本發(fā)明涉及用于定位信標(biāo)(beacon)的系統(tǒng)和方法的技術(shù)領(lǐng)域。信標(biāo)是用于定位目的的任何設(shè)備，其可以通過(guò)合適的手段被定位和標(biāo)識(shí)。

背景技術(shù)：

存在許多定位方法，最著名的定位方法基于GPS(全球定位系統(tǒng))。GPS包括數(shù)個(gè)配備原子鐘的同步衛(wèi)星。這些衛(wèi)星永久發(fā)送偽隨機(jī)碼調(diào)制的信號(hào)，所述信號(hào)通過(guò)原子鐘準(zhǔn)確確定日期。從這些衛(wèi)星中的至少四個(gè)衛(wèi)星獲得信號(hào)的收發(fā)器因此能夠計(jì)算信號(hào)的傳播時(shí)間，以便從中推斷收發(fā)器與衛(wèi)星的距離，并且然后通過(guò)三邊測(cè)量推斷收發(fā)器的位置。但是，該系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn)：需要使用原子鐘，原子鐘因?yàn)槠涓叻€(wěn)定性而使生產(chǎn)成本非常昂貴。此外，該系統(tǒng)不能在室內(nèi)使用，并且有時(shí)在具有超高層建筑物的建筑物密集環(huán)境中難以使用，因?yàn)樾枰教炜盏囊暰€以便從各個(gè)衛(wèi)星獲得數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明因此建議一種定位方法，其不需要使用來(lái)自衛(wèi)星的穩(wěn)定頻率基準(zhǔn)。

因此，本發(fā)明涉及一種通過(guò)第一、第二和第三收發(fā)器的信標(biāo)定位方法，所述信標(biāo)、所述第一、所述第二和所述第三收發(fā)器中的每一者包括本機(jī)振蕩器，所述本機(jī)振蕩器理論上在相同基準(zhǔn)頻率下振蕩，但實(shí)際上由于頻率漂移而在不同基準(zhǔn)頻率下振蕩，所述方法包括以下步驟：

-由第一收發(fā)器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，所述啟動(dòng)信號(hào)由第二和第三收發(fā)器接收，

-通過(guò)所述啟動(dòng)信號(hào)計(jì)算所述第一收發(fā)器的所述基準(zhǔn)頻率與所述第二和第三收發(fā)器的所述基準(zhǔn)頻率之間的誤差，

-由所述信標(biāo)發(fā)送第一脈沖信號(hào)，所述第一脈沖信號(hào)由所述第一、第二和第三收發(fā)器接收，

-由第一收發(fā)器發(fā)送第二脈沖信號(hào)，所述第二脈沖信號(hào)由所述第二和第三收發(fā)器接收，

-通過(guò)基準(zhǔn)頻率誤差計(jì)算所述第一與第二脈沖信號(hào)的飛行時(shí)間(time-of-flight)之間的至少三個(gè)差，每個(gè)時(shí)間差以由所述第一收發(fā)器的所述本機(jī)振蕩器提供的時(shí)基來(lái)計(jì)算，

-通過(guò)所述飛行時(shí)間差計(jì)算信標(biāo)位置。

在從屬權(quán)利要求2至9中定義單獨(dú)考慮或者以技術(shù)上可能的組合考慮的所述定位方法的特定步驟。

有利地，所述方法允許通過(guò)對(duì)具有至少三個(gè)方程(它們表示所述第一與第二脈沖信號(hào)的飛行時(shí)間差之間的關(guān)系，以及所述信標(biāo)與所述三個(gè)收發(fā)器之間的距離)的方程組進(jìn)行求解來(lái)計(jì)算所述信標(biāo)的位置。但是，因?yàn)榕c理論基準(zhǔn)頻率相比，所述收發(fā)器的基準(zhǔn)頻率可能已漂移，所以必須以單個(gè)時(shí)基表示這些飛行時(shí)間。這通過(guò)知曉各個(gè)收發(fā)器的基準(zhǔn)頻率之間的誤差而變成可能。因此，所述三個(gè)收發(fā)器可以配備低穩(wěn)定性振蕩器，例如非溫度補(bǔ)償石英振蕩器，而不會(huì)使定位計(jì)算失真。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考附圖，所述信標(biāo)定位方法的目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特性將在以下描述中變得更顯而易見(jiàn)，這些附圖是：

圖1是用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的方法的定位系統(tǒng)的示意圖；

圖2是圖1的定位系統(tǒng)的收發(fā)器的示意圖；

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的方法的步驟的框圖；

圖4是實(shí)現(xiàn)圖3的方法步驟的圖1的定位系統(tǒng)的示意圖；

圖5是實(shí)現(xiàn)圖3的方法步驟的圖1的定位系統(tǒng)的示意圖；

圖6示出表示在圖3的方法期間，圖1的定位系統(tǒng)的收發(fā)器狀態(tài)的時(shí)間圖；

圖7是由要在圖3的方法步驟中定位的信標(biāo)發(fā)送的信號(hào)的示意圖；

圖8是示出圖3的方法步驟的子步驟的框圖；

圖9是示出在圖3的方法期間發(fā)送的信號(hào)的發(fā)送和接收的時(shí)間圖；

圖10是實(shí)現(xiàn)圖3的方法步驟的圖1的定位系統(tǒng)的示意圖；

圖11是實(shí)現(xiàn)圖3的方法步驟的圖1的定位系統(tǒng)的示意圖；以及

圖12是實(shí)現(xiàn)圖3的方法步驟的圖1的定位系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

在以下描述中，將僅以簡(jiǎn)化方式描述本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的自同步信標(biāo)定位系統(tǒng)的所有這些元件。

圖1是2D信標(biāo)定位系統(tǒng)(即用于定位位于地球表面的信標(biāo)的系統(tǒng))的示意圖。2D定位(也被稱為地理定位)可以使用信標(biāo)的地理坐標(biāo)在地圖上定位信標(biāo)。2D定位系統(tǒng)包括其位置未知的信標(biāo)X以及其位置已知的第一收發(fā)器A、第二收發(fā)器B和第三收發(fā)器C。

第一收發(fā)器A、第二收發(fā)器B、第三收發(fā)器C和信標(biāo)X均包括本機(jī)振蕩器，本機(jī)振蕩器在基準(zhǔn)頻率f_ref(例如26MHz)下振蕩，用于向其電子組件提供時(shí)基。理論上，該基準(zhǔn)頻率f_ref通用于四個(gè)設(shè)備A、B、C、X。實(shí)際上，本機(jī)振蕩器經(jīng)受頻率漂移，這將大大降低振蕩器的質(zhì)量?；鶞?zhǔn)頻率f_refA指第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率，f_refB指第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率，f_refC指第三收發(fā)器C的基準(zhǔn)頻率，f_refX指信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率。定位系統(tǒng)允許信標(biāo)的精確定位而不管這些頻率漂移為何，如下面解釋的那樣。

如圖1中所示，第一、第二、第三收發(fā)器A、B、C和信標(biāo)X均包括用于接收通過(guò)頻移鍵控(FSK)RcA_Fsk、RcB_Fsk、RcC_Fsk、RcX_Fsk調(diào)制的信號(hào)的模塊。為了便于閱讀，這些模塊被稱為FSK接收器模塊，并且使用FSK調(diào)制原理通過(guò)數(shù)字序列進(jìn)行頻率調(diào)制的載波被稱為FSK信號(hào)。例如，當(dāng)通過(guò)二進(jìn)制數(shù)字序列的1狀態(tài)調(diào)制頻率為f₀的載波時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)的頻率為f₀+Δf₀；當(dāng)通過(guò)二進(jìn)制序列的0狀態(tài)調(diào)制載波時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)的頻率為f₀-Δf₀。載波頻率f₀被稱為是FSK調(diào)制的中心頻率。收發(fā)器A、B、C和信標(biāo)X的FSK接收器模塊例如類似于在歐洲專利2239860B1的說(shuō)明書(shū)中描述的在低速率模式下配置的FSK調(diào)制信號(hào)收發(fā)器。

進(jìn)一步，第一、第二和第三收發(fā)器A、B、C以及信標(biāo)X均包括用于發(fā)送FSK信號(hào)EmA_Fsk、EmB_Fsk、EmC_Fsk、EmX_Fsk的模塊，被稱為FSK發(fā)送器模塊。FSK發(fā)送和接收器模塊共同形成通信系統(tǒng)。第二和第三收發(fā)器B、C的模塊EmB_Fsk、EmC_Fsk將在收發(fā)器B和C中計(jì)算的中間相關(guān)結(jié)果傳送到收發(fā)器A。FSK調(diào)制所基于的載波頻率被稱為通信頻率f₀。通信頻率f₀例如為2.4GHz，并且對(duì)二進(jìn)制序列的0或1狀態(tài)編碼的頻偏為50kHz。

進(jìn)一步，第一、第二和第三收發(fā)器A、B、C均包括用于接收二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)RcA_Bpsk、RcB_Bpsk、RcC_Bpsk的模塊。這種調(diào)制被稱為BPSK。為了便于閱讀，這些模塊被稱為BPSK接收器模塊，并且使用BPSK調(diào)制原理通過(guò)二進(jìn)制序列進(jìn)行相位調(diào)制的載波被稱為BPSK信號(hào)。例如，當(dāng)通過(guò)二進(jìn)制序列的1狀態(tài)調(diào)制頻率f₀下的載波時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)為零相位；當(dāng)通過(guò)二進(jìn)制序列的0狀態(tài)調(diào)制載波時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)為π相位。

進(jìn)一步，第一收發(fā)器A和信標(biāo)X均包括用于發(fā)送BPSK信號(hào)EmA_Bpsk、EmX_Bpsk的模塊，被稱為BPSK發(fā)送器模塊。BPSK發(fā)送和接收器模塊共同形成通信系統(tǒng)。BPSK調(diào)制所基于的載波頻率是通信頻率f₀，其例如具有值2.4GHz。

圖2是第一收發(fā)器A的非限制性實(shí)例的示意圖。第一收發(fā)器A包括：天線ANT，其用于發(fā)送/接收FSK和BPSK無(wú)線電信號(hào)；以及連接到ANT的開(kāi)關(guān)SW，其用于阻止或允許各種信號(hào)的發(fā)送和接收。

進(jìn)一步，如上所述，第一收發(fā)器A包括FSK發(fā)送器模塊EmA_Fsk和FSK接收器模塊RcA_Fsk，它們用于在低速率模式下實(shí)現(xiàn)高靈敏度FSK信號(hào)發(fā)送和接收。FSK發(fā)送器模塊EmA_Fsk和接收器模塊FSK RcA_Fsk例如基于EM微電子收發(fā)器EM9209。FSK發(fā)送器模塊EmA_Fsk和接收器模塊FSK RcA_Fsk連接到開(kāi)關(guān)SW的第一端子，并且使用由第一收發(fā)器A的石英振蕩器OSC提供的基準(zhǔn)頻率f_refA作為時(shí)基。

第二和第三收發(fā)器B、C還均包括FSK發(fā)送器模塊EmB_Fsk和EmC_FSK以及FSK接收器模塊RcB_Fsk和RcC_FSK，它們用于在低速率模式下實(shí)現(xiàn)高靈敏度FSK信號(hào)發(fā)送和接收。這些發(fā)送和接收器模塊也基于EM微電子收發(fā)器EM9209。

第一收發(fā)器A還包括BPSK接收器模塊RcA_Bpsk。BPSK接收器模塊RcA_Bpsk包括低噪聲放大器(或LNA)AMPf，其連接到開(kāi)關(guān)SW的第二端子以便放大由天線ANT獲得的BPSK信號(hào)。

BPSK接收器模塊RcA_Bpsk然后包括解調(diào)級(jí)以便對(duì)入站BPSK信號(hào)解調(diào)。解調(diào)級(jí)包括第一混頻器ML1，其第一輸入端連接到LNA AMPf的輸出端，并且其第二輸入端連接到屬于第一收發(fā)器A的低相位噪聲合成器GEN。解調(diào)級(jí)還包括第二混頻器ML2，其第一輸入端連接到LNA AMPf的輸出端，并且其第二輸入端連接到合成器GEN。合成器GEN在通信頻率f₀下向第一混頻器ML1供應(yīng)解調(diào)信號(hào)LOi，并且向第二混頻器ML2供應(yīng)正交信號(hào)LOq與解調(diào)信號(hào)LOi。第一和第二混頻器ML1、ML2然后輸出信號(hào)，該信號(hào)是有用信號(hào)與在頻率2·f₀下調(diào)制的信號(hào)的總和。

解調(diào)級(jí)然后包括第一低通濾波器LP1和第二低通濾波器LP2，它們分別連接到第一混頻器ML1和第二混頻器ML2的輸出端。低通濾波器LP1、LP2在2·f₀下過(guò)濾由混頻器ML1、ML2輸出的信號(hào)的頻譜分量。

BPSK接收器模塊RcA_Bpsk然后包括采樣級(jí)以便對(duì)入站解調(diào)后BPSK信號(hào)采樣。采樣級(jí)包括第一可變?cè)鲆娣糯笃鰽MP1和第二可變?cè)鲆娣糯笃鰽MP2，它們分別連接到第一低通濾波器LP1和第二低通濾波器LP2的輸出端。采樣級(jí)然后包括第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)AD1和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD2，它們分別連接到第一可變?cè)鲆娣糯笃鰽MP1和第二可變?cè)鲆娣糯笃鰽MP2。注意，通過(guò)屬于第一收發(fā)器A的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列型的可編程電路CLP調(diào)節(jié)可變?cè)鲆娣糯笃鰽MP1、AMP2的增益?？勺?cè)鲆娣糯笃鰽MP1、AMP2使模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1、AD2的輸入信號(hào)衰減，以便減小模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1、AD2的分辨率而不影響它們的動(dòng)態(tài)性能。

進(jìn)一步，第一收發(fā)器A包括BPSK發(fā)送器模塊EmA_Bpsk，其包括BPSK調(diào)制器。

最后，第一收發(fā)器A包括數(shù)字信號(hào)處理器PSC，其例如用于執(zhí)行信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率誤差計(jì)算、自相關(guān)計(jì)算或定位計(jì)算。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，第二收發(fā)器B和第三收發(fā)器C與第一收發(fā)器A相同。備選地，它們包括第一收發(fā)器A的所有組件，除了BPSK發(fā)送器模塊之外。

圖3是適于由上面提供的定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的用于信標(biāo)X的2D定位的方法METH的一個(gè)非限制性實(shí)施例的步驟的示意圖。

在圖4中所示的步驟Etp_Em_FskA中，第一收發(fā)器A的FSK發(fā)送器模塊EmA_Fsk發(fā)送第一遠(yuǎn)程、低速率FSK信號(hào)FskA(例如，速率小于10Kb/秒)。該信號(hào)被稱為“啟動(dòng)信號(hào)”。注意，可以使用任何其它類型的調(diào)制。啟動(dòng)信號(hào)FskA包括用于信標(biāo)X的定位請(qǐng)求，后跟收發(fā)器A的標(biāo)識(shí)地址(例如，十六進(jìn)制地址)?！癋SK請(qǐng)求/地址信號(hào)”意味著通過(guò)數(shù)字編碼的請(qǐng)求/地址以FSK調(diào)制的載波。啟動(dòng)信號(hào)FskA不僅由信標(biāo)X接收，而且還由第二收發(fā)器B和第三收發(fā)器C接收。實(shí)際上，信標(biāo)X以及三個(gè)收發(fā)器A、B和C的接收器模塊FSK RcX_Fsk、RcA_Fsk、RcB_Fsk、RcC_Fsk最初處于檢測(cè)模式。在該模式下，F(xiàn)SK接收器模塊RcX_Fsk、RcA_Fsk、RcB_Fsk、RcC_Fsk連續(xù)獲得到達(dá)它們的FSK信號(hào)(尤其是來(lái)自附近任何干擾設(shè)備的信號(hào))，并且嘗試標(biāo)識(shí)特定FSK信號(hào)，例如啟動(dòng)信號(hào)FskA。注意，該方案并非限制性的。如果希望信標(biāo)X使用很少能量，則可以使其在不同模式下操作。在該模式下，在特定時(shí)刻從信標(biāo)X發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)FskA，并且該信號(hào)直接后跟脈沖BPSK(或其它類型的調(diào)制)信號(hào)。信標(biāo)X因此可以處于永久備用模式，并且僅偶爾喚醒(例如，基于內(nèi)部計(jì)時(shí)器或事件)以便被置于僅發(fā)送模式(從而有利地避免接收器模式下的能耗)。

在步驟Etp_Cal_Δe_AB中，第二收發(fā)器B使用入站啟動(dòng)信號(hào)FskA，計(jì)算其基準(zhǔn)頻率f_refB與第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA之間的誤差范圍Δe_AB。為了實(shí)現(xiàn)此目的，步驟Etp_Cal_Δe_AB包括以下子步驟：

-在子步驟Etp_Cal_Δe_AB_An中，第二收發(fā)器B分析由其FSK接收器模塊RcB_Fsk連續(xù)接收的信號(hào)的動(dòng)態(tài)頻譜演變，所述頻譜以上述通信頻率f₀為中心。有利地通過(guò)入站信號(hào)的離散傅里葉變換獲得頻譜。當(dāng)識(shí)別到經(jīng)受特征跳頻(例如大約幾千赫)的線時(shí)，該線由啟動(dòng)信號(hào)FskA導(dǎo)致。

-在子步驟Etp_Cal_Δe_AB_Ec中，第二收發(fā)器B計(jì)算該特征線與頻譜的中心頻率之間的偏差。實(shí)際上，如果第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率與第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率完全同步，則特征線將在頻譜的中心處。但是，因?yàn)轭l譜的分辨率有限，所以不能精確地計(jì)算偏差：僅可能計(jì)算偏差范圍。該偏差范圍是第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率f_refB與第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA之間的誤差范圍Δe_AB。

在步驟Etp_Cal_Δe_AC中，第三收發(fā)器C使用入站啟動(dòng)信號(hào)FskA，計(jì)算其基準(zhǔn)頻率f_refC與第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA之間的誤差范圍Δe_AC。以類似于步驟Etp_Cal_Δe_AB的方式執(zhí)行該步驟。

在圖5和圖6中所示的步驟Etp_Em_FskX中，信標(biāo)X的FSK發(fā)送器模塊EmX_Fsk發(fā)送第二遠(yuǎn)程、低速率FSK信號(hào)FskX(例如，速率小于10Kb/秒)。該信號(hào)被稱為“激活信號(hào)”。激活信號(hào)FskX包括發(fā)送器A、B、C的BPSK接收器部件RcA_Bpsk、RcB_Bpsk、RcC_Bpsk的激活請(qǐng)求RqAct，后跟信標(biāo)X的標(biāo)識(shí)地址AdrX(例如十六進(jìn)制地址)。在圖7中示意性地表示實(shí)例激活信號(hào)FskX。在所示實(shí)例中，激活信號(hào)FskX的發(fā)送持續(xù)30毫秒。激活信號(hào)FskX的前14毫秒包括激活請(qǐng)求RqAct，而后16毫秒包括標(biāo)識(shí)地址AdrX。激活信號(hào)FskX由三個(gè)收發(fā)器A、B和C中的每一者接收，因?yàn)樗鼈兊腇SK接收器模塊RcA_Fsk、RcB_Fsk、RcC_Fsk仍處于檢測(cè)模式Md_Det_Fsk，如圖6中所示。

在步驟Etp_Cal_Δe_XA中，第一收發(fā)器A使用入站激活信號(hào)FskX，計(jì)算其基準(zhǔn)頻率f_refA與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XA。以類似于步驟Etp_Cal_Δe_AB的方式執(zhí)行該步驟。

在步驟Etp_Cal_Δe_XB中，第二收發(fā)器B使用入站激活信號(hào)FskX，計(jì)算其基準(zhǔn)頻率f_refB與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XB。以類似于步驟Etp_Cal_Δe_AB的方式執(zhí)行該步驟。

在步驟Etp_Cal_Δe_XC中，第三收發(fā)器C使用入站激活信號(hào)FskX，計(jì)算其基準(zhǔn)頻率f_refC與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XC。以類似于步驟Etp_Cal_Δe_AB的方式執(zhí)行該步驟。

在步驟Etp_Act_Bpsk中，響應(yīng)于接收激活請(qǐng)求RqAct，收發(fā)器A、B、C激活其BPSK接收器模塊RcA_Bpsk、RcB_Bpsk、RcC_Bpsk，這些模塊然后處于檢測(cè)模式Md_Det_Bpsk，如圖6中所示。在該模式下，BPSK接收器模塊RcA_Bpsk、RcB_Bpsk、RcC_Bpsk連續(xù)獲得到達(dá)它們的BPSK信號(hào)(尤其是來(lái)自任何附近干擾設(shè)備的信號(hào))，并嘗試標(biāo)識(shí)特定BPSK信號(hào)。

在圖5和圖6中所示的步驟Etp_Em_BpskX中，信標(biāo)X的BPSK發(fā)送器模塊EmX_Bpsk以高速率(例如1Mb/秒)并且以窄帶(例如藍(lán)牙信道的寬度)發(fā)送第一脈沖信號(hào)BpskX。第一脈沖信號(hào)BpskX采取通信頻率f₀下的載波的形式(采用信標(biāo)X的時(shí)基)，該載波通過(guò)一系列偽隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制。偽隨機(jī)序列是周期性二進(jìn)制序列，其在一個(gè)周期內(nèi)具有隨機(jī)值。在圖7中示意性地示出第一脈沖信號(hào)BpskX的一個(gè)實(shí)例。注意，可以設(shè)想任何其它類型的調(diào)制(例如QPSK、FSK、GFSK或OOK)。在所示實(shí)例中，第一脈沖信號(hào)BpskX在激活信號(hào)FskX之后的0.5毫秒發(fā)送，并且持續(xù)1毫秒。第一脈沖信號(hào)BpskX因此相對(duì)于激活信號(hào)FskX而言非常短。第一脈沖信號(hào)BpskX由三個(gè)收發(fā)器A、B、C接收，這些收發(fā)器的BPSK接收器模塊RcA_Bpsk、RcB_Bpsk、RcC_Bpsk處于檢測(cè)模式Md_Det_Bpsk，如圖6中所示。

在圖8中所示的步驟Etp_Aut_P_XA中，第一收發(fā)器A執(zhí)行由其BPSK接收器模塊RcA_Bpsk接收的第一脈沖信號(hào)BpskX的自相關(guān)，在其中檢測(cè)自相關(guān)峰值P_XA。具體地說(shuō)，在圖9中示出第一自相關(guān)峰值P_XA。步驟Etp_Aut_P_XA包括以下子步驟：

-在第一子步驟Etp_Aut_P_XA_Dem中，對(duì)接收的第一脈沖信號(hào)BpskX解調(diào)。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_Ech中，在采樣頻率下對(duì)第一解調(diào)后脈沖信號(hào)采樣，以便形成包括N個(gè)樣本的脈沖序列SeqX，N是正整數(shù)。所述脈沖序列SeqX例如包括19,500個(gè)樣本。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_AjN中，將N個(gè)0值樣本添加到脈沖序列SeqX的結(jié)尾，以便形成包括2N個(gè)樣本的擴(kuò)展序列。例如，如果N具有值19,500，則擴(kuò)展序列包括39,000個(gè)樣本。該子步驟(被稱為補(bǔ)0)允許增加第一脈沖信號(hào)BpskX的頻譜精度以便發(fā)現(xiàn)極大值。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_FFT中，例如使用快速傅里葉變換(FFT)算法通過(guò)DFT計(jì)算擴(kuò)展序列的頻譜SpecX。注意，頻譜SpecX的長(zhǎng)度為2N。

-在步驟Etp_Aut_P_XA_Sel中，從R個(gè)原型(Proto_i)_i＝1…R中選擇原型Proto_Sel，R是大于2的整數(shù)。原型Proto_i是在采樣頻率下采樣的BPSK信號(hào)的頻譜，并且已向其中添加N個(gè)0值樣本。所述BPSK信號(hào)采取通過(guò)上述偽隨機(jī)信號(hào)序列調(diào)制的頻率為f₀+δf_i的載波的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，將原型(Proto_i)_i＝1…R預(yù)存儲(chǔ)在第一收發(fā)器A的寄存器中。在這種情況下，預(yù)先確定頻率f₀+δf_i。備選地，在接收到第一脈沖信號(hào)BpskX時(shí)，根據(jù)第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XA生成原型(Proto_i)_i＝1…R，所述誤差范圍Δe_XA已在步驟Etp_Cal_Δe_XA中計(jì)算。在這種情況下，選擇頻率偏差(δf_i)_i＝1…R以便包括被在誤差范圍Δe_XA內(nèi)，并且使得所述誤差范圍Δe_XA完全由各個(gè)頻率偏差(δf_i)_i＝1…R涵蓋。例如，對(duì)于包括在1與R之間的每個(gè)i，δf_i＝i/R·Δe_XA。

在這兩種情況下，原型選擇子步驟Etp_Aut_P_XA_Sel包括以下子步驟：

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_Sel_Mult中，將頻譜SpecX乘以R個(gè)原型(Proto_i)_i＝1…R中的每一者，這生成R個(gè)乘積信號(hào)(Sgp_i)_i＝1…R。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_Sel_Trans中，在時(shí)域內(nèi)將每個(gè)乘積信號(hào)(Sgp_i)_i＝1…R轉(zhuǎn)置(transpose)。每個(gè)乘積信號(hào)(Sgp_i)_i＝1…R呈現(xiàn)峰值，這實(shí)際上是自相關(guān)峰值(Pc_i)_i＝1…R。實(shí)際上，頻域內(nèi)的相乘相當(dāng)于時(shí)域內(nèi)的相關(guān)。進(jìn)一步，注意，為了在頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)相乘而執(zhí)行的計(jì)算少于為了在時(shí)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)相關(guān)而執(zhí)行的計(jì)算：時(shí)域內(nèi)的相關(guān)算法的復(fù)雜度為O(n²)，而頻域內(nèi)的復(fù)雜度為O(n·log(n))。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_Sel_Comp中，比較自相關(guān)峰值(Pc_i)_i＝1…R的振幅。選擇其乘積信號(hào)Sgp_Sel呈現(xiàn)最高自相關(guān)峰值Pc_Sel的原型Proto_Sel。選定原型Proto_Sel因此是這樣的原型：其最大化自相關(guān)峰噪比以便實(shí)現(xiàn)最可靠的可能自相關(guān)峰值標(biāo)識(shí)。注意，選定原型Proto_Sel的頻率偏差δf_Sel是信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX與第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA之間的誤差e_XA的估計(jì)值。R越高，該估計(jì)值越準(zhǔn)確。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_AjM中，根據(jù)補(bǔ)0原理，將M個(gè)0值樣本添加到頻譜SpecX的中心，以便創(chuàng)建包括N+M+N個(gè)樣本的擴(kuò)展頻譜，M是正整數(shù)。該子步驟允許人為地增大第一脈沖信號(hào)BpskX的采樣頻率，以便將信號(hào)插入時(shí)域內(nèi)。如果N具有值19000，則例如添加M＝1,048,576-39000個(gè)點(diǎn)。插入使以下操作變成可能：精細(xì)地確定對(duì)應(yīng)于頻譜的時(shí)間信號(hào)的極大值的形狀。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_Mult中，將擴(kuò)展頻譜乘以擴(kuò)展選定原型，這生成乘積序列Seq_Prod。擴(kuò)展選定原型是已向其中心添加M個(gè)0值樣本的選定原型Proto_Sel。

-在子步驟Etp_Aut_P_XA_Trans中，例如通過(guò)快速傅里葉逆變換(IFFT)在時(shí)域內(nèi)將乘積序列轉(zhuǎn)置。乘積序列呈現(xiàn)自相關(guān)峰值，即第一自相關(guān)峰值P_XA。第一自相關(guān)峰值P_XA由于子步驟Etp_Aut_P_XA_AjM而具有高分辨率，并且由于子步驟Etp_Aut_P_XA_Sel而具有低振幅。注意，轉(zhuǎn)置后的乘積序列可以由于多路徑無(wú)線電信號(hào)傳播(尤其是因?yàn)榈谝恍盘?hào)BpskX在信標(biāo)X與第一收發(fā)器A之間的各種障礙物上的折射或反射)而具有數(shù)個(gè)自相關(guān)峰值。第一自相關(guān)峰值P_XA然后是在時(shí)間上最早檢測(cè)到的峰值。

在步驟Etp_Aut_P_XB中，第二收發(fā)器B執(zhí)行接收的第一脈沖信號(hào)BpskX的自相關(guān)，其中檢測(cè)到第二自相關(guān)峰值P_XB。在圖9中示出第二自相關(guān)峰值P_XB。以類似于步驟Etp_Aut_P_XA的方式執(zhí)行該步驟。自然地，由第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率f_refB與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XB替換第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XA。

在步驟Etp_Aut_P_XC中，第三收發(fā)器C執(zhí)行接收的第一脈沖信號(hào)BpskX的自相關(guān)，其中檢測(cè)到第三自相關(guān)峰值P_XC。在圖9中示出第三自相關(guān)峰值P_XC。以類似于步驟Etp_Aut_P_XA的方式執(zhí)行該步驟。自然地，由第三收發(fā)器C的基準(zhǔn)頻率f_refC與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XC替換第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XA。

在圖10中所示的步驟Etp_Em_BpskA中，第一收發(fā)器A發(fā)送第二高速率窄帶脈沖BPSK信號(hào)BpskA。第二脈沖信號(hào)BpskA采取通信頻率f₀下的載波的形式(采用由第一收發(fā)器A的本機(jī)振蕩器提供的時(shí)基)，該載波通過(guò)上述偽隨機(jī)信號(hào)序列進(jìn)行相位調(diào)制。第二脈沖信號(hào)BpskA由第二收發(fā)器B和第三收發(fā)器C接收，這些收發(fā)器的BPSK接收器模塊RcB_Bpsk、RcC_Bpsk仍處于檢測(cè)模式Md_Det_Bpsk，如圖6中所示。

在步驟Etp_Aut_P_AB中，第二收發(fā)器B執(zhí)行接收的第二脈沖信號(hào)BpskA的自相關(guān)，其中檢測(cè)到第四自相關(guān)峰值P_AB。在圖9中示出第四自相關(guān)峰值P_AB。以類似于步驟Etp_Aut_P_XA的方式執(zhí)行該步驟。自然地，由第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率f_refB之間的誤差范圍Δe_AB替換第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XA。注意，在該步驟中，并且更具體地說(shuō)在子步驟Etp_Aut_P_AB_Sel_Comp中，估計(jì)第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率f_refB之間的誤差e_AB。

在步驟Etp_Aut_P_AC中，第三收發(fā)器C執(zhí)行接收的第二脈沖BPSK信號(hào)BpskA的自相關(guān)，其中檢測(cè)到第五自相關(guān)峰值P_AC。在圖9中示出第五自相關(guān)峰值P_AC。以類似于步驟Etp_Aut_P_XA的方式執(zhí)行該步驟。自然地，由第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第三收發(fā)器C的基準(zhǔn)頻率f_refC之間的誤差范圍Δe_AC替換第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與信標(biāo)X的基準(zhǔn)頻率f_refX之間的誤差范圍Δe_XA。注意，在該步驟中，并且更具體地說(shuō)在子步驟Etp_Aut_P_AC_Sel_Comp中，估計(jì)第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第三收發(fā)器C的基準(zhǔn)頻率f_refC之間的誤差e_AC。

在步驟Etp_Cal_τ_A中，第一收發(fā)器A計(jì)算有關(guān)第一自相關(guān)峰值P_XA的時(shí)間(其是第一收發(fā)器A接收由信標(biāo)X發(fā)送的第一脈沖信號(hào)BpskX的時(shí)間)與第一收發(fā)器A發(fā)送第二脈沖信號(hào)BpskA的時(shí)間之間的時(shí)間差T_A。在圖9中示出時(shí)間差τ_A。

在步驟Etp_Cal_τ_B中，第二收發(fā)器B計(jì)算有關(guān)第二自相關(guān)峰值P_XB的時(shí)間(其是第二收發(fā)器B接收由信標(biāo)X發(fā)送的第一脈沖信號(hào)BpskX的時(shí)間)與有關(guān)第四自相關(guān)峰值P_AB的時(shí)間(其是第二收發(fā)器B接收由第一收發(fā)器A發(fā)送的第二脈沖信號(hào)BpskA的時(shí)間)之間的時(shí)間差τ_B。自然地，該時(shí)間差τ_B以由第二收發(fā)器B的本機(jī)振蕩器提供的時(shí)基表示。在圖9中示出時(shí)間差τ_B。

在步驟Etp_Cal_τ_B’中，第二收發(fā)器B以由第一收發(fā)器A的本機(jī)振蕩器提供的時(shí)基，計(jì)算對(duì)應(yīng)于時(shí)間差τ_B的轉(zhuǎn)置的時(shí)間差τ_B’。時(shí)間差τ_B’等于時(shí)間差τ_B乘以第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率f_refB之間的誤差e_AB：

τ_B’＝τ_B·e_AB

在圖11中所示的步驟Etp_Tr_τ_B’中，第二收發(fā)器B將時(shí)間差τ_B’發(fā)送到第一收發(fā)器A。備選地，第二收發(fā)器B將時(shí)間差τ_B和第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第二收發(fā)器B的基準(zhǔn)頻率f_refB之間的誤差e_AB發(fā)送到第一收發(fā)器A。在這種情況下，第一收發(fā)器A執(zhí)行時(shí)間差τ_B’的計(jì)算。

在步驟Etp_Cal_τ_C中，第三收發(fā)器C計(jì)算有關(guān)第三自相關(guān)峰值P_XC的時(shí)間(其是第三收發(fā)器C接收由信標(biāo)X發(fā)送的第一脈沖信號(hào)BpskX的時(shí)間)與有關(guān)第五自相關(guān)峰值P_AC的時(shí)間(其是第三收發(fā)器C接收由第一收發(fā)器A發(fā)送的第二脈沖信號(hào)BpskA的時(shí)間)之間的時(shí)間差τ_C。自然地，該時(shí)間差τ_C以由第三收發(fā)器C的本機(jī)振蕩器提供的時(shí)基表示。在圖9中示出時(shí)間差τ_C。

在步驟Etp_Cal_τ_C’中，第三收發(fā)器C以由第一收發(fā)器A的本機(jī)振蕩器提供的時(shí)基，計(jì)算對(duì)應(yīng)于時(shí)間差τ_C的轉(zhuǎn)置的時(shí)間差τ_C’。時(shí)間差τ_C’等于時(shí)間差τ_C乘以第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第三收發(fā)器C的基準(zhǔn)頻率f_refC之間的誤差e_AC：

τ_C’＝τ_C·e_AC

在圖11中所示的步驟Etp_Tr_τ_C’中，第三收發(fā)器C將時(shí)間差τ_C’發(fā)送到第一收發(fā)器A。備選地，第三收發(fā)器C將時(shí)間差τ_C和第一收發(fā)器A的基準(zhǔn)頻率f_refA與第三收發(fā)器C的基準(zhǔn)頻率f_refC之間的誤差e_AC發(fā)送到第一收發(fā)器A。在這種情況下，第一收發(fā)器A執(zhí)行時(shí)間差τ_C’的計(jì)算。

在步驟Etp_Cal_Δt中，第一收發(fā)器A計(jì)算由以下關(guān)系限定的飛行時(shí)間Δt₁、Δt₂和Δt₃

XA-AB＝Δt₁·c₀

XA-XC＝Δt₂·c₀

XB-XC＝Δt₃·c₀

其中XA是信標(biāo)X與第一收發(fā)器A相隔的(未知)距離，XB是信標(biāo)X與第二收發(fā)器B相隔的(未知)距離，XC是信標(biāo)X與第三收發(fā)器C相隔的(未知)距離，AB是信標(biāo)X與第二收發(fā)器B相隔的(收發(fā)器A已知的)距離，c₀是在各個(gè)設(shè)備A、B、C、X之間交換的信號(hào)的傳播速度。

飛行時(shí)間差Δt₁因此對(duì)應(yīng)于以下兩個(gè)時(shí)間之間的差：信標(biāo)X發(fā)送第一脈沖信號(hào)BpskX與第一收發(fā)器A接收第一脈沖信號(hào)BpskX之間的時(shí)間，以及第一收發(fā)器A發(fā)送第二脈沖信號(hào)BpskA與第二收發(fā)器B接收第二脈沖信號(hào)BpskA之間的時(shí)間。進(jìn)一步，飛行時(shí)間差Δt₂對(duì)應(yīng)于以下兩個(gè)時(shí)間之間的差：信標(biāo)X發(fā)送第一脈沖信號(hào)BpskX與第一收發(fā)器A接收第一脈沖信號(hào)BpskX之間的時(shí)間，以及信標(biāo)X發(fā)送第一脈沖信號(hào)BpskX與第三收發(fā)器C接收第一脈沖信號(hào)BpskX之間的時(shí)間。最后，飛行時(shí)間差Δt₃對(duì)應(yīng)于以下兩個(gè)時(shí)間之間的差：信標(biāo)X發(fā)送第一脈沖信號(hào)BpskX與第二收發(fā)器B接收第一脈沖信號(hào)BpskX之間的時(shí)間，以及信標(biāo)X發(fā)送第一脈沖信號(hào)BpskX與第三收發(fā)器C接收第一脈沖信號(hào)BpskX之間的時(shí)間。

第一收發(fā)器A根據(jù)以下公式計(jì)算飛行時(shí)間差Δt₁、Δt₂和Δt₃：

Δt₁＝τ_A-(τ_B’-AB/c₀)

Δt₂＝τ_A-(τ_C’-AC/c₀)

Δt₃＝τ_B’–AB/c₀-(τ_C’-AC/c₀)

在步驟Etp_Cal_PosX中，第一收發(fā)器A對(duì)以下具有3個(gè)未知數(shù)(XA、XB、XC)的三個(gè)方程的方程組求解：

XA＝Δt₁·c₀+AB

XC＝XA-Δt₂·c₀

XB＝Δt₃·c₀+XC

并且得出信標(biāo)X的位置PosX。

可以再次執(zhí)行所有上述步驟，以使得第一收發(fā)器A具有信標(biāo)X的至少兩個(gè)位置。方法METH然后包括例如經(jīng)由平均值從至少兩個(gè)位置計(jì)算最終位置的額外步驟Etp_Filt_PosX。

在圖12中所示的步驟Etp_Tr_PosX中，A將X的位置PosX發(fā)送到第二收發(fā)器B、第三收發(fā)器C、信標(biāo)X和集中化單元。備選地，第一收發(fā)器A僅將X的位置Pos_X發(fā)送到這些設(shè)備中的一者、兩者或三者。

自然地，上面提供的步驟的順序并非限制性的，因?yàn)榭梢砸匀魏纹渌夹g(shù)上可能的順序執(zhí)行所述步驟。

從以上給出的描述，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以構(gòu)想用于定位信標(biāo)的方法和系統(tǒng)的數(shù)個(gè)變型而不偏離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。例如，提供包括三個(gè)收發(fā)器A、B、C的2D定位系統(tǒng)。但是，通過(guò)在該定位系統(tǒng)中集成額外收發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)信標(biāo)的3D定位，即信標(biāo)的定位不一定在0高度。但是，基本定位原理保持不變。