通过使用基于波的信号定位至少一个对象的测位方法以及测位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于通过使用基于波的信号定位至少一个对象的测位方法，其中从待定位的对象发出波场并且由数量为N的接收器接收从所述对象发出的波场；在每个接收器中形成至少一个测量信号，所述至少一个测量信号与所述波场的空间上和时间上的分布相关，并且所述至少一个测量信号的相位变化过程通过从所述对象至相应的接收器的信号延迟时间表征性地影响；其中对于至少两个测量信号中的每个测量信号提取相位值作为测量到的相位值以用于位置测位，并且其中通过将所述测量到的相位值的至少一个线性组合与通过一个或多个发送器

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过使用基于波的信号定位至少一个对象的测位方法以及测位系统


[0001]本专利技术涉及用于通过使用基于波的信号定位至少一个对象的测位方法，其中从待定位的对象发出波场并且由数量为N的接收器接收从对象发出的波场。波场不仅可以由对象自身发射，而且可以通过外部源辐射并且反射其波。

技术介绍

[0002]用于基于波的测位的常用方法基于来自延迟时间测量(例如多点定位)、延迟时间差测量(TDOA
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Time Difference of Arrival Verfahren(到达时间差方法))、角度测量(例如多点测角)的间距信息、来自相位信息或由多个技术的组合的间距信息。关于多样地用于定位的所述熟知的方法的概览例如在Vossiek,M.,Wiebking,L.,Gulden,P.,Wieghardt J.和HoffmannC.的“Wireless Local Positioning
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Concepts,Solutions,Applications”中找到以及用于所述方法的组合的示例在Dobrev Y.和Shmakov D.的“ABilateral 24GHz Wireless Positioning System for 3D Real
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Time Localizationof People and Mobile Robots”中找到。
[0003]在已知方法中，分别由各个测量仪器(站)计算相关信息(例如相对于另一站的间距和/或角度)并且从中进行位置计算。在此以多点定位为例，其中借助于延迟时间确定(例如借助于FMCW雷达，如在Brooker G.M. 的“Understanding Millimetre Wave FMCW Radar”介绍的那样)测量间距。通过形成用于至少两个(2D位置)或三个(3D位置)空间上分离的、其位置已知的站的圆弧段的交点，现在可以对对象、应答器等进行测位。
[0004]在下文中，基于波的测量仪器称作雷达。可以利用所有波形(例如电磁、光学或声学地)执行所示出的方法在学术界中普遍已知。用于接收信号的设备在下文中称作天线。然而，如在学术界中普遍已知的那样，基于波的测量仪器可以设有任意能够实现接收波的设备(例如在电磁波的情况下为天线；在光波的情况下为光电探测器或光电混频器，在声波的情况下为声变换器或麦克风)。
[0005]然而，至今由现有技术已知的方法具有一些缺点。在这里示例性挑出多点测角方法的缺点：
[0006]·
可测量的角度范围受限于装置的单义性范围
[0007]·
多路传播会引起在天线处测量多路的相位并从而错误地估测角度，这使位置明确错误
[0008]·
如果雷达的角度测量明显错误(例如因为其在冗余系统中强烈与另外的雷达的结果偏差)并且所述雷达的测量结果因此不用于位置确定，则所述雷达的相位值不再对测位有帮助。这就是说，相位值不单独予以评价，并因此即使雷达的相位值的仅仅一小部分对于所述错误角度估测有负责，也共同地取消雷达的所有相位值。
[0009]·
因为必须扫描测量空间并且必须针对每个点计算假设和测量，所以产生高的计算耗费
[0010]·
因为天线必须(典型地在小于一个波长直至数个波长的范围中)具有小的间距，所以发生天线之间的串扰，这导致干扰。

技术实现思路

[0011]因此，寻找对于测位方法改进的解决方案，使得要克服先前列举的缺点中的至少一部分。
[0012]所述目的通过根据权利要求1的特征的方法解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
[0013]根据本专利技术现在提出一种测位方法，所述测位方法直接从对象的至少一个先前位置和至少两个通过至少一个接收器测量到的相位值中确定或估测对象的当前位置，即递归地基于过去的对象位置进行位置确定。为此的基本前提是，待测位对象产生对应的波场，所述波场朝向至少一个接收器传播。然后，这种接收器可以借助于至少一个接收天线检测波场的测量信号，从所述测量信号的信号相位变化过程中可以提取至少一个信号相位值。根据要求的相位值应一方面理解为测量信号的通过至少一个接收器测量到的信号相位，然而另一方面相位值也可以理解为从多个信号相位中推导出的至少一个变量。这种推导出的变量例如可以是由至少两个信号相位值构成的差或和。
[0014]对于至少两个用于测位的测量到的相位值决定性的是，对于两个值能够产生信号相位与在发送器/对象和接收器之间的信号延迟时间或信号延迟时间差之间的明确关系。相反，信号相位与信号延迟时间的相关性意味着，信号相位也同样与对象和接收器之间的间距相关。借此能够从假设的发送器/对象
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接收器间距中确定假设的相位值。基于所述数学关系，可以通过将测量到的相位值与假设的相位值的比较来确定对象与接收器之间的当前间距并且因此确定对象相对于接收器的当前位置，其中在此按照递归方法将对象的至少一个先前位置用作起点并且通过调整所述位置使测量到的相位值与假设的相位值之间的误差尽可能最小化。
[0015]对于多维位置确定，至少两个测量到的相位值与相对应数量的假设的相位值的比较是目的导向的。如上文已经表明的那样，不必将相位值直接彼此比较，而是替代地也可以将测量到的相位值之间的和或差与假设的相位值的相对应的和或差进行比较。所述选项能够通过使用相对应的线性组合描绘，即将可用的测量到的相位值的线性组合与假设的相位值的线性组合进行比较。通过合适地选择线性组合的前因子，能够与任意加权的相位值的对应的和和/或差而且相位值直接彼此比较。
[0016]在此情况下，也可以递归地一起估测待测位对象的发送相位。因此，如果待测位对象的发送相位仅缓慢变化(或存在已知的关系)，则可以借助于间距与相位之间的关系获得关于待测位对象的位置的信息。
[0017]在本专利技术的范围内，线性组合也应理解为如下情况：一个或多个或所有前因子假定为零值。
[0018]决定性的仅仅是，对于位置估测提供至少两个测量信号，所述至少两个测量信号具有彼此稳定的相位关系。通常为此通过至少两个空间上彼此分离的接收器或天线检测对于波场的至少两个测量信号和由此两个相位值。在此情况下例如可以涉及具有至少两个天线的天线装置的雷达站。然而同样可以涉及两个完全独立的接收器。理想地提供N
R
个接收
器站，所述接收器站分别具有直至N个天线。在此，每个接收器站处的天线的数量可以是不同的和任意的。在这种情况下，在每个接收器中提供有直至N个相位值，所述相位值彼此形成稳定的相位关系。因此，总共提供N
R
组的直至N个相位值。在相干的发送器中，附加地也存在在站之间的稳定的相位关系。通过形成可用的相位值之间的合适的线性组合可以通过与假设的相位值的相对应的线性组合的比较进行精确的位置估测。
[0019]然而，相位值不必一定来自于空间上分离的接收器。可考虑，至少两个相位值通过从在不同时刻的测量信号中的提取得出。对于这种情况，也可考虑利用一个接收器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过使用基于波的信号定位至少一个对象的测位方法，其中从待定位的对象发出波场并且由数量为N的接收器接收从所述对象发出的波场，在每个接收器中形成至少一个测量信号，所述至少一个测量信号与所述波场的空间上和时间上的分布相关，并且从所述对象至相应的接收器的信号延迟时间表征性地影响所述至少一个测量信号的相位变化过程，其中对于至少两个测量信号中的每个测量信号提取相位值作为测量到的相位值以用于位置测位，其特征在于，通过将所述测量到的相位值的至少一个线性组合与通过一个或多个发送器
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接收器间距得出的所属的假设的相位值的至少一个线性组合比较以及在使用递归滤波器/估测器的情况下，在时刻k确定待测位对象的当前位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述对象发出的波场由一个或多个接收器接收，并且引起相干的测量信号，其中所述一个或多个接收器在不同的接收器位置处接收所述测量信号。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中不同频率的多个信号从所述对象发出，并且使用一个或多个接收器，所述一个或多个接收器针对不同频率测量所述相位值并且将其引入到所述测量到的相位值的线性组合中以用于所述位置测位。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中递归地一起评测进行发射的对象的未知发送相位。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在不同时刻由一个或多个接收器接收从所述对象发出的波场，其中至少一个接收器在不同时刻确定相位值并且将其引入到所述测量到的相位值的线性组合中以用于所述位置测位。6.根据权利要求3所述的方法，其中从所述对象发出的不同频率的信号通过具有非线性特性的对象或应答器产生。7.根据权利要求6所述的方法，其中至少一个发送器产生具有频率f0的进行发出的波场，待定位的对象发出波场，所述波场由于所述对象的非线性而包括所述频率f0的倍频，所述倍频的相位值通过所述一个或多个接收器测量。8.根据权利要求7所述的方法，其中由所述发送器发出的波场具有至少两个频率(f1；f2；f3；....；fn)，并且通过所述对象的非线性产生倍频(n1*f1；n2*f2；n3*f3；....；nn*fn)和互调产物(n1*f1+n2*f2+...+nn*fn；...)，所述倍频和互调产物的相位值通过至少一个接收器测量。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中由所述发送器发出的波场具有至少两个频率(f1；f2；f3；....；fm)...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅拉妮，
申请(专利权)人：埃尔朗根纽伦堡弗里德里希，
类型：发明
国别省市：