专利名称：使用到达时间差的实时定位系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种位置跟踪技术。
背景技术：
本小节提供了涉及本公开的背景信息，其不一定为现有技术。在常规的RTLS (Real Time Locating System,实时定位系统)中，为了准确地对发送器的位置进行定位，必须将接收器之间的时间同步准确地实现到毫微秒。为了这个时间同步，RTLS系统主要需要主接收器和副接收器，所述主接收器提供基准时间，而副接收器从主接收器无线地或者有线地接收基准时间并且对自身的时间进行同步，其中接收器之间的时间同步通过消息交换来实现。
为了获得高度精确到毫微秒的时间同步，常规提出了的是利用了使用光学电缆的有线环境或者使用最高主机、主机和桥接器的附加系统的无线时间同步方法。这些技术之一是使用TDOA (Time Difference of Arrivl,到达时间差)的时间同步方法。在常规的基于TDOA的RTLS系统中，放置于发送器周围的接收器接收由发送器发送的信号，并且将接收到的数据以及接收器的到达时间信息发送到服务器的定位引擎。定位引擎从各个接收器接收数据和到达时间信息，以通过TDOA计算发送器的位置。代表性的TDOA系统使用数个在空间上分隔、在时间上同步的发送器。各个发送器发送可识别的脉冲链(pulse chain)。来自不同站点的脉冲链的到达时间之间的时间差使得能够为各对站点计算到达时间差的双曲线。只要已知发送器的位置，就能够根据两个交叉的双曲线计算出部位。然而，这个系统没有考虑多径效应或者信号传播差。此外，TDOA测量系统通常通过例如使用光学通信的有线方法而在所有设备上要求同步时钟信号，这要求高价的设备和附加的系统，因而使其变得非常的复杂和昂贵。图I和图2是图示出常规的基于TDOA的RTLS系统的示意性构思图，其中图I图示出使用光学通信网络的接收周期的时间同步，而图2图示出使用无线通信网络的接收周期的时间同步。图3图示出图I的示例性详细配置。参照图1，常规的有线RTLS系统包括RTLS发送器100、RTLS接收器200、RTLS定位引擎300以及用于时间同步的脉冲发生�？�400。发送器100利用TDOA将包括其自身位置信息的位置信号发送到接收器200 ;接收器200接收来自发送器100的消息，记录该消息接收的时间点(基于由脉冲发生�？�400产生的同步时钟信号)，并且使用各种通信网络(例如以太网)发送到定位引擎300 (TD0A回传)。定位引擎接收由发送器100发送的位置信号(TD0A回传)并且使用TDOA计算发送器100的位置。来自一对接收器200的TDOA产生一对双曲线，其与作为顶点的接收器200有恒定的距离差。将这些双曲线的交叉估测为标签的位置。因此，通过至少三条TDOA信息来估测发送器100的位置。 为了在如上描述的常规的RTLS系统中保持毫微秒分辨率，需要与接收器200的数量一样多的光学路径，配置在接收器200中的同步�？�230，以及用于将接收器200的消息发送到定位引擎300的通信�？�240。此外，各个接收器200使用独立的振荡器，因此RTLS系统需要多个振荡器(未示出)。在这种情况下，各个接收器200响应于独立的时钟运行，由此会出现产生时钟偏移的问题。为了解决在有线环境下的这些问题，已经设想出如图2所示的无线环境的RTLS系统。然而，仍然存在这样的问题需要附加的系统而导致时钟偏移，因为各个接收器200必须形成为具有时间同步接收器250。因此，希望通过提供一种结构简化并且能够计算准确的时间差的使用TDOA的RTLS系统，来克服上述问题和其他问题
发明内容
·本小节提供了本公开的总体概括，因而其不是本公开的完整范围的或者本公开的所有特征的全面揭示。本公开旨在解决现有技术的上述问题，并且因此，本发明的特定实施例的目的是提供一种使用TDOA的RTLS系统，其被配置为通过在存在于位置定位组单元中的网关中计算来自发送器的信号到达的准确的时间差来简化RTLS系统。在本公开的一个总体方案中，提供了一种实时的RTLS系统，其通过测位单元基于由发送器发送的位置信号来跟踪所述发送器的位置，所述系统包括多个接收器，其从所述发送器接收位置信号；以及网关，其计算位置信号从所述发送器到达所述多个接收器的时间差，并且将时间差提供给所述测位单元。优选地，但非必须地，从所述发送器发送的位置信号包括RF频带的位置信号(RF位置信号)。优选地，但非必须地，所述接收器包括天线，其接收由所述发送器发送的RF位置信号；以及转换器，其将RF位置信号转换成IF频带的位置信号(IF位置信号)。优选地，但非必须地，所述网关包括多个调制解调器，其从所述多个接收器接收各个位置信号；提供时钟的时钟单元；以及测量单元，其使用所述多个调制解调器中的位置信号的接收时间，基于由所述时钟单元提供的时钟来测量TD0A。优选地，但非必须地，所述TDOA包括在所述接收器处的位置信号的到达时间与在所述发送器处的位置信号的发送时间之间的差值。优选地，但非必须地，所述多个接收器与所述多个调制解调器有线地连接。优选地，但非必须地，所述多个接收器与所述多个调制解调器经由预先确定的电缆连接。优选地，但非必须地，所述TDOA包括在所述调制解调器处的位置信号的接收时间与由所述电缆的信号传输特性预先确定的延迟时间之间的差值。优选地，但非必须地，所述网关进一步包括信号处理器，其对由所述多个调制解调器接收的位置信号进行解码。优选地，但非必须地，所述发送器和所述多个接收器形成测位组，并且在所述测位组中的多个接收器接收由所述测位组中的发送器发送的位置信号。
根据本公开的使用TDOA的RTLS系统具有的有益效果在于在基于TDOA的RTLS系统中不需要接收周期的时间同步，这使得可以简化基于TDOA的RTLS系统的结构，并且能够在存在于测位组单元中的网关中计算来自发送器的信号到达的准确的时间差。另一个优点在于根据本公开的RTLS系统中的接收器仅执行将RF (射频)位置信号转换成IF (中频)位置信号，由此能够简化RTLS系统中的接收器的结构，并且能够通过在各个网关处形成本地时钟单元来进行准确的时间测量。
为了解释本公开的原理，出于图示、举例和描述的目的，下面列出一些涉及其优选实施例的附图，然而其无意为穷尽的。附图仅以示例的方式而非限制性地描述了根据本发明构思的一个以上的示例性实施例。附图中，相似的附图标记表示相同或相似的元件。因此，参照示例性附图，通过下面对特定示例性实施例详细的描述，大量潜在的实用和有用的实施例将变得非常容易理解，在附图中·图I是图示出常规的基于TDOA的RTLS系统的示意性构思图，其中图I图示出使用光学通信网络的接收周期的时间同步；图2是图示出常规的基于TDOA的RTLS系统的示意性构思图，其中图2图示出使用无线通信网络的接收周期的时间同步；图3是图示出图I的示例性详细配置的方框图；图4是图示出根据本公开的示例性实施例的RTLS系统的示意图；以及图5是图示出图4的RTLS系统的详细配置的结构视图。
具体实施例方式参照附图的图I至图5可最佳地理解所公开的实施例及其优点，相似的附图标记用于表示各个图的相似的和对应的部件。在考查下列附图和详细的说明后，对于本领域的一个普通技术人员来说，所公开的实施例的其他特征和优点将会或者将变得显而易见。旨在将所有这样的另外特征和优点包括在所公开的实施例的范围中，并且受到附图的保护。此外，所图示的附图只是示例性的，并且无意声称或者隐含对可以实现不同实施例的环境、结构或者过程的限制。因此，所描述的方案有意囊括所有落入本发明的范围和新颖构思的这样的改变、改进和变化。同时，此处使用的术语只是出于描述具体的实施方式的目的，而无意限制本公开。此处，术语“第一”、“第二”等不表示任何次序、数量或者重要性，而是用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第二构成元件可以表示为第一构成元件，并不会偏离本公开的范围和精神，并且类似地，第一构成元件可以表示为第二构成元件。如此处所使用的，术语“一(a)”和“一(an)”不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所指事物。就是说，如此处所使用的，单数形式的“一(a)”、“一(an)”和“这个(the)”意图也包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。应理解的是，当提及一个元件“连接到”或者“联结到”另一个元件时，其可以是直接连接到或者直接联结到其他元件，或者也可以存在介入元件。相反，当提及一个元件“直接连接到”或者“直接联结到”另一个元件时，则不存在介入元件。
应当进一步理解的是,当在本说明书中使用术语“包含(comprise)”和/或“包含着(comprising)”,或“包括(includes)”和/或“包括着(including)”时,其明确指明了所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个以上其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或者附加。此外，“示例性”仅仅意图表示举例的意思，而不表示最佳的意思。还应了解的是，出于简化和易于理解的目的，此处描述的特征、层和/或元件图示了相对于彼此的具体尺寸和/或方向，而实际的尺寸和/或方向与所图示的可以基本上不同。也就是说，在附图中，为了清晰起见，可以扩大或者缩小层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸。全文中，相似的标记表示相似的元件，并且，将省略彼此相同的解释。如此处可能使用的，术语“基本上”和“大约”为其对应的术语和/或事物之间的关系提供了工业上可接受的容差。下面，将参照附图详细描述根据本公开的使用TDOA的RTLS系统。
图4是图示出根据本公开的示例性实施例的RTLS系统的示意图。参照图4，根据本公开的使用TDOA的RTLS系统包括多个RTLS发送器(以下称为发送器10)、多个RTLS接收器(以下称为接收器20)、多个RTLS网关(以下称为网关30)，以及RTLS测位单元(以下称为测位单元40)。在本公开中，一个发送器10和预定数量的接收器20 (在图4中为3个接收器)形成测位组，其中一个测位组对应于一个网关30。在本公开中，一个测位组中的一个发送器10将位置信号仅发送到该测位组中的接收器20。为了便于描述，图4图示出测位组A中的发送器为“10a”，测位组A中的接收器为“20a 20c”，以及对应于测位组A的网关为“30a”。此外，测位组B中的发送器为“ 10b”，测位组B中的接收器为“20cT20f”，以及对应于测位组B的网关为“30b”。然而，显而易见的是，这些指定是仅为方便起见而任意提供的，因此测位组的数量、测位组中接收器的数量以及网关的数量可以根据需要确定，并且这些指定和数量不限于此。发送器10将包括其自身信息的位置信号以RF (射频)形式发送到接收器20。接收器20将来自发送器10的RF位置信号转换成IF (中频)频带的信号并且将信号有线地发送到网关30。网关30从接收器20接收IF位置信号，记录接收IF位置信号的时间点，并且将相关时间信息发送到测位单元40。测位单元40从网关30接收时间信息并且使用该时间信息确定发送器10的位置。图5是图示出图4的RTLS系统的详细配置的结构视图，其中提供了各个接收器20和网关30的详细配置。参照图5，根据本公开的接收器20包括天线21和转换器22。将在其描述中省略其他的详细配置，因为这些配置对本领域技术人员是显而易见的。天线21接收由发送器10发送的RF位置信号，并且转换器22将由发送器10发送的RF位置信号转换成IF频带的IF位置信号。经转换器22转换的IF频带由连接到接收器20和网关30的电缆的频率传输特性决定。根据本公开的网关30包括从接收器20接收信号的调制解调器31、时间测量单元32、时钟单元33、信号处理器单元34以及通信单元35。和上述接收器20—样，将在其描述中省略网关30的上文中未描述的其他的详细配置，因为这些配置对本领域技术人员是显而易见的。测位组中的各个接收器20通过电缆连接到网关30，并且转换器22将来自发送器10的RF位置信号转换成IF频率信号并且将转换后的IF频率信号发送到网关30。网关30包括对应于接收器20的调制解调器31。尽管图5描述了对应地包括在一个接收器20中的一个调制解调器31，并且各个调制解调器31从对应的接收器20接收IF频带的位置信号，但是其配置不限于如图5中所示的，因此不能排除这样的配置形成一个从多个信道接收信号的调制解调器，来接收从多个接收器20接收的所有IF频带的位置信号。在基于TDOA的RTLS系统中，发送器10的位置测量基于由发送器10发送到在发送器10周围的多个接收器20的位置信号的到达时间差。因此，多个接收器20中的各个接收器与网关30之间的电缆长度基本上是相同的，但是在取决于环境而必须使长度不同的情况下，对接收器20的位置信号的延迟的补偿与电缆长度的差值相当。·图5中的信号处理器单元34作用为对由各个调制解调器31接收的IF位置信号进行解码(也就是说，将模拟信号存储或者编码为数字信号)。信号处理器单元34能够基于由时钟单元33提供的时钟而获知来自各个调制解调器31的信号的接收时间，并且将该接收时间提供给时间测量单元32。时间测量单元32使用下列方程确定接收时间和发送时间之间的差值。方程I“在接收器处的位置信号的到达时间一来自发送器的位置信号的发送时间=调制解调器处的位置信号的接收时间一延迟时间”其中，延迟时间由电缆的信号传输特性预先确定。通信单元35将由此确定的TDOA发送到测位单元40。测位单元40基于所接收的TDOA对发送器10进行定位，其详细的配置在本领域是众所周知的，因此在下面进一步的描述中省略。根据本公开的基于TDOA的RTLS系统具有的工业实用性在于从网关自身提供时钟，以消除由根据现有技术的各个接收器独立使用振荡器而产生的接收周期的时钟偏移，并且接收器不要求用于接收周期的时间同步的单独设备，因而简化了系统的配置。尽管已参照数个其图示的实施例描述了本公开，但应理解的是，本领域技术人员能够设想出许多落入本公开原理的精神和范围内的其他改进和实施例。尤其是，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内，可以对主题组合布置的组成部件和/或布置方式进行各种变化和改进。除了对组成部件和/或布置方式的变化和改进以外，对本领域技术人员来说，替代使用也是显而易见的。
权利要求
1.一种实时定位系统，其通过测位单元基于由发送器发送的位置信号来跟踪所述发送器的位置，所述系统包括多个接收器，其从所述发送器接收位置信号；以及网关，其计算位置信号从所述发送器到达所述多个接收器的时间差，并且将该时间差提供给所述测位单J Li ο
2.根据权利要求I所述的系统，其中，从所述发送器发送的位置信号包括RF频带的位置信号(RF位置信号)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述接收器包括天线，其接收由所述发送器发送的RF位置信号；以及转换器，其将RF位置信号转换成IF频带的位置信号(IF位置信号)。
4.根据权利要求I所述的系统，其中，所述网关包括多个调制解调器，其从所述多个接收器接收各个位置信号；提供时钟的时钟单元；以及测量单元，其使用所述多个调制解调器中的位置信号的接收时间，基于由所述时钟单元提供的时钟来测量到达时间差。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述到达时间差包括在所述接收器处的位置信号的到达时间与在所述发送器处的位置信号的发送时间之间的差值。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多个接收器与所述多个调制解调器有线地连接。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多个接收器与所述多个调制解调器经由预先确定的电缆而连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述到达时间差包括在所述调制解调器处的位置信号的接收时间与由所述电缆的信号传输特性预先确定的延迟时间之间的差值。
9.根据权利要求4所述的系统，其中，所述网关进一步包括信号处理器，其对由所述多个调制解调器接收的位置信号进行解码。
10.根据权利要求I所述的系统，其中，所述发送器和所述多个接收器形成测位组，并且在所述测位组中的多个接收器接收由所述测位组中的发送器发送的位置信号。
全文摘要
本发明提供了一种使用到达时间差的实时定位系统，所述实时定位系统通过测位单元基于由发送器发送的位置信号来跟踪所述发送器的位置，所述系统包括多个接收器，其从所述发送器接收位置信号；以及网关，其计算位置信号从所述发送器到达所述多个接收器的时间差，并且将该时间差提供给所述测位单元。
文档编号G01S5/02GK102788967SQ201210149350
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月14日 优先权日2011年5月16日
发明者柳昌成 申请人:Ls产电株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
