DE102019211110A1 - DELAY CALIBRATION FOR DECAWAVE UWB - Google Patents

DELAY CALIBRATION FOR DECAWAVE UWB Download PDF

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DE102019211110A1 DE102019211110.6A DE102019211110A DE102019211110A1 DE 102019211110 A1 DE102019211110 A1 DE 102019211110A1 DE 102019211110 A DE102019211110 A DE 102019211110A DE 102019211110 A1 DE102019211110 A1 DE 102019211110A1
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Juri Sidorenko
Norbert Scherer-Negenborn
Michael Arens
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    • G01S5/0205Details
    • G01S5/021Calibration, monitoring or correction

Abstract

Kalibrierwertberechner zum Bestimmen von zumindest einem Kalibrierwert für ein Positionsbestimmungssystem. Der Kalibrierwertberechner ist ausgelegt, um zumindest einen Kalibrierwert, der eine Verzögerung an oder in einer Station des Positionsbestimmungssystems beschreibt, auf der Basis einer Mehrzahl von Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen zwischen verschiedenen Paaren von Stationen des Positionsbestimmungssystems zu bestimmen.Calibration value calculator for determining at least one calibration value for a position determination system. The calibration value calculator is designed to determine at least one calibration value that describes a delay at or in a station of the position determination system on the basis of a plurality of transit time measurements or distance measurements between different pairs of stations of the position determination system.

Description

Technisches GebietTechnical area

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf einen Transceiver zur Verwendung in einem Positionierungssystem, einen Rechner zum Bestimmen einer Laufzeit sowie ein entsprechendes System und Verfahren.Embodiments according to the invention relate to a transceiver for use in a positioning system, a computer for determining a transit time, and a corresponding system and method.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Systeme für eine Positionsbestimmung spielen im täglichen Leben eine immer wichtigere Rolle. Die Satellitennavigation hat beispielsweise die Papierkarten zum Teil schon verdrängt und ermöglicht den Einsatz von autonom fahrenden Autos und Flugzeugen. Mit den steigenden Anforderungen an Logistik und Fertigung werden genaue Informationen über die Position von Transportmitteln zwingend erforderlich. Je nach den Betriebsbedingungen für die Positionsbestimmung gibt es unterschiedliche Messprinzipien und -verfahren.Positioning systems are playing an increasingly important role in everyday life. Satellite navigation, for example, has in part already replaced paper maps and enables the use of autonomous cars and aircraft. With the increasing demands on logistics and production, precise information about the position of means of transport is imperative. There are different measuring principles and methods, depending on the operating conditions for determining the position.

Die gebräuchlichsten Messverfahren basieren auf einer Ankunftszeit, das auf Englisch mit TOA / „Time of Arrival“ bezeichnet wird oder auf einer Zeitdifferenz der Ankunft, die auf Englisch mit TDOA /„Time Difference of Arrival“ bezeichnet wird. Der Unterschied zwischen beiden Verfahren besteht darin, dass TOA die Entfernung zwischen zwei Stationen („Ankern“) durch die Signallaufzeit und TDOA durch die Zeitdifferenz zwischen den Stationen erhält.The most common measurement methods are based on an arrival time, which is referred to in English as TOA / "Time of Arrival" or on a time difference of arrival, which is referred to in English as TDOA / "Time Difference of Arrival". The difference between the two methods is that TOA receives the distance between two stations ("anchors") through the signal propagation time and TDOA through the time difference between the stations.

Eine Zweiwege-Reichweitenmessung ist ein sogenanntes TWR-Verfahren, das auf Englisch mit „Two Way Range“ bezeichnet wird, verwendet die TOA-Technik, um den Abstand zwischen zwei Stationen zu erhalten. Im Gegensatz zu einer Einweg-Reichweitenmessung, wie sie z.B. bei satellitengestützten Anwendungen verwendet wird, erfolgt beim TWR ein Antwortsignal auf das eingehende Signal. Daher ist es nicht notwendig, dass die Sendestationen synchron sind. In Anwendungen, in denen es notwendig ist, nicht nur die Entfernung, sondern auch die Position eines Ziels (Englisch auch als „Tag“ bezeichnet) in Bezug auf die anderen Stationen, die auch als Anker bezeichnet werden, zu erhalten ist ein TWR-Verfahren aufgrund der geringen Aktualisierungszeit weniger geeignet. Eine für die Positionsbestimmung verwendete Triangulation in einem zweidimensionalen Raum (2D) erfordert mindestens drei Entfernungsmessungen.A two-way range measurement is a so-called TWR method, which is referred to in English as "Two Way Range", uses the TOA technique to obtain the distance between two stations. In contrast to a one-way range measurement, such as is used in satellite-based applications, the TWR gives a response signal to the incoming signal. Therefore it is not necessary that the transmitting stations are synchronous. In applications where it is necessary to obtain not only the distance but also the position of a target (also known as "tag") in relation to the other stations, also known as anchors, a TWR method is used less suitable due to the short update time. A triangulation used for position determination in a two-dimensional space (2D) requires at least three distance measurements.

Im Gegensatz zu TOA ist TDOA besser geeignet für Anwendungen mit vielen Tags („Zielen“). In TDOA-Anwendungen reagieren die Stationen nicht. Eine „Multilateration“ ergibt sich aus der Differenz von Zeitstempeln zwischen den Stationen. Geometrisch gesehen entsprechen den TOA-Gleichungen Kreise, wohingegen TDOA-Gleichungen Hyperboloiden in einem zweidimensionalen Raum. Ähnlich wie bei Satellitennavigationssystemen, die auf TOA basieren, ist es notwendig, die Uhren der TDOA-Stationen zu synchronisieren. Die Synchronisierung kann drahtgebunden oder mit Hilfe einer zusätzlichen Station erfolgen. Neben der Messtechnik sind auch die Messvorrichtungen von Bedeutung.In contrast to TOA, TDOA is more suitable for applications with many tags (“targets”). The stations do not respond in TDOA applications. "Multilateration" results from the difference in time stamps between the stations. Geometrically speaking, the TOA equations correspond to circles, whereas TDOA equations correspond to hyperboloids in a two-dimensional space. Similar to satellite navigation systems based on TOA, it is necessary to synchronize the clocks of the TDOA stations. The synchronization can be done by wire or with the help of an additional station. In addition to the measuring technology, the measuring devices are also important.

Eine Positionsbestimmung in einem Innenraum stellt im Allgemeinen eine Herausforderung für RF-basierte Lokalisierungssysteme dar. Reflexionen können zu Störungen des Hauptsignals führen und ein Abschwächen, das auch als „Fading“ bezeichnet wird, bewirken. Im Gegensatz zu Schmalbandsignalen sind Ultrabreitbandsignale, die auch als UWB-Signale bezeichnet werden, weniger störungsanfällig. Ein sogenannter „Decawave“-Transceiver basiert auf der Ultra-Breitband-Technologie (UWB) und entspricht dem Standard IEEE802.15.4-2011. Er unterstützt z.B. sechs Frequenzbänder mit Mittelfrequenzen von 3,5 GHz bis 6,5 GHz und Datenraten bis zu 6,8 Mb/s. Die Bandbreite kann mit den gewählten Mittelfrequenzen von 500 bis 1000 MHz variieren.Determining the position in an interior generally poses a challenge for RF-based localization systems. Reflections can lead to interference in the main signal and cause a weakening, which is also known as “fading”. In contrast to narrowband signals, ultra wideband signals, which are also known as UWB signals, are less susceptible to interference. A so-called “Decawave” transceiver is based on ultra-broadband technology (UWB) and complies with the IEEE802.15.4-2011 standard. It supports e.g. six frequency bands with medium frequencies from 3.5 GHz to 6.5 GHz and data rates up to 6.8 Mb / s. The bandwidth can vary with the selected medium frequencies from 500 to 1000 MHz.

Im Gegensatz zu TOA ist TDOA besser für Anwendungen mit vielen Tags geeignet. In TDOA-Anwendungen antworten die Anker nicht. Eine sogenannte Multilateration ergibt sich aus der Differenz der Zeitstempel zwischen den Ankern. Geometrisch gesehen sind TOA-Gleichungskreise und TDOA-Hyperboloide in einem zweidimensionalen Raum. Ähnlich wie bei Satellitennavigationssystemen, die auf TOA basieren, ist es notwendig, dass die Uhren der TDOA-Anker synchronisiert sind.In contrast to TOA, TDOA is better suited for applications with many tags. In TDOA applications, the anchors do not respond. A so-called multilateration results from the difference in time stamps between the anchors. Geometrically, TOA circles of equations and TDOA hyperboloids are in a two-dimensional space. Similar to satellite navigation systems based on TOA, it is necessary that the clocks of the TDOA anchors are synchronized.

Eine Positionsbestimmung mit „Decawave“-Transceivern basiert auf Zeitstempeln. Diese werden gesetzt, wenn ein Signal gesendet oder empfangen wird. Hierbei ist es erforderlich alle Verzögerungen zu berücksichtigen. Manche dieser Verzögerungen, wie das „Antennen delay“, sind von der Umgebungstemperatur abhängig. Dadurch ist es oft notwendig die Verzögerungen immer wieder neu zu bestimmen. Bekannte Verfahren basieren auf gemessenen Distanzen zwischen den Stationen, um auf die Verzögerung zu schließen. Dadurch sind externe Messapparaturen erforderlich.Positioning with “Decawave” transceivers is based on time stamps. These are set when a signal is sent or received. It is necessary to consider all delays. Some of these delays, such as the “antenna delay”, are dependent on the ambient temperature. As a result, it is often necessary to determine the delays again and again. Known Methods are based on measured distances between the stations to infer the delay. This means that external measuring equipment is required.

Daher ist es wünschenswert, zu einem Konzept zu gelangen, das keine zusätzlichen Messapparaturen für die Bestimmung der Distanzen zwischen den Stationen benötigt und das eine Selbstkalibrierung ermöglicht.It is therefore desirable to arrive at a concept that does not require any additional measuring equipment to determine the distances between the stations and that enables self-calibration.

Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erreicht.This is achieved through the subject matter of the independent claims of the present application.

Weitere Ausführungsformen nach der Erfindung werden durch den Gegenstand der abhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung definiert.Further embodiments according to the invention are defined by the subject matter of the dependent claims of the present application.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Eine Ausführungsform gemäß dieser Erfindung bezieht sich auf einen Kalibrierwertberechner zum Bestimmen von zumindest einem Kalibrierwert A, B, S, Oi , Oj für ein Positionsbestimmungssystem, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, um zumindest einen Kalibrierwert A und/oder B und/oder S, der eine Verzögerung an oder in einer Station, z.B. einer Basistation oder eines Transponders des Positionsbestimmungssystems beschreibt, auf der Basis einer Mehrzahl von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, i.e. TOA-Messungen und optional unter Verwendung weiterer Messungen, wie beispielsweise Laufzeitdifferenzmessungen i.e. TDOA-Messungen zwischen verschiedenen Paaren von Stationen des Positionsbestimmungssystems, deren Positionen zum Beispiel zumindest teilweise unbekannt sind, zu bestimmen.An embodiment according to this invention relates to a calibration value calculator for determining at least one calibration value A. , B. , S. , O i , O j for a position determination system, the calibration value calculator being designed to calculate at least one calibration value A. and or B. and or S. , which describes a delay at or in a station, e.g. a base station or a transponder of the position determination system, on the basis of a plurality of time stamp-based transit time measurements or distance measurements, ie TOA measurements and optionally using further measurements, such as transit time difference measurements ie TDOA To determine measurements between different pairs of stations of the position determination system whose positions are, for example, at least partially unknown.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um eine Lösung eines ausreichend bestimmten oder überbestimmten Gleichungssystems, beispielsweise gemäß der Gleichung S I : = i = 1 N j = 1 M [ ( x j a i ) 2 + ( y j b i ) 2 + ( z j c i ) 2 O i O j d i , j ] 2

Figure DE102019211110A1_0001
das Stations-individuelle Kalibrierwerte, z.B. A, B, S, Oi , Oj und auch unbekannte Positionskoordinaten zumindest einer der Stationen, z.B. xj , yj , zj , ai , bi , si aufweist, beispielsweise exakt oder numerisch, z.B. mit linearen oder nichtlinearen Lösungsverfahren oder Optimierungsverfahren durchzuführen.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to solve a sufficiently determined or overdetermined system of equations, for example in accordance with the equation S. I. : = i = 1 N j = 1 M. [ ( x j - a i ) 2 + ( y j - b i ) 2 + ( z j - c i ) 2 - O i - O j - d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0001
the station-specific calibration values, e.g. A, B, S, O i , O j and also unknown position coordinates of at least one of the stations, e.g. x j , y j , z j , a i , b i , s i has to be carried out, for example, exactly or numerically, for example with linear or non-linear solution methods or optimization methods.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um eine Lösung eines ausreichend bestimmten oder überbestimmten Gleichungssystems durchzuführen, wobei Gleichungen des Gleichungssystems jeweils einen Zusammenhang zwischen einem geometrischen Abstand zweier Stationen, z.B. ( x j a i ) 2 + ( y j b i ) 2 + ( z j c i ) 2

Figure DE102019211110A1_0002
einer unter Vernachlässigung der Kalibrierwerte bestimmten Distanz der zwei Stationen, z.B. di,j und Kalibrierwerten der zwei Stationen, z.B. Ol, Oj beschreiben.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to perform a solution to a sufficiently determined or overdetermined system of equations, with equations of the system of equations each having a relationship between a geometric distance between two stations, for example ( x j - a i ) 2 + ( y j - b i ) 2 + ( z j - c i ) 2
Figure DE102019211110A1_0002
a distance between the two stations determined by neglecting the calibration values, e.g. d i, j and describe calibration values of the two stations, for example O l , O j .

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um neben einer Bestimmung von Stations-individuellen Kalibrierwerten, Positionskoordinaten zumindest einer Station im Rahmen der Lösung des Gleichungssystems mitzubestimmen.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to determine, in addition to determining station-specific calibration values, position coordinates of at least one station in the context of solving the system of equations.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner so ausgelegt, dass ein für die Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen gewähltes Koordinatensystem so ausrichtbar ist, dass der Ursprung des Koordinatensystems mit den Koordinaten einer Station zusammenfallen und eine der Koordinatenachsen auf eine weitere Station ausgerichtet ist.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed such that a coordinate system selected for the transit time measurements or distance measurements can be aligned such that the origin of the coordinate system coincides with the coordinates of a station and one of the coordinate axes is aligned with a further station.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um die Position von weiteren Stationen in einem Koordinatensystem, das durch zumindest drei Anker-Stationen definiert wird, zu bestimmen.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to determine the position of further stations in a coordinate system that is defined by at least three anchor stations.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um auf der Basis von Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen zwischen allen Paaren der Stationen, Kalibrierwerte zu berechnen.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to calculate calibration values on the basis of transit time measurements or distance measurements between all pairs of stations.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um Kalibrierwerte zu berechnen, basierend auf einem ersten Satz von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, die bei einer ersten Anordnung der Stationen durchgeführt werden und zumindest einem zweiten Satz von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, die bei einer zweiten Anordnung der Stationen durchgeführt werden. Dabei ist bei der zweiten Anordnung der Stationen zumindest eine Position einer Station gegenüber der ersten Anordnung verändert, wobei eine relative Lage der Stationen zueinander gegenüber der ersten Anordnung verändert ist.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to calculate calibration values based on a first set of time stamp-based runtime measurements or distance measurements that are carried out in a first arrangement of the stations and at least a second set of time stamp-based runtime measurements or distance measurements that are carried out in a second arrangement of the stations. In the second arrangement of the stations, at least one position of a station is changed in relation to the first arrangement, a position of the stations relative to one another being changed in relation to the first arrangement.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um Kalibrierwerte zu bestimmen, basierend auf Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen mit veränderten Positionen zumindest einer der Stationen.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to determine calibration values based on time stamp-based transit time measurements or distance measurements with changed positions of at least one of the stations.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um in einer ersten Näherung Kalibrierwerte zu bestimmen, basierend auf der Annahme, dass Kalibrierwerte verschiedener Stationen gleich sind.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to determine calibration values in a first approximation based on the assumption that calibration values of different stations are the same.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um Kalibrierwerte zu bestimmen, unter Verwendung von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen und Zeitstempel-basierten Laufzeitdifferenzmessungen oder Distanzdifferenzmessungen.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to determine calibration values using time stamp-based transit time measurements or distance measurements and time stamp-based transit time difference measurements or distance difference measurements.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um Kalibrierwerte zu bestimmen, wobei ein Gleichungssystem gemäß folgender Formel berechenbar ist S : = i = 1 N j = i + 1 M [ ( x j x i ) 2 + ( y j y i ) 2 + ( z j z i ) 2 O i O j d i , j ] 2

Figure DE102019211110A1_0003
According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to determine calibration values, an equation system being calculable according to the following formula S. : = i = 1 N j = i + 1 M. [ ( x j - x i ) 2 + ( y j - y i ) 2 + ( z j - z i ) 2 - O i - O j - d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0003

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um Parameter, wie beispielsweise Positionskoorinaten xj , yj , zj , aj ,bj, ci der Stationen und Kalibrierwerte Oi , Oj der Stationen, die Positionen einer Mehrzahl von Stationen und Kalibrierwerte der Mehrzahl von Stationen beschreiben, beispielsweise unter Verwendung eines Optimierungsverfahrens, so zu bestimmen, dass eine Zielfunktion zumindest näherungsweise minimiert wird. Dabei beschreibt die Zielfunktion eine Summe einer Mehrzahl von quadratischen Fehlern zwischen sich aufgrund von Positionskoordinaten ergebenden geometrischen Abständen zwischen jeweils zwei Stationen einerseits und sich durch Korrektur von gemessenen Abständen di,j zwischen den jeweils zwei Stationen mit Kalibrierwerten Oi , Oj ergebenden Abständen zwischen den jeweils zwei Stationen di,j + Oi + Oj andererseits.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to include parameters such as position coordinates x j , y j , z j , a j , b j , c i of the stations and calibration values O i To determine O j of the stations that describe the positions of a plurality of stations and calibration values of the plurality of stations, for example using an optimization method, in such a way that an objective function is at least approximately minimized. The objective function describes a sum of a plurality of quadratic errors between geometrical distances between two stations, which arise on the basis of position coordinates, on the one hand, and themselves through correction of measured distances d i, j between the two stations with calibration values O i , O j resulting distances between the two stations d i, j + O i + O j on the other hand.

Gemäß einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Summanden der Zielfunktion einer ersten räumlichen Anordnung der Stationen zugeordnet sind. Dabei sind ein oder mehrere Summanden der Zielfunktion einer zweiten räumlichen Anordnung der Stationen zugeordnet, bei der eine relative räumliche Anordnung der Stationen zueinander im Vergleich zu der ersten räumlichen Anordnung verändert ist, beispielsweise dadurch, dass sich die Position zumindest einer der Stationen relativ zu einer oder mehreren anderen Stationen verändert hat.According to one embodiment, one or more summands of the objective function are assigned to a first spatial arrangement of the stations. One or more summands of the objective function are assigned to a second spatial arrangement of the stations, in which a relative spatial arrangement of the stations to one another is changed in comparison to the first spatial arrangement, for example by the fact that the position of at least one of the stations is relative to one or has changed several other stations.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um zumindest einen Kalibrierwert basierend auf einer Laufzeitmessung / TOA zwischen einer ersten Station A und einer dritten Station S zu bestimmen. Die Berechnung erfolgt basierend auf einer Laufzeitmessung / TOA zwischen einer zweiten Station B und der dritten Station S und basierend auf einer Laufzeitdifferenzmessung / TDOA, bei der ein Unterschied zwischen Eintreffzeitpunkten von zwei durch die erste Station und die zweite Station zeitlich koordiniert ausgesendeten Signalen bei der dritten Station ausgewertet wird.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to include at least one calibration value based on a transit time measurement / TOA between a first station A. and a third station S. to determine. The calculation is based on a runtime measurement / TOA between a second station B. and the third station S. and based on a transit time difference measurement / TDOA, in which a difference between the times of arrival of two signals transmitted in a time-coordinated manner by the first station and the second station is evaluated at the third station.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um den zumindest einen Kalibrierwert unter Berücksichtigung einer Information K = T T O A + Δ T 1,2 T + 2 B

Figure DE102019211110A1_0004
über einen zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Signals durch die erste Station A und einer Aussendung eines Signals durch die zweite Station B bei der Laufzeitdifferenzmessung und unter Berücksichtigung einer Information über einen Abstand zwischen der ersten Station, oder einer Antenne der ersten Station, und der zweiten Station, oder einer Antenne der zweiten Station, zu bestimmen.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed around the at least one calibration value, taking into account information K = T T O A. + Δ T 1.2 T + 2 B.
Figure DE102019211110A1_0004
over a time interval between a transmission of a signal by the first station A. and transmission of a signal by the second station B. for the transit time difference measurement and below Consideration of information about a distance between the first station, or an antenna of the first station, and the second station, or an antenna of the second station, to be determined.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt

  • - um eine Information Δ T 1,2 S
    Figure DE102019211110A1_0005
    über eine Zeitdifferenz zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die dritte Station ein von der ersten Station ausgesendetes Signal empfängt, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die dritte Station ein durch die zweite Station ausgesendetes Signal, das mit dem durch die erste Station ausgesendeten Signal koordiniert ausgesendet wird, empfängt, zu erhalten;
  • - um eine Information Δ T 1,2 A
    Figure DE102019211110A1_0006
    über einen zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station zu erhalten;
  • - um eine Information Δ T 1,2 S
    Figure DE102019211110A1_0007
    über einen zeitlichen Abstand zwischen einem Empfang des Anregungssignals und einer Aussendung des Antwortsignals bei der Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station zu erhalten;
  • - um eine Information Δ T 1,2 B
    Figure DE102019211110A1_0008
    über einen zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station zu erhalten; und
  • - um eine Information Δ T 1,2 S
    Figure DE102019211110A1_0009
    über einen zeitlichen Abstand zwischen einem Empfang des Anregungssignals und einer Aussendung des Antwortsignals bei der Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station zu erhalten; und
  • - um basierend darauf einen der ersten Station zugeordneten Kalibrierwert A und einen der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwert B oder eine lineare Kombination, z.B. A+B oder A-B des der ersten Station zugeordneten Kalibrierwerts und des der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwerts zu erhalten.
According to one embodiment, the calibration value calculator is designed
  • - for information Δ T 1.2 S.
    Figure DE102019211110A1_0005
    on a time difference between a first point in time at which the third station receives a signal transmitted by the first station and a second point in time at which the third station receives a signal transmitted by the second station which coordinates with the signal transmitted by the first station sent out, received, received;
  • - for information Δ T 1.2 A.
    Figure DE102019211110A1_0006
    about a time interval between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal in the case of a transit time measurement between the first station and the third station;
  • - for information Δ T 1.2 S.
    Figure DE102019211110A1_0007
    about a time interval between receipt of the excitation signal and transmission of the response signal in the transit time measurement between the first station and the third station;
  • - for information Δ T 1.2 B.
    Figure DE102019211110A1_0008
    about a time interval between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal in the case of a transit time measurement between the second station and the third station; and
  • - for information Δ T 1.2 S.
    Figure DE102019211110A1_0009
    about a time interval between receipt of the excitation signal and transmission of the response signal in the transit time measurement between the second station and the third station; and
  • based thereon a calibration value assigned to the first station A. and a calibration value assigned to the second station B. or to obtain a linear combination, for example A + B or AB, of the calibration value assigned to the first station and the calibration value assigned to the second station.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um den der ersten Station zugeordneten Kalibrierwert A und den der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwert B oder die lineare Kombination, z.B. A+B oder A-B des der ersten Station zugeordneten Kalibrierwerts und des der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwerts unter Verwendung einer Information K, die einen zeitlichen Abstand zwischen der koordinierten Aussendung des durch die erste Station ausgesendeten Signals und des durch die zweite Station damit koordiniert ausgesendeten Signals beschreibt, und unter Verwendung einer Information L(A,B) über einen Abstand zwischen der ersten Station und der zweiten Station oder zwischen der ersten Station und der zweiten Station zugeordnete Antennen, zu erhalten.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed around the calibration value assigned to the first station A. and the calibration value assigned to the second station B. or the linear combination, for example A + B or AB, of the calibration value assigned to the first station and the calibration value assigned to the second station using information K which describes a time interval between the coordinated transmission of the signal transmitted by the first station and the signal transmitted in coordination therewith by the second station, and using information L (A, B) about a distance between the first station and the second station or antennas assigned between the first station and the second station.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kalibrierwertberechner ausgelegt um eine Lösung eines zum Beispiel linearen Gleichungssystems, das einen z.B. linearen Zusammenhang zwischen den Kalibrierwerten A, B , dem zeitlichen Abstand Δ T 1,2 S

Figure DE102019211110A1_0010
zwischen einem Empfang des Anregungssignals und einer Aussendung des Antwortsignals bei der Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station, dem zeitlichen Abstand Δ T 1,2 A
Figure DE102019211110A1_0011
zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station und dem zeitlichen Abstand Δ T 1,2 B
Figure DE102019211110A1_0012
zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station, beispielsweise unter Berücksichtigung von K beschreibt, und ferner einen beispielsweise linearen Zusammenhang zwischen den Kalibrierwerten A, B, dem zeitlichen Abstand Δ T 1,2 A
Figure DE102019211110A1_0013
zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station und dem zeitlichen Abstand Δ T 1,2 B
Figure DE102019211110A1_0014
zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station beschreibt, beispielsweise unter Berücksichtigung des Abstands L(A,B) und der Lichtgeschwindigkeit, zu bestimmen, um die Kalibrierwerte A, B zu erhalten oder um eine lineare Kombination der Kalibrierwerte A, B zu erhalten.According to one embodiment, the calibration value calculator is designed to provide a solution to a, for example, linear system of equations which, for example, has a linear relationship between the calibration values A. , B. , the time interval Δ T 1.2 S.
Figure DE102019211110A1_0010
between receipt of the excitation signal and transmission of the response signal during the transit time measurement between the second station and the third station, the time interval Δ T 1.2 A.
Figure DE102019211110A1_0011
between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal in the case of a transit time measurement between the first station and the third station and the time interval Δ T 1.2 B.
Figure DE102019211110A1_0012
describes between sending an excitation signal and receiving a response signal during a transit time measurement between the second station and the third station, for example taking K into account, and also describes a linear relationship, for example, between the calibration values A. , B. , the time interval Δ T 1.2 A.
Figure DE102019211110A1_0013
between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal in the case of a transit time measurement between the first station and the third station and the time interval Δ T 1.2 B.
Figure DE102019211110A1_0014
between sending an excitation signal and receiving a response signal in a transit time measurement between the second station and the third station, for example taking into account the distance L (A, B) and the speed of light, to determine the calibration values A. , B. or to obtain a linear combination of the calibration values A. , B. to obtain.

Gemäß einer Ausführungsform definiert eine Gleichung des Gleichungssystems eine Forderung, dass ein durch die Laufzeitdifferenzmessung bestimmter Laufzeitunterschied gleich einem Unterschied zwischen einer durch die Laufzeitmessung TOA zwischen der ersten Station A und der dritten Station S bestimmten Laufzeit einerseits und einer durch die Laufzeitmessung TOA zwischen der zweiten Station B und der dritten Station S bestimmten Laufzeit andererseits ist: A + B = Δ T 1,2 S + K 0.5 ( Δ T 1,2 A Δ T 5,6 B ) .

Figure DE102019211110A1_0015
According to one embodiment, an equation of the equation system defines a requirement that a transit time difference determined by the transit time difference measurement is equal to a difference between a transit time difference between the first station via the transit time measurement TOA A. and the third station S. certain transit time on the one hand and one by the transit time measurement TOA between the second station B. and the third station S. certain term on the other hand - A. + B. = Δ T 1.2 S. + K - 0.5 ( Δ T 1.2 A. - Δ T 5.6 B. ) .
Figure DE102019211110A1_0015

Gemäß einer Ausführungsform definiert eine Gleichung des Gleichungssystems eine Forderung, dass eine durch eine Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der zweiten Station bestimmte Laufzeit einem vorgegebenen Wert L(A,B), c0 (Lichtgeschwindigkeut) entspricht A B = L ( A , B ) c 0 0.5 ( Δ T 7,8 A Δ T 7,8 B ) .

Figure DE102019211110A1_0016
According to one embodiment, an equation of the equation system defines a requirement that a transit time determined by a transit time measurement between the first station and the second station corresponds to a predetermined value L (A, B), c 0 (speed of light) - A. - B. = L. ( A. , B. ) c 0 - 0.5 ( Δ T 7.8 A. - Δ T 7.8 B. ) .
Figure DE102019211110A1_0016

Eine Ausführungsform gemäß dieser Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von zumindest einem Kalibrierwert A, B, S, Oi , Oj für ein Positionsbestimmungssystem, wobei zumindest ein Kalibrierwert A und/oder B und/oder S, der eine Verzögerung an oder in einer Station, z.B. einer Basistation oder eines Transponders des Positionsbestimmungssystems beschreibt, auf der Basis einer Mehrzahl von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, i.e. TOA-Messungen und optional unter Verwendung weiterer Messungen, wie beispielsweise Laufzeitdifferenzmessungen i.e. TDOA-Messungen zwischen verschiedenen Paaren von Stationen des Positionsbestimmungssystems, deren Positionen zum Beispiel zumindest teilweise unbekannt sind, bestimmt wird.An embodiment according to this invention relates to a method for determining at least one calibration value A. , B. , S. , O i , O j for a position determination system, with at least one calibration value A. and or B. and or S. , which describes a delay at or in a station, e.g. a base station or a transponder of the position determination system, on the basis of a plurality of time stamp-based transit time measurements or distance measurements, ie TOA measurements and optionally using further measurements, such as transit time difference measurements ie TDOA Measurements between different pairs of stations of the position determination system whose positions are, for example, at least partially unknown, is determined.

Eine Ausführungsform gemäß dieser Erfindung bezieht sich auf ein Computerprogramm mit einem Programmcode, um beim Ausführen auf einem Computer ein Verfahren zum Bestimmen von zumindest einem Kalibrierwert A, B, S, Oi , Oj für ein Positionsbestimmungssystem auszuführen, wobei zumindest ein Kalibrierwert A und/oder B und/oder S, der eine Verzögerung an oder in einer Station, z.B. einer Basistation oder eines Transponders des Positionsbestimmungssystems beschreibt, auf der Basis einer Mehrzahl von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, i.e. TOA-Messungen und optional unter Verwendung weiterer Messungen, wie beispielsweise Laufzeitdifferenzmessungen i.e. TDOA-Messungen zwischen verschiedenen Paaren von Stationen des Positionsbestimmungssystems, deren Positionen zum Beispiel zumindest teilweise unbekannt sind, bestimmt wird.An embodiment according to this invention relates to a computer program with a program code in order, when executed on a computer, to provide a method for determining at least one calibration value A. , B. , S. , O i To execute O j for a position determination system, with at least one calibration value A. and or B. and or S. , which describes a delay at or in a station, e.g. a base station or a transponder of the position determination system, on the basis of a plurality of time stamp-based transit time measurements or distance measurements, ie TOA measurements and optionally using further measurements, such as transit time difference measurements ie TDOA Measurements between different pairs of stations of the position determination system whose positions are, for example, at least partially unknown, is determined.

FigurenlisteFigure list

Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, sondern es wird in der Regel Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hardware-Verzögerung bei einer Zweiwege-Reichweitenmessung gemäß einer TOA-Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Hardware-Verzögerung bei einer Zweiwege-Reichweitenmessung gemäß einer TDOA-Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Konfiguration mit drei Stationen mit je einer Hardware-Verzögerung A, B, S;
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer TOA-Messung zwischen den Stationen A und S;
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung einer TOA-Messung zwischen den Stationen B und S;
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Information K, die einen zeitlichen Abstand zwischen der koordinierten Aussendung des durch die erste Station ausgesendeten Signals und des durch die zweite Station damit koordiniert ausgesendeten Signals beschreibt;
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer TOA-Messung zwischen den Stationen A und B;
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Konfiguration mit drei BasisStationen Bi und drei Transponder Tj; und
  • 9 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kalibrierwertberechners.
The drawings are not necessarily to scale, but typically emphasis is placed on illustrating the principles of the invention. In the following description, various embodiments of the invention are described with reference to the following drawings, in which:
  • 1 shows a schematic representation of a hardware delay in a two-way range measurement according to a TOA embodiment of the invention;
  • 2 shows a schematic representation of a hardware delay in a two-way range measurement according to a TDOA embodiment of the invention;
  • 3 shows a schematic representation of a configuration with three stations, each with a hardware delay A. , B. , S. ;
  • 4th shows a schematic representation of a TOA measurement between the stations A. and S. ;
  • 5 shows a schematic representation of a TOA measurement between the stations B. and S. ;
  • 6 shows a schematic representation of information K which describes a time interval between the coordinated transmission of the signal transmitted by the first station and the signal transmitted in coordination therewith by the second station;
  • 7th shows a schematic representation of a TOA measurement between the stations A. and B. ;
  • 8th shows a schematic representation of a configuration with three base stations B i and three transponders T j ; and
  • 9 shows in a schematic representation an example of a calibration value calculator according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsformenDetailed description of the embodiments

Gleiche oder gleichwertige Elemente oder Elemente mit gleicher oder gleichwertiger Funktionalität werden in der folgenden Beschreibung durch gleiche oder gleichwertige Referenzziffern bezeichnet, auch wenn sie in unterschiedlichen Zahlen vorkommen.Identical or equivalent elements or elements with identical or equivalent functionality are denoted in the following description by identical or equivalent reference numbers, even if they appear in different numbers.

In der folgenden Beschreibung wird eine Vielzahl von Details dargelegt, um eine umfassendere Erklärung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Einem Fachmann wird es jedoch klar sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen nicht im Detail, sondern im Blockdiagramm dargestellt, um zu vermeiden, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verborgen werden. Darüber hinaus können Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.In the following description, numerous details are set forth in order to enable a more complete explanation of the embodiments of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that embodiments of the present invention can be practiced without these specific details. In other instances, known structures and devices are not shown in detail but are shown in block diagrams in order to avoid obscuring the embodiments of the present invention. In addition, features of the various embodiments described herein can be combined with one another, unless expressly stated otherwise.

Dabei können folgende Notationen verwendet werden:

Figure DE102019211110A1_0017
Zeitstempel an der Referenzstation
Figure DE102019211110A1_0018
Zeitstempel am Transponder (tag)
Figure DE102019211110A1_0019
Zeitstempel an der Station S
Figure DE102019211110A1_0020
Zeitstempel an der Station A
Figure DE102019211110A1_0021
Zeitstempel an der Station B
ΔTn,m
Differenz zwischen zwei Zeitstempeln Tm - Tn
Cn,m
Driftfehler der Uhr berechnet aus den Zeitstempeln
El
Zeitstempelfehler durch die Signalleistung
A, B, S
Hardware-Verzögerung
K
Zeitverzögerung
co
Lichtgeschwindigkeit
D
Anzahl der Dimensionen
N
Anzahl der Basisstationen Bi;
M
Anzahl der Transponder Tj
di,j
Abstandsmessungen zwischen Bi; und Tj
xj, yj, zj}
Positionen der Transponder Tj, 1<=j<=M
ai, bi, ci
Positionen der Basisstationen Bi, 1<=i<=N
Oi
Hardware-Verzögerung (Offset) der Ankerstation
OT
Hardware-Verzögerung (Offset) der Transponder
T
Anzahl der Transponder
The following notations can be used:
Figure DE102019211110A1_0017
Time stamp at the reference station
Figure DE102019211110A1_0018
Time stamp on the transponder (tag)
Figure DE102019211110A1_0019
Time stamp at station S
Figure DE102019211110A1_0020
Time stamp at station A
Figure DE102019211110A1_0021
Time stamp at station B
ΔT n, m
Difference between two time stamps Tm - Tn
C n, m
Clock drift error calculated from the time stamps
E l
Timestamp error due to signal power
SECTION
Hardware delay
K
Time Delay
c o
Speed of Light
D.
Number of dimensions
N
Number of base stations B i ;
M.
Number of transponders T j
d i, j
Distance measurements between B i ; and T j
x j , y j , z j }
Positions of the transponders T j , 1 <= j <= M
a i , b i , c i
Positions of the base stations B i , 1 <= i <= N
O i
Hardware delay (offset) of the anchor station
O T
Hardware delay (offset) of the transponder
T
Number of transponders

Wie schon erwähnt basiert die Positionsbestimmung mit den Decawave-Transceivern auf Zeitstempeln. Diese werden gesetzt, wenn ein Signal gesendet oder empfangen wird. Hierbei ist es erforderlich alle Verzögerungen zu berücksichtigen. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hardware-Verzögerung zwischen einer Referenzstation und einem Transponder / Tag bei einer TWR / Zweiwege-Reichweitenmessung gemäß einer TOA-Ausführungsform der Erfindung. A und B sind die Verzögerungen / Offsets, die durch die Hardwareverzögerung verursacht werden: A in der Referenzstation und B im Transponder, wobei entsprechende Zeitstempel T I R  und  T I T

Figure DE102019211110A1_0022
gesetzt werden.As already mentioned, position determination with the Decawave transceivers is based on time stamps. These are set when a signal is sent or received. It is necessary to consider all delays. 1 shows a schematic representation of a hardware delay between a reference station and a transponder / tag in a TWR / two-way range measurement according to a TOA embodiment of the invention. A and B are the delays / offsets caused by the hardware delay: A in the reference station and B in the transponder, with corresponding time stamps T I. R. and T I. T
Figure DE102019211110A1_0022
be set.

Eine allgemeine Gleichung für die TOA-Positionsschätzung mit Taktdriftkorrektur cn,m und Signalleistungskorrektur El lautet wie folgt: T T O A = 0.5 ( Δ T 1,2 R Δ T 1,2 T ( C 1,3 R T Δ T 1,3 S ( Δ T 1,2 T + E 1 ) ) E 2 E 1 ) A B

Figure DE102019211110A1_0023
A general equation for TOA position estimation with clock drift correction c n, m and signal power correction E l as follows: T T O A. = 0.5 ( Δ T 1.2 R. - Δ T 1.2 T - ( C. 1.3 R. T Δ T 1.3 S. ( Δ T 1.2 T + E. 1 ) ) - E. 2 - E. 1 ) - A. - B.
Figure DE102019211110A1_0023

In einem Ausführungsbeispiel kann der Taktdrift und die Signalleistung vernachlässigt werden. Daraus ergibt sich folgende Gleichung: T T O A = 0.5 ( Δ T 1,2 R Δ T 1,2 T ) A B

Figure DE102019211110A1_0024
In one embodiment, the clock drift and the signal power can be neglected. This results in the following equation: T T O A. = 0.5 ( Δ T 1.2 R. - Δ T 1.2 T ) - A. - B.
Figure DE102019211110A1_0024

In 2 ist der Einfluss einer Antennenverzögerung auf die TDOA-Messung zwischen Referenzstation und einer der Stationen N sowie zwischen dem Tag und der Station N dargestellt.In 2 is the influence of an antenna delay on the TDOA measurement between the reference station and one of the stations N as well as between the day and the station N shown.

Mit Berücksichtigung von Taktdriftkorrektur cn,m und Signalleistungskorrektur El ergeben sich folgende allgemeine Gleichungen für eine TDOA-Positionsschätzung: T T D O A k = Δ T 1,2 S + ( C 1,3 S Δ T 1,3 S ( Δ T 1,2 T + E 3 E 4 ) ) E 4 E 3 + K

Figure DE102019211110A1_0025
wobei K = T T O A + Δ T 1,2 T + ( C 1,3 R T Δ T 1,3 T ( Δ T 1,2 T + E 1 ) ) + E 1 + 2 B
Figure DE102019211110A1_0026
With consideration of clock drift correction c n, m and signal power correction E l the following general equations for a TDOA position estimation result: T T D. O A. k = Δ T 1.2 S. + ( C. 1.3 S. Δ T 1.3 S. ( Δ T 1.2 T + E. 3 - E. 4th ) ) - E. 4th - E. 3 + K
Figure DE102019211110A1_0025
in which K = T T O A. + Δ T 1.2 T + ( C. 1.3 R. T Δ T 1.3 T ( Δ T 1.2 T + E. 1 ) ) + E. 1 + 2 B.
Figure DE102019211110A1_0026

Auf ähnliche Weise wie bei im o.a. Ausführungsbeispiel ergibt sich im folgenden Beispiel bei Vernachlässigung von Taktdrift und der Signalleistungsfehler folgende vereinfachte Gleichung: T T D O A K = Δ T 1,2 S + K

Figure DE102019211110A1_0027
wobei in diesem Fall K = T T O A + Δ T 1,2 T + 2 B
Figure DE102019211110A1_0028
In a similar way to the above-mentioned exemplary embodiment, the following simplified equation results when clock drift and the signal power error are neglected: T T D. O A. K = Δ T 1.2 S. + K
Figure DE102019211110A1_0027
being in this case K = T T O A. + Δ T 1.2 T + 2 B.
Figure DE102019211110A1_0028

Für eine Schätzung der Antennenverzögerung wird in einem ersten Schritt eine TDOA-Messung für die Station mit der Antennenverzögerung S ermittelt. Die Station A wird in diesem Ausführungsbeispiel als Referenzstation und die Station B als Tag verwendet, wie in 3 dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Antennenverzögerung in diesem Fall keinen Einfluss auf die TDOA-Messung hat, weil die Verzögerung, die sich auf den Zeitstempel auswirkt für beide Signale gleich groß ist. Damit hat die Verzögerung keinen Einfluss auf die TDOA Messung. Folglich kann mittels TDOA eine verzögerungsfreie Messung für die Differenzdistanzen realisiert werden, die dafür genutzt werden, um mittels TOA auf die Offsets zu schließen. Daher ergibt sich folgende Gleichung: T T D O A K = Δ T 1,2 S + K

Figure DE102019211110A1_0029
To estimate the antenna delay, a TDOA measurement for the station with the antenna delay is carried out in a first step S. determined. The station A. is in this embodiment as a reference station and the station B. used as a tag, as in 3 shown. It should be noted that the antenna delay in this case has no influence on the TDOA measurement, because the delay that affects the time stamp is the same for both signals. The delay therefore has no influence on the TDOA measurement. As a result, a delay-free measurement for the difference distances can be implemented using TDOA, which is used to infer the offsets using TOA. Therefore the following equation results: T T D. O A. K = Δ T 1.2 S. + K
Figure DE102019211110A1_0029

In einem zweiten Schritt wird eine TOA-Messung zwischen der Station A und S durchgeführt, wie in 4 dargestellt. Daraus ergibt sich folgende Gleichung: T T O A A S = 0.5 ( Δ T 1,2 A Δ T 1,2 S ) A S

Figure DE102019211110A1_0030
In a second step, a TOA measurement is made between the station A. and S. performed as in 4th shown. This results in the following equation: T T O A. A. S. = 0.5 ( Δ T 1.2 A. - Δ T 1.2 S. ) - A. - S.
Figure DE102019211110A1_0030

Die gleiche Überlegung kann für die Stationen B und S angewandt werden. Daraus ergeben sich folgende Gleichungen: T T O A B S = 0.5 ( Δ T 1,2 B Δ T 1,2 S ) B S

Figure DE102019211110A1_0031
The same consideration can be given for the stations B. and S. can be applied. This results in the following equations: T T O A. B. S. = 0.5 ( Δ T 1.2 B. - Δ T 1.2 S. ) - B. - S.
Figure DE102019211110A1_0031

Weil die Verarbeitungszeit nahezu konstant ist kann daher angenommen werden, dass Δ T 3,4 S

Figure DE102019211110A1_0032
etwa gleich Δ T 5,6 S
Figure DE102019211110A1_0033
ist.Because the processing time is almost constant, it can therefore be assumed that Δ T 3.4 S.
Figure DE102019211110A1_0032
about the same Δ T 5.6 S.
Figure DE102019211110A1_0033
is.

Die Differenz zwischen den beiden vorhergehenden Gleichung für TOA-Messungen führt dementsprechend zu folgender Gleichung für eine TDOA-Messung: T T D O A = 0.5 ( Δ T 1,2 A Δ T 1,2 C Δ T 1,2 B T 1,2 C ) A + B

Figure DE102019211110A1_0034
The difference between the two previous equations for TOA measurements leads accordingly to the following equation for a TDOA measurement: T T D. O A. = 0.5 ( Δ T 1.2 A. - Δ T 1.2 C. - Δ T 1.2 B. + Δ T 1.2 C. ) - A. + B.
Figure DE102019211110A1_0034

Anschließend kann eine Gleichung berechnet werden, die sich aus der Differenz von zwei TOA-Messungen und der TDOA-Messung ergibt: T T D O A K = T T O A A S T T O A B S

Figure DE102019211110A1_0035
An equation can then be calculated that results from the difference between two TOA measurements and the TDOA measurement: T T D. O A. K = T T O A. A. S. - T T O A. B. S.
Figure DE102019211110A1_0035

Das entsprechende Ergebnis kann wie folgt ausformuliert werden: Δ T 1,2 S + K = 0.5 ( Δ T 3,4 B Δ T 5,6 B ) A + B

Figure DE102019211110A1_0036
The corresponding result can be formulated as follows: Δ T 1.2 S. + K = 0.5 ( Δ T 3.4 B. - Δ T 5.6 B. ) - A. + B.
Figure DE102019211110A1_0036

Der Parameter K kann ermittelt werden, wenn die Sendezeit der Stationen A und B bekannt ist. Dies ist möglich, wenn die Stationen A und B mit derselben Uhrzeit betrieben werden, wie beispielhaft in 6 dargestellt. K entspricht hier der Differenz der Sendezeiten der Stationen A und B.The parameter K can be determined when the broadcast time of the stations A. and B. is known. This is possible when the wards A. and B. be operated with the same time, as exemplified in 6 shown. K here corresponds to the difference in the transmission times of the stations A. and B. .

Mit dem bekannten Parameter K entspricht die Differenz zwischen dem Offset A und B der folgenden Gleichung: A + B = Δ T 1,2 S + K 0.5 ( Δ T 1,2 A Δ T 5,6 B )

Figure DE102019211110A1_0037
With the known parameter K corresponds to the difference between the offset A. and B. the following equation: - A. + B. = Δ T 1.2 S. + K - 0.5 ( Δ T 1.2 A. - Δ T 5.6 B. )
Figure DE102019211110A1_0037

Mit dem bekannten Abstand L(A;B) zwischen der Station A und der Station B entspricht die Summe der Offsets A und B wie folgt: A B = L ( A , B ) c 0 0.5 ( Δ T 7,8 A Δ T 7,8 B )

Figure DE102019211110A1_0038
With the known distance L (A; B) between the station A. and the station B. corresponds to the sum of the offsets A. and B. as follows: - A. - B. = L. ( A. , B. ) c 0 - 0.5 ( Δ T 7.8 A. - Δ T 7.8 B. )
Figure DE102019211110A1_0038

Eine Schätzung der Antennenverzögerung basierend auf TOA und einem sich bewegenden Transponder wird nachfolgend beschrieben. Die verwendeten Bezeichnungen sind in folgender Tabelle zusammengefasst:An estimate of antenna delay based on TOA and a moving transponder is described below. The terms used are summarized in the following table:

BezugszeichenlisteList of reference symbols

NN
Anzahl der Basisstationen BiNumber of base stations Bi
MM.
Anzahl der Transponder Tj Number of transponders T j
di;j d i; j
Abstandsmessungen zwischen Bi und Tj Distance measurements between Bi and T j
xj; yj; zj x j ; y j ; z j
Positionen des Transponders Tj< j <MPositions of the transponder T j <j <M
ai; bi; ci a i ; b i ; c i
Positionen der Basisstationen Bi< i <NPositions of the base stations B i <i <N
DD.
Anzahl der DimensionenNumber of dimensions

Das Ausführungsbeispiel aus 4 zeigt drei Basisstationen Bi und drei Transponder Tj, die sich an je einer unbekannten Positionen befinden. Die Abstände di;j zwischen den Basisstationen Bi und den Transpondern Tj sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel bekannt. Die Entfernungen zwischen den einzelnen Basisstationen Bi sind allerdings unbekannt. Ziel der Selbstkalibrierung ist es, die relativen Koordinaten zwischen allen Basisstationen und den unbekannten Offsets O zu erhalten.The embodiment from 4th shows three base stations B i and three transponders Tj, each located at an unknown position. The distances d i; j between the base stations B i and the transponders T j are known in the present exemplary embodiment. The distances between the individual base stations B i are, however, unknown. The aim of self-calibration is to get the relative coordinates between all base stations and the unknown offsets O.

Das Offset (O) kann ein konstanter Wert sein, der sich jeder Basisstation zuordnen lässt. Nachfolgend ist ein Gleichungssystem für eine TOA-Selbstkalibrierung dargestellt. Dieses Gleichungssystem kann mithilfe linearer und nicht linearer Lösungsverfahren, mit sogenannten Optimierungsalgorithmen nach den unbekannten Positionen und Offsets aufgelöst werden. Neben der Offsetbestimmung werden auch die unbekannten Positionen (x, y, z) der Basisstationen geschätzt. Eine entsprechende Zielfunktion lautet: S I : = i = 1 N j = 1 M [ ( x j a i ) 2 + ( y j b i ) 2 + ( z j c i ) 2 O i O j d i , j ] 2

Figure DE102019211110A1_0039
wobei D ( N + M ) + N + M N M
Figure DE102019211110A1_0040
The offset (O) can be a constant value that can be assigned to each base station. A system of equations for a TOA self-calibration is shown below. This system of equations can be solved for the unknown positions and offsets using linear and non-linear solution methods, with so-called optimization algorithms. In addition to determining the offset, the unknown positions (x, y, z) of the base stations are also estimated. A corresponding objective function is: S. I. : = i = 1 N j = 1 M. [ ( x j - a i ) 2 + ( y j - b i ) 2 + ( z j - c i ) 2 - O i - O j - d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0039
in which D. ( N + M. ) + N + M. N M.
Figure DE102019211110A1_0040

Die Anzahl der Distanzmessungen entspricht N ( N 1 ) / 2

Figure DE102019211110A1_0041
wobei N die Anzahl der Basisstationen ist. Die geometrische Konstellation ist Translations- und Rotationsfrei. Dementsprechend sollten beispielsweise Ankerpunkte gesetzt werden. Dabei kann das Koordinatensystem in eine Basisstation gelegt werden, die mit einer Koordinatenachse auf eine andere Basisstation ausgerichtet ist. Als Beispiel soll das Koordinatensystem in Basisstation 1 zentriert und die Y-Achse auf Basisstation 2 ausgerichtet werden.The number of distance measurements corresponds to N ( N - 1 ) / 2
Figure DE102019211110A1_0041
where N is the number of base stations. The geometric constellation is free of translation and rotation. Anchor points, for example, should be set accordingly. The coordinate system can be placed in a base station which is aligned with another base station with a coordinate axis. As an example, the coordinate system should be centered in base station 1 and the Y-axis aligned on base station 2.

Daraus ergibt sich für eine planare Betrachtung x 1 = y 1 = x 2 = 0

Figure DE102019211110A1_0042
This results in a planar view x 1 = y 1 = x 2 = 0
Figure DE102019211110A1_0042

Im dreidimensionalen Fall wäre es x 1 = y 1 = z 1 = x 2 = z 2 = z 3 = 0

Figure DE102019211110A1_0043
In the three-dimensional case it would be x 1 = y 1 = z 1 = x 2 = z 2 = z 3 = 0
Figure DE102019211110A1_0043

In der Regel ist es nicht möglich mit 4 Basisstationen eine stationäre 2D-Selbstkalibrierung durchzuführen (6 Messungen, 9 Unbekannte). Eine solche Selbstkalibrierung setzt beispielsweise voraus; dass alle Offsets gleich groß sind (6 Messungen, 5 Unbekannte) oder die Position sich von einer Basisstation oder allen Basisstationen ändert.As a rule, it is not possible to carry out a stationary 2D self-calibration with 4 base stations (6 measurements, 9 unknowns). Such a self-calibration assumes, for example; that all offsets are the same (6 measurements, 5 unknowns) or the position of one base station or all base stations changes.

Die Positionsänderung einer Station würde die Anzahl der Unbekannten zwar um die Koordinaten der neuen Position erhöhen, dafür aber mehr Messungen erforderlich machen. Folglich wäre schon mit vier Basisstationen eine Selbstkalibrierung möglich: hier wären beispielsweise bei 13 Unbekannten zwei Positionsänderungen mit 15 Messungen erforderlich.Changing the position of a station would increase the number of unknowns by the coordinates of the new position, but would require more measurements. As a result, self-calibration would already be possible with four base stations: here, for example, with 13 unknowns, two position changes with 15 measurements would be required.

Wenn der eine Transponder an verschiedenen Positionen verwendet wird ergibt sich folgende Zielfunktion: S I : = i = 1 N j = 1 M [ ( x j a i ) 2 + ( y j b i ) 2 + ( z j c i ) 2 O i O T d i , j ] 2

Figure DE102019211110A1_0044
wobei D ( N + M ) + N + 1 N M
Figure DE102019211110A1_0045
If the one transponder is used at different positions, the following objective function results: S. I. : = i = 1 N j = 1 M. [ ( x j - a i ) 2 + ( y j - b i ) 2 + ( z j - c i ) 2 - O i - O T - d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0044
in which D. ( N + M. ) + N + 1 N M.
Figure DE102019211110A1_0045

Der Kalibrierwertberechner kann bei Beispielen in Hardware unter Verwendung von analogen und/oder digitalen Schaltungen, in Software, durch die Ausführung von Befehlen durch einen oder mehrere Univeral- oder Spezial-Prozessoren, oder als eine Kombination von Hardware und Software. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele in der Umgebung eines Computersystems oder eines anderen Verarbeitungssystems implementiert sein. Ein Computersystem kann einen oder mehrere Prozessoren aufweisen, der oder die mit einer Kommunikationsinfrastruktur, wie z.B. einem Bus oder einem Netz verbunden sind. Das Computersystem kann einen Hauptspeicher, wie z.B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Sekundärspeicher, wie z.B. ein Festplattenlaufwerk oder ein entfernbares Speicherlaufwerk, aufweisen. Der Sekundärspeicher kann ermöglichen, dass Computerprogramme oder andere maschinenlesbare Befehle in das Computersystem geladen werden. Das Computersystem kann ferner eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, um zu ermöglichen, dass maschinenlesbare Befehle und Daten zwischen dem Computersystem und externen Vorrichtungen ausgetauscht werden. Die Kommunikation kann elektronisch, elektromagnetisch, optisch oder über andere Signale, die durch die Kommunikationsschnittstelle gehandhabt werden können, erfolgen. Die Kommunikation kann drahtgebunden oder drahtlos stattfinden.In examples, the calibration value calculator can be in hardware using analog and / or digital circuits, in software, through the execution of instructions by one or more universal or specialty processors, or as a combination of hardware and software. For example, embodiments may be implemented in the environment of a computer system or other processing system. A computer system may have one or more processors connected to a communication infrastructure such as a bus or network. The computer system may include main memory such as random access memory (RAM) and secondary memory such as a hard disk drive or removable storage drive. The secondary memory can enable computer programs or other machine-readable instructions to be loaded into the computer system. The computer system can also have a communication interface to enable machine-readable instructions and data to be exchanged between the computer system and external devices. The communication can take place electronically, electromagnetically, optically or via other signals that can be handled by the communication interface. Communication can be wired or wireless.

9 zeigt schematisch ein Beispiel eines Kalibrierwertberechners wie er hierin offenbart ist, der einen Speicher 22 und eine Recheneinrichtung 24 aufweist. Die Recheneinrichtung 24 empfängt ein Eingangssignal 20, das Laufzeitmessungen und/oder Distanzmessungen angibt und erzeugt basierend darauf ein Ausgangssignal 26, das den Kalibrierwert angibt. Bei Beispielen kann die Recheneinrichtung 24 durch beliebige geeignete Schaltungsstrukturen implementiert werden, beispielsweise Mikroprozessorschaltungen, ASIC-Schaltungen, CMOS-Schaltungen und dergleichen. Bei Beispielen kann die Recheneinrichtung als eine Kombination von Hardware-Strukturen und maschinenlesbaren Befehlen implementiert sein. Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung einen Prozessor und Speichereinrichtungen aufweisen, die maschinenlesbare Befehle speichern, die die beschriebenen Funktionalitäten liefern und zur Durchführung von hierin beschriebenen Verfahren führen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden. Bei Beispielen kann der Speicher 22 durch beliebige geeignete Speichervorrichtungen implementiert sein, beispielsweise EPROM, EEPROM, Flash-EEPROM, FRAM (ferroelektrischer RAM), MRAM (magnetoresitiver RAM), oder Phasenwechsel-RAM. Der Speicher 22 ist mit der Recheneinrichtung 24 gekoppelt oder kann als Teil der Recheneinrichtung 24 in dieselbe integriert sein. 9 shows schematically an example of a calibration value calculator as disclosed herein, which has a memory 22 and a computing device 24. The computing device 24 receives an input signal 20 which specifies transit time measurements and / or distance measurements and, based thereon, generates an output signal 26 which specifies the calibration value. In examples, computing device 24 may be implemented by any suitable circuit structure, such as microprocessor circuits, ASIC circuits, CMOS circuits, and the like. In examples, the computing device can be implemented as a combination of hardware structures and machine-readable instructions. For example, the processing circuit can have a processor and memory devices that store machine-readable instructions that provide the functionalities described and lead to the implementation of methods described herein when they are executed by the processor. In examples, memory 22 may be implemented by any suitable storage device, such as EPROM, EEPROM, Flash EEPROM, FRAM (ferroelectric RAM), MRAM (magnetoresistive RAM), or phase change RAM. The memory 22 is coupled to the computing device 24 or can be integrated into the computing device 24 as part of the computing device 24.

Weitere Ausführungsformen werden durch die beigefügten Ansprüche definiert. Jede Ausführungsform, wie durch die Ansprüche definiert, kann durch Details (Merkmale und Funktionalitäten), wie vorangehend beschrieben, ergänzt werden.Further embodiments are defined by the appended claims. Each embodiment, as defined by the claims, can be supplemented by details (features and functionalities) as described above.

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. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.Although some aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device. Some or all of the method steps can be carried out by a hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such apparatus.

Ein erfindungsgemäß codiertes Signal, wie beispielsweise ein Audiosignal oder ein Videosignal oder ein Transportstromsignal, kann auf einem digitalen Speichermedium gespeichert sein oder kann auf einem Übertragungsmedium wie beispielsweise einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem verdrahteten Übertragungsmedium, z.B. dem Internet, übertragen werdenA signal encoded according to the invention, such as an audio signal or a video signal or a transport stream signal, can be stored on a digital storage medium or can be transmitted on a transmission medium such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium, e.g. the Internet

Das erfindungsgemäße kodierte Audiosignal kann auf einem digitalen Speichermedium gespeichert sein, oder kann auf einem Übertragungsmedium, wie beispielsweise einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem drahtgebundenen Übertragungsmedium, wie beispielsweise dem Internet, übertragen werden.The encoded audio signal according to the invention can be stored on a digital storage medium or can be transmitted on a transmission medium such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium such as the Internet.

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 einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.Depending on the specific implementation requirements, embodiments of the invention can be implemented in hardware or in software. The implementation can be carried out using a digital storage medium, for example a floppy disk, a DVD, a Blu-ray disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or any other magnetic or optical memory, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out becomes. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.

Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Some exemplary embodiments according to the invention thus include a data carrier which has electronically readable control signals which are able to interact with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.In general, embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.

Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.The program code can for example also be stored on a machine-readable carrier.

Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.Other exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for carrying out one of the methods described here when the computer program runs on a computer.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nicht-vorübergehend.A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for performing one of the methods described herein is recorded. The data carrier, the digital storage medium or the computer-readable medium are typically tangible and / or non-perishable or non-temporary.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents or represents the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.Another exemplary embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.Another exemplary embodiment comprises a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.A further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver. The transmission can take place electronically or optically, for example. The receiver can be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device. The device or the system can for example comprise a file server for transmitting the computer program to the recipient.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.In some exemplary embodiments, a programmable logic component (for example a field-programmable gate array, an FPGA) can be used to carry out some or all of the functionalities of the methods described herein. In some exemplary embodiments, a field-programmable gate array can interact with a microprocessor in order to carry out one of the methods described herein. In general, in some exemplary embodiments, the methods are performed by any hardware device. This can be universally applicable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method such as an ASIC.

Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.The devices described herein can be implemented, for example, using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.

Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.The devices described herein, or any components of the devices described herein, can be implemented at least partially in hardware and / or in software (computer program).

Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.The methods described herein can be implemented, for example, using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.

Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.The methods described herein, or any components of the methods described herein, can be carried out at least in part by hardware and / or by software.

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.The above-described embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. It is to be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to other skilled persons. It is therefore intended that the invention be limited only by the scope of protection of the following patent claims and not by the specific details presented herein with reference to the description and explanation of the exemplary embodiments.

Obwohl bestimmte Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen angeführt und/oder in der Beschreibung offenbart sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Merkmale die Offenbarung möglicher Implementierungen einschränken. Tatsächlich können zahlreiche dieser Merkmale auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch in den Patentansprüchen angeführt und/oder in der Beschreibung offenbart sind. Although certain combinations of features are recited in the patent claims and / or disclosed in the description, it is not intended that these features restrict the disclosure of possible implementations. In fact, many of these features can be combined in ways that are not specifically set out in the claims and / or disclosed in the description.

Obwohl jeder der unten angeführten abhängigen Patentansprüche möglicherweise nur von einem oder einigen Patentansprüchen direkt abhängt, umfasst die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Patentanspruch in Kombination mit allen anderen Patentansprüchen in dem Satz von Patentansprüchen.Although each of the dependent claims below may only depend on one or some claims directly, the disclosure of possible implementations includes each dependent claim in combination with all other claims in the set of claims.

Claims (23)

Ein Kalibrierwertberechner zum Bestimmen von zumindest einem Kalibrierwert für ein Positionsbestimmungssystem, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, um zumindest einen Kalibrierwert, der eine Verzögerung an oder in einer Station des Positionsbestimmungssystems beschreibt, auf der Basis einer Mehrzahl von Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen zwischen verschiedenen Paaren von Stationen des Positionsbestimmungssystems zu bestimmen.A calibration value calculator for determining at least one calibration value for a position determination system, wherein the calibration value calculator is designed to determine at least one calibration value that describes a delay at or in a station of the position determination system on the basis of a plurality of transit time measurements or distance measurements between different pairs of stations of the position determination system. Kalibrierwertberechner nach Anspruch 1, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, um eine Lösung eines Gleichungssystems, das Stations-individuelle Kalibrierwerte und auch unbekannte Positionskoordinaten zumindest einer der Stationen aufweist, durchzuführen.Calibration value calculator according to Claim 1 , wherein the calibration value calculator is designed to perform a solution to a system of equations which has station-specific calibration values and also unknown position coordinates of at least one of the stations. Kalibrierwertberechner nach Anspruch 2, wobei Gleichungen des Gleichungssystems jeweils einen Zusammenhang zwischen einem geometrischen Abstand zweier Stationen, einer unter Vernachlässigung der Kalibrierwerte bestimmten Distanz der zwei Stationen und Kalibrierwerten der zwei Stationen beschreiben.Calibration value calculator according to Claim 2 , wherein equations of the system of equations each describe a relationship between a geometric distance between two stations, a distance of the two stations determined while neglecting the calibration values, and calibration values of the two stations. Kalibrierwertberechner nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, um Positionskoordinaten zumindest einer Station im Rahmen der Lösung des Gleichungssystems mitzubestimmen.Calibration value calculator according to Claim 2 or 3 , wherein the calibration value calculator is designed to help determine position coordinates of at least one station in the context of solving the system of equations. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein für die Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen gewähltes Koordinatensystem so ausrichtbar ist, dass der Ursprung des Koordinatensystems mit den Koordinaten einer Station zusammenfallen und eine der Koordinatenachsen auf eine weitere Station ausgerichtet ist.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 4th , wherein a coordinate system selected for the transit time measurements or distance measurements can be aligned such that the origin of the coordinate system coincides with the coordinates of a station and one of the coordinate axes is aligned with a further station. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, die Position von weiteren Stationen in einem Koordinatensystem, das durch zumindest drei Anker-Stationen definiert wird, zu bestimmen.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the calibration value calculator is designed to determine the position of further stations in a coordinate system that is defined by at least three anchor stations. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, um auf der Basis von Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen zwischen allen Paaren der Stationen, Kalibrierwerte zu berechnen.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 6 , wherein the calibration value calculator is designed to calculate calibration values on the basis of transit time measurements or distance measurements between all pairs of stations. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, Kalibrierwerte zu berechnen, basierend auf - einem ersten Satz von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, die bei einer ersten Anordnung der Stationen durchgeführt werden, und - zumindest einem zweiten Satz von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, die bei einer zweiten Anordnung der Stationen durchgeführt werden, wobei bei der zweiten Anordnung der Stationen zumindest eine Position einer Station gegenüber der ersten Anordnung verändert ist.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 7th , wherein the calibration value calculator is designed to calculate calibration values based on - a first set of time stamp-based transit time measurements or distance measurements that are carried out in a first arrangement of the stations, and - at least a second set of time stamp-based transit time measurements or distance measurements that be carried out in a second arrangement of the stations, wherein in the second arrangement of the stations at least one position of a station is changed in relation to the first arrangement. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, Kalibrierwerte zu bestimmen, basierend auf Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen mit veränderten Positionen zumindest einer der Stationen.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 8th , wherein the calibration value calculator is designed to determine calibration values based on time stamp-based transit time measurements or distance measurements with changed positions of at least one of the stations. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, Kalibrierwerte zu bestimmen, basierend auf der Annahme, dass Kalibrierwerte verschiedener Stationen gleich sind.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 9 , wherein the calibration value calculator is designed to determine calibration values based on the assumption that calibration values of different stations are the same. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist Kalibrierwerte zu bestimmen, unter Verwendung von Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen und Laufzeitdifferenzmessungen oder Distanzdifferenzmessungen.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 10 , the calibration value calculator being designed to determine calibration values using transit time measurements or distance measurements and transit time difference measurements or distance difference measurements. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist Kalibrierwerte zu bestimmen, wobei ein Gleichungssystem gemäß folgender Formel berechenbar ist S : = i = 1 N j = i + 1 M [ ( x j x i ) 2 + ( y j y i ) 2 + ( z j z i ) 2 O i O j d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0046
Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 11 , the calibration value calculator being designed to determine calibration values, an equation system being calculable according to the following formula S. : = i = 1 N j = i + 1 M. [ ( x j - x i ) 2 + ( y j - y i ) 2 + ( z j - z i ) 2 - O i - O j - d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0046
Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Kalibrierwertrechner ausgelegt ist, um Parameter, die Positionen einer Mehrzahl von Stationen und Kalibrierwerte der Mehrzahl von Stationen beschreiben, so zu bestimmen, dass eine Zielfunktion zumindest näherungsweise minimiert wird, wobei die Zielfunktion eine Summe einer Mehrzahl von quadratischen Fehlern zwischen sich aufgrund von Positionskoordinaten ergebenden geometrischen Abständen zwischen jeweils zwei Stationen einerseits und sich durch Korrektur von gemessenen Abständen zwischen den jeweils zwei Stationen mit Kalibrierwerten ergebenden Abständen zwischen den jeweils zwei Stationen andererseits beschreibt.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 12th , wherein the calibration value calculator is designed to determine parameters describing the positions of a plurality of stations and calibration values of the plurality of stations so that an objective function is at least approximately minimized, the objective function being a sum of a plurality of square errors between them based on Geometric distances resulting from position coordinates between two stations on the one hand and distances between the two stations resulting from the correction of measured distances between the two stations with calibration values on the other hand. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein oder mehrere Summanden der Zielfunktion einer ersten räumlichen Anordnung der Stationen zugeordnet sind, und wobei ein oder mehrere Summanden der Zielfunktion einer zweiten räumlichen Anordnung der Stationen zugeordnet sind, bei der eine relative räumliche Anordnung der Stationen zueinander im Vergleich zu der ersten räumlichen Anordnung verändert ist.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 13 , wherein one or more summands of the objective function are assigned to a first spatial arrangement of the stations, and wherein one or more summands of the objective function are assigned to a second spatial arrangement of the stations, in which a relative spatial arrangement of the stations to one another in comparison to the first spatial arrangement is changed. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Kalibrierwertberechner ausgelegt ist, um zumindest einen Kalibrierwert basierend auf einer Laufzeitmessung zwischen einer ersten Station und einer dritten Station, basierend auf einer Laufzeitmessung zwischen einer zweiten Station und der dritten Station und basierend auf einer Laufzeitdifferenzmessung, bei der ein Unterschied zwischen Eintreffzeitpunkten von zwei durch die erste Station und die zweite Station zeitlich koordiniert ausgesendeten Signalen bei der dritten Station ausgewertet wird, zu bestimmen.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 14th , wherein the calibration value calculator is designed to calculate at least one calibration value based on a transit time measurement between a first station and a third station, based on a transit time measurement between a second station and the third station, and based on a transit time difference measurement in which a difference between arrival times of two is evaluated by the first station and the second station coordinated signals sent out at the third station. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Kalibrierwertrechner ausgelegt ist, um den zumindest einen Kalibrierwert unter Berücksichtigung einer Information über einen zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Signals durch die erste Station und einer Aussendung eines Signals durch die zweite Station bei der Laufzeitdifferenzmessung und unter Berücksichtigung einer Information über einen Abstand zwischen der ersten Station, oder einer Antenne der ersten Station, und der zweiten Station, oder einer Antenne der zweiten Station, zu bestimmen.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 15th , wherein the calibration value calculator is designed to calculate the at least one calibration value taking into account information about a time interval between transmission of a signal by the first station and transmission of a signal by the second station in the transit time difference measurement and taking into account information about a distance between the first station, or an antenna of the first station, and the second station, or an antenna of the second station. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Kalibrierwertrechner ausgelegt ist, - um eine Information über eine Zeitdifferenz zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die dritte Station ein von der ersten Station ausgesendetes Signal empfängt, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die dritte Station ein durch die zweite Station ausgesendetes Signal, das mit dem durch die erste Station ausgesendeten Signal koordiniert ausgesendet wird, empfängt, zu erhalten; - um eine Information über einen zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station zu erhalten; - um eine Information über einen zeitlichen Abstand zwischen einem Empfang des Anregungssignals und einer Aussendung des Antwortsignals bei der Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station zu erhalten; - um eine Information über einen zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station zu erhalten; und - um eine Information über einen zeitlichen Abstand zwischen einem Empfang des Anregungssignals und einer Aussendung des Antwortsignals bei der Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station zu erhalten; und um basierend darauf einen der ersten Station zugeordneten Kalibrierwert und einen der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwert oder eine lineare Kombination des der ersten Station zugeordneten Kalibrierwerts und des der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwerts zu erhalten.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 16 , wherein the calibration value computer is designed to receive information about a time difference between a first point in time at which the third station receives a signal transmitted by the first station and a second point in time at which the third station receives a signal transmitted by the second station sent out coordinated with the signal sent out by the first station, receives, receives; in order to obtain information about a time interval between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal in the case of a transit time measurement between the first station and the third station; in order to obtain information about a time interval between receipt of the excitation signal and transmission of the response signal during the transit time measurement between the first station and the third station; in order to obtain information about a time interval between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal during a transit time measurement between the second station and the third station; and to obtain information about a time interval between receipt of the excitation signal and transmission of the response signal during the transit time measurement between the second station and the third station; and based thereon to obtain a calibration value assigned to the first station and a calibration value assigned to the second station or a linear combination of the calibration value assigned to the first station and the calibration value assigned to the second station. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Kalibrierwertrechner ausgelegt ist, um den der ersten Station zugeordneten Kalibrierwert A und den der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwert B oder die lineare Kombination des der ersten Station zugeordneten Kalibrierwerts und des der zweiten Station zugeordneten Kalibrierwerts - unter Verwendung einer Information K, die einen zeitlichen Abstand zwischen der koordinierten Aussendung des durch die erste Station ausgesendeten Signals und des durch die zweite Station damit koordiniert ausgesendeten Signals beschreibt, und - unter Verwendung einer Information L(A,B) über einen Abstand zwischen der ersten Station und der zweiten Station oder zwischen der ersten Station und der zweiten Station zugeordnete Antennen, zu erhalten.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 17th , wherein the calibration value calculator is designed to calculate the calibration value A assigned to the first station and the calibration value B assigned to the second station or the linear combination of the calibration value assigned to the first station and the calibration value assigned to the second station - using information K which has a temporal Describes the distance between the coordinated transmission of the signal transmitted by the first station and the signal transmitted in coordination with it by the second station, and - using information L (A, B) about a distance between the first station and the second station or between the first station and the second station assigned antennas. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Kalibrierwertrechner ausgelegt ist, um eine Lösung eines Gleichungssystems, das einen Zusammenhang zwischen den Kalibrierwerten A, B, dem zeitlichen Abstand zwischen einem Empfang des Anregungssignals und einer Aussendung des Antwortsignals bei der Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station, dem zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station und dem zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station beschreibt, und ferner einen Zusammenhang zwischen den Kalibrierwerten A, B, dem zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der dritten Station und dem zeitlichen Abstand zwischen einer Aussendung eines Anregungssignals und einem Empfang eines Antwortsignals bei einer Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station und der dritten Station beschreibt, zu bestimmen, um die Kalibrierwerte A, B zu erhalten oder um eine lineare Kombination der Kalibrierwerte A, B zu erhalten.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 18th , wherein the calibration value calculator is designed to provide a solution to a system of equations that shows a relationship between the calibration values A, B, the time interval between receipt of the excitation signal and transmission of the response signal during the transit time measurement between the second station and the third station, the time interval Describes the distance between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal during a transit time measurement between the first station and the third station and the time interval between the transmission of an excitation signal and the receipt of a response signal during a transit time measurement between the second station and the third station, and Furthermore, a relationship between the calibration values A, B, the time interval between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal in the case of a transit time measurement between the first station and the third station, and the temporal A The distance between the transmission of an excitation signal and the reception of a response signal during a transit time measurement between the second station and the third station describes to determine in order to obtain the calibration values A, B or to obtain a linear combination of the calibration values A, B. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eine Gleichung des Gleichungssystems eine Forderung definiert, dass ein durch die Laufzeitdifferenzmessung bestimmter Laufzeitunterschied gleich einem Unterschied zwischen einer durch die Laufzeitmessung zwischen der ersten Station A und der dritten Station S bestimmten Laufzeit einerseits und einer durch die Laufzeitmessung zwischen der zweiten Station B und der dritten Station S bestimmten Laufzeit andererseits ist.Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 19th , An equation of the system of equations defines a requirement that a transit time difference determined by the transit time difference measurement is equal to a difference between a transit time determined by the transit time measurement between the first station A and the third station S on the one hand and one determined by the transit time measurement between the second station B and the third Station S certain transit time on the other hand. Kalibrierwertberechner nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei eine Gleichung des Gleichungssystems eine Forderung definiert, dass eine durch eine Laufzeitmessung zwischen der ersten Station und der zweiten Station bestimmte Laufzeit einem vorgegebenen Wert entspricht. S : = i = 1 N j = i + 1 M [ ( x j x i ) 2 + ( y j y i ) 2 + ( z j z i ) 2 O i O j d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0047
Calibration value calculator according to one of the Claims 1 to 20th , wherein an equation of the system of equations defines a requirement that a transit time determined by a transit time measurement between the first station and the second station corresponds to a predetermined value. S. : = i = 1 N j = i + 1 M. [ ( x j - x i ) 2 + ( y j - y i ) 2 + ( z j - z i ) 2 - O i - O j - d i , j ] 2
Figure DE102019211110A1_0047
Verfahren zum Bestimmen von zumindest einem Kalibrierwert A, B, S, Oi, Oj für ein Positionsbestimmungssystem, wobei zumindest ein Kalibrierwert A und/oder B und/oder S, der eine Verzögerung an oder in einer Station, z.B. einer Basistation oder eines Transponders des Positionsbestimmungssystems beschreibt, auf der Basis einer Mehrzahl von Zeitstempel-basierten Laufzeitmessungen oder Distanzmessungen, i.e. TOA-Messungen und optional unter Verwendung weiterer Messungen, wie beispielsweise Laufzeitdifferenzmessungen i.e. TDOA-Messungen zwischen verschiedenen Paaren von Stationen des Positionsbestimmungssystems, deren Positionen zum Beispiel zumindest teilweise unbekannt sind, bestimmt wird.Method for determining at least one calibration value A, B, S, Oi, Oj for a position determination system, wherein at least one calibration value A and / or B and / or S, which causes a delay at or in a station, e.g. a base station or a transponder of the Position determination system describes, on the basis of a plurality of time stamp-based transit time measurements or distance measurements, ie TOA measurements and optionally using further measurements, such as transit time difference measurements i.e. TDOA measurements between different pairs of stations of the position determination system whose positions are, for example, at least partially unknown, is determined. Computerprogramm mit einem Programmcode, zum Ausführen eines Verfahrens nach Anspruch 22 auf einem Computer.Computer program with a program code for carrying out a method according to Claim 22 on a computer.
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