Css定位系统的制作方法

Css定位系统的制作方法
【专利摘要】用于在无线传感器网络中定位无线节点的方法，以及使用该方法的无线节点。该方法包括从第一无线节点(A)向第二无线节点(B)发送具有载波频率的线性调频扩频信号，第二无线节点(B)包括多个天线；在多个天线处接收线性调频扩频信号；在第一和第二无线节点(A、B)之间执行到达时间测距，以确定第一和第二无线节点(A、B)之间的距离；以及在第二无线节点(B)的多个天线中的每个天线处检测所接收的线性调频扩频信号的相对相移，并从所检测的相对相移来确定第一无线传感器节点(A)相对于第二无线传感器节点(B)的方向。
【专利说明】
css定位系统
技术领域
[0001] 本发明涉及基于线性调频扩频(CSS)的定位系统，更具体地涉及用于无线网络中 的无线节点的基于CSS的定位系统。定位可涉及两种主要的测量或检测，即距离测量和方向 测量，这两种主要的测量或检测可单独实现或结合起来实现。
【背景技术】
[0002] 欧洲专利申请EP1815267A1、"用于确定两个收发器之间的距离的对称多路径方法 (Symmetrical multipath method for determining the distance between two transceivers)"公开了一种用于确定两个收发器之间的空间距离(测距）的对称多路径方 法。
[0003] 国际专利公开W0 98/47019 A1公开了一种用于在无线传感器网络中使用到达时 间差(TD0A)技术和到达角度(Α0Α)技术定位无线节点的方法。
[0004] 另外已知的到达时间方法是在网络中两个节点之间的单向测距（0WR)和双向测 距。在单向测距中，节点B可根据在发送信号的时刻与接收信号的时刻之间消逝的时间来计 算距离。该方法的主要劣势在于需要节点A和节点B处的基准时钟同步。对于低成本的移动 应用而言，这是不可行的。节点A可于发送处对信号标记时间戳，并且节点B可于接收处标记 时间戳，但如果这些时钟不同步的话，则不能计算传播时延。
[0005] 如图2中示意性示出的，双向测距使节点A和节点B处的本地基准时钟能够同步。如 果节点B在固定的处理时延tpr。。之后将信号发送回节点A，则节点A可测量总的时间延迟 tmeas，并且根据下式由此得出传播时间tP:
[0007] 由于节点A对第一发送信号和第二接收信号两者标记了时间戳，因此两个节点的 相位偏移是无关紧要的。然而，由于本地基准振荡器的频率偏移，因此仍然存在测量误差。
[0008] 对于低成本装置，石英晶体是常用的频率基准。在批量生产中容易实现20ppm (20.10-6)的精度。如果节点A处的基准误差为e A且节点B处的为eB，则测量的传播时间为：
[0010]在一些计算之后，测量误差可表示为：
[0012] 作为示例，如果节点A处的误差ΘΑ为+20ppm且节点B处的ΘΒ为-20ppm，并且如果处理 时间为lms，则时间误差为20ns:
[0014] 这等于20x0.3m = 6m的距离测量误差，这对于许多应用而言是不能接受的。
[0015] 对称双面双向测距（SDS-TWR)是一种改进的机制，其中两个节点均使用双向测距 方法。这种方法对基准振荡器的频率误差进行补偿并且（例如）在IEEE802.15.4标准中使 用。
[0018]这种方法具有以下劣势，即节点必须是两倍长活跃的，这增加了能量消耗、减少了 电池时间并且使空中接口容量减半。
[0019] 点搜寻(Point-and-Seek)方法是基于行走搜寻(walk-and-seek)的，只是寻找它 们的节点(node-to-find-them)具有定向天线。这就向查找添加了方向。覆盖一个完整的圆 来扫描节点，并且你在已经测量到最强信号的方向上移动。对于基于信号强度（signal-strength-based)的系统，距离测量仍然是非常不准确的。正因为如此，一个人在不行走的 情况下仍然不知道位置。对于基于飞行时间（time-of-f light-based)的系统，距离是准确 的。对于这样的系统，主要的问题是定向天线的尺寸以及需要物理地扫描天线。同样，一个 人必须在移动的同时通过从一边到另一边扫描来保持天线是瞄准的。
[0020] 替代物可以是使用波束形成天线。不必物理扫描该天线，而是电子扫描。这通过电 子地修改其天线模式来完成。Klaus Solbach的论文中（使用新型矩阵的用于多波束应用的 四方相位阵列 "Four-Square Phased Array for Multi-Beam Applications using Novel Matrix Feed"、Klaus Solbach，Stefanie Angenendt、第37次欧洲微波会议记录、2007年、 1637-1640页）描述了一种合适的实现。天线在四个模式之间切换。通过比较四个产生的信 号的强度，可估计最可能的方向。这是一种合理的解决方案，尤其是当与基于飞行时间的距 离测量相结合时。现在不再需要在移动的同时扫描节点A。该系统的劣势在于方向仍是基于 信号强度的。较大的信号强度同样可造成干扰，引起错误的结果。此外，不能自由地选择天 线间隔，它们必须被分开约四分之一波长(对于2.4GHz，这是32.5mm)。这限制了产品的最小 尺寸。仅在天线的平面中限定天线模式，即，它仅以2D工作。天线必须是全向性的，这对如何 使用节点A有严格限制。任何偏离"理想"环境的情况将引起失真的天线模式和错误的结果。 当你将单元握在手里或者当你把单元放在桌子上时，单元将指向不同的方向。
[0021] 行走搜寻方法是无线网络中的方向测量的示例，对此存在两个实施:基于信号强 度的和基于飞行时间的。对于基于信号强度的系统，待发现节点(B)仅是发送器。寻找它们 的节点(A)具有接收器和信号强度读出器。由于在统计学上传播损耗随距离增大而增加，因 此当你越靠近被找到的节点时，信号(在统计学上)变得越强。这通常是通过四处行走和反 复试错来实现的。距离测量是非常不准确的。主要劣势在于它是非常耗时的。
[0022] 对于使用行走搜寻方法的基于飞行时间的系统，待发现节点（B)和寻找它们的节 点(A)均是收发器。节点A现在四处行走以寻找距离减小的方向。距离测量是准确的，但没有 方向。主要劣势在于其非常耗时。

【发明内容】

[0023] 为了准确测量距离，需要测量无线电波的传播时间。无线电波在空气中的传播速 度接近光速。当从节点A到节点B所需的传播时间t P已知时，可计算距离d。每纳秒的传播时 延相当于30cm的距离。
[0024]在自由空间中，较大的距离意味着较大的传播损耗。在现实生活条件下，信号被地 面、墙壁或物体反射，且存在多条传播路径。当这些信号在接收天线中结合起来时，它们将 具有不同的相位，并因此经常不会合加起来。这产生了大的信号波动。对于距离测量而言， 这是主要问题，因为可在不同距离处测量到相同的信号强度。因此，通过信号强度进行的距 离测量是非常不准确的。
[0025]本发明寻求提供一种改进的用于在无线(传感器）网络(例如，实施IEEE 802.15.4 标准的网络）中的无线节点之间定位的方法和硬件实施。
[0026] 根据本发明，提供了一种用于在无线传感器网络中定位无线节点的方法，以及实 施该方法的无线节点。方法包括从第一无线节点向第二无线节点发送具有载波频率的线性 调频扩频信号，第二无线节点包括多个天线;在多个天线处接收线性调频扩频信号;在第一 和第二无线节点之间执行到达时间测距，以确定第一和第二无线节点之间的距离；以及在 第二无线节点的多个天线中的每个天线处检测所接收的线性调频扩频信号的相对相移以 及根据所检测的相对相移来确定第一无线传感器节点相对于第二无线传感器节点的方向。
[0027] 根据本发明的方法具有以下技术效果:得到耗能较低的稳健且准确的CSS定位系 统，并且高度耐抗多普勒效应。通过这种有创造性的方法，现在可以实现诸多新的定位应 用，因为无线节点的多个天线可以在该无线节点的小型化壳体内紧紧地以定距离间隔开。 因此，本发明的方法对于需要小型移动无线节点的移动应用是尤其有利的。
[0028]从属权利要求中以及下文对实施例的详细描述中描述了进一步的实施例。
【附图说明】
[0029] 下文将参照附图、基于多个示例性实施例进一步详细地解释本发明，其中
[0030] 图1示出根据本发明的无线传感器网络的实施例；以及
[0031] 图2示出根据本发明的频率校正双向测距的实施例。
【具体实施方式】
[0032] 本发明涉及用于在无线传感器网络中第一无线节点A相对于第二无线节点B的(实 时）定位的方法，其中定位包括确定第一无线节点相对于第二无线节点的距离和/或方向。 本发明实施例的无线传感器网络是以无线传感器网络中的多个无线节点（例如第一和第二 无线节点）之间的线性调频扩频信号的交换为基础的。本发明的线性调频扩频信号的典型 实施例是调制在具有载波频率(例如2.4GHz)的载波信号上。为了便于参阅，短语"线性调频 扩频信号"、"线性调频扩频调制信号"、"线性调频调制信号"、或"线性调频信号"、或简化的 "线性调频"在本说明书中将被视为等同。
[0033] 无线网络中的多个节点无需是静止的且能够可移动地布置，即，一个或多个无线 节点可以是移动的。无线节点的示例是(例如)移动电话、PDA、笔记本电脑、便携式电脑、平 板电脑、无线汽车钥匙和适于发送和/或接收线性调频扩频信号的任意其它设备。
[0034] 根据本发明，提供了用于在无线传感器网络中定位无线节点的方法，其中图1绘出 具有两个无线节点A(上部）、B(下部）的这种无线传感器网络的实施例，所述的两个无线节 点本质上具有如所示出的相同的内部组件。
[0035]在所示的实施例中，节点A、B中的每个均设置有天线(或设置有具有多个天线的天 线系统，参见下文)和接收器处理单元，所述接收器处理单元在所示的实施例中包括低噪声 放大器(LNA)、下变频混频器(MIX)、低通滤波器(LPF)、共享可变增益放大器(VGA)、模拟数 字转换器(ADC)和相关器(CORR)(同样参照图1的框图），所述下变频混频器(MIX)提供基带 复(I/Q)信号且用于每个正交信号分量路径。
[0036]值得注意地是，每个节点A、B均将设置有其自身的本振频率基准，其既用于产生发 送的信号，又用于处理接收的信号。本振频率基准通常是基于锁相环路的振荡器，确保信号 (该信号用于发送信号产生)与信号(该信号用于接收信号处理)之间相关联。
[0037]方法包括将具有载波频率的线性调频扩频信号从第一无线节点A发送到第二无线 节点B。在通常的实施例中，第二无线节点B包括多个用于接收线性调频扩频信号的天线。在 一组实施例中，第二无线节点B可包括至少两个用于一维（1D)定位的天线，或至少三个不在 同一直线上的用于二维(2D)定位的天线，或至少四个不在同一平面上的用于三维(3D)定位 的天线。在又进一步的实施例中，第二无线节点B甚至可包括比最小数量的天线更多的天 线，以用于改进定位准确性。
[0038]当搜寻第一无线节点A的位置时，方法进一步包括在第二无线节点B的多个天线处 接收线性调频扩频信号。在该步骤中，无线节点B感测无线节点A的存在，其中无线节点A相 对于所述第二无线节点B的位置(距离和/或方向）得以确定。为达到该目的，方法而后进一 步包括在第一和第二无线节点A、B之间执行到达时间测距，以用于确定第一和第二无线节 点A、B之间的距离。在通常的实施例中，到达时间测距(Τ0Α)可包括单向测距(0WR)、或双向 测距(TWR)、或对称双面双向测距(SDS-TWR)。此处，距离可解释为沿着无线节点A、B之间的 大致直线所测量的距离。
[0039]既然可以确定第一和第二无线节点A、B之间的距离，那么方法进一步包括在第二 无线节点B的多个天线中的每个天线处检测所接收的线性调频扩频信号的相对相移，并且 根据所检测的相对相移来确定第一无线传感器节点A相对于第二无线传感器节点B的方向。 [0040]根据本发明的方法，无线节点B不仅能准确地确定第一无线节点A与第二无线节点 B之间的距离，而且所述第二无线节点B的多个天线还能通过在多个天线中的每个天线处确 定所接收的线性调频扩频信号之间的相对相移来准确测量第一无线节点A相对于第二无线 节点B的方向、定向或角度。
[0041]借助于线性调频扩频信号(其中使用所分配的带宽用于频率扫描），在多个天线处 检测所接收的线性调频扩频信号之间的相对相移对信号噪声、信号干扰和各种干扰具有稳 健性。上文的基于CSS的方法的效果在于无线节点（例如第二无线节点B)能够实现任意空间 分布的天线模式以及置于其中的位置。通过这种有创造性的方法，现在可以实现诸多定位 应用，因为第二无线节点B的多个天线可以在该第二无线节点B的小型化壳体内紧紧地以定 距离间隔开。此外，由于线性调频扩频信号是低功耗信号并且耐抗多普勒效应，因此本发明 的方法针对需要小型移动无线节点的移动应用是尤其有利的。例如，小型无线汽车钥匙和 相应的汽车现在可适于执行本发明的方法，从而基于无线汽车钥匙相对于汽车的距离和/ 或方向确定应该解锁哪个车门。
[0042]当线性调频扩频信号从特定方向从第一无线节点A靠近第二无线节点B的多个天 线时，其到达多个天线中的一些天线早于到达多个天线中的其它天线。取决于信号传播路 径长度，多个天线感知到相对相位差。例如，对于2.4GHz的载波频率，四分之一波长路径长 度差相当于90°相移，且每度约对应100微微秒或约1微微秒的路径长度差。这样的时间差是 难以通过电子设备测量到的，而当将载波信号的频率转换为更低的频率时相位关系被保 持。
[0043] 在一个实施例中，方法进一步包括在第二无线传感器节点B处将在多个天线中的 每个天线处所接收的线性调频扩频信号与基准信号相关联，以检测一个或多个相关峰之间 的相对相移。实质上，无线节点B将在每个天线处所接收的线性调频扩频信号与基准信号形 状相关联。当线性调频扩频信号接收于天线处且与基准信号形状相似时，相关峰被检测。而 在第二无线节点B处所检测的相关峰之间的相对相移等于由第二无线节点B的多个天线所 接收的线性调频扩频信号之间的相对相移。
[0044] 从实用的观点出发，可使用由第二无线节点B包括的数字相关器(参见例如图1中 的相关器框C0RR)来有利地实现将所接收的线性调频扩频信号相关联。换言之，在实施例 中，所接收的线性调频扩频信号从模拟信号转换为数字信号(ADC)，该数字信号而后供给给 允许通过(例如)嵌入式软件进行信号处理的数字相关器(C0RR)，该嵌入式软件在加载到数 字相关器上时执行这种相关联。
[0045] 为了便于对在多个天线处所接收的线性调频扩频进行快速且准确的相关联，首先 将所接收的线性调频扩频下变频（"混频"）到基带信号。这能够实现在不损失所接收的线性 调频扩频信号的基本信息的情况下减少将要被相关联的数据。
[0046] 在有利的实施例中，可在复数域中执行下变频，从而方法可进一步包括将由第二 无线传感器节点B在多个天线中的每个天线处所接收的线性调频扩频信号下变频为基带复 值信号。在典型实施例中，下变频包括以复指数信号（即，复指数函数，例如复正弦信号)乘 以实数值的线性调频扩频信号。
[0047] 为了有效地执行下变频，第二无线节点B可包括(例如）用于在复数域中进行信号 处理的DSP硬件和/或（嵌入式)软件。这降低了无线传感器网络中的无线节点的硬件复杂 性，因为DSP硬件和/或软件是易于编程的，因此提供了数学上的灵活性。
[0048] 在实施例中，下变频可包括将在多个天线中的每个天线处所接收的线性调频扩频 信号转换为基带同相信号（I)和基带正交信号(Q)。在该实施例中，将所接收的线性调频扩 频信号分成（"混合成"）两个实数值信号，如图1中所示。在该实施例中，将两个实数值信号 中的每个与基准信号相关联，以检测一个或多个相关峰之间的相对相移。因此，实数值信号 中的每个被供给给相关器，如图1中所示。
[0049] 如图1中所示，方法可进一步包括(在下变频为基带同相（I)信号和基带正交信号 (Q)之后)使用低通滤波器过滤(LPF)同相信号（I)和正交信号（Q);放大(VGA)同相信号（I) 和正交信号(Q);并且将同相信号（I)和正交信号(Q)从模拟信号转换(ADC)为数字信号。
[0050] 在替代实施例中，同相路径和正交路径中的VGA被结合为允许对I信号和Q信号两 者进行精确且等同地放大的单个单元。同样，相关器可实现为复合相关器，即接收I信号和Q 信号两者。
[0051 ]在又进一步的实施例中，使用针对直接的Ι-Q下变频的替代物，例如，使用对中频 频率(IF)进行过滤(例如，使用表面声波(SAW)过滤器)的超外差接收器。
[0052]基于上文公开的关联和下变频的方法步骤，第二无线节点B可包括适于执行关联 和下变频的(直接的)变频接收器。
[0053]根据方法的实施例，每个无线节点（例如第二无线节点B)可同时处理在多个天线 中的每个天线处所接收的线性调频扩频信号，换句话说，第二无线传感器节点B的多个天线 中的每个天线的信号被同时处理。从硬件角度来看，可通过提供用于每个天线的全接收器 硬件实施来实现同时处理无线节点的多个天线中的每个天线处的信号，例如其中第二无线 节点B包括用于多个天线中的每个天线的全接收器。图1的示意性示图可看做这样的第二无 线节点B的实施，其中上部对在第一天线处所接收的信号进行处理，并且下部对在另一第二 天线处所接收的信号进行处理。同时处理减小了信号延时，增大了处理速度和定位无线节 点的速度。
[0054]在特定实施例中，不需要对多个天线中的每个天线处的信号进行同时处理且依次 处理是足够的。而根据本发明的进一步的实施例，检测相对相移包括在第二无线传感器节 点B的多个天线中的每个天线之间进行切换以及依次在多个天线中的每个天线处检测相对 相移。如果线性调频扩频信号包括具有包前导码的数据包，则该实施例是有利的。而在包前 导码期间在多个天线中的每个天线之间切换以及检测相对相移是可行的，而不会丢失线性 调频扩频信号中的信息，还具有较低的硬件实施成本。
[0055]在图2中，示出了根据本发明的频率-误差校正双向测距的实施例，其中第一无线 节点A能准确地确定第一和第二无线节点A、B之间的线性调频扩频信号的传播时间（tP)，而 不需要准确知晓第二无线节点B的处理时间（t pr。。）。这能够实现更准确地定位无线（传感 器)网络中的无线节点。
[0056]为进一步阐明以上内容，考虑载波信号为2.44GHz，其中作为示例第一无线节点A 处的载波频率误差eA为+20ppm，且其中第二无线节点B处的载波频率误差eB为-20ppm。那么 第一无线节点A的载波频率误差△ fB(正如第二无线节点B所感知的)为：
[0057] Δ fB = fRF(eA-eB)
[0058] 在从第二无线节点B到第一无线节点A的信号中，感知的载波信号频率误差（Δ fB) 信息被添加到该信号。那么根据上述公式，当第一无线节点A从第二无线节点B接收信号时， 第一无线节点A能确定相对频率误差(θα-θβ):
[0059] AfB = 2，44·109.40 ·10-6 = 97,6kHz
[0060] 除了感知的载波信号偏移频率，第二无线节点B可进一步确定以信号处理时钟的 何种分率/^比值从第一无线节点A接收信号。第二无线节点B可将这一分率比值作为数据内 容添加到由第二无线节点B发送到第一无线节点A的信号。根据从第二无线节点B发送到第 一无线节点A的信号，第一无线节点A可校正传播时间（t P)，而无需准确地知晓第二无线节 点B的处理时间（t_c)。
[0061] 基于上文，在本发明的方法的实施例中，执行到达时间测距包括在第一和第二无 线节点(A、B)之间的双向测距，其中双向测距包括
[0062]从第一无线节点A向第二无线节点B发送第一线性调频扩频测距信号；
[0063]通过第二无线节点B使用第二无线节点B的本振频率基准来确定第一线性调频扩 频测距信号的感知的载波信号频率误差；以及
[0064]从第二无线节点B向第一无线节点A发送第二线性调频扩频测距信号。在进一步的 实施例中，第二线性调频扩频测距信号包括作为数据内容的所确定的载波信号频率误差。 在有利的实施例中，第二线性调频扩频测距信号包括存储载波信号频率误差的确认包。应 注意，由于每个节点A、B均使用其自身的本振频率基准(PLL锁定的）来产生发送信号和处理 接收信号，因此网络中的每个节点A、B可确定感知的载波信号频率误差，并由此确定相互距 离。
[0065] 如上文所提到的，可将第二无线节点B处的信号处理时钟与所接收的信号之间的 比值添加到随后发送给第一无线节点A的信号。因此，双向测距可进一步包括在第二无线传 感器节点B处确定由第二无线传感器节点B所接收的第一线性调频扩频测距信号的频率与 第二无线传感器节点B所包括的处理时钟的频率之间的比值，其中第二线性调频扩频测距 信号包括作为(进一步的)数据内容的所确定的比值。
[0066] 第一无线节点A现在可根据作为数据内容包括在第二线性调频扩频测距信号中的 比值和载波信号频率误差来确定传播时间（tP)。为达此目的，方法由此进一步包括在第一 无线节点A处根据所确定的载波信号偏移频率和比值来确定信号传播时间（t P)。
[0067] 由于存在载波信号频率误差，因此在有利的实施例中，第二线性调频扩频测距信 号可包括将比值存储为数据内容的确认包。
[0068] 应注意，基于感知的载波信号频率误差AfB，方法还可包括在第一无线传感器节 点A处根据作为数据内容包括在第二线性调频扩频测距信号中的载波信号频率误差来确定 相对时钟频率误差(e A-eB)。
[0069] 根据本发明，上述频率校正双向测距(FEC-TWR)可以仅需两个包，用于第一线性调 频扩频测距信号的包和用于第二线性调频扩频测距信号的包。FEC-TWR的主要优势在于降 低无线节点的能量消耗。如果无线节点是移动无线节点，那么相比于(例如)常规的对称双 面双向测距(SDS-TWR)，电池寿命会因此显著改善。第二个主要优势在于每个节点需要更少 的空中传播时间来进行测量。这能够实现给定区域中的更高密度的节点。
[0070] 此外，可通过在较长的时间间隔重复本发明的方法来确定相对信号频率误差随时 间的改变。换言之，在实施例中，方法可进一步包括在较长的时间间隔重复双向测距，从而 测量相对时钟频率误差的改变。
[0071] 这样做能够使第一无线节点A通过对相对时钟频率误差进行推断来估计未来的频 率误差(第一规则:线性，第二规则:二次方的，等等）。这为具有低占空比的无线节点节约了 能量。例如，如果第二无线节点B每5秒醒来以测量距离，且指定的最大相对时钟频率误差为 20+20 = 40ppm，则第二无线节点B必须提前5x40.10-6 = 200ys唤醒。实际的包可从那时起在 Oys至400ys之间到达。平均地，第二无线节点B将等待200ys。如果执行双向测距用掉lms，那 么浪费20%的额外时间。由于第一无线节点A现在知道相对频率误差，因此第二无线节点B 可以（例如)提前5ys而不是提前200ys唤醒，由此节约近20%的能量。
[0072] 应注意，正如上文所讨论的，定位可包括距离测量和/或方向测量。上文描述的 FEC-TWR测距技术也可单独应用，即，仅作为通过在无线传感器网络中准确确定无线节点A、 B之间的基于CSS测距信号的传播时间的测距方法。
[0073]因此，提供了用于在无线传感器网络中确定两个无线节点A、B之间的线性调频扩 频信号的传播时间（tP)的方法，用于在无线传感器网络中定位无线节点的该方法包括第一 无线节点A与第二无线节点B之间的双向测距，其中双向测距包括 [0074]从第一无线节点A向第二无线节点B发送第一线性调频扩频测距信号；
[0075]根据第二无线节点B使用第二无线节点B的本振频率基准来确定第一线性调频扩 频测距信号的感知的载波信号频率误差；以及
[0076] 从第二无线节点B向第一无线节点A发送第二线性调频扩频测距信号。第二线性调 频扩频测距信号可包括作为数据内容的所确定的感知的载波信号频率误差。
[0077] 该方法的技术效果在于不需要准确知晓无线节点（例如第二无线节点B)的处理时 间（tpr。。），因为第一无线节点A可使用感知的载波信号频率误差来确定第二无线节点B的处 理时间（t pr。。），所述感知的载波信号频率误差作为数据内容发送到第一无线节点A。常规的 FEC-TWR方法的附加的优势在于，其可针对根据上文描述的本发明的基于CSS的定位方法的 实施例中的任何实施例执行到达时间测距。该FEC-TWR方法可单独实施，包含上文所描述的 所有FEC-TWR方法和系统实施例，或者与方向测量实施例中的任意一个相结合来实施。 [0078]上文已参照附图中示出的多个示例性实施例描述了本发明的实施例。一些部件或 元件的修改物或替代实施是可能的，并包含在随附的权利要求所限定的保护范围内。
【主权项】
1. 用于在无线传感器网络中定位无线节点的方法，包括从第一无线节点(A)向第二无 线节点(B)发送具有载波频率的线性调频扩频信号，所述第二无线节点(B)包括多个天线； 在所述多个天线处接收所述线性调频扩频信号； 在所述第一和第二无线节点(A、B)之间执行到达时间测距，以确定所述第一和第二无 线节点(A、B)之间的距离；以及 在所述第二无线节点(B)的所述多个天线中的每个天线处探测所接收的线性调频扩频 信号的相对相移；以及 根据所探测的相对相移来确定所述第一无线传感器节点(A)相对于所述第二无线传感 器节点(B)的方向。2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二无线节点(B)处将在所述多个天 线中的每个天线处所接收的线性调频扩频信号与基准信号相关联，以探测一个或多个相关 峰之间的相对相移。3. 根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括将由所述第二无线节点（B)在所述多个 天线中的每个天线处所接收的线性调频扩频信号下变频为基带复值信号。4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述第二无线节点（B)的所述多个 天线中的每个天线的信号被同时处理。5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中探测相对相移包括在所述第二无线 节点(B)的所述多个天线中的每个天线之间进行切换，并且依次在所述多个天线中的每个 天线处探测相对相移。6. 用于在具有至少一个第一无线节点(A)的无线线性调频扩频网络中使用的第二无线 节点，所述第二无线节点(B)包括连接到相应的接收器处理单元的多个天线，所述处理单元 被布置为执行根据权利要求1至5中的任意一项所述的方法。7. 根据权利要求1至5中的任意一项所述的方法，其中到达时间测距包括在所述第一和 第二无线节点(A、B)之间的双向测距，所述双向测距包括： 从所述第一无线节点(A)向所述第二无线节点(B)发送第一线性调频扩频测距信号； 通过所述第二无线节点（B)使用所述第二无线节点（B)的本振频率基准来确定所述第 一线性调频扩频测距信号的感知的载波信号频率误差；以及从所述第二无线节点(B)向所 述第一无线节点(A)发送第二线性调频扩频测距信号。8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述第二线性调频扩频测距信号包括作为数据内 容的所确定的感知的载波信号频率误差。9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第二线性调频扩频测距信号包括确认包。10. 根据权利要求7至9中的任意一项所述的方法，其中所述双向测距进一步包括在所 述第二无线节点（B)处确定在由所述第二无线传感器节点(B)所接收的第一线性调频扩频 测距信号的频率与由所述第二无线传感器节点(B)所包括的处理时钟的频率之间的比值， 其中第二线性调频扩频测距信号包括作为数据内容的所确定的比值。11. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括在所述第一无线节点(A)处根据所述载波 信号频率误差和所述比值来确定信号传播时间（t P)。12. 根据权利要求7至11中的任意一项所述的方法，进一步包括在所述第一无线节点 (A)处根据所述第二线性调频扩频测距信号的所述数据内容来确定相对时钟频率误差(e a- eb) 〇13. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括在较长的时间间隔重复所述双向测距，以 测量所述相对时钟频率误差的改变。14. 用于无线线性调频扩频网络的无线节点，所述无线节点包括接收器处理单元，所述 接收器处理单元被布置为执行根据权利要求7至13中的任意一项所述的方法。
【文档编号】G01S5/02GK105874347SQ201480063927
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年11月20日
【发明人】柯内利斯·艾德里安努斯·亨利库斯·玛丽亚·万培珍布鲁克
【申请人】特雷斯韦夫有限公司