[发明专利]在存在多个通信路径的情况下进行精确射频定位的粗略和精细飞行时间估计的系统和方法

说明书

本发明公开了用于确定网络架构中的无线节点的位置的系统和方法。在一个示例中，一种异步系统包括：第一无线节点，具有无线装置，该无线装置具有一个或多个处理单元和用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路，包括具有第一数据包的第一RF信号。该系统还包括第二无线节点，具有无线装置，该无线装置具有在无线网络架构中实现与第一无线节点双向通信的发送器和接收器，包括具有第二数据包的第二RF信号。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置成运行指令以使用第一无线节点和第二无线节点的信道信息来确定第一数据包和第二数据包的粗略飞行时间估计以及飞行时间的精细时间估计。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月6日提交的申请号为15/697,284的美国申请的权益，并且是于2016年6月3日提交的申请号为15/173,531的美国申请的部分继续申请，该两个美国申请的全部内容均通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及一种在存在多个通信路径的情况下进行精确射频定位的粗略和精细飞行时间估计的系统和方法。

背景技术

在消费类电子产品和计算机工业中，无线传感器网络已经研究了很多年。在原始无线传感器网络中，一个或多个传感器与无线电一起实施以能够从布置在网络内的一个或多个传感器节点无线收集数据。每个传感器节点可以包括一个或多个传感器，并且将包括无线电和用于对传感器节点的操作供电的电源。室内无线网络中的节点的位置检测在许多应用中是有用且重要的。

基于使用射频测量执行的三角测量的定位是一种用于确定三维空间中无线配备目标的位置的具有吸引力的方法。可以以多种方式执行基于RF的定位。必须确定多个目标对之间的距离，以能够基于各个对距离通过三角测量来计算三维空间中的相对位置。示例性实施方案包括集线器和多个传感器节点。注意的是，可以用节点来替换集线器，或者实际上，可以用一个或多个节点来替换集线器。通过RF通信使用射频技术估计所有各对之间的距离。一旦估计了距离，三角测量就可以用于确定每个目标在三维空间中的相对位置。如果在现实空间中已知至少两个目标的位置，则可以确定网络中每个目标的绝对位置。实际上，如果在网络内已知一个目标(例如，集线器)的位置，以及到至少一个其它节点的角路径，则可以再次确定网络内每个目标的绝对位置。

因此，目标对之间的距离测量是基于RF的定位中的关键步骤。可以以多种方式执行距离估计。通信信号强度(RSSI)可以在对之间测量并且用于基于已知的信号衰减模型来估计距离。可以测量在目标之间发送的信号的飞行时间(TOF)，并且可以基于已知的传播延迟模型来估计距离。可以另外基于信号强度的角度变化的分辨率来估计到达角(AOA)。其中，RSSI通常由于衰减的变化而易于出错，因此，对于距离估计的吸引力不如TOF。

基于TOF的距离估计易受反射引起的误差影响，从而导致两个目标之间存在多个路径。在这种情况下，由于反射路径比直接路径长，因此估计路径可能被检测为长于实际路径。如果系统基于反射路径估计TOF，则在三角测量中会引入误差。

发明内容

对于本发明的一个实施例，本文公开一种用于确定网络架构中无线传感器节点位置的系统和方法。在一个示例中，一种用于无线网络架构中的节点定位的异步系统，包括：第一无线节点，具有无线装置，该无线装置具有一个或多个处理单元和用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路，包括具有第一数据包的第一RF信号。该系统还包括第二无线节点，具有无线装置，该无线装置具有在无线网络架构中实现与第一无线节点的双向通信的发送器和接收器，包括具有第二数据包的第二RF信号。第一无线节点的一个或多个处理单元被配置成运行指令以使用第一无线节点和第二无线节点的信道信息来确定第一数据包和第二数据包的粗略飞行时间估计以及该飞行时间的精细时间估计。