专利名称：接收器系统、其布置方法及包括该接收器系统的定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及定位技术，更特别地，涉及一种用于定位的接收器系统、用于布置该接收器系统的方法和一种包括该接收器系统的定位系统。
背景技术：
在普适计算环境中，需要使用定位跟踪系统(LTQ来提供定位服务，以便增强现有的应用并支持新的应用。目前，在例如仓库、矿山、地铁、智能建筑、医护以及餐厅等诸多应用领域，对于高度准确地跟踪人和物的需求日益增加。例如，在仓库中，需要对货物的准确位置进行实时跟踪，以便实现对货物的高效管理。典型的例子可以包括钢厂中的钢材货物跟踪、零售仓库中的商品跟踪等。特别是对于敏感性的、甚至对人具有危害的货物，更加需要优先通过定位跟踪系统进行跟踪和监视，以便记录货物的移动和接触过它们的人，从而可以提供证据来证明货物是否受损或者是否被未经授权的人员接触过。另外，在办公室环境中，只允许雇员在特定安全区域内访问机密信息数据库。在特定安全区域外，将禁止对该数据库的一切访问。例如，不同小组的成员只能够在他们的工作区域内访问与该小组相关的信息数据库，而且一些安全计算机只能够在他们处于特定区域时才可以使用。上述这些策略均可以基于LTS的使用来实现。此外，LTS也可以在医院中找到应用。在医院中，可以使用LTS来实时跟踪医护人员和医疗器械，从而使得记录保管和工作流程可以得到大大简化。例如，当医生走进病人时，可以在其笔记本电脑上自动弹出相关记录，并且表格中已经填好了当前数据和时间，医生只需填写与交互相关的附加信息即可。此外，使用LTS还可以为士兵、警察和消防人员等提供自身和目标的位置信息，从而促进他们高效地完成任务。然而，尽管在市场上存在许多已有的LTS，但是要在实际应用场合中实现既对人、 物的准确、鲁棒跟踪同时又使用灵活的定位跟踪系统还是存在严峻挑战。已知的是，全球定位系统(GPS)可以在户外以几十米的精度提供目标的位置信息。但在户内，由于多路径效应和信号遮挡，GPS的定位结果的精度将会进一步降低。而且 GPS所提供的几十米的精度对于很多室内应用也是不适合的。定位系统通常基于三种技术红外、射频(RF)和超声。例如，在P.Bahl等人在 2000 年 IEEE INF0C0M 会刊中发表的题为 “RADAR :An In-building RF-based User Location and TrackingSystem”中，公开了一种基于接收到的802. 11无线网络信号强度的定位系统。该定位系统的定位通过两个阶段来实现。第一是离线阶段，在该阶段内对系统进行标定，并由分布在目标区域周围的有限数目位置处的信号强度来构成模型。第二是在目标区域中的在线操作阶段，在该阶段中，移动单元报告从每个基站接收到的信号强度，系统确定在线观测与在线模型的点之间的最佳匹配，从而得到最佳匹配点的位置，并将其作为位置估计值。
此夕卜，在 1997 年的 IEEE Personal Communication No. 5, Vol. 4 中公开了 “A New Location Technical for Active Office”，即一种“BAT”系统。为了便于说明，将参考图 1 和图2对该系统进行简要描述，该图1和图2分别示出了根据现有技术的该BAT系统及其操作流程。如图1所示，该系统100包括接收器阵列101、服务器102、控制器103和标签设备 104(其中包括有超声发射器)。接收器阵列101布置在房间的顶板上，包括多个能够接收超声信号的多个接收器，其具有方形或者矩形结构，且布置成N*M维阵列。标签设备104中包括有能够发射超声信号的超声发射器，且该标签104附接到待跟踪的目标。服务器102与接收器阵列连接，用于接收来自接收器阵列的测量数据并执行位置计算。该服务器102与控制器103连接，控制器用于向标签设备104发送包括标签设备标识的无线消息，该标签设备标识或者地址由服务器102来确定。图2示出了该系统的操作流程。如图2所示，控制器103首先在步骤201通过RF 来广播标签标识，该标签标识由服务器102来指定。同时，服务器102在步骤202同步接收器阵列101中的接收器，例如向接收器阵列101发送同步信号，以便启动接收器阵列中的每个接收器并执行同步。接着，在步骤203，与标签标识对应的标签设备104接收控制器103 广播的标签标识，并响应于此发出用于测距的超声信号。接收器阵列在步骤204检测该超声信号，并得到到达时间(TOA)数据。而后，在步骤205，接收器阵列101向服务器报告TOA 数据。随后，接收器阵列可以进入省电模式。最后，服务器基于接收到的TOA数据来计算目标的3D位置。然而，上述LTS系统其构造很不灵活且协调机制复杂，因此难以投入实际应用。

发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种更适用于实际应用的定位技术。根据本发明的一个方面，提供了一种用于定位的接收器系统。该系统可包括节点组，该节点组包括用于接收测距信号的接收节点，在该节点组中，接收节点按照预定模式布置，且该节点组可以包括基准节点，该节点组内的其他接收节点的位置可以基于该预定模式的信息和该基准节点的位置而确定。在根据本发明的一个实施方式中，接收节点可以布置成直线，且以预定间隔布置。在根据本发明的另一实施方式中，基准节点可以被确定为接收节点其中之一，其他接收节点的位置可以基于直线的方向、预定间隔、基准节点的坐标及其在该接收节点组中的排序而确定。在根据本发明的再一实施方式中，基准节点可以被确定为接收节点其中两个接收节点，其他接收节点的位置可以基于直线的方向、预定间隔、两个接收节点其中之一的坐标及其在该接收节点组中的排序而确定，其中直线的方向基于该两个接收节点的坐标来确定。根据本发明的又一实施方式中，上述两个接收节点可以为接收节点中的头接收节点和尾接收节点。在根据本发明的另一实施方式中，接收节点可以布置成符合预定圆形，且以预定间隔布置，以及其中，基准节点可以被确定接收节点其中之一，其他接收节点的位置可以基于该圆形的圆心、圆形的半径、预定间隔和该基准节点的坐标而确定。在根据本发明的又一实施方式中，接收节点中至少一个可以是同步节点，该同步节点配置用于进一步接收用于同步所述接收节点的同步信号。在根据本发明的另一实施方式中，接收器系统包括多个所述节点组，且其中至少一个节点组被布置为与其他节点组处于不同的平面内。在根据本发明的再一实施方式中，多个所述节点组内的接收节点通过线缆连接成节点链。在根据本发明的又一实施方式中，多个接收节点按照直线、W形、或者其组合连接。根据本发明的第二方面，还提供了一种用于布置接收器系统的方法。该方法可以包括根据待布置表面的特征，按照节点组来布置接收器系统的接收节点；以及在节点组内，按照预定模式布置所述接收节点；其中，该节点组包括基准节点，该节点组内其他接收节点的位置能基于该预定模式的信息和该基准节点的位置而确定。根据本发明的第三方面，还提供了一种包括根据本发明的第一方面的接收器系统。根据本发明的实施方式，接收器系统具有灵活的构造，可以适应于情况多变的复杂结构，并且可以降低实际应用中的标定工作量。此外，与现有技术相比，本发明的接收器系统还实现了有效的协调，并且可以具有较高的精度。


通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，在本发明附图中相同的标号表示相同或相似的部件。在附图中图1示出根据现有技术的超声定位系统的系统架构图；图2示出根据现有技术的超声定位系统的操作流程图；图3示出了根据本发明的一个实施方式的定位系统的系统架构图；图4A示出了根据本发明的一个实施方式的示例性接收器系统；图4B示出了根据本发明的接收器系统的示例节点组；图4C和图4D示出了根据本发明的另外实施方式的示例性接收器系统；图5A至图5D示出了根据本发明的实施方式的节点连接方式；图6示出了根据本发明的一个实施方式的定位系统的操作流程图；图7示出了根据本发明的定位系统的时序图；以及图8示出了根据本发明的一个实施方式用于布置接收器系统的方法的流程图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图通过实施方式对本发明提供的用于定位的接收器系统、用于布置该接收器系统的方法和包括该接收器系统的定位系统进行详细的描述。首先，将参考图3来描述根据本发明的定位系统。图3示出了根据本发明的一个实施方式的定位系统的系统架构图。如图3所示，根据本发明的系统可以包括接收器系统301、服务器302、标签设备 304以及主设备305。其中，接收器系统301包括多个接收节点，它们可以安装在例如室内的顶板上。接收器系统301用于接收标签设备304发射的测距信号，例如超声信号，以检测 TOA数据。主设备305用于收集接收器系统301检测的TOA数据，并执行系统协调工作，服务器302配置用于基于主设备305收集的TOA数据来计算标签位置。在该定位系统中，标签设备304是具有RF发射功能和超声发射功能的标签。在接收器系统301中还包括用于接收标签设备304发射的RF信号并执行同步的同步节点，如图 3中示出外部有圆环的节点。该同步节点可以包括RF收发器和超声接收器。可以根据同步节点的覆盖范围和待布置的顶面的区域来设置同步节点，以保证例如在同步节点可以能少的情况下覆盖整个顶面区域。该同步节点可以是专用于同步的同步节点，然而优选的是进一步具有RF信号收发功能的接收节点。此外，在该定位系统中，作为示例示出的接收器系统301中包括用于接收标签设备304发射的超声信号多个接收节点，然而接收节点的布置与现有技术中的阵列或者矩阵式布置完全不同，其采用了基于新的思想的拓扑，并因此更加适合于复杂多变的应用场景。已知的是，在例如室内的实际应用中，房间的顶板通常并非是规则的方形形状，并且还可能出现顶板并非是平面而且结构复杂的立体形状的情况。这时候，就很难利用现有技术中阵列式布置来布置接收器阵列。另外，标定或者标定过程也是定位跟踪系统中一个必不可少的步骤，通常需要在系统开始工作之间来测量接收器的位置。这种标定工作可以说是实际定位应用的准备步骤。在标定过程中，需要人工测量所有作为参考节点的接收器的位置，以便为随后的实际定位提供基础数据。根据现有技术，这种标定通常既耗时又耗费人力，而且会增加系统投入使用的时间。然而，根据本发明的实施方式，可以提供灵活配置的接收器系统，其更加适应于情况多变的实际应用场景，而且还可以减少系统标定的工作量。在下文中，将参考图4A和图 4B以及图5A至图5D来描述本发明人提出的一种全新的接收器系统的布置。如图4A所示，接收器系统例如包括串联连接成节点链的接收节点1至接收节点 20。接收器系统可以包括节点组，在图4A中示出为4个。在每个节点组内，按照预定模式来布置这些接收节点。“预定模式”是指接收节点按照预定的图案和空间关系来布置。例如，在该图中示出的是，节点组中的接收节点以直线模式连接，而且各个节点可以以预定的间隔隔开。该间隔可以是相等的，也可以例如按照等差或者等比数列等其他预定间隔方式而间隔。节点组的划分可以依据待布置表面的特征来进行。例如，在待布置表面是平面的情况下，可以根据待布置表面的形状以及接收节点布置密度要求等来确定出一个或多个组，在这多个组内，各个节点按照预定模式布置，例如布置成直线。此外，在待布置表面包括多个平面的情况下，可以把将布置于不同平面内的节点分成不同的大组，然后在每个平面内，根据布置表面的形状以及接收节点布置密度要求将大组进一步细分成小组。此外，在图4A所示的示例性的实施方式中，每个节点组形成的直线的方向是灵活的，即，它们可以具有不同的方向；而且各个组的节点的数目是灵活的，它们具有不同数目或者相同数目的接收节点。针对每个节点组，可以确定作为标定基准的至少一个基准节点，每个节点组中的其他接收节点的位置能基于该节点组中的所述基准节点的位置和上述的预定模式的相关信息而自动确定。接下来，将参考图4B来描述根据本发明的一个示例性实施方式的基准节点的确定。图4B示出根据本发明的一个实施方式的一个示例性节点组。如图4B所示，该节点组布置成直线，在该节点组中包括头节点和尾节点，中间节点以相等的间距d间隔开，然而本发明并不限于此，它们之间也可以按照等比、等差等符合预定模式的距离间隔开。根据该实施方式可以将基准节点确定为头节点，也可以将其确定为尾节点，或者将两者确定为基准节点。在对作为基准节点的头节点和/或尾节点进行了标定后，可以基于基准节点的位置和与该直线模式相关的信息自动确定出该节点组中其余节点的位置。出于说明的目的，将以头节点和尾节点作为标定基准节点为例，参考等间距(间距为d)方式，来简要介绍一下节点的标定。假设经过人工标定后得到的头节点和尾节点的坐标分别为(xh，yh, zh)和(xt，yt, zt)，则在头节点和尾节点之间的第i个中间节点的坐标 (Xi, Ii, Z1)可以被标定为
权利要求
1.一种用于定位的接收器系统，包括节点组，所述节点组包括用于接收测距信号的接收节点，在所述节点组中，所述接收节点按照预定模式布置，且所述节点组包括基准节点，其中，所述节点组内的其他接收节点的位置能基于该预定模式的信息和该基准节点的位置而确定。
2.根据权利要求1所述的接收器系统，其中，所述接收节点布置成直线，且以预定间隔布置。
3 根据权利要求2所述的接收器系统，其中，所述基准节点被确定为所述接收节点其中之一，所述其他接收节点的位置基于所述直线的方向、所述预定间隔、所述基准节点的坐标及其在该接收节点组中的排序而确定。
4.根据权利要求2所述的接收器系统，其中，所述基准节点被确定为所述接收节点其中两个接收节点，所述其他接收节点的位置基于所述直线的方向、所述预定间隔、所述两个接收节点其中之一的坐标及其在该接收节点组中的排序而确定，其中所述直线的方向基于所述两个接收节点的坐标来确定。
5.根据权利要求4所述的接收器系统，其中，所述两个接收节点为所述接收节点中的头接收节点和尾接收节点。
6.根据权利要求1所述的接收器系统，其中，所述接收节点布置成符合圆形，且以预定间隔布置，以及其中，所述基准节点被确定为所述接收节点其中之一，所述其他接收节点的位置基于所述圆形的圆心、所述圆形的半径、所述预定间隔和所述基准节点的坐标而确定。
7.根据权利要求1至6任一项所述的接收器系统，其中，所述接收节点中至少一个是同步节点，该同步节点配置用于进一步接收用于同步所述接收节点的同步信号。
8.根据权利要求1至6任一项所述的接收器系统，其中，所述接收器系统包括多个所述节点组，且其中至少一个节点组被布置为与其他节点组处于不同的平面内。
9.根据权利要求8所述的接收器系统，其中，多个所述节点组内的接收节点通过线缆连接成节点链。
10.根据权利要求9所述的接收器系统，其中，所述接收节点按照直线、W形、或者其组合连接。
11.一种用于布置接收器系统的方法，包括根据待布置表面的特征，按照节点组来布置接收器系统的接收节点；以及在节点组内，按照预定模式布置所述接收节点；其中，该节点组包括基准节点，该节点组内的其他接收节点的位置能基于该预定模式的信息和该基准节点的位置而确定。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述按照预定模式布置所述接收节点包括将所述接收节点布置成直线，且使其以预定间隔布置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述基准节点被确定为所述接收节点之一，所述其他接收节点的位置基于所述直线的方向、所述预定间隔、所述基准节点的坐标及其在该接收节点组中的排序而确定。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述基准节点被确定为所述接收节点其中两个接收节点，所述其他接收节点的位置基于所述直线的方向、所述预定间隔、所述两个接收节点其中之一的坐标及其在所述接收节点组中的排序而确定，其中所述直线的方向基于所述两个接收节点的坐标来确定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述两个接收节点为所述接收节点中的头接收节点和尾接收节点。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述按照预定模式布置所述接收节点包括将所述接收节点布置成符合预定曲线，并使其以预定间隔布置，以及其中，所述基准节点被确定为所述接收节点其中之一，所述其他接收节点的位置基于所述圆形的圆心、所述圆形的半径、所述预定间隔和所述基准节点的坐标而确定。
17.根据权利要求11至16任一项所述的方法，其中，所述接收节点中至少一个是同步节点，该同步节点配置用于进一步接收用于同步所述接收节点的同步信号。
18.根据权利要求11至16任一项所述的方法，其中，按照多个所述节点组来布置所述接收器系统，其中至少一个节点组被布置为与其余节点组处于不同的平面内。
19.根据权利要求18任一项所述的方法，进一步包括通过线缆将多个所述节点组内的接收节点连接成节点链。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述多个接收节点按照直线、W形、或者其组合连接。
21.一种定位系统，包括根据权利要求1至10任一项所述的接收器系统。
全文摘要
本申请公开了一种用于定位的接收器系统、用于布置该接收器系统的方法和包括该接收器系统的定位系统。该接收器系统可以包括节点组，该节点组包括用于接收测距信号的接收节点。在该节点组中，接收节点可以按照预定模式布置。而且该节点组可以包括基准节点，该节点组内其他接收节点的位置能基于该预定模式的信息和该基准节点的位置而确定。根据本发明，接收器系统可以具有较为灵活的结构，其可以更好地适应于实际应用的复杂情况。同时，可以显著减小复杂应用情况下的标定工作量。
文档编号G01S5/12GK102279382SQ20101020065
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者杉山高弘, 赵军辉 申请人:日电(中国)有限公司