本公开涉及用于使用从无线电信标接收到的无线电信号的接收信号强度来定位无线电信标的方法和装置。
背景技术：
在一些环境中(诸如例如，室内或者存在许多自然或经制造障碍物的区域中)，GNSS信号接收可能较弱。在这些环境中，完全依赖于GNSS信号的信标定位系统通常不可操作。因此，可以使用例如依赖于接收信号强度或信号定时的其他类型的信标定位系统。
接收信号强度通常用于估计无线电信标距多个接收器的范围，所述范围进而可以用于估计所述无线电信标的位置。当无线电信标与接收器之间存在障碍物时，无线电信标信号可能被阻挡或者可能发生反射，以使得所确定的位置较不可靠且较不精确。此外，针对具有定向天线的接收器，对无线电信标位置的正确确定取决于所述接收器相对于彼此的取向。取向通常被手动执行，因为自动方法通常不可靠。例如，使用信标的磁场传感器确定取向在存在金属物体的环境中尤其不可靠。
在一些环境中，信号定时可能产生比接收信号强度更准确的范围结果，然而，信号定时不可与第三方硬件一起使用，因为信标与接收器之间的定时同步是不可实现的。因此，基于信号定时的位置确定的应用可能受到限制。
技术实现要素：
在本公开的一个方面中，提供了一种确定定位系统的无线电信标的位置的方法，所述方法包括：确定所述定位系统的电子集线器设备的位置，将所述位置存储在所述电子集线器设备的存储器中；确定所述电子集线器设备的天线的相对取向，将所述相对取向存储在所述电子集线器设备的存储器中；在所述电子集线器设备的所述天线处接收来自所述无线电信标的无线电信标信号，所述天线被配置用于在相对于所述电子集线器设备的多个取向上接收所述无线电信标信号，所述电子集线器设备的与所述天线通信的无线电子系统生成表示在所述电子集线器设备的所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据，来自所述无线电信标的子集的所述无线电信标信号由多于一个电子集线器设备接收；在与所述电子集线器设备的所述无线电子系统通信的主处理器系统处，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的所述接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述多个取向的估计接收信号强度；在所述主处理器系统处，通过识别所述电子集线器设备的所述天线的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所述所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述多个取向的所述估计接收信号强度来确定的，所述无线电信标的所述子集与所述多于一个电子集线器设备处的到达角相关联；在所述主处理器系统处，通过基于所述估计接收信号强度以及所述电子集线器设备的所述天线的增益模式计算所述无线电信标的经改进接收信号强度并且将与所述天线取向相关联的传播损耗模型应用到所述经改进接收信号强度来确定所述电子集线器设备与所述无线电信标之间的范围，所述无线电信标的所述子集与来自所述多于一个电子集线器设备的范围相关联；以及基于所述相对取向在估计器中将所述到达角、所述范围和相关联不确定性进行组合来确定在部署环境中所述无线电信标子集中的所述无线电信标的位置。
根据示例，所述估计接收信号强度是通过识别具有最少业务的频率并选择与此频率相关联的接收信号强度来确定的，所述接收信号强度基于业务量而被加权。
根据示例，所述无线电信标信号是BLE信号，并且所述频率是三个频率之一，所述三个频率与三个发射信道相对应。
根据另一个示例，所述无线电信标信号是WiFi信号，并且所述频率是二十四个频率之一，所述二十四个频率与二十四个发射信道相对应。
在另一个方面中，提供了一种确定在部署环境中定位系统的无线电信标的位置的方法，所述方法包括：确定所述定位系统的电子集线器设备的位置，将所述位置存储在所述电子集线器设备的存储器中；将所述电子集线器设备中的一个指定为主集线器设备，所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备相对于所述主集线器设备的取向存储在所述主集线器设备的存储器中；在所述电子集线器设备的天线处接收来自所述无线电信标的无线电信标信号，所述天线被配置用于在相对于所述电子集线器设备的多个取向上接收所述无线电信标信号，所述电子集线器设备的与所述天线通信的无线电子系统生成表示在所述电子集线器设备的所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据，来自所述无线电信标的子集的所述无线电信标信号由多于一个电子集线器设备接收；在与所述电子集线器设备的所述无线电子系统通信的主处理器系统处，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的所述接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述多个取向的估计接收信号强度；在所述主处理器系统处，通过识别所述电子集线器设备的所述天线的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所述所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述无线电信标的所述多个取向的所述估计接收信号强度来确定的，所述无线电信标的所述子集与多于一个电子集线器设备处的到达角相关联；在所述主处理器系统处，通过基于所述估计接收信号强度以及所述电子集线器设备的所述天线的增益模式计算所述无线电信标的经改进接收信号强度并且将与所述天线取向相关联的传播损耗模型应用到所述经改进接收信号强度来确定所述电子集线器设备与所述无线电信标之间的范围，所述无线电信标的所述子集与来自所述多于一个电子集线器设备的范围相关联；在所述主集线器设备处接收在所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备处确定的所述到达角和所述范围；在估计器中将所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备的所述到达角和所述范围与在所述主集线器设备处确定的所述到达角和所述范围进行组合，以便确定在所述部署环境中所述无线电信标的位置；其中，所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备充当接收设备和无线电信标。
在本公开的另一个方面中，提供了一种用于确定无线电信标的位置的电子集线器设备，所述电子集线器设备包括：GNSS天线；GNSS子系统；天线，所述天线包括用于在六个取向上接收无线电信标信号的六个定向天线；无线电子系统，与所述天线通信，所述无线电子系统用于生成表示在所述六个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据；主处理器系统，与所述无线电子系统通信，所述主处理器系统用于：确定所述电子集线器设备的位置，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的所述接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述六个取向的估计接收信号强度，通过识别所述天线的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所述所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述估计接收信号强度来确定的，通过基于所述估计接收信号强度以及所述天线的增益模式计算经改进接收信号强度并且将与所述天线取向相关联的传播损耗模型应用到所述经改进接收信号强度来确定范围，并且使用所述电子集线器设备的所述位置将所述到达角和范围映射到位置。
根据示例，所述位置是由所述电子集线器设备使用所述GNSS天线和GNSS子系统基于自定位来确定的。
根据又另一个示例，所述传播损耗模型补偿所述部署环境中的所述六个天线方向中的一个或多个方向前方的障碍物。
在本公开的另一个方面中，提供了一种信标定位系统，所述信标定位系统包括：多个无线电信标，所述多个无线电信标用于生成无线电信标信号；多个电子集线器设备，具有已知的位置和取向，所述多个电子集线器设备包括：天线，所述天线用于在多个取向上接收无线电信标信号；无线电子系统，与所述天线通信，所述无线电子系统用于生成表示在所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据；主处理器系统，与所述无线电子系统通信，所述主处理器系统用于：基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的所述接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述多个取向的估计接收信号强度，通过识别所述天线的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所述所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述估计接收信号强度来确定的，通过基于所述估计接收信号强度以及所述天线的增益模式计算经改进接收信号强度并且将与所述天线取向相关联的传播损耗模型应用到所述经改进接收信号强度来确定范围；其中，所述多个电子集线器设备中的一个是主集线器设备，所述主集线器设备在估计器中基于所述多个电子集线器设备中的其他电子集线器设备相对于所述主集线器设备的取向将由所述多个电子集线器设备中的所述其他电子集线器设备确定的所述到达角和范围与由所述主集线器设备确定的到达角、范围和相关联不确定性进行组合，以便确定所述多个无线电信标的位置，所述主集线器设备以及所述多个电子集线器设备中的所述其他电子集线器设备充当接收设备和无线电信标。
在本公开的又另一个方面中，提供了一种确定电子集线器设备相对于主集线器设备的取向的方法，所述方法包括：在接收模式下操作所述电子集线器设备，以便在多个取向上的天线处接收来自主集线器设备的无线电信标信号，并且在与所述天线通信的无线电子系统处生成表示在所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据；在与所述电子集线器设备的所述无线电子系统通信的主处理器系统处，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述多个取向的估计接收信号强度；在接收模式下操作所述主集线器设备，以便在多个取向上的天线处接收来自所述电子集线器设备的无线电信标信号，并且在与所述天线通信的无线电子系统处生成表示在所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据；在与所述主集线器设备的所述无线电子系统通信的主处理器系统处，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的接收信号强度来确定所述主集线器设备的所述多个取向的估计接收信号强度；在所述主处理器系统处，通过识别所述电子集线器设备和主集线器设备的所述天线的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所述所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述估计接收信号强度来确定的；生成所述电子集线器设备相对于所述主集线器设备的取向的数据结构并将其存储在所述主集线器设备的存储器中。
在本公开的另一个方面中，提供了一种确定在部署环境中无线电信标的位置的方法，所述方法包括：在电子集线器设备的天线处接收来自所述无线电信标的无线电信标信号，所述天线被配置用于在相对于所述电子集线器设备的多个取向上接收所述无线电信标信号，所述电子集线器设备的与所述天线通信的无线电子系统生成表示所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据，来自所述无线电信标中的一组无线电信标的所述无线电信标信号是在所述电子集线器设备中的一个或多个电子集线器设备的所述多个取向中的多于一个取向上接收的；在与所述电子集线器设备的所述无线电子系统通信的主处理器系统处，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的所述接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述多个取向中接收到所述无线电信标信号的一些取向的估计接收信号强度；在所述电子集线器设备中的一些电子集线器设备的所述主处理器系统处确定包括所述无线电信标中的一些无线电信标相对于所述电子集线器设备中的所述一些电子集线器设备的范围和方向估计值在内的单一观测结果及不确定性，所述电子集线器设备的位置和取向是已知的，所述单一观测结果和所述不确定性是通过将所述电子集线器设备中的所述一些电子集线器设备的所述多个取向中的一些取向的估计接收信号强度与相应权重进行组合来确定的，所述相应权重基于所述多个取向中的所述一些取向的所述估计接收信号强度的相对值；通过在估计器中针对所述无线电信标中属于所述无线电信标中的所述一组无线电信标中的一些无线电信标将所述单一观测结果与所述不确定性进行组合来确定所述无线电信标的位置；其中，所述无线电信标的定位基于所述电子集线器设备的所述多个取向中的所有取向的估计接收信号强度。
根据示例，所述不确定性等于所述相应权重中最大的一个。
根据另一个示例，针对不属于所述无线电信标组中的无线电信标，所述单一观测结果为所述位置。
在本公开的仍又另一个方面中，提供了一种确定在部署环境中定位系统的无线电信标的位置的方法，所述方法包括：确定所述定位系统的电子集线器设备的位置，将所述位置存储在所述电子集线器设备的存储器中；将所述电子集线器设备中的一个指定为主集线器设备，所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备相对于所述主集线器设备的取向存储在所述主集线器设备的存储器中；在所述电子集线器设备的天线处接收来自所述无线电信标的无线电信标信号，所述天线被配置用于在相对于所述电子集线器设备的多个取向上接收所述无线电信标信号，所述电子集线器设备的与所述天线通信的无线电子系统生成表示在所述电子集线器设备的所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据，来自所述无线电信标的子集的所述无线电信标信号由多于一个电子集线器设备接收；在与所述电子集线器设备的所述无线电子系统通信的主处理器系统处，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的所述接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述多个取向的估计接收信号强度；在所述主处理器系统处，通过识别所述电子集线器设备的所述天线的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所述所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述无线电信标的所述估计接收信号强度来确定的，所述无线电信标的所述子集与所述多于一个电子集线器设备处的到达角相关联；在所述主处理器系统处确定所述电子集线器设备与所述无线电信标之间的范围是基于所述无线电信标信号到达所述电子集线器设备的时间以及所述无线电信标信号离开所述无线电信标的相应时间而计算的，所述无线电信标的子集与来自所述多于一个电子集线器设备的范围相关联；在所述主集线器设备处接收在所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备处确定的所述到达角和所述范围；在估计器中将所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备的所述到达角和所述范围与在所述主集线器设备处确定的所述到达角和所述范围进行组合，以便确定在所述部署环境中所述无线电信标的位置；其中，所述电子集线器设备中的其他电子集线器设备充当接收设备和无线电信标。
在本公开的另一个方面中，提供了一种确定在部署环境中定位系统的无线电信标的位置的方法，所述方法包括：在所述电子集线器设备的天线处接收来自所述无线电信标的无线电信标信号，所述天线被配置用于在相对于所述电子集线器设备的多个取向上接收所述无线电信标信号，所述电子集线器设备的与所述天线通信的无线电子系统生成表示在所述电子集线器设备的所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据，所述电子集线器设备的位置是已知的；在与所述电子集线器设备的所述无线电子系统通信的主处理器系统处，基于在一段时间上的所述所接收到的无线电信标信号的所述接收信号强度来确定所述电子集线器设备的所述多个取向的估计接收信号强度；在所述主处理器系统处，通过识别所述电子集线器设备的所述天线的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述无线电信标的所述多个取向的所述估计接收信号强度来确定的；在所述主处理器系统处，基于同步的电子集线器设备与无线电信标对之间的所述无线电信标信号的定时信息来确定所述电子集线器设备与所述无线电信标之间的飞行时间范围。在估计器中将所述到达角与所述飞行时间范围进行组合，以便确定在所述部署环境中所述无线电信标的位置。
根据示例，所述天线包括多个定向天线，用于在相对于所述电子集线器设备的多个取向上接收所述无线电信标信号
根据另一个示例，所述天线包括机械控制的定向天线，用于在相对于所述电子集线器设备的多个取向上接收所述无线电信标信号。
根据另一个示例，所述电子集线器设备包括GNSS接收器，并且所述已知的位置是基于由所述电子集线器设备进行的自定位来确定的。
附图说明
以下附图阐述了本公开的实施例，在所述附图中，相似的附图标记表示相似的部件。在附图中，以举例而非限制的方式展示了本公开的实施例。
图1是根据示例的无线电信标定位系统的电子集线器设备和无线电信标的示意图。
图2是根据示例的电子集线器设备的示意图。
图3是根据示例部署的信标定位系统的示意图。
图4是根据示例的节点的示意图。
图5是根据另一个示例的无线电信标定位系统的电子集线器设备和无线电信标的示意图。
图6是在包括在障碍物的部署环境中无线电信标定位系统的电子集线器设备和三个无线电信标的示意图。
图7是描绘了根据示例的确定信标定位系统的无线电信标的位置的方法的流程图。
图8是描绘了根据示例的估计从无线电信标接收到的信号强度的方法的流程图。
图9是描绘了根据示例的确定无线电信标的经改进位置估计的方法的流程图。
图10是描绘了根据示例的确定到达角的方法的流程图。
图11是描绘了根据示例的估计范围的方法的流程图。
图12是描绘了根据示例的改进传播损耗模型的方法的流程图。
图13是描绘了具有三个发射频率的无线电信标的平均接收信号强度的图表。
图14是描绘了在图1的电子集线器设备的不同天线取向上接收到的信号的信号强度的示意图。
图15A是描绘了在根据示例的电子集线器设备的不同天线取向上接收到的无线电信标信号的强度的图表。
图15B是描绘了在根据示例的电子集线器设备的不同天线取向上接收到的无线电信标信号的强度的另一图表。
图16是描绘了根据另一个示例的确定无线电信标的位置的方法的流程图。
图17是描绘了将电子集线器设备相对于主电子集线器设备进行定向的方法的流程图。
图18是描绘了生成所有电子集线器设备相对于主电子集线器设备的取向的方法的流程图。
图19是无线电信标定位系统被部署的示例部署环境的平面视图。
图20是示出了根据示例的本说明书的部署在办公楼中的无线电信标定位系统的示意图。
图21是根据示例的无线电信标的示意图。
图22是描绘了用于确定经改进的定位估计的估计方法的流程图。
图23是示出了基于由电子集线器设备进行的信标观测而确定的单一观测结果的示意图。
图24是示出了基于由两个电子集线器设备基于单一观测值而确定的位置的示意图。
具体实施方式
将理解的是，为了展示的简化和清楚，在认为适当时，可以在这些图中重复参考数字以指示相应的或类似的要素。此外，阐述了众多的具体细节以便提供对本文所描述的示例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文中所描述的示例。除非明确陈述，本文中所描述的方法不限于特定的顺序或序列。此外，所描述的方法中的一些或其要素可以在同一时间点出现或执行。在其他实例中，并未详细描述公知的方法、程序和部件以便不模糊本文中所描述的示例。另外，本说明书不应被视为限制本文中所描述的示例的范围。
参考图1，示出了包括电子集线器设备12和三个无线电信标14的示例信标定位系统10。当执行如本文中所描述的定位无线电信标的方法时，电子集线器设备12确定无线电信标14的位置。无线电信标定位系统10在任何部署环境(包括室外、室内)中以及在GNSS信号接收较弱的环境中(诸如例如，在密集城市环境中)是可操作的。无线电信标系统10在系统10的无线电信标14不具有GNSS定位能力时具有特定的优势。
无线电信标定位系统10的部署环境的一些示例包括：例如，办公建筑物、零售建筑物、医院、酒店、兴趣点，(例如诸如，旅游景点)、工业和制造建筑物、教育校园、体育场所、运输设施、货物处理港口和资源提取地。
图1的无线电信标定位系统10被作为示例被示出。无线电信标定位系统10可以包括任何数量的电子集线器设备12和无线电信标14。一些部署可以包括单个电子集线器设备12和单个无线电信标14、几个电子集线器设备12和数十个无线电信标14、数十个电子集线器设备12和数百个无线电信标14、或者甚至是更大的部署。每个电子集线器设备12的无线电信标14的数量不是固定的，并且可以基于部署环境来确定。无线电信标定位系统10可适用于任何类型的无线电信号，诸如例如，BLE(蓝牙TM低功耗)、蓝牙TM、FM、AM、WiFi、数字电视、紫蜂(ZigBee)或6LoWPan。
还参考图2，电子集线器设备12包括主处理器子系统16。主处理器子系统16控制电子集线器设备12的总体操作。主处理器子系统16包括微处理器18、存储器20和通信接口34。通信接口34使能经由无线或有线连接与服务器38通信。服务器38可以是单个服务器或者与彼此通信的一组服务器。主处理器子系统16的示例是具有操作系统(OS)的单板计算机(SBC)。
电子集线器设备12进一步包括用于接收GNSS信号的GNSS天线22以及与主处理器子系统16和GNSS天线22通信的GNSS子系统24。GNSS子系统24生成与GNSS信号相对应的数字化GNSS数据，以供主处理器子系统16进一步处理。GNSS子系统24的示例包括：能够本地地生成位置估计的独立式GNSS接收器、从另一个设备接收辅助数据以提供位置估计的辅助GNSS(A-GNSS)接收器、与在电子集线器设备12处或者分布在一个或多个服务器上的软件定义的无线电(SDR)接收器相关联的射频(RF)前端(FE)。
电子集线器设备12能够使用数字化GNSS数据来确定其位置。在来自GNSS卫星的信号较弱的环境中，电子集线器设备12可以与服务器38通信以随着时间推移处理所述数字化GNSS数据。取决于所接收到的GNSS信号的强度，自定位可能是立即的或这可能花费例如数小时或数天。如此，电子集线器设备12可以通过以下方式来进行自定位：本地确定其位置或者通过与服务器进行通信来确定其位置。电子集线器设备12可以替代性地使用另一种方法来确定其位置，诸如使用定位在附近的其他网络结构(诸如例如，小区-ID和WiFi)。可替代地，电子集线器设备12可以从存储器20中检索电子集线器设备12被部署时所存储的信息。通常，电子集线器设备12的位置是已知的，并且在本文中所描述的方法中用于确定无线电信标14的位置。
无线电子系统26经由天线30从无线电信标14接收无线电信标信号，并且生成表示在多个取向上在电子集线器设备12处接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据。无线电子系统26与电子集线器设备12的主处理器子系统16以及天线开关28进行通信。天线开关28控制电子集线器设备12的天线30。无线电子系统26还充当发射器，所述发射器用于发射信标信号以使得其他电子集线器设备12可以定位所述电子集线器设备12。电子集线器设备12还能够发射所述数字化数据以供在另一个电子集线器设备12处接收。在示例中，无线电子系统26是无线电信号(诸如例如，WiFi、FM、AM、蓝牙TM和数字电视)的独立式接收器，所述独立式接收器能够下转换、解调并解码由无线电信标14发射的信息。在本示例中，所述独立式接收器可以使用离散部件或使用最小的硬件(诸如SDR)来实现。
天线30可以是单个机械控制的定向天线，或者可以包括多个定向天线，如图2中所示。当天线30包括多个定向天线时，可以包括符合电子集线器设备12的物理限制的任何数量的天线。在包括多个定向天线的示例中，天线开关28可以被操作用于选择所述多个定向天线的子集来接收来自无线电信标14的无线电信标信号。可以一次选择单个天线或一组天线以便分别从一个方向或一组方向接收无线电信标信号。在示例中，电子集线器设备12包括六个定向天线。所述定向天线可以是贴片天线或者另一种类型的天线。
电子集线器设备12能够确定其天线30相对于其他电子集线器设备12的天线30的取向的取向，以使得电子集线器设备12的相对取向是已知的。本文中描述了确定电子集线器设备12相对于彼此的取向的方法。
电子集线器设备12由电源36供电，所述电源经由电源接口32与主处理器子系统16进行通信。在示例中，电源36是一个或多个电池。在另一个示例中，电源36是电插座。
无线电信标14可以是任何类型的无线电信号发射设备。信标定位系统10中的所有无线电信标14可以是同一类型的设备，或者替代地，无线电信标14中的一个或多个可以是不同类型的设备。可以与无线电信标定位系统10一起使用的示例无线电信标14包括例如由LSR、Estimote、蓝色传感(BlueSense)和Fathom制造的iBeaconTM、EddystoneTM和BLE无线电信标。返回参考图1，出于本说明的目的，无线电信标被标识为无线电信标A、无线电信标B和无线电信标C。无线电信标14的位置分别是XA、YA、ZA、XB、YB、ZB以及XC、YC、ZC。在初始部署时以及当被移动时，无线电信标14的位置是未知的。
如图3中所示，信标定位系统10可以进一步包括节点40。节点40与无线电信标14类似，但是能够接收来自无线电信标14的无线电信号并且将信息传递至电子集线器设备12上。示出了电子集线器设备12和节点40能够在其内接收来自无线电信标14的信标信号的覆盖区域52。如关于确定电子集线器设备12的取向的方法将描述的，电子集线器设备12在至少一个其他电子集线器设备12的覆盖区域内，以便从其接收无线电信标信号。
参考图4，示出了示例节点40。节点40的无线电子系统42经由天线44从无线电信标14接收无线电信标信号，并且生成表示在所述多个取向上在节点40处接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据。无线电子系统42与控制节点40的天线44的天线开关46进行通信。无线电子系统42还充当发射器，用于发射与节点40相关联的信标信号并且发射所述数字化数据以供在电子集线器设备12处接收。天线44和无线电子系统42与关于电子集线器设备12所描述的那些类似，并且再此将不会进行进一步描述。节点40由电源50供电，所述电源经由电源接口48与节点40进行通信。在示例中，电源50是一个或多个电池。节点40用于扩展信标定位系统10的总覆盖区域。
节点40可以用于提升在节点40和电子集线器设备12两者的可检测距离内的无线电信标位置的准确度。节点40还可以用于确定由电子集线器设备12不可检测到的无线电信标14的位置。无线电信标14可能由于被部署在距电子集线器设备12较远的距离处或者由于较大或多个障碍物定位在无线电信标14与电子集线器设备12之间而不可检测。通常，节点40用于在不添加附加电子集线器设备12的情况下增大信标定位系统10的范围。因为节点40的硬件不包括主处理器系统，并且在本示例中，GNSS接收器和GNSS子系统、节点40比电子集线器设备12的制造成本更低。因此，在信标定位系统10中包括节点40而非附加电子集线器设备12可以降低无线电信标定位系统10的总体成本，同时维持或增大其覆盖范围。
返回参考图3，如所示的，节点40与电子集线器设备12的覆盖区域52重叠。在示例中，当多个电子集线器设备12包括在信标定位系统10中时，如所示的，所述电子集线器设备12中的一个被指定为主电子集线器设备12’。还参考图5，电子集线器设备12和主电子集线器设备12’独立地确定从中接收无线电信号的无线电信标14的范围(ρ)和到达角(Ψ)。这些可以被称为观测结果的范围和到达角从电子集线器设备12被发送至主电子集线器设备12’。主电子集线器设备12’将从其他电子集线器设备12接收到的观测结果与本地确定的那些进行组合，以便确定无线电信标14的位置。从其他电子集线器设备12接收到的或在主集线器设备12’处本地生成的观测结果包括位于电子集线器设备12和节点40的覆盖区域52内的无线电信标14的观测结果。针对在节点40处接收到的无线电信标信号，所述观测结果从节点40映射到电子集线器设备12，在结点40已经由电子集线器设备12定位之后，在所述电子集线器设备处接收到了数字化数据。根据图3的示例，无线电信标14的子集位于两个电子集线器设备12的覆盖区域52内或者位于节点40与电子集线器设备12的覆盖区域52内，其中，所述节点与所述电子集线器设备的覆盖区域重叠。通过计算无线电信标14的位置(其中，所述无线电信标14的子集与来自多于一个电子集线器设备12的观测结果相关联)，可以提高无线电信标位置的准确性以及可靠性。根据示例，至少三个无线电信标14属于所述子集。
在存在节点40或多于一个电子集线器设备12的部署中，节点40与电子集线器设备12的无线电子系统42、26在开关模式下操作，以便发送所述观测结果。在另一个示例中，第二无线电子系统包括在节点40、电子集线器设备12或这两者中，以便发送所述观测结果。类似于无线电子系统26，第二无线电子系统可以使用本文中所公开的无线电信号类型中的任一种来发送所述观测结果，所述无线电信号类型包括：例如，BLE(蓝牙TM低功耗)、蓝牙TM、FM、AM、WiFi、数字电视、ZigBee或者6LoWPan。
如本领域技术人员将理解的，主电子集线器设备12’可以是信标定位系统10的电子集线器设备12中的任何一个。可替代地，主电子集线器设备12’可以不同于信标定位系统10的其他电子集线器设备12。主电子设备12’可以基于用户输入来确定，或者可以自动选择。例如，当一个电子集线器设备12通过有线连接与服务器38连接时，此电子集线器设备12可以被指定为主集线器设备12。
确定无线电信标14和节点40距电子集线器设备12的范围或者确定无线电信标14距节点40的范围包括生成特定于部署信标定位系统10的环境的无线电传播模型。所述环境可以是宽敞开放而在电子集线器设备12、节点40与无线电信标14之间的视线内不存在障碍物，或者所述环境可以包括一个或多个障碍物。障碍物包括：例如，墙壁、家具、电子装备、运输集装箱、车辆、岩层及其他物体。
参考图6，无线电信标A、B和C的距离ρA、ρB和ρC分别是传播模型M1、M2和M3的函数。当电子集线器设备12与无线电信标14之间不存在障碍物时，无线电传播模型使用自由空间无线电传播模型将无线电信标14的接收信号强度映射至无线电信标14距电子集线器设备12的物理距离。当存在障碍物(诸如例如，墙壁54)时，与天线30的对应取向相关联的环境细节被用于改进所述无线电传播模型。所述环境细节诸如例如在部署位置的场所地图可获得时可以是已知的，或者所述环境细节可以由信标定位系统10来预测。
在场所地图可获得的示例中，特定于与电子集线器设备12的位置不同的天线取向并且针对关于场所地图的环境细节进行补偿的传播模型被确定。所述环境细节可能相对较简单，并且包括例如关于电子集线器设备12与无线电信标14之间的多面墙壁54的信息。所述环境细节可以相对较复杂，并且包括例如关于障碍物材料、厚度和物理位置的信息。所述无线电传播模型被存储在存储器20中，并且可以与天线30的不同取向相关联地存储或者可以与定向天线的标识符相关联地存储。
参考图7，示出了一种确定在部署环境中信标定位系统10的无线电信标的位置的方法。在100处，在部署环境中部署了电子集线器设备12、节点40和无线电信标14的所选配置之后，在102处，将电子集线器设备12中的一个指定为主集线器设备12’。然后，在104处，使用之前所描述的方法中的一种来确定定位系统的电子集线器设备12、12’的位置，并且将所述位置存储在电子集线器设备12、12’的存储器20中。在示例中，对电子集线器设备12、12’的定位包括有效性检查，所述有效性检查比较电子集线器设备12、12’的位置以得知部署环境的边界，从而判定所述位置中的一个或多个是否不在预期位置中。可替代地，所述有效性检查可以将电子集线器设备12、12’的位置彼此进行比较，以便检测明显的错误，诸如例如电子集线器设备12、12’中的一个位于不同的城市。在106处，对电子集线器设备12进行定位之后，确定电子集线器设备12中的其他电子集线器设备相对于主集线器设备12’的取向，并且将所述取向存储在主集线器设备12’的存储器20中。稍后将参考图17和图18对所述定向方法进行描述。然后，在108处，判定节点40是否包括在所部署的系统中如果存在节点40，则在110处确定节点40相对于主集线器设备12’的位置和取向。在112处，在相对于电子集线器设备12、12’的多个取向上在电子集线器设备12、12’的天线处接收来自无线电信标的无线电信标信号。与天线30通信的电子集线器设备12、12’的无线电子系统26生成表示在电子集线器设备12、12’的所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据。来自无线电信标14的子集的无线电信标信号由多于一个电子集线器设备12、12’或节点40接收。在114处，使用图8的确定估计接收信号强度的方法来确定估计接收信号强度。当在116处已经确定了所有电子集线器设备12、12’的所有天线或天线取向的估计接收信号强度时，所述方法继续，并且在118处确定包括无线电信标14的信标信号到达角和范围以及相关联不确定性的信标观测结果。在与电子集线器设备12、12’的无线电子系统26通信的主处理器系统16处，通过识别电子集线器设备12、12’的天线的与所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定到达角，所述无线电信标的子集与不同电子集线器设备12、12’处的到达角相关联。在主处理器系统处，通过基于电子集线器设备12、12’的天线的增益模式计算经改进的接收信号强度并将与天线取向相关联的传播损耗模型应用于经改进的接收信号强度来确定电子集线器设备12、12’与无线电信标14之间的范围，所述无线电信标14的子集与距不同电子集线器设备12、12’的范围相关联。将参考图10更详细地描述所述确定到达角的方法，并且将参考图11更详细地描述所述估计范围的方法。在120处，判定在其处生成信标观测结果的电子集线器设备12、12’是否为主集线器设备12’。如果在其处生成信标观测结果的电子集线器设备12、12’不是主集线器设备12’，则在122处，将所述信标观测结果发送至主集线器设备12’。如果在其处生成信标观测结果的电子集线器设备12、12’是主集线器设备12’，则在124处在主集线器设备12’处接收在电子集线器设备12中的其他电子集线器设备处确定的到达角和范围，并且在126处在估计器中将所述到达角和范围与在主集线器设备12’处确定的到达角和范围进行组合，从而确定在部署环境中无线电信标14的改进位置。根据所述方法，电子集线器设备12中的其他电子集线器设备还充当无线电信标，以使得也生成电子集线器设备12、12’的信标观测结果。所述估计器使用确定经改进信标位置估计值的方法来确定信标的经改进位置估计值，这将参考图9更详细的进行描述。在经改进位置估计值已经被确定之后，在128处评估经改进位置估计值的准确性如果所述准确性不在预定可接受不确定性的范围内，重复所述方法以确定新的信标观测结果，并且在确定新的经改进位置估计值之后再次评估准确性。如果所述准确性在预定可接受不确定性的范围内，则在130处结束所述方法直到接收到警报。当无线电信标14的位置在这些无线电信标14的先前所确定位置的1米内时，可以达到可接受的准确性。可替代地，当无线电信标位置收敛在1个标准偏差内时可以达到可接受的准确性。
触发对新信标观测结果的确定的警报可以基于时间段的到期，以使得以设定间隔执行所述方法，以便监测无线电信标14、节点40和电子集线器设备12并且确定可能已经移动的任何无线电信标14、节点和电子集线器设备12的新位置。所述警报可以例如在零售环境中以1小时或2小时的间隔被生成，或者可以在制造环境中以5分钟至30分钟的间隔被生成，在所述制造环境中，由于频繁移动材料和装备的制造过程，无线电信标14可能更频繁地移动。响应于基于时间的警报，无线电信标位置可以通过从112重复所述方法来确定，或者电子集线器设备12、12’可以进行自定位和自定向并且信标位置可以通过从64重复所述方法来确定。
所述警报还可以或者替代地可以基于接收到的与电子集线器设备12、节点40或无线电信标14相关的传感器信息。例如，惯性传感器(诸如，加速度计)可以包括在无线电信标14、节点40和电子集线器设备12中，所述传感器信息被发送至可以检测到变化的主集线器设备12’。进一步地，所述警报可以响应于检查明显的错误返回无效结果的有效性检查(诸如，可以关于电子集线器设备12、12’的自定位而被执行的有效性检查)而被生成。
返回参考图8，在132处，通过从在一段时间上的多个无线电信标信号中选择数据样本来确定无线电信标14的估计接收信号强度。在134处，通过识别在正在使用的所有发射频率的同一频率上同时发射的无线电信标14的数量来识别具有最少业务的频率。无线电信标14基于被包括在无线电信标信号中的唯一ID以及这些无线电信标14的总体发射功率被识别。对应的无线电信标14的发射功率基于在来自无线电信标14的无线电信标信号中接收到的制造商ID来确定。在136处，选择所识别频率的接收信号强度，并且在138处，基于业务量对所选接收信号强度进行加权。在140处，当数据样本用尽时，在142和144处计算所选接收信号强度的加权平均值以及相关联不确定性。参考图13，具有三个发射频率的无线电信标14在频率2上业务最少，如所示的。
针对在两个或更多个频率上发射信号的无线电信标14(诸如例如，分别在三个发射频率与十四个发射频率之间循环的BLE设备和WiFi设备)来执行图8的方法。如本领域技术人员将理解的，在业务最少的频率处接收到的无线电信标信号受到噪声的影响最小。替代执行图8的方法，估计接收信号强度可以可替代地通过选择所述两个或更多个频率的默认频率来确定。根据示例，被选择用于BLE无线电信号的默认频率是与信道39相关联的频率。信道39上的业务量经常比其他BLE信道上的业务量少，因为没有频率与WiFi无线电信号重叠。针对具有被调谐至默认频率的天线30的电子集线器设备12或者针对在单个频率上发射的无线电信标14，估计接收信号强度是通过对所选时间段上的接收信号强度求平均来确定的。
现在转到图9，使用估计器(诸如例如，贝叶斯估计器)来确定经改进的位置估计值。如所示的，如果这是所述方法的第一次迭代(146)，则在148处对所述进行估计器初始化。在150处，将信标观测结果数学地映射至部署环境中的x位置、y位置、z位置。在152处，运行所述估计器以确定信标位置的经改进位置估计值以及相关联不确定性。如由264所指示的，150和152可以由另一种估计方法来替代，这将参照图22进行描述。在154处，输出经改进的位置估计值。例如，可以将所述经改进的位置估计值输出至数据库。可以由操作员使用输出设备(诸如例如，计算机终端)来监测经改进的位置估计值。在156处，然后对残差进行错误测试。如果找到错误(158)，则在160处移除具有最大残差的观测结果。所述方法的这部分迭代以在移除错误的同时在152处再次运行估计器，以便提高经改进位置估计值的准确性。如果在156处未找到错误，则在162处判定是否执行障碍物预测。如果未执行障碍物预测，则所述方法结束。如果将执行障碍物预测，则在164处对障碍物的残差进行测试。如果在166处检测到障碍物，则分别在168、170和172处识别与障碍物相关联的信标观测结果，识别与所述观测结果相关联的电子集线器设备12、12’或节点40，并且识别与所述观测结果相关联的天线或天线取向。然后，在174处，在天线的前方添加所预测的障碍物，并且在176处标记所预测障碍物的可用性。
参考图10，现在将描述估计信标信号的到达角的方法。根据所述方法，在178和180处，检索使用图8的方法确定的信标的天线的估计接收信号强度被，并且确定与最大接收信号强度(Ψ)相关联的天线。然后，在182处，获取相邻天线的估计接收信号强度。根据图10的示例，在184处，将相邻天线的估计接收信号强度转换为倾角θ1和θ2，并且在186处，使用直线方程(斜截式)来确定ΔΨ＝θ1-θ2。在188处，通过将ΔΨ添加至最大接收信号强度来计算估计到达角。在190处，根据相邻天线处的接收信号强度来计算估计到达角的不确定性。参考图14，描绘了电子集线器设备12的不同天线取向上的信号强度。如所示的，所示示例的电子集线器设备12能够在八个不同的取向接收信号，其中，最强接收信号是在取向三处接收的，所述取向三对应于信标信号源自其的无线电信标14的位置。还参考图15A和图15B，示出了实施图10的方法的示例。在图15A中，条形图56示出了相邻天线的估计接收信号强度大约相等。因此，最大接收信号强度与取向二直接相关联。在图15B中，条形图58示出了在天线30的不同取向上的所接收到的无线电信标信号强度之间不存在对称性。在本示例中，图10的方法确定到达角在取向二与取向三之间。
为了估计无线电信标14相对于信标信号被接收的电子集线器设备12、12’或节点40的范围，执行一种估计范围的方法，如图11中所示。在192处，判定无线电信标14是否可由电子集线器设备12、12’来配置。若是，则在194处判定是否将使用飞行时间来确定范围。若是，则在196处使用同步的电子集线器设备12、12’与无线电信标14之间的定时信息来确定范围及相关联不确定性。如果电子集线器设备12、12’不能够配置无线电信标14，或者如果飞行时间确定的信息不可用，则在198处从电子集线器设备12、12’的存储器20中检索无线电信标14的范围信标信号被接收的估计到达角。在200处，检索天线增益模式。所述天线增益模式特定于天线30，并且基于由电子集线器设备12、12’和节点40使用的天线的类型而是已知的。在202处，估计到达角处的天线增益。在204和206处，基于估计的接收信号强度和所计算的天线增益来确定改进的信号强度，并且估计经改进信号强度的不确定性。如本领域技术人员将理解的，当到达角与天线直接对齐时，归一化天线增益将为一。当到达角不与天线直接对齐时，归一化天线增益将小于一，以使得经改进信号强度大于估计接收信号强度。在208处，使用图12中示出的选择传播模型的方法来选择传播损耗模型。在选择传播模型之后，在210和212处，使用改进接收信号强度和传播模型来估计范围以及与所述范围相关联的不确定性。
现在参考图12，将描述改进传播损耗模型的方法。在214处，判定是否存在部署环境的可用场所地图。若是，则在216处使用图像处理方法(例如，当场所地图是一张图像时)或者针对其他场所地图文件格式的另一种方法从所述地图中提取障碍物信息。如果不存在可用场所地图，则在218处判定预测障碍物是否可用。如果不存在可用预测障碍物，则在220处确定范围所使用的传播损耗模型为自由空间传播模型。如果预测障碍物可用，则从电子集线器设备12、12’的存储器中检索预测障碍物。如由图12中的虚线箭头所指示的，预测障碍物和场所地图障碍物两者均可以包括在同一种传播损失模式中。在222处，改进传播损耗模型的方法继续，针对电子集线器设备12、12’和节点40的所有天线取向，在224处估计具有不确定性σ的随机变量x以补偿由于天线前方的障碍物而产生的遮蔽效应。然后，在226处，更新天线取向的传播模型。如在228处所指示的，重复所述方法的这一部分，直到已经确定了具有与其相关联的障碍物的电子集线器设备12、12’的所有天线取向的传播模型。然后，在230处，输出基于天线的传播模型，以便在范围图11的估计的方法的208处使用。
虽然确定在部署环境中信标定位系统10的无线电信标14的位置的方法被描述为关于所有电子集线器设备12、12’和节点40的所有天线取向而执行，但是可能仅仅使用所有天线取向的子集或者所有电子集线器设备12、12’和节点40的子集来执行所述方法。例如，当电子设备集线器12、12’或节点40被部署在部署环境的边缘附近时，背向部署环境的天线取向可以从子集中排除。通过排除不涉及无线电信标14的天线取向，可以降低处理时间以及错误的可能性。
确定在部署环境中信标定位系统10的无线电信标14的位置的方法可以由电子集线器设备12、12’的主处理器系统16通过执行作为计算机可读代码存储在存储器20中的一个或多个软件应用来进行。可替代地，所述方法可以由主处理器系统16的专用硬件(诸如例如，专用集成电路(ASIC)或图像处理单元(GPU))、或者由硬件和软件的结合来执行。所述方法的多个部分可以替代地在与电子集线器设备12、12’通信的一个或多个远程服务器38处被执行。确定无线电信标14的经改进位置估计值的方法在与一个或多个远程服务器38通信的主集线器设备12’处被执行。可以指定多于一个主集线器设备12。在另一个示例中，没有指定主集线器设备12’，并且用于确定无线电信标14的位置的处理跨信标定位系统10的电子集线器设备12被分配。在示例中，电子集线器设备12将表示在所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据发送至所述一个或多个远程服务器38以供处理。在另一个示例中，观测结果可以在电子集线器设备12处本地地被确定，并且然后被发送至所述一个或多个远程服务器38，以便确定无线电信标14的经改进定位估计值。
图16中示出了一种确定在部署环境中无线电信标的位置的方法的另一个示例。所述方法包括：在72处，确定定位系统10的电子集线器设备12的位置，并且将所述位置存储在电子集线器设备12的存储器20中，在74处，确定所述电子集线器设备12的天线30的相对取向，将所述相对取向存储在所述电子集线器设备12的存储器中，在76处，在所述电子集线器设备12的天线30处接收来自所述无线电信标14的无线电信标信号，所述天线30被配置用于在相对于所述电子集线器设备12的多个取向上接收所述无线电信标信号，所述电子集线器设备12的与所述天线30通信的无线电子系统26生成表示在所述电子集线器设备12的所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据，来自所述无线电信标14的子集的所述无线电信标信号由多于一个电子集线器设备12接收，在78处，在与所述电子集线器设备12的所述无线电子系统26通信的主处理器系统16处，基于在一段时间上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度来确定所述电子集线器设备12的所述多个取向的估计接收信号强度，在80处，在所述主处理器系统16处，通过识别所述电子集线器设备12的所述天线30的与所述所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定所述所接收到的无线电信标信号的到达角，所述最强无线电信标信号是通过比较所述多个取向的所述估计接收信号强度来确定的，所述无线电信标14的所述子集与所述多于一个电子集线器设备12处的到达角相关联，在82处，在所述主处理器系统16处，通过基于所述估计接收信号强度以及所述电子集线器设备12的所述天线30的增益模式计算所述无线电信标14的经改进接收信号强度并且将与所述天线取向相关联的传播损耗模型应用到所述经改进接收信号强度来确定所述电子集线器设备12与所述无线电信标14之间的范围，所述无线电信标14的所述子集与来自所述多于一个电子集线器设备12的范围相关联，在84处，基于所述相对取向在估计器中将所述到达角、所述范围和相关联不确定性进行组合来确定在部署环境中所述无线电信标子集中的所述无线电信标的位置。
出于描述的目的，例如，确定在部署环境中信标定位系统10的无线电信标14的位置的方法顺序地选择天线以估计接收信号强度并且改进传播模型。本领域技术人员将理解的是，可以同时估计所有电子集线器设备12、12’和节点40的所有天线的接收信号强度，或者可以在不同的时间估计所述接收信号强度。类似地，可以同时确定所有电子集线器设备12、12’和节点40的所有天线30的传播模型。
参考图17，示出了将电子集线器设备12相对于主集线器设备12’进行定向的方法。针对所有电子集线器设备配对的组合，重复所述方法。在232处，选择唯一一对电子集线器设备12、12’。在234处，在信标模式下操作电子集线器设备12、12’中的一个，并且在接收模式下操作电子集线器设备12、12’中的另一个。在接收模式下操作的电子集线器设备12、12’然后在236、238和240处确定电子集线器设备12、12’在其不同天线取向上的估计接收信号强度。以与关于图8已经描述的相同方式来确定估计接收信号强度。在242处，转换角色，以使得之前在接收模式下操作的电子集线器设备12、12’现在在信标模式下操作，并且之前在信标模式下操作的电子集线器设备12、12’现在在接收模式下操作。在已经估计了所述配对中的这两个设备12、12’的所有天线取向的估计接收信号强度之后，在244处确定到达角。根据图10的方法来确定到达角。然后生成所述配对取向的数据结构，并且在246处将所述配对的相对取向保存在所述配对的电子集线器设备12、12’的存储器20中。如在248处所指示的，确定所有配对组合的这两个设备12、12’的到达角，并且在250处，根据图18的方法生成关于主设备的取向映射。如所示的，在252和254处，通过识别其中包括主集线器设备12’的所有配对的数据结构中的一些来实现关于主集线器设备12’的取向映射。在数据结构中与主集线器设备12’配对的电子集线器设备12被称为第二集线器。然后，在256处，识别包括第二集线器以及除主集线器设备12’之外的电子设备集线器12的数据结构。在258处，在与第二集线器配对的电子集线器设备12的取向上针对相对于主集线器设备12’的取向进行补偿，并且在262处针对包括与第二集线器配对的电子集线器设备12配对的电子集线器设备12的下一级电子集线器设备12重复上述操作，依此类推，直到所有电子集线器设备12关于主集线器设备12’的所有取向已经被确定，如在260处所指示的。
根据本文所述的确定无线电信标14的位置的方法，基于电子集线器设备12的相对取向对所述到达角和范围、以及相关联不确定性进行组合。如关于图8、图10和图11所描述的，在分别确定估计接收信号强度、到达角和范围时来确定与估计接收信号强度、到达角和范围相关的不确定性。电子集线器设备12的相对取向还包括与其相关联的不确定性，因为根据图17的方法，对相对取向的确定依赖于对估计接收信号强度和估计到达角的确定。
当在估计器中被组合时，在估计解时，具有与其相关联的较高不确定性的值比具有较低不确定性的值较少地受到依赖。因为到达角、范围和相关联不确定性基于相对取向进行组合以确定无线电信标14的位置，所以与相对取向相关联的不确定性对所确定的无线电信标位置的准确性具有显著的影响。
在示例中，基于在具有较高相对取向不确定性的电子集线器设备12处接收到的无线电信号而确定的到达角和范围在被组合以确定无线电信标位置时与基于在具有较低相对取向不确定性的电子集线器设备12处接收到的无线电信号而确定的到达角和范围相比较少地受到依赖。通过较少地依赖于具有不确定相对取向的电子集线器设备12，可以提高所确定的无线电信标位置的准确性。为了将基于相对取向不确定性而关于电子集线器设备12确定的到达角、范围和相关联不确定性进行组合，可以向电子集线器设备12指配权重。具有较高相对取向不确定性的电子集线器设备12分派有较小的权重，而具有较低相对取向不确定性的电子集线器设备12分派有较大的权重。在示例中，基于所述权重对所述到达角、所述范围和相关联不确定性进行组合以便确定所述无线电信标子集中的无线电信标的位置。
参考图19，示出了无线电信标定位系统10的示例部署环境。在本示例中，所述部署环境为仓库。多个无线电信标14耦合至托板、电子装备和移动装备以便跟踪库存和装备。
现在将参考图7来描述确定图19的仓库中的信标定位系统10的无线电信标14的位置的方法的操作。首先，将电子集线器设备12、节点40和无线电信标14部署在部署环境中的多个位置处。选择电子集线器设备12和节点40的位置，以使得至少三个无线电信标14的无线电信号由多于一个电子集线器设备12或节点40来接收。进一步选择所述位置，以使得电子集线器设备12从至少一个其他电子集线器设备12接收无线电信号。在对电子集线器设备12、节点40和无线电信标14进行部署之后，在102处，将电子集线器设备12中的一个指定为主集线器设备12’。在本示例中，主集线器设备12’包括有线互联网连接，以使得与服务器38的电子通信较快。然后在104处，确定信标定位系统10的电子集线器设备12、12’的位置，并且将所述位置存储在电子集线器设备12、12’的存储器20中。在106处，确定电子集线器设备12中的其他电子集线器设备相对于主集线器设备12’的取向，并且将所述取向存储在主集线器设备12’的存储器20中。在112处，在相对于电子集线器设备12、12’和节点40的多个取向上，在电子集线器设备12、12’和节点40的天线30处接收来自无线电信标14的无线电信标信号。电子集线器设备12、12’的与天线通信的无线电子系统26生成表示在电子集线器设备12、12’和节点40的所述多个取向上的所接收到的无线电信标信号的接收信号强度的数字化数据。来自无线电信标14的子集的无线电信标信号由多于一个电子集线器设备12、12’或节点40来接收。然后在114处，确定估计接收信号强度。当在116处已经确定了所有电子集线器设备12、12’和节点40的所有天线30的估计接收信号强度时，所述方法继续，并且在118处确定包括无线电信标14的信标信号到达角和范围以及相关联不确定性的信标观测结果。在与电子集线器设备12、12’的无线电子系统26通信的主处理器系统16处，通过识别电子集线器设备12、12’的天线30的与所接收到的无线电信标信号中的最强无线电信标信号相对应的取向来确定到达角，所述无线电信标的子集与不同电子集线器设备12、12’处的到达角相关联。在主处理器系统16处，通过基于电子集线器设备12、12’和节点40的天线30的增益模式计算经改进的接收信号强度并将与天线取向相关联的传播损耗模型应用于经改进的接收信号强度来确定电子集线器设备12、12’与无线电信标14之间的范围，所述无线电信标14的子集与距不同电子集线器设备12、12’的范围相关联。在120处，判定在其处生成信标观测结果的电子集线器设备12、12’是否为主集线器设备12’。如果在其处生成信标观测结果的电子集线器设备12、12’不是主集线器设备12’，则在122处，将所述信标观测结果发送至主集线器设备12’。如果在其处生成信标观测结果的电子集线器设备12、12’是主集线器设备12’，则在124处在主集线器设备12’处接收在电子集线器设备中的其他电子集线器设备处确定的到达角和范围，并且在126处在估计器中将所述到达角和范围与在主集线器设备12’处确定的到达角和范围进行组合，从而确定在部署环境中无线电信标14的位置。当在128处达到可接受的准确性水平时，在130处，信标定位系统10等待警报。根据所述方法，电子集线器设备12中的其他电子集线器设备以及节点40还充当无线电信标。
针对图19的示例，没有可用的场所地图，以使得预测障碍物以图9的确定无线电信标14的经改进位置估计值的方法来生成并且以图12的改进传播损耗模型的方法得到补偿。重复所述确定在部署环境中信标定位系统10的无线电信标14的位置的方法，直到信标位置通过一致地落入彼此的所确定可接受不确定性内而收敛。然后可以以规律的间隔重复所述方法，以便检查无线电信标14的任何移动。针对耦合至移动目标(诸如，卡车60)的无线电信标14，所述规律的间隔可以较短，以使得可以更紧密地跟踪所述目标的移动。
图19的示例是一种可以实现无线电信标14的准确且可靠位置的自动化方法。除了将电子集线器设备12、12’、节点40和无线电信标14硬件部署在部署环境中，操作员不与系统10进行交互。
参考图20，示出了无线电信标定位系统10的部署环境的另一种示例。在本示例中，所述部署环境是包括多间办公室的办公楼的一层。通过示例的方式示出了办公楼的单一楼层，将理解的是，可以在多个楼层上部署无线电信标定位系统10。无线电信标64根据此示例被部署并且包括一个或多个传感器62，如图21中所示。传感器1015与无线电信标64的无线电子系统66进行通信，以便向电子集线器设备12、12’发送传感器数据。无线电信标64还包括电源接口68和电源70，诸如例如，一个或多个电池。传感器62可以是环境传感器或其他类型的传感器。传感器62的传感器类型包括例如：温度传感器、压力传感器、湿度传感器、接触开关、气体传感器、光传感器、运动传感器、速度传感器、加速度计。在图20的示例中，无线电信标64包括出于监测办公室的目的而部署的环境传感器，以使得可以为办公室内的工作人员提供舒适的环境。除了无线电信标64，其他无线电信标14可以耦合至办公装备，以便于跟踪办公室存货(诸如例如，计算机、打印机和座椅)。
在办公室中部署无线电信标64之后，使用本文所描述的确定无线电信标的位置的方法来确定无线电信标64的位置。在本示例中，无线电信标64在无线电信号内发射传感器信息。所述传感器信息由电子集线器设备12、12’接收，并且在无线电信标64的位置已经被确定时与所述位置相关联。包括个人办公室的场所地图可用于产生图12中基于天线的传播损耗模型。因为信标定位系统10精确且自动地将无线电信标64定位在办公室内，所以可以依赖于位置特定的传感器信息来调节例如办公室中的室内条件。
返回参考图7，可以执行其他方法以生成信标观测结果。根据示例，在图7的118处生成的信标观测结果是无线电信标信号被接收的电子集线器设备12的所有天线取向的范围和相关联天线取向。在本示例中，可以生成多个信标观测结果，而非使用到达角来确定每个电子集线器设备12的单个信标观测结果。所生成的信标观测结果的数量取决于无线电信标信号被接收的电子集线器设备12的天线取向的数量以及每个天线的信标观测结果的数量。范围以关于图11所描述的方式来确定。天线方向基于图17的对电子集线器设备12进行定向的方法或另一种定向方法是已知的。
在确定信标观测结果之后，在264处将所述信标观测结果输入至图9的确定无线电信标的经改进位置估计值的方法的估计方法中。根据示例，执行图22的估计方法，而非执行150和152。参考图22，在266和268处，选择电子集线器设备12和无线电信标14。然后，在270处，向电子集线器设备14的多个天线取向分派与估计信号强度的相对值相对应的权重。在272处，将估计接收信号强度和相应的权重进行组合以确定在那些无线电信标14的无线电信标信号被接收的电子集线器设备12处的无线电信标14的单一观测结果。所述单一观测结果包括范围和方向估计值。在274处，通过对估计接收信号强度的权重进行组合来确定单一观测结果的不确定性。当在276处用尽无线电信标14时，并且在278处用尽电子集线器设备12时，在280处对单一观测结果和相应的不确定性进行组合以便确定无线电信标14的位置及其不确定性。
在逐个电子集线器设备的基础上，通过将对应天线取向的估计接收信号强度除以电子集线器设备12的所有天线取向的估计接收信号强度中的最大一个来确定估计信号强度的相对值。所述权重可以等于相对值，或者可以被调整以便解释可能影响估计接收信号强度的其他因素。其他因素包括：例如，与对应天线方向相关联的可靠性、以及在对应天线方向前方障碍物的存在。
可以通过对估计接收信号强度的权重进行求和来确定单一观测结果的不确定性。可替代地，所述不确定性可以等于估计接收信号强度的权重中的单个权重，诸如例如，权重中最大的一个。单一观测结果的不确定性可以基于其他因素来调整，所述其他因素包括：例如，电子集线器设备12处的整体接收信号强度模式、以及电子集线器设备12处的最大接收信号强度的振幅。包括多于一个单峰值的整体接收信号强度模式指示较不可靠的单一观测结果，并且因此与其相关联的不确定性具有更高的不确定性。相对较低的RSSI值指示距电子集线器设备12相对较远的无线电信标14，而相对较高的RSSI值指示相对接近电子集线器设备12的无线电信标14。因此，更大的不确定性与相对较低的RSSI值而非相对较高的RSSI值相关联。
类似地，可以通过对估计接收信号强度的权重进行求和来确定位置的不确定性。可替代地，不确定性可以等于单一观测结果的权重中的一个，诸如例如，所述权重中最大的一个。其他因素(诸如上文列出的那些)还可能或者替代地可能是位置不确定性的原因。
针对属于符合一个或多个阈值的无线电信标14组中的无线电信标14，执行图22的方法。在示例中，所述阈值为：1)在多于一个天线取向上接收来自无线电信标14的无线电信标信号；以及2)在多于一个电子集线器设备12处接收来自无线电信标14的无线电信标信号。在本文所描述的示例中不考虑生成在一个或多于一个电子集线器设备12的所述多个天线取向中的仅一个取向上接收到的无线电信标信号的无线电信标14，因为与这种无线电信标14相关联的观测结果被确定为不可靠。针对生成在仅一个电子集线器设备的所述多个取向中的多于一个取向上接收到的无线电信标信号的无线电信标14，单一观测结果为所确定的无线电信标位置。
现在将参考图23和图24来描述图22的方法的操作。如所示的，第一电子集线器设备12包括六种天线取向。在本示例中，如所示的，如由无线电信标的被表示为点的观测结果282所指示的，在第一电子集线器设备12的所有六个天线取向上接收来自无线电信标(未示出)的信号。在270处，基于估计信号强度的相对值向不同的天线取向分派权重。点的相对大小表明不同天线取向上的估计接收信号强度的相对大小。因为在天线号3处的观测结果282具有所有观测结果的最大估计接收信号强度，所以向其分派的权重等于一。由此，分派的所有其他权重小于一。在272和274处，对估计接收信号强度和相应的权重进行组合，以便确定单一观测结果284，所述单一观测结果包括范围和方向估计值并且如所示的由星形表示。还参考图24，针对第二电子集线器设备12执行270和272，以便确定其单一观测结果286。在274处，通过分别将第一电子集线器设备12和第二电子集线器设备12各自的估计接收信号强度的权重进行组合来确定单一观测结果284、286的不确定性。单一观测结果284、286的相对不确定性由图24中的星形的大小来指示。如所指示的，存在与第一电子集线器设备12的单一观测结果相关联的更大不确定性。然后在280处对单一观测结果284、286以及相应的不确定性进行组合，以便确定无线电信标14的位置288和不确定性。
通过执行图22的方法，当确定无线电信标14的位置时，考虑属于所述组中的无线电信标14的所有估计接收信号强度。有利地，来自电子集线器设备12对所确定无线电信标位置的贡献基于在电子集线器设备12处接收到的总体信号水平。通过在不丢弃估计接收信号强度中的任一个的情况下确定位置，所确定的位置更可能是准确的。进一步地，例如，归因于部署环境特性的错误更可能被检测到。
根据示例，可以确定从无线电信标位置288到电子集线器设备12的到达角，并且将所述到达角与根据图10的方法的到达角确定值相比较。这种比较可以作为关于图7所描述的用于检测明显错误的有效性检查的一部分被包括。
根据另一个示例，范围基于估计接收信号强度而不是经改进接收信号强度被确定，并且无线电信标位置在没有单独到达角估计值的情况下被确定。因此，确定无线电信标位置不依赖于估计到达角。此实施方式的一个优势是无线电信标位置不受与到达角计算相关联的错误的影响。
信标定位系统10对于电子集线器设备12、12’控制的无线电信标14以及对于第三方信标(诸如例如，智能手机和平板机)是有用的。信标定位系统10可以确定信标定位系统10的覆盖区域内的第三方无线电信标14的位置，并且可以跟踪穿过所述覆盖区域的第三方设备的移动。
当无线电信标14可由电子集线器设备12、12’控制时，无线电信标14可以由电子集线器设备12、12’来配置。例如，可以由电子集线器设备12、12’来调节对应无线电信标14的信号发射功率，并且例如，可以接收无线电信标14的电池水平信息。此外，因为从无线电信标14接收无线电信标信号的电子集线器设备12、12’的天线的类型是已知的，所以如所描述的，天线增益被用于改进接收信号强度并且提高位置估计值的总体准确性。
电子集线器设备12、12’充当多用途网络基础设施，因为电子集线器设备12、12’可以被用作部署环境内的WiFi集线器。在示例中，收集关于电子集线器设备12、12’的数据源信息，诸如存储器使用、CPU使用以及可用网络使用带宽。
通常，本文所公开的装置、方法和系统促进了对在室内环境或GNSS信号接收受限的其他环境中部署的多个无线电信标14的位置的准确确定。在示例中，可以实现将实际位置定位在2米至3米内。虽然本文所公开的装置、方法和系统在GNSS信号接收受限的环境中特别有用，但是其不限于在这样的环境中使用。
本文所描述的确定无线电信标的位置的方法在没有任何用户输入的情况下基于接收信号强度将电子集线器设备定向成相对于彼此。此方法在任何类型的部署环境中都是可靠的，并且与人工定向相比显著地耗时较少，所述人工定向包括将电子集线器设备12、12’相对于彼此物理地对齐。除了费时以外，人工定向还可能在未正确执行时引入显著的错误。
当场所地图可用时以及当场所地图不可用时，确定无线电信标的位置的方法都针对部署环境中的障碍物进行补偿，从而提高了位置估计的准确性和可靠性。根据所述方法，无线电信标的子集在多于一个电子集线器设备12、12’的覆盖区域内。因此，生成了那些无线电信标14相对于多于一个电子集线器设备12、12’的观测结果，这同样提高了位置估计的准确性和可靠性。
因为电子集线器设备12是自定位，因此信标定位系统10不依赖于用户输入，从而避免了当由用户提供不正确信息时或者当电子集线器设备12、12’被移动时可能引入的错误。
具体的示例在此已经被示出和描述。然而，本领域技术人员可以想到修改和变化。所有这些修改和变化都被认为是在本公开的范围和领域内。