为dy1）和在y方向上到信标310b的偏移（标示为dy2）可以如下计算：
并且/>。
信标310a、310b相对于可移动设备的当前位置（即第二位置302）的位置通过简单地从两个dy值中减去而获得。
以上计算示出，定位器设备10可以确定其在工作区域300内的位置，其中仅有的可用信息是两个信标之间的距离。一旦定位器设备10能够确定其位置，它就能够确定所有其他信标310c-310f的位置。在一个实施例中，定位器设备获得所有信标在第一位置301和第二位置302的到达角度测量。一旦定位器能够确定其在这些位置中的每一个的位置，它就可以使用如上所述的正弦定律来确定所有其他信标的位置。
此外，可移动设备100可以移动到第三位置，并且可以重复上述步骤以改进计算的准确性。一旦定位器设备10已经确定了每个信标的位置，它就可以利用反向AoA，其中它基于每个信标的位置和从每个信标的到达角度来计算它自己的位置。
在某些实施例中，在图6和图9中所示的计算使用定位器设备10的处理单元20来执行。然而，在其他实施例中，定位器设备10可以将数据传送到远程服务器，在那里执行计算。例如，定位器设备10可以将距离和到达角度传达到计算偏移的远程服务器。远程服务器然后可以将偏移传送回到定位器设备10。这些通信可以诸如通过利用网络接口30和天线阵列35而无线发生。
虽然图4-9示出了作为矩形的工作区域，但是本公开不限于该配置。图10示出了由信标410a-410e定义的不规则成形的工作区域400。因此，工作区域的大小和形状不受本公开限制。
在某些实施例中，如在图10中所示，信标410a-410e用于定义周界的拐角。然而，其他实施例也是可能的。
例如，在某些实施例中，工作区域的形状可以是预定的，并且工作区域被定义为具有预定形状并且具有沿着该预定形状的周界定位的信标的区域。例如，图4示出了以矩形形状的工作区域，其中信标210a-210e都沿着工作区域的周界设置，但不一定在拐角处。
在其他实施例中，用户可能能够基于信标的位置来创建工作区域。例如，用户可以具有允许用户定义工作区域的软件应用。这可以在可移动设备100已经标识每个信标的位置之后完成。信标的位置可以在与该软件应用相关联的用户显示器上可见的地图上被指示。该软件应用可以在移动电话或平板设备上执行。然后，用户可以绘制或以其他方式指定参考信标的工作区域。该工作区域然后可以被下载或传送到可移动设备100上的定位器设备10。
因此，在所有实施例中，基于信标的位置来定义工作区域。在某些实施例中，信标被放置在工作区域的周界上，使得工作区域由信标定义。在其他实施例中，基于信标的位置生成工作区域，并将其提供给可移动设备100。
已经解释了允许定位器设备10确定每个信标的位置及其自己位置的两种校准机制，该信息可以以多种方式使用。
例如，在一个实施例中，可移动设备100可以使用其位置和信标的位置来确定路径，由此可移动设备100以高效的方式穿越整个工作区域。例如，可移动设备100可以是割草机、真空清洁器、水池清洁器或优先覆盖整个工作区域的其他类似器具或工具。通过知道工作区域的尺寸及其位置，可移动设备100可以高效地穿越该工作区域。以高效方式穿越固定区域的算法是公知的，并且该算法不受本公开限制。
在另一个实施例中，该信息可以用在资产查找应用中。例如，如图11中所示，可移动设备100可以是卡车或叉车。工作区域400由信标410a-410d定义。一旦定位器设备10具有确定其自己位置的能力，它就也能够确定仓库内资产的位置。这些资产具有向定位器设备10传送信标信号的能力。
例如，可移动设备100可以在第一位置401中，并且可移动设备100知道其位置。这可以使用上述任一种校准技术来获取。替代地，一旦定位器设备10已经使用上述技术确定了至少两个信标的位置，就可以使用反向AoA来获取其位置。
然后，可移动设备100检测从资产420a和资产420b的到达角度。可移动设备100然后移动到第二位置402，并且再次检测从资产420a和资产420b的到达角度。知道定位器设备10对于第一位置401和第二位置402的确切坐标以及对应的到达角度，该定位器设备10然后可以确定资产420a和资产420b的确切位置。
这可以以多种方式有帮助。例如，虽然到达角度提供了方向信息，但它不直接提供距离信息（尽管这可能是基于RSSI估计的）。相比之下，该技术允许定位器设备知道资产的确切位置。因此，可以计算允许叉车以高效的方式取回每个期望的资产的最少路线。
此外，虽然本公开描述了到达角度，但是理解，该技术可以用于改进离开角度的准确性。在该场景下，设备角色反转，并且参考图12，先前实施例的信标被锚500替换。每个锚500具有单个天线501。此外，定位器设备10仍然包括天线阵列35。在该实施例中，定位器设备10传送信号，并且锚500接收该信号。在该实施例中，锚500知道天线阵列35的几何形状、定位器设备10的切换序列和切换定时。基于该信息，锚500知道哪个IQ数据样本和天线阵列35的哪个天线元件36彼此相关联。由定位器设备10发送的天线阵列几何形状是锚500用于角度估计算法所需要的，该角度估计算法驻留在锚500上或与锚500通信的某个处理单元上。该角度估计算法的结果然后被传送到定位器设备10。定位器设备10然后能够执行上述所有校准。
当前系统具有许多优点。诸如器具和工具之类的自主设备越来越受欢迎。本公开描述了若干种方法，所述方法可以用于允许设备在来自用户的最少输入的情况下获取所有信标的位置、其自己的位置和工作区域的形状。在第一实施例中，用户简单地需要在期望的位置设置信标210a-210f，并且然后将可移动设备放置在工作区域中。然后，可移动设备100能够在没有来自用户的其他输入的情况下计算位置信息。在第二实施例中，用户仅需要向可移动设备100供应一个维度。这比当前的技术简单得多，并且更不容易出错。
本公开在范围方面不受本文描述的具体实施例限制。实际上，本公开的其他各种实施例和对本公开的修改——除了本文描述的那些之外——对于本领域普通技术人员而言从前面的描述和附图中将是清楚的。因此，这样的其他实施例和修改旨在落入本公开的范围内。此外，尽管本文已经在特定环境中为特定目的的特定实现的上下文中描述了本公开，但是本领域的普通技术人员将认识到其有用性不限于此，并且本公开可以有益地在任何数量的环境中为任何数量的目的实现。因此，下面阐述的权利要求应该根据如本文描述的本公开的完全宽度和精神来解释。

Claims (17)

1.一种确定可移动设备和多个信标的位置的方法，所述方法包括：
将可移动设备设置在第一位置，其中可移动设备包括具有天线阵列的定位器设备；
使用定位器设备来确定当在第一位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；
将可移动设备移动已知距离到第二位置；
使用定位器设备来确定当在第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；
基于在第一位置和第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度，确定所述多个信标中的至少一个中的每一个相对于可移动设备的二维偏移；
在确定所述多个信标中的至少三个的位置之后，将可移动设备移动到第三位置；和
使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中可移动设备包括运动传感器和马达；并且可移动设备将其自己移动到第二位置，并基于运动传感器确定已知距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其中定位器设备确定所有所述多个信标在第一位置和第二位置的到达角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中定位器设备确定所述多个信标中的至少三个在第一位置和第二位置的到达角度。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用定位器设备来确定当在第三位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；
将可移动设备移动到第四位置；
使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；
使用定位器设备来确定当在第四位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；和
确定所述多个信标中的不同一个相对于可移动设备的二维偏移。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定当在第三位置时来自设置在工作区域内的资产的信号的到达角度；
将可移动设备移动到第四位置；
使用定位器设备执行反向AoA，以基于当在第四位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；
确定当在第四位置时来自资产的信号的到达角度；和
基于在第三位置和第四位置的到达角度确定资产相对于可移动设备的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用定位器设备来确定可移动设备在其中操作的工作区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个信标设置在工作区域的角落处，或者沿着工作区域的周界设置。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
向用户传送地图，其中所述多个信标的位置在地图上被指示；
允许用户在地图上指示工作区域；和
将工作区域传送到定位器设备。
10.一种其上存储有指令的非暂时性存储介质，所述指令当由设置在具有定位器设备的可移动设备上的处理单元执行时，使得可移动设备能够：
使用定位器设备来确定当在第一位置时由多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；
将可移动设备移动已知距离到第二位置；
使用定位器设备来确定当在第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；
基于当在第一位置和第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度，确定所述多个信标中的至少一个中的每一个相对于可移动设备的二维偏移；
在确定所述多个信标中的至少三个的位置之后，将可移动设备移动到第三位置；和
使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置。
11.根据权利要求10所述的非暂时性存储介质，其中所述指令使得可移动设备能够：
使用定位器设备来确定当在第三位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；
将可移动设备移动到第四位置；
使用定位器设备来执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；
使用定位器设备来确定当在第四位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；和
确定所述多个信标中的不同一个相对于可移动设备的二维偏移。
12.根据权利要求10所述的非暂时性存储介质，其中所述指令使得可移动设备能够：
确定当在第三位置时来自设置在工作区域内的资产的信号的到达角度；
将可移动设备移动到第四位置；
使用定位器设备执行反向AoA，以基于当在第四位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；
确定当在第四位置时来自资产的信号的到达角度；和
基于在第三位置和第四位置的到达角度来确定资产相对于可移动设备的位置。
13.根据权利要求10所述的非暂时性存储介质，其中所述指令使得可移动设备能够：
使用定位器设备来确定可移动设备在其中操作的工作区域。
14.一种可移动设备，用于确定其位置和多个信标的位置，包括：
推进机构；
定位器设备，包括：
天线阵列；
处理单元；
存储器设备，包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：
确定当在第一位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；
将已知距离移动到第二位置；
确定当在第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度；
基于当在第一位置和第二位置时由所述多个信标中的至少一个传送的信标信号的到达角度，确定所述多个信标中的至少一个中的每一个相对于可移动设备的二维偏移；
在确定所述多个信标中的至少三个的位置之后，移动到第三位置；和
执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置。
15.根据权利要求14所述的可移动设备，其中，存储器设备进一步包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：
确定当在第三位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；
移动到第四位置；
执行反向AoA，以基于来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息确定其位置；确定当在第四位置时由所述多个信标中的不同一个传送的信标信号的到达角度；和
确定所述多个信标中的不同一个相对于可移动设备的二维偏移。
16.根据权利要求14所述的可移动设备，其中，存储器设备进一步包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：
确定当在第三位置时来自设置在工作区域内的资产的信号的到达角度；
移动到第四位置；
执行反向AoA，以基于当在第四位置时来自所述多个信标中的至少三个的到达角度信息来确定其位置；
确定当在第四位置时来自资产的信号的到达角度；和
基于在第三位置和第四位置的到达角度来确定资产相对于可移动设备的位置。
17.根据权利要求14所述的可移动设备，其中，所述存储器设备进一步包括指令，所述指令当由处理单元执行时，使得可移动设备能够：
确定可移动设备在其中操作的工作区域。
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