物品跟蹤系統的製作方法

2023-09-19 06:16:05

專利名稱：物品跟蹤系統的製作方法
技術領域：
本發明是關於射頻識別(RFID)系統，而具體說是關於一被設計來對物品和人員在他們運動通過建築物時作連續跟蹤的RFID系統。
RFID產品一般具有三個部件(1)一標記(被識別的物品)；(2)一詢問器(檢測一標記的存在的裝置)；和(3)一系統(通常包括有電纜系統，計算機，和將標記與詢問器連繫一齊形成一有用措施的軟體)。RFID產品通常被設計來對標記在幾個固定的或手持詢問器的範圍內通過時檢測它們。
RFID系統常常被用作為對條形編碼的高端置換技術。RFID和相關系統包括有無源RFID系統，有源RFID系統，紅外ID系統，和電子物品監視(EAS)系統。
一無源RFID系統中的標記不具有機載電源。在這樣的系統中詢問器為標記發送工作功率。這樣的系統通常具有一米或以下的檢測範圍，雖然已達到稍許長的範圍。一般這些系統在125KHz射頻帶內工作。
大部分無源RFID系統如下這樣工作。詢問器為給標記提供功率而發射電磁場。此標記中的一線圈被此電磁場供給能量，使得標記的電路被「喚醒」。標記利用這一能量發回一識別信號給此詢問器。
雖然大多數無源RFID系統是只讀的(亦即，這樣的系統中的標記通過從它們的存貯器讀取信息和將此信息送回詢問器來應答一詢問)，而在一些無源RFID系統中所用的標記具有能從詢問器接收信息和指令的有限的能力，例如在靈巧卡(電子貨幣)中的讀/寫能力和工業應用中的「電子表述」。
無源RFID標記已連同訪問控制，靈巧卡，車輛識別(AUI)，廢料管理，物品跟蹤，動物識別，製造控制，資料處理，和各種其他目的一起被採用。
任何RFID系統的一個基本設計目標是用於使從標記發射的弱信號能自由詢問器所發射的強得多的信號中區分開。為實現這一點的一些策略包括頻率移動。標記中的電路接收來自詢問器的載波，將此信號變換到另一頻率，和發送被調製的應答到該第二頻率上；半雙工運用。標記被詢問器充電。當詢問器的充電電路斷開時，標記利用所存貯的能量作出應答；被調製的反向散射。標記調製其天線有效截面來對詢問器標明自己；和延遲的轉發。表面聲波(SAW)裝置在一延遲後轉發詢問器的載波。標記的識別通過延遲應答中的時間變化來指示。
有源RFID系統需要由電池供電的標記。電池使得能具有3至100米的較長的檢測範圍。這些系統能以比無源RFID系統更高的準確度定位標記，一般在400、900、或2440MHz頻帶內工作。有源標記傾向於能利用標記與詢問器的「符號交換」來使得在一詢問器的範圍內能有多重標記，從而使各個標記依次發送其信號。有源RFID系統中標記與詢問器間的通信一般也較之採用無源標記要快。
大部分有源RFID標記按照通信協議在被輪詢到時對詢問器作出應答。某些有源RFID標記自發地以予定間隔作「凋瞅聲」(發射)信號。如果一標記處於詢問器的範圍內此標記的啁啾聲信號即由此詢問器檢測到。
紅外系統(IRID)雖然不是RFID系統也是盡力檢測和識別移動標記的位置。典型的IRID系統包括有以隨機化間隔發出其啁啾聲識別信號的標記。被安置於頂板中的紅外讀取器檢測這些發射並將它們報告給主機。由標記到讀取器的發射速率一般為約600波特。標記中的運動檢測器使得標記能在運動中更頻繁地發射。標記通常約為骨牌的大小。
EAS系統被用於零售環境中的防偷竊行為。EAS標記相當不可靠，價錢很便宜，和能力有限。儘管它們跟蹤移動的標記，通常不把它們看作為RFID產品，因為EAS標記不加編碼，不能互相區別。
一用於跟蹤移動標記的系統包括有帶有生成由標記接收的載波信號的多重天線組件。標記通過以隨機化間隔發送識別碼來進行應答，這些代碼被調製在載波信號上。被布置在例如頂板中的天線組件接收應答並將它送到一單元控制器，後者對它們進行處理並使用它們通過近似和三角測量技術來計算標記位置。一標記距一特定天線組件的距離通過測量往返信號時間來計算。單元控制器將從所接收信號推導得的處理數據發送給一主計算機。此主計算機收集數據和將它們分解為位置估量。主計算機將數據歸檔進一數據倉庫，例如-SQL伺服器。
本發明的條件優點如下述。
本發明的優點之一是它被設計成在覆蓋完整的設施的同時保持與標記的恆定的通信。此系統即使在出現嚴峻的多徑效應時也能識別和計算標記的位置。
本發明的另一優點是它們採用低功耗需求的標記，使得被加以電源的標記的持續時間接近標記電池自身的持續時間。而且，在標記不用時可進入一低功率模式，從而進一步節省能量。
本發明的另一優點是它能加以定標。少量的寬距離隔開的天線組件可用來大致地確定一設施內的標記的位置。如果要求較準確的標記定位則可以容易地將輔助天線組件加到系統。而且也可以對系統加入新的標記而無需對系統作任何重新組構。
本發明的另一優點是它緩和因標記信號衝突所帶來的問題。因為標記自發地喚醒和隨機地發出「啁啾聲」信號，不大可能會有多重標記同時發射信號。而且，在某些環境中此系統能予測何時發生標記信號衝突而能作相應地應答。
本發明的另一優點是標記能同時應答多重單元控制器。
本發明的其他特徵和優點從以下的說明及權利要求將會清楚理解。


圖1表明按照本發明構成的系統的概貌；圖2表明一多層建築中所用的數個單元控制器；圖3為按照本發明的標記RF設計的方框圖；圖4為標記的替代實施例的方框圖；圖5A一5G為一信號在通過系統的不同階段時的圖形；圖6為單元控制器RF設計的方框圖；圖7為一單元控制器有源天線組件的方框圖；圖8為一調製器RF設計的方框圖；圖9為一單元控制器電纜擴充器組件的方框圖；圖10為一單元控制器方框圖；圖11說明自一系列相關提取標記數據；圖12A-C為標記數據報的圖示；圖13表示一結合有一延遲元件的標記；和圖14表示接收並行運行的鏈的數個單元控制器。
參看圖1，一物品跟蹤系統100包含如下的通用部件；標記廉價的小型射頻應答標記101a-c被附連到被跟蹤的人或物體上。標記101a-c周期地「喚醒」和「作啁啾聲」(發送)一射頻編碼的唯一識別碼(UID)。標記101a-c被設計成使它們的範圍為在一通常的室內環境下的15-30m，此範圍主要受限於必須保持標記電池的壽命和標記101a及標記電池應是很小很薄的要求；單元控制器單元控制器102a-c檢測標記101a-c的啁啾聲信號並計算這些標記101a-c到連接於單元控制器102a-c的有源天線組件104a-d的距離。各天線組件最好具有一發射天線和一接收天線。圖1中，為了簡明而省略了連接到單元控制器102b和102c的天線組件。單元控制器102a一般被包含在一外殼中並被安裝在懸垂頂板的後面。此單元控制器102a可通過普通的牆壁插頭之類接收電能。單元控制器102a分別通過同軸電纜103a-d連接到天線組件104a-d，它們覆蓋室內設施110的一區域。一標記101a發射的標記信號107由一或多個天線組件104a-d接收，並被單元控制器102a中的晶片例如數位訊號處理(DSP)晶片處理。由此處理所得的信息被用於標識發射標記101a和此標記101a與例如每一個接收天線組件104a-d之間的距離；主計算機單元控制器102a-c與主計算機105進行數據通信，後者從前者收集數據和可用的信息並將數據歸檔入一開放格式資料庫，例如SQL伺服器；和用戶應用程式在一優選選擇中，客戶機工作站102a-c通過一網絡例如LAN115與主計算機105通信。在每一客戶機工作站102a-c上運行的客戶機應用程式可以對終端用戶有用的方式訪問SQL伺服器並提供數據。
標記101a不生成其自己的射頻信號。而是由一天線組件例如天線組件104a連續地以第一頻率例如2440MHz發射一直接序列擴展頻譜詢問器信號106。標記106a接收此信號106，將其UID代碼調製到此信號106上，並立即以例如5780MHz發送一頻移信號107回到例如天線104a。然後即可通過單元控制器102a由考慮到線路和電子器件中固定和已知的延遲而從往返傳送時間來確定從天線組件104a到標記101a間的距離。單元控制器102a可在天線組件104a-d之間快速轉換以取得由標記101a至每一天線組件104a-d(它們接收返回信號107)的距離，並通過三角測量技術自該信息確定標記的位置。
系統100被設計成是可以定標的，能對已有的單元控制器102a-c增加單元控制器和對已有天線組件104a-d增加天線組件來改善確定標記位置的精確度。圖2表示如何在一大的多層建築110中應用一批單元控制器102a-c。如圖2所示，多重單元控制器102a-c饋送數據到一單個主計算機105，一般通過TCP/IP通信網絡。對於系統操作並不需要利用TCP/IP，而可採用各種的數據協議和傳輸機制。例如，如果無法利用一區域網，則對主機的連接可以通過RS485,RS232,RS422，動力線路數據機，或專用電話線路來實現。另一方面也可以利用專為在這樣的電纜上應用而設計的專用數據機。
每一單元控制器102a-c可被分別安裝來覆蓋一獨立樓層130a-c，確切的配置可由系統管理人員修改。一層130a，帶有其一批天線組件104a-d的單元控制器102a被安裝在天花板140a上。其餘層130b-c採用同樣的設備配置。天線組件104a-d被設計來提供向下和水平方向良好的增益而向上增益很低，這樣就使得能通過觀察哪一天線組件104a-d從標記101a接收到最強信號來確定一標記101a的垂直位置(即樓層)。從結構上說，地平面位於各個天線的後面，以向下反射信號。然後粗略地通過觀察哪一天線組件104a-d從標記101a接收一強信號來確定標記101a的水平位置。標記101a相對於天線組件104a的水平位置可通過根據詢問信號106和標記信號107的傳送的組合時間估定由標記101a至各天線組件104a-d的距離來較精確地確定。由一單元控制器102a及其天線組件104a-d構成的各「單元」覆蓋數千平方英尺的樓層空間。各單元獨立工作，使得能加入更多單元而不致影響現有單元的運行性能。
如果用戶希望以「地帶」來定位標記，則可在每一地帶安裝一天線。希望跟蹤在門廳移動的一或多個標記101a-c的用戶，可沿門廳130a-c每20米左右安裝天線組件104a-d，和通過測量從標記101a至這些天線組件104a-d的距離來計算標記101a的直線位置。希望對一標記101a的位置作三角測量的用戶必須安裝足夠的天線組件以使得標記101a將能處在至少三個天線組件的範圍內。一典型的安裝將以每平方英尺相對低成本覆蓋帶有一「地帶」和「門廳」區域的組合的一完整設施110，並隨時間來以足夠的天線組件更新一定的區域以對標記位置作三角測量。標記RF設計參看圖3，標記RF電路300在標記接收天線301處接收信號106並在標記發射天線312處發射標記信號107。標記RF電路300的功能是通過頻率轉換來轉發輸入的擴展頻譜信號106。標記RF電路300的第二功能是在微處理器308的控制下將標記數據調製到被發射的標記信號107上。在標記信號107上發射的信息包括在本發明一優選實施例中的標記的序號，數據報標題，和標記數據309例如由一運動指示符或一低功率指示符推導得的。
輸入信號106最好為在2440MHz頻帶中的由單元控制器102作二相或直角相位調製的直接序列擴展頻譜信號。信號106由標記接收天線301接收，它收集信號106並將它饋送進標記RF電路300。
在信號106由標記接收天線301接收後，一RX(接收)帶通濾波器302保證標記僅接收2440MHz ISM頻帶中的信號，而拒絕雷達信號、電子新聞報導信號等等。在一實施例中，濾波器302被實現作為嵌入在電路板中的蝕刻的耦合的帶狀線濾波器。然後信號106被放大器303放大來保證所接收信號能在一混頻器304中加以混合而不致惡化信噪比(SNR)。
混頻器304將載波頻率從2440MHz轉換或轉移到5780MHz。帶有中央頻率2440MHz的輸入信號與一具有中央頻率3340MHz的鎖相振蕩器(PLO)305的輸出混合。這導致連同一差頻和由帶通濾波器306去除的各種諧波和次諧波的一總和頻率5780。在一實施例中，PLO305由一鎖相環(PLL)晶片組成，具有三個輸入(1)自一壓控振蕩器(VCO)的採樣輸出；(2)自一10MHz振蕩器的基準音調；和(3)到一微處理器308的頻率編程接口。這產生一具有在3340MHz標記LO頻率處良好的相位噪聲的純音調。在一替代實施例中，PLO305輸出一1670MHz音調，隨後它被加倍來得到所希望的3340MHz結果。
標記RF電路300的下一元件是一二相調製器307，它在微處理器308的控制下可以傳送不改變的5780MHz信號，或者將信號的相位改變180°。調製器307被實現為一饋給一180°混合電路的單極雙擲RF開關801，如圖8所示。可採用數種調製形式，包括通-斷鍵控(OOK)調製，二進位相移鍵控(BPSK)調製，多重相移鍵控(MPK)調製，和正交放大(QAM)調製。BPSK是一優選調製形式。由調製器307的輸出被饋給放大器310，然後通過發射器帶通濾波器311濾波，且濾波器311的輸出作為標記信號107從發射天線312發射。由於放大器310在高頻下工作，它消耗相當大功率，因而無需這一放大器310的替代實施例(例如圖4中所示的)將是較佳的。需要一實現成為一5極濾波器的Tx濾波器311來保證標記與FCC部分15要求相符。
圖3中所示的標記RF電路300是用來以一可行的且自身說明性的實施例解釋標記101a-c的通用功能。本技術領域的熟練人員將能將多重功能組合進單一的元件以便能節省功耗和充分利用可行部分的優點，或者以定製的ASIC來實現同樣的功能。圖4表明一替代實施例400，它完成如圖3中所示的同樣的基本功能，但僅用較少的組成部件和較低的功率。圖4所示電路400與圖3所示電路300之間的主要差別在於圖4中的調製器404被置於混頻器406之前以便減少組成部件數(例如省除放大器310)和節省能量。
代替混頻器304(圖3)或延時元件1505(圖13)，也可按其他方法採用其他的傳送鑑別器來轉換。例如，一標記如標記101a可利用反向散射、通過混頻來變換頻率、通過取諧波來變換頻率、通過取次諧波來變換頻率、或通過信號延遲(例如通過一SAW裝置)來轉發。
圖4中示未出，但對標記RF電路期望的是對PLO407和微處理器405中的時鐘定時兩者採用一共用的晶體基準。準確定時是系統的重要的(如果不是關鍵的話)特性，使得單元控制器102a-c能予測一標記101a將發射標記信號107的時刻。在PLO407和微處理器405時鐘定時中採用同一晶體基準使得單元控制器102a能通過測量所接收信號中的相移來準確地標定信號源(如後面將說明的)，並相應地同步其時鐘定時。
圖4中未表示，但對某些應用期望的是一其中發射天線409和接收電線401被組合成一單一的元件的實施例，它利用具有單一天線結構的雙工器。
標記101a-c被加以電源的方式取決於應用程式。(注意，圖3和圖4省去了標記電源)。一般，標記101a將是電池供電的，而RF級則在微處理器405的控制下接通和斷開電源。在一優選實施例中，微處理器405進入一低功率狀態，在此它僅只是等待直至標記101a被再次提高功率(power up)的時刻。另一替換實施例中，所有標記電路400在利用作為定時源的電路400中的RC時間常數的模擬控制下周期地接通和斷開。
採用圖3或4的標記RF電路300或400，如果標記101a是在單元控制器102a-c中的兩個的範圍內，且這些單元控制器發送帶有低相關特性的偽噪聲，則此標記101a將正確地同時轉發此兩信號。
標記101a-c要求一毫秒數量級的時間周期來充電和放電。通常在這些短暫周期內，標記101a-c將不會穩定到足夠使用，但仍然會通過發射天線409發射RF進射頻信道。對於高性能的應用，此時射頻頻寬受到限制，可增加一微處理器控制的開關到標記的發射鏈來消除這樣的亂真發射。
圖3和4中所示的標記RF電路300、400可結合不同的頻率對被使用。上述的通用方案對任何二個允許的FCC擴展頻譜段均適用。例如，以下組合在FCC規定部分15.247下對於無許可射頻是允許的被轉換到2440MHz的915MHz；被轉換到5780MHz的915MHz；被轉換到915MHz的2440MHz；被轉換到915MHz的5780MHz；被轉換到2440MHz的5780MHz。
但無需擴展頻譜工作；可以利用兩個許可的窄頻帶。但在2440和5780MHz頻帶中的擴展頻譜工作被假定用於本討論的其餘部分。帶有時間延遲的標記圖3和4中所示標記RF電路300、400採用頻分多重訪問，亦即，標記電路300、400接收並發射不同頻率的信號。替代實施例1500採用時分多重訪問，如圖13中所示。為說明的目的，假定圖13中所示標記電路1500在接收天線1501處取一頻率如915MHz的信號作為輸入，並在一微秒的延時後以同樣頻率通過發射天線1508發射此同一信號。假定一單元控制器例如單元控制器102a每2微秒發射脈衝串的詢問信號106。一標記例如標記101a通過接收天線1501取此信號作為輸入。然後此信號通過元件1502～1504，如圖3和4。然後一延時元件1505被用來延時一微秒。此信號然後通過一發射帶通濾波器1507並由發射天線發射。一SAW裝置可被用作為延時元件1505。在此延遲期間，單元控制器停止發送，且在此環境中的詢問信號106的反射逐漸下降到一最低水平。這種半雙工方案允許單一頻率工作，雖然此時的帶寬要低於採用全雙工頻移方案時的帶寬，如在頻率變化標記中那樣，基於延遲的標記能通過180°相移來調製應答信號。在其他方面，圖13a所示的標記設計1500與圖3和4中所示的那些類似。單元控制器RF設計圖6表示一單元控制器102a的射頻級。一天線組件例如天線組件104的結構如圖7中所示。共同地，單元控制器102a及其遠程天線組件104a～d將一基帶方波輸入調製在一2440MHz載波上，對此所得的2440MHz信號進行濾波來適應FCC傳送請求，通過一經選擇的天線組件發射該經濾波的2440MHz信號，通過同一天線組件接收一返回的5780Mhz標記應答，提取此被解調製基帶信號的I(同相)和Q(正交)分量，和為隨後的處理而對結果進行數位化。
圖10表示單元控制器數字子系統650的主要組成。總之，數字子系統650提供一基帶輸入信號601，並在數毫微秒之後接收來自一標記102a的經過解調的應答107。如上面指出的，微處理器1001可通過下面這些行為來改變射頻系統的工況(a)修改基帶輸入信號601；(b)修改晶片速率，偽噪聲序列長，和/或偽噪聲序列碼；(c)在一窄範圍內，修改射頻發射器1002的發射頻率610和射頻接收器1003的接收頻率；(d)修改射頻發射器1002的發射增益和射頻接收器1003的接收增益；和(e)轉換天線組件104a～d。
來自標記102a的經解調的應答107被無線電接收機1003分成為I(同相)和Q(正交)分量，並被數位化器636數位化。一整數DSP處理器1004例如TMS320C54壓縮數位化器436的輸出，以高速度進行相關操作。如果在發射方採用二進位相移鍵控(BPSK)調製，I和Q信道即被分別相關並加以組合。對正交相移鍵控(QPSK)調製，各信道必須被相關兩次，各序列相關一次。來自整數DSP1004的相關數據由一微處理器1001例如一Pentium處理器進行處理。為降低成本和較高的運行性能，可以採用功耗較低的X86處理器和一浮點DSP處理器例如一TMS320C30。微處理器1001與主計算機105之間的通信利用一TCP/IP協議完成，最好用Ethernet(乙太網)。
輸入到發射鏈的數據是作為偽噪聲擴展序列的基帶輸入信號601。序列的長度和在序列中被編碼的代碼由一單元控制器微處理器1001設置，並可根據信號處理要求被改變。一般為31或127位的序列，分別給予約15dB和20dB的壓縮增益。2440MHz和5780MHz頻帶可支持一40MHz基帶輸入信號601，而單元控制器102a被設計來使得可能利用這一完全的帶寬。
圖5A-5G表示在通過單元處理器RF電路600的各不同級時的詢問信號106。圖5A表示一輸入到調製器500的方波基帶輸入。圖5A表示一輸入到調製器500的方在帶輸入。圖5B表示被數字地相關的這一基帶輸入510。圖5C表示通過中心頻率為2440MHz時一頻譜分析儀觀察的調製器602的輸出。圖5D表示中心頻率為5780MHz時標記信號107的頻譜分析儀觀察圖。圖5E表示來自標記107的解調應答，被分成為其I(同相)545和Q(正交)540分量。圖5F表示經數字相關的I和Q分量550。圖5G表示組合I和Q分量的被相關的波形的二階導數的負值560。
調製器602(圖6)將基帶輸入601調製到2440MHz的載波上。有各種調製形式可用，是本技術領域的熟練人員公知的。對於BPSK調製，調製器602被實現作為一饋給一180°混合組合器803的單極雙擲RF開關801，如圖8所示。調製器602最好實現作為一QPSK調製器，它與BPSK調製器相同其中一信道自另一信道偏移90°，各信道由帶有可接收的互相關特性的不同基帶序列驅動。更高次的調製也是可能的。由調製器602作的調製導致延伸數百MHz的旁瓣，這必須加以濾除以符合FCC要求。2440MHz頻帶具有一鄰近頻帶，它帶來非常強的濾波需求，對此最好採用在此說明性實施例中應用一將寬通帶與嚴密的阻帶相組合的SAW濾波器607。較寬的通帶支持基帶輸入信號60中較快的修整速率，但較窄的通帶提供利用較寬的頻率分集的範圍以避免幹擾源和/或支持先進的信號處理技術的機會。調製器602必須以與可行的IF濾波器607同樣的頻率，通常在200至400MHz範圍，工作。SAW IF濾波器607之前需要一前置放大器606，且濾波器的輸出必須由放大器608放大。
發射IF振蕩器605象單元控制器電路600中的所有其他RF振蕩器那樣，被鎖相到10MHz晶振源603，它通過一濾波器和分離器網絡604分配到每一振蕩器。此10MHz源603必須在這些標記上的這些10MHz源的數KHz之內以避免過量的基帶相移。
IF濾波器607(來自放大器608)的輸出然後被混頻器609與一鎖相振蕩器(PLQ)611的輸出混頻並被變換到載波頻率2440MHz。PLO611的頻率可在微處理器控制610下在窄範圍內加以修改，以便提供所需的頻率分集以避免幹擾源和/或用於各種先進的信號處理技術。可用的頻率分集程度關係到IF濾波器607的技術細節，較窄的濾波器允許修整速率較低但具有更大的頻率靈活性。圖6中未表示一通常需要用來從混頻器609的輸出中去除不希望的諧波和不同頻率的濾波器。
在混頻器609之後為提升信號106的功率電平的驅動器放大器612，以便能沿著電纜103a將信號106驅動到遠程的天線組件104a，並為一帶通濾波器413緩存混頻器609的輸出。RF帶通濾波器613被用來去除混頻器609的不符合FCC的輸出。定向耦合器616提供一埠以在信號106被發射往遠程天線組件例如天線組件104a～d之前對之加以檢查。
在微處理器控制615下的一衰減器614使信號處理軟體能在當知道標記101a～d在附近時降低輸出功率。這在知道附近的標記被單元控制器過驅動時，和/或信號處理軟體需要標記在一更加線性的範圍內運行的情況中是有用的。
然後信號被饋送進一雙工器618，它將發射信號106和接收信號107組合到一單根導線上。此雙工器618為一高通/低通濾波器組合619a，它將接收信號107相對發射方衰減和將發射信號106相對接收方衰減。因為存在有Tx和Rx帶通濾波器613和624，所以此雙工器618的技術要求可不太嚴格。
圖6中所示的單元控制器RF級600每次支持一遠程天線組件104a～d。為了由同一單元控制器支持多個天線，此系統需要一使微處理器控制620能迅速地由一天線轉換到下一個的開關619。開關619取RF並將其傳送給n個電纜之一，其中n例如是8或16。開關619還對所選擇線路提供DC功率。RF信號經過隔直電容(未圖示)耦合進電纜，而DC功率則經過隔斷RF的RF扼流器耦合到電纜。這樣，DC和RF一起通過單根的同軸電纜行進到所選天線。
天線中DC的上升時間在100微秒範圍內，受限於天線中電路的有效電阻和特性以及運行所需的電容。為使天線轉換時間在微秒範圍內，加到天線的DC功率是在RF被接通前被預加載的。
參看圖7，在天線系統700中，組合的DC和RF信號通過一同軸電纜例如來自單元控制器102a的電纜103a到達。一偏置三通701將RF信號710從DC信號712分離。DC信號712被送到Tx/Rx功率控制邏輯702，在最簡單的實施例中它為一去除線路噪聲和提供純淨5伏電源的濾波器。來自偏置三通701的RF輸出710被供給雙工器715，它與單元控制器102a中的雙工器618相同。然後RF輸出710被放大器703放大到FCC所允許的功率電平，並被濾波器704濾波以去除線路和放大器噪聲以與FCC規定相適應。然後將所得信號送往發射天線705。
在此實施例中發射天線705和接收天線706為插接陣列，提供垂直方向的降低的能量和水平方向的擴充能量，以便使得能量不致浪費在地板和天花板中，並使得向上輻射的能量最小。來自標記101a的5780MHZ的應答107由濾波器707濾波，由放大器708放大，並發送回電纜103a到達單元控制器102a。
此系統被設計成使用標準長度例如20米的電纜103a～d。電纜擴充器組件900連接兩段電纜並支持一擴充的電纜長度。參看圖9，組件900的元件利用來自電纜103的DC電源910驅動提供足夠增益來驅動下一段電纜的低噪聲放大器903、904。偏置三通906、907將DC電源910與RF信號分開，且雙工器908、909工作以將發送信號106從接收信號107分開。
參看圖6，從天線組件104a返回到單元控制器102a的信號通過開關元件621、619和雙工器618到單元控制器接收RF鏈622。信號通過前置放大器623和帶通濾波器624的組合，其確定的配置隨選擇部件而定。在微處理器控制626下被數字控制的接收衰減器625被用來避免當知道標記101a在附近時使接收鏈飽和。這對避免丟失所接收信號107的I與Q分量之間的關係、對恰當地相關和其他信號處理均是必須的。
然後信號進入I-Q零IF解調器電路627-633。如前面指出的，微處理器RX頻率控制635必須與其在發射鏈中的對應者作串聯設置。所得信號如圖5E中所示舉例，被饋送到數位化器636(圖10)準備進行數位訊號處理。
上述實施例是根據單元控制器在給定時間僅能從一天線發射和接收的假設而加以簡化的。通過選取相互獨立的發送和接收天線能夠獲得提高的性能。單元控制器中的軟體確定哪一天線組件從標記接收最佳信號。例如，如一特定標記例如101a靠近一天線例如天線104a，則天線104將從標記101a接收強信號。單元控制器102a然後從天線104a發射一信號例如信號106，和依次在天線104b、104c和104d接收被轉發的應答107。這可能使得，與在如果從每一個天線組件104b～d獨立地發射信號106和接收信號107時天線104b～d所接收到的信號相比較，天線104b～d可接收更強的信號。
圖14中所示設計1600提供多個並行運行的接收鏈1610a～1610n。每一接收鏈1610a～1610n均包括有被表示為DSP例如整數DSP1620的IQ解調器、數位化器、和相關元件。在獨立的卡上實現各接收鏈提供可定標性。對同樣的發射信號採用多重接收天線組件使得單元控制器信號處理軟體能利用空間處理技術來杜絕多徑效應。這些技術利用這樣的事實，即因受多徑效應而惡化的應答在各天線將具有不同的特徵。位檢測在理想的環境中，可從所接收的標記信號107推導得一簡單的三角相關峰值，如圖5B所示。引入進射頻鏈中的畸變，特別是由室內多徑效應所引起的畸變導致一畸變的但仍是截然不同的相關峰值，其函數如圖5中所示。為作位檢測，要點在於可靠地檢測表明標記的工作的一系列相關的存在。圖11表示如何從一系列相關中提取標記數據。圖111中所示1110圖形的左半部中，標記發射「零」。這是通過將標記的調製器307設置成通過不改變的詢問器信號106來實現的。當將所接收的標記信號107與所發射的偽噪聲序列相關時，得到基本相同的相關峰值。這裡圖示出三個這樣的峰值1120a～c。在第四個相關1120d的時間中，標記倒轉調製器的相位180°，表明為「1」，如圖菜1110中所示。由於調製是在一位的中間被改變，所以第四相關數據峰值1120d遭到破壞，而最好省略掉。第五和第六相關峰值1120e～f清楚地反映180°相移。
偽噪聲序列可在單元控制器的微處理器控制下加以改變。當初次檢測到一標記的存在時，也須應用一相對短的序列，如圖11中所示。一旦標記的位定時被確定，就可能使用較長的序列用於改善的SNR，它有助於測定距離。
圖11中未表明的一要考慮的重要情況是所接收信號的同相(I)和正交(Q)分量間的均衡將隨時間偏移。這是因為單元控制器102a和標記101a中的10MHz源通常將相差數KMz。這一因素可通過鄰接相關之間的相位差來校準，可通過註明所接收信號的同相(I)和/或正交(Q)分量中的變化在基帶上加以檢測。如前面指出的，與此相同的校準處理可被用於參考單元控制器對標記時鐘進行校準，允許精確地預測標記發啁啾聲信號的時間，而無需精確地測量標記位轉變的定時。單元控制器和標記之間的交互作用各標記均為始終不了解外界的獨立單元。各標記均具有一在此標記在被製造時與此標記相關連的唯一的識別碼(UID)。標記周期地喚醒，經過一短的時間期間將任何2440MHz輸入信號106變換成5780MHz輸出信號107，而同時將其UID及其他數據調製到它作啁啾聲(發射)的輸出的信號107上。此標記不與其他標記通信。此標記不對詢問信號作明確地應答，而僅僅轉發2440MHz頻帶中的任一輸入信號106，它可能包括有或不包括有來自附近的單元控制器天線組件104a的偽噪聲序列。這種方案大大簡化標記101a的設計和製造。
在某些時段，二或更多標記將同時轉發。在許多情況下，二標記之一將返回一比另一標記更強的信號，而在這樣一衝突中將丟失某些數據。為避免在一重複模式中發生衝突，標記在隨機化次數「喚醒」並以啁啾聲發UID，這可根據結合有標記的UID的偽隨機數發生器計算(通過標記和單元控制器)。例如，對一約每5秒發啁啾聲的標記，此標記生成0.0與2.0之間的偽隨機數，並它們加到4.0秒的最小延遲時間，結果得到一在4.0與6.0秒間均勻分布的一系列延遲時間。
有可能利用到偽隨機數發生器的模擬輸入例如自一內部時鐘的輸入或一RC電路的延遲來超時地改變籽(seed)，但純粹數字方案更有利於使單元控制器102a能準確地預測一已知標記發啁啾聲時間。一典型的偽隨機數發生器具有形式N=rand(籽)式1所得N被用作為此偽隨機數序列中下一偽隨機數的籽。在採用這一類的偽隨機數發生器時，有可能二個標記將利用相同籽，使得它們的標記信號重複衝突。而且，因標誌時鐘中的很小差異，所有對標記將最終在某些時間內會漂移通過這一同步的狀態。為避免這些情況，可取的是如中面指出的將各標記的UID結合進用於該標記的延遲時間，導致用於各標記的不同的偽隨機序列，這就是Delay(延遲)=f(N,UID) 式2。
這樣一函數的一簡單示例是N=Xor(Delay,Bit Rotate(UID,AND(N,11112))式3參看式3，有可能通過計算N=Xor(Delay,Bit Rotate(UID,AND(N,11112))，自UID,Delay和And(N,1112)重構籽。
參看圖12a，標記數據報1400的一實施例包含一使單元控制器能檢測標記的存在的標題1401，後隨一識別符前同步1402，再後為標記的UID1403。標題1401可以是零長度的。識別符前同步1402可被實現例如作為一有效性檢查如循環冗餘檢驗(CRC)。只要有足夠簡單的延遲功能和高時鐘穩定性，單元控制器就能通過記錄一系列數據報1400的啁啾聲信號的定時來推導出標記的啁啾聲序列。
參看圖12b，在標記數據報1410的另一實施例中，標記加有Delay(延遲)信息1414，從而使單元控制器能予測數據報1410的標記的下一和隨後的啁啾聲的發射時間。在式3的示例中，這一信息包括有數據Delay和AND(N,1112)。
參看圖12c，在標記數據報1420的另一實施例中，採用較之圖12a和12b的數據報1400、1410中更短的標題，使得單元控制器不保證有足夠時間在標記數據報1420中所含有的UID1423被發射之前檢測標記的存在。附連到數據報1420是下一次發啁啾聲的發射延遲1425，使單元控制器能予測標記將下一次作啁啾聲發出它的數據報1420的時間，即使此單元控制器沒有足夠時間來從最先接收的數據報1420的啁啾聲識別該標記的身份。然後單元控制器能予測此下一啁啾聲並在該時間確定該標記的身份。一旦此標記被識別，單元控制器可複製標記的偽隨機數發生器來計算由標記作的全部未來啁啾聲的時間。在圖12c的標記數據報1420中，一系列的專用同步位1424被插在UID1423與延遲信息1425之間來可靠地確定何時UID1423結束；在這種情況下，UID1423必須被定義為使其不包括同步序列或其逆反。
圖12a、12b和12c包括有使一標記能發射數據到單元控制器的任選數據段1404、1415、1426。這些段1404、1415、1426可包括有來自標記內部例如來自一運動檢測器或一低功率指示器，或者來自一附著到標記的外部裝置的數據，例如在標記被附著到個人時用於醫學遙測的新陳代謝信息。
有關此標記UID的識別符前同步置於標記UID之前。這一識別符前同步使得單元控制器能迅速證實一標記將如所期望的發出啁啾聲，而無需解碼標記的完全UID。這使單元控制器能從事其他操作，例如與其他天線鄰近的不同標記通信。此識別符前同步1402、1412、1422和標記UID1403、1413、1423被作外部設置，並如果適宜的話可被定義以包括糾錯位。
標記的UID可被硬編碼成標記(例如作為序列號)。標記可根據它們的UID被分組，而不同的組可與不同的單元控制器相關連。各單元控制器含有關於哪些標記處在與此單元控制器相關連的組中的信息(自另一源接收的)。當一單元控制器接收到一標記信號時，此單元控制器能從此標信號提取UID信息來確定此標記信號是否通過與此單元控制器相關連的組中的一標記被發送的。
在圖12a～c的標記數據報1400、1410、1420中，延遲信息欄位1414、1425和數據報段1404、1415、1426也可包括有糾錯位。為簡化處理，數據可被降少到半字節流。為確定對一特定的半字節發送什麼值，標記可在一包含有例如8位的代表此半字節加糾錯信息的值的表中查找該半字節的值。單一單元控制器可處理圖12a～c中所示所有三種類型的數據報1400、1410、1420。數據報類型的選取決定於對一特定標記的應用要求。
一單元控制器檢測一標記的存在所需的時間量取決於單元控制器設計的特性。例如，為轉換天線的100微秒的時間在當單元控制器在16個天線間循環時是很有效的。為了保證在一標記的標記信號第一次被單元控制器收到時此標記就會被識別，標記數據報標題必須足夠長來給單元控制器以時間來試驗其所有的天線。如果性能要求在每秒100個標記的範圍內，則此標題中可容許額外的2或3毫秒。但對於更高的性能要求，或者在標記功率消耗必須最小時，就必須改善單元控制器的性能或者必須採用圖12c中所示類型的標記數據報1420。
通過預測自一特定標記發射的時間，單元控制器能以被編排的方從多個天線收集標記信息，以便通過利用天線和/或頻率分集來更好地計算標記位置。如果一標記準確地在其被予期應答時進行應答，單元控制器就不必為了合理地確定正在由一正確的標記接收信號而檢測標記數據報中發射的每一位。一嚴格準時到達的正確識別符前同步幾乎肯定是來自所預期的標記。這給單元控制器提供了能試驗多個能或不能與此標記通信的天線的機會。
如果需要跟蹤標記數據報發送之間的標記，可將該標記組構成能更頻繁地進行較短的發射。例如，如果將一標記組構來平均每10秒以啁啾聲發送其數據報，它也就可能被組構以更頻繁地例如每半秒發射更加短的代碼。這一較短代碼可以短到一位長，且發射僅需數微秒。這樣，即使這樣每秒作數百次發射也僅耗費通信信道很小的百分數。單元控制器可預測每一這樣發射的準確定時，從而根據發射時間將各信號與始發標記相匹配。糾錯碼可被配置得使自一標記的長啁啾聲信號一般不會受到來自其他標記的快速啁啾聲信號的破壞。單元控制器具有預報大部分這樣的衝突的數據。
當一標記最初進入一單元控制器的範圍時，不同標記的數據報發射間的衝突將以無法預測的方式發生。由新近進入此區域的標記作的發射，或由自發增加其發射速率(例如響應於一運動檢測器或「應急按鈕」)的標記作的發射，不能被單元控制器102a預測，而可能引起數據惡化。但是一旦標記被識別，先前的衝突可被模型化而廢棄有問題的數據。另一方面，如果來自二標記的信號相衝突，單元控制器可選擇一天線使得此天線從一標記接收的信號將比此天線從另一標記接收的信號強。
在一更先進的標記設計中，單元控制器具有用於在單元控制器了解到標記在工作中的時間期間發送信息和指令到標記的裝置。這樣的指令可包括有要傳給連接到此標記的裝置的命令。此單元控制器能下載這樣的信息，最簡單的是通過通一斷鍵控，或者對較先進的標記通過翻轉偽噪聲位序列來指明1或0。通常，下行鏈路(下載)途徑由標記成本和特徵要求所驅動，較高的位下行鏈路發射速率需要消耗較大功率的較昂貴的接收器。這樣，單一的單元控制器可同時支持只讀標記，讀/寫標記，和高速讀/寫標記，單元控制器根據一特定標記中所被支持的特徵來適應其工況。
從標記向單元控制器的發射的定時取決於被加標記的物品。可將庫存和設備設置得能作相對很少地發射，例如每分鐘一次。對於例如在安全設施中的人員上的標記將需要較頻繁地發射。對於標記的讀/寫方案，發射定時可根據來自單元控制器的命令被修正。
替換的標記設計使得能根據環境因素來變動發射時間。例如，可將自動檢測器安置在一標記中以便當標記在運動中時降少發射之間的時間。作為另一例，當標識已被竄改時標記即較頻繁地並以較高功率發射。作為另一舉例，一標記可以結合一稍加修改的電子物品監視(EAS)裝置，它可促使標記在處於一標準EAS檢測器的範圍內時更頻繁地發射其UID。較通常地，如果一標記被附著到另一電子裝置，發射間隔可在該裝置的控制下加以修改。標記電源標記101a～c為增加其輕便性和正常運行時間而發射低RF功率水平。另外，標記信號發射107被設計為僅僅數毫秒的持續時間。因此，即使一標記每數秒即轉發其UID，仔細的標記設計也能使標記的電池壽命達到接近於電池自身的貯藏壽命。對於更低的功率應用，運動檢測器可被結合進標記以便使得例如發射能在標記為靜止時較不頻繁。
對於某些情況，可通過在一附屬機構中裝以電池來實現電池更換。例如，將可重複應用的標記電子器件附連到一易於處理的病人的手鐲上，將電池包括在此手鐲內。作為另一例，可將電池裝進ID手鐲的箍中。更通常地，電池可被結合進一有源RFID標記的便宜的易於處理的部分中，電子器件則可在其他較昂貴的部分中。
如果標記被附著的物品是電源本身，此標記將接進該電源。這種方案在當標記能被設計進設備自身(例如一手持計算機)中，或在設備和電源很大(例如一鏟車)時的情況中是最實用的。較大的電源允許更長的標記範圍。估算標記位置標記信號107在一作為以下的總和的時刻被接收到(1)發送了詢問信號106的單元控制器102a中由於其電路和去到和來自其天線組件104a～c的接線所引起的已知的固定的延遲；(2)天線組件104和標記101a中固定的時間延遲；和(3)詢問器信號106和標記信號107行進通過空中所需時間。
因為(1)和(2)是固定的，現在可將注意力轉向(3)，詢問器信號106和標記信號107通過空中行進時間。通過單元控制器102a被調製在2440MHz載波信號106上的偽噪聲序列的持續時間必須大於信號106和標記信號107的組合行進時間。用於相關一偽噪聲序列的技術在本技術領域內是公知的。在不存在多徑效應時，單元控制器102a可從所接收的標記信號107推導一簡單的三角相關峰值，如圖5B中所示。但在大多數室內環境中，實際接收的標記信號看起來更象圖5D～5G中所示那樣。室內的射頻信號易受多徑效應影響，這是由於來自各種表面例如白色牆壁、螢光燈、文件櫃、升降機軸、鋼梁等等的反射作用所引起的。當一標記101a發射標記信號107時，直接的標記信號107和所反射的信號的總和在單元控制器天線組件104處被接收。為從這樣的信息提取相關峰值可採用各種措施，特定的措施根據可用的信號質量、處理功率和所需的性能而被選擇。
一40MHz晶片速率導致具有上升時間為25毫微秒的相關峰值，對應於一約25英尺的上升時間距離。由於標記位置是利用往返行程時間被計算的，因此單個晶片的準確度使得標記距離能被計算在約在12英尺之內，而無須作任何預先的信號處理。
一標記的近似位置可通過指明相關的信噪比超過一預定水平的時刻來被計算。通過試驗少量不同的載頻並選擇一最早升高的載頻能改善準確度，這樣的頻率分集由圖4～6中所示的射頻系統支持。這種方案對系統的信噪比是敏感的。
替換的方案是尋求相關函數的峰值。為改善結果，通過取互相關函數的二階導數的逆反並求得其峰值的位置來測量信號延遲，如圖5G中所示。
為最大準確度，可採用這一領域中所公知的MUSIC算法，對其已有0.01晶片範圍中準確性的報導。MUSIC要求由這裡揭示的圖6中所示的射頻系統所支持的頻率分集。此方法是基於延遲輪廓(profile)數據向量的偽噪聲相關矩陣的本徵向量空間的分解。在各明顯不同的頻率提供信息以求解附加的多徑分量時，需要頻率分集。對於主要上是靜止的標記，可收集需要的數據並完成計算作為背景過程。對於庫存應用，可將運動檢測器結合進標記，而後在每當它們的位置需加重新計算時通知單元控制器。
在足夠的數據收集時間、天線分集、頻率分集或處理功率不可行的情況中，可利用各種探試技術來計算標記位置，即使存在有嚴重的多徑效應。可利用本技術領域內眾所周知的技術來估算對需要時可加應用的各天線的測位。
在許多環境中，雖然在計算標記位置中不要求精確的準確度，但計算相對於一層或隔板的標記位置仍然是重要的。一建築物中逐層的鑑別可通過在天花板中安裝向下輻射的天線(或在地板中安裝向上輻射的天線)來實現，如圖2中所示。同樣，對水平隔板作側向安裝的天線可確定相對於這些隔板的位置。對多徑效應不太敏感的相對窄的束寬天線可指向門道等。
單元控制器天線104a可安裝在靠近一計算機屏幕，覆蓋面對應於此屏幕的視角。然後可配置軟體來自動地組構用於範圍內的人員的作業系統，或者為安全目的根據誰在或不在此範圍內而使屏幕空白。類似的概念可結合複印機、縮微膠片讀取器、保密設備等等被應用。
一單個天線組件可包括有布置成一三角形三個獨立天線。通過使用返回信號的同相(I)和正交(Q)分量作相差比較可確定一標記的角度的指示。在高頻實施例中，例如2.45千兆赫茨，這樣的天線可相互在數英寸之內而十分有效。
探試技術可用來分析相關輪廓來估算相關開始時間，亦即，相關峰值開始能由「噪聲」基線區分開的時間。頻率分集能提供各種取樣，而能選取其中最好的。通過將相關峰值與一精心探試求得的典型的相關輪廓的匯集之一進行圖形匹配可實現完善估算。為校準目的，可將標記布置在已知的固定位置，而通經這些位置近旁的標記將多半會展現類似的相關輪廓。這樣的固定標記也可被用來檢測幹擾源的存在(有意或無意發射幹擾信號的目標)並提供用於試驗各種反幹擾技術的實時測試臺。
天線分集是用於改善標記位置計算的準確度的最重要的工具。如果要求低準確度，可將天線布置成只有一個或二個天線處於給定標記的範圍內。在這一情況下作三角測量的數據不夠，而僅有足夠的信息來檢測任一時刻標記的存在和估算此標記距一或二天線的距離。從為此目的設計的且為本技術領域熟悉人士所公知的天線的信號強度可以估算標記的近似方位，並指明這樣的方位趨向於反射所接收到的最強的信號，它可能包括有相當多的多徑分量。相反，對於要求高準確性的區域，例如可在入口處安裝相對窄的束寬天線的一分集，它還一齊提供清楚的位置圖形天線分集還提供系統的可定標性。對於不要求高準確度計算標記位置的其他設施，或設施內的部分，為了每平方英尺覆蓋較低成本，可以相互遠距離地安裝基本上是非定向的和/或天花板安裝的天線。對於要求高位置準確度的設施或設施內的部分，則隔開較近的和/或定向性天線能以較高成本提供高準確度。單元控制器工作整體系統的設計，和標記信號發射間的間隔被偽隨機地生成這一事實，提供為安全工作的可能。分散在一安全設施的入口的標記可通過該設施加以跟蹤並在標記被竄改時可發射特殊代碼。雖然此標記代碼可通過監視標記的應答而被確定，但可按照一可被配置成僅對此標記和主機是已知的而且不破壞此標記不可能直接確定的算法來改變標記的發射間隔。此標記例如可包括一元件如一物理元件用於重編程其代碼和發射間隔。例如，一帶有被結合的標記的光ID在每次帶有此光ID的人員通過一安全檢查點時可被重新編程，可能與生物統計技術相結合地。
為完全覆蓋一設施，可安裝多重覆蓋一些重疊區域的單元控制器。雖然各單元控制器將按照搜索和數據收集方法工作，但在天線間的快速移動，偽噪聲代碼，改變修整速率等等均將作為對另外的單元控制器的隨機噪聲出現。另外，帶已知的互相關特性的代碼例如Gold代碼能由主計算機分配到各個單元控制器，特別是用於搜索標記的代碼。另一方面，單元控制器可隨機地轉換對偽噪聲代碼的選擇。
對在二單元控制器之間邊界上的標記，各元件控制器報告標記距其天線組件的距離。中央主機105匯集這些數據來計算標記的位置。
各種各樣可行的偽噪聲代碼可供單元控制器應用。這樣，如果一代碼看來是在接收來自此頻譜的其他用戶的幹擾，單元控制器可選擇另一代碼。實質上為轉發器的標記無需知道正應用中的特定代碼。同樣，如果另一個用戶引起困難，中央頻率可作某些調整。
其他實施例均在下列權利要求的範疇之內。例如本發明執行步驟的次序可通過在本領域中的實踐而加以改變而仍然實現所需結果。
權利要求
1.用於轉發射頻詢問器信號的標記，包括接收器，接收第一頻率的詢問器信號；混頻器，從所接收的詢問器信號生成第二頻率的射頻發射信號；微處理器，生成標記專用數據信號；調製器，將標記數據信號調製在發射信號上以生成第一標記信號；和發射器，在所選擇時間發射第一標記信號。
2.用於轉發射頻詢問器信號的標記，包括接收器，接收第一頻率的詢問器信號；延時器，從所接收的詢問器信號生成射頻發射信號；微處理器，生成標記專用數據信號；調製器，將標記數據信號調製在發射信號上以生成第一標記信號；和發射器，在所選擇時間發射第一標記信號。
3.用於轉發射頻詢問器信號的標記，包括接收器，接收第一頻率的詢問器信號；信號發射鑑別器，從所接收的詢問器信號生成一能在詢問器被與詢問器信號區別的射頻發射信號；微處理器，生成標記專用數據信號；調製器，將此標記數據信號調製在發射信號上以生成第一標記信號；和發射器，在所選擇時間發射第一標記信號。
4.權利要求3所述標記，其中此信號發射鑑別器為一混頻器。
5.權利要求3所述標記，其中此信號發射鑑別器為一延時器。
6.權利要求3所述標記，其中此所選擇時間是偽隨機地生成的。
7.權利要求3所述標記，其中二個所選擇時間之間的差為標記數據信號的內容的函數。
8.權利要求3所述標記，其中此標記數據信號唯一地識別此標記。
9.權利要求3所述標記，其中此標記數據信號包括一標題和一唯一的標記識別符。
10.權利要求8所述標記，其中此標記數據信號還包括有一有效性校驗。
11.權利要求8所述標記，其中此標記數據信號另外還包括有糾錯位。
12.權利要求8所述標記，其中此標記數據信號包括有從一與此標記相關聯的目標推導得的數據。
13.權利要求8所述標記，其中此標記處於第一標記信號的連貫發射之間的低功率狀態。
14.權利要求9所述標記，其中所述微處理器響應於用戶輸入，改變此唯一的標記識別符。
15.權利要求4所述標記，其中所述微處理器響應於用戶輸入，還改變所選擇時間。
16.權利要求4所述標記，其中所述調製器包括一調製器，使用通/斷鍵控調製來對所述發射信號進行調製。
17.權利要求4所述標記，其中所述調製器包括一調製器，使用二進位相移鍵控調製進行調製。
18.權利要求4所述標記，其中所述調製器包括一調製器，使用多重相移鍵控調製進行調製。
19.權利要求4所述標記，其中所述調製器包括一調製器，使用正交放大調製進行調製。
20.權利要求7所述標記，還包括所述微處理器使得一第二標記信號被周期地發射。
21.權利要求4所述標記，其中此標記同時接收並應答多重詢問器信號。
22.用於估算一目標的位置的方法，包括步驟發送一詢問器信號；接收所述被發射的詢問器信號；從一與此目標相關聯的標記發射一標記信號；在至少一接收天線處接收所發射的標記信號，此所發射的標記信號在各自的接收天線處，在該接收天線的一接收時間被接收；從在接收天線的至少一個所接收的標記信號推導一標記的身份；作為接收此標記信號的接收天線的子集的位置和在此接收天線的子集接收此標記信號的時間的函數，估算此標記的位置。
23.權利要求22所述方法，其中接收此標記信號包括步驟對一組至少一天線中的每一天線，確定此天線是否在接收一標記信號；和如果此天線正接收一標記信號，識別此天線為該標記信號的接收天線。
24.權利要求22所述方法，所述發射步驟還包括步驟將一偽噪聲序列調製到一載波信號上用於生成所述詢問器信號；和在識別此天線為此標記信號的接收天線之後擴充此偽噪聲序列。
25.用於估算一目標的位置的方法，包括步驟；在一發送時刻發射一詢問器信號；接收所述被發射的詢問器信號；由與此目標相關聯的一標記發射一標記信號；在至少一接收天線接收此被發射的標記信號，此被發射的標記信號在各自的接收天線處，在該接收天線的一接收時間被接收；從在至少一接收天線所接收的標記信號推導一標記的身份；在一單元控制器，根據發射時間和該接收天線的接收時間確定從每一接收天線到此標記的距離；和作為從接收天線的一子集到此標記的距離的函數，估算此標記的位置。
26.用於檢測一標記的存在的方法，包括步驟在一單元控制器，以第一頻率連續地發射第一信號；在此標記，接收此第一信號並以一第二頻率在被選擇時間轉發此第一信號作為一第二信號；在此單元控制器，接收此第二信號；和在此單元控制器，根據此第二信號的接收來檢測該標記的存在。
27.用於測量從一天線到一標記的距離的方法，包括步驟在該天線，在一發射時間以第一頻率在第一信號上發射一偽噪聲序列；在此標記。接收第一信號並以第二頻率轉發此第一信號作為第二信號；在該天線，在接收時間接收第二信號；和在單元控制器，根據發射時間和接收時間確定從該天線到該標記的距離。
28.單元控制器，包括天線，用於以第一頻率發射一單元控制器信號，並用於以第二頻率從一轉發標記接收一標記信號；正交解調器，用於提取所接收的標記信號的同相和正交分量；和為隨後的處理對同相和正交分量進行數位化。
29.單元控制器，包括用於發射被調製在一載波信號上的單元控制器信號的電路；和用於接收在所選時間通過一標記發射的標記信號的電路。
30.權利要求29所述單元控制器，還包括用於從所接收的標記信號確定標記的身份的電路。
31.權利要求30所述單元控制器，其中還包括用於從所接收的標記信號確定該標記下一次發射一標記信號的時間的電路。
32.用於監視目標的位置的系統，包括至少一個單元控制器單元，被連接到至少一個發射天線用於以一第一頻率並在一被選定的發射時間發射一被調製在一載波信號上的單元控制器信號，並被連接到至少一接收天線用於以第二頻率並在一接收時間接收包含有一標記數據報的應答標記信號；具有一轉換電路的至少一標記單元，用於將各接收到的單元控制器信號轉換成為該標記信號；和連接到各單元控制器的至少一計算單元，用於根據至少一接收天線的接收時間計算各標記單元的位置。
33.權利要求31所述系統，其中此單元控制器可組構成被連接到可變數量的附加天線。
34.用於監視目標的位置的系統，其中至少一連接到一單元控制器的接收天線被安裝在靠近一個設備；此單元控制器被組構成根據接近所述設備的一應答目標的身份來修改此設備的工作特性。
35.權利要求34所述系統，其中接收天線被安裝在接近一計算機屏幕以便使接收天線的輸入被指向計算機屏幕的視野。
36.用於監視目標的位置的系統，包括至少一個連接到至少一天線組件的單元控制器單元，用於連續地發射單元控制器信號並接收一標記信號；至少一標記單元，用於接收此單元控制器信號，將所接收的單元控制器信號轉換成標記信號，並在選定時間發射此標記信號；和至少一個連接到各單元控制器單元的計算單元，用於根據所接收的標記信號確定各標記單元的位置，並將從所接收的標記信號推導得的信息存儲進一計算機可讀存儲媒體。
37.權利要求36所述系統，還包括被置於已知的固定位置的標記單元，用於進行系統校準。
38.用於校準一用於監視目標的位置的系統中的一標記的標記時鐘的方法，包括將由一標記發射的標記信號分成為同相和正交分量；將此同相和正交分量重複地與一偽噪聲序列相關；確定連續相關之間的相位差；和根據此相位差校準標記時鐘。
全文摘要
用於跟蹤移動標記的系統。帶有多重天線組件的單元控制器產生由這些標記所接收的載波信號。標記移動載波信號的頻率,在其上調製一識別碼,並在隨機化間隔發送所得的標記信號。天線接收和處理應答,並通過近似法和三角測量來確定標記的存在。通過測量往返信號時間來計算標記距天線的距離。單元控制器從天線發送數據到一主計算機。此主計算機收集數據並將它們解析為位置估算。在一數據倉庫例如SQL伺服器中將數據歸擋。
文檔編號G06K17/00GK1233327SQ97198804
公開日1999年10月27日 申請日期1997年10月17日 優先權日1996年10月17日
發明者科林·蘭佐, 凱內爾姆·麥金尼, 傑伊·韋布 申請人:準確定位公司