用于通过超声和无线信号的装置对装置角度检测的装置和方法
【技术领域】
[0001] 此公开一般涉及无线通信领域，并且具体地说，涉及无线通信系统和方法。
【背景技术】
[0002] 诸如目标广告、仓库导航、商店导航、引导的室内旅行等的应用依赖于准确的室内 位置和上下文感知。基于卫星的定位技术(诸如全球定位系统（GPS))-般在室内应用中由 于来自建筑材料的信号衰减和在表面的多个反射引起的误差而具有有限准确性和可应用 性。当前室内定位技术使用电磁波使用用于三角测量和三边测量提供位置数据。然而，这 些技术也遭受在表面的多个反射引起的误差。电磁波的高速进一步限制了使用此类技术确 定距离的准确性。因而，需要用于准确提供室内情景的距离和方位的硬件解决方案。
【附图说明】
[0003] 图1和1A各描绘了按照本公开的各种方面和原理配备有用于确定一个电子装置 相对于第二电子装置的方位的设备的两个电子装置的示意图。
[0004] 图2描绘了按照本公开的各种方面和原理用于确定一个电子装置相对于第二电 子装置的方位的计算的示意图。
[0005] 图3描绘了按照本公开的各种方面和原理配备有用于确定一个电子装置相对于 第二电子装置的方位的设备的两个电子装置之间的通信的示意图。
[0006] 图4描绘了按照本公开的各种方面和原理用于确定一个电子装置相对于第二电 子装置的方位的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0007] 在如下的描述中，相似组件已经被给予相同附图标记，不管它们是否在不同实施 例中示出。为了以清晰且简明的方式图示本公开的实施例，附图可能不一定按比例，并且某 些特征可能以有些示意的形式示出。相对于一个实施例描述和/或图示的特征可以相同方 式或类似方式在一个或多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例的特征组合使用或代 替它们使用。
[0008] 按照此公开的各种实施例，所公开的是电子装置，其包含：至少一个收发器，配置 成发送和/或接收用于与第二电子装置通信的电磁信号，第二电子装置包括一个或多个声 电换能器和配置成发送或接收电磁信号的至少一个收发器，其中使用在所述电子装置与第 二电子装置之间传递的电磁信号同步所述电子装置与第二电子装置中每个的定时；以及两 个或更多声电换能器；其中基于从所述两个或更多声电换能器传送的或者在其处接收的一 个或多个声波的到达时间差计算所述电子装置相对于第二电子装置的方位。
[0009] 在另一实施例中，呈现了一种用于确定第一电子装置相对于第二电子装置的方位 的方法。该方法包含：使用在第一电子装置与第二电子装置之间传递的电磁信号同步第一 电子装置的定时与第二电子装置的定时，其中第一电子装置包括两个或更多声电换能器以 及配置成发送或接收电磁信号的至少一个收发器，并且第二电子装置包括一个或多个声电 换能器以及配置成发送和/或接收电磁信号的至少一个收发器，以及基于从所述两个或更 多声电换能器传送的或者在其处接收的一个或多个声波的到达时间差计算第一电子装置 相对于第二电子装置的方位。
[0010] 在又一实施例中，描述了室内定位系统。室内定位系统可包含：第一电子装置，其 具有配置成发送和/或接收用于与配置成发送或接收电磁信号的另一电子装置通信的电 磁信号的至少一个收发器以及两个或更多声电换能器；以及第二电子装置，其具有配置成 发送和/或接收用于与配置成发送或接收电磁信号的另一电子装置通信的电磁信号的至 少一个收发器以及一个或多个声电换能器，其中使用在第一电子装置与第二电子装置之间 传递的电磁信号同步第一电子装置与第二电子装置中每个的定时，其中基于从第一电子装 置传送的或者在其处接收的一个或多个声波的到达时间差计算第一电子装置相对于第二 电子装置的方位。
[0011] 如本文所使用的，"声音"或"声波"指机械波，它们是通过介质的压力的振荡。声波 可以在亚音速频率范围（小于大约20Hz)、音速或可听频率范围（大约20Hz到大约20kHz) 或超音速频率范围（大于大约19.5kHz)中。在各种实施例中，使用在可听频率范围中的声 波可能不是优选的。值得注意的是，因为越低频率波具有越高的波长，因此生成越低频率的 声波可能需要越大的设备，这可在一些实施例中施加不可接受的尺寸限制。因而，在诸如便 携或移动电子装置的一些实施例中，使用亚音速频率范围中的声波可能不是优选的。在此 类实施例中，可使用超音速频率范围（即具有大于大约19. 5kHz的频率）中的声波。例 如，声波可具有大约19. 5kHz、大约20kHz、大约25kHz、大约30kHz、大约35kHz、大约 40kHz的频率或在这些频率中任两个之间的任何频率。
[0012] 如本文所使用的，"声音信号"指具有由两个电子装置理解的预定参数的声波。声 音信号例如可以是已知频率、已知持续时间（脉宽）、具有已知相位、已知频率序列、已知脉 宽序列或它们的任何组合的声波。
[0013] 如本文所使用的，"声电换能器"指能够将电信号转换成声音信号或将声音信号转 换成电信号的装置。此类装置包含声音发出装置（例如扬声器、压电晶体等）和声音感测 装置（例如电容麦克风、声光麦克风、磁麦克风等）。
[0014] 如本文所使用的，"电磁波"指具有在电磁谱的任何区域中的频率的振荡电磁辐 射。从而，电磁波可能是无线电波、微波、红外辐射、可见光（光波）、紫外辐射、X射线或伽 马射线。本文所使用的"电磁信号"指具有预定参数并且能够输送有关某种现象（例如编 码化消息）的属性的信息的电磁波。从而，电磁信号包含具有在电磁谱的无线电、微波、红 外线、可见（光）、紫外线、X射线和伽马射线区域中任一个或多个中的频率的信号。
[0015] 如本文所使用的，"收发器"指能接收和/或传送无线信号的任何装置。尽管术语 收发器传统上涵盖能传送和接收信号的装置，但收发器当按照本发明使用时包含能只用作 电磁信号的接收器而不传送电磁信号或仅传送有限电磁信号的装置。例如，在某些情形下， 收发器可位于它能够从源接收信号但不能够将信号传送回源或其它地方的位置。在一些实 施例中，收发器可禁用其传送电路，而在其它实施例中，收发器可禁用其接收电路。
[0016] 描述了用于在室内位置定位电子装置的装置、系统和方法。在各种实现中，声波用 于确定一个电子装置相对于第二电子装置的方位。两个电子装置能够例如使用无线通信协 议通过电磁波通信。此类无线通信用于例如通过在两个电子装置之间传递数据分组来同步 两个电子装置。数据分组例如可包含同步信号以同步两个电子装置的内部时钟、当电子装 置无线发送和/或接收数据分组时在电子装置的时间、电子装置发送或接收一个或多个声 波的时间等。除了时间同步，无线信号可保留声道，使得附近装置可保持它们的声信号的传 送。信道保留减少了多用户环境中附近装置的相互干扰。
[0017] 两个装置中的一个装置配备有能够发送和/或接收声波的两个或更多声电换能 器。另一装置配备有能够发送和/或接收声波的一个或多个声电换能器。
[0018] 在一个实施例中，一旦同步，第一电子装置就发送声波，声波由第二电子装置接 收。第二电子装置然后测量声波在第二电子装置的到达时间差。不同声波的到达时间之间 的这个差用于计算两个电子装置相对于任意选择的法线产生的角度，由此提供了第一电子 装置相对于第二电子装置的方位。
[0019] 在另一实施例中，一旦同步，第一电子装置就从其声电换能器之一发送一个或多 个声波，所述一个或多个声波由第二电子装置接收。在不同时间或频率中，第一装置从声电 换能器中的另一个发送一个或多个声波，所述一个或多个声波由第二电子装置接收。第二 电子装置然后测量由第一电子装置发送的两组声波的传播时间差。不同组声波的传播时间 之间的这个差用于计算两个电子装置相对于任意选择的法线产生的角度，由此提供了第二 电子装置相对于第一电子装置的方位。所计算的方位可由第二装置发送到第一装置。
[0020] 图1描绘了配备有用于确定一个电子装置相对于第二电子装置的方位的设备的 两个电子装置的示意图。在一些实施例中，第一电子装置110可具有两个声音发出装置 112a和112b以及用于传送和接收电磁波的收发器装置115。第二电子装置120可包含至 少一个声音感测装置122以及用于传送和接收电磁波的收发器装置125。此外，电子装置 110和120可包含：一个或多个处理器（未示出），至少配置成解析电磁信号，测量时间，计 算各种电磁波和/或声波的到达时间差，并执行与两个电子装置的相对方位的确定相关的 其它数学计算。
[0021] 在一些实施例中，第一电子装置110可具有多于两个声音发出装置（未示出）。本 文所使用的"声音发出装置"一般指能够生成和发出声波的装置。声音发出装置的示例包含 但不限于磁类型的声音生成装置、压电晶体、电容型声音生成装置等等。在各种实施例中， 声音发出装置112a和112b可外部附连到第一电子装置110,或者它们可在第一电子装置 110体内，诸如例如在膝上型计算机或移动装置的情况下。两个声音发出装置112a和112b 在物理上可分开距离屯。在一些实施例中，第一电子装置110此外可具有一个或多个声音 感测装置（未示出）。
[0022] 在诸如在图1中描绘的实施例中，第二电子装置120可包含至少一个声音感测装 置122 (诸如例如麦克风）。在一些实施例中，第二电子装置120可具有多于一个声音感测 装置（未示出）。在各种实施例中，声音感测装置122可使用电磁感应、电容改变、压电生成 或光调制用于从声波中生成电信号。在一些实施例中，基于微机电（MEMS)技术的机械隔膜 可被用作声音感测装置。第二电子装置120的一些实施例此外可具有一个或多个声音发出 装置。
[0023] 在其它实施例中，如在图1A中所描绘的，第