DE102011111121A1 - System for positioning and communicating with i.e. radio frequency identification readers, for locating objects or people in retail store, has position determination unit to determine probable position of transponders using movement model - Google Patents

System for positioning and communicating with i.e. radio frequency identification readers, for locating objects or people in retail store, has position determination unit to determine probable position of transponders using movement model

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Abstract

The system has a transmission and reception unit to communicate with passive radio transponders (1-1) which form radio measurement data comprising an antenna radiation pattern condition and backscatter measurements (RSSI). An optical system identifies and determines the position of objects or people. A position determination unit (1-2) determines a probable position of the transponders from the data using a movement model. Correlation testers test the correlation between the positional data of the transponders and the detected objects or people for assigning the transponders. The movement model is realized as particulate filters. The optical system is executed as a laser system or a camera system.

Description

  • Aufgabe der Erfindung OBJECT OF THE INVENTION
  • Die Erfindung betrifft ein System zur Lokalisierung von mit Funktranspondern markierten Personen oder Gegenständen. The invention relates to a system for localizing labeled with radio transponders persons or objects.
  • Stand der Technik State of the art
  • Personen oder Gegenstände werden aus Sicherheitsgründen oder zu logistischen Zwecken mit aktiven oder passiven Funktranspondern ausgestattet. Persons or objects are provided for security or logistical purposes with active or passive radio transponders. Aktive Transponder besitzen eine eigene Energieversorgung, passive beziehen Ihre Energie aus dem Funkfeld der Sende- und Empfangseinrichtung. Active tags have their own power supply, passive draw their energy from the radio field of the transmitting and receiving device. In Gebäuden oder abgegrenzten Freifeldbereichen stellt sich die Aufgabe den Transponder zu lokalisieren um z. In buildings or confined open field areas, the task is to locate the transponder to z. Bsp. eine Ware aufzufinden oder eine Person zu bergen. Ex. Find a product or to rescue a person. Dazu werden die Transponder mit direktiven Antennen angeregt und aus dem Winkel bei welchem der Transponder antwortet die Position bestimmt. For this, the transponders are excited with directive antennas and from the angle at which the transponder responds, the position determined. Dieses Verfahren basiert auf der Annahme einfacher Ausbreitungsmodelle die realistische Szenarien nicht ausreichen genau beschreiben. This method is based on the assumption of simple propagation models the realistic scenarios are not enough to describe exactly. Daher müssen zusätzliche Korrekturverfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise Markierungstransponder ( Therefore, additional correction methods must be used, such as marking transponder ( US20090212921 US20090212921 ). ). Da aufgrund der durch Normen begrenzten äquivalenten isotrop abgestrahlten Leistung (EIRP) die Reichweite ab Sendeantenne auf wenige Meter begrenzt ist, kommen dabei auch örtlich verteilte Sender kombiniert mit hochdirektiven Empfangsantennen zum Einsatz ( Since due to the limited by standards equivalent isotropic radiated power (EIRP), the range is limited to a few meters from the transmitting antenna, besides, also locally distributed transmitters come combined with highly directive antennas for receiving insert ( US 20090146792 US 20090146792 ). ). Um die Anzahl von unnötigen Transponderpositionsbestimmungen zu reduzieren ist aus The number is to reduce unnecessary transponder position provisions of US20090322489 US20090322489 ein System bekannt, bei dem eine Videokamera zum Auslösen von Lesevorgängen verwendet wird. discloses a system in which uses a video camera to trigger read operations. Bekannten Lösungen zur Ortung passiver Transponder haben den Nachteil, dass die Zuordnung zu Objekten oder Personen welche sich im gleichen Gebiet befinden nicht möglich ist und daher die Interpretation der Positionsdaten der Transponder nicht optimal gelingt. Known solutions for locating passive transponders have the disadvantage that the assignment to objects or persons which are located in the same area is not possible and therefore the interpretation of the position data of the transponder fails optimal.
  • Erfindungsgemäße Lösung inventive solution
  • Die Erfindungsgemäße Lösung besteht aus 4 Hauptbaugruppen, dem Funksubsystem, der Prädiktor/Korrektor Einheit zur Positionsbestimmung der passiven Transponder, einem optischen System zur Erkennung von Personen und Objekten sowie einem Korrelationstester zur Verknüpfung der Daten aus Funk- und optischem Subsystem. The solution according to the invention consists of 4 main components, the radio subsystem, the predictor / corrector unit for determining the position of the passive transponder, an optical system for detection of people and objects, as well as a correlation tester for combining the data from radio and optical subsystem. Die Verwendung eines Bewegungsmodells für die Positionsbestimmung der passiven Transponder erlaubt eine besonders genaue Positionsbestimmung der Aufgrund von Reflexion und Dämpfung recht starken Fehler in den Funkmessungen. The use of a motion model for determining the position of the passive transponder allows a particularly accurate position determination due to the reflection and attenuation rather strong errors in the radio measurements. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die Verknüpfung von Transponderpositionsdaten und Bewegungsdaten von identifizierten Objekten, welche mit einem optischen System gewonnen wurden. Another advantage of the invention is the combination of transponder position data and transaction data of identified objects, which were obtained with an optical system. Dabei wird das optische System nicht nur wie aus dem Stand der Technik bekannt zur Auslösung von Transponderscanvorgängen verwendet, sondern die Verknüpfung beider Datensätze erlaubt die Bestimmung des Inventars an Transpondern der optisch erfassten Objekte oder Personen. In this case, the optical system is not only used as known from the prior art for triggering transponders scan operations, but the combination of both data sets allows the determination of the inventory of transponders of the optically detected objects or persons. Es ist nun beispielsweise möglich in Warensicherungsanwendungen festzustellen ob eine vom optischen System erkannte Person Transponder zur Kennzeichnung von Waren mit sich führt, welche Waren in welcher Menge dies sind und ob diese bereits ganz oder teilweise bezahlt wurden. It is now possible, for example in retail security applications to determine whether a detected by the optical system person transponder to identify goods carries with which goods and in what quantities are this and whether they have already been paid in whole or in part. Ähnlich wertvolle Informationen können im logistischen Bereich gewonnen werden, weil mit Transpondern markierte Waren oder Ladungsträger der Bewegung von Personen, Gabelstaplern und ähnlichem zugeordnet werden können. Similarly, valuable information can be gained in logistics because can be associated with transponders marked goods or carriers of the movement of people, forklifts and the like.
  • Das Funksubsystem ist dargestellt in The radio subsystem is shown in . , Eine Einrichtung zur Energieversorgung und zum Datenaustausch mit den passiven Transpondern (RFID Reader, A device for power supply and data exchange with the passive transponders (RFID Reader, 1-1 1-1 ) erzeugt ein Trägersignal welches die Population der passiven Transponder ( ) Generates a carrier signal which (the population of passive transponder 1-5 1-5 ) mit Energie versorgt. ) Supplied with energy. Besonders vorteilhaft kann hier ein bistatischer RFID Reader, welcher über getrennte Pfade für Sende- und Empfangssignal verfügt verwendet werden. Particularly advantageous here can be used a bistatic RFID Reader, which has separate paths for transmitting and receiving signal. Auf diesen Träger werden auch die zum Transponder zu übertragenden Daten moduliert. On these carriers are also modulates the data to be transmitted to the transponder. Die Transponder streuen ein ebenfalls moduliertes Signal zurück welches von der Empfangsantenne ( The transponder back scatter which (from the receiving antenna an equally modulated signal 1-3 1-3 ) an den Empfänger des Readers ( ) (To the recipient of the reader 1-1 1-1 ) geleitet wird. ) Is passed. Es können mehrere Sendeantennen ( Several transmitting antennas ( 1-4 1-4 ) zur Lokalen Anregung der Transponder sowie mehrere Empfangsantennen ( ) (For the local excitation of the transponder and a plurality of receiving antennas 1-3 1-3 ) verwendet werden. ) be used. Diese werden besonders vorteilhaft über Antennenumschalter mit dem Reader ( These are particularly advantageous (via antenna switch with the Reader 1-1 1-1 ) verbunden. ) connected. Das gesamte Funksubsystem kann mehrfach in einem Gesamtsystem ausgeführt werden. The entire radio subsystem can be executed multiple times in a single system. Dabei ist lediglich die gegenseitige Beeinflussung, z. It is only the mutual influence, for. Bsp. durch Nutzung der gleichen Funkkanäle durch einen übergeordneten Kontroller auszuschließen. Ex. To exclude by using the same radio channels by a parent controller. Für den Fall der Verwendung von nicht im Richtdiagramm steuerbaren Antennen ist die Verwendung mehrerer Funksubsysteme zwingend erforderlich, um genügend Messdaten zur Positionsbestimmung zu erhalten. In the case of use of non-controllable in the directivity pattern using a plurality of antennas, the radio subsystems is absolutely necessary in order to get enough measurement data for positioning.
  • Zur Lokalisierung der passiven Transponder wird in einer besonders vorteilhaften Ausführung eine Antenne mit steuerbarem Richtdiagramm verwendet. To locate the passive transponder, an antenna is used with a controllable radiation pattern, in a particularly advantageous embodiment. In In ist dies beispielsweise die Empfangsantenne ( this is for example the receiving antenna ( 1-3 1-3 ). ). Die Antworten der Transponder werden Winkeln der Hauptkeule (α, β) der Antenne zugeordnet. The responses of the transponders are angles of the main lobe (α, β) associated with the antenna. Es entstehen dabei Datensätze die Winkel der Antenne in ein oder 2 Ebenen (Antennerichtdiagrammzustand), Empfangsfeldstärke der vom Transponder rückgestreuten Antwort (RSSI Wert) und Transponderdaten, die eine eindeutige Identifikation des Transponders erlauben, enthalten. There arise thereby records the angle of the antenna in one or two planes (antenna directivity pattern condition), reception field strength of the backscattered reply from the transponder (RSSI value) and transponder data that allows a unique identification of the transponder, contained. Bei Verwendung mehrerer Sende oder Empfangsantennen werden zusätzlich die Identität von Sende- und Empfangsantenne angefügt. When using multiple transmit or receive antennas in addition the identity of the transmitting and receiving antenna are added. Diese Daten werden an eine Einheit zur Transponderpositionsbestimmung ( This data is (to a transponder unit for position determination 1-2 1-2 ) übergeben. ) to hand over.
  • Die Antennen können dabei elektronisch als phasengesteuerte Antenne über die Variation der Phase der den Antennen zugeführten Speisesignale in einer oder zwei Achsen gesteuert werden. The antennas can thereby electronically phased array antenna by varying the phase of the antennas supplied to feed signals in one or two axes can be controlled. Alternativ können die Antennen auch mechanisch durch Drehung in einer oder zwei Achsen gesteuert werden. Alternatively, the antennae can also be controlled mechanically by rotation in one or two axes. In zwei Achsen steuerbare Antennen können auch durch Kombination aus elektronischer Steuerung in einer Achse und mechanischer Drehung in der zweiten Achse realisiert werden. In two axes controllable antennas can be realized by combination of electronic control in one axis, and mechanical rotation in the second axis. Durch diese Vorkehrung kann eine bestimmte Untermenge der passiven Transponder ausgewählt werden, die im Bereich des Ausleuchtbereiches der Sende und Empfangsantenne bei bestimmten Winkeln liegen. With this arrangement, a certain subset of the passive transponder can be selected which are in the range of Ausleuchtbereiches the transmitting and receiving antenna at certain angles. Transponder außerhalb dieses Bereiches werden entweder nicht mit Energie versorgt oder deren rückgestreutes Signal wird nicht von der Empfangsantenne in ausreichender Stärke empfangen. Transponder outside this range are either not energized or the backscattered signal is not received by the receiving antenna in sufficient strength.
  • In In wird für die dargestellte Ausrichtung der Antenne beispielsweise Transponder is shown for the alignment of the antenna, for example, Transponders 3 3 nicht mit Energie versorgt, Transponder not energized, transponder 2 2 wird mit Energie versorgt und aktiviert, die vom Transponder gesendeten Daten werden jedoch nicht von der Empfangsantenne wahrgenommen. is supplied with power and activated, the data transmitted by the transponders are not perceived by the receiving antenna. Lediglich Trasnponder only Trasnponder 1 1 wird erfasst und ein Datensatz erstellt. is detected and creates a record.
  • Besonders Vorteilhaft ist dabei die Anordnung von Sende- und Empfangsantenne in einem Winkel von etwa 90 Grad zueinander, da sich dabei ein kleines Volumen für die mögliche Transponderposition im Schnittpunkt der Hauptkeulen ergibt. the arrangement of the transmitting and receiving antenna at an angle of about 90 degrees thereby to each other is particularly advantageous, since this results in a small volume of the possible transponder position at the intersection of main lobes. Zumindest eine der Antennen sollte eine höhere Richtwirkung und damit eine gut definierte Hauptkeule besitzen. At least one of the antennas should have a higher directivity and thus a well-defined main lobe.
  • zeigt die Einheit zur Transponderpositionsbestimmung aus den vom Funksystem generierten Daten. shows the transponder unit for position determination from the generated from the radio system data. Sie besteht aus einem Prädiktor ( It consists of a predictor ( 2-1 2-1 ) uns einem Korrektor ( ) (Us a corrector 2-2 2-2 ). ). Der Prädiktor enthält ein über den Parametersatz ( The predictor contains a (via the parameter set 2-5 2-5 ) konfigurierbares physikalisches Bewegungsmodell ( ) Configurable physical motion model ( 2-4 2-4 ) für die Transponder. ) For the transponder. Dieses schätzt auf Grund der vergangenen Meßwerte die Position der Transponder x G . This estimates the position of the transponder x G on the basis of past values. Diese geschätzten Positionen werden dem Korrektor ( These estimated positions (the corrector 2-2 2-2 ) zugeführt, der ein parametrierberes Modell für die Funkausbreitung der vom Transponder rückgestreuten Daten ( ) Supplied to the (a parametrierberes model for the radio propagation of back-scattered from the transponder data 2-7 2-7 ) beinhaltet. ) Includes. Die geschätzte Position wird nun auf Basis des Funkmeßdatensatzes korrigiert und der Korrektor gibt die korrigierten Positionen x K für den aktuellen Zeitpunkt an den Korrelationstester aus. The estimated position is then corrected based on the Funkmeßdatensatzes and the corrector outputs the corrected positions x K for the current time to the correlation testers. Dieser Positionssatz wird dem Prädiktor ( This position is set (the predictor 2-1 2-1 ) zugeführt, der es als Basis für die nächste Schätzung verwendet. ) Supplied using it as a base for the next estimate. Der Parameterupdater ( The Parameterupdater ( 2-3 2-3 ) nimmt notwendige Änderungen am Parametersatz ( ) Takes the necessary changes to the parameter set ( 2-5 2-5 ) vor, das Bewegungsmodell ( ) Before, the motion model ( 2-4 2-4 ) für die Transponder kann also laufend angepasst werden. ) For the transponder can thus be adapted. Dieses Verfahren wird für jeden Transponder dessen Position verfolgt werden soll durchgeführt. This method is whose position is to be tracked for each transponder carried out.
  • Das System wird durch einen optisch arbeitenden Funktionsblock der es erlaubt Objekte oder Personen mittels Bildverarbeitung zu identifizieren und zu verfolgen ergänzt. The system is supplemented by the optically operating a function block allows to identify objects or persons by means of image processing and track. Dieses System kann als Kamerasystem oder Lasersystem in 2D oder 3D ausgeführt sein. This system can be implemented as a camera system or laser system in 2D or 3D. Die von diesem optischen System ermittelten Objekte und deren aktuelle Position werden einem Korrelationstester zugeführt. The objects and detected by this optical system whose current location are supplied to a correlation tester. Dieser prüft die Korrelation zwischen den Positionsdaten der RFID Transponder und der vom Kamerasystem erkannten Objekte oder Personen und kann so eine Untermenge von Transpondern einem Objekt oder Person zu ordnen, welches diese Transponder trägt. This checks the correlation between the position data of the RFID transponder and detected by the camera system objects or people and can thus organize a subset of transponders an object or person carrying these transponders.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
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    • US 20090322489 [0002] US 20090322489 [0002]

Claims (9)

  1. System zur Ortung und Kommunikation mit passiven Funktranspondern bestehend aus: – mindestens einer Antenne zur Energieversorgung der Transponder und zum Aussenden von Kommandos an die Transponder – mindestens einer Antenne zum Empfangen der von den Transponder rückgestrahlten Signale – mindestens einer Sende- und Empfangseinheit zur Kommunikation mit passiven Transpondern welche Funkmessdatensätze bestehend aus Antennenrichtdiagrammzustand und Rückstreustärke für einen Transponder bildet – mindestens einem optischen System zur Identifikation und Positionsbestimmung von Objekten oder Personen – mindestens einer Einheit zur Positionsbestimmung welche aus den Funkmessdatensätzen unter Verwendung eines Bewegungsmodells für die Transponder in einem Prädiktor/Korrektor Verfahren die wahrscheinlichste Position der Transponder bestimmt – mindestens einem Korrelationstester zum Testen der Korrelation zwischen den Positionsdaten der Transponder und den optisch erfassten Obje System for locating and communicating with passive radio transponders consisting of: - at least one antenna to supply energy to the transponder, and for transmitting commands to the transponder - at least one antenna for receiving the backscattered by the transponder signals - at least one transmitting and receiving unit for communication with passive transponders which radio measurement data sets is composed of antenna directivity pattern condition and backscatter intensity for a transponder - at least one optical system for identification and position determination of objects or people - at least one unit for determining the position which consists of the radio measurement data sets using a motion model for the transponders in a predictor / corrector method, the most probable position of the transponder is determined - at least one correlation tester for testing the correlation between the position data of the transponders and the optically detected obje kten oder Personen zur Zuordnung einer Menge von Transpondern kth or persons for assigning a set of transponders
  2. System nach Anspruch 1 wobei Sende- und/oder Empfangsantennen als zumindest in einer Achse elektronisch steuerbare Antenne ausgeführt sind System wherein transmitting and / or receiving antennas as are carried out at least in one axis electronically steerable antenna according to claim 1
  3. System nach Anspruch 1 wobei Sende- und/oder Empfangsantennen als zumindest in einer Achse mechanisch steuerbare Antenne ausgeführt sind System wherein transmitting and / or receiving antennas are at least as embodied in an axle mechanically controllable antenna according to claim 1
  4. System nach Anspruch 1 wobei Sende- und Empfangsantennen gemischt aus elektronisch und mechanisch steuerbaren Antenne ausgeführt sind System wherein the transmitting and receiving antennas are mixed from electronically and mechanically controllable antenna carried out according to claim 1
  5. System nach Anspruch 1 wobei mehrere Sende- und/oder Empfangsantennen zeitlich nacheinander über einen Antennenumschalter mit der gleichen Sende- und Empfangseinrichtung verbunden werden System wherein a plurality of transmitting and / or receiving antennas are connected consecutively via an antenna switch with the same transmitting and receiving device according to claim 1
  6. System nach Anspruch 1 wobei das Bewegungsmodell als Partikelfilter realisiert wird. System wherein the motion model is realized as a particle filter according to Claim. 1
  7. System nach Anspruch 1 wobei das optische System als Lasersystem ausgeführt wird. System wherein the optical system according to claim 1 carried out as a laser system.
  8. System nach Anspruch 1 wobei das optische System als Kamerasystem ausgeführt wird. System wherein the optical system according to claim 1 carried out as a camera system.
  9. System nach Anspruch 1 wobei der Parametersatz des Funkausbreitungsmodells durch Messung von Transpondern an bekannten Positionen ermittelt wird. System wherein the parameter set of the radio propagation model is determined by measuring at known positions of transponders according to claim. 1
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