專利名稱：使用到達時間差的實時定位系統的制作方法
技術領域：
本公開涉及一種位置跟蹤技術。
背景技術：
本小節提供了涉及本公開的背景信息，其不一定為現有技術。在常規的RTLS (Real Time Locating System,實時定位系統)中，為了準確地對發送器的位置進行定位，必須將接收器之間的時間同步準確地實現到毫微秒。為了這個時間同步，RTLS系統主要需要主接收器和副接收器，所述主接收器提供基準時間，而副接收器從主接收器無線地或者有線地接收基準時間并且對自身的時間進行同步，其中接收器之間的時間同步通過消息交換來實現。
為了獲得高度精確到毫微秒的時間同步，常規提出了的是利用了使用光學電纜的有線環境或者使用最高主機、主機和橋接器的附加系統的無線時間同步方法。這些技術之一是使用TDOA (Time Difference of Arrivl,到達時間差)的時間同步方法。在常規的基于TDOA的RTLS系統中，放置于發送器周圍的接收器接收由發送器發送的信號，并且將接收到的數據以及接收器的到達時間信息發送到服務器的定位引擎。定位引擎從各個接收器接收數據和到達時間信息，以通過TDOA計算發送器的位置。代表性的TDOA系統使用數個在空間上分隔、在時間上同步的發送器。各個發送器發送可識別的脈沖鏈(pulse chain)。來自不同站點的脈沖鏈的到達時間之間的時間差使得能夠為各對站點計算到達時間差的雙曲線。只要已知發送器的位置，就能夠根據兩個交叉的雙曲線計算出部位。然而，這個系統沒有考慮多徑效應或者信號傳播差。此外，TDOA測量系統通常通過例如使用光學通信的有線方法而在所有設備上要求同步時鐘信號，這要求高價的設備和附加的系統，因而使其變得非常的復雜和昂貴。圖I和圖2是圖示出常規的基于TDOA的RTLS系統的示意性構思圖，其中圖I圖示出使用光學通信網絡的接收周期的時間同步，而圖2圖示出使用無線通信網絡的接收周期的時間同步。圖3圖示出圖I的示例性詳細配置。參照圖1，常規的有線RTLS系統包括RTLS發送器100、RTLS接收器200、RTLS定位引擎300以及用于時間同步的脈沖發生模塊400。發送器100利用TDOA將包括其自身位置信息的位置信號發送到接收器200 ;接收器200接收來自發送器100的消息，記錄該消息接收的時間點(基于由脈沖發生模塊400產生的同步時鐘信號)，并且使用各種通信網絡(例如以太網)發送到定位引擎300 (TD0A回傳)。定位引擎接收由發送器100發送的位置信號(TD0A回傳)并且使用TDOA計算發送器100的位置。來自一對接收器200的TDOA產生一對雙曲線，其與作為頂點的接收器200有恒定的距離差。將這些雙曲線的交叉估測為標簽的位置。因此，通過至少三條TDOA信息來估測發送器100的位置。 為了在如上描述的常規的RTLS系統中保持毫微秒分辨率，需要與接收器200的數量一樣多的光學路徑，配置在接收器200中的同步模塊230，以及用于將接收器200的消息發送到定位引擎300的通信模塊240。此外，各個接收器200使用獨立的振蕩器，因此RTLS系統需要多個振蕩器(未示出)。在這種情況下，各個接收器200響應于獨立的時鐘運行，由此會出現產生時鐘偏移的問題。為了解決在有線環境下的這些問題，已經設想出如圖2所示的無線環境的RTLS系統。然而，仍然存在這樣的問題需要附加的系統而導致時鐘偏移，因為各個接收器200必須形成為具有時間同步接收器250。因此，希望通過提供一種結構簡化并且能夠計算準確的時間差的使用TDOA的RTLS系統，來克服上述問題和其他問題
發明內容
·本小節提供了本公開的總體概括，因而其不是本公開的完整范圍的或者本公開的所有特征的全面揭示。本公開旨在解決現有技術的上述問題，并且因此，本發明的特定實施例的目的是提供一種使用TDOA的RTLS系統，其被配置為通過在存在于位置定位組單元中的網關中計算來自發送器的信號到達的準確的時間差來簡化RTLS系統。在本公開的一個總體方案中，提供了一種實時的RTLS系統，其通過測位單元基于由發送器發送的位置信號來跟蹤所述發送器的位置，所述系統包括多個接收器，其從所述發送器接收位置信號；以及網關，其計算位置信號從所述發送器到達所述多個接收器的時間差，并且將時間差提供給所述測位單元。優選地，但非必須地，從所述發送器發送的位置信號包括RF頻帶的位置信號(RF位置信號)。優選地，但非必須地，所述接收器包括天線，其接收由所述發送器發送的RF位置信號；以及轉換器，其將RF位置信號轉換成IF頻帶的位置信號(IF位置信號)。優選地，但非必須地，所述網關包括多個調制解調器，其從所述多個接收器接收各個位置信號；提供時鐘的時鐘單元；以及測量單元，其使用所述多個調制解調器中的位置信號的接收時間，基于由所述時鐘單元提供的時鐘來測量TD0A。優選地，但非必須地，所述TDOA包括在所述接收器處的位置信號的到達時間與在所述發送器處的位置信號的發送時間之間的差值。優選地，但非必須地，所述多個接收器與所述多個調制解調器有線地連接。優選地，但非必須地，所述多個接收器與所述多個調制解調器經由預先確定的電纜連接。優選地，但非必須地，所述TDOA包括在所述調制解調器處的位置信號的接收時間與由所述電纜的信號傳輸特性預先確定的延遲時間之間的差值。優選地，但非必須地，所述網關進一步包括信號處理器，其對由所述多個調制解調器接收的位置信號進行解碼。優選地，但非必須地，所述發送器和所述多個接收器形成測位組，并且在所述測位組中的多個接收器接收由所述測位組中的發送器發送的位置信號。
根據本公開的使用TDOA的RTLS系統具有的有益效果在于在基于TDOA的RTLS系統中不需要接收周期的時間同步，這使得可以簡化基于TDOA的RTLS系統的結構，并且能夠在存在于測位組單元中的網關中計算來自發送器的信號到達的準確的時間差。另一個優點在于根據本公開的RTLS系統中的接收器僅執行將RF (射頻)位置信號轉換成IF (中頻)位置信號，由此能夠簡化RTLS系統中的接收器的結構，并且能夠通過在各個網關處形成本地時鐘單元來進行準確的時間測量。
為了解釋本公開的原理，出于圖示、舉例和描述的目的，下面列出一些涉及其優選實施例的附圖，然而其無意為窮盡的。附圖僅以示例的方式而非限制性地描述了根據本發明構思的一個以上的示例性實施例。附圖中，相似的附圖標記表示相同或相似的元件。因此，參照示例性附圖，通過下面對特定示例性實施例詳細的描述，大量潛在的實用和有用的實施例將變得非常容易理解，在附圖中·圖I是圖示出常規的基于TDOA的RTLS系統的示意性構思圖，其中圖I圖示出使用光學通信網絡的接收周期的時間同步；圖2是圖示出常規的基于TDOA的RTLS系統的示意性構思圖，其中圖2圖示出使用無線通信網絡的接收周期的時間同步；圖3是圖示出圖I的示例性詳細配置的方框圖；圖4是圖示出根據本公開的示例性實施例的RTLS系統的示意圖；以及圖5是圖示出圖4的RTLS系統的詳細配置的結構視圖。
具體實施例方式參照附圖的圖I至圖5可最佳地理解所公開的實施例及其優點，相似的附圖標記用于表示各個圖的相似的和對應的部件。在考查下列附圖和詳細的說明后，對于本領域的一個普通技術人員來說，所公開的實施例的其他特征和優點將會或者將變得顯而易見。旨在將所有這樣的另外特征和優點包括在所公開的實施例的范圍中，并且受到附圖的保護。此外，所圖示的附圖只是示例性的，并且無意聲稱或者隱含對可以實現不同實施例的環境、結構或者過程的限制。因此，所描述的方案有意囊括所有落入本發明的范圍和新穎構思的這樣的改變、改進和變化。同時，此處使用的術語只是出于描述具體的實施方式的目的，而無意限制本公開。此處，術語“第一”、“第二”等不表示任何次序、數量或者重要性，而是用于將一個元件與另一個元件進行區分。例如，第二構成元件可以表示為第一構成元件，并不會偏離本公開的范圍和精神，并且類似地，第一構成元件可以表示為第二構成元件。如此處所使用的，術語“一(a)”和“一(an)”不表示對數量的限制，而是表示存在至少一個所指事物。就是說，如此處所使用的，單數形式的“一(a)”、“一(an)”和“這個(the)”意圖也包括復數形式，除非上下文另外明確地指出。應理解的是，當提及一個元件“連接到”或者“聯結到”另一個元件時，其可以是直接連接到或者直接聯結到其他元件，或者也可以存在介入元件。相反，當提及一個元件“直接連接到”或者“直接聯結到”另一個元件時，則不存在介入元件。
應當進一步理解的是,當在本說明書中使用術語“包含(comprise)”和/或“包含著(comprising)”,或“包括(includes)”和/或“包括著(including)”時,其明確指明了所述特征、區域、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除一個以上其他特征、區域、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或者附加。此外，“示例性”僅僅意圖表示舉例的意思，而不表示最佳的意思。還應了解的是，出于簡化和易于理解的目的，此處描述的特征、層和/或元件圖示了相對于彼此的具體尺寸和/或方向，而實際的尺寸和/或方向與所圖示的可以基本上不同。也就是說，在附圖中，為了清晰起見，可以擴大或者縮小層、區域和/或其他元件的尺寸和相對尺寸。全文中，相似的標記表示相似的元件，并且，將省略彼此相同的解釋。如此處可能使用的，術語“基本上”和“大約”為其對應的術語和/或事物之間的關系提供了工業上可接受的容差。下面，將參照附圖詳細描述根據本公開的使用TDOA的RTLS系統。
圖4是圖示出根據本公開的示例性實施例的RTLS系統的示意圖。參照圖4，根據本公開的使用TDOA的RTLS系統包括多個RTLS發送器(以下稱為發送器10)、多個RTLS接收器(以下稱為接收器20)、多個RTLS網關(以下稱為網關30)，以及RTLS測位單元(以下稱為測位單元40)。在本公開中，一個發送器10和預定數量的接收器20 (在圖4中為3個接收器)形成測位組，其中一個測位組對應于一個網關30。在本公開中，一個測位組中的一個發送器10將位置信號僅發送到該測位組中的接收器20。為了便于描述，圖4圖示出測位組A中的發送器為“10a”，測位組A中的接收器為“20a 20c”，以及對應于測位組A的網關為“30a”。此外，測位組B中的發送器為“ 10b”，測位組B中的接收器為“20cT20f”，以及對應于測位組B的網關為“30b”。然而，顯而易見的是，這些指定是僅為方便起見而任意提供的，因此測位組的數量、測位組中接收器的數量以及網關的數量可以根據需要確定，并且這些指定和數量不限于此。發送器10將包括其自身信息的位置信號以RF (射頻)形式發送到接收器20。接收器20將來自發送器10的RF位置信號轉換成IF (中頻)頻帶的信號并且將信號有線地發送到網關30。網關30從接收器20接收IF位置信號，記錄接收IF位置信號的時間點，并且將相關時間信息發送到測位單元40。測位單元40從網關30接收時間信息并且使用該時間信息確定發送器10的位置。圖5是圖示出圖4的RTLS系統的詳細配置的結構視圖，其中提供了各個接收器20和網關30的詳細配置。參照圖5，根據本公開的接收器20包括天線21和轉換器22。將在其描述中省略其他的詳細配置，因為這些配置對本領域技術人員是顯而易見的。天線21接收由發送器10發送的RF位置信號，并且轉換器22將由發送器10發送的RF位置信號轉換成IF頻帶的IF位置信號。經轉換器22轉換的IF頻帶由連接到接收器20和網關30的電纜的頻率傳輸特性決定。根據本公開的網關30包括從接收器20接收信號的調制解調器31、時間測量單元32、時鐘單元33、信號處理器單元34以及通信單元35。和上述接收器20—樣，將在其描述中省略網關30的上文中未描述的其他的詳細配置，因為這些配置對本領域技術人員是顯而易見的。測位組中的各個接收器20通過電纜連接到網關30，并且轉換器22將來自發送器10的RF位置信號轉換成IF頻率信號并且將轉換后的IF頻率信號發送到網關30。網關30包括對應于接收器20的調制解調器31。盡管圖5描述了對應地包括在一個接收器20中的一個調制解調器31，并且各個調制解調器31從對應的接收器20接收IF頻帶的位置信號，但是其配置不限于如圖5中所示的，因此不能排除這樣的配置形成一個從多個信道接收信號的調制解調器，來接收從多個接收器20接收的所有IF頻帶的位置信號。在基于TDOA的RTLS系統中，發送器10的位置測量基于由發送器10發送到在發送器10周圍的多個接收器20的位置信號的到達時間差。因此，多個接收器20中的各個接收器與網關30之間的電纜長度基本上是相同的，但是在取決于環境而必須使長度不同的情況下，對接收器20的位置信號的延遲的補償與電纜長度的差值相當。·圖5中的信號處理器單元34作用為對由各個調制解調器31接收的IF位置信號進行解碼(也就是說，將模擬信號存儲或者編碼為數字信號)。信號處理器單元34能夠基于由時鐘單元33提供的時鐘而獲知來自各個調制解調器31的信號的接收時間，并且將該接收時間提供給時間測量單元32。時間測量單元32使用下列方程確定接收時間和發送時間之間的差值。方程I“在接收器處的位置信號的到達時間一來自發送器的位置信號的發送時間=調制解調器處的位置信號的接收時間一延遲時間”其中，延遲時間由電纜的信號傳輸特性預先確定。通信單元35將由此確定的TDOA發送到測位單元40。測位單元40基于所接收的TDOA對發送器10進行定位，其詳細的配置在本領域是眾所周知的，因此在下面進一步的描述中省略。根據本公開的基于TDOA的RTLS系統具有的工業實用性在于從網關自身提供時鐘，以消除由根據現有技術的各個接收器獨立使用振蕩器而產生的接收周期的時鐘偏移，并且接收器不要求用于接收周期的時間同步的單獨設備，因而簡化了系統的配置。盡管已參照數個其圖示的實施例描述了本公開，但應理解的是，本領域技術人員能夠設想出許多落入本公開原理的精神和范圍內的其他改進和實施例。尤其是，在本公開、附圖和所附的權利要求的范圍內，可以對主題組合布置的組成部件和/或布置方式進行各種變化和改進。除了對組成部件和/或布置方式的變化和改進以外，對本領域技術人員來說，替代使用也是顯而易見的。
權利要求
1.一種實時定位系統，其通過測位單元基于由發送器發送的位置信號來跟蹤所述發送器的位置，所述系統包括多個接收器，其從所述發送器接收位置信號；以及網關，其計算位置信號從所述發送器到達所述多個接收器的時間差，并且將該時間差提供給所述測位單J Li ο
2.根據權利要求I所述的系統，其中，從所述發送器發送的位置信號包括RF頻帶的位置信號(RF位置信號)。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述接收器包括天線，其接收由所述發送器發送的RF位置信號；以及轉換器，其將RF位置信號轉換成IF頻帶的位置信號(IF位置信號)。
4.根據權利要求I所述的系統，其中，所述網關包括多個調制解調器，其從所述多個接收器接收各個位置信號；提供時鐘的時鐘單元；以及測量單元，其使用所述多個調制解調器中的位置信號的接收時間，基于由所述時鐘單元提供的時鐘來測量到達時間差。
5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述到達時間差包括在所述接收器處的位置信號的到達時間與在所述發送器處的位置信號的發送時間之間的差值。
6.根據權利要求4所述的系統，其中，所述多個接收器與所述多個調制解調器有線地連接。
7.根據權利要求4所述的系統，其中，所述多個接收器與所述多個調制解調器經由預先確定的電纜而連接。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述到達時間差包括在所述調制解調器處的位置信號的接收時間與由所述電纜的信號傳輸特性預先確定的延遲時間之間的差值。
9.根據權利要求4所述的系統，其中，所述網關進一步包括信號處理器，其對由所述多個調制解調器接收的位置信號進行解碼。
10.根據權利要求I所述的系統，其中，所述發送器和所述多個接收器形成測位組，并且在所述測位組中的多個接收器接收由所述測位組中的發送器發送的位置信號。
全文摘要
本發明提供了一種使用到達時間差的實時定位系統，所述實時定位系統通過測位單元基于由發送器發送的位置信號來跟蹤所述發送器的位置，所述系統包括多個接收器，其從所述發送器接收位置信號；以及網關，其計算位置信號從所述發送器到達所述多個接收器的時間差，并且將該時間差提供給所述測位單元。
文檔編號G01S5/02GK102788967SQ201210149350
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月14日 優先權日2011年5月16日
發明者柳昌成 申請人:Ls產電株式會社