RU2499999C2 - Method and system for determining position of signal transmitter from signal arrival time - Google Patents

Method and system for determining position of signal transmitter from signal arrival time Download PDF

Info

Publication number
RU2499999C2
RU2499999C2 RU2012107721/07A RU2012107721A RU2499999C2 RU 2499999 C2 RU2499999 C2 RU 2499999C2 RU 2012107721/07 A RU2012107721/07 A RU 2012107721/07A RU 2012107721 A RU2012107721 A RU 2012107721A RU 2499999 C2 RU2499999 C2 RU 2499999C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
time
arrival
location
characteristic points
Prior art date
Application number
RU2012107721/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012107721A (en
Inventor
Анатолий Леонидович Сартаков
Original Assignee
Анатолий Леонидович Сартаков
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 Анатолий Леонидович Сартаков filed Critical Анатолий Леонидович Сартаков
Priority to RU2012107721/07A priority Critical patent/RU2499999C2/en
Publication of RU2012107721A publication Critical patent/RU2012107721A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2499999C2 publication Critical patent/RU2499999C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method and system for determining the position of a signal transmitter from the signal arrival time employ separate processing of a signal received by multiple antennae and receiving channels, waiting for characteristic points of the received signal, measuring the time of arrival of characteristic points of the received signal, summation with accumulation to determine the average arithmetic of measured values of the time of arrival of characteristic points of the received signal and calculating the position of the signal transmitter using the average arithmetic of the measured values of the time of arrival of the characteristic points of the received signal as the time of arrival of the signal.
EFFECT: high accuracy and longer range for determining position of a signal transmitter.
3 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области радиосвязи и, в частности, к области радиочастотной идентификации. Во многих случаях необходимо определение местоположения объекта, связанного с передатчиком сигнала. Способы определения местоположения, использующие оценку расстояния, пройденного сигналом, по времени прибытия сигнала, хорошо известны специалистам. В этих способах местоположение передатчика сигнала определяется по времени прибытия сигнала в несколько пространственно разнесенных точек.The invention relates to the field of radio communications and, in particular, to the field of radio frequency identification. In many cases, it is necessary to determine the location of the object associated with the signal transmitter. Methods for determining location using an estimate of the distance traveled by the signal from the arrival time of the signal are well known to those skilled in the art. In these methods, the location of the signal transmitter is determined by the arrival time of the signal at several spatially separated points.

Уровень техникиState of the art

В системе слежения за предметами по заявке США US 6150921 А использован способ определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала через измерение времени максимального отклика при корреляционной обработке сигнала. Этот способ обеспечивает высокую точность и дальность определения местоположения, но сложен в реализации.In the subject tracking system of US Pat. No. 6,150,921 A, a method is used to determine the location of a signal transmitter by the signal arrival time by measuring the maximum response time during signal correlation processing. This method provides high accuracy and range of location, but is difficult to implement.

В системе определения местоположения, адаптированной для условий многолучевого распространения радиоволн, по патенту США US RE 36791 E использован "способ определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала через измерение времени переднего фронта сигнала, который, ввиду запаздывания отраженных лучей, обусловлен только прямым лучом. В этом способе для определения местоположения передатчика сигнала полезно используется незначительная часть энергии одного элемента сигнала, успевающая поступить по прямому лучу до прихода фронта отраженных лучей. Повышение точности определения местоположения в условиях многолучевого распространения радиоволн достигается ценой уменьшения дальности определения местоположения.In a positioning system adapted for multipath propagation conditions, US Pat. No. 3,6791 E uses a “method for determining the location of a signal transmitter by the signal arrival time by measuring the time of the leading edge of the signal, which, due to the delay of the reflected rays, is caused only by a direct beam. In this method, to determine the location of the signal transmitter, it is useful to use a small part of the energy of one signal element, managing to arrive in a direct beam before The increase in accuracy of positioning in the conditions of multipath propagation of radio waves is achieved at the cost of reducing the range of positioning.

Наиболее близкими к настоящему изобретению являются устройство, система и способ определения местоположения радиочастотной метки по заявке WO 2007041153 A1. В устройстве и системе используется способ определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала через измерение времени характерной точки на интервале одного элемента сигнала. Через измерение времени такой же характерной точки на интервале последующего элемента сигнала определяется новое местоположение передатчика сигнала. В этом способе для каждого определения местоположения передатчика сигнала полезно используется энергия одного элемента сигнала, что не обеспечивает желаемой точности и дальности определения местоположения.Closest to the present invention are a device, system and method for determining the location of an RF tag according to WO 2007041153 A1. The device and the system uses a method for determining the location of the signal transmitter from the time of arrival of the signal through measuring the time of a characteristic point in the interval of one signal element. By measuring the time of the same characteristic point in the interval of the subsequent signal element, the new location of the signal transmitter is determined. In this method, for each location of the signal transmitter, the energy of one signal element is useful, which does not provide the desired accuracy and range of location determination.

Система определения местоположения радиочастотной идентификационной метки по заявке WO 2007041153 А1 включает несколько антенн, несколько приемных трактов, каждый приемный тракт связан с одной из нескольких антенн для обработки сигнала, принятого через соответствующую антенну, схему измерения времени характерных точек сигнала, соединенную с каждым из приемных трактов, а также схему вычисления местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала.The system for determining the location of a radio frequency identification tag according to WO 2007041153 A1 includes several antennas, several receiving paths, each receiving path is connected to one of several antennas for processing a signal received through a corresponding antenna, a circuit for measuring the time of characteristic points of a signal connected to each of the receiving paths , as well as a scheme for calculating the location of the signal transmitter by the time of arrival of the signal.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В способе определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала в соответствии с настоящим изобретением местоположение передатчика сигнала вычисляется по времени прибытия сигнала через 1) измерение циклического времени характерной точки на интервале элемента сигнала для множества элементов сигнала, 2) вычисление среднего арифметического результатов измерений и 3) использование среднего арифметического в качестве времени прибытия сигнала. В этом способе для определения местоположения передатчика сигнала полезно используется значительная часть полной энергии сигнала, что повышает точность и увеличивает дальность определения местоположения при более простой реализации по сравнению со способом, использующим корреляционную обработку сигнала.In the method of determining the location of the signal transmitter by the arrival time of the signal in accordance with the present invention, the location of the signal transmitter is calculated by the arrival time of the signal through 1) measuring the cyclic time of a characteristic point on the interval of the signal element for a plurality of signal elements, 2) calculating the arithmetic mean of the measurement results, and 3) using the arithmetic mean as the arrival time of the signal. In this method, a significant part of the total energy of the signal is advantageously used to determine the location of the signal transmitter, which improves accuracy and increases the range of positioning in a simpler implementation compared to a method using signal correlation processing.

Система определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала в соответствии с настоящим изобретением содержит несколько антенн, несколько приемных трактов, каждый приемный тракт связан с одной из нескольких антенн для обработки сигнала, принятого через соответствующую антенну, схему измерения времени, соединенную с каждым из приемных трактов, или несколько схем измерения времени, отдельно соединенных каждая с одним из нескольких приемных трактов, для измерения времени характерных точек сигнала, а также схему вычисления местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала, и отличается от наиболее близкой из известных систем определения местоположения по времени прибытия сигнала тем, что содержит по одной схеме суммирования с накоплением результатов измерений для каждой схемы измерения времени характерных точек сигнала, при этом каждая схема суммирования с накоплением результатов измерений по входу соединена отдельно с одной из схем измерения времени характерных точек сигнала, а по выходу связана со схемой вычисления местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала.The system for determining the location of the signal transmitter according to the time of arrival of the signal in accordance with the present invention contains several antennas, several receiving paths, each receiving path is connected to one of several antennas for processing a signal received through a corresponding antenna, a time measurement circuit connected to each of the receiving paths , or several time measuring circuits, each separately connected to one of several receiving paths, for measuring the time of characteristic signal points, as well as a circuit tracking the location of the signal transmitter by the time of arrival of the signal, and differs from the closest known system for determining location by the time of arrival of the signal in that it contains one summation scheme with the accumulation of measurement results for each time measurement circuit of the characteristic points of the signal, with each summation circuit with the accumulation of measurement results at the input is connected separately to one of the time measuring circuits of the characteristic points of the signal, and at the output it is connected to a location calculation circuit signal transmitter tions on the time of arrival of the signal.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 приведен пример осуществления изобретения система определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала.Figure 1 shows an example embodiment of the invention, a system for determining the location of the signal transmitter by the time of arrival of the signal.

На фиг.2 приведена структурная схема считывателя, объединяющего по одной повторяющиеся части системы определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала в одном варианте осуществления изобретения.Figure 2 shows the structural diagram of a reader, combining one repeating part of the system for determining the location of the signal transmitter according to the time of arrival of the signal in one embodiment of the invention.

На фиг.3 приведена структурная схема контроллера, объединяющего не повторяющиеся части системы определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала в одном варианте осуществления изобретения.Figure 3 shows the structural diagram of the controller, combining non-repeating parts of the system for determining the location of the signal transmitter according to the time of arrival of the signal in one embodiment of the invention.

На фиг.4 приведена блок-схема процесса в одном варианте осуществления способа определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала.FIG. 4 is a flowchart of a process in one embodiment of a method for determining the location of a signal transmitter by signal arrival time.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В описании вариантов осуществления изобретения изложены многочисленные конкретные детали. Тем не менее, следует понимать, что варианты изобретения могут быть осуществлены без этих конкретных деталей. В других случаях известные схемы, структуры и технологии не были показаны подробно, чтобы не затруднять понимание этого описания.Numerous specific details are set forth in the description of embodiments of the invention. However, it should be understood that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other cases, well-known schemes, structures, and technologies have not been shown in detail so as not to obscure the understanding of this description.

Фразы «вариант осуществления», «пример осуществления», «один вариант осуществления», «различные варианты осуществления» и др. показывают, что вариант(ы) осуществления изобретения, описанный таким образом, может включать в себя частные признаки, структуры или характеристики, но не каждый вариант обязательно включает в себя частные признаки, структуры или характеристики. Кроме того, некоторые варианты могут иметь некоторые, все или ни одного из признаков, описанных в других вариантах.The phrases “embodiment”, “embodiment”, “one embodiment”, “various embodiments” and others show that the embodiment (s) of the invention described in this way may include particular features, structures or characteristics, but not every option necessarily includes particular features, structures, or characteristics. In addition, some options may have some, all, or none of the features described in other options.

В описании и формуле изобретения использованы термины «связаны» и «соединены», а также их производные. Следует понимать, что эти термины использованы не как синонимы друг друга. В некоторых случаях предпочтение отдано термину «соединены», чтобы показать, что два или более элементов могут находиться в непосредственном контакте друг с другом. Термин «связаны» использован, чтобы показать, что два или более элементов сотрудничают или взаимодействуют друг с другом, но они могут быть или не быть в непосредственном контакте.In the description and claims, the terms “connected” and “connected”, as well as their derivatives, are used. It should be understood that these terms are not used as synonyms for each other. In some cases, the term “connected” is preferred to indicate that two or more elements can be in direct contact with each other. The term “connected” is used to indicate that two or more elements cooperate or interact with each other, but they may or may not be in direct contact.

В рамках этого документа термин «передатчик сигнала» может относиться к любому источнику сигнала с цифровой модуляцией, как: радиочастотная идентификационная метка, радиостанция, терминал сотовой связи и т.д., содержащему электронную схему для генерации и цифровой модуляции несущей частоты сигнала и антенну.For the purposes of this document, the term “signal transmitter” can refer to any digitally modulated signal source, such as a radio frequency identification tag, a radio station, a cellular communication terminal, etc., containing an electronic circuit for generating and digitally modulating a signal carrier frequency and an antenna.

Различные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в одной или любой другой комбинации аппаратных средств, прошивки и программного обеспечения. Изобретение также может быть реализовано в виде инструкций, содержащихся в продукте, или на машинных носителях информации, которая может быть прочитана и выполнена одним или несколькими процессорами для выполнения операций, описанных в настоящем документе. Машинные носители информации могут включать в себя любые механизмы для хранения, передачи и/или получения информации в форме, читаемой машиной (например, компьютером). Машинные носители информации могут включать в себя такие носители, и не только их, как постоянная память, оперативная память, магнитный диск, оптические носители, флэш-память. Машинные носители информации могут также включать материальную среду, через которую электрические, оптические, акустические и другие формы распространяемых сигналов, переносящих инструкцию, могут проходить, например, антенны, оптическое волокно, коммуникационные интерфейсы и другие.Various embodiments of the invention may be implemented in one or any other combination of hardware, firmware, and software. The invention can also be implemented in the form of instructions contained in the product, or on computer storage media that can be read and executed by one or more processors to perform the operations described herein. Computer storage media may include any mechanisms for storing, transmitting and / or receiving information in a form readable by a machine (eg, a computer). Computer storage media can include such media, and not only them, such as read-only memory, random access memory, magnetic disk, optical media, flash memory. Computer storage media may also include a material medium through which electrical, optical, acoustic, and other forms of propagated signals carrying instructions can pass, for example, antennas, optical fiber, communication interfaces, and others.

В одних вариантах осуществления изобретения, пространственно разнесенные части системы определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала могут быть связаны посредством проводных интерфейсов с симметричными или коаксиальными линиями, а в других вариантах осуществления изобретения, - посредством радио-интерфейсов.In some embodiments of the invention, spatially separated parts of the system for determining the location of the signal transmitter by the time of arrival of the signal can be connected via wired interfaces to symmetrical or coaxial lines, and in other embodiments, through radio interfaces.

Одни варианты осуществления изобретения могут относиться к определению местоположения передатчика сигнала путем приема сигнала через несколько антенн и приемных трактов с измерением времени прихода сигнала, использованием разностей времени прихода для расчета взаимных разностей в расстоянии между передатчиком сигнала и соответствующими антеннами и триангуляции разностей в расстоянии для вычисления местоположения передатчика сигнала относительно известных опорных точек. Другие варианты осуществления изобретения могут относиться к определению местоположения передатчика сигнала, совмещенного с приемным трактом ответных сигналов, путем приема сигнала через несколько антенн и приемных трактов, передачи ответных сигналов и приема их приемным трактом ответных сигналов, используя время прихода сигнала и время прихода ответных сигналов для расчета расстояний между передатчиком сигнала и соответствующими антеннами и вычисления местоположения передатчика сигнала относительно известных опорных точек методом триангуляции дуг.Some embodiments of the invention may relate to determining the location of a signal transmitter by receiving a signal through several antennas and receiving paths, measuring the time of arrival of the signal, using time differences of arrival to calculate the mutual differences in the distance between the signal transmitter and the respective antennas, and triangulating the differences in distance to calculate the location signal transmitter relative to known reference points. Other embodiments of the invention may relate to determining the location of a signal transmitter combined with a receiving path of response signals by receiving a signal through several antennas and receiving paths, transmitting response signals, and receiving the receiving path of response signals using the signal arrival time and response time for calculating the distances between the signal transmitter and the corresponding antennas and calculating the location of the signal transmitter relative to known reference points of the method th triangulation arcs.

Фиг.1 показывает пример расположения системы определения местоположения объекта с прикрепленным передатчиком сигнала, радиочастотной идентификационной меткой, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Система включает конструктивные единицы - считыватели 1, 2, 3 и 4, содержащие каждый по одной из повторяющихся функциональных частей системы, и контроллер 5, содержащий неповторяющиеся функциональные части системы. Все конструктивные единицы системы соединены отрезками электрического кабеля 6. В некоторых вариантах контроллер 5 соединен с каждым считывателем отдельным отрезком электрического кабеля 6, в некоторых из этих вариантов отдельные отрезки электрического кабеля 6 имеют одинаковую длину, чтобы вносить одинаковую задержку в передаваемый по ним сигнал синхронизации. В других вариантах конструктивные единицы соединены отрезками электрического кабеля 6 друг за другом, как лампочки в гирлянде. В вариантах с разной длиной электрического кабеля от контроллера до разных считывателей, могут использоваться различные технологии, компенсирующие разные задержки сигнала синхронизации.Figure 1 shows an example location of an object location system with an attached signal transmitter, radio frequency identification tag, in accordance with an embodiment of the invention. The system includes structural units - readers 1, 2, 3, and 4, each containing one of the repeating functional parts of the system, and a controller 5 containing the non-repeating functional parts of the system. All structural units of the system are connected by segments of electric cable 6. In some embodiments, the controller 5 is connected to each reader by a separate segment of electric cable 6, in some of these variants, individual segments of electric cable 6 have the same length to introduce the same delay in the synchronization signal transmitted through them. In other embodiments, structural units are connected by pieces of electric cable 6 one after another, like bulbs in a garland. In versions with different lengths of the electric cable from the controller to different readers, different technologies can be used to compensate for different delays in the synchronization signal.

В примере на фиг.1 показаны четыре считывателя 1, 2, 3 и 4 со встроенными антеннами, расположенные приблизительно в ортогональных направлениях от области, в которой радиочастотные идентификационные метки, как ожидается, будут расположены, хотя другие варианты могут использовать другие места размещения считывателей и другое их количество. На фиг.1 показана также радиочастотная идентификационная метка 7, прикрепленная к объекту 8. Выявляя наличие и местоположение радиочастотной идентификационной метки 7, система может определить наличие и местоположение объекта 8.In the example of FIG. 1, four readers 1, 2, 3, and 4 are shown with integrated antennas located approximately in orthogonal directions from the area in which the RFID tags are expected to be located, although other options may use different locations for the readers and their other quantity. Figure 1 also shows the radio frequency identification tag 7 attached to the object 8. By detecting the presence and location of the radio frequency identification tag 7, the system can determine the presence and location of the object 8.

Когда сигнал передается радиочастотной идентификационной меткой 7, время, в которое сигнал принимается разными считывателями, может несколько отличаться, из-за разного времени распространения сигнала до антенн считывателей. Разное время распространения, в свою очередь, может быть обусловлено разницей в расстоянии между меткой и соответствующими антеннами. Разность времени приема поэтому может быть использована для расчета взаимной разницы в расстоянии между меткой и каждой приемной антенной. Применяя технику триангуляции, эту разницу в расстоянии можно использовать для расчета местоположения радиочастотной идентификационной метки относительно местоположения различных приемных антенн, при условии, что взаимное расстояние и взаимное направление каждой антенны от других антенн известно.When a signal is transmitted by an RFID tag 7, the time at which the signal is received by different readers may be slightly different, due to the different propagation times of the signal to the reader antennas. Different propagation time, in turn, may be due to the difference in the distance between the tag and the corresponding antennas. The difference in reception time can therefore be used to calculate the mutual difference in the distance between the tag and each receiving antenna. Using the triangulation technique, this distance difference can be used to calculate the location of the RFID tag relative to the location of the various receiving antennas, provided that the relative distance and relative direction of each antenna from other antennas is known.

Используя методы, основанные на сравнении разности расстояний (а не самих расстояний) от известных ориентиров, поверхность расположения радиочастотной идентификационной метки 7 может быть однозначно определена с помощью двух считывателей 1, 2, расположение линии, лежащей на этой поверхности - с помощью трех считывателей 1, 2, 3 и расположение точки на этой линии - с помощью четырех считывателей 1, 2, 3 и 4. Таким образом, четыре считывателя могут быть использованы для однозначного определения местоположения метки как точки в 3-мерном пространстве, по отношению к четырем считывателям (антеннам считывателей). Хотя эта конфигурация и показана на фиг.1, другие варианты могут использовать три или даже два считывателя для однозначного определения местоположения радиочастотной идентификационной метки на поверхности или на линии, соответственно, если этого достаточно для решения прикладной задачи. С другой стороны, более четырех считывателей могут быть применены, если местоположение должно быть определено с большей точностью, так как дополнительная информация может быть использована для уменьшения некоторых неточностей, вызванных такими факторами, как большой размер антенны, отклонение времени и т.д.Using methods based on comparing the difference of distances (and not the distances themselves) from known landmarks, the location surface of the radio frequency identification tag 7 can be uniquely determined using two readers 1, 2, the location of the line lying on this surface using three readers 1, 2, 3 and the location of the point on this line - with the help of four readers 1, 2, 3 and 4. Thus, four readers can be used to uniquely determine the location of the mark as a point in 3-dimensional spaces With respect to the four readers (readers antennas). Although this configuration is shown in FIG. 1, other variants may use three or even two readers to uniquely determine the location of the RFID tag on the surface or line, respectively, if this is sufficient to solve an application. On the other hand, more than four readers can be used if the location needs to be determined with greater accuracy, since additional information can be used to reduce some inaccuracies caused by factors such as large antenna size, time deviation, etc.

На фиг.2 показана структурная схема считывателя, а на фиг.3 - структурная схема контроллера, иллюстрирующие распределение по конструктивным единицам функциональных частей системы определения местоположения в варианте осуществления изобретения. В состав считывателя включены по одной повторяющиеся функциональные части системы, как: антенна 9, приемный тракт 10, схема измерения времени 11 и схема суммирования с накоплением 12, каскадно-соединенные в порядке перечисления. Неповторяющаяся функциональная часть системы, схема вычисления местоположения 13, в этом варианте осуществления изобретения включена в состав контроллера. Для осуществления связи множества схем суммирования с накоплением 12 со схемой вычисления местоположения 13 используется линия данных 14 в составе электрического кабеля 6. Для сопряжения с линией данных 14 схемы суммирования с накоплением 12 в состав считывателя включен передатчик последовательного интерфейса 15, а для сопряжения с линией данных 14 схемы вычисления местоположения 13 в состав контроллера включен приемник последовательного интерфейса 16.Figure 2 shows the structural diagram of the reader, and figure 3 is a structural diagram of the controller, illustrating the distribution by structural units of the functional parts of the positioning system in an embodiment of the invention. The reader includes one repeating functional part of the system, such as: antenna 9, receiving path 10, time measuring circuit 11, and accumulation circuit 12 with accumulation 12, cascaded in the order of listing. The non-repeating functional part of the system, location calculation circuit 13, is included in the controller in this embodiment of the invention. To connect multiple accumulation schemes with accumulation 12 with the location calculation circuit 13, a data line 14 is used as part of the electric cable 6. To interface with the data line 14 of accumulation schemes 12, the transmitter includes a serial interface transmitter 15, and for pairing with the data line 14 of the location calculation circuit 13, a serial interface receiver 16 is included in the controller.

В описываемом варианте осуществления изобретения используются отдельные схемы измерения времени 11 для каждого из приемных трактов 10 в каждом считывателе. Для синхронизации временных шкал схем измерения времени используется общий источник синхронизации 17, который в данном варианте осуществления изобретения входит в состав контроллера. Связь источника синхронизации 17 со схемами измерения времени 11 осуществляется по линии синхронизации 18 в составе электрического кабеля 6.In the described embodiment, separate time measuring circuits 11 are used for each of the receiving paths 10 in each reader. To synchronize the timelines of time measuring circuits, a common synchronization source 17 is used, which in this embodiment of the invention is included in the controller. The connection of the synchronization source 17 with the time measurement circuits 11 is carried out along the synchronization line 18 as part of the electric cable 6.

Для обеспечения возможности определения местоположения множества радиочастотных идентификационных меток, метки различаются по их идентификаторам, выделяемым считывателем из принимаемых сигналов меток с помощью экстрактора данных 19, соединенного по входу с выходом приемного тракта 10, а по выходу - с входом передатчика последовательного интерфейса 15. Данные о времени прибытия сигнала метки и данные с идентификатором той же метки передаются передатчиком последовательного интерфейса 15 по линии данных 14 на контроллер, где те и другие данные выделяются из последовательного сигнала линии данных 14 приемником последовательного интерфейса 16 и поступают на схему вычисления местоположения 13.To enable the location of multiple RFID tags, the tags are distinguished by their identifiers allocated by the reader from the received tag signals using a data extractor 19 connected at the input to the output of the receiving path 10 and at the output to the input of the serial interface transmitter 15. Data on the time of arrival of the tag signal and the data with the identifier of the same tag are transmitted by the transmitter of the serial interface 15 via data line 14 to the controller, where both They are extracted from the serial signal of the data line 14 by the receiver of the serial interface 16 and are fed to the location calculation circuit 13.

При поступлении сигнала метки через антенну 9 и приемный тракт 10 на схему измерения времени 11, она начинает выделять характерные точки на интервалах элементов сигнала, например, фронты двухсторонне ограниченного выходного сигнала детектора. Функция схемы измерения времени может осуществляться счетчиком-таймером и схемой захвата его состояния. Счетчики-таймеры со схемой захвата входят в состав периферийных модулей многих микроконтроллеров. Частота тактового сигнала счетчика-таймера и количество его разрядов выбираются так, чтобы длительность периода работы счетчика-таймера совпадала с длительностью элементов сигнала метки. Такой же период или кратно больший должен иметь сигнал источника синхронизации 17. По сигналу источника синхронизации подстраивается фаза тактов счетчика-таймера и фаза состояний счетчика-таймера.When the tag signal arrives through the antenna 9 and the receiving path 10 to the time measuring circuit 11, it begins to highlight characteristic points at the intervals of the signal elements, for example, the edges of the detector's bi-directional output signal. The function of the time measurement circuit can be carried out by a counter-timer and a circuit for capturing its state. Counters-timers with a capture circuit are part of the peripheral modules of many microcontrollers. The frequency of the clock signal of the counter-timer and the number of its bits are selected so that the length of the period of operation of the counter-timer coincides with the duration of the elements of the label signal. The signal of the synchronization source 17 should have the same period or a multiple of that. The phase of the counter-timer cycles and the phase of the counter-timer states are adjusted according to the signal of the synchronization source.

Захваченные состояния счетчика-таймера отражают измеренные значения времени характерных точек элементов сигнала по циклической шкале времени с периодом цикла, равным длительности элемента сигнала. Если за время передачи сигнала местоположение метки не изменяется, то в результате измерений могли бы быть получены одинаковые значения циклического времени характерных точек элементов сигнала. Однако из-за воздействия многих факторов и, прежде всего, шумов приемного тракта, циклическое время характерной точки элемента сигнала является случайной величиной и ее значения, полученные в разных измерениях, могут отличаться друг от друга.The captured states of the counter-timer reflect the measured time values of the characteristic points of the signal elements on a cyclic time scale with a cycle period equal to the duration of the signal element. If the location of the mark does not change during the transmission of the signal, then as a result of measurements the same cyclic time values of the characteristic points of the signal elements could be obtained. However, due to the influence of many factors, and, above all, the noise of the receiving path, the cyclic time of the characteristic point of the signal element is a random variable and its values obtained in different measurements may differ from each other.

Из теории ошибок известно, что наиболее вероятным значением случайной величины является среднее арифметическое измеренных значений случайной величины. При этом дисперсия среднего арифметического меньше дисперсии случайной величины в N раз, где N - число значений случайной величины, участвующих в расчете среднего арифметического. Применительно к данной прикладной задаче это означает, что всегда можно уменьшить среднеквадратичную ошибку оценки времени прибытия сигнала, а значит, повысить точность определения местоположения передатчика сигнала, если увеличить число элементов сигнала, в которых измеряется время характерной точки, и усреднить результаты измерений.It is known from the theory of errors that the most probable value of a random variable is the arithmetic mean of the measured values of the random variable. Moreover, the variance of the arithmetic mean is less than the variance of a random variable by a factor of N, where N is the number of random values involved in the calculation of the arithmetic mean. As applied to this application, this means that the root-mean-square error of the signal arrival time estimate can always be reduced, and therefore, the accuracy of determining the location of the signal transmitter can be improved by increasing the number of signal elements in which the characteristic point time is measured and averaging the measurement results.

Операцию усреднения результатов измерений выполняет схема суммирования с накоплением 12. Если число элементов сигнала N, для которых измеряется время характерной точки и суммируются результаты измерений, равно 2 в степени m, где m - целое число, то накопленное схемой суммирования с накоплением число, после отбрасывания некоторого количества младших разрядов, может быть использовано в качестве оценки времени прибытия сигнала.The averaging operation of the measurement results is performed by the accumulation summation circuit 12. If the number of signal elements N for which the characteristic point time is measured and the measurement results are summed is 2 to the power of m, where m is an integer, then the number accumulated by the accumulation summation circuit after discarding a certain number of least significant bits can be used as an estimate of the arrival time of the signal.

Поступающие на схему вычисления местоположения 13 данные оценок времени прибытия сигнала одной и той же метки из разных считывателей используются для расчета взаимных разностей времени прибытия. Эти разности показывают, насколько ближе или дальше антенна каждого считывателя была от передатчика сигнала (т.е., от метки). Разности времени пересчитываются в разности расстояний умножением на скорость распространения сигнала в воздушной среде. Положение метки вычисляется путем решения системы триангуляционных уравнений с подстановкой известных координат опорных точек и разностей расстояний метки от опорных точек.The estimates of the arrival time of the signal of the same label from different readers coming to the location calculation circuit 13 are used to calculate the mutual differences of the arrival time. These differences show how closer or farther the antenna of each reader was from the signal transmitter (i.e., from the tag). Time differences are converted to distance differences by multiplying by the speed of signal propagation in the air. The position of the mark is calculated by solving a system of triangulation equations with the substitution of the known coordinates of the control points and the differences in the distances of the mark from the control points.

Ниже приведено описание процесса, реализующего способ определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала, в соответствии с блок-схемой на фиг.4. Процесс описан, исходя из предположения, что сигнал поступает от одного передатчика, однако подобный процесс может последовать за поступлениями сигналов от нескольких передатчиков, используя известные в настоящее время, или которые могут быть разработаны, методы обработки сигналов от нескольких передатчиков.The following is a description of a process that implements a method for determining the location of a signal transmitter based on the arrival time of a signal, in accordance with the flowchart of FIG. 4. The process is described on the assumption that the signal comes from one transmitter, however, a similar process can follow the arrival of signals from several transmitters, using currently known, or which can be developed, methods for processing signals from several transmitters.

На шаге 20 сигнал передатчика может быть принят через несколько антенн и соответствующих приемных трактов. Следующие шаги выполняются применительно к выходам тех приемных трактов, на которых сигнал обнаруживается. Шаги 21, 22, 23 и 24 выполняются с циклическим повторением определенное количество раз в течение времени приема сигнала.At step 20, the transmitter signal can be received through several antennas and corresponding receiving paths. The following steps are performed in relation to the outputs of those receiving paths on which the signal is detected. Steps 21, 22, 23 and 24 are performed with cyclic repetition a certain number of times during the time of reception of the signal.

На шаге 21 ожидается появление характерных точек в принимаемом сигнале на выходах соответствующих приемных трактов. На шаге 22 производится измерение времени характерных точек сигнала на выходах соответствующих приемных трактов. На шаге 23 измеренные при последнем выполнении шага 23 значения времени характерных точек сигнала на выходах соответствующих приемных трактов суммируются с ранее накопленными суммами измеренных значений времени характерных точек сигнала за все предшествующие циклы с начала приема сигнала для определения среднего арифметического измеренных значений времени характерных точек сигнала. Предполагается, что до начала приема сигнала накопленные суммы обнулены. На шаге 24 проверяется количество циклов суммирований, выполненных с начала приема сигнала и, если количество циклов суммирований сравнялось с предопределенным числом N, выполняется переход к шагу 25, иначе выполняется возврат к шагу 21. Предопределенное число N целесообразно выбирать равным двум в степени m, где m - целое число.At step 21, characteristic points are expected to appear in the received signal at the outputs of the respective receive paths. At step 22, the time is measured for the characteristic points of the signal at the outputs of the respective receiving paths. In step 23, the time values of the characteristic signal points measured at the last execution of step 23 at the outputs of the respective receiving paths are added to the previously accumulated sums of the measured time values of the characteristic signal points for all previous cycles from the beginning of signal reception to determine the arithmetic average of the measured time values of the characteristic signal points. It is assumed that before the start of signal reception, the accumulated amounts are reset to zero. At step 24, the number of summation cycles performed from the beginning of signal reception is checked and, if the number of summation cycles is equal to the predetermined number N, proceeds to step 25, otherwise, returns to step 21. It is advisable to choose the predetermined number N equal to two in degree m, where m is an integer.

На шаге 25 выполняется вычисление местоположения передатчика сигнала с использованием оценок времени прибытия сигнала через различные антенны и приемные тракты, в качестве которых применяются накопленные за N циклов суммы измеренных значений времени характерных точек сигнала после отбрасывания некоторого количества младших разрядов и с учетом дискретности времени, соответствующей младшему из оставшихся разрядов.At step 25, the location of the signal transmitter is calculated using estimates of the arrival time of the signal through various antennas and receiving paths, which are accumulated over N cycles of the sum of the measured time values of the characteristic points of the signal after discarding a certain number of low order bits and taking into account the discreteness of time corresponding to the lowest of the remaining digits.

Возможность точного и дальнего определения местоположения передатчика сигнала описанным способом при простой реализации может быть полезно использована в различных областях человеческой деятельности. Задача радиочастотной идентификации с определением местоположения меток и связанных с ними предметов в реальном времени актуальна для автоматизированных производств, складов, хранилищ. Применение аналогичных систем для отслеживания перемещения шахтеров, горнорабочих, спасателей, пожарных, а также обслуживающего персонала метро, протяженных тоннелей, закрытых помещений опасных производств и т.д. позволит повысить безопасность их труда. Преимуществом данной технологии является возможность определения местоположения любого передатчика модулированного сигнала, даже в том случае, когда эта возможность не закладывалась при его разработке. Описанным способом может определяться местоположение аналоговых или цифровых радиостанций, а также абонентских терминалов сотовых сетей связи.The ability to accurately and far determine the location of the signal transmitter in the described manner with a simple implementation can be useful in various fields of human activity. The task of radio frequency identification with the location of tags and related items in real time is relevant for automated production, warehouses, storage. The use of similar systems to track the movement of miners, miners, rescuers, firefighters, as well as staff of the metro, long tunnels, enclosed spaces of hazardous industries, etc. will improve the safety of their work. The advantage of this technology is the ability to determine the location of any transmitter of the modulated signal, even when this feature was not laid during its development. The described method can determine the location of analog or digital radio stations, as well as subscriber terminals of cellular communication networks.

Claims (3)

1. Система определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала, включающая несколько антенн, несколько приемных трактов, каждый приемный тракт соединен с одной из нескольких антенн для обработки сигнала, принятого через соответствующую антенну, схему выделения характерных точек на интервалах элементов принятого сигнала и измерения времени появления характерных точек сигнала, соединенную с каждым из приемных трактов, или несколько схем выделения характерных точек на интервалах элементов принятого сигнала и измерения времени появления характерных точек сигнала, каждая из которых соединена с одним из нескольких приемных трактов, а также схему вычисления местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала, отличающаяся тем, что включает по одной схеме суммирования с накоплением результатов измерений для каждой схемы выделения характерных точек на интервалах элементов принятого сигнала и измерения времени появления характерных точек сигнала, при этом вход каждой схемы суммирования с накоплением результатов измерений соединен с выходом одной из схем выделения характерных точек на интервалах элементов принятого сигнала и измерения времени появления характерных точек сигнала, а выход каждой схемы суммирования с накоплением результатов измерений связан со схемой вычисления местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала.1. The system for determining the location of the signal transmitter by the time of arrival of the signal, including several antennas, several receiving paths, each receiving path is connected to one of several antennas for processing the signal received through the corresponding antenna, a circuit for extracting characteristic points on the intervals of the elements of the received signal and measuring time the appearance of characteristic points of the signal connected to each of the receiving paths, or several schemes for distinguishing characteristic points at the intervals of the elements of the received signal and rhenium of the time of occurrence of characteristic signal points, each of which is connected to one of several receiving paths, as well as a scheme for calculating the location of the signal transmitter by the signal arrival time, characterized in that it includes one summation scheme with accumulation of measurement results for each characteristic point allocation circuit the intervals of the elements of the received signal and measuring the time of appearance of the characteristic points of the signal, while the input of each summation circuit with the accumulation of measurement results is connected to Odom one design, selection of feature points at intervals of elements of the received signal and measuring the time of occurrence of the signal characteristic points, and the output of each summing circuit with the accumulation of the measurement results is associated with a scheme for calculating a signal transmitter location by time of arrival signal. 2. Способ определения местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала, включающий в себя прием сигнала передатчика через несколько антенн и приемных трактов, отдельную обработку сигнала, принятого каждой антенной, для определения характерных точек принятого сигнала, измерение времени появления характерных точек принятого сигнала, а также вычисление местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала, отличающийся тем, что включает измерение циклического времени появления характерной точки на интервале элемента сигнала для множества элементов сигнала, определение среднего арифметического измеренных значений циклического времени появления характерных точек принятого сигнала и использует среднее арифметическое измеренных значений циклического времени появления характерных точек принятого сигнала в качестве времени прибытия сигнала при вычислении местоположения передатчика сигнала по времени прибытия сигнала.2. A method for determining the location of a signal transmitter by the arrival time of a signal, including receiving a signal from a transmitter through several antennas and receiving paths, separately processing a signal received by each antenna to determine characteristic points of a received signal, measuring the time of appearance of characteristic points of a received signal, and calculating the location of the signal transmitter by the time of arrival of the signal, characterized in that it includes measuring the cyclic time of the appearance of a characteristic point on the interval cient signal for a plurality of signal elements, determining the arithmetic mean of the measured values of cyclic time of occurrence of the characteristic points of the received signal and uses the arithmetic mean of the measured values of cyclic time of occurrence of characteristic points of the received signal as a time of arrival of the signal in the calculation of the signal transmitter location by time of arrival signal. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при определении среднего арифметического измеренных значений времени появления характерных точек принятого сигнала используются только те измеренные значения времени появления характерных точек принятого сигнала, которые получены на тактовых интервалах сигнала с единственной характерной точкой. 3. The method according to claim 2, characterized in that when determining the arithmetic average of the measured values of the time of appearance of the characteristic points of the received signal, only those measured values of the time of appearance of the characteristic points of the received signal are used, which are obtained at the clock intervals of the signal with a single characteristic point.
RU2012107721/07A 2012-02-29 2012-02-29 Method and system for determining position of signal transmitter from signal arrival time RU2499999C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107721/07A RU2499999C2 (en) 2012-02-29 2012-02-29 Method and system for determining position of signal transmitter from signal arrival time

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107721/07A RU2499999C2 (en) 2012-02-29 2012-02-29 Method and system for determining position of signal transmitter from signal arrival time

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012107721A RU2012107721A (en) 2013-09-10
RU2499999C2 true RU2499999C2 (en) 2013-11-27

Family

ID=49164536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012107721/07A RU2499999C2 (en) 2012-02-29 2012-02-29 Method and system for determining position of signal transmitter from signal arrival time

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2499999C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787476C1 (en) * 2022-03-15 2023-01-09 Иванов Сергей Григорьевич Method for determining positioning of personnel in buildings using radio frequency tags

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424746A (en) * 1993-11-16 1995-06-13 Cardion, Inc. Method and system for monitoring vehicles
RU95122626A (en) * 1993-05-07 1998-02-20 А.Стилп Луис SYSTEM OF DETERMINING THE LOCATION OF A CELL PHONE
WO2001046711B1 (en) * 1999-12-22 2001-11-29 Rockwell Tech Llc Location position system for relay assisted tracking
RU2234108C1 (en) * 2002-12-18 2004-08-10 ООО "Предприятие "Контакт-1" Method for range measurement (modifications)
US7046186B2 (en) * 2003-03-10 2006-05-16 Rafael-Armament Development Authority, Ltd. Friend/foe identification system for a battlefield
WO2007041153A1 (en) * 2005-09-29 2007-04-12 Intel Corporation Determining rfid tag location
RU76717U1 (en) * 2008-04-14 2008-09-27 Валерий Андреевич Ермолаев DEVICE FOR MEASURING THE SPEED OF MOTION OF A CONTROLLED OBJECT

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5327144A (en) * 1993-05-07 1994-07-05 Associated Rt, Inc. Cellular telephone location system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU95122626A (en) * 1993-05-07 1998-02-20 А.Стилп Луис SYSTEM OF DETERMINING THE LOCATION OF A CELL PHONE
US5424746A (en) * 1993-11-16 1995-06-13 Cardion, Inc. Method and system for monitoring vehicles
WO2001046711B1 (en) * 1999-12-22 2001-11-29 Rockwell Tech Llc Location position system for relay assisted tracking
RU2234108C1 (en) * 2002-12-18 2004-08-10 ООО "Предприятие "Контакт-1" Method for range measurement (modifications)
US7046186B2 (en) * 2003-03-10 2006-05-16 Rafael-Armament Development Authority, Ltd. Friend/foe identification system for a battlefield
WO2007041153A1 (en) * 2005-09-29 2007-04-12 Intel Corporation Determining rfid tag location
RU76717U1 (en) * 2008-04-14 2008-09-27 Валерий Андреевич Ермолаев DEVICE FOR MEASURING THE SPEED OF MOTION OF A CONTROLLED OBJECT

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787476C1 (en) * 2022-03-15 2023-01-09 Иванов Сергей Григорьевич Method for determining positioning of personnel in buildings using radio frequency tags

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012107721A (en) 2013-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10142778B2 (en) Direction finding for legacy bluetooth devices
CN106154222B (en) A kind of method of direction of travel using radio-frequency signal detection people
US9482741B1 (en) System and method of locating a radio frequency (RF) tracking device using a calibration routine
US9860866B2 (en) Systems and methods providing transmit diversity to combat multipath effects in position estimation
CN109001675B (en) Positioning method for measuring distance difference based on phase difference
CN110187309A (en) Indoor locating system
CN104135305A (en) Ranging and positioning system
CA2721679C (en) Method and apparatus for bounded time delay estimation
CN101842715A (en) Indoor positioning system and method
CN101730851A (en) System and method for positioning
US7391360B2 (en) Method for locating a detection microchip
US20140185709A1 (en) Transmitter precoding for optimizing positioning performance
CN102395198A (en) Signal intensity-based node positioning method and device for wireless sensing network
US20140266910A1 (en) Techniques to improve the performance of a fixed, timing-based radio positioning network using external assistance information
CN102573055B (en) Method for locating nodes in wireless sensor network
Nikonowicz et al. Indoor positioning trends in 5G-advanced: Challenges and solution towards centimeter-level accuracy
US20140225780A1 (en) Using time-difference-of-arrival to detect a position of a target transmitter
US10856108B2 (en) System and method of locating a radio frequency (RF) tracking device using a calibration routine
RU2578750C1 (en) Method of transmitting radio signals
RU2499999C2 (en) Method and system for determining position of signal transmitter from signal arrival time
US11079463B2 (en) Method and device for position determination
KR20100059567A (en) Locating system and signal receiver for the system
CN114222362A (en) Positioning method and positioning device
KR101547825B1 (en) Positioning method and apparatus by using round-trip time
Kadaba et al. Indoor Positioning System using Ultrasound

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160301