WO2018177930A1 - Method and system for locating a mobile device, and mobile device - Google Patents

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WO2018177930A1
WO2018177930A1 PCT/EP2018/057449 EP2018057449W WO2018177930A1 WO 2018177930 A1 WO2018177930 A1 WO 2018177930A1 EP 2018057449 W EP2018057449 W EP 2018057449W WO 2018177930 A1 WO2018177930 A1 WO 2018177930A1
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WO
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mobile device
spectrum
determined
map information
information
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/057449
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Buck
Simon Schneider
Stefan Leidich
Matthias Kuehnel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/72Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S1/725Marker, boundary, call-sign or like beacons transmitting signals not carrying directional information
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/14Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to a method for locating a mobile device, in particular a smartphone, a mobile device and a system for
  • the invention provides a method for locating a mobile device with the features of claim 1, a mobile device with the features of
  • Patent claim 9 and a system for localization of mobile devices with the features of claim 10 ready.
  • the invention accordingly relates to a method for
  • Ultrasonic signals are emitted by means of a plurality of spatially distributed transmitting devices and the
  • Ultrasound signals are received by the mobile device.
  • a spectrum of the received ultrasound or the received ultrasound signals is determined and the mobile device is located by comparing the determined spectrum with predetermined map information.
  • the map information includes an assignment of spectrum information to location information.
  • the invention accordingly relates to a mobile device with a receiver device and a computing device.
  • the receiver device is designed to receive ultrasound signals which are transmitted by a multiplicity of spatially distributed transmission devices.
  • Computing device is adapted to a spectrum of the received
  • Map information an assignment of spectrum information to
  • the invention according to a third aspect relates to a system for
  • transmitting devices which are adapted to emit ultrasonic signals
  • at least one mobile device which is adapted to be located on the basis of the emitted ultrasonic signals.
  • the invention provides a means of locating a mobile device from an acoustic card.
  • the spectrum depends heavily on the exact position of the mobile device, so that an accurate localization of the mobile device is possible based on an evaluation of the spectrum.
  • loudspeakers In many buildings currently already installed loudspeakers are present, which provide an acoustic pilot tone in the
  • the localization according to the invention can therefore be implemented simply and without major additional costs since only an implementation of the comparison of the spectrum and the preparation of the map information are required.
  • the ultrasonic signals of the transmitting devices make themselves through respective peaks in the corresponding Spectrum frequencies noticeable.
  • the amplitude of the peaks depends strongly on the distance of the mobile device from the respective transmitting device, so that the exact shape of the spectrum makes it possible to determine the location coordinates of the mobile device.
  • Transmitter can be known.
  • a speed of the mobile device is further determined on the basis of a Doppler analysis of the determined spectrum. Due to a Doppler shift of the signals, the spectrum depends on the speed of the mobile device. Depending on the movement of the mobile device relative to the respective transmitting devices, the respective peak shifts in the spectrum of the received ultrasonic signals.
  • the respective speed can be determined relative to the transmitting devices, and based on the knowledge of the position of the transmitting devices, the speed of the mobile device can be determined in addition to the location coordinates of the mobile device.
  • the card information is determined by the ultrasonic signals are received by means of a reference microphone with a known position and known speed and using the ultrasonic signals received from the reference microphone, a reference spectrum is determined.
  • the reference spectrum is determined by the known position and velocity of the
  • Reference microphones can be determined as accurately as possible in a known manner, for example by means of laser distance measurements.
  • the reference microphones can be determined as accurately as possible in a known manner, for example by means of laser distance measurements.
  • Reference microphone moves along a plurality of trajectories and / or at different speeds and determined at a plurality of location points a respective reference spectrum.
  • a plurality of location points in a mapped area, for example in a building, are thus assigned reference spectra.
  • the location points can be assigned reference spectra which correspond to different speeds.
  • the map information thus generated is provided to the mobile devices.
  • the speed here preferably denotes both a velocity vector and an amount of the velocity.
  • the map information may be stored locally on the respective mobile device, but the mobile device may also be able to access the map information via a wireless network connection. By comparing the spectrum detected by the mobile device with the spectrum information of the map information, the exact position of the mobile device can be determined. In particular, the mobile device may be located at a particular location location, if the associated one
  • Reference spectrum has the largest matches with the determined by the mobile device spectrum.
  • the emitted ultrasonic signals have essentially the same frequency.
  • the ultrasonic signals may have a frequency of 20 kHz. If the mobile device is at rest, the spectrum of the received ultrasound signals will essentially have an isolated peak at this frequency. Based on an amplitude of the peak, the position of the mobile device can be determined. Upon movement of the mobile device, the peak will split into several smaller peaks corresponding to the respective transmitting devices. The shift of the peaks in the spectrum relative to the frequency of the emitted ultrasonic signals depends on the respective relative speed of the mobile device to the corresponding transmitting device.
  • frequencies and / or amplitudes of the emitted ultrasonic signals differ for different
  • the frequencies may differ.
  • a rough localization of the mobile device is already possible based on the region of the spectrum in which there is a peak.
  • the accuracy of the localization of the mobile device can be increased because, for example, only map information of the corresponding building part must be taken into account in order to locate the mobile device.
  • the frequencies can either be shifted relative to one another statically or varied by means of frequency modulation or chirp.
  • the spectrum is analyzed before the comparison with the map information to the ultrasonic signals
  • different transmitter devices can identify and separate.
  • the spectrum is analyzed by means of a Fourier transformation or a wavelet transformation in order to determine the individual signals of the respective transmitting devices.
  • frequency differences of individual peaks can be filtered out by means of a Doppler analysis in order to determine the relative speed of the mobile device to the transmitting devices.
  • noise filtering of the spectrum detected by the mobile device may be performed to improve the comparison with the predetermined map information.
  • the comparison of the determined spectrum with the map information comprises the evaluation of frequencies and / or amplitudes of peaks of the spectrum. For example, based on the amplitudes of the respective distance of the mobile device to the corresponding
  • Transmitter devices are determined and based on the frequencies, a
  • Relative speed of the mobile device to the transmitting devices are determined.
  • the comparison of the determined spectrum with the map information takes place by means of a neural network.
  • the parameters of the neural network can be used in the initialization phase, i. H. during the
  • the location history can be used to identify the position in which the mobile device was located in previous periods of time.
  • the localization of the mobile device may be performed such that a location position of the mobile device is determined only at a predetermined distance from the last detected position and / or from a plurality of positions of the localization history.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a mobile device according to a
  • Figure 2 is a schematic scenario for explaining a location of a mobile device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a spectrum determined by a mobile device
  • Figure 4 is a block diagram of a system for locating mobile
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method for localizing a mobile
  • FIG. 1 illustrates a block diagram of a mobile device 1 according to an embodiment of the invention.
  • the mobile device 1 comprises a receiver device 11, which is designed to receive the ultrasound signals.
  • the mobile device 1 may be a smartphone, a laptop or a separate sensor device.
  • FIG. 2 shows a plan view of an exemplary scenario.
  • a floor of a building 4 are a plurality of rooms 41 to 46, wherein a plurality of spatially distributed transmitting devices 21 to 27 is arranged in the spaces 41 to 46.
  • the transmitting devices 21 to 27 may be respective speakers which are adapted to output ultrasonic signals.
  • all transmitting devices 21 to 27 output an ultrasonic signal of a same frequency.
  • the frequencies of the ultrasonic signals may also differ.
  • the mobile device 1 now moves through the building 4 at a speed v.
  • the received ultrasound results from a superimposition of the ultrasound signals of the transmission devices 21 to 27.
  • the mobile device 1 further comprises a computing device 12, which determines a spectrum of the received ultrasound signals and locates the mobile device 1 by comparing the determined spectrum with predetermined map information.
  • Map information may be stored on a memory of the mobile device 1.
  • the mobile device 1 may also have a radio interface, wherein the
  • Map information stored on a server and the mobile device 1 are provided via the radio interface.
  • the map information includes an assignment of spectrum information to position information.
  • the location information may include an indication of a floor of a building as well as the exact coordinates within the building
  • the position information may also include two-dimensional or three-dimensional coordinates.
  • the position information is associated with respective spectrum information, in particular each location point can be assigned at least one reference spectrum.
  • the reference spectrum may have previously been created by means of a reference microphone and stored in the map information. The exact coordinates of the reference microphone are known and can be determined for example by means of laser measurements.
  • FIG. 3 illustrates an exemplary spectrum.
  • the mobile device 1 moves at a speed v relative to three transmitting devices 21, 22, 23.
  • Relative speed Vi, rei of the mobile device 1 to a respective transmitting device i is given by the following formula:
  • Vi, re l v ⁇ r, where r is the distance vector normalized to 1 from the mobile device 1 to the
  • Transmitter i denotes and v denotes the velocity vector of the mobile device 1.
  • the positions of the transmitting devices 2 can be known here and, for example, also stored in the map information.
  • the relative velocity Vi, re i leads to a shift in the frequency of the emitted ultrasound signal.
  • all transmitting devices 2 emit a respective ultrasonic signal with a constant frequency of 20 kHz. Due to the Doppler shift, the receiver device 11 receives a superimposed one
  • a first peak PI corresponds to the ultrasound signal emitted by a first transmitting device 21 and is red-shifted, d. H. shifted to a lower frequency of 19.5 kHz, as the mobile device 1 moves away from the first transmitting device 21.
  • the spectrum has a third peak P3, which corresponds to a third transmission device 23 and is blue-shifted, d. H. shifted to a larger frequency of 20.5 kHz, as the mobile device 1 moves toward the third transmitting device 23.
  • the computing device 12 is designed to analyze the received ultrasonic signals by means of a wavelet transformation or a Fourier transformation and to extract the features generated by the Doppler effect.
  • the extracted features, d. H. the frequencies of the peaks and / or the amplitudes of the peaks are compared with the
  • Map information for example via multivariant data analysis.
  • a neural network can also be used.
  • the computing device 11 locates the mobile device 1.
  • the coordinates of the mobile device 1 are hereby determined as those coordinates whose reference spectrum has the most matches with the spectrum determined by the mobile device 1.
  • FIG. 4 illustrates a block diagram of a system 3 for locating mobile devices 1.
  • the system 3 has a plurality of spatially distributed transmission devices 21 to 2n, which are designed to emit ultrasonic signals.
  • the system 3 further comprises at least one mobile device 1, which is designed to locate itself on the basis of the emitted ultrasound signals.
  • Each mobile device 1 has, as described above, a receiver device 11 for receiving the
  • Ultrasound signals and a computing device 12 for locating the mobile device 1 on.
  • FIG. 5 illustrates a flow chart for explaining a method for localization of a mobile device 1.
  • a first method step S 1 ultrasound signals are emitted by means of a multiplicity of spatially distributed transmission devices 2.
  • the respective positions of the transmitting devices 2 are known in this case.
  • a method step S2 by means of a reference microphone with known
  • Position and speed receive the ultrasonic signals.
  • a reference spectrum is determined on the basis of the ultrasonic signals received by the reference microphone.
  • the reference spectrum is assigned the known position and the known speed of the reference microphone.
  • the reference microphone is moved along a trajectory and the method steps S2 to S4 are repeated so that respective points on the trajectory are assigned the corresponding reference spectra.
  • the reference spectrum it is also possible to assign certain features of the reference spectrum, in particular an amplitude and / or a frequency of peaks of the reference spectrum, to the known position and the known velocity.
  • the trajectories are traversed at different speeds, with the respective
  • mobile devices 1 can be located in the following steps.
  • a fifth method step S5 the ultrasound signals are received by the mobile device 1 for this purpose.
  • a spectrum of the ultrasound signals received by the mobile device 1 is determined, wherein wavelet transforms or Fourier transformations can be performed to determine the spectrum.
  • a method step S7 the mobile device 1 is localized by comparison of the determined spectrum with the map information generated in steps S2 to S4.
  • the comparison can be done using a neural network.
  • the comparison comprises the evaluation of frequencies and / or amplitudes of peaks of the determined spectrum with frequencies and / or amplitudes of the respective ones
  • the comparison can be carried out by means of multivariable data analysis.
  • the mobile device 1 is located where the corresponding one
  • Reference spectrum best matches the determined by the mobile device 1 spectrum.
  • a location history of the mobile device 1 can be taken into account, i. h., the determined spectra of the last N
  • Time intervals where N is between 5 and 100, for example. Since the mobile device 1 covers a continuous trajectory, the search space for the algorithm for comparing the determined spectrum with the predetermined map information can be limited. Larger local jumps are excluded and the spectrum determined by the mobile device 1 is merely compared with map information which corresponds to location coordinates in the vicinity of the hitherto determined trajectory of the mobile device 1.
  • the size of the examined area may vary and depend on the particular application. For localization in buildings, the examined area may include, for example, all location points which lie at a predetermined distance of, for example, 10 m or 5 m around the respective determined location points of the last N time intervals.
  • Localization methods are used, for example via a wireless network, via inertial sensors or beacons. This can already be a rough localization of the mobile device 1 can be performed and the examined area can be at locations a predetermined distance from that by means of the additional
  • Localization methods are limited to certain location point.
  • the localization can either be performed by the mobile device 1 itself or performed on a server connected to the mobile device 1 via a wireless interface.

Abstract

The invention relates to a method for locating a mobile device (1), said method comprising the following steps: transmitting ultrasound signals by means of a plurality of transmitting devices (21 to 23) arranged in a spatially distributed manner; determining a spectrum of the received ultrasound signals; and locating the mobile device (1) by comparing the determined spectrum with predefined map information, wherein the map information comprises an attribution of spectrum information to position information.

Description

Beschreibung  description
Titel Verfahren und System zur Lokalisierung eines mobilen Geräts und mobiles Gerät Title Method and system for locating a mobile device and mobile device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines mobilen Gerätes, insbesondere eines Smartphones, ein mobiles Gerät und ein System zur The present invention relates to a method for locating a mobile device, in particular a smartphone, a mobile device and a system for
Lokalisierung von mobilen Geräten. Localization of mobile devices.
Stand der Technik State of the art
Während die Navigation im Freien mittels GPS mittlerweile fest etabliert ist und mit einer hohen Genauigkeit durchführbar ist, stellt die Navigation innerhalb von Gebäuden immer noch eine große technische Herausforderung dar. Insbesondere in mehrstöckigenWhile outdoor navigation using GPS is now well established and can be performed with high accuracy, navigation within buildings still poses a major technical challenge, especially in multilevel
Gebäuden ist die Navigation mittels GPS kaum möglich. Die Signalstärke ist im Buildings, GPS navigation is hardly possible. The signal strength is in
Allgemeinen zu gering und Mehrfachreflexionen verursachen große Abweichungen. Generally too low and multiple reflections cause large deviations.
Aus der Druckschrift US 2009/0154294 AI ist ein Verfahren zur Lokalisierung bekannt, wobei Ultraschallsignale mit verschiedenen Frequenzen ausgesendet werden und anhand einer Berechnung von Abständen zu den jeweiligen Sendern die Position des Empfängers bestimmt wird. From the document US 2009/0154294 AI a method for localization is known, wherein ultrasonic signals are transmitted at different frequencies and based on a calculation of distances to the respective transmitters, the position of the receiver is determined.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Lokalisierung eines mobilen Geräts mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein mobiles Gerät mit den Merkmalen des The invention provides a method for locating a mobile device with the features of claim 1, a mobile device with the features of
Patentanspruchs 9 und ein System zur Lokalisierung von mobilen Geräten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit. Patent claim 9 and a system for localization of mobile devices with the features of claim 10 ready.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zur According to a first aspect, the invention accordingly relates to a method for
Lokalisierung eines mobilen Geräts. Ultraschallsignale werden mittels einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen ausgesendet und die Localization of a mobile device. Ultrasonic signals are emitted by means of a plurality of spatially distributed transmitting devices and the
Ultraschallsignale werden durch das mobile Gerät empfangen. Ein Spektrum des empfangenen Ultraschalls bzw. der empfangenen Ultraschallsignale wird ermittelt und das mobile Gerät wird durch Vergleich des ermittelten Spektrums mit vorgegebenen Karteninformationen lokalisiert. Die Karteninformationen umfassen eine Zuordnung von Spektrumsinformationen zu Positions- bzw. Ortsinformationen. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein mobiles Gerät, mit einer Empfängereinrichtung und einer Recheneinrichtung. Die Empfängereinrichtung ist dazu ausgebildet, Ultraschallsignale zu empfangen, welche von einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen ausgesendet werden. Die Ultrasound signals are received by the mobile device. A spectrum of the received ultrasound or the received ultrasound signals is determined and the mobile device is located by comparing the determined spectrum with predetermined map information. The map information includes an assignment of spectrum information to location information. According to a second aspect, the invention accordingly relates to a mobile device with a receiver device and a computing device. The receiver device is designed to receive ultrasound signals which are transmitted by a multiplicity of spatially distributed transmission devices. The
Recheneinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Spektrum der empfangenen Computing device is adapted to a spectrum of the received
Ultraschallsignale zu ermitteln und das mobile Gerät durch Vergleich des ermitteltenTo determine ultrasound signals and the mobile device by comparing the determined
Spektrums mit vorgegebenen Karteninformationen zu lokalisieren, wobei die To localize spectrum with given map information, with the
Karteninformationen eine Zuordnung von Spektrumsinformationen zu Map information an assignment of spectrum information to
Positionsinformationen umfassen. Schließlich betrifft die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt ein System zur Include location information. Finally, the invention according to a third aspect relates to a system for
Lokalisierung von mobilen Geräten, mit einer Vielzahl von räumlich verteilt  Localization of mobile devices, with a variety of spatially distributed
angeordneten Sendeeinrichtungen, welche dazu ausgebildet sind, Ultraschallsignale auszusenden, und mit mindestens einem mobilen Gerät, welches dazu ausgebildet ist, sich anhand der ausgesendeten Ultraschallsignale zu lokalisieren. arranged transmitting devices, which are adapted to emit ultrasonic signals, and at least one mobile device, which is adapted to be located on the basis of the emitted ultrasonic signals.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Vorteile der Erfindung Die Erfindung stellt eine Möglichkeit zur Lokalisierung eines mobilen Geräts anhand einer akustischen Karte bereit. Das Spektrum hängt stark von der genauen Position des mobilen Geräts ab, so dass anhand einer Auswertung des Spektrums eine genaue Lokalisierung des mobilen Geräts möglich ist. In vielen Gebäuden sind derzeit bereits fest installierte Lautsprecher vorhanden, welche einen akustischen Pilotton im Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims. Advantages of the Invention The invention provides a means of locating a mobile device from an acoustic card. The spectrum depends heavily on the exact position of the mobile device, so that an accurate localization of the mobile device is possible based on an evaluation of the spectrum. In many buildings currently already installed loudspeakers are present, which provide an acoustic pilot tone in the
Ultraschallbereich aussenden. Beispiele hierfür sind Krankenhäuser, Send out ultrasonic range. Examples are hospitals,
Bildungseinrichtungen, Flughäfen, Industriegebäude, Einkaufszentren oder Sportstätten. Die erfindungsgemäße Lokalisierung lässt sich daher einfach und ohne große Mehrkosten realisieren, da lediglich eine Implementierung des Vergleichs des Spektrums sowie die Anfertigung der Karteninformationen benötigt werden. Die Ultraschallsignale der Sendeeinrichtungen machen sich durch jeweilige Peaks bei den entsprechenden Frequenzen im Spektrum bemerkbar. Die Amplitude der Peaks hängt stark von dem Abstand des mobilen Geräts von der jeweiligen Sendeeinrichtung ab, sodass die genaue Form des Spektrums die Bestimmung der Ortskoordinaten des mobilen Geräts ermöglicht. Der jeweilige Abstand des mobilen Geräts von der entsprechenden Educational institutions, airports, industrial buildings, shopping centers or sports facilities. The localization according to the invention can therefore be implemented simply and without major additional costs since only an implementation of the comparison of the spectrum and the preparation of the map information are required. The ultrasonic signals of the transmitting devices make themselves through respective peaks in the corresponding Spectrum frequencies noticeable. The amplitude of the peaks depends strongly on the distance of the mobile device from the respective transmitting device, so that the exact shape of the spectrum makes it possible to determine the location coordinates of the mobile device. The distance of the mobile device from the corresponding one
Sendeeinrichtung kann bekannt sein. Transmitter can be known.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird weiter anhand einer Doppleranalyse des ermittelten Spektrums eine Geschwindigkeit des mobilen Geräts ermittelt. Aufgrund einer Dopplerverschiebung der Signale hängt das Spektrum von der Geschwindigkeit des mobilen Geräts ab. In Abhängigkeit von der Bewegung des mobilen Geräts relativ zu den jeweiligen Sendeeinrichtungen verschiebt sich der jeweilige Peak im Spektrum der empfangenen Ultraschallsignale. Mittels Doppleranalyse kann die jeweilige Geschwindigkeit relativ zu den Sendeeinrichtungen bestimmt werden und anhand der Kenntnis der Position der Sendeeinrichtungen kann neben den Ortskoordinaten des mobilen Geräts auch die Geschwindigkeit des mobilen Geräts bestimmt werden. According to a preferred embodiment of the method, a speed of the mobile device is further determined on the basis of a Doppler analysis of the determined spectrum. Due to a Doppler shift of the signals, the spectrum depends on the speed of the mobile device. Depending on the movement of the mobile device relative to the respective transmitting devices, the respective peak shifts in the spectrum of the received ultrasonic signals. By means of Doppler analysis, the respective speed can be determined relative to the transmitting devices, and based on the knowledge of the position of the transmitting devices, the speed of the mobile device can be determined in addition to the location coordinates of the mobile device.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die Karteninformationen ermittelt, indem mittels eines Referenzmikrofons mit bekannter Position und bekannter Geschwindigkeit die Ultraschallsignale empfangen werden und anhand der von dem Referenzmikrofon empfangenen Ultraschallsignale ein Referenzspektrum ermittelt wird. Dem Referenzspektrum werden die bekannte Position und Geschwindigkeit des According to a preferred embodiment of the method, the card information is determined by the ultrasonic signals are received by means of a reference microphone with a known position and known speed and using the ultrasonic signals received from the reference microphone, a reference spectrum is determined. The reference spectrum is determined by the known position and velocity of the
Referenzmikrofons zugeordnet. Die Position und Geschwindigkeit des Assigned to reference microphones. The position and speed of the
Referenzmikrofons können auf bekannte Weise möglichst genau bestimmt werden, beispielsweise mittels Laserabstandsmessungen. Vorzugsweise wird das Reference microphones can be determined as accurately as possible in a known manner, for example by means of laser distance measurements. Preferably, the
Referenzmikrofon entlang einer Vielzahl von Trajektorien und/oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt und an einer Vielzahl von Ortspunkten ein jeweiliges Referenzspektrum ermittelt. Einer Vielzahl von Ortspunkten in einem kartographierten Gebiet, beispielsweise in einem Gebäude, werden somit Referenzspektren zugeordnet. Insbesondere können den Ortspunkten Referenzspektren zugeordnet werden, welche verschiedenen Geschwindigkeiten entsprechen. Nach dieser Initialisierungsphase werden die derart erzeugten Karteninformationen den mobilen Geräten bereitgestellt. Die Geschwindigkeit bezeichnet hierbei vorzugsweise sowohl einen Geschwindigkeitsvektor als auch einen Betrag der Geschwindigkeit. Die Karteninformationen können lokal auf dem jeweiligen mobilen Gerät gespeichert werden, das mobile Gerät kann jedoch auch über eine drahtlose Netzwerkverbindung auf die Karteninformationen zugreifen können. Durch Vergleich des von dem mobilen Gerät ermittelten Spektrums mit den Spektrumsinformationen der Karteninformationen kann die genaue Position des mobilen Geräts bestimmt werden. Insbesondere kann das mobile Gerät an einer bestimmten Ortsposition lokalisiert werden, falls das zugeordnete Reference microphone moves along a plurality of trajectories and / or at different speeds and determined at a plurality of location points a respective reference spectrum. A plurality of location points in a mapped area, for example in a building, are thus assigned reference spectra. In particular, the location points can be assigned reference spectra which correspond to different speeds. After this initialization phase, the map information thus generated is provided to the mobile devices. The speed here preferably denotes both a velocity vector and an amount of the velocity. The map information may be stored locally on the respective mobile device, but the mobile device may also be able to access the map information via a wireless network connection. By comparing the spectrum detected by the mobile device with the spectrum information of the map information, the exact position of the mobile device can be determined. In particular, the mobile device may be located at a particular location location, if the associated one
Referenzspektrum die größten Übereinstimmungen mit dem von dem mobilen Gerät ermittelten Spektrum aufweist. Reference spectrum has the largest matches with the determined by the mobile device spectrum.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens weisen die ausgesendeten Ultraschallsignale im Wesentlichen die gleiche Frequenz auf. Beispielsweise können die Ultraschallsignale eine Frequenz von 20 kHz aufweisen. Befindet sich das mobile Gerät in Ruhe, so wird das Spektrum der empfangenen Ultraschallsignale im Wesentlichen einen vereinzelten Peak bei dieser Frequenz aufweisen. Anhand einer Amplitude des Peaks kann die Position des mobilen Geräts bestimmt werden. Bei einer Bewegung des mobilen Geräts wird sich der Peak in mehrere kleinere Peaks aufteilen, welche den jeweiligen Sendeeinrichtungen entsprechen. Die Verschiebung der Peaks im Spektrum relativ zur Frequenz der ausgesendeten Ultraschallsignale hängt von der jeweiligen Relativgeschwindigkeit des mobilen Geräts zu der entsprechenden Sendeeinrichtung ab. According to a preferred development of the method, the emitted ultrasonic signals have essentially the same frequency. For example, the ultrasonic signals may have a frequency of 20 kHz. If the mobile device is at rest, the spectrum of the received ultrasound signals will essentially have an isolated peak at this frequency. Based on an amplitude of the peak, the position of the mobile device can be determined. Upon movement of the mobile device, the peak will split into several smaller peaks corresponding to the respective transmitting devices. The shift of the peaks in the spectrum relative to the frequency of the emitted ultrasonic signals depends on the respective relative speed of the mobile device to the corresponding transmitting device.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens unterscheiden sich Frequenzen und/oder Amplituden der ausgesendeten Ultraschallsignale für verschiedene According to a preferred embodiment of the method, frequencies and / or amplitudes of the emitted ultrasonic signals differ for different
Sendeeinrichtungen zumindest teilweise. Beispielsweise können in verschiedenen Gebäudeteilen oder in verschiedenen räumlichen Bereichen die Frequenzen sich unterscheiden. Dadurch ist bereits anhand des Bereichs des Spektrums, in welchem sich ein Peak befindet, eine grobe Lokalisierung des mobilen Geräts möglich. Die Genauigkeit der Lokalisierung des mobilen Geräts kann erhöht werden, da beispielsweise nur noch Karteninformationen des entsprechenden Gebäudeteils berücksichtigt werden müssen, um das mobile Gerät zu lokalisieren. Die Frequenzen können entweder statisch relativ zueinander verschoben werden oder mittels Frequenzmodulation oder Chirps variiert werden. Transmitting devices at least partially. For example, in different parts of the building or in different spatial areas, the frequencies may differ. As a result, a rough localization of the mobile device is already possible based on the region of the spectrum in which there is a peak. The accuracy of the localization of the mobile device can be increased because, for example, only map information of the corresponding building part must be taken into account in order to locate the mobile device. The frequencies can either be shifted relative to one another statically or varied by means of frequency modulation or chirp.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Spektrum vor dem Vergleich mit den Karteninformationen analysiert, um die Ultraschallsignale According to a preferred embodiment of the method, the spectrum is analyzed before the comparison with the map information to the ultrasonic signals
verschiedener Sendeeinrichtungen zu identifizieren und zu separieren. Insbesondere kann das Spektrum mittels einer Fourier-Transformation oder einer Wavelet-Transformation analysiert werden, um die Einzelsignale der jeweiligen Sendeeinrichtungen zu ermitteln. Weiter können mittels einer Doppleranalyse Frequenzunterschiede einzelner Peaks herausgefiltert werden, um die Relativgeschwindigkeit des mobilen Geräts zu den Sendeeinrichtungen zu ermitteln. different transmitter devices to identify and separate. In particular, can the spectrum is analyzed by means of a Fourier transformation or a wavelet transformation in order to determine the individual signals of the respective transmitting devices. Furthermore, frequency differences of individual peaks can be filtered out by means of a Doppler analysis in order to determine the relative speed of the mobile device to the transmitting devices.
Weiter kann eine Rauschfilterung des von dem mobilen Gerät ermittelten Spektrums durchgeführt werden, um den Vergleich mit den vorgegebenen Karteninformationen zu verbessern. Further, noise filtering of the spectrum detected by the mobile device may be performed to improve the comparison with the predetermined map information.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst der Vergleich des ermittelten Spektrums mit den Karteninformationen die Auswertung von Frequenzen und/oder Amplituden von Peaks des Spektrums. Beispielsweise kann anhand der Amplituden der jeweilige Abstand des mobilen Geräts zu den entsprechenden According to a preferred embodiment of the method, the comparison of the determined spectrum with the map information comprises the evaluation of frequencies and / or amplitudes of peaks of the spectrum. For example, based on the amplitudes of the respective distance of the mobile device to the corresponding
Sendeeinrichtungen bestimmt werden und anhand der Frequenzen kann eine Transmitter devices are determined and based on the frequencies, a
Relativgeschwindigkeit des mobilen Geräts zu den Sendeeinrichtungen bestimmt werden. Relative speed of the mobile device to the transmitting devices are determined.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt der Vergleich des ermittelten Spektrums mit den Karteninformationen mittels eines neuronalen Netzes. Die Parameter des neuronalen Netzes können in der Initialisierungsphase, d. h. während derAccording to a preferred development of the method, the comparison of the determined spectrum with the map information takes place by means of a neural network. The parameters of the neural network can be used in the initialization phase, i. H. during the
Erstellung der Karteninformationen trainiert werden. Creation of map information to be trained.
Vorzugsweise wird bei der Lokalisierung des mobilen Geräts auch eine Preferably, when localizing the mobile device, a
Lokalisierungshistorie bzw. akustische Historie des mobilen Geräts berücksichtigt. So kann anhand der Lokalisierungshistorie erkannt werden, an welcher Position sich das mobile Gerät in vorangehenden Zeitabschnitten befunden hat. Die Lokalisierung des mobilen Geräts kann derart durchgeführt werden, dass eine Ortsposition des mobilen Geräts lediglich in einem vorgegebenen Abstand von der zuletzt erkannten Position und/oder von einer Vielzahl von Positionen der Lokalisierungshistorie ermittelt wird. Takes into account the localization history or acoustic history of the mobile device. Thus, the location history can be used to identify the position in which the mobile device was located in previous periods of time. The localization of the mobile device may be performed such that a location position of the mobile device is determined only at a predetermined distance from the last detected position and / or from a plurality of positions of the localization history.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Es zeigen: Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild eines mobilen Geräts gemäß einerShow it: Figure 1 is a schematic block diagram of a mobile device according to a
Ausführungsform der Erfindung; Embodiment of the invention;
Figur 2 ein schematisches Szenario zu Erläuterung eine Lokalisierung eines mobilen Geräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Figure 2 is a schematic scenario for explaining a location of a mobile device according to an embodiment of the invention;
Figur 3 ein von einem mobilen Gerät ermitteltes Spektrum; FIG. 3 shows a spectrum determined by a mobile device;
Figur 4 ein Blockschaltbild eines Systems zur Lokalisierung von mobilen  Figure 4 is a block diagram of a system for locating mobile
Geräten; und  Devices; and
Figur 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Lokalisierung eines mobilen  FIG. 5 shows a flow diagram of a method for localizing a mobile
Geräts.  Device.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. Verschiedene Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern dies sinnvoll ist. In all figures, the same or functionally identical elements and devices are provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and generally should not imply a particular chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously. Various embodiments can be combined as desired, if appropriate.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In Figur 1 ist ein Blockdiagramm eines mobilen Geräts 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert. Das mobile Gerät 1 umfasst eine Empfängereinrichtung 11, welche dazu ausgebildet ist, die Ultraschallsignale zu empfangen. Das mobile Gerät 1 kann hierbei ein Smartphone, ein Laptop oder eine separate Sensorvorrichtung sein. FIG. 1 illustrates a block diagram of a mobile device 1 according to an embodiment of the invention. The mobile device 1 comprises a receiver device 11, which is designed to receive the ultrasound signals. The mobile device 1 may be a smartphone, a laptop or a separate sensor device.
In Figur 2 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Szenario gezeigt. In einem Stockwerk eines Gebäudes 4 befinden sich eine Vielzahl von Räumen 41 bis 46, wobei eine Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen 21 bis 27 in den Räumen 41 bis 46 angeordnet ist. Die Sendeeinrichtungen 21 bis 27 können jeweilige Lautsprecher sein, welche dazu ausgebildet sind, Ultraschallsignale auszugeben. Vorzugsweise geben alle Sendeeinrichtungen 21 bis 27 ein Ultraschallsignal einer gleichen Frequenz aus. Die Frequenzen der Ultraschallsignale können sich jedoch auch unterscheiden. Das mobile Gerät 1 bewegt sich nun mit einer Geschwindigkeit v durch das Gebäude 4. Der empfangene Ultraschall ergibt sich aus einer Überlagerung der Ultraschallsignale der Sendeeinrichtungen 21 bis 27. Das mobile Gerät 1 umfasst weiter eine Recheneinrichtung 12, welche ein Spektrum der empfangenen Ultraschallsignale ermittelt und das mobile Gerät 1 durch Vergleich des ermittelten Spektrums mit vorgegebenen Karteninformationen lokalisiert. Die FIG. 2 shows a plan view of an exemplary scenario. In a floor of a building 4 are a plurality of rooms 41 to 46, wherein a plurality of spatially distributed transmitting devices 21 to 27 is arranged in the spaces 41 to 46. The transmitting devices 21 to 27 may be respective speakers which are adapted to output ultrasonic signals. Preferably, all transmitting devices 21 to 27 output an ultrasonic signal of a same frequency. However, the frequencies of the ultrasonic signals may also differ. The mobile device 1 now moves through the building 4 at a speed v. The received ultrasound results from a superimposition of the ultrasound signals of the transmission devices 21 to 27. The mobile device 1 further comprises a computing device 12, which determines a spectrum of the received ultrasound signals and locates the mobile device 1 by comparing the determined spectrum with predetermined map information. The
Karteninformationen können auf einem Speicher des mobilen Geräts 1 gespeichert sein. Das mobile Gerät 1 kann auch über eine Funkschnittstelle verfügen, wobei die Map information may be stored on a memory of the mobile device 1. The mobile device 1 may also have a radio interface, wherein the
Karteninformationen auf einem Server gespeichert sind und dem mobilen Gerät 1 über die Funkschnittstelle zur Verfügung gestellt werden. Map information stored on a server and the mobile device 1 are provided via the radio interface.
Die Karteninformationen umfassen eine Zuordnung von Spektrumsinformationen zu Positionsinformationen. Beispielweise können die Positionsinformationen eine Angabe eines Stockwerks eines Gebäudes sowie die genauen Koordinaten innerhalb des The map information includes an assignment of spectrum information to position information. For example, the location information may include an indication of a floor of a building as well as the exact coordinates within the building
Stockwerks umfassen. Die Positionsinformationen können auch zweidimensionale oder dreidimensionale Koordinaten umfassen. Den Positionsinformationen sind jeweilige Spektrumsinformationen zugeordnet, insbesondere kann jedem Ortspunkt mindestens ein Referenzspektrum zugeordnet sein. Das Referenzspektrum kann zuvor mittels eines Referenzmikrofons erstellt worden sein und in den Karteninformationen gespeichert worden sein. Die genauen Koordinaten des Referenzmikrofons sind hierbei bekannt und können beispielsweise mittels Lasermessungen bestimmt werden. Floor. The position information may also include two-dimensional or three-dimensional coordinates. The position information is associated with respective spectrum information, in particular each location point can be assigned at least one reference spectrum. The reference spectrum may have previously been created by means of a reference microphone and stored in the map information. The exact coordinates of the reference microphone are known and can be determined for example by means of laser measurements.
In Figur 3 ist ein beispielhaftes Spektrum illustriert. Das mobile Gerät 1 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v relativ zu drei Sendeeinrichtungen 21, 22, 23. Die FIG. 3 illustrates an exemplary spectrum. The mobile device 1 moves at a speed v relative to three transmitting devices 21, 22, 23. The
Relativgeschwindigkeit Vi,rei des mobilen Geräts 1 zu einer jeweiligen Sendeeinrichtung i ist durch folgende Formel gegeben: Relative speed Vi, rei of the mobile device 1 to a respective transmitting device i is given by the following formula:
Vi,rel = v · r , wobei r den auf 1 normierten Abstandsvektor von dem mobilen Gerät 1 zu der Vi, re l = v · r, where r is the distance vector normalized to 1 from the mobile device 1 to the
Sendeeinrichtung i bezeichnet und v den Geschwindigkeitsvektor des mobilen Geräts 1 bezeichnet. Die Positionen der Sendeeinrichtungen 2 können hierbei bekannt sein und beispielsweise ebenfalls in den Karteninformationen abgelegt sein. Transmitter i denotes and v denotes the velocity vector of the mobile device 1. The positions of the transmitting devices 2 can be known here and, for example, also stored in the map information.
Durch den Dopplereffekt führt die Relativgeschwindigkeit Vi,rei zu einer Verschiebung der Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals. Die verschobene Frequenz fl v hängt mit der ursprünglich ausgesendeten Frequenz f gemäß folgender Formel zusammen: fi,v = fi (1 + viirel/c) , wobei c die Schallgeschwindigkeit bezeichnet. Due to the Doppler effect, the relative velocity Vi, re i leads to a shift in the frequency of the emitted ultrasound signal. The shifted frequency f lv is related to the originally transmitted frequency f according to the following formula: fi, fi = v (1 + v iirel / c), where c is the speed of sound.
In dem in Figur 3 illustrierten Szenario senden sämtliche Sendeeinrichtungen 2 ein jeweiliges Ultraschallsignal mit einer konstanten Frequenz von 20 kHz aus. Aufgrund der Dopplerverschiebung empfängt die Empfängereinrichtung 11 ein überlagertes In the scenario illustrated in FIG. 3, all transmitting devices 2 emit a respective ultrasonic signal with a constant frequency of 20 kHz. Due to the Doppler shift, the receiver device 11 receives a superimposed one
Ultraschallsignal mit dem in Figur 3 illustrierten Spektrum. Ein erster Peak PI entspricht dem von einer ersten Sendeeinrichtung 21 ausgesendeten Ultraschallsignal und ist rotverschoben, d. h. zu einer niedrigeren Frequenz von 19,5 kHz verschoben, da sich das mobile Gerät 1 von der ersten Sendeeinrichtung 21 wegbewegt. Ein zweiter Peak P2, entsprechend einer zweiten Sendeeinrichtung 22, liegt bei einer unverschobenen Ultrasound signal with the spectrum illustrated in FIG. A first peak PI corresponds to the ultrasound signal emitted by a first transmitting device 21 and is red-shifted, d. H. shifted to a lower frequency of 19.5 kHz, as the mobile device 1 moves away from the first transmitting device 21. A second peak P2, corresponding to a second transmitting device 22, is at an unshifted
Frequenz von 20 kHz, da die Relativgeschwindigkeit des mobilen Geräts 1 entlang der Verbindungsstrecke zu der zweiten Sendeeinrichtung 22 gleich 0 ist. Schließlich weist das Spektrum einen dritten Peak P3 auf, welcher einer dritten Sendeeinrichtung 23 entspricht und blauverschoben ist, d. h. zu einer größeren Frequenz von 20,5 kHz verschoben ist, da sich das mobile Gerät 1 auf die dritte Sendeeinrichtung 23 zubewegt. Frequency of 20 kHz, since the relative speed of the mobile device 1 along the link to the second transmitting device 22 is equal to zero. Finally, the spectrum has a third peak P3, which corresponds to a third transmission device 23 and is blue-shifted, d. H. shifted to a larger frequency of 20.5 kHz, as the mobile device 1 moves toward the third transmitting device 23.
Die Recheneinrichtung 12 ist dazu ausgelegt, die empfangenen Ultraschallsignale mittels einer Wavelet-Transformation oder einer Fourier-Transformation zu analysieren und die durch den Doppler-Effekt erzeugten Features zu extrahieren. Die extrahierten Features, d. h. die Frequenzen der Peaks und/oder die Amplituden der Peaks werden mit den The computing device 12 is designed to analyze the received ultrasonic signals by means of a wavelet transformation or a Fourier transformation and to extract the features generated by the Doppler effect. The extracted features, d. H. the frequencies of the peaks and / or the amplitudes of the peaks are compared with the
Karteninformationen abgeglichen, beispielsweise über multivariante Datenanalyse. Zur Abgleichung kann auch ein neuronales Netz eingesetzt werden. Anhand dieses Vergleichs lokalisiert die Recheneinrichtung 11 das mobile Gerät 1. Die Koordinaten des mobilen Geräts 1 werden hierbei als diejenigen Koordinaten bestimmt, deren Referenzspektrum mit dem von dem mobilen Gerät 1 ermittelten Spektrum die meisten Übereinstimmungen hat. Insbesondere können hierzu die Features, d. h. die Frequenzen und/oder die Map information, for example via multivariant data analysis. For matching, a neural network can also be used. Based on this comparison, the computing device 11 locates the mobile device 1. The coordinates of the mobile device 1 are hereby determined as those coordinates whose reference spectrum has the most matches with the spectrum determined by the mobile device 1. In particular, the features, d. H. the frequencies and / or the
Amplituden der Peaks des Spektrums mit Features des Referenzspektrums abgeglichen werden. Amplitudes of the peaks of the spectrum to be matched with features of the reference spectrum.
In Figur 4 ist ein Blockdiagramm eines Systems 3 zur Lokalisierung von mobilen Geräten 1 illustriert. Das System 3 weist eine Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen 21 bis 2n auf, welcher zum Aussenden von Ultraschallsignalen ausgebildet sind. Das System 3 umfasst weiter mindestens ein mobiles Gerät 1, welches dazu ausgebildet ist, sich anhand der ausgesendeten Ultraschallsignale zu lokalisieren. Jedes mobile Gerät 1 weist, wie oben beschrieben eine Empfängereinrichtung 11 zum Empfang der FIG. 4 illustrates a block diagram of a system 3 for locating mobile devices 1. The system 3 has a plurality of spatially distributed transmission devices 21 to 2n, which are designed to emit ultrasonic signals. The system 3 further comprises at least one mobile device 1, which is designed to locate itself on the basis of the emitted ultrasound signals. Each mobile device 1 has, as described above, a receiver device 11 for receiving the
Ultraschallsignale, und eine Recheneinrichtung 12 zum Lokalisieren des mobilen Geräts 1 auf. Ultrasound signals, and a computing device 12 for locating the mobile device 1 on.
In Figur 5 ist ein Flussdiagramm zu Erläuterung eines Verfahrens zu Lokalisierung eines mobilen Geräts 1 illustriert. FIG. 5 illustrates a flow chart for explaining a method for localization of a mobile device 1.
In einem ersten Verfahrensschritt S 1 werden Ultraschallsignale mittels einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen 2 ausgesendet. Die jeweiligen Positionen der Sendeeinrichtungen 2 sind hierbei bekannt. In einem Verfahrensschritt S2 werden mittels eines Referenzmikrofons mit bekannterIn a first method step S 1, ultrasound signals are emitted by means of a multiplicity of spatially distributed transmission devices 2. The respective positions of the transmitting devices 2 are known in this case. In a method step S2, by means of a reference microphone with known
Position und Geschwindigkeit die Ultraschallsignale empfangen. Position and speed receive the ultrasonic signals.
In einem Verfahrensschritt S3 wird anhand der von dem Referenzmikrofon empfangenen Ultraschallsignale ein Referenzspektrum ermittelt. In a method step S3, a reference spectrum is determined on the basis of the ultrasonic signals received by the reference microphone.
In einem Verfahrensschritt S4 werden dem Referenzspektrum die bekannte Position und die bekannte Geschwindigkeit des Referenzmikrofons zugeordnet. In a method step S4, the reference spectrum is assigned the known position and the known speed of the reference microphone.
Das Referenzmikrofon wird entlang einer Trajektorie bewegt und die Verfahrensschritte S2 bis S4 werden wiederholt, sodass jeweiligen Punkten auf der Trajektorie die entsprechenden Referenzspektren zugeordnet werden. Anstelle des Referenzspektrums können auch bestimmte Features des Referenzspektrums, insbesondere eine Amplitude und/oder eine Frequenz von Peaks des Referenzspektrums der bekannten Position und der bekannten Geschwindigkeit zugeordnet werden. Vorzugsweise werden die Trajektorien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchlaufen, wobei den jeweiligen The reference microphone is moved along a trajectory and the method steps S2 to S4 are repeated so that respective points on the trajectory are assigned the corresponding reference spectra. Instead of the reference spectrum, it is also possible to assign certain features of the reference spectrum, in particular an amplitude and / or a frequency of peaks of the reference spectrum, to the known position and the known velocity. Preferably, the trajectories are traversed at different speeds, with the respective
Referenzspektren jeweils die Geschwindigkeit des Referenzmikrofons zugeordnet wird.  Reference spectra in each case the speed of the reference microphone is assigned.
Die den jeweiligen Positionen zugeordneten Referenzspektren bilden The reference spectra assigned to the respective positions form
Karteninformationen. Anhand dieser Karteninformationen können in den folgenden Schritten mobile Geräte 1 lokalisiert werden. In einem fünften Verfahrensschritt S5 werden hierzu die Ultraschallsignale durch das mobile Gerät 1 empfangen. In einem Verfahrensschritt S6 wird ein Spektrum der von dem mobilen Gerät 1 empfangenen Ultraschallsignale ermittelt, wobei zur Bestimmung des Spektrums Wavelet-Transformationen oder Fourier-Transformationen durchgeführt werden können. Card information. Based on this map information, mobile devices 1 can be located in the following steps. In a fifth method step S5, the ultrasound signals are received by the mobile device 1 for this purpose. In a method step S6, a spectrum of the ultrasound signals received by the mobile device 1 is determined, wherein wavelet transforms or Fourier transformations can be performed to determine the spectrum.
In einem Verfahrensschritt S7 wird das mobile Gerät 1 durch Vergleich des ermittelten Spektrums mit den in den Schritten S2 bis S4 erzeugten Karteninformationen lokalisiert.In a method step S7, the mobile device 1 is localized by comparison of the determined spectrum with the map information generated in steps S2 to S4.
Der Vergleich kann mithilfe eines neuronalen Netzes folgen. Vorzugsweise umfasst der Vergleich die Auswertung von Frequenzen und/oder Amplituden von Peaks des ermittelten Spektrums mit Frequenzen und/oder Amplituden der jeweiligen The comparison can be done using a neural network. Preferably, the comparison comprises the evaluation of frequencies and / or amplitudes of peaks of the determined spectrum with frequencies and / or amplitudes of the respective ones
Referenzspektren. Der Vergleich kann mittels multivarianter Datenanalyse durchgeführt werden. Das mobile Gerät 1 wird dort lokalisiert, wo das entsprechende Reference spectra. The comparison can be carried out by means of multivariable data analysis. The mobile device 1 is located where the corresponding one
Referenzspektrum am besten mit dem von dem mobilen Gerät 1 ermittelten Spektrum übereinstimmt.  Reference spectrum best matches the determined by the mobile device 1 spectrum.
Zur Lokalisierung des mobilen Geräts 1 kann eine Lokalisierungshistorie des mobilen Geräts 1 berücksichtigt werden, d. h., die ermittelten Spektren der letzten N For locating the mobile device 1, a location history of the mobile device 1 can be taken into account, i. h., the determined spectra of the last N
Zeitintervalle, wobei N beispielsweise zwischen 5 und 100 liegt. Da das mobile Gerät 1 eine kontinuierliche Trajektorie zurücklegt, kann der Suchraum für den Algorithmus zum Vergleich des ermittelten Spektrums mit den vorgegebenen Karteninformationen eingegrenzt werden. Größere Ortssprünge werden ausgeschlossen und das von dem mobilen Gerät 1 ermittelte Spektrum wird lediglich mit Karteninformationen verglichen, welche Ortskoordinaten in der Nähe der bisher ermittelten Trajektorie des mobilen Geräts 1 entsprechen. Die Größe des untersuchten Bereichs kann variieren und von der bestimmten Anwendung abhängen. Zur Lokalisierung in Gebäuden kann der untersuchte Bereich beispielsweise sämtliche Ortspunkte umfassen, welche in einem vorgegebenen Abstand von beispielsweise 10 m oder 5 m um die jeweiligen ermittelten Ortspunkte der letzten N Zeitintervalle liegen. Time intervals, where N is between 5 and 100, for example. Since the mobile device 1 covers a continuous trajectory, the search space for the algorithm for comparing the determined spectrum with the predetermined map information can be limited. Larger local jumps are excluded and the spectrum determined by the mobile device 1 is merely compared with map information which corresponds to location coordinates in the vicinity of the hitherto determined trajectory of the mobile device 1. The size of the examined area may vary and depend on the particular application. For localization in buildings, the examined area may include, for example, all location points which lie at a predetermined distance of, for example, 10 m or 5 m around the respective determined location points of the last N time intervals.
Weiter können zur Lokalisierung des mobilen Geräts 1 zusätzliche Further, to localize the mobile device 1 additional
Lokalisierungsmethoden eingesetzt werden, beispielsweise über ein drahtloses Netzwerk, über Inertialsensorik oder über Beacons. Dadurch kann bereits eine grobe Lokalisierung des mobilen Geräts 1 durchgeführt werden und der untersuchte Bereich kann auf Ortsunkte in einem vorgegebenen Abstand von dem mittels der zusätzlichen Localization methods are used, for example via a wireless network, via inertial sensors or beacons. This can already be a rough localization of the mobile device 1 can be performed and the examined area can be at locations a predetermined distance from that by means of the additional
Lokalisierungsmethoden bestimmten Ortspunkt eingeschränkt werden. Localization methods are limited to certain location point.
Die Lokalisierung kann entweder von dem mobilen Gerät 1 selbst durchgeführt werden oder auf einem mit dem mobilen Gerät 1 über eine drahtlose Schnittstelle verbundenen Server durchgeführt werden. The localization can either be performed by the mobile device 1 itself or performed on a server connected to the mobile device 1 via a wireless interface.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Lokalisierung eines mobilen Geräts (1), mit den Schritten: 1. A method for locating a mobile device (1), comprising the steps of:
Aussenden (S l) von Ultraschallsignalen mittels einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen (21 bis 27); Emitting (S l) ultrasound signals by means of a plurality of spatially distributed transmitting means (21 to 27);
Empfangen (S5) der Ultraschallsignale durch das mobile Gerät (1); Receiving (S5) the ultrasonic signals by the mobile device (1);
Ermitteln (S6) eines Spektrums der empfangenen Ultraschallsignale; und Determining (S6) a spectrum of the received ultrasonic signals; and
Lokalisieren (S7) des mobilen Geräts (1) durch Vergleich des ermittelten Locating (S7) the mobile device (1) by comparing the determined
Spektrums mit vorgegebenen Karteninformationen, wobei die  Spectrum with predetermined map information, with the
Karteninformationen eine Zuordnung von Spektrumsinformationen zu  Map information an assignment of spectrum information to
Positionsinformationen umfassen.  Include location information.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei weiter anhand einer Doppleranalyse des 2. The method of claim 1, further using a Doppler analysis of
ermittelten Spektrums eine Geschwindigkeit des mobilen Geräts (1) ermittelt wird.  determined spectrum a speed of the mobile device (1) is determined.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, weiter mit dem Schritt: 3. The method according to any one of claims 1 or 2, further comprising the step:
Ermitteln der Karteninformationen, indem mittels eines Referenzmikrofons mit bekannter Position und Geschwindigkeit die Ultraschallsignale empfangen werden (S2) und anhand der von dem Referenzmikrofon empfangenen Determine the map information by using a reference microphone of known position and speed to receive the ultrasound signals (S2) and from those received from the reference microphone
Ultraschallsignale ein Referenzspektrum ermittelt wird (S3), welchem die bekannte Position und Geschwindigkeit des Referenzmikrofons zugeordnet wird (S4).  Ultrasound signals a reference spectrum is determined (S3), which is assigned the known position and speed of the reference microphone (S4).
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ausgesendeten Ultraschallsignale im Wesentlichen die gleiche Frequenz aufweisen. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the emitted ultrasonic signals have substantially the same frequency.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich Frequenzen und/oder Amplituden der ausgesendeten Ultraschallsignale für verschiedene 5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein frequencies and / or amplitudes of the emitted ultrasonic signals for different
Sendeeinrichtungen (21 bis 27) zumindest teilweise unterscheiden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spektrum vor dem Vergleich mit den Karteninformationen zur Identifizierung der At least partially distinguish transmitting devices (21 to 27). Method according to one of the preceding claims, wherein before the comparison with the card information for identifying the spectrum
Ultraschallsignale verschiedener Sendeeinrichtungen (21 bis 27) analysiert wird. Ultrasound signals of various transmitting devices (21 to 27) is analyzed.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vergleich des ermittelten Spektrums mit den Karteninformationen die Auswertung von Method according to one of the preceding claims, wherein the comparison of the determined spectrum with the map information, the evaluation of
Frequenzen und/oder Amplituden von Peaks des Spektrums umfasst. Frequencies and / or amplitudes of peaks of the spectrum includes.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vergleich des ermittelten Spektrums mit den Karteninformationen mittels eines neuronalen Netzes erfolgt. Method according to one of the preceding claims, wherein the comparison of the determined spectrum with the map information takes place by means of a neural network.
Mobiles Gerät (1), mit einer Empfängereinrichtung (11), welche dazu ausgebildet ist, Ultraschallsignale zu empfangen, welche von einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen (21 bis 27) ausgesendet werden; und einer Recheneinrichtung (12), welche dazu ausgebildet ist, ein Spektrum der empfangenen Ultraschallsignale zu ermitteln und das mobile Gerät (1) durch Vergleich des ermittelten Spektrums mit vorgegebenen Karteninformationen zu lokalisieren, wobei die Karteninformationen eine Zuordnung von Mobile device (1), having a receiver device (11) which is designed to receive ultrasound signals which are emitted by a multiplicity of spatially distributed transmission devices (21 to 27); and a computing device (12) which is designed to determine a spectrum of the received ultrasound signals and to locate the mobile device (1) by comparison of the determined spectrum with predetermined map information, wherein the map information has an association of
Spektrumsinformationen zu Positionsinformationen umfassen. Include spectrum information about position information.
System (3) zur Lokalisierung von mobilen Geräten (1), mit einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Sendeeinrichtungen (21 bis 27), welche dazu ausgebildet sind, Ultraschallsignale auszusenden; und mindestens einem mobilen Gerät (1) gemäß Anspruch 9, welches dazu ausgebildet ist, sich anhand der ausgesendeten Ultraschallsignale zu lokalisieren. System (3) for locating mobile devices (1), comprising a multiplicity of spatially distributed transmission devices (21 to 27), which are designed to emit ultrasonic signals; and at least one mobile device (1) according to claim 9, which is adapted to localize on the basis of the emitted ultrasonic signals.
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