专利名称：用于使用衰减减少的rf技术来跟踪对象中的多路径抑制的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对对象进行基于射频(RF)的识别、跟踪和定位(包含RTLS (实时定位服务))的方法和系统。
背景技术：
用于确定对象的相对或地理位置的基于RF的识别和位置寻找系统一般用于跟踪单个对象或对象群组，以及用于跟踪个人。常规的位置寻找系统已用于开放室外环境中的位置确定。通常使用基于RF的全球定位系统(GPS)和辅助型GPS。然而，常规的位置寻找系统在定位封闭(即，室内)环境中以及室外的对象时具有某些不准确性。室内和室外位置不准确性主要归因于RF传播的物理学，尤其是由于RF信号的损失/衰减、信号散射和反射。可通过采用窄带测距信号并在低RF频率(例如，在VHF范围或更低)下操作来解决损失/衰减和散射问题(参看第11/670，595号待决申请案)。虽然在VHF和较低频率下多路径现象(例如，RF能量反射)不如在UHF和较高频率下那样严重，但多路径现象对位置寻找准确性的影响使得位置确定达不到业界所需要的可靠性和精确性。因此，需要一种用于在采用窄带测距信号的基于RF的识别和位置寻找系统中抑制RF能量反射(即，多路径现象)的影响的方法和系统。通常，常规的基于RF的识别和位置寻找系统通过采用宽带宽测距信号来抑制多路径，例如利用宽带信号特征用于多路径抑制(参看S. &ilous的“Indoor and Outdoor UHF Measurements with a 90 MHz Bandwidth”，IEEE超视距无线电传播特性和相关系统技术研讨会，1997,8/1-8/6页)。另外，在一些情况下使用空间分集和/或天线分集技术。然而，在许多跟踪位置应用中空间分集可能不是选择，因为其导致所需基础结构的增加。类似地，天线分集具有有限价值，因为在例如VHF的较低操作频率下，天线子系统的物理大小变得太大。例证是第6，788，199号美国专利，其中描述了用于定位对象、人、宠物和个人物件的系统和方法。所提出的系统采用天线阵列来抑制多路径。系统在UHF下在902到926MHz频带中操作。众所周知，天线的线性尺寸与操作频率的波长成比例。而且，天线阵列的面积与线性尺寸的平方和立方体积成比例，因为在天线阵列中，天线通常分隔1/4或1/2波长。因此， 在VHF和较低频率下，天线阵列的大小将显著影响装置便携性。另一方面，由于非常有限的频谱，窄带宽测距信号无助于常规的基于RF的识别和位置寻找系统当前使用的多路径抑制技术。原因在于由多路径引发的测距信号失真(即， 信号的改变)太小而无法在存在噪声的情况下进行可靠检测/处理。而且，由于有限的带宽，窄带宽接收器无法在测距信号直接视距(DL0Q路径与经延迟的测距信号路径之间在这些路径相隔较小延迟时进行区分，因为窄带宽接收器缺乏所需的时间分辨率，其与接收器的带宽成比例(例如，窄带宽具有对传入信号的积分影响)。因此，此项技术中需要用于对象识别和位置寻找的多路径抑制方法和系统，其使用窄带宽测距信号且在VHF或较低频率下以及UHF带频率及更高频率下操作。
发明内容
本发明涉及用于对对象进行基于射频(RF)的识别、跟踪和定位(包含实时定位服务(RTLS))的方法和系统，其大体上消除了相关技术的缺点中的一者或一者以上。所提出的方法和系统使用窄带宽测距定位信号。根据示范性实施例，基于RF的跟踪和定位实施于 VHF带上，但也可实施于较低的带(HF、LF和VLF)以及UHF带和较高频率上。其采用包含技术和算法的多路径抑制方法。所提出的系统可使用软件实施的数字信号处理以及软件定义无线电技术。也可使用数字信号处理。可使用标准的FPGA和标准的信号处理硬件和软件以非常少的装置和总体系统的增加成本的情况下构造示范性实施例的系统。同时，可显著改善采用窄带测距信号的基于 RF的识别和位置寻找系统的准确性。用于窄带宽测距/定位信号(例如VHF)的发射器和接收器用以识别人或对象的位置。数字信号处理(DSP)和软件定义无线电(SDR)技术可用以产生、接收和处理窄带宽测距信号以及执行多路径抑制算法。窄带宽测距信号用以在半双工、全双工或单工操作模式中识别、定位和跟踪人或对象。数字信号处理(DSP)和软件定义无线电(SDR)技术在多路径抑制处理器中用以实施多路径抑制算法。本发明的额外特征和优点将在随后的描述中陈述，且部分将通过描述中明白，或可通过实践本发明而习得。通过在书面描述及其权利要求书以及附图中特定指出的结构将实现且获得本发明的优点。应了解，以上一般描述和以下详细描述都是示范性和阐释性的，且意欲提供对所主张的本发明的进一步阐释。
包含附图以提供对本发明的进一步理解且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，
本发明的实施例且与描述内容一起用以阐释本发明的原理。在图中图1和图IA说明根据示范性实施例的窄带宽测距信号频率分量；图2说明示范性宽带宽测距信号频率分量。图3A、图;3B和图3C说明根据示范性实施例的RF移动跟踪和定位系统的主单元和从属单元的框图；图4说明示范性合成宽带基带测距信号；图5说明根据示范性实施例的通过抵消来消除信号前体；图6说明根据示范性实施例的具有较少载波的前体抵消。图7说明单向传递函数相位。
具体实施例方式现在将详细参考本发明的优选实施例，其实例在附图中说明。本发明涉及用于对对象进行基于RF的识别、跟踪和定位(包含RTLQ的方法和系统。根据示范性实施例，方法和系统采用窄带宽测距信号。示范性实施例在VHF带中操作，
8但也可在HF、LF和VLF带以及Ura带和较高频率中使用。其采用多路径抑制处理器。采用多路径抑制处理器增加了系统实施的跟踪和定位的准确性。示范性实施例包含小的高度便携式基本单元，其允许用户跟踪、定位和监视多个人和对象。每一单元具有其自身的ID。每一单元广播RF信号与其ID，且每一单元能够发送回返回信号，所述所返回信号可包含其ID以及语音、数据和额外信息。每一单元处理来自其它单元的返回信号，且取决于三角测量或三边测量和/或所使用的其它方法，连续地确定其相对和/或实际位置。优选实施例还可容易地与例如GPS装置、智能电话、双向无线电和PDA等产品集成。所得产品将具有单独装置的所有功能，同时利用现存的显示器、传感器(例如高度计、GPS、加速度计和罗盘)及其主机的处理能力。举例来说，具有本文描述的装置技术的GPS装置将能够在地图上提供用户的位置，以及绘制群组的其它成员的位置。随着集成电路技术改进，基于FPGA实施方案的优选实施例的大小在大约2x4x1英寸与^ χΟ. 5英寸之间或更小。取决于所使用的频率，天线将集成到装置中或突出穿过装置封壳。装置的基于专用集成电路(ASIC)的版本将能够将FPGA和大多数其它电子组件的功能并入单元或标签中。产品的基于ASIC的独立版本将得到1x0. 5x0. 5英寸或更小的装置大小。天线大小将由所使用的频率决定，且天线的部分可集成到封壳中。基于ASIC的实施例经设计以集成到可仅由一芯片组组成的产品中。主单元或标签单元之间可能不存在任何实质性的物理大小差异。装置可使用在多个频率范围(带)下操作以用于处理多路径抑制算法的标准系统组件(现有组件)。可使用用于数字信号处理和软件定义无线电的软件。与最少硬件组合的信号处理软件允许组合具有由所述软件定义的发射和接收波形的无线电。第11/670，595号共同待决申请案揭示一种窄带宽测距信号系统，借此窄带宽测距信号经设计以例如使用仅数千赫兹宽的语音信道而配合到低带宽信道中(但某些低带宽信道可延伸到数十千赫兹中)。这与使用从数百千赫兹到数十兆赫兹宽的信道的常规位置寻找系统形成对比。此窄带宽测距信号系统的优点如下1)在较低操作频率/带下，常规位置寻找系统测距信号带宽超过载波(操作)频率值。因此，此些系统无法在LF/VLF和其它较低频带(包含HF)下部署。不同于常规位置寻找系统，在第11/670，595号共同待决申请案中描述的窄带宽测距信号系统可成功地部署在LF、VLF和其它带上，因为其测距信号带宽远低于载波频率值；2)在RF谱的较低端(某些VLF、LF、HF和VHF带)(例如，高达UHF带)，无法使用常规的位置寻找系统，因为FCC严重限制了可允许的信道带宽(12到25kHz)，其使得不可能使用常规的测距信号。不同于常规的位置寻找系统，窄带宽测距信号系统的测距信号带宽完全兼容FCC条例和其它国际频谱管理机构；以及3)众所周知(参看MRI =Ray H. Hashemi、Wi lliam G.Bradley、...的 the basics-2003)，与操作频率 / 带无关，窄带宽信号固有地具有比宽带宽信号高的信噪比(SNI )。这增加了窄带宽测距信号位置寻找系统的操作范围，且与窄带宽测距信号位置寻找系统操作的频率/带(包含UHF带)无关。因此，不同于常规的位置寻找系统，窄带宽测距信号位置寻找系统可部署在RF谱的较低端(例如VHF和较低频带，低至LF/VLF带)上，在RF谱的较低端中多路径现象较不明显。同时，窄带宽测距位置寻找系统也可部署在UHF带和更高频率上，从而改善测距信号 SNR且因此增加位置寻找系统操作范围。
为了最小化多路径，例如RF能量反射，在VLF/LF带上操作是合意的。然而，在这些频率下，便携式/移动天线的效率非常小(约0. 或更小，原因是相对于RF波长的较小天线长度(大小))。另外，在这些低频率下，来自自然和人为来源的噪声水平比较高频率/ 带(例如VHF)上高得多。这两个现象一起可限制位置寻找系统的适用性，例如其操作范围和/或移动性/便携性。因此，对于操作范围和/或移动性/便携性非常重要的某些应用， 可使用较高RF频率/带，例如HF、VHF、UHF和UWB。在VHF和UHF带下，来自自然和人为来源的噪声水平显著低于VLF、LF和HF带；且在VHF和HF频率下，多路径现象(例如，RF能量反射)不如UHF和较高频率下那样严重。 而且，在VHF下，天线效率显著好于HF和较低频率，且在VHF下，RF穿透能力比UHF下好得多。因此，VHF带提供针对移动/便携式应用的良好折衷。另一方面，在某些特殊情况下， 例如其中VHF频率(或较低频率)无法穿透电离层(或偏转/折射)的GPS，UHF可为较好选择。然而，在任何情况(和所有情况/应用)下，窄带宽测距信号系统将具有优于常规的宽带宽测距信号位置寻找系统的优点。实际应用将决定确切的技术规范(例如功率、发射、带宽和操作频率/带)。窄带宽测距允许用户接收许可或接收免除许可，或使用如FCC中陈述的未经许可的带，因为窄带测距允许许多不同带宽/频率上的操作，包含FCC中陈述的大多数严格窄带宽6. 25kHz、 11. 25kHz、12. 5kHz,25kHz和50kHz，且遵守适当章节的对应技术要求。因此，多个FCC章节以及此些章节内的免责将适用。适用的主要FCC规章是47CFR第90部分-专有陆地移动无线电服务，47CFR第94部分-个人无线电服务，47CFR第15部分-无线电频率装置。(作为比较，在此情形中宽带信号是从几百KHz直到10-20MHZ。)通常，对于第90部分和第94部分，VHF实施方案允许用户在某些免责(低功率无线电服务是一实例)下在高达IOOmW下操作装置。对于某些应用，在VHF带下可允许的发射功率在2到5瓦之间。对于900MHz (UHF带)，其为Iff0在160kHz到190kHz频率(LF带) 上，可允许的发射功率是1瓦。窄带测距可遵守即使不是全部也是许多不同的频谱容差，且允许准确的测距，同时仍遵守大多数严格的规章要求。这不仅对于FCC来说是这样，而且对于管制全世界(包含欧洲、日本和韩国)的频谱使用的其它国际组织来说也是这样。以下是标签可与在现实世界环境中的另一读取器通信的所使用的常见频率以及典型的功率使用和距离的列表(参看‘Indoor Propagation and Wavelength”，Dan Dobkin, WJ Communications, V 1.4,7/10/02)915MHz IOOmff 150 英尺2. 4GHz IOOmff 100 英尺5. 6Ghz IOOmff 75 英尺所提出的系统在VHF频率下工作且采用用于发送和处理RF信号的专门方法。更具体来说，其使用DSP技术和软件定义无线电(SDR)来克服VHF频率下窄带宽要求的限制。在较低(VHF)频率下操作减少了散射并提供好得多的壁穿透。净结果是优于常用频率的大致十倍的范围增加。例如，比较样机的测得范围与上文列出的RFID技术的范围216MHz IOOmw 700 英尺通过利用窄带测距技术，标签通信范围将能够与现实世界环境中的另一读取器通的常用频率的范围以及典型功率使用和距离将显著增加从到915MHz IOOmff 150 英尺 500 英尺2. 4GHz IOOmff 100 英尺 450 英尺5. 6Ghz IOOmff 75 英尺 400 英尺电池消耗随着装置的设计、发射功率和工作周期而变，例如两个连续距离(位置) 测量之间的时间间隔。在许多应用中，工作周期为IOX到1000X大。在具有大工作周期(例如100X)的应用中，发射IOOmW功率的FPGA版本将具有大约三周的工作时间。基于ASIC 的版本预期将工作时间增加10X。而且，ASIC固有地具有较低噪声水平。因此，基于ASIC 的版本也可使操作范围增加约40%。所属领域的技术人员将了解，示范性实施例并不损害系统长操作范围，同时显著增加RF受限环境(例如，建筑物、市区走廊等)中的位置寻找准确性。通常，跟踪和定位系统采用跟踪-定位-导航方法。这些方法包含到达时间(TOA)、 到达时间差(DTOA)和TOA与DTOA的组合。作为距离测量技术的到达时间(TOA) —般在第 5，525，967号美国专利中描述。基于T0A/DT0A的系统测量RF测距信号直接视距(DLOS)飞行时间(例如，时间延迟)，其随后被转换为距离范围。在RF反射(例如，多路径)的情况下，具有各种延迟时间的RF测距信号的多个副本叠加于DLOS RF测距信号上。使用窄带宽测距信号的跟踪定位系统无法在无多路径抑制的情况下在DLOS信号与反射信号之间进行区分。因此，这些反射信号引发所估计的测距信号DLOS飞行时间中的误差，其又影响范围估计准确性。示范性实施例有利地使用多路径抑制处理器来分离DLOS信号与反射信号。因此， 示范性实施例显著降低所估计的测距信号DLOS飞行时间中的误差。所提出的多路径抑制方法可在所有RF带上使用。其也可与宽带宽测距信号位置寻找系统一起使用。且其可支持各种调制/解调技术，包含扩展频谱技术，例如直接扩展频谱(DSQ和频率跳跃(FH)。另外，可应用噪声减少技术以便进一步改善方法的准确性。这些噪声减少方法可包含(但不限于)相干求和、非相干求和、匹配滤波、时间分集技术等。多路径干扰误差的残余可通过应用后处理技术来进一步减少，所述技术例如为最大似然(维特比算法)、卡尔曼滤波(卡尔曼算法)等。示范性实施例可用在具有单工、半双工和全双工操作模式的系统中。全双工操作在RF收发器上的复杂性、成本和供应方面要求非常高，其限制了在便携式/移动装置实施方案中的系统操作范围。在半双工操作模式中，读取器(常称为“主装置”)和标签(有时也称为“从属装置”或“目标装置”)由在任一给定时间仅允许主装置或从属装置进行发射的协议控制。发送和接收的交替允许在距离测量中使用单个频率。与全双工系统相比，此布置减少了系统的成本和复杂性。单工操作模式概念上较简单，但需要主单元与目标单元之间更严格的事件同步，包含测距信号序列的开始。在本发明中，窄带宽测距信号多路径抑制处理器并不增加测距信号带宽。其有利地使用不同的频率分量以允许传播窄带宽测距信号。可在频域中借助于采用超分辨率频谱估计算法(MUSIC、rootMUSIC、ESPRIT)和/或例如RELAX等统计算法，或在时域中借助于组合合成测距信号与相对大带宽并向此信号应用进一步处理，来实施进一步的测距信号处理。窄带宽测距信号的不同频率分量可经伪随机地选择，其也可在频率上连续或间隔开，且其可在频率上具有均勻和/或不均勻的间距。实施例扩展了多路径抑制技术。用于窄带测距的信号模型是复指数(如本文献中其它地方所介绍)，其频率与由范围界定的延迟加上延迟是由与多路径相关的时间延迟界定的类似项成正比。模型与信号结构的实际实施方案无关，例如阶跃频率、线性频率调制寸。直接路径与多路径之间的频率分隔标称上极小，且正常频域处理不足以估计直接路径范围。举例来说，在30米范围下在5MHz内的IOOKHz阶跃速率下的阶跃频率测距信号 (100. 07纳秒延迟)产生0. 062875弧度/秒的频率。具有35米路径长度的多路径反射将产生0. 073355的频率。间隔为0. 0104792。50个可观察样本的频率分辨率具有0. 12566Hz 的原始频率分辨率。因此，不可能使用常规的频率估计技术来分离直接路径与反射路径并准确地估计直接路径范围。为了克服此限制，本发明使用子空间分解高分辨率频谱估计方法与多峰群集分析的实施方案的独特组合。子空间分解技术依赖于将观察到的数据的所估计协方差矩阵分解为两个正交子空间噪声子空间和信号子空间。子空间分解方法的理论在于，可观察到的的部分在噪声子空间上的投影仅由噪声组成，且可观察到的部分在信号子空间上的投影仅由信号组成。超分辨率频谱估计算法和RELAX算法能够在存在噪声的情况下区分在频谱中紧密放置的频率(正弦曲线)。频率不必调和相关，且不同于数字傅立叶变换(DFT)，信号模型并不引入任何人工周期性。对于给定带宽，这些算法提供显著高于傅立叶变换的分辨率。 因此，直接视距(DL0Q可在高准确性的情况下可靠地与其它多路径(MP)区分开。类似地， 将稍后将阐释的阈值方法应用于人工产生的合成较宽带宽测距信号使得有可能在高准确性的情况下可靠地区分DLOS与其它路径。根据示范性实施例，多路径抑制处理器可采用数字信号处理(DSP)来可靠地区分 DLOS与其它MP路径。频谱分析(频谱估计)技术中存在多种超分辨率算法/技术。实例包含基于子空间的方法多信号特征化(MUSIC)算法或root-MUSIC算法、经由旋转不变性技术估计信号参数(ESPRIT)算法、Pisarenko谐波分解(PHD)算法、RELAX算法等。在所有上文提到的超分辨率算法中，传入(即，接收到的)信号经建模为复指数与其频率的复振幅的线性组合。在多路径的情况下，接收到的信号将如下
权利要求
1.一种用于基于RF跟踪和定位对象的系统，其包括主单元，其具有RF收发器且适于介接到标签以测量到所述标签的距离；以及所述标签，其具有RF收发器且适于介接到所述主单元，其中所述主单元的所述RF收发器和所述标签的所述RF收发器经配置以发射和接收测距信号，其中所述主单元的所述RF收发器经配置以发射测距信号，其中所述标签的所述RF收发器经配置以接收测距信号，其中所述测距信号包含处于不同频率的多个脉冲，其中所述测距信号用于测量所述主单元与所述标签之间的所述距离，且其中使用高分辨率频谱估计分析来减少距离测量中的空间不定性，包含估计若干多路径频率分量的模型大小，以及基于所述频率分量的分布来计算所述距离。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述测距信号是宽带宽信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统使用不同的个别频率分量来产生测距信号和基带测距信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中一个或一个以上主单元与一个或一个以上标签单元之间的系统时钟同步是通过调整每一单元时钟频率而周期性地远程执行，其中每一主单元计算并存储其系统时钟频率与其它单元时钟频率之间的差，且其中每一主单元调整其系统时钟频率与其它单元系统时钟频率之间的所述差的复振幅测量值。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述测距信号是窄带宽信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述测距信号和基带测距信号的不同频率分量是伪随机选择的，所述分量在频率上邻接和/或间隔开。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述主装置和标签接收器确定所述所返回的测距信号和所述基带测距信号的复振幅，且其中所述多个所返回的测距信号/基带测距信号个别频率分量样本的复振幅样本经平均以通过增加信噪比而改善复振幅确定准确性。
8.根据权利要求7所述的系统，其中多个所返回的测距信号的复振幅值是使用匹配的滤波技术确定的。
9.根据权利要求7所述的系统，其中多个所返回的测距信号复振幅值是根据所述所接收的测距信号/基带测距信号个别频率分量RSSI值且根据所述所返回的测距信号和所述基带测距信号个别频率分量的相位值而计算的。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述所返回的测距信号和所述基带测距信号个别频率分量相位值是经由所述所返回的测距信号个别频率分量相位值与所发射(原始)的测距信号个别频率分量相位值的比较而计算的。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个所返回的测距信号/基带测距信号个别频率分量的复振幅值被从往返行程值变换到单向复振幅值。
12.根据权利要求9所述的系统，其中多个所返回的测距信号/基带测距信号个别频率分量复振幅值是通过以对应的传出基带信号个别分量频率对所述所返回的基带信号个别分量频率进行取样，且在小于或等于所述基带信号个别分量频率的持续时间的时期内对所得信号进行积分而获得。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个所返回的测距信号/基带测距信号个别频率分量复振幅值被组合成具有较大带宽的合成测距信号。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述合成测距信号通过构造在选定区间上紧密近似于所述信号的波形，并随后从所述原始合成测距信号减去所述波形来抵消所述合成测距信号的正弦波形前体。
15.根据权利要求9所述的系统，其中所述所返回的测距信号和所述基带测距信号个别频率分量由仅两个数字滤波器进行滤波，其中一个滤波器总是针对第一频率分量而调谐，且另一滤波器针对所有其它频率分量而动态地调谐，且其中测距信号的多个例子由所述主单元发送且每一例子由仅两个频率组成第一频率f\和第二频率其中i e 2 :n。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述所接收的测距信号和所述基带测距信号个别频率分量是通过调整所述主单元和所述标签单元RF收发器的频率合成器/操作频率而产生所述频率分量的其余部分，而由数字滤波器在没有动态滤波器调谐的情况下进行滤波。
17.根据权利要求16所述的系统，其中在同一频率下进行两次测量以便消除在改变合成器的频率之后可能形成的相位偏移。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述高分辨率频谱估计分析使用MUSIC/ rootMUSIC 和 ESPRIT 算法。
19.根据权利要求18所述的系统，其中高分辨率频谱估计分析使用F统计来估计测距信号反射的数目。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述高分辨率频谱估计分析组合了通过使用不同特征结构性质来估计个别频率的两个或两个以上算法，以进一步减少直接路径延迟和其它路径延迟确定不定性。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述高分辨率频谱分析使用F统计且依据所述高分辨率频谱估计算法性质调整每一模型的所述模型大小。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述高分辨率频谱估计分析使用模型大小窗以便使检测到直接路径信号的概率最大化。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述高分辨率频谱估计分析使用所述返回信号的多个测量值以及通过两个或两个以上频谱估计算法从多个模型大小的窗产生的数据，并对所述多个测量值和数据执行群集分析以产生距离估计。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述群集分析包含估计所述所返回的多路径分量的等效范围的多峰群集分析。
25.根据权利要求M所述的系统，其中所述高分辨率频谱分析对由对所述范围估计的所述多峰分析返回的数据进行操作，并组合统计上相同的估计以实现较高的范围估计准确性。
26.根据权利要求1所述的系统，其中除了所述高分辨率频谱分析外，还采用参数估计分析来使用个别频率分量复振幅值以高准确性来区分信号直接视距(DL0Q路径与其它多路径。
27.根据权利要求1所述的系统，其中对所述测距信号的调制包含扩展频谱、线性调频脉冲扩展频谱和频率跳跃中的任一者。
28.根据权利要求1所述的系统，其中所述测距信号是离散或连续的线性调频脉冲，且其中每一线性调频脉冲在同一相位处开始，且一个或一个以上线性调频脉冲由所述主单元发射和接收。
29.根据权利要求沈所述的系统，其中所述处理器对准每一所接收的个别线性调频脉冲以使得所返回的线性调频脉冲是来自所关注区域的中间，并随后使每一个别的所返回的线性调频脉冲“解除倾斜”。
30.根据权利要求27所述的系统，其中所述处理器组合个别“经解除倾斜”的线性调频脉冲的结果，并在时域中产生复振幅样本/值。
31.根据权利要求1所述的系统，其中所述测距信号是使用数字信号处理(DSP)和软件定义无线电(SDR)来处理。
32.根据权利要求1所述的系统，其中所述测距信号不高于VHF带。
33.根据权利要求1所述的系统，其中所述测距信号处于UHF带和更高频率中。
34.根据权利要求1所述的系统，其中所述主单元中的一者在单个发起读取器模式中操作，且其它主单元在卫星模式和主装置到主装置距离测量模式中操作。
35.根据权利要求34所述的系统，其中每一标签接收第一和第二测距信号序列，所述第一测距信号序列是由所述发起主单元产生且所述第二测距信号序列是由所述卫星主单元重新发射，且其中每一测距信号序列由所述标签单独处理以确定距离测量期间的时间延迟，且每一标签计算所述测距信号中的每一者的飞行时间。
36.根据权利要求35所述的系统，其中所述第一和第二测距信号的所述飞行时间之间的差用以确定所述标签相对于所述主单元的位置，其中主装置-标签和主装置-主装置距离测量是使用到达时间差(DTOA)以及DT0A、虚拟三角测量与反虚拟三角测量的组合中的任一者来执行。
37.根据权利要求1所述的系统，其中主装置-标签或主装置-主装置距离测量是使用到达时间(TOA)以及Τ0Α、虚拟三角测量与反虚拟三角测量的组合中的任一者来执行。
38.根据权利要求1所述的系统，其中所述高分辨率频谱估计分析利用基带测距信号样本的协方差矩阵的特征值，其中所述协方差矩阵提供对表示路径延迟的个别频率的估计，且其中所述特征值被分离为正交的噪声和信号特征向量(子空间)，且所述个别频率是通过将可观察到的返回信号投影到所述噪声子空间上并使所述投影的能量最小化而确定的，其中旋转算子是根据旋转不变信号子空间性质而确定的，且个别频率是根据所述旋转算子而估计的。
39.根据权利要求1所述的系统，其中主装置与主装置和/或主装置与标签之间的通信是全双工或半双工的。
40.根据权利要求1所述的系统，其中主装置与主装置和/或主装置与标签之间的通信是单工的。一种用于基于RF跟踪和定位对象的系统，其包括主单元，其具有RF收发器且适于介接到标签以测量到所述标签的距离；所述标签，其具有RF收发器且适于介接到所述主单元；所述主单元的所述RF收发器和所述标签的所述RF收发器经配置以发射和接收测距信号；所述主单元的所述RF收发器经配置以发射测距信号；且所述标签的所述RF收发器经配置以接收测距信号， 其中所述测距信号包含处于不同频率的多个脉冲， 其中所述测距信号用于测量所述主单元与所述标签之间的所述距离，且其中所述系统计算所述所接收的测距信号的复振幅。
41.一种用于基于RF跟踪和定位对象的系统，其包括主单元，其具有RF收发器且适于介接到标签以测量到所述标签的距离； 所述标签，其具有RF收发器且适于介接到所述主单元；所述主单元的所述RF收发器和所述标签的所述RF收发器经配置以发射和接收UHF带中的窄带宽测距信号；且所述主单元的所述RF收发器经配置以发射UHF带中的窄带宽测距信号； 所述标签的所述RF收发器经配置以接收所述UHF带中的窄带宽测距信号， 其中所述窄带宽测距信号包含处于不同频率的一个或一个以上多个脉冲， 其中所述窄带宽测距信号包含处于相同频率的一个或一个以上多个脉冲， 其中所述测距信号包含以下任一者(a)处于多个频率的一个脉冲，(b)处于单个频率的多个脉冲，和(c)处于不同频率的多个脉冲，且其中所述窄带宽测距信号。
42.一种用于基于RF跟踪和定位对象的系统，其包括主单元，其具有RF收发器且适于介接到标签以测量到所述标签的距离；以及所述标签，其具有RF收发器且适于介接到所述主单元，其中所述主单元的所述RF收发器和所述标签的所述RF收发器经配置以发射和接收测距信号，其中所述主单元的所述RF收发器经配置以发射测距信号， 其中所述标签的所述RF收发器经配置以接收测距信号，其中所述测距信号包含以下任一者(a)处于多个频率的一个脉冲，(b)处于单个频率的多个脉冲和，(c)处于不同频率的多个脉冲，且其中高分辨率频谱估计分析用以减少距离测量中的空间不定性，包含估计若干多路径频率分量的模型大小，以及基于所述频率分量的分布来计算所述距离。
43.一种用于基于RF跟踪和定位对象的系统，其包括主单元，其具有RF收发器且适于介接到标签和/或另一主单元以测量到所述标签和/ 或另一主单元的距离；以及所述标签和/或另一主单元，其具有RF收发器且适于介接到所述主单元，其中主单元具有RF收发器且适于介接到所述另一主单元，其中所述主单元的所述RF 收发器和所述标签的所述RF收发器经配置以发射和接收测距信号，其中所述主单元的所述RF收发器经配置以发射测距信号，其中所述标签的所述RF收发器经配置以接收测距信号，其中所述测距信号包含以下任一者(a)处于多个频率的一个脉冲，(b)处于单个频率的多个脉冲和，(C)处于不同频率的多个脉冲，其中所述测距信号用于测量所述主单元与所述标签之间的所述距离， 其中所述测距信号用于测量多个主单元之间的所述距离，且其中所述系统计算所述所接收的测距信号的复振幅以确定主装置-标签距离和/或主装置到主装置距离。
44. 一种用于基于RF跟踪和定位对象的系统，其包括主单元，其具有RF收发器且适于介接到标签以测量到所述标签的距离；以及所述标签，其具有RF收发器且适于介接到所述主单元，其中所述主单元的所述RF收发器和所述标签的所述RF收发器经配置以发射和接收测距信号，其中所述主单元的所述RF收发器经配置以发射测距信号，其中所述标签的所述RF收发器经配置以接收测距信号，其中所述测距信号和基带测距信号的不同频率分量是伪随机选择的，其中(a)所述分量在频率上邻接或间隔开，(b)所述分量是同时地和/或在时间上间隔开而产生，或(c) (a)与(b)的组合。
全文摘要
一种用于对对象进行基于长距射频(RF)的识别、跟踪和定位的方法和系统。所述方法和系统使用窄带宽测距信号，包含较低频带的VHF，其使RF定位信号的传播损失和准确性损失最小化。所述方法和系统包含窄带宽测距信号多路径抑制处理器，其进一步改善了跟踪定位准确性。从主单元将信号发送到标签。记录信号行进时间并计算所述主装置与所述标签之间的距离。所述方法和系统通过结合所述窄带宽测距信号多路径抑制处理器使用VHF带而允许实现RF窄带宽测距信号穿透的较长距离和增加的准确性。使用数字信号处理和软件定义无线电的技术。通过软件定义由无线电发射和接收的实际波形。所述主单元和所述标签的角色可颠倒。
文档编号G08G1/00GK102203634SQ200980139103
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月5日 优先权日2008年10月7日
发明者劳伦斯·韦尔, 安德雷·于邵, 弗拉基米尔·茹拉诺夫, 杜鲁门·普雷瓦特, 费力克斯·马克邵斯凯 申请人:英维斯塔克有限公司