CN115480208A - AoX多径检测 - Google Patents
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Abstract
AoX多径检测。公开了一种用于检测多径环境的系统和方法。创建基于方位角和仰角的第一伪谱。该第一伪谱的结果用于基于极化和场比创建第二伪谱。这两个伪谱的结果的锐度被确定,并且可以用于检测多径环境是否存在。如果认为存在多径环境,则在确定对象的空间位置时忽略来自该设备的结果。
Description
本公开描述了用于检测AoX信号已经从一个或多个对象反射的系统和方法。
背景技术
统称为AoX算法的到达角和离开角算法通常通过确定天线阵列中不同天线元件之间的相位差来操作。因为天线元件之间的距离是已知的,所以该相位差可以用于确定信号源于的角度。
具体地,假定两个相邻天线元件之间的距离为d。在这两个相邻天线处检测到传入信号时之间的相位差可以由给出。如从信号源的角度来看,相位差除以再乘以波长表示两个天线元件之间的距离。知道了传入信号行进距离的差异允许计算出到达角。具体地,到达角可以由传入信号行进距离的差异除以d给出,d表示传入信号的余弦。换句话说,到达角被定义为的反余弦。
通常用于确定AoX的一个算法被称为MUSIC。该算法从传入数据中生成伪谱,并从这些伪谱中估计最可能的AoX。
然而,这些算法假定所有传入信号都是直接从传输设备接收的。因此,如果来自这些传输设备之一的信号从诸如墙壁的表面反射,则算法可以计算出不正确的角度。该现象被称为非视线。此外,设备经由不同路径(诸如直接路径和反射路径)接收相同信号的情况可以被称为多径。
因此,如果存在一种检测多径环境存在的系统和方法将是有益的。如果定位系统使用该知识来更好地计算设备的空间位置,也将是有利的。
发明内容
公开了一种用于检测多径环境的系统和方法。创建基于方位角和仰角的第一伪谱。该第一伪谱的结果用于基于极化和场比创建第二伪谱。这两个伪谱的结果的锐度被确定,并且可以用于检测多径环境是否存在。如果认为存在多径环境,则在确定对象的空间位置时忽略来自该设备的结果。
根据一个实施例,公开了一种确定设备的空间位置的方法。该方法包括从设备发射信号;由多个定位器设备接收信号,每个定位器设备位于已知位置;为多个定位器设备中的每一个计算信号的到达角,以及与到达角相关联的至少一个良好度值;以及使用所计算的到达角和良好度值中的至少两个来确定设备的空间位置。在某些实施例中,基于信号为多个定位器设备中的每一个计算第一伪谱以确定到达角,并且到达角用于为多个定位器设备中的每一个计算第二伪谱以确定极化比和极化角。在一些实施例中,为每个定位器设备计算第一伪谱的第一良好度值和第二伪谱的第二良好度值。在一些实施例中,组合第一良好度值和第二良好度值以创建组合良好度值,并且组合良好度值用于确定设备的空间位置。在某些实施例中,第一良好度值和第二良好度值用于确定设备的空间位置。在一些实施例中,将粒子滤波器应用于第一伪谱以计算第一良好度值,并将粒子滤波器应用于第二伪谱以计算第二良好度值。在某些实施例中,第一伪谱的峰值的预定百分比内的所有点被认为是第一峰值区域的部分,其中第一峰值区域的面积被用于计算第一良好度值;并且在第二伪谱的峰值的预定百分比内的所有点被认为是第二峰值区域的部分,并且第二峰值区域的面积被用于计算第二良好度值。在一些实施例中,如果第一定位器设备的至少一个良好度值不在预定范围内,则为第一定位器设备计算的到达角不用于确定该设备的空间位置。在某些实施例中,基于每个定位器设备的已知位置和为每个定位器设备计算的到达角,为每对定位器设备计算交点;并且设备的空间位置被计算为交点的加权平均值。在一些实施例中,第一定位器设备的至少一个良好度值用于向与第一定位器设备相关联的交点分配权重。在另外的实施例中,如果第一定位器设备的至少一个良好度值在预定范围之外,则分配的权重被设置为0。在某些实施例中,小于多个计算的到达角的计算的到达角的子集被用于确定设备的空间位置,其中基于至少一个良好度值选择该子集,使得仅有被认为最准确的计算的到达角被用于确定设备的空间位置。
根据另一实施例,公开了一种用于确定设备的空间位置的系统。该系统包括设备,该设备包括网络接口,该网络接口具有发射包括恒定音调的信号的天线;多个定位器设备,每个定位器设备位于已知位置,每个定位器设备包括网络接口和天线阵列;处理单元和存储器设备,其中每个定位器设备接收信号,为天线阵列中的每个天线元件生成I和Q信号,并且其中I和Q信号用于计算到达角和至少一个良好度值;以及计算设备,使用所计算的到达角和良好度值中的至少两个来确定设备的空间位置。
在某些实施例中,每个定位器设备计算到达角和至少一个良好度值。在一些实施例中,定位器设备将I和Q信号传输到计算设备,并且计算设备基于I和Q信号计算每个定位器设备的到达角和至少一个良好度值。在一些实施例中,计算设备包括网关或云计算机。在某些实施例中,基于信号为多个定位器设备中的每一个计算第一伪谱以确定到达角,并且其中到达角用于为多个定位器设备中的每一个计算第二伪谱以确定极化比和极化角;并且为每个定位器设备计算第一伪谱的第一良好度值和第二伪谱的第二良好度值。在一些实施例中,如果第一定位器设备的至少一个良好度值不在预定范围内,则计算设备不使用为第一定位器设备计算的到达角来确定设备的空间位置。在某些实施例中,基于每个定位器设备的已知位置和为每个定位器设备计算的到达角,由计算设备为每对定位器设备计算交点;并且设备的空间位置由计算设备计算为交点的加权平均值。在一些实施例中,计算设备使用小于多个计算的到达角的计算的到达角的子集来确定设备的空间位置,其中基于至少一个良好度值来选择该子集,使得仅有被认为最准确的计算的到达角被用于确定设备的空间位置。
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数字引用,并且其中:
图1是可以用于执行本文描述的方法的网络设备的框图;
图2是图1的网络设备的无线电接收器的框图;
图3A-3C示出了传输到图1的系统的代表性方向检测消息的格式;
图4图示了用于确定多径环境是否存在的流程图;
图5A-5B示出了以两个不同方式表示的第一伪谱;
图6A-6B示出了以两个不同方式表示的第二伪谱;
图7A-7B示出了一些定位器设备接收反射信号的示例;和
图8A-8B示出了两个示例以及相关联的第一和第二伪谱。
具体实施方式
图1示出了可以用于执行本文描述的多径检测的网络设备。网络设备10具有处理单元20和相关联的存储器设备25。处理单元20可以是任何合适的部件,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。存储器设备25包含指令,该指令当由处理单元20执行时,使得网络设备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。包含在存储器设备25内的指令可以被称为软件程序,其被设置于非暂时性存储介质上。
网络设备10还包括网络接口30,该网络接口30可以是包括天线阵列38的无线网络接口。网络接口30可以支持任何支持AoX确定的无线网络协议,诸如蓝牙。网络接口30用于允许网络设备10与设置于网络39上的其他设备通信。
设置在天线阵列38和网络接口30之间的可以是切换网络50,其用于选择天线阵列38的天线元件37之一与网络接口通信。
网络接口30包括无线电电路31。该无线电电路31用于处理传入信号并将无线信号转换成数字信号。无线电电路31内的部件将在下面更详细地描述。
网络接口30还包括读取信道36。读取信道36用于接收、同步和解码从无线电电路31接收的数字信号。具体地,读取信道36具有用于标识传入分组的开始的前导码检测器。读取信道36还具有同步检测器,该同步检测器用于标识被称为同步字符的特定比特序列。附加地,读取信道36具有解码器,该解码器用于将数字信号转换成正确对齐的数据字节。
网络设备10可以包括第二存储器设备40。从网络接口30接收的数据或者将经由网络接口30发送的数据也可以存储在第二存储器设备40中。该第二存储器设备40传统上是易失性存储器。
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)、诸如硬盘驱动器的磁存储设备或者诸如CD或DVD的光存储设备。此外,这些指令可以诸如例如通过网络连接(未示出)、经由CD ROM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。如图1中所示,第一计算机可读非暂时性介质可以与处理单元20通信。第二计算机可读非暂时性介质可以是CDROM或不同的存储器设备,其远离网络设备10。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,以允许网络设备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中被示为单独的部件,但是应当理解,这些部件中的一些或全部可以被集成到单个电子部件中。相反,图1用于说明网络设备10的功能,而不是其物理配置。
尽管未示出,但是网络设备10也具有电源,该电源可以是电池或者诸如壁装电源插座之类的到永久电源的连接。
图2示出了无线电电路31的框图。无线信号首先通过天线阵列38的一个天线元件37进入无线电电路31。切换网络50可以用于从天线阵列38中选择一个天线元件37。一旦被选择,该天线元件37就与低噪声放大器(LNA)51进行电通信。LNA 51从天线元件37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52。混频器52还与本地振荡器53通信,本地振荡器53向混频器52提供两个相位。频率的余弦可以被称为Io,而频率的正弦可以被称为Qo。然后,Io信号乘以传入信号,以创建同相信号Im。然后,Qo信号乘以传入信号的90°延迟版本,以创建正交信号Qm。来自混频器52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)54。PGA 54将Im和Qm信号放大可编程的量。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 54馈送到模数转换器(ADC)55。ADC 55将这些模拟信号转换成数字信号Id和Qd。这些数字信号可以通过信道滤波器56,然后作为I和Q离开无线电电路31。在某些实施例中,I和Q值可以被认为是复数,其中I值是实部,并且Q值是虚部。
I和Q信号然后进入CORDIC(协调旋转数字计算机),该CORDIC(协调旋转数字计算机)确定信号的幅度和相位。将幅度给出为I2和Q2的平方根,而相位由tan-1(Q/I)给出。CORDIC可以设置在无线电电路31中,或者网络接口30内的其他地方。
在某些实施例中,网络接口30在利用蓝牙网络协议的无线网络上操作。图3A示出了用于方向检测的特殊蓝牙分组的格式。这些分组通常以前导码300、地址字段310、有效载荷320和校验和或CRC 330开始。然而,特殊分组还包括恒定音调扩展(CTE)340。图3B和图3C示出了CTE 340的两个不同格式。在这两个格式中,CTE 340包括保护周期341、参考周期342以及多个切换时隙343和采样时隙344。每个切换时隙343和采样时隙344的持续时间可以是1秒或2秒,分别如图3B和图3C中所示。CTE 340是对蓝牙分组的特殊扩展,它传输恒定频率,诸如250kHz的音调。例如,CTE 340可以是一串连续的“1”。CTE 340可以与160秒一样长,并且与16秒一样短。实际上,网络设备10可以使用天线阵列38的单个天线元件37来在保护周期341和参考周期342期间接收CTE 340。该设备利用在保护周期341和参考周期342期间接收的信号来设置无线电电路31的增益(AGC)和频率(AFC)。如果在保护周期341和参考周期342期间使用来自天线元件37的圆极化信号,则无线电电路31的增益和频率确定可能更准确。
网络设备10然后通过改变无线电电路31中的切换网络50的选择,在每个切换时隙343期间切换到另一个天线元件37。网络设备10在采样时隙344期间用新的天线元件37再次采样音调。网络设备10在每个切换时隙343期间继续切换天线元件37,并在采样时隙344期间采样音调。如果切换时隙343多于天线元件,则网络设备10返回到第一天线元件37并重复序列。
在整个CTE 340期间,发送设备以恒定的已知频率传输音调。如上所述,网络设备10可以使用天线阵列的一个天线元件37接收该音调。具体地,可以使用相同的天线元件37来接收具有12秒组合持续时间的保护周期341和参考周期342。
在一些实施例中,已经发现,当无线电电路31利用来自每个天线的水平和垂直极化信号时,AoX算法的准确度得到改进。因此,无线电电路31在至少两个不同的采样时隙344期间选择每个天线;一个接收水平极化信号,并且一个接收垂直极化信号。
因此,总之,为了优化AoX算法的准确度,在至少两个采样时隙344期间采样每个天线元件37可能是有益的,使得来自每个天线的水平极化和垂直极化信号被用作AoX算法的部分。
因此,在接收到CTE 340之后,网络设备10可能已经为天线阵列38中的每个天线元件37的每个极化生成了I和Q信号。
使用这些I和Q信号,可以确定传入信号的仰角和方位角的指示。此外,有利地,还可以计算该确定的置信度。
图4中示出了执行这些操作的过程。首先,如上面解释并如框400中所示,生成I和Q值。
然后,如框410中所示,这些I和Q值可以用于使用AoA算法创建伪谱,诸如MUSIC。如公知的,MUSIC算法生成伪谱,该伪谱包括一定角度范围内的每个方位角和仰角的值。与方位角和仰角的每个组合相关联的值指示传入信号从该方位角和仰角的组合到达的可能性。遍及该公开内容,这被称为第一伪谱。
I和Q值的协方差用于形成矩阵(R)。具体地,I和Q样本用于形成维度为的矩阵,其被称为x矩阵,其中Z是每个天线元件的快照数量。然后,x矩阵及其厄米转置(xH)用于创建R矩阵。然后计算该矩阵的特征值R,以创建矩阵RN。在一个实施例中,执行R的特征解构以产生:R = VAV-1,其中A是包含特征值的对角矩阵,V包含对应的特征向量,并且V-1是V的逆矩阵。如果存在N个特征向量,则选择对应于(N-m)个最小特征值的(N-m)个特征向量,其中m可以是1。现在形成(N-m)x N矩阵的该特征向量集合可以称为Vm。RN然后计算如下:,其中VmH是Vm的厄米转置。第一伪谱可以被计算为。
图5A示出了使用MUSIC算法创建的代表性3维伪谱。注意,该第一伪谱指示传入信号从-2°的方位角和26°的仰角到达。该角度集合表示图5A中的峰值。
接下来,如框420中所示,生成第二伪谱。该第二伪谱利用了方位角和仰角方向上的电场强度的比,以及这两个电场之间的角度。例如,0°的角度指示线性极化,而具有为1的比的90°的角度指示圆极化。任何其他比指示椭圆极化。
前四个值对于给定的方位角和仰角组合是常数,并且可以基于来自第一伪谱的输出来确定。最后两个参数在最小值和最大值之间扫描。例如,极化比可以从0.01扫描到100.0,而极化角可以在0°和360°之间。因此,天线流形(S)被表示为矩阵,对于每个极化比和极化角具有唯一的值。
如上所述,I和Q值的协方差用于形成矩阵(R)。然后计算该矩阵的特征值R,以创建第二矩阵(RN)。在某些实施例中,相对于第一伪谱计算的RN矩阵可以用于创建第二伪谱。该方法减少了计算时间,可能以牺牲存储空间为代价。如上所述,RN计算为RN = Vm x VmH,其中VmH是Vm的厄米转置。天线流形然后与Vm矩阵组合,以创建第二伪谱。例如,第二伪谱,PS2可以被定义为,其中aH是矩阵的厄米转置。
该过程产生了第二伪谱,其是图6A中所示的代表性图示。
已经计算了第一和第二伪谱,然后确定方位角和仰角组合的置信度,如框430中所示。
图5B示出了图5A的伪谱,表示为二维阵列,其中阵列中的每个值是与图5A中所示的方位角和仰角的组合相关联的值。注意,在该阵列中,接近峰值的小区域具有最大值,并且所述值随着远离峰值移动而迅速减小。这可以指示准确的AoA测量,因为峰值清楚地可见,并且在该峰值附近的值急剧减小。
然而,可能的是具有方位角和仰角的伪谱具有小的峰值区域,并且仍然存在多径环境。换句话说,存在第一伪谱不能提供足够信息来确定多径环境是否存在的情形。
类似地,图6B示出了表示为二维阵列的图6A的伪谱,其中阵列中的每个值是与图6A中所示的极化比和极化角的组合相关联的值。注意,在该阵列中,接近峰值的区域具有最大值,并且所述值随着远离峰值移动而减小。此外,注意,该峰值区域大于图5B中所示的峰值区域。
为了确定所得的方位角和仰角是准确的可能性,可以为每个峰值区域计算良好度的度量,如框430中所示。
例如,峰值区域可以是其中该区域内的值在最大值的某个百分比内的区域。例如,图5B示出了峰值区域,其在方位角上具有大约4°的峰值宽度,并且在仰角上具有大约21°的峰值宽度。由于伪谱包括360°的方位角和90°的仰角,因此峰值区域仅占整个伪谱的大约0.26%。
同时,图6B中的峰值区域示出了具有10 dB的峰值宽度和大约150°的峰值宽度的峰值区域。由于伪谱包括360°的极化角和40 dB的极化比,因此峰值区域大约为整个伪谱的10.5%。注意,与第二伪谱相关联的确定性远小于与第一伪谱相关联的确定性。
因此,在某些实施例中,与伪谱的结果相关联的置信度——也称为“伪谱的良好度”——可以与峰值区域的面积相关。
在一个实施例中,峰值区域被计算为具有在最大值的预定百分比内的值的所有点。例如,在图5A中,峰值可以被归一化为0 dB,并且该值的5 dB内的所有值可以被认为是峰值区域的部分。当然,也可以使用其他值。替代地,峰值的某个百分比内的所有值可以被认为是峰值区域的部分。峰区域的面积作为整个伪谱的百分比或分数可以用于计算伪谱的良好度。
替代地,可以使用其他方法来计算伪谱的良好度。例如,粒子滤波器可以应用于伪谱,并且该结果的标准偏差可以指示良好度。粒子滤波器可以如下操作。首先,有限数量的“粒子”在伪谱上用均匀分布生成。此时,所有粒子具有相等的权重。
接下来,基于粒子位置处的伪谱的对应值来更新每个粒子的权重。因此,峰值区域处或附近的粒子将比其他粒子具有更大的权重。
接下来,具有较低权重的粒子被重新分布到更靠近具有较高权重的粒子。然后,基于重新分布的粒子的新位置,为它们指定新的权重。然后,通过将具有较低权重的粒子放置到靠近具有较高权重的粒子,对所有粒子进行重新采样。
这可以被迭代。该过程导致所有粒子都位于(一个或多个)最高峰值周围的情形。接下来,计算该粒子云的标准偏差,这是对峰值宽度的估计。在尖峰的情况下,粒子云将更密集,并且将导致更低的标准偏差。
一旦已经为每个伪谱计算了良好度值,这些值就可以如框440中所示被组合。在某些实施例中,这些良好度值可以被加在一起。在其他实施例中,良好度值可以被乘在一起。在另一个实施例中,两个良好度值和诸如RSSI和信道号之类的可选的其他参数可以被馈送到神经网络中,以创建组合良好度值。当然,可以使用其他函数来组合这两个良好度值。该组合良好度值可以以许多方式使用。
首先,可以将组合良好度值与阈值进行比较,以确定计算出的仰角和方位角的组合是否可能是准确的,如框450中所示。组合准确的指示提供了这些值可以用在进一步计算中的置信度。在某些实施例中,阈值可以是自适应的,因为它被训练为神经网络的部分。在其他实施例中,阈值可以以其他方式计算或者可以是固定的。在某些实施例中,可以基于良好度值来分配权重。因此,如果该良好度值是不可接受的,则可以决定从进一步的计算中消除该组合,或者减少与该组合相关联的权重。在所有实施例中,该决定是基于良好度值的。
角度组合不正确的指示可能导致该组合被忽略,或者可能导致框400-440被重复。在其他实施例中,角度组合可能不正确的指示可能导致在计算被跟踪设备的空间位置时该组合被给予较小的权重。
在另一个实施例中,不是组合来自第一和第二伪谱的良好度,而是将每个伪谱的良好度值与两个不同的预定阈值进行比较,以确定结果是否被认为是准确的。
到达或离开的角度可以用于许多功能。例如,可以使用多个到达角定位器设备来跟踪设备。每个定位器设备可以具有图1中所示的结构。该类应用被称为空间定位。例如,在具有多个定位器设备的结构内部,可以确定任何传输器的确切位置。这可以在这些环境中取代GPS,因为GPS定位需要更多的能量来执行。在一个示例中,操作员可以携带移动电话。电话可以发射CTE,其被多个定位器设备中的每一个接收。每个定位器设备的位置和取向是已知的。基于接收到的CTE信号,多个定位器设备中的每一个通过创建第一伪谱和第二伪谱二者来确定由该电话传输的信标的到达角。在一个实施例中,这些到达角被转发到集中式计算设备770(参见图7A-7B),该集中式计算设备770(参见图7A-7B)基于所有接收到的到达角来计算移动电话或其他被跟踪设备的位置。该集中式计算设备770可以是移动电话、定位器设备之一、网关设备、云计算机或另一设备。在所有实施例中,集中式计算设备具有与图1中所示的配置类似的配置,但是可以不包括天线阵列。相反,可以使用单个天线或有线连接。集中式计算设备770包括存储器设备,该存储器设备包括使得集中式计算设备770内的处理单元能够执行本文描述的操作的指令。
因此,来自每个定位器设备的到达角可以用于精确定位移动电话或其他被跟踪设备的具体位置。如果采用多个定位器设备,则被跟踪设备的三维空间定位是可能的。
在该实施例中,集中式计算设备770可以从每个定位器设备接收方位角和仰角以及其组合良好度值或两个良好度值。
在其他实施例中,集中式计算设备770可以从多个定位器设备中的每一个接收I和Q值,并且为每个定位器设备计算第一和第二伪谱。
在一个实施例中,可以使用二元滤波器来处理一个或多个良好度值,其中良好度值被认为是可接受的或不可接受的。因此,在这些实施例中,集中式计算设备770可以忽略来自任何定位器设备的方位角和仰角,该定位器设备报告了在预定范围外部的一个或多个良好度值。
然而,其他实施例也是可能的。例如,在另一个实施例中,由各种定位器设备报告的良好度值根据准确度排序。在该实施例中,仅有N个最准确的结果被用于计算空间位置,其中N是2或更大的值。在另一个实施例中,使用良好度值的前N个百分位。
在这两个种场景中,集中式计算设备770利用被认为是最准确的所选数量的方位角和仰角。来自最准确的定位器设备的信息然后可以如下使用。然后,使用简单的三角学,来自每对定位器设备的方位角和仰角被用于确定交点。因此,如果使用来自N个定位器设备的信息,将计算总共个交点。被跟踪设备的位置可以被计算为这些交点的平均值。
在另一个实施例中,可以沿着连续体来处理良好度值,其中良好度值的值指示其准确度程度。在该实施例中,如上所述,集中式计算设备770计算每对定位器设备的交点。然而,在该实施例中,基于用来生成交点的定位器设备的良好度值,每个交点被分配权重,其中较高的权重指示更准确的结果。然后,被跟踪设备700的位置可以被计算为所有交点的加权平均值。
在又一个实施例中,可以使用这些方法的组合,其中使用二元滤波器来消除被认为不准确的结果,并且根据其感知的准确度来加权剩余的结果。
因此,在计算移动电话(或其他设备)的实际空间位置时,集中式计算设备770也可以利用组合良好度值,如框460中所示。
图7A示出了一个实施例,其中四个定位器设备710、720、730、740用于跟踪设备700。在该图中,定位器设备710、730和740都具有到设备700的直接视线。然而,来自设备700的信号在到达定位器设备720之前被墙壁或其他表面反射。该反射可能引起定位器设备720执行的AoA计算不准确,如组合良好度值所指示的。因此,在一个实施例中,在计算设备700的空间位置时,集中式计算设备770简单地忽略来自定位器设备720的结果。在另一个实施例中,来自定位器设备720的结果被给予比来自其他定位器设备的结果低得多的权重。
图7A示出了实施例,其中仅有一个定位器设备720生成不准确的结果。在这种情况下,由于使用定位器设备720生成的交点与仅使用定位器设备720、730和740时生成的交点不一致,所以可以有可能的是在不使用两个伪谱的情况下确定定位器设备720经历多径。
图7B示出了第二实施例,其中五个定位器设备中的三个经历多径环境。具体地,定位器设备710、720和750都经历多径环境。在该实施例中,仅有基于定位器设备730和740生成的交点是准确的。所有其他交点利用经历多径环境的至少一个定位器设备。在该实施例中,正确标识被跟踪装置700的空间位置的唯一方式是能够标识仅有来自定位器设备730和740的结果是准确的。因此,在该实施例中,一个或多个良好度值提供该信息,并允许集中式计算设备770正确计算被跟踪设备700的空间位置。
使用离开角算法可以执行类似的功能。例如,用户可以拥有具有单个天线而不是天线阵列的设备。如果信标(诸如上面描述的购物中心或仓库中的信标)利用天线阵列,则用户的设备可以确定离开的角度。
该设备还可以能够确定从多个信标的离开角度。如果信标的位置是已知的,则该设备(或集中式计算设备)可以能够从这些离开角度计算其空间位置。
换句话说,该信息可以以与到达角信息相同的方式用于空间定位。
本系统和方法具有许多优点。该系统和方法极大地改进了多径环境的检测,即使在先前没有标识的情况下。图8A示出了示例,其中存在直接视线,并且在设备和定位器之间几乎不存在多径。注意,第一伪谱和第二伪谱二者都存在小峰值区域。这指示计算具有很大的置信度程度。相比之下,图8B示出了可能存在多径环境但是没有被第一伪谱检测到的示例。注意,在第一伪谱上存在相对小的峰值区域,这似乎表明结果是准确的。然而,第二伪谱具有大的峰值区域。因此,第二伪谱提供了确定第一伪谱的结果不准确的必要信息。因此,这些结果可能不被集中式计算设备使用,从而改进了空间定位计算的准确度。
本公开在范围方面不应受本文描述的具体实施例所限制。实际上,除了本文描述的那些之外,根据前面的描述和附图,本公开的其他各种实施例和对本公开的修改对于本领域普通技术人员来说将是清楚的。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,尽管本文已经在用于特定目的的特定环境中的特定实现的上下文中描述了本公开,但是本领域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用于任何数量目的的任何数量的环境中实现。因此,下面阐述的权利要求应该鉴于如本文描述的本公开的全部范围和精神来解释。
Claims (20)
1.一种确定设备的空间位置的方法,包括:
从设备发射信号;
由多个定位器设备接收信号,每个定位器设备位于已知位置;
为所述多个定位器设备中的每一个计算信号的到达角,以及与到达角相关联的至少一个良好度值;和
使用所计算的到达角和良好度值中的至少两个来确定设备的空间位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中基于所述信号为所述多个定位器设备中的每一个计算第一伪谱以确定到达角,并且其中所述到达角用于为所述多个定位器设备中的每一个计算第二伪谱以确定极化比和极化角。
3.根据权利要求2所述的方法,其中为每个定位器设备计算第一伪谱的第一良好度值和第二伪谱的第二良好度值。
4.根据权利要求3所述的方法,其中组合第一良好度值和第二良好度值以创建组合良好度值,并且组合良好度值用于确定设备的空间位置。
5.根据权利要求3所述的方法,其中,第一良好度值和第二良好度值用于确定设备的空间位置。
6.根据权利要求3所述的方法,其中将粒子滤波器应用于第一伪谱以计算第一良好度值,并将粒子滤波器应用于第二伪谱以计算第二良好度值。
7.根据权利要求3所述的方法,其中第一伪谱的峰值的预定百分比内的所有点被认为是第一峰值区域的部分,其中第一峰值区域的面积被用于计算第一良好度值;并且在第二伪谱的峰值的预定百分比内的所有点被认为是第二峰值区域的部分,并且第二峰值区域的面积被用于计算第二良好度值。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,如果第一定位器设备的至少一个良好度值不在预定范围内,则为第一定位器设备计算的到达角不用于确定设备的空间位置。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,基于每个定位器设备的已知位置和为每个定位器设备计算的到达角,为每对定位器设备计算交点;并且其中设备的空间位置被计算为交点的加权平均值。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,第一定位器设备的至少一个良好度值用于向与第一定位器设备相关联的交点分配权重。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,如果第一定位器设备的至少一个良好度值在预定范围之外,则分配的权重被设置为0。
12.根据权利要求1所述的方法,其中小于所述多个计算的到达角的计算的到达角的子集被用于确定设备的空间位置,其中基于所述至少一个良好度值选择所述子集,使得仅有被认为最准确的计算的到达角被用于确定设备的空间位置。
13.一种用于确定设备的空间位置的系统,包括:
设备,所述设备包括网络接口,所述网络接口具有发射包括恒定音调的信号的天线;
多个定位器设备,每个定位器设备位于已知位置,每个定位器设备包括网络接口和天线阵列;处理单元和存储器设备,其中每个定位器设备接收信号,为天线阵列中的每个天线元件生成I和Q信号,并且其中I和Q信号用于计算到达角和至少一个良好度值;和
计算设备,使用所计算的到达角和良好度值中的至少两个来确定设备的空间位置。
14.根据权利要求13所述的系统,其中每个定位器设备计算到达角和至少一个良好度值。
15.根据权利要求13所述的系统,其中,所述定位器设备将I和Q信号传输到计算设备,并且计算设备基于I和Q信号计算每个定位器设备的到达角和至少一个良好度值。
16.根据权利要求13所述的系统,其中,所述计算设备包括网关或云计算机。
17.根据权利要求13所述的系统,其中基于所述信号为所述多个定位器设备中的每一个计算第一伪谱以确定到达角,并且其中所述到达角用于为所述多个定位器设备中的每一个计算第二伪谱以确定极化比和极化角;并且其中为每个定位器设备计算第一伪谱的第一良好度值和第二伪谱的第二良好度值。
18.根据权利要求13所述的系统,其中,如果第一定位器设备的至少一个良好度值不在预定范围内,则计算设备不使用为第一定位器设备计算的到达角来确定设备的空间位置。
19.根据权利要求18所述的系统,其中,基于每个定位器设备的已知位置和为每个定位器设备计算的到达角,由计算设备为每对定位器设备计算交点;并且其中设备的空间位置由计算设备计算为交点的加权平均值。
20.根据权利要求13所述的系统,其中,所述计算设备使用小于所述多个计算的到达角的计算的到达角的子集来确定设备的空间位置,其中基于所述至少一个良好度值来选择所述子集,使得仅有被认为最准确的计算的到达角被用于确定设备的空间位置。
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