EP1880230A1 - Position determining process - Google Patents

Position determining process

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EP1880230A1
EP1880230A1 EP06724783A EP06724783A EP1880230A1 EP 1880230 A1 EP1880230 A1 EP 1880230A1 EP 06724783 A EP06724783 A EP 06724783A EP 06724783 A EP06724783 A EP 06724783A EP 1880230 A1 EP1880230 A1 EP 1880230A1
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EP
European Patent Office
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time
signal
access point
accesspoints
clientnode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06724783A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Speidel
Thomas JÜLG
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ADS TEC Holding GmbH
Original Assignee
ADS TEC GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

A process for determining a position inside and outside buildings uses at least one mobile transmitter unit, a so-called Client Node, and transmitting/receiving stations positioned at known locations, so-called Access Points, which communicate with each other by wireless communications, in particular by radio signals. The invention is characterised in that first a fixed time reference, i.e. the relative time difference between the system times of the respective Access Points is determined. In order to determine position, the Client Node emits a radio signal which is received by those Access Points in whose reception zone the Client Node is located. Each of these Access Points registers in its system time the moment in time when the radio signal reached it. The position of the Client Node is then calculated on the basis of the individual moments in time, the time reference determined between the system times, and the known locations of the Access Points. The particularity of the claimed process is that only the reception of Client Node signals by the Access Points is required to determine the position of the Client Node, and that no synchronisation is necessary between the system times of Access Points and Client Nodes.

Description

Verfahren zur Positionsbestimmung Method for determining position
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionsbestimmung innerhalb und außerhalb von Gebäuden, mit wenigstens einer mobilen Sendeeinheit, so genannter ClientNode, deren Position es gilt zu bestimmen, und an bekannten Orten positionierten Sende-/Empfangstationen, so genannten AccessPoints, die mittels drahtloser Kommunikationstechnik, insbesondere mittels Funksignalen, miteinander kommunizieren.The invention relates to a method for determining the position inside and outside buildings, with at least one mobile transmitting unit, called ClientNode, whose position it is to determine, and positioned at known locations transmitting / receiving stations, so-called access points, by means of wireless communication technology , in particular by means of radio signals, communicate with each other.
Stand der TechnikState of the art
Verfahren zur Positionsbestimmung sowie hierfür konzipierte Systeme sind in ihren vielfältigen Ausgestaltungsformen bekannt und basieren auf den unterschiedlichsten Ortungstechniken, wie beispielsweise der Radartechnik, der Satellitennavigationstechnik, der Ultraschallortung oder der optischen Vermessungstechnik, um nur einige zu nennen. Handelt es sich um eine Positionsbestimmung mit der Maßgabe einer Objektortung außerhalb sowie auch innerhalb von Räumen, wie beispielsweise Gebäuden oder ähnliche umschlossenen Räumen, so scheidet beispielsweise die satellitengestützte GPS-Navigations- und Ortungstechnik sowie auch die durch Vielfachreflexionen fehlerträchtige Radartechnik aus. Vielmehr bietet sich zur Positionsbestimmung von Objekten die Funksignalübertragungstechnik zwischen vorzugsweise mehreren Sende- /Empfangseinheiten an. Bisher bekannte derartige Systeme zeichnen sich durch aufwendige und daher kostspielige Technik und zum Teil durch nur ungenügende Ortungsgenauigkeit aus.Positioning methods and systems designed for this purpose are known in their various design forms and are based on the most diverse positioning techniques, such as radar technology, satellite navigation technology, ultrasonic location or optical measurement technology, to name only a few. If it is a position determination with the proviso of an object location outside as well as inside of rooms, such as buildings or similar enclosed spaces, so separates, for example, the satellite-based GPS navigation and positioning technology as well as the error-prone by multiple reflections radar technology. Rather, the position of objects is determined by the radio signal transmission technology between preferably several transmission / Receiving units. Previously known such systems are characterized by complex and therefore expensive technology and partly by only insufficient positioning accuracy.
Aus der DE 103 32 551 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Positionsbestimmung mit wenigstens einer mobilen Sende-/ Empfangseinheit, so genannter ClientNode, deren Position es gilt in Bezug zu wenigstens drei an bekannten Orten positionierten Sende-/ Empfangsstationen, so genannten AccessPoints, zu bestimmen, bekannt. Die AccessPoints und ClientNodes kommunizieren miteinander mittels Funksignalen. Die Berechnung der Position des ClientNode erfolgt dabei im jeweiligen ClientNode auf Basis einer Zweiwege- Laufzeitmessung der Funksignale, die zwischen ClientNode und den wenigstens drei AccessPoints ausgetauscht werden. Hierfür verfügt der ClientNode über eine aufwendige Kommunikations- und Auswertetechnik. Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen eine quasi autonome Positionsbestimmung durch den ClientNode selbst erforderlich ist oder bei denen der ClientNode zumindest seine Position selbst kennen muss. Bei Anwendungen des in DE 103 32 551 A1 offenbarten Verfahrens zur Positionsbestimmung für eine Vielzahl von ClientNodes, erweisen sich jedoch die mit der aufwendigen technischen Ausstattung der einzelnen ClientNodes einhergehenden hohen Produktionskosten der ClientNodes als nachteilig.DE 103 32 551 A1 discloses a generic method for determining the position with at least one mobile transceiver unit, so-called ClientNode, whose position is to be determined in relation to at least three transceiver stations positioned at known locations, so-called AccessPoints , known. The AccessPoints and ClientNodes communicate with each other by means of radio signals. The calculation of the position of the ClientNode takes place in the respective ClientNode on the basis of a two-way transit time measurement of the radio signals, which are exchanged between ClientNode and the at least three AccessPoints. For this, the ClientNode has a complex communication and evaluation technology. The method described is suitable in particular for applications in which a quasi-autonomous position determination by the ClientNode itself is required or in which the ClientNode at least has to know its own position. In applications of the disclosed in DE 103 32 551 A1 method for position determination for a variety of ClientNodes, however, associated with the complex technical equipment of each ClientNodes high production costs of the ClientNodes prove to be disadvantageous.
Aus der DE 102 52 934 A1 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Echtzeitverfolgung der Position von wenigstens einem mobilen Objekt entnehmbar, das bspw. zur Positionserfassung des Fußballs während eines Fußballspiels einsetzbar ist. Das hierfür erforderliche System umfasst mindestens vier an bekannten Orten positionierte Empfänger, die jeweils über Datenleitungen mit einem Zentralrechner verbunden sind. Als unabdingbare Voraussetzung wird das System vor Inbetriebnahme kalibriert, wobei die Laufzeiten im Netzwerk zwischen den einzelnen Empfängern und zwischen den Empfängern zum Zentralcomputer ermittelt werden. Im Anschluss daran erfolgt eine Synchronisation der Empfänger untereinander. Diese Maßnahmen erfordern umfangreiche technische und verfahrenstechnische Vorkehrungen, die den praktischen Einsatz dieses Verfahrens verkomplizieren.From DE 102 52 934 A1, a method for continuous real-time tracking of the position of at least one mobile object can be removed, which can be used, for example, to detect the position of football during a football game. The system required for this purpose comprises at least four receivers positioned at known locations, each of which is connected via data lines to a central computer. As an essential requirement, the system is calibrated prior to commissioning, whereby the transit times in the network are determined between the individual receivers and between the receivers to the central computer. This is followed by synchronization of the receivers with each other. These measures require extensive technical and procedural precautions that complicate the practical use of this method.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Positionsbestimmung innerhalb und außerhalb von Gebäuden, mit an bekannten Orten positionierten Sende-/Empfangsstationen, den sog. AccessPoints, sowie wenigstens einer mobilen Sendeeinheit, so genannter ClientNode, die mittels drahtloser Kommunikation, insbesondere mittels Funksignale, miteinander kommunizieren, derart anzugeben, dass die zur Positionsbestimmung erforderliche technische Ausstattung des ClientNodes reduziert werden kann und eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von ± 25 cm durchführbar ist. Dies bedeutet eine Bestimmung der Signallaufzeit mit einer Genauigkeit im Subnanosekundenbereich. Insbesondere gilt es die Positionsbestimmung nahtlos innerhalb und außerhalb von Gebäuden für eine Vielzahl von ClientNodes durchzuführen, ohne die Notwendigkeit aufwendiger technischer Zusatzkomponenten, wie bspw. Zeitsynchronisatoren. Das Vorliegen der Positionsinformation im jeweiligen ClientNode selbst soll nicht erforderlich sein.The invention is based on the object, a method for determining the position inside and outside buildings, with positioned at known locations transmitting / receiving stations, the so-called. Access Points, and at least one mobile transmitting unit, called ClientNode, by means of wireless communication, in particular by means of radio signals communicate with each other in such a way that the required for determining the position of the technical equipment of the ClientNodes can be reduced and a position determination with an accuracy of ± 25 cm is feasible. This means a determination of the signal propagation time with a sub-nanosecond accuracy. In particular, it is important to perform the position determination seamlessly inside and outside of buildings for a variety of ClientNodes, without the need for expensive additional technical components, such as time synchronizers. The presence of the position information in the respective ClientNode itself should not be necessary.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Den Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung sind vorteilhafte Merkmale des Erfindungsgedankens zu entnehmen.The solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. The dependent claims and the further description are advantageous features of the inventive concept.
Zur erfolgreichen Durchführung des Verfahrens bedarf es wenigstens vier Sende-/ Empfangsstationen (AccessPoints), die jeweils an bekannten Orten positioniert sind, wenigstens einer mobilen Sendeeinheit (ClientNode), die sich im Empfangsbereich von vier oder mehr AccessPoints befindet, und wenigstens eines ControlComputers zur Berechnung der Positionen des ClientNodes, der über ein Netzwerk mit mindestens einem AccessPoint verbunden ist. Gegenüber diesen wenigstens vier AccessPoints gilt es die Position des mobilen ClientNodes zu bestimmen, wobei das Verfahren zur Positionsbestimmung auf eine Vielzahl von ClientsNode erweiterbar ist. Zur Kommunikation zwischen ClientNodes und AccessPoints kommen neben Funkverfahren auch optische oder akustische Kommunikationsverfahren in Betracht. Ohne Einschränkung des Erfindungsgedankens wird die Erfindung nachfolgend am Beispiel der Funkkommunikation beschrieben.The successful implementation of the method requires at least four transmitting / receiving stations (AccessPoints), which are each positioned at known locations, at least one mobile transmitting unit (ClientNode) located in the receiving area of four or more access points, and at least one control computer for the calculation the positions of the ClientNode connected to at least one AccessPoint over a network. Compared to these at least four AccessPoints it is necessary to determine the position of the mobile ClientNode, wherein the method for determining the position on a plurality of ClientsNode is expandable. For communication between ClientNodes and AccessPoints, in addition to radio methods, optical or acoustic communication methods may also be considered. Without restricting the inventive concept, the invention will be described below using the example of wireless communication.
Für die folgende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst wichtige Begriffe näher erläutert:For the following description of the method according to the invention, important terms are first explained in more detail:
Die sog. ClientNodes können als batteriebetriebene mobile Sendeeinheiten aufgefasst werden, die in bestimmten Zeitzyklen so genannte Probe-Request- Signale (PR-Signale) aussenden. Jeder ClientNode weist einen Prozessor auf und verfügt über eine individuelle Systemzeit. Zur Identifizierung der einzelnen ClientNodes besitzt jeder ClientNode jeweils eine eindeutige Kennung, die in vorteilhafter weise mit jedem PR-Signal ausgesandt wird. Die PR-Signale können neben der Kennung des jeweils sendenden ClientNodes weitere Daten enthalten.The so-called client nodes can be understood as battery-operated mobile transmission units that emit so-called probe request signals (PR signals) in certain time cycles. Each ClientNode has a processor and has an individual system time. To identify the individual ClientNodes each ClientNode each has a unique identifier, which is sent out advantageously with each PR signal. The PR signals may contain further data in addition to the identifier of the respective sending ClientNodes.
Die sog. AccessPoints können als an bekannten Orten installierte Sende-/ Empfangsstationen aufgefasst werden, die durch Austausch von Funksignalen untereinander sowie durch den Empfang der PR-Signale von ClientNodes jeweils Datensätze erzeugen, diese in einem Zwischenspeicher abspeichern und zur letztendlichen Auswertung der Datensätze, diese an den wenigstens einen ControlComputer weiterleiten. Auch zwischen den AccessPoints ist eine Datenaustausch möglich. Die AccessPoints liefern alle Daten, die für die Positionsberechnung der ClientNodes erforderlich sind. Die AccessPoints senden in bestimmten Zeitzyklen so genannte Broadcast-Beacon-Signale (BC-Signale) aus, die von den jeweils anderen AccessPoints empfangen und mit einem jeweiligen Antwortsignal beantwortet werden. Die BC-Signale sowie die Antwortsignale können zusätzliche Daten enthalten. Jeder AccessPoints weist einen Prozessor auf, verfügt über eine individuelle Systemzeit und eine individuelle Kennung, die in vorteilhafter Weise mit dem BC-Signal bzw. einem Antwort-Signal gesendet werden kann. Innerhalb des Systems der AccessPoints ist mindestens ein sog. ControlComputer vorgesehen, der die von den AccessPoints erfassten Datensätze zur weiteren Verarbeitung empfängt. Der ControlComputer ist hierfür über eine Netzwerkstruktur mit mindestens einem AccessPoint verbunden. Das sog. DistributionNetwork stellt die notwendigen Hardwarekomponenten der Netzwerkstruktur zum Datenaustausch zwischen AccessPoints und dem ControlComputer dar, das im einfachsten Fall aus einem normalen drahtlosen oder drahtgebundenen Ethemet-Netzwerk besteht. Die anderen AccessPoints können ebenfalls eine solche Netzwerkverbindung zum ControlComputer haben, dies ist aber für die Funktionsweise des Systems nicht unbedingt erforderlich. Vorzugsweise wird als Netzwerkverbindung eine drahtlose oder drahtgebundene Ethernet-Netzwerkstruktur eingesetzt. Die an einem AccessPoint vorliegenden Datensätze, die im internen Pufferspeicher zwischengespeichert wurden, werden über die Netzwerkverbindung in einem komprimierten Datenpaket zum ControlComputer gesendet. Sofern der AccessPoint einen Netzwerkanschluss zum ControlComputer hat, werden die Daten direkt über das Netzwerk zum ControlComputer transferiert. Ist kein direkter Netzwerkanschluss zum ControlComputer vorhanden, dann werden die Daten per Funk zum nächsten verfügbaren AccessPoint übertragen. Falls dieser AccessPoint auch keine Netzwerkschnittstelle zum ControlComputer hat, werden die Daten wieder zum nächsten verfügbaren AccessPoint übertragen. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Daten einen AccessPoint mit einer Netzwerkschnittstelle zum ControlComputer erreicht haben. Von diesem AccessPoint werden dann Daten zum ControlComputer übertragen. Für den Fall, dass eine hohe Anzahl von ClientNodes und/oder AccessPoints vorhanden ist oder die Auslastung des ControlComputers es also erfordert, können im System auch mehrere ControlComputer parallel eingebunden werden.The so-called AccessPoints can be interpreted as transmitting / receiving stations installed at known locations, which generate data records by exchanging radio signals among themselves and by receiving the PR signals from ClientNodes, storing them in a buffer and finally evaluating the data records forward to the at least one ControlComputer. Also between the AccessPoints a data exchange is possible. The AccessPoints provide all data required for the position calculation of the ClientNodes. The access points send in certain time cycles so-called broadcast beacon signals (BC signals), which are received by the other access points and answered with a respective response signal. The BC signals and the response signals may contain additional data. Each AccessPoints has a processor, has an individual system time and an individual identifier, which can be sent advantageously with the BC signal or a response signal. Within the system of access points, at least one so-called control computer is provided which receives the data records acquired by the access points for further processing. The ControlComputer is connected to at least one AccessPoint via a network structure. The so-called DistributionNetwork represents the necessary hardware components of the network structure for data exchange between AccessPoints and the ControlComputer, which in the simplest case consists of a normal wireless or wired Ethemet network. The other AccessPoints can also have such a network connection to the ControlComputer, but this is not absolutely necessary for the functioning of the system. Preferably, a wireless or wired Ethernet network structure is used as the network connection. The records on an AccessPoint that have been cached in the internal buffer are sent over the network connection in a compressed packet to the ControlComputer. If the AccessPoint has a network connection to the ControlComputer, the data is transferred directly via the network to the ControlComputer. If there is no direct network connection to the ControlComputer, the data is transmitted by radio to the next available AccessPoint. If this AccessPoint also has no network interface to the ControlComputer, the data is transferred back to the next available AccessPoint. This process is repeated until the data reaches an AccessPoint with a network interface to the ControlComputer. This access point then transfers data to the ControlComputer. In the event that a high number of ClientNodes and / or AccessPoints exists or if the load on the ControlComputer requires it, several ControlComputers can be integrated in parallel in the system.
Schließlich bildet die sog. ServiceArea den Raumbereich zwischen den ClientNodes und den AccessPoints, in dem zur Signalübertragung und zum Datenaustausch Funkwellen übertragen werden können. Um die Anforderungen, die beim Aussenden und Empfangen von PR- , BC- oder Antwort-Signalen bei einer möglichen Vielzahl von ClientNodes bzw. AccessPoints auftreten, sicher voneinander zu trennen, bedient sich das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter weise für das Aussenden und Empfangen von Signalen der AccessPoints und der beteiligten ClientNodes des drahtlosen Netzwerkstandards IEEE 802.11 oder des Übertragungsprotokolls CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) oder eines mit einem Zufallssignal spreizbandmodulierten Signals. Die ClientNodes können vorteilhafter Weise hierfür zusätzlich mit einer Empfangseinheit ausgestattet werden, die die Auswertung derartiger Übertragungsprotokolle erlaubt. Dadurch können bei den ClientNodes (CN) die BC- und PR- Signale zur Protokollsynchronisation eingesetzt werden. Diese Übertragungsprotokolle werden bei verschiedener standardisierten Kommunikationsverfahren, wie beispielsweise WLAN, Bluetooth oder GSM verwendet. Mit diesen Übertragungsprotokollen wird gewährleistet, dass jede einzelne Station, die an der Funkkommunikation zwischen den einzelnen ClientNodes und den betreffenden AccesPoints bzw. den AccessPoints untereinander beteiligt ist, den jeweiligen Funkkanal überwacht und erst dann sendet, wenn der Funkkanal nicht belegt ist. Dies verhindert Kollisionen und die damit zusammenhängenden Interferenzen und minimiert zusätzliche Übertragungsversuche.Finally, the so-called ServiceArea forms the space between the ClientNodes and the AccessPoints, in which radio waves can be transmitted for signal transmission and data exchange. In order to reliably separate the requirements which occur when transmitting and receiving PR, BC or response signals in the case of a possible multiplicity of ClientNodes or AccessPoints, the method according to the invention advantageously utilizes the transmission and reception of signals the access points and the involved client nodes of the wireless network standard IEEE 802.11 or the transmission protocol CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) or with a random signal spread spectrum modulated signal. The client nodes can advantageously be additionally equipped for this purpose with a receiving unit which allows the evaluation of such transmission protocols. This allows the ClientNodes (CN) to use the BC and PR signals for protocol synchronization. These transmission protocols are used in various standardized communication methods, such as WLAN, Bluetooth or GSM. These transmission protocols ensure that each individual station involved in the radio communication between the individual ClientNodes and the respective AccesPoints or AccessPoints monitors the respective radio channel and transmits only when the radio channel is not busy. This prevents collisions and the associated interference and minimizes additional transmission attempts.
Das Funkkommunikationsverfahren arbeitet normalerweise im Zeitmultiplex-Betrieb. Zur Erhöhung der Kapazität kann aber auch im Frequenzmultiplex-Betrieb gearbeitet werden. Dadurch, dass damit keine zeitaufwendigen Kanalumschaltungen notwendig sind, erhöht sich die Anzahl der mit dem System bedienbaren ClientNodes. Werden sehr viele AccessPoints in einem kleinen Bereich benötigt, dann kann das System alternativ auch im kombinierten Zeit- und Frequenzmultiplex-Betrieb betrieben werden, d.h. ein Teil der AccessPoint arbeitet in einem anderen verfügbaren Frequenzband.The radio communication method normally operates in time-division multiplex mode. To increase the capacity but you can also work in frequency division multiplex mode. By eliminating the need for time-consuming channel switching, the number of client nodes that can be serviced by the system increases. If a large number of AccessPoints are needed in a small area, then the system can alternatively be operated in combined time and frequency division multiplex mode, i. Part of the AccessPoint works in another available frequency band.
In vielen Anwendungsfällen sind, neben dem Lokalisierungsservice, auch gleichzeitig hohe Datentransferraten zwischen den einzelnen ClientNodes und AccessPoints notwendig. In diesem Fall werden dedizierte AccessPoints nur zur Nutzdatenkommunikation verwendet. Alle AccessPoints, die zur Ortung eingesetzt werden, arbeiten immer im selben Frequenzband. Das aktuelle Frequenzband kann durch den ControlComputer, innerhalb der verfügbaren Frequenzbänder, geändert werden. Zur Steuerung der Umschaltung der Frequenzbänder werden Kommandos verwendet, die als Zeitangabe für die nächste Umschaltung des Frequenzbands an alle AccessPoints die virtuelle Systemzeit verwenden. Diese virtuelle Systemzeit wird dann für jeden AccessPoint auf die lokale Systemzeit umgerechnet.In many cases, apart from the localization service, there are also high data transfer rates between the individual ClientNodes and AccessPoints necessary. In this case, dedicated AccessPoints are used only for payload data communication. All AccessPoints used for location always work in the same frequency band. The current frequency band can be changed by the ControlComputer, within the available frequency bands. To control the switching of the frequency bands, commands are used which use the virtual system time as the time for the next switching of the frequency band to all AccessPoints. This virtual system time is then converted to the local system time for each AccessPoint.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionsbestimmung innerhalb und außerhalb von Gebäuden, mit wenigstens vier an bekannten Orten positionierten Sende-/ Empfangsstationen, so genannten AccessPoints, wenigstens einer mobilen Sendeeinheit, so genannter ClientNode, die mittels drahtloser Kommunikationstechnik, insbesondere mittels Funksignalen, miteinander kommunizieren, und mit wenigstens einer ControlComputer, die über eine Netzwerkstruktur mit den AccessPoints verbunden ist, setzt sich aus folgenden Verfahrensschritten zusammen:The inventive method for determining position inside and outside of buildings, with at least four positioned at known locations transmitting / receiving stations, so-called AccessPoints, at least one mobile transmitting unit, called ClientNode, communicate by means of wireless communication technology, in particular by means of radio signals, and with At least one ControlComputer, which is connected to the AccessPoints via a network structure, consists of the following process steps:
Im ersten Verfahrensschritt wird ein fester Zeitbezug, d.h. der relative Zeitunterschied, zwischen den Systemzeiten der jeweiligen AccessPoints ermittelt. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die in den ClientNodes und AccessPoints eingesetzten und für die Zeitmessung verwendeten Prozessoren eine hinreichend stabile Taktfrequenz aufweisen, so dass nach einer Ermittlung des festen Zeitbezuges der Systemzeiten bis zu einer nächsten Ermittlung des festen Zeitbezuges, der ermittelte Zeitbezug als konstant angenommen werden kann. Im zweiten Verfahrensschritt wird vom ClientNode ein PR-Signal ausgesandt, welches von denjenigen AccessPoints empfangen wird, in deren Empfangsbereich sich der ClientNode befindet. Jeder dieser AccessPoints registriert in seiner Systemzeit den Zeitpunkt, mit dem das PR-Signal bei ihm eintrifft. Im dritten Verfahrensschritt erfolgt auf Basis des ermittelten Zeitbezuges zwischen den Systemzeiten sowie der bekannten Orte der AccessPoints schließlich die Berechnung der Position des ClientNodes. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, dass zur Bestimmung der Positionen der ClientNodes nur der Empfang von ClientNode- Signalen durch die AccessPoints notwendig ist und dass keine Synchronisation der Systemzeiten von AccessPoints und ClientNodes erforderlich ist.In the first step, a fixed time reference, ie the relative time difference, between the system times of the respective access points is determined. It is assumed that the processors used in the client nodes and access points and used for the time measurement have a sufficiently stable clock frequency, so that after determining the fixed time reference of the system times until a next determination of the fixed time reference, the determined time reference as constant can be accepted. In the second method step, a PR signal is sent by the ClientNode, which is received by those AccessPoints in whose reception area the ClientNode is located. Each of these AccessPoints registers in its system time the time at which the PR signal arrives at it. In the third method step, based on the determined time reference between the system times and the known locations of the AccessPoints, the position of the ClientNodes is finally calculated. The peculiarity of the method according to the invention is based on the fact that only the receipt of ClientNode signals by the AccessPoints is necessary for the determination of the positions of the ClientNodes and that no synchronization of the system times of AccessPoints and ClientNodes is necessary.
Die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden einzelnen Prozessschritte werden unter Bezugnahme auf die nachstehenden erläuternden Figuren näher beschrieben.The individual process steps on which the method according to the invention is based are described in more detail with reference to the following illustrative figures.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 Darstellung der Ausgangssituation zur Positionsbestimmung von dreiFig. 1 representation of the initial situation for determining the position of three
ClientNodes in einem System von vier an bekannten Orten positionierten AccessPoints und der Kommunikation untereinander.ClientNodes in a system of four AccessPoints positioned in known locations and communicating with each other.
Fig. 2 Zeitlaufdiagramm eines von einem ersten AccessPoint ausgesandten BC- Signals sowie eines darauf hin von einem zweiten AccessPoint ausgesandten Antwort-Signals bis zu dessen Empfang durch den ersten AccessPoint.FIG. 2 Timing diagram of a BC signal emitted by a first access point and of a response signal subsequently emitted by a second access point until it is received by the first access point. FIG.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability
Die in Figur 1 dargestellte Anordnung weist vier sog. AccessPoints auf, die jeweils an bekannten Orten positioniert sind. Drei von den vier AccessPoints sind über ein sog. DistributionNetwork mit dem ControlComputer verbunden und somit in der Lage Daten mit dem ControlComputer auszutauschen. Gegenüber den fest positionierten AccessPoints sind in Figur 1 drei mobile ClientNodes vorgesehen, die sich innerhalb des Empfangsbereiches der AccessPoints, d. h. der sog. ServiceArea, befinden. Wie im Weiteren beschrieben wird, gilt es nun die aktuelle Position der einzelnen ClientNodes durch entsprechende Funkkommunikation mit den umliegenden AccessPoints und deren Auswertung zu ermitteln.The arrangement shown in Figure 1 has four so-called. Access Points, which are each positioned at known locations. Three of the four AccessPoints are connected to the ControlComputer via a so-called DistributionNetwork and thus able to exchange data with the ControlComputer. Compared with the permanently positioned AccessPoints, three mobile ClientNodes are provided in FIG. 1, which are located within the reception area of the AccessPoints, ie the so-called ServiceArea. As will be described below, it is now the current position of the individual ClientNodes by appropriate radio communication with the surrounding AccessPoints and their evaluation to determine.
Zur Vereinfachung der weiteren Beschreibung sei im Folgenden anstelle von drei nur ein einziger ClientNode angenommen, der zu Zwecken der Positionsbestimmung PR-Signale an die vier AccessPoints sendet und dessen Position im Empfangsbereich aller vier AccesPoints liegt.To simplify the further description below, instead of three, only a single ClientNode is assumed, which sends PR signals to the four AccessPoints for position determination purposes and whose position lies within the reception range of all four AccesPoints.
Das dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Positionsermittlung zugrunde liegende Messprinzip basiert auf einer sog. Einwege-Laufzeitmessung, bei der die wichtigsten Messgrößen die Signallaufzeiten zwischen dem ClientNode zu den jeweiligen AccessPoints sind. Unter Berücksichtigung der sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitenden elektromagnetischen Wellen kann auf diese Weise die Distanz zwischen einem ClientNode und einem jeweiligen AccessPoint in der nachfolgenden Weise berechnet werden:The measuring principle on which the method according to the invention is based is based on a so-called one-way propagation time measurement, in which the most important measured variables are the signal propagation times between the ClientNode and the respective AccessPoints. Taking into account the electromagnetic waves propagating at the speed of light, the distance between a ClientNode and a respective AccessPoint can be calculated in this way as follows:
= h = cto (1 ) mit= h = ct o (1) with
I0 der Abstand zwischen AccessPoint und ClientNode, c die Lichtgeschwindigkeit und to die Signallaufzeit.I 0 is the distance between AccessPoint and ClientNode, c is the speed of light and to the signal propagation time.
Legt man der Positionsbestimmung lediglich eine einzige derartige Signallaufzeitmessung zwischen dem ClientNode und einem einzigen AccessPoint zugrunde, so befindet sich der aktuelle Aufenthaltsort des ClientNodes auf einer theoretischen Kugeloberfläche um den AccessPoint mit einem Radius, der dem innerhalb der Laufzeit zurückgelegten Strecke des Funksignals entspricht. Somit kann sich der ClientNode grundsätzlich irgendwo auf dieser theoretischen Kugeloberfläche befinden. Mit einer zusätzlichen Messung zu einem zweiten AccessPoint erhält man eine Schnittlinie der beiden Kugeloberflächen. Unter Hinzuziehung einer dritten Messung verbleiben letztlich zwei Schnittpunkte der Kugeloberfläche, auf denen sich der ClientNode befinden kann. Durch den vierten AccessPoints ergibt sich schließlich ein eindeutig ein definierter Schnittpunkt von vier Kugeloberflächen, der sich oberhalb des Raumbodens befindet.If one assumes the determination of position only a single such signal propagation time measurement between the ClientNode and a single AccessPoint, the current location of the ClientNode is on a theoretical spherical surface around the AccessPoint with a radius that corresponds to the distance of the radio signal traveled within the runtime. Thus, the ClientNode can basically be anywhere on this theoretical sphere surface. With an additional measurement to a second AccessPoint one obtains a cut line of the two spherical surfaces. By adding a third measurement, two intersections of the spherical surface remain, on which the ClientNode can be located. By the fourth Finally, AccessPoints results in a clearly defined intersection of four spherical surfaces, which is located above the room floor.
Diese bisher beschriebene Positionsberechnung auf Basis der Einwege- Laufzeitmessung zwischen ClientNode und AccessPoints setzt jedoch voraus, dass die Signallaufzeiten als absolute Signallaufzeiten vorliegen, was beispielsweise mit synchronisierten Systemzeiten des ClientNodes und der AccessPoints möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert jedoch darauf, dass Client Nodes sowie AccessPoints jeweils nicht synchronisierte Systemzeiten aufweisen. Die Zeitmessungen an den einzelnen AccessPoints liefern damit nur Zeiten, die ohne Bezug zueinander stehen.However, this previously described position calculation based on the one-way delay measurement between ClientNode and AccessPoints presupposes that the signal propagation times are present as absolute signal propagation times, which is possible, for example, with synchronized system times of the ClientNode and the AccessPoints. However, the method according to the invention is based on the fact that client nodes and access points each have non-synchronized system times. The time measurements at the individual AccessPoints thus only provide times that are unrelated to each other.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt daher zunächst die Ermittlung eines festen Zeitbezuges der Systemzeiten oder anders ausgedrückt die Ermittlung der relativen Abweichungen der Systemzeiten der vier einzelnen AccessPoints. Das hierfür in vorteilhafter Weise verwendete Verfahren basiert auf einer an sich bekannten Zweiwege-Laufzeitmessung zwischen den einzelnen AccessPoints. Derartige Laufzeitmessungen werden dabei zwischen allen vier AccessPoints durchgeführt.In a first step of the method according to the invention, therefore, the determination of a fixed time reference of the system times or, in other words, the determination of the relative deviations of the system times of the four individual Access Points takes place. The method advantageously used for this purpose is based on a known two-way transit time measurement between the individual access points. Such runtime measurements are carried out between all four access points.
Figur 2 zeigt exemplarisch das grundlegende Zeitablaufdiagramm einer Laufzeitmessung zwischen einem ersten und einem zweiten AccessPoint (AP und AP-M). Vor Beginn der Messungen kann, falls erforderlich, der erste AccessPoint (AP) die Anforderung dieser Zweiwege-Laufzeitmessung mit Aussendung eines RTMS-Kommandos (RunTime Measurement Service) an den zweiten AccessPoint (AP-M) starten (nicht dargestellt). Wird das RTMS Kommando von dem zweiten AccessPoint empfangen, so startet er die Prozedur zur Aufzeichnung von Signalen, d.h. die Datenaufzeichnung, falls sie nicht bereits aktiv ist. Ist die Messprozedur einmal gestartet, kann sie in bestimmten Rhythmen immer wieder durchgeführt werden. Die Durchführung der Messung startet mit der Aussendung des BC-Signals vom ersten AccessPoint (AP), gleichzeitig speichert der erste AccessPoint den Startzeitpunkt tAp.i des gesendeten Spreizbandcodes in seiner Systemzeit ab. Dieses BC-Signal wird grundsätzlich von allen AccessPoints empfangen, in deren Empfangsbereich sich der sendende erste AccessPoint befindet. In Figur 2 ist der Empfang des BC-Signals durch den zweiten AccessPoint (AP-M) zur Zeit tAp-M.m , in der Systemzeit von AP-M dargestellt. Im zweiten AccessPoint werden der relative Startzeitpunkt des Beginns der Signalaufzeichnung, der Zeitpunkt des Eintreffens des Signals vom ersten AccessPoint tAp-M.m und/oder einen Teil des Empfangssignals in der Systemzeit von AP-M gespeichert. Das BC-Signal wird im zweiten AccessPoint für eine Korrelationsmessung benutzt, um den relativen Zeitunterschied beim Eintreffen des BC-Signals zur Zeit tAp-M.m zum internen Prozessor-Oszillator zu messen. Dieser Datensatz oder der daraus resultierende Messwert wird zusammen mit der Identifikation des sendenden ersten AccessPoints in einem internen Pufferspeicher gespeichert. Anschließend sendet der zweite AccessPoint zur Zeit tAp. M.2 im Frequenz- oder Zeitmultiplex-Betrieb ebenfalls ein BC-Signal, das vom ersten AccessPoint zur Zeit tAp.m empfangen wird. Dieses BC-Signal wird im ersten AccessPoint für eine Korrelationsmessung benutzt, um den relativen Zeitunterschied beim Eintreffen dieses BC-Signals zur Zeit tAp-M.m zum internen Prozessor-Oszillator zu messen. Dieser Datensatz oder der daraus resultierende Messwert wird zusammen mit der Identifikation des sendenden zweiten AccessPoints in einem internen Pufferspeicher gespeichert.FIG. 2 shows an example of the basic timing diagram of a transit time measurement between a first and a second access point (AP and AP-M). If necessary, the first AccessPoint (AP) can start the request for this two-way runtime measurement with the transmission of an RTMS command (RunTime Measurement Service) to the second AccessPoint (AP-M) before the start of the measurements (not shown). If the RTMS command is received by the second access point, it starts the procedure for recording signals, ie the data recording, if it is not already active. Once the measuring procedure has started, it can be repeated over and over in certain rhythms. The execution of the measurement starts with the transmission of the BC signal from the first access point (AP), at the same time the first access point stores the start time t A pi of the transmitted spread-band code in its system time. This BC signal is always received by all AccessPoints in whose receiving area the sending first AccessPoint is located. FIG. 2 shows the reception of the BC signal by the second access point (AP-M) at time t A p- M .m in the system time of AP-M. In the second Access Point, the relative start time of the start of the signal recording, the time of arrival of the signal are stored from the first Access Point t A p M .m and / or a part of the reception signal in the system time of AP-M. The BC signal is used in the second access point for a correlation measurement to measure the relative time difference in the arrival of the BC signal at time t A p- M .m to the internal processor oscillator. This data record or the resulting measured value is stored in an internal buffer together with the identification of the sending first AccessPoint. The second access point then sends t A p at time. M. 2 in frequency or time division multiplex mode also a BC signal which is received by the first access point at time t A pm. This BC signal is used in the first access point for a correlation measurement to measure the relative time difference in the arrival of this BC signal at time t A p- M .m to the internal processor oscillator. This data record or the resulting measured value is stored in an internal buffer together with the identification of the sending second access point.
Anschließend wird der im zweiten AccessPoint erzeugte Datensatz an den ersten AccessPoint gesendet. Dabei kann im zweiten AccessPoint noch eine Vorverarbeitung des Datensatzes durchgeführt werden, um die zu übertragende Datenmenge zu reduzieren, bzw. zu komprimieren.Then, the record created in the second AccessPoint is sent to the first AccessPoint. In this case, a preprocessing of the data set can still be carried out in the second access point in order to reduce or to compress the amount of data to be transmitted.
Mit dem Datensatz des zweiten AccessPoints, seinen eigenen Daten, den relativen Startzeitpunkten der Datenaufzeichnungen und den Startzeitpunkten der Anforderung für die Laufzeitmessung, kann der erste AccessPoint die Zweiwege- Signallaufzeit wie im Folgenden beschrieben berechnen. Die Zeitdifferenz für die gesamte Prozedur kann formuliert werden alsWith the second AccessPoint record, its own data, the relative start times of the data records, and the start times of the runtime measurement request, the first AccessPoint can calculate the two-way signal propagation time as described below. The time difference for the entire procedure can be formulated as
'AP m ~ 'AP 1 = 'Θ 1 + ^' AP-M d + 'e 2 > (2)'AP m ~' AP 1 = 'Θ 1 + ^' AP-M d + 'e 2> (2)
mitWith
-AP.1 der Startzeit der Übertragung im AccessPoint,- A P. 1 of the start time of the transmission in the AccessPoint,
.AP.m der Empfangzeit des Signals vom AccessPoint-M beim, AP .m the reception time of the signal from the AccessPoint-M at
AccessPoint, fe.i der Signallaufzeit vom AccessPoint zum AccessPoint-M, fe.2 der Signallaufzeit vom AccessPoint-M zum AccessPointAccessPoint, f e .i of the signal propagation time from the AccessPoint to the AccessPoint-M, f e . 2 The signal propagation time from the AccessPoint-M to the AccessPoint
Die Zeitverzögerung zwischen dem Empfang des Signals und dem Aussenden des Antwort-Funksignals vom zweiten AccessPoint AP-M1 der dadurch in der Logik der Mess-Algorithmik wieder zu einem ersten AccessPoint (AP) wird, istThe time delay between the receipt of the signal and the transmission of the response radio signal from the second access point AP-M 1, which thereby becomes a first access point (AP) in the logic of the measurement algorithm, is
Δ'AP-M d = 'AP-M 2 ~ 'AP-M ΠV W)Δ'AP-Md = 'AP-M 2 ~' AP-M ΠV W)
mitWith
JAP-M.2 der Startzeit der Übertragung im AccessPoint-M und fop-M.m der Empfangszeit des Signals vom AccessPoint beim AccessPoint-M.JAP-M.2 of the start time of the transmission in the AccessPoint-M and fop- M .m of the reception time of the signal from the AccessPoint at the AccessPoint-M.
Bedingt dadurch, dass die Takte für die Zeitmessung in den AccessPoint-M nicht mit den anderen AccessPoints synchronisiert sind, muss mit relativen Zeiten gerechnet werden. Die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Signalaufzeichnung und der Rücksendung istDue to the fact that the clocks for the time measurement in the AccessPoint-M are not synchronized with the other AccessPoints, relative times must be expected. The time difference between the beginning of the signal recording and the return is
Δ'AP-M = 'AP-M 2 ~ 'AP-M 1 (4)Δ'AP-M = 'AP-M 2 ~' AP-M 1 (4)
Die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Signalaufzeichnung und dem Empfang des Signal im AccessPoint istThe time difference between the beginning of the signal recording and the reception of the signal in the AccessPoint is
Δ* AP m = * AP m ~ ' AP 2 w)Δ * AP m = * AP m ~ 'AP 2 w)
Dadurch, dass das beide Signale die selbe Ausbreitungsstrecke durchlaufen müssen, istThe fact that both signals must pass through the same propagation distance, is
'.1 = '.2 - (6) Damit kann die Basisgleichung (2) konvertiert werden in'.1 =' .2 - (6) Thus, the basic equation (2) can be converted into
2K = AtfiP m + ' AP 2 - fAP 1 - At AP-M + Δ'AP-M m (?) 2 K = At fi P m + 'AP 2 - f AP 1 - At AP-M + Δ ' A PM m (?)
Alle diese Variablen können mit dem beschriebenen Algorithmus gemessen werden und korrespondierend zu (1 ) kannAll of these variables can be measured with the described algorithm and can correspond to (1)
<e = O (8)<e = O (8)
gesetzt werden. Daraus ergibt sich, dass die Laufzeitmessung für einen AccessPoint-M wie folgt berechnet werden kann:be set. As a result, the runtime measurement for an AccessPoint-M can be calculated as follows:
O = 2 iAt AP m + ' AP 2 - t AP 1 " Δ'AP-M + Δ'AP-M m ) (9)O = 2 i At AP m + 'AP 2 - t AP 1 ' AP-M + Δ 'AP-M m) (9)
Die Werte von /ΆP.1 I ^AP.2, und A^AP-M können von digitalen Zählern bei den jeweiligen Prozessoren bestimmt werden. Zur Bestimmung von Δ.λp-M.m und ΔfAp.m wird die Korrelationsfunktion benutzt.The values of /ΆP.1 I ^ AP.2, and A ^ AP-M can be determined by digital counters on the respective processors. The correlation function is used to determine Δ.λp-Mm and Δf A pm.
Hieraus lässt sich nun die Abweichung der Systemzeiten zwischen dem ersten AccessPoint (AP) und dem zweiten AccessPoint (AP-M) mitFrom this, the deviation of the system times between the first access point (AP) and the second access point (AP-M) can now be determined
'AP-M sync = 'AP-M 1 ~ * AP 1 (1 0)'AP-M sync = ' AP-M 1 ~ * AP 1 (1 0)
und somit durchand thus through
^AP-M sync = 'AP-M m ~ Δ'AP-M m ~ ' AP 1 \ > * )^ AP-M sync = 'AP-M m ~ Δ ' AP-M m ~ 'AP 1 \> *)
berechnen.to calculate.
Derartige Korrelations- und Laufzeitmessungen zwischen den AccessPoints können auf Basis der drei folgenden Signale durchgeführt werden:Such correlation and runtime measurements between the AccessPoints can be made on the basis of the following three signals:
- BC-Signale mit Datenpaketen- BC signals with data packets
- BC-Signalen ohne Datenpakete - Datenpakete und Acknowledge-Signale, die zur Bestätigung der Korrektheit der Datenübertragung verwendet werden.- BC signals without data packets - Data packets and acknowledge signals used to confirm the correctness of the data transmission.
Werden Datenpakete und Acknowledge-Signale verwendet, können damit zwei Korrelations- und Laufzeitmessungen, eine auf dem Hin- und eine auf dem Rückweg der Datenübertragung, durchgeführt werden. Damit sind alle notwendigen Messdaten zwischen zwei AccessPoints vorhanden, um das dargestellte Berechnungsverfahren durchzuführen.If data packets and acknowledge signals are used, two correlation and delay measurements, one on the outward and one on the return path of the data transmission, can be carried out. This means that all necessary measurement data is available between two AccessPoints in order to carry out the calculation procedure shown.
Mit dem bisher beschriebenen Verfahren wurden die relativen Abweichungen der Systemzeiten der vier an bekannten Orten positionierten AccessPoints bestimmt. Dieser Zeitbezug wird im Folgenden als bekannt und konstant angenommen.With the method described so far, the relative deviations of the system times of the four AccessPoints positioned at known locations were determined. This time reference is assumed to be known and constant in the following.
Im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Einwege- Laufzeitmessungen zwischen ClientNode und den AccessPoints durchgeführt. Hierzu sendet der ClientNode ein PR-Signal aus, welches im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel von vier AccessPoints empfangen wird. In den AccessPoints wird zumindest die jeweilige Empfangszeit des PR-Signals erfasst. Das PR-Signal wird in den vier AccessPoints, analog dem zuvor bei den BC-Signalen beschriebenen Verfahren, zu einer Korrelationsmessung benutzt, um den relativen Zeitunterschied beim Eintreffen des PR-Signals am jeweiligen AccessPoint zum internen AP-Oszillator zu messen. Die daraus resultierenden Datensätze oder Messwerte werden mit der Kennung des sendenden ClientNodes zunächst im internen Pufferspeicher der jeweiligen AccessPoints gespeichert und anschließend an den Control Computer zur weiteren Auswertung weitergeleitet.In the second step of the method according to the invention, one-way runtime measurements are performed between ClientNode and the AccessPoints. For this purpose, the ClientNode sends out a PR signal, which in the exemplary embodiment described here is received by four AccessPoints. At least the respective reception time of the PR signal is detected in the access points. The PR signal is used in the four AccessPoints, analogous to the method previously described for the BC signals, for a correlation measurement to measure the relative time difference in the arrival of the PR signal at the respective AP to the internal AP oscillator. The resulting data records or measured values are first stored with the identifier of the sending ClientNode in the internal buffer memory of the respective AccessPoints and then forwarded to the control computer for further evaluation.
Im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im ControlComputer dieIn the third step of the method according to the invention in ControlComputer the
Ortskoordinaten des ClientNodes auf Basis der bekannten Orte der AccessPoints sowie der erfassten Empfangszeiten für das PR-Signal durch die wenigstens vierLocation coordinates of the client node based on the known locations of the access points and the detected reception times for the PR signal by the at least four
AccessPoints berechnet. Dabei wird der im Folgenden beschriebene Algorithmus angewandt. Der Algorithmus geht von einem beliebig im Raum gewählten Koordinatenursprung aus, von dem sich ein kartesisches Koordinatensystem aufspannt, innerhalb dem folgende Koordinatenpunkte gegeben sind. Es wird angenommen, dass ein AccessPoint durch den Vektor s gemäß Gleichung 2 sowie der ClientNode durch den Vektor e gemäß Gleichung 3 gegeben sind. Ein Abstandsvektor I0 zwischen dem AccessPoint und dem ClientNode lässt sich als Differenz beider Vektoren in folgender Weise gemäß Gleichung (4) berechnen:Calculated access points. The algorithm described below is used. The algorithm starts from a coordinate origin chosen arbitrarily in space, from which a Cartesian coordinate system spans within which the following coordinate points are given. It is assumed that an access point is given by the vector s according to equation 2 as well as the client node by the vector e according to equation 3. A distance vector I 0 between the access point and the client node can be calculated as the difference between the two vectors in the following way according to equation (4):
Aufgrund der im zweiten Verfahrensschritt erzeugten relativen Zeitmessungen muss die Gleichung (1 ) derart erweitert werden, dass nun nicht die absolute Signallaufzeit to, sondern die zu einer Zeitskala relative Zeit tm verwendet wird. Diese Zeitskala kann zunächst virtuell oder beliebig sein, in der technischen Realisierung wird sie jedoch der Zeitskala, also der Taktung des Prozessors, eines aus den vier AccessPoints ausgewählten sog. Master-AccessPoints entsprechen. Die verbleibenden AccessPoints werden im folgenden als Managed-AccessPoints bezeichnet. Die Phase, d.h. der Stand der Zeitskalen in den Managed-AccessPoints und in dem ClientNode kann unterschiedlich sein, die Taktfrequenz hingegen ist bei allen Teilnehmern in der Regel identisch. Dadurch entspricht der Zeitwert, beim Eintreffen des ClientNode-Signals am AccessPoint, einer, abhängig vom Vorzeichen, relativen Zeitsumme oder Zeitdifferenz. Due to the relative time measurements generated in the second method step, the equation (1) must be expanded such that now not the absolute signal delay time to, but the time relative to a time scale t m is used. This time scale may initially be virtual or arbitrary, but in the technical realization it will correspond to the time scale, ie the clocking of the processor, of a so-called master access point selected from the four access points. The remaining AccessPoints are referred to below as Managed AccessPoints. The phase, ie the state of the time scales in the Managed Access Points and in the ClientNode can be different, but the clock frequency is generally the same for all subscribers. As a result, the time value when the ClientNode signal arrives at the AccessPoint corresponds to a relative time sum or time difference, depending on the sign.
mit fm gemessene Differenzzeit, to ideale Einwege-Signallaufzeit, und fcN relative ClientNode-Zeit, d.h. die Abweichung der Zeitskala im ClientNode von der Zeitskala im Master-AccessPoint.with f m measured differential time to ideal one-way signal propagation time, and fc N relative CLIENTNODE time, ie the deviation of the time scale in CLIENTNODE of the time scale in the master access point.
Die Bezugsphase im Master-AccessPoint ändert sich nur durch den minimalen Drift der Prozessor-Oszillatoren. Die Phasen der Managed-AccessPoint-Zeitskalen,The reference phase in the master access point changes only by the minimum drift of the processor oscillators. The phases of Managed AccessPoint time scales,
JAP, relativer Phasenfehler der Managed-AccessPoint-Zeit, d.h. die Abweichung der Zeitskala im Managed-AccessPoint von der Zeitskala im Master-AccessPoint,JAP, relative phase error of managed access point time, i. the time scale difference in the managed access point from the time scale in the master access point,
wird als konstant und bekannt angenommen. Im Betrieb müssen diese Werte in bestimmten Abständen, die im wesentlichen von der Güte der verwendeten Oszillatoren in den AccessPoints abhängen, gemessen und aktualisiert werden.is assumed to be constant and known. In operation, these values must be measured and updated at certain intervals, which depend essentially on the quality of the oscillators used in the AccessPoints.
Damit erweitert sich (15) zuThis widens (15)
'm = 'θ + 'cN + 'AP - (16)'m =' θ + 'cN +' AP - (16)
Die Strecke vom ClientNode zu einem AccessPoint (AP) lässt sich also mit (1) wie folgt berechnen: The distance from the ClientNode to an AccessPoint (AP) can be calculated with (1) as follows:
Mit der Kugelgleichung wird die BeziehungThe ball equation becomes the relationship
(( j )2 + (/*• - yCN)2 + (ZAP " ZCN )2 = C('m " 'CM " Αp) (18) zwischen den relativen Laufzeitmessungen und den Koordinatendifferenzen hergeleitet. Die Gleichung (18) enthält vier Unbekannte, die drei ClientNode- Koordinaten, XCN, /CN, ZCN und tcu, die Abweichung der Zeitskala im ClientNode von der Zeitskala im Master-AccessPoint. Wie bereits erwähnt, wird die Differenz der Zeitskala der Managed-AccessPoints von der Master-Zeitskala ebenfalls mit dem System gemessen, kann aber hier als bekannt und konstant vorausgesetzt werden. Zur Berechnung der vier Unbekannten sind vier Bestimmungsgleichungen notwendig. Dies bedeutet, dass ein (4,4)-Gleichungssystem, mit vier unabhängigen relativen Laufzeitmessungen zu vier unterschiedlichen AccessPoints, notwendig sind:((j) 2 + (/ * • - y CN ) 2 + ( Z AP "Z CN) 2 = C ('m " ' CM " Α p ) (18) derived between the relative transit time measurements and the coordinate differences. Equation (18) contains four unknowns, the three ClientNode coordinates, XCN, / CN, ZCN and tcu, the time scale deviation in the ClientNode from the time scale in the Master AccessPoint. As already mentioned, the difference of the time scale of the managed access points from the master time scale is also measured by the system, but can be assumed to be known and constant here. To calculate the four unknowns, four equations of determination are necessary. This means that a (4,4) equation system, with four independent relative runtime measurements to four different AccessPoints, are necessary:
Vl*AP 1 ~ XCN ) + (./AP 1 ~" /CN ) + (ZAP 1 ~ ZCN ) = C('m 1 ~ 'CN ~ *AP 1 ) 'Vl * AP 1 ~ X CN) + (./AP 1 ~ " / CN) + ( Z AP 1 ~ Z CN) = C ('m 1 ~ ' CN ~ * AP 1) '
Um dieses nichtlineare (4,4)-Gleichungssystem zu lösen und das Lösungs-Tupel zu berechnen, wird in zwei Schritten vorgegangen. Im ersten Schritt wird dieses Gleichungssystem linerarisiert, im zweiten Schritt wird die Lösung mit Hilfe eines Iterationsverfahrens berechnet. Zur Linearisierung kann zum Beispiel die Methode von Newton-Kantorowitsch angewandt werden. Das Gleichungssystem muss hierbei um eine geeignete NäherungslösungTo solve this non-linear (4,4) equation system and calculate the solution tuple, two steps are used. In the first step, this equation system is linearized, in the second step the solution is calculated using an iteration method. For linearization, for example, the method of Newton-Kantorowitsch can be used. The equation system must be a suitable approximation solution
linearisiert werden. Da die Berechnung der ClientNode-Position zweideutig ist, muss für die Näherungslösung der Abstand zum Schnittpunkt der drei Kugeloberflächen, welcher der ClientNode-Position entspricht, kleiner sein, als der Abstand zu dem Zweideutigkeitspunkt. Dies ist notwendig, damit das Verfahren gegen die richtige Lösung konvergiert. In der Praxis sollten deshalb die ClientNodes nur in Bereichen eingeschaltet bzw. initialisiert werden, in denen die von der Geometrie abhängigen Zweideutigkeitspunkte weit auseinander liegen.be linearized. Since the calculation of the ClientNode position is ambiguous, for the approximate solution the distance to the intersection of the three spherical surfaces, which corresponds to the ClientNode position, will be less than the distance to the ambiguity point. This is necessary for the process to converge to the correct solution. In practice, therefore, the client nodes should only be turned on or initialized in areas where the geometry-dependent ambiguity points are far apart.
Für die Näherungslösung (20) werden mit den bekannten AccessPoint-Koordinaten (12) die angenäherten Signallaufzeiten t^] für die vier AccessPoint-Messungen berechnet. Als Näherungslösung für die gemessene Signallaufzeit ergibt sich damitFor the approximate solution (20), the approximate signal propagation times t ^] for the four AccessPoint measurements are calculated with the known AccessPoint coordinates (12). As an approximate solution for the measured signal propagation time arises
cL. =cL. =
FfeJ ist das Fehlerglied und steht für die Differenz zwischen der tatsächlichen und der angenäherten Lösung. Wird das Fehlerglied vernachlässigt, so resultiert für das linearisierte Gleichungssystem in Matrixdarstellung FfeJ is the error term and stands for the difference between the actual and the approximated solution. If the error term is neglected, the result for the linearized equation system is a matrix representation
Diese Gleichung lässt sich mitThis equation can be combined with
und and
zuto
Δl' = A'Δe'; (26)Δl '= A'Δe'; (26)
in der Darstellung verkürzen. Die Komponenten der Matrix A werden als partielle Ableitungen am Linearisierungspunkt berechnet, alsoshorten in the presentation. The components of the matrix A are calculated as partial derivatives at the linearization point, ie
[XAPι XCN) a,i = / = 1...4,; (27)[ X APι X CN) a , i = / = 1 ... 4; (27)
ΦCN) e(0) C J Jel X 'APi *CN) +(yAP, -/CN) + {ZAP, ~ZCH)'ΦCN) e (0) CJ Jel X 'APi * CN) + (y A P, - / CN) + { Z AP, ~ Z CH)'
Um Gleichung (26) nach dem gewünschten Δe' aufzulösen, multipliziert man auf beiden Seiten mit der invertierten Matrix A'"1 To solve equation (26) for the desired Δe ', one multiplies on both sides with the inverted matrix A'"1
Δe' = A'-1 Δl' . (31) Damit kann die Korrektur des Anfangswerts durchgeführt und die verbesserten ClientNode-KoordinatenΔe '= A'- 1 Δl'. (31) This allows the initial value to be corrected and the improved ClientNode coordinates
berechnet werden. An dieser Stelle beginnt der Iterationsprozess, bis die Bedingungbe calculated. At this point, the iteration process begins until the condition
V(XcN -X^)2 +(yCN -/äf + (*» -2ffi)2 +{tCH -Cf < ε . (33)V (XcN -X ^) 2 + (y CN -. / ÄF + (* »-2ffi) 2 + {t CH -Cf <ε (33)
erfüllt wird. Die Fehlerschranke ε wird dabei entsprechend der gewünschten Genauigkeit gewählt. Ist das Abbruchkriterium für die Iteration nicht erfüllt, dann wird mit dem verbesserten Lösungs-Tupel (32) in die Iterationsschleife gesprungen. Dadurch, dass sich die Koordinaten und die Zeitphase verändert haben, muss die Matrix A neu berechnet und invertiert werden. Anschließend sind wiederum Δe' und das verbesserte Lösungs-Tupel zu berechnen.is fulfilled. The error barrier ε is selected according to the desired accuracy. If the abort criterion for the iteration is not met, then the improved solution tuple (32) is used to jump into the iteration loop. Due to the fact that the coordinates and the time phase have changed, the matrix A must be recalculated and inverted. Subsequently, again Δe 'and the improved solution tuple are to be calculated.
Aus Gleichung (32) ist ersichtlich, dass man mit diesem Verfahren nicht nur die Koordinaten des ClientNodes, sondern auch seine relative Zeit, d.h. die Abweichung der Zeitskala im ClientNode von der Zeitskala im AccessPoint, zum Zeitpunkt der Signalaussendung am ClientNode, berechnet hat. Diese Differenzzeit oder Zeitphase kann dazu benutzt werden, um Ereignisse im ClientNode zu synchronisieren. Dabei ist die erreichbare Genauigkeit natürlich sehr stark davon abhängig, wie genau der Zeitpunkt der Signalaussendung am ClientNode bestimmt wurde. Ist das Ziel hingegen, wie im vorliegenden Fall sehr einfache ClientNodes zu realisieren, dann wird der Aussendezeitpunkt nicht gemessen und damit eine erhebliche Reduzierung im Hard- und Softwareaufwand im ClientNode erreicht.From equation (32) it can be seen that with this method not only the coordinates of the client node but also its relative time, i. calculated the deviation of the time scale in the ClientNode from the time scale in the AccessPoint, at the time of the signal transmission on the ClientNode. This difference time or time phase can be used to synchronize events in the ClientNode. Of course, the achievable accuracy depends very much on how exactly the time of the signal transmission was determined on the ClientNode. If, on the other hand, the goal is to realize very simple ClientNodes in the present case, then the time of transmission is not measured and thus a considerable reduction in the hardware and software expenditure in the ClientNode is achieved.
In vorteilhafter Weise überprüft der ControlComputer vor Beginn der Positionsberechnung für einen ClientNode, ob für diesen ClientNode mindestens Messungen zu vier unterschiedlichen AccessPoints für dieselbe Messsequenz vorhanden sind. Falls dies der Fall ist, wird die Konstellation mit der besten Qualität der Messungen und mit der besten geometrischen Verteilung, für die Berechnung der Koordinaten des ClientNodes, entsprechend dem beschriebenen Algorithmus, verwendet. Damit ist es auch möglich, Bereiche, die nicht mit mindestens vier AccessPoints versorgt werden automatisch im ControlComputer zu erkennen.Advantageously, before starting the position calculation for a ClientNode, the ControlComputer checks whether at least for this ClientNode Measurements are available for four different AccessPoints for the same measurement sequence. If so, the constellation with the best quality of the measurements and the best geometric distribution is used to compute the coordinates of the client node according to the described algorithm. It is thus also possible to detect areas that are not supplied with at least four AccessPoints automatically in the ControlComputer.
Darüber hinaus können durch das erfindungsgemäße Verfahren auch Änderungen der räumliche Anordnung von AccessPoints in Bezug auf einen ausgewählten Master- AccessPoint ermittelt werden. Hierfür werden ermittelte Abstände bzw. ermittelte Signallaufzeiten zwischen den einzelnen AccessPoints mit vorbekannten Abständen oder Signallaufzeiten verglichen. Erkannte Abweichungen können eine Systemwarnung oder ein Steuersignal erzeugen.In addition, the method according to the invention can also be used to determine changes in the spatial arrangement of AccessPoints with respect to a selected Master AccessPoint. For this purpose, determined distances or determined signal propagation times between the individual access points are compared with known distances or signal propagation times. Detected deviations can create a system warning or a control signal.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es weiterhin möglich, Bereiche, die nicht im Empfangsbereich von mindestens vier AccessPoints liegen, durch Auswertung der Datensätze der AccessPoints und der bekannten Positionen der AccessPoints zu bestimmen. Dadurch kann die räumliche Konstellation von AccessPoints in einer vorgegebenen Umgebung während des Betriebs getestet und durch das Anbringen von zusätzlichen AccessPoints weiter ausgebaut und optimiert werden. Dies stellt eine wesentliche Erleichterung in der Planung und dem Aufbau eines Positionierungs- und Navigationssystems, im Vergleich zu herkömmlichen Konstellations-Berechnungsmethoden, dar. Das System ist damit in der Lage sich selbst zu konfigurieren und zu optimieren. Im Fehlerfall, d.h. beim Ausfall eines oder mehrer AccessPoint's, wird automatisch die vorhandene Redundanz ausgenutzt und mit einer suboptimalen AccessPoint-Anordnung die Koordinaten der ClientNode's berechnet. Dies kann auch dynamisch geschehen, wenn die Feldstärke von bestimmten AccessPoint durch Störungen abgeschwächt werden, so dass die Genauigkeit der Messung nicht mehr erreicht werden kann.With the method according to the invention, it is furthermore possible to determine areas which are not within the reception range of at least four AccessPoints by evaluating the datasets of the AccessPoints and the known positions of the AccessPoints. This allows the spatial constellation of AccessPoints to be tested in a given environment during operation and further expanded and optimized by adding additional AccessPoints. This represents a significant facilitation in the design and construction of a positioning and navigation system compared to conventional constellation calculation methods. The system is thus able to configure and optimize itself. In case of error, i. If one or more access points fail, the existing redundancy is automatically exploited and the coordinates of the ClientNodes are calculated with a suboptimal AccessPoint arrangement. This can also be done dynamically if the field strength of certain access points is attenuated by interference, so that the accuracy of the measurement can no longer be achieved.
Durch das beschriebene Verfahren zur Positionsbestimmung kann das System auch mit stark vereinfachten ClientNodes realisiert werden. Im einfachsten Fall bestehen die ClientNodes nur aus einer einfachen Sende- und Ansteuerelektronik, die in zeitlichen Abständen immer wieder ein PR-Signal mit der Kennung des ClientNodes sendet.By the described method for determining the position, the system can also be realized with greatly simplified ClientNodes. In the simplest case exist the client nodes only from a simple transmission and control electronics, which repeatedly sends a PR signal with the identifier of the ClientNode at intervals over time.
Mithin lässt sich die Genauigkeit zur Bestimmung der Zeitpunkte, an denen das Signal den Sender verlässt und jeweils beim Empfänger ankommt, mit Hilfe der drei nachstehend genannten Verfahren wesentlich erhöhen:Thus, the accuracy of determining the times at which the signal leaves the transmitter and arrives at the receiver can be substantially increased by the following three methods:
1. Mittelung von berechneten Maximas der Korrelationsfunktionen über mehrere Messdatensätze.1. Averaging of calculated maximas of the correlation functions over several measurement data sets.
2. Erhöhung der Genauigkeit der Berechnung des Maximums der Korrelationskurve durch eine lokale Interpolation des Kurvenverlaufs im Bereich des Maximums. Das Maximum, das in der Regel zwischen zwei Werten der Korrelationskurve liegt, kann dann durch eine geometrische Beziehung aus der lokalen Interpolation berechnet werden.2. Increasing the accuracy of the calculation of the maximum of the correlation curve by a local interpolation of the curve in the area of the maximum. The maximum, which is usually between two values of the correlation curve, can then be calculated by a geometric relationship from the local interpolation.
3. Berechnung des Maximums der Korrelationsfunktion durch eine Interpolations- Berechnung der zwischen zwei, zu den Abtastwerten korrespondierenden Werte der Korrelationsfunktion liegenden zusätzlichen Zwischendatenwerte. Die neu entstehende Korrelationskurve enthält, im Vergleich zur ursprünglichen, wesentlich mehr Datenpunkte. Die Interpolationskurve zwischen den ursprünglichen Stützwerten wird neu abgetastet und mit zusätzlichen Stützwerten aufgefüllt. Über eine zweite Korrelation mit einer entsprechend an die neue Ausgangskorrelationskurve angepassten, neuen Filterfunktion, kann die Auflösung und Genauigkeit der Berechnung des Maximums der Korrelationsfunktion wesentlich erhöht werden.3. Calculation of the maximum of the correlation function by an interpolation calculation of the additional intermediate data values lying between two values of the correlation function corresponding to the sampled values. The newly created correlation curve contains significantly more data points compared to the original one. The interpolation curve between the original support values is resampled and filled with additional support values. By means of a second correlation with a new filter function adapted to the new output correlation curve, the resolution and accuracy of the calculation of the maximum of the correlation function can be substantially increased.
Für eine weitere Verbesserung der Auflösung sowie der Genauigkeit der relativen Laufzeitmessung können die Änderungen der getrennt berechneten Maximalwerte der Korrelationsfunktion im Inphasen- und im Quadraturphasen-Auswertezweig verwendet werden. Hierdurch ist es möglich, die Änderung in der Signalphase, verursacht durch die Oszillatoren und die Abstandsänderungen des Senders und des Empfängers, mit einer sehr hohen Auflösung und Genauigkeit zu messen. Diese Messungen können zusätzlich zur Erhöhung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung verwendet werden.For a further improvement of the resolution and the accuracy of the relative propagation time measurement, the changes of the separately calculated maximum values of the correlation function in the in-phase and in the quadrature-phase evaluation branch can be used. This makes it possible to measure the change in the signal phase caused by the oscillators and the distance changes of the transmitter and the receiver with a very high resolution and accuracy. These Measurements can additionally be used to increase the accuracy and reliability of the position determination.
Auch lässt sich die Zuverlässigkeit der Messdaten trotz sich ändernder Umgebungstemperaturen über einen größeren Temperaturbereich dadurch verbessern, indem in den AccessPoints mehrere Temperatursensoren integriert werden, mit denen die Temperaturen der die Signallaufzeit bestimmenden Bauteile gemessen werden können. Die aktuellen Messdaten können dann mit Hilfe einer vorher ermittelten Kennfeldfunktion zusätzlich temperaturkompensiert werden.In spite of changing ambient temperatures, the reliability of the measurement data can be improved over a larger temperature range by integrating several temperature sensors in the AccessPoints with which the temperatures of the components which determine the signal propagation time can be measured. The current measurement data can then additionally be temperature-compensated with the aid of a previously determined map function.
Neben der Erhöhung der Auflösung und der Genauigkeit der Basismessgrößen, zur Bestimmung der Distanz, d.h. Laufzeiten und Phasen, können, zur Erhöhung der Integrität der Messdaten diese mit der berechneten aktuellen Energie des Empfangssignals, entsprechend dessen Höhe, gewichtet werden.In addition to increasing the resolution and accuracy of the basic measurements, to determine the distance, i. Running times and phases, to increase the integrity of the measured data, these can be weighted with the calculated current energy of the received signal, according to its height.
Bei problematischen Umgebungsbedingungen können zusätzliche Sensoren, wie Radsensoren, Gyrosensoren oder Bakensensoren dazu verwendet werden, um die Integrität der Basismessgrößen zu überprüfen und entsprechend ihres mit Hilfe der zusätzlichen Sensoren ermittelten Zuverlässigkeitsfaktors, gewichtet werden. Dadurch werden eventuelle Fehler in den Basismessgrößen erkannt und es wird eine Verbesserung der statischen Fehlerbandbreite erreicht.In problematic environments, additional sensors, such as wheel sensors, gyro sensors or beacon sensors, can be used to verify the integrity of the basic measurements and weighted according to their reliability factor determined using the additional sensors. As a result, any errors in the basic measured variables are detected and an improvement in the static error bandwidth is achieved.
Um die Integrität der Positionsbestimmung in bereits bekannten Bewegungsräumen der ClientNodes zu erhöhen, können die in einem ersten Schritt berechneten Positionen durch eine drei-dimensionale Kennfeldfunktion korrigiert werden. Systematische Positionsfehler sind in der Kennfeldfunktion abgespeichert und parametrisiert und werden dafür verwendet, die resultierende Positionsgenauigkeit insbesondere bei Anwendungen innerhalb von Gebäuden oder Räumen, d.h. bei so genannten IndoorNav-Systemen, zu erhöhen.In order to increase the integrity of the position determination in already known movement spaces of the client nodes, the positions calculated in a first step can be corrected by a three-dimensional map function. Systematic position errors are stored and parameterized in the map function and are used to determine the resulting positional accuracy, particularly in indoor or outdoor applications, i. in so-called IndoorNav systems, increase.
Grundsätzlich ist es möglich, so auch insbesondere bei dem IndoorNav-System, eine so genannte „virtuelle Systemzeit" aus den Messdaten und den berechneten Gängen aus den in den AccessPoints von Quarzoszillatoren abgeleiteten lokalen Systemzeiten zu berechnen. Die virtuelle Systemzeit wird dabei aus einer gewichteten Mittelung der berechneten Einzelgängen der jeweiligen Quarzoszillatoren gewonnen. Durch dieses Verfahren erhält man eine hochgenaue virtuelle Systemzeit. Damit die Genauigkeit dieser virtuellen Systemzeit auch innerhalb des Systems für Steueraufgaben genutzt werden kann, werden die berechneten einzelnen Abweichungen parametrisiert und wieder an die AccessPoints zurückgegeben. Hiermit ist es möglich, dass die Genauigkeit der berechneten virtuellen Systemzeit, über das Ensemble aller Quarzoszillatoren, an die einzelnen Oszillatoren in den AccessPoints wieder zurückgegeben werden kann. In diesem Zusammenhang kann anstelle von „virtueller Systemzeit" alternativ auch von einer Ensemblezeit gesprochen werden. Mit dem realen Taktsignal des Oszillators und den Korrekturparametern kann die lokale Systemzeit der AccessPoints, mit ihrem Zeitsignal korrigiert und damit für hochgenaue Steueraufgaben, die zum Beispiel von Steuer-Computer initiiert werden, verwendet werden. Kommandos zur Auslösung von bestimmten Aktionen können an die AccessPoints und auch an die ClientNodes vorausschauend mit einer genauen Aktivierungszeit in der virtuellen Systemzeit generiert werden. Diese virtuelle Systemzeit kann dann auf die lokale korrigierte Systemzeit des Hardwaresignals umgerechnet werden, um mit einer zeitlichen Auflösung und Genauigkeit im Subnanosekundebereich Steuersignale auszulösen.In principle, it is possible, in particular with the IndoorNav system, a so-called "virtual system time" from the measured data and the calculated gears from the local system times derived in the AccessPoints of quartz oscillators. The virtual system time is thereby obtained from a weighted averaging of the calculated individual courses of the respective quartz oscillators. This method gives a highly accurate virtual system time. So that the accuracy of this virtual system time can also be used within the system for control tasks, the calculated individual deviations are parameterized and returned to the AccessPoints. This allows the accuracy of the calculated virtual system time, via the ensemble of all quartz oscillators, to be returned to the individual oscillators in the AccessPoints. In this context, an ensemble time can alternatively be used instead of "virtual system time." With the real clock signal of the oscillator and the correction parameters, the local system time of the access points can be corrected with their time signal and thus for highly precise control tasks, for example of control systems. Commands for initiating certain actions can be generated to the AccessPoints as well as to the ClientNodes in advance with a precise activation time in the virtual system time.This virtual system time can then be converted to the local corrected system time of the hardware signal to trigger control signals with a temporal resolution and accuracy in the subnanosecond range.
Durch die Genauigkeit der Basismessgrößen und der virtuellen Systemzeit können die Daten von mehreren AccessPoints zu sogenannten AccessPointClustem zusammengefasst werden. Aus der Differenz der Phasen der Basismessgrößen lässt sich damit die Einfallsrichtung des Empfangssignals berechnen. Diese Einfallsrichtungs-Informationen können wiederum dazu verwendet werden, um Plausibilitätsprüfungen durchzuführen, Fehlmessungen zu erkennen und die Genauigkeit und Integrität des gesamten IndoorNav-Systems zu erhöhen.Due to the accuracy of the basic measurements and the virtual system time, the data from several AccessPoints can be combined into so-called AccessPointClustem. From the difference of the phases of the basic measured variables can thus calculate the direction of arrival of the received signal. This incident direction information, in turn, can be used to perform plausibility checks, detect incorrect measurements, and increase the accuracy and integrity of the entire IndoorNav system.
Ähnlich einem AccessPointCluster ist es auch möglich, durch die Verwendung der Daten von mehreren ClientNodes, ein ClientNodeCluster zu bilden. Hierbei kann aus der Differenz der Phasen der Basismessgrößen, bei bekannten ClientNode- Koordinaten, die Einfallsrichtung der Empfangssignale der AccessPoints berechnet werden. Sind die ClientNode-Koordinaten nur näherungsweise bekannt, so können die Einfallsrichtungs-Informationen dennoch dazu verwendet werden, um Plausibilitätsprüfungen durchzuführen, um damit die Genauigkeit und die Integrität der berechneten Positionen durchzuführen.Similar to an AccessPointCluster, it is also possible to build a ClientNodeCluster by using the data from multiple ClientNodes. This can be off the difference of the phases of the basic measured quantities, with known ClientNode coordinates, the direction of incidence of the received signals of the AccessPoints are calculated. If the ClientNode coordinates are only approximately known, then the infeed direction information can still be used to perform plausibility checks to accomplish the accuracy and integrity of the calculated positions.
Werden die zu einem Cluster gehörenden ClientNodes auf einem Träger mit bekannten relativen Positionen angebracht, so kann aus den relativen Koordinatenunterschieden und den Differenzen in den Phasen der Basismessgrößen die Winkelinformationen der einfallenden Empfangswellen der AccessPoints und damit die räumliche Lage des Trägers des ClientNodeClusters berechnet werden.If the client nodes belonging to a cluster are mounted on a carrier with known relative positions, the angle information of the incident receive waves of the access points and thus the spatial position of the carrier of the client node cluster can be calculated from the relative coordinate differences and the differences in the phases of the basic measurements.
Damit die Elektronik für die Messung der Basismessgrößen möglichst klein und einfach gehalten werden kann, werden nur die für die Berechnung der Basismessgrößen erforderlichen Daten im Empfangssignal erfasst und weiterverarbeitet. Der Datenstrom für die Kommunikation wird in einem zweiten Empfangszweig empfangen und dekodiert. Dadurch, dass dieser zweite Zweig aus hochintegrierten Standardkomponenten für Kommunikationsanwendungen aufgebaut ist, lassen sich die Parameter, die für die Kosten des Gesamtmoduls ausschlaggebend sind, wie physikalische Größe, Stromaufnahme, Standard-Hard- und Softwarekomponenten usw., wesentlich optimieren. Allerdings verlieren die Messdaten in diesem Fall ihre eindeutige Zuordnung zu dem sendenden Originator, d.h. entweder einem jeweiligen ClientNode oder AccessPoint, die nur durch eine Dekodierung des gesamten Kommunikationsdatenstroms wieder hergestellt werden kann. Die Zuordnung der Daten kann im ControlComputer mit Hilfe der folgenden Verfahren und/oder einer Kombination daraus wieder hergestellt werden:So that the electronics for the measurement of the basic measured quantities can be kept as small and simple as possible, only the data required for the calculation of the basic measured quantities are recorded in the received signal and further processed. The data stream for the communication is received and decoded in a second reception branch. By building this second branch from highly integrated standard components for communications applications, the parameters that determine the cost of the overall module, such as physical size, power consumption, standard hardware and software components, etc., can be significantly optimized. However, in this case, the measurement data will lose their unique association with the sending originator, i. either a respective ClientNode or AccessPoint, which can only be restored by decoding the entire communication data stream. The assignment of the data can be restored in the ControlComputer using the following methods and / or a combination thereof:
1. Durch den Vergleich der zufällig variierenden Zeitabstände der Empfangsund Sendeereignisse der Daten aus dem Messdatenzweig mit den Daten aus dem Kommunikationsdatenzweig, kann nach einer eindeutigen Zuordnung gesucht und diese wieder hergestellt werden. 2. Die Berechnung der Kreuzkorrelation der Daten des Kommunikationszweigs mit den Daten des Messdatenzweigs kann ebenfalls dazu verwendet werden, um die eindeutige Zuordnung der Daten wieder hergestellt und damit den Originator der Signale zu bestimmen.1. By comparing the randomly varying time intervals of the reception and transmission events of the data from the measurement data branch with the data from the communication data branch, it is possible to search for an unambiguous association and restore it. 2. The calculation of the cross-correlation of the data of the communication branch with the data of the measurement data branch can also be used to restore the unambiguous assignment of the data and thus to determine the originator of the signals.
3. Zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit der Zuordnung können zusätzliche Merkmale, die in beiden Empfangszweigen vorhanden sind, wie zum Beispiel die Signalstärke, verwendet werden.3. To further increase the reliability of the association, additional features present in both reception branches, such as signal strength, may be used.
Damit die Positionskoordinaten eines ClientNodes berechnet werden können, sind, wie bereist mehrfach ausgeführt, Daten von mehreren verschiedenen AccessPoints notwendig. Die Anzahl der für die Auswertung notwendigen Datensätzen von verschiedenen AccessPoints oder ClientNodes steigt noch zusätzlich, wenn eine AccessPointCluster- oder ClientNodeCluster-Auswertung verwendet werden soll. Bedingt durch unterschiedliche Faktoren, wie zum Beispiel der nicht prioritätsgesteuerte Transfer der Daten von den AccessPoints oder ClientNodes zum ControlComputer, können die Messdaten nicht in der der Messung entsprechenden zeitlichen Reihenfolge bei der Prozessierungs- und Auswerteeinheit ankommen. Aus diesem Grund müssen die für die jeweilige Auswertung notwendigen Messdaten vor der weiteren Prozessierung sortiert und dadurch wieder, entsprechend dem aktuelle Auswertung, in den ursprünglichen zeitlichen Bezug gebracht werden. Dafür werden für jede Sende- und Empfangs-Messelektronik im ControlComputer ringförmige Pufferspeicher verwendet, in denen die Daten, nachdem sie vom Übertragungsnetzwerk empfangen wurden, in dieser Reihenfolge abgespeichert werden.In order for the position coordinates of a ClientNode to be calculated, data from several different AccessPoints are required, as repeatedly executed. The number of data records required for the evaluation of different AccessPoints or ClientNodes increases in addition if an AccessPointCluster or ClientNodeCluster evaluation is to be used. Due to different factors, such as the non-priority-based transfer of data from the AccessPoints or ClientNodes to the ControlComputer, the measurement data can not arrive at the processing and evaluation unit in the time sequence corresponding to the measurement. For this reason, the measurement data necessary for the respective evaluation must be sorted before the further processing and thereby brought back into the original temporal reference, in accordance with the current evaluation. For this purpose, ring-shaped buffer memories are used for each transmit and receive measurement electronics in the ControlComputer, in which the data are stored in this order after being received by the transmission network.
Für jeden ClientNode wird ein zusätzlicher Ringpuffer aufgebaut, in dem die Identifikationen der für die letzte Positionsberechnungen empfangenen AccessPoints mit dem aktuell verwendeten Frequenzband abgespeichert sind. Diese Gruppe von AccessPoints wird auch als so genannte „Relevante Zone" für einen ClientNode bezeichnet. Wird eine Auswertung für einen bestimmten ClientNode gewünscht, so wird ein Auftrag zur Sammlung der dafür notwendigen Daten in den so genannten „NavScheduler" eingetragen. Sobald dieser Auftrag bearbeitet wird, wird der jeweils letzte Datensatz dieses ClientNodes in seinem Ringpuffer für die „Relevante Zone" verwendet. Die Ringpuffer von den verschiedenen, im System befindlichen AccessPoints und ClientNodes werden nun nach den jeweils zeitlich am nächsten liegenden korrespondieren Datensätzen durchsucht. Hierbei können Gütekriterien angewandt werden, wonach das relative Alter der Datensätze, in Bezug zum ClientNode-Datensatz, bewerten wird. Ist einer oder mehrere Datensätze zu alt, dann kann der Auftrag zur Datensammlung mehrere Male wiederholt in den „NavScheduler" eingetragen und/oder deren Aktualisierung gezielt durch Kommandos angestoßen werden. Sind für die „Relevante Zone" des jeweiligen ClientNodes aktuelle und gültige Daten gefunden, so wird aus der Relevanten Zone eine so genannte „Gültige Zone". Dies bedeutet, dass nun die notwendigen Prozessierungsschritte, zur Datenauswertung und letztendlich zur Positions- und/oder Lageberechnung, durchgeführt werden können.For each ClientNode, an additional ring buffer is set up, in which the identifications of the AccessPoints received for the last position calculations are stored with the currently used frequency band. This group of AccessPoints is also called a "Relevant Zone" for a ClientNode. If an evaluation is required for a particular ClientNode, an order to collect the necessary data is entered in the so-called "NavScheduler." As soon as this order is processed, the last record of this ClientNode is saved in its "Relevant Zone" ring buffer. used. The ring buffers of the various AccessPoints and ClientNodes in the system are now searched for the corresponding temporally closest records. Hereby, quality criteria can be applied, according to which the relative age of the data records, with respect to the ClientNode data record, will be evaluated. If one or more data records are too old, then the order for data collection can be repeatedly entered into the "NavScheduler" repeatedly and / or its update can be triggered by commands. This means that the Relevant Zone becomes a "Valid Zone." This means that the necessary processing steps can now be performed for data evaluation and, finally, for position and / or position calculation.
In vielen Anwendungsfällen sind, neben dem Lokalisierungsservice, auch gleichzeitig hohe Datentransferraten zwischen den einzelnen ClientNodes und AccessPoints notwendig. In diesem Fall werden dedizierte AccessPoints nur zur Nutzdatenkommunikation verwendet. Alle AccessPoint, die zur Ortung eingesetzt werden, arbeiten mindestens in einer „ServiceArea" im selben Frequenzband. Das aktuelle Frequenzband kann durch den ControlComputer, innerhalb der verfügbaren Frequenzbänder, geändert werden.In many applications, in addition to the localization service, high data transfer rates between the individual ClientNodes and AccessPoints are necessary at the same time. In this case, dedicated AccessPoints are used only for payload data communication. All access points that are used for localization work on at least one "ServiceArea" in the same frequency band The current frequency band can be changed by the ControlComputer, within the available frequency bands.
Zur Steuerung der Umschaltung der Frequenzbänder werden Kommandos verwendet, die als Zeitangabe für die nächste Umschaltung des Frequenzbands an alle AccessPoints die virtuelle Systemzeit verwenden. Diese virtuelle Systemzeit wird dann für jeden AccessPoint auf die lokale Systemzeit umgerechnet. Das Muster für die Wechsel der Frequenzbänder kann dabei derart gewählt werden, dass eine, entsprechend der Anzahl der ClientNodes und der notwendigen Positionsupdaterate, optimierte zeitliche Belegung der Frequenzbänder resultiert. Damit neu hinzukommende ClientNodes sicher erkannt werden können, senden die für Kommunikationsaufgaben dedizierten AccessPoints beim Einbuchungsvorgang der ClientNodes eine Meldung an den ControlComputer, der ein Ringpufferspeicher für die Relevante Zone des neuen ClientNodes anlegt. Dadurch ist der NavScheduler in der Lage, gezielt den neu hinzukommenden ClientNode mit entsprechenden Steuer- und Datensignalen anzusprechen.To control the switching of the frequency bands, commands are used which use the virtual system time as the time for the next switching of the frequency band to all AccessPoints. This virtual system time is then converted to the local system time for each AccessPoint. The pattern for the change of the frequency bands can be selected such that an optimized temporal assignment of the frequency bands results, corresponding to the number of client nodes and the necessary position update rate. In order to be able to reliably detect newly added ClientNodes, the AccessPoints dedicated for communication tasks send a message to the ControlComputer during the log-on process of the ClientNodes, which creates a ring buffer for the Relevant Zone of the new ClientNode. As a result, the NavScheduler is able to specifically address the newly added ClientNode with corresponding control and data signals.
Werden verschiedene Frequenzbänder aktuell nur von ClientNodes mit wenig oder überhaupt keinem Datenverkehr benutzt, dann kann das relative Alter der Daten der Gültigen Zone groß werden und damit die mit den Daten erzielbare Positionsgenauigkeit deutlich degradieren. In diesem Fall wird direkt nach dem Frequenzbandwechsel, mit entsprechenden Kommandos und Signalen, die Aufzeichnung von Messdaten für die einzelnen ClientNodes angestoßen. Durch dieses Verfahren und das lastabhängige Muster für den Wechsel der Frequenzbänder wird sichergestellt, dass alle vorhandenen und neu hinzukommenden ClientNodes für den Lokalisierungsservice berücksichtigt werden.If different frequency bands are currently only used by client nodes with little or no data traffic, then the relative age of the data of the valid zone can become large and thus significantly degrade the positional accuracy that can be achieved with the data. In this case, immediately after the frequency band change, with appropriate commands and signals, the recording of measurement data for the individual ClientNodes is initiated. This procedure and the load-dependent pattern for changing the frequency bands ensure that all existing and newly added client nodes are taken into account for the localization service.
Dieses Verfahren hat außerdem den Vorteil, dass das IndoorNav-System an eine bestehende Kommunikations-Infrastruktur angedockt werden kann, ohne Standard- WLAN-ClientNodes ändern zu müssen oder deren Kommunikationsfunktion wesentlich zu stören oder deren Funktion zu beeinflussen. This method also has the advantage that the IndoorNav system can be docked to an existing communication infrastructure without having to change standard WLAN client nodes or significantly disrupting their communication function or affecting their function.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Positionsbestimmung innerhalb und außerhalb von Gebäuden, mit wenigstens vier an bekannten Orten positionierten Sende-/ Empfangsstationen, so genannten AccessPoints (AP), wenigstens einer mobilen Sendeeinheit, so genannter ClientNode (CN), die mittels drahtloser Kommunikationstechnik, insbesondere mittels Funksignale, miteinander kommunizieren, und mit wenigstens einer Recheneinheit, ein so genannter ControlComputer, die über eine Netzwerkstruktur mit den AccessPoints verbunden ist, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:1. A method for determining position inside and outside of buildings, with at least four positioned at known locations transmitting / receiving stations, so-called AccessPoints (AP), at least one mobile transmitting unit, called ClientNode (CN), by means of wireless communication technology, in particular by means of radio signals , communicate with each other, and with at least one arithmetic unit, a so-called control computer, which is connected via a network structure with the access points, wherein the following method steps are carried out:
- Herstellen eines festen Zeitbezuges zwischen individuellen nicht zeitsynchronen Systemzeiten der jeweiligen AccessPoints,- establishing a fixed time reference between individual non-time-synchronous system times of the respective access points,
- Aussenden eines PR-Signals (Probe Request - Signal) durch den ClientNode,Sending a PR signal (Probe Request signal) through the ClientNode,
- Empfangen des PR-Signals durch die AccessPoints und Erfassen der jeweiligen Empfangszeit des PR-Signals in der Systemzeit des jeweiligen AccessPoints,Receiving the PR signal by the access points and detecting the respective reception time of the PR signal in the system time of the respective access point,
- Berechnen von Ortskoordinaten des ClientNodes auf Basis der bekannten Orte der AccessPoints sowie der erfassten Empfangszeiten für das PR-Signal durch die wenigstens vier AccessPoints unter Berücksichtigung der festen Zeitbezüge zwischen den individuellen Systemzeiten der jeweiligen AccesPoints.Calculating location coordinates of the client node on the basis of the known locations of the access points and the recorded reception times for the PR signal by the at least four access points, taking into account the fixed time references between the individual system times of the respective access points.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des festen Zeitbezuges zwischen den Systemzeiten der mindestens vier AccessPoints auf der Grundlage folgender Verfahrensschritte erfolgt:2. The method according to claim 1, characterized in that the establishment of the fixed time reference between the system times of the at least four access points takes place on the basis of the following method steps:
- Aussenden eines BC-Signals (Broadcast-Beacon-Signal) von einem ersten AccessPoint, zeitgleiches Auslösen einer Zeitmessung und Abspeichern des Aussendezeitpunktes beim ersten AccessPoint in der Systemzeit des ersten AccessPoints,- Broadcasting a BC signal (broadcast beacon signal) from a first access point, simultaneously triggering a time measurement and storing the Transmission time at the first access point in the system time of the first access point,
- Empfangen des BC-Signals durch wenigstens einen zweiten AccessPoint, zeitgleiches Auslösen einer Zeitmessung in der Systemzeit des zweiten AccessPoints und Abspeichern des Empfangszeitpunktes im zweiten AccessPoint,Receiving the BC signal by at least one second access point, simultaneously triggering a time measurement in the system time of the second access point and storing the reception time in the second access point,
- Aussenden eines Antwort-Signals sowie von Daten von dem zweiten AccessPoint, wobei die Daten den Empfangszeitpunkt des BC-Signals und den Aussendezeitpunkt des Antwort-Signals jeweils in der Systemzeit des zweiten AccessPoints umfassen,Sending a response signal as well as data from the second access point, the data comprising the time of reception of the BC signal and the time of transmission of the response signal in each case in the system time of the second access point,
- Empfangen des Antwort-Signals durch den ersten AccessPoint und Abspeichern des Empfangszeitpunktes in der Systemzeit des ersten AccessPoints sowie der übertragenen Daten,Receiving the response signal by the first access point and storing the reception time in the system time of the first access point and the transmitted data,
- Ermitteln der relativen Abweichung der Systemzeiten von erstem und zweiten AccessPoint auf der Grundlage der bekannten Orte von erstem und zweiten AccessPoint, des Aussendezeitpunktes des BC-Signals vom ersten AccessPoint und des Empfangszeitpunktes des vom zweiten AccessPoint stammenden Antwort-Signals im ersten AccessPoint, jeweils in der Systemzeit des ersten AccessPoints, sowie des Empfangszeitpunktes des BC-Signals und des Aussendezeitpunktes des Antwort-Signals vom zweiten AccessPoints, jeweils in der Systemzeit des zweiten AccessPoints.Determining the relative deviation of the system times of the first and second access points on the basis of the known locations of the first and second access points, the transmission time of the BC signal from the first access point and the reception time of the response signal originating from the second access point in the first access point, respectively the system time of the first access point, as well as the time of reception of the BC signal and the time of transmission of the response signal from the second access point, in each case in the system time of the second access point.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenden und Empfangen von Signalen der AccessPoints und/oder dem mindestens einen ClientNode unter Verwendung des Netzwerkstandards IEEE 802.11 oder des Übertragungsprotokolls CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) oder eines mit einem Pseudo-Zufallssignal spreizbandmodulierten Signals durchgeführt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission and reception of signals of the AccessPoints and / or the at least one ClientNode using the network standard IEEE 802.11 or the transmission protocol CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) or a spread signal modulated with a pseudo-random signal is performed.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ClientNode neben der Sendeeinheit eine Empfangseinheit aufweist, mit der wenigstens Signale zur Synchronisation des verwendeten Übertragungsprotokolls empfangen werden.4. The method according to claim 3, characterized in that the ClientNode in addition to the transmitting unit has a receiving unit, are received with the at least signals for synchronization of the transmission protocol used.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch der PR-Signale, BC-Signale und der Antwortsignale im Zeitmultiplex- oder Frequenzmultiplex-Betrieb oder in einer Kombination beider Betriebsarten erfolgt.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the exchange of the PR signals, BC signals and the response signals in the time division multiplex or frequency division multiplex operation or in a combination of both modes.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder AccessPoint eine eindeutige Kennung besitzt und diese beim Aussenden von BC-Signalen und/oder Antwort-Signalen übertragen wird.6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that each access point has a unique identifier and this is transmitted when transmitting BC signals and / or response signals.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder ClientNode eine eindeutige Kennung besitzt und diese beim Aussenden von PR-Signalen übertragen wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that each ClientNode has a unique identifier and this is transmitted when sending PR signals.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Signale von ClientNode und AccessPoints neben der Kennung weitere Daten enthalten.8. The method according to any one of claims 6 to 7, characterized in that the respective signals of ClientNode and AccessPoints contain next to the identifier further data.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Absenden eines BC-Signals oder eines Antwort-Signals von einem AccessPoint, ein Triggersignal (RTMS-Komando = Runtime Measurement Service) ausgesandt wird, durch dessen Empfang in den weiteren AccessPoints eine Datenaufzeichnung aktiviert wird.9. The method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that temporally before the sending of a BC signal or a response signal from an access point, a trigger signal (RTMS command = Runtime Measurement Service) is sent, by receiving it in the other AccessPoints a data recording is activated.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Absenden eines PR-Signals vom ClientNode ein Triggersignal (RTMS-Komando = Runtime Measurement Service) ausgesandt wird, durch dessen Empfang in jedem der AccessPoints eine Datenaufzeichnung aktiviert wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that prior to sending a PR signal from the ClientNode a trigger signal (RTMS command = Runtime Measurement Service) which, when received, activates data recording in each of the AccessPoints.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Empfangen und/oder Senden eines Signals durch einen AccessPoint wenigstens ein Teil des Signals, mit dem Signal übertragene Daten, und/oder weitere für den Sende- und Empfangsvorgang charakteristische Daten im AccessPoint abgespeichert und/oder an andere AccessPoints und/oder an den ControlComputer weitergeleitet werden.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that when receiving and / or transmitting a signal through an access point at least part of the signal, with the signal transmitted data, and / or further characteristic for the transmission and reception data stored in the AccessPoint and / or forwarded to other AccessPoints and / or to the ControlComputer.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Antwort-Signal eines AccessPoints wenigstens Informationen über den Startzeitpunkt der Datenaufzeichnung im jeweiligen AccessPoint sowie den Absendezeitpunkt des Antwort-Signals enthält.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the response signal of an AccessPoint contains at least information about the start time of the data recording in the respective access point and the sending time of the response signal.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass von einem AccessPoint zeitlich nach Absenden des Antwort-Signals eine Dateneinheit ausgesendet wird, in der wenigstens Informationen über den Startzeitpunkt der Datenaufzeichnung im jeweiligen AccessPoint, den Absendezeitpunkt des Antwort-Signals und wenigstens ein Teil der im AccessPoint gespeicherten Daten enthalten sind.13. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that a data unit is sent by an access point in time after sending the response signal, in the at least information about the start time of the data recording in the respective access point, the sending time of the response signal and at least part of the data stored in the AccessPoint is included.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwort-Signal die Raumkoordinaten des bekannten Ortes des jeweiligen AccessPoints enthält.14. The method according to any one of claims 6 to 13, characterized in that the response signal contains the spatial coordinates of the known location of the respective access point.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Signale komprimiert werden bevor das jeweilige Signal abgesendet wird. 15. The method according to any one of claims 8 to 14, characterized in that the data of the signals are compressed before the respective signal is sent.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der ControlComputer über eine drahtlose oder drahtgebundene Ethernet-Netzwerkstruktur mit den AccessPoints verbunden ist.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the control computer is connected via a wireless or wired Ethernet network structure with the access points.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der von den AccessPoints gewonnenen und an den ControlComputer weitergeleiteten Daten die Position des wenigstens einen ClientNodes berechnet wird.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that based on the data obtained from the Access Points and forwarded to the ControlComputer data, the position of the at least one ClientNodes is calculated.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der ControlComputer am Ort eines AccessPoints vorgesehen wird.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the control computer is provided at the location of an access point.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der relativen Abweichung der Systemzeiten zwischen erstem und zweiten AccessPoint unter Verwendung folgender Beziehungen erfolgt:19. The method according to any one of claims 2 to 19, characterized in that the determination of the relative deviation of the system times between the first and second access points using the following relationships:
'AP-M.sync ~ ^AP-M.m ^ AP-M .m ^APA mit '■ AP M.sync ~ ^ AP Mm ^ AP-M ^ .m APA
1 AP-M.Sync Abweichung der Systemzeiten des ersten AccessPoints AP.1 und des zweiten AccessPoints AP-M l AP-M.m Empfangszeit des Signals vom ersten AccessPoint beim zweiten 1 AP - M.Sync Deviation of the system times of the first access point AP.1 and of the second access point AP-M l AP - Mm Receive time of the signal from the first access point at the second
AccessPoint, tΛPΛ Startzeit der Übertragung im ersten AccessPoint undAccessPoint, t ΛPΛ Start time of the transmission in the first AccessPoint and
^1 AP-M. m Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Signalaufzeichnung und der Rücksendung des Antwort-Signals im zweiten AccessPoint^ 1 AP - M. m Time difference between the beginning of the signal recording and the return of the response signal in the second access point
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen der Position e des ClientNodes unter20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that calculating the position e of the client node under
Verwendung folgender Beziehungen durchgeführt wird: τI(XAP l - χCNY + (yAP 1 - yCNf + (ZAP 1 - 2CN J = C (' m 1 ~ 1CN " ^ 1 } ~ *CN ~ tAP i h Λl(XAP 4 ~ XCN )2 + (yAP 4 - yCN f + (ZAP * ~ ZCN Y = C ('« 4 " *CN " ^JUsing the following relationships: τ I ( X AP 1 - χ C N Y + (y AP 1 - y CN f + ( Z AP 1 - 2 CN J = C ('m 1 ~ 1 CN " ^ 1} ~ * CN ~ t AP ih Λl ( X AP 4 ~ X CN) 2 + (y A P 4 - y CN f + ( Z AP * ~ Z CN Y = C ('"4 " * CN " ^ J
mitWith
s. Raumkoordinaten eines AccessPointss. Spatial coordinates of an AccessPoint
e Raumkoordinaten des ClientNodes e Space coordinates of the client node
am AccessPoint i gemessene Differenzzeitdifference time measured on the AccessPoint i
4CAf Abweichung der Zeitskala des ClientNodes zur 4 CAf Deviation of the time scale of the ClientNode to
Systemzeitsystem time
' AP i Abweichung der Zeitskala des i-ten AccessPoints zur Systemzeit'AP i Deviation of the time scale of the ith access point at system time
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren, gemäß einem der Ansprüche 1 bis21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the method according to one of claims 1 to
20, zeitlich wiederkehrend durchgeführt wird.20, is carried out in a timely manner.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass aus den AccessPoints ein Master AccessPoint mit bekannter Position ausgewählt wird, und dass eine zeitlich wiederkehrende Überprüfung von Ortsveränderungen der weiteren AccessPoints in Bezug auf den Master AccessPoint auf der Grundlage folgenden Verfahrens erfolgt:22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that from the access points, a master access point is selected with a known position, and that a time-recurring review of changes in location of the other access points with respect to the master access point based on the following procedure :
Aussenden eines BC-Signals vom Master AccessPoint und zeitgleichesSend a BC signal from the Master AccessPoint and the same time
Auslösen einer Zeitmessung im Master AccessPoint, Empfangen des BC-Signals durch einen weiteren AccessPoint APj und damit zeitgleiches Auslösen einer Zeitmessung im AccessPoint APj,Triggering a time measurement in the Master AccessPoint, Receiving the BC signal by a further access point APj and thus simultaneously triggering a time measurement in the access point APj,
Aussenden eines Antwort-Signals (SAP.I) von dem AccessPoint APi undSending a response signal (SAP.I) from the access point APi and
Empfangen des jeweiligen Antwort-Signals (SAp.i) durch den MasterReceiving the respective response signal (S A pi) by the master
AccessPoint,Access Point
Ermitteln der Laufzeiten des BC-Signals zwischen dem Master AccessPoint und dem AccessPoint APi und/oder der Laufzeit des Antwort-Signals SAP.I zwischen dem AccessPoint APj und dem Master AccessPoint und Vergleichen mit entsprechenden vorbekannten Laufzeiten, und/oderDetermining the propagation times of the BC signal between the master access point and the access point APi and / or the running time of the response signal SAP.I between the access point APj and the master access point and comparing with corresponding known transit times, and / or
Ermitteln des Abstandes (DMAP-API) zwischen Master AccessPoint und demDetermine the distance (DMAP API) between Master AccessPoint and the
AccessPoints APj und Vergleichen mit einem entsprechend vorbekanntenAccessPoints APj and compare with a corresponding prior art
Abstand.Distance.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung zwischen einer vorbekannten Laufzeit oder einem vorbekannten Abstand zur ermittelten Laufzeit oder zum ermittelten Abstand gespeichert wird und/oder eine Systemwarnung und/oder ein Steuersignal erzeugt.23. The method according to claim 22, characterized in that a deviation between a known duration or a known distance to the determined running time or the determined distance is stored and / or generates a system warning and / or a control signal.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aussenden eines PR-Signals, eine Anzahl n von AccessPoints ermittelt wird, die das PR-Signal empfangen haben.24. The method according to any one of claims 1 to 23, characterized in that after transmission of a PR signal, a number n of access points is determined, which have received the PR signal.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall 1 <n < 4, die Position für den entsprechenden ClientNode näherungsweise durch einen Vergleich, der sich aus den an den n AccessPoints gewonnen Daten ergebenden möglichen Positionen des ClientNodes mit der letzten eindeutig bekannten Position des ClientNodes, bestimmt wird.25. The method according to claim 24, characterized in that for the case 1 <n <4, the position for the corresponding ClientNode approximately by a comparison, resulting from the data obtained at the n AccessPoints possible positions of the ClientNodes with the last unique known position of the ClientNode.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: Ermitteln eines Ortes eines ClientNodes, von dem ein von dem ClientNode abgesandtes PR-Signal von n AccessPoints mit n < 4 empfangen wird, Ermitteln einer räumlichen Anordnung von AccessPoints, bei der ein von dem ClientNode am ermittelten Ort abgesandtes PR-Signal von n >4 AccessPoints empfangen wird.26. The method according to any one of claims 24 to 25, characterized in that the following method steps are carried out: Determining a location of a ClientNode from which a PR signal sent by the ClientNode of n AccessPoints with n <4 is received, determining a spatial arrangement of AccessPoints at which a PR signal of n> 4 sent by the ClientNode at the determined location AccessPoints is received.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung mehrerer ClientNodes wenigstens eine Untergruppe von ClientNodes, ein so genanntes ClientNodeCluster, gebildet wird, dass Phasendifferenzen zwischen am Ort der ClientNodes empfangenen Empfangssignalen berechnet werden, die von einem Signal herrühren, das von wenigstens einem AccessPoint abgesendet worden ist, und dass auf Basis der Phasendifferenzen die Einfallsrichtung der Empfangssignale ermittelt wird, die für eine weitere Plausibiltätsüberprüfung dient.27. The method according to any one of claims 1 to 26, characterized in that when using a plurality of ClientNodes at least a subset of ClientNodes, a so-called ClientNodeCluster is formed, that phase differences between received at the location of the ClientNodes received signals are derived from a signal , which has been sent by at least one access point, and that on the basis of the phase differences, the direction of arrival of the received signals is determined, which is used for another Plausibiltätsüberprüfung.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zu einem ClientNodeCluster zugehörigen ClientNodes auf einem zusammenhängenden Träger montiert sind. The method of claim 27, characterized in that the client nodes associated with a client node cluster are mounted on a contiguous carrier.
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