AT525733A4 - Verfahren zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte zueinander - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte zueinander Download PDF

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AT525733A4 ATA50174/2022A AT501742022A AT525733A4 AT 525733 A4 AT525733 A4 AT 525733A4 AT 501742022 A AT501742022 A AT 501742022A AT 525733 A4 AT525733 A4 AT 525733A4
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Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte, vorzugsweise zumindest zweier Personen, zueinander, umfassend folgende Schritte: - Herstellen einer Kommunikation zwischen einer zu ortenden Kommunikationseinheit, welche an einem zu ortenden Objekt der zumindest zwei beweglichen Objekte angeordnet ist und einer ortenden Kommunikationseinheit und wenigstens einer weiteren ortenden Kommunikationseinheit, welche an einem ortenden Objekt der zumindest zwei beweglichen Objekte angeordnet sind, mittels Ultra-Wide-Band-Signalen, - Bestimmen eines ersten Abstands zwischen der ortenden und der zu ortenden Kommunikationseinheit und eines zweiten Abstands zwischen der wenigstens einen weiteren ortenden und der zu ortenden Kommunikationseinheit mittels Two-Way- Ranging, - Bestimmen einer Richtung des zu ortenden Objekts in Bezug auf das ortende Objekt in einem lokalen Koordinatensystem des ortenden Objekts aus dem ersten und dem zweiten Abstand, und - Bestimmen einer Position des zu ortenden Objekts relativ zum ortenden Objekt im lokalen Koordinatensystem des ortenden Objekts aus dem ersten und/oder dem zweiten Abstand und der Richtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte, vorzugsweise zumindest zweier Personen, zueinander sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte, vorzugsweise zumindest zweier
Personen, zueinander mittels eines solchen Verfahrens.
Insbesondere für Einsatzkräfte, welche in Bereichen mit geringer Sicht oder im Inneren von Gebäuden agieren, ist es von großem Vorteil, wenn diese Einsatzkräfte ihre relativen Positionen
zueinander kennen, besonders wenn kein Sichtkontakt besteht.
Beispielhaft seien hier Feuerwehrleute angeführt, welche bei einem Brandeinsatz, beispielsweise bei einem Wohnungsbrand, unter schwerem Atemschutz im Innenangriff vorgehen. Diese Feuerwehrleute agieren also innerhalb eines Gebäudes, welches
auch stark verraucht sein kann.
Ein solcher Atemschutztrupp besteht für gewöhnlich aus zwei oder drei Feuerwehrleuten, die sich zur Orientierung mit einer Leine verbinden oder sich an einer LÖschleitung festhalten. Verliert eine Person für kurze Zeit die Orientierung, kann nur durch mühsame verbale Kommunikation der restliche Atemschutztrupp
wieder gefunden werden.
Für den Fall, dass ein Mitglied des Atemschutztrupps verunfallen, gibt es Systeme, die bei detektierter Regungslosigkeit ein akustisches Signal abgeben. Dieses System wird nur für Notfälle verwendet, eine dauerhafte Verwendung wäre nicht zielführend, da bereits ein einziges akustisches Signal
nur schwer zu lokalisieren ist.
Die bekannten Techniken bzw. Systeme zur Orientierung sind also unzureichend, insbesondere auch in Hinblick auf immer komplexer werdende Gebäudestrukturen, welche eine Orientierung zusätzlich
erschweren.
Die US 2014/0159959 Al schlägt ein am Körper tragbares Antennensystem vor, über welches zwei Personen miteinander kommunizieren können. Dazu werden Ultra-Wide-Band-Signale (UWB-
Signale) benutzt.
Ultra-Wide-Band-Signale sind Signale, welche einen großen Frequenzbereich mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz oder von mindestens 20% des arithmetischen Mittelwertes von unterer und oberer Grenzfrequenz des genutzten Frequenzbandes nutzen. Solche UWB-Signale haben eine geringe Störanfälligkeit, eine ausreichende Reichweite in Innenräumen und vor allem ist es möglich, mittels UWB-Signale eine auf wenige Zentimeter genaue
Standortbestimmung durchzuführen.
Der Einsatz von UWB-Signalen zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte, vorzugsweise zumindest zweier Personen, zueinander ist aus dem Stand der
Technik bereits bekannt.
Diese bekannten Verfahren basieren auf den Messmethoden Time-ofArrival (ToA) und Time-Difference-of-Arrival (TDoA), welche einige Nachteile aufweisen. So müssen beispielsweise alle Kommunikationseinheiten, welche zur Ortung eingesetzt werden, miteinander synchronisiert sein. Zudem ist zwingendermaßen eine zusätzliche Recheneinheit, beispielsweise ein Server, notwendig,
welche die tatsächlichen Berechnungen durchführt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem
Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer
relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte, vorzugsweise zumindest zweier Personen, zueinander sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte, vorzugsweise zumindest zweier
Personen, zueinander mittels eines solchen Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche 1 und 13.
Demgemäß sind bezüglich eines Verfahrens folgende Schritte vorgesehen:
- Herstellen einer Kommunikation zwischen einer zu ortenden Kommunikationseinheit, welche an einem zu ortenden Objekt der zumindest zwei beweglichen Objekte angeordnet ist und einer ortenden Kommunikationseinheit und wenigstens einer weiteren ortenden Kommunikationseinheit, welche an einem ortenden Objekt der zumindest zwei beweglichen Objekte angeordnet sind, mittels Ultra-Wide-Band-Signalen,
- Bestimmen eines ersten Abstands zwischen der ortenden und der zu ortenden Kommunikationseinheit und eines zweiten Abstands zwischen der wenigstens einen weiteren ortenden und der zu ortenden Kommunikationseinheit (4a) mittels TwoWay-Ranging,
- Bestimmen einer Richtung des zu ortenden Objekts in Bezug auf das ortende Objekt in einem lokalen Koordinatensystem des ortenden Objekts aus dem ersten und dem zweiten Abstand, und
—- Bestimmen einer Position des zu ortenden Objekts relativ zum ortenden Objekt im lokalen Koordinatensystem des ortenden Objekts aus dem ersten und/oder dem zweiten
Abstand und der Richtung.
Durch die Verwendung von Two-Way-Ranging (TWR) zur Bestimmung
eines Abstands müssen die Kommunikationseinheiten untereinander
nicht synchronisiert werden. D.h. die Kommunikationseinheiten können völlig unabhängig voneinander operieren. Zudem ist keine externe Recheneinheit vonnöten, die Berechnungen können direkt an einer der Kommunikationseinheiten durchgeführt werden. Besonders im oben beschriebenen Einsatzbereich ist dies von Vorteil, da keine Kommunikation nach außen zur Bestimmung einer
relativen Position notwendig ist.
Zur Bestimmung eines Abstands mittels TWR muss folgenden Kommunikation zwischen zwei Kommunikationseinheiten erfolgen:
- Eine erste Kommunikationseinheit sendet eine Nachricht inklusive der Zeit, zu welcher die Nachricht gesendet wird (TSP - Time of Sending Poll) aus und markiert somit den Start der Kommunikation,
- die zweite Kommunikationseinheit erfasst die Ankunftszeit (TRP - Time of Receiving Poll) und empfängt die Nachricht,
- die zweite Kommunikationseinheit antwortet auf die Anfrage und fügt der Nachricht die Zeit, zu welcher die Antwort gesendet wird (TSR - Time of Sending Response), hinzu,
- die erste Kommunikationseinheit erfasst die Zeit, zu welcher die Antwort empfangen wird (TRR - Time of Receiving Response), und verarbeitet die Nachricht,
- die erste Kommunikationseinheit bestimmt gemäß folgendem Zusammenhang den Abstand zwischen erster und zweiter Kommunikationseinheit:
Abstand = {[ (TRR-TSP)- (TSR-TRP)+ (TRF-TSR)- (TSF-TRR)]/4}*c,
wobei c für die Lichtgeschwindigkeit steht.
Dabei kann die ortende Kommunikationseinheit oder die wenigstens eine weitere ortende Kommunikationseinheit oder die zu ortende Kommunikationseinheit die Kommunikation durch Senden der ersten
Nachricht starten und am Ende einen Abstand bestimmen.
Es ist auch denkbar, dass jene Kommunikationseinheit, welche die Kommunikation nicht gestartet hat, die Bestimmung des Abstands
durchführt.
Zudem kann auch vorgesehen sein, dass jene Kommunikationseinheit, welche die Abstände bestimmt hat, auch
die Richtung sowie die relative Position bestimmt.
Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die relative Position mehrerer beweglicher Objekte zueinander bestimmt wird. Dabei wird das Verfahren gemäß Anspruch 1 zwischen dem ortenden
Objekt und jedem zu ortenden Objekt durchgeführt.
Insbesondere ist es denkbar, dass jedes Objekt als ortendes und als zu ortendes Objekt agiert. Somit kann jedes Objekt die relativen Positionen der anderen Objekte zu sich selbst
bestimmen.
Hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind eine erste, an einem ortenden Objekt der zumindest zwei beweglichen Objekte angeordnete oder anordenbare, mobile Einrichtung umfassend eine ortende Kommunikationseinheit und ein weitere ortende Kommunikationseinheit, und eine zweite, an einem zu ortenden Objekt der zumindest zwei beweglichen Objekte angeordnete oder anordenbare, mobile Einrichtung umfassend eine
zu ortende Kommunikationseinheit vorgesehen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in
den abhängigen Ansprüchen definiert.
ES kann vorgesehen sein, dass eine Kommunikation zwischen wenigstens einer zweiten weiteren ortenden Kommunikationseinheit, welche an dem ortenden Objekt angeordnet
ist, und der zu ortenden Kommunikationseinheit hergestellt wird.
Weiters kann vorgesehen sein, dass ein dritter Abstand zwischen der wenigstens einen zweiten weiteren ortenden Kommunikationseinheit und der zu ortenden Kommunikationseinheit
bestimmt wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass aus den bestimmten Abständen die zwei betragsmäßig kleinsten Abstände ermittelt und diese zwei betragsmäßig kleinsten Abstände zur Bestimmung der
Richtung herangezogen werden.
Durch diese Verfahrensschritte ist es möglich, eine Richtung und
eine relative Position noch genauer zu bestimmen.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zur Bestimmung der Richtung zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Abstand eine Lage des ortenden und/oder der wenigstens einen weiteren ortenden Kommunikationseinheit im lokalen Koordinatensystem des ortenden
Objekts herangezogen wird.
Diese zusätzliche Information erleichtert die Bestimmung der
Richtung weiter.
Es ist dabei denkbar, dass Jede Kommunikationseinheit eindeutig
identifizierbar ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Bestimmung des ersten und zweiten Abstands, und/oder der Richtung und/oder der Position durch die ortende und/oder die wenigstens eine weitere ortende
Kommunikationseinheit erfolgt.
Dadurch kann zusätzliche Kommunikation vermieden und Zeit bei
der Bestimmung der relativen Position eingespart werden.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Bestimmung des ersten und zweiten Abstands, und/oder der Richtung und/oder der Position durch die zu ortende
Kommunikationseinheit erfolgt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der bestimmte erste und zweite Abstand, und/oder die Richtung und/oder die Position von der zu ortenden Kommunikationseinheit mittels Ultra-Wide-Band Signal und/oder über ein Long-Range-Wide-Area-Network an die ortende und/oder die wenigstens eine weitere ortende
Kommunikationseinheit übermittelt wird.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der bestimmte erste und zweite Abstand, und/oder die Richtung und/oder die Position über
eine Anzeigevorrichtung angezeigt werden.
Das ist eine einfache Möglichkeit, die bestimmte Position zu
visualisieren.
Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise nach Art einer
Armbanduhr an einer Person angeordnet sein.
Es kann weiters vorgesehen sein, dass die zu ortenden
Kommunikationseinheit zusätzlich über GPS geortet wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Kommunikationseinheiten über eine Kommunikationsschnittstelle eine Kommunikation mit einem von den zumindest zwei beweglichen Objekten unabhängigen
Kommunikationsmodul herstellt.
Dadurch können Informationen zwischen den zu ortenden Objekten
und einer unabhängigen Stelle ausgetauscht werden. Im Beispiel
der Feuerwehrleute können diese also mit einer Einsatzleitung
0.a. Informationen austauschen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die bestimmte Position des zu ortenden Objekts relativ zum ortenden Objekt über die Kommunikationsschnittstelle an das Kommunikationsmodul
übertragen wird.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch denkbar, dass eine stationäre Einheit zwischengestaltet ist, welche Daten von den Kommunikationseinheiten erhält bzw. an diese verteilt und an das
Kommunikationsmodul weiterleitet bzw. von diesem erhält.
Insbesondere ist es denkbar, dass auch die stationäre Einheit eine Positionsbestimmung der wenigstens zwei beweglichen Objekte gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren durchführen kann. Die
stationäre Einheit kann dann diese Positionsdaten weiterleiten.
Nachdem der Standort der stationären Einheit bekannt ist, können so auch die Positionen der wenigstens zwei beweglichen Objekte in einem Koordinatensystem der stationären Einheit, welches als globales Koordinatensystem betrachtet werden kann, ermittelt
werden.
Um beim bekannten Beispiel zu bleiben: Die Einsatzleitung eines Feuerwehreinsatzes kennt dadurch die Position der Feuerwehrleute
in einem Gebäude.
Hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die erste mobile Einrichtung zusätzlich zu der ortenden und der weiteren ortenden Kommunikationseinheit eine zu
ortende Kommunikationseinheit aufweist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die zweite mobile Einrichtung zusätzlich zu der zu ortenden Kommunikationseinheit eine ortende Kommunikationseinheit und wenigstens eine weitere ortende
Kommunikationseinheit aufweist.
Dadurch ist es möglich, dass jedes Objekt als ortendes und als
zu ortendes Objekt agiert.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Kommunikationseinheiten eine vorzugsweise omnidirektionale Antenne und ein Signalmodul zur Erzeugung und zum Empfangen von Ultra-Wide-Band-Signalen
aufweist.
Dies stellt einen einfachen und unkomplizierten Aufbau einer
Kommunikationseinheit dar.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Kommunikationseinheiten eine Datenverarbeitungsvorrichtung,
vorzugsweise in Form eines Mikrocontrollers, aufweist.
Es ist auch denkbar, dass mehrere oder jede der Kommunikationseinheiten eine Datenverarbeitungsvorrichtung
aufweisen.
Wenn die Kommunikationseinheiten Jeweils in einem Gehäuse angeordnet sind, so kann eine kompakte Ausbildung der mobilen Einrichtungen gewährleistet werden. Zudem können die Kommunikationseinheiten, beispielsweise im Fall eines Defekts,
einzeln ausgetauscht werden. Insbesondere vorteilhaft kann es sein, wenn die Gehäuse
wasserdicht, staubdicht, explosionsgeschützt und/oder stoßfest
ausgebildet sind.
Dadurch können die mobilen Einrichtungen auch unter schwersten
Bedingungen eingesetzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein ortendes Objekt eine Abschirmung zwischen der ortenden und der wenigstens einen
weiteren ortenden Kommunikationseinheit bildet.
Dadurch können die Kommunikationseinheiten sehr nahe beieinander, beispielsweise an einem Gürtel, angeordnet werden, ohne, dass sich die Kommunikationseinheiten gegenseitig stören. Zudem ist es dadurch leichter, jene Kommunikationseinheiten zu bestimmen, welche am nächsten zu den zu ortenden
Kommunikationseinheiten sind.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die erste mobile Einrichtung und/oder die zweite mobile Einheit eine
Anzeigevorrichtung aufweist.
Das ist eine einfache Möglichkeit, die bestimmte Position zu visualisieren und einem mobilen Objekt bzw. einer Person
mitzuteilen.
Die Anzeigevorrichtung kann dabei beispielsweise ein Display aufweisen, oder auch nur optische Signale, welche eine Richtung
anzeigen.
Es ist denkbar, dass die Anzeigevorrichtung neben der relativen Position der anderen mobilen Objekte noch andere Informationen anzeigt, beispielsweise die Uhrzeit, eine Stoppuhr, oder im oben diskutierten Beispiel eines Atemschutztrupps auch einen
Luftdruck in Pressluftflaschen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im
Folgenden näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. la ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 1b ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 2a eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit zusätzlichen Erläuterungen,
Fig. 2b eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit zusätzlichen
Erläuterungen,
Die Figur la zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 in einer schematischen Draufsicht. Es ist erkennbar, dass die
mobilen Objekte 1, 2 durch Personen gebildet werden.
An einem ortende Objekt 1 sind eine ortende Kommunikationseinheit 3a und eine weitere ortende
Kommunikationseinheit 3b angeordnet.
Die Kommunikationseinheiten 3a, 3b sind dabei Teil einer ersten mobilen Einrichtung 101. Diese mobile Einrichtung 101 kann dabei auch eine Vorrichtung zum Anordnen der Kommunikationseinrichtungen 3a, 3b an einem Objekt 1 aufweisen. Diese Vorrichtung kann beispielsweise in Form eines Gürtels
ausgebildet sein.
Die Kommunikationseinrichtungen 3a, 3b können aber auch an oder
in einem Bekleidungsstück oder auch an oder in einem Tragesystem
eines Rucksacks oder Atemschutzgeräts angeordnet sein.
Am zu ortenden Objekt ist eine zu ortenden Kommunikationseinrichtung 4a zu erkennen. Die zu ortende Kommunikationseinrichtung 4a ist dabei Teil einer zweiten mobilen Einrichtung, welche im Wesentlichen einer ersten mobilen
Einrichtung gleicht.
Es ist auch denkbar, dass sich erste und zweite mobile
Einrichtung im Wesentlichen unterscheiden.
Die Figur 1b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 in einer schematischen Draufsicht. Wiederum
werden die mobilen Objekte 1, 2 durch Personen gebildet.
Am Objekt 1 sind nunmehr eine ortende 3a sowie eine weitere 3b, eine zweite weitere 3c und dritte weitere ortende Kommunikationseinheit 3d angeordnet. Zudem ist auch eine zu
ortende Kommunikationseinheit 3e vorgesehen.
Am Objekt 2 sind neben der zu ortenden Kommunikationseinheit 4a auch noch eine ortenden 4b, eine weitere 4c sowie eine zweite weitere 4d und eine dritte weitere ortende Kommunikationseinheit
4e vorgesehen.
In diesem Ausführungsbeispiel agiert jedes der Objekte 1, 2 sowohl als ortendes als auch als zu ortenden Objekt. Dabei ist es einerseits denkbar, dass beide Objekte 1, 2 gleichzeitig geortet werden und orten, oder aber, dass zuerst eines der
Objekte 1, 2 ortet und das andere geortet wird und vice versa.
Durch das Vorsehen von vier ortenden Kommunikationseinheiten 3a-
d bzw. 4b-e je Objekt 1, 2 wird die Genauigkeit der
Positionsbestimmung erhöht.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, die Anzahl an Kommunikationseinheiten 3a-e, 4a-e weiter zu variieren, beispielsweise drei oder auch fünf ortende
Kommunikationseinheiten 3a-d, 4b-e je Objekt 1, 2 vorzusehen.
Die Figur 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100
mit zusätzlichen Erläuterungen.
Es ist erkennbar, dass ein lokales Koordinatensystem K des ortenden Objekts 1, dessen Ursprung im Wesentlichen in der Mitte des Objekts 1 liegt, eingezeichnet ist. Die Position des Ursprungs ergibt sich aus der Anordnung der Kommunikationseinheiten. Die Position P des Objekts 2 relativ zum Objekt 1 im lokalen Koordinatensystem K ist ebenfalls zu
erkennen.
Über das oben beschriebene Verfahren kann eine erster Abstand Al der zu ortenden Kommunikationseinheit 4a zu der ortenden Kommunikationseinheit 3a und sowie ein zweiter Abstand A2 der zu ortenden Kommunikationseinheit 4a zu der weiteren ortenden
Kommunikationseinheit 3b bestimmt werden.
Zu diesem Zeitpunkt sind allerdings nur die Abstände Al und A2, nicht jedoch eine Richtung R bekannt, sodass die Position P
nicht eindeutig bestimmbar ist.
Visualisiert man die möglichen Positionen, die das zweite Objekt 2 aufgrund der ermittelten Abstände Al, A2 einnehmen kann mittels Kreise, so ergeben sich zwei mögliche Punkte Pl, P2, an
welchem sich das zu ortende Objekt 2 aufhalten könnte.
Die Richtung R kann hier nicht exakt bestimmt werden, allerdings kann eine Richtung R‘ bestimmt werden, welche beispielsweise
genau zwischen die möglichen Punkten Pl, P2 zeigt.
Die Position P kann somit aus der Richtung R‘ und den Abständen Al bzw. A2 nur ungenau bestimmt werden. Durch Iteration der Positionsbestimmung, und wenn sich das Objekt 1 währenddessen in Richtung R‘ bewegt, ist es dennoch möglich, dass das Objekt 1 das Objekt 2 findet.
Zur genauen Bestimmung der Position P ist mindestens eine zweite
weitere ortenden Kommunikationseinheit 3c notwendig.
Die Richtung kann dabei beispielweise in polaren Koordinaten angegeben werden, wobei eine Richtung nach vorne, also in
Blickrichtung der Person, einen Winkel von 0° haben könnte.
In Figur 2b ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 gezeigt, in welchem vier ortende Kommunikationseinheiten 3a-d vorgesehen sind. Die ermittelten Abstände Al, A2, A3 sind dabei übersichtshalber nur für drei der vier Kommunikationseinheiten
3a-d dargestellt.
Es ist erkennbar, dass nunmehr nur genau ein Punkt P für die relative Position P des zweiten Objekts 2 zum ersten Objekt 1 in
Frage kommt.
Die Richtung R kann beispielsweise durch einen Verbindungsvektor zwischen dem Punkt Pl und dem Ursprung des lokalen
Koordinatensystems K ermittelt werden.
Bevorzugt werden aber nur die zwei betragsmäßig kleinsten Abstände, in diesem Fall A2 und A3, zur Ermittlung der Richtung R herangezogen. Es ergeben sich also wieder zwei mögliche Punkt
Pl, P2 für die Position P des zu ortenden Objekts 2.
Die Lage der ortenden Kommunikationseinheiten 3a-d im lokalen Koordinatensystem K ist bekannt und ändert sich auch nicht. Wenn nun die Kommunikationseinheiten 3b, 3c die betragsmäßig kleinesten Abstände A2, A3 zu der zu ortenden Kommunikationseinheit 4a aufweisen ist klar, dass nur der Punkt Pl als Position des Objekts 2 in Frage kommt. Würde sich das Objekt 2 nämlich am Punkt P2 befinden, so müssten Ja die Kommunikationseinheiten 3a, 3d die betragsmäßig kleinsten
Abstände messen.
Es ist auch denkbar, dass nur der geringste Abstand herangezogen wird, und die Richtung unter Einbeziehung der Lage der ortenden Kommunikationseinheiten 3a-d im lokalen Koordinatensystem K
ähnlich wie in Figur 2a beschrieben ermittelt wird.
Bezugszeichenliste: 1 ortendes Objekt 2 zu ortendes Objekt 3 Kommunikationseinheiten am ortenden Objekt 3a ortende Kommunikationseinheit 3b weitere ortende Kommunikationseinheit 3C zweite weitere ortende Kommunikationseinheit 3d dritte weitere ortende Kommunikationseinheit 3e zu ortende Kommunikationseinheit 4 Kommunikationseinheiten am zu ortenden Objekt 4a zu ortende Kommunikationseinheit 4b ortende Kommunikationseinheit 4Cc weitere ortende Kommunikationseinheit 4d zweite weitere ortende Kommunikationseinheit 4e dritte weitere ortende Kommunikationseinheit 100 Vorrichtung 101 Erste mobile Einrichtung 102 Zweite mobile Einrichtung
A1 erster Abstand
Innsbruck, am 17. März 2022
92061 24/31

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte (1, 2), vorzugsweise zumindest zweier Personen, zueinander, umfassend folgende Schritte:
    - Herstellen einer Kommunikation zwischen einer zu ortenden Kommunikationseinheit (4a), welche an einem zu ortenden Objekt (2) der zumindest zwei beweglichen Objekte (1, 2) angeordnet ist und einer ortenden Kommunikationseinheit (3a) und wenigstens einer weiteren ortenden Kommunikationseinheit (3b), welche an einem ortenden Objekt (1) der zumindest zwei beweglichen Objekte (1, 2) angeordnet sind, mittels Ultra-Wide-Band-Signalen,
    - Bestimmen eines ersten Abstands (Al) zwischen der ortenden (3a) und der zu ortenden Kommunikationseinheit (4a) und eines zweiten Abstands (A2) zwischen der wenigstens einen weiteren ortenden (3b) und der zu ortenden Kommunikationseinheit (4a) mittels Two-Way-Ranging,
    - Bestimmen einer Richtung (R) des zu ortenden Objekts (2) in Bezug auf das ortende Objekt (1) in einem lokalen Koordinatensystem (K) des ortenden Objekts (1) aus dem ersten (Al) und dem zweiten Abstand (A2), und
    —- Bestimmen einer Position (P) des zu ortenden Objekts (2) relativ zum ortenden Objekt (1) im lokalen Koordinatensystem (K) des ortenden Objekts (1) aus dem ersten (Al) und/oder dem zweiten Abstand (A2) und der Richtung (R).
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikation zwischen wenigstens einer zweiten weiteren ortenden Kommunikationseinheit (3c), welche an dem ortenden Objekt (1) angeordnet ist, und der zu ortenden
    Kommunikationseinheit (4a) hergestellt wird.
    . Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Abstand (A3) zwischen der wenigstens einen zweiten weiteren ortenden Kommunikationseinheit (3c) und der zu
    ortenden Kommunikationseinheit (4a) bestimmt wird.
    . Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den bestimmten Abständen (Al, A2, A3) die zwei betragsmäßig kleinsten Abstände ermittelt und diese zwei betragsmäßig kleinsten Abstände zur Bestimmung der Richtung (R)
    herangezogen werden.
    . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Richtung (R) zusätzlich zu dem ersten (Al) und dem zweiten Abstand (A2) eine Lage der ortenden (3a) und/oder der wenigstens einen weiteren ortenden Kommunikationseinheit (3b) im lokalen Koordinatensystem (K) des ortenden Objekts (1) herangezogen
    wird.
    . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des ersten (Al) und zweiten Abstands (A2), und/oder der Richtung (R) und/oder der Position (P) durch die ortende (3a) und/oder die wenigstens
    eine weitere ortende Kommunikationseinheit (3b) erfolgt.
    . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des ersten (Al) und zweiten Abstands (A2), und/oder der Richtung (R) und/oder der Position (P) durch die zu ortende Kommunikationseinheit (4a)
    erfolgt. . Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
    bestimmte erste (Al) und zweite Abstand (A2), und/oder die
    Richtung (R) und/oder die Position (P) von der zu ortenden
    11.
    12.
    13.
    3 92061 24/31
    Kommunikationseinheit (4a) mittels Ultra-Wide-Band Signal und/oder über ein Long-Range-Wide-Area-Network an die ortende (3a) und/oder die wenigstens eine weitere ortende
    Kommunikationseinheit (3b) übermittelt wird.
    . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
    gekennzeichnet, dass der bestimmte erste (Al) und/oder zweite Abstand (A2), und/oder die Richtung (R) und/oder die Position
    (P) über eine Anzeigevorrichtung (5) angezeigt werden.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu ortenden Kommunikationseinheit
    (4a) zusätzlich über GPS geortet wird.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kommunikationseinheiten (3a, 3b, 4a) über eine Kommunikationsschnittstelle eine Kommunikation mit einem von den zumindest zwei beweglichen Objekten (1, 2) unabhängigen
    Kommunikationsmodul herstellt.
    Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Position (P) des zu ortenden Objekts (2) relativ zum ortenden Objekt (1) über die Kommunikationsschnittstelle an
    das Kommunikationsmodul übertragen wird.
    Vorrichtung (100) zur Bestimmung einer relativen Position zumindest zweier beweglicher Objekte (1, 2), vorzugsweise zumindest zweier Personen, zueinander mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer ersten, an einem ortenden Objekt (1) der zumindest zwei beweglichen Objekte (1, 2) angeordneten oder anordenbaren, mobilen Einrichtung (101) umfassend eine ortende Kommunikationseinheit (3a) und ein
    weitere ortende Kommunikationseinheit (3b), und einer zweiten,
    an einem zu ortenden Objekt (2) der zumindest zwei beweglichen Objekte (1, 2) angeordneten oder anordenbaren, mobilen Einrichtung (102) umfassend eine zu ortende
    Kommunikationseinheit (4a).
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist:
    - eine Kommunikation zwischen einer zu ortenden Kommunikationseinheit (4a) und einer ortenden Kommunikationseinheit (3a) und wenigstens einer weiteren ortenden Kommunikationseinheit (3b mittels Ultra-WideBand-Signalen herzustellen,
    - einen ersten Abstand (Al) zwischen der ortenden (3a) und der zu ortenden Kommunikationseinheit (4a) und einen zweiten Abstand (A2) zwischen der wenigstens einen weiteren ortenden (3b) und der zu ortenden Kommunikationseinheit (4a) mittels Two-Way-Ranging zu bestimmen,
    - eine Richtung (R) des zu ortenden Objekts (2) in Bezug auf das ortende Objekt (1) in einem lokalen Koordinatensystem (K) des ortenden Objekts (1) aus dem ersten (Al) und dem zweiten Abstand (A2) zu bestimmen, und
    - eine Position (P) des zu ortenden Objekts (2) relativ zum ortenden Objekt (1) im lokalen Koordinatensystem (K) des ortenden Objekts (1) aus dem ersten (Al) und/oder dem
    zweiten Abstand (A2) und der Richtung (R) zu bestimmen.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mobile Einrichtung (101) zusätzlich zu der ortenden (3a) und der weiteren ortenden Kommunikationseinheit (3b) eine zu ortende
    Kommunikationseinheit (3£f) aufweist.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mobile Einrichtung (102) zusätzlich zu der zu ortenden Kommunikationseinheit (4a) eine ortende Kommunikationseinheit (4b) und wenigstens eine weitere
    ortende Kommunikationseinheit (4c) aufweist.
    17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (3a, 3b, 4a) eine vorzugsweise omnidirektionale Antenne und ein Signalmodul zur Erzeugung und zum Empfangen von Ultra-Wide-Band-Signalen
    aufweisen.
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kommunikationseinheiten (3a, 3b, 4a) eine Datenverarbeitungsvorrichtung, vorzugsweise in Form eines
    Mikrocontrollers, aufweist.
    19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, einen ersten Abstand (Al), einen zweiten Abstand (A2), eine Richtung
    (R) und/oder eine Position (P) zu bestimmen.
    20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (3a, 3b, 4a)
    Jeweils in einem Gehäuse angeordnet sind. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse, wasserdicht, staubdicht, explosionsgeschützt
    und/oder stoßfest ausgebildet sind.
    22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch
    gekennzeichnet, dass ein ortendes Objekt (1) eine Abschirmung
    zwischen der ortenden (3a) und der wenigstens einen weiteren
    ortenden Kommunikationseinheit (3b) bildet. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mobile Einrichtung (101)
    und/oder die zweite mobile Einrichtung (102) eine
    Anzeigevorrichtung aufweist.
    Innsbruck, am 17. März 2022
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Citations (3)

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US20140159959A1 (en) * 2012-07-11 2014-06-12 Digimarc Corporation Body-worn phased-array antenna
CN110753301A (zh) * 2018-07-06 2020-02-04 北京金坤科创技术有限公司 一种面向陌生场景的室内定位系统及方法
WO2020053215A1 (de) * 2018-09-14 2020-03-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. System und verfahren zur funkwellenbasierten ortung und koordinatentransformation

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