照明系統(tǒng)中的無線定位技術(shù)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于在照明系統(tǒng)中進(jìn)行定位的系統(tǒng)和方法。到達(dá)時(shí)間差（ＴＤＯＡ）、到達(dá)角（ＡＯＡ）、接收的信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)（ＲＳＳＩ）和具有統(tǒng)一的ＴＤＯＡ和ＲＳＳＩ的位置估計(jì)算法中至少兩個(gè)被用于獲得定位。該方案引入最大似然估計(jì)策略，其合并了用于每個(gè)照明單元的、使用至少兩個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的偏導(dǎo)數(shù)矩陣，以便實(shí)現(xiàn)更高的精確度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】照明系統(tǒng)中的無線定位技術(shù)
技術(shù)介紹
在商業(yè)的和住宅的照明系統(tǒng)中，越來越令人感興趣的是無線地控制系統(tǒng)中的各個(gè)照明單元，例如照明器，以便調(diào)節(jié)該照明及其效果。例如，在典型的100米X400米大小的溫室中，部署近似10000到20000個(gè)配備有低成本無線節(jié)點(diǎn)的照明單元。這些節(jié)點(diǎn)也可以置于(reside)與對(duì)應(yīng)的照明單元分離的位置處，盡管它們一起形成照明單元或照明單元節(jié)點(diǎn)。所有這些無線節(jié)點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)，例如網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中命令可以從任何無線控制點(diǎn)(或控制點(diǎn)節(jié)點(diǎn))被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)。因此，控制點(diǎn)需要知道該設(shè)施(facility)中每個(gè)照明單元的確切位置。存在當(dāng)前用于確定系統(tǒng)中每個(gè)照明單元的位置的若干個(gè)已知的算法/協(xié)議。這些算法或協(xié)議包括接收的信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)(RSSI)、到達(dá)角(AOA)和到達(dá)時(shí)間差 (TDOA)0每個(gè)方案具有它自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。照明系統(tǒng)的無線控制提供了除對(duì)系統(tǒng)中的照明單元進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)和調(diào)光的能力之外的許多優(yōu)點(diǎn)。例如，這種控制提供了設(shè)置并改變照明系統(tǒng)以及改進(jìn)能量利用的便利方式。照明單元可以是任何類型或類型的組合，例如熒光的、高強(qiáng)度放電(HID)、發(fā)光二極管 (LED)、白熾的等等。利用許多種產(chǎn)品的能力允許該系統(tǒng)提供多個(gè)特征，例如應(yīng)急照明控制， 其可以在不進(jìn)行任何布線改變的情況下被添加。也可以通過可以容易地被修改以滿足變化的需求的程序來調(diào)控(regulate)系統(tǒng)的能量利用。基于RSSI的定位協(xié)議受益于通過消除對(duì)無線節(jié)點(diǎn)中附加的硬件的需要而實(shí)現(xiàn)的簡化，從而使得系統(tǒng)成本、功耗和物理尺寸(size)可以得到大大降低。然而，基于RSSI的定位協(xié)議要經(jīng)受典型無線環(huán)境中的陰影(shadowing)和多徑衰落，這不僅限制了測(cè)量精確度而且限制了測(cè)量范圍。現(xiàn)有的基于RSSI的定位協(xié)議沒有滿足諸如溫室或商用建筑物之類的照明單元系統(tǒng)中的大測(cè)量范圍和高精確度要求。在基于AOA的系統(tǒng)中，定位協(xié)議使用定向天線或天線陣列來測(cè)量相對(duì)于位于已知位置處的點(diǎn)的角度或方位(bearing)，如圖1所示。若干測(cè)量的方向指針(pointer)的交叉點(diǎn)產(chǎn)生位置值。AOA方法的精確度受到測(cè)量孔徑(measuring aperture)的可能的方向性、受到陰影效應(yīng)(shadowing)以及受到從誤導(dǎo)的方向到達(dá)的多徑反射的限制。此外，定位 (positioning)估計(jì)誤差隨著定位范圍而線性增加。基于射頻傳播延遲的系統(tǒng)，例如飛行時(shí)間(TOF)系統(tǒng)，依賴于信號(hào)發(fā)射器與接收器之間的定時(shí)的精確度。因此，在這種系統(tǒng)中高精確度同步是非常重要的。通過組合距三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的至少三個(gè)距離，可以使用三角測(cè)量(triangulation)來估計(jì)(estimate)可重定位的站的位置。另一方面，到達(dá)時(shí)間差(TDOA)系統(tǒng)使用到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的信號(hào)到達(dá)時(shí)間差來計(jì)算從照明單元節(jié)點(diǎn)到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離差，如圖2所示。類似于TOF系統(tǒng)，需要從一個(gè)照明單元到至少兩個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離差來估計(jì)照明單元節(jié)點(diǎn)的位置。TDOA方法僅要求在這些參考節(jié)點(diǎn)之間的高精確度同步。在參考節(jié)點(diǎn)中需要早-晚接收器、硬件計(jì)數(shù)器和高精確度時(shí)鐘。這些照明單元節(jié)點(diǎn)不需要任何附加的硬件或昂貴的時(shí)鐘。這使得TDOA技術(shù)實(shí)施起來更加可行，特別是如果在網(wǎng)絡(luò)中使用低成本的無線電設(shè)備(radio)。盡管TDOA系統(tǒng)不要求照明單元與參考節(jié)點(diǎn)之間的同步，但是它們的性能仍然受到低成本節(jié)點(diǎn)中的窄帶寬無線電設(shè)備的限制。為了解決傳統(tǒng)的基于定位的系統(tǒng)中普遍存在的許多缺點(diǎn)中的一些，要克服至少三個(gè)挑戰(zhàn)(1)存在嚴(yán)重的多徑衰落，特別是在室內(nèi)環(huán)境中，其變?yōu)槎ㄎ痪_度的阻礙，(2) 為了減少參考節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，測(cè)量范圍應(yīng)當(dāng)大，這進(jìn)一步增加了提高定位精確度的困難，以及 (3)為了降低系統(tǒng)成本，只采用低成本的商用無線電設(shè)備，其具有不精確的時(shí)鐘和窄帶寬。 此外，在典型地用在每個(gè)照明單元節(jié)點(diǎn)中的低成本無線電設(shè)備中不允許硬件更改。這些挑戰(zhàn)中的每一個(gè)都需要提供具有提高的精確度和減少的開銷(overhead)的位置定位系統(tǒng)和方法的解決方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)總的涉及用于在照明系統(tǒng)中進(jìn)行定位(localization positioning)并且在大規(guī)模設(shè)施(installation)(例如商用建筑物)中具有特別益處的系統(tǒng)和方法。到達(dá)時(shí)間差(TD0A)、到達(dá)角(AOA)和接收的信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)(RSSI)中的至少兩個(gè)連同位置估計(jì)算法一起用于確定定位。在本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中，用于確定照明單元的位置的方法包括在多個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處記錄從照明單元發(fā)射的信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，并且在每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處計(jì)算距離差。所述至少兩個(gè)定位協(xié)議被提供成(provided into)偏導(dǎo)數(shù)矩陣，其中該偏導(dǎo)數(shù)矩陣包含至少兩個(gè)子矩陣，第一子矩陣包含在每個(gè)照明單元的參考節(jié)點(diǎn)處測(cè)量的到達(dá)角相對(duì)于χ和y位置的偏導(dǎo)數(shù)，且第二子矩陣包含在對(duì)應(yīng)的一個(gè)照明單元的一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處測(cè)量的距離差相對(duì)于χ 和y位置的偏導(dǎo)數(shù)。在本專利技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例中，用于確定照明單元的位置的方法包含從照明單元發(fā)射數(shù)據(jù)包，并且在多個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處估計(jì)發(fā)射的數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度。所估計(jì)的信號(hào)強(qiáng)度被嵌入到由接近發(fā)射照明單元的照明單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包中，并且在參考節(jié)點(diǎn)處估計(jì)到達(dá)時(shí)間。該數(shù)據(jù)包被解碼以獲得關(guān)于每個(gè)照明單元的信息，并且鄰近的照明單元的到達(dá)時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度被發(fā)送到參考節(jié)點(diǎn)。然后計(jì)算每個(gè)照明單元的位置估計(jì)。在該實(shí)施例的一個(gè)方面，所述方法包括在每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處記錄來自每個(gè)照明單元的到達(dá)時(shí)間信號(hào)，以及將在參考節(jié)點(diǎn)之一處的所述記錄傳輸?shù)狡渌麉⒖脊?jié)點(diǎn)的每一個(gè)。 然后，在每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處計(jì)算距離差。所述至少兩個(gè)定位協(xié)議然后被提供成偏導(dǎo)數(shù)矩陣，該偏導(dǎo)數(shù)矩陣包含至少三個(gè)子矩陣，第一子矩陣具有在每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處存儲(chǔ)的測(cè)量的距離差相對(duì)于對(duì)應(yīng)的照明單元的X和y位置的偏導(dǎo)數(shù)，第二子矩陣具有照明單元中的兩個(gè)之間的測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)于χ和y位置的偏導(dǎo)數(shù)，以及第三子矩陣具有在每個(gè)照明單元到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)強(qiáng)度。在本專利技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施例中，用于確定照明單元的位置的方法包括使用TDOA信息估計(jì)每個(gè)照明單元的位置，并且在每個(gè)照明單元處使用來自接近該照明單元的其他照明單元的RSSI信息細(xì)化(refine)該位置。該位置估計(jì)是通過從每個(gè)照明單元發(fā)射包含所述信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)來確定的，該信號(hào)強(qiáng)度包含測(cè)量的RSSI，并且在每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處記錄從每個(gè)照明單元發(fā)射的到達(dá)時(shí)間信號(hào)。所記錄的發(fā)射的到達(dá)時(shí)間信號(hào)被提供給其他參考節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)，并且使用到達(dá)時(shí)間差估計(jì)每個(gè)照明單元的位置。作為估計(jì)的一部分，產(chǎn)生了代表性的拓?fù)鋱D和tanner圖，并且發(fā)生消息傳遞，其中在tanner圖中被消息傳遞的信息包含具有不同方差(variance)的位置信息。然后計(jì)算連接到參考節(jié)點(diǎn)的每個(gè)照明單元的位置。本專利技術(shù)還涉及一種執(zhí)行本專利技術(shù)的方法的系統(tǒng)。本文中描述了附加的特征和優(yōu)點(diǎn)， 這些特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)下文的描述和附圖而清楚明白。附圖說明附圖是示意性的并且未按比例繪制。不同的附圖中的相同參考數(shù)字指代相似的部件。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中已知的到達(dá)角定位方案的示范性圖示。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中已知的到達(dá)時(shí)間差定位方案的示范性圖示。圖3示出根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的具有四個(gè)節(jié)點(diǎn)的基于統(tǒng)一的到達(dá)時(shí)間差和到達(dá)角的協(xié)議的第一階段。圖4示出根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的基于統(tǒng)一的到達(dá)時(shí)間差和到達(dá)角的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．　一種用于確定照明系統(tǒng)中至少一個(gè)照明單元的位置的方法，包括：從所述至少一個(gè)照明單元發(fā)射信號(hào)；以及使用至少兩個(gè)定位協(xié)議和位置估計(jì)方法估計(jì)所述至少一個(gè)照明單元的位置。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：X鮑，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：皇家飛利浦電子股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：NL