ITBO20090046A1 - Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive - Google Patents

Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive Download PDF

Info

Publication number
ITBO20090046A1
ITBO20090046A1 IT000046A ITBO20090046A ITBO20090046A1 IT BO20090046 A1 ITBO20090046 A1 IT BO20090046A1 IT 000046 A IT000046 A IT 000046A IT BO20090046 A ITBO20090046 A IT BO20090046A IT BO20090046 A1 ITBO20090046 A1 IT BO20090046A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
antennas
automatic guided
antenna
retro
guided vehicles
Prior art date
Application number
IT000046A
Other languages
English (en)
Inventor
Vittorio Cavirani
Terlizzi Domenico Di
Franco Mancini
Luca Marcaccioli
Francesco Trotta
Gatti Roberto Vincenti
Original Assignee
Elettric 80 Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elettric 80 Spa filed Critical Elettric 80 Spa
Priority to IT000046A priority Critical patent/ITBO20090046A1/it
Priority to PCT/IB2010/050460 priority patent/WO2010086839A1/en
Priority to EP10708586.2A priority patent/EP2396669B1/en
Priority to CA2751283A priority patent/CA2751283A1/en
Priority to US13/147,480 priority patent/US8643536B2/en
Publication of ITBO20090046A1 publication Critical patent/ITBO20090046A1/it

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/876—Combination of several spaced transponders or reflectors of known location for determining the position of a receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
    • G01S13/751—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal
    • G01S13/756—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal using a signal generator for modifying the reflectivity of the reflector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
    • G01S13/767—Responders; Transponders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/82—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted
    • G01S13/825—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted with exchange of information between interrogator and responder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo:
"SISTEMA DI POSIZIONAMENTO PER VEICOLI A GUIDA AUTOMATICA FUNZIONANTE A RADIO FREQUENZA CON ANTENNE DIRETTIVE".
CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione concerne un sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica a radio frequenza con antenne direttive e antenne di riferimento. Inoltre, secondo la presente invenzione, le antenne di riferimento comprendono le cosiddette matrici o array retro-direttivi denominate in inglese retro-directive arrays, con sigla RDA.
In particolare, la presente invenzione ? utilizzata per rilevare la posizione di un veicolo a guida automatica - denominato in inglese automatic guided vehicle, con sigla AGV - all'interno di ambienti chiusi, per esempio magazzini, depositi, eccetera.
STATO DELLA TECNICA ANTERIORE.
Risultano noti allo stato della tecnica vari sistemi per l'identificazione della posizione di un veicolo a guida automatica in ambienti chiusi quali magazzini e simili.
Generalmente, i sistemi noti comprendono a loro volta due sotto sistemi: i mezzi in movimento a guida automatica - cio? i nodi obiettivo o target nodes - ed i nodi di riferimento o reference nodes.
I nodi di riferimento danno informazioni spaziali e temporali che vengono utilizzate per determinare la posizione dei mezzi in movimento,
I sistemi per il posizionamento di veicoli maggiormente utilizzati sono basati su tecnologie a fascio laser oppure a radio frequenza come ad esempio sistemi UWB, dall'inglese Ultra-Wide-Band, cio? a banda ultra-larga, e sistemi FMCW, dall'inglese Frequency-Modulated Continuous Wave, cio? onda continua modulata in frequenza.
I sistemi di posizionamento a fascio laser, noti anche come LPS, dall'inglese Laser Positioning System, cio? sistema di posizionamento laser, sono costituiti da una testata laser posizionata su un albero telescopico montato sul veicolo a guida automatica e da una serie di riflettori posizionati in zone note, per esempio all'interno di un magazzino.
La testata laser emette dei fasci laser ruotando a 360 gradi, i riflettori colpiti da detto fascio riflettono il fascio stesso verso l'origine, cio? la testata laser, in tal modo elaborando le informazioni spaziali e temporali derivanti dal fascio laser mandato dalla testata laser, riflesso dal riflettore, e ricevuto dalla testata laser nuovamente, ? possibile determinare la posizione del veicolo.
Per determinare la posizione del veicolo con la precisione richiesta, la testata laser deve comunicare con un numero minimo di riflettori - in generale almeno tre - di conseguenza nel magazzino deve essere predisposto un numero di riflettori tale da garantire quanto sopra in tutte le possibili posizioni del veicolo nel magazzino stesso, perci? ? necessario riservare una quota parte delle superfici interne al posizionamento dei riflettori a discapito dello spazio effettivamente utilizzabile.
I sistemi di posizionamento a fascio laser lavorano con una testata ruotante che proietta il fascio laser su un piano orizzontale di scansione, quindi essi presentano il problema di garantire non solo una linea ottica diretta fra la testata laser del veicolo ed i riflettori posizionati all'interno del magazzino, ma un intero piano orizzontale di scansione completamente libero da ostacoli in tutto il magazzino. Si hanno perci? conseguenti limitazioni alle possibilit? di stivare merci, posizionare scaffali, eccetera, nel magazzino stesso perch? potrebbero interferire con la linea ottica fra testata laser del veicolo ed i riflettori, e inoltre ? spesso necessario posizionare la testata laser in cima ad un albero telescopico che gli permetta di operare su un piano orizzontale libero da ostacoli.
Un altro problema dei sistemi di posizionamento laser che comporta errori anche significativi di localizzazione ? dovuto ai fasci laser che possono venire riflessi accidentalmente dalle pareti metalliche presenti all'interno del magazzino, per esempio da scaffali in metallo, oppure da qualsiasi altro ostacolo avente capacit? riflettenti.
I fasci laser riflessi in maniera accidentale arrivano alla testata di ricezione del veicolo, che non distingue i fasci propriamente riflessi dai riflettori dai fasci riflessi accidentalmente generando cos? errori circa il posizionamento del veicolo in movimento.
Un ulteriore difetto del suddetto sistema di posizionamento laser ? dato dal fatto che non ? possibile avere informazioni circa il riflettore che riflette il fascio laser, ovvero non ? possibile identificare da quale riflettore ? stato riflesso il fascio laser emesso dalla testata.
Riassumendo, il sistema di posizionamento laser presenta i seguenti problemi:
la scansione del segnale da parte della testa avviene su due dimensioni - scansione a due dimensioni, anche detta 2-D scanning - il che comporta la necessit? di un piano libero orizzontale per il puntamento del laser;
errori di localizzazione dovuti all'inclinazione del veicolo in certe situazioni e alla conseguente inclinazione dell'albero telescopico che porta il raggio laser ad uscire dal piano orizzontale dove si trovano i riflettori;
limitata possibilit? di estensione dell'albero telescopico sul quale ? montata la testata laser.
Recentemente sono stati introdotti sistemi laser in tre dimensioni i quali risolvono in parte i problemi sopra menzionati, ma a scapito di una ridotta velocit? di scansione.
Le onde radio - a differenza dei fasci laser - non risentono delle variazioni della densit? dell'aria e si propagano secondo una geometria sferica o conica, ? quindi possibile trasmettere il segnale anche in presenza di alcuni ostacoli nella zona di movimento.
I sistemi di posizionamento di un veicolo a guida automatica che si basano su tecnologie a radiofrequenza UBW e FMCW comprendono un'antenna rice-trasmittente montata sul veicolo a guida automatica e una serie di antenne riflettenti, o tag riflettenti, localizzate in posizione nota all'interno dello spazio in cui si muove il veicolo a guida automatica.
L'antenna presente sul veicolo a guida automatica ? in grado di trasmettere e ricevere onde radio in modo isotropo (in tutte le direzioni), mentre le antenne riflettenti ricevono e ritrasmettono le onde radio emesse dalla sorgente, cio? l'antenna sul veicolo a guida automatica.
In via teorica, le tecniche con onde elettromagnetiche UWB e FMCW permettono di localizzare il veicolo a guida automatica all'interno di un ambiente chiuso con una precisione di qualche centimetro.
Tuttavia, la sperimentazione mostra che le effettive precisioni che si possono raggiungere nella localizzazione di un veicolo non superano i 30 cm, negli attuali sistemi pi? avanzati, a causa del problema causato dai cammini multipli, o "multipath", e naturalmente questi valori di 30 cm sono inaccettabili per applicazioni in ambienti chiusi quali magazzini, depositi, eccetera.
I cammini multipli sono generati da onde elettromagnetiche che propagandosi nell'aria vengono riflesse dalle pareti e/o dagli ostacoli che incontrano e si ricombinano al ricevitore che quindi riceve, di fatto, la somma di tutti i contributi multipli e riesce quindi con difficolt? a discriminare il contributo proveniente dal cammino diretto che congiunge l'antenna riflettente con il veicolo a guida automatica e che ? l'unico che permette di calcolare la distanza in linea d'aria dell'antenna trasmittente dal tag riflettente.
La figura 2 mostra un grafico che riporta l'andamento della risposta delle onde elettromagnetiche in un ambiente chiuso di un dispositivo di posizionamento che utilizza le radiofrequenze UWB o FMCW, secondo lo stato della tecnica: sono ben visibili i picchi causati dalla riflessione delle onde radio dovute all'effetto dei cammini multipli.
Perci? un sistema di posizionamento operante in un ambiente chiuso ricever?, oltre al segnale riflesso dai tag riflettenti, tutti i picchi derivanti dall'effetto dei cammini multipli che appariranno come false antenne presenti a diverse distanze.
Le soluzioni proposte per compensare l'effetto dei cammini multipli sono le pi? svariate, ma nessuna si propone di ridurre o limitare l'effetto in s?, perch? si parte dall'assunzione che le antenne ricetrasmittenti dei veicoli a guida automatica e delle antenne riflettenti debbano essere antenne omnidirezionali almeno sul piano azimutale, cio? sul piano orizzontale, nel caso in cui i veicoli a guida automatica debbano essere localizzati in due dimensioni, cio? sostanzialmente in un piano.
In realt?, le antenne dei veicoli a guida automatica potrebbero anche essere direzionali e trasmettere - e quindi ricevere - solo in un certo settore.
Le antenne direzionali sono tipicamente pi? grandi di quelle isotrope, e poich? osservano la scena entro angoli limitati, le antenne rice-trasmittenti dei veicoli a guida automatica devono essere perci? realizzate in modo tale da ruotare intorno al proprio asse per poter osservare le antenne riflettenti su 360 gradi. Il sistema di ruotare l'antenna ? gi? utilizzato nei sistemi radar pi? complessi.
Per sistemi di posizionamento portatili non si usa questo tipo di soluzione perch? diventerebbe troppo ingombrante e poco pratica, ma per i veicoli a guida automatica si pu? ridurre questo ingombro entro limiti ammissibili.
SCOPI DELL'INVENZIONE.
Uno scopo della presente invenzione ? migliorare lo stato della tecnica.
Un altro scopo della presente invenzione ? di ?presentare un sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica che permetta una facile installazione in ambienti chiusi.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? di presentare un sistema di posizionamento di veicoli a guida automatica che permetta di ottenere un'elevata precisione di localizzazione dei veicoli.
Ancora un altro scopo della presente invenzione ? di presentare un sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica che possa funzionare anche in presenza di ostacoli che schermano parzialmente la visibilit?, o la linea ottica diretta, dei componenti del sistema di posizionamento, ma soprattutto che, potendo irradiare onde radio secondo direzioni differenti, funzioni tridimensionalmente e quindi non richieda un piano di lavoro completamente libero.
Un altro scopo della presente invenzione ? di presentare un sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica che sia semplice ed economico da realizzare.
Conformemente ad un aspetto dell'invenzione ? previsto un sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica secondo la rivendicazione indipendente 1.
Conformemente ad un altro aspetto dell'invenzione ? prevista un'antenna direttiva rice-trasmittente secondo la rivendicazione 2.
Conformemente ad un ulteriore aspetto dell'invenzione ? previsto l'uso combinato di antenne settoriali direttive ed antenne di riferimento, con polarizzazione lineare o circolare, secondo la rivendicazione 3.
Le rivendicazioni dipendenti si riferiscono a forme di realizzazione preferite e vantaggiose dell'invenzione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI.
Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione saranno maggiormente evidenti dalla descrizione di forme di realizzazione del sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica, illustrato a titolo indicativo negli uniti disegni in cui:
la figura 1 ? una vista schematica di un sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica secondo la presente invenzione;
la figura 2 ? un diagramma indicativo dell'andamento della risposta impulsiva di un ambiente chiuso per un dispositivo di posizionamento secondo lo stato della tecnica;
la figura 3 ? una vista schematica di un sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica con antenna omni-direzionale sul veicolo e antenna riflettente omni-direzionale nel magazzino;
la figura 4 ? una vista schematica di un altro sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica con antenna omni-direzionale sul veicolo e antenna riflettente direttiva nel magazzino;
la figura 5 ? una vista schematica di un altro sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica con antenna direttiva sul veicolo e antenna riflettente direttiva nel magazzino;
le figure 6 e 7 sono due diagrammi che illustrano i risultati di simulazioni al calcolatore per gli errori di posizionamento in funzione della larghezza del lobo principale delle antenne e mostrano il guadagno in precisione che si ottiene con lobi di radiazione stretti - le simulazioni confermano che questa caratteristica limita il disturbo dovuto ai cammini multipli;
le figure 8 e 9 illustrano in modo schematico il funzionamento e la struttura di un'antenna riflettente retro-direttiva secondo la presente invenzione;
le figure 10-12 illustrano la struttura e alcuni particolari di un'antenna settoriale da montare sui veicoli a guida automatica secondo la presente invenzione;
la figura 13 illustra un'altra versione di un'antenna riflettente retro-direttiva secondo la presente invenzione;
le figure 14-17 illustrano alcuni esempi di funzionamento del sistema secondo la presente invenzione all'interno di un ambiente; e
la figura 18 ? uno schema a blocchi del sistema secondo la presente invenzione.
FORME DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE.
Secondo quanto illustrato nelle figure allegate, il sistema di posizionamento secondo la presente invenzione comprende essenzialmente alcune antenne di riferimento 3 localizzate in posizioni note di un ambiente chiuso 4, per esempio un magazzino o un deposito, all'interno del quale si muovono veicoli a guida automatica 1 da localizzare, a loro volta muniti di un'antenna direttiva rice-trasmitt.ente 2.
Le antenne di riferimento 3 del sistema secondo la presente invenzione comprendono delle matrici o array retro-direttivi 17, definiti anche dalla sigla RDA, cio? in inglese retro-directive array.
Questi array retro-direttivi 17 sono del tipo che, se vengono investiti da un segnale con determinate caratteristiche, essi rispondono emettendo un segnale nella stessa direzione di provenienza del segnale interrogante, senza conoscere a priori la direzione di provenienza.
Secondo una versione della presente invenzione, le antenne di riferimento 3 ed i relativi array 17 comprendono ulteriori mezzi codificanti 28 (figura 13) che permettono alle antenne 3 di ricevere un particolare segnale ad una certa frequenza e di ritrasmetterlo codificato, permettendo quindi di identificare la specifica antenna retro-direttiva che sta rispondendo.
Nelle figure 3-5 sono illustrate alcune possibili situazioni di trasmissione di segnali fra veicolo a guida automatica e antenna riflettente in relazione al tipo di antenna utilizzato e alle interferenze dovute ai cammini multipli.
In particolare, nella figura 3 sono illustrati gli andamenti dei segnali in trasmissione e ricezione con due antenne omni-direzionali sia sul veicolo a guida automatica sia sull''antenna riflettente disposta nell'ambiente.
L'antenna rice-trasmittente 10 del veicolo a guida automatica trasmette in tutte le direzioni dei segnali 5. Questi segnali 5 sono riflessi da alcuni ostacoli 8 arrivando anche all?antenna riflettente 11 secondo le traiettorie 9 e generando dei segnali di risposta che verosimilmente percorreranno le stesse traiettorie in senso inverso 9-5.
I segnali 5 ritornano quindi all'antenna 10, ma non dovrebbero essere considerati ai fini del posizionamento del veicolo.
Dall'antenna riflettente 11 viene anche riflesso il segnale 6 che dovrebbe essere il solo da considerare ai fini del posizionamento del veicolo. Tuttavia, il segnale 6 rimane disturbato dagli altri segnali 5 dovuti ai cammini multipli.
Nella figura 4 sono illustrati gli andamenti dei segnali in trasmissione e ricezione con un'antenna rice-trasmittente omni-direzionale sul veicolo a guida automatica e un'antenna riflettente direttiva disposta nell'ambiente.
Anche in questo caso, l'antenna rice-trasmittente 10 del veicolo a guida automatica trasmette in tutte le direzioni i segnali 5. Questi segnali 5 sono riflessi da alcuni ostacoli 8 generando dei segnali 9 che, tuttavia, non sono riflessi oppure sono riflessi in minima parte dall'antenna riflettente 3, perch? questa antenna 3 ? direttiva e predilige una zona di ricezione in una direzione specifica, secondo il diagramma di trasmissione e ricezione 13.
L'antenna 3 quindi scarta - o meglio attenua molto - la maggior parte dei segnali riflessi che non sono, e non possono trovarsi, nella zona di ricezione dell'antenna.
Di conseguenza, all'antenna 10 ritorna il solo segnale 6 proveniente direttamente dall'antenna riflettente 3, tale segnale 6 ? proprio il segnale che deve essere considerato per la localizzazione del veicolo. Il segnale 6 non ? disturbato dagli altri segnali 5 dovuti ai cammini multipli, perch? la maggior parte dei cammini 9 sono stati attenuati e quindi non riflessi dall'antenna 3.
Si nota quindi che l'uso di un'antenna direttiva 3 per l'ambiente diminuisce molto il disturbo dovuto ai segnali 9 dei cammini multipli.
Nella figura 5 sono illustrati gli andamenti dei segnali in trasmissione e ricezione con un'antenna rice-trasmittente direttiva sul veicolo a guida automatica e un'antenna riflettente direttiva disposta nell'ambiente.
In questo caso, l'antenna rice-trasmittente direttiva 2 del veicolo a guida automatica trasmette i segnali 5 principalmente in una direzione, cio? secondo il diagramma di trasmissione e ricezione 14.
I segnali 5 in trasmissione dall'antenna 2 potrebbero essere riflessi da alcuni ostacoli 8 generando dei segnali di disturbo 9, tuttavia, la probabilit? di incontrare gli ostacoli 8 ? molto minore rispetto all'emissione in tutte le direzioni di un'antenna omni-direzionale.
Inoltre, anche in questo caso, i segnali 9 non sono riflessi oppure sono riflessi solo in minima parte dall'antenna riflettente 3, poich? anche questa antenna 3 ? direttiva e quindi scarta la maggior parte dei segnali riflessi.
Inoltre, poich? l'antenna 2 ? direttiva anche in ricezione, solo il segnale che si trova nella zona di ricezione non subisce significative attenuazioni, cio? il segnale 6 proveniente direttamente dall'antenna riflettente 3 e che ? proprio il segnale che deve essere considerato per la localizzazione.
Quindi il segnale 6 non ? disturbato dagli altri segnali 5 dovuti ai cammini multipli, perch? la maggior parte dei cammini multipli sono molto attenuati dall'emissione direttiva dell'antenna 2, poi dalla riflessione direttiva dall'antenna 3 e quindi dalla ricezione direttiva dell'antenna 2.
Nelle forme di esecuzione della presente invenzione che seguono le antenne 3 delle figure 4 e 5 sono realizzate con array retro-direttivi, che rispondono emettendo nella stessa direzione di provenienza del segnale interrogante, senza conoscerne a priori la direzione di provenienza e che quindi si comportano similmente a come appena descritto. Quindi nelle forme di esecuzione della presente invenzione si far? esplicito riferimento ad una versione con antenne direttive sul veicolo a guida automatica e con antenne retro-direttive nei punti di riferimento dell'ambiente. Tuttavia, secondo una versione semplificata della presente invenzione, il veicolo a guida automatica presenta un'antenna rice-trasmittente omni-direzionale e nei punti di riferimento dell'ambiente sono posizionate delle antenne riflettenti retro-direttive.
Il sistema di posizionamento secondo la presente invenzione comprende quindi tre gruppi principali:
uno o pi? veicoli a guida automatica 1, che si muovono all'interno dell'ambiente chiuso 4;
almeno un'antenna direttiva rice-trasmittente 2 montata su ogni veicolo a guida automatica 1,
una pluralit? di antenne retro-direttive di riferimento 3 localizzate in posizioni note all'interno dell'ambiente chiuso 4.
Generalmente, le antenne di riferimento 3 devono essere almeno tre per poter fornire una corretta localizzazione del veicolo.
L'antenna direttiva 2 montata sul veicolo a guida automatica ? realizzata in modo da trasmettere in ogni istante onde a radio frequenza in una certa direzione e di ricevere nello stesso istante le onde radio riflesse dai tag retro-direttivi 3 da quella stessa direzione; inoltre essa ? realizzata in modo tale da irradiare in instanti diversi in direzioni diverse, in modo da coprire in un certo intervallo di tempo tutte le possibili direzioni.
I tag retro-direttivi 3 secondo la presente invenzione riflettono le onde radio ricevute in una direzione uguale e contraria a quella individuata dall'onda incidente.
I tag 3 sono localizzati in posizioni note all'interno dell'ambiente chiuso 4, le suddette posizioni dei tag 3 sono memorizzate in opportuni mezzi di controllo, che verranno meglio descritti nel prosieguo.
I dati sotto forma d'onde radio riflesse dai tag 3 e ricevuti dall'antenna 2 dell'AGV sono elaborati dai mezzi di controllo, permettendo quindi di determinare con precisione la posizione degli AGV 1 nell'ambiente 4 e rispetto ad altri AGV che si trovano nell'ambiente 4.
Secondo una versione dell'invenzione, nel caso che i tag 3 siano dotati dei mezzi codificanti 28 i mezzi di controllo possono identificare quale tag 3 sta riflettendo, per mezzo del codice identificativo assegnato a ciascun tag 3 tramite i mezzi codificanti 28.
I dati spaziali e temporali derivanti dalla comunicazione attraverso le onde radio trasmesse e riflesse dalle antenne 2 degli AGV e riflesse dai tag 3, sono opportunamente elaborati tramite i suddetti mezzi di controllo, comprendenti ad esempio dei mezzi a microprocessore assistiti da un software.
I mezzi di controllo si possono trovare su ciascun AGV 1 ed essere coordinati fra loro oppure si possono trovare in una posizione fissa dell'ambiente chiuso 4. Secondo ancora un'altra versione dell'invenzione, i mezzi di controllo si possono trovare distribuiti fra gli AGV 1 e l'ambiente 4.
Le varie porzioni dei mezzi di controllo possono comunicare fra loro utilizzando delle reti locali senza fili o WLAN - dall'inglese wireless locai area network - per esempio le reti Wi-Fi, abbreviazione di Wireless Fidelity.
Come gi? sopra indicato, le antenne di riferimento 3 del sistema secondo la presente invenzione comprendono degli array retro-direttivi 17, che sono caratterizzati dal fatto di riflettere un segnale in arrivo, per esempio onda radio, nella stessa direzione del fascio incidente senza la necessit? di conoscere l'angolo di incidenza. Il segnale stesso viene riflesso secondo una direzione identica a quella di incidenza ma verso opposto come indicato nella figura 8.
La figura 9 riporta un esempio di struttura, o di lay-out, di tag retro-direttivi secondo la presente invenzione: quattro elementi radianti 18 sono collegati in parallelo in modo da creare delle sub-matrici 19, o sub-array: il motivo per cui sono previste delle submatrici invece di elementi singoli verr? spiegato in seguito. Le sub-matrici 19 sono a loro volta collegate in serie ad altre sub-matrici 19 in modo simmetrico; il numero di elementi radianti in ogni sub-matrice e il numero di sub-matrici in ogni tag retro-direttivo ? puramente indicativo.
Come gi? sopra indicato, alcune delle antenne di riferimento 3 del sistema, che assumono un ruolo di nodi di riferimento o reference tag, possono comprendere dei mezzi codificanti 28.
I suddetti mezzi codificanti comprendono un codice identificativo ID del nodo o tag, ottenendo cos? un posizionamento molto pi? semplice, perch? per questi array retro-direttivi sono disponibili maggiori informazioni.
Consideriamo a titolo di esempio 1'implementazione di un reference tag in un sistema FMCW, cio? ad onda continua modulata in frequenza.
Interrompendo i cammini che collegano i vari elementi dell'array retro-direttivo, ? possibile spegnere il tag. Questa interruzione pu? essere realizzata posizionando su un cammino - o meglio ancora su tutti i cammini - un interruttore, cio? un elemento a capacit? variabile o varactor 28 che varia la sua capacit? secondo una legge, per esempio, ad onda quadra. L'onda quadra pu? essere impostata ad una frequenza che ? caratteristica del tag e che quindi lo identifica.
In questo modo, quando un segnale FMCW colpisce il tag retro-direttivo, esso lo riflette moltiplicandolo per un'onda quadra. Il segnale risultante presenta delle componenti in frequenza intorno alla frequenza fondamentale dell'onda quadra - 1/T, se T ? il periodo dell'onda quadra- e quindi decodificando il segnale riflesso di quel particolare tag ? possibile identificarlo, grazie alla frequenza dell'onda quadra.
Il varactor 28 pu? essere alimentato da una piccola batteria integrata nel tag, e pu? durare per diversi anni pur funzionando ininterrottamente, in quanto non consuma molta potenza; quindi non ? necessario alimentare dall'esterno il tag. Nella figura 13 ? illustrata la possibile posizione dei varactor 28 in un tipico layout di un array retro-direttivo.
I veicoli a guida automatica 1 secondo la presente invenzione sono dotati di un'antenna settoriale 2 che ? illustrata pi? in dettaglio nelle figure 10-12.
L'antenna settoriale 2 comprende una pluralit? di pannelli radianti 21 collegati fra loro, atti ad effettuare una scansione azimutale a 360 gradi.
Nella figura 10 ? illustrata una sola antenna che pu? essere indifferentemente un'antenna trasmittente TX oppure un'antenna ricevente RX, perch? le due antenne sono sostanzialmente simili.
Nel veicolo a guida automatica le due antenne TX e RX possono essere montate sovrapposte e in ogni istante sono in grado di trasmettere e ricevere nella stessa direzione azimutale, oppure trasmissione e ricezione possono anche essere effettuate con la stessa antenna; in quest'ultimo caso i segnali in trasmissione e ricezione vengono separati tramite un dispositivo chiamato "cireolatore".
Nella forma esecutiva illustrata nella figura 10, ciascuna delle antenne TX e RX si presenta a forma di prisma con base ottagonale, con pannelli radianti 21 disposti sulla superficie laterale del prisma, che formano le facce della stessa superficie laterale.
I pannelli radianti 21 presentano una superficie esterna 22 (figura 11) su cui sono posizionati gli elementi piani 18a, trasmittenti o riceventi, detti anche patch, ed una faccia interna 23 (figura 12) ove sono accolti i collegamenti esistenti tra i vari elementi 18a.
Grazie a questa forma costruttiva ? possibile garantire una scansione di 360 gradi sul piano azimutale senza l'ausilio di sistemi rotanti, in quanto l'emissione o la ricezione di ciascun pannello radiante ? ottenuta tramite commutazione elettronica.
Secondo un'altra versione della presente invenzione, la scansione azimutale potrebbe essere effettuata meccanicamente facendo ruotare solidalmente due pannelli radianti 21 uno TX e uno RX.
A titolo di esempio non limitativo, secondo quanto illustrato nella figura 12, gli elementi 18a sono cos? collegati: due elementi 18a contigui e presenti sullo stesso pannello radiante 21 sono collegati in parallelo per formare una sub-matrice 24, due sub-matrici 24 contigue e presenti sullo stesso pannello radiante 21 sono collegate in parallelo per formare a loro volta una sub-matrice 25, infine due sub-matrici 25 contigue e presenti sullo stesso pannello radiante 21 sono collegate tra loro in parallelo per formare una submatrice 26.
La matrice 26 ? inoltre collegata in serie alle altre sub-matrici presenti sugli altri settori, cio? le facce laterali del prisma, tramite dei collegamenti 27.
A titolo di esempio non limitativo, precisando che il numero di elementi radianti 18a in ogni pannello radiante e il numero di pannelli radianti usati ? puramente indicativo, le caratteristiche costruttive principali dell'antenna 2 sono:
un'antenna trasmittente TX avente un diametro di circa 18 cm ed una altezza di circa 13 cm;
un'antenna ricevente RX di dimensioni uguali all'antenna TX, polarizzata ortogonalmente all'antenna trasmittente;
le antenne TX e RX sono posizionate l'una sull'altra;
le dimensioni totali dell' antenna 2 sono perci? di circa 18 cm di diametro e circa 26 cm di altezza.
Gli elementi piani 18a, trasmittenti o riceventi, sono di dimensioni opportune per soddisfare i requisiti di ampiezza di fascio di emissione o ricezione - BW cio? Beam-Width in funzione anche del numero di settori che formano l'antenna 2.
Poich? ciascun pannello radiante 21 genera un fascio che illumina un settore angolare con una certa ampiezza angolare alfa, il numero n dei pannelli radianti 21 deve essere tale da coprire tutto l'angolo di scansione che ? di 360 gradi, cio? in generale sar? alfa ? n ? 360.
La forma a prisma con base ottagonale ? un buon compromesso fra l'esigenza di avere pannelli radianti con un buon potere direttivo e il fatto di non avere un numero non troppo elevato di pannelli.
Naturalmente la forma a prisma con base ottagonale ? solo un esempio, e sono possibili anche diverse forme con basi poligonali con un maggiore numero di lati: per esempio, 10, 12 lati, eccetera, oppure anche un array a simmetria cilindrica, senza per questo uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione.
Grazie a questa soluzione costruttiva, l'antenna non presenta parti in movimento e risulta quindi idonea per l'applicazione su veicoli a guida automatica di grandi dimensioni come sono, per esempio, i veicoli per il trasporto di merci all'interno di un magazzino.
La scansione azimutale elettronica pu? avvenire in diversi modi: in modo continuo, oppure a salti. Nel modo continuo i pannelli radianti 21 sono alimentati in modo tale da far ruotare il fascio a passi molto piccoli (dell'ordine del grado), in modo da risultare il pi? possibile in una rotazione continua. Nel modo a scatti si terr? conto che ogni pannello radiante 21 presenta un fascio di ampiezza azimutale alfa (ad es.
50 gradi), ad ogni scatto l'antenna illuminer? un settore angolare ruotato rispetto al precedente di un angolo azimutale beta (in generale sar? beta = 360 ? /n (dove n ? il numero di settori), ad es. 45 gradi per 8 settori); si potranno avere diverse combinazioni di alfa e beta, in generale con beta ? alfa.
Si descrive, a titolo di esempio, una possibile applicazione delle antenne direttive sopra descritte ad uno specifico sistema di posizionamento operante a radio frequenza con tecnologia FMCW; lo stesso concetto ? utilizzabile con altre tecnologie (ad es. UWB) e su altre frequenze, provvisto che le antenne siano progettate in un modo appropriato.
La figura 18 illustra, a titolo di esempio, uno schema a blocchi del sistema radar FMCW.
Un generatore di segnali di scansione 39, o sweep generator, genera un segnale che viene amplificato per mezzo di un amplificatore di potenza 40. Il segnale trasmesso ? normalmente una sinusoide modulata in frequenza secondo una legge periodica nel tempo: comunemente si usano leggi lineari nel tempo, ad esempio un dente di sega, ma sono possibili anche funzioni esponenziali.
Il segnale amplificato viene a sua volta filtrato tramite un filtro a radiofrequenza 41 e quindi inviato all'elemento trasmittente 7 (TX) dell'antenna 2 per essere trasmesso.
L'elemento ricevente 48 (RX) dell'antenna 2 riceve un segnale riflesso, per esempio da un tag 3, segnale che viene quindi filtrato tramite un filtro di radiofrequenza 41.
Il segnale filtrato viene fatto poi passare attraverso due amplificatori in serie, un primo amplificatore a bassa figura di rumore 43 - o low noise amplifier - e quindi un secondo amplificatore di potenza 40.
In uscita dal secondo amplificatore di potenza 40 il segnale ricevuto 49 viene convogliato in un mixer 47 in cui esso viene moltiplicato per il segnale 50 proveniente dal generatore di segnali di scansione 39.
In uscita dal nodo 47 il segnale ? filtrato tramite un filtro passa-basso 42 e inviato ad un controllo automatico di guadagno 44.
Questo sistema FMCW sopra descritto risulta, allo stato dell'arte attuale, tra le tecniche pi? precise nello stimare il tempo di volo di un segnale che, dopo essere stato trasmesso, ? stato riflesso da un ostacolo; i sistemi FMCW permettono quindi di calcolare la distanza da un oggetto che ha riflesso il segnale trasmesso. Di fatto nel sistema FMCW il segnale trasmesso viene moltiplicato per una sua versione ritardata nel tempo, cio? il segnale ricevuto: scegliendo appropriatamente il segnale trasmesso - ad es. il dente di sega - si pu? ottenere all'uscita dal filtro 42 un tono la cui frequenza ? proporzionale al ritardo del segnale ricevuto rispetto a quello inviato, e quindi permette di stimare con precisione il tempo di volo del segnale trasmesso.
All'uscita del modulo 44, il segnale ? diretto ad un convertitore analogico-d?gitale 45 che campiona il segnale, lo converte in digitale e fornisce ? campioni ad un modulo programmabile di elaborazione numerica 46 che permette di manipolarli e analizzarli secondo vari algoritmi, in modo da determinare la distanze del veicolo da vari punti di riferimento noti e quindi stabilirne la posizione.
Il modulo di elaborazione digitale 46 ? inoltre in grado di controllare, tramite un segnale di controllo numerico 52, la rotazione elettronica degli elementi 7 e 48.
A titolo di esempio non limitativo, si forniscono alcuni valori della frequenza, dei diagrammi di radiazione delle antenne e della potenza del trasmettitore di segnale, questi valori rispettano le vigenti norme europee:
Frequenza centrale: 5.8 GHz,
Ampiezza della banda: 150 MHz, campo di frequenze 5725-5875 MHz,
Potenza (EIRP): 25mW.
Diagramma di radiazione - antenna del veicolo:
Ampiezza lobo principale nel piano azimutale: 45?, Ampiezza lobo principale in elevazione: 60?, Guadagno previsto Gvmax: 14dB, direzione di massima distanza.
Diagramma di radiazione - antenna tag:
Ampiezza lobo principale nel piano azimutale: 12.5?,
Ampiezza lobo principale in elevazione: 60?, Guadagno previsto Gtmax: 20dB (direzione di massima distanza).
Un'importante caratteristica della presente invenzione, che permette d? ridurre significativamente l'effetto dei cammini multipli, o "multipath", ? la scelta accurata della polarizzazione e della sagomatura dei fasci delle antenne, cio? dei tag retro-direttivi e dell'antenna settoriale 2 sul veicolo 1.
La sagomatura ? una caratteristica degli elementi radianti dell'antenna tale per cui le fasi del campo elettrico - in trasmissione e ricezione - si combinano in modo da permettere la propagazione delle onde elettromagnetiche secondo particolari direzioni ed attenuarla in altre.
Scelte appropriate di questi due parametri nel progetto delle antenne, cio? polarizzazione e sagomatura del fascio, permettono di attenuare molto i segnali provenienti da elementi riflettenti diversi dai tag retro-direttivi, o di ridurre altri contributi non desiderati, per esempio i segnali provenienti da altri AGV, la riflessione dalle pareti, ostacoli, eccetera, a vantaggio di una miglior precisione di posizionamento del veicolo a guida automatica 1.
I tag retro-direttivi 3 e l'antenna settoriale 2 possono operare secondo due tipi di polarizzazione, cio? circolare o lineare: di seguito vengono forniti due esempi non limitativi relativi alla scelta di polarizzazioni e sagomature dei fasci per le antenne nel sistema, in particolare un esempio per antenne a polarizzazione circolare e uno per antenne a polarizzazione lineare.
Con la polarizzazione circolare, l'antenna settoriale 2 trasmette tramite l'elemento trasmittente 7 (TX) e riceve tramite l'elemento ricevente 48 (RX) con la stessa polarizzazione, per esempio polarizzazione circolare destra RHC (right hand circular polarization) oppure polarizzazione circolare sinistra LHC (left hand circular polarization); i tag 3 riflettono il segnale - trasmesso dall'elemento trasmittente 7 (TX) - con la stessa polarizzazione ricevuta, ma solo una delle due polarizzazioni (RHC o LHC) ? riflessa in modo retro-direttivo.
Di conseguenza l'elemento ricevente 48 (RX) riceve un segnale con la stessa polarizzazione del segnale di partenza; se un ostacolo riflette accidentalmente il segnale, viene modificata la polarizzazione - per esempio da circolare destra a circolare sinistra - e di conseguenza il segnale riflesso non viene ricevuto dall'elemento ricevente 48 (RX).
Riassumendo, per quanto concerne la polarizzazione circolare, le caratteristiche principali sono (figure 14 e 15):
l'elemento mobile AGV 1 trasmette e riceve con la medesima polarizzazione, per esempio circolare destra (RHC) o circolare sinistra (LHC);
i tag 3 riflettono con la stessa polarizzazione: il segnale 30 ? riflesso in modo retro-direttivo nel segnale 31, che viene correttamente ricevuto dall'elemento RX dell'antenna direzionale 2 dell'AGV 1, ma il segnale 29 {figura 15) viene riflesso in modo non retro-direttivo nel segnale 32 in quanto ha polarizzazione diversa da 30;
i segnali che subiscono un numero dispari di riflessioni sulle pareti dell'ambiente 4 invertono la loro polarizzazione: i segnali 29 accidentalmente riflessi dalle pareti non sono ricevuti dai veicoli 1;
i veicoli 1 possono interferire fra di loro tramite il cammino diretto 30, perch? ricevono e trasmettono con la stessa polarizzazione, per questo ? necessario sagomare il fascio di trasmissione e ricezione dell'antenna settoriale 2 in modo tale da puntare verso l'alto (vd. Figura 14), come indicato dalle linee a tratto e punto S che rappresentano lo schematicamente lo spazio entro il quale i segnali vengono trasmessi;
i tag 3 possono essere posizionati arbitrariamente sulle pareti o sul soffitto, come mostrato in figura 15;
vengono evitate le componenti di cammino multiplo dovute alla riflessione sulle pareti, ad esempio del segnale 29 in figura 15 riflesso nel segnale 32, e quindi non ? necessario sagomare il fascio dei tag 3.
Con la polarizzazione lineare (figura 17), l'antenna settoriale 2 trasmette, tramite l'elemento trasmittente 7 (TX), un segnale 37 polarizzato verticalmente oppure orizzontalmente, e riceve, tramite l'elemento ricevente 48 (RX), un segnale 38 con polarizzazione ortogonale a quella di trasmissione.
I tag 3 riflettono con un segnale 38 avente una polarizzazione ortogonale a quella del segnale 37 ricevuto, cio? quello mandato dall'elemento trasmittente 7 (TX) dell'antenna 2.
In questo caso, le riflessioni accidentali mantengono la stessa polarizzazione e di conseguenza non vengono ricevute dall'elemento ricevente 48 (RX) dell'antenna 2.
Tuttavia un segnale 37a che subisce una riflessione prima di colpire il tag viene riflesso in modo retro-direttivo con un segnale 38a avente polarizzazione giusta: queste riflessioni multiple possono creare segnali aventi la stessa polarizzazione di RX, e quindi causare effetti di cammino multiplo come illustrato nella figura 17.
La soluzione in questo caso ? sagomare il fascio dei tag 3 in modo da attenuare i segnali provenienti da direzioni non attese, come ad esempio il soffitto, vd. figura 17).
A chiarimento di quanto descritto, in figura 17 sono schematicamente rappresentate due linee S a tratto e punto che definiscono lo spazio entro il quale i segnali vengono riflessi senza alcuna attenuazione: risultano invece attenuati quelli che provengono da direzioni non comprese in tale spazio.
Per quel che concerne la polarizzazione lineare, le caratteristiche principali sono (figure 16 e 17): il veicolo 1 trasmette un segnale con una polarizzazione orizzontale o verticale e riceve un segnale con una polarizzazione ortogonale a quella trasmessa, verticale o orizzontale rispettivamente;
i tag 3 riflettono con una polarizzazione ortogonale a quella del segnale incidente;
le pareti mantengono in generale la stessa polarizzazione, le riflessioni multiple che non colpiscono un tag non vengono "viste" dai veicoli 1; i veicoli 1 non si vedono tra di loro;
i tag 3 devono essere posizionati secondo un determinato orientamento sulle pareti e sul soffitto, per esempio sempre perpendicolari al soffitto, come mostrato nelle figure 16 e 17;
cammini multipli dovuti a riflessioni sulle pareti che colpiscono il tag possono giungere al veicolo 1, anche se sono sicuramente meno intensi;
l'effetto cammino multiplo pu? essere ridotto sagomando il diagramma di radiazione dei tag 3.
Il sistema di posizionamento deve essere assistito da un software opportunamente programmato in loco in sede di progetto nel rispetto della disposizione dei tag e del modo di funzionamento.
Il sistema di posizionamento di veicoli a guida automatica secondo la presente invenzione permette quindi di localizzare con estrema precisione, per esempio nell'ordine di qualche centimetro, all'interno di un ambiente chiuso, per esempio un magazzino o un deposito, uno o pi? veicoli a guida automatica.
L'utilizzo di antenne retro-direttive nei tag 3 e di antenne settoriali 2, in aggiunta alla polarizzazione, ed eventualmente alla sagomatura dei diagrammi di radiazione delle antenne, permette di ottenere - secondo le misure e gli esperimenti effettuati - un posizionamento preciso con una tolleranza nell'ordine di pochi centimetri contro i /-30 cm dei sistemi di posizionamento tradizionali.
La costruzione dell'antenna settoriale 2 secondo una struttura a geometria poligonale, nella fattispecie a prisma ottagonale, permette di ottenere una scansione del segnale a 360 gradi senza la necessit? di organi per il movimento della antenna stessa.
La forma costruttiva dell'antenna settoriale 2 riduce drasticamente le dimensioni dell'antenna stessa permettendo al veicolo 1 velocit? ed accelerazioni maggiori in quanto l'inerzia dell'impianto ricetrasmittente viene sensibilmente diminuita, ci? a vantaggio di una maggior velocit? di lavoro cui corrisponde un minor tempo impiegato per svolgere le operazioni e di conseguenza un sensibile risparmio economico.
L'utilizzo combinato di antenne retro-direttive 3 e di antenne settoriali 2, la scelta oculata della polarizzazione delle antenne ed eventualmente la sagomatura dei diagrammi di radiazione delle antenne stesse, permettono di sfruttare al massimo la capacit? e gli spazi dell'ambiente chiuso, poich?, fatta salva la necessit? di garantire una linea di vista tra un minimo di tag 3 e le antenne 2, i tag non devono essere localizzati in posizioni particolari, ed eventuali ostacoli riflettenti influiscono in modo controllato sulla precisione del posizionamento.
L'uso del varactor 28 permette inoltre l'identificazione del tag corrispondente aumentando cos? le informazioni disponibili per il software, deputato ad elaborare tutti i dati derivanti dal sistema al fine di determinare la posizione del veicolo 1.
Questi dati, oltre a migliorare sensibilmente le prestazioni del sistema in termini di velocit? e precisione di posizionamento, permettono di stabilire un cammino ottimale per i veicoli e permettono di correggere il cammino stesso durante il movimento, con il vantaggio di ottenere una velocit? di esecuzione ancora maggiore ed un risparmio in termini energetici dovuto alla diminuzione di percorsi inutili del veicolo stesso.
L'utilizzo di array retro-direttivi come tag di riferimento e di antenne settoriali per i veicoli in un sistema di posizionamento, pu? essere molto vantaggioso e migliorare molto le prestazioni del sistema, precisione e velocit? di misura.
In particolare, l'utilizzo dei tag e delle antenne settoriali combinato con la codifica di un numero identificativo del tag, e con le tecniche di polarizzazione, riducono molto i cammini multipli, permettendo un posizionamento con una tolleranza di circa 5 cm.
Il sistema di posizionamento qui descritto ? utilizzabile in forme semplificate o scalate - per esempio con antenne pi? piccole e semplici - non solo per veicoli a guida automatica AGV, ma anche per localizzare veicoli con operatore e tenere traccia dei loro movimenti in un sistema elettronico.
La presente invenzione ? stata descritta secondo forme preferite di realizzazione, ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito d? protezione offerto dalle rivendicazioni.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1} funzionante con dispositivi a radiofrequenza del tipo Ultra-Wide-Band, cio? banda ultra-larga, oppure Frequency-Modulated Continuous Wave, cio? onda continua modulata in frequenza, e loro varianti, comprendente: un'antenna rice-trasmittente (2), associata ad ogni veicolo a guida automatica (1), comprendente un elemento trasmittente (7 - TX) ed uno ricevente (48 - RX), che possono anche coincidere; una pluralit? di antenne di riferimento (3), localizzate in posizioni predeterminate all'interno di un ambiente chiuso (4); mezzi di controllo atti ad elaborare i dati spaziali e temporali derivanti dalla comunicazione attraverso le onde radio trasmesse e ricevute dalle antenne (2) dei veicoli a guida automatica e riflesse da dette antenne di riferimento (3), caratterizzato dal fatto che dette antenne di riferimento (3) comprendono delle matrici o array retro-direttivi (17).
  2. 2. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1), in particolare secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento trasmittente (7 - TX) e l'elemento ricevente (48 RX) dell'antenna rice-trasmittente (2), associata ad ogni veicolo a guida automatica (1), comprendono delle antenne direttive settoriali formate da una pluralit? di pannelli radianti (21), a trasmissione e ricezione direttiva disposti e collegati in modi atti ad effettuare una scansione a 360 gradi.
  3. 3. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l'elemento trasmittente (7 - TX) e quello ricevente (48 - RX) dell'antenna rice-trasmittente (2) e gli array attivi retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) sono provviste di sagomature dei fasci atte a limitare gli effetti dei cammini multipli.
  4. 4. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l'elemento trasmittente (7 - TX) e quello ricevente (48 - RX) dell'antenna rice-trasmittente (2) e gli array attivi retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) sono del tipo in cui la combinazione delle polarizzazioni in trasmissione e ricezione ? atta a limitare gli effetti dei cammini multipli.
  5. 5. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 4, in cui l'elemento trasmittente (7 - TX) e quello ricevente (48 - RX) dell'antenna rice-trasmittente (2) e gli array attivi retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) sono antenne del tipo a polarizzazione circolare.
  6. 6. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 5, in cui l'elemento trasmittente (7 - TX) e quello ricevente (48 - RX) sono rispettivamente atte a trasmettere e ricevere segnali aventi la medesima polarizzazione.
  7. 7. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo una delle rivendicazioni 5 o 6, in cui gli array r?tro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) sono atti a riflettere in modo retro-direttivo segnali aventi la medesima polarizzazione di quelli incidenti.
  8. 8. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 4, in cui l'elemento trasmittente (7 - TX) e quello ricevente (48 - RX) dell'antenna rice-trasmittente (2) e gli array attivi retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) sono antenne del tipo a polarizzazione lineare.
  9. 9. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 8, in cui l'elemento trasmittente (7 - TX) e quello ricevente (48 - RX) sono rispettivamente atte a trasmettere e ricevere segnali aventi polarizzazione ortogonale l'una rispetto all'altra.
  10. 10. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo una delle rivendicazioni 8 o 9, in cui gli array retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) sono atti a riflettere in modo retro-direttivo segnali aventi polarizzazione ortogonale a quella dei segnali incidenti.
  11. 11. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui gli array retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) sono di tipo sagomato, atto a permettere la propagazione delle onde elettromagnetiche secondo particolari direzioni ed attenuarla in altre.
  12. 12. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui gli array retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) comprendono dei mezzi di elaborazione del segnale atti a trasmettere un codice identificativo dell'antenna di riferimento.
  13. 13. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui gli array retro-direttivi (17) delle antenne di riferimento (3) comprendono mezzi codificanti (28) atti a trasmettere un codice identificativo dell'antenna di riferimento (3).
  14. 14. Sistema per il posizionamento di veicoli a guida automatica (1) secondo la rivendicazione 12, in cui detti mezzi codificanti (28) comprendono almeno un elemento a capacit? variabile, posizionato su almeno uno dei cammini che collegano detti array retro-direttivi (17), atto a variare la propria capacit? secondo una determinata legge, cos? da moltiplicare il segnale riflesso da detta antenna di riferimento (3) secondo detta legge e cos? da identificare detta antenna di riferimento (3).
IT000046A 2009-02-02 2009-02-02 Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive ITBO20090046A1 (it)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000046A ITBO20090046A1 (it) 2009-02-02 2009-02-02 Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive
PCT/IB2010/050460 WO2010086839A1 (en) 2009-02-02 2010-02-02 Radio frequency positioning system for vehicles
EP10708586.2A EP2396669B1 (en) 2009-02-02 2010-02-02 Radio frequency positioning system for vehicles
CA2751283A CA2751283A1 (en) 2009-02-02 2010-02-02 Radio frequency positioning system for vehicles
US13/147,480 US8643536B2 (en) 2009-02-02 2010-02-02 Radio frequency positioning system for vehicles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000046A ITBO20090046A1 (it) 2009-02-02 2009-02-02 Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITBO20090046A1 true ITBO20090046A1 (it) 2010-08-02

Family

ID=41110800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT000046A ITBO20090046A1 (it) 2009-02-02 2009-02-02 Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8643536B2 (it)
EP (1) EP2396669B1 (it)
CA (1) CA2751283A1 (it)
IT (1) ITBO20090046A1 (it)
WO (1) WO2010086839A1 (it)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITBO20090046A1 (it) * 2009-02-02 2010-08-02 Elettric 80 Spa Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive
GB2478954B (en) * 2010-03-25 2012-02-08 Guidance Ip Ltd Active target
US9143843B2 (en) * 2010-12-09 2015-09-22 Sealed Air Corporation Automated monitoring and control of safety in a production area
WO2012118619A2 (en) * 2011-03-01 2012-09-07 Rambus Inc. Tracking system with orthogonal polarizations and a retro-directive array
US9488500B2 (en) * 2011-04-18 2016-11-08 Mitsubishi Electric Corporation Position measurment apparatus for measuring position of mobile object on the basis of refelected wave
US8767192B2 (en) * 2011-06-28 2014-07-01 Raytheon Company Active retrodirective antenna array with a virtual beacon
WO2013028296A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 Rambus Inc. Calibrating a retro-directive array for an asymmetric wireless link
US9945945B2 (en) * 2012-02-28 2018-04-17 Nec Corporation Signal processing apparatus, object detecting apparatus, apparatus provided with object detecting function, and object detecting method
US9275690B2 (en) 2012-05-30 2016-03-01 Tahoe Rf Semiconductor, Inc. Power management in an electronic system through reducing energy usage of a battery and/or controlling an output power of an amplifier thereof
US9509351B2 (en) 2012-07-27 2016-11-29 Tahoe Rf Semiconductor, Inc. Simultaneous accommodation of a low power signal and an interfering signal in a radio frequency (RF) receiver
US9837714B2 (en) 2013-03-15 2017-12-05 Integrated Device Technology, Inc. Extending beamforming capability of a coupled voltage controlled oscillator (VCO) array during local oscillator (LO) signal generation through a circular configuration thereof
US9722310B2 (en) 2013-03-15 2017-08-01 Gigpeak, Inc. Extending beamforming capability of a coupled voltage controlled oscillator (VCO) array during local oscillator (LO) signal generation through frequency multiplication
US9184498B2 (en) 2013-03-15 2015-11-10 Gigoptix, Inc. Extending beamforming capability of a coupled voltage controlled oscillator (VCO) array during local oscillator (LO) signal generation through fine control of a tunable frequency of a tank circuit of a VCO thereof
US9666942B2 (en) 2013-03-15 2017-05-30 Gigpeak, Inc. Adaptive transmit array for beam-steering
US9716315B2 (en) 2013-03-15 2017-07-25 Gigpeak, Inc. Automatic high-resolution adaptive beam-steering
US9780449B2 (en) 2013-03-15 2017-10-03 Integrated Device Technology, Inc. Phase shift based improved reference input frequency signal injection into a coupled voltage controlled oscillator (VCO) array during local oscillator (LO) signal generation to reduce a phase-steering requirement during beamforming
US9531070B2 (en) 2013-03-15 2016-12-27 Christopher T. Schiller Extending beamforming capability of a coupled voltage controlled oscillator (VCO) array during local oscillator (LO) signal generation through accommodating differential coupling between VCOs thereof
CN103323814B (zh) * 2013-06-19 2015-06-17 上海隧道工程股份有限公司 基于rfid标签的地中盾构相对位置测量方法
US10541472B2 (en) * 2014-01-22 2020-01-21 Evolv Technologies, Inc. Beam forming with a passive frequency diverse aperture
DE102014214391A1 (de) * 2014-07-23 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur radargestützten Navigation
US10156853B2 (en) * 2015-04-02 2018-12-18 Electric 80 S.P.A. Group for localizing a moving target in a warehouse with automatic guided vehicles
US10591592B2 (en) 2015-06-15 2020-03-17 Humatics Corporation High-precision time of flight measurement systems
CN108701896B (zh) 2015-12-17 2021-03-12 修麦提克斯公司 用于实现射频定位的装置
TWI593941B (zh) 2016-07-26 2017-08-01 明泰科技股份有限公司 車載導航方法及系統
DE102016213703B4 (de) * 2016-07-26 2018-04-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung, Fahrzeug, Verfahren, Computerprogramm und Funksystem zur Funkversorgung in einem vordefinierten Raum
TWI599787B (zh) * 2016-08-01 2017-09-21 明泰科技股份有限公司 載具導航方法及系統
EP3486686A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-22 Centre National d'Etudes Spatiales Gnss antenna add-on
CN110174649A (zh) * 2019-05-07 2019-08-27 加特兰微电子科技(上海)有限公司 射频前端收发装置、车载雷达收发系统
TWI764069B (zh) * 2019-12-19 2022-05-11 財團法人工業技術研究院 自動導引車定位系統及其操作方法
KR20220050705A (ko) * 2020-10-16 2022-04-25 (주)랜도르아키텍쳐 위치 계측 시스템
CN116135492B (zh) * 2023-04-20 2023-09-05 成都盛锴科技有限公司 一种轨道车辆车门自动拆装装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0325539A1 (en) * 1988-01-19 1989-07-26 Offshore Systems Ltd. Positioning system for a moving object
WO1993003396A2 (en) * 1991-08-06 1993-02-18 Gec-Marconi Limited Vehicle navigation system
US5483455A (en) * 1992-09-08 1996-01-09 Caterpillar Inc. Method and apparatus for determining the location of a vehicle
US20040257293A1 (en) * 2003-05-28 2004-12-23 Ulrich Friedrich Circuit arrangement with simplified input circuit for phase modulation in a backscattering transponder
DE102006005281A1 (de) * 2006-02-06 2007-08-16 Siemens Ag Elektronisch gesteuerte Antenne und dazugehöriges Verfahren zur Anwendung bei funkbasierten Systemen

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4703444A (en) * 1983-08-01 1987-10-27 Spymark, Incorporated Systems for determining distances to and locations of features on a golf course
US5739785A (en) * 1993-03-04 1998-04-14 Trimble Navigation Limited Location and generation of high accuracy survey control marks using satellites
US7610146B2 (en) * 1997-10-22 2009-10-27 Intelligent Technologies International, Inc. Vehicle position determining system and method
US7418346B2 (en) * 1997-10-22 2008-08-26 Intelligent Technologies International, Inc. Collision avoidance methods and systems
US7791503B2 (en) * 1997-10-22 2010-09-07 Intelligent Technologies International, Inc. Vehicle to infrastructure information conveyance system and method
JP4726306B2 (ja) * 2001-01-31 2011-07-20 パナソニック株式会社 無線通信システム、移動端末局及び方位決定方法
US6700535B2 (en) * 2001-06-01 2004-03-02 Texas Instruments Incorporated Location estimation in narrow bandwidth wireless communication systems
US7239277B2 (en) * 2004-04-12 2007-07-03 Time Domain Corporation Method and system for extensible position location
US8026848B2 (en) * 2008-08-01 2011-09-27 Freeport Mcmoran Copper & Gold Inc. Radio-based position location systems, antenna configurations, and methods for determining antenna configurations
ITBO20090046A1 (it) * 2009-02-02 2010-08-02 Elettric 80 Spa Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive
US8179251B2 (en) * 2009-09-30 2012-05-15 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method and network for determining positions of wireless nodes while minimizing propagation of positioning errors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0325539A1 (en) * 1988-01-19 1989-07-26 Offshore Systems Ltd. Positioning system for a moving object
WO1993003396A2 (en) * 1991-08-06 1993-02-18 Gec-Marconi Limited Vehicle navigation system
US5483455A (en) * 1992-09-08 1996-01-09 Caterpillar Inc. Method and apparatus for determining the location of a vehicle
US20040257293A1 (en) * 2003-05-28 2004-12-23 Ulrich Friedrich Circuit arrangement with simplified input circuit for phase modulation in a backscattering transponder
DE102006005281A1 (de) * 2006-02-06 2007-08-16 Siemens Ag Elektronisch gesteuerte Antenne und dazugehöriges Verfahren zur Anwendung bei funkbasierten Systemen

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHIU L ET AL: "RETRODIRECTIVE ARRAY FOR RFID AND MICROWAVE TRACKING BEACON APPLICATIONS", MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS, JOHN WILEY, NEW YORK, NY, US, vol. 48, no. 2, 1 February 2006 (2006-02-01), pages 409 - 411, XP007910045, ISSN: 0895-2477 *
CYRIL LUXEY ET AL: "A Retrodirective Transponder with Polarization Duplexing for Dedicated Short-Range Communications", IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 47, no. 9, 1 September 1999 (1999-09-01), XP011037726, ISSN: 0018-9480 *
MASTELA D ET AL: "Improving FMCW-based Object Tracking Using Phased Array Antennas Combined With Sigma-Point Kalman Filters", 20060328; 20060328 - 20060330, 28 March 2006 (2006-03-28), XP007910047, Retrieved from the Internet <URL:http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Deri vate-14694/Final_Papers/GM0040-F.pdf> *
VOSSIEK M ET AL: "Wireless local positioning", IEEE MICROWAVE MAGAZINE, IEEESERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 4, no. 4, 1 December 2003 (2003-12-01), pages 77 - 86, XP011107180, ISSN: 1527-3342 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20110285593A1 (en) 2011-11-24
CA2751283A1 (en) 2010-08-05
US8643536B2 (en) 2014-02-04
EP2396669B1 (en) 2017-06-28
WO2010086839A1 (en) 2010-08-05
EP2396669A1 (en) 2011-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ITBO20090046A1 (it) Sistema di posizionamento per veicoli a guida automatica funzionante a radio frequenza con antenne direttive
US9977121B1 (en) Systems and methods for beam forming RFID tags
JP6590061B2 (ja) 無線送電装置および無線送電システム
US20210265741A1 (en) Antenna array
JP5681196B2 (ja) 稀薄分布のエレメントアレイを有するアンテナ
EP2940907B1 (en) Antenna system
US20210270926A1 (en) Three-dimensional geolocation system
US20210263124A1 (en) Wireless access control system
US11614532B2 (en) Multistatic radar utilizing 5G
US20210092702A1 (en) Wi-fi access point
US20210084611A1 (en) Wi-fi access point
RU2410712C1 (ru) Способ обнаружения воздушных объектов
CN114980308A (zh) 一种定位方法、定位设备及计算机存储介质
US10890659B2 (en) Light-weight radar system
US11592549B2 (en) Calibrating radars and tracking space objects
CN203910969U (zh) 一种同时多波束相控阵天线
US10381743B2 (en) Curved sensor array for improved angular resolution
US10536920B1 (en) System for location finding
RU2477497C2 (ru) Гидроакустическая навигационная система
CN102914762A (zh) 一种室内毫米波定位系统
US20210266051A1 (en) Wi-fi access point with bluetooth beacon
US10481250B2 (en) Radar antenna system
CN109001690A (zh) 基于馈电网络的时域空间域结合的雷达目标检测方法
KR102672496B1 (ko) 광시야각을 갖는 mimo 안테나 어레이
JP2022191880A (ja) アンテナ装置、給電システム、給電装置、及び給電方法