DE10109284A1

DE10109284A1 - Buried person location unit for avalanche transponders has three orthogonal antennas

Info

Publication number: DE10109284A1
Application number: DE10109284A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Kampel Gerald 82024 Taufkirchen De
Priority date: 2000-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2003-03-27

Abstract

A buried person location unit has a transmit receive unit with collocated orthogonal antennas (E1, E2, E3) connected to amplifier (VX1, VY1, VZ1) mixer receive chains (X1, Y1, Z1) with analogue to digital converters (DX, DY, DZ) and microcontroller (CON) for location computation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Verschütteten, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a method for locating buried subjects, according to the Preamble of claim 1.

Personen die verschüttet wurden, müssen möglichst umgehend gerettet werden. Voraussetzung für eine schnelle Rettung ist eine genaue räumliche Ortung der Personen. Hierbei ist nicht nur die Lage sondern auch die genaue Tiefe, in der sich die Personen befinden, sehr wichtig. Um ein schnelle Ortung sicherstellen zu können, sollten Personen die sich einer Gefahr des Verschüttetwerdens aussetzen, einen Sender mitsichführen, der elektromagnetische Signale aussendet und anhand der ausgesendeten Signale mittels eines Empfängers geortet werden kann. Ein wichtiges Anwendungsgebiet für Ortungssysteme ist in dem Bereich des Wintersportes gegeben, da dort die Gefahr des Verschüttetwerdens durch Lawinen relativ groß ist. Die in diesem Bereich gebräuchlichen Lawinenverschüttetensuchgeräte (LVS-Geräte) können von einem Sendemodus in einen Empfangsmodus umgeschaltet werden. Solche Geräte arbeiten im allgemeinen nach der europäischen Norm ETS 300 718 und erzeugen im NF-Bereich bei 457 kHz einen unmodulierten Träger. Der Durchmesser des Gebietes, das untersucht werden muß, ist in der Regel wesentlich kleiner als die Wellenlänge der ausgesendeten Wellen, die ca 650 m beträgt. Im allgemeinen befindet sich der Empfänger gerade bei Verschütteten durch Lawinen zumeist im Nahfeld des Senders. Wichtig bei der Suche von den Verschütteten ist es, daß insbesondere bei Lawinenopfern außer dem Ort auch die Tiefe der Personen schnell und zuverlässig bestimmt werden können. Insbesondere die Tiefeninformation wird auf herkömmliche Weise durch eine Stange, die vorsichtig in den Schnee gesteckt wird, ermittelt. People who have been buried must be rescued as soon as possible. Precise spatial location of the people is a prerequisite for rapid rescue. Here is not only the location but also the exact depth in which the people are located important. In order to be able to ensure a quick location, people should be one Expose yourself to the risk of spillage, take a transmitter with you that emits electromagnetic signals and based on the emitted signals by means of a receiver can be located. An important area of application for location systems is in the Area of winter sports given there is the risk of being buried by avalanches is relatively large. The avalanche transceiver used in this area (LVS devices) can be switched from a send mode to a receive mode become. Such devices generally work according to the European standard ETS 300 718 and generate an unmodulated carrier in the LF range at 457 kHz. The diameter of the The area to be examined is usually much smaller than that Wavelength of the emitted waves, which is approximately 650 m. In general there is the Receivers, especially in the case of victims of avalanches, mostly in the near field of the transmitter. Important at The search from the buried victim is that in particular for avalanche victims outside of the place the depth of the people can also be determined quickly and reliably. In particular the depth information is provided in a conventional manner by a rod that is carefully inserted into the Snow is stuck.

Bekannte Verfahren, beschrieben beispielsweise in der Druckschrift EP 0733916, verwenden zum Senden der Ortungssignale drei zueinander senkrecht stehende Antennen. Für die Suche nach Verschütteten können die nach diesem Verfahren arbeitende Geräte in einen Empfangsmodus umgeschaltet werden, in dem eine der drei Sendeantennen auf Empfang geschaltet wird, um mittels Bestimmung der magnetischen Feldstärke den Ort des Verschütteten zu bestimmen Nachteilig an dem Verfahren ist es, daß nur eine Empfangsantenne benutzt wird und den Ort der maximalen magnetischen Feldstärke durch Drehen der Empfangsantenne bestimmt werden muß. Eine genaue Lage und insbesondere eine genaue Tiefenbestimmung des Verschütteten ist nicht möglich. Ferner geht durch das manuelle Drehen und das gleichzeitige Ablesen der Feldstärke wertvolle Zeit verloren und führt zu Anwendungsfehlern. Known methods, described for example in the publication EP 0733916, use for transmitting the location signals three mutually perpendicular antennas. For the The device working according to this procedure can be searched for victims in a Reception mode can be switched in which one of the three transmit antennas on reception is switched to determine the location of the magnetic field strength To determine the victim A disadvantage of the method is that only one receiving antenna and the location are used the maximum magnetic field strength is determined by rotating the receiving antenna must become. An exact location and in particular an exact depth determination of the Spilled is not possible. It also goes through manual turning and simultaneous Reading the field strength lost valuable time and leads to application errors.

Ferner ist aus der Druckschrift EP 085 560 0 ein Gerät bekannt, das zur Ortung mittels zwei zueinander senkrecht stehenden Antennen und einer virtuellen Antenne, die ebenfalls senkrecht zu den beiden vorgenannten Antennen steht, die magnetische Feldstärke des empfangenen Signals bestimmt wird, anhand dessen der Ort des Verschütten errechnet wird. Furthermore, a device is known from the publication EP 085 560 0, which for locating by means of two mutually perpendicular antennas and a virtual antenna, which also is perpendicular to the two aforementioned antennas, the magnetic field strength of the received signal is determined, based on which the location of the spill is calculated.

Nachteil des Verfahren ist es, daß mittels der virtuellen Antenne und der damit bestimmten Phaseninformation sich der Ort eines Verschütteten ebenfalls nur ungenau bestimmen lässt, insbesondere, weil nur eine Antenne zum Senden benutzt wird. Ferner ist keine Tiefeninformation verfügbar, so daß diese wiederum manuell beispielsweise durch eine Stange bestimmt werden muß. Derartige Geräte zeigen bestenfalls die Richtung der Feldlinien an, die in der Regel nicht in Richtung der Verschütteten zeigen. The disadvantage of the method is that by means of the virtual antenna and the one determined with it Phase information, the location of a buried victim can also only be determined imprecisely, especially because only one antenna is used for transmission. Furthermore, there is none Depth information available, so that this in turn manually, for example through a rod must be determined. Such devices at best indicate the direction of the field lines that usually do not point towards the victim.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, dass eine Ortung schnell und zuverlässig ausführt und eine manuelle Drehung der Empfangsantennen vermeidet und sich einfach und kostengünstig durchführen lässt. The object of the present invention is to provide a method that locates executes quickly and reliably and a manual rotation of the receiving antennas avoids and can be carried out easily and inexpensively.

Die genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Günstige Ausgestaltungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen. The stated object is achieved by the features of patent claim 1. Cheap Embodiments are the subject of subclaims.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zur Lagebestimmung des Verschütteten aus einem elektromagnetischen Ortungssignal drei Komponenten einer vektoriellen Größe bestimmt werden. Hierzu werden von einer ersten Sende- und Empfangseinheit mittels drei Antennen Ortungssignale ausgesendet, die von einer zweiten Sende- und Empfangseinheit mittels drei Antennen empfangen werden, wobei die zweite Sende- und Empfangseinheit zur Ortung des Verschütteten aus dem empfangenen Ortungssignal drei Komponenten einer charakteristischen, vektoriellen Größe des Ortungssignals bestimmt. The essence of the invention is that of determining the position of the victim an electromagnetic location signal three components of a vector size be determined. For this purpose, a first transmitting and receiving unit uses three Antennas locating signals transmitted by a second transmitting and receiving unit can be received by means of three antennas, the second transmitting and receiving unit being used for Locating the victim from the received location signal three components one characteristic, vectorial size of the location signal is determined.

Bei drei Ortungssignalen, die sequentiell von der drei Antennen der ersten Sende- und Empfangseinheit ausgesendet werden, erhält man bei Verwendung von drei Antennen in der zweiten Sende- und Empfangseinheit neun Messwerte. Die Anzahl der Unbekannten beträgt sechs: drei für den Ort und drei für die Orientierung der zu ortenden ersten Sende- und Empfangseinheit. Da die Anzahl der Messwerte größer ist als die Anzahl der Unbekannten lassen sich die Unbekannten leicht bestimmen. Dies ist bei den bisherigen Verfahren nicht der Fall. So wird die Ortung bei dem aus der Druckschrift EP 0 733 916 bekannten Verfahren mit einer Sendeantenne und drei Empfangsantennen, bei dem aus der Druckschrift EP 0 855 600 bekannten Verfahren mit drei Sendeantennen und einer Empfangsantenne durchgeführt. Da sich bei beiden Verfahren nur jeweils drei Messwerte ergeben, ist eine genaue Ortung nicht möglich. With three location signals, which are transmitted sequentially by the three antennas of the first and Receiving unit can be transmitted using three antennas in the second transmitter and receiver unit nine measurements. The number of unknowns is six: three for the location and three for the orientation of the first broadcast and Receiving unit. Because the number of measurements is greater than the number of unknowns the unknowns can be easily determined. This is not the case with previous methods the case. This is the location in the method known from EP 0 733 916 with a transmitting antenna and three receiving antennas, in which the document EP 0 855 600 known method with three transmit antennas and a receive antenna. Since there are only three measured values in each of the two methods, accurate location is essential not possible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Aussenden und der Empfang des Ortungssignals mit drei senkrecht zueinander stehenden Antennen durchgeführt. Dadurch sind die drei Antennen maximal entkoppelt, d. h. eine Einstreuung in benachbarte Antenne wird stark unterdrückt. In an advantageous development of the method, the transmission and the reception of the location signal with three perpendicular antennas. As a result, the three antennas are decoupled to a maximum, i. H. a litter in neighboring Antenna is strongly suppressed.

In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird die Ortung mittels Bestimmung der drei Komponenten der magnetischen Feldstärke durchgeführt. Dies hat bei Ortungssignalen, die im NF-Bereich von einigen 100 KHz liegen, den Vorteil, daß sich damit im Nahfeld des Senders, d. h. im Bereich von maximal einigen Kilometern eine relative große Feldstärke erzielen lässt. Damit wird die Genauigkeit der Lagebestimmung wesentlich erhöht. Insbesondere im Bereich des Wintersports wird häufig eine Frequenz von 457 kHz benutzt. In another development of the method, the location is determined by determining the three Components of the magnetic field strength performed. With location signals, this has the lie in the LF range of a few 100 KHz, the advantage that it is in the near field of the Transmitter, d. H. achieve a relatively large field strength in the range of a maximum of a few kilometers leaves. This significantly increases the accuracy of the position determination. Especially in In the area of winter sports, a frequency of 457 kHz is often used.

In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird die Ortung mittels Bestimmung der Komponenten der elektrischen Feldstärke durchgeführt. Dies ist bei Ortungssignalen, die im HF-Bereich von beispielweise einigen 100 MHz liegen, vorteilhaft, da sich das Fernfeld bereits nach einigen Metern einstellt. In another development of the method, the location is determined by determining the Components of the electric field strength performed. This is the case with location signals that are in the RF range of, for example, a few 100 MHz are advantageous because the far field already after a few meters.

In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird das Aussenden der Ortungssignale durchgeführt, indem die einzelnen Antennen der ersten Sende- und Empfangseinheit nacheinander angesteuert werden, und die gerade nicht angesteuerten Antennen in ihrer Resonanzfrequenz verstimmt werden, um eine Verringerung der Sendeleistung durch eine Einkopplung in die benachbarten Antennen zu unterdrücken. Dies ist besonders wichtig, wenn die einzelnen Antennen nicht vollständig orthogonal angeordnet sind. In einer Weiterbildung wird die Ansteuerung der einzelnen Antennen gleichzeitig mit leicht verschobenen Frequenzen durchgeführt, um den einzelnen Antennen, die eine Lageinformationen aussenden, eine eindeutige Kennung zuzuordnen. Eine weitere Möglichkeit, den einzelnen Antennen eine eindeutige Kennung zuzuordnen, ist, das ausgesendete Ortungssignal unterschiedliche zu modulieren. Hierzu lässt sich neben der Phasenmodulation und Frequenzmodulation besonders die Amplitudenmodulation verwenden. In another development of the method, the location signals are transmitted performed by the individual antennas of the first transmitting and receiving unit can be controlled one after the other, and the antennas not currently controlled in their Resonance frequency can be detuned to reduce the transmission power by a Suppress coupling into the neighboring antennas. This is especially important when the individual antennas are not completely orthogonal. In a training course the control of the individual antennas is simultaneously shifted slightly Frequencies carried out to the individual antennas, which emit a position information assign a unique identifier. Another way to give each antenna a To assign a unique identifier, the transmitted location signal is different modulate. In addition to phase modulation and frequency modulation, this can be done particularly well use amplitude modulation.

In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird den ausgesendeten Ortungssignalen einen ID-Code mitübertragen mit dem sich die jeweilige Sende- und Empfangseinheit eindeutig identifizieren lässt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere Personen verschüttet werden mehreren Verschütteten und mit einem Suchgerät die Ortungssignale der einzelnen Verschütteten unabhängig zugeordnet werden. Ort von bestimmt werden soll. In another development of the method, the location signals transmitted are transmit an ID code with which the respective sending and receiving unit is unique can be identified. This is particularly advantageous if several people are buried several victims are buried and the location signals of the individual with a search device Spilled be assigned independently. Location to be determined.

In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens ist es vorteilhaft vor dem Empfang eines Ortungssignals eine Kalibrierung des Empfangssystems des jeweiligen Sende- und Empfangseinheit durchzuführen, in dem ein mittels einer Antenne auf einer vorgegeben Frequenz ausgesendetes Testsignals, das vorzugsweise nahe an der zu empfangenden Frequenz liegt, die verschiedenen Kopplungsfaktoren der Antennen bestimmt. In another development of the method, it is advantageous before receiving one Location signal a calibration of the receiving system of the respective transmission and Perform receiving unit in which an antenna at a predetermined frequency emitted test signal, which is preferably close to the frequency to be received, determines the different coupling factors of the antennas.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen, die The method according to the invention is to be described below using the exemplary embodiments in Connection with the drawings will be explained. It show that

Fig. 1 eine Empfangseinheit zur Ortung eines Verschütteten, und Fig. 1 is a receiving unit for locating a victim, and

Fig. 2 ein Anordnungsbeispiel für drei orthogonal stehende Antennen, und Fig. 2 shows an arrangement example for three orthogonally standing antennas, and

Fig. 3 ein weiteres Anordnungsbeispiel für drei orthogonal stehende Antennen. Fig. 3 shows another arrangement example for three orthogonally standing antennas.

Die Aufgabe des in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiels ist es, die Ortungssignale von einem Verschütteten zu empfangen und daraus den Vektor der Feldstärke zu bestimmen. Die Empfangseinheit ST ist dabei Teil einer Sende- und Empfangseinheit (nicht abgebildet). The task of the exemplary embodiment depicted in FIG. 1 is to receive the location signals from a buried subject and to determine the vector of the field strength therefrom. The receiving unit ST is part of a transmitting and receiving unit (not shown).

Hierzu weist die Empfangseinheit ST drei zueinander senkrecht angeordnete Antennen E1, E2, und E3 auf, wobei die erste Antenne E1 ringförmig, die zweite Antenne E2 und die dritte Antenne E3 stabförmig ausgeformt sind. Ferner liegen die zweite Antenne E2 und die dritte Antenne E3 in der Ebene, die durch die ringförmige Antenne E1 vorgegeben ist. Des weiteren ist jede der drei Antennen E1, E2, E3 mit einem ihr zugeordneten Empfangspfad X1, Y1, Z1 verbunden, der im Folgenden erläutert wird. Die jeweiligen symmetrisch zueinander aufgebauten Empfangspfade weisen jeweils einen Eingangsverstärker VX, VY, VZ auf, dessen Eingang mit den Antennen E1, E2, E3 verbunden ist. Der Ausgang des jeweiligen Eingangsverstärkers VX, VY, VZ ist mit einer Mischereinheit M1, M2, M3 verbunden. Der Ausgang der jeweiligen Mischereinheit M1, M2, M3 ist mit je einem Digital-Analog Wandler DX, DY, DZ verbunden und deren Ausgänge mit je einem Eingang eines Mikrocontroller CON verbunden sind. Ferner ist der Mikrocontroller CON mit einer elektronischen Anzeige AZ und einem Schalter S1 verbunden. For this purpose, the receiving unit ST has three antennas E1 arranged perpendicular to one another, E2, and E3, the first antenna E1 being ring-shaped, the second antenna E2 and the third Antenna E3 are rod-shaped. Furthermore, the second antenna E2 and the third are Antenna E3 in the plane specified by the ring-shaped antenna E1. Of each of the three antennas E1, E2, E3 is also provided with a reception path X1, Y1, Z1 connected, which is explained below. The respective symmetrical to each other constructed reception paths each have an input amplifier VX, VY, VZ, the Input is connected to the antennas E1, E2, E3. The outcome of each Input amplifier VX, VY, VZ is connected to a mixer unit M1, M2, M3. The exit of the respective mixer unit M1, M2, M3 is with a digital-to-analog converter DX, DY, DZ connected and their outputs connected to an input of a microcontroller CON are. Furthermore, the microcontroller CON has an electronic display AZ and a Switch S1 connected.

Im Folgenden wird die Funktion erläutert. Die mittels den Antennen E1, E2, E3 empfangenen Ortungssignale werden in den zugehörigen Signalpfaden X1, Y1, Z1 verstärkt und der Wert der Feldstärke mittels des jeweiligen Analog-Digital Wandlers DX, DY, DZ dem Mikrocontroller CON zur Berechnung des Ortes des Verschütteten zugeführt. Nach Berechnung des Ortes wird dieser in der elektronischen Anzeige dargestellt. Vorteilhaft ist es beispielsweise den Ort des Verschütteten mittels eines Richtungspfeils darzustellen, der je nach Standort des Empfangsgerätes und des Verschütteten aktualisiert wird. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, die Entfernung zum Verschütteten mit anzugeben, beispielsweise durch die Länge des Richtungspfeiles. Mittels des Schalters S1 kann zwischen Sendebetrieb und Empfangsbetrieb umgeschaltet werden. The function is explained below. The received by the antennas E1, E2, E3 Location signals are amplified in the associated signal paths X1, Y1, Z1 and the value the field strength using the respective analog-digital converter DX, DY, DZ Microcontroller CON fed to calculate the location of the victim. After calculating the Location is shown in the electronic display. It is advantageous, for example depict the location of the victim using an arrow indicating the location the receiving device and the victim is updated. Another beneficial one The configuration consists in specifying the distance to the victim, for example by the length of the directional arrow. With switch S1 you can switch between transmission mode and receiving mode can be switched.

In Fig. 2 und Fig. 3 sind weitere Möglichkeiten zur Anordnung von drei Antennen, die senkrecht zueinander stehen angegeben, wobei in Fig. 2 die drei stabförmigen Antennen E1, E2, E3, die in den drei Raumrichtungen X, Y, Z angeordnet sind, einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen und in der Fig. 3 die drei ringförmigen Antennen E1, E2, E3 ebenfalls einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen. In Fig. 2 and Fig. 3 are further possibilities for the arrangement of three antennas perpendicular indicated to each other are provided, wherein in Fig. 2, the three bar-shaped antenna E1, E2, E3, which are disposed in the three spatial directions X, Y, Z , have a common center and in FIG. 3 the three ring-shaped antennas E1, E2, E3 also have a common center.

Claims

1. A method for locating buried subjects by means of electromagnetic location signals, which are emitted by a first transmitting and receiving unit and received by a second transmitting and receiving unit, characterized in that
The first transmitting and receiving unit transmits the location signals by means of three antennas, and
the second transmitting and receiving unit for locating the first transmitting and receiving unit using three antennas (E1, E2, E3) determines three components of a characteristic, vectorial size of the locating signal.

2. The method according to claim 3, characterized in that the location by means of each three mutually perpendicular antennas (E1, E2, E3) is carried out.

3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the location is carried out by determining the components of the magnetic field strength.

4. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the location is carried out by determining the components of the electric field strength.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for The three antennas transmit the location signals in a sequential order can be controlled.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the individual antennas by means of frequency shift of the location signals an identifier is assigned and the transmission of the location signals with all three antennas (E1, E2, E3) is carried out simultaneously.

7. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the an identifier is assigned to individual antennas by modulating the location signals and sending the location signals with all three antennas (E1, E2, E3) simultaneously is carried out.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the individual transmitter and receiver unit with the location signal an ID code mitsendet.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that for the calibration of the second transmitter and receiver unit a determination of the Coupling factors of the antennas (E1, E2, E3) is carried out.

10. Transmitting and receiving unit for implementing the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that
An antenna (E1, E2, E3) is provided for each spatial direction,
at least one signal path (X1, Y1, Z1) is provided for amplifying and determining the field strength of the received location signal,
the signal path (X1, Y1, Z1) has an input amplifier (VX, VY, VZ), a mixer unit (M1, M2, M3) and an analog-digital converter (DX, DY, DZ),
a microcontroller (CON) is provided to calculate the components of the field strength and to determine the position of the buried subject,
an electronic display (AZ) is provided to indicate the location of the spill.

11. Transmitting and receiving unit according to claim 10, characterized in that each Antenna (E1, E2, E3) has its own signal path (X1, Y1, Z1).

12. Transmitting and receiving unit according to claim 10 or 11, characterized in that that the three antennas (E1, E2, E3) are orthogonal to each other.

13. Transmitting and receiving unit according to one of claims 10 to 12, characterized characterized in that all three antennas (E1, E2, E3) have a common center.

14. Transmitting and receiving unit according to one of claims 10 to 13, characterized characterized in that two rod-shaped antennas (E2, E3) in the plane of a ring molded antenna (E1) are arranged.