JP2019532285A - 位置決め方法、装置及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

本発明の実施形態はアンカーノード装置の３６０°範囲内のタグ装置に対する位置決めを実現するための位置決め方法、装置及びコンピュータ記憶媒体を開示し、前記方法は少なくとも３本の第１のアンテナを備え、少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線にならないアンカーノード装置に適用される位置決め方法であって、各本の前記第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信することと、前記各本の第１のアンテナの受信した前記信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した前記信号の位相差を取得することと、指向する方位の最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出することと、前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定することと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は電子技術分野に関し、特に位置決め方法、装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。
相対位置決めとは２つの端末のうちの少なくとも１つの端末がそれらの間の相対距離と相対方向（又は角度）を測定することを意味する。相対位置決めを行うために、一方の端末にはアンカーノード（ａｎｃｈｏｒ）が取り付けられ、ａｎｃｈｏｒには２本のアンテナが設置され、他方の端末にはタグ（ｔａｇ）が取り付けられ、ｔａｇには１本のアンテナが設置される。ａｎｃｈｏｒはｔａｇから送信された信号を受信してから、ＴＯＦ（到来時間、Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）又はＡＯＡ（到来方向、Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）等の原理に基づいて距離と方向を計算する。
ところが、上記相対位置決め方法はａｎｃｈｏｒの正面から送信されるｔａｇ信号及びａｎｃｈｏｒの背面から送信されるｔａｇ信号に対して同じ位相差を得るため、ａｎｃｈｏｒの３６０°範囲内ではｔａｇの位置決めが不可能である。
本発明の実施形態はアンカーノード装置の３６０°範囲内のタグ装置に対する位置決めを実現するための位置決め方法、装置及びコンピュータ記憶媒体を提供する。
第１態様では、本発明の実施形態は位置決め方法を提供し、前記位置決め方法はアンカーノード装置に適用し、前記アンカーノード装置は少なくとも３本の第１のアンテナを備え、少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線ではなく、前記方法は、
各本の前記第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信することと、
前記各本の第１のアンテナの受信した前記信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した前記信号の位相差を取得することと、
指向する方位の最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出することと、
前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定することと、を含む。
一実施形態では、前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定することは、
前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定することと、
前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断することと、
前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達する場合、前記擬似方位を前記タグ装置の方位として確定し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しない場合、前記擬似方位が前記タグ装置の方位ではないと確定して、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記タグ装置の方位を確定することと、を含む。
一実施形態では、前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定することは、
前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じであるかどうかを判断することと、
前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じである場合、前記少なくとも３つの位相差のうちのいずれか１つの位相差の指向する方位を前記擬似方位として確定し、又は
前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が完全には同じではない場合、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位の平均値方位を前記擬似方位として確定することと、を含む。
一実施形態では、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断することは、
前記方位履歴に基づいて推定方位を取得することと、
前記擬似方位と前記推定方位との差分と、前記推定方位との比率を計算して、前記比率を前記信頼度とすることと、
前記比率が前記第１の閾値以上であるかどうかを判断することと、
前記比率が前記第１の閾値以上である場合、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達することを示し、前記比率が前記第１の閾値より小さい場合、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しないことを示すことと、を含む。
一実施形態では、前記少なくとも３本の第１のアンテナの設置位置が多角形の頂点に位置し、且つ前記多角形の最大辺長が前記信号の半波長より小さい。
一実施形態では、前記少なくとも３本の第１のアンテナが垂直偏波条件を満足し、且つ直線偏波純度が第２の閾値より高い。
一実施形態では、前記第２のアンテナが円偏波条件を満足する。
第２態様では、本発明の実施形態は更に位置決め装置を提供し、前記位置決め装置はアンカーノード装置に適用し、前記アンカーノード装置は少なくとも３本の第１のアンテナを備え、少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線ではなく、前記装置は、
各本の前記第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信するように構成される受信モジュールと、
前記各本の第１のアンテナの受信した前記信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した前記信号の位相差を取得するように構成される計算モジュールと、
指向する方位の最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出するように構成される抽出モジュールと、
前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定するように構成される確定モジュールと、を含む。
一実施形態では、前記確定モジュールは前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定し、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達する場合、前記擬似方位を前記タグ装置の方位として確定し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しない場合、前記擬似方位が前記タグ装置の方位ではないと確定して、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記タグ装置の方位を確定するように構成される。
一実施形態では、前記確定モジュールは前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じであるかどうかを判断し、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じである場合、前記少なくとも３つの位相差のうちのいずれか１つの位相差の指向する方位を前記擬似方位として確定し、又は前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が完全には同じではない場合、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位の平均値方位を前記擬似方位として確定するように構成される。
一実施形態では、前記少なくとも３本の第１のアンテナの設置位置が多角形の頂点に位置し、且つ前記多角形の最大辺長が前記信号の半波長より小さい。
一実施形態では、前記少なくとも３本の第１のアンテナが垂直偏波条件を満足し、且つ直線偏波純度が第２の閾値より高い。
一実施形態では、前記第２のアンテナが円偏波条件を満足する。
第３態様では、本発明の実施形態は更にコンピュータ記憶媒体を提供し、前記コンピュータ記憶媒体にコンピュータ実行可能指令が記憶され、前記コンピュータ実行可能指令は本発明の実施形態に記載の位置決め方法を実行するように構成される。
本願の実施形態の上記１つ又は複数の技術案は以下の少なくとも１つ又は複数の技術的効果を有する。
本発明の実施形態の技術案では、アンカーノード装置は少なくとも３本の第１のアンテナを備え、且つ少なくとも１本の第１のアンテナが残りの第１のアンテナ設置位置と共線にならなく、アンカーノード装置が各本の第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信し、次に、各本の第１のアンテナの受信した信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した信号の位相差を取得する。少なくとも１本の第１のアンテナが残りの第１のアンテナと共線にならないため、すべての位相差の指向する方位のうち、少なくとも３つの位相差の指向する方位が近接し、該当少なくとも３つの位相差に対応する鏡面位相差の指向する鏡面方位及び他の位相差の指向する方位は同じ方位に収束しない。従って、指向する方位に最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出して、少なくとも３つの位相差に基づいてタグ装置の方位を確定する。以上によれば、少なくとも３本の第１のアンテナによって第２のアンテナの信号を受信し、更に位相差から特異解をフィルタリングし、最後に実方位に最も近接する３つの位相差を利用して３６０°範囲内にタグ装置の方位を確定し、それによりアンカーノード装置の３６０°範囲内の位置決めを行うという技術的効果を実現する。
図１ａ−図１ｂは本発明の実施形態に係る第１のアンテナの設置位置の模式図である。 図２は本発明の実施形態に係る位置決め方法のフローチャートである。 図３は本発明の実施形態に係る位相差の指向する方位の模式図である。 図４は本発明の実施形態に係る例示的な方位履歴及び推定方位の模式図である。 図５は本発明の実施形態に係る可能なデータパケットの送受信を示す模式図である。 図６は本発明の実施形態に係る位置決め装置の構造模式図である。
本発明の実施形態はアンカーノード装置の３６０°範囲内のタグ装置に対する位置決めを実現できる位置決め方法及び装置を提供する。
上記技術的問題を解決するために、本発明の実施形態に係る技術案の全体構想は以下のとおりである。
本発明の実施形態の技術案では、アンカーノード装置は少なくとも３本の第１のアンテナを備え、且つ少なくとも１本の第１のアンテナが残りの第１のアンテナ設置位置と共線ではなく、アンカーノード装置が各本の第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信し、次に各本の第１のアンテナの受信した信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した信号の位相差を取得する。少なくとも１本の第１のアンテナが残りの第１のアンテナと共線ではないため、すべての位相差の指向する方位のうち、少なくとも３つの位相差の指向する方位が近接し、該当少なくとも３つの位相差に対応する鏡面位相差の指向する鏡面方位及び他の位相差の指向する方位が同じ方位に収束しない。従って、指向する方位の最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出して、少なくとも３つの位相差に基づいてタグ装置の方位を確定する。以上によれば、少なくとも３本の第１のアンテナによって第２のアンテナの信号を受信し、更に位相差から特異解をフィルタリングし、最後に実方位に最も近接する３つの位相差を利用して３６０°範囲内にタグ装置の方位を確定し、それによりアンカーノード装置の３６０°範囲内の位置決めを実現するという技術的効果を果たす。
以下、図面を参照しながら具体的な実施形態によって本発明の技術案を詳しく説明し、本願の実施形態及び実施形態の具体的な特徴は本願の技術案を詳しく説明するためのものであって、本願の技術案を制限するためのものではなく、衝突しない限り、本願の実施形態及び実施形態の技術的特徴を互いに組み合わせてもよいと理解すべきである。
本明細書における用語「及び／又は」は関連オブジェクトを説明する関連関係に過ぎず、３つの関係が存在してもよいことを示し、例えば、「Ａ及び／又はＢ」は「Ａが独立して存在する」「ＡとＢが同時に存在する」「Ｂが独立して存在する」の３つの状況を示してもよい。また、本明細書における文字「／」は一般的に前後関連オブジェクトが「又は」関係であることを示す。
本発明の実施形態の第１態様はアンカーが設置される電子機器すなわちアンカーノード装置に適用される位置決め方法を提供する。本発明の実施形態のアンカーノード装置は少なくとも３本の第１のアンテナを備え、具体的に実施するとき、第１のアンテナの数が３、４又は１０等であってもよく、当業者が実際に応じて選択してもよく、本発明は具体的に制限しない。少なくとも３本の第１のアンテナのうち、少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線ではない。具体的には、第１のアンテナがアンテナ設置面に垂直に設置され、第１のアンテナとアンテナ設置面との接触位置が設置位置である。図１ａは第１のアンテナの設置位置の模式図であり、図１ａにおける第１のアンテナが３本あり（ＡＮＴ＿１１、ＡＮＴ＿１２及びＡＮＴ＿１３を含む）、３つの設置位置が２つごとに共線であるが、３つの設置位置が共線ではなく、設置位置が三角形を構成する。又は、図１ｂは第１のアンテナの設置位置の模式図であり、４本の第１のアンテナの設置位置のうち、３本の第１のアンテナの設置位置が共線であるが、残りの１本の第１のアンテナの設置位置が他の３つの設置位置と共線ではない。
少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線ではない場合、２本ごとの第１のアンテナの間の接続線及び接続線の延長線が交差する。
図２は本発明の実施形態の位置決め方法のフローチャートである。当該方法は、
各本の前記第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信するステップＳ１０１と、
前記各本の第１のアンテナの受信した前記信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した前記信号の位相差を取得するステップＳ１０２と、
指向する方位の最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出するステップＳ１０３と、
前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定するステップＳ１０４と、を含む。
具体的には、本発明の実施形態のタグ装置、すなわちタグが設置される電子機器には少なくとも１本の第２のアンテナを有し、第２のアンテナによって第１のアンテナに信号を送信し、第１のアンテナから送信される信号を受信することにより、アンカーノード装置とインタラクションを行う。Ｓ１０１では、アンカーノード装置が各本の第１のアンテナによって第２のアンテナから送信される信号を受信する。
各本の第１のアンテナと第２のアンテナとの相対位置が多少異なるため、各本の第１のアンテナの受信した第２のアンテナの信号の位相も多少異なる。Ｓ１０２では、各本の第１のアンテナの受信した信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した信号の位相差を計算する。図１ａに示す３本の第１のアンテナを例として、１本目の第１のアンテナＡＮＴ＿１１の受信した信号の位相をＰ１、２本目の第１のアンテナＡＮＴ＿１２の受信した信号の位相をＰ２、３本目の第１のアンテナＡＮＴ＿１３の受信した信号の位相をＰ３とする場合、ＡＮＴ＿１１とＡＮＴ＿１２との位相差がＰ１２Ａ及びＰ１２Ｂであり、ＡＮＴ＿１１とＡＮＴ＿１３との位相差がＰ１３Ａ及びＰ１３Ｂであり、ＡＮＴ＿１２とＡＮＴ＿１３との位相差がＰ２３Ａ及びＰ２３Ｂである。各位相差が１つの方位に指向する。
幾何原理によれば、２本ごとのアンテナの受信した信号の位相によって２つの位相差を計算することができ、この２つの位相差の指向する方位はこの２本のアンテナの接続線又は接続線の延長線に対して鏡面対称になる。例えば、Ｐ１２Ａ及びＰ１２Ｂの指向する方位はＡＮＴ＿１１及びＡＮＴ＿１２の接続線又は接続線の延長線に対して鏡面対称である。且つ、２つの位相差の指向する方位は、一方が正則解すなわちタグ装置の実方位であり、他方が特異解であり、すなわちタグ装置が実方位ではなく、鏡面方位である。
更に、鏡面対称であるため、従来技術におけるアンカーノード装置は正面１８０°範囲又は背面１８０°範囲内のみでタグ装置を位置決めできるが、３６０°範囲内ではタグ装置を位置決めできない。
本発明の実施形態では、少なくとも１本の第１のアンテナが残りの第１のアンテナの設置位置と共線ではないため、少なくとも２本の第１のアンテナの接続線が残りのアンテナの接続線に平行せず、従って、すべての位相差の指向する方位が２本の直線に収束することがない。図１ａに示す第１のアンテナの設置位置を援用して説明すると、図３に示すように、Ｐ１２Ａの指向する方位Ｙ１２ＡはＰ１２Ｂの指向する方位Ｙ１２ＢとＡＮＴ＿１１及びＡＮＴ＿１２の接続線又は接続線の延長線に対して鏡面対称であり、Ｐ１３Ａの指向する方位Ｙ１３ＡはＰ１３Ｂの指向する方位Ｙ１３ＢとＡＮＴ＿１１及びＡＮＴ＿１３の接続線又は接続線の延長線に対して鏡面対称であり、Ｐ２３Ａの指向する方位Ｙ２３ＡとＰ２３Ｂの指向する方位Ｙ２３Ｂは、接続線の延長線がＡＮＴ＿１２及びＡＮＴ＿１３の接続線に対して鏡面対称である。図３における点線が２本の第１のアンテナ接続線の延長線を示す。
少なくとも２本の第１のアンテナの接続線が残りのアンテナ接続線に平行せず、且つ鏡面対称される２つごとの方位のうち、一方が実方位であるため、すべての位相差の指向する方位のうち、少なくとも３つの位相差の指向する方位が同一方位に収束する。つまり、少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じ又は近接する。例えば、図３におけるＹ１２Ａ、Ｙ１３Ａ及びＹ２３Ｂが挙げられる。残りの位相差の指向する方位が同一方位に収束しない。例えば、図３におけるＹ１２Ｂ、Ｙ１３Ｂ及びＹ２３Ａが挙げられる。
従って、Ｓ１０３では、指向する方位の最も近接する３つの位相差を抽出する。具体的には、アンカーノード装置が２つごとの位相差の指向する方位同士の距離を計算し、次に距離の最も短い３つの方位に対応する位相差を抽出する。
最後に、Ｓ１０４では、該少なくとも３つの位相差に基づいてタグ装置の方位を確定する。具体的には、本発明の実施形態では、
前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定し、
前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断し、
前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達する場合、前記擬似方位を前記タグ装置の方位として確定し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しない場合、前記擬似方位が前記タグ装置の方位ではないと確定し、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記タグ装置の方位を確定することによって、タグ装置の方位を確定することができる。
具体的には、タグ装置はまず上記３つの指向方位の最も近接する位相差に基づいてタグ装置の擬似方位を確定する。本発明の実施形態は、
前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じであるかどうかを判断し、
前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じである場合、前記少なくとも３つの位相差のうちのいずれか１つの位相差の指向する方位を前記擬似方位として確定し、又は
前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が完全には同じではない場合、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位の平均値方位を前記擬似方位として確定することによって、擬似方位を確定する。
まず、該少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じであるかどうかを判断する。少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じである場合、該少なくとも３つの位相差がいずれも同一方位を指向することを示し、従って、いずれか１つの位相差の指向する方位を擬似方位として確定する。少なくとも３つの位相差の指向する方位が完全には同じではない場合、該少なくとも３つの位相差が同一方位を指向しないことを示し、従って、本発明の実施形態では、この時、該少なくとも３つの位相差の指向する方位の平均値を計算して、平均値を擬似方位とする。
次に、アンカーノード装置はタグ装置の方位履歴を読み取ることにより、今回位置決めによって確定された擬似方位がタグ装置の方位であるかどうかを判断する。具体的には、本発明の実施形態における方位履歴は具体的に今回の位置決め前の所定の時間内のタグ装置の方位であり、所定の時間は例えば３分間又は１分間等であり、本発明は具体的に制限しない。擬似方位がタグ装置の方位であるかどうかを判断することは、今回位置決めされた擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断することによって実現される。方位履歴に基づいて擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断することは、
前記方位履歴に基づいて推定方位を取得し、
前記擬似方位と前記推定方位との差分と前記推定方位との比率を計算して、前記比率を前記信頼度とし、
前記比率が前記第１の閾値以上であるかどうかを判断し、
前記比率が前記第１の閾値以上である場合、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達することを示し、前記比率が前記第１の閾値より小さい場合、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しないことを示す、ことによって実現されてもよい。
具体的には、一般的に、タグ装置の方位が所定の規則に従って変化し、瞬間的に大きく変化する確率がより小さいため、本発明の実施形態では、アンカーノード装置が方位履歴に基づいて統計的原理により推定方位を推定する。例えば、図４は例示的な方位履歴及び推定方位の模式図である。図４における曲線が方位履歴を示し、ここからわかるように、方位履歴の変化が線形変化に類似するため、該曲線の線形変化規則に従って図４における円点で示される推定方位を推定することができる。
次に、擬似方位を取得した後、更に擬似方位と推定方位との差分を計算する。本発明の実施形態では、擬似方位と推定方位との差分を計算することは、擬似方位から推定方位を引くことであってもよいし、推定方位から擬似方位を引くことであってもよく、本発明は具体的に制限しない。次に、擬似方位と推定方位との差分と推定方位との比率を取得し、更に該比率を擬似方位の信頼度とする。具体的に実施するとき、擬似方位と推定方位との差分と推定方位との比率は具体的に「推定方位／擬似方位と推定方位との差分」、又は「１−擬似方位と推定方位との差分／推定方位」であってもよく、本発明は具体的に制限しない。
擬似方位が推定方位に近接すれば近接するほど、擬似方位と推定方位との差分が小さくなり、更に擬似方位の信頼度が高くなり、逆に、擬似方位が推定方位を離れれば離れるほど、擬似方位と推定方位との差分が大きくなり、更に擬似方位の信頼度が低くなる。
次に、上記比率と第１の閾値の大きさを比較する。上記比率が第１の閾値以上である場合、信頼度が第１の閾値に達することを示し、擬似方位の信頼度がより高いことを示すため、擬似方位を今回位置決めされたタグ装置の方位として確定し、上記比率が第１の閾値より小さい場合、信頼度が第１の閾値に達しないことを示し、擬似方式の信頼度がより低いことを示すため、擬似方位を今回位置決めされたタグ装置の方位として確定しない。
更に、本発明の実施形態では、擬似方位の信頼度が第１の閾値に達しない場合、方位履歴に基づいてタグ装置の方位を確定する。具体的に実施するとき、推定方位を今回位置決めされたタグ装置の方位として確定し、又は方位履歴の平均値を今回位置決めされたタグ装置の方位等として確定してもよく、当業者が実際に応じて設定してもよく、本発明は具体的に制限しない。
上記説明からわかるように、共線ではない少なくとも３本の第１のアンテナによって第２のアンテナの信号を受信することにより、位置決め結果のうち少なくとも３つの位相差の指向する方位を接近するようにし、他の位相差の指向する方位を分散させ、アンカーノード装置により特異解をフィルタリングして、タグ装置の方位を取得することにより、３６０°範囲内でタグ装置を位置決めすることができる。
更に、位置決め精度を向上させるとともに、各本の第１のアンテナの位置決めへの貢献度を高めるために、好適な一実施形態では、アンカーノード装置の少なくとも３本の第１のアンテナの設置位置は具体的に多角形の頂点に位置するようにし、つまり、図１ａに示すように、２本ごとの第１のアンテナの接続線及び接続線の延長線には、該２本の第１のアンテナが位置し、かつ当該２本の第１のアンテナのみがある。具体的に実施するとき、設置位置による多角形は等辺であってもよいし、等辺でなくてもよく、例えば、等辺三角形、二等辺三角形、正方形、矩形又は等辺六角形等であってもよく、本発明の実施形態は具体的に制限しない。
もちろん、当業者であれば、具体的に実施するとき、設置平面が平たくなく及び／又は第１のアンテナが等長ではないが、すべての第１のアンテナの送受信端が共平面であることを理解すべきである。
本発明の実施形態における第１のアンテナと第２のアンテナとが通信する信号波は高周波無線周波数波、例えばＵＷＢ（超広帯域、Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ）波、ブルートゥース波又はジグビーＺｉｇＢｅｅプロトコル波等であり、本発明は具体的に制限しない。更に、２本ごとの第１のアンテナの受信した信号が１つの通信サイクルにあるように確保するために、設置位置からなる多角形の最大辺長が信号の半波長より小さいべきである。
例えば、６．５ＧＨｚのＵＷＢ波を用いて通信する場合、信号波の波長が４６．１ｍｍであり、半波長が２３．１ｍｍである。誤差信号のために１０％半波長の許容差を保留し、測定信号に誤差が生じるとき、指向値が１つの通信サイクルを超えることを防止するために、最終的に多角形の最大辺長を半波長の９０％すなわち２０．８ｍｍとして確定する。
上記実施形態を参照して、更に、本発明の実施形態における少なくとも３本の第１のアンテナが垂直偏波条件を満足し、且つ直線偏波純度が第２の閾値より高い。直線偏波純度は主偏波と交差偏波との比率によって確定され、第２の閾値の値範囲は６ｄＢ以上、例えば１０ｄＢ、１２ｄＢ又は１３ｄＢ等であってもよく、このため、第１のアンテナの直線偏波純度をより高くする。タグ装置が信号を送信するとき、非主偏波アンテナである交差偏波方向のアンテナによって受信する場合、測定された信号位相差が正確ではなく、更に位置決めに失敗するため、垂直偏波条件を満足し且つ直線偏波純度がより高い第１のアンテナを用いることにより、位置決めに失敗することを避ける。
更に、タグ装置が姿勢を変化できる電子機器、例えばバランススクーター、ロボット及びリモコン等に設置される場合、第２のアンテナが信号を送受信するとき、姿勢変化の影響を受けることを避けるために、本発明の実施形態における第２のアンテナは円偏波条件を満足し、軸比を４．５ｄＢより小さくし、例えば１ｄＢ〜４．５ｄＢから任意の値を取ってもよい。
また、以下にアンカーノード装置のタグ装置に対する距離位置決め方法を簡単に説明し、図５は可能なデータパケットの送受信を示す模式図である。
アンカーノード装置及びタグ装置はＴＷＲ（双方向測距、Ｔｗｏ−Ｗａｙ Ｒａｎｇｉｎｇ）方法で測距を行う。本発明の実施形態では、タグ装置を位置決めするために、測距毎３回の通信に基づいて行う必要がある。
第１、タグ装置がアンカーノード装置に第１データパケットを送信する。タグ装置が第１データパケットを送信すると同時に、第１データパケットを送信するタイムスタンプを記録し、本発明の実施形態は第１データパケットを送信するタイムスタンプをｔｔ１として記す。
第２、アンカーノード装置が第１データパケットを受信し、第１データパケットを受信するタイムスタンプを記録し、本発明の実施形態は第１データパケットを受信するタイムスタンプをｔａ１として記す。次に、アンカーノード装置がタグ装置に第２データパケットをフィードバックすることにより、タグ装置が第１データパケットを既に受信したことを通知する。第２データパケットを送信すると同時に、第２データパケットを送信するタイムスタンプを記録し、本発明の実施形態は第２データパケットを送信するタイムスタンプをｔａ１として記す。
第３、タグ装置が第２データパケットを受信して、第２データパケットを受信するタイムスタンプを記録し、本発明の実施形態は第２データパケットを受信するタイムスタンプをｔｔ２として記す。タグ装置は更に第３データパケットを送信する時間ｔｔ３を計算して、記録されたｔｔ１、ｔｔ２及びｔｔ３を第３データパケットに含ませる。タグ装置のクロックがｔｔ３に到達するとき、第３データパケットをアンカーノード装置に送信することにより、アンカーノード装置が第２データパケットを受信することに成功したことを通知する。
第４、アンカーノード装置が第３データパケットを受信し、第３データパケットを受信するタイムスタンプをｔａ３として記録する。
次に、タグ装置及びアンカーノード装置のクロックが同期しない可能性があるため、
Ｔｒｏｕｎｄ１（図中のＴｒｏｕ１）＝ｔｔ２−ｔｔ１、
Ｔｒｅｐｌｙ１（図中のＴｒｅｐ１）＝ｔａ２−ｔａ１、
Ｔｒｏｕｎｄ２（図中のＴｒｏｕ２）＝ｔａ３−ｔａ２、
Ｔｒｅｐｌｙ２（図中のＴｒｅｐ２）＝ｔｔ３−ｔｔ２を計算すべきである。
Ｔｒｏｕｎｄ１は第１データパケットの送信からフィードバックの受信までの消費時間を示し、Ｔｒｅｐｌｙ１はアンカーノード装置が第２データパケットをフィードバックするのに必要な消費時間を示し、Ｔｒｏｕｎｄ２は第２データパケットの送信からフィードバックの受信までの消費時間を示し、Ｔｒｅｐｌｙ２はタグ装置が第３データパケットをフィードバックするのに必要な消費時間を示し、図５におけるＴｐｒｏｐはデータパケットの送信から受信までの経過した時間を示す。
以上によれば、Ｔ＝（Ｔｒｏｕｎｄ１−Ｔｒｅｐｌｙ１）／２は第１データパケットがタグ装置からアンカーノード装置に送信されるまで経過した時間である。従って、タグ装置とアンカーノード装置との距離ＤＩＳがＤＩＳ＝Ｔ＊Ｖである。ここでＶが信号伝播速度であって、既知量である。
上記ＴＷＲ過程では、少なくとも３本の第１のアンテナの各本の第１のアンテナがいずれも第１データパケットを受信し、第２データパケットを送信し且つ第３データパケットを受信する。従って、１回のＴＷＲ過程で、アンカーノード装置はタグ装置の方位と距離を同時に位置決めすることができるだけでなく、それぞれ２回のＴＷＲでタグ装置の方位と距離を位置決めすることもでき、本発明は具体的に制限しない。
また、タグ装置の方位を位置決めするとき、アンカーノード装置は受信された第１データパケットの信号又は第２データパケットの信号のうちのいずれか１つに基づいてタグ装置の方位を位置決めする。又は、第１データパケット及び第２データパケットを受信する際の信号強度が異なる場合、信号強度のより強い信号に基づいて位置決めしてもよい。
最終的に、アンカーノード装置は方位及び距離を参照してタグ装置を位置決めする。
また、具体的に実施するとき、装置リソースを節約し、データパケットの送信頻度を減少させるために、上記第１データパケット、第２データパケット及び第３データパケットには更にタグ装置とアンカーとがインタラクションする様々な情報及びデータ、例えばアンカーがタグに送信した制御指令、タグの要求指令、第２のアンテナの偏波方向、タグ装置の姿勢等が含まれてもよい。当業者が実際に応じて選択してもよく、本発明は具体的に制限しない。
上記実施形態における位置決め方法と同様の発明構想に基づき、本発明の第２態様は更に位置決め装置を提供し、図６に示すように、
各本の前記第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信するように構成される受信モジュール１０１と、
前記各本の第１のアンテナの受信した前記信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した前記信号の位相差を取得するように構成される計算モジュール１０２と、
指向する方位の最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出するように構成される抽出モジュール１０３と、
前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定するように構成される確定モジュール１０４と、を含む。
前記確定モジュール１０４は前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定し、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達する場合、前記擬似方位を前記タグ装置の方位として確定し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しない場合、前記擬似方位が前記タグ装置の方位ではないと確定して、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記タグ装置の方位を確定するように構成される。
更に、前記確定モジュール１０４は前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じであるかどうかを判断し、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じである場合、前記少なくとも３つの位相差のうちのいずれか１つの位相差の指向する方位を前記擬似方位として確定し、又は前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が完全には同じではない場合、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位の平均値方位を前記擬似方位として確定するように構成される。
一実施形態として、少なくとも３本の第１のアンテナの設置位置が多角形の頂点に位置し、且つ多角形の最大辺長が信号の半波長より小さい。
一実施形態として、少なくとも３本の第１のアンテナが垂直偏波条件を満足し、且つ直線偏波純度が第２の閾値より高い。
一実施形態として、第２のアンテナが円偏波条件を満足する。
上記図１〜図５における実施形態の位置決め方法の様々な変化方式及び具体的な実例は同様に本実施形態の位置決め装置に適用し、上記位置決め方法についての詳細な説明によって、当業者が本実施形態における位置決め装置の実施方法を明確に理解することができ、従って、明細書を簡潔にするため、ここで詳細な説明は省略する。
本願の実施形態における上記１つ又は複数の技術案は以下の少なくとも１つ又は複数の技術的効果を有する。
本発明の実施形態の技術案では、アンカーノード装置は少なくとも３本の第１のアンテナを備え、且つ少なくとも１本の第１のアンテナが残りの第１のアンテナ設置位置と共線ではなく、アンカーノード装置が各本の第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信し、次に各本の第１のアンテナの受信した信号の位相に基づいて２本ごとの第１のアンテナの受信した信号の位相差を取得する。少なくとも１本の第１のアンテナが残りの第１のアンテナと共線ではないため、すべての位相差の指向する方位のうち、少なくとも３つの位相差の指向する方位が近接するが、該少なくとも３つの位相差に対応する鏡面位相差の指向する鏡面方位及び他の位相差の指向する方位が同じ方位に収束しない。従って、指向する方位に最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出して、少なくとも３つの位相差に基づいてタグ装置の方位を確定する。以上によれば、少なくとも３本の第１のアンテナによって第２のアンテナの信号を受信し、更に位相差から特異解をフィルタリングし、最後に実方位に最も近接する３つの位相差を利用して３６０°範囲内にタグ装置の方位を確定し、それによりアンカーノード装置の３６０°範囲内の位置決めという技術的効果を実現する。
当業者であれば、本発明の実施形態は方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として提供されてもよいと理解すべきである。従って、本発明は完全なハードウェア実施形態、完全なソフトウェア実施形態、又はソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形式を用いてもよい。且つ、本発明はコンピュータ使用可能なプログラムコードを含む１つ又は複数のコンピュータ使用可能な記憶媒体（ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、光メモリ等を含むが、それらに限らない）において実施するコンピュータプログラム製品の形式を用いてもよい。
本発明は本発明の実施形態に係る方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して説明する。コンピュータプログラム指令によってフローチャート及び／又はブロック図における各プロセス及び／又はブロック、及びフローチャート及び／又はブロック図におけるプロセス及び／又はブロックの組み合わせを実現することができると理解すべきである。１つの機器を生成するように、これらのコンピュータプログラム指令を汎用コンピュータ、専用コンピュータ、組み込みプロセッサ又は他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサに供給することができ、それによりコンピュータ又は他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサの実行した指令によってフローチャートにおける１つのプロセス又は複数のプロセス及び／又はブロック図における１つのブロック又は複数のブロックに指定した機能を実現するための装置を生成する。
これらのコンピュータプログラム指令は更にコンピュータ又は他のプログラマブル・データ処理装置が特定の方式で動作するように案内できるコンピュータ読取可能メモリに記憶されてもよく、それにより該コンピュータ読取可能メモリに記憶される指令には指令装置を備える製造品を生成し、該指令装置がフローチャートにおける１つのプロセス又は複数のプロセス及び／又はブロック図における１つのブロック又は複数のブロックに指定した機能を実現する。
これらのコンピュータプログラム指令は更にコンピュータ又は他のプログラマブル・データ処理装置にアップロードされてもよく、それによりコンピュータ又は他のプログラマブル装置において一連の操作ステップを実行することにより、コンピュータの実現した処理を生成し、従ってコンピュータ又は他のプログラマブル装置において実行する指令はフローチャートにおける１つのプロセス又は複数のプロセス及び／又はブロック図における１つのブロック又は複数のブロックに指定した機能を実現するためのステップを提供する。
無論、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲を逸脱せずに、本発明に対して様々な修正や変形を行うことができる。このように、本発明のこれらの修正や変形は本発明の特許請求の範囲及びその同等技術範囲内に属する場合、本発明にもこれらの修正及び変形が含まれる。
本発明の実施形態の技術案は少なくとも３本の第１のアンテナ（少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線ではない）によって第２のアンテナの信号を受信し、更に位相差から特異解をフィルタリングし、最後に実方位に最も近接する３つの位相差を利用して３６０°範囲内にタグ装置の方位を確定することにより、アンカーノード装置の３６０°範囲内の位置決めという技術的効果を実現する。

Claims (14)

  1. 少なくとも３本の第１のアンテナを備え、少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線にならないアンカーノード装置に適用される位置決め方法であって、
    各本の前記第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信することと、
    前記各本の第１のアンテナの受信した前記信号の位相に基づいて、２本ごとの第１のアンテナの受信した前記信号の位相差を取得することと、
    指向する方位に最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出することと、
    前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定することと、を含む、前記位置決め方法。
  2. 前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定することは、
    前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定することと、
    前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断することと、
    前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達する場合、前記擬似方位を前記タグ装置の方位として確定し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しない場合、前記擬似方位が前記タグ装置の方位ではないと確定し、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記タグ装置の方位を確定することと、を含む
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定することは、
    前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じであるかどうかを判断することと、
    前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じである場合、前記少なくとも３つの位相差のうちのいずれか１つの位相差の指向する方位を前記擬似方位として確定し、又は
    前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が完全には同じではない場合、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位の平均値方位を前記擬似方位として確定することと、を含む
    請求項２に記載の方法。
  4. 前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断することは、
    前記方位履歴に基づいて１つの推定方位を取得することと、
    前記擬似方位と前記推定方位との差分と前記推定方位との比率を計算して、前記比率を前記信頼度とすることと、
    前記比率が前記第１の閾値以上であるかどうかを判断することと、
    前記比率が前記第１の閾値以上である場合、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達することを示し、前記比率が前記第１の閾値より小さい場合、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しないことを示すことと、を含む
    請求項２に記載の方法。
  5. 前記少なくとも３本の第１のアンテナの設置位置が多角形の頂点に位置し、且つ前記多角形の最大辺長が前記信号の半波長より小さい
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記少なくとも３本の第１のアンテナが垂直偏波条件を満足し、且つ直線偏波純度が第２の閾値より大きい
    請求項５に記載の方法。
  7. 前記第２のアンテナが円偏波条件を満足する
    請求項５に記載の方法。
  8. 少なくとも３本の第１のアンテナを備え、少なくとも１本の第１のアンテナの設置位置が残りの第１のアンテナの設置位置と共線にならないアンカーノード装置に適用される位置決め装置であって、
    各本の前記第１のアンテナによってタグ装置の第２のアンテナから送信される信号を受信するように構成される受信モジュールと、
    前記各本の第１のアンテナの受信した前記信号の位相に基づいて、２本ごとの第１のアンテナの受信した前記信号の位相差を取得するように構成される計算モジュールと、
    指向する方位に最も近接する少なくとも３つの位相差を抽出するように構成される抽出モジュールと、
    前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の方位を確定するように構成される確定モジュールと、を含む、前記位置決め装置。
  9. 前記確定モジュールは、
    前記少なくとも３つの位相差に基づいて前記タグ装置の擬似方位を確定し、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記擬似方位の信頼度が第１の閾値に達するかどうかを判断し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達する場合、前記擬似方位を前記タグ装置の方位として確定し、前記擬似方位の信頼度が前記第１の閾値に達しない場合、前記擬似方位が前記タグ装置の方位ではないと確定して、前記タグ装置の方位履歴に基づいて前記タグ装置の方位を確定するように構成される
    請求項８に記載の装置。
  10. 前記確定モジュールは、
    前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じであるかどうかを判断し、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が同じである場合、前記少なくとも３つの位相差のうちのいずれか１つの位相差の指向する方位を前記擬似方位として確定し、又は前記少なくとも３つの位相差の指向する方位が完全には同じではない場合、前記少なくとも３つの位相差の指向する方位の平均値方位を前記擬似方位として確定するように構成される
    請求項９に記載の装置。
  11. 前記少なくとも３本の第１のアンテナの設置位置が多角形の頂点に位置し、且つ前記多角形の最大辺長が前記信号の半波長より小さい
    請求項８〜１０のいずれか１項に記載の装置。
  12. 前記少なくとも３本の第１のアンテナが垂直偏波条件を満足し、且つ直線偏波純度が第２の閾値より大きい
    請求項１１に記載の装置。
  13. 前記第２のアンテナが円偏波条件を満足する
    請求項１１に記載の装置。
  14. コンピュータ記憶媒体であって、
    コンピュータ実行可能な指令が記憶され、前記コンピュータ実行可能な指令は請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置決め方法を実行するように構成される、前記コンピュータ記憶媒体。
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