DE102016213330A1 - Method for locating a mobile object and transponder for this purpose - Google Patents
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Abstract
Es wird Verfahren zur Ortung eines beweglichen Objektes (1) angegeben, bei dem ein chiploser, passiver Transponder (3, 31), der durch mehrere Teilflächen (6, 7, 8, 9) mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft codiert ist, von einer Radarstation (5) mit polarisierten elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird, wobei der Transponder (3, 31) oder die Radarstation (5) auf dem Objekt (1) angeordnet ist, von der Radarstation (5) die am Transponder (3, 31) reflektierten Wellen erfasst werden, aus den reflektierten Wellen ein polarisationskodiertes Bild erzeugt und der Transponder (3, 31) anhand des polarisationskodierten Bildes erkannt wird, anhand des erkannten Transponders (3, 31) das Objekt (1) identifiziert und auf eine aktuelle Position des identifizierten Objektes (1) geschlossen wird. Weiter wird ein entsprechender Transponder (3, 31) angegeben. The invention relates to a method for locating a moving object (1), in which a chipless, passive transponder (3, 31), which is coded by a plurality of subareas (6, 7, 8, 9) having a different polarimetric property, is detected by a radar station (3). 5) is irradiated with polarized electromagnetic waves, the transponder (3, 31) or the radar station (5) being arranged on the object (1), the radar station (5) detecting the waves reflected at the transponder (3, 31) in that a polarization-coded image is generated from the reflected waves and the transponder (3, 31) is recognized on the basis of the polarization-coded image, the object (1) is identified on the basis of the recognized transponder (3, 31) and identified on a current position of the identified object (1). is closed. Furthermore, a corresponding transponder (3, 31) is indicated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung eines beweglichen Objektes, bei dem ein chiploser, passiver Transponder verwendet wird, der durch mehrere Teilflächen mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft codiert ist, und bei dem der Transponder mittels Radartechnologie identifiziert wird. Die Erfindung betrifft auch einen passiven, chiplosen Transponder, der für das Verfahren zu Ortung eines beweglichen Objektes geeignet ist. The invention relates to a method for locating a moving object, wherein a chipless, passive transponder is used, which is encoded by a plurality of sub-areas with different polarimetric property, and in which the transponder is identified by means of radar technology. The invention also relates to a passive, chipless transponder which is suitable for the method for locating a moving object.
RFID(„Radio Frequency Identification“)-Systeme mit einem Lese- bzw. Abfragegerät und einem abzufragenden Transponder kommen in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz. Transponder (auch als „RFID-Tags“ bezeichnet) können dabei grundsätzlich anhand ihres Aufbaus in aktive, semi-passive und passive Systeme unterteilt werden, wie dies beispielsweise in
Des Weiteren wird zwischen chiplosen und chipbasierten Transpondern unterschieden, wobei aktive und semi-passive Systeme im Allgemeinen chipbasierte Transponder nutzen. Allerdings können auch passive Transponder Halbleiterchips zur Informationsspeicherung besitzen (siehe z.B.
Chiplose Transponder können wiederum aufgeteilt werden in Transponder für zeitbereichsbasierte (TDR), frequenzbasierte (FDR) oder bildbasierte Systeme. Chipless transponders, in turn, can be split into transponders for time domain based (TDR), frequency based (FDR) or image based systems.
TDR-Systeme nutzen aufgrund ihrer Funktionsweise OFW(Oberflächenwellen)-Transponder oder Mikrowellen-Transponder. Mikrowellen-Transponder codieren ihre Information in ihrer Impulsantwort, wobei lange Verzögerungszeiten auf dem Transponder nötig sind. Diese Verzögerungszeiten zu realisieren müssen große geometrische Strukturen verwendet werden, wodurch erhöhte Verluste und in vielen Fällen eine Dispersion auftreten können. Bei OFW-Transpondern kann eine benötigte Verzögerungszeit durch eine Wellenkonversion von elektromagnetischen zu akustischen Wellen erzielt werden, da akustische Wellen deutlich langsamere Ausbreitungsgeschwindigkeiten aufweisen. Die Information kann bei OFW-Transpondern analog zu mikrowellenbasierten Systemen codiert werden, wie dies beispielsweise in der
FDR-Systeme werten eine Frequenzantwort eines Transponders aus, wobei meist resonante Strukturen verwendet werden, wie dies beispielsweise in der
Bei räumlicher Trennung können bildgebende Systeme verwendet werden; siehe zum Beispiel
Die Anwendung von chiplosen RFID-Transpondern ist mittlerweile sehr vielfältig, insbesondere soll hierdurch der verbreitete Barcode ersetzt werden, da dieser etliche Nachteile wie eine Nichtlesbarkeit bei Verschmutzung oder Verwitterung hat. Des Weiteren kann ein solcher Transponder zur Lokalisierung oder Tracking von Objekten (siehe z.B.
Ein Nachteil chiploser RFID-Systeme ist allerdings ihre hohe benötigte Bandbreite, welche sowohl bei TDR- als auch bei FDR-Systemen für eine hohe Datenkapazität notwendig ist. Dabei ist die Bandbreite aufgrund gesetzlicher Regulierungen nicht beliebig einstellbar. Die Datenkapazität ist bei derartigen Systemen stark eingeschränkt. So können zum Beispiel bei mikrowellenbasierten TDR-Systemen Datenkapazitäten von 16 Bit und bei FDR-Systemen Datenkapazitäten von bis zu 35 Bit erzielt werden. Für OFW-Transponder sind Datenraten von 96 Bit kommerziell verfügbar. However, a disadvantage of chipless RFID systems is their high bandwidth required, which is necessary for high data capacity in both TDR and FDR systems. The bandwidth is not adjustable arbitrarily due to legal regulations. The data capacity is severely limited in such systems. For example, in microwave-based TDR systems, data capacities of 16 bits and in FDR systems data capacities of up to 35 bits can be achieved. For SAW transponders, data rates of 96 bits are commercially available.
Dabei ist die Herstellung von OFW-Transpondern nicht kostengünstig realisierbar. Neben aufwändigem Strukturieren müssen spezielle Materialen wie LiNbO3 verwendet werden. Für FDR-Transponder müssen Materialen verwendet werden, deren Permittivität genau bekannt ist. Für TDR-Transponder, die für Mikrowellensysteme gedacht sind, müssen dispersions- und verlustarme Materialien verwendet werden. Die Materialien und Strukturen der beschriebenen chiplosen RFID-Transponder sind bisher auch nicht für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet. Ein weiterer Nachteil ist die geringe Reichweite aller bisherigen RFID-Systeme mit chiplosen passiven Transpondern. In this case, the production of SAW transponders can not be realized inexpensively. In addition to elaborate structuring special materials such as LiNbO 3 must be used. FDR transponders must use materials whose permittivity is well known. For TDR transponders intended for microwave systems, low-dispersion and low-loss materials must be used. The materials and structures of the described chipless RFID transponders have hitherto also not been suitable for use at high temperatures. Another disadvantage is the short range of all previous RFID systems with chipless passive transponders.
Die Polarimetrie ist grundsätzlich bei einer Vielzahl von Radar-Anwendungen und insbesondere bei hochauflösenden, bildgebenden Systemen verbreitet. Polarisationsagile bildgebende Systeme werden unter anderem in der Erdfernerkundung (siehe z.B.
Wird ein SAR-Scan voll polarimetrisch durchgeführt, wobei das Ziel bzw. die beobachtete Objektszene sequenziell mit zumindest zwei unterschiedlich polarisierten, vorzugsweise mit zwei orthogonal polarisierten elektromagnetischen Wellen, beleuchtet und die Polarisation der gestreuten oder reflektierten Wellen aufgezeichnet wird, kann nach der SAR-Prozessierung auf Basis der polarimetrischen Information eine Klassifizierung der vorhandenen Objekte durchgeführt werden. In der Fernerkundung können auf diese Weise, wie in
In der zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldung
Über die Art und über die Abfolge der Teilflächen ist der Transponder codiert. Das Verfahren zur bildgebenden Polarimetrie kann auch als Verfahren zum Auslesen des chiplosen, passiven Transponders angesehen werden. Der angegebene Transponder wird als Identifikationsmarke oder „Tag“ verwendet. Er weist weder ein Halbleiterbauelement noch einen elektrischen Energiespeicher auf. Der Transponder kann auch als radar-sensitiver Transponder oder Radar-Transponder bezeichnet werden. Die Teilflächen des beschriebenen Transponders mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft erzeugen unterschiedliche Rückstreumuster, die mit Hilfe bekannter polarimetrischer Radarverfahren unterscheidbar und eindeutig zuordenbar sind. The transponder is encoded via the type and sequence of the subareas. The method of imaging polarimetry can also be regarded as a method for reading the chipless, passive transponder. The specified transponder is used as an identification tag or tag. He has neither a semiconductor device nor an electrical energy storage. The transponder can also be referred to as a radar-sensitive transponder or radar transponder. The sub-areas of the described transponder having a different polarimetric property generate different backscatter patterns, which can be differentiated and unambiguously assigned with the aid of known polarimetric radar methods.
Der in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einsatzszenario für einen passiven, chiplosen Radar-Transponder und für dieses Einsatzszenario eine geeignete Struktur des Transponders anzugeben. The invention has for its object to provide a deployment scenario for a passive, chipless radar transponder and for this application scenario, a suitable structure of the transponder.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Einsatzszenarios erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ortung eines beweglichen Objektes, wobei ein chiploser, passiver Transponder, der durch mehrere Teilflächen mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft codiert ist, von einer Radarstation mit polarisierten elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird, wobei der Transponder oder die Radarstation auf dem Objekt angeordnet ist, wobei von der Radarstation die am Transponder reflektierten Wellen erfasst werden, wobei aus den reflektierten Wellen ein polarisationscodiertes Bild erzeugt und der Transponder anhand des polarisationscodierten Bildes erkannt wird, und wobei anhand des erkannten Transponders das Objekt identifiziert und auf eine aktuelle Position des identifizierten Objektes geschlossen wird. This object is achieved according to the use scenario according to the invention by a method for locating a moving object, wherein a chipless, passive transponder, which is encoded by a plurality of sub-areas with different polarimetric property is irradiated by a radar station with polarized electromagnetic waves, wherein the transponder or Radar station is arranged on the object, wherein detected by the radar station, the waves reflected at the transponder, wherein from the reflected waves generates a polarization-coded image and the transponder is recognized by the polarization-coded image, and wherein based on the detected transponder identifies the object and on a current position of the identified object is closed.
Die Erfindung geht in einem ersten Schritt davon aus, die Ortung des beweglichen Objektes durch Auslesen eines Radar-Barcodes vorzunehmen. Das Auslesen eines Radar-Barcodes mittels Radar-Technologie stellt ein robustes und gegen äußere Einflüsse wie Temperatur und Verschmutzung vergleichsweise unempfindliches Verfahren dar. In einem zweiten Schritt sieht die Erfindung vor, den Radar-Barcode durch einen chiplosen, passiven Transponder zu implementieren, der durch mehrere Teilflächen mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft codiert ist. Das Auslesen des Radar-Barcodes geschieht hierbei durch Identifikation der Teilflächen anhand ihrer unterschiedlichen polarimetrischen Eigenschaften, wobei auf die bildgebende Polarimetrie zurückgegriffen wird. The invention is based in a first step of making the location of the moving object by reading a radar barcode. The reading of a radar barcode by radar technology is a robust and against external influences such as temperature and pollution comparatively insensitive process. In a second step, the invention provides to implement the radar barcode by a chipless, passive transponder, which several sub-areas with different polarimetric property is encoded. The reading of the radar barcode is done here by identifying the faces on the basis of their different polarimetric properties, which is based on the imaging polarimetry.
Der Radar-Transponder und damit das Verfahren zur Ortung sind unempfindlich gegenüber äußerer Verschmutzung. Zum Einsatz in Bereichen mit sehr niedriger oder sehr hoher Temperatur sind entsprechende Materialien für den Transponder, wie zum Beispiel Keramiken, Metalle oder Legierungen, zu verwenden. The radar transponder and thus the locating procedure are insensitive to external pollution. For use in very low or very high temperature areas, appropriate materials for the transponder, such as ceramics, metals or alloys, are to be used.
Bildgebende polarimetrische Radarverfahren sind grundsätzlich bekannt. Zur Identifizierung des Transponders anhand seiner spezifischen Teilflächen mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft eignet sich insbesondere ein bildgebendes, vollpolarimetrisches MIMO (Multiple Input Multiple Output) Radarverfahren, wobei Antennenarrays zum Senden und zum Empfangen der Radarstrahlung bzw. der im entsprechenden Wellenlängenbereich gesendeten und empfangenen Wellen eingesetzt werden. Vorteilhafterweise wird hierbei eine digitale Strahlformung mit paralleler Datenaufnahme auf der Empfängerseite verwendet. Das Antennen-Array ermöglicht eine vollpolarimetrische Messung. Insbesondere ist hierbei jedes Antennenelement des Antennen-Arrays ausgebildet, elektromagnetische Wellen mit wählbarer Polarisation aus zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen auszusenden. Imaging polarimetric radar methods are basically known. For identification of the transponder on the basis of its specific partial areas with different polarimetric properties, an imaging, fully-polarimetric MIMO (Multiple Input Multiple Output) radar method is particularly suitable, wherein antenna arrays are used for transmitting and receiving the radar radiation or the waves transmitted and received in the corresponding wavelength range. Advantageously, a digital beamforming with parallel data recording on the receiver side is used here. The antenna array enables a fully polarimetric measurement. In particular, in this case each antenna element of the antenna array is designed to emit electromagnetic waves with selectable polarization from two orthogonal polarization directions.
Beim polarimetrischen, bildgebenden Radarverfahren wird von der Zerlegung einer elektromagnetischen Welle mit beliebiger Polarisationsrichtung in zwei orthogonale Komponenten ausgegangen, die meist mit horizontal (H) und vertikal (V) bezeichnet werden. Die Radarstation, also die Sende- und Empfangsstation bzw. die entsprechende Sende- und Empfangsantenne, muss daher in der Lage sein, horizontal und vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen zu senden und zu empfangen. Zu einer vollpolarimetrischen Bildgebung werden Objekte mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft über ihre Anteile an rückgestreuter bzw. reflektierter elektromagnetischer Strahlung in horizontaler und vertikaler Polarisation bezüglich der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in horizontaler oder vertikaler Polarisation identifiziert. Dabei liegen die vier Kombinationen HH, HV, VH und VV vor, wobei der erste Index die Polarisationsrichtung der empfangenen und der zweite Index die Polarisationsrichtung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung bezeichnet. The polarimetric imaging radar method is based on the decomposition of an electromagnetic wave with any direction of polarization in two orthogonal components, which are usually labeled with horizontal (H) and vertical (V). The radar station, ie the transmitting and receiving station or the corresponding transmitting and receiving antenna, must therefore be able to transmit and receive horizontally and vertically polarized electromagnetic waves. For a fully polarimetric imaging, objects with different polarimetric properties are identified via their portions of backscattered or reflected electromagnetic radiation in horizontal and vertical polarization with respect to the emitted electromagnetic radiation in horizontal or vertical polarization. In this case, the four combinations HH, HV, VH and VV are present, wherein the first index denotes the polarization direction of the received and the second index the polarization direction of the emitted electromagnetic radiation.
Beispielsweise hat eine planare Oberfläche ein konstantes Rückstreu-Verhalten. Eine einfallende Welle wird einfach rückreflektiert, wobei keine Änderung der Polarisationsrichtung auftritt. Folglich finden sich Anteile in der zurückgestreuten Strahlung nur in den Kombinationen HH und VV. Bei Mehrfachreflexionen oder im Falle von Dipol-Elementen können jedoch Kreuzkomponenten resultieren. Weiter sind Phasensprünge möglich. In der polarimetrischen Bildgebung können insofern Dipol-Strukturen oder Doppel-Spiegel-Elemente von planaren Oberflächen unterschieden werden. Zusätzlich tritt hinsichtlich der Rückreflexion eine Abhängigkeit von der Winkelausrichtung der Dipol-Elemente beziehungsweise der Mehrfach-Spiegel hinzu. Entsprechend können derartige Strukturen oder Dipol-Elemente, die zueinander in verschiedenen Winkeln ausgerichtet sind, in der polarimetrischen Bildgebung ebenfalls voneinander unterschieden werden. For example, a planar surface has a constant backscatter behavior. An incident wave is simply reflected back, with no change in polarization direction. Consequently, portions in the backscattered radiation are found only in the combinations HH and VV. For multiple reflections or in the case of dipole elements, however, cross components can result. Furthermore, phase jumps are possible. In polarimetric imaging, dipole structures or double mirror elements can be distinguished from planar surfaces. In addition, with respect to the return reflection, a dependence on the angular orientation of the dipole elements or the multiple mirror is added. Accordingly, such structures or dipole elements that are aligned at different angles to each other can also be distinguished from one another in polarimetric imaging.
Zur polarimetrischen Bildgebung werden bevorzugt SAR-Algorithmen bzw. iSAR-Algorithmen eingesetzt, bei denen eine Relativbewegung zwischen der Radarstation und dem beobachteten Objekt zur Konstruktion einer synthetischen Apertur einer großen Antenne herangezogen wird, wodurch die Ortsauflösung deutlich verbessert wird (SAR = „Synthetic Aperture Radar“, iSAR = „inverse Synthetic Aperture Radar“). For polarimetric imaging, SAR algorithms or iSAR algorithms are preferably used, in which a relative movement between the radar station and the observed object is used to construct a synthetic aperture of a large antenna, whereby the spatial resolution is significantly improved (SAR = "Synthetic Aperture Radar ", ISAR =" inverse Synthetic Aperture Radar ").
Teilflächen mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft erzeugen unterschiedliche und insofern unterscheidbare Rückstreu- beziehungsweise Reflexionsmuster. Die Teilfläche ist bevorzugt eine Oberfläche des Transponders. Insbesondere können der Oberfläche zur Ausbildung ihrer polarimetrischen Eigenschaft auch darunter liegende Volumenbereiche des Transponders zugeordnet sein. Bei Dipolen kann eine Teilfläche ohne Volumenbereich planar, z.B. durch Leiterbahnstücke, realisiert werden. Subareas with different polarimetric properties produce different and so far distinguishable backscattering or reflection patterns. The partial area is preferably a surface of the transponder. In particular, the surface may also be assigned underlying volume regions of the transponder in order to form its polarimetric property. For dipoles, a non-volume partial area may be planar, e.g. By conductor pieces, be realized.
Das polarimetrische, bildgebende Radarverfahren umfasst bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem Bereich zwischen 1 GHz und 1 THz. Vorteilhaft wird elektromagnetische Strahlung in einem Bereich zwischen 10 GHz und 100 GHz verwendet. Die Bestrahlung erfolgt im Rahmen der Erfindung raum- oder objektfest. Sie kann weiter bevorzugt in einem Zeit-(TDM = Time Division Multiplex) oder in einem Frequenz-Multiplexverfahren (FDM = Frequency Division Multiplex) erfolgen. The polarimetric imaging radar method preferably comprises electromagnetic radiation in a range between 1 GHz and 1 THz. Electromagnetic radiation in a range between 10 GHz and 100 GHz is advantageously used. The irradiation takes place within the scope of the invention, spatially or object-fixed. It can also be carried out preferably in a time division (TDM) or in a frequency division multiplexing (FDM) mode.
Die jeweiligen Teilflächen des Transponders werden im polarisationskodierten Bild vorteilhaft als Teilbilder erfasst und beispielsweise mittels Methoden der Objekterkennung identifiziert. Aus den erkannten Teilflächen bzw. Teilbildern wird Information abgeleitet, indem beispielsweise die Teilflächen als Informationsträger analog zu Bits mit n (n > 1) möglichen Zuständen verwendet werden. Die Information des Transponders ist also in seinem polarimetrischen Rückstreu- bzw. Reflexionsverhalten codiert. Da das Rückstreuverhalten der verwendeten Teilflächen definiert ist, können diese während der Auswertung entsprechend ihrer Eigenschaften gesucht und klassifiziert werden. Jedes vorhandene, vorher definierte Rückstreuverhalten einer Teilfläche, welches vom dem Rückstreuverhalten anderer Teilflächen unterscheidbar ist, beschreibt einen möglichen Informationszustand. Durch Anordnung mehrerer Teilflächen kann somit Information auf dem Transponder gespeichert werden. The respective subareas of the transponder are advantageously detected in the polarization-coded image as sub-images and identified, for example, by methods of object recognition. Information is derived from the recognized subareas or partial images, for example by using the subareas as information carriers analogously to bits having n (n> 1) possible states. The information of the transponder is thus encoded in its polarimetric backscattering or reflection behavior. Since the backscattering behavior of the partial surfaces used is defined, they can be searched and classified according to their properties during the evaluation. Each existing, previously defined backscattering behavior of a partial surface, which is distinguishable from the backscattering behavior of other partial surfaces, describes a possible information state. By arranging a plurality of subareas, information can thus be stored on the transponder.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Transponder aus dem polarisationskodierten Bild durch analytisches Berechnen der polarimetrischen Eigenschaft wenigstens einer Teilfläche erkannt. Dies kann zum Beispiel durch Anwenden von analytischen Formeln auf ein Teilbild und ein Vergleichen eines Ergebnisses des Berechnens mit einem vorgegebenen Referenzergebnis erfolgen. In a preferred embodiment of the invention, the transponder is recognized from the polarization-coded image by analytically calculating the polarimetric property of at least one partial surface. This can be done, for example, by applying analytical formulas to a partial image and comparing a result of the calculation with a predetermined reference result.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Transponder anhand eines Bildvergleichs wenigstens eines Teilbilds des polarisationskodierten Bildes mit wenigstens einem Referenzbild erkannt. Dies wird vorteilhaft mittels Methoden der Objekterkennung durchgeführt, wobei das Referenzbild insbesondere einem polarisationskodierten Bild eines Objektes mit entsprechender polarimetrischer Eigenschaft entspricht. Zweckmäßigerweise sind für die am Transponder verwendeten und definierten Teilflächen bekannter polarimetrischer Eigenschaft jeweils entsprechende Referenzbilder hinterlegt. In a further preferred refinement, the transponder is identified on the basis of an image comparison of at least one partial image of the polarization-coded image with at least one reference image. This is advantageously carried out by means of object recognition methods, the reference image in particular corresponding to a polarization-coded image of an object with a corresponding polarimetric property. Expediently, corresponding reference images are respectively deposited for the partial surfaces of known polarimetric property used and defined on the transponder.
Vorteilhafterweise wird das polarisationskodierte Bild einer Pauli-Zerlegung unterzogen und der Transponder anhand wenigstens einer polarimetrischen Eigenschaft einer Teilfläche aus wenigstens einem pauli-zerlegten Bild erkannt. Ein pauli-zerlegtes Bild ist insbesondere ein Bild, das aus einem ursprünglichen vollpolarimetrischen Bild mittels einer Pauli-Zerlegung erzeugt worden ist. Bei der Pauli-Zerlegung werden die vollpolarimetrischen Streu- bzw. Reflexionsinformationen an jedem Pixel oder Bild in die Streuprozesse einer einfachen Reflexion, einer Doppelreflexion und einer Volumenstreuung aufgespalten. Ein Pauli-zerlegtes Bild kodiert die Reflexionsprozesse, wie die Einfachreflexion, die Doppelreflexion und die Volumenstreuung in ein z.B. farbiges Bild. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sich unterschiedliche Teilflächen besonders gut und sicher unterscheiden bzw. erkennen lassen. Zumindest eine Teilfläche kann beispielsweise mittels einer Auswertung nur eines pauli-zerlegten polarisationskodierten Bilds oder Teilbilds (z.B. darstellend die einfache Reflexion) erkannt werden. Zumindest eine Teilfläche kann beispielsweise mittels einer Auswertung mehrere pauli-zerlegten polarisationskodierten Bilder oder Teilbilder erkannt werden. Advantageously, the polarization-coded image is subjected to a Pauli decomposition and the transponder is recognized from at least one pauli-decomposed image on the basis of at least one polarimetric property of a partial surface. In particular, a pauli-decomposed image is an image that has been generated from an original fully polarimetric image by means of a Pauli decomposition. In Pauli decomposition, the full polarimetric scattering or reflection information at each pixel or image is split into the scattering processes of simple reflection, double reflection, and volume scattering. A Pauli decomposed image encodes the reflection processes, such as single reflection, double reflection, and volume scattering, into e.g. colored picture. This refinement has the advantage that different partial surfaces can be distinguished and recognized particularly well and reliably. For example, at least one patch can be recognized by evaluating only a pauli-decomposed polarization-coded frame or field (e.g., representing simple reflection). For example, at least one subarea can be recognized by means of an evaluation of several pauli-decomposed polarization-coded images or partial images.
Zur Auswertung der polarimetrischen Daten kann außer der Pauli-Zerlegung oder zusätzlich zu der Pauli-Zerlegung auch ein anderer geeigneter Dekompositionsalgorithmus für die vollpolarimetrischen Bilddaten gewählt werden. For evaluating the polarimetric data, apart from the Pauli decomposition or in addition to the Pauli decomposition, another suitable decomposition algorithm for the fully polarimetric image data can also be selected.
Vorteilhafterweise wird ein Transponder eingesetzt, der wenigstens eine Teilfläche mit einer polarimetrisch wirksamen Struktur umfasst. Zusätzlich kann eine Teilfläche mit einer glatten Oberfläche und/oder aus einem homogenen Material für den Transponder eingesetzt werden, die demnach keine polarimetrisch wirksame Eigenschaft aufweist. Dennoch unterscheidet sich im Sinne der vorliegenden Erfindung eine solche glatte Teilfläche in ihrer polarimetrischer Eigenschaft (nämlich die keiner Polarisationsdrehung) von einer Teilfläche, die eine polarimetrisch wirksame Struktur umfasst. Eine polarimetrisch wirksame Struktur der Teilfläche ist eine Modifikation der Oberfläche, z.B. durch Dipol-Elemente, und vorzugsweise eine dreidimensionale Oberflächenform, wobei jeweils die polarimetrischen Eigenschaften bekannt sind. Dabei genügt es, wenn die Struktur genau einmal auf einer Teilfläche vorkommt, sofern die Struktur ausreichend reflektiert. Beispielsweise kann eine derartige Struktur Erhebungen und/oder Vertiefungen umfassen, die insbesondere parallel verlaufen. Die polarimetrisch wirksame Struktur umfasst insbesondere reflektierende Geometrien, deren polarimetrisches Rückstreuverhalten definiert hergestellt werden kann, wie zum Bespiel Drähte, die als Dipole fungieren, oder gefräste Strukturen wie Doppel- oder Tripelspiegel. Bevorzugt sind alle polarimetrisch wirksamen Strukturen und /oder alle Teilflächen als solche antennenlos, also ohne Drähte und Dipole, ausgebildet. Advantageously, a transponder is used which comprises at least one partial surface with a polarimetrically active structure. In addition, a partial surface with a smooth surface and / or of a homogeneous material can be used for the transponder, which accordingly has no polarimetrically active property. Nevertheless, in the sense of the present invention, such a smooth partial surface differs in its polarimetric property (namely, the no polarization rotation) from a partial surface which comprises a polarimetrically active structure. A polarimetric structure of the patch is a modification of the surface, e.g. by dipole elements, and preferably a three-dimensional surface form, wherein each of the polarimetric properties are known. It is sufficient if the structure occurs exactly once on a partial surface, as long as the structure reflects sufficiently. By way of example, such a structure may comprise elevations and / or depressions, which in particular run parallel. The polarimetrically effective structure comprises in particular reflective geometries whose polarimetric backscattering behavior can be produced in a defined manner, for example wires acting as dipoles or milled structures such as double or triple mirrors. Preferably, all polarimetrically active structures and / or all subareas as such are antenna-less, ie without wires and dipoles.
Als Materialien für den Transponder eignen sich Kunststoffe, Keramiken, Metalle oder Legierungen. Die Auswahl der Materialien erfolgt hierbei abhängig vom jeweils gewünschten Einsatzszenario des Transponders. Suitable materials for the transponder are plastics, ceramics, metals or alloys. The choice of materials depends on the particular application scenario of the transponder.
In einer weiter zweckmäßigen Ausgestaltung wird ein Transponder eingesetzt, der wenigstens eine Teilfläche mit einem polarimetrisch wirksamen Material umfasst. Hierbei wird insbesondere Bezug darauf genommen, dass Materialien als solche polarimetrisch wirksame Eigenschaften haben. Die Teilflächen können beispielsweise als eine Abfolge von polarimetrisch wirksamen Materialien ausgebildet sein. In a further expedient embodiment, a transponder is used which comprises at least one partial surface with a polarimetrically active material. In this context, reference is made in particular to the fact that materials as such have polarimetrically active properties. The partial surfaces may be formed, for example, as a sequence of polarimetrically active materials.
Bevorzugt weisen die eingesetzten Transponder eine Dimension im Bereich von einigen Millimetern bis zu einigen zehn Zentimetern auf. Die Teilflächen sind hierzu entsprechende Untereinheiten. Die Teilflächen können sich selbst in ihrer Größe unterscheiden. Sie können aber auch jeweils dieselbe Größe bzw. Fläche aufweisen. The transponders used preferably have a dimension in the range of a few millimeters to a few tens of centimeters. The partial surfaces are corresponding subunits for this purpose. The faces may differ in size. But they can also each have the same size or area.
In einer bevorzugten Variante wird dem Objekt ein sich entlang einer Längsachse erstreckender Transponder zugeordnet, dessen Teilfläche jeweils als die Längsachse umlaufende Teilmantelflächen gebildet sind. Auf diese Weise kann der Transponder auf dem bewegten Objekt aus jeder Raumrichtung erfasst und identifiziert werden. Das Rückstreuverhalten des Transponders ist aus jeder Raumrichtung bezüglich seiner Längsachse eindeutig vorgegeben. Vorteilhafterweise ist der Transponder im Wesentlichen als ein sich entlang der Längsachse erstreckender Zylinder gegeben. In a preferred variant, the object is assigned a transponder extending along a longitudinal axis, the partial surface of which is in each case formed as part circumferential surfaces that surround the longitudinal axis. In this way, the transponder can be detected and identified on the moving object from every spatial direction. The backscattering behavior of the transponder is clearly defined from each spatial direction with respect to its longitudinal axis. Advantageously, the transponder is essentially given as a cylinder extending along the longitudinal axis.
Zweckmäßigerweise wird der Transponder entlang der Längsachse aus scheibenförmigen, jeweils die umlaufenden Teilmantelflächen ausbildenden Teilsegmenten zusammengesetzt. Die Teilflächen oder die hierauf erzeugten Strukturen werden durch polarimetrische Messverfahren unterschieden. Da die Kombination der Teilsegmente und damit das ortsabhängige polarimetrische Rückstreu- bzw. Reflexionsverhalten des Transponders beliebig eingestellt werden kann, ist auf diese Weise in einfacher Art und Weise Information auf dem Transponder speicherbar. Bevorzugt werden mehrere Teilsegmente mit verschiedener polarimetrischer Eigenschaft beziehungsweise verschiedenen Strukturen zum Transponder zusammengesetzt. Die einzelnen Teilflächen bzw. Strukturen können hierbei mehr als einmal vorkommen. Dadurch ergibt sich ein polarimetrischer Radar-Barcode, der im Unterschied zu optischen Barcodes, aus allen Blickrichtungen ausgelesen werden kann. Entsprechend den Anwendungsanforderungen kann die Anzahl der Teilsegmente variieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zwischen vier und sechzehn Teilsegmente zusammengesetzt, um Datenkapazitäten je nach Anwendung von mehr als 64 Bit auf dem Transponder zu erreichen. Die Datenkapazität wird durch die Anzahl der Teilsegmente bzw. Teilflächen sowie durch die Anzahl der möglichen polarimetrischen Eigenschaften bestimmt. Expediently, the transponder is assembled along the longitudinal axis from disk-shaped sub-segments which form the circumferential partial circumferential surfaces. The partial surfaces or the structures produced thereon are distinguished by polarimetric measuring methods. Since the combination of the sub-segments and thus the location-dependent polarimetric backscattering or reflection behavior of the transponder can be set as desired, information in this way can be stored on the transponder in a simple manner. Preferably, several sub-segments are combined with different polarimetric property or different structures to the transponder. The individual partial surfaces or structures can occur more than once. This results in a polarimetric radar barcode which, unlike optical barcodes, can be read from all directions. Depending on the application requirements, the number of sub-segments may vary. In a preferred embodiment, between four and sixteen subsegments are assembled to achieve data capacities of more than 64 bits on the transponder, depending on the application. The data capacity is determined by the number of subsegments or subareas as well as by the number of possible polarimetric properties.
Der umlaufend erkennbare Radar-Transponder wird zweckmäßigerweise auf einem beweglichen Objekt platziert. Mögliche Objekte für einen Einsatz sind bevorzugt Fahrzeuge, unter Anderem Kraftfahrzeuge und hiervon beispielsweise Hubstapler oder beliebig weitere Fahrzeuge, wie mobile Roboter, Baufahrzeuge, Flurförderfahrzeuge, Hebezeuge, Regalförderer, Schienen-, Luft- und Wasserfahrzeuge. Bewegliche Objekte können aber auch Transportgüter, insbesondere Container, oder Verpackungsgüter wie Kartons etc. sein. The circumferentially detectable radar transponder is expediently placed on a moving object. Possible objects for use are preferably vehicles, among others motor vehicles and thereof, for example, lift trucks or any other vehicles, such as mobile robots, construction vehicles, industrial trucks, hoists, rack conveyors, rail, air and water vehicles. However, movable objects can also be transported goods, in particular containers, or packaged goods such as cartons, etc.
Die zur Lokalisierung und Decodierung eingesetzten Radarstationen werden an bekannten Orten, z.B. an Wänden von Gebäuden, angebracht oder aufgestellt. Als Radarstationen eignen sich unter anderem konventionelle KFZ-Radarsysteme, wobei jedes Radarsystem in einer bevorzugten Variante eine vollpolarimetrische Datenaufnahme ermöglicht. The radar stations used for localization and decoding are installed or installed at known locations, eg on walls of buildings. Suitable radar stations are, inter alia, conventional automotive radar systems, wherein Each radar system in a preferred variant allows fully polarimetric data acquisition.
Wie vorstehend bereits erwähnt, werden die eingesetzten Sende- und Empfangsantennen bevorzugt in einem Array angeordnet. Die Größe des Arrays bestimmt neben der Wellenlänge des Systems das räumliche Auflösungsvermögen des Radarsystems. Je nach Reichweite und Größe der Teilflächen bzw. der Teilsegmente des Transponders wird die Antennenanzahl und Anordnung so angepasst, dass eine räumliche Trennung der Teilflächen des Transponders mithilfe von Radarbildgebung möglich ist. Für die Positionsbestimmung in horizontaler Richtung bewegt sich der Transponder, der an dem beweglichen Objekt angeordnet ist, zwischen mehreren Einzelmessungen bzw. Decodierungsvorgängen an der Radarstation vorbei. Dies ermöglicht die Erzeugung einer inversen synthetischen Apertur (iSAR), welche eine Positionsbestimmung in Fahrtrichtung des Objektes ermöglich. Damit ist eine Positionsbestimmung und Identifizierung des beweglichen Objekts möglich. Die Identifizierung des beweglichen Objektes erfolgt durch die Auswertung der Radarbildgebung des Lesegeräts. Anhand der Position des Lesegeräts, der Identifizierung des Transponders und der Positionsbestimmung über das iSAR-Verfahren ist eine 3D-Lokalisierung eines eindeutig bestimmten, mobilen Objektes ermöglicht. As already mentioned above, the transmitting and receiving antennas used are preferably arranged in an array. The size of the array determines, in addition to the wavelength of the system, the spatial resolution of the radar system. Depending on the range and size of the partial areas or the sub-segments of the transponder, the number of antennas and arrangement is adjusted so that a spatial separation of the sub-areas of the transponder using radar imaging is possible. For the position determination in the horizontal direction, the transponder, which is arranged on the moving object, moves between several individual measurements or decoding processes at the radar station. This allows the generation of an inverse synthetic aperture (iSAR), which allows a position determination in the direction of travel of the object. This allows a position determination and identification of the mobile object. The identification of the moving object is carried out by the evaluation of the radar imaging of the reader. Based on the position of the reader, the identification of the transponder and the position determination via the iSAR method, a 3D localization of a clearly defined, mobile object is possible.
In einer anderen ebenfalls vorteilhaften Ausführungsvariante, bei denen zum Beispiel Radarsysteme nicht außerhalb des beweglichen Objektes angebracht werden können, wird das vorbeschriebene Prinzip invertiert. Bevorzugt ist dann dem Objekt die Radarstation zugeordnet, wobei beispielsweise an Wänden eines Gebäudes ein flächiger Transponder eingesetzt wird, dessen Teilflächen entlang einer Längsachse nebeneinander angeordnet sind. Die Radarstation umfasst in diesem Fall vorteilhafterweise eine omnidirektionale Antenne, ein zirkulares Antennen-Array oder eine rotierenden Antenne. Durch die Bewegung der Radarstation gegenüber dem Transponder wird eine synthetische Apertur (SAR) erzeugt, welche wiederum zur Dekodierung der Radar-Barcodes und Ortung der Radarstation verwendet wird. Die polarimetrischen Codes bilden Orientierungspunkte, die eindeutig einer Position im Raum zugeordnet werden können. Grundsätzlich ist es zwar möglich, in gewissen Szenarien (z.B. an einem freistehenden Regal) einen Transponder mit umlaufenden Teilmantelflächen, zum Beispiel einen Zylinder, zu verwenden. Für den Großteil der Anwendungsfälle sind jedoch andere geometrische und insbesondere flächige Formen zu bevorzugen, die zum Beispiel mehrere Kacheln aus ausreichend reflektierendem Material, die die gewünschten polarimetrisch trennbaren Eigenschaften aufweisen, einzusetzen. In another likewise advantageous embodiment variant in which, for example, radar systems can not be mounted outside the movable object, the above-described principle is inverted. Preferably, the radar station is then assigned to the object, wherein, for example, on walls of a building, a planar transponder is used whose partial surfaces are arranged alongside one another along a longitudinal axis. The radar station in this case advantageously comprises an omnidirectional antenna, a circular antenna array or a rotating antenna. The movement of the radar station relative to the transponder generates a synthetic aperture (SAR), which in turn is used to decode the radar barcodes and locate the radar station. The polarimetric codes form landmarks that can be uniquely assigned to a position in space. In principle, it is possible, in certain scenarios (for example on a freestanding shelf), to use a transponder with peripheral partial circumferential surfaces, for example a cylinder. For the majority of applications, however, other geometric and in particular planar shapes are to be preferred, for example, to use several tiles of sufficiently reflective material having the desired polarimetrisch separable properties.
Das Verfahren mit mobiler Radarstation ist besonders dann zu bevorzugen, wenn die Ortung des beweglichen Objekts in einer weiträumigen Umgebung erfolgen muss. Denn auch in diesem Fall ist nur eine einzige Radarstation pro überwachtem Objekt notwendig. Die Kosten einer Radarstation sind im Vergleich zu den Kosten für einen Transponder deutlich erhöht. Der Transponder ist gegenüber einer Radarstation zusätzlich wartungsfrei und robust gegen Umwelteinflüsse. Die Transponder können insbesondere leicht in großer Stückzahl für industrielle Umgebungen gefertigt werden. The mobile radar station method is particularly preferable when the location of the mobile object must be in a large-scale environment. Because even in this case only one radar station per monitored object is necessary. The cost of a radar station is significantly increased compared to the cost of a transponder. The transponder is maintenance-free compared to a radar station and robust against environmental influences. In particular, the transponders can be easily manufactured in large numbers for industrial environments.
Bevorzugt wird als Objekt ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug eingesetzt. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Überwachung von Transport- oder Stapelfahrzeugen zum Beispiel in großen Lagerhallen oder dergleichen. Insbesondere ermöglicht die Erfindung, ein Lager autonom zu betreiben, indem die entsprechenden Stapelfahrzeuge jederzeit selbst über ihre konkrete Position Bescheid wissen. Preferably, a vehicle, in particular a motor vehicle, is used as the object. The invention is particularly suitable for monitoring transport or stacking vehicles, for example in large warehouses or the like. In particular, the invention makes it possible to operate a warehouse autonomously by knowing the appropriate stacking vehicles themselves at any time about their specific position.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch einen passiven, chiplosen Transponder gelöst, der sich entlang einer Längsachse erstreckt und durch mehrere Teilflächen mit unterschiedlicher polarimetrischer Eigenschaft codiert ist, wobei die Teilflächen entlang der Längsachse aufeinander abfolgend angeordnet sind. Mit anderen Worten sind alle Teilflächen bezüglich der Längsachse aufeinander abfolgend angeordnet. Ein derartiger Transponder ist bei seinem Einsatz auf einem beweglichen Objekt aus beliebiger Blickrichtung identifizierbar. Die Bewegung des Objektes kann insbesondere für iSAR-Verfahren eingesetzt werden. Wird andererseits der Transponder an einer Wand eines Gebäudes oder dergleichen fest montiert, so wird die Bewegung einer auf dem bewegten Objekt montieren Radarstation zur Durchführung eines SAR-Verfahrens herangezogen. Bevorzugt sind dementsprechend für einen mobilen Einsatz des Transponders dessen Teilflächen jeweils als die Längsachse umlaufende Teilmantelflächen ausgebildet. Vorteilhafterweise ist hierbei der Transponder entlang der Längsachse aus scheibenförmigen, jeweils die umlaufenden Teilmantelflächen ausbildenden Teilsegmenten zusammengesetzt. Der für einen stationären Einsatz herangezogene Transponder ist zweckmäßigerweise flächig ausgebildet. Der Transponder weist bevorzugt wenigstens eine Teilfläche mit einer polarimetrisch wirksamen Struktur und/oder wenigstens eine Teilfläche mit einem polarimetrisch wirksamen Material auf. The stated object is also achieved by a passive, chipless transponder which extends along a longitudinal axis and is encoded by a plurality of sub-areas with different polarimetric property, wherein the sub-areas are arranged successively sequentially along the longitudinal axis. In other words, all partial surfaces are arranged successively with respect to the longitudinal axis. Such a transponder is identifiable when used on a moving object from any direction. The movement of the object can be used in particular for iSAR methods. On the other hand, when the transponder is fixedly mounted on a wall of a building or the like, the movement of a radar station mounted on the moving object is used for performing an SAR method. Accordingly, for a mobile use of the transponder, its partial surfaces are preferably designed in each case as partial circumferential surfaces that surround the longitudinal axis. Advantageously, in this case the transponder along the longitudinal axis of disk-shaped, in each case the peripheral part of the circumferential surfaces forming sub-segments composed. The transponder used for stationary use is expediently designed to be flat. The transponder preferably has at least one partial area with a polarimetrically effective structure and / or at least one partial area with a polarimetrically active material.
Die für das Verfahren zur Ortung und dessen vorteilhafte Weiterbildungen geschilderten Vorteile lassen sich sinngemäß auf den Transponder und seine Weiterbildungen übertragen. The advantages described for the method for locating and its advantageous developments can be analogously transferred to the transponder and its developments.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Showing:
Demnach umfasst der Transponder
Die Teilflächen
Auf diese Weise wird es möglich, den genauen Ort eines konkreten Kraftfahrzeugs im überwachten Raum oder Gelände zu bestimmen. Als polarimetrisches Messverfahren eignet sich insbesondere das sogenannte iSAR-Verfahren, wobei die Bewegung des Objekts zur Ausbildung einer inversen synthetischen Apertur herangezogen wird. In this way it becomes possible to determine the exact location of a specific motor vehicle in the monitored space or terrain. As a polarimetric measuring method, in particular the so-called iSAR method is suitable, wherein the movement of the object is used to form an inverse synthetic aperture.
In
Zur Identifikation des Transponders
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Objekt object
- 22
- Kraftfahrzeug motor vehicle
- 33
- Transponder, 3D Transponder, 3D
- 44
- Wand wall
- 55
- Radarstation radar station
- 6–96-9
- Teilflächen subareas
- 10 10
- Längsachse longitudinal axis
- 16–18 16-18
- polarimetrisch wirksame Strukturen polarimetric structures
- 19 19
- polarimetrisch wirksames Material polarimetrically active material
- 26–29 26-29
- Teilsegmente subsegments
- 30 30
- Hubstapler lift trucks
- 31 31
- Transponder, 2D Transponder, 2D
- 33 33
- Fahrtrichtung direction of travel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R163 | Identified publications notified | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |