NL1029590C2 - Radio frequency positioning system for animals, uses tag with antenna impedance modulated by signal from subcarrier wave generator - Google Patents
Radio frequency positioning system for animals, uses tag with antenna impedance modulated by signal from subcarrier wave generator Download PDFInfo
- Publication number
- NL1029590C2 NL1029590C2 NL1029590A NL1029590A NL1029590C2 NL 1029590 C2 NL1029590 C2 NL 1029590C2 NL 1029590 A NL1029590 A NL 1029590A NL 1029590 A NL1029590 A NL 1029590A NL 1029590 C2 NL1029590 C2 NL 1029590C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- signal
- label
- frequency
- antenna
- phase
- Prior art date
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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/36—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
- G01S13/38—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal wherein more than one modulation frequency is used
-
- 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
Abstract
Description
- 1 - i i- 1 - i i
Systeem voor detectie, locatie en identificatie door middel van frequency hopping en fasemeting.System for detection, location and identification by means of frequency hopping and phase measurement.
De uitvinding betreft toepassingen waarin het lokaliseren van dieren centraal staat, 5 eventueel uitgebreid met een identificatiefunctie. Een eerste toepassing betreft het opsporen van vrijlopende kleine huisdieren, zoals bijvoorbeeld katten. Een tweede toepassing is in de veehouderij waar bijvoorbeeld de bewegingen van koeien in een stal of in een wei geregistreerd moeten worden. Een verdere toepassing is in biologisch onderzoek, de zogenaamde biologische telemetrie, waarin de bewegingen van bepaalde 10 dieren in het vrije veld gevolgd moeten kunnen worden.The invention relates to applications in which the localization of animals is central, possibly extended with an identification function. A first application concerns the detection of free-running small pets, such as cats. A second application is in livestock farming where, for example, the movements of cows in a stable or in a pasture have to be registered. A further application is in biological research, the so-called biological telemetry, in which it must be possible to follow the movements of certain animals in the free field.
In al deze toepassingen gaat het om het lokaliseren van dieren, goederen en mensen, waarbij draadloos o.m. de afstand van het object tot één of meer ondervraageenheden gemeten moet kunnen worden.In all these applications it is about locating animals, goods and people, whereby it must be possible to measure wirelessly, inter alia, the distance of the object to one or more interrogation units.
1515
De uitvinding maakt gebruik van een afstandsmetingsmethode die gebaseerd is op het meten van frequentieafhankelijke faseverschillen, zie figuur 1. Daarbij wordt een ononderbroken draaggolf 1 uitgezonden door zendantenne 2, onderdeel van ondervraageenheid 3. Draaggolf 1 varieert in frequentie. Dat variëren kan op 20 verschillende wijzen gebeuren, bijvoorbeeld door middel van een frequentiezwaai. De voorkeursmethode is echter door middel van frequentiestappen, het zogenaamde frequentiehoppen.The invention uses a distance measurement method which is based on measuring frequency-dependent phase differences, see figure 1. A continuous carrier wave 1 is thereby transmitted by transmitting antenna 2, part of interrogation unit 3. Carrier wave 1 varies in frequency. This variation can be done in 20 different ways, for example by means of a frequency sweep. However, the preferred method is by means of frequency steps, the so-called frequency hopping.
Indien het signaal gereflecteerd wordt aan een voorwerp of dier 4 zal de ondervraageenheid 3 een signaal 5 terugontvangen. Zenderschakeling 6 wekt het 25 draaggolfsignaal op dat in frequentie gestuurd wordt door frequentiesynthesizer 7.If the signal is reflected on an object or animal 4, the interrogation unit 3 will receive a signal 5 back. Transmitter circuit 6 generates the carrier wave signal which is frequency controlled by frequency synthesizer 7.
Beide signalen worden in een detectorschakeling 9 met elkaar vermenigvuldigd, zodat er een uitgangsspanning ontstaat die gerelateerd is aan het faseverschil. Dit faseverschil is evenredig met de looptijd van het signaal, van zender naar voorwerp en van voorwerp 30 terug naar de ontvanger, dus evenredig met de afstand tussen zender/ontvanger en het voorwerp. Meetschakeling en microprocessor 10 bepaalt aldus de afstand, bestuurt de ondervraageenheid en communiceert de resultaten naar buiten.Both signals are multiplied with each other in a detector circuit 9, so that an output voltage is created which is related to the phase difference. This phase difference is proportional to the duration of the signal, from transmitter to object and from object 30 back to the receiver, thus proportional to the distance between transmitter / receiver and the object. Measuring circuit and microprocessor 10 thus determines the distance, controls the interrogation unit and communicates the results to the outside.
1029590 - 2 -1029590 - 2 -
Indien het voorwerp een radiale snelheid heeft t.o.v. de zend/ontvanger zal de fase constant verlopen, hetgeen betekent dat er een verschilfrequentie onstaat. Deze verschilfrequentie is gelijk aan de dopplerverschuiving, en is evenredig met die snelheid.If the object has a radial speed relative to the transceiver, the phase will be constant, which means that a difference frequency will occur. This difference frequency is equal to the doppler shift, and is proportional to that speed.
5 Bovengenoemde werkwijze is geschikt voor voorwerpen die een sterk reflecterend vermogen hebben, zoals schepen en vliegtuigen. Echter het reflecterend vermogen van het lichaam van een dier, of mens of dat van de meeste goederen is gering, en is niet onderscheidend ten opzichte materialen 11 in de directe omgeving. Dat betekent dat een gereflecteerd signaal van een dergelijk object verdrinkt in signalen 12, gereflecteerd door 10 de omgeving, in de radar terminologie aangegeven met het woord 'dutter'.The above method is suitable for objects that have a highly reflective capacity, such as ships and aircraft. However, the reflective capacity of the body of an animal, or human, or that of most goods is low, and is not distinctive with respect to materials 11 in the immediate vicinity. That means that a reflected signal from such an object drowns in signals 12, reflected by the environment, in the radar terminology indicated by the word 'dutter'.
De uitvinding wordt verder beschreven aan de hand van figuren.The invention is further described with reference to figures.
Figuur 1 geeft een schematisch beeld van het bekend zijnde afstand meetprincipe.Figure 1 gives a schematic picture of the known distance measuring principle.
Figuur 2 geeft een schematisch beeld van een eerste uitvoeringsvorm van een label zoals 15 gebruikt in de uitvinding.Figure 2 gives a schematic view of a first embodiment of a label as used in the invention.
Figuur 3 geeft een blokschema van een eerste uitvoeringsvorm van een ondervragings-zender/ontvanger volgens de uitvinding.Figure 3 shows a block diagram of a first embodiment of an interrogation transmitter / receiver according to the invention.
Figuur 4 geeft een schematisch beeld van een tweede uitvoeringsvorm van een label zoals gebruikt in de uitvinding.Figure 4 gives a schematic view of a second embodiment of a label as used in the invention.
20 Figuur 5 geeft een blokschema van een tweede uitvoeringsvorm van een ondervragings-zender/ontvanger volgens de uitvinding.Figure 5 shows a block diagram of a second embodiment of an interrogation transmitter / receiver according to the invention.
Figuur 6 geeft een schematisch beeld van een derde uitvoeringsvorm van een label zoals gebruikt in de uitvinding.Figure 6 gives a schematic view of a third embodiment of a label as used in the invention.
Figuur 7 geeft een blokschema van een uitgebreide ondervragingszender.Figure 7 shows a block diagram of an extensive interrogator.
2525
Het is het doel van de uitvinding een zodanige modificatie in de bekende werkwijze aan te brengen dat aan het dier een duidelijk herkenbaar signaal gereflecteerd wordt. Daartoe wordt het dier van een elektronisch label voorzien. Dit label, schematisch weergegeven in figuur 2 met nummer 13, bestaat uit een in de ffequentieband van het ondervragings-30 signaal functionerende antenne 14, bijvoorbeeld een dipool, een labelmodulator 15, en een signaalbron 16. Deze signaalbron wekt een subdraaggolf fsub op, bijvoorbeeld 66,5 i 1029590 i - 3 - ' kHz, die vervolgens wordt toegevoerd aan de Iabelmodulator. De modulator 15 bestaat bijvoorbeeld uit een diode 17, die de beide helften van de dipoolantenne met elkaar verbindt. Door nu beurtelings een voorwaartse spanning op de diode aan te brengen, enIt is the object of the invention to make such a modification in the known method that a clearly recognizable signal is reflected on the animal. To this end, the animal is provided with an electronic label. This label, schematically represented in Fig. 2 with number 13, consists of an antenna 14 functioning in the frequency band of the interrogation signal 30, for example a dipole, a label modulator 15, and a signal source 16. This signal source generates a subcarrier fsub, for example 66.5 i 1029590 kHz, 3 kHz, which is then applied to the label modulator. The modulator 15, for example, consists of a diode 17, which connects the two halves of the dipole antenna. By applying a forward voltage to the diode in turn, and
JJ
dan weer een spanning in de sperrichting, gaat de diode voor de hoogfrequente spanning, 5 opgevangen door de dipoolantenne, geleiden dan wel sperren. Daarmee wordt de impedantie van de antenne gemoduleerd in het ritme van de subdraaggolffrequentie. Batterij 18 voedt de elektronische schakeling in het label.then again a voltage in the reverse direction, the diode for the high-frequency voltage, received by the dipole antenna, starts to conduct or inhibit. The impedance of the antenna is thus modulated to the rhythm of the subcarrier frequency. Battery 18 powers the electronic circuit in the label.
Indien het zendsignaal van de ondervraageenheid wordt opgevangen door de antenne in 10 het label, zal deze antenne dit signaal opnieuw uitstralen. Dit verschijnsel wordt ’backscatter' genoemd. De mate waarin dat optreedt, is afhankelijk van de impedantie van de antenne. Doordat de impedantie gemoduleerd is met de subdraaggolffrequentie, zal ook het heruitgezonden signaal daarmee gemoduleerd zijn. Dat betekent voor het spectrum van dat 'backscatter' signaal dat het bestaat uit de oorspronkelijke 15 draaggolffrequentie, met aan weerszijden daarvan twee zijbandfrequenties, flsb en fusb op afstand gelijk aan de subdraaggolffrequentie van de draaggolf.If the transmission signal from the interrogation unit is picked up by the antenna in the label, this antenna will radiate this signal again. This phenomenon is called "backscatter." The extent to which that occurs depends on the impedance of the antenna. Because the impedance is modulated with the subcarrier frequency, the retransmitted signal will also be modulated with it. That means for the spectrum of that 'backscatter' signal that it consists of the original carrier frequency, with two sideband frequencies on either side thereof, flsb and fusb at a distance equal to the subcarrier frequency of the carrier.
De ontvanger ontvangt deze twee zijbandcomponenten, en vermenigvuldigt ze met het draaggolfsignaal fc in een zogenaamde kwadratuurmixer. Deze kwadratuurmixer bestaat 20 uit twee mixer schakelingen, waarbij het draaggolfsignaal met onderling 90 graden faseverschil geïnjecteerd wordt. Elke mixer heeft een eigen uitgang, waarbij de ene uitgang het I-kanaal wordt genoemd (In fase), en de andere het Q-kanaal (Quadrature). In het Q-kanaal wordt vervolgens een 90 graden faseverschuiving gemaakt, waarna het signaal in het I-kanaal, en het faseverschoven signaal in het Q-kanaal worden opgeteld, en 25 in een parallelle kanaal worden afgetrokken. Deze werkwijze, bekend als de zogenaamde fase-methode voor het detecteren van enkelzijband, of onafhankelijke zijband, gemoduleerde signalen, scheiden de signalen in het I- en het Q-kanaal in een signaal, afkomstig van de bovenzijband, en in een signaal, afkomstig van de onderzijband van het ontvangen signaal van het label.The receiver receives these two sideband components, and multiplies them with the carrier signal fc in a so-called quadrature mixer. This quadrature mixer consists of two mixer circuits, in which the carrier signal is injected with a 90-degree phase difference. Each mixer has its own output, with one output being called the I channel (In phase), and the other the Q channel (Quadrature). A 90 degree phase shift is then made in the Q channel, after which the signal in the I channel and the phase shifted signal in the Q channel are added and subtracted in a parallel channel. This method, known as the so-called phase-method for detecting single-sideband, or independent sideband, modulated signals, separates the signals in the I and Q channels into a signal originating from the upper sideband and into a signal originating of the lower sideband of the received signal from the tag.
3030
Het is een onderdeel van de uitvinding dat het faseverschil tussen het gedetecteerde boven- zijbandsignaal, hierna ook aangeduid met USB, en het gedetecteerde onder- 1029590 - 4 - zijbandsignaal, hierna ook aangeduid met LSB, bepaald wordt. Verder is het een onderdeel van de uitvinding dat de draaggolfifrequentie gevarieerd wordt, en bovenbedoeld faseverschil bepaald wordt bij elke draaggolfifrequentie.It is part of the invention that the phase difference between the detected upper side band signal, hereinafter also referred to as USB, and the detected lower side band signal, hereinafter also referred to as LSB, is determined. Furthermore, it is a part of the invention that the carrier frequency is varied, and the above-mentioned phase difference is determined at each carrier frequency.
5 De berekening van de relatie faseverschuiving en afstand vindt als volgt plaats.5 The calculation of the phase shift and distance relationship takes place as follows.
De zender zendt een ondervraagsignaal uit met draaggolffrequentie cuc, waarbij a>c = Ijtfc- Na een afstand d\ afgelegd te hebben tussen zender en label bedraagt de faseverschuiving van dat ondervraagsignaal ψ\. In het label wordt het ondervraagsignaal in amplitude gemoduleerd met een subdraaggolfifrequentie cosc.The transmitter transmits an interrogation signal with carrier wave frequency cuc, where a> c = Ijtfc- After having traveled a distance d \ between the transmitter and label, the phase shift of that interrogation signal amounts to ψ \. In the tag, the interrogation signal is modulated in amplitude with a subcarrier frequency cosc.
10 Deze AM modulatie ter plekke van het label resulteert in twee zijband componenten, USB en LSB: S(t) = 2Atag · sin (a)sct) · cos (a>c + φχ) = Atag [sin ((a>sc + a>c)t + ψχ) + sin ((cosc - a>c)t - <?i)] = Atag [sin ((tt)c + a>sc)t + ψχ) - sin ((ω0 - a)sc)t + ς?ι)] 15 USB LSB (1)10 This AM modulation at the location of the label results in two sideband components, USB and LSB: S (t) = 2Atag · sin (a) sct) · cos (a> c + φχ) = Atag [sin ((a> sc) + a> c) t + ψχ) + sin ((cosc - a> c) t - <? i)] = Atag [sin ((tt) c + a> sc) t + ψχ) - sin ((ω0 - a) sc) t + ς? ι)] 15 USB LSB (1)
Na een afstand d2 afgelegd te hebben tussen label en ontvanger bedraagt de faseverschuiving van dat antwoordsignaal φ2. Bij ontvangst in de ontvanger wordt het heruitgezonden signaal S (t) van het label in de ontvanger mixer vermenigvuldigd met 20 cos (ωεή (I-kanaal), en sin (a>ct) (Q-kanaal), en met weglating van de som frequentie termen levert dat op:After having traveled a distance d2 between the label and the receiver, the phase shift of that response signal is .2. Upon receipt in the receiver, the retransmitted signal S (t) from the label in the receiver mixer is multiplied by 20 cos (ωεή (I-channel), and sin (a> ct) (Q-channel), and with omission of the sum frequency terms that yields:
Draaggolf, I-kanaal:Carrier wave, I channel:
Sj (/) = A · cos {(üct + φχ + φ2) · cos (a)ct)Sj (/) = A · cos {(üct + φχ + φ2) · cos (a) ct)
Aa
= - · cos(<pi + <p2) (2) 25= - · cos (<p1 + <p2) (2) 25
Draaggolf, Q-kanaal:Carrier wave, Q channel:
ScQ(t) - A · cos(a)ct + <pi + φ2) · sin(wct) i (3) 1029590 - 5 - - sin(?l + ^¾) USB, I-kanaal:ScQ (t) - A · cos (a) ct + <pi + φ2) · sin (wct) i (3) 1029590 - 5 - - sin (? L + ^ ¾) USB, I channel:
Aa
Susbl(t) = 2 · sin ((ö>c + <xv)i + <pi + <?w>) · cos (mct) A . , = - · sin (u)sct + <pi + cpusb) (4) 5 USB, Q-kanaal:Susbl (t) = 2 · sin ((ö> c + <xv) i + <pi + <? W>) · cos (mct) A. , = - · sin (u) sct + <pi + cpusb) (4) 5 USB, Q channel:
Aa
SusbQ (t) = - · sin ((o>c + a>sc) t + <ρι + φ^) · sin (ωεή = ^ · COS (ajsct + φι + <Pusb) (5)SusbQ (t) = - · sin ((o> c + a> sc) t + <ρι + φ ^) · sin (ωεή = ^ · COS (ajsct + φι + <Pusb) (5)
In Q-kanaal 90 graden fase verschuiven: ^4 S^bQ' (t) = -- · sin (ojsct + φι + cpusb) (6) 10 Som van I- en verschoven Q-kanaal:In Q-channel shift 90 degrees phase: ^ 4 S ^ bQ '(t) = - · sin (ojsct + φι + cpusb) (6) 10 Sum of I- and shifted Q-channel:
Susb(t) = 0Susb (t) = 0
Verschil van I- en verschoven Q-kanaal:Difference from I and shifted Q channels:
Aa
$usb (0 ~ ^ * COS (0)sct + ψ\ + (Push) (7) 15 LSB, I-kanaal:$ usb (0 ~ ^ * COS (0) sct + ψ \ + (Push) (7) 15 LSB, I channel:
Sisbl (0=2* ~sin ~ 1 + + Φι*ώ * cos (ω«0 A . , = - · -sin (-ω*+ + φι + ψι,φ)Sisbl (0 = 2 * ~ sin ~ 1 + + Φι * ώ * cos (ω «0 A., = - · -sin (-ω * + + φι + ψι, φ)
Aa
= - · sin (a)sct - φι - φι*) (8) 20 LSB, Q-kanaal:= - · sin (a) sct - φι - φι *) (8) 20 LSB, Q channel:
Aa
^Q (/) = - · -sin ((cuc - cüiC)/ + 99,+ 0>ω) · sin (cocr) 1 029590^ Q (/) = - · sin ((cuc - cüiC) / + 99, + 0> ω) · sin (cocr) 1 029590
- 6 -A- 6 -A
= - · -COS ( (Osct + Ψ\ + <Plsb) = -^ · COS ((Dsct - <pi - (plsb) (9)= - · -COS ((Osct + Ψ \ + <Plsb) = - ^ · COS ((Dsct - <pi - (plsb) (9)
In Q-kanaal 90 graden verschuiven:Shift 90 degrees in Q channel:
SlsbQ (t) = - · sin (o>sct - (pi - tpisb) (10) 5 Som van I- en verschoven Q-kanaal:SlsbQ (t) = - · sin (o> sct - (pi - tpisb) (10) 5 Sum of I and shifted Q channels:
Sisb(t) = - · sin (a)sct - φι - φιΛ) (11)Sisb (t) = - · sin (a) sct - φι - φιΛ) (11)
Verschil van I- en verschoven Q-kanaal:Difference from I and shifted Q channels:
Slsb(t) = 0Slsb (t) = 0
Hiermee houden we twee kanalen over waarvan de ene het boven-zijbandsignaal (USB) 10 voert en de ander het onder-zijbandsignaal (LSB).This leaves two channels of which one carries the upper-sideband signal (USB) and the other carries the lower-sideband signal (LSB).
Dus na zijbandfïltering blijven er de volgende termen over:So after sideband filtering, the following terms remain:
Aa
Susb (*) = -· COS (cOsct + ψ] + (push) (7)Susb (*) = - · COS (cOsct + ψ] + (push) (7)
Aa
Snit) = - · sin(ajsct - φι - <pltb) (H)Cut) = - · sin (ajsct - φι - <pltb) (H)
Het faseverschil tussen het gedemoduleerde USB en LSB signaal wordt nu: 1 5 ^(pusb - Isb — ^-SUsb if) ~ Isb (0 ψΐ "t" (pusb ( ψ\ (Plsb) = 2(p\ + (pusb + <pisb (12) 20 Nu worden de fasehoeken bepaald door: <Pi = y · 360 [°] — QAl · 360 [°] 300 1029590 - 7 - if c f sc) ^z:rv roi 300 3601 1 (14)The phase difference between the demodulated USB and LSB signal now becomes: 1 5 ^ (pusb - Isb - ^ -Susb if) ~ Isb (0 ψΐ "t" (pusb (ψ \ (Plsb) = 2 (p \ + (pusb + <pisb (12) 20 Now the phase angles are determined by: <Pi = y · 360 [°] - QAl · 360 [°] 300 1029590 - 7 - if cf sc) ^ z: rv roi 300 3601 1 (14)
ψΜ = i2(f'mfx)' 360 ri USψΜ = i2 (f'mfx) '360 ri US
waarin d\ de afstand van de zender naar het label is, en d2 de afstand van het label naar de ontvanger, ƒ in MHz.where d \ is the distance from the transmitter to the label, and d2 is the distance from the label to the receiver, ƒ in MHz.
5 Substitutie in (12) resulteert in: 360 ktpusb-isb = 2(c/i + d2)fc · — [°] (16)5 Substitution in (12) results in: 360 ktpusb-isb = 2 (c / i + d2) fc · - [°] (16)
Het faseverschil tussen het boven-zijband- en het onder-zijbandsignaal is aldus evenredig met de som van de afstanden d\ + d2 en met de draaggolffrequentie fc. De frequentie van de subdraaggolf speelt geen rol.The phase difference between the upper-sideband and the lower-sideband signal is thus proportional to the sum of the distances d 1 + d 2 and to the carrier frequency f c. The frequency of the subcarrier plays no role.
10 Voor een draaggolffrequentie van bijvoorbeeld 865 MHz betekent dat dat een verandering in d\ + d2 van 0,17 m een fasedraaiing van 360 graden veroorzaakt.For a carrier wave frequency of, for example, 865 MHz, this means that a change in d \ + d2 of 0.17 m causes a phase rotation of 360 degrees.
Dit is te gevoelig voor een positiebepalingsysteem. Om toch op wat grotere afstand eenduidig afstanden te kunnen meten, kunnen we de draaggolf frequentie a>c moduleren, 15 en dan de modulatie in de faseverschuiving Αφ^ - isb bepalen.This is too sensitive for a positioning system. In order to be able to clearly measure distances at somewhat greater distances, we can modulate the carrier frequency a> c, and then determine the modulation in the phase shift Αφ ^ - isb.
Indien de draaggolffrequentie gevarieerd wordt ter grootte Afc ontstaat een verandering in de faseverschuiving ter grootte van: 360 A(Afc)(A<Pusb-isb) = 2 {dx + d2)Afc · — [ ] (17) ! 20 Het blijkt aldus dat de afstandsgevoeligheid afhangt van Af, Een Af = 3 MHz geeft nu een maximaal eenduidige afstand van (d\ + ¢/2)300 = 50 m, en 150 m voor frequentieverschil van 1 MHz.If the carrier frequency is varied by the size Afc a change occurs in the phase shift by the size of: 360 A (Afc) (A <Pusb-isb) = 2 {dx + d2) Afc · - [] (17)! It thus appears that the distance sensitivity depends on Af, An Af = 3 MHz now gives a maximum clear distance of (d \ + ¢ / 2) 300 = 50 m, and 150 m for frequency difference of 1 MHz.
De ontvangeringang volgens de uitvinding, zie figuur 3, bestaat uit een kwadratuur 25 mixerschakeling 19 waarin de ontvangen signalen vermenigvuldigd worden met draaggolf fc. Dan ontstaan aan de uitgang de verschilfrequentie producten f]sb, en fusb, alsmede de somproducten fsc+ 4b en fsc + fusb. In fase-verschuivingsnetwerken 20 en 21, gevolgd door de banddoorlaatfilters 22 worden de frequentiecomponenten 4b» en 4sb 1029590 - 8 - doorgelaten. De somproducten worden verwijderd, evenals alle laagfrequente producten. Hiermee wordt dus ook alle dutter verwijderd. De overblijvende signalen zijn alleen van het label afkomstig. Deze worden toegevoerd aan een fasevergelijkerschakeling 23. Het uitgangssignaal daarvan is in principe een gelijkspanning. Laagdoorlaatfilter 24 filtert ruis 5 en frequentiecomponenten afkomstig van de ontvangen signalen af en laat alleen de uitkomst van de fasemeting door naar DSP-processor 25. In de praktische oplossing zijn de fasevergelijking 23 en laagdoorlaatfilter 24 opgenomen in het signaalbewerkings-algorithme dat in DSP-processor 25 draait. Microprocessor 26 berekent de afstand uit de gemeten frequentiegegevens, bestuurt de ondervraageenheid, en communiceert de 10 meetresultaten naar buiten.The receiver input according to the invention, see Figure 3, consists of a quadrature mixer circuit 19 in which the received signals are multiplied by carrier wave fc. Then the difference frequency products f] sb, and fusb, as well as the sum products fsc + 4b and fsc + fusb arise at the output. In phase shift networks 20 and 21, followed by the band pass filters 22, the frequency components 4b and 4b 1029590-8 are passed. The sum products are removed, as well as all low-frequency products. This also removes all dutter. The remaining signals only come from the label. These are applied to a phase comparator circuit 23. The output signal thereof is in principle a direct voltage. Low pass filter 24 filters out noise 5 and frequency components from the received signals and passes only the result of the phase measurement to DSP processor 25. In the practical solution, the phase comparison 23 and low pass filter 24 are included in the signal processing algorithm that is in DSP processor 25 is running. Microprocessor 26 calculates the distance from the measured frequency data, controls the interrogation unit, and communicates the measurement results to the outside.
Microprocessor 26 bestuurt ook de frequentiesynthesizer 7, en bepaalt daarmee de draaggolfïfequentie fc. Het wijzigen van de draaggolffrequentie, essentieel in deze uitvinding, wordt dus bestuurd door microprocessor 26.Microprocessor 26 also controls the frequency synthesizer 7, and thereby determines the carrier frequency fc. Thus, changing the carrier frequency, essential in this invention, is controlled by microprocessor 26.
1515
In de hierboven beschreven werkwijze wordt alleen de afstand tussen ondervraageenheid en label 13 gemeten. Alle labels zijn daarin identiek, zodat afzonderlijke voorwerpen en dieren niet onderscheiden kunnen worden. In sommige toepassingen kan dat voldoende zijn, maar in andere toepassingen, bijvoorbeeld in een volgsysteem voor een kudde koeien 20 in een wei of stal, moeten afzonderlijke dieren gevolgd kunnen worden. Daartoe wordt de schakeling in een uitgebreide label 24 voorzien van een codegenerator 31, zie figuur 4, die een geheugen, met daarin opgeslagen een identificatienummer, bevat, en een modulator 32 die het identificatienummer in binaire vorm moduleert op de subdraaggolf. Principieel zijn alle modulatiemethoden als ASK (amplitudemodulatie), FSK 25 (frequentiemodulatie) en PSK (fasemodulatie) bruikbaar. De preferente methode is echter binaire differential PSK waarbij met fasesprongen van 180 graden, bijvoorbeeld, een logisch 1 bit wordt aangegeven. Deze werkwijze geeft aanleiding tot een eenvoudige schakeling in het label, terwijl er constant een subdraaggolf aanwezig is voor de afstandmeting.In the method described above, only the distance between interrogation unit and label 13 is measured. All labels are identical therein, so that individual objects and animals cannot be distinguished. In some applications that may be sufficient, but in other applications, for example in a tracking system for a herd of cows in a pasture or stable, individual animals must be able to be followed. To this end, the circuit is provided in a comprehensive label 24 with a code generator 31, see Figure 4, which contains a memory with an identification number stored therein, and a modulator 32 which modulates the identification number in binary form on the subcarrier. In principle, all modulation methods such as ASK (amplitude modulation), FSK 25 (frequency modulation) and PSK (phase modulation) can be used. The preferred method, however, is binary differential PSK where phase jumps of 180 degrees indicate, for example, a logical 1 bit. This method gives rise to a simple circuit in the label, while a subcarrier is constantly present for the distance measurement.
3030
De demodulatie van de PSK-modulatie is mogelijk door in de ontvangerschakeling een PSK demodulatorschakeling 33 toe te voegen, die of de modulatie van het LSB, of van 1029590 - 9 - het USB signaal demoduleert en het resultaat toevoert aan microprocessor 26. Zie figuur 5 waarin de schakeling van figuur 3 is uitgebreid met de identificatiefunctie.Demodulation of the PSK modulation is possible by adding a PSK demodulator circuit 33 in the receiver circuit, which either demodulates the modulation of the LSB, or of 1029590-9, the USB signal and supplies the result to microprocessor 26. See figure 5 wherein the circuit of Figure 3 is expanded with the identification function.
Daar de fasesprong van 180 graden in beide componenten, fkb en fusb, voorkomt, zal de 5 fasesprong niet aanwezig zijn in het faseverschilsignaal, geproduceerd door fasevergelijker 23, zodat de afstandmeting hiermee niet verstoord wordt.Since the 180 degree phase jump occurs in both components, fkb and fusb, the phase jump will not be present in the phase difference signal produced by phase comparator 23, so that the distance measurement is not thereby disturbed.
Deze werkwijze voor de identificatiefunctie is reeds eerder beschreven in patentaanvrage no. 1026338 (Systeem voor detectie, locatie en identificatie volgens het FM-CW principe) 10 vanNedap.This method for the identification function has already been described previously in patent application no. 1026338 (System for detection, location and identification according to the FM-CW principle) of Nedap.
In een verder uitgebreide uitvoeringsvorm van de uitvinding is voorzien in datacommunicatie van de ondervraageenheid naar het label. Toepassingsmogelijkheden zijn bijvoorbeeld het schrijven van informatie in een geheugenschakeling in het label, het 15 uitvoeren van een tweeweg communicatieprotocol met het label, bijvoorbeeld ten behoeve van een multi-label/anti-collision protocol anders dan volgens het ALOHA principe, of ten behoeve van een authenticatieproces.In a further extended embodiment of the invention, data communication is provided from the interrogation unit to the label. Possible applications are, for example, the writing of information in a memory circuit in the label, the execution of a two-way communication protocol with the label, for example for a multi-label / anti-collision protocol other than according to the ALOHA principle, or for a authentication process.
Figuur 6 toont een blokschema van een daarvoor geschikte uitvoering van een label 34. Het door antenne 14 ontvangen ondervragingssignaal, dat in amplitude gemoduleerd is 20 met naar het label te zenden data, wordt door diode 17 gedemoduleerd. Door de betrekkelijk grote afstanden tussen ondervraageenheid en label zal de gedemoduleerde spanning, die aangeboden wordt aan modulator en demodulatorschakeling 35 klein zijn. Schakeling 35 versterkt en conditioneert dit gedemoduleerde signaal, en biedt het aan aan processor en geheugenschakeling 36. Afhankelijk van de toepassing zal schakeling 36 25 data opslaan, en/of een communicatieprotocol of authenticatieprotocol afhandelen.Figure 6 shows a block diagram of a suitable embodiment of a label 34. The interrogation signal received by antenna 14, which is amplitude-modulated with data to be sent to the label, is demodulated by diode 17. Due to the relatively large distances between the interrogation unit and the label, the demodulated voltage applied to the modulator and demodulator circuit 35 will be small. Circuit 35 amplifies and conditions this demodulated signal, and provides it to processor and memory circuit 36. Depending on the application, circuit 36 will store data, and / or handle a communication protocol or authentication protocol.
Figuur 7 toont de uitgebreide schakeling van de ondervragingszender 37. Ten opzichte van de zenderschakelingen in de figuren 3 en 5 is een modulatorschakeling 38 toegevoegd, welke het in frequentie stappende ondervragingssignaal in amplitude 30 moduleert. Microprocessor 39 wekt de te verzenden datastroom op en bestuurt het gehele communicatie/authenticatieproces. Microprocessor 39 kan in de realisatie gecombineerd worden met microprocessor 26 1 029590 -10- in het ontvangerdeel.Figure 7 shows the extensive circuit of the interrogation transmitter 37. A modulator circuit 38 is added with respect to the transmitter circuits in Figures 3 and 5, which modulates the frequency interrogation signal in amplitude 30. Microprocessor 39 generates the data stream to be sent and controls the entire communication / authentication process. Microprocessor 39 can be combined with microprocessor 26 in the receiver part in the realization.
Ook deze werkwijze van dataoverdracht naar het label is reeds beschreven in patentaanvrage 1026338 van aanvraagster en is hier herhaald om de toepasbaarheid in de 5 werkwijze van de uitvinding te tonen.This method of data transfer to the label has also been described in applicant's patent application 1026338 and has been repeated here to show its applicability in the method of the invention.
Ook is in de genoemde patentaanvrage de werkwijze beschreven waarin de afstandmeetfunctie is uitgebreid tot een plaatsbepalingsfunctie onder gebruikmaking van een centraal opgestelde zender en meerdere ontvangers (bistatische opstelling). Deze 10 ontvangers ontvangen ter referentie het door de zender uitgezonden signaal rechtstreeks, en het door het label met de subdraaggolf gemoduleerde signaal, waartussen een weglengteverschil bestaat. Door middel van plaatsbepalingsprincipes, die gebruikmaken van hyperbolen, bekend zijnde uit de bestaande radiolocatiesystemen als DECCA en LORAN-C, is hiermee de positie van een label te bepalen. Deze werkwijze is op dezelfde 15 wijze bruikbaar in de hier beschreven uitvinding betreffende een systeem voor detectie, locatie en identificatie door middel van frequency hopping en fasemeting.The said patent application also describes the method in which the distance measuring function has been extended to a positioning function using a centrally arranged transmitter and a plurality of receivers (bistatic arrangement). For reference, these receivers receive the signal transmitted by the transmitter directly, and the signal modulated by the subcarrier label, between which there is a path length difference. The position of a label can be determined with this by means of locating principles that use hyperboles, known from the existing radio location systems such as DECCA and LORAN-C. This method is usable in the same way in the invention described herein concerning a system for detection, location and identification by means of frequency hopping and phase measurement.
10295901029590
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1029590A NL1029590C2 (en) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Radio frequency positioning system for animals, uses tag with antenna impedance modulated by signal from subcarrier wave generator |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1029590 | 2005-07-22 | ||
NL1029590A NL1029590C2 (en) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Radio frequency positioning system for animals, uses tag with antenna impedance modulated by signal from subcarrier wave generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL1029590C2 true NL1029590C2 (en) | 2007-01-23 |
Family
ID=35999494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL1029590A NL1029590C2 (en) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Radio frequency positioning system for animals, uses tag with antenna impedance modulated by signal from subcarrier wave generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NL (1) | NL1029590C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4851851A (en) * | 1985-12-12 | 1989-07-25 | Stiftelsen Institutet For Mikrovagsteknik Vid Tekniska Hogskolan I Stockholm | Method for measuring the distance and/or the relative velocity between two objects |
WO2003102857A2 (en) * | 2002-06-04 | 2003-12-11 | Marconi Intellectual Property (Us) Inc. | Reflective communication using radio-frequency devices |
US20040027240A1 (en) * | 1999-03-09 | 2004-02-12 | Roy Greeff | Interrogators, methods of operating a coherent interrogator, backscatter communication methods, interrogation methods, and signal processing methods |
-
2005
- 2005-07-22 NL NL1029590A patent/NL1029590C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4851851A (en) * | 1985-12-12 | 1989-07-25 | Stiftelsen Institutet For Mikrovagsteknik Vid Tekniska Hogskolan I Stockholm | Method for measuring the distance and/or the relative velocity between two objects |
US20040027240A1 (en) * | 1999-03-09 | 2004-02-12 | Roy Greeff | Interrogators, methods of operating a coherent interrogator, backscatter communication methods, interrogation methods, and signal processing methods |
WO2003102857A2 (en) * | 2002-06-04 | 2003-12-11 | Marconi Intellectual Property (Us) Inc. | Reflective communication using radio-frequency devices |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
KOSSEL M ET AL: "Microwave backscatter modulation systems", MICROWAVE SYMPOSIUM DIGEST. 2000 IEEE MTT-S INTERNATIONAL BOSTON, MA, USA 11-16 JUNE 2000, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, US, vol. 3, 11 June 2000 (2000-06-11), pages 1427 - 1430, XP010507122, ISBN: 0-7803-5687-X * |
VOSSIEK M ET AL: "PRECISE 3-D OBJECT POSITION TRACKING USING FMCW RADAR", 29TH EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE PROCEEDINGS. MUENCHEN, OCT. 5 - 7, 1999, PROCEEDINGS OF THE EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE, LONDON : MICROWAVE ENGINEERING EUROPE, GB, vol. VOL. 1 OF 3 CONF. 29, 5 October 1999 (1999-10-05), pages 234 - 237, XP009038799, ISBN: 0-86213-152-9 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11042720B2 (en) | Systems and methods to determine motion parameters using RFID tags | |
US20220120889A1 (en) | Systems and methods to use radar in rfid systems | |
JP3298820B2 (en) | Modulated backscatter position determination system | |
CA2219381C (en) | Modulated backscatter sensor system | |
EP1721187B1 (en) | Object location system and method using rfid | |
EP1643268B1 (en) | In-building modulated backscatter system | |
US9645234B2 (en) | RFID device, methods and applications | |
US9848252B2 (en) | System and method for wireless communications | |
JP2004535700A (en) | Frequency hopping RFID system | |
JPH0361882A (en) | Range limiting system | |
WO2001095240A2 (en) | Method and apparatus to determine the direction to a transponder in a modulated backscatter communication system | |
US20110109440A1 (en) | System for reading information transmitted from a transponder | |
NL1029590C2 (en) | Radio frequency positioning system for animals, uses tag with antenna impedance modulated by signal from subcarrier wave generator | |
CN101809587B (en) | A method for classifying a transponder and/or signals originating from a transponder and reader | |
EP1602939A1 (en) | System for detection, location and identification according to the FM-CW principle | |
NL1029879C2 (en) | Method and apparatus are intended to trace household pets who have run away, to follow animals for biological research and other purposes whereby objects and persons need to be followed or traced | |
WO2002073234A1 (en) | Presence detection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD2B | A search report has been drawn up | ||
VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20100201 |