用于协作定位的方法和无线电装置 |
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申请号 | CN201280013691.8 | 申请日 | 2012-03-26 | 公开(公告)号 | CN103444246B | 公开(公告)日 | 2017-12-05 |
申请人 | 西斯维尔科技有限公司; | 发明人 | R·迪尼; P·P·吉乌斯托; | ||||
摘要 | 描述了一种用于确定要 定位 装置的绝对 位置 的协作定位处理,在所述要定位装置的定位中包括能够通过交换消息和数据进行协作的多个协作方装置。协作方装置配备有用于消息和数据的直接装置至装置的至少一个无线电发送和接收系统、以及用于估计所述协作方装置集合中的装置之间的距离的部件。还描述了能够实现该处理的协作定位装置。 | ||||||
权利要求 | 1.一种协作定位方法,所述协作定位方法用于计算至少一个要定位装置(119)的绝对位置,所述装置(119)属于在所述要定位装置(119)的定位中被配置为通过消息和数据的交换进行协作的多个协作方装置,所述协作方装置配备有用于消息和数据的直接装置至装置的至少一个无线电发送和接收系统、以及用于估计所述协作方装置集合中的装置之间的距离的部件,所述集合包括还配备有存储部件和处理部件的至少一个控制器装置(119),对于所述协作定位方法,包括以下步骤: |
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说明书全文 | 用于协作定位的方法和无线电装置技术领域[0001] 本发明涉及协作定位处理和相关装置(apparata)。具体来说,本发明涉及使得能够估计不可以使用定位系统的、或者在其不工作或处于无效的情况下的无线电装置的位置的处理和相关装置,并且其中,获取用于计算未知位置的数据通过存在于周围区域中的装置的协作而进行。 背景技术[0002] 近年来,确定装置的位置已经因被称为LBS(基于定位的服务)的服务方面的关注并且因具有呼叫方位置数据的公司紧急呼叫两者而在重要性方面成长起来。已经研究并实现了用于确定无线电装置的位置的各种处理和系统,其中一些基于卫星系统,如GPS(全球定位系统)、GLONASS(全球导航卫星系统)、GALILEO(目前正由EU实现)以及COMPASS(目前正由中国实现),而其它基于陆地无线电系统,特别是蜂窝系统。 [0003] 用于确定终端的位置的最公知的陆地处理是: [0005] -确定公用于同时接收该终端的信号的无线电站的覆盖区域; [0006] -与该终端相距无线电基站的距离的估计相组合,识别该终端的信号所源自的无线电小区; [0007] -通过对应线路的交点的计算,三角测量,确切地说,确定终端的信号的起源在至少两个其它无线电站中的方向; [0008] -通过满足所述距离的点的计算,多边测量,确切地说,估计该终端相距地理坐标已知的至少三个无线电基站的距离; [0009] -通过满足该终端与一对站中的两个基站之间的距离差的点的计算,利用所述距离差来确定至少两种不同情况。 [0010] 上面列出的陆地处理中的一些使用终端相距无线电站的距离的估计,其可以利用各种技术来获取: [0011] -接收信号与发送信号的功率之间的比率,无论沿基站-移动台方向(在WCDMA的情况下,该比率对应于RSCP参数-接收信号码功率)还是沿相反方向; [0012] -测量发送器与接收器之间的传播时间; [0014] -使得能够获取相同结果的任何其它技术。 [0015] 在其它情况下,陆地处理使用终端与两个无线电基站之间的三个或更多个距离差以及这些差限定的双曲线的交点。通常,这些差通过观察无线电信号采用于沿两个不同传播路径行进的时间的差(观察时间差OTD)来计算,这些技术的变型取决于用于同步化这些站的处理或者考虑它们的时钟之间的时滞。 [0016] 然而,上面指出的已知解决方案具有某些技术问题和缺陷。具体来说,卫星定位系统需要许多卫星相对于要定位装置是电磁上可见的,并且具有长的初始获取时间。利用A-GPS(辅助GPS)系统,小区站向终端提供有关卫星系统的预备数据,利用其,终端可以增加GPS信号接收灵敏度并且缩短初始获取,但在GPS因为由卫星发送的信号的传播受阻于天然或人工障碍物而不可用时,时间仍保持非常长。 [0017] 类似的是,除涉及惟一一个无线电站的技术外,在许多地方,基于蜂窝网络的定位系统不能被使用,因为要定位装置与至少两个无线电站(上面提到的、相当不精确的三角测量技术所需的)或者双曲线或多边测量系统所需要的三个无线电站之间并不总是存在电磁可见性而无法使用。此外,涉及惟一一个无线电站的技术通常提供了不足的准确度,因而,在卫星定位系统和陆地定位系统都不可用或者不提供具有足够准确度的终端位置估计的许多地方,必须对其进行推导。 [0018] 为补偿这些缺点,已经提出了这样的处理,其用于使用邻域的其它装置的位置数据来估计不能接入定位系统的装置的位置。专利EP1206152中描述的处理属于该类别。根据该处理,要定位终端具有使得其能够与处于邻域的其它终端建立双向连接的无线电收发器系统。使用所述无线电收发器系统,要定位终端使附近终端向其发送有关它们各自位置的数据,并且利用对传播衰减的评估来估计它们中的每一个的距离。要定位终端基于该数据来估计其位置。 [0019] 在该处理的第一实施例中,将未知位置计算为已经提供了它们的位置的终端的位置的平均值。在这种情况下,不存在有关所计算位置的准确度的保证,因为不存在有关要定位终端相对于处于邻域的那些终端的相对位置的信息,特别是如果假定要定位终端像其等待数据所来自的周围终端一样具有其不能即刻接入的定位系统的话。在这种情况下,非常接近要定位终端的终端很可能也不能通过外部定位系统来确定它们自身的位置。因此,可能的是,平均值根据其被计算的位置对应于远离要定位终端的点,而且非均匀地环绕要定位终端布置,而且更可能按不规则且不平衡方式布置。而且,基于传播衰减进行的距离估计可能令人误解,尤其是,如果考虑信号在建筑物内部或者在具有天然或人工障碍物的区域中传播的条件的话。例如,靠近但与墙或天花板分开的终端可以比其信号通过窗口从较远外部点抵达的终端呈现得更远。通过应用专利EP1206152的处理,由此可能的是,建筑物内部的终端相反计算出其处于外部。 [0020] 在专利EP1206152的处理的第二实施例中,通过对已经传送了它们的位置数据的的终端的距离和位置的多边测量来计算未知位置。在这种情况下,必需具有至少三个终端,其已知它们自身的位置,并且对于要定位终端在电磁上可见;这种情况的出现概率可能不是非常高。于是,万一三个终端在如上提到的这些条件中发现,可能的是,它们未靠近要定位终端,并且根据对从它们接收的信号的功率的测量来确定相距它们的距离令人误解。因此,专利EP1206152的处理未呈现得可靠。 发明内容[0023] 而且,本发明的上述目的和其它目的以及优点利用形成权利要求17至20的主题的无线电通信装置来实现。 [0024] 优选实施例和非轻微变型形成了所附权利要求的主题。 [0026] 现在,将通过按非限制例方式提供的一些优选实施例并且参照附图,对本发明进行更详细描述,其中: [0027] -图1a示出了表示定位网络的第一展开阶段的示例的图; [0028] -图1b示出了表示定位网络的第二展开阶段的示例的图; [0029] -图1c示出了表示定位网络的第三展开阶段的示例的图; [0030] -图1d示出了表示定位网络的第四展开阶段的示例的图; [0031] -图2a示出了表示有关图1a中的示例的距离表的图表; [0032] -图2b示出了表示有关图1b中的示例的距离表的图表; [0033] -图2c示出了表示有关图1c中的示例的距离表的图表; [0034] -图2d示出了表示有关图1d中的示例的距离表的图表; [0035] -图3a示出了有关图1a中的示例的数据表; [0036] -图3b示出了有关图1b中的示例的数据表; [0037] -图3c示出了有关图1c中的示例的数据表; [0038] -图3d示出了有关图1d中的示例的数据表; [0039] -图4示出了表示利用不足地理数据的位置计算的示例的图; [0040] -图5示出了有关用于计算装置位置的过程的流程图; [0041] -图6示出了有关用于计算地理坐标的过程的流程图;以及 [0042] -图7示出了表示休眠模式下的接收器通/断周期的图。 具体实施方式[0043] 下列术语和相关定义将在本描述中进一步加以使用: [0044] -中继装置:充当用于其它装置之间的连接的中继的装置; [0045] -控制器(控制器装置):当前具有管理定位过程的角色的协作方装置(参见下面); [0046] -协作方(协作方装置):在定位处理中协作的装置; [0047] -探测器(探测器装置):被控制器指令发射搜索信号并且向控制器返回根据针对所述信号的答复收集的数据的装置; [0048] -主动协作方:能够执行控制器功能、探测器功能以及还能够执行中继装置功能的协作方装置; [0049] -被动协作方:未配备有本发明的处理的特定部件并由此不能够充当控制器装置、探测器装置或中继装置,但是配备有电信系统的协作方装置,该电信系统准许与被动协作方装置配备有相同的电信系统的主动协作方装置估计相距被动协作方装置的距离和/或接收和/或导出来自被动协作方装置的绝对位置数据; [0050] -惰性协作方:配备有如下部件的协作方装置,该部件使得主动协作方能够检测其存在,估计相距其的距离,并且利用源自至少一个其它信息源的数据来间接获取有关其位置的数据、源自惰性协作方的交叉引用数据; [0051] -定位网格:一组协作方装置和它们互连的无线电链路,其形成已知边的相邻三角形的网格; [0053] -定位网络:一组协作方装置及其可能连接; [0054] -距离表:包含协作方装置分开的距离的数据矩阵,具有测量所涉及的时间和相关不确定性; [0055] -数据表:包含有关单个协作方装置的杂项数据的表,如下所述。 [0056] 主动协作方装置优选地配备有下列特定部件: [0057] -用于发送和接收用于实现根据本发明的处理所必需的消息和数据的合适的无线电收发器系统; [0058] -用于根据本发明的需求通过倒数电磁可见性来估计装置之间的距离的部件; [0059] -用于至少存储距离表和数据表的数字存储器; [0060] -用于执行计算机程序、处理接收数据以及执行必需数字计算以用于实现根据本发明的处理的处理部件。 [0061] 另外,它们优选地配备有: [0063] 下列符号在跟随的文本中并且在附图中使用: [0064] -HM:从协作方装置至控制器装置的无线电链路的最大数量(超出其,协作方装置不能承担探测器的角色); [0065] -NM:可以在定位过程中涉及的装置的最大数量,超出其,定位网络展开过程终止: [0066] -Ta:接收器在休眠模式周期中接通的持续时间; [0067] -Tc:接收器的休眠模式周期的持续时间; [0068] -TE:针对同一装置的探测器角色的两次分配之间必须经过的最小时间间隔; [0069] -TL:时间限制,超过其,请求在计算位置时感兴趣的确认; [0070] -Tp:在搜索信号的前同步码中发送的用于警告接收器的警告代码的持续时间; [0071] -Ts:接收器在休眠模式周期中断开的持续时间; [0072] -Tw:从装置已进行发送或接收时的最近时间开始的时间间隔,此后,该装置的接收器转到休眠模式。 [0073] 一般来说,如更详细地进一步看到,根据本发明的处理基于由相邻三角形组成的定位网格的创建,其顶点被称为网格的节点,并且是在定位中协作的装置所位于的地方。除了处于网格节点处的装置以外,还存在如下装置,所述装置可以直接或间接与这些节点建立连接并且在定位处理中协作,但因为它们不具有用于构成三角形的顶点的足够数量的约束所以不属于该网格。在计算所请求的位置中协作的全部装置(协作方装置)的集合和它们可以建立的连接构成定位网络。关于协作方装置可以通过其建立连接的无线电链路,估计对应装置之间的距离。该距离估计可以通过任何技术来获取,举例来说,如先前提到的那些技术中的任一个。该技术的选择对于本发明的目的来说没有重要性,并将由此贯穿接下来的处理而忽略掉。 [0074] 定位网络在接连的步骤中逐渐扩展,以通过逐渐添加的装置获取足够数据,从而定位该定位网格以及由此的其节点,以在还计算要定位的节点装置的位置的情况下完成。 [0075] 定位网络的装置之一承担定位处理的控制器功能。优选的是,将控制器功能分配给装置中的需要确定位置的一个,但也可以分配成不请求定位的装置。该控制器功能在定位网络创建和展开阶段期间可以从一个装置移动至另一个。 [0076] 定位网络的创建和展开在接收到由控制器装置发出并且可能通过充任中继装置的中间装置转发的特定搜索命令时,通过协作方装置接连发送恰当的“搜索信号”而进行。响应于搜索信号的装置(称作响应装置)被添加至协作方装置集合,并且通过探测器装置从响应装置接收的、并且探测器装置将其转发至控制器(若需要的话,通过上述中继装置)的响应消息来向控制器通知它们的存在和它们与其它协作方装置所具有的直接连接。 [0077] 协作方装置之间的连接的拓扑优选为树型,但也可以是另一类型(例如,网格)。在树形结构的示范情况下,连接树的根部优选地与控制器装置重合,该控制器装置管理定位网络的连接和创建两者,并且一旦完成定位网络的展开,该控制器装置就计算请求它的每一个装置的位置并将其传送至它们。 [0078] 定位网络的展开在下列情况之一下结束: [0079] -在找到足量的位置和距离数据(其使得定位网格的位置和空间取向能够在几何上确定)时,或者 [0080] -在达到或超出协作方装置的预定数字限制NM时,以便避免涉及过量的装置,或者[0081] -在超出从开始该处理时起运行的预定时间限制TL时。 [0082] 限制HM还针对用于将协作方装置连接至控制器装置所必需的无线电链路的数量来限定。如果需要大于或等于所述限制HM的无线电链路的数量来连接给定装置,则所述给定装置被禁止发射搜索信号。这种禁止通常将用于将协作方装置连接至控制器装置所必需的无线电链路的数量限制到HM,因为其它协作方不能级联地添加至所述给定协作方装置。这种限制可以被超出,例如,如果协作方装置至控制器的连接通过中继装置来设立,并且由于传播条件的改变,所述中继装置之一变得从定位网络排除,并且经由其的转接被经由另两个或更多个装置级联地中继而替换。 [0083] 如果定位网络的展开在没有获取足够数量的数据点以在几何上确定已经请求的装置的位置的情况下结束,则应用与无线电限制和定位该定位网络的区域的地图的关联,以便缩减不确定性。 [0084] 通过其创建装置之间的连接的无线电收发器系统可以使得为ad hoc或那些已知系统之一,只要其使得能够以足够准确度估计装置至装置距离即可。另外,其还可以是非同类的,确切地说,定位网络可以包含通过相互不同的发送和接收系统和标准(GSM/GPRS、UMTS、LTE、Bluetooth、Wi-Fi、RFID等)实现的连接。事实上,足够的是,能够建立成对装置之间的连接,并由此,足够的是,这些装置两个两个地具有相同发送和接收系统,条件是,存在配备有用于充当使用不同发送系统的装置之间的接口的部件的装置。例如,如果第一组装置使用Wi-Fi P2P发送和接收系统,而第二组装置使用ZigBee系统,则如果存在具有Wi-Fi P2P和ZigBee两者的至少一个装置,则属于该第一组的任何装置可以互连至属于该第二组的任何装置。 [0085] 具体来说,根据本发明的处理包括创建和展开定位网络的至少一个阶段,其描述通过简单说明性示例来提供,其中,假设需要计算不能访问定位系统的仅仅一个装置的位置。随后,本描述将延伸至覆盖更复杂的情况。 [0086] 图1a示出了定位网络创建和展开阶段的说明性示例的第一阶段,其旨在确定用圆圈119表示的装置的地理坐标。 [0087] 在该说明性示例中,假定装置119从用户或通过电信系统连接的实体接收到用于在其不能接入任何定位系统时或者在该系统不能够定位该装置时(无论出于何种原因)确定其位置的请求。在这些条件下,装置119承担控制器的角色,并且在通过其专用于根据本发明的处理的无线电发送和接收系统接收到搜索命令之后,其发射第一搜索信号,包括具有下列含义的消息:“我是119。接收该消息的装置应当利用指示响应方的识别码的报告和如果已知的话使得能够识别它们各自的绝对位置的数据来答复”。 [0088] 一般而言,如果将优选的无线电系统用于实现本发明(举例来说,如Wi-Fi Direct),则来自响应装置的响应的简单抵达使得探测器能够估计分隔它们的距离。在使用其它无线电系统的情况下,搜索信号可以包括用于发送用于估计所述距离的必需数据(例如,发送功率和/或有关响应发射时间的信息)的请求。 [0089] 还有利的是,如果对于响应方已知并且其知识有用于控制器119所执行的任务,则对于搜索信号来说,包含针对其它辅助数据的请求,下面将对其进一步详细描述。如果被无线电系统准许,则搜索信号应当优选地包含针对潜在地有用于定位要定位装置的所有数据的请求,其应当优选地包含在单个响应消息中。这准许最小化用于获取定位信息所采用的时间和所需的消息数量。然而,由于所使用的特定无线电系统和/或通信装置的特性,往返消息的多次交换可能是必需的,以使得探测器能够获取来自响应方的被认为有必要的所有数据,接着在该处理的一般探测步骤中探测器必须将其被发送至控制器装置。 [0090] 现在,返回至扩展该说明性示例的定位网络的该第一步骤,装置119承担唯一探测器的角色,并且还承担唯一协作方装置的角色。为更清楚起见,图1a、1b、1c以及1d中的发射了最后搜索信号的装置标记有中心点。 [0091] 在该说明性示例中,由探测器装置119发射的第一消息通过装置107、111、127以及123来回答,这些装置由此承担协作方的角色。利用来自这些装置的响应,在无需借助中间装置而直接接收的这种情况下,并且借助于任何距离估计技术,装置119还获取分别将其与装置107、111、127以及123隔开的距离112、118、121以及122。接着,将这些距离放置在距离表中,图2a示出了关于检查下的情况的距离表,其中,每一个框都按米指示在对应行和对应列的开始处指示的装置之间的距离:利用每一个距离项,存在相关测量不确定性和采取测量时的时间。该距离表明显对称,并且其主要对角线上的项目全部为空,而且在实践实施例中,所述表可以按比附图所示形式更紧凑的形式实现。在任何情况下,其构成本领域技术人员已知的许多等同物中的一个等同物,该等同物用于表示形成在协作方装置之间的网络连接和无线电链路的相关特性参数和形成它的节点。应注意到,一般来说,距离表还可以包含多个点对点连接的情况下的多个距离和计算值的时间,由于通过多个无线电系统(所涉及的两个终端装置在所述多个无线电系统上可以通信)的消息交换的存在而造成多个点对点连接。控制器装置若需要的话,例如基于可在与某个无线电链路相对应的距离上获取的数据的类型、可靠性以及精确度来判定哪些连接要保持和更新。为简单起见,在该说明性示例中,假定所有网络连接是单一连接。 [0093] 在附图中提供的数字值完全处于说明性目的,而非指任何真实情况。 [0094] 除了每一个响应方的识别码以外,控制器装置119还获取有关单个响应装置的某些数据,这些数据由响应装置发送并且在数据表中收集。图3a示出了与图1a所示系统的状态有关的这种数据表的简化形式。在图3a的表中,第一列列出了装置的识别码。在该示例中,用于识别其它附图中的项目的相同代码被用作识别码。在实践应用中,可以将装置的MAC(介质接入控制)地址、或者控制器与协作方之间议定的代码、或者可以在与装置的双射对应中设置的其它识别码用作识别码。 [0095] 数据表的第二列指示装置是否进行了定位请求。在该列中,如在附表中的其它条目中,符号“Y”是肯定,而符号“N”是否定。 [0096] 一般来说,如在下面应当看到,装置在任何情况下都必须被识别并且可以针对它们中的一个或更多个请求定位。 [0097] 在展开定位网络中使用的准则之中,存在趋于使请求定位其的装置呈现在定位网格的节点处的准则。 [0098] 第三列指示装置是否是网格的节点。该信息被用作对于要被安排为发射搜索信号(类似于第一搜索信号)的装置的选择准则之一,如将在下面进一步看到的。 [0099] 第四列包含隔开考虑下的装置与控制器装置的无线电链路的数量。如已经提到,具有大于或等于HM(来自控制器装置的无线电链路的最大数量)的无线电链路的数量的装置被禁止发射搜索信号。在该列中,“零”值识别控制器装置,而值的缺少可能仅发生在故障情况下。 [0100] 第五列指示装置是否是移动的。该信息被用于建立用于更新数据的可能需要。 [0101] 接下来八个列保持定位和速度数据,其皆跟随着各自的不确定性。这些被时间列跟随,该时间列指示该行中的数据被更新的时间。由于在每一行上存在许多数据项,所以一行的数据更新时间被假定成最老更新数据项的更新时间。 [0102] 在该时间列之后,存在具有各类“辅助数据”和不同用途的其它列。例如,可以找到: [0103] -请求定位的用户和实体的列表; [0104] -应当发送结果的地址; [0105] -装置最近承担探测器角色的时间; [0107] -卫星定位系统的可用性; [0108] -陆地定位系统的可用性; [0109] -距离测量处理的可用性。 [0110] 该信息可以确定在选择要被安排来发射所述搜索信号的装置中的优选准则。 [0111] 在定位过程的每一个阶段,通过特殊的数据处理程序,控制器装置分析所收集的数据并且建立要采取的下一步骤。在所示示例中,控制器装置119分析图3a的数据表中的数据,并且发现,固定点约束不足以定位装置119。该控制器由此决定扩展周围区域的探测以识别其它装置并且检索进一步的数据。探测的扩展通过安排其它装置发射第二搜索信号(与通过装置119发射的第一搜索信号类似),并且通过利用响应地收集的数据报告回控制器装置119(可能通过插入在响应于搜索信号的装置与控制器装置之间的中继装置)而进行。 [0112] 该扩展步骤可以按许多可替代方式进行,例如,具体来说,向针对第一搜索信号的所有响应方、或这些响应方的子集、或这些响应方中的仅仅一个请求发射第二搜索信号的方式。每一个选择的探测器由此将通过由控制器装置发射并且可能通过中间中继协作方装置转发的、寻址到它的特殊搜索命令而被达到。在所考虑的说明性示例中,假定有利的是尽可能多地限制该过程中涉及的装置的数量,以及经由无线电发送的消息的数量。通过应用该准则,该控制器命令先前步骤中的所述响应方中的仅仅一个来发射第二搜索信号。 [0113] 根据当前情况,可以应用各种准则来选择要被安排来发射第二搜索信号的装置。这些准则中的一些在该例示期间应用,但完全通过非限制例的方式,应当明白,许多其它准则可以单个地或者组合地应用。 [0114] 首先,控制器检查哪些装置具有将它们与控制器装置119隔开的、未超出限制HM(其通过示例的方式,假定为五个)的多个无线电链路。HM的值可以被预定或者在开始该处理时设置。考虑图3a的表中所示的值,没有发现装置因限制HM而排除。 [0115] 在通过图2a所示距离表中的和图3a所示数据表中的数据特征化的状态下,例如,可以观察到,响应方有关第一搜索信号的差异仅仅是它们相距装置119的距离。假定装置119配备有卫星定位系统(从数据表中的辅助数据可获的信息),并且考虑尽管这样,它仍不知道其位置,假定装置119位于卫星系统的覆盖范围之外。结果,可以假定,最可能接入卫星定位系统的装置是最远离装置119的装置,其在考虑下的示例中是装置123。该控制器从而选择装置123用于发射第二搜索信号,并且发射寻址于该装置的特殊搜索命令。相反的是,如果装置119未配备有任何定位系统,则更可能意识到使最靠近其的装置发射第二搜索信号,假定与远离装置相比可以更好地估计附近装置的距离。在该第二情况下,搜索命令将寻址于最靠近其位置需要被确定的装置(这种情况下,控制器装置本身)的协作方装置。 [0116] 应强调的是,可以存在许多且不同的选择准则,但是,如根据以下对该处理的这种说明应当明白,使用不同准则和采用不同判定通常不会对实现结果不利,而是仅造成该处理中涉及的不同数量的步骤和不同数量的装置。 [0117] 因此,继续装置123发射第二搜索信号的说明和假定,图1b表示了跟随第二搜索信号的发射的假设情形。该情形对应于如下情况:从已经响应了第一搜索信号的装置107、具有与装置107类似的特性的装置109和128、以及用黑色圆表示(以指示其还具有有关其自身位置的数据(该数据被包括在响应信息中))的装置125对第二搜索信号进行响应。显见的是,控制器119未响应,因为它根据搜索信号的首部识别出它是发射了搜索命令的装置。而且在这种情况下,响应方的识别码和响应方相距发射了第二搜索信号的装置的距离113、114、124以及126从针对第二搜索信号的响应中获取。 [0118] 装置123将所有上述信息直接传递至装置119(过程控制器),并且装置119更新距离表(如图2b所示)和数据表(如图3b所示)。 [0119] 根据对图2b的距离表的分析,显现出装置107、119以及123处于已知边的三角形的顶点处(对于所述三个装置中的所有对之间的距离存在估计)。由此,建立定位网格的第一雏形。为更清楚起见,形成三角形边的无线电链路用阴影示出;从其绝对位置已知的装置节点起穿过已知距离的无线电链路用虚线示出。该结果在图3b的表中的“节点”列中反映出,其中,装置107、119以及123被分类为节点。根据对该数据表的分析,发现装置125知道其自身在空间中的位置。 [0120] 为确定装置119的位置,现在足够的是仅仅计算该三角形的位置,然而,该三角形受单一距离(124)处的仅仅一个固定点(装置125)约束,从而,无法在几何上定位。处理由此继续进一步扩展定位网络。 [0121] 如在第二搜索信号的发射的情况中那样,接着,通过仅仅一个装置发射第三搜索信号。而且在这种情况下,发现图3b的数据表中列出的装置都未超出针对无线电链路的数量的限制HM=5,控制器装置119从图3b的第一列中列出的装置中继续选择用于执行发射的装置。 [0122] 出于简洁的目的,要被给予发射第三搜索信号的任务的装置的各种选择准则和各种可替换方式的讨论未被详论,但应注意到,装置107是处于所述三角形的顶点处的那些装置中的尚未发射任何搜索信号的唯一一个装置。控制器装置119由此通过发射寻址于装置107的特殊搜索命令,决定装置107应当发射第三搜索信号。 [0123] 接着,假定装置101、102以及109响应于该第三搜索信号(图1c所示),并且从这些响应装置的响应获取的数据是图2c和3c中指示的数据,如通过探测器107转发至控制器装置119。 [0124] 根据对图2所示的距离表的分析,显现出第二三角形以其顶点处的装置123、107以及109形成。和其一致的是,装置109现在被分类为图3c的表中的“节点”列中的节点。该新三角形具有与三角形119-123-107的边一致的边113,从而,形成了两个三角形的网格,该网格将装置119、123、109以及107作为其节点。 [0125] 根据对图3c的数据表的分析,发现装置102知道其自身在空间中的位置,从而,跟着发生的是,两个三角形的该网格具有有关装置102和125的、由距离105和124(图1c)形成的两个约束。这两个约束不足以在几何上定位该网格(平面上的三角形的网格具有三个自由度)。由此,必需进一步扩展定位网络。 [0126] 与先前扩展类似的是,在检查超过限制HM之后,控制器装置借助于相关搜索命令,通过将装置109选择为所寻址的探测器,使第四搜索信号被发射,因为装置109是该网格上的节点中的尚未发射任何搜索信号的惟一一个节点。从控制器装置119向装置109的搜索命令和沿相反方向的从响应方至探测器的可能响应的发送随着经由中继装置123的转接而进行,而不是替代地经由装置107转接,因为当经由装置123转接有关装置123的某些数据时,更新有关区段112的数据(有关区段112的数据不比有关装置107的数据更近(对此,参见图3c所示数据表))和有关区段122的数据(如图2c所示距离表中指定的)。因此,控制器发射寻址于装置109的搜索命令,经由中继装置123路由其。 [0127] 假定装置103、117、120、125、123以及107响应于该第四搜索信号(图1d所示),并且从这些装置的响应获取的数据是图2d和3d中指示的数据。该数据被探测器109经由同一中继装置123(经由其,搜索命令抵达了探测器109)转发至控制器119。 [0128] 根据对图2d所示距离表的分析,显现出,创建了三个三角形的网格,其中装置119、123、125、109以及107处于其五个节点。五个节点的该网格具有由距离105和110并且由定位节点125提供的四个约束,其不仅足够,而且甚至对于定位三个三角形的该网格的目的来说多余。由此,可以在几何上计算该网格全部节点的坐标,而且特别是节点119的坐标。由此,控制器可以终止定位网络展开阶段,并且转到对位置进行计算。 [0129] 虽然在到现在为止使用的说明性示例中,定位网络创建阶段在获取了用于计算要定位装置的位置的足够量的数据的时刻结束,但定位网络的展开还可以在下列两个事件之后停止: [0130] a)超出针对协作方装置的数量的限制NM; [0131] b)超出从开始该过程时起运行的时间限制TL。 [0132] 在事件a)的情况下的停止根据用于避免涉及过多数量的装置的需要而激发,其可以在特别拥挤的环境下发生并且造成不可接受的干扰水平和无线电包冲突。 [0133] 在定位网络展开阶段期间,然而,可以发生的是,识别多个条件,由此某些协作方被发现多余(例如,非常靠近控制器的协作方没有定位数据,而远离的被定位协作方已经被识别)。在这些情况下,控制器可以删去多余的协作方,或者在检查是否超出限制NM时不将它们计数,如它们不再参与该计算过程一样。 [0134] 在事件b)的情况下的停止避免结果在不再感兴趣、应该长时间等待距离估计、地理坐标数据的获取、不正确接收的消息的重复等、需要过度延迟时抵达。 [0135] 而且对于停止下列事件a)和b)的情况来说,该处理利用直至该时刻获取的数据继续计算位置,如进一步说明的。 [0136] 在到现在为止使用的说明性示例中,控制器的角色总是随着装置119保持。然而,一般来说,在创建定位网络的过程期间,控制器的角色可以从一个装置转到另一装置。控制器的改变例如可以根据在定位网络的重心位置中具有控制器的优点来激发。另选的是,控制器的角色可以系统地转到负责探测的装置。另一方面,必须考虑的是,控制器的角色从一个装置转到另一装置需要传递距离表和数据表,并且更新指示将考虑下的装置与控制器装置隔开的无线电链路的数量的列,从而,根据恰当算法来评估执行控制器角色传递的优点,所述恰当算法将执行控制器角色的传递所需的消息的数量与在执行传递的情况下在计算过程期间将保存的消息的估计进行比较。 [0137] 在第一定位网络展开期间,可以发生的是,在探测的某点处,遭遇作为第二定位网络的一部分的装置,并且特别是属于第二定位网络的要定位装置。在这种可能性下,第一和第二定位网络的展开优选地按独立方式继续进行。另选的是,可以将两个网络组合,具有避免关于协作方的数据请求的可能复制的优点,但具有以下缺点: [0138] -需要要定位装置在可能的的情况下属于相同定位网格,比可以独立地展开的两个分离网格更复杂; [0139] -协商选择由合并产生的定位网络的控制器; [0140] -组合并传递直至合并时刻所收集的数据至单独控制器。 [0141] 另外,两个网络的合并(暗示着更复杂网络的展开)很可能招致更大数量的探测步骤和超出限制NM或时间TL的更大概率。 [0142] 在该处理的描述中假定的优选另选例是,保持可能相遇并且贯通的定位网络彼此分离。然而,本领域技术人员可以容易地设想,怎样进行定位网络的合并和随后从该合并获取的定位网络的展开。 [0143] 通过保持贯通的定位网络分离且独立,属于多于一个定位网络的装置按独立方式响应于不同控制器的询问。来自不同控制器的消息的可能冲突通过无线电收发器系统来解决,如在下面所述。 [0144] 根据本发明的处理还包括计算要定位装置的位置的阶段。 [0145] 如果在定位网络展开处理结束时存在除了当前控制器以外的要定位装置,则该要定位装置的坐标优选地通过控制器计算并接着发送至相应装置。另选的是,控制器将所有收集数据或者其一部分(包括用于计算相应位置的所需数据)传递至所涉及的装置,而后者根据所接收数据单独地计算它们自身位置。 [0146] 当定位网络的展开终止时,对于计算要定位装置的位置的目的,下列情况可以出现: [0147] c)有关用于利用几何计算来计算位置的必不可少的最低限度的约束冗余(如在到现在为止使用的说明性示例中); [0148] d)与几何学上必需的约束相等的约束数; [0149] e)比几何学上必需的约束少的约束数。 [0150] 在情况c)下,位置的计算借助于最优化算法来执行,该最优化算法考虑单个数据项的可靠性、所发现距离的绝对值或它们的比率、所估计数据的不确定性、是位置还是距离、以及该装置移动的速度(对于所述示例来说,可以在图2d的距离表和图3d的数据表中找到的值)。 [0151] 在情况d)下,利用本领域技术人员公知的几何规则来执行位置的计算。 [0152] 在情况c)和情况d)两者下,可能因以下情况而造成误差: [0153] -所收集数据值中的不确定性; [0154] -有关坐标和距离的估计误差; [0155] -按不同时间测量的并由此潜在地在移动装置移动之后不一致的坐标和距离值。 [0156] 对于误差的上述原因来说,位置计算的结果通常受不确定性影响,从而可以具有某种不一致。 [0157] 在情况e)下,除了存在于情况c)和d)中的不确定性的原因以外,在要定位装置的定位中还存在至少一种自由度。该自由度的存在,确切地说,约束的缺乏对应于有关装置位置的不确定性的区域;为了缩减它们,本发明的处理确定对于考虑发送和接收范围(并且若可用的话,该区域的平面图和由该区域中存在的障碍物和物体创建的分界线)而计算的装置位置的限制。 [0158] 图4中示出了一示例,其中,图1d被描绘成没有装置111和127,并且没有距离112、118以及121,而添加了距离408,因为装置128现在更靠近装置125。因为图4中假定装置119进一步远离装置107,并且在装置119和装置107之间的路径上存在阻挡无线电波的障碍物 401,所以距离112不存在。要定位装置仍为用标号119识别的装置。 [0159] 三角形109、107、123、128以及125的网格在几何上被定位,因为其节点125被定位并且存在相距装置102的距离105的约束。 [0160] 然而,根据距离122,装置119仅受约束于装置123处的定位网格,并由此,从几何学观点来看,其位置可以是圆周405的任何点,该圆周在其中心处具有装置123并且半径等于距离122。 [0161] 然而,控制器(在该示例中,装置119本身)可以得出装置119不能处于圆周405的、从附近节点128至附近节点125行进的弧线上,因为该弧线靠近连接相互电磁上可见的这两个128和125的线路;因此,如果装置119处于该弧线上,则装置119可以与两个所述节点128和125中的至少一个建立无线电链路,并且可以估计相距它们的相应距离。类似的是,控制器可以得出装置119不能处于圆周405的、从附近节点125至附近节点109行进的弧线上,或者不能处于从附近节点109至附近节点107行进的弧线上。因此,按照直至该点的计算,装置119必须处于圆周405的由节点107和128限定的两个弧线中的较短者上。 [0162] 控制器还可以计算节点107和128的发送和接收范围,在其中传播受阻于障碍物的情况下保守地计算其。在图4中,该范围用分别针对节点107和节点128的圆周402和407的弧线表示。如果在计算中未考虑所述障碍物的可能存在而引入的衰减,则这些弧线的半径自然会更大。弧线402和407分别在点403和406处相交圆周405,从而,按照直至该点执行的计算,装置119应当处于圆周405的由点403和406限定的两个弧线中的较短者上。 [0163] 最后,如果控制器具有该区域的地图并且从该地图检测到存在障碍物401且障碍物401与节点107之间没有其它障碍物,则它可以计算出,节点107的范围抵达直至障碍物401,并由此,最靠近节点107的位置的装置119的可能位置用点404表示。该计算的最终结果指示装置119处于圆周405的由点404和406限定的两个弧线中的最短者上。接着,考虑有关三个三角形109、107、123、128以及125的网格的位置的不确定性、以及特别是节点123和128的位置的跟着发生的不确定性,并且还考虑测量距离122中的不确定性,控制器可以计算装置119的位置不确定性区域。 [0164] 最后,考虑受不确定性影响的量的概率分布,借助于本领域技术人员已知的统计学处理,控制器计算装置119的位置的最可能值、以及特征化空间分布的统计学参数。 [0165] 参照图4描述的示例表明,即使有关装置的位置或定位网格的约束的数量小于针对欧几里得几何的必不可少的最低限度,也可以基本上限制不确定性的区域。 [0166] 由此,在全部三种情况c)、d)以及e)下,可以计算并限制定位不确定性和几何不一致性。 [0167] 如果结果中的不确定性和任何不一致性处于可接受限制内,则控制器向请求方提供定位结果,否则,控制器通过将移动装置移动的速度乘以当前数据涉及的时间差,来计算由此导致的不确定性因素,并且评估是否必需更新全部或仅仅一部分可用数据。如果考虑必需更新,则控制器向必须更新它们负责的数据的协作方装置发送更新请求,指定必须执行数据获取的时间,以使在发射请求和采取测量之间无论出现什么延迟,测量都引用同一时刻。而且在这种情况下,控制器在发送更新请求时,考虑发送延迟和装置时钟的未对准,如进一步说明的。 [0168] 一旦数据被更新,控制器就计算所请求位置和相关不确定性。如果结果的不确定性和任何不一致性处于可接受限制内,则控制器向请求方提供定位结果。在其他情况下,如果未超出时间限制TL,则恢复定位网络的展开,并且执行网络展开阶段中的进一步探测步骤,如上面已经看到的。当该进一步探测步骤终止时,定位网络展开阶段也再次终止,从而进入计算要定位装置的坐标的阶段。 [0169] 相反的是,如果超出时间限制TL,则通过如下继续该过程:向请求方提供所获取的定位结果和相关不确定性,同时提供有关该结果的可靠性的警告以及向请求定位信息的用户和实体提供请求以指示他们是否对精细化计算感兴趣。如果至少一个请求方表达对精细化感兴趣,则在执行用于展开定位网络的进一步探测的步骤处恢复该处理。重置该时间限制,优选为与之前的TL相同的值或者新的值,并且放弃定位的请求方被从请求方列表删去。 [0170] 若需要的话,重复继续,直到不再存在确认对结果感兴趣的任何请求方为止。 [0171] 在因改变的条件(例如因移动装置的移动而造成)而更新或者随后展开定位网络之后,可以发生的是,不再发现先前检测的装置或距离。在这些情况下,将失去的装置和数据从表中去除,并且该过程继续,就好像它们从未存在过一样。 [0172] 具体来说,图5和6中的流程图例示了根据本发明的处理的、创建和展开定位网络的步骤和计算位置的步骤。 [0173] 图5表示该过程的总体方案,从开始(步骤501)(在该过程开始时)至结束(步骤516)(当使得结果对于请求它们的装置可得时,该装置在该说明性示例中与控制器装置119重合)。 [0174] 步骤517表示位置计算请求的等待状态。为简单起见,假定如下原则,省略了有关借助于常规定位系统来获取所请求位置的可能性的检查:不存在接入它们中的任一个的可能性、或者它们已经出现故障、或者提供了不令人满意的信息(希望借助于可替代的定位处理来检查该信息的正确性)。 [0175] 当定位请求抵达时(步骤518),控制转到步骤502,其中,分配初始设置,该初始设置可以部分地或者完全地预定义而没有请求定位的用户的干涉,或者可以通过人机通信接口的任何手段分配。具体来说,控制器的角色和探测器的角色都被分配给在其上开始该处理的装置。时间限制TL(超出其,处理停止以询问定位请求方它们是否仍然对继续计算感兴趣)被优选地预定义,但也可以借助于上述接口从定位请求方请求。 [0176] 利用步骤502中设立的数据,开始探测步骤503,从探测步骤503获取有关响应方的数据和将探测器与响应方隔开的距离。对于不存在对探测的任何响应方的可能性,在探测步骤503的下游未提供检查,因为该情况作为一个整体通过该过程被隐含地处理,如进一步看到的。 [0177] 现在,假定存在针对搜索信号的响应方,不管处理在定位处理的开始时由控制器执行的第一探测,还是处理在定位网络的随后展开的过程期间执行的一般探测,在探测步骤503中收集的数据在步骤505中被分析,并且利用该分析的结果,检查(步骤507)是否存在足够数据以在几何上计算所请求位置。如果可用数据不足以在几何上计算所请求位置,则检查(步骤511)是否超出了可以在该过程中涉及的装置的最大数量的限制NM或时间TL。如果TL和NM都未被超出,则该控制转到选择探测器506的步骤,以执行扩展定位网络的新步骤。如下应当看到的,探测器选择步骤506还允许选择在过去已经承担了探测器角色的装置,但只有在从上次承担该角色起经过了至少等于TE的时间的情况下。一般来说,TE小于TL,并且一方面,具有避免过度频繁重复由步骤503-505-507-511-506形成的循环的大小,而另一方面,允许将协作方装置重新考虑为探测器(即使它们已经具有该角色),以能够检查在装置或其它物体移动之后环境条件的变化。 [0178] 返回至图5中的流程图,通过选定探测器(步骤506),执行探测(步骤503)并且分析可用数据(步骤505)。现在,假定约束不再不足以在几何上计算所请求位置,控制从步骤507转到步骤508,步骤508参照图6进一步加以描述。通过计算具有还考虑因位置和距离估计误差而造成的任何不一致性的相关不确定性的位置,在图5的步骤509中,检查该不确定性是否可接受。如果该不确定性可接受,则提供结果(步骤516)并且该处理终止。相反的是,如果该不确定性不可接受,则检查(步骤510)是否有时获取了对于可能环境变化(物体和装置的移动)来说过于不同或者过于旧的数据。如果存在要更新的数据,则更新它(步骤504),并且重新进入步骤505以分析可用数据。相反的是,如果不存在要更新的数据,则控制转到步骤512,其中,检查是否超出NM。如果超出NM,则在步骤516终止该处理,从而提供所得到的结果并且警告所提供的结果受超出可接受限制的不确定性影响。相反的是,如果未超出NM,则控制转到步骤515,其中,检查是否超出时间TL。 [0179] 如果未超出时间TL,则控制返回至步骤506,以选择新的探测器并且进行另一尝试,以扩展定位网络,如已经看到的。相反的是,如果超出时间TL,则控制转到步骤514,其中,检查定位请求方是否对精细化计算感兴趣。为了说明的简单,向定位请求方发送暂定(provisional)结果的步骤、呈递对精细化结果的兴趣的询问的步骤以及等待响应的步骤在图5中未表示。尽管如此,为了简化图形表示,本领域技术人员能够设想这些步骤是在图5的流程图的该点和其它点中省略了的那些步骤。返回至图5中步骤514,如果存在对精细化结果的兴趣,则重置TL(步骤513)并且控制转到探测器选择步骤(步骤506),以在扩展定位网络时进行新的尝试。相反的是,如果不存在对精细化结果的兴趣,则该过程结束,并且提供所获取的结果(步骤516)。 [0180] 现在将考虑探测步骤503中不存在针对搜索信号的响应方的情况。如果不存在针对由控制器发射的第一搜索信号的响应方,则通过可用数据的分析(步骤505)和确定用于在几何上计算位置的所获取数据的充分性或不足性的步骤507,控制抵达检查是否超出了时间TL或数量NM的步骤511。如果TL和NM都未被超出,则控制转到探测器选择步骤506。由于除最近探测时间以外,没有数据针对控制器改变,因此探测器的角色被重新分配给同一装置,即控制器本身,但是,如已经提到,在从先前分配同一角色起的时间TE之后。由此重复步骤503-505-507-511-506的循环直到找到不同的条件,因为环境条件或存在于邻域中的装置的距离被改变了以使得针对搜索信号的某些响应方被发现,或者因为TL或NM被超出。 [0181] 如果发现针对搜索信号的响应方,则该情况落回至上述一般情况。相反的是,如果没有发现响应方并且TL或NM被超出,则控制从步骤511转到计算坐标的步骤(步骤508),其显见地不提供有用结果,从而控制接着从步骤509转到步骤510。由于明显不存在要更新的数据,因而控制转到步骤512。如果超出NM,则在步骤516终止该处理,并且提供所得到的结果和不确定性超出可接受限制的警告。相反的是,如果未超出NM,则控制转到步骤515,并且该过程如在上述一般情况中那样继续。 [0182] 当不存在针对由除了控制器以外的装置发射的搜索信号的响应方时,在探测步骤503之后,除最近探测时间以外,仅与在探测过程的消息的发送和接收中涉及的装置之间的距离有关的数据可以改变,并由此定位网络的几何约束不改变并且通过步骤503-505-507- 511的第一遍如在上述情况中那样展开,其中不存在针对由控制器广播的第一搜索信号的响应方。而在步骤506上,如果存在可能变得被选择为探测器的多个装置,则探测器装置集合可以改变,并且可以返回至先前看到的更一般情况,其中存在针对搜索信号的响应方。相反的是,如果探测器的角色在步骤505中被重新分配给同一装置,则关于从先前分配起的时间间隔TE,反复该探测,如在没有针对由控制器广播的第一搜索信号的响应方的情况下那样。 [0183] 如果因超出TI或NM而在步骤511退出循环503-505-507-511-506,则会在步骤508进入定位计算过程的一般情况,具有上面已经描述的所有另选例,包括在步骤509寻找可接受的不确定性和在步骤516终止并且向感兴趣的装置提供结果的可能性。 [0184] 选择探测器的步骤503,如已经在上面提供的说明性示例中说明的那样,包括许多准则,其根据网络的状况和获取时的数据来应用。用于选择用于探测器角色的装置的优选条件和准则中的一些示例(既不穷尽也不限制)是: [0185] -具有定位部件的装置; [0186] -地理上与具有定位部件但不能直接获取它们自身位置的装置远离的装置; [0187] -地理上与没有定位部件的装置靠近的装置; [0188] -与定位网格的节点重合的装置; [0189] -没有承担探测器角色达至少时间TE的装置; [0190] -固定装置; [0191] -具有低移动速度的移动装置。 [0192] 还应记住,优选的是,探测器角色不能被分配给来自控制器的无线电链路的数量等于或大于HM的装置。 [0193] 探测步骤503已经利用上述说明性示例进行了描述。结合无线电收发器系统的描述,进一步给出附加细节。 [0194] 数据分析步骤505在于已知数学和几何准则的应用,利用其,确定所找到的约束是否足以通过几何学方式计算所请求位置。 [0195] 已经利用说明性示例描述的数据更新步骤在于根据前述已经描述的处理,请求提供了潜在过时数据的装置更新测量值,测量值接着被转发至控制器装置119以供收集和分析。 [0196] 还参照图4,位置计算步骤已经在上面的说明性示例中进行了描述。图6提供了示意性表述。 [0197] 如在说明说明性示例的过程中陈述的,可以利用多余数量的几何约束、严格足够数量的几何约束、或者不足数量的几何约束,来从事位置计算步骤(图5中的步骤508)。在图6中,在初始步骤601之后,检查几何约束的数量是否过量(步骤602)。如果几何约束的数量过量,则定位网络数据经历最优化算法,其基于所有可用数据和相应不确定性,确定每一个要定位装置的最可能位置,并且计算与这些所计算位置有关的不确定性,若需要的话,利用统计特性参数(步骤603)。该不确定性和统计参数还考虑可能由包含在定位网络数据中的值的估计误差而造成的可能差异。这些误差具有放大结果的不确定性范围的效果。最后,在步骤608中,所获取的结果被输出至下一步骤509,以检查不确定性的可接受性。 [0198] 如果几何约束的数量不过量,则控制转到步骤604,从那里,如果几何约束的数量严格足够,则定位网络数据传递至位置计算步骤605,以通过几何计算来确定该位置。而且在这种情况下,所计算位置的不确定性通过考虑定位数据的不确定性和任何不一致性被计算,如上面有关多余几何约束的情况所提到的。在步骤608输出所获取的结果。 [0199] 如果在步骤604发现约束的数量不严格足够,则控制转到步骤606,其中,有关用于在几何上计算位置的必不可少的最低限度的约束的缺乏首先被转换成不确定性范围。在图4表示的说明性示例的情况下,通过利用以由装置123构成的节点的位置为中心的极坐标系统,在装置119的位置处的约束的缺乏初始地使得对应于有关该节点119的位置的角坐标的总不确定性。在说明该示例中进行的考虑之后,该角坐标的不确定性被缩减至由半直线(离开节点123的位置并且经过点404和406)限定的凸角。如已经在上面提到的说明性示例中进行的,图6中的步骤606通过利用从发送和接收范围导出的限制和存在于该区域中的障碍物限定不确定性的范围,来最小化由缺乏约束而产生的不确定性。步骤606跟着是步骤607,其利用与步骤605的算法类似的算法来计算要确定的位置,但广泛的是,还处理大的不确定性值。最后,在步骤608输出结果。 [0200] 本发明还涉及协作定位装置,其包括用于在装置之间交换数据包的至少一个无线电收发器系统:有用的是,该无线电收发器系统不需要必需被设计为ad hoc,而可以是已知系统之一,如进一步示出的,只要其具有下列特性即可: [0201] -直接装置至装置发送短数据包的可能性; [0202] -用于处理无线电包冲突的机制的可用性; [0203] -针对预料用于感兴趣应用的操作条件的足够发送和接收范围; [0204] -估计装置与被请求定位服务的装置之间的距离的可能性; [0205] -使接收器以低能耗操作的可能性。 [0206] 通过示例的方式,如果本发明的处理被应用于紧急情况下的移动电话装置的定位,则所需要的发送和接收范围可以为室内30-40m的数量级和室外100-150m的数量级,而如果装置的位置必须具有±10m之内的不确定性,则距离测量的不确定性必须为大约±2m,以考虑彼此组合的各种错误原因,包括因反常传播条件造成的那些。 [0207] 显见的是,如已经提到,距离可以利用本领域的已知处理之一来估计。 [0208] 对于接收器的能耗,应用与许多系统中使用的技术类似的技术,对于本领域技术人员而言被称为术语“休眠模式”。根据这些技术,接收器具有两种操作模式,在它们从事于协作定位时的时段中的“活动模式”和“休眠模式,,:在活动模式中,接收器的电路被恒定地供电,以迅速响应于用于提供数据或发送消息的请求,而在休眠模式中,在重复周期持续时间Tc中,接收器的电路循环地在持续时间Ta内接通并在时间Ts内断开,其中: [0209] Tc=Ta+Ts [0210] 如图7所示。 [0211] 接收器在接收到如下所述的警告信号时从休眠模式转到活动模式,而在自相应装置上次进行发送或接收有关协作定位过程的消息或数据时起经过了等于Tw的时间之后,它们从活动模式转到休眠模式。相反的是,控制器装置的接收器优选地在协作定位过程按照一定顺序终止时转到休眠模式。 [0212] 相反的是,每一个协作方装置的发送器正常情况下总是断开的,并且仅在以下时候被启用以发送数据包: [0213] -该装置必须在用于计算其自身位置的过程开始时发射所述第一搜索信号,当它不能访问可以直接提供其位置的系统时; [0214] -该装置从控制器接收用于发送用于定位另一装置的必需消息的请求。 [0215] 控制器的信号的发送将继续,直到针对要确定位置的计算步骤结束为止。因为另一装置不发射信号(除非控制器命令这样做),因而,在控制器停止发射时,断定所有协作方装置也停止发射。 [0216] 接收器从休眠模式转到活动模式可以按各种方式实现。 [0217] 作为一非限制例,搜索信号,并且一般来说,针对已经保持不活动达大于Tw的时间的装置的所有信号由前同步码和后面跟着的信息内容所构成。前同步码包含对于具有本发明的处理的特征功能的装置的所有接收器已知的“警告代码”,小于Ta/n的持续时间Tp,其中,n是大于1的整数。该警告代码被重复达至少等于比比率nTc/Tp高的整数的次数。这样,在周期性接收器接通的间隔Ta中,出现n次重复的警告代码,其中,n-1次明确地未中断,而一次有可能由第一次重复的初始部分和第二次重复的结束部分组成。在间隔Ta中接收多次重复的警告代码的可能性允许缩减未检测或假检测警告代码的概率。另一方面,通过设置警告代码的持续时间,在间隔Ta中可以达到的重复的次数越大,Ta的持续时间将越大。在接收并解码警告代码之后,接收器从休眠模式转到活动模式。 [0218] 通过无线电信道发送的每一个消息都包含有关地址的信息,并且特别是包含如下这样的数据域,其指示该消息是打算用于接收其的“所有”装置、还是相反地打算仅用于限定集合的装置。这样,不在该消息的地址当中的装置不发射任何消息,以便避免对于实现请求定位的装置的定位不需要的消息的无谓的多米诺效应倍增。 [0219] 消息的主要类型是通过非限制例的方式在下面列出的那些: [0220] -m01:请求所有装置发送接收确认,针对其的响应必须寻址于刚才的确认请求方; [0221] -m02:探测请求,其暗示m01请求的发送并将所搜集数据返回至请求方; [0222] -m03:数据请求(距离、极坐标等); [0223] -m04:请求所有装置发送接收确认,针对其的响应必须包括m01请求; [0224] -m05:接收确认。 [0225] 还存在针对这些消息m01÷m05和为简短起见而未列出的其它消息的响应消息。 [0226] 数据表中和距离表中可用的数据项通过检测到它们时的时间而特征化。这些时间必须引用共同时间,而装置的时钟可以是未对准的。可以使用本领域技术人员已知的技术来对准这些时间到公共基准。例如,每一个装置在其执行某一测量时代替于发送根据其自身时钟的时间,而发送其自身的处理时间的量,其被定义为在它执行该特定测量时的时刻与从其天线发射承载该特定测量的值的信号时的时间之间的时间间隔的持续时间。对于该处理时间,如同中继器(中继装置)一样插入在发起该值的协作方与控制器之间的协作方皆添加它们自身的处理时间,确切地说,从在其接收天线上接收到承载该值的信号至从其发送天线将承载该值的信号再次发送出去所持续的时间。控制器将其自身处理时间添加至这些处理时间,并且还添加由电磁波在信号经由其抵达的无线电链路上行进所花费的时间,因为无线链路的长度已知。这样,控制器计算采取该特定测量的时刻与该特定测量变得可用于处理的时刻之间的总时间。控制器例如,通过从由其自身时钟指示的时间减去该总时间,获取该测量的时间相对于由其自身时钟所指示的时间的时刻,并且控制器可以针对每一个其它测量重复此过程。在位置计算过程期间控制器的角色从具有第一时钟的第一装置转到具有可能相对于第一时钟未对准的第二时钟的第二装置的情况下,第一装置将存储在其自身数据表和距离表中的时间转换成相对于它的时钟(假定为基准时钟)的时间差,并且发送具有这些时间差的这些表。发送按和上面看到的用于发送该特定测量的值的方式相同的方式来进行,以使第二装置可以使所有存储的时间引用所述第二时钟。 [0227] 对称地,当控制器向协作方发送用于更新设置时间处的测量值的请求时,控制器不发送该设置时间相对于其自身时钟的值,而是发送从该协作方接收到该请求时的时间起持续的时间延迟,此后必须采取测量。按和上面看到的与从协作方至控制器的基准时间的通信有关的情况类似的方式,控制器发送考虑其自身处理时间和无线电传播所花费的时间的延迟值,而可以通过其中继所述请求信号的协作方从在它们接收的消息中找到的延迟值减去它们自己的处理时间,并且转发具有这样修正的所述延迟值的该请求消息。 [0228] 应强调的是,在根据本发明的系统中,配备有用于本发明的处理的特定无线电收发器系统的任何装置(固定的或移动的)可以成为主动协作方装置,确切地说,承担控制器或探测器的角色。 [0229] 根据本发明的系统的优选实施例是,在移动电话终端中实现前述处理,该移动电话终端除了具有它们所隶属的蜂窝网络的适当无线电收发器系统以外,还具有根据名称“Wi-Fi Direct”或“Wi-Fi Peer-to-Peer”或“Wi-Fi P2P”已知的无线电收发器系统。 [0230] 如本领域技术人员已知的,Wi-Fi P2P使得能够根据传播的条件,在具有大约40÷150m的范围的装置之间直接通信。而且,其发送和接收系统具有相当良好的能力,以恢复因差传播条件、信号不足、干扰以及包冲突而损坏的接收包。Wi-Fi P2P由此具有足够性能来实现本发明的处理。 [0231] 许多类型的移动电话终端已经配备有Wi-Fi,所以,通过添加恰当软件模块,这些类型的终端可以与在此提供的处理部件、存储部件以及距离计算部件组合地实现本发明的处理。配备有Wi-Fi P2P的所有装置(包括Wi-Fi接入点)、配备有Wi-Fi的个人计算机以及配备有用于数据传递的Wi-Fi的所有外围设备(例如,打印机)也可以成为计算所述移动电话终端中的一个或更多个的位置的步骤中的协作方。 [0232] 在上面给出的描述中,已经假定,定位处理中涉及的装置的数量和经由无线电发送的消息的数量优选地必须被最小化。为实现该目的,搜索信号的发射受限于一次一个装置,以使得能够在已经收集并分析这些已经执行的步骤的数据之后决定是否需要启动任何进一步的探测步骤。在某一探测步骤,如果想要更快速地达到结果(可能在消息数量和所涉及装置的数量方面放弃最大效率),则可以同时将搜索信号发射至许多装置,以同时收集更大量的数据。 [0233] 在该说明性示例中,已经假定控制器装置119借助于协作方装置交换的无线电消息来构建定位网络,并且假定它在所述网络的每一个展开步骤处检查是否能够基于所收集数据来计算要定位装置的位置。而且,在无法计算的情况下,根据可用数据的完整性和精度,如果有必要的话通过利用近似和最优化技术,控制器装置实际估计要通过特定处理和存储部件确定的位置或多个位置。在另选例中,可以使控制器装置119通过任何通信方式向其可以到达的另一装置发送所收集数据,并且向后者传递执行计算的任务。执行计算的所述装置接着向控制器装置发送结果,控制器装置保持该过程的控制,并且特别是确立是终止该定位过程还是继续跟随其。 [0234] 尽管Wi-Fi P2P本身非常好地适宜于实现本发明的处理,但从长远观点来看,无线电收发器系统可以使得为ad hoc,或者还考虑短消息服务和安全的特定需求被开发。存在具有这些需求的许多机器至机器应用,对此,重要的市场被预测,并且其可以有利地享用利用本发明的处理的无线电收发器系统。还存在针对无线电信令网络的研究建议,无线电信令网络令人满意地按广义且普遍的方式来处理用于接入无线电信网络和用于在分配业务信道之前协商发送和接收的性能所需的消息的发送和接收。该类网络的需求与本发明的讨论下的那些需求很好地混合,从而,如果要实现这种网络,则收发器将在可以最小边际成本按极大规模实现的、实施本发明的处理的大量装置(移动和固定两者)中找到。 [0235] 为了描述简单,本发明的描述已经假定属于定位系统并且在相关定位处理中涉及的所有元件位于平面上,但本领域技术人员显见的是,该处理可以很好等同地应用至三维空间,即,不是仅考虑经度和纬度,而是还考虑装置和基准点所位于的高度。 [0236] 此外,为了描述简单,主动协作方装置、被动协作方装置以及惰性协作方装置之间的区别到现在为止都未加以注释。尽管如此,一般来说,这三类装置可以是“定位网络”的一部分,并且在位置计算过程中协作,并且具有下述特征。 [0237] 主动协作方装置配备有下列部件: [0238] ·用于直接装置至装置发送和接收消息和数据的第一无线电系统; [0239] ·用于估计电磁上可见的其它装置的距离的部件; [0240] ·存储部件; [0241] ·处理部件,其可以可选地包括最优化算法。 [0242] 另外,主动协作方可以可选地具有有关它们自身位置的数据。 [0243] 主动协作方装置通过具有本发明的处理的所有特定部件,可以承担控制器的角色、探测器的角色以及中继装置的角色。 [0244] 可以成为主动协作方的装置的示例(既不穷尽也不限制)是赋予本发明的特征功能的Wi-Fi P2P终端以及配备有Wi-Fi P2P和本发明的特征功能的移动电话终端。 [0245] 被动协作方装置是具有有关它们自身位置的数据、但未配备有本发明的处理的特定部件的装置。它们由此不能承担控制器的角色、探测器的角色或中继装置的角色。 [0246] 被动协作方配备有至少第二双向无线电系统(不必不同于第一无线电系统)。该第二无线电系统使得能够: [0247] ·与也配备有该第二无线电系统的主动协作方交换数据和消息; [0248] ·通过也配备有该第二无线电系统的主动协作方,估计和用以与主动协作方交换所述数据和消息的信号的传播路径相对应的距离。 [0249] 可选的是,被动协作方可以能够估计和用以与主动协作方交换所述数据和消息的信号的传播路径相对应的距离、并且向这些主动协作方发送这些估计。 [0250] 可以成为被动协作方的装置的示例(既不穷尽也不限制)是: [0251] -蜂窝系统的无线电基站; [0252] -WiMax系统的无线电基站; [0253] -Wi-Fi接入点; [0254] -配备有一个或更多个双向发送和接收系统(如Wi-Fi P2P、蓝牙,或ZigBee)的个人计算机; [0255] -一般来说,具有用于与其它装置建立双向连接的部件、但不能够充当控制器或探测器的所有装置。 [0256] 在上面为描述本发明的处理而使用的说明性示例中,图1d中所示具有天线塔图片的装置117可以被视为被动协作方。具体来说,可以假定装置117是LTE网络的蜂窝基站。在这种情况下,由装置117发射的信号可以允许接收其的装置109估计装置109与装置117之间的距离110。另外,装置117可以经由可以在装置117与装置109之间建立的正常蜂窝连接之一来向装置109发送有关它自身绝对位置的数据。另选的是,装置109在已经识别基站117的代码(基站117在其覆盖区域中广播基站117的代码)之后,可以从装置109可访问的数据库中检索有关装置117的位置的数据。 [0257] 惰性协作方装置是仅配备有使得主动协作方能够检测它们的存在性以估计相距它们的距离并间接获取有关它们的位置的数据的部件的装置。有关惰性协作方的位置的所述数据被试图间接找到,因为主动协作方在读取了惰性协作方的识别码之后,从主动协作方可访问的数据库中检索惰性协作方的位置数据(不直接由惰性协作方提供,而是从其它信息源获取)。 [0258] 显见的是,惰性协作方不能承担控制器的角色、探测器的角色或中继装置的角色。可以成为惰性协作方的装置的示例(既不穷尽也不限制)是并入RFID(射频识别)并且可以提供位置的装置。 [0259] 这里是在定位网络中包含惰性协作方的示例:当配备有RFID读取器并且可以接入“RFID数据库”的主动协作方承担探测器的角色时,它启用它的RFID读取器,并且在命令由控制器发出时,经由RFID无线电系统发射搜索信号;如果探测器检测到RFDI设备的存在,则它查询该“RFID数据库”,并且如果RFID设备的该数据库具有配备有RFID的该装置的绝对位置数据,则其将包括经由在惰性协作方中读取的该RFID识别的物体,具有从所述“RFID数据库”获取的所述物体的位置。另外,若已知的话,主动协作方基于其接收的信号的电平和发射该信号的RFID的类型(例如,无动力RFID、配备有内部电池的RFID、配备有连接至电网的电力系统的RFID)和/或RFID设备的无线电发射特性,来估计其自身相距RFID设备的距离。由于可以检测RFID设备的距离通常小,因而,有关RFID的估计距离的绝对误差小。另选的是,还可以按其它方式使得RFID设备的位置可以由探测器使用,举例来说,例如在RFID设备周围的特定区域中的所述位置在由其它无线电收发器装置发射的、探测器可以接收和使用的消息中的发送。 [0260] 返回至说明性示例,假定图1c中的探测器装置107配备有RFID读取器,并且装置102是并入具有最大发送范围3米的RFID的装置。在经由给定无线电系统(例如,Wi-Fi Direct)接收搜索命令之后,处于探测器的角色中的主动协作方107还经由RFID无线电系统发射搜索信号,并且接收来自RFID装置102的响应,RFID装置102通过发送其识别码来响应。 探测器107接着可以通过参考将响应装置的识别码与其绝对位置相关联的本地或远程数据库,来识别该装置102的绝对位置。主动协作方107利用任何已知处理(例如,响应延迟、范围信息、接收信号的功率等)来估计将其与装置102隔开的距离105,并且利用上面看到的模式向控制器发送已经成为惰性协作方的装置102的所述距离和位置。 [0261] 将装置分类成三种上述类型(主动、被动以及惰性)之一可以可选地通过数据表的特定列来指示,为描述简单,先前未提到其。该列是图3a-3d中所示数据表中的“辅助数据”标题下分组的列集合的一部分。 [0262] 根据本发明的处理和装置由此有利地使得能够计算处于定位系统不可用或者定位系统不活动或不可靠的地点的装置的位置。具体来说,实现根据本发明的处理需要实现本发明的装置简单地具有使得能够建立直接装置至装置连接的无线电收发器系统和特定应用软件。例如,Wi-Fi P2P极佳地适合作为无线电收发器系统,并由此,因为许多电信装置(包括许多类型的移动电话终端)中已经存在Wi-Fi,本发明的处理可以通过仅仅添加软件应用而被广泛地实现。 [0263] 根据本发明的处理还使得不仅能够计算在其中实现该处理的装置的位置,而且如果在它们的处置中不具有根据本发明的处理的这些装置可以连接至具有根据本发明的主动协作方的特征的至少一个装置,并且向其发送请求以计算它们的位置,那么能够计算在它们的处置中不具有本发明的处理的装置的位置。事实上,可以与具有主动协作方的特征的装置建立无线电连接的收发器装置可以被包括在可以由包围其的主动协作方形成的定位网格中。通过计算定位网格的位置和取向、以及由此的所述收发器装置的位置,控制器装置向所述收发器装置发送有关其位置的数据。 [0264] 考虑到显著比例的紧急呼叫从定位系统无法达到的地点发出,通过在移动电话终端中实现所描述的处理,可以在不能以其他方式定位呼叫的起源点的情况下提供有关呼叫方的位置的准确数据,而不是粗略近似呼叫所来自的小区。 [0265] 所描述的处理还使得能够通过仅仅利用本发明的特定无线电收发器系统的通信能力来计算装置的位置。由此,可以利用其定位任何装置,而不需要定位系统或者其它电信系统。例如,配备有Wi-Fi P2P的任何PC可以在不需要与公共电信网络建立任何连接的情况下确定其自身的位置。 |