DE10252934A1 - Method for continuous real-time tracking of the position of at least one mobile object and associated transmitters and receivers - Google Patents

Method for continuous real-time tracking of the position of at least one mobile object and associated transmitters and receivers Download PDF

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Günter Hofmann
Ernst Eberlein
Stefan Koehler
Thomas von der Grün
Marco Dr. Breilina
Reiner Retkowski
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Abstract

Ein Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitverfolgung der Position von wenigstens einem mobilen Objekt in einem dEfinierten mehrdimensionalen Raum weist wenigstens ein mobiles Sendermodul auf, das an wenigstens einem mobilen Objekt angebracht wird und dessen Signale von einem stationären Empfänger- und Signalverarbeitungsnetzwerk empfangen und zentral verarbeitet werden. Die vom Sendermodul emittierten Signale sind elektromagnetische, in einem Frequenzbandbereich im Zeitmultiplexverfahren ausgesandte Wellen. Dadurch, dass das Frequenzband als ein einziger Kanal zur Maximierung der Ortungsgenauigkeit genutzt wird und dass die Kommunikation zwischen Sendern (Sp, Sb) und Empfängern (E¶1¶, ..., E¶n¶) auf dem Prinzip des pseudo-zufälligeN Zeitmultiplex mit sendebursts von niedriger Kreuzkorrelation mit nicht synchronisierten PseudozufallSmustern basiert, wird ein Verfahren mit sehr hoher Ortsauflösung und einer zeitlichen Auflösung von wenigen Millisekunden für eine kontinuierliche Verfolgung der Position eines oder mehrerer mobiler Objekte zu jeder Zeit und an jedem Ort geschaffen. Ferner sollen zugehörige Sender und Empfänger zur Verfügung gestellt werden.A method for continuously real-time tracking of the position of at least one mobile object in a defined multidimensional space has at least one mobile transmitter module, which is attached to at least one mobile object and whose signals are received by a stationary receiver and signal processing network and processed centrally. The signals emitted by the transmitter module are electromagnetic waves that are emitted in a frequency band area using time division multiplexing. The fact that the frequency band is used as a single channel to maximize the location accuracy and that the communication between transmitters (Sp, Sb) and receivers (E¶1¶, ..., E¶n¶) is based on the principle of pseudo-randomN Based on time multiplexing with low cross-correlation send bursts with unsynchronized pseudo-random patterns, a method with very high spatial resolution and a temporal resolution of a few milliseconds is created for continuous tracking of the position of one or more mobile objects at any time and at any location. Associated transmitters and receivers are also to be made available.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitvertolgung der Position von wenigstens einem mobilen Objekt in einem definierten mehrdimensionalen Raum nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie zugehörige Sender und Empfänger zur Verwendung in diesem Verfahren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 19 bzw. 21.The invention relates to methods for continuous real-time tracking of the position of at least a mobile object in a defined multi-dimensional space according to the preamble of claim 1 and associated transmitter and receiver for Use in this method according to the preamble of claims 19 or 21st

Seit geraumer Zeit besteht bei unterschiedlichen Interessengruppen das Anliegen, bewegte Objekte bzw. Personen in Ihrem Bewegungsablauf studieren bzw. diesen nachvollziehen zu können, was die exakte Angabe der Position des Objekts örtlich und zeitlich voraussetzt. Von besonderem Interesse sind hierbei unter anderem Spielbälle insbesondere in kommerzialisierten Sportarten, wie z.B. die im dreidimensionalen Raum hoch beschleunigten Fußbälle ebenso wie Tennis- oder Golfbälle. Die Fragestellung, wer das bespielte Objekt zuletzt berührt hat, wie es getroffen wurde und in welche Richtung es weiterbeschleunigt wurde, kann dabei abhängig von der Spielart für den Ausgang des Spiels entscheidend sein. Spielgeräte, die im Hochleistungssport eingesetzt werden wie z.B. Tennisbälle, Golfbälle, Fußbälle und dergleichen, lassen sich dabei inzwischen auf extrem hohe Geschwindigkeiten beschleunigen, so dass die Erfassung des Objekts während der Bewegung eine sehr differenzierte Technologie erfordert. Die bislang eingesetzten technischen Mittel – vonnriegend Kameras – genügen den oben dargestellten Erfordernissen nicht oder nur ungenügend; auch die bislang bekannten Verfahren zur Positionsbestimmung mittels unterschiedlicher Sender- und Empfängerkombinationen lassen noch einen großen Spielraum bezüglich der räumlichen Auflösung der Positionsangaben, bezüglich der Handhabbarkeit der benötigten Sender/Empfängerkomponenten und vor allem bezüglich der Auswertung der mittels Sender/Empfängersystem erhaltenen Daten, so dass eine schnellstmögliche Bewertung der aus diesen Daten erhaltenen Ergebnisse noch nicht möglich ist.For quite some time there have been different Interest groups the concern, moving objects or people in To be able to study your movements and understand what they are doing exact specification of the position of the object, assuming location and time. Of particular interest here are, among other things, game balls in particular in commercialized sports such as the three-dimensional Space highly accelerated soccer balls as well like tennis or golf balls. The question of who last touched the recorded object how it was hit and in which direction it continues to accelerate was dependent on it of the game type for the outcome of the game will be crucial. Playground equipment that used in high-performance sports such as Tennis balls, golf balls, soccer balls and the like can now be done at extremely high speeds accelerate so that the capture of the object during the Movement requires a very differentiated technology. The so far The technical means used - mostly cameras - are sufficient requirements described above not or only insufficiently; also the previously known methods for determining the position by means of different transmitter and receiver combinations leave a big one Scope regarding the spatial resolution the position information, regarding the manageability of the required Transmitter / receiver components and especially regarding the evaluation of the data obtained by means of the transmitter / receiver system, so as quick as possible Not yet evaluating the results obtained from this data possible is.

Als Navigations- oder Ortungssysteme sind bisher nachstehend genannte Technologien bekannt, die jedoch für die genannten Anwendungsbereiche nicht geeignet sind, da sie sich entweder für eine reflexions- und dämpfungsbehaftete Umgebung nicht eignen oder die Angabe der Position abhängig von den Empfangsbedingungen nicht genau genug für die genannten Anwendungen angegeben werden kann.As navigation or location systems The technologies mentioned below are known so far, however for the mentioned application areas are not suitable because they are either for one reflection and attenuation Not suitable or the indication of the position depending on the Reception conditions are not precise enough for the applications mentioned can be specified.

Es gehören hierzu:

  • – GPS ähnliche Systeme: Ein mobiler Empfänger empfängt gleichzeitig die Signale von mindestens 3 Sendern; aus den Differenzen der "Time-of-Arrival" (TOA) kann der Empfänger seine Position bestimmen. Für den o.g. genannten Anwendungsfall müsste jeder Empfänger mit einem Transmitter ausgerüstet werden, der fortlaufend die Position an einen Zentralrechner überträgt. Dazu wird die vollständige Navigationsberechnung in den mobilen Transceiver Modulen durchgeführt, was einer komplexen Signalverarbeitung mit hoher Rechenleistung und größtem Speicherbedarf entspricht. Ein solches System ist in US-A 5,438,518 offenbart. Um eine erhöhte Positionsgenauigkeit zu gewährleisten werden dazu Signalmerkmale über das zu betrachtende Feld digital zentral gespeichert und die Signalcharakteristik der empfangenen Signals mit den gespeicherten Informationen korreliert. Nachteilig ist hier die erhebliche und wohl kaum durchführbare Miniaturisierbarkeit des Systems. (s.a. DE 100 53 959 A1 , WO 02/037134 A)
  • – Radarsysteme: Laufzeitmessung mit (aktiven) Transpondern bzw. Tags. Ein Sender am Rand des Spielfeldes sendet einen Impuls aus, der vom bewegten Objekt empfangen wird und der nach einer bestimmten Zeit ein Echo zurückwirft. Aus der Gesamtlaufzeit des Signals kann dann der Abstand zwischen Sender und bewegtem Objekt bestimmt werden. Siehe hierzu US-A 4,660,039 . Die gleichzeitige Verfolgung mit hoher Zeitauflösung von vielen Objekten ist mit dieser Technologie sehr schwierig.
  • – Richtantennen: Die bewegten Objekte werden über Antennen mit sehr hohen Richtwirkungen verfolgt, wobei sie Signale aussenden, die auf die Empfangsantennen ausgerichtet sind. Wenn mindestens zwei Antennen verwendet werden, kann über die Winkel der Antennenausrichtung die Position bestimmt werden. Dieses Prinzip ist in US-A 5,513,854 für die Ortung von Athleten auf einem Spielfeld beschrieben. Das US-A 5,583,517 beschreibt ein auf dem selben Prinzip basierendes System, wobei der mobile Transmitter das Signal auf viele unterschiedliche Träger spreizt, die resultierenden Signale werden im Empfänger rekombiniert, um resistent gegenüber Mehrwegausbreitung zu sein. Nachteilig ist, dass eine geeignete Auflösung nur dann erzielt wird, wenn extrem hohe Frequenzen (→ Licht) verwendet werden.
  • – Optische Systeme: Die Objekte werden über mehrere Kameras verfolgt. Die Verfolgung selber kann automatisch über Bildverarbeitung (Mustererkennung) oder über elektromagnetische Technologie (Magnetische Sensoren) erfolgen. Über die Bildauswertung kann die Position errechnet werden. Problem: Optische Systeme können nur die Position bestimmen, wenn die Objekte nicht durch Hindernisse verdeckt sind. Die Ortung kann derzeit auch nicht automatisch und online ausgewertet werden.
  • – Feldstärke-Messungen anhand von Barken o.a.: Auf dem Spielfeld sind sehr viele Empfänger (oder Sender) verteilt ("Barken"). Die Feldstärke des Signals entspricht dem Abstand zwischen den Barken und dem bewegten Objekt. Aus den Feldstärken kann dann die Position berechnet werden. Nachteilig ist, dass für eine hohe Auflösung sehr viele Barken installiert werden müssen.
  • – Aus der DE 100 54 282 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position, Orientierung und/oder Verformung eines Objektes bekannt, bei dem ein oder mehrere Signalgeber am Objekt angeordnet sind, die elektromagnetische Signale aussenden. Die Ansteuerung der Signalgeber ist derart gestaltet, dass die einzelnen Signale voneinander unterscheidbar sind. Sie werden auf wenigstens einen zweidimensional auflösenden Lagedetektor (PSD) projiziert, dort in zweidimensionale Lagekoordinaten umgewandelt und dann in Informationen zu Position, Orientierung und/oder Verformung des Objekts überführt. Das System ist recht aufwändig und arbeitet im Wesentlichen dennoch nur zweidimensional.
This includes:
  • - GPS-like systems: A mobile receiver receives the signals from at least 3 transmitters simultaneously; the recipient can determine his position from the differences of the "time-of-arrival" (TOA). For the above-mentioned application, each receiver would have to be equipped with a transmitter that continuously transmits the position to a central computer. For this purpose, the complete navigation calculation is carried out in the mobile transceiver modules, which corresponds to complex signal processing with high computing power and the greatest memory requirement. Such a system is in US-A 5,438,518 disclosed. In order to ensure increased positional accuracy, signal characteristics are stored digitally centrally over the field to be considered and the signal characteristics of the received signal are correlated with the stored information. The disadvantage here is the considerable and hardly practicable miniaturization of the system. (Sat. DE 100 53 959 A1 , WO 02/037134 A)
  • - Radar systems: transit time measurement with (active) transponders or tags. A transmitter on the edge of the field emits a pulse that is received by the moving object and that echoes back after a certain time. The distance between the transmitter and the moving object can then be determined from the total duration of the signal. See also US-A 4,660,039 , The simultaneous tracking with high time resolution of many objects is very difficult with this technology.
  • - Directional antennas: The moving objects are tracked via antennas with very high directional effects, whereby they emit signals that are aimed at the receiving antennas. If at least two antennas are used, the position can be determined via the angles of the antenna alignment. This principle is in US-A 5,513,854 described for the location of athletes on a field. The US-A 5,583,517 describes a system based on the same principle, the mobile transmitter spreading the signal on many different carriers, the resulting signals are recombined in the receiver in order to be resistant to multipath propagation. The disadvantage is that a suitable resolution is only achieved if extremely high frequencies (→ light) are used.
  • - Optical systems: The objects are tracked using several cameras. The tracking itself can take place automatically via image processing (pattern recognition) or via electromagnetic technology (magnetic sensors). The position can be calculated using the image evaluation. Problem: Optical systems can only determine the position if the objects are not covered by obstacles. The location cannot currently be evaluated automatically and online.
  • - Field strength measurements using barks or the like: A large number of receivers (or transmitters) are distributed on the playing field ("barks"). The field strength of the signal corresponds to the distance between the bars and the moving object. The position can then be calculated from the field strengths. The disadvantage is that a lot of barks have to be installed for a high resolution.
  • - From the DE 100 54 282 A1 A method and a device for determining the position, orientation and / or deformation of an object are known, in which one or more signal transmitters are arranged on the object and emit electromagnetic signals. The control of the signal transmitters is designed in such a way that the individual signals can be distinguished from one another. They are projected onto at least one two-dimensional resolving position detector (PSD), converted there into two-dimensional position coordinates and then converted into information on the position, orientation and / or deformation of the object. The system is quite complex and essentially only works two-dimensionally.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitverfolgung der Position von wenigstens einem mobilen Objekt in einem definierten dreidimensionalen Raum mit sehr hoher Ortsauflösung und einer zeitlichen Auflösung von wenigen Millisekunden zu einer kontinuierlichen Verfolgung der Position eines oder mehrerer mobiler Objekte und/oder Personen zu jeder Zeit und an jedem Ort zu schaffen. Ferner sollen zugehörige Sender und Empfänger zur Verfügung gestellt werden.The invention is based on the object Basically, a method for continuous real-time tracking of the Position of at least one mobile object in a defined one three - dimensional space with a very high spatial resolution and a temporal resolution of a few milliseconds for continuous tracking of the position one or more mobile objects and / or people at any time and create anywhere. Associated transmitters are also intended and receiver to disposal be put.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitverfolgung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie zugehörige Sender und Empfänger mit den Merkmalen der Ansprüche 19 bzw. 21 gelöst.This task is accomplished through a process for continuous real-time tracking with the features of the claim 1 and related Sender and receiver with the features of the claims 19 and 21 solved.

Die Nutzung des Frequenzbandes als einziger Kanal ermöglicht eine höhere Übertragungsrate und damit Abtastrate zur Erhöhung der Ortsauflösung und zeitlichen Auflösung, die erforderlich ist, um auch Objekte mit Geschwindigkeiten von z.B. bis zu 150 km/h zu erfassen. Dennoch sollen die Komponenten des in der Endung enthaltenen Systems robust, kompakt und geschickt handhabbar, von möglichst geringer Größe und außerdem widerstandsfähig gegen mechanische z.B. Stöße oder chemische Belastung wie z.B. auch Körperschweiß sein. Ein Ziel ist auch, diese Komponente in einem Ball zu integrieren. Um dies zu erreichen, erfolgt die Kommunikation zwischen Sendern und Empfängern (E1,...,En) auf dem Prinzip des pseudo-zufälligem Zeitmultiplex mit Sendebursts (B) von niedriger Kreuzkonelation mit nicht synchronisierten Pseudozufallsmustern. Insbesondere die nicht synchronisierte Kommunikation erlaubt einen robusteren Aufbau insbesondere der am stärksten belasteten Sender. Das zufällige Zeitmultiplex und die Zufallsmuster erhöhen in ihrer Kombination deutlich die Ortungsgenauigkeit zur Vermeidung der Mehrwegübertragung. Werden aber mehrere Sender, z.B. bei einem Fußballspiel etwa 100 Sender erforderlich, um Spieler und Ball zu erfassen, lassen sich die dann anfallenden Datenmengen nur auf diesem Wege mit der entsprechenden Genauigkeit erfassen und übertragen.The use of the frequency band as the only channel enables a higher transmission rate and thus sampling rate to increase the spatial resolution and temporal resolution, which is required to also detect objects at speeds of up to 150 km / h, for example. Nevertheless, the components of the system contained in the ending should be robust, compact and cleverly manageable, as small as possible and also resistant to mechanical impacts or chemical loads such as body sweat. Another goal is to integrate this component in a ball. To achieve this, communication between transmitters and receivers (E 1 , ..., E n ) takes place on the principle of pseudo-random time division multiplexing with transmission bursts (B) of low cross-correlation with non-synchronized pseudo random patterns. In particular, the non-synchronized communication allows a more robust structure, especially for the most heavily used transmitters. The random time multiplex and the random patterns in their combination significantly increase the location accuracy to avoid reusable transmission. However, if several transmitters are required, for example in a soccer game, about 100 transmitters to record the player and the ball, the amount of data that then arises can only be recorded and transmitted with the appropriate accuracy.

Es handelt sich damit um ein drahtloses funkbasiertes System, das aus mobilen Sender-Modulen besteht, die an den mobilen Objekten des zu analysierenden Systems angebracht werden und deren Signale von einem festen Empfänger- und Signalverarbeitungsnetzwerk empfangen und zentral verarbeitet werden.It is therefore a wireless radio-based System consisting of mobile transmitter modules exists on the mobile objects of the system to be analyzed be attached and their signals from a fixed receiver and Signal processing network received and processed centrally.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass die Kommunikation zwischen Sendern und Empfängern über den Mechanismus des pseudo-zufälligen Zeitmultiplex mit Sendebursts niedriger Kreuzkorrelation mit nicht synchronisierten Pseudozufallsmustern realisiert wird, die z.B. als eine Kombination der Zugriffsmechanismen Zeitmultiplex und Codemultiplex verstanden werden kann (Anspruch 10). Beim Zeitmultiplex (TDMA) (s.a. US-A 6,204,813 ) senden die Sender der bewegten Objekte im Zeitmultiplex, so dass jeder Sender auch einen Empfänger enthalten muss, der dem Sender einen Synchronisationsimpuls zur Verfügung stellt, von dem dann der Zeitpunkt des Sendebursts abgeleitet wird. Beim Codemultiplex (CDMA) werden für die Sender orthogonale Spreizsequenzen verwendet, so dass die Sender nicht synchronisiert werden müssen. Bei unterschiedlich entfernten Sendern wird jedoch das Signal des weiter entfernten Senders durch das des näheren überdeckt.It is particularly important here that the communication between transmitters and receivers is realized via the mechanism of the pseudo-random time multiplex with transmission bursts of low cross-correlation with non-synchronized pseudo random patterns, which can be understood, for example, as a combination of the access mechanisms time division multiplex and code division multiplex (claim 10). With time division multiplexing (TDMA) (sa US-A 6,204,813 ) send the transmitters of the moving objects in time division multiplex, so that each transmitter must also contain a receiver that provides the transmitter with a synchronization pulse, from which the time of the transmission burst is then derived. In code division multiplexing (CDMA), orthogonal spreading sequences are used for the transmitters, so that the transmitters do not have to be synchronized. In the case of transmitters at different distances, however, the signal from the more distant transmitter is covered by that of the closer transmitter.

Die Anwendung nicht synchronisierter Pseudozufallsmuster vereinfacht die Gestaltung der Sender, da ein Empfänger für das Aufnehmen eines Synchronimpuls nicht benötigt wird. Allerdings ergibt sich durch das Unterlassen der Synchronisierung eine Verschiebung der Zufallsmuster gegeneinander, was das Einhalten der Bedingung erschwert, dass möglichst wenige Sender zeitgleich aktiv sein sollen; d. h. das Auffinden geeigneter Zufallsfolgen wird erschwert. Dieses Problem wird jedoch gelöst durch die Verwendung von Sequenzen mit niedriger Kreuzkorrelation, welche die Trennung der Signale durch die Erkennungssequenz des Senders ermöglichen, die einem gewissen Teil des Sendebursts entspricht, falls es tatsächlich vorkommt, dass mindestens zwei Sender gleichzeitig ein Signal absetzen. Durch die hohe Impulsrate kann das System ohne weiteres auf einzelne Werte verzichten, wenn diese nicht detektiert werden können..The application is not synchronized Pseudo random pattern simplifies the design of the transmitters, since one receiver for the Recording a sync pulse is not needed. However results a shift by failing to synchronize the random pattern against each other, which is compliance with the condition complicates that if possible few transmitters should be active at the same time; d. H. finding suitable random sequences are made more difficult. However, this problem will solved by using sequences with low cross correlation, which the separation of the signals by the recognition sequence of the Enable sender which corresponds to a certain part of the transmission burst, if it actually occurs, that at least two transmitters send a signal at the same time. By the system can easily adjust the high pulse rate to individual values waive if these cannot be detected ..

Die Genauigkeit kann weiter erhöht werden, wenn eine Synchronisation der Pseudozufallsmuster über ein Empfangsmodul im Sender nach Anspruch 14 integriert wird, um bei vielen Sendern die Wahrscheinlichkeit der Überlagerung zu reduzieren.The accuracy can be further increased if a synchronization of the pseudo random patterns via a receiving module in the transmitter is integrated according to claim 14, the probability with many transmitters the overlay to reduce.

Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 15 werden sämtliche Senderempfangsdaten erfasst und gespeichert. Aufgrund der gespeicherten Daten ist damit bedarfsweise auch eine Nachbearbeitung möglich, um gegebenenfalls genauere Algorithmen entsprechend auf bestimmte z.B. entscheidungserhebliche Situationen anzuwenden.In an embodiment according to claim 15, all transmitter reception data are recorded and stored. Because of the stored data This means that post-processing is also possible, if necessary, in order to apply more precise algorithms to certain situations that are relevant to the decision, for example.

Weitere Vorteile ergeben sich aus dem UnteransprüchenThere are further advantages the subclaims

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below the attached Figures closer explained. Show it:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Spielfeld mit Empfängern und Sendern, 1 a schematic plan view of a playing field with receivers and transmitters,

2 den Suchbereich für die Abtastung eines Sendebursts, 2 the search area for scanning a transmission burst,

3 ein Empfängernetzwerk, 3 a receiver network,

4 eine Sendereihenfolge verschiedener Sender, 4 a broadcast order of different broadcasters,

5 eine Darstellung der Anordnung der Empfänger, 5 a representation of the arrangement of the recipients,

6 die die Sender und Empfänger verknüpfenden Netzwerke, 6 the networks connecting the senders and receivers,

7 eine schematische Darstellung der Sendebursterzeugung, 7 a schematic representation of the transmission burst generation,

8 eine schematische Darstellung eines Empfängers. 8th a schematic representation of a receiver.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispieledescription preferred embodiments

In den Figuren wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitverfolgung der Position von wenigstens einem mobilen Objekt in einem definierten mehrdimensionalen, hier dreidimensionalen Raum erläutert. Als mobiles Objekt sind in 1 ein Spielobjekt, hier ein Fußball, gekennzeichnet durch seinen Sender Sb, sowie ein Spieler, gekennzeichnet durch seinen Sender Sp, dargestellt. Wenngleich im Folgenden das Verfahren anhand eines Fußballs und der Spieler eines Fußballspiels als mobile Objekte erläutert wird, so ist darauf hinzuweisen, dass gleichwohl auch andere Anwendungsgebiete denkbar sind, in denen es um die Erfassung sich bewegender Objekte mit hoher Ortungsgenauigkeit und zeitlicher Auflösung, also um die Erfassung hoch dynamische Bewegungsabläufe geht. Eine Beschränkung auf den Einsatzbereich im Sport erfolgt durch die folgende Erläuterung nicht.In the figures, a method for continuous real-time tracking of the position of at least one mobile object in a defined multidimensional, here three-dimensional space is explained. As a mobile object are in 1 a game object, here a soccer ball, identified by its transmitter Sb, and a player, identified by its transmitter Sp. Although in the following the method is explained on the basis of a football and the players of a soccer game as mobile objects, it should be pointed out that other areas of application are also conceivable in which it is concerned with the detection of moving objects with high positioning accuracy and temporal resolution, that is to say the acquisition of highly dynamic motion sequences goes. The following explanation does not limit the area of use in sports.

Das wenigstens eine mobile Objekt kann zunächst einmal der Sender Sb im Fußball sein, wenn es allein darum geht, die Bewegung des Fußballs zu erfassen. Zur Auswertung von Spielabläufen oder zu Studien der Spielerbewegung ist es jedoch auch sinnvoll, wenn ergänzend die Spieler selbst zu mobilen Objekten werden, bei denen z.B. in den Schienbeinschonern Sender Sp angeordnet sind, um die Bewegung und Bewegungsrichtung der Spieler erfassen zu können. Damit liegen unmittelbar statistisch auswertbare Daten z.B. über Laufwege der Spieler oder Geschwindigkeit von Spieler und Ball vor. Es lässt sich z.B. berechnen, wie dicht der Ball das Tor verfehlt hat. Auf der Basis dieser Daten lassen sich sogar neue Videospielformen entwickeln. Ferner ergeben sich Hilfestellungen zur Optimierung von Spieltaktiken und Trainingskonzepten. Da die Daten auch spielerspezifisch vorliegen können objektive Leistungsdatenbanken oder ein persönliches Trainingskonzept erstellt werden. Aber auch das Spielgerät kann bezüglich seiner Eigenschaften näher betrachtet und optimiert werden.The at least one mobile object can initially once the broadcaster Sb in football when it’s all about capturing the movement of football. To evaluate game sequences or for studies of the player movement, it also makes sense if additional the players themselves become mobile objects in which e.g. in the shin guards transmitter Sp are arranged to the movement and the direction of movement of the players. With that lie immediately statistically evaluable data e.g. via player routes or Speed of player and ball ahead. For example, calculate how tightly the ball missed the goal. Based on this data new forms of video games can even be developed. Also revealed help to optimize game tactics and training concepts. Since the data can also be player-specific, objective performance databases or a personal training concept to be created. But the game device can also in terms of its properties considered in more detail and be optimized.

Dies hat zur Konsequenz, dass ein umfangreiches Netzwerk erforderlich ist, dass z.B. aus 8 Empfängern E, E1–En besteht und die Laufzeitdaten von bis zu 100 Sendern S, Sb, Sp, S1- S6 umfasst. Ferner sind Referenzsender R1 bis Rn erforderlich, um z.B. die Infrastruktur zu kalibrieren. Da sich das mobile Objekt, hier z.B. der Fußball, mit Geschwindigkeiten bis zu 150 km/h bewegen kann, ist zumindest für den Ballsender eine hohe Wiederholrate eines Sendeburst von 0,5 ms erforderlich, was bei einer Bewegung des Falls mit 150 km/h einer Ortsauflösung von 2 cm entspricht. Dieser Sendeburst enthält sämtliche für die Identifikation und Ortung des Senders erforderlichen Daten, worauf noch eingegangen wird. Das System wird damit bei hoher Genauigkeit echtzeitfähig, so dass eine kontinuierliche, zeitnahe Datenlieferung z.B. zur Unterstützung des Schiedsrichters und für Fernsehbilder erst möglich wird. Die endgültige Entscheidung bleibt aber dem Schiedsrichter überlassen.The consequence of this is that an extensive network is required, for example consisting of 8 receivers E, E 1 -E n and comprising the runtime data of up to 100 transmitters S, Sb, Sp, S1-S6. Reference transmitters R 1 to R n are also required, for example to calibrate the infrastructure. Since the mobile object, here, for example, football, can move at speeds of up to 150 km / h, a high repetition rate of a transmission burst of 0.5 ms is required, at least for the ball transmitter, which is the case with a movement of the case at 150 km / h corresponds to a spatial resolution of 2 cm. This transmission burst contains all the data necessary for the identification and location of the transmitter, which will be discussed in more detail. The system becomes real-time capable with high accuracy, so that a continuous, timely delivery of data, for example to support the referee and for television pictures, is only possible. The final decision is left to the referee.

Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Daten im Frequenzbandbereich von 2,4 GHz, wobei vorzugsweise die Bandbreite von 80 MHz als einziger Kanal zur Maximierung der Ortungsgenauigkeit genutzt wird. Hierzu wird an dem mobilen Objekt ein mobiles Sendermodul angebracht, dessen Signale von einem stationären Empfänger- und Signalverarbeitungsnetzwerk empfangen und zentral verarbeitet werden. Die von dem Sendemodul emittierten Signale sind elektromagnetische, im Zeitmultiplexverfahren ausgesandte Wellen. Zur Erhöhung der Übertragungsmöglichkeiten und der Ortungsgenauigkeit erfolgt die Kommunikation zwischen Sendern S, Sp, Sb und Empfängern E1–En auf dem Prinzip des pseudo-zufälligen Zeitmultiplex mit Sendebursts B von niedriger Kreuzkorrelation mit nichtsynchronisierten Pseudozufallsmustern. Die Ortungsgenauigkeit kann auch dadurch verbessert werden, dass die relevanten Rohdaten gespeichert werden und angepasst in Navigationsalgorithmen eingesetzt werden. Durch die Speicherung ist es z.B. möglich, iterativ die Genauigkeit zu verbessern oder die Daten von besonderem Interesse, z.B. einem Torschuss mit aufwendigeren Algorithmen zu analysieren.The data is preferably transmitted in the frequency band range of 2.4 GHz, the bandwidth of 80 MHz preferably being used as the only channel to maximize the positioning accuracy. For this purpose, a mobile transmitter module is attached to the mobile object, the signals of which are received by a stationary receiver and signal processing network and processed centrally. The signals emitted by the transmitter module are electromagnetic waves that are transmitted in time-division multiplexing. To increase the transmission possibilities and the location accuracy, the communication between transmitters S, Sp, Sb and receivers E 1 -E n takes place on the principle of pseudo-random time multiplexing with transmission bursts B of low cross-correlation with unsynchronized pseudo-random patterns. The location accuracy can also be improved by storing the relevant raw data and using them in navigation algorithms. The storage makes it possible, for example, to iteratively improve the accuracy or to analyze the data of particular interest, for example a goal shot with more complex algorithms.

Um eine hohe Ortsauflösung entsprechend einer hohen Genauigkeit der Laufzeitmessung zu erhalten, wird ein Signal mit möglichst hoher Bandbreite verwendet. Da die verfügbare Bandbreite aber begrenzt ist, müssen sich die Sender das verfügbare Spektrum nach dem Codemultiplex- und Zeitmultiplex-Prinzip teilen. Da die Empfangszeit vorzugsweise nicht synchronisiert ist, senden die Sender zu zufälligen Zeitpunkten. Zufällige Überlagerungen werden in Kauf genommen, wie dies insbesondere 4 verdeutlicht. Gemäß Detail X senden die Sender S2, S3 gleichzeitig, während sie gemäß Detail Y zeitversetzt senden. Derartige Überlagerungen können mehrfach vorkommen, sind jedoch auf Grund der entsprechenden Abtastrate zugunsten der erhöhten Robustheit der Sender als auch ihres kompakten Aufbaus akzeptabel.In order to obtain a high spatial resolution corresponding to a high accuracy of the transit time measurement, a signal with the highest possible bandwidth is used. However, since the available bandwidth is limited, the transmitters have to share the available spectrum according to the code division multiplex and time division multiplex principle. Because the reception time is preferred is not synchronized, the transmitters transmit at random times. Random overlays are accepted, especially this 4 clarified. According to detail X, transmitters S2, S3 transmit simultaneously, while according to detail Y they transmit with a time delay. Such overlays can occur several times, but are acceptable due to the corresponding sampling rate in favor of the increased robustness of the transmitters and their compact design.

Jeder Sender sendet zu einem Sendezeitpunkt nur einen kurzen Sendeburst B, der von den Empfängern E1–En erfasst wird. Ortsfeste Referenzsender R1 bis Rn dienen als Positionsreferenzen zur Fehlerminimierung und zur Kalibrierung des Systems. Diese senden ebenso wie der wenigstens eine mobile Sender des beweglichen Objekts einen Identifizierungscode und Signale aus, die zur Ermittlung ihrer Laufzeit von Empfänger detektiert werden. Die Referenzsignale werden über eine Signalfrequenz SF2 von im Ausführungsbeispiel 250 MHz synchronisiert. Ferner sind die Empfänger gemäß 6 ebenfalls über eine Signalfrequenz SF1 von im Ausführungsbeispiel 25 MHz gemäß 6 miteinander synchronisiert. Die Empfänger, die damit gemäß 3 in einem Empfängernetzwerk 12 angeordnet sind, erhalten damit über die Taktleitung 13 eine erste Information, über die Leitung 14 eine Zeitmarke und über die Leitung 15 ihre Energieversorgung. Die auf Grund dieser Informationen erfassten Daten werden mit den detektierten Signalen über die Datenleitung 17 an den Datenport 16 einer Zentralrecheneinheit CPU übermittelt, so dass sich aus den ermittelten Signalen die Position des mobilen Objekts bestimmen lässt.Each transmitter sends only a short transmission burst B at a time of transmission, which is detected by the receivers E 1 -E n . Fixed reference transmitters R 1 to R n serve as position references for minimizing errors and for calibrating the system. Like the at least one mobile transmitter of the movable object, these transmit an identification code and signals which are detected by the receiver to determine their transit time. The reference signals are synchronized via a signal frequency SF2 of 250 MHz in the exemplary embodiment. Furthermore, the recipients are in accordance 6 likewise via a signal frequency SF1 of 25 MHz in accordance with the exemplary embodiment 6 synchronized with each other. The recipients, according to 3 in a receiver network 12 are thus obtained via the clock line 13 first information about the line 14 a timestamp and over the line 15 their energy supply. The data recorded on the basis of this information is transmitted with the detected signals via the data line 17 to the data port 16 transmitted to a central processing unit CPU, so that the position of the mobile object can be determined from the signals determined.

Es werden wenigstens vier Empfänger benötigt, um in einem dreidimensionalen Raum ein Objekt zu orten. Laufzeitdifferenzen werden an den jeweiligen Empfängern erfasst. Die geometrische Lösung der Positionsbestimmung lässt sich über die Lösung eines hyperbolischen Gleichungssystems bestimmen.At least four receivers are required to locate an object in a three-dimensional space. Time differences are sent to the respective recipients detected. The geometric solution of the Position determination leaves yourself about the solution of one determine the hyperbolic system of equations.

Die Referenzsignale werden über Kabel, vorzugsweise Glasfaserkabel verteilt. Die mobilen Sendermodule der Sender S, Sp, Sb emittieren zeitbegrenzte Sendesignale als Sendebursts B. Die Sendeburst B werden unter Anwendung nicht synchronisierter Pseudozufallsmuster gesendet, die eine Kombination der Zugriffsmechanismen Zeitmultiplex und Codemultiplex sind, um dadurch die vorhandene Bandbreite möglichst voll umfänglich zu nutzen. Zur Verringerung von Überlagerungen werden Pseudozufallsmuster verwendet, die vorzugsweise Primzahlenfolgen sind. Die kleineren Primzahlen werden dabei den sich schneller bewegenden Sendern, also im Ausführungsbeispiel dem Sender Sb im Ball zugeordnet, während die höheren Primzahlen den sich langsamer bewegenden Sendern Sp zugeordnet sind.The reference signals are preferably distributed fiber optic cables. The mobile transmitter modules of the Transmitters S, Sp, Sb emit time-limited transmission signals as transmission bursts B. The transmit burst B are not synchronized using Pseudo random patterns are sent using a combination of access mechanisms Time division multiplexing and code division multiplexing are used to reduce the available bandwidth preferably fully extensive to use. To reduce overlays pseudo-random patterns are used, which preferably follow prime numbers are. The smaller prime numbers become the faster moving ones Transmitters, so in the embodiment assigned to the transmitter Sb in the ball, while the higher prime numbers are slower moving transmitters Sp are assigned.

Die Trennung zweier zufällig gleichzeitig ankommender Signale erfolgt durch den Empfänger, der hierzu nicht erfasste Einzelwerte toleriert. Dies ist auf Grund der hohen Impulsrate möglich. Die nicht synchronisierten Sendebursts können ergänzend durch ein Empfangsmodul im den Sendern synchronisiert werden. Die am HF-Frontend empfangenen analogen Empfangssignale werden in einer Auswerteeinheit digitalisiert und die Empfangszeitpunkte der Signale vom jeweiligen Sender zur Referenzzeit bestimmt. Für die Aufarbeitung der empfangenen Signale, die Auftrennung des empfangenen Signals in mehrere Signalquellen (Unterscheidung der Sender) und die Charakterisierung für jedes Sendesignal des momentanen Bewegungsablaufs wird eine Software mit einer bestimmten Methodik verwendet, die über mehrere Algorithmen mit variablen Parametern verfügt. Diese werden interaktiv je nach Situation angepasst und kombiniert.The separation of two accidentally at the same time incoming signals are carried out by the receiver, which is not recorded for this purpose Individual values tolerated. This is possible due to the high pulse rate. The Unsynchronized transmission bursts can be supplemented by a receiving module in the transmitters are synchronized. The analog received on the HF front end Received signals are digitized in an evaluation unit and the reception times of the signals from the respective transmitter at the reference time certainly. For the processing of the received signals, the separation of the received Signals in several signal sources (differentiation of the transmitters) and the characterization for Every transmission signal of the current movement sequence becomes a software using a specific methodology that uses multiple algorithms variable parameters. These are adapted and combined interactively depending on the situation.

Zur Gewährung der Echtzeitübertragung verfügt der Sender und Empfänger über eine Hardware, mit der der Triggerzeitpunkt zur Datenaufzeichnung exakt erfasst werden kann. Ferner ist eine Auswerteeinheit mit einer digitalen Hardware zur Aufbereitung eines Synchronisationssignals vorgesehen, das über entsprechende Schnittstellen eingespeist wird.To grant real-time transmission has the transmitter and receiver via one Hardware with which the trigger time for data recording is exact can be recorded. Furthermore, an evaluation unit with a digital Hardware provided for processing a synchronization signal the corresponding one Interfaces is fed.

Bevor das System in seinen normalen Betriebsmodus übergeht, werden wichtige Daten in der Konfigurationsphase gewonnen. Dies ist zur Kalibrierung des Systems nötig, um z.B. die Laufzeit im Glasfasernetzwerk zu berücksichtigen. Hierbei wird auch ein Systemcheck durchgeführt, um evtl. Probleme in Teilen wie den Empfängern zu erkennen. Nach dieser Phase erfolgt die Synchronisation mittels der Korrelationsfunktion auf die Sender. Grundsätzlich senden die Sender zeitlich äquidistante Datenpakete, so dass eine Zuordnung möglich ist. Die Synchronisationsroutine muss für den jeweiligen Sender also einmal ein Datenpaket „gefunden" haben und kann dann den nächsten Sendezeitpunkt mit einer bestimmten Genauigkeit vorhersagen, da das Sendemuster ja bekannt ist. Dementsprechend wird die Triggerlogik angesteuert, um die digitalisierten Daten im Speicher wieder finden zu können. Anhand der Position im Speicher und der in der Korrelationsroutine ermittelten Abweichung vom Sollzeitpunkt ermittelt die Routine unter Laufzeitberechnung die Entfernungsdaten gemäß 2 ausgehend vom erwarteten Sendezeitpunkt t0. Es ergibt sich damit ein Suchbereich s, innerhalb dem das nächste Signal auftauchen muss.Before the system goes into its normal operating mode, important data is obtained in the configuration phase. This is necessary to calibrate the system, for example to take the runtime into account in the fiber optic network. A system check is also carried out to detect any problems in parts such as the receivers. After this phase the synchronization with the transmitters takes place via the correlation function. Basically, the transmitters send data packets that are equidistant in time, so that an assignment is possible. The synchronization routine must therefore have “found” a data packet for the respective transmitter and can then predict the next transmission time with a certain accuracy, since the transmission pattern is known. The trigger logic is accordingly activated so that the digitized data can be found again in the memory Based on the position in the memory and the deviation from the target time determined in the correlation routine, the routine determines the distance data according to the runtime calculation 2 based on the expected transmission time t 0 . This results in a search area s within which the next signal must appear.

Algebraische Verfahren zur Lösung der Navigationsgleichungen weisen den Nachteil auf, dass sie abhängig von Infrastruktur, Geometrie und Qualität der einzelnen Messungen an den Empfängern sehr wechselhafte und in vielen Fällen unzureichende Positionsgenauigkeiten liefern. Deshalb werden algebraische Algorithmen nur zur Initialisierung und zur Überwachung anderer Algorithmen eingesetzt. Durch Verwendung mittelnder Verfahren kann in Anhängigkeit der Häufigkeit der Positionsberechnungen eine erhebliche Verbesserung erzielt werden. Des weiteren kann durch die Berücksichtigung von Qualitätsinformationen der stochastisch charakteristischen Messung eine zusätzliche Optimierung der Positionsgenauigkeit erreicht werden. Im konkreten Ausführungsbeispiel kommt der KALMAN-Filter zum Einsatz, der die beiden aufgezeigten Verbesserungen kombiniert und durch geeignete Prädiktionsmodelle der Bewegung zusätzlich die Berücksichtigung der aktuellen Situation erlaubt (situation awareness).Algebraic methods for solving the navigation equations have the disadvantage that, depending on the infrastructure, geometry and quality of the individual measurements, they deliver very changeable and in many cases inadequate positional accuracy at the receivers. Therefore algebraic algorithms are only used for initialization and for monitoring other algorithms. By using averaging methods, a significant improvement can be achieved depending on the frequency of the position calculations. Furthermore, by taking quali information of the stochastically characteristic measurement an additional optimization of the position accuracy can be achieved. In the specific exemplary embodiment, the KALMAN filter is used, which combines the two improvements shown and also allows the current situation to be taken into account through suitable prediction models of the movement (situation awareness).

In Sonderfällen hochdynamischer Situationen des zu trackenden Objektes, z.B. wenn der Ball vom Tor abprallt, entstehen gesondert zu lösende Problemstellungen. Zur Lösung dieser Problemstellung ist es notwendig, zusätzliche Algorithmen zur Erfassung hochdynamischer Fälle einzuführen. Hierfür wird ein Vergleich der Bewegungssituation vor und nach einer zu überprüfenden Position durchgeführt. Durch Ermittlung der Unterschiede in beiden Bewegungsphasen (vorher, nachher) kann auf die Dynamik der Situation geschlossen werden. Ein entsprechende Nachverarbeitung dieser Situation in der umgedrehten Zeitachse kann hiermit durchgeführt werden.In special cases of highly dynamic situations of the object to be tracked, e.g. when the ball bounces off the goal problems arise which have to be solved separately. To the solution This problem requires additional algorithms for the acquisition highly dynamic cases introduce. For this will a comparison of the movement situation before and after a position to be checked carried out. By Determination of the differences in both movement phases (before, after) can be deduced from the dynamics of the situation. A corresponding one Post-processing of this situation in the inverted time axis can hereby carried out become.

Zur weiteren Verbesserung der Positionsgenauigkeiten werden Verfahren zur Kurvenglättung der einzelnen Raumkoordinaten eingesetzt. Zum einen werden Algorithmen verwendet, die unter Tolerierung einer bestimmten zeitlichen Verzögerung noch in den Echtzeitrahmen des Systems passen. Hier wird eine bereichsweise Kurvenglättung durchgeführt. Im Falle eines vorher detektierten dynamischen Falls wird das Verfahren situationsbedingt adaptiert. Eine Kurvenglättung wird in diesem Fall nicht über diesen dynamischen Zeitpunkt hinweg durchgeführt, sondern durch beidseitiges Annähern an diesen Zeitpunkt. Die noch fehlenden, nicht geglätteten Bereiche können durch geeignete Interpolationsalgorithmen logischer oder mathematischer Natur gefüllt werden. Eine wesentliche Verbesserung der Positionsgenauigkeit im dynamischen Fall ist die Folge.To further improve the positional accuracy are methods for smoothing curves individual spatial coordinates. On the one hand there are algorithms used, still tolerating a certain time lag fit in the real time frame of the system. Here is a section curve smoothing carried out. In the case of a previously detected dynamic case, the method adapted to the situation. In this case, a curve smoothing is not over this performed at a dynamic point in time, but by bilateral approaching at this time. The missing, unsmoothed areas can through suitable interpolation algorithms logical or mathematical Nature to be filled. A significant improvement in position accuracy in dynamic Case is the consequence.

Soweit zur Optimierung dieser Algorithmen erforderlich, wird eine Kombination zwischen den zu glättenden Raumkoordinaten eingeführt, welche die Erhöhung der Detektionssicherheit von dynamischen Fällen nach sich zieht.To the extent necessary to optimize these algorithms, a combination between the spatial coordinates to be smoothed is introduced, which the increase the detection reliability of dynamic cases.

Bedarfsweise können Verfahren zur Nachbearbeitung zum Einsatz kommen, die keine zeitliche Rechenzeiteinschränkung unterliegen und auch ausgelagert angewendet werden können. Diese liefern im Vergleich zu den echtzeittähigen Algorithmen eine zusätzlich erhöhte Positionsgenauigkeit, da größere Bereiche zur Kurvenglättung herangezogen werden können. Auch in diesen Fällen wird sichergestellt, dass die detektierten dynamischen Fälle geeignet berücksichtigt werden.If necessary, post-processing procedures are used, which are not subject to any time limit and can also be applied outsourced. These deliver in comparison to the real-time capable Algorithms an additional increased Position accuracy because of larger areas for smoothing curves can be used. Even in these cases it is ensured that the detected dynamic cases are taken into account appropriately become.

Im Empfänger werden die Daten damit wie folgt verarbeitet:
Während der Akquisitionsphase wird die Sendezeitpunktfolge synchronisiert. Dazu werden Algorithmen mit reduzierter Zeitauflösung eingesetzt. Ziel ist lediglich, die Zeitpunkte der zukünftigen Sendezeitpunkte zu schätzen.The data is processed in the receiver as follows:
The transmission time sequence is synchronized during the acquisition phase. Algorithms with reduced time resolution are used for this. The aim is only to estimate the times of the future transmission times.

Im Tracking-Modus werden die Sendebursts fortlaufend mit höherer Genauigkeit erfasst und die momentane Position berechnet. Es werden nur im geschätzten bzw. vorher berechneten Sende- bzw. Eingangszeitpunkt die eingehenden Signale ausgewertet. Außerdem wird die Schätzung des nächsten Sendezeitpunktes nachgeführt.In tracking mode, the transmission bursts are continuous with higher Accuracy recorded and the current position calculated. It will only in the estimated or previously calculated transmission or input time the incoming Signals evaluated. Moreover becomes the estimate of the next transmission time tracked.

Optional können im Zoom-Modus gespeicherte Daten noch mit zusätzlichen Algorithmen verarbeitet werden. Im Zoom-Modus können z.B. auch Daten in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge verarbeitet werden, um sich z.B. von beiden Seiten an eine Diskontinuität (z.B. Ball prallt an Torpfosten ab) heranzutasten.Optionally, saved in zoom mode Data still with additional Algorithms are processed. In zoom mode e.g. also data in reverse chronological order are processed, e.g. from both Sides to a discontinuity (e.g. ball bounces off the goal post).

Der Empfänger erfasst daher die Daten mit hoher Abtastfrequenz und speichert sie zwischen. Entsprechend den geschätzten Sendezeitpunkten werden nun die relevanten Daten weiter verarbeitet und optional auch weiterhin gespeichert, um sie z.B. in Algorithmen des Zoom-Modus zur Verfügung zu stellen.The recipient therefore collects the data with high sampling frequency and caches them. Corresponding the estimated The relevant data will now be processed and sent optionally also saved, e.g. in algorithms of the zoom mode to deliver.

Die Genauigkeit kann durch Datennachbearbeitung und die Einbindung von externen Sensoren wie z.B. Beschleunigungssensoren im Ball oder von Bilddaten gesteigert werden. Das System liefert z.B. im Sekundentakt die Positionsdaten aller sich im Betrieb befindlichen Sender.Accuracy can be achieved through post-processing and the integration of external sensors such as accelerometers in the ball or from image data. The system delivers e.g. every second the position data of all those in operation Channel.

Beispielhaft wurde als Übertragungsbereich das 2,4 GHz-Band vorgeschlagen, grundsätzlich können jedoch auch andere Bänder in niedrigeren Bandbereichen eingesetzt werden, um den Stromverbrauch niedrig zu halten. Denkbar ist aber auch der Einsatz im höheren Frequenzbereich z.B. 5,8 GHz, 9,4 GHz, 24 GHz bei niedrigeren Reichweiten und höherer Entfernungsauflösung. Da die Empfänger die von den Sendern ausgesandten Signale detektieren und deren Laufzeitdifferenz ermitteln, müssen sie sehr genau untereinander synchronisiert sein, was mit einem hochstabilen Referenzsignal über die Taktleitung 13 und im Ausführungsbeispiel Glasfaserkabel erreicht werden kann. Die empfangenen Daten liefern die Empfänger E1–En über ein Datennetzwerk an eine Zentralrecheneinheit CPU, die daraus die Position der einzelnen Sender errechnet. Diese Daten bestehen aus der Laufzeit sowie der Qualitätsbewertung der empfangenen Signale. Ein Rückkanal zwischen mobilen Sendern S, Sp, Sb und stationären Empfängern E1–En ist für die Lokalisierung selbst nicht unbedingt nötig, erlaubt jedoch eine Verbesserung der Positionsbestimmung, würde aber andererseits eine Erhöhung der Systemkomplexität und somit der Kosten bedingen.The 2.4 GHz band was proposed as an example as a transmission range, but in principle other bands in lower band ranges can also be used in order to keep the power consumption low. However, use in the higher frequency range, for example 5.8 GHz, 9.4 GHz, 24 GHz with lower ranges and higher range resolution, is also conceivable. Since the receivers detect the signals emitted by the transmitters and determine their transit time difference, they have to be synchronized very precisely with one another, which is the case with a highly stable reference signal via the clock line 13 and can be achieved in the exemplary embodiment fiber optic cable. The receivers E 1 -E n deliver the received data via a data network to a central processing unit CPU, which calculates the position of the individual transmitters from them. This data consists of the runtime and the quality evaluation of the received signals. A return channel between mobile transmitters S, Sp, Sb and stationary receivers E 1 -E n is not absolutely necessary for the localization itself, but allows the position determination to be improved, but on the other hand would increase the system complexity and thus the costs.

Durch die Übertragung auf dem Prinzip der pseudo-zufälligen Zeitmultiplex mit orthogonalen Sendeburst und nicht synchronisiertem Pseudozufallsmuster wird es möglich, dass der Empfänger die Signale deutlich trennen kann. Senden tatsächlich zwei Sender gleichzeitig ein Signal ab, so erscheint der „ungewünschte Sender" als Rauschen. Zumindest ergeben sich Störabstände, die eine Detektion des Signals noch problemlos möglich machen.The transmission on the principle of pseudo-random time division multiplexing with orthogonal transmission burst and unsynchronized pseudo random pattern makes it possible for the receiver to clearly separate the signals. If two transmitters actually send a signal at the same time, the "unwanted transmitter" appears as noise least there are signal-to-noise ratios that still enable detection of the signal without any problems.

Dieses Konzept hat den Vorteil, dass die Sender nur für kurze Zeit aktiv sind, so dass nur geringe Stromverbräuche anfallen. Die Sender müssen nicht synchronisiert sein, so dass ein senderseitiges Empfangsmodul entfallen kann, wodurch der Sender wesentlich vereinfacht und robuster wird. Durch die Pseudozufallsfolgen in Form der Primzahlen überlagern sich während einer Sendeperiode nicht immer die gleichen Sender, so dass die ungünstige Situation, dass sich ein weit entfernter Sender ständig mit einem nahen Sender überlagert, grundsätzlich vermeiden lässt. Damit kann das „near-far"-Problem statistisch eliminiert werden. Die Kollisionswahrscheinlichkeit der Sendebursts B wird verringert.This concept has the advantage that the transmitters only for are active for a short time, so that only low power consumption occurs. The transmitters don't have to be synchronized so that a transmitter-side receiving module is not required can, which makes the transmitter much simpler and more robust. Superimposed by the pseudo-random sequences in the form of the prime numbers yourself during the same channels during a broadcasting period, so the unfavorable Situation that a distant transmitter is constantly with one overlying the near transmitter, in principle can be avoided. So the "near-far" problem can be statistically be eliminated. The collision probability of the send bursts B is reduced.

Das Sendesignal kann mit der Formel s(t) = g(t) ej(2πf·t) beschrieben werden, wobei g(t) das Basisbandsignal beschreibt und f die Trägerfrequenz.The transmission signal can with the formula s (t) = g (t) e j (2.pi.f · t) are described, where g (t) describes the baseband signal and f the carrier frequency.

Das Empfangssignal für die verschiedenen Empfänger kann mit eν(t) = h(t)·(g(t – τ) ej2πf·(t – τ)))beschrieben werden, wobei h(t) die Verzerrungen durch den Übertragungskanal (Dämpfung, Frequenzgang,...) und τ die Laufzeit zwischen Sender und Empfänger beschreibt.The reception signal for the different receivers can be with e ν (t) = h (t) * (g (t - τ) e j2πf · (t - τ)) ) are described, where h (t) describes the distortion caused by the transmission channel (attenuation, frequency response, ...) and τ the transit time between transmitter and receiver.

Für die Bestimmung der Laufzeit τ können folgende Methoden betrachtet werden:

  • – Es wird nur das Basisbandsignal g(t) verwendet.
  • – Die Trägerphase wird mit ausgewertet.
The following methods can be used to determine the transit time τ:
  • - Only the baseband signal g (t) is used.
  • - The carrier phase is also evaluated.

Wenn die Trägerphase mit ausgewertet werden soll, ergibt sich folgende Situation: Für das betrachtete ISM Band ist die Trägerfrequenz ca. 2,4GHz. Damit ergibt sich eine Periodendauer von 0,4ns. Eine Trägerphasenauswertung würde also eine Mehrdeutigkeit von 0,4ns besitzen. Eine Trägerphasenauswertung kann also nur dann zur Steigerung der Genauigkeit einbezogen werden, wenn über andere Methoden eine Genauigkeit von besser als 0,4ns erzielt wird.If the carrier phase are also evaluated The following situation arises: For the considered ISM band is the carrier frequency about 2.4GHz. This results in a period of 0.4ns. A Carrier phase evaluation would become one Have ambiguity of 0.4ns. Carrier phase evaluation can therefore only be involved in increasing accuracy if over others Methods an accuracy of better than 0.4ns is achieved.

Das Basisbandsignal im Empfänger kann mit der Gleichung eν(t)= h(t)·(g(t – τ) ej(2πΔf·t + φν)) beschrieben werden. Δf beschreibt hierbei den Frequenzoffset, wenn nichtsynchronisierte Oszillatoren in den Sendern verwendet werden. φν ist der Phasenoffset zwischen den Oszillatoren.The baseband signal in the receiver can use the equation e ν (t) = h (t) * (g (t - τ) e j (2πΔf · t + φν) ) to be discribed. Δf describes the frequency offset when unsynchronized oscillators are used in the transmitters. φ ν is the phase offset between the oscillators.

Die Laufzeit τ kann über Korrelation eν(t) mit dem bekannten Sendesignal g(t) bestimmt werden. Die Genauigkeit dieser Korrelation ist ein Schlüsselparameter für die Positionsgenauigkeit. Die Genauigkeit der Korrelation wird bestimmt durch die Eigenschaften der Autokorrelierten des Signals, den Methoden, die für die Berechnung der Korrelation verwendet werden und den Störeinflüssen.The transit time τ can be determined via correlation e ν (t) with the known transmission signal g (t). The accuracy of this correlation is a key parameter for position accuracy. The accuracy of the correlation is determined by the properties of the autocorrelated signal, the methods used to calculate the correlation, and the interference.

Ein grundsätzlich die Genauigkeit störendes Problem könnte die Mehrwegeausbreitung und/oder die Körperdämpfung sein, die sich durch Signale ergeben kann, die nicht unmittel bar oder nach Reflektion an deren Gegenständen dem Empfänger zugeleitet werden. Daher muss in den Empfängern E1–En steht das frühest ein eintreffende Signale für die Enffernungsberechnung verwendet werden, auch wenn es evtl. nicht das stärkste ist. Dies wird im konkreten Ausführungsbeispiel dadurch erleichtert, dass in den Empfängern die zeitlichen Sendeburst-Abstände aller Sender bekannt sind und somit auch in etwa der Zeitpunkt bekannt ist, zu dem die Sendesignale im Empfänger „erwartet" werden.A problem that fundamentally interferes with the accuracy could be the multipath propagation and / or the body damping, which can result from signals that are not sent to the receiver immediately or after reflection on their objects. Therefore, the earliest incoming signal must be used for the distance calculation in the receivers E 1 -E n , even if it may not be the strongest. In the specific exemplary embodiment, this is facilitated by the fact that the transmit burst intervals of all transmitters are known in the receivers and thus approximately the time at which the transmit signals are “expected” in the receiver is known.

Ein Sendeburst B dauert 25 μs, wobei 5 μs als Guardperiod für das Ein- und das Ausschalten der Sendeendstufe eingeplant sind. Die Sender-ID-Sequenz dauert 15 μs und beinhaltet 750 Bit. Die restlichen 5 μs tragen 250 Bit Informationen als Daten. Somit ergibt sich eine Datenrate von 50 Megabit pro Sekunde. Bei der beispielhaft zur Verfügung stehenden Gesamtbandbreite von 80 MHz im ISM-Band bei 2,4 GHz ergibt sich somit für die HF-Übertragung der Bitsequenzen ein roll-off Faktor von a = 0,6 in der Basisbandfilterung. Für den Ball ist eine Burstwiederholfrequenz von 0,5 ms geplant, während die Spielersender eine Wiederholfrequenz von 4 ms aufweisen. Daraus ergibt sich eine Zeitausnutzung von 67,5 %. Dies ermöglicht neben einer asynchronen, durch Zufallsfolgen betriebenen Sendersteuerung ggf. auch eine durch einen HF-Rückkanal synchronisierte Sendersteuerung mit den angesprochenen Nachteilen. Im Ergebnis ergibt sich eine resultierende minimale Ortsauflösung pro Sendeburst bei einem Ball von bis zu 20 mm und beim Spielersender bis zu 44 mm.A transmission burst B lasts 25 μs, whereby 5 μs as Guard period for switch-on and switch-off of the power amplifier are planned. The transmitter ID sequence lasts 15 μs and contains 750 bits. The remaining 5 μs carry 250 bits of information as data. This results in a data rate of 50 megabits per second. Available at the example total bandwidth of 80 MHz in the ISM band at 2.4 GHz thus for the RF transmission of the bit sequences a roll-off factor of a = 0.6 in baseband filtering. For the A burst repetition rate of 0.5 ms is planned during the ball Player transmitters have a repetition frequency of 4 ms. from that there is a time utilization of 67.5%. This enables besides an asynchronous transmitter control operated by random sequences possibly one through an RF return channel synchronized transmitter control with the disadvantages mentioned. in the The result is a resulting minimal spatial resolution per Send burst for a ball of up to 20 mm and for the player transmitter up to 44 mm.

7 zeigt ein Blockschaltbild des Sendermoduls. Das Modul besteht aus einer Ablaufsteuerung 80, einer Sendedatenerzeugung 81 und einer Sendebursterzeugung 82. Die Ablaufsteuerung 80 kontrolliert die zeitlichen Abläufe in der Schaltung. Sie bekommt den Sys temtakt von der Sendebursterzeugung 82 geliefert und triggert ihrerseits sowohl die Sendedatenerzeugung 81 als auch die Sendebursterzeugung 82. Die Sendedaten werden in der Sendedatenerzeugung 81 generiert, wobei auch Sensordaten mit verarbeitet werden können. Die Daten werden dann in der Sendebursterzeugung 82 auf einen Hochfrequenzträger aufmoduliert. Hierauf erfolgt die Abstrahlung des Sendeburst über die Antenne 83. 7 shows a block diagram of the transmitter module. The module consists of a sequential control system 80 , a transmission data generation 81 and broadcast burst generation 82 , The sequence control 80 controls the timing of the circuit. It gets the system clock from the transmission burst generation 82 delivered and in turn triggers both the transmission data generation 81 as well as broadcast burst generation 82 , The send data are generated in the send data 81 generated, whereby sensor data can also be processed. The data is then generated in the broadcast burst 82 modulated onto a high-frequency carrier. The transmission burst is then transmitted via the antenna 83 ,

Die Sendedatenerzeugung 81 besteht aus der Datenburstformung 81a, dem Sender-ID-Block 81b und der Sensordatenaufbereitung 81c. Die Datenburstformung 81a verarbeitet die von der Sensordatenaufbereitung 81c gelieferten Sensordaten mit der Sendeerkennung aus dem Sender-ID-Block 81b, welche eine für jeden Sender spezifische Bitfolge darstellt. Es entsteht der Datenburst, welcher an die Sendebursterzeugung 82 weitergeleitet wird. Die Sensordaten stammen im Falle des Ballsenders von einem Beschleunigungssensor und können beim Spielersender z.B. medizinische Daten beinhalten. Die Sendebursterzeugung 82 beinhaltet den Referenzoszillator 82a, die Hochfrequenzerzeugung, den Modulator 82b sowie die Endstufe 82c. Die Sendedaten werden zunächst über Datenfilter 82d gefiltert, um die Bandbreite zu verringern, um sie daraufhin auf den Hochfrequenzträger aufmodulieren zu können. Nach der BPSK-Modulation wird das Signal verstärkt und anschließend im Bandpassfilter 82e gefiltert, um Nebenaussendungen zu unterdrücken. Über die Antenne 83 wird der Sendeburst schließlich abgestrahlt. Die Ablaufsteuerung 80 kontrolliert die zeitliche Generierung der Datenburst und die Einschaltung der Endstufe 82c entsprechend des Zeitmultiplexverfahrens.The transmission data generation 81 consists of data burst shaping 81a , the Sender ID block 81b and sensor data processing 81c , The data burst formation 81a processes the data from the sensor 81c delivered sensor data with the transmitter identification from the transmitter ID block 81b , which represents a bit sequence specific for each transmitter. The data burst that arises to the Burst transmission generating unit 82 is forwarded. In the case of the ball transmitter, the sensor data originate from an acceleration sensor and can contain, for example, medical data at the player transmitter. The broadcast burst generation 82 includes the reference oscillator 82a , the high frequency generation, the modulator 82b as well as the power amplifier 82c , The send data are initially via data filters 82d filtered to reduce the bandwidth so that it can then be modulated onto the high-frequency carrier. After the BPSK modulation, the signal is amplified and then in the bandpass filter 82e filtered to suppress spurious emissions. Via the antenna 83 the broadcast burst is finally emitted. The sequence control 80 controls the time generation of the data burst and the activation of the power amplifier 82c according to the time division multiplex method.

8 zeigt die funktionalen Blöcke eines Empfängers. Über die Antenne 90 empfangene Hochfrequenzsignale werden auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt und dort mit Hilfe eines A/D-Umsetzers digitalisiert. Die digitale Verarbeitung gewinnt daraus die zeitlichen Abstände der empfangenen Sendesignale der einzelnen Sender in Bezug auf die Synchronimpulse, die vom Empfangsblock 91 an alle Komponenten im Empfänger verteilt werden. Außerdem werden die so generierten "rohen Laufzeitdaten" noch mit einem Qualitätsmerkmal versehen, dass die Empfangsfeldstärke bzw. Gültigkeit des entsprechenden Messwertes beinhaltet, bevor sie an den Zentralrechner weitergeleitet werden. Die empfangenen Radiosignale werden mit einem rauscharmen Verstärker verstärkt, bevor sie bandpassgefiltert werden. Nach abermaliger Verstärkung und Filterung erfolgt die Mischung in den Zwischenfrequenzbereich. Da die Digitalisierung durch Unterabtastung erfolgt, muss hier nochmals eine Filterung durchgeführt werden, bevor eine variable Verstärkung für einen konstanten Pegel am A/D-Umsetzer sorgt. Die beiden Synchronisationssignale werden dann an die digitale Signalver arbeitung als Takte weitergeleitet, wobei der 20 MHz-Takt SF2 auch als Abtastfrequenz an den A/D-Umsetzer 92 geliefert wird. 8th shows the functional blocks of a receiver. Via the antenna 90 High-frequency signals received are converted to an intermediate frequency and digitized there with the aid of an A / D converter. The digital processing derives from this the time intervals of the received transmission signals of the individual transmitters in relation to the synchronizing pulses from the reception block 91 distributed to all components in the receiver. In addition, the "raw runtime data" generated in this way is provided with a quality feature that contains the reception field strength or validity of the corresponding measured value before it is forwarded to the central computer. The received radio signals are amplified with a low-noise amplifier before they are bandpass filtered. After renewed amplification and filtering, the mixing takes place in the intermediate frequency range. Since digitization is carried out by undersampling, filtering must be carried out again here before variable amplification ensures a constant level at the A / D converter. The two synchronization signals are then forwarded to the digital signal processing as clocks, the 20 MHz clock SF2 also being used as the sampling frequency at the A / D converter 92 is delivered.

Angesichts der hohen Bandbreite wird mit einer Abtastrate von etwa 200 MHz gearbeitet. Im Baseband-Teil 92 der jeweiligen Empfänger werden die gelieferten Abtastwerte zuerst in einem Speicher mit Ringpufferstruktur gespeichert. Um sich auf die Sendesignale zu synchronisieren, werden zuerst die bekannten Sendeperioden im Empfangssignal gesucht und dann die Korrelation mit dem Sendemuster an prädizierten Stellen im Speicher durchgeführt. Dies führt zu einer genauen Bestimmung des Empfangszeitpunktes. Für Ball und Spieler sind die für die Korrelation notwendigen Recheneinheiten mehrmals parallel vorhanden. Diese bekommen vom Zentralrechner die zu suchenden Sendemuster mitgeteilt. Es ist dabei sicherzustellen, dass auch bei ungünstigster Konstellation noch alle Signale ausgewertet werden können. Aus den Korrelationseinheiten entsteht für die jeweiligen ausgewerteten Sendersignale der Empfangszeitpunkt mit einer Qualitätsmarke – zur Bewertung der Qualität des Messwertes –, die über den Steuer PC und über die Datennetzwerkinfrastruktur an der Zentralrechner CPU übertragen wird.In view of the high bandwidth, a sampling rate of approximately 200 MHz is used. In the baseband part 92 the delivered samples of the respective receiver are first stored in a memory with a ring buffer structure. In order to synchronize with the transmission signals, the known transmission periods are first searched for in the reception signal and then the correlation with the transmission pattern is carried out at predicted locations in the memory. This leads to an exact determination of the time of reception. The arithmetic units necessary for the correlation are available several times in parallel for ball and player. The central computer informs them of the transmission patterns to be searched. It must be ensured that all signals can still be evaluated even in the most unfavorable constellation. From the correlation units, the reception time for the respective evaluated transmitter signals is generated with a quality mark - for evaluating the quality of the measured value - which is transmitted to the central computer CPU via the control PC and via the data network infrastructure.

Im Hauptrechner CPU laufen alle Messwerte der Empfänger (Sender-Empfangszeitpunkt-Qualitätsmarke) zusammen. Sie werden mit Hilfe der Senderidentifikationsnummem sortiert und gruppiert, um dann für jeden Sender die Berechnung der Position mit den entsprechenden Algorithmen durchzuführen. Die ermittelten Koordinaten sind dann über eine definierte Schnittstelle abrufbar und können dann weiter ausgewertet werden.All measured values of the receiver (Sender receive time-quality brand) together. They are sorted using the sender identification number and grouped to then for each transmitter calculating the position with the appropriate Perform algorithms. The Coordinates determined are then via a defined interface available and can then be further evaluated.

Da die Positionsbestimmung aus einer sehr genauen Laufzeitdifferenzmessung der Sendesignale zu den Empfängern vorgenommen wird, sind zwei Referenzsignale erforderlich, die zentral an einer Stelle am System, z.B. beim Zentralrechner CPU erzeugt werden und an alle Empfänger sowie an den Zentralrechner verteilt werden. Die Frequenzen der beiden benötigten Frequenzsignale können z.B. m Bereich von 15 – 25 MHz sowie 150 – 250 MHz liegen. Die Signale werden als Rechtecksignale ausgeführt, um eindeutige Zeitmarken zu erhalten, und über die Leitung 14 den Empfängern zugeführt.Since the position is determined from a very precise measurement of the transit time difference between the transmission signals and the receivers, two reference signals are required which are generated centrally at one point on the system, for example at the central computer CPU, and distributed to all receivers and to the central computer. The frequencies of the two required frequency signals can be, for example, in the range of 15-25 MHz and 150-250 MHz. The signals are implemented as square-wave signals to obtain unique time stamps and over the line 14 fed to the recipients.

Die Referenzsender R1–Rn arbeiten mit Trigger- und Taktsignalen, die vom Signalnetzwerk eingespeist werden. Die Empfänger sind vorzugsweise Geradeausempfänger, die mit dem Synchronisationsfrequenzen arbeiten. Der Empfänger kann aber auch als Einfach-Superhet-Empfänger ausgebildet sein. Dabei wird eine Zwischenfrequenz benutzt, die dann in einer zweiten Mischerstufe auf die Ausgangsfrequenz gemischt und nur noch tiefpassgefiltert wer den muss. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist die völlig freie Wahl der Ausgangsfrequenz. Bei vorgegebener Bandbreite von 80 MHz bedingt dies eine theoretische Abtastrate von 160 MHz. Effektiv wird die Bandbreite aber durch den analogen Vorfilter mit charakteristischer Übertragungsfunktion bestimmt.The reference transmitters R 1 -R n work with trigger and clock signals which are fed in by the signal network. The receivers are preferably straight-line receivers that operate at the synchronization frequencies. The receiver can also be designed as a single superhet receiver. An intermediate frequency is used, which is then mixed in a second mixer stage to the output frequency and only low-pass filtered who has to. The advantage of this configuration is the completely free choice of the output frequency. With a specified bandwidth of 80 MHz, this requires a theoretical sampling rate of 160 MHz. However, the bandwidth is effectively determined by the analog pre-filter with a characteristic transfer function.

BB
Sendebursttransmission burst
E1– En E 1 - E n
Empfänger (Kalibrierung; Dekodierung, Synchronisation)Receiver (calibration; Decoding, synchronization)
ss
Suchbereichsearch area
S, S1–S6S, S1-S6
SenderChannel
Sbsb
Sender in mobilem Zielobjekt; z. B. BallChannel in mobile target; z. B. Ball
Spsp
Sender in mobilen Objekten; z. B. SpielerChannel in mobile objects; z. B. Player
SF1, SF2SF1, SF2
SynchronfrequenzTracking rate
R1–Rn R 1 -R n
Referenzsenderreference stations
1010
Spielfeldmatchfield
1111
16m-Raum16m room
1212
EmpfängernetzwerkReceiver network
1313
Taktleitungclock line
1414
Zeitmarketimestamp
1515
Powerpower
1616
Daten-PortData port
1717
Datenleitungdata line
8080
Ablaufsteuerungflow control
8181
SendedatenerzeugungData transmission generating unit
81a81a
DatenburstformungData burst production unit
81b81b
Sender-ID-BlockSender ID block
81c81c
SensordatenaufbereitungSensor data preparation
8282
SendebursterzeugungBurst transmission generating unit
82a82a
Oszillatoroscillator
82b82b
Modulatormodulator
82c82c
Endstufefinal stage
82d82d
Datenfilterdata filter
82e82e
Filterfilter
8383
Antenneantenna
9090
Antenneantenna
9191
Frequenzempfänger in EFrequency receiver in e
9292
A/D-UmsetzerA / D converter

Claims (24)

Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitverfolgung der Position von wenigstens einem mobilen Objekt in einem definierten mehrdimensionalen Raum, mit wenigstens einem mobilen Sendermodul, das an wenigstens einem mobilen Objekt des zu analysierenden Systems angebracht wird und dessen Signale von einem stationären Empfänger- und Signalverarbeitungsnetzwerk empfangen und zentral verarbeitet werden, wobei die von dem wenigstens einen Sendermodul emittierten Signale elektromagnetische, in einem Frequenzbandbereich im Zeitmultiplexverfahren ausgesandte Wellen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das verfügbare Frequenzband als ein einziger Kanal zur Maximierung der Ortungsgenauigkeit genutzt wird, und dass die Kommunikation zwischen Sendern (S, Sp, Sb) und Empfängern (E1,...,En) auf dem Prinzip des pseudo-zufälligem Zeitmultiplex mit nicht synchronisierten Pseudozufallsmustern basiert ist, und dass die Sendesignale unterschiedlicher Sendebursts (B) mit niedriger Kreuzkorrelation charakterisiert sind.Method for continuous real-time tracking of the position of at least one mobile object in a defined multidimensional space, with at least one mobile transmitter module, which is attached to at least one mobile object of the system to be analyzed and whose signals are received by a stationary receiver and signal processing network and processed centrally , wherein the signals emitted by the at least one transmitter module are electromagnetic waves which are emitted in a frequency band area using time division multiplexing, characterized in that the available frequency band is used as a single channel to maximize the positioning accuracy, and that the communication between transmitters (S, Sp, Sb) and receivers (E 1 , ..., E n ) is based on the principle of pseudo-random time-division multiplexing with non-synchronized pseudo-random patterns, and that the transmission signals of different transmission bursts (B) are characterized by low cross-correlation erized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (E1,...,En) in Kenntnis des pseudo-zufälligem Zeitmultiplex und der bekannten Pseudozufallsmuster den Zeitpunkt des nächsten Sendebursts (B) eines bestimmten Senders (S, Sp, Sb) abschätzen.Method according to Claim 1, characterized in that the receivers (E 1 , ..., E n ) know the time of the next transmission burst (B) of a specific transmitter (S, Sp, Sb.) Knowing the pseudo-random time multiplex and the known pseudo random patterns ) estimate. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Signale ausgewertet werden, die zum vorherbestimmten Zeitpunkt des nächsten Sendebursts (B) auftreten.A method according to claim 2, characterized in that only the signals are evaluated that are related to the predetermined one Time of the next transmission burst (B) occur. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorausberechnung des nächsten Sendebursts eines bestimmten Senders (S, Sp, Sb) kontinuierlich nachgeführt wird.A method according to claim 2 or 3, characterized in that the forecast of the next Transmission bursts of a specific transmitter (S, Sp, Sb) continuously tracked becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendermodule so miniaturisiert sind, dass sie auch in einem Ball einsetzbar sind.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transmitter modules are miniaturized so that they can also be used in a ball. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzband bei etwa 2,4 GHz liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the frequency band is around 2.4 GHz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzband eine Bandbreite von 80 MHz hat.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the frequency band has a bandwidth of 80 MHz Has. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ortsfeste Referenzsender (R1,...,Rn) als Positionsreferenzen zur Fehlerminimierung und zur Kalibrierung des Systems eingesetzt werden, die ebenso wie der wenigstens eine mobile Sender (S, Sp, Sb) des wenigstens einen zu analysierenden beweglichen Objekts einen Identifizierungscode in einer Folge aussenden und deren Signale zur Ermittelung ihrer Ankunftszeit an den jeweiligen Empfängern von den Empfängern (R1,...,Rn) detektiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that fixed reference transmitters (R 1 , ..., R n ) are used as position references for minimizing errors and for calibrating the system, which, like the at least one mobile transmitter (S, Sp, Sb ) of the at least one movable object to be analyzed, send an identification code in a sequence and the signals (R 1 ,..., R n ) for the determination of their arrival time at the respective receivers are detected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzsender über Kabel, vorzugsweise Glasfaserkabel synchronisiert werden..Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reference transmitter via cable, preferably fiber optic cable be synchronized .. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendebursts (B) unter Anwendung nicht synchronisierter Pseudozufallsmuster gesendet werden, die eine Kombination der Zugriffsmechanismen Zeitmultiplex und Codemultiplex sind.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transmission bursts (B) using non-synchronized pseudo random patterns are sent, which is a combination of the time division multiplexing and access mechanisms Are multiplexed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pseudozufallsmuster Primzahlenfolgen sind.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pseudo-random patterns are sequences of prime numbers. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Sendebursts (B) die Trennung von wenigstens zwei zufällig gleichzeitig ankommenden Signalen verschiedener Herkunft durch den Empfänger erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the Send bursts (B) the separation of at least two randomly arriving signals from different origins by the receiver. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendebursts (B) mit einer so hohen Impulsrate gesendet werden, so dass nicht erfasste einzelne Werte toleriert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transmission bursts (B) with such a high pulse rate are sent so that individual values not recorded are tolerated become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem mindestens einen mobilen Sendermodul der Sender (S, Sp, Sb) nicht synchronisierten Sendebursts (B) durch ein Empfangsmodul im Sender (S, Sp, Sb) synchronisierbar sind, um bei vielen Sendern die Wahrscheinlichkeit der Überlappungen zu reduzieren.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the at least one mobile transmitter module the transmitter (S, Sp, Sb) unsynchronized transmission bursts (B) through a receiving module in the transmitter (S, Sp, Sb) can be synchronized in order reduce the likelihood of overlap for many transmitters. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die am HF-Frontend empfangenen analogen Empfangssignale in einer Auswerteeinheit digitalisiert werden und die Empfangszeitpunkte der Signale zum jeweiligen Sender (S, Sp, Sb) bestimmt und gespeichert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the received analog signals received at the HF front end be digitized in an evaluation unit and the times of reception the signals to the respective transmitter (S, Sp, Sb) determined and stored become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufarbeitung der empfangenen und gespeicherten Signale je nach Situation unterschiedliche Algorithmen eingesetzt werden können.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that for the processing of the received and stored signals depending on Situation different algorithms can be used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bearbeitung der empfangenen Signale das Signal in sich ggf. überlappende Abschnitte zerlegt wird und für die einzelnen Abschnitte der jeweils beste Algorithmus oder mehrere Algorithmen gleichzeitig angewendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that for the processing of the received signals may overlap the signal Sections is disassembled and for the individual sections the best algorithm or several Algorithms can be applied simultaneously. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bearbeitung einzelner Abschnitte auch eine umgedrehte Zeitachse anwendbar ist, so dass z.B. Diskontinuitäten in hochdynamischen Vorgängen von zwei Seiten angenähert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that for editing individual sections also an inverted timeline is applicable so that e.g. Discontinuities in highly dynamic processes from approximated two sides become. Vorrichtung zum Senden von elektromagnetischen Wellen, die am bewegten Objekt fixierbar oder als Referenzsender (R1,...,Rn) ausgestaltet ist, zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Frequenzbandbereich im Zeitmultiplexvertahren ausgesandte elektromagnetischen Wellen Sendebursts (B) sind.Device for transmitting electromagnetic waves, which can be fixed on the moving object or is designed as a reference transmitter (R 1 , ..., R n ), for use in a method according to one of Claims 1 to 17, characterized in that the in a frequency band range electromagnetic waves transmitted in time-division multiplexing are transmission bursts (B). Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzsender (R1,...,Rn) mit Trigger- und Taktsignalen arbeitet, die von einem Signalnetzwerk eingespeist werden.Device according to claim 19, characterized in that the reference transmitter (R 1 , ..., R n ) works with trigger and clock signals which are fed in by a signal network. Empfänger (E1,...,En) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ausgebildet als Geradeausempfänger, dadurch gekennzeichnet, dass er mit Synchronisationsfrequenzen arbeitet.Receiver (E 1 , ..., E n ) for use in a method according to one of claims 1 to 18, designed as a straight-ahead receiver, characterized in that it works with synchronization frequencies. Empfänger nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (E1,...,En) als Einfach-Superhet-Empfänger ausgebildet ist.Receiver according to claim 21, characterized in that the receiver (E 1 , ..., E n ) is designed as a single superhet receiver. Empfänger nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Auswerteeinheit zur Gewährung der Echtzeitübertragung mit einer Hardware aufweist, mit der Triggerzeitpunkt zur Datenaufzeichnung exakt erfasst wird.receiver according to one of the claims 21 or 22, characterized in that it is an evaluation unit for grant the real-time transmission with a hardware with the trigger time for data recording is recorded exactly. Empfänger nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit über eine digitale Hardware zur Aufbereitung des Synchronisationssignals und über entsprechende Schnittstellen zur Einspeisung externer Takt- bzw. Triggersignale verfügt.receiver according to one of the claims 21 to 23, characterized in that the evaluation unit via a digital hardware for processing the synchronization signal and via appropriate interfaces for feeding external clock or trigger signals.
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