DE102016204997A1

DE102016204997A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zum Lokalisieren von mobilen Geräten

Info

Publication number: DE102016204997A1
Application number: DE102016204997.6A
Authority: DE
Inventors: Jens Kampermann; Matthias Mohaupt; Ernst Zielinski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: DE102016204997B4

Abstract

Zumindest ein Mobilgerät wird mit Hilfe von in den Geräten bereits vorhandenen Signalen/Technologien in einem bewegbaren Raum geortet. Dies umfasst insbesondere eine Kommunikation mit Radiosignalen. Zur Positionsbestimmung wird dabei keine zusätzliche Hardware benötigt. Auf eine spezifische Signalisierung zur Ortung kann grundsätzlich verzichtet werden. Entsprechend werden zumindest vorliegende Funksignale von bereits in den Mobilgeräten implementierten Funksendern zur Ortung der Mobilgeräte herangezogen. Diese Funksender entsprechen häufig festgelegten Funkstandards. Handelsübliche Mobilgeräte umfassen in der Regel eine Mehrzahl solcher Funkstandards.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein die Lokalisierung von mobilen Geräten und insbesondere die Lokalisierung von mobilen Geräten in beweglichen Räumen. Beweglich Räume können dabei als Fahrgastzellen von Fahrzeugen ausgebildet sein.
Mobile Geräte, im Folgenden auch Mobilgeräte genannt, finden eine immer weiter verbreitete Nutzung in Fahrzeugen. Sie dienen dabei beispielsweise zur Unterhaltung der Fahrgäste, zur Weiterleitung von relevanten Informationen über den Fahrzeugzustand oder über die Verkehrslage auf der geplanten Route. Dabei kann es hilfreich sein, Informationen zielgerichtet im Fahrzeug zu verteilen, zum Beispiel abhängig von der Position des Mobilgerätes in der Fahrgastzelle. Beispielsweise kann ein eingehendes Telefonat oder eine Aktualisierung der Routeninformation dem Mobilgerät des Fahrers signalisiert werden. Ein Spiel zur Unterhaltung kann alle Mobilgeräte der Fahrgäste bis auf das Mobilgerät des Fahrers umfassen. Für eine solche Zuordnung ist es zweckmäßig, den Aufenthaltsort des mobilen Endgerätes im Fahrzeug zu kennen. Entsprechend zeigt diese Erfindung eine technische Lösung, um Mobilgeräte im Fahrzeug orten zu können.
Mobilgeräte können dabei als Mobilfunkgeräte nach einem oder mehreren standardisierten Mobilfunkstandards ausgebildet sein. Diese können für Nahfeldkommunikation und/oder für die Überbrückung größerer Entfernungen geeignet sein. Fahrgastzellen sind in verschiedensten Größenordnungen bekannt und umfassen Zellen für Personenwagen, Wohnmobilen, Lastkraftwagen und auch den Fahrgastraum von Bussen.
Es ist bekannt, Lokalisierung mit Hilfe eines Ultraschallstiftes durchzuführen. Dabei sendet der Stift einen Infrarot-Lichtpuls aus, der sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Dieser Lichtimpuls wird durch eine Infrarot-Diode detektiert. Gleichzeitig sendet der Stift ein Ultraschallsignal aus, das durch zwei Ultraschallmikrofone aufgenommen wird. Da sich Schall nur mit ca. 330 Meter/Sekunde ausbreitet, kann man aus der Zeitdifferenz zum optischen Signal die Entfernung und durch eine verteilte Lage von Mikrofonen die Richtung des Signals in einer Ebene detektieren. Allerdings ist dieses Konzept zur Lokalisierung von Mobilgeräten wenig geeignet, da sich der Stift nicht ständig in der Nähe des Mobilgerätes befinden muss. Alternativ müsste das Mobilgerät Infrarot-Lichtpulse und Ultraschallsignale senden, was seinen Energievorrat nachteilig beeinflussen würde und überdies in handelsüblichen Mobilgeräten in der Regel nicht vorgesehen ist.
Weiter bekannt sind Lokalisierungsmethoden, die auf den Ausbreitungseigenschaften von elektromagnetischen Wellen beruhen. Unterschiedliche HF-Technologien in Frequenzbereichen von wenigen Kilo-Hertz bis zu Ultrawideband Technologie (UWB) mit Frequenzen zwischen 3,2–10,6 Giga-Hertz finden dabei Verwendung. Dabei muss der zu lokalisierende Gegenstand mit einer entsprechenden Markierung, zum Beispiel einem Radiofrequenz-Identifikationstransponder (RFID-Tag), versehen werden, um auffindbar zu sein. Allerdings ist hierfür an den Mobilgeräten ein Zusatzelement zu befestigen, zum Beispiel der genannte RFID-Tag. Dies ist insbesondere bei wechselnden Mobilgeräten in der Fahrgastzelle nur aufwändig zu handhaben.
Mögliche Ortungstechnologien außerhalb der Fahrgastzelle und des Fahrzeuges basieren auf GPS (Global Positioning System) oder auf Triangulation von Signalen von Basisstationen, die zum Beispiel für einen zellularen Mobilfunk Verwendung finden. Allerdings ist diese Ortsbestimmung zu ungenau und die elektromagnetischen Wellen werden überdies durch die Fahrgastzelle stark gedämpft.
Daher wäre es wünschenswert, die Lokalisierung von Mobilgeräten in Fahrgastzellen zu verbessern.
Dem wird durch eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß eines ersten Aspekts schaffen Ausführungsbeispiele ein Verfahren zur Ermittlung der Position von zumindest einem Mobilgerät in einem bewegbaren Raum. In dem Raum ist zumindest eine erste Antenne angeordnet. Das Verfahren umfasst ein Empfangen eines Radiosignals des Mobilgeräts mit der ersten Antenne. Weiter umfasst das Verfahren ein Ermitteln einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals relativ zur Ausrichtung der ersten Antenne. Ferner umfasst das Verfahren ein Ermitteln der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten Empfangsrichtung des Radiosignals.
Mobilgeräte sind üblicherweise mit Kommunikationseinrichtungen zur drahtlosen Übertragung von Daten ausgestattet. Diese umfasst insbesondere auch Funktechnik. So umfassen handelsübliche Mobilgeräte eine Mehrzahl von standardisierten Funktechnologien, die sich zur Datenübertragung eignen. Durch die Standardisierung sind sie mit anderen handelsüblichen Mobilgeräten oder zugehörigen Netzen kompatibel, sodass grundsätzlich eine Datenkommunikation zwischen den Mobilgeräten stattfinden kann. Beispielhaft sind die Standards für den zellularen Mobilfunk wie GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) und LTE (Long Term Evolution) zu nennen, die für weltweite Verbindungen geeignet sind. Für Nahfeldkommunikation sind WLAN (Wireless Local Area Network), NFC (Near Field Communication), Bluetooth und UWB (Ultra-Breitband-Technologie) als Funkstandards bekannt, die von wenigen Zentimetern bis zu einigen 100 Meter Reichweite kommunizieren können. Allerdings können auch andere Funkstandards oder auch proprietäre Systeme zur Datenübertragung genutzt werden. Die Mobilgeräte können in verschiedenen Größen ausgelegt sein und so genannte Handys oder Mobiltelefone sowie so genannte Tablets und auch andere Größen umfassen. Sie können auch als Uhren, Schmuck, Kleidungsstücke (so genannte Wearables), Brillen, von Menschen oder Tieren verschluckbare Pillen oder andere Gegenstände ausgebildet sein, solange sie per Funk kommunizieren können.
Dabei zielen Ausführungsbeispiele darauf ab, zumindest ein Mobilgerät mithilfe von in den Geräten bereits vorhandenen Signalen/Technologien zu orten und somit deren Position zu bestimmen. Insbesondere sollte keine zusätzliche Hardware benötigt werden, wie zum Beispiel ein RFID-Tag. Auch auf eine spezifische Signalisierung zur Ortung kann optional verzichtet werden. Entsprechend werden vorliegend Funksignale von bereits in den Mobilgeräten implementierten Funksendern zur Ortung der Mobilgeräte herangezogen. Diese Funksender entsprechen häufig festgelegten Funkstandards. Handelsübliche Mobilgeräte umfassen in der Regel eine Mehrzahl solcher Funkstandards.
Unter Ermittlung der Position versteht man die Lage- oder Positionsbestimmung eines Gegenstandes, zum Beispiel eines Mobilgerätes unter Benutzung unterschiedlicher Technologien. Wird zur Ermittlung der Positionen beispielsweise ein von dem Mobilgerät gesendetes Radiosignal verwendet, kann die Position des Mobilgeräts durch die Feldstärkemessungen an der Antenne bei Variation der Phasendifferenzen charakterisiert werden. Dabei wird die Antenne als Gruppenantenne ausgeführt, bei der Antennen aus einer Anzahl von Einzelstrahlern konstruiert sind, deren abgestrahlte Felder sich überlagern und durch konstruktive Interferenz zu einem gemeinsamen Antennendiagramm formen. Die Empfangsrichtung des Signales kann zum Beispiel mit einem 2-Antennenarray und einstellbaren Phasenschiebern ermittelt werden. Hierzu werden die Empfangssignale der beiden Antennen in n Schritten (zum Beispiel n = 8, n = 16) in der Phasenlage zueinander verschoben und dann addiert. Aus der Signalstärke des Summensignales lässt sich die Empfangsrichtung schätzen. Dies entspricht der Richtung, die dem stärksten Summensignal zugeordnet ist (beste Antennenkeule).
Bereits bei Einsatz einer Antenne lässt sich bei bestimmten Raumverhältnissen der Aufenthaltsort des gesuchten Gerätes ermitteln, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Raumgeometrie des beweglichen Raumes. Bei Einsatz mehrerer Antennen lässt sich aus mehreren Richtungsschätzungen die Position des gesuchten Gerätes ermitteln. Die Schnittfläche der „besten“ Antennenkeulen (Beams) der einzelnen Antennen-Arrays ergibt die Positionsschätzung.
Dabei kann die Ermittlung der Position in verschiedenen Genauigkeiten durchgeführt werden, je nach technischen Möglichkeiten und vorgesehener Verwendung. So kann die Positionsbestimmung einen Bereich ergeben, in dem sich der Gegenstand befindet. Dieser Bereich kann als Strecke ausgebildet sein, auf der sich das Mobilgerät innerhalb des bewegbaren Raumes befindet. Weiter kann die Ermittlung der Position auch mehr oder weniger punktgenau durchgeführt werden. Dabei bezieht sich die Ermittlung der Position stets auf ein Bezugssystem. Ein absolutes Bezugssystem ist dabei zum Beispiel die Erde, bei der die ermittelte Position zum Beispiel in Längen- und Breitengrad angegeben sein kann. Eine relative Ermittlung der Position kann sich auch einen Gegenstand in einem Raum beziehen, wobei der Raum selbst in seinem Umfeld beweglich sein kann. So kann der Raum beispielsweise als Fahrgastzelle eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Allgemein kann eine Ermittlung der Position auch als Ortung verstanden werden.
Antennen sind zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Sie sind in vielfachen Bauformen bekannt und können Flächenantennen, Gruppenantennen, lineare Antennen und magnetische Antennen umfassen. Ordnet man zum Beispiel eine Mehrzahl von Antennen geeignet an, kann zusätzlich zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlung auch noch die Richtung der Strahlung ermittelt werden. Dies wird zum Beispiel mit Antennenarrays erreicht oder Gruppenantennen. Antennenarrays kennzeichnen sich durch eine Mehrzahl einzelner Antennenelemente, die einzeln angesteuert werden. Ein typischer Abstand der Antennenelemente untereinander ist die Hälfte der Wellenlänge (Lambda/2) in dem beobachteten Frequenzbereich. Weiter können Antennenanordnungen auch eine Mehrzahl von Antennenarrays umfassen, sodass aus einer Mehrzahl von Richtungen eine Position, zum Beispiel eines Mobilgerätes, genauer erfasst werden kann. Die Antennen sind im bewegbaren Raum ortsfest angeordnet. Antennen können auch durch Sensoren unterstützt werden, um gemeinsam der Ortung von Mobilgeräten zu dienen.
Unter Empfangsrichtung ist eine Richtung in Bezug auf eine vorgegebene Orientierung zu verstehen, die auch als Bezugssystem verstanden werden kann. Beispielsweise gibt ein Kompasswert eine Richtung auf dem Bezugssystem des Planeten Erde vor. In bewegbaren Räumen, zum Beispiel in Fahrgastzellen von Fahrzeugen, wird häufig das Bezugssystem der Fahrtrichtung gewählt. Während sich die Fahrtrichtung fortlaufend ändern kann und zum Beispiel einem Straßenverlauf folgt, bleibt das interne Bezugssystem, zum Beispiel die Anordnung der Ausstattungselemente der Fahrgastzelle zueinander, unverändert. Auch Antennen können ein eigenes Bezugssystem haben, insbesondere wenn sie zur Richtungsbestimmung von Empfangssignalen ausgebildet sind. Dies kann daher die Bestimmung eines Einfallswinkels des Empfangssignals in Bezug auf die Antenne umfassen. Somit lässt sich durch den erkannten Einfallswinkel eines Empfangssignals zumindest eine Position des Senders über die Empfangsrichtung schätzen.
Bei einer Fahrgastzelle mit zwei Sitzen lassen sich die Mobilgeräte von Fahrer und Beifahrer hinreichend genau mit einer Antenne, die als Antennenarray ausgeprägt sein kann, unterscheiden. Es sind auch Anwendungen in anderen bewegbaren Räumen möglich, die zum Beispiel als Bestandteil einer Testanordnung für physiologische Tests für mehrere Versuchspersonen ausgestaltet sein können.
Vorteilhaft kann somit zum Beispiel das dem Fahrer zugehörige Mobilgerät ermittelt werden, das als Kleidungsstück (Wearable) ausgeführt sein kann zur Erfassung seiner physiologischen Parameter. Diese können dann zum Beispiel in einem System zur aktiven Beeinflussung des Fahrverhaltens berücksichtigt werden. Hingegen sind die physiologischen Parameter der Mitfahrer für dieses System unbeachtlich.
Optional kann das Verfahren das Empfangen des Radiosignals des Mobilgeräts mit einer zweiten Antenne umfassen. Weiter kann es das Ermitteln einer zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals des Mobilgeräts relativ zur Ausrichtung der zweiten Antenne umfassen. Ferner kann es das Ermitteln der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten und der zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals umfassen.
In diesem Fall kann sich die Ermittlung der Position auf zwei Empfangsrichtungen stützen. Je nach Anordnung der Antennen in dem bewegbaren Raum kann damit die Position des Mobilgerätes genauer erfasst werden. So kann aus einer als Trichter ausgebildeten Antennenkeule (Beam) einer Antenne mit Hilfe der Antennenkeule der zweiten Antenne eine Schnittfläche der zwei Antennenkeulen entstehen, in oder bei der sich das Mobilgerät aufhält. Vorteilhaft dafür ist eine Platzierung oder Anordnung der Antennen dergestalt, dass sich die Empfangswinkel beider Antennen signifikant unterscheiden. So ist bei einem Unterschied von ca. 90 Grad die Positionsermittlung genauer als zum Beispiel bei 10 Grad.
Wird zum Beispiel eine Positionsbestimmung von Mobilgeräten innerhalb einer Fahrgastzelle bezogen auf die Sitzposition benötigt, können zumindest drei Antennen angeordnet werden. Hierdurch ergibt sich bei zweckmäßiger Positionierung der Antennen ein Schnittvolumen, das durch die nunmehr drei Antennenkeulen korrespondierend zu den drei Empfangsrichtungen gebildet wird. Durch Berücksichtigung dieser drei Antennenkeulen lässt sich in der Regel hinreichend genau das Mobilgerät einem Sitz in der Fahrgastzelle zuordnen. So kann zum Beispiel das Mobilgerät des Fahrers von den Mobilgeräten der Beifahrer unterschieden werden. Auch in Fahrgastzellen mit auf mehrere Sitzreihen aufgeteilten Sitzen lassen sich so vorteilhaft die Mobilgeräte den Sitzen mit ausreichender Genauigkeit zuordnen. Vorteilhaft sind auch Anordnungen mit vier Antennen, die die Sicherheit der Positionsermittlung weiter erhöhen.
In manchen Ausführungsbeispielen kann der bewegbare Raum als Fahrgastzelle ausgestaltet sein. Weiter kann das Ermitteln der Position des Mobilgeräts die Geometrie des bewegbaren Raumes berücksichtigen. Ist die Position der Mobilgeräte zum Beispiel an fixierte Sitze für deren Besitzer gebunden, lässt sich deren Lage zur Ermittlung der Position ebenfalls heranziehen. Ferner kann das Ermitteln der Position des Mobilgeräts eine Kalibrierung auf Basis der Geometrie des beweglichen Raumes berücksichtigen.
Unter Fahrgastzelle versteht man den Raum eines Fahrzeugs, der für Fahrgäste eingerichtet ist. Diese umfasst den Fahrer des Fahrzeugs sowie gegebenenfalls diverse Mitfahrer. Fahrgastzellen sind in verschiedensten Größenordnungen bekannt und umfassen Zellen für Personenwagen, Wohnmobilen, Lastkraftwagen und auch den Fahrgastraum von Bussen. Auch Cabriolets haben in dem hier gebrauchten Sinne eine Fahrgastzelle. Darüber hinaus sind auch Fahrgastzellen für Schiffe, Flugzeuge und Bahnen bekannt.
Die Geometrie des bewegbaren Raumes wird durch seine Abmessungen, seine Möblierung, seiner Belegung und seinen aktuellen Zustand beeinflusst. Entsprechend treffen die Radiosignale der Mobilgeräte auf verschiedene Gegebenheiten, die bei der Ermittlung der Empfangsrichtung und der Ermittlung der Position des Mobilgerätes zu berücksichtigen sind. Statische Gegebenheiten sind dabei die Abmessung und die Möblierung, die zum Beispiel eine Fahrgastzelle mit zwei Sitzen umfassen kann. Dynamische Eigenschaften sind dabei die Belegung, zum Beispiel durch die aktuelle Anzahl der Fahrgäste, Gepäck, et cetera. Auch Zustandsveränderungen durch das Öffnen von Türen und Fenstern sind möglich. Entsprechende Einflüsse sind bei der Positionsermittlung des Mobilgerätes zu berücksichtigen, beispielsweise durch eine Kalibrierung.
Eine Kalibrierung auf Basis der Geometrie des beweglichen Raumes kann dabei beispielsweise dem folgenden Konzept folgen: Der Ort des Mobilgeräts wird durch die Feldstärkemessungen an Antennen bei Variation der Phasendifferenzen charakterisiert, auch HF-Fingerabdruck genannt. So wird zum Beispiel die Position des Senders bei vier Antenneneinheiten mit jeweils acht verschiedenen Phasendifferenzeinstellungen durch einen Vektor mit 32 Messwerten beschrieben. Dieser HF-Fingerabdruck wird nun für eine Reihe von vorher vermessenen Orten im beweglichen Raum bestimmt, zum Beispiel bezogen auf die Sitze im Fahrzeug. Die gemessenen Vektoren werden als Eingabe für einen Lernalgorithmus genutzt, der den gemessenen Vektoren ihre jeweilig vorher bekannten Orte zuordnet und anschließend für beliebige Eingabevektoren die entsprechenden Senderorte per Interpolation bestimmt. Somit lassen sich die Einflüsse der Fahrgastzelle näherungsweise berücksichtigen.
Vorteilhaft sind so Korrekturen der ermittelten Empfangsrichtung unter Berücksichtigung der Fahrgastzelle möglich zur besseren Annäherung an die tatsächliche Position des Mobilgerätes.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Anordnung der mindestens zwei Antennen so erfolgen, dass mit trigonometrischen Funktionen und/oder mit linearer Algebra die Position des Mobilgeräts ermittelt werden kann.
Als trigonometrische Funktionen bezeichnet man rechnerische Zusammenhänge zwischen Winkel und Seitenverhältnissen (ursprünglich in rechtwinkligen Dreiecken). Tabellen mit Verhältniswerten für bestimmte Winkel ermöglichen Berechnungen bei Vermessungsaufgaben, die Winkel und Seitenlängen in Dreiecken nutzen. Entsprechend kann über die ermittelten Empfangsrichtungen der Antennen und deren bekannte Abstände untereinander die Position des Mobilgerätes ermittelt werden.
Lineare Algebra ist ein Teilgebiet der Mathematik, das sich mit Vektorräumen und linearen Abbildungen zwischen diesen beschäftigt. Dies schließt insbesondere auch die Betrachtung von linearen Gleichungssystemen und Matrizen mit ein. Unter anderem dient sie der rechnerischen Beschreibung geometrischer Objekte, also der rechnerischen Beschreibung des 2- und 3-dimensionalen (euklidischen) Raumes. Mit Hilfe eines Koordinatensystems können Punkte im Raum durch Tripel (x_1, x_2, x_3) von Zahlen beschrieben werden. Weiter kann einem Punkt P seinem Ortsvektor entsprechen, der vom Koordinatenursprung nach P zeigt. Entsprechend können mit den ermittelten Empfangsrichtungen der Antennen und deren bekannte Abstände untereinander die Position des Mobilgerätes auch mit Hilfe der linearen Algebra ermittelt werden.
Vorteilhaft kann so auf bewährte Algorithmen mit begrenztem Rechenleistungsbedarf zurückgegriffen werden.
Optional kann die Antenne als Antennenarray mit zumindest zwei Antennenelementen ausgebildet sein. Dabei können die Antennenelemente des Antennenarrays Lambda/2 Abstand voneinander haben, bezogen auf das Radiosignal des Mobilgeräts.
Beispielsweise kann ein interessanter Frequenzraum den Bereich von 2,4 Giga-Hertz umfassen. Lambda/2 entspricht dabei einem Bereich von wenigen Zentimetern, hier von circa 6 Zentimetern. Auch ein benötigter Abstand der Antennen untereinander von vorzugsweise mehreren Wellenlängen Lambda lässt sich in dieser Anordnung leicht erreichen. Entsprechend können solche Antennenarrays im Bereich des Fahrgastraums verbaut werden, zum Beispiel als Bestandteil der „Möblierung“, die als Verkleidung oder ähnliches ausgeführt sein kann. Mit einer solchen Wellenlänge sind WLAN (Wireless Local Area Network, 2,4Giga-Hertz), Bluetooth (2,4 Giga-Hertz) und zellularer Mobilfunk (LTE (Long Term Evolution) 2,6 Giga-Hertz) empfangbar. Zumindest eine Auswahl dieser Standards ist bei handelsüblichen Mobilgeräten anzutreffen.
Entsprechend voreilhaft eignen sich Antennenarrays im genannten Frequenzbereich durch ihre relativ kompakte Bauform sowohl für den Empfang diverser schnurloser Standards als auch für den Verbau in Fahrgastzellen.
Optional können die Antennenelemente des Antennenarrays als Leiterplatte mit keramischer Patch-Antennen ausgebildet sein. Weiter können die Antennenelemente als Leiterplatte mit Leiterplatten-Patch-Antenne ausgebildet sein. Ferner können die Antennenelemente als Dipol/Monopol mit abgesetzter Leiterplatte ausgebildet sein.
Bei der Patch-Antenne handelt es sich um eine Antennenvariante, die besonders gut zur Integration auf Leiterplatten geeignet ist. Die Patch-Antenne besteht häufig aus einer rechteckigen Metallfläche, deren Längsseite einer Länge von Lambda/2 entspricht. Damit wirkt die Metallfläche als Resonator, ähnlich wie bei Dipolantennen. Für höhere Frequenzbänder wird eine Patch-Antenne oft als Schichtstruktur auf einem Keramikträger aufgebracht. Auch auf Leiterplatten ist sie gut zu integrieren. Diese Antennenart hat eine flache Bauform und eignet sich damit besonders gut zur Integration in Verkleidungsteile der Fahrgastzelle. Eine Dipolantenne (auch Zweipolantenne oder Antennendipol genannt) ist eine gestreckte Antenne, die aus einem gegebenenfalls gefalteten, geraden Metallstab oder Draht besteht, der auch geteilt sein kann. Er wird oft als Lambda/2 Dipol ausgeführt. Die Monopol-Antenne ist im Gegensatz zur Dipol-Antenne unsymmetrisch aufgebaut. Ihre zweite Hälfte wird durch die elektrisch gut leitfähige Erdoberfläche gebildet. Alternativ kann, vor allem im VHF(Very High Frequency)-Bereich, die zweite Hälfte durch mehrere Stäbe rund um den Monopol als sogenannte Radials gebildet werden. Ihre Länge beträgt typischerweise Lambda /4.
Somit steht vorteilhaft eine Mehrzahl von Antennen in unterschiedlichen Bauformen zur Verfügung, die je nach Anwendung zum Einsatz kommen können.
In manchen Ausführungsbeispielen kann eine Auswertung des Radiosignals des Mobilgeräts zur Positionsbestimmung die Auswertung einer Empfangsfeldstärke umfassen. In Ausführungsformen kann die Auswertung des Radiosignals auch auf die Auswertung der Empfangsfeldstärke beschränkt sein. In solchen Fällen findet keine Auswertung der durch die Antennen empfangenen Daten statt. Die Daten, gemeint sind die über einen schnurlosen Datenkanal zu transportierenden Nutzdaten, sind in diesem Fall ohne Bedeutung für das erläuterte Ausführungsbeispiel. Alternativ sind aber auch Ausführungsformen denkbar, die die Nutzdaten zusätzlich zur Empfangsfeldstärke auswerten. Vorteilhaft können so beispielsweise verschiedene Mobilstationen voneinander unterschieden werden.
Vorteilhaft kann somit fallweise eine einfache Auswertung des Radiosignals erfolgen, die Kosten und Stromverbrauch reduziert.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Radiosignal als Bluetooth-Signal und/oder als UWB-Signal und/oder WLAN-Signal ausgebildet sein.
Bluetooth ist ein in den 1990er-Jahren durch die Bluetooth Special Interest Group (SIG) entwickelter Industriestandard gemäß IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.1 für die Datenübertragung zwischen Geräten über kurze Distanz per Funktechnik. Dabei sind verbindungslose sowie verbindungsbehaftete Übertragungen von Punkt zu Punkt und Ad-hoc- sowie Pico-Netzen möglich. Eine typische Bluetooth-Anwendung von Mobilgeräten in Fahrgastzellen kann die Verwendung der Akustikwandler des Fahrzeugs zum Freisprechen bei einer Sprachverbindung des Mobilgerätes sein. Es können auch auf dem Mobilgerät abgespeicherte Musikstücke durch die Fahrzeuglautsprecher ausgegeben werden. Weiter ist auch eine Nutzung von Telefonbuchdaten des Mobilgeräts durch eine Funkeinheit des Fahrzeugs denkbar. Es existieren eine Vielzahl durch Bluetooth unterstützte Anwendungen, die als so genannte Bluetooth-Profile bekannt sind.
UWB (Ultrawideband) Technologie ist zur Anwendung kurzer Distanzen bei hoher Datenrate vorgesehen. Beispielsweise ist der Standard für einen Austausch von Videodaten zwischen Monitor, DVD-Player, Fernseher und anderen digitalen Geräten geeignet. UWB Frequenzen beginnen ab ca. 3Giga-Hertz.
WLAN Netze (Wireless Local Area Network (deutsch wörtlich drahtloses lokales Netzwerk)) bezeichnet ein lokales Funknetz, wobei meistens ein Standard der IEEE-802.11-Familie gemeint ist. Im Gegensatz zum Wireless Personal Area Networks wie zum Beispiel Bluetooth haben WLANs größere Sendeleistungen und Reichweiten und bieten im Allgemeinen höhere Datenübertragungsraten. Wie auch Bluetooth ist der Standard in Mobilgeräten weit verbreitet.
Vorteilhaft steht somit eine Vielzahl von standardisierten und damit kompatiblen Schnurlosverbindungen zur Verfügung, sodass Radiosignale eines Datenaustausches auch von erfinderischen Positionsbestimmungseinrichtungen empfangen werden können.
Optional können neben den Radiosignalen ergänzend optische und/oder akustische Signale des Mobilgeräts zur Positionsbestimmung herangezogen werden.
Optische Signale können zum Beispiel durch eine Innenraumkamera erfasst werden. So kann aus den erfassten optischen Daten per Objekterkennung die Anwesenheit einer Mobilstation abgeleitet werden. Ergänzend kann auch festgestellt werden, ob zum Beispiel ein Sitz in der Fahrgastzelle frei oder belegt ist. Dies kann auch durch einen Drucksensor im Sitz erfasst werden und somit die Anwesenheit einer Person auf dem Sitz festgestellt werden. Die Sitzbelegung kann zur Plausibilisierung der erkannten Mobilstation herangezogen werden und so ihre Anwesenheitswahrscheinlichkeit beeinflussen. Akustische Signale können von den Mobilgeräten ausgesendet werden. Beispielsweise kann eine Anweisung eines im Fahrzeug verbauten Infotainment-Systems ein akustisches Signal auslösen, zum Beispiel durch eine entsprechende Fahrzeugapplikation, die auf dem Mobilgerät geladen ist. Auch ein Vibrieren des Mobilgerätes kann veranlasst werden. Die im Fahrgastraum angeordneten Mikrofonarrays empfangen die akustischen Signale und können durch Auswertung von Laufzeitunterschieden an den einzelnen Mikrofonen eine Ortsbestimmung vornehmen. Es können auch eine Mehrzahl verschiedener Systeme zur Ermittlung der Position des Mobilgerätes herangezogen werden.
Vorteilhaft kann somit durch im Fahrgastraum bereits angeordneten Mitteln die Positionsbestimmung verbessert werden und/oder die Anzahl der Antennen beschränkt bleiben.
In Ausführungsbeispielen kann das Mobilfunkgerät zum Aussenden des Radiosignals angeregt werden. Betreibt das Mobilgerät gerade keine schnurlose Kommunikation im Frequenzbereich der Antennen, kann die Ortung nicht stattfinden. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, die Aussendung eines entsprechenden Radiosignals vom Mobilgerät zu veranlassen. Diese Aussendung kann als Benutzeranweisung vom Infotainment System akustisch ausgegeben werden, in dem zum Beispiel eine Verbindung zum Infotainment-System angeregt wird. Es kann auch das Infotainment-System von sich aus eine schnurlose Verbindung zum Mobilgerät aufbauen, zum Beispiel in den genannten Bluetooth- oder WLAN Standards. Eine solche Verbindung kann auch von einem weiteren Mobilgerät in der Fahrgastzelle (oder auch außerhalb) veranlasst werden, in dessen Verlauf auch das zu ortende Mobilgerät Radiosignale aussendet.
Vorteilhaft kann so eine Ortung des Mobilgerätes auch bei schnurloser Passivität bewirkt werden.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anregung zum Aussenden des Radiosignals durch eine auf das Mobilgerät ladbare Applikation erfolgen.
Unter Applikation versteht man im Zusammenhang mit der Erfindung eine auf das Mobilgerät ladbare Anwendungssoftware, die nach Installation auf dem Mobilgerät abläuft. Solche Applikationen, umgangssprachlich auch Apps genannt, sind einfach aus dem Internet zu installieren und für Mobilgeräte weit verbreitet. Beispielsweise kann nun das Infotainment-System im Fahrgastraum eine Internetadresse einer Applikation anzeigen, zum Beispiel mit einem QR (Quick Response) Code an seiner Anzeigeeinheit. Handelsübliche Mobilgeräte können aus dem QR Code die Adresse ermitteln und zum Beispiel über einen schnurlosen Standard die App auf der Mobilstation installieren. Diese könnte dann, zum Beispiel angeregt durch das Infotainment-System, das Mobilgerät zur Ausgabe von Radiosignalen und/oder von Tönen und/oder zur Vibration veranlassen.
Vorteilhaft steht somit eine für den Nutzer einfache Prozedur zur Verfügung, die die Position der Mobilgeräte ermittelbar macht.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung schaffen Ausführungsbeispiele ein Computerprogramm eines Verfahrens zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts in einem bewegbaren Raum. In dem bewegbaren Raum ist eine erste Antenne angeordnet und ein Radiosignals des Mobilgeräts wird mit der ersten Antenne empfangen. Das Computerprogramm ist dabei zur Durchführung wenigstens eines der Schritte zum Ermitteln einer ersten Empfangsrichtung und/oder zum Ermitteln einer Position des Mobilgeräts oder eines der weiteren optional genannten Schritte vorgesehen. Das Computerprogramm läuft auf einer programmierbaren Hardwarekomponente ab.
Vorteilhaft kann so bei Änderung oder Anpassung der Funktionalität ohne Änderung der Hardware ausgekommen werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung schaffen Ausführungsbeispiele eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position zumindest eines Mobilgeräts in einem bewegbaren Raum. Die Vorrichtung umfasst einen Empfangsprozessor, der ausgebildet ist zum Empfang eines Radiosignals des Mobilgeräts von einem ersten Antennenarray, das in dem bewegbaren Raum angeordnet ist. Weiter umfasst die Vorrichtung einen Ermittlungsprozessor, der ausgebildet ist zur Ermittlung einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals relativ zur Ausrichtung des ersten Antennenarrays. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Positionsprozessor, der ausgebildet ist zur Ermittlung der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten Empfangsrichtung des Radiosignals.
Vorteilhaft kann somit zum Beispiel das dem Fahrer zugehörige Mobilgerät ermittelt werden, das als Kleidungsstück (Wearable) ausgeführt sein kann zur Erfassung seiner physiologischen Parameter. Diese können in Fahrerassistenzsystemen berücksichtigt werden.
Optional kann die Vorrichtung ferner ein Antennenarray in einer Fahrgastzelle umfassen. Das Antennenarray ist an zumindest einer Ecke und/oder einer B-Säule und/oder einem Dachhimmel der Fahrgastzelle angeordnet und/oder in eine Verkleidung der Fahrgastzelle integriert.
Vorteilhaft werden durch eine solche Anordnung verschiedene Verfahren zur Positionsermittlung des Mobilgeräts ermöglicht.
Einige beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Verfahren gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels
2 eine optionale Erweiterung des ersten Ausführungsbeispiels
3 eine weitere optionale Erweiterung des ersten Ausführungsbeispiels
4 ein Antennenarray
5 ein als Patch-Antenne ausgeführtes Antennenarray
6 ein mit Dipolen ausgeführtes Antennenarray
7 eine Anordnung in einer Fahrgastzelle
8 ein Prinzip eines Beam-Volumens
9 eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts
10 ein Blockschaltbild eines mit einem Antennenarray gekoppelten Empfangsprozessors
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer,” „ eine”, „eines ” und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie zum Beispiel „beinhaltet“, „beinhaltend“, aufweist“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
1 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts in einem bewegbaren Raum 100. Dabei zeigt Vorgang 110 einen Empfang eines Radiosignals des Mobilgeräts mit der ersten Antenne. Diese Information ist mit Vorgang 120 gekoppelt, bei dem eine Ermittlung einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals relativ zur Ausrichtung der ersten Antenne erfolgt. Der Vorgang 120 ist seinerseits mit dem Vorgang 130 gekoppelt, bei dem eine Ermittlung der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten Empfangsrichtung des Radiosignals erfolgt. Optional kann auf Vorgang 120 auch Vorgang 140 folgen, bei dem optische Signale des Mobiltelefons zusätzlich ermittelt werden. Dies kann zum Beispiel durch eine Innenraumkamera erfolgen, die im Rahmen einer Objektauswertung der aufgenommenen Daten ein Mobilgerät identifizieren kann zusammen mit seiner Position in einer Fahrgastzelle. Die Daten aus Vorgang 140 können optional zum Vorgang 150 führen und zu Vorgang 130 weitergeleitet werden. Bei Vorgang 150 werden optional akustische Signale des Mobilgerätes ermittelt. Dies kann durch Empfang von Tönen des Mobilgeräts durch ein im Fahrgastraum verbautes Mikrofonarray stattfinden. Solche Töne können durch Lautsprecher des Mobilgeräts und/oder auch durch Vibration erzeugt werden. Die ermittelten Daten werden dann dem Vorgang 130 zur Verfügung gestellt.
2 zeigt eine optionale Erweiterung des Verfahrens nach 1. So kann im Vorgang 111 ein weiteres Radiosignal von einer zweiten Antenne empfangen werden. Dieses Radiosignal wird mit Vorgang 121 gekoppelt, bei dem eine Ermittlung einer zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals des Mobilgeräts relativ zur Ausrichtung der zweiten Antenne stattfindet. Das Radiosignal des Vorgangs 121 wiederum wird mit dem Vorgang 131 gekoppelt, bei dem eine Ermittlung der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten und der zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals stattfindet.
3 zeigt eine weitere optionale Erweiterung des Verfahrens gemäß 1 und 2. Beide Vorgänge finden innerhalb der Vorgänge 130/131 statt, die bereits beschrieben sind. So zeigt Vorgang 132 das Ermitteln der Position des Mobilgeräts, bei der ferner die Geometrie des bewegbaren Raumes berücksichtigt wird. Ergänzend oder alternativ kann das Ermitteln der Position des Mobilgeräts ferner eine Kalibrierung auf Basis der Geometrie des beweglichen Raumes berücksichtigen, wie mit Vorgang 134 angedeutet.
4 zeigt eine als Antennenarray ausgebildete Antenne 200. Dabei ist das Antennenarray mit zumindest zwei Antennenelementen 210 und 220 ausgebildet. Ferner haben die Antennenelemente Lambda/2 Abstand voneinander, bezogen auf das Radiosignal des Mobilgeräts. Wie bereits erwähnt, kann eine vielfach genutzte Radiofrequenz bei 2,4 Giga-Hertz liegen, die von zellularen und lokalen Funkstandards benutzt wird. Entsprechend ist ein Lambda/2 Abstand von ca. 6 Zentimetern anzunehmen.
5 zeigt ein als Patch-Antenne ausgeführtes Antennenarray in zwei Ausführungsformen. So zeigt die Bezeichnung 230 eine keramische Patch-Antenne auf einer Leiterplatte. Die Bezeichnung 240 zeigt hingegen eine Leiterplatten-Patch-Antenne, also eine Leiterplatte, die selbst als Patch-Antenne ausgeführt ist unter Verzicht auf weitere Antennenbauteile. Beide Ausführungen sind flach ausgeführt und ihre Höhe wird durch Leiterplatte und Keramik-Element oder nur durch die Leiterplatte bestimmt.
6 zeigt ein mit Dipolen 250 ausgeführtes Antennenarray 200 mit zwei Antennenelementen. Dabei werden die Dipole mittig kontaktiert. Dipole werden typisch als Lambda/2 oder Lambda/4 Antennen ausgeführt.
7 zeigt eine Anordnung in einer Fahrgastzelle 350. Dabei sind Fahrer- und Beifahrersitz angedeutet sowie die Vorrichtung zur Ermittlung einer Position zumindest eines Mobilgeräts, die hier mit einer Antenne 300 ausgestattet ist, die zum Beispiel als Gruppenantenne oder Antennenarray ausgestaltet ist. Ferner sind Mobilgeräte 310 und 320 angedeutet, die den Positionen der Sitze zugeordnet sind. Bei einer solchen Geometrie der Fahrgastzelle kann die Position von Mobilgeräten bereits mit einer Antenne 300 ausreichend ermittelt werden, wie durch die von der Antenne 300 ausgehenden strichliert dargestellten Strahlen skizziert ist.
8 zeigt ein Prinzip der Positionsermittlung mit mehr als einer Antenne. Beispielhaft sind hier drei Antennen angenommen (nicht dargestellt), die sich an den Kanten des skizzierten Raumes (x, y, z) befinden. Die durch die Antennen empfangenen Antennen-Beams 510, 520 und 530 haben ein gemeinsames Volumen 550, in dem sie sich schneiden. Dieses Volumen 550 gibt nun einen Hinweis auf die Position des Mobilgeräts, das die von den Antennen empfangenen Radiosignale abstrahlt. Projiziert man das in 8 gezeigte Volumen in eine Fahrgastzelle, kann nach diesem Prinzip eine Position des Mobilgerätes in der Fahrgastzelle ermittelt werden. Optional können dabei noch weitere Größen wie die Sitzanordnung in der Fahrgastzelle oder andere geometrische Aspekte berücksichtigt werden. Ein solches Vorgehen kann insbesondere bei einer Fahrgastzelle mit Sitzen in mehreren Reihen vorteilhaft sein.
9 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts 600. Dabei empfängt die Vorrichtung 600 von einem Antennenarray 650 ein Radiosignal eines Mobilgeräts, das als zumindest zwei Signale der beiden Antennenelemente des Antennenarrays vorliegt. Dies wird in einen Empfangsprozessor 610 eingespeist zum Empfang eines Radiosignals des Mobilgeräts, das in einem bewegbaren Raum angeordnet ist. Optional kann an dem Empfangsprozessor 610 auch eine Mehrzahl von Antennenarraysignalen empfangen werden. Dabei kann der Empfangsprozessor 610 im Wesentlichen als ein bekannter Hochfrequenzempfänger ausgebildet sein, der insbesondere die Empfangsfeldstärken von den zumindest zwei Antennenelementen detektieren kann. Vom Empfangsprozessor 610 werden Signale an einen Ermittlungsprozessor 620 weitergeleitet, der ausgebildet ist zur Ermittlung einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals relativ zur Ausrichtung des ersten Antennenarrays. Die Empfangsrichtung des Signales kann zum Beispiel mit einem einfachen 2-Antennenarray und einstellbaren Phasenschiebern ermittelt werden. Hierzu werden die Empfangssignale der beiden Antennen in n Schritten (zum Beispiel n = 8, n = 16) zueinander verschoben und dann addiert. Aus der Signalstärke des Summensignales lässt sich die Empfangsrichtung schätzen. Bereits bei Einsatz einer Antenne lässt bei bestimmten Raumverhältnissen (siehe 7) der Aufenthaltsort des gesuchten Gerätes ermitteln, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Raumgeometrie. Bei Einsatz mehrerer Antennen lässt sich aus mehreren Richtungsschätzungen der Aufenthaltsort des gesuchten Gerätes ermitteln. Die Schnittfläche der „besten“ Antennenkeulen (Beams) der einzelnen Antennen-Arrays ergibt die Schätzung der Position. Vom Ermittlungsprozessor 620 werden die Signale an einen Positionsprozessor 630 weitergeleitet, der ausgebildet ist zur Ermittlung der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten Empfangsrichtung des Radiosignals. Dabei kann bereits die Richtungsangabe eines einzelnen Antennenarrays eine ausreichend genaue Position ermitteln, zum Beispiel für einen bewegbaren Raum nach 7. Optional können auch die Signale mehrerer Antennenarrays ausgewertet werden, wie bei 8 skizziert. Nach Ermittlung der Position des Mobilgerätes steht ein entsprechendes Signal zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Dies ist mit dem Pfeil, ausgehend vom Positionsprozessor 630, angedeutet.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Ermittlungsprozessors 620, der ausgebildet ist zur Ermittlung einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals relativ zur Ausrichtung des ersten Antennenarrays. Dabei werden die Phasenstellglieder 622 und 623 zueinander verstellt. Zum Beispiel wird die Verstellung in 8 oder 16 Schritten vorgenommen. Es resultieren verschiedene Empfangs-Beams oder Empfangskeulen des Antennenarrays, wobei jedem Beam eine Richtung, die Empfangsrichtung, zugeordnet werden kann. Die jeweils resultierenden Signalstärken werden bei jeder Einstellung addiert im Summationselement 625. Aus der Signalstärke des Summensignales lässt sich die Empfangsrichtung schätzen.
Zusammenfassend kann die Erfindung die folgenden Nachteile überwinden. Eine Ortung mobiler Endgeräte basierend auf GPS im Fahrzeuginnern gestaltet sich schwierig, da die zur Ortung nötigen Satellitensignale durch die Fahrzeugkarosserie stark gedämpft werden. Eine Ortung basierend auf der Triangulation von Basisstationssignalen ist zu ungenau im Fahrzeuginneren. Auch werden die zur Ortung benötigten Signale durch die Fahrzeugkarosserie stark gedämpft und eine genügend genaue Ortung dadurch erschwert. Ein Nachteil der oben aufgeführten Lösungen ist die Tatsache, dass der zu lokalisierende Gegenstand mit einem entsprechenden Tag (Transponder) ausgestattet werden muss. Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine bereits im zu lokalisierenden Gerät vorhandene Technologie zur Ortung zu nutzen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen eine mehrfache Messung des Ankunftswinkels eines von dem zu ortenden Gerät ausgesendeten Funksignales. Mit diesen Ausführungsbeispielen sollte es möglich sein, mobile Geräte mithilfe von vorhandenen Signalen/Technologien zu orten. Es sollten keine zusätzliche Hardware (Tags/Transponder) oder besondere Signalisierungen zur Ortung nötig sein.
Die Empfangsrichtung des Signales kann mit einem einfachen 2-Antennenarray und einstellbaren Phasenschiebern ermittelt werden. Hierzu werden die Empfangssignale der beiden Antennen in n Schritten (zum Beispiel n = 8, n = 16) zueinander verschoben und dann addiert. Aus der Signalstärke des Summensignales lässt sich die Empfangsrichtung schätzen. Aus mehreren Richtungsschätzungen lässt sich der Aufenthaltsort des gesuchten Gerätes ermitteln. Allgemein lässt sich feststellen: Jedem Beam kann eine Richtung zugeordnet werden. Jeder Beam wird mit der Phaseneinstellung ausgewählt. Jeder Beam hat eine Richtung, in dem der Empfänger die höchste Leistung erreicht. Die Schnittfläche der „besten“ Beams der einzelnen Antennen-Arrays ergibt die Positionsschätzung.
Neben des Ansatzes, eine Ortung mittels Triangulationsmethoden durchzuführen, können auch Verfahren des Maschinenlernens eingesetzt werden. Der Ort des Funksenders wird durch die Feldstärkemessungen an allen Antenneneinheiten bei Variation der Phasendifferenzen charakterisiert (HF-Fingerabdruck). So wird zum Beispiel die Position des Senders bei vier Antenneneinheiten mit jeweils acht verschiedenen Phasendifferenzeinstellungen durch einen Vektor mit 32 Messwerten beschrieben. Dieser HF-Fingerabdruck wird nun für eine Reihe von vorher vermessenen Orten bestimmt. Die gemessenen Messvektoren werden als Input für ein überwachtes Lernverfahren genutzt, das den HF-Messvektoren ihre jeweilig vorher bekannten Orte zuordnet und anschließend für beliebige Eingabevektoren die entsprechenden Senderorte per Interpolation bestimmt.
Eine bevorzugte Ausführungsform geht von vier Antenneneinheiten aus, die in den Ecken des Fahrzeuginnenraums angebracht sind. Die Wahl der möglichen Antennen ist dabei unter anderem abhängig vom zur Verfügung stehenden Bauraum und den Eigenschaften des Bauraumes. Eine Vielzahl von Realisierungen erscheint möglich. Denkbar sind auch in die Innenraumverkleidung integrierte Antennenlösungen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

100: Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts
110: Empfangen eines Radiosignals
111: Empfangen eines weiteren Radiosignals
120: Ermitteln einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals
121: Ermitteln einer weiteren Empfangsrichtung des Radiosignals
130: Ermitteln der Position des Mobilgeräts bei einer Antenne
131: Ermitteln der Position des Mobilgeräts bei zwei Antennen
132: Berücksichtigung der Geometrie des bewegbaren Raumes
134: Berücksichtigung der Kalibrierung
140: optische Signale des Mobilgeräts
150: akustische Signale des Mobilgeräts
200: Antennenarray
210: erstes Antennenelement
220: zweites Antennenelement
230: keramische Patch-Antenne
240: Leiterplatte mit Leiterplatten-Patch-Antenne
250: Dipol/Monopol mit abgesetzter Leiterplatte
300: Vorrichtung zur Ermittlung einer Position zumindest eines Mobilgeräts
310: Mobilgerät
320: Mobilgerät
350: Fahrgastzelle
500: Prinzip Beam Schnittfläche
510: Erste Antennenempfangsrichtung / Empfangsbeam
520: Zweite Antennenempfangsrichtung / Empfangsbeam
530: Dritte Antennenempfangsrichtung / Empfangsbeam
550: gemeinsames Beam Volumen
600: Vorrichtung zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts
610: Empfangsprozessor
620: Ermittlungsprozessor
622: erstes Phasenstellglied
623: zweites Phasenstellglied
625: Summationselement
630: Positionsprozessor
650: Antennenarray

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.1 [0040]
Standard der IEEE-802.11-Familie [0042]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts in einem bewegbaren Raum (100), in dem eine erste Antenne angeordnet ist, umfassend: – Empfangen eines Radiosignals (110) des Mobilgeräts mit der ersten Antenne; – Ermitteln einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals (120) relativ zur Ausrichtung der ersten Antenne; und – Ermitteln der Position des Mobilgeräts (130) unter Berücksichtigung der ersten Empfangsrichtung des Radiosignals.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter umfasst: – Empfangen des Radiosignals des Mobilgeräts (111) mit einer zweiten Antenne; – Ermitteln einer zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals (121) des Mobilgeräts relativ zur Ausrichtung der zweiten Antenne; – Ermitteln der Position des Mobilgeräts (131) unter Berücksichtigung der ersten und der zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der bewegbare Raum als Fahrgastzelle ausgestaltet ist und/oder das Ermitteln der Position des Mobilgeräts die Geometrie des bewegbaren Raumes berücksichtigt (132) und/oder das Ermitteln der Position des Mobilgeräts eine Kalibrierung auf Basis der Geometrie des bewegbaren Raumes (134) berücksichtigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Anordnung der mindestens zwei Antennen so erfolgt, dass mit trigonometrischen Funktionen und/oder mit linearer Algebra die Position des Mobilgeräts ermittelt werden kann.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Antenne als Antennenarray (200) mit zumindest zwei Antennenelementen (210, 220) ausgebildet ist und/oder wobei die Antennenelemente des Antennenarrays Lambda/2 Abstand voneinander haben bezogen auf das Radiosignal des Mobilgeräts.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Antennenelemente des Antennenarrays (200) als Leiterplatte mit keramischen Patch-Antenne (230) und/oder als Leiterplatte mit Leiterplatten-Patch-Antenne (240) und/oder als Dipol/Monopol mit abgesetzter Leiterplatte (250) ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Auswertung des Radiosignals des Mobilgeräts die Auswertung einer Empfangsfeldstärke umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Radiosignal als Bluetooth-Signal und/oder als UWB-Signal und/oder WLAN-Signal ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ergänzend optische (140) und/oder akustische (150) Signale des Mobilgeräts zur Positionsbestimmung herangezogen werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Mobilfunkgerät zum Aussenden des Radiosignals angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Anregung zum Aussenden des Radiosignals durch eine auf das Mobilgerät ladbare Applikation erfolgt.
Computerprogramm eines Verfahrens zur Ermittlung einer Position eines Mobilgeräts in einem bewegbaren Raum, in dem eine erste Antenne angeordnet ist und bei dem ein Radiosignal des Mobilgeräts mit der ersten Antenne empfangen wird, zur Durchführung wenigstens eines der Schritte: Zum Ermitteln einer ersten Empfangsrichtung und/oder zum Ermitteln einer Position des Mobilgeräts gemäß Anspruch 1 oder eines der Schritte gemäß der Ansprüche 2–12, wobei das Computerprogramm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.
Vorrichtung zur Ermittlung einer Position zumindest eines Mobilgeräts (300, 600) in einem bewegbaren Raum, umfassend: – Empfangsprozessor (610), der ausgebildet ist zum Empfang eines Radiosignals des Mobilgeräts mit einem ersten Antennenarray, das in dem bewegbaren Raum angeordnet ist; – Ermittlungsprozessor (620), der ausgebildet ist zur Ermittlung einer ersten Empfangsrichtung des Radiosignals relativ zur Ausrichtung des ersten Antennenarrays; und – Positionsprozessor (630), der ausgebildet ist zur Ermittlung der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten Empfangsrichtung des Radiosignals.
Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend ein Antennenarray (650) in einer Fahrgastzelle, wobei das Antennenarray an zumindest einer Ecke und/oder einer B-Säule und/oder einem Dachhimmel angeordnet ist und/oder in eine Verkleidung der Fahrgastzelle (400) integriert ist.