專利名稱：自測無線電位置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定多個無線電發(fā)送器單元相對于主單元的幾何位置的方法。所述方法涉及確定這些單元的相對位置，當(dāng)然也可選擇添加地理位置(或網(wǎng)格)數(shù)據(jù)來確定絕對位置。本發(fā)明還涉及利用這種方法的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
諸如GPS等無線電定位系統(tǒng)已為人熟知，其操作方式是將系統(tǒng)劃分成要確定其位置的“移動裝置”和“固定”在已知位置的組件。對于跟蹤系統(tǒng)，通過測量在固定單元接收的信號到達時間來確定移動單元的位置。對于導(dǎo)航系統(tǒng)(如GPS)，發(fā)送單元和接收單元作了互換，但位置確定原理仍然相同。存在許多GPS不可行的的應(yīng)用，特別是在室內(nèi)或多徑環(huán)境中，并且存在其中短距離無線電定位系統(tǒng)可能適用的許多這樣的環(huán)境。
一個可能的應(yīng)用是跟蹤賽場上的運動員。這可能是為了創(chuàng)建說明運動員位置的動畫顯示，或者它可能與訓(xùn)練活動相關(guān)，其中的目的是獲得與適當(dāng)性相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。在這種情況下，位置數(shù)據(jù)與醫(yī)學(xué)傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合起來提供當(dāng)前根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)無法獲得的額外信息。除跟蹤運動場上的運動員外，類似的無線電定位系統(tǒng)可用于監(jiān)視賽馬或跑道上賽車的位置。
此類無線電定位系統(tǒng)的另一個可能應(yīng)用可能在庫存控制領(lǐng)域。位置數(shù)據(jù)可與基于慣性傳感器的警報監(jiān)視功能結(jié)合?？赡艿膽?yīng)用包括監(jiān)視倉庫中諸如汽車等高價值物品和監(jiān)視輪船與集裝箱中轉(zhuǎn)站中的集裝箱。另一稍微不同的應(yīng)用與監(jiān)視超市中的購物手推車相關(guān)聯(lián)。此應(yīng)用中的功能包括超市外的手推車收回以及在超市內(nèi)幫助購物。
另一可能的應(yīng)用是用于個人定位器。無線電定位系統(tǒng)可有利地用于跟蹤建筑物中的人員。在高安全環(huán)境或在人員在從事危險活動的環(huán)境中，可能需要此類系統(tǒng)。監(jiān)視建筑物中消防員的位置是此類應(yīng)用的一個示例。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種確定多個無線電發(fā)送器單元相對于主單元的位置的方法包括以下步驟從所述主單元提供控制信號，以命令每個所述無線電發(fā)送器單元發(fā)送測試信號并由剩余單元接收；在所述接收無線電發(fā)送器單元測量所述測試信號的到達時間；以及只基于所述測量的到達時間，計算每個無線電發(fā)送器單元相對于所述主單元的位置和每個單元的近似位置。
所述控制信號最好命令每個所述無線電發(fā)送器單元依次發(fā)送測試信號并由剩余單元接收這些信號。最好還提供定時參考信號。所述主單元最好還提供定時參考信號。這可從所述主單元直接發(fā)送到所有所述其它單元，或者可按順序從主單元發(fā)送到第一單元，然后從所述第一單元發(fā)送到第二單元，并以此類推。
所述方法利用近似起始點和到達時間數(shù)據(jù)來計算所述單元的位置。所述方法對跟蹤系統(tǒng)而言特別有用，由此每個單元的先前位置可用作每次計算新位置時的近似位置。
本發(fā)明可以有效地實施為一種方法，在所述方法中，可只基于來自最初不同步的無線電發(fā)送器單元的到達時間數(shù)據(jù)來確定單元的幾何位置。優(yōu)選的技術(shù)是讓每個單元按順序發(fā)送，并由剩余單元接收信號。由數(shù)據(jù)集可確定單元的相對位置。
所考慮的系統(tǒng)由分布在二維空間中的發(fā)送應(yīng)答單元組成。問題是通過只使用單元間無線電通信來確定所有單元相對于彼此的位置。由于所述方法要求最好按時間順序有序地控制每個單元的傳輸，因此需要使用控制信道。一個單元被定義為主單元，從中發(fā)送控制消息。其它“標(biāo)準(zhǔn)”單元監(jiān)聽控制信道，以便發(fā)送或接收命令。主單元最好還提供定時參考信號，該信號可用于定義用于傳輸?shù)倪m當(dāng)時隙。
在一個實施例中，主單元不發(fā)送或接收測試信號，而只發(fā)送控制信號和定時參考信號。這種情況下，最好有最少7個額外的“標(biāo)準(zhǔn)”單元。
在另一實施例中，除發(fā)送控制信號和定時參考信號外，主單元還發(fā)送和接收測試信號，這種情況下，需要最少5個“標(biāo)準(zhǔn)”單元。
可確定剩余單元相對于主單元的位置，不失一般性，對于相對定位系統(tǒng)，主單元被定義為在原點。同樣不失一般性，對于相對定位系統(tǒng)，第二單元的位置被定義為在x軸上。在地球上的絕對位置，例如澳大利亞地圖網(wǎng)格(AMG)可在AMG上定義了兩個點時根據(jù)相對位置確定。這些位置采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)測量。
計算單元位置的步驟最好包括使用從單元近似位置開始的最小二乘方擬合技術(shù)。迭代過程將初始位置估計用作最小二乘方擬合方法的輸入，每次迭代會更逼進真正的位置。存在多種獲得初始位置估計的方法。例如，如果跟蹤賽場上的馬或汽車，則最初可使用賽場的起始點，并且最后計算得出的位置可用于每次隨后的計算。備選方式是，本發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，通過知道每個單元的近似發(fā)送/接收無線電設(shè)備延遲參數(shù)，可計算得出近似起始點。
確定單元位置的基本方法是一種最小二乘方擬合技術(shù)，在原理上類似于用于確定固定單元位置已知的典型系統(tǒng)中移動單元位置的技術(shù)。該技術(shù)使用基于線性化測距方程的迭代過程。此技術(shù)需要近似的起始位置，以便正確的收斂。此初始位置可通過使用需要知道無線電單元的發(fā)送/接收延遲參數(shù)的近似法而獲得?？梢詾樵O(shè)備確定精度達(大約)幾十納秒的這些延遲參數(shù)。利用偽距數(shù)據(jù)和延遲參數(shù)，單元之間的距離可以根據(jù)兩個單元之間的距離來估計。當(dāng)已假定設(shè)備延遲已知，通過減去設(shè)備延遲并除以2，可計算得出傳播延遲(并因此得到以米表示的距離)。此初始估計的精度取決于單元之間延遲參數(shù)的可變性。根據(jù)這些距離估計，可使用三角測量技術(shù)計算出單元的位置。這些近似位置隨后可用作更精確最小二乘方位置擬合技術(shù)的“種子”。此位置定位方法無需為位置確定而輸入單元延遲參數(shù)，并因此會比三角測量更精確。
附圖簡述下面將參照附

圖1描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該圖顯示了具有4個標(biāo)準(zhǔn)單元和一個主單元的幾何條件。
詳細(xì)說明系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)如圖1所示。主單元(定時參考發(fā)送器)位于原點，并且單元1被(任意地)限定為沿x軸的位置。y軸因而垂直于所限定的該x軸。所有其它單元任意地位于xy平面中，但天線位于高于平面的已知高度。地球的網(wǎng)格座標(biāo)一般會相對于基于單元位置的任意定義座標(biāo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。
初始位置計算初始位置確定基于估計單元之間的距離來確定。在下述情況下，假定兩個單元(主單元和單元1)在相對于地球的已知固定位置上，并且需要確定其它單元相對于這些固定單元以及的位置，并因此需要確定相對于地球的位置。
考慮主單元和兩個其它單元(假定單元1和2)的幾何結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)單元用主單元定時參考信號來同步其本地時鐘。如果主單元時鐘相位為φ0，則其它單元中的相位時鐘φ1、φ2如下給出φ1=φ0+Δmstx+R1+Δ1rx---(1)]]>φ2=φ0+Δmstx+R2+Δ2rx]]>其中，Δtx和Δrx是單元1、2和主(ms)單元的發(fā)送和接收延遲。
與單元1發(fā)送和單元2接收相關(guān)聯(lián)的偽距由下式樣給出P12=φ1+Δ1tx+R12+Δ2rx-φ2=R12+(R1-R2)+Δ1---(2)]]>Δ1=Δ1tx+Δ1rx]]>類似地，與單元2發(fā)送和單元1接收相關(guān)聯(lián)的偽距由下式樣給出P12=φ2+Δ2tx+R12+Δ2rx-φ1=R12-(R1-R2)+Δ2---(3)]]>Δ2=Δ2tx+Δ2rx]]>因此，通過組合方程(2)和(3)，單元1與單元2之間的距離由下式樣給出R12=[P12+P212]-[Δ1+Δ22]≈[P12+P212]-Δbs---(4)]]>其中，Δbs是單元(基站)的接收和發(fā)送延遲的平均和。
因此，根據(jù)兩次偽距測量結(jié)果及延遲參數(shù)知識，可估計單元間的距離。通常假定所有單元相同，因此，只需要一個參數(shù)Δbs。然而，如果延遲參數(shù)均不同但具有已知值，則本方法可容易地加以擴展。
類似的分析可用于確定主單元到標(biāo)準(zhǔn)單元的距離。結(jié)果(對于單元1)如下R1=[P012]-[Δ1+Δms2]≈[P012]-[Δbs+Δms2]---(5)]]>其中，Δms是主單元的發(fā)送和接收延遲之和。
因此，可以根據(jù)主單元處的標(biāo)準(zhǔn)單元傳輸偽距測量及單元延遲參數(shù)知識估計單元間距離。
在確定對距離的估計后，單元的相對位置可通過三角測量法來確定。計算的開始點是主單元和單元1(假定是位置已知的固定單元)的已知位置。已估計了與主單元和單元1的距離(參閱上述內(nèi)容)，因此單元2的位置可通過兩個圓的交叉來確定。一般會有兩個解，一個在x軸上，一個在x軸下(或鏡像)。此模糊性無法從測量得到的數(shù)據(jù)解決，因此，需要操作員輸入以選擇正確的解。
以下方程組給出了具有半徑r1和r2、圓心在(x1，y1)和(x2，y2)的兩個圓相交的通解d12=x12+y12-r12]]>d22=x22+y22+r22]]>p=y1-y2x2-x1]]>q=d1-d22(x2-x1)]]>u＝1+p2v＝2(pq-px1-y1) w＝q2-2qx1+d1(6)X1＝py1+q X1＝py2+qY1=-v+v2-4uw2u]]>Y2=v+v2-4uw2u]]>上述過程可對剩余單元重復(fù)。然而，通過計算從單元1到單元2的兩個可能位置的距離，可解決模糊性。在計算距離與測量距離之間具最小誤差的位置是正確的位置。
上述過程就這樣基于主單元和單元的已知位置以及單元延遲參數(shù)來確定單元的位置。如下所述，這些位置用作求最小二乘方解的“種子”。
最小二乘方擬合位置計算使用最小二乘方法，可只從偽距確定單元的精確位置。假定主單元和單元1的位置已知。為實現(xiàn)相對位置確定，主單元假定為在原點，并且單元1在x軸上。然而，在不具有主單元和單元1的任何先驗位置數(shù)據(jù)的情況下，所述方法可容易地加以擴展，但只可以確定相對位置。
位置確定方法使用在標(biāo)準(zhǔn)單元和主單元測量的偽距數(shù)據(jù)。一次由一個單元發(fā)送，因此，每次傳輸?shù)臏y量總數(shù)為(N-1)，其中N是單元數(shù)(未包括主單元)。所有傳輸?shù)臏y量總數(shù)為N(N-1)。注意，在此情況下，主單元也發(fā)送，但這用作“標(biāo)準(zhǔn)”單元的定時參考。這些數(shù)據(jù)用于計算N個單元相對于原點處主單元的位置。此外，在單元1假定為在x軸上的已知位置時，未知(x，y)位置數(shù)據(jù)數(shù)為2N-1。另外，在只測量了偽距數(shù)據(jù)時，每個單元的“相位”參數(shù)必須也在位置確定計算中確定。因此，未知項總數(shù)為3N-1。設(shè)備延遲參數(shù)也未知，但如以下分析中所示，這些未知項可從方程中消除。下面給出了求解未知項所需單元數(shù)量的確定。
分析方法假設(shè)具有N個單元的情況。一個單元發(fā)送一次(索引t＝1...N)，并且剩余單元(r＝1...N，(r≠t))接收發(fā)送的信號。接收器測量單元發(fā)送信號與主單元發(fā)送的定時參考信號之間的時間差。接收路徑包括從發(fā)送天線到傳播天線的傳播路徑加上從接收天線到接收器輸出的額外傳播延遲。此外，發(fā)送器相位假定為要通過數(shù)據(jù)處理確定的未知項。為方便起見，所有延遲假定為轉(zhuǎn)換成基于傳播速度的等效距離。因此，接收測量結(jié)果由下式給出Mt,r=φt+Δttx+Rt,r+Δrrx-φr---(7)]]>其中，Δ項是從天線到基帶時鐘的發(fā)送器或接收器延遲，并且φ項是發(fā)送和接收單元中的本地時鐘相位。這些時鐘是根據(jù)主單元發(fā)送的定時參考信號設(shè)置的(參見方程1)。將這些時鐘表達式應(yīng)用到方程7后，結(jié)果表達式為Mt，r＝Rt，r+(Rt-Rr)+Δt＝Rt，r-Rr+Φt(8)Φi＝Δi+Ri因此，可依據(jù)兩個距離和只與發(fā)送單元相關(guān)聯(lián)的相位參數(shù)來表示測量結(jié)果Mt，r。注意，設(shè)備延遲參數(shù)未在方程中出現(xiàn)，因此，該方程與典型位置確定的偽距方程密切相關(guān)。
對于從標(biāo)準(zhǔn)單元到主單元的傳輸，可進行類似的分析。結(jié)果方程為Mf，ms＝2Rt+Δt+Δms＝Rt+Φt+Δms(9)對于N個標(biāo)準(zhǔn)單元，進行了總共N(N-1)次單元間測量和N次標(biāo)準(zhǔn)單元到主單元的測量(總共N2次測量)。未知項數(shù)量為(N-1)個標(biāo)準(zhǔn)單元(x，y)位置、單元1的y坐標(biāo)軸、N個相位φ及主單元參數(shù)Δms(總共3N個未知項)。定義單元的未知位置(x，y)，并讓參考(主)單元在原點后，可給出測量預(yù)測模型Pt,r=Rt,r-Rr+Φt]]>=(xt-xr)2+(yt-yr)2+(zt-zr)2-xr2+yr2+(zt-zms)2+Φt---(10)]]>地形假定是平坦的，這樣，高度(z)只是高于地面的天線高度。這些天線高度假定為是獨立測量的，因此不由此位置確定過程確定。類似地，對于在主單元接收的傳輸，預(yù)測方程為Pt,ms=Rt,ms+Φt+Δms=xr2+yr2+(zt-zms)2+Φt+Δms---(11)]]>現(xiàn)在的問題是確定測量方程M與預(yù)測方程P之間的最小二乘方擬合，從而求解未知項。此任務(wù)由于預(yù)測方程非線性而變得復(fù)雜。這種情況下的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是使用泰勒級數(shù)漸近法將方程線性化。因此，如上所述使用位置的初始近似估計(最初可假定相位均為零)，預(yù)測方程(10)可表示為Pt,r≈Pt,r0+∂P∂xtΔxt+∂P∂xrΔxr+∂P∂yt+∂P∂yrΔyr+∂P∂φtΔΦt]]>=Pt,r0+xt-xrRt,r0Δxt-[xt-xrRt,r0+xrRt,r0]Δxr+yt-yrRt,r0Δyt-[yt-yrRt,r0+yrRt,r0]Δyr+ΔΦt---(12)]]>類似地，主單元的線性化預(yù)測方程為Pt,ms≈Pt,ms0+∂P∂xtΔxt+∂P∂ytΔyt+∂P∂φtΔΦt---(13)]]>=Pt,r0+xtRt,ms0Δxt+ytRt,ms0Δyt+ΔΦt+ΔΦms]]>
上述預(yù)測和測量的線性化方程可以矩陣形式由下式樣給出 [ΔX]矩陣表示3N個未知項(狀態(tài)向量)，其中，(x0，y0)在原點(主單元)，并且(x1，y1)是假定為在x軸上的單元1的位置(因此，x1是主單元與單元1之間的距離)。然而，這些線性方程并不獨立，因此，可得到供替代的一組獨立方程?？紤]與單元間距離Pt，r和Rr，t(它們當(dāng)然屬于同一距離)相關(guān)聯(lián)的偽距測量結(jié)果相組合。從而組合的偽距方程變?yōu)镸t，f+Mr，t＝μt，r＝2Rt，r+Δt+Δr(15)通過比較方程15與方程8，可觀察到僅單元間距離和兩個單元延遲出現(xiàn)在組合方程中，因此，這些方程是獨立的。還要注意，方程15在結(jié)構(gòu)上類似于方程9，具有(2×)距離參數(shù)和兩個延遲參數(shù)。方程15可以如上所述的類似方式線性化，從而得到以下方程Pt,r≈Pt,r0+∂P∂xtΔxt+∂P∂xrΔxr+∂P∂ytΔyt+∂P∂yrΔyr+∂P∂φtΔΦt+∂P∂φtΔΦr]]>=Pt,r0+2(xt-xr)Rt,r0Δxt-2(xt-xr)Rt,r0Δxr+2(yt-yr)Rt,r0Δyt-2(yt-yr)Rt,r0Δyr+ΔΦt+ΔΦr---(16)]]>替代線性化方程也可以矩陣形式表示，即表示為 因此，在兩種情況下，未知項(增量)可從一組線性方程中確定。在兩種情況下，方程的數(shù)量均大于未知項數(shù)量，因此，需要最小二乘方解來獲得最佳估計。假定測量誤差在統(tǒng)計上獨立，則由方程(14)表示的線性方程的標(biāo)準(zhǔn)最小二乘方解為ΔX0＝[ATA]-1AT[M-P0] (18)類似的表達式適用于方程(17)。然而，測量方程的數(shù)量從N(N+1)減少到N(N+1)/2。
上述最小二乘方估計基于所有測量均具有等同精度的假設(shè)。然而，在實際情況中，測量會因接收噪聲和與多徑傳播相關(guān)的系統(tǒng)差錯而被破壞。在此類環(huán)境下，測量應(yīng)適當(dāng)加權(quán)，因此，最小二乘方方程變?yōu)棣0＝[ATWA]-1[ATWIM-P0] (19)確定加權(quán)矩陣W的經(jīng)典方法是假定獨立的隨機誤差，這樣，加權(quán)矩陣具有與測量噪聲方差成反比的對角分量，并且所有其它元素為零。然而，正常的工作環(huán)境將主要受多徑誤差而非隨機噪聲影響，因此，加權(quán)矩陣元素應(yīng)與多徑測量誤差相關(guān)(大部分誤差與小加權(quán)相關(guān)聯(lián))。多徑測量誤差不是先驗已知的，但誤差的估計是測量得到的數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)之間的差，即 現(xiàn)在如下確定加權(quán)矩陣。最初，加權(quán)矩陣的所有元素設(shè)為一，并且從方程(19)估計出最初的測量誤差。因此，加權(quán)誤差矩陣為δM0＝WΔM0(21)將加權(quán)測量的對角元素的標(biāo)準(zhǔn)定義為σm。如果測量誤差在ασm(其中，α是常數(shù)，例如為3)之內(nèi)，則使加權(quán)元素保持不變；否則，測量誤差會太大，因此，使元素“m”的加權(quán)按某個指數(shù)因子降低，即Wm,m⇒Wm,mexp[-(δMmασm)2]---(22)]]>繼續(xù)以上加權(quán)矩陣的調(diào)整過程，直到加權(quán)誤差在α標(biāo)準(zhǔn)偏差之內(nèi)為止。上述過程的結(jié)果是依據(jù)測量精度對測量結(jié)果進行了加權(quán)，因此，少數(shù)幾次“差的”測量不會對計算的位置有大影響。
狀態(tài)向量的一階估計可由初始估計更新X1＝X0+ΔX0(23)隨后重復(fù)上述過程，直至解收斂到所需精度為止。實際上，只需大約3-5次迭代解便可收斂到好于1毫米的精度。然而，測量誤差(隨機誤差和多徑誤差)意味著收斂的解包括系統(tǒng)(常量)和隨機分量。隨機分量可通過對多個測量的狀態(tài)向量的多個估計求平均而得以最小化，但主要由多徑引起的系統(tǒng)誤差將繼續(xù)存在。因此，多徑信號(主要來自地面反射)的影響是位置確定精度中的主要限制。
基于獨立確定的主單元和單元1位置，可以容易地將單元的相對位置(如上述過程確定)轉(zhuǎn)換到網(wǎng)格。如果以東向值和北向值表示的)這些網(wǎng)格坐標(biāo)(為(E0，N0)和(E1，N1)，則剩余單元(n)的網(wǎng)格坐標(biāo)由下式樣給出En，Nn＝E0+ΔEn，N0+ΔNnΔEn＝Xxcosθ-Ynsinθ(24)ΔNn＝Xnsinθ+Yncosθθ＝tan-1[(N1-N0)/(E1-E0)]使用方程24，單元位置可在網(wǎng)格上確定。因此，用于跟蹤的(x，y)坐標(biāo)系將轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格(E，N)坐標(biāo)，這樣，單元位置在網(wǎng)格坐標(biāo)中。此坐標(biāo)系統(tǒng)意味著單元位置可重疊到圖上(基于網(wǎng)格)。
所需單元數(shù)量如果未知項(單元位置和相位)數(shù)量少于獨立方程的數(shù)量，則上述分析提供了一種解決方案。問題繼續(xù)存在-獲得解需要多少個單元。本部分分析解的各種配置的單元數(shù)量需求。
所有估計的開始點是確定獨立方程的數(shù)量。以上已表明，單元間距離可由下式給出Rt,r=12[μt,r-Δt-Δr]---(25)]]>其中，“t”是發(fā)送器單元數(shù)量，“r”是接收器單元數(shù)量。由于單元間距離對每個這樣的方程而言是唯一的，因此，這些方程明顯是獨立的。如果發(fā)送器和接收器互換而系統(tǒng)對稱時，此類方程的數(shù)量為N(N-1)/2(N是“標(biāo)準(zhǔn)”單元的數(shù)量)。
除在計算中只使用標(biāo)準(zhǔn)單元外，同樣可以選擇使用主單元。這種情況下，將有額外的N個方程，或總方程數(shù)為N(N+1)/2。
通過定義未知項數(shù)量和并將此數(shù)量與方程的數(shù)量相關(guān)，可確定用于不同配置的單元數(shù)量。冗余(r)定義為獨立方程數(shù)量與未知項數(shù)量之間的超出額。
1.僅標(biāo)準(zhǔn)單元。這種情況下，只有N個標(biāo)準(zhǔn)單元用于發(fā)送和接收不具有絕對位置數(shù)據(jù)(僅相對位置)的測試信號。主單元假定為在原點，并且單元1在x軸上。除單元1只具有(x，Δ)外，每個單元具有三個未知項(x，y，Δ)。因此，未知項數(shù)量為3N-1，并且與未知項和變量相關(guān)的方程為N(N-1)2≥3N-1orN2-7N+2≥0---(26)]]>N≥7 r＝2其中，“r”是冗余方程的數(shù)量。
2，僅標(biāo)準(zhǔn)單元(具有網(wǎng)格數(shù)據(jù))。這種情況下，只有標(biāo)準(zhǔn)單元用于發(fā)送和接收具有主單元和單元1的網(wǎng)格數(shù)據(jù)的測試信號，因此提供絕對位置。主單元假定為在原點，并且單元1在x軸上的已知位置。除單元1只具有Δ外，每個單元具有三個未知項(x，y，Δ)。因此，未知項數(shù)量為3N-2，并且與未知項和變量相關(guān)的方程為
N(N-1)2≥3N-2orN2-7N+4≥0---(27)]]>N≥7 r＝43.僅標(biāo)準(zhǔn)/主單元。這種情況下，標(biāo)準(zhǔn)單元和主單元用于發(fā)送和接收不具有網(wǎng)格數(shù)據(jù)(僅相對位置)的測試信號。主單元假定為在原點，并且單元1在x軸上。除單元1只具有(x，Δ)，主單元只具有Δ外，每個單元具有三個未知項(x，y，Δ)。因此，未知項數(shù)量為3N，并且與未知項和變量相關(guān)的方程為N(N+1)2≥3NorN2-5N≥0---(28)]]>N≥5 r＝04.基本/主單元(具網(wǎng)格數(shù)據(jù))。這種情況下，標(biāo)準(zhǔn)單元和主單元用于發(fā)送和接收具有主單元和單元1的網(wǎng)格數(shù)據(jù)的測試信號，從而提供絕對位置。主單元假定為在原點，并且單元1在x軸上的已知位置。除單元1只具有Δ外，每個單元具有三個未知項(x，y，Δ)。因此，未知項數(shù)量為3N-1，并且與未知項和變量相關(guān)的方程為N(N+1)2≥3N-1orN2-5N+2≥0---(29)]]>N≥5 r＝2結(jié)果概括在下表中。要注意的是，使用主單元(具有或不具有網(wǎng)格數(shù)據(jù))使所需單元數(shù)量減少了兩個，而不是預(yù)計的減少一個單元。添加網(wǎng)格數(shù)據(jù)并不會減少對單元數(shù)量的需求，但確實提供了絕對位置和增加的冗余。
下表概括了不同配置的性能。
在本發(fā)明的如下權(quán)利要求和以上說明中，除由于表達語言或必需含義原因，上下文要求之處外，在包括的意義上使用用語“包括”或諸如“包含”等變體，即指存在所述特征但不排除在本發(fā)明的不同實施例中存在或添加其它特征。
要理解的是，本文對先有技術(shù)出版物的引用并不表示承認(rèn)該出物構(gòu)成在澳大利亞或任一其它國家中技術(shù)領(lǐng)域中的一般常識的一部分。
權(quán)利要求
1.一種確定多個無線電發(fā)送器單元相對于主單元的位置的方法，包括以下步驟從所述主單元提供控制信號，以命令每個所述無線電發(fā)送器單元發(fā)送測試信號并由剩余單元接收；在所述接收無線電發(fā)送器單元測量所述測試信號的到達時間；以及只基于所述測量的到達時間，計算每個無線電發(fā)送器單元相對于所述主單元的位置和每個單元的近似初始位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制信號命令每個所述無線電發(fā)送器單元依次發(fā)送測試信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還提供定時參考信號。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述主單元還提供所述定時參考信號。
5.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述主單元不發(fā)送或接收測試信息。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述主單元也發(fā)送或接收測試信息。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，利用了至少七個單元之間的測量。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，利用了至少五個單元之間的測量。
9.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括根據(jù)任意兩個其它單元的網(wǎng)格位置確定每個單元的網(wǎng)格位置的步驟。
10.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述計算每個無線電發(fā)送器單元位置的步驟包括以每個單元的近似位置開始，使用最小二乘方擬合技術(shù)。
11.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每個單元的所述近似開始位置是利用每個單元的近似發(fā)送/接收延遲參數(shù)來計算的。
12.一種用于位置監(jiān)視的系統(tǒng)，它包括主單元；以及多個無線電發(fā)送器單元；其中，所述主單元包括提供控制信號的部件，所述控制信號命令每個所述無線電發(fā)送器單元發(fā)送測試信號并由剩余單元接收；所述系統(tǒng)還包括用于在所述接收無線電發(fā)送器單元測量所述測試信號的到達時間的部件；以及用于只基于所述測量的到達時間，計算每個無線電發(fā)送器單元相對于所述主單元的位置和每個單元的近似起始位置的部件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定多個無線電發(fā)送器單元相對于主單元的幾何位置的方法，其中，從主單元提供控制信號，以命令每個無線電發(fā)送器單元發(fā)送測試信號并由剩余單元接收。在接收無線電發(fā)送器單元處測量測試信號的到達時間，并且只基于所述測量的到達時間，計算每個無線電發(fā)送器單元相對于所述主單元的位置和每個單元的近似初始位置。
文檔編號G01S5/10GK1826538SQ200480021042
公開日2006年8月30日 申請日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者I·夏普 申請人:聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究組織