[0001] 本披露内容总体上涉及一种用于例如在室内环境中定位可跟踪对象的定位系统。具体地，本披露内容涉及一种使得能够在定位区内进行基于系统的超宽带(UWB)定位和UWB自定位的定位系统。

[0002] 知晓可跟踪对象的位置是在比如智能生产和智能物流场景的工业应用中的位置感知用例的基础。具体地，关于可跟踪对象的位置的信息对于在所谓的智能工厂中的制造环境中操作的软件应用可能是至关重要的。为了这个目的，开发了各种类型的定位技术。本文中提出的定位技术包括基于软件和硬件的系统，这些系统允许定位(position/localize)在室内(例如，在建筑物内)的(可跟踪)对象。定位技术可以使用无线信号(如脉冲无线电超宽带(UWB)、低功耗蓝牙(BLE)、WLAN/WiFi通信、5G)或任何其他手段(比如磁场、惯性传感器)来定位对象。

[0003] 为了使用UWB通信(即，交换UWB信号)定位可跟踪对象，测量UWB信号在可跟踪对象与定位系统的UWB基础设施的部件之间的运行时间以确定相应距离。当操作UWB定位系统时要考虑的方面包括定位准确性、可以执行定位的频率(本文中也称为定位率)以及可能受制于UWB定位系统的可跟踪对象的数量。

[0004] 在位置感知用例中，可以将对象带入由特定类型的定位服务覆盖的定位区。然后，跟踪对象的位置并且在与对象相关的特定应用中使用位置数据。

[0005] 本披露内容的目的尤其是能够将可跟踪对象集成到为给定定位区安装的UWB定位系统中。该目的具体地涉及可以在两种超宽带定位操作模式中的至少一种操作模式下操作的可跟踪对象，其中，第一种模式需要从可跟踪对象发射超宽带响应信号，第二种模式需要基于由可跟踪对象接收的超宽带信标信号计算位置信息。在这种意义上，可跟踪对象在两种操作模式下都用作定位传感器。

[0006] 此外，本披露内容的目的是通过提供特定UWB成帧协议使得能够以不同定位率将定位传感器集成到定位系统中。

[0007] 此外，本文中披露的概念旨在促成跨不同定位技术的无缝定位服务。

[0008] 因此，本披露内容至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面。

[0103] 以下是本披露内容的示例性实施例的详细描述。其中描述的以及在附图中展示的示例性实施例旨在教导本披露内容的原理，使得本领域普通技术人员能够在许多不同环境下以及针对许多不同应用实施以及使用本披露内容。因此，示例性实施例不旨在是并且不应被视为是对专利保护范围的限制性描述。相反，专利保护范围应当由权利要求书限定。

[0104] 本披露内容部分地基于认识到推进工业应用中的室内定位需要灵活和开放的架构。作为该架构的要求，认识到各种类型的定位技术的组合应是可能的。此外，如果所有定位技术将位置信息输出到公共中枢，则该中枢可以使该位置信息能够用于工业应用。因此，进一步认识到，特定中枢结构可以提供定位技术与工业应用之间的接口。

[0105] 由于由单个定位系统覆盖的定位区的大小有限，因此进一步认识到，该架构需要允许要跟踪的对象平稳地进出定位系统。认识到，这可以得到作为定位系统的一部分的特定发现基础设施所提供的发现程序的支持。例如，发现基础设施可以使得能够集成进入UWB定位系统的特定定位区中的对象。

[0106] 进一步认识到，在一个UWB定位系统内提供多个定位率可以允许增加被该UWB定位系统跟踪的对象的数量，同时仍然以足以用于其目的的定位率跟踪每个对象。

[0107] 在下文中，结合图1描述了使用多种定位技术在多个定位区中跨不同定位系统提供定位服务的概念。然后，结合图2将UWB定位作为示例进行描述。UWB定位特别地使用结合图3解释的自动发现程序，并且允许集成可以在不同定位率下操作的多个定位传感器(可跟踪对象)。结合图4以及图5A和图5B解释了基于系统的定位和自定位。最后，结合图6描述了示例性定位系统，并且结合图7描述了展示发现和UWB定位程序的示例性流程图。

[0108] 参考图1中示出的示意性展示，可以使用各种类型的定位技术1向比如资产跟踪3A、制造控制3B、防碰撞监控3C以及(室内)导航3D等工业应用3提供位置数据。

[0109] 例如，定位技术1的示例基于RFID、5G、UWB、BLE和GPS，它们是相应定位区1A、1B、1C、1D和1E(受制于定位技术的2D或3D空间区域)中的示例性设置。

[0110] 中央软件系统5可以充当定位技术1与工业应用3之间的中枢。例如，中央软件系统5可以经由第一开放式接口5A管理(例如在生产现场内)由不同定位技术覆盖的各种定位区
1A、1B、1C、1D和1E。虽然定位区1A、1B、1C、1D和1E可以由特定类型的定位技术覆盖，但定位区1A、1B、1C、1D和1E可以替代性地至少部分地重叠。

[0111] 此外，中央软件系统5可以向各种工业应用3提供第二开放式接口5B。

[0112] 如针对(UWB)定位区1C内的UWB定位系统的操作所进一步示出的，定位系统可以包括向第一开放式接口5A提供数据的控制器7。控制器7可以进一步向UWB定位系统的比如具有定位传感器的固定设备和移动设备等各种部件提供UWB接口7A。固定设备的示例包括主控(或根)UWB收发器11A、UWB接收器13以及中继UWB收发器11B。图1中示意性地指示了使用定位传感器创建位置信息的移动设备的示例：UWB标签9A、自动导引车辆(AGV)9B、飞行对象9C(例如，无人机)以及被配置成在UWB环境内执行自定位计算的自定位传感器9D。

[0113] 定位传感器是可跟踪对象或简称为可跟踪物。定位传感器也称为移动定位器传感器、移动定位器、标记、(移动)标签、标签设备或移动单元。例如，定位传感器可以实施为带有电子墨水显示器的移动标签以附接到要跟踪的部件。定位传感器可以进一步例如在自动导引设备(比如AGV 9B或无人机9C)内实施为工人的智能手表。定位传感器通常包括一个或多个定位电子器件，该一个或多个定位电子器件包括用于UWB定位和无线电数据通信(比如无线电BLE或WiFi通信)的电子电路和电子部件(比如接收器、发射器、天线)。定位传感器还可以可选地包括用于室外定位的GPS系统。定位传感器可以包括各种可选特征，比如显示器(例如，电子墨水显示器)、用于附接在要跟踪的对象/人的紧固系统、电池、处理器、数据存储设备等。

[0114] 提及的自定位传感器9D是一种特殊类型的定位传感器，其包括处理器，该处理器被配置成通过其自身从接收到的UWB信号计算自定位传感器的位置。这种传感器通常可以在比如无人机等飞行对象9C或比如AGV 9B等AGV上用于自定位。为了提高定位准确性，这些自主可移动对象通常还可以使用其他(多个)移动传感器(如惯性传感器)，并且可以使用UWB自定位和这些其他(多个)传感器的传感器融合。

[0115] 中央软件系统5包括处理器5’，该处理器接收如通过相应定位技术生成的关于各种对象的位置信息，并且将在定位区内跟踪的对象的位置信息转变为例如全球“地理”坐标。由此，位置信息可以在各种各样的相应应用中使用。

[0116] 在这种背景下，本文中披露的概念的目的在于通过经由中央软件系统5所体现的公共应用接口提供关于对象的位置数据来统一室内定位技术。因此，本文中披露的概念可以进一步使得基于位置的服务能够用于在制造执行系统(MES)、仓库管理系统等中执行的工业应用。

[0117] 参考图2的示意图，用于UWB定位系统101的“网络拓扑”(配置)包括UWB基础设施103、发现基础设施105和控制器107。不同部件可以在可行的情况下在结构上进行组合；例如，UWB基础设施103和发现基础设施105可以基于公共结构部件。

[0118] UWB定位系统101表示基于要跟踪的支持UWB的设备(定位传感器/可跟踪对象109)与UWB基础设施103的部件之间的无线电交换的定位技术。UWB基础设施103是被配置成使得能够基于UWB成帧协议在发射器、接收器和收发器之间进行UWB信号交换的定位基础设施。UWB成帧协议定义了定位/测距/位置确定的基础UWB程序。UWB程序可以是同步时分多址(TDMA)协议。TDMA允许多个设备通过将通信划分为不同的时隙来共享相同的频率信道，在所述时隙处，比如定位传感器和UWB发射器(或UWB收发器)等各种部件理应发射比如UWB信标信号帧/信号或UWB响应帧/信号等UWB信号帧。

[0119] 通常，在IEEE标准802.15.4中描述了UWB空中接口，包括UWB芯片可以与另一UWB芯片通信的基本方式。本文中描述的UWB基础设施103可以应用于不同类型的UWB芯片通信方案之上，该UWB芯片通信方案包括遵从例如UWB标准(如IEEE标准802.15.4并且尤其包括IEEE 802.15.4z的最新版本)的那些方案。

[0120] UWB定位系统101的操作基于来自发射器的UWB信号的明确定义的发射时间点以及接收器处的接收时间点的精确测量。需要UWB信号的发射和接收的精确定时，以允许以期望的准确性进行比如飞行时间(ToF)测量(也称为到达时间(ToA)测量)或到达时间差(TDoA)测量等测量。

[0121] 在图2中，UWB基础设施103的“网络拓扑”支持由根设备111A管理的主控单元103A。根设备111A确保主控单元103A的任何发射器、接收器和收发器之间的时间同步。可以例如通过以规则的时间间隔发送信标帧BF来实现同步。与根设备111A的同步在图2中由线S_A指示。

[0122] 除了根设备111A，主控单元103A还可以包括多个(例如，最多63个)另外的固定设备，比如固定接收器113和中继收发器111B。所有这些设备都被放置成使得它们能够接收由根设备111A发射的信标帧。根设备111A可以例如被放置在制造车间内的位置处。

[0123] 主控单元103A与定位区115相关联，如果根设备111A、固定接收器113和中继收发器111B作为主控单元103A的一部分来操作，则该定位区115通过根设备111A、固定接收器113和中继收发器111B的位置来展开。在定位区115内，定位是基于主控单元103A的这些基础设施部件执行的。固定接收器113和中继收发器111B也称为锚，因为它们通常安装在定位区115内的固定位置处。优选地，根设备111A与主控单元103A的固定设备定位在视距内，以提供良好的UWB同步链路并且因此提供良好的定位精度。

[0124] 例如，由根设备111A发射的信标帧可能不能够在整个制造车间中被接收。如果固定设备的位置不在视距内或如果距离太远，则可能出现这种情况。如在图2中所指示的，提及的中继收发器111B可以中继信标帧，即，用作信标中继器以经由另外的固定接收器113(以及可选地另外的中继收发器)与中继收发器111B的同步来设置子单元103B。这在图2中由线S_B指示。可以以这种方式设置多个子单元103B、103C。

[0125] 定位传感器109还接收信标帧，以便变得时间同步。定位传感器109可以根据它们的位置从根设备111A或中继收发器111B中的一者接收信标帧。

[0126] 如结合图4所描述的，可以使用的中继设备的数量取决于UWB成帧协议，并且特别地取决于超帧的设置。

[0127] 控制器107可以设置为计算机服务器系统，该计算机服务器系统经由LAN和/或WLAN连接108数据连接到固定设备。控制器107包括处理器107A和数据存储器107B；并且被配置成处理从固定设备接收的信息，向固定设备提供设置信息，并且将信息存储在固定设备上，即，UWB基础设施上。控制器107实施为分析器，该分析器被配置成从定位传感器接收用于超宽带信标信号和超宽带响应信号的定时信息，并且从定时信息计算这些定位传感器的位置。例如，在处理器107A上执行的计算机软件程序可以例如基于飞行时间方法来计算定位传感器109的位置。计算机软件程序可以是本地安装的软件或者例如生产现场或物流现场的集中控制系统的一部分。

[0128] 控制器107可以访问固定设备的数据表(例如，存储在数据存储器107B上)，该数据表包括(多个)定位区中的固定设备的位置数据。该表用于计算定位传感器109的相应位置数据。知晓(多个)定位区中的固定设备的相对位置，特别是可以计算根设备111A与中继收发器111B之间的固定ToF值。

[0129] 在此基础上，当定位传感器109执行与固定设备的UWB信号交换时，即使没有时间戳随UWB信号发送，控制器107也可以针对定位传感器109的位置计算位置数据。

[0130] 控制器107进一步具有输出结构107C(输出接口)，并且在数据输出结构107C处以在至少一个工业应用中使用的标准化格式例如经由图1中示出的第一开放式接口5A输出位置数据。

[0131] 类似地，自定位传感器可以在其处理器中执行计算机软件程序。计算机软件程序访问具有相应位置的固定设备的类似数据表。计算机软件程序与特定UWB成帧协议相适应，并且可以得到自定位传感器的自定位传感器“机载”位置。

[0132] 本文中披露的UWB定位系统101的UWB基础设施基于使用由UWB成帧协议给出的UWB脉冲(比如带限制脉冲)的脉冲无线电信令方案。UWB基础设施可以支持至少一个操作频带，其中，可以使用一个或多个信道。具体地，UWB信道可以在从3GHz到10GHz的范围内(例如，在从3.244GHz到4.742GHz或从5.944GHz到10.234GHz的范围内)使用。在标准“IEEE标准802.15.4‑2015——低速率无线网络的标准”中给出了UWB信道的示例性定义，比如信道A：
3.5GHz(带宽500MHz)、信道B：4GHz(带宽500MHz)、信道C：4.5GHz(带宽500MHz)、信道D：4GHz(带宽1000MHz)。

[0133] 信道A到C可以具有500MHz的带宽，从而产生宽度为2ns的无线电脉冲。脉冲以两个脉冲之间大约64.10ns的重复率(被称为脉冲重复周期)发射。脉冲分组(序列)可以包括例如127个脉冲，从而产生与大约8μs的符号相关联的持续时间。UWB成帧协议可以使用至少三个信道，这些信道由促成符号的脉冲分组(序列)内的定义的脉冲扩频码支持。

[0134] UWB成帧协议可以使用相干接收器的差分二进制相移键控(DBPSK)。DBPSK基于两个连续脉冲之间的极性变化。对于UWB基础设施，这需要UWB发射器能够对发送的脉冲的极性进行编程，并且需要UWB接收器能够读取脉冲的极性。

[0135] 例如，在BeSpoon SAS于2019年4月19日提交的名称为“ULTRA‑WIDEBAND LOCATION SYSTEMS AND METHODS[超宽带定位系统和方法]”的国际专利申请PCT/IB2019/000745中披露了一种具有UWB基础设施和UWB帧格式的示例性UWB定位系统，该国际专利申请的全部内容以其全文并入本文。此外，国际专利申请PCT/IB2019/000745披露了一种基于服务器/系统的定位以及一种基于移动设备的自定位。例如，在BeSpoon SAS于2019年10月22日提交的名称为“ULTRA‑WIDEBAND INDOOR LOCATION SYSTEMS AND METHODS[超宽带室内定位系统和方法]”的国际专利申请PCT/FR2019/052514中披露了基于移动设备的自定位的进一步细节，该国际专利申请的全部内容以其全文并入本文。

[0136] 再次参考图2，发现基础设施105是定位系统101的一部分。发现基础设施105向任一定位传感器打开定位系统101，该定位传感器在技术上能够遵循UWB成帧协议而不需要按照UWB成帧协议预安装配置。应注意，对于具体地仅要在单个定位区内操作的定位传感器，该信息可以预安装在定位传感器中。

[0137] 然而，让定位传感器访问UWB定位系统特别地需要定位传感器被识别、知晓UWB定位系统的组织并且被指派其在UWB基础设施内的作用。所需要的信息交换可以使用短程无线数据交换通信系统(在功能上在本文中被称为发现基础设施105)在UWB定位系统与定位传感器之间发射。

[0138] 发现基础设施105包括发现信号收发器105A，该发现信号收发器105A被配置成优选地在2.4GHz的频率范围内与设置在定位传感器109处的相应配对的发现信号收发器进行无线通信。例如，发现基础设施105可以使用基于蓝牙、低功耗蓝牙(BLE)或紫蜂联盟的交换协议。数据连接由箭头106示意性地指示。

[0139] 应注意，尽管在图2中发现基础设施105为了说明目的而被具体展示为单独的结构(结构性)单元，但发现基础设施105可以安装在UWB定位系统101的比如根设备111A、固定接收器113和中继收发器111B等部件内。这些部件可以被设置为例如能够在其上安装各种类型的通信技术的电子器件。

[0140] 结合图3，关于BLE示例性地解释所述发现。然而，技术人员将理解的是，可以与提供相应范围的其他通信系统(比如基于红外光的通信)执行用于发现程序的类似数据交换。

[0141] 当定位传感器109’因为需要被新引入或因为需要从一个核心区转变到另一核心区而接近核心区(例如，图2中的定位区115)时，开始发现程序(例如，在这里是蓝牙广播)的发起。定位传感器109’使用其发现信号收发器110来定期地发射广告信号121(广告事件)以与相应核心区的发现信号收发器取得联系。在图3中示出的纯广告阶段122期间，定位传感器109’不是定位系统的一部分且未被定位。

[0142] 作为示例，相应核心区的发现信号收发器105A接收广告信号121。发现信号收发器105A可以是单独部件或可以与超宽带基础设施的任一电子设备组合。优选地，发现信号收发器105A被定位成靠近核心区的入口区域，比如生产现场的正门或主门。发现信号收发器
105A数据链接到控制器107(见图2)，并且与控制器107确认：定位传感器109’是否可以包括在基于系统的定位中、或者至少允许执行自定位。

[0143] 控制器107控制发现信号收发器105A以向定位传感器109’发射响应，以便发起BLE连接事件。在连接事件中，设置无线个人区域网络，该无线个人区域网络用于在发现信号收发器之间发送数据包。所建立的蓝牙对话包括向定位传感器109’发射预置信号123A。预置信号123A包括关于定位区115的UWB基础设施的基础设施数据。

[0144] 通常，基础设施数据可以包括以下各项中的至少一项：

[0145] ‑该定位区内的固定发射器的位置的信息；

[0146] ‑关于从固定发射器发射的超宽带信标信号的定时信息；

[0147] ‑与定位传感器中的相应一个定位传感器相关联以使其在超宽带定位操作模式中的第一模式下操作的时隙编号；

[0148] ‑与定位传感器中的相应一个定位传感器相关联的定位率；或者

[0149] ‑能够操作定位传感器中的相应一个定位传感器的超宽带定位操作模式的类型。

[0150] 利用广告信号121和/或响应于预置信号123，发现基础设施可以进一步从定位传感器109’或者甚至如果关于定位传感器109’的相应信息被存储(例如，在图2中的数据存储器107B上)则从控制器107接收关于定位传感器109’的信息。

[0151] 所述预置使得能够将定位传感器109’集成到UWB定位中并且开始定位阶段124A。在定位阶段124A期间，定位传感器109’可以建立UWB交换(如果在基于系统的操作模式下操作)，和/或执行自定位(如果在UWB自定位操作模式下操作)。

[0152] 定位传感器可以进一步向前移动并且进入新的核心区，例如，图2中的子区103B。然后，复制相同的广告和预置过程，以在与子区域103B相关联的UWB基础设施中包括定位传感器109’。

[0153] 例如，一旦针对发现信号收发器105A完成预置，定位传感器109’就返回到发射广告信号121。只要定位传感器在核心区内，发现信号收发器105A就知道已通信了所需信息；不需要/不发送进一步的响应。

[0154] 然而，如图3中所示出的，如果另一发现信号收发器105B由于定位传感器109’接近相应核心区而接收到广告信号121，则该发现信号收发器105B可以启动另一连接事件并且提供预置信号123B。定位现在可以发生在例如子区103B内，并且发起新的定位阶段124B。同时，发现信号收发器105B可以向前一核心区的UWB基础设施告知：现在在另一UWB基础设施的环境中执行UWB定位。在图3中指示了从发现信号收发器105B发送到发现信号收发器105A的关闭信号125以通信例如定位传感器109确认接收到与第二区103B相关联的基础设施数据。

[0155] 按照上文，定位传感器可以通过二次通信系统(比如以上基于BLE的发现系统)被预配置或激活以进行UWB定位。

[0156] 示例性地，可以使用为该目的具体设置的BLE配置文件连接UUID(通用唯一标识符)。基础包结构数据结构可以包括用于更新存储在定位传感器中的固定UWB设备的拓扑配置(关于空间中的位置的空间分布的信息)的各种命令。例如，可以移除/更新基础设施定义中的一个或多个固定设备或者改变操作参数。此外，可以提供命令以在以服务器为中心的模式(基于系统的定位)或以设备为中心的模式(自定位)下通过设置测距类型属性来设置移动设备。此外，命令可以将位置确定中的一个轴线固定为恒定值。

[0157] 基础包结构数据结构可以使用数据格式的以下特征。条目可以与以下各项有关：定位传感器或固定设备的制造商的公司识别代码、UWB MAC地址(设备相关的)、已安装的软件修订、硬件识别；电池状态信息、UWB状态信息(比如扫描、校准、测距)、配置识别以及坐标(比如固定设备的3D‑GPS X坐标、3D‑GPS Y坐标、3D‑GPS Z坐标)。此外，可以设置与位置计算模式、数据过滤和后处理控制相关的参数。

[0158] 基于发现程序，定位传感器被启用并且被配置成参与UWB通信。例如，响应于接收到的信标帧，定位传感器可以发送配对请求UWB响应，然后接收关于如何将其集成到UWB成帧协议中的特定信息。上文提到的国际申请披露了示例性UWB成帧协议。例如，提供的信息与测距时隙有关，在该测距时隙处，定位传感器理应发射测距帧(UWB响应帧)和重复率，更通常地，该信息包括关于超帧和巨帧结构的细节。在下文中，结合图4解释了示例性超帧和巨帧结构。

[0159] 在示例性UWB成帧协议中，用于时隙持续时间的时基可以基于32KHz的时钟周期。与时隙相关联的持续时间可以进一步与64个周期有关，例如，与每时隙大约64×1/32768≈
64×30.5μs≈2ms有关。时间可以被分成多个时隙，该多个时隙在飞行时间计算中具有不同的作用。

[0160] 在图4中，展示了包括预定义数量的时隙的超帧131。例如，UWB超帧可以由64个时隙构成，并且因此延伸大约125ms的持续时间，从而产生8Hz的第一定位率。超帧131定义了协议的第一次重现，并且因此与可以在定位系统中使用的最高(最大)定位率有关。

[0161] 基于系统的定位模式基于双向测距方法。因此，超帧131包括信标时隙和测距时隙。例如，64个时隙可以包括32个信标时隙(块133)。该32个信标时隙可以被分成16个信标时隙的两个块，分别与第一信标帧和第二信标帧的对相关联。每个对中的第一信标帧和第二信标帧可以用于同步。

[0162] 在块133后面，块135由例如三个中间禁止时隙构成，并且将信标时隙与测距时隙分隔开。

[0163] 测距帧的块137跟在块135后面。例如，在块137中可以存在28个测距时隙。

[0164] 超帧131可以由一个或多个会合时隙的关闭块139关闭。会合时隙可以用于在固定设备与定位传感器之间交换信息，例如，从定位传感器到根设备传递信息(然后将信息进一步传递给控制器)，并且反之亦然，即经由根设备从控制器到定位传感器传递信息。

[0165] 参考图4中示出的超帧131的链143，UWB成帧协议基于超帧131的连续重复。多个超帧131被分组以形成巨帧141。巨帧141可以包括例如40个超帧。在这种情况下，巨帧141延伸大约5s的时间周期。巨帧141允许在存在测距时隙时处理更多的定位传感器。具体地，可以针对一个定位传感器仅在特定超帧131处执行测距，由此产生不同的定位率。

[0166] 例如，28个测距时隙可以被分成具有不同定位率的多个类别。例如，在下文中解释了实现三个不同定位率的三个类别：

[0167] a)例如，测距时隙(例如，4个测距时隙)可以用于以8Hz的定位率/125ms的周期跟踪的测距设备；在这种情况下，每个超帧中的相应测距时隙用于相关联的定位传感器的定位。在图4中，这在示例性巨帧展示141A中指示。超帧中的每一个都是有阴影的，因为其由传感器设备用于发射UWB响应信号。应注意，尽管指示超帧的完整框始终是有阴影的，但仅使用测距帧中的一些测距帧。

[0168] b)例如，测距时隙(例如，16个测距时隙)可以用于具有1Hz的定位率/1s的周期的测距设备；在这种情况下，每第八个超帧中的相应测距时隙用于相关联的定位传感器的定位。在图4中，这在示例性巨帧展示141B中指示。每第八个超帧是有阴影的，因为其由传感器设备用于发射UWB响应信号。

[0169] c)例如，测距时隙(例如，8个测距时隙)可以用于具有0.2Hz的定位率/5s的周期的测距设备；在这种情况下，每巨帧141的一个相应超帧中的相应测距时隙用于相关联的定位传感器的定位。在图4中，这在示例性巨帧展示141C中指示。示例性地，仅巨帧展示141C的最后一个超帧是有阴影的，因为其由传感器设备用于发射UWB响应信号。

[0170] 通常，相应测距时隙例如在按照a)、b)和c)的示例中可以是有序的，或可以任意地与各种定位率相关联。

[0171] 参考图5A中示出的流程图，一种用于针对上文讨论的两种定位模式生成位置信息的方法包括与结合图3描述的发现程序有关的步骤151。具体地，步骤151包括用于发起定位传感器与定位系统的相应发现基础设施之间的联系的广告步骤151A。在广告步骤151后面，使用数据交换步骤151B(连接事件)来将关于定位系统(具体地其UWB基础设施)的相应基础设施数据下载到定位传感器上。

[0172] 数据交换步骤151B可以取决于要在定位传感器上运行的定位模式而变化。例如，自定位不需要关于测距时隙的信息。

[0173] 如图5A中所展示的，同样与两种定位模式相关的是与定位系统的固定设备之间的同步有关的步骤153。具体地，虽然自定位模式需要固定发射器的同步153A，但基于系统的定位模式需要固定接收器的同步153B。在两种情况下，关于根设备执行同步。BeSpoon SAS在上文提到的国际专利申请中描述了基于以预定义时间间隔发射的两个信标帧的同步程序的示例。

[0174] 在图5A中，流程图然后分离成分别与两种定位模式有关的两个分支。

[0175] 对于基于系统的定位，执行使用至少一个特定UWB帧的配对步骤155以具体地提供关于UWB成帧协议的信息(该信息例如在会合时隙期间被交换)。具体地，UWB基础设施(通常是根设备)提供关于与定位传感器相关联的测距时隙的信息。此外，例如可以交换关于与定位传感器相关联的定位率的信息。

[0176] 如结合图5B所展示的，在步骤157期间执行基于系统的定位。具体地，定位传感器监听在相应信标时隙期间发射的UWB信标信号BF1、BF2(也称为信标帧)，并且在与定位传感器相关联的测距时隙期间发射UWB响应信号RF(也称为响应帧)。

[0177] UWB响应信号RF可以包括关于UWB发射器的信息，基于该信息确定用于UWB响应信号的发射的定时。由于高度准确的同步，定位传感器根据预定义的定时公式非常准确地发送其UWB响应信号。应注意，UWB信标信号和UWB响应信号不包括信标发射器与定位传感器之间的时间戳信息的任何交换。

[0178] 图5B展示了用于同步和ToF分析的示例性UWB信号交换(在根设备111A与定位传感器109之间)。

[0179] UWB信标信号BF1、BF2在每个超帧处(例如，以125ms的速率)发射。例如，根设备UWB发射信标信号BF1、BF2，这些信标信号可以由定位传感器和其他固定设备监听以同步它们自身。

[0180] 用于ToF分析的定时考虑取决于使用的UWB信标信号BF1、BF2的选择：

[0181] T2‑(T0+ToF)＝N×单个时隙的持续时间(在以上示例中N＝20至57)；或者[0182] T2‑(T1+ToF)＝M×单个时隙的持续时间(在以上示例中M＝4至31)，[0183] 其中，

[0184] T0、T1：分别为UWB信标信号BF1、BF2的发射时间点(通过根设备111A)，ToF：UWB信标信号BF1、BF2到UWB接收器或定位传感器的飞行时间，

[0185] T2：UWB响应信号RF的发射时间点(图5B中，根设备111A的接收将相应地发生在接收时间点T2+TOF处，针对固定接收器113给出相应接收时间点，这取决于固定接收器113相对于定位传感器109的位置)，

[0186] N、M：从(相应)信标时隙(与根设备相关联)到测距时隙(与定位传感器相关联)的时隙的数量。

[0187] 为了计算位置，UWB接收器和根设备可以将例如接收UWB响应信号RF的时间点(包括例如以上接收时间点T2+TOF)以及发射时间点T0、T1通信到控制器。控制器可以根据固定设备(发射器和接收器)的位置的集中式数据库和分配给定位传感器的时隙来计算位置数据。

[0188] 参考步骤163，可以终止定位传感器在定位程序中的参与。超帧的会合时隙可以用于将相应终止信息(相应取消关联信号/帧)通信到相关联的定位传感器。

[0189] 对于步骤161的自定位，流程图从步骤151/步骤153进行到步骤161。具体地，在步骤151B期间，定位传感器接收用于通知要监听的正确UWB信标信号的配置数据并且提供相应UWB信号发射器的相应“拓扑”信息(位置数据)。

[0190] 在步骤161期间，定位传感器监听所有UWB信号发射器并且可以在考虑到以下各项的情况下基于信标帧的到达时间得到它自己的位置：UWB信号发射器的位置、UWB信号发射器之间的已知飞行时间、信标信号中对相应UWB信号发射器的参考、以及相应UWB信号发射器已知的确切发射定时。

[0191] 应注意，在自定位模式下操作的定位传感器没有配对要求，因为仅接收UWB信号(并且没有发射)。相应地，也不需要解除关联。

[0192] 最终，如果离开定位区并且新进入一个定位区(图5A中的步骤163)，则可以再次执行上述步骤——在基础设施数据的预置(步骤151A)开始。

[0193] 参考图6，示意性地示出了(超宽带室内实时)定位系统201的各种部件，比如主控信标设备MB(与图1中的主控收发器11A相对应)、(示例性手持)移动标签设备T(与图1中的定位传感器9相对应)、多个信标卫星设备BS1、BS2、BS6(与图1中的接收器13相对应)、以及示例性的信标中继器设备BR(与中继收发器11B相对应)。

[0194] 关于UWB信号发射器的示例性实施例，参考上文提到的国际专利申请的章节“主控信标设备”，这些章节具体地通过援引并入本文。关于移动标签设备/定位传感器的示例性实施例，参考上文提到的国际专利申请的章节“(移动)标签设备”，这些章节具体地通过援引并入本文(例如，参见章节“接收单元”和“校准和计算单元”)。

[0195] 具体地，标签设备/定位传感器是要位于定位系统的定位区域(与图1中的定位区115相对应)内的单元。优选地，标签设备/定位传感器是移动单元，这意味着该标签设备/定位传感器不会永久地位于同一地方，这使得定位变得有趣。该标签设备/定位传感器可以通过附接到移动对象或成为移动对象的一部分来移动。移动标签设备/定位传感器从多个UWB信号发射器接收UWB信号。标签设备可以包括(信标/信号)接收单元，包括从属时钟和主控时钟作为标签时钟的双时钟电子设备，以及包括时间检测单元、识别单元和控制单元的(可选地校准和)计算单元。标签时钟可以实现为时钟脉冲发生器或时钟波发生器。标签时钟为每个标签设备/定位传感器定义标签时间。至于主控信标设备，一些或所有的这些元件、特别是双时钟电子设备可以是UWB芯片的一部分。标签设备/定位传感器可以利用信号接收单元接收UWB信号，具体地接收主控(或中继器)信标帧。信号接收单元可以包括接收(Rx)天线。标签设备可以进一步发送要从UWB定位系统的其他部件接收的UWB信号。例如，标签设备/定位传感器可以放置在壳体中，该壳体还可以包含其他功能，比如智能手机、计算机、自动导引车辆的控制系统等。

[0196] 对于TDoA分析，定位系统具有关于UWB基础设施的固定设备(例如，主控信标设备和(多个)信标卫星设备)的位置的信息。

[0197] 在示例性实施例中，信标卫星设备BS1、BS2、BS6和信标中继器设备BR可以各自包括接收器单元，由此还具有可与主控信标设备MB同步的功能。应注意，主控信标设备MB或信标中继器设备BR通常可以安装在房间或大厅(通常是由定位系统201覆盖的定位子区)内，以确保所发射的UWB信号的时间同步。

[0198] 标签设备T/定位传感器可以被配置成从接收到的UWB信号确定其在空间内、具体地在定位区域203/定位区内的位置。在当前的定位领域中，实时意味着与标签设备/定位传感器的移动速度相比位置信息是足够快速地可用的，使得可以暂时地在足够的程度上解决移动。定位区域203/定位区由各种部件之间的UWB信号交换的覆盖范围限定。

[0199] 在图6的示例性实施例中，定位系统201进一步包括(系统)控制单元205(与图1中的控制器7相对应)，该(系统)控制单元205被连接以与主控信标设备MB和信标卫星设备BS1、BS2、BS6以及信标中继器设备BR进行数据交换。这些数据连接可以基于电缆207或可以是无线的。因此，部件可以是LAN和/或WLAN网络或其他(多个)通信网络的一部分。控制单元205可以包括具有数据存储单元263和计算单元265的集中式计算机系统261或分散式计算机系统。数据存储单元263可以存储例如UWB信标信号与卫星设备的时隙信息之间的主控时间延迟数据，以例如进行时钟同步。

[0200] 另外，在图6中示意性地展示了UWB信号发射。主控信标设备MB和信标卫星设备BS1、BS2、BS6发射信标帧BFs/LFs_MB、LFs_LBS1、LFs_LBS2、…LF_BS6，这些信标帧可以由定位区域203内的标签设备T/定位传感器接收。标签设备T/定位传感器处理UWB信号以进行定位。另外，信标卫星设备BS1、BS2、BS6还可以接收和处理主控信标设备MB的UWB信号(被指示为信标帧BF)以用于时钟校准(见上文提到的国际专利申请PCT/IB2019/000745的示例性校准方法)。

[0201] 主控信标设备MB和信标卫星设备BS1、BS2、BS6可以进一步接收从标签设备发射的信标帧/UWB标签响应信号TF1，以用于以非标签为中心的方法。例如，标签设备T/定位传感器可以按照定位协议发射具有标签特定时间延迟的标签响应帧。主控信标设备MB和信标卫星设备BS1、BS2、BS6可以用作标签响应接收器，并且将接收标签响应帧TF1并且针对标签响应帧TF1得到用于标签设备T的特定到达时间。结合来自主控信标设备MB或信标中继器设备BR的信标帧BF的发射时间，可以通过相应标签响应接收器TRR执行到达时间差分析。

[0202] 此外，图6指示了例如在多个房间内使用信标中继器设备BR来扩展定位系统201的范围(特别是同步)的概念。为了这个目的，信标中继器设备BR发射覆盖相关联区(通常是至少一个房间)的中继器信标帧，其中，该信标中继器设备BR可以用作主控信标设备，例如，用于校准。

[0203] 在标签设备/定位传感器被配置成具有执行主控和中继器帧的接收时间点的分析和计算所需的充足计算能力(并且如果标签设备知晓比如主控信标和中继器信标等每个信标发射器的确切位置)的情况下，标签设备/定位传感器(当接收在位置帧格式的预定义信标段的时隙处发送的信标帧时)可以基于主控信标设备和多个信标卫星设备的位置信息来确定用于标签设备到主控信标设备和多个信标卫星设备之间的距离的距离信息。具体地，基于多个到达时间点，可以在移动标签设备内执行到达时间差分析。替代性地，定位可以由控制单元205执行。

[0204] 图6中的比如主控信标设备MB或信标卫星设备BS1、…等示例性固定锚可以包括壳体，该壳体具有例如用于紧固螺钉的多个贯穿孔以在3D空间中的空间固定位置处将固定锚附接到墙或天花板。在壳体内，锚可以包括被配置成执行定位信标帧LFs_MB、LFs_BS1…的发射的信标发射单元，和/或UWB收发器单元。锚可以进一步包括定义主控(卫星)时间的主控(卫星)时钟。在后一种情况下，锚可以进一步包括主控(卫星)存储单元以及可选的校准和计算单元，该校准和计算单元包括本文中披露的双时钟电子设备。以上部件中的一些或所有部件可以至少部分地集成在公共UWB芯片内和/或可以安装到基板或衬底。

[0205] 示例性标签设备/定位传感器可以包括具有显示器和开口的壳体，该开口例如用于附接到某个要定位的对象。替代性地，标签设备可以集成在比如自移动对象等某个设备中。标签设备可以包括具有主控时钟作为标签时钟的双时钟电子设备，该标签时钟定义对于相应标签设备特定的标签时间。标签设备可以进一步包括标签数据存储单元。

[0206] 标签设备/定位传感器可以进一步包括UWB接收和/或UWB收发器单元以及(可选地校准和)计算单元。接收单元被配置为UWB帧接收器以接收从主控信标设备或信标卫星设备发送的信标帧，由此测量相应到达时间点。计算单元可以包括：时间检测单元，该时间检测单元被配置成得到接收到的UWB信号的相应到达时间点；识别单元，该识别单元被配置成从接收到的UWB信号得到唯一信息内容；以及可选的控制单元，该控制单元被配置成在定位算法中针对UWB信号发射器的至少一个子集处理唯一信息内容和到达时间点以得到移动标签设备相对于UWB信号发射器的子集的位置。标签设备的以上部件可以至少部分地集成在公共UWB芯片内和/或可以安装到基板或衬底。

[0207] 对于发现程序，标签设备/定位传感器以及至少一个固定锚可以包括第二数据通信系统所需的相应部件。例如，比如天线等BLE电子元件、用于控制BLE通信信号的接收和发射的BLE芯片以及用于分析和定义BLE通信信号的电子电路。(BLE)部件可以至少部分地集成在公共BLE芯片内和/或可以安装到基板或衬底。

[0208] 虽然在一些实施例中，多个固定发射器之一和多个固定接收器之一可以被配置为收发器，该收发器是安装在定位区中的固定位置处的固定收发器，但在一些实施例中，多个固定发射器之一和多个固定接收器之一可以被配置为形成在第一模式下操作的定位传感器的移动收发器，其中，该移动收发器定位在定位区中并且在超宽带定位操作的执行期间不移动。可以经由会合帧通信相应信息。

[0209] 应注意，发现程序还可以用于将基础设施数据传送到可以以不同方式使用基础设施数据进行定位的设备：具体地，锚的位置可以用于独立于UWB基础设施而定向。例如，基础设施数据可以由这样的非UWB定位传感器(例如，虚拟现实眼镜或增强现实眼镜)使用，该非UWB定位传感器可以使用经由例如BLE通信接收到的锚的坐标来确定它们在UWB坐标系中的位置。

[0210] 例如，参考图2，可选地，至少一个另外的移动设备401(例如，AGV)可以被配置成与发现基础设施105进行无线通信以接收基础设施数据(箭头106’)。移动设备401将基础设施数据与环境数据进行比较，移动设备401通过利用图像采集系统401A和/或LIDAR系统对移动设备的环境进行成像得到该环境数据。

[0211] 参考图7，分别描述了定位系统以及在两种不同超宽带定位操作模式下操作的两个定位传感器的交织活动，例如，其中，第一模式需要从定位传感器发射超宽带响应信号，第二模式需要基于由定位传感器接收的超宽带信标信号计算位置信息。应注意，可以仅在超宽带定位操作模式之一下使用定位系统。

[0212] 在定位系统内(例如，在数据存储器处)，存储(步骤301)关于超宽带基础设施的基础设施数据，该基础设施数据是两个定位传感器中的每一个在其超宽带定位操作模式下被操作所需的。然后，定位系统的发现基础设施执行将基础设施数据无线通信到定位传感器(步骤303)。作为无线通信的结果，定位传感器接收关于定位系统的超宽带基础设施的基础设施数据。

[0213] 用于发现(即，新定位传感器想要包括在定位系统的操作内的识别程序)的无线通信包括以下步骤：

[0214] ‑利用定位传感器中的每一个发送(步骤305A、步骤305B)相应发现广告信号；

[0215] ‑利用发现基础设施接收(步骤307A、步骤307B)从定位传感器发射的发现广告信号；

[0216] ‑利用发现基础设施(响应于发现广告信号中的每一个)发送预置信号(步骤309A、步骤309B)，该预置信号包括被配置成用于在相应超宽带基础设施内在相应超宽带定位操作模式下操作相应定位传感器的基础设施数据；以及

[0217] ‑利用定位传感器接收(步骤311A、步骤311B)包括相应基础设施数据的相应预置信号。

[0218] 已经在新定位传感器的发现期间或在该发现完成之后操作(步骤313)超宽带基础设施以使得能够进行定位。

[0219] 这对于第一模式包括利用多个固定发射器将超宽带信标信号发射到定位区中(步骤315)。在第一模式下操作的定位传感器接收从超宽带基础设施的多个固定发射器发射的超宽带信标信号(步骤317)。然后，定位传感器使用基础设施数据以从超宽带信标信号得到定时信息(步骤319)，并且从定时信息计算定位传感器的位置数据(步骤321)。

[0220] 定位对于第二模式还包括利用多个固定发射器将超宽带信标信号发射到定位区中(步骤315)。在第二模式下操作的定位传感器接收从超宽带基础设施的固定发射器之一发射的超宽带信标信号(步骤317B)。此外，多个固定接收器从固定发射器之一接收超宽带信标信号(步骤317C)。定位传感器和固定接收器可以例如基于超宽带信标信号来执行时间同步。

[0221] 定位传感器响应于超宽带信标信号在响应时间点处发射(步骤323)超宽带响应信号，该响应时间点是相对于超宽带信标信号的接收时间点使用基础设施数据而设置的。多个固定接收器接收(步骤325)从在第一模式下操作的定位传感器发射的超宽带响应信号。定位系统(例如，处理器)从多个固定接收器接收(步骤327)用于超宽带信标信号和超宽带响应信号的定时信息，并且从定时信息计算(步骤329)定位区内的定位传感器(在第一模式下操作的定位传感器)的位置数据。然后，输出(步骤331)位置数据以在至少一个工业应用中使用。

[0222] 明确地指出，出于原始披露的目的并且出于独立于实施例和/或权利要求中的特征的组成来限制要求保护的发明的目的，在说明书和/或权利要求书中披露的所有特征旨在被单独地且彼此独立地披露。明确地指出，出于原始披露的目的并且出于限制要求保护的发明的目的，所有值范围或实体组的指示披露了每个可能的中间值或中间实体，特别是作为值范围的限制。

[0223] 尽管已经在本文中描述了本发明的优选实施例，但改进和修改可以在不脱离权利要求的范围的情况下并入。