DE102020201149A1

DE102020201149A1 - DecaWave-Ultra-Breitband-Reflexions-Fehler-Korrektur

Info

Publication number: DE102020201149A1
Application number: DE102020201149.4A
Authority: DE
Inventors: Juri Sidorenko; Norbert Scherer-Negenborn; Michael Arens
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-08-05
Also published as: WO2021151966A1

Abstract

Es ist eine Anordnung zur Bestimmung einer Wegstrecke eines Empfängers zu einem Reflexionspunkt einer reflektierten elektromagnetischen Wellen mit einem Ultra Wide Band (UWB) System beschrieben, bei welchem eine Kanal Impuls Antwort auslesbar ist. Das UWB System umfasst einen Sender zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle, einen Empfänger zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle, wobei der Empfänger dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle direkt vom Sender zu empfangen, und dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle als reflektierte elektromagnetische Welle zu empfangen, wobei das UWB System dazu ausgebildet ist, die Kanal Impuls Antwort auszulesen und aus der Kanal Impuls Antwort einen Einfallswinkel der reflektierten elektromagnetischen Welle zu bestimmen, und eine Phasendifferenz zwischen der direkt vom Sender empfangenen elektromagnetischen Welle und der reflektierten elektromagnetischen Welle zu bestimmen, und einen Laufzeitunterschied zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle und der reflektierten elektromagnetischen Welle basierend auf der Phasendifferenz zu bestimmen, um basierend auf der Phasendifferenz die Wegstrecke des Empfängers zu dem Reflexionspunkt der reflektierten elektromagnetischen Welle zu bestimmen. Ferner sind ein Verfahren zum Bestimmen einer Wegstrecke eines Empfängers zu einem Reflexionspunkt einer reflektierten elektromagnetischen Wellen mit einem Ultra Wide Band System und ein Computerprogramcode beschrieben.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung einer Wegstrecke eines Empfängers zu einem Reflexionspunkt einer reflektierten elektromagnetischen Wellen mit einem Ultra Wide Band (UWB) System, sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Wegstrecke eines Empfängers zu einem Reflexionspunkt einer reflektierten elektromagnetischen Wellen mit einem Ultra Wide Band (UWB) System und ein Computerprogramcode.
Auf dem Gebiet der Innenraum-Lokalisierung ist die Ultra-Breitband-Technologie (UWB-Technologie) unabkömmlich geworden. Der Markt verlangt, dass die UWB-Hardware billig, präzise und genau ist. Diese Anforderungen haben zu der Popularität von DecaWave-UWB-Systemen geführt. Der Großteil der Veröffentlichungen über dieses System befasst sich mit der Korrektur von Signalleistung, Hardware-Verzögerung und Taktdrift bzw. Uhrenfehler (Clock Drift).
Lokalisierung basierend auf der Ultra-Breitband(UWB)-Technologie kann in Innenraum-Umgebungen genutzt werden, in denen schmalbandige Systeme aufgrund von Fading meist fehlerbehaftet sind [1], [2]. In den letzten Jahren hat diese Technologie mehr Aufmerksamkeit erhalten und wird auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen [3]. Dies ist hauptsächlich begründet durch den fallenden Preis und die sinkende Größe der Bauelemente. Einer der Marktführer ist DecaWave Limited [4], wobei das UWB-Bauelement beispielsweise seit 2019 Teil der neuen Generation von Produkten von Apple ist [5] und vermutlich eine Revolution für erweiterte Realität (Augmented Reality), Smart Homes, mobiles Zahlen, schlüssellosen Autozugang und Innenraum-Navigation auslösen wird [6]. In der Praxis beträgt die Genauigkeit, die durch das DecaWave-Bauelement erhalten wird, etwa 10 cm für Sichtlinien-Anwendungen (LOS-Anwendungen; LOS = Line of Sight) [7].
Die von DecaWave Limited erhältlichen Bauelemente erfüllen den IEEE802.15.4-2011-Standard [7] und unterstützen sechs Frequenzbänder mit Mittenfrequenzen von 3,5 GHz bis 6,5 GHz mit Datenraten von bis zu 6,8 Mb/s. Abhängig von der ausgewählten Mittenfrequenz variiert die Bandbreite von 500 bis 1000 MHz. Die Signalabtastung wird durch einen internen 64 GHz-Chip mit einer Ereignis-Zeitgebungspräzision von 15 ps (4,496 mm) durchgeführt. Aufgrund allgemeiner Regulierungen ist die Übertragungsleistungsdichte auf -41,3 dBm/MHz eingeschränkt. Diese Regulierungen sind durch die große Bandbreite begründet, die durch den UWB-Transceiver eingenommen wird. Die hierin beschriebenen Experimente wurden beispielsweise mit dem DecaWave EVK1000 ausgeführt. Diese Platine weist hauptsächlich einen DW1000-Chip und einen STM32 ARM-Prozessor auf.
Die DecaWave ultra-wideband (UWB) Chips finden mittlerweile in nahezu allen Marktsegmenten wie dem Verbrauchermarkt, beim Handyzubehör, der Industrie oder der Fahrzeugindustrie etc. Anwendung. Im Verbrauchersektor beispielsweise bietet die UWB Positionierung viele Möglichkeiten zur Unterstützung des Alltags und dem Entertainment. Die UWB Chips können beispielsweise bei einer adaptiven Beleuchtung, bei standortbasierten Lautsprechersystemen, bei Sicherheitsüberwachungs- und Zugangssystemen wie beispielsweise für Kinder, Haustiere, ältere Menschen etc., bei Türschlosser und Garagenöffnern, bei Heimnetzwerken und bei drahtloser Konnektivität, bei Zahlungssicherheit, in der Robotik, oder in der Sportanalytik eingesetzt werden. In der Industrie sind die Anwendungen noch vielfaltiger. UWB Positionierung kann beispielsweise in Warenhäusern, Krankenhäusern, Betreuungseinrichtungen, der Landwirtschaft oder sogar bei Minenarbeiten eingesetzt werden. Ferner können die UWB Chips bei einer Echtzeitansicht laufender Arbeiten, der Optimierung ei ner Anlagennutzung, bei der Roboter- und Personennavigation, oder der Vermeidung von Gefahren hilfreich sein, indem die UWB Chips eingesetzt werden, Werkzeuge oder Instrumente oder Geräte zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Auch das autonome Fahren ist ein Kernthema, bei welchem UWB Chips eingesetzt werden können, da beim autonomen Fahren die Kenntnis über die genaue Position eines Fahrzeuges entscheidend ist. Beispielsweise können UWB Chips zur Vermeidung von Fußgänger- oderRadfahrerkollisionen, bei gesicherter Zufahrt (Passiver Einstieg/ Passiver Start), beim Parkservice /Bequemlichkeits-Parken, bei der Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur, bei der Reifendruckkontrollsystemen-Kommunikation, bei der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, bei einer Smart City Maut oder einer Parkraumbewirtschaftung eingesetzt werden.
Das DecaWave UWB System ermöglicht es ferner mittels Zweiwege-Messung (twoway-ranging: TWR) Distanzmessungen zwischen zwei Transceivern durchzuführen. Eine genaue räumliche Messauflösung ist davon abhängig, wie präzise ein Zeitstempel eines Signals bestimmt werden kann.
Bei UWB Systemen werden oftmals Algorithmen verwendet, insbesondere ein sog. LED (Engl.::leading edge detection) Algorithmus, welcher die Aufgabe hat, dass sogenannte direkte Signal zu finden, wo ein Zeitstempel gesetzt wird. Der Mikrocode kann von einem Endnutzer nicht verändert werden.
Für die Diagnostik erlaubt das DecaWave System allerdings, die sogenannte Kanal Impuls Antwort (Channel Impulse Response (CIR)) auszulesen. In dieser sind neben dem direkten Signal auch die Reflektionen dargestellt. Die Kanal Impuls Antwort hat für gewöhnlich eine Auflösung von einer Nanosekunde, damit kann die Laufzeit von den Reflektionen nur auf etwa 30 Zentimeter genau bestimmt werden. Die geringe Auflösung von den Reflektionen ist ein limitierender Faktor für spezifische Anwendungen wie beispielsweise bei einem UWB Radar.
Eine Aufgabe der vorliegenden technischen Lehre ist es, eine Anordnung und ein Verfahren sowie eine Computerprogrammcode bereitzustellen, mit welcher bzw. welchem die Laufzeit von Reflektionen genauer bestimmbar ist, insbesondere welche als UWB Radar verwendbar ist bzw. welches bei einem UWB Radar einsetzbar ist oder in anderen Anwendungsgebieten, wie beispielsweise in dem vorherigen einführenden Abschnitt angedeutet, zu einer verbesserten Genauigkeit führt.
Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erreicht. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden durch den Gegenstand der abhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung definiert.
Vorschlagsgemäß umfasst die Anordnung zur Bestimmung einer Wegstrecke eines Empfängers zu einem Reflexionspunkt einer reflektierten elektromagnetischen Welle mit einem Ultra Wide Band (UWB) System, bei welchem eine Kanal Impuls Antwort (CIR) auslesbar ist. Das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung umfasst einen Sender zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle, einen Empfänger zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle, wobei der Empfänger dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle direkt vom Sender zu empfangen, und dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle als reflektierte elektromagnetische Welle zu empfangen. Das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung ist ferner dazu ausgebildet, die Kanal Impuls Antwort (CIR) auszulesen und aus der Kanal Impuls Antwort (CIR) einen Einfallswinkel der reflektierten elektromagnetischen Welle zu bestimmen, und eine Phasendifferenz zwischen der direkt vom Sender empfangenen elektromagnetischen Welle und der reflektierten elektromagnetischen Welle zu bestimmen. Das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung ist ferner dazu ausgebildet, einen Laufzeitunterschied zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle und der reflektierten elektromagnetischen Welle basierend auf der Phasendifferenz zu bestimmen, um basierend auf den Phasendifferenz die Wegstrecke des Empfängers zu dem Reflexionspunkt der reflektierten elektromagnetischen Welle zu bestimmen. Vorliegend werden die Begriffe Wegstrecke, Distanz und Abstand synonym zueinander verwendet. Die Erfassung eines Laufzeitunterschiedes einer reflektierten elektromagnetischen Welle im Vergleich zu der entsprechenden nicht reflektierten elektromagnetischen Welle ermöglicht es, über die Bestimmung der Phasendifferenz einen Abstand der reflektierten Welle zu bestimmen. Vorzugweise wird die elektromagnetische Welle an einem Hindernis reflektiert, wodurch die vorgeschlagenen Anordnung beispielsweise bei einem Radarsystem oder auch bei einen Diagnostiksystem jeglicher Art anwendbar ist.
Bevorzugt ist das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung dazu ausgebildet, einer empfangenen elektromagnetischen Welle einen Zeitstempel zuzuordnen, mit welchem eine Information über eine zurückgelegte Wegstrecke der empfangenen elektromagnetischen Welle ermittelbar ist. Um möglichst zutreffende Informationen zur zurückgelegten Wegstrecke zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn der Zeitstempel möglichst genau zugeordnet werden kann. Je präziser der Zeitstempel zugeordnet wird, desto besser oder genauer kann die räumliche Auflösung der zurückgelegten Wegstrecke einer elektromagnetischen Welle erfolgen. Hierbei können direkte, d.h. nicht-reflektierte, und reflektierte elektromagnetische Wellen genutzt werden, um eine zurückgelegte Wegstrecke der entsprechenden elektromagnetischen Welle zu bestimmen.
Bevorzugt umfasst die Kanal Impuls Antwort (CIR) der vorgeschlagenen Anordnung Informationen zu der direkt vom Sender empfangenen elektromagnetische Welle und zu der empfangenen reflektierten elektromagnetischen Welle. Hierdurch kann eine Phasendifferenz zwischen der direkten und der reflektierten Welle bestimmt werden, sodass Rückschlüsse auf der Position eines Reflexionspunktes der reflektierten Welle erfolgen können. Insbesondere ist die Kanal Impuls Antwort (CIR) das Ergebnis der Kreuzkorrelation zwischen dem empfangen und den zu erwartenden Signal.
Bevorzugt ist der Empfänger der vorgeschlagenen Anordnung dazu ausgebildet, eine Anzahl an Phasendifferenzen in Abhängigkeit einer Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen zu bestimmen, insbesondere um die Phasendifferenz eindeutig zu bestimmen. Aufgrund des sinus- bzw. cosinus-förmigen Verlaufes einer Welle, d.h. aufgrund der Periodizität einer Welle, kann es sein, dass bei einer Bestimmung einer Phasendifferenz ein n-faches-Vielfaches der Phase bestimmt wird. Um zu vermeiden, dass ein n-fache-Vielfache zur Erfassung der Phasendifferenz verwendet wird, wird vorteilhafter Weise eine Anzahl an Phasendifferenzen bestimmt, welche in Abhängigkeit unterschiedlicher Wellenlängen bestimmt werden. Hierdurch kann eine Mehrdeutigkeit einer ermittelten Phasendifferenz verringert werden, indem zumindest gewisse Vielfache zur Bestimmung der Phasendifferenz ausgeschlossen werden können. Insbesondere kann eine Phasendifferenz eindeutig bestimmt werden, wobei eine eindeutige Bestimmung der Phasendifferenz von der verwendeten Wellenlänge und der gemessenen Distanz abhängen kann.
Bevorzugt ist das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung dazu ausgebildet, eine Distanzmessung zwischen dem Sender und dem Empfänger mittels Zwei-Wegemessung (TWR) durchzuführen. Bei einer Zwei-Wegemessung wird die Flugzeit des UWB-Signals bestimmt und dann die Entfernung zwischen den Knoten, d.h. dem Sender und dem Empfänger, durch Multiplikation der Zeit mit der Lichtgeschwindigkeit berechnet.
Bevorzugt ist der Sender der vorgeschlagenen Anordnung zum omni-direktionalen oder bi-direktionalen oder unidirektionalen Aussenden der elektromagnetischen Welle ausgebildet. Mit anderen Worten, der Sender ist dazu ausgebildet eine elektromagnetische Welle in eine beliebige Richtung oder in zwei Richtungen oder in eine Richtung auszusenden. Bevorzugt, sendet der Sender Kugelwellen oder ebene Wellen aus. Hierdurch kann sich ein Hindernis, an welchem die Welle reflektiert wird, an einer beliebigen Position im Raum befinden, sodass ein Abstand zwischen Hindernis und Empfänger zuverlässig mit der vorgeschlagenen Anordnung ermittelt werden kann.
Bevorzugt ist der Sender der vorgeschlagenen Anordnung zum Aussenden elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Wellenlängen ausgebildet. Dies bedeutet, dass ein Phasenunterschied für verschiedenen Wellenlängen ermittelt werden kann. Hierdurch kann eine Mehrdeutigkeit bei der Bestimmung der ermittelten Phasendifferenz reduziert, insbesondere vermieden, werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der hierin beschriebenen technischen Lehre ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Wegstrecke eines Empfängers zu einem Reflexionspunkt einer reflektierten elektromagnetischen Wellen mit einem Ultra Wide Band (UWB) System vorgeschlagen. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst zunächst ein Aussenden einer elektromagnetischen Welle mittels eines Senders, ein Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle mit einem Empfänger, wobei die ausgesendete elektromagnetische Welle direkt vom Sender zu empfangen wird, und wobei die ausgesendete elektromagnetische Welle als reflektierte elektromagnetische Welle vom Empfänger empfangen wird. Das Verfahren umfasst ferner ein Auslesen einer Kanal Impuls Antwort (CIR) und ein Bestimmen eines Einfallswinkels der reflektierten elektromagnetischen Welle aus der Kanal Impuls Antwort (CIR). Ferner umfasst das vorgeschlagene Verfahren ein Bestimmen einer Phasendifferenz zwischen der direkt vom Sender empfangenen elektromagnetischen Welle und der reflektierten elektromagnetischen Welle, und ein Bestimmen eines Laufzeitunterschieds zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle und der reflektierten elektromagnetischen Welle basierend auf der Phasendifferenz, um basierend auf der Phasendifferenz die Wegstrecke des Empfängers zu dem Reflexionspunkt der reflektierten elektromagnetischen Welle zu bestimmen. Die Laufzeit kann beispielsweise durch die Zeitstempel der der ausgesendeten elektromagnetischen Welle und der reflektierten elektromagnetischen Welle bestimmt werden. Die bereits beschriebenen Vorteile in Bezug zur vorgeschlagenen Anordnung sind unmittelbar übertragbar auf das vorgeschlagene Verfahren und umgekehrt. Bevorzugt wird zum Ausführen des Verfahrens eine hierin beschriebene Anordnung verwendet.
Bevorzugt wird eine Distanzmessung zwischen dem Sender und dem Empfänger mittels Zwei-Wege-Messung (TWR) bestimmt. Bevorzugt wird die Zwei-Wege-Messung (TWR) verwendet, um Mehrdeutigkeiten bei der Distanzmessung reduzieren, insbesondere ausschließen, zu können. Die Distanzmessung mittels des verwendeten UWB Systems kann einen Messfehler aufweisen, welcher, wie in einer parallelen Anmeldung des vorliegenden Anmelder mit dem Titel „DecaWave-Ultra-Breitband-Fehler-Korrektur“ reduziert werden kann.
Bevorzugt umfasst das vorgeschlagene Verfahren ein Bestimmen einer Anzahl an Phasendifferenzen in Abhängigkeit einer Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen, insbesondere um die Phasendifferenz der reflektierten elektromagnetischen Welle eindeutig zu bestimmen. Hierdurch können Mehrdeutigkeiten bei der Bestimmung der Phasendifferenz reduziert, insbesondere vermieden, werden. Insbesondere kann eine Reduzierung der Mehrdeutigkeit mittels Erfassen einer Differenz zwischen den Zeitstempeln erfolgen. Zeitstempel können auf eine Nanosekunde genau bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der hierin beschriebenen technischen Lehre ist ein Computerprogramcode vorgeschlagen, welcher ein hierin beschriebenes Verfahren ausführt, wenn der Computerprogramcode auf einem Programcode ausführbaren Medium ausgeführt wird. Insbesondere wird der Computerprogramcode auf einer hierin vorgeschlagenen Anordnung ausgeführt. Der hierin beschreiben Sender und/oder der Empfänger können beispielsweise jeweils ein den Computercode ausführbares Medium sein.
Die hierin beschriebene Lehre offenbart, wie eine räumliche Auflösung von gemessenen Reflexionen verbessert werden kann, wodurch beispielsweise ein verbessertes UWB Radarsystem und ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt werden können. Zum Durchführen einer Korrektur einer gemessenen Reflexion bedarf es dabei keiner zusätzlichen Eigenschaften oder Vorrichtungen. Vielmehr kann ein PDOA System (phase difference of arrival system) von DecaWave verwendet werden.
Figurenliste
Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; vielmehr wird im Allgemeinen darauf Wert gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein schematische Darstellung einer Kanal Impuls Antwort;
2 eine schematische Darstellung einer Reflexion eines Signals an einem Hindernis sowie eine direkte Übertragung eines Signals von einem Sender zu einem Empfänger,
3 eine schematische Darstellung einer Positionskorrektur, und
4 ein Ablaufschema eines vorgeschlagenen Verfahrens.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Gleiche oder gleichwertige Elemente oder Elemente mit gleicher oder gleichwertiger Funktionalität werden in der folgenden Beschreibung durch gleiche oder gleichwertige Referenzzahlen bezeichnet, auch wenn sie in verschiedenen Figuren vorkommen. Vorliegend wird beispielsweise der Begriff Signal synonym für elektromagnetische Welle und umgekehrt verwendet. Die Signale haben beispielsweise die Referenzzeichen 100 und 110. Ferner werden auch die Begriffe Abstand, Distanz und Wegstrecke synonym zueinander verwendet. Die hierin beschriebene technische Lehre wird in Zusammenschau der 1 bis 4 nachfolgend beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird eine Vielzahl von Details aufgeführt, um eine durchgehende Erläuterung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für einen Fachmann wird es jedoch offensichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgebildet werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen eher in Blockschaltbildern oder schematischen Darstellungen als im Detail dargestellt, um zu vermeiden, dass Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lehre verdeckt werden. Darüber hinaus können Merkmale der verschiedenen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
Das Protokoll der Zweiwege-Entfernungsmessung (TWR) zählt zu den Ankunftszeit-Messtechniken (TOA-Messtechniken; TOA = Time of Arrival) [9]. Sein Zweck besteht in der Bereitstellung von Distanzmessungen zwischen zwei Transceivern, wie beispielsweise einem Sender 10 und einem Empfänger 20, selbst wenn diese nicht synchronisiert sind. Auf die Zweiwege-Entfernungsmessung (TWR) wird nachfolgend nicht im Detail weitereingegangen, dass diese bereits in anderen Anmeldungen des Anmelders beschrieben wurde.
In WO201 5176776 A1 oder [2] wurde beispielsweise eine DecaWave PDOA (phase difference of arrival) Vorrichtung vorgestellt. Diese Vorrichtung hat die Fähigkeit, die Entfernung und die Richtung eines empfangenen Signals zu liefern. In allgemeinen Anwendungen ist nur der erste Pfad (FP) entscheidend. Theoretisch ist es möglich, den Zeitstempel des FP mit einer Genauigkeit von wenigen Millilitern zu erhalten. Die Zeitstempel der Reflexionen können durch Auslesen der Kanalimpulsantwort (CIR) abgerufen werden, welches exemplarisch in 1 dargestellt ist. Der erste Peak stellt folglich den ersten Pfad (FP) dar, während der zweite Peak für die Reflexion 110 des empfangenen Signals steht. Der erste Pfad FP wird hierin auch als Wegstrecke L eines direkten Signals 100 zwischen einem Sender an einem Punkt A und einem Empfänger an einem Punkt O bezeichnet. Der Zweite Peak stellt ein reflektiertes Signal dar 110 zwischen einem Hindernis 30 an einem Reflexionspunkt B und dem Empfänger 20 an dem Punkt O. Ein Nachteil der zugänglichen Kanalimpulsantwort ist die geringe Genauigkeit, die zu einer Unsicherheit von etwa 30 Zentimetern führt, ΔR ± 0,299 m. Die Signalstärken des direkten Signals 100 und des reflektierten Signals 110 unterscheiden sich. Die Signalstärke, oder auch als Magnitude bezeichnet, des reflektierten Signals 110 ist in der Regel geringer als die des direkten Signals 100, was auf die zurückgelegte Wegstrecke zurückgeführt werden kann. Zwischen dem Eintreffen des direkten Signals 110 und dem reflektierten Signal 110 an dem Empfänger liegen. Zur Verbesserung der Genauigkeit wird daher die hierin beschriebene Anordnung vorgeschlagen, welche schematisch in 2 dargestellt ist.
Vorliegend umfasst die vorgeschlagene Anordnung zur Bestimmung eines Abstandes eines Empfängers 20 zu einem Reflexionspunkt B einer reflektierten elektromagnetischen Welle 110 mit einem Ultra Wide Band (UWB) System (nichtdargestellt), bei welchem eine Kanal Impuls Antwort (CIR) auslesbar ist. Das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung umfasst einen Sender 10 zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle 100, einen Empfänger 20 zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle 100, wobei der Empfänger 20 dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle 100 direkt vom Sender 10 zu empfangen, und dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle 100 als reflektierte elektromagnetische Welle 110 zu empfangen. Das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung ist ferner dazu ausgebildet, die Kanal Impuls Antwort (CIR) auszulesen und aus der Kanal Impuls Antwort (CIR) einen Einfallswinkel α der reflektierten elektromagnetischen Welle 110 zu bestimmen, und eine Phasendifferenz Δφ zwischen der direkt vom Sender 10 empfangenen elektromagnetischen Welle 100 und der reflektierten elektromagnetischen Welle 110 zu bestimmen. Das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung ist ferner dazu ausgebildet, einen Laufzeitunterschied zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle 100 und der reflektierten elektromagnetischen Welle 110 basierend auf der Phasendifferenz Δφ zu bestimmen, um basierend auf den Phasendifferenz Δφ den Abstand L', oder auch Distanz bezeichnet, des Empfängers 20 zu dem Reflexionspunkt B der reflektierten elektromagnetischen Welle 100 zu bestimmen. Das UWB System der vorgeschlagenen Anordnung ist bevorzugt dazu ausgebildet, einer am Empfänger 20 empfangenen elektromagnetischen Welle 100, 110 einem Zeitstempel zuzuordnen, mit welchem eine Information über eine zurückgelegte Wegstrecke L', L, x der empfangenen elektromagnetischen Welle 100, 110 ermittelbar ist. Wie in 1 ersichtlich ist, umfasst die Kanal Impuls Antwort Informationen zu der direkt vom Sender empfangenen elektromagnetische Welle 100 und zu der empfangenen reflektierten elektromagnetischen Welle 110.
2 zeigt neben der schematischen Darstellung der Anordnung somit auch eine schematische Darstellung einer Reflexion 110 eines Signals 100 an einem Hindernis 30 im Punkt B sowie eine direkte Übertragung eines Signals 100 von dem Sender 10 am Punkt A zu dem Empfänger 20 am Punkt O. Zur Vereinfachung wurde angenommen, dass die vorgeschlagene Anordnung einen Sender 10 am Punkt A und einen Empfänger 20 am Punkt O umfasst. Eine Distanz oder Abstand zwischen dem Sender 10 und dem Empfänger 20, d.h. eine Wegstrecke L zwischen den Punkten A und O ist bekannt. Der Empfänger 20 ist beim Empfangen eines Signals 100 oder einer Reflexion 110 dazu ausgebildet, einen Abstand L oder einen Abstand L' zu bestimmen. Der Empfänger ist bevorzugt dazu ausgebildet zusätzlich eine Richtung zu bestimmen, aus welcher das Signal 100 oder die Reflexion 110 stammt, d.h. der Empfänger kann einen Einfallswinkel α und/oder β bestimmen. 2 ist in zwei Dimensionen 2D gezeigt und zeigt schematisch, wie ein Sender 10 im Punkt A ein Signal 100 in verschiedene Richtungen ausstrahlt. Das Signal 100 wird vom Empfänger 20 im Punkt O als direktes Signal 100 empfangen. Als direktes Signal 100 hat das Signal 100 eine Wegstrecke der Länge L zurückgelegt, wobei die Wegstrecke L den Abstand zwischen den Punkten A und O bezeichnet. Ferner zeigt 2 schematisch wie der Sender 10 im Punkt A ein Signal 100 in Richtung eines Hindernisse 30 aussendet, wobei das Signal 100 an einem Punkt B auf dem Hindernis 30 reflektiert wird. Das reflektierte Signal 110, oder auch als Reflexion 110 vorliegend bezeichnet, wird von dem Empfänger 20 am Punkt O erfasst. Die Wegstrecke L' bezeichnet den zurückgelegten Weg der Reflexion 110 zwischen dem Hindernis 30 am Punkt B und dem Empfänger 20 im Punkt O. Die zurückgelegte Wegstrecke L des direkten Signals 100 zwischen den Punkten A und O kann auch als erster Pfad L oder erster Weg L (first path) bezeichnet werden. Sowohl der erste Weg L des direkten Signals 100 als auch das reflektierte Signal 110 werden beide an dem Empfänger 20 an dem Punkt O gemessen, wo auch die zugehörige Phasendifferenz Δφ oder die zugehörigen Phasen φ und die Einfallswinkel α und/oder β beider Signale 100, 110 erfasst werden.
Tabelle 1 zeigt die definierten Koordinaten der Punkt A, O und B. Der Sender 10 der vorgeschlagenen Anordnung ist bevorzugt dazu ausgebildet, elektromagnetische Wellen 100 omni-direktional auszusenden, d.h. in beliebige Richtungen, oder bi-direktional oder unidirektional auszusenden. Bei Verwendung einer bi-direktionalen Antenne können Mehrdeutigkeiten zwischen den empfangenen Signalen 100, 110 von vornherein reduziert werden, da eine bi-direktional Antenne höchstens in zwei Richtungen ausstrahlt. Gleiches gilt für eine unidirektional abstrahlende Antenne. Vorliegend wird der Begriff Antenne synonym für Sender verwendet. Tabelle 1: Definition der in Fig. 2 gezeigten Punkte A, O und B

Variabel Bedeutung Position Koordinaten (x, y, z)

O Empfangspunkt Bekannt (0, 0, 0)

A Aussendepunkt Bekannt (L, 0, 0)

B Reflexionspunkt Unbekannt (L'·cos(α), L'·sin(α), 0)

Die gemessene Phasendifferenz Δφ wird genutzt, um die gesamte Distanz x+L' des reflektierten Signals 110 zu bestimmen, wobei die Distanz x den Abstand zwischen dem Sender 10 am Punkt A und dem Hindernis 30 am Punkt B beschreibt. Die Tabelle 2 fasst die verwendete Notation der Variablen aus den hierin beschriebenen Gleichungen zusammen. Tabelle 2: verwendete Notation

Variable	Bedeutung	Position
L	Distanz zwischen einem Aussendepunkt und einem Empfangspunkt	Bekannt
L'	Distanz zwischen einem Hindernis und einem Empfangspunkt	Unbekannt
x	Distanz zwischen einem Hindernis und einem Aussendepunkt	Unbekannt
α	Winkel zwischen der x und y Achse	Bekannt
β	Winkel zwischen der x und z Achse	Bekannt
Δφ	Phasendifferenz	Bekannt
λ	Wellenlänge	Bekannt

Die Herleitung der Gleichungen, nach welchen die Phasendifferenz Δφ bzw. die Wegstrecke L' bestimmt werden, werden ausgehend von einer Wellenausbreitung in zwei Dimension 2D in Polarkoordinaten abgeleitet. Polarkoordinaten entsprechen Kugelkoordinaten für die Ebene. Polarkoordinaten umfassen einen Abstand und einen Winkel. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Winkel α ein Winkel zwischen der x und der y Achse bzw. ein Winkel zwischen den Wegstrecken L und L'.
Ausgehend von zwei Dimensionen kann die Distanz x durch die Wegstrecken L und L' ausgedrückt werden als: $x = \sqrt{\bar{A B}} = \sqrt{{(L' \cdot cos (α) - L)}^{2} + {(L' \cdot sin (α))}^{2}}$
Die sog. Reichweitendifferenz Δr zwischen den Wegstrecken L und L'lässt sich durch folgende Gleichung ausdrücken: $Δ r = x + L' - L = \sqrt{{(L' \cdot cos (α) - L)}^{2} + {(L' \cdot sin (α))}^{2}} + L' - L$
Es ist bekannt, dass sich die Phasendifferenz Δφ proportional zu dem Quotienten aus der Reichweitendifferenz Δr und der Wellenlänge A der entsprechenden elektromagnetischen Welle bzw. des Signals 100, 110 ist. Die Phasendifferenz Δφ kann daher durch folgende Gleichung beschrieben werden: $Δφ = 2 π \frac{Δ r}{λ} = \frac{2 π}{λ} (\sqrt{{(L' \cdot cos (α) - L)}^{2} + {(L' \cdot sin (α))}^{2}} + L' - L)$
Durch Quadrieren der Phasendifferenz Δφ und Ausnutzung der bisherigen Gleichungen erhält man folgende Äquivalenzumformung: $Δ φ^{2} - 4 π \frac{Δφ}{λ} (L' - L) + \frac{2 π}{λ} (L'^{2} - 2 \cdot L \cdot L' + L^{2}) = \frac{2 π}{λ} (L^{2} - 2cos (α) \cdot L \cdot L' + L^{2})$
Wenn man die letzte Äquivalenzumformung nach dem Parameter L' auflöst, erhält man: $L' = (\frac{Δφ \cdot λ}{2 π} + L) \cdot \frac{1}{(- \frac{2 π L}{Δφλ} (cos (α) - 1) + 1)}$
Da die Phase als solche 2π periodisch ist und sich die Phasendifferenz Δφ jede halbe Wellenlänge wiederholt gemäß $\frac{λ}{2} n,$
wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 ist, folgt: $L' = (\frac{Δφ \cdot λ}{4 π} + L) \cdot \frac{1}{(- \frac{2 π L}{Δφλ} (cos (α) - 1) + 1)} + \frac{λ}{2} \cdot n$
Betrachtet man nun den dreidimensionalen Fall 3D, so sind die Koordinaten des Reflexionspunktes B zusätzlich von einem Winkel β zwischen der x und z Achse abhängig. Die euklidische Distanz zwischen dem Hindernis 30 am Punkt B und dem Empfänger 20 am Punkt A kann dann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: $x = \sqrt{{(L' \cdot cos (α) \cdot cos (β) - L)}^{2} + {(L' \cdot sin (α) \cdot cos (β))}^{2} + {(L' \cdot cos (β))}^{2}}$
Der unbekannte Parameter L' kann dann geschrieben werden als: $L' = (\frac{Δφ \cdot λ}{4 π} + L) \cdot \frac{1}{(- \frac{2 π L}{Δφλ} (cos (α) \cdot cos (β) - 1) + 1)} + \frac{λ}{2} \cdot n$
In dieser Gleichung wurde bereits berücksichtigt, dass sich die Phasendifferenz Δφ jede halbe Wellenlänge wiederholt gemäß $\frac{λ}{2} n,$
wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 ist.
Wie soeben gezeigt wurde, kann die Phasendifferenz Δφ genutzt werden, um die gesamte Distanz x+L' des reflektierten Signals 110 zu bestimmen. Diese Distanz ist vor allem dann genau, wenn der Parameter n_i bekannt ist, wobei der Index i eine ganze Zahl größer oder gleich 0 ist.
Unter der Annahme, dass bei einer Reflexion die Winkel α=0 und β=0 sind, kann der unbekannte Parameter n_i in einfacher Weise bestimmt werden, wenn man mehrere Frequenzänderungen erfasst. Die Winkel α und β müssen jedoch hierzu nicht null betragen. Berücksichtigt man ferner, dass Reflexionen mit einem UWB System nur auf etwa 30 Zentimeter genau bestimmt werden können, so lässt sich eine gemessene Reichweitendifferenz ΔR schreiben als: $Δ R \pm 0,3 m = Δ r = x + L' - L = \frac{λ_{i}}{2 π} (Δ φ_{i} + 2 π n_{i})$
Hieraus kann schließlich der unbekannte Parameter n_i zu den bekannten Wellenlängen λ_i bestimmt werden. Die vorgeschlagene Anordnung bzw. dessen Empfänger (20) ist bevorzugt dazu ausgebildet, eine Anzahl an Phasendifferenzen Δφ_i in Abhängigkeit einer Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen λ_i zu bestimmen, insbesondere um die Phasendifferenz Δφ eindeutig zu bestimmen, wobei der Index i eine natürliche Zahl ist. Hierzu kann der Sender 10 zum Aussenden elektromagnetischer Wellen 100 unterschiedlicher Wellenlängen λ_i ausgebildet sein. Ein Laufzeitunterschied zwischen den Signalen unterschiedlicher Wellenlängen kann beispielsweise durch die Zeitstempel der Signal erfasst werden. Ein Zeitstempel kann bis auf eine Nanosekunde genau erfasst werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Positionskorrektur, wobei drei Signale 100, 110 mit unterschiedlichen Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ dargestellt sind. Der gestrichelte Bereich 300 der 3 zeigt graphisch die Unsicherheit der gemessenen Reichweitendifferenz ΔR, welche auf ± 30 cm genau messbar ist. In dieser gestrichelten Reichweite sind die berechneten Distanzen für bestimmte Parameter n_i, wobei i=1,2,3 ..., gleich, wie dies insbesondere für die vertikale gestrichelte Linie 310 in 3 gezeigt ist.. Wie aus der 3 erkennbar ist, verläuft die gestrichelte Linie 310 jeweils durch ein Maximum der Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃. Die gestrichelte Linie 330 hingegen verläuft lediglich durch die Maxima der Wellenlängen λ₁ und λ₂. Die gestrichelte Linie 320 verläuft lediglich durch ein Maximum der Wellenlänge λ_x. Um nun den Parameter n_i möglichst eindeutig zu bestimmen, wird ermittelt, an welcher Position, d.h. für welches n_i zur Wellenlänge λ_i die Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ sich an derselben Position befinden, insbesondere an einem Maximum wie in 3 dargestellt. Es ist denkbar, auch eine Position eines Minimums der Wellen zu nutzen oder eine andere eindeutig bestimmbare Position der Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ zu verwenden. Die in 3 gezeigten berechneten Distanzen für die unterschiedlichen Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ können beispielsweise mittels TWR bestimmt werden.
4 zeigt ein Ablaufschema eines vorgeschlagenen Verfahrens 400. Das vorgeschlagene Verfahren zum Bestimmen eines Abstandes eines Empfängers 20 zu einem Reflexionspunkt B einer reflektierten elektromagnetischen Wellen 100, 110 mit einem Ultra Wide Band (UWB) System umfasst ein Aussenden einer elektromagnetischen Welle 100 mittels eines Senders 10 in einem Schritt 410. Ferner umfasst das Verfahren ein Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle 100 mit einem Empfänger 20, wobei die ausgesendete elektromagnetische Welle 100 direkt vom Sender 20 zu empfangen wird, und wobei die ausgesendete elektromagnetische Welle 100 als reflektierte elektromagnetische Welle 110 vom Empfänger 20 empfangen wird, in einem Schritt 420. In einem Schritt 430 erfolgt ein Auslesen einer Kanal Impuls Antwort (CIR), und in Schritt 440 ein Bestimmen eines Einfallswinkels der reflektierten elektromagnetischen Welle aus der Kanal Impuls Antwort (CIR). Anschließend erfolgt in einem Schritt 450 ein Bestimmen einer Phasendifferenz Δφ zwischen der direkt vom Sender empfangenen elektromagnetischen Welle 100 und der reflektierten elektromagnetischen Welle 110. Schließlich erfolgt in einem Schritt 460 ein Bestimmen eines Laufzeitunterschiedes zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle 100 und der reflektierten elektromagnetischen Welle 110 basierend auf der Phasendifferenz Δφ, um basierend auf der Phasendifferenz Δφ den Abstand des Empfängers 20 zu dem Reflexionspunkt B der reflektierten elektromagnetischen Welle 110 zu bestimmen. Zur Bestimmung des Laufzeitunterschiedes werden die Distanzen x, L' und L besimmt.
Mit der hierin präsentierten technischen Lehre kann eine verbesserte, insbesondere genauere, Distanzmessung von reflektierten elektromagnetischen Wellen erfolgen, welche wiederum auf weiteren Anwendungsgebieten vorteilhaft eingesetzt werden kann. Eine weiteres Anwendungsgebiert kann beispielsweise eine gleichzeitige Lokalisierung und Kartierung (SLAM = simultaneous localization and mapping) sein, wie dieses beispielsweise bei der Tomografie oder bei einer Radarmessung angewendet werden kann.
Auch wenn einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder Anordnung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschrittes entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Kontext eines Verfahrensschritts beschrieben werden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die erfinderischen Methoden können auf einem digitalen Speichermedium gespeichert oder auf einem Übertragungsmedium wie einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem drahtgebundenen Übertragungsmedium wie dem Internet übertragen werden.
Je nach bestimmten Umsetzungsanforderungen können Ausführungsformen der Erfindung in Hardware oder in Software umgesetzt werden. Die Umsetzung kann mit einem digitalen Speichermedium, z.B. einer Diskette, einer DVD, einer CD, einem ROM, einem PROM, einem EPROM, einem EEPROM oder einem FLASH-Speicher, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem so zusammenwirken oder zusammenwirken können, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Einige erfindungsgemäße Ausführungsformen bestehen aus einem Datenträger mit elektronisch lesbaren Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Rechnersystem so zusammenwirken (können), dass eines der hier beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere sind die elektronisch lesbaren Steuersignale zum Erfassen von Zeitstempeln eines Signales ausgebildet.
Im Allgemeinen können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert werden, wobei der Programmcode zur Durchführung einer der Methoden wirksam ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Der Programmcode kann z.B. auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert werden.
Andere Ausführungsformen umfassen das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherte Computerprogramm zur Durchführung einer der hier beschriebenen Methoden.
Mit anderen Worten, eine Verkörperung der erfinderischen Methode ist daher ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung einer der hier beschriebenen Methoden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.
Eine weitere Verkörperung des erfinderischen Verfahrens ist daher ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), der das Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren enthält und darauf aufgezeichnet ist.
Eine weitere Verkörperung des erfinderischen Verfahrens ist daher ein Datenstrom oder eine Folge von Signalen, die das Computerprogramm zur Durchführung eines der hier beschriebenen Verfahren darstellen. Der Datenstrom oder die Signalfolge kann z.B. so konfiguriert sein, dass er oder sie über eine Datenkommunikationsverbindung, z.B. über das Internet, übertragen werden kann.
Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Verarbeitungsmittel, z.B. einen Computer oder eine programmierbare Logikvorrichtung, die so konfiguriert oder angepasst ist, dass sie eine der hier beschriebenen Methoden ausführt.
Eine weitere Verkörperung umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zur Durchführung einer der hier beschriebenen Methoden installiert ist.
In einigen Ausführungsformen kann ein programmierbares Logikbauelement (z.B. ein feldprogrammierbares Gate-Array) verwendet werden, um einige oder alle Funktionalitäten der hier beschriebenen Methoden auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann ein feldprogrammierbares Gate-Array mit einem Mikroprozessor zusammenarbeiten, um eine der hier beschriebenen Methoden durchzuführen. Im Allgemeinen werden die Methoden vorzugsweise von einer beliebigen Hardwarevorrichtung ausgeführt.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden technischen Lehre. Es versteht sich von selbst, dass Änderungen und Variationen der Anordnungen und der hier beschriebenen Einzelheiten für andere Fachkräfte offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, nur durch den Umfang der bevorstehenden Patentansprüche begrenzt zu sein und nicht durch die spezifischen Details, die durch die Beschreibung und Erklärung der hier beschriebenen Ausführungsformen präsentiert werden.
Literaturverzeichnis

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[2] R. A. Saeed, S. Khatun, B.M. Ali und M. A. Khazani, Ultra-wideband (UWB) geolocation in NLOS multipath fading environments, In 13th IEEE International Conference on Networks zusammen mit der IEEE 7th Malaysia International Conf. on Communications, S. 6. Nov. 2005.
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[4] A. R. Jimenez Ruiz und F. Seco Granja, Comparing ubisense, bespoon, and decawave uwb location systems: Indoor performance analysis, In IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Bd. 66, Nr. 8, S. 2106-2117, Aug. 2017.
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[9] D. L. Adamy, EW102: A Second Course in Electronic Warfare, Boston, London: Artech House, Juli 2004.

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

WO 2015176776 A1 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. F. M. Gerrits, J. R. Farserotu und J. R. Long, Multipath behavior of FM-UWB signals, In IEEE International Conference on Ultra-Wideband, S. 162-167, Sept. 2007 [0060]
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D. Dardari, N. Decarli, A. Guerra und F. Guidi, The future of ultrawide-band localization in RFID, In IEEE International Conference on RFID, S. 1-7, Mai 2016 [0060]
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M. Haluza und J. Vesely, Analysis of signals from the DecaWave TREK1000 wideband positioning system using AKRS system, In International Conference on Military Technologies (ICMT), S. 424-429, Juni 2017 [0060]
I. Dotlic, A. Connell, H. Ma, J. Clancy und M. McLaughlin, Angle Arrival estimation using decawave dw1000 integrated circuits. In 2017 14^th Workshop on Positioning, Navigation and Communications (WPNC), S. 1-6, Okt. 2017 [0060]
D. L. Adamy, EW102: A Second Course in Electronic Warfare, Boston, London: Artech House, Juli 2004 [0060]

Claims

Anordnung zur Bestimmung einer Wegstrecke (L') eines Empfängers (20) zu einem Reflexionspunkt (B) einer reflektierten elektromagnetischen Wellen (110) mit einem Ultra Wide Band (UWB) System, bei welchem eine Kanal Impuls Antwort (CIR) auslesbar ist, wobei das UWB System umfasst: einen Sender (10) zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle (100), einen Empfänger (20) zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle (100), wobei der Empfänger dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle (100) direkt vom Sender (10) zu empfangen, und dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Welle (100) als reflektierte elektromagnetische Welle (110) zu empfangen, wobei das UWB System dazu ausgebildet ist, die Kanal Impuls Antwort (CIR) auszulesen und aus der Kanal Impuls Antwort (CIR) einen Einfallswinkel (α, β) der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) zu bestimmen, und eine Phasendifferenz (Δφ) zwischen der direkt vom Sender (10) empfangenen elektromagnetischen Welle (100) und der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) zu bestimmen, und einen Laufzeitunterschied zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle (100) und der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) basierend auf der Phasendifferenz (Δφ) zu bestimmen, um basierend auf den Phasendifferenz (Δφ) die Wegstrecke (L') des Empfängers (10) zu dem Reflexionspunkt (B) der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) zu bestimmen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das UWB System dazu ausgebildet ist, einer empfangenen elektromagnetischen Welle (100, 110) einem Zeitstempel zuzuordnen, mit welchem eine Information über eine zurückgelegte Wegstrecke (L', L, x) der empfangenen elektromagnetischen Welle (100, 110) ermittelbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kanal Impuls Antwort (CIR) Informationen zu der direkt vom Sender empfangenen elektromagnetische Welle (100) und zu der empfangenen reflektierten elektromagnetischen Welle (110) umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Empfänger (20) dazu ausgebildet ist, eine Anzahl an Phasendifferenzen (Δφ_i) in Abhängigkeit einer Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen λ_i zu bestimmen, insbesondere um die Phasendifferenz (Δφ) eindeutig zu bestimmen, wobei der Index t eine natürliche Zahl ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das UWB System dazu ausgebildet ist, eine Distanzmessung zwischen dem Sender (10) und dem Empfänger (20) mittels Zwei-Wege-Messung (TWR) durchzuführen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sender (10) zum omni-direktionalen oder bi-direktionalen oder unidirektionalen Aussenden der elektromagnetischen Welle (100) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sender (10) zum Aussenden elektromagnetischer Wellen (100) unterschiedlicher Wellenlängen λ_i ausgebildet ist.
Verfahren zum Bestimmen einer Wegstrecke (Z/) eines Empfängers (10) zu einem Reflexionspunkt (B) einer reflektierten elektromagnetischen Wellen (110) mit einem Ultra Wide Band (UWB) System, wobei das Verfahren (400) umfasst: Aussenden einer elektromagnetischen Welle (100) mittels eines Senders (10), Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle (100, 110) mit einem Empfänger (20), wobei die ausgesendete elektromagnetische Welle (100) direkt vom Sender (10) empfangen wird, und wobei die ausgesendete elektromagnetische Welle (100) als reflektierte elektromagnetische Welle (110) vom Empfänger (20) empfangen wird, Auslesen einer Kanal Impuls Antwort (CIR), Bestimmen eines Einfallswinkels (α, β) der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) aus der Kanal Impuls Antwort (CIR), und Bestimmen einer Phasendifferenz (Δφ) zwischen der direkt vom Sender (10) empfangenen elektromagnetischen Welle (100) und der reflektierten elektromagnetischen Welle (110), und Bestimmen eines Laufzeitunterschieds zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Welle (100) und der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) basierend auf der Phasendifferenz (Δφ), um basierend auf der Phasendifferenz (Δφ) die Wegstrecke (L') des Empfängers (20) zu dem Reflexionspunkt (B) der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei zum Ausführen des Verfahrens eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Distanzmessung zwischen dem Sender (10) und dem Empfänger (20) mittels Zwei-Wege-Messung (TWR) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, welches ein Bestimmen einer Anzahl an Phasendifferenzen (Δφ_i) in Abhängigkeit einer Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen λ_i umfasst, um die Phasendifferenz (Δφ) der reflektierten elektromagnetischen Welle (110) eindeutig zu bestimmen, wobei der Index i eine natürliche Zahl ist.
Computerprogramcode, welcher ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ausführt, wenn der Computerprogramcode auf einem Programcode ausführbaren Medium ausgeführt wird.