專(zhuān)利名稱(chēng)：聲學(xué)位置確定系統(tǒng)的制作方法
聲學(xué)位置確定系統(tǒng)本發(fā)明涉及室內(nèi)位置確定系統(tǒng)，尤其但不排他地涉及使用超聲波的室內(nèi)位置確定系統(tǒng)。存在希望能夠在給定區(qū)域內(nèi)確定諸如一臺(tái)設(shè)備或個(gè)人的可移動(dòng)對(duì)象的位置的很多情形。已知使用超聲波發(fā)射器或附連到需要定位的對(duì)象或個(gè)人的標(biāo)簽以及位于每個(gè)房間內(nèi)能夠確定給定標(biāo)簽的存在或缺失的合適的超聲波接收器來(lái)提供房間級(jí)定位。這對(duì)于存貨盤(pán)存或定位個(gè)人是有用的，但是對(duì)于一些應(yīng)用不夠精確。還提議使用分布在監(jiān)控區(qū)域周?chē)某暡ń邮掌麝嚵幸允褂萌厹y(cè)量(即，使用來(lái)自標(biāo)簽的信號(hào)到達(dá)不同接收器所需的時(shí)間)來(lái)確定區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽的位置。然而，這對(duì)于大型裝置不是十分實(shí)用，因?yàn)榇嬖谂c很多分離的接收器相關(guān)的高設(shè)備成本。而且，安裝成本也很高(例如，可能需要針對(duì)每個(gè)單元單獨(dú)鋪設(shè)用于供電和通信的線(xiàn)纜)，且如果由于每個(gè)房間內(nèi)需要具有多個(gè)單元而導(dǎo)致其被改裝，最終的效果可能不美觀(guān)。在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)該思想的另一問(wèn)題在于，在真實(shí)環(huán)境中，存在很多這樣的表面標(biāo)簽的信號(hào)可能在接收之前被反射，例如，房間的墻壁。這些表面可能具有阻擋感興趣的信號(hào)的趨勢(shì)且需要復(fù)雜的處理來(lái)消除。例如，用于識(shí)別和消除由于反射導(dǎo)致的不精確距離測(cè)量的幾何學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在〃 A New Location Technique for the Active Office" ,IEEE Personal Communications, Vol. 4, No. 5, October 1997, pp 42—47 中 $。 寸帛至文的|、可題能夠通過(guò)增加接收器的數(shù)目減輕，但是這恰好進(jìn)一步增加了成本。在WO 2006/013512中提議使用單個(gè)基站，通過(guò)使用簽名匹配方法，使用來(lái)自標(biāo)簽的視線(xiàn)信號(hào)以及墻壁、天花板、地板和房間內(nèi)可能的其他表面的反射導(dǎo)致的反射信號(hào)來(lái)確定標(biāo)簽的位置。將信號(hào)的時(shí)間序列簽名以及其被基站接收的反射與存儲(chǔ)的模型簽名或模板進(jìn)行匹配。這種方法具有多種缺點(diǎn)具體而言，因?yàn)楹灻ヅ渌惴ú荒茉谠肼暛h(huán)境(諸如當(dāng)多個(gè)接收的信號(hào)或其回波在時(shí)間上交疊時(shí))中很好地執(zhí)行，所以它提供不佳的定位精度； 而且，該方法的精度限制于候選模型簽名或模板的數(shù)目，這通常受到可用處理能力、存儲(chǔ)器空間和時(shí)間的約束。從一個(gè)方面考慮，本發(fā)明提供一種確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置的方法，包括從移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)信號(hào)；沿著第一路徑從移動(dòng)單元接收所述聲學(xué)信號(hào)；接收所述聲學(xué)信號(hào)在從所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的表面反射之后的回波；確定聲學(xué)信號(hào)沿著所述第一路徑的到達(dá)時(shí)間；確定回波的到達(dá)時(shí)間；以及從所述到達(dá)時(shí)間確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置。本發(fā)明還擴(kuò)展至相應(yīng)的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)包括移動(dòng)單元、接收器和處理裝置，該移動(dòng)單元位于檢測(cè)區(qū)域內(nèi)，其中移動(dòng)單元布置為發(fā)射聲學(xué)信號(hào)；接收器布置為從移動(dòng)單元接收沿著第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)，并且接收所述聲學(xué)信號(hào)從所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的表面反射之后的回波；以及處理裝置布置為確定聲學(xué)信號(hào)沿著所述第一路徑的到達(dá)時(shí)間，確定回波的到達(dá)時(shí)間，并且從所述到達(dá)時(shí)間確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置。位置確定系統(tǒng)優(yōu)選地還包括存儲(chǔ)裝置和/或顯示裝置和/或電子通信裝置，且布置為存儲(chǔ)和/或顯示和/或電子地傳送移動(dòng)單元的所述確定的位置。本發(fā)明還擴(kuò)展至處理裝置，該處理裝置調(diào)適為從接收器接收數(shù)據(jù)，該接收器接收 由移動(dòng)單元發(fā)射的沿著第一路徑傳播到接收器的聲學(xué)信號(hào)；以及聲學(xué)信號(hào)在從表面反射之后的回波；其中該處理裝置布置為確定聲學(xué)信號(hào)沿著所述第一路徑的到達(dá)時(shí)間；確定回波的到達(dá)時(shí)間；以及從所述到達(dá)時(shí)間確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置。處理裝置優(yōu)選地還布置為存儲(chǔ)和/或顯示和/或電子地傳送移動(dòng)單元的所述確定的位置。本發(fā)明還擴(kuò)展至包含指令的軟件產(chǎn)品，當(dāng)在處理裝置上執(zhí)行時(shí)，其中該處理裝置調(diào)適為從接收器接收數(shù)據(jù)，該接收器接收由移動(dòng)單元發(fā)射的沿著第一路徑傳播到接收器的聲學(xué)信號(hào)；以及聲學(xué)信號(hào)在從表面反射之后的回波；該軟件產(chǎn)品導(dǎo)致處理裝置確定聲學(xué)信號(hào)沿著所述第一路徑的到達(dá)時(shí)間；確定回波的到達(dá)時(shí)間；以及從所述到達(dá)時(shí)間確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置。優(yōu)選地，軟件產(chǎn)品調(diào)適為導(dǎo)致處理裝置存儲(chǔ)和/或顯示和/或電子地傳送移動(dòng)單元的所述確定的位置。軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在載體上或者加載在存儲(chǔ)器中。第一路徑可以是間接路徑，即沿著第一路徑的聲學(xué)信號(hào)從表面反射。在這種情況中，僅回波用于計(jì)算。然而，在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一路徑是直接路徑，使得沿著第一路徑接收的聲學(xué)信號(hào)是直接聲學(xué)信號(hào)。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)直接聲學(xué)信號(hào)可用(例如，當(dāng)在移動(dòng)單元和接收器之間存在不受阻擋的視線(xiàn)時(shí))時(shí)，使用直接聲學(xué)信號(hào)，但是當(dāng)沒(méi)有直接路徑存在(例如，由于阻擋物的存在)時(shí)，使用間接路徑。因而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出，根據(jù)本發(fā)明，不是尋求從接收的信號(hào)抵消涉及被附近表面反射的來(lái)自移動(dòng)單元的聲音的所有信息或試圖執(zhí)行模式匹配操作，而是一個(gè)或多個(gè)反射的接收時(shí)間被獨(dú)立計(jì)算并且用于確定移動(dòng)單元的位置。當(dāng)與丟棄回波的方法相比時(shí)，涉及反射的定時(shí)(timing)的附加信息的有意使用可以增加位置確定精度或減小不混淆地確定移動(dòng)單元的位置所需的接收器的最小數(shù)目。這使得可以較容易地提供比簽名匹配方法更好的精度。定位中使用的回波特性的知識(shí)還可以用于增加移動(dòng)單元的位置估計(jì)數(shù)據(jù)可以更新的速率，并且還可以用于增加數(shù)據(jù)(例如，標(biāo)簽識(shí)別碼)可以在移動(dòng)單元和接收器之間發(fā)射的速率。例如，使用內(nèi)置于接收器的時(shí)鐘，第一信號(hào)(為方便起見(jiàn)，此后稱(chēng)為直接信號(hào)，但是注意，只要合適，參考直接信號(hào)描述的特征應(yīng)被理解為等同地應(yīng)用于間接第一信號(hào))和/ 或一個(gè)或多個(gè)回波的到達(dá)時(shí)間可以不同地確定為絕對(duì)時(shí)間(例如，由內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘或來(lái)自外部時(shí)鐘的信號(hào)定義)。備選地，可以使用相對(duì)定時(shí)。例如，時(shí)間可以相對(duì)于直接聲學(xué)信號(hào)在接收器的到達(dá)時(shí)間；即，該第一到達(dá)事件定義“時(shí)間零”，相對(duì)于該參考點(diǎn)確定后續(xù)到達(dá)的一個(gè)或多個(gè)回波的(多個(gè))時(shí)間。理論上，監(jiān)控區(qū)域中的任何表面可以用于反射，但是優(yōu)選地，該表面是靜止的表面且優(yōu)選地是基本平面的。在這種實(shí)施方式中，反射表面有效地充當(dāng)“聲音鏡(sonic mirror) ”。申請(qǐng)人意識(shí)到，通過(guò)接收的信號(hào)的適當(dāng)處理，它可以處理為就好像在表面的另一側(cè)的相同距離存在第二虛擬接收器。當(dāng)然，通過(guò)使用多個(gè)反射表面，出現(xiàn)多個(gè)這種虛擬接收器。因此，在一些實(shí)施方式中，在接收器處接收多個(gè)回波并且每個(gè)回波的到達(dá)時(shí)間被確定且用于確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置。在一些實(shí)施方式中，例如，通過(guò)給出傳輸?shù)木嚯x的估計(jì)，在位置確定中使用回波 (例如與直接路徑信號(hào)或另一回波相比的)的信號(hào)強(qiáng)度。此處，有利地，可以使用空優(yōu)化。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的虛擬接收器的使用意味著需要較少的真實(shí)接收器來(lái)給出相同級(jí)別的定位精度。具體而言，因而不需要提供彼此間隔的接收器來(lái)覆蓋監(jiān)控區(qū)域。如前文所述，這在設(shè)備和安裝成本方面明顯具有優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中， 可以通過(guò)單個(gè)接收單元實(shí)現(xiàn)移動(dòng)單元位置確定，該單個(gè)接收單元可以包括并入其中的一個(gè)或多個(gè)換能器。提供安裝在單個(gè)位置處的單個(gè)單元的益處在于，與在多個(gè)位置處安裝單元相比，它極大地減小了安裝成本和不便利性。為了精確地確定移動(dòng)單元的位置，可以使用與接收器和(多個(gè))反射表面的相對(duì)或絕對(duì)位置和/或定向相關(guān)的信息。該信息因此優(yōu)選地用于確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置。這種信息可以與檢測(cè)區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)；例如，其所有邊界表面的位置。可以在測(cè)量檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的距離的人工安裝者安裝之前或安裝期間確定這種信息。然而，優(yōu)選地，執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)步驟，其中處理裝置通過(guò)接收聲學(xué)信號(hào)獲取與(多個(gè))反射表面和/或接收器的位置相關(guān)的信息。該信號(hào)可以被移動(dòng)單元(例如，當(dāng)在已知位置時(shí))或一些其他源發(fā)射，但是優(yōu)選地由安裝在相同單元中的本身發(fā)射信號(hào)的接收器或發(fā)射器發(fā)射。在一組實(shí)施方式中，接收器包括兩個(gè)獨(dú)立換能器，第二換能器具有比第一換能器大的方向靈敏度。這有利地允許第一換能器接收來(lái)自移動(dòng)單元的直接信號(hào)，并且第二換能器接收從反射表面反射的回波，因?yàn)榉较蜢`敏度可以得到利用以使得意味著第二換能器將優(yōu)先于直接信號(hào)拾取回波。例如，在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，存在包括在走向檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的反射表面的響應(yīng)半角中的至少一個(gè)假象線(xiàn)(imaginary line)。響應(yīng)半角定義為靈敏度大于最大值一半的角度，即響應(yīng)下降6dB的角度。這種布置使得區(qū)分來(lái)自直接路徑信號(hào)的回波和來(lái)自其他噪聲(例如從其他對(duì)象進(jìn)一步回響)的回波更加容易。在一組示例性實(shí)施方式中，第一換能器包括全向麥克風(fēng)。第二換能器可以包括定向麥克風(fēng)或具有波導(dǎo)或屏蔽以添加方向性的全向麥克風(fēng)。實(shí)際上，波導(dǎo)或屏蔽甚至可以與固有定向麥克風(fēng)一起使用以進(jìn)一步增強(qiáng)其方向性。在一些實(shí)施方式中，第二換能器具有10 至60度；優(yōu)選地10至40度之間；例如30度的半角。優(yōu)選地，第一換能器不具有半角(即， 其角度變化小于6dB)，或者半角大于第二換能器的半角；優(yōu)選地大于60度。在另一組實(shí)施方式中，采用換能器陣列。在陣列(已知為相控陣列或波束成形陣列)中信號(hào)在相應(yīng)換能器處的相對(duì)相位和/或到達(dá)時(shí)間使得能夠確定給定信號(hào)的方向。此處對(duì)于定向麥克風(fēng)或換能器的引用可以等同地理解為對(duì)于與處理裝置相關(guān)聯(lián)的換能器的波束成形或相控陣列的引用。在一些實(shí)施方式中，第二換能器或其一部分是可移動(dòng)的，以允許其方向軸被調(diào)節(jié)。這允許針對(duì)特定安裝來(lái)優(yōu)化配置。在一組實(shí)施方式中，第二換能器安裝在諸如可旋轉(zhuǎn)萬(wàn)向節(jié)的可移動(dòng)支持上。在其他實(shí)施方式中，諸如在采用換能器的相控陣列的實(shí)施方式中，不提供物理調(diào)節(jié)。而是，在信號(hào)處理階段可以實(shí)現(xiàn)方向特異性。接收器可以包括比所述第一麥克風(fēng)具有相對(duì)更大方向性的多個(gè)麥克風(fēng)；例如，總共3個(gè)麥克風(fēng)。優(yōu)選地，相對(duì)定向麥克風(fēng)的方向軸互不平行。接收器可以在包含其電源(諸如電池、電容器、燃料電池或太陽(yáng)能板)的單元中提供，但是優(yōu)選地具有有線(xiàn)電連接。在一些尤其優(yōu)選的實(shí)施方式中，接收器通過(guò)以太網(wǎng)(在 IEEE 802. 3中定義)接收電力。接收器可以支持通過(guò)諸如以太網(wǎng)、火線(xiàn)或USB的有線(xiàn)連接或者通過(guò)諸如紅外或射頻(例如IEEE 802.11)的無(wú)線(xiàn)鏈路的(例如，到另一接收器單元， 到衛(wèi)星麥克風(fēng)單元或者到服務(wù)器)外部通信。 接收器單元可以包括上述處理裝置，或處理裝置可以與接收器單元分離，例如，是位于檢測(cè)區(qū)域外部的服務(wù)器。在一些實(shí)施方式中，可以在相應(yīng)位置采用多于一個(gè)的接收器。 附加的接收器可以不同地布置為從移動(dòng)單元接收相應(yīng)直接聲音信號(hào)和/或反射信號(hào)。它們可以包含第一接收器的一些或全部特征。在這種實(shí)施方式中，處理裝置優(yōu)選地布置為使用多個(gè)接收器處的信號(hào)的到達(dá)時(shí)間來(lái)確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置。在具有用于檢測(cè)區(qū)域的多個(gè)接收器的實(shí)施方式中，其中各個(gè)接收器包括時(shí)鐘，優(yōu)選地地提供用于同步時(shí)鐘的裝置。這可以使用連接接收器的網(wǎng)絡(luò)上的協(xié)議來(lái)執(zhí)行。在包括多個(gè)不同檢測(cè)區(qū)域的安裝中，其中每個(gè)區(qū)域具有其自己的(多個(gè))接收器，時(shí)鐘可以跨越檢測(cè)區(qū)域同步；盡管這可能并不是必須的(即，每個(gè)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的純局部同步可能足夠)。在一些實(shí)施方式中，移動(dòng)單元包括時(shí)鐘；在這種情況中，優(yōu)選地提供用于同步移動(dòng)單元的時(shí)鐘與一個(gè)或多個(gè)接收器的時(shí)鐘的裝置。優(yōu)選地，移動(dòng)單元包括用于將其附接到對(duì)象或人的附接裝置。有利地，它包括其自己的電源；例如電池、電容器、燃料電池或太陽(yáng)能板。聲學(xué)信號(hào)可以具有任意合適的頻率； 它可以是可聽(tīng)的，即在20Hz-20kHz的范圍內(nèi)，但是它優(yōu)選地是超聲波；即大于20kHz。聲學(xué)信號(hào)可以具有恒定頻率(即，音調(diào)(tone))，但是優(yōu)選地它具有諸如被啁啾調(diào)制(例如線(xiàn)性啁啾)的變化的頻率，因?yàn)檫@可以提供較好的噪聲抵抗力。在尤其優(yōu)選的實(shí)施方式中，聲學(xué)信號(hào)包括上升啁啾，隨后是下降啁啾(或反之亦然)，其間可選地具有空隙。有利地，這些是線(xiàn)性啁啾，其可以提供針對(duì)多普勒頻移(例如，如果移動(dòng)單元相對(duì)于(多個(gè))接收器移動(dòng)) 的良好抵抗力。通常，啁啾頻率范圍使得源于相對(duì)移動(dòng)的多普勒頻移僅組成啁啾頻率范圍的一小部分?？梢缘韧厥褂脦缀芜?，但是其生成更為復(fù)雜。繼而，通過(guò)執(zhí)行用于上啁啾信號(hào)和下啁啾信號(hào)的分離互相關(guān)且識(shí)別通過(guò)相同的時(shí)間分離偏移為兩個(gè)啁啾的彼此具有相似幅度和銳度的峰，可以將感興趣的回波與其他峰分離。在本上下文中可以應(yīng)用的一種可能的標(biāo)準(zhǔn)是
+〈閾值其中A是峰幅度且S是上啁啾和下啁啾的相關(guān)聯(lián)峰的銳度，而a是0至1之間的加權(quán)因子。聲學(xué)信號(hào)可以對(duì)諸如用于移動(dòng)單元的識(shí)別(ID)碼或狀態(tài)信息(例如，移動(dòng)單元的電池電平)之類(lèi)的信息進(jìn)行編碼。備選地，這種信息可以被單獨(dú)地發(fā)送。這可以通過(guò)諸如無(wú)線(xiàn)電信道的獨(dú)立電子或電磁信道完成。然而，優(yōu)選地，這種信息被聲學(xué)地發(fā)送，但是在時(shí)間和/或頻率上與用于定位的聲學(xué)信號(hào)分離。有利地，在聲學(xué)信號(hào)之后發(fā)送信息。以這種方式，聲學(xué)信號(hào)可以允許接收器確定與移動(dòng)單元和接收器占用的聲學(xué)環(huán)境的特性相關(guān)的信息；例如，信號(hào)中的多普勒頻移(如果存在)的量、任意背景噪聲的量和屬性以及檢測(cè)區(qū)域的衰減和回波特性。當(dāng)解碼來(lái)自移動(dòng)單元的其他通信時(shí)，這種信息可以用于增加精度，例如實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。使用預(yù)定傳輸來(lái)支持聲學(xué)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕忉屧谄渥约旱臋?quán)利方面是新穎和創(chuàng)造性的，且當(dāng)從另一方面看時(shí)，本發(fā)明提供一種從檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)單元向接收器發(fā)射信息的方法，包括從移動(dòng)單元發(fā)射預(yù)定聲學(xué)信號(hào)；接收預(yù)定信號(hào)；計(jì)算傳輸中所述預(yù)定信號(hào)經(jīng)歷的變換的估計(jì)；發(fā)射對(duì)所述信息進(jìn)行編碼的聲學(xué)信號(hào)；接收經(jīng)編碼的信號(hào)；以及使用所述變換的估計(jì)來(lái)解碼所述經(jīng)編碼的信號(hào)。本發(fā)明的該方面擴(kuò)展到調(diào)適為實(shí)現(xiàn)所述接收、計(jì)算和解碼步驟的接收器和/或與其相關(guān)聯(lián)的處理裝置；以及在執(zhí)行時(shí)調(diào)適為實(shí)現(xiàn)所述步驟的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品。預(yù)定信號(hào)可以?xún)H用于計(jì)算變換的估計(jì)。然而優(yōu)選地例如根據(jù)本發(fā)明的前述方面描述的，它用于確定移動(dòng)單元的位置。根據(jù)信息在聲學(xué)信號(hào)上編碼的本發(fā)明的任意方面，這種編碼可以通過(guò)單頻移鍵控 (FSK)、多頻移鍵控(MFSK)、幅移鍵控(ASK)、相移鍵控(PSK)或任意其他合適的機(jī)制來(lái)進(jìn)行。在一組優(yōu)選實(shí)施方式中，信息以選自有限組的一組信號(hào)的序列(例如，線(xiàn)性啁啾)編碼。 該組信號(hào)因而有效地是“字母”。這些信號(hào)優(yōu)選地具有低互相關(guān)，并且優(yōu)選地具有高峰值自相關(guān)。這種編碼方案可以為多路徑和FSK以外的干擾提供較大的魯棒性。預(yù)定信號(hào)可以在經(jīng)編碼的信號(hào)之前或之后發(fā)射或者可以作為其一部分發(fā)射。例如，在經(jīng)編碼的信號(hào)包括來(lái)自有限信號(hào)組的一系列信號(hào)時(shí)，這些信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)可以充當(dāng)預(yù)定信號(hào)。能夠使用精確地識(shí)別傳輸?shù)陌l(fā)射信號(hào)的變換及其回波的知識(shí)意味著與試圖過(guò)濾出作為不希望的噪聲的回波十分不同，包含在它們中的信息可以被提取以給出因此支持解碼的更可靠的數(shù)據(jù)信號(hào)。這進(jìn)而意味著可以使用較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。在優(yōu)選實(shí)施方式中，使用從移動(dòng)單元到接收器的聲音的飛行時(shí)間計(jì)算移動(dòng)單元的位置。針對(duì)這種定時(shí)目的，聲學(xué)信號(hào)的接收可以定義為當(dāng)形成接收器的一部分的換能器的絕對(duì)信號(hào)強(qiáng)度輸出瞬時(shí)或在采樣周期上超過(guò)預(yù)定閾值的時(shí)間。飛行時(shí)間可以以多種方式測(cè)量。一種方式是使用獨(dú)立的電磁信號(hào)作為用于定時(shí)聲學(xué)信號(hào)的基礎(chǔ)。例如，方便地，移動(dòng)單元可以與聲學(xué)信號(hào)同時(shí)地或者至少與聲學(xué)信號(hào)具有預(yù)定定時(shí)關(guān)系地發(fā)射電磁信號(hào)。通過(guò)確定電磁信號(hào)的接收(在該接收器或另一接收器處)和聲學(xué)信號(hào)在該接收器處的接收之間的延遲，可以計(jì)算聲學(xué)信號(hào)的飛行時(shí)間(因?yàn)殡姶判盘?hào)可以通常被認(rèn)為瞬時(shí)到達(dá))。這假設(shè)接收器正在監(jiān)聽(tīng)電磁信號(hào)或者至少被告知電磁信號(hào)的傳輸或在另一接收器處的接收。備選地，通過(guò)向移動(dòng)單元發(fā)射電磁信號(hào)可以確定聲學(xué)信號(hào)的飛行時(shí)間，移動(dòng)單元布置為在接收電磁信號(hào)時(shí)發(fā)射聲學(xué)信號(hào)，并且確定電磁信號(hào)的傳輸和聲學(xué)信號(hào)在接收氣中超聲波的球形和耗散衰減的知識(shí)以及甚至是主表面的反射特性的知識(shí)。(多個(gè))虛擬接收器可以用于確定移動(dòng)單元的位置，就好像在相應(yīng)的位置存在多個(gè)真實(shí)接收器且沒(méi)有反射表面。換句話(huà)說(shuō)，該或每個(gè)虛擬接收器可以被認(rèn)為就好像它如同接收來(lái)自移動(dòng)單元的直接信號(hào)那樣接收回波。虛擬接收器被看作的位置可以從真實(shí)接收器和反射表面的已知位置來(lái)確定。一旦確定了對(duì)應(yīng)于每個(gè)回波的表面，使用球面(到達(dá)時(shí)間) 或雙曲線(xiàn)(到達(dá)時(shí)間差)方法，可以執(zhí)行常規(guī)三邊或多邊計(jì)算以確定移動(dòng)單元的位置。使用這種修改的三邊或多邊方法是有利的，因?yàn)楫?dāng)例如與射線(xiàn)跟蹤相比時(shí)，它是計(jì)算高效的。在具有多于一個(gè)反射表面的實(shí)施方式中，可能必須確定哪個(gè)回波從哪個(gè)表面反射 (并由此確定其對(duì)應(yīng)于哪個(gè)虛擬接收器位置)。這可以通過(guò)窮舉試驗(yàn)和錯(cuò)誤方法完成—— 即，嘗試回波和表面的每一個(gè)可能的配對(duì)并且確定哪一個(gè)配對(duì)給出對(duì)于移動(dòng)單元的位置最一致或似乎合理的估計(jì)。然而在優(yōu)選實(shí)施方式中，例如通過(guò)考慮回波的信號(hào)強(qiáng)度及其到達(dá)時(shí)間，接收器具有來(lái)自接收信號(hào)的足夠的信息來(lái)確定哪個(gè)表面出現(xiàn)特定回波。在優(yōu)選實(shí)施方式中，接收器位于房間的邊界表面(墻壁、地板或天花板)附近。在一些實(shí)施方式中，最靠近的邊界表面用作反射表面。這可以允許回波被相對(duì)容易地識(shí)別，因?yàn)樗鼈儗⒕o跟在直接信號(hào)之后。在一些實(shí)施方式中，接收器位于拐角附近以給出可以用作虛擬接收器的一個(gè)或兩個(gè)附近的附加反射表面。接收器可以安裝到邊界表面之一且僅使用拐角中的(多個(gè))其他邊界表面作為反射表面，或者它可以從這些表面中的一個(gè)表面延伸且由這些表面中的該一個(gè)表面支持。在其他實(shí)施方式中，相對(duì)邊界表面用作反射表面。在一些實(shí)施方式中，接收器安裝在房間的與充當(dāng)反射表面的墻壁平行相對(duì)的墻壁上。這允許很寬的覆蓋范圍(coverage)。 在示例性實(shí)施方式組中，接收器安裝到房間的天花板上-例如房間的中央-且使用地板作為反射表面。這給出幾乎360度的覆蓋范圍。接收器可以包括接收直接信號(hào)和反射信號(hào)二者的單個(gè)換能器，換能器的輸出的分析用于區(qū)分直接信號(hào)和反射信號(hào)(例如，通過(guò)其相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度和/或到達(dá)時(shí)間)。然而，在一組優(yōu)選實(shí)施方式中，提供多個(gè)獨(dú)立換能器。這些換能器然后可以在例如其定位、響應(yīng)特性或所應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析方面被配置，以分別針對(duì)直接信號(hào)和反射信號(hào)的接收而器處的接收之間的延遲。同樣，電磁信號(hào)的飛行時(shí)間可以假設(shè)為零，并且該延遲給出聲學(xué)信號(hào)的飛行時(shí)間加上在移動(dòng)單元處的已知“周轉(zhuǎn)時(shí)間”-即，移動(dòng)單元接收電磁信號(hào)和發(fā)射聲學(xué)信號(hào)之間花費(fèi)的時(shí)間。在另一組實(shí)施方式中，使用移動(dòng)單元和接收器中的同步時(shí)鐘來(lái)測(cè)量飛行時(shí)間。因而，在此類(lèi)實(shí)施方式中，移動(dòng)單元包括時(shí)鐘并且發(fā)射與聲學(xué)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間相關(guān)的信息。該定時(shí)信息可以在聲音本身中被編碼或者聲學(xué)地發(fā)送，但是與前述信號(hào)分離(例如，在稍后的時(shí)間或者在不同的頻率上)，或者它可以在分離的信道上發(fā)送到諸如WLAN或其他射頻信道的聲學(xué)信道。接收器或與接收器通信的服務(wù)器優(yōu)選地包括時(shí)鐘，并且布置為確定與接收器接收聲音的時(shí)間相關(guān)的信息。然后可以根據(jù)與聲學(xué)傳輸?shù)臅r(shí)間相關(guān)的信息和與聲學(xué)信號(hào)的接收的時(shí)間相關(guān)的信息來(lái)確定聲音的飛行時(shí)間。上述過(guò)程的精度取決于移動(dòng)單元和接收器之間的同步度。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法包括將移動(dòng)單元上的時(shí)鐘與遠(yuǎn)程時(shí)鐘進(jìn)行同步的步驟。遠(yuǎn)程時(shí)鐘可以是與接收器相關(guān)聯(lián)的時(shí)鐘或者可以與其分離(盡管接收器繼而也可以根據(jù)其同步)。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，使用電磁-例如RF鏈路執(zhí)行所述移動(dòng)單元同步。在一組實(shí)施方式中，在從移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)定位信號(hào)之前，時(shí)鐘同步信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電從接收器發(fā)射到移動(dòng)單元。該同步信號(hào)可以包括當(dāng)前時(shí)間或校正因子。在一組備選實(shí)施方式中，移動(dòng)單元以預(yù)定計(jì)劃(例如，以均勻間隔)發(fā)射信號(hào)，并且因而移動(dòng)單元的傳輸時(shí)間可以被接收器或處理裝置獲知。備選地，可以使用相對(duì)于接收器處于已知位置中的移動(dòng)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)單元的同步。移動(dòng)單元的真實(shí)位置與根據(jù)由接收器接收的聲學(xué)信號(hào)估計(jì)的位置之間的差異可以用于校準(zhǔn)或同步移動(dòng)單元。類(lèi)似的方法可以用于設(shè)置或校準(zhǔn)接收器。在一個(gè)方便的示例中，移動(dòng)單元可以放置在與接收器連接的對(duì)接單元中。這可以是固定的并且已知的位置，或其本身發(fā)射用于確定其位置的信號(hào)(其不需要是聲學(xué)的)。對(duì)接站可以經(jīng)由有線(xiàn)連接來(lái)連接以維持同步，并且然后可以直接連接到移動(dòng)單元以對(duì)其進(jìn)行同步-即，不需要移動(dòng)單元上的單獨(dú)的RF發(fā)射器/接收器。申請(qǐng)人:設(shè)計(jì)的用于同步移動(dòng)單元上的時(shí)鐘與遠(yuǎn)程時(shí)鐘的另一方法是首先僅使用與在一個(gè)或多個(gè)接收器處沿著多個(gè)路徑的聲音的到達(dá)時(shí)間差(TDOA)相關(guān)的信息來(lái)確定移動(dòng)單元的位置，這不需要使用移動(dòng)單元的時(shí)鐘；并且然后，如果合適，基于移動(dòng)單元的確定的位置和在接收器處相對(duì)于遠(yuǎn)程時(shí)鐘測(cè)量的沿著多個(gè)路徑的聲音的絕對(duì)到達(dá)時(shí)間，來(lái)調(diào)節(jié)或補(bǔ)償移動(dòng)單元的時(shí)鐘。如果時(shí)鐘要被補(bǔ)償，則這種補(bǔ)償可以通過(guò)處理裝置應(yīng)用。確定移動(dòng)單元的位置應(yīng)當(dāng)理解成意味著確定處于適于應(yīng)用本發(fā)明的上下文的置信度或空間精度內(nèi)的位置的估計(jì)。并不旨在表明或者推斷特別的精確度水平。在一些實(shí)施方式中，可以確定移動(dòng)單元的位置處于最近的幾米內(nèi)；在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，在最近的一或兩厘米內(nèi)；或者甚至在最近的1毫米或更小的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，可以做出位置確定的精度的估計(jì)。這例如可以使用用于做出位置確定的最小需求以上的額外信息實(shí)現(xiàn)。例如，它可以取決于位置的獨(dú)立估計(jì)之間的一致程度。精度可以被存儲(chǔ)和/或顯示和/或電子地傳送。在移動(dòng)單元上的時(shí)鐘被調(diào)節(jié)或補(bǔ)償?shù)膶?shí)施方式中，這種調(diào)節(jié)或補(bǔ)償優(yōu)選地僅在確定調(diào)節(jié)或補(bǔ)償所基于的特定位置估計(jì)被確定為精確到預(yù)定裕度范圍內(nèi)時(shí)被應(yīng)用。申請(qǐng)人:意識(shí)到，該時(shí)鐘同步方法在其自己的權(quán)利方面是新穎的且是創(chuàng)造性的，并且因而，從另一方面，本發(fā)明提供一種時(shí)鐘同步方法，包括-從移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)信號(hào)，該移動(dòng)單元包括時(shí)鐘；-在多個(gè)接收器處接收聲學(xué)信號(hào)；-根據(jù)信號(hào)在所述接收器處的到達(dá)時(shí)間和/或相位的(多個(gè))差異來(lái)確定移動(dòng)單元的位置的估計(jì)；-使用以下項(xiàng)來(lái)計(jì)算時(shí)鐘校正因子移動(dòng)單元的估計(jì)的位置、相對(duì)于所述移動(dòng)單元時(shí)鐘測(cè)量的信號(hào)的傳輸時(shí)間、以及相對(duì)于參考時(shí)鐘測(cè)量的在所述換能器之一處的信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；以及-向移動(dòng)單元時(shí)鐘應(yīng)用所述校正因子以使其與所述參考時(shí)鐘同步。優(yōu)選地，該方面還包括本發(fā)明的第一方面的方法的步驟。第一方面的優(yōu)選特征也是本方面的優(yōu)選特征。向移動(dòng)單元時(shí)鐘應(yīng)用校正因子的步驟可以包括直接調(diào)節(jié)移動(dòng)單元時(shí)鐘(例如，使得其輸出與參考時(shí)鐘同步的時(shí)間數(shù)據(jù))或者可以包括在接收器或服務(wù)器處向移動(dòng)單元時(shí)鐘輸出的(不正確)時(shí)間數(shù)據(jù)應(yīng)用校正因子，使得校正的數(shù)據(jù)與參考時(shí)鐘同步。移動(dòng)單元可以根據(jù)預(yù)定計(jì)劃發(fā)射聲學(xué)信號(hào)，或者聲學(xué)信號(hào)可以包括與相對(duì)于移動(dòng)單元時(shí)鐘測(cè)量的該聲學(xué)信號(hào)的傳輸時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)，或者這種數(shù)據(jù)可以與聲學(xué)信號(hào)分離地發(fā)射-例如通過(guò)RF鏈路發(fā)射。具體而言，如果聲學(xué)信道忙，則移動(dòng)單元可能需要退避-它優(yōu)選地在這種示例中布置為通過(guò)分離信道發(fā)送與傳輸時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)，或者至少發(fā)送退避信息(例如，在預(yù)定退避方案中的嘗試次數(shù))，接收器或系統(tǒng)可以根據(jù)該信息重構(gòu)移動(dòng)單元中時(shí)鐘的時(shí)間。優(yōu)選地根據(jù)本發(fā)明的所有上述方面，來(lái)自反射表面的聲學(xué)信號(hào)的反射或回波的飛行時(shí)間用于計(jì)算移動(dòng)單元的位置。然而，這并不關(guān)鍵。例如可以使用與直接路徑信號(hào)(或者遵循另一路徑的信號(hào))相比回波的到達(dá)時(shí)間差(TDOA)。例如使用射線(xiàn)跟蹤，可以通過(guò)諸如三邊或多邊測(cè)量(使用到達(dá)時(shí)間(TOA)信息來(lái)確定球面相交的位置或者使用到達(dá)時(shí)間差(TDOA)信息來(lái)確定橢圓相交的位置)的任意適當(dāng)方法；或者閉合空間、移動(dòng)單元、反射表面和接收器的聲學(xué)建模來(lái)確定移動(dòng)單元的位置。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，接收器布置為估計(jì)來(lái)自移動(dòng)單元的信號(hào)的到達(dá)角(AOA)。 這例如可以通過(guò)采用換能器的角度響應(yīng)的知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，尤其當(dāng)使用定向換能器時(shí)。當(dāng)存在多個(gè)換能器時(shí)，可以使用在每個(gè)換能器處接收的信號(hào)之間的相位或定時(shí)的差異。在存在少量分離的換能器時(shí)，這可能足夠精確地給出針對(duì)位置的角度范圍。當(dāng)提供換能器陣列時(shí)，則波束成形原理可以用于給出更精確的估計(jì)。因而，當(dāng)接收器包括第一換能器和第二換能器時(shí)，本發(fā)明優(yōu)選地還包括確定第一換能器處的直接聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；以及確定第二換能器處的直接聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。根據(jù)這些到達(dá)時(shí)間，可以確定與接收器處接收的聲音所來(lái)自的方向相關(guān)的信息。例如， 可以估計(jì)相對(duì)于參考平面的到達(dá)角度。如前所述，到達(dá)時(shí)間可以是絕對(duì)的或者彼此相對(duì)的。 在一個(gè)或多個(gè)回波方面可以采取類(lèi)似的步驟。附加地或備選地，對(duì)于到達(dá)時(shí)間，與信號(hào)的相位和/或幅度相關(guān)的信息可以被確定，并且類(lèi)似地用于估計(jì)或貢獻(xiàn)于到達(dá)方向的估計(jì)。當(dāng)然，該方法不僅限于第一換能器和第二換能器，并且可以在任意數(shù)目的換能器上應(yīng)用。因而，即使在接收器處接收第一回波之前，也可以確定關(guān)于檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置的一些信息。這些信息自身可能不足以按照所需精度確定移動(dòng)單元的位置的估計(jì)， 但是它可以與諸如與直接路徑的路徑長(zhǎng)度和根據(jù)到達(dá)時(shí)間或到達(dá)時(shí)間差信息確定的一個(gè)或多個(gè)回波相關(guān)的其他信息組合。它還可以在具有多個(gè)反射表面的檢測(cè)區(qū)域中使用，以確定反射特定回波的反射表面的識(shí)別。在一些情況中，例如，如果在移動(dòng)單元和接收器之間沒(méi)有直接路徑，或如果移動(dòng)單元十分靠近房間的拐角，且因而產(chǎn)生來(lái)自不能被分離地識(shí)別的這種閉合連續(xù)的每個(gè)墻壁的回波，則可能不能通過(guò)上述方法中的任意一個(gè)確定移動(dòng)單元的位置。但是在這種情形中可能希望簡(jiǎn)單地知道移動(dòng)單元是否處于給定檢測(cè)區(qū)域(諸如房間)內(nèi)。因而，優(yōu)選地，系統(tǒng)還布置成確定移動(dòng)單元是否處于檢測(cè)區(qū)域中。優(yōu)選地，它布置為存儲(chǔ)和/或顯示和/或電子地傳送所述確定。在特定的一組實(shí)施方式中，移動(dòng)單元試圖以預(yù)定時(shí)間間隔(例如每5分鐘)發(fā)起傳輸序列。在一個(gè)示例中，移動(dòng)單元最初發(fā)起向接收器的RF傳輸。優(yōu)選地，接收器優(yōu)選地通過(guò)無(wú)線(xiàn)電向移動(dòng)單元傳遞時(shí)隙。移動(dòng)單元優(yōu)選地向接收器傳遞短(并且可能不唯一的) ID。期望地，時(shí)隙和ID的組合對(duì)于位置而言是唯一的。如果沒(méi)有建立移動(dòng)單元和接收器之間的連接，則移動(dòng)單元可以缺省地使用較長(zhǎng)的唯一移動(dòng)單元ID。因而本發(fā)明的方法還可以包括在移動(dòng)單元處接收時(shí)隙信息并且在所述時(shí)隙中從移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)信號(hào)。ID碼優(yōu)選地從移動(dòng)單元發(fā)射。聲學(xué)定位信號(hào)本身可以包括ID碼， 或者ID碼可以被單獨(dú)發(fā)射。如果單獨(dú)但是聲學(xué)地發(fā)射，則其優(yōu)選地與所述聲學(xué)定位信號(hào)具有低互相關(guān)部分，從而在另一移動(dòng)單元發(fā)射定位信號(hào)的同時(shí)一個(gè)移動(dòng)單元發(fā)射其ID碼時(shí)避免干擾。在一些實(shí)施方式中，移動(dòng)單元配置成延遲在信道上發(fā)射聲學(xué)信號(hào)，直到該信道靜默至少預(yù)定時(shí)間。該預(yù)定時(shí)間優(yōu)選地是聲音通過(guò)封閉空間最大尺寸(即，比最長(zhǎng)預(yù)期反射信號(hào)路徑更長(zhǎng))兩次所花費(fèi)的時(shí)間。然而，如果發(fā)射的聲音彼此具有低互相關(guān)部分，則可以允許同步傳輸，因而增加包含多個(gè)移動(dòng)單元的環(huán)境中的最大可能更新速率。此處參考本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面或?qū)嵤┓绞矫枋龅娜我馓卣髟诤线m時(shí)應(yīng)當(dāng)被理解為可以等同地應(yīng)用于此處描述的本發(fā)明的任意其他方面或?qū)嵤┓绞健，F(xiàn)在將參考附圖僅通過(guò)示例的方式描述本發(fā)明的某些實(shí)施方式，在附圖中

圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的接收器的外部的立體圖；圖2是接收器的內(nèi)部的立體圖；圖3是接收器的波導(dǎo)形成部分的立體圖；圖4是接收器的定向麥克風(fēng)形成部分的立體圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明接收器如何確定移動(dòng)單元的位置的示意圖；圖6是類(lèi)似于圖5的示圖，示出“虛擬接收器”的位置；以及圖7是與其他接收器和中央處理器聯(lián)網(wǎng)的接收器的示意圖。具體地，圖1以立體圖示出根據(jù)本發(fā)明的接收器2的外部。模制蓋子4保護(hù)接收器2的敏感內(nèi)部組件不被損害性地環(huán)境暴露。然而，蓋子4包括柵格開(kāi)孔6和圓形開(kāi)孔10， 它們均允許超聲波穿過(guò)蓋子4到達(dá)單元的內(nèi)部。連接端口 8能夠接收通過(guò)以太網(wǎng)支持電力的以太網(wǎng)線(xiàn)纜。通過(guò)柵格開(kāi)孔6可見(jiàn)的是左定向麥克風(fēng)12和右定向麥克風(fēng)14。接收器2 優(yōu)選地布置為安裝在墻壁或天花板上，但是可以是獨(dú)立式的。圖2示出接收器2的內(nèi)部，包括其上可以?shī)A住模制蓋子4 (未示出)的平的背部構(gòu)件16。電路板18也附接到背部構(gòu)件16上，分離的電子組件、處理器、存儲(chǔ)器、備用電池和通信模塊附接到該電路板18上。與電路板18電通信的是左定向麥克風(fēng)12和右定向麥克風(fēng) 14以及全向麥克風(fēng)20。當(dāng)模制蓋子4就位時(shí)，蓋子4中的圓形開(kāi)孔10與全向麥克風(fēng)20對(duì)齊以允許聲音從單元的所有方向自由到達(dá)該麥克風(fēng)。居中地位于左麥克風(fēng)12和右麥克風(fēng) 14之間的圓形凹口 22可以可選地容納第三定向麥克風(fēng)(未示出)。圖3示出波導(dǎo)M的特寫(xiě)圖，該波導(dǎo)M是每個(gè)定向麥克風(fēng)12、14的組件。波導(dǎo)M包括在中央孔34周?chē)贾们页蛑醒肟?4逐漸變窄的4個(gè)平面沈、28、30、32。使用中， 這些平面協(xié)作以將聲音從波導(dǎo)(在孔34的中心處具有其頂點(diǎn))的相對(duì)窄的錐體引導(dǎo)向孔 34。這些平面還用于阻擋或抑制來(lái)自波導(dǎo)的正面但是錐體之外的聲音通過(guò)孔34。每個(gè)麥克風(fēng)12、14的半角(靈敏度下降到最大值一半的角所包含的扇區(qū))與孔34的半徑相反地變化。圖4是左定向麥克風(fēng)12的詳細(xì)視圖(右定向麥克風(fēng)14相同)。換能器元件(不可見(jiàn))將聲能轉(zhuǎn)換成電能且位于麥克風(fēng)的圓柱體36的內(nèi)部。圓柱體36的正面包括如圖3 中更詳細(xì)示意的波導(dǎo)24。換能器元件位于波導(dǎo)M的中央孔34的附近，使得基本上僅上述錐體的方向性圖案內(nèi)的聲音到達(dá)換能器元件。定向麥克風(fēng)12還包括萬(wàn)向節(jié)38，其通過(guò)圓柱體36兩側(cè)上的一對(duì)樞軸40附連到圓柱體36。這些樞軸允許麥克風(fēng)12的圓柱體36的角度相對(duì)于萬(wàn)向節(jié)38繞穿過(guò)樞軸40的軸線(xiàn)調(diào)節(jié)180度。而且，萬(wàn)向節(jié)38具有可旋轉(zhuǎn)地接合在接收器中的圓形凹口(例如22)中的圓形基座，從而允許整個(gè)麥克風(fēng)12繞與上述樞軸軸線(xiàn)正交的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)任意角度。因而， 當(dāng)安裝在接收器2中時(shí)，定向麥克風(fēng)12、14的軸線(xiàn)(即，前述錐體的軸線(xiàn))可以相對(duì)于接收器的基座16三維地調(diào)節(jié)到任意期望角度。柵格開(kāi)孔6優(yōu)選地布置為允許來(lái)自定向麥克風(fēng) 12、14可以物理地定向的基本上任意方向的聲音自由通過(guò)。圖5示出用于確定移動(dòng)單元48的位置的接收器2的安裝和操作。接收器2安裝在后墻42、側(cè)墻44或天花板46相交的房間的拐角附近。接收器2安裝在后墻42上，稍微遠(yuǎn)離拐角本身。例如，它可以從天花板42垂直向下且從側(cè)墻44水平移動(dòng)約20-150cm ；例如 80cm。左麥克風(fēng)12定向?yàn)槭沟闷渚哂性谒矫嬷醒由斓姆较蜉S且以約45度的角指向側(cè)墻44。右麥克風(fēng)14定向?yàn)槭沟闷渚哂性诖怪泵嫜由斓姆较蜉S且以約45度的角度指向天花板46。移動(dòng)單元48位于房間內(nèi)，不直接與墻壁42、44或天花板46相鄰。它可以附接到個(gè)人或設(shè)備項(xiàng)(未示出)。它可以布置為在整個(gè)房間內(nèi)基本均勻地發(fā)射超聲波信號(hào)。備選地，它可以向房間的一部分發(fā)射具有方向模式的聲音(例如，半球形-例如，從房間的高于移動(dòng)單元的部分)。例如，它可以以具有約50度的聲壓半角的模式發(fā)射聲音。移動(dòng)單元48 可以包括諸如來(lái)自Murata Manufacturing Co.，Ltd.(商標(biāo))的MA40S4S的超聲波換能器。一些信號(hào)將直接傳播到側(cè)墻44 ；一些信號(hào)直接傳播到后墻42 ；且一些信號(hào)直接傳播到天花板46。具體而言，直接傳播到后墻42的聲音中的一些將沿著移動(dòng)單元和接收器2 的全向麥克風(fēng)20之間的直接路徑M傳播。直接傳播到側(cè)墻44的聲音中的一些將沿著直接路徑56傳播到側(cè)墻上的點(diǎn)50，在那里它將沿著直接路徑58反射到左單向麥克風(fēng)12。該直接路徑58位于麥克風(fēng)12的接收錐體內(nèi)，并且因而將通過(guò)波導(dǎo)M引導(dǎo)且進(jìn)入麥克風(fēng)的換能器元件。類(lèi)似地，直接傳播到天花板46的聲音中的一些將沿著直接路徑60傳播到天花板上的點(diǎn)52，在那里它將沿著直接路徑62反射到右單向麥克風(fēng)14，該麥克風(fēng)具有角度朝向天花板46的方向軸。如所公知，側(cè)墻44上的點(diǎn)50處的入射角和反射角(在該點(diǎn)50處相對(duì)于側(cè)墻44的法線(xiàn)定義)將彼此相等；類(lèi)似地，天花板46上的點(diǎn)52處的入射角和反射角將相等。因此可以看出，側(cè)墻44和天花板46充當(dāng)用于超聲波信號(hào)的反射表面。
因?yàn)橹苯勇窂組的長(zhǎng)度小于任何反射路徑，所以沿著直接路徑M傳播的來(lái)自移動(dòng)單元48的聲音首先到達(dá)接收器2。盡管左定向麥克風(fēng)12和右定向麥克風(fēng)14位于直接路徑聲音的路徑中，但是這些麥克風(fēng)的波導(dǎo)M布置為針對(duì)房間內(nèi)移動(dòng)單元48的大多數(shù)可能位置而物理地抑制或阻擋這種直接路徑信號(hào)。左定向麥克風(fēng)12和右定向麥克風(fēng)14的方向軸的定向使得，在任意給定應(yīng)用中對(duì)于房間內(nèi)的移動(dòng)單元的大多數(shù)實(shí)際的位置，與它們的相應(yīng)換能器獲得(register)的它們沿著從移動(dòng)單元48到接收器2的直接路徑M接收的聲音相比，它們的相應(yīng)換能器獲得的它們分別沿著路徑58、62從側(cè)墻44和天花板46接收的反射聲音的信號(hào)更強(qiáng)。例如，如果移動(dòng)單元48被個(gè)人攜帶，則可以合理地假設(shè)移動(dòng)單元絕不高于房間的地板2米，且后墻42上的接收器2的位置以及定向麥克風(fēng)12、14的角度可以相應(yīng)地設(shè)置，以通過(guò)直接路徑信號(hào)分別在側(cè)墻44和天花板46的回波的支持下最大化定向麥克風(fēng)12、14的信號(hào)強(qiáng)度辨別能力。如果在使用中可以安全地假設(shè)與直接路徑聲音或者來(lái)自與感興趣的表面不同的一個(gè)表面或者兩個(gè)或更多個(gè)表面的回波相比，感興趣的回波將總是從定向麥克風(fēng)12、14 形成較強(qiáng)的信號(hào)，則時(shí)間窗口內(nèi)的最強(qiáng)信號(hào)的接收時(shí)間可以看作是感興趣的回波的接收時(shí)間。然而，即使當(dāng)沿著直接路徑通過(guò)左定向麥克風(fēng)12或右定向麥克風(fēng)14從移動(dòng)單元 48接收的由移動(dòng)單元48發(fā)射的信號(hào)比所接收的分別來(lái)自側(cè)墻44或天花板46的感興趣的對(duì)應(yīng)回波更強(qiáng)時(shí)，該回波將在接收器處在直接路徑聲音之后被接收，并且因此仍然可以被識(shí)別為回波信號(hào)。此外，不同麥克風(fēng)12、14、20之間的每個(gè)聲音脈沖(直接路徑聲音或任意一個(gè)回波)的相對(duì)定時(shí)和/或相位可以用于獲得關(guān)于在接收器處接收聲音的方向的附加信息。如果與每個(gè)麥克風(fēng)12、14、20的方向靈敏度的模式相關(guān)的信息已知，則上述附加信息的有用性可以進(jìn)一步增強(qiáng)。繼而，不同麥克風(fēng)的每個(gè)聲音脈沖的相對(duì)強(qiáng)度(幅值)可以用于推斷關(guān)于接收聲音的方向的附加信息。這在下面更加詳細(xì)地解釋。接收器2或與該接收器通信的處理裝置包括時(shí)鐘，并且因此能夠確定沿著直接路徑M從移動(dòng)單元48傳播到全向麥克風(fēng)20的信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。來(lái)自移動(dòng)單元48的信號(hào)包括具有高峰自相關(guān)的至少一個(gè)或優(yōu)選地多個(gè)信號(hào)(例如，使得在處理之后所得的自相關(guān)峰具有2ms或更少的時(shí)間范圍)。對(duì)于麥克風(fēng)信道中的每一個(gè)，接收器2或相關(guān)聯(lián)的處理裝置執(zhí)行匹配過(guò)濾處理以找到定位信號(hào)和/或數(shù)據(jù)信號(hào)。匹配過(guò)濾處理包括所接收的麥克風(fēng)信號(hào)與所有定位信號(hào)的正交(quadrature)版本的互相關(guān)。為了向由于移動(dòng)單元48的移動(dòng)而導(dǎo)致的接收信號(hào)的頻率中的任意多普勒頻移添加魯棒性，可以針對(duì)已知定位信號(hào)的各種不同的多普勒頻移變量中的每一個(gè)執(zhí)行這些互相關(guān)。為了幫助識(shí)別回波的處理，所接收的信號(hào)還可以使用正交方法在它們之間進(jìn)行互相關(guān)。對(duì)于經(jīng)處理的互相關(guān)信號(hào)中的每一個(gè)，峰被識(shí)別并且使用具有合適窗口大小的二階多項(xiàng)式峰探測(cè)器(peak finder)來(lái)找到峰的位置、幅值和二階導(dǎo)數(shù)?；夭ㄊ录臅r(shí)間 (time instance)和衰減繼而可以通過(guò)搜索具有預(yù)定閾值以上的幅值和銳度(二階導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值)的峰來(lái)找到。如果移動(dòng)單元48發(fā)射多個(gè)定位信號(hào)，則來(lái)自每個(gè)定位信號(hào)的峰可以在相似度方面進(jìn)行比較并且進(jìn)行組合，以改善回波的識(shí)別。如果針對(duì)多個(gè)多普勒變量執(zhí)行互相關(guān)，則最接近真實(shí)多普勒頻移的匹配濾波器將示出最高和最尖銳的相關(guān)峰。所接收的信號(hào)的相位信息可以根據(jù)正交互相關(guān)的正交分量的比率確定。這可以用于確定飛行時(shí)間與相位水平的精度(例如，針對(duì)20kHz的超聲波分辨率(resolving)低于 17mm)。然而，如果例如由于移動(dòng)單元48的快速移動(dòng)而存在大的多普勒頻移(例如，v/c> 4*10_3)，則這不起作用。所以在本實(shí)施方式中，使用兩個(gè)反對(duì)稱(chēng)啁啾的峰擬合。移動(dòng)單元48 發(fā)射包含具有相反符號(hào)的啁啾率的兩個(gè)啁啾的定位信號(hào)。因此，多普勒頻移和時(shí)間延遲均可以按照以下方式精確地確定。具有遞增的線(xiàn)性頻率啁啾的上升啁啾信號(hào)S。t被首先發(fā)射，接著是具有遞減線(xiàn)性頻率啁啾的啁啾信號(hào)S。ι (當(dāng)然，這些啁啾的順序可以相反)。這兩個(gè)啁啾具有相反但是相等的啁啾率極性(Cr t = -Cr ^ = df/dt = fend-fstart/Tc) (Tc是啁啾持續(xù)時(shí)間，fstart是啁啾起始頻率，且f-是啁啾結(jié)束頻率)。啁啾使用大于或等于啁啾持續(xù)時(shí)間的時(shí)間間隔△、發(fā)射。使用正交互相關(guān)方法以利用所接收的麥克風(fēng)信號(hào)來(lái)找到已知啁啾的Rxy(互相關(guān)信號(hào))，與啁啾信號(hào)相對(duì)應(yīng)的峰可以通過(guò)峰幅值、銳度進(jìn)行選擇以及知道啁啾時(shí)間間隔、它們?cè)跁r(shí)間上的間距△、而識(shí)別。僅使用線(xiàn)性啁啾防止了當(dāng)接收的信號(hào)被多普勒頻移時(shí)相關(guān)性的巨大損失。正交互相關(guān)的使用還給出幅值的更可靠的測(cè)量。已經(jīng)識(shí)別了用于所有相關(guān)反射回波的上啁啾信號(hào)和下啁啾信號(hào)的峰值對(duì)，可以提取信號(hào)的時(shí)間位置、幅值和峰銳度。因?yàn)樗邮盏男盘?hào)可以具有彼此不同的多普勒速率 (由于直接路徑與各個(gè)可能的反射路徑之間的不同觀(guān)察角度)，所以根據(jù)啁啾的互相關(guān)的定時(shí)信息可能偏離。這可以使用下面的操作進(jìn)行校正。
為
針對(duì)其已知時(shí)間間隔而校正的上啁啾信號(hào)和下啁啾信號(hào)之間的到達(dá)時(shí)間之差 t^-{ti-Mc)_(fc Mc \
Γ 2
2 其中f。是啁啾信號(hào)的中心頻率，Cr是啁啾率，且 η = \~·、
C sound多普勒因子(Vs是相對(duì)于接收器的源的有效速率，且Cs_d是房間中的聲音的速度-聲音的速度可以大約等于恒定值，或者可以基于諸如溫度和濕度的相關(guān)因子的測(cè)量進(jìn)行估計(jì)，或者通過(guò)在已知距離上對(duì)聲音進(jìn)行計(jì)時(shí)而實(shí)驗(yàn)地確定)。因?yàn)閒。、C,和At。是已知的，所以?xún)蓚€(gè)啁啾信號(hào)的到達(dá)時(shí)間可以用于計(jì)算多普勒因子。注意，該測(cè)量獨(dú)立于源所經(jīng)歷的任意頻率偏差(具有用于獲得多普勒頻移信息的很多備選方案的已知問(wèn)題)。針對(duì)其已知時(shí)間間隔而校正的兩個(gè)啁啾之間的到達(dá)時(shí)間的和為
γπ trl 4 (1 )-1li-c丄=^-+ At
2η
——1
KrI 信號(hào)的真實(shí)時(shí)間延遲td因此可以通過(guò)使用上述估計(jì)的測(cè)量多普勒因子的求出。所得到的定時(shí)精度是微秒量級(jí)。
如前所述，與每個(gè)聲音脈沖(直接路徑聲音或回波)的到達(dá)角(AOA)相關(guān)的信息可以用于幫助解決回波彈回的反射表面的確定中的任意不確定性。它還可以與到達(dá)時(shí)間或到達(dá)時(shí)間差信息組合以提高位置估計(jì)的精度。AOA信息可以通過(guò)比較定向麥克風(fēng)和全向麥克的相對(duì)響應(yīng)而獲得。對(duì)于使用波導(dǎo)信道k中的互相關(guān)而識(shí)別的峰，相近全向信道中的相應(yīng)峰可以用作計(jì)算峰m的幅值的比率
Akm = Awvgd-k/Aomniο如果波導(dǎo)麥克風(fēng)構(gòu)造為使得在空間靈敏度方面與(多個(gè))全向麥克風(fēng)彼此地具有明顯交疊，則到達(dá)角可以通過(guò)最小化誤差表達(dá)式來(lái)進(jìn)行估計(jì)
權(quán)利要求
1.一種確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元的位置的方法，該方法包括從所述移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)信號(hào)；接收來(lái)自所述移動(dòng)單元的沿著第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)；接收所述聲學(xué)信號(hào)在從所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的表面反射之后的回波；確定沿著所述第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；確定所述回波的到達(dá)時(shí)間；以及根據(jù)所述到達(dá)時(shí)間確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一路徑是直接路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，該方法包括相對(duì)于沿著所述第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間確定所述回波的到達(dá)時(shí)間。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述表面是靜止表面。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述表面是基本平面的。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括接收所述聲學(xué)信號(hào)的多個(gè)回波； 確定所述多個(gè)回波的到達(dá)時(shí)間；以及根據(jù)所述多個(gè)回波的所述到達(dá)時(shí)間來(lái)確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法還包括使用所接收的回波的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置包括使用空氣中超聲波的球形和耗散衰減的知識(shí)。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置包括使用所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的主要表面的反射特性的知識(shí)。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括識(shí)別對(duì)應(yīng)于所述回波的表面。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置包括使用與一個(gè)或多個(gè)虛擬接收器相關(guān)的信息來(lái)執(zhí)行三邊測(cè)量或多邊測(cè)量計(jì)算。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括使用與接收器和所述表面的相對(duì)或絕對(duì)位置和/或定向相關(guān)的信息來(lái)確定所述移動(dòng)單元的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述信息包括與所述檢測(cè)區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，該方法包括執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)步驟，其中處理裝置通過(guò)接收聲學(xué)信號(hào)來(lái)獲取與所述表面和/或接收器的位置相關(guān)的信息。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述聲學(xué)信號(hào)是超聲波。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述聲學(xué)信號(hào)具有變化的頻率；優(yōu)選地包括至少一個(gè)線(xiàn)性啁啾。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述聲學(xué)信號(hào)對(duì)信息進(jìn)行編碼。
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括在發(fā)射用于定位的聲學(xué)信號(hào)之后發(fā)射對(duì)信息進(jìn)行編碼的聲學(xué)信號(hào)。
19.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置包括使用所述聲音從所述移動(dòng)單元到接收器的飛行時(shí)間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括使用獨(dú)立的電磁信號(hào)作為用于對(duì)所述聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括向所述移動(dòng)單元發(fā)射電磁信號(hào)；所述移動(dòng)單元在接收所述電磁信號(hào)時(shí)發(fā)射所述聲學(xué)信號(hào)；以及確定所述電磁信號(hào)的發(fā)射與接收器處的所述聲學(xué)信號(hào)的接收之間的延遲。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括使用所述移動(dòng)單元和接收器中的經(jīng)同步的時(shí)鐘來(lái)測(cè)量所述飛行時(shí)間。
23.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括在從所述移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)定位信號(hào)之前，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電從接收器向所述移動(dòng)單元發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1至22中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述移動(dòng)單元按照預(yù)定計(jì)劃發(fā)射信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1至22中的任一項(xiàng)所述的方法，該方法包括使用所述移動(dòng)單元的真實(shí)位置和根據(jù)由接收器接收的所述聲學(xué)信號(hào)估計(jì)的位置之間的差異來(lái)校準(zhǔn)或同步所述移動(dòng)單元上的時(shí)鐘。
26.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括估計(jì)所述位置確定的精度。
27.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括使用到達(dá)時(shí)間差來(lái)確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
28.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括在接收器處估計(jì)來(lái)自所述移動(dòng)單元的信號(hào)的到達(dá)角。
29.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括確定在第一換能器處的沿著所述第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，以及確定在第二換能器處的相同聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；以及根據(jù)這些到達(dá)時(shí)間確定與在接收器處接收所述聲音的方向相關(guān)的信息。
30.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括在所述聲學(xué)信號(hào)在反射之后的回波被接收之前，確定關(guān)于所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置的信息。
31.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括在所述移動(dòng)單元處接收時(shí)隙信息，并且在所述時(shí)隙中從所述移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)信號(hào)。
32.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法包括與所述聲學(xué)信號(hào)分離地從所述移動(dòng)單元聲學(xué)地發(fā)射ID碼。
33.一種位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)包括移動(dòng)單元、接收器和處理裝置，所述移動(dòng)單元位于檢測(cè)區(qū)域內(nèi)，其中所述移動(dòng)單元布置為發(fā)射聲學(xué)信號(hào)；所述接收器布置為接收來(lái)自所述移動(dòng)單元的沿著第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)，并且接收所述聲波信號(hào)在從所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的表面反射之后的回波；以及所述處理裝置布置為確定沿著所述第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，確定所述回波的到達(dá)時(shí)間，并且根據(jù)所述到達(dá)時(shí)間來(lái)確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器位于包括邊界表面的房間中，并且所述反射表面是最靠近所述接收器的邊界表面。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器安裝到房間的邊界表面，并且所述反射表面是與第一邊界表面形成拐角的另一邊界表面。
36.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器安裝到房間的邊界表面，并且所述反射表面是與第一邊界表面相對(duì)的邊界表面。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器安裝在房間的與用作所述反射表面的墻壁平行相對(duì)的墻壁上。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器安裝在房間的天花板上， 并且所述反射表面是房間的地板。
39.根據(jù)權(quán)利要求33至38中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器包括接收沿著所述第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)和所述回波二者的單個(gè)換能器，并且所述處理裝置配置成分析所述換能器的輸出以區(qū)分所述第一路徑信號(hào)和所述回波。
40.根據(jù)權(quán)利要求33至39中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器包括多個(gè)獨(dú)立的換能器。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述多個(gè)獨(dú)立的換能器中的一些換能器配置成針對(duì)所述第一路徑信號(hào)的接收而優(yōu)化，并且一些換能器配置成針對(duì)所述回波的接收而優(yōu)化。
42.根據(jù)權(quán)利要求33至41中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)單元包括用于將所述移動(dòng)單元附接到對(duì)象或個(gè)人的附接裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求33至42中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器包括換能器陣列。
44.根據(jù)權(quán)利要求33至43中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述處理裝置布置為執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)步驟，其中所述處理裝置通過(guò)接收聲學(xué)信號(hào)來(lái)獲取與所述表面和/或接收器的位置相關(guān)的信息。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的位置確定系統(tǒng)，其中校準(zhǔn)聲學(xué)信號(hào)由所述接收器發(fā)射。
46.根據(jù)權(quán)利要求33至45中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器包括兩個(gè)獨(dú)立的換能器，第二換能器具有比第一換能器更大的方向靈敏度。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述第一換能器包括全向麥克風(fēng)。
48.根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述第二換能器包括定向麥克風(fēng)或具有波導(dǎo)或屏蔽以增加方向性的全向麥克風(fēng)。
49.根據(jù)權(quán)利要求46至48中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述第二換能器具有 10至60度之間的半角；優(yōu)選地10至40度之間的半角。
50.根據(jù)權(quán)利要求46至49中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述第一換能器沒(méi)有半角或具有比所述第二換能器的半角大的半角。
51.根據(jù)權(quán)利要求46至50中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述第一換能器具有大于60度的半角。
52.根據(jù)權(quán)利要求46至51中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述第二換能器或所述第二換能器的一部分可移動(dòng)以允許其方向軸被調(diào)節(jié)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述第二換能器安裝在可移動(dòng)支持上；優(yōu)選地安裝在可旋轉(zhuǎn)萬(wàn)向節(jié)上。
54.根據(jù)權(quán)利要求46至53中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器包括比所述第一麥克風(fēng)具有相對(duì)更大方向性的多個(gè)麥克風(fēng)。
55.根據(jù)權(quán)利要求M所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述相對(duì)定向麥克風(fēng)的方向軸互不平行。
56.根據(jù)權(quán)利要求33至55中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器在具有有線(xiàn)電連接的單元中提供。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器通過(guò)以太網(wǎng)接收電力。
58.根據(jù)權(quán)利要求33至57中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器包括所述處理裝置。
59.根據(jù)權(quán)利要求33至58中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)僅具有單個(gè)接收單元。
60.根據(jù)權(quán)利要求33至58中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)包括在不同的相應(yīng)位置處的多個(gè)接收器。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述多個(gè)接收器不同地布置為接收來(lái)自所述移動(dòng)單元的沿著相應(yīng)的直接路徑的聲音信號(hào)和/或接收回波。
62.根據(jù)權(quán)利要求33至61中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)包括處理裝置，所述處理裝置布置為使用在多個(gè)接收器處的信號(hào)的到達(dá)時(shí)間來(lái)確定所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
63.根據(jù)權(quán)利要求33至62中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)包括多個(gè)接收器，每個(gè)接收器包括時(shí)鐘，還包括用于同步所述時(shí)鐘的裝置。
64.根據(jù)權(quán)利要求33至63中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)單元包括時(shí)鐘，并且所述位置確定系統(tǒng)包括用于將所述移動(dòng)單元的時(shí)鐘與所述位置確定系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)接收器的時(shí)鐘進(jìn)行同步的裝置。
65.根據(jù)權(quán)利要求33至64中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述聲學(xué)信號(hào)是超聲波。
66.根據(jù)權(quán)利要求33至65中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述聲學(xué)信號(hào)具有變化的頻率；優(yōu)選地包括至少一個(gè)線(xiàn)性啁啾。
67.根據(jù)權(quán)利要求33至66中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)單元包括時(shí)鐘，并且布置為發(fā)射與聲學(xué)信號(hào)發(fā)射的時(shí)間相關(guān)的信息。
68.根據(jù)權(quán)利要求33至67中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述接收器包括時(shí)鐘，并且布置為確定與所述接收器接收所述聲學(xué)信號(hào)的時(shí)間相關(guān)的信息。
69.根據(jù)權(quán)利要求33至68中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)還布置為確定所述移動(dòng)單元是否位于所述檢測(cè)區(qū)域中。
70.根據(jù)權(quán)利要求33至69中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)單元配置成向所述接收器傳遞相對(duì)短ID，并且如果沒(méi)有建立所述移動(dòng)單元和所述接收器之間的連接， 則還配置成傳遞對(duì)于所述位置確定系統(tǒng)內(nèi)的移動(dòng)單元是唯一的較長(zhǎng)ID。
71.根據(jù)權(quán)利要求33至70中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)單元配置成延遲在信道上發(fā)射聲學(xué)信號(hào)，直到該信道靜默至少預(yù)定時(shí)間為止。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的位置確定系統(tǒng)，其中所述預(yù)定時(shí)間優(yōu)選地是聲音通過(guò)所述檢測(cè)區(qū)域的最大尺寸兩次所花費(fèi)的時(shí)間。
73.根據(jù)權(quán)利要求33至72中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置布置為存儲(chǔ)所述移動(dòng)單元的所述確定的位置。
74.根據(jù)權(quán)利要求33至73中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)還包括顯示器，所述顯示器布置為顯示所述移動(dòng)單元的所述確定的位置。
75.根據(jù)權(quán)利要求33至74中的任一項(xiàng)所述的位置確定系統(tǒng)，該位置確定系統(tǒng)還包括電子通信裝置，所述電子通信裝置布置為電子地傳送所述移動(dòng)單元的所述確定的位置。
76.—種處理裝置，該處理裝置調(diào)適為從接收器接收數(shù)據(jù)，所述接收器接收由移動(dòng)單元發(fā)射的沿著第一路徑傳播到所述接收器的聲學(xué)信號(hào)；以及所述聲學(xué)信號(hào)在從表面反射之后的回波；其中所述處理裝置布置為確定沿著所述第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間； 確定所述回波的到達(dá)時(shí)間；以及根據(jù)所述到達(dá)時(shí)間來(lái)確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
77.一種包含指令的軟件產(chǎn)品，當(dāng)在處理裝置上執(zhí)行該軟件產(chǎn)品時(shí)，所述處理裝置調(diào)適為從接收器接收數(shù)據(jù)，所述接收器接收由移動(dòng)單元發(fā)射的沿著第一路徑傳播到所述接收器的聲學(xué)信號(hào)；以及所述聲學(xué)信號(hào)在從表面反射之后的回波；該軟件產(chǎn)品導(dǎo)致所述處理裝置確定沿著所述第一路徑的所述聲學(xué)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間； 確定所述回波的到達(dá)時(shí)間；以及根據(jù)所述到達(dá)時(shí)間來(lái)確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所述移動(dòng)單元的位置。
78.—種從檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)單元向接收器發(fā)送信息的方法，該方法包括 從移動(dòng)單元發(fā)射預(yù)定聲學(xué)信號(hào)；接收所述預(yù)定信號(hào)；計(jì)算所述預(yù)定信號(hào)在傳輸中經(jīng)歷的變換的估計(jì)； 發(fā)射對(duì)所述信息進(jìn)行編碼的聲學(xué)信號(hào)； 接收經(jīng)編碼的信號(hào)；以及使用所述變換的估計(jì)來(lái)解碼所述經(jīng)編碼的信號(hào)。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，該方法還包括使用所述接收的預(yù)定聲學(xué)信號(hào)來(lái)確定所述移動(dòng)單元的位置。
80.根據(jù)權(quán)利要求78或79所述的方法，其中所述信息以選自有限組的一組信號(hào)的序列進(jìn)行編碼。
81.根據(jù)權(quán)利要求78至80中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述預(yù)定信號(hào)與所述經(jīng)編碼的信號(hào)分離地發(fā)射。
82.一種接收器，該接收器布置為 接收從移動(dòng)單元發(fā)射的預(yù)定信號(hào)；計(jì)算所述預(yù)定信號(hào)在傳輸中經(jīng)歷的變換的估計(jì)； 接收對(duì)信息進(jìn)行編碼的經(jīng)編碼的信號(hào)；以及使用所述變換的估計(jì)來(lái)解碼所述經(jīng)編碼的信號(hào)。
83.一種包含指令的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，當(dāng)在處理裝置上執(zhí)行該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品時(shí)，該處理裝置調(diào)適為從接收器接收數(shù)據(jù)，所述接收器接收從移動(dòng)單元發(fā)射的預(yù)定信號(hào)；以及對(duì)信息進(jìn)行編碼的經(jīng)編碼的信號(hào)；所述計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品導(dǎo)致所述處理裝置計(jì)算所述預(yù)定信號(hào)在傳輸中經(jīng)歷的變換的估計(jì)；以及使用所述變換的估計(jì)來(lái)解碼所述經(jīng)編碼的信號(hào)。
84.—種時(shí)鐘同步方法，該時(shí)鐘同步方法包括從移動(dòng)單元發(fā)射聲學(xué)信號(hào)，所述移動(dòng)單元包括時(shí)鐘；在多個(gè)接收器處接收所述聲學(xué)信號(hào)；根據(jù)所述信號(hào)在所述多個(gè)接收器處的到達(dá)時(shí)間和/或相位的差異來(lái)確定所述移動(dòng)單元的位置的估計(jì)；使用以下項(xiàng)來(lái)計(jì)算時(shí)鐘校正因子所述移動(dòng)單元的估計(jì)的位置、相對(duì)于所述移動(dòng)單元時(shí)鐘測(cè)量的信號(hào)的傳輸時(shí)間、以及相對(duì)于參考時(shí)鐘測(cè)量的在所述換能器之一處的信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；以及向所述移動(dòng)單元時(shí)鐘應(yīng)用所述校正因子以使所述移動(dòng)單元時(shí)鐘與所述參考時(shí)鐘同步。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中向所述移動(dòng)單元時(shí)鐘應(yīng)用所述校正因子的步驟包括直接調(diào)節(jié)所述移動(dòng)單元時(shí)鐘。
86.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中向所述移動(dòng)單元時(shí)鐘應(yīng)用所述校正因子的步驟包括在所述接收器或服務(wù)器處向由移動(dòng)單元的時(shí)鐘輸出的時(shí)間數(shù)據(jù)應(yīng)用校正因子，使得經(jīng)校正 的數(shù)據(jù)與所述參考時(shí)鐘同步。
87.根據(jù)權(quán)利要求84至86中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述移動(dòng)單元根據(jù)預(yù)定計(jì)劃來(lái)發(fā)射所述聲學(xué)信號(hào)。
88.根據(jù)權(quán)利要求84至86中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述移動(dòng)單元布置為通過(guò)獨(dú)立的信道發(fā)送與傳輸時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)。
全文摘要
確定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元(12)的位置。聲學(xué)信號(hào)從該移動(dòng)單元發(fā)射且沿著第一路徑(54)接收。該信號(hào)的回波在從所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的表面(46)反射之后被接收。檢測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)單元(12)的位置根據(jù)該信號(hào)和回波的到達(dá)時(shí)間來(lái)確定。
文檔編號(hào)H04B11/00GK102378918SQ201080012620
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者O·H·奧爾森, 威爾弗雷德·埃德溫·波杰 申請(qǐng)人:索尼特技術(shù)公司