CN115362386A

CN115362386A - 基于似然性的声学定位

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Publication number: CN115362386A
Application number: CN202180009927.XA
Authority: CN
Inventors: 威尔弗雷德·埃德温·布伊; 西里尔·安蒂列; 埃拉德·沙巴泰; 马修·弗朗西斯·阿尔伯特斯·藤·维尔迪斯
Original assignee: Fuckbade Technology Public Co ltd
Current assignee: Sonitor Technologies AS
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2022-11-18
Also published as: EP4094086A1; WO2021148473A1; US20230039932A1; JP2023510957A; CA3165154A1; AU2021209822A1; KR20220124259A; GB202000799D0

Abstract

一种定位***，其包括处理***(7；9)，所述处理***被配置成接收移动装置(7)的第一定位估计，并且接收表示由所述移动装置(7)从多个声学发射器单元(2，3，4，5)之一接收到的声学信号的数据。针对所述声学发射器单元(2，3，4，5)中的每个声学发射器单元，所述处理***(7；9)通过将飞行时间范围值与几何距离值进行比较来确定表示接收到的声学信号是由相应声学发射器单元发射的似然性的空间似然性数据，所述几何距离值表示所述声学发射器单元与所述第一定位估计之间的距离。所述处理***(7；9)处理所述空间似然性数据以识别所述声学发射器单元的子集，并且处理与所识别子集中的所述声学发射器单元的定位相关和/或与由所述所识别子集中的所述声学发射器单元发射的声学信号相关的信息，以确定所述移动装置(7)的第二定位估计。

Description

基于似然性的声学定位

背景技术

本发明涉及用于确定移动装置的定位的***和方法。

已知使用如超声信号等信号通过从可固定到建筑物的壁或天花板的多个声学发射器单元发射声学信号来确定移动单元或标签在二维或三维中的定位。所述信号编码相应发射器单元的标识符。这些信号由移动装置接收，所述移动装置可以附接到如人或设备等物体。如果声学发射器单元的定位是已知的，则移动装置接收由相应发射器单元发射的信号的时间(即，到达时间)可以用于使用与信号的传播相关的几何原理，例如通过求解与圆、球体或双曲面的交点相关的方程来估计移动装置在环境内的定位。

例如，WO 2019/038542公开了一种声学定位***，其中多个静态发射器单元以规则的间隔发射相位调制的超声签名。签名可以由移动装置接收，并且签名的到达时间用于使用几何多点定位过程来估计装置的定位。移动装置的定位可以显示在地图或平面图上。

与使用如无线电或红外等光速信号相比，使用声学信号的定位可以是有益的，因为声速飞行时间长得多，并且因此测量具有期望的空间分辨率的飞行时间(ToF)范围所需的定时精度低得多。然而，声学信号在具有有限带宽和低信噪比(SNR)方面存在挑战，尤其是在通常将含有对声波高度反射的许多表面的室内环境中。这些挑战意味着并非总是能够从接收到的声定位信号中准确地解码标识符，从而导致关于声学信号的源的不确定性，即发射接收到的声学信号的声学发射器单元的身份的不确定性。当发射器单元的身份存在不确定性时，移动装置的最终定位估计将存在对应的不确定性，因为几何定位算法是基于知道移动装置接收到的每个声学信号的相应源位置。

本发明提供了一种寻求使用声学信号提供移动装置的准确定位的新型方法。

发明内容

从第一方面，本发明提供了一种确定移动装置的定位估计的方法，所述方法包括：

接收移动装置的第一定位估计；

在所述移动装置处接收声学信号，其中所述声学信号由多个声学发射器单元之一发射，所述多个声学发射器单元各自以一定间隔发射相应声学信号；

针对所述多个声学发射器单元中的每个声学发射器单元，通过将i)飞行时间范围值与ii)几何距离值进行比较来确定表示接收到的声学信号是由相应声学发射器单元发射的似然性的空间似然性数据，所述飞行时间范围值是根据所述接收到的声学信号到达所述移动装置处的时间和表示所述相应声学发射器单元发射声学信号的时间的安排数据来确定的，所述几何距离值表示所述相应声学发射器单元与所述第一定位估计之间的距离；

使用所述空间似然性数据来识别由所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元构成的严格子集；以及

在确定所述移动装置的第二定位估计时使用与所识别子集中的所述声学发射器单元的定位相关和/或与由所述所识别子集中的所述声学发射器单元发射的所述声学信号相关的信息。

从第二方面，本发明提供一种定位***，其包括处理***，所述处理***被配置成：

接收移动装置的第一定位估计；

接收表示由所述移动装置从多个声学发射器单元之一接收到的声学信号的数据，所述多个声学发射器单元被配置成以一定间隔发射相应声学信号；

处理所述空间似然性数据以识别由所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元构成的严格子集；并且

处理与所识别子集中的所述声学发射器单元的定位相关和/或与由所述所识别子集中的所述声学发射器单元发射的所述声学信号相关的信息以确定所述移动装置的第二定位估计。

所述定位***的一些实施例可以进一步包括所述多个声学发射器单元。所述定位***的一些实施例可以进一步包括所述移动装置。

从另外的方面，本发明提供了一种计算机程序，以及存储计算机程序的暂时性或非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序包括指令，所述指令当由处理***执行时使所述处理***：

接收移动装置的第一定位估计；

所述移动装置可以包括所述处理***，或者所述处理***可以至少部分地不同于所述移动装置，例如包括远程服务器。

因此，将看到，根据本发明的各个实施例，从初始定位估计开始，通过使用初始定位估计来识别候选发射器单元的子集(即，候选名单)并且通过在计算定位估计时考虑与这些候选发射器单元中的每个候选发射器单元相关的信息，来确定移动装置的经更新定位估计。发射器单元子集可以通过以下来识别：跨所有发射器单元针对空间一致性对接收到的声学信号来自发射器单元中的相应一个发射器单元的假设进行评估。实际上，这可以被看作将“空间滤波器”应用于与所述多个发射器单元相关的数据。通过从进一步考虑中排除所述发射器单元中的一个或多个发射器单元，在确定新定位估计时，可以降低不确定性水平，这可以因此产生更准确的定位估计。

优选地，与所述多个声学发射器单元中的不在所述所识别子集中的至少一个声学发射器单元相比，所述所识别子集中的每个声学发射器单元发射由所述移动装置接收到的所述声学信号的似然性的更高。这种更高的似然性可以仅根据空间似然性数据或根据空间似然性数据和其它似然性数据，例如时间似然性数据的组合来确定，如下文更详细地描述的。

所述处理***优选地被配置成在已所识别所述子集之后，在不进一步处理与所述声学发射器单元中不在所述所识别子集中的任何声学发射器单元的定位相关的信息并且不进一步处理与由所述声学发射器单元中不在所述所识别子集中的任何声学发射器单元发射的所述声学信号相关的信息的情况下确定所述移动装置的所述第二定位估计。以此方式，定位过程可以特别有效。

所述第一定位估计可以是使用由所述移动装置接收到的一个或多个声学信号确定的较早定位估计，或者所述第一定位估计可以是至少部分地使用由所述移动装置接收或发射的一个或多个电磁或磁信号(例如，一个或多个Bluetooth Low Energy^TM、WiFi^TM或GPS信号)确定的定位估计，或者可以是至少部分地使用由所述移动装置接收或发射的一个或多个另外的声学信号(例如，来自单独的声学定位***和/或在与含有前述声学信号的频带不同的频带中)确定的定位估计。当使用除所述声学信号以外的信号确定所述第一定位估计时，与所述第二定位估计相比，所述第一定位估计可能相对不准确(例如，具有更大的误差容限)。

每个飞行时间范围值与所述几何距离值的比较可以以任何适当的方式进行。这种比较可以是直接比较，例如包括减法运算。然而，在一些实施例中，所述空间似然性数据是通过将每个飞行时间范围值与相应统计分布进行比较来生成的，所述相应统计分布表示相对于范围的似然性，所述相应统计分布的预期值可以等于所述相应声学发射器单元的所述几何距离值。每个飞行时间范围可以与统计分布的常见形式(尽管潜在地具有不同的平均值和/或方差)进行比较，即，由公共方程限定的分布，所述分布可以由平均值和/或方差值来参数化。每个统计分布可以是偏斜的或可以是对称的。每个统计分布可以是钟形曲线。每个统计分布可以至少部分地由高斯函数来限定。每个统计分布可以是正态分布，或者可以与正态分布成比例。统计分布的标准偏差可以介于0米与10米之间。所述处理***可以被配置成控制所述统计分布的所述方差参数；所述处理***可以取决于以下中的任何一项或多项来设置所述方差参数：所述飞行时间范围值；表示所述第一定位估计的不确定性的数据；以及表示在不使用声学信号(例如，使用无线电信号确定)的情况下确定所述第一定位估计时的所述第一定位估计与使用由所述移动装置接收到的一个或多个声学信号确定的较早定位估计之间的差异的数据。在一些实施例中，所述方差参数可以是大于4米的值，并且可以小于50米；已经发现，此类值在典型的室内环境中给出良好的性能，特别是当所述声学信号和超声信号时以及当使用BLE^TM信标确定所述第一定位估计时。统计分布可以在所有距离上具有为一的积分，但是这不是必需的。统计分布可以是概率密度函数，或者可以与概率密度函数成比例。

因此，当在水平平面中执行定位估计时，一些实施例可以有效地将环形高斯空间滤波器集中在每个候选发射器单元周围，并且将较高的空间似然性分配给从所述候选发射器单元测量的飞行时间范围与更接近空间滤波器的平均环的定位一致的那些发射器单元。如果在三维中执行所述定位估计，则对应的高斯空间滤波器可以被认为是球形。

所述多个声学发射器单元可以全部位于同一房间或同一建筑物中或在建筑物的同一楼层或区域上。在确定空间似然性数据之前，可以使用选择过程来从较大的一组声学发射器单元中识别所述多个声学发射器单元。如果已经确定移动装置在建筑物的特定楼层、区段或房间中，则可以仅针对所述楼层、区段或房间中的发射器单元来确定空间似然性数据。

在一些实施例中，针对被配置成以一定间隔发射声学信号的第二多个声学发射器单元中的每个声学发射器单元确定时间似然性数据。所述第二多个可以与所述第一多个声学发射器单元相同或重叠或不同。所述时间似然性数据可以表示所述接收到的声学信号是由相应声学发射器单元基于所述接收到的声学信号到达所述移动装置处的时间并且基于表示由所述相应声学发射器单元发射声学信号的时间的安排数据而发射的似然性。这可以基于声学信号通常随时间推移快速衰减并且因此仅在声学信号被发射之后的短时间内将是可检测的见解来提供时间滤波器。与所述空间似然性滤波器不同，这种时间似然性滤波器不需要初始定位估计。针对每个声学发射器单元的时间似然性数据可以通过将到达时间与相应统计分布进行比较来生成，所述相应统计分布可以在从由所述相应声学发射器单元发射声学信号的时间开始的预定持续时间的时间窗口上具有统一值。同一预定持续时间可以用于所有所述第二多个声学发射器单元。在时间窗口结束后，所述统计分布可以进一步朝着零减小，例如呈线性或高斯下降。对于相应发射器单元的预定发射时间之前的所有时间，统计分布可以为零；然而，为了考虑跨所述***的不完美时间同步的可能性，统计分布可以替代地在时间上在相应发射器单元的预定发射时间之前向后朝着零减小，例如呈线性或高斯下降。所述统计分布可以在所有时间上具有为一的积分；因此所述统计分布可以用作概率密度函数。

在一些实施例中，所述第二多个声学发射器单元可以包含所述第一多个声学发射器单元，针对所述第一多个声学发射器单元计算空间似然性数据。所述第二多个可以是更大的集合。在一些实施例中，可以首先确定所述时间似然性数据，并且可以将所述时间似然性数据用于选择所述第一多个发射器单元作为所述第二多个的子集(例如，严格子集)。在时间似然性数据比空间似然性数据需要更少的处理资源来确定的实施例中，这可以提供有效的滤波过程。所述处理***可以处理所述时间似然性数据以将所述第一多个识别为所述第二多个声学发射器单元的子集，其中与不在所述所识别的第一多个中的至少一个声学发射器单元相比，所述所识别的第一多个中的每个声学发射器单元发射由所述移动装置接收到的所述声学信号的似然性(根据所述时间似然性数据)更高。

在一些实施例中，可以在确定所述空间似然性数据之后确定所述时间似然性数据。所述时间似然性数据可以针对使用所述空间似然性数据识别的由所述第一多个声学发射器单元构成的所述严格子集中的每个子集来确定。所述处理***可以处理所述时间似然性数据以识别声学发射器单元的另外的子集(可以是严格子集)，其中与不在所识别的另外的子集中的至少一个声学发射器单元相比，所述所识别的另外的子集中的每个声学发射器单元发射由所述移动装置接收到的所述声学信号的似然性(根据所述时间似然性数据)更高。所述第二定位估计可以通过处理与由此另外的子集中的所述声学发射器单元发射的所述声学信号和/或所述声学发射器单元的定位相关的信息来确定。

在另一组实施例中，所述时间似然性数据和所述空间似然性数据可以一起用于识别由所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元构成的所述严格子集。在一些实施例中，乘法运算可以应用于所述时间似然性数据和所述空间似然性数据以确定组合的似然性数据，所述组合的似然性数据可以用于识别由所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元构成的所述严格子集。

在这些实施例中的任何实施例中，由所述发射器单元构成的所述子集可以通过将阈值应用于相关似然性数据(例如，应用于所述空间似然性数据或应用于所述组合的似然性数据)来确定。可以选择似然性高于所述阈值的发射器单元以包含在所述子集中，同时可以排除低于所述阈值的任何发射器单元。可替代地，可以通过比较跨发射器单元的相关似然性数据来识别子集，例如，从最高似然性向下选择预定数量或比例的发射器单元以包含在所述子集中。

每个声学发射器单元可以以一定间隔发射声学信号，所述间隔可以是规则的，例如每秒一次。在可听范围内的发射器单元可以被配置成在不同的时隙中发射；这可以通过减少所述移动装置从不同发射器单元同时接收多个信号的机会来改进信噪比(SNR)。

在一些实施例中，由每个声学发射器单元发射的所述声学信号编码所述相应声学发射器单元的识别数据。所述识别数据不一定跨整个部署唯一地识别所述发射器单元。这是因为声学信号的带宽非常低，并且因此如果所述定位***的更新速率要高到可以接受，则标识符必须相对较短，尤其是因为其可能是期望的。当在工作在近超声频率范围内的智能电话上接收信号时尤其如此，其中小至1kHz带宽可供使用。在一些实施例中，在使用中可以存在约十到一百个不同的代码，但可以潜在地存在数千个发射器单元。由发射器单元发射的识别数据可以跨其发射的所有声学信号是恒定的；这可以简化解码过程。

处理与由声学发射器单元的所述所识别子集发射的所述声学信号相关的信息以确定第二定位估计可以包括在解码所述接收到的声学信号时使用与所述所识别子集中的每个子集相关联的相应识别数据。解码可以在不使用与所述声学发射器单元中不在所述所识别子集中的任何声学发射器单元相关联的相应识别数据的情况下执行。所述处理***可以包括硬件或软件解码器，所述硬件或软件解码器可以被配置成使用互相关来解码所述接收到的信号。所述解码器可以通过将表示所述接收到的声学信号的数据与和所述所识别子集中的每个子集相关联的识别数据互相关(但不相对于与不在所述所识别子集中的一个或多个发射器单元相关联的识别数据相关)来确定相应相关系数数据。以此方式，所述解码过程可能比所述接收到的信号与每个可能的识别数据互相关的情况更有效。解码操作可能比空间和时间滤波步骤更加资源紧密，并且因此使用空间和/或时间滤波来减少所需的解码工作量可以显著提高总体定位确定过程的效率。

所述定位***可以包括被配置成将所述声学发射器单元之一精确地识别为所述接收到的声学信号的源的解码器。然而，在一些实施例中，所述解码器可以生成多个所述声学发射器单元中的每个声学发射器单元(例如，对于发射器单元的所有所识别子集)的解码似然性数据，所述解码似然性数据表示所述接收到的声学信号是由所述相应声学发射器单元发射的似然性。此似然性数据可以从相关器输出的相关系数数据中确定。

所述第二定位估计可以通过求解涉及所述声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元的定位的几何优化问题来确定，例如过度指定的球形或双曲线相交的最小化问题。可以使用所述空间似然性数据、时间似然性数据和/或解码似然数据来对优化问题进行加权。

在一些实施例中，针对由所述移动装置接收到的每个新声学信号确定新定位估计。在解决优化问题时，可以使用从先前接收到的声学信号(例如，飞行时间范围数据)获得的数据。所述处理***可以针对多个声学发射器单元存储从所述相应声学发射器单元接收的最近的飞行时间范围值。当确定所述第二定位估计时，所述处理***可以使用这些值以及与最近接收到的声学信号相关的信息。如果所述解码器针对每个接收到的声学信号识别单个源发射器，则所述相应源发射器单元的定位可以用于确定所述第二定位估计。如果所述解码器生成针对多个候选发射器单元的解码似然性数据，则可以在确定所述第二定位估计时使用所述解码似然性数据。

所述安排数据可以被预编程在所述移动装置中，或者可以由所述移动装置从远程装置例如通过无线电通信信道接收。声学发射器单元的安排数据可以表示由相应声学发射器单元发射的最近声学信号的发射时间。由每个发射器单元发射的声学信号可以在时间上间隔开和/或可以具有振幅，使得所述移动装置在稍后信号已经由同一发射器单元发射之后无法检测到较早信号，例如，信号可以每一秒发射一次，但在约80毫秒之后可能衰减至不可听水平。因此，在此类实施例中，当例如通过从最近发射时间中减去到达时间确定所述飞行时间范围值时，仅需要考虑来自任何特定发射器单元的最新信号。

所述声学发射器单元和所述移动装置可以各自包括相应时钟。可以使时钟同步，使得可以通过从由移动装置上的时钟测量的声学信号的到达时间减去根据相关声学发射器单元的时钟的声学信号的预定发射时间来确定准确的飞行时间范围值。

几何距离值可以确定为声学发射器单元的定位(其存储为可由处理***存取的定位数据)与第一定位估计之间的直线距离。几何距离值可以在一维(例如，仅沿X轴)、二维(例如，仅考虑水平X-Y平面坐标)或三维中确定。

在一些实施例中，至少部分地使用一个或多个电磁信号(例如，无线电或红外信号)或一个或多个另外的声学信号(例如，在与用于确定空间似然性数据的第一声学信号不同的频率范围内)，例如使用与由移动装置接收或发射的电磁信号的振幅和/或到达时间相关的数据来确定所述第一定位估计。电磁信号可以由一个或多个电磁发射器或接收器单元(例如，Bluetooth^TM节点或信标)发射或接收。在一些实施例中，所述声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元以及任选地全部声学发射器单元也是电磁发射器或接收器单元。这可以使安装更方便。

所述处理***可以被配置成针对每个电磁发射器或接收器单元，基于在所述发射器或接收器单元与所述移动装置之间发送的一个或多个电磁信号的相应接收信号强度(RSS)信息来确定范围估计。当使用可以在时间窗口上以一定间隔接收的多个此类信号时，所述处理***可以确定接收信号强度信息的加权平均值，其中较新和/或较强的RSS值被加权高于较老和/或较弱的RSS值。

所述第一定位估计可以从所述处理***外部接收，例如通过网络连接从单独的处理***接收，或者可以由所述处理***生成(即，所述第一定位估计可以在所述处理***内部接收)。所述处理***可以使用与一个或多个电磁发射器或接收器单元的定位相关的定位数据(例如，一维、二维或三维坐标)来计算所述第一定位估计。所述处理***可以将所述第一定位估计确定为所述移动装置已经与其交换电磁信号的一组电磁发射器或接收器单元的质心，其中可以为所述电磁发射器或接收器单元中的每个电磁发射器或接收器单元指派对应于所述发射器或接收器单元的接收信号强度信息的权重，例如，等于所述发射器或接收器单元的接收信号强度信息的加权平均值的权重。

所述处理***可以被配置成通过处理由所述移动装置接收到的声学信号来确定随时间推移的一系列两个或更多个定位估计。所述定位估计可以以规则的间隔，例如每一秒来确定。每个定位估计可以从相应一组声学信号中确定；这些组可以是非重叠的，例如通过使用仅与从每个发射器单元接收到的最近声学信号相关的信息来计算。可以针对每个连续定位估计确定空间似然性数据。可以使用几何距离值来确定每个连续定位估计，所述几何距离值表示相应声学发射器单元与所述一系列定位估计中的紧接前一定位估计之间的距离。然而，所述处理***可以被配置成以一定间隔将使用声学信号确定的所述定位估计与使用电磁信号(例如，稍后的BLE得出的信号)确定的一个或多个定位估计进行比较。所述处理***可以检测是否出现不一致，例如，基于声学的定位估计是否位于围绕所述最新的基于电磁的定位估计限定的误差椭圆外部。

因此，所述处理***还可以使用与由所述移动装置发射或接收的电磁或磁信号相关的信息(例如，来自由所述移动装置接收到的BLE^TM信标信号)来确定随时间推移的一系列定位估计。前述“第一定位估计”可以是此类系列中的最近的定位估计。这些基于电磁的定位估计可以以一定间隔，例如每五秒一次、两次或三次来确定。这些基于电磁的定位估计可以与确定基于声学的定位估计并行地确定，即，在共同的时间段内。这些基于电磁的定位估计可以用于通过计算如本文所公开的空间似然性数据来验证所述基于声学的定位估计。

所述声学发射器单元和/或所述移动装置可以是电池供电的。这可以简化安装。

每个定位估计可以在一维、二维或三维中确定。所述第二定位估计可以被存储或输出或进一步处理。所述第二定位估计可以输入到卡尔曼滤波器(Kalman filter)。

本文中对距离和范围的引用可以指视线距离，或者可以指总路径长度，例如在存在反射或衍射的情况下。

所述处理***可以包括处理电路***和/或一个或多个处理器以及存储用于由所述一个或多个处理器执行的软件的存储器。所述处理电路***和/或软件可以实施本文所公开的特征中的任何特征。

所述移动单元可以包括所述处理***的一些或所有处理***。当所述移动单元具有显示屏和强大的处理器时，例如如果移动单元是智能电话，则这可能是特别适当的。在此类实施例中，所述移动单元可以被布置成计算和存储其自身一个或多个定位估计。这可以避免从移动单元传送数据以在别处，例如在远程服务器上，处理的需要。

然而，在一组实施例中，所述发射器单元中的一个或多个发射器单元可以包括所述处理***中的一些或所有处理***，而在另一组实施例中，所述处理***中的一些或所有处理***可以位于所述移动单元和所述发射器单元(例如，包括一个或多个外部服务器)两者的外部。这可以有利于降低对所述移动单元的处理要求，这可以减少所述移动单元的成本和功耗，即使在考虑到需要从移动单元传输数据(例如，通过无线电)之后。这在移动单元是电池供电的(例如，作为资产标签)时是有帮助的。所述处理***可以跨多个处理器或多个位置、或两者而被拆分。所述移动单元可以被配置成向远程处理单元发射表示所述接收到的定位信号的数据或从其得出的信息。所述移动单元和/或发射器单元可以包括有线或无线发射器，如无线电发射器，所述有线或无线发射器用于发射与接收到的或发射的信号相关的信息。

在一些实施例中，所述移动单元可以仅包括所述处理***中的一些部分或甚至不包括所述处理***，而所述处理***的其它部分，例如被配置成使用到达时间和经解码发射器单元标识符来确定表示到所述移动单元的距离的范围数据的元件，可以驻留在一个或多个其它单元中，如在远程计算机或服务器上。所述移动单元可以包括无线电发射器、光学发射器或其它发射器，例如，Bluetooth^TM、WiFi^TM或蜂窝网络发射器。所述移动单元可以使用所述发射器向远程处理单元发射与所述接收到的信号相关的数据，如音频文件或数字样本或经处理数据。

在一些实施例中，所述移动单元包括处理器和显示器。所述移动单元可以是移动电话(蜂窝电话)或智能电话或平板计算机或其它便携式计算装置。可替代地，所述移动单元可以是没有任何复杂图形用户接口的资产标签。

每个声学发射器单元可以包括无线电天线、发光元件(其可以发射红外或可见光)、声学换能器或发射定位信号的其它适当构件。每个声学发射器单元可以包括用于驱动或控制发射的适当电路***，如DAC、放大器等。在优选的一组实施例中，每个声学发射器单元包括用于生成超声信号的至少一个超声换能器。所述发射器单元可以以规则的间隔，例如每秒一次发射定位信号。所述发射器单元可以是移动的，但在一些实施例中，所述发射器单元是静态的，例如紧固到壁或天花板。所述发射器单元可以是信标。

所述移动单元可以包括无线电天线、光接收元件(用于接收红外或可见光)、声学麦克风或接收定位信号的其它适当构件。所述移动单元可以包括用于控制接收的适当电路***，如放大器、ADC等。所述移动单元可以对接收到的声学信号进行采样。在优选的一组实施例中，移动接收器包括用于接收超声信号的至少一个超声换能器。

所述处理***和/或每个声学发射器单元和/或每个电磁发射器或接收器单元和/或所述移动单元可以包括用于实施所描述步骤的处理器、DSP、ASIC、FPGA中的任何一个或多个。所述处理***和/或每个声学发射器单元和/或每个电磁发射器或接收器单元和/或所述移动单元可以包括用于存储数据和/或用于存储要由处理器、DSP或FPGA执行的软件指令的存储器。所述处理***和/或每个声学发射器单元和/或每个电磁发射器或接收器单元和/或所述移动单元可以包括任何其它适当的模拟或数字组件，包含电源、振荡器、ADC、DAC、RAM、闪存、网络接口、用户接口等。所述处理***和/或每个声学发射器单元和/或每个电磁发射器或接收器单元和/或所述移动单元可以是单个单元或者可以包括多个处理单元，所述多个处理单元可以被布置成通过一个或多个有线或无线链路进行通信。

所述处理***可以进一步包括数据存储和/或显示器和/或数据连接，并且可以被配置成存储和/或显示和/或以电子方式传送与所述移动单元的所估计定位相关的信息。所述***例如可以被布置成在建筑物或环境的地图或平面图上指示所述移动单元的定位。

所述***可以包括无线电发射器，所述无线电发射器被布置成向所述声学发射器单元和/或所述移动单元发射定时信息。可以使所述发射器单元和移动单元同步，使得到达时间信息而不是到达时间差可以用于定位。为了精确定位，这可能要求较少的发射器单元处于移动单元的范围内。

本文中所描述的任何方面或实施例的特征可以在适当时应用于本文中所描述的任何其它方面或实施例。在参考不同的实施例或实施例集合时，应理解，这些实施例未必是不同的，而是可以重叠的。

附图说明

现在将参考附图仅借助于实例来描述本发明的某些优选实施例，在附图中：

图1是体现本发明的定位***的透视图；

图2是供在定位***中使用的静态发射器单元和移动装置的示意图；并且

图3是由移动装置和/或服务器执行以估计移动装置的定位的操作的流程图。

具体实施方式

图1示出了定位***的元件，所述定位***可以在例如购物中心中使用，以确定购物者在购物中心内的位置。当然，这只是一个示例环境，并且定位***还可以在仓库、医院、家庭住宅、车辆等中使用。

图1示出了由水平地板1a、后壁1b、左端壁1c、右端壁1d和前壁1e限定的房间1。为了简单起见，省略了其它细节，如门、家具等。四个静态发射器单元2、3、4、5紧固到房间的壁1b、1c、1d、1e。

房间中的人6携带移动装置7，如智能电话。网络电缆8将每个发射器单元2-5连接到服务器9，所述服务器通常位于另一个房间中或位于另一个建筑物中或场外。可替代地，发射器单元2-5可以无线连接，例如通过WiFi网络。这些组件协作以提供定位***，所述定位***能够估计移动装置7在房间1内在至多三个维度中——例如(x,y,z)坐标形式——的定位。在实践中，所述***可以具有安装在整个建筑物或一系列房间中的另外的类似发射器单元，以及附接到人、动物、车辆、机器人、库存、设备等、由其携带或结合到其中的多个移动装置。

图2示出了发射器单元中的代表性发射器单元2以及移动装置7。发射器单元2具有超声测深仪201、用于使超声换能器201发射超声信号的控制器202和用于向发射器单元供电的电池203。所述发射器单元还含有无线电天线208和控制器202中的用于发射(和任选地接收)Bluetooth Low Energy^TM(BLE)无线电信号的电路***。其它发射器单元3、4、5被类似地配置。移动装置7具有能够从发射器单元2-5接收超声信号的麦克风204、用于对接收到的超声信号进行采样和处理的控制器205、用于发射和接收BLE信号的无线电天线209以及用于向移动装置7供电的电池207。发射器单元2-5和移动装置7可以具有另外的标准电子组件，如另外的无线电收发器、有线网络接口、显示屏、电池、按钮等。在一些实施例中，移动装置7是平板计算机或移动电话(蜂窝电话)，如Apple^TM或Android^TM智能电话。

尽管本说明书涉及测量超声信号的飞行时间，但是应当理解，超声的使用不是必需的，并且其它实施例可以替代地发射定位信号，所述定位信号是可听声学信号或电磁信号，如红外信号或无线电信号。

控制器202、205可以包含一个或多个处理器、DSP、ASIC和/或FPGA。所述控制器可以包含用于存储数据和/或用于存储待由处理器或DSP执行的软件指令的存储器。所述控制器可以包含任何其它适当的模拟或数字组件，包含放大器、振荡器、滤波器、ADC、DAC、RAM、闪存等。

尽管发射器单元2-5在此被示出为相对于环境1是静态的，但是应当理解，在其它实施例中，所述发射器单元可以是移动的，例如，发射器单元中的一个或多个发射器单元可以是相应用户所拥有的相应移动电话或装置。

在使用中，每个发射器单元2-5以一定间隔(例如，每一秒)发射包括与所述发射器单元相关联的签名的超声定位信号。可以例如由服务器9协调发射，以帮助减少附近的发射器单元之间的干扰。用于每个发射器单元2-5的发射安排由服务器9发布，使得如移动装置7等处理***可以确定每个发射器单元2-5发射超声信号的时间。如果每个发射器单元2-5以规则的间隔发射，则安排可以包括每个发射器单元2-5的偏移值。这可以被编码为时隙标识符。在一些实施例中，每个发射器单元2-5可以在分配的16个非重叠时隙之一中每1,000毫秒发射12毫秒长的超声信号，每个时隙大约60毫秒持续时间。在仅含有四个发射器单元2-5的房间1中，可以为每个单元分配唯一时隙，但在更大的房间中或跨越更宽的区域，将有必要将同一时隙分配给多个发射器单元。理想地，时隙仅在相距很远的发射器单元之间共享，因此移动单元7不可能同时处于两者的可听范围内。

通常，来自发射器单元2-5的超声信号将衰减，从而在距发射约80毫秒(对应于27米的距离)之后移动单元7实际上无法检测到该信号。因此，相对于预期发射时隙的信号到达时间可以用于帮助识别信号的源发射器单元，如下文更详细地描述的。

每个签名都被编码在超声载波，例如，20kHz或40kHz载波上。可以使用任何适当的频移或相移编码来编码签名，但在一组实施例中，每个发射器单元2-5的签名包括使用频移键控(FSK)调制编码的相应二进制标识符。签名可以包含在更长的发射中，所述发射包括如固定前导码和/或可变数据部分等可以编码在与签名相同的超声载波频带中的一个或多个另外的元素。

超声通信的低带宽限制了可以在签名中使用的最大位长度，同时仍提供可接受的更新速率(例如，每秒一次)。因此，在大型部署中，超声签名也可以仅在一个区域内是唯一的，其中同一签名被分配给跨***的多个发射器单元。与时隙一样，理想地，签名仅在相距很远的发射器单元之间共享，因此移动单元7不可能同时处于两者的可听范围内。

移动装置7接收并解调超声信号以识别已经在装置7的可听范围内由发射器单元2-5发射的签名。然而，由于噪声和干扰，这种解码将不总是可靠的。

移动装置7使用内部时钟来对接收到的签名加时间戳，所述接收到的签名表示每个信号的到达时间。移动装置7可以与发射器单元2-5中的每个发射器单元(并且任选地与服务器9)同步，并且因此可以通过存取表示由相应声学发射器单元发射声学信号的时间的安排数据并且从发射时间中减去到达时间来计算所述移动装置接收的每个签名的至少一个飞行时间(ToF)值。安排数据可以由服务器9例如通过无线电通信链路提供给移动装置7。通过组合来自已知发射器位置的三个或更多个TOF测量，可以使用三边测量(也被称为多点定位)的几何原理来确定移动装置7的定位。时钟同步可以使用如Bluetooth Low Energy^TM连接的无线电信道或以任何其它合适的方式来执行。

在其它实施例中，移动装置7不与发射器2-5同步，而是可以使用飞行时间差(TDoF)方法来确定装置7的定位。在这种情况下，为了确定准确的定位估计，可能需要在移动装置7的范围内具有更多发射器单元。

装置7的定位可以在三维(例如，作为相对于房间1或建筑物的参考系的<x,y,z>笛卡尔坐标(Cartesian coordinate))或二维(例如，仅在水平面中的<x,y>)或在一维(例如，作为沿走廊的距离x)中被估计。可以在移动装置7上执行定位确定计算，或者装置7可以向服务器9发送关于接收到的信号的信息，如定时和/或范围数据，所述服务器可以执行本文所描述的部分或全部计算。

移动装置7通常将在从环境中的一个或多个表面反射之后沿着直接路径(假设存在清晰视线)并且还沿着一个或多个间接路径从发射器单元2-5接收同一声学信号。同一发射信号的这些多个实例可以在时间上重叠地到达。这在准确解码签名时会带来挑战。沿着间接(反射)信号接收到的实例的强度通常将低于直接路径信号的强度，但是情况不一定总是如此(例如，如果装置7上的麦克风朝向高反射表面，如玻璃窗格成角度)。装置7可以使用信号强度来帮助识别直接路径信号，以用于定位确定算法。

接收到的直接路径信号的飞行时间可以输入到多点定位定位算法。在一些实施例中，任何反射(回波)的飞行时间在几何拟合过程中被忽略，但是在一些实施例中，反射信号可以用于辅助解码接收到的直接路径签名。然而，在其它实施例中，也可以在确定关于装置7的定位的几何信息时使用反射的到达时间。此类实施例可以利用环境中的主要反射表面的已知位置。在于2018年3月5日提交的WO 2018/162885中公开了可以在此类实施例中采用的涉及真实和虚拟发射器位置的技术，所述文献的内容特此通过引用并入本文。在一些实施例中，移动装置7的位置可以至少部分地通过从沿着多个路径接收到的一个定位信号的多个实例估计脉冲响应函数来估计，每个实例在不同的相应时间到达。

每当移动装置7朝向或远离发射器单元2-5中的一个或多个发射器单元移动时，就会发生多普勒频移(Doppler shift)。因此，定位***可以包含多普勒频移补偿机制，以实现对所发射签名的准确解码。

尽管为了简单起见，本文中将处理步骤描述为由移动装置7执行，但应当理解，在一些实施例中，这些步骤中的一些或全部步骤可以替代地由服务器9在适当的情况下执行。数据(包含中间结果)可以通过任何适当的方式，如通过Bluetooth^TM、WiFi^TM、IEEE802.15.4或蜂窝无线电链路，使用合适的本地网关或远程基站在装置7与服务器9之间进行通信。服务器9可以是单个物理装置，或者可以是分布式(例如，云)服务器***。所述服务器可以与房间1位于同一建筑物中或位于同一地点上或远离所述房间，例如在通过互联网访问的远程数据中心中。

因为对用于识别源发射器单元2-5的接收到的签名的解码并不总是可靠的，所以关于移动装置7接收到的信号的源的身份可能存在显著模糊性。当同一时隙和/或声学签名必须被分配给跨***的多于一个发射器单元时，引入另外的模糊性。

然而，移动装置7在将从接收到的信号确定的定时或范围信息输入到定位算法之前执行操作以减轻这种模糊性。此滤波可以针对每个接收到的信号识别单个最可能的源发射器单元2-5。可替代地，滤波可以识别***中的由所有发射器单元构成的严格子集，并且可以将与发射器单元的此子集相关的数据传递到定位算法，以在计算移动装置7的定位估计时使用。

滤波可能会考虑各种因素，包含：

-基于信号衰减模型，信号的到达时间与相应发射器单元的最近发射时间之间的一致性(本文中称为“时间滤波”)；

-至相应发射器单元的飞行时间范围与使用较早定位估计计算的至相应发射器单元的几何距离之间的一致性(本文中称为“空间滤波”)；

-经解码签名的置信度等于相应发射器单元的签名(本文中称为“解码滤波”)。

此较早定位估计可以是根据从发射器单元2-5接收到的一组超声信号确定的较早估计，或者所述较早定位估计可以是由不同机制确定的定位估计。因此，在一些实施例中，发射器单元2-5中的每个发射器单元还以规则的间隔发射Bluetooth Low Energy^TM(BLE)无线电信标信号。移动装置7可以使用来自发射器单元2-5的Bluetooth^TM无线电信号，以使用合适的处理，如通过测量接收信号强度指示符(RSSI)，任选地还考虑RF飞行时间测量来确定移动装置7的初始定位估计。

在其它实施例中，BLE信标发射器可以与发射器单元2-5物理地分离，或者可以使用WiFi、NFC、UWB、GPS、蜂窝或红外定位或任何其它定位技术来确定初始定位估计。

无线电定位***可以能够以约10-15米的准确度(至少在两个水平维度上)和不超过10-15秒的延迟(对应于约1米/秒的典型人类行走速度)来确定位置估计。当使用BLE信标时，可以以大约每25-150m²一个信标的密度部署这些信标。假设信标之间的典型距离为5-12m，这可以给出大约3-15m的定位准确度和小于10秒的相对低的延迟。对无线电定位算法的重要要求可能不一定是高准确度，而是递送移动装置7的定位的稳健保守的初始估计，所述移动装置正好在超声学发射器单元2-5包围的区域内。

在其它实施例中，移动装置7可以发射定位信号，例如待由静态接收器单元(可以是相同的单元2-5)接收到的无线电信号，而不是从基础设施接收定位信号。甚至可以例如通过移动装置7上的允许用户识别用户在地图上的位置的图形用户接口从人类用户接收初始定位估计。

大范围的空间位置(哪栋建筑物、楼层等)可以使用同一信号来确定，或者可以在室外到室内转换期间使用GPS信号或以任何其它适当的方式到达。如果已知移动装置7在特定楼层上，则仅在两个水平维度上确定后续定位估计可能就足够了。此外，如果移动装置7已经被定位到此区域，则本文中对***中的所有发射器单元的引用可以指位于特定区域，如特定建筑物或楼层中的所有那些发射器单元。

可以使用例如无线电信标来确定第一定位估计，在此之后，可以使用超声信号来确定两个或更多个定位估计的时间序列，其中使用紧接前一超声确定的定位估计来对每个后续超声确定的定位估计进行空间滤波。

然而，装置可以继续以一定间隔(例如，每五秒一次、两次或三次)获得经更新的基于BLE的定位估计，甚至在执行空间滤波基于前一基于超声的定位估计的基于超声的跟踪(例如，每一秒计算一个新的定位估计)时也如此。以此方式，可以使用BLE定位估计来检查每个基于超声的定位估计的准确度，并且如果定位估计变得不准确，则最近的BLE定位估计将可用于重新初始化空间滤波。

滤波可以作为单个步骤或以多个阶段执行，其中每个阶段潜在地减少候选源发射器单元集合中用于特定接收到的信号的发射器单元的数量。具体地，可以在已经执行时间和/或空间滤波之后执行签名的解码，因为这可以有效地减少解码过程所需的时间和/或能量，这可能是相对资源密集的。

图3是提供当移动装置7生成定位估计的时间序列时执行的关键操作的概况的流程图。在其它实施例中，这些操作中的一些或全部操作可以在服务器9上执行。

此处假设移动装置7已经提供有***中的所有发射器单元(包含房间1中的发射器单元2-5)的发射安排，并且已经与发射器单元同步，例如通过经由一个或多个无线电中继(例如，经由内置于发射器单元2-5中的BLE收发器)与服务器9交换时间戳。所述移动装置还可以访问***中的每个发射器单元在二维或三维中的位置坐标。

首先，BLE信标信号(例如，由发射器单元2-5发射的)用于确定300初始定位估计。这可以具有仅在米量级上的准确度，而***旨在以厘米量级或更好量级的准确度跟踪移动装置7。每当移动装置7首次开启时，或者如果所述移动装置停止接收任何超声信号持续一段时间，或者如果一系列定位估计的置信度下降到最小阈值以下，则可以计算新的BLE定位估计。

生成初始的基于BLE的定位估计的一种方法是使每个BLE信标(可以是发射器单元2-5，或者可以与所述发射器单元分离)在广播信道上以随机的发射定时每秒发射三个BLE信号，以避免冲突。RF信标信号含有用于信标的全局唯一标识符，移动装置7中的控制器205可以使用所述标识符来识别发送其的信标。移动装置7以大约50％或60％的占空比扫描这些信号，以节省功率，并且开/关周期为10秒或更少。

然而，在例如智能电话7的定位会话启动时，需要相对可靠(尽管不一定是高分辨率)的定位估计r_mobile。为此，BLE接收的占空循环可以在会话的前60秒内被禁用。可靠的初始定位估计r_mobile_BLE通常在几秒之后(即，在接收到多于五到十个BLE信标之后)从接收到的BLE信号确定。

为此，移动装置7以下列方式处理每个接收到的BLE信号：

-在接收时，移动装置7注册接收时间戳和来自范围内的每个信标的信号的接收信号强度(RSS)；

-对于每个唯一信标ID，控制器205维持具有时间窗口的缓冲区，所述时间窗口的长度具有开/关周期(<10秒)的数量级；

-通常每隔一秒，控制器205通过以下方式计算BLE信标与移动装置7之间的加权平均“范围”估计：

○首先计算从用于室内环境中的RSS的典型信道模型中启发的RSS_derived_range值：RSS_derived_range＝(RSS/RSS_0)–p，其中RSS_0是在一米处发射的信号的RSS(此值在以下方法中被归一化)，功率p取决于环境并且可以从观察结果中得到，通常在1-3的范围内；

○对缓冲区中的每个RSS_derived_range进行加权是用从1到0线性减小(取决于其相对于时间窗口长度有多接近期满)的权重进行加权，并且还用与缓冲区中的每个测量值的(RSS)^-2成比例变化的权重进行加权，以得到每个BLE信标的由高RSS观察值占主导的加权average_RSS_derived_range值；这确保了相消干涉效应对范围估计几乎没有影响。

应注意，average_RSS_derived_range值实际上可能不是对BLE信标2-5与移动装置7之间的真实几何范围的准确估计；尽管如此，所述值对于基于RSS测量值粗略估计移动装置7的定位仍然是有用的。

为了计算移动装置定位的基于BLE的估计，控制器205使用信标定位向量r_BLE_i和权重(average_RSS_derived_range_i)^-1来计算加权平均信标定位向量r_mobile_BLE，其中i索引BLE信标，如下：

其中N是移动装置7已经在时间窗口期间从其接收BLE信号的BLE信标的总数。

还在每个维度上(例如，当在三维上工作时，沿着正交x、y、z轴)计算BLE定位扩展的量度：

其中k索引维度(例如，对于三维，k＝1、2、3)，并且e_k是标准欧几里得基础。

新的BLE定位估计和扩展可以以规则的或不规则的间隔，例如每1-5秒一次来确定，甚至在处理声学信号时也是如此。

对在麦克风204处接收到的传入音频进行采样和分析，以检测301来自发射器单元之一的传入超声定位信号。这可能涉及使用模拟和/或数字混合技术的下混合过程，以生成复杂IQ基带样本的流。接收到的信号可以被精密地采样，即以接近所发射签名的奈奎斯特频率(Nyquist frequency)的采样率。通过适当的技术检测接收到的签名；这可能涉及与模板数据的互相关，或使用去卷积过程，但在一些实施例中，其使用滑动能量检测器，所述滑动能量检测器简单地检测载波频率周围的12毫秒持续时间的能量突发(无论经编码内容如何)。

确定接收到的签名的到达时间302。可以相对于检测到的能量窗信号的开始来确定定时。在一些实施例中，这可以是初始到达时间估计，并且可以稍后在所述过程中确定更准确的到达时间，例如在签名已经被解码之后使用相关器。

然后执行时间滤波步骤303，以基于***中的所有发射器单元的到达时间和已知发射安排识别接收到的信号的候选发射器单元的第一候选名单。

在一个实施例中，每秒被划分成十六个时隙，并且每个发射器单元发射分配有这十六个时隙之一，在所述时隙开始时，所述发射器单元发射编码其相应发射器单元标识符的其12毫秒长的位置签名，每秒重复一次。发射功率、接收器灵敏度和环境声学可以使得每个信号在发射之后的两个时隙内衰减到不可检测的水平。因此，时间滤波可以简单地排除***中不具有在到达时间之前的两个时隙之一内安排的发射的所有发射器单元。换言之，控制器205选择跨所述***的被安排在前两个时隙(即，根据到达时间相对于时隙如何定位，在到达时间之前至多120毫秒)内进行发射的所有那些发射器单元以便包含在第一候选名单中。可替代地或另外，可以在此步骤中计算和使用更复杂的似然性值，例如下面公开的P_time_i值，可以将阈值应用到所述值以滤除不太可能的发射器单元，例如在5-90％的范围内的阈值。

然后，将空间滤波步骤304应用于发射器单元的第一候选名单，以获得经缩减候选名单。此步骤利用初始定位估计，所述初始定位估计尽管不一定非常准确(因为所述初始定位估计是使用如BLE信标等固有较不准确的定位方法来确定的，或者因为自移动装置7可能已移动期间计算起已流逝某一时间)，但仍可以提供足够信息来有效地限制可能是由移动装置7接收到的定位信号的来源的可能发射器单元的池。

控制器205依次考虑第一候选名单上的每个发射器单元i。对于每个候选发射器单元，其从到达时间中减去所述发射器单元最近发射的时间以确定飞行时间。(假设发射是以一秒周期进行的，由同一单元进行的早期发射自衰减以来将持续很长时间。)由此，飞行时间范围值R_tof_i可以通过乘以通过空气的声速来计算。温度计可以用于基于环境温度调节默认速度值。另外，控制器205将相应发射器单元的已知位置与初始定位估计之间的直线距离R_geo_i(在一维、二维或三维中，视情况而定)计算为R_geo_i＝|r_mobile-r_tx_i|，其中r_mobile是初始定位估计，所述初始定位估计可以是最新的BLE得出的定位估计r_mobile_BLE或最新的超声得出的定位估计r_mobile_US，并且r_tx_i是相应发射器单元i的定位向量。

控制器205基于由预期方差归一化的误差，使用这些值来计算每个候选发射器单元的空间似然性值P_spatial_i：

其中var_eff是表示几何距离R_geo与ToF得出的距离R_tof之间的误差的方差的估计的值。

此var_eff值可以以任何适当的方式来计算。所述值可以仅仅是固定的恒定值(例如，4m²)，并且所述值可以取决于一个或多个因素，如以下中的任一个：

-R_tof_i；

-r_mobile定位估计中的扩展(例如，如上定义的r_k_mobile_BLE_spread，当r_mobile是基于BLE的估计时，则为r_mobile_BLE)；并且

-如果先前的基于超声的定位估计也是可用的，则在先前的基于超声的定位估计与最新的基于BLE的定位估计之间的误差。

通常，标准偏差在0米与10米之间变化(例如，通常在1m与10m之间)，因此var_eff可以在0m²与100m²之间变化。

在一个实例中，如果r_mobile是小于三秒长的超声得出的定位估计r_mobile_US并且如果r_mobile位于r_mobile_BLE周围的由每个维度上的r_mobile_BLE_spread的三倍限定的误差椭圆内，则将方差参数var_eff设置为等于4m²；并且在其它情况下，设置为等于更小或49m²和0.7x(r_mobile_US-r_mobile_BLE)²。

P_spatial是高斯函数。指数和/或指数项可以任选地进一步缩放，以将P_spatial定义为正态分布，从而成为真正的概率密度函数；然而，这在一些实施例中可能不是必需的，因为发射器单元的P_spatial似然性值仍然可以指示相对似然性，即使所述值的总和不是一。

然后将第一候选名单中的每个发射器单元i的P_spatiali的值与阈值进行比较，并且滤除P_spatial值低于阈值的那些发射器单元，从而留下候选发射器单元的潜在缩减的候选名单。在一些实施例中，可以使用更复杂的选择标准，例如以另外滤除具有最低P_spatial值的至少最小百分比的发射器单元。

在一些实施例中，时间归档303和空间滤波304可以涉及组合的滤波步骤，任选地除了单独的滤波之外，或者取而代之。此组合滤波可以包括基于到达时间和来自所述发射器单元的最近的预定发射来计算时间似然性值P_time_i，其表示***中的每个发射器单元i作为源发射器单元的似然性，然后通过将最小阈值应用于乘积P_time_i x P_spatial_i，以识别候选发射器单元的候选名单。

值P_time_i可以使用60毫秒持续时间的矩形窗口来计算，其中两端具有另外的对称高斯尾部；矩形的开始可以定位在发射器单元i的安排发射开始时间处，其中值P_time_i等于到达时间的窗口函数的值。以此方式，如果信号在其预定发射的60毫秒内被接收，则P_time_i最大，如果信号被提早接收(如果存在时钟同步误差，则可能)或在此之后被接收，则P_time_i较低。当然，可以使用除60毫秒以外的值，或者可以以任何其它适当的方式限定P_time函数。所述函数可以被缩放为概率密度函数(即，积分为一)，但是这可能不是必需的。

时间和空间滤波可以被配置成总是识别单个最可能发射器单元，或者所述时间和空间滤波可以被配置成输出可以含有多于一个发射器单元的一组可能发射器单元。

移动装置7中的控制器205然后将候选发射器单元的经缩减候选名单的数据传递到解码器算法以应用解码滤波305来识别源发射器单元(或可能多于一个可能发射器单元)。解码器可以对接收到的信号样本执行互相关算法，其与表示经缩减候选名单中的发射器单元的签名的所存储模板数据相关。对于经缩减候选名单中的每个发射器单元，所述解码器可以这样做。这是相对处理密集的步骤，因此较早的时间滤波303和空间滤波304用于减少解码步骤305的时间和功率。基于解码置信度，可以为经缩减候选名单中的每个发射器单元确定相应相关系数，所述相关系数是表示相应发射器单元作为接收到的信号的源的似然性的解码似然性值。

解码滤波可以总是选择具有最高解码似然性值的一个发射器单元作为所识别源发射器单元，任选地只要似然性值高于最小阈值，或者其可以潜在地选择具有高于阈值的解码似然性的一组一个或多个发射器单元。

尽管一些实施例可以将时间、空间和解码滤波组合到单个步骤中(例如，针对***中的每个发射器单元，通过将由所有三个步骤生成的似然性值相乘在一起)，但在开始解码步骤305之前应用时间和空间滤波可以提供计算益处。

如果在时间、空间和解码滤波步骤303-305中的任何步骤处应用所有发射器单元都未满足的最小似然性阈值，则可以中止对所述信号的解码，其中过程循环以检测下一个传入信号301。

假设一个发射器单元经过所有三个滤波步骤303-305，基于此发射器单元是信号的源，信号的飞行时间范围值连同发射器单元的身份或坐标一起被添加306到范围值的缓冲区中。如果多于一个发射器单元通过滤波，则可以将多个范围值添加306到缓冲区，假设每个发射器单元是源。相关联的置信水平可以与每个范围值一起存储，例如是时间、空间和解码似然性值的乘积。还可以存储时间戳，例如信号的到达时间。解码器可以被配置成在步骤302中例如基于互相关运算中的峰值位置确定比能量检测器更准确的到达时间，这可以用于计算经更新的ToF范围值以供在随后的定位算法中使用。

然后，通过求解几何最小化问题来计算307移动装置7的新定位估计(只要缓冲区含有最小数量的范围值，例如，含有至少三个不同的发射器单元2-5的值)。

在非同步***中，不可能计算ToF范围值，但是替代地，来自不同发射器单元2-5的签名的到达时间可以被缓冲并且用于基于到达时间差TDoA定位解决最小化问题。

可以在定位算法中使用每个缓冲的范围值的置信水平和年龄(age)以不同方式对值进行加权，例如为较新和/或置信度较高的范围值赋予较多权重。从前的范围数据可以从缓冲区中丢弃，或者基于其年龄给予较低的权重。类似地，所述算法可以使用似然性信息来根据将范围指派给特定发射器单元的准确度的置信度来对范围数据进行加权。

定位估计算法解决了线性优化问题(例如，加权最小二乘回归)，其与球体(或如果使用TDOA定位，双曲面)的相交相关。定位估计算法解决了优化问题以确定新定位估计。所述算法通过找到最小化成本函数(即，目标函数)的定位来实现。

成本函数J可以采用以下形式：

其中：

r是新定位估计(在二维或三维空间中)，

r_tx_i是发射器单元i的2D或3D定位，并且

R_tof_i是在移动装置与特定发射器单元i之间测量的最近的飞行时间范围。

每个发射器单元i被给予权重w_i。权重w_i可以包含绝对分量，例如所述绝对分量取决于单个发射器单元i的测量值的方差。所述权重还可以包含相对分量rel_w_i，所述相对分量可以表示发射器单元i相对于其它发射器单元的范围值的置信度。此置信度可以基于滤波似然性和所述发射器单元的缓冲区中的最近范围值的年龄。成本函数针对相对权重rel_w_i而不是针对绝对权重分量被归一化。这是因为绝对分量(例如，测量值的方差)指示每个发射器单元的可靠性如何，因此应该在成本函数中全局地考虑，而相对权重仅指示哪些发射器单元相对于其它发射器单元是更可信的，而不是绝对意义上的测量值的可靠性。在一些实施例中，可以包含同一发射器单元的较老范围值(older range value)，但其由于年龄而具有较低的权重。

然后根据需要处理308新定位估计。所述新定位估计可以用于控制移动装置7上的功能。所述新定位估计可以例如通过BLE链路被传送到服务器9。

新定位估计可以与来自惯性测量单元(IMU)或其它传感器的数据，如速度数据或其它定位估计组合。可以使用先前确定的定位估计使所述新定位估计平滑。所述新定位估计可以输入到卡尔曼滤波器模块，以生成改进的定位数据。此卡尔曼滤波器模块可以将基于声学的定位估计与来自其它传感器，如加速度计的数据组合，以更进一步改进准确度。

新定位估计(任选地，在这种后处理之后)可以显示304在地图上，所述地图可以显示在装置7或远程装置，例如连接到服务器的9的客户端计算机的屏幕上。当然，并不总是需要这个显示步骤，并且替代地，可以以其它方式使用定位估计，例如简单地存储在存储器中以供将来可能使用，或被处理以检查预配置的地理围栏是否已经被跨越，或向用户6给出可听导航提示，或在移动装置7上显示与位置相关的广告。

定位估计r_n的时间序列可以通过将过程循环返回到接收步骤301来持续生成，这次使用空间滤波304中的最新的基于超声的定位估计(即，针对每个迭代n，设置r_mobile_n＝r_(n-1))，而不是初始的基于BLE的估计，可能与其它信息源组合。因为连续定位估计r_n中的扩展应低于初始的基于BLE的估计，所以可以将空间分布方差var_eff设置得较低，从而导致筛选后的源发射器单元的数量潜在地动态减少。如果最新的基于超声的定位估计的误差估计(或置信度值)是可用的，则这可以用于随后的空间滤波304步骤中。

当将每个连续空间滤波器集中在较早的超声得出的定位估计上时，存在出现肯定确认循环的风险，所述肯定确认循环允许显著误差在跟踪中增长。为了避免这种情况，如果最新的基于超声的定位估计r_mobile_US与最近获得的基于BLE的定位估计r_mobile_BLE一致，例如如果其位于以r_mobile_BLE为中心的误差椭圆内，并且在每个维度k上具有大小spread_constant x r_k_mobile_BLE_spread，则控制器205可以被配置成仅用最新的基于超声的定位估计播种每个空间滤波器，其中扩展常数通常是在一到四的范围内的标量值，并且r_k_mobile_BLE_spread是表示维度k中的r_mobile_BLE的不确定性的向量。为了使得能够执行此检查，移动装置7可以与主要使用接收到的超声信号跟踪移动装置7的定位并行地以一定间隔继续生成新的基于BLE的定位估计。如果超声得出的定位估计与基于BLE的估计相距太远，则定位过程可以将r_mobile设置为等于下一个周期中的最新的基于BLE的估计。

应注意，在上述算法中可以忽略z高度坐标，因为来自室内BLE RSS信号的z分辨率通常较差。

尽管此处依次示出了这些步骤，但将理解的是，所述步骤中的至少一些步骤可以并行地执行，例如其中麦克风204的输出被连续地采样以检测新定位信号，即使当定位估计算法正在生成经更新的定位估计时。

如已经提到的，具体地使用BLE来帮助解决源超声学发射器单元的身份的模糊性并不是必需的，而是可以使用其它定位技术来确定初始定位估计，如其它无线电定位技术，或光学定位，或用户输入，或可以访问多个传感器，包含磁传感器和/或陀螺仪等的IMU。

本领域的技术人员将理解的是，已经通过描述本发明的一个或多个具体实施例来说明本发明，但不限于这些实施例；在所附权利要求的范围内，许多变化和修改是可能的。

Claims

1.一种确定移动装置的定位估计的方法，所述方法包括：

接收移动装置的第一定位估计；

2.根据权利要求1所述的方法，其中与所述多个声学发射器单元中的不在所述所识别子集中的至少一个声学发射器单元相比，所述所识别子集中的每个声学发射器单元发射由所述移动装置接收到的所述声学信号的似然性更高。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在已所识别所述子集之后，所述第二定位估计是在不使用与所述声学发射器单元中不在所述所识别子集中的任何声学发射器单元的定位相关的信息并且不使用与由所述声学发射器单元中不在所述所识别子集中的任何声学发射器单元发射的所述声学信号相关的信息的情况下确定的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括通过将所述相应飞行时间范围值与相应统计分布进行比较来确定每个声学发射器单元的所述空间似然性数据，所述相应统计分布表示相对于范围的似然性，所述相应统计分布的预期值等于所述相应声学发射器单元的所述几何距离值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一定位估计是至少部分地使用由所述移动装置接收或发射的一个或多个电磁或磁信号来确定的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个声学发射器单元紧固到建筑物。

7.一种定位***，其包括处理***，所述处理***被配置成：

接收移动装置的第一定位估计；

8.根据权利要求7所述的定位***，其进一步包括：

所述多个声学发射器单元；以及

移动单元。

9.根据权利要求7或8所述的定位***，其中所述移动单元包括所述处理***。

10.根据权利要求7到9中任一项所述的定位***，其中所述处理***被配置成识别所述严格子集，使得与所述多个声学发射器单元中的不在所述所识别子集中的至少一个声学发射器单元相比，所述所识别子集中的每个声学发射器单元发射由所述移动装置接收到的所述声学信号的似然性更高。

11.根据权利要求7到10中任一项所述的定位***，其中所述处理***被配置成在识别由一个或多个声学发射器单元构成的所述子集之后，在不使用与所述声学发射器单元中不在所述所识别子集中的任何声学发射器单元的定位相关的信息并且不使用与由所述声学发射器单元中不在所述所识别子集中的任何声学发射器单元发射的所述声学信号相关的信息的情况下确定所述第二定位估计。

12.根据权利要求7到11中任一项所述的定位***，其中所述处理***被配置成通过将所述相应飞行时间范围值与相应统计分布进行比较来确定每个声学发射器单元的所述空间似然性数据，所述相应统计分布表示相对于范围的似然性，所述相应统计分布的预期值等于所述相应声学发射器单元的所述几何距离值。

13.根据权利要求12所述的定位***，其中所述相应统计分布由相应高斯函数限定。

14.根据权利要求12或13所述的定位***，其中所述处理***被配置成取决于以下中的任何一项或多项来控制所述统计分布的方差：

所述飞行时间范围值；

表示所述第一定位估计的不确定性的数据；以及

表示在不使用声学信号的情况下确定所述第一定位估计时的所述第一定位估计与使用由所述移动装置接收到的一个或多个声学信号确定的定位估计之间的差异的数据。

15.根据权利要求7到14中任一项所述的定位***，其中所述处理***被配置成确定第二多个声学发射器单元中的每个声学发射器单元的时间似然性数据，所述第二多个声学发射器单元被配置成以一定间隔发射相应声学信号，其中所述时间似然性数据取决于：i)所述接收到的声学信号到达所述移动装置处的时间和ii)表示由所述相应声学发射器单元发射声学信号的时间的安排数据，但不取决于所述移动装置的定位估计，并且其中所述时间似然性数据表示所述接收到的声学信号是由相应声学发射器单元发射的似然性。

16.根据权利要求15所述的定位***，其中所述处理***被配置成将乘法运算应用于所述时间似然性数据和所述空间似然性数据以确定组合的似然性数据，并且被配置成使用所述组合的似然性数据来识别由所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元构成的所述严格子集。

17.根据权利要求7到16中任一项所述的定位***，其中由所述多个声学发射器单元发射的所述声学信号编码所述相应声学发射器单元的相应识别数据，并且其中所述处理***被配置成使用与所述所识别子集中的所述声学发射器单元中的每个声学发射器单元相关联的相应识别数据来解码所述接收到的声学信号。

18.根据权利要求7到17中任一项所述的定位***，其中所述处理***被配置成通过求解涉及所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元的所述定位的几何优化问题来确定所述第二定位估计。

19.根据权利要求7到18中任一项所述的定位***，其包括电磁或磁发射器或接收器单元，所述电磁或磁发射器或接收器单元被配置成发射或接收电磁或磁信号，其中所述移动装置被配置成接收或发射所述电磁或磁信号，并且其中所述处理***被配置成至少部分地使用在所述电磁或磁发射器或接收器单元与所述移动装置之间发送的一个或多个电磁或磁信号来确定所述第一定位估计。

20.根据权利要求19所述的定位***，其包括所述多个声学发射器单元，其中所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元包括相应电磁或磁发射器或接收器单元，所述相应电磁或磁发射器或接收器单元被配置成发射或接收用于确定所述移动装置的所述第一定位估计的电磁或磁信号。

21.根据权利要求19或20所述的定位***，其中所述处理***被配置成使用与多个电磁发射器或接收器单元的所述定位相关的定位数据来确定所述多个电磁收发器单元的加权质心，从而计算所述第一定位估计，其中所述电磁发射器或接收器单元中的每个电磁发射器或接收器单元是取决于根据所述移动装置与相应发射器或接收器单元之间发送的一个或多个信号确定的接收信号强度信息进行加权的。

22.根据权利要求5到21中任一项所述的定位***，其中所述处理***被配置成通过处理所述移动装置接收到的声学信号来确定随时间推移的一系列两个或更多个定位估计，并且被配置成在通过将相应飞行时间范围值与相应几何距离值进行比较来确定每个连续定位估计时确定空间似然性数据，所述相应几何距离值表示相应声学发射器单元与所述一系列两个或更多个定位估计中的紧接前一定位估计之间的距离。

23.根据权利要求5到22中任一项所述的定位***，其包括所述移动单元或所述多个声学发射器单元中的一个或多个声学发射器单元，其中所述声学信号是超声信号。

24.根据权利要求5到23中任一项所述的定位***，其包括所述移动单元，其中所述移动单元包括处理器和显示器，并且被配置成在所述显示器上输出根据所述第二定位估计得出的信息。

25.一种计算机程序，其包括指令，所述指令当由处理***执行时使所述处理***：

接收移动装置的第一定位估计；