高精度飞行时间测量系统技术方案

公开了一种用于测量至物体的飞行时间的系统和方法。发射器发射电磁信号并且提供与电磁信号对应的参考信号。接收器接收电磁信号并且提供与所接收的电磁信号对应的响应信号。检测电路被配置成基于参考信号和响应信号来确定发射器与接收器之间的飞行时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高精度飞行时间测量系统相关申请的交叉引用本申请要求于2015年6月15日提交的第62/175,819号、于2015年7月29日提交的第62/198,633号、于2015年10月19日提交的第62/243,264号、于2015年11月11日提交的第62/253,983号、均于2015年12月17日提交的第62/268,727号、第62/268,734号、第62/268,736号、第62/268,741号和第62/268,745号、于2015年12月22日提交的第62/271,136号、于2016年1月6日提交的第62/275,400号以及均于2016年3月10日提交的第62/306,469号、第62/306,478号和第62/306,483号共同未决美国临时申请的权益，所述共同未决美国临时申请中的每一个出于所有目的通过引用全部并入本文。
本公开内容总体上涉及距离测量，并且更具体地涉及使用电磁信号来测量距离。
技术介绍
物体的追踪和测距通常依赖于来自物体的反射信号，如在雷达追踪和测距中一样，并且只产生关于物体的相对位置和移动的大量信息。难以利用这样的系统感知物体的定向，并且视觉或成像系统仅产生稍微较好的结果，因为视觉或成像系统倾向于被限制于物体的二维图像，这可能误导系统或观察者关于物体的实际定向。存在对能够产生关于至物体的范围(距离)的精确信息的系统的需求，其允许精确感测变化、精确追踪运动，并且当被实现成定位物体的各个部分时，可以精确地确定物体的定向。
技术实现思路
各方面和实施方式涉及测量飞行时间，并且具体涉及通过电磁信号测量飞行时间。在一个方面，一种用于测量至物体的飞行时间的系统包括：至少一个发射器，其被配置成发射电磁信号，并且提供与电磁信号对应的参考信号；至少一个接收器，其被配置成接收电磁信号，并且作为响应提供与所接收的电磁信号对应的响应信号；以及检测电路，其被配置成基于参考信号和响应信号来确定发射器与接收器之间的飞行时间。在一些实施方式中，检测电路还被配置成至少部分地基于飞行时间来确定发射器与接收器之间的距离。在一些实施方式中，电磁信号是频率调制连续波(FMCW)信号、直接序列扩频信号(DSSS)、脉冲压缩信号或跳频扩频(FHSS)信号。在一些实施方式中，检测电路包括混频器，该混频器接收参考信号和响应信号，并且提供对应于发射器与接收器之间的飞行时间的差拍信号。在一些实施方式中，检测电路还包括接收差拍信号并且提供采样差拍信号的模数转换器，并且包括耦接至模数转换器的输出端的处理器，该处理器接收采样差拍信号并且对采样差拍信号执行快速傅立叶变换。在一些实施方式中，系统包括耦接在检测电路与发射器和接收器中的至少一个之间的线缆，该线缆被配置成将参考信号和响应信号中的至少一个传送至检测电路。在一些实施方式中，检测电路被配置成无线地接收参考信号和响应信号中的至少一个。在一些实施方式中，发射器包括伪噪声生成器。在一些实施方式中，发射器被配置成发射在电磁信号中具有命令协议和嵌入的唯一编码中之一的电磁信号，并且接收器被配置成接收在电磁信号中具有命令协议和嵌入的唯一编码中之一的电磁信号，以寻址和启用每个接收器。在一些实施方式中，接收器包括辅助无线接收器，该辅助无线接收器被配置成接收配置有唯一编码以瞄准接收器的辅助无线信号，并且接收器被配置成：在接收器已经接收到辅助无线信号时，使接收器通电以提供响应信号，并且在接收器尚未接收到辅助无线信号时，不提供响应信号。在一些实施方式中，辅助无线接收器被配置成接收辅助无线信号例如蓝牙信号、Zigbee信号、Wi-Fi信号或蜂窝信号。在一些实施方式中，接收器包括被配置成接收处于第一频率的电磁信号的至少一个天线；以及耦接至至少一个天线以接收处于第一频率的电磁信号并且提供倍增信号的倍增器，该倍增信号具有处于第二频率的谐波分量，第二频率是第一频率的谐波倍数。在一些实施方式中，接收器包括电源，该电源被配置成通常将倍增器偏置至偏置关闭状态，并且被配置成响应于接收到配置有唯一编码以瞄准接收器的辅助无线信号来将倍增器偏置至打开状态。在一些实施方式中，电源还被配置成将倍增器正向偏置以增加接收器的灵敏度和范围。在一些实施方式中，接收器除了倍增器之外不具有有源部件，该倍增器被配置成通常关闭，以便基本不需要电力。在一些实施方式中，电源是低功率电池源中的一种，或者通过一种或更多种能量收集技术来得到电力。在一些实施方式中，天线包括用于接收处于第一频率的电磁信号并且发射处于第二频率的倍增信号的单个天线。在一些实施方式中，接收器包括与天线元件集成的倍增器。在一些实施方式中，发射器包括被配置成接收空间分集阵列中的处于第二频率的电磁信号的多个接收信道。在一些实施方式中，多个接收信道可以被多路复用以在不同的时间接收处于第二频率的电磁信号，或者可以被配置成同时工作。在一些实施方式中，发射器被配置成提供调制的电磁信号，并且接收器被配置成接收调制的电磁信号以唯一地寻址接收器。在一些实施方式中，发射器和接收器被配置成同时工作。在一些实施方式中，发射器包括具有被正交调制的倍增器的同相和90°异相(正交)信道，以同时向多个接收器发送编码的电磁信号。在一些实施方式中，至少一个接收器包括多个接收器，并且至少一个发射器和多个接收器被配置成对多个接收器中的每个接收器进行时间共享并唯一地寻址。在一些实施方式中，至少一个接收器包括多个接收器，并且至少一个发射器和多个接收器被配置成更频繁地动态地评估和寻址比其他接收器移动更快的多个接收器。在一些实施方式中，至少一个接收器包括多个接收器，并且至少一个发射器和多个接收器配置有它们自身的专有微位置频率分配协议，使得接收器和至少一个发射器能够以现有的分配频带中存在的未使用的频带来工作。在一些实施方式中，至少一个发射器和多个接收器被配置成免许可频带。在一些实施方式中，至少一个发射器和多个接收器被配置成：在保证使用现有频带分配的情况下，以现有许可频率与现有系统进行通信以使用现有频率分配。在一些实施方式中，至少一个发射器和多个接收器被配置成检测任何使用的频带内的负载问题并且基于系统使用来分配要被使用的信号。在一些实施方式中，系统包括被配置成发射多个电磁信号的多个发射器，并且检测电路被配置成确定接收器与发射器中的一个或更多个之间的一个或更多个距离。在一些实施方式中，检测电路还被配置成至少部分地根据一个或更多个距离中的一个或更多个来确定接收器的位置。在一些实施方式中，系统包括被配置成发射多个电磁信号的多个发射器，并且检测电路被配置成确定多个电磁信号中的两个或更多个之间的一个或更多个到达时间差。在一些实施方式中，检测电路还被配置成至少部分地根据一个或更多个到达时间差中的一个或更多个来确定接收器的位置。另一方面，一种测量至物体的飞行时间的方法包括：从询问器接收参考信号，该参考信号与由询问器发射的电磁信号对应；从应答器接收响应信号，该响应信号由应答器响应于接收到电磁信号而提供，并且该响应信号与所接收到的电磁信号对应；以及基于参考信号和响应信号来确定询问器与应答器之间的电磁信号的飞行时间。在一些实施方式中，方法包括至少部分地基于飞行时间来确定询问器与应答器之间的距离。在一些实施方式中，电磁信号是频率调制连续波(FM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量至物体的飞行时间的系统，包括：至少一个发射器，其被配置成发射电磁信号，并且提供与所述电磁信号对应的参考信号；至少一个接收器，其被配置成接收所述电磁信号，并且作为响应提供与所接收的电磁信号对应的响应信号；以及检测电路，其被配置成基于所述参考信号和所述响应信号来确定所述发射器与所述接收器之间的飞行时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.15 US 62/175,819;2015.07.29 US 62/198,633;1.一种用于测量至物体的飞行时间的系统，包括：至少一个发射器，其被配置成发射电磁信号，并且提供与所述电磁信号对应的参考信号；至少一个接收器，其被配置成接收所述电磁信号，并且作为响应提供与所接收的电磁信号对应的响应信号；以及检测电路，其被配置成基于所述参考信号和所述响应信号来确定所述发射器与所述接收器之间的飞行时间。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测电路还被配置成至少部分地基于所述飞行时间来确定所述发射器与所述接收器之间的距离。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电磁信号是频率调制连续波(FMCW)信号、直接序列扩频信号(DSSS)、脉冲压缩信号和跳频扩频(FHSS)信号中的一种。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测电路包括：混频器，其接收所述参考信号和所述响应信号，并且提供对应于所述发射器与所述接收器之间的飞行时间的差拍信号。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述检测电路还包括：模数转换器，其接收所述差拍信号并且提供采样差拍信号；以及耦接至所述模数转换器的输出端的处理器，所述处理器接收所述采样差拍信号并且对所述采样差拍信号执行快速傅立叶变换。6.根据权利要求1所述的系统，还包括耦接在所述检测电路与所述发射器和所述接收器中的至少一个之间的线缆，所述线缆被配置成将所述参考信号和所述响应信号中的至少一个传送至所述检测电路。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测电路被配置成无线地接收所述参考信号和所述响应信号中的至少一个。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器包括伪噪声生成器。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器被配置成发射所述电磁信号，并且所述接收器被配置成接收所述电磁信号，所述电磁信号在所述电磁信号中具有命令协议和嵌入的唯一编码中之一，以寻址和启用每个接收器。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收器还包括辅助无线接收器，所述辅助无线接收器被配置成接收辅助无线信号，所述辅助无线信号配置有唯一编码以瞄准所述接收器，并且其中，所述接收器还被配置成：在所述接收器已经接收到所述辅助无线信号时，使所述接收器通电以提供所述响应信号，并且在所述接收器尚未接收到所述辅助无线信号时，不提供所述响应信号。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述辅助无线接收器被配置成接收所述辅助无线信号，所述辅助无线信号是蓝牙信号、Zigbee信号、Wi-Fi信号和蜂窝信号中的任何一种。12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述接收器还包括：至少一个天线，其被配置成接收处于第一频率的电磁信号；以及倍增器，其耦接至所述至少一个天线，以接收处于所述第一频率的电磁信号并且提供倍增信号，所述倍增信号具有处于第二频率的谐波分量，所述第二频率是所述第一频率的谐波倍数。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述接收器还包括电源，所述电源被配置成通常将所述倍增器偏置至偏置关闭状态，并且被配置成响应于接收到配置有所述唯一编码以瞄准所述接收器的辅助无线信号而将所述倍增器偏置至打开状态。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电源还被配置成将所述倍增器正向偏置以增加所述接收器的灵敏度和范围。15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述接收器除了所述倍增器之外不具有有源部件，所述倍增器被配置成通常关闭，以便基本不需要电力。16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述电源是低功率电池源中的一种，或者通过一种或更多种能量收集技术来得到电力。17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述至少一个天线包括用于接收处于所述第一频率的电磁信号并且发射处于所述第二频率的倍增信号的单个天线。18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述接收器还包括与至少一个天线元件集成的倍增器。19.根据权利要求12所述的系统，其中，所述发射器还包括：多个接收信道，其被配置成接收空间分集阵列中的处于所述第二频率的电磁信号。20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述多个接收信道能够被多路复用以在不同的时间接收处于所述第二频率的电磁信号，或者能够被配置成同时工作。21.根据权利要求12所述的系统，其中，所述发射器被配置成提供调制的电磁信号，并且所述接收器被配置成接收所述调制的电磁信号以唯一地寻址所述接收器。22.根据权利要求12所述的系统，其中，所述发射器和所述接收器被配置成同时工作。23.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里·A·科恩，大卫·A·明代尔，格雷戈里·L·哈尔瓦特，达娜·R·约尔格，
申请(专利权)人：修麦提克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US