CN1214660C - 位置探测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种对物体或人定位的方法包括至少一个由无线电系统的无线电覆盖区内人或物体携带的具有自身无线电标记的应答站(TS1)。该系统包括多个空间分离的无线电单元组(M1至M2)，该单元具有收发装置和所接收信号强度确定装置，每个无线电单元具有单独的标记。每组与包括用于与组中的至少一个无线电单元通信的收发装置的网络查询站(NIU1，NIU2)相连。一个中心站(10)具有与多个查询站通信的收发装置和用于存储包含无线电单元(M1到M7)位置的数据库的存储装置。当需要确定应答站位置时，中心站发射请求信号给查询站，查询站随后广播该查询信号。

Description

位置探测系统和方法
技术领域
本发明涉及物品和人的位置探测系统和方法
背景技术
定位物品和人的许多方法是公知的。利用蜂窝电话系统的比较粗略定位方法是确定处理呼叫的基站位置。这将给出呼叫方所在小区指示。通常的小区可以是低频工作系统的20km宽，并且明显小于工作在1.8或1.9GHz量级高频和低功率的微蜂窝系统。如果GPS卫星接收机与蜂窝电话机集成，确定位置精度可以是大约100m。
WO-A-9733386公开了一种定位系统，其中通过终端发射基站标记和多个基站所接收无线电波电场强度给位置管理站能够探测蜂窝电话机终端的位置，该位置管理站通过利用电场强度和发射点接收点距离之间的关系确定终端位置。
这些公知系统的缺点是需要用户携带和使用相对昂贵的终端单元。这使系统实施物品跟踪或用于例如自动跟踪和探测不携带蜂窝电话终端的儿童的应用昂贵。
本发明公开
本发明的目的是提供具有相对便宜应答单元的定位系统。
按照本发明的一个方面提供一个无线电系统，包括多个空间分开的无线电单元组，每个无线电单元具有收发装置和所接收信号强度确定装置，每个无线电单元具有单独的标记，每组与包括与组中至少一个无线电单元通信的收发装置的查询站相关，一个具有与多个查询站通信的收发装置和存储包括无线电单元位置的数据库的存储装置的中心站，和至少一个具有收发装置和其自己的无线电标记的应答站。由此当需要确定应答站位置时，中心站发射包含其无线电标记的查询信号给查询站，该查询站重新广播该查询信号，应答站响应收听查询信号中的其无线电标记，发射包含其自己无线电标记的回答信号，该无线电单元响应对应答站识别确定所接收信号强度，而每个无线电单元转发包括无线电标记、所确定的接收信号强度和自己的无线电标记的信息给至少一个查询站，该查询站将该信息转发给中心站，中心站计算应答站相对无线电单元位置的位置。
按照本发明的第二实施例，提供一种定位在无线电系统无线电覆盖区内至少一个具有其自己的无线电标记应答站的方法，该无线电系统包括多个空间分开的无线电单元组，每个无线电单元具有收发装置、接收信号强度确定装置和一个独立标记，每个组与包括用于与组中至少该无线电单元通信的收发装置的一个查询站相关，和一个中心站具有用于与多个查询站通信的收发装置和用于存储包括无线电单元位置的数据库的存储装置，其中当需要确定应答站位置时，该中心站发射查询信号给查询站，而查询站随后广播该查询信号，应答站响应收听查询信号中的其无线电标记并发射包含其自己无线电标记的回答信号，范围内无线电单元识别应答站并且确定所接收信号强度和转发包括应答站的无线电标记、所确定的接收信号强度和自己标记的信息给查询站，查询站转发该信息给中心站，中心站计算应答站相对无线电单元的位置。
按照本发明的第三方面，提供一个应答单元包括用于存储该单元无线电标记的非易失存储器，一个无线电接收机用于接收查询信号，用于比较所存储无线电标记与查询信号中无线电标记的装置和响应被认为基本相同的无线电标记启动发射机发送回答信号的装置，该回答信号具有至少一个与所接收查询不同的特性。
这至少一个特性可以是与查询信号不同的回答信号频率或与查询信号不同的回答信号信令速率。
在实现该系统时，基础设施可以是修改的已安装大面积自动计量系统，用于例如民用或商业建筑区域内计量水、煤气、电和/或热水消费。因此在城区内，无线电单元包括连接到每个建筑内的计量单元的电信部分，这样能使分辨率等效于获得的一所住房。网络查询站通常安装在按照无线电通信观点的有利位置，例如在邮局。在无线电单元分布比城区少的农村地区，网络查询站可以起位置探测目的无线电单元作用并且通过一个或几个起转发站作用的中间网络查询站转发该信息给中心站。
应答站可以是小尺寸以便它能够包括挂在衣服上的附件，尤其是儿童服装，或集成到物品容器中或挂在物品上。该应答站通常是一个收发信机，能够接收一个频率的查询信号和发射另一个频率的信号。
附图简介
现在通过举例参照附图描述本发明，图中：
图1是定位系统实施例的示意图，
图2是中心计量站的方框图，
图3是应答站的方框图，
图4是无线电计量单元的方框图，和
图5是表示当执行定位查询时工作过程的流程图。
在图中相同的的参考号码用于表示对应的特征。
实现本发明的方式
图1所示的系统包括一个中心计量站10，该站包括一个大型计算机12和一个收发信机14连接到可以提供天线分集的天线16、18。计算机12存储整个系统的地图。
多个地理分布的无线电计量单元M1到M7例如水计量单元连接到容纳特定商品的民用和工业每个建筑内。如同下面将更详细描述的，每个计量单元包括一个连接到天线的无线电收发信机，该天线可以合并在容纳计量表的盒盖上或可以包括适当安置以提供良好信号接收和传播的鞭状天线。无线电计量单元被随意分成组，这些组与网络查询单元NIU1和NIU2连接。每个网络查询单元包括一个收发信机使它能够接收来自组中计量单元的消息并且转发该消息给中心计量站。在某些情况下，例如在农村环境中，提供无线电转发网络查询单元NIU(R)。可是当要求时NIU1和NIU2也可能提供转发功能。
应答站TS1通常由个人携带，例如儿童，或物品例如车辆或包裹。每个应答站包括一个收发信机和存储包含在发射消息中唯一标记的存储器。
在例如计量系统的运转中，网络查询单元NIU(1)和NIU(2)单独查询在其各组中的无线电计量单元M1～M4和M5～M7并储存计量读数和计量标记。另一个方式，或另外地，无线电计量单元可以进行随机发射。中心计量站10经常联系下载所存储计量表读数和标记的相应的网络查询单元。发射频率位于为此用途所保留的频带内。为说明简单而假设使用单一频率F2。
在定位模式的实施例中，根据搜索间隔中心计量站10或专用控制中心(未示出)发送包含唯一地址的短消息例如“TS1”给某些或所有NIU。NIU在所有应答站可接收的专用紧急信道F1上发射“TS1请在频率F2上发射你的ID”。频率F2是计量单元发射到NIU所使用的传统频率。频率F2可以根据地区、应用类型和拥有计量读数系统公司而不同。
应答站TS1通过将发射机重新调谐到频率F2来响应上述消息和发射“TS1响应”。该消息由范围内无线电计量单元接收，也可能由某些查询单元NIU接收。计量单元测量所接收信号的强度。当依次被支持组内计量单元的查询单元查询时，例如“计量表M1已经以信号电平56收听到TS1”和“计量表M2已经以信号电平23收听到TS1”的消息被发射。查询单元将这些消息转发给中心计量站10，该中心计量站利用存储在数据库内的地图数据能够确定接收具有最高信号电平消息的计量单元位置。在城区中相对高密度的计量单元意味着可以实际识别携带应答站TS1的人员、物品或车辆。如果移动该应答站则可以跟踪其运动。
在另一个实施例中(未示出)，应答站在相同频率例如F1上接收和发射，而无线电计量单元和所有或某些NIU将它们的收发信机重新调谐到F1。可以保持重新调谐条件直到另一个重新调谐信号被接收或该条件超时和无线电计量单元和NIU重新调谐自己。
参照图2，中心计量站10包括一个具有连接到天线16、18的输入端的和连接到解码器20的输出端的接收机14R。解码器20连接到控制器12，该控制器按照存储在PROM22中的软件工作。各种设施和数据库连接到控制器12。这些包括一个查询单元和计量单元位置数据库，一个填报设施26用于编辑发送给消费者的帐单，一个显示器设备28，一个存储器30用于存储查询单元NIU和无线电计量单元M1-M7的标记，和一个存储器32用于存储应答站标记。控制器12具有通过PSTN或方框42代表的本地个人计算机的外部数据输入端。
如果需要中心计量站10发送消息，在级36中产生。该消息被转发给连接到天线16、18的发射机14T。
一个频率合成器38连接到接收机14R和发射机14T。其输出频率由控制器确定而一组频率信号被应用于输出40。接收机14R和发射机14T能够在分配的计量读数频带频率范围内调谐。
图3表示应答站TS1的实施例，该应答站包括一个天线50，可以是环形天线，连接到接收机52和发射机54。接收机52连接到解码器56，而解码器随后连接到控制器58。如果需要，解码器56可以省略而解码功能可以由软件控制下的控制器58执行。存储应答站标记的PROM60(或编码插头)连接到控制器58。在接收和发射频率相同的实施例中，利用固定频率发生器62产生需要本地产生的信号，该发生器连接到接收机52和发射机54。可是在发射频率为F2与接收频率F1不同的实施例中，频率发生器62受控产生本振信号，该信号将启动接收机52接收频率F1并产生一个频率，该频率将启动发射机54在频率F2上发射。由于应答站TS1只需要能够响应定位查询信号，控制器58预先存储具有从PROM60获得的站标记的适当消息。
应答站TS1利用电池64电池供电。为使电池寿命最长，接收机52按照节省电池规则周期地启动。如果所使用规则与无线电计量单元使用的规则相容将非常方便。因此为保证应答站TS1接收查询消息，该消息必须在等于两倍接收机52正常工作周期加两个连续开机周期之间关机间隔的时间段上重复。
在频率发生器62的单一频率实施例中，本振可以具有低偏差晶体和使用接收频率F1作为基准频率以带动本振频率。使用F1的优点在于它是相对稳定的频率和不受应答站TS1元件老化影响。
图4表示无线电计量单元M的实施。天线70连接到接收机72和发射机74。接收机72连接到解码器76，其随后连接到按照ROM80中所存储程序工作的控制器78。存储单元标记的PROM，提供代表资源消费例如计量的水的数字输出的计量单元84，一个存储消费的RAM86，一个频率合成器88，所接收无线电信号强度指示(RSSI)确定级90，和一个电池91也连接到控制器78。在正常工作中，计量单元M在相同频率F2上接收和发射信号，但因为不同系统工作在分配的计量频带的其它频率上，频率合成器88的使用使接收机72和发射机可以调谐到所需要信道上。在单一频率设备的应答站实施例中，频率合成器88将使无线电计量单元响应需要重新调谐指令或由于在临时重新调谐状态后超时重新调谐回来。
查询单元NIU基本上与无线电计量单元相同，不同在于没有连接到计量单元，PROM82存储组中所有计量单元标记而RAM86有足够容量存储所有转发的计量。
无线电计量单元和查询单元按照例如WO-A-99/25051中公开的适当规则实现电池节省。总之，计量单元具有M位组成的无线电标记编码而网络查询单元NIU(或中心计量站，如果应用)发射持续至少两个唤醒序列重复的唤醒消息，该唤醒序列包括连接N个成串的部分，其中N是整数，而每个部分包括一个同步字和无线电标记编码位的不同分数M/N。计量单元为检测载波和至少N部分之一马上被启动。响应对N部分之一的检测，计量单元保持启动并且分析至少所检测N部分之一。如果所接收无线电标记编码位不对应计量单元无线电标记编码的相应位，计量单元复原到间断启动，反之它保持启动以接收附加在所发射无线电标记编码上的消息。
图5所示流程图始于方框92，指示中心计量站接收SOS请求和发射消息标记应答站。方框94涉及在频率F1上转发该消息的查询单元。方框96代表接收被转发消息的应答站。在方框98中进行检查看是否被请求的应答站与分配到该站的一致。如果回答为是(Y)，流程图前进到涉及所识别应答站在频率F2或F1上转发的方框102。如果回答为否(N)，应答站返回到电池节省模式。
方框104涉及范围内计量单元接收F2(或F1)上的响应并且检查所接收信号强度。方框106涉及计量单元将它们的消息以随机方式或应邀传递给网络查询单元。方框108涉及检查看是否组内计量单元已经回答或被支持。如果回答为否(N)，流程图返回到方框106，而如果为是(Y)流程图前进到方框110。该方框表示查询单元转发所存储的消息给中心计量站。通常将响应中心计量站发布的无线(Ouer-the-air)邀请进行。
方框112表示中心计量站接收消息和使用信号强度指示确定最靠近发射应答站的计量单元。方框114涉及中心计量单元提供包括最接近计量单元标记的输出。
为使应答站TS1和无线电计量单元电流消耗最小，计量单元可以设置为快速唤醒模式，在该模式中它们在短时间内连续或在比计量读取模式更频繁启动，以便能够快速检测应答站TS1发射的短消息序列。
在其它未说明的实施例中，中心计量站和网络查询单元具有分开的专用紧急接收机，该接收机接收来自应答站的消息。能够进行应答站位置的粗略确定而然后中心计量站可以根据利用粗略搜索确定的本地地区中无线电计量单元开始精细搜索。
在说明书和权利要求书中，前缀到元件的词a或“an”不排除表示多个这种元件。另外，词“Comprising”不排除出现其它没有列举的元件或步骤。
根据对公开文件的阅读，其它修改对于本领域人员是显而易件的。这种修改可以涉及在无线电定位系统设计、制造和使用中公知的其它特征和元器件，这些可以作为对已经在此描述的特征的替代或额外增加。
工业应用性
利用已经安装的无线电基础设施的物品和/或人员的定位系统。

Claims (7)

1.一种无线电系统，包括多个空间分开的无线电单元组，每个无线电单元具有收发装置、接收信号强度确定装置和一个单独标记，每个组与一个查询站相关，查询站包括与组中至少该无线电单元通信的收发装置，一个中心站具有与多个查询站通信的收发装置和存储包括无线电单元位置的数据库的存储装置，和至少一个应答站具有收发装置和其自己的无线电标记，由此其中当需要确定应答站位置时，中心站发射包含其无线电标记的查询信号给查询站，该查询站重新广播该查询信号，应答站响应收听查询信号中的其无线电标记并发射包含自己无线电标记的回答信号，该无线电单元响应识别应答站而确定所接收信号强度，并且每个无线电单元将包括无线电标记、所确定的接收信号强度和自己的标记的信息转发给至少查询站之一，该查询站将该信息转发给中心站，该中心站计算应答站相对无线电单元位置的位置。
2.权利要求1中所要求的一种无线电系统，特征在于至少一个应答站的收发装置在基本上对应于所述无线电单元被调谐到的频率上发射回答信号。
3.权利要求1中所要求的一种无线电系统，特征在于至少一个应答站的收发装置在相同频率上接收和发射，并且至少该无线电单元和至少一个查询站包括频率改变装置，用于改变至少它们的接收频率为至少一个应答站的发射频率。
4.一种定位在无线电系统的无线电覆盖区内具有其自己无线电标记的至少一个应答站的方法，该无线电系统包括多个空间分开的无线电单元组，每个无线电单元具有收发装置、接收信号强度确定装置和一个单独标记，每个组与包括用于与其组内至少该无线电单元通信的收发装置的一个查询站相关，和一个中心站具有用于与多个查询站通信的收发装置和用于存储包括无线电单元位置的数据库的存储装置，
其中当需要确定应答站位置时，中心站发射查询信号给查询站，查询站随后广播查询信号，应答站响应收听查询信号中的其无线电标记并发射包括其自己无线电标记的回答信号，在范围内无线电单元识别应答站并且确定接收信号强度并且转发包括应答站无线电标记、所确定接收信号强度和自己的标记的信息给查询站，该查询站将该信息转发给中心站，中心站计算应答站相对无线电单元位置的位置。
5.权利要求4中所要求的一种方法，特征在于至少一个应答站使用所接收信号作为基准频率，针对该频率调节其自己的振荡器频率。
6.权利要求4中所要求的一种方法，特征在于在至少一个应答站发射之前，无线电单元和至少查询站之一调节它们的接收频率到至少一个应答站的发射频率上。
7.权利要求4到6中所要求的一种方法，特征在于当确定应答站位置时，无线电计量单元被设置为比非定位模式更快的唤醒模式。
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