WO2005073749A1 - Verfahren und vorrichtung zum wiederauffinden von gegenständen - Google Patents

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WO2005073749A1
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Franz Gotsis
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole

Definitions

  • the present invention describes a method and a device for retrieving objects, which makes it possible to locate objects that have been prepared accordingly by means of radio direction finding using a search unit, but independently of external radio stations, and thus to find them in a targeted manner.
  • a device with remote control for locating, for example, cars is known using a GPS (Global Positioning System) signal as a locating signal.
  • GPS Global Positioning System
  • a GPS receiver in the car determines its current position and transmits it to a search unit on request.
  • the data is transmitted using a radio network, at least at the location of the GPS receiver.
  • the spatial resolution of the search device is limited to the resolution accuracy of the GPS satellites. This means that the best expected spatial resolution is typically in the range of approx. 10m to approx. 100m.
  • US 6,297,768 thus discloses a device for determining the position of objects over long distances using a GPS signal
  • satellite-based location signals can be disturbed by the earth's ionosphere and troposphere and reflected in an uncontrolled manner on buildings, which leads to incorrect position determinations.
  • the accuracy of the position determination depends on the accuracy of the clock built into the location signal receiver, which supplies the time specification for the distance calculation.
  • ephemeris errors of the satellites, as well as the number and arrangement of the visible and thus available satellites have a strong influence on the accuracy of the position determination.
  • the main limitation, however, is that this system, like any other satellite-based positioning system, only works to a limited extent inside buildings, underground - such as in underground garages or subways - or in public transport, since the walls or the material between the transmitter and the Satellites weaken the location signal significantly.
  • a first object of the present invention is therefore to provide an apparatus and a method for finding objects without satellite-based location signal sources and without using radio networks.
  • Radio network is understood here to mean any type of radio network which has switching stations and / or relay antennas, such as, for example, satellites or antennas installed on earth.
  • a device and a method according to the present invention can therefore be used to find objects inside buildings or also underground.
  • a satellite-based signal is not used, but the transmitter and receiver exchange radio signals directly without further external aids.
  • a further object of the present invention is to provide an inexpensive device for this, as well as an easy to implement method.
  • a first embodiment of the present invention uses radio signals in a frequency range from approx. 400 MHz to approx. 2.5 GHz and is particularly suitable for locating objects within a radius of approx. 5 km at a frequency of approx. 400 MHz to approx. 300 m used used frequency of about 2.5GHz.
  • This embodiment is intended for locating objects of everyday life and allows, for example, a radio telephone modified according to the present invention to be used as a search unit for searching.
  • Another embodiment of the present invention also allows the user to determine not only the direction of the object to be found, but also its distance from the searcher or from a search unit.
  • a system which has a search unit and a locating aid attached to the object to be found, which works independently of external radio stations and which allows the direction of objects to be found and the objects to be found with accuracy , which increases with decreasing distance from the object to be found.
  • a device for retrieving objects which can be operated independently of external radio networks and / or radio stations " , has at least the following elements according to the present invention:
  • search unit that helps the user find or locate an object. This search unit points to an input unit, a
  • Display unit an omnidirectional antenna, a further set of antennas for determining the direction, a power supply, one or more electrical circuits,
  • RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP which have one or more memory modules and one or more processors for executing programs, as well as special semiconductor components for operating the direction-determining antennas.
  • a location aid that is connected to the object to be found.
  • This has a power supply, an omnidirectional antenna and one or more semiconductor modules which have radio logic, program logic and / or memory elements.
  • “Omnidirectional” means that the sparking antenna radiates the same amount of energy in all spatial directions and that the signal intensity received by the antenna is independent of the angle of incidence of the incoming radio signal.
  • the input unit, display unit, omnidirectional antenna, power supply and part of the electrical circuits with the memory modules and a processor are provided by a conventional radio telephone.
  • the additionally required set of antennas for determining the direction, as well as the special semiconductor components for operating these antennas and additional circuit elements are, according to this embodiment, integrated into the radio telephone and / or connected to the radio telephone.
  • RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP Provide search unit.
  • This can be advantageous if certain components, such as the location antennas or the display unit, are to be optimized for the search. This is particularly advantageous if the available space is not sufficient to integrate larger antennas for lower frequencies.
  • the integration of a second set of antennas is also conceivable in order to realize a direct bearing of the locating aid in combination with a distance determination.
  • the search unit in portable devices or computers, such as laptop computers, palmtop computers or the like, which has the advantage, among other things, that a high-resolution visual display unit is provided by the basic device.
  • a location aid is attached to the item to be found later as preparation.
  • This location aid can be permanently connected to the object to be found, for example by gluing, incorporating into the object by the manufacturer or the like.
  • the radio unit can be programmable, i.e. The user can be given the opportunity to identify unique identification numbers that can be distinguished by the search unit, e.g. in shape
  • a portable search unit is switched on and the item to be found is selected from the list of known items stored in the search unit.
  • the selection enables the search unit to specifically send out a signal which is matched to the object to be found and which has the unique code of the object to be found.
  • the location aid which is clearly identified in this way and is attached to the object to be found, reacts to the radio signal emitted by the search unit by sending back a response signal. The return of the
  • the response signal occurs uniformly in all spatial directions.
  • radio signals are constantly exchanged between the locating aid and the search station, so that the direction from the search unit to the locating aid and thus to the object to be found is determined again and again.
  • the user approaches the search unit with the
  • the locating aid on the object to be found is designed in such a way that the response signal is emitted primarily in the direction of the search unit.
  • An analysis of the response signal received by the search unit shows the user the direction of the object to be found, for example by means of an LCD (Liquid Crystal Display) display or also by means of an acoustic signal which varies in volume and / or pitch.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the search unit can also be designed to determine an estimate for the distance to the object to be found from the intensity of the response signal received.
  • One way of estimating the distance is to compare the signal strength of the received signal with that of the transmitted radio signal and to compare the attenuation with the distances already determined from experiments. Since the properties and thickness of obstacles between the search unit and the locating aid are not known, the user is shown a number of possible distances. Knowing the environment allows the user to limit the actual distance from the list of displayed distances to a few possibilities.
  • At least two search units are used, so that in addition to the direction, the distance of the locating aid from the search units can also be determined by means of a triangular bearing.
  • These search units can be integrated into one device, or at least two devices are provided, each with at least one search unit.
  • the user moves with the portable search unit towards the object to be found.
  • the direction of the object to be found is determined again and again in the background by sending and receiving radio signals between the portable search unit and the object to be found, so that the user with an accuracy that gets better the closer he approaches the object to be found. is brought up to this object.
  • FIG. 1 shows a top view of an embodiment of a locating aid according to the present invention
  • Figure 2 shows the location aid from Figure 1 in
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a locating aid according to the present invention
  • FIG. 4 shows an alternative antenna geometry for location in a search unit (evaluation of the polarization) according to the present invention
  • FIG. 5 shows the schematic structure of an antenna element of the antenna from FIG. 4, which is used in the search unit,
  • FIG. 6 shows a circuit of a possible arrangement for evaluating (amplitude) the bearing signal in the search unit according to the present invention
  • FIG. 7 shows a circuit for a further possible arrangement for evaluating (phase) the direction-finding signal in the search unit according to the present invention
  • FIG. 1 shows a top view of the schematic structure of a locating aid 1 according to an embodiment of the present invention. A enveloping the location aid 1 "
  • Plastic mass is not shown. The drawing is enlarged and not to scale.
  • a battery 4 is mounted on a carrier plate 6.
  • a first semiconductor chip 3 is located on the battery 4 and is in electrically conductive contact with the semiconductor chip 3 with a helical, three-dimensional antenna 5 via a contact connection area 7.
  • ISA / EP Semiconductor chip 3 is electrically conductively connected to the positive pole and the negative pole (both not shown) of the battery 4 via wires (not shown).
  • a second semiconductor chip 2 is applied, which is also electrically conductive with the
  • Battery 4 is connected. There is also an electrical contact (not shown) between the semiconductor chip 3 and the semiconductor chip 2.
  • the antenna 5 is mechanically protected by the carrier plate 6 and is completely embedded in an enveloping plastic compound (not shown).
  • the carrier plate 6 serves as a base for attaching the battery 4, as well as for mechanically supporting the antenna 5.
  • the carrier plate 6 can be made of flexible or rigid material and can have additional elements such as holes, hooks, rivets or the like, which allow the locating aid 1 easy to attach to the object to be found later. It is also conceivable and possible that the locating aid 1 without a carrier plate . 6 is embedded in a plastic mass.
  • a first semiconductor chip 3 is applied, which according to the present invention is a radio chip, such as one
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • Bluetooth chip i.e. a semiconductor chip that is able to process radio signals.
  • the function of the radio chip is to convert the radio signals into digital data and vice versa, ie convert digital data into radio signals.
  • the semiconductor chip 3 is powered by the battery 4 during operation of the locating aid 1
  • RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP supplied so that the location aid 1 can be operated independently of an external power source.
  • a resonant circuit or a photocell with an accumulator can also be used to power the locating aid 1.
  • a photocell with an accumulator is used instead of a battery 4. This is the case, for example, if sufficient space is provided on the locating aid 1 for the photocell and the accumulator and if it can be assumed that the object to be found later will be adequately supplied with light.
  • an oscillating circuit as the current source instead of a battery, which is fed by the collected antenna signal.
  • the advantage of using an oscillating circuit is that the locating aid 1 has an unlimited service life, since the energy required for transmission is supplied by the search unit with the radio signal.
  • such a location aid 1 without battery 4, but with a resonant circuit can be produced very inexpensively.
  • a further semiconductor chip 2 is applied to the semiconductor chip 3, which is also supplied with power during operation by the battery 4 and which has a non-volatile memory element, such as a flash memory semiconductor memory, and circuits for controlling the locating aid 1 or of the semiconductor chip 3 contains.
  • a non-volatile memory element such as a flash memory semiconductor memory
  • the user-defined, specific alphanumeric code of the object to be found is stored on the semiconductor chip 2. Furthermore, the semiconductor chip 2 controls the transmit and
  • the locating aid 1 also has sensors, such as temperature sensors or accelerometers, whose information is read out and / or stored by the semiconductor chip 2 and / or passed on to the semiconductor chip 3, and thus to the Search unit can be transmitted.
  • sensors such as temperature sensors or accelerometers, whose information is read out and / or stored by the semiconductor chip 2 and / or passed on to the semiconductor chip 3, and thus to the Search unit can be transmitted.
  • An accelerometer can be advantageous because it can provide information about whether the object to be found is moving or at rest.
  • An accelerometer can be implemented by a piezo sensor.
  • Additional sensors are useful if information about the environment in which the object to be found is located allows statements to be made as to whether the object is endangered by its storage in a specific location, for example by overheating. By choosing suitable sensors, it is also possible to make a statement about the type of
  • semiconductor chip 2 and semiconductor chip 3 are integrated in a single semiconductor chip.
  • the embodiment shown here consisting of two semiconductor chips, has the advantage that a commercially available radio chip and a known radio standard, such as the GSM standard or Bluetooth standard, can be used for the semiconductor chip 3.
  • These radio chips are today produced as reliable standard semiconductor components in large numbers and with low manufacturing costs.
  • the helical, three-dimensional antenna 5 shown in FIG. 1 is used to transmit and receive radio signals for locating the locating aid 1.
  • the antenna 5 shown is a form of an omnidirectional antenna, that is to say an antenna which emits signals as uniformly as possible in all directions and all Can receive signals in a first approximation regardless of the direction of their emitting source.
  • An omnidirectional antenna is required in order to avoid the occurrence of a so-called “blind ” angle, that is to say an angle between the locating aid 1 and the search unit within which the object to be found cannot be located.
  • antennas are often put together to form a quasi-ideal, omnidirectional antenna network.
  • antennas are also known which have an omnidirectional behavior due to their geometry, such as helical antennas. Both types of antennas - composite and simple - are suitable for use in accordance with the present invention.
  • a detailed discussion of various antenna shapes and their functions can be found, for example, in the book "Antennas For All Applications” by John D. Krauss and Ronald J. Marhefka, published in 2002 by McGraw-Hill Verlag, New York.
  • the antenna 5 forwards radio signals in the form of electrical pulses to the semiconductor chip 3 and / or sends modulated electrical pulses as radio signals through the semiconductor chip 3, via the electrically conductive contact pad 7, for the purpose of transmitting and receiving data. It is advantageous if the extension of the antenna is greater than approximately half the wavelength of the radio signal used, since then the conversion of electrical pulses into radio signals and vice versa takes place with the least possible energy loss.
  • FIG. 2 shows the location aid 1 according to the embodiment from FIG. 1 in a side view with the enveloping plastic compound 8.
  • the task of the plastic compound 8 is to help locate the 1st
  • RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP to give mechanical stability and to serve as a protective housing for the components contained therein.
  • the shape of the plastic compound 8 can also be determined by the type of object to be found and the type of attachment to this object.
  • Adapt location aid 1 to the desired application.
  • the helical, three-dimensional antenna geometry shown in FIG. 1 or FIG. 2 allows the production of a very compact locating aid 1 which, in addition to a length and width, also has a certain height corresponding to the extension of the antenna 5.
  • an antenna also omnidirectional, instead of the helical, three-dimensional antenna geometry, which has long wires which are incorporated into the object to be found.
  • Such an antenna geometry allows, for example, the production of a very flat, "leaf-shaped" locating aid 1.
  • Such an embodiment of the present invention is advantageous if the locating aid 1 is to be incorporated into the object to be found later, for example as an intermediate layer.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the locating aid 1 according to the present invention.
  • the battery 4 is fixed on the carrier plate 6.
  • the semiconductor chip 3 is applied to the battery 4 and the semiconductor chip 2 is applied thereon.
  • semiconductor chip 3 is electrically conductively connected to battery 4
  • semiconductor chip 2 is electrically conductively connected to semiconductor chip 3 and battery 4 (not shown).
  • the windings of the helical, three-dimensional antenna 5 are according to this
  • Embodiment arranged around the battery 4 and around the two semiconductor chips 2 and 3.
  • the antenna 5 is in turn connected to the semiconductor chip 3 via the contact pad 7 and is located near the surface of the plastic compound 8.
  • FIG. 3 represented a particularly compact, button-like form of the locating aid 1 according to the invention.
  • the locating aid 1 it is also conceivable and possible here, for example, to attach additional elements for attaching the locating aid 1 to the object to be located later the carrier plate 6 and / or in the plastic compound 8
  • a button-like form is to be preferred if it can be assumed that the acquisition help one strong mech will be exposed i rule loads.
  • FIG. 4 and FIG. 5 show an alternative antenna geometry according to the present invention.
  • Figure shows an antenna 40 with sub-elements 401, 402, 411 412, 421, 422, 431 and 432.
  • the elements 401 and 402 are along a line A, 411 and 412 along a line C, 421 and 422 along a line B, and 431 and 432 arranged along a line D.
  • the lines A and B which are perpendicular to each other, tension, as shown in Figure 5, e i ne first plane AB to which is perpendicular to a second plane CD which is spanned by the lines C and D.
  • D_- e 5 illustrates the spatial arrangement of the antennas of FIG. 4
  • Such an antenna geometry is used when i d e direction is to be determined to find the object by utilizing the polarization of the radio signal transmitted from the positioning aid of the 1.
  • the antennas 401-432 must not cylindrical se i n, is important that the reception sensitivity in only ne e i plane or a direction is high, low in all directions perpendicular thereto. It is known to the person skilled in the art that this requirement is met by several antenna shapes.
  • the antenna geometry i e shown in FIG. 4 and FIG. 5 allows the direction of the direction to be found to be determined
  • the radio signals propagate radially in all directions. It is known to the person skilled in the art that the direction of oscillation of the electric field or the
  • Polarization is perpendicular to the direction of propagation. There is therefore an excellent direction from the search unit to the locator 1, which is the direct or straight line connection between the locator 1 and the search unit, which can be determined by utilizing the polarization of the radio signal.
  • the direction to the locating aid 1 on the object to be found is determined by calculating the direction for which the amplitude becomes maximum. This direction is perpendicular to the direction of the rectilinear connection between the search unit and the locating aid 1.
  • a non-linear, or circular or elliptical, polarized radiation is required, which is generated by the locating aid.
  • the method is particularly suitable for distances of the object to be searched from.
  • Search unit that is large against approx. 1 wavelength of the frequency used. With a search frequency of approx. 800 MHz, for example, this is approx. 37 cm.
  • the angular resolution of the search unit is constant
  • FIG. 6 shows a diagram of a possible arrangement for a possible evaluation of the direction-finding signal in the search unit according to the present invention.
  • Three omnidirectional antennas 11 are connected via electrical lines to a circuit 12, which supply the amplitudes of the signal as DC voltage to the operational amplifiers 13.
  • the voltages of two antennas are subtracted from each other at the operational amplifiers 13 and amplified. These values are provided at the connections 14 and passed on for further processing to analog-digital converters, which then make these data available to the search unit in digital form.
  • the amplitude of the radio signal received by the location aid 1 depends on the square of the distance between the antennas 11 and the location aid 1, the relative distances of the antennas in the search unit to the location aid 1 can thus be determined. The direction of the signal can then be determined from this.
  • the circuit 12 for determining the amplitude of the received signal can be determined using the following method:
  • the square of the input signal is averaged over a period.
  • this can be achieved using other variants, such as a low-pass filter. Since very small differences have to be measured, a low-noise circuit consisting of as few components as possible is advantageous.
  • This method measures small differences in the received field strength by generating a DC voltage signal from the original signal by squaring, followed by averaging. The result of these steps is proportional to the square of the input amplitude and inversely proportional to the frequency of the received radiation, which is known.
  • the angular resolution is not constant, but rather increases sharply as the distance from the locating aid 1 ′ decreases, since the relative distance of the antennas in the search unit from the locating aid 1 decreases more than linearly.
  • Number of antennas can be carried out in the search unit.
  • Antennas can be used. However, in order to take into account the angle-dependent reception sensitivity of the antennas used in the evaluation electronics
  • a direction determination according to this method is advantageously carried out with three omnidirectional antennas. It is known to the person skilled in the art that this method can also be carried out with only two omnidirectional antennas, in particular if the user changes the position of the two antennas, for example by rotating the search unit during the direction determination. The direction is then determined from two successive measurements that are carried out with different positions of the two omnidirectional antennas. In this way, the amplitude of the incoming radio signals is measured again at three linearly independent positions.
  • FIG. 7 shows a circuit for a further possible arrangement for evaluating the direction-finding signal according to the present invention. This method measures the phase difference of a signal that is detected by two antennas.
  • the signal which arrives from the antenna via the electrical line 21 is amplified by the variable high-frequency amplifier 22. It is advantageous to design the gain to be programmable so that the gain can be adapted to the signal intensity.
  • the signal from two antennas is multiplied by a multiplier module 23.
  • the following multiplications are carried out: signal A is multiplied once by signal B and signal A is once by means of a module for phase shift 24
  • phase difference is.
  • a voltage is present at terminal 28 which is proportional to the cosine of the phase difference.
  • the values are then available in digital form in the program logic in the search help.
  • the phase difference can be calculated directly from the two digitized voltages. The complete calculation is shown in FIGS. 10 a to 10 c.
  • This circuit allows a very precise location of the object to be found with very simple means, since a5 simple analog-digital converter module can be used: the high-frequency signal is converted into a DC voltage, from which the phase difference can be calculated directly.
  • the advantage of this circuit is that the search unit can be designed to be very compact, or with omnidirectional antennas arranged close to one another.
  • a method that uses a circuit for determining the direction as shown in FIG. 7 results in a constant angular resolution.
  • the time difference in the reception of signals from two omnidirectional antennas is measured with high accuracy.
  • This circuit determines the phase difference of the instantaneous signal between two antennas, which come about due to the transit time differences due to the slightly different distance from the location aid, that is to say the source of the radio signals.
  • the phase difference of the signal which is measured at two different positions, is proportional to the time difference of the signal reception. This means that if you assume a plane wave, or if you know the wave geometry, you know the direction to the source. To do this, a right-angled triangle is formed, from which two distances and the right angle are known. The direction of the locating aid 1 can thus be determined.
  • the resulting angular resolution of the search unit is constant.
  • the angular extent of the object to be found increases as the distance becomes smaller. This means that with a constant resolution with decreasing distance, an apparently ever larger object is found.
  • the accuracy of the bearing increases more than linearly as the distance between the search unit and the locating aid decreases.
  • Omnidirectional antenna + Omnidirectional antenna for sending and receiving for sending and receiving data for and / or data for or from the locating aid of the search unit + radio logic on a + radio logic on a semiconductor component semiconductor component
  • Two signals with the same frequency but not necessarily the same amplitude are compared and their phase difference is determined.
  • M (t) A x * A 2 * sin (2 * ⁇ * f ' * t) * cos (2 * ⁇ * f * t) * cos ( ⁇ ) ⁇ - ⁇ , * A, * (sin (2 * ⁇ * f * t)) 2 * sin ($?)
  • M 2 (t) A l * A z * (sin (2 * ⁇ * f * t)) 1 * cos ( ⁇ ) + + y 4, * A 2 * sin (2 * r * / * * cos (2 * tf * / * 0 * sin ( ⁇ )
  • ⁇ is proportional to the elapsed time that the signal from the locating aid traveled from antenna 1 in the search unit to antenna 2 in the search unit and is therefore proportional

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine zum Auffinden an Gegenständen, mittels einer Sucheinheit und einer am zu findenden Gegenstand befestigte Ortungshilfe (1), wobei Sucheinheit und Ortungshilfe (1) jeweils eine omnidirektionale Antenne, eine Stromversorgung, und elektronische Schaltungen mit Halbleiterbauteilen aufwei en und wobei die Sucheinheit zusätzlich eine Anzeigeeinheit, eine Eingabeeinheit und eine oder mehrere Antennen aufwe s , die zur Richtungsbestimmung geeignet sind. Es werden ausserdem mögliche Verfahren zur Bestimmung der Richtung an der Sucheinheit zur Ortungshilfe (1) beschrieben.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM WIEDERAUFFINDEN VON GEGENSTÄNDEN
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Methode und eine Vorrichtung zum Wiederauffinden von Gegenständen, die es erlaubt, Gegenstände, die entsprechend vorbereitet wurden, mittels Funkpeilung unter Verwendung einer Sucheinheit, aber unabhängig von externen Funkstationen, zu lokalisieren und damit gezielt wiederzufinden.
Aus der US 6,297,768 ist eine Vorrichtung mit Fernbedienung zum Orten von zum Beispiel Autos unter Verwendung eines GPS (Global Positioning System) -Signals als Ortungssignal bekannt. Hier bestimmt ein GPS-Empf nger im Auto dessen momentane Position und übermittelt diese, auf Anfrage, an eine Sucheinheit. Die Übermittlung der Daten geschieht unter Verwendung eines Funknetzwerkes, zumindest am Ort des GPS- Empfängers verfügbar sein muß.
Damit ein Orten gemäß der US 6,297,768 durchgeführt werden kann, wird neben der Verfügbarkeit des GPS-Signals ein bereits existierendes Funknetzwerk, sowie dessen Verfügbarkeit und eine gültige Berechtigung für den Zugriff auf das Funknetzwerk vorausgesetzt. Des Weiteren ist die
Ortsauflösung der Suchvorrichtung auf die Auflösegenauigkeit der GPS-Satelliten beschränkt. Dies bedeutet, dass die beste zu erwartende Ortsauflösung typischerweise im Bereich von ca. 10m bis ca. 100m liegt.
Die US 6,297,768 offenbart somit eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position von Gegenständen über große Distanzen hinweg unter Verwendung eines GPS-Signals und
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP unter Verwendung von externen Funksystemen, welche von einem Benutzer verwendet, aber nicht kontrolliert werden können.
Ein Problem der in der US 6,297,768 offenbarten Vorrichtung und von ähnlichen Systemen liegt in der Verwendung von GPS- und/oder anderen satellitengestützten Ortungssignalen. Diese unterliegen, wie dem Fachmann bekannt ist, einer Reihe von möglichen Fehlerquellen.
So können ≤atellitengestützte Ortungssignale zum Beispiel gestört werden von Ionosphäre und Troposphäre der Erde und unkontrolliert an Bauwerken reflektiert werden, was zu falschen Positionsbestimmungen führt. Des Weiteren hängt die Genauigkeit der Positionsbestimmung ab von der Genauigkeit der im Ortungssignal-Empfänger eingebauten Uhr, welche die Zeitvorgabe für die Entfernungsberechnung liefert. Außerdem haben Ephemeridenfehler der Satelliten, sowie die Anzahl und Anordnung der sichtbaren und damit verfügbaren Satelliten starken Einfluss auf die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Die wesentliche Einschränkung ist jedoch, daß dieses System, wie jedes andere satellitengestützte Ortungssystem, innerhalb von Gebäuden, unterirdisch - wie in Tiefgaragen oder U-Bahnen - oder in öffentlichen Verkehrsmitteln nur eingeschränkt funktioniert, da die Wände bzw. das Material zwischen dem Sender und dem Satelliten das Ortungssignal stark abschwächen.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wiederauffinden von Gegenständen ohne satellitengestützte Ortungssignalquellen und ohne Verwendung von Funknetzwerken bereitzustellen .
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Unter „Funknetzwerk" wird hier jede Art von Funknetzwerken verstanden, welche Vermittlungsstationen und/oder Relais- Antennen aufweist, wie zum Beispiel Satelliten oder auf der Erde installierte Antennen.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann deshalb dazu verwendet werden, Gegenstände innerhalb von Gebäuden oder auch unterirdisch wiederzufinden. Im Gegensatz zur US 6,297,768 wird nicht mit einem satellitengestützten Signal gearbeitet, sondern Sender und Empfänger tauschen Funksignale direkt ohne weitere externe Hilfsmittel aus. Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht stets ein direkter Funkkontakt zwischen einer Sucheinheit und einer am zu findenden Gegenstand befestigten Ortungshilfe.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hierfür eine kostengünstige Vorrichtung, sowie ein einfach umzusetzendes Verfahren bereitzustellen.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet Funksignale in einem Frequenzbereich von ca. 400MHz bis ca. 2,5GHz und eignet sich insbesondere zum Auffinden von Gegenständen in einem Umkreis von ca. 5km bei einer verwendeten Frequenz von ca. 400MHz bis ca. 300m bei einer verwendeten Frequenz von ca. 2,5GHz. Diese Ausführungsform ist gedacht zum Auffinden von Gegenständen des täglichen Lebens und erlaubt es, als Sucheinheit zur Suche zum Beispiel ein, gemäß der vorliegenden Erfindung, modifiziertes Funktelephon zu verwenden.
Es sind aber weitere Ausführungsformen denkbar und möglich, die mit geringeren Frequenzen arbeiten und deshalb einen
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP größeren Wirkungsradius aufweisen, wenn die Antennen entsprechend groß ausgelegt werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt es dem Anwender außerdem, neben der Richtung des zu findenden Gegenstands auch dessen Abstand vom Suchenden bzw. von einer Sucheinheit zu bestimmen.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein System, welches eine Sucheinheit und eine am zu findenden Gegenstand befestigte Ortungshilfe aufweist, welches unabhängig von externen Funkstationen arbeitet und welches erlaubt, die Richtung von zu findenden Gegenständen zu bestimmen und die Gegenstände aufzufinden mit einer Genauigkeit, die mit sinkender Entfernung vom zu findenden Gegenstand zunimmt.
Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine Vorrichtung zum Wiederauffinden von Gegenständen, welche unabhängig von externen Funknetzen und/oder Funkstationen betrieben werden kann", weist gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest die folgenden Elemente auf:
Zum einen eine Sucheinheit, die dem Benutzer bei der Suche oder der Ortung eines Gegenstandes behilflich ist. Diese Sucheinheit weist auf eine Eingabeeinheit, eine
Anzeigeeinheit, eine omnidirektionalen Antenne, einen weiteren Satz von Antennen zur Richtungsbestimmung, eine Stromversorgung, eine oder mehrere elektrische Schaltungen,
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP welche einen oder mehrere Speicherbausteine und einen oder mehrere Prozessoren zur Ausführung von Programmen aufweisen, sowie spezielle Halbleiterbauteile zum Betreiben der richtungsbestimmenden Antennen.
Zum anderen eine Ortungshilfe, die mit dem zu findenden Gegenstand verbunden ist. Diese weist auf eine Stromversorgung, eine omnidirektionale Antenne und einen oder mehrere Halbleiterbausteine, welche Funklogik, Programmlogik und/oder Speicherelemente aufweisen.
„Omnidirektional" bedeutet, dass die funkende Antenne in alle Raumrichtungen gleich viel Energie abstrahlt und dass die von der Antenne empfangene Signalintensität unabhängig vom Einfallswinkel des ankommenden Funksignals ist.
Dies gilt jedoch nur für ideale omnidirektionale Antennen. Reale, als omnidirektional bezeichnete Antennen weisen eine, jedoch geringe, Raumrichtungsabhängigkeit bezüglich des Empfangens und Sendens von Funksignalen auf.
Gemäß einer ersten Ausführungsform werden Eingabeeinheit, Anzeigeeinheit, omnidirektionale Antenne, Stromversorgung und ein Teil der elektrischen Schaltungen mit den Speicherbausteinen und einem Prozessor durch ein herkömmliches Funktelephon bereitgestellt. Der zusätzlich benötigte Satz von Antennen zur Richtungsbestimmung, sowie die speziellen Halbleiterbauteile zum Betreiben dieser Antennen und zusätzliche Schaltungselemente werden gemäß dieser Ausführungsform in das Funktelephon integriert und/oder mit dem Funktelephon verbunden.
Es ist jedoch auch denkbar und möglich, eine eigenständige
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Sucheinheit bereitzustellen. Dies kann von Vorteil sein, wenn bestimmte Bestandteile, wie zum Beispiel die Ortungsantennen oder die Anzeigeeinheit, für die Suche optimiert werden sollen. Dies ist insbesondere von Vorteil, falls der verfügbare Platz nicht ausreicht, um größere Antennen für kleinere Frequenzen zu integrieren. Ebenso ist die Integration eines zweiten Satzes von Antennen denkbar, um eine direkte Peilung der Ortungshilfe in Kombination mit einer Abstandsermittlung zu realisieren.
Des Weiteren ist es möglich, die Sucheinheit in tragbare Geräte bzw. Computer, wie Laptop-Computer, Palmtop-Computer oder Ähnliches zu integrieren, was unter anderem den Vorteil hat, dass eine hochauflösende visuelle Anzeigeeinheit vom Grundgerät bereitgestellt wird.
Zum Wiederauffinden von Gegenständen wird gemäß der vorliegenden Erfindung folgendermaßen vorgegangen:
Am später -zu findenden Gegenstand wird als Vorbereitung eine Ortungshilfe angebracht. Diese Ortungshilfe kann permanent mit dem zu findenden Gegenstand verbunden werden, zum Beispiel durch Aufkleben, Einarbeiten in den Gegenstand durch den Hersteller oder Ähnliches. Es ist jedoch auch denkbar und möglich, die Ortungshilfe entfernbar auf den Gegenstand aufzubringen, zum Beispiel in Form eines Anhängers, eines magnetischen Clips oder einer einzulegenden Chipkarte oder Ähnlichem.
Zur Unterscheidung verschiedener Gegenstände kann die Funkeinheit programmierbar ausgestattet sein, d.h. dem Benutzer kann die Möglichkeit gegeben werden, eindeutige und von der Sucheinheit unterscheidbare Kennnummern z.B. in Form
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP eines alphanumerischen Codes, zuzuweisen. Dies stellt zugleich einen Schutz vor Mißbrauch dar, da dieser Code nur dem Benutzer bekannt ist. Da der Funkverkehr abgehört werden kann, ist es von Vorteil, den Code verschlüsselt zu übertragen. Dies erschwert es einem ungewollten Zuhörer, sich die Identifikation zu merken und später einen ihm nicht gehörenden Gegenstand zu lokalisieren. Hierbei ist ein „public key-private key" Verfahren von Vorteil, wobei die Identifikation vor dem
Funktransfer mit einer Zufallsnummer zu kombinieren ist, um gleiche Funksignale zu vermeiden.
Soll ein Gegenstand gesucht werden, wird eine tragbare Sucheinheit angeschaltet und aus der Liste der bekannten, in der Sucheinheit gespeicherten, Gegenstände der zu Findende ausgewählt. Die Auswahl ermöglicht es der Sucheinheit, gezielt ein auf den zu findenden Gegenstand abgestimmtes Signal, welches den eindeutigen Code des zu findenden Gegenstands aufweist, auszusenden.
Die auf diese Weise eindeutig identifizierte Ortungshilfe, die am zu findenden Gegenstands befestigt ist, reagiert auf das von der Sucheinheit ausgesandte Funksignal, indem sie ein Antwortsignal zurücksendet. Das Zurücksenden des
Antwortsignals geschieht in einer ersten Ausführungsform gleichmäßig in alle Raumrichtungen. Während der Suche werden zwischen Ortungshilfe und Suchstation ständig Funksignal ausgetauscht, so dass die Richtung von Sucheinheit zur Ortungshilfe und damit zum zu findenden Gegenstand immer wieder neu bestimmt wird.
Der Benutzer nähert sich mit der Sucheinheit der
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Ortungshilfe und somit dem zu findenden Gegenstand, indem er sich mit der Sucheinheit in die ermittelte Richtung bewegt.
Das Austauschen von Funksignalen zwischen Ortungshilfe und Sucheinheit und das Bewegen der Sucheinheit in Richtung der Ortungshilfe wird wiederholt, bis der Gegenstand gefunden worden ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ortungshilfe am zu findenden Gegenstand so ausgelegt, dass das Antwortsignal primär in Richtung der Sucheinheit ausgesendet wird.
Eine Analyse des empfangenen Antwortsignals durch die Sucheinheit zeigt dem Benutzer die Richtung des zu findenden Gegenstandes zum Beispiel mittels einer LCD (Liquid Crystal Display) -Anzeige oder auch mittels eines in seiner Lautstärke und/oder seiner Tonhöhe variierenden akustischen Signals an.
Die Sucheinheit kann außerdem dafür ausgelegt sein, aus der Intensität des empfangenen Antwortsignals eine Abschätzung für die Entfernung zum zu findenden Gegenstand zu ermitteln.
Eine Möglichkeit zur Entfernungsabschätzung ist es, die Signalstärke des empfangenen Signals mit der des ausgesandten Funksignals zu vergleichen und die Abschwächung mit bereits ermittelten Abständen aus Versuchen zu vergleichen. Da Eigenschaften und Dicke von Hindernissen zwischen der Sucheinheit und der Ortungshilfe nicht bekannt sind, wird dem Benutzer eine Anzahl von möglichen Abständen angezeigt. Die Kenntnis der Umgebung erlaubt dem Benutzer, den wirklichen Abstand aus der Liste der angezeigten Entfernungen auf wenige Möglichkeiten einzuschränken. Durch
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP weiteres Annähern an die Ortungshilfe und damit den zu suchenden Gegenstand verbessert sich auch die Abstandsschätzung, da die Suchhilfe den bereits zurückgelegten Abstand mit einbeziehen kann und der Abstand zur Ortungshilfe laufend abnimmt, womit die Unsicherheit des Materials zwischen der Sucheinheit und der Ortungshilfe ebenfalls kleiner wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden mindestens zwei Sucheinheiten verwendet, so dass zusätzlich zur Richtung auch der Abstand der Ortungshilfe von den Sucheinheiten mittels einer Dreickspeilung ermittelt werden kann. Diese Sucheinheiten können sowohl in einem Gerät integrieren sein, oder es werden mindestens zwei Geräte mit jeweils mindestens einer Sucheinheit bereitgestellt.
Geleitet von der visuellen und/oder akustischen Anzeige bewegt sich der Benutzer mit der tragbaren Sucheinheit auf den zu findenden Gegenstand zu. Die Richtung des zu findenden Gegenstandes wird dabei im Hintergrund durch Senden und Empfangen von Funksignalen zwischen tragbarer Sucheinheit und zu findendem Gegenstand immer wieder neu ermittelt, so dass der Benutzer mit einer Genauigkeit, die besser wird, je mehr er sich dem zu findenden Gegenstand nähert, an diesen Gegenstand heran geführt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert .
Figur 1 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform einer Ortungshilfe gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 zeigt die Ortungshilfe aus Figur 1 in
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Seitenansicht,
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Ortungshilfe gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 zeigt eine alternative Antennengeometrie für die Ortung in einer Sucheinheit (Auswertung der Polarisation) gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 5 zeigt den schematischen Aufbau eines Antennenelements der Antenne aus Figur 4, die in der Sucheinheit zur Anwendung kommt,
Figur 6 zeigt eine Schaltung einer möglichen Anordnung zur Auswertung (Amplitude) des Peilsignals in der Sucheinheit gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 7 zeigt eine Schaltung für eine weitere mögliche Anordnung zur Auswertung (Phase) des Peilsignals in der Sucheinheit gemäß -der vorliegenden Erfindung,
Figur 1 zeigt in Draufsicht den schematischen Aufbau einer Ortungshilfe 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine die Ortungshilfe 1 "einhüllende
Kunststoffmasse ist nicht dargestellt. Die Zeichnung ist vergrößert und nicht maßstabsgetreu.
Auf einer Trägerplatte 6 ist eine Batterie 4 aufgebrächt. Auf der Batterie 4 befindet sich ein erster Halbleiterchip 3, welcher mit einer helixförmigen, dreidimensionalen Antenne 5 über eine Kontaktanschlussfläche 7 mit dem Halbleiterchip 3 in elektrisch leitendem Kontakt steht. Der
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Halbleiterchip 3 ist über Drähte (nicht dargestellt) elektrisch leitend mit dem Pluspol und dem Minuspol (beide nicht dargestellt) der Batterie 4 verbunden. Auf den Halbleiterchip 3 ist ein zweiter Halbleiterchip 2 aufgebracht, der ebenfalls elektrisch leitend mit der
Batterie 4 verbunden ist. Des Weiteren besteht eine (nicht dargestellte) elektrische Kontaktierung zwischen dem Halbleiterchip 3 und dem Halbleiterchip 2. Die Antenne 5 wird durch die Trägerplatte 6 mechanisch geschützt und ist vollständig in eine einhüllende Kunststoffmasse (nicht dargestellt) eingebettet.
Die Trägerplatte 6 dient als Unterlage zur Befestigung der Batterie 4, sowie zur mechanischen Unterstützung der Antenne 5. Die Trägerplatte 6 kann aus flexiblem oder starrem Material sein und kann zusätzliche Elemente wie Löcher, Haken, Nieten oder ähnliches aufweisen, die es erlauben, die Ortungshilfe 1 auf einfache Weise am später zu findenden Gegenstand zu befestigen. Es ist weiterhin denkbar und möglich, dass die Ortungshilfe 1 ohne Trägerplatte .6 in eine Kunststoffmasse eingebettet wird.
Auf der Batterie 4 ist ein erster Halbleiterchip 3 aufgebracht, bei dem es sich gemäß der vorliegenden Erfindung um einen Funkchip, wie zum Beispiel einen
GSM (Global System for Mobile Communication) -Chip oder einen Bluetooth-Chip handelt, also um einen Halbleiterchip, welcher in der Lage ist, Funksignale zu verarbeiten.
Die Aufgabe des Funkchips besteht darin, die Funksignale in digitale Daten umzuwandeln und umgekehrt, also digitale Daten in Funksignale umzuwandeln. Der Halbleiterchip 3 wird bei Betrieb der Ortungshilfe 1 von der Batterie 4 mit Strom
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP versorgt, so dass die Ortungshilfe 1 unabhängig von einer externen Stromquelle betrieben werden kann.
Statt der Batterie 4 kann zur Stromversorgung der Ortungshilfe 1 auch ein Schwingkreis oder eine Photozelle mit Akkumulator verwendet werden.
Je nach Anwendungsart der Ortungshilfe 1 kann es von Vorteil sein, wenn statt einer Batterie 4 eine Photozelle mit einem Akkumulator verwendet wird. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn genügend Platz auf der Ortungshilfe 1 für die Photozelle und den Akkumulator zur Verfügung gestellt wird und wenn davon ausgegangen werden kann, dass der später zu findende Gegenstand ausreichend mit Licht versorgt werden wird.
Für spezielle Anwendungen ist es außerdem denkbar und möglich, statt einer Batterie einen Schwingkreis als Stromquelle zu verwenden, welche vom aufgefangenen Antennensignal gespeist wird. Der Vorteil bei der Verwendung eines Schwingkreises liegt darin, dass eine unbegrenzte Lebensdauer der Ortungshilfe 1 erreicht wird, da die zum Senden benötigte Energie von der Sucheinheit mit dem Funksignal geliefert wird. Außerdem kann eine derartige Ortungshilfe 1 ohne Batterie 4, aber mit Schwingkreis, sehr kostengünstig hergestellt werden.
Auf den Halbleiterchip 3 ist ein weiterer Halbleiterchip 2 aufgebracht, welcher bei Betrieb ebenfalls von der Batterie 4 mit Strom versorgt wird und welcher ein nicht-flüchtiges Speicherelement, wie zum Beispiel einen Flash-Memory- Halbleiterspeicher, sowie Schaltkreise zur Steuerung der Ortungshilfe 1 bzw. des Halbleiterchips 3 enthält.
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf dem Halbleiterchip 2 der vom Benutzer definierte, spezifische alphanumerische Code des zu findenden Gegenstands gespeichert. Des Weiteren steuert der Halbleiterchip 2 die Sende- und
Empfangssequenzen des Halbleiterchips 3. Es ist auch denkbar und möglich, weitere Funktionen auf dem Halbleiterchip 2 zu implementieren, wie zum Beispiel das Speichern weiterer, objektspezifischer Daten oder die Verschlüsselung der Daten, die mit der Sucheinheit ausgetauscht werden.
In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Ortungshilfe 1 außerdem Sensoren, wie zum Beispiel Temperatursensoren oder Accelerometer auf, deren Information von dem Halbleiterchip 2 ausgelesen und/oder gespeichert und/oder an den Halbleiterchip 3 weitergeben, und somit an die Sucheinheit übermittelt werden kann.
Ein Accelerometer kann von Vorteil sein, da es Information darüber bereitstellen kann, ob sich der zu findende Gegenstand bewegt oder in Ruhe befindet. Ein Accelerometer kann durch einen Piezosensor realisiert sein.
Weitere Sensoren sind dann sinnvoll, wenn Informationen über die Umgebung, in der sich der zu findende Gegenstand befindet, Aussagen darüber erlauben, ob der Gegenstand durch seine Lagerung an einem bestimmten Ort gefährdet ist, zum Beispiel durch Überhitzung. Durch Wahl geeigneter Sensoren wird es außerdem möglich, eine Aussage über die Art der
Umgebung, in der sich der zu suchende Gegenstand befindet, zu machen. Ebenso ist es möglich, durch die Analyse des Funksignals, z.B. durch Absorption gewisser Frequenzen,
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Rückschlüsse auf das Material zwischen der Ortungshilfe 1 und der Sucheinheit zu ziehen.
Des Weiteren ist es denkbar und möglich, dass die Funktionalitäten von Halbleiterchip 2 und Halbleiterchip 3 in einem einzigen Halbleiterchip integriert sind. Die hier dargestellte, aus zwei Halbleiterchips bestehende Ausführungsform hat den Vorteil, dass für den Halbleiterchip 3 ein kommerziell erhältlicher Funkchip und ein bekannten Funkstandard, wie zum Beispiel GSM-Standard oder Bluetooth- Standard, verwendet werden kann. Diese Funkchips werden heute als zuverlässige Standardhalbleiterbauteile in großen Stückzahlen und mit niedrigen Herstellungskosten produziert.
Die in Figur 1 dargestellte, helixförmige, dreidimensionale Antenne 5 dient dem Aussenden und Empfangen von Funksignalen zur Ortung der Ortungshilfe 1. Die dargestellte Antenne 5 stellt eine Form einer omnidirektionalen Antenne dar, also einer Antenne, welche Signale möglichst gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlt und alle Signale in erster Näherung unabhängig von der Richtung ihrer aussendenden Quelle empfangen kann.
Eine omnidirektionale Antenne wird benötigt, um das Auftreten eines sogenannten „toten "Winkels" zu vermeiden, also eines Winkels zwischen Ortungshilfe 1 und Sucheinheit, innerhalb dessen der zu findende Gegenstand nicht geortet werden kann.
„Gleichmäßig in alle Richtungen" ist eine Näherung, keine real existierende Antenne sendet Funksignale in alle Richtungen gleichmäßig aus. Es wird jedoch zumindest etwas Energie in jede Richtung abgestrahlt. Vergleichbares gilt
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP für den Empfang der Funksignale.
Um eine möglichst ideale, omnidirektionale Antenne zu erhalten, werden, wie dem Fachmann bekannt ist, in der Praxis häufig mehrere Antennen zu einem quasi-idealen, omnidirektionalen Antennenverbund zusammengesetzt. Es sind jedoch auch Antennen bekannt, die ein omnidirektionales Verhalten aufgrund ihrer Geometrie, wie zum Beispiel helixförmige Antennen, besitzen. Beide Antennenarten - zusammengesetzt und einfach - sind zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet. Eine ausführliche Diskussion verschiedener Antennenformen, sowie ihrer Funktionsweisen kann zum Beispiel dem Buch „Antennas For All Applications" von John D. Krauss und Ronald J. Marhefka, erschienen 2002 im McGraw-Hill Verlag, New York entnommen werden .
Im Betrieb leitet die Antenne 5 Funksignale in Form von elektrischen Pulsen an den Halbleiterchip 3 weiter und/oder sendet durch den Halbleiterchip 3, über die -elektrisch leitende Kontaktanschlussfläche 7, modulierte elektrische Pulse als Funksignale aus zum Zwecke des Sendens und Empfangens von Daten. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Ausdehnung der Antenne größer ist als ca. die Hälfte der Wellenlänge des verwendeten Funksignals, da dann die Umwandlung von elektrischen Pulsen in Funksignale und umgekehrt mit kleinstmöglichem Energieverlust geschieht.
Figur 2 zeigt die Ortungshilfe 1 gemäß der Ausführungsform aus Figur 1 in Seitenansicht mit der einhüllenden Kunststoffmasse 8.
Aufgabe der Kunststoffmasse 8 ist es, der Ortungshilfe 1
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP mechanische Stabilität zu verleihen und als schützendes Gehäuse für die in ihr enthaltenen Bauteile zu dienen. Die Form der Kunststoffmasse 8 kann, außer durch die Größe der Batterie 4, die Größe der beiden Halbleiterchips 2 und 3 und der Antenne 5, auch durch die Art des zu findenden Gegenstands, sowie die Art der Befestigung an diesem Gegenstand bestimmt sein.
Dabei ist es die Antenne 5, welche die meisten Möglichkeiten bietet, ihre Form und damit die Form der resultierenden
Ortungshilfe 1 an die gewünschte Anwendung anzupassen. Die in Figur 1 bzw. Figur 2 gezeigte helixförmige, dreidimensionale Antennengeometrie erlaubt die Herstellung einer sehr kompakten Ortungshilfe 1, welche neben einer Länge und Breite auch eine bestimmte Höhe entsprechend der Ausdehnung der Antenne 5 besitzt.
Es ist aber auch denkbar und möglich, statt der helixförmigen, dreidimensionalen Antennengeometrie eine - ebenfalls omnidirektionale — Antenne zu verwenden, welche lange Drähte aufweist, die in den zu findenden Gegenstand eingearbeitet werden. Eine derartige Antennengeometrie erlaubt zum Beispiel die Herstellung einer sehr flachen, „blattförmigen" Ortungshilfe 1.
Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist von Vorteil, wenn die Ortungshilfe 1 in den später zu findenden Gegenstand zum Beispiel als Zwischenschicht einarbeitet werden soll.
Ebenso denkbar ist die Ausführung mittels mehrerer Antennen, welche als Summe omnidirektional sind, aber einzeln wie Richtantennen arbeiten. Diese können bei geeigneter
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Schaltung sehr energiereiche und damit über weite Strecken meßbare Signale aussenden. Der Grund ist, daß die Ortungshilfe nur in den Raumwinkel Signale aussendet, in dem der Teil des Antennensatzes beim Empfang der Suchanfrage die höchste Intensität ermittelt hat. Derartige Schaltungen sind jedoch aufwendig und kostenintensiv.
Weitere omnidirektionale Antennengeometrien sind dem Fachmann bekannt und ebenfalls denkbar und möglich.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ortungshilfe 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Batterie 4 ist auf der Trägerplatte 6 befestigt. Auf der Batterie 4 ist der Halbleiterchip 3 und auf diesem der Halbleiterchip 2 aufgebracht. Halbleiterchip 3 ist wie bei der ersten Ausführungsform elektrisch leitend mit der Batterie 4 verbunden, Halbleiterchip 2 ist elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip 3 und der Batterie 4 verbunden (nicht dargestellt) . Die Wicklungen der helixförmigen, dreidimensionalen Antenne 5 sind gemäß dieser
Ausführungsform um die Batterie 4 und um die beiden Halbleiterchips 2 und 3 herum angeordnet. Die Antenne 5 ist wiederum über die Kontaktanschlussfläche 7 mit dem Halbleiterchip 3 verbunden und befindet sich nahe der Oberfläche der Kunststoffmasse 8.
Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform stellte eine besonders kompakte, knopfartige Form der erfindungsgemäßen Ortungshilfe 1 dar. Wie bei allen anderen Ausführungsformen der Ortungshilfe 1 ist es auch hier denkbar und möglich, zusätzliche Elemente zur Befestigung der Ortungshilfe 1 am später zu lokalisierenden Gegenstand zum Beispiel an der Trägerplatte 6 und/oder in der Kunststoffmasse 8
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP anzubringen.
Eine knopfartige Form ist dann zu bevorzugen, wenn davon auszugehen ist, dass die Ortungshilfe 1 starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sein wird.
Figur 4 und Figur 5 zeigen eine alternative Antennengeometrie gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur zeigt eine Antenne 40 mit Teilelementen 401, 402, 411 412, 421, 422, 431 und 432. Die Elemente 401 und 402 sind entlang einer Linie A, 411 und 412 entlang einer Linie C, 421 und 422 entlang einer Linie B, sowie 431 und 432 entlang einer Linie D angeordnet. Die Linien A und B, die senkrecht aufeinander stehen, spannen, wie in Figur 5 gezeigt, eine erste Ebene AB auf, welche senkrecht auf einer zweiten Ebene CD steht, die von den Linien C und D aufgespannt wird. D_-e Figur 5 verdeutlicht die räumliche Anordnung der Antennen der Figur 4.
Eine derartige Antennengeometrie wird verwendet, wenn die Richtung des zu findenden Gegenstandes durch Ausnutzung der Polarisation des von der Ortungshilfe 1 gesendeten Funksignals bestimmt werden soll.
Die Antennen 401 bis 432 müssen nicht zylindrisch sein, wichtig ist, dass die Empfangsempfindlichkeit nur in eine Ebene oder einer Richtung hoch ist, in allen dazu senkrechten Richtungen niedrig. Dem Fachmann ist bekannt, dass diese Forderung von mehreren Antennenformen erfüll wird.
Die in Figur 4 und Figur 5 gezeigte Antennengeometrie erlaubt ein Bestimmen der Richtung des zu findenden
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Gegenstands, wenn die Sucheinheit während des Suchvorgangs bewegt wird. Wird eine dritte, auf den beiden gezeigten Ebenen senkrecht stehende Antennenebene (hier nicht dargestellt) eingeführt, ist es nicht mehr nötig, die Sucheinheit zu bewegen, da alle Raumrichtungen mit dieser Antennengeometrie gleichzeitig erfasst werden.
Von der Ortungshilfe 1 breiten sich die Funksignale radial in alle Richtungen aus. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes bzw. die
Polarisation senkrecht zur Ausbreitungsrichtung verläuft. Von der Sucheinheit zur Ortungshilfe 1 existiert damit genau eine ausgezeichnete Richtung, welche die direkte bzw. geradlinige Verbindung zwischen Ortungshilfe 1 und Sucheinheit ist, die durch Ausnutzung der Polarisation des Funksignals bestimmt werden kann. Durch Ermitteln der Amplituden der in den Antennen gemäß den Figuren 4 und 5 vom Funksignal induzierten Wechselströme, wird die Richtung zur Ortungshilfe 1 am zu findenden Gegenstand bestimmt, in dem die Richtung berechnet wird, für die die Amplitude maximal wird. Diese Richtung steht senkrecht auf der Richtung der geradlinigen Verbindung zwischen Sucheinheit und Ortungshilfe 1. Hierbei wird eine nicht-linear, bzw. kreisförmig oder elliptisch, polarisierte Strahlung benötigt, welche von der Ortungshilfe erzeugt wird.
Das Verfahren ist besonders geeignet für Abstände des zu suchenden Gegenstandes von der. Sucheinheit, die groß gegen ca. 1 Wellenlänge der verwendeten Frequenz sind. Bei einer Suchfrequenz von zum Beispiel ca. 800 MHz sind dies ca. 37 cm.
Die Winkelauflösung der Sucheinheit ist konstant, der
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Raumwinkel des gesuchten Gegenstandes, von der Sucheinheit gesehen, nimmt jedoch quadratisch zu mit sinkendem Abstand der Sucheinheit vom zu findenden Gegenstand bzw. der Ortungshilfe 1. Dies bedeutet für eine Richtungsbestimmung, welche auf der Bestimmung der Polarisation des von der Ortungshilfe 1 ausgesandten Funksignals beruht, dass die Richtung des zu findenden Gegenstands immer genauer bestimmt wird, je näher man an den zu findenden Gegenstand gelangt, bis der Abstand zwischen Sucheinheit und Ortungshilfe 1 ca. 1 Wellenlänge beträgt. Ist der Abstand kleiner als ca. 1
Wellenlänge, nimmt die Genauigkeit nicht mehr in diesem Maße zu .
Figur 6 zeigt ein Schema einer möglichen Anordnung zu einer möglichen Auswertung des Peilsignals in der Sucheinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Drei omnidirektionale Antennen 11 sind über elektrische Leitungen mit einer Schaltung 12 verbunden, die die Amplituden des Signals als Gleichspannung an die Operationsverstärker 13 liefern. Die Spannungen von jeweils zwei Antennen werden an den Operationsverstärkern 13 voneinander abgezogen und verstärkt. Diese Werte werden an den Anschlüssen 14 bereit gestellt und zur weiteren Verarbeitung an Analog-Digital- Wandler weitergereicht, die diese Daten dann der Sucheinheit in digitaler Form zur Verfügung stellen.
Da die Amplitude des von der Ortungshilfe 1 empfangenen Funksignals vom Quadrat des Abstands der Antennen 11 von der Ortungshilfe 1 abhängen, kann man somit die relativen Abstände der Antennen in der Sucheinheit zur Ortungshilfe 1 ermitteln. Daraus läßt sich dann die Richtung des Signals ermitteln .
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Die Schaltung 12 zur Ermittlung der Amplitude des empfangenen Signals kann über folgendes Verfahren ermittelt werden:
Zuerst wird das Quadrat des Eingangssignals über ca. eine Periode hinweg gemittelt. Anstatt den Mittelwert des quadrierten Signals durch einen Integrator zu bilden, kann man dies über andere Varianten, wie etwa einen Tiefpass- Filter erreichen. Da sehr kleine Differenzen gemessen werden müssen, ist eine rauscharme, aus möglichst wenigen Komponenten bestehende Schaltung vorteilhaft.
Dieses Verfahren misst kleine Differenzen der empfangenen Feldstärke, in dem es aus dem Ursprungssignal ein Gleichspannungssignal durch Quadrieren, gefolgt von Mitteln, erzeugt. Das Ergebnis dieser Schritte ist proportional zum Quadrat der Eingangsamplitude und umgekehrt proportional zur Frequenz der empfangenen Strahlung, die aber bekannt ist. Bei diesem Verfahren ist die Winkelauflösung nicht konstant, sondern sie nimmt mit abnehmendem Abstand zur Ortungshilfe 1' stark zu, da der relative Abstand der Antennen in der Sucheinheit zur Ortungshilfe 1 stärker als linear abnimmt.
Dem Fachmann ist des Weiteren bekannt, dass ein entsprechendes Ortungsverfahren auch mit einer größeren
Anzahl Antennen in der Sucheinheit durchgeführt werden kann.
Dies hat den Vorteil, dass eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann und/oder einfache, bzw. nicht-omnidirektionale
Antennen verwendet werden können. Um jedoch ein aufwendiges Berücksichtigen der winkelabhängigen Empfangsempfindlichkeit der verwendeten Antennen bei der Auswerteelektronik der
Sucheinheit zu vermeiden, ist es von Vorteil, omnidirektionale Antennen zu verwenden.
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Den hier beschriebenen Ausführungsformen ist gemein, dass mindestens an drei verschiedenen, .nicht auf einer Geraden liegenden Orte eine Amplitude gemessen werden kann.
Eine Richtungsbestimmung gemäß dieses Verfahrens wird vorteilhaft mit drei omnidirektionalen Antennen durchgeführt. Dem Fachmann ist bekannt, dass dieses Verfahren auch mit nur zwei omnidirektionalen Antennen durchgeführt werden kann, insbesondere wenn der Benutzer die Position der zwei Antennen ändert, zum Beispiel durch Drehen der Sucheinheit während der Richtungsbestimmung. Die Richtung wird dann aus zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen, die mit unterschiedlichen Positionen der beiden omnidirektionalen Antennen durchgeführt werden, bestimmt. Auf diese Weise wird wieder an drei linear unabhängigen Positionen die Amplitude der einfallenden Funksignale gemessen .
Figur 7 zeigt eine Schaltung für eine weitere mögliche Anordnung zur Auswertung des Peilsignals gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Verfahren misst die Phasendifferenz eines Signals, das von zwei Antennen erfaßt wird.
Zuerst wird das Signal, welches von der Antenne über die elektrische Leitung 21 ankommt, durch den variablen Hochfrequenzverstärker 22 verstärkt. Es ist von Vorteil, die Verstärkung programmierbar auszulegen, so dass die Verstärkung an die Signalintensität angepaßt werden kann.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, einen Bandfilter entsprechend der erwartenden Frequenz zwischen die Antenne
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP und den variablen Hochfrequenzverstärker 22 zu setzen, damit Rauschen und unerwünschte Signale die Genauigkeit der Messung nicht beeinträchtigen können.
5 Nach der Verstärkung erfolgt eine Multiplikation des Signals von je zwei Antennen durch einen Multiplikatorbaustein 23. Es werden dabei folgende Multiplikationen ausgeführt: Signal A wird einmal mit Signal B multipliziert und Signal A wird einmal mittels eines Bausteins zur Phasenverschiebung 24
)0 90°-Phasenverschoben mit Signal B multipliziert. Das Resultat wird mit Hilfe eines Integrator 25 gemittelt und zur weiteren Verarbeitung an die Analog-Digital-Wandler 26 weitergeleitet. Nach diesem Schritt liegt eine Spannung am Anschluß 27 an, die proportional zum Sinus der
15 Phasendifferenz ist. Am Anschluß 28 liegt eine Spannung an, die proportional zum Kosinus der Phasendifferenz ist. Danach stehen die Werte in digitaler Form der Programmlogik in der Suchhilfe zur Verfügung. Aus den beiden digitalisierten Spannungen läßt sich die Phasendifferenz direkt berechnen.0 Die vollständige Rechnung ist in den Figuren 10 a bis 10 c gezeigt .
Diese Schaltung erlaubt eine sehr genaue Ortung des zu findenden Gegenstands mit sehr einfachen Mitteln, da ein5 einfacher Analog-Digital-Wandler-Baüstein verwendet werden kann: Das hochfrequente Signal wird in eine Gleichspannung verwandelt, aus welcher sich die Phasendifferenz direkt errechnen lässt. 0 Der Vorteil dieser Schaltung ist es, dass die Sucheinheit sehr kompakt, bzw. mit dicht nebeneinander angeordneten, omnidirektionalen Antennen ausgebildet sein kann.
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Ein Verfahren, dass sich zur Richtungsbestimmung einer Schaltung wie in Figur 7 gezeigt, bedient, ergibt eine konstante Winkelauflösung. Gemessen wird der Zeitunterschied im Empfang von Signalen von jeweils zwei omnidirektionalen Antennen mit einer hohen Genauigkeit. Diese Schaltung ermittelt die Phasendifferenz des momentanen Signals zwischen zwei Antennen, die durch die Laufzeitunterschiede aufgrund des leicht unterschiedlichen Abstands zur Ortungshilfe, also der Quelle der Funksignale zustande kommen. Die Phasendifferenz des Signals, welches an zwei unterschiedlichen Positionen gemessen wird, ist proportional zum Zeitunterschied des Signalempfangs. Damit kennt man, wenn man eine ebene Welle voraussetzt, bzw. die Wellengeometrie kennt, die Richtung zur Quelle. Dazu wird ein rechtwinkliges Dreieck gebildet, aus dem zwei Abstände und der rechte Winkel bekannt sind. Somit kann die Richtung der Ortungshilfe 1 bestimmt werden.
Da die zeitliche Auflösung nur vom Abstand der beiden Antennen in der Sucheinheit abhängt, ist die resultierende Winkelauflösung der Sucheinheit konstant. Die Winkelausdehnung des zu findenden Gegenstandes nimmt jedoch mit kleiner werdendem Abstand zu. Das bedeutet, dass bei gleichbleibender Auflösung mit abnehmendem Abstand ein scheinbar immer größerer Gegenstand gefunden wird. Die Genauigkeit der Peilung nimmt also mit kleiner werdendem Abstand der Sucheinheit zur Ortungshilfe mehr als linear zu.
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Im folgenden werden die Grundelemente einer Sucheinheit und einer Ortungshil fe entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgelistet :
Sucheinheit Ortungshilfe
+ Stromversorgung + Stromversorgung
+ Speicherbausteine + Speicherbausteine
+ Omnidirektionale Antenne + Omnidirektionale Antenne zum Senden und Empfangen zum Senden und Empfangen von Daten zur bzw. von von Daten zur bzw. von der Ortungshilfe der Sucheinheit + Funklogik auf einem + Funklogik auf einem Halbleiterbaustein Halbleiterbaustein
+ Anzeigeeinheit + Programmlogik auf einem Halbleiterbaustein + Prozessor zur Ausführung von Algorithmen und zur Ansteuerung der Anzeigeeinheit + Antennen zur Ortung der Signale der Ortungshilfe + elektrische Schaltung zur Signalauswertung (Richtungs- bzw. Abstandsbestimmung) + Software zur Verarbeitung der Signale und zur Ermittlung einer Richtung
Der für die Berechnung der Richtung massgebende Algorithmus der Methode- der Phasendifferenzmessung wird im Anschluss erläutert :
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Berechnung zur Ermittlung des LaufZeitunterschieds zur Richtungsbestimmung
Hierbei werden je zwei Signale mit gleicher Frequenz aber nicht notwendig gleicher Amplitude verglichen und deren Phasendifferenz ermittelt.
Sl(t) = Ai *s (2*π*f *t) S2(t) = A2 *Sm(2*π* f *t + ψ)
Sι(t) Signal der Ortungshilfe gemessen an der Antenne 1 der Sucheinheit S2(t) Signal der Ortungshilfe gemessen an der Antenne 2 der Sucheinheit Ai Amplitude des Signals der Ortungshilfe gemessen von der Antenne 1 der Sucheinheit A2 Amplitude des Signals der Ortungshilfe gemessen von der Antenne 2 der Sucheinheit f Frequenz t Zeit φ Phasendifferenz zwischen Sι(t) und S2(t)
In der Schaltung der Figur 7 werden die beiden Signale auf 2 Arten miteinander analog verarbeitet, zum einen wird Signal Sι(t) mit Signal S2 (t) direkt multipliziert mittels des Multiplikatorbausteins 23 und dann über eine Periode integriert, zum anderen wird das um 90 Grad phasenverschobene Signal Sι(t) mit dem Signal S2{t) multipliziert mittels des Multiplikatorbausteins 23 und dann über eine Periode integriert. Dies führt zu folgenden Ausdrücken :
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Slp{t) = Al*∞s(2*π*t*f)
Dies ist das um 90 Grad phasenverschobene Signal Sι(t)
Mt(t) = Sl(t)*S2(t) = Al*A2*sm(2*π*f*t)*sin(2*π*f*t + φ) M2(t) = Slμ(t)*S2(t) = Ai*A1*cos(2*π*f*t)*sin(2*π*f*t + φ)
Zunächst formt man beide Ausdrücke um: M(t) = Ax* A2*sin(2* π*f' *t)*cos(2*π* f *t)*cos(φ)~ -Λ, *A, *(sin(2*π* f*t))2 *sin($?) M2(t) = Al*Az*(sin(2*π*f*t))1*cos(φ) + +y4,*A2*sin(2*r*/* *cos(2*tf*/*0*sin(^)
Integriert man nun im Integratorbaustein 25 beide Signale über eine Periode, erhält man:
Figure imgf000029_0001
I2 = )M2t)dt = π*^^∞S(φ) i 2 2*π*f
Digitalisiert man nun beide niederfrequenten Signale II und 12 mit dem Analog-Digital-Konverter Baustein 26, kann man die Phase . ermitteln, in dem man 1,1 durch 12 teilt und dann nach φ auflöst:
p = -arctan
Figure imgf000029_0002
φ ist proportional zur verstrichenen Zeit, die das Signal der Ortungshilfe von Antenne 1 in der Sucheinheit zur Antenne 2 in der Sucheinheit zurückgelegt hat und damit proportional
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP zum zurückgelegten Weg. Aus der Kenntnis dieses Abstandes läßt sich der Winkel, aus dem sich das Signal auf die Antennen zubewegt hat, ermitteln.
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Auffinden von Gegenständen, welche eine Sucheinheit und eine am Gegenstand befestigte Ortungshilfe (1) aufweist, wobei Sucheinheit und Ortungshilfe (1) jeweils eine omnidirektionale Antenne, eine Stromversorgung, und elektronische Schaltungen mit Halbleiterbauteilen aufweisen und wobei die Sucheinheit zusätzlich eine Anzeigeeinheit, eine Eingabeeinheit und eine oder mehrere Antennen aufweist, die zur Richtungsbestimmung geeignet sind.
2. Vorrichtung zum Auffinden von Gegenständen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine omnidirektionale Antenne, Stromversorgung, elektronische Schaltungen mit Halbleiterbauteilen, Anzeigeeinheit und/oder Eingabeeinheit für die Sucheinheit von einem Funktelephon bereitgestellt werden .
3. Vorrichtung zum Auffinden von Gegenständen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ' eine omnidirektionale Antenne, Stromversorgung, elektronische Schaltungen mit Halbleiterbauteilen, Anzeigeeinheit und/oder Eingabeeinheit für die Sucheinheit von einem tragbaren Computer bereitgestellt werden.
4. Vorrichtung zum Auffinden von Gegenständen nach einem der vorigen Ansprüche,
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP dadurch gekennzeichnet, dass omnidirektionale Antenne, Stromversorgung, elektronische Schaltungen mit „albleiterbauteilen, Anzeigeeinheit und ^/„oΛderr- Ehiinnαyaαbweeinheit für die • m p^lmtop-Computer bereitgestellt Sucheinheit von einem Paimuop werden .
. , Tv ,f:n en von Gegenständen nach einem
5. Vorrichtung zum Auffinden der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form eines Knopfes aufweist, die Ortungshilfe (1) Qie
„ «•„ en von Gegenständen nach einem
6. Vorrichtung zum Auffinden von y der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungs ,hi.l,f_.e (1ι\) a=lιs«? Ct-hmipπk*arte ausgelegt ist.
• v Sπff1nden von Gegenständen nach einem
7. Vorrichtung zum Auffinden der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungs ,h_i■l,.f-e M(1i) aalisς AΛn.-h»äC-ng-Jer ausgelegt ist.
, « ^pn von Gegenständen nach einem
8. Vorrichtung zum Auffinden von y der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungsh.i ■l -,f ee m(1) bbilaatttcfiöυr-.migy ausgelegt ist.
9. Vorrichtung zum v
Figure imgf000032_0001
voonn G«egyenständen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungs ,h_i•l■.*fe (M1\) peiinneenn oder mehrere Sensoren aufweist .
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP
10. Vorrichtung zum Auffinden von Gegenständen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor zumindest einen Temperatursensor aufweist.
11. Vorrichtung zum Auffinden von Gegenständen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor zumindest ein Accelerometer aufweist .
12. Verfahren zum Auffinden eines Gegenstandes unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welches die folgenden Schritte aufweist: a) Zur Vorbereitung einer späteren Suche Befestigen einer Ortungshilfe (1) an dem später zu findenden Gegenstand; b) Zur Vorbereitung einer späteren Suche Abspeichern eines für den zu suchenden Gegenstand eindeutigen alphanumerischen Codes in der Sucheinheit; c) Zur Durchführung einer Suche Aussenden eines Funksignals, welches den eindeutigen Code des zu findenden Gegenstands aufweist, durch die Sucheinheit; d) Zur Durchführung einer Suche Empfangen des von der Sucheinheit ausgesandten Funksignals durch die Ortungshilfe (1) und, dadurch aktiviert, Aussenden eines Antwortsignals von der Ortungshilfe (1); e) Zur Durchführung einer Suche Empfangen des von der Ortungshilfe (1) ausgesandten Antwortsignals von der Sucheinheit und Bestimmen der Richtung, aus der das
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP Antwortsignal kommt durch die Sucheinheit; f) Annähern der Sucheinheit durch den Benutzer an die Ortungshilfe (1) durch Bewegung der Sucheinheit in die unter e) ermittelte Richtung, wobei die Schritte d, e und f wiederholt werden, bis der Gegenstand gefunden worden ist.
13. Verfahren zum Auffinden eines Gegenstandes nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung von einer Sucheinheit zu einer Ortungshilfe (1) durch Auswertung der Polarisation eines von der Ortungshilfe (1) gesendeten Funksignals bestimmt wird.
14. Verfahren zum Auffinden eines Gegenstandes nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung von einer Sucheinheit zu einer Ortungshilfe (1) durch Auswertung der Amplitude eines von der Ortungshilfe (1) gesendeten Funksignals bestimmt wird.
15. Verfahren zum Auffinden von Gegenständen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung von einer Sucheinheit zu einer Ortungshilfe (1) durch Auswertung der Phasendifferenz eines von der Ortungshilfe (1) gesendeten Funksignals bestimmt wird.
16. Verfahren zum Auffinden von Gegenständen nach einem der Ansprüche 12 - 15,
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von einer Sucheinheit zu einer Ortungshilfe (1) durch Auswertung der Amplitude des von der Ortungshilfe (1) gesendeten Funksignals beim Annähern der Sucheinheit an die Ortungshilfe (1) bestimmt wird.
RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102102470A (zh) * 2009-12-18 2011-06-22 株式会社东海理化电机制作所 通信终端位置判断装置
RU2517365C2 (ru) * 2012-07-04 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Способ обнаружения и пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте
RU2556699C1 (ru) * 2014-04-02 2015-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714932A (en) * 1996-02-27 1998-02-03 Radtronics, Inc. Radio frequency security system with direction and distance locator
US5900818A (en) * 1998-04-01 1999-05-04 Televilt International Ac Animal tracking system
US6127928A (en) * 1998-02-10 2000-10-03 E-Tag Systems, Inc. Method and apparatus for locating and tracking documents and other objects
US6127917A (en) * 1997-02-27 2000-10-03 Micron Technology, Inc. System and method for locating individuals and equipment, airline reservation system, communication system
WO2002073562A1 (en) * 2001-03-12 2002-09-19 Eureka Technologies Partners, Llc Article locator system
WO2002077943A1 (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Cm Hammar Utveckling Ab A closed user group alarm management system with a global distress search and rescue fallback facility

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4849945A (en) * 1986-12-08 1989-07-18 Tomex Corporation Seismic processing and imaging with a drill-bit source
US5815820A (en) * 1991-07-12 1998-09-29 Motorola, Inc. Transmitter having adjustable power levels responsive to the position of a movable antenna
US6542083B1 (en) * 1999-11-23 2003-04-01 Xerox Corporation Electronic tag position detection using radio broadcast
US6970097B2 (en) * 2001-05-10 2005-11-29 Ge Medical Systems Information Technologies, Inc. Location system using retransmission of identifying information
JP3816807B2 (ja) * 2002-01-21 2006-08-30 株式会社トプコン 位置測定装置及びそれに使用する回転レーザ装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714932A (en) * 1996-02-27 1998-02-03 Radtronics, Inc. Radio frequency security system with direction and distance locator
US6127917A (en) * 1997-02-27 2000-10-03 Micron Technology, Inc. System and method for locating individuals and equipment, airline reservation system, communication system
US6127928A (en) * 1998-02-10 2000-10-03 E-Tag Systems, Inc. Method and apparatus for locating and tracking documents and other objects
US5900818A (en) * 1998-04-01 1999-05-04 Televilt International Ac Animal tracking system
WO2002073562A1 (en) * 2001-03-12 2002-09-19 Eureka Technologies Partners, Llc Article locator system
WO2002077943A1 (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Cm Hammar Utveckling Ab A closed user group alarm management system with a global distress search and rescue fallback facility

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102102470A (zh) * 2009-12-18 2011-06-22 株式会社东海理化电机制作所 通信终端位置判断装置
RU2517365C2 (ru) * 2012-07-04 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Способ обнаружения и пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте
RU2556699C1 (ru) * 2014-04-02 2015-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте

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