探測無線設備位置的系統和方法

2023-05-15 20:58:46 1

探測無線設備位置的系統和方法
【專利摘要】本發明公開了探測無線設備位置的系統和方法。提供一種用於探測便攜無線設備位置的交通工具系統和方法。交通工具系統包括便攜設備和定位在交通工具各處的多個基站。便攜設備被配置為發送指示便攜設備運動數據的第一無線信號和第二無線信號。多個基站中的主基站被配置為響應於多個基站中的每個成功接收第一無線信號，確定便攜設備的第一最終位置。主基站還被配置為，在確定第二基站還沒有成功接收到第二無線信號之後，使用第一最終位置和如在第一基站接收的第二無線信號的運動數據，確定便攜設備的第二最終位置。
【專利說明】探測無線設備位置的系統和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月I日提交的編號為13/782，361的美國專利申請的優先權，該申請的公開內容通過引用方式整體併入。
【技術領域】
[0003]一個或多個實施方式涉及基於以前探測的位置確定無線設備關於交通工具的當前位置的系統和方法。
【背景技術】
[0004]出版號為2010/0076622的Dickerhoof等人的美國專利公布公開了確定無線設備相對於交通工具的位置的系統。所述系統包括布置在交通工具各處的多個天線，用於從無線設備接收無線信號。所述無線信號對應與預先確定的交通工具操作有關的命令和狀態中的至少一個。所述系統還包括可操作地耦合到每個天線的控制器。控制器被配置為基於在多個天線中的一個或多個天線的無線信號的空口傳輸時間，產生無線設備位置的位置信號指示，並且基於位置信號控制預先確定的交通工具操作的操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]本發明的實施方式在所附的權利要求中被具體指出。然而，各種實施方式的其它特徵通過參考以下結合附圖的詳細描述將變得更清楚和被最好地理解，其中:
[0006]圖1示出了根據一個實施方式的用於探測無線設備位置的交通工具系統；
[0007]圖2示出了根據一個實施方式的無線設備、主基站和輔助基站的詳細示意圖；
[0008]圖3示出了根據一個實施方式的無線設備距離交通工具的第一距離、第二距離和第三距離；
[0009]圖4示出了定向在初始位置的無線設備和交通工具之間的初始距離矢量，以及定向在當前位置的無線設備和交通工具之間的當前距離矢量；
[0010]圖5示出了根據一個實施方式的確定無線設備的當前位置的方法；以及
[0011]圖6示出了根據另一個實施方式的確定無線設備的當前位置的方法。
【具體實施方式】
[0012]按照要求，在此公開本發明的詳細的實施方式；然而，應當了解的是所公開的實施方式僅僅是本發明的示例，其可以多種和可選的形式的被實現。附圖並不需要成比例；一些特徵可被放大或縮小以顯示具體部件的細節。因此，這裡公開的特定的結構和功能的細節並不能視為限制，而僅僅是作為教導本領域的技術人員以多種方式使用本發明的代表性基礎。
[0013]本發明的實施方式一般提供多個電路和其它電氣設備。對所有這些電路和其它電氣設備，以及其中的每一個所提供的功能的引用，並不能被視為限制在僅僅包含在此說明和描述的內容。雖然具體的標識可被分配給所公開的各種電路和其它電氣設備，但是這些標識不是旨在限制這些電路和其它電氣設備的操作範圍。這些電路和其它電氣設備可基於期望的電器實現的具體類型，以任何方式相互結合和/或分割。應當認識到這裡公開的任何電路和其它電氣設備可包括任何數量的微處理器、集成電路、存儲設備(例如，FLASH、RAM、ROM、EPROM、EEPROM，或其另外的合適的變體)和軟體，它們相互作用以執行如這裡所公開的任何數量的操作。
[0014]參考圖1，示出了根據一個或多個實施方式確定無線設備位置的交通工具系統，並且總體用數字10表示。交通工具系統10包括無線設備12和包括主基站14和至少兩個輔助基站16a-16n (「 16」)的至少三個節點。交通工具系統10探測無線設備12相對於交通工具18的位置。例如，主基站14和每個輔助基站16包括無線地發送/接收發送到/接收自無線設備12的信號的發送器/接收器(「收發器」)。當無線設備12和節點14、16之間的通信已經至少部分中斷的時候，交通工具系統10基於以前確定的初始位置確定無線設備12的當前位置。
[0015]交通工具系統10使用航位推測技術或者自適應可預測性估計來確定當前位置。航位推測法(dead reckoning)是通過使用以前確定的位置計算當前位置、以及基於對運行時間和路線上的估計速度來預測該位置的過程。自適應可預測性估計指的是使用已知數據(例如無線設備12的速度、加速度、定向、初始位置和當前位置)來分析當前位置數據是正確的可能性的過程。這個信息可被用於當前位置的濾波、偏移、拒絕或忽略。
[0016]無線設備12可被實施為智能鑰匙或用於獲得交通工具18準入的其它合適的設備。 [0017]主基站14 一般包括另外的電路以響應於無線設備12提供的命令信號來鎖定和解鎖交通工具18。交通工具系統10執行被動式進入被動式啟動(PEPS)功能，其中主基站14響應於確定無線設備12在位於交通工具附近的相應區域20a-20n( 「20」)時，解鎖交通工具18。例如，圖示的實施方式說明前駕駛員側區域20a、交通工具前部區域20b、前乘客側區域20c、後乘客側區域20d、交通工具後部區域20e和後駕駛員側區域20f。區域20 —般對應交通工具18周圍的預先確定的授權位置(例如，交通工具18的內部和外部)，以使如果探測到無線設備12在這樣的區域20中的一個之內時，那麼主基站14可自動解鎖靠近其中無線設備12被探測到所處的區域20的交通工具(或門)，並且使用戶能夠啟動交通工具。
[0018]根據一個或多個實施方式，交通工具系統10除了使用PEPS功能，還使用遠程無鑰匙操作。例如，當在授權區域20內時，無線設備12發送期望操作的命令指示，在這種情況下，主基站14可對交通工具18執行期望的操作(例如，鎖定、解鎖、升降門釋放、遠程啟動
O
[0019]主基站14、輔助基站16和無線設備12相互執行一系列信號交換，並且使用空口傳輸時間(TOF)的實施方式來確定無線設備12距離交通工具18的距離。因此，主基站14和輔助基站16使用三邊測量定位無線設備12所處的實際區域20。三邊測量的使用使得主基站14具有定位無線設備12水平方向上所處的、距離交通工具的位置的能力。這個信息(例如，無線設備12處在哪個區域20內)與使用TOF確定的距離信息一起，使得主基站14以增大的級別的精度定位無線設備12相對於交通工具18的位置。對照在其中可能只在交通工具的多個側面布置了轉發器的、具有較低的準確度的傳統系統，交通工具系統10可布置為精確地確定在交通工具18附近或其內部的無線設備12的位置。在其它實施方式中，主基站14、輔助基站16和無線設備12基於一個或多個無線信號的到達時間，確定無線設備12距離交通工具18的距離。
[0020]例如，主基站14可確定無線設備12位於距離交通工具18三米的距離處，並且無線設備12位於駕駛員側區域20a。儘管說明了無線設備12的位置可經由TOF和三邊測量確定，但是應當認識到的是，這裡說明的關於定位無線設備12的方面可被應用在例如但不限於輪胎壓力監測的其它交通工具功能。當使用TOF時，應該認識到主基站14和輔助基站16可被布置在交通工具18內的預先確定的位置，用以發送和接收發送到和接收自無線設備12的信號。在一個或多個實施方式中，節點14、16定位在交通工具頂篷內(如圖1所示)，並且定向為大致的三角結構(如圖3所示)。
[0021]圖2示出了根據一個或多個實施方式的無線設備12、主基站14和輔助基站16的詳細示意圖。無線設備12包括微控制器30、發送器/接收器(「收發器」)32和至少一個天線34。微控制器30可操作地耦合到收發器32和天線34，用以發送和接收發送到/接收自主基站14和輔助基站16的信號。射頻(RF)開關35可操作地耦合到天線34用以將其耦合到收發器32。多個天線34的實施方式可提供天線分集，其有助於解決射頻多徑問題。RF開關35和多個天線的使用是可選的。例如，單個天線34可用於發送和接收發送到和接收自無線設備12的信號。
[0022]可充電電池36給微控制器30和收發器32供電。電池充電器電路40從充電器連接器42接收電力，充電器連接器可操作地耦合至外部電源(未示出)。電池充電器電路40可調節來自外部電源的輸入電力，以確保其適合被存儲在可充電電池36上。應當認識到的是，電池充電器電路40和電池36可無線地從外部設備(例如,感應電荷充電)接收電力以對其充電。
[0023]電池充電器40可向微控制器30指示電池36正在充電和/或電池36的充電的狀態。第一發光指示器44布置在充電器連接器42的附近，並且可操作地耦合到微控制器30，以向用戶提供電池36的充電狀態。振動馬達46可操作地耦合至微控制器30，並且被布置成向用戶提供觸覺反饋。
[0024]加速度計47可操作地耦合至微控制器30，以探測無線設備12的移動。加速度計47配置為提供指示無線設備12在三個軸(X，y, ζ)上的加速度的輸出。例如，加速度計47可提供指示無線設備12的縱向加速度(Αχ)、橫向加速度(Ay)和垂直加速度(Az)的輸出。無線設備12的其它實施方式包括雙軸加速度計47。在一個或多個實施方式中，加速度計47是慣性設備，諸如慣性微電機械系統(MEMs)傳感器。無線設備12可被布置為響應於基於加速度計輸出(Ax，Ay和Az)確定其正在移動以開始數據傳輸。這種方法幫助電池36節省電力。
[0025] 根據一個或多個實施方式，無線設備12也包括陀螺儀48用以探測無線設備12的移動。陀螺儀48可操作地耦合至微控制器30，並且配置為提供指示無線設備12的偏航率(Ψ)、俯仰率(Θ )和側傾率(φ)的方向數據，如圖1所示。俯仰率(Θ )代表關於縱軸(X)的改變的角速度。側傾率(屮)代表關於橫軸(y)的改變的角速度，並且偏航率(Ψ )代表關於垂直軸(ζ)的改變的角速度。陀螺儀數據用於消除重力影響和定向無線設備12。在一個或多個實施方式中，陀螺儀48是諸如慣性MEMs傳感器的MEMs設備。[0026]壓電發聲器49也可操作地耦合至微控制器30，並且布置為提供基於聲音的反饋。第二發光指示器50可操作地耦合於微控制器30，並且被布置為提供視覺反饋。多個開關52定位在無線設備12上，用以發送命令到交通工具18，以開始多個交通工具操作(例如，門鎖定和解鎖、升降門釋放、遠程啟動等)。
[0027]收發器32 —般被配置為運行在3-lOGHz頻率，並且在至少500MHz帶寬的超寬帶(UWB)內通信。在UWB帶寬內的這種高頻率的通信使得交通工具系統10在更高的精度內確定無線設備12相對於交通工具的距離。收發器32 —般包括振蕩器54和鎖相環(PLL)56，用於使得收發器32運行在3-lOGHz頻率。
[0028]微控制器30可操作地耦合到收發器32和天線34，以發送無線信號58到主基站14和輔助基站16。無線信號58包括加速度數據(4、'和\)。根據一個或多個實施方式，無線信號58也包括陀螺儀數據(Ψ、Θ和φ)。
[0029]主基站14 一般包括微控制器60、收發器62和至少一個天線64。交通工具18中的電源65給微控制器60和收發器62供電。RF開關66可操作地稱合到微控制器60和天線64。RF開關66可操作地耦合到天線64以將其耦合到收發器62。多天線64的實施方式可提供天線分集，其幫助解決關於RF多徑的問題。也考慮單個天線64可被用於發送和接收發送到和接收自無線設備12的信號而無需RF開關66。微控制器60可操作地耦合到收發器62和天線64，以發送和接收發送到/接收自無線設備12的信號(例如，無線信號58)和輔助基站16的信號。微控制器60基於這些信號確定無線設備12的位置。主基站14還包括用於執行交通工具的門和/或升降門/後備箱的鎖定和解鎖的電路和執行遠程啟動的電路。
[0030]收發器62 —般也被配置為運行在3-lOGHz頻率，並且在至少500MHz超寬帶(UWB)帶寬內通信。在3-lOGHz操作頻率和UWB帶寬內運行收發器62，使得主基站14在其與無線設備12通信時，在更高精確度內確定無線設備12相對於交通工具的距離。收發器62—般包括振蕩器74和PLL76，用於使得收發器62運行在3-lOGHz之間的頻率。
[0031]輔助基站16 —般包括微控制器80、收發器82和至少一個天線84。RF開關86可操作地耦合到微控制器80和天線84。因為以上提到的原因，實施RF開關86和多天線84是可選的。微控制器80可操作地耦合到收發器82和天線84，以發送和接收發送到/接收自無線設備12和主基站14的信號(例如，無線信號58)。交通工具18中的電源65給微控制器80和收發器82供電。
[0032]收發器82也一般被配置為運行在3-lOGHz之間的頻率，並且在至少500MHz超寬帶(UWB)帶寬內通信。在3-lOGHz操作頻率運行收發器82，使得交通工具系統10在其與無線設備12通信時，在更高精確度內確定無線設備12相對於交通工具的距離。收發器82 —般包括振蕩器94和PLL96，用於使得收發器82運行在3-lOGHz之間的頻率。應該認識到的是，第二輔助基站16η (如圖1所示)類似於以上所述的輔助基站16，並且包括相似的部件和提供相似的功能。
[0033]每個輔助基站16從無線設備12接收無線信號58，並且發送消息98到主基站14，消息98包括指示無線信號空口傳輸時間和加速度數據(K、Ay和Az)的信息。根據一個或多個實施方式，消息98也包括陀螺儀數據(Ψ、Θ和φ)。主基站14也接收無線信號58，並且產生消息(未示出)，該消息包括指示無線信號58空口傳輸時間、以及加速度和陀螺儀數據的信息。
[0034]無線設備12、主基站14和輔助基站16中的每個被布置為在至少500MHz帶寬內發送和接收數據，這個方面可能造成這些設備上的大的電流消耗。例如，通過運行在UWB帶寬範圍內，這種情況產生大的頻率譜(例如，同時有低頻和高頻)和高的時間解析度,其增加了測距的精確性。因為主基站14和輔助基站16由交通工具內的電源65供電，功耗對於這些的設備可能不是主要問題。然而，因為無線設備12是便攜設備，功耗卻是其主要問題。一般地，便攜設備裝備有單獨的電池。在單獨的電池與在UWB帶寬範圍內發送/接收數據的無線設備12 —起實現的情況下，電池可能被很快耗盡。考慮到這種情況，無線設備12包括可充電電池36和電池充電器電路40，以及充電器連接器42 (或無線實施方式)，使得電池36可被根據需要充電，以支持與在UWB帶寬範圍內的發送/接收信息一同使用時的有關的電力需求。
[0035]一般地，收發器32、62和82運行的頻率越高，這些收發器32、62和82能發送和接收的信息的帶寬越大。這樣大的帶寬(也就是，在UWB帶寬內)可提高抗噪聲幹擾性和提高信號傳輸。因為UWB帶寬允許更可靠的信號傳輸，這也可在確定無線設備12的距離時提高精確性。如上所述，3-1OGHz的運行頻率使得收發器32、62和82能夠在UWB範圍內發送和接收數據。對於無線設備12、主基站14和輔助基站16的UWB帶寬的使用可提供:(i)待被接收的發送信號通過的障礙物的穿透性(例如，提高抗噪聲幹擾性)；(?)高的測距(或定位)精確性；(iii)高速數據通信；以及(iv)低成本的實施方案。因為UWB譜的多個頻率成分，相比於利用現有的窄帶實施方案發送的數據(例如，基於在315MHz的載頻的傳輸等)，發送的數據可被無線設備12、主基站14和輔助基站16更可靠地接收。例如，基於UWB的信號，因為其有多個頻率成分，可同時具有好的反射特性和透射特性。一些頻率成分可穿過各種物體發送，而其它一些可被物體很好地反射。這些情況可增加無線設備12、主基站14和輔助基站16的數據接收的總可靠性。進一步，UWB譜中的傳輸可提供抗堵塞的魯棒的無線性能。這也可提供反中繼攻擊的對抗措施，以及其中的合適的測量解析度，例如，幾個釐米的解析度。在無線設備12、主基站14和輔助基站16中實施UWB通常適合於TOF應用。
[0036]參考圖3，交通工具系統10使用TOF確定無線設備12和每個節點(主基站14和輔助基站16)之間的距離。交通工具系統10隨後使用三邊測量確定無線設備12當前定位在哪個區域20 (如圖1所示)。這些方法公布在Ghabra等人的美國專利申請13/675642中，其公開內容通過引用方式整體併入。
[0037]每個節點14、16從無線設備12接收無線信號58，並且產生具有指示無線信號58的空口傳輸時間的信息的消息。主基站14從每個節點14、16接收空口傳輸時間信息，並且進行TOF測量以確定無線設備12和主基站14之間的第一距離(D1)、無線設備12和第一輔助基站16a之間的第二距離(D2)、無線設備12和第二輔助基站16η之間的第三距離(D3)。至少需要三個距離讀數，從而執行使用這三個距離讀數的三邊測量，以確定無線設備12所處的區域20。也可以考慮無線設備12使用TOF測量結果來提供其自身相對於帶有主基站14和輔助基站16的交通工具18的距離。
[0038]交通工具系統10使用距離(D1、D2、D3)和區域20信息確定無線設備12的當前位置。然而，如果無線設備12和節點14、16中的至少一個之間的通信中斷或部分中斷，那麼交通工具系統10使用航位推測法和自適應可預測性估計來估計無線設備12的當前位置。[0039]一旦通信被中斷，交通工具系統10基於初始距離矢量，以及加速度計和陀螺儀(如圖2所示)提供的信息確定無線設備12的當前位置。這樣的初始距離矢量使用結合圖3描述的TOF技術和三邊測量技術，並且使用通信中斷前提供的信息進行確定。
[0040]參考圖4，交通工具系統10確定定向在初始位置時的無線設備12和交通工具18的預先確定的位置(例如，圖4中點O)之間的距離(Di)和角度(α )所對應的初始距離矢量
(Bi)0初始距離矢量(ζ)基於無線設備12和節點14、16之間的距離(D1、D2、D3)，以及無
線設備12所處的區域20。初始距離矢量(ζ )的幅度或距離(Di)可使用如下所示的等式I計算:
[0041]D1 = \+'D1: + ?2: + D32 等式 I
[0042]無線設備12和交通工具18的預先確定的位置(例如，點O)之間的角度(α )可以使用基於無線設備12所處區域的三角方程進行計算。
[0043]當無線設備12定向在當前位置時，交通工具系統10也確定無線設備12和交通工具18的預先確定的位置(例如，點O)之間的距離(Dp)和角度(β )所對應的當前距離矢量
(Dp )。當前距離矢量(I )的確定在下面詳細描述。
[0044]參考圖5，示出了根據一個或多個實施方式，使用航位推測法基於以前探測到的位置來確定無線設備的當前位置的方法，並且該方法總體上用數字110表示。根據一個或多個實施方式，使用包含在交通工具系統10的微控制器30、60、80內的軟體代碼實施該方法。 [0045]在操作112，交通工具系統10確定無線設備和交通工具節點14、16之間的通信是否被建立。重複操作112直到通信被建立。在操作114，每個節點14、16從無線設備12接收包括加速度和陀螺儀數據的信息。每個節點14、16隨後產生包括指示無線信號58的空口傳輸時間的數據、加速度數據和陀螺儀數據的信息的消息。在操作116，主基站14確定來自無線設備12的數據是否已被包括其自身的全部交通工具節點接收到。如果在操作116的判斷是否定的，指示無線設備12和節點14、16之間的部分通信中斷，隨後交通工具系統10返回操作112。
[0046]如果在操作116的判斷是肯定的(即，全部節點14、16接收到無線設備數據)，那麼交通工具系統10前進到操作118，並且在交通工具空間內定位無線設備12。定位無線設備12包括使用TOF和三邊測量計算距離(D1、D2、D3)和確定無線設備12所處的區域20，並且隨後基於距離和區域信息，計算無線設備12的第一個最終位置，諸如初始位置(DiX
[0047]在操作120，交通工具系統10再次確定來自無線設備12的數據是否被包括其自身的所有節點接收到。如果在操作120的判斷是肯定的(所有節點14、16都接收到無線設備數據)，那麼交通工具系統10前進到操作122和124，使用TOF和三邊測量計算無線設備12的當前位置(Dp)。
[0048]如果在操作120的判斷是否定的，交通工具系統10前進到操作126。在操作126，交通工具系統10確定來自無線設備12的數據是否被至少一個交通工具節點14、16接收到。如果接收到這種數據，交通工具系統前進到操作128，並且使用航位推測法估計無線設備12的第二個最終位置，諸如當前位置(Dp)。
[0049]作為航位推測法的初始步驟，交通工具系統10使用陀螺儀數據消除存在於加速度數據中的重力影響。此外，加速度計47和陀螺儀48相對於交通工具18關於無線設備12的前進方向(heading)定向。如操作130所說明，在當前位置確定的每一次迭代中，因為定向是絕對數據的源，這個定向被重新初始化。
[0050]因為重力影響，加速度信息(4、'和Az)是有偏差的。因此交通工具系統使用陀螺儀信息補償加速度信息。如上面參考圖1和圖2所描述的,俯仰率(Θ )表不與縱向軸方向(χ)的角度偏移。側傾率(屮)表示與橫向軸方向(y)的角度偏移，偏行率(Ψ)表示與垂直軸(ζ)方向的角度偏移。因此，交通工具系統使用相應的陀螺儀數據過濾加速度數據。例如，交通τ民系統10使用俯仰角(Θ )過濾縱向加速度(Ax)。類似地，橫向加速度(Ay)使用側傾角(Φ )過濾，並且垂直加速度(Az)使用偏行率(Ψ )過濾。定向無線設備12允許數據規範化回靜態的交通工 具原始位置(例如，參考點O)並且僅在期望的平面U、1、ζ)中分析加速度數據。
[0051]隨後規範化的數據被處理，通過對χ和y軸加速度的一次積分和二次積分，以確定定向在以前位置(例如，初始位置)的無線設備12和當前位置之間的無線設備12的前進方向和位移(dl，d2，d3)。交通工具系統通過對相應的過濾後的加速度值進行積分，計算無線設備在每個方向(χ、Y、ζ)的速度(Vx、Vy和Vz)。例如,縱向速度(Vx)通過關於時間積分過濾後的縱向加速度(Ax filt)進行計算。類似地，橫向速度(Vy)通過積分過濾後的橫向加速度(Ay filt)進行計算，並且垂直速度(Vz)通過積分過濾後的垂直加速度(Az filt)進行計算。
[0052]交通工具系統通過對相應濾波後的加速度值進行二次積分，計算無線設備12在每個方向(x、y、z)的位移(dx，dy和dz)。例如,縱向位移(dx)通過過濾後的縱向加速度(Ax—filt)關於時間進行二次積分可被計算。類似地，橫向位移(dy)通過過濾後的橫向加速度(Ayfilt)進行二次積分被計算，並且垂直位移(dz)通過過濾後的垂直加速度(Az filt)進行二次積分被計算。
[0053]交通工具系統使用卡爾曼濾波，基於位移值(dx，dy和dz)估計無線設備的當前距
離矢量(Sp)和前進方向。卡爾曼濾波是一種算法，其遞歸的操作有噪聲的輸入數據流，以
提供底層的系統狀態的統計最優估計。基本上，卡爾曼濾波是一種算法，其使用一系列隨著時間觀察到的並且包括隨機變量(噪聲)的測量結果，並且提供比單獨測量結果更精確的對未知變量的估計值。基於測量的輸入輸出，卡爾曼濾波可被看作估計「黑盒子」狀態的方法。根據一個或多個實施方式，卡爾曼濾波使用包括在主基站14的微控制器60內的軟體代碼實施。
[0054]卡爾曼濾波算法使用包括時間更新預測步驟和測量結果更新步驟的兩步驟過程估計狀態。在預測步驟，卡爾曼濾波提供當前狀態變量的估計值以及其不確定性。測量結果更新步驟是反饋控制形式。一旦卡爾曼濾波觀察到下一個測量結果，使用加權平均值更新估計，其中，對具有更高的確定性的估計給予更大的權重。根據協方差計算權重，其包括測量噪聲協方差(R)和處理噪聲協方差(Q)。協方差是預測系統狀態的不確定性的估計的度量。
[0055]測量噪聲協方差(R)確定有多少來自當前測量結果的信息被使用了。高的R值指示測量結果並非非常精確。如果R是高的，卡爾曼濾波將對當前測量結果使用較小的權重。如果R是低的，那麼卡爾曼濾波將更密切地跟隨測量結果。處理噪聲的協方差(Q)也極大地影響了卡爾曼濾波。使用高的Q值，卡爾曼濾波更緊密地追蹤大的改變。然而，在估計被允許在一個時間步驟更多地「移動」時，估計變得有更多噪聲。
[0056]在每個時間步驟，卡爾曼濾波過程被重複，這裡新的估計和它的協方差通知了使用在隨後迭代的預測。卡爾曼濾波是一個遞歸估計器。這意味著僅有來自前一個時間步驟的估計態和當前的測量結果被用於計算當前狀態的估計。之後無線設備12能帶有前進方向、速度和相對於其速度的潛在位移地被放置在交通工具空間內的當前位置(Dp)。操作124後，交通工具系統返回操作120。
[0057]陀螺儀48是交通工具系統10的可選設備。陀螺儀48提供的信息用於使用航位推測法提供更精確的無線設備的位置確定。然而，對於無線設備12的位置確定的要求不是很嚴格的應用，交通工具系統10的可選的實施方式沒有提供陀螺儀48。
[0058]圖6示出了使用基於加速度計數據的自適應可預測性估計，而沒有任何陀螺儀數據來確定無線設備的當前位置的方法210。除了確定無線設備的當前位置(Dp)，圖6的方法210相似於圖5描述的方法110。
[0059]在操作212，交通工具系統10確定無線設備和交通工具節點14、16之間的通信是否已被建立。重複操作212直到通信被建立。在操作214，每個節點14、16從無線設備12接收包括加速度數據的數據。每個節點14、16隨後產生指示無線信號58的空口傳輸時間和加速度信息的消息。在操作216，主基站14確定來自無線設備12的數據是否被包括其自身的所有節點接收到。如果在操作216的判斷是否定的，指示無線設備12和節點14、16之間的部分的通信中斷，之後交通工具系統10返回操作212。如果在操作216的判斷是肯定的，(所有的節點14、16接收到 了無線設備數據)，那麼交通工具系統10前進到操作218，並且使用TOF和三邊測量計算無線設備12的第一最終位置，諸如初始位置(DiX
[0060]在操作220，交通工具系統10再次確定來自無線設備12的數據是否被包括其自身的所有節點接收到。如果在操作220的判斷是肯定的(所有節點14、16接收到了無線設備數據)，那麼交通工具系統10前進到操作222和224，使用TOF和三邊測量計算無線設備12的當前位置(Dp)。
[0061]如果在操作220的判斷是否定的，交通工具系統10前進到操作226。在操作226，交通工具系統10確定來自無線設備12的數據是否被至少一個交通工具節點14、16接收，以及以前確定的初始位置(Di)和以前確定的現在位置(Dpp)是否可供使用。如果在操作226的判斷是肯定的，那麼交通工具系統前進到操作228，並且使用卡爾曼濾波和自適應可預測性分析，預測無線設備12的第二最終位置。
[0062]在操作228，交通工具系統10基於隨著時間推移的、初始位置(Di)和前一個當前位置(Dpp)之間的差異，計算無線設備12的速度。交通工具系統接著比較與每個位置有關
的距離矢量(? )和(舊胃)，以估計無線設備12的前進方向。交通工具系統接著使用卡爾曼
濾波來加權速度、前進方向連同加速度數據，以確定無線設備在每個方向(dx, dy和dz)的位移。
[0063]交通工具系統10隨後使用自適應可預測性估計，以基於加速度計數據分析位移是正確的可能性。這個信息可被用於位移數據的過濾、偏移、拒絕或忽略。例如，如果卡爾曼濾波器指示無線設備12已經移動，然而加速度計指示其並沒有移動，那麼自適應可預測性過程可以將系統偏向較少移動或沒有移動。[0064]隨後無線設備12可被放置在交通工具空間內的第二最終位置，諸如帶有前進方向、速度和相對於其速度的潛在位移的當前位置(Dp)。操作224之後，交通工具系統返回操作 220。
[0065]而且，如果在方法210期間的任何時間，加速度數據值(Ax、Ay和Az)的至少一個等於零的時間長於閾值時間段(例如，10秒)，那麼交通工具系統確定無線設備12已經停止，並且返回操作212而不用確定當前位置。
[0066]雖然如上描述了示例性實施方式，但是並不意味著這些實施方式描述了本發明的所有可能形式。而是，說明書中的詞語是描述性的而非限制性的，並且可以理解，在不背離本發明的精神和範圍的情況下可做出多種改變。此外，各種被實施的實施方式的特徵可被結合以構成本發明的其他的實施方式。
【權利要求】
1.一種交通工具系統，包括: 便攜設備，配置為發送第一無線信號；以及 多個基站，定位在交通工具各處，每個基站被配置為接收所述第一無線信號，其中所述多個基站的主基站被配置為: 響應於所述多個基站中的每個成功接收到所述第一無線信號，確定第一最終位置；確定所述第一最終位置後，監控後續在所述多個基站中的每個處對第二無線信號的接收，所述第二無線信號指示所述便攜設備的運動數據； 確定第一基站已經接收到所述第二無線信號； 確定第二基站沒有成功接收到所述第二無線信號；以及 在確定所述第二無線基站沒有成功接收到所述第二無線信號後，使用所述第一最終位置和在所述第一基站所接收的所述第二無線信號的運動數據，確定所述便攜設備的第二最終位置。
2.根據權利要求1所述的交通工具系統，其中所述多個基站中的每個被配置為響應於成功接收到所述第一無線信號，產生指示所述第一無線信號空口傳輸時間的第一消息。
3.根據權利 要求2所述的交通工具系統，其中所述主基站還被配置為: 基於相應基站產生的所述第一消息，計算所述便攜設備和所述多個基站中的每個之間的距離； 基於所述距離，確定所述便攜設備所處的相對於所述交通工具的區域；以及基於所述距離和所述區域，計算所述便攜設備相對於參考交通工具位置的所述第一最終位置。
4.根據權利要求1所述的交通工具系統，其中所述運動數據還包括加速度數據和定向數據，其中所述便攜設備還包括: 加速度計，配置為提供所述加速度數據；以及 陀螺儀，配置為提供所述定向數據。
5.根據權利要求4所述的交通工具系統，其中所述主基站還配置為: 在確定所述第二基站沒有成功接收到所述第二無線信號之後，使用所述定向數據過濾所述加速度數據，並且產生過濾後的加速度數據； 基於對所述過濾後的加速度數據的一次積分，計算所述便攜設備的速度； 基於對所述過濾後的加速度數據的二次積分，計算所述便攜設備從所述第一最終位置的位移；以及 基於所述便攜設備的所述速度和所述位移，確定所述便攜設備的所述第二最終位置。
6.根據權利要求4所述的交通工具系統，其中所述主基站還被配置為: 基於所述加速度數據、所述定向數據和所述第一最終位置中的至少一個，使用卡爾曼濾波估計指示所述便攜設備的所述第二最終位置的狀態。
7.根據權利要求1所述的交通工具系統，其中所述主基站還被配置為: 基於所述便攜設備的所述第一最終位置和速度，確定所述便攜設備的所述第二最終位置，所述便攜設備的所述速度依賴於所述便攜設備的過濾後的加速度。
8.根據權利要求1所述的交通工具系統，其中所述主基站還被配置為: 基於所述便攜設備和所述多個基站中的每個之間的所述第一無線信號的空口傳輸時間，計算所述便攜設備相對於參考交通工具位置的所述第一最終位置；以及 基於所述運動數據和所述第一最終位置，使用卡爾曼濾波來估計指示所述便攜設備的所述第二最終位置的狀態。
9.根據權利要求8所述的交通工具系統，其中所述主基站還被配置為: 基於隨著時間推移的、所述第一最終位置和所述第二最終位置之間的差異，計算所述便攜設備的速度； 基於所述速度，估計所述便攜設備的、在所述第一最終位置和所述第二最終位置之間的位移；以及 基於所述位移估計所述便攜設備的第三最終位置。
10.一種裝置，包括: 多個基站，定位在交通工具各處，每個基站被配置為從便攜無線設備接收第一無線信號，其中所述多個基站的主基站被配置為: 響應於所述多個基站中的每個成功接收到所述第一無線信號，確定第一最終位置；確定所述第一最終位置後，監控後續在所述多個基站中的每個處對第二無線信號的接收，所述第二無線信號指示所述便攜設備的加速度數據和定向數據； 確定第一基站已經接收 到所述第二無線信號； 確定第二基站沒有成功接收到所述第二無線信號；以及 在確定所述第二無線基站沒有成功接收到所述第二無線信號後，使用所述第一最終位置和在所述第一基站處所接收到的所述第二無線信號的所述加速度數據和所述定向數據，確定所述便攜設備的第二最終位置。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中所述主基站還被配置為: 在確定所述第二基站沒有成功接收到所述第二無線信號之後，使用所述定向數據過濾所述加速度數據，並且產生過濾後的加速度數據；以及 基於所述便攜設備的過濾後的加速度數據，確定所述便攜設備的第二最終位置。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中所述主基站還被配置為: 基於對所述過濾後的加速度數據的一次積分，計算所述便攜設備的速度； 基於對所述過濾後的加速度數據的二次積分，計算所述便攜設備從所述第一最終位置的位移；以及 基於所述便攜設備的所述速度和所述位移，確定所述便攜設備的第二最終位置。
13.根據權利要求10所述的裝置，其中所述多個基站中的每個被配置為響應於成功接收到所述第一無線信號，產生指示所述第一無線信號的空口傳輸時間的第一消息。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中所述主基站還被配置為: 基於相應基站產生的所述第一消息，計算所述便攜設備和所述多個基站中的每個之間的距離； 基於所述距離，確定所述便攜設備所處的相對於所述交通工具的區域；以及 基於所述距離和所述區域，計算所述便攜設備相對於參考交通工具位置的第一最終位置。
15.根據權利要求14所述的裝置，其中所述主基站還被配置為: 基於所述便攜設備的所述第二最終位置，控制對定位在靠近所述區域的交通工具門的解鎖。
16.一種探測便攜設備位置的方法，所述方法包括: 發送第一無線信號到多個基站； 響應於所述多個基站中的每個成功接收到所述第一無線信號，確定第一最終位置； 確定所述第一最終位置後，監控後續在所述多個基站中的每個處對第二無線信號的接收，所述第二無線信號指示所述便攜設備的運動數據； 確定第一基站已經接收到所述第二無線信號； 確定第二基站沒有成功接收到所述第二無線信號；以及 在確定所述第二無線基站沒有成功接收到所述第二無線信號後，使用所述第一最終位置和在所述第一基站所接收的所述第二無線信號的運動數據，確定所述便攜設備的第二最終位置。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述運動數據還包括加速度數據和定向數據的至少一個。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括: 使用所述定向數 據過濾所述加速度數據以消除重力影響，並且相對於參考交通工具位置定向所述便攜設備。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括: 基於所述加速度數據、所述定向數據和所述第一最終位置，使用卡爾曼濾波，估計指示所述便攜設備的第二最終位置的狀態。
20.根據權利要求16所述的方法，還包括: 基於所述便攜設備的第一最終位置和速度，確定所述便攜設備的第二最終位置，所述便攜設備的所述速度依賴於所述便攜設備的過濾後的加速度。
【文檔編號】B60R25/24GK104015690SQ201410027416
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2013年3月1日
【發明者】託馬斯·奧布萊恩, 希爾頓·W·吉拉德, 詹森·鮑曼, 建·葉 申請人:李爾公司