用于飞行时间指纹采集和地理定位的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于室内地理定位的方法和装置。更具体地，本公开涉及用于根据室内环境的指纹和(一个或多个)实时飞行时间(Time-Of-Flight，ToF)测量确定室内位置的方法和装置。
【背景技术】
[0002]定位结构内部的人、动物和移动终端变得越来越重要。该结构可以是传统全球定位系统(GPS)不可访问的覆盖结构。传统室内地理定位技术依赖于包括以下各项的信息:接收的信号强度指示(RSSI)、到达的角度(AOA)、到达的时间(TOA)、以及到达的时间差(TD0A)。该信号信息然后被操纵以确定结构内部的发射器位置或者编译所谓的结构指纹。
[0003]传统的技术仅提供有限的定位准确性，因为它们极大地依赖于视线(LineofSight，L0S)来确保准确性。复杂结构包括多层结构，这些多层结构产生回波和过量多路径传播，从而使得传统LOS测量不准确。因为周所周知LOS在室内环境中是不可用的，所以传统技术遭受高度的不准确性。
[0004]RSSI指纹采集(fingerprint)的主要缺点是对以下各项的敏感度:接入点(AP)的发射器功率、发射器设备的方位和高度以及快速衰落，所有这些能够引起指纹图谱的变化。为克服不准确性，通过提供更多的AP位置和/或创建更大的不同结构点的数据库来提高RSSI指纹采集准确度。因此，存在对于准确地确定室内环境内的设备的位置的方法和装置的需求。
【附图说明】
[0005]将参考以下示例性和非限制说明来讨论本公开的这些和其他实施例，其中相似的元件被类似地编号，并且其中:
[0006]图1示出了示例性ToF指纹图谱；
[0007]图2示出了具有AP和多个STA的通信系统；
[0008]图3A示出了示例性环境的主要视线的累积分布函数；
[0009]图3B示出了示例性环境的非主要视线的累积分布函数；
[0010]图4是根据本公开的一个实施例的用于确定STA的位置的流程图；
[0011]图5示出了STA的示例性粗略位置；
[0012]图6示出了用于实现本公开的实施例的示例性设备；以及
[0013]图7示意性地示出本公开的用于确定设备位置的实施例。
【具体实施方式】
[0014]本公开的实施例涉及用于检测封闭环境中的设备位置的方法。封闭环境可以是被覆盖或未被覆盖的空间。位置确定可以通过移动设备(正在寻找其位置的移动设备)来实现，或者它可以被发送到另一设备(另一移动设备、服务器、或接入点)以进行确认。
[0015]在本公开的一个实施例中，移动设备进行实施飞行时间(ToF)测量。ToF被定义为信号从用户传播到AP又返回到用户的总时间。该值能够通过使时间除以二并乘以光速来转换为距离。该方法能够在移动设备处或者在外部位置处实现。一旦获得了实时ToF测量结果，它就能够被匹配到现有ToF指纹图谱。能够通过调查感兴趣的区域和收集信号/距离测量结果来创建ToF指纹图谱。ToF还能够通过众包来创建。对确定其位置感兴趣的设备能够在ToF指纹图谱上搜索最佳匹配(例如，最接近的位置)。最后，该移动设备的位置能够被添加到ToF指纹图谱以进一步开放该图谱。该图谱能够被存储在移动设备处、外部资源处、或两者处。可选地，移动设备能够最初确定粗略位置并然后进行到确定大体准确的位置。
[0016]图1示出了示例性ToF指纹图谱。具体地，图1示出了具有多个房间、走廊105和其他结构特征(包括门、桌子、槽等)的结构100。在走廊105上标识来多个点。为便于引用，前三个点被标识为110、112和114。每个点表示结构图谱100上的位置，从结构图谱100获得信号指纹。图谱中的每个点还由该点的坐标、AP的MAC电子、和距每个AP的平均距离来表示。
[0017]图2示出了具有AP和多个STA的通信系统。图2的网络200可以包括本地无线LAN(WLAN)。路由器220与互联网骨干网210通信并且作为结构205的本地AP。结构205能够定义包括被覆盖的建筑(例如，医院建筑)、开放空间(例如，体育场)、或二者的组合(例如，大学校园)的结构环境。为简单起见，结构205被示作长方形;然而，该结构能够具有诸如图1中所示的那些特征之类的特征。AP 220能够与各个STA 230、231、232、233、234、235和236通信。示例性STA包括智能电话、膝上型计算机、平板电脑、以及任何能够与AP 220进行信号通信的其他设备。STA能够在AP 220的主要(直接)视线(DLOS)或非主要(间接)视线(NDLOS)内。
[0018]参考图1，点110、112和114之间的位置读数之间的距离造成了期望的准确度和数据库大小之间的折衷。如果读数点非常靠近彼此，则位置估计将享有较高的准确度。然而，数据库将显著变大以容纳相对大量的点和位置。更大的数据库需要更多的存储空间，从而使得在本地路由器处进行存储难以实施。较大的数据库将还具有较长的查询时间，从而使得计算更为耗时。
[0019]实验数据显示为准确地区分两个点则这两个点之间的平均距离必须在2_4m之间。也就是说，2米以下的距离测量偏差将使得位置点看起来大体共址。该偏差是结构环境和部署于该结构内的AP的数目的函数。
[0020]图3A示出了示例性环境的DLOS的累积分布函数。图3A的示例性环境能够是类似于图1中所示的封闭环境的封闭环境。数据是从向AP发信号的一个或多个STA收集的。针对每次传输获得距离误差并进行标绘。如从图3A可见，距离的累积分布函数(CDF)在约2m处恰超过90%。也就是说，当位置点分开超过2m时，准确度高于90%。
[0021 ]图3B示出了示例性环境的NDLOS的累积分布函数。图3B的示例性环境类似于图3A的示例性环境。图3B示出了对于4m或更大的距离约为90 %的CDF。图3A和3B示出了当位置110、112、114分开约2-4111时准确度能够高于90%。如所指出的，测量位置110、112和114之间的距离产生了折衷。小测量距离(例如，4m)提供ToF指纹图谱的高准确度。然而，小测量距离也需要明显较多次测量，产生了明显较大的数据库。
[0022]图4是根据本公开的一个实施例的用于确定STA的位置的流程图。处理400开始于步骤410，当STA做出位置查询时。该位置查询能够在STA向周围的AP发送信号时做出。信号可以是任意信号并不一定是位置查询信号。信号可以是由STA发送的常规标识信号的一部分，或者它可以是实时位置查询。STA信号发起ToF精细测量处理。
[0023]在步骤420，针对STA确定粗略位置。该粗略位置能够是从STA接收的信号的函数。用于确定粗略位置的传统方法(例如，TOA、TDOA ,RSSI)能够被用来确定STA的大体位置。传统地理定位方法也可以被用来确定粗略位置。虽然粗略定位步骤是可选的，但是它能够降低图谱匹配或最终位置微调的计算要求。
[0024]图5示出了针对STA的示例性粗略定位。具体而言，图5示出了用于大体定位STA520的三边测量技术。各个AP 510(AP1)、512(AP2)和514(AP3)在STA 520的通信范围内。虽然AP 516和518也在STA的通信范围内，但是仅需要最接近的三个APATA 520和各个AP510、512和514之间的距离分别被示为rl、r2和W13STA 520和AP 516和518之间的距离分别被示为r4和r5。图5示出了其关系:r5>r4>rl >r2>r3。使用传统三边测量技术和距离rl、r2和r3，能够计算出STA 520的粗略位置。
[0025]再次参考图4，STA520的粗略位置(图5)被用来促进ToF指纹图谱。能够先验地针对正在研究的环境生成ToF指纹图谱。在步骤430，步骤420的粗略位置被用来识别ToF指纹图谱上最靠近该粗略位置的位置。如果该粗略位置等于ToF指纹图谱上的已知位置，则STA520被假设为与ToF指纹图谱上的已知位置共址。如果该粗略位置不等于ToF指纹图谱上的任何已知位置，则可能必须进行另外的计算来作为ToF指纹图谱上的最近的已知位置的函数来近似STA 520的准确位置。
[0026]如果不存在已知的粗略位置，则STA520的准确位置能够作为检测范围内的一个或多个AP的函数被确定。也就是说，一旦最近的AP(或任意AP)被识别，则ToF指纹图谱能够被用来识别相似RSSI内的位置。虽然就粗略定位而言识别较大区域可能更容易，但是定义较小的区域将使能更快速的指纹图谱搜索。
[0027]在步骤440，STA520的准确(或精确)位置被报告给STA或任意其他源。最后，在步骤450，新发现的STA位置及其属性可以被可选地添加到ToF指纹图谱，以进一步增强、更新或开发图谱数据库。
[0028]流程图400的步骤可以在智能电话或其他手持设备中或者在任意其他基于处理器的设备处实现。这些步骤也可以在AP处被实现。图6示出了用于实现本公开的实施例的示例性设备。
[0029]具体而言，图6示出了具有沿路径移动的STA 610的环境600 JTA 610与AP 630通信。AP 630能够是路由器、对等设备、或任何能够接收并注册来自STA 610的通信信号的其他设备。示例性AP 630被示为具有天线642、处理器电路640和数据库电路645 JP 630可以包括另外的收发器组件，比如，前端的接收器组件或专用地理定位处理器。虽然未示出，但是设备630可以被连接到WLAN或互联网骨干网。
[0030]在接收到来自STA 610的传入信号后，该信号被处理并且导向处理器电路640。存储器电路645包括指令，这些指令使得处理器被占用来接收和注册来自STA 610的一个或多个信号。处理器电路640然后估计STA的粗略位置。该粗略位置可以被看作第一位置。如所指出的，该确定能够根据三边测量或其他已知方法进行。接着，处理器访问存储器电路645处所存储的ToF指纹图谱文件647 JoF指纹图谱文件647半酣环境600的图片。该图谱可以为结构或架构图谱。文件647还可以包括包含处理器640可访问的不同信息的若干不同图谱。通过访问文件647，处理器电路640从ToF指纹图谱识别与第一位置近似的一个或多个位置。如果信号属性导致准确位置确定，则处理器仅报告或存储STA 530的位置。如果STA 610的信号属性不与ToF指纹图谱上的准确