多軸標記物定位器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于定位隱藏標記物的便攜式定位器。所述定位器包括便攜式定位器外殼、設置在所述外殼內(nèi)的第一天線、正交于所述天線設置在外殼內(nèi)的第二天線；和處理器。所述處理器被配置成與所述第一天線和第二天線中的每一個交互作用，使得所述第一天線和第二天線中的每一個都被配置成發(fā)射及接收信號。所述定位器可以包括不止兩個天線，并且可以包括多組天線。
【專利說明】多軸標記物定位器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于定位隱藏的標記物的定位器。更具體地講，本發(fā)明涉及具有多軸天線陣列的便攜式定位器。
【背景技術】
[0002]在世界各地，已使用多種類型的標記物來標記隱藏或掩埋的設施。例如，在世界各地，輸水管道、輸氣管和排污管以及電話纜線、電力纜線和電視纜線均被掩埋在地下，并且在數(shù)年之后知道被掩埋的設施或?qū)Ь€管的精確位置往往是很重要的。可將多種類型的標記物附接到這些設施或?qū)Ь€管，或與其一起掩埋，或以其它方式與其相關。
[0003]已使用了示蹤導線來電力標記地下導線管的路徑。示蹤導線有時與所述導線管或設施掩埋在一起。在用交流電(AC)信號啟動示蹤導線的一端時，所述導線將引導電流以產(chǎn)生圍繞導體的呈同心圓柱體形狀的電磁場。地上的單獨接收器可檢測到所述磁場，并且從而確定示蹤導線的路徑并因此確定對應設施。
[0004]無源感應標記物也已用于標記地下設施。這些標記物通常包括導線圈和被調(diào)成特定頻率的電容器，并且位于保護外殼中。然后將感應標記物掩埋在將被標記的物件附近。通過在地下的預期將找到所述標記物的區(qū)域中以標記物諧振頻率產(chǎn)生磁場來啟動感應標記物。所述磁場與標記物耦合，并且感應標記物在發(fā)射周期期間接收和存儲來自所耦合磁場的能量。在發(fā)射周期結(jié)束時，感應標記物以其諧振頻率重新發(fā)射具有以指數(shù)方式衰減的振幅的信號，所述信號產(chǎn)生其自身的交流電磁場。地上的檢測裝置檢測到來自所述標記物的交流電磁場，并且向使用者警示所述標記物的存在。
[0005]射頻識別(RFID)標記物或標簽包括無源標記物和有源標記物兩者。RFID標記物通常使用磁場或無線電波將來自電子標簽的數(shù)據(jù)傳送到讀出器，以便對物體進行識別、定位或示蹤。無源RFID標記包括集成電路(IC)和天線。所述集成電路通常存儲和被標記的物體相關的獨特序列號和數(shù)據(jù)。當所述RFID標簽天線在存在由(例如)RFID定位器/讀出器發(fā)射的磁場的情況下時，所述天線將集成電路聯(lián)接到定位器，從而允許數(shù)據(jù)發(fā)射。有源RFID標簽除了具有IC和天線外還具有電源(例如電池)，從而在電池還具有蓄電能力時允許更大的讀出范圍。
[0006]也可以使用磁力標記物來標記地下設施。美國專利公開N0.2012/0068823描述使用呈多種構(gòu)形的磁力標記物來標記地下設施。
[0007]還可以使用本領域中已知的其它類型的標記物來標記隱藏的設施。
[0008]每種類型的標記物都對應一種定位裝置或定位器，所述定位裝置或定位器產(chǎn)生耦合到所述標記物的電磁場脈沖串，所述標記物又在其消耗所存儲的能量時產(chǎn)生其自身的磁場。這種定位裝置通常包括被配置成發(fā)射器、接收器或收發(fā)器的天線，以將信號發(fā)射到標記物并接收來自標記物的信號，并且還包括下文將另外討論的用戶界面。用于定位隱藏的標記物的改善型定位器將是受歡迎的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明總體上針對用于定位隱藏的標記物的多軸便攜式定位器。多軸定位器包括設置在不止一個軸上的不止一個天線。符合本發(fā)明的多軸定位器可提供額外的有益效果，例如允許在更大的物理范圍上檢測標記物信號。多軸定位器還允許使用相對于標記物具有多種取向以便仍接收到基本信號的標記物。這可以減少標記物安裝時間、關于隱藏的標記物的努力和花費。例如，如果在掩埋管道時將標記物放置在地下，則可僅將其投入或放置到地下而不管其特定取向。一些隱藏的標記物設計有具有多種取向的多個天線，以便不管標記物的落地取向或放置取向如何都允許安裝。符合本發(fā)明的多軸天線定位器提供在不管標記物的取向、不要求標記物具有多軸天線的情況下檢測標記物的額外優(yōu)點。
[0010]在一個實施例中，本發(fā)明包括一種用于定位隱藏的標記物的便攜式定位器。所述定位器包括便攜式定位器外殼、設置在所述外殼內(nèi)的第一天線、正交于所述天線設置在外殼內(nèi)的第二天線、和處理器。所述處理器被配置成與所述第一天線和第二天線中的每一個交互作用，使得所述第一天線和第二天線中的至少一個被配置成發(fā)射及接收信號。
[0011]本發(fā)明還包括一種定位地下的隱藏標記物的方法。所述方法包括提供便攜式定位器，其中所述定位器包括第一天線和第二天線，并且其中所述第一天線和第二天線彼此正交。所述方法還包括從所述第一天線或第二天線中的一個發(fā)射信號；以及由所述第一天線和第二天線中的至少一個接收來自標記物的信號。所述方法還包括處理所接收的信號以創(chuàng)建累加接收信號。
[0012]本發(fā)明還包括一種用于定位隱藏的標記物的便攜式定位器。所述便攜式定位器包括便攜式定位器外殼和設置在所述外殼內(nèi)的第一組天線，所述第一組天線包括相對于彼此正交地設置的至少兩個天線。所述便攜式定位器還包括設置在所述外殼內(nèi)的第二組天線，所述第二組天線包括相對于彼此正交地設置的至少兩個天線。所述便攜式定位器包括處理器，其中所述處理器被配置成與所述第一組天線和第二組天線中的每一個交互作用，使得所述第一組天線和第二組天線中的至少一個被配置成發(fā)射及接收信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]結(jié)合附圖，由以下對本發(fā)明各實施例的詳細描述可以更全面地理解本發(fā)明，其中:
[0014]圖1示出了用于定位隱藏標記物的便攜式定位器。
[0015]圖2示出了具有兩個正交天線的便攜式定位器。
[0016]圖3示出了具有三個正交天線的便攜式定位器。
[0017]圖4A示出了針對三個正交天線的構(gòu)形的前視圖。
[0018]圖4B示出了針對三個正交天線的構(gòu)形的透視圖。
[0019]圖5示出了可在便攜式定位器中使用的雙組正交天線的示意性表示。
[0020]圖6A示出了便攜式定位器天線相對于標記物天線的示例性定位，其中所述定位器天線中的一個與標記物天線對準。
[0021]圖6B示出了便攜式定位器天線相對于標記物天線的示例性定位，其中任何定位器天線都不與標記物天線對準。
[0022]圖6C示出了便攜式定位器天線相對于標記物天線的示例性定位，其中所述便攜式定位器天線與標記物天線是錯開的。
[0023]圖7示出了具有垂直取向天線的單軸標記物對于由具有垂直取向天線的定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。
[0024]圖8示出了具有垂直取向天線的單軸標記物對于由具有水平取向天線的單軸定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。
[0025]圖9示出了具有水平取向天線的單軸標記物對于由具有垂直取向發(fā)射天線的單軸定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。
[0026]圖10示出了具有水平取向天線的單軸標記物對于由具有水平取向發(fā)射天線的單軸定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。
[0027]所示的附圖示出了本發(fā)明的多個實施例。應當理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以利用所述實施例，并且可以進行結(jié)構(gòu)上的修改。附圖未必按比例繪制。附圖中使用的類似標號通常指代類似的部件。然而，應當理解，使用標號來指代給定附圖中的組件并非意圖限制另一附圖中使用相同標號標記的組件。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明涉及一種用于定位隱藏的標記物的多軸定位器。這種多軸定位器可導致改善由所述定位器檢測的信號強度，并且可減少在放置標記物時涉及的勞動，或甚至減少為了改善定位性能而需要的標記物成本。
[0029]圖1示出了用于定位隱藏的標記物的示例性便攜式定位器10。定位器10包括允許用戶在搜尋隱藏標記物時攜帶定位器10的柄部12。用戶界面14可提供對用戶的反饋。用戶界面14可以包括顯示器、按鈕、鍵盤或其它結(jié)構(gòu)，用戶可通過所述結(jié)構(gòu)將信息輸入到定位器10中并從定位器10接收信息。在一些實施例中，用戶界面還可以包括觸敏顯示器。便攜式定位器10可包括具有處理器和存儲器的計算機(未示出)，所述計算機用于處理從天線接收的信號中接收到的信息并存儲這些信息或其它相關信息。
[0030]定位器10的天線部分16可包括符合本發(fā)明的多個天線?？墒褂梅媳景l(fā)明的多種天線類型。例如，天線可以是偶極天線，例如纏繞在鐵氧體芯上的天線，所述天線可設置在印刷電路板上，或布置成任何其它適當構(gòu)形。
[0031]外殼18包圍便攜式定位器10的多個組件。另外，外殼18可被配置成使得可將額外組件附接到便攜式定位器10。在一些實施例中，外殼18可被布置用于允許將便攜式計算機附接到定位器10。在一些實施例中，其它組件可以被附接到外殼18，或者天線部分16可以是模塊化的，使得其為可互換的。
[0032]圖2示出了具有兩個正交天線的便攜式定位器20。具有兩個天線的定位器20可被稱為具有雙軸天線陣列，并且為多軸天線定位器中的一種。盡管圖2中的天線26、27是正交的，但天線也可被配置成相對于彼此的任何適當布置。其可以相交或不相交，并且另外，天線26、27也可以被設置成相對于彼此成銳角或鈍角。[0033]在一些實施例中，便攜式定位器20可包括柄部22。在其它實施例中，便攜式定位器20可相反地或另外地包括用以允許便攜性的其它機構(gòu)，例如輪子、可被附接到束帶的夾子、或用以將定位器20附接到運動載體或其它機器的安裝機構(gòu)。用戶界面24允許用戶從便攜式定位器20接收信息和/或?qū)⑿畔⑤斎氲奖銛y式定位器20中。如上文所討論，便攜式定位器20還可以包括其它組件，例如計算機、外殼、顯示器或本領域中已知的其它結(jié)構(gòu)。
[0034]圖2示出了具有一組示例性正交天線的便攜式定位器20。在一個實施例中，第一天線26和第二天線27可被包圍在外殼內(nèi)。或者，第一天線26和第二天線27可被附接到便攜式定位器20的外殼或主體?？沙鲇诙喾N目的以多種方式來配置定位器中的天線。例如，天線可被設計成使得在用戶啟動所述便攜式定位器時，天線便以特定頻率發(fā)射射頻信號，從而在天線周圍產(chǎn)生電磁場。發(fā)射天線的取向確定了磁場的取向。在由天線產(chǎn)生的磁場相對于偶極標記物正確地取向時，會優(yōu)化所述磁場與標記物的交互作用。
[0035]天線可被配置成僅發(fā)射信號、僅接收信號或既發(fā)射又接收信號。這種天線通常稱為收發(fā)器。與本發(fā)明相符合，第一天線26可包括兩個天線，其中一個天線專用于發(fā)射信號，并且第二個天線專用于接收信號。相似地，第二天線27可包括兩個天線，其中一個天線專用于發(fā)射信號，并且第二個天線專用于接收信號。
[0036]第一天線26和第二天線27可連接到處理器，使得所述處理器被配置成與第一天線26和第二天線27中的每一個交互作用，使得第一天線26和第二天線27中的每一個被配置成發(fā)射及接收信號。在一個實施例中，所述處理器可控制第一天線26和第二天線27，使得在第一天線26發(fā)射信號時，可由第一天線26和第二天線27中的一者或兩者接收到來自標記物的后向散射信號。相似地，所述處理器可控制所述天線，使得在第二天線27發(fā)射信號時，可由第一天線26和第二天線27中的一個或兩個接收到來自標記物的后向散射信號。所述處理器可被配置成使得由第一天線26、然后是第二天線27交替地發(fā)射信號，但在兩種變型形式中均由第一天線26和第二天線27中的一個接收，或由第一天線26和第二天線27兩者接收。由第一天線26和第二天線27兩者接收的信號可由處理器以多種計算法進行處理。在一種計算法中，處理器可針對每個發(fā)射方向分別計算由第一天線26和第二天線27接收的信號的均方根(RMS)，以創(chuàng)建用于定位隱藏的標記物的累加信號。在使用累加信號時，標記物的位置對應于所述累加信號具有最大幅值的點。
[0037]圖3示出了具有三個正交天線的便攜式定位器20。在該構(gòu)形中，在與圖2相比時，便攜式定位器包括被配置成正交于第一天線26和第二天線27的第三天線28。第三天線28可被配置成類似于本文所述的第一天線26和第二天線27來操作。例如，在第一天線26發(fā)射信號時，第一天線26、第二天線27和第三天線28中的每一個可被配置成接收來自便攜式定位器20的范圍內(nèi)的標記物的后向散射信號。所述處理器可被配置成致使第一天線26、第二天線27和第三天線28在所述三個天線中循環(huán)地交替發(fā)射信號，其中當任何天線正在發(fā)射時，每個天線都可以接收響應信號。在圖3的特定舉例說明中，第二天線27和第三天線28相對于彼此正交取向，但都是水平取向的。第一天線26相對于第二天線27和第三天線28垂直地和正交地取向。關于實例I更詳細地討論便攜式定位器20內(nèi)的天線相對于標記物中的天線的取向的影響。
[0038]盡管圖2和圖3示出了第一天線26、第二天線27和第三天線28的示意圖，但這些僅為示范第一天線26、第二天線27和第三天線28的正交構(gòu)形的示意圖。第一天線26、第二天線27和第三天線28可以是任何適當類型的天線，而不僅是示意圖2和3中所示的偶極天線。例如，所述天線可以是用于發(fā)射或接收的低頻感應天線，由空心環(huán)形線圈天線或沿著長度具有多個繞組的鐵氧體棒構(gòu)成。兩種天線都給出了呈環(huán)形線圈形狀的偶極形狀磁場，如本領域中的技術人員將了解。在各種文章和教科書中更詳細地揭示了由多種天線形成的電磁場，例如由 Edward Purcell 在 1986 年所著的〈〈電石茲學(Electricity and Magnetism)))的第6.5節(jié)(《伯克利物理教程(Berkeley Physics Course)》,第二卷(1986年))。
[0039]圖4A示出了針對正交天線的構(gòu)形30的前視圖。如別處提及，可以用多種方式來配置第一天線31和第二天線33。例如，在圖4A中示出的天線構(gòu)形中，將第一天線31圍繞鐵氧體芯32設置。第二天線33是所示的設置在印刷電路板(PCB)上的線圈。在該特定構(gòu)形中，第三天線35從該視角不可見，因為其可以設置在PCB的與第一天線31相對的側(cè)上。在一些實施例中，可以僅有第一天線31和第二天線33。在一些實施例中，第三天線35可以被配置成圍繞第二鐵氧體芯36設置，類似于第一天線31。
[0040]圖4B示出了針對三個正交天線的構(gòu)形30的透視圖。在所示構(gòu)形中，第一天線31圍繞鐵氧體芯32設置。第二天線33設置在PCB34上。第三天線35同樣地圍繞鐵氧體芯36設置。天線31、33、35中的每一個都被布置成使得其與其它天線正交。在其它構(gòu)形中，可用不同方式安裝或設置天線。例如，天線陣列可以被旋轉(zhuǎn)，同時維持各天線之間的正交性，以優(yōu)化當定位器在表面上進行掃略時從標記物接收到的信號的形狀和幅值。
[0041]圖5示出了可在便攜式定位器中使用的雙組正交天線的示意性表示。在符合本發(fā)明的一些構(gòu)形中，便攜式定位器可以包括兩組天線。第一組天線52可以設置在便攜式定位器的外殼內(nèi)，或者呈任何其它適當構(gòu)形。第一組天線52可以包括彼此正交地設置的至少兩個天線。第二組天線54也可以設置在外殼內(nèi)，或呈另一適當構(gòu)形。第二組天線54可以包括相對于彼此正交地設置的兩個或更多個天線。第一組天線52或第二組天線54都可以具有任何適當數(shù)目和構(gòu)形的天線，如本領域中的技術人員在閱讀本發(fā)明后將顯而易見。第一組天線52和第二組天線54可以結(jié)合處理器或計算機來使用，使得所述處理器被配置成允許第一組天線52和第二組天線54中的每一個都發(fā)射及接收信號。
[0042]在一個實施例中，符合本發(fā)明的便攜式定位器可以包括第一組天線52和第二組天線54，以允許處理器消除由天線接收的噪音或允許處理器估計隱藏的標記物的深度。在具有高的環(huán)境RF噪音的區(qū)域中，檢測范圍可被大大減小。為了抵消在小的面積上和相同方向上大部分一致的遠場(far field)，可將第二個匹配的接收線圈放置在所述接收線圈上較接近于標記物，并連接到下部接收天線的載板(subtract)。由于來自標記物的信號隨著距離增加而迅速降低，因此在較遠離標記物的接收器線圈處的信號大致小于從較接近于標記物的接收天線接收的信號。因此，遠場信號抵消，而所接收的標記物信號僅稍微減小，從而改善了標記物信號的凈信雜比(SNR)。而且，由于已知根據(jù)距標記物的距離而變的信號減少，因此在不止一個已知天線位置處測量接收信號的能力允許計算標記物的估計位置或深度。
[0043]盡管上文已討論了符合本發(fā)明的多個實施例，但本領域的技術人員在閱讀本發(fā)明后將顯而易見，一個實施例的結(jié)構(gòu)可與另一個實施例的結(jié)構(gòu)相結(jié)合，或適用于另一個實施例的結(jié)構(gòu)。例如，在一些實施例中，可使用三個正交天線代替兩個。符合本發(fā)明的便攜式定位器可以是手持式的、由于輪子或某些其它機構(gòu)而便攜的。符合本發(fā)明的便攜式定位器可用于定位多種標記物，包括RFID、磁力、和其它標記物。
[0044]實例I
[0045]實例I是描述在三軸天線以多種構(gòu)形相對于隱藏標記物定位時具有所述三軸天線的便攜式定位器之間的交互作用的預示性實例。圖6A到圖6C示出了多軸定位器相對于隱藏標記物的多種取向和位置。
[0046]圖6A示出了便攜式定位器多軸天線61、62、63陣列相對于標記物天線65的定位，其中第一定位器天線61與標記物天線65對準。定位器天線61、62、63陣列直接定位在標記物天線65上方。在這里，標記物天線65被掩埋在地平面60以下。在某人使用便攜式定位器搜尋被掩埋的標記物時，可以遇到所示的構(gòu)形。如果使用具有在先前附圖中示出的構(gòu)形的便攜式定位器，則可在地平面以上用所述定位器進行掃略，并且在某一時間點可將所述定位器直接定位在被掩埋的標記物上方。圖6A假設了其中使第一天線61的取向還與標記物天線65的取向?qū)实那闆r。
[0047]在圖6A中示出的情況下，僅第一天線61將與標記物天線65耦合。第二天線62和第三天線63兩者都直接在標記物上方保持居中，并且正交于標記物天線65取向。因此，由第二天線62和第三天線63中的每一個產(chǎn)生的電磁場將相互抵消，因此不與標記物天線65耦合。在圖6A中，所述便攜式定位器將具有單軸定位器的性能，其中天線位于第一天線61的位置處。
[0048]圖6B示出了便攜式定位器天線61、62、63陣列相對于標記物天線65的定位，其中所述定位器直接定位在標記物天線65上方，但所述定位器的第一天線61或第二天線62都不與標記物天線65正交。在某人使用便攜式定位器搜尋除圖6A示出的情況以外的被掩埋標記物時，更可能發(fā)生這種情況。這是因為，第一天線61或第二天線62都不太可能與標記物天線65的取向精確地對準。在圖6B中示出的情況下，第一天線61和第二天線62將與標記物天線65耦合。然而，第三天線63并不與標記物天線65耦合，因為其直接定位在標記物天線65上方且與其正交。
[0049]標記物天線65從第一天線61或第二天線62中的一個接收的凈信號等于標記物天線65和第一天線61或第二天線62中的一個之間的角度(α )的余弦乘以信號的幅值(Α)，如下所示:
[0050]S=A*k*cos ( α )
[0051]其中k是接收器和標記物之間的信號耦合系數(shù)，并且出于舉例說明的目的假設等于I。
[0052]然后由最初發(fā)射所述信號的便攜式定位器天線61 (或62)從標記物天線65接收的后向散射返回信號等于標記物天線65和便攜式定位器天線61 (或62)之間的角度(α )的余弦的平方值乘以信號的幅值(Α)，如下所示:
[0053]T61RS61=A^cos2 ( α ),用天線61發(fā)射,用天線61接收
[0054]T61RS62=A^cos ( a ) *sin ( α ),用天線 61 發(fā)射,用天線 62 接收
[0055]T62RS62=A*cos2 O /2- α ),用天線 62 發(fā)射,用天線 62 接收
[0056]T62RS61=A*cos O /2- a )*sinO /2- α ),用天線 62 發(fā)射,用天線 61 接收
[0057]然而，在使用第一天 線61和第二天線62中的每一個來順序地發(fā)射、且由天線61和62兩者檢測到來自標記物天線65的后向散射返回信號時，累加返回信號(CRS)(由所有天線所接收的信號的平方和組成)給出如下:
[0058]CRS=sqrt [T61RS612+T61RS622+T62RS622+T62RS612]
[0059]CRS=A*sqrt [cos4 ( α ) +2*cos2 ( α ) sin2 ( α ) +sin4 (Ji /2- α )]
[0060]CRS=A*sqrt [cos2 ( a ) +sin2 ( a ) ]2
[0061]CRS=A
[0062]這說明:組合信號不受旋轉(zhuǎn)角度影響，并且等于來自與標記物完全對準的水平天線的信號。耦合因子取決于標記物天線和定位器天線之間的距離、以及標記物的軸取向。
[0063]圖6C示出了便攜式定位器天線61、62、63陣列相對于標記物天線65的定位，其中所述定位器并不直接定位在標記物天線65上方，并且第一天線61定位成使得其與標記物天線65對準。在該情況下，第一天線61、第二天線62和第三天線63中的每一個都將與標記物天線65耦合。然而，由于便攜式定位器位于較遠離標記物天線65處，因此由標記物天線65接收的信號的幅值將小于在所述便攜式定位器直接設置在標記物天線65上方的情況下的幅值。
[0064]實例 2
[0065]實例2示出了單軸標記物對雙軸天線陣列便攜式定位器的模擬響應，其中所述標記物天線和便攜式定位器天線具有多種取向。
[0066]對于每種模擬的定位器對標記物取向而言，在下面的圖7到圖10中示出的信號響應建模以圖表方式示出了:首先，由單軸天線定位器接收的信號，所述單軸天線定位器的定位器天線相對于標記物天線呈所列舉取向；其次，由具有兩個天線的定位器接收的累加接收信號，其中所述兩個天線是正交的，并且所述天線中的一個呈與單天線定位器的天線相同的取向。對于所述累加接收信號而言，兩個天線都發(fā)射和接收信號。對于每種模擬而言，建模都沿著攔截標記物的軸出現(xiàn)，其中定位器直接在標記物上方，距定位器的水平位置為零。
[0067]圖7示出了具有垂直取向天線的單軸標記物對于由具有垂直取向天線的定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。所示的累加響應由所有四個接收信號水平的RMS值組成。
[0068]圖7中示出為線72的是由具有單軸垂直取向發(fā)射接收天線的定位器在標記物天線是垂直取向的情況下接收的相對接收信號強度。線74示出了由具有兩個天線的定位器接收的相對接收信號強度，一個天線是垂直的且第二個天線是水平的。對于該模擬而言，雙天線定位器沿著垂直天線和水平天線兩者進行發(fā)射，并且由垂直天線和水平天線兩者接收。線72和74說明:兩種定位器在零位置處會獲得和預期相同的相對信號強度，因為在這個位置處此時僅定位器的垂直天線從垂直標記物天線接收信號。如圖7中示出，在除了零水平位置以外的任何位置處，與單天線定位的相對接收信號強度(線72)相比，雙天線定位器獲得更高的相對接收信號強度(線74)，另外，與單天線定位器相比，雙天線定位器能夠讀出來自更大距離處的標記物的信號。
[0069]圖8示出了具有垂直取向天線的單軸標記物對于由具有水平取向天線的單軸定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。所示的累加響應由所有四個接收信號水平的RMS值組成。[0070]圖8中示出為線82的是由具有單軸水平取向發(fā)射接收天線的定位器在標記物天線是垂直取向的情況下接收的相對接收信號強度。線84示出了由具有兩個天線的定位器接收的相對接收信號強度，一個天線是垂直的且第二個天線是水平的。對于該模擬而言，雙天線定位器沿著垂直天線和水平天線兩者進行發(fā)射，并且由垂直天線和水平天線兩者接收。線82和84說明:兩種定位器在遠離標記物48英寸遠的位置處會獲得與預期相同的相對信號強度，因為在這個距離處，僅每種定位器的水平天線接收信號。如圖8示出，與單天線定位器相比，雙天線定位器在較接近于標記物的所有位置處都獲得較高的相對接收信號強度，因為雙天線定位器沿著垂直天線和水平天線兩者發(fā)射和接收累加信號?？梢灶A知，雙天線定位器在零水平位置處從標記物獲得強信號，因為對于垂直標記物天線和定位器水平天線發(fā)射的構(gòu)形而言，垂直天線在最大B場通量處，而單天線定位器并不從垂直取向的標記物天線接收任何信號，因為對于垂直標記物天線和定位器水平發(fā)射天線的構(gòu)形而言，零水平位置處的單軸天線定位器的水平天線在零B場通量處。
[0071]圖9示出了具有水平取向天線的單軸標記物對于由具有垂直取向發(fā)射天線的單軸定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。所示的累加響應由所有四個接收信號水平的RMS值組成。
[0072]圖9中示出為線92的是由具有單軸垂直取向發(fā)射接收天線的定位器在標記物天線是水平取向的情況下接收的相對接收信號強度。線94示出了由具有兩個天線的定位器接收的相對接收信號強度，一個天線為垂直的且第二個天線為水平的，其中標記物天線呈相同的水平取向。對于該模擬而言，雙軸天線定位器沿著垂直軸和水平軸中的每一個發(fā)射，并且由垂直天線和水平天線兩者接收，并產(chǎn)生累加RMS接收響應。線92和94說明，如可以預知，兩種定位器在遠離標記物30英寸的位置處會獲得與預期相同的相對信號強度，因為在這個距離和更大的距離處，在水平標記物天線和垂直發(fā)射天線的取向中，每種定位器的垂直天線接收主導信號，即在B場通量中。如圖9示出，與單軸天線定位器相比，雙天線定位器在較接近于標記物的所有位置處都獲得較高的相對接收信號強度，因為雙軸天線定位器沿著垂直天線和水平天線兩者接收累加信號?？梢灶A知，雙天線定位器在零水平位置處從標記物獲得強信號，因為對于水平標記物天線和定位器垂直天線發(fā)射的構(gòu)形而言，水平定位器天線在最大B場通量處，而單天線定位器并不從水平取向的標記物天線接收任何信號，因為對于水平標記物天線和定位器垂直發(fā)射/接收天線的構(gòu)形而言，零水平位置處的單軸天線定位器的垂直天線在零B場通量處。
[0073]圖10示出了具有水平取向天線的單軸標記物對于由具有水平取向發(fā)射天線的單軸定位器所發(fā)射和接收的信號、以及由雙軸天線陣列中的垂直取向天線和水平取向天線所發(fā)射和接收的累加接收信號的模擬響應。所示的累加響應由所有四個接收信號水平的RMS值組成。
[0074]圖10中示出為線102的是由具有水平取向的發(fā)射接收天線的單軸定位器在標記物天線是水平取向的情況下接收的相對接收信號強度。線104示出了由具有兩個天線的定位器接收的相對接收信號強度，一個天線為垂直的且第二個天線為水平的，其中標記物天線呈相同的水平取向。對于該模擬而言，雙軸天線定位器沿著垂直軸和水平軸中的每一個發(fā)射，并且由垂直天線和水平天線兩者接收，并產(chǎn)生累加RMS接收響應。線102和104說明:兩種定位器在零位置處會獲得與預期相同的相對信號強度，因為在這個位置處僅每種定位器的水平天線接收信號。如圖10示出，在除了零水平位置以外的任何位置處，與單天線定位的相對接收信號強度(線102)相比，雙軸天線定位器獲得更高的相對接收信號強度(線104)，另外，與單軸定位器相比，雙天線定位器能夠在更遠的距離處檢測到來自標記物的信號。
[0075]整個公開中使用的位置術語(如，上方、下方、上面等等)旨在提供相對的位置信息；然而，它們并非旨在要求相鄰的設置或?qū)⒁匀魏纹渌绞竭M行限制。例如，當將層或結(jié)構(gòu)稱為設置在另一個層或結(jié)構(gòu)“上方”時，此短語并非旨在限制組裝所述層或結(jié)構(gòu)的次序，而是僅簡單地指出所涉及的層或結(jié)構(gòu)的相對空間關系。此外，所有的數(shù)字限制均將被視為受術語“約”修飾。
[0076]根據(jù)上述說明和相關附圖所教導的有益效果，本領域中的技術人員將會想到本發(fā)明的許多修改形式和其它實施例。因此應當理解，本發(fā)明并非僅限于本文所公開的具體實施例，并且修改形式和其它實施例旨在包括在所附權利要求書的范圍內(nèi)。盡管在這里使用了特定的術語，但它們僅作為一般性和描述性的含義使用，而不是出于限制的目的。
【權利要求】
1.一種用于定位隱藏的標記物的便攜式定位器，所述定位器包括: 便攜式定位器外殼； 設置在所述外殼內(nèi)的第一天線； 正交于所述天線設置在所述外殼內(nèi)的第二天線；和 處理器，其中所述處理器被配置成與所述第一天線和第二天線中的每一個交互作用，使得所述第一天線和第二天線中的至少一個被配置成發(fā)射及接收信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的定位器，還包括第三天線，其中所述第三天線正交于所述第一天線和所述第二天線。
3.根據(jù)權利要求1所述的定位器，其中所述定位器是手持式的。
4.根據(jù)權利要求2所述的定位器，其中所述第一天線包括圍繞鐵氧體棒設置的線圈。
5.根據(jù)權利要求4所述的定位器，其中所述第二天線包括設置在印刷電路板(PCB)或?qū)Ь€線圈上的空心線圈。
6.根據(jù)權利要求5所述的定位器，其中所述第三天線包括圍繞鐵氧體棒設置的線圈。
7.根據(jù)權利要求6所述的定位器，其中所述第一天線設`置在所述PCB的第一側(cè)上，并且其中所述第三天線設置在所述PCB的第二側(cè)上，其中所述第一側(cè)與所述第二側(cè)相對。
8.根據(jù)權利要求1所述的定位器，其中所述定位器被配置成定位隱藏的射頻識別(RFID)標記物。
9.一種定位地下的隱藏標記物的方法，所述方法包括: (a)提供便攜式定位器，其中所述定位器包括第一天線和第二天線，并且其中所述第一天線和第二天線彼此正交； (b)從所述第一天線或第二天線中的一個發(fā)射信號； (C)由所述第一天線和第二天線中的至少一個接收來自標記物的信號； (d)處理所接收的信號以創(chuàng)建累加接收信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述便攜式定位器還包括第三天線，其中所述第三天線正交于所述第一天線和所述第二天線。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述定位器是手持式的。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述接收累加信號是所接收信號的均方根(RMS)0
13.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包括將所述標記物的方向的指示提供給用戶。
14.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包括將鄰近所述標記物的聽覺或視覺指示提供給用戶。
15.一種用于定位隱藏的標記物的便攜式定位器，包括: 便攜式定位器外殼； 設置在所述外殼內(nèi)的第一組天線，所述第一組天線包括相對于彼此正交地設置的至少兩個天線； 設置在所述外殼內(nèi)的第二組天線，所述第二組天線包括相對于彼此正交地設置的至少兩個天線； 處理器，其中所述處理器被配置成與所述第一組天線和第二組天線中的每一個交互作用，使得所述第一組天線和第二組天線中的至少一個被配置成發(fā)射及接收信號。
16.根據(jù)權利要求15所述的定位器，其中所述處理器被配置成處理由所述第一組天線和第二組天線中的每一個從標記物接收的信號，以創(chuàng)建累加接收。
17.根據(jù)權利要求15所述的定位器，其中所述處理器被配置成處理來自所述第一組天線和第二組天線中的每一個的信號，以估計標記物的深度。
18.根據(jù)權利要求15所述的定位器，其中所述定位器被配置成定位RFID標記物。
19.根據(jù)權利要求15所述的定位器，其中所述定位器是手持式的。
20.根據(jù)權利要求15所述的定位器，其中所述第一組天線和第二組天線是物理分離的。
【文檔編號】G06K17/00GK103890785SQ201280051446
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月3日 優(yōu)先權日:2011年10月21日
【發(fā)明者】濟亞德·H·多亞尼, 蒂莫西·A·帕金森 申請人:3M創(chuàng)新有限公司