DE60316818T2 - System und verfahren zur elektromagnetischen nahfeld-entfernungsmessung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Messung eines Abstands oder eines Bereichs durch Nutzung eines elektromagnetischen Nahfeldverhaltens und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Auswerten eines Abstands zwischen einem Sender oder einem Funkfeuer und einem Empfänger oder einem Lokalisierer bzw. einer Ortungsvorrichtung. Noch spezifischer beschreibt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Bestimmen eines Bereichs zu einem Funkfeuer, das nur sendet, ohne eine Synchronisation zu erfordern und ohne auf einer Variation in Bezug auf eine Signalamplitude zu beruhen. Die vorliegende Erfindung kann auf vorteilhafte Weise als Teil eines allgemeineren Systems zum Bestimmen einer Position (eines Bereich und einer Lage) oder zur Verfolgung (zum Bestimmen einer Position nahezu in Echtzeit) verwendet werden.
  • Zugehöriger Stand der Technik:
  • Im Stand der Technik ist eine Vielfalt von Techniken zum Verwenden elektromagnetischer Signale zum Bestimmen einer Richtung und eines Abstands bekannt. Diese Techniken werden manchmal Funkpeilung und Kursfunkfeuerung genannt. Eine gute Zusammenfassung des Standes der Technik in Bezug auf eine Funkpeilung ist von Jenkins zur Verfügung gestellt. [Small-Aperture Radio Direction-Finding, von Herndon H. Jenkins; Artech House, Boston; 1991; S. 1-23.]
  • Zeitdifferenz und Phasendifferenzwinkel einer Ankunft
  • Eine Technik zur Funkpeilung ist Ankunftszeitdifferenz (TDOA = time difference of arrival) genannt worden. Diese Technik verwendet ein Paar von miteinander polarisierten Antennen, die um einen Grundlinienabstand getrennt sind. Ein ankommendes Signal, das in einer Richtung senkrecht zur Grundlinie einfällt, wird von beiden Antennen gleichzeitig empfangen. Wenn die Einfallsrichtung nicht senkrecht zur Grundlinie ist, wird eine Antenne das Signal vor der anderen empfangen. Die Differenz bezüglich der Ankunftszeit der Signale bei jeder Antenne kann auf den Einfallswinkel bezogen werden. Äquivalent dazu kann diese Differenz bezüglich einer Ankunftszeit auf eine Weise behandelt werden, die gleich einer Phasendifferenz ist. Unter Verwendung dieser Technik kann die Ankunftsrichtung einer einfallenden ebenen Welle bestimmt werden. Diese TDOA-Technik kann verallgemeinert werden, um auf ein Netzwerk von Empfangsantennen bei bekannten Positionen angewendet zu werden. Durch Vergleichen der Ankunftszeiten des Signals bei jeder Empfangsantenne kann die Richtung der einfallenden ebenen Welle bestimmt werden. In vielen (aber nicht unbedingt allen) Fällen ist die Richtung, aus welcher die ankommende ebene Welle ankommt, die Richtung, in welcher ein Zielsender sitzt. Frühe Beispiele von solchen Funkpeilungssystemen enthalten die Funkpeilungssysteme, die von J.S. Stone ( US-Patent Nr. 716,134 ; US-Patent Nr. 716,135 ; US-Patent Nr. 899,272 ; US-Patent Nr. 961,265 ) und Roos ( US-Patent Nr. 984,108 ) offenbart sind. Eine Phasenerfassung für einen Ankunftswinkel auf die Weise, die nun allgemein im gegenwärtigen Stand der Technik verstanden wird, wurde von Fritz ( US-Patent Nr. 2,160,135 ), von Runge ( US-Patent Nr. 2,234,654 ) und von Budenbom ( US-Patent Nr. 2,423,437 ) offenbart. Eine 3-D-Funkpeilung unter Verwendung einer Phasendifferenz wurde von Jansky ( US-Patent Nr. 2,437,695 ) offenbart. Lioio et al ( US-Patent Nr. 5,724,047 ) offenbaren ein Phasen- und Zeitdifferenz-Funkpeilungssystem.
  • Ankunftswinkel-Strahlungscharakteristik
  • Eine weitere Technik für eine Funkpeilung enthält ein Verwenden einer Antenne, deren Reaktion als Funktion eines Winkels variiert. Bei einer Implementierung könnte man eine Richtantenne mit relativ schmaler Strahlbreite in einer bestimmten Hauptstrahlrichtung oder einer Richtung einer maximalen Signalstärke verwenden. Die Orientierung bzw. Ausrichtung der Antenne wird variiert, bis das empfangene Signal maximiert ist, so dass die Hauptstrahlrichtung der Antenne mit der Richtung des ankommenden Signals ausgerichtet ist. Bei einer alternativen Implementierung könnte man eine Antenne mit einer Nullpeilung in einer bestimmten Nullrichtung oder einer Richtung einer minimalen Signalstärke verwenden.
  • Bei einer frühen Erfindung offenbaren Erskine-Murray et al ( US-Patent Nr. 1,342,257 ) die Verwendung einer Rahmenantenne, die um eine Achse gedreht wird, die in der Ebene des Rahmens bzw. der Schleife liegt. Eine ähnliche Vorrichtung, die ein Finden eines Minimums oder von Null zuließ, während sie noch ein Signal empfängt, wurde von Robinson ( US-Patent Nr. 1,357,210 ) offenbart. Zwei Rahmenantennen mit orthogonalen Achsen können elektrisch kombiniert werden, um eine virtuelle Antenne zu erzeugen, die in der Richtung eines Signalmaximums (oder -minimums) ausgerichtet ist. Eine kapazitive Kombinationsanordnung oder ein Winkelmaß bzw. ein Goniometer wurde von Bellini ( US-Patent Nr. 1,297,313 ) offenbart, und ein Goniometer mit Transformator oder induktiver Kopplung wurde von Goldschmidt et al ( US-Patent Nr. 1,717,679 ) offenbart. Eine elektrisch kleine Rahmen- und eine Peitschen-(oder Dipol-)Antenne können kombiniert werden, um eine Richtcharakteristik vom Kardioid- bzw. Nierentyp mit einer scharfen Null in einer bestimmten Azimutrichtung zu ergeben. Die Orientierung der Antenne kann variiert werden, bis das empfangene Signal minimiert ist, und dann wird die Nullrichtung mit der Richtung des ankommenden Signals ausgerichtet. Beispiele für diese Technik sind von Taylor ( US-Patent Nr. 1,991,473 ), Bailey ( US-Patent Nr. 1,839,290 ) und Busignies ( US-Patent Nr. 1,741,282 ) offenbart. Die Technik einer Goniometerkombination von Signalen von Richtantennen wurde auch von Fischer ( US-Patent Nr. 2,539,413 ) offenbart.
  • Ankunftswinkel-Amplitudenvergleich
  • Eine weitere Technik zum Bestimmen des Ankunftswinkels einer Funkwelle ist ein Ankunftswinkel-Amplitudenvergleich. Die Signalamplituden von zwei oder mehreren Antennen werden verglichen, um einen Ankunftswinkel zu bestimmen. Wenn beispielsweise eine erste Antennensignalamplitude sehr groß ist und eine zweite Antennensignalamplitude klein ist, kann man ableiten, dass die Funkwelle, die aus der Richtung der Strahlungscharakteristik der ersten Antenne ankam, maximal ist, und die aus der Richtung der Strahlungscharakteristik der zweiten Antenne ankam, minimal ist. Wenn die Signale von vergleichbarer Größe sind, dann kann die Funkwelle aus einer Richtung angekommen sein, in welcher die Strahlungscharakteristiken der zwei Antennen eine vergleichbare Richtwirkung haben. Dies ist gleich dem herkömmlichen Winkelmaß- bzw. Goniometerwinkel der bereits genannten Ankunftstechnik. Beispiele für diese Technik enthalten Offenbarungen von Earp ( US-Patent Nr. 2,213,273 ), Wagstaffe ( US-Patent Nr. 2,213,874 ), Budenbom ( US-Patent Nr. 2,234,587 ) und Clark ( US-Patent Nr. 2,524,768 ).
  • Doppler-Ankunftswinkel
  • Eine noch weitere Technik für eine Funkpeilung zieht einen Vorteil aus dem Doppler-Fizeau-Effekt. Wenn eine Empfangsantenne mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse senkrecht zur Richtung eines ankommenden Signals gedreht wird, dann wird dieses ankommende Signal bezüglich der Frequenz nach oben verschoben werden, wenn sich die Empfangsantenne in Richtung des ankommenden Signals bewegt, und bezüglich der Frequenz nach unten, wenn sich die Empfangsantenne weg von der Richtung des ankommenden Signals bewegt. In der Praxis ist es nicht möglich, eine Antenne mit ausreichend hoher Winkelgeschwindigkeit zu drehen, damit dieser Effekt ohne weiteres beobachtet werden kann. Statt dessen kann eine Anzahl von Empfangsantennen in einem Kreis platziert und mit hoher Geschwindigkeit sequentiell gescannt oder abgetastet werden, um eine Drehung zu simulieren. Solche Systeme wurden von Earp ( US-Patent Nr. 2,651,774 ) und Steiner ( US-Patent Nr. 3,025,522 ) offenbart.
  • Hybrid-Ankunftswinkel
  • Die Techniken nach dem Stand der Technik, die hierin vorangehend zum Durchführen von Ankunftswinkelmessungen diskutiert sind, können auf vorteilhafte Weise kombiniert werden. Beispielsweise offenbaren Edwards et al ( US-Patent Nr. 2,419,946 ) die Kombination eines Amplituden- und eines Phasenvergleichs in einem Funkpeilungssystem. Murphy et al ( US-Patent Nr. 5,541,608 ) offenbaren ein Kombinieren eines Amplituden- und eines Phasenvergleichs in einem Funkpeilungssystem. Murphy et al verwenden ihre offenbarte Architektur nicht zum Messen eines Bereichs oder eines Abstands und sie verwenden kein Nahfeldverhalten einer elektromagnetischen Signalgabe, wie es durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird.
  • Dreiecksbildung
  • Eine Vielfalt von Funkpeilungsmessungen von einem Netzwerk aus zwei oder mehreren verteilten Positionen lässt zu, dass die Lokalisierung eines Zielsenders bestimmt wird. Eine Technik, durch welche dies erreicht werden kann, verwendet eine Dreiecksbildung. Wenn beispielsweise die Richtung zum Zielsender aus drei bekannten Positionen bestimmt worden ist, können die Lagen bzw. Richtungen für die drei Richtungen auf einer Karte aufgetragen werden und ist die Lokalisierung des Zielsenders bei der Schnittstelle der Richtungen oder bei dem Dreiecksbereich, der durch die Schnittstellen der Richtungen begrenzt ist. Ein Beispiel für ein solches System wurde von Maloney et al ( US-Patent Nr. 4,728,959 ) offenbart.
  • Kursfunkfeuerung
  • Eine Kursfunkfeuerung kann durch eine Dreiecksbildung aus einer Sammlung von Peilungsmessungen erreicht werden. Jedoch besteht ein Nachteil bei dieser Be reichswahltechnik nach dem Stand der Technik darin, dass ein Erhalten von sogar nur einer Berechnung für einen einzelnen Bereich oder einen Abstand Messungen erfordert, die von wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen aus abgenommen sind. Die Positionen müssen durch eine Grundlinie getrennt sein, die ein signifikanter Bruchteil des zu messenden Bereichs ist, um eine zuverlässige Bereichsbestimmung zu erhalten.
  • RADAR
  • Es gibt eine Vielfalt von anderen Arten, auf welche ein Bereich gemessen werden kann. Eine Technik ist eine Funkerfassung und eine Bereichswahl (RADAR = RAdio Detection And Ranging), wie es beispielsweise von Plaistowe ( US-Patent Nr. 2,207,267 ) offenbart ist. Die Radartechnik beruht auf der Streuung von Signalen von einem Ziel. Radar arbeitet gut in der Richtung eines Luftfahrzeugs am offenen Himmel oder von Schiffen auf der Oberfläche eines Ozeans, aber eine Radarerfassung wird in wachsendem Maß schwierig, wenn das Ziel, das verfolgt wird, in einer überhäuften Umgebung ist, die durch Streueinheiten von äquivalentem Querschnitt zum Ziel, das man zu verfolgen wünscht, besiedelt ist.
  • Bereichswahl mit passiver Kennung
  • Ein passives kooperatives Ziel, ein passiver Transponder oder eine passive Kennung bzw. ein passives Tag ergibt eine bessere Leistungsfähigkeit, als sie mit einem nicht kooperativen Radarziel erreicht wird. Bei einem Bereichswahlsystem mit passiver Kennung strahlt ein Sender ein Signal, das durch einen passiven Transponder empfangen wird. Der passive Transponder nimmt die empfangene Energie und strahlt das Signal zurück. Das zurückgestrahlte Signal wird beim ursprünglichen Sender empfangen und mit dem ursprünglichen gesendeten Signal verglichen. Dieser Vergleich kann eine Phase, eine Zeitverzögerung oder einen anderen Vergleich zwischen den gesendeten und empfangenen Signalen enthalten, was eine Bereichsmessung ermöglicht. Ein Beispiel für ein solches System ist von Lichtenberg et al ( US-Patent Nr. 4,757,315 ) offenbart. Ein Nachteil einer Bereichswahl mit passiver Kennung besteht darin, dass der effektive Bereich aufgrund der niedrigen Energie, die durch die Kennung bzw. das Tag aufgenommen wird, die bzw. das dafür verfügbar ist, zurückgestrahlt zu werden, dazu neigt, relativ kurz zu sein.
  • Bereichswahl mit aktivem Transponder
  • Ein aktives kooperatives Ziel ist bei Bereichswahloperationen allgemein effektiver als ein passives Ziel. Ein aktiver Transponder hört auf ein bestimmtes Abfragesignal und reagiert mit einem bestimmten Antwortsignal. Die Frequenz des Antwortsignals ist nicht notwendigerweise dieselbe wie die des Abfragesignals und die Stärke des Rückkehrsignals hängt nicht von der Stärke des vom Ziel empfangenen Abfragesignals ab. Diese Technik kann Bereichswahl mit aktivem Transponder genannt werden. Die Zeit für einen Flug von einem abfragenden Sender zum Transponder und zurück zu einem Empfänger kann durch einen Phasenvergleich des ursprünglichen gesendeten Signals mit dem vom entfernten Transponder empfangenen Signal bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Phasenvergleich bei einer Modulation durchgeführt werden, die einem Abfragesignal und einem Antwortsignal auferlegt ist. Ist die Wellengeschwindigkeit von Signalen bekannt, kann die Flugzeit in einen Abstand umgesetzt werden. Beispiele für Bereichswahlsysteme vom Transpondertyp enthalten Offenbarungen von Green ( US-Patent Nr. 1,750,668 ), Nicolson ( US-Patent Nr. 1,945,952 ), Gunn ( US-Patent Nr. 2,134,716 ), Holmes ( US-Patent Nr. 2,198,113 ) und Strobel ( US-Patent Nr. 2,248,727 ). Deloraine et al ( US-Patent Nr. 2,408,048 ) offenbaren ein System zum Verwenden von zeitmodulierten Pulsen in einem Transponder-Bereichswahlsystem. Nosker ( US-Patent Nr. 2,470,787 ) offenbart ein System für eine 3-D-Positionsmessung unter Verwendung einer Transponder-Bereichswahl und Williams ( US-Patent Nr. 3,243,812 ) offenbart ein besonders einfaches Transpondersystem, das ein Zählen eines Zyklus eines Phasenvergleichs zwischen einem gesendeten Signal und einem empfangenen Transpondersignal enthält. Ein Nachteil einer Transponder-Bereichswahl besteht darin, dass sie ein aktives Ziel zum Empfangen eines Signals erfordert und eine Übertragung eines Rückkehrsignals allgemein durch irgendeine Eigenschaft des empfangenen Abfragesignals beeinflusst ist.
  • Bereichswahl mit nur einem Senden
  • Ein einfacheres Bereichswahlschema mit nur einem Senden verwendet ein Ziel, das nur sendet. Eine Art zum Implementieren eines Bereichswahlsystems mit nur einem Senden besteht im Messen der Amplitude von Signalen, die von einem Sender mit einer bekannten Sendeleistung empfangen werden. Dieses Amplituden-Bereichswahlverfahren einer Kursfunkfeuerung wurde von de Forest (US-Patent Nr. 749,436 ; US-Patent Nr. 758,517 ; US-Patent Nr. 1,183,802 ) offenbart. In einigen Fällen nimmt die Amplitude auf vorhersagbare Weise mit einem Abstand vom Empfänger ab. Beispielsweise variiert im freien Raum eine empfangene Leistung als inverses Quadrat des Abstands. Kennt man die Sendeleistung, die Empfangsleistung und die Eigenschaften der Antennen, kann man den Bereich unter Verwendung einer bekannten Beziehung, wie beispielsweise dem Friis-Gesetz, ableiten.
  • Die Beziehung zwischen einer gesendeten Leistung (PTX) und einer empfangenen Leistung (PRX) in einer Fernfeld-RF-Verbindung ist gegeben durch das Friis-Gesetz:
    Figure 00070001
    wobei
    • GTX
    die Sendeantennenverstärkung ist,
    GRX
    die Empfangsantennenverstärkung ist,
    λ
    die RF-Wellenlänge ist, und
    R
    der Bereich zwischen dem Sender und dem Empfänger ist.
  • Eine Leistung fällt im Fernfeld wie das inverse Quadrat des Abstands
    Figure 00070002
    ab (d.h. eine Leistung wird kleiner, wenn ein Bereich größer wird). Nahfeldverbindungen folgen dieser Beziehung nicht. Eine Nahfeldleistung fällt bei Leistungen ab, die höher als ein inverses Quadrat sind, und zwar typischerweise wie eine inverse vierte Potenz
    Figure 00070003
    oder höher.
  • Das Nahfeldverhalten hat mehrere wichtige Konsequenzen. Als Erstes neigt die verfügbare Leistung bei einer Nahfeldverbindung dazu, viel höher zu sein, als sie aus der gewöhnlichen Fernfeld-Beziehung nach dem Friis-Gesetz vorhergesagt werden würde. Dies resultiert in einem höheren Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) und einer Verbindung für ein besseres Durchführen. Als Zweites neigt deshalb, weil die Nahfelder einen solchen relativ schnellen Leistungsabfall haben, ein Bereich dazu, relativ endlich und beschränkt zu sein. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Nahfeldsystem mit einem anderen Ruf-System interferiert, das außerhalb des Betriebsbereichs des Nahfeldsystems arbeitet.
  • Ein Ableiten eines Bereichs aus einer empfangenen Signalleistung oder einer Amplitude ist im besten Fall problematisch. Trotz der Schwierigkeiten werden noch Amplituden-Bereichswahlsysteme verwendet. Beispielsweise offenbarte Moulin ( US-Patent Nr. 5,955,982 ) ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen und Lokalisieren von Menschen, die unter einer Lawine begraben sind, wobei eine Signalamplitude zum Lokalisieren eines Lawinenopfers verwendet wird.
  • Es gibt eine Vielfalt von anderen Arten, auf welche ein Empfänger Bereichsinformation von einem Ziel, das nur sendet, erhalten kann. Ranger ( US-Patent Nr. 1,639,667 ) offenbarte die Idee von synchronisierten Oszillatoren bei einem Sender und bei einem entfernten Empfänger. Ein Empfänger kann die Anzahl von 360°-Phasenverschiebungen oder die Anzahl von Schlägen pro Zeit vergleichen, um eine Änderung bezüglich eines Abstands abzuleiten. In einer Reihe von Erfindungen offenbarte Gage ( US-Patent Nr. 1,828,531 ; US-Patent Nr. 1,939,685 ; US-Patent Nr. 1,939,686 ; US-Patent Nr. 1,961,757 ) ein Senden eines Paars von Signalen bei unterschiedlichen Frequenzen mit unterschiedlichen Ausbreitungscharakteristiken und unterschiedlichen Dämpfungskonstanten. Durch Vergleichen des Amplitudenverhältnisses der empfangenen Signale kann ein Bereich abgeleitet werden. Runge ( US-Patent Nr. 2,134,535 ) offenbarte ein Schauen auf die Überlagerung von direkten und reflektierten Strahlen in einem empfangenen Signal, um einen Bereich von einem Sender abzuleiten. Herson ( US-Patent Nr. 2,314,883 ) offenbarte ein Auswerten der Änderungsrate der Amplitude eines empfangenen Signals, um einen Bereich abzuleiten. Hammerquist ( US-Patent Nr. 4,788,548 ) offenbarte einen Mehrkanalempfänger zum Durchführen von Phasenmessungen, der zulässt, dass eine Bereichsmessung durchgeführt wird. Vor kürzerer Zeit offenbarte Sullivan ( US-Patent Nr. 5,999,131 ) ein Netzwerk von Empfängern, die das Signal des direkten Pfads von einem Sender isolieren. Relative Phasendifferenzmessungen zwischen Empfängern im Netzwerk werden in differentielle Bereichsschätzungen zum Lokalisieren des Senders umgewandelt. Das System von Sullivan hat den Nachteil, dass es eine gemeinsame Zeitbasis oder eine Synchronisation zwischen allen Empfängern im Netzwerk erfordert.
  • Wenn ein Sender und ein Empfänger synchronisiert werden, dann kann eine genaue Phasenmessung bei einem Empfänger eine Bereichsinformation bis zu einer Unsicherheit von 360° bezüglich der Phase ergeben. Anders ausgedrückt kann ein synchronisierter Empfänger die Lokalisierung eines Senders relativ zum Beginn und zum Ende einer Wellenlänge bestimmen, kann jedoch nicht bestimmen, ob die Position des Senders innerhalb (beispielsweise) der siebten, oder der achten oder irgendeiner anderen Wellenlänge entfernt liegt. Wenn die absolute (oder Referenz-)Position des Senders anfangs durch irgendeine andere Einrichtung bestimmt ist, kann dann der Empfänger die Änderung bezüglich einer Position des Senders relativ zur gebildeten Referenz verfolgen. Eine genaue Synchronisation ist wesentlich zum Erreichen einer sinnvollen Bereichsinformation in einem solchen System. Irgendeine Taktabweichung zwischen dem Ziel, das nur sendet, und dem Empfänger resultiert in einem Bereichsfehler. In der Praxis ist jedoch eine präzise Synchronisation äußert schwierig und oft aufwendig zu erreichen.
  • Eine Bereichsauswahl mit nur einem Senden kann auch mit einem nicht synchronisierten Ziel, das nur sendet, unter Verwendung eines Netzwerks von synchronisierten Empfängern erreicht werden. Die relative Differenz bezüglich einer empfangenen Phase kann in eine relative Differenz bezüglich einer Position umgesetzt werden, die Gegenstand einer Vieldeutigkeit der Phase von 360° ist.
  • Alle diese Bereichswahlschemen mit nur einem Senden beruhen auf der "Fernfeld"-Annahme: man muss annehmen, dass ein Ziel, das nur sendet und ein Empfänger wenigstens eine halbe Wellenlänge entfernt voneinander lokalisiert sind. Wenn ein Ziel, das nur sendet, und ein Empfänger innerhalb einer halben Wellenlänge oder weniger voneinander lokalisiert sind, dann machen es Nahfeldvieldeutigkeiten schwierig, einen genauen Bereich zu bestimmen.
  • Die Einfachheit eines Bereichswahlsystems mit nur einem Senden ist attraktiv. Jedoch leiden existierende Bereichswahlsysteme mit nur einem Senden an signifikanten Nachteilen. Einige Bereichswahlsysteme mit nur einem Senden sind von einer genauen Synchronisation eines Netzwerks von Empfängern abhängig, die dazu neigen, dass sie komplex, schwierig und teuer zu implementieren sind. Einige Bereichswahlsysteme mit nur einem Sender sind abhängig von einer Messung einer genauen Zeit zwischen einem Senden und einem Empfangen, um einen Abstand durch Multiplizieren einer Zeit und einer Signalgeschwindigkeit zu berechnen. Einige Bereichswahlsysteme mit nur einem Senden sind abhängig von einer gleichermaßen schwierigen Synchronisation von Sender und Empfänger. Einige Bereichswahlsysteme mit nur einem Senden sind abhängig von einem Kalibrieren eines Senders auf eine bekannte Position, bevor ein absoluter Bereich bestimmt werden kann. Eine Bereichswahlsysteme mit nur einem Senden sind abhängig von einer vorhersagbaren Variation zwischen einem Bereich und einer Amplitude, welche in der wirklichen Welt selten gefunden wird.
  • Insoweit es den Erfindern bewusst ist, sind elektromagnetische Verfolgungs- und Bereichswahlsysteme nach dem Stand der Technik abhängig von Fernfeldern: gestrahlten elektromagnetischen Feldern, die bei Abständen in der Größenordnung einer Wellenlänge oder (für gewöhnlich) viel weiter weg empfangen werden. Sogar Erfinder, wie beispielsweise Ranger ( US-Patent Nr. 1,639,667 ), die einen Betrieb in Bereichen in der Größenordnung einer Wellenlänge oder weniger offenbaren, nehmen implizit ein Fernfeldsignalverhalten an. Kein Bereichswahlsystem nach dem Stand der Technik, das den Erfindern bekannt ist, nutzt Nahfeldsignalphänomene beim Durchführen einer Bereichswahl oder einer Abstandsmessung. Die vorliegende Erfindung verwendet vorteilhaft Nahfeldsignalphänomene und hat keine der Abhängigkeiten und Nachteile, die bei Bereichswahlsystemen nach dem Stand der Technik bemerkt werden.
  • Historischer Zusammenhang
  • Einige der frühesten drahtlosen Kommunikationssysteme enthielten eine Nahfeld- oder induktive Kopplung. Ein Beispiel enthielt ein Koppeln von Telegrafensignalen zwischen einem sich bewegenden Zug und einer benachbarten Telegrafenleitung. Mit den Entdeckungen von Hertz (wie sie von solchen Erneuerern wie Marconi, Lodge und Tesla in die Praxis umgesetzt sind), richtete sich die überschwängliche Bedeutung einer RF-Entwicklung auf Fernfeldsysteme mit langem Bereich. Frequenzen wurden durch zeitgenössische Standards relativ niedrig. Die früheste Entwicklung lag im Niederfrequenz-(LF-)Band (30 kHz–300 kHz) und ging bald weiter zum Mittelfrequenz-(MF-)Band (300 kHz–3 MHz), und zwar mit einiger Pionierarbeit, die sich in das Hochfrequenz-(HF-)Band (3–30 MHz) ausdehnt. Diese Arbeit war auf das Empirische ausgerichtet. Ingenieure konzentrierten sich auf praktische Techniken zum Strahlen und Empfangen von Signalen. Wenig Aufwand wurde zum Definieren oder Verstehen der grundsätzlichen Physik betrieben, die das Gebiet der Funkfrequenz (RF) ermöglicht. Beispielsweise konnte der eminente RF-Experte Frederick Terman 1992 folgendes sagen: "Ein Verstehen des Mechanismus, durch welchen Energie von einer Schaltung gestrahlt wird, und die Ableitung von Gleichungen zum Ausdrücken dieser Strahlung auf quantitative Weise enthalten Konzepte, die dem gewöhnlichen Ingenieur nicht vertraut sind." [Radio Engineering, First Edition, von Frederick Emmons Terman; McGraw Hill, Book Co., Inc. New York; 1932; S. 494]. Zu dieser Zeit hatte die Grenze des RF-Gebiets gerade begonnen, das untere Ende des sehr hohen Frequenz-(VHF-)Bands (30 MHz–300 MHz) zu sondieren. Ein Buch aus dieser Periode stellt ein Spektrumsdiagramm zur Verfügung, das endet bei "30.000 kHz–60.000 kHz: experimentell und amateurhaft; > 60.000 kHz; Jetzt nicht Nützlich". [Radio Physics Course, Second Edition, von Alfred A. Ghirardi; Farrar & Rinehar, Inc.; New York; 1942; S. 330.]
  • Eine Funkpeilung und eine Bereichssuche blieben auf Fernfeldanwendungen mit langem Bereich, wie beispielsweise Funknavigationen für Flugzeuge und Funkleitsysteme, ausgerichtet. Die Japaner richteten sich bei ihrem Angriff auf Pearl Harbor auf eine Honolulu-Funkstation aus [Joe Carr's Loop Antenna Handbook, First Edition, von Joseph J. Carr; Universal Radio Research, Reynoldsburg, Ohio; 1999; S. 85.] Nur in den 40-er Jahren holte mit der Entwicklung von RADAR eine theoretische Betonung in Bezug auf die RF-Gebiete die lang andauernde empirische Betonung auf. Ab dann hatte jedoch die RF-Grenze VHF und UHF schnell durchlaufen und sich weiter zu Mikrowellen bewegt. Die LF-, MF- und sogar die HF-Bänder wurden in wachsendem Maße ein Randgebiet, das weit entfernt von der aktiven Aufmerksamkeit der meisten RF-Ingenieure war.
  • Kurz gesagt wurden zu der Zeit, zu welcher es begann, dass die grundsätzliche elektromagnetische Theorie von RF-Ingenieuren aktiv angewendet wurde, RF-Ingenieure nicht aktiv auf ein Anwenden dieser Theorie auf das Problem einer Kursfunkfeuerung bzw. Funkbereichssuche bei niedrigen Frequenzen, wie beispielsweise denjenigen im LF-, MF- und HF-Band, fokussiert. Im Großen und Ganzen ist die hauptsächliche Betonung in Bezug auf die RF-Gebiete auf Fernfeldsysteme gerichtet gewesen, und zwar vielmehr diejenigen, die in Bereichen arbeiten, die über eine Wellenlänge hinausgehen, als auf Nahfeldsysteme, die in Bereichen innerhalb einer Wellenlänge oder so arbeiten.
  • Niedrigere Frequenzen haben gewisse Vorteile gegenüber höheren Frequenzen. Niedrigere Frequenzen neigen dazu, sich um Hindernisse herum besser zu beugen, und können somit bei Anwendungen außerhalb eines Sichtbereichs, wie beispielsweise über einen Hügel oder um ein Gebäude, verwendet werden. Aufgrund der längeren Wellenlängen, die zu niedrigeren Frequenzen gehören, ist eine Mehrwegeinterferenz viel weniger ein Problem als bei höheren Frequenzen. Weiterhin neigen niedrigere Frequenzen dazu, von Blätterwerk und typischen Bauma terialien, wie beispielsweise Holz, Ziegel und Beton mehr durchdrungen zu werden. RF-Schaltungen niedrigerer Frequenz neigen dazu, einfacher und robuster aufgebaut zu werden. Komponenten zur Verwendung bei niedrigeren RF-Frequenzen neigen dazu, weniger teuer und schneller verfügbar als diejenigen zur Verwendung bei höheren Frequenzen zu sein.
  • Ein Betrieb im Nahfeld in Bereichen innerhalb einer Wellenlänge oder so ergibt ebenso gewisse Vorteile. Nahfeld-Signalpegel neigen dazu, weit höher zu sein, als es von den gewöhnlichen Fernfeldstrahlungsbeziehungen mit inversem Bereichsquadrat
    Figure 00120001
    vorhergesagt werden würde. Gegensätzlich dazu werden Signalpegel im Nahfeld schneller kleiner als im Fernfeld und werden bezüglich einer
  • Intensität als Funktion von
    Figure 00120002
    kleiner. Als Ergebnis gibt es ein geringeres Problem bei einer elektromagnetischen Interferenz zwischen benachbarten Nahfeldsystemen, so dass es einfacher ist, dieselbe Frequenz in einer kleineren Zellengröße erneut zu verwenden, als es von den gewöhnlichen Fernfeldvorhersagen erwartet werden würde. Kurz gesagt verhalten sich elektromagnetische Wellen im Nahfeld anders als im Fernfeld, und die Erfinder haben entdeckt, dass die kontinuierliche und vorhersagbare Variation von bestimmten elektromagnetischen Parametern als Signale verwendet werden kann, die die Nahfeldstrecke zum Fernfeld durchlaufen, um Bereichs- oder Abstandsinformation zu ermitteln.
  • Trotz dieser Nahfeldvorteile beschreibt nach dem besten Wissen der Erfinder kein Stand der Technik ein System, bei welchem Nahfeld-Signalphänomene und das vorhersagbare Verhalten von denjenigen Phänomenen, wenn sie vom Nahfeld- zum Fernfeldverhalten übergehen, genutzt werden, um Bereichs- oder Abstandsinformation zu erhalten.
  • Es gibt eine Notwendigkeit für eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche, die asynchron betrieben werden können, ohne eine Synchronisation eines Senders auf einen Empfänger oder eine Synchronisation zwischen Empfängern in einem Netzwerk zu erfordern.
  • Es gibt eine weitere Notwendigkeit für eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche, die ohne aufwändigen und lange dau ernden Kalibrierungsprozess betätigt werden können und die in einer weiten Vielfalt von Ausbreitungsumgebungen einsetzbar sein können.
  • Es gibt eine weitere Notwendigkeit für eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche, die als Teil eines Ortungs- bzw. Lokalisierungs- oder Positionsverfolgungssystems verwendet werden können.
  • Es gibt noch eine weitere Notwendigkeit für ein System und ein Verfahren zum Finden des Bereichs zu einer oder der Position einer Quelle von elektromagnetischen Signalen, deren Lokalisierung unbekannt ist.
  • Es gibt noch eine weitere Notwendigkeit für ein System und ein Verfahren einer elektromagnetischen Bereichsweitensuche, die unter Verwendung relativ niedriger Frequenzen arbeitet und einen Vorteil aus den Charakteristiken von Nahfeldern zieht.
  • Die internationale Patentanmeldung mit der Nr. WO 88/09515 beschreibt einen Lokalisierungsprozess zum Lokalisieren von Empfangsantennen mittels elektromagnetischer Signale im Nahfeldbereich einer stationären Sendevorrichtung. Die vorliegende Erfindung sucht danach, einen verbesserten Lokalisierungsprozess zur Verfügung zu stellen, der solche elektromagnetischen Nahfeldsignale verwendet.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Messen des Abstands zwischen einem ersten geometrischen Ort und einem zweiten geometrischen Ort gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen des Abstands zwischen einem ersten geometrischen und einem zweiten geometrischen Ort gemäß Anspruch 8 zur Verfügung gestellt.
  • Die vorliegende Erfindung zeigt, dass eine Phasendifferenz zwischen elektrischen und magnetischen Feldern genutzt werden kann, um einen Bereich zu einem Funkfeuer, wie beispielsweise einem Sender oder einer anderen Quelle von elektromagnetischen Wellen oder Signalen zu bestimmen. Typische Implementierungen können einen Bereich zu einem Funkfeuer zwischen etwa 0,05 λ und 0,50 λ entfernt bestimmen, wobei λ die Wellenlänge des durch das Funkfeuer übertragenen elektromagnetischen Signals ist. Implementierungen höherer Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung können in Bereichen arbeiten, die kleiner als 0,05 λ und größer als 0,50 λ sind.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche zur Verfügung zu stellen, die asynchron betrieben werden können, ohne eine Synchronisation eines Senders auf einen Empfänger oder eine Synchronisation von Empfängern in einem Netzwerk zu erfordern.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche zur Verfügung zu stellen, die ohne einen aufwendigen und lange dauernden Kalibrierungsprozess betrieben werden können und die in einer weiten Vielfalt von Ausbreitungsumgebungen einsetzbar sein können.
  • Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer Vorrichtung und eines Verfahren für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche, die als Teil eines Ortungs- bzw. Lokalisierungs- oder Positionsverfolgungssystems verwendet werden können.
  • Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Systems und eines Verfahrens zum Finden eines Bereichs zu einer oder einer Position einer Quelle von elektromagnetischen Wellen, deren Lokalisierung unbekannt ist.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Systems und eines Verfahrens zur elektromagnetischen Bereichweitensuche, die unter Verwendung von relativ niedrigen Frequenzen arbeitet und einen Vorteil aus den Charakteristiken von Nahfeldern zieht.
  • Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden Beschreibungen und Ansprüchen offensichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, in welchen gleiche Elemente unter Verwendung gleicher Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren bezeichnet sind, die die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine graphische Darstellung von Phasenbeziehungen des elektrischen und des magnetischen Felds als Funktion eines Bereichs für eine ideale elektrisch kleine Schleife im freien Raum.
  • 2 ist eine Tabelle in Bezug auf einen Betriebsbereich und eine Frequenz für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds bei einer Quadratur.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines Systems für eine Nahfeld-Bereichweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds bei einer Phasensynchronizität.
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm von Details eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds mit einer Funkfeuer- und einer Ortungsfunktion, kombiniert in einer Vorrichtung einer einzigen Einheit.
  • 8 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer einer vertikalen Polarisation und einem Lokalisierer bzw. einer Ortungsvorrichtung für alle Richtungen einer vertikalen Polarisation.
  • 9 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer einer horizontalen Polarisation und einem Lokalisierer bzw. einer Ortungsvorrichtung für alle Richtungen einer horizontalen Polarisation.
  • 10 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer einer vertikalen Polarisation und einem gerichteten Lokalisierer einer vertikalen Polarisation.
  • 11 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer einer horizontalen Polarisation und einem gerichteten Lokalisierer einer horizontalen Polarisation.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, das Details eines beispielhaften Empfängers in einem System für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche darstellt.
  • 13 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das gemäß einer Architektur mit festem Funkfeuer und mobilem Lokalisierer konfiguriert ist.
  • 14 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das gemäß einer Architektur mit festem/mobilem Lokalisierer und mobilem Funkfeuer konfiguriert ist.
  • 15 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das gemäß einer Architektur eines reziproken Funkfeuers und eines Lokalisierers konfiguriert ist.
  • 16 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das unter Verwendung einer Architektur mit passiver Kennung konfiguriert ist.
  • 17 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das unter Verwendung einer Architektur mit entfernter Erfassung eines Nahfelds konfiguriert ist.
  • 18 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Überblick über die Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wird nun vollständiger unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben werden, in welchen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung sollte jedoch nicht als auf die hierin aufgezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt angesehen werden; vielmehr sind sie so zur Verfügung gestellt, dass diese Offenbarung sorgfältig und vollständig sein wird und den Schutzumfang der Erfindung Fachleuten auf dem Gebiet vollständig wiedergeben wird. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich immer auf gleiche Elemente.
  • Ein analytisches Modell
  • Es soll angenommen werden, dass ein Ziel, das nur sendet, eine kleine Rahmenantenne verwendet, die sich wie ein magnetischer Dipol im Zeitbereich verhält. Ein magnetischer Dipol kann als kleine Stromschleife eines Gebiets A gedacht werden, und ein zeitabhängiger Strom l = l0 T(t), wobei l0 ein Anfangs- oder ein charakteristischer Strom ist und T(t) die Zeitabhängigkeit ist. Es soll angenommen sein, dass der Dipol in der x-y-Ebene liegt, der beim Ursprung mit seiner Achse in der z-Richtung zentriert ist. Das magnetische Moment des Dipols m ist: m = A l0 T(t) oder m = m0 T(t). Das Magnetfeld oder "H"-Feld dieser kleinen Schleife ist:
    Figure 00170001
    und das elektrische Feld oder "E-Feld" ist:
    Figure 00180001
    wobei r der Bereich vom Ursprung ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist, ε0 die Permeabilität des freien Raums ist und Ableitungen in Bezug auf die Zeit durch Punkte bezeichnet sind. Es soll eine sinusförmige Erregung T(t) = sinωt angenommen werden, wobei ω die Winkelfrequenz: ω = 2πf ist. Dann gilt Ṫ(t) = ωcosωt, T .. (t) = –ω2sinωt,
    Figure 00180002
    und:
    Figure 00180003
  • Es gibt eine Vielfalt von Arten, auf welche Bereichsinformation aus Nahfeldern erhalten werden kann. Beispielsweise könnte man eine longitudinale oder radiale Komponente (r ^) eines ersten Felds mit einer transversalen Komponente (θ ^ oder φ ^) eines ersten Felds vergleichen. Man könnte eine longitudinale oder radiale Komponente (r ^) eines ersten Felds mit einer transversalen Komponente (θ ^ oder φ ^) eines zweiten Felds vergleichen. Man könnte eine longitudinale oder radiale Komponente (r ^) eines ersten Felds mit einer longitudinalen oder radialen Komponente (r ^) eines ersten Felds vergleichen. Man könnten eine longitudinale oder radiale Komponente (r ^) eines ersten Felds mit einer longitudinalen oder radialen Komponente (r ^) eines zweiten Felds vergleichen. Man könnte eine transversale Komponente (θ ^ oder φ ^) eines ersten Felds mit einer transversalen Komponente (θ ^ oder φ ^) eines ersten Felds vergleichen. Man könnte eine transversale Komponente (θ oder φ ^) eines ersten Felds mit einer transversalen Komponente (θ ^ oder φ ^) eines zweiten Felds vergleichen. Diese Vergleiche können Vergleiche einer Phase, Vergleiche einer Amplitude oder Vergleiche anderer Signaleigenschaften enthalten.
  • Die Erfinder haben entdeckt, dass ein besonders vorteilhafter und nützlicher Vergleich ein Vergleich einer Phase einer elektrischen Komponenten einer elektromagnetischen Welle mit einer Phase einer magnetischen Komponente einer elektromagnetische Welle ist.
  • Für die ideale kleine Schleife im freien Raum ist eine E-Feld-Phase in Grad als Funktion eines Bereichs folgende:
    Figure 00190001
  • Eine transversale H-Feld-Phase in Grad als Funktion eines Bereichs ist folgende:
    Figure 00190002
  • Es ist zu beachten, dass die Gleichung (6) einen Verzweigungsschnitt bei einem Bereich
    Figure 00190003
    hat. Dieses Phasendelta ist gegeben durch:
    Figure 00190004
  • Diese Beziehungen nehmen eine Messung in der Ebene der Schleife (θ = 90°) an. Gleiche Beziehungen können für andere Orientierungen abgeleitet werden.
  • 1 ist eine graphische Darstellung von Phasenbeziehungen eines elektrischen und eines magnetischen Felds als Funktion eines Bereichs für eine ideale elektrisch kleine Schleife im freien Raum. In 1 enthält ein graphischer Kurvenausdruck 100 eine Phasenkurve 102 eines magnetischen oder H-Felds, eine Phasenkurve 104 eines E-Felds und eine Phasendifferenz- oder Δϕ-Kurve 106, die die Differenz zwischen den Kurven 102, 104 darstellt. Die Kurven 102, 104, 106 sind gegenüber einer ersten Achse 108 ausgedruckt, die eine Phase (vorzugsweise in Grad) als Funktion eines Bereichs darstellt, der auf einer zweiten Achse 110 in einer Wellenlänge (vorzugsweise in einer Kilogramm-Meter-Sekunden-Einheit, wie beispielsweise Meter) eines elektromagnetischen Signals, das betrachtet wird, dargestellt ist. Somit sind die Beziehungen der Gleichungen [6]–[8] in der graphi schen Darstellung 100 dargestellt. Die H-Feld-Phasenkurve 102, die durch die Gleichung [7] beschrieben ist, beginnt 90° außerhalb der Phase bzw. phasenversetzt in Bezug auf die E-Feld-Phase 104, die durch die Gleichung [6] beschrieben ist. Wenn ein Bereich von etwa 0,05 λ auf etwa 0,50 λ größer wird, wird die H-Feld-Phasenkurve 102 anfangs kleiner und wird dann größer. Gleichermaßen wird dann, wenn ein Bereich von etwa 0,05 λ auf etwa 0,50 λ erhöht wird, die E-Feld-Phasenkurve 104 größer, und zwar zuerst nach und nach, und dann, wenn der Bereich größer wird, mit steigender Rate. Die Differenz zwischen der E-Feld-Phasenkurve 104 und der H-Feld-Phasenkurve 102 ist durch eine Δϕ-Kurve 106 dargestellt. Die Δϕ-Kurve 106 beginnt bei etwa 90° (d.h. bei einer Phasenquadratur) im Nahfeld innerhalb eines Bereichs von etwa 0,05 λ und geht, wenn das Fernfeld angenähert wird, hinter einem Bereich von etwa 0,50 λ zu 0° (d.h. einer Phasensynchronizität). Die Δϕ-Kurve 106 ist in der Gleichung [8] mathematisch beschrieben. Ein Übergang der Δϕ-Kurve von der Phasenquadratur zu der Phasensynchronizität zwischen etwa 0,05 λ bis etwa 0,50 λ ist im Wesentlichen kontinuierlich und vorhersagbar und wird durch die vorliegende Erfindung zum Vorteil verwendet. Mit einer genaueren Messung kann dieser Phasenübergang vorteilhaft bei Bereichen innerhalb von 0,05 λ und außerhalb von 0,50 λ verwendet werden.
  • Die Gleichung [8] drückt eine Phasendifferenz Δϕ als Funktion eines Bereichs (r) aus. Die Gleichung [8] ist eine transzendente Beziehung, die nicht invertiert werden kann, um einen Ausdruck für einen Bereich als Funktion einer Phasendifferenz zu ergeben. Nichtsdestoweniger kann eine Vielfalt von mathematischen Methoden zum Bestimmen eines Bereichs bei einer gegebenen Phasendifferenz verwendet werden. Die Gleichung [8] kann auf vorteilhafte Weise durch andere mathematische Techniken verwendet werden, wie beispielsweise, anhand eines Beispiels und nicht anhand einer Beschränkung, durch ein numerisches Lösen, ein Erzeugen einer Nachschautabelle und ein graphisches Lösen.
  • Im Fernfeld sind bei Abständen, die größer als eine Wellenlänge sind, sowohl die elektrischen als auch die magnetischen Felder phasensynchron. Die Phase jedes Felds variiert in einem Verriegelungsschritt mit dem anderen Feld mit einer festen Rate von 360° pro Wellenlänge bei der Fernfeldgrenze. Dies ist die gewöhnliche Beziehung, die von Fachleuten auf dem Gebiet von RF erwartet wird. Als Regel gilt, dass die Nahfeldphasenanomalien, die durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgenutzt werden, im Stand der Technik, wenn überhaupt, selten diskutiert sind. Eine Ausnahme von dieser Regel ist die Arbeit von einem der Erfinder [Electromagnetic Energy Around Hertzian Dipoles, von H. Schantz; IEEE Antennas and Propagation Magazine, April 2001; S. 50–62].
  • 2 ist eine Tabelle in Bezug auf einen Betriebsbereich und eine Frequenz für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem. In 2 bezieht sich eine Tabelle 200 auf eine Frequenz mit ausgewählten Bereichen, die in Bezug auf eine Wellenlänge eines Signals, das betrachtet wird, ausgedrückt sind. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Phasendifferenz Δϕ zwischen elektrischen und magnetischen Feldern ausgenutzt werden kann, um einen Bereich von einem Ortungsempfänger zu einem Funkfeuersender oder einer anderen Quelle von elektromagnetischen Wellen zu bestimmen. Dieses Nahfeld-Bereichsweitensuchverfahren lässt zu, dass ein Abstand zu einem Funkfeuer zwischen etwa 0,05 λ und 0,50 λ vom Funkfeuer genau bestimmt wird, wobei λ die Wellenlänge eines durch ein Funkfeuer gesendeten elektromagnetischen Signals ist. Eine optimale Leistungsfähigkeit wird von einem Bereich von etwa 0,08 λ bis zu einem Bereich von etwa 0,30 λ vom Funkfeuer erhalten. Mit einer genaueren Messung kann dieser Phasenübergang für Bereiche innerhalb von 0,05 λ und außerhalb von 0,50 λ verwendet werden. Ein entsprechender charakteristischer Betriebsbereich als Funktion einer Frequenz ist in der Tabelle 200 präsentiert; 2. Niedrigere Frequenzen lassen einen Betrieb bei längeren Bereichen zu; höhere Frequenzen sind für kürzere Bereiche bevorzugt. Die bestimmten Frequenzen, die in der Tabelle 200 (2) aufgelistet sind, sind zu Zwecken einer Darstellung und nicht zu Zwecken einer Beschränkung präsentiert.
  • Eine Bestimmung eines Bereichs aus einer Phasendifferenz Δϕ zwischen einem elektrischen und einem magnetischen Feld kann komplizierter sein, als es das Freiraumergebnis der Gleichung [8] anzeigt. In der Praxis kann man wünschen, ein Bereichsweitensuchsystem unter Verwendung eines komplizierteren Analyse- oder Berechnungsmodell (beispielsweise eines Modells mit dem Effekt einer Ausbreitung über einem realen Boden anstelle eines Freiraums) oder unter Verwendung von experimentellen Daten aus einer Umgebung, innerhalb von welcher man Bereichsweitensuchoperationen auszuführen wünscht, zu kalibrieren.
  • Die vorliegende Erfindung lässt eine Bereichsweitensuche bis zu wenigstens 3000 ft (Fuß) im 160–190 kHz-Band bis zu wenigstens 900 ft im AM-Funkband und bis zu kürzeren Bereichen bei höheren Frequenzen zu. Eine weite Vielfalt von anderen Betriebsbereichen ist durch Verwenden anderer Frequenzen verfügbar.
  • Ein größerer Bereich kann mit einer niedrigeren Frequenz erreicht werden. Eine Genauigkeit innerhalb von Inches ist selbst bei den längsten Bereichen erreichbar.
  • Im Interesse eines Präsentierens eines einfachen illustrativen Beispiels der vorliegenden Erfindung, das bedeutet, mittels einer Darstellung und nicht mittels einer Beschränkung, betrifft diese Beschreibung ein mobiles Funkfeuer und eine stationäre Ortungsvorrichtung, aber ein Fachmann auf dem Gebiet kann auf einfache Weise erkennen, dass ein Funkfeuer fest sein kann und die Ortungsvorrichtung mobil, oder dass sowohl das Funkfeuer als auch die Ortungsvorrichtung mobil sein können. Um in der Diskussion, die folgt, eine unnötige Weitschweifigkeit zu vermeiden, sind manchmal nur eine einzige Ortungsvorrichtung und ein einziges Funkfeuer diskutiert. Dies sollte nicht so interpretiert werden, dass eine Vielzahl von Funkfeuern und Ortungsvorrichtungen, die als Teil eines komplizierteren Positionierungs-, Ortungs- bzw. Lokalisierungs- oder Verfolgungssystems verwendet werden, ausgeschlossen ist.
  • System für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich von einer Phase in einer Quadratur eines elektrischen und eines magnetischen Felds. In 3 ist ein Bereichsweitensuchsystem 300 für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds mit den Signalen in Quadratur (90° außerhalb der Phase bzw. phasenversetzt) eines elektrischen und eines magnetischen Felds in einem engen Bereich dargestellt. Ein Funkfeuer 310 enthält einen Sender 312 und eine Senderantenne 337. Das Funkfeuer 310 sendet eine elektromagnetische Welle oder ein Signal 315 mit einer Wellenlänge λ.
  • Eine Ortungsvorrichtung 320 empfängt ein elektromagnetisches Signal 315. Die Ortungsvorrichtung 320 enthält eine erste Antenne 332 eines elektrischen Felds zum Empfangen eines E-Feld-Signals 301 und eine zweite Antenne 331 eines magnetischen Felds, die ein H-Feld-Signal 302 empfängt. Wenn ein Abstand 304 zwischen dem Funkfeuer 310 und der Ortungsvorrichtung 320 beispielsweise 0,05 λ ist, dann sind das E-Feld-Signal 301 und das H-Feld-Signal 302 bei den Antennen 331, 322 annähernd 90° außerhalb der Phase. Die Ortungsvorrichtung 320 misst diese Phasendifferenz Δϕ und zeigt in einem Abstandsindikator 306 an, dass der Abstand gleich 0,05 λ ist.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds in Phasensynchronizität. In 4 ist ein Bereichsweitensuchsystem 400 für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds mit den Signalen eines elektrischen und eines magnetischen Felds in Phasensynchronizität (0° Phasendifferenz) bei einem fernen Bereich dargestellt. Ein Funkfeuer 410 enthält einen Sender 412 und eine Sendeantenne 412. Das Funkfeuer 410 sendet ein elektromagnetisches Signal 415 mit einer Wellenlänge λ.
  • Eine Ortungsvorrichtung 420 empfängt ein elektromagnetisches Signal 415. Die Ortungsvorrichtung 420 hat eine erste Antenne 432 eines elektrischen Felds, die ein E-Feld-Signal 401 empfängt, und eine zweite Antenne 431 eines magnetischen Felds, die ein H-Feld-Signal 402 empfängt. Wenn ein Abstand 404 zwischen dem Funkfeuer 410 und der Ortungsvorrichtung 420 0,50 λ beträgt, dann sind das E-Feld-Signal 401 und das H-Feld-Signal 402 etwa 0° außerhalb der Phase (in Phasensynchronizität). Die Ortungsvorrichtung 420 misst diese Phasendifferenz Δϕ und zeigt in einem Abstandsindikator 406 an, dass der Abstand gleich 0,05 λ ist.
  • Jede Ortungsvorrichtung 320, 420 kann die Freiraumbeziehung zwischen der Phasendifferenz Δϕ und dem Bereich r verwenden, die in der Gleichung [8] mathematisch beschrieben ist, kann einen exakteren analytischen Ausdruck verwenden, der die Effekte einer Grund- und Bodenausbreitung berücksichtigt, kann eine theoretische Simulation der Ausbreitungsumgebung verwenden oder kann empirische Daten in Bezug auf eine Phasendifferenz oder einen Bereich in einer bestimmten Ausbreitungsumgebung oder eine andere Basis zum Bestimmen der Beziehung zwischen der Phasendifferenz Δϕ und dem Bereich r verwenden.
  • Grundarchitektur eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds. In 5 ist ein Bereichsweitensuchsystem 500 für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds mit den Signalen eines elektrischen und eines magnetischen Felds dargestellt. Ein Funkfeuer 510 enthält einen Sender 512 und eine Sendeantenne 536. Das Funkfeuer 510 kann mobil oder fest oder sogar eine unbekannte und nicht kooperative Quelle einer elektromagnetischen Strahlung in der Form eines elektromagnetischen Signals 515 sein. Die Sendeantenne 536 kann eine Ferritstabantenne oder eine Antenne von einem anderen Typ sein, die durch Änderungen in einer benachbarten Ausbreitungsumgebung im Wesentlichen unbeeinflusst ist. Die Sendeantenne 536 könnte auch eine Peitschenantenne sein, was bedeutet, so groß, wie durch irgendwelche permanenten Vorschriften oder wie durch die Beschränkungen, die durch eine bestimmte Anwendung auferlegt sind, zugelassen ist. Das Funkfeuer 510 sendet ein elektromagnetisches Signal 515.
  • Eine Ortungsvorrichtung 520 ist um einen Abstand r entfernt vom Funkfeuer 510 angeordnet und empfängt ein elektromagnetisches Signal 515. Die Ortungsvorrichtung 520 enthält eine erste Antenne 531, einen ersten Empfänger 525, eine zweite Antenne 532, einen zweiten Empfänger 527, einen Signalkomparator 580 und einen Bereichsdetektor 590. Der Signalkomparator 580 empfängt ein erstes repräsentatives Signal vom ersten Empfänger 525 und ein zweites repräsentatives Signal vom zweiten Empfänger 527. Der Signalkomparator 580 empfängt das erste und das zweite repräsentative Signal und identifiziert eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten repräsentativen Signal. Die identifizierte Differenz kann eine Differenz bezüglich einer Phase, eine Differenz bezüglich einer Amplitude oder eine andere Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten repräsentativen Signal sein. Der Signalkomparator 580 erzeugt ein drittes Signal proportional zu der, oder auf andere Weise bezogen auf die, Differenz, die durch den Signalkomparator 580 identifiziert ist. Der Bereichsdetektor 590 empfängt das dritte Signal vom Signalkomparator 580 und verwendet das empfangene dritte Signal zum Bestimmen des Bereichs r zwischen dem Funkfeuer 510 und der Ortungsvorrichtung 520.
  • Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Antenne 531 konfiguriert, um zuzulassen, dass der erste Empfänger 525 das zum Signalkomparator 580 gelieferte erste repräsentative Signal als ein Signal erzeugt, das proportional zu einer ersten Komponente des elektromagnetischen Signals 515 oder auf andere Weise repräsentativ für diese ist. Weiterhin ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die zweite Antenne 532 konfiguriert, um zuzulassen, dass der zweite Empfänger 527 das zum Signalkomparator 580 gelieferte zweite repräsentative Signal als ein Signal erzeugt, das proportional zu einer zweiten Komponente des elektromagnetischen Signals 515 oder auf andere Weise repräsentativ für diese ist. Die erste Komponente und die zweite Komponente des elektromagnetischen Signals 515 können sich bezüglich einer Polarisation oder irgendeiner anderen erfassbaren Eigenschaft bzw. Charakteristik unterscheiden. Eine Differenz, die in einem Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem vorteilhaft ist, ist eine Differenz zwischen einer longitudinalen oder radialen Komponente (r ^) und einer transversalen Komponente (θ ^ oder φ ^) der elektromagnetischen Signale.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Antenne 531 eine Antenne des elektrischen oder E-Felds, die zulässt, dass der erste Empfänger 525 das zum Signalkomparator 580 gelieferte erste repräsentative Signal als ein Signal erzeugt, das proportional zu einer ersten Komponente des elektromagnetischen Signals 515 oder auf andere Weise repräsentativ für diese ist, und ist die zweite Antenne 532 eine Antenne des magnetischen oder H-Felds, die zulässt, dass der zweite Empfänger 527 das zum Signalkomparator 580 gelieferte zweite repräsentative Signal als ein Signal erzeugt, das proportional zu einer zweiten Komponente des elektromagnetischen Signals 515 oder auf andere Weise repräsentativ für diese ist.
  • Beim am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Antenne 531 eine H-Feld-Antenne, ist der erste Empfänger 525 ein H-Feld-Empfänger, ist die zweite Antenne 532 eine E-Feld-Antenne, ist der zweite Empfänger 527 ein E-Feld-Empfänger, ist der Signalkomparator 580 ein Phasendetektor und verwendet der Bereichsdetektor 590 vom Signalkomparator-Phasendetektor 580 empfangene Phaseninformation zum Bestimmen eines Bereichs r zwischen dem Funkfeuer 510 und der Ortungsvorrichtung 520.
  • Somit reagiert beim am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die erste (H-Feld-)Antenne 531 auf eine Komponente des magnetischen oder H-Felds des elektromagnetischen Signals 515 und lässt zu, dass der erste (H-Feld-)Empfänger 525 ein erstes Signal erfasst, das proportional zur Komponente des magnetischen oder H-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist. Antennen, die auf eine Komponente des magnetischen oder H-Felds eines elektromagnetischen Signals reagieren, enthalten, anhand eines Beispiels und nicht anhand einer Beschränkung, Rahmen- und Ferritstabantennen. Der erste (H-Feld-)Empfänger 525 empfängt ein Signal von der ersten (H-Feld-)Antenne 531 und erzeugt ein erstes repräsentatives Signal, das proportional zur Komponente des magnetischen oder H-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist. Das repräsentative Signal kann beispielsweise ein analoges Signal mit einer Spannung sein, die direkt proportional zu einer Amplitude der Komponente des magnetischen oder H-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist. Alternativ dazu kann das repräsentative Signal beispielsweise ein digitales Signal sein, das Daten weiterleitet, die zur Komponente des magnetischen oder H-Felds des elektromagnetischen Signals 515 gehören. Der erste (H-Feld-)Empfänger 525 kann eine Filter-, eine Verstärkungs-, eine Analog/Digital-Wandler- und eine Abstimmeinrichtung von der Art enthalten, die von Praktikern auf dem Gebiet von RF allgemein verstanden wird.
  • Die zweite (E-Feld-)Antenne 532, die auf eine Komponente des elektrischen oder E-Felds des elektromagnetischen Signals 515 reagiert, lässt zu, dass der zweite (E-Feld-)Empfänger 527 ein zweites Signal erfasst, das proportional zu einer Komponente des elektrischen oder E-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist. Antennen, die auf eine Komponente des elektrischen oder E-Felds einer elektromagnetischen Welle reagieren, enthalten, anhand eines Beispiels und nicht anhand einer Beschränkung, Peitschen-, Dipol- oder Monopolantennen. Der zweite (E-Feld-)Empfänger 527 erfasst ein Eingangssignal von der zweiten (E-Feld-)Antenne 532 und ergibt ein zweites Signal, das proportional zur Komponente des elektrischen oder E-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist. Das repräsentative Signal kann beispielsweise ein analoges Signal sein, dessen Spannung direkt proportional zu einer Amplitude der Komponente des elektrischen oder E-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist. Alternativ dazu kann das repräsentative Signal beispielsweise ein digitales Signal sein, das Daten weiterleitet, die zur Komponente des elektrischen oder E-Felds des elektromagnetischen Signals 515 gehören. Der zweite (E-Feld-)Empfänger 527 kann eine Filter-, eine Verstärkungs-, eine Analog/Digital-Wandler- und eine Abstimmeinrichtung von der Art enthalten, die durch Praktiker auf dem Gebiet von RF allgemein verstanden wird.
  • Wenn das elektromagnetische Signal 515 eine einzelne Frequenz-Sinuswelle ist, ist es für einen ersten (H-Feld-)Empfänger 525 und einen zweiten (E-Feld-)Empfänger 527 erwünscht, ein Filter mit sehr schmaler Bandbreite zu verwenden, um das Rauschen zu minimieren und um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu maximieren. Jedoch ist es für Filter, die in einem ersten (H-Feld-)Empfänger 525 und einem zweiten (E-Feld-)Empfänger 527 verwendet werden, auch wichtig, eine konstante Durchlassband-Gruppenlaufzeit zu haben, so dass relative Phasencharakteristiken eines ersten repräsentativen Signals und eines zweiten repräsentativen Signals stabil und vorhersagbar sind. Die Erfinder haben auf vorteilhafte Weise Bessel-Filter als Ausgangspunkt für eine Optimierung verwendet.
  • Die erste (H-Feld-)Antenne 531 und die zweite (E-Feld-)Antenne 532 sind vorzugsweise ausgerichtet, um auf maximale Weise auf eine Polarisation des elektromagnetischen Signals 515 zu reagieren. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Ortungsvorrichtung 520 zusätzliche (H-Feld-)Antennen, zusätzliche (E-Feld-)Antennen, zusätzliche (H-Feld-)Empfänger und zusätzliche (E-Feld-)Empfänger verwenden, um mehrere Polarisationen zu erfassen, oder um elektromagnetische Signale aus zusätzlichen Einfallsrichtungen zu erfassen. Weil das elektromagnetische Signal 515 Nahfeldcharakteristiken hat, können Polarisationen auf vorteilhafte Weise eine longitudinale Polarisation mit einer Komponente parallel zu einer Laufrichtung eines einfallenden elektromagnetischen Signals enthalten.
  • Der Signalkomparator 580 (der vorzugsweise in einem Phasendetektor verkörpert ist) nimmt das erste repräsentative Signal, das proportional zur Komponente des magnetischen oder H-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist, und das zweite repräsentative Signal, das proportional zu der Komponente des elektrischen oder E-Felds des elektromagnetischen Signals 515 ist, und bestimmt eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten repräsentativen Signal. Der Phasendetektor 580 kann (zu Zwecken einer Illustration und nicht einer Beschränkung) als Mischer gedacht werden, der das erste und das zweite repräsentative Signal empfängt und ein quasistatisches Signal erzeugt, das proportional zu einer quasistatischen Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten repräsentativen Signal ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Phasendetektor 580 mit einem UND-Gatter implementiert sein, das als Eingaben das erste und das zweite repräsentative Signal hat und dessen Ausgabe zu einem Integrierer geliefert wird. Die Ausgabe des Integrierers ist ein quasistatisches Signal, das proportional zu einer quasistatischen Phasendifferenz zwischen dem ersten repräsentativen Signal und dem zweiten repräsentativen Signal ist. Der Ausdruck "quasistatisch" bedeutet in diesem Zusammenhang ein Variieren über einer Zeitskala im Wesentlichen gleich zu einer Variation bezüglich einer Phase, und nicht notwendigerweise über einer Zeitskala oder über einer Periode im Wesentlichen gleich zu derjenigen des elektromagnetischen Signals 515. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Phasendetektor 580 ein Signal im Zeitbereich empfangen oder einfangen oder Nulldurchgänge oder andere Charakteristiken einer Wellenform erfassen, um eine effektive Phasendifferenz zwischen dem ersten repräsentativen Signal und dem zweiten repräsentativen Signal zu bestimmen. Geeignete Phasendetektoren sind bereits erhältlich – wie beispielsweise, anhand eines Beispiels und nicht anhand einer Beschränkung, ein Teil mit der Nr. AD 8302 von Analog Devices. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Phasendetektors 580 kann digitale Information vom ersten (H-Feld-)Empfänger 525 und vom zweiten (E-Feld-)Empfänger 527 nehmen und eine Phasendifferenz zwischen der ersten digitalen Information und der zweiten digitalen Information berechnen.
  • Der Bereichsdetektor 590 kann in irgendeiner Einrichtung verkörpert sein, die eine gemessene Phasendifferenz in einen Bereich r umwandeln kann. Bei einem besonders einfachen Beispiel kann der Bereichsdetektor 590 ein analoges Voltmeter sein, das eine Skala hat, die zum Lesen eines Bereichs r als Funktion einer angelegten Spannung vom Phasendetektor 580 kalibriert ist. Ein höher entwickelteres Ausführungsbeispiel des Bereichsdetektors 590 kann beispielsweise auf vorteilhafte Weise einen Analog/Digital-Wandler und eine Mikrosteuerung oder einen Mikroprozessor zum Berechnen eines Bereichs r aus einer angelegten Spannung, die vom Phasendetektor 580 empfangen wird, verwenden. Der Bereichsdetektor 590 kann visuelle, Audio- oder andere Ausgaben zum Anzeigen des Bereichs r zu einem Anwender enthalten oder kann einen gemessen Bereich r zu einer entfernten Stelle für eine weitere Analyse als Teil eines umfassenden Verfolgungs-, Positionierungs- oder Ortungs- bzw. Lokalisierungssystems weiterleiten.
  • Die Ortungsvorrichtung 520 kann allgemein derart angesehen werden, dass sie eine Einrichtung zum Erfassen und Empfangen eines ersten Signals, eine Einrichtung zum Erfassen und Empfangen eines zweiten Signals, eine Einrichtung zum Bestimmen einer Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten repräsentativen Signal in Bezug auf das erste und das zweite Signal und eine Einrichtung zum Bestimmen eines Bereichs, der eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten repräsentativen Signal angibt, aufweist.
  • Das Funkfeuer 510 kann allgemein derart angesehen werden, dass es eine Einrichtung zum Senden eines elektromagnetischen Signals aufweist. Das Funkfeuer 510 kann eine feste Referenz sein, in Bezug auf welche eine mobile Ortungsvorrichtung 520 einen Abstand oder einen Bereich r bestimmt. Alternativ dazu kann eine feste Ortungsvorrichtung 520 einen Bereich r eines mobilen Funkfeuers 510 messen oder kann eine Ortungsvorrichtung 520 eine mobile Einheit sein, die einen Bereich r eines mobilen Funkfeuers 510 misst. Weiterhin kann das Funkfeuer 510 ein nicht kooperativer Sender oder eine andere Quelle eines elektromagnetischen Signals 515 sein, dessen bzw. deren Bereich r man in Bezug auf die Position einer Ortungsvorrichtung 520 zu kennen wünscht.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
  • 6 ist ein schematisches Diagramm von Details eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds. In 6 enthält ein Bereichsweitensuchsystem 600 ein Funkfeuer 610 und eine Ortungsvorrichtung 620, die durch einen Bereich r vom Funkfeuer 610 getrennt ist. Das Funkfeuer 610 enthält einen Sender 612, der mobil oder fest sein kann, und eine Sendeantenne 636. Der Sender 612 kann eine Einrichtung zum Ändern von Eigenschaften eines gesendeten elektromagnetischen Signals 615 enthalten, einschließlich, anhand einer Darstellung und nicht anhand einer Beschränkung, einer Änderung einer Frequenz, einer Phase, einer Polarisation oder einer Amplitude eines elektromagnetischen Signals 615 gemäß einem vorbestimmten Muster, und zwar in Reaktion auf eine Eingabe oder eine Stimulanz, wie beispielsweise ein von einem Datenbus 695 empfangenes Steuersignal. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Sender 612 ein gesendetes elektromagnetisches Signal 615 modulieren, um Information weiterzuleiten. Solche Information kann Information enthalten, die das Funkfeuer 610 identifiziert, oder andere Information oder Telemetrie, die für einen Anwender von Wert sind. Beispielsweise kann eine binäre Phasenumtastung auf einem gesendeten elektromagnetischen Signal 615 implementiert sein, ohne eine Bereichsweitensuch-Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Sender 612 gemäß einem vorbestimmten Muster ein- oder ausschalten, und zwar in Reaktion auf ein Steuersignal von einem Datenbus 695 oder in Reaktion auf irgendeine andere Eingabe oder Stimulanz. Eine solche Eingabe oder Stimulanz kann (ist aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt) ein Signal von einem Gaspedal, einem Zeitgeber, einem Bewegungsdetektor, anderen Wandlern oder anderen Sensoren enthalten.
  • Es kann bei einigen Anwendungen für den Sender 612 vorteilhaft sein, bei einer höheren momentanen Leistung und einem niedrigeren Tastgrad zu arbeiten. Beispielsweise könnte der Sender 612 bei nahezu einem Zehnfachen eines zulässigen durchschnittlichen Leistungspegels arbeiten, aber nur 10 % einer charakteristischen Periode senden, um dadurch einen im Wesentlichen gleichen durchschnittlichen Sendeleistungspegel beizubehalten. Ein solcher intermittierender Betrieb würde ein höheres Signal für das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) ermöglichen. Ein periodischer Betrieb des Funkfeuers 610 ist auch für einen Betrieb beim Vorhandensein einer Interferenz vorteilhaft. Wenn das Funkfeuer 610 still (d.h. nicht sendend) ist, kann die Ortungsvorrichtung 620 eine bestimmte kohärente Rauschquelle, wie beispielsweise ein Störsignal, charakterisieren und kann das Vorhandensein dieses kohärenten Rauschens kompensieren, wenn das Funkfeuer 610 einmal wieder ein Senden beginnt.
  • Bei Anwendungen, wo die Sicherheit besonders wichtig ist, kann das Funkfeuer 610 Techniken verwenden, um es schwieriger zu machen, dass ein elektromagnetisches Signal 615 von einem Lauscher erfasst wird. Diese Techniken können ein Frequenzsprungschema, einen periodischen Betrieb, ein Variieren einer Sendeleistung zum Verwenden der minimalen Leistung, die dafür nötig ist, eine genaue Messung durchzuführen, oder andere Mittel zum Veranlassen, dass das Signal 615 durch einen Lauscher weniger erfassbar ist, enthalten. Eine Sendeleistungssteuerung kann weiterhin vorteilhaft sein, um eine Frequenzwiederverwendung in kleineren Zellengrößen zuzulassen.
  • Ein erster Schritt beim Bestimmen eines Bereichs r zwischen dem Funkfeuer 610 und der Ortungsvorrichtung 620 dient für ein Funkfeuer 610 zum Senden eines elektromagnetischen Signals 615. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das elektromagnetische Signal 615 vertikal polarisiert, aber eine horizontale Polarisation oder alternative Polarisationen sind genauso gut einsetzbar. Um eine unnötige Komplikation zu vermeiden, ist die elektromagnetische Kopplung zwischen dem Funkfeuer 610 und der Ortungsvorrichtung 620 in Bezug auf eine elektromagnetische Welle mit einem elektromagnetischen Signal 615 beschrieben. Weil ein Bereich r zwischen dem Funkfeuer 10 und der Ortungsvorrichtung 620 typischerweise kleiner als eine Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 615 ist, ist das elektromagnetische Signal 615 nicht typischerweise eine elektromagnetische Strahlungswelle, die vom Funkfeuer 610 entkoppelt ist, wie sie beispielsweise im Fernfeld bei einem Bereich r gefunden werden würde, der signifikant größer als eine Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 615 ist. Es sollte verstanden werden, dass eine elektromagnetische Welle mit einem elektromagnetischen Signal 615 typischerweise eine reaktive oder gekoppelte elektromagnetische Welle ist, und zwar eher als eine elektromagnetische Strahlungs- oder entkoppelte Welle.
  • Die Ortungsvorrichtung 620 empfängt das elektromagnetische Signal 615. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Ortungsvorrichtung 620 einen ersten (H-Feld-)Kanal 625, einen zweiten (H-Feld-)Kanal 626, einen dritten (E-Feld-)Kanal 627, einen Lokaloszillator 650, einen ersten Phasendetektor 681, einen zweiten Phasendetektor 682 und einen Bereichsdetektor 690 (mit einem Analog/Digital-(A/D-)Wandler 691 und einem Mikroprozessor 692). Ein optionaler Datenbus 695 kann zum Bereitstellen einer Einrichtung zum Austauschen von Steuer- und Datensignalen unter einer Vielzahl von Funkfeuern und Ortungsvorrichtungen (in 6 nicht detailliert gezeigt) verwendet werden.
  • Der erste (H-Feld-)Kanal 625 enthält eine erste (H-Feld-)Antenne 630, ein erstes (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6400, einen ersten (H-Feld-)Mischer 6420, ein erstes (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6430, einen ersten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6440, ein erstes (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6450, einen ersten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6460 und eine erste automatische (H-Feld-)Verstärkungssteuerung 6480. Der erste (H-Feld-)Kanal 625 hat ein erstes (H-Feld-)Antennentor 6270, ein erstes (H-Feld-)Abstimmtor 6230, ein erstes (H-Feld-)Empfangssignalstärkenindikator-(RSSI-)Tor 6220 und ein erstes (H-Feld-)Signalausgangstor 6210.
  • Ein zweiter (H-Feld-)Kanal 626 enthält eine zweite (H-Feld-)Antenne 631, ein zweites (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6401, einen zweiten (H-Feld-)Mischer 6421, ein zweites (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6431, einen zweiten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6441, ein zweites (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6451, einen zweiten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6461 und eine zweite automatische (H-Feld-)Verstärkungssteuerung 6481. Der zweite (H-Feld-)Kanal 626 hat ein zweites (H-Feld-)Antennentor 6271, ein zweites (H-Feld-)Abstimmtor 6231, ein zweites (H-Feld-)Empfangssignalstärkenindikator-(RSSI-)Tor 6221 und ein zweites (H-Feld-)Signalausgangstor 6211.
  • Ein dritter (E-Feld-)Kanal 627 enthält eine dritte (E-Feld-)Antenne 632, ein drittes (E-Feld-)Vorauswahlfilter 6402, einen dritten (E-Feld-)Mischer 6422, ein drittes (E-Feld-)Primär-IF-Filter 6432, einen dritten (E-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6442, ein drittes (E-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6452, einen dritten (E-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6462 und eine dritte automatische (E-Feld-)Verstärkungssteuerung 6482. Der dritte (E-Feld-)Kanal 627 hat ein drittes (E-Feld-)Antennentor 6272, ein drittes (E-Feld-)Abstimmtor 6232, ein drittes (E-Feld-)Empfangssignalstärkenindikator (RSSI-)Tor 6222 und ein drittes (E-Feld-)Signalausgangstor 6212.
  • Die erste (H-Feld-)Antenne 630 reagiert auf die magnetische oder H-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 und präsentiert ein empfangenes Signal, das proportional zu der magnetischen oder H-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 ist, zum ersten (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6400.
  • Das erste (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6400 lässt ein erstes repräsentatives Signal, das proportional zu der magnetischen oder H-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 ist, durch, weist aber Signale mit unerwünschten Frequenzen zurück. Das erste (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6400 kann beispielsweise ein Bandpassfilter oder ein Tiefpassfilter sein. Typischerweise wird das erste (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6400 diejenigen Frequenzen durchlassen, innerhalb von welchen das Funkfeuer 610 ein elektromagnetisches Signal 615 für eine relevante Anwendung senden könnte. Eine Auswahl eines Bands wird von einer Vielfalt von Faktoren abhängen, einschließlich, aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt, Regulierungsbeschränkungen, eines Ausbreitungsverhaltens des elektromagnetischen Signals 615 und eines erwünschten Bereichs r eines Betriebs.
  • Der erste (H-Feld-)Mischer 6420 mischt das vom ersten (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6400 empfangene erste repräsentative Signal mit einem Lokaloszillator-(LO-)Signal, das durch den Lokaloszillator 650 erzeugt ist, um ein erstes repräsentatives Zwischenfrequenz-(oder IF-)Signal zu erzeugen. Der Lokaloszillator 650 kann ein herkömmlicher Sinuswellenoszillator, ein direkter digitaler Synthesizer (DDS) oder ein anderer Oszillator oder eine Wellenformschablonenquelle sein.
  • Das erste (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6430 nimmt nur das erwünschte erste repräsentative IF-Signal an und weist andere unerwünschte Signale zurück. Ein Kristallfilter kann auf vorteilhafte Weise als erstes (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6430 verwendet werden. Ein solches Kristallfilter ist durch ein extrem schmales Durchlassband charakterisiert und hat vorzugsweise eine konstante Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbands. Ein schmales Durchlassband wirkt, um zuzulassen, dass das erwünschte erste repräsentative IF-Signal zum ersten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6440 weitergeleitet wird, während benachbarte unerwünschte Signale zurückgewiesen werden. Der erste (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6440 erhöht die Amplitude des ersten repräsentativen IF-Signals und leitet das verstärkte erste repräsentative IF-Signal weiter zum ersten (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6450. Das erste (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6450 nimmt nur das erwünschte erste repräsentative IF-Signal an und weist andere unerwünschte Signale zurück. Ein Kristallfilter kann auf vorteilhafte Weise als erstes (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6450 verwendet werden. Ein solches Kristallfilter ist durch ein extrem schmales Durchlassband charakterisiert und hat vorzugsweise eine konstante Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbands. Ein schmales Durchlassband wirkt, um zuzulassen, dass das erwünschte erste repräsentative IF-Signal zum ersten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6460 weitergeleitet wird, während benachbarte unerwünschte Signale zurückgewiesen werden. Der erste (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6460 erhöht die Amplitude des ersten repräsentativen IF-Signals und leitet das erste repräsentative IF-Signal weiter zum Signalausgangstor 6210 und zur ersten automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) 6480.
  • Die erste automatische Verstärkungssteuerung 6480 stellt eine Verstärkung des ersten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärkers 6440 und des ersten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärkers 6460 ein, um einen erwünschten Pegel des ersten repräsentativen IF-Signals aufrechtzuerhalten. Durch Teilen einer erwünschten Gesamtverstärkung zwischen dem ersten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6440 und dem ersten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6460 kann eine hohe Gesamtverstärkung und ein großer Dynamikbereich mit einer größeren Stabilität und Zuverlässigkeit als in einer einzigen alleinigen Verstärkungsstufe aufrechterhalten werden. Gleichermaßen kann durch Aufteilen der erwünschten Filterung zwischen dem ersten (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6430 und dem ersten (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6450 ein schmaleres Durchlassband mit einer größeren Stabilität und einer größeren Zuverlässigkeit als mit einer alleinigen einzigen Filterstufe erreicht werden. Die erste automatische Verstärkungssteuerung 6480 enthält vorzugsweise einen Empfangssignalstärkenindikator (RSSI) und leitet einen RSSI-Pegel zu dem RSSI-Ausgang 6220 weiter.
  • Die zweite (H-Feld-)Antenne 631 reagiert auf die magnetische oder (H-Feld-)Komponente des elektromagnetischen Signals 615 und präsentiert dem zweiten (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6401 ein empfangenes Signal, das proportional zur magnetischen oder H-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 ist.
  • Das zweite (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6401 lässt ein erstes repräsentatives Signal, das proportional zu der magnetischen oder H-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 ist, durch, weist aber Signale mit unerwünschten Frequenzen zurück. Das zweite (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6401 kann beispielsweise ein Bandpassfilter oder ein Tiefpassfilter sein. Typischerweise wird das zweite (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6401 diejenigen Frequenzen durchlassen, innerhalb von welchen das Funkfeuer 610 ein elektromagnetisches Signal 615 für eine relevante Anwendung senden könnte. Eine Auswahl eines Bands wird von einer Vielfalt von Faktoren abhängen, einschließlich, aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt, Regulierungsbeschränkungen, eines Ausbreitungsverhaltens des elektromagnetischen Signals 615 und eines erwünschten Bereichs r eines Betriebs.
  • Der zweite (H-Feld-)Mischer 6421 mischt das vom zweiten (H-Feld-)Vorauswahlfilter 6401 empfangene erste repräsentative Signal mit einem durch einen Lokaloszillator 650 erzeugten Lokaloszillator-(LO-)Signal, um ein zweites repräsentatives Zwischenfrequenz- oder (IF-)Signal zu erzeugen. Der Lokaloszillator 650 kann ein herkömmlicher Sinuswellenoszillator, ein direkter digitaler Synthesizer (DDS) oder ein anderer Oszillator oder eine andere Wellenformschablonenquelle sein.
  • Das zweite (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6431 nimmt nur das erwünschte zweite repräsentative IF-Signal an und weist andere unerwünschte Signale zurück. Ein Kristallfilter kann auf vorteilhafte Weise als zweites (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6431 verwendet werden. Ein solches Kristallfilter ist durch ein extrem schmales Durchlassband charakterisiert und hat vorzugsweise eine konstante Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbands. Ein schmales Durchlassband wirkt, um zuzulassen, dass das erwünschte zweite repräsentative IF-Signal zum zweiten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6441 weitergeleitet wird, während benachbarte unerwünschte Signale zurückgewiesen werden. Der zweite (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6441 erhöht die Amplitude des zweiten repräsentativen IF-Signals und leitet das verstärkte zweite repräsentative IF-Signal weiter zum zweiten (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6451. Das zweite (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6451 nimmt nur das erwünschte zweite repräsentative IF-Signal an und weist andere unerwünschte Signale zurück. Ein Kristallfilter kann auf vorteilhafte Weise als zweites (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6451 verwendet werden. Ein solches Kristallfilter ist durch ein extrem schmales Durchlassband charakterisiert und hat vorzugsweise eine konstante Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbands. Ein schmales Durchlassband wirkt, um zuzulassen, dass das erwünschte zweite repräsentative IF-Signal zum zweiten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6461 weitergeleitet wird, während benachbarte unerwünschte Signale zurückgewiesen werden. Der zweite (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6461 erhöht die Amplitude des zweiten repräsentativen IF-Signals und leitet das zweite repräsentative IF-Signal weiter zum Signalausgangstor 6211 und zur zweiten automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) 6481.
  • Die zweite automatische Verstärkungssteuerung 6481 stellt eine Verstärkung des zweiten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärkers 6441 und des zweiten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärkers 6461 ein, um einen erwünschten Pegel des zweiten repräsentativen IF-Signals aufrechtzuerhalten. Durch Aufteilen einer erwünschten Gesamtverstärkung zwischen dem zweiten (H-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6441 und dem zweiten (H-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6461 kann eine hohe Gesamtverstärkung und ein großer Dynamikbereich mit größerer Stabilität und Zuverlässigkeit als in einer alleinigen einzelnen Verstärkungsstufe aufrechterhalten werden. Gleichermaßen kann durch Aufteilen der erwünschten Filterung zwischen dem zweiten (H-Feld-)Primär-IF-Filter 6431 und dem zweiten (H-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6451 ein schmaleres Durchlassband mit größerer Stabilität und größerer Zuverlässigkeit als mit einer alleinigen einzelnen Filterstufe erreicht werden. Die zweite automatische Verstärkungssteuerung 6481 enthält vorzugsweise einen Empfangssignalstärkenindikator (RSSI) und leitet einen RSSI-Pegel zum RSSI-Ausgang 6221 weiter.
  • Die dritte (E-Feld-)Antenne 632 reagiert auf die elektrische oder E-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 und präsentiert ein empfangenes Signal, das proportional zu der elektrischen oder E-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 ist, zum dritten (E-Feld-)Vorauswahlfilter 6402.
  • Das dritte (E-Feld-)Vorauswahlfilter 6402 lässt ein drittes repräsentatives Signal, das proportional zur elektrischen oder E-Feld-Komponente des elektromagnetischen Signals 615 ist, durch, weist aber Signale mit unerwünschten Frequenzen zurück. Das dritte (E-Feld-)Vorauswahlfilter 6402 kann beispielsweise ein Bandpassfilter oder ein Tiefpassfilter sein. Typischerweise wird das dritte (E-Feld-)Vorauswahlfilter 6402 diejenigen Frequenzen durchlassen, innerhalb von welchen das Funkfeuer 610 ein elektromagnetisches Signal 615 für eine relevante Anwendung senden könnte. Eine Auswahl eines Bands wird von einer Vielfalt von Faktoren abhängen, einschließlich, aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt, Regulierungsbeschränkungen, eines Ausbreitungsverhaltens des elektromagnetischen Signals 615 und eines erwünschten Bereichs r eines Betriebs.
  • Der dritte (E-Feld-)Mischer 6422 mischt ein drittes repräsentatives Signal, das vom dritten (E-Feld-)Vorauswahlfilter 6402 empfangen ist, mit einem Lokaloszillator-(LO-)Signal, das durch den Lokaloszillator 650 erzeugt ist, um ein drittes repräsentatives Zwischenfrequenz- (oder IF-)Signal zu erzeugen. Der Lokaloszillator 650 kann ein herkömmlicher Sinuswellenoszillator, ein direkter digitaler Synthesizer (DDS) oder ein anderer Oszillator oder eine andere Wellenformschablonenquelle sein.
  • Das dritte (E-Feld-)Primär-IF-Filter 6432 nimmt nur das erwünschte dritte repräsentative IF-Signal an und weist andere unerwünschte Signale zurück. Ein Kristallfilter kann auf vorteilhafte Weise als drittes (E-Feld-)Primär-IF-Filter 6432 verwendet werden. Ein solches Kristallfilter ist durch ein extrem schmales Durchlassband charakterisiert und hat vorzugsweise eine konstante Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbands. Ein schmales Durchlassband wirkt, um zuzulassen, dass das erwünschte dritte repräsentative IF-Signal zum dritten (E-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6442 weitergeleitet wird, während benachbarte unerwünschte Signale zurückgewiesen werden. Der dritte (E-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6442 erhöht die Amplitude des dritten repräsentativen IF-Signals und leitet das verstärkte dritte repräsentative IF-Signal weiter zum dritten (E-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6452. Das dritte (E-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6452 nimmt nur das erwünschte dritte IF-Signal an und weist andere unerwünschte Signale zurück. Ein Kristallfilter kann auf vorteilhafte Weise als drittes (E-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6452 verwendet werden. Ein solches Kristallfilter ist durch ein extrem schmales Durchlassband charakterisiert und hat vorzugsweise eine konstante Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbands. Ein schmales Durchlassband wirkt, um zuzulassen, dass das erwünschte dritte repräsentative IF-Signal zum dritten (E-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6462 weitergeleitet wird, während benachbarte unerwünschte Signale zurückgewiesen werden. Der dritte (E-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6462 erhöht die Amplitude des dritten repräsentativen IF-Signals und leitet das dritte repräsentative IF-Signal weiter zum Signalausgangstor 6212 und zur dritten automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) 6482.
  • Die dritte automatische Verstärkungssteuerung 6482 stellt eine Verstärkung eines zweiten (E-Feld-)Primär-IF-Verstärkers 6442 und eines dritten (E-Feld-)Sekundär- IF-Verstärkers 6462 ein, um einen erwünschten Pegel des dritten repräsentativen IF-Signals aufrechtzuerhalten. Durch Aufteilen einer erwünschten Gesamtverstärkung zwischen dem dritten (E-Feld-)Primär-IF-Verstärker 6442 und dem dritten (E-Feld-)Sekundär-IF-Verstärker 6462 kann eine hohe Gesamtverstärkung und ein großer Dynamikbereich mit größerer Stabilität und Zuverlässigkeit als in einer allein stehenden einzelnen Verstärkungsstufe aufrechterhalten werden. Gleichermaßen kann durch Aufteilen der erwünschten Filterung zwischen dem dritten (E-Feld-)Primär-IF-Filter 6432 und dem dritten (E-Feld-)Sekundär-IF-Filter 6452 ein schmaleres Durchlassband mit größerer Stabilität und größerer Zuverlässigkeit als mit einer allein stehenden einzelnen Filterstufe erreicht werden. Die dritte automatische Verstärkungssteuerung 6482 enthält vorzugsweise einen Empfangssignalstärkenindikator (RSSI) und leitet einen RSSI-Pegel weiter zum RSSI-Ausgang 6222.
  • Der Lokaloszillator 650 kann auch auf vorteilhafte Weise als Tuner bzw. Abstimmeinheit zum Auswählen unter einer Vielzahl von elektromagnetischen Signalen 615 verwendet werden, die durch eine Vielzahl von Funkfeuern 610 gesendet sind. Ein bestimmtes Funkfeuer 610, das ein bestimmtes elektromagnetisches Signal 615 aussendet, kann von anderen Funkfeuern 610, die andere elektromagnetische Signale 615 aussenden, mit geringfügig unterschiedlichen Frequenzen unterschieden werden. Somit kann eine einzige Ortungsvorrichtung 620 eine große Anzahl von unterschiedlichen Funkfeuern 610 verfolgen. Eine Vielfalt von anderen Schemen zum Verfolgen von mehrfachen Funkfeuern 610 ist möglich, einschließlich beispielsweise eines Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffs. Wenn ein Funkfeuer 610 ein gesendetes elektromagnetisches Signal 615 mit identifizierender Information moduliert, kann man unter einer Vielzahl von Funkfeuern 610 unterscheiden, die bei derselben Frequenz arbeiten. Gleichermaßen kann eine große Anzahl von unterschiedlichen Ortungsvorrichtungen 620 Bereiche r zu einem gemeinsamen Funkfeuer 610 messen.
  • Obwohl keine Synchronisation zwischen dem Funkfeuer 610 und der Ortungsvorrichtung 620 erforderlich ist, wirkt ein gemeinsamer Lokaloszillator 650 zum Beibehalten einer Synchronisation zwischen einer Vielzahl von Kanälen 625, 626, 627 innerhalb einer einzelnen Ortungsvorrichtung 620. Eine Synchronisation unter einer Vielzahl von Kanälen 625, 626, 627 innerhalb der Ortungsvorrichtung 620 ist vorteilhaft, um präzise Phasenvergleiche zwischen Signalen zu ermöglichen, die durch eine Vielzahl von Kanälen 625, 626, 627 empfangen werden.
  • Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Lokaloszillator 650 einen ersten Kanal 625, einen zweiten Kanal 626 oder einen dritten Kanal 627 (oder verschiedene Kombinationen der Kanäle 625, 626, 627) abstimmen, um durch eine Vielfalt von interessierenden Frequenzen zu wobbeln. Der Mikroprozessor 692 kann Daten von RSSI-Toren 6220, 6221, 6222 (oder verschiedenen Kombinationen von RSSI-Toren 6220, 6221, 6222) überwachen und kompilieren, um eine Rausch- und Interferenzumgebung zu charakterisieren. Der Mikroprozessor 692 kann geeignete Steuersignale durch den Datenbus 695 zu einer Vielzahl von Funkfeuern 610 weiterleiten, um optimale Frequenzen oder Betriebsmoden auszuwählen, denen eine charakterisierte Rausch- und Interferenzumgebung zugeteilt ist. Gleichermaßen kann in einer dichten Signalumgebung mit vielen gleichzeitig arbeitenden Funkfeuern 610 der Mikroprozessor 692 Signale überwachen und geeignete Steuersignale durch den Datenbus 695 zu einer Vielzahl von Funkfeuern 610 weiterleiten, um optimale Frequenzen oder Betriebsmoden unter einer Vielzahl von Funkfeuern 610 zum Erleichtern einer Koexistenz innerhalb und unter der Vielzahl von Funkfeuern 610 zuzuordnen. Weiterhin kann der Mikroprozessor 692 einen Bereich r überwachen und geeignete Steuersignale durch den Datenbus 695 zu einem jeweiligen Funkfeuer 610 weiterleiten, um eine optimale Frequenz oder einen Betriebsmode, die bzw. der für das jeweilige Funkfeuer 610 geeignet ist, das für einen Betrieb bei einem erfassten Bereich r geeignet ist, zu dem jeweiligen Funkfeuer 610 zuzuordnen.
  • Bei anderen Ausführungsbeispielen können Kanäle zusätzlich zu den Kanälen 625, 626, 627 verwendet werden, so dass eine Ortungsvorrichtung 620 gleichzeitig eine Vielzahl von Funkfeuern 610 verfolgen kann, die elektromagnetische Signale 615 bei unterschiedlichen Frequenzen erzeugen. Weiterhin können zusätzliche Kanäle auf vorteilhafte Weise beim Erfassen und Charakterisieren einer Rausch- und Interferenzumgebung verwendet werden. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen können zusätzliche Kanäle, die zu alternativen Polarisationen gehören, ermöglichen, dass das Bereichsweitensuchsystem 600 Messungen durchführt, die durch die relative Orientierung eines Funkfeuers 610 in Bezug auf eine Ortungsvorrichtung 620 nicht beeinträchtigt werden.
  • Im Bereichsweitensuchsystem 600 (6) empfängt ein erster Phasendetektor 681 das erste repräsentative IF-Signal vom ersten Signalausgangstor 6210 und empfängt das dritte repräsentative IF-Signal vom dritten Signalausgangstor 6212 und bestimmt eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem dritten IF-Signal. Ein zweiter Phasendetektor 682 empfängt das zweite repräsentative IF-Signal vom zweiten Signalausgangstor 6211 und empfängt das dritte repräsentative IF-Signal vom dritten Signalausgangstor 6212 und bestimmt eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten und dem dritten repräsentativen IF-Signal. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Ortungsvorrichtung 620 zwei H-Feld-Kanäle (einen ersten (H-Feld-)Kanal 625 und einen zweiten (H-Feld-)Kanal 626) und einen dritte (E-Feld-)Kanal 627. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das ein vertikal polarisiertes elektromagnetisches Signal 615 verwendet, ist die dritte elektrische Antenne 632 eine vertikale Peitschenantenne mit einer Strahlungscharakteristik in allen Richtungen in einer ersten Ebene senkrecht zur Achse der Peitsche. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind magnetische Antennen 630, 631 Rahmenantennen mit einem Muster in allen Richtungen in einer zweiten Ebene im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Ebene (die zu der Peitschenantenne der dritten elektrischen Antenne 632 gehört). Es ist vorteilhaft, zwei magnetische Antennen 630, 631 zu haben, um eine Empfindlichkeit zu einer magnetischen Komponente eines elektromagnetischen Signals 615, das in irgendeiner Richtung einfällt, zu erreichen. Mit nur einer magnetischen Antenne 630, 631 wird die Ortungsvorrichtung 620 dazu neigen, unempfindlich gegenüber einem Funkfeuer 610 zu sein, das in einer Richtung positioniert ist, die in einer Nulllage der einzigen magnetischen Antenne 630 oder 631 liegt. Dadurch, dass man zwei magnetische Antennen 630, 631 hat, kann die Ortungsvorrichtung 620 einen Bereich r zu einem Funkfeuer 610 in irgendeiner Richtung bestimmen. Ein zusätzlicher Vorteil davon, dass man zwei magnetische Antennen 630, 631 hat, besteht darin, dass die Ortungsvorrichtung 620 Techniken nach dem Stand der Technik verwenden kann, um Ankunftswinkelinformation zusätzlich zu einer Bereichsinformation zu erhalten.
  • Für eine optimale Leistungsfähigkeit der Phasendetektoren 681, 682 ist es für Amplituden des ersten, des zweiten und des dritten repräsentativen IF-Signals vorteilhaft, innerhalb einer erwünschten Amplitudengrenze beibehalten zu werden. Automatische Verstärkungssteuerungen 6480, 6481, 6482 wirken zum Aufrechterhalten einer erwünschten Amplitudengrenze für das erste, das zweite und das dritte repräsentative IF-Signal. Die Phasendetektoren 681, 682 können logarithmische Verstärker verwenden, um konstante Signalpegel aufrechtzuerhalten, wie sie beispielsweise in einem Teil mit der Nr. AD 8302 von Analog Devices (einem Phasendetektor-IC) verwendet werden. Alternativ dazu können die Kanäle 625, 626, 627 einen Begrenzer (der in 6 nicht gezeigt ist) zum Begrenzen von Ausgangssignalpegeln enthalten.
  • Der Bereichsdetektor 690 setzt gemessene Phasendifferenzen, die von den Phasendetektoren 681, 682 empfangen sind, in einen Bereich r um. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Bereichsdetektor 690 einen Analog/Digital-Wandler 691 und einen Mikroprozessor (oder eine Mikrosteuerung) 692, die zusammenarbeiten, um einen Bereich r basierend auf Signalen zu berechnen, die von einem oder beiden der Phasendetektoren 681, 682 empfangen werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel überwacht der Bereichsdetektor 690 auch RSSI-Pegel von RSSI-Toren 6220, 6221, 6222, so dass der Bereichsdetektor 690 einen der Phasendetektor 681, 682 (oder beide) auswählen kann, um ihn (oder sie) beim Bestimmen des Bereichs r zu verwenden. Der Bereichsdetektor 690 kann auch RSSI-Pegel von den RSSI-Toren 6220, 6221, 6222 vergleichen, um einen Ankunftswinkel des elektromagnetischen Signals 615 zu bestimmen. Typischerweise wird der erste Phasendetektor 681 bevorzugt werden, wenn das Funkfeuer 610 in der Strahlungscharakteristik der ersten Magnetfeldantenne 630 liegt, und wird der zweite Phasendetektor 682 bevorzugt werden, wenn das Funkfeuer 610 in der Strahlungscharakteristik der zweiten Magnetfeldantenne 631 liegt. Idealerweise wird der Bereichsdetektor 690 Signale selektiv verwenden, die von den Phasendetektoren 682, 682 empfangen werden, um eine Bereichsmessung zu optimieren. Eine solche Optimierung könnte auch beispielsweise enthalten, dass die Ortungsvorrichtung 620 Signale kombiniert, die von Magnetfeldantennen 630, 631 empfangen werden, um eine effektive Strahlungscharakteristik zu erzeugen, die ein interferierendes Signal bzw. Störsignal auf Null setzt oder ein erwünschtes Signal maximiert. RSSI-Pegel von RSSI-Toren 6220, 6221, 6222 können auch durch den Bereichsdetektor 690 verwendet werden, um Information von den Phasendetektoren 681, 682 beim Bestimmen des Bereichs r zu ergänzen oder zu vervollständigen.
  • Der Bereichsdetektor 690 kann visuelle, Audio- oder andere Ausgabeformate enthalten, um einen Bereich r zu einem Anwender anzuzeigen, oder kann einen gemessenen Bereich r zu einer entfernten Stelle zur weiteren Analyse als Teil eines umfassenden Positionier-, Verfolgungs- oder Ortungssystems weiterleiten. Der Bereichsdetektor 690 kann auch Mittel zum Steuern des Lokaloszillators 650 enthalten, einschließlich (aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt) eines Einstellens einer Frequenz eines Lokaloszillatorsignals.
  • Der Datenbus 695 ist optional, und dann, wenn er verwendet wird, lässt er zu, dass Daten und Steuersignale zwischen der Ortungsvorrichtung 620 und dem Funkfeuer 610 weitergeleitet werden. Der Datenbus 695 kann ein drahtloses Netzwerk (wie beispielsweise ein 802.11b-Netzwerk), ein hart verdrahtetes Netzwerk (wie beispielsweise eine Ethernetverbindung oder ein serielles Kabel) enthalten, oder kann eine Modulation des elektromagnetischen Signals 615 verwenden, das durch das Funkfeuer 610 gesendet wird. Eine Vielzahl von Ortungsvorrichtungen 620 und Funkfeuern 610 können einen gemeinsamen Datenbus 695 gemeinsam nutzen. Eine solche Vielzahl von Ortungsvorrichtungen 620 und Funkfeuern 610 können zusammenarbeiten, um ein umfassendes Verfolgungs-, Positionier- oder Lokalisier- bzw. Ortungssystem zu bilden. Mit einem drahtlosen Datenbus 695 ist das Funkfeuer 610 nicht mehr streng eine Vorrichtung, die nur sendet. Weil nur ein gesendetes elektromagnetisches Signal 615 für Bereichsweitensuchoperationen nötig ist, wird mit einer drahtlosen Datenverbindung eine genaue Zeitgabe, die für ein herkömmliches Transponder-Bereichsweitensuchsystem erforderlich ist, eliminiert. Zeitgabeinformation kann über die drahtlose Datenverbindung weitergeleitet werden.
  • Die Ortungsvorrichtung 620 kann derart angesehen werden, dass sie eine Einrichtung zum Erfassen oder Empfangen eines ersten (H-Feld-)Signals, eine Einrichtung zum Erfassen oder Empfangen eines zweiten (H-Feld-)Signals, eine Einrichtung zum Erfassen oder Empfangen eines dritten (E-Feld-)Signals, eine Einrichtung zum Bestimmen einer ersten Phasendifferenz zwischen einem ersten und einem dritten Signal, eine Einrichtung zum Bestimmen einer zweiten Phasendifferenz zwischen einem zweiten und einem dritten Signal und eine Einrichtung zum Bestimmen eines Bereichs r, dem eine erste und eine zweite Phasendifferenz zugeteilt ist, aufweist. Es kann auch vorteilhaft sein, in der Ortungsvorrichtung 620 eine Einrichtung zum Abstimmen einer Ortungsvorrichtung 620 zu enthalten, wodurch Bereichsdaten für irgendeines einer Vielzahl von Funkfeuern 610 erhalten werden können, die jeweils ein elektromagnetisches Signal bei einer unterschiedlichen Frequenz erzeugen.
  • Noch weitere Vorteile können durch Hinzufügen einer Einrichtung zum Weiterleiten von Daten unter einer Vielzahl von Ortungsvorrichtungen 620 und einer Vielzahl von Funkfeuern zur Ortungsvorrichtung 620 erwachsen bzw. entstehen. Eine solche Einrichtung (z.B. einen Datenbus oder eine drahtlose Verbindung 695) könnte vorteilhaft in einem umfassenden Verfolgungs-, Positionier- oder Ortungssystem verwendet werden.
  • Es sollte nicht vergessen werden, dass Funktionen und Komponenten der Ortungsvorrichtung 620 nicht in einer einzelnen Einheit implementiert sein müssen. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, eine erste (H-Feld-)Antenne 630, eine zweite (H-Feld-)Antenne 631 und eine dritte (E-Feld-)Antenne 632 bei jeweiligen Stellen zu platzieren, die von anderen Komponenten oder einer Funktionalität der Ortungsvorrichtung 620 entfernt sind. Antennen können beispielsweise über RF-Kabel angeschlossen sein, wenn aus Sicherheitsgründen, ökonomischen Gründen, Betriebsgründen, der Einfachheit einer Anwendung halber oder aus irgendwelchen anderen Gründen ein Einhalten eines Abstands erwünscht sein würde. Gleichermaßen kann die Ortungsvorrichtung 620 eine Signalerfassung und einen Signalempfang bei einer Stelle und eine Phasenerfassung bei einer anderen implementieren. Die Ortungsvorrichtung 620 kann auch eine Phasenerfassung bei einer Stelle implementieren und Daten zu einem Bereichsdetektor 690 bei einer entfernten Stelle zur Bestimmung des Bereichs r weiterleiten.
  • Kombination aus Funkfeuer-Ortungsvorrichtung
  • 7 ist ein schematisches Diagramm eines Systems für eine Nahfeld-Bereichsweitensuche durch einen Vergleich einer Phase eines elektrischen und eines magnetischen Felds mit einer Funktion eines Funkfeuers und einer Ortungsvorrichtung, die in einer einzelnen Einheitsvorrichtung kombiniert ist. In 7 ist eine kombinierte Vorrichtung 700 aus Funkfeuer und Ortungsvorrichtung konfiguriert, um als Funkfeuer zu arbeiten, dessen Bereich r von einer entfernten Ortungsvorrichtung (wie beispielsweise einer entfernten Vorrichtung 710 aus Funkfeuer und Ortungsvorrichtung, die als Ortungsvorrichtung arbeitet) durch die entfernte Ortungsvorrichtung gemessen werden kann. Alternativ dazu kann die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 als Ortungsvorrichtung arbeiten, die einen Bereich r zu einem anderen Funkfeuer (wie beispielsweise einer entfernten Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710, die als Funkfeuer arbeitet) misst.
  • Die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 enthält eine erste magnetische (H-Feld-)Antenne 730, eine zweite (E-Feld-)Antenne 732, einen Sende/Empfangs-Schalter 728, einen Sender 712 und einen Ortungsvorrichtungsempfänger 720. Der Ortungsvorrichtungsempfänger 720 enthält einen ersten (H-Feld-)Empfänger 722, einen zweiten (E-Feld-)Empfänger 742, einen Phasendetektor 781 und einen Bereichsdetektor 790. Ein optionaler Datenbus 795 lässt eine Kommunikation zwischen oder unter einer Vielzahl von Funkfeuer/Ortungsvorrichtungen, Funkfeuern, Ortungsvorrichtungen oder anderen Vorrichtungen zu.
  • Kombination aus Funkfeuer/Ortungsvorrichtung in einem Ortungsvorrichtungsmode
  • Die entfernte Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 (die in einem Funkfeuermode arbeitet) sendet ein elektromagnetisches Signal 715, das durch das Funkfeuer/Ortungsvorrichtungssystem 700 empfangen wird, das in einem Ortungsvorrichtungsmode arbeitet. Die erste (H-Feld-)Antenne 730 ist empfindlich gegenüber einer magnetischen Komponente eines einfallenden elektromagnetischen Signals 715 und leitet ein repräsentatives magnetisches Signal, das proportional zu der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Signals 715 ist, weiter zu einem Antennentor 7270 des ersten (H-Feld-)Empfängers 722.
  • Der erste (H-Feld-)Empfänger 722 empfängt das repräsentative magnetische Signal beim ersten Antennentor 7220 und empfängt ein Lokaloszillator-(LO-)Signal von einem Lokaloszillator 750 bei einem Lokaloszillatortor 7230. Unter Verwendung einer Filter-, Verstärkungs- und Mischeinrichtung, die Praktikern auf dem Gebiet von RF allgemein bekannt ist (wovon ein Beispiel in Zusammenhang mit 6 beschrieben ist), präsentiert der erste (H-Feld-)Empfänger 722 ein erstes empfangenes repräsentatives Zwischenfrequenz-(IF-)Signal bei einem ersten Ausgangstor 7210 und ein RSSI-Signal bei einem RSSI-Tor 7220.
  • Weil die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 in einem Ortungsvorrichtungsmode arbeitet, wird der Sende/Empfangsschalter 728 derart eingestellt, dass er die zweite (E-Feld-)Antenne 732 mit dem zweiten (E-Feld-)Empfänger 742 koppelt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Sende/Empfangsschalter 728 ein Zirkulator oder eine andere Vorrichtung sein, die zulässt, dass eine Funkfeuer/Ortungsvorrichtung, wie beispielsweise die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700, als Funkfeuer und als Ortungsvorrichtung gleichzeitig fungiert. Die zweite (E-Feld-)Antenne 732, die gegenüber der elektrischen Komponente des einfallenden elektromagnetischen Signals 715 empfindlich ist, leitet ein repräsentatives elektrisches Signal, das proportional zur elektrischen Komponente des elektromagnetischen Signals 715 ist, weiter zu einem Antennentor 7271 des zweiten (E-Feld-)Empfängers 742.
  • Der zweite (E-Feld-)Empfänger 742 empfängt das repräsentative elektrische Signal beim zweiten Antennentor 7271 und empfängt ein Lokaloszillator-(LO-)Signal vom Lokaloszillator 750 bei einem Lokaloszillatortor 7231. Unter Verwendung einer Filter-, Verstärkungs- und Mischeinrichtung, die Praktikern auf dem Gebiet von RF allgemein bekannt ist (wovon ein Beispiel in Verbindung mit 6 diskutiert ist), präsentiert ein zweiter (E-Feld-)Empfänger 742 ein zweites empfangenes repräsentatives Zwischenfrequenz-(IF-)Signal bei einem zweiten Ausgangstor 7211 und ein RSSI-Signal bei einem RSSI-Tor 7221.
  • Der Phasendetektor 781 empfängt das erste repräsentative Signal vom Ausgangstor 7210 und empfängt das zweite repräsentative Signal vom Ausgangstor 7211. Der Phasendetektor 781 erzeugt ein Phasendifferenz-Ausgangssignal, das proportional zur Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten repräsentativen Signal ist und leitet das Phasendifferenz-Ausgangssignal weiter zum Bereichsdetektor 790.
  • Der Bereichsdetektor 790 enthält einen Analog/Digital-Wandler 791 und einen Mikroprozessor 792. Der Bereichsdetektor 790 empfängt RSSI-Signale von RSSI-Toren 7220, 7221 und das Phasendifferenz-Ausgangssignal von einem Phasendetektor 781. Der Analog/Digital-Wandler 791 wandelt diese Signale in digitale Signale um und leitet sie weiter zum Mikroprozessor 792. Der Mikroprozessor 792 berechnet einen Bereich r basierend auf den digitalen Signaleingaben, die vom Analog/Digital-Wandler 791 empfangen sind. Unter den Einrichtungen, durch welche ein Mikroprozessor 792 einen Bereich r bestimmen kann, sind beispielsweise folgende: 1) Freiraumtheorie, wie sie in der Gleichung [8] präsentiert ist, 2) ein präziseres analytisches oder numerisches Modell einschließlich eines Bodens und anderer Effekte einer Ausbreitungsumgebung und 3) ein Modell, das auf empirischen Messungen basiert. Der Bereich r kann aus einer Phaseneingabe allein berechnet werden, oder unter Verwendung eines komplizierteren Modells mit einer Eingabe von RSSI-Toren 7220, 7221.
  • Der Mikroprozessor 792 kann eine Frequenz des Lokaloszillators 750 einstellen, um den ersten (H-Feld-)Empfänger 722 und den zweiten (E-Feld-)Empfänger 742 abzustimmen. Dies ermöglicht, dass die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs- Vorrichtung 700 einen Bereich r einer Vielfalt von anderen Funkfeuern 710 oder Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtungen 700, die bei unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, misst. Der Mikroprozessor 792 ermöglicht auch, dass die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 ein Frequenzsprungsystem oder ein Leistungssteuerschema für hinzugefügte Sicherheit und Robustheit verwendet.
  • Der Mikroprozessor 792 kann eine Anwenderschnittstelleneinrichtung wie beispielsweise eine Audio- oder visuelle Anzeige, haben, um einem Anwender eine Bereichsmessung zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich kann der Mikroprozessor 792 Bereichs- oder andere Information zu einer anderen Stelle über einen optionalen Datenbus 795 als Teil eines umfassenden Systems weiterleiten, das auf einer Verfolgungs- oder Positionierungseingabe beruht, oder für einen anderen Zweck.
  • Beispielsweise hat die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 zwei Kanäle, nämlich einen ersten (H-Feld-)Empfängerkanal 722 und einen zweiten (E-Feld-)Empfängerkanal 742. Zusätzliche Kanäle; können bevorzugt sein, wenn eine bessere Leistungsfähigkeit erwünscht ist, und zwar auf Kosten einer zusätzlichen Komplexität und einer Verteuerung. Solche zusätzlichen Kanäle könnten zum Erfassen von E-Feld- und H-Feld-Komponenten bei alternativen Polarisationen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, von Polarisationskomponenten longitudinal zu einer Richtung eines einfallenden elektromagnetischen Signals 715, verwendet werden. Somit könnte die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 weniger abhängig von einer bestimmten Orientierung eines einfallenden elektromagnetischen Signals 715 sein und dadurch eine robustere Leistungsfähigkeit bieten. Dieselben Vorteile erheben bzw. entstehen auch für Ortungsvorrichtungen, die nicht mit Funkfeuern kombiniert sind, um Funkfeuer/Ortungsvorrichtungen zu bilden.
  • Kombination aus Funkfeuer/Ortungsvorrichtung in einem Funkfeuermode
  • Wenn die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 in einem Funkfeuermode arbeitet, triggert der Mikroprozessor 792 den Sende/Empfangs-Schalter 728, um den Sender 712 mit der Antenne 732 zu verbinden. Der Mikroprozessor 792 stellt auch eine geeignete Frequenz für einen Sender 712 ein. Beispielsweise verwendet die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 eine elektrische Antenne 732 als Funkfeuersendeantenne. Eine magnetische Antenne 730 könnte genauso gut verwendet werden. Die Auswahl einer Antenne, die für eine Sendeoperation in einem Funkfeuermode zu verwenden ist, hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich beispielsweise eines Musters bzw. einer Strahlungscharakteristik, einer Leistungsfähigkeit in der Nähe von anderen Objekten, einer Polarisation, einer Anpassung und einer Ausbreitungsumgebung.
  • Eine entfernte Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 enthält eine elektrische Antenne 735 und eine magnetische Antenne 733. Der Sender 712 sendet ein RF-Signal zur Sendeantenne 732. Die Sendeantenne 732 strahlt ein elektromagnetisches Signal 716, das durch die elektrische Antenne 735 und durch die magnetische Antenne 733 empfangen wird, wenn die entfernte Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 in einem Ortungsvorrichtungsmode arbeitet. Die entfernte Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 empfängt ein H-Feld-Signal von der magnetischen Antenne 733 und empfängt ein E-Feld-Signal von der elektrischen Antenne 735, um somit zuzulassen, dass die entfernte Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 einen Bereich r zur Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 bestimmt.
  • Ein optionaler Datenbus 795 lässt zu, dass die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 mit der entfernten Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 interagiert und koordiniert. Beispielsweise kann die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 die entfernte Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 triggern bzw. anstoßen, zu veranlassen, dass die entfernte Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 sendet und zulässt, dass die Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 700 einen Bereich r zur entfernten Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 bestimmt. Ein geeigneter Trigger könnte beispielsweise Daten in Bezug auf eine Kommunikationsfrequenz, ein Frequenzsprungmuster, eine Leistungssteuerungsrückkopplung oder andere Charakteristiken eines Sendesignals, das von der entfernten Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Vorrichtung 710 zu strahlen ist, enthalten. Ein Trigger könnte weiterhin Identifikations- oder Authentifizierungsinformation enthalten.
  • Der Sender 712 kann durch den Mikroprozessor 792 gesteuert werden, um das elektromagnetische Signal 716 mit Information zu modulieren. Eine weite Vielfalt von Modulationstechniken ist möglich. Eine binäre Phasenumtastung (BPSK) ist eine bevorzugte Modulationsoption. BPSK ist aufgrund ihrer Einfachheit vorteilhaft. Weiterhin beeinflusst deshalb, weil die vorliegende Erfindung auf einer relativen Differenz zwischen Phasen des elektrischen und des magnetischen Felds beruht, eine Phasenumtastung eines gemeinsamen Modes (wie es beispielsweise bei BPSK und ähnlichen Modulationen auftritt) nicht die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, einen Bereich r zu messen. Solche Information kann Identifizierungs- oder Authentifizierungsinformation oder andere Information oder eine Telemetrie, die für einen Anwender von Wert ist, enthalten.
  • Antennenkonfigurationen
  • Die 8–11 offenbaren eine Vielfalt von Antennenkonfigurationen für Bereichsweitensuchsysteme 800, 900, 1000, 1100. 8 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer einer vertikalen Polarisation und einer Ortungsvorrichtung für alle Richtungen mit vertikaler Polarisation. In 8 enthält das Bereichsweitensuchsystem 800 ein Funkfeuer 810 vertikaler Polarisation und eine Ortungsvorrichtung 820. Eine Antenne 836 vertikaler Polarisation, die zu dem Funkfeuer 810 vertikaler Polarisation gehört, ist typischerweise eine vertikal orientierte Peitschen- oder Dipolantenne, könnte aber auch eine Rahmen- oder Ferritstabantenne sein, die orientiert ist, um vertikal polarisierte elektromagnetische Signale 815 in einer erwünschten Richtung zu strahlen. Bei vielen Anwendungen wird eine Versorgung in alle Richtungen einer einzelnen vertikal orientierten Peitsche gegenüber einem mehr gerichteten Muster bzw. einer mehr ausgerichteten Strahlungscharakteristik einer herkömmlichen vertikal polarisierten Schleife bevorzugt. Die Ortungsvorrichtung 820 enthält eine elektrische Antenne 832, eine erste magnetische Antenne 831 und eine zweite magnetische Antenne 833, die senkrecht zur ersten magnetischen Antenne 831 orientiert ist. Die elektrische Antenne 832 ist typischerweise eine vertikal orientierte Peitschen- oder Dipolantenne. Die erste magnetische Antenne 831 und die zweite magnetische Antenne 832 sind typischerweise Rahmen- oder Ferritstabantennen, die orientiert sind, um auf das vertikal polarisierte elektromagnetische Signal 815 zu reagieren. Die Ortungsvorrichtung 820 kann entweder die erste magnetische Antenne 832 oder die zweite magnetische Antenne 833 auswählen, um ein empfangenes (H-Feld-)Signal zu optimieren. Die Ortungsvorrichtung 820 kann auch Signale von sowohl der ersten magnetischen Antenne 831 als auch der zweiten magnetischen Antenne 833 verwenden.
  • 9 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer mit horizontaler Polarisation und einer Ortungsvorrichtung für alle Richtungen mit horizontaler Polarisation. In 9 enthält das Bereichsweitensuchsystem 9 ein Funkfeuer 910 mit horizontaler Polarisation und eine Ortungsvorrichtung 920. Eine Antenne 937 mit horizontaler Polarisation, die zum Funkfeuer 910 mit horizontaler Polarisation gehört, ist typischerweise eine vertikal orientierte Ferritstab- oder Rahmenantenne, die in einer horizontalen Ebene orientiert bzw. ausgerichtet ist, könnte aber eine Peitschen- oder Dipolantenne sein, die orientiert ist, um horizontal polarisierte elektromagnetische Signale 915 in einer erwünschten Richtung zu strahlen. Bei vielen Anwendungen wird die Versorgung in alle Richtungen einer einzelnen Rahmen- oder Ferritstabantenne gegenüber einer mehr ausgerichteten Strahlungscharakteristik einer herkömmlichen horizontal polarisierten Peitschen- oder Dipolantenne bevorzugt. Die Ortungsvorrichtung 920 enthält eine magnetische Antenne 931, eine erste elektrische Antenne 932 und eine zweite elektrische Antenne 934. Die magnetische Antenne 931 ist typischerweise eine vertikal orientierte Ferritstab- oder Rahmenantenne, die in einer horizontalen Ebene orientiert ist. Die erste elektrische Antenne 932 und die zweite elektrische Antenne 934 sind typischerweise Dipol- oder Peitschenantennen, die orientiert sind, um auf horizontal polarisierte elektromagnetische Signale 915 zu reagieren. Die Ortungsvorrichtung 920 kann entweder die erste elektrische Antenne 932 oder die zweite elektrische Antenne 934 auswählen, um ein empfangenes (E-Feld-)Signal zu optimieren. Die Ortungsvorrichtung 920 kann auch Signale von sowohl der ersten elektrischen Antenne 932 als auch der zweiten elektrischen Antenne 934 verwenden.
  • 10 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer mit vertikaler Polarisation und einer Ortungsvorrichtung mit vertikaler Polarisation, die gerichtet ist. In 10 enthält das Bereichsweitensuchsystem 1000 ein Funkfeuer 1010 mit vertikaler Polarisation und eine Ortungsvorrichtung 1020. Eine Antenne 1036 mit vertikaler Polarisation, die zu dem Funkfeuer 1010 mit vertikaler Polarisation gehört, ist typischerweise eine vertikal orientierte Peitschen- oder Dipolantenne, die an einer vertikalen Ebene orientiert ist, könnte aber eine Rahmen- oder Ferritstabantenne sein, die orientiert ist, um vertikal polarisierte elektromagnetische Signale 1015 in einer erwünschten Richtung zu strahlen. Bei vielen Anwendungen ist die Versorgung in allen Richtungen einer einzelnen vertikal orientierten Peitschenantenne gegenüber einer mehr gerichteten Strahlungscharakteristik einer herkömmlichen vertikal polarisierten Rahmenantenne bevorzugt. Die Ortungsvorrichtung 1020 enthält eine elektrische Antenne 1032 und eine magnetische Antenne 1031. Die elektrische Antenne 1032 ist typischerweise eine vertikal orientierte Peitschen- oder Dipolantenne. Die magnetische Antenne 1031 ist typischerweise eine Rahmen- oder Ferritstabantenne, die orientiert ist, um auf vertikal polarisierte elektromagnetische Signale 1015 zu reagieren. Die Ortungsvorrichtung 1020 muss typischerweise orientiert sein, um ein Signal von der magnetischen Antenne 1031 zu optimieren. Zusätzlich kann die Ankunftsrichtung eines elektromagnetischen Signals 1015 durch Orientieren einer Nulllage der magnetischen Antenne 1031 mit der Ankunftsrichtung eines elektromagnetischen Signals 1015 und durch Beobachten einer zugehörigen Abnahme bezüglich eines RSSI-Pegels bestimmt werden. Wenn die Reaktionen der magnetischen Antenne 1031 und der elektrischen Antenne 1032 summiert werden, kann die Ankunftsrichtung eines elektromagnetischen Signals 1015 durch Orientieren einer Nulllage einer effektiven summierten Strahlungscharakteristik mit einer Richtung einer Ankunft eines elektromagnetischen Signals 1015 und durch Beobachten einer zugehörigen Abnahme bezüglich einer Amplitude der summierten Reaktionen bestimmt werden.
  • 11 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen Antennenkonfiguration für ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem mit einem Funkfeuer mit horizontaler Polarisation und einer gerichteten Ortungsvorrichtung mit horizontaler Polarisation. In 11 enthält das Bereichsweitensuchsystem 1100 ein Funkfeuer 1110 mit horizontaler Polarisation und eine Ortungsvorrichtung 1120. Eine Antenne 1137 mit horizontaler Polarisation, die zum Funkfeuer 1110 mit horizontaler Polarisation gehört, ist typischerweise eine Ferritstabantenne, die vertikal orientiert ist, oder eine Rahmenantenne, die in einer horizontalen Ebene orientiert ist, könnte aber eine Peitschen- oder Dipolantenne sein, die orientiert ist, um horizontal polarisierte elektromagnetische Signale 1115 in einer erwünschten Richtung zu strahlen. Bei vielen Anwendungen ist die Versorgung in allen Richtungen einer einzelnen Rahmen- oder Ferritstabantenne gegenüber einer mehr ausgerichteten Strahlungscharakteristik einer herkömmlichen horizontal polarisierten Peitschen- oder Dipolantenne bevorzugt. Die Ortungsvorrichtung 1120 enthält eine elektrische Antenne 1132 und eine magnetische Antenne 1131. Die elektrische Antenne 1132 ist typischerweise eine horizontal orientierte Peitschen- oder Dipolantenne. Die magnetische Antenne 1131 ist typischerweise eine Rahmen- oder Ferritstabantenne, die orientiert ist, um auf horizontal polarisierte elektromagnetische Signale 1115 zu reagieren. Die Ortungsvorrichtung 1120 muss typischerweise orientiert sein, um ein Signal von der elektrischen Antenne 1132 zu optimieren. Zusätzlich kann die Ankunftsrichtung eines elektromagnetischen Signals 1115 durch Orientieren einer Nulllage der elektrischen Antenne 1132 mit der Ankunftsrichtung eines elektromag netischen Signals 1115 und durch Beobachten einer zugehörigen Abnahme bezüglich eines RSSI-Pegels bestimmt werden. Wenn die Reaktionen der magnetischen Antenne 1131 und der elektrischen Antenne 1132 summiert werden, kann die Ankunftsrichtung eines elektromagnetischen Signals 1115 durch Ausrichten einer Nulllage einer effektiven summierten Strahlungscharakteristik mit einer Ankunftsrichtung eines elektromagnetischen Signals 1115 und durch Beobachten einer zugehörigen Abnahme bezüglich einer Amplitude der summierten Reaktionen bestimmt werden.
  • Eine Auswahl einer Polarisation durch Arten einer bestimmten Ausbreitungsumgebung, durch das Vorhandensein von potentiell interferierenden Signalen einer bestimmten Polarisation oder durch die Erfordernisse einer bestimmten Anwendung beeinflusst sein. Eine vertikale Polarisation ist typischerweise für eine Ausbreitung in einer Umgebung bevorzugt, wo eine unerwünschte Kopplung dazu neigt, horizontal zu sein, wie beispielsweise nahe dem Boden. Eine horizontale Polarisation wird typischerweise für eine Ausbreitung in einer Umgebung bevorzugt, wo eine unerwünschte Kopplung vertikal ist, wie beispielsweise durch vertikal orientierte Stahlelemente. Eine zirkulare Polarisation wird typischerweise für Systeme bevorzugt, wo eine Orientierungsunabhängigkeit wichtig ist. Einiges von einer solchen Kopplung kann tatsächlich erwünscht sein, wenn diese Kopplung dazu neigt, Wellen in einer erwünschten Richtung zu führen.
  • Wichtige Antennenparameter zum Entwickeln von Bereichsweitensuchsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten Strahlungscharakteristiken, eine Anpassung, Formfaktoren, eine Leistungsfähigkeit und Kosten. Ein weiterer wichtiger kritischer Parameter ist ein Einfangen und ein Differenzieren bzw. Unterscheiden zwischen einer elektrischen und einer magnetischen Komponente eines einfallenden elektromagnetischen Signals. Eine weite Vielfalt von geeigneten Antennenoptionen ist Fachleuten auf dem Gebiet von RF bekannt.
  • Beispielhafte Empfänger
  • Die Erfinder haben ein Bereichsweitensuchsystem implementiert, wie es durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird. Dieses System arbeitete bei 10,7 MHz und zeigte Bereichsweitensuchgenauigkeiten innerhalb von Inches von etwa 5 ft (Fuß) bis etwa 35 ft. Da die Wellenlänge (λ) bei 10,7 MHz 97 Fuß ist, entspricht dies etwa 0,054 λ bis 0,38 λ. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung sind signifikant längere Bereiche durch Verwenden von signifikant niedrigeren Frequenzen möglich.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, das Details eines beispielhaften Empfängers in einem System für eine elektromagnetische Bereichsweitensuche darstellt. In 12 enthält ein Bereichsweitensuchsystem 1200 ein Funkfeuer 1210 und eine Oberfläche 1220. Das Funkfeuer 1210 sendet ein elektromagnetisches Signal 1215, das durch die Ortungsvorrichtung 1220 empfangen wird. Die Ortungsvorrichtung 1220 enthält eine elektrisch Antenne 1232, die empfindlich gegenüber der elektrischen Komponente des elektromagnetischen Signals 1215 ist. Die elektrische Antenne 1232 erfasst ein erstes (elektrisches oder E-Feld-)Signal, das proportional zur elektrischen Komponente des elektromagnetischen Signals 1215 ist, und leitet das erste Signal weiter zu einem Antennentor 1270 eines ersten Empfängers 1225, der in der Ortungsvorrichtung 1220 enthalten ist. Die Ortungsvorrichtung 1220 enthält auch eine magnetische Antenne 1231, die empfindlich gegenüber der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Signals 1215 ist. Die magnetische Antenne 1231 erfasst ein zweites (magnetisches oder H-Feld-)Signal, das proportional zur magnetischen Komponente des elektromagnetischen Signals 1215 ist, und leitet das zweite Signal weiter zu einem zweiten Empfänger 1227, der in der Ortungsvorrichtung 1220 enthalten ist. Der zweite Empfänger 1227 ist in einer wesentlichen Ähnlichkeit zum Empfänger 1225 aufgebaut; Details des Aufbaus des Empfängers 1227 sind in 12 weggelassen, um die Beschreibung des Bereichsweitensuchsystems 1200 zu vereinfachen.
  • Eine genaue Beabstandung zwischen der elektrischen Antenne 1232 und der magnetischen Antenne 1231 ist nicht kritisch, unter der Voraussetzung, dass eine Beabstandung groß genug ist, um eine unerwünschte wechselseitige Kopplung zu vermeiden, und eine Beabstandung relativ zur Wellenlänge λ des elektromagnetischen Signals 1215 relativ klein ist. Die Erfinder haben die elektrische Antenne 1232 und die magnetische Antenne 1231 um einen Abstand in der Größenordnung von 1 %–3 % einer Wellenlänge (0,03 λ–0,01 λ) getrennt angeordnet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können die elektrische Antenne 1232 und die magnetische Antenne 1231 in einer einzigen integrierten Einheit mit einem ersten Anschluss, der eine E-Feld-Reaktion ergibt, und einem zweiten Anschluss, der eine H-Feld-Reaktion ergibt, angeordnet sein. Obwohl eine Beabstandung zwischen den Antennen vorzugsweise klein relativ zur Wellenlänge λ des elektromagnetischen Signals 1215 ist, kann eine größere Beabstandung zwischen der elektrischen Antenne 1232 und der magnetischen Antenne 1231 toleriert werden, wenn ein Phasendetektor 1280 oder ein Bereichsdetektor 1290 in der Ortungsvorrichtung 1220 für den Effekt der größeren Beabstandung kompensiert sind.
  • Die Ortungsvorrichtung 1220 enthält auch ein Vorauswahlfilter 1242, das das erste (elektrische) Signal vom Antennentor 1270 empfängt. Das Vorauswahlfilter 1242 lässt das erste (elektrische) Signal in einem gewünschten Band durch, weist aber Signale mit unerwünschten Frequenzen zurück. Typischerweise wird das Vorauswahlfilter 1242 ein Band von Frequenzen durchlassen, innerhalb von welchem das Funkfeuer 1210 ein elektromagnetisches Signal 1215 für eine relevante Anwendung senden könnte. Eine Auswahl eines Bands wird von einer Vielfalt von Faktoren abhängen, einschließlich, aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt, Regulierungsbeschränkungen, eines Ausbreitungsverhaltens eines elektromagnetischen Signals 1215 und eines erwünschten Bereichs r eines Betriebs. Die vorliegende Erfindung bietet eine optimale Leistungsfähigkeit für einen erwünschten Bereich r eines Betriebs, der etwa durch 0,08 λ bis 0,30 λ beschränkt ist, wobei λ die Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 1215 ist, das durch das Funkfeuer 1210 gesendet wird. Ein typischer Betriebsbereich ist allgemein innerhalb von 0,05 λ bis 0,50 λ. Implementierungen höherer Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung können in Bereichen r arbeiten, die kleiner als 0,05 λ und größer als 0,50 λ sind.
  • Ein Vorstufenverstärker 1265 erhöht die Amplitude des ersten (elektrischen) Signals. Wenn atmosphärisches und anderes Rauschen ausreichend niedrig sind, ist es für einen Verstärker vorteilhaft, eine Rauschzahl zu haben, die ausreichend niedrig ist, um ein Einführen von unerwünschtem Rauschen zu vermeiden, einen Dynamikbereich, der groß genug ist, um die potentielle Variation bezüglich einer Amplitude des ersten (elektrischen) Signals unterzubringen, und eine Verstärkung, die ausreichend ist, um ein erstes (elektrisches) Signal mit einer geeignet großen Amplitude zu ergeben, so dass ein schwaches Signal einen Phasendetektor 1281 richtig antreiben wird. Die Erfinder haben auf vorteilhafte Weise einen Mini-Circuit-ZFL-500-Verstärker als Vorstufenverstärker 1265 verwendet, aber eine weite Vielfalt von anderen Verstärkern ist geeignet.
  • Ein Mischer 1252 mischt das erste (elektrische) Signal mit einem Lokaloszillator-(LO-)Signal, das durch einen Lokaloszillator 1250 erzeugt wird, um somit ein erstes Zwischenfrequenz-(IF-)Signal zu ergeben. Der Lokaloszillator 1250 kann ein her kömmlicher Sinuswellenoszillator sein. Der Lokaloszillator 1250 kann auch ein direkter digitaler Synthesizer (DDS) oder ein anderer Wellenformschablonengenerator sein. Beispielsweise haben die Erfinder DDS (AD 9835) von Analog Devices als Lokaloszillator 1250 und einen Mini-Circuits-SBL-3-Mischer als Mischer 1252 verwendet. Eine weite Vielfalt von alternativen Implementierungen ist möglich.
  • Ein IF-Verstärker 1262 erhöht die Amplitude des ersten IF-Signals. Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein Paar von Stromrückkoppel-Operationsverstärkern, die eine Verstärkung von etwa +50 dB liefern, ein geeignetes Ausführungsbeispiel des IF-Verstärkers 1262 war, aber eine weite Vielfalt von Alternativen ist für Praktiker auf dem Gebiet von RF erhältlich.
  • Ein IF-Filter 1244 nimmt nur das erwünschte erste IF-Signal an und weist andere unerwünschte Signale zurück. Ein Kristallfilter kann auf vorteilhafte Weise als IF-Filter 1244 verwendet werden. Ein solches Kristallfilter ist durch ein extrem schmales Durchlassband charakterisiert und hat vorzugsweise eine konstante Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbands. Ein schmales Durchlassband wirkt, um zuzulassen, dass das erwünschte erste IF-Signal zu einem Phasendetektor 1281 weitergeleitet wird, während benachbarte unerwünschte Signale und Rauschen zurückgewiesen werden.
  • Der Lokaloszillator 1250 kann auch auf vorteilhafte Weise als Tuner bzw. als Abstimmeinheit verwendet werden, um unter einer Vielzahl von elektromagnetischen Signalen auszuwählen, die durch eine Vielzahl von Funkfeuern 1210 gesendet werden. Ein bestimmtes Funkfeuer 1210, das ein bestimmtes elektromagnetisches Signal aussendet, kann von anderen Funkfeuern, die andere elektromagnetische Signale aussenden, unterschieden werden, wobei andere Signale geringfügig unterschiedliche Frequenzen haben. Somit kann eine einzelne Ortungsvorrichtung 1220 eine große Anzahl von unterschiedlichen Funkfeuern 1210 verfolgen. Eine Vielfalt von anderen Schemen zum Verfolgen von mehreren Funkfeuern ist möglich, einschließlich beispielsweise eines Zeitmultiplex-Vielfachzugriffs, eines Codemultiplex-Vielfachzugriffs, eines Frequenzsprungs und anderer Schemen zum Erreichen einer erwünschten Kanalisierung. Gleichermaßen kann eine große Anzahl von unterschiedlichen Ortungsvorrichtungen 1220 Bereiche zu einem bestimmten Funkfeuer 1210 messen. Der Lokaloszillator 1250 kann als Komponente eines individuellen Empfängers 1225 oder 1227 oder als gemeinsamer Frequenzstandard für eine Vielzahl von Empfängern 1225, 1227 angesehen werden.
  • Der Phasendetektor 1281 nimmt das erste IF-Signal vom ersten Empfänger 1225 und ein zweites IF-Signal vom zweiten Empfänger 1227 an und erzeugt eine Ausgangsspannung proportional zu einer Phasendifferenz zwischen dem ersten IF-Signal und dem zweiten IF-Signal. Zu Zwecken einer Darstellung und nicht zur Beschränkung ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des Phasendetektors 1280 AD 8302 von Analog Devices. Dieser bestimmte Phasendetektor ergibt auch eine Ausgabe proportional zu einer Größendifferenz, die beim Identifizieren und Korrigieren von Ausbreitungsanomalien helfen und eine genauere Bestimmung eines Bereichs in einigen Umständen zur Verfügung stellen kann.
  • Der Bereichsdetektor 1290 ist in der Ortungsvorrichtung 1220 enthalten und nimmt eine Eingabe von einem Phasendetektor 1281 zum Bestimmen eines Bereichs r zwischen dem Funkfeuer 1210 und der Ortungsvorrichtung 1220 an. Die Erfinder verwendeten eine PC-Card-DAS 16/16 A/D PCMCIA-Karte von Measurement Computing Corporation und einen Notebookcomputer zum Verkörpern des Bereichsdetektors 1290, aber es gibt eine große Vielfalt von Arten, auf welche ein Fachmann auf dem Gebiet von RF einen Bereichsdetektor 1290 implementieren könnte.
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine gute Leistungsfähigkeit für einen erwünschten Betriebsbereich, ungefähr innerhalb von Bereichen r zwischen 0,05 λ und 0,50 λ weg, und eine optimalere Leistungsfähigkeit wurde innerhalb eines Bereichs r zwischen 0,08 λ und 0,30 λ erreicht, wobei λ die Wellenlänge eines durch das Funkfeuer 1210 gesendeten elektromagnetischen Signals 1215 ist. Implementierungen einer höheren Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung können in Bereichen r kleiner als 0,05 λ und größer als 0,50 λ arbeiten.
  • Architektur mit festem Funkfeuer und mobiler Ortungsvorrichtung
  • 13 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das gemäß einer Architektur mit festem Funkfeuer und mobiler Ortungsvorrichtung konfiguriert ist. In 13 enthält ein Bereichsweitensuchsystem 1300 mit festem Funkfeuer und mobiler Ortungsvorrichtung ein erstes Funkfeuer 1310 in einer ersten bekannten, festen Position, das ein erstes elektromagnetisches Signal 1315 sendet. Eine Ortungsvorrichtung 1320 empfängt das erste elektromagnetische Signal 1315 und bestimmt einen ersten Bereich r1. Ein zweites Funkfeuer 1312 bei einer zweiten bekannten festen Position sendet ein zweites elektromagnetisches Signal 1317. Die Ortungsvorrichtung 1320 empfängt das zweite elektromagnetische Signal 1317 und bestimmt einen zweiten Bereich r2. Ein drittes Funkfeuer 1314 bei einer dritten bekannten, festen Position sendet ein drittes elektromagnetisches Signal 1319. Die Ortungsvorrichtung 1320 empfängt das dritte elektromagnetische Signal 1319 und bestimmt einen dritten Bereich r3. Ein viertes Funkfeuer 1316 bei einer vierten bekannten, festen Position sendet ein viertes elektromagnetisches Signal 1321. Die Ortungsvorrichtung 1320 empfängt das vierte elektromagnetische Signal 1321 und bestimmt einen vierten Bereich r4. Die elektromagnetischen Signale 1315, 1317, 1319, 1321 können im Wesentlichen gleiche elektromagnetische Signale mit im Wesentlichen gleichen Frequenzen sein oder können eine Vielfalt von elektromagnetischen Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen sein. Die elektromagnetischen Signale 1315, 1317, 1319, 1321 können im Wesentlichen gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten gesendet werden. Beispielsweise kann das Funkfeuer 1310 gleichzeitig ein Signal niedriger Frequenz, das für einen langen Bereich geeignet ist, und ein Signal hoher Frequenz, das für einen kurzen Bereich geeignet ist, senden. Unter Verwendung der Bereiche r1, r2, r3, r4 kann die Ortungsvorrichtung 1320 ihre Position bestimmen. Zu Zwecken einer Erklärung und nicht zur Beschränkung sind vier Funkfeuer 1310, 1312, 1314, 1316 dargestellt worden. Ein Funkfeuer ist ausreichend, um nützliche Bereichsinformation für einige Anwendungen zu ergeben. Zwei Funkfeuer können eine Position in zwei Dimensionen ergeben, die Gegenstand einer Vieldeutigkeit sind, drei Funkfeuer können eine eindeutige Position in zwei Dimensionen oder eine vieldeutige Position in drei Dimensionen ergeben und vier Funkfeuer ergeben eine eindeutige Position in drei Dimensionen. Mit zusätzlichen Funkfeuern, die Bereiche zur Verfügung stellen, kann man eine genauere Position für die Ortungsvorrichtung 1320 unter Verwendung von Multilaterationstechniken erhalten, die Fachleuten auf dem Gebiet von RF bekannt sind.
  • Die Ortungsvorrichtung 1320 kann auch eine Bereichs- und andere nützliche Information über einen optionalen Datenbus 1395 zu einer zentralen Steuerung 1399 zur Analyse weiterleiten. Die zentrale Steuerung 1399 kann dann Positions- oder andere Information über den Datenbus 1395 zurück zur Ortungsvorrichtung 1320 weiterleiten. Eine zentral gekoppelte (d.h. mit allen Komponenten des Bereichsweitensuchsystems 1300 gekoppelt) Steuerung 1399 oder Ortungsvorrichtung 1320 kann eine Frequenz eines Betriebs oder andere Betriebsparameter der Ortungsvorrichtung 1320 und der Funkfeuer 1310, 1312, 1314, 1316 koordinieren. Eine solche Koordination kann ein Arbeiten bei geeigneten Frequenzen enthalten, um eine Interferenz zu vermeiden oder um optimale Bereichsinformation zu erhalten. Eine Koordination kann auch eine Planungszeit oder einen Betriebsarbeitszyklus enthalten. Eine Koordination kann weiterhin eine Steuerung einer Sendeleistung für einen Koexistenz, eine Signalsicherheit oder für andere Gründe enthalten.
  • Das System 1300 mit festem Funkfeuer und mobiler Ortungsvorrichtung ist vorteilhaft, wenn man wünscht, eine begrenzte Anzahl von Mitteln zu verfolgen oder wenn man wünscht, das Positions-, Lokalisierungs-, Navigations- oder Führungsinformation bei einer potentiell großen Anzahl von mobilen Stellen verfügbar ist. Das System 1300 mit festem Funkfeuer und mobiler Ortungsvorrichtung ist zum Versorgen eines Anwenders (mit einer Ortungsvorrichtung 1220) mit schnellen Updates bzw. Aktualisierungen über eine Position innerhalb eines Gebiets darum oder insgesamt geeignet, welches eine Vielzahl von Funkfeuern (z.B. die Funkfeuer 1310, 1312, 1314, 1316) genutzt haben. Eine Vielfalt von Anwendungen ist möglich. Zu Zwecken einer Darstellung und nicht zur Beschränkung sind einige Anwendungen nachfolgend aufgelistet.
  • Beispielsweise können feste Funkfeuer 1310, 1312, 1314, 1316 in und um einen Golfkurs, eine Lichtung bzw. Rasen, eine Farm oder ein anderes Gebiet, in welchem eine Präzisionsführung eines Geräts erwünscht ist, genutzt werden. Die Ortungsvorrichtung 1320 kann an einem Robotertraktor, einem Mähgerät, einem Golfballsammler, einer Erntemaschine bzw. Mähmaschine, einem Dünger oder einem anderen Gerät platziert sein. Die Ortungsvorrichtung 1320 kann in einem Führungs- oder Navigationssystem für ein solches Gerät verwendet werden. Die Ortungsvorrichtung 1320 kann auch zum Verfolgen von Golfcarts oder anderen Mitteln verwendet werden. Die Ortungsvorrichtung 1320 kann zum Unterstützen von Golfspielern oder anderen beim Bestimmen ihrer Lokalisierung und insbesondere ihrer Lokalisierung relativ zu einem Golfloch oder einer anderen Landmarkierung von Interesse verwendet werden.
  • Die festen Funkfeuer 1310, 1312, 1314, 1316 können in und um ein Einkaufszentrum, ein Lager, ein Museum, ein Geschäft, einen Vergnügungspark, ein Stadtgebiet, einen Park, ein Wildness- bzw. Wüstengebiet, einen Hafen, einen See, ein Eigentum, ein Heim, ein Appartement, oder ein anderes Gebiet oder eine Einrichtung, bei welchem bzw. welcher man wünscht, dass Individuen oder ein Gerät ihre Lokalisierung oder Position überwachen können, genutzt werden. Die Ortungsvor richtung 1320 kann von einem Individuum bei sich geführt werden, so dass ein Individuum seine oder ihre eigene Lokalisierung oder eine Lokalisierung von einem anderen Individuum (wie beispielsweise einem Familienmitglied, einem Freund oder einem anderen Individuum von Interesse) überwachen kann. Die Ortungsvorrichtung 1320 kann auch von einem Individuum bei sich geführt werden, so dass ein Individuum seine Lokalisierung relativ zu einer Landmarkierung oder zu einer anderen Stelle oder zu anderen Stellen von Interesse bestimmen kann. Die Ortungsvorrichtung 1320 kann in eine Vorrichtung eingebaut sein, die einem Anwender lokalisierungsspezifische Information, wie beispielsweise einen Preis oder andere Information, die zu einem nahen Verkaufsobjekt gehört, eine Übersicht oder eine Auswertung liefert. Die Ortungsvorrichtung 1320 kann in eine Vorrichtung eingebaut sein, die einem Anwender lokalisierungsspezifische Information liefert, die eine nahe Attraktion, eine Anzeige, eine Ausstellung, eine Gefahr oder eine andere Eigenschaft von potentiellem Interesse beschreibt.
  • Die Ortungsvorrichtung 1320 kann in ein Fahrzeug eingebaut sein, um Positions-, Führungs- oder Navigationsinformation zu liefern. Ein Beispiel ist ein Präzisions-, Führungs- oder Navigationssystem für ein Flugzeug, wie beispielsweise unbemannte Luftfahrzeuge (UAV), Boote, Automobile, unbemannte Erdfahrzeuge (UGV) oder andere Fahrzeuge.
  • Architektur mit fester/mobiler Ortungsvorrichtung und mobilem Funkfeuer
  • 14 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das gemäß einer Architektur mit fester/mobiler Ortungsvorrichtung und mobilem Funkfeuer konfiguriert ist. In 14 enthält ein Bereichsweitensuchsystem 1400 mit fester/mobiler Ortungsvorrichtung und mobilem Funkfeuer ein mobiles Funkfeuer 1410, das ein erstes elektromagnetisches Signal 1415, ein zweites elektromagnetisches Signal 1417, ein drittes elektromagnetisches Signal 1419, ein viertes elektromagnetisches Signal 1421 und ein fünftes elektromagnetisches Signal 1423 sendet. Die elektromagnetischen Signale 1415, 1417, 1419, 1421, 1423 können im Wesentlichen gleiche elektromagnetische Signale mit im Wesentlichen gleichen Frequenzen sein oder eine Vielfalt von elektromagnetischen Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen. Die elektromagnetischen Signale 1415, 1417, 1419, 1421, 1423 können zu im Wesentlichen gleicher Zeit oder zu unterschiedlichen Zeiten gesendet werden. Beispielsweise kann das mobile Funkfeuer 1410 gleichzeitig ein Signal niedriger Frequenz, das für einen langen Bereich geeignet ist, und ein Signal hoher Frequenz, das für einen kurzen Bereich geeignet ist, senden.
  • Eine erste feste Ortungsvorrichtung 1420 empfängt das erste elektromagnetische Signal 1415 und bestimmt einen ersten Bereich r1. Eine zweite feste Ortungsvorrichtung 1422 empfängt das zweite elektromagnetische Signal 1417 und bestimmt einen zweiten Bereich r2. Eine dritte feste Ortungsvorrichtung 1424 empfängt das dritte elektromagnetische Signal 1419 und bestimmt einen dritten Bereich r3. Eine vierte feste Ortungsvorrichtung 1426 empfängt das vierte elektromagnetische 1421 und bestimmt einen vierten Bereich r4. Eine fünfte mobile Ortungsvorrichtung 1428 empfängt das fünfte elektromagnetische Signal 1423 und bestimmt einen fünften Bereich r5. Zu Zwecken einer Darstellung ist die fünfte mobile Ortungsvorrichtung 1428 als gerichtete Ortungsvorrichtung von der Art gezeigt, die als gerichtete Ortungsvorrichtung 1020 (10) beschrieben ist, aber die fünfte mobile Ortungsvorrichtung 1428 könnte ohne weiteres eine Ortungsvorrichtung für alle Richtungen der Art sein, die als Ortungsvorrichtung 820 für alle Richtungen (8) beschrieben ist.
  • Zu Zwecken einer Erklärung und nicht zur Beschränkung sind vier feste Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426 und eine mobile Ortungsvorrichtung 1428 in 14 dargestellt. Eine einzige Ortungsvorrichtung ist ausreichend, um nützliche Bereichsinformation für einige Anwendungen zu ergeben. Beispielsweise kann eine einzige mobile Ortungsvorrichtung 1428 ermöglichen, dass ein Anwender einen Bereich r5 von dem mobilen Funkfeuer 1410 feststellt, um dadurch zuzulassen, dass der Anwender bei dem mobilen Funkfeuer 1410 ein Zuhause findet bzw. mit diesem vertraut wird. Zwei Ortungsvorrichtungen können eine Position in zwei Dimensionen ergeben, die Gegenstand einer Vieldeutigkeit sind, drei Ortungsvorrichtungen können eine eindeutige Position in zwei Dimensionen oder eine vieldeutige Position in drei Dimensionen ergeben und vier Ortungsvorrichtungen ergeben eine eindeutige Position in drei Dimensionen. Mit zusätzlichen Ortungsvorrichtungen, die Bereiche liefern, kann man eine genauere Position für das Funkfeuer 1410 unter Verwendung von Multilaterationstechniken erhalten, die Fachleuten auf dem Gebiet von RF bekannt sind.
  • Wenn ein Datenbus 1495 im Bereichsweitensuchsystem 1400 enthalten ist, können die Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426, 1428 Bereiche r1, r2, r3, r4, r5 über den Datenbus 1495 zu einer zentralen Steuerung 1499 oder einer anderen Vorrichtung (die in 14 nicht gezeigt ist), senden, die mit dem Datenbus 1495 verbunden ist. Die zentrale Steuerung 1499 kann Bereiche r1, r2, r3, r4, r5 sammeln, eine Position des Funkfeuers 1410 berechnen und diese Positionsinformation zu irgendeiner Vorrichtung weiterleiten, die mit dem Datenbus 1495 verbunden ist.
  • Die zentrale Steuerung 1099 (oder eine andere mit dem Datenbus 1495 verbundene Vorrichtung) kann eine Betriebsfrequenz oder andere Betriebsparameter des mobilen Funkfeuers 1410 und der Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426, 1428 koordinieren. Eine solche Koordinierung kann ein Arbeiten bei geeigneten Frequenzen enthalten, um eine Interferenz zu vermeiden oder um optimale Bereichsinformation zu erhalten. Eine Koordination kann auch eine Zeitplanung oder einen Betriebsarbeitszyklus enthalten. Eine Koordination kann weiterhin eine Steuerung einer Sendeleistung für eine Koexistenz, eine Signalsicherheit oder aus anderen Gründen enthalten.
  • Das Bereichsweitensuchsystem 1400 ist besonders gut zum Verfolgen von großen Anzahlen von Mitteln konfiguriert, einschließlich beispielsweise eines Verfolgens von Leuten oder Mitteln von einer zentralen Stelle aus. Eine Vielfalt von Anwendungen ist möglich. Zu Zwecken einer Darstellung und nicht zur Beschränkung sind nachfolgend einige Anwendungen aufgelistet.
  • Beispielsweise kann eine Vielzahl von festen Ortungsvorrichtungen (z.B. von Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426) in einem und um einen bestimmten Bereich von Interesse genutzt werden, innerhalb von welchem man wünscht, eine Vielzahl von Funkfeuern (z.B. vom Funkfeuer 1410) zu verfolgen, die an Mitteln von Interesse angebracht sind. Das Bereichsweitensuchsystem 1400 ist gut zum Verfolgen von Autos, von Mietgeräten, von Teilen, von Komponenten, von Werkzeugen oder von anderen Mitteln in einem Manufakturbetrieb, einem Einzelhandelsposten, einem Warenhaus, einem Griff, einem Fahrzeug, einem Lastbehälter, einem Lagerbereich, einem Krankenhaus oder einer anderen Einrichtung, in welcher man wünscht, Mittel zu verfolgen, gut geeignet. Ein jeweiliges mobiles Funkfeuer 1410 kann in jedem Auto, in jedem Teil eines Mietgeräts, einem Teil, einer Komponente, einem Werkzeug oder anderen Mittel, für deren bzw. dessen Lokalisierung erwünscht ist, dass sie bekannt ist, platziert sein. Wenn ein jeweiliges mobiles Funkfeuer 1410 von einem Bereich entfernt wird, in welchem und um welchem eine Infrastruktur von festen Ortungsvorrichtungen platziert worden ist, dann kann eine mobile Ortungsvorrichtung (z.B. eine mobile Ortungsvorrichtung 1428) dazu ver wendet werden, beim Lokalisieren bzw. Orten des wandernden mobilen Funkfeuers 1410 zu helfen. Diese Funktionalität ist von besonderer Nützlichkeit, wenn ein wanderndes mobiles Funkfeuer 1410 an einem gestohlenen Eigentum angebracht ist. Eine Ortungsvorrichtung, wie beispielsweise die Ortungsvorrichtung 1420, kann verbunden sein mit einem Verkehrssignal, einer Zollstelle oder einer anderen auf einem Verkehr bezogenen Infrastruktur und kann ein jeweiliges mobiles Funkfeuer 1410 in einem sich nähernden Notfallfahrzeug, einem Bus oder einem Auto überwachen, um dadurch eine Präzisionssteuerung eines Verkehrssignals oder eine Überwachung der Situation zuzulassen. Es ist nützlich, hier zu beachten, dass elektromagnetische Signale, die zu dem Bereichsweitensuchsystem 1400 gehören, moduliert werden können, um Information zu enthalten, wie beispielsweise Identifizierungsinformation in Bezug auf ein Mittel, an welchem ein mobiles Funkfeuer angebracht ist. Auf solche Weise können verschiedene Mittel, die jeweilige mobile Funkfeuer 1410 tragen, innerhalb des Bereichsweitensuchsystems 1400 individuell identifiziert oder authentifiziert werden.
  • Weiterhin kann eine Vielzahl von festen Ortungsvorrichtungen (z.B. die Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426) in einem und um einen bestimmten Bereich von Interesse genutzt werden, innerhalb von welchem man wünscht, eine Vielzahl von Funkfeuern (z.B. das Funkfeuer 1410) zu verfolgen, die an Leuten angebracht sind oder zu diesen gehören. Somit ist das Bereichsweitensuchsystem 1400 gut geeignet zum Verfolgen von Notfall-Antwortsendern bzw. -respondern wie beispielsweise bei der Feuerwehr, der Polizei, bei SWAT-Teammitgliedern und bei medizinischem Personal bei einer vorkommenden Szene. Das Bereichsweitensuchsystem 1400 kann zum Verfolgen von Angestellten in einer gefährlichen Umgebung verwendet werden, wie von Minenarbeitern in einer Mine, von Arbeitern in einer Fabrik, wo gefährliche Materialien vorhanden sind, oder bei Strafvollzugsbeamten oder Gefangenen in einem Gefängnis. Das Bereichsweitensuchsystem 1400 kann auch zum Verfolgen von Patienten, Ärzten oder einem anderen Schlüsselpersonal oder von Geräten in einem Krankenhaus, in einem Pflegeheim oder einer anderen Institution verwendet werden.
  • Bei noch einer weiteren beispielhaften Anwendung kann das Bereichsweitensuchsystem 1400 Skifahrer in einem Skigebiet verfolgen, was zulässt, dass Skifahrer selbst in einem Fall einer Lawine oder eines anderen Notfalls ohne weiteres lokalisiert werden. Ähnliche Anwendungen enthalten ein Verfolgen von Wanderern, Kletterern, Fallschirmspringern, Jägern, Fischern, Menschen im Freien und ande ren, die an potentiell gefährlichen Aktivitäten teilnehmen und eine Rettung oder eine Unterstützung erfordern könnten.
  • Besucher können in einem Vergnügungspark, einem Museum, einem Festival, einem Sportereignis, einer Versammlung, einem Treffen oder einer anderen Zusammensetzung, die Massen anzieht, verfolgt werden. Sportwettbewerber, wie beispielsweise Fußballspieler, Soccerplayer, Baseballspieler, Schwimmer, Läufer und Teilnehmer an anderen Sportarten können ihre Positionen überwacht haben, um beim Leiten, bei einer Versorgung oder bei einer Analyse eines Sportereignisses zu helfen. Sportgeräte oder Tiere könnten verfolgt werden, einschließlich, anhand eines Beispiels und nicht anhand einer Beschränkung, von Fußbällen, Baseball-Bällen, Soccerbällen, Rugbybällen, Rennautos, Yachten, reinrassigen Tieren oder Windhunden.
  • Ein Schlüsselpersonal kann in einem Geschäft oder einer anderen Einrichtung lokalisiert sein. Kinder und andere, die eine Überwachung erfordern, können um ein Heim, eine Nachbarschaft, die Schule, das Universitätsgelände oder eine andere Einrichtung überwacht werden. Das Bereichsweitensuchsystem 1400 ist auch auf ein persönliches Notfall-Antwortsendersystem (PERS) anwendbar, welches zulässt, dass Retter ein Individuum, das eine Hilfe benötigt, schnell lokalisieren, wie beispielsweise einen Patienten, der von einem Pflegeheim weggewandert ist. Gefangene können als Teil einer Heimfreilassung bzw. eines Hafturlaubs oder eines anderen Überwachungsprogramms mit niedriger Sicherheit verfolgt werden. Personen, die einschränkenden Befehlen oder anderen Beschränkungen in Bezug auf ihre Bewegungen ausgesetzt sind, können überwacht werden, um ihre Verletzungen in Bezug auf ihre Einschränkungen zu verhindern. Eine mobile Ortungsvorrichtung (z.B. die mobile Ortungsvorrichtung 1428) kann dazu verwendet werden, beim Finden einer Person zu helfen, die ein Gebiet verlassen hat, in welchem und um welches eine Infrastruktur von festen Ortungsvorrichtungen (z.B. den festen Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426) platziert worden ist.
  • Das Bereichsweitensuchsystem 1400 kann auch dazu verwendet werden, ein Haustier als Teil eines Haustieraufbewahrungssystems zu verfolgen, oder zuzulassen, dass ein Besitzer eine Lokalisierung eines Haustiers überwacht. Das Leben in der Natur kann als Teil eines Konservationsprojekts, einer Forschungsanstrengung oder aus anderen Gründen verfolgt werden. Das Bereichsweitensuchsystem 1400 kann auch dazu verwendet werden, einen Viehbestand oder andere domestizierte Tiere zu verfolgen und zu überwachen.
  • Reziprokes Funkfeuer/Ortungsvorrichtung
  • 15 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das gemäß einer Architektur mit reziprokem Funkfeuer und einer Ortungsvorrichtung konfiguriert ist. In 15 enthält ein Bereichsweitensuchsystem 1500 mit reziprokem Funkfeuer und Ortungsvorrichtung eine erste Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520 und eine zweite Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1522. Die erste Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520 sendet ein erstes elektromagnetisches Signal 1515. Die zweite Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1522 empfängt das erste elektromagnetische Signal 1515 und berechnet einen Bereich r von der ersten Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520. Die zweite Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1522 kann auch ein zweites elektromagnetisches Signal 1517 senden. Die erste Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520 empfängt das zweite elektromagnetische Signal 1517 und berechnet einen Bereich r. Wenn die erste Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520 und die zweite Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1522 über einen optionalen Datenbus 1595 verbunden sind, dann kann die erste Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520 die zweite Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1522 triggern, ein zweites elektromagnetisches Signal 1517 zu senden, so dass die erste Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520 einen Bereich r bestimmen kann. Zum Zwecke einer Darstellung und nicht zum Zwecke einer Beschränkung sind nur zwei Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheiten gezeigt. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch vorteilhaft sein, zusätzliche Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheiten zu haben, so dass jedes Element einer größeren Gruppe verfolgen oder verfolgt werden kann.
  • Eine Vielfalt von Anwendungen ist für das Bereichsweitensuchsystem 1500 geeignet. Zu Zwecken einer Darstellung und nicht zur Beschränkung sind nachfolgend einige Anwendungen aufgelistet. Das reziproke Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-System 1500 ist in Zusammenhang mit Zweiwege-Funkstrahlen einsetzbar, deren Anwender zu wissen wünschen, wie weit weg eine kommunizierende Partei angeordnet ist. Man kann eine Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520, 1522 auch vorteilhaft in Vorrichtungen einbauen, die zulassen, dass eine Vielzahl von Leuten einander finden, wie beispielsweise Eltern und Kinder in einem Vergnügungspark, Jäger, Fischer und andere Menschen im Freien, oder andere Vorrichtungen, bei welchen eine Kombination aus Verfolgen und Kommunikation innerhalb und unter Elementen einer Gruppe erwünscht ist. Eine solche kombinierte Anordnung von Verfolgung und Kommunizieren kann nicht nur für Leute nützlich sein, sondern auch für Fahrzeuge, insbesondere Luftfahrzeuge und Schiffe, die eine bestimmte Beabstandung beibehalten müssen, oder Stationen innerhalb einer sich bewegenden Gruppe. Wenn eine Einrichtung für ein Finden einer Richtung auch bei einer bestimmten Anwendung verwendet wird, dann kann sowohl Bereichs- als auch Trägerinformation erhalten werden. Das reziproke Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-System 1500 ist auch dafür nützlich, zuzulassen, dass Mitglieder eines Teams Positionen voneinander überwachen, wenn eine Sehbarkeit durch Rauch oder andere dazwischen liegenden Wände oder Objekte beeinträchtigt ist. Weiterhin kann das reziproke Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-System 1500 auf vorteilhafte Weise als Teil eines Kommunikationssicherheitssystems verwendet werden, das Bereichs- oder Positionsinformation verwendet, um die Identität einer kommunizierenden Partei für gültig zu erklären oder zu authentifizieren.
  • Architektur mit passiver Kennung bzw. mit passivem Tag
  • 16 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das unter Verwendung einer Architektur mit passiver Kennung konfiguriert ist. In 16 enthält ein Bereichsweitensuchsystem 1600 mit passiver Kennung eine Ortungsvorrichtung 1620, die mit einer Abfrageantenne 1638 ausgestattet ist, die ein elektromagnetisches Abfragesignal 1616 strahlt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Funktion der Abfrageantenne 1638 durch eine erste magnetische Antenne 1631, eine zweite magnetische Antenne 1633 oder eine elektrische Antenne 1632 durchgeführt werden. Das elektromagnetische Abfragesignal 1616 wird durch eine Abfrageantenne 1639 einer passiven Kennung 1629 erfasst. Die passive Kennung 1629 sammelt Energie von dem elektromagnetischen Abfragesignal 1616 und strahlt die gesammelte Energie erneut als elektromagnetisches Signal 1617 über eine Sendeantenne 1635 mit passiver Kennung.
  • Das elektromagnetische Abfragesignal 1216 kann eine andere Frequenz oder andere unterschiedliche Eigenschaften gegenüber dem erneut gestrahlten elektromagnetischen Signal 1617 haben. Obwohl die Abfrageantenne 1639 und die Sen deantenne 1635 für eine passive Kennung als magnetische Antenne gezeigt sind, können sie in elektrischen Antennen verkörpert sein. Weiterhin kann die passive Kennung 1629 eine aktive Einrichtung zum Modulieren des erneut gestrahlten elektromagnetischen Signals 1617 enthalten. Das elektromagnetische Signal 1617 wird durch die erste magnetische Antenne 1631, eine zweite magnetische Antenne 1633 und eine elektrische Antenne 1632 erfasst. Die Ortungsvorrichtung 1620 bestimmt dann einen Bereich r und möglicherweise einen Träger für die passive Kennung 1629 unter Verwendung der Nahfeldabstandsmessungslehren der vorliegenden Erfindung.
  • Das Bereichsweitensuchsystem 1600 mit passiver Kennung ist eine gute Produktlösung, wenn eine Implementierung mit niedrigen Kosten aber hohem Volumen ein wichtiges Ziel ist. Die passive Kennung 1629 kann an ein Gepäck, eine Post, Mittel für eine Lagerkontrolle oder eine Diebstahlverhinderung, Identifikationskarten oder anderen persönlichen Gebrauchsgegenständen angebracht sein oder einer weiten Vielfalt von anderen Leuten oder Mitteln, für die es erwünscht ist, dass ihre Lokalisierung mit großer Genauigkeit bekannt wird.
  • Eine Vielfalt von benachbarten passiven Kennungen bzw. Tags 1629 kann voneinander durch ein Ansprechverhalten auf unterschiedliche elektromagnetische Abfragesignale 1616 oder durch verschiedene Modulationen, die auf jeweilige gesendete elektromagnetische Signale 1617 angewendet werden, unterschieden werden.
  • Architektur einer entfernten Nahfelderfassung
  • 17 ist ein schematisches Diagramm, das ein Nahfeld-Bereichsweitensuchsystem darstellt, das unter Verwendung einer Architektur einer entfernten Nahfelderfassung konfiguriert ist. In 17 enthält ein Bereichsweitensuchsystem 1700 mit einer entfernten Nahfelderfassung einen entfernten Nahfeldsensor 1720, der mit einer Abfrageantenne 1738 ausgestattet ist, die ein elektromagnetisches Abfragesignal 1716 strahlt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Funktion der Abfrageantenne 1738 durch eine erste magnetische Antenne 1731, eine zweite magnetische Antenne 1733 oder eine elektrische Antenne 1732 durchgeführt werden. Das elektromagnetische Abfragesignal 1716 fällt auf ein entfernt erfasstes Objekt 1719 ein. Ein reflektiertes elektromagnetisches Signal 1717 resultiert dann, wenn ein einfallendes elektromagnetisches Abfragesignal 1716 vom entfernt erfassten Objekt 1719 reflektiert. Die Eigenschaften des reflek tierten elektromagnetisches Signals 1717 hängen von den elektrischen und geometrischen Eigenschaften des entfernt erfassten Objekts 1719 sowie von einem Bereich r zwischen dem Nahfeldsensor 1720 und dem entfernt erfassten Objekt 1719 ab. Das reflektierte elektromagnetische Signal 1717 wird durch eine erste magnetische Antenne 1731, eine zweite magnetische Antenne 1733 und eine elektrische Antenne 1732 erfasst. Der Nahfeldsensor 1720 kann das reflektierte elektromagnetische Signal 1717 auswerten, um Eigenschaften des entfernt erfassten Objekts 1719 abzuleiten.
  • Nahfeld-Bereichsweitensuchverfahren
  • 18 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Verfahren 1800 zum Messen eines Abstands zwischen einem ersten geometrischen Ort und einem zweiten geometrischen Ort beginnt bei einem START-Block 1802. Das Verfahren 1800 fährt mit einem Senden eines elektromagnetischen Signals vom ersten geometrischen Ort fort, wie es durch einen Block 1804 angezeigt ist. Das Verfahren 1800 fährt mit einem Empfangen der elektromagnetischen Welle beim zweiten geometrischen Ort fort; wobei der zweite geometrische Ort innerhalb eines Nahfeldbereichs des elektromagnetischen Signals ist, wie es durch einen Block 1806 angezeigt ist. Das Verfahren 1800 fährt, in keiner bestimmten Reihenfolge, damit fort, (1) eine erste Charakteristik des elektromagnetischen Signals zu erfassen, wie es durch einen Block 1808 angezeigt ist; und (2) eine zweite Charakteristik des elektromagnetischen Signals zu erfassen, wie es durch einen Block 1810 angezeigt ist. Das Verfahren 1800 fährt mit einem Messen einer Differenz zwischen der ersten Charakteristik und der zweiten Charakteristik fort, wie es durch einen Block 1812 angezeigt ist. Das Verfahren 1800 fährt mit einem Verwenden der gemessenen Differenz, wie sie durch einen Block 1812 dargestellt ist, fort, um den Abstand zwischen dem ersten geometrischen Ort und dem zweiten geometrischen Ort zu berechnen, wie es durch einen Block 1814 angezeigt ist. Das Verfahren 1800 endet, wie es durch einen ENDE-Block 1816 angezeigt ist.
  • Das Bereichsweitensuchsystem 1300 mit festem Funkfeuer und mobiler Ortungsvorrichtung (13), das Bereichsweitensuchsystem 1400 mit fester/mobiler Ortungsvorrichtung und mobilem Funkfeuer (14), das reziproke Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Bereichsweitensuchsystem 1500 (15), das Bereichsweitensuchsystem 1600 mit passivem Tag (16) und das Bereichsweitensuch system 1700 für eine entfernte Nahfelderfassung (17) sind zur Illustration und nicht zur Beschränkung illustriert. Eine Vielzahl von alternativen Konfigurationen und Kombinationen der Architekturen ist auch möglich. Beispielsweise können feste Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426 (14) in einer Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Konfiguration verkörpert sein, wie beispielsweise der Funkfeuer/Ortungsvorrichtungs-Einheit 1520 (15). Feste Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426 (14) können konfiguriert sein, um ihre eigenen jeweiligen Positionen kooperativ selbst abzuschätzen, um eine schnelle Nutzung eines Positionierungs-, Lokalisierungs- oder Verfolgungssystems zu ermöglichen. Die spezifischen beispielhaften Anwendungen, die in Verbindung mit einer jeweiligen Bereichsweitensuchsystemarchitektur zur Verfügung gestellt werden, die hierin beschrieben ist, sollten nicht derart interpretiert werden, dass sie eine Verwendung einer anderen Architektur für eine gegebene jeweilige beispielhafte Anwendung ausschließen.
  • Bei einem weiteren Beispiel kann ein passives Tag 1629 (16) mit einem Netzwerk von Ortungsvorrichtungen (z.B. den festen Ortungsvorrichtungen 1420, 1422, 1424, 1426; 14) verwendet werden. Zusätzlich sollte nichts in dieser Offenbarung derart interpretiert werden, dass es ausschließt, dass ein Bereichsweitensuch-, ein Positionierungs- oder ein Lokalisierungssystem zusätzliche Information zum Verfeinern einer Schätzung einer Position verwendet. Solche andere Information kann, anhand eines Beispiels und nicht anhand einer Beschränkung, eine Vorgeschichte von vergangenen Positionen oder Änderungen einer Position enthalten, oder Information von anderen Sensoren oder Quellen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung gut als Ergänzung für ein Verfolgungssystem vom GPS-Typ geeignet. Die vorliegende Erfindung kann die Funktionalität eines Verfolgungs- und Positionierungssystems vom GPS-Typ in Bereiche bzw. Gebiete erweitern, wo GPS-Signale nicht durchdringen können oder nicht verfügbar sind. Ebenso kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, Ausmaße einer Leistungsfähigkeit zu erreichen, die unter Verwendung von GPS allein nicht erhältlich sind. Nichts in dieser Offenbarung sollte derart interpretiert werden, dass es eine Verwendung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit irgendwelchen anderen Techniken nach dem Stand der Technik zum Verfolgen, Positionieren oder Lokalisieren ausschließt. Gleichermaßen kann die vorliegende Erfindung durch Systeme nach dem Stand der Technik ergänzt werden, um die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung in Gebieten oder bei Bereichen zu verbessern, wo die vorliegende Erfindung allein keine zuverlässigen Ergebnisse ergeben kann.
  • Obwohl diese Offenbarung im Interesse einer Vereinfachung beim Erklären der Erfindung auf eine einzelne Polarisation gerichtet ist, sollte es verstanden werden, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung ohne weiteres auf eine Mehrfachpolarisation oder auf diverse Polarisationssysteme mit mehreren parallelen Empfangskanälen erweitert werden kann, einschließlich von Systemen, die eine zirkulare Polarisation verwenden. Verschiedene Polarisationsfähigkeiten lassen zu, dass die durch die vorliegende Erfindung gelehrten Systeme eine Vielfalt von Orientierungen zwischen einem Funkfeuer oder einem passiven Tag und einer Ortungsvorrichtung unterbringen.
  • Zum Helfen beim Verstehen der vorliegenden Erfindung ist diese Offenbarung auf eine schmalbandige Dauerstrich-(CW-)Implementierung der vorliegenden Erfindung gerichtet worden. Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung auch unter Verwendung von mehreren Frequenzen, Zeitbereichs-Pulswellenformen, gestuften oder gewobbelten Gruppen von geeigneten Frequenzen oder anderen Signalen, die komplizierter als ein individuelles schmalbandiges CW-Signal sind, implementiert werden kann. Beispielsweise kann eine Phasendifferenz eines CW-Signals auf eine Zeitverzögerung bezogen sein, oder allgemeiner eine Hilbert-Transformation eines beliebigen Signals im Zeitbereich. Irgendeine Wellenform (gleichgültig ob eine C-Wellenform, ein kurzer Puls, ein Impuls oder eine Wellenform im Zeitbereich, eine Chirp-Wellenform oder eine andere Wellenform wird sich aus einer Nahfeldform zu einer Fernfeldform auf eine Weise entwickeln, die eine Abstandsmessung und eine Positionierung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
  • Spezifische Anwendungen sind einzig zu Zwecken einer Illustration präsentiert worden, um dem Leser beim Verstehen von einigen der sehr vielen Zusammenhänge zu helfen, in welchen die vorliegende Erfindung sich als nützlich erweisen wird. Es sollte auch verstanden werden, dass, während die detaillierten Zeichnungen und die spezifischen Beispiele, die angegeben sind, bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben, sie nur zu den Zwecken einer Darstellung dienen.

Claims (12)

  1. System (500) zum Messen des Abstands zwischen einem ersten geometrischen Ort und einem zweiten geometrischen Ort, wobei das System folgendes aufweist: eine Funkfeuervorrichtung (510), die beim ersten geometrischen Ort angeordnet ist, zum Senden eine individuellen elektromagnetischen Signals (515); und eine Ortungsvorrichtung (520), die beim zweiten geometrischen Ort angeordnet ist, zum Empfangen des individuellen elektromagnetischen Signals (515), wobei die Ortungsvorrichtung (520) mit einem Abstand von der Funkfeuervorrichtung (510) innerhalb des Nahfeldbereichs des individuellen elektromagnetischen Signals (515) angeordnet ist; und wobei die Ortungsvorrichtung (520) angeordnet und eingerichtet ist, um zwei Charakteristiken des beim geometrischen Ort erfassten individuellen elektromagnetischen Signals (515) zu unterscheiden; dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungsvorrichtung (520) angeordnet und eingerichtet ist, um die zwei Charakteristiken des individuellen elektromagnetischen Signals (515) zu vergleichen, um die Messung zu bewirken.
  2. System (500) nach Anspruch 1, wobei der Vergleich der Unterschied zwischen den zwei Charakteristiken des elektromagnetischen Signals (515) ist.
  3. System (500) nach Anspruch 2, wobei die zwei Charakteristiken eine erste Signalcharakteristik proportional zu einer Komponente eines magnetischen Felds des elektromagnetischen Signals (515) und eine zweite Signalcharakteristik proportional zu einer Komponente eines elektrischen Felds des elektromagnetischen Signals (515) sind.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die Ortungsvorrichtung (520) angeordnet und eingerichtet ist, um die Messung durch Messen einer Phasendifferenz zwischen der Komponente des magnetischen Felds und der Komponente des elektrischen Felds des elektromagnetischen Signals (515) und durch Verwenden der Phasendifferenz zum Bestimmen des Abstands zu bewirken.
  5. System nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Funkfeuervorrichtung (710) und die Ortungsvorrichtung (720) in einer Einheitsanordnung (700) gekoppelt sind.
  6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Funkfeuervorrichtung angeordnet und eingerichtet ist, um das elektromagnetische Signal (1617) in Reaktion auf ein Empfangen eines Abfragesignals (1616) von der Ortungsvorrichtung (1620) zu senden.
  7. System (1400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das wenigstens n Ortungsvorrichtungen (1420, 1422, 1424, 1426) zum Bewirken der Messung zu der Funkfeuervorrichtung (1410) zum Feststellen der Lokalisierung der Funkfeuervorrichtung (1410) in n Dimensionen enthält.
  8. Verfahren zum Messen des Abstands zwischen einem ersten geometrischen Ort und einem zweiten geometrischen Ort; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Senden eines individuellen elektromagnetischen Signals (515) vom ersten geometrischen Ort; Empfangen des individuellen elektromagnetischen Signals (515) beim zweiten geometrischen Ort, wobei der zweite geometrische Ort mit einem Abstand vom ersten geometrischen Ort innerhalb des Nahfeldbereichs des individuellen elektromagnetischen Signals (515) ist; Erfassen einer ersten Charakteristik des individuellen elektromagnetischen Signals (515) beim zweiten geometrischen Ort; Erfassen einer zweiten Charakteristik des individuellen elektromagnetischen Signals (515) beim zweiten geometrischen Ort; gekennzeichnet durch Vergleichen der ersten und der zweiten Charakteristik des elektromagnetischen Signals (515), um die Messung zu bewirken.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei im Vergleichsschritt der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Charakteristik gemessen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Charakteristik ein Signal proportional zu einer Komponente eines magnetischen Felds des elektromagnetischen Signals (515) ist; und die zweite Charakteristik ein Signal proportional zu einer Komponente eines elektrischen Felds des elektromagnetischen Signals (515) ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Charakteristik eine Phasendifferenz zwischen der Komponente des magnetischen Felds und der Komponente des elektrischen Felds ist.
  12. Verfahren einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das elektromagnetische Signal (1617) in Reaktion auf ein Empfangen eines Abfragesignals (1616) gesendet wird.
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US40460202P 2002-08-19 2002-08-19
US404602P 2002-08-19
US404604P 2002-08-19
US10/355,612 US6963301B2 (en) 2002-08-19 2003-01-31 System and method for near-field electromagnetic ranging
PCT/US2003/023714 WO2004017087A2 (en) 2002-08-19 2003-07-30 System and method for near-field electromagnetic ranging

Publications (2)

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EP (1) EP1537439B1 (de)
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AU (1) AU2003256987A1 (de)
DE (1) DE60316818T2 (de)
WO (1) WO2004017087A2 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012022087A1 (de) 2012-11-09 2014-05-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Steuern eines Ein- oder Ausparkvorgangs eines Fahrzeugs
DE102014214671A1 (de) * 2014-07-25 2016-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Positionierung eines Elektrofahrzeugs an einer Ladestation und Positioniersystem
US9797998B2 (en) 2012-09-01 2017-10-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for determining a position of a receiver and positioning system for a receiver
EP3031658B1 (de) * 2014-12-12 2020-03-18 Siemens Mobility GmbH Ladeverfahren für einen Energiespeicher eines Fahrzeugs
US11047966B2 (en) 2016-08-17 2021-06-29 Advanced New Technologies Co., Ltd. Method for determining change in distance, location prompting method and apparatus and system thereof

Families Citing this family (142)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1340096A1 (de) * 2000-11-15 2003-09-03 Racetrace Inc. Verfolgung einer identifizierungseinrichtung
US8253626B2 (en) * 2008-02-25 2012-08-28 Q-Track Corporation Multiple phase state near-field electromagnetic system and method for communication and location
US7538715B2 (en) * 2004-10-04 2009-05-26 Q-Track Corporation Electromagnetic location and display system and method
US7307595B2 (en) * 2004-12-21 2007-12-11 Q-Track Corporation Near field location system and method
US8018383B1 (en) * 2010-06-08 2011-09-13 Q-Track Corporation Method and apparatus for determining location using signals-of-opportunity
US7298314B2 (en) * 2002-08-19 2007-11-20 Q-Track Corporation Near field electromagnetic positioning system and method
US6828937B1 (en) * 2002-10-04 2004-12-07 Northrop Grumman Corporation System and method for locating a source of a signal
US7343159B2 (en) * 2003-03-06 2008-03-11 Sony Corporation Wireless communication system, terminal, message sending method, and program for allowing terminal to execute the method
KR20060008967A (ko) * 2003-05-07 2006-01-27 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 사고 탐지 시스템
FR2858061B1 (fr) * 2003-07-25 2005-10-07 Thales Sa Procede de detection et localisation multi statique d'engin mobile par l'utilisation d'emetteurs de diffusion numeriques
US7394385B2 (en) * 2003-07-31 2008-07-01 Wellcare Systems, Inc. Comprehensive monitoring system
US7573961B2 (en) * 2003-09-03 2009-08-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Virtual-antenna receiver
KR101244440B1 (ko) 2004-07-02 2013-03-18 트랙맨 에이/에스 발사된 투사체의 실제 방향과 사전 결정 방향 사이의편차를 결정하기 위한 방법 및 장치
US7379014B1 (en) * 2004-09-15 2008-05-27 Rockwell Collins, Inc. Taxi obstacle detecting radar
US20060075414A1 (en) * 2004-10-06 2006-04-06 Robert Rapp Packaging methodology for adding functionality to a data storage device (disk drive, tape drive, other storage device, or storage subsystem) while maintaining the same form factor, standard size, or allocated size; or by increasing the overall package size to a larger form factor, standard size, or allocated size
US20060109125A1 (en) * 2004-11-08 2006-05-25 Goliath Solutions Llc. System for RF detection and location determination of merchandising materials in retail environments
US7490817B2 (en) * 2005-01-04 2009-02-17 Bfs Diversified Products Llc Distance indicating system and method
DE102005000732A1 (de) * 2005-01-04 2006-07-13 Siemens Ag Funkbasiertes Ortungssystem mit synthetischer Apertur
US10393870B2 (en) 2005-03-03 2019-08-27 Trackman A/S Determination of spin parameters of a sports ball
US7304609B2 (en) * 2005-03-25 2007-12-04 Harris Corporation Hybrid wireless ranging system and associated methods
US7653483B2 (en) * 2005-03-31 2010-01-26 Deere & Company System and method for determining a position of a vehicle
US7593811B2 (en) * 2005-03-31 2009-09-22 Deere & Company Method and system for following a lead vehicle
US7026992B1 (en) 2005-03-31 2006-04-11 Deere & Company Method for configuring a local positioning system
US7647177B2 (en) * 2005-03-31 2010-01-12 Deere & Company System and method for determining a position of a vehicle
US7720598B2 (en) * 2005-03-31 2010-05-18 Deere & Company System and method for determining a position of a vehicle with compensation for noise or measurement error
US7479922B2 (en) * 2005-03-31 2009-01-20 Deere & Company Method and system for determining the location of a vehicle
US7364144B2 (en) * 2005-04-27 2008-04-29 Bfs Diversified Products, Llc Sensing and communication system and method
US7456596B2 (en) * 2005-08-19 2008-11-25 Cisco Technology, Inc. Automatic radio site survey using a robot
US7062381B1 (en) 2005-08-30 2006-06-13 Deere & Company Method and system for determining relative position of mobile vehicles
EP1764623A1 (de) * 2005-09-15 2007-03-21 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsbestimmung zwischen einem RFID Schreib-/Lesegerät und einem mobilen RFID-Datenspeicher
SE529191C8 (sv) * 2005-10-14 2007-06-19 Micropos Medical Ab En positionsfästanordning och ett system för att detektera positionen hos en sådan anordning
US20070133598A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-14 Patrick Moran System and method for determining position of communicating devices
US8588220B2 (en) * 2005-12-30 2013-11-19 L-3 Communications Corporation Method and apparatus for mitigating port swapping during signal tracking
US7420462B2 (en) * 2006-01-23 2008-09-02 Bfs Diversified Products, Llc Air spring distance indicating system and method
KR100988736B1 (ko) * 2006-03-15 2010-10-20 삼성전자주식회사 자율주행 이동로봇의 최단 경로 이동을 위한 홈 네트워크시스템 및 그 방법
US8644396B2 (en) * 2006-04-18 2014-02-04 Qualcomm Incorporated Waveform encoding for wireless applications
US8406794B2 (en) * 2006-04-26 2013-03-26 Qualcomm Incorporated Methods and apparatuses of initiating communication in wireless networks
KR101124785B1 (ko) * 2006-04-26 2012-03-23 콸콤 인코포레이티드 디바이스 기능의 동적 분배 및 자원 관리
US8289159B2 (en) 2006-04-26 2012-10-16 Qualcomm Incorporated Wireless localization apparatus and method
GB0608486D0 (en) * 2006-04-28 2006-06-07 Berlin Armstrong Locatives Ltd Exercise monitoring system and method
US7733239B2 (en) * 2006-05-08 2010-06-08 Bfs Diversified Products, Llc Distance determining system and method
US20080021651A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 John Richard Seeley Performance Assessment and Information System Based on Sports Ball Motion
US7912422B2 (en) * 2006-07-31 2011-03-22 University Corporation For Atmospheric Research Method and system for demodulation of open-loop GPS radio occultation signals
US20080241805A1 (en) * 2006-08-31 2008-10-02 Q-Track Corporation System and method for simulated dosimetry using a real time locating system
US7839290B2 (en) * 2006-11-01 2010-11-23 David Welford Chidakel Sonic building rescue beacon
US20080174500A1 (en) * 2007-01-23 2008-07-24 Microsoft Corporation Magnetic communication link with diversity antennas
US20080231438A1 (en) * 2007-03-23 2008-09-25 Diamond Arrow Communications L.L.C. Cargo Container Monitoring System
US20080231454A1 (en) * 2007-03-23 2008-09-25 Diamond Arrow Communications L.L.C. Cargo Container Monitoring Device
US7796943B2 (en) * 2007-03-28 2010-09-14 Lockheed Martin Corporation Sub-surface communications system and method
DE102007022065A1 (de) * 2007-05-11 2008-11-27 Identec Solutions Ag Verfahren zum Betrieb eines RFID-Tags mit genauer Lokalisierung
US20080307025A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-11 Zylaya Corporation Location determination in sensor networks using time-window algorithm
US7663535B2 (en) * 2007-07-25 2010-02-16 Information Systems Laboratories, Inc. System and method to position register and phase synchronize a monitoring network
US7504992B2 (en) * 2007-08-01 2009-03-17 Southwest Research Institute Wireless system using continuous wave phase measurement for high-precision distance measurement
DE102008016137A1 (de) * 2007-11-19 2009-05-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur Ortung von Objekten oder Personen, insbesondere für eine Lawinenverschüttetensuche sowie Verfahren zur Ortung
US8326249B2 (en) * 2008-03-06 2012-12-04 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for supporting communications using a first polarization direction electrical antenna and a second polarization direction magnetic antenna
US8024003B2 (en) * 2008-03-06 2011-09-20 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for supporting communications using antennas associated with different polarization directions
FR2928602B1 (fr) * 2008-03-13 2012-03-23 Balogh Dispositif de communication entre un element mobile et un element fixe.
US7671802B2 (en) * 2008-03-17 2010-03-02 Disney Enterprises, Inc. Active player tracking
GB2459479B8 (en) * 2008-04-23 2012-08-08 Bigger Than The Wheel Ltd Short range RF monitoring system
US20090282277A1 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Aquantia Corporation Low-power idle mode for network transceiver
US8421673B2 (en) 2008-05-15 2013-04-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and software for spatial pattern analysis
US8077098B2 (en) 2008-05-15 2011-12-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Antenna test system
US20090325539A1 (en) * 2008-06-25 2009-12-31 Ajay Malik Cell Phone Sensor Applications
US8816758B2 (en) * 2008-10-28 2014-08-26 Freescale Semiconductor, Inc. Single amplifier filter for constant group delay in radio frequency transmitters
US20100328169A1 (en) * 2008-11-07 2010-12-30 Honeywell International Inc. Ducted Fan Unmanned Aerial Vehicle Conformal Antenna
DE102008062276B3 (de) * 2008-12-15 2010-09-09 Cairos Technologies Ag System und Verfahren zur Ballbesitzerkennung mithilfe eines passiven Feldes
KR102408358B1 (ko) 2009-01-29 2022-06-14 트랙맨 에이/에스 레이더 및 촬상 요소를 포함하는 조립체
US8311558B2 (en) * 2009-03-20 2012-11-13 Buzby Networks, Llc Real-time network node location system and method
US8354951B2 (en) * 2009-05-07 2013-01-15 Intelligent Sciences, Ltd. Short baseline helicopter positioning radar for low visibility
US8587403B2 (en) * 2009-06-18 2013-11-19 Lear Corporation Method and system of determining and preventing relay attack for passive entry system
US8031109B2 (en) * 2009-07-17 2011-10-04 Codar Ocean Sensors, Ltd. Combined transmit/receive single-post antenna for HF/VHF radar
US8319687B2 (en) * 2009-12-09 2012-11-27 Trimble Navigation Limited System for determining position in a work space
FR2953939B1 (fr) * 2009-12-11 2012-09-14 Thales Sa Systeme radar uhf pour mettre en oeuvre un procede d'elimination d'un fouillis de vegetation
FR2960066B1 (fr) * 2010-05-12 2012-08-03 Icom France Sas Procede et dispositif de signalisation d'un obstacle potentiel, tel qu'un pieton, a destination d'un conducteur de vehicule, notamment d'un conducteur d'engin.
KR101752523B1 (ko) * 2010-07-01 2017-06-29 고지 엘티디. 무선 주파수 에너지에 의한 대상물 처리
US20120007716A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-12 Getac Technology Corporation Rfid tag tracking system and rfid tag tracking method
EP2407799B1 (de) * 2010-07-16 2018-04-11 Sivers Ima AB Verfahren und Vorrichtung für Dauerstrichradarmessungen
US8599011B2 (en) 2010-07-30 2013-12-03 Q-Track Corporation Firefighter location and rescue equipment employing path comparison of mobile tags
US8744395B1 (en) * 2010-08-11 2014-06-03 Rockwell Collins, Inc. System and method for mitigating radio frequency interferences
WO2012023913A2 (en) * 2010-08-18 2012-02-23 Ablesimov, Andrii Radio frequency assisted geostructure analyzer
WO2012023914A2 (en) * 2010-08-18 2012-02-23 Ablesimov, Andrii Radio frequency assisted geostructure analyzer
DE102010035155A1 (de) * 2010-08-23 2012-02-23 Amedo Smart Tracking Solutions Gmbh Positionsbestimmung mittels RFID-Tags
DE102010037195A1 (de) * 2010-08-27 2012-03-01 Benedikt Hieronimi System zur Erfassung von Hochfrequenz-Transceivern und dessen Verwendungen
US9460564B2 (en) * 2010-10-07 2016-10-04 Mylaps B.V. Detecting the passing between a transmitter and a detector
US8779966B2 (en) * 2010-11-16 2014-07-15 Tialinx, Inc. Remote interrogation for detection of activity or living organisms inside electronically conductive containers
US8700202B2 (en) 2010-11-30 2014-04-15 Trimble Navigation Limited System for positioning a tool in a work space
CN102175987B (zh) * 2011-01-26 2013-04-03 四川长虹电器股份有限公司 无线相对定位的方法及设备
EP2692123B1 (de) 2011-03-30 2017-08-02 Koninklijke Philips N.V. Bestimmung des abstandes und/oder der akustischen qualität zwischen einer mobilen vorrichtung und einer basisstation
HK1150410A2 (en) * 2011-05-04 2011-12-23 Gen Sensing Ltd System and method for reducing medical error
US8750354B1 (en) 2011-05-10 2014-06-10 Lockheed Martin Corporation Nearfield testing architecture
US20120286933A1 (en) * 2011-05-12 2012-11-15 Knowledge Access, Inc. First responder team tracking system and method
US8730097B1 (en) 2011-08-10 2014-05-20 Lockheed Martin Corporation Distributed phased array testing device
US8761028B2 (en) * 2011-08-29 2014-06-24 Texas Instruments Incorporated Dynamic channel estimation apparatus, systems and methods
EP2605036B1 (de) 2011-12-16 2019-10-23 Trackman A/S Verfahren und Sensor zur Bestimmung einer Auftreffrichtung einer auftreffenden Strahlung
IL217982A (en) 2012-02-07 2016-10-31 Elta Systems Ltd Multi-antenna system
ITMO20120038A1 (it) 2012-02-16 2013-08-17 Univ Bologna Alma Mater Metodo e apparato per la stima della distanza e della posizione mediante trasmissioni radio multi-frequenza in campo vicino
FR2988064B1 (fr) * 2012-03-15 2014-04-18 Alstom Transport Sa Systeme embarque de generation d'un signal de localisation d'un vehicule ferroviaire
US9474465B2 (en) 2012-06-27 2016-10-25 Ascension Technology Corporation System and method for magnetic position tracking
US9055435B2 (en) * 2012-12-19 2015-06-09 Nokia Technologies Oy Method and apparatus for security mechanism for proximity-based access requests
US9134403B1 (en) * 2013-02-20 2015-09-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System and method for relative localization
US9354070B2 (en) 2013-10-31 2016-05-31 Crown Equipment Corporation Systems, methods, and industrial vehicles for determining the visibility of features
US9584191B2 (en) * 2013-12-20 2017-02-28 Southern Avionics Co. Antenna tuning unit
US9606224B2 (en) * 2014-01-14 2017-03-28 Alstom Transport Technologies Systems and methods for vehicle position detection
US9070275B1 (en) 2014-02-21 2015-06-30 Gearn Holdings LLC Mobile entity tracking and analysis system
CN103954930B (zh) * 2014-05-13 2017-03-01 北京信息科技大学 一种室内自主三维空间定位装置
WO2016053441A2 (en) * 2014-07-15 2016-04-07 Mccorkle John W Electrically small, range and angle-of-arrival rf sensor and estimation system
US10447092B2 (en) * 2014-07-31 2019-10-15 Ossia Inc. Techniques for determining distance between radiating objects in multipath wireless power delivery environments
US10164685B2 (en) * 2014-12-31 2018-12-25 Freelinc Technologies Inc. Spatially aware wireless network
AU2015376084B2 (en) 2015-01-06 2021-01-28 Alphawave Golf (Pty) Ltd Golf ball tracking system
CN107580708B (zh) 2015-05-06 2021-11-30 克朗设备公司 用于工业车辆标签读取器的诊断标签
MX363894B (es) 2015-05-06 2019-04-05 Crown Equip Corp Vehiculo industrial que comprende lector de etiqueta y modulo lector.
US10566845B2 (en) * 2015-06-30 2020-02-18 Ossia Inc. Techniques for clock synchronization and control in wireless power delivery environments
DE102015121724A1 (de) * 2015-12-14 2017-06-14 Symeo Gmbh System und Verfahren mit zumindest drei Signale empfangenden Stationen
SE539613C2 (en) 2016-01-11 2017-10-17 Husqvarna Ab Self-propelled robotic tool navigation
RU2750434C2 (ru) * 2016-05-18 2021-06-28 Тийода Корпорейшн Система администрирования для объектов под наблюдением и способ идентификации терминалов маяка
CN105898864A (zh) * 2016-05-30 2016-08-24 成都理想境界科技有限公司 一种定位基站、定位终端及空间定位系统
CN106199567B (zh) * 2016-07-07 2018-09-14 北京科技大学 一种近场电磁场测距系统
US10379214B2 (en) 2016-07-11 2019-08-13 Trackman A/S Device, system and method for tracking multiple projectiles
JP6885697B2 (ja) * 2016-09-09 2021-06-16 株式会社ダイヘン 測位システム及び移動局
JP6894204B2 (ja) * 2016-09-12 2021-06-30 株式会社ダイヘン 測位システム
US10444339B2 (en) 2016-10-31 2019-10-15 Trackman A/S Skid and roll tracking system
US10989791B2 (en) 2016-12-05 2021-04-27 Trackman A/S Device, system, and method for tracking an object using radar data and imager data
JP6837690B2 (ja) 2017-01-27 2021-03-03 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 表面貫通レーダーを用いた乗物位置特定方法およびシステム
WO2018232414A1 (en) 2017-06-16 2018-12-20 Cornell University Methods and systems for electromagnetic near-field coherent sensing
US10476539B1 (en) * 2017-09-15 2019-11-12 Marvell International Ltd. Automatic gain control adjustment in multi-antenna short-range wireless system
US10558260B2 (en) 2017-12-15 2020-02-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Detecting the pose of an out-of-range controller
CN108387888B (zh) * 2018-01-03 2020-02-07 北京科技大学 一种介质中近场超宽带测距方法
WO2019138130A1 (en) * 2018-01-15 2019-07-18 Sony Mobile Communications Inc. Determining a position of a device with respect to another device
US11392782B2 (en) 2018-05-14 2022-07-19 Cornell University Collaborative RFID reader using code divisional multiple access (CDMA) and methods for same
US10810387B2 (en) 2018-07-30 2020-10-20 Hand Held Products, Inc. Method, system and apparatus for locating RFID tags
US11047952B2 (en) * 2018-12-28 2021-06-29 Qualcomm Incorporated Mitigating mutual coupling leakage in small form factor devices
US11178591B2 (en) * 2019-01-11 2021-11-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Ranging-specific MAC service and PIB attributes for IEEE 802.15.4Z
US20220175254A1 (en) * 2019-03-26 2022-06-09 Cornell University Near-field coherent sensing methods and systems
US11600926B2 (en) 2019-05-22 2023-03-07 Eagle Technology, Llc eLORAN receiver and antenna with ferromagnetic body and windings and related methods
US11166435B2 (en) * 2019-05-28 2021-11-09 WAGZ, Inc. Methods and systems for deterring animals to approach or enter identified zones
RU201054U1 (ru) * 2020-05-31 2020-11-25 Задорожный Артем Анатольевич Устройство для обнаружения скрытых радиопередающих устройств
RU2757152C1 (ru) * 2020-07-07 2021-10-11 Задорожный Артем Анатольевич Устройство для обнаружения источников радиоизлучения в крупногабаритных предметах
US11422250B2 (en) 2020-08-28 2022-08-23 Nxp Usa, Inc. Method and technique of power-efficient two-way phase based distance estimation using packet synchronized data capture
US11595835B2 (en) * 2021-04-20 2023-02-28 Cisco Technology, Inc. Service cognizant radio role assignments
US20230204747A1 (en) * 2021-12-23 2023-06-29 Gm Cruise Holdings Llc Radar signaling for emergency scenarios
US11835563B2 (en) * 2022-02-15 2023-12-05 Litepoint Corporation System and method for using pulsed radio frequency (RF) signals and a modulated scattering probe (MSP) to enable measurements of distance to and planarity of a surface of a device under test (DUT)
US11914025B1 (en) * 2023-08-04 2024-02-27 Density, Inc. Trajectory determination system using positional sensing to determine the movement of people or objects

Family Cites Families (103)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US749436A (en) 1904-01-12 Lee de forest
US716135A (en) 1901-01-23 1902-12-16 Louis E Whicher Apparatus for determining the direction of space-telegraph signals.
US716134A (en) 1901-01-23 1902-12-16 Louis E Whicher Method of determining the direction of space-telegraph signals.
US758517A (en) 1903-09-21 1904-04-26 Lee De Forest Art of wireless telegraphy.
US899272A (en) 1906-08-17 1908-09-22 William W Swan Apparatus for determining the direction of space-telegraph signals.
US1183802A (en) 1908-12-31 1916-05-16 Radio Telephone & Telegraph Company Range-teller.
US961265A (en) 1909-04-15 1910-06-14 John Stone Stone Apparatus for determining the direction of space-telegraph signals.
US984108A (en) 1909-04-15 1911-02-14 Oscar C Roos Apparatus for determining the direction of space-telegraph signals.
US1297313A (en) 1915-06-19 1919-03-18 Ettore Bellini Apparatus for directed wireless telegraphy and telephony.
GB136600A (en) 1918-12-09 1919-12-09 James Erskine-Murray Improved Apparatus for Determining the Direction of Arriving Electromagnetic Waves.
NL11009C (de) 1919-05-21
US1357210A (en) 1919-12-16 1920-10-26 Robinson James Electromagnetic-wave navigational system
US1692051A (en) 1923-05-21 1928-11-20 Sperry Gyroscope Co Ltd Radio direction and position finder
US1639667A (en) 1924-03-08 1927-08-23 Rca Corp Method for radio position finding
US1741282A (en) 1926-02-20 1929-12-31 Busignies Henri Radio direction finder, hertzian compass, and the like
US1750668A (en) 1927-12-08 1930-03-18 American Telephone & Telegraph Determining movement and position of moving objects
US1892758A (en) 1928-03-14 1933-01-03 Kaess Direction finder
US1839290A (en) 1928-04-25 1932-01-05 American Telephone & Telegraph Direction finder for radiowaves
US1900292A (en) 1928-05-05 1933-03-07 Telefunken Gmbh Direction finder apparatus
US1942526A (en) 1929-01-08 1934-01-09 John A Willoughby Radio navigating system
US1961757A (en) 1930-09-23 1934-06-05 Electrical Ind Mfg Company Radiant energy distance determining system and apparatus
US1945952A (en) 1930-11-08 1934-02-06 Communications Patents Inc Radio range finder
US1828531A (en) 1930-12-26 1931-10-20 Electrical Ind Mfg Company Radiant energy distance determining system and apparatus
US1939686A (en) 1931-03-14 1933-12-19 Leon Ottinger Radiant energy distance determining system
US1939685A (en) 1931-03-14 1933-12-19 Leon Ottinger Radiant energy distance determining system
US1991443A (en) 1932-10-26 1935-02-19 Gen Electric Direction finder
US1991473A (en) 1932-10-26 1935-02-19 Gen Electric Direction finder
US2266038A (en) 1932-11-26 1941-12-16 Jr Wilbur S Hinman Radio direction finder
US2003933A (en) 1932-12-27 1935-06-04 John W Greig Three dimension radio direction finder
US2170835A (en) 1933-11-10 1939-08-29 Jennie S Simon Navigational system
US2234654A (en) 1934-02-15 1941-03-11 Telefunken Gmbh Direction finder
US2423437A (en) 1934-08-25 1947-07-08 Bell Telephone Labor Inc Direction finder
US2134535A (en) 1935-03-06 1938-10-25 Telefunken Gmbh Distance determining system
US2160135A (en) 1935-03-28 1939-05-30 Telefunken Gmbh Direction finding system
US2134716A (en) 1936-10-20 1938-11-01 Gunn Ross Measuring speed and distance by radiant energy
NL49017C (de) 1936-11-06
NL50149C (de) 1937-05-28
GB500588A (en) 1937-08-13 1939-02-13 Marconi Wireless Telegraph Co Improvements in or relating to radio apparatus for detecting aircraft
US2314029A (en) 1938-03-19 1943-03-16 Rca Corp Self-orienting radio direction finder
US2208378A (en) 1938-06-30 1940-07-16 Rca Corp Continuously indicating radio compass
US2234587A (en) 1938-09-23 1941-03-11 Bell Telephone Labor Inc Radio direction finding system
NL137955B (de) 1938-09-30
US2204206A (en) 1939-02-25 1940-06-11 United Air Lines Transp Corp Direction finding apparatus
US2284475A (en) 1939-04-26 1942-05-26 Plebanski Jozef Radio direction finding system
US2255659A (en) 1939-06-28 1941-09-09 Leon Ottinger Radiant energy distance determining system
US2284812A (en) 1939-11-02 1942-06-02 Leon Ottinger Radiant energy distance determining system
US2248727A (en) 1939-12-09 1941-07-08 Howard M Strobel Signaling system
US2408039A (en) 1941-03-05 1946-09-24 Int Standard Electric Corp Electronic rotation direction finder
US2314883A (en) 1941-07-09 1943-03-30 Herson Jacob Distance indicator and system
US2419946A (en) 1942-02-17 1947-05-06 Bell Telephone Labor Inc High-frequency direction finder
FR956764A (de) 1942-08-28 1950-02-07
US2437695A (en) 1943-08-30 1948-03-16 Bell Telephone Labor Inc Three-dimension radio direction finder
US2470787A (en) 1944-05-04 1949-05-24 Paul W Nosker System for determining the position or path of an object in space
US2524768A (en) 1944-12-16 1950-10-10 Standard Telephones Cables Ltd Radio direction finder
US2539413A (en) 1946-04-06 1951-01-30 Standard Telephones Cables Ltd Direction finding system
US2586342A (en) 1948-03-03 1952-02-19 Kenneth W Jarvis Tricoordinate radio direction finder
GB692990A (en) 1950-02-17 1953-06-17 Standard Telephones Cables Ltd Improvements in or relating to radio direction finders
US2666038A (en) * 1950-08-08 1954-01-12 American Viscose Corp Textile-finishing compositions, finished articles, and methods of producing them
US2949603A (en) 1957-02-18 1960-08-16 Gen Dynamies Corp Relative distance and movement indicator
DE1071162B (de) 1958-04-29
US4721961A (en) * 1959-11-03 1988-01-26 Itt Avionics Submarine detection system
US3133244A (en) 1960-09-15 1964-05-12 Gen Precision Inc Magnetic field detector and resolver having a two section housing for the detector
US3199101A (en) 1960-09-16 1965-08-03 Servo Corp Of America Radiosonde and tracking system
US3243812A (en) 1963-04-15 1966-03-29 Space General Corp Radio ranging device
GB1261732A (en) * 1968-03-09 1972-01-26 Barringer Research Ltd Electromagnetic exploration method and apparatus
US3763419A (en) * 1969-03-06 1973-10-02 Barringer Research Ltd Geophysical exploration method using the vertical electric component of a vlf field as a reference
US4017858A (en) 1973-07-30 1977-04-12 Polhemus Navigation Sciences, Inc. Apparatus for generating a nutating electromagnetic field
US3936728A (en) * 1973-11-29 1976-02-03 Mcphar Geophysics Limited Method and means for investigating the distribution of electrical conductivity in the ground
IT1022984B (it) 1974-10-17 1978-04-20 Philips Spa Unita autonoma monoblocca atta a svoloere la duplice funzione di elemento attivo e passivo di una apparecchiatura per l individuazione e la ricerca di persone sepolte
US3983474A (en) 1975-02-21 1976-09-28 Polhemus Navigation Sciences, Inc. Tracking and determining orientation of object using coordinate transformation means, system and process
FR2458838A1 (fr) 1979-06-06 1981-01-02 Thomson Csf Dispositif de mesure de l'orientation relative de deux corps et systeme de reperage de direction correspondant
US4314251A (en) * 1979-07-30 1982-02-02 The Austin Company Remote object position and orientation locater
US4394831A (en) 1981-02-12 1983-07-26 Honeywell Inc. Helmet metal mass compensation for helmet-mounted sighting system
US4622644A (en) 1984-05-10 1986-11-11 Position Orientation Systems, Ltd. Magnetic position and orientation measurement system
US4757315A (en) 1986-02-20 1988-07-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for measuring distance
US4728959A (en) 1986-08-08 1988-03-01 Ventana Sciences Inc. Direction finding localization system
US4849692A (en) 1986-10-09 1989-07-18 Ascension Technology Corporation Device for quantitatively measuring the relative position and orientation of two bodies in the presence of metals utilizing direct current magnetic fields
US4945305A (en) 1986-10-09 1990-07-31 Ascension Technology Corporation Device for quantitatively measuring the relative position and orientation of two bodies in the presence of metals utilizing direct current magnetic fields
AT387661B (de) * 1987-05-25 1989-02-27 Nessler Norbert Ortungsverfahren zur standortbestimmung von empfangsantennen
US4788548A (en) 1987-09-08 1988-11-29 Itt Gilfillan, A Division Of Itt Corporation Phase measurement ranging
US5307072A (en) * 1992-07-09 1994-04-26 Polhemus Incorporated Non-concentricity compensation in position and orientation measurement systems
US5600330A (en) 1994-07-12 1997-02-04 Ascension Technology Corporation Device for measuring position and orientation using non-dipole magnet IC fields
US5541608A (en) 1995-03-29 1996-07-30 Itt Corporation Hybrid amplitude/phase comparison direction finding system
US5790076A (en) 1995-08-28 1998-08-04 Sypniewski; Jozef Tracking sensor specially for computer applications
US5627517A (en) 1995-11-01 1997-05-06 Xerox Corporation Decentralized tracking and routing system wherein packages are associated with active tags
US5767669A (en) 1996-06-14 1998-06-16 Ascension Technology Corporation Magnetic field position and orientation measurement system with dynamic eddy current rejection
US5892441A (en) 1996-06-26 1999-04-06 Par Government Systems Corporation Sensing with active electronic tags
US5774876A (en) 1996-06-26 1998-06-30 Par Government Systems Corporation Managing assets with active electronic tags
US5959568A (en) 1996-06-26 1999-09-28 Par Goverment Systems Corporation Measuring distance
US5804810A (en) 1996-06-26 1998-09-08 Par Government Systems Corporation Communicating with electronic tags
US5744953A (en) 1996-08-29 1998-04-28 Ascension Technology Corporation Magnetic motion tracker with transmitter placed on tracked object
US5724047A (en) 1996-11-27 1998-03-03 Hughes Electronics Phase and time-difference precision direction finding system
FR2759171B1 (fr) 1997-02-06 1999-04-23 Option Ind Procede et dispositif pour la detection et la localisation de personnes ensevelies par exemple sous une avalanche
US5999131A (en) 1997-07-01 1999-12-07 Information Systems Laboratories, Inc. Wireless geolocation system
US6084551A (en) 1998-01-21 2000-07-04 L-3 Communications, Inc. Electromagnetic probe for the detection of e-field and h-field radiation
JP2000304790A (ja) * 1999-04-23 2000-11-02 Hitachi Ltd 電磁波発生源探査装置、その方法およびその解析方法
US6427079B1 (en) 1999-08-09 2002-07-30 Cormedica Corporation Position and orientation measuring with magnetic fields
US6172499B1 (en) 1999-10-29 2001-01-09 Ascension Technology Corporation Eddy current error-reduced AC magnetic position measurement system
US6369564B1 (en) 1999-11-01 2002-04-09 Polhemus, Inc. Electromagnetic position and orientation tracking system with distortion compensation employing wireless sensors
US6624626B2 (en) 1999-11-01 2003-09-23 Polhemus Inc. Method and apparatus for electromagnetic position and orientation tracking with distortion compensation employing modulated signal
US6552661B1 (en) 2000-08-25 2003-04-22 Rf Code, Inc. Zone based radio frequency identification
US6528991B2 (en) 2001-07-03 2003-03-04 Ascension Technology Corporation Magnetic position measurement system with field containment means
US6762721B2 (en) 2002-10-12 2004-07-13 Information Systems Laboratories, Inc. Urban terrain geolocation system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9797998B2 (en) 2012-09-01 2017-10-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for determining a position of a receiver and positioning system for a receiver
DE102012022087A1 (de) 2012-11-09 2014-05-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Steuern eines Ein- oder Ausparkvorgangs eines Fahrzeugs
DE102014214671A1 (de) * 2014-07-25 2016-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Positionierung eines Elektrofahrzeugs an einer Ladestation und Positioniersystem
EP3031658B1 (de) * 2014-12-12 2020-03-18 Siemens Mobility GmbH Ladeverfahren für einen Energiespeicher eines Fahrzeugs
US11047966B2 (en) 2016-08-17 2021-06-29 Advanced New Technologies Co., Ltd. Method for determining change in distance, location prompting method and apparatus and system thereof
US11366209B2 (en) 2016-08-17 2022-06-21 Advanced New Technologies Co., Ltd. Method for determining change in distance, location prompting method and apparatus and system thereof

Also Published As

Publication number Publication date
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