本申请要求于2015年12月23日提交的美国临时申请第62/387,387号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请还是2016年5月23日提交的美国专利申请第15/162,329号的部分继续申请，其要求于2015年5月21日提交的美国临时申请第62/164,696号的优先权。
背景技术：
定位系统跟踪位于定位系统视野内的定位域内的一个或多个对象的位置和移动。基于角度的定位系统部分地通过计算被跟踪对象和平面上的位置之间的相对角度来确定位置。例如，当需要高定位精度和/或定位域的尺寸远远超过基于图像的定位系统的图像传感器的尺寸时，基于角度的定位系统通常比基于图像的定位系统更优选。
技术实现要素：
在第一实施例中，一种用于确定对象的定位参数的方法包括：生成来自对象的基带信号的第一频域振幅的多个估计值。多个估计值中的每一个对应于基带信号的多个时间片段中的相应一个。第一频域振幅对应于基带信号的时间频率。所述方法还包括将第一频域振幅确定为多个估计值中的最常见值，以及基于第一频域振幅确定定位参数。
在第二实施例中，一种定位系统包括存储器和微处理器。存储器存储非暂时性计算机可读指令并且被配置为存储具有时间频率分量和相应的第一频域振幅的基带信号。微处理器适于执行指令以：(i)生成第一频域振幅的多个估计值，每个估计值对应于基带信号的多个时间片段中的相应一个，并且(ii)将第一频域振幅确定为多个估计值中的最常见值。
附图说明
图1示出了在一个实施例中的示例性使用场景中的定位系统。
图2示出了作为图1的定位系统的实例的定位系统的一个实施例。
图3是作为图2的定位系统的实例的定位系统的透视图。
图4是图3的定位系统的横截面图。
图5包括图3的定位系统的光学掩模的示例性透射函数的图。
图6是示出了在一个实施例中的一种用于确定对象的角度位置的方法的流程图。
图7是示出了在一个实施例中的图6的方法的任选步骤的流程图。
图8示出了来自图2的定位系统的信道的示例性基带信号。
图9示出了图8的基带信号的短时傅里叶变换(stft)振幅的时间序列。
图10a和图10b是与图9的stft振幅相对应的预测误差的图。
图11a和图11b是图10a的预测误差的信噪比(snr)时间序列。
图12是由图2的定位系统的一个实施例的信道生成的损坏的基带信号的图。
图13示出了对应于图12的损坏的基带信号的相应多个片段的多个stft振幅估计值。
图14描绘了示出图13的stft振幅估计值的出现的示意性直方图。
图15是示出了在一个实施例中的一种用于确定基带信号的频域振幅的方法的流程图。
图16a和图16b是比较由图15的方法产生的原始stft振幅估计值和精确stft振幅估计值的图。
图17是由图2的定位系统的一个实施例生成的测量stft振幅的时间序列图。
图18示出了经由图15的方法生成的图17的stft振幅的直方图。
图19a和图19b是图17的stft振幅的预测误差的图。
图20是图17的stft振幅比率的图。
图21是切除了损坏的测量值的图17的stft振幅比率的图。
图22是对应于图20和图21的stft振幅比率的信噪比的图。
图23示出了存在于图2的定位系统的接收器的一个实施例中的光学部件阵列。
图24-27各自示出了包括图2的定位系统的接收器的相应的发送器-接收器对。
图28-32各自示出了穿过包括图23的光学部件阵列的接收器的一个实施例的波前。
图33示出了在一个实施例中的一个示例性定位系统。
图34-38描述了图2的定位系统和图6的方法的示例性使用的实例。
图39示出了在一个实施例中的图2的定位系统的第一示例性使用环境。
图40示出了在一个实施例中的图2的定位系统的第二示例性使用环境。
具体实施方式
图1示出了环境180内的示例性使用场景中的定位系统100。环境180例如是仓库、工厂、加工厂、施工现场、工地(道路、建筑等)、景点，并且可以位于室内或室外。在这种场景中，物理尺度、电带宽和所需的定位精度均足够大，从而使基于图像处理的定位非常困难和/或资源密集。定位系统100可以包括在美国申请14/165,946中描述的光学引导系统500、600和700的任何特征。
环境180包括车辆184、穿着背心186v的人186以及限制人的视线能力的障碍物，例如架子182。车辆184例如是铲车或具有可重新定位部分的其他类型的车辆，例如施工设备(反铲挖土机、挖掘机、推土机等)。定位系统100包括接收器130(1)并且跟踪发射器111的位置，发射器111位于诸如车辆184、背心186v和架子182的可跟踪对象上。接收器130(1)在垂直于坐标系198的x-y平面的平面中具有前表面130f。定位系统100任选地包括一个或多个其他接收器，诸如第二接收器130(2)。
在一个实施例中，接收器130和发射器111都位于诸如车辆184的相同车辆上，用于确定和控制车辆184的运动部分的位置。
发射器111可以是定位系统100的一部分。在示例性操作模式中，接收器130(1)从发射器111(1)接收信号112(1)，定位系统100根据所述信号确定关于发射器111(1)的位置信息。
定位系统100的一个功能可以是定位和报告物体或人(例如，车辆184和人186)的位置。例如，定位系统100在发射器111(1)和前表面130f(1)之间的x-y平面中确定位置角113。定位系统100还可以确定发射器111(1)相对于接收器130(2)的第二定位角。出于导航和避免碰撞的目的，这种位置数据可以用于控制诸如车辆184的对象位置。
接收器130可以从发射器111(例如从发射信号112(2)的发射器111(2))接收损坏的信号。例如，当发射器111(2)和接收器130(2)之间存在遮挡188时，接收器130(2)接收损坏的信号112c，损坏的信号112c是信号112(2)的损坏版本。遮挡188例如是空气中的灰尘，或者雨、雨雪或雪形式的环境水分。损坏的信号112c也可能由发射器111的故障引起。定位系统100的可靠操作要求系统100能够消除损坏的信号112c中的噪声，使得它能够精确地定位发射器111(2)。
图2示出了作为定位系统100的实例的一个示例性定位系统200。定位系统200包括接收器230和任选的处理单元280。处理单元280包括微处理器282和存储器284。存储器284可表示易失性存储器(例如，sram、dram或其任何组合)和非易失性存储器(例如，flash、rom、磁性介质、光学介质或其任何组合)中的一者或两者。存储器284存储包括机器可读指令的软件250。微处理器282通信地耦合到存储器284，并且当执行存储在其中的机器可读指令时，执行本文所述的定位系统200的功能。软件250包括光斑位置估计器252、位置-角度转换器254和任选的频域分析器256、信号调节器258、信号评估器260、信噪比(snr)监视器262。存储器284还可以分别存储由光斑位置估计器252、位置-角度转换器254和snr监视器262可选地使用的掩模属性234p、cra映射235m和时间区间264。
定位系统200还可以包括任选的发射器211。接收器230和发射器211可以分别实现为接收器130(1)和发射器111。发射器211至少包括发射器211(1)，并且可以进一步包括任何数量的发射器211(2)至211(n)。每个发射器211(1-n)提供具有载波频率212c的相应光学信号212(1-n)。光学信号212(1-n)可以具有调制频率212f(1-n)和对应的频域振幅212a(1-n)，在这种情况下，载波频率212c是载波频率。在典型的使用场景中，定位系统200处于包括环境光学辐射218的环境中，环境光学辐射218在其光谱中包括载波频率212c。光学信号212的调制频率212f使得定位系统200能够将从发射器211传播的信号与具有载波频率212c的环境光学辐射218的分量区分开。
发射器211可以包括生成光学信号212的光源215，例如发光二极管(led)或激光二极管。发射器211还可以包括被配置为调制光源215的输出的电路215c。光学信号212最初可以由远离发射器211的源生成，例如光发送器220，其例如是定位系统200的一部分，并且可以附接到接收器230或接近接收器230。发射器211可以包括反射器216，用于将由光发送器220生成的光学信号212反射到接收器230。光发送器220可发射电磁辐射，例如可见光、近红外光及其组合。
用相应的调制频率212f(1-n)调制光学信号212(1-n)是区分发射器211彼此的一种方法。或者，每个发射器211可以发射不同的载波频率(212c(1，2，……，n))或偏振。信道231可以包括滤波器236，用于发送载波频率212c或对应于从单个发射器211传播的光的偏振的偏振。滤波器236包括例如光学带通滤波器、线性偏振器和圆偏振器中的至少一个。
载波频率212c例如对应于0.40μm和2.0μm之间的一个或多个自由空间光波长，例如0.95μm。滤波器236例如是具有等于载波频率212c的中心透射频率的窄带光学带通滤波器。调制频率212f例如在50hz和500khz之间。光学信号212可以利用本领域中已知的一种或多种调制方法来调制，所述方法包括振幅调制、频率调制、扩展频谱和随机一次性代码调制。
接收器230包括多个信道231。每个信道231包括光学掩模234、光电检测器233、信道电子器件232以及任选的透镜235。每个光学掩模234介于其相应的光电检测器233和发射器211之间，使得光学信号212传播通过光学掩模234，然后被其后的光电检测器233检测。两个或多个光学掩模234(1-m)可以是不同的光学元件。或者，两个或多个光学掩模234(1-m)可以对应于覆盖两个或多个相应光电检测器233的单个光学元件的不同区域。
在一个实施例中，每个光电检测器233是单像素光电检测器，例如具有例如20mhz的时间截止频率的光电二极管(诸如硅pin二极管)。在另一个实施例中，光电检测器233以像素阵列实现，使得每个光电检测器233是像素阵列的不同像素。像素阵列例如是互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器或电荷耦合器件(ccd)图像传感器。
信道231可以以接收器230内的任何空间配置来排列。在一个实施例中，信道231沿着一条线排列。在另一个实施例中，信道231布置在一个平面内排列但不是全部位于同一条线上，使得信道231限定了平面。例如，信道231以二维阵列排列。
每个光学掩模234(1-m)彼此不同，使得信道231(m)的光学掩模234(m)不同于信道231(n)的光学掩模234(n)，其中m≠n。在不脱离本发明的范围的情况下，除了信道231(1-m)之外，接收器230还可以包括具有与信道231(1-m)的光学掩模234相同的光学掩模234的其他信道231，
光学掩模234可对入射光学信号212施加相应的信号修改。信号修改是相位改变、振幅改变或偏振改变中的至少一个，并且例如在功能上或数字上可表示为掩模属性234p，任选地存储在存储器284中。光学掩模例如是具有由空间变化透射函数描述的空间变化透射率的光学元件，其是存储在存储器284中的掩模属性234p的实例。掩模属性234p例如是表示透射函数的查找表。每个光学掩模234对通过其发送到光电检测器233的光学信号212进行修改，并且因此除了纯相位掩模之外，还修改对应于光学信号212的频域振幅212a。
光学信号212(1-n)以相应的位置角213(1-n)入射在信道231上，为了清楚说明，在图2中示为单个角。每个位置角213是位置角113的实例。当包括在信道231(i)中，其中i∈{1，2，……，m}时，透镜235介于信道的光电检测器233(i)和发射器211(i)之间，使得透镜235将角213映射到光学信号212入射在其上的光电检测器233(i)上的信号位置291。
位置角213例如是入射在透镜235上的光线(主光线)的主光线角(cra)。透镜235根据特征cra函数将角213映射到信号位置291，所述特征cra函数可以是作为cra映射235m存储在存储器284中。cra映射235m例如是主光线角和对应的信号位置291的查找表。cra映射235m还可以包括透镜235的属性，例如其焦距和距光学掩模234的距离。
每个信道231由于其光电检测器的尺寸而具有相应的信道视场(“信道-fov”)，并且当被包括时具有透镜235的相对孔径(f数)。在一个实施例中，三个或多个信道231的信道-fov重叠，使得至少三个信道231接收来自同一发射器211的光学信号212。
每个光学掩模234将一个或多个光学信号212(1-n)作为修改的光学信号212m发送到光电检测器233，其又生成由信道电子器件232接收的光电流信号233c。例如，信道231(1)的光电检测器233生成光电流信号233c(1)。
信道电子器件232可以包括电路，所述电路能够对光电流信号233c执行以下操作中的一个或多个：模数转换、低通滤波和解调。例如，信道电子器件232包括也用作模拟解调器的低通滤波器电路。在另一个实例中，信道电子器件232包括低通滤波器、模数转换器和数字解调器。
在一个实施例中，一个或多个信道231的信道电子器件232能够解调光电流信号233c以恢复多于一个调制频率212f(如果存在的话)。例如，在解调周期t内，信道电子器件232以等于212f(1-n1)中的一个的解调频率对光电流信号233c进行解调达持续时间t/n1。其中1<n1≤n。在一个实施例中，一个或多个信道231具有对应于单个调制频率212f的专用信道电子器件232。在另一个实施例中，信道电子器件232提供放大，并且在解调、滤波和数字转换发生的情况下，例如在与信道电子器件232通信地耦合的处理单元280内，在空间上分离。在该实施例中，信道电子器件232也可以提供偏置消除。
每个信道231(m)的信道电子器件232将相应信道信号231s(m)输出到通信地耦合到微处理器282的存储器284，其中m∈{1，2，……，m}。每个信道信号231s(m)包括可作为测量信号振幅242存储在存储器284中的测量信号振幅241(m)。测量信号振幅241(m)可以是信道信号231s(m)的振幅，例如，当光学信号212未被调制时，或者在信道信号231s(m)的解调、滤波和数字转换之前。
当光学信号212被调制时，即在相应的频域振幅212a(n)处以调制频率212f(n)调制时，软件250可以确定与光学信号相对应的测量信号振幅242(n，m)，如由信道231(m)所检测，其中n∈{1，2，……，n}。
微处理器282可以包括电路，所述电路被配置为并且能够对光电流信号233c执行以下操作中的一个或多个：放大，模数转换，低通滤波和解调。例如，微处理器282和信道电子器件232是互补的，使得它们中的至少一个对它们接收的相应信号执行放大、模数转换、低通滤波和解调。
在一个实施例中，微处理器282与接收器230集成在一起。例如，微处理器282和接收器230可以位于相同的电路板上。微处理器282可以被集成到信道231中，然后该信道用作主信道，而其他信道231是从信道。在另一个实施例中，微处理器282与接收器230分离。例如，微处理器282和接收器230共享一个外壳，或者微处理器282位于距接收器230一定距离的单独计算机上。定位系统200可以包括多于一个的接收器230，其可以通信地耦合并且相对于微处理器282和存储器284可独立定位。
在一个实施例中，定位系统200测量与相应发射器211(1-n)相对应的位置角213(1-n)，其可以作为测量位置角213m(1-n)存储在存储器284中。测量位置角213m(1-n)对应于相应的位置角213(1-n)。定位可以被配置为经由有线或无线通信将定位数据209(诸如角213m)输出到控制器270。控制器270可以被远程定位，使得其经由例如内联网或因特网的计算机网络272接收定位数据209。定位系统200还可以被配置为从控制器270接收指令274并且经由控制发送器266将它们发送到对象上的接收器217，所述对象还包括发射器211。例如，发射器211(n)可以包括接收器217并且是车辆184上的发射器111(1)的实例。或者，接收器217不需要与发射器211集成(共包装)，使得诸如车辆184的对象可以包括可独立定位的接收器217和发射器211。控制发送器266和接收器217例如是wifi、蓝牙、低功耗蓝牙(ble)、蜂窝(3g、4g、5g、lte、lte-u、nb-1、cat等)兼容装置，但可以在不脱离本发明的范围的情况下是任何无线传输协议。
图3是透视图，图4是定位系统300的横截面图。在下面的描述中最好一起看图3和图4。图3包括具有x-y平面、x-z平面和y-z平面的坐标系398。在本文中，除非另有说明，否则对x、y和z方向(或轴)和由其形成的平面的引用是就坐标系398而言的。定位系统300是定位系统200的实例，并且包括信道331(1-3)、信道电子器件432、微处理器282和存储器484。
信道331(1-3)每个都是信道231的实例，并且分别包括光电检测器333(1-3)、光学掩模334(1-3)和透镜335(1-3)。光电检测器333、光学掩模334和透镜335分别是光电检测器233、光学掩模234和透镜235的实例。信道电子器件432是信道电子器件232的实例。存储器484是存储器284的实例，并且包括掩模334的掩模属性334p和透镜335的cra映射335m。掩模属性334p和cra映射335m分别是掩模属性234p和cra映射235m的实例。
信道331的相对位置可以改变而不影响定位系统300的功能性。例如，信道331(1)可以介于信道331(2，3)之间，或者信道331(3)可以介于信道331(1，2)之间。
光学掩模334(1-3)跨越xmin和xmax之间的x方向上的区域，其中距离(xmax-xmin)例如等于每个光电检测器333的宽度333w或透镜335的成像圈，其中任一个也可以跨越所述区域。在不脱离本发明的范围的情况下，距离(xmax-xmin)可以小于或超过宽度333w。每个光学掩模334处于与x-y平面平行的平面内，所述x-y平面垂直于与x-z平面平行的平面396。透镜335位于光学掩模334(1-3)的前方，并且具有在与平面396正交的平面397内共面的相应光轴335a(1-3)。图4的横截面图表示定位系统300在平面396中或在与包括光轴335a(1)和335a(3)中的一个的平面396平行的平面中的横截面图。
光学掩模334(1-3)每个都是定位系统300的相应信道331(1-3)的一部分，其具有在包括对象391的区域中重叠的相应视场。对象391上具有与平面396相交的发射器311。发射器311是发射器211的一个实例。线395在平面396中并且垂直于x-y平面。线395例如与光学掩模334(2)前面的透镜335的光轴335a共线。光学掩模334(2)可以是双平面吸收滤波器(具有梯度透射率)或具有在x方向上变化的厚度的楔形吸收滤波器。信道331跨越y坐标值的范围394。对象391和发射器311在此范围内示出仅用于说明性目的，并且可以在该范围之外而不脱离本发明的范围。
在平面396中，发射器311位于距光电检测器333(2)距离311d处、距包括光电检测器333的平面距离311z处以及距平面397距离311x处。距离311x和311z对应于发射器211具有相对于平面397(或等同于相对于光轴335a(2))的位置角313。位置角313是角213的实例，并且在本文中也被称为位置角θ。
信道331(1-3)在y方向上共线排列。例如，信道331(1-3)在x方向上居中对齐，使得每个光轴335a(1-3)位于平面397中。这种居中对齐防止了确定角313时的视差引起的误差。例如，如果信道331沿负y方向平移使得信道331(1)的光轴335a(1)处于平面397中，只有在信道331(1-2)在x方向上居中对齐时，发射器311和光轴335a(1)之间的角才等于上述位置角313。在另一个实施例中，通过有目的地排列信道来引起视差错误，视差效果被用作测距估计器。
光电检测器333沿着y方向以中心距距333s分离。距离333s例如介于1毫米和10厘米之间，这比典型距离311d小得多。
透镜335具有焦距f并且位于距相应的光学掩模334距离434d处。距离434d例如等于焦距f±δ，其中离焦距离δ可以等于零。发射器211发射作为光学信号212的实例的光学信号312。光学信号312包括主光线412(0)和边缘光线412(±1)，该透镜335将其成像到成像平面335p上。光线412在光学掩模334处形成具有光斑尺寸422d的光斑422。光斑尺寸422d可以是半峰全宽光斑尺寸或1/e2光斑尺寸。光斑422相对于平面397位于信号位置491x的中心。
成像平面335p例如在光学掩模334内，在其前表面或后表面处，或介于光学掩模334和光电检测器333之间。光学掩模发送光学信号312作为修改的光学信号412m，其是修改的光学信号212m的实例。
在一些实施例中，有利的是，透镜335产生大光斑(例如，相对于衍射极限的最小光斑尺寸)或者成像平面335p从光学掩模334移位(|δ|>0)，使得光斑422在设计上很大或者在光学掩模334上是模糊的光斑。可以设计透镜335以产生大的光斑以实现散焦不变性，例如用于扩展的景深、宽fov、色差控制和/或热控制。形成大光斑的另一种方法是通过简单的散焦。
例如，光学掩模334具有空间变化透射率，所述空间变化透射率是二元的(透射率等于tmin或tmax)并且在x方向上周期性地具有周期λx。例如，周期λx介于二十五微米和五十微米之间。如果光斑尺寸422d小于周期λx，则光学掩模334可以完全衰减或完全发送光学信号312，这将导致处理单元不能从修改的光学信号412m确定提供关于发射器311的定位信息。为了避免这种场景，可以将透镜335设计成在成像平面335p处产生光斑，所述光斑具有随主光线角χ变化的光斑尺寸，所述光斑尺寸最小地不同于在信道331的视场内的主光线角χ的周期。
在一个实施例中，透镜335具有f数n＝4，使得在自由空间波长λ0＝1.0μm处，其衍射受限光斑尺寸(艾里斑直径)为约10微米。透镜335可以被设计成将光引导成具有超过衍射极限的最小直径的光斑。例如，最小直径等于周期λx，具有上述示例性范围。
主光线412(0)以主光线角(cra)χ与光轴335a相交，使得信号位置491x等于(f±δ)tan(χ)。信号位置491x是信号位置291(图2)的实例。实际上，主光线角χ近似等于位置角313(θ)，这可以在图4中看出。位置角θ满足
主光线角χ满足关联主光线角χ和信号位置491x的cra映射335m。当透镜335是薄透镜时，cra映射335m是
在不脱离本发明的范围的情况下，例如当透镜335是复合透镜时，主光线角χ和信号位置491x可以满足除了
图5包括示出了光学掩模334(1-3)的相应示例性透射函数334t(1-3)的图510、520和530。光学掩模334例如由模制塑料形成或者可以是统一透射函数的净开口。光学掩模334可以在预定位置处包括吸收染料，使得它们的透射函数334t在对应于载波频率212c的波长处适用。吸收染料例如吸收近红外光，并且可以在950±20nm处具有峰值吸收。任何光学掩模334(1-3)可以具有排列的多个不透明或透明的半色调形状(点、多边形、线等)，使得透射函数334t(1-3)表示它们相应的测量透射函数。这种透射函数测量采用跨越几个半色调形状的光斑，使得半色调产生有效的空间透射梯度。
透射函数334t(1-3)每个都是在与x维度平行的方向上的归一化信号位置xnorm的函数。在本文中，透射函数334t(1-3)也分别被称为t1(xnorm)、t2(xnorm)和t3(xnorm)。透射函数334t(1-3)可以独立于y，使得其任何空间变化完全沿着x方向。可以执行2d搜索以隔离或确定x和y空间变化。例如，归一化信号位置xnorm介于图3和图4的xmin和xmax之间。
透射函数334t(1)在x和y两个方向上具有均匀的透射率，等于tmax1，其例如为1或0.99。透射函数334t(2)具有最大值tmax2≤tmax1和最小值tmin2>0。透射函数334t(3)具有最大值tmax3≤tmax1和最小值tmin3>0。最小透射率tmin2和tmin3例如为0.20。透射函数334t(1-3)每个都是可以存储在存储器484中的掩模属性234p的实例，例如查找表。
归一化信号位置xnorm被归一化为光学掩模334沿着x维度的宽度。响应于修改的光学信号412m，光电检测器333(1-3)生成相应的光电流信号233c(1-3)，所述光电流信号433c(1-3)每个都是光电流信号233c的实例，信道电子器件432从其生成相应的信道信号431s(1-3)(图4)。信道信号431s(1-3)是信道信号231s的实例。
信道信号431s(1-3)的振幅可以被存储在存储器284中作为测量信号振幅242。信道信号431s(1-3)的振幅可以对应于单个调制频率振幅212a，例如修改的光学信号412m的振幅调制频率，所述修改的光学信号412m将来自发射器311的信号与入射在信道331上的环境光区分开。或者，信道信号431s(1-3)的振幅可以与相应的光电流信号433c(1-3)成比例。
在本文中，信道信号431s(1-3)还分别由i1、i2和i3表示。修改的光学信号412m具有光学功率p0，由于相邻光电检测器333之间的距离333s与距离311d相比较小，所以光电检测器333上的光学功率p0可以被认为是均匀的。
如等式1所示，信道信号i1、i2和i3与光学功率p0和它们相应的透射函数t1、t2和t3(m＝1、2或3)的乘积成比例。
im∝tmp0等式(1)
图510、520和530各自表示归一化信号位置591，其对应于图5的信号位置491x。如果已知透射函数t1、t2和t3，可以确定信号位置591的值，即0和1之间的xnorm的值。
信道331(1)生成由光电检测器333(1)生成的信道信号i1，其独立于信号位置591，因为t1(xnorm)＝tmax。因此，本身就是信道信号i1的光电检测器333(1)的响应不提供关于信号位置491x的信息，因此也不提供关于位置角313的信息。
因为函数形式t2(xnorm)已知，信道331(2)生成的信道信号i2提供信号位置491x的粗略估计值x2。在图500(2)的实例中，透射函数334t(2)(t2(xnorm))由等式2表示，其中光学掩模334(2)的tmax2和tmin2是已知的。
t2(xnorm)＝tmax2-(tmax2-tmin2)xnorm等式(2)
测量信道信号i1和i2提供比率值α2＝i2/i1。比率α2还等于t2/t1，因为根据等式1，i2∝t2p0。因此，在信道331(2)中，信号位置591对应于透射率值t2(x2)＝α2tmax1。因此，α2t1或者等价地α2tmax1可以替代等式2中的t2(xnorm)，使得xnorm的第一估计值x2可以从已知量tmax1、tmax2和tmin2确定，如等式3所示。光斑位置估计器252可以确定第一估计值x2。
透射函数334t(2)在图5和等式2中被示出为是线性的，但是在不脱离本发明的范围的情况下可以是非线性的。例如，透射函数334t(2)可以是xnorm的单调递增函数或单调递减函数，例如图522和524。透射函数334t(2)的上述实例每个都是一对一函数(使用数学术语又称为“内射”或“严格单调”函数)，使得tmin和tmax之间的每个透射率值对应于一个且仅一个xnorm值。严格单调函数可能严格递增或严格递减。在数学上，如图520所示的透射函数334t(2)是递增xnorm的严格递减函数，因为它总是递减，而不是递增或保持不变。透射函数334t(2)的内射或严格单调属性使得测量光电流信号433c(2)(也表示为i2)能够标识一个(且仅一个)x2值作为信号位置591的估计值。在本文中，具有内射(严格单调)透射函数(例如，严格递增或严格递减)的光学掩模被称为慢变光学掩模。
光学掩模334(2)的不同实施例可具有与图520中所示的透射函数334t(2)类似的相同的测量透射函数。在第一实施例中，光学掩模334(2)具有真实梯度透射函数。在第二实施例中，光学掩模334(2)是半色调掩模。在第三实施例中，光学掩模334(2)具有与透射函数334t(2)的逐步逼近相等的多个灰度级，使得当其透射率用宽度大于步宽的光束测量时，其测量透射函数与透射函数334t(2)近似或无法区分。光学掩模334(2)的逐步逼近可以仅具有一个步骤，使得其具有两个透射率值，例如0.75和0.25，分别指示光学掩模334(2)在平行于xnorm轴的方向上的“左半”或“右半”。
x2的准确度部分取决于信道信号i2的不确定性δi2，如比率α2＝i2/i1。由于比率α2还等于t2/t1，该不确定性可以在图520中表示。不确定性δi2对应于x2的不确定性δx2，其大小由t2(xnorm)的斜率
可以通过增加(tmax2-tmin2)来减少不确定性δx2。然而，当tmin接近零时，如此衰减的修改的光学信号412m的测量值变得更加嘈杂，使得δi2增加，并且因此对不确定性δx2设置下限。
可以用具有斜率大于(tmax2-tmin2)的光学掩模的信道检测光学功率p0来减少不确定性δx2。例如，具有光学掩模334(3)的信道331(3)，其具有透射函数334t(3)或t3(xnorm)，在本实例中它是周期性的。透射函数334t(3)可以是y的连续函数，例如正弦函数，或y的不连续函数，例如周期函数的符号函数(例如，方波函数)、三角函数或锯齿函数。
因为函数形式t3(xnorm)已知，由光电检测器333(3)生成的信道信号i3提供信号位置491x的精确估计值x3。例如，t3(xnorm)可以由等式5表示，其中图520示出了周期λx/wx，其为光电检测器宽度333w。
信道信号i1和i3提供比率值α3＝i3/i1。比率α3还等于t3/t1，因为根据等式1，i3∝t3p0。因此，在信道331(3)中，信号位置591对应于透射率值t3(xnorm)＝α3tmax，其在若干候选位置532(在图530中由垂直虚线表示)处满足，因为在图530的实例中，t3(xnorm)是正弦函数。一个位置532对应于信号位置591，其在每个信道331(1-3)上具有相同的值。因此，“正确的”候选位置532是最靠近为频道331(2)确定的位置x2的位置，由图530中的归一化位置532(11)表示。归一化位置532(11)可以被认为是信号位置591的精确估计值，并且在下文中也被称为精确估计值532(11)或精确估计值x3。光斑位置估计器252可确定精确估计值532(11)。
在不脱离本发明的范围的情况下，透射函数334t(3)可以是非正弦周期函数，诸如三角波形。在不脱离本发明的范围的情况下，透射函数334t(3)也可以是非内射和非周期函数，诸如准周期函数或局部周期函数。通过指定该周期λx是xnorm的函数，即λx＝λx(xnorm)，可以将等式5的t3(xnorm)广义化为表示局部周期函数。
在一个实施例中，定位系统300包括具有相应的光学掩模334的其他信道331，其具有相应的与透射函数334t(3)相同的周期透射函数，只是它们被移位了周期λx/wx的相应部分。透射函数534t示出了这样的透射函数。定位系统300的这种实施例可以包括三个信道331(在下文中称为“相移信道”)，所述三个信道331具有作为相移版本的透射函数334t(3)的相应透射函数534t，其中相应的相移是60°、120°和180°。定位系统300的这种实施例可以包括两个相移信道331，所述两个相移信道331具有作为相移版本的透射函数334t(3)的相应透射函数534t，其中相应的相移是90°。
这样的相移信道各自提供附加的候选位置集合532，使得精确估计值x3由更多候选位置确定，这使得精确估计值x3比多数候选位置532更接近粗略估计值x2。当候选位置532位于透射函数334t(3)的区域(斜率为0或极小)处或附近时，相移信道的第二个好处变得明显，这导致较大的不确定性，如等式4所示。相移透射函数(例如，函数534t)在高斜率区域中具有候选位置，并因此提供具有低不确定性的精确估计值。
前面描述了定位系统可如何操作以为发射器311确定平面396中的位置角313。定位系统300还可包括其他信道331'(2)和331'(3)，其使得定位系统300能够为发射器311确定在与平面396正交的平面397中的第二位置角。信道331'(3)和信道331(1)之间的距离333s'不是按比例的并且例如等于距离333s。信道331'(2)和331'(3)与平行于信道331(1)的平面共线并在其内共线。例如，信道331(1)、331'(2)和331'(3)沿着y方向居中对齐并且具有透镜335，所述透镜335具有在平行于平面396的平面内共面的相应光轴。信道331'(2)和331'(3)相当于信道331(2)和331(3)，但是具有相对于光学掩模334(2)和334(3)旋转90度的相应的光学掩模334'(2)和334'(3)，使得它们的透射率沿x维度变化。信道331(1)、331'(2)和331'(3)将使定位系统能够确定发射器311在平行于平面397的平面中的第二角度位置。
图6是示出了一种用于确定对象的定位参数的方法600的流程图。方法600例如通过执行软件250的计算机可读指令的定位系统200来实现。定位参数包括相对于直角坐标系(x，y，z)、球坐标系(径向距离r，方位角θ，和极角
在步骤610中，方法600检测来自对象的光学信号的第一部分。在步骤610的一个实例中，光学信号312的第一部分入射在透镜335(1)上，透镜335(1)将第一部分导向检测器333(1)。
步骤610任选地包括步骤612。在步骤612中，方法600检测第一部分，第一部分已经通过均匀光学掩模传播，所述均匀光学掩模具有等于或超过第二光学掩模的最大透射率的均匀透射率。在步骤612的实例中，透镜335(1)将第一部分导向光学掩模334(1)，使得第一部分在被检测器333(1)检测到之前通过光学掩模334(1)传播。
在步骤615中，方法600确定检测到的第一部分的第一信号振幅。在步骤615的实例中，信道电子器件432从光电流信号433c生成信道信号431s(1)，其中信道信号431s(1)的振幅是第一信号振幅的实例。
在步骤620中，方法600检测通过慢变光学掩模发送的光学信号的第二部分，所述慢变光学掩模在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)。在步骤620的实例中，光学信号312的第二部分入射在透镜335(2)上，透镜335(2)将第二部分导向光学掩模334(2)。
在步骤625中，方法600确定检测到的通过慢变光学掩模发送的第二部分的第二信号振幅。在步骤625的实例中，信道电子器件432从光电流信号433c生成信道信号431s(2)，其中信道信号431s(2)的振幅是第二信号振幅的实例。
在步骤630中，方法600检测通过快变光学掩模发送的光学信号的第三部分，所述快变光学掩模在x范围内具有空间变化透射率t3(x)，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值。在步骤630的实例中，光学信号312的第三部分入射在透镜335(3)上，透镜335(3)将第三部分导向光学掩模334(3)。
在步骤635中，方法600确定检测到的通过快变光学掩模发送的第三部分的第三信号振幅。在步骤635的实例中，信道电子器件432从光电流信号433c生成信道信号431s(3)，其中信道信号431s(3)的振幅是第三信号振幅的实例。
在步骤640中，方法600在x范围内确定粗略估计位置x2，所述粗略估计位置x2对应于慢变光学掩模上的透射率等于第二信号振幅除以第一信号振幅的位置。在步骤640的实例中，光斑定位估计器252使用掩模属性334p确定光学掩模334(2)(图3)上的位置x2(图520，图5)。
在步骤650中，方法600在x范围内确定多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}，所述多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}对应于快变光学掩模上的透射率等于第三信号振幅除以第一信号振幅的位置。在步骤650的实例中，光斑定位估计器252确定光学掩模334(3)(图3)上的候选位置532(图530，图5)。
在步骤660中，方法600确定多个候选位置中最接近粗略估计位置x2的精确估计位置。在步骤660的实例中，光斑位置估计器252从归一化位置532确定归一化位置532(11)为最接近粗略估计位置x2(图520，图5)。
在步骤670中，方法600基于精确估计位置来确定对象相对于垂直于空间维度x并与掩模相交的平面的角度。在步骤670的实例中，位置-角度转换器254确定测量位置角213m，其是对象391相对于与x-y平面垂直的平面397的位置角313的测量值。
在步骤610中引入的光学信号可以是具有调制频率和对应的频域振幅的调制光学信号。在这种情况下，方法步骤615、625和635可以实施图7中所示的步骤710、720和730。如图33所示，步骤710、720和730例如由执行软件250的计算机可读指令的定位系统200或者由执行软件2050的计算机可读指令的定位系统3300来实施。在本文中，指标m1、m2和m3各自表示信道231(1-m)中的不同的一个，即：m1，2，3∈[1，2，...，m]。指标n1表示发射器211(1-n)中的一个，即：n1∈[1，2，...，n]。
在步骤710中，方法600解调检测到的部分以产生基带信号。在步骤710的第一实例中，信道231(m1)检测来自发射器211(1-n)的光学信号212(n1)。光学信号212(n1)以调制频率212f(n1)(图2)调制。信道电子器件232(m1)解调光学信号212(n1)以产生具有对应于调制频率212f(n1)的测量调制频率振幅242(n1，m1)的信道信号231s(m1)。在步骤710的第二实例中，信道231(m2)检测来自发射器211(1-n)的信号212。信道电子器件232(m2)解调光学信号212(n1)以产生具有对应于调制频率212f(n1)的测量调制频率振幅242(n1，m2)的信道信号231s(m2)。在步骤710的第三实例中，信道231(m3)检测来自发射器211(1-n)的信号212(n1)。信道电子器件232(m3)解调光学信号212(n1)以产生具有对应于调制频率212f(n1)的测量调制频率振幅242(n1，m3)的信道信号231s(m3)
在步骤720中，方法600生成基带信号的频域表示。在步骤720的实例中，频域分析器256生成相应信道信号231s(m1)、231s(m2)和231s(m3)的第一、第二和第三频域表示。
步骤730是方法600的任选部分，定位系统200可以实施所述任选部分以查明发射调制光学信号的对象的角度位置。只要步骤710的基带信号未被(例如，遮挡188)损坏，角度位置就是准确的。
在步骤730中，方法600将对应于调制频率的频域表示的频域振幅确定为信号振幅。在步骤730的实例中，频域分析器256将测量调制频率振幅242(n1，m1)、242(n1，m2)和242(n1，m3)确定为相应的第一、第二和第三信号振幅。
步骤730可以包括步骤732，其中方法600确定基带信号是否损坏。步骤730还可以包括步骤734，其中方法600删除损坏的测量值。图8-10示出了示例性的损坏信号和从其处理的信号，其说明了步骤732和734的实例。
图8是对应于信道信号831s(1)和831s(2)的测量电压的时间序列图800，其中后者是损坏的基带信号的实例。信道信号831s都是由定位系统200的信道电子器件232产生的信道信号231s的实例。信道信号831s具有相同的调制周期812t和对应的调制频率812f，其是调制频率212f的实例。
响应于调制光学信号212，定位系统200的信道231(1)和232(2)分别生成信道信号831s(1)和831s(2)。调制光学信号212例如是由发射器111(2)(图1)生成的调制光学信号112(2)。为了清楚起见，图800将信道信号831s显示为去除dc偏置的归一化。因此，图800未示出由其相应的图1的信道231(1，2)的光学掩模234(1，2)引起的信道信号831s(1，2)的信号振幅中的任何差异。
图800指示时间周期802，在此期间图1的遮挡188介于发射器111(2)和接收器130(2)之间，并且信道信号831s(2)偏离信道信号831s(1)。在时间周期802期间信道信号831s(2)与信道信号831s(1)的偏离是检测到损坏信号112c(图1)的实例。
在步骤732的第一实例中，信号评估器260通过检测其偏离预定值的特征来确定信道信号831s(2)损坏。例如，在时间周期802期间，信道信号831s(2)的时间平均值(例如，几个时间周期内)和振幅两者都不同于先前时间中的相应时间平均值和振幅。
在该实例中，遮挡188是空气中的微粒，例如灰尘或尘埃。尽管图800的损坏信号831s(2)是由实际的灰尘/尘埃产生的，但是当存在其他类型的电气或天气事件、发送器和编码接收器之间的极限运动、不期望的短时反射或干扰以及发送器故障时，也可能在晴空系统中发生类似于损坏信号831s(2)的损坏信号。嘈杂的电气环境，如车辆或高发送功率区域，也可能会导致晴空中的类似变化。高压瞬变频繁发生在继电器交换系统中，例如柴油或汽油和电动车辆、飞机、船只以及众多工业交换系统。典型的荧光照明产生光和电干扰，并且在室内常见。白炽灯照明会产生通常的50hz和60hz噪声。所有这些噪声源都可能损坏定位系统200并且使用各种处理方法来缓解。
图9示出了时间序列图900，其是图800的频域模拟，示出了空气中的灰尘和尘埃对测量调制频率振幅的影响。时间序列图900包括与由发射器211(n1)发射的光学信号212(n1)的检测相对应的测量stft振幅942(n1，m1)和942(n1，m2)，如由定位系统200的相应信道231(m1)和231(m2)所检测。stft振幅942是测量信号振幅242的实例。图900包括时间区间964，时间区间964包括时间t1，在该时间t1内stft振幅942可以被平均以确定时间t1处的频域振幅。时间区间964是时间区间264的实例。
在该实例中，光学信号212(n1)具有调制频率212f(n1)。信道231(m1)和231(m2)生成相应的信道信号231s(m1)和231s(m2)。stft振幅942(n1，m1)和942(n1，m2)分别是在时间窗口910期间对应于调制频率212f(n1)的信道信号231s(m1)和231s(m2)的stft振幅。stft具有一毫秒的停留时间(窗口宽度)，在此期间信道信号231s(m1，2)被采样250次，这对应于250khz采样率。在不脱离本发明的范围的情况下，采样率可以大于或小于250khz，例如高达1.0mhz。
时间窗口910包括子区间912，在子区间912期间，发射器211(n1)与每个信道231(m1)和231(m2)之间的空气中的微粒(例如，灰尘和/或尘埃)导致stft振幅942(n1，m1)和942(n1，m2)相对于其在子区间912之外的时间处的振幅具有噪声。空气中的微粒是遮挡188的实例。如图900所示，空气中的微粒可以减小或放大stft振幅942。申请人假设这样的放大可能是由于在直射太阳下微粒的“透镜”或镜面效应引起的。利用一个发射器211和一个信道231之间的雨滴，可看出类似的透镜和镜面效应。
在任选步骤732中，方法600确定基带信号是否损坏。步骤732的第二实例涉及发射器211(n1)的示例性stft振幅942(n1，m1)。在该实例中，信号评估器260确定对应于发射器211(n1)的信道信号231s(m1)的分量是损坏的，因为在子区间912期间，其stft振幅942(n1，m1)具有超过预定范围921的波动。预定范围921例如大于子区间912之外的stft振幅942的波动。
遮挡188使测量stft振幅942的值失真，这导致发射器211(n1)的不准确定位。stft振幅942是在步骤730中确定的频域振幅的实例，任选地用于方法600的实施例中以确定第一、第二和第三信号振幅。方法600使用第一、第二和第三信号振幅来确定对象的角度方位，即对象391相对于平面397(图3)的这种位置角313。由此，在存在遮挡188的情况下精确确定stft振幅942对于定位系统200精确地定位发射调制信号212的发射器211是必不可少的。
步骤732的第三实例涉及图10a和图10b中所示并由信号评估器260生成的预测误差1010和1020。预测误差1010和1020分别对应于stft振幅942(n1，m1)和942(n1，m2)。预测误差1010和1020通过用相应的线性预测系数来卷积相应的stft振幅942(n1，m1)和942(n1，m2)而得到。回想一下，stft振幅942(n1，m1)和942(n1，m2)分别是对应于调制频率212f(n1)的信道信号231s(m1)和231s(m2)的stft振幅(图2)。预测误差1010和1020的偏离值与相应stft振幅942(n1，m1)和942(n1，m2)中的尖峰大致相关。
预测误差1010和1020对应于不同的接收信道并且基本上不相关。预测误差1010和1020的相关性取决于误差的来源。如果误差是由发送侧现象或影响所有信道231的系统范围问题引起的，例如云突然遮住了太阳，则所有信道231应该看到类似的错误并且预测错误变得相关。接近接收器230发生的事件，例如只落在离传感器玻璃罩几毫米远的一个光圈之前的尘埃或雨滴可能仅影响一个信道231并导致不相关的预测误差。
在该步骤732的实例中，信号评估器260确定信道信号231s(m1)和231s(m2)是损坏的，因为它们相应的预测误差超过阈值1021，其在该实例中等于0.05，如图10a和图10b所示。在定位系统200的一个实施例中，信号评估器260实时计算线性预测系数，并且当相应的预测误差超过阈值1021时将信道信号231s(m1)和231s(m2)确定为是损坏的，图10a和图10b。例如，信号评估器260执行使用均方根准则的正向线性预测器或本领域已知的其他预测器。
在步骤730的任选步骤734中，方法600删除损坏的测量值。在步骤734的实例中，信号调节器258删除对应于超过阈值1021的预测误差1010和1020(图10)的stft振幅942(图9)。
图11a和图11b是示出了由图10a的预测误差1010揭示的删除损坏数据导致的stft振幅942(n1，m1)的信噪比(snr)的改进的图。图11a示出了各自在stft振幅942(n1，m1)的非重叠的50毫秒时间区间(τa＝50ms)内计算的未校正snr时间序列1111和校正snr时间序列1112。图11b示出了各自在stft振幅942(n1，m1)的非重叠250毫秒时间区间(τb＝250ms)内计算的未校正snr时间序列1121和校正snr时间序列1122。时间区间τa和τb各自是图9所示的时间区间964的实例。snr监视器262可以生成时间序列1111、1112、1121和1122。
时间区间τa和τb对应于相应的更新速率ra＝1/τa和rb＝1/τb。因此，与图11a的时间序列相比，图11b的时间序列各自具有更低的更新速率。
使用stft振幅942(n1，m1)的所有值来计算未校正snr时间序列1111和1121。仅使用stft振幅942(n1，m1)计算校正snr时间序列1112和1122，其中预测误差不超过阈值1021。如图11a所示，未校正snr时间序列1111的范围从约零至最大值约一百。校正snr时间序列1112的范围从最小值约140至最大值超过一千。在不存在天气事件(即晴空)的情况下，未校正和校正snr时间序列1111和1112将近似恒定。数据的校正产生了snr的显着增加，例如增加了最小snr。最小snr可以用作定位系统200的性能的标准。例如，图11a将最小snr1130表示为snr1130，其例如等于两百。
在图11b中，未校正snr时间序列1121的范围从约零至最大值约一百。在4秒和19秒之间可以清楚地看到遮挡事件，其中未校正snr时间序列1121减少了近一个数量级。校正snr时间序列1122的范围从最小值约四百至最大值超过五千。增加时间区间264将校正数据的最小snr增加近似时间增加因子的平方根。snr时间序列1112和1122的时间增加因子是5，使得snr时间序列1112的相应最小值与snr时间序列1111的比率应当为约
步骤730可以包括步骤736和738。在步骤736中，方法600将时间区间内的短时傅里叶变换振幅的平均值确定为信号振幅。在步骤736的实例中，频域分析器256确定时间区间964内的stft振幅942(n1，m1)的平均值。
在任选步骤738中，方法600根据所确定的stft短时傅里叶变换振幅的信噪比来调整时间区间。在步骤738的实例中，步骤736的时间区间是图11a的τa。在该步骤738的实例中，snr监视器262将时间区间264从τa增加到τb，因为snr时间序列1112的最小值低于预定阈值，诸如snr1130。
方法600可以在步骤738之后重复步骤736以产生具有增加的信噪比的信号振幅。增加的时间区间导致信号振幅，即时间区间964内的stft振幅942(n1，m1)的平均值具有更高的snr，如通过比较snr时间序列1122与snr时间序列1112所示出。增加时间区间964(时间区间264的实例)保持了由定位系统200生成的测量位置角213m的准确度，同时降低其更新速率。
图12是响应于发射器211发射具有相关联的调制频率212f的相应调制光学信号212而由信道231(m)生成的损坏的基带信号1231s(m)的图1201。信号1231s(m)类似于信道信号831s(2)，因为二者都包括噪声。基带信号1231s的损坏类似于图8中的信道信号831s(2)的损坏。调制频率212f包括对应于发射器211(n1)的调制频率212f(n1)。损坏的基带信号1231s(n)跨越持续时间1212并且是信道信号231s的实例，例如也被噪声损坏的信道信号831s(2)。基带信号1231s包括噪声分量1204，每个噪声分量1204将频域振幅贡献给损坏的基带信号1231s的频域表示。损坏的基带信号1231s具有对应于调制频率212f(n1)的测量频域。该频域振幅的时间变化类似于在子区间912(图9)期间的stft振幅942的时间变化。
持续时间1212包括可能重叠的多个区间1264(1，2，……，q)。区间1264是定位系统200的时间区间264的实例，如图2所示。每个区间1264的持续时间超过对应于最小调制频率212f的倒数的基带信号1231s的最大调制周期t1231s。例如，每个区间1264具有持续时间250·t1231s。图13示出了多个stft振幅估计值1342e(1，2，……，q)，其对应于相应区间1264(1，2，……，q)。stft振幅估计值1342e对应于调制频率212f(n1)。stft振幅估计值1342e具有最小值a1和最大值a20。这在图14中示出。
图14描绘了示出stft振幅估计值1342e的出现的直方图1410和1420。每个直方图中总出现次数是q。直方图1410和1420具有跨越stft振幅a1-a20的横轴。直方图1410具有组(bin)1412，组1412各自跨越相邻奇下标stft振幅。直方图1420具有组1422，组1422跨越相邻偶下标stft振幅。组1422和1412相对于彼此移位组距的一半。
在直方图1410的组1412内，具有最高出现次数的组以stft振幅a8为中心，如计数1428所示。在直方图1410和1420的组1412和1422内，具有最高出现次数的组以stft振幅a9为中心，如计数1429所示。因此，stft振幅a9可以被认为是最可能的调制频率212f(n1)的振幅。stft振幅a9是分别由方法600的步骤615、步骤625或步骤635确定的第一、第二或第三信号振幅的实例。
图15是示出了一种用于确定对象的定位参数的方法1500的流程图。方法1500例如由执行软件250的计算机可读指令的定位系统200或者由执行软件2050的计算机可读指令的定位系统3300来实现(如图33所示)。步骤730(图7)可以采用方法1500来确定信号振幅。在下面的描述中最好一起看图12-15。
方法1500包括步骤1520、步骤1530、步骤1540和任选步骤1510。在步骤1510中，方法1500通过对其应用离散差分算子来调节基带信号。步骤1510产生经调节的基带信号。在步骤1510的实例中，信号调节器258将离散差分算子应用于基带信号1231s，其导致经调节的基带信号。离散差分算子的实例是python编程语言的scipy开源库的“numpy.diff”函数，以及
在步骤1520中，方法1500生成来自对象的基带信号的第一频域振幅的多个估计值。多个估计值中的每一个对应于基带信号的多个时间片段中的相应一个。第一频域振幅对应于基带信号的时间频率。当方法1500不包括步骤1510时，接收到的基带信号是基带信号。当方法1500包括步骤1510时，基带信号是经调节的基带信号。在步骤1520的第一实例中，频域分析器256从基带信号1231s的相应区间1264(1，2，……，q)生成stft振幅估计值1342e(1，2，……，q)。在步骤1522的第二实例中，频域分析器256从由信号调节器258调节的基带信号1231s的相应区间1264(1，2，……，q)生成stft振幅估计值1342e(1，2，……，q)。
在步骤1530中，方法1500将频域振幅确定为估计值中的最常见值。在步骤1530的实例中，频域分析器256将频域振幅a9确定为stft振幅估计值1342e中的最常见值。
步骤1530可以包括步骤1522和1524。在步骤1522中，方法1500将多个估计值分入多个组中，每个组对应于多个估计值中的最大值和多个估计值中的最小值之间的相应区间。在步骤1524中，方法1500将频域振幅确定为与具有最大估计值数量的区间对应的组内的估计值。
在步骤1522和1524的第一实例中，频域分析器256生成直方图1410，并将频域振幅a8确定为stft振幅估计值1342e中的最常见值。在步骤1522和1524的第二实例中，频域分析器256生成直方图1410和1420，并将频域振幅a9确定为stft振幅估计值1342e中的最常见值。
在步骤1540中，方法1500基于第一频域振幅确定定位参数。在步骤1540的实例中，定位系统200的位置-角度转换器254确定测量位置角213m。
图16a是比较原始stft振幅估计值1612(实线)和精确stft振幅估计值1614(虚线)的图。原始stft振幅估计值1612是stft振幅估计值1342e的实例，并且信噪比为41.3。精确stft振幅估计值1614是由系统200实现没有步骤1510的方法1500所生成的频域振幅a9(图12)的实例。stft振幅估计值1614的信噪比为989.7。
图16b是比较原始stft振幅估计值1622(实线)和精确stft振幅估计值1624(虚线)的图。原始stft振幅估计值1622是stft振幅估计值1342e的实例，并且信噪比为41.2。精确stft振幅估计值1624是由系统200实现具有步骤1510的方法1500所生成的频域振幅a9(图12)的实例。stft振幅估计值1624的信噪比为1140.1，其比stft振幅估计值1614的信噪比高出15％。
图17是与由发射器211(n1)发射的光学信号21的检测(如由定位系统200的相应信道231(m1)和231(m2)所检测)相对应的测量stft振幅1742(n1，m1)和1742(n1，m2)的时间序列图。stft振幅1742是测量信号振幅242的实例并且与图9的stft振幅942类似。
图18示出了分别从stft振幅1742(n1，m1)和1742(n1，m2)生成的直方图1810和1820。直方图1810和1820是直方图1410(图14)的实例并且由方法1500的步骤1530产生。直方图1810和1820具有相应的最常见值1811和1821，二者都是在步骤1530中确定的频域振幅估计值中的最常见值的实例。
图19a和图19b分别是stft振幅1742(n1，m1)和1742(n1，m2)的预测误差1910和1920的图。预测误差1910和1920类似于图10所示的预测误差1010和1020。超过阈值1902的预测误差1910和1920对应于损坏的stft振幅1742。在以下讨论中，阈值1902等于3.1×10-5。stft振幅1742的损坏振幅是产生超过阈值1902的预测误差1910，1920的那些振幅。
在方法600的一个实施例中，步骤732评估对应于基带信号的stft振幅以确定基带信号是否损坏。在步骤732的实例中，当其预测误差1910或1920超过阈值1902时，信号评估器260确定对应于stft振幅1742的基带信号(例如，信道信号231s)损坏。
图20是stft比率2010的图，stft比率2010是stft振幅1742(n1，m1)与stft振幅1742(n1，m2)之比。理想情况下，stft振幅1742(n1，m1)和1742(n1，m2)将具有相应的平均值和少量的统计噪声。由于天气事件(在这种情况下是雪)，stft振幅1742(n1，m1)和1742(n1，m2)具有较大变化，较大变化由stft振幅比2010表明。stft振幅比2010的时间平均值的估计值将具有较大的偏置、方差或两者皆有，这意味着stft振幅比2010严重损坏。
图21是校正stft比率2110的图，其是stft振幅1742(n1，m1)与stft振幅1742(n1，m2)的比率，其中去除了损坏的振幅。这些损坏振幅在图19a和图19b中示出。与stft振幅比2010相比，校正stft振幅比2110具有恒定值，具有很小的由噪声引起的变化。stft振幅比2010的snr接近于没有相对运动的静止系统的理想数据的snr。
在方法600的一个实施例中，步骤732评估对应于基带信号的stft振幅比以确定基带信号是否损坏。在步骤732的实例中，当stft振幅比2010具有超过预定值的方差时，信号评估器260确定对应于stft振幅1742的基带信号(例如，信道信号231s)损坏。
图22是分别对应于stft比率2010和2110的snr时间序列2210和snr时间序列2220的图。使用具有25ms持续时间的非重叠时间区间264来计算snr时间序列2210和2220，其中每个区间包括持续时间为0.952毫秒的二十六个短时傅里叶变换样本。snr时间序列2210的范围从最小值约零至最大值约一千。snr时间序列2220的范围从最小值约一千个至最大值超过3000。在不存在天气事件(即晴空)的情况下，snr时间序列2210和2220将近似恒定。数据的校正产生了snr和最小snr的显着增加。最小snr可能是系统性能的一个标准。
图23示出了存在于图2的定位系统200的接收器230的一个实施例中的光学部件阵列2300。阵列2300包括保持透镜2311的透镜安装架2310、具有窗口2321的间隔件2320、保持透镜2331的透镜安装架2330、具有窗口2341的间隔件2340以及包括光学掩模2351(1，2，……，n)的光学掩模组件2350。虽然阵列2300中的n等于16，但是在不脱离本发明的范围的情况下，它可以等于不同的正整数。每个光学掩模2351可以相互不同。或者，两个或多个光学掩模2351(1，2，……，n)可以是相同的。例如，一个或多个光学掩模2351可以是透明掩模，例如穿过光学掩模组件2350的光圈。
每个光学掩模2351是信道231的光学掩模234的实例，并且与相应的透镜安装架2310的透镜2311、间隔件2320的窗口2321、透镜安装架2330的透镜2331和间隔件2340的窗口2341对齐。例如，光学掩模2351(1)与窗口2341(1)、透镜2331(1)、窗口2321(1)和透镜2311(1)对齐。窗口2321和2341可以是穿过相应间隔件2320和2340的光圈。
如图23所示，安装架2310、间隔件2320、安装架2330、间隔件2340和组件2350以距离2361、2362、2363和2364分离。距离2361-2364和透镜2311和2331的相应焦距可以被配置为使得通过与光学掩模2351对齐的透镜2311和2331以及窗口2321和2341传播的光学信号212或者(a)聚焦在其上或者(b)聚焦到平行且接近于掩模2351的平面，使得前述离焦距离δ非零，例如当掩模2351是二元的且具有周期性时。距离2361和2362两者都可以等于零，使得间隔件2320的厚度限定透镜安装架2310和2330之间的距离。距离2363和2364两者都可以等于零，使得间隔件2340的厚度限定透镜安装架2330和光学掩模组件2350之间的距离。
间隔件2320和2340可以对载波频率212c不透明，例如对可见光和近红外光中的至少一者是不透明的，并且用于防止杂散光到达光学掩模2351。例如，窗口2321(1)和2341(1)可以被配置(例如，限定尺寸)，以防止通过透镜2311(1)或2331(1)传播的光到达光学掩模2351(2)。
当每个距离2361-2364等于零时，光学部件阵列2300可以是单片的，使得其被构造为具有单一类型的光学材料以便减小系统温度效应。光学部件通常会随着温度的变化而改变尺寸和形状。利用热类似或相同材料构造光学部件阵列2300导致光学部件阵列2300的所有平面类似地移动，这实现了一种控制系统温度效应的有效方法。因此，尽管所有平面都随温度的变化而类似地变化，但每个平面的变化基本相同，这使得在掩模组件之后在检测器上测量光时，平面之间的相对变化是不明显的。
图24是静态发送器-接收器对2400的示意图。发送器-接收器对2400包括作为图2的发射器211的实例的发送器2411和图2中示出的接收器230。发送器2411包括光源215。发送器2411和接收器230以距离r分离。
图25是静态发送器-接收器对2500的示意图。发送器-接收器对2500包括发送器2511、接收器230和光源2522。发送器2511包括后向反射器2511r，其被配置为将由光源2522发射的光导向接收器230。后向反射器2511r可以包括镜子、后向反射器、光引擎、光管、重新成像器和投影器中的一个或多个。光源2522和接收器230以距离r分离。
图26是包括接收器230和光发送器2620的定位系统2600的示意图。光发送器2620照射对象2611的区域。对象2611是发射器211的实例。光发送器2620是光发送器220，并且包括镜子2632，镜子2632将由光源2633发射的光2633l反射向距其距离r处的对象2611。光源2633例如是led或激光二极管。镜子2632可以包括旋转扫描镜和微机电系统(mem)镜中的至少一个。对象2611分别具有顶端2611t和底端2611b以及其间的前表面2611f。前表面2611f可以包括条形码或数据的其他光学机器可读表示。
镜子2632可将朝向对象2611的光2633l引导至照射位置2621，使得光发送器2620沿其上的路径2624扫描前表面2611f。路径2624可以穿过顶端2611t到达底端2611b，反之亦然。通过随时间(例如以时变镜子旋转角度θ26(t))移动镜子2632，照射位置2621的运动能够实现在表面2611f上较大的点区域上的定位。取决于光2633l的移动并因此取决于照射位置2621，可以在两个或多个维度上进行定位。照射位置2621也可以被动态控制以询问对象2611的不同区域。
对象2611将入射在其上的光2633l反射为光学信号2612，光学信号2612是光学信号212的实例。在任何时间点，光学信号2612的一部分被导向接收器230，使得处理单元280确定在对象上的照射区域的估计位置。扫描镜2632和接收器230之间的协调不是必需的。光2633l不需要在前表面2611f上形成任何特定的图案，例如网格。取决于整个系统的时间需求，随机图案可能就足够了。
图27是包括以距离r分离的旋转发射器2711和接收器230的发送器-接收器对2700的示意图。发射器2711是发射器211的实例。旋转发射器2711包括一个固定光源215，其被配置为以相对于接收器230的前表面的旋转角度θ27发射光束2712。旋转角度θ27可随时间变化为θ27(t)。旋转发射器2711可以是旋转激光器级。旋转发射器2711可以包括用于改变角度θ27的mems镜配置。光束2712是光学信号212的实例，并且可以是结构化光束，例如线形光束或扇形光束或多线形光束或圆形光束(周期性或其他)，或者其他空间结构化信号。
源/接收器对2400，2500和定位系统2600在接收器处经历随距离r变化的检测到的信号功率的r-2下降。由于接收器230上的光束2712的尺寸在每个横向维度上随距离r的变化而线性增加，在恒定面积上检测到的总光学功率随着r-2而减小。在发送器-接收器对2700中，将光束2712扫过至少一个完整光束宽度使得接收器230能够在旋转角θ27的旋转平面中捕获所有这种辐射的光学功率。定位系统200处理接收器230的输出以在垂直于旋转平面的平面上以角度定位旋转发射器2711。因此，在发送器-接收器对2700中，由接收器230检测到的光学功率随r的变化而减小因子r-1(非r-2)。结果是发送器-接收器对2700可以具有远比固定光束系统更大的给定接收功率量或snr范围。
定位系统2600的接收器230和发送器-接收器对2700可以包括图23的光学部件阵列2300。如图28所示，光学信号2612(图26)和光束2712(图27)可以与光学部件阵列2300一起工作以为处理系统提供时空或时间空间维度以确定其他操作参数。
图28示出了在方向2806上穿过接收器2800的时间波前2805。时间波前2805例如是光学信号2612或2712的波前并且根据角θ26(t)或θ27(t)的时间依赖性穿过接收器2800。时间波前2805具有有限宽度2810的接收器2800上的可检测能量。
接收器2800是图2的接收器230的实例并且包括以二维阵列排列的多个信道2831。因此，接收器2800可以包括图23中所示的光学部件阵列2300的一个实施例。每个信道2831位于多个信道列2841-2844之一中。信道2831包括多个非周期性间隔的信道，在图28中的虚线框2831b内表示。在该实例中，接收器2800具有信道2831的非周期性间隔，以便于以扫描速率的恒定角速度与其他周期性间隔信道在空间上分离。
当时间波前2805穿过接收器2800时，并非所有信道2831最初都检测波前2805。取决于波前2805的信道间隔和宽度2810，多于信道列2841-2844同时检测波前2805(随时间的变化而使用不同能量)，如图29-32所示。在图29中，信道列2841的信道检测波前2805。在图30中，信道列2842和2843中的信道2831检测波前2805。在图31中，信道列2842和2843的信道2831检测波前2805。在图32中，信道列2843和2844的信道2831检测波前2805。
如图32所示，可以经由波前2805跨信道2831的到达时间的时间特征来估计接收器2800和诸如2611或2711的发射器之间的相对角度方位。尽管在图30中，列2842和2843中的所有信道2831检测波前2805，但在图32中，列2844的四个信道中的两个检测波前2805，其中接收器2800相对于其在图30中的方位旋转。信道列2844中的信道2831的这种不完全照射指示接收器2800相对于光学信号212(诸如光学信号2612和光束2712)的方向的传播的倾斜。时间特征中的唯一性可以用于确定光束宽度或距发送器的距离，以便拓宽源。
图33示出了一个示例性定位系统3300，其是定位系统200的处理单元280的实例。定位系统3300被配置为确定具有时间频率分量的基带信号3331的频域振幅3342。频域振幅对应于时间频率分量。基带信号3331和频域振幅3342分别是定位系统200的信道信号231s和测量信号振幅242的实例。
定位系统3300包括微处理器282和作为存储器284的实例的存储器3484。存储器3484存储软件2050和任选的时间区间264。软件2050包括频域分析器256和任选的光斑位置估计器252、位置-角度转换器254、信号调节器258、信号评估器260和snr监控器262。图2的软件250是软件2050的实例。
定位系统3300还可以被配置为从频域振幅3342确定定位参数3313。定位参数3313例如是图2中所示的测量位置角213m。定位参数3313可以是对象和接收器之间的距离，所述接收器检测从对象传播的电磁信号，例如当定位系统3300用于测距时。
图34-38描述了定位系统200和方法600的示例性使用。图34-38的每个发送器3411是发射器211的实例。图34的车辆184具有其驾驶员座位上方的发送器3411(1)和货盘3484上的发送器3411(2)，这使得能够估计、显示并可能控制升降机(和货盘3484)的位置和状态。图35的自行车3520具有发送器3411(3)，使其能够被定位并可能被控制。
图36的移动货架3630可以包括一系列可跟踪对象，例如可经由发送器3411(4)跟踪的对象3632。可以通过定位发送器3411(5)和3411(6)来估计货架3630的特定区域的位置。由于其置于货架3630的底架上，发送器3411(5)可以起到其他的作用。当货架3630未装货物时，发送器3411(5)对于定位系统200变得可见，不仅能够实现位置估计，还可以获知货架3630未装货物。图37的移动楼梯3740类似地可经由发送器3411(7)跟踪。
在包括发送器3411的定位系统200的示例性使用情况中，发射器3411可以放置在通常不可见的位置，例如鞋类的鞋底，或者隐藏在不应该移动的高价值物品下方，或者指示环境中的潜在问题。鞋类的鞋底可见的发送器3411可以指示处于俯卧位的人，可能由事故引起。发送器3411还可以通过被遮挡的发送器3411在障碍物被移除时突然显示出来而指示缺失物品，从而实现实时盗窃检测或在其他静态环境中的突然变化的通知。
图38的背心3850是可由设施或施工现场的工作人员、访客和操作员穿戴的专用背心。背心3850的特殊之处在于它具有在背心材料之上或内部的发送区域3851，3852。发送区域3851和3852是发射器211的实例。这些背心可以包含可穿戴电子器件，以使得发送器系统体积更小，更易于佩戴者接受，并且可能成本更低，并且作为发送器在技术上更有效。发送区域3851可以通常向上发送光以用于标识和定位。当以传统方式穿戴时，发送区域3852可以大致水平地发送光，但是也可以在穿戴者坐着，躺下等时竖直地发送光。背心3850的穿戴者还可以携带额外的临时发送器3853以放置在感兴趣的物品上用于以临时方式跟踪，例如跟踪高价值物品从货架到航运的经过。在这种情况下，一个临时发送器3853将被用户激活并由接收器登录到基础设施中以开始跟踪。所选择的临时发送器3853可以在航运之前从高价值物品中移除并再循环到临时发射器3853的池中。
图39示出了通信地耦合到控制器260的定位系统3900的示例性使用环境3980。定位系统3900是定位系统200的实例。环境3980包括固定地标3982(1-n)，其类似于图1的固定架182。每个地标3982具有一个或多个相互不同的发送器3911，其被配置为发射不同的光学信号3912。发送器3911和光学信号3912分别是发射器211和光学信号212的实例。
数量n的范围可以从小于十至大于一千。地标3982具有相应的长度3982l(1-n)，其中每个长度可能小于十米长至几千米长。尽管图39将地标3982示出为相互平行，但地标3982可具有其他相对方位。例如，它们的相对方向可以像网格一样简单或像中世纪城市的街道一样复杂。
发送器3911用于标识固定地标3982的区域和位置。取决于应用，地标3982可以具有任意数量的发送器3911，例如，从小于十个至多于一千个。
应用环境3980包括由定位系统3900和控制器260沿着路径3986导向位置3988的移动对象3984。对象3984在其上具有收发器3985，收发器3985是包括接收器217的发射器211的实例。收发器3985例如通信地耦合到对象3984，使得控制器260可以经由收发器3985远程操作对象3984。控制器260执行处理和控制以经由指令3964计算期望路径3986并命令移动对象3984行进路径3986。与对象3984的通信可以通过收发器3985光学地或无线地执行。在对象3984行进路径3986时，定位系统3900估计关于对象3984的位置、速度和其他相关信息(诸如潜在障碍物)。当对象3984到达位置3988时，控制器260可以经由定位系统3900指示对象3984执行专门的任务，例如拾取零件，将零件存放到固定的地标3982或读取条形码。
图40描绘了可以与图39的移动对象3984结合使用的系统4080。系统4080也可以安装在固定系统上。系统4080包括具有安装在其上的机器人臂4010和定位系统4000的基底4003。定位系统4000是定位系统200的实例，并且包括定位接收器4030(1)和4030(2)。定位接收器4030(1)和4030(2)均是接收器230的实例。
机器人臂4010包括多个致动器4012(1-3)。通常，多个致动器用于控制机械运动并导致所谓的开环控制。开环控制不允许系统自动补偿在一个或多个致动器的预期位置中的永久或暂时错误。开环控制还意味着以与人类一样高效的方式拾取和放置物体往往是不可能的，特别是如果机器人需要相对较低的成本。人类视觉与手的协调是一种闭环控制。系统4080实质上可以实现低成本机器人的闭环控制，所述机器人可以模拟人类使用手臂和手的方法。
机器人臂4010包含具有一个或多个可致动部分4021的臂4020。可致动部分4021例如类似于人手的手指。或者，可致动部分4021可以是连接到重型机械(例如，挖掘机或起重机)的铲斗；例如，臂4020是起重臂，并且可致动部分4021是由致动器4012(1)致动的液压缸。
安装在可致动部分4021上的是相互不同的发送器4011，其使每个可致动部分4021能够通过定位器接收器4030(1)和4030(2)精确且快速定位。可致动部分4021的定位可以相对于一个或多个参考点4014进行。参考点4014例如是发送器4011和图7的发送器711。
来自可致动部分4021的透射辐射4031和4032以及来自参考点4014的透射辐射4033朝向定位接收器4030(1)和4030(2)行进。接收器4030(1)和4030(2)经由定位数据4009(1)和4009(2)将每个可致动部分4021和参考点4014的定位信息传递到处理单元280，处理单元280从定位数据4009(1)和4009(2)确定定位角4013m，其是定位角213m的实例。定位数据4009(1)和4009(2)是定位数据209的实例。
其它系统要求可致动部分4021处于特定位置或具有特定运动，例如以拾取复杂零件。此类位置和运动可以是系统4080的输入，且可以由命令位置4082表示。处理单元280将命令位置4082与由测量定位角4013m确定的位置相比较以确定由运动致动器4060接收的误差信号和更新位置命令4061。通过比较命令位置与实际位置，可致动部分4021的真实闭环控制是可能的。机器人臂4010内的运动致动器上的位置编码器不是必需的。事实上，通过闭环控制，运动致动器也可以价格低廉和/或使运动路径不寻常(相较于直线运动的传统机器人)。臂4020和可致动部分4021的运动可分别类似人手臂和手指。闭环控制可以实现类似于人类的视力和大脑控制人手部和手指的方式的快速可靠的动作。通过闭环控制的角度编码，拾取和放置复杂的物体不仅可能，而且相对简单并且成本低廉。
特征组合
在不脱离本发明的范围的情况下，上面描述的特征以及下面要求保护的特征可以以各种方式进行组合。以下实例示出了一些可能的非限制性组合：
(a1)表示用于确定对象的定位参数的方法。该方法包括生成来自对象的基带信号的第一频域振幅的多个估计值。多个估计值中的每一个对应于基带信号的多个时间片段中的相应一个。第一频域振幅对应于基带信号的时间频率。所述方法还包括将第一频域振幅确定为多个估计值中的最常见值，并基于第一频域振幅确定定位参数。
(a2)在由(a1)表示的方法中，确定第一频域振幅的步骤可以包括(i)将多个估计值分入多个组中，多个组中的每一个对应于多个估计值中的最大值和多个估计值中的最小值之间的相应区间，和(ii)将第一频域振幅确定为与具有最大估计值数量的区间相对应的一个组内的估计值。
(a3)在由(a2)表示的方法中，多个组可以包括(i)第一多个组，对应于各自具有相应中心和相应边缘的第一多个区间，和(ii)第二多个组，对应于相对于第一多个区间移位的第二多个区间，使得第二多个区间中的每一个的中心对应于第一多个区间中的一个的边缘。
(a4)由(a2)表示的任何方法可以进一步包括，在生成多个估计值的步骤之前，使用时间差分算法预处理基带信号。
(a5)由(a1)至(a4)之一表示的任何方法可以进一步包括(i)检测来自对象的光学信号的第一部分，所述光学信号以时间频率被调制，(ii)检测通过慢变光学掩模发送的光学信号的第二部分，所述慢变光学掩模在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)，(iii)检测通过快变光学掩模发送的光学信号的第三部分，所述快变光学掩模在x范围内具有空间变化透射率t3(x)，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值，和(iv)解调检测到的第一部分、检测到的第二部分和检测到的第三部分中的一个以产生基带信号。
(a6)由(a5)表示的任何方法，其中检测到的第一部分、检测到的第二部分和检测到的第三部分中的一个是检测到的第一部分，可以进一步包括(i)解调检测到的第二部分以产生第二基带信号，(ii)生成对应于时间频率的第二频域振幅的第二多个估计值，每个对应于第二基带信号的多个第二时间片段中的相应一个，(iii)将第二频域振幅确定为第二多个估计值中的最常见值，(iv)解调检测到的第三部分以产生第三基带信号，(v)生成对应于时间频率的第三频域振幅的第三多个估计值，每个对应于第三基带信号的多个第三时间片段中的相应一个，和(vi)将第三频域振幅确定为第三多个估计值中的最常见值。
(a7)由(a6)表示的任何方法可以进一步包括(i)在x范围内确定粗略估计位置x2，所述粗略估计位置x2对应于慢变光学掩模上的透射率等于第二频域振幅除以第一频域振幅的位置，(ii)在x范围内确定多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}，所述多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}对应于快变光学掩模上的透射率等于第三频域振幅除以第一频域振幅的位置，(iii)确定多个候选位置中最接近粗略估计位置x2的精确估计位置，和(iv)基于精确估计位置来将定位参数确定为对象相对于垂直于空间维度x并与慢变光学掩模和快变光学掩模相交的平面的角度。
(b1)一种定位系统包括存储器和微处理器。存储器存储非暂时性计算机可读指令并且被配置为存储具有时间频率分量和相应的第一频域振幅的基带信号。微处理器适于执行指令以：(i)生成第一频域振幅的多个估计值，其中多个估计值中的每一个对应于基带信号的多个时间片段中的相应一个，和(ii)将第一频域振幅确定为多个估计值中的最常见值。
(b2)在由(b1)表示的定位系统中，微处理器可以进一步适于在确定第一频域振幅时执行指令以：(i)将多个估计值分入多个组中，多个组中的每一个对应于多个估计值中的最大值和多个估计值中的最小值之间的相应区间，和(ii)将第一频域振幅确定为与具有最大估计值数量的区间相对应的组内的估计值。
(b3)在由(b2)表示的定位系统中，多个组可以包括(i)第一多个组，对应于各自具有相应中心和相应边缘的第一多个区间，和(ii)第二多个组，对应于相对于第一多个区间移位的第二多个区间，使得第二多个区间中的每一个的中心对应于第一多个区间中的一个的边缘。
(b4)在(b2)和(b3)之一表示的任何定位系统中，微处理器可以进一步适于执行指令，以在生成多个估计值的步骤之前：使用时间差分算法预处理基带信号。
(b5)由(b1)至(b4)之一表示的任何定位系统可以进一步包括：(i)包括第一信道、第二信道和第三信道的接收器。第一信道包括(i)用于接收来自对象的光学信号的第一部分的第一透镜，和(ii)用于将接收到的第一部分转换为具有第一频域振幅的第一电信号的第一光电检测器，光学信号以时间频率被调制。第二信道包括(i)第二透镜，用于将光学信号的第二部分导向在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)的慢变光学掩模，和(ii)第二光电检测器，用于将通过慢变光学掩模发送的第二部分转换为第二电信号。第三信道包括(i)第三透镜，用于将光学信号的第三部分导向在x范围内具有空间变化透射率t3(x)的快变光学掩模，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值，和(ii)第三光电检测器，用于将通过快速变化光学掩模发送的第三部分转换为第三电信号。微处理器可以被进一步配置为(i)分别从第二和第三电信号确定第二和第三频域振幅，和(ii)通过比较第一、第二和第三频域振幅来确定对象的定位参数。
(b6)在由(b5)表示的任何定位系统中，微处理器可以被进一步配置为执行由(a6)表示的方法的步骤(ii)至(vi)。
(b7)在由(b6)表示的任何定位系统中，微处理器可以被进一步配置为执行由(a7)表示的方法的步骤(i)至(iv)。
(c1)一种用于确定对象的定位参数的定位系统，包括接收器和信号处理器。接收器包括第一信道、第二信道和第三信道。第一信道包括(i)用于接收来自对象的光学信号的第一部分的第一透镜，和(ii)用于将接收到的第一部分转换为第一电信号的第一光电检测器。第二信道包括(i)第二透镜，用于将光学信号的第二部分导向在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)的慢变光学掩模，和(ii)第二光电检测器，用于将通过慢变光学掩模发送的第二部分转换为第二电信号。第三信道包括(i)第三透镜，用于将光学信号的第三部分导向在x范围内具有空间变化透射率t3(x)的快变光学掩模，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值，和(ii)第三光电检测器，用于将通过快速变化光学掩模发送的第三部分转换为第三电信号。信号处理器被配置为(i)分别从第一、第二和第三电信号确定第一、第二和第三信号振幅，和(ii)通过比较第一、第二和第三信号振幅来确定定位参数。
(c2)在由(c1)表示的定位系统中，光学信号可以是具有调制频率的调制光学信号，其中第一、第二和第三信号振幅是对应于第一、第二和第三电信号的调制频率的相应第一、第二和第三频域振幅。
(c3)在一种由(c1)和(c2)之一表示的定位系统中，第一、第二和第三信道中的每一个可以具有与两个其他信道的视场重叠的相应视场。
(c4)一种由(c1)至(c3)之一表示的定位系统可以进一步包括在第一光电检测器和第一透镜之间的均匀光学掩模，所述均匀光学掩模具有等于或超过慢变光学掩模的最大透射率和快变光学掩模的最大透射率的均匀透射率。
(c5)在一种由(c1)至(c4)之一表示的定位系统中，信号处理器可以被配置为通过以下方式确定定位参数：(i)在x范围内确定粗略估计位置x2，所述粗略估计位置x2对应于慢变光学掩模上的透射率等于第二信号振幅除以第一信号振幅的位置，(ii)在x范围内确定多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}，所述多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}对应于快变光学掩模上的透射率等于第三信号振幅除以第一信号振幅的位置，(iii)确定多个候选位置中最接近粗略估计位置x2的精确估计位置，和(iv)基于精确估计位置来确定对象相对于垂直于空间维度x并与掩模相交的平面的角度。
(c6)一种由(c1)至(c5)之一表示的定位系统可以进一步包括用于(i)发射和(ii)反射光学信号中的至少一者的发射器，所述发射器位于(a)对象上或(b)接近接收器并且被配置为将光学信号至少导向安装在对象上的反射器。
(c7)在一种由(c1)至(c6)之一表示的定位系统中，光学信号可以具有介于0.40微米和2.0微米之间的自由空间波长。
(c8)在一种由(c1)至(c7)之一表示的定位系统中，空间变化透射率t3(x)可以是x的周期函数。
(c9)在一种由(c1)至(c8)之一表示的定位系统中，慢变掩模的一部分和快变掩模的一部分可以沿着垂直于x维的直线共线。
(c10)在一种由(c1)至(c9)之一表示的定位系统中，其中(a)慢变光学掩模跨越空间维度x的x范围并跨越与空间维度x正交的空间维度y的第一y范围，并且(b)快变光学掩模跨越空间维度x的x范围并跨越空间维度y的第二y范围，透射率t2(x)和透射率t3(x)可能独立于y。
(c11)在一种由(c1)至(c10)之一表示的定位系统中，其中空间变化透射率t3(x)是具有周期λx的周期函数，接收器可以进一步包括第四频道。第四信道包括：(i)第四透镜，用于接收朝向具有空间变化透射率t4（x）＝t3(x+δx)(δx≤0.5λx)的第二快变光学掩模的光学信号的第四部分，和(ii)第四光电检测器，用于将通过第二快变光学掩模发送的第四部分转换为第四电信号。信号处理器被配置为(i)从第四电信号确定第四信号振幅，和(ii)通过比较第一、第二、第三和第四信号振幅来确定定位参数。
(d1)一种用于确定对象的定位参数的方法，包括步骤1-10。在步骤1中，所述方法引导来自对象的调制光学信号的第一部分。在步骤2中，所述方法确定接收到的第一部分的第一信号振幅。在步骤3中，所述方法将调制光学信号的第二部分导向在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)的慢变光学掩模。在步骤4中，所述方法确定通过慢变光学掩模发送的第二部分的第二信号振幅。在步骤5中，所述方法将调制光学信号的第三部分导向在x范围内具有空间变化透射率t3(x)的快变光学掩模，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值。在步骤6中，所述方法确定通过快变光学掩模发送的第三部分的第三信号振幅。在步骤7中，所述方法在x范围内确定粗略估计位置x2，所述粗略估计位置x2对应于慢变光学掩模上的透射率等于第二信号振幅除以第一信号振幅的位置。在步骤8中，所述方法在x范围内确定多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}，所述多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}对应于快变光学掩模上的透射率等于第三信号振幅除以第一信号振幅的位置。在步骤9中，所述方法确定多个候选位置中最接近粗略估计位置x2的精确估计位置。在步骤10中，所述方法基于精确估计位置来确定对象相对于垂直于空间维度x并与掩模相交的平面的角度。
(d2)在由(d1)表示的方法中，引导第一部分的步骤可以包括将第一部分导向具有均匀透射率的均匀光学掩模，所述均匀透射率等于或者超过第二光学掩模的最大透射率。
(d3)在一种由(d1)和(d2)之一表示的方法中，光学信号可以是具有调制频率和对应的频域振幅的调制光学信号。确定第一、第二和第三信号振幅的步骤可以进一步包括：分别生成第一部分、第二部分和第三部分的第一、第二和第三频域表示；分别将第一、第二和第三频域表示的频域振幅确定为第一、第二和第三信号振幅。
(e1)一种可重新定位机械结构，包括可重新定位部件、发射器、控制器和致动器。发射器位于可重新定位部件上，并被配置为向接收器发射光学信号。控制器适于从通信地耦合到接收器的发送器接收控制信号。致动器通信地耦合到控制器并且机械地耦合到可重新定位部件，并且被配置为基于控制信号致动可重新定位部件。
(e2)由(e1)表示的可重新定位机械结构可以进一步包括接收器。接收器包括第一信道、第二信道和第三信道。第一信道包括(i)用于接收来自对象的光学信号的第一部分的第一透镜，和(ii)用于将接收到的第一部分转换为第一电信号的第一光电检测器。第二信道包括(i)第二透镜，用于将光学信号的第二部分导向在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)的慢变光学掩模，和(ii)第二光电检测器，用于将通过慢变光学掩模发送的第二部分转换为第二电信号。第三信道包括(i)第三透镜，用于将光学信号的第三部分导向在x范围内具有空间变化透射率t3(x)的快变光学掩模，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值，和(ii)第三光电检测器，用于将通过快速变化光学掩模发送的第三部分转换为第三电信号。
(e3)由(e2)表示的可重新定位机械结构可以进一步包括信号处理器，其被配置为(i)分别从第一、第二和第三电信号确定第一、第二和第三信号振幅，和(ii)通过比较第一、第二和第三信号振幅来确定发射器的定位参数。
(e4)在由(e3)表示的可重新定位机械结构中，信号处理器可以通过以下方式确定定位参数：(i)在x范围内确定粗略估计位置x2，所述粗略估计位置x2对应于慢变光学掩模上的透射率等于第二信号振幅除以第一信号振幅的位置，(ii)在x范围内确定多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}，所述多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}对应于快变光学掩模上的透射率等于第三信号振幅除以第一信号振幅的位置，(iii)确定多个候选位置中最接近粗略估计位置x2的精确估计位置，和(iv)基于精确估计位置来确定对象相对于垂直于空间维度x并与掩模相交的平面的角度。
(e5)在一种由(e3)和(e4)之一表示的可重新定位机械结构中，光学信号可以是具有调制频率和对应的频域振幅的调制光学信号。确定第一、第二和第三信号振幅的步骤可以进一步包括：分别生成第一部分、第二部分和第三部分的第一、第二和第三频域表示；分别将第一、第二和第三频域表示的频域振幅确定为第一、第二和第三信号振幅。
(f1)表示一种用于确定对应于基带信号的时间频率的第一频域振幅的方法。所述方法包括生成第一频域振幅的多个估计值。多个估计值中的每一个对应于基带信号的多个时间片段中的相应一个。所述方法还包括将第一频域振幅确定为多个估计值中的最常见值。
(f2)在由(f1)表示的方法中，确定第一频域振幅的步骤可以包括(i)将多个估计值分入多个组中，多个组中的每一个对应于多个估计值中的最大值和多个估计值中的最小值之间的相应区间，和(ii)将第一频域振幅确定为与具有最大估计值数量的区间相对应的一个组内的估计值。
(f3)在由(f2)表示的方法中，多个组可以包括(i)第一多个组，对应于各自具有相应中心和相应边缘的第一多个区间，和(ii)第二多个组，对应于相对于第一多个区间移位的第二多个区间，使得第二多个区间中的每一个的中心对应于第一多个区间中的一个的边缘。
(f4)由(f2)表示的任何方法可以进一步包括，在生成多个估计值的步骤之前，使用时间差分算法来预处理基带信号。
(f5)由(f1)至(f4)之一表示的任何方法可以进一步包括(i)检测来自对象的光学信号的第一部分，所述光学信号以时间频率被调制，(ii)检测通过慢变光学掩模发送的光学信号的第二部分，所述慢变光学掩模在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)，(iii)检测通过快变光学掩模发送的光学信号的第三部分，所述快变光学掩模在x范围内具有空间变化透射率t3(x)，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值，和(iv)解调检测到的第一部分、检测到的第二部分和检测到的第三部分中的一个以产生基带信号。
(f6)由(f5)表示的任何方法，其中检测到的第一部分、检测到的第二部分和检测到的第三部分中的一个是检测到的第一部分，可以进一步包括(i)解调检测到的第二部分以产生第二基带信号，(ii)生成对应于时间频率的第二频域振幅的第二多个估计值，每个对应于第二基带信号的多个第二时间片段中的相应一个，(iii)将第二频域振幅确定为第二多个估计值中的最常见值，(iv)解调检测到的第三部分以产生第三基带信号，(v)生成对应于时间频率的第三频域振幅的第三多个估计值，每个对应于第三基带信号的多个第三时间片段中的相应一个，和(vi)将第三频域振幅确定为第三多个估计值中的最常见值。
(f7)由(f6)表示的任何方法可以进一步包括(i)在x范围内确定粗略估计位置x2，所述粗略估计位置x2对应于慢变光学掩模上的透射率等于第二频域振幅除以第一频域振幅的位置，(ii)在x范围内确定多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}，所述多个候选位置{x3，1，x3，2，x3，3，...，x3，n}对应于快变光学掩模上的透射率等于第三频域振幅除以第一频域振幅的位置，(iii)确定多个候选位置中最接近粗略估计位置x2的精确估计位置，和(iv)基于精确估计位置来确定对象相对于垂直于空间维度x并与慢变光学掩模和快变光学掩模相交的平面的角度。
(g1)一种频域分析器包括存储器和微处理器。存储器存储非暂时性计算机可读指令并且被配置为存储具有时间频率分量和相应的第一频域振幅的基带信号。微处理器适于执行指令以：(i)生成第一频域振幅的多个估计值，其中多个估计值中的每一个对应于基带信号的多个时间片段中的相应一个，和(ii)将第一频域振幅确定为多个估计值中的最常见值。图33的定位系统3300可以用作由(g1)表示的频域分析器，
(g2)在由(g1)表示的频域分析器中，当确定第一频域振幅时，微处理器可以进一步适于执行指令以：(i)将多个估计值分入多个组中，多个组中的每一个对应于多个估计值中的最大值和多个估计值中的最小值之间的相应区间，和(ii)将第一频域振幅确定为与具有最大估计值数量的区间相对应的组内的估计值。
(g3)在由(g2)表示的频域分析器中，多个组可以包括(i)第一多个组，对应于各自具有相应中心和相应边缘的第一多个区间，和(ii)第二多个组，对应于相对于第一多个区间移位的第二多个区间，使得第二多个区间中的每一个的中心对应于第一多个区间中的一个的边缘。
(g4)在由(g2)和(g3)之一表示的任何频域分析器中，微处理器可以进一步适于执行指令，以在生成多个估计值的步骤之前：使用时间差分算法预处理基带信号。
(g5)由(g1)至(g4)之一表示的任何频域分析器可以进一步包括：(i)包括第一信道、第二信道和第三信道的接收器。第一信道包括(i)用于接收来自对象的光学信号的第一部分的第一透镜，和(ii)用于将接收到的第一部分转换为具有第一频域振幅的第一电信号的第一光电检测器，光学信号以时间频率被调制。第二信道包括(i)第二透镜，用于将光学信号的第二部分导向在空间维度x的x范围内具有严格单调透射率t2(x)的慢变光学掩模，和(ii)第二光电检测器，用于将通过慢变光学掩模发送的第二部分转换为第二电信号。第三信道包括(i)第三透镜，用于将光学信号的第三部分导向在x范围内具有空间变化透射率t3(x)的快变光学掩模，所述透射率t3(x)在多于一个x值处具有相同值，和(ii)第三光电检测器，用于将通过快速变化光学掩模发送的第三部分转换为第三电信号。微处理器可以被进一步配置为(i)分别从第二和第三电信号确定第二和第三频域振幅，和(ii)通过比较第一、第二和第三频域振幅来确定对象的位置参数。
(g6)在由(g5)表示的任何频域分析器中，微处理器可以被进一步配置为执行由(f6)表示的方法的步骤(ii)至(vi)。
(g7)在由(g6)表示的任何频域分析器中，微处理器可以被进一步配置为执行由(f7)表示的方法的步骤(i)至(iv)。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述方法和系统进行改变。因此应该注意，在以上描述中包含或在附图中示出的内容应该被解释为说明性的而不是限制性的。以下权利要求旨在涵盖在本文中描述的所有通用和具体特征以及本方法和系统的范围的所有陈述，从语言角度来将，其可以被说成是落入其间。