EP4702366A1 - Passive positionsbestimmung unter anwendung von korrrektur-basiertem time-difference-of-arrival eines kollaborativen multistatischen radars - Google Patents

Passive positionsbestimmung unter anwendung von korrrektur-basiertem time-difference-of-arrival eines kollaborativen multistatischen radars

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EP4702366A1
EP4702366A1 EP24708388.4A EP24708388A EP4702366A1 EP 4702366 A1 EP4702366 A1 EP 4702366A1 EP 24708388 A EP24708388 A EP 24708388A EP 4702366 A1 EP4702366 A1 EP 4702366A1
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signals
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung aufweisend zumindest vier Sende-Empfangseinheiten, wobei jede der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet ist, - ein Breitband-Signal, aufweisend eine Breitband-Signaleigenschaft, und - ein Positions-Signal, aufweisend Informationen über eine Eigen- und/oder Relativposition der Sende-Empfangseinheit, auszusenden, sodass ein sich der Vorrichtung annäherndes Objekt aus Differenzen objekteigener Empfangszeiten der Breitband-Signaleigenschaft von empfangenen Breitband-Signalen und empfangenen Positions-Signalen seine Position relativ zu der Vorrichtung bestimmen kann.

Description

Passive Positionsbestimmung unter Anwendung von korrrektur-basiertem Time-Difference-of-Arrival eines kollaborativen multistatischen Radars
Beschreibung
Hier wird eine Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung, eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung und ein System zur Navigation in GNSS-armer/freier Umgebung beschrieben.
Details hierzu sind in den Ansprüchen definiert; aber auch die Beschreibung und die Zeichnung enthalten relevante Angaben zur Struktur und zur Funktionsweise der Vorrichtungskomponenten.
Objekte, bspw. Luftfahrzeuge, unterliegen der Notwendigkeit der Positionierung, um die Flugsicherheit im Alltag zu verbessern. Dazu bestimmen Flugzeuge ihren eigenen Standort gegenüber einem Referenzsystem, bspw. Erde, mittels eines Global- Navigationssatellitensystems (GNSS). In Abwesenheit von GNSS, bspw. auf Bohrin- seln/Schiffen, oder Gebieten, in denen keine GNSS Abdeckung sichergestellt werden kann, müssen andere Positionierungssystem genutzt werden, bspw. lokale Positionierungssysteme. Auch als Navigationsunterstützung für autonome Luft- oder Schifffahrzeuge können lokale Positionierungssysteme als Unterstützung dienen, um im Endanflug an eine Landefläche oder Anfahrt in eine Endposition eine verbesserte Positionsbestimmung zu erfahren. Üblicherweise verlangt ein lokales Positionierungssystem die Interaktion mit dem Objekt, welches seine Position bestimmen will und dem System, das die Signale, die zur Bestimmung der Position notwendig sind, ausstrahlt.
Zu lösende Aufgabe
Die zu lösende Aufgabe besteht darin, eine passive Positionierungsmöglichkeit in einer GNSS-freien/armen Umgebung bereitzustellen. Lösung
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den Vorrichtungsansprüchen 1 und 14 und dem System nach Anspruch 15 gelöst.
Wenn im Folgenden von einer Sende-Empfangseinheit und/oder anderen Sende- Empfangseinheiten geschrieben wird, ist dies wie folgt zu verstehen: Von einer Gesamtanzahl von N Sende-Empfangseinheiten ist eine (Anzahl 1) der N Sende- Empfangseinheiten als die eine, definiert. Die anderen Sende-Empfangseinheiten sind als N-l Sende-Empfangseinheiten zu verstehen.
Eine Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung, insbesondere zur Relativpositionsbestimmung in GNSS-armer/freier Umgebung, aufweisend zumindest vier Sende- Empfangseinheiten, wobei jede der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet ist,
- ein Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signal, aufweisend eine Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft, und
- ein Positions-Signal, aufweisend Informationen über eine Eigen- und/oder Relativposition der Sende-Empfangseinheit, auszusenden, insbesondere wiederholend auszusenden, sodass ein sich der Vorrichtung annäherndes Objekt aus Differenzen objekteigener Empfangszeiten der Breit- band-Signal/Chirp-Signal/ FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft von empfangenen Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signalen und empfangenen Positions-Signalen seine Position relativ zu der Vorrichtung bestimmen kann.
Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass eine, ähnlich zu GNSS, unbegrenzte Anzahl an Objekten die Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung nutzen kann, ohne aktiv mit der Vorrichtung über Kommunikationskanäle kommunizieren zu müssen oder Signale einzufordern.
Als eine Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft kann jede Eigenschaft eines entsprechenden Signals angesehen werden, welche als eindeutige charakteristische Größe durch den Empfänger überwacht werden kann. Beispielsweise die maximal vorkommende Frequenz innerhalb eines gechirpten FMCW-Signals und/oder Eigenschaften eines Berechnungsergebnisses, bspw. eine Autokorrelation, welche durch den Empfänger durchgeführt wird. Anders ausgedrückt kann die Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signaleigenschaft der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signale derart gewählt sein, dass eine Autokorrelation eines Breitband-Signal/Chirp- Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signals eine Dirac-Funktion oder eine Dirac- ähnliche Funktion ergibt. Alternativ kann die Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW- Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW- Signal/FMCW-Radar-Signale derart gewählt sein, dass eine Autokorrelation eines Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signals eine Si-/Sinc- Funktion oder eine Si-/Sinc-ähnliche Funktion ergibt.
In einer ersten Variante einer Ausführungsform kann jede der zumindest vier Sende- Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet sein, das Positions-Signal der anderen Sende- Empfangseinheiten zu empfangen. Zumindest eine Sende- Empfangseinheit kann dazu eingerichtet und ausgebildet sein, die Positions-Signale der anderen Sende-Empfangseinheiten zu sammeln. Die zumindest eine Sende- Empfangseinheit kann dazu eingerichtet und ausgebildet sein, ein Gesamt-Positions- Signal auszusenden. Das Gesamt-Positions-Signal kann Informationen über die Eigen- und/oder Relativposition der einen und/oder der anderen Sende- Empfangseinheiten aufweisen.
In einer möglichen Abwandlung können die anderen Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet sein, ausschließlich ihre Positionsinformation an die eine Sende-Empfangseinheit zu senden.
Anders ausgedrückt, können die Sende-Empfangseinheiten als Anker (engl. Anchor) bezeichnet werden. Die Anker senden in einem jeweils ihnen zugewiesen Zeitschlitz (Time Slot) das Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signal aus. In einem Datenübertragungskanal werden die für das Objekt notwendigen Positionsdaten in anderen Zeitschlitzen übertragen. Ein Fremdgerät, bspw. Ein Luftfahrzeug, kann diese Signalen empfangen und auf Basis eines Time-Difference-Of-Arrival- Ansatzes eine Eigenrelativpositionsbestimmung durchführen. Vorteil dieser Variante ist, dass die Komplexität der Kommunikation unter den zumindest vier Sende- Empfangseinheiten reduziert wird.
In einer zweiten Variante kann jede der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet sein, das Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW- Signal/FMCW-Radar-Signal der anderen Sende-Empfangseinheiten zu empfangen. Jede der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten kann dazu eingerichtet und ausgebildet sein, die Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signaleigenschaft(en) der eigenen und der empfangenen Breitband-Signale/Chirp- Signale/FMCW-Signale/FMCW-Radar-Signale auszulesen und/oder bereitzustellen. Jede der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten kann dazu eingerichtet und ausgebildet sein, eine Vielzahl an relativen Abweichungen zu berechnen und die Vielzahl an relativen Abweichungen als Abweichungs-Signal auszusenden. Die Vielzahl an relativen Abweichungen kann auf Basis der Eigen- und/oder Relativposition und der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft der eigenen Sende-Empfangseinheit; sowie auf Basis der Positions-Signale, insbesondere den darin aufweisenden Informationen über Eigen- und/oder Relativposition; und der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft(en) der anderen Sende-Empfangseinheiten berechnet werden. Damit kann ein sich der Vorrichtung annäherndes Objekt aus empfangenen Abweichungs-Signalen eine Korrektur berechnen, womit das Objekt darauffolgenden aus Differenzen der objekteigenen Empfangszeiten der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale/Chirp-Signale/FMCW- Signale/FMCW-Radar-Signale, den empfangenen Positions-Signalen und der berechneten Korrektur seine Position relativ zur Vorrichtung bestimmen. Dies hat den Vorteil, dass mittels der Abweichungs-Signale und der durch das Objekt berechneten Korrektur eine präzisere Positionsbestimmung in Relation zur Vorrichtung durchgeführt werden kann, als eine Positionsbestimmung ohne die Bereitstellung einer Korrektur.
In einer dritten Variante kann zumindest (ausschließlich) eine Sende-Empfangseinheit der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet sein, die Abweichungs-Signale der anderen Sende-Empfangseinheiten zu empfangen. Eine Sende-Empfangseinheit kann dazu eingerichtet und ausgebildet sein, eine Korrektur zu berechnen und/oder ein Korrektur-Signal/Gesamt-Korrektur-Signal auszusenden. Die anderen Sende-Empfangseinheiten können jeweils dazu eingerichtet und ausgebildet sein, auf Basis der eigenen Eigen- und/oder Relativposition und der eigenen Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft, sowie auf Basis des empfangenen Position-Signals und der ausgelesenen Breitband- Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft der einen Sende- Empfangseinheit eine relative Abweichung zu berechnen. Die anderen und/oder die eine Sende-Empfangseinheit(en) können jeweils dazu eingerichtet und ausgebildet sein, ein Abweichungs-Signal auszusenden. Damit kann ein sich der Vorrichtung annäherndes Objekt aus Differenzen der objekteigenen Empfangszeiten einer Breit- band-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale/Chirp-Signale/FMCW-Signale/FMCW-Radar-Signale, den empfangenen Positions-Signalen und dem empfangenen Korrektur-Signal seine Posi- tion relativ zu der Vorrichtung bestimmen. Die eine Sende-Empfangseinheit der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten kann dazu eingerichtet und ausgebildet sein, auf Basis der eigenen Eigen- und/oder Relativposition und der eigenen Breitband- Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft und/oder auf Basis des empfangenen Position-Signals und der ausgelesenen Breitband-Signal/Chirp- Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft der anderen Sende- Empfangseinheit eine relative Abweichung, insbesondere Vielzahl an relativen Abweichungen, zu berechnen. Die eine Sende-Empfangseinheit der zumindest vier Sende- Empfangseinheiten kann dazu eingerichtet und ausgebildet sein, die Abweichungs- Signale der anderen Sende-Empfangseinheiten zu empfangen und/oder aus der eigens berechneten relativen Abweichung und den empfangenen relativen Abweichungen eine Vielzahl an Korrekturen zu berechnen und/oder ein Gesamt-Korrektur- Signal auszusenden. Die eine Sende-Empfangseinheit kann als Master-Sende- Empfängereinheit verstanden werden und die anderen als Slave-Sende- Empfängereinheit. Diese Variante hat den Vorteil, dass dem Objekt bereits die zur präziseren Bestimmung der Eigenrelativposition nutzbare Korrektur(en) als Korrektur- Signal zukommt. Des Weiteren reduziert sich die Komplexität, da nicht eine Vielzahl von relativen Abweichungen zwischen allen Sende-Empfangseinheiten berechnet werden muss, sondern nur zu einer Sende-Empfangseinheit.
In einer möglichen Abwandlung sind die anderen Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet, die relative Abweichung, insbesondere ausschließlich, zu einer Sende-Empfangseinheit zu berechnen und das entsprechende Abweichungs- Signal ausschließlich an die eine Sende-Empfangseinheit zu senden.
Aus Redundanzgründen können die zweite und dritte Variante nebeneinan- der/gleichzeitig durchgeführt werden. Anders ausgedrückt können die Abweichungs- Signale von jeder Sende-Empfangseinheit berechnet und als Abweichungs-Signal ausgesandt werden und zusätzlich kann eine Sende-Empfangseinheit dazu eingerichtet und ausgebildet sein, auf Basis empfangener uns eigens berechneter relativen Abweichungen eine Korrektur/Vielzahl an Korrekturen zu berechnen und diese als Gesamt-Korrektur-Signal auszusenden.
In einer weiteren Variante kann die Position der einen Sende-Empfangseinheit, die zum Berechnen der Korrektur und zur Aussendung des Korrektur-Signals eingerichtet und ausgebildet sein kann, in Relation zu dem Referenzkoordinatensystem fixiert sein.
Dies hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der Positionsbestimmung eines Objekts relativ zur Vorrichtung präziser bestimmt werden kann. In einer weiteren Variante kann das Breitband-Signal als Chirp-Signal oder als FMCW- Signal, insbesondere als FMCW-Radar-Signal, ausgebildet sein.
In einer Variante kann zumindest eine der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet sein, ein Trigger-Signal/Heart-Beat-Signal zu senden. Das Trigger-Signal/Heart-Beat-Signal kann einem sich der Vorrichtung annähernden Objekt signalisieren, dass die Vorrichtung die für die Relativpositionsbestimmung notwendigen Signale aussendet.
In einer weiteren Variante der Ausführungsform können die zumindest vier Sende- Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet sein, das Breitband- Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signal und/oder das Positions-Signal und/oder das Abweichungs-Signal und/oder das Korrektur-Signal und/oder das Trigger-Signal im Frequenzmultiplex- oder im Zeitmultiplexverfahren auszusenden.
In einer Variante kann das Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signaleigenschaft als Maximum-Frequenz eines Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW- Signal/FMCW-Radar-Signal, insbesondere eines FMCW-Signals, ausgebildet sein.
In einer Variante können die zumindest vier Sende-Empfangseinheiten als Joint- Radar-Communication System ausgebildet sein. Anders ausgedrückt können die beschriebenen Signale, Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signal, in das Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signal eingebettet sein.
In einer Variante kann die Vorrichtung auf einer Landefläche für Luftfahrzeuge und/oder auf einem Wasserfahrzeug, insbesondere einem Boot oder Schiff, und/oder auf einer Bohrinsel und/oder auf/an einem Gebäude und/oder an einer Raumstation und/oder Satelliten und/oder Raumsonde angeordnet sein.
Eine Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung, insbesondere zur Eigenrelativpositionsbestimmung in GNSS-armer/freier Umgebung, aufweisend, einen Empfänger, eingerichtet und ausgebildet zum Empfang
- eines Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signals, aufweisend eine Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft,
- eines Positions-Signals und/oder Gesamt-Positions-Signals,
- eines Abweichungs-Signals, - eines Korrektur-Signals und/oder Gesamt-Korrektur-Signals, wobei die Vorrichtung weiter dazu eingerichtet und ausgebildet ist, aus Differenzen vorrichtungs-eigener Empfangszeiten einer Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW- Signal/FMCW-Radar-Signaleigenschaft empfangener Breitband-Signal/Chirp- Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar-Signale und empfangener Positions-Signale seine Position relativ zu einer Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung, und/oder dazu eingerichtet und ausgebildet, aus Differenzen vorrichtungs-eigener Empfangszeiten der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW- Signal/FMCW-Radar-Signale, den empfangenen Positions-Signalen und einer aus den empfangenen Abweichungs-Signalen berechneten Korrektur seine Position relativ zu der Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung zu bestimmen, und/oder dazu eingerichtet und ausgebildet ist, aus Differenzen vorrichtungs-eigener Empfangszeiten der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW- Signal/FMCW-Radar-Signale, den empfangenen Positions-Signalen und einem empfangenen Korrektur-Signal seine Position relativ zu der Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung zu bestimmen, wobei die Vorrichtung in/auf einem Objekt und/oder auf / in einem Raum-, Luft- oder Wasserfahrzeug, und/oder Rover und/oder Satellit und/oder Raumsonde angeordnet ist.
Eine Ausführungsform betrifft ein System zur Navigation in GNSS-armer/freier Umgebung, aufweisend, eine Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung und zumindest eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung.
Ein Verfahren zur Relativpositionsbestimmung kann die Schritte umfassen:
- Aussenden eines Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signal, aufweisend eine Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW- Radar-Signaleigenschaft;
- Aussenden eines Positions-Signals und/oder Gesamt-Positions-Signal, aufweisend Informationen über eine Eigen- und/oder Relativposition der Sende- Empfangseinheit; sodass ein Objekt aus Differenzen objekteigener Empfangszeiten der Breitband- Signaleigenschaft von empfangenen Breitband-Signalen und empfangenen Positions- Signalen seine Position relativ zur Vorrichtung bestimmen kann.
Das Verfahren kann weiter umfassen ein Aussenden eines Abweichungs-Signale, sodass ein Objekt aus empfangenen Abweichungs-Signalen eine Korrektur berechnen kann, womit das Objekt darauffolgend aus Differenzen der objekteigenen Empfangszeiten der Breitband-Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale, den empfangenen Positions-Signalen und der berechneten Korrektur seine Position relativ zu der Vorrichtung bestimmen kann.
Das Verfahren kann weiter umfassen ein Aussenden eine Korrektur-Signals, sodass ein Objekt aus Differenzen objekteigener Empfangszeiten der Breitband- Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale, der das Korrektur-Signal aufweisende Korrektur und/oder der berechneten Korrektur und den empfangenen Positions-Signalen seine Position relativ zur Vorrichtung bestimmen kann.
Ein Verfahren zur Eigenrelativpositionsbestimmung kann die Schritte umfassen: -Empfangen eines Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signal, aufweisend eine Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW- Radar-Signaleigenschaft, insbesondere ausgesandt von einer Relativpositionsbestimmungseinheit;
-Empfangen eines Positions-Signals, aufweisend Informationen über eine Eigen- und/oder Relativposition der Sende-Empfangseinheit insbesondere ausgesandt von einer Relativpositionsbestimmungseinheit;
- Berechnen einer Vielzahl von Differenzen aus vorrichtungs-eigenen Empfangszeiten der Breitband-Signal/Chirp-Signal/FMCW-Signal/FMCW-Radar- Signaleigenschaft;
- Berechnen aus der Vielzahl an Differenzen und den empfangenen Positions- Signalen und/oder Gesamt-Positions-Signal die Eigenrelativposition.
Das Verfahren kann weiter einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen:
- Empfangen mehrerer Abweichungs-Signale;
- Berechnen einer Vielzahl von Korrekturen aus den mehreren Abweichungssignalen;
- Berechnen aus der Vielzahl an Differenzen, den empfangenen Positions- Signalen und/oder Gesamt-Positions-Signal und die Vielzahl an berechneten Korrekturen die Eigenrelativposition;
- Empfangen eines Gesamt-Korrektur-Signals;
- Berechnen aus der Vielzahl an Differenzen, den empfangenen Positions- Signalen und/oder Gesamt-Positions-Signal und die Vielzahl an berechneten Korrekturen und/oder dem empfangenen Gesamt-Korrektur-Signal die Eigenrelativposition. Kurze Fiqurenbeschreibunq
Figur 1: Darstellung einer Variante einer Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung aufweisend zumindest vier Sende-Empfangseinheiten.
Figur 2: Darstellung einer Variante einer Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung, in der eine Sende-Empfangseinheit zum Aussenden eines Gesamt-Positions-Signals eingerichtet und ausgebildet ist.
Figur 3: Darstellung einer Variante einer Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung in der jede Sende-Empfangseinheit dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Abweichungs-Signal auszusenden.
Figur 4: Darstellung einer Variante einer Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung, in der eine Sende-Empfangseinheit dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Korrektur-Signal auszusenden.
Detaillierte Fiqurenbeschreibunq
Die Figur 1 zeigt eine Variante einer Vorrichtung 100 zur Relativpositionsbestimmung. Die Vorrichtung 100 weist vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 auf. Jede der Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, ein FMCW-Radar-Signal 50 und ein Positions-Signal 52 auszusenden. Das FMCW-Radar- Signal 50 weist einen dreieckförmigen Chirp auf. Das FMCW-Radar-Signal 50 wird von einer zu bestimmenden Minimal-Frequenz zu einer zu bestimmenden Maximai- Frequenz zu der bestimmten Minimal-Frequenz gechirpt/moduliert. Als FMCW-Radar- Signaleigenschaft kann die maximal im FMCW-Radar-Signal 50 vorkommende Frequenz angesehen werden. Das Positions-Signal 52 jeder Sende-Empfangseinheit enthält Informationen über die Position der entsprechenden Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 relativ zum Referenzkoordinatensystem REF, bspw. Schiff. Die Positions-Information kann in einer dem Fachmann üblichen Weise auf/in das Positions- Signal 52 codiert und/oder moduliert werden. Das FMCW-Radar-Signal 50 und das Positions-Signal 52 werden über zwei unabhängige, nicht überschneidende Kommunikations-Kanäle gesendet.
Die Vorrichtung 100 ist weiter dazu eingerichtet und ausgebildet, die FMCW-Radar- Signale 50 im Zeitmultiplexverfahren auszusenden. Im dem Zeitfenster, in dem auf einem Kanal das FMCW-Radar-Signal 50 einer Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 ausgesandt wird, wird im selben Zeitfenster auf dem anderen Kanal das Positions- Signal 52 der einen Sende-Empfangseinheit ausgesandt. Somit korrelieren die Daten des Positionssignals mit dem entsprechend empfangenen FMCW-Radar-Signal 50. Die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 sind gegenüber einem Referenzkoordinatensystem REF und untereinander fixiert. Dies bedeutet, dass die Positionen der Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 sich gegenüber des Referenzkoordinatensystems REF und untereinander nicht ändern. Dies kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass die vier Sende-Empfangseinheiten gemeinsam auf einer Landeplattform montiert sind, wobei die Landeplattform beispielsweise auf einem Schiff angeordnet ist. Dadurch verändern die vier Sende-Empfangseinheiten ihre Position innerhalb des Referenzkoordinatensystem REF (Landeplattform, Schiff) untereinander nicht.
Ein der Vorrichtung 100 annäherndes Objekt O, bspw. ein Hubschrauber, ist daran interessiert, seine Position in Relation zur Vorrichtung 100 zu bestimmen. Die Vorrichtung 100 ist dazu eingerichtet, ein Trigger- oder auch Heart- Beat-Signal auszusenden, das dem Hubschrauber O signalisiert, dass die Vorrichtung die für die Eigenrelativpositionsbestimmung notwendigen Signale aussendet.
Darüber hinaus ist am und/oder im Hubschrauber eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung angeordnet. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung ist dazu eingerichtet, die von der Vorrichtung 100 zur Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale 50, 52, 54, 56 zu empfangen und wenn nötig zu dekodieren/demodulieren und/oder auszuwerten und/oder für eine Berechnung bereitzustellen.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung dazu eingerichtet und ausgebildet, seine Position aus den empfangenen Signalen zu bestimmen. Dazu empfängt die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung am Hubschrauber O die von der Vorrichtung 100 zu Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale 50, 52. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung misst die Empfangszeiten der FMCW-Radar-Signaleigenschaft der empfangenen FMCW-Radar- Signale 50. In der dargestellten Variante sind dies die Empfangszeiten der Maximai- Frequenz der FMCW-Radar-Signale 50.
Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung bestimmt anhand der Empfangszeiten der FMCW-Radar-Signaleigenschaft und Time-Difference-of-Arrival- Ansatzes; und der entsprechenden Information über die Position der Sende- Empfangseinheiten 10, 20 30, 40 seine Position relativ zur Vorrichtung 100.
Die Figur 2 zeigt die Darstellung einer Variante einer Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung, in der eine Sende-Empfangseinheit 20 zum Aussenden eines Ge- samt-Positions-Signals 54 eingerichtet und ausgebildet ist. Jede der Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, ein FMCW-Radar-Signal 50 auszusenden und ein Positions-Signal 52 auszusenden und zu empfangen. Zumindest eine Sende-Empfangseinheit 20 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, die Positions-Signale 52 der anderen Sende- Empfangseinheiten 10, 30, 40 zu empfangen, zu sammeln und ein Gesamt-Positions- Signal 54 auszusenden. Das Gesamt-Positions-Signal 54 enthält Informationen über die Position der Sende-Empfangseinheit 20, die die empfangenen Positions-Signale 52 sammelt, und entsprechend Informationen über die anderen Sende- Empfangseinheiten 10, 30, 40. Das FMCW-Radar-Signal 50 weist einen dreieckförmigen Chirp auf. Das FMCW-Radar-Signal 50 wird von einer zu bestimmenden Minimal- Frequenz zu einer zu bestimmenden Maximai-Frequenz zu der bestimmten Minimal- Frequenz gechirpt/moduliert. Als FMCW-Radar-Signaleigenschaft kann die maximal im FMCW-Radar-Signal 50 vorkommende Frequenz angesehen werden. Das Positions-Signal 52 enthält Informationen über die Position der entsprechenden Sende- Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 relativ zum Referenzkoordinatensystem REF, bspw. Schiff. Die Positions-Information kann in einer dem Fachmann üblichen Weise auf/in das (Gesamt)-Positions-Signal 52, 54 codiert und/oder moduliert werden. Das FMCW- Radar-Signal 50, das Positions-Signal 52 und das Gesamt-Positions-Signal 54 werden über drei unabhängige, nicht überschneidende Kanäle gesendet.
Die Vorrichtung 100 ist weiter dazu eingerichtet und ausgebildet, die FMCW-Radar- Signale 50 im Zeitmultiplexverfahren auszusenden. In dem Zeitfenster, in dem auf einem Kanal das FMCW-Radar-Signal 50 einer Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 ausgesandt wird, wird im selben Zeitfenster auf dem anderen Kanal das Positions- Signal 52 der einen Sende-Empfangseinheit ausgesandt. Das Gesamt-Positions-Signal 54 ist derart ausgebildet, dass den Informationen über die Position der Sende- Empfangseinheiten eine Zeitfenster-ID zugeordnet ist, sodass einem annähernden Objekt ermöglicht wird, das FMCW-Radar-Signal 50 der Position der entsprechenden Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 zuzuordnen.
Die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 sind gegenüber einem Referenzkoordinatensystem REF und untereinander fixiert. Dies bedeutet, dass die Sende- Empfangseinheiten Positionen sich gegenüber des Referenzkoordinatensystems REF und untereinander nicht ändern. Dies kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 gemeinsam auf einer Landeplattform montiert sind, wobei die Landeplattform beispielsweise auf einem Schiff angeordnet ist. Dadurch verändern die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 ihre Position innerhalb des Referenzkoordinatensystem REF (Landeplattform, Schiff) und untereinander nicht.
Ein sich der Vorrichtung 100 annäherndes Objekt O, bspw. ein Hubschrauber, ist daran interessiert, seine Position in Relation zur Vorrichtung 100 zu bestimmen. Die Vorrichtung 100 ist dazu eingerichtet, ein Trigger- oder auch Heart- Beat-Signal auszusenden, das dem Hubschrauber signalisiert, dass die Vorrichtung 100 die für die Eigenrelativpositionsbestimmung notwendigen Signale aussendet, sodass der Hubschrauber mit dem Empfang beginnen kann.
Darüber hinaus ist am und/oder im Hubschrauber O eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung angeordnet. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung ist dazu eingerichtet, die von der Vorrichtung 100 zur Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale zu empfangen und wenn nötig zu dekodieren/demodulieren und/oder für eine Berechnung bereitzustellen.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung dazu eingerichtet und ausgebildet, seine Position aus den empfangenen Signalen zu bestimmen. Dazu empfängt die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung am Hubschrauber O die von der Vorrichtung 100 zu Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale 50, 52, 54, 56. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung misst die Empfangszeiten der FMCW-Radar-Signal-Eigenschaft, der empfangenen FMCW- Radar-Signale. In der dargestellten Variante sind dies die Empfangszeiten der Maximai-Frequenz der FMCW-Radar-Signale 50.
Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung bestimmt anhand der Empfangszeiten der FMCW-Radar-Signaleigenschaft und dem Time-Difference-of-Arrival- Ansatzes und der entsprechenden Information über die Position der Sende- Empfangseinheiten 10, 20 30, 40 seine Position relativ zur Vorrichtung 100.
Figur 3 zeigt die Darstellung einer Variante 100 einer Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung, in der jede Sende-Empfangseinheit 10, 20 30, 40 dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Abweichungs-Signal 56 auszusenden.
Jede der Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, ein FMCW-Radar-Signal 50 und ein Positions-Signal 52 auszusenden und zu empfangen sowie ein Abweichungs-Signal 56 auszusenden. Zumindest eine Sende- Empfangseinheit 20 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, die Positions-Signale 52 der anderen Sende-Empfangseinheiten 10, 30, 40 zu empfangen, zu sammeln und ein Gesamt-Positions-Signal 54 auszugeben. Das Gesamt-Positions-Signal 54 enthält Informationen über die Position der Sende-Empfangseinheit 20, die die empfangenen Positions-Signale 52 sammelt und entsprechend Positions-Informationen über die anderen Sende-Empfangseinheiten 10, 30, 40. Das Positions-Signal 52 enthält Informationen über die Position der entsprechenden Sende-Empfangseinheit 10, ,20 30, 40 relativ zum Referenzkoordinatensystem, bspw. Schiff. Die Positions-Information kann in einer dem Fachmann üblichen Weise auf/in das (Gesamt)-Positions-Signal 52, 54 codiert und/oder moduliert werden.
Das FMCW-Radar-Signal 50 weist einen dreieckförmigen Chirp auf. Das FMCW-Radar- Signal 50 wird von einer zu bestimmenden Minimal-Frequenz zur einer zu bestimmenden Maximai-Frequenz zu der bestimmten Minimal-Frequenz gechirpt/moduliert. Als FMCW-Radar-Signaleigenschaft kann die maximal im FMCW-Radar-Signal 50 vorkommende Frequenz angesehen werden.
Die dem Abweichungs-Signal 56 aufweisenden relative Abweichung wird von jeder Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 zu jeder anderen Sende-Empfangseinheit auf Basis der Positions-Signale 52 und der empfangenen FMCW-Radar-Signale, genauer der FMCW-Radar-Signaleigenschaft berechnet. Das Abweichungs-Signal 56 weist Informationen über die relative Abweichung der verschiedenen Oszillatoren oder internen Delays der Sende-Empfangseinheiten auf, beispielweise ein und/oder mehrere Frequenz-Offset zweier und/oder mehrerer Maximalfrequenzen zweier und/oder mehrerer FMCW-Radar-Signale 50. Anders ausgedrückt werden in dem System keine Atomuhren benutzt, sodass über die Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 hinweg, die internen Uhren (Clocks) der Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 driften. Deshalb sollten die relativen Abweichungen untereinander berechnet und bereitgestellt werden, um in einem späteren Bestimmungsschritt/Berechnungsschritt zwischen internen Delays und Differenzen der FMCW-Radar-Signaleigenschaften 50 getrennt werden kann.
Anders ausgedrückt kann jeder Anker 10, 20 30, 40 alle relativen Abweichungen in Bezug zu allen anderen Ankern, die der eine Anker sieht, berechnen und ausstrahlen. In einer Konstellation von N Ankern kann daher jeder Anker N-l relative Abweichungen/ Delays/Offsets berechnen und voneinander in Zeitschlitzen (Time Slots) aussenden.
Das FMCW-Radar-Signal 50, das Positions-Signal 52, das Gesamt-Positions-Signal 54 und das Abweichungs-Signal 56 werden über vier unabhängige, nicht überschnei- dende Kanäle gesendet. Alternativ können Positions-, Gesamt-Positions- und Abweichungs-Signale 52, 54, 56 auf einem Datenpaket-orientierten Kanal ausgesendet werden.
Die Vorrichtung 100 ist weiter dazu eingerichtet und ausgebildet, die FMCW-Radar- Signale 50 im Zeitmultiplexverfahren auszusenden. In dem Zeitfenster, in dem auf einem Kanal das FMCW-Radar-Signal 50 einer Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 ausgesandt wird, wird im gleichen Zeitfenster auf dem anderen Kanal das Positions- Signal 52 der einen Sende-Empfangseinheit ausgesandt. Das Gesamt-Positions-Signal 54 ist derart ausgebildet, dass den Informationen über die Position der Sende- Empfangseinheiten eine Zeitfenster-ID zugeordnet ist, sodass es einem sich annähernden Objekt ermöglicht wird, das FMCW-Radar-Signal 50 in einem Zeitfenster der Position der entsprechenden Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 zuzuordnen.
Die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 sind gegenüber einem Referenzkoordinatensystem REF und untereinander fixiert. Dies bedeutet, dass die Positionen der Sende-Empfangseinheiten sich gegenüber des Referenzkoordinatensystems REF und untereinander nicht ändern. Dies kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 gemeinsam auf einer Landeplattform montiert sind, wobei die Landeplattform beispielsweise auf einem Schiff angeordnet ist. Dadurch verändern die vier Sende-Empfangseinheiten ihre Position innerhalb des Referenzkoordinatensystem REF (Landeplattform, Schiff) und untereinander nicht.
Ein sich der Vorrichtung annäherndes Objekt O, bspw. ein Hubschrauber, ist daran interessiert, seine Position in Relation zur Vorrichtung 100 zu bestimmen. Die Vorrichtung 100 ist dazu eingerichtet, ein Trigger- oder auch Heart- Beat-Signal auszusenden, das dem Hubschrauber O signalisiert, dass die Vorrichtung die für die Eigenrelativpositionsbestimmung notwendigen Signale aussendet.
Darüber hinaus ist am und/oder im Hubschrauber O eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung angeordnet. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung ist dazu eingerichtet, die von der Vorrichtung 100 zur Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale 50, 52, 54, 56 zu empfangen und wenn nötig zu dekodieren/demodulieren und/oder für eine Berechnung bereitzustellen.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung dazu eingerichtet und ausgebildet, seine Position aus den empfangenen Signalen, 50, 52, 54, 56 zu bestimmen. Dazu empfängt die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung am Hubschrauber 0 die von der Vorrichtung 100 zu Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale 50, 52, 54, 56. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung misst die Empfangszeiten der FMCW-Radar-Signal-Eigenschaft, der empfangenen FMCW-Radar-Signale 50. In der dargestellten Variante die Empfangszeiten der Maximalfrequenz der FMCW-Radar-Signale 50.
Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung berechnet aus den empfangenen Abweichungs-Signalen 56 eine Korrektur, die in einer darauffolgenden Eigenrelativpositionsbestimmung mit einkalkuliert wird. Dies verbessert die Bestimmungsgenauigkeit der eigenen Position.
Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung bestimmt anhand der Empfangszeiten der FMCW-Radar-Signaleigenschaft und dem Time-Difference-of-Arrival- Ansatz, der Korrektur und der entsprechenden Information über die Position der Sende-Empfangseinheiten 10, 20 30, 40 seine Position relativ zur Vorrichtung 100.
Figur 4 zeigt eine Darstellung einer Variante einer Vorrichtung 100 zur Relativpositionsbestimmung, in der eine Sende-Empfangseinheit 20 dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Gesamt-Korrektur-Signal 58 auszusenden.
Jede der Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, ein FMCW-Radar-Signal 50 und ein Positions-Signal 52 auszusenden und zu empfangen sowie ein Abweichungs-Signal 56 auszusenden. Zumindest eine Sende- Empfangseinheit 20 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, die Positions-Signale 52 und die Abweichungs-Signale 56 der anderen Sende-Empfangseinheiten 10, 30, 40 zu empfangen, zu sammeln und ein Gesamt-Positions-Signal 54 auszugeben. Des Weiteren ist die eine Sende-Empfangseinheit 20 dazu eingerichtet und ausgebildet, eine relative Abweichung zwischen sich und den anderen Sende-Empfangseinheiten 10, 30, 40 zu berechnen. Des Weiteren ist die eine Sende-Empfangseinheit 20 dazu eingerichtet und ausgebildet, aus den eigenen und empfangenen relativen Abweichungen eine Vielzahl von Korrekturen zu berechnen und diese Korrektur als Gesamt- Korrektur-Signal 58 auszusenden.
Anders ausgedrückt wird ein Master-Anker 20 bestimmt, zu dem die anderen Slave- Anker 10, 30, 40 die relative Abweichung berechnen. Die von den Slave-Ankern 10, 30, 40 berechnete relative Abweichung wird ausschließlich dem Master-Anker 20 zugesandt. Der Master-Anker 20 berechnet ebenfalls eine relative Abweichung zu den Slave-Ankern 10, 30, 40, sendet diese jedoch nicht aus. Aus den bestimmten relati- ven Abweichungen und den empfangenen relativen Abweichungen errechnet der Master-Anker 20 eine Korrektur und sendet diese als Gesamt-Korrektur-Signal 58 aus.
Das Gesamt-Positions-Signal 54 enthält Informationen über die Position der Sende- Empfangseinheit 20, die die empfangenen Positions-Signale 52 sammelt und entsprechend Positions-Informationen über die anderen Sende-Empfangseinheiten 10, 30, 40. Das Positions-Signal 52 enthält Informationen über die Position der entsprechenden Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 relativ zum Referenzkoordinatensystem REF, bspw. Schiff. Die Positions-Informationen können in einer dem Fachmann üblichen Weise auf/in das (Gesamt)-Positions-Signal 52, 54 codiert und/oder moduliert werden.
Das FMCW-Radar-Signal 50 weist einen dreieckförmigen Chirp auf. Das FMCW-Radar- Signal wird von einer zu bestimmenden Minimal-Frequenz zu einer zu bestimmenden Maximai-Frequenz zu der bestimmten Minimal-Frequenz gechirpt/moduliert. Als FMCW-Radar-Signaleigenschaft kann die maximal im FMCW-Radar-Signal 50 vorkommende Frequenz angesehen werden.
Das Abweichungs-Signal 56 wird von jeder anderen Sende-Empfangseinheit 10, 30, 40 zu der einen Sende-Empfangseinheit 20 auf Basis der Positions-Signale 52 und der empfangenen FMCW-Radar-Signale 50, genauer der FMCW-Radar- Signaleigenschaft berechnet. Das Abweichungs-Signal 56 weist Informationen über die relativen Abweichungen der verschiedenen Oszillatoren oder internen Delays der Sende-Empfangseinheiten auf, beispielweise ein und/oder mehrere Frequenz-Offset zweier und/oder mehrerer Maximalfrequenzen zweier und/oder mehrerer FMCW- Radar-Signale.
Das FMCW-Radar-Signal 50, das Positions-Signal 52, das Gesamt-Positions-Signal 54 und das Abweichungs-Signal 56 werden über vier unabhängige, nicht überschneidende Kommunikations-Kanäle gesendet. Alternativ können Positions-, Gesamt- Positions-, Abweichungs- und Gesamt-Korrektur-Signal 52, 54, 56, 58 in einem Da- tenpaket-orientierten Kanal ausgesendet werden.
Die Vorrichtung 100 ist weiter dazu eingerichtet und ausgebildet, die FMCW-Radar- Signale 50 im Zeitmultiplexverfahren auszusenden. In dem Zeitfenster, in dem auf einem Kanal das FMCW-Radar-Signal 50 einer Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 ausgesandt wird, wird im gleichen Zeitfenster auf dem anderen Kanal das Positions- Signal 52 der einen Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 ausgesandt. Das Gesamt- Positions-Signal 54 ist derart ausgebildet, dass den Informationen über die Position der Sende-Empfangseinheiten eine Zeitfenster ID zugeordnet ist, sodass es einem sich annähernden Objekt ermöglicht wird, das FMCW-Radar-Signal 50 in einem Zeitfenster der Position der entsprechenden Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 zuzuordnen.
Alternativ kann die Vorrichtung 100 dazu eingerichtet und ausgebildet sein, das Ge- samtPositions-Signal 54 im Frequenzmultiplexverfahren auszusenden. Beispielweise kann die eine Sende-Empfangseinheit 20 dazu ausgebildet und eingerichtet sein, auf einer Frequenz, insbesondere in einem Frequenzfenster, ausschließlich die Position einer Sende-Empfangseinheit bspw. der Sende-Empfangseinheit 10, und auf einer weiteren Frequenz, insbesondere weiteren Frequenzfenster, die Position einer weiteren Sende-Empfangseinheit bspw. der Sende-Empfangseinheit 20 zu senden und so weiter. Ein sich der Vorrichtung 100 annäherndes Objekt O kennt die Frequenzen und welche Frequenzen welche der Sende-Empfangseinheit 10, 20, 30, 40 zugewiesen ist und kann die Positionsdaten aus dem empfangenen Gesamt-Positions-Signal 54 den Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 entsprechend zu ordnen.
Die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 sind gegenüber einem Referenzkoordinatensystem REF und untereinander fixiert. Dies bedeutet, dass die Sende- Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 ihre Positionen gegenüber dem Referenzkoordinatensystem REF und untereinander nicht ändern. Dies kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass die vier Sende-Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 gemeinsam auf einer Landeplattform montiert sind, wobei die Landeplattform beispielsweise auf einem Schiff angeordnet ist. Dadurch verändern die vier Sende- Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 ihre Position innerhalb des Referenzkoordinatensystem REF (Landeplattform, Schiff) und untereinander nicht.
Ein sich der Vorrichtung 100 annäherndes Objekt O, bspw. ein Hubschrauber, ist daran interessiert, seine Position in Relation zur Vorrichtung 100 zu bestimmen. Die Vorrichtung 100 ist dazu eingerichtet, ein Trigger- oder auch Heart- Beat-Signal auszusenden, das dem Hubschrauber O signalisiert, dass die Vorrichtung 100 die für die Eigenrelativpositionsbestimmung notwendigen Signale aussendet.
Darüber hinaus ist am und/oder im Hubschrauber O eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung angeordnet. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung ist dazu eingerichtet, die von der Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale 50, 52, 54, 56, 58 zu empfangen und wenn nötig zu dekodieren/demodulieren und für weitere Berechnungen bereitzustellen.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung dazu eingerichtet und ausgebildet, seine Position aus den empfangen Signalen 50, 52, 54, 56, 58 zu bestimmen. Dazu empfängt die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung am Hubschrauber 0 die von der Vorrichtung 100 zu Relativpositionsbestimmung ausgesandten Signale 50, 52, 54, 56, 58. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung misst die Empfangszeiten der FMCW-Radar- Signaleigenschaft der empfangenen FMCW-Radar-Signale. In der dargestellten Variante die Empfangszeiten der Maximai-Frequenz der FMCW-Radar-Signale 50. Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung bestimmt anhand der Empfangszeiten der FMCW-Radar-Signaleigenschaft und des Time-Difference-of-Arrival- Ansatzes, der entsprechenden Information über die Position der Sende- Empfangseinheiten 10, 20, 30, 40 und der im Gesamt-Korrektur-Signal 58 enthaltenden Korrektur seine Position relativ zur Vorrichtung 100.
Die Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung kann in einer weiteren Varianten in einem Objekt bspw. einem mobilen elektronischen Gerät für die Navigation integriert sein. Dazu kann in der zu navigierenden Umgebung die Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung angeordnet sein. Die Umgebung kann das innere eines Raumes/Gebäudes sein, oder eine Umgebung in der kein GNSS verfügbar ist, aber die Vorrichtung zur Relativpositionsbestimmung vorhanden ist. Der Nutzer des mobilen elektronischen Geräts kann dann seine Eigenrelativposition innerhalb der Umgebung bestimmen.

Claims

Ansprüche
1. Eine Vorrichtung (100) zur Relativpositionsbestimmung aufweisend zumindest vier Sende-Empfangseinheiten (10, 20, 30, 40), wobei jede der zumindest vier Sen- de-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet ist,
- ein Breitband-Signal (50), aufweisend eine Breitband-Signaleigenschaft, und
- ein Positions-Signal (52), aufweisend Informationen über eine Eigen- und/oder Relativposition der Sende-Empfangseinheit, auszusenden, sodass ein sich der Vorrichtung (100) annäherndes Objekt (O) aus Differenzen objekteigener Empfangszeiten der Breitband-Signaleigenschaft von empfangenen Breitband-Signalen (50) und empfangenen Positions-Signalen (52) seine Position relativ zu der Vorrichtung (100) bestimmen kann.
2. Die Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei jede der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten (10, 20, 30, 40) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, das Positions-Signal (52) der anderen Sende- Empfangseinheiten zu empfangen, wobei zumindest eine Sende-Empfangseinheit (20) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die Positions-Signale (52) der anderen Sende-Empfangseinheiten (10, 30, 40) zu sammeln und ein Gesamt-Positions-Signal (54) auszusenden, das Informationen über die Eigen- und/oder Relativposition der einen (20) und der anderen Sende- Empfangseinheiten (10, 30, 40) aufweist.
3. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten (10, 20, 30, 40) dazu eingerichtet und ausgebildet ist,
- das Breitband-Signal (50) der anderen Sende-Empfangseinheiten zu empfangen,
- die Breitband-Signaleigenschaft der eigenen und der empfangenen Breitband-Signale auszulesen,
- eine Vielzahl an relativen Abweichungen zu berechnen und die Vielzahl an relativen Abweichungen als Abweichungs-Signal (56) auszusenden, wobei die Vielzahl an relativen Abweichungen auf Basis der Eigen- und/oder Relativposition und der Breitband-Signaleigenschaften der eigenen Sende-Empfangseinheit; sowie auf Basis der Positions-Signale, insbesondere den darin aufweisenden Informa- tionen Ober Eigen- und/oder Relativposition, und der Breitband-Signaleigenschaften der anderen Sende-Empfangseinheiten berechnet wird, sodass ein sich der Vorrichtung (100) annäherndes Objekt (0) aus empfangenen Abweichungs-Signalen (56) eine Vielzahl von Korrekturen berechnen kann, womit das Objekt (O) darauffolgend aus Differenzen der objekteigenen Empfangszeiten der Breitband-Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale (50), den empfangenen Positions-Signalen (52) und der berechneten Vielzahl von Korrekturen seine Position relativ zur Vorrichtung (100) bestimmen kann.
4. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die anderen Sende-Empfangseinheiten (10, 30, 40) jeweils dazu eingerichtet und ausgebildet sind, auf Basis
- der eigenen Eigen- und/oder Relativposition und der eigenen Breitband- Signaleigenschaft sowie
- des empfangenen Position-Signals und der ausgelesenen Breitband- Signaleigenschaft der einen Sende-Empfangseinheit (20) eine relative Abweichung zu berechnen und als Abweichungs-Signal (56) auszusenden, wobei zumindest eine Sende-Empfangseinheit (20) der zumindest vier Sende- Empfangseinheiten (10, 20, 30, 40) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, auf Basis
- der eigenen Eigen- und/oder Relativposition und der eigenen Breitband- Signaleigenschaft sowie
- des empfangenen Position-Signals und der ausgelesenen Breitband- Signaleigenschaft der anderen Sende-Empfangseinheit (20) eine relative Abweichung zu berechnen, die Abweichungs-Signale (56) der anderen Sende-Empfangseinheiten (10, 30, 40) zu empfangen, aus der eigens berechneten relativen Abweichung und den empfangenen relativen Abweichungen eine Vielzahl an Korrekturen zu berechnen und ein Gesamt-Korrektur-Signal (58) auszusenden, sodass ein sich der Vorrichtung (100) annäherndes Objekt (O) aus Differenzen der objekteigenen Empfangszeiten einer Breitband-Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale (50), den empfangenen Positions-Signalen (52) und dem empfangenen Gesamt-Korrektur-Signal (58) seine Position relativ zu der Vorrichtung bestimmen kann.
5. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Positionen der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten relativ zueinander und/oder relativ zu einem Referenzkoordinatensystem (REF) fixiert sind.
6. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position der einen Sende-Empfangseinheit, die zum Berechnen der Korrektur und zur Aussendung des Korrektur-Signals (58) eingerichtet und ausgebildet ist, in Relation zu dem Referenzkoordinatensystem (REF) fixiert ist.
7. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Breitband-Signal als Chirp-Signal oder als FMCW-Signal, insbesondere als FMCW-Radar-Signal, ausgebildet ist.
8. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der zumindest vier Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Trigger-Signal zu senden, das einem sich der Vorrichtung annähernden Objekt signalisiert, dass die Vorrichtung (100) die für die Relativpositionsbestimmung notwendigen Signale aussendet.
9. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest vier Sende-Empfangseinheiten dazu eingerichtet und ausgebildet sind, das Breitband-Signal und/oder das Positions-Signal und/oder das Abweichungs-Signal und/oder das Korrektur-Signal und/oder das Trigger-Signal im Frequenzmultiplex- oder im Zeitmultiplexverfahren auszusenden.
10. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breitband-Signaleigenschaft als Maximum-Frequenz eines Chirp-Signals, insbesondere eines FMCW-Signals, ausgebildet ist.
11. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Breitband-Signal als FMCW-Radar-Signal ausgebildet ist, wobei das Positions-Signal und/oder das Abweichungs-Signal und/oder das Korrektur-Signal und/oder das Trigger-Signal in das FMCW-Radar-Signal eingebettet sind und über ein Zeitmultiplexverfahren ausgesandt werden.
12. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest vier Sende-Empfangseinheiten als Joint-Radar-Communication System ausgebildet sind.
13. Die Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung auf einer Landefläche für Luftfahrzeuge und/oder auf einem Wasserfahrzeug, insbesondere einem Boot oder Schiff, und/oder auf einer Bohrinsel und/oder auf/an/in einem Gebäude und/oder an/in einer Raumstation und/oder Satelliten und/oder Raumsonde angeordnet ist.
14. Eine Vorrichtung zur Eigenrelativpositionsbestimmung, aufweisend, einen Empfänger, eingerichtet und ausgebildet zum Empfang
- eines Breitband-Signals (50), aufweisend eine Breitband-Signaleigenschaft,
- eines Positions-Signals (52) und/oder Gesamt-Positions-Signals,
- eines Abweichungs-Signals (56), und/oder
- eines Korrektur-Signals (58) und/oder Gesamt-Korrektur-Signals, wobei die Vorrichtung weiter dazu eingerichtet und ausgebildet ist, aus Differenzen vorrichtungs-eigener Empfangszeiten einer Breitband-Signaleigenschaft empfangener Breitband-Signale (50) und empfangener Positions-Signale (52) seine Position relativ zu einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13 zu bestimmen, und/oder dazu eingerichtet und ausgebildet ist, aus Differenzen vorrichtungs-eigener Empfangszeiten der Breitband-Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale (50), den empfangenen Positions-Signalen (52) und einer aus den empfangenen Abweichungs-Signalen berechneten Korrektur seine Position relativ zu einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13 zu bestimmen, und/oder dazu eingerichtet und ausgebildet ist, aus Differenzen vorrichtungs-eigener Empfangszeiten der Breitband-Signaleigenschaft der empfangenen Breitband-Signale (50), den empfangenen Positions-Signalen (52) und einem empfangenen Korrektur- Signal (58) und/oder Gesamt-Korrektur-Signal seine Position relativ zu einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13 zu bestimmen, wobei die Vorrichtung (O) an/in einem Objekt und/oder auf /in einem Raum-, Luft- oder Wasserfahrzeug, und/oder Rover und/oder Satellit und/oder Raumsonde angeordnet ist.
15. Ein System zur Navigation in GNSS-armer/-freier Umgebung, aufweisend, eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13 und zumindest eine Vorrichtung nach Anspruch 14.
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