使用到达时间差进行精确射频定位的系统和方法技术方案

本文公开了用于确定网络架构中的无线节点的位置的系统和装置。在一个示例中，异步系统包括第一无线节点和第二无线节点，每个无线节点具有带有一个或多个处理单元的无线装置以及用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路。系统还包括无线节点，该无线节点具有未知位置和具有发送器和接收器的无线装置以实现在无线网络架构中与第一、第二和第三无线节点的通信。第一无线节点向第二无线节点和具有未知位置的无线节点发送通信，从无线节点接收具有确认数据包的通信，并确定第一和第二无线节点之间的到达信息的时间差。

The system and method of precise RF location using time difference of arrival

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用到达时间差进行精确射频定位的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月23日提交的申请号为15/684,893的美国申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。本申请涉及于2015年8月19日提交的申请号为14/830,668、标题为“用于确定具有基于网格特征的树状网络架构中无线传感器节点的位置的系统和方法”的申请以及于2016年6月3日提交的申请号为15/173,531、标题为“在多个通信路径存在的情况下精确射频定位的系统和方法”的申请，均通过引用并入本文。
本专利技术的实施例涉及使用到达信息的时间差进行精确射频定位的系统和方法。
技术介绍
在消费电子和计算机行业中，已经对无线传感器网络研究了很多年。在典型的无线传感器网络中，结合无线电实施一个或多个传感器，以实现从部署在网络内的一个或多个传感器节点的数据无线收集。每个传感器节点可以包括一个或多个传感器，并且将包括无线电和用于为传感器节点的操作供电的电源。室内无线网络中节点的位置检测在许多应用中非常有用和重要。为确定无线装备物体在三维空间中的位置，使用射频测量执行基于用于多点定位的到达时间差(TDoA)技术的定位。可以以多种方式执行基于RF的定位。示例性实施方式包括集线器和多个传感器节点。注意，可以将集线器替换为一个节点，或者实际上，可以将一个或多个节点替换为集线器。使用射频技术经由RF通信估计所有单独对之间的距离。在TDoA中，一个节点发送信号。多个其它节点接收信号，并计算每个接收节点接收之间的时间差。TDoA需要接收器的同步以准确测量接收时间的差异。这可以通过在共享时钟上操作所有接收器并比较绝对时间戳来完成。在没有共享时钟的系统中，必须以其它方式同步接收器。
技术实现思路
对于本专利技术的实施例，本文公开了用于确定网络架构中无线传感器节点的位置的系统和设备。在一个示例中，异步系统包括第一无线节点和第二无线节点，每个无线节点具有带有一个或多个处理单元的无线装置以及用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路。系统还包括无线节点，该无线节点具有未知位置以及具有发送器和接收器的无线装置，以实现与无线网络架构中的第一无线节点和第二和第三无线节点的通信。第一无线节点向第二无线节点和具有未知位置的无线节点发送通信，从无线节点接收带有确认数据包的通信，并确定第一和第二无线节点之间的到达信息的时间差。在另一示例中，一种用于对无线网络架构中节点进行定位的系统包括第一、第二和第三无线节点，每个无线节点具有带有一个或多个处理单元的无线装置以及用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路。系统还包括第四无线节点，该第四无线节点具有未知位置以及具有发送器和接收器的无线装置，以实现在无线网络架构中与第一、第二和第三无线节点的通信。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置为运行指令以从第四节点接收带有转发数据包的通信，以及响应于转发数据包向第二、第三和第四无线节点发送通信，并且确定第一和第二无线节点之间与第一和第三无线节点之间的到达信息的时间差。从附图和下面的详细描述中，本专利技术的实施例的其它特征和优点将变得显而易见。附图说明在附图的图形中通过示例而非限制的方式示出了本专利技术的实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：图1A示出了根据一个实施例的无线节点的示例系统。图1B示出了根据一个实施例的具有用于通信的多个集线器的无线节点的示例系统。图2A例示出根据一个实施例的利用到达的时间差对节点进行定位的系统。图2B例示出根据另一实施例的用于飞行时间估计的异步系统。图2C在一个实施例中例示出2向ToF测量系统1000。图3例示出根据一个实施例的系统200的通信的时序图。图4例示出根据可替代实施例的利用到达的时间差对节点进行定位的系统。图5例示出根据一个实施例的系统400的通信的时序图。图6例示出根据一个实施例的使用到达时间差技术来确定节点的位置估计的方法。图7A示出了根据一个实施例的实施为用于电源插座的覆盖物1500的集线器的示例性实施例。图7B示出了根据一个实施例的实施为用于电源插座的覆盖物的集线器的框图的分解视图的示例性实施例。图8A示出了根据一个实施例的被实施为部署在计算机系统、应用或通信集线器中的卡的集线器的示例性实施例。图8B示出了根据一个实施例的被实施为部署在计算机系统、家电或通信集线器中的卡的集线器964的框图的示例性实施例。图8C示出了根据一个实施例的在家电(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能家电等)内实施的集线器的示例性实施例。图8D示出了根据一个实施例的在家电(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能家电等)内实现的集线器1684的框图的分解视图的示例性实施例。图9例示出了根据一个实施例的传感器节点的框图。图10例示出了根据一个实施例的具有集线器的系统或家电1800的框图。具体实施方式本文公开了使用到达信息的时间差进行精确的射频定位的系统和方法。在一个示例中，用于无线网络架构中节点的定位的异步系统包括第一、第二和第三无线节点，每个无线节点具有带有一个或多个处理单元的无线装置以及用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路。系统还包括具有未知位置的第四无线节点以及具有发送器和接收器的无线装置，以实现与无线网络架构中的第一、第二和第三无线节点的通信。第一无线节点向第二、第三和第四无线节点发送通信，从第四无线节点接收带有确认包的通信，并确定第一和第二无线节点之间以及第一和第三无线节点之间的到达信息的时间差。在一个示例中，第一无线节点的一个或多个处理单元被配置为运行用于多点定位算法的指令，以使用到达信息的时间差来确定第四无线节点的位置。在无线传感器网络的各种应用中，可能期望确定网络内传感器节点的位置。例如，这样的信息可以用于估计诸如本领域技术人员显而易见的安全摄像机、运动传感器、温度传感器和其它这样的传感器的传感器的相对位置。然后，该信息可用于生成诸如温度图、运动路径和多视图图像捕获的增强信息。因此，期望定位系统和方法能够在无线网络，尤其是室内环境中对节点进行准确、低功率和情境感知的定位。为此目的，还假定室内环境包括诸如在建筑物和其它结构周围的区域中的近室内环境，其中可能存在类似的问题(例如，附近墙壁的存在等)。无线传感器网络被描述为用于包括住宅、公寓、办公室和商业建筑物的室内环境以及附近的诸如停车场、人行道和花园的外部场所。无线传感器网络也可以用于具有电源的任意类型的建筑物、结构、外壳(enclosure)、车辆、船等。传感器系统为传感器节点提供了良好的电池寿命，同时保持了较长的通信距离。本专利技术的实施例提供了用于在室内环境中定位检测的系统、设备和方法。通过引用的方式并入本文、于2015年8月19日提交的14/830,668号美国专利申请公开了基于RF定位的技术。具体地，系统、设备和方法实施无线传感器网络中的定位，在需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对无线网络架构中的节点进行定位的异步系统，包括：/n第一无线节点和第二无线节点，所述第一无线节点和所述第二无线节点中的每一个具有带有一个或多个处理单元的无线装置和用于在所述无线网络架构中发送和接收通信的RF电路；以及/n无线节点，具有未知位置和带有发送器和接收器的无线装置，以实现在所述无线网络架构中与所述第一无线节点和所述第二无线节点的通信，其中，所述第一无线节点的所述一个或多个处理单元运行指令以将通信发送到所述第二无线节点和具有未知位置的所述无线节点，从所述无线节点接收具有确认数据包的通信，并确定所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的到达信息的时间差。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170823 US 15/684,8931.一种用于对无线网络架构中的节点进行定位的异步系统，包括：
第一无线节点和第二无线节点，所述第一无线节点和所述第二无线节点中的每一个具有带有一个或多个处理单元的无线装置和用于在所述无线网络架构中发送和接收通信的RF电路；以及
无线节点，具有未知位置和带有发送器和接收器的无线装置，以实现在所述无线网络架构中与所述第一无线节点和所述第二无线节点的通信，其中，所述第一无线节点的所述一个或多个处理单元运行指令以将通信发送到所述第二无线节点和具有未知位置的所述无线节点，从所述无线节点接收具有确认数据包的通信，并确定所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的到达信息的时间差。


2.根据权利要求1所述的异步系统，进一步包括：
第三无线节点，具有带有一个或多个处理单元的无线装置以及用于在所述无线网络架构中发送和接收通信的RF电路，其中，所述第一无线节点的所述一个或多个处理单元运行用于多点定位算法的指令，以使用所述第一无线节点和所述第二无线节点之间以及所述第一无线节点和所述第三无线节点之间的到达信息的时间差，确定具有未知位置的所述无线节点的位置。


3.根据权利要求1所述的异步系统，其中所述第一无线节点具有第一参考时钟信号，并且所述第二无线节点具有第二参考时钟信号。


4.根据权利要求2所述的异步系统，其中具有未知位置的所述无线节点的一个或多个处理单元响应从所述第一节点接收具有转发数据包的通信而运行指令，以将包括确认数据包的通信发送到所述第一无线节点、所述第二无线节点和所述第三无线节点。


5.根据权利要求4所述的异步系统，其中所述第二无线节点和所述第三无线节点的一个或多个处理单元运行指令以接收包括来自所述第一无线节点的转发数据包、来自第四无线节点的确认数据包的通信，以为每个所接收的转发数据包和确认数据包记录时间戳和信道感测信息。


6.根据权利要求5所述的异步系统，其中来自所述第一无线节点的转发数据包的发送时间被用作所述第一无线节点、所述第二无线节点和所述第三无线节点的时间参考。


7.根据权利要求6所述的异步系统，其中基于所述第一无线节点从所述第四无线节点接收所述确认数据包时的第一时间、所述第二无线节点从所述第四无线节点接收所述确认数据包时的第二时间以及所述时间参考来确定所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的到达信息的时间差。


8.根据权利要求7所述的异步系统，其中所述第一无线节点的所述一个或多个处理单元运行指令以确定所述第一时间和所述时间参考之间的差以及确定所述第二时间和所述时间参考之间的差。


9.根据权利要求7所述的异步系统，其中所述第一无线节点的所述一个或多个处理单元运行指令以基于确定用于定位的飞行时间估计来确定所述到达信息的时间差，所述飞行时间估计基于所述第一无线节点和所述第二无线节点之间的通信以及所述第一无线节点和所述第三无线节点之间的通信的往返时间的时间估计。


10.一种设备，包括：
存储器，存储指令；
一个或多个处理单元，运行指令以控制无线网络架构中的多个传感器节点并确定所述多个传感器节点的位置；以及
射频电路，即RF电路，向所述多个传感器节点发送通信并从所述多个传感器节点接收通信，所述多个传感器节点中的每一个具有带有发送器和接收器的无线装置，以实现在所述无线网络架构中与所述设备的所述RF电路进行双向通信，其中所述设备的所述一个或多个处理单元运行指令以向第一无线节点、第二无线节点和第三无线节点发送通信，从具有未知位置的第三节点接收具有确认数据包的通信，并确定所述设备和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：马努·塞斯，特穆·巴基谢夫，令凯·孔，
申请(专利权)人：洛希克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US