确定移动应答器的通过时间的制作方法
本发明涉及确定应答器通过检测器天线的通过时间，并且特别地但不限于，涉及用于确定移动应答器的通过时间的方法和系统、用于使得能够确定移动应答器的通过时间的应答器、用于确定移动应答器通过基站的检测天线的通过时间的定时模块、用于使得能够通过时间的应答器、以及用于使用这种方法的计算机程序产品。
背景技术：
运动事件(诸如，汽车赛或摩托车赛、田径运动和滑冰等)通常需要准确和快速的时间对准(registration)，用于在事件期间跟踪参与者。这种定时系统通常基于基于发射器-检测器的方案，其中事件中的每个参与者被提供有发射器(应答器)。发射器可以被配置成以某个频率发射分组并且将唯一标识符插入到分组中，使得检测器能够将分组与某个发射器相关联。
每当发射器通过检测器的环形天线时，检测器可以接收与发射器相关联的若干数据分组。与接收到的数据分组相关联的信号强度(rssi)是发射器相对于天线的距离与发射器和检测器天线的特定配置的函数。因此，通过分配时间戳信息并且通过评估与每个数据分组相关联的信号强度，检测器可以确定应答器在何时通过检测器天线。
在us5091895和us20120087421中描述了这样的定时系统的示例。当使用这样的系统用于确定汽车或自行车的通过时间时，应答器被安装在车辆的底盘或车架上。在这种情况下，应答器与嵌入在道路中的环形检测器之间的角度是固定的并且是已知的，例如，取决于应答器的类型为0度或90度。通过时间算法的简单实现是找到其中信号强度(例如，rssi)为最大或最小的时间。
但是，在某些情况下，例如，当应答器被运动员(例如，跑步者)穿戴在胸上时，应答器与环之间的角度可能变化。跑步者可能向前倾斜和/或向侧倾斜地完成，使得角度不会保持在固定的预定角度上。在这种情况下，假定固定角度的算法将在确定通过时间时产生显著的误差。因此，从以上可以看出，本领域中需要即使当应答器与天线之间的角度可变时也允许准确确定通过时间的改进的定时系统。
技术实现要素：
如本领域技术人员将认识到的，本发明的各方面可以被体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采用以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者将软件和硬件方面组合的实施例，这些全都被本文一般性地称为“电路”、“模块”或“系统”。本公开中描述的功能可以被实现为由计算机的微处理器执行的算法。此外，本发明的各方面可以采用体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该一个或多个计算机可读介质具有体现(例如，存储)在其上的计算机可读程序代码。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽列表)将包括以下：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光学存储设备、磁存储设备，或前述的任意合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或者与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。
计算机可读信号介质可以包括具有计算机可读程序代码体现其中(例如，在基带中或作为载波的一部分)的传播数据信号。这种传播信号可以采用各种形式中的任何一种，包括但不限于，电磁、光学或其任意合适的组合。计算机可读信号介质可以为不是计算机可读存储介质并且可以传递、传播或运送由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何计算机可读介质。
体现在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质传输，该介质包括但不限于，无线、有线线路、光纤、电缆、rf等，或者前述的任意合适的组合。用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任意组合来编写，包括面向对象的编程语言(诸如，java(tm)、smalltalk、c++等)以及常规的过程式编程语言(诸如，“c”编程语言或类似的编程语言)。程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(lan)或广域网(wan))连接到用户的计算机，或者可以(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)连接到外部计算机。
下面参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图来描述本发明的各方面。将理解的是，流程图说明和/或框图中的每个方框以及流程图说明和/或框图中的方框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器(尤其是微处理器或中央处理单元(cpu))以产生一种机器，使得经由计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图和/或框图中的一个或多个方框中指定的功能/动作的装备。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指示计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备以特定的方式工作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生一种制造品，该制造品包括实现在流程图和/或框图中的一个或多个方框中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其它可编程数据处理装置或者其它设备上，以使得在计算机、其它可编程装置或者其它设备上执行一系列操作步骤以产生一种计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中指定的功能/动作的过程。
图中的流程图和框图图示根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个方框可以表示模块、片段、或代码的一部分，其包括用于实现(一个或多个)指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实现中，方框中所示出的功能可以以不同于图中所示出的顺序发生。例如，示为连续的两个方框实际上可以基本上同时执行，或者取决于所涉及的功能，方框可以有时以相反的顺序执行。还应当注意的是，框图和/或流程图说明中的每个方框以及框图和/或流程图说明中的方框的组合可以由执行指定功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
本发明的目的是减少或消除现有技术中已知的至少一个缺点。在第一方面中，本发明可以涉及确定移动应答器通过基站的检测天线的通过时间的方法。
在第一实施例中，方法可以包括：在所述通过期间，在第一应答器线圈与所述检测天线之间交换第一信号(序列)并且在第二应答器线圈与检测线圈之间交换第二信号(序列)；将所述第一信号和/或第二信号与指示当所述第一信号和/或第二信号在所述应答器和所述基站之间交换时的时间的时间实例相关联；以及基于所述第一信号和第二信号的信号强度以及所述时间实例来确定所述至少一个应答器的通过时间。
本发明旨在提供校正了由于应答器相对于检测天线的角朝向的变化而导致的误差的准确通过时间。这种校正基于在通过期间在应答器和基站之间交换的两个不同信号序列的信号强度。在这个过程中，信号强度值可以被时间戳记，以便将这些值链接到时间线。本发明人发现，两个不同信号序列的信号强度与应答器线圈相对于检测天线的角朝向相关。对在应答器的通过期间交换的第一信号序列和第二信号序列的信号强度的分析允许确定校正了应答器线圈相对于检测天线的角朝向的通过时间。这样，可以消除或者至少大幅度减少通过时间中的误差。因此，本发明使得能够确定比从现有技术中已知的定时系统更准确的通过时间。本发明是简单的并且不需要应答器中附加的硬件，例如加速度计等。此外，本发明与应答器通过检测天线的速度无关。
在实施例中，所述第一应答器线圈的磁轴方向与所述第二应答器线圈的磁轴方向不同。在另一种实施例中，所述第一应答器线圈的磁轴方向可以垂直于所述第二应答器线圈的磁轴方向。因此，第一信号和第二信号基于相对于检测天线不同定向的应答器线圈(通常是嵌入在轨道中或者在轨道上方使用例如地毯天线(matantenna)的检测线圈)在应答器和基站之间进行交换。
在实施例中，可以基于与所述第一信号的至少一个最大场强度值相关联的至少一个时间实例和与所述第二信号的至少一个最小场强度值相关联的至少一个时间实例来确定所述通过时间。因此，可以使用第一信号和第二信号的场强度值中的极值来准确地确定校正了由于应答器相对于检测天线的角朝向的变化而导致的误差的通过时间。
在实施例中，所述时间实例可以指示第一信号和/或第二信号被所述基站接收到的时间。在这种实施例中，在接收时，信号可以被基站时间戳记，以便提供测量场强度的时间基础。
在实施例中，所述方法还可以包括：使用所述第一应答器线圈用于接收由所述检测天线发射的所述第一信号；以及使用所述第二应答器线圈用于将所述第二信号发射到所述检测天线，其中所述第二信号包括所述第一信号的第一信号强度值。在这种实施例中，由应答器接收到的第一信号的场强度由应答器来确定。
在实施例中，所述方法还可以包括：所述应答器确定与所述第一信号相关联的第一信号强度值。在另一种实施例中，所述方法还可以包括：如果所述信号强度值高于预定阈值，那么所述应答器确定第二信号包括用于发射到所述检测天线的所述信号强度值。在这种实施例中，如果由基站发射的信号的信号强度足够强(即，应答器在距离检测天线某个距离内)，那么可以触发应答器中的发射器单元。
在实施例中，所述方法还可以包括：检测所述第二信号；将所述第二信号与第二场强度值相关联。
在实施例中，所述方法还可以包括：所述应答器使用所述第一应答器线圈用于将所述第一信号传送到所述检测天线；以及使用所述第二应答器线圈用于将所述第二信号发射到所述检测天线。
在实施例中，所述方法还可以包括：检测所述第一信号和所述第二信号；分别将所述第一信号和所述第二信号与第一场强度值和第二场强度值相关联。
在实施例中，所述方法还可以包括：确定所述第一信号的信号强度具有至少一个最小信号强度值时的至少第一时间实例t1和所述第二信号的信号强度具有至少一个最大信号强度值时的至少第二时间实例t2；基于t1和t2之间的差通过校正t1或t2来确定通过时间tp。
在实施例中，所述第一信号和/或第二信号可以包括用于识别所述应答器的标识符。
在另一个方面中，本发明可以涉及用于确定移动应答器通过基站的至少一个检测天线的通过时间的定时系统，所述系统被配置用于：在至少一个应答器的通过期间，在第一应答器线圈与所述检测天线之间交换第一信号序列并且在第二应答器线圈与所述检测线圈之间交换第二信号序列；将所述第一信号和/或所述第二信号与指示当所述第一信号和/或所述第二信号在所述应答器和所述基站之间交换时的时间的时间实例相关联；以及基于所述第一信号和所述第二信号的信号强度以及所述时间实例来确定所述至少一个应答器的通过时间。
在还有的另一个方面中，本发明可以涉及被配置用于确定移动应答器通过检测天线的通过时间的基站。在实施例中，所述基站可以被配置用于：在至少一个应答器的通过期间，经由所述检测天线将第一信号序列发射到第一应答器线圈并且接收由第二应答器线圈发射到所述检测天线的第二信号序列，所述第二信号包括所述第一信号的信号强度值；将所述第一信号和/或所述第二信号与指示当所述第一信号和/或所述第二信号在所述应答器和所述基站之间交换时的时间的时间实例相关联；以及基于所述第一信号和所述第二信号的信号强度以及所述时间实例来确定所述应答器的通过时间。
在另一种实施例中，所述基站可以被配置用于：在至少一个应答器的通过期间，接收由第一应答器线圈发射的第一信号序列并且接收由第二应答器线圈发射的第二信号序列；将所述第一信号和/或第二信号与指示当所述第一信号和/或所述第二信号在所述应答器和所述基站之间交换时的时间的时间实例相关联；以及基于所述第一信号和所述第二信号的信号强度以及所述时间实例来确定所述应答器的通过时间。
在还有的方面中，本发明可以涉及用于确定移动应答器通过基站的检测天线的通过时间的定时模块，其中所述模块可以被配置用于：接收与在至少一个应答器和所述基站之间交换的第一信号序列相关联的第一信号强度值；以及接收与在至少一个应答器和所述基站之间交换的第二信号序列相关联的第二信号强度值；其中所述第一强度值和所述第二强度值与所述第一信号和/或所述第二信号在所述应答器和所述基站之间交换时的时间实例相关联；确定所述第一信号的信号强度具有至少一个最小信号强度值时的至少第一时间实例t1和所述第二信号的信号强度具有至少一个最大信号强度值时的至少第二时间实例t2；以及基于t1和t2之间的差通过校正t1或t2来确定通过时间tp。
在再另一个方面中，本发明可以涉及用于与定时系统交换信号的应答器，该定时系统被配置用于确定当应答器通过所述定时系统的检测天线时的通过时间，其中所述应答器可以包括：检测器单元，其使用第一应答器线圈用于检测由定时系统以第一载波频率发射到所述应答器的第一信号；发射器单元，其使用第二应答器线圈用于将第二信号以第二载波频率发射到检测天线；其中所述第一应答器线圈的磁轴方向与所述第二应答器线圈的磁轴方向不同；以及其中第一应答器线圈的磁轴方向与第二应答器线圈的磁轴方向不同。
在实施例中，第一(载波)频率可以在10和1000khz之间(优选地在50和250khz之间)的范围内选择。在实施例中，第二(载波)频率可以在5和500mhz之间的范围内选择。在另一种实施例中，第二(载波)频率可以在0.5和6ghz之间的范围内选择。
在应答器和定时系统之间交换的信号的信号强度将取决于发射应答器线圈与检测天线之间的电磁耦合。因此，当应答器朝检测天线移动时，应答器线圈与检测线圈之间的电磁耦合—以及因此交换的信号的信号强度—将作为应答器和检测天线之间的距离的函数而变化。这个函数(距离函数)可以用于准确地确定通过时间，即应答器通过定时线的时间实例。但是，距离函数还取决于(一个或多个)应答器线圈相对于检测环的(角)朝向。只有对于应答器线圈相对于检测线圈的某些预定朝向，才能直接在定时线的上方实现与检测天线的最大磁耦合或最小耦合。在这种情况下，可以由在通过期间监视应答器信号的信号强度并且检测在哪一时间实例出现信号强度的最小值或最大值的算法来确定通过时间。然后，这个时间实例被确定为通过时间。
但是在许多情况下，应答器线圈和检测天线的角朝向偏离上述理想情况。角朝向不是固定的，而是可变的，并且取决于当运动员(车辆)通过定时线时他或她的身体的朝向(或车辆的朝向)。因此，在许多情况下，信号强度信号中极值的位置不再与应答器在定时线上的通过相一致。
根据本发明的应答器使得能够确定相对于检测天线的不同(角)朝向的应答器的通过时间。特别地，应答器使得能够确定由于以下事实的不同应答器朝向的通过时间：应答器线圈的磁轴被定向在不同的方向上，使得—在应答器和检测天线之间的某个距离处—应答器和基站之间的电磁耦合将不同。
本发明人发现，与第一线圈应答器线圈和第二线圈应答器线圈相关联的距离函数与应答器线圈和检测天线的角朝向相关。因此，对在应答器的通过期间交换的第一信号序列和第二信号序列的信号强度的分析允许确定校正了应答器线圈相对于检测天线的角朝向的通过时间。这样，通过时间中的误差可以被消除或者至少大幅度减少。因此，本发明使得能够确定比从现有技术中已知的定时系统更准确的通过时间。
在实施例中，所述第一应答器线圈的磁轴方向可以基本上垂直于所述第二应答器线圈的磁轴方向。
在实施例中，所述应答器还可以包括应答器处理器，该应答器处理器被配置用于测量所述第二信号的信号强度、提供一个或多个数据分组、将所述第二信号的一个或多个测得的信号强度值作为有效载荷插入到所述一个或多个数据分组中、以及将所述一个或多个数据分组提供给所述发射器单元，用于将包括所述一个或多个数据分组的第一信号发射到所述检测天线。
在实施例中，其中两个或更多个信号强度值被插入到所述数据分组中的至少一个数据分组的有效载荷中的序列由应答器已检测到第一信号的顺序来确定。
在实施例中，如果所述第二信号的信号强度高于预定信号强度阈值，或者如果所述第二信号包括预定调制模式，那么应答器处理器可以被配置成激活所述接收器单元和/或所述发射器单元。
在还有的方面中，本发明可以涉及运动背带(sportsbib)，包括：可固定到衣服和/或身体以支撑应答器的支撑片，优选地所述支撑片包括在所述支撑片的前侧上的印刷标识符；以及如上所述的应答器。在实施例中，所述应答器可以附连到所述支撑片，使得第一应答器线圈或第二应答器线圈的磁轴方向中的一个基本上平行于所述支撑片的平面，并且所述第一应答器线圈或第二应答器线圈的磁轴中的一个基本上垂直于所述支撑片的平面。
本发明还可以涉及包括至少一个软件代码部分的计算机程序或计算机程序套件，或者存储至少一个软件代码部分的计算机程序产品，当该软件代码部分在计算机系统上运行时被配置用于执行根据上述方法中的一个或多个的方法。
将参考附图进一步说明本发明，附图将示意性地示出根据本发明的实施例。将理解的是，本发明不以任何方式限于这些具体实施例。
附图说明
图1示意性地描绘根据本发明的实施例的运动定时系统。
图2描绘根据本发明的实施例的定时系统的至少一部分的示意图。
图3a和3b描绘对于应答器线圈相对于检测环的第一角朝向的通过检测天线的应答器的信号强度。
图4a和4b图示对于特定线圈配置作为应答器和定时线之间的距离的函数的通过检测天线的应答器的信号强度。
图5a和5b图示对于其它线圈配置作为应答器和定时线之间的距离的函数的通过检测天线的应答器的信号强度。
图6图示对于特定线圈配置作为应答器和定时线之间的距离的函数的通过检测天线的应答器的信号强度和用于确定通过时间的信号强度值。
图7a和7b描绘增量δ与应答器平面的角朝向的关系以及增量与由应答器平面的角朝向引入的误差之间的线性关系。
图8示出作为角度的函数的通过时间的误差。
图9描绘根据本发明的实施例的用于确定移动应答器的通过时间的过程的流程图。
图10a和10b描绘根据本发明的实施例的应答器-基站配置。
图11a和11b描绘允许基于至少两个不同线圈配置在应答器和基站之间交换信号的定时系统的实施例。
图12描绘图示可以在如本申请中描述的系统和方法中使用的示例性数据处理系统的框图。
具体实施方式
图1示意性地描绘根据本发明的实施例的定时系统。具体而言，图1示意性地描绘可以用于移动应答器的定时的定时系统100。例如，定时系统可以用于运动事件，诸如摩托车赛和自行车赛、马拉松和铁人三项等，其中事件的参与者102可以穿戴与唯一标识符相关联的应答器106。在实施例中，应答器可以附连到参与者的衣服或背带104或参与者的车辆。背带可以包括可固定到衣服和/或身体用于支撑应答器的支撑片，其中支撑片包括在所述支撑片的前侧上的印刷标识符。
定时系统还可以包括连接到一个或多个基站检测天线110(例如，一个或多个检测环)的基站112，该一个或多个基站检测天线110可以嵌入在地面中或布置在轨道之上或轨道旁边。例如，在实施例中，一个或多个检测环可以被实现为地毯天线。检测天线可以与用作通过时间(即，参与者的特定部分通过(跨过)定时线的时间实例)处的参考标记的定时线108(例如，终点平面等)对准。基站和应答器可以被配置成交换信号，以便使得能够准确地确定通过时间。
为此，基站可以包括用于检测应答器信号116的接收器118。在应答器和基站之间双向通信的情况下，该基站还可以包括用于经由检测天线或另一个天线将基站信号114发射到应答器的发射器119。在应答器在定时线之上通过期间，基站接收器可以检测应答器信号序列。基站还可以确定信号定时信息(例如，接收时间)以及与接收到的应答器信号相关联的信号强度信息。基站处理器120可以基于应答器信号和相关联的信号定时以及信号强度信息来确定通过时间。数据处理的一部分可以由在服务器上托管的数据处理模块122远程完成。在这种情况下，基站可以被配置成经由一个或多个网络124将信息发射到数据处理模块。可以使用连接到服务器的数据库126来存储通过时间用于以后使用。
由基站接收到的应答器信号的信号强度将取决于发射应答器线圈和检测天线之间的电磁耦合。因此，当应答器朝检测天线移动时，应答器线圈与检测线圈之间的电磁耦合—以及因此检测到的应答器信号的信号强度—将作为应答器和检测天线之间的距离的函数而变化。下文可以被称为距离函数的这个函数可以用于准确地确定通过时间，即应答器通过定时线的时间实例。但是，距离函数还取决于(一个或多个)应答器线圈相对于检测环的(角)朝向。只有对于应答器线圈相对于检测线圈的某些预定的角朝向，才能直接在定时线的上方实现与检测天线的最大磁耦合或最小耦合。在这种情况下，可以由在通过期间监视应答器信号的信号强度并且检测在哪一时间实例出现信号强度的最小值或最大值的算法来确定通过时间。然后，该时间实例被确定为通过时间。
但是，在许多情况下，应答器线圈和检测天线的角朝向偏离上述理想情况。角朝向不是固定的而是可变的，并且取决于当运动员(车辆)通过定时线时他或她的身体的朝向(或车辆的朝向)。因此，在许多情况下，信号强度信号中极值的位置不再与应答器在定时线之上的通过相一致。应答器相对于检测环的角朝向可以导致确定的通过时间中的显著误差。因此，为了保证准确的时间测量，需要考虑到应答器相对于检测天线的角朝向的通过时间算法。
为了使得能够校正这些角度效应，图1中的定时系统被配置成—在应答器在检测线圈之上的通过期间—交换第一信号序列和第二信号序列，其中基于第一应答器线圈/检测线圈配置(第一线圈配置)交换第一信号序列，并且基于第二应答器线圈/检测线圈配置(第二线圈配置)交换第二信号序列。在实施例中，可以由两个不同的应答器线圈和连接到基站的检测线圈形成线圈配置。例如，第一线圈配置可以包括第一应答器线圈和检测器线圈，并且第二线圈配置可以包括第二应答器线圈和检测器线圈，其中第一应答器线圈和第二应答器线圈的磁轴具有不同的朝向。基于在应答器通过期间交换的第一信号序列和第二信号序列的信号强度，可以确定校正了应答器线圈相对于检测天线的角朝向的通过时间。这样，可以消除或者至少大幅度减少通过时间中的误差。下文将更详细地描述定时系统的细节。
图2描绘根据本发明的实施例的定时系统的至少一部分的示意图。特别地，图2描绘应答器模块202和连接到检测天线206(例如，检测环)的基站204，其中检测天线可以与定时线205对准(例如，平行于y轴)。在这种特定实施例中，定时系统被配置成在应答器和基站之间双向数据交换。为此，应答器可以包括用于将包含数据分组230的第一(应答器)信号210发射到基站的发射器单元208和用于从基站接收第二(基站))信号214的接收器单元212。类似地，基站可以包括用于接收来自在检测天线的范围内的应答器的信号的接收器单元216和用于向应答器发射应答器信号的发射器单元220。基站可以包括(实时)时钟，使得接收到的信号和/或发射的信号可以在接收或发射时被时间戳记。
应答器可以包括电池等形式的电源。在实施例中，应答器的接收器单元可以被实现为低功率唤醒接收器，使得接收器单元将仅在它接收到唤醒信号的情况下才被激活。这样，电源的寿命可以被大幅度延长。在实施例中，唤醒信号可以是具有预定载波频率和信号强度的信号，其中该信号强度高于预定信号强度阈值。在另一种实施例中，唤醒信号可以是具有预定载波频率和预定调制模式的基站信号。预定调制模式可以用于将载波频率与周围的白噪声区分开来。
应答器和基站中的处理器222、224可以被配置成控制发射器单元和接收器单元，以便基于合适的数据传输方案发射和接收(交换)信号。这种数据传输方案的示例可以包括正交幅度调制(qam)、频移键控(fsk)、相移键控(psk)和幅移键控(ask)。为此，应答器和基站中的处理器可以被配置成生成符合数据传输方案的某种数据格式的数据分组。数据分组可以包括报头和有效载荷。报头信息可以包括(唯一)应答器标识符，使得接收器(例如，基站中的接收单元)能够将包括一个或多个数据分组的应答器信号链接到特定应答器。应答器和基站中的处理器还可以包括用于变换rf数据信号中的数据分组的调制器和用于将由应答器的检测单元接收到的rf数据信号变换成数据分组的解调器。处理器中的解码器可以从数据分组中提取信息，例如，报头信息和/或有效载荷，该信息可以由通过时间算法在确定通过时间时使用。为了避免冲突，可以使用防冲突方案，例如，tdma方案。典型的传输周期在1和10毫秒的范围内，并且典型的数据信号长度可以在50和300微秒之间的范围内。
应答器还可以包括布置在限定应答器平面的平面基板226上的至少两个磁性线圈。第一(接收器)线圈228可以连接到应答器的接收器单元，其中第一线圈具有在第一方向(例如在应答器平面中)的磁轴230。第一接收器线圈和检测线圈可以形成第一线圈配置用于在应答器和基站之间交换信号。连接到应答器的发射器单元的第二(发射)线圈232可以在第二方向(例如，垂直于应答器平面)具有其磁轴234。第二应答器线圈和检测线圈可以形成第二线圈配置用于在应答器和检测线圈之间交换信号。线圈可以以各种方式实现，例如，作为偶极型薄膜或线绕线圈(或者具有铁氧体磁芯或者不具有铁氧体磁芯)。距离函数将取决于由应答器使用的天线的类型。
基站的发射器单元可以以第一(载波)频率(例如，125khz)(应答器的接收器单元的唤醒频率)发射应答器信号，但是也可以设想其它频率。例如，在实施例中，第一(载波)频率可以在10和1000khz之间的范围内选择，优选地在50和250khz之间的范围内选择。当运动员朝定时线移动时，应答器将朝发射检测线圈移动，使得应答器线圈可以开始以第一载波频率拾取基站信号。应答器处理器可以确定接收到的基站信号的信号强度，并且如果信号强度高于信号强度阈值，那么它可以开始将检测到的基站信号的信号强度值存储在缓冲器中。此外，应答器处理器可以将发射器单元从睡眠模式切换到活动模式。在活动模式期间，应答器处理器可以生成预定数据格式的数据分组，并且在应答器信号中将这些数据分组发射到基站。
在实施例中，应答器信号可以以与第一载波频率不同的第二(载波)频率(例如，6,78mhz)发射到基站。但是，也可以设想其它频率。例如，在实施例中，第二(载波)频率可以从5和500mhz之间的范围内选择。可替代地，第二(载波)频率可以从0.5和6ghz之间的范围内选择。应答器处理器可以生成包括报头232的数据分组，该报头232除其它之外包括用于使得基站能够识别数据分组的来源的应答器id。此外，应答器处理器可以在数据分组的有效载荷中插入检测到的基站信号的一个或多个信号强度值2341-3。在实施例中，在应答器信号中发送到基站的数据分组可以包括一个信号强度值。在另一种实施例中，数据分组可以包括两个、三个、四个或多个信号强度值。信号强度值插入到数据分组的有效载荷中的顺序可以确定应答器检测到基站信号的顺序。
在实施例中，当应答器的检测器单元确定接收到的基站信号的信号强度高于某个阈值时，应答器处理器可以启动计数器。可以增加或减少计数器，直到达到某个终值。在计数期间，应答器可以发射应答器信号。当计数器达到其终值时，应答器处理器可以将应答器中的发射器单元转回到其睡眠模式。此后，应答器处理器可以在它仍然接收到具有高于阈值的信号强度的基站信号的情况下激活发射器单元。因此，计数器确保发射器单元在预定时间之后被切换。这样，仅当基站信号高于预定信号强度阈值，(即，在检测器天线的某个范围内时)发射器单元才处于活动模式。
当基站检测到应答器信号时，它将确定接收到的应答器信号的信号强度(例如，rssi)、将信号转换成包括一个或多个信号强度值作为有效载荷的数字数据分组、并且向数据分组分配时间戳。
由基站接收到的应答器信号的信号强度将取决于发射应答器线圈和检测天线之间的电磁耦合。当应答器朝检测天线移动时，电磁耦合—并且因此检测到的应答器信号的信号强度—将作为应答器和检测天线之间的距离的函数而变化。(由检测线圈发射并且由应答器的第一(接收)线圈接收到的)基站信号的信号强度和在应答器在检测线圈之上通过期间确定的(经由第二(发射器)线圈发射并且由基站接收到的)应答器信号(时间戳记)的信号强度用于准确地确定应答器的通过时间。
图3a和3b描绘对于应答器线圈相对于检测环的特定朝向通过检测天线的应答器的测得的信号强度。特别地，图3a和3b描绘其中当应答器位于定时线之上时，应答器线圈相对于检测线圈的角朝向提供与检测天线的最大磁耦合或最小耦合的情况。图3a更详细地描绘应答器相对于检测线圈的朝向。应答器302在z轴方向上以某个速度朝检测线圈移动。理想地，应答器平面定向在x、y平面中，并且检测线圈布置在x、z平面中，其中检测线圈的纵向侧与z轴(和定时线)基本上平行。在图3a的应答器配置中，第一应答器线圈308的磁轴平行于y轴，并且第二应答器线圈310的磁轴平行于z轴。
图3b描绘在第一应答器线圈308和检测线圈306之间交换的信号强度值(由圆圈指示的信号强度值)以及在第二应答器线圈310和检测线圈306之间交换的信号强度值(由三角形指示的信号强度值)对(versus)应答器和定时线之间的距离(其中零对应于定时线上的位置)。应当注意的是，虽然x轴提及应答器和定时线之间的距离，但是它实际上表示由基站测量的时间，特别是表示由基站接收到应答器信号的时间。
图3b示出对于该应答器配置，第一应答器线圈308和检测线圈306之间的电磁耦合可以由第一距离函数322给出，其中当应答器位于定时线之上时，信号强度展现出最大值322，并且在当应答器位于平行于定时线定向的线圈的一部分之上时的位置处展现出最小值(未示出)。作为对照，第二应答器线圈310和检测线圈306之间的电磁耦合由第二距离函数314给出，当应答器位于定时线之上时，该第二距离函数展现出最小信号强度322，并且在当应答器位于平行于定时线定向的线圈的一部分之上时的位置处呈现出最小值(未示出)。
因此，通过测量在第一应答器线圈和基站之间以及在第二应答器线圈和基站之间交换的信号的信号强度，可以获得两个距离函数。测得的信号强度可以通过时间戳记在应答器和基站之间交换的信号来与时间相关联，使得与第一距离函数中的最小值和/或第二距离函数中的最大值相关联的时间实例可以被确定为通过时间。如以上已经提到的，图3a和3b描绘理想情况，其中当应答器在定时线之上时，在应答器线圈和检测线圈之间实现最大/最小耦合。但是，当运动员通过定时线时，存在很大的机会朝向(特别是应答器线圈相对于检测环的朝向)不与图3a和3b中绘出的情况对应。
图4a和4b图示作为应答器和定时线之间的距离的函数的通过检测天线的应答器的信号强度，其中应答器线圈相对于检测环的朝向与图3a和3b图示的情况不同。特别地，除了应答器402包括第一线圈408并且第二线圈410绕x轴旋转15度的角度θ418(即，应答器平面的法线n416与z轴之间的角度为θ)之外，图4a描绘与图3a中的情况类似的情况。这个旋转将导致与图3b所示的距离函数不同的距离函数。如图4b所示，应答器绕x轴的旋转将得到第一距离函数和第二距离函数418、422，其中第一距离函数的最大信号强度420和第二距离函数的最小信号强度424不再与定时线上方的应答器位置相一致。图4a和4b示出与如图3a和3b所示的“理想的”应答器朝向的偏差将导致在确定通过时间时的误差。
图5a和5b示出对于应答器线圈和检测线圈之间其它角朝向(即，应答器绕x轴分别旋转30度和45度)的第一距离函数和第二距离函数5021,2、5041,2。如该图所示，旋转将导致信号强度中的极值位置相对于定时线的位置以及相对于彼此的进一步移位。两个距离函数的极值位置的函数关系因此与应答器线圈相对于检测线圈的位置相关。这种相关将参考图6和7a和7b更详细地描述，并且可以在通过时间算法中使用，用于准确地确定校正了应答器线圈相对于检测环的朝向的(角度)偏差的通过时间。
图6描绘与参考图4b描述的那些距离函数类似的第一距离函数和第二距离函数602、604。因此，在应答器在检测线圈之上通过期间，定时系统可以测量在应答器和基站之间交换的第一信号序列和第二信号序列的信号强度。基于测得的信号强度值，可以导出由通过时间算法使用的第一距离函数和第二距离函数，以便确定通过时间。通过时间算法可以包括确定以下的步骤：
-第一距离函数602具有最小信号强度值610时的第一时间实例t1；
-第二距离函数604具有最大信号强度值608时的第二时间实例t2；
-定义为t1和t2之间的差的参数增量δ；
-通过计算t1-δ*k的通过时间tp，其中k是取决于应答器的高度和环宽度的常数。
环宽度可以是大约50至100cm的固定参数。应答器高度是估计为大约150cm的系统参数。图7a描绘应答器平面的角朝向和增量δ的关系。这个图表示出第一距离函数的最大信号强度的位置与第二距离函数的最小信号强度的位置之间的差与应答器平面的角朝向以基本上线性的方式相关。此外，图7b描绘增量和由应答器平面的角朝向引入的误差之间的基本上线性关系。因此，当应答器平面的角朝向增加时，误差增加。
通过时间算法可以使用t1作为初始通过时间，并且用k乘以增量值来校正这个时间值。例如，在图7a中，通过时间可以被确定为：tp＝t1-δ*2,7。图8示出了作为角度的函数的通过时间的误差。这个图表示出由于角度效应的定时线位置中的误差可以被保持得非常低。此外，算法与速度无关。虽然在上述通过时间算法中，通过时间是基于t1确定的，但是，对于本领域技术人员来说，显然也可以使用t2作为确定通过时间的基础。
图9描绘根据本发明的实施例的用于确定移动应答器的通过时间的过程的流程图。这里，该过程可以从基站以第一(载波)频率向应答器发射基站信号(步骤902)开始。当检测器在基站的范围内时，应答器可以检测到基站信号，并且如果基站信号的信号强度高于某个阈值和/或检测到某个调制模式(步骤904)，那么可以触发应答器以第二(载波)频率向基站发送应答器信号，其中应答器信号包括应答器标识符和基站信号的信号强度(步骤906)。包括信号强度和应答器id的应答器信号可以被基站检测。在检测到时，基站可以确定接收到的应答器信号的信号强度和应答器信号的接收时间(步骤908)。只要由应答器接收到的基站信号的信号强度高于阈值，就可以重复过程步骤902-908(步骤910-924)。这样，可以确定第一信号序列的信号强度(基站信号的信号强度)和第二信号序列的信号强度(应答器信号的信号强度)。这个信号强度可以定义第一距离函数和第二距离函数，该第一距离函数和第二距离函数可以由时间通过算法使用，用于确定校正了应答器相对于检测天线的角朝向的通过时间。
图10a和10b描绘根据本发明的另一种实施例的应答器-基站配置。特别地，图10a描绘包括处理器1004和接收器单元1006以及发射器单元1008的应答器1002。应答器还包括三个磁性线圈1010、1012、1014，其中每个线圈106、1018、1020的磁轴定向在不同的方向(例如，第一线圈具有在y方向上的磁轴、第二线圈具有在x方向上的磁轴并且第三线圈具有在z方向上的磁轴)。
如图10b所绘出的，可以基于包括倾斜角θ和方位角
提出了可以以各种方式实现基于第一线圈配置(例如，第一应答器线圈和检测线圈)和第二线圈配置(例如，第二应答器线圈和检测线圈)确定在应答器和基站之间交换的第一信号序列的信号强度的过程。例如，图11a和11b描绘允许基于至少两个不同线圈配置在应答器和基站之间交换信号的定时系统的实施例。例如，在图11a的实施例中，可以使用两个交替的发射应答器线圈1110、1112在应答器11021和基站1108之间交换第一信号和第二信号1114、1116，其中第一发射应答器线圈的磁轴方向和第二发射应答器线圈的磁轴方向具有不同的朝向。因此，在移动应答器在定时线之上通过期间，一旦应答器进入到检测天线的范围内，应答器就发射由检测天线1106检测到的第一信号序列和第二信号序列。基站1108可以检测第一信号和第二信号、确定它们的信号强度并且确定指示基站何时接收到信号的时间实例。基站中的通过时间算法可以随后基于信号强度和相关联的时间实例来计算通过时间。
图11b描绘另一种实施例，其中可以使用一个应答器线圈1113和至少两个不同定向的检测天线11061,2在应答器11022和基站1108之间交换第一信号和第二信号1114、1116。因此，在移动应答器在定时线之上通过期间，应答器可以交替地接收由第一检测天线11061发射的第一信号、确定接收到的第一信号的信号强度并且随后将第二信号发射到第二检测天线11062，其中第二信号包括相关联的第一信号的信号强度值。基站1108可以检测第二信号、确定它们的信号强度并且确定指示基站何时接收到第二信号的时间实例。基站中的通过时间算法可以随后基于第一信号和第二信号的信号强度值和相关联的时间实例来计算通过时间。
图12描绘图示可以在如参考图1-11所描述的系统和方法中使用的示例性数据处理系统的框图。数据处理系统1200可以包括通过系统总线1006耦合到存储器元件1204的至少一个处理器1202。因此，数据处理系统可以将程序代码存储在存储器元件1204内。此外，处理器1202可以执行经由系统总线1256从存储器元件1204访问的程序代码。在一个方面中，数据处理系统可以被实现为适于存储和/或执行程序代码的计算机。但是，应当认识到的是，可以用能够执行本说明书中描述的功能的包括处理器和存储器的任何系统的形式来实现数据处理系统。
存储器元件1204可以包括一个或多个物理存储器设备，诸如例如，本地存储器1208和一个或多个大容量存储设备1210。本地存储器可以指通常在程序代码的实际执行期间使用的随机存取存储器或(一个或多个)其它非持久性存储器设备。大容量存储设备可以被实现为硬盘驱动器或其它持久性数据存储设备。处理系统还可以包括提供至少一些程序代码的临时存储以便减少在执行期间必须从大容量存储设备1210取回程序代码的次数的一个或多个高速缓存存储器(未示出)。
被描绘为输入设备1212和输出设备1214的输入/输出(i/o)设备可选地可以耦合到数据处理系统。输入设备的示例可以包括但不限于，例如键盘、定点设备(诸如，鼠标)等。输出设备的示例可以包括但不限于，例如监视器或显示器、扬声器等。输入设备和/或输出设备可以或者直接或者通过中间i/o控制器耦合到数据处理系统。网络适配器1216也可以耦合到数据处理系统，以使得该数据处理系统能够通过中间的私有网络或公共网络耦合到其它系统、计算机系统、远程网络设备和/或远程存储设备。网络适配器可以包括用于接收由所述系统、设备和/或网络向所述数据发射的数据的数据接收器，以及用于向所述系统、设备和/或网络发射数据的数据发射器。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡是可以与数据处理系统一起使用的不同类型的网络适配器的示例。
如图12所示，存储器元件1204可以存储应用1218。应当认识到的是，数据处理系统1200还可以执行可以促进执行应用的操作系统(未示出)。可以由数据处理系统1200(例如，由处理器1202)执行以可执行程序代码的形式实现的应用。响应于执行应用，数据处理系统可以被配置成执行将由本文进一步详细描述的一个或多个操作。
在一个方面中，例如，数据处理系统1200可以表示客户端数据处理系统。在这种情况下，应用1218可以表示客户端应用，当该客户端应用被执行时，将数据处理系统1200配置成执行本文参考“客户端”描述的各种功能。客户端的示例可以包括但不限于个人计算机、便携式计算机、移动电话等。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或附加。
下面权利要求中的所有装备或步骤加上功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括与具体要求保护的其它要求保护的元件结合执行功能的任何结构、材料或动作。出于说明和描述的目的而给出本发明的描述，但不旨在以所公开的形式穷举或限制本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。实施例的选择和描述是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域其他普通技术人员能够理解具有适于预期的特定用途的各种修改的本发明的各种实施例。
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