CN111357341B - 借助于车辆对移动终端设备的定位 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定移动终端设备在车辆的内部空间中或在车辆的环境中的位置的方法，在该方法中，通过安置在车辆处的至少一根天线接收由移动终端设备以给所选择的无线电技术的信道分配的载波频率发送的无线电信号。

Description

借助于车辆对移动终端设备的定位
技术领域
本发明涉及一种用于确定移动终端设备在车辆内部空间中或在车辆环境中的位置的方法，在该方法中，通过安置在车辆处的至少一根天线接收由移动终端设备以为所选择的无线电技术的信道分配的载波频率发送的无线电信号。
背景技术
对于很多应用来说，基本要求是尽可能精确地定位移动单元或测定移动单元的方位。因此，用于确定移动单元的位置的方法具有很高的经济意义。
一种已知的应用是借助于人携带的移动智能电话测定人的方位。该应用例如在搜寻失踪或被绑架的人时是有帮助的。然而，自由选择停留地点属于每个自然人的所谓的个人权利。因此，人的停留地点是其信息自决权的对象，即，原则上该人必须能够允许或禁止确定其携带的智能电话的位置。
DE 102 01 474 A1相应公开了一种用于授权通过第二终端设备查询第一终端设备的位置的方法。如果第一终端设备是移动终端设备，该移动终端设备布置在蜂窝网络的蜂窝小区中并且与蜂窝网络的对蜂窝小区进行限定的基站无线通信，可凭借通过基站的天线测得的接收电平确定第一终端设备与基站的距离。
此外，人的停留地点在人员营救时也起到决定性的作用。仅在尽可能精确地定位到了需要帮助的人之后才可执行有针对性的营救措施。
由DE 101 03 034 A1已知一种用于确定求助者的位置的方法，在该方法中，求助者随身携带有与消息中心无线连接的GPS终端设备(Global Positioning System(全球定位系统))和独立于GPS终端设备的移动终端设备，该移动终端设备与GPS终端设备无线连接。移动终端设备具有紧急呼叫按钮，并且GPS终端设备具有用于测量移动终端设备的无线电信号的接收电平的装置。在使用紧急呼叫按钮紧急呼叫时，GPS终端设备可传送它的呈GPS坐标的形式的位置以及测得的接收电平。基于接收电平可在消息中心中算出移动终端设备与GPS终端设备的距离。通过这种方式，如果求助者已经离开GPS终端设备并且他的位置偏离了GPS终端设备的位置，此时还能以围绕GPS终端设备的所传送的位置的圆周的形式确定求助者的位置。
同样，自主或至少部分自主运动的移动单元必须精确确定自身的位置，以便基于当前位置正确确定朝目的地的方向的进一步的运动。
DE 10 2014 002 150 B3公开了一种用于凭借由移动单元、例如车辆的光学传感器探测到的移动单元的环境图像以及先前存储的环境图像确定移动单元的位置的方法。根据特定对象在探测到的环境图像中的相对位置和这些特定对象在从已知位置预先存储的环境图像中的相对位置，形成移动单元的位置的第一位置假设。此外，例如基于由移动单元测得的、由在移动单元的环境中的天线发送的WLAN无线电信号的多个接收电平，能以类似的方式形成移动单元的位置的其他的位置假设。然后，通过合并所形成的位置假设确定移动单元的位置。
在所有上述方法中，都通过天线测量由发送器发送的无线电信号的接收电平。然后由测得的接收电平来确定对应的接收强度值(Received Signal Strength Indicator(接收信号强度指示符)，简称RSSI)，其又使得能够算出发送器与天线的距离。
用于借助于无线电技术确定位置的方法在US 2016/0320469A1中结合与无钥匙地进入车辆进行了描述，在WO 2017/181050 A1中用于移动终端设备的授权的目的，而在DE11 2014 001 445 T1中用于报警以防止在车辆中携带的对象被盗。
移动终端设备的与特定的无线电技术相符的无线电信号具有所谓的载波频率，该载波频率通常被分配给为该特定的无线电技术保留的所谓的ISM频带(工业、科学和医学频带)。例如2.4GHz频带保留用于流行的无线电技术WLAN和蓝牙。经常将ISM频带分成多个连续编号的信道，信道分别分配有特定的载波频率。信道通常理解成相对于ISM频带的宽度更窄的频率范围。视特定的无线电技术而定，由频谱的多个接收电平或由在多个信道上平均的接收电平确定接收强度值。
如果在车辆的内部空间中或在车辆的环境中布置有多个移动终端设备，它们分别在ISM频带的不同的信道上发送无线电信号，这可能负面影响接收强度值的确定，例如由于在相邻信道的边缘区域中的重叠所致。在这些条件下确定的接收强度值可在时间走向中具有突变的变化，由此在算出的距离中得出相应的突变。这种波动仅可借助于特殊的滤波器、例如借助于卡尔曼滤波器或粒子滤波器从所确定的接收强度值中部分去除。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种改善的用于确定移动终端设备在车辆的内部空间中或在车辆的环境中的位置的方法，该方法避免了所描述的缺点并且能够实现移动终端设备的精确定位。此外，本发明的目的在于提出一种车辆，其适用于执行根据本发明的方法。
本发明的主题是用于确定移动终端设备在车辆的内部空间中或在车辆的环境中的位置的方法，在该方法中，通过至少一根安置在车辆处的天线接收无线电信号，该无线电信号由移动终端设备以给所选择的无线电技术的信道分配的载波频率来发送。虽然参考车辆来说明本发明，但是本发明并不一定非得基于车辆。例如可容易地针对建筑物等的内部空间执行所说明的方法。
在根据本发明的方法中，为了确定移动终端设备的位置，评估无线电技术的恰好一个确定的信道。因此，不同于其他的方法，无需评估无线电技术的频谱或多个信道。相反，所述评估限于无线电技术的一个确定的信道。
在一优选的实施方式中，通过移动终端设备发送的无线电信号由布置在车辆的内部空间中的多根天线来接收。用于确定移动终端设备位置的天线越多，所确定的位置越精确。在多于三根天线的情况下，移动终端设备的位置被过度确定。但该过度确定可有助于进一步提高移动终端设备的所确定的位置的精度。
在另一优选的实施方式中，在该确定的信道中，针对多根天线、尤其每根天线分别测量与天线相关联的接收电平，并且由测得的接收电平确定接收强度值(接收信号强度指示符，RSSI)。接收电平可简单地测得，并且接收强度值可根据测得的接收电平简单地借助于公式
RSSI(P)＝RSSI(P0)–10n log10(P/P0)
算出。在此，RSSI(P)是接收强度值，P是通过天线以mW为单位测得的接收电平，n是要根据环境确定的所谓的路径损耗系数(英文：path loss exponent)，其通常为在2和4之间的值，P0为在距离移动终端设备参考距离处以mW为单位测得的接收电平，RSSI(P0)是相应的参考接收强度值。接收强度值通常以dB(分贝)表示并且为负数。它可理解为通过移动终端设备发送的无线电信号的与距离有关的衰减。有利地，还可在多个单独的信道中针对多根天线、尤其针对每根天线分别测量为天线分配的接收电平。
在其他实施方式中，根据至少一个、尤其每个所确定的接收强度值算出移动终端设备到与所确定的接收强度值相配属的天线的距离。根据接收强度值计算距离是一项简单的任务。移动终端设备的距离计算得越多，其位置可越精确地确定。
在另一实施方式中，借助于滤波器、尤其卡尔曼滤波器去除所确定的接收强度值的或算出的距离的噪声。卡尔曼滤波器考虑了接收强度值的时间走向，以便使急剧波动变得平滑。由此考虑到了，在极短时间内的过于急剧的波动极高概率地并非由移动终端设备的位置的相应的实际变化引起。
在一优选的实施方式中，通过移动终端设备发送的无线电信号由恰好四根天线接收，它们相应以已知的彼此间距离布置在车辆的内部空间中，并且移动终端设备的位置根据相应算出的与四根天线的距离来确定。四根天线可在车辆的内部空间中特别对称地来布置，并且可保证对车辆内部空间以及车辆环境的良好的覆盖。
在一实施方式中，通过至少一根第一天线在多个信道中分别发送无线电信号，该由至少一根第一天线分别发送的无线电信号通过至少一根第二天线来接收，从多个信道中确定这样的信道，在该信道中，在算出的、至少一根第一天线到至少一根第二天线的距离与已知的、至少一根第一天线到至少一根第二天线的距离之间的绝对差——尤其在在多个第一天线和第二天线上的平均上——最小。绝对差可通过以下公式
Figure BDA0002496480600000051
算出。在此，D是取平均的绝对差，n是涉及的第一天线和第二天线的数量，i是至少一根第一天线的编号/下标，j是至少一根第二天线的编号/下标，dij,ber是计算出的在至少一根第一天线与至少一根第二天线之间的距离，dij,bek是已知的在至少一根第一天线与至少一根第二天线之间的距离。换句话说，选择这样的信道，在该信道中，天线彼此间的算出的距离最佳地匹配于天线的已知距离。以这种方式将天线本身用来校准所述方法。
对于确定的信道有干扰的情况，可从多个信道附加地确定至少一个替代的信道。该至少一个替代的信道优选地对应于次大的、例如第二小的在多根天线上取平均的差。如果在所述确定的信道中出现干扰，可直接切换到该至少一个替代的信道中，并且利用该替代的信道继续所述方法。
在一优选的实施方式中，将蓝牙标准选为无线电技术。蓝牙标准是用于短程设备(英文：Short Range Device，SRD)的广泛流行的近程无线电技术，其在车辆中非常常见，例如以便连接移动终端设备与车辆的信息娱乐系统。但是，其他已知的或将来的近程无线电技术也不脱离本发明的保护范围。
本发明的主题还为一种车辆，其被设计成，为了确定布置在车辆的内部空间中或在车辆的环境中、并以给所选择的无线电技术的信道分配的载波频率发送无线电信号的移动终端设备的位置，尤其以根据本发明的方法借助于至少一根安置在车辆处、并接收通过移动终端设备发送的无线电信号的天线来评估无线电技术的恰好一个确定的信道。替代地，还可使用无线电技术的多个独立的信道，在这些信道中排除了在边缘区域中的重叠。通过这种车辆可非常精确地确定移动终端设备在车辆的内部空间中或在车辆的环境中的位置。
在一优选的实施方式中，车辆包括多根天线，尤其四根天线，它们相应关于内部空间的在车辆的前后方向上延伸的中心纵轴线左右对称地布置，并且关于内部空间的垂直于中心纵轴线延伸的中心横轴线前后对称地布置，和/或至少一根天线构造为蓝牙天线(蓝牙信标)。所说明的布置方案不仅最终在车辆的通常最多四个乘员的座位位置方面和进而相应的移动终端设备的位置方面是有利的，而且还尽可能好地覆盖车辆的环境。
附图说明
在附图中借助实施方式示意性地示出了本发明，并且参考附图进一步说明本发明。其中：
图1以示意性的俯视图示出了根据本发明的车辆的实施方式；
图2以图表示出了为各种短程无线电技术保留的频带所分成的多个信道；
图3以针对移动终端设备的三个不同位置的函数图形相应示出了接收强度值随时间的变化；
图4以函数图形示出了相应由在图3中示出的接收强度值算出的三个距离随时间的变化；
图5以函数图形示出了在图3中示出的接收强度值随时间的变化连同借助于卡尔曼滤波器过滤的接收强度值随时间的变化。
具体实施方式
图1以示意性的俯视图示出了根据本发明的车辆10的一种实施方式。车辆10具有构造为蓝牙天线(蓝牙信标)的四根天线11、13、15、17。天线11、13、15、17分别关于内部空间的沿车辆10的前后方向延伸的中心纵轴线左右对称地布置，并且关于内部空间的垂直于中心纵轴线延伸的中心横轴线前后对称地布置。在车辆10中布置有移动终端设备20，其与天线11、13、15、17相应具有距离12、14、16、18。
车辆10设计成，为了确定以为蓝牙标准的信道32、33所分配的载波频率发送无线电信号的移动终端设备20的位置，借助于安置在车辆10处并且接收由移动终端设备20发送的无线电信号的四根天线11、13、15、17评估蓝牙标准的恰好一个确定的信道32、33。
图2以图表30示出了将为各种短程无线电技术(蓝牙、WLAN)保留的ISM频带31划分成多个蓝牙数据信道32、蓝牙广播信道33和WLAN信道34。频带以2MHz的阶跃包括在2402MHz和2480MHz之间的多个载波频率，它们分别分配给信道32、33、34。
在根据本发明的方法中，移动终端设备20以给蓝牙标准的信道32、33分配的载波频率发送无线电信号。该无线电信号通过天线11、13、15、17来接收。为了确定移动终端设备20在车辆10的内部空间中的位置，评估蓝牙标准的恰好一个确定的信道32、33。
对于每根天线11、13、15、17来说，为此相应测量与天线11、13、15、17相配属的接收电平。在下一步中，由测得的接收电平确定接收强度值41、42、43。
图3以针对移动终端设备20的三个不同的位置的函数图形40相应示出了接收强度值41、42、43随时间的变化。
接着，由每个所确定的接收强度值41、42、43算出移动终端设备20离与所确定的接收强度值41、42、43相配属的天线11、13、15、17的距离51、52、53。
图4以函数图形50示出了三个距离51、52、53随时间的变化，它们分别由在图3中示出的接收强度值41、42、43算出。
然后，借助于卡尔曼滤波器去除所确定的接收强度值41、42、43的噪声。
图5以函数图形60示出了在图3中示出的接收强度值61随时间的变化。接收强度值61对应于在图4中示出的接收强度值41，并且与借助于卡尔曼滤波器过滤的接收强度值62一起示出。由于卡尔曼滤波器的作用，使得在很短时间内急剧向下波动的接收强度值61变得平滑。
在去除所确定的接收强度值41、42、43的噪声之后，根据相应算出的到四根天线11、13、15、17的距离12、14、16、18确定移动终端设备20的位置。
为了校准该方法，预备性地从ISM频带31中选择恰好一个信道32、33。为此，通过至少一根第一天线11、13、15、17在多个信道32、33中分别发送无线电信号，并且通过至少一根第二天线11、13、15、17接收该由至少一根第一天线11、13、15、17发送的无线电信号。然后，从多个信道32、33中确定这样的信道32、33，在该信道中，在至少一根第一天线11、13、15、17到至少一根第二天线11、13、15、17的算出的距离12、14、16、18与至少一根第一天线11、13、15、17到至少一根第二天线11、13、15、17的已知距离之间的绝对差在多个第一天线和第二天线11、13、15、17上的平均最小。
根据本发明的方法提供的优点是，可非常精确地确定终端设备20的位置。因此，该方法适合于各种不同的应用，下面仅示例性地列出其中的几种。
首先例如可对车辆10的驾驶员和车辆10的其他乘员凭借其相应的终端设备20进行区分。除此之外，如果在车辆10的环境中的行人随身携带了移动终端设备20，还可精确定位行人。
根据本发明的方法的另一有用的应用在于，如果车库门设计成发送无线电信号，则能可靠识别多个并排布置的车库门(例如双车库的车库门)中的一个车库门。因此可自动地恰好打开在车辆10前方的车库门。
如果能可靠地测定移动终端设备20在车辆10的内部空间中或在车辆10的环境中的方位，还可自动控制车辆10的锁定状态。布置在车辆10之外的特定的移动终端设备20可触发车辆10的自动解锁。反之，布置在车辆10中的移动终端设备20可防止车辆10的自动上锁。
附图标记列表：
10 车辆
11 天线
12 距离
13 天线
14 距离
15 天线
16 距离
17 天线
18 距离
20 移动终端设备
30 图表
31 频带
32 蓝牙数据信道
33 蓝牙广播信道
34 WLAN信道
40 函数图形
41 接收强度值
42 接收强度值
43 接收强度值
50 函数图形
51 距离
52 距离
53 距离
60 函数图形
61 接收强度值
62 经过滤的接收强度值

Claims (9)

1.一种用于确定在车辆(10)的内部空间中或在车辆(10)的环境中的移动终端设备(20)的位置的方法，在该方法中，通过安置在车辆(10)处且布置在车辆(10)的内部空间中的多根天线(11、13、15、17)接收由所述移动终端设备(20)以给所选择的无线电技术的信道(32、33、34)所分配的载波频率来发送的无线电信号，为了确定所述移动终端设备(20)的位置，评估所述无线电技术的恰好一个确定的信道(32、33、34)，所述评估限于该确定的信道，为此，对于多根天线(11、13、15、17)由所述多根天线中的每根天线相应测量配属于该天线(11、13、15、17)的至少一个接收电平，并由测得的接收电平确定接收强度值(41、42、43)，其中，通过至少一根第一天线(11、13、15、17)在多个信道中分别发送无线电信号，并通过至少一根第二天线(11、13、15、17)接收由所述至少一根第一天线(11、13、15、17)相应发送的无线电信号，从多个信道(32、33、34)中确定这样的信道(32、33、34)，在该信道中，所述至少一根第一天线(11、13、15、17)到所述至少一根第二天线(11、13、15、17)的算出的距离与所述至少一根第一天线(11、13、15、17)到所述至少一根第二天线(11、13、15、17)的已知的距离之间的差的绝对值最小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定的信道(32、33、34)中，对于每根天线(11、13、15、17)相应测量配属于天线(11、13、15、17)的至少一个接收电平，并由测得的接收电平确定接收强度值(41、42、43)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由至少一个所确定的接收强度值(41、42、43)算出所述移动终端设备(20)到与所确定的接收强度值(41、42、43)相配属的天线(11、13、15、17)的距离。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，借助于滤波器去除所确定的接收强度值的噪声或算出的距离的噪声。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过恰好四根天线(11、13、15、17)接收由所述移动终端设备(20)发送的无线电信号，这四根天线分别以已知的彼此间的距离布置在车辆(10)的内部空间中，所述移动终端设备(20)的位置由相应算出的与四根天线(11、13、15、17)的距离来确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将蓝牙标准选为无线电技术。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该信道中，所述至少一根第一天线(11、13、15、17)到所述至少一根第二天线(11、13、15、17)的算出的距离与所述至少一根第一天线(11、13、15、17)到所述至少一根第二天线(11、13、15、17)的已知的距离之间的差的绝对值在对多根第一天线和第二天线(11、13、15、17)的平均上最小。
8.一种车辆(10)，该车辆被设计成，为了确定布置在所述车辆(10)的内部空间中或布置在所述车辆(10)的环境中、并以给所选择的无线电技术的信道(32、33、34)分配的载波频率发送无线电信号的移动终端设备(20)的位置，以根据权利要求1至7中任一项所述的方法借助于安置在所述车辆(10)处、并接收由所述移动终端设备(20)发送的无线电信号的至少一根天线(11、13、15、17)评估所述无线电技术的恰好一个确定的信道(32、33、34)。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，该车辆具有多根天线(11、13、15、17)，这些天线分别关于所述内部空间的在所述车辆(10)的前后方向上延伸的中心纵轴线左右对称地布置，并且关于所述内部空间的垂直于所述中心纵轴线延伸的中心横轴线前后对称地布置，和/或所述至少一根天线(11、13、15、17)被构造为蓝牙天线。
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