FI94183B - Method and arrangement for determination of a position - Google Patents
Method and arrangement for determination of a position Download PDFInfo
- Publication number
- FI94183B FI94183B FI914731A FI914731A FI94183B FI 94183 B FI94183 B FI 94183B FI 914731 A FI914731 A FI 914731A FI 914731 A FI914731 A FI 914731A FI 94183 B FI94183 B FI 94183B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- signal
- station
- sound
- transmitted
- unit
- Prior art date
Links
Description
9418394183
MENETELMÄ JA LAITE PAIKAN MÄÄRITTÄMISEKSIMETHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING LOCATION
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä paikan määrittämi-5 seksi.The invention relates to a method for determining a location as defined in the preamble of claim 1.
Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 9 johdanto-osan mukainen laite paikan määrittämiseksi.The invention also relates to a device for determining a location according to the preamble of claim 9.
Ennestään tunnetaan paikan, erityisesti etäisyyden mittausmenetelmiä ja -laitteita, joissa äänisig-10 naalin avulla mitataan kahden tai useamman pisteen välinen etäisyys. Eräässä mittausmenetelmässä lähetetään äänipulssi, odotetaan kohteesta heijastuvan pulssin paluuta ja kulkuviiveestä lasketaan kohteen etäisyys. Kun mitattujen kohteiden koordinaatit tunnetaan, 15 voidaan etäisyyksien perusteella laskea paikka kaksi-tai kolmiulotteisessa koordinaatistossa.Methods and devices for measuring location, in particular distance, are known in which the distance between two or more points is measured by means of an audio signal. In one measurement method, a sound pulse is transmitted, the return of the pulse reflected from the object is expected, and the distance of the object is calculated from the travel delay. Once the coordinates of the measured objects are known, the location in the two- or three-dimensional coordinate system can be calculated from the distances.
Ongelmana äänipulssin avulla suoritetuissa mittauksissa on, että etäisyystieto saadaan sitä hitaammin, mitä kauempana kohde on. Niistä ei siis saada 20 jatkuvaa etäisyystietoa.The problem with sound pulse measurements is that the farther the target is, the slower the distance information is obtained. Thus, 20 continuous distance data are not obtained from them.
Edelleen ongelmana on, että menetelmässä ei huomioida ympäristön äänikentässä tapahtuvia häiritseviä muutoksia.A further problem is that the method does not take into account disturbing changes in the ambient sound field.
Edelleen ongelmana on, että lähetystehojen 25 tulee olla suhteellisen suuria, jotta erityisesti pie-:· nistä kohteista saadaan mitattava kaiku.A further problem is that the transmission powers 25 must be relatively large in order to obtain a measurable echo, especially from small objects.
Keksinnön tarkoituksena on tuoda julki uusi menetelmä paikan määrittämiseksi ja laite menetelmän toteuttamiseksi, jonka menetelmän ja laitteen avulla 30 mm. edellä esitetyt haitat voidaan eliminoida.The object of the invention is to disclose a new method for determining a location and a device for implementing the method, by means of which the method and the device 30 mm. the above disadvantages can be eliminated.
Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.The method according to the invention is characterized by what is stated in claim 1.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä paikan määrittämiseksi käytetään hyväksi äänisignaalia ja tämän 35 kulkuajan määrittämistä. Edelleen liikkuvan lähetysaseman paikka suhteessa kahteen tai useampaan kiinteään vastaanottoasemaan mitataan lähettämällä äänisig- 94183 2 naali ensimmäiseltä eli lähetysasemalta ja vastaanottamalla se kullakin toisella asemalla eli vastaanottoasemalla ja laskemalla äänisignaalin kulkuaikojen sekä etenemisnopeuksien ja kiinteiden asemien koordinaattien 5 perusteella liikkuvan aseman paikkakoordinaatit kiinteiden asemien suhteen. Keksinnön mukaisesti: - ensimmäisellä asemalla muodostetaan sellainen äänisig-naalijakso, joka on muodoltaan satunnaissignaali ja joka äänisignaali toteutetaan äänisignaalijaksoa tois- 10 tamalla aikavälin päässä toisistaan peräkkäin samanlaisena äänisignaalia lähetettäessä; - muodostetaan ajastussignaali asemien synkronoimisek-si, joka ajastussignaali on toistettavissa, ja se välitetään sähkömagneettisen kantoaallon avulla ensimmäi- 15 seltä asemalta edullisimmin samanaikaisesti yhdelle tai useammalle toiselle asemalle; muodostetaan lähetettyä äänisignaali olennaisesti vastaava signaali kullakin toisella asemalla; - ajastussignaalin perusteella toisella asemalla muo-20 dostettu signaali tahdistetaan vastaanotetun äänisignaalin kanssa ja viivästetään yhdellä tai useammalla arvioidulla etenemisviiveellä; - verrataan vastaanotettua äänisignaalia ja tahdistettua ja viivästettyä signaalia keskenään etenemisviiveen 25 selville saamiseksi; - etenemisviive ilmoitetaan kultakin toiselta asemalta ensimmäiselle asemalle sähkömagneettisen kantoaallon avulla; ja - lasketaan sinänsä tunnetulla tavalla etenemisviivei-30 den eli kulkuaikojen ja äänisignaalin etenemisnopeuksien perusteella ensimmäisen aseman paikka toisten asemien suhteen.The method according to the invention for determining the location utilizes an audio signal and determining this travel time. Furthermore, the position of a mobile transmitting station relative to two or more fixed receiving stations is measured by transmitting an audio signal from the first transmitting station and receiving it at each second station, i.e. receiving station, and calculating the audio signal travel times and travel speeds and fixed station coordinates. According to the invention: the first station generates an audio signal sequence which is in the form of a random signal and which audio signal is implemented by repeating the audio signal sequence at a time interval from one another in succession when transmitting a similar audio signal; - generating a timing signal for synchronizing the stations, which timing signal is reproducible and is transmitted by means of an electromagnetic carrier from the first station, most preferably simultaneously to one or more second stations; generating a signal substantially corresponding to the transmitted audio signal at each of the other stations; - the signal generated at the second station based on the timing signal is synchronized with the received audio signal and delayed by one or more estimated propagation delays; - comparing the received audio signal and the synchronized and delayed signal with each other to find out the propagation delay 25; - the propagation delay is indicated from each second station to the first station by means of an electromagnetic carrier; and - calculating the position of the first station with respect to the second stations on the basis of the propagation delays, i.e. the travel times and the propagation speeds of the audio signal, in a manner known per se.
Menetelmässä käytetty äänisignaali muodostetaan siis joukosta suhteellisen lyhyitä äänisignaali-35 jaksoja, jotka ovat samanlaisia. Äänisignaalijakso on satunnaissignaali eli se on satunnaisesti vaihteleva signaali, kuten kohinasignaali.The audio signal used in the method is thus formed from a set of relatively short audio signal-35 periods that are similar. The audio signal period is a random signal, i.e., it is a randomly varying signal, such as a noise signal.
3 94183 Äänisignaalin äänisignaalijaksoja lähetetään sopivin aikavälein siten, että peräkkäisten jaksojen etäisyys so. aikaväli x äänen etenemisnopeus on suuri etenemisviiveen muutoksiin verrattuna eli liikkuvan 5 aseman palkkamuutoksiin nähden. Näin ollen esim. äänisignaali jaksojen aikaväli on 3 sek (= 1 km etäisyys), kun traktorin so. liikkuvan aseman paikkaa määritetään pellolla ja traktorin palkkamuutokset eli nopeus suurimmillaan on välillä 1-10 m/s. Toisaalta ultraääni-10 taajuuksilla asemien väliset etäisyydet ovat yleensä pienempiä, äänisignaalijaksojen aikavälit pienempiä ja liikkuvan aseman paikka voidaan määrittää tarkemmin.3 94183 The audio signal periods of the audio signal are transmitted at suitable intervals so that the distance of the successive periods, i.e. the time interval x the speed of sound propagation is large compared to the changes in the propagation delay, i.e. with respect to the salary changes of the mobile 5 station. Thus, for example, the time interval of the audible signal periods is 3 sec (= 1 km distance) when the tractor so. the position of the mobile station is determined in the field and the wage changes of the tractor, ie the maximum speed, is between 1-10 m / s. On the other hand, at ultrasonic frequencies, the distances between stations are generally smaller, the time intervals of the audio signal periods are smaller, and the location of the mobile station can be determined more precisely.
Menetelmän eräässä sovellutuksessa äänisignaa-lijakso muutetaan digitaaliseen muotoon ja tallennetaan 15 ensimmäisen aseman muistiin, josta se luetaan toistuvasti äänisignaalia lähetettäessä; ja äänisignaalijakso tallennetaan digitaalisessa muodossa toisen aseman muistiin, josta se luetaan viivästettynä ja todellinen etenemisviive ja sen myötä asemien välinen etäisyys 20 määritetään vastaanotetun äänisignaalin ja tallennetun viivästetyn äänisignaalin korrelaation perusteella.In one embodiment of the method, the audio signal period is converted to digital form and stored in the memory of the first 15 stations, from which it is read repeatedly when transmitting the audio signal; and the audio signal period is stored in digital form in the memory of the second station from which it is read as delayed, and the actual propagation delay and thereby the distance between the stations is determined based on the correlation between the received audio signal and the stored delayed audio signal.
Äänisignaalijakso muodostetaan tällöin edullisimmin erillään varsinaisesta paikan mittausjärjestelmästä ja tallennetaan esim. ROM-muistiin. Tästä muis-25 tista äänisignaalijakso on helppo lukea ennalta määrä-” tyin aikavälein toistuvasti samanlaisena. Lisäksi ase mien synkronointi ajastussignaalin avulla on helppo toteuttaa.The audio signal period is then most preferably generated separately from the actual position measuring system and stored, for example, in the ROM memory. From this memory, it is easy to read the audio signal period repeatedly at predetermined intervals. In addition, synchronization of stations by means of a timing signal is easy to implement.
Menetelmän eräässä sovellutuksessa vallitsevaa 30 ympäristön äänikentän voimakkuutta, johon äänikenttään sisältyvät ympäristömelu ja lähetettävä äänisignaali, havainnoidaan ensimmäisen aseman ympäristössä, ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta säädetään siten, että se voimakkuudeltaan vastaa vähintään vallitsevaa 35 melutasoa tai ylittää tietyn minimivoimakkuuden, mikäli ympäristön melutaso alittaa ennalta määrätyn voimakkuustason. Näin ollen lähetettävän äänisignaalin voi- 94183 4 makkuus säädetään ympäristön melutason mukaan optimaalisesti. Tämän lisäksi lähetettävän äänisignaalin teho säädetään ottaen huomioon lähetys- ja vastaanottoasemien välinen etäisyys ja erityisesti siten, että etäisyy-5 den kasvaessa lisätään lähetystehoa. Ympäristömeluun ja lähetettävän äänisignaalin erottamiseen voidaan käyttää monia menetelmiä, joista eräitä edullisia menetelmiä esitetään seuraavassa.In one embodiment of the method, the prevailing ambient sound field intensity 30, which includes ambient noise and an audible signal to be transmitted, is detected in the vicinity of the first station, and the transmitted audible signal is adjusted to at least 35 Thus, the volume of the transmitted audio signal is optimally adjusted according to the ambient noise level. In addition, the power of the audio signal to be transmitted is adjusted taking into account the distance between the transmitting and receiving stations, and in particular so that as the distance increases, the transmission power is increased. Many methods can be used for ambient noise and the separation of the transmitted audio signal, some of which are preferred below.
Menetelmän eräässä sovellutuksessa lähetettä-10 vän äänisignaalin voimakkuutta mitataan eri voimakkuus-tasoilla lähetysasemalla hiljaisessa ympäristössä ja siitä lasketaan ensimmäiset lyhyen aikavälin keskiarvot kullekin voimakkuustasolle; lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta mitataan lähetysasemalla ulkoisen melun 15 vallitessa ja siitä lasketaan toinen lyhyen aikavälin keskiarvo; ja ensimmäisistä keskiarvoista ja toisesta mitatusta keskiarvosta lasketaan lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun suhde, jonka perusteella lähetetyn signaalin voimakkuutta säädetään.In one embodiment of the method, the strength of the transmitted audio signal is measured at different intensity levels at the transmitting station in a quiet environment and the first short-term averages are calculated for each intensity level; the strength of the audio signal to be transmitted is measured at the transmitting station in the presence of external noise 15 and a second short-term average is calculated therefrom; and calculating the ratio of the transmitted audio signal to the external noise from the first averages and the second measured average, based on which the strength of the transmitted signal is adjusted.
20 Menetelmän eräässä sovellutuksessa lähetettä vän äänisignaalin voimakkuutta mitataan lähetysasemalla ulkoisen melun vallitessa; mitattu signaali kerrotaan äänisignaaliin verrannollisella signaalilla; saatu tulos keskiarvoistetaan lähetetyn äänisignaalin tehol-25 lisarvon laskemiseksi; mitattu signaali kerrotaan it-' sellään ja keskiarvoistetaan lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun tehollisarvojen summan selville saamiseksi; äänisignaalin tehollisarvon suhde ulkoisen melun tehollisarvoon lasketaan jakamalla äänisignaalin tehol-30 lisarvo lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun tehollisarvo jen summan ja äänisignaalin tehollisarvon erotuksella; ja mainitun suhteen avulla lähetetyn äänisignaalin voimakkuutta säädetään.20 In one embodiment of the method, the strength of the transmitted audio signal is measured at the transmitting station in the presence of external noise; the measured signal is multiplied by a signal proportional to the audio signal; the obtained result is averaged to calculate the power-added value of the transmitted audio signal; the measured signal is multiplied by itself and averaged to find the sum of the rms values of the transmitted audio signal and external noise; the ratio of the rms value of the audio signal to the rms value of the external noise is calculated by dividing the rms value of the audio signal by the difference between the sum of the rms values of the transmitted audio signal and the reversible external noise and the rms value of the audio signal; and adjusting the strength of the audio signal transmitted by said ratio.
Menetelmän eräässä sovellutuksessa vastaanot-35 toasemalla vastaanotettu äänisignaali jakso ja aseman muistista luettu vastaava signaalijakso arvioidulla etenemisviiveellä viivästettynä kerrotaan keskenään, 5 94183 tätä tulosta integroidaan ja integrointituloksen perusteella tutkitaan muistista luetun signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen signaalin korreloitumista etene-misviiveen todellisen arvon selvillesaamiseksi, ja kun 5 etenemisviive on vahvistettu, lasketaan ensimmäisen aseman paikka toiseen asemaan nähden.In one embodiment of the method, the audio signal period received at the receiving station and the corresponding signal period read from the station memory with the estimated propagation delay delay are multiplied, 94 943 this result is integrated and is confirmed, the position of the first station relative to the second station is calculated.
Edellä esitetty merkitsee sitä, että signaalien välinen korrelaatio pyritään määrittämään. Mikäli korrelaatiota ei heti havaita, vertailu suoritetaan 10 uudestaan etenemisviiveen korjatulla arvolla. Tätä toistetaan, kunnes korrelaatio todetaan lähetetyn ja vastaanotetun äänisignaalin välillä tietyllä etenemis-viiveellä tai tästä arvosta interpoloidulla arvolla. Vahvistettu etenemisviive lähetetään sitten ensimmäi-15 selle asemalle. Ensimmäisellä asemalla eli liikkuvalla asemalla lasketaan etäisyydet ja/tai paikka useampaan kiinteään asemaan nähden etenemisviiveiden ja muiden tietojen (mm. kiinteiden asemien koordinaattitiedot) perusteella. Paikkatieto voidaan tarpeen vaatiessa 20 lähettää sähkömagneettisen kantoaallon, kuten radion välityksellä edelleen sopivalle tukiasemalle, joka voi olla yksi kiinteistä asemista.The above means that the correlation between the signals is sought to be determined. If no correlation is immediately detected, the comparison is performed again with a corrected value of 10 propagation delays. This is repeated until a correlation is detected between the transmitted and received audio signal with a certain propagation delay or a value interpolated from this value. The acknowledged propagation delay is then sent to the first 15 stations. At the first station, i.e. the mobile station, the distances and / or position relative to several fixed stations are calculated on the basis of propagation delays and other information (e.g. coordinate information of the fixed stations). If necessary, the location information may be transmitted via an electromagnetic carrier, such as a radio, to a suitable base station, which may be one of the fixed stations.
Menetelmän eräässä sovellutuksessa lähetettävää äänisignaalijaksoa käsitellään alipäästösuodatuk-25 sella siten, että äänisignaali jakson autokorrelaatio-’·· funktion muodoksi saadaan levennetty pyöreähkö piikki.In one embodiment of the method, the audio signal period to be transmitted is processed by low-pass filtering so that the audio signal in the form of the autocorrelation function of the period becomes a widened circular peak.
Tämä helpottaa etäisyyden seuraamista, koska lähetetyn ja vastaanotetun äänisignaalijakson ristikorrelaatio voidaan laskea vain muutamalla arvolla ja saada luotet-30 tavia tietoja etenemisviiveen muuttumisesta. Autokor-relaatiofunktion pyöreähköstä muodosta seuraa, että myös ristikorrelaatiopiikki on leventynyt ja pyöristynyt ja näin muutaman lasketun pisteen avulla voidaan määrittää käytetyn etenemisviivearvion virhe ja laskea 35 varsinainen etenemisviive riittävällä tarkkuudella sekä arvioida, mihin suuntaan korrelaatiofunktio on siirtymässä ja siis saatu tieto etenemisviiveen kasvusta tai 94183 6 vähenemisestä.This makes it easier to track the distance because the cross-correlation of the transmitted and received audio signal period can be calculated with only a few values and reliable information about the change in the propagation delay can be obtained. It follows from the rounder form of the autocorrelation function that the cross-correlation peak is also widened and rounded, and thus a few calculated points can be used to determine the propagation delay error and calculate the actual propagation delay with sufficient accuracy. .
Menetelmän eräässä sovellutuksessa etenemis-viiveen arviointi ja etsintä aloitetaan, mikäli etene-misviive menetetään eikä korrelaatiota havaita, vii-5 meksi varmasti havaittua etenemisviivetietoa alkuarvona käyttäen ja sitä ennalta määrätyllä tavalla muuttaen, kuten tietyn suuruisina lisäyksinä ja/tai vähennyksinä, kunnes etenemisviivetieto saadaan tai ennalta asetetut raja-arvot etenemisviiveelle saavutetaan, jolloin ete-10 nemisviiveen etsiminen ja määrittäminen lopetetaan ja tieto tästä annetaan ensimmäiselle asemalle.In one embodiment of the method, the propagation delay estimation and search is initiated if the propagation delay is lost and no correlation is detected, using the definitely detected propagation delay information as an initial value and changing it in a predetermined manner, such as increments and / or decrements of a certain size until the set limit values for the propagation delay are reached, whereby the search and determination of the propagation delay is stopped and the first station is informed about it.
Keksinnön kohteena on myös laite paikan määrittämiseksi. Keksinnön mukaiseen laitteeseen paikan määrittämiseksi kuuluu äänilähetinyksikkö ja ainakin 15 kaksi äänivastaanotinyksikköä, jossa laitteessa äänisignaalin kulkuajan perusteella määritetään äänilähe-tinyksikön paikka avaruudessa eli ainakin kaksiulotteisessa avaruudessa eli pinnalla ja jossa laitteessa äänilähetinyksikkö on sovitettu ensimmäiseen asemaan 20 so. lähetysasemaan eli liikkuvaan asemaan ja äänivas-taanotinyksikkö kuhunkin toiseen asemaan so. vastaanottoasemaan eli kiinteään asemaan. Laitteella mitataan liikkuvan aseman paikka suhteessa vastaanottoasemiin. Vastaanottoasemia voi olla kaksi tai useampia ja niiden 25 paikkakoordinaatit tunnetaan.The invention also relates to a device for determining a location. The device for determining a location according to the invention comprises an audio transmitter unit and at least two audio receiver units, in which device the location of the audio transmitter unit in space, i.e. at least two-dimensional space, i.e. on the surface, is determined on the basis of the audio signal travel time. to the transmitting station, i.e. the mobile station, and the voice receiver unit to each of the other stations, i.e. to the receiving station, i.e. the fixed station. The device measures the position of the mobile station relative to the receiving stations. There may be two or more receiving stations and their location coordinates are known.
Keksinnön mukaisesti laitteen äänilähetinyk-sikköön kuuluu: - signaalilähde, jossa on välineet jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi; 30 - äänilähetin, jonka avulla signaali jakso muunnetaan vastaavanlaiseksi äänisignaaliksi ja toistetaan halutun : aikavälin päässä toisistaan; - radiolähetin ja -vastaanotin ajastussignaalin lähettämiseksi ensimmäiseltä asemalta ja etenemisviivetiedon 35 vastaanottamiseksi kultakin toiselta asemalta; - ohjaus- ja laskentayksikkö, jossa on -- välineet signaalilähteen ja äänilähettimen ohjaami- 7 94183 seksi; -- välineet ensimmäisen aseman paikkatiedon laskemiseksi toisten asemien suhteen etenemisviivetietojen eli kulkuaikojen ja äänisignaalin etenemisnopeuksien perus-5 teella; ja jossa laitteessa äänivastaanotinyksikköön kuuluu: - äänivastaanotin, jolla vastaanotetaan ja vahvistetaan äänisignaali; - radiovastaanotin, jonka avulla ajastussignaali vas-10 taanotetaan; - signaalilähde, jossa on välineet samanlaisen jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi kuin äänilähetinyksikössä; - välineet signaalijakson toistamiseksi halutuin aika-15 välein siten, että signaali vastaa äänilähettimen avulla muodostettua äänisignaalia; - signaalien käsittely-yksikkö, jossa radiovastaanottimen kautta saadun ajastussignaalin perusteella signaalilähteestä syötetty signaali tahdistetaan vastaanote- 20 tun äänisignaalin kanssa ja viivästetään yhdellä tai useammalla arvioidulla etenemisviiveellä ja sitten verrataan äänivastaanottimella vastaanotettuun äänisignaaliin etenemisviiveen selville saamiseksi; ja - radiolähetin, jonka avulla toiselta asemalta lähete-25 tään ainakin signaalien käsittely-yksikön avulla saatu tulos etenemisviiveestä ensimmäiselle asemalle, jossa lasketaan etenemisviiveen ja äänisignaalin etenemisnopeuden perusteella ensimmäisen aseman paikka toisten asemien suhteen.According to the invention, the audio transmitter unit of the device comprises: - a signal source with means for generating a random signal of a period length; 30 - an audio transmitter, by means of which the signal period is converted into a similar audio signal and reproduced at a desired: time interval from each other; - a radio transmitter and receiver for transmitting a timing signal from the first station and receiving propagation delay information 35 from each second station; - a control and calculation unit comprising - means for controlling the signal source and the audio transmitter; - means for calculating the position information of the first station with respect to the second stations on the basis of the propagation delay information, i.e. the travel times and the propagation speeds of the audio signal; and in which the voice receiver unit comprises: - a voice receiver for receiving and amplifying an audio signal; - a radio receiver by means of which the timing signal is received; - a signal source having means for generating a random signal of a period similar to that of the voice transmitter unit; - means for repeating the signal period at the desired time-15 intervals so that the signal corresponds to the audio signal generated by the audio transmitter; - a signal processing unit, wherein based on the timing signal received via the radio receiver, the signal input from the signal source is synchronized with the received audio signal and delayed by one or more estimated propagation delays and then compared with the audio signal received by the audio receiver to find the propagation delay; and - a radio transmitter for transmitting from the second station at least the result of the propagation delay obtained by the signal processing unit to the first station, where the position of the first station with respect to the second stations is calculated on the basis of the propagation delay and the propagation speed of the audio signal.
30 Laitteen eräässä sovellutuksessa sekä äänilä- hetinyksikön että äänivastaanotinyksikön signaalilähteeseen kuuluu: muistiyksikkö, johon äänisignaalijakso on tallennettu digitaalisessa muodossa; ja välineisiin signaalin toistamiseksi kuuluu lukulaite äänisignaali-35 jakson ohjaamiseksi ulos signaalilähteestä.In one embodiment of the device, the signal source of both the audio transmitter unit and the voice receiver unit comprises: a memory unit in which the audio signal sequence is stored in digital form; and means for reproducing the signal includes a reading device for directing a period of the audio signal-35 out of the signal source.
Laitteen eräässä sovellutuksessa äänilähe-tinyksikköön kuuluu: äänivastaanotin äänilähdeyksikön 94183 8 ja lähetysaseman ympäristössä vallitsevien hälyäänien ja lähetettävän äänisignaalin vastaanottamiseksi; välineet ympäristön äänitason eli vallitsevan melun voimakkuuden ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden 5 tarkkailemiseksi; välineet lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden säätämiseksi siten, että se vastaa voimakkuudeltaan vähintään vallitsevan melutason voimakkuutta tai ylittää tietyn minimivoimakkuuden, mikäli ympäristön melutaso on pieni tai olematon.In one embodiment of the device, the voice transmitter unit comprises: a voice receiver for receiving the noise sources and the audio signal to be transmitted in the vicinity of the audio source unit 94183 8 and the transmitting station; means for monitoring the ambient sound level, i.e. the prevailing noise level and the strength of the transmitted audio signal 5; means for adjusting the strength of the audio signal to be transmitted so that it corresponds at least to the prevailing noise level or exceeds a certain minimum intensity if the ambient noise level is low or non-existent.
10 Laitteen eräässä sovellutuksessa äänivas- taanotinyksikön signaalinkäsittely-yksikköön kuuluu: säädettävä viiveyksikkö muistiyksiköstä luettavan äänisignaali jakson viivästämiseksi arvioidulla etenemis-viiveellä; analogia/digitaalimuunnin äänivastaanotti-15 mella vastaanotetun signaalin muuttamiseksi digitaaliseen muotoon; vertailuyksikkö, johon muistiyksiköstä ja analogia/digitaalimuuntimelta saadut signaalit syötetään niiden korreloitumisen määrittämiseksi; tietojenkäsittely-yksikkö, kuten mikroprosessori, signaalinkä-20 sittely-yksikön toimintojen ohjaamiseksi ja vertailuyk-siköltä saadun tiedon käsittelemiseksi, jolta vertai-luyksiköltä saatu ja vahvistettu etenemisviivetieto lähetetään radiolähettimen kautta äänilähetinyksikölle ensimmäisen aseman paikkakoordinaattien laskemiseksi.In one embodiment of the device, the signal processing unit of the voice receiver unit comprises: an adjustable delay unit for delaying a period of an audio signal read from the memory unit by an estimated propagation delay; an analog-to-digital converter for converting the signal received by the audio receiver-15 to digital form; a reference unit to which the signals received from the memory unit and the analog-to-digital converter are input to determine their correlation; a data processing unit, such as a microprocessor, for controlling the functions of the signal processing unit and for processing the information received from the reference unit, from which the propagation delay information received and acknowledged is transmitted via the radio transmitter to the voice transmitter unit to calculate first station position coordinates.
25 Laitteen eräässä sovellutuksessa vertailulait- teeseen kuuluu kertoja, jossa vastaanotettu äänisignaa-lijakso ja aseman muistista luettu vastaava äänisignaa-lijakso vaiheistettuna ja arvioidulla etenemisviiveellä viivästettynä kerrotaan keskenään, ja integraattori, 30 jossa kertojalta saatu tulos integroidaan ja joka uusi tulos siirretään tietojenkäsittely-yksikölle tämän signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen signaalin korreloitumisen tutkimiseksi ja etenemisviiveen todellisen arvon selville saamiseksi, ja joka vahvistettu etene-35 misviivetieto lähetetään radiolähettimen kautta ensimmäiselle asemalle.In one embodiment of the apparatus, the comparator comprises a multiplier in which the received audio signal period and the corresponding audio signal period read from the station memory, multiplied and delayed with an estimated propagation delay, are multiplied, and an integrator in which the multiplier result is integrated and the new result is transmitted and examining the correlation of the received audio frequency signal and finding out the actual value of the propagation delay, and which amplified propagation delay information is transmitted via the radio transmitter to the first station.
Laitteen eräässä sovellutuksessa lähetettävääTo be sent in one application of the device
It IH I 11 II I I I at i 9 94183 äänisignaalijaksoa käsitellään käsittelylaitteella, johon kuuluu alipäästösuodatin, siten, että äänisignaali jakson autokorrelaatiofunktiomuodoksi saadaan levennetty pyöreähkö piikki. Signaalinkäsittelylaittei-5 siin saattaa itsessään kuulua sellainen alipäästöomi-naisuus, ettei erillistä alipäästösuodatinta tarvita.It IH I 11 II I I I at i 9 The 94183 audio signal period is processed by a processing device including a low-pass filter so that the autocorrelation function form of the audio signal period is a widened circular peak. The signal processing devices 5 may themselves include such a low-pass feature that a separate low-pass filter is not required.
Keksinnön eduista voidaan todeta seuraavaa. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteessa ei mitata äänikaikua, vaan suoraan yhteen suuntaan etene-10 vän äänisignaalin kulkuaikaa. Näin etäisyystieto saadaan nopeasti ja tarpeen vaatiessa olennaisesti jatkuvana informaationa.The advantages of the invention can be seen as follows. In the method and device according to the invention, the sound echo is not measured, but the travel time of the sound signal traveling directly in one direction. In this way, the distance information is obtained quickly and, if necessary, as substantially continuous information.
Edelleen keksinnön etuna on, että menetelmän avulla päästään hyvään signaalikohinasuhteeseen. Näin 15 pystytään mittaamaan pitkiäkin etäisyyksiä.A further advantage of the invention is that the method achieves a good signal-to-noise ratio. In this way, even long distances can be measured.
Edelleen keksinnön etuna on, että äänisignaa-lijakso on ylipäätään valkoista kohinaa, jonka voimakkuustaso on vallitsevan ulkoisen melun luokkaa. Ko-hinasignaali kattaa myös laajan taajuusalueen, jolloin 20 signaalin häiriövaikutus esim. samantehoiseen kapeataa-juiseen signaaliin nähden on huomattavan vähäinen. Näin ollen käytetty äänisignaali ei lisää ympäristömelua merkittävästi.A further advantage of the invention is that the audio signal period is generally white noise with an intensity level of the order of the prevailing external noise. The noise signal also covers a wide frequency range, whereby the interference effect of the 20 signals, e.g. with respect to a narrow-power signal of the same power, is considerably small. Therefore, the audio signal used does not significantly increase the ambient noise.
Edelleen keksinnön etuna on, että ympäristön 25 äänikentän muutokset otetaan huomioon ja tämän mukaan :· säädetään lähetettävän äänisignaalijakson voimakkuutta.A further advantage of the invention is that the changes in the sound field of the environment 25 are taken into account and accordingly: · the strength of the audio signal period to be transmitted is adjusted.
Korrelaatiotekniikka vaatii häiriöllisissä olosuhteissa laajaa dynamiikkaa, joka johtaa vaativiin A/D-muunti-miin ja korkeaan hintaan. Keksinnön mukaisessa menetel-30 mässä ja laitteessa dynamiikkaa supistetaan adaptiivisen voimakkuussäädön avulla, jolloin voidaan käyttää yksinkertaista A/D-muunnintekniikkaa. Näin laitteen rakenne yksinkertaistuu ja se on taloudellinen valmistaa .Correlation technology requires extensive dynamics in disturbing conditions, leading to demanding A / D converters and high cost. In the method and device according to the invention, the dynamics is reduced by means of adaptive volume control, whereby a simple A / D converter technique can be used. This simplifies the structure of the device and makes it economical to manufacture.
35 Keksinnön etuna on edelleen, että menetelmän mukainen laite on toteutettavissa edullisesti kaupallisesti saatavien palaprosessoreiden avulla.A further advantage of the invention is that the device according to the method can be implemented advantageously by means of commercially available chip processors.
94183 1094183 10
Keksinnön etuna on edelleen, että toiset eli kiinteät asemat ovat rakenteeltaan yksinkertaisia energiaa vähän kuluttavia ja toimintavarmoja. Niitä voidaan tällöin sijoittaa toisen eli liikkuvan aseman toimin-5 taympäristöön riittävä määrä kohtuullisin kustannuksin.A further advantage of the invention is that the second or fixed stations have a simple structure with low energy consumption and reliable operation. In this case, a sufficient number of them can be placed in the operating environment of the second station, i.e. the mobile station, at a reasonable cost.
Seuraavassa keksintöä ja sen eräitä edullisia toteutusesimerkkejä selostetaan oheisten piirustusten avulla, joissa kuva 1 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaista 10 laitetta paikan määrittämiseksi; kuva 2 esittää laitteen äänilähetinyksikköä; kuva 3 esittää laitteen äänivastaanotinyksikköä; kuva 4 esittää havainnollisesti keksinnön mukaisen menetelmän toimintaa; 15 kuva 5 esittää mitattua ristikorrelaatiofunktiota ja etenemisviivepisteitä; kuva 5a, kun etenemisviive on arvioitu oikein; kuva 5b, kun etenemisviive on arvioitu liian suureksi; kuva 5c, kun etenemisviive on arvioitu liian pieneksi; 20 ja kuva 5d, kun etenemisviivettä ei ole saatu arvioitua korrelaatiopiikin ollessa hukassa.In the following, the invention and some preferred embodiments thereof will be described with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows a device 10 according to the invention for determining a location; Figure 2 shows the audio transmitter unit of the device; Figure 3 shows the audio receiver unit of the device; Figure 4 illustrates the operation of the method according to the invention; Figure 5 shows the measured cross-correlation function and propagation delay points; Figure 5a when the propagation delay is correctly estimated; Figure 5b when the propagation delay is estimated to be too high; Figure 5c when the propagation delay is estimated to be too small; 20 and Figure 5d when the propagation delay has not been estimated with the correlation peak lost.
Kuvassa 1 on esitetty kaaviomaisesti eräs keksinnön mukainen laite paikan määrittämiseksi. Lait-25 teeseen kuuluu yksi äänilähetinyksikkö 1 ja kolme ääni-’ vastaanotinyksikköä 2. Äänilähetinyksikkö 1 on sijoi tettu lähetysasemaan 3, joka on liikkuvassa kulkuneuvossa. Äänivastaanotinyksiköt 2 on vuorostaan sovitettu vastaanottoasemille 4, 5 ja 6, jotka ovat kiinteitä 30 paikallaan olevia asemia.Figure 1 schematically shows a device according to the invention for determining a location. The device 25 comprises one voice transmitter unit 1 and three voice 'receiver units 2. The voice transmitter unit 1 is located in a transmission station 3 which is in a mobile vehicle. The voice receiver units 2 are in turn arranged at receiving stations 4, 5 and 6, which are fixed stations 30.
Äänilähetinyksikköön 1 kuvassa 2 kuuluu ääni-; lähde 7, äänilähetin 8, radiolähetin 9a ja radiovas taanotin 9b ja ohjaus- ja laskentayksikkö 10.The audio transmitter unit 1 in Figure 2 includes an audio; source 7, audio transmitter 8, radio transmitter 9a and radio receiver 9b and control and calculation unit 10.
Äänivastaanotinyksikköön 2 kuvassa 3 kuuluu 35 äänivastaanotin 11, radiolähetin 12a ja -vastaanotin 12b sekä signaalien käsittely-yksikkö 13.The voice receiver unit 2 in Fig. 3 comprises 35 a voice receiver 11, a radio transmitter 12a and a receiver 12b, and a signal processing unit 13.
Äänilähetinyksikön 1 signaalilähteeseen 7To the signal source 7 of the audio transmitter unit 1
: UK i t II: M I Rl I: UK i t II: M I Rl I
94183 11 kuuluu välineet jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi. Tässä toteutusesimerkissä signaalilähteeseen 7 kuuluu muistiyksikkö 16, kuten ROM-muistiyk-sikkö, johon signaali jakso on tallennettu digitaalises-5 sa muodossa ja lukulaite 20, kuten laskuri, signaali-jakson toistuvaksi lukemiseksi halutuin aikavälein ulos signaalilähteestä 7. Tämän lisäksi signaalilähteeseen 7 kuuluu suodin 36, jonka kautta signaalijakso syötetään äänilähettimeen 8. Äänilähettimeen 8 kuuluu vahvistin 10 17 ja kaiutin 18. Vahvistimen 17 avulla signaaliläh teestä 7 saatua signaalia vahvistetaan ja se syötetään kaiuttimeen 18 ja lähetetään näin äänisignaalina lähetysasemalta 3.94183 11 includes means for generating a period-long random signal. In this embodiment, the signal source 7 includes a memory unit 16, such as a ROM memory unit, in which the signal period is stored in digital form and a reading device 20, such as a counter, for repeatedly reading the signal period out of the signal source 7 at desired intervals. , through which the signal period is input to the audio transmitter 8. The audio transmitter 8 includes an amplifier 10 17 and a speaker 18. By means of the amplifier 17, the signal received from the signal source 7 is amplified and fed to the speaker 18 and thus transmitted as an audio signal from the transmitting station 3.
Kaiutin 18 on suunnattu pystysuuntaan, edulli-15 sesti ylöspäin ja tämän läheisyyteen samalle pystyakselille on järjestetty kartiomainen heijastuselin 19, kuten kuvassa 1 on havainnollisesti esitetty. Kaiutti-mella 18 muodostettu äänikenttä suunnataan heijas-tuselimen 19 avulla tasaisesti joka suuntaan äänilähe-20 tinyksikön 1 ja lähetysaseman 3 ympärille.The loudspeaker 18 is oriented vertically, preferably upwards, and in the vicinity thereof a conical reflection member 19 is arranged on the same vertical axis, as illustrated in Fig. 1. The sound field formed by the speaker 18 is directed uniformly in all directions around the sound transmitter unit 1 and the transmission station 3 by means of the reflection member 19.
Ohjaus- ja laskentayksikkö 10 on muodostettu tietojenkäsittely-yksiköstä 15, kuten mikroprosessorista. Tietojenkäsittely-yksikkö 15 on yhdistetty lukulaitteeseen 20, kuten laskuriin. Laskuria ohjataan 25 kellosignaalilla, joka saadaan sopivasta sinänsä tunne-tusta kellosignaalilähteestä 20a. Tällöin signaalijakso luetaan muistiyksiköstä 16 samalla jakson pituuteen nähden lyhyitä aikajaksoja laskemalla, joiden aikajaksojen lukumäärä on verrannollinen signaalijakson ja 30 äänilähettimeltä 8 lähetetyn äänisignaalijakson vaiheeseen. Tällöin ohjaus- ja laskentayksikköön 10 kuuluu välineet, edullisesti ohjelmalliset välineet, lähetetyn äänisignaalin vaihetiedon määrittämiseksi laskurilta saadun tiedon perusteella. Yksinkertaisimmillaan lasku-35 riita saatu lukuarvo, joka on positiivinen luku ja yhtäsuuri tai pienempi kuin ennaltamäärätty maksimiarvo, on verrannollinen signaali jakson vaiheeseen sillä 94183 12 hetkellä, kun se luetaan ulos muistiyksiköstä 16.The control and calculation unit 10 is formed of a data processing unit 15, such as a microprocessor. The data processing unit 15 is connected to a reading device 20, such as a counter. The counter is controlled by a clock signal 25 obtained from a suitable clock signal source 20a known per se. In this case, the signal period is read from the memory unit 16 while counting short time periods relative to the length of the period, the number of time periods of which is proportional to the phase of the signal period and the audio signal period transmitted from the audio transmitter 8. In this case, the control and calculation unit 10 comprises means, preferably software means, for determining the phase information of the transmitted audio signal on the basis of the information received from the counter. At its simplest, the numerical value obtained from the count-35 dispute, which is a positive number and equal to or less than a predetermined maximum value, is proportional to the phase of the signal at 94183 12 at the moment it is read out of the memory unit 16.
Tietojenkäsittely-yksikkö 15 on yhdistetty radiolähettimeen 9a. Ajastussignaali lähetetään radiolähettimen 9a avulla kullekin vastaanottoasemalle 5 edullisimmin samanaikaisesti. Ajastussignaalin avulla äänilähetinyksikkö 1 ja äänivastaanotinyksikkö 2 tahdistetaan toisiinsa siten, että ne toimivat samassa vaiheessa. Ajastussignaalina voidaan käyttää aloitus-signaalia, kuten pulssia tai pulssiryhmää, jota tarpeen 10 vaatiessa toistetaan ja jonka avulla äänilähetinyksikön 1 ja äänivastaanotinyksikön 2 kellosignaalilähteet ja kellosignaalit kytketään samaan vaiheeseen. Tietojenkäsittely-yksikkö 15 on myös yhdistetty radiovastaanottimeen 9b tietojen vastaanottamiseksi äänivastaanotinyk-15 siköltä 2.The data processing unit 15 is connected to the radio transmitter 9a. The timing signal is transmitted by means of the radio transmitter 9a to each receiving station 5 most preferably simultaneously. By means of the timing signal, the voice transmitter unit 1 and the voice receiver unit 2 are synchronized with each other so that they operate in the same phase. As the timing signal, a start signal such as a pulse or a group of pulses can be used, which is repeated if necessary, by means of which the clock signal sources and the clock signals of the voice transmitter unit 1 and the voice receiver unit 2 are connected in the same phase. The data processing unit 15 is also connected to the radio receiver 9b for receiving data from the voice receiver unit 15.
Äänilähetinyksikköön 1 kuuluu lisäksi äänivas-taanotin 21, jolla vastaanotetaan lähetysaseman 3 ympäristöstä tulevia ääniä sekä myös lähetettävää äänisignaalia. Äänivastaanotin 21 muodostuu ääni-ilmaisimesta, 20 kuten mikrofonista 22, ja vahvistimesta 23. Mikrofoni 22 on sijoitettu lähetysasemalle sopivalle etäisyydelle kaiuttimesta 18 ja kartiomaisesta heijastuselimestä 19, kuten kuvassa 1 on havainnollisesti esitetty. Äänivastaanotin 21 on yhdistetty analogia/digitaalimuuntimeen 25 24 ja edelleen tietojenkäsittely-yksikköön 15. A/D- muunnin 24 ja tietojenkäsittely-yksikkö 15 muodostavat tässä tapauksessa välineet, edullisesti ohjelmalliset välineet, äänitason so. vallitsevan melun voimakkuuden ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden havainnoimi-30 seksi. Äänilähettimen 8 vahvistin 17 on varustettu vahvistuksen säätöpiirillä (AGC, Automatic Gain Control) 17a, jota ohjataan digitaalisesti tietojenkäsittely-yksikön 15 avulla. Näin lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta voidaan säätää ennalta määrätyllä tavalla. 35 Vastaavalla tavalla äänivastaanottimen 21 vahvistin 23 on varustettu myös vahvistuksen säätöpiirillä 23a (AGC), ja näin vastaanottovoimakkuutta säädetään tieto-The voice transmitter unit 1 further comprises a voice receiver 21, which receives sounds from the environment of the transmitting station 3 as well as an audio signal to be transmitted. The sound receiver 21 consists of a sound detector 20, such as a microphone 22, and an amplifier 23. The microphone 22 is positioned at a suitable distance from the speaker 18 and the conical reflector 19 at the transmitting station, as illustrated in Figure 1. The audio receiver 21 is connected to an analog-to-digital converter 25 24 and further to a data processing unit 15. In this case, the A / D converter 24 and the data processing unit 15 form means, preferably software means, for the sound level, i.e. detecting the intensity of the prevailing noise and the strength of the audio signal to be transmitted. The amplifier 17 of the voice transmitter 8 is provided with an automatic gain control circuit (AGC) 17a, which is digitally controlled by the data processing unit 15. In this way, the volume of the audio signal transmitted can be adjusted in a predetermined manner. 35 Similarly, the amplifier 23 of the voice receiver 21 is also provided with a gain control circuit 23a (AGC), and thus the reception power is controlled by the information
Il «M » *1 II· » · »St» ' 94183 13 jenkäsittely-yksikön 15 avulla ennalta määrätyllä tavalla .Il «M» * 1 II · »·» St »'94183 13 by means of a processing unit 15 in a predetermined manner.
Äänivastaanotinyksikköön 2 kuvassa 3 kuuluu äänivastaanotin 11. Edelleen äänivastaanottimeen 11 5 kuuluu ääni-ilmaisin, kuten mikrofoni 25, ja vahvistin 26. Äänivastaanotinyksikköön 2 kuuluu myös signaalinkäsittely-yksikkö 13, radiovastaanotin 12a ja radiolähetin 12b. Äänivastaanotin 11 on yhdistetty signaalinkäsittely-yksikköön 13. Radiovastaanotin 12a ja radiolä-10 hetin 12b on myös yhdistetty signaalinkäsittely-yksikköön 13.The voice receiver unit 2 in Figure 3 includes a voice receiver 11. Further, the voice receiver 11 5 includes a voice detector such as a microphone 25 and an amplifier 26. The voice receiver unit 2 also includes a signal processing unit 13, a radio receiver 12a and a radio transmitter 12b. The voice receiver 11 is connected to the signal processing unit 13. The radio receiver 12a and the radio transmitter 12b are also connected to the signal processing unit 13.
Signaalinkäsittely-yksikköön 13 kuuluu signaalilähde 14, jossa on välineet samanlaisen jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi kuin äänilä-15 hetinyksikössä 1. Signaalilähteeseen 14 kuuluu tässä toteutusesimerkissä muistiyksikkö 27, kuten ROM-muis-tiyksikkö, johon äänisignaalijaksoa vastaava signaali-jakso on tallennettu digitaalisessa muodossa. Välineisiin signaali jakson toistamiseksi halutuin aikavälein 20 kuuluu lukulaite 30, kuten laskuri. Lukulaitteen avulla signaalijaksoa toistuvasti luetaan ulos signaalilähteestä 14. Lukulaitetta 30, kuten laskuria ohjataan kellosignaalilla. Tällöin äänisignaalijakso luetaan muistiyksiköstä samalla jakson pituuteen nähden lyhyitä 25 aikajaksoja laskemalla, joiden aikajaksojen lukumäärä *' on verrannollinen äänisignaalijakson vaiheeseen. Muis tiyksikkö 27 ja lukulaite 30 vastaavat äänilähetinyksi-kön 1 muistiyksikköä 15 ja lukulaitetta 20.The signal processing unit 13 includes a signal source 14 having means for generating a random signal of a period similar to that of the voice transmitter unit 15. In this embodiment, the signal source 14 includes a memory unit 27, such as a ROM memory unit, in which a signal period corresponding to an audio signal period is stored in digital form. The means for repeating the signal period at desired time intervals 20 includes a reading device 30, such as a counter. By means of the reading device, the signal period is repeatedly read out from the signal source 14. The reading device 30, such as a counter, is controlled by a clock signal. In this case, the audio signal period is read from the memory unit by counting the same time periods short of the period length, the number of time periods * 'of which is proportional to the phase of the audio signal period. The memory unit 27 and the reading device 30 correspond to the memory unit 15 and the reading device 20 of the voice transmitter unit 1.
Äänivastaanotinyksikön 2 signaalinkäsittely-30 yksikköön 13 kuuluu analogia/digitaalimuunnin 28, ver-tailuyksikkö 29, tietojenkäsittely-yksikkö 31 ja säädettävä viiveyksikkö 32. Äänivastaanottimella 11 vastaanotettu signaali muutetaan digitaaliseen muotoon analogia/digitaalimuuntimella 28. Äänivastaanottoyksi-35 kön 2 radiovastaanottimella 12a vastaanotettu ajastus-signaali syötetään kellosignaalilähteeseen 30a esim. tietojenkäsittely-yksikön 31 valvonnassa. Kellosignaa- 94183 14 lilähde 30a saadaan näin tahdistettua samaan vaiheeseen liikkuvan aseman kellosignaalilähteen 20a kanssa. Tietojenkäsittely-yksikön 31 avulla säädetään viiveyksikön 32 kautta lukulaitetta 30 siten, että tämän lukulait-5 teen avulla luetaan muistiyksiköstä 27 sinne talletettu äänisignaalijakso arvioidulla äänisignaalin etenemis-viiveellä viivästettynä. Arvioitu etenemisviive on juuri aikaisemmin vahvistettu etenemisviive tai se voi olla asetettu arvo, kuten nolla, jonka jälkeen etsitään 10 oikea arvo etenemisviiveelle.The signal processing unit 30 of the voice receiver unit 2 includes an analog-to-digital converter 28, a comparison unit 29, a data processing unit 31, and an adjustable delay unit 32. The signal received by the audio receiver 11 is converted to digital form by the analog / digital converter 28. fed to the clock signal source 30a, e.g. under the supervision of the data processing unit 31. The clock signal source 30a of the clock signal 94183 14 can thus be synchronized to the same phase as the clock signal source 20a of the mobile station. By means of the data processing unit 31, the reading device 30 is adjusted via the delay unit 32 so that this reading device 5 reads the audio signal period stored therein from the memory unit 27 with an estimated audio signal propagation delay delayed. The estimated propagation delay is the previously confirmed propagation delay, or it may be a set value, such as zero, followed by 10 correct values for the propagation delay.
Muistiyksiköstä 27 ja analogia/digitaalimuun-timelta 28 saadut signaalit syötetään vertailuyksikköön 29 lähetetyn äänisignaalin ja tahdistetun ja viivästetyn signaalin vertaamiseksi. Tietojenkäsittely-yksikön 15 31, kuten mikroprosessorin, avulla ohjataan signaalin käsittely-yksikön 13 toimintoja ja käsitellään vertai-luyksiköltä 29 saatua tietoa.The signals from the memory unit 27 and the analog / digital converter 28 are input to the comparison unit 29 to compare the audio signal transmitted and the synchronized and delayed signal. The data processing unit 15 31, such as a microprocessor, controls the functions of the signal processing unit 13 and processes the information received from the comparison unit 29.
Vertailuyksikköön 29 kuuluu tässä tapauksessa kertoja 33 ja integraattori 34. Äänivastaanottimen 11 20 kautta vastaanotettu äänisignaalijakso ja muistiyksiköstä 27 luettu vastaava tahdistettu ja viivästetty äänisignaalijakso kerrotaan keskenään kertojassa 33. Kertojalta 33 saatu tulos integroidaan integraattorissa 34 ja uusi tulos siirretään tietojenkäsittely-yksikköön 25 31. Tässä yksikössä tutkitaan muistiyksikköön 27 tal- . lennetun signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen sig naalin korreloitumista yhdellä tai useammalla arvioidulla etenemisviiveen arvolla. Kun etenemisviivearvio on todettu oikeaksi, tulos siirretään radiolähettimelle 30 12b ja tämän kautta sähkömagneettisen kantoaallon väli tyksellä lähetysasemalle 3. Äänilähetinyksikön 1 ra-; diovastaanottimella 9b vastaanotetaan mainittu tulos, joka välitetään tietojenkäsittely-yksikölle 15. Tietojenkäsittely-yksikössä lasketaan etenemisviiveen ja 35 muiden parametrien avulla liikkuvan aseman paikka suhteessa muihin kiinteisiin asemiin.In this case, the comparison unit 29 includes a multiplier 33 and an integrator 34. The audio signal period received via the audio receiver 11 20 and the corresponding synchronized and delayed audio signal period read from the memory unit 27 are multiplied by a multiplier 33. The result from the multiplier 33 is integrated in the integrator 34 examined in the memory unit 27 tal-. correlation of the transmitted signal and the received audio frequency signal with one or more estimated propagation delay values. When the propagation delay estimate is found to be correct, the result is transmitted to the radio transmitter 30 12b and via this via an electromagnetic carrier to the transmission station 3. The voice transmitter unit 1 ra-; the diode receiver 9b receives said result, which is transmitted to the data processing unit 15. In the data processing unit, the position of the mobile station relative to the other fixed stations is calculated by means of the propagation delay and 35 other parameters.
Signaalinkäsittelylaitteeseen 13 kuuluu lisäk- 94183 15 si mittausyksikkö 35, jonka avulla äänivastaanottimella 11 vastaanotetun äänisignaalin voimakkuus mitataan. Äänivastaanottimen 11 vahvistimeen 26 kuuluu vahvistuksen säätöpiiri 26a. Mittausyksikkö 35 on yhdistetty 5 tietojenkäsittely-yksikön 31 kautta vahvistuksen säätöpiiriin 26a. Vahvistimen 26 vahvistusta säätämällä vastaanotettavan äänisignaalin voimakkuus pidetään halutulla alueella ns. ikkunassa.The signal processing device 13 comprises an additional measuring unit 35, by means of which the strength of the audio signal received by the audio receiver 11 is measured. The amplifier 26 of the sound receiver 11 includes a gain control circuit 26a. The measuring unit 35 is connected to the gain control circuit 26a via the data processing unit 31. By adjusting the gain of the amplifier 26, the strength of the received audio signal is kept in the desired range by the so-called window.
Mittausyksikkö 35 on edullisesti keskiarvois-10 taja, jolla mitataan äänisignaalin lyhyen aikavälin (0,1 s - 1,0 s) keskiarvo.The measuring unit 35 is preferably an average-10 meter for measuring the short-term (0.1 s to 1.0 s) average of the audio signal.
Keksinnön mukainen laite, joka on esitetty piirustuksissa 1, 2 ja 3 toimii seuraavasti. Viittaamme kuvaan 4.The device according to the invention, shown in Figures 1, 2 and 3, operates as follows. We refer to Figure 4.
15 Satunnainen signaalijakso A(t), joka on edul lisesti valkoista kohinaa, muutetaan digitaaliseen muotoon ja tallennetaan sekä äänilähetinyksikön 1 muis-tiyksikköön 15 että äänivastaanotinyksikön 2 muistiyk-sikköön 27. Äänisignaali jakson pituus T on esim. luok-20 kaa 1 ms - 100 ms. Tallentaminen suoritetaan äänilähe-tinyksikköä 1 ja äänivastaanotinyksikköä 2 valmistettaessa tai täysin erillään valmistuksesta ja mainitut muistiyksiköt liitetään valmistuksessa laitteisiin.The random signal period A (t), which is preferably white noise, is converted to digital form and stored in both the memory unit 15 of the voice transmitter unit 1 and the memory unit 27 of the voice receiver unit 2. The audio signal period length T is e.g. class 20 ka 1 ms to 100 ms. The recording is performed during the manufacture of the sound transmitter unit 1 and the sound receiver unit 2 or completely separately from the manufacture, and said memory units are connected to the devices during manufacture.
Laitetta käytettäessä ja etenemisviiveitä r; 25 t , r2, r3 määritettäessä satunnainen signaalijakso A(t) luetaan äänilähetinyksikön 1 muistiyksiköstä 15 luku-, laitteen 20 avulla esim. siten, että äänisignaalijakso jen aikaväli on esim. luokkaa 3 sek. ja syötetään ääni-lähettimeen 8. Lukulaitteeseen syötetään kellopulsseja 30 K(t) sopivasta sinänsä tunnetusta laitteeseen kuuluvasta kellosignaalilähteestä 20a.When using the device and propagation delays r; When determining 25 t, r2, r3, the random signal period A (t) is read from the memory unit 15 of the voice transmitter unit 1 by means of a reading device 20, e.g. so that the time interval of the audio signal periods is e.g. of the order of 3 sec. and input to the audio transmitter 8. Clock pulses 30 K (t) are applied to the reading device from a suitable clock signal source 20a belonging to the device known per se.
Lukulaitteen 20, kuten laskurin, tilaa kuvaa laskettujen kellopulssien lukumäärä N halutulla hetkellä. Tämä laskurin tila eli äänisignaalijakson vaihe 35 voidaan lukea millä hetkellä tO hyvänsä ohjaus- ja laskentayksikölle 15 ja lähettää radioteitse radiolähettimen 9a kautta äänivastaanotinyksikölle 2. Tätä 94183 16 signaalia voidaan käyttää ajastussignaalina tai tahdistuksen tarkistukseen sopivana signaalina.The state of the reading device 20, such as the counter, is represented by the number N of clock pulses counted at the desired time. This counter state, i.e. step 35 of the audio signal period, can be read at any time t0 to the control and calculation unit 15 and transmitted by radio via the radio transmitter 9a to the voice receiver unit 2. This signal 94183 16 can be used as a timing signal or a signal suitable for synchronization checking.
Äänilähetinyksiköstä 1 äänilähettimen 8 kautta lähetetty äänisignaali vastaanotetaan äänivastaanotin-5 yksikön 2 äänivastaanottimella 11. Äänivastaanottimen 11 avulla vastaanotettu äänisignaali B(t) ja muistiyk-siköstä 27 lukulaitteella 30 luettu arvioidulla etene-misviiveellä rQ viivästetty signaali C(t) kerrotaan keskenään vertailulaitteen 29 kertojassa 33 ja tulos 10 integroidaan integraattorissa 34. Integraattorilta saatu tulos I = a J B(t)C(t)dt, jossa 15 a = vakio, syötetään tietojenkäsittelylaitteelle 31. Tämän avulla arvioidaan integrointitulosta eli korre-loivatko signaalit B(t) ja C(t) keskenään ja vastaavatko arvioitu etenemisviive r0 ja todellinen etenemisviive τ riittävällä tarkkuudella toisiaan. Kun todetaan r0 = 20 niin etenemisviive vahvistetaan ja se lähetetään radiolähettimen 12b kautta radioteitse äänilähetinyksi-kön 1 radiovastaanottimeen 9b. Radiovastaanottimesta 9b tieto välitetään ohjaus- ja laskentayksikölle 15.The audio signal transmitted from the voice transmitter unit 1 via the voice transmitter 8 is received by the voice receiver 11 of the voice receiver-5 unit 2. The audio signal B (t) received by the voice receiver 11 and the estimated propagation delay rQ read from the memory unit 27 by the reader 30 are multiplied by the delayed signal C (t) and the result 10 is integrated in the integrator 34. The result I = a JB (t) C (t) dt obtained from the integrator, where 15 a = constant, is fed to the data processing device 31. This is used to evaluate the integration result, i.e. whether the signals B (t) and C (t ) and whether the estimated propagation delay r0 and the actual propagation delay τ correspond with sufficient accuracy. When r0 = 20 is determined, the propagation delay is confirmed and transmitted via the radio transmitter 12b by radio to the radio receiver 9b of the voice transmitter unit 1. The information from the radio receiver 9b is transmitted to the control and calculation unit 15.
Etenemisviiveiden rQ, τ ei tarvitse vastata 25 toisiaan. Tärkeintä on, että korrelaatiopiikki ja sen muoto voidaan tunnistaa todellisen etenemisviiveen laskemiseksi. Erosta voidaan laskea nopeuden muutos ja arvioida paremmin seuraava etenemisviive.The propagation delays rQ, τ do not have to correspond to each other. Most importantly, the correlation peak and its shape can be identified to calculate the actual propagation delay. The change in speed can be calculated from the difference and the next progression delay can be better estimated.
Äänilähetinyksikön 1 ja äänivastaanotinyksikön 30 2 välinen etenemisviive eli lähetinaseman 3 ja vastaan- otinaseman 4, 5 tai 6 väliset etenemisviiveet τ; τχ/ τ2, r3 edustavat lähetinaseman 3 paikkaa suhteessa vastaan-otinasemiin ja niiden väliset etäisyydet voidaan esim. laskea 35 s = v · r, jossa 94183 17 v = äänen nopeus ilmassa (korjattuna mahdollisesti tuulen suunnan ja voimakkuuden vaikutuksella sekä ilman lämpötilalla) ja r = kulkuaika so. etenemisviive.The propagation delay τ between the voice transmitter unit 1 and the voice receiver unit 30 2, i.e. the propagation delays τ between the transmitter station 3 and the receiver station 4, 5 or 6; τχ / τ2, r3 represent the 3 positions of the transmitter station in relation to the receiver stations and the distances between them can be calculated, for example, 35 s = v · r, where 94183 17 v = speed of sound in air (corrected possibly by wind direction and intensity and air temperature) and r = transit time, ie propagation delay.
Seuraavaksi käsitellään uusi vastaanotettu 5 äänisignaalijakso äänivastaanotinyksikössä ja arvioidaan uusi etenemisviive. Uusi etenemisviivearvio voi olla aikaisempi vahvistettu etenemisviive tai siitä korjattu arvio.Next, a new received 5 audio signal period in the voice receiver unit is processed and a new propagation delay is evaluated. The new progression delay estimate may be a previously confirmed progression delay or a corrected estimate.
Lähetinasema eli liikkuva asema 1 lukee kulta-10 kin kiinteältä 4, 5, 6 asemalta tulevat etenemisviive-tiedot τχ/ τ2, τ3 (vrt. kuva 1) peräkkäin aikajakoisesti tai samanaikaisesti taajuusjakoisesti. Kiinteät asemat lähettävät etenemisviivetiedot sopivasti koodattuina siten, että liikkuvassa asemassa etenemisviivetietoja 15 käsiteltäessä tiedot liitetään oikeaan kiinteään asemaan. Tässä voidaan käyttää hyväksi sinänsä tunnettuja tiedonsiirto- ja koodausmenetelmiä.The transmitter station, i.e. the mobile station 1, reads the propagation delay data τχ / τ2, τ3 from the fixed station 4, 5, 6 of the gold-10 (cf. Fig. 1) sequentially in time division or simultaneously in frequency division. The fixed stations transmit the propagation delay information suitably coded so that when processing the propagation delay data in the mobile station 15, the data is appended to the correct fixed station. Data transmission and coding methods known per se can be used here.
Äänivastaanotinyksikön 2 vertailuyksikön 29 kertoja 33 ja/tai integraattori 34 voivat sisältyä myös 20 tietojenkäsittely-yksikköön 31 ohjelmallisina osina. Samalla tavalla säädettävä viiveyksikkö 32 voi olla tietojenkäsittely-yksikön 31 tietty ohjelmallisesti toteutettu yksikkö. Vastaavalla tavalla sekä äänilähe-tinyksikön 1 että äänivastaanotinyksikön 2 eri yksiköt 25 voidaan vaihtoehtoisesti toteuttaa monessa tapauksessa ohjelmallisesti toteutettavina yksikköinä fyysisten yksiköiden sijasta. Näin ollen osa yksiköistä voi sisältyä äänilähetinyksikön 1 ohjaus- ja laskentayksikköön 15 ja vastaavasti äänivastaanotinyksikön 2 tieto-30 jenkäsittely-yksikköön 31.The multiplier 33 and / or the integrator 34 of the comparison unit 29 of the voice receiver unit 2 may also be included in the data processing unit 31 as software parts. In the same way, the adjustable delay unit 32 may be a certain software-implemented unit of the data processing unit 31. Similarly, the various units 25 of both the voice transmitter unit 1 and the voice receiver unit 2 can alternatively in many cases be implemented as programmable units instead of physical units. Thus, some of the units may be included in the control and calculation unit 15 of the voice transmitter unit 1 and in the data processing unit 31 of the voice receiver unit 2, respectively.
Keksinnön mukainen laite eli äänilähetinyksik-kö 1 ja äänivastaanotinyksikkö 2 voidaan toteuttaa edullisesti käyttäen hyväksi halpaa mikroprosessoritek-niikkaa. Erityisesti ns. palaprosessorit soveltuvat 35 sekä äänilähetinyksikön 1 että äänivastaanotinyksikön 2 toteuttamiseen. Palaprosessori sisältää sopivat A/D-muuntimet, tehokkaan laskentayksikön sekä tarpeelliset 94183 18 väylät ulospäin. Tällöin mikroprosessorin avulla voidaan toteuttaa lähes kaikki toiminnot ja vältytään monimutkaisten ja kalliiden analogisten ja digitaalisten erikoispiirien ja kytkentöjen käytöltä. Kuvissa 2 5 ja 3 on pisteviivoin rajattu osuus A ja B, joka voidaan toteuttaa palaprosessoreilla. Tässä laitteen sovellutuksessa analogiajännitteet muutetaan palaprosessorin sisäisessä A/D-muuntimessa digitaaliseen muotoon. Signaalien vertailu tehdään matemaattisesti. Palaprosesso-10 rin sisältämää RS-väylää voidaan käyttää liittämään laite muihin lähetys- ja/tai vastaanottoasemissa oleviin laitteisiin. Erilliskomponenteilla toteutetaan ainoastaan digitaalisesti ohjattavat vahvistimet 17a, 23a ja 26a ja radioyksiköiden 9a, 9b ja 12, 12b sekoi-15 tin.The device according to the invention, i.e. the voice transmitter unit 1 and the voice receiver unit 2, can advantageously be implemented using cheap microprocessor technology. In particular, the so-called the block processors are suitable for implementing both the audio transmitter unit 1 and the voice receiver unit 2. The chip processor includes suitable A / D converters, a powerful computing unit and the necessary 94183 18 buses to the outside. In this case, the microprocessor can be used to implement almost all functions and to avoid the use of complex and expensive analog and digital special circuits and connections. Figures 2 5 and 3 show the section A and B delimited by dotted lines, which can be implemented with chip processors. In this application of the device, the analog voltages are converted to digital form in the internal A / D converter of the chip processor. The comparison of the signals is done mathematically. The RS bus included in the block processor-10 can be used to connect the device to other devices in the transmitting and / or receiving stations. Only the digitally controlled amplifiers 17a, 23a and 26a and the mixer of the radio units 9a, 9b and 12, 12b are implemented with the separate components.
Äänilähetinyksikössä 1 satunnaissignaali luetaan muistiyksiköltä 16 digitaalisessa muodossa ja syötetään alipäästösuotimen 36 kautta äänilähettimeen 8. Suotimessa 1 signaalia käsitellään siten, että sen 20 autokorrelaatiotunktio muodostuu levennetyksi ja pyöreähköksi piikiksi. Vaihtoehtoisesti satunnaissignaali on tallennettu muistiyksikköön 16 digitaalisessa muodossa ja valmiiksi alipäästösuodatettuna. Näin etene-misviiveen mittaaminen ja vaihe-erotiedon tarkistaminen 25 korrelaatiotekniikkaa hyväksi käyttäen voidaan toteut taa laskemalla korrelaatiofunktiot vain muutamilla arvioidun etenemisviiveen r arvoilla. Tätä on havainnollistettu kuvassa 5 eli kuva 5a, 5b, 5c ja 5d. Etenemisviiveen seuraaminen on toteutettu tässä tapauksessa 30 laskemalla vastaanotetun äänisignaalijakson ja viivästetyn muistiyksiköstä 27 luetun signaalin ristikorre-laatio kolmella etenemisviiveen arvolla. Koska risti-korrelaatiopiikki on myös leventynyt ja pyöristynyt kuten autokorrelaatiofunktion, kolmen pisteen avulla 35 pystytään arvioimaan, mihin suuntaan korrelaatiohuippu on menossa. Edellisen mitatun etenemisviiveen ja etenemisviiveen muutosnopeuden perusteella voidaan arvioida 94183 19 seuraava mitattava etenemisviive. Tällä etenemisviiveen arvolla D[0] ja sen molemmin puolin yhdellä viiveen arvolla D[-X] ja D[+X] (X IN[1,2,3,...]) lasketaan ristikorrelaatio lähetetyn ja vastaanotetun signaalin 5 välillä. Lisäksi lasketaan vielä varmistuspisteet D[-V] ja D[+V] suuremmilla viiveillä molemmin puolin pistettä D[0]. Mikäli D[0] antaa maksimiarvon ja D[-X] sekä D[+X] antavat maksimia pienemmän arvon, mutta varmis-tuspisteitä D[-V] ja D[+V] suuremman arvon, niin etene-10 misviive on arvioitu oikein, kuten kuvassa 5a on esitetty. Jos taas toinen arvoista D[-X] ja D[+XJ antaa maksimin ja D[0] sekä jäljelle jäänyt piste D[+X]/D[-X] antavat arvot nousevalta tai laskevalta käyrältä, kuten kuvissa 5b ja 5c on esitetty, niin etenemisviive on 15 arvioitu väärin X-viiveen verran ja se voidaan laskennallisesti arvioida laskematta enää ristikorrelaatiota. Jos selvää ristikorrelaatiopiikkiä ei löydy, etenemisviive on arvioitu täysin väärin, kuten kuvassa 5d on esitetty. Viimeksi mainitussa tapauksessa käytetään 20 viimeksi varmasti tiedettyä etenemisviivettä alkuarvona ja aloitetaan kadonneen ristikorrelaatiopiikin etsintä. Etsintä voi tapahtua joko laajentamalla pyyhkäisyaluet-ta kerta kerran jälkeen aina kaksinkertaisesti (tietty maksimiarvo on kuitenkin asetettu) tai hakemalla samal-25 la pistemäärällä alkuarvon molemmin puolin vuorotellen . ristikorrelaatiofunktion arvo yhä kauemmaksi alkuarvos ta edeten. Tätä menettelytapaa voidaan soveltaa myös silloin, kun järjestelmä käynnistetään eli liikkuvan aseman paikkaa aletaan määrittää kiinteisiin asemiin 30 nähden eikä etäisyystietoa tai etenemisviivettä syötetä alkuarvoksi järjestelmään.In the audio transmitter unit 1, the random signal is read from the memory unit 16 in digital form and fed through a low-pass filter 36 to the audio transmitter 8. In the filter 1, the signal is processed so that its autocorrelation function 20 forms a widened and rounded peak. Alternatively, the random signal is stored in the memory unit 16 in digital form and pre-low pass filtered. Thus, measuring the propagation delay and checking the phase difference data using the correlation technique can be realized by calculating the correlation functions with only a few values of the estimated propagation delay r. This is illustrated in Figure 5, i.e. Figures 5a, 5b, 5c and 5d. The propagation delay monitoring is implemented in this case 30 by calculating the cross-correlation of the received audio signal period and the delayed signal read from the memory unit 27 with three propagation delay values. Since the cross-correlation peak is also broadened and rounded like the autocorrelation function, three points 35 can be used to estimate in which direction the correlation peak is going. Based on the previous measured propagation delay and the rate of change of the propagation delay, the next measurable propagation delay can be estimated 94183 19. With this propagation delay value D [0] and on both sides with one delay value D [-X] and D [+ X] (X IN [1,2,3, ...]), the cross-correlation between the transmitted and received signal 5 is calculated. In addition, the confirmation points D [-V] and D [+ V] are calculated with delays larger on both sides of the point D [0]. If D [0] gives a maximum value and D [-X] and D [+ X] give a value lower than the maximum, but a value greater than the verification points D [-V] and D [+ V], then the propagation delay is correctly estimated. , as shown in Figure 5a. If, on the other hand, one of the values D [-X] and D [+ XJ gives a maximum and D [0] and the remaining point D [+ X] / D [-X] give values from an ascending or descending curve, as shown in Figures 5b and 5c , then the propagation delay is incorrectly estimated by the X-delay and can be computationally estimated without further calculating the cross-correlation. If no clear cross-correlation peak is found, the propagation delay is completely misjudged, as shown in Figure 5d. In the latter case, the last 20 known propagation delays are used as the initial value and the search for the missing cross-correlation peak is started. The search can be performed either by expanding the sweep ranges once and always twice (however, a certain maximum value is set) or by retrieving the initial value on both sides of the initial value with the same number of points. the value of the cross-correlation function further and further away from the initial value. This procedure can also be applied when the system is started, i.e. the position of the mobile station with respect to the fixed stations 30 is started and no distance information or propagation delay is entered as an initial value in the system.
Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan etäisyyden muuttumista seurata lähes jatkuvasti: esim. käyttämällä 40 kHz:n kellotaajuutta ja 35 1024 pisteen ristikorrelaatiota on mahdollista saada etäisyystieto n. 0,1 sekunnin välein. Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että se toimii myös meluisessa 94183 20 ympäristössä, koska ristikorrelaatiota käyttäen häiritsevä melu "suodattuu". Menetelmän tehokas soveltaminen edellyttää kuitenkin, että signaalin suhde ympäristön meluun on riittävän suuri ja ettei äänisignaalin vas-5 taanotin saturoidu. Tämä varmistetaan käyttämällä sekä äänilähetinyksikössä 1 että äänivastaanotinyksikössä 2 adaptiivista vahvistuksen säätöä sekä äänilähettimessä että äänivastaanottimessa. Näin menetelmän ja laitteen mahdollisuuksia voidaan merkittävästi parantaa sovitta-10 maila laite toimimaan ympäristön melun vaatimalla tavalla ja säätämällä sen mukaisesti lähetyksen tehoa äänilähetinyksikössä 1. Vastaavalla tavalla myös äänivastaanotinyksikössä mitataan mittausyksiköllä 35 vastaanotettua äänisignaalia ja säädetään äänivastaanotti-15 men 11 vahvistimen 23 vahvistusta siten, että vastaanotetun signaalin tehot pysyvät halutulla alueella ns. ikkunassa.With the method and device according to the invention, the change in distance can be monitored almost continuously: e.g. by using a clock frequency of 40 kHz and a cross-correlation of 35,1024 points, it is possible to obtain distance information every approx. 0.1 second. The method according to the invention has the advantage that it also works in a noisy 94183 environment, because using cross-correlation the disturbing noise is "filtered". However, the effective application of the method requires that the ratio of the signal to ambient noise be sufficiently high and that the receiver of the audio signal is not saturated. This is ensured by using adaptive gain control in both the audio transmitter unit 1 and the audio receiver unit 2 in both the audio transmitter and the audio receiver. In this way, the possibilities of the method and the device can be significantly improved by adapting the 10-band device to the required ambient noise and adjusting the transmission power in the audio transmitter unit 1. Similarly, the audio receiver unit measures the audio signal received by the measuring unit 35 and adjusts the gain of the audio receiver the signal powers remain in the desired range so-called. window.
Ympäristön melu mitataan äänilähetinyksikön 1 läheisyydessä sijoittamalla ylimääräinen äänivas-20 taanotinyksikkö 21 äänilähetinyksikköön 1. Hiljaisessa ympäristössä mitataan äänilähettimen 8 lähettämä äänisignaali eri tehoarvoilla ja niistä lasketaan lyhyen aikavälin keskiarvot. Tämä toteutetaan esim. ohjelmallisesti tietojenkäsittely-yksikössä 15. Vastaavat ää-25 nisignaalin lähetystehot ja mitatut keskiarvot tallennetaan muistiin, joka voi olla osa tietojenkäsittely-yksiköstä 15 tai erillinen muistiyksikkö. Ulkoisen melun ollessa läsnä lasketaan mitatusta äänisignaalista saatava lyhyen aikavälin keskiarvo. Tällöin mitatusta 30 keskiarvosta ja lähetystehoa vastaavasta muistissa olevasta keskiarvosta voidaan laskea lähetetyn signaalin ja ulkoisen melun suhde. Lähetystehoa säädetään tarvittaessa siten, että haluttu signaalikohinasuhde säilyy.Ambient noise is measured in the vicinity of the audio transmitter unit 1 by placing an additional audio receiver unit 20 in the audio transmitter unit 1. In a quiet environment, the audio signal transmitted by the audio transmitter 8 is measured at different power values and short-term averages are calculated. This is implemented, for example, programmatically in the data processing unit 15. The corresponding transmission powers and measured averages of the audio signal 25 are stored in a memory, which may be part of the data processing unit 15 or a separate memory unit. In the presence of external noise, the short-term average of the measured audio signal is calculated. In this case, the ratio of the transmitted signal to the external noise can be calculated from the measured average 30 and the average in the memory corresponding to the transmission power. If necessary, the transmission power is adjusted so that the desired signal-to-noise ratio is maintained.
35 Toinen tapa ulkoisen melun määrittämiseksi on kertoa mitattu äänisignaali mainittua vakioetäisyyttä vastaavasti viivästetyllä äänisignaaliin verrannolli- 94183 21 sella signaalilla. Keskiarvoistamalla tulos lähetetyn äänisignaalin tehollisarvo saadaan selville. Tämä te-hollisarvo on täysin riippumaton ulkoisista häiriöistä. Kertomalla äänivastaanottimella 21 vastaanotettu sig-5 naali itsellään häiriölähteen ja lähetetyn äänisignaalin tehollisarvojen summa saadaan selville. Näistä kahdesta tuloksesta voidaan laskea äänisignaalin K tehollisarvon suhde S häiriölähteen H tehollisarvoon: 10 _ (R(t-T1) * (K(t-T0) + H(t))2 K2 S= - - - — ------- - - ------ - ----* - (K(t-T0)+H(t))2 - (Rft-TJ * K((t-TQ) + H (t) ) ) 2 H2 15 missä R = äänisignaaliin verrannollinen signaali (ROM-muisti) K = mitatun äänisignaalin äänisignaaliosuus H = mitatun äänisignaalin häiriöosuus t = aika 20 TQ = vakioetäisyyttä vastaava viive T = tietokoneen määräävä viive.Another way to determine the external noise is to multiply the measured audio signal by a signal comparable to the delayed audio signal corresponding to said constant distance. By averaging the result, the rms value of the transmitted audio signal is determined. This te holl value is completely independent of external disturbances. By multiplying the sig-5 signal received by the audio receiver 21 itself, the sum of the rms values of the interference source and the transmitted audio signal can be determined. From these two results, the ratio of the rms value of the audio signal K to the rms value of the interference source H can be calculated: 10 _ (R (t-T1) * (K (t-T0) + H (t)) 2 K2 S = - - - - ----- - - - ------ - ---- * - (K (t-T0) + H (t)) 2 - (Rft-TJ * K ((t-TQ) + H (t)) ) 2 H2 15 where R = signal proportional to the audio signal (ROM) K = audio signal portion of the measured audio signal H = interference portion of the measured audio signal t = time 20 TQ = constant distance delay T = computer determining delay.
Äänisignaaliin verrannollinen signaali R on normeerattu siten, että sen tehollisarvo on 1. Edellä esitetyn yhtälön oikea puoli toteutuu, kun sähköisesti tehty 25 viive T yhtyy äänisignaalin aiheuttamaan viiveeseen T . = 0. Koska äänivastaanottimen 21 mikrofoni 22 on käy tännössä erittäin lähellä äänilähetintä 8, Τχ = TQ likipitäen 0.The signal R proportional to the audio signal is normalized so that its rms value is 1. The right side of the above equation is realized when the electrically performed delay T coincides with the delay T caused by the audio signal. = 0. Since the microphone 22 of the audio receiver 21 is practically very close to the audio transmitter 8, Τχ = TQ approximately 0.
Äänisignaalin lähetystehoa säädetään siten, 30 että lähetetty äänisignaali ja ulkoinen melu ovat te-hollisarvoltaan samaa luokkaa. Lisäksi lähetystehoa säädetään myös mitattavan etäisyyden funktiona: mitä suurempi etäisyys on, sitä suurempi on myös käytetty lähetysteho. Ulkoisten häiriöiden puuttuessa ei lähe-35 tysteho voi tietenkään olla 0, vaan se asetetaan sopivalle säädetylle minimitasolle.The transmission power of the audio signal is adjusted so that the transmitted audio signal and the external noise are of the same order of magnitude. In addition, the transmission power is also adjusted as a function of the distance to be measured: the greater the distance, the greater the transmission power used. In the absence of external interference, of course, the transmission power cannot be 0, but is set to a suitable regulated minimum level.
Keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta 94183 22 voidaan soveltaa erilaisiin ympäristöihin. Esim. maa-työkonetta voidaan ohjata pellolla useitten satojen metrien alueella käyttäen hyväksi matalaa äänitaajuutta so. kuuloalueelle sijoittuvaa äänitaajuutta, joka ete-5 nee ilmassa hyvin pitkiäkin matkoja. Kaivosolosuhteissa voidaan taas käyttää korkeita taajuuksia so. ultraääni-taajuuksia, koska etäisyydet ovat yleensä pienempiä. Samalla päästään myös parempaan tarkkuuteen etäisyyttä määritettäessä. Ylipäätään äänisignaalilla tarkoitetaan 10 tässä yhteydessä sellaista äänisignaalia, joka sijoittuu taajuusalueeltaan kuuloalueen alarajalta n. 20 hertsistä ultraäänitaajuuksiin, esim. 50 kilohertsiin asti. Lisäksi keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan soveltaa ei ainoastaan ilmakehäympäristössä, 15 vaan myöskin esim. vedenalaisessa ympäristössä käyttäen sopivia ääniaaltotaajuuksia, jotka pystyvät etenemään vedessä.The method and device 94183 22 according to the invention can be applied to different environments. For example, a field implement can be controlled in a field within a range of several hundred meters, taking advantage of the low sound frequency, i.e. a sound frequency located in the auditory area, which is very long distances in the air. In mining conditions, high frequencies can be used, i.e. ultrasonic frequencies because the distances are usually smaller. At the same time, better accuracy is also achieved when determining the distance. In general, an audio signal in this context means 10 audio signals which have a frequency range from the lower limit of the hearing range of about 20 Hz to ultrasonic frequencies, e.g. 50 kilohertz. In addition, the method and device according to the invention can be applied not only in an atmospheric environment, but also, for example, in an underwater environment, using suitable sound wave frequencies which are able to propagate in water.
Edellä keksintöä selostettiin erääseen edulliseen toteutusesimerkkiin viittaamalla. Keksinnön mu-20 kaista menetelmää ja laitetta voidaan soveltaa sellaisissakin yhteyksissä, joissa yhden lähetysaseman lisäksi käytetään kahta tai useampaa vastaanottoasemaa. Esim. vastaanottoasemia voidaan sijoittaa maastoon useita, joista esim. lähimpiä kolmea käytetään etäi-25 syyden mittaamiseen. Tällöin lähettimen tarkka maantieteellinen paikka voidaan jatkuvasti laskea. Liikkuvan lähetysaseman ja kiinteiden vastaanottoasemien väliset etenemisviiveet määritetään peräkkäin ja niiden perusteella lasketaan liikkuvan aseman paikka.The invention has been described above with reference to a preferred embodiment. The method and device according to the invention can also be applied in connections in which, in addition to one transmitting station, two or more receiving stations are used. For example, several receiving stations can be placed in the terrain, of which, for example, the nearest three are used to measure distance. In this case, the exact geographical location of the transmitter can be continuously calculated. The propagation delays between the mobile transmitting station and the fixed receiving stations are determined sequentially and the location of the mobile station is calculated from them.
30 Äänen nopeus ilmassa vaihtelee riippuen val litsevasta lämpötilasta ja kosteudesta. Nämä voidaan : luonnollisesti mitata erikseen ja näiden vaikutus ottaa huomioon sopivalla korjauksella äänen etenemisnopeuteen. Tuuli vaikuttaa myöskin äänen etenemiseen 35 häiritsevästi, mutta sen nopeus voidaan mitata ja myös ottaa huomioon etäisyyttä laskettaessa. Äänen nopeuden määrittäminen voidaan katsoa kuuluvan sinänsä tunnet- 94183 23 tuun tekniikkaan.30 The speed of sound in the air varies depending on the prevailing temperature and humidity. These can be: naturally measured separately and their effect taken into account by appropriate correction to the speed of sound propagation. The wind also interferes with the propagation of sound 35, but its speed can be measured and also taken into account when calculating the distance. Determining the speed of sound can be considered to be part of the prior art.
Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten 5 määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention is not limited to the application example presented above only, but many modifications are possible while remaining within the scope of the inventive idea defined in claims 5.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI914731A FI94183C (en) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | Method and apparatus for determining a position |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI914731A FI94183C (en) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | Method and apparatus for determining a position |
| FI914731 | 1991-10-07 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI914731A0 FI914731A0 (en) | 1991-10-07 |
| FI914731A FI914731A (en) | 1993-04-08 |
| FI94183B true FI94183B (en) | 1995-04-13 |
| FI94183C FI94183C (en) | 1995-07-25 |
Family
ID=8533251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI914731A FI94183C (en) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | Method and apparatus for determining a position |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI94183C (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073710A1 (en) * | 2000-03-24 | 2001-10-04 | Claes Norinder | Information managing system |
-
1991
- 1991-10-07 FI FI914731A patent/FI94183C/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073710A1 (en) * | 2000-03-24 | 2001-10-04 | Claes Norinder | Information managing system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI914731A (en) | 1993-04-08 |
| FI914731A0 (en) | 1991-10-07 |
| FI94183C (en) | 1995-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2005008271A3 (en) | An apparatus for high accuracy distance and velocity measurement and methods thereof | |
| JP2517155B2 (en) | Method for measuring pseudo noise code of GPS receiver | |
| JP2007271559A (en) | Apparatus for detecting mobile object | |
| EP1578169A1 (en) | Method and device for measuring sound wave propagation time between loudspeaker and microphone | |
| FI94183B (en) | Method and arrangement for determination of a position | |
| EP1061336A3 (en) | Distance measuring apparatus and method | |
| US7764227B2 (en) | Positioning apparatus | |
| CN116879901B (en) | Vector hydrophone vertical array deep sea broadband sound source depth estimation method | |
| EP0609436B1 (en) | A method for forming a quality measure for signal bursts | |
| EP1531339A3 (en) | Method of passive determination of target data | |
| JP4001611B2 (en) | Ranging radar equipment | |
| JP3784327B2 (en) | Ranging radar equipment | |
| JPH08114672A (en) | Active sonar | |
| EP1216422B1 (en) | Method and apparatus for extracting physical parameters from an acoustic signal | |
| JP2865079B2 (en) | Pulse radar receiver | |
| JP3590598B2 (en) | Distance measuring device and measuring distance processing device | |
| US6173614B1 (en) | Method and device for measuring the height of the cutting table | |
| JP2014035235A (en) | Pulse detection device | |
| JP2790906B2 (en) | Passive sonar broadband signal reception method | |
| JPH11352225A (en) | Speed-measuring apparatus | |
| JPH03180794A (en) | Method and instrument for ultrasonic distance measurement | |
| JPH04155282A (en) | Sonar signal detection system | |
| JP2007017309A (en) | Target detector | |
| JP2002139563A (en) | Radar device | |
| JPH0772242A (en) | Active sonar apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB | Publication of examined application | ||
| MM | Patent lapsed |