使用时间扫描的到达时间差进行精确射频定位的系统和方法技术方案

本文公开了确定网络架构中的无线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。系统还包括第三无线节点，其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和第二无线节点的通信。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置为向基于云的实体发送指令或运行指令以确定第三无线节点的发送通信的位置坐标假设和发送时间假设，确定与在位置坐标假设的接收第一和第二无线节点的每个接收路径j的发送时间假设相关联的误差函数，并使用路径测量精度的统计特性确定第一和第二无线节点的每个接收路径j的误差函数的概率函数。率函数。率函数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用时间扫描的到达时间差进行精确射频定位的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年2月24日提交的、申请号为16/283,780的美国申请的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术的实施例涉及一种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

[0004]在消费电子和计算机行业中，已经对无线传感器网络进行了很多年的研究。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，以实现无线收集部署在网络内的一个或多个传感器节点的数据。每个传感器节点可以包括一个或多个传感器，并且将包括无线电以及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很有用并且很重要。
[0005]为确定无线装备物体在三维空间中的位置，使用射频测量来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。在共享时钟不可用的系统中，接收器必须以其它方式同步。

技术实现思路

[0006]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，一种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。该系统还包括第三无线节点，该第三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无线节点通信。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置为向基于云的实体发送指令或运行指令以确定第三无线节点的发送通信的位置坐标假设和发送时间假设，确定与在位置坐标假设的接收第一无线节点和第二无线节点的每个接收路径j的发送时间假设相关联的误差函数，并使用路径测量精度的统计特性确定第一无线节点和第二无线节点的每个接收路径j的误差函数的概率函数。
[0007]在一个示例中，一种用于对无线网络架构中的无线任意装置进行定位的计算机实施方法，包括：初始化具有多个无线锚节点i的无线网络；确定具有未知位置的无线任意装置的三维位置坐标假设；计算从每个无线锚节点i到位置坐标假设的距离d
i
；以及从每个无
线锚节点i获得信道状态信息并从每个无线锚节点i获得信号到达时间戳T
i
。
[0008]在另一示例中，一种用于对无线网络架构中的无线节点进行定位的计算机实施方法，包括：初始化具有多个无线锚节点的无线网络架构；利用锚节点和基于云的实体中的至少一个来确定具有未知位置的无线节点的位置坐标假设；计算从每个锚节点i到位置坐标假设的距离；以及从每个锚节点i获得信道状态信息和信号到达时间戳T
i
。
[0009]从附图和以下的详细描述中，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
[0010]在附图的图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似的元件，并且其中：
[0011]图1A示出了根据一个实施例的无线节点的示例系统。
[0012]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。
[0013]图2A示出了根据一个实施例的利用到达时间差对节点进行定位的系统。
[0014]图2B示出了根据另一实施例的用于飞行时间估计的异步系统。
[0015]图2C在一个实施例中示出了双向ToF测量系统1000。
[0016]图3示出了根据一个实施例的系统200的通信的时序图。
[0017]图4示出了根据可选实施例的利用到达时间差对节点进行定位的系统。
[0018]图5示出了根据一个实施例的系统400的通信的时序图。
[0019]图6示出了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。
[0020]图7A示出了根据一个实施例的被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。
[0021]图7B示出了根据一个实施例的被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。
[0022]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、家电或通信集线器中的卡的集线器的示例性实施例。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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)内实施的集线器1684的框图的分解视图的示例性实施例。
[0026]图9示出了根据一个实施例的传感器节点的框图。
[0027]图10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。
[0028]图11示出了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时间扫描方法。
[0029]图12示出了根据一个实施例的使用到达时间差技术来实施用于确定节点的位置
估计的时间扫描方法的无线架构。
[0030]图13示出了根据一个实施例的用于确定节点的位置估计的频域中的波束形成方法。
[0031]图14示出了根据一个实施例的用于实施用于确定节点的位置估计的波束形成方法的无线架构。
[0032]图15示出了根据一个实施例的用于确定节点的位置估计的时域中的波束形成方法。
具体实施方式
[0033]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，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、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，并确定第一无线节点和第二无线节点之间以及第一无线节点和第三无线节点之间的到达信息的时间差。
[0034]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。
[0035]在无线传感器网络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对无线网络架构中的无线任意装置进行定位的计算机实施方法，包括：初始化具有多个无线锚节点的无线网络架构；利用锚节点和基于云的实体中的至少一个来确定用于所述无线任意装置的发送通信的位置坐标假设和发送时间假设；确定与在所述位置坐标假设的接收多个锚节点的每个接收路径j的所述发送时间假设相关联的误差函数；以及使用路径测量精度的统计特性来确定每个锚节点的每个接收路径j的误差函数的概率函数。2.根据权利要求1所述的计算机实施方法，进一步包括：将所有路径j的概率函数相加，以形成多个锚节点中的每一个的误差函数的概率函数。3.根据权利要求2所述的计算机实施方法，进一步包括：将所述多个锚节点中的每一个的误差函数的概率函数相乘，以形成所述无线任意装置的三维坐标位置和发送时间假设的概率函数P(x，y，z，t)。4.根据权利要求3所述的计算机实施方法，进一步包括：针对任意可行坐标和发送时间假设，评估三维坐标位置和发送时间假设的概率函数；以及针对任意可行坐标和发送时间假设，从最高概率P(x，y，z，t)中选择至少一个假设。5.根据权利要求3所述的计算机实施方法，进一步包括：针对任意可行的发送时间假设，评估三维坐标位置和发送时间假设的概率函数；以及将至少一个预定范围x、y和z内的P(x，y，z，t)的值加在一起；以及通过选择具有最高总和的范围来确定任意装置最有可能位于的范围。6.根据权利要求4所述的计算机实施方法，进一步包括：将所选择的最高概率周围的x、y和z的范围内的P(x，y，z，t)的值加在一起，使得总和等于预定值；以及使用所述范围的大小作为定位精度的指示。7.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述误差函数包括sqrt((x
i
‑
x)^2+(y
i
‑
y)^2)
‑
(tr
ji
‑
t)，与在位置(x
i
，y
i
，z
i
)的接收锚节点的每个接收路径j在时间tr
ji
的发送时间假设相关联。8.一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；以及第三无线节点，具有未知的位置以及无线装置，所述无线装置具有发送器和接收器，以实现与所述无线网络架构中的所述第一无线节点和所述第二无线节点通信，其中所述第一无线节点的一个或多个处理单元被配置为向基于云的实体发送指令或运行指令以确定所述第三无线节点的发送通信的位置坐标假设和发送时间假设，确定与在所述位置坐标假设的接收第一无线节点和第二无线节点的每个接收路径j的所述发送时间假设相关联的误差函数，并使用路径测量精度的统计特性确定所述第一无线节点和所述第二无线节点的每个接收路径j的误差函数的概率函数。
9.根据权利要求8所述的异步系统，其中所述第一无线节点的一个或多个处理单元或基于云的实体运行指令，以将所有路径j的概率函数相加，从而形成所述第一无线节点和所述第二无线节点的误差函数的概率函数。10.根据权利要求9所述的异步系统，其中所述第一无线节点的一个或多个处理单元或基于云的实体被配置为运行指令，以将所述第一无线节点和所述第二无线节点的误差函数的概率函数相乘，从而形成所述第三无线节点的三维坐标位置和发送时间假设的概率函数P(x，y，z，t)。11.根据权利要求10所述的异步系统，其中所述第一无线节点的一个或多个处理单元或基于云的实体被配置为运行指令，以针对任意可行坐标和发送时间假设，评估三维坐标位置和发送时间假设的概率函数，并且针对任意可行坐标和发送时间假设，选择最高概率P(x，y，z，t)。12.根据权利要求8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，所述第二无线节点具有第二参考时钟信号，所述第三无线节点具有第三参考时钟信号。13.根据权利要求8所述的异步系统，其中所述无线网络架构包括无线WAN架构。14.根据权利要求8所述的异步系统，其中所述无线网络架构包括无线局域网(LAN)网络架构和无线WAN架构中的至少一种。15.根据权利要求8所述的异步系统，其中所述第一无线节点包括用于发送和接收无线RF通信的无线广域网(WAN)RF电路。16.一种用于对无线网络架构中的无线任意装置进行定位的计算机实施方法，包括：初始化具有多个无线锚节点i的无线网络架构；确定具有未知位...

【专利技术属性】
技术研发人员：托米，
申请(专利权)人：洛希克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：