[發明專利]具有稀疏天線陣列的定位系統

無效

• 申請號: 200680011680.0
• 申請日: 2006-03-14
• 公開（公告）號: CN101156077A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: S·A·斯蒂芬斯
• 申請（專利權）人: 納夫科姆技術公司
• 主分類號: G01S3/72
• 分類號: G01S3/72;G01S7/42;G01S3/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;張志醒

本申請是2003年7月3日提交的美國專利申請No.10/614,097的部分繼續申請，這里全篇引用未決的美國專利申請No.10/614,097作為參考。

技術領域

本發明總體涉及定位系統，更具體地，涉及使用稀疏天線陣列確定物體相對于定位系統的位置的系統和方法。

背景技術

本地定位系統在要求導航能力的移動設備中尤其在自控車輛和精密施工工具的應用中正成為重要的使能器。諸如GPS的全球定位系統僅提供了中等精度的位置信息，通常不會好于10cm，并且要求天空到近地平線的清晰視野。具有分布在工作容積中的有源或無源部件的本地定位系統能允許更為精確(＜1cm)的定位，并且允許用戶按照需要擴展系統，以在最為復雜的封閉幾何形狀中工作。

常規的本地定位系統包括聲學和激光測距系統。聲學系統典型地采用無線電應答信標來在設備網絡內測量作用距離，設備的一些固定起來形成本地坐標系。不幸的是，由于聲音在空氣中傳播的性質，聲學系統僅能以厘米或更多的精度來測量作用距離，并且僅能在相對較短的距離上測距。基于激光的本地定位系統使用設備和諸如棱鏡的一個或多個反射物體之間的角度和作用距離的測量來對物體的位置進行三角測量或三邊測量。然后，激光系統目前使用昂貴的指向機制，這使得系統的花費高達30k美元或更多。

能夠以幾個毫米的精度確定2D或3D位置的相對低成本(≤2000美元)的本地定位系統將使得在諸如精密室內室外施工、采礦、精細農業和體育場割草及處理的應用領域中大量的潛在產品成為可能。本發明克服了傳統本地定位系統的成本和精度限制。

發明內容

本發明的系統和方法提供了一種低成本、高精度的本地定位系統。

在系統的一個實施例中，具有多個發射元件的天線陣列被配置為基本上同時發射至少一組電磁脈沖，其中所述多個發射元件包括由大于半波長的間隔隔開的至少兩個發射元件。該至少兩個發射元件的每個被配置為發射在該組脈沖中具有相應載波信號頻率的一個脈沖。該波長對應于來自該至少兩個發射元件的發射脈沖的相應載波信號頻率的平均。

接收機被配置為在一段時間接收返回信號。返回信號至少包括來自系統的探測區域內的物體的第一返回脈沖和第二返回脈沖。第一返回脈沖對應于來自一個發射元件的發射脈沖，而第二返回脈沖對應于來自另一個發射元件的發射脈沖。

檢測器被配置為處理返回信號，使得第一返回脈沖和第二返回脈沖分離，并且因此確定物體相對于系統的位置。檢測器包括角度分辨邏輯，其用于根據該至少兩個發射元件之間的間隔確定物體的角位置，和方向分辨邏輯，其用于根據接收機處的第一返回脈沖和第二返回脈沖的到達時間差確定物體的方向。

在系統的另一個實施例中，發射元件被配置為發射具有載波信號頻率的至少一個電磁脈沖。具有多個接收元件的天線陣列包括由大于半波長的間隔隔開的至少兩個接收元件。該至少兩個接收元件的每個被配置為在一段時間接收返回信號。返回信號包括來自系統的探測區域內的物體的返回脈沖。該波長對應于發射脈沖的載波信號頻率。

檢測器被配置為處理來自一個接收元件和另一個接收元件的返回信號，以便分離在該至少兩個接收元件的每個接收的返回脈沖，并且因此確定物體相對于系統的位置。檢測器包括角分辨邏輯，其用于根據該至少兩個接收元件之間的間隔確定物體的角位置，和方向分辨邏輯，其用于根據接收元件處的第一返回脈沖和第二返回脈沖的到達時間差確定物體的方向。

提供了方法和設備實施例的其他變化。

附圖說明

結合附圖閱讀以下說明和隨附權利要求將使本發明的其他目的和特征更顯而易見。

圖1是示出現有技術的天線陣列的框圖。

圖2示出了現有技術的離散傅立葉變換的樣本。

圖3示出了現有技術的天線陣列。

圖4示出了具有稀疏天線陣列的定位系統。

圖5示出了具有稀疏天線陣列的定位系統的實施例。

圖6示出了具有稀疏天線陣列的定位系統的實施例。

圖7示出了具有稀疏天線陣列的定位系統的實施例。

圖8是具有稀疏天線陣列的定位系統的實施例中的典型部件的圖解。

圖9是用具有稀疏天線陣列的定位系統的實施例執行的操作的流程圖。

圖10是用具有稀疏天線陣列的定位系統的實施例執行的操作的流程圖。

圖11示出了對應于相對于一個和多個物體的一個或多個天線陣列的位置的作用距離庫和角度庫。

相似的參考數字在附圖的幾個視圖中都表示相應的部分。

具體實施方式