CN102017437B - 防篡改集装箱定位系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及定位和通信系统，该定位和通信系统可用于使用具有发射机应答器或微发射机应答器形式的无线通信子系统的标签来定位集装箱。每个集装箱标签(CCT)能够与其他集装箱标签或基站(BS)定位器设备通信。可将标签布置成使用无线通信方法来跟踪各个集装箱上的门的打开和关闭。可使用来自基站和集装箱标签的通信来定位丢失的集装箱。CCT设备还可检测对集装箱的侵入和/或篡改，并存储各种收集的数据以用于将来提取。
Description
技术领域
本公开总体上涉及用于定位集装箱和其他物体的定位和通信系统。更具体地，本公开涉及通过发射机应答器或微发射机应答器设备加标签的集装箱的使用。每个集装箱标签能够与其他集装箱标签或基站定位器设备通信。集装箱标签可被布置成使用如下所述的无线通信方法(例如RF(射频)通信)来跟踪单独的集装箱上的门的打开和关闭，且还可跟踪集装箱的移动。
背景技术
现有技术中已知用于定位物体的一些方法。在授权给Brid的美国专利No.5,418,736中描述了丢失车辆定位器系统。车辆定位器系统连同GPS(全球定位系统)天线、接收器/发送器、具有相关联天线的电话以及安装在位置要被监控的车辆中的调制解调器一起使用一个或多个GPS系统。车辆中的寻呼应答器发出并接收寻呼请求。寻呼请求使调制解调器询问GPS接收器以确定车辆的当前位置。车辆的当前位置通过蜂窝电话链路被发送以将车辆的当前位置通知给车辆位置服务中心。其他已知的位置确定技术包括使用罗兰系统(Loran，远距离无线电导航系统)或基于Glonass(格诺纳斯系统)卫星的系统。
在授权给Sadler的美国专利No.5,576,716中描述了用于定位丢失或被盗财产的另一物体定位系统。该定位系统包括GPS模块、微计算机、调制解调器以及电话，所有这些都必须安装在车辆中。所描述的系统定期且自动地计算财产的位置，以通过电话链路发送到中央接收器/发送站。
低功率传送经受由于噪声、静电和信号干扰导致的信号恶化。当信息信号与噪声源是相同量级时，在存在该干扰和噪声的情况下从信号中提取信息是非常困难的。当前描述的发明从常规解决方案中识别各种噪声问题，并提供新颖的系统、方法和装置，所述系统、方法和装置被布置为在小尺度物体定位系统中使用非常低的功率从传输中提取信号。
附图说明
参照附图来描述非限定性和非穷尽的实施例：
图1A-1D是示出被布置成作为防篡改集装箱定位器系统工作的示例系统的框图；
图2A-2B是示出用于防篡改集装箱定位器系统的示例操作环境的图；
图3A-3C是示出布置成用在防篡改集装箱定位器系统中的示例集装箱标签的图；
图4A-4E是示出用于防篡改集装箱定位器系统的定位器操作的图；
图5A-5D是示出用于防篡改集装箱定位器系统的示例处理的流程图；
图6A和6B是示出与防篡改集装箱定位器系统中的基站相配合布置的示例集装箱标签的详细框图；
图7示出了示例发送器；
图8是示出被格式化用于发送的一组帧的图；
图9A和9B是示出用于示例通信系统的定时获取的图；
图10A-10B是用于示例接收器的示例图；
图10C-10D是示出用于示例接收器的示例相关峰值的图；
图11是用于示例发送器的流程图；
图12A-12B、图13A-13B和图14是用于示例接收器的流程图；
图15A是在旋转过360度期间距离的有效变化的示例图；
图15B是用于来自通过360度的旋转的相关相位信息的示例图；
图16是示出用于防篡改集装箱定位器系统的单查询模式、慢查询模式、快查询模式和半查询模式的示例图，这些模式全都根据本公开布置；
图17A-17C示出了示例系统，其中单个发射机应答器或集装箱标签从单个的定位器接收序列，并且然后同时发送被多个定位器或基站接收的应答序列；
图18A-18B示出示例系统，其中在仓库或其他限定的区域中多个定位器或基站从一个或多个发射机应答器(MT)或集装箱标签(CCT)接收应答发送，并且每个定位器将关于所接收的应答的信息通过一个或多个通信网络传送到中央处理单元；
图18C示出了被布置成作为中央处理单元操作的示例计算设备；
图19A-19B示出了在中央处理单元处合并关于所接收的应答(结果)的信息的定位处理的示例流程图；以及
图19C-19D示出了用于存储关于定位器和标签的信息的示例数据结构。
具体实施方式
下文参考附图更充分地描述本公开，附图构成本公开的一部分，且通过图示示出了用于实践本发明的具体示例实施例。然而，本公开可以实施为许多不同的形式，并且不应解释为限于在此阐述的实施例；相反，这些实施例被提供以使得本公开全面且完整，以及将保护范围充分告知本领域技术人员。此外，本公开可以实施为方法或设备。因此，本公开可采取完全硬件实施例、完全软件实施例或组合软件和硬件方面的实施例的形式。因此，下面的详细描述不应从限制的角度理解。
在说明书中且在权利要求中，术语“连接”指的是被连接的事物之间的直接电连接，没有任何中间设备。术语“耦合”指的是被连接的事物之间的直接电连接或经过一个或多个无源或有源中间设备的非直接连接。术语“电路”是指被布置成彼此配合以提供期望功能的一个或多个无源和/或有源组件。术语“信号”是指至少一个电流信号、电压信号、电磁波信号或数据信号。“a”、“an”和“the(所述)”的含义包括复数引用。“在某物中”的含义包括“在某物中”和“在某物上”。
简而言之，本公开涉及可用于通过以发射机应答器或微发射机应答器形式的无线通信子系统使用标签定位集装箱的定位和通信系统。每个集装箱标签(CCT)能够与其他集装箱标签或基站(BS)定位器设备通信。标签可被布置成使用无线通信方法来跟踪单独的集装箱上的门的打开和关闭。可使用来自基站和集装箱标签的通信来定位丢失的集装箱。CCT设备还可检测对集装箱的侵入和/或篡改，并存储各种收集的数据以用于后期检索。
虽然单个标签可能足以允许跟踪或发现集装箱，但是两个标签的存在可用作通过使用内部和外部天线允许标签彼此通信来进行侵入和篡改检测的基础。检测进入集装箱的一个示例方式是通过与后端相对地在门上安装端标签，使得该门中的任何移动改变两个标签之间的距离。然而，标准集装箱的端部实际上具有两个门，任一个门可被打开，因此仅简单的距离测量可能是不够的。
在单个集装箱上可使用两个CCT设备以改进感测和定位集装箱的可靠性，或提供用于检测集装箱中的门的打开或关闭的内部测量机制。在一个例子中，第一CCT被放置在一个门的顶部处的内边缘附近，而第二CCT标签被放置在集装箱中的侧壁上。可周期性地(例如每隔若干秒)激活标签，以彼此通信并用作基于来自发送和接收应答的行程往返时间(round-trip time of flight，TOF)来确定距离的短距离定位器。该门无论何时打开，标签之间的距离一定增加。可通过记录标签之间的距离连同某些种类的时间或日期戳来观察和记入打开或关闭事件。这结合每个CCT中的相当准确的实时时钟以及所有事件在两个标签中的存储，可产生集装箱的所有打开和关闭的冗余高可靠性记录。天线可被布置成通过集装箱中的机械机构(诸如门闩、铆钉或将CCT安装到集装箱的壁的其他紧固器机构)或通过切入集装箱的金属壁中的槽形天线来辐射能量。
每个CCT设备还可被布置成使用多个天线。例如，一个天线可以是如通过门闩在集装箱外传播信号的天线，而另一天线可被布置成在集装箱内部传播信号。由于集装箱一般被布置为金属箱，所以集装箱的壁形成法拉第笼，该法拉第笼形成标签之间的屏蔽。换句话说，当集装箱的门关闭时，标签之间的信号路径在幅度上大大衰减。然而，当即使稍微打开集装箱门时信号路径大幅度增加(约20dB)并且标签可以容易地确定门已打开。同样的原理适用于通过在一个壁中切出的孔来打开集装箱的情况。因此，可通过利用集装箱的法拉第笼特性，监控用于多普勒和多路径信号反射的信号，来设计侵入警报。同样的原理适用于通风的金属集装箱，该金属集装箱仍应该具有足够的衰减来工作，这是因为通风是通过较窄缝隙进行的。
许多集装箱不具有全金属地板，这潜在地使它们成为不那么令人满意的法拉第笼。然而，位于地面上的集装箱是令人满意的法拉第笼，这是由于UHF(超高频)信号不能透过人行道和/或下面的土地很好地传播。而且，没有静止地放在某种形式土地上的集装箱一般堆叠在另一集装箱的金属顶上，或堆叠在其他传导表面上(诸如船的船舱或甲板等)。因此，当集装箱处于除了在卡车底盘上的所有位置时，法拉第笼模型应该成立并且可通过CCT设备来检测集装箱的打开和关闭。可如前所述使用法拉第笼模型检测打开和关闭静止的集装箱的事件。而且，在集装箱被提起或移动的情况下(例如通过货物装运场中的起重机，在卡车、铁路车厢上等)，可检测该事件，这是因为在地面上门打开/关闭事件的信号波形(或签名)具有与集装箱的举起或移动不同的信号波形(例如频谱/幅度波形)。
每个CCT设备还可包括指南针传感器。一个指南针传感器可用来检测由附着到门的CCT设备观察到的磁场中的变化，而另一指南针传感器可用来检测由附着到集装箱侧部的CCT设备观察到的磁场中的变化。对于门关闭的一些情况，指南针传感器应该具有基本不同的磁场效果。然而，在门打开的情况下，指南针传感器应检测到相似的磁场效果。指南针传感器还可用来通过激活集装箱标签中的跟踪模式并在跟踪模式激活时周期性地记录指南针读数，来辅助跟踪集装箱经过行进路径的移动。还可基于检测到的条件(诸如集装箱的移动(从地面提升，放在地面上，放在轨道车上，放在另一集装箱上等)，集装箱门的打开，集装箱门的关闭等)来选择性地激活跟踪模式。
每个CCT设备还可包括温度传感器。在一些例子中，温度传感器可用来检测或警报集装箱中的潜在火灾。在一些其他例子中，温度传感器可用来在温度上升到高于某个预定阈值时检测出故障的制冷器集装箱。在其它例子中，温度传感器可用来检测会损害货物的条件，如过热或过冷条件下的易腐坏的食物。湿度传感器也可用于相似的目的，诸如防止可以损坏干燥食物、农产品或其他商品的过量潮湿或露水。运动传感器可用来检测集装箱内的移动，诸如偷渡者、未经捆扎的货物或害虫。光传感器可用来检测集装箱内的光，诸如从门开口、孔或从开启光源的偷渡者。
CCT设备中发送器的初始相位匹配于或至少跟踪从BS设备的发送中接收到的信号的接收相位，加上针对时间和频率偏移的任何校正。
如下所述，CCT设备(也称作发射机应答器)和BS设备(也称作定位器)各自包括接收器和发送器。使用独特的ID码对来自发送器的通信信号编码。在一些例子中，可使用群组ID使得基站(BS)可同时寻址多个CCT设备，诸如在库存量跟踪系统中可能是令人期望的。通信信号包括编码发送的序列，其中每个序列被布置成提供时钟同步和校准信息的一部分。每个接收器验证用于发送的ID码，并解码信息。通过发送序列自身来确定编码发送序列的频率、相位和开始时间，使得可在没有另外信息的情况下进行时钟恢复。
CCT设备中的频率和相位信息最初是根据来自BS设备的发送的一部分恢复的，并且使用引导程序处理进一步改进。帧内的定时位置(例如粗定时)是在来自BS设备的发送的另一部分中恢复的。在定时后，相位和频率被恢复，可以以确定的程度来制定数据接收的计划。数据被提取出并且从CCT设备向BS设备发送回应答消息，其中进行相似的信号处理功能。认真校正的行程往返时间(TOF)和发送序列的恢复出的相位用来识别CCT设备和BS设备之间的距离。
当前描述的系统具有利用不对称传输系统通过两个或更多个BS设备来识别CCT设备的位置的能力。由CCT设备捕获的信号一般在时间上不与序列(例如2047芯片序列)中的完整模式的开始和结束对齐。一个或更多个BS设备被布置成随时间发送序列中的重复模式。CCT设备被布置成循环地捕获序列中的完整模式，即使所捕获的模式相对于完整模式的开始和结束在时间上不旋转。循环相关器可用来评估所捕获的信号，使得不论模式的旋转状态如何，所捕获的信号都被CCT设备正确地识别。由于CCT设备不具有与从BS设备发送和接收有关的定时的先验知识，所以CCT设备使用所接收的发送的循环相关以确定精细定时和粗定时。循环相关是对固定长度的序列进行操作的相关器，其中序列可在时间上循环移位，使得在原始序列结束之后可在经移位的序列中接收原始序列的开头。尽管一般的相关器可能不给出有效的定时信息，然而在所捕获的信号不与完整模式的开始和结束在时间上对齐时，循环相关提供有效的定时信息。
当前描述的不对称发送系统可被配置为使得CCT设备从BS设备接收结构化信号的相对较高功率发送，而从CCT设备到BS设备的应答或确认发送是非常低功率的发送。示例CCT设备被配置成在非常低功率“非激活”模式或“睡眠模式”操作，其中CCT设备“激活”或“醒来”短暂的时间间隔以听取来自BS设备的发送。CCT设备使其接收的每个结构化信号相关联以确定是否用特定与CCT设备关联的识别码(ID码)对这些信号进行编码。CCT设备还根据所接收的结构化信号确定可将应答发送传送回BS设备的精确频率、定时、相位和节奏。从CCT设备向BS设备发送的应答发送是短持续时间的非常低功率的发送(短结构化信号)，使得节省了较长的电池寿命。尽管应答发送是非常低的功率发送，然而BS设备被布置成利用积分和循环相关技术来提高所捕获的应答发送的信噪比水平。
在当前描述的系统中，从CCT设备向BS设备发送回应答发送信号，其中CCT设备根据由CCT设备从BS设备接收的信号来合成应答发送的定时、频率、相位和节奏。来自CCT设备的应答发送的频率通过多普勒偏移与从BS设备的发送的原始频率不同(忽视其他噪音和微小误差源)。这样，BS设备可以用非常小的误差裕度来预测应答发送频率。应答发送频率的潜在不确定性足够小，使得在几十个发送序列上的相位旋转比一圈(经过360度的一个相位旋转)小得多。这允许BS设备对应答发送进行采样并在模拟域或数字域中累加(或积分)来自应答发送序列的各个样本。因为噪声作为平方根加总而信号线性地加总，所以所捕获的信号的信噪比增加，允许比不使用穷尽计算的情况接收电平低得多的信号。
CCT设备以发送的相位应答，该发送的相位匹配于所接收的定位器信号的相位(零度相位差)，或附加地与所接收的定位器信号的相位相关。因此BS设备能够精确地确定往返相位偏移，并根据载波周期确定距离。例如，如图10C所示，BS设备从CCT设备接收应答发送，并识别时间间隔t1-t2内的相关性峰值。时间间隔(t1-t2)完全对应于图10D所示的载波的一个周期。例如，915MHz载波具有约1.093纳秒的时段。在该示例中在相关性峰值时的载波相位对应于时间间隔(t1-t2)的约70％或约252度。当CCT设备处和BS设备处的信噪比足够大以允许选择特定载波周期时，该相位确定变得有用。由于915MHz处的载波周期例如是约33厘米的距离，没有载波相位识别的距离确定必须准确到约33厘米以允许选择特定的载波相位。例如，915MHz载波的100个周期对应于约32.8米的距离。然后可使用相位信息将距离测量准确地精确到小部分载波周期内(一厘米或两厘米)。例如，对于915MHz的载波频率，252度的相位对应于约23厘米的距离。因此，所述系统具有两个准确状态，一个用于在找到相关性峰值之前发生的周期数，一个用于在检测到相关性峰值时的载波信号的准确相位。例如，具有252度的检测到的相位的915MHz载波的100个周期对应于约33米的距离。当一起考虑来自若干基站的询问的多个独立距离估计时，常常可将距离估计改进到以格外的准确度进行基于相位导航、干涉仪的测量变为可能的点。
这些和其他特征将根据以下公开变得明显。
示例系统图
图1A-1D是示出布置为作为根据本公开的至少一些特征布置的防篡改集装箱定位器系统操作的示例系统的框图。
图1A示出了被布置为与集装箱标签(CCT)设备(120)通信的基站(BS)设备(110)。BS设备110包括处理块(111)、远程定位器块(116)和卫星导航系统块(119)。CCT设备120被布置为使以任何数目的操作模式操作的定位器标签协作，以通过无线射频通信与BS设备110通信。
处理块111可以通过基于硬件或软件的解决方案包括任何种类的应用水平特征。在一个示例中，处理块111包括库存量跟踪控制块(112)，使得处理系统可例如通过库存量日志(114)来跟踪集装箱的位置。在另一例子中，处理块111包括询问控制块(113)，使得处理系统可向CCT设备询问例如可被存储在数据/事件日志(115)中的另外的信息。这些示例仅被提供作为示例应用，然而在不脱离本公开的精神的情况下，任何其他应用也可同样适用。
远程定位器块116包括被布置成经由一个或多个天线(118)发送和接收无线通信信号的无线子系统块(117)。在一些例子中，可在单个的集成块中将远程定位器块(116)和处理器块(111)的功能组合在一起。在其它例子中，远程定位器块(116)处理器块(111)的功能彼此独立。
在BS设备(110)中还可以包括可选的卫星导航系统(119)，使得可确定集装箱的绝对位置。例如，处理块(111)可被布置成与卫星导航系统(119)配合，以确定集装箱的绝对坐标并将数据存储在库存量日志(114)中。在一些其他例子中，处理块(111)可被布置成在检测到事件(例如门打开、门关闭等)时存储基站或集装箱的绝对坐标。
CCT设备(120)可包括微应答器无线子系统块(121)、一个或多个天线(122)、模式配置控制块(123)、数据日志块(124)、一个或多个温度或环境传感器(125)设备以及指南针传感器(126)。模式配置控制块(123)可用来动态地将CCT设备(120)配置为任何种类的操作模式如列举一些，用于编程目的，有接收器和发送器发送方法，数据报告功能。无线子系统块(121)被布置成与天线(122)配合，使得便于BS设备(110)和CCT设备(120)之间的通信。
温度传感器(125)和/或任何其他环境传感器诸如湿度传感器、火传感器、结露点传感器可用来检测集装箱内的环境条件，以防止通过热、冷或潮湿毁坏食物产品(例如谷物、水果、蔬菜、肉类等)和/或损坏财产。如前所述，指南针传感器(126)可用来检测在其附着在集装箱中的位置处由CCT观察的磁场中的变化。
CCT设备可使用数据日志块(124)来存储集装箱标签中的任何传感器(指南针、温度、湿度等)的测量、距离测量以及用于如门打开和门关闭检测的信号波形的特征签名，以及针对事件的其他数据记录操作。
BS设备(110)发送信号到CCT设备(120)，CCT设备(120)发送作为响应的应答发送。BS设备(110)被布置成使用发送和应答的接收之间的行程往返时间(TOF)来计算BS和CCT之间的距离。可使用卫星导航信息来确定BS设备(110)的绝对地理位置，同时可根据往返TOF信息来确定CCT设备(120)相对于BS设备(110)的位置(取决于BS和CCT中利用的天线的数目)。
如下所述，BS设备和CCT设备各自包括接收器和发送器。用独特的ID码对来自发送器的通信信号编码。通信信号包括经编码的发送的序列，其中每个序列被布置成提供一部分时钟同步和校准信息。每个接收器验证用于发送的ID码，且解码信息。通过发送序列自身确定经编码的发送序列的频率、相位和开始时间，使得可在没有附加信息的情况下执行时钟恢复。CCT设备可在需要时附着到或嵌入集装箱内。
卫星导航系统(119)可以是任何种类的，诸如GPS、Loran(罗兰)、Glonass(格诺纳斯)和基于伽利略的卫星导航系统。系统可被提供为单芯片方案、芯片组，或在需要时与一个或更多个其他功能块集成在一起。
处理块(111)可包括任何种类的处理器，该处理器包括处理器核或集成电路。示例处理器包括微处理器、微控制器、复杂指令集计算机(CISC)处理器、精减指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)或可编程逻辑设备(PLD)中的任何一个。
可在存储器电路(未示出)或某些其他存储介质(例如硬盘驱动、光盘等)中提供处理器块(111)所需的软件和/或固件。列举一些，示例存储器电路包括随机存取存储器(RAM)电路、所有种类的动态随机存取存储器(DRAM)电路和静态随机存取存储器(SRAM)电路。一些示例存储器电路是只读存储器(ROM)电路，而另一些可以是可编程只读存储器电路(PROM)诸如EPROM、EEPROM等，以及其他非易失性存储器(NVM)诸如闪存类型存储器和其他种类等。
BS设备(110)还可包括任何种类的用户接口装置(未示出)诸如来自键盘、袖珍键盘、操纵杆、按钮、麦克风或其他合理的用户输入装置的用户输入。此外，用户接口设备可以包括任何种类的输出设备诸如音频设备、显示设备或任何其他合理的输出装置。
图1B示出系统(101)，其中两个CCT设备(120，120’)可被配置成在集装箱内彼此通信。一个CCT设备与图1A的BS设备(110)相似地操作，其中发送被传送到其他CCT设备，且然后应答被处理以确定往返TOF距离测量。
图1C示出系统(102)，其中任何数目的CCT设备(120)可被布置成与公共的BS设备(110)通信以用于跟踪和数据记录/安全目的。在一些例子中还可将多个CCT设备配置成合作地确定特定CCT设备的准确位置。例如五个CCT设备(120)中每一个布置在相对于BS设备(110)的位置(位置BS)的不同地理位置处(例如位置CCT1-位置CCT5)。然后可请求每个CCT设备进行距离测量(例如距离1-距离5)，并将距离测量报告给某些形式的中央处理如通信网络内的服务器(例如参见图1D)。CCT设备的位置和距离测量一起可形成一组地理布置的交叠圆，其包括对应于特定CCT的位置的公共点。以下将参考图4A-4E进一步详细说明确定位置的整个方法。
图1D示出操作环境(103)，其中一系列集装箱标签(120)被布置成与也可通过互联网协议(IP)网络连接访问的公共基站(110)通信。可通过个人计算机(130)或允许访问基站(110)的各种功能的某些其他终端来访问IP网络连接(131)。在该示例系统中，部分地通过保持所有集装箱标签(CCT)的库存量数据库(133)的数据库服务器(132)来负责处理功能。
由库存量数据库(133)跟踪的每个集装箱标签(CCT)具有用作到数据库的索引的独特的标识符(CCT ID)。在一些示例中，数据库跟踪每个集装箱标签(CCT)的当前地理位置。在其他示例中，数据库可用来跟踪其他事件，如门的打开和关闭，提起或移动集装箱等。
每个CCT设备(120，TAG1，TAG3等)可与基站设备(110)直接通信，或与其他CCT设备通信(例如TAG2和TAG3彼此通信)。在一些例子中，CCT设备可被布置成从不同的CCT设备中继消息。一旦收集到足够的测量，服务器可基于与附着到集装箱的CCT设备有关的测量来确定特定集装箱的精确地理位置。
在一些其他示例中，可例如通过基于互联网协议(IP)网络的通信从个人计算机(或计算设备)将搜索请求提交到BS设备(110)。在一些替代例中，可通过一些其他机制(如在互联网上发起的SMS(短消息业务)消息(未示出)或也许使用IP语音(因特网语音，VoIP)通信方法的预先记录的语音消息)建立到BS设备(110)的通信。服务器可再次执行定位处理以搜索被识别的集装箱，并将搜索结果报告回个人计算机(或计算设备)。还构思了许多其他例子，且上述联网的系统仅作为示例的例子提供。
示例操作环境
图2A-2B是示出根据本公开的方面布置的防篡改集装箱定位器系统的示例操作环境的图。
图2A示出从上到下的视图的集装箱。集装箱包括两端，其中一端包括一组双门。在靠近集装箱的顶中线附近的一个门(一般右手门)上，附着CCT设备(TAG1)。在靠近集装箱的中心线处的壁的顶部附近沿着集装箱的壁附着第二CCT设备(TAG2)。CCT设备(TAG1，TAG2)的距离和朝向使得两个标签之间的欧几里得距离随门打开而改变。
图2B示出了当出现在货运场、装载码头、船的甲板或货舱或一些相似结构中时集装箱的布置。集装箱以行列布置，且根据一些堆叠高度标准垂直地堆叠。
当集装箱被放置在船上时，其堆叠在彼此的顶部，所述堆叠被无缝隙地彼此挨着放置，且这些堆叠的横排被布置为沿着船的长度，使得每个集装箱的长轴平行于船的长轴。唯一的明显缝隙位于这些横排之间，因此标签的最佳无线位置是在集装箱的端部。
当集装箱在货运场被堆叠时，它们或者被与在船上相同地堆叠，在集装箱横排之间的缝隙允许到集装箱端部的无线可见度，或者被以长的方式按行堆叠，沿集装箱的侧部的缝隙允许到侧部的无线可见度。
当集装箱堆叠在单长度平板卡车或机动轨道车上时，侧部和端部都是可无线访问的，即使当半长度(例如二十英尺)集装箱被挤在一起时，也有可能隐藏门端部，因此侧部是确保可被访问的唯一面。对于该示例，集装箱应具有两个标签，一个安装在集装箱的端部上，且另一个安装在侧部上。额外标签的成本与集装箱的成本相比较小，且与集装箱在其寿命期间赚取的运送费相比微不足道。
电子监控的示例益处
电子监控的一个益处是提供发现和定位丢失的集装箱的自动或半自动方式。另一益处与在集装箱门上使用封条相似，在于提供了对集装箱的侵入或篡改检测的自动方式。尽管电子系统不从物理上防止侵入，但进行侵入的记录，使得可在运送时彻底地检查货物。由于没有被篡改的大量集装箱可在没有特殊检查的情况下被运送到其目的地，还可以实现大量成本节省。电子监控还相对于传统封条和锁具有若干优点。
由于不使用可移除设备，电子监控在物理上更方便。电子日志保持在包括门打开的所有可检测事件的标签内，因此读取该日志的外部定位设备可告知在装载了集装箱之后的时间是否发生了该事件。
只要(例如在船上、在货运场中等时)集装箱与基站通信(通过集装箱标签设备)，可立即检测侵入或篡改并发出警报。物理封条仅在进行集装箱的视觉检查时可揭示篡改。
在集装箱的侧部切割孔从而在不打开门的情况下偷盗贵重内容会引起即刻的警报，这是因为电子系统可检测由集装箱提供的屏蔽中的变化，不仅是门的打开。
可检测集装箱内任何事物的移动。可检测在集装箱内移动的偷渡者。也可检测货物中的任何显著移位，该移位会指示可能的破坏。
由于标签具有在其存储器中记录事件的能力，添加不昂贵的传感器(例如温度传感器、湿度传感器等)可以记录其他有趣的条件，如温度或机械冲击的极大值。
示例标签
图3A-3C是示出根据本公开的至少一些特征的被布置为用在防篡改集装箱定位器系统中的示例集装箱标签的图。
图3A示出了模塑入由不影响元件的耐冲击塑料制成的相当不可毁坏外壳中的示例包装CCT设备。重型螺栓用来将CCT附着到集装箱。该螺栓可由同样的塑料制成，在其内部有金属棒稍微延伸入集装箱的内部。螺栓中的一对棒可提供集装箱内的粗略偶极天线。放置在外壳内的屏蔽罐可使该偶极天线与外部世界隔离，保持其与外部天线分离，该外部天线可以是在外部表面附近模塑入外壳内的更常规的双极天线。
使集装箱的侧部粗略地起皱，因此在集装箱紧靠着另一集装箱放置时安装在侧部上的标签可适配到该皱纹的凹处以防止毁坏(见图3)。一些门没有起皱(见图3B)，然而标签仍可安装在门的凹入部分上，只要其不比门把手突出得更远。
在一些例子中，代替前述螺栓种类天线，可使用槽类型天线。在一些实现中槽天线可以是优选的，这是由于槽天线可仅通过金属中的填充有非传导材料的裂缝形成。由于槽天线难以识别，所以更难篡改天线以禁止相关联的CCT设备。
示例卫星导航操作
图4A-4E是示出用于根据本公开的一些特征布置的防篡改集装箱定位器系统的定位器操作的图。
图4A示出了定位器系统(400)，其中BS设备(110)被配置成作为与例如可能在集装箱中发现、附着到集装箱等的CCT设备(420)通信的定位器操作。当定位器模式激活时，该例子中的BS设备(410)在任意方向移动。可通过旋转天线、相控天线或通过选择以约四分之一波长间隔开的多个天线中的一个的多路复用器完成该移动。
在第一时间例(例如时间＝t0)到CCT设备的方向被表示为方向A，而在第二时间例(时间＝t1)方向被表示为方向B。当行进方向对应于方向A时BS设备(410)的速度对应于第一速度(V1)，且当行进方向对应于方向B时对应于第二速度(V2)。从卫星导航系统(例如GPS)检索用于BS设备(410)的这些速度，如同BS设备(310)的已知地理位置(例如横/纵)。
图4B是示出第一速度矢量(VA)的图解图(430)。从圆的中心处的原点定位速度矢量VA，且速度矢量VA在两个点A和A’之间延伸。点A和A’对应于与通过定位器逻辑由处理器确定的方向矢量相关联的视速度，这在从卫星导航系统检索到速度V1的同时发生。
图4C是示出第二速度矢量(VB)的图解图(440)。从圆的中心处的原点相似地定位速度矢量VB，且速度矢量VB在两个点B和B’之间延伸，其中点B和B’对应于从卫星导航系统检索到速度V2的同时发生的视速度。
CCT设备(420)相对于BS设备(410)的方向对应于这两个速度矢量(VA，VB)之间的公共方向。由于A’和B被映射到同一位置，方向的模糊性被解决且其他方向被丢弃。该处理是这样实现的：通过相对于地球的参考系统分析CCT设备/BS设备的真实速度并使该速度与来自所选择的发射机应答器的信号的视频率和节奏移位相关联。
图4D是示出来自BS设备的位置确定的图解图(450)，在BS设备(或CCT设备相对于BS设备)移动通过行进路径时，该BS设备进行一系列距离测量。在时间＝t1，BS设备位于第一位置(位置1)处且基于行进时间(TOF)计算第一距离测量(距离1)。在时间＝t2，BS位于第二位置(位置2)处且基于飞行时间(TOF)计算第二距离测量(距离2)。图4D中所示的圆示出了关于CCT的位置在该点随时间的恒定距离。两个圆在两个点处交叉，其中一个点对应于发射机应答器的位置。重要的是要注意在另一交叉点处存在模糊，这可在行进路径继续时通过附加测量容易地解决。
图4E是示出从一个BS设备或通过多个CCT设备的位置确定的图解图(450)，其中所述一个BS设备在沿行径路径(相对于CCT)移动通过三个点时进行一系列距离测量，所述多个CCT设备报告其位置和距离测量，如之前对图2A-2C所述。第一CCT(CCT1)位于第一位置(位置CCT1)处，并测量到发射机应答器的第一距离(距离1)。第二CCT(CCT2)位于第二位置处(位置CCT2)，并测量到发射机应答器的第二距离(距离2)。第三CCT(CCT3)位于第三位置(位置CCT3)处，并测量到发射机应答器的第三距离(距离3)。
示出了三个圆以表示在通过BS设备(或CCT设备)进行测量时关于定位的距离的恒定半径。尽管每个圆可在两个地方交叠，使得发射机应答器的确切位置不清楚，但使用所有三个测量导致发射机应答器的单个位置(CCT设备位置)。这样，以上描述示出了通过服务器或彼此直接通信的CCT设备的网络可容易地用作机会性模型以合作地识别发射机应答器的精确位置。
发送编码的一般概念
基站(BS)设备和集装箱标签(CCT)设备之间的发送是编码发送。在一个示例中，发送包括2047个QPSK(正交相移键控)符号的分组，使用的码以最大正交性提供2048个这样的码。对于该示例，每个分组对十一个信息位进行编码。基于FFT(快速傅立叶变换)的相关可检测该信号的存在，即使当埋于噪声下时。每个CCT设备具有独特的标识符(例如33位序列号)，该标识符被编码到在多个分组上的发送中。因此，在CCT设备发送应答之前识别任何发送前，需要多个分组的接收以获知整个经编码的序列号。
基于FFT的相关机制不仅可检测特定码的接收，还可检测其时间，以及其相对载波相位。初始通信包括分组的连续重复，分组包含序列号的第一部分(例如第一十一位)，因此在该时间段期间异步地捕获的单个分组时间价值的数据将产生相关性峰值，该相关性峰值示出接收器和发送器的分组时间段之间的时间偏移。
BS设备和CCT设备各自包括晶体振荡器。晶体振荡器用于数字地合成用于设备之间通信的发送频率。BS设备对其晶体振荡器具有严格的容限，使得频率随温度和使用寿命在精确值的约±1ppm范围内。CCT设备不具有严格控制的晶体频率，相反通过使CCT设备故意将相位滚动引入模式中使得所述模式可以在接收器中相关，从而被布置成保持相对恒定的误差。
CCT设备的晶体振荡器的温度响应可在制造时准确地表征。温度传感器与晶体尽可能近地耦合，使得可以仔细地跟踪晶体的温度。然后CCT设备可被布置成检测何时残余误差开始变得显著(1或2ppm)，在该点处CCT设备可重新计算模式(针对该模式CCT设备可进行相关)以解释相位滚动的变化量。当其实际上从BS设备接收信号时，其接收在时间上隔开的多个复制，这允许其对相位滚动进行更准确的测量，并且然后在发送其应答时精确地复制。
一旦建立了该分组定时，CCT设备中的接收器就可与使用恢复出的发送器分组定时同步地进一步接收分组。来自BS设备的发送器然后可通过在分组时间内任意旋转分组来将另外的数据附加到分组。一个示例实现允许10位以下的任意信息被附加到每个同步接收的分组，且这些位可用来对命令或其他信息进行编码。
集装箱内部的示例特征
集装箱的内部是混响室，在接收器中对传送来的码的相关将产生该室的脉冲响应的图像，这将大大取决于室内有什么。一般说来，直接路径是最强的尖峰脉冲，然而不一定如此；实际上，软件应该查找超过阈值的最早相关，并将其理解为直接路径。
空集装箱将具有代表直接路径的单个强脉冲，随后是相当长的平滑衰减的脉冲响应，这是因为没有什么吸收无线能量。(虽然实际上在直接路径和第一反射之间有短暂的安静，然而其不会出现在脉冲响应中，这是因为其总是比一个样本时间段短，表示四十英尺的延迟)。装载有吸收性事物的集装箱具有主要指示直接路径的短脉冲响应。(可通过在集装箱的顶部(其中最可能存在内部空气隙)附近安装标签来提高具有良好直接路径的机会)。在极端情况下，填充有某物(如洗衣机)的集装箱会在没有表示直接路径的非常强的初始尖端脉冲的情况下产生复杂的长脉冲响应。
不管集装箱的脉冲响应如何，其在集装箱被装载和卸载的时间之间应该是稳定的。响应中的任何变化指示在内部环境中某事物变化了，并且可被看作侵入或者货物在集装箱内移位的指示；如果货物被适当地绑住，则脉冲响应中的变化变成侵入的可靠指示器。
防篡改系统的示例处理流程
图5A-5D是示出根据本公开布置的防篡改集装箱定位器系统的示例处理流程的流程图。
如图5A所示，BS设备可使用第一处理(510)来从每个CCT设备收集信息，使得可随时间跟踪每个CCT设备的位置。处理510包括处理块511-519。在发起跟踪处理之后，处理在块511开始(用CCT I.D.选择下一个CCT)，其中BS设备被布置成选择每个集装箱标签(例如在循环中一次一个)用于询问。每个集装箱标签与独特的标识符(CCT I.D.)相关联。继续到块512(发出用于所选择的CCT的“发送”)，BS设备被布置成将来自BS设备的“发送”传送到所选择的CCT设备，其中以独特的标识符(CCT I.D.)对“发送”进行编码并且使用无线通信子系统和天线通过BS设备发射“发送”。在块513(捕获期望应答的频谱)，BS设备被配置成根据与来自所选择的CCT设备的期望应答相关联的无线信号频谱来捕获无线信号。继续到块514(评估捕获)，BS设备被布置成评估根据无线信号频谱而捕获到的无线信号，并且在判定块515确定是否从所选择的CCT设备接收到有效的应答发送(检测到来自所选择的CCT的应答？)。当有效的应答“发送”被检测为从所选择的CCT设备接收时，处理从判定块515继续到块516(评估应答和/或确定到所选择的CCT的距离)。否则，在没有检测到有效的应答发送时，处理从判定块515继续到判定块519。
在块516，BS设备被布置成基于发送和接收的应答之间的往返TOF，评估接收到的应答发送和/或确定所选择的CCT设备相对于BS设备的距离(和/或方向)。在一些例子中，应答发送可包括被编码在其中的用于记录的附加数据。在一些其他例子中，应答发送可包括用于由CCT设备检测到的事件的发生的警报。在其他例子中，应答发送可包括CCT设备的当前操作状态。示例事件可包括警报条件如门打开、检测到火、温度超过高温阈值、温度低于低温阈值、集装箱中检测到水、湿度大于阈值、湿度低于阈值等。
在一些例子中，在块516处从BS设备的卫星导航系统中检索速度和位置以识别BS设备的当前位置。这对于从CCT设备接收指示对集装箱的非授权进入的数据时识别集装箱的确切位置是重要的。可用系统识别视速度，且使用所描述的相关操作来确定从BS设备到CCT设备的方向和距离。
处理从块516继续进行到判定块517(进一步询问？)，其中BS设备基于所接收的应答发送来确定是否需要进一步的询问。当不需要进一步的询问时处理从判定块517进行到判定块519(完成？)。否则，当需要进一步的处理时从判定块517进行到块518。在块518(记录所选择的CCT的数据和/或发起警报)处，BS设备被布置成记录所选择的CCT设备的任何恰当的数据(例如距离和方向确定、接收到的数据等)，和/或在需要时发起警报条件。此时BS设备还可记录其自身的数据，诸如当前时间、当前日期、BS设备的GPS位置(例如，指示用于集装箱的当前港口或货运场)、计算出的到CCT设备的距离和方向等。处理从块518继续到判定块519。
在判定块519(完成？)处，BS设备被布置成判定例如对于被跟踪的另外CCT设备是否需要额外的处理。当BS设备需要额外的发送时，处理返回块511，否则处理终止。
如图5B所示，CCT设备可使用第二处理(520)从BS设备(或从另一CCT设备)接收发送。处理520包括处理块521-529。处理在块521处开始(唤醒和捕获频谱)，其中CCT设备被布置成从低功率状态到有效状态周期性地激活(例如唤醒/睡眠定时器可周期性地激活/禁止设备)CCT设备。在有效状态期间，且CCT设备的接收器部被激活以“听取”可能的通信。例如，CCT设备被配置成捕获与来自另一设备(如来自基站)或来自另一CCT设备的期望的发送相关联的无线信号频谱中的无线信号。每个CCT设备被指派存储在CCT设备内部的独特的标识符(CCTI.D.)。如之前参考图5A所述，以用于集装箱标签的独特的标识符对CCT设备的有效发送进行编码。此外在有效状态，CCT设备被进一步布置成监控与集装箱相关联的条件(例如集装箱的环境条件、集装箱的侵入状态等)，并将监控的条件记录在如前所述的数据记录块中。
在块522(评估捕获)处，CCT设备被布置成评估捕获到的无线信号以确定对于CCT设备是否接收到有效发送(例如在一些示例中从BS设备或从另一CCT设备)。评估信号频谱的处理在后面描述，其中使用CCT设备中的晶体振荡器数字合成载波频率，且进行FFT相关以确定捕获到的无线频谱是否包括用于CCT设备的特定编码。处理从块522继续到块523(评估和调整载波相位)，其中CCT设备被布置成检测用于有效发送的载波相位，比较检测到的载波相位和数字合成的载波信号以识别差别(即误差)，以及基于识别出的差别来调整载波相位、载波频率和数字合成的载波信号的节奏中的一个或更多个。处理从块523进行到判定块524(接收到命令？)。
在判定块524处，CCT设备被布置成评估接收到的信号以确定在发送中是否接收了有效命令。处理进行到块525(处理命令)，其中CCT设备被布置成当在发送中接收到有效命令时处理该有效命令。否则，在发送中没发现有效命令时，处理进行到判定块526。在判定块526(防偷盗模式有效)，CCT设备被布置成确定是否防偷窃(或防篡改模式)有效。处理进行到块527(处理防偷窃模式)，其中CCT设备被布置成处理防偷窃模式，否则处理进行到块528(处理其他模式)，其中CCT设备被布置成处理其他模式。在块529(进入睡眠模式)，在使用数字合成的载波信号完成了发送任何所需的应答发送(例如到基站或CCT设备)之后，CCT设备被布置成返回睡眠状态或低功率状态。
如图5C所示，CCT设备可使用第三处理(530)来处理从BS设备接收到的命令。处理530包括处理块531-539。处理在块531处开始(评估命令)，其中CCT设备被布置成评估从有效接收的发送中识别出的任何有效命令。继续判定块532(命令＝改变模式？)，CCT设备被布置成评估命令以确定是否接收到改变模式命令。当接收到改变模式命令时，处理进行到块533(改变到新模式)，且CCT设备被布置成基于针对改变模式命令接收到的参数来选择用于操作的新模式。否则处理进行到判定块534。
在判定块534(命令＝记录签名？)，CCT设备被布置成评估命令以确定是否接收到记录签名命令。当接收到记录签名命令时处理进行到块535，并且CCT设备被布置成从在前的捕获存储信号波形(例如在存储器中)作为随后使用的签名(例如门打开签名，门关闭签名，集装箱从地面提起签名，集装箱在地面上签名，集装箱在铁路车厢上签名等)。否则处理进行到判定块536。
在判定块536(命令＝报告数据？)，CCT设备被布置成评估命令并且确定在发送中是否接收到报告数据命令。当在发送中接收到报告数据命令时，处理进行到块537，否则处理终止。在块537(对请求的数据进行编码)，CCT设备被布置成从报告数据命令中识别所请求的数据，且在应答发送中对所请求的数据进行编码。在块538(发送经编码的数据到请求方)，CCT设备被布置成使用数字合成的载波信号将应答发送传送到请求方(例如基站或另一CCT设备)。继续到判定块539(要发送更多数据？)，CCT设备被布置成确定是否要将更多数据发送到请求者。当要发送更多数据(例如发送多个数据分组)时，处理从判定块539进行到块537。否则处理终止。
如图5D所示，CCT设备可使用第四处理(540)以处理防偷窃模式。处理540包括处理块541-549。处理假定在防偷窃模式中，每个CCT与另一CCT成对以在彼此之间通信(且可能记录数据)。可根据计划完成通信，使得在一个例子中，第一CCT用作发起方，在另一例子中第二CCT用作发起方。
处理在块541开始(评估传感器数据)，其中接收CCT设备被布置成评估传感器数据以生成报告数据。报告数据可以对应于任何相关的传感器数据诸如来自温度、湿度、指南针或其他传感器。继续到块542(发送报告数据命令到成对CCT)，处理被布置成对报告数据进行编码并将报告数据发送到成对CCT设备。在块543(捕获期望应答的频谱)，处理被布置成在期待来自成对CCT设备的应答的时间间隔从无线信号频谱捕获无线信号。继续到块544(评估捕获)，处理被布置成评估从无线信号频谱捕获的无线信号以在块545判定是否在捕获的无线信号中发现了有效应答发送(检测到来自成对CCT的应答？)。当有效的应答发送被检测为从成对CCT设备接收时，处理从判定块545进行到块546(评估应答签名和/或确定到成对CCT的距离)，其中处理被布置成评估有效的应答发送以识别签名(例如门打开、门关闭、集装箱放置在地上，集装箱从地面提起、集装箱位于铁路车厢上、集装箱具有破裂的舱等)，和/或被布置成如前所述基于行程往返时间计算两个CCT设备之间的距离。
处理从块546且当没有从成对CCT设备检测到应答时还从判定块545进行到块547。在块547(记录CCT的数据)CCT设备被布置成记录数据(诸如由使用在发送和来自成对CCT设备的应答发送之间的TOF的任何距离测量而产生的数据)，传感器信息，或其他检测到的事件或条件(例如门打开签名，门关闭签名，集装箱从地面提起签名等)。处理继续到判定块548(集装箱打开或传感器警报？)，其中处理被布置成评估被记录的数据以确定集装箱是否被损坏了(例如，通过某种传感器警报如火损坏、水损坏等而打开或毁坏)。当处理检测到集装箱的被损坏的状态时，处理继续到块549(发起警报)，且处理被布置成通过在下次通信将被损坏的状态报告回BS设备来发起警报。否则，处理终止。
示例详细系统
图6A和6B是示出与根据本公开的至少一个方面布置的防篡改集装箱定位器系统中的基站协作地布置的示例集装箱标签的详细框图。为了简化，BS设备有时被称作远程定位器(RL)，而CCT设备有时被称作发射机应答器或微发射机应答器(MT)。
示例BS远程定位器设备(610)包括处理器、天线(ANT1A，ANT1B)、软件配置的双向无线装置、存储器、卫星导航系统和一系列用户接口。存储器包括但不限于模式控制逻辑、定位器逻辑和无线配置逻辑。处理器被布置成在如存储器中所示的各种软件应用的控制下配置软件配置的双向无线装置。
发送器和接收器块被示为基于或者为发送(例如所谓的TX1)或者为接收(例如所谓的RX1N)的操作模式通过发送/接收开关(SW1)耦合到天线(ANT1A和ANT1B)。当发送开始时发送序列(例如TSEQ)耦合到第一发送器块，其中通过与目标标签相关联的ID码(例如ID码＝f(目标ID))来确定序列。接收器块耦合到基带和信号处理块。用于发送器、接收器、基带处理器和处理器的定时参数是通过被示为各种时钟信号(CLK1，BBCLK1，TCLK1和RCLK1)的时间控制块来提供的。
处理器从各种用户输入设备(诸如来自如前所述的麦克风的音频输入流、袖珍键盘类型设备、触摸屏或接触垫类型设备或者任何其他合理的输入设备)接收输入。处理器还被布置成向任意种类的输出机构(诸如音频输出(例如扬声器)或显示输出(例如LCD显示器))提供输出。
处理器被布置成协调以下操作：管理BS设备(610)的操作模式，管理存储器访问，执行软件应用程序，进行计算，管理用户接口和与用于基于位置的计算的卫星导航系统连接。处理器还协调用于软件配置的无线装置的操作：诸如基带处理，信号分析，存储器缓冲，输入处理。存储器处理可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及非易失性存储器(NVM)(诸如闪存，电池供电的RAM，EEPROM以及其他NVM类型技术)。
在一些实现中，对于BS设备中的所有天线使用两个分离的开关(未示出)而不是单独的开关(即SW1)。例如，第一开关(SW1A)可用来将BS设备的接收器/发送器耦合到天线ANT1A，而第二开关(SW1B)可用来将接收器/发送器耦合到天线ANT1B。BS设备可使用开关(例如SW1、SW1A、SW1B等)在各种天线之间复用。各种天线可被布置为(例如彼此正交)用来获得关于信号强度、距离和多普勒等的附加信息的分集式天线。可在每个地点(例如船的货物舱中，船的甲板上，装载码头区中等)放置天线组件，而不是使用单个的天线元件。除了位于约四分之一波长远的天线元件之外，该天线组件可能还包括BS设备硬件以检测如上、下、港口和右舷的方向。连续发送之间的相位差在与我们的其他信息组合时应给出良好的位置发现。
图6B的示例CCT设备(620)或MT包括耦合到第二发送/接收开关(SW2)的第二天线组(ANT2A，ANT2B)。在一些示例中，一个天线(例如ANT2A)用于在集装箱内到其他集装箱标签的通信，另一个天线(例如ANT2B)用于在集装箱外(例如槽天线或螺栓天线等)到基站设备的通信。还构思了天线的其他配置。第二发送/接收开关(SW2)响应于另一控制信号(TX2/RX2N)而耦合到第二发送器块和第四接收器块。在一些实现中，对于CCT设备中的所有天线使用两个分离的开关(未示出)，而不是单个开关(即SW2)。例如，第一开关(SW2A)可用来将CCT设备的接收器/发送器耦合到天线ANT2A，同时第二开关(SW2B)可用来将接收器/发送器耦合到天线ANT2B。CCT设备可使用开关(例如SW2，SW2A，SW2B等)选择各种天线的一个或更多个。
当发送开始时，应答序列(例如RSEQ)耦合到第二发送器块，其中通过ID码确定序列。第二接收器块被布置成提供被捕获到缓冲器(例如存储器缓冲器诸如数字缓冲器或模拟采样缓冲器)中的同相和正交信号(I和Q)。捕获缓冲器耦合到基带信号处理器块中的相关器，其可提供直接形式相关和FFT相关功能二者。FFT相关器被布置成提供接收到的I/Q数据的循环相关功能，复数I/Q数据与ID码相关。信号分析器和处理器都被布置成接收从相关器输出的数据用于评估。时间控制以各种附加控制信号的形式(TCLK2，RCLK2和CLK2)被提供给发送器、接收器和处理器。处理器接收输入并协调相关器的操作、信号分析、序列生成、存储器缓冲和其他相关的任务。用于处理器的存储器可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及非易失性存储器(NVM)(诸如闪存、电池供电的RAM、EEPROM以及其他NVM类型技术)。
用于定位人和物的当前技术系统具有相当短的电池寿命，这会限制其使用。本公开描述了通过抑制能量消耗直到需要操作而具有较长电池寿命的小型设备(例如发射机应答器或微发射机应答器)。由于MT设备需要处于激活状态非常短暂的时间间隔，所以电池寿命被大大延长。尽管蜂窝电话技术可用来与全球定位系统(GPS)装置结合以确定位置，但对于MT该系统是不合适的，这是因为即使在待机模式操作传统蜂窝电话所需的能量也将快速耗尽小型电池。另外，MT设备中的GPS装置将从睡眠醒来，并进行冷启动位置固定，该处理将消耗相当多的能量，这再次快速地耗尽电池。本公开构思了优选地使MT间断操作的便携式定位技术，以便最小化功率消耗，因此解决来自常规位置确定技术的一些问题。
本公开分析和识别了诸如在GPS信号中发现的当前多普勒频移技术的问题，这使得它们不适用于本系统中的MT。尽管可通过FFT相关来有效地检测GPS信号，但大概有包括根据约±15ppm的较高水平的多普勒不确定性的28个GPS卫星。对于1.5GHz的GPS信号和1毫秒的捕获间隔，最大大约22KHz的多普勒频移需要大约几十个多普勒通道(Doppler bin)或相关尝试以识别多普勒频移。利用常规GPS技术所需的处理努力对于当前公开的使用是不可接受的。例如，当前公开中的MT搜索单个码，且另外不需要对付较大的速度，并且因此不需要任何多普勒通道。而且，本公开描述了相对于常规技术具有较少捕获时间的装置和系统，其中处理的量减少约两个数量等级。
通信和定位问题
起初从来自RL的发送的一部分恢复MT中的频率和相位信息，并进一步使用引导程序处理对其进行改进。在来自RL的发送的另一部分中恢复帧内的定时位置(例如粗定时)。在定时后，恢复相位和频率，可通过确定度来制定数据接收的计划。数据被提取并且从MT向RL发送回应答消息，其中通过RL中重配置的无线装置进行相似的信号处理功能。仔细校正的发送序列的往返时间被用来识别RL和MT之间的距离。可测量与MT的内部时钟无关的合成往返多普勒频移并针对RL和MT的相对运动来相关，以评估RL和MT之间的方向矢量的量值。
当前描述的系统具有利用不对称发送系统以识别MT相对于RL配置的定位器的位置的能力。由MT捕获的信号一般在时间上不与序列(例如2047芯片序列)中的完整模式的开始和结束对齐。然而，RL配置的定位器被布置成在序列中随时间发送重复的模式。MT被布置成循环地捕获序列中的完整模式，即使捕获到的模式可能相对于完整模式的开始和结束在时间上被旋转。循环相关器可用来评估捕获到的信号，使得MT正确地识别捕获到的信号，而不考虑模式的旋转状态。由于MT不具有与发送和来自RL的接收有关的定时的先验知识，所以MT使用接收到的发送的循环相关以确定精细定时和粗定时。循环相关是对固定长度的序列进行操作的相关器，其中序列可随时间循环移位使得在原始序列结束之后可在经移位的序列中接收到原始序列的开头。虽然一般的相关器可能不给出有效的定时信息，但在捕获到的信号在时间上不与完整模式的开始和结束对齐时循环相关提供有效的定时信息。
当前所述的不对称发送系统可被配置成使得MT从RL接收结构化信号的相当高功率的发送，而从MT到RL的应答或确认发送是非常低功率的发送。示例MT被配置成以非常低功率的“非激活”模式或“睡眠模式”操作，其中MT“激活”或“醒来”短暂的时间间隔以听取来自RL的发送。MT将其接收的每个结构化信号相关，以确定是否通过特定与MT关联的识别码(ID码)对这些信号进行编码。MT还从接收到的结构化信号确定可将应答发送传送回RL的精确频率、定时、相位和节奏。从MT发送到RL的应答发送是短持续时间(短结构化信号)的非常低功率的发送，使得节省了较长的电池寿命。尽管应答发送是非常低功率的发送，但RL中的信号处理功能可被配置成利用积分和循环相关技术以提高捕获到的应答发送的信噪比水平。
在当前所述的系统中，从MT向RL发送回应答发送信号，其中MT根据由MT从RL接收的信号来合成用于应答发送的定时、频率、相位和节奏。来自MT的应答发送的频率与来自RL的发送的原始频率相差多普勒频移(忽略其他噪声和微小误差源)。这样，RL可以通过非常小的误差容限裕度来预测应签发送频率。应答发送频率的潜在不确定性足够小，使得在几十个发送序列上的相位旋转远小于一圈(通过360度的一个相位旋转)。这允许RL对应答发送进行采样并在模拟域或数字域加上(或积分)来自应答发送序列的各个样本。由于噪声作为平方根求和而信号线性地求和，所以捕获到的信号的信噪比增加，这允许比不使用穷尽计算的情况接收电平低得多的信号。
示例远程定位器(RL)或基站(BS)
图6A示出了被布置成与示例MT(例如CCT设备)通信的示例远程定位器(RL，例如BS设备)。MT被布置成(例如通过睡眠定时器)在预定的间隔醒来并且接收经编码的发送信号(例如COM13)。使用各种信号处理方法，列举一些的话，诸如数字信号处理、模拟信号处理、快速傅里叶变换(FFT)、相关、逆FFT(IFFT)，来接收和评估经编码的信号。MT评估接收到的经编码的信号以确定是否该信号是否特定与MT联系(例如通过独特的ID码)在一起。通过各种信号处理功能，改变各种内部信号和参数，使得连续地改进用于接收和发送经编码的信息的时间、频率和相位对齐(例如通过数字控制机制)以进行准确的处理。MT使用来自远程定位器的信号的多普勒频移的频率作为其时基，随后将应答序列发送回RL，该应答序列也被相似地编码。RL以与MT相似的方式接收经编码的发送并处理输入的信号。
RL包括可以是任何适当的处理装置的处理器，包括但不限于以下至少一个：列举一些，微处理器、微控制器、CISC处理器、RISC处理器、专用集成电路(ASIC)。处理器被布置成：接收并评估输入，控制输出，记录数据，检索记录的数据并执行程序。因此处理器被布置成与任何数目的电路组件通信，诸如：时间控制电路，输入电路，显示输出电路，音频输出或输入电路，存储电路以及存储器电路。
示例输入可以来自任何数目的输入设备(或用户输入设备)，诸如：中断信号，唤醒定时器，键盘设备，袖珍键盘设备，一个或更多个按钮或按键，触摸屏(无源或有源)，触摸面板，控制杆设备，游戏垫设备，鼠标设备，指向设备，触摸垫设备，压力敏感输入设备，或其他处理器，以及通过软件程序生成的输入。在一些示例中，声音可用作经由音频输入处理器(诸如包括模数转换装置的模数转换器(ADC)电路或编码器-解码器(CODEC)电路)到RL的输入。麦克风可置入RL中或通过用于声音输入目的的麦克风端口从外部耦合到RL，其中信号被麦克风接收为可被理解为输入的数字信号。基于声音的输入可被存储以进一步使用(例如用于回放或识别目的的声音文件)，或被理解为可由RL使用的语音输入。在一些实现中，语音到文本的解释器可并入硬件方案中，该硬件方案被布置成与处理器通信。在一些其他例子中，由音频输入处理器实现的软件控制下的语音识别作为生成示例输入的语音输入设备操作。
音频输出电路可用作将可听信息报告给RL设备的用户并提供导航和定位信息的指示装置。音频输出电路可包括音频输出设备和音频输出处理器。音频输出处理器被布置成与音频输出设备协作以向用户提供可听的通知。在一些实现中可组合音频输出设备和音频输出处理器的功能。音频输出设备可以是用于耳机类型设备或扬声器类型设备的音频驱动器电路。在一些例子中，在RL中包括扬声器或压电设备以提供声音输出。在另一例子中，在RL中可提供音频输出端口(诸如耳机插孔)以便用户连接耳机类型设备，或也许是外部扬声器连接。
音频输出处理器可以是单音调生成器电路，多音调生成器电路，多音调合成器电路，语音合成器电路，MIDI(音乐设备数字接口)回放电路或声音回放电路。在一些例子中，音频输出处理器包括数模转换装置(诸如来自数模转换器(DAC)电路或来自CODEC(编解码)电路)。语音合成器电路可包括文本至语音解释器。语音合成器还可被布置成提供各种区域语音模仿和语言口音，诸如男性和女性语音，机器人语音，英语口音，法语口音，西班牙语口音等。在一些例子中，音频输出处理器被布置成提供可以是任何期望形式的音乐回放，诸如损失压缩声音文件，非损失压缩声音文件或未压缩声音文件。在其他示例中，音频输出处理器设备被布置成提供之前记录的声音或用户记录的声音的回放。所记录的声音可以是如可提供在人物语音(例如卡通人物)中的语音消息，名人的记录或可识别语音的印象。在一些例子中，音频输出处理器可在功能上与前述音频输入处理器组合。
显示电路还可用作将视觉信息报告给RL设备的用户以及提供导航和定位信息的指示装置。示例显示电路可提供任何适当的视频输出，诸如LED类型显示器，LCD类型显示器，有源显示器，无源显示器，黑白显示器，单色显示器和/或彩色显示器。其他示例显示电路可以是LED的离散布置，七段显示器，以及可用于报告视觉信息的其他发光设备。在一些例子中，用户接口可与视频输出设备集成，例如与LCD显示器集成的触摸屏。在其它例子中，用户输入接口与视频输出设备分离。
本公开的RL中的处理器可被布置成与用于确定RL的旋转位置的指南针传感器设备(未示出)或一些相似的装置配合。指南针传感器可以是集成电路，离散电路，或被布置成提供与RL的方向定向有关的指南针传感器信息的某些其他设备。指南针传感器可以是被布置成与模数转换器一起工作的数字指南针设备，或模拟指南针设备，例如以提供可比较的功能。
在一些例子中，可以通过字母数字表示(例如100，100’，100ft，100m等)的显示电路来报告距离。在其它例子中，可以以图形表示(诸如图标、线或其他图形形状)来报告距离。相似地，可以通过字母数字表示(例如N，S，E，W，NE，SE，NW或SW)或图形表示来报告方向。也可进行图形和字母数字表示的任何组合。
处理器被布置成响应于如后面所述用于激活和禁止各种操作模式的各种用户输入来应用模式控制逻辑。RL的模式控制逻辑和任何相关设置可以提供为软件形式或固件诸如装载到传统存储器中以被处理器执行的只读存储器(ROM)，或通过某些等效机制(列举一些的话，诸如非易失性存储器(NVM)，闪存设备，以及微控制器中的硬编码指令)提供。在另一例子中，处理器和存储器可以用可编程逻辑设备(PLD)(具体设计的电路诸如专用集成电路(ASIC))以及被布置成提供相似功能的其他设备替换。
当RL中的双向无线装置被配置用于定位器模式时，操作RL以发出包括一系列经编码的信号的发送。通过与特定MT相关联的独特的标识符(例如ID码)来生成码。序列生成器被布置成评估独特的标识符并产生发送序列。在针对独特的标识符生成经编码的序列之后，附加信息被编码入发送序列中。在一个例子中，附加信息可以是针对MT的命令/控制指令。需要发送仅一个序列来完成通信、定时同步和序列验证。可在将信号耦合到发送器块之前对序列生成器(例如TSEQ)的输出进行滤波(诸如通过低通滤波器(LPF1))。
发送器块被布置成以载波频率、扩展频谱载波和/或跳频方法对经编码的信号进行载波调制(例如，多相移键控，二进制相移键控，正交相移键控，差分相移键控，连续相位调制，多幅度和相移键控等)。发送-接收开关(SW1)被布置成在发送序列期间将载波调制的经编码的信号耦合到天线(ANT1)或多个天线。可在天线和发送-接收开关(SW1)之间提供带限滤波器(例如BPF1)，使得带外信号被忽略。带限滤波器(BPF1)可以是提供以下合理的带限功能的任何滤波器(或成对滤波器BPF1A、BPF1B等)，诸如：列举一些的话，无源带通滤波器，有源带通滤波器，声表面波(SAW)滤波器，体声波(BAW)滤波器，梳形滤波器，带状线滤波器。
基于RL的定位器被操作以从MT接收包括另一系列的经编码的信号的发送。该经编码的信号是类似地使用与特定MT相关联的独特的标识符(例如ID码)由MT生成的。接收器块被布置成经由SW1从天线(ANT1A，ANT1B)接收载波调制(例如多相移键控，二进制相移键控，正交相移键控，差分相移键控，连续相位调制，多幅度和相移键控等)的经编码的信号。接收到的信号被还可以提供信号处理功能的基带处理器处理。可替代地，基带处理器被布置成将捕获到的信号提供给处理器，该处理器被布置成应付各种信号处理功能。
所述RL通过往返时间测量来进行距离测量。例如，可通过被任何其他延迟偏移的从MT到RL的信号发送，以及从RL返回MT的确认信号的随后应答发送之间的时间差来确定往返时间。
如后面所述在搜索和定位模式中通过RL的操作确定相对于MT的方位。一般说来，用户发起搜索模式以获取通信链路和初始距离计算，随后是用户发起的RL自身的移动。在一些例子中，RL或RL的天线经过相对于用户的弧形部分旋转，其中评估附加的距离和相关器信息以确定方向。在一些其他例子中，在距离和相关性计算期间线性或非线性地移动RL。
通过如图6A所示的时间控制电路来生成由RL采用的各种定时信号。系统使用定时信号来根据RL中本地生成的振荡器信号来数字地合成发送器和接收器载波信号。
示例微发射机应答器(MT)或CCT
图6B示出了被布置成与RL(610)通信的示例MT(620)。示例MT(620)可置入袖口、衣领、表中，缝入衣服制品中，或诸如通过仿生类型的设备植入病人中。MT(620)被布置成经由开关SW2和天线ANT2通过接收器块从RL如前所述那样接收经编码的发送信号。可选地，带限滤波器(例如BPF2)或滤波器(例如BPF2A，BPF2B等)可用来最小化来自接收器中的带外信号的干扰和/或防止与其他设备的干扰。接收器解调载波频率并提供I和Q信息，其随后被捕获缓冲器捕获。捕获缓冲器将数据形式的输出信号提供给FFT相关器，FFT相关器将经解码的发送与独特的标识符(ID码)相关。与针对RL在前所述相似，处理器被布置成与存储器配合。
采用各种处理方法来进行基带处理和MT中的信号分析，包括相关器块和信号分析器块。相关器块可包括FFT相关器和直接形式的相关器。信号分析器被布置成评估来自FFT相关器和/或直接形式的相关器的输出，以确定接收到的发送序列是否与特定MT相关。当适当地识别了序列时，调整各种定时信号，使得在MT中数字合成的发送器和接收器信号的频率和相位被精确地对齐。一旦验证了发送序列，则处理器提取来自经编码的信号的信息。该信息可包括针对MT的命令和控制指令，例如将睡眠间隔设为新的时延(例如10分钟)，记录接收器信号强度，记录无效接收的信号，记录接收器频率和相位，发送所记录的数据，改变到低查验(ping)模式，改变到快查验模式等。
重要的是注意到本公开的MT(620)中的压缩器被布置成响应于从RL(610)接收的信号而应用模式控制逻辑。列举一些的话，模式控制逻辑和用于MT(620)的任何相关布置可以提供在任何上述存储器设备或作为微控制器中的硬编码的指令。在另一例子中，处理器和存储器可以通过任何其他适当的处理器装置(诸如PLD，专门设计的电路如ASIC)以及被布置成提供相似功能的其他设备来替换。
从MT向RL发送应答消息，使得RL可从MT识别、查找和接收数据。用根据独特的标识符(ID码)调节的应答序列生成器(与发送序列生成器相似)来生成应答消息。低通滤波器(例如LPF2)可放置在MT中的序列生成器和发送器块之间。发送器块经由SW2耦合到天线ANT2以促成经编码的应答发送(例如COM31，COM32)。
由于示例MT以有限的能量操作，一般以低功率或睡眠模式操作MT。在睡眠模式中消耗的能量足以操作根据低频时钟操作的睡眠定时器。根据预定的时间间隔，MT被激活(例如通过睡眠定时器唤醒)且MT在操作高频时钟的同时寻找要接收的信号。当没有接收可识别的信号时，MT返回睡眠模式，其中高频时钟被禁止。可通过相应的控制信号(例如HF EN)使能和禁止高频时钟。
如图6B所示的时间控制电路生成由MT(或MT)采用的各种定时信号。处理器根据一个时钟信号(CLK2)工作，而MT中的发送器和接收器通过其他时钟信号(TCLK2和RCLK2)工作。系统使用各种定时信号根据MT中的本地生成的振荡器信号来数字合成发送器和接收器载波信号。
时间控制电路可包括另外的功能以通过校准逻辑电路来校准高频时钟。校准逻辑电路可包括任何数目的高频计数器(HF CNTR)，低频计数器(LF CNTR)和数字比较器电路(COMP)，以及其他逻辑电路(诸如寄存器、锁存器和相关逻辑)。在操作中，如当应用模式控制逻辑时响应于处理器，当校准信号(CAL)有效时使能校准逻辑。
上述RL可被布置成在长时间间隔(例如2.5秒)上提供相对较高的功率的发送信号(例如1瓦特)，以确保MT具有足够的时间来在其有效时捕获必需的信号。MT可捕获的能量的上限是通过来自RL的辐射功率乘以针对MT的捕获时间间隔，乘以由发送路径导致的任何损失因数来确定的。示例发射机应答器(MT)可被布置成在157μs期间捕获来自RL的信号，其中在157μs时间间隔上所捕获的能量的上限(忽略路径损失)约为157μJules。
MT可被布置成在比RL(例如2.5s)短的时间间隔(例如15.7ms)发送非常低功率的发送信号(例如10mW)。RL可捕获的能量的上限是通过来自MT的辐射能量乘以RL的捕获时间间隔，乘以由发送路径导致的任何损失因数来确定的。对于15.7毫秒间隔上的10mW发送，来自MT的所发送的能量约为157μJules(微焦)。RL必须被仔细地布置成如通过使用后面所述的积分方法来捕获来自MT的信号。在一个示例实施例中构思了MT被植入病人中，且使用手表类型电池工作至少若干年。
发射机应答器(MT)被布置成通过使用其从RL获取的定时信息来合成用于发送确认信号的其自身的内部频率。MT从RL接收的定时信息相对于来自RL的原始发送频率经过多普勒频移。作为结果的MT的合成频率极其准确，对应于来自RL的原始发送频率的多普勒频移版。来自MT的确认信号被RL接收，且相对于来自MT的发送频率再次经过多普勒频移。以下将由信号发送的往返(即从RL到MT的发送，且从MT到RL的应答发送)导致的多普勒频移称为合成往返多普勒频移。示例发送器
图7示出了示例发送器系统。发送器系统包括晶体振荡器(XTALOSC)、定时控制电路、复数调制器、模式生成器、具有定时控制的插值滤波器、积分器以及复数协调旋转数位计算机(cordic)旋转器。
晶体振荡器被布置成提供振荡器信号作为用于定时控制电路的具有第一相位(φ1)的时钟信号(CLOCK)。在一个例子中，晶体振荡器具有约26.14MHz的额定频率，该频率可选地可被调整(例如通过信号FREQ.TRIM)。振荡器可以是晶体类型振荡器，或具有基本上稳定的振荡频率的任何其他振荡器。
定时控制电路包括具有被布置成合成频率的可选分配器电路的反馈控制环。控制环包括相位检测器、低通滤波器(LPF)、电压控制的振荡器(VCO)和可选的分配器电路。通过相位检测器比较参考时钟信号(例如CLOCKREF)的相位(φ1)与来自反馈信号(例如CLOCK’)的相位(φ2)，以确定所得的时钟信号(CLOCK)是否与参考时钟(CLOCKREF)同相地操作。相位检测器的输出对应于相位差信号(φDIFF)，其被提供给低通滤波器以生成用于VCO的控制信号(VTUNE)。VCO调整以180度彼此失相的时钟信号CLKP和CLKN的输出频率。还从VCO向可选的分配器电路提供反馈信号(CLOCK)。分配器电路的输出作为信号CLOCK’被提供给相位检测器，这闭合了控制环。而且，可选地将VCO频率提供给其他分配器电路，该分配器电路生成与正弦和余弦函数相关联的合成频率。
在一个例子中，VCO具有1.83GHz的额定输出频率，反馈环分配器电路具有70的划分比，且相位检测器被布置成通过低通滤波器调整VTUNE信号，使得26.14MHz信号的平均值匹配于1.83GHz/70。可通过调整控制环分配器电路中的分配比，可采用其他参考信号来提供相同的结果。而且，可通过输出分配器电路(例如分配比为2)来进一步调整VCO的输出，以产生对应于SIN(915MHz)和COS(915MHZ)或任何其他期望频率的合成频率。
模式生成器包括码控制块和伪噪声生成器块。码控制块被布置成提供用于稍后所述的“A”、“B”和“C”序列化模式的根据ID码调节的预定模式。伪噪声生成器基于用于对模式排序的定时信号(模式定时)根据码生成复数(例如I和Q)。在一个例子中，伪噪声生成器块被布置成提供2047个复数。复数序列(I和Q)被提供给插值滤波器和定时控制块，插值滤波器和定时控制块被布置成调整与I和Q’信号相关联的精细定时，并提供与复数插值的基带信号相关联的I’和Q’。积分器电路用来对所发送和接收的频率之间的差进行积分以调整精细定时(精细定时调整)。插值器为I和Q复数(例如8192/2047)提供精细的定时调整，并对发送器提供低通滤波。可通过初始化参数如fINIT和/或φINIT初始化积分器电路。
对协调旋转数位计算机旋转器提供复数插值的基带信号(I’和Q’)。协调旋转数位计算机旋转器响应于相位调整信号(例如旋转相位)来调整复数基带信号(数字域)的旋转相位。通过对频率偏移进行积分的另一积分器来提供相位调整信号。可再次通过初始化参数(诸如fINIT和/或φINIT)来初始化积分器电路。复数协调旋转数位计算机旋转器的输出是频率偏移的复数基带信号(I”和Q”)，其中通过插值滤波器和协调旋转数位计算机旋转器的数字合成操作进行频移。
复数调制器被布置成接收频率移位的复数基带信号(I”和Q”)，以及正弦和余弦定时信号，以提供经调制的信号输出。可将经调制的信号输出提供给功率放大器(未示出)，功率放大器耦合到天线用于发送经调制的信号。调整各种定时控制信号(例如时钟频率，时钟相位，时钟偏移)，使得被调整的信号输出的速率、精细定时和相位具有嵌入在所得信号中的足够定时信息。
码控制基于独特的标识符(ID码)。在一个示例中，独特的标识符被提供给多项式生成器。在另一例子中，将独特的标识符存储在易失性存储器中。在又一例子中，将独特的标识符存储在非易失性存储器(诸如闪存设备、ROM、EPROM、EEPROM、双列直插开关或某些其他装置)中。在另一例子中，将以ID码而不是独特的标识符产生的模式存储在存储设备或查找表中。
示例发送序列
图8是示出被格式化用于发送的一组帧的图。帧对应于发送序列的时间段。对于图8的例子，发送被分成三个序列帧。在第一时间段期间，包括第一发送序列(即“序列A”)的第一帧(即“帧1”)被发送。序列A包括顺序序列的一组重复的模式，其中每个模式(模式A)基本上相同。在第二时间段期间，包括第二发送序列(即“序列B”)的第二帧(即“帧2”)被发送。序列B包括顺序序列的一组重复的模式，其中如稍后所述序列中的每个随后的模式被移位了。在第三时间段期间，包括第三发送序列(即“序列C”)的第三帧(即“帧3”)被发送。序列C包括一组重复的模式，其中如稍后所述每个模式(模式“C”)形成经编码的消息的一部分。如稍后所述将发送中的三个序列帧的集合称为查询(PING)。
系统中的每个MT具有用来唯一地表示特定MT的独特的标识符(例如M位地址)。在一个例子中，独特的标识符是提供大约85.8亿独特的标识符的33位地址码。M位地址可以分散在各种模式上。在一个例子中，33位被均匀地分散在三个序列上，使得11位被编码在“序列A”中，11位被编码在“序列B”中，且11位被编码在“序列C”中。在另一例子中，码没有均匀地分散在发送序列上。在又一例子中，相同的码被用于每个模式中。因此，根据用于相应的序列部分的相应编码位对所发送的每个符号进行编码。术语“波特”和“片”还可用来指代符号。
序列“A”的相关用来验证在发送中编码了独特的标识符的第一部分(例如第一11位或位0-10)。当检测到相关时，可得出精细的波特和载波定时。然而，MT没有之前的定时信息(例如不知道粗略的帧定时)。由于在第一时间间隔上重复“A”模式，所以可以在进行相关之前通过将其添加到彼此顶部来累积信号，使得信号敏感性得到改进。在一个示例MT中，不需要信号的累积。在另一示例MT中，在重复跟踪模式期间进行信号的累积。
一旦获取了“A”模式，MT继续采样以查找“B”序列。序列“B”的相关用来验证在发送中编码了独特的标识符的第二部分(例如，第二11位或位11-21)。如前所述，“B”序列随时间移位。例如，第一B序列包括经编码的波特B0，B1...BM，而第二B序列(B’)包括经编码的波特B1，B2...BM，B0。当使用MT的“B”序列实现相关时，MT识别“B”序列内的流位置。一旦根据移位模式确定了发送流位置，MT计划序列“C”的接收，序列“C”的到达现在可被预测。
对于上述“B”序列化例子，在随后的发送之间使用单个波特移位。可使用其他移位方法，使得用于在随后的发送之间移位的步长尺寸可以是不同整数的波特移位(例如2、3、4等)，或非整数的波特移位(例如1/2波特，3/4波特，波特，
波特等)，或整数或非整数种类的样本中的移位。在另一示例中，可通过载波相位旋转来替换随后的发送之间的移位机制，其中每个随后的发送具有旋转了固定量的载波相位。
帧“C”具有编码于其中的独特的标识符的第三部分，以及用于MT的可能的命令和控制数据(或针对RL的其他数据)。序列“C”的相关被用来验证在发送中编码了独特的标识符的第三部分(例如第三11位或位22-33)。还可以以少量比特的数据非常慢地调制“C”序列。例如，低于63位的数据和误差校正码(ECC)可被传递到序列“C”中。在一个例子中，通过在发送帧中反转或不反转“C”的模式来对片或发送符号进行编码。前面描述了经编码的命令和控制信息的例子。
对于上述“C”序列，使用反转和不反转编码方法来编码数据。可使用其他数据编码方法，诸如以与“B”序列相似的移位比特模式来编码数据。例如，可对“000”二进制码进行编码，且二进制码中的每个增量是通过递增的移位步长(例如1/2波特步长，1波特步长，2波特步长等)移位的相同模式。可以如前述标称部分“B”中那样用模式定时变化来对标称“C”中的数据消息进行编码。
MT以与上面描述的格式基本相同的格式发送序列A和B。然而，由于RL发起发送并且不具有“唤醒”时间段，这在何时开始接收方面造成了模糊性，所以整体上来自MT的发送序列可以更短。缩短的发送序列有助于最小化MT的能量消耗。帧“C”被相似地格式化，但是可以包括其他报告的数据，诸如当前温度，心率，血压等。
从相对于内部MT时钟而被测量的RL的合成时钟得出MT中用于发送的定时和载波信号。与MT相似，RL继而将这些信号相关，并确定精确的往返时间。RL还确定相对于其自身时钟的信号定时中的偏离，这是MT试图模仿的。信号定时中的偏离是多普勒频移、噪声和振荡器不稳定的结果。
示例系统具有以下总体信息：
接收的帧包括4096个样本，2047波特；
接收的样本速率是25.777M复式采样/秒；
发送的样本速率是2*25.777M复式采样/秒；
通过样本速率*(2047/2048)/2＝12.8822M波特符号/秒，QPSK来确定波特速率；以及
帧周期是158.98μs。
示例系统具有以下RL TX参数：
“A”序列是2.2263秒长，(13x1024帧)，与2047个第一地址部分中的一个一起未移位地重复；
“B”序列是317.96ms长(2000帧)，与2047个第二地址部分中的一个一起移位地重复；以及
“C”序列是10.174ms长(64帧)，与2047个第三地址部分中的一个一起未移位地重复，帧根据被调制的数据而反转。
示例系统具有以下MT TX参数：
“A”序列是81.397ms长，(512帧)；
“B”序列是20.349ms长(128帧)；以及
“C”序列10.174ms长(64帧)，与2047个第三地址部分中的一个一起未移位地重复，帧根据被调制的数据而反转。
示例定时获取序列
图9A和9B是示出用于示例通信系统的定时获取的图。参考图1A、1B、2和3在接收在前面所述的三部分发送序列时，MT可采用所述的定时获取序列。然而，如此处所述，可以仅用发送序列的三个部分中的两个(例如序列A和序列B)来完成定时获取序列。
根据本地生成的时钟电路(例如晶体振荡器)数字地合成接收器频率。来自RL的载波也根据其自身本地生成的定时电路被数字地合成，并且可能与MT中的接收器频率不匹配。该不匹配可能与操作环境中的热差、电路中的热瞬变、晶体容限、MT和RL之间的处理差别以及其他非理想效果有关。而且，整个系统没有同步，因此没有办法在起初知道与发送有关的开始相位、频率和节奏。图9A示出了与示例“模式A”序列相关联的相位和频率确定的例子，而图9B示出了在定时获取期间接收器频率随时间的不确定性。
在时间t1通信系统的接收器部分被初始化成指定为f＝f0的初始频率(f)。然而在时间t＝t1不知道在数字合成的接收器频率和来自接收到的发送的载波频率之间的偏移。MT被布置成测量与来自模式A的接收到的信号相关联的相位作为相位φ1。可通过相关器的输出来生成相位测量(例如φ1)。
在时间t＝t2，接收模式A的发送的另一部分，且MT被布置成测量相位φ2，并计算与期待的接收器频率和来自RL的发送的实际载波之差相关联的频率偏移差。频率偏移(foffset2)根据相位之差和发送之间经过的时间被确定为：foffset2＝[φ2-φex2]/[360(t2-t1)]，其中φex2对应于在时间t2的期待相位。重要的是要注意第一两个测量之间的时间应该短得足以导致大大小于180度的期待相对相位差，从而确保不会出现不可解决的模糊性。注意对于该时间的期待相位对应于φ1。
在时间t＝t3，接收模式A的发送的另一部分，且MT被布置成测量相位φ3，并计算与期待的接收器频率和来自RL的发送的实际载波之差相关联的频率偏移差。频率偏移(foffset3)根据相位之差和发送之间经过的时间被确定为：foffset2＝[φ3-φex3]/[360(t3-t2)]，其中φex3对应于在时间t3的期待相位。重要的是要注意对第一两个测量经过的时间也应该导致大大小于180度的期待相对相位差，从而确保不会出现不可解决的模糊性。然而，绝对相位差被期待为显著地大于360度，使得连续偏移计算之间的时间差可随着通过每个随后的评估来调整定时获取而被逐渐地进一步间隔开。注意，随着每个随后的调整逐渐减小频率差，直到被Allan方差(艾伦方差)限制。
图9B是示出数字合成的接收器频率在经过的定时获取时段上的不确定性的图。注意对两个轴的刻度是对数的，并且不确定性将渐近地接近与MT和RL中的晶体振荡器相关联的Allan方差。水平轴示出经过的时间，而垂直轴示出频率的不确定性。每个相继的时间段具有对接收器定时的改进评估，使得不确定性以指数方式下降。在获取了接收到的信号的足够样本之后(例如时间t5)出现不确定性曲线的拐点，使得对于接收到的载波频率的评估渐近地接近由Allan方差确定的最小不确定性。
示例接收器
图10A是用于示例接收器的框图。示例接收器包括天线(ANT)、可选滤波器、低噪声放大器(LNA)、第一混合器、第二混合器、第一低通滤波器(LPF1)、第二低通滤波器(LPF2)、模数转换器(ADC)、缓冲器、FFT处理器、相关器和逆FFT处理器。其他示例接收器可使用模拟存储方法并进行延迟的A/D转换。
天线被布置成通过可选的滤波器(例如带通滤波器)将接收到的信号耦合到LNA。LNA被布置成提高信号强度，并将提高后的信号耦合到混合器。第一混合器被布置成以余弦波外差法生成同相信号，而第二混合器被布置成以正弦波外差法生成正交信号(Q)。该同相信号作为信号IA经由LPF1耦合到ADC，而正交相位信号作为信号QA经由LPF2耦合到ADC。
ADC工作于采样频率(fSAM)。ADC可实现为具有在IA和QA信号之间的时分复用的单个A/D转换器电路。ADC可替代地实现为两个分离的A/D转换器电路。ADC电路将IA和QA信号分别转换成耦合到缓冲器的量化数字信号的信号ID和QD。缓冲器可实现为一个连续存储器、作为分区的存储器(例如MEM1、MEM2等)或缓冲捕获到的数据的任何其他适当的临时存储器。
缓冲器的输出耦合到FFT处理器，FFT处理器将输入的信号转换至频域。参考信号的FFT是乘以捕获到的信号的频域表示的复数共轭。对乘积进行逆FFT，这是捕获到的信号和所选择的参考信号的循环相关。由于FFT参考是根据MT的独特的标识符(例如ID码)确定的，所以当在信号中识别了接收到的有效码时FFT处理器输出的相关将达到峰值。载波相位和模式定时也根据接收到的信号提取。
图10B示出了可作为DSP块执行的接收器中的操作。FFT参考信号被提供为N通道的阵列。捕获到的信号也作为N个通道的FFT计算。接着，指定的存储箱(BIN 1-BIN N)中每个复数元素的复数共轭乘以来自其他对应的存储箱的数据。例如，FFT参考信号的复数共轭存储在第一阵列(ARRAY 1)中作为DR1-DRN，且FFT捕获数据存储在第二阵列(ARRAY 2)中作为DC1-DCN。在另一例子中，FFT参考信号存储在第一阵列(ARRAY1)中作为DR1-DRN，且FFT捕获数据的复数共轭存储在第二阵列(ARRAY 2)中作为DC1-DCN。
乘法器被布置成从第一阵列和第二阵列接收数据以提供相乘的输出，从而产生可存储在第三阵列(ARRAY 3)中作为DM1-DMN的相乘结果。根据在第三阵列(ARRAY 3)中识别的乘积来计算逆FFT，以得出循环相关器输出。循环相关器输出结果可存储在第四阵列(ARRAY 4)，或可选地可重写来自第三阵列(ARRAY 3)的值。第四阵列(ARRAY 4)或第三阵列(根据实现)的内容是包括幅度和相位二者的复数结果。如图5B所示，循环相关器输出的逆FFT具有在FFT参考和捕获到的数据彼此相关时出现的峰值幅度(PEAK)。第三阵列(ARRAY 3)或第四阵列(根据实现)的每个箱(BIN 1-BIN N)对应于相关器的输出，其中在发生相关时，PEAK可位于一个箱中(例如BINX)。
用于发送和接收的示例操作流程
图11是MT或RL中的示例发送器配置的流程图。当用户或一些其他处理发起查找特定MT的请求时开始处理。
用独特的标识符(ID码)来初始化发送序列。如上所述生成用于帧发送的序列(诸如序列“A”、“B”和“C”)。“A”、“B”和“C”序列中每个序列都包括以独特码的一部分编码的波特。
接着，然后RL(或MT)开始发送模式“A”，并重复发送模式“A”(注意：未移位)直到完成整个“A”序列(例如，13×1024顺序模式，或帧“A”)。RL然后开始发送模式“B”。如上所述，对于模式“B”的每个随后的发送，如使用位旋转算法对模式进行移位。在发送“B”模式的整个序列(例如，2000个顺序模式或帧“B”)之后，RL开始发送“C”模式。“C”模式的序列包括可与用于MT的命令和控制信息相对应的调制数据。在发送调制数据(例如，64个序列模式或帧“C”)之后，RL停止发送并切换到接收模式。
在接收模式中，RL以RL和MT之间提供的相似格式从MT接收信号。然后如前所述，RL可基于往返时间和接收到的信号中的多普勒频移来计算距离和位置。而且，接收到的“C”帧发送可包括在MT和RL之间通信、由RL提取和评估的数据。该数据可包括：生理信息诸如心跳速率、体温、血压、心率、血糖水平以及与MT的用户相关联的其他传感器信息。
图12A是用于MT中的示例接收器的示例流程图。当从睡眠模式激活MT时(例如发起唤醒)开始处理。图12A示出与序列“A”(或帧“A”)相关联的样本的捕获。在发起唤醒之后，接收器捕获噪声和/或信号。MT将尝试使捕获到的噪声和/或信号与用于特定MT的独特的标识符的第一部分相关。当相关不能匹配时，MT确定发送是针对另一设备，或可能不存在发送，并返回睡眠模式。或者，MT从发送序列提取波特和载波定时信息以改进接收器定时。
通过重复计划捕获间隔来改进定时。接收器等待并且然后开始根据每个计划的捕获时间捕获样本的一部分，且尝试使捕获到的样本和键入的用于MT的码的参考的另一部分相关。每当相关指示匹配，则调整用于接收器的定时(引导程序RL)以进一步改进时间/频率评估。最终，模式A的相关不能匹配编码的参考，且处理继续至捕获和评估模式B，如参考图13A所述。
图7B示出了与示例RL设备的接收器中的序列“A”(或帧“A”)相关联的样本的捕获。由于MT具有用于发送的有限功率，所以信号可能比来自RL的信号弱很多。在通过RL发起唤醒之后，接收器捕获噪声和/或信号。RL将继续在预定的时间间隔期间捕获发送并使用循环累积捕获技术(例如，在序列中循环选择的捕获缓冲器的阵列)累积值。对每个随后的捕获，基于时间来改变所选择的捕获缓冲器。此外，加速度计用来测量RL设备的速度以评估用于接收的时间等。
在预定的时间间隔终止后，RL尝试使累积/捕获的信号和噪声与用于特定RL的独特的标识符的第一部分相关。使用所描述的循环累积在序列上对被捕获模式的累积改进了信号水平并最小化了噪声对接收的影响。当相关不能识别匹配时，RL确定发送针对另一设备，不存在发送，或发生了误差，并返回睡眠模式。或者，使用RL精细定时和来自发送序列的相位信息来改进用于RL的接收器定时。然后如参考图13B所述，处理继续至捕获和评估模式B。
图13A示出了MT设备中与模式“B”相关联的样本的捕获。接收器捕获样本序列，假定这些样本对应于序列“B”。MT将尝试使捕获到的样本与用于特定MT的唯一标识符的第二部分FFT相关。当相关不能识别匹配时，MT可确定信号序列用于另一设备。在处理时间间隔期间，期待的B序列被移位和捕获，且然后接下来是FFT相关确定。当在没有序列“B”的匹配的情况下完成处理时间间隔时，MT确定发送用于另一MT或不存在要接收的发送并返回睡眠模式。或者，如果MT发现针对序列“B”的匹配，则MT基于产生匹配的移位位置来确定匹配模式在序列内(或帧内)的相对位置。由于现在定时、相位和频率信息是已知的，所以MT计划“C”序列的接收。在图14中对MT继续处理，这在后面进行描述。
图13B示出与RL设备中模式“B”相关联的样本的捕获。接收器捕获复式采样的序列(例如4096个复式采样)，假定这些样本对应于使用与针对图7B所述的技术相似的循环累积/积分技术的序列“B”。生成与模式“B”相关联的参考模式。每个接收到的样本被捕获且置于一系列缓冲器中的相应缓冲器中，其中，每个缓冲器具有相关联的索引诸如指针。每个随后捕获的样本被置于不同的捕获缓冲器(例如容性存储单元)中。
如关于MT之前所述，多次发送序列“B”以被RL接收，其中每个随后的“B”序列相对于在前的序列循环地旋转(例如，参见图3)。随着时间向前流逝，不同的捕获缓冲器用作用于通过RL捕获序列的开始点。例如，假定4096个复式采样模式，其中开始指针指向捕获缓冲器0，捕获将顺序地置入缓冲器0-4095中。在第一“B”序列被捕获后，接着的模式“B”序列的开始点将针对捕获缓冲器2，且捕获被顺序地置入缓冲器2-4094中，接着是捕获缓冲器0和1。每个缓冲器可以是模拟存储单元使得使用上述方法来自第一模式的样本与来自第二模式的样本累积。在额外模式的大量累积之后，完成积分并且可评估累积的信号。
在接收(即“模式完成”)和累积了模式序列“B”的所有样本(例如来自模式“B”的序列的4096个复式采样)之后，RL将尝试使经积分的捕获到的序列与针对模式“B”的之前生成的模式FFT相关。当FFT相关不能识别匹配时，RL落入错误俘获。当发送是针对另一MT或也许当出现错误时，对接收到的序列的处理可能在没有匹配的情况下终止。当出现错误时错误俘获应付其余的处理。
当RL发现针对生成的模式“B”的相关匹配时，RL就可基于产生匹配的模式中的移位位置来确定序列内(或帧内)匹配模式的相对位置。由于现在知道了定时、相位和频率信息，RL计划接收“C”序列。图9中对RL继续处理，在以下接着描述。
在一些示例系统中，在发送器处四次采样“B”序列，每个序列步骤是四个采样。对于该示例，接收器以发送速率的一半采样，使得模式中的每个移位对应于两个缓冲器位置。换句话说，该示例中针对每个“B”序列捕获的开始点总是对应于偶数编号的缓冲器(例如0、2、4.......)。然后RL可通过评估匹配于期待模式或与之相关的缓冲器或样本箱的开始点索引，来确定序列或帧内的匹配模式的相对位置。
图14示出与序列“C”相关联的样本的捕获。接收器从MT中的接收器捕获样本，假定这些符号对应于模式“C”。MT将继续捕获样本，直到帧被预期达到完成。MT然后尝试使捕获到的序列(假定是来自RL的序列“C”)与用于特定MT的独特的标识符的第三部分相关。当相关不能达到用于检测匹配的充足水平时，作为规定，可假定由于任何数目的原因(环境中的过度噪声，高强度干扰信号等)导致“C”序列的发送失败。由于我们确切地知道序列“C”的发送何时应该发生，且发送应该以何种载波频率、相位、定时和节奏发生，所以“C”模式的接收可形式上用于验证有效的发送。
序列“C”包括可以以误差校正码(ECC)编码的被调制的数据，其中经编码的信息可被相位调制并且随后被解调和解码。当时间段没有终止时，期待的C序列的捕获继续进行，随后是再次相关确定。当时间段在没有序列“C”的匹配的情况下终止时，MT确定发送针对别人并且适当地捕捉错误情况。或者，MT发现用于模式“C”的匹配，评估在该帧中接收的符号的极性，并从“C”序列提取命令和控制信息。
在MT的情况下，完成的序列C的捕获随后是序列“A”、“B”和“C2”(或也许是某些其他顺序，或甚至是不同组的A’B’C’)的发送。序列“A”和“B”包括与之前对RL所述相似的模式，尽管长度上更短。序列“C2”仍然是相同数目的帧，除了数据被编码到用于MT和RL之间通信的发送。
在RL的情况下，完成的序列C的捕获随后是评估往返时间以确定从RL到MT的线性距离。在从两个不同的接收天线接收的两个信号的接收之间评估时间差以帮助识别RL和MT之间的方向的矢量。对从MT接收的信号中的多普勒频移的分析也可用来辅助确定方向矢量。另外，评估序列“C”以提取从MT到RL传递的信息。而且，如稍后所述，来自指南针传感器的测量可用来辅助确定位置。
示例操作特征和观察
本公开将定位处理自身与“定位请求”查询合并。RL设备被布置成提供相对长、有力的编码信号，其持续时间跨越MT的查询间隔。MT非常短暂地采样相关频谱，并找到经编码的扩展频谱信号。在这种情况下，MT从过长的发送进行多个信号捕获，从而连续地更准确地评估信号频率、节奏和时间参考。这些评估在精度上受到MT和RL的时基(例如石英晶体振荡器)的短期稳定性(Allan方差根)和RL和MT之间的相对相关的限制。该Allan方差一般好于十亿分之一，然而在0.25秒的观察时间段期间加速度可以约为：在0.25秒期间为10米/秒2，这会给出2.5米/秒的多普勒变化。该摇摆是不寻常的，一般观察到0.25米/秒的变化或更小的变化。0.25米/秒往返的速度变化是0.5米/秒，这是0.5/3*108的多普勒变化或十亿分之1.6(ppb)。因此，对输入的信号频率/序列的评估应该具有约十亿分之二(2)或更好的精度。实验上来说，观察到了十亿分之二(2)。
MT可使用对接收到的信号定时的精确评估通过基本上相同的定时和载波频率来合成经编码的扩展频谱应答。在输入信号结束之后立刻发射该应答信号。由于准确地捕获了定时，所以延迟或间隙的存在实质上不降低准确度。例如，如果时基误差是2ppb，则30ms的延迟转换成约60ps的时间不确定性，这是约一厘米的往返距离。
来自MT的编码应答信号足够长，使得时间上的积分补偿了其相对较低的功率。RL可以一致地处理来自MT的信号，这是由于返回信号加上或减去合成的往返多普勒频移与RL的时基相一致。4096个复数容性积分器的循环组可用来处理信号累积以提升弱信号且从噪声基底突出。复数模式(例如，长度为2047片的模式)具有约33db的扩展增益。添加循环积分器可通过信号的重复部分来实现另外20db的信号增益，从而提供53db的总增益。通过该技术实现从26MHz到约100Hz的带宽降低。在100Hz带宽上的热噪声约为-154dbm，其中在-140dbm的噪声水平附近期待合理的信号接收。对+10dbm发送器实现了150dB的最大路径损失。假定915MHz信号和全向天线，针对该发送器的对应的理想自由空间范围大概是1000km。对于建立渗透、置入的设备等，该大自由空间范围或损失容限是有用的。
MT中的捕获持续时间受到MT和BL之间的相对晶体频率容限的限制。通过时间和温度，且利用周期性的校准信号，可将该容限管理到百万分之几。因此，信令频率和晶体容限的乘积给出频率偏移，这转而指示在不使用多个多普勒通道或重复的相关尝试的情况下可能的最大接收时间。例如，在915MHz以及3.5ppm的频率误差的情况下，312μs的捕获时段对应于第一完整信号空信号。
RL一般接收其节奏和频率非常紧密地匹配于其内部晶体时钟的信号，并且因此RL可使用长循环积分时间，这大大地增加了可用的信噪比。当信号在捕获间隔末尾旋转过180度时，所述的一致的积分(或一致的累积)处理具有最大的信号功率。对于3.5ppm的频率容限，此时扩展信号的时段被指定到约150μs。使用自身是复数的信号是有利的。通过使用复数信号实现编码信号之间的改进正交性。例如，GPS系统中使用的Gold码具有1023个片的长度，对于1025个可能的码具有约-24db的交叉相关。当前所述的公开中采用的复数信令码是2047个片的长度，对2048个可能的码具有-33db的交叉相关。使用复数码允许改进的信号拒绝。
较慢移动的物体(例如人走动)之间的往返多普勒频移约为4-5ppb。在接收到的信号有可能在频率上非常接近RL的时基的情况下，缓慢移动的物体提供显著更长的积分时间。甚至汽车速度会导致200ppb或更少的往返多普勒频移。
可选的RL指南针操作
所描述的系统通过往返时间测量来进行距离测量。根据本公开，对于不需要用于分辨方向信息的多个天线或加速度计的远程定位器(RL)设备，可使用经济的解决方案。指南针传感器可被适配成用在RL中使得可连续地显示目标方向(从RL朝向MT的方向)，而不管RL的朝向中的任何相对变化。可使用分集天线来获得关于信号强度、距离和多普勒等的附加信息。
最开始，当RL的用户试图寻找MT时，进行“搜索”模式。当RL从MT接收到令人满意的应答信号时，RL可确定到MT的距离并对用户提供适当的警报指示器。警报指示器可以包括例如通过音频输出设备的可听指示器，通过视频输出设备的可视指示器或振动指示器。
在完成了最初的搜索和警报之后，用户可激活“定位”模式。在定位模式中，用户保持RL远离身体约一臂长。然后用户移动RL通过弧线的至少一部分或通过完整的圆圈(约以用户的头为中心)运动，以扫描MT。在定位模式期间，RL与MT交换信息多次，同时获取一系列数据项，诸如到达时间(TOA)以及作为干涉测量的多普勒读数。由于RL以圆圈运动旋转，还可取得指南针读数。指南针读数与距离和多普勒读数相关联。通过往返发送时间使与旋转相关联的距离变化加倍。在一个例子中，用户可延伸RL远离其身体约70cm的距离，且对应的往返时间变化约为280cm，或在频率915Mhz处的约8个波。
示例用户在可以约36度/秒和180度/秒之间的范围内的多个速率旋转RL。RL获取的距离测量将基于RL相对于MT的相对朝向而波动。换句话说，RL和MT之间的距离是圆圈旋转期间RL的旋转位置的函数。距离还是在旋转移动期间用户延伸其胳臂以保持RL远离其身体的距离的函数。在一个例子中，用户保持RL远离其身体70cm，指南针读数具有84度的初始读数，且实际目标位于120度的首向处。对于该示例，初始读数和实际目标之间的首向差是34度，这导致实际目标和用户之间的距离变化为：2·0.7m·COS(34°)＝1.1326m。随着用户继续绕其中心线旋转，如图10A所示到目标的距离继续改变。当RL朝向120度的目标首向时，距离变化达到峰值(1.4m)，而在RL朝向300度的首向时距离变化最低(-1.4m)，这是因为RL位于相对于目标的最远点处(远离目标180度)。
不知道从RL到MT的首向，直到完成至少部分旋转并且收集了指南针读数、距离测量和多普勒读数的足够数据以分辨正确的方向。RL中的相关器被布置成生成目标位置(MT)和RL之间的相关相位信息首向。相关相位信息如图10B的图所示，其中通过以下等式确定相关相位(相位)：相位＝360°·(φ-Δd/λ)，其中φ是初始相关器相位，Δd是对于给定的方向首向的距离变化，λ是发送的波长。
如上所述，RL被布置成收集一系列指南针首向和距离以分辨针对MT的目标位置。对用户所需的运动或动作是相对直观的，因为对RL所需的圆圈运动与用户通过“环顾”其当前位置来从视觉上进行搜索所需的运动相似。由于不需要使用加速度计，相当多地减小了上述例子中采用的RL的成本。而且，与某些常规双轴指南针传感器设备相关联的成本目前少于约两美元。
查询模式
图16是示出单查询模式、慢查询模式和快查询模式的示例图。如前所述，“查询”对应于通过RL到MT的整个发送，如完整组的三帧发送序列。类似地“应答”对应于从MT向RL发送的完整组的帧。在图16中，指定为Px的每个块用于指示用于包括完整组的帧的查询的发送时间，而Rx用于指示用于也包括完整组的帧的应答的发送时间。
所述系统通过往返时间测量进行距离测量。查询模式被布置成提供RL和MT之间的定期通信，其中可在没有过度的能量消耗或频谱污染的情况下跟踪距离。在MT和RL交换了签名之后，其共享非常精确的相互的时钟速率信息。该时钟速率信息的准确度在不存在任何多普勒频移的情况下是十亿分之一或更好。随着发送之间时间流逝，未充分稳定的单位时基将相对于彼此漂移。通过针对高速时钟来校准低速睡眠模式振荡器，使得可准确地列举给定的睡眠时间段作为已知数目的高速时钟时段，有可能在不实际操作高速时钟的情况下准确地测量若干分钟的时段。然而，需要用于频率确定的长初始基线以在最初同步MT和RL之间的时钟。一旦被同步/校准，就知道精确的定时，且更短的发送成为可能。
在单查询模式中，RL发送单个查询(P1)到MT。MT在位于用于正确接收的RL的发送范围内时接收查询P1。MT被布置成当查询被正确地识别为对特定MT编码时响应于查询P1将应答(R1)发送到RL。
在慢查询模式中，RL被布置成向MT连续地发送一系列单个查询(P1’，P2’...PN’)。如图所示每个随后的查询都通过查询间隔(T1)在时间上分离。MT在其位于用于正确接收的RL的发送范围内时接收每个查询，并针对被正确地识别为对特定MT编码的每个查询发送对应应答(R1’，R2’....RN’)。
在快查询模式中，RL被布置成连续地向MT发送一系列短持续时间单个查询(P1”，P2”...PN”)。每个随后的查询都通过查询间隔(T2)在时间上分离，该查询间隔(T2)比查询间隔T1在时间上显著地短。例如，快查询模式中的每个查询在长度上约为几百微秒的到若干毫秒。由于根据之前的接收已知定时和节奏，所以已知粗定时并且RL能够利用大大缩短的发送。可仅使用“A”序列的一部分来完成短持续时间查询。MT在其位于用于正确接收的RL的发送范围内时接收每个查询，并针对被正确地识别为对特定MT编码的每个查询发送对应应答(R1’，R2’...RN’)。
重要的是要注意MT可能不能总是从RL正确地接收特定查询，即使其被正确地编码以被MT识别。环境条件诸如噪声、建筑物和其他电子干扰会阻止查询(例如查询P2’)到达期望的MT。相似地，环境条件会导致应答(例如应答R3”)到达期望的RL。
如下所述，可使用各种通信协议来便于集装箱标签设备之间以及到基站设备的通信。在一些例子中，通信协议便于集装箱分析模式，其中根据脉冲响应和延迟/衰退/回声模式的信号频谱分析装置(例如FFT分析)来分析集装箱的内容。例如，内容分析可使用内部多普勒测量来检测侵入者(诸如集装箱中的人或害虫)的存在。可使用相关脉冲应答及其衰退/回声模式以测量到什么程度内容减少或者修改相关脉冲的时间结构，来分析内容。签名或参考模式可用作针对集装箱的初始基线，该初始基线后来用作比较的基线以确定集装箱的内容的变化(可能由于移位内容、移除、添加等)。因此，相关矢量签名中的比较可用来指示侵入或集装箱的内容的变化。
以下进一步讨论可从内部朝向的天线或外部朝向的天线获得的多普勒测量的使用。来自内部朝向的天线的多普勒测量用于评估集装箱的内部运动。一般，即使集装箱在移动，也不存在来自集装箱内部的多普勒测量。外部朝向的天线在集装箱沿路径(诸如有轨车、卡车或其他运输装置行进时用于使用多普勒测量来监控运动。尽管基于外部的多普勒测量(来自外部天线的多普勒测量)有些混乱，但由于天线没有占据集装箱的相同面，所以签名分析技术和/或基本模式识别方法允许解释多普勒测量以推论出集装箱的行进路径。
半查询协议
半查询是单个分组的单向通信。一个标签(例如第一CCT设备)发送稍微加宽的分组以处理两个标签之间可能的定时误差，而另一标签(例如第二CCT设备)接收单个分组并针对码进行相关。由于两个设备不同步，所以表示脉冲响应的相关模式具有随机载波相位旋转以及相对于由FFT产生的样本的随机对齐。还有可能幅度具有不期望的变化，这或者是由于无线中的增益变化或者因为接收器的切换的AGC在两个增益范围之间的转变上交替。这意味着半查询模式中的接收应被归一化。首先，应在直接路径相关尖峰的区域中过采样信号，以便找到尖峰的真实部分时间。该部分然后可用来在直接路径后的大概一微秒期间在整个混响模式中计算随后样本处的被插入的相关值。而且，可通过用这些值(作为复数)除以主尖峰的值来归一化这些值，以移除载波相位旋转和幅度变化。在没有对集装箱的某些侵入的情况下，所获得的值应总是相同的。
如果针对“脏”码相关，所获得的相关将呈现较窄的尖峰，且几乎没有混响模式。这使得更容易识别用于归一化其余数据的参考，且还可以减少可被记录为基线签名(例如通过标签接收的归一化信号的频谱构成)用于日后比较的信息的量，这是因为在主尖峰外能量应该少得多。然而，“脏”码的自动相关属性是不能预测的，因此在该尖峰的任一侧上仍有些能量，且在存在侵入时出现的额外能量也会出现在任一侧上。
完全查询协议
完全查询是双向通信，包括尽可能接近地间隔开的在每个方向上的半查询，因此对持续时间而言两个CCT设备被供电。当第二标签从第一标签接收初始半查询时，其如上所述搜集相同信息，然而当发送其应答时，第二标签根据发起标签的定时对应答准确定时。当第一标签接收应答时，其从应答得出的定时提供了准确的距离测量。给定集装箱内的极好的S/N比，应该有可能在英寸水平等测量距离，然而这需要如由FFT产生的实际样本之间的256个插值点。这提供了针对上面安装有标签的集装箱门可能稍微打开的可能性的一些附加保护，虽然在时间上移位通信，但无需实际上显著改变脉冲响应的形状。
由于响应标签负责在整个插值中测量精确的分组定时，所以其应答可被校准使得在发起标签中检测到的直接路径相关尖峰与样本完全对齐。这意味着发起标签可跳过插值处理，且仅通过用其余样本来除以该参考样本来进行归一化。此外，响应标签不需要发送加宽的分组，这是因为与一个样本时间相比距离的最大变化是微乎其微的。
完全查询完成略多于两个“半查询操作”(这是因为所增加的距离测量)，且还在一半的时间内(两秒对四秒，计算操作之间的睡眠时间)完成。此外，以更少的电池功率进行，因为其减半了加热带隙参考和启动晶体振荡器的开销，这比实际通信花费更长。因此，相对于半查询一般优选完全查询。
完全查询也可使用“脏”码，“脏”码可以改进性能，这是因为在存在大量反弹的情况下所获得的相关模式提供更不模糊的定时信息。半查询是单个分组的单向通信。
外部查询协议
外部查询是一个标签使用其外部天线且另一个使用其内部天线的半查询操作。在正常情况下，实质上不接收信号，因此接收器使用其内部天线是有意义的，以避免被强干扰信号混淆的可能性。如果在集装箱的内部和外部之间开辟任何路径，则其将显示为特定可预测时间窗内的相关尖峰，其宽度取决于32768Hz时钟的可能的定时不准确性。由于该路径包括外部世界，仅针对“干净”码进行相关是有意义的。
干扰的一个可能源是恰好同时发送相同的十一位码的附近定位器。定位器一般大部分时间在发送，因为定位器轮询其范围下的所有标签，因此假定存在约两千个可能的码，则可能有2500分之一的机会特定码在特定时间处于发送状态。还有可能从进行相同的外部查询协议的附近集装箱获取码。一个标签在外部发送码使得集装箱外部存在可被其他标签用来检测泄漏的某些确保的水平的“照明”。相同码的其他外部源增加该照明。
多普勒查询协议
这是被几毫秒分离的使用两个外部天线在相同方向上的一对“半查询操作”，在该几毫秒期间两个设备保持被供电。两个接收应实质上相同，除非集装箱以显著的速度移动，如在卡车上，在这种情况下，来自不位于卡车上的其他物体的反射将显示多普勒频移。最强的信号将总是直接路径，或者直接路径的一些固定反射，并且可以用作参考；稍后的反射可被假定为是离开卡车的。
该协议的目标是在集装箱位于沿道路移动的卡车上时获得近似的速度信息。如果标签装备有指南针芯片，则日志可对传输中的集装箱记录未加工的面包屑轨迹(例如面包屑模式)。安装在大型钢集装箱的侧部上的指南针芯片，具有一些非线性响应，然而其可被一次校准相当好地校正。速度信息也是未加工的，然而该信息应足够好使得两个的结合可被穿到现有道路的地图上，使得误差不会累积。最后的结果是有能力查看卡车司机是否将集装箱带到应带到的地方以外的某个地方。
反射一般分成以下种类：
·来自与卡车在相同方向行驶的车辆的反射将具有几乎零多普勒频移。
·来自在其它方向行驶的车辆的反射将具有感兴趣的反射的大约两倍多普勒频移。
·来自静止物体的反射将呈现与卡车速度乘以物体远离行驶方向的角度的余弦相等的多普勒频移。
·偶尔，会有来自与卡车的行驶垂直地行驶的车辆的反射，如在侧道或天桥上，这会主要地基于该另一车辆的速度来产生多普勒频移的量。
可通过以下方式来解码所得到的反射混乱：将由FFT产生的关于两个分组的脉冲响应时间对齐，使得其主直接路径信号排列整齐，旋转一个响应中的矢量使得直接信号具有相同的角度，然后将两个响应中的对应矢量(丢弃幅度太低不能使用的)在最大距离300-400英尺上划分成在主反射后的大约十五或二十个样本。所获得的十五或二十个矢量的角度将指示对应距离处物体的主导多普勒频移，并且这些矢量将具有可通过适当智能的软件分析的非均匀分布。
特别地，有可能多普勒频移的分布大部分散布在±v之间，其中v是卡车的速度，且可能向负极性偏斜，这是因为门上安装的标签一般面向后部。然而，存在指示大于v的任何速度的相对较少反射，除了围绕表示在其它路上行进的车辆的-2v附近聚集的一些较低水平反射。这些可被滤波，因为它们表示比任何卡车可能行驶的都要快的速度，且可通过遵守卡车不能在若干秒期间在读数之间太大改变速度来滤除其余异常。来自垂直移动的车辆的反射可以产生混乱的读数，但是该反射一般应该较小，并且应相当不寻常。
最难过滤的事物可能是在携带集装箱的卡车静止时反射移动车辆。然而一个可观察到的差别是零多普勒反射强得多且数量更多。另一个是其一般为正而不是负，这是因为从后面接近卡车的交通可能比从前面接近的在路的另一侧上的交通更靠近。指南针方向绝对稳定这一事实也可能是有益的。
脉冲响应分析
当针对半查询或完全查询中的“干净”码相关时，可以根据分析脉冲响应中的任何变化的性质来得出有用的信息。如果集装箱包含移动的事物诸如偷渡者，该运动对脉冲响应带来的变化在一些情况下是可识别的且可与其它形式的侵入区分。虽然需要一些智能模式识别来进行该区分，但硬件能够进行该相关并将所得到的脉冲响应传递给处理器，因此这是留给使用模式匹配的软件和使用特定限定事件(门打开、门关闭等)的信号波形的评估的问题。
通信计划
与通信计划有关的一个外部需求是每个标签必须周期性地(每两秒)启动以在外部环境中听取其A码，以便定位器尝试联系它。这意味着所有的标签间通信必须适于这些事件之间的间隙。进行该操作的最容易的方式是以相同的两秒粒度计划它们，然而在听取事件之间的一半处交插。
另一问题是当标签在外部世界听到其A码时，其然后必须将其通信资源专用于听取定位器的其余通信，这花费更长的时间间隔(例如多于两秒)。这意味着其有可能错过计划的标签间通信事件中的一个。标签间通信协议必须允许其发生，不将任何单个的错过的通信视为指示任何问题。
示例计划
通信的示例计划可如下简单：
时间 事件
t 听取定位器。
t+1 从A到B到A的完全查询。
t+2 听取定位器。
t+3 从A到B的外部查询。
t+4 听取定位器。
t+5 从B到A到B的完全查询。
t+6 听取定位器。
t+7 从B到A的外部查询。
这些事件的间隔是一秒，因此设备将每两秒正确地听取定位器。可也许通过将中间的标签到标签通信切分为两半或更多来节省一些功率，然而这受捕获相当短的侵入(诸如打开门和快速将危险的某物(例如某种毒药)掷入集装箱)的需要所限制。
如果集装箱被期待位于卡车上，则可指示集装箱使用如下计划：
时间 事件
t 听取定位器。
t+1 从A到B到A的完全查询。
t+2 听取定位器。
t+3 从A到B的外部查询。
t+4 听取定位器。
t+5 从A到B的多普勒查询。
t+6 听取定位器。
t+7 从B到A到B的完全查询。
t+8 听取定位器。
t+9 从B到A的外部查询。
t+10 听取定位器。
t+11 从B到A的多普勒查询。
注意这些交插的计划所基于的一秒间隔不在两个设备中开环运行。相反，在任何时候标签从另一标签接收完全查询信号，则其被重新同步。发送标签发送稍微多于一个分组时间并且接收标签尝试在该时段的中间对齐其接收，这意味着接收器根据相关尖峰的位置来学习其时间概念与发送器相比如何不对齐。其必须总是根据另一端接收的信号的时间而不是从其自身期待何时信号被接收的概念来算出到下一事件的时间，使得两端总是保持同步。
重新同步协议
如果标签必须偏离其计划，以便对定位器做出响应，其应该仍保持跟踪计划，使得其可在正确的点重新开始以保持与其他标签同步。然而仍必须提供一些装置用于首先或在某个随机故障导致标签分离的任何时间得到关于同一计划的标签。
这是通过以下进行的：检测半查询或全查询协议的任何故障并且如果在整个计划中该状况持续若干次则判断已没有希望地失去了同步。如果发生这种情况，则重新同步协议用来将其返回同步。为了简化该协议，通过将一个标签指定为同步主设备并将另一个指定为从属设备来在安装时间彼此区分标签；该操作可在任何基础上进行，诸如使门上的标签为主设备，或使具有更低序列号的标签为主设备。
当设备通知故障时，其在标准计划的持续时间(如上所述，八秒)期间跳过查询协议，以确保另一设备也有时间通知故障。然后，同步主设备开始重复发送特定模式并且同步从属设备尝试接收该特定模式。协议与定位器查询协议相似，除了其仅使用一般用于标签到标签通信的单个码。主设备连续发送值两秒的码，然后在100ms期间发送相同码的连续旋转，然后允许用于转向的若干分组时间并接收单个分组。从属设备每两秒接收，并且如果其检测到分组，则可确定其接收了未旋转的分组中的一个，此后其继续在分组边界上每100ms接收，直到接收到具有不同旋转的分组，在该点处其具有绝对定时。从属设备然后在精确的时间发送回主设备正在听取的码，并且然后重新开始正常操作，在开头处重新开始正常计划。当主设备听到响应时，其也重新开始相同的计划，然而扮演相对的角色(在上述例子中的A对B)。
如果主设备不听取响应，其重复模式，并且如果主设备在特定时间量内、也许是两个计划时间(十六秒)从来没有听到响应，其放弃，并记录其认为另一标签现在不活动。如果从属设备在相同量的时间从来没有听到主设备，其也放弃，并记录同样的状况。该单独的设备将重新开始从外部定位器听取通信，并且尝试将故障报告给定位器。来自定位器的命令(或也许与定位器的任何成功的通信)可使每个标签重新尝试重新同步协议，并且确实这是在其第一次被安装时使其启动的那样。
安全
所述货物定位器系统是安全系统，并且因此对黑客是显著目标。黑客可能希望进行以下中的任何操作：
·从集装箱标签的事件日志擦除对集装箱的侵入的证据。
·在一段时间阻止标签之间的通信，在该时间期间检测不到侵入。
·从可识别特别有价值货物的标签读取任何与货单相关的信息。
·破坏大量集装箱的标签中的事件日志(通过擦除日志，或通过添加伪造事件)，强迫大规模手动筛选。
干扰
在不完全知道其设计的情况下破坏往返货物系统的唯一方式是干扰其通信，这在理论上不需要比系统的频率和带宽更多的知识。阻止集装箱上的两个标签彼此通信的干扰不会检测不到，并且确实会被记录在标签的事件日志中，然而要点是整船货的集装箱理论上可能被干扰，使得不可能相信在其中没有至少一个已被篡改。在这种情况下，将面临手动筛选整个集装箱负载的艰巨任务。
幸运的是，封闭的金属集装箱非常大地衰减任何外部信号。而且，编码提供另外33db的处理增益，从而允许在大大低于任何其他不相关信号的电平时干净地检测信号。如果标签在集装箱内发送十毫瓦，则可能需要很多千瓦从紧邻的外部干扰它，并且如果干扰发送器足够远以致不能覆盖集装箱的全部负载，则可能需要很多兆瓦。
换句话说，即使在存在可被外部天线检测并且可被记录的强干扰信号的情况下，内部天线仍能成功地通信。而且，更容易检测在这些情况下集装箱的任何打开，这是因为其将允许较大功率的外部信号进入，而不仅是标签自身发送的比较弱的外部查询信号。
欺骗
为了与标签通信，必须知道其序列号。不幸地，存在好的理由表明将序列号保持为完全的秘密是不现实的。集装箱将不可避免地通过不被所述集装箱系统管理的领域，例如在火车上。当集装箱最终到达被所述集装箱系统管理的目的地时，诸如货运场，系统中必须提供一些装置以得到集装箱标签序列号。序列号实际上是描述集装箱的内容的船运货单的一部分，并且因此绝不会比集装箱的内容更秘密。在某地总是有不被信任的人可获得对标签的序列号的存取，并且可能将其传递给装配了一些装备的某些人，该装备可使用该信息来对标签发出命令。
而且，在被真实的定位器监控的过程中，标签将无论如何通过其外部天线发送其多个十一位码中的至少一个，如果不是全部三个。存在可检测并捕获这些发送的装备，足够聪明的黑客可构建进一步的装备，该装备可使用该信息以对标签发出命令。
完全不必麻烦去隐藏序列号提供了另外的便利。例如，使电子序列号凸出在标签的侧部上(或为此印制在集装箱的侧部上)将使得更容易处理由于某种人为错误而位于某处的偶尔的未知集装箱。
加密
重要的是确保充分的加密，使得未授权用户(例如黑客)不能向标签发出特定的具体命令，例如擦除事件日志，或询问特定的秘密信息。公共密钥密码学技术可通过在集装箱离开第一领域时允许每个“安全领域”明确地对另一安全领域传递管理集装箱的允许来解决该问题。例如，当使用所述系统的货运场要将集装箱装载到船上时，其可将船的系统的公共密钥编程到标签。这允许标签检验其接收的被加密命令实际上由船的系统而不是某些黑客发出，并且其防止任何黑客截获和解码对来自船的任何命令的应答。
即使在集装箱要经过不由所述系统管理的领域时这也起作用。如果船不具有该系统，但在旅途的每个端处的货运场有系统，则向外输出的货运场的系统可将进入的货运场的系统的公共密钥编程到每个集装箱的标签中。
这当然意味着标签必须具有用于至少若干公共密钥的存储器，这是因为发送方可能希望在表示沿集装箱的旅途的各个已知点的多个密钥中编程。然而这还意味着标签将需要用于密码学算法的一些显著的计算马力。幸运的是，这些算法仅偶尔被需要，因此可通过仅偶尔通电的单独处理器进行该算法。大部分通信协议(诸如基本定位器查询)不需要任何加密。
交替频率
在一些所述系统中，使用26.142857MHz的晶体振荡器来合成约915MHz的频率。所述货物系统还可在约2.4GHz的更高频率上工作使得采用被允许的世界范围频带。通过将载波频率提高2.5倍，无需改变任何其他事物，还将所需的误差容限缩紧2.5倍，这是因为给定两个设备的时基之间的特定误差量，现在每分组时间有2.5倍的载波旋转。这可通过成比例地增加其他需求来补偿。如果波特率被增加(并且因此带宽被增加)相同的倍数，采样率被增加了同样的倍数，以及分组时间被缩短相同倍数，则误差限制保持不变。必须通过同样的时间量、然而2.5倍的样本数来加宽单分组发送，以便处理32768Hz时钟中的定时误差。此外，当在定位器查询协议中标签接收B码(或在重新同步协议中接收C码)时，其需要每40ms而不是每100ms采样空气，这是因为旋转的码的序列仅持续那么长。
然而，提高频率和采样率具有一个基本的优点，即其提高了可表征集装箱内部的空间分辨率。这意味着可测量更小的变化，并且可检测更小的移动。还改进了多普勒查询协议的分辨率，因为在给定距离上的反射被分类成2.5倍那么多的箱。
具有多个基站的示例系统
在示例集装箱设施(或地点)处可使用多个基站。基站可分散在整个地点上，诸如通常在该地点处发现的高照明设备上。每个基站可被布置成与集装箱标签通信以收集数据。基站还可被布置成通过中央数据库彼此通信，使得可确定集装箱的精确位置。例如，一个基站可向集装箱中的集装箱标签发送询问信号(第一发送)。集装箱标签响应于询问信号向基站发送应答发送(第二发送)。然而，所有基站都可被配置成接收应答发送。由于基站全都在物理上布置在整个地点中的不同位置处，每个基站可各自在与不同距离测量相对应的不同时间接收应答发送。由于基站位于地点处的固定位置处，所以可共同地评估集装箱标签和基站之间的时间和距离测量的集合，以确定集装箱标签的精确位置(例如使用多个距离测量的位置的三角测量)。而且，由于在每个集装箱中可包括多个集装箱标签，所以还可通过来自集装箱中的所有集装箱标签的应答发送的集合来确定集装箱的确切朝向(即旋转朝向)。
图17A-17C示出了示例系统(1700)，其中单个发射机应答器(MT)或CCT设备从单个定位器或基站(BS)设备接收发送序列，并且然后同时发送由多个定位器或BS设备接收的应答序列。如图17A所示，系统1700包括被布置成与至少一个发射机应答器(1706)通信的多个(Y)定位器(1701-1704)。第一定位器或基站(1701)位于第一物理位置(位置1)，第二定位器或基站(1702)位于第二物理位置(位置2)，第三定位器或基站(1703)位于第三物理位置(位置3)，而第四定位器或基站(1704)位于第四物理位置(位置4)。发射机应答器或CCT设备(1706)位于第五物理位置(位置5)。
在操作中，定位器1701通过发送如前所述以CCT ID编码的多帧序列的经编码的发送序列(1710)来发起与发射机应答器1706的通信。发射机应答器1706接收经编码的发送序列(1710)，在精确计算的延迟时间(DELAY X)之后等待发送时间间隔开始，并且然后发送其自身的应答，该应答被在接收发送的应答的范围内的每个定位器(1701-1704)接收。
如图17A所示，每个定位器(1701-1704)位于不同的物理位置(位置1-位置4)以及相对于发射机应答器的物理位置(位置5)的不同距离处(距离1-距离4)。由于定位器相对于发射机应答器的物理布置，每个发射机应答器可能不在完全相同的时间从发射机应答器接收应答发送。如图17B所示，定位器1701可在第一到达时间(TOA 1)接收应答发送(1711)，定位器1702可在第二到达时间(TOA 2)接收相同的应答发送(1712)，定位器1703可在第三到达时间(TOA 3)接收相同的应答发送(1713)，且定位器1704可在第四到达时间(TOA4)接收相同的应答发送(1714)。由于定位器1703与发射机应答器最近(即距离3是图17A中的最短距离)，所以用于接收应答发送1713的到达时间是第一。由于定位器1701距发射机应答器第二近(即距离1是图17A中第二最短距离)，所以用于接收应答发送1711的到达时间是第二。由于定位器1702距发射机应答器第三近(即距离2是图17A中第三最短距离)，所以用于接收应答发送1712的到达时间是第三。由于定位器1704与发射机应答器距离最远(即距离4是图17A中的最长距离)，所以用于接收应答发送1714的到达时间是最后一个。
中央处理
图18A-18B示出了示例系统(1800)，其中多个定位器或基站(BS)从库房、装载码头、轨道车等中的一个或更多个发射机应答器或CCT接收应答发送。每个定位器通过一个或更多个通信网络将关于接收到的应答的信息传送到中央处理单元。
在图18A中示出了库房、装载码头、轨道车或其他限定区域(1801)，其中布置了大量的加标签的集装箱或其他物体(1804)。每个物体(1804)可以是可靠着限定区域的任何地板或墙壁表面布置或如图所示彼此堆叠的大量物体中的一个。可选择定位器中的一个(1820)来发起使用通过必需的组ID编码的发送序列与加标签物体组的通信。作为被识别组的成员的每个加标签物体(1804)然后将在相对于来自发起定位器(1820)的通信发送的不同延迟时间处发送应答发送。然后每个定位器(1820)从应答发射机应答器(1804)捕获应答发送，以及随后通过一个或多个通信网络(1804)到中央处理单元的通信信息。可以以任何合理的通信拓扑(诸如光纤通信链路(如RF到光纤调制器))来实现从定位器(1820)到通信网络(1804)的通信(1803)。
每个定位器(1820)的物理位置彼此不同并且可在关于限定区域(1801)的不同位置处布置在墙壁和/或天花板上。通过改变整个限定区域(1801)中定位器的数目和位置，并且通过中央处理从定位器接收的各种信号，可对限定区域可靠地获得准确的位置/库存量信息。
如图18B所示，每个定位器(1821-1822)被布置成通过一个或多个通信网络(1804)经由通信链路(1803)与中央处理块(1830)通信。从每个定位器(1821-1824)向中央处理传送信息，诸如应答发送的到达时间(TOA)和用于应答发送的相关矢量(复数的矢量)。例如，中央处理块1830从第一定位器(1821)接收第一到达时间(TOA1)和第一相关矢量(CORR1)，从第二定位器(1822)接收第二到达时间(TOA2)和第二相关矢量(CORR2)，从第三定位器(1823)接收第三到达时间(TOA3)和第三相关矢量(CORR3)，且从第四定位器(1824)接收第四到达时间(TOA4)和第四相关矢量(CORR4)。
中央处理块(1830)被布置成执行数据和定时恢复(1831)，基于其到达时间(1832)来处理相关矢量，同步所有定位器(1833)的观察，根据经处理的矢量(1834)来识别标签及其物理位置，并存储信息或更新库存量(1835)。还可通过中央处理块(1830)来收集来自每个标签的附加信息，诸如如前所述的涉及加标签的物体的温度、湿度和其他标记。
图18C示出了可用于中央处理的示例计算设备(1840)。在基本配置中，计算设备1840可以是静止计算设备或移动计算设备。计算设备1840一般包括至少一个处理单元(1841)和至少一个系统存储器(1842)。根据计算设备的确切配置和类型，系统存储器1842可以是易失性的(如RAM)、非易失性的(如ROM，闪存等)或二者的某种组合。系统存储器1842可包括操作系统(1843)、一个或多个应用(1844)，且可包括程序数据(1845)。在一个实施例中，应用1844进一步包括执行用于库存量管理和控制的各种处理操作的中央处理块应用(1830)。
计算设备1840还可具有另外的特征或功能。例如，计算设备1840还可包括另外的数据存储设备(可移除和/或不可移除)，诸如磁盘、光盘或带。通过可移除存储器(1846)和不可移除存储器(1847)在图18C中示出了该另外的存储器。计算机存储介质可包括以用于信息(诸如计算机可读指令，数据结构，程序模块或其他数据)存储的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。系统存储器1842、可移除存储器1846和不可移除存储器1847都是计算机存储介质的例子。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术，CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光存储器，盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备，或可用来存储期望信息且可被计算设备1840存取的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是设备1840的一部分。计算设备1840还可具有输入设备1848，诸如键盘、鼠标、笔或触针、声音输入设备、触摸输入设备等。还可包括一个或更多个输出设备(1850)，诸如显示器、扬声器、打印机等。
计算设备1840还包含允许设备(如通过有线网络(例如光网络)或无线网络)与其他计算设备或定位器(1851)通信的通信连接1850。通信连接1850是通信介质的例子。通信介质一般实施计算机可读指令、数据结构、程序模块或经调制的数据信号(诸如载波或其他传输机制)中的其他数据，并且包括任何信息递送介质。术语“经调制的数据信号”可包括被布置或改变了一个或多个特性从而将信息编码在信号中。作为例子，且不是限制性的，通信介质可包括有线介质(诸如有线网络或直接有线连接)，以及无线介质(诸如声学、RF、红外和其他无线介质)。此处使用的术语计算机可读介质包括存储介质和通信介质。
示例处理流程和查询序列
图19A示出在中央处理单元处的定位处理(1900)的示例流程图，该定位处理合并关于接收的应答(结果)的信息。处理在块1901开始(生成用于所识别的群组的群组轮询序列)，其中生成用于所识别的群组(例如与群组ID相关联)群组轮询序列。系统中的每个定位器都针对轮询序列中的每个被分配操作模式。例如，块1901示出定位器1被选择来在发送(TX)和接收(RX)模式中发起通信。在发送模式中所选择的定位器被激活以获得被发送给发射机应答器的询问信号，如前所述。在接收模式中，所选择的定位器将从相关的频谱捕获信号以“听取”来自发射机应答器的应答发送。
在第一示例轮询序列中，所有定位器都被选择为处于接收(RX)模式，除了第一定位器，该第一定位器被布置成发送(TX)询问信号并且然后接收(RX)应答发送。相似地，在第二示例查询序列中，所有定位器被选择为处于接收(RX)模式中，除了第二定位器，该第二定位器被布置成发送(TX)询问信号并且然后接收(RX)应答发送。所示出的查询序列是循环类型的重复序列(其中以定位器1→定位器2→定位器3→...定位器Y→定位器1→...轮流传送询问发送)。尽管被示为循环序列，任何其他类型的序列也是适合的，包括随机序列、伪随机序列或某些其他有序序列。在最简单的实现中，可选择单个定位器总是发送询问信号。
在块1901生成群组查询序列之后，处理继续到块1902(识别用于下一群组查询序列的定位器操作)，其中选择用于下一群组查询序列的定位器操作，且每个定位器被配置到其作为接收器(RX)或收发器(TX+RX)的相应操作模式。如图19所示，选择定位器2作为收发器(TX+RX)设备操作(即询问设备)，而选择其余定位器设备(定位器1和定位器2-定位器Y)作为接收器(RX)设备操作。
处理从块1902进行到块1903(在中央地点接收当前选择的查询序列的结果)，其中在中央地点接收来自所有定位器的结果(例如通过光纤通信链路)。如前所述，每个定位器在其接收器操作期间从相关信号频谱捕获信号，对捕获到的信号进行相关，记录成功地与针对所选择的群组标识符(例如群组ID)的关联参考模式相关的信号的到达时间，以及可选地解码从对应的发射机应答器发送的附加信息。因此，术语“结果”可在广泛的意义上被理解为包括根据相关获得的所有信息，包括但不限于：到达时间、往返时间(对于询问定位器)，相关矢量(复数的矢量)，以及从响应标签接收的另外编码的信息。在块1903示出的例子中，第一定位器(定位器1)处于接收器模式中并报告相关矢量1和到达时间1；第二定位器(定位器2)处于收发器模式并报告相关矢量1、到达时间2和往返时间；第三定位器(定位器3)处于接收器模式并报告相关矢量3和到达时间3；且最后的定位器(定位器Y)处于接收器模式并报告相关矢量4和到达时间4。逐标签地收集所述结果，使得从一个特定标签接收响应的所有定位器几乎在相同的时间向中央处理单元报告其结果。
处理从块1903继续到块1904(时间同步观察)，其中对每个相应的标签评估从所有定位器收集的结果，且进行时间同步。
在一些示例同步处理中，可通过仔细计算中央处理单元和每个定位器之间的通信链路的往返时间来实现时间同步。可通过通信链路(例如光纤通信链路)在中央处理单元和每个定位器之间分布共同的时钟信号。可从中央处理单元向每个定位器发送同步脉冲(或同步序列)。每个定位器接收同步脉冲(或同步序列)，并发送回应答同步脉冲(或序列)。中央处理单元接收应答同步脉冲(或序列)，并记录对来自每个定位器的信号到达所报告的时间(例如光信号到达时间)。然后中央处理单元计算从中央处理单元到每个定位器的精确往返延迟时间。在一些光纤实现中，可通过光纤回环便利同步，使得可对光纤通信链路计算精确的往返延迟。
任何数目的通信线可用于上述时间同步方法。在一个示例配置中，对中央处理单元和定位器之间的所有通信可使用单个光纤。在另一配置中，多个光纤通信线路用于通信(例如一个光纤线路用于定时，一个光纤线路用于数据等)。
处理然后从块1904继续到块1905(针对2D或3D空间对标签进行最合适的位置评估，在可能时应用相位信息)。在块1905，基于时间同步的观察来对每个标签计算位置评估。在一个例子中，可预先确定库房内每个定位器的精确位置并将其存储在数据库中。基于到每个定位器的到达时间，可对发射机应答器(标签)识别到询问设备的往返时间以及其他信息(例如相关矢量的相位和幅度)精确位置。
处理从块1905继续到块1906(向显示器、数据存储器、外部计算机系统等报告标签位置)。在块1906，每个标签的被确定的位置被报告给请求系统。在一些例子中，请求系统是向中央处理单元提交请求的外部计算机(例如计算机终端，个人计算机等)。在其他例子中，请求系统是中央处理单元自身(例如通过根据计划、事件触发器、用户发起的输入等系统发起的处理)。定位的结果可被存储在数据存储设备中以便日后检索(例如存储在数据库中，存储在文件中等)，或以图形或表格形式在显示屏幕上查看。
在一些例子中，外部计算机系统可用来提交请求以从远程位置扫描库存量。对于这些例子，可优选具有允许外部计算机与中央处理单元互动的安全登录程序，以用于如下目的：提交库存量扫描请求，从库存量删除项目，将项目添加到库存量，将群组ID分配给标签，从标签移除群组ID，查看当前库存量，识别从编目录的库存量(例如之前识别或有效的库存量)丢失的项目，以及识别在编目录的库存量中没有发现的新项目。
需要至少两个定位器来计算用于定位发射机应答器的模糊位置。可通过对一个发射机应答器添加辅助的排列的感测天线来解决该模糊性。在最简单的方案中，可使用三个定位器来精确地识别发射机应答器的位置。另外的定位器可用于误差耐受和改进的准确性。可考虑如下功能对结果应用统计分析功能以针对发射机应答器识别位置的最佳评估：最小平方，最佳拟合，加权函数(例如，较高幅度相关比较低幅度相关被赋予更高的权重，使得更接近的定位器比远距离定位器更可靠)，以及其他数字模型。
图19B图示出了示例定位处理，其中三个定位器被用来基于报告给中央处理单元的各种结果来确定发射机应答器(标签)的精确位置。第一定位器位于远离响应标签距离1的位置1处。第二定位器位于远离响应标签距离2的位置2处。第三定位器位于远离响应标签距离3的位置3处。如图所示，距离2＞距离1＞距离3。每个定位器位于可存储在中央数据库中的已知物理位置处。对于该例子第一定位器是询问设备，且因此可使用往返时间(询问序列的发送和来自发射机应答器的应答的接收之间的时间)以更高的精度计算距离1。然而，存在关于相对于定位器的绝对方向的不确定性，并且因此发射机应答器可位于第一位置处，该第一位置布置在远离定位器1距离1的固定距离处。第二定位器从发射机应答器接收应答，并记录到达时间和相关矢量，该到达时间和相关矢量然后可与来自第一定位器的信息相结合以识别第二位置，第二位置布置在远离定位器2距离2的固定距离处。第三定位器从发射机应答器接收应答，并记录到达时间和相关矢量，该到达时间和相关矢量然后可与来自第一定位器的信息相结合以识别第三位置，第三位置布置在远离定位器3距离3的固定距离处。第一和第二位置可在如点P1和P2所示的两个可能的点(在2D空间中)处彼此交叉。第一和第三位置可在如点P2和P4所示的两个可能的点(在2D空间中)处彼此交叉。第二和第三位置可在如点P2和P4所示的两个可能的点(在2D空间中)处彼此交叉。因此，所有三个位置在如点P2所示的单个点处彼此交叉。可基于已知的位置1-3以及确定的距离1-3之间的几何关系来计算位置P2。尽管被示为2D空间计算，但相同的讨论在3D空间中也成立，其中3D球面在被识别为发射机应答器位置的公共点处交叉。
在另一例子中，用两个定位器来识别发射机应答器的位置。第一定位器(例如定位器1)位于具有与到发射机应答器的49.2米的距离相对应的往返时间的第一位置处。第二定位器(例如定位器2)比第一定位器早40纳秒从发射机应答器40接收应答发送，这对应比第一定位器更靠近12米的距离，或约37.2米的距离。对于19米的定位器之间的距离，以19米、37.2米和49.2米的边在两个定位器和发射机应答器之间形成三角形。应用余弦定理(C2＝A2+B2-2*A*B*COS(theta))，角度theta(θ)可被计算为theta＝COS-1((A2+B2-C2)/(2*A*B))。对于上述例子，三角形的角度对应于118.56度、19.82度和41.6度。因此，在相对于第二发射机应答器的41.6度的角度处发射机应答器相对于第一定位器的位置被确定为49.2米，且在相对于第一发射机应答器的118.56度的角度处发射机应答器相对于第二定位器的位置被确定为37.2米。
在一些例子中，定位器可布置在干扰设备附近，该干扰设备阻止、妨碍或扭曲从定位器相对于一个标签的通信，而同一定位器可能相对于另一标签几乎没有或没有干扰。例如，墙壁、金属罐、钢板、钢支持梁以及存储区域中的其他材料可产生各种信号阻止。在一些例子中，地点位置的物理限制可以是针对基于在一个或多个定位器的接收范围内的这些标签的群组分配(或改变群组分配)的决定因素。可将通信地点调查生成为列表或数据结构的一些其他相似形式，以便于在逐标签和逐定位器的基础上识别被限制的通信区域。可在通信地点调查中标注成功地与每个定位器通信的每个标签。然后可使用通信地点调查来改变标签的群组分配或被分配用于查询所分配的群组的定位器群组，以优化效率或吞吐量。
图19C-19D示出了如在上述通信地点调查中可能使用的用于存储关于定位器和标签的信息的示例数据结构。图19C示出了可用于存储关于定位器的信息的示例数据结构(1920)，而图19D示出了可用于存储关于发射机应答器(标签)的信息的示例数据结构(1930)。
图19C的数据结构1920的顶行将用于每列的数据字段指示符示出为“定位器编号”、“工作状态”、“物理位置”、“可访问标签”和“群组分配”。数据结构的每行对应于定位器(例如定位器1、定位器2...定位器Y)。如第一行所示，定位器1的工作状态是“好”，物理位置被记录在“位置1”处，可由定位器1访问的标签是所有标签(标签1，标签2，标签3...标签N)，且定位器1当前被分配到所有群组(群组1，群组2，群组3...群组M)。如第二行所示，定位器2的工作状态是“好”，物理位置被记录在“位置2”处，仅标签2可被定位器2访问，且定位器2当前被分配到群组1。如第三行所示，定位器3的工作状态是“不应答”，物理位置被记录为“*位置3*”，由于不应答所以对标签的可访问性未知，且定位器3被分配到群组1、群组3和群组4。由于定位器3对通信查询不应答，以星号(即“*位置3*”)列出位置以指示这是在通信失败前最后已知的位置。如第四行所示，定位器4的工作状态是“好”，物理位置被记录在“位置4”处，可由定位器4访问的标签是标签1、标签2和标签4，且定位器4当前被分配给群组1和群组2。如最后一行(行Y)所示，定位器Y的工作状态是“好”，物理位置被记录在“位置Y”处，可由定位器Y访问的标签是所有标签(标签1，标签2，标签3...标签N)，且定位器Y当前被分配到所有群组(群组1，群组2，群组3...群组M)。图19D中数据结构1930的顶行将每列的数据字段指示符示出为“标签编号”、“工作状态”、“物理位置”和“群组分配”。数据结构的每行对应于标签(例如标签1，标签2...标签N)。如第一行所示，标签1的工作状态是“好”，物理位置被记录在“位置1”处，且标签1当前被分配到群组2。如第二行所示，标签2的工作状态是“不应答”，物理位置是“*位置2*”，且群组分配是所有群组(群组1，群组2，群组3...群组N)。如第三行所示，标签3的工作状态是“好”，物理位置被记录为“未知”，且标签3当前不被分配给任何群组(“无”)。一旦标签被分配扫描到库存量，可对标签3更新物理位置，且可分配群组。如第四行所示，标签4的工作状态是“好”，物理位置被记录为“位置4”，且标签3当前被分配到群组1和群组3。如最后一行所示，标签N的工作状态是“好”，物理位置被记录为“位置4”，且标签3当前被分配给群组1和群组3。
如通过上述数据结构例可理解，在被分配给相同群组时，标签可被不同的定位器访问。在该情况下，优选地改变群组分配使得由定位器共同访问的标签在同一群组中聚集在一起。而且，可使用优化算法来将各种可能的群组和标签整理到群组分配的最佳集合，使得可通过针对每个群组而不同的定位器的适当集合来进行库存量的有效扫描。应该注意以上数据结构仅是示例，且可构思许多其他可比较的数据结构作为合理的替换。数据结构还可存储在由中央处理单元或外部计算机系统存取的中央数据库中。此外，在一些示例库存量方案中，可对历史文件印时戳以指示发生库存量/状态变化的日期和时间。
尽管前述说明描述了所述系统、装置和方法的各种实施例，但本发明不限于该实施例，而是覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、变化和等同物。例如，可改变各种组件的定位，可组合或划分多个组件的功能，可将单独的组件分成不同的组件，或分成如本领域所理解可被替换的组件。由于可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出本发明的许多实施例，所以除被所附权利要求限制之外本发明不受限制。
Claims (69)
1.一种用于检测对集装箱的侵入的系统，其中所述集装箱是包括壁、顶、地板和门的封闭容器，所述集装箱传感器系统包括：
在第一位置处附着到所述集装箱的第一集装箱标签，所述第一集装箱标签包括：
第一对天线；
第一无线子系统块，其中所述第一对天线和所述第一无线子系统块被布置为彼此配合以便于通信；以及
第一数据日志块，被布置为捕获与所述第一集装箱标签相关联的数据；以及
在第二位置处附着到所述集装箱的第二集装箱标签，所述第二集装箱标签包括：
第二对天线；
第二无线子系统块，其中所述第二对天线和所述第二无线子系统块被布置为彼此配合以便于通信，其中所述第一无线子系统块和所述第二无线子系统块被布置为彼此选择性通信，以基于所述选择性通信来检测对所述集装箱的侵入，
其中，所述第一位置对应于所述集装箱的门，所述第二位置对应于所述集装箱的壁，其中当所述集装箱的门打开或关闭时所述第一位置和所述第二位置相对于彼此改变。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述门的状态从关闭改变为打开时，通过所述第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的至少一个来记录时间戳。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述门的状态从打开改变为关闭时，通过所述第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的至少一个来记录时间戳。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，来自所述第一集装箱标签的所述第一对天线包括被布置为便于所述集装箱外部的通信的第一天线和被布置为便于所述集装箱内部的通信的第二天线。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第二集装箱标签被配置为检测从所述第一集装箱标签的所述第一天线和所述第二天线发送的信号，其中通过所述第二集装箱标签来评估来自所述第一天线和所述第二天线的所发送的信号的幅度，以确定所述集装箱的门何时打开。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第二集装箱标签被配置为检测从所述第一集装箱标签的所述第一天线和所述第二天线发送的信号，其中通过所述第二集装箱标签来评估来自所述第一天线和所述第二天线的所发送的信号的幅度，以确定所述集装箱何时被从地面提升。
7.根据权利要求1所述的系统，每个集装箱标签进一步包括指南针传感器，其中，每个指南针传感器被布置为检测在相应的集装箱标签处观察到的磁场的变化。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，在门打开和门关闭时，由一个或更多个所述指南针传感器检测到的磁场是不同的。
9.根据权利要求1所述的系统，每个集装箱标签进一步包括被配置为检测所述集装箱的潜在危险状况的环境传感器。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、火传感器和结露点传感器中的一个或更多个。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述环境传感器是温度传感器，并且所述潜在危险状况包括以下中的一个或更多个：高于高温阈值的温度，低于低温阈值的温度，以及检测到的火灾。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述环境传感器是湿度传感器，并且所述潜在危险状况包括以下中的一个或更多个：低于低湿度阈值的湿度和高于高湿度阈值的湿度。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一集装箱标签被进一步布置成通过所述第一无线子系统块向所述第二集装箱标签进行发送，通过所述第一无线子系统块从所述第二集装箱标签接收应答发送，基于所述发送和所述应答发送的接收之间的行程往返时间来确定所述第一集装箱标签和所述第二集装箱标签之间的距离，并通过所述第一数据日志块来记录所确定的距离。
14.根据权利要求1所述的系统，进一步包括基站，所述基站包括：
第三天线；
第三无线子系统块，其中所述第三天线和所述第三无线子系统块被布置为彼此配合以便于通信；以及
处理块，被布置为：协调所述基站和集装箱标签中的每一个之间的通信使得所述基站向集装箱标签中的一个或更多个发送信号，从集装箱标签中的一个或更多个接收应答发送，基于所述发送和每个应答发送的接收之间的行程往返时间来确定所述基站和每个集装箱标签之间的距离。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，来自集装箱标签中的一个或更多个的接收到的应答发送包括由所述第一数据日志块和第二数据日志块中相应的一个记录的数据。
16.根据权利要求14所述的系统，所述基站进一步包括卫星导航系统，所述卫星导航系统被布置为与所述处理块配合以确定所述集装箱的绝对位置。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，从所述基站发送的通信信号包括经编码的发送的序列，其中所述经编码的发送的序列包括针对集装箱标签之一的ID码，其中每个序列被布置为提供时钟同步和校准信息的一部分，使得相应的集装箱标签中的所述无线子系统验证所述ID码并根据所述发送来解码信息。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述卫星导航系统包括全球定位系统、格诺纳斯系统或伽利略系统中的一个。
19.根据权利要求14所述的系统，其中，每个集装箱标签被布置为测量到所述集装箱中的另一集装箱标签的距离，记录所述距离测量，并在请求时将所述距离测量报告给所述基站。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述距离测量被所述基站共同地评估，以识别一组地理上布置为交叠的圆圈，所述圆圈包括与特定集装箱的位置相对应的共同点。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，每个集装箱标签的距离测量被所述基站收集并存储在库存量数据库中。
22.根据权利要求21所述的系统，进一步包括数据库服务器，所述数据库服务器被布置为管理所述库存量数据库，并且便于所述库存量数据库和互联网协议(IP)网络连接之间的通信，用于所述库存量系统的外部监控。
23.根据权利要求14所述的系统，其中，每个集装箱标签被布置为测量所述集装箱中的指定状况，记录所述指定状况，并在请求时将所述指定状况报告给所述基站。
24.根据权利要求13所述的系统，其中，所述指定状况包括以下中的一个或更多个：所述集装箱的环境状况，所述集装箱中门打开，所述集装箱中门关闭，提升所述集装箱，放下所述集装箱，在所述集装箱中切孔，所述集装箱内的运动，所述集装箱内的光，或所述集装箱的机械冲击。
25.根据权利要求23所述的系统，其中，每个集装箱的所述指定状况被所述基站收集，并存储在库存量数据库中。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述基站被进一步布置为当由所述集装箱报告的所述指定状况中任一种表示侵入、篡改或所述集装箱内的运动时发送互联网协议(IP)消息。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所发送的互联网协议消息对应于SMS消息、电子邮件消息和语音消息中的一个或更多个。
28.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第二集装箱标签被布置为中继所述基站和所述第一集装箱标签之间的通信。
29.根据权利要求14所述的系统，其中，所述基站被布置为通过互联网协议(IP)网络与外部计算设备通信，其中定位搜索请求由所述外部计算设备发起，被所述基站处理，并经由互联网协议(IP)网络报告回所述外部计算设备。
30.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一集装箱标签和所述第二集装箱标签被配置为以集装箱分析模式分析所述集装箱的内容，其中所述第一集装箱标签被配置为以所述集装箱分析模式发送第一分组，其中所述第二集装箱标签被配置为捕获与所述集装箱分析模式中的所述第一分组相对应的无线信号频谱中的无线信号，归一化与所述第一分组相对应的所捕获到的无线信号以移除载波相位旋转和幅度变化，通过所述第一分组的经归一化的所捕获到的无线信号的复相关来识别签名，以及将第一分组的所识别出的签名存储为指示所述集装箱的内容的基线签名用于将来的比较。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述第一集装箱标签被进一步布置为以所述集装箱分析模式发送所述第一分组随后的第二分组，其中所述第二集装箱标签被进一步布置为捕获与所述集装箱分析模式中的所述第二分组相对应的无线信号频谱中的无线信号，归一化与所述第二分组相对应的所捕获到的无线信号以移除载波相位旋转和幅度变化，通过所述第二分组的经归一化的所捕获到的无线信号的复相关来识别签名，以及比较所述第二分组的所识别出的签名和所述基线签名以确定所述集装箱的内容的变化。
32.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一集装箱标签和所述第二集装箱标签被配置为以集装箱分析模式分析所述集装箱的内容，其中所述第一集装箱标签被配置为：
在第一时间以所述集装箱分析模式发送初始分组，
在所述第一时间随后的第二时间，捕获与所述集装箱分析模式中的随后分组相对应的所述无线信号频谱中的无线信号，
当所捕获到的无线信号对应于有效测量时根据所述第一时间和所述第二时间之间的时间差来确定距离测量值，并且其中所述第二集装箱标签被进一步配置为：
捕获与所述集装箱分析模式中的所述第一分组相对应的所述无线信号频谱中的无线信号，
基于从所述第一分组捕获到的无线信号来调整数字合成的载波频率的定时和相位，以及
以经调整的数字合成的载波频率来在第二时间发送所述集装箱分析模式中的随后分组。
33.根据权利要求30所述的系统，其中，用于以所述集装箱分析模式在所述第一集装箱标签和所述第二集装箱标签之间发送分组的通信协议对应于半查询协议、全查询协议、外部查询协议和多普勒查询协议中的一个。
34.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一集装箱标签和所述第二集装箱标签被配置为以面包屑模式分析多普勒测量，其中每个集装箱标签被配置为：
当所述集装箱静止时，以所述面包屑模式通过所述天线对中的外部天线在第一时间间隔期间发送初始分组；
在所述第一时间间隔期间从所述无线信号频谱捕获无线信号，其中所捕获到的无线信号与用于所述集装箱的基线签名相关联；
通过第一时间戳和第一指南针读数来存储用于所述集装箱的所述基线签名；
在所述第一时间间隔随后的第二时间间隔期间通过所述天线对中的外部天线周期性地发送随后的分组；
在所述第二时间间隔期间从所述无线信号频谱用所述天线对中的外部天线周期性地捕获无线信号，其中所捕获的无线信号包括与从其他集装箱标签发送的分组相对应的一个或更多个信号，以及与从其他集装箱标签发送的分组导致的散射信号相对应的经多普勒频移的信号的分布；
评估每个周期性地捕获的无线信号以识别多普勒频移测量的分布；以及
通过对应的时间戳和对应的指南针读数来存储针对所评估的集装箱的多普勒频移测量的每个分布。
35.根据权利要求32所述的系统，进一步包括基站，所述基站被配置为与每个集装箱标签通信以下载所存储的多普勒频移测量、时间戳和对应的指南针读数，以确定所述集装箱的行进路径。
36.一种用于基站跟踪集装箱的位置和侵入的方法，每个集装箱都与一个或更多个集装箱标签相关联，用于基站的所述方法包括：
选择用于询问的每个集装箱标签，其中每个集装箱标签与独特的标识符相关联；
从所述基站向所选择的集装箱标签进行发送，其中通过用于所选择的集装箱标签的独特的标识符来编码所述发送；
捕获与来自所选择的集装箱标签的期待应答相关联的来自无线信号频谱的无线信号；
评估来自所述无线信号频谱的所捕获到的无线信号，以确定是否从所选择的集装箱标签接收到了有效的应答发送；
基于所述发送和所接收到的应答之间的行程往返时间来确定在接收到有效应答发送时所选择的集装箱标签相对于所述基站的距离和方向；以及
在数据库中记录所选择的集装箱标签的距离和方向。
37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：识别所述基站的绝对位置，基于所述基站的绝对位置和所选择的集装箱相对于所述基站的距离和方向来确定所选择的集装箱标签的精确位置，以及将所选择的集装箱标签的精确位置记录在所述数据库中。
38.根据权利要求36所述的方法，进一步包括对于所选择的集装箱标签，从接收到的应答消息提取另外的数据。
39.根据权利要求36所述的方法，其中，所述另外的数据对应于用于记录在所述数据库中的数据。
40.根据权利要求36所述的方法，其中，所述另外的数据对应于所选择的集装箱标签的警报状况。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述警报状况对应于以下中的一个或更多个：门打开，检测到火，温度超过高温阈值，温度低于低温阈值，在所述集装箱中检测到水，湿度大于阈值或湿度低于阈值。
42.根据权利要求36所述的方法，其中，所述数据与以下至少之一相关联：所述集装箱的环境状况，或与所述集装箱相关联的侵入状态。
43.一种用于集装箱标签监控与集装箱相关联的状况并将至少一些所监控的状况传送到基站的方法，用于集装箱标签的所述方法包括：
周期性地将所述集装箱标签从低功率状态激活到有效状态，其中对所述集装箱标签分配内部地存储在所述集装箱标签中的独特的标识符；
在所述有效状态期间：
监控与所述集装箱相关联的状况；
记录所监控的状况；
捕获与来自所述基站的期待发送相关联的无线信号频谱中的无线信号；
评估所捕获到的无线信号以确定是否针对所述集装箱标签接收到了有效发送，其中通过用于所述集装箱标签的独特的标识符来编码所述有效发送；
当没有接收到所述有效发送时，返回低功率模式；
当接收到所述有效发送时：
检测用于所述有效发送的载波相位，以识别所检测到的载波相位；
比较所检测到的载波相位和集装箱标签的数字合成的载波信号，以识别差别；
基于所识别出的差别来调整所述集装箱标签中的数字合成的载波信号的载波相位、载波频率和节奏中的一个或更多个；
评估所接收到的信号，以确定在所述发送中是否接收到了有效命令；
当在所述发送中接收到所述有效命令时处理所述有效命令；
使用数字合成的载波信号向所述基站进行应答发送；以及
在完成所述应答发送后返回所述低功率状态。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，处理所述有效命令包括确定在所述发送中是否接收到了改变模式命令，并基于对所述改变模式命令接收到的参数来选择用于操作的新模式。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，处理所述有效命令包括确定在所述发送中是否接收了记录签名命令，并存储来自之前的捕获的信号波形作为签名用于后续使用。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述签名与门打开签名、门关闭签名、在地面上提升集装箱签名、集装箱在地面上签名或集装箱在铁路车厢上签名中的一个相关联。
47.根据权利要求43所述的方法，其中，处理所述有效命令包括确定在所述发送中是否接收到了报告数据命令，从所述报告数据命令识别所请求的数据，并将所请求的数据编码在所述应答发送中。
48.根据权利要求43所述的方法，其中，处理所述有效命令包括当所述命令指示激活防偷窃模式时使能用于所述集装箱标签的防偷窃模式。
49.根据权利要求43所述的方法，其中，处理所述有效命令包括当所述命令指示禁止所述防偷窃模式时禁止用于所述集装箱标签的防偷窃模式。
50.根据权利要求43所述的方法，进一步包括当没有发现有效命令且防偷窃模式激活时，根据防偷窃模式处理来处理用于所述集装箱标签的防偷窃模式。
51.根据权利要求50所述的方法，用于所述集装箱标签的防偷窃模式处理包括评估所述集装箱的传感器数据以生成报告数据，将所述报告数据编码在用于成对的集装箱标签的发送中，以及在发送中将所述报告数据发送到所述成对的集装箱标签。
52.根据权利要求51所述的方法，用于所述集装箱标签的防偷窃模式处理进一步包括在期待来自所述成对的集装箱标签的应答的时间间隔从所述无线信号频谱捕获无线信号，评估来自所述无线信号频谱的所捕获到的无线信号，以及确定在所捕获到的无线信号中是否检测到有效的应答发送。
53.根据权利要求52所述的方法，用于所述集装箱标签的防偷窃模式处理进一步包括计算所述集装箱标签和所述成对的集装箱标签之间的距离，以基于到所述成对的集装箱标签的发送和从所述成对的集装箱标签接收到的应答发送之间的行程往返时间来提供距离测量，以及记录所述距离测量。
54.根据权利要求52所述的方法，用于所述集装箱标签的防偷窃模式处理进一步包括评估所述有效的应答发送以识别签名，评估所识别出的签名以检测事件或状况，以及记录所识别出的签名、所检测到的事件或所检测到的状况中的一个或更多个。
55.根据权利要求51所述的方法，用于所述集装箱标签的防偷窃模式处理进一步包括检测所述集装箱的损坏状态，并在接下来通信时将所述集装箱的损坏状态报告回所述基站。
56.一种库存量管理系统，被布置为监控预定区域中的集装箱，所述系统包括：
中央处理单元，被布置为处理通过通信网络从基站设备接收到的通信；
多个基站设备，每个基站设备都被布置在所述预定区域内的不同位置处，其中所述多个基站设备中的每一个都被布置为通过所述通信网络与所述中央处理单元通信，且还被布置为与位于所述预定区域内的集装箱标签通信，
其中所述基站设备中所选择的一个被配置为：
通过集装箱标签标识符来编码发送序列，以及
在第一无线广播中发送经编码的发送序列；以及
其中，多个定位器中的每个都被配置为：
在发起无线广播的发送之后接收一个或更多个应答发送序列，
使每个接收到的应答发送序列与所述集装箱标签标识符相关，以生成用于每个接收到的发送序列的相关矢量，
从接收到的应答发送序列提取与集装箱相关联的信息，其中所述信息包括所述集装箱的环境状况的一个或更多个，
确定每个对应的相关矢量的到达时间，以及
将每个到达时间、对应的相关矢量和任何提取出的信息转发到所述中央处理单元以进行处理；
第一集装箱标签，被布置为接收无线发送序列，其中所述集装箱标签与位于所述预定区域内的集装箱相关联，且被布置为：
从所述无线广播的至少一部分接收和捕获信息；
使捕获到的信息和内部存储的参考序列相关，其中内部存储的参考序列与指定的群组相关联；
当所接收到和捕获到的信息与内部存储的参考序列相关时识别相关；
监控与所述集装箱相关联的状况；
在识别出相关后通过集装箱标识符和所监控的状况来编码应答序列；
在识别出相关后确定用于发送经编码的应答序列的精确时间间隔；以及
在第二无线广播中发送经编码的应答序列，其中在精确确定的时间间隔处发送经编码的应答序列的发送以避免发送冲突；以及
第二集装箱标签，也与位于所述预定区域内的所述集装箱相关联，其中所述第二集装箱标签被布置为监控所述集装箱内的状况，其中所述第二集装箱标签被布置为与所述第一集装箱标签通信以传送所监控的状况。
57.根据权利要求56所述的系统，其中，所述中央处理单元被进一步布置成使从多个基站接收到的所述相关矢量相关联的观察时间同步。
58.根据权利要求56所述的系统，其中，所述中央处理单元被进一步布置成基于来自与对应的做出响应的发射机应答器相关联的多个定位器中的每一个的到达时间和所述相关矢量，来进行针对每个做出响应的基站的最合适的位置评估。
59.根据权利要求56所述的系统，其中，所述中央处理单元被进一步布置成当来自一个或多个基站的所提取出的信息指示以下中的一个更或多个时激活用于集装箱的警告：对所述集装箱的未授权的破坏，对所述集装箱的未授权的移动，所述集装箱内未授权的移动，以及对所述集装箱而言不容许的环境状况。
60.根据权利要求56所述的系统，其中，针对所述集装箱的所监控的状况包括温度、湿度和移动中的一个或更多个。
61.根据权利要求56所述的系统，其中，所述中央处理单元被布置为与用于处理由用户发起的请求的外部计算机系统通过接口相接。
62.根据权利要求56所述的系统，其中，第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的一个或更多个被配置为确定所述集装箱中的电子封印是否被破坏了。
63.根据权利要求56所述的系统，其中，第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的一个或更多个包括运动传感器。
64.根据权利要求56所述的系统，其中，第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的一个或更多个包括温度传感器。
65.根据权利要求56所述的系统，其中，第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的一个或更多个包括湿度传感器。
66.根据权利要求56所述的系统，其中，第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的一个或更多个包括指南针传感器。
67.根据权利要求66所述的系统，其中，在针对相应的集装箱标签使能跟踪模式时与时间戳一起周期性地记录来自每个集装箱标签的所述指南针传感器的读数，使得大致记录所述集装箱标签的行进路径。
68.根据权利要求66所述的系统，其中，针对相应的集装箱标签连同所述指南针传感器读数和所述时间戳周期性地记录激活的集装箱标签之间的多普勒频移读数。
69.根据权利要求56所述的系统，其中，第一集装箱标签和所述第二集装箱标签中的一个或更多个包括光传感器。
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