DE102014004981B4 - Verfahren zur Bestimmung der relativen Position wenigstens einer passiven Ortungseinrichtung durch wenigstens eine aktive Ortungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der relativen Position wenigstens einer passiven Ortungseinrichtung durch wenigstens eine aktive Ortungseinrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der relativen Position wenigstens einer passiven Ortungseinrichtung (24) durch wenigstens eine aktive Ortungseinrichtung (23), wobei die aktive Ortungseinrichtung (23) eine Steuereinrichtung (1) und mehrere Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17), die Funksignale in unterschiedliche Raumwinkelsegmente senden und aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten empfangen können, und die passive Ortungseinrichtung (24) eine Transpondereinrichtung (18) und eine Rundstrahlantenne (19) zur Abstrahlung und zum Empfang von Funksignalen umfasst, mit den Schritten: a) Ansteuern einer (10) der Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) zum Senden eines Anfragesignals (25) durch die Steuereinrichtung (1), b) Empfangen des Anfragesignals (25) durch die Rundstrahlantenne (19), c) Generieren eines aus dem Anfragesignal (25) abgeleiteten Antwortsignals (26) durch die Transpondereinrichtung (18), d) Senden des Antwortsignals (26) über die Rundstrahlantenne (19), e) Empfangen des Antwortsignals (26) durch die Richtantenne (10) und/oder wenigstens eine der weiteren Richtantennen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) als wenigstens ein der jeweiligen Richtantenne (10) zugeordnetes Empfangssignal, f) Bestimmen der relativen Position der passiven Ortungseinrichtung (24) zur aktiven Ortungseinrichtung (23) durch Auswerten der Amplitude und/oder der Laufzeit des Empfangssignals, wobei jeder passiven Ortungseinrichtung (24) eine eindeutige Identifikationsinformation zugeordnet ist, wobei die eindeutige Identifikationsinformation oder eine aus der eindeutigen Identifikationsinformation abgeleitete Information in der Steuereinrichtung (1) der aktiven Ortungseinrichtung (23) gespeichert ist und wenigstens eine Identifikationsinformation oder abgeleitete Information durch die Steuereinrichtung (1) mit dem Anfragesignal (25) gesendet wird, wobei ausschließlich durch die Transpondereinrichtung (18) derjenigen passiven Ortungseinrichtung (24) ein Antwortsignal (26) generiert wird, deren Identifikationsinformation im Anfragesignal (25) enthalten ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Position wenigstens einer passiven Ortungseinrichtung durch wenigstens eine aktive Ortungseinrichtung. Ein solches Verfahren ist aus der DE 10 2006 005 281 A1 und aus der DE 10 2008 050 610 A1 bekannt.
  • Eine Vielzahl von Einsätzen von Einsatzkräften, beispielsweise von Rettungskräften, Ordnungskräften oder Polizeikräften, erfordern, ebenso wie Kampfeinsätze, eine gezielte Koordination einzelner Gruppenmitglieder. Eine derartige Koordination ist insbesondere bei widrigen Umgebungsbedingungen, also beispielsweise bei unübersichtlichem Terrain, schlechten Sichtverhältnissen oder sich schnell ändernden Positionen der Gruppenmitglieder, dadurch erschwert, dass einzelnen Gruppenmitgliedern die exakten Aufenthaltsorte anderer Gruppenmitglieder nicht bekannt sind.
  • Es ist daher bekannt, Gruppenmitglieder bei solchen Einsätzen durch Systeme zu unterstützen, die die Aufenthaltsorte von Gruppenmitgliedern erfassen und bereitstellen. Mit dieser Information ist es möglich, dass auf geänderte Einsatzbedingungen flexibel reagiert wird. Insbesondere können Formationen aufrechterhalten oder wieder neu gebildet werden. Die Gefahr eines unabsichtlichen Beschusses wird reduziert. Ergänzend können bewegungsunfähige Gruppenmitglieder identifiziert werden und es können geeignete Maßnahmen zur Rettung dieser Gruppenmitglieder koordiniert werden.
  • Zur Positionsbestimmung einzelner Positionen oder Objekte ist es dabei bekannt, durch einen mobilen Empfänger die Signale wenigstens zweier Sendeeinrichtungen zu empfangen, die eine Zeitkodierung aufweisen. Bei einer geradlinigen Übertragung des Funksignals ohne Reflexionen ist in diesem Fall aus einem Vergleich der Empfangszeit zu der im Funksignal kodierten Zeit eine Laufzeit des Signals bestimmbar und damit ein Abstand zur jeweiligen Sendeeinrichtung. Aus den Abständen zu mehreren Sendeeinrichtungen kann in diesem Fall die Position des Empfängers und damit der Person, die den Empfänger trägt, bestimmt werden. Die bekanntesten derartigen Systeme sind Satellitennavigationssysteme, insbesondere GPS. Daneben ist es jedoch bekannt, in einem Einsatzgebiet wenigstens zwei ortsfeste Sendestationen mit bekannten Positionen zu nutzen, um derartige Signal bereitzustellen.
  • Nachteilig ist dabei, dass zur Koordination der Gruppe notwendigerweise externe Signale notwendig sind. Signale einer satellitenbasierten Positionsbestimmung können durch Umgebungs- und Umweltbedingungen, insbesondere in Gebäuden, gestört sein. Zudem ist die Auflösung von satellitenbasierten Ortungsmethoden begrenzt. Das Vorsehen separater Sendestationen für eine Lokalisierung von Gruppenmitgliedern erfordert zusätzliche Vorbereitungsschritte für einen Einsatz und kann daher Reaktionszeiten verlängern. Zudem kann eine Bereitstellung derartiger Signale insbesondere in widrigen Umgebungsbedingungen, aufwendig sein.
  • Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lokalisierung einzelner Gruppenmitglieder anzugeben, das einen autonomen Betrieb innerhalb der Gruppe, ohne eine externe Signalbereitstellung, ermöglicht, und das für den Einsatz mehrerer passiver Ortungseinrichtungen optimiert ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Position einer passiven Ortungseinrichtung und damit eines Gruppenmitglieds, das die passive Ortungseinrichtung trägt, dadurch zu ermitteln, dass ein Anfragesignal von der aktiven Ortungseinrichtung an die passive Ortungseinrichtung und zurück übertragen wird und anschließend aus den Amplituden und/oder Laufzeiten von Empfangssignalen an verschiedenen Richtantennen die Position der passiven Ortungseinrichtung bestimmt wird.
  • In einfachen Fällen, in denen insbesondere keine Streuungen des Anfragesignals bzw. des Antwortsignals durch Objekte im Umfeld zu erwarten sind, kann die Richtung der passiven Ortungseinrichtung aus der relativen Empfangsamplitude beim Empfang des Signals über mehrere der Richtantennen bestimmt werden. Der Abstand kann aus der Amplitude der Empfangssignale bzw. aus der Laufzeit der Empfangssignale bestimmt werden. Zur Laufzeitbestimmung kann dabei insbesondere die Phase der jeweiligen Empfangssignale ausgewertet werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn durch die Transpondereinrichtung das Anfragesignal direkt, verstärkt oder unverstärkt, wieder gesendet wird, wodurch das Antwortsignal einen definierten Zeit und damit Phasenversatz gegenüber dem Anfragesignal aufweist. Generell können in der Transpondereinrichtung bei einer Auswertung der Phase jegliche Verarbeitungsschritte genutzt werden, die eine feste Phasenbeziehung zwischen einem Anfrage- und einem Antwortsignal erhalten.
  • In komplexeren Empfangssituationen, in denen mit einer Streuung des Anfrage- und/oder des Antwortsignals zu rechnen ist, kann ausgenutzt werden, dass das Antwortsignal typischerweise über mehrere Richtantennen und teilweise auch mehrmals empfangen wird. Aus der zeitlichen und räumlichen Verteilung des Antwortsignals kann die Position bestimmt werden. Insbesondere können ergänzend zur Korrektur bzw. zur Plausibilisierung der Position auch vorangehend bestimmte Positionen der passiven Ortungseinrichtung genutzt werden.
  • Bei einer Nutzung einer einzelnen Richtantenne zum Senden des Anfragesignals kann ausschließlich die Position von passiven Ortungseinrichtungen bestimmt werden, die sich in dem Raumwinkelsegment befinden, in das die Richtantenne abstrahlt, bzw. zu denen das Anfragesignal durch eine Reflexion an einem Objekt in diesem Raumwinkelsegment reflektiert wird. Zudem ist es insbesondere dann, wenn sich viele reflektierende Objekte im Einsatzbereich des Verfahrens befinden, vorteilhaft, möglichst viele Empfangssignale zu sammeln, um eine möglichst genaue und eindeutige Bestimmung der relativen Position zu erreichen. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Schritt a) des Verfahrens mehrmals wiederholt wird, wobei in Schritt a) jeweils eine andere der Richtantennen zum Senden des Anfragesignals angesteuert wird, und wobei bei einem Empfang des jeweiligen Anfragesignals durch die Rundstrahlantenne jeweils auch die Schritte c) bis e) für das jeweilige Anfragesignal bzw. das aus diesem abgeleitete jeweilige Antwortsignal durchgeführt werden, wonach in Schritt f) die jeweils in Schritt e) empfangenen Empfangssignale ausgewertet werden. Schritt a) kann dabei insbesondere für jede der Richtantennen wenigstens einmal durchgeführt werden, wodurch zum einen eine Abdeckung aller durch die Richtantennen abgedeckten Raumwinkelsegmente erfolgt, und zum anderen eine Vielzahl verschiedener Empfangssignale von der passiven Ortungseinrichtung empfangen werden, wodurch auch bei einer Vielzahl von Objekten im Umfeld der aktiven und/oder passiven Ortungseinrichtung eine ausreichende Datenmenge vorliegt, um die Position der passiven Ortungseinrichtung hochaufgelöst und eindeutig zu bestimmen.
  • Es ist dabei möglich, dass durch die Steuereinrichtung eine Zeit, die seit der Aussendung des Anfragesignals verstrichen ist, erfasst wird, wobei bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts durch die erfasste Zeit das Verfahren mit der Ansteuerung einer anderen Richtantenne in Schritt a) oder mit Schritt f) fortgesetzt wird. Dies ist vorteilhaft, da sich in einem Raumwinkelsegment, in das durch die Richtantenne das Anfragesignal abgestrahlt wird, unter Umständen weder eine passive Ortungseinrichtung befindet, noch sich ein Objekt befindet, das das Anfragesignal zu einer passiven Ortungseinrichtung streut. Durch die Nutzung eines bestimmten Zeitintervalls als zusätzliche Abbruchbedingung wird auch in diesem Fall erreicht, dass auch in die weiteren Raumwinkelsegmente Anfragesignale gesendet werden, die durch die passive Ortungseinrichtung empfangen werden können. Es wird also eine hohe Robustheit des Verfahrens erreicht.
  • Es ist insbesondere möglich, dass die passive Ortungseinrichtung eine Steuereinrichtung und mehrere Richtantennen umfasst, wobei das Verfahren durch die passive Ortungseinrichtung parallel oder zeitversetzt auch als weitere aktive Ortungseinrichtung durchgeführt wird. Ergänzend oder alternativ ist es auch möglich, dass die aktive Ortungseinrichtung eine Transpondereinrichtung und eine Rundstrahlantenne umfasst und am Verfahren parallel oder zeitversetzt als weitere passive Ortungseinrichtung teilnimmt. Insbesondere kann jede der genutzten Ortungseinrichtungen als aktive und als passive Ortungseinrichtung am Verfahren teilnehmen. Ist nun jedem Gruppenmitglied eine der Ortungseinrichtungen zugeordnet, so kann stets die Position der weiteren Ortungseinrichtungen und damit die Position der weiteren Gruppenmitglieder erfasst werden. Alternativ wäre es möglich, jedem Gruppenmitglied sowohl eine aktive als auch eine passive Ortungseinrichtung zuzuordnen.
  • Wird wenigstens eine der am Verfahren beteiligten Ortungseinrichtungen sowohl als aktive als auch als passive Ortungseinrichtung genutzt, so ist es insbesondere möglich, dass als Rundstrahlantenne eine Verschaltung mehrerer der Richtantennen genutzt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Verfahren zeitversetzt durch mehrere aktive Ortungseinrichtungen durchgeführt wird. In diesem Fall kann eine Ortungseinrichtung zu Zeitpunkten, zu denen sie als passive Ortungseinrichtung dient, die Richtantennen zu einer Rundstrahlantenne verschalten und zu Zeitpunkten, zu denen sie als aktive Ortungseinrichtung dient, die Richtantennen separat zum Senden eines Anfragesignals bzw. zum Empfangen eines Antwortsignals nutzen.
  • Am erfindungsgemäßen Verfahren können auch mehrere passive Ortungseinrichtungen teilnehmen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn für die passiven Ortungseinrichtungen nicht nur eine relative Position ermittelt wird, sondern die einzelnen passiven Ortungseinrichtungen durch die aktive Ortungseinrichtung auch identifiziert werden. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder passiven Ortungseinrichtung eine eindeutige Identifikationsinformation zugeordnet ist, wobei die eindeutige Identifikationsinformation oder eine aus der eindeutigen Identifikationsinformation abgeleitete Information in der Steuereinrichtung der aktiven Ortungseinrichtung gespeichert ist und wenigstens eine Identifikationsinformation oder abgeleitete Information durch die Steuereinrichtung mit dem Anfragesignal gesendet wird, wobei ausschließlich durch die Transpondereinrichtung derjenigen passiven Ortungseinrichtung ein Antwortsignal generiert wird, deren Identifikationsinformation im Anfragesignal enthalten ist. Dies ist besonders einfach möglich, wenn die Identifikationsinformation eine Sendefrequenz des Anfragesignals bestimmt. Alternativ kann die Identifikationsinformation beispielsweise durch Frequenz-, Phasen- oder Amplitudenmodulation auf das Anfragesignal aufgeprägt sein, wobei sowohl eine analoge als auch eine digitale Aufprägung der Identifikationsinformation möglich ist. In diesem Fall kann beispielsweise ein Verstärker der Transpondereinrichtung in Abhängigkeit der empfangenen Identifikationsinformation geschaltet werden.
  • Alternativ ist eine Identifikation der passiven Ortungseinrichtungen auch möglich, wenn jeder passiven Ortungseinrichtung eine eindeutige Identifikationsinformation zugeordnet ist, wobei das Antwortsignal in Abhängigkeit der der passiven Ortungseinrichtung zugeordneten Identifikationsinformation generiert wird, wonach in Schritt f) aus dem Empfangssignal zusätzlich die Identifikationsinformation der passiven Ortungseinrichtung oder eine daraus abgeleitete Information bestimmt wird. Die Generierung des Antwortsignals kann dabei beispielsweise durch eine Amplitudenmodulation des Antwortsignals, durch eine Frequenzschiebung des Antwortsignals in Abhängigkeit der Identifikationsinformation oder Ähnliches erfolgen.
  • Um die Sicherheit des Verfahrens zu erhöhen, ist es auch möglich, dass durch die passive Ortungseinrichtung das Antwortsignal sowohl in Abhängigkeit einer Information des Anfragesignals als auch in Abhängigkeit einer Identifikationsinformation generiert wird. Damit kann beispielsweise ein sogenanntes Challenge-Response-Verfahren implementiert werden, indem beispielsweise ein mit dem Anfragesignal übertragenes, der aktiven Ortungseinrichtung bekanntes Zufallssignal mit einem kryptografischen Schlüssel der passiven Ortungseinrichtung signiert wird, um das Antwortsignal zu bilden. Damit wird insbesondere ein gezieltes Stören des erfindungsgemäßen Verfahrens erschwert.
  • Zur Bestimmung der Laufzeit kann insbesondere eine Phaseninformation des Empfangssignals ausgewertet werden. Abhängig von den erwarteten Abständen zwischen den Ortungseinrichtungen kann es dabei ausreichend sein, ausschließlich die relative Phase des Anfragesignals und des Antwortsignals zu berücksichtigen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, zunächst separat eine Laufzeit des Signals zu ermitteln und die Phaseninformation zur Plausibilisierung bzw. Korrektur dieser Laufzeit heranzuziehen. Die Nutzung der Phaseninformation des Empfangssignals ist insbesondere dann möglich, wenn die Transpondereinrichtung das Anfragesignal verstärkt oder unverstärkt direkt als Antwortsignal sendet. Eine zusätzliche Amplitudenmodulation des Antwortsignals steht der Nutzung der Phaseninformation jedoch nicht im Weg, da sie keinen Einfluss auf die Phase des Signals hat. Eine Auswertung der Phaseninformation ist auch dann möglich, wenn das Antwortsignal phasenstarr zum Anfragesignal ist, also beispielsweise durch eine Frequenzteilung oder Frequenzvervielfachung über einen phasenstarren Regelkreis erzeugt wird.
  • Wenn die aktive bzw. passive Ortungseinrichtung durch Fußgänger oder andere relativ langsam bewegte Gruppenmitglieder getragen werden, kann davon ausgegangen werden, dass die Frequenz des Anfragesignals bzw. des Antwortsignals durch den Dopplereffekt nur unwesentlich verändert ist. Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der relativen Positionen von relativ schnell bewegten Verfahrensteilnehmern genutzt, so kann die Frequenz- bzw. die Phasenverschiebung auch ausgewertet werden, um relative Geschwindigkeiten zwischen den Ortungseinrichtungen zu bestimmen.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, dass über wenigstens eine der Richtantennen der aktiven Ortungseinrichtung Antwortsignale auf das gleiche gesendet Anfragesignal zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen werden, wobei die relative Position in Abhängigkeit der zu unterschiedlichen Empfangszeitpunkten empfangenen Empfangssignale bestimmt wird. Antwortsignale auf das gleiche gesendete Anfragesignal können insbesondere dann zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen werden, wenn das Anfragesignal und/oder das Antwortsignal an einem weiteren Objekt gestreut wurden. In diesem Fall gelangt das Anfragesignal über mehrere Anfragepfade zur passiven Ortungseinrichtung und wird über mehrere Antwortpfade zurück zur aktiven Ortungseinrichtung übertragen.
  • Da die passive Ortungseinrichtung eine Rundstrahlantenne zur Abstrahlung des Antwortsignals nutzt, wird insbesondere das Antwortsignal zu jedem der über die verschiedenen Anfragepfade empfangenen Anfragesignale über jeden der Antwortpfade zurück an die aktive Ortungseinrichtung übertragen. Zudem können Antwortsignale aufgrund der Nutzung der Rundstrahlantenne zum Senden des Antwortsignals auch über Antwortpfade empfangen werden, die keine Anfragepfade sind. Aus den mehreren Empfangssignalen, die über verschiedene Kombinationen von Anfragepfaden und Antwortpfaden empfangen wurden, kann insbesondere auf die Laufzeit des Antwort- bzw. des Anfragesignals entlang eines einzelnen Antwortpfades bzw. Anfragepfades zurückgeschlossen werden.
  • Es ist möglich, dass mehrere aktive Ortungseinrichtungen an dem Verfahren teilnehmen, wobei durch die zugeordneten Steuereinrichtungen verschiedener Ortungseinrichtungen Anfragesignale auf unterschiedlichen Frequenzen gesendet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Verfahren durch mehrere aktive Ortungseinrichtungen gleichzeitig durchgeführt werden soll, da eine gegenseitige Störung der Anfragesignale vermieden wird.
  • Alternativ wäre eine zeitversetzte Nutzung einzelner der Ortungseinrichtungen als aktive Ortungseinrichtung möglich. Bei einer zeitversetzten Nutzung des Verfahrens ist es möglich, dass einzelne Ortungseinrichtungen ihre Richtantennen zum Senden eines Anfragesignals zu bestimmten vorgegebenen Zeitpunkten ansteuern, die gegeneinander versetzt sind. Alternativ wäre es beispielsweise möglich, Anfragesignale zu zufälligen Zeitpunkten zu senden und das Ergebnis zu verwerfen, wenn in einem bestimmten Zeitintervall Anfragesignale von mehreren aktiven Ortungseinrichtungen gesendet wurden.
  • Das Antwortsignal kann gleich dem unverstärkten Anfragesignal oder dem mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor verstärkten Anfragesignal oder dem auf eine vorgegebene Amplitude verstärkten Anfragesignal sein. Wird das Anfragesignal mit einer vorgegebenen Amplitude ausgesendet, so kann aus der Abschwächung des Antwortsignals auf die Entfernung zwischen der aktiven und der passiven Ortungseinrichtung bzw. auf eine Abschwächung durch eine Streuung an weiteren Objekten geschlossen werden. Bei einer Vorgabe der Amplitude des Antwortsignals in Abhängigkeit der Amplitude des Anfragesignals kann aus der Amplitude des jeweiligen Empfangssignals die kombinierte Abschwächung des Anfragesignals und des Antwortsignals, also die Abschwächungen in beiden Übertragungsrichtungen, ermittelt werden.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren können Informationen über eine vorangehende relative Position der passiven Ortungseinrichtung zur aktiven Ortungseinrichtung genutzt werden, um bestimmte relative Positionen zu validieren bzw. zu korrigieren. Insbesondere können die Verfahrensschritte mehrmals wiederholt werden, wobei die bestimmte relative Position nach einem ersten Durchlauf der Schritte a) bis f) gespeichert wird und die relative Position in einem zweiten zeitlich nachfolgenden Durchlauf der Schritte a) bis f) in Abhängigkeit der gespeicherten relativen Position erneut bestimmt wird. Insbesondere ist es möglich, dass zunächst mehrere mögliche relative Positionen aus den Empfangssignalen bestimmt werden, wonach eine der möglichen relativen Positionen in Abhängigkeit einer gespeicherten zuvor ermittelten oder vorgegebenen relativen Position bestimmt wird. Hierzu können bestimmte Rahmenbedingungen für die Bewegung der passiven Ortungseinrichtung zwischen den Durchläufen der Schritte a) bis f) vorgegeben werden, insbesondere eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit der passiven Ortungseinrichtung.
  • Durch die Steuereinrichtung kann die relative Position der passiven Ortungseinrichtungen, insbesondere grafisch, auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. Durch das Vorsehen einer Anzeigeeinrichtung an der aktiven Ortungseinrichtung kann, insbesondere wenn den passiven Ortungseinrichtungen Identifikationsinformationen zugeordnet sind und diese ebenfalls dargestellt werden, einem Benutzer schnell eine Übersicht über die Positionen der passiven Ortungseinrichtungen und damit über die Positionen von Gruppenmitgliedern gegeben werden.
  • Vorteilhaft können die bestimmten relativen Positionen an eine Zentraleinrichtung übermittelt werden. Während das erfindungsgemäße Verfahren den autonomen Betrieb von Ortungseinrichtungen in einer Gruppe ohne zusätzliche äußere Hilfsmittel ermöglichen soll, ist es dennoch vorteilhaft, wenn die relativen Positionsinformationen externen Stellen, beispielsweise einem Einsatzleiter, bereitgestellt werden, der aufgrund der übermittelten Positionsdaten seine Führungsbefehle oder andere Einsatzparameter anpassen kann.
  • Daneben betrifft die Erfindung eine Ortungseinrichtung zur Bestimmung der relativen Position einer weiteren Ortungseinrichtung, die eine Steuereinrichtung und mehrere Richtantennen, die Funksignale in unterschiedliche Raumwinkelsegmente senden und aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten empfangen können, umfasst und die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens als aktive Ortungseinrichtung ausgebildet ist. Insbesondere kann die Ortungseinrichtung eine Transpondereinrichtung und eine Rundstrahlantenne zur Abstrahlung und zum Empfang von Funksignalen umfassen und zusätzlich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als passive Ortungseinrichtung ausgebildet sein.
  • Die Ortungseinrichtung kann dabei als mobile, tragbare Einrichtung ausgebildet sein. Dabei kann sie insbesondere durch eine Einzelperson tragbar sein.
  • Die Rundstrahlantenne und/oder die Richtantennen können als Patchantenne ausgebildet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da dadurch eine geringe Bautiefe der Rundstrahlantenne bzw. der Richtantennen erreicht wird, wodurch sie insbesondere in weitere Ausrüstungsgegenstände eines Gruppenmitglieds integriert werden können.
  • Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn die Ortungseinrichtung zur Integration in einem Schutzhelm ausgebildet ist.
  • Daher betrifft die Erfindung auch einen Schutzhelm, der eine erfindungsgemäße Ortungseinrichtung umfasst. Die mehreren Richtantennen können dabei insbesondere ringförmig um den Schutzhelm angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Rundstrahlantenne mittig am Helm angeordnet sein. Vorteilhaft umfasst der Schutzhelm ein Head-up Display, über das einem Benutzer die relative Position der passiven Ortungseinrichtungen dargestellt wird. Dabei können insbesondere auch Identifikationsinformationen für die einzelnen Ortungseinrichtungen und damit die einzelnen Gruppenmitglieder dargestellt werden. Durch die Integration der Ortungseinrichtung in den Schutzhelm wird eine besonders gut tragbare Ortungseinrichtung bereitgestellt, die zudem eine besonders gute Darstellung der relativen Positionen von Gruppenmitgliedern im Blickfeld eines Benutzers ermöglicht.
  • Die erfindungsgemäße Ortungseinrichtung sowie der erfindungsgemäße Schutzhelm können entsprechend der Merkmale weitergebildet werden, die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wurden und umgekehrt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl als aktive als auch als passive Ortungseinrichtung ausgebildet ist,
  • 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schutzhelms,
  • 3 bis 7 eine schematische Darstellung der Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 8 und 9 schematische Situationen in denen das erfindungsgemäße Verfahren genutzt wird.
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Ortungseinrichtung 22, die sowohl als aktive Ortungseinrichtung 22 genutzt werden kann, um die relative Position weiterer Ortungseinrichtungen zu ermitteln, also auch als passive Ortungseinrichtung 22 genutzt werden kann, um bei Empfang eines Anfragesignals einer weiteren Ortungseinrichtung ein entsprechendes Antwortsignal zu generieren. Die Ortungseinrichtung 22 umfasst dabei eine Steuereinrichtung 1 und mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen 2 bis 9, denen jeweils eine Richtantenne 10 bis 17 zur Abstrahlung von Funksignalen in unterschiedliche Raumwinkelsegmente und zum Empfang von Antwortsignalen aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten zugeordnet ist. Um auch Antwort Signale auf Anfragesignale generieren zu können, umfasst die Ortungseinrichtung 22 zudem einen Transponder 18 mit zugeordneter Rundstrahlantenne 19 zum Empfangen von Anfragesignalen und zum Senden von Antwortsignalen. Im Gegensatz zu den Richtantennen 10 bis 17, die Anfragesignale in einen bestimmten Raumwinkel senden bzw. Antwortsignale aus diesem empfangen, empfängt bzw. sendet die Rundstrahlantenne gleichmäßig Signale aus bzw. in alle Raumwinkelsegmente in der Ebene der Rundstrahlantenne 19. Um die Ergebnisse der Positionsbestimmung einem Benutzer darstellen zu können, umfasst die Ortungseinrichtung 22 zudem eine durch die Steuereinrichtung 1 gesteuerte Anzeigeeinrichtung, nämlich ein Head-up Display 20. Dabei sind mehreren passiven Ortungseinrichtungen, deren Position erfasst wird, Identifikationsinformationen zugeordnet, die zusätzlich zur relativen Position auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden.
  • Insbesondere können mehrere der in 1 gezeigten Ortungseinrichtungen 22 genutzt werden, wobei zu bestimmten Zeiten jeweils eine der Ortungseinrichtungen 22 als aktive Ortungseinrichtung die relativen Positionen der weiteren Ortungseinrichtungen erfasst. Hierzu steuert die Steuerungseinrichtung 1 zunächst eine der Sende- und Empfangseinrichtungen 2 bis 9 an, um über die zugeordnete Richtantenne 10 bis 17 ein Anfragesignal an eine weitere Ortungseinrichtung 22 zu senden. Die weitere Ortungseinrichtung 22 empfängt über die Rundstrahlantenne 19 das Anfragesignal, wonach der Transponder 18 ein Antwortsignal generiert und über die Rundstrahlantenne 19 zurück an die Ortungseinrichtung 22 sendet. Das rückgesendete Antwortsignal wird über wenigstens eine der Richtantennen 10 bis 17 empfangen und über die zugeordnete Sende- und Empfangseinrichtung 2 bis 9 der Steuereinrichtung 1 zugeführt. Dabei wird für jedes der empfangenen Empfangssignale sowohl eine Amplitude als auch eine Laufzeit bestimmt. Der beschriebene Vorgang wird anschließend für jede der weiteren Richtantennen, die bisher nicht zum Senden eines Anfragesignals genutzt wurden, wiederholt. Anschließend wird durch die Steuereinrichtung 1 aus den jeweiligen Amplituden und Laufzeiten der Empfangssignale der jeweiligen Durchgänge die relative Position der weiteren Ortungseinrichtungen ermittelt. Die beschriebenen Schritte werden mit Bezug auf 3 bis 7 noch genauer erläutert.
  • 2 zeigt schematisch einen Schutzhelm 21, in dem die mit Bezug auf 1 beschriebene Ortungseinrichtung 22 integriert ist. Dabei sind die Richtantennen 10 bis 17 ringförmig am Rand des Schutzhelms umlaufend um den Kopf eines Trägers angeordnet. Die Richtantenne 10 ist dabei in Blickrichtung eines Trägers gerichtet. Die weiteren Richtantennen 11 bis 17 sind mit jeweils gleichem Winkelabstand umlaufend um den Schutzhelm angeordnet. Die Rundstrahlantenne 19 ist mittig am Schutzhelm angebracht. Das nicht gezeigte Head-up Display 20 ist in ein Visier des Schutzhelms 21 integriert. Durch die gestrichelten Linien ist jeweils die Richtung der maximalen Sendeleistung beziehungsweise der maximalen Empfangsempfindlichkeit der Richtantennen 10 bis 17 gezeigt.
  • In den 3 bis 7 ist schematisch der Ablauf eines Verfahrens zur Bestimmung der relativen Position wenigstens einer passiven Ortungseinrichtung 24 durch wenigstens eine aktive Ortungseinrichtung 23 dargestellt. Dabei können sowohl die aktive Ortungseinrichtung 23 als auch die passive Ortungseinrichtung 24 entsprechend der in 1 dargestellten kombinierten aktiven und passiven Ortungseinrichtungen 22 aufgebaut sein.
  • 3 zeigt schematisch das Senden eines Anfragesignals 25 durch eine erste der Richtantennen 10 an die in 4 gezeigte passive Ortungseinrichtung 24. Zur Erzeugung des Anfragesignals wird eine in der Steuereinrichtung 1 gespeicherte Identifikationsinformation, die die passive Ortungseinrichtung 24 kennzeichnet, an die Sende- und Empfangseinrichtung 2 bereitgestellt. Die Sende- und Empfangseinrichtung 2 moduliert diese Identifikationsinformation auf eine Trägerfrequenz auf, die spezifisch für die aktive Ortungseinrichtung 23 ist. Durch die Wahl separater Frequenzbänder für verschiedene aktive Ortungseinrichtungen 23 können mehrere dieser aktiven Ortungseinrichtungen 23 parallel betrieben werden. Insbesondere können eine Vielzahl von Ortungseinrichtungen 23, 24 am Verfahren teilnehmen, die alle als aktive und passive Ortungseinrichtungen 23, 24 am Verfahren teilnehmen.
  • Das Anfragesignal 25, das durch die Modulation an der spezifischen Frequenz generiert wurde, wird anschließend über die Richtantenne 10 gesendet. Details über den Transport des Sendesignals von der aktiven Ortungseinrichtung 23 zur passiven Ortungseinrichtung 24 und den Einfluss von Hindernissen auf diesen Sendeweg werden noch mit Bezug auf 8 und 9 diskutiert.
  • In 4 ist der Empfang des Anfragesignals 25 durch die Rundstrahlantenne 19 der passiven Ortungseinrichtung 24 gezeigt. Die Rundstrahlantenne 19 ist dabei der Transpondereinrichtung 18 zugeordnet, der das Anfragesignal zugeführt wird.
  • Anschließend wird durch die Transpondereinrichtung 18 aus dem Anfragesignal 25 ein Antwortsignal 26 generiert, indem das Anfragesignal 25 entweder mit einem festen Verstärkungsfaktor verstärkt wird, falls die im Anfragesignal 25 kodierte Identifikationsinformation der Identifikationsinformation der passiven Ortungseinrichtung 24 entspricht oder der Verstärkungsfaktor auf Null gesetzt, falls die Identifikationsinformation des Anfragesignals 25 nicht der Identifikationsinformation der passiven Ortungseinrichtung 24 entspricht, womit kein Antwortsignal gesendet wird.
  • Im in 5 gezeigten Verfahrensschritt entspricht das mit dem Anfragesignal gesendete Identifikationsmerkmal dem Identifikationsmerkmal der passiven Ortungseinrichtung 24 und durch den Transponder 18 wird daher über die Rundstrahlantenne 19 ein Antwortsignal 26 gesendet. Die Sendung des Antwortsignals 26 erfolgt dabei im Wesentlichen gleichmäßig in alle Richtungen in einer Sendeebene der Rundstrahlantenne 19.
  • 6 zeigt den Empfang des Antwortsignals 26 durch die aktive Ortungseinrichtung 23. Das Antwortsignal 26 wird dabei durch die Richtantennen 10, 11, 17 empfangen und den zugeordneten Sende- und Empfangseinrichtungen 2, 3, 9 zugeführt. Durch die verschiedene Skalierung der Wellenzüge des Antwortsignals 26 in 6 ist angedeutet, dass die durch die Richtantennen 11, 17 empfangenen Empfangssignale eine geringere Amplitude haben als das durch die Richtantenne 10 empfangene Empfangssignal. Die gezeigte Verteilung der Amplituden der Empfangssignale auf die Richtantennen 10, 11, 17 entspricht einer Ortung der passiven Ortungseinrichtung 24 im zentralen Empfangsbereich der Richtantenne 10. Die geringere Amplitude des durch die Richtantennen 11, 17 empfangenen Empfangssignals ist dabei zum einen durch den geringfügig größeren Abstand der Richtantennen 11, 17 der passiven Ortungseinrichtung 24 gegenüber der Richtantenne 10, zum anderen durch den unterschiedlichen Empfangswinkel der Richtantennen 10, 11, 17 verursacht. Die Richtcharakteristik von Richtantennen führt dazu, dass Funksignale, die im steilen Winkel auf die Richtantennen 10 bis 17 einfallen, mit einer großen Empfangsamplitude empfangen werden und Funksignale, die in einem relativ flachen Winkel durch die Richtantennen 10 bis 17 empfangen werden, mit einer relativ kleinen Empfangsamplitude empfangen werden. Das Antwortsignal 26 fällt nahezu senkrecht auf die Richtantenne 10, wodurch die Empfangsamplitude des Empfangssignals sehr groß ist, und in einem deutlich flacheren Winkel auf die Richtantennen 11, 17, womit die Empfangsamplitude des Empfangssignals an diesen Richtantennen 11, 17 geringer ist.
  • Solange das Anfragesignal und das Antwortsignal nicht durch weitere Objekte gestreut werden, kann der Raumwinkel, in dem sich die passive Ortungseinrichtung 24 bezüglich der aktiven Ortungseinrichtung 23 befindet, ermittelt werden, indem die relativen Amplituden der Empfangssignale an den Richtantennen 10 bis 17 verglichen werden. Im in 6 gezeigten Fall ist die Verteilung der Amplituden der Empfangssignale der Empfangsantennen symmetrisch zur Richtantenne 10. Die passive Ortungseinrichtung 24 befindet sich also zentral im durch die Empfangsantenne 10 abgedeckten Raumwinkelbereich. Eine Berücksichtigung von streuenden Objekten wird im Folgenden noch mit Bezug auf 8 und 9 erläutert.
  • Zur Entfernungsbestimmung werden in der aktiven Ortungseinrichtung 23 parallel drei Ansätze folgen. Eine erste Entfernungsinformation wird gewonnen, indem die Amplituden der Empfangssignale und damit, bei bekannter Empfangsrichtung, die Amplitude des Antwortsignals an der Position der aktiven Ortungseinrichtung 23 ausgewertet wird. Wie mit Bezug auf 5 erläutert, entspricht das Antwortsignal 26 einem mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor skalierten Anfragesignal 25. Bei Nutzung des Verfahrens in einer Umgebung, bei der ein direktes Senden des Anfragesignals 25 von der aktiven Ortungseinrichtung 23 zur passiven Ortungseinrichtung 24 möglich ist, das heißt in Situationen, in denen kein Hindernis den direkten Anfragepfad blockiert, kann aus der bekannten Sendecharakteristik der Richtantenne und der bekannten Sendecharakteristik der Rundstrahlantenne sowie der Amplitude des Antwortsignals 26 die Entfernung zwischen der aktiven Ortungseinrichtung 23 und der passiven Ortungseinrichtung 24 durch Auswertung der erfolgten Abschwächung bestimmt werden. Dabei können insbesondere durch Vorversuche winkelabhängige Abschwächungskarten erstellt und in der Steuerungseinrichtung gespeichert werden, die Umrechnung zwischen einer Abschwächung und einer Entfernung kann jedoch auch aufgrund eines theoretischen Modells erfolgen.
  • Eine zweite Entfernungsinformation wird durch eine direkte Messung der Signallaufzeit ermittelt. Eine direkte Messung der Signallaufzeit ist sehr robust, da sie unempfindlich gegenüber Phasenverschiebungen des Signals aufgrund von Frequenzverschiebungen durch den Dopplereffekt oder Streuungen ist. Zudem ist bei einer Nutzung einer direkten Zeitdifferenz zwischen dem Senden des Anfragesignals 25 und dem Empfang des Antwortsignals 26 keine Phasenstarrheit zwischen dem Anfragesignal 25 von dem Antwortsignal 26 notwendig. Aufgrund der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen ist bei ausschließlicher Berücksichtigung dieser Zeitdifferenz jedoch nur eine Ortsauflösung erreichbar, die zum einen durch die genutzten Frequenzen zum Senden des Anfrage- beziehungsweise des Antwortsignals und zum anderen durch die Zeitauflösung eines internen Zeitzählers begrenzt ist. Ist durch diese beiden Faktoren beispielsweise die Zeitauflösung der Zeitmessung beziehungsweise der Bestimmung des Empfangszeitpunkts auf 10 ns begrenzt, so entspricht dies einer Ortsauflösung von ca. 3 m.
  • Daher wird ergänzend als dritte Entfernungsinformation die relative Phase zwischen dem Empfangssignal, also dem durch die Richtantenne 10 bis 17 empfangenen Antwortsignal 26, und dem Anfragesignal 25 ermittelt. Wie zu 5 erläutert, wirkt die Transpondereinrichtung 18 ausschließlich als Verstärkern mit festem Verstärkungsfaktor. Das Antwortsignal ist damit phasenstarr zum Anfragesignal, wobei durch die Verstärkerschaltung in der Transpondereinrichtung 18 ein bekannter Phasenversatz gegeben ist, der bei der Auswertung der Phase des Empfangssignals berücksichtigt werden kann. Insbesondere bei der Nutzung von hochfrequenten Anfrage- beziehungsweise Antwortsignalen, beispielsweise mit einer Frequenz von einem Gigahertz, können durch die Auswertung der Phasen der Empfangssignale hohe Ortsauflösungen erreicht werden.
  • Nach Empfang des Empfangssignals beziehungsweise nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls, während dem kein Empfangssignal empfangen wurde, wird wie in 7 gezeigt ein weiteres Anfragesignal 25 durch die aktive Ortungseinrichtung 26 ausgesandt, wobei zur Aussendung eine weitere Richtantenne 17 genutzt wird. Der weitere Ablauf des Verfahrens erfolgt wie zu den 4 bis 6 gezeigt. Wie durch den Pfeil 27 in 7 angedeutet, wird die Abstrahlung von Anfragesignalen durch weitere Richtantennen 10 bis 17 gegen den Uhrzeigersinn fortgesetzt, bis eine Abstrahlung des Anfragesignals durch alle Richtantennen 10 bis 17 erfolgt ist. Das Aussenden von Anfragesignalen über alle Richtantennen 10 bis 17 ist zum einen vorteilhaft, da die passive Ortungseinrichtung 24 sich in einem Bereich befinden kann, in dem sie ein über die Richtantenne 10 ausgesendete Anfragesignal nicht empfängt. Ergänzend wird dabei erreicht, dass insbesondere bei Nutzung des Verfahrens in einem Bereich, in dem das Anfragesignal und/oder das Antwortsignal durch mehrere Objekte gestreut wird, eine Vielzahl von Empfangssignalen zur Auswertung bereitstehen, aus denen gemeinsam auch bei unbekannter Position der streuenden Objekte eine relative Position der passiven Ortungseinrichtung ermittelt werden kann.
  • Werden mehrere Ortungseinrichtungen 24 in dem Verfahren genutzt, so führt die aktive Ortungseinrichtung 23 das beschriebene Verfahren für jede der Ortungseinrichtungen 24 durch. Aufgrund der mit dem Anfragesignal 25 übertragenen Identifikationsinformation wird jeweils nur die Position der passiven Ortungseinrichtung erfasst, die durch das Anfragesignal 25 adressiert ist. Vorteilhaft umfasst dabei jede der Ortungseinrichtungen die im Verfahren genutzt werden, wie in 1 und 2 gezeigt, sowohl eine Rundstrahlantenne 19 mit zugeordnetem Transponder 18 als auch die Richtantennen 10 bis 17. In diesem Fall können alle passiven Ortungseinrichtungen 24 zugleich auch als aktive Ortungseinrichtungen 23 betrieben werden oder umgekehrt. Wie bereits erwähnt, sollten in diesem Fall jeder der aktiven Ortungseinrichtungen 23 unterschiedliche Frequenzen zum Senden von Anfragesignalen 25 zugeordnet sein. Alternativ wäre eine Nutzung verschiedener Zeitfenster für die verschiedenen aktiven Ortungseinrichtungen 23 möglich.
  • Insbesondere in komplexen Sende- und Empfangssituationen, also insbesondere wenn viele streuende Objekte vorhanden sind, ist es vorteilhaft, möglichst viele Informationen zur Bestimmung der relativen Positionen zu sammeln. Daher ist es ergänzend möglich, dass zwischen mehreren aktiven Ortungseinrichtungen 23 relative Positionsinformationen ausgetauscht werden. Insbesondere können zwei aktive Ortungseinrichtungen 23, die zugleich als passive Ortungseinrichtungen 24 dienen, ihre relativen Positionen zueinander austauschen, wodurch jeweils eine Plausibilisierung bzw. Korrektur der relativen Positionsbestimmung möglich ist.
  • 8 zeigt die Anfrage- und Antwortpfade für verschiedene Anfrage- und Antwortsignale zwischen der aktiven Ortungseinrichtung 23 und der passiven Ortungseinrichtung 24. Der Anfragepfad 29 und der Antwortpfad 32 entsprechen dabei einer direkten Übertragung des Anfragesignals von der Richtantenne 10 zur Rundstrahlantenne 19 und einer direkten Übertragung des Antwortsignals an die Richtantenne 10. Dabei sind in der schematischen Darstellung in 8 Antwortsignale, die zu kleinen Empfangsamplitude von Empfangssignalen führen, nicht dargestellt. Beispielsweise ist ein direkter Empfang eines Antwortsignals durch die Richtantennen 11 und 17 nicht dargestellt ist, da hier der Einfallswinkel sehr flach ist und damit die Empfangsamplitude sehr klein.
  • Neben dem direkten Anfragepfad 29 und dem direkten Antwortpfad 32 ergeben sich aufgrund der Hindernisse 28 zwei weitere Anfragepfade 30, 31 von der Richtantenne 10 zur Rundstrahlantenne 19 sowie mehrere weitere Antwortpfade, von denen die Antwortpfade 33, 34, 35, 36 gezeigt sind. Durch die Vielzahl der Anfragepfade 29, 30, 31 und der Antwortpfade 32, 33, 34, 35, 36 werden eine Vielzahl von Empfangssignalen durch die Richtantennen 10, 11, 17 empfangen, wodurch bei einer reinen Betrachtung der Empfangsamplituden die relative Position der passiven Ortungseinrichtung 24 verfälscht würde. In der gezeigten Anordnung kann der direkte Anfragepfad 29 und der direkte Antwortpfad 32 jedoch leicht erkannt werden, indem nur das Signal mit der kürzesten Signallaufzeit berücksichtigt wird. Die Bestimmung der Position der passiven Ortungseinrichtung 24 kann durch ausschließliche Auswertung dieses Signals erfolgen, wie zu 3 bis 7 beschrieben. Die weiteren Empfangssignale können dabei zur Plausibilisierung dienen und insbesondere kann durch Auswertung der weiteren Empfangssignale ermittelt werden, dass überhaupt ein direkter Anfragepfad 29 und ein direkter Antwortpfad 32 vorliegen.
  • In 9 ist eine Situation gezeigt, in der zwischen der aktiven Ortungseinrichtung 23 und der passiven Ortungseinrichtung 24 kein direkter Anfragepfad beziehungsweise Antwortpfad vorliegen, da diese durch das abschattende Hindernis 39 blockiert sind. Nach dem senden des Anfragesignals empfängt die aktive Ortungseinrichtung 23 zunächst das Signal, das über den Pfad 37 gesendet, durch das abschattende Hindernis 39 reflektiert und über den Pfad 38 wieder durch die Richtantenne 10 empfangen wurde. Bei ausschließlicher Auswertung dieses Signals durch die aktive Ortungseinrichtung 23 würde als relative Position der passiven Ortungseinrichtung 24 der Ort des abschattenden Hindernisses 39 ermitteln. Eine derartige Fehlerkennung wird durch mehrere Mechanismen vermieden.
  • Wie bereits erläutert, werden als Entfernungsinformation sowohl die Amplitude des Empfangssignals als auch die Laufzeit berücksichtigt. Durch die passive Ortungseinrichtung 24 erfolgt dabei eine Verstärkung des Anfragesignals mit einem festen Verstärkungsfaktor zur Generierung des Antwortsignals. Wird nun das Signal empfangen, das durch das abschattende Hindernis 39 reflektiert wurde, so führt eine Konsistenzprüfung zwischen der Signalamplitude und der Signallaufzeit dazu, dass die aktive Ortungseinrichtung 23 erkennt, dass es sich bei dem „antwortenden” Objekt nicht um die passive Ortungseinrichtung handelt.
  • Ergänzend werden, die über die Anfragepfade 30, 31 gesendeten und über die Antwortpfade 33, 34, 35, 36 empfangenen Funksignale ebenfalls ausgewertet, um die Abstandswerte zu plausibilisieren. Aus den Empfangsamplituden, den Signallaufzeiten und den empfangenden Richtantennen 10, 11, 17 der Empfangssignale ergibt sich in 9 eindeutig, dass die ursprünglich ermittelte Position der passiven Ortungseinrichtung 24 aufgrund einer Abschattung ermittelt wurde und damit nicht korrekt ist.
  • In diesem Fall muss die relative Position der passiven Ortungseinrichtung 24 unter Berücksichtigung mehrerer Empfangssignale ermittelt werden. Dabei zeigt 9 zwei Anfragepfade 30, 31, die die passive Ortungseinrichtung 24 erreichen und vier Antwortpfade 33, 34, 35, 36, auf denen das Antwortsignal die aktive Ortungseinrichtung 23 erreicht. Die Anfragepfade 30, 31 und die Antwortpfade 33, 34, 35, 36 haben alle unterschiedliche Längen, wodurch bereits durch die Laufzeit eines Signals das Signal eindeutig jeweils einem Anfragepfad 30, 31 und einem Antwortpfad 33, 34, 35, 36 zuordenbar ist. Daher erfasst die Steuereinrichtung 1 der aktiven Ortungseinrichtung 23 Amplituden, Laufzeiten und Phaseninformationen für insgesamt acht Kombinationen von Anfragepfaden 30, 31 und Antwortpfaden 33, 34, 35, 36. Die Freiheitsgrade bei der Bestimmung der Position der passiven Ortungseinrichtung 24 sind jedoch nur jeweils zwei Positionsfreiheitsgrade für die Streuung an den Hindernissen 28 und zwei Positionsfreiheitsgrade für die Position der passiven Ortungseinrichtung 24. Damit ist bereits mit der gezeigten Sendung eines Anfragesignals durch eine Richtantenne 10 eine eindeutige Bestimmung der Position der passiven Ortungseinrichtung 24 möglich. Eine Verbesserung der Positionsbestimmung wird erreicht, wenn wie zuvor erläutert auch die weiteren Richtantennen zur Abstrahlung eines Anfragesignals genutzt werden. Damit stehen weitere Anfrage- und Antwortpfade zur Auswertung bereit, wodurch eine größere Robustheit und ein geringerer Fehler für die ermittelte relative Position erreicht werden können.
  • Vorteilhaft kann auch die passive Ortungseinrichtung zusätzlich als aktive Ortungseinrichtung genutzt werden, womit eine zusätzliche unabhängige Positionsbestimmung für die aktive Ortungseinrichtung 23 bezüglich der passiven Ortungseinrichtung 24 möglich ist. Wird diese relative Position an die aktive Ortungseinrichtung 23 kommuniziert, so ist auch darüber eine Plausibilisierung und Korrektur der relativen Position der passiven Ortungseinrichtung 24 möglich.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Steuereinrichtung
    2
    Sende- und Empfangseinrichtung
    3
    Sende- und Empfangseinrichtung
    4
    Sende- und Empfangseinrichtung
    5
    Sende- und Empfangseinrichtung
    6
    Sende- und Empfangseinrichtung
    7
    Sende- und Empfangseinrichtung
    8
    Sende- und Empfangseinrichtung
    9
    Sende- und Empfangseinrichtung
    10
    Richtantenne
    11
    Richtantenne
    12
    Richtantenne
    13
    Richtantenne
    14
    Richtantenne
    15
    Richtantenne
    16
    Richtantenne
    17
    Richtantenne
    18
    Transponder
    19
    Rundstrahlantenne
    20
    Head-up Display
    21
    Schutzhelm
    22
    Ortungseinrichtung
    23
    Ortungseinrichtung
    24
    Ortungseinrichtung
    25
    Anfragesignal
    26
    Antwortsignal
    27
    Pfeil
    28
    Hindernis
    29
    Anfragepfad
    30
    Anfragepfad
    31
    Anfragepfad
    32
    Antwortpfad
    33
    Antwortpfad
    34
    Antwortpfad
    35
    Antwortpfad
    36
    Antwortpfad
    37
    Pfad
    38
    Pfad
    39
    Hindernis

Claims (20)

  1. Verfahren zur Bestimmung der relativen Position wenigstens einer passiven Ortungseinrichtung (24) durch wenigstens eine aktive Ortungseinrichtung (23), wobei die aktive Ortungseinrichtung (23) eine Steuereinrichtung (1) und mehrere Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17), die Funksignale in unterschiedliche Raumwinkelsegmente senden und aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten empfangen können, und die passive Ortungseinrichtung (24) eine Transpondereinrichtung (18) und eine Rundstrahlantenne (19) zur Abstrahlung und zum Empfang von Funksignalen umfasst, mit den Schritten: a) Ansteuern einer (10) der Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) zum Senden eines Anfragesignals (25) durch die Steuereinrichtung (1), b) Empfangen des Anfragesignals (25) durch die Rundstrahlantenne (19), c) Generieren eines aus dem Anfragesignal (25) abgeleiteten Antwortsignals (26) durch die Transpondereinrichtung (18), d) Senden des Antwortsignals (26) über die Rundstrahlantenne (19), e) Empfangen des Antwortsignals (26) durch die Richtantenne (10) und/oder wenigstens eine der weiteren Richtantennen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) als wenigstens ein der jeweiligen Richtantenne (10) zugeordnetes Empfangssignal, f) Bestimmen der relativen Position der passiven Ortungseinrichtung (24) zur aktiven Ortungseinrichtung (23) durch Auswerten der Amplitude und/oder der Laufzeit des Empfangssignals, wobei jeder passiven Ortungseinrichtung (24) eine eindeutige Identifikationsinformation zugeordnet ist, wobei die eindeutige Identifikationsinformation oder eine aus der eindeutigen Identifikationsinformation abgeleitete Information in der Steuereinrichtung (1) der aktiven Ortungseinrichtung (23) gespeichert ist und wenigstens eine Identifikationsinformation oder abgeleitete Information durch die Steuereinrichtung (1) mit dem Anfragesignal (25) gesendet wird, wobei ausschließlich durch die Transpondereinrichtung (18) derjenigen passiven Ortungseinrichtung (24) ein Antwortsignal (26) generiert wird, deren Identifikationsinformation im Anfragesignal (25) enthalten ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) des Verfahrens mehrmals wiederholt wird, wobei in Schritt a) jeweils eine andere (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) der Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) zum Senden des Anfragesignals (25) angesteuert wird, und wobei bei einem Empfang des jeweiligen Anfragesignals (25) durch die Rundstrahlantenne (19) jeweils auch die Schritte c) bis e) für das jeweilige Anfragesignal (25) bzw. das aus diesem abgeleitete jeweilige Antwortsignal (26) durchgeführt werden, wonach in Schritt f) die jeweils in Schritt e) empfangenen Empfangssignale ausgewertet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung (1) eine Zeit, die seit der Aussendung des Anfragesignals (25) verstrichen ist, erfasst wird, wobei bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts durch die erfasste Zeit das Verfahren mit der Ansteuerung einer anderen Richtantenne (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) in Schritt a) oder mit Schritt f) fortgesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Ortungseinrichtung (24) eine Steuereinrichtung und mehrere Richtantennen umfasst, wobei das Verfahren durch die passive Ortungseinrichtung (24) parallel oder zeitversetzt auch als weitere aktive Ortungseinrichtung (23) durchführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als die Rundstrahlantenne eine Verschaltung mehrerer der Richtantennen genutzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere passive Ortungseinrichtungen (24) am Verfahren teilnehmen.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Laufzeit eine Phaseninformation des Empfangssignals ausgewertet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über wenigstens eine der Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) der aktiven Ortungseinrichtung (23) Antwortsignale (26) auf das gleiche gesendete Anfragesignal (25) zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen werden, wobei die relative Position in Abhängigkeit der zu unterschiedlichen Empfangszeitpunkten empfangenen Empfangssignale bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aktive Ortungseinrichtungen (23) an dem Verfahren teilnehmen, wobei durch die zugeordnete Steuereinrichtung (1) verschiedener Ortungseinrichtungen (23) Anfragesignale (25) auf unterschiedlichen Frequenzen gesendet werden.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal (26) gleich dem unverstärkten Anfragesignal (25) oder dem mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor verstärkten Anfragesignal (25) oder dem auf eine vorgegebene Amplitude verstärkten Anfragesignal (25) ist.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte mehrmals wiederholt werden, wobei die bestimmte relative Position nach einem ersten Durchlauf der Schritte a) bis f) gespeichert wird und die relative Position in einem zweiten zeitlich nachfolgenden Durchlauf der Schritte a) bis f) in Abhängigkeit der gespeicherten relativen Position erneut bestimmt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung (1) die relative Position der passiven Ortungseinrichtung (24), insbesondere graphisch, auf einer Anzeigeeinrichtung (20) darstellt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte relative Position an eine Zentraleinrichtung übermittelt wird.
  14. Ortungseinrichtung zur Bestimmung der relativen Position einer weiteren Ortungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinrichtung (1) und mehrere Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17), die Funksignale in unterschiedliche Raumwinkelsegmente senden und aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten empfangen können, umfasst und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche als aktive Ortungseinrichtung (23) ausgebildet ist.
  15. Ortungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Transpondereinrichtung (18) und eine Rundstrahlantenne (19) zur Abstrahlung und zum Empfang von Funksignalen umfasst und zusätzlich zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als passive Ortungseinrichtung (24) ausgebildet ist.
  16. Ortungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie als mobile, tragbare Ortungseinrichtung (22, 23, 24) ausgebildet ist.
  17. Ortungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Rundstrahlantenne (19) und/oder die Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) als Patchantenne ausgebildet sind.
  18. Schutzhelm, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Ortungseinrichtung (22, 23, 24) nach einem der Ansprüche 14 bis 17 umfasst.
  19. Schutzhelm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Richtantennen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) ringförmig um den Schutzhelm (21) angeordnet sind.
  20. Schutzhelm nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Head-up Display (20) umfasst, über das einem Benutzer die relative Position der passiven Ortungseinrichtung (24) dargestellt wird.
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