Улучшенное измерение расстояния с использованием времени пролета

Улучшенное измерение расстояния с использованием времени пролета

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к методикам для определения расстояния между первым устройством и вторым устройством, такими как пользовательское устройство и базовый блок, и, в частности, к улучшенному измерению расстояния на основе времени пролета. Изобретение также относится к персональной системе отслеживания, которая использует улучшенное измерение расстояния на основе времени пролета для определения, находится ли пользователь внутри предварительно определенной безопасной зоны.

Уровень техники

Доступно некоторое количество персональных систем отслеживания, которые могут быть использованы для отслеживания или наблюдения за позицией человека. Пользователи таких систем могут включать в себя пожилых людей, детей, людей с болезнью Альцгеймера, деменцией или аутизмом (которые склонны к неконтролируемому хождению) или пациентов в домах престарелых или больницах. Может быть установлена "геозона", которая ограничивает безопасные или допустимые зоны, в которых пользователю позволено свободно перемещаться, например в их доме, или, наоборот, зоны, в которые пользователю не следует входить, и система отслеживания может быть использована, чтобы проверять, находится ли пользователь внутри своей безопасной зоны или географического ограждения, и если нет, то инициировать тревогу и определять позицию пользователя.

Эти системы обычно содержат надеваемое пользователем или переносимое пользователем устройство и базовый блок, который размещается в безопасной зоне (и помогает для ее определения). Пользовательское устройство может включать в себя GPS-приемник в комбинации с другой технологией беспроводной связи, такой как сотовая связь или WiFi, который используется для отслеживания позиции пользователя. Однако эти системы имеют недостаток либо в низкой производительности ввиду низких скоростей дискретизации местоположения (для сбережения мощности), либо в короткой продолжительности работы аккумулятора (если частота дискретизации устанавливается более высокой), либо в существенном размере ввиду включения большого аккумулятора в устройство.

В некоторых случаях базовый блок может выполнять функцию маяка для пользовательского устройства, и пользовательское устройство может использовать сигналы, посланные от базового блока, для определения, находится ли пользовательское устройство (и, следовательно, пользователь) внутри безопасной зоны. Некоторые устройства используют измерение интенсивности принятого сигнала (например, измерение мощности в принятом радиосигнале, известной как указатель интенсивности принятого сигнала, RSSI) для оценки расстояния от базового блока и, таким образом, определения, находится ли пользовательское устройство внутри безопасной зоны. Эта методика может часто потребляет меньше мощности, чем другие технологии оценки местоположения, такие как GPS. Однако оценка расстояния на основе измерений интенсивности сигнала не очень устойчива и либо производит противоречивые или нестабильные измерения расстояний, либо требует помощи другой технологии определения местоположения, такой как GPS или триангуляция с использованием сотовых базовых станций.

В частности, было обнаружено, что устройства обнаружения расстояния на основе RSSI производят противоречивые результаты расстояния, когда направление пользователя и/или пользовательского устройства изменяется относительно базового блока. Это иллюстрируется на Фиг.1. На этом чертеже пользователь 2, который переносит пользовательское устройство 4, показан на двух различных расстояниях и в различных направлениях относительно базового блока 6. При первых расстоянии и направлении (помеченных "A") пользователь 2 и пользовательское устройство 4 направлены так, что существует линия прямой видимости от пользовательского устройства 4 до базового блока 6, что дает в результате то, что пользовательское устройство 4 принимает относительно интенсивный сигнал от базового блока. Это направление пользователя 2 и пользовательского устройства 4 может обеспечивать довольно надежную оценку расстояния между пользовательским устройством 4 и базовым блоком 6 с использованием измерений интенсивности сигнала. Однако при вторых расстоянии и направлении (помеченных "B") пользователь 2 гораздо ближе к базовому блоку 6, но не существует линии прямой видимости между пользовательским устройством 4 и базовым блоком 6, поскольку оно блокировано/экранировано телом пользователя 2. Это экранирование пользовательского устройства 4 телом пользователя 2 ослабляет интенсивность сигнала, принятого от базового блока 6, на много децибел и, таким образом, приводит к тому, что пользовательское устройство 4 определяет, будто пользовательское устройство 4 дальше от базового блока 6, чем в действительности (и может даже быть определено, что пользователь 2 находится вне определенной безопасной зоны в зависимости от уровня ослабления).

Дополнительно, внутренние объекты и материалы, используемые для постройки дома или среды оказания медицинских услуг пользователя, могут влиять на интенсивность принимаемых сигналов.

Альтернативная методика для определения расстояния между пользовательским устройством и базовым блоком основана на времени пролета (ToF) сигналов между пользовательским устройством и базовым блоком. Эта методика гораздо более устойчива против ослабления сигнала. В общем случае измерения времени пролета основаны на сигналах, переданных в сверхширокополосном, UWB, диапазоне (2,4-5 ГГц), поскольку точность, которая может достигаться, зависит от размера полосы частот, которая доступна, и отношения сигнала к шуму (согласно пределу Крамера-Рао). Однако недостаток времени пролета UWB или времени пролета в ГГц-диапазоне состоит в ограниченном диапазоне передач (при сохранении низкого расхода мощности) или в высоком потреблении энергии пользовательского устройства (при попытке увеличить диапазон).

Таким образом, желательно выполнять измерения времени пролета с использованием узкополосной связи (например, в диапазоне 900 МГц), поскольку требуется меньшая мощность и улучшается диапазон по сравнению с UWB, и для таких систем были показаны субметровые точности. Однако требуется обмен большим количеством сообщений между пользовательским устройством и базовым блоком для того, чтобы произвести точный результат, но это приводит в результате к дополнительному расходу мощности, и в некоторых странах и/или спецификациях существуют обязательные нормативы для полного времени, в течение которого позволена активность передатчика (например, максимум 10% времени).

В документе W0 2002084621 A2 раскрывается система и устройство для наблюдения за множеством параметров в объектах. Она является интегрированной многофункциональной цифровой системой и выполнена для непрерывного наблюдения, связи, отслеживания и локализации объектов. Система имеет два или более отдельных мобильных приемопередатчиков. Для каждого приемопередатчика осуществлен интерфейс с внешней сетью, устройством или системами безопасности/тревоги в зависимости от конкретных требований. Система имеет средство для инициации одного действия/последовательности действий с использованием надлежащих инструментов связи. Система имеет устройства ввода и вывода для отображения значений параметров.

В документе US5499199A1 раскрывается RF-система измерения расстояния, которая включает в себя базовый блок и удаленный блок. Удаленный блок передает первый радиочастотный сигнал базовому блоку. Базовый блок передает второй радиочастотный сигнал при приеме первого радиочастотного сигнала от удаленного блока. Удаленный блок измеряет время между передачей первого радиочастотного сигнала и приемом второго радиочастотного сигнала, тем самым обеспечивая возможность выяснения расстояния между базовым блоком и удаленным блоком. Точность измеренного расстояния может быть улучшена путем усреднения дополнительных циклов измерения.

Следовательно, существует необходимость в улучшенной методике для выполнения измерения расстояния на основе времени пролета, которая может обеспечить измерение расстояния с желаемым уровнем точности, при этом минимизируя расход мощности, и которая подходит для использования в персональной системе отслеживания для определения, находится ли пользователь внутри предварительно определенной безопасной зоны.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту изобретения, обеспечен способ измерения расстояния между первым устройством и вторым устройством, причем способ содержит выполнение измерения расстояния на основе времени пролета для измерения расстояния между первым устройством и вторым устройством, причем длина переданных сигналов и/или количество измерений времени пролета, полученных в течение измерения расстояния на основе времени пролета, определяется согласно уровню точности, требуемому для измерения расстояния.

Предпочтительно длина сигналов, переданных в течение измерения расстояния на основе времени пролета, устанавливается как первая длина, когда требуется первый уровень точности, и как вторая длина, когда требуется второй уровень точности, причем первая длина короче, чем вторая длина, и первая точность меньше, чем вторая точность.

Предпочтительно количество измерений времени пролета, полученных в течение измерения расстояния на основе времени пролета, устанавливается как первое число, когда требуется первый уровень точности, и как второе число, когда требуется второй уровень точности, причем первое число меньше, чем второе число, и первая точность меньше, чем вторая точность.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этапы, на которых определяют исходную оценку расстояния между первым устройством и вторым устройством; и определяют уровень точности, требуемый для измерения расстояния, из исходной оценки расстояния.

В некоторых вариантах осуществления исходная оценка расстояния определяется из интенсивности принятого сигнала для сигнала, переданного между первым устройством и вторым устройством. В других вариантах осуществления исходная оценка расстояния определяется с использованием одного или нескольких измерений времени пролета, полученных с использованием сигналов первой длины.

Предпочтительно выполнение измерения расстояния на основе времени пролета содержит получение одного или нескольких измерений времени пролета между первым устройством и вторым устройством, причем измерение времени пролета получается путем: передачи первого сигнала определенной длины между первым устройством и вторым устройством; передачи ответного сигнала между первым устройством и вторым устройством; и определения времени пролета из времени, прошедшего от передачи первого сигнала до приема ответного сигнала, и времени между приемом первого сигнала и передачей ответного сигнала.

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап определения, был ли ответный сигнал передан в ответ на прием прямого или отраженного первого сигнала.

Предпочтительно этап определения, был ли ответный сигнал передан в ответ на прием прямого или отраженного первого сигнала, содержит определение мощности передачи первого устройства и второго устройства; определение интенсивности сигналов, принятых в первом устройстве и во втором устройстве; определение, был ли ответный сигнал передан в ответ на прием прямого или отраженного первого сигнала, с использованием мощностей передачи и интенсивностей принятых сигналов.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап уточнения измерения времени пролета, полученного с использованием ответного сигнала, посредством времени между приемом прямого ответного сигнала и приемом отраженного ответного сигнала, если определяется, что ответный сигнал был передан в ответ на прием отраженного первого сигнала.

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап уменьшения мощности передачи, используемой для передачи первого сигнала, после уточнения измерения времени пролета.

В предпочтительных вариантах осуществления способ предназначен для определения, находятся ли первое устройство и второе устройство внутри предварительно определенного расстояния друг от друга.

В этих вариантах осуществления способ предпочтительно дополнительно содержит этапы, на которых оценивают неопределенность в измерении расстояния, полученном с использованием измерения расстояния на основе времени пролета; соизмеряют d+u < R и d-u > R, где d - измерение расстояния, u - оценка неопределенности, и R - предварительно определенное расстояние; и в случае, когда не верно ни d+u < R, ни d-u > R, то определяют, что требуется более высокий уровень точности, и получают дополнительные одно или несколько измерений времени пролета; иначе используют измерение расстояния d для определения, находятся ли первое устройство и второе устройство внутри предварительно определенного расстояния друг от друга.

В некоторых вариантах осуществления дополнительные одно или несколько измерений времени пролета получаются с использованием сигналов первой длины или второй длины, причем вторая длина длиннее, чем первая длина.

В дополнительных вариантах осуществления способ содержит, после получения дополнительных одного или нескольких измерений времени пролета, этапы, на которых определяют измерение расстояния d' из одного или нескольких измерений времени пролета и дополнительного одного или нескольких измерений времени пролета; оценивают неопределенность u' в измерении расстояния d'; соизмеряют d'+u' < R и d'-u' > R; в случае, когда не верно ни d'+u' < R, ни d'-u' > R, то определяют, что требуется более высокий уровень точности, и получают дополнительные одно или несколько измерений времени пролета; иначе используют измерение расстояния d' для определения, находятся ли первое устройство и второе устройство внутри предварительно определенного расстояния друг от друга.

В некоторых вариантах осуществления, перед выполнением процедуры измерения расстояния на основе времени пролета способ содержит этапы, на которых измеряют интенсивность принятого сигнала для сигнала, переданного между первым устройством и вторым устройством; сравнивают интенсивность принятого сигнала с пороговым значением; определяют, что первое устройство и второе устройство находятся внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, если интенсивность принятого сигнала выше порогового значения; иначе выполняют измерения расстояния на основе времени пролета.

В некоторых вариантах осуществления, где определяется с использованием измерения расстояния на основе времени пролета, что первое устройство и второе устройство находятся внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, способ дополнительно содержит измерение интенсивности принятого сигнала другого сигнала, переданного между первым устройством и вторым устройством; сравнение интенсивности принятого сигнала упомянутого другого сигнала с интенсивностью принятого сигнала предыдущего сигнала; если интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала меньше, чем интенсивность принятого сигнала предыдущего сигнала, выполнение другого измерения расстояния на основе времени пролета; если интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала больше, чем интенсивность принятого сигнала предыдущего сигнала, сравнение интенсивности принятого сигнала упомянутого другого сигнала с пороговым значением, и если интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала больше порогового значения, определение, что первое устройство и второе устройство находятся внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, иначе выполнение дополнительного измерения расстояния на основе времени пролета.

Второй аспект изобретения обеспечивает способ оперирования устройством для измерения расстояния между устройством и другим устройством, причем способ содержит выполнение измерения расстояния на основе времени пролета для измерения расстояния между устройством и упомянутым другим устройством, причем длина переданных сигналов и/или количество измерений времени пролета, полученных в течение измерения расстояния на основе времени пролета, определяются согласно уровню точности, требуемому для измерения расстояния.

Предусмотрены и дополнительные варианты осуществления способа оперирования устройства, в которых устройство оперирует согласно любому из первого и второго устройств, определенных в вышеупомянутых способах, и/или как описано в последующем подробном описании.

Третий аспект изобретения обеспечивает способ оперирования "другим устройством", как определено в любом из вариантов осуществления вышеупомянутого второго аспекта изобретения.

Согласно четвертому аспекту изобретения, обеспечена система, содержащая первое устройство и второе устройство, причем первое устройство и второе устройство сконфигурированы для выполнения измерения расстояния на основе времени пролета для измерения расстояния между первым устройством и вторым устройством, причем длина переданных сигналов и/или количество измерений времени пролета, полученных в течение измерения расстояния на основе времени пролета, определяется согласно уровню точности, требуемому для измерения расстояния.

Предпочтительно длина сигналов, переданных первым устройством и/или вторым устройством в течение измерения расстояния на основе времени пролета, устанавливается как первая длина, когда требуется первый уровень точности, и как вторая длина, когда требуется второй уровень точности, причем первая длина короче, чем вторая длина, и первая точность меньше, чем вторая точность.

Предпочтительно количество измерений времени пролета, полученных в течение измерения расстояния на основе времени пролета первым устройством и вторым устройством, устанавливается как первое число, когда требуется первый уровень точности, и как второе число, когда требуется второй уровень точности, причем первое число меньше, чем второе число, и первая точность меньше, чем вторая точность.

Предпочтительно первое устройство и/или второе устройство дополнительно конфигурируются для определения исходной оценки расстояния между первым устройством и вторым устройством; и определения уровня точности, требуемого для измерения расстояния из исходной оценки расстояния.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство конфигурируются для определения исходной оценки расстояния из интенсивности принятого сигнала для сигнала, переданного между первым устройством и вторым устройством. В других вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство конфигурируются для определения исходной оценки расстояния с использованием одного или нескольких измерений времени пролета, полученных с использованием сигналов первой длины.

Предпочтительно первое устройство и второе устройство конфигурируются для выполнения измерения расстояния на основе времени пролета путем получения одного или нескольких измерений времени пролета между первым устройством и вторым устройством путем: передачи первого сигнала определенной длины между первым устройством и вторым устройством; передачи ответного сигнала между первым устройством и вторым устройством; и определения времени пролета из времени, прошедшего от передачи первого сигнала до приема ответного сигнала, и времени между приемом первого сигнала и передачей ответного сигнала.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство дополнительно конфигурируются для определения, был ли ответный сигнал передан в ответ на прием прямого или отраженного первого сигнала.

В этих вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство предпочтительно конфигурируются для определения, был ли ответный сигнал передан в ответ на прием прямого или отраженного первого сигнала, путем определения мощности передачи первого устройства и второго устройства; определения интенсивности сигналов, принятых в первом устройстве и во втором устройстве; определения, был ли ответный сигнал передан в ответ на прием прямого или отраженного первого сигнала, с использованием мощностей передачи и интенсивностей принятых сигналов.

В этих вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство предпочтительно дополнительно сконфигурированы для уточнения измерения времени пролета, полученного с использованием ответного сигнала, посредством времени между приемом прямого ответного сигнала и приемом отраженного ответного сигнала, если определяется, что ответный сигнал был передан в ответ на прием отраженного первого сигнала.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство и второе устройство конфигурируются для уменьшения мощности передачи, используемой для передачи первого сигнала, после уточнения измерения времени пролета.

Предпочтительно первое устройство и/или второе устройство конфигурируются для определения, находятся ли первое устройство и второе устройство внутри предварительно определенного расстояния друг от друга.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство дополнительно конфигурируются для оценки неопределенности в измерении расстояния, полученном с использованием измерения расстояния на основе времени пролета; соизмерения d+u < R и d - u > R, где d - измерение расстояния, u - оценка неопределенности, и R - предварительно определенное расстояние; и определения, что требуется более высокий уровень точности, в случае, когда не верно ни d+u < R, ни d - u > R, и получения дополнительных одного или нескольких измерений времени пролета; определения, находятся ли первое устройство и второе устройство внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, с использованием измерения расстояния d в случае, когда верно одно или оба из d+u < R и d-u > R.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство конфигурируются для получения дополнительных одного или нескольких измерений времени пролета с использованием сигналов первой длины или второй длины, причем вторая длина длиннее, чем первая длина.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство дополнительно конфигурируются так, что после получение дополнительных одного или нескольких измерений времени пролета первое устройство и второе устройство определяют измерение расстояния d' из одного или нескольких измерений времени пролета и дополнительных одного или нескольких измерений времени пролета; оценивают неопределенность u' в измерении расстояния d'; соизмеряют d'+u' < R и d'-u' > R; определяют, что более высокий уровень точности требуется в случае, когда не верно ни d'+u' < R, ни d'-u' > R, и получают дополнительные одно или несколько измерений времени пролета; определяют, находятся ли первое устройство и второе устройство внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, с использованием измерения расстояния d' в случае, когда верно одно или оба из d+u < R и d-u > R.

Предпочтительно первое устройство и/или второе устройство дополнительно конфигурируются так, что, перед выполнением процедуры измерения расстояния на основе времени пролета, первое устройство и второе устройство измеряют интенсивность принятого сигнала для сигнала, переданного между первым устройством и вторым устройством; сравнивают интенсивность принятого сигнала с пороговым значением; определяют, что первое устройство и второе устройство находятся внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, если интенсивность принятого сигнала выше порогового значения; выполняют измерение расстояния на основе времени пролета, если интенсивность принятого сигнала меньше порогового значения.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство и/или второе устройство дополнительно конфигурируются так, что, если определяется с использованием измерения расстояния на основе времени пролета, что первое устройство и второе устройство находятся внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, первое устройство и/или второе устройство измеряют интенсивность принятого сигнала другого сигнала, переданного между первым устройством и вторым устройством; сравнивают интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала с интенсивностью принятого сигнала предыдущего сигнала; выполняют другое измерение расстояния на основе времени пролета, если интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала меньше, чем интенсивность принятого сигнала предыдущего сигнала; сравнивают интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала с пороговым значением, если интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала больше, чем интенсивность принятого сигнала предыдущего сигнала; определяют, что первое устройство и второе устройство находятся внутри предварительно определенного расстояния друг от друга, если интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала больше порогового значения; и выполняют дополнительное измерение расстояния на основе времени пролета, если интенсивность принятого сигнала упомянутого другого сигнала меньше порогового значения.

В предпочтительных осуществлениях одно из первого устройства и второго устройства является портативным устройством, которое надето на пользователя или переносится пользователем, и другое из упомянутых первого устройства и второго устройства является базовым блоком.

Согласно пятому аспекту изобретения, обеспечено устройство, содержащее цепи приемопередатчика для обеспечения возможности связи с другим устройством; и обрабатывающий блок, сконфигурированный для выполнения измерения расстояния на основе времени пролета для измерения расстояния между устройством и упомянутым другим устройством, причем обрабатывающий блок сконфигурирован для определения длины сигналов, переданных цепями приемопередатчика, и/или количества измерений времени пролета, полученных в течение измерения расстояния на основе времени пролета согласно уровню точности, требуемому для измерения расстояния.

Предусмотрены и дополнительные варианты осуществления устройства, в которых устройство сконфигурировано для оперирования согласно любому из первого и второго устройств, определенных в вышеупомянутых системах, и/или как описано в последующем подробном описании.

Шестой аспект изобретения обеспечивает "другое устройство", как определено в любом из вариантов осуществления вышеупомянутого пятого аспекта изобретения, которое сконфигурировано для выполнения измерения времени пролета расстояния с устройством из пятого аспекта.

Седьмой аспект изобретения обеспечивает систему, содержащую по меньшей мере одно из устройства согласно пятому аспекту и "другого устройства" согласно шестому аспекту.

Краткое описание чертежей

Примерные варианты осуществления изобретения будут описаны далее исключительно в качестве примера со ссылками на следующие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает иллюстрацию того, как направление пользователя может влиять на оценку расстояния, с использованием методики измерения интенсивности сигнала;

Фиг.2 изображает структурную схему первого устройства и второго устройства согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.3 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ измерения расстояния между первым устройством и вторым устройством согласно изобретению;

Фиг.4 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ оперирования первым устройством для определения местоположения пользователя согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.5 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ оперирования вторым устройством для определения местоположения пользователя согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.6 изображает иллюстрацию измерения первого расстояния и неопределенности;

Фиг.7 изображает иллюстрацию измерения второго расстояния и неопределенности;

Фиг.8 изображает иллюстрацию измерения второго расстояния и неопределенности;

Фиг.9 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ обработки измерений времени пролета для учета отражений сигнала; и

Фиг.10 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ определения местоположения пользователя согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Примерная система 10 согласно изобретению иллюстрируется на Фиг.2. Система 10 содержит первое устройство 12 и второе устройство 14. В этой примерной системе 10 первое устройство 12 является портативным устройством, которое должен переносить или надевать пользователь, а второе устройство 14 является базовым блоком, который в общем случае имеет фиксированное местоположение (например, в зоне или среде, которая считается безопасной для пользователя, когда система 10 является персональной системой отслеживания), хотя другие компоновки первого и второго устройств 10, 12 предусмотрены. Первое устройство 12 может быть мобильным телефоном или интеллектуальным телефоном, устройством персональной системы экстренного реагирования (PERS) (которое обычно содержит кнопку для пользователя для использования с целью запроса помощи или содействия), устройством мобильной PERS (MPERS), которое содержит устройство PERS и функциональные возможности мобильного телефона, надеваемое пользователем средство обнаружения падения для наблюдения, не испытал ли пользователь падение, или любой другой тип устройства, для которого может быть полезно определение расстояния от другого устройства или конкретного местоположения.

Первое устройство 12 содержит обрабатывающий блок 16, который управляет операцией первого устройства 12, цепи 18 приемопередатчика и ассоциированную антенну 20, которые используются для приема сигналов от и передачи сигналов ко второму устройству 14, модуль 22 памяти для хранения программного кода для исполнения обрабатывающим блоком 16 для выполнения обработки, требуемой для управления первым устройством 12 согласно изобретению, и источник 24 питания, такой как аккумулятор или аккумуляторный блок.

Второе устройство 14 содержит обрабатывающий блок 26, который управляет операцией второго устройства 14, цепи 28 приемопередатчика и ассоциированную антенну 30, которые используются для приема сигналов от и передачи сигналов к первому устройству 12, и модуль 32 памяти для хранения программного кода для исполнения обрабатывающим блоком 26 для выполнения обработки, требуемой для управления вторым устройством 14 согласно изобретению.

Следует понимать, что второе устройство 14 также будет содержать источник питания (не показан), который может быть аккумулятором или аккумуляторным блоком, или второе устройство 14 может быть сконфигурировано для использования источника питания от сети.

Также следует понимать, что только компоненты первого и второго устройств 12, 14, необходимые для иллюстрации изобретения, показаны на Фиг.2 и что на практике первое и/или второе устройство 12, 14 может содержать дополнительные компоненты.

В предпочтительных вариантах осуществления, цепи 18 приемопередатчика в первом устройстве 12 и цепи 28 приемопередатчика во втором устройстве 14 конфигурируются для операции на узкой полосе частот в субгигагерцевом диапазоне радиосвязи, например на ISM-полосе 868 МГц/915 МГц, полосе 430 МГц или полосе 212 МГц. В некоторых вариантах осуществления, где исправления многолучевого распространения требуются или желательны для измерений расстояния, цепи 28 приемопередатчика и/или обрабатывающего блока 26 осуществляют программно-определяемый рейк-приемник.

В соответствии с изобретением, первое устройство 12 и второе устройство 14 используют измерения времени пролета (ToF) для определения расстояния между устройствами 12, 14. Примерное измерение ToF может выполняться вторым устройством 14, передающим предварительно определенный сигнал первому устройству 12, причем первое устройство 12 отвечает соответствующим ответным сигналом через предварительно определенный интервал времени после приема предварительно определенного сигнала. Ответный сигнал, переданный первым устройством 12, может быть тем же самым сигналом, что и предварительно определенный сигнал, переданный вторым устройством 14, или он может быть другим предварительно определенным сигналом, который может быть распознан вторым устройством 14.

При приеме предварительно определенного ответного сигнала второе устройство 14 вычисляет время, прошедшее от момента, когда предварительно определенный сигнал был передан от второго устройства 14, до момента, когда предварительно определенный ответный сигнал был принят от первого устройства 12, и определяет ToF путем вычитания предварительно определенного интервала времени, который первое устройство 12 выжидает перед передачей предварительно определенного ответного сигнала. Это измерение ToF может затем быть преобразовано в расстояние с использованием расстояния = c*t_ToF/2, где c - скорость света, а t_ToF-ToF от второго устройства 14 до первого устройства 12 и обратно. Следует понимать, что измерение времени пролета может также быть осуществлено путем того, что первое устройство 12 передает исходный предварительно определенный сигнал второму устройству 14, и второе устройство 14 отвечает соответствующим сигналом через предварительно определенный интервал времени после приема исходного предварительно определенного сигнала.

Точность расстояния, измеренного посредством измерений времени пролета, зависит от некоторого количества параметров.

Во-первых, разрешение измерения времени в программно-определяемом радио может влиять на точность. Частота дискретизации 200 МГц дает разрешение 5 нс, которое означает точность расстояния около 0,75 м. Притом что точность измерений позиции GPS находится между 3-5 метров, эта точность для ToF является достаточной. Таким образом, путем супердискретизации на высокой скорости (например, 100 МГц/200 МГц) эта проблема решается.

Другим параметром, который может влиять на точность измерения ToF, является синхронизация фазы тактового сигнала тактового генератора в первом устройстве 12. Тактовый генератор в первом устройстве 12 работает независимо от тактового генератора во втором устройстве 14, так что может присутствовать разность фаз. Однако эта неточность решается путем усреднения количества измерений ToF. Дополнительно, путем обеспечения того, что скорость передачи битов сигнала является дискретной величиной, кратной тактовому периоду в устройстве, существует возможность оценить тактовую скорость второго устройства, посмотрев на длины битовых периодов в сигнале, таким образом, еще сильнее увеличивая точность.

Поскольку первое устройство 12 может переноситься или надеваться пользователем, первое устройство 12 может перемещаться к или от второго устройства 14, когда измерение времени пролета выполняется, что может влиять на точность измерения ToF. Предполагая, что пользователь только идет или бежит (т.е. не перемещается в транспортном средстве), скорость перемещения будет относительно низка, но это все равно накладывает ограничение на продолжительность обмена сигналом между первым устройством 12 и вторым устройством 14. В результате частый обмен короткими сигналами желателен для уменьшения неточностей измерения, вносимых перемещением первого устройства 12.

Другое ограничение точности измерения ToF возникает ввиду предела Крамера-Рао, который соотносит точность обнаружения входящего сообщения с полосой частот канала и действующим отношением сигнала к шуму (SNR).

Как описано в работе "RF Ranging for Location Awareness", Lanzisera, S. M., Pister, K. ("RF-ранжирование для осведомленности о местоположении", С. М. Ланзисера, К. Пистер), технический отчет № UCB/EECS-2009-69, Калифорнийский университет в Беркли, май 2009 г., математическое выражение, которое связывает SNR и полосу частот для обеспечения границы для выполнения ран