EP3394629A1

EP3394629A1 - Sendeanordnung zum erzeugen eines für eine lokalisierung geeigneten signalmusters und empfangsanordnung zum durchführen einer lokalisierung

Info

Publication number: EP3394629A1
Application number: EP16815861.6A
Authority: EP
Inventors: Sven Hafenecker; Niels HADASCHIK; Marc Faßbinder
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-10-31
Also published as: DE102015122420A1; WO2017108947A1; US20190004138A1; US11016164B2

Abstract

Eine Sendeanordnung (100) zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters umfasst eine erste Antenne (102) du zumindest eine von der ersten Antenne räumlich beabstandete zweite Antenne (104). Eine Sendevorrichtung (106) der Sendeanordnung (100) ist ausgebildet, eine bekannte Signalform zu erzeugen und die bekannte Signalform mittels eines Sendesignals über die erste und die zweite Antenne (104) zu senden.

Description

Sendeanordnung zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters und Empfangsanordnung zum Durchführen einer Lokalisierung

Technisches Gebiet

Ausfuhrungsbeispiele befassen sich mit einer Sendeanordnung zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung eines Objekts geeigneten Signalmusters und mit einer Empfangsanordnung zum Durchführen der Lokalisierung, basierend auf einem beobachteten Signalmuster.

Hintergrund

Anwendungen, in denen eine Lokalisierung oder Ortung eines Gegenstandes erwünscht ist, sind vielfältig. Zum Beispiel soll häufig eine Funkortung von Flurförderzeugen oder ande- ren Fahrzeugen im Logistik- oder Produktionsumfeld in- oder außerhalb einer Lagerhalle mit möglichst geringer Anzahl an installierten Funk-Infrastrukturknoten durchgeführt werden. Dabei ist beispielsweise eine absolute Position des Fahrzeugs in der Halle (d.h. im lokalen Koordinatensystem) zu bestimmen oder auch die Position anderer Objekte, wie zum Beispiel Lagergut oder Waren. Andere Objekte können in einigen Anwendungen auch mit- tels relativer Verortung zum Fahrzeug absolut positioniert werden. Wegen der Dimension einer positionierten Euro-Palette mit 60 cm Breite wird häufig eine Verortung mit einer Genauigkeit von 30 cm angestrebt. Eine halbe Palettenbreite ermöglicht eine eindeutige Zuordnung einer Palette zu dem lokalisierten Fahrzeug bzw. eine Identifikation der direkt georteten Palette.

Derzeitig verwendete Verfahren der Lokalisierung beruhen zum einen auf optischen Messungen und zum anderen auf der Auswertung von schnurlos übertragenen Signalen unterschiedlicher Signalcharakteristik. Während optische Systeme vor allem unter Verschmutzung und geringen Öffnungswinkeln leiden, bzw. dem zusätzlichen mechanischen Auf- wand, um die Optiken mechanisch verstellen zu können, erreichen die derzeit erhältlichen Funksysteme trotz teilweise massivem Einsatz von Infrastruktur nicht die erforderliche Genauigkeit der Lokalisierung. Dies gilt umso mehr, insoweit eine Lokalisierung innerhalb von Gebäuden gewünscht ist, was zu starker mehr Wege-Ausbreitung von Funksignalen führt. Sofern drahtlose Signale verwendet werden, die Lokalisierung oder Ortung also auf Funkor- tung basiert, sollte zusätzlich die Zahl der Infrastrukturknoten gering sein, um den Installationsaufwand zu begrenzen, die Funkkanalauslastung gering und den Preis der verteilten Infrastruktur vertretbar zu halten. Es besteht mithin der Bedarf, ein System zum Lokalisieren von Gegenständen bereitzustellen, welches bei vertretbarer Infrastruktur eine ausreichende Lokalisierungsgenauigkeit ermöglicht.

Zusammenfassung

Ausführungsbeispiele ermöglichen dies mittels einer Sendeanordnung zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters, die zumindest eine erste Antenne und eine von der ersten Antenne räumlich beanstandete zweite Antenne umfasst. Eine Sendevorrichtung ist ausgebildet, eine bekannte Signalform zu erzeugen und die bekannte Signalform mittels eines Sendesignals über die erste und die zweite Antenne zu senden.

Die Sendeanordnung erzeugt damit ein Signalmuster in dem Raum oder Volumen, in dem die Lokalisierung stattfinden soll. Dieses Signalmuster ändert sich abhängig vom Ort, an dem das Signalmuster beobachtet wird, was wiederum zur Lokalisierung verwendet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel einer Empfangsanordnung zum Durchführen einer Lokalisierung, die auf dem beobachteten Signalmuster basiert, umfasst eine Empfangsantennenanordnung zum Empfangen eines von der ersten Antenne gesendeten Sendesignals und eines von der zweiten Antenne gesendeten Sendesignals. Die Empfangsanordnung umfasst ferner eine Signalanalyseeinrichtung, die ausgebildet ist, eine bekannte Signalform jeweils in dem von der ersten oder zweiten Antenne empfangenen Sendesignal zu identifizieren und einen Zeitunterschied zwischen der identifizierten Signalform in dem von der ersten Antenne und dem von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal zu bestimmen. Basierend auf dem Zeit- unterschied und einer Information über die Position der ersten und der zweiten Antenne, kann eine Lokalisierungseinrichtung eine Information über eine Position der Empfangsantennenanordnung bestimmen und somit auch über die Position eines Objekts, an dem die Empfangsantennenanordnung befestigt ist. Ein Zeitunterschied zwischen dem von der ersten und der zweiten Antenne empfangenen bekannten Signalform in den empfangenen Sendesignalen hängt sowohl von der a priori bekannten relativen Orientierung zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne ab, als auch von der Position der Empfangsantennenanordnung bezüglich der ersten Antenne und der zweiten Antenne der Sendeanordnung. Die Kenntnis der relativen Position der beiden Antennen und des Zeitunterschieds, in dem die bekannte Signalform in dem von der ersten und der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal gefunden wurde, erlaubt also, die Position der Empfangsantennenanordnung zu bestimmen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist eine Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne und über die zweite Antenne größer als eine Schwingungsdauer des Sendesignals mittels dessen die bekannte Signalform gesendet wird. Dies kann es ermöglichen, die Robustheit des Verfahrens, beispielsweise im Fall von starker Mehrwegeausbreitung zu erhöhen.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist eine Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne und über die zweite Antenne größer als 25 % des Inversen einer Bandbreite des Sendesignals. Dies kann beispielsweise die Robustheit des Verfahrens erhöhen. Die Genauigkeit, mit der die bekannte Signalform in dem von der ers- ten oder zweiten Antenne empfangenen Sendesignal identifiziert werden kann, wird auch bei massivem Mehrwegeempfang, der zu einer zeitlichen Überlagerung der bekannten Signalformen am Ort der Empfangsanordnung führen kann, bei hinreichend großem zeitlichen Abstand wenig beeinträchtigt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen variiert die Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne und dem Senden der bekannten Signalform über die zweite Antenne zeitlich, d.h., eine erste Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne und die zweite Antenne für ein erstmaliges Senden kann sich von einer zweiten Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Sig- nalform über die erste Antenne und über die zweite Antenne bei einem darauffolgenden Senden unterscheiden. Eine solche zeitliche Variation kann ferner dazu genutzt werden, die Robustheit des Verfahrens zu erhöhen oder die Ortungsgenauigkeit zu verbessern. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Sendeanordnung ausgebildet, ein Trägersignal mit der bekannten Signalform zu modulieren, um das Sendesignal zu erhalten. Dies kann die Kosten für die Sende- und Empfangsinfrastruktur reduzieren, da auf bereits etablierte Systeme zurückgegriffen werden kann, die ein Basisbandsignal auf einen Träger modulieren. Darüber hinaus kann es dadurch ermöglicht werden, die Bandbreite der bekannten Signalform, also die Geschwindigkeit, mit der sich die bekannte Signalform ändert, unabhängig vom Trägersignal auf die Gegebenheiten der Installation anzupassen, ohne eine grundsätzliche Neuauslegung der für die Infrastruktur verwendeten Hardware vorzunehmen.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Empfangsanordnung ist die Lokalisierungseinrichtung ferner ausgebildet, um basierend auf einer relativen Phase zwischen einem von der ersten Antenne gesendeten Trägersignal und einem von der zweiten Antenne gesendeten Trägersignal eine Information über eine relative Orientierung der Empfangsantennenanordnung bezüglich der ersten Antenne und der zweiten Antenne zu bestimmen. Zu diesem Zweck umfassen einige Auslandsbeispiele von Empfangsanordnungen eine Gruppenantenne zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Antenne gesendeten Sendesignale.

Figurenkurzbeschreibung

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Sendeanordnung;

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sendevorrichtung, die in einer Sendeanordnung verwendet werden kann.

Figur 3 zeigt schematisch ein Beispiel für eine mittels eines Trägersignals gesendete Signalform;

Figur 4 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Empfangsanordnung;

Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine Signalanalyseeinrichtung, die in einer Emp- fangsanordnung gemäß Figur 4 verwendet werden kann; Figur 6 zeigt ein Beispiel für eine Gruppenantenne;

Figur 7 zeigt ein Beispiel für eine Anwendung einer Sendeanordnung und einer Emp- fangsanordnung zur Ortung von Flurförderfahrzeugen;

Figur 8 zeigt ein Beispiel für eine direkte Lokalisierung eines Objektes;

Figur 9 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Erzeugen ei- nes für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters; und

Figur 10 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Durchführen einer Lokalisierung, basierend auf einem beobachteten Signalmuster. Beschreibung

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regi- onen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Kom- ponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.

Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hier- in ausfuhrlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausfuhrungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausfüh- rungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.

Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element„verbunden" oder„verkoppelt" bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als„direkt verbunden" oder„direkt verkoppelt" mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B.,„zwischen" gegenüber„direkt dazwischen",„angren- zend" gegenüber„direkt angrenzend" usw.).

Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen„ einer,"„ eine",„eines " und„der, die, das" auch die Plural- formen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B.„beinhaltet",„beinhaltend", aufweist" und/oder „aufweisend", wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.

Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z.B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, solange dies hierin nicht ausdrücklich anders definiert ist. Figur 1 zeigt schematisch eine Sendeanordnung 100 zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters. Diese umfasst eine erste Antenne 102 und eine zweite An- tenne 104 sowie eine Sendevorrichtung 106. Die Sendevorrichtung 106 ist ausgebildet, eine bekannte Signalform zu erzeugen und die bekannte Signalform mittels eines Sendesignals über die erste Antenne 102 und die zweite Antenne 104 zu senden.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist eine Zeitdifferenz dT zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne 102 und über die zweite Antenne 104 größer als eine Schwingungsdauer des Sendesignals.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ergibt sich die Zeitdifferenz allein aus der Länge der Zuleitungskabel, die zwischen der Sendevorrichtung 106 und der ersten Antenne 102 bzw. der zweiten Antenne 104 verwendet werden. Insofern, wie in Figur 1 angedeutet, die bekannte Signalform auf ein Trägersignal einer höheren Frequenz aufmoduliert wird, um das Sendesignal zu erhalten, ist gemäß einigen Ausgangsbeispielen die Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne und die zweite Antenne größer als 25 % des Inversen der Bandbreite des Sendesignals. D.h., der zeitliche Abstand zwi- sehen den bekannten Signalformen ist größer als 25% die Zeit, die einer Schwingungsperiode des die Modulation eines Trägersignals bewirkenden Signals entspricht. Dies kann es ermöglichen, trotz des Auftretens von Mehrwegeausbreitungen die mittels der ersten Antenne und der zweiten Antenne gesendeten bekannten Signalformen eindeutig zu identifizieren, wenn deren zeitlicher Abstand beispielsweise groß genug ist, um eine Verwechslung mit einem reflektierten Signal zu vermeiden. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann der zeitliche Abstand zwischen den bekannten Signalformen auch größer sein, beispielsweise größer als 30 %, 50 % 80 % oder 100 % des Inversen der Bandbreite des Sendesignals.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst eine Sendeanordnung 106, wie in Figur 2 dargestellt, einen Sender 108 zum Erzeugen des Sendesignals und eine Verzögerungseinrichtung 110, die ausgebildet ist, dass von dem Sender 108 erzeugte Sendesignal um eine Verzögerungszeit dT zu verzögern. Gemäß einigen Ausgangsbeispielen kann die Verzögerung mittels Kabeln geeigneter Länge erzeugt werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Verzögerungseinrichtung 110 alternativ oder ergänzend analoge oder digitale Verzögerungsleitungen umfassen. Gemäß einigen weiteren Ausführungsbeispielen, ist die Verzögerungseinrichtung 110 ausgebildet, die Verzögerungszeit zusätzlich zeitlich zu variieren. D.h., der zeitliche Abstand, in dem die bekannte Signalform über die erst Antenne 102 und über die zweite Antenne 104 gesendet wird, kann zwischen aufeinanderfolgenden Sendezyklen zeitlich variieren. Dies prägt dem Signalmuster eine weitere Musterkomponente auf, die die Robustheit und die Ortungsgenauigkeit erhöhen kann.

Figur 3 zeigt exemplarisch, wie gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ein Trägersignal 310 mit einer bekannten Signalform 320 moduliert werden kann, um das Sendesignal zu erhalten. Dabei kann das Trägersignal sowohl amplitudenmoduliert oder pha- senmoduliert werden bzw. es kann sowohl eine Phasen- als auch eine Amplitudenmodulation des Trägersignals 310 vorgenommen werden. Durch die Modulation des Trägersignals 310 ergibt sich als bekannte Signalform 320 die Einhüllende für das Trägersignal 310, wobei die Einhüllende 320 der zu identifizieren bekannten Signalform entspricht. Die Schwingungsdauer des Sendesignals ist gegeben durch die Frequenz des Trägersignals 310 wobei die Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne und die zweite Antenne durch eine Zeitdifferenz zwischen dem erstmaligen Empfangen und dem darauffolgenden Empfangen eines Signalzugs mit derselben Einhüllenden 320 gegeben ist. Die Zeitdifferenzen dT zwischen den bekannten Signalformen sind deutlich größer als die Schwingungsperioden des Trägersignals und in der Dimension einer Schwingungsperiode 330 der Einhüllenden 320. Für die Modulation eines Trägersignals können bereits existierende Systeme verwendet werden, um Ausführungsbeispiele von Sendeanordnungen bereit zu stellen, beispielsweise Sender, die kompatibel zu einem der Standards des 3rd Generation Partnership Project (3GPP), z.B. Global System for Mobile Communications (GSM), En- hanced Data rates for GSM Evolution (EDGE), GSM EDGE Radio Access Network (GE- RAN), High Speed Packet Access (HSPA), Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) oder Evolved UTRAN (E-UTRAN), Long Term Evolution (LTE) oder LTE- Advanced (LTE-A). Verwendet werden können auch Sender eines Schnurlosen Kommuni- kationssystems gemäß einem anderen Standard, z. B. Worldwide Interoperability for Microwave Access (WIMAX) IEEE 802.16 oder Wireless Local Area Network (WLAN) IEEE 802.11, allgemeiner gesprochen eines jeden Systems, dass auf Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA), Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), Code Division Multiple Access (CDMA), etc. basiert. Bei der Verwendung solcher Systeme können die Modulation und die Signalform in weiten Grenzen variiert werden, um eine vorteilhafte Konfiguration zu implementieren. Beispielsweise kann eine bekannte Signalform auf einfache Art und Weise dadurch erzeugt werden, dass eine bekannte Folge von In- Phase (I) und Quadrature (Q) Werten im Basisband defi- niert wird, die die bekannte Signalform bestimmen. Auch kann die Modulationsgeschwindigkeit, also Bandbreite des Sendesignals bei diesen Systemen oft variiert werden. Dies ist insoweit wichtig, da die Schwingungsperiode 330 der Einhüllenden 320 des modulierten Signals zumindest die Größenordnung der Genauigkeit der Lokalisierung bestimmt. Aus jedem empfangenen Sendesignal einer Antenne lässt sich aus dem Zeitpunkt des Empfangs der bekannten Signalform ein Abstand zwischen Sendeantenne und Empfangsantenne schätzen. Eine Schwingungsperiode 330 (T) entspricht dabei aufgrund der endlichen Lichtgeschwindigkeit c einem räumlichen Ausdehnung von x= T*c = c/f. Diese sollte in der Größenordnung der erforderlichen Lokalisierungsgenauigkeit liegen. Durch Vervielfachung der Bandbreiten der Sendesignale, die von vielen der oben genannten Systeme per se unterstützt wird, kann auf einfache und kostengünstige Weise ein Anpassung des Systems an die konkreten Anforderungen vorgenommen werden. Dabei kann die erzielbare Ortsauflösung in weiten Grenzen angepasst werden, etwa um bei geringeren Anforderungen den Funkkanal zu entlasten oder für hohe Ortsauflösung die Bandbreite des Signals zu erhöhen.

Wenngleich aus Gründen der Einfachheit in den vorhergehenden Figuren lediglich Konfigu- rationen mit 2 Antennen gezeigt sind, können weitere Ausführungsbeispiele eine größere Anzahl von Antennen verwenden, die in bekannter räumlicher Anordnung zueinander angeordnet sind, beispielsweis 3, 4 oder 5 Antennen.

Zusammengefasst sendet ein Ausführungsbeispiel einer Sendeanordnung (nachfolgend sy- nonym auch als Infrastruktur- Sender oder -Sende-Empfänger bezeichnet) einen (möglichst breitbandiges) Signalrahmen mit bekannter Signalmodulation aus. Beispiele hierfür sind vorstellbar sind Pseudozufallsfolgen z.B. Hadamard, M-, oder Gold-Sequenzen, die die bekannte Signalform definieren, wobei die Ausführungsbeispiele nicht auf die genannten Beispiele limitiert. Die modulierten Signale können ergänzend mit einem Filter Puls geformt werden. Denkbar ist aber auch eine Realisierung anhand von bekannten OFDM-Symbolen, die wiederum bekannte Signalform definieren. Die bekannte Signalform kann aber auch durch die Präambel (bzw. eine Midambel oder eine Postambel) eines Signals definiert werden, die sonst in einem bereits existierenden Telekommunikationssystem zur Signaldetekti- on und Kanalschätzung verwendet wird und nun zusätzlich zur Lokalisierung verwendet werden kann

Diese Sequenzen werden vom Sender bzw. Sendeempfänger in regelmäßigen Abständen ausgesendet oder beispielsweise beim Sendeempfänger ausgelöst von einem empfangenen Signal in das Funkband gemischt und verstärkt auf einen Signalsplitter gegeben. Dort werden die Signale wiederrum über Kabel definierter Länge und Signallaufzeit auf die Sendeantennen gegeben. Der Abstand zwischen diesen regelmäßigen Sendesignalen muss jedoch nicht immer gleich sein und könnte sich adaptiv erhöhen für eine hohe Lokalisierungsrate oder erniedrigen für eine sinnvolle Verteilung der Kanalkapazität.

Die Sendeantennen sind in einem speziell geformten, dem Empfänger bekannten räumlichen Muster verteilt. Dabei sind flächige Verteilungen möglich, z.B. angebracht an einer Wand, aber auch dreidimensionale Verteilungen können vorteilhaft sein, weil sie eine weitere Rauminformation beinhalten. Ein Beispiel für eine dreidimensionale Verteilung ist die In- stallation von vier Antennen in einer Ecke: eine direkt in der Ecke und drei in jeweils definiertem Abstand von der Ecke auf jeweils einer Kante. Anders als beispielsweise bei einem Strahlformer (Beamformer) geht bei den Ausführungsbeispielen bewusst eine zeitliche Komponente mit ein. In einer Variante wird eine künstlich eingefügte Verzögerung vor einige der passiven Sendestränge eingebracht. Dies kann beispielsweise geschehen durch

Kabelverlängerungen,

eine analoge Delay Line (integrierte Verzögerungsleitung) oder

eine digitale Delay Line mit Abtastung und Digital- Analog- Wandlung der Hoch- frequenzsignale.

Eine zusätzliche Verzögerung kann auch eine bessere Trennung von Signalen ermöglichen, beispielsweise wenn die künstliche Verzögerung (bzw. die Differenzen aller künstlichen Verzögerungen) die Größenordnung des Reziprokwertes der Signalbandbreite 1/B erreicht bzw. größer wird als diese. Die Verzögerung kann durch direkte Beschränkung auf das Sendemuster der bekannten Signalform bzw. das zu erwartende Empfangsmuster problemlos eliminiert bzw. berücksichtigt werden. Bei einer Bandbreite von 1 MHz entspräche dies einem Laufzeitunterschied von 1 = 300 m (Freiraumstrecke) = 200 m (Kabelstrecke) mit entsprechender Dämpfung. Dies Kabelstrecken für Verzögerungen reduzieren sich jedoch stark, wenn zu höheren Bandbreiten übergegangen wird, z.B.

- 20 MHz ; T = 50 ns = 10 m (Kabelstrecke) bzw.

- 50 MHz; T = 20 ns = 4 m (Kabelstrecke) und

- 80 MHz; T = 12.5 ns = 2.5 m (Kabelstrecke).

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird eine initiale Kalibrierung, also eine Messung der unterschiedlichen Laufzeiten, durchgeführt. Diese können auch relativ einfach aus den Dimensionen der Verzögerungsleitung bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden auch die Sendeträgerphasendifferenzen gemessen, die sich unter Umständen bereits durch Kabelbiegungen verändern können und eine Kenntnis der Phasenverhältnisse eine verbesserte Mustererkennung ermöglicht.

Bei Implementierung mit Kabelverlängerung können Leistungsverluste durch einen aktiven Leistungsverstärker ausgeglichen werden, durch Dämpfungsglieder an den anderen Anten- nen oder einfach durch Berücksichtigung der zusätzlichen Dämpfung in der Musterberechnung.

Durch Einfügen von Schaltern oder schaltbaren Phasenschiebern/Zeitkonstanten an den einzelnen Sendeantennen, kann das räumliche Muster geändert werden. Sodass sich mehrere räumliche Muster mit einem Aufbau ergeben. Mithilfe von verschiedenen Schaltmustern und damit unterschiedlicher räumlicher Muster werden zum Beispiel bei einer Position mittels Mittelung über unterschiedliche Raummuster die Schätzergebnisse verbessert.

Figur 4 zeigt schematisch eine Empfangsanordnung 400 zum Durchführen einer Lokalisie- rung, basierend auf einem beobachteten Signalmuster. Die Empfangsanordnung 400 umfasst eine Empfangsantennenanordnung 401 zum Empfangen eines von einer ersten Antenne gesendeten Sendesignals 402 und eines von einer zweiten Antenne gesendeten Sendesignals 404. Die Empfangsantennenanordnung 404 ist in Figur 4 lediglich schematisch dargestellt. Diese kann aus einer Antenne oder aus mehreren Antennen bestehen, wobei die Antennen- anzahl beliebig groß gewählt werden kann. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird auch eine Gruppenantenne verwendet, die phasenkohärent zueinander betriebene Einzelantennen umfasst, sodass mittels der Gruppenantenne, wie später noch erläutert werden wird, zusätzlich auch eine Richtungsschätzung der Einfahrtsrichtung der empfangenen Signale vorgenommen werden kann. Die Empfangsanordnung 400 umfasst ferner eine Signalanalyseeinrichtung 410. Die Signalanalyseeinrichtung 410 identifiziert die bekannte Signalform jeweils in dem von der ersten Antenne empfangenen Sendesignal 402 und dem von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal 404 und bestimmt einen Zeitunterschied 412 (dT) zwischen der identifizierten Signalform in dem von der ersten Antenne und dem von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal. Eine Lokalisierungseinrichtung 420 ist ausgebildet, um unter Verwendung einer Information über eine Position der ersten und der zweiten Antenne und des Zeitunterschieds 412 (dT) eine Information über eine Position der Empfangsantennenanordnung 401 zu bestimmen. Zu diesem Zweck kann die Empfangsanordnung optional einen Speicher 422 aufweisen, in dem die Information über die Position der ersten der zweiten Antenne gespeichert ist.

Die Information über die Position kann in jedweder Art und Weise gespeichert werden. Beispielsweise können, im für die betreffende Anwendung spezifizierten Koordinatensystem, die absoluten Koordinaten der Antennen angegeben sein. Alternativ dazu kann auch eine Relativposition zwischen der ersten der zweiten Antenne als Information über die Position der ersten der zweiten Antenne gespeichert sein, was eine Lokalisierung relativ zu den Antennen der Antennenanordnung ermöglicht. Selbstverständlich können auch Informationen über mehrere Antennen eines Sendesystems gespeichert sein, um eine Lokalisierung in zwei Dimensionen oder in drei Dimensionen zu ermöglichen, sowie um eine Lokalisierungs- genauigkeit zu erhöhen, sofern mehrere Antennen zum Senden der bekannten Signalform benutzt werden.

Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine Signalanalyseeinrichtung 401, die verwendet werden kann, wenn die bekannte Signalform durch Modulation eines Signalträgers bzw. einer Trä- gerfrequenz übermittelt wird.

In diesem Fall weist die Signalanalyseeinrichtung 401 einen Demodulator 430 auf, der ausgebildet ist, dass von der ersten Antenne empfangenen Sendesignal 402 und das von der zweiten Antenne empfangene Sendesignal 404 mit einem Trägersignal (LO) zu Demodulie- ren, um ein erstes Basisbandsignal 432 und um ein zweites Basisbandsignal 434 zu erhalten. Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Signalanalyseeinrichtung 401 wird die bekannte Signalform anschließend in den Basisbandsignalen 432 und 434 bestimmt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen weist eine Empfangsanordnung ferner für jede An- tenne einen separaten, mit diesem mit dieser gekoppelten Empfänger auf, der mit den übrigen Empfängern der Empfangsanordnung synchron betrieben werden kann. D.h., einige Ausführungsbeispiele weisen ferner einen mit der ersten Empfangsantenne 403 gekoppelten ersten Empfänger und mindestens eine mit der zweiten Empfangsantenne 405 gekoppelten zweiten Empfänger auf, der mit dem ersten Empfänger synchronisiert ist. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Lokalisierungseinrichtung 401 ferner ausgebildet, um basierend auf einer relativen Phase zwischen dem mittels der ersten Antenne gesendeten Trägersignals und dem mittels der zweiten Antenne gesendeten Trägersignals eine Information über eine relative Orientierung der Empfangsantennenanordnung bezüglich der ersten Antenne und der zweiten Antenne zu bestimmen. Um dies zu ermöglichen, weisen einige Aus- führungsbeispiele beispielsweise eine Gruppenantenne auf, deren Funktionsweise in Figur 6 prinzipiell dargestellt ist. Mittels der einzelnen synchron betriebenen Antennenelemente 602a bis 602e werden jeweils die von den Antennen gesendeten Signale empfangen. Basierend auf einer relativen Phasenlage der mittels den einzelnen Antennen empfangenen Trägersignale kann, wie weiter unten ausgeführt, die Richtung, aus der das Signal bezüglich der Gruppenantenne empfangen wird, geschätzt werden.

Mittels dieser zusätzlichen optionalen Richtungsschätzung können einige Ausführungsbeispiele der Lokalisierungseinrichtung die Lokalisierungsgenauigkeit erhöhen, indem die Information über die Position der Empfangsantennenanordnung und die Information über die relative Orientierung zwischen der Empfangsantennenanordnung und der ersten Antennen der zweiten Antenne kombiniert wird, um sowohl eine Schätzung der Position als auch der Orientierung der Empfangsantennenanordnung vorzunehmen.

Eine Gruppenantenne (eine Antenne aus diversen phasenkohärent zu betreibenden Anten- nenelementen in fest definierten relativen Positionen) kann z.B. auf dem Flurförderzeug (Gabelstapler) angebracht sein oder an dessen Vorder- oder Hinterseite, sofern das Flurförderfahrzeug lokalisiert werden soll. Gruppenantennen können in unterschiedlichen Konfigurationen verwendet werden. Mögliche Entwürfe für die Gruppenantenne sind beispielsweise: eine lineare Gruppenantenne aus mehr als drei Elementen, eine 2D-Gruppenantenne mit Antennen auf einer Ebene,

Antennen in einer Ebene senkrecht zur Hauptmessrichtung (Antenne sieht z.B. nach vorne),

- Antennen in einer Ebene Parallel zur Hauptmessrichtung (Antenne sieht rund herum),

eine 3D-Anordnung der Antennenelemente.

Zusätzlich können ergänzend unterschiedliche Polarisationen berücksichtigt werden. Im Folgenden wird eine lineare Antenne gemäß dem in Figur 6 gezeigten Beispiel besprochen, für die sich bereits ein 2D-Schätzproblem ergibt, nämlich die Schätzung von Verzögerung und Winkel. Bei einer zweidimensionalen Gruppenantenne ergäbe sich bereits eine dreidimensionale Parameteroptimierung d.h. über Laufzeit und Azimut- und Elevationsan- teil des Einfallswinkels.

Die empfangenen Sendesignale können von einem Mehrkanalempfänger mit phasenkohä- renten Kanälen für jedes Antennenelement 602a; 602e der Gruppenantenne in das digitale Basisband gebracht und dort verarbeitet werden. Alternativ kann auch mit sequentiellem Empfang an mindestens 2 kohärenten Empfangskanälen gearbeitet werden. Hierbei ergibt sich das vollständige Empfangsmuster aller Antennen, durch Kombination der Muster von Einzelmustern jeweils immer zwei Antennen. Die unterschiedlichen Antennen werden mittels Schaltmatrizen an das Empfangssystem gekoppelt. Anschließend wird nacheinander jedes Antennenpaar auf die Empfangskanäle geschal- tet. Nachdem alle Paare einmal aufgezeichnet wurden ergibt sich eine vollständige Kanalmatrix über alle Antennen durch Kombination der einzelnen Empfangsdaten.

Wie bereits erwähnt erfolgt die Lokalisierung durch die Detektion eines räumlichen Signalmusters, gegebenenfalls unter zusätzlicher Berücksichtigung einer bekannten zeitlichen Va- riation des räumlichen Signalmusters. Dazu erfolgt eine direkte räumliche und ggf. zeitliche Beobachtung des Musters, wobei räumlich bedeutet, dass Laufzeiten (und damit Distanzen) von Signalen und optional Einfallswinkel ausgewertet werden. Falls mit zusätzlichen variablen Signalverzögerungen an der Antenne gearbeitet wird, kommt noch eine zusätzlich zeitliche Komponente hinzu. Bei relativen Lokalisierungen kann räumlich bedeuten, dass Laufzeitdifferenzen bzw. Distanzdifferenzen betrachtet werden. Bei den Ausführungsbeispielen sehen Reflektionen des durch die bekannten Signalformen am Ort einer Empfangsanordnung erzeugten Signalmusters wesentlich anders aus bzw. ergeben eine andere Musterausrichtung, sodass eine Mehrwegeausbreitung erkannt werden kann und eine dadurch verursachte fehlerhafte Lokalisierung vermieden wird.

Die Empfangsphase Φ ergibt sich aus den einzelnen Antennenabständen für angenommene vier Sendeantennen für eine einzelne Position einer der m Empfangsantennen am Ort ^xm > ^zm > ^z ₇rfdie Kanal- bzw. Empfangsphasen:

Φ^Τ = - Κ^χ% - 4^XY + (y - νϊΎ + (4? - 4^XY + ΦΙ^Χ + Φί^αύβ1

ω i

Φ%2 = - Κ^χ% - ^ΧΥ + (y - yf )² + (4? - 4^XY + ΦΙ^Χ + Φ ^αύβ1

ω

<fö = - - ^ΧΥ + (y - yf )² + (4? - ^ζψ + ψ? + <^^abel

ω i

Φ%4 = - Κ^χ% - 4^ΧΥ + (y - νΙΎ + (4? - ^ζ?)²]2 + ΦΙ^* + φ^¹

Zur Lokalisierung werden für die Phasen der empfangenen bekannten Signalform diejenigen Koordinaten x™ , z™, z^ bestimmt, die das obige Gleichungssystem lösen. Dabei können beliebige Optimierungsverfahren verwendet werden. φ^^α1}ε1 bei gleicher Kabellänge als 0 angesetzt werden. Bei einer breitbandigen Übertragung wäre bei einigen Ausführungsbeispielen diese Phase nicht allein auf die Trägerfrequenz zu beziehen, sondern der gesamte Frequenzbereich ist zu berücksichtigen. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Teilfrequenzen, die ggf. durch FFT aus dem empfangenen Signal erzeugt werden, ergibt sich an jedem Ort im Raum ein ggf. auch mehrdeutiges Phasenmuster. Die Einbringung einer empfangenden Gruppenantenne bringt mit der Ausrichtung bzw. der relativen Orientierung von Sendeantennen und Empfangsantennenanordnung einen zusätzlichen Freiheitsgrad mit ein, deshalb können Ausführungsbeispiele optional auch die Ausrichtung bei der Lokalisierung berücksichtigen. Die Bestimmung der Ausrichtung kann durch Gyroskop- und Kompass-Informationen präzisiert oder ergänzt werden und ggf. über die Funkmessdaten der bekannten Signalmuster präzisiert werden.

Alternativ oder ergänzend kann auch eine Betrachtung im Zeitbereich durchgeführt werden. Diese kann ggf. für eine Initialisierung bzw. ein Einschränken des Suchbereichs der Verzögerung T_mn für die n-te Sendeantenne und die m-te Empfangsantenne genutzt werden, um das Zeitfenster, in dem versucht wird, die bekannte Signalform im empfangenen Sendesignal zu identifizieren, einzugrenzen, da gilt: r ¹ m^rxn (t) = + ^~ τ ^lmn le^c1'*¹¹ + ^~ w ^v mn -

Dies kann die erforderliche Rechenleistung verringern.

Eine spezielle Implementierung der Lokalisierung einer Empfangsanordnung am Ort x wird in den folgenden Absätzen dargestellt. Dabei wird die Betrachtung ausgehend von dem komplexen Basisbandsignal y(t) vorgenommen, das nach dem Demodulieren mittels eines Trägersignals und, erforderlichenfalls, dem Anwenden eines Pulsformfüters, in der Empfangsanordnung vorliegt und Anteile von jeder Sendeantenne umfasst.

Eine von L Antennen mit individueller Verzögerung (τ_ι + T_{cable l}) gesendete Signalform s(t) wird kann bei Anwesenheit von weißen Rauschen w(t) empfängerseitig als Signalmuster y(t) wie folgt beschreiben werden:

y(t) = h{t) * s(t) + w(t) = - T_t - x_cable ) * s(t) + w(t).

Zum Identifizieren der gesendeten Signalform im empfangenen Signalmuster y(t) zu identifizieren, wird dieses mit der gesendeten Signalform s(t) korreliert, was einer Faltung mit der gespiegelten, komplex konjugierten Signalform s*(-t) entspricht, wie sie in (Sequenz-) Optimalfiltern (eng. sequence matched filter) erfolgt. Nach dem Optimalfilter erhält man folglich folgendes Signal y t, 7^) :

y(t, 7Ί) = s' CTi - t) * h t) * s(t) + s' CTi - t) * w(t)

= (s^* (-t) * S t - 7Ί)) * h t * s(t) + w(t)

= h(t - T₁) * (s^* (-t * s(t ) + w(t

= h(t - T₁) * r_ss(t + w(t .

Durch den zeitlichen Verlauf des Signals y(t, T^) wird die bekannte Signalform s(t) jeweils in dem von der ersten Antenne und der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal in dem empfangenen Signalmuster identifiziert, beispielsweise durch ein lokales Maximum in

Abhängig vom Ort x der Empfangsanordnung variiert der zeitliche Verlauf des Signals y(t, Γ]_), was man auch als Kanalmuster des Ausbreitungskanals h(t, x) zwischen der Sendeanordnung und der tatsächlichen Position der Empfangsanordnung bezeichnen kann. Dieses wird für verschiedene angenommen Orte x mit dem Signal y(t, 7^) korreliert, wobei bevorzugt ein zeitlicher Bereich betrachtet wird, der durch die Zeitpunkte des Identifizierens der bekannten Signalform in dem von der ersten Antenne und dem von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal gegeben ist (insbesondere beide Zeitpunkte einschließt und folglich länger ist, als der Zeitunterschied zwischen der identifizierten Signalform in dem von der ersten Antenne und dem von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal):

= Ä^* (-t, x) * h t - 7Ί) * r_ss(t) + Ä^* (t, x) * w(t)

= r_hh (- 1, 7Ί) * r_ss (t) + w (t, x) .

Als Position der Empfangsantennenanordnung x wird diejenige Position x bestimmt, für die die Funktion y(t, T_lt x) maximal wird:x = arg max (t, Γ_1; χ).

X

Durch das Korrelieren der Signale wird bei der Positionsbestimmung neben dem Zeitunterschied auch ein Phasenunterschied zwischen der identifizierten Signalform in dem von der ersten Antenne und dem von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal vollständig berücksichtigt. Selbiges gilt für den Amplitudenunterschied, der ebenfalls Niederschlag in h(t, x) findet.

Zur Einschränkung des Suchraums kann bei einigen Ausführungsbeispielen der Suchraum für die möglichen Positionen x basierend auf einem auf beliebige Art gewonnenen a-priori- Wissen oder Seiteninformationen eingegrenzt werden.

Methoden der Positionserkennung bzw. der Identifikation der bekannten Signalform können beliebig sein und beispielsweise eine Maximierung einer Signalmetrik vornehmen, wie MUSIC (Schmidt, R.O, "Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation," IEEE Trans. Antennas Propagation, Vol. AP-34 (March 1986), pp.276-280.), JADE-MUSIC, ML, oder ähnlich wie klassische Beamformer oder Methoden gemäß ESPRIT (Roy, Richard, and Thomas Kailath. "ESPRIT-estimation of signal parameters via rotational invar- iance techniques." Acoustics, Speech and Signal Processing, IEEE Transactions on 37.7 (1989): 984-995) oder SI-JADE funktionieren (van der Veen, A-J., Michaela C. Vanderveen, and A. Paulraj. "SI-JADE: an algorithm for joint angle and delay estimation using shift-invariance properties." Signal Processing Advances in Wireless Communications, First IEEE Signal Processing Workshop on. IEEE, 1997). Sofern bei der Optimierung zusätzlich die Orientierung herangezogen wird, ist für eine Lokalisierung im zweidimensio- nalen Raum (in einer Ebene) eine Optimierung im dreidimensionalen Raum der Parameter (x^rx, y^rx, Θ^ΓΧ) durchzuführen. Diese wird vier-dimensional (x^rx , y^rx , z^rx , 6^rx) im dreidimensionalen Raum oder sogar fünfdimensional (x^rx , y^rx , z^rx , Q^rx'^azim _> @rx,eiev^ _{wenn eme} zweidimensionale Konstellation der empfangenden Gruppenantenne zur Messung von Azimut und Elevation vorgesehen ist. Die Optimierung einer Kostenfunktion kann teilweise sukzessive und iterativ erfolgen. Die Ausrichtung der messenden Gruppenantenne bzw. der Empfangsantennenanordnung bezüglich einer Sendeantenne kann geht im elektromagnetischen Fernfeld näherungsweise (für einen Punktstrahler) über einen räumlichen Versatz gegenüber dem Phasenzentrum der Gruppenantenne in die Signalphase der Einhüllenden und des Trägersignals mit ein. Die folgende Betrachtung für eine einzelne Sendeantenne TX nimmt dabei mehrheitlich Bezug auf die Phasendifferenzen. Es ergeben sich die in Fig. 6 skizzierten Winkelbeziehungen wie folgt:

Die Ausrichtung des Lotes der Gruppenantenne, in welcher der Sender aus Sicht des Emp- fängers liegt, ergibt sich im gewählten Koordinatensystem aus Q^TX~RX = atan _{TX RX}J- Damit gilt für die relative Ausrichtung:

Θ = ®{x^TX, y^TX, x^RX, y^RX) = Q^TX~RX {x^TX ,y^TX , x^RX , y^RX) - Q^RX .

1

Bei einer der Distanz d_m = [(x^TX— x™) +(y^TX— ™) ]² (hier in der zweidimensionalen Ebene) der einzelnen Antennenelemente zum Phasencenter (x™, y™) der Gruppenantenne ergibt sich die zusätzliche Phasenänderung

Φ_πι = ^ cos(0( ™ y^TX, x^RX, y^RX)).

Alternativ können selbstverständlich auch direkt die Koordinaten (x^RX , y^RX) der einzelnen Antennenelemente für die Bestimmung der Phasenänderung berücksichtigt werden.

Unter Annahme der Position kann bei Verwendung einer Gruppenantenne also nicht nur ein räumliches und zeitliches Signalmuster (ein Steeringvektor) bei der Lokalisierung berücksichtigt werden, sondern es kann eine Steering-Matrix bei der Optimierung und damit der Lokalisierung verwendet werden, da die relativen Positionen der Sendeantennen bekannt sind. Basierend auf den vorherigen grundlegenden Überlegungen wird eine Vielzahl von konkreten Implementierungen ermöglicht, die auf demselben Grundgedanken basieren. In einer möglichen Implementierung könnte eine Korrelation des Sendesignals bzw. der bekannten Signalform im Mehrantennen-Empfänger dazu verwendet werden, bekannte Signalform zu identifizieren (kombinierter Winkel-Laufzeitschätzer). Für die Bestimmung der Winkeldimension ergäbe sich dann eine Situation, die der eines (Bartlett-) Beamformers ähnlich ist, wobei die Information in der Zeitdimension der eines angepassten Korrektors entspricht.

Eine weitere Realisierung könnte sich am JADE Algorithmus orientieren (Vanderveen, Michaela C, Constantinos B. Papadias, and Arogyaswami Paulraj. "Joint angle and delay estimation (JADE) for multipath signals arriving at an antenna array." Communications Letters, IEEE 1.1 (1997): 12-14).

Aus eine angenommenen Position ergäbe sich zunächst eine Orientierung (Winkel) und eine Verzögerung (Laufzeit). Aus diesem zeitlich-angularen Steering kann dann ein Signalspekt- rum bestimmt werden. Daraus ergeben sich Po sitions- Wahrscheinlichkeiten (bzw. ein Satz der C wahrscheinlichsten Positionen) für alle Sendern, die als Eingang für Kaiman bzw. Partikelfilter mit Bewegungsmodell zur geglätteten Positionsfmdung genutzt werden können. Eine abgewandelte Implementierung könnte auch auf einer visuellen Signal Verarbeitung basieren (Weiss, Anthony J., and Alon Amar. "Direct position determination of multiple radio signals." EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2005.1 (2005): 37-49.), bei der durch die Überlagerung der JADE-MUSIC-Spektren von verschiedenen Sende- „Dreibeinen" (d.h.) eine direkt verbesserte Positionsinformation an den Positionsrechner (Kaiman bzw. Partikelfilter) übermittelt wird.

Bei allen Implementierungen können Suchräume aus A-Priori-Informationen wie der letzten Position eingeschränkt werden, um das System robuster zu machen und um Rechenaufwände zu reduzieren.

Bei allen Implementierungen können zusätzliche Information aus einer Inertialsensorik, insbesondere Odometrie- Daten des Fahrzeugs, verwendet werden, um die Positionsrechnung bzw. die Lokalisierung zu unterstützen. Wenngleich aus Gründen der Übersichtlichkeit bislang lediglich eine Sendeanordnung beschrieben wurde, können bei weiteren Implementierungen mehrere Sendeanordnungen im Raum verteilt werden. Diese können beispielsweise code-, frequenz- oder zeitgetrennt (CDMA, FDMA, TDMA) oder Kombination aus zweien oder allen sein, um eine Unter- Scheidung zu ermöglichen. Weiter Möglichkeiten der Unterscheidung sind unterschiedliche Polarisationen (horizontal-vertikal bzw. zirkulär RHCP und LHCP), oder die Sendeanordnungen senden opportunistisch (ggf. mit CSMA) und senden Kennung mit sich.

Implementierungen, in denen eine Empfangsantennenanordnung nur eine Empfangsantenne aufweist werden die Lokalisierungen auf unterschiedlichen Laufzeiten der bekannten Signalformen basieren. Ortungsverfahren basieren hier auf der Laufzeitdifferenz aufgrund der unterschiedlichen Sendepositionen.

Weitere Ausführungsbeispiele können mehrere Gruppenantennen verwenden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Sendemodulation schmalbandig sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann in der Sendeanordnung ein Frequenzsprungverfahren angewendet werden. In weiteren Sendeanordnungen kann die Modulation in der Sendeanordnung Ultra- Breitbandig sein. In einigen Sendeanordnungen kann die Sendemodulation auch unbekannt sein, es kann beispielsweise auf Nutzdaten gearbeitet werden.

Figur 7 zeigt eine Anwendung einer Empfangsanordnung 700 zu Lokalisierung eines Flurvörderfahrzeugs 702, insbesondere eines Gabelstaplers. Die Empfangsanordnung 700 ist an dem Flurvörderfahrzeug angebracht. Die Sendeanordnung besteht in dem in Figur 7 gezeigten Beispiel aus der ersten Antenne 710a, einer zweiten Antenne 710b und einer dritten Antenne 710c. Bei der in Figur 7 gezeigten Architektur der Sendeanordnung wird die Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die jeweiligen Antennen 710a bis 710c durch die verwendeten Kabel unterschiedlicher Länge erzeugt d.h., ein einziger Sender 712 wird benutzt, um das Sendesignal zu erzeugen und dieses über ein passives Splitternetzwerk 714 an die einzelnen Antennen 710abis 710c zu verteilen. Sofern erforderlich, kann eine Kompensation der Leitungsverluste in den Kabel unterschiedlicher Länge durch einen zusätzlichen Verstärker vorgenommen werden. Figur 8 zeigt eine Anwendung eines Lokalisierungssystems, in dem die Sendeanordnung an dem zu lokalisieren Objekt befestigt ist, wohingegen zumindest zwei Empfangsanordnungen 810a und 810b innerhalb des Volumens, in dem Gegenstände lokalisiert bzw. geortet werden sollen, verteilt sind. Die Sendeanordnung besteht wiederum aus drei Sendeantennen 802a bis 802c, die in bekannter räumlicher Orientierung relativ zueinander an dem Objekt angeordnet sind. Ebenso wie bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Sendesignal mittels eines einzigen Senders 804 erzeugt und über ein Splitternetzwerk 806 an die einzelnen Antennen verteilt. Wenngleich in Figur 8 zwei Empfangsanordnungen 810a und 810b gezeigt sind, die die Infrastruktur in dem überwachten Raum bilden, können weitere Ausgangsbeispielen auch in dieser Konstellation lediglich eine Empfangsanordnung verwenden. Prinzipiell besteht die Möglichkeit, bei dem Verwenden einer einzigen Empfangsanordnung in Verbindung mit einer einzigen Sendeanordnung ein Lokalisierungssystem bereitzustellen, dass die Lokali- sierung bzw. Ortung von Gegenständen innerhalb eines überwachenden Volumens mit hoher Genauigkeit und vergleichsweise geringem Ressourceneinsatz ermöglicht.

Figur 9 zeigt schematisch an Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters. Das Verfahren umfasst ein erzeugen 902 einer bekannten Signalform 902. Das Verfahren fast ferner das Senden der bekannten Signalform über erste Antenne 904a sowie das Senden der bekannten Signalform über eine zweite Antenne 904b, mittels eines Sendesignals, wobei die zweite Antenne von der ersten Antenne beanstandet ist. Optional kann das Verfahren ferner ein verzögern 906 des Sendesignals 906 umfassen, sodass eine Zeitdifferenz zwischen dem Senden des Sendesignals über die erste Antenne über die zweite Antenne einem vorbestimmten Kriterium entspricht.

Figur 10 zeigt schematisch in Form eines Flussdiagramms ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Durcheinander Lokalisierung basierend auf einem beobachteten Signalmuster. Das Verfahren umfasst ein empfangen eines von einer ersten Antenne gesendeten Sendesignals 1002a und eines von einer zweiten Antenne gesendeten Sendesignals 1002b. Das Verfahren umfasst ferner ein identifizieren 1004 einer bekannten Signalform jeweils in dem von der ersten und der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal sowie das bestimmen eines Zeitunterschieds (dT) zwischen der identifizierten Signalforum in dem von der ersten Antenne und den von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal 1006. Ein be- stimmen eine Information über eine Position 1008 erfolgt unter Verwendung der eine Information über eine Position der ersten der zweiten Antenne sowie des bestimmten Zeitunterschieds dT.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder De- tails oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.

Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein. Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Daten- träger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.

Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in ande- ren elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche

1. Sendeanordnung (100) zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Sig- nalmusters, umfassend: eine erste Antenne (102); zumindest eine von der ersten Antenne räumlich beabstandete zweite Antenne (104); und eine Sende Vorrichtung (106), die ausgebildet ist, eine bekannte Signalform zu erzeugen und die bekannte Signalform mittels eines Sendesignals über die erste und die zweite Antenne (104) zu senden.

2. Sendeanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei eine Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne (102) und die zweite Antenne (104) größer ist als eine Schwingungsperiode des Sendesignals.

3. Sendeanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne (102) und die zweite Antenne

(104) größer als 25% das Inverse einer Bandbreite des Sendesignals.

4. Sendeanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne (102) und die zweite Antenne (104) bei einem erstmaligen Senden sich von einer zweiten Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne (102) und die zweite Antenne (104) bei einem zweiten Senden unterscheidet.

5. Sendeanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfas- send: einen Sender (108) zum Erzeugen des Sendesignals; zumindest eine zwischen dem Sender (108) und der ersten Antenne (102) oder der zweiten Antenne (104) angeordneten Verzögerungseinrichtung (110), die ausgebildet ist, das von dem Sender (108) erzeugte Sendesignal um eine Verzögerungszeit zu verzögern.

6. Sendeanordnung (100) nach Anspruch 5, wobei die Verzögerungseinrichtung (110) eine einer Verzögerung entsprechende Kabelstrecke umfasst.

7. Sendeanordnung (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Verzögerungseinrichtung (110) eine analoge oder eine digitale Verzögerungsleitung umfasst.

8. Sendeanordnung (100) nach Anspruch 5 bis 7, wobei die Verzögerungseinrichtung (110) ausgebildet ist, die Verzögerungszeit zu variieren.

9. Sendeanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sen- devorrichtung (106) ausgebildet ist, ein Trägersignal (310) mit der bekannten Signalform zu modulieren, um das Sendesignal zu erhalten.

10. Empfangsanordnung (400) zum Durchführen einer Lokalisierung basierend auf einem beobachteten Signalmuster, umfassend: eine Empfangsantennenanordnung (422) zum Empfangen eines von einer ersten Antenne (102) gesendeten Sendesignals und eines von einer zweiten Antenne (104) gesendeten Sendesignals; eine Signalanalyseeinrichtung (401), die ausgebildet ist, eine bekannte Signalform jeweils in dem von der ersten Antenne (102) und der zweiten Antenne (104) empfangenen Sendesignal zu identifizieren und einen Zeitunterschied und einen Phasenunterschied zwischen der identifizierten Signalform in dem von der ersten Antenne (102) und dem von der zweiten Antenne (104) empfangenen Sendesignal zu bestimmen; und eine Lokalisierungseinrichtung (420), die ausgebildet ist, um unter Verwendung einer Information über eine Position der ersten Antenne (102) und der zweiten Antenne (104), des Zeitunterschieds und des Phasenunterschieds eine Information über eine Position der Empfangsantennenanordnung (401) zu bestimmen.

11. Empfangsanordnung (400) nach Anspruch 10, bei dem die Signalanalyseeinrichtung (401) einen Demodulator (430) umfasst, der ausgebildet ist, das von der ersten Antenne (102) empfangene Sendesignal und das von der zweiten Antenne (104) empfangene Sende- signal mit einem Trägersignal zu demodulieren, um ein erstes Basisbandsignal (432) und ein zweites Basisbandsignal (434) zu erhalten, wobei die bekannte Signalform in dem ersten Basisbandsignal (432) und in dem zweiten Basisbandsignal (434) identifiziert wird.

12. Empfangsanordnung (400) nach Anspruch 11, ferner umfassend: zumindest eine erste Empfangsantenne (403) zum Empfangen des mittels der ersten Antenne (102) gesendeten Sendesignals und eine zweite Empfangsantenne (405) zum Empfangen des mittels der zweiten Antenne (104) gesendeten Sendesignals in der Empfangsantennenanordnung; wobei die Lokalisierungseinrichtung (401) ferner ausgebildet ist, um basierend auf einer relativen Phase zwischen dem mittels der ersten Antenne (102) gesendeten Trägersignal und dem mittels der zweiten Antenne (104) gesendeten Trägersignal eine Information über eine relative Orientierung der Empfangsantennenanordnung (422) bezüglich der ersten Antenne (102) und der zweiten Antenne ( 104) zu bestimmen.

13. Empfangsanordnung (400) nach Anspruch 12, ferner umfassend: einen ersten mit der ersten Empfangsantenne (403) gekoppelten ersten Empfänger und min- destens einen mit der zweiten Empfangsantenne (405) gekoppelten zweiten Empfänger, der mit dem ersten Empfänger synchronisiert ist.

14. Empfangsanordnung (400) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Lokalisierungseinrichtung (401) ausgebildet ist, die Information über die Position der Empfangsantennenano- rdnung (422) und die Information über die relative Orientierung zu kombinieren, um eine Position und Orientierung der Empfangsantennenanordnung (422) zu bestimmen.

15. Empfangsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Empfangsantennenanordnung (422) eine Gruppenantenne umfasst.

16. Flurförderfahrzeug (702) mit einer Empfangsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 10 bis 15.

17. Lokalisierungssystem, umfassend: eine Sendeanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. eine Empfangsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 10 bis 15.

18. Verfahren zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters, umfassend: erzeugen einer bekannten Signalform; senden der bekannten Signalform über eine erste Antenne (102) mittels eines Sendesignals; und senden der bekannten Signalform über eine erste von der ersten Antenne räumlich beab- standete zweite Antenne (104) mittels des Sendesignals.

19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: verzögern des Sendesignals für die erste oder die zweite Antenne (104) derart, dass eine Zeitdifferenz zwischen dem Senden des Sendesignals über die erste Antenne (102) und die zweite Antenne (104) größer ist als eine Schwingungsperiode des Sendesignals.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend: verzögern des Sendesignals für die erste oder die zweite Antenne (104) derart, dass eine Zeitdifferenz zwischen dem Senden der bekannten Signalform über die erste Antenne (102) und die zweite Antenne (104) größer ist als 25% des Inversen einer Bandbreite des Sendesignals.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, ferner umfassend: modulieren eines Trägersignals mit der bekannten Signalform, um das Sendesignal zu erhalten.

22. Verfahren zum Durchführen einer Lokalisierung basierend auf einem beobachteten Signalmuster, umfassend: empfangen eines von einer ersten Antenne gesendeten Sendesignals und eines von einer zweiten Antenne gesendeten Sendesignals; identifizieren einer bekannten Signalform jeweils in dem von der ersten und der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal; bestimmen eines Zeitunterschieds zwischen der identifizierten Signalform in dem von der ersten Antenne und dem von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignal; und bestimmen einer Information über eine Position unter Verwendung einer Information über eine Position der ersten und der zweiten Antenne und des Zeitunterschieds.

23. Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend: demodulieren des von der ersten Antenne empfangenen Sendesignals und des von der zweiten Antenne empfangenen Sendesignals mit einem Trägersignal zu, um ein erstes Basisbandsignal und ein zweites Basisbandsignal zu erhalten; identifizieren der bekannten Signalform in dem ersten Basisbandsignal und in dem zweiten Basisbandsignal.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, ferner umfassend: die Lokalisierungseinrichtung ferner ausgebildet ist, um basierend auf einer relativen Phase zwischen dem von der ersten Antenne empfangenen Trägersignal und dem von der zweiten Antenne empfangenen Trägersignal eine Information über eine relative Orientierung bezüglich der ersten Antenne und der zweiten Antenne zu bestimmen.

25. Verfahren zum Lokalisieren, umfassend: ein Verfahren zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21; und ein Verfahren zum Durchführen einer Lokalisierung basierend auf einem beobachteten Sig- nalmuster gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24.