DE102008032983A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der sich ändernden Position eines mobilen Senders - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der sich ändernden Position eines mobilen Senders in einem dreidimensionalen Raum vorgeschlagen, bei denen Sendesignale mit einer vorgegebenen Frequenz vom mobilen Sender gesendet werden, wobei mehrere Empfänger diese Sendesignale empfangen. Eine Auswerteeinrichtung wertet die Empfangssignale zur Erstellung von Kurven der Korrelation zwischen Sende- und Empfangssignalen aus. Aus den Betragsverläufen über der Zeit werden TOA-Werte und aus den Verläufen in der komplexen Ebene werden Phasen-Werte unter Verwendung der Zeitinformation der TOA-Werte bestimmt. Die Position des mobilen Senders wird unter Berücksichtigung der TOA-Werte und der Phasen- oder Phasendifferenzwerte berechnet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der sich ändernden Position eines mobilen Senders in einem dreidimensionalen Raum nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
- Aus der
EP 1 556 713 B1 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitverfolgung der Position von wenigstens einem mobilen Objekt sowie zugehörige Sender und Empfänger bekannt, bei dem ein an dem Objekt angebrachter Sender und mehrere Empfänger eines stationären Empfänger- und Signalverarbeitungsnetzwerks vorgesehen sind, wobei die von dem Sender emittierten Signale elektromagnetische, in einem Frequenzbandbereich im Zeitmultiplexverfahren ausgesandte Wellen sind und den Empfängern das Sendemuster des Senders vorbekannt ist. Aus den Empfangssignalen werden unter Berücksichtigung der Sendesignale Laufzeiten (so genannte TOA-Werte (time of arrival)) zwischen dem Sender und jeweils den Empfängern bestimmt, wobei dies durch Auswertung der Amplitude von Korrelationskurven über der Zeit durchgeführt wird. Aus beispielsweise zwölf TOA-Werten von zwölf Empfängern wurden durch Bezug auf einen der Empfänger elf Laufzeitdifferenzen, so genannte TDOA-Werte (TDOA – time difference of arrival) gebildet, aus denen durch hyperbolische Triangulation, die in einem Kalman-Filter implementiert ist, die jeweilige Position des Senders berechnet wird, wobei dann auch Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bekannt sind. Dieses Verfahren bzw. diese bekannte Vorrichtung wurde beispielsweise zur Echtzeitverfolgung eines Balls und/oder von Spielern auf einem Spielfeld, z. B. ein Fußballfeld angewandt. - Wie ausgeführt wurde, wurde der TOA-Wert aus dem Betragsverlauf der Korrelation zwischen Sende- und Empfangssignal über der Zeit durch Bestimmen des Maximums der Kurve gewonnen. Eine solche Korrelationskurve wird jedoch durch Mehrwegeausbreitung aufgrund von Reflexionen des Sendesignals deutlich verformt, so dass die Zuverlässigkeit der TOA-Werte unter Umständen merklich sinkt, so dass eine präzise Zuordnung zur LOS-Komponente (LOS – line of sight – Sichtlinie) der Signalausbreitung undeutlicher werden kann.
- Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen der sich ändernden Position eines mobilen Senders in einem dreidimensionalen Raum zu schaffen, bei denen die Genauigkeit der Berechnung von Positionen verbessert wird und insbesondere Effekte durch die Mehrwegesignalausbreitung verringert werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
- Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
- Dadurch, dass bei der Auswertung der Empfangssignale zusätzlich zur Korrelationskurve als Betrag über der Zeit Korrelationskurven als Verläufe in der komplexen Ebene erstellt werden und dass aus diesen Verläufen in der komplexen Ebene unter Verwendung von Informationen aus den Betragsverläufen Phasen-Werte bestimmt werden und anschließend die Position des mobilen Senders unter Berücksichtigung der TOA-Werte und der Phasen-Werte berechnet werden, können insbesondere Bewegungstrajektorien, d. h. Bewegungsverläufe der Sender von Effekten der Mehrwegesignalausbreitung größtenteils befreit werden, so dass die Positionsberechnung insgesamt verbessert wird. Im Positionsergebnis wird die absolute Position eher durch die TOA-Werte gegeben, während die Phaseninformation dafür sorgt, dass Relativbewegungen sehr sauber dargestellt werden.
- Vorzugsweise werden, wenn der Sender oder die Sender nicht mit den Empfängern synchronisiert sind, Phasendifferenzwerte jeweils zwischen zwei Empfängern berechnet und zur Auswertung herangezogen. Im Falle, dass der oder die Sender mit den Empfängern bzw. dem Empfängernetzwerk synchronisiert sind, können direkt die Phasen-Werte verwendet werden.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden die TOA-Werte durch Bestimmung des Wendepunktes des Betrages der Korrelationskurve erhalten, die Wahl dieses Punktes verbessert die Genauigkeit, da der Wendepunkt auf der LOS-Kurve liegt, die die zu messende Distanz darstellt und ist daher zur Festlegung des TOA-Wertes besser als das Maximum geeignet.
- Besonders vorteilhaft ist, dass ein Empfänger als Referenzempfänger dient und Phasendifferenzwerte in Bezug auf den Referenzempfänger berechnet werden.
- Vorteilhaft ist, dass die Sendesignale auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert sind, wobei das erfindungsgemäße System nicht auf die im Ausführungsbeispiel angegebenen Frequenzen, Bandbreiten und Modulationsarten beschränkt ist. Beispielsweise kann das System neben dem 2,245 GHz-Band ebenso für das 5 GHz ISM Band und andere Frequenzbänder ausgelegt werden. Als Modulationsarten zur Erzeugung von Codesequenzen können unter anderen QPSK, BPSK, 8PSK, BOC (Binary Offset Carrier) oder dgl. verwendet werden.
- Die Auswerteeinrichtung umfasst vorzugsweise ein Kalman-Filter, das die dreidimensionale Position und die dreidimensionale Geschwindigkeit des jeweiligen beweglichen Senders liefert. Falls gewünscht wird auch die dreidimensionale Beschleunigung bestimmt.
- In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst die Auswerteeinrichtung in jedem Empfänger eine Auswerteeinheit und einen oder mehrere zentrale Rechner, es kann jedoch die Auswertung auch in einer anderen Aufteilung, z. B. nur in den Empfängern oder nur in zentralen Einheiten durchgeführt werden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
2 eine Darstellung von Korrelationskurven als Betrag über der Zeit, -
3 eine idealen Korrelationskurve in der komplexen Ebene, -
4 eine 3D-Darstellung einer idealen komplexen Korrelation, -
5 eine Darstellung des Verlaufs einer durch Mehrwegeausbreitung verformten Korrelation in der komplexen Ebene, -
6 eine Darstellung des Betragverlaufs der Korrelation über der Zeit entsprechend5 , und -
7 eine Darstellung von Phasendifferenzmesswerten eines still stehenden Senders von mehreren Empfängern. - In
1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die dazu dient, einen beweglichen Gegenstand kontinuierlich zu verfolgen. Das bewegliche Objekt kann ein oder mehrere Bälle und/oder ein oder mehrere Sender an Spielern sein, die sich auf einem Spielfeld1 bewegen. Dabei ist an jedem Gegenstand ein Sender2 angebracht, der sich mit dem Ball oder Spieler bewegt. Um das Spielfeld herum sind im Aus führungsbeispiel vier Empfänger3 feststehend angebracht, die zeitlich untereinander synchronisiert sind, im Ausführungsbeispiel mit einer gemeinsamen Taktquelle verbunden sind, und die mit einem oder mehreren zentralen Rechnern4 über feste Leitungen, Funk oder sonstige Übertragungsmittel verbunden sind. Selbstverständlich können mehr Empfänger vorgesehen werden, um eine besonders genaue Verfolgung der Position eines Objekts zu erzielen. - Der Sender
2 bzw. die Sender2 – es wird jedoch in der folgenden Beschreibung immer nur von einem Sender geredet – sendet im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein auf einer gewählten Trägerfrequenz von 2445 MHz mit einer Modulationsbandbreite von etwa 77 MHz moduliertes Signal, das beispielsweise entsprechend der QPSK-Methode (quadrature Phase shift keying) moduliert ist und als eine Folge von Signalbursts von dem Sender2 abgestrahlt wird. Die Empfänger3 empfangen die ausgesandten Signalbursts, verarbeiten die Empfangssignale durch ”Heruntermischen” von 2445 MHz ins Basisband und kontinuierliches Abtasten. Dabei wird die Trägerfrequenz entfernt, die Phaseninformation bleibt erhalten. Die digitalisierten Werte werden zur weiteren Verarbeitung an den Rechner4 gesendet. Der Rechner4 bildet gegebenenfalls mit einem Teil der Empfänger3 eine Auswerteeinrichtung. - In den Empfängern
3 bzw. dem Rechner4 werden Korrelationskurven erstellt, wie sie in den2 bis4 für einen idealen Zustand und in den2 ,5 und6 für einen realen Zustand mit Mehrwegausbreitung dargestellt sind. - Aus der
2 , die den Betragsverlauf einer idealen Korrelation5 und einer durch Mehrwegausbreitung ver formten Korrelation6 über der Zeit zeigt, wird ein TOA-Wert bestimmt, der jeweils von einem Empfänger3 generiert wird. Der TOA-Wert kann unter Verwendung der maximalen Amplitude7 oder des Wendepunkts8 bestimmt werden. Wie jedoch anhand von2 , Kurve6 zu erkennen ist, wird der ideale Korrelationsverlauf5 zum Teil deutlich durch Mehrwegeausbreitung verformt, wodurch eine präzise Zuordnung eines ”richtigen Maximums” nur schlecht möglich ist. - Zur idealen TOA-Wert-Gewinnung aus seiner Korrelationskurve wäre es im Prinzip wünschenswert, wenn der ”Korrelationspeak” eine infinitesimal kleine zeitliche Ausdehnung hätte. Dies ist aber bei der Realisierung nicht der Fall, sondern die zeitliche Ausdehnung hängt von der genutzten Modulationsbandbreite ab, und zwar umgekehrt proportional zur Symbolrate. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Bandbreite von 77 MHz bei einer idealen Korrelation zu einer zeitlichen Aufweitung von ca. 50 ns bei 30% der Amplitude des Korrelationspeaks. Bildlich ausgedrückt ist dadurch die Kurve weniger scharf und der TOA-Wert kann weniger eindeutig abgelesen werden. Lange Reflexionsumwege führen zu mehreren zeitlich klar trennbaren Korrelationspeaks und können klar unterschieden werden. Jedoch führen kurze Reflexionsumwege zu mehreren Korrelationspeaks bzw. -maxima, die allerdings in der Gesamtkurvenform miteinander verschmelzen (siehe
2 ). Dadurch wird das Ablesen des TOA-Werts schwieriger und fehlerbehafteter. - Wie schon in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde, wurden für die Bestimmung der Bewegungstrajektorien Laufzeitdifferenzen bzw. TDOA-Werte aus den TOA-Werten gebildet, was aber zu effektbehafteten Ergebnissen aufgrund der Mehrwegeaus breitung führen kann.
- Daher wird erfindungsgemäß aus den komplex modulierten Signalbursts eine komplexe Korrelationskurve bestimmt, die in
3 und4 für die ideale Korrelation dargestellt ist. Wie in diesen Figuren zu erkennen ist, gibt es auch hier einen Korrelationspeak und es wird deutlich, dass dieser Korrelationspeak eine Winkelausrichtung in der komplexen Ebene aufweist. Genau dieser Winkel ergibt eine zusätzliche Information, die gemäß der Erfindung zusätzlich als Messwert verarbeitet wird. Die positive Eigenschaft, die genutzt wird, ist die Tatsache, dass das Resultat für den Winkel weit weniger durch Mehrwegeausbreitung beeinflusst wird. Letztendlich entspricht der Signalbandbreite, die das Winkelergebnis in seiner Präzision bestimmt, die gewählte Trägerfrequenz und nicht, wie oben zum TOA-Wert erläutert, die Modulationsbandbreite. Die Beeinflussbarkeit des Phasenwertes durch Mehrwegeausbreitung ist somit in der Abschätzung beim aktuellen Ausführungsbeispiel ca. um den Faktor 32 geringer, nämlich 2445 MHz/77 MHz = 31,75. Der räumliche Eindeutigkeitsbereich eines Phasenergebnisses entspricht einer Wellenlänge, d. h. im vorliegenden 12,3 cm entsprechend der Mittenfrequenz von 2445 MHz. - In den
5 und6 sind die Verläufe in der komplexen Ebene (5 ) und des Betrages in Abhängigkeit von der Zeit (6 ) einer real gemessenen Korrelationskurve dargestellt. In6 ist zu sehen, dass das Maximum9 der Korrelationskurve aus zwei überlappenden, idealen Korrelationen aufgebaut ist, wobei dies auf ein Ausbreitungsverhalten mit zwei Pfaden hinweist, beispielsweise Ausbreitung entsprechend der Sichtlinie (LOS) und mit Bodenreflexion. - In
6 ist neben dem Maximum9 der Wendepunkt10 markiert. Das Maximum9 würde ein falsches TOA- und damit Distanzmessergebnis liefern, da es durch den Einfluss des Reflexionspfads deutlich in der Zeit verschoben wurde. Der Wendepunkt ist zur Festlegung des TOA-Wertes besser geeignet, da er auf der Sichtkurve (LOS-Kurve) liegt, die die zu messende Distanz darstellt. - In
5 ist nun der Verlauf der durch Mehrwegausbreitung verformten Korrelation in der komplexen Ebene dargestellt, wobei der Phasenwinkel11 aus dem Maximum und der Phasenwinkel12 aus dem Wendepunkt des Betragsverlaufs nach6 dargestellt ist. Diese Werte werden dadurch erhalten, dass die zeitliche Information aus dem Betragsverlauf auf den Verlauf der verformten Korrelation in5 durch ”Entlangfahren” auf der Kurve übertragen wird. Der Phasenwinkel ist jeweils zwischen den Linien11 ,12 und der Abszisse definiert. Die Betragskurve über der Zeit und die komplexe Korrelation sind grundsätzlich äquivalente Darstellungen, die ausgehend von den genau gleichen Abtast- bzw. erhaltenen Ergebniswerten der Korrelation gezeichnet werden können. Somit ist auch der Zeitbezug zwischen Betragsdarstellung und komplexer Darstellung eindeutig und übertragbar. - In
5 wurden als charakteristische Punkte auf der Korrelationsbetragskurve das Maximum und der Wendepunkt gewählt. Es ist im konkreten Ausführungsbeispiel bei der Bestimmung der Phase im Prinzip jeder beliebige charakteristische Punkt wählbar, da Messwertdifferenzen gebildet werden. Bedingung ist nur, dass die beiden Phasenmesswerte, aus denen eine Differenz gebildet wird, einem gleich definierten Kriterium entsprechen. - Die so aus den Kurven nach
5 für jeden Empfänger gefundenen Phasenwerte werden in dem Rechner4 weiter verarbeitet, indem jeweils Phasendifferenzen zwischen zwei Empfängerstandorten gebildet werden. Die Empfänger3 sind, wie ausgeführt, dank Vernetzung zu einer gemeinsamen Taktquelle, beispielsweise einem Takt- und Triggergenerator phasenstarr miteinander verbunden. Der absolute Phasenwert an einem Empfänger3 ist ohne Aussagekraft, da der Sender2 nicht zu dem Empfängernetzwerk synchronisiert ist. Die Phasendifferenzen besitzen jedoch die gewünschte Aussagekraft. Bewegt sich z. B. ein Sender2 zwischen den Sendebursts nicht, ist die erhaltene Phasendifferenz zwischen zwei Empfängern3 beim ersten Burst die gleiche wie beim zweiten Burst. Beim Positionsergebnis kann dann die Information z. B. so benutzt werden, dass die Position sich nicht verändert haben kann. - Liegt allerdings eine Bewegung des Senders
2 vor, verändern sich die Phasendifferenzen entsprechend der Bewegungsrichtung des Senders2 und entsprechend der geometrischen Anordnung der Empfängerantennen. Werden Phasen oder Phasendifferenzwerte verarbeitet, so kann die Relativbewegung zwischen zwei Bursts mit im Ausführungsbeispiel um bis zu Faktor 32 vermindertem Einfluss durch Mehrwegeausbreitung im Vergleich zur reinen TOA-Wert-Verarbeitung dargestellt werden. Für die dreidimensionale Abbildung im Raum ist es vorteilhaft, wenn, wie im gerade beschriebenen Ausführungsbeispiel, eine Mehrzahl von Empfängern vorgesehen, wobei ihre Verteilung im Raum, aber auch die Anbringung der Sender am beweglichen Objekt die dreidimensionale Genauigkeit beeinflusst. - In
7 sind beispielhaft Phasendifferenzmesswerte eines still stehenden Senders2 von mehreren Empfängern, bei der7 von zwölf Empfängern3 dargestellt. Die einzelnen Kurven zeigen die gemessenen Phasendifferenzen zwischen jeweils zwei Empfängern. Dazu wurden die Differenzen immer zum Empfänger mit der Nr. 5 (Rx05) gebildet, der absolut starr und feststehend montiert ist. Zu erkennen sind in der7 vier Kurven13 ,14 ,15 ,16 , die Schwingungen aufweisen. Diese gehören zu den Empfängern Rx01 bis Rx04, bei denen es sich um Empfänger handelt, die so befestigt sind, dass sie sich noch leicht bewegen können. Weiterhin sind sieben Kurven17 bis23 ohne Schwankungen zu erkennen, die dazu gehörigen Empfänger sind ebenfalls absolut starr angebracht. Die Phasenmesswerte wurden nicht in Grad oder Radiant, sondern in Pikosekunden gezeichnet, da eine solche Umrechnung eine Verbesserung des Vergleichs mit TOA-Werten gestattet. Dies kann über eine einfache Umrechung mit Hilfe der Trägerfrequenz und der Lichtgeschwindigkeit geschehen. Hierbei entsprechen 409 psec einer Wellenlänge von 12,3 cm oder 360° in der Phase. Durch das geringe Rauschen auf den Phasendifferenzkurven ergibt sich eine Positionsauflösungsfähigkeit des Systems für Relativbewegungen im Bereich weniger Millimeter. - Bei der Bewegung des Senders
2 , im Ausführungsbeispiel auf dem Spielfeld1 darf sich dieser zwischen zwei Bursts im Prinzip nicht weiter als ± eine halbe Wellenlänge bewegen, um die Eindeutigkeit der Phasenmessung nicht zu verletzen. Dies ist z. B. bei einem Sender2 , der in einem Fussball befestigt ist, bei den bekannten auftretenden Geschwindigkeiten von bis zu 150 km/h und einer Burstrate von 2000 pro Sekunde gegeben, d. h. bei 150 km/h und 2000 Bursts bewegt sich der Ball zwischen 2 Bursts sogar nur um etwa 2 cm. Im Ausführungsbeispiel ist die Burstrate bei einem Sender2 , der an einem Spieler befestigt ist, typischerweise 200 pro Sekunde. Hier kann der Eindeutigkeitsbereich verletzt werden, falls der Sender2 am Ende von Extremitäten befestigt ist, die sehr schnell pendeln können. Allerdings ist es möglich, Prädikationsverfahren für die Bewegungsgeschwindigkeit anzuwenden, wobei das Eindeutigkeitsfenster der Phasenmessung entsprechend der gerade anliegenden Bewegungsgeschwindigkeit entsprechend verschoben wird. - In dem Rechner werden alle TOA- bzw. TDOA- und Phasen- oder Phasendifferenzwerte verwendet, um die Positionen zu bestimmen. Üblicherweise wird zur Auswertung ein Kalman-Filter verwendet, wobei jedoch auch andere Verfahren und Verarbeitungseinrichtungen verwendet werden können, wie algebraische Algorithmen, z. B. der Bancroft-Algorithmus oder wie neuronale Netze oder Partikelfilter. Aus dem Ergebnis des Kalman-Filters werden drei Koordinaten für die Position (X, Y, Z), drei Vektorkomponenten der Geschwindigkeit VX, VY, VZ und drei Vektorkomponenten für die Beschleunigung AX, AY, AZ geliefert. Dabei werden TOA-Werte mit ihrem absoluten und eindeutigen Charakter mit der Position in Verbindung gebracht, während die Fortentwicklung der Phasen mit der Geschwindigkeit in Beziehung gesetzt wird. Gleichzeitig wirken Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen über die Ableitungsbeziehungen und statistischen Mechanismen des Kalmanfilters aufeinander zurück.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1556713 B1 [0002]
Claims (18)
- Verfahren zum Bestimmen der sich ändernden Position eines mobilen Senders in einem dreidimensionalen Raum mit folgenden Schritten: Senden von Sendesignalen mit einer vorgegebenen Frequenz vom mobilen Sender, Empfangen der Sendesignale von mehreren Empfängern, und Auswerten der Empfangssignale zur Erstellung von Kurven der Korrelation zwischen Sende- und Empfangssignalen, die Betragsverläufe über der Zeit umfassen, Bestimmen von TOA-Werten aus den Betragsverläufen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens das Erstellen von Korrelationskurven als Verläufe in der komplexen Ebene umfasst und weiterhin folgende Schritte vorgesehen sind: Bestimmen von Phasen-Werten aus den Verläufen in der komplexen Ebene unter Verwendung der Zeitinformation der TOA-Werte und Berechnen der Position des mobilen Senders unter Berücksichtigung der TOA-Werte und der Phasen-Werte.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal auf eine Trägerfrequenz moduliert ist und als Folge von Sendebursts abgestrahlt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige TOA-Wert aus dem Korrelationsmaximum oder vorzugsweise dem Wendepunkt der jeweiligen Korrelationskurve des Betrages über der Zeit gewonnen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmen des Phasenwertes ein charakteristischer Punkt, vorzugsweise der Wendepunkt auf der Korrelationsbetragskurve gewählt wird, wobei dieser Punkt für alle Empfänger gleich gewählt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasendifferenzwerte zwischen jeweils zwei Empfängern berechnet werden und zur Bestimmung der Position herangezogen werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger zeitlich synchronisiert, vorzugsweise phasenstarr verbunden werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der oder die Sender zum Empfängernetzwerk zeitlich synchronisiert, vorzugsweise phasenstarr verbunden werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Kalman-Filter und/oder einer Berechnungsweise nach Bancroft oder einem neuronalen Netz oder Pratikelfilter die dreidimensionale Position, die dreidimensionale Geschwindigkeit und/oder die dreidimensionale Beschleunigung bestimmt werden.
- Vorrichtung zum Bestimmen der sich ändernden Position eines mobilen Senders in einem dreidimensionalen Raum mit mehreren Empfängern zum Empfangen der von dem mobilen Sender abgegebenen Sendesignale, die eine vorgegebene Frequenz aufweisen, einer Auswerteeinrichtung zur Erstellung von Kurven der Korrelation zwischen Sende- und Empfangssignalen, die Betragsverläufe über der Zeit umfassen, und zum Bestimmen von TOA-Werten aus den Betragsverläufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (
4 ) ausgebildet ist, Korrelationskurven als Verläufe in der komplexen Ebene zu erstellen, Phasenwerte aus den Verläufen in der komplexen Ebene unter Verwendung der Zeitinformation der TOA-Werte für jeden Empfänger (3 ) zu bestimmen und die Position des mobilen Senders (2 ) unter Berücksichtigung der TOA-Werte und der Phasen-Werte zu berechnen. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal eine auf eine Trägerfrequenz aufmodulierte Codesequenz ist, die der mobile Sender (
2 ) als Folge von Sendebursts sendet. - Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger untereinander zeitlich synchronisiert sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (
3 ) über eine gemeinsame Taktquelle phasenstarr verbunden sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der oder die Sender zum Empfängernetzwerk zeitlich synchronisiert, vorzugsweise phasenstarr verbunden sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Empfänger (
3 ) aus den mehreren Empfängern (3 ) ein Referenzempfänger ist, mit dem jeweils die Phasendifferenzwerte bestimmbar sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung jeweils in jedem Empfänger vorgesehene Auswerteeinheiten und mindestens einen von allen Auswerteeinheiten Informationen empfangenden Rechner (
4 ) umfasst. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Einrichtung zum Berechnen der dreidimensionalen absoluten Position und der dreidimensionalen Geschwindigkeit und/oder der dreidimensionalen Beschleunigung aus den TOA-Werten und den Phasen-Werten oder den Phasendifferenzwerten umfasst.
- Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung ein Kalman-Filter und/oder eine Berechnungsweise Nach Bancroft oder ein neuronales Netz oder Partikelfilter aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal eine Trägerfrequenz von 2445 MHz und eine Modulationsbandbreite von etwa 77 MHz oder eine Trägerfrequenz von 5,8 GHz und eine Modulationsbandbreite von etwa 150 MHz aufweist.
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