DE112013002115T5

DE112013002115T5 - Orientierung eines Ultraschallsignals

Info

Publication number: DE112013002115T5
Application number: DE112013002115.3T
Authority: DE
Inventors: Thomas E. Wulff; Russell E. Calvarese; Richard J. Lavery
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: GB201417917D0; WO2013158326A1; US9013960B2; CA2870597A1; US20130279297A1; CA2870597C; DE112013002115B4; GB2515691B; GB2515691A

Abstract

Ein System und Verfahren zum Orientieren eines Ultraschallsignals umfasst mindestens zwei Sender in einem mobilen Gerät, das einen Orientierungssensor umfasst, der eine Geräteorientierung bestimmen kann. Ein Empfänger an einem festen bekannten Punkt umfasst mindestens zwei Mikrofone, die betreibbar sind, um ein Ultraschallsignal von dem Gerät zu empfangen. Das mobile Gerät kann die Sender ansteuern, um ein Ultraschallsignal zu erzeugen, das zu dem Empfänger hin orientiert ist. Eine Ortungsmaschine kann unter Verwendung der Laufzeitdifferenz eines auf jedes Mikrofon des Empfängers auftreffenden Ultraschallstoßes von dem mobilen Gerät einen Standort des mobilen Geräts feststellen. Als Reaktion auf den Standort und/oder die Orientierung, ist das mobile Gerät betreibbar, um die Sender anzusteuern, um ein Signal zu erzeugen, das zu dem Empfänger hin orientiert ist.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Ultraschall-Signalisierungssystem und insbesondere das Orientieren eines Ultraschallsignals in einer Umgebung.
HINTERGRUND
Ein Ultraschallempfänger kann verwendet werden, um den Standort von Gegenständen zu bestimmen, die Ultraschallsender enthalten, wie etwa ein mobiles Gerät, das zum Beispiel in einer Einzelhandels-, Fabrik- oder Lagerhausumgebung vorhanden ist. Die Ultraschallsender können Ultraschallenergie in einem kurzen Stoß übertragen, der von einem Ultraschallwandler (Mikrofon) im Ultraschallempfänger empfangen werden kann, wodurch die Anwesenheit des Geräts in der Umgebung festgestellt wird. Die Ultraschallsender können außerdem in einem Ultraschallsignal Informationen für die Datenkommunikation an den Sender übertragen.
Des Weiteren kann die Verwendung mehrerer in der Umgebung verteilter Ultraschallmikrofone außerdem verwendet werden, um einen bestimmten Standort eines bestimmten mobilen Geräts unter Verwendung von auf dem Gebiet bekannten Verfahren, wie etwa Triangulation, Trilateration und dergleichen, bereitzustellen. Im Gegensatz zu Funkfrequenz-Ortungssystemen leiden Ultraschall-Ortungssysteme jedoch unter besonderen Problemen, die mit dem Charakter der Ultraschallwellen und ihrer Verwendungsumgebung zusammenhängen. Erstens sind Ultraschallsignale sehr anfällig für Rauschen. Zweitens sind Ultraschallwellen typischerweise anfällig für akustisches Nachhallen infolge Mehrwegreflexionen. Daher können von Sendern gesendete Signale durch Nachhallen gestört werden. Dieses Problem wird verstärkt, wenn mehrere Sender ein Signal aussenden.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Lösen der vorangehenden Probleme innerhalb eines Ultraschall-Ortungssystems.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten auf identische oder funktionell ähnliche Elemente beziehen, zusammen mit der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, sind in die Patentschrift integriert und bilden einen Teil davon und dienen dazu, Ausführungsformen von die beanspruchte Erfindung umfassenden Prinzipien weiter zu veranschaulichen, und erläutern verschiedene Grundsätze und Vorteile dieser Ausführungsformen.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Ultraschall-Signalisierungssystems gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Ultraschallsignalisierung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fachleute werden einsehen, dass Elemente in den Figuren im Interesse der Einfachheit und Klarheit dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Zum Beispiel können die Abmessungen von einigen Elementen in den Figuren relativ zu anderen Elementen übertrieben sein, um zur Verbesserung des Verständnisses von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beizutragen.
Die Vorrichtungs- und Verfahrenskomponenten wurden, wo angebracht, durch herkömmliche Symbole in den Zeichnungen dargestellt, wobei nur die spezifischen Details gezeigt werden, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, um die Offenbarung nicht mit Details zu verschleiern, die für Fachleute, denen die Beschreibung hierin zur Verfügung steht, ohne Weiteres offensichtlich sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Verfahren beschrieben, um die Probleme mit Ultraschallsignalisierung und -empfang in einer Umgebung zu lösen. Insbesondere lenkt die vorliegende Erfindung eine Orientierung von Ultraschallsignalen, die auf Mikrofone eines Empfängers auftreffen, um Rauschen und Nachhallen zu verringern. Insbesondere bestimmt die vorliegende Erfindung einen Standort und/oder eine Orientierung eines Ultraschall-Übertragungsgeräts und steuert, unter Verwendung des bekannten Standorts des Ultraschallempfängers relativ zum Ultraschallsender, nur den Gerätesender (und das Empfängermikrofon) an, die am besten aufeinander ausgerichtet sind. Dies kann unter Verwendung von Ultraschall-Strahlablenkung erfolgen, oder einfach durch Ansteuern von nur dem Sender in einem mobilen Gerät, der am meisten zu dem Empfänger hin orientiert ist. Ebenso könnte die vorliegende Erfindung nur das Mikrofon in dem Empfänger aktivieren, der am meisten zu dem mobilen Gerät hin orientiert ist. In einer Umgebung, in der mehrere Empfängeranordnungen installiert sind, könnte die vorliegende Erfindung nur die Empfängeranordnung aktivieren, die am nächsten zum mobilen Gerät positioniert ist. Als Folge bietet die vorliegende Erfindung weniger Mehrwegnachhallen und -reflexionen als beim Ansteuern aller Sender (und Mikrofone) und erhöht daher die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Kommunikation. Darüber hinaus verringert die vorliegende Erfindung Rauschen und Energieverbrauch.
Das die Sender beinhaltende Gerät kann eine Vielzahl verschiedener elektronischer Geschäfts- und Verbraucherplattformen umfassen, wie etwa Mobiltelefone, mobile Stationen, mobile Einheiten, mobile Knoten, Benutzerausrüstung, Teilnehmerausrüstung, Teilnehmerstationen, mobile Computer, Zugangs-Endgeräte, entfernte Endgeräte, Endgeräteausrüstung, schnurlose Handapparate, Spielgeräte, Personal Computer und persönliche digitale Assistenten und dergleichen, die alle hierin als Gerät bezeichnet werden. Jedes Gerät umfasst einen Prozessor, der weiter an eine Tastatur, einen Lautsprecher, ein Mikrofon, ein Display, Signalprozessoren gekoppelt werden kann, sowie andere Merkmale, wie sie auf dem Gebiet bekannt und daher nicht gezeigt sind.
Es sind verschiedene Einheiten dazu angepasst, die erfinderischen Konzepte der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu unterstützten. Fachleute werden erkennen, dass die Zeichnungen hierin nicht die gesamte zum Funktionieren des Systems notwendige Ausrüstung darstellen, sondern nur diejenigen Systemkomponenten und logischen Einheiten, die für die Beschreibung der Ausführungsformen hierin besonders relevant sind. Zum Beispiel können Router, Kontroller, Schalter, Zugangspunkte/-anschlüsse und Drahtlos-Clients alle getrennte Kommunikationsschnittstellen, Transceiver, Speicher und dergleichen umfassen, die alle unter der Kontrolle eines Prozessors stehen. Im Allgemeinen sind Komponenten wie Prozessoren, Transceiver, Speicher und Schnittstellen wohl bekannt. Zum Beispiel ist bekannt, dass Verarbeitungseinheiten Grundkomponenten wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Mikroprozessoren, Mikrokontroller, Pufferspeicher, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen und/oder Logikschaltungen umfassen. Derartige Komponenten sind typischerweise dazu angepasst, Algorithmen und/oder Protokolle zu implementieren, die unter Verwendung höherer Programmiersprachen oder Beschreibungen, ausgedrückt unter Verwendung von Computeranweisungen, ausgedrückt unter Verwendung logischer Ablaufdiagramme ausgedrückt wurden.
Somit sind den Fachleuten, bei Vorlage eines Algorithmus, eines logischen Ablaufs, eines Nachrichtenübertragungs-/Signalisierungsablaufs und/oder einer Protokollspezifikation, die vielen Auslegungs- und Entwicklungsverfahren bekannt, die verfügbar sind, um einen oder mehrere Prozessoren zum Ausführen der gegebenen Logik zu implementieren. Daher stellen die gezeigten Einheiten ein System dar, das gemäß der Beschreibung hierin dazu angepasst wurde, verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Des Weiteren werden Fachleute erkennen, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung in und über verschiedene physische Komponenten implementiert werden können und keine davon unbedingt auf Implementierungen auf einer einzigen Plattform beschränkt ist. Zum Beispiel können die Speicher- und Steuerungsaspekte der vorliegenden Erfindung in beliebigen der oben aufgeführten Geräte implementiert oder auf derartige Komponenten verteilt werden.
1 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Orientierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Es können mindestens zwei Ultraschall-Transponder, wie etwa ein piezoelektrischer Lautsprecher oder Sender 106 in einem mobilen Gerät 100 implementiert werden. Die Sender können einen kurzen Stoß von Ultraschall (z. B. 140) senden, um die Anwesenheit des mobilen Geräts 100 in einer Umgebung des Systems anzuzeigen. Das mobile Gerät kann einen Kontroller 102 umfassen, um das von den Sendern 106 zu übertragende Signal 108 bereitzustellen. Das mobile Gerät umfasst außerdem einen Orientierungssensor 150, der von dem Kontroller 102 verwendet werden kann, um eine Orientierung des mobilen Geräts und dadurch die Orientierung der Sender des Geräts zu bestimmen. Bei dem Orientierungssensor kann es sich um einen oder mehrere von einem Beschleunigungsmesser, ein Magnetometer, Schwerkraftgradientenmesser, ein Gyroskop und dergleichen handeln, wie sie auf dem Gebiet bekannt sind. Der Kontroller 102 kann außerdem zur drahtlosen Kommunikation mit anderen Einheiten in dem Kommunikationsnetz 120 an eine Drahtlos-Ortsnetzschnittstelle 104 gekoppelt sein.
Das drahtlose Kommunikationsnetz 120 kann drahtlose Lokal- und Fernnetze, verdrahtete Netze oder andere drahtlose IEEE 802.11-Kommunikationssysteme umfassen, einschließlich virtueller und erweiterter virtueller Netze. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere drahtlose Kommunikationssysteme angewandt werden kann. Zum Beispiel kann die nachfolgende Beschreibung auf ein oder mehr Kommunikationsnetze angewandt werden, die IEEE 802.xx-basiert sind und Drahtlostechniken wie etwa 802.11, 802.16 oder 802.20 des IEEE nutzen und modifiziert sind, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Die zum Aufbauen derartiger Netze erforderlichen Protokolle und Nachrichtenübertragung sind auf dem Gebiet bekannt und werden im Interesse der Kürze hier nicht vorgestellt.
Ein Ultraschallempfänger 110 umfasst einen Wandler, wie etwa ein oder mehrere Ultraschallmikrofone 116, die auf das von dem/den Ultraschallsender(n) 106 des mobilen Geräts übertragene Ultraschallsignal 140 reagieren können. Jedes Mikrofon 116 liefert elektrische Signale 118 an eine Empfängerschaltung, die mehrere Signalprozessoren (nicht gezeigt) und einen Kontroller 112 umfasst, so dass der Empfängerkontroller die Anwesenheit eines diesen Ultraschallsender beinhaltenden Geräts in der Umgebung wahrnimmt. Der Empfängerkontroller kann außerdem Ultraschall-Datenkommunikation von dem Gerät empfangen sowie Standortinformationen des übertragenden Geräts relativ zu dem Ultraschallempfänger 110 herleiten. Bei der hierin beschriebenen Ausführungsform kann bzw. können der bzw. die Sender des mobilen Geräts ein Ultraschallsignal mit 40,3 kHz in einem 300 μs-Ultraschallstoß auszusenden, obwohl zu beachten ist, dass andere Ultraschallfrequenzen, Zeiten und Datensignalisierung verwendet werden könnten. Das Senden kann erreicht werden, indem der Kontroller 102 einen Sender ansteuert oder indem der Kontroller zwei Sender mit verschiedenen Phasen ansteuert, um eine Strahlablenkung des Ultraschallsignals vorzunehmen. Der Empfängerkontroller 112 kann außerdem an eine Drahtlos-Ortsnetzschnittstelle 114 für die drahtlose Kommunikation mit anderen Einheiten in dem Kommunikationsnetz 120 gekoppelt werden. Alternativ könnte der Kontroller 112 durch eine verdrahtete Schnittstellenverbindung (nicht gezeigt), wie etwa eine Ethernet-Schnittstellenverbindung mit dem Kommunikationsnetz 120 verbunden werden.
Um Positionierungsfähigkeit vorzusehen, umfasst der Wandler des Empfängers mehrere Mikrofone 116, die in der Lage sind, zwischen verschiedenen Ankunftszeiten eines bestimmten Ultraschallsignals von einem mobilen Gerät zu unterscheiden. Bei einer Ausführungsform sind vier Mikrofone 116 in einem einzigen Gehäuse eines Empfängers 110 integriert. Bei dieser Ausführungsform können drei der Mikrofone an jeder Spitze einer im Wesentlichen dreieckigen Konfiguration angeordnet sein, wie etwa in einem im Wesentlichen flachen dreieckigen Gehäuse, und sind in einer Anordnung konfiguriert und wobei das vierte Mikrofon in der Mitte der dreieckigen Konfiguration, im Wesentlichen koplanar mit den anderen Mikrofonen angeordnet ist. Zur Unauffälligkeit und deutlichen Signalisierung kann das Gehäuse an einer Decke der Umgebung befestigt werden, wo die Position jedes Mikrofons bekannt und fest ist. Es ist natürlich zu beachten, dass viele verschiedene Gehäuse- und Mikrofonkonfigurationen mit einer beliebigen Anzahl von Mikrofonen genutzt werden könnten. Die hierin beschriebene Ausführungsform nutzt jedoch relativ eng beabstandete Mikrofone in einem einzigen Gehäuse.
Da Standort und Lage dieser Mikrofone 116 bekannt und fest sind, kann Multilateration oder Trilateration eines von diesen Mikrofonen empfangenen Signals (z. B. ein Ultraschallstoß 140) verwendet werden, um die Lage eines Sendergeräts unter Verwendung einer Laufzeitdifferenz (Time Delay of Arrival, TDOA) an jedem Mikrofon zu orten und zu verfolgen. Es ist zu beachten, dass ein beliebiges geeignetes Ortungsverfahren in einer Ortungsmaschine verwendet werden kann, um einen Standort des mobilen Geräts zu bestimmen. Eine derartige Ortungsmaschine kann in einen Kontroller 102 des mobilen Geräts, einen Kontroller 112 des Empfängers oder einen beliebigen anderen Kontroller oder Prozessor wie etwa einen Backend-Kontroller 130 des Drahtlosnetzes 120 integriert werden.
Die Ortungsgenauigkeit kann verbessert werden, indem die Sendezeit und die Empfangszeit des Ultraschallsignals bekannt sind. Zum Beispiel könnte der Backend-Kontroller die Ortungsmaschine umfassen und könnte genau vorgeben, wann das mobile Gerät seine Sender aktiviert. In diesem Fall weiß der Backend-Kontroller, wann das Ultraschallsignal gesendet wurde und kann dann die Laufzeit des Signals durch Abziehen der Sendezeit von der Bestätigung der Empfangszeit vom Empfänger bestimmen, d. h. HF-Synchronisation/Taktsynchronisation.
Alternativ kann sich die Ortungsmaschine in dem Empfänger befinden. In diesem Fall könnte der Backend-Kontroller die Zeit des ausgehenden Ultraschallsignals an dem Empfänger funken, was es dem Empfänger ermöglichen würde, Laufzeitdifferenzwerte in Trilateration ermöglichende Laufzeiten umzuwandeln, was in manchen Fällen Genauigkeitsvorteile gegenüber Multilateration aufweist. Laufzeiten können auch berechnet werden, wenn die Position durch Multilateration bestimmt ist, indem einfach die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der relativen Lage des Senders im dreidimensionalen Raum der Umgebung genommen und dann durch die Schallgeschwindigkeit geteilt wird. Es ist zu beachten, dass die Funkfrequenzkommunikation relativ unmittelbar nach der Laufzeit des Ultraschallsignals ist und vernachlässigt werden könnte. Unter Verwendung eines Ortungsverfahrens, wie etwa Multilateration zusammen mit der Laufzeit, könnte der Empfänger 110 den Standort des mobilen Geräts bestimmen und dem Backend-Kontroller mitteilen, wobei der Backend-Kontroller sie zur Verfolgung von dessen Standort während anschließender Stößen verwenden kann.
Bei noch einer anderen Alternative kann sich die Ortungsmaschine in dem mobilen Gerät befinden. In diesem Fall könnte der Backend-Kontroller die Empfangszeit und Laufzeitdifferenzwerte des empfangenen Ultraschallsignals von dem Empfänger an das mobile Gerät zurück funken, was es dem mobilen Gerät ermöglichen würde, die Laufzeitdifferenzwerte in Laufzeiten umzuwandeln, die Trilateration oder Multilateration ermöglichen, wie oben beschrieben. Unter Verwendung einer Ortungstechnik, wie etwa Multilateration, zusammen mit der Laufzeit könnte das mobile Gerät seinen Standort in Bezug auf den Empfänger bestimmen, so dass es bestimmen kann, wie es sein Sendersignal zu orientieren hat.
Bei einer Ausführungsform benötigt das mobile Gerät nur den Orientierungssensor, um zu bestimmen, wie es sein Ultraschallsignal zu orientieren hat, und es ist nicht notwendig, den Standort des mobilen Geräts in der Umgebung zu kennen. Bei dieser Ausführungsform umfasst das mobile Gerät mindestens zwei Sender, die betreibbar sind, um das Ultraschallsignal auszusenden. Das mobile Gerät umfasst außerdem den Orientierungssensor, der betreibbar ist, um eine Orientierung des mobilen Geräts und insbesondere einen Schwerkraftvektor in dem mobilen Gerät zu bestimmen. Bei dieser Ausführungsform ist bekannt, dass der Empfänger an einem festen Punkt an einer Decke der Umgebung angebracht ist und das mobile Gerät auf einem Boden der Umgebung verwendet wird. Daher ist die bevorzugte Richtung zum Orientieren des Ultraschallsignals allgemein vom Boden (mobiles Gerät) nach oben, zur Decke (Empfänger) hin. Insbesondere ist der Orientierungssensor betreibbar, um einen Schwerkraftvektor in dem mobilen Gerät zu bestimmen, und die bevorzugte Richtung ist dem Zug der Schwerkraft entgegengesetzt. Daher kann das mobile Gerät (das seine Orientierung und die Orientierung der darin angeordneten Sender kennt) das auszusendende Ultraschallsignal nach oben lenken, indem es entweder nur den am meisten nach oben weisenden Sender ansteuert oder in dem es die Sender in einem Phased Array ansteuert, um eine Strahlablenkung des Ultraschallsignals nach oben vorzunehmen.
Alternativ ist, wenn der Standort des Empfängers bekannt ist, die optimale Zeigeposition möglicherweise nicht dem Schwerkraftvektor entgegengesetzt. Abhängig davon, wo sich der Empfänger befindet, könnte es sich bei dem optimalen Wandler um denjenigen handeln, der um einige Grad vom Schwerkraftvektor weg orientiert ist. Genauer kann das Zielen des Ultraschallsignals besser zwischen dem mobilen Gerät und dem Empfänger orientiert werden, wenn bekannt ist, dass sich der Empfänger an einem festen bekannten Punkt in einer Umgebung des Systems befindet und ein spezifischer Standort des mobilen Geräts bestimmt werden kann. Daher wird bei einer weiteren Ausführungsform eine Ortungsmaschine (wie zuvor beschrieben) verwendet, um einen Standort des mobilen Geräts in der Umgebung des Systems festzustellen, wobei das mobile Gerät, als Reaktion auf sowohl den Standort als auch die Orientierung, die Sender besser ansteuern kann, um das Ultraschallsignal zum Empfänger hin zu orientieren. Insbesondere kann ein Standort des mobilen Geräts in der Umgebung zuerst bestimmt werden und dann kann das Ultraschallsignal von dem mobilen Gerät zum Empfänger orientiert werden. Insbesondere könnte das mobile Gerät zuerst einen Ultraschallstoß an den Empfänger aussenden, so dass die Ortungsmaschine einen Standort des mobilen Geräts in der Umgebung bestimmen kann, und dann kann das mobile Gerät seine Sender ansteuern, um ein anschließendes Ultraschallsignal zum Empfänger hin zu orientieren, wodurch die Lösung mit bester Leistung und geringstem Rauschen ermöglicht wird.
Wie zuvor beschrieben, wird die Laufzeitdifferenz des auf jedes Mikrofon auftreffenden Ultraschallstoßes von dem mobilen Gerät von der Ortungsmaschine genutzt, um einen Standort des mobilen Geräts zu bestimmen. Die Ortungsmaschine kann dann ein Triangulations-, Trilateriations- oder Multilaterationsverfahren verwenden, um einen Standort des mobilen Geräts zu bestimmen. Wenn die Ortungsmaschine nicht im mobilen Gerät vorhanden ist (d. h. sie befindet sich im Empfänger oder im Backend-Kontroller), können die Angaben über den Standort des mobilen Geräts an das mobile Gerät gefunkt werden, so dass das mobile Gerät weiß, wie es sein Ultraschallsignal zu orientieren hat. Danach könnten anschließende Ultraschallsignalisierung oder -stöße verwendet werden, um den Standort des mobilen Geräts zu verfolgen.
Wie zuvor beschrieben, sind die Sender in unterschiedlichen Richtungen in dem mobilen Gerät orientiert und das mobile Gerät kann betrieben werden, um nur einen der Sender anzusteuern, der am meisten zum Empfänger hin orientiert ist. Alternativ können die Sender in einem Phased Array in dem mobilen Gerät orientiert werden, so dass das mobile Gerät jeden Sender mit einer anderen Phase des ansteuernden elektrischen Signals ansteuern kann, um eine Strahlablenkung des Ultraschallsignals zu dem Empfänger hin vorzunehmen.
Bei jeder der vorangehenden Ausführungsformen können die im Empfänger angeordneten Mikrofone in unterschiedlichen Richtungen orientiert sein, so dass der Empfänger nur eines der Mikrofone betreiben könnte, das am meisten zu dem mobilen Gerät hin orientiert ist. Das würde die Wahrscheinlichkeit senken, dass andere Mikrofone Nachhallen oder Reflexionen aufnehmen.
2 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Orientieren eines Ultraschallsignals in einer Umgebung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
Ein erster Schritt 200 umfasst das Bereitstellen eines mobilen Geräts mit mindestens zwei Sendern, die betreibbar sind, um ein Ultraschallsignal auszusenden, und eines an einem festen bekannten Punkt in einer Umgebung des Systems befindlichen Empfängers mit mindestens zwei Mikrofonen, die betreibbar sind, um das Ultraschallsignal zu empfangen.
Ein nächster Schritt 202 umfasst das Bestimmen einer Orientierung des mobilen Geräts.
Ein optionaler nächster Schritt 204 umfasst das Feststellen eines Standorts des mobilen Geräts in der Umgebung des Systems.
Ein nächster Schritt 206 umfasst das Ansteuern der Sender als Reaktion auf den Standort und/oder die Orientierung, um das Ultraschallsignal zu dem Empfänger hin zu orientieren. Das kann das Ansteuern von nur einem der Sender umfassen, der am meisten zu dem Empfänger hin orientiert ist, wenn die Sender in dem mobilen Gerät in unterschiedlichen Richtungen orientiert sind. Alternativ kann dies auch das Ansteuern jedes Senders mit einer eigenen Phasenverschiebung umfassen, um eine Strahlablenkung des Ultraschallsignals zu dem Empfänger hin vorzunehmen, wenn die Sender in dem mobilen Gerät in einem Phased Array orientiert sind.
Ein optionaler Schritt 208 umfasst das Betreiben von nur einem der Mikrofone, das am meisten zu dem mobilen Gerät hin orientiert ist, wenn die Mikrofone in dem Empfänger in unterschiedlichen Richtungen orientiert sind.
In der vorangehenden Beschreibung wurden spezifische Ausführungsformen beschrieben. Fachleute sehen jedoch ein, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen dargelegt ist, abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren in veranschaulichendem und nicht in einschränkendem Sinn zu betrachten, und es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Abwandlungen im Umfang vorliegender Lehren enthalten sind.
Die Nutzen, Vorteile, Lösungen von Problemen und etwaige Elemente, die bewirken können, dass ein Nutzen, Vorteil oder eine Lösung eintritt oder deutlicher wird, sind nicht als kritische, notwendige oder wesentliche Merkmale oder Elemente von einem oder allen der Ansprüche auszulegen. Die Erfindung ist ausschließlich von den angehängten Patentansprüchen definiert, einschließlich etwaiger während der Rechtsanhängigkeit diese Anmeldung vorgenommener Änderungen und aller Entsprechungen dieser Patentansprüche, wie sie erteilt sind.
Darüber hinaus dürfen in diesem Dokument Verhältnisbegriffe wie etwa erstes und zweites, oben und unten und dergleichen nur verwendet werden, um eine Einheit oder Handlung von einer anderen Einheit oder Handlung zu unterscheiden, ohne unbedingt eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Handlungen zu erfordern oder zu implizieren. Die Begriffe ”umfasst”, ”umfassend”, ”weist auf”, ”aufweisend”, ”beinhaltet”, ”beinhaltend”, ”enthält”, enthaltend” oder andere Varianten davon sollen eine nicht ausschließende Einbeziehung abdecken, so dass ein Prozess, Verfahren, Artikel oder eine Vorrichtung, der, das bzw. die eine Liste von Elementen umfasst, aufweist, beinhaltet, enthält, nicht nur dieses Element beinhaltet, sondern auch andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder einem derartigen Prozess, Verfahren, Artikel oder einer derartigen Vorrichtung innewohnen. Ein Element, dem ”umfasst ein/e ...”, ”weist ein/e ... auf”, ”beinhaltet ein/e ...”, ”enthält ein/e ...” vorausgeht, schließt ohne weitere Einschränkungen nicht das Vorhandensein weiterer identischer Elemente in dem Prozess, Verfahren, Artikel oder der Vorrichtung aus, der, das bzw. die das Element enthält. Die Begriffe ”ein” und ”eine” sind definiert als ein/e oder mehr, wenn hierin nicht ausdrücklich Anderes gesagt wird. Die Begriffe ”im Wesentlichen”, ”ungefähr”, ”etwa” oder eine beliebige andere Variante davon sind definiert als nahezu, wie es von Fachleuten verstanden wird, und in einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Begriff als innerhalb von 10% liegend definiert, in einer anderen Ausführungsform innerhalb von 5%, in einer anderen Ausführungsform innerhalb von 1% und in einer anderen Ausführungsform innerhalb von 0,5%. Der Begriff ”gekoppelt” wie er hierin verwendet wird, ist definiert als verbunden, jedoch nicht unbedingt direkt und nicht unbedingt mechanisch. Eine Vorrichtung oder Struktur, die auf eine bestimmte Art ”konfiguriert ”ist, ist auf mindestens diese Art konfiguriert, kann jedoch auch auf nicht aufgeführte Arten konfiguriert sein.
Man wird einsehen, dass manche Ausführungsformen aus einem oder mehreren generischen oder spezialisierten Prozessoren oder Verarbeitungsvorrichtungen bestehen können, wie etwa Mikroprozessoren, digitalen Signalprozessoren, individuell angepassten Prozessoren und Field Programmable Gate Arrays und eindeutigen gespeicherten Programmanweisungen (umfassend sowohl Software als auch Firmware), die den einen bzw. die mehreren Prozessoren steuern, um in Verbindung mit gewissen Schaltungen außerhalb des Prozessors einige, die meisten oder alle der Funktionen des hierin beschriebenen Verfahrens und/oder der hierin beschriebenen Vorrichtung zu implementieren. Alternativ könnten einige oder alle Funktionen von einer Zustandsmaschine implementiert werden, die keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, wobei jede Funktion oder einige Kombinationen gewisser dieser Funktionen als individuell angepasste Logik implementiert sind. Natürlich könnte eine Kombination der beiden Ansätze verwendet werden.
Darüber hinaus kann eine Ausführungsform als computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeichertem computerlesbarem Code implementiert werden, um einen Computer (der z. B. einen Prozessor umfasst) dazu zu programmieren, ein Verfahren wie hierin beschrieben und beansprucht auszuführen. Beispiele derartiger computerlesbarer Speichermedien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf eine Festplatte, einen Compact Disc-Festspeicher, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung, einen Festspeicher, einen programmierbaren Festspeicher, einen löschbaren programmierbaren Festspeicher, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festspeicher und einen Flash-Speicher. Des Weiteren wird erwartet, dass Fachleute, die, trotz möglicherweise erheblicher Bemühungen und vieler Auslegungsmöglichkeiten, durch zum Beispiel verfügbare Zeit, aktuelle Technik und wirtschaftliche Überlegungen motiviert sind, wenn sie von den hierin offenbarten Konzepten und Grundsätzen geleitet werden, ohne Weiteres in der Lage sein werden, mit minimalem Experimentieren derartige Softwareanweisungen und Programme und integrierte Schaltungen zu erzeugen.
Die Kurzfassung ist dazu vorgesehen, es dem Leser zu ermöglichen, die Art der technischen Offenbarung rasch zu erkennen. Sie wird unter der Voraussetzung eingereicht, dass sie nicht verwendet wird, um den Umfang oder die Bedeutung der Patentansprüche zu interpretieren oder einzuschränken. Außerdem ist in der vorangehenden Detaillierten Beschreibung zu sehen, dass verschiedene Merkmale zum Zweck der Straffung der Offenbarung in verschiedenen Ausführungsformen zusammen gruppiert sind. Dieses Verfahren der Offenbarung darf nicht als eine Absicht reflektierend interpretiert werden, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale benötigen als in jedem Anspruch ausdrücklich aufgeführt. Wie die nachfolgenden Patentansprüche reflektieren, liegt der erfinderische Gegenstand, vielmehr in weniger als allen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform. Somit sind die nachfolgenden Patentansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrennter beanspruchter Gegenstand für sich alleine steht.

Claims

System zum Orientieren eines Ultraschallsignals, das Folgendes umfasst: ein mobiles Gerät, umfassend mindestens zwei Sender, die betreibbar sind, um ein Ultraschallsignal auszusenden, wobei das mobile Gerät außerdem einen Orientierungssensor umfasst, der betreibbar ist, um eine Orientierung des mobilen Geräts zu bestimmen; und wobei das mobile Gerät als Reaktion auf die Orientierung betreibbar ist, um die Sender anzusteuern, um das Ultraschallsignal in einer bevorzugten Richtung zu orientieren.
System nach Anspruch 1, wobei der Orientierungssensor betreibbar ist, um einen Schwerkraftvektor in dem mobilen Gerät zu bestimmen, und wobei die bevorzugte Richtung dem Zug der Schwerkraft entgegengesetzt ist.
System nach Anspruch 1, das weiter Folgendes umfasst: einen Empfänger mit mindestens zwei Mikrofonen, die betreibbar sind, um das Ultraschallsignal zu empfangen, wobei sich der Empfänger an einem festen bekannten Punkt in einer Umgebung des Systems befindet; und eine Ortungsmaschine, die betreibbar ist, um einen Standort des mobilen Geräts in der Umgebung des Systems festzustellen; wobei das mobile Gerät als Reaktion auf den Standort und die Orientierung betreibbar ist, um die Sender anzusteuern, um das Ultraschallsignal zu dem Empfänger hin zu orientieren.
System nach Anspruch 3, wobei das mobile Gerät betreibbar ist, um einen Ultraschallstoß an den Empfänger auszusenden, so dass die Ortungsmaschine einen Standort des mobilen Geräts in der Umgebung bestimmen kann.
System nach Anspruch 4, wobei die Laufzeitdifferenz des auf jedes Mikrofon auftreffenden Ultraschallstoßes von dem mobilen Gerät von der Ortungsmaschine genutzt wird, um einen Standort des mobilen Geräts zu bestimmen.
System nach Anspruch 5, wobei die Ortungsmaschine betreibbar ist, um eine Multilaterations-Ortungstechnik zu verwenden, um einen Standort des mobilen Geräts zu bestimmen und zu verfolgen.
System nach Anspruch 3, wobei die Sender in unterschiedlichen Richtungen in dem mobilen Gerät orientiert sind und wobei das mobile Gerät betreibbar ist, um nur einen der Sender anzusteuern, der am meisten zum Empfänger hin orientiert ist.
System nach Anspruch 3, wobei die Sender in einem Phased Array in dem mobilen Gerät orientiert sind, und wobei das mobile Gerät betreibbar ist, um die Sender anzusteuern, um eine Strahlablenkung des Ultraschallsignals zu dem Empfänger hin vorzunehmen.
System nach Anspruch 3, wobei die Mikrofone in unterschiedlichen Richtungen in dem Empfänger orientiert sind und wobei der Empfänger betreibbar ist, um nur eines der Mikrofone zu betreiben, das am meisten zum mobilen Gerät hin orientiert ist.
System nach Anspruch 3, weiter umfassend mehrere Empfängeranordnungen mit jeweils mindestens zwei Mikrofonen, die betreibbar sind, um das Ultraschallsignal zu empfangen, wobei sich die Empfängeranordnungen an einem festen bekannten Punkten in einer Umgebung des Systems befinden, und wobei die Empfängeranordnung, die am nächsten bei dem mobilen Gerät positioniert ist, die einzige aktivierte Anordnung ist.
Verfahren zum Orientieren eines Ultraschallsignals, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines mobilen Geräts, umfassend mindestens zwei Sender, die betreibbar sind, um ein Ultraschallsignal auszusenden, und eines Empfängers mit mindestens zwei Mikrofonen, die betreibbar sind, um das Ultraschallsignal zu empfangen, wobei sich der Empfänger an einem festen bekannten Punkt in einer Umgebung des Systems befindet; Bestimmen einer Orientierung des mobilen Geräts; Feststellen eine Standorts des mobilen Geräts in der Umgebung des Systems; und Ansteuern der Sender als Reaktion auf den Standort und die Orientierung, um das Ultraschallsignal zu dem Empfänger hin zu orientieren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ansteuern das Ansteuern von nur einem der Sender umfasst, der am meisten zu dem Empfänger hin orientiert ist, wenn die Sender in dem mobilen Gerät in unterschiedlichen Richtungen orientiert sind.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend das Betreiben von nur einem der Mikrofone, das am meisten zu dem mobilen Gerät hin orientiert ist, wenn die Mikrofone in dem Empfänger in unterschiedlichen Richtungen orientiert sind.