探测无线设备位置的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了探测无线设备位置的系统和方法。提供一种用于探测便携无线设备位置的交通工具系统和方法。交通工具系统包括便携设备和定位在交通工具各处的多个基站。便携设备被配置为发送指示便携设备运动数据的第一无线信号和第二无线信号。多个基站中的主基站被配置为响应于多个基站中的每个成功接收第一无线信号，确定便携设备的第一最终位置。主基站还被配置为，在确定第二基站还没有成功接收到第二无线信号之后，使用第一最终位置和如在第一基站接收的第二无线信号的运动数据，确定便携设备的第二最终位置。
【专利说明】探测无线设备位置的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月I日提交的编号为13/782，361的美国专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引用方式整体并入。
【技术领域】
[0003]一个或多个实施方式涉及基于以前探测的位置确定无线设备关于交通工具的当前位置的系统和方法。
【背景技术】
[0004]出版号为2010/0076622的Dickerhoof等人的美国专利公布公开了确定无线设备相对于交通工具的位置的系统。所述系统包括布置在交通工具各处的多个天线，用于从无线设备接收无线信号。所述无线信号对应与预先确定的交通工具操作有关的命令和状态中的至少一个。所述系统还包括可操作地耦合到每个天线的控制器。控制器被配置为基于在多个天线中的一个或多个天线的无线信号的空口传输时间，产生无线设备位置的位置信号指示，并且基于位置信号控制预先确定的交通工具操作的操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]本发明的实施方式在所附的权利要求中被具体指出。然而，各种实施方式的其它特征通过参考以下结合附图的详细描述将变得更清楚和被最好地理解，其中:
[0006]图1示出了根据一个实施方式的用于探测无线设备位置的交通工具系统；
[0007]图2示出了根据一个实施方式的无线设备、主基站和辅助基站的详细示意图；
[0008]图3示出了根据一个实施方式的无线设备距离交通工具的第一距离、第二距离和第三距离；
[0009]图4示出了定向在初始位置的无线设备和交通工具之间的初始距离矢量，以及定向在当前位置的无线设备和交通工具之间的当前距离矢量；
[0010]图5示出了根据一个实施方式的确定无线设备的当前位置的方法；以及
[0011]图6示出了根据另一个实施方式的确定无线设备的当前位置的方法。
【具体实施方式】
[0012]按照要求，在此公开本发明的详细的实施方式；然而，应当了解的是所公开的实施方式仅仅是本发明的示例，其可以多种和可选的形式的被实现。附图并不需要成比例；一些特征可被放大或缩小以显示具体部件的细节。因此，这里公开的特定的结构和功能的细节并不能视为限制，而仅仅是作为教导本领域的技术人员以多种方式使用本发明的代表性基础。
[0013]本发明的实施方式一般提供多个电路和其它电气设备。对所有这些电路和其它电气设备，以及其中的每一个所提供的功能的引用，并不能被视为限制在仅仅包含在此说明和描述的内容。虽然具体的标识可被分配给所公开的各种电路和其它电气设备，但是这些标识不是旨在限制这些电路和其它电气设备的操作范围。这些电路和其它电气设备可基于期望的电器实现的具体类型，以任何方式相互结合和/或分割。应当认识到这里公开的任何电路和其它电气设备可包括任何数量的微处理器、集成电路、存储设备(例如，FLASH、RAM、ROM、EPROM、EEPROM，或其另外的合适的变体)和软件，它们相互作用以执行如这里所公开的任何数量的操作。
[0014]参考图1，示出了根据一个或多个实施方式确定无线设备位置的交通工具系统，并且总体用数字10表示。交通工具系统10包括无线设备12和包括主基站14和至少两个辅助基站16a-16n (“ 16”)的至少三个节点。交通工具系统10探测无线设备12相对于交通工具18的位置。例如，主基站14和每个辅助基站16包括无线地发送/接收发送到/接收自无线设备12的信号的发送器/接收器(“收发器”)。当无线设备12和节点14、16之间的通信已经至少部分中断的时候，交通工具系统10基于以前确定的初始位置确定无线设备12的当前位置。
[0015]交通工具系统10使用航位推测技术或者自适应可预测性估计来确定当前位置。航位推测法(dead reckoning)是通过使用以前确定的位置计算当前位置、以及基于对运行时间和路线上的估计速度来预测该位置的过程。自适应可预测性估计指的是使用已知数据(例如无线设备12的速度、加速度、定向、初始位置和当前位置)来分析当前位置数据是正确的可能性的过程。这个信息可被用于当前位置的滤波、偏移、拒绝或忽略。
[0016]无线设备12可被实施为智能钥匙或用于获得交通工具18准入的其它合适的设备。 [0017]主基站14 一般包括另外的电路以响应于无线设备12提供的命令信号来锁定和解锁交通工具18。交通工具系统10执行被动式进入被动式启动(PEPS)功能，其中主基站14响应于确定无线设备12在位于交通工具附近的相应区域20a-20n( “20”)时，解锁交通工具18。例如，图示的实施方式说明前驾驶员侧区域20a、交通工具前部区域20b、前乘客侧区域20c、后乘客侧区域20d、交通工具后部区域20e和后驾驶员侧区域20f。区域20 —般对应交通工具18周围的预先确定的授权位置(例如，交通工具18的内部和外部)，以使如果探测到无线设备12在这样的区域20中的一个之内时，那么主基站14可自动解锁靠近其中无线设备12被探测到所处的区域20的交通工具(或门)，并且使用户能够启动交通工具。
[0018]根据一个或多个实施方式，交通工具系统10除了使用PEPS功能，还使用远程无钥匙操作。例如，当在授权区域20内时，无线设备12发送期望操作的命令指示，在这种情况下，主基站14可对交通工具18执行期望的操作(例如，锁定、解锁、升降门释放、远程启动
O
[0019]主基站14、辅助基站16和无线设备12相互执行一系列信号交换，并且使用空口传输时间(TOF)的实施方式来确定无线设备12距离交通工具18的距离。因此，主基站14和辅助基站16使用三边测量定位无线设备12所处的实际区域20。三边测量的使用使得主基站14具有定位无线设备12水平方向上所处的、距离交通工具的位置的能力。这个信息(例如，无线设备12处在哪个区域20内)与使用TOF确定的距离信息一起，使得主基站14以增大的级别的精度定位无线设备12相对于交通工具18的位置。对照在其中可能只在交通工具的多个侧面布置了转发器的、具有较低的准确度的传统系统，交通工具系统10可布置为精确地确定在交通工具18附近或其内部的无线设备12的位置。在其它实施方式中，主基站14、辅助基站16和无线设备12基于一个或多个无线信号的到达时间，确定无线设备12距离交通工具18的距离。
[0020]例如，主基站14可确定无线设备12位于距离交通工具18三米的距离处，并且无线设备12位于驾驶员侧区域20a。尽管说明了无线设备12的位置可经由TOF和三边测量确定，但是应当认识到的是，这里说明的关于定位无线设备12的方面可被应用在例如但不限于轮胎压力监测的其它交通工具功能。当使用TOF时，应该认识到主基站14和辅助基站16可被布置在交通工具18内的预先确定的位置，用以发送和接收发送到和接收自无线设备12的信号。在一个或多个实施方式中，节点14、16定位在交通工具顶篷内(如图1所示)，并且定向为大致的三角结构(如图3所示)。
[0021]图2示出了根据一个或多个实施方式的无线设备12、主基站14和辅助基站16的详细示意图。无线设备12包括微控制器30、发送器/接收器(“收发器”)32和至少一个天线34。微控制器30可操作地耦合到收发器32和天线34，用以发送和接收发送到/接收自主基站14和辅助基站16的信号。射频(RF)开关35可操作地耦合到天线34用以将其耦合到收发器32。多个天线34的实施方式可提供天线分集，其有助于解决射频多径问题。RF开关35和多个天线的使用是可选的。例如，单个天线34可用于发送和接收发送到和接收自无线设备12的信号。
[0022]可充电电池36给微控制器30和收发器32供电。电池充电器电路40从充电器连接器42接收电力，充电器连接器可操作地耦合至外部电源(未示出)。电池充电器电路40可调节来自外部电源的输入电力，以确保其适合被存储在可充电电池36上。应当认识到的是，电池充电器电路40和电池36可无线地从外部设备(例如,感应电荷充电)接收电力以对其充电。
[0023]电池充电器40可向微控制器30指示电池36正在充电和/或电池36的充电的状态。第一发光指示器44布置在充电器连接器42的附近，并且可操作地耦合到微控制器30，以向用户提供电池36的充电状态。振动马达46可操作地耦合至微控制器30，并且被布置成向用户提供触觉反馈。
[0024]加速度计47可操作地耦合至微控制器30，以探测无线设备12的移动。加速度计47配置为提供指示无线设备12在三个轴(X，y, ζ)上的加速度的输出。例如，加速度计47可提供指示无线设备12的纵向加速度(Αχ)、横向加速度(Ay)和垂直加速度(Az)的输出。无线设备12的其它实施方式包括双轴加速度计47。在一个或多个实施方式中，加速度计47是惯性设备，诸如惯性微电机械系统(MEMs)传感器。无线设备12可被布置为响应于基于加速度计输出(Ax，Ay和Az)确定其正在移动以开始数据传输。这种方法帮助电池36节省电力。
[0025] 根据一个或多个实施方式，无线设备12也包括陀螺仪48用以探测无线设备12的移动。陀螺仪48可操作地耦合至微控制器30，并且配置为提供指示无线设备12的偏航率(Ψ)、俯仰率(Θ )和侧倾率(φ)的方向数据，如图1所示。俯仰率(Θ )代表关于纵轴(X)的改变的角速度。侧倾率(屮)代表关于横轴(y)的改变的角速度，并且偏航率(Ψ )代表关于垂直轴(ζ)的改变的角速度。陀螺仪数据用于消除重力影响和定向无线设备12。在一个或多个实施方式中，陀螺仪48是诸如惯性MEMs传感器的MEMs设备。[0026]压电发声器49也可操作地耦合至微控制器30，并且布置为提供基于声音的反馈。第二发光指示器50可操作地耦合于微控制器30，并且被布置为提供视觉反馈。多个开关52定位在无线设备12上，用以发送命令到交通工具18，以开始多个交通工具操作(例如，门锁定和解锁、升降门释放、远程启动等)。
[0027]收发器32 —般被配置为运行在3-lOGHz频率，并且在至少500MHz带宽的超宽带(UWB)内通信。在UWB带宽内的这种高频率的通信使得交通工具系统10在更高的精度内确定无线设备12相对于交通工具的距离。收发器32 —般包括振荡器54和锁相环(PLL)56，用于使得收发器32运行在3-lOGHz频率。
[0028]微控制器30可操作地耦合到收发器32和天线34，以发送无线信号58到主基站14和辅助基站16。无线信号58包括加速度数据(4、'和\)。根据一个或多个实施方式，无线信号58也包括陀螺仪数据(Ψ、Θ和φ)。
[0029]主基站14 一般包括微控制器60、收发器62和至少一个天线64。交通工具18中的电源65给微控制器60和收发器62供电。RF开关66可操作地稱合到微控制器60和天线64。RF开关66可操作地耦合到天线64以将其耦合到收发器62。多天线64的实施方式可提供天线分集，其帮助解决关于RF多径的问题。也考虑单个天线64可被用于发送和接收发送到和接收自无线设备12的信号而无需RF开关66。微控制器60可操作地耦合到收发器62和天线64，以发送和接收发送到/接收自无线设备12的信号(例如，无线信号58)和辅助基站16的信号。微控制器60基于这些信号确定无线设备12的位置。主基站14还包括用于执行交通工具的门和/或升降门/后备箱的锁定和解锁的电路和执行远程启动的电路。
[0030]收发器62 —般也被配置为运行在3-lOGHz频率，并且在至少500MHz超宽带(UWB)带宽内通信。在3-lOGHz操作频率和UWB带宽内运行收发器62，使得主基站14在其与无线设备12通信时，在更高精确度内确定无线设备12相对于交通工具的距离。收发器62—般包括振荡器74和PLL76，用于使得收发器62运行在3-lOGHz之间的频率。
[0031]辅助基站16 —般包括微控制器80、收发器82和至少一个天线84。RF开关86可操作地耦合到微控制器80和天线84。因为以上提到的原因，实施RF开关86和多天线84是可选的。微控制器80可操作地耦合到收发器82和天线84，以发送和接收发送到/接收自无线设备12和主基站14的信号(例如，无线信号58)。交通工具18中的电源65给微控制器80和收发器82供电。
[0032]收发器82也一般被配置为运行在3-lOGHz之间的频率，并且在至少500MHz超宽带(UWB)带宽内通信。在3-lOGHz操作频率运行收发器82，使得交通工具系统10在其与无线设备12通信时，在更高精确度内确定无线设备12相对于交通工具的距离。收发器82 —般包括振荡器94和PLL96，用于使得收发器82运行在3-lOGHz之间的频率。应该认识到的是，第二辅助基站16η (如图1所示)类似于以上所述的辅助基站16，并且包括相似的部件和提供相似的功能。
[0033]每个辅助基站16从无线设备12接收无线信号58，并且发送消息98到主基站14，消息98包括指示无线信号空口传输时间和加速度数据(K、Ay和Az)的信息。根据一个或多个实施方式，消息98也包括陀螺仪数据(Ψ、Θ和φ)。主基站14也接收无线信号58，并且产生消息(未示出)，该消息包括指示无线信号58空口传输时间、以及加速度和陀螺仪数据的信息。
[0034]无线设备12、主基站14和辅助基站16中的每个被布置为在至少500MHz带宽内发送和接收数据，这个方面可能造成这些设备上的大的电流消耗。例如，通过运行在UWB带宽范围内，这种情况产生大的频率谱(例如，同时有低频和高频)和高的时间分辨率,其增加了测距的精确性。因为主基站14和辅助基站16由交通工具内的电源65供电，功耗对于这些的设备可能不是主要问题。然而，因为无线设备12是便携设备，功耗却是其主要问题。一般地，便携设备装备有单独的电池。在单独的电池与在UWB带宽范围内发送/接收数据的无线设备12 —起实现的情况下，电池可能被很快耗尽。考虑到这种情况，无线设备12包括可充电电池36和电池充电器电路40，以及充电器连接器42 (或无线实施方式)，使得电池36可被根据需要充电，以支持与在UWB带宽范围内的发送/接收信息一同使用时的有关的电力需求。
[0035]一般地，收发器32、62和82运行的频率越高，这些收发器32、62和82能发送和接收的信息的带宽越大。这样大的带宽(也就是，在UWB带宽内)可提高抗噪声干扰性和提高信号传输。因为UWB带宽允许更可靠的信号传输，这也可在确定无线设备12的距离时提高精确性。如上所述，3-1OGHz的运行频率使得收发器32、62和82能够在UWB范围内发送和接收数据。对于无线设备12、主基站14和辅助基站16的UWB带宽的使用可提供:(i)待被接收的发送信号通过的障碍物的穿透性(例如，提高抗噪声干扰性)；(?)高的测距(或定位)精确性；(iii)高速数据通信；以及(iv)低成本的实施方案。因为UWB谱的多个频率成分，相比于利用现有的窄带实施方案发送的数据(例如，基于在315MHz的载频的传输等)，发送的数据可被无线设备12、主基站14和辅助基站16更可靠地接收。例如，基于UWB的信号，因为其有多个频率成分，可同时具有好的反射特性和透射特性。一些频率成分可穿过各种物体发送，而其它一些可被物体很好地反射。这些情况可增加无线设备12、主基站14和辅助基站16的数据接收的总可靠性。进一步，UWB谱中的传输可提供抗堵塞的鲁棒的无线性能。这也可提供反中继攻击的对抗措施，以及其中的合适的测量分辨率，例如，几个厘米的分辨率。在无线设备12、主基站14和辅助基站16中实施UWB通常适合于TOF应用。
[0036]参考图3，交通工具系统10使用TOF确定无线设备12和每个节点(主基站14和辅助基站16)之间的距离。交通工具系统10随后使用三边测量确定无线设备12当前定位在哪个区域20 (如图1所示)。这些方法公布在Ghabra等人的美国专利申请13/675642中，其公开内容通过引用方式整体并入。
[0037]每个节点14、16从无线设备12接收无线信号58，并且产生具有指示无线信号58的空口传输时间的信息的消息。主基站14从每个节点14、16接收空口传输时间信息，并且进行TOF测量以确定无线设备12和主基站14之间的第一距离(D1)、无线设备12和第一辅助基站16a之间的第二距离(D2)、无线设备12和第二辅助基站16η之间的第三距离(D3)。至少需要三个距离读数，从而执行使用这三个距离读数的三边测量，以确定无线设备12所处的区域20。也可以考虑无线设备12使用TOF测量结果来提供其自身相对于带有主基站14和辅助基站16的交通工具18的距离。
[0038]交通工具系统10使用距离(D1、D2、D3)和区域20信息确定无线设备12的当前位置。然而，如果无线设备12和节点14、16中的至少一个之间的通信中断或部分中断，那么交通工具系统10使用航位推测法和自适应可预测性估计来估计无线设备12的当前位置。[0039]一旦通信被中断，交通工具系统10基于初始距离矢量，以及加速度计和陀螺仪(如图2所示)提供的信息确定无线设备12的当前位置。这样的初始距离矢量使用结合图3描述的TOF技术和三边测量技术，并且使用通信中断前提供的信息进行确定。
[0040]参考图4，交通工具系统10确定定向在初始位置时的无线设备12和交通工具18的预先确定的位置(例如，图4中点O)之间的距离(Di)和角度(α )所对应的初始距离矢量
(Bi)0初始距离矢量(ζ)基于无线设备12和节点14、16之间的距离(D1、D2、D3)，以及无
线设备12所处的区域20。初始距离矢量(ζ )的幅度或距离(Di)可使用如下所示的等式I计算:
[0041]D1 = \+'D1: + ?2: + D32 等式 I
[0042]无线设备12和交通工具18的预先确定的位置(例如，点O)之间的角度(α )可以使用基于无线设备12所处区域的三角方程进行计算。
[0043]当无线设备12定向在当前位置时，交通工具系统10也确定无线设备12和交通工具18的预先确定的位置(例如，点O)之间的距离(Dp)和角度(β )所对应的当前距离矢量
(Dp )。当前距离矢量(I )的确定在下面详细描述。
[0044]参考图5，示出了根据一个或多个实施方式，使用航位推测法基于以前探测到的位置来确定无线设备的当前位置的方法，并且该方法总体上用数字110表示。根据一个或多个实施方式，使用包含在交通工具系统10的微控制器30、60、80内的软件代码实施该方法。 [0045]在操作112，交通工具系统10确定无线设备和交通工具节点14、16之间的通信是否被建立。重复操作112直到通信被建立。在操作114，每个节点14、16从无线设备12接收包括加速度和陀螺仪数据的信息。每个节点14、16随后产生包括指示无线信号58的空口传输时间的数据、加速度数据和陀螺仪数据的信息的消息。在操作116，主基站14确定来自无线设备12的数据是否已被包括其自身的全部交通工具节点接收到。如果在操作116的判断是否定的，指示无线设备12和节点14、16之间的部分通信中断，随后交通工具系统10返回操作112。
[0046]如果在操作116的判断是肯定的(即，全部节点14、16接收到无线设备数据)，那么交通工具系统10前进到操作118，并且在交通工具空间内定位无线设备12。定位无线设备12包括使用TOF和三边测量计算距离(D1、D2、D3)和确定无线设备12所处的区域20，并且随后基于距离和区域信息，计算无线设备12的第一个最终位置，诸如初始位置(DiX
[0047]在操作120，交通工具系统10再次确定来自无线设备12的数据是否被包括其自身的所有节点接收到。如果在操作120的判断是肯定的(所有节点14、16都接收到无线设备数据)，那么交通工具系统10前进到操作122和124，使用TOF和三边测量计算无线设备12的当前位置(Dp)。
[0048]如果在操作120的判断是否定的，交通工具系统10前进到操作126。在操作126，交通工具系统10确定来自无线设备12的数据是否被至少一个交通工具节点14、16接收到。如果接收到这种数据，交通工具系统前进到操作128，并且使用航位推测法估计无线设备12的第二个最终位置，诸如当前位置(Dp)。
[0049]作为航位推测法的初始步骤，交通工具系统10使用陀螺仪数据消除存在于加速度数据中的重力影响。此外，加速度计47和陀螺仪48相对于交通工具18关于无线设备12的前进方向(heading)定向。如操作130所说明，在当前位置确定的每一次迭代中，因为定向是绝对数据的源，这个定向被重新初始化。
[0050]因为重力影响，加速度信息(4、'和Az)是有偏差的。因此交通工具系统使用陀螺仪信息补偿加速度信息。如上面参考图1和图2所描述的,俯仰率(Θ )表不与纵向轴方向(χ)的角度偏移。侧倾率(屮)表示与横向轴方向(y)的角度偏移，偏行率(Ψ)表示与垂直轴(ζ)方向的角度偏移。因此，交通工具系统使用相应的陀螺仪数据过滤加速度数据。例如，交通τ民系统10使用俯仰角(Θ )过滤纵向加速度(Ax)。类似地，横向加速度(Ay)使用侧倾角(Φ )过滤，并且垂直加速度(Az)使用偏行率(Ψ )过滤。定向无线设备12允许数据规范化回静态的交通工 具原始位置(例如，参考点O)并且仅在期望的平面U、1、ζ)中分析加速度数据。
[0051]随后规范化的数据被处理，通过对χ和y轴加速度的一次积分和二次积分，以确定定向在以前位置(例如，初始位置)的无线设备12和当前位置之间的无线设备12的前进方向和位移(dl，d2，d3)。交通工具系统通过对相应的过滤后的加速度值进行积分，计算无线设备在每个方向(χ、Y、ζ)的速度(Vx、Vy和Vz)。例如,纵向速度(Vx)通过关于时间积分过滤后的纵向加速度(Ax filt)进行计算。类似地，横向速度(Vy)通过积分过滤后的横向加速度(Ay filt)进行计算，并且垂直速度(Vz)通过积分过滤后的垂直加速度(Az filt)进行计算。
[0052]交通工具系统通过对相应滤波后的加速度值进行二次积分，计算无线设备12在每个方向(x、y、z)的位移(dx，dy和dz)。例如,纵向位移(dx)通过过滤后的纵向加速度(Ax—filt)关于时间进行二次积分可被计算。类似地，横向位移(dy)通过过滤后的横向加速度(Ayfilt)进行二次积分被计算，并且垂直位移(dz)通过过滤后的垂直加速度(Az filt)进行二次积分被计算。
[0053]交通工具系统使用卡尔曼滤波，基于位移值(dx，dy和dz)估计无线设备的当前距
离矢量(Sp)和前进方向。卡尔曼滤波是一种算法，其递归的操作有噪声的输入数据流，以
提供底层的系统状态的统计最优估计。基本上，卡尔曼滤波是一种算法，其使用一系列随着时间观察到的并且包括随机变量(噪声)的测量结果，并且提供比单独测量结果更精确的对未知变量的估计值。基于测量的输入输出，卡尔曼滤波可被看作估计“黑盒子”状态的方法。根据一个或多个实施方式，卡尔曼滤波使用包括在主基站14的微控制器60内的软件代码实施。
[0054]卡尔曼滤波算法使用包括时间更新预测步骤和测量结果更新步骤的两步骤过程估计状态。在预测步骤，卡尔曼滤波提供当前状态变量的估计值以及其不确定性。测量结果更新步骤是反馈控制形式。一旦卡尔曼滤波观察到下一个测量结果，使用加权平均值更新估计，其中，对具有更高的确定性的估计给予更大的权重。根据协方差计算权重，其包括测量噪声协方差(R)和处理噪声协方差(Q)。协方差是预测系统状态的不确定性的估计的度量。
[0055]测量噪声协方差(R)确定有多少来自当前测量结果的信息被使用了。高的R值指示测量结果并非非常精确。如果R是高的，卡尔曼滤波将对当前测量结果使用较小的权重。如果R是低的，那么卡尔曼滤波将更密切地跟随测量结果。处理噪声的协方差(Q)也极大地影响了卡尔曼滤波。使用高的Q值，卡尔曼滤波更紧密地追踪大的改变。然而，在估计被允许在一个时间步骤更多地“移动”时，估计变得有更多噪声。
[0056]在每个时间步骤，卡尔曼滤波过程被重复，这里新的估计和它的协方差通知了使用在随后迭代的预测。卡尔曼滤波是一个递归估计器。这意味着仅有来自前一个时间步骤的估计态和当前的测量结果被用于计算当前状态的估计。之后无线设备12能带有前进方向、速度和相对于其速度的潜在位移地被放置在交通工具空间内的当前位置(Dp)。操作124后，交通工具系统返回操作120。
[0057]陀螺仪48是交通工具系统10的可选设备。陀螺仪48提供的信息用于使用航位推测法提供更精确的无线设备的位置确定。然而，对于无线设备12的位置确定的要求不是很严格的应用，交通工具系统10的可选的实施方式没有提供陀螺仪48。
[0058]图6示出了使用基于加速度计数据的自适应可预测性估计，而没有任何陀螺仪数据来确定无线设备的当前位置的方法210。除了确定无线设备的当前位置(Dp)，图6的方法210相似于图5描述的方法110。
[0059]在操作212，交通工具系统10确定无线设备和交通工具节点14、16之间的通信是否已被建立。重复操作212直到通信被建立。在操作214，每个节点14、16从无线设备12接收包括加速度数据的数据。每个节点14、16随后产生指示无线信号58的空口传输时间和加速度信息的消息。在操作216，主基站14确定来自无线设备12的数据是否被包括其自身的所有节点接收到。如果在操作216的判断是否定的，指示无线设备12和节点14、16之间的部分的通信中断，之后交通工具系统10返回操作212。如果在操作216的判断是肯定的，(所有的节点14、16接收到 了无线设备数据)，那么交通工具系统10前进到操作218，并且使用TOF和三边测量计算无线设备12的第一最终位置，诸如初始位置(DiX
[0060]在操作220，交通工具系统10再次确定来自无线设备12的数据是否被包括其自身的所有节点接收到。如果在操作220的判断是肯定的(所有节点14、16接收到了无线设备数据)，那么交通工具系统10前进到操作222和224，使用TOF和三边测量计算无线设备12的当前位置(Dp)。
[0061]如果在操作220的判断是否定的，交通工具系统10前进到操作226。在操作226，交通工具系统10确定来自无线设备12的数据是否被至少一个交通工具节点14、16接收，以及以前确定的初始位置(Di)和以前确定的现在位置(Dpp)是否可供使用。如果在操作226的判断是肯定的，那么交通工具系统前进到操作228，并且使用卡尔曼滤波和自适应可预测性分析，预测无线设备12的第二最终位置。
[0062]在操作228，交通工具系统10基于随着时间推移的、初始位置(Di)和前一个当前位置(Dpp)之间的差异，计算无线设备12的速度。交通工具系统接着比较与每个位置有关
的距离矢量(? )和(舊胃)，以估计无线设备12的前进方向。交通工具系统接着使用卡尔曼
滤波来加权速度、前进方向连同加速度数据，以确定无线设备在每个方向(dx, dy和dz)的位移。
[0063]交通工具系统10随后使用自适应可预测性估计，以基于加速度计数据分析位移是正确的可能性。这个信息可被用于位移数据的过滤、偏移、拒绝或忽略。例如，如果卡尔曼滤波器指示无线设备12已经移动，然而加速度计指示其并没有移动，那么自适应可预测性过程可以将系统偏向较少移动或没有移动。[0064]随后无线设备12可被放置在交通工具空间内的第二最终位置，诸如带有前进方向、速度和相对于其速度的潜在位移的当前位置(Dp)。操作224之后，交通工具系统返回操作 220。
[0065]而且，如果在方法210期间的任何时间，加速度数据值(Ax、Ay和Az)的至少一个等于零的时间长于阈值时间段(例如，10秒)，那么交通工具系统确定无线设备12已经停止，并且返回操作212而不用确定当前位置。
[0066]虽然如上描述了示例性实施方式，但是并不意味着这些实施方式描述了本发明的所有可能形式。而是，说明书中的词语是描述性的而非限制性的，并且可以理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可做出多种改变。此外，各种被实施的实施方式的特征可被结合以构成本发明的其他的实施方式。
【权利要求】
1.一种交通工具系统，包括: 便携设备，配置为发送第一无线信号；以及 多个基站，定位在交通工具各处，每个基站被配置为接收所述第一无线信号，其中所述多个基站的主基站被配置为: 响应于所述多个基站中的每个成功接收到所述第一无线信号，确定第一最终位置；确定所述第一最终位置后，监控后续在所述多个基站中的每个处对第二无线信号的接收，所述第二无线信号指示所述便携设备的运动数据； 确定第一基站已经接收到所述第二无线信号； 确定第二基站没有成功接收到所述第二无线信号；以及 在确定所述第二无线基站没有成功接收到所述第二无线信号后，使用所述第一最终位置和在所述第一基站所接收的所述第二无线信号的运动数据，确定所述便携设备的第二最终位置。
2.根据权利要求1所述的交通工具系统，其中所述多个基站中的每个被配置为响应于成功接收到所述第一无线信号，产生指示所述第一无线信号空口传输时间的第一消息。
3.根据权利 要求2所述的交通工具系统，其中所述主基站还被配置为: 基于相应基站产生的所述第一消息，计算所述便携设备和所述多个基站中的每个之间的距离； 基于所述距离，确定所述便携设备所处的相对于所述交通工具的区域；以及基于所述距离和所述区域，计算所述便携设备相对于参考交通工具位置的所述第一最终位置。
4.根据权利要求1所述的交通工具系统，其中所述运动数据还包括加速度数据和定向数据，其中所述便携设备还包括: 加速度计，配置为提供所述加速度数据；以及 陀螺仪，配置为提供所述定向数据。
5.根据权利要求4所述的交通工具系统，其中所述主基站还配置为: 在确定所述第二基站没有成功接收到所述第二无线信号之后，使用所述定向数据过滤所述加速度数据，并且产生过滤后的加速度数据； 基于对所述过滤后的加速度数据的一次积分，计算所述便携设备的速度； 基于对所述过滤后的加速度数据的二次积分，计算所述便携设备从所述第一最终位置的位移；以及 基于所述便携设备的所述速度和所述位移，确定所述便携设备的所述第二最终位置。
6.根据权利要求4所述的交通工具系统，其中所述主基站还被配置为: 基于所述加速度数据、所述定向数据和所述第一最终位置中的至少一个，使用卡尔曼滤波估计指示所述便携设备的所述第二最终位置的状态。
7.根据权利要求1所述的交通工具系统，其中所述主基站还被配置为: 基于所述便携设备的所述第一最终位置和速度，确定所述便携设备的所述第二最终位置，所述便携设备的所述速度依赖于所述便携设备的过滤后的加速度。
8.根据权利要求1所述的交通工具系统，其中所述主基站还被配置为: 基于所述便携设备和所述多个基站中的每个之间的所述第一无线信号的空口传输时间，计算所述便携设备相对于参考交通工具位置的所述第一最终位置；以及 基于所述运动数据和所述第一最终位置，使用卡尔曼滤波来估计指示所述便携设备的所述第二最终位置的状态。
9.根据权利要求8所述的交通工具系统，其中所述主基站还被配置为: 基于随着时间推移的、所述第一最终位置和所述第二最终位置之间的差异，计算所述便携设备的速度； 基于所述速度，估计所述便携设备的、在所述第一最终位置和所述第二最终位置之间的位移；以及 基于所述位移估计所述便携设备的第三最终位置。
10.一种装置，包括: 多个基站，定位在交通工具各处，每个基站被配置为从便携无线设备接收第一无线信号，其中所述多个基站的主基站被配置为: 响应于所述多个基站中的每个成功接收到所述第一无线信号，确定第一最终位置；确定所述第一最终位置后，监控后续在所述多个基站中的每个处对第二无线信号的接收，所述第二无线信号指示所述便携设备的加速度数据和定向数据； 确定第一基站已经接收 到所述第二无线信号； 确定第二基站没有成功接收到所述第二无线信号；以及 在确定所述第二无线基站没有成功接收到所述第二无线信号后，使用所述第一最终位置和在所述第一基站处所接收到的所述第二无线信号的所述加速度数据和所述定向数据，确定所述便携设备的第二最终位置。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述主基站还被配置为: 在确定所述第二基站没有成功接收到所述第二无线信号之后，使用所述定向数据过滤所述加速度数据，并且产生过滤后的加速度数据；以及 基于所述便携设备的过滤后的加速度数据，确定所述便携设备的第二最终位置。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述主基站还被配置为: 基于对所述过滤后的加速度数据的一次积分，计算所述便携设备的速度； 基于对所述过滤后的加速度数据的二次积分，计算所述便携设备从所述第一最终位置的位移；以及 基于所述便携设备的所述速度和所述位移，确定所述便携设备的第二最终位置。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述多个基站中的每个被配置为响应于成功接收到所述第一无线信号，产生指示所述第一无线信号的空口传输时间的第一消息。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述主基站还被配置为: 基于相应基站产生的所述第一消息，计算所述便携设备和所述多个基站中的每个之间的距离； 基于所述距离，确定所述便携设备所处的相对于所述交通工具的区域；以及 基于所述距离和所述区域，计算所述便携设备相对于参考交通工具位置的第一最终位置。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述主基站还被配置为: 基于所述便携设备的所述第二最终位置，控制对定位在靠近所述区域的交通工具门的解锁。
16.一种探测便携设备位置的方法，所述方法包括: 发送第一无线信号到多个基站； 响应于所述多个基站中的每个成功接收到所述第一无线信号，确定第一最终位置； 确定所述第一最终位置后，监控后续在所述多个基站中的每个处对第二无线信号的接收，所述第二无线信号指示所述便携设备的运动数据； 确定第一基站已经接收到所述第二无线信号； 确定第二基站没有成功接收到所述第二无线信号；以及 在确定所述第二无线基站没有成功接收到所述第二无线信号后，使用所述第一最终位置和在所述第一基站所接收的所述第二无线信号的运动数据，确定所述便携设备的第二最终位置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述运动数据还包括加速度数据和定向数据的至少一个。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括: 使用所述定向数 据过滤所述加速度数据以消除重力影响，并且相对于参考交通工具位置定向所述便携设备。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括: 基于所述加速度数据、所述定向数据和所述第一最终位置，使用卡尔曼滤波，估计指示所述便携设备的第二最终位置的状态。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括: 基于所述便携设备的第一最终位置和速度，确定所述便携设备的第二最终位置，所述便携设备的所述速度依赖于所述便携设备的过滤后的加速度。
【文档编号】B60R25/24GK104015690SQ201410027416
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2013年3月1日
【发明者】托马斯·奥布莱恩, 希尔顿·W·吉拉德, 詹森·鲍曼, 建·叶 申请人:李尔公司