ES2263457T3 - Procedimiento y dispositivo para determinar una posicion. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para determinar una posicion.Info
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Abstract
Procedimiento para determinar una posición en el espacio comprendiendo los pasos del procedimiento: - definición de un espacio de coordenadas (16) local por la disposición de al menos dos dispositivos emisores/receptores (11, 12) con una pluralidad de unidades de antena (19, 20, 21, 22, 26, 27), que están dispuestos con una distribución definida en una superficie esférica (17) de los dispositivos emisores/receptores en el espacio, de forma que los dispositivos emisores/receptores se encuentran en una posición relativa definida a una distancia horizontal h y a una distancia vertical v conocidas, - emisión de una señal S1 por las unidades de antena del primer dispositivo emisor/receptor (11) y recepción de la señal SS1 por las unidades de antena del segundo dispositivo emisor/receptor (12), determinación del vector distancia Ä1 entre el primer dispositivo emisor/receptor y el segundo por la determinación de la unidad de antena (27) del segundo dispositivo emisor/receptor (12) con la intensidad de recepción máxima de la señal S1 y emisión de una señal S2 por las unidades de antena del segundo dispositivo emisor/receptor (12), así como la determinación del vector de distancia Ä2 entre el segundo dispositivo emisor/receptor por la determinación de la unidad de antena (26) del primer dispositivo emisor/receptor (11) con intensidad máxima de recepción de la señal S2, - determinación de la posición de un tercer dispositivo emisor/receptor (13) dispuesto a voluntad en el espacio de coordenadas (16) local por la emisión de una señal S3 por las unidades de antena (19, 20, 21, 22) del tercer dispositivo emisor/receptor (13) y recepción de la señal S3 por las unidades de antena del primer y el segundo dispositivo emisor/receptor (11, 12), determinación de la unidad de antena (26, 27) del primer dispositivo emisor/receptor (11) y del segundo dispositivo emisor/receptor (12) con intensidad máxima de recepción de la señal S3, determinación de los vectores de dirección B1 y B2, así como la determinación del punto de intersección de los vectores de dirección para la determinación de la posición del tercer dispositivo emisor/receptor (13).
Description
Procedimiento y dispositivo para determinar una
posición.
La invención presente se refiere a un
procedimiento para determinar una posición según la reivindicación
1, así como un sistema para aplicar un procedimiento y determinar
la posición de un dispositivo emisor/receptor dispuesto a voluntad
en el espacio, frente al menos dos dispositivos emisores/receptores
dispuestos definidos entre ellos en el espacio según la
reivindicación 2.
Procedimientos y dispositivos para determinar
una posición, en los que se emplea una antena radiogoniométrica o
direccional, y el posicionamiento se produce a causa de la
orientación de la antena frente a un emisor dependiendo de la señal
máxima emitida, son suficientemente conocidos. Sin embargo, en
procedimientos o dispositivos semejantes es necesario que este
previsto un dispositivo que realice un direccionamiento o un
seguimiento de la antena direccional dependiendo la intensidad de
campo de la señal emitida. A causa de los dispositivos mecánicos por
ello necesarios, en general no son apropiados dispositivos
semejantes para una miniaturización.
Diferentes de los dispositivos antes
mencionados, que pueden realizarse todavía con un despliegue
comparablemente pequeño de aparatos, son conocidos también los así
llamados "Sistemas de posicionamiento por satélite", también
denominados como "Sistema de Posicionamiento Global" (GPS), que
entretanto han encontrado entrada en aplicaciones cotidianas, como
por ejemplo, como sistemas de navegación de vehículos.
Sin embargo, estos sistemas se caracterizan por
un despliegue global enorme de aparatos. Además, frecuentemente no
son apropiados los dispositivos GPS para determinar una posición en
espacios cerrados, luego en especial, cuando se trata de espacios
con paredes masivas, es decir, construidas de hormigón o construidas
subterráneas.
Del documento DE 42 09 077 A1 se conoce un
procedimiento, así como un dispositivo para la determinación de la
distancia de un objetivo de al menos dos minas, dispuestas a
voluntad en referencia al objetivo y equipadas con medios para
determinar el ángulo del objetivo. El procedimiento conocido para
determinar una posición se basa en un procedimiento de triangulación
con dispositivos emisores/receptores.
Del documento US 5,047,776 A se conoce un
sistema de navegación y localización, que presenta dispositivos
emisores/receptores con un dispositivo soporte para la disposición
de una pluralidad de unidades de antena sobre una superficie
esférica, así como un dispositivo generador de señal y un
dispositivo procesador.
La presente invención tiene el objeto de
proponer un procedimiento o un dispositivo apropiado para la
realización del procedimiento, que haga posible una determinación
de la posición con despliegue mínimo, fácilmente miniaturizable de
aparatos, y éstos puedan usarse también dentro de espacios
cerrados.
El objeto se resuelve por un procedimiento con
las características de la reivindicación 1.
El procedimiento según la invención comprende
los pasos del procedimiento:
Definición de un espacio de coordenadas local
por de la disposición de al menos dos dispositivos
emisores/recep-
tores con una pluralidad de unidades de antena, que están dispuestos con una distribución definida en una superficie esférica de los dispositivos emisores/receptores en el espacio, de forma que los dispositivos emisores/receptores se encuentran en una posición relativa definida con distancia horizontal y vertical conocidas,
tores con una pluralidad de unidades de antena, que están dispuestos con una distribución definida en una superficie esférica de los dispositivos emisores/receptores en el espacio, de forma que los dispositivos emisores/receptores se encuentran en una posición relativa definida con distancia horizontal y vertical conocidas,
- -
- emisión de una señal S1 por las unidades de antena del primer dispositivo emisor/receptor y recepción de la señal S1 por las unidades de antena del segundo dispositivo emisor/receptor, determinación del vector distancia Ä_{1} entre el primer dispositivo emisor/receptor y el segundo dispositivo emisor/receptor, por la determinación de la unidad de antena del segundo dispositivo emisor/receptor con la intensidad máxima de recepción de la señal y emisión de una señal S2 por las unidades de antena del segundo dispositivo emisor/receptor, y recepción de la señal S2 a través de las unidades de antena del primer dispositivo emisor/receptor, así como la determinación del vector de distancia entre el segundo dispositivo emisor/receptor y el primer dispositivo emisor/receptor, por la determinación de la unidad de antena del primer dispositivo emisor/receptor con intensidad máxima de señal de la señal S2.
- -
- determinación de la posición de un tercer dispositivo emisor/receptor dispuesto a voluntad en el espacio de coordenadas local por la emisión de una señal S3 por las unidades de antena del tercer dispositivo emisor/receptor y recepción de la señal S3 por las unidades de antena del primer y el segundo dispositivo emisor/receptor, determinación de la unidad de antena del primer y segundo dispositivo emisor/receptor con intensidad máxima de recepción de la señal, determinación de los vectores de dirección entre el primer y el tercer dispositivo emisor/receptor y el segundo y el tercer dispositivo emisor/receptor, así como la determinación del punto de intersección de los vectores de dirección para determinar la posición del tercer dispositivo emisor/receptor.
El sistema según la invención para determinar
una posición presenta las características de la reivindicación
2.
El sistema según la invención para determinar la
posición de un dispositivo emisor/receptor dispuesto a voluntad en
un espacio frente al menos dos dispositivos emisores/receptores
dispuestos definidos entre ellos en el espacio, según el
procedimiento según la reivindicación 1, comprende al menos tres
dispositivos emisores/receptores, estando realizados los
dispositivos emisores/receptores cada vez un dispositivo de antena
con una pluralidad de unidades de antena dispuestas en distribución
definida sobre la superficie esférica, estando realizados dos
dispositivos emisores/receptores como dispositivos dispuestos
temporal o fijamente en un espacio de coordenadas local, y el otro
dispositivo emisor/receptor puede moverse relativamente respecto a
los dispositivos.
Para montar el sistema según la invención según
la reivindicación 2 sirve un dispositivo emisor/receptor con un
dispositivo soporte para disponer una pluralidad de unidades de
antena de un dispositivo de antena sobre una superficie esférica, un
dispositivo generador de señal y un dispositivo procesador,
generando señales el dispositivo generador de señal dependiendo del
dispositivo procesador, y pudiendo determinar el dispositivo
procesador por comparación de las intensidades de recepción de las
señales la unidad de antena del dispositivo de antena con la
intensidad máxima de emisión.
El procedimiento según la invención para
determinar una posición según la reivindicación 1 hace posible la
definición independiente del sistema inercial de un sistema de
coordenadas local por dos dispositivos emisores/receptores, y la
determinación de posición espacial de un tercer dispositivo
emisor/receptor dentro del espacio de coordenadas local. Con ello,
son posibles las determinaciones exactas de posición
independientemente de un sistema exterior, tanto que no se dan las
limitaciones en la realización del procedimiento, como por ejemplo,
existen en el GPS y fueron ya expuestas anteriormente.
Cómo el procedimiento según la invención
renuncia a una orientación de una unidad de antena conforme a una
intensidad máxima de señal, y en lugar de ésta, utiliza una
pluralidad de unidades de antena dispuestas sobre una superficie
esférica para definir una señal de posición, mientras aquella unidad
de antena se determina, que presenta la señal recibida máxima, puede
elegirse una disposición sencilla e inalterable de las unidades de
antena, por lo cual, el diseño mecánico del sistema y del
dispositivo emisor/receptor correspondiente se simplifica
considerablemente y puede realizarse fácilmente una miniaturización.
Para el dispositivo emisor/receptor empleado en el sistema para
determinar una posición, pueden pensarse variaciones de realización
diferentes, según si es suficiente determinar sólo la posición de un
tercer dispositivo emisor/receptor frente a dos dispositivos
emisores/receptores dispuestos fijos en el espacio, o si el tercer
dispositivo emisor/receptor está realizado como dispositivo
emisor/receptor activo móvil, que registrar la posición
correspondiente para poder calcular un trayecto recorrido.
A continuación se explica detalladamente
mediante dibujos, el procedimiento según la invención, así como un
sistema apropiado para realizar el procedimiento según la invención,
con empleo de dispositivos emisores/receptores apropiados.
Muestran:
Fig. 1 un sistema de determinación de la
posición con tres dispositivos emisores/receptores;
Fig. 2 un dispositivo emisor/receptor;
Fig. 3 un dispositivo emisor/receptor como
esquema de funcionamiento;
Fig. 4 el empleo de un sistema de determinación
de la posición en la construcción de un túnel.
La fig. 1 muestra un sistema de determinación de
la posición 10 con tres dispositivos emisores/receptores 11, 12 y
13, que están dispuestos en un sistema de coordenadas 14 local.
Sobre unas diagonales en el espacio 15 están dispuestos ambos
dispositivos emisores/receptores 11 y 12 a una distancia d conocida,
y definen, en el caso en cuestión, diagonalmente uno respecto al
otro las esquinas de enfrente de un espacio de coordenadas 16 local.
La distancia d está definida mediante la distancia horizontal h y la
distancia vertical v de los dispositivos emisor/emisor receptor 11 y
12 entre ellos.
En el procedimiento para determinar una posición
de un dispositivo emisor/receptor 13, dispuesto a voluntad en un
espacio de coordenadas 16, mediante el sistema de determinación de
la posición 10 representado en la fig. 1 efectúa primero una
definición del espacio de coordenadas 16 por la posición de los
dispositivos emisores/receptores 11 y 12. Para ello se emite una
señal S1 de un dispositivo de antena 18, dispuesto sobre una
superficie esférica 17 de un dispositivo emisor/receptor 11, que
comprende una pluralidad de unidades de antena 19 a 22 (fig. 2). A
causa de la superficie esférica 17 del dispositivo de antena 18, se
efectúa la emisión de señal S1 al mismo tiempo en el espacio que
rodea la superficie esférica 17, tanto que dentro de un cono de
señal emitida por el dispositivo emisor/receptor 11, la señal S1 se
encuentra también sobre la superficie esférica 17 del dispositivo
emisor/receptor 12. Conforme al ángulo de la superficie, con el que
incide la señal S1 sobre la superficie esférica 17, o las unidades
de antena 19 a 22 (fig. 2), dispuestas distribuidas sobre la
superficie esférica 17, la señal S1 se recibe por las unidades de
antena 19 a 22 con intensidades diferentes de señal. Existe la
intensidad máxima de señal si la señal incide paralelamente respecto
a la normal n (fig. 2) sobre la superficie de la unidad de antena 19
a 22. Mediante la señal máxima recibida se define la unidad de
antena 20 del dispositivo emisor/receptor 12, que está dispuesto
sobre las diagonales en el espacio 15. De forma correspondiente,
porque por emisión de una segunda señal S2 por el dispositivo de
antena 18 del dispositivo emisor/receptor 12, puede determinarse la
unidad de antena 20 del dispositivo emisor/receptor 11 con
intensidad máxima de la señal recibida, que está dispuesta
igualmente sobre las diagonales en el espacio 15. Sobre ambas
unidades de antena 20, que están dispuestas sobre las diagonales en
el espacio 15 comunes, está definida con ello la posición de los
dispositivos emisores/receptores 11 y 12, uno respecto al otro,
dispuestos fijos en el espacio de coordenadas 16. Mediante los
valores de distancia h y v definidos, por ejemplo, por mediciones
geodésicas, puede determinarse ahora el vector distancia Ä_{1} o
Ä_{2} entre los dispositivos emisores/receptores 11 y 12.
Mediante el vector de distancia Ä_{1} o el
vector de distancia Ä_{2} están definidas la posición relativa y
la distancia de los dispositivos emisores/receptores 11 y 12, y
direcciones de referencia o nula correspondientes a_{1} o a_{2}
están dadas para ambos dispositivos emisores/receptores 11 y 12.
Estas direcciones de referencia a_{1} y a_{2}, así como la
distancia d entre los dispositivos emisores/receptores 11 y 12 se
almacenan en un dispositivo de almacenamiento 24 (fig. 3) de cada
dispositivo emisor/receptor 11, 12.
El sistema de determinación de la posición
representado en la fig. 1 comprende, junto a los dispositivos
emisores/receptores 11 y 12 dispuestos fijos en el espacio, el
dispositivo emisor/receptor 13, que está dispuesto a voluntad y
estacionariamente en el espacio 16. Como los dispositivos
emisores/receptores 11, 12, el dispositivo emisor/receptor 13
presenta, sobre una superficie esférica 17, un dispositivo de antena
18 con una pluralidad de unidades de antena 19 a 22. Además, el
dispositivo emisor/receptor 13, como los dispositivos
emisores/receptores 11, 12, están provistos con un dispositivo
generador de señal 25 (fig. 3), tanto que puede determinarse al
mismo tiempo, por la superficie esférica 17 del dispositivo
emisor/receptor 13, una señal S3 en el espacio que rodea. Conforme a
las relaciones explicadas con anterioridad ya detalladamente, se
define, dependiente de la intensidad máxima recibida de la señal de
la dirección de la señal S3 en los dispositivos emisores/receptores
11, 12, una unidad de antena 26 ó 27 determinada. De la posición
relativa conocida entre las unidades de antena 20 con la dirección
nula o de referencia a_{1} y a_{2} de los dispositivos
emisores/receptores 11, 12, y de las unidades de antena 26, 27, un
dispositivo procesador de los dispositivos emisores/receptores 11,
12 calcula los ángulos de posición correspondientes \alpha_{1},
\beta_{1} y \alpha_{2}, \beta_{2}. Con ello son
conocidos los vectores de dirección B_{1} y B_{2}, cuyo punto de
intersección determina la posición del tercer dispositivo
emisor/receptor 13.
De la descripción presente es evidente que el
dispositivo emisor/receptor 13 puede estar realizado también sólo
como dispositivo emisor para poder determinar la posición del
dispositivo. Si por el contrario, el dispositivo 13 debe ser
realizado como dispositivo activo, que produce determinadas
funciones, por ejemplo, dependiente del camino recorrido como
dispositivo conductor, es necesario realizar el dispositivo 13 no
solo como dispositivo emisor, sino también, como dispositivo
receptor, para recibir de los dispositivos 11 y 12 información
sobre la posición momentánea, y emitir dependiente aquí de señales
correspondientes para la producción de funciones.
El sistema de determinación de la posición 10
representado como ejemplo en la fig. 1 puede añadirse junto a los
dispositivos emisores/receptores 11 y 12 con otros dispositivos
emisores/receptores, que sirven asimismo para la determinación del
espacio de coordenadas 16. Por un lado, mediante una
sobredeterminación semejante del espacio de coordenadas 16, puede
aumentarse la exactitud del posicionamiento del dispositivo
emisor/receptor 13. Por otro lado, pueden ser compensados fallos
eventuales de un, o dado el caso, varios dispositivos
emisores/receptores.
La fig. 4 muestra un ejemplo para el empleo de
un sistema de determinación de la posición en una construcción de
túnel. Para ello, están representados en la fig. 4 segmentos
diferentes de un tubo tubular 32. El sistema de referencia 51,
definido aquí por en total cuatro dispositivos 28, 29, 30 y 31 fijos
en el espacio, que define conforme a la representación simplificada
principal en fig. 1 el espacio de coordenadas local, se extiende en
la dirección longitudinal del túnel tubular 32. Además, se
encuentran dos sistemas 33, 34 con respectivamente siete
dispositivos 35 a 41 y 42 a 49 en el túnel tubular 32. Además, está
previsto un dispositivo 49 móvil. Los dispositivos 35 a 41 pueden
estar realizados como dispositivos emisores puros o también como
dispositivos emisores/receptores, y servir para la determinación de
las deformaciones en el área de un corte de un túnel tubular 50 por
controles o registro de cambios de posición de dispositivos
individuales. Lo mismo tiene validez para los dispositivos 42 a
48, que no sólo registran deformaciones en el perfil del túnel, sino
además también deformaciones relativas en la dirección del túnel.
El dispositivo 49 móvil, por el contrario, está realizado como
dispositivo emisor y receptor y, por ejemplo, dispuesto sobre una
unidad de comando móvil, desplazable en el túnel tubular 32, que
transmite por su lado ordenes a dispositivos de elaboración, como
por ejemplo una cureña de taladradora o similares.
Claims (4)
1. Procedimiento para determinar una
posición en el espacio comprendiendo los pasos del
procedimiento:
- -
- definición de un espacio de coordenadas (16) local por la disposición de al menos dos dispositivos emisores/receptores (11, 12) con una pluralidad de unidades de antena (19, 20, 21, 22, 26, 27), que están dispuestos con una distribución definida en una superficie esférica (17) de los dispositivos emisores/receptores en el espacio, de forma que los dispositivos emisores/receptores se encuentran en una posición relativa definida a una distancia horizontal h y a una distancia vertical v conocidas,
- -
- emisión de una señal S1 por las unidades de antena del primer dispositivo emisor/receptor (11) y recepción de la señal SS1 por las unidades de antena del segundo dispositivo emisor/receptor (12), determinación del vector distancia Ä_{1} entre el primer dispositivo emisor/receptor y el segundo por la determinación de la unidad de antena (27) del segundo dispositivo emisor/receptor (12) con la intensidad de recepción máxima de la señal S1 y emisión de una señal S2 por las unidades de antena del segundo dispositivo emisor/receptor (12), así como la determinación del vector de distancia Ä_{2} entre el segundo dispositivo emisor/receptor por la determinación de la unidad de antena (26) del primer dispositivo emisor/receptor (11) con intensidad máxima de recepción de la señal S2,
- -
- determinación de la posición de un tercer dispositivo emisor/receptor (13) dispuesto a voluntad en el espacio de coordenadas (16) local por la emisión de una señal S3 por las unidades de antena (19, 20, 21, 22) del tercer dispositivo emisor/receptor (13) y recepción de la señal S3 por las unidades de antena del primer y el segundo dispositivo emisor/receptor (11, 12), determinación de la unidad de antena (26, 27) del primer dispositivo emisor/receptor (11) y del segundo dispositivo emisor/receptor (12) con intensidad máxima de recepción de la señal S3, determinación de los vectores de dirección B_{1} y B_{2}, así como la determinación del punto de intersección de los vectores de dirección para la determinación de la posición del tercer dispositivo emisor/receptor (13).
2. Sistema para la determinación de
la posición de un dispositivo emisor/receptor (13) dispuesto a
voluntad en un espacio frente al menos dos dispositivos
emisores/receptores (11, 12) dispuestos definidos entre ellos en el
espacio según el procedimiento según la reivindicación 1, con al
menos tres dispositivos emisores/receptores (11, 12, 13), que
presenta cada vez un dispositivo de antena (18) con una pluralidad
de unidades de antena (19, 20, 21, 22) dispuestas siguiendo una
distribución definida sobre una superficie esférica (17), y un
dispositivo generador de señal (25), por los que dos dispositivos
emisores/receptores (11, 12) están realizados como al menos
dispositivos dispuestos temporalmente, fijos en un espacio de
coordenadas (16) local, y otro dispositivo emisor/receptor puede
moverse relativamente respecto a los dispositivos.
3. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado porque los dispositivos emisores/receptores
(11, 12, 13) presentan un dispositivo procesador, y porque el
dispositivo generador de señal genera señales con independencia del
dispositivo procesador.
4. Sistema según la reivindicación 3,
caracterizado porque el dispositivo procesador sirve para
identificar una unidad de antena (10, 20, 21, 22) del dispositivo de
antena (18) por comparación de la intensidad de recepción de las
señales S1, S2, S3 recibidas por las unidades de antena.
Applications Claiming Priority (2)
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