使用射频信号确定对象距离

申请号 CN201510530617.9 申请日 2015-08-26 公开(公告)号 CN105572659A 公开(公告)日 2016-05-11
申请人 美国频顺通讯科技公司; 发明人 王航; 李涛; 张丙雷; 莫世雄;
摘要 本公开涉及使用射频 信号 确定对象距离,具体地,对象 跟踪 系统可以计算到目标对象的距离。在操作期间,系统可以使用无线电天线来接收来自目标对象的方向的第一无线 电信号 图样。系统可以根据接收的无线电信号图样确定时间间隔,并确定本地系统的速率。然后,系统基于时间间隔和对象跟踪设备的速率确定到目标对象的距离。
权利要求

1.一种计算机实施方法,包括:
通过对象跟踪设备接收来自目标对象的方向的第一无线电信号图样;
根据所接收的无线电信号图样确定时间间隔;
确定所述对象跟踪设备的速率;以及
通过所述对象跟踪设备,基于所述时间间隔和所述对象跟踪设备的速率计算到所述目标对象的距离。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括:朝向所述目标对象引导方向天线,以接收来自所述目标对象的无线电信号图样。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述无线电信号图样包括第一信号图样,第二信号图样跟随在所述第一信号图样之后;并且
其中所述时间间隔包括所述第一时间图样的第一时间戳和所述第二信号图样的第二时间戳之间的差。
4.根据权利要求1所述的方法,其中根据所述无线电信号图样的信号频率来确定所述时间间隔。
5.根据权利要求1所述的方法,还包括:
计算所述目标对象相对于所述对象跟踪设备的运动的速率。
6.根据权利要求1所述的方法,还包括:
确定表明所述对象跟踪设备的运动的调整时间间隔;以及
基于计算的到所述目标对象的距离和所述调整时间间隔来计算所述目标对象的绝对速率。
7.根据权利要求6述的方法,其中计算所述速率包括:
响应于所述调整时间间隔与预定时间间隔相匹配来确定所述对象是静止的。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述无线电信号包括以下信号中的一个或多个:
由所述目标对象发射的红外信号;
由所述目标对象发射的Wi-Fi信号;以及
由所述对象跟踪设备发射并从所述目标对象反射的光信号
9.一种存储指令的非暂态计算机可读存储介质,当通过计算机执行所述指令时使得所述计算机执行通过本地对象跟踪设备跟踪目标对象的方法,包括:
接收来自所述目标对象的方向的第一无线电信号图样;
根据所接收的无线电信号图样确定时间间隔;
确定所述对象跟踪设备的速率;以及
基于所述时间间隔和所述对象跟踪设备的速率计算到所述目标对象的距离。
10.根据权利要求9所述的存储介质,还包括:朝向所述目标对象引导方向天线,以接收来自所述目标对象的无线电信号图样。
11.根据权利要求9所述的存储介质,其中所述无线电信号图样包括第一信号图样,第二信号图样跟随在所述第一信号图样之后;并且
其中所述时间间隔包括所述第一时间图样的第一时间戳和所述第二信号图样的第二时间戳之间的差。
12.根据权利要求9所述的存储介质,其中根据所述无线电信号图样的信号频率来确定所述时间间隔。
13.根据权利要求9所述的存储介质,还包括:
计算所述目标对象相对于所述对象跟踪设备的运动的速率。
14.根据权利要求9所述的存储介质,还包括:
确定表明所述对象跟踪设备的运动的调整时间间隔;以及
基于计算的到所述目标对象的距离和所述调整时间间隔来计算所述目标对象的绝对速率。
15.根据权利要求9所述的存储介质,其中所述无线电信号包括以下信号中的一个或多个:
由所述目标对象发射的红外信号;
由所述目标对象发射的Wi-Fi信号;以及
由所述对象跟踪设备发射并从所述目标对象反射的光信号。
16.一种用于跟踪目标对象的对象跟踪装置,所述计算机系统包括:
无线电接收器,用于接收来自所述目标对象的方向的第一无线电信号图样;以及距离计算模,用于:
根据所接收的无线电信号图样确定时间间隔;
确定所述对象跟踪装置的速率;和
基于所述时间间隔和所述对象跟踪装置的速率计算到所述目标对象的距离。
17.根据权利要求16所述的对象跟踪装置,其中所述对象跟踪装置还包括:
方向天线;以及
天线控制模块,用于朝向所述目标对象引导所述方向天线,以接收来自所述目标对象的无线电信号图样。
18.根据权利要求16所述的对象跟踪装置,其中所述无线电信号图样包括第一信号图样,第二信号图样跟随在所述第一信号图样之后;并且
其中所述时间间隔包括所述第一信号图样的第一时间戳和所述第二信号图样的第二时间戳之间的差。
19.根据权利要求16所述的对象跟踪装置,其中所述距离计算模块根据所述无线电信号图样的信号频率来确定所述时间间隔。
20.根据权利要求16所述的对象跟踪装置,还包括:
速率计算模块,被配置为计算所述目标对象相对于所述对象跟踪装置的运动的速率。
21.根据权利要求16所述的对象跟踪装置,还包括速率计算模块,被配置为:
确定说明所述对象跟踪装置的运动的调整时间间隔;以及
基于计算的到所述目标对象的距离和所述调整时间间隔来计算所述目标对象的绝对速率。
22.根据权利要求16所述的对象跟踪装置,其中所述无线电信号包括以下信号中的一个或多个:
由所述目标对象发射的红外信号;
由所述目标对象发射的Wi-Fi信号;以及
由所述对象跟踪设备发射并从所述目标对象反射的光信号。

说明书全文

使用射频信号确定对象距离

[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求于2014年8月27日由发明人Hans Wang、Tao Li、Binglei Zhang和Shih Hsiung Mo提交的题为“USING RF TECHNOLOGY TO DETERMINE DISTANCE”的美国临时申请第62/042,722号(代理人案号AVC14-1004PSP)的优先权。

技术领域

[0003] 本公开总体上涉及对象检测。更具体地,本公开涉及从目标对象扫描无线电信号图样(signal pattern)以确定到目标对象的距离。

背景技术

[0004] 许多实时系统可以受益于确定到遥远对象的精确距离。例如,飞机通常包括雷达系统,其通过从目标对象反射微波信号来检测遥远对象。这些雷达系统可以检测数英里远的对象,但是要求目标对象的尺寸较大。
[0005] 许多消费品设计有向用户提供有用信息的智能部件。例如,一些现代汽车装配有传感器,其可以为驾驶员提供关于汽车周围的信息。然而,这些传感器通常限于检测何时汽车转变车道,或者检测另一汽车何时在驾驶员的盲点中。
[0006] 此外,这些盲点检测系统布置有传感器,其仅可以检测相对较近的对象,诸如使用声纳或红外(IR)系统。这些声纳和IR系统通过从目标对象反射声音或IR光束来检测目标对象,因此要求对目标对象的清晰视线。不幸的是,这些系统不能够检测遥远的对象,尤其当针对遥远对象的视线被其他对象阻挡时。更糟的是,IR系统会经受来自操作环境的信号干扰,这会导致错误的正读值或者错误的距离测量。
[0007] 因此,不能够使用声纳和IR系统来可靠地确定到遥远对象(诸如仍然距离一个街区的接近车辆)的距离。此外,不容易在消费品(如汽车)上布置先进的对象检测系统(诸如雷达),因为这些雷达系统通常较大、消耗很大的电量并且对于普通消费者来说太为昂贵。

发明内容

[0008] 一个实施例提供了一种对象跟踪系统,其有助于计算到目标对象的距离。在操作期间,系统可以使用无线电天线来接收来自目标对象的方向的第一无线电信号图样。系统确定与所接收的无线电信号图样的时间间隔,并确定本地系统的速率。然后,系统基于时间间隔和对象跟踪设备的速率来计算到目标对象的距离。
[0009] 在一些实施例中,系统可以朝向目标对象引导方向天线,接收来自目标对象的无线电信号图样而不接收来自其他对象的无线电信号图样。
[0010] 在一些实施例中,无线电信号图样包括第一信号图样,第二信号图样跟随在第一信号图样之后。此外,时间间隔可以包括第一信号图样的第一时间戳和第二信号图样的第二时间戳之间的差。
[0011] 在一些实施例中,根据无线电信号图样的信号频率来确定时间间隔。
[0012] 在一些实施例中,系统可以计算目标对象相对于对象跟踪设备的运动的速率。
[0013] 在一些实施例中,系统可以确定调整的时间间隔(其表明对象跟踪设备的运动),并基于所计算的到目标对象的距离以及调整的时间间隔来计算目标对象的绝对速率。
[0014] 在一些实施例中,在计算速率的同时,系统响应于调整时间间隔与预定时间间隔相匹配来确定对象是静止的。
[0015] 在一些实施例中,无线电信号可以包括由目标对象发送的红外信号、由目标对象发射的Wi-Fi信号和/或由对象跟踪设备发射并被目标对象反射的光信号附图说明
[0016] 图1示出了根据实施例的示例性多对象环境。
[0017] 图2示出了根据实施例的帮助计算到目标对象的距离的示例性对象跟踪设备。
[0018] 图3A示出了根据实施例的从目标对象接收的示例性信号。
[0019] 图3B示出了根据实施例的从目标对象反射的示例性信号。
[0020] 图4示出了根据实施例的用于计算到目标对象的距离的方法的流程图
[0021] 图5示出了根据实施例的帮助计算到目标对象的距离的示例性计算系统。
[0022] 在附图中,类似的参考标号表示相同的附图元件。

具体实施方式

[0023] 给出以下描述以能够使本领域技术人员实施和使用实施例,并且在特定应用及其要求的条件下提供以下描述。对所公开实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的,并且本文限定的一般原理可应用于其他实施例和应用而不背离本公开的精神和范围。因此,本发明不限于所示实施例,而是扩展到符合本文公开的原理和特征的最宽范围。
[0024] 概述
[0025] 本发明的实施例提供了一种对象跟踪设备,其解决了确定到其他附近对象的精确距离的问题,而不论是否存在针对目标对象的视线。目标对象可以使用无线电发射器来发射具有明确定义的间隔的射频(RF)信号。对象跟踪设备可以使用无线电接收器来检测这些信号图样,并基于信号图样确定到目标对象的距离。
[0026] 例如,城市的交通信号等可以装配有无线电发射器,汽车可以对其进行扫描来检测它们的接近度。在一些实施例中,交通信号灯可以在灯为黄色或红色时发射RF信号。这种配置可以减少十字路口的汽车事故的数量,因为汽车可以在快速接近交通信号灯时警告驾驶员。
[0027] 此外,由于信号图样承载到射频信号上,所以汽车的无线电接收器可以检测信号,即使当无线电接收器不具有针对发射器的直接视线时。通常,大卡车可以阻挡紧跟在其后的汽车的可视性。因此,在交通信号灯和停车标志处安装这些无线电发射器可以帮助驾驶员在闯黄灯甚至红灯的大卡车后面驾驶时避免闯红灯。
[0028] 在一些实施例中,对象跟踪设备还可以检测到其他对象跟踪设备(诸如安装在其他汽车、摩托车、自行车或任何其他静止或移动对象中的设备)的距离。对象跟踪设备还可以使用检测的信号图样来确定其他移动对象的速度和方向。
[0029] 图1示出了根据实施例的示例性多对象环境100。具体地,环境100可包括汽车104,其可以经由由其他对象发射的无线电信号或者从目的对象反射的红外信号来计算到各种其他对象的距离。例如,汽车104可以跟踪其他汽车,并且可以检测到各种对象(可要求汽车停止或礼让)的距离。汽车104可以包括对象跟踪设备106,其可以朝向目标对象定向方向天线以接收来自目标对象的无线电信号,而不接收来自不被跟踪的其他对象的信号。
[0030] 在一些实施例中,汽车104可以计算到静止对象(其可以要求汽车停止或礼让)的接近度。例如,诸如交通信号灯112的静止对象可以包括无线电台,其以规则间隔广播无线电信号114。对象跟踪设备106可以使用信号114来确定到交通信号灯112的距离,即使当其他对象会阻挡针对交通信号灯112的直接视线时。因此,车辆104可精确地计算到交通信号灯113的距离,即使当大卡车或公共汽车阻挡了对象跟踪设备106和交通信号灯112之间的直接视线时。
[0031] 无线电信号114可以包括关于交通信号灯112的信息,诸如交通信号灯112的唯一标识符、交通信号灯112的状态或者交通信号灯112特有的任何其他信息。此外,无线电信号114还可以包括汽车104可用于计算到交通信号灯112的距离的任何信息,诸如用于无线电信号的时间戳、交通信号灯112的全球定位系统(GPS)坐标等。当汽车104的对象跟踪设备
106接收无线电信号114时,对象跟踪设备106可以基于两个连续信号之间的时间间隔、无线电信号114的时间戳和/或无线电信号114的GPS坐标来计算到交通信号灯112的距离。
[0032] 此外,对象跟踪设备106可以计算到移动对象116的距离,无论在汽车104和移动对象116之间是否存在直接视线。例如,移动对象116可以包括另一个汽车或摩托车,其针对汽车104的视线被建筑物或另一移动对象所阻挡。汽车104可以经由由移动对象116的发射器或对象跟踪设备118广播的无线电信号120来计算到移动对象116的距离。对象跟踪设备118可以以规则间隔来广播无线电信号120,并且对象跟踪设备106可以基于信号120的两个连续信号图样之间的时间间隔、无线电信号120的时间戳和/或无线电信号120的GPS坐标来计算到移动对象116的距离。对象跟踪设备106还可以基于信号120的连续信号图样来计算移动对象116的速率。该速率例如可以包括移动对象116的速度和方向。
[0033] 在一些实施例中,对象跟踪设备106可以确定到任何其他对象(其本身不广播无线电信号)的距离。例如,一些不具有交通信号灯112的十字路口可使用交通标志102(例如,停止标志)来控制横穿十字路口的车流。汽车104可以通过计算到交通标志102的距离来确定其需要停止或礼让的道路的精确位置。为了计算该距离,对象跟踪设备可以发射朝交通标志102导向的红外信号108,并使用反射信号110(从交通标志102反射)来计算到交通标志102的距离。
[0034] 图2示出了根据实施例的帮助计算到目标对象的距离的示例性对象跟踪设备200。对象跟踪设备200可以包括多个模,它们可以经由无线通信通道来相互通信。对象跟踪设备200可以使用一个或多个集成电路来实现,并且可以包括比图2所示更少或更多的模块。
此外,对象跟踪设备200可以集成到计算机系统中,或者实现为能够与其他计算机系统和/或设备通信的独立设备。具体地,对象跟踪设备200可以包括无线信号发射器202、无线信号接收器204、方向天线206、天线控制机构208、距离计算机构210和速率计算机构212。
[0035] 在一些实施例中,无线信号发射器202可以发射射频(RF)信号,诸如Wi-Fi信号。在一些其他实施例中,无线信号发射器202可以发射光信号,诸如红外信号。无线信号接收器204可以检测或接收由目标对象的无线信号发射器所发射或者从目标对象反射的无线RF或光信号。方向天线206可以包括波束形成天线、或者可以将输入的无线信号集中于目标对象发射的信号的任何天线。天线控制机构208可以控制方向天线206所导向的方向,其聚集接收器204从中接收无线信号的方向。
[0036] 此外,距离计算机构210可以基于从目标对象接收的信号来计算到目标对象的距离,并且速率计算机构212可以基于从目标对象接收的信号和方向天线的定向来计算目标对象的速率和/或方向。
[0037] 图3A示出了根据实施例的从目标对象接收的示例性信号。在操作期间,目标对象302可以以预定的时间间隔发射信号304、306和308。对象跟踪设备300可以朝向目标对象
302来定向其本地方向天线,并确定针对每个接收信号的时间戳。在一些实施例中,每个信号304、306和308都包括关于目标对象302的信息,并且包括目标对象302发射无线信号的时间戳。为了计算到目标对象302的距离,对象跟踪设备300首先通过计算信号304中包含的时间戳和接收到信号304的时间戳之间的差来计算信号304的信号发射时间。然后,对象跟踪设备300通过将发射时间乘以无线信号的预定速度(例如,光速)来计算到目标对象302的距离。
[0038] 对象跟踪设备300还通过确定来自目标对象302的连续信号的信号接收时间之间的差来计算目标对象302的速率。例如,对象跟踪设备300可以确定信号304和信号306之间的时间间隔,并且基于多普勒效应来计算目标对象302的相对速率。相对速率是目标对象302相对于对象跟踪设备300的速率的速率。
[0039] 图3B示出了根据实施例的从目标对象352反射的示例性信号。在操作期间,对象跟踪设备350可以朝向目标对象352发射信号354,并等待从目标对象352反射的信号356。在一些实施例中,信号354和356可以包括光信号,诸如红外信号。对象跟踪设备350通过将信号354的发射时间戳和信号356的接收时间戳之间的时间间隔除2来确定信号254的发射时间。
然后,运动跟踪设备350通过将发射时间乘以无线信号的预定速度(例如,光速)来计算到目标对象352的距离。
[0040] 在一些实施例中,运动跟踪设备350可以通过从目标对象352反射另一信号来计算目标对象352的速率,从而确定到目标对象352的更新距离。例如,设备350可以朝向目标对象352发射方向信号358,并确定信号358与其反射信号360的接收时间之间的时间间隔。然后,对象跟踪设备350使用新时间间隔来计算到目标对象352的更新距离,并且通过将到目标对象352的距离变化除以第一反射信号356与第二反射信号260之间的时间间隔来计算目标对象352的相对速率。
[0041] 图4示出了根据实施例的用于计算到目标对象的距离的方法400的流程图。在操作期间,对象跟踪设备可以朝向目标对象导向方向天线(例如,波束形成天线)(操作402),并从目标对象的方向接收一个或多个信号图样(操作404)。这些信号图样可以包括由目标对象发射的一个或多个RF信号(例如,Wi-Fi信号),或者可以包括由对象跟踪设备发射或从目标对象反射的红外信号。
[0042] 然后,设备根据接收的信号图样确定时间间隔(操作406),并至少部分地基于图样的时间间隔计算到目标对象的距离(操作408)。设备还可以通过确定本地对象跟踪设备的速率来计算目标对象的绝对速率(操作410),并基于信号图样的时间间隔和对象跟踪设备的速率来计算目标对象的速率(操作412)。
[0043] 在一些实施例中,目标对象的速率可以包括其速度及其方向。如果目标对象没有朝向对象跟踪设备或者远离对象跟踪设备移动,则对象跟踪设备可以需要调整方向天线的定向来跟踪目标对象。对象跟踪设备可以在信号的时间间隔(例如,由不同位置的两个目标对象发射的两个信号之间的间隔)期间使用度变化,以计算目标对象的速度和方向。
[0044] 例如,对象跟踪设备可以计算到处于一个位置的目标对象的距离(使用第一信号图样),很快(例如,在一秒之后)计算到处于另一位置的目标对象的距离(使用第二信号图样)。本地对象跟踪设备可以基于到两个位置的距离以及两个位置之间的方向天线的角度变化来计算目标对象行进的距离(和方向)。然后,对象跟踪设备可以通过将行进距离除以第一信号图样和第二信号图样之间的时间间隔来计算目标对象的速率。
[0045] 图5示出了根据实施例的帮助计算到目标对象的距离的示例性计算系统502。计算系统502可以包括处理器504、存储器506和存储设备508。存储器506可以包括用作管理存储器的易失性存储器(例如,RAM),并且可用于存储一个或多个存储池。计算系统502还可以包括无线电发射器516、无线电接收器518和方向天线520。无线电发射器516可以发射射频(RF)信号(例如,Wi-Fi信号),并且无线电接收器518可以检测或接收由目标对象的发射器发射的无线RF。方向天线520可以包括波束形成天线、或者可将输入无线信号聚集于目标对象发射的信号的任何天线。
[0046] 此外,计算系统502可以耦合至显示设备510、键盘512和指向设备514。存储设备508可以存储操作系统516、对象跟踪系统524和数据532。对象跟踪系统524可以包括指令,当指令被计算系统502执行时可以使得计算系统502执行本公开所描述的方法和/或处理。
[0047] 具体地,对象跟踪系统524可以包括用于控制方向天线520所导向的方向的指令,其聚集接收器518接收无线信号的方向(天线控制模块520)。此外,对象跟踪系统524可以包括用于基于从目标对象接收的信号计算到目标对象的距离的指令(距离计算模块522)。对象跟踪系统524还可以包括用于基于从该目标对象接收的信号以及方向天线的定向来计算目标对象的速率和/或方向的指令(速率计算模块524)。
[0048] 数据526可以包括通过本文描述的方法和/或处理要求作为输入或者生成作为输出的任何数据。
[0049] 说明书中详细描述的数据结构和代码通常存储在计算机可读存储介质上,其可以为可存储计算系统使用的代码和/或数据的任何设备或介质。计算机可读存储介质包括但不限于易失性存储器、非易失性存储器、磁和光存储设备(诸如盘驱动器、磁带、CD(压缩盘)、DVD(数据通用盘或数字视频盘))、或者能够存储已知或未来开发的计算机可读介质的其他介质。
[0050] 说明书部分详细描述的方法和处理可以实施为代码和/或数据,其可以存储在上述计算机可读存储介质中。当计算系统读取和执行存储在计算机可读存储介质上的代码和/或数据时,计算系统执行具体化为数据结构和代码并存储在计算机可读存储介质内的方法和处理。
[0051] 此外,上述方法和处理可以包括在硬件模块中。例如,硬件模块可以包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程阵列(FPGA)和已知或未来开发的其他可编程逻辑设备。当启动硬件模块时,硬件模块执行包括在硬件模块中的方法和处理。
[0052] 仅为了说明和描述的目的给出本发明的实施例的前面描述。它们不是排他性的或者将本发明限于所公开的形式。因此,许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。此外,上面的公开不用于限制本发明。通过所附权利要求来限定本发明的范围。
QQ群二维码
意见反馈