CN109073728A - 用于确定发射器的位置的设备及对应方法 - Google Patents

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约翰内斯·阿伦特
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Abstract

本发明涉及一种用于确定关于发射器(2)的位置的信息的设备(1)，包括天线设备(3)、信号处理设备(5)和数据处理设备(6)。天线设备(3)具有多个不同的方向特性(7)，其中方向特性(7)在每个情况下至少与天线设备(3)的一组空间上不同的接收灵敏度有关。天线设备(3)以不同方向特性(7)从发射器(2)接收信号，其中信号处理设备(5)处理接收到的信号并在每个情况下确定场强的振幅值。数据处理设备(6)基于已经为接收到的相关联信号确定的振幅值和方向特性(7)来确定关于发射器(2)的位置的信息。此外，本发明涉及对应的方法。

Description

用于确定发射器的位置的设备及对应方法
技术领域
本发明涉及用于确定关于发射器的位置的至少一条信息的设备。此外，本发明涉及用于确定关于至少一个发射器的位置的至少一条信息的方法。
背景技术
在物流和生产技术领域中，使用允许识别物体的射频应答器(“射频识别”(RFID)应答器或RFID标签)。这些应答器通常是无源的并且以激励信号的形式由射频电磁场激励。应答器使用该信号并响应于激励将调制信号返回到RFID读取器。响应信号包括可由读取器评估的应答器的信息。这意味着可以经由应答器清楚地识别和分配物体。
除了识别物体之外，还期望对物体的定位。为此，首先，必须确立方向信息，该方向信息提供关于应答器从其返回它的应答的相对于读取器位置的方向的信息。通过使用另一个读取器，即，空间上与第一个读取器分离的读取器，两者的方向信息可以用于确立物体在平面内的位置。空间定位需要第三个读取器。
借助于物体的这种射频识别及其定位，可以管理和优化不同的货物流程。在自动检测移动通过门的托盘上的物体的情况下，定位允许自动检测方向。例如，可以区分入口和出口。
另一个应用是在仓库中找到设有RFID应答器的存放货物。
如在通过门时或在移动单元中采用的现代系统通常由具有一到四个并且可能甚至更多个端子的读取器，这些端子允许连接每个天线。使用这些天线，可以发出射频激励信号和接收应答器的响应信号。
在仅具有一个端子的读取器中，连接由单个辐射器组成的天线。这允许仅检测应答器，但不能确立应答器的方向位置。当若干天线连接到读取器时，通常在读取器内进行天线之间的顺序切换。通过天线的局部分布，可以推导出应答器的位置。但是，方向信息非常不准确或模糊，并且天线的分布还涉及高空间要求并因此涉及高安装工作量。
可以利用诸如MUSIC(“多信号表征”)或ESPRIT(“经由旋转不变技术估计信号参数”)的已知算法来确立方向估计。但是，为此，必须确立接收到的信号的幅度和相位。典型的RFID读取器不提供该选项，因为它们仅为每个识别出的应答器提供接收场强的振幅的测量(“接收信号强度指示”(RSSI))。这意味着只有幅度可用，而无相位可用，使得无法应用已知的算法。
[1]给出了一种用于无线网络中的方向寻找的基于RSSI的方法。通过连续地切换具有减小的波束宽度的辐射图，可以将要找到的发射器分配给一个扇区。但是，这里，入射方向的分辨率精度仅由最窄的波束宽度给出，这分别导致大的天线孔径和昂贵的波束形成网络。
关于分辨率精度，[2]中给出的方法也取决于波束宽度。这里，固定的主波束机械地枢转，直到已找到具有最强RSSI值的方向。
[3]中示出了另一种基于RSSI的方法。这里，通过天线的空间布置获得RSSI值与空间方向之间的分配。这里，分辨率取决于各个辐射器的波束宽度。
结合方向估计算法MUSIC的基于RSSI的方法在[4]中给出。通过搜索合适的导向向量，推断出信号协方差矩阵而不测量任何相位信息。该方法的准确性与各个天线的方向性密切相关。
专利US 8,433,337B2示出了一种方法，其中来自两个天线的信号经由90°混合耦合器和附加的可切换移相器以四种不同方式彼此组合。由此，相位信息被转换为振幅信息，使得可以从RSSI值推断出两个天线之间的相位关系。即使有两个以上的天线，天线总是成对组合，而不同的对一个接一个地被激活。基本上，在不同的方向特性之间执行切换。但是，这些具有低方向性，因为仅两个元件同时“有效”。通过考虑噪声，可能出现模糊，这可能使方向发现变得不可能。这里，准确度还取决于各个元件的方向性的准确度。
在[5]中，组合了四个天线的信号。天线经由所谓的巴特勒矩阵连接到RFID读取器。在读取器内，在巴特勒矩阵的输入端口之间执行切换。平面内的入射角可以从RSSI值和巴特勒矩阵的特性推导出。由于方向特性的空间对称性，因此，明确地在空间上确定方向(即在两个平面中)是不可能的。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于确立发射器的位置，同时避免现有技术的缺点的设备和方法。
该目的通过一种用于确定关于至少一个发射器的位置的至少一条信息的设备来实现。该设备包括天线设备、信号处理设备和数据处理设备。天线设备包括若干不同的方向特性，每个方向特性至少与天线设备的一组空间上不同的接收灵敏度有关。因此，天线设备不以空间均匀的方式接收信号，而是，取决于方向特性，优选地从不同的空间区域接收信号。天线设备被配置为以不同方向特性从发射器接收至少一个相应信号。由于每个方向特性连接到特殊的灵敏度分布，因此发射器的信号也将作为不同的接收信号被接收。在一个实现中，以不同方向特性进行接收以时间偏移的方式发生，并且在另一个实现中同时发生。因此，在一个实现中，假设发射器基本上以相同的信号强度发出每个信号。信号处理设备被配置为处理从天线设备接收到的信号，并确定接收到的信号的场强的相应振幅值。最后，数据处理设备被配置为基于方向特性和从接收到的相应相关联信号确立的振幅值来确立关于发射器的位置的信息。
这意味着信号在设备中以不同的方向特性被接收。对于接收到的信号，确定每个振幅值，该振幅值与对应的信号相关联，并且因此也与相应的方向特性相关联。在一个实现中，方向特性连接到波束的方向，使得信号也主要从该方向接收。关于发射器位置的信息从方向特性的数据和相应的振幅值开始确立。
在一个实现中，该设备附加地包括控制设备。控制设备被配置为切换不同的方向特性以接收从发射器传出的信号。因此，数据处理设备被配置为基于切换的方向特性和相关联确立的振幅值来确立关于发射器位置的信息。在一个实现中切换方向特性意味着仅切换的方向特性的信号将到达信号处理设备。在替代或附加的实现中，天线设备受到干扰，使得仅具有切换的方向特性的信号可以被接收到。
在一个实现中，控制设备还用于切换使用其发出激励信号的方向特性。这在无源发射器中是必需的，例如像RFID应答器。在一个实现中，方向特性还需要空间上不同的辐射分布。
一个实现提供数据处理设备，该数据处理设备被配置为从以向量形式确立的振幅值和关于方向特性的数据确立关于发射器相对于天线设备的方向的声明，作为关于发射器位置的信息。在该实现中，至少确立发射器相对于天线设备定位在哪个方向上。接收向量由振幅值和关于相应方向特性的数据构造。
一个实现包括天线设备，该天线设备被配置为使得每个方向特性包括全局最大值，该全局最大值各自位于在与天线设备相关联的辐射区域中由一对方位角和共仰角确定的特殊扇区中。在该实现中，方向特性的最大值-特别是关于灵敏度-与天线设备周围的扇区或区域相关联。这意味着每个方向特性将从其相应的相关联扇区接收最强信号。在一个实现中，这也适用于使用天线设备发出信号。这里，扇区由两个角定义。
一个实现提供天线设备，该天线设备被配置为使得每个方向特性包括侧边最大值，该侧边最大值各自位于与布置全局最大值的扇区不同的扇区中，并且包括到全局最大值的水平的可预先确定的水平距离。在该实现中，关于接收灵敏度提供位于不同扇区中的较小的侧边最大值。因此，每个侧边最大值表现出到全局最大值的水平的可预先确定的水平距离。这里，水平是为接收特性，或者取决于实现，为天线设备的传输特性定义的任何测量。
一个实现包括天线设备，该天线设备被配置为使得每个方向特性包括侧边最大值，该侧边最大值每个位于与全局最大值相同的扇区中，并且包括到全局最大值的水平的可预先确定的水平距离。在该实现中，侧边最大值位于与相应全局最大值相同的扇区中。因此，进一步降低了从相邻扇区接收的风险，并且增加了确立关于发射器位置的信息的明确性。
一个实现提供信号处理设备，该信号处理设备是RFID读取器，其生成“接收信号强度指示”值作为接收到的信号的场强的振幅值。在该实现中，发射器是RFID应答器，使得信号处理设备因此是RFID读取器。
在替代实现中，激励信号由设备发出并由发射器反射。
一个实现包括被配置为识别发射器的信号处理设备。这在RFID应答器中例如使用在响应信号中传输的标识数据完成。
一个实现提供包括信号源的设备。因此，信号源被配置为生成激励信号。此外，控制设备被配置为切换相应方向特性用于辐射激励信号。在替代实现中，激励信号以全向方式发射而没有控制设备。在一个实现中，激励信号提供发射器所需的能量，以便能够发出信号。替代地，激励信号由发射器反射，使得发射器是纯粹的无源性质。在替代的情况下，例如像在雷达中，信号仅被(无源地)反射。
一个实现包括控制设备，该控制设备被配置为将切换用于辐射激励信号的方向特性切换作为用于接收从发射器传出的信号的方向特性。在该实现中，激励信号以某种方向特性发射，并且接收信号以相同的方向特性被接收。因此，一个空间区域被提供有特定程度的激励信号，并且信号基本上仅从该空间区域接收。
在另一个变型中，发射器是自动地发出信号的有源发射器。这些信号由天线设备接收并随后用于确立方向信息。这意味着，在一个变型中，设备仅是接收类型的设备。
一个实现提供天线设备，该天线设备包括若干天线元件。在一个实现中，每个天线元件连接到方向特性。因此，一个实现中，天线元件是贴片天线的一部分，并且替代地，是偶极天线、单极天线、单极型天线、芯片天线或环形天线。
一个实现包括天线设备，该天线设备包括馈送网络，该馈送网络引起天线设备的不同方向特性。例如，馈送网络可以被实现为巴特勒矩阵。
一个实现提供馈送网络，该馈送网络被配置为单独输出与方向特性相对应的从天线设备接收到的信号。在一个实现中，提供了天线设备和馈送网络，该天线设备同时接收具有不同方向特性的相应信号，并且该馈送网络输出每个与方向特性相关联地接收到的所有信号。这是一种频谱分解。
一个实现提供被实现为多波束天线的天线设备。多波束天线包括若干方向特性，每个方向特性由波束表征。一个实现中，波束指向不同的方向。
此外，本发明的目的通过用于确定关于至少一个发射器的位置的至少一条信息的方法来实现。因此，接收从发射器传出的具有不同方向特性的信号。每个方向特性与空间上不同的接收灵敏度相关，使得具有不同方向特性的发射器的信号每个都以不同的强度被接收。根据接收到的信号的场强确立每个振幅值。最后，关于信号的位置的信息从方向特性开始确立-或者从描述不同灵敏度分布的数据以及根据接收到的相应信号已经确立的振幅值开始确立。
与设备相关的上述解释和实现也对应地适用于本发明的方法。相反，方法步骤也可以通过设备的实现来实现，使得与方法相关的讨论也适用于设备。
换句话说且涉及具体实现再次描述本发明。
在一个实现中，提供了一种用于确立复数接收向量的方法，以便至少允许使用RSSI值估计RFID应答器的方向。在一个实现中，该方法基于具有可切换方向特性的天线和RFID读取器的组合，该RFID读取器为源自识别出的应答器的信号提供相应的RSSI值。
附图说明
特别地，存在多种方式来进一步实现和开发本发明的设备和本发明的方法。这里，一方面参考权利要求，另一方面结合附图参考以下对实施例的描述，其中：
图1示出了与发射器组合的本发明的设备的粗略图示，
图2示出了辐射区域及其分解成16个扇区的图，
图3示出了方向特性与辐射区域的扇区的关联图，
图4示出了设备的替代实现的示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明设备1的应用，在这种情况下，该设备1用于确立发射器2的位置。
为此目的，设备1包括天线设备3、控制设备4、信号处理设备5和数据处理设备6，天线设备3包括若干天线元件8。在这种情况下，天线设备3是多波束天线。
控制设备4作用于天线设备3，以便决定要切换到哪个方向特性7，使得经由该方向特性接收到的信号被馈送到信号处理设备5。这里，从天线设备3接收到的信号由与各个方向特性7相关联的馈送网络9输出。这里，方向特性7与天线设备3的n个天线元件8中的每一个相关联，并且又与馈送网络9的n个天线输入端21(输出端口是替代术语)中的一个相关联。馈送网络9的m个信号输入端20每个经由图示的开关12单独连接到信号处理设备5，使得仅接收到的这一方向特性的信号将被进一步处理。这允许选择和/或切换某个方向特性
替代地，存在若干信号处理设备5-这里未示出-每个信号处理设备5评估以方向特性接收到的信号。这样的实现允许并行评估连接到若干方向特性的信号。对于该实现，例如，特别提供被实现为巴特勒矩阵的馈送网络9。一般而言：馈送网络9使天线设备3已以其接收信号的每个方向特性的相应单独信号可用。在该实现中，馈送网络9输出在m个信号输入端20处经由相关联的方向特性7接收到的信号。这里，n个天线元件8连接到馈送网络9的n个天线输入端21。
但是，在所示的实现中，通过在相应的期望方向特性7的信号输入端20与信号处理设备5之间提供连接，单个信号处理设备5(其相应的方向特性7被切换)就足够了。这里，信号输入端20用于输出接收到的信号。产生作为信号输入端20的特性，因为它用作激励信号的输入。
信号处理设备5根据接收到的信号确立信号的场强的相应振幅值。这意味着生成信号强度的测量。同时，每次测量或每个切换的方向特性仅产生单个值。
在一个实现中，信号处理设备5特别地被配置为从接收到的相应信号中提取发射器已经对从其传出的信号加印记的一条信息。该信息可以是例如发射器2发射的测量值，或者例如至少是发射器2的标识的符号。
特别地，信号处理设备5将接收到的信号减小到仅振幅值，使得复信号-包括幅度和相位–被减小到测量值。与信号一起发送的信息应与物理特性分开考虑。
使用控制逻辑10(在这种情况下，控制逻辑10是天线设备3的一部分)，切换若干方向特性7并确立相应的振幅值。随后基于确立的振幅值和方向特性7的灵敏度分布的知识确立发射器2的位置。数据处理设备6用于此，其也可以包括数据存储装置，比如用于存储关于方向特性的数据。
方向特性7由于其波束形状而各自包括主方向。因此，来自不同方向和区域的信号由不同的方向特性7接收，使得最终可以使用振幅值和方向特性的接收灵敏度的相关联分布-即，与方向特性相关联并关于其接收灵敏度描述方向特性的数据-来确定发射器2的位置。
考虑其中发射器2位于只能以方向特性7接收信号的区域内的示例。因此，信号只能以这个方向特性接收并且将只以这个方向特性产生非零的振幅值。因此，可以从振幅值推导出其中发射器相对于天线设备3所位于的方向。
此外，当从发射器2预期的场强的测量是已知时，在一个实现中，确立的振幅值还允许得出关于到天线设备的距离的结论，因为接收灵敏度例如随着距离的增加而减小。
此外，这里的设备1包括用于向使用不同的方向特性的发射器2发射激励信号的信号源。这里，发射器2可以是纯粹的无源性质，例如，像RFID标签，其用响应信号对激励信号作出反应。例如，发射器也可以是雷达设备，其中从发射器2传出的信号是反射信号。在一个实现中-这里未示出-信号源11是信号处理设备5的组件，信号处理设备5可以是例如RFID读取器。
在用RFID标签作为发射器2的应用的情况下，信号处理设备5特别地是常规的RFID读取器。这样的RFID读取设备5一方面通过提取RFID标签传送的数据(例如，像标识数据)并且另一方面通过生成作为接收到的信号的场强的指示的所谓的“接收信号强度指示”(RSSI)值来评估源自RFID标签的信号。
下面将再次讨论本发明的技术基础。
假设发射器2可以位于其中并且由天线设备3的方向特性覆盖的整体空间区域。
整个空间区域或辐射区域Ω被定义为如下：
因此，φ是方位角，并且θ是共仰角。角度各自包括下阈值φl和θl以及上阈值φu和θu。形成天线设备的相应方向特性与其对应的相应空间扇区Ωi，j。
一个实现中的方向特性的特征在于它们在相关联的扇区中包括它们的全局最大值。此外，在直到低于全局最大值的某个可预先确定的水平距离的任何剩余扇区中没有另外的最大值。
扇区Ωi，j由以下定义给出：
其中i＝1，…μ并且j＝1，…ν。 (3)
这里，以下适用：
从公式(3)得出扇区的数量为μ*ν。
图2示例性地示出了将辐射区域Ω(根据定义(1))划分为16个扇区Ωij(根据(2)中的定义)，其中μ＝ν＝4。
以下方向特性与扇区Ωij相关联：
其中k＝ν*(j–1)+i, (5)
其中共偏振分量为并且交叉偏振分量为
方向特性在区间和θ1，j≤θ≤θu，j中包括其全局幅度最大值。
只要以下适用：max{k}＝μ*ν，就可以根据需要选择公式(5)中的(i，j)和k之间的关联。替代的关联是：k＝μ*(i–1)+j。
方向特性由对应的馈送网络9设定。这里，馈送网络9的每个信号输入端(替代术语：输入端口)20与某个方向特性7对应，如图1中针对多波束天线所概述的。
方向特性特别地是所谓的端口方向特性。在一个实现中，馈送网络9是本征模式网络(参见，例如，[6]。)在还有的实现中，馈送网络9被实现为巴特勒矩阵(参见，例如，[7])，其信号输入端20与相互正交的馈送向量对应。替代地，网络9可以以任何方式生成彼此定向的馈送向量。
在图3中，天线设备3或馈送网络9的输入端(即，每个信号输入端)20处的每个端口根据等式(5)与方向特性对应，从而导致扇区Ωij中的辐射最大值(根据等式(2))。
这里，例如，作为天线设备3的多波束天线包括n个天线元件，其连接到馈送网络9的n个天线输入端21并且使用其激励或切换m个信号输入端20。
将结合图3描述经由天线设备或其天线元件8发出信号(参见左侧箭头指向上方的两个向量)。
假设如下：
是仅激励第k个输入端口20(馈送网络9的底层)的输入向量。使用馈送网络9的散射矩阵：
结果将是网络输出端处的激励向量(顶层具有天线元件8)：
其中向量引起方向特性
当同时馈送若干信号输入端20(替代术语将是端口)时，将发生与端口20相关联的方向特性的加权叠加。方向特性彼此组合以发射激励信号。
在图3的示例(左侧)中，作为激励信号的向量的公式(8)的输入向量与馈送向量成比例地划分。
将使用图3右侧的向量(通过向下指示的示意性箭头连接)来讨论接收情况，其中输入向量将对应于等式(9)分解成其各个方向特性7的部分。
当从某个方向接收到信号时，向量将出现在馈送网络9的顶层。
由于这里描述的实现中的网络9是无源网络，因此以下适用：
因此，将如下变换到馈送网络9的底层：
因此，该项对应于将天线元件8的接收信号的向量投影到向量上，从而产生方向特性因此，被分解成个体中出现的部分。
假设向量和(其中(k，l)＝1，...m并且k不等于l)是成对正交的。此外，要从特性的主辐射方向接收信号。因此，适用于任何实常数c>0，其应该被理解为是接收振幅的测量。
然后，产生这意味着仅在天线输入端21处施加了与方向特性对应的信号。在其余的特性中，不包含信号部分。
因此，使用描述与各个方向特性对应地细分的接收信号的信号可以推导出接收到的相应信号的入射方向。
在一个实现中，用于识别的方法如下：
·切换方向特性这里，在一个实现中，特别地选择馈送网络9的输入端口20中的一个并且将其连接到信号处理设备5或信号源11。
·天线设备3经由所选择的方向特性发出激励或请求信号。
·以方向特性到达、或激励或唤醒的应答器2(或作为这里描述的发射器的示例的RFID标签)返回响应信号，该响应信号除其它内容之外还包含应答器的标识。
·响应信号经由天线设备接收，并且与所选择的方向特性对应的信号部分可用于作为信号处理设备5的实现的读取器。
·读取器5评估响应信号并使应答器的标识和接收到的信号的强度的测量(RSSI值)可用。
因此，应答器(通常是发射器)可以与当前选择的(或切换的)方向特性相关联。
对于若干方向特性7执行该过程。这意味着一个接一个地读出个体中的信号部分，并且应答器信号或振幅幅度可以与方向特性相关联。总共，设定用于发射器位置的向量。输入值由接收到的相应信号的场强的幅度产生，并且基本向量由相关联的方向特性(例如波束的相应方向)产生。
图4示出了设备1的替代实现。这里，天线设备3也被实现为多波束天线，并且包括控制逻辑10和数据处理设备6(替代地也称为计算单元)。
以下是评估接收到的信号或确立关于发射器2的位置的信息的考虑因素。
为了能够确定应答器(或通常是发射器，无论它们是有源的还是无源的发射器)的方向，响应信号(或通常是接收到的信号)以复数形式呈现将更容易，即，包括幅度和相位。但是，常规的RFID读取器(或RFID接收器)仅以RSSI值的形式使振幅可用。当使用本发明的设备并根据等式(2)和(4)将辐射区域Ω划分成各个扇区Ωij时，可以推导出天线元件8处的复信号，如下面将讨论的。
代替复信号(参见等式(9)和图3)，对应于如上所述的发射器或RFID标签的标识，存在的各个分量的振幅。获得以下向量：
与一样，向量也取决于接收信号的入射方向。但是，由于方向特性与特定辐射区域Ωij的明确关联，因此RSSI值的明确向量将与每个入射方向相关联。
对于某个入射方向 将仅对于产生，而对于其它入射方向将不产生。因此，信号的相位固有地隐藏在各个方向特性中。这意味着表示可以如下定义：
和：
为了能够在和或之间做出关联，必须首先确立用于不同入射角的可能的复向量。这意味着必须确立方向特性和接收灵敏度(或者通常还有其发射灵敏度)的空间分布。这可以通过模拟或测量阵列来完成，其中所有入射角的向量根据(1)中的定义在辐射区域Ω上被记录。这里，辐射区域以离散的方式被通过，使得最终结果是可计数的(有限的)已知入射角的集合，并且因此是向量和上标指示所关心的针对离散入射角确立的向量。原则上，这些是导向向量。
与复向量的关联对应于搜索，其中复向量以最小平方误差的方式确立，其范数为：
利用以下向量：
变得最小。
这意味着：
如从等式(14)可以看出，一方面可以测量天线脚点处的向量并且向量通过计算使用散射矩阵来确立。因此，确定阵列中各个天线元件的方向特性就足够了，而无需馈送网络。另一个方面，可以测量阵列的端口方向特性，即，包括馈送网络，并且可以直接确立向量
入射角直接由复向量或或由应用于向量的任何方向估计算法产生。还可以确定跨在若干切换循环上确立的若干连续入射角的时间平均值。因此，估计角度的方差以及因此测量不确定性减小。在实践中，存在的方向特性的侧边最大值通常被限制为相对于主最大值的水平的某个最大水平，以便对由叠加噪声引起的可能的不确定性具有鲁棒性。否则，在确定方向时可能存在歧义。
为了使函数(11)和(12)明确，在一个实现中，提供了使用多波束天线，其方向特性包括明确的全局最大值，并且跨所有扇区，在辐射区域内没有另一个全局最大值形式的对称性。典型或常规RFID读取器与对应的多波束天线的组合允许得出关于复值接收信号的结论，而不必干扰读取器。
图4示出了设备1的对应设置的示例性体系架构，通过该体系架构，可以根据之前描述的过程读出可用的方向特性并且可以确定识别出的标签(或发射器)2的入射角。除了天线元件8和馈送网络9之外，多波束天线3包括射频开关(RF开关)12和控制逻辑10。使用控制逻辑10，期望的端口方向特性(参见定义(5))使用RF开关12进行调整。要作为激励信号发射的RF信号由外部RFID读取器5(其因此包括图1的实现的信号源11)经由RF信号连接提供，并且提供用于RFID读取器5的接收信号。A，相对于天线设备3，外部控制设备4允许控制读取器5和多波束天线3。作为天线设备3的一部分的数据处理设备6根据等式(13)确定应答器信号的入射方向。RSSI值和应答器标识从RFID读取器5获得。在具有控制单元的RFID读取器5的典型安装中，所示的实现的优点在于仅当前的天线必须由包括控制逻辑10和数据处理设备6的天线设备3替换-不需要其它附加组件。
下面将以另一种方式描述本发明：
在一个实现中，本发明允许确立关于发射器的位置的信息，该信息至少是关于发射器的方向的声明。这是基于RSSI值(或者，通常仅有接收到的信号的振幅值)结合多波束天线完成的。
除其它之外，还具有以下优点：
当使用在一个实现中容纳在多波束天线中的计算单元或数据处理设备时，在一个实现中，多波束天线和RFID读取器之间的单个RF路径足以估计方向。
这意味着，在一个实现中，仅使用包括单个端口的单个RFID读取器。这种读取器通常比具有若干端口的RFID读取器便宜。此外，在一个实现中，由于多波束天线本身在功能上覆盖了切换和估计方向，因此不需要用于切换和计算的附加基础设施组件。
可以根据需要选择天线元件的数量或方向特性以及辐射区域的划分。随着元件和扇区数量的增加，可以提高估计方向的精度。这意味着它可以适于相应的应用情况。
任何常规(商业)标准RFID读取器都可以用作信号处理设备。这些为识别出的每个应答器提供RSSI值。
根据本发明，使用具有不同可切换或可选择方向特性的天线设备(在一个实现中，多波束天线)和对应的辐射区域划分，可以省去测量复信号。信号处理的一部分由天线设备及其方向特性执行，使得RSSI值(或通常，振幅值)足以确定位置或至少估计方向。
总之，具有以下优点：
·结果的精度不再或仅在有限的程度上取决于各个天线元件的方向效应。这是基于以下事实：利用各个方向特性以及因此各个天线元件接收到的信号被一起处理以形成用于发射器位置的向量。
·与方向天线的机械跟踪解决方案相比，本发明允许更紧凑的实现，具有低响应时间，此外没有机械消耗或磨损。这特别适用于其中天线设备是贴片天线的实现。
·与其中若干接收节点分布在空间中的解决方案相比，单个接收节点就足够。因此，信号处理设备(比如RFID读取器)例如就足够。精度不是排他地由节点的数量决定，而是由阵列中天线元件的数量和扇区的数量决定。
本发明的技术应用领域是例如物流、生产、门通道等，包括批量读取(在短时间内检测许多应答器)、自动化存货提取或人员身份检查(比如医疗保健中)。
尽管已经在设备的上下文中描述了一些方面，但是显然，这些方面也表示对应方法的描述，使得设备的块或元件也对应于相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在上下文中或作为方法步骤描述的方面也表示对应设备的对应块或项目或特征的描述。一些或所有方法步骤可以由(或使用)硬件装置执行，比如，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，一些或若干最重要的方法步骤可以由这样的装置执行。
取决于某些实现要求，本发明的实施例可以用硬件或软件实现，或者至少部分地用硬件实现，或者至少部分地用软件实现。实现可以使用数字存储介质来执行，例如软盘、DVD、蓝光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器、硬盘驱动器或具有存储在其上的电子可读控制信号的其它磁或光存储器，其与或能够与可编程计算机系统协作，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括数据载体，该数据载体包括电子可读控制信号，其能够与可编程计算机系统协作，使得执行本文所述的方法之一。
通常，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码可操作用于当计算机程序产品在计算机上运行时执行这些方法之一。
例如，程序代码可以存储在机器可读载体上。
其它实施例包括用于执行本文描述的方法之一的计算机程序，其中计算机程序存储在机器可读载体上。换句话说，本发明方法的实施例因此是包括程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本文所述的方法之一。
因此，本发明方法的另一个实施例是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，其包括记录在其上的用于执行本文所述方法之一的计算机程序。数据载体或数字存储介质或计算机可读介质通常是有形的和/或非易失性的。
因此，本发明方法的另一个实施例是表示用于执行本文所述方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。例如，数据流或信号序列可以被配置为经由数据通信连接，例如经由互联网传输。
另一个实施例包括被配置为或适于执行本文所述的方法之一的处理部件，例如计算机或可编程逻辑器件。
另一个实施例包括计算机，其上安装有用于执行本文所述方法之一的计算机程序。
根据本发明还有的实施例包括被配置为将用于执行本文描述的方法之一的计算机程序传送到接收器的设备或系统。传输可以以电子或光学方式执行。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储设备等。该设备或系统可以例如包括用于将计算机程序传送到接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列，FPGA)可用于执行本文所述方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以便执行本文描述的方法之一。通常，在一些实施例中，方法由任何硬件装置执行。这可以是普遍适用的硬件，诸如计算机处理器(CPU)或者特定于方法的硬件，诸如ASIC或微处理器，比如以ARM体系架构的形式。
上述实施例仅用于说明本发明的原理。应该理解的是，本文所述的布置和细节的修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，意图是本发明仅受所附权利要求的范围的限制，而不受通过本文实施例的描述和解释所给出的具体细节的限制。
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Claims (15)

1.一种用于确定关于至少一个发射器(2)的位置的至少一条信息的设备(1)，
包括天线设备(3)、信号处理设备(5)和数据处理设备(6)，
其中天线设备(3)包括若干不同的方向特性(7)，
其中方向特性(7)各自与天线设备(3)的至少一组空间上不同的接收灵敏度有关，
其中，天线设备(3)被配置为利用不同方向特性从发射器(2)接收至少一个相应信号，
其中，信号处理设备(5)被配置为处理从天线设备(3)接收到的信号并确立接收到的信号的场强的相应振幅值，以及
其中，数据处理设备(6)被配置为基于方向特性(7)和从接收到的相应相关联信号确立的振幅值来确立关于发射器(2)的位置的信息。
2.如权利要求1所述的设备(1)，
设备(1)包括控制设备(4)，
其中，控制设备(4)被配置为切换不同的方向特性，用于接收从发射器(2)传出的信号，以及
其中，数据处理设备(6)被配置为基于切换的方向特性(7)和确立的相关联振幅值来确立关于发射器(2)的位置的信息。
3.如权利要求1或2所述的设备(1)，
其中，数据处理设备(6)被配置为从以向量形式确立的振幅值和关于方向特性(7)的数据确立关于发射器(2)相对于天线设备(3)的方向的声明作为关于发射器(2)的位置的信息。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备(1)，
其中，天线设备(3)被配置为使得方向特性(7)各自包括全局最大值，全局最大值各自位于与天线设备(3)相关联的辐射区域中由一对方位角和共仰角确定的特定扇区中。
5.如权利要求4的所述设备(1)，
其中，天线设备(3)被配置为使得方向特性(7)各自包括侧边最大值，侧边最大值各自位于与全局最大值所位于的扇区不同的扇区中，并且包括到全局最大值水平的可预先确定的水平距离。
6.如权利要求4的所述设备(1)，
其中，天线设备(3)被配置为使得方向特性(7)各自包括侧边最大值，侧边最大值各自位于与全局最大值相同的扇区中并且包括到全局最大值水平的可预先确定的水平距离。
7.如权利要求1至6中任一项所述的设备(1)，
其中，信号处理设备(5)是RFID读取器，RFID读取器生成“接收信号强度指示”(RSSI)值作为接收到的信号的场强的振幅值。
8.如权利要求1至7中任一项所述的设备(1)，
其中，信号处理设备(5)被配置为识别发射器(2)。
9.如权利要求2至8中任一项所述的设备(1)，
设备(1)包括信号源(11)，
其中，信号源(11)被配置为生成激励信号，以及
其中，控制设备(4)被配置为切换相应的方向特性(7)以辐射激励信号。
10.如权利要求9所述的设备(1)，
其中，控制设备(4)被配置为切换为了辐射激励信号而切换的方向特性，作为用于接收从发射器(2)传出的信号的方向特性。
11.如权利要求1至10中任一项所述的设备(1)，
其中天线设备(3)包括若干天线元件(8)。
12.如权利要求1至11中任一项所述的设备(1)，
其中天线设备(3)包括馈送网络(9)，以及
其中馈送网络(9)引起天线设备(3)的不同方向特性(7)。
13.如权利要求12所述的设备(1)，
其中，馈送网络(9)被配置为以与方向特性(7)相对应划分的方式输出从天线设备(3)接收到的信号。
14.如权利要求1至13中任一项所述的设备(1)，
其中天线设备(3)被实现为多波束天线。
15.一种用于确定关于至少一个发射器(2)的位置的至少一条信息的方法，
其中，从发射器(2)传出的信号以不同的方向特性(7)被接收，每个方向特性(7)与空间上不同的接收灵敏度有关，
其中，确立接收到的信号的场强的相应振幅值，以及
其中，从方向特性(7)和根据接收到的相应相关联信号确立的振幅值开始确立关于发射器(2)的位置的信息。
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