[发明专利]多目标定位系统以及基于功率控制的多路访问控制方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于多目标定位系统的多路访问控制。更具体而 言，本发明提出了一种分布式的基于功率控制的多路访问控制方法，用于 在自治目标定位系统中同时跟踪多个目标所携带的标签设备(tag)。

背景技术

目标定位系统是一种被广泛用于多种应用领域的技术，例如用于办公 室、医疗机构、安全保障部门、矿场、地铁、智能建筑、宾馆等等。一种 成功的目标定位系统所必须具备的特征包括多路访问控制能力，利用这种 机制，用户可以同时定位多个移动目标。这对于很多基于定位的应用都是 一种普遍需求。定位系统应该能够同时定位所有访问者并据此提供向导信 息。例如，在医院环境中，在同一诊疗室中可能存在多个病人、医生或医 疗设备，因而需要对这多个目标进行跟踪。再比如办公室、地铁、智能建 筑和宾馆等其他应用情形，也都需要对多个目标进行同时跟踪。

针对移动目标跟踪需求，已经提出一种自治超声波室内跟踪系统 (AUITS)，用于实现高精确度、高鲁棒性并且对用户友好的目标定位与 跟踪。该系统采用一种独立定位器(POD)，并可以使用超声波信号的到 达时间(TOA)结果来进行距离测量。所述独立定位器POD是一种将多 个超声波接收器集成于一体的具有固定拓扑结构的定位设备，其可以根据 用户需求被容易地安装在任何地方。POD具有可伸缩结构，当使用时， POD可以打开并伸出若干像伞的骨架一样的可伸缩杆，在每个杆的末端有 一个超声波接收器。由于展开的POD的拓扑是固定的，因此这些接收器 的空间坐标可以容易地计算出，因此不再需要对超声波接收器的坐标进行 手工校准。除此之外，由于接收器都位于一个设备上，因此不再需要复杂 的基于无线的信令和网络协议。在图1所示的多目标定位系统中示出了两 个POD，即R1和R2。关于AUITS系统和POD的详细描述，可以参考同 样由本发明的发明人提出的题为“独立定位器以及自治超声波定位系统和 方法”、申请日为2008年1月29日的中国专利申请No. 200810006317.0，该申请的全部内容通过引用被结合于此，以用于所有目 的。

为了简化起见，这里以AUITS系统和POD定位设备为例描述本发 明。但是，从下文给出的详细描述中可以发现，本发明的原理和技术方案 并不仅仅局限于这样的AUITS系统和POD定位设备，而是可以被更广泛 地应用到其他常用的室内定位系统和定位设备，只要这样的系统和定位设 备能够具有实现目标跟踪的功能即可。

图1示出具有多个标签设备和多个POD的AUITS系统的一个示例， 在该示例中，示出了两个POD和三个标签设备。但是显而易见，POD和 标签设备的数目并不局限于所示示例。POD具有固定的结构拓扑并可被容 易地安装在监视环境中，它由位于中心节点处的射频(RF)收发器和位于 周围叶节点处的多个超声波(US)接收器构成。标签设备T1、T2和T3 被附接到由POD所跟踪的移动目标，并且包含RF收发器和US发射器。 如图1所示，当该AUITS系统被使用时，标签设备向POD发送RF和US 信号。RF信号被用于时间同步和标签设备标识，而US信号被用于测量标 签设备和US接收器之间的距离。然后，基于到POD上多个US接收器的 距离测量，标签设备(即目标)的位置可以由POD计算出。本发明将主 要针对诸如AUITS系统之类多目标定位系统的多路访问控制问题。

在AUITS系统中，多路访问控制(MAC)协议的设计是非常重要 的，其允许多个POD在它们的工作范围内准确而有效地检测所有标签设 备。如果没有有效的MAC协议，则会给AUITS之类的多目标定位系统带 来各种各样的问题。例如，无论在RF还是US传输中都可能发生信号冲 突，从而导致不准确的TOA测量并带来定位误差。如果发生信号冲突， 冲突信号所占据的时间将被浪费掉，从而导致较低的容量。还有，为了实 现更大的容量和更好的覆盖，可能需要部署多个POD。但是由于无法同时 跟踪多个标签设备，因此密集部署的POD无法得到充分的利用，从而造 成POD资源的浪费。这些问题的出现将给AUITS系统应用带来极大挑 战。但是，这些问题仅仅是一些表象问题，要想设计出有效的MAC协 议，还需要进一步分析和解决隐藏在这些表象问题之后的本质问题，例如 下面将描述的隐藏节点(HN)问题和暴露节点(EN)问题。

图2A和2B分别是用于说明HN问题和EN问题的示意图。

1.隐藏节点(HN)问题