WO2018219873A1 - Vorrichtung und verfahren zum ermitteln von relativen positionen von empfängerstationen eines positionsbestimmungssystems - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum ermitteln von relativen positionen von empfängerstationen eines positionsbestimmungssystems Download PDF

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WO2018219873A1
WO2018219873A1 PCT/EP2018/063949 EP2018063949W WO2018219873A1 WO 2018219873 A1 WO2018219873 A1 WO 2018219873A1 EP 2018063949 W EP2018063949 W EP 2018063949W WO 2018219873 A1 WO2018219873 A1 WO 2018219873A1
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receiver stations
transmitter
signal
measurements
determining
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PCT/EP2018/063949
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Juri Sidorenko
Norbert Scherer-Negenborn
Michael Arens
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/0221—Receivers
    • G01S5/02213—Receivers arranged in a network for determining the position of a transmitter
    • G01S5/02216—Timing or synchronisation of the receivers

Definitions

  • Embodiments relate to an apparatus and a method for self-calibration of the relative positions of receiver stations for systems for radio-based position determination by means of transit time measurement.
  • the radio-based position determination of an object can be realized by means of different measurement principles. Derived from this result different calculation methods with specific problems. It is primarily necessary to distinguish which of the participants are active or passive. In addition, in many applications it is not intended that all participants send. In these heterogeneous systems, the relative position data of individual subscribers (receiver stations) would have to be known in order to determine the unknown position of other subscribers (transponders).
  • the object to be localized (measuring transponder) emits a signal which is received by the stationary receiver stations. Since the transmitters and receivers are not synchronized in time, a further stationary transmitter station (reference transponder (RT)) is required.
  • LPM Local Position Measurement
  • US 2014/368387 A1 describes a method for calibrating transponders and receiver stations.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the calibration of the receiver stations of the LPM system of EP 1 334 372 B1 is carried out by external systems.
  • the most common variant is the use of laser-based distance measuring methods (LRF (Laser Range Finder)).
  • LRF Laser Range Finder
  • This requires a lot of time, which increases linearly with the number of receiver stations used.
  • a system inherent error results from the fact that the receiving part (antenna) of the base station is under a protective cover and can not be targeted exactly.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a concept which allows a faster and / or more accurate calibration of the positions of the receiver stations. This object is solved by the independent claims.
  • Embodiments provide a method for determining relative positions of receiver stations of a positioning system. The method comprises the following steps:
  • the transmitter Moving a transmitter in a measurement volume of the positioning system, the transmitter emitting a signal during the movement; Receiving the signal during movement of the transmitter with at least two receiver stations of the position-determining system, the at least two receiver stations having different positions in the measuring volume;
  • Transmitters receive signals for each of the at least two receiver stations.
  • FIG. 1 For determining relative positions of receiver stations of a position determination system, the apparatus being configured to evaluate sets of measurements to determine relative positions of at least two receiver stations of the position determination system, each set of the sets of measurements of one of the at least two receiver stations were detected by receiving and analyzing a signal transmitted by a transmitter from a plurality of different positions within a detection volume of the positioning system.
  • the method may include a step of moving the transmitter in the detection volume (or measurement volume) of the positioning system to send the signal from the plurality of different positions.
  • the transmitter can be moved at least along a distance that is 0.5 times as long as an average distance between the at least two receiver stations.
  • the at least two receiver stations may have different positions within the detection volume of the position determination system.
  • the at least two receiver stations may be time synchronized.
  • the method may further comprise a step of transmitting a reference signal with another transmitter, a step of receiving the reference signal with the at least two receiver stations of the positioning system, and a step of determining a reference time from the received reference signal for each of the at least two receiver stations.
  • the further transmitter may have a fixed position within the detection volume of the positioning system.
  • the further transmitter can be, for example, another base station.
  • the set of measurements may be a set of time-of-flight measurements of the signal transmitted by the transmitter for the plurality of different locations.
  • the evaluation of the sets of measured values may include a step of solving a system of equations, wherein the equation system describes the measured values as mathematical functions of the positions of the at least two receiver stations and the positions of the transmitter.
  • solving the system of equations may include a step of transforming the system of equations so that one variable per measurement is eliminated.
  • the solving of the system of equations may include, for example, a step of solving the system of equations by an algorithm for minimizing the error squares.
  • the optimization algorithm can be applied multiple times to a subset of the measured values.
  • solving the equation system may include, for example, a step of generating start values for the optimization algorithm, wherein the start values are generated by analyzing a receive waveform and / or a receive signal strength for each of the at least two receiver stations with respect to at least one other of the at least two receiver stations.
  • the evaluation of the sets of measurements may include a step of filtering the noise reduction measurements.
  • determining the set of gauge values may include a step of combining the received signal with a local reference signal for the plurality of different positions to obtain a set of time-of-flight measurements.
  • the signal may be a chirp signal
  • the at least two receiver stations may transmit their measurements e.g. via WLAN to a central control unit (e.g., computer) of the positioning system.
  • a central control unit e.g., computer
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for determining relative positions of receiver stations of a position determination system, according to one embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a system having a transmitter and at least two receiver stations, according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of the system 120 with a transmitter 122 and at least two receiver stations 124_1 to 124_n, according to one exemplary embodiment.
  • the system may include up to n receiver stations 124_1 through 124_n, where n is a natural number greater than or equal to two, n2.
  • the transmitter 122 may be an active transmitter, such as a transmitter. be a measuring or measuring transponder.
  • the transmitter 122 may transmit a signal from a plurality of different positions.
  • the transmitter 122 can be moved within the detection volume of the position determination system 120.
  • the transmitter 122 may be moved within the detection volume of the positioning system 120 such that the transmitter 122 transmits the signal from a first position 128_1 at a first time and transmits the signal from a second position at a second time (and from further times the signal from further positions).
  • the signal transmitted by the transmitter 122 at the first time (or from the first position 128_1) is indicated at 126_1 in FIG. 2, while the signal from the transmitter 122 at the second time (or at the second position 128_2) is indicated by the reference numeral 126_2.
  • the relative positions 125_1 to 125_n of the receiver stations 124_1 to 124_n (n-3) can be determined.
  • the signal transmitted by the transmitter 122 (and thus also the signal received by the respective base station) may be a chirp signal.
  • the reference signal may also be a chirp signal. The combination (e.g., blending) of the two chirp signals may produce a beat that indicates signal propagation time.
  • the further transmitter 130 may have a fixed position within the detection volume of the position determination system 120.
  • the further transmitter 130 may emit a chirp signal as a reference signal 132, for example.
  • the system of equations can be transformed so that one variable per measurement is omitted.
  • the variable may be, for example, the time offset between the signals of the transmitter 122 and the reference transmitter 130.
  • an algorithm for minimizing the error squares can be used to solve the equation system.
  • the optimization algorithm can be applied multiple times to a subset of the measured values.
  • the relative base station positions may be determined from the measurements of the receiver stations while an (active) measurement transponder is moved in the measurement volume. This is a self-calibration (finding relative positions of base stations) since the measurements from which the result of the procedure is calculated, namely the unknown locations of the receiver stations and the reference transponder, come from the system itself.
  • the measurement transponder can be moved in the measurement volume for a certain time. With a measurement repetition of 1 kHz, this minimum time is given as a function of the number of receiver stations (eg n> 4) by 3 * n / (n-4) * 1 ms. This time is reached after a few milliseconds. Decisive for the accuracy of the result is not the number of measurements, but the largest possible movement of the measuring transponder in the measuring volume. This should be at least once according to the largest possible Circle in the measurement volume to be moved. The required path of the measuring transponder is not set to a circle.
  • the description of the measurement transponder positions as mathematical functions of the base station positions and the base station measurements reduces the number of unknown variables to a constant magnitude that no longer depends on the number of measurements.
  • the method may include the following steps.
  • the method may include a first step of transforming the equation system, thereby eliminating one unknown variable per measurement.
  • the method may optionally include a second step of filtering the measurements of the receiver stations for noise suppression.
  • the method may include an optional third step of generating starting values for the optimization process by analyzing the waveform and / or the signal strength for each base station in relation to the other receiver stations.
  • the method may include a fourth step of solving the equation system by a nonlinear optimization algorithm after sufficient measurements have been made.
  • the method may include an optional fifth step of repeating the optimization process multiple times on a subset of the measurements to reduce the time required for optimization and to avoid convergence in local minima.
  • the method may include an optional sixth step of continuously calculating an optimal path to reduce the residual error, after the first of the first solution of the equation system and the determination of the remaining residual error.
  • the method may include an optional seventh step of using IMU data from the measurement transponder to improve the seed estimate and / or to improve the optimization process.
  • the position determination of the passive receiver as well as the active reference station by means of position change of one or more measuring transponders in the measuring volume bring compared to the measurement with external systems the following advantages.
  • Fifth, the accuracy of the measurement is done with system accuracy, resulting in no loss of accuracy and no overdetermination.
  • Embodiments provide over conventional systems, a time savings and a waiver of additional (calibration) systems that cause high costs, especially in mobile measurements.
  • Embodiments relate to a system in which the receiver stations are passive and the transponders are active. Embodiments make it possible to determine the information about the position of the (passive) receiver stations required for the position determination of the (active) transponders in a self-calibration process. Here, the self-calibration can already be performed with an object.
  • Embodiments provide a system that performs self-calibration based on the readings of the receiver stations of the LPM system.
  • Embodiments may be used in any mobile application of the LPM system in which installation time plays an essential role, e.g. Fairs, entertainment shows and sports events are used.
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a H a rdware Appa rats), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit are running. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM, or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical storage are stored on the electronically readable control signals that can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
  • Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
  • an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.
  • the medium, the digital storage medium or the computer readable medium are typically representational and / or non-transitory.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which the computer program for Performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or a programmable logic device
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment according to the invention comprises a device or system adapted to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can be done for example electronically or optically.
  • the receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.
  • the devices described herein may be implemented, for example, using a hardware device, or using a computer, or using a combination of a hardware device and a computer.
  • the devices described herein, or any components of the devices described herein may be implemented at least in part in hardware and / or software (computer program).
  • the methods described herein may be implemented using, for example, a home appliance, or using a computer, or using a combination of a hardware device and a computer.

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Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Ermitteln von relativen Positionen (125_1, 125_2, 125_3) von Empfängerstationen (124_1, 124_2, 124_3) eines Positionsbestimmungssystems (120). Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Senden eines Signals (126_1, 126_2, 126_3) mit einem Sender (122) von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen (128_1, 128_2) innerhalb eines Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems; Empfangen des Signals mit zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems; Ermitteln eines Satzes von Messwerten aus dem empfangenen Signal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen; und Auswerten der Sätze von Messwerten der zumindest zwei Empfängerstationen, um die relativen Positionen der zumindest zwei Empfängerstationen zu ermitteln.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln von relativen Positionen von
Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems
Beschreibung
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Selbstkalibrierung der relativen Positionen von Empfängerstationen für Systeme zur funkbasierten Positionsbestimmung mittels Laufzeitmessung.
Die funkbasierte Positionsbestimmung eines Objekts, relativ zu einer Gruppe aktiver oder passiver Sensoren, kann mittels unterschiedlicher Messprinzipien realisiert werden. Daraus abgeleitet ergeben sich verschiedene Rechenverfahren mit spezifischen Problemstellungen. Dabei ist es in erster Linie notwendig zu unterscheiden, welche der Teilnehmer aktiv oder passiv sind. Zudem ist es in vielen Anwendungen nicht gewollt, dass alle Teilnehmer senden. In diesen heterogenen Systemen müssten die relativen Positionsdaten einzelner Teilnehmer (Empfängerstationen) bekannt sein um die unbekannte Position anderer Teilnehmer (Transponder) zu bestimmen.
Systeme, wie das in der WO 2011/006998 A1 beschriebene, nutzen die Round Trip Time of Flight (RTI, RTioF, dt. Rundreisezeit (Paketumlaufzeit)). Dabei wird von einer stationären Basisstation ein Signal ausgesendet, welches vom bewegten Objekt zurück reflektiert wird. Die Laufzeit ergibt sich bei jeder Basisstation durch einen direkten Vergleich zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Signal. Dabei entfällt die Notwendigkeit einer zeitlichen Synchronisation zwischen den Empfängerstationen.
Abweichend dazu sendet beim in der EP 1 334 372 B1 beschriebenen LPM-System (LPM = Local Position Measurement, dt. lokale Positionsmessung) das zu lokalisierenden Objekt (Messtransponder) ein Signal aus, das von den stationären Empfängerstationen empfangen wird. Da dabei die Sender und Empfänger zeitlich nicht synchronisiert sind, wird eine weitere stationäre Senderstation (Referenztransponder (RT)) benötigt.
In der US 2014/368387 A1 wird ein Verfahren zur Kalibrierung von Transpondern und Empfängerstationen beschrieben. Hierbei werden nicht die Signallaufzeiten sondern die unterschiedlichen Ankunftszeiten zwischen Empfängerstationen bestimmt (TDOA, Time Difference Of Arrival). Zur Synchronisation wird mindestens dieselbe Anzahl an Transpondern benötigt wie Empfängerstationen vorhanden sind, wobei die Anzahl der Transponder mindestens zwei sein muss. Anderenfalls muss die Position des RT bekannt sein.
Zum jetzigen Zeitpunkt erfolgt die Einmessung der Empfängerstationen des LPM-Systems der EP 1 334 372 B1 durch externe Systeme. Die gängigste Variante ist die Nutzung von laserbasierten Distanzmessverfahren (LRF (Laser Range Finder)). Dafür wird ein hoher Zeitaufwand benötigt, der mit der Anzahl der verwendeten Empfängerstationen linear ansteigt. Zudem ergibt sich ein systeminhärenter Fehler dadurch, dass das Empfangsteil (Antenne) der Basisstation unter einer Schutzhülle liegt und nicht genau anvisiert werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, welches ein schnelleres und/oder genaueres Einmessen der Positionen der Empfängerstationen ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Ermitteln von relativen Positionen von Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Senden eines Signals mit einem Sender von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen innerhalb eines Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems;
- Empfangen des Signals mit zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems;
Ermitteln eines Satzes von Messwerten aus dem empfangen Signal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen; und
- Auswerten der Sätze von Messwerten der zumindest zwei Empfängerstationen, um die relativen Positionen der zumindest zwei Empfängerstationen zu ermitteln.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Ermitteln von relativen Positionen von Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Bewegen eines Senders in einem Messvolumen des Positionsbestimmungssystems, wobei der Sender während der Bewegung ein Signal aussendet; - Empfangen des Signals während der Bewegung des Senders mit zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems, wobei die zumindest zwei Empfängerstationen unterschiedliche Positionen in dem Messvolumen aufweisen;
- Ermitteln eines Satzes von Messwerten aus dem während der Bewegung des
Senders empfangen Signals für jede der zumindest zwei Empfängerstationen; und
- Auswerten der Sätze von Messwerten der zumindest zwei Empfängerstationen, um die relativen Positionen der zumindest zwei Empfängerstationen zu ermitteln.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zum Ermitteln von relativen Positionen von Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um Sätze von Messwerten auszuwerten, um relative Positionen von zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems zu ermitteln, wobei jeder Satz der Sätze von Messwerten von einer der zumindest zwei Empfängerstationen durch Empfangen und Analysieren eines Signals ermittelt wurde, das von einem Sender von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen innerhalb eines Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems gesendet wurde.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Verfahren einen Schritt des Bewegens des Senders in dem Erfassungsvolumen (oder Messvolumen) des Positionsbestimmungssystems aufweisen, um das Signal von der Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen zu senden.
Beispielsweise kann der Sender zumindest entlang einer Strecke bewegt werden, die 0,5 Mal so lang ist, wie ein durchschnittlicher Abstand der zumindest zwei Empfängerstationen zueinander.
Bei Ausführungsbeispielen können die zumindest zwei Empfängerstationen unterschiedliche Positionen innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen können die zumindest zwei Empfängerstationen zeitsynchronisiert sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ferner einen Schritt des Sendens eines Referenzsignals mit einem weiteren Sender, einen Schritt des Empfangens des Referenzsignals mit den zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems, und einen Schritt des Ermitteins einer Referenzzeit aus dem empfangen Referenzsignal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen aufweisen. Beispielsweise kann der weitere Sender eine feste Position innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems aufweisen. Der weitere Sender kann z.B. eine weitere Basisstation sein. Bei Ausführungsbeispielen kann der Satz von Messwerten ein Satz von Laufzeitmesswerten des von dem Sender gesendeten Signals für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Auswerten der Sätze von Messwerten einen Schritt des Lösens eines Gleichungssystems umfassen, wobei das Gleichungssystem die Messwerte als mathematische Funktionen der Positionen der zumindest zwei Empfängerstationen und der Positionen des Senders beschreibt.
Beispielsweise kann das Lösen des Gleichungssystems einen Schritt des Transformierens des Gleichungssystems umfassen, so dass eine Variable pro Messung entfällt. Die Variable kann zum Beispiel der Zeitliche Offset zwischen den Signalen des Senders und des Referenzsenders (=Referenztransponder (RT)) sein.
Ferner kann das Lösen des Gleichungssystems beispielsweise einen Schritt des Lösens des Gleichungssystems durch einen Algorithmus zur Minimierung der Fehlerquadrate umfassen. Der Optimierungsalgorithmus kann mehrfach auf eine Teilmenge der Messwerte angewendet werden.
Ferner kann das Lösen des Gleichungssystems beispielsweise einen Schritt des Erzeugens von Startwerten für den Optimierungsalgorithmus umfassen, wobei die Startwerte durch Analyse eines Empfangssignalverlaufs und/oder einer Empfangssignalstärke für jede der zumindest zwei Empfängerstationen in Bezug auf zumindest eine andere der zumindest zwei Empfängerstationen erzeugt werden. Bei Ausführungsbeispielen kann das Auswerten der Sätze von Messwerten einen Schritt des Filterns der Messwerte zur Rauschunterdrückung umfassen.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Ermitteln des Satzes von Messerwerten einen Schritt des Kombinierens des empfangenen Signals mit einem lokalen Referenzsignal für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen aufweisen, um einen Satz von Laufzeitmesswerten zu erhalten. Bei Ausführungsbeispielen kann das Signal ein Chirp-Signal
Bei Ausführungsbeispielen können die zumindest zwei Empfängerstationen ihre Messungen z.B. über WLAN an eine zentrale Steuereinheit (z.B. Rechner) des Positionsbestimmungssystems übermitteln.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln von relativen Positionen von Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems mit einem Sender und zumindest zwei Empfängerstationen, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Ermitteln von relativen Positionen von Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 102 des Sendens eines Signals mit einem Sender (z.B. Messsender (= Messtransponder)) von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen innerhalb eines Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 104 des Empfangens des Signals mit zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 106 des Ermitteins eines Satzes von Messwerten aus dem empfangen Signal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 108 des Auswertens der Sätze von Messwerten der zumindest zwei Empfängerstationen, um die relativen Positionen der zumindest zwei Empfängerstationen zu ermittein.
Das in Fig. 1 beschriebene Verfahren wird nachfolgend anhand des in Fig. 2 gezeigten Systems 120 mit einem Sender 122 und zumindest zwei Empfängerstationen 124_1 bis 124_n näher erläutert. Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des Systems 120 mit einem Sender 122 und zumindest zwei Empfängerstationen 124_1 bis 124_n, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das System kann dabei bis zu n Empfängerstationen 124_1 bis 124_n umfassen, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist, n 2. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das System 120 zu Veranschaulichungszwecken n = 3 Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3).
Die Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können dabei verteilt angeordnet sein. Die Empfangsreichweiten der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können dabei ein Erfassungsbereich bzw. Erfassungsvolumen (oder Messvolumen) definieren, innerhalb dessen das Positionsbestimmungssystems 120 die Position des Senders 122 erfassen kann. Die Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können also unterschiedliche Positionen 125_1 bis 125_n innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems 120 bzw. des zu erfassenden Messvolumens des Positionsbestimmungssystems 120 aufweisen.
Die Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können beispielsweise WLAN Access Points (WLAN - wireless local area network, dt. drahtloses lokales Netzwerk) enthalten. Der Sender 122 kann ein aktiver Sender, wie z.B. ein Messender oder Messtransponder sein.
Wie bereits in Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde, kann der Sender 122 ein Signal von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen aussenden. Hierzu kann der Sender 122 innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems 120 bewegt werden. Der Sender kann dabei zumindest entlang einer Strecke bewegt werden, die beispielsweise 0,5 Mal (oder 0,3 Mal, oder 0,2 Mal oder 0,1 Mal) so lang ist, wie ein durchschnittlicher Abstand zwischen den Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3).
Beispielsweise kann der Sender 122 innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems 120 so bewegt werden, dass der Sender 122 zu einem ersten Zeitpunkt das Signal von einer ersten Position 128_1 aussendet und zu einem zweiten Zeitpunkt das Signal von einer zweiten Position aussendet (und von weiteren Zeitpunkten das Signal von weiteren Positionen aussendet). Das Signal, das von dem Sender 122 zu dem ersten Zeitpunkt (oder von der ersten Position 128_1 ) ausgesendet wird, ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 126_1 gekennzeichnet, während das Signal, das von dem Sender 122 zu dem zweiten Zeitpunkt (oder von der zweiten Position 128_2) ausgesendet wird, mit dem Bezugszeichen 126_2 gekennzeichnet ist. Die Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können dabei jeweils für jede Position der Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen von denen der Sender 122 das Signal aussendet ein Messwert erhalten, so dass jede Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) ein Satz von Messwerten erhält.
Durch Auswerten der Sätze von Messwerten der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n - 3) können die relativen Positionen 125_1 bis 125_n der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n - 3) ermittelt werden.
Beispielsweise können die Messwerte Laufzeitmesswerte sein, so dass jeder Basisstation 124_1 bis 124_n (n - 3) ein Satz von Laufzeitmesswerten für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen, an denen der Sender 122 das Signal gesendet hat, vorliegt. Bedingt durch die Bewegung des Senders 122 innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems 120 ändern sich die Laufzeiten des von dem Sender 122 gesendeten Signals und den jeweiligen Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3), welche von den gemessen werden Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können.
Zum Ermitteln der Laufzeitmesswerte können die Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) jeweils das empfangene Signal mit einem Referenzsignal kombinieren. Beispielsweise kann das von dem Sender 122 gesendete Signal (und damit auch das von der jeweiligen Basisstation empfangene Signal) ein Chirp-Signal sein. Ferner kann auch das Referenzsignal ein Chirp-Signal sein. Bei der Kombination (z.B. Mischung) der beiden Chirp-Signale kann eine Schwebung entstehen, die auf die Signallaufzeit hindeutet.
Die Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können zeitsynchronisiert sein. Zur Zeitsynchronisation der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) kann beispielsweise ein weiterer Sender 130 verwendet werden, der ein Referenzsignal 132 aussendet. In diesem Fall können die Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) das Referenzsignal 132 empfangen und aus dem empfangenen Referenzsignal 132 jeweils eine Referenzzeit zur zeitlichen Synchronisation ermitteln.
Der weitere Sender 130 kann eine feste Position innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems 120 aufweisen. Der weitere Sender 130 kann beispielsweise ein Chirp-Signal als Referenzsignal 132 aussenden. Die relativen Positionen der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) können mit den vorliegenden Sätzen von Messwerten ermittelt werden, beispielsweise durch eine der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) selbst oder durch eine zentrale Steuereinheit des Positionsbestimmungssystems 120.
Im Detail können die Sätze von Messwerten der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n - 3) ausgewertet werden, in dem ein Gleichungssystem aufgestellt und gelöst wird, das die Messwerte als mathematische Funktionen der Positionen der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) und der Positionen des Senders 122 beschreibt. Zum Lösen des Gleichungssystems kann das Gleichungssystem transformiert werden, so dass eine Variable pro Messung entfällt. Die Variable kann beispielsweise der Zeitliche Offset zwischen den Signalen des Senders 122 und des Referenzsenders 130 sein.
Beispielsweise kann zur Lösung des Gleichungssystems ein Algorithmus zur Minimierung der Fehlerquadrate verwendet werden. Der Optimierungsalgorithmus kann dabei mehrfach auf eine Teilmenge der Messwerte angewendet werden. Ferner kann zur Lösung des Gieichungssystems Startwerte für den Optimierungsalgorithmus erzeugt werden, wobei die Startwerte durch Analyse eines Empfangssignalverlaufs und/oder einer Empfangssignalstärke für jede der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) in Bezug auf zumindest eine andere der Empfängerstationen 124_1 bis 124_n (n = 3) erzeugt werden können.
Bei Ausführungsbeispielen können die relativen Basisstationspositionen aus den Messwerten der Empfängerstationen bestimmt werden während ein (aktiver) Messtransponder im Messvolumen bewegt wird. Hierbei handelt es sich um eine Selbstkalibrierung (-Ermitteln von relativen Positionen von Basisstationen), da die Messwerte aus denen das Ergebnis des Verfahrens berechnet wird, nämlich die unbekannten Positionen der Empfängerstationen und des Referenztransponders, vom System selbst stammen.
Da das Verhältnis zwischen den unbekannten Variablen und der Anzahl an Gleichungen größer als Eins sein sollte, um die unbekannten Variablen zu bestimmen, kann der Messtransponder eine gewisse Zeit im Messvolumen bewegt werden. Mit einer Messwiederholung von 1 kHz ist diese Minimalzeit in Abhängigkeit der Anzahl der Empfängerstationen (z.B. n>4) gegeben durch 3*n/(n-4)*1 ms. Diese Zeit wird nach wenigen Millisekunden erreicht. Ausschlaggebend für die Genauigkeit des Ergebnisses ist jedoch nicht die Anzahl der Messungen, sondern die möglichst große Bewegung des Messtransponders im Messvolumen. Dieser sollte mindestens einmal entsprechend eines möglichst großen Kreises im Messvolumen bewegt werden. Dabei ist die benötigte Bahn des Messtransponders nicht auf einen Kreis festgelegt.
Die Beschreibung der Messtransponderpositionen als mathematische Funktionen der Basisstationspositionen und der Basisstationsmesswerte reduziert die Anzahl von unbekannten Variablen auf eine konstante Größe, die nicht mehr von der Anzahl der Messungen abhängt.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren folgende Schritte umfassen. Das Verfahren kann einen ersten Schritt des Transformierens des Gleichungssystems umfassen, wodurch eine unbekannte Variable pro Messung entfällt. Das Verfahren kann optional einen zweiten Schritt des Filterns der Messwerte der Empfängerstationen zur Rauschunterdrückung umfassen. Das Verfahren kann einen optionalen dritten Schritt des Erzeugens von Startwerten für den Optimierungsprozess durch Analyse des Signalverlaufs und/oder der Signalstärke für jede Basisstation in Relation zu den anderen Empfängerstationen umfassen. Das Verfahren kann einen vierten Schritt des Lösens des Gleichungssystems durch einen nicht-linearen Optimierungsalgorithmus umfassen, nachdem ausreichend Messungen gemacht wurden. Das Verfahren kann einen optionalen fünften Schritt des mehrfachen Wiederholens des Optimierungsprozesses auf einer Teilmenge der Messwerte zur Reduzierung des Zeitaufwands für die Optimierung und zur Vermeidung der Konvergenz in lokalen Minima umfassen. Das Verfahren kann einen optionalen sechsten Schritt des kontinuierlichen Berechnens eines optimalen Pfads zur Verringerung des Restfehlers umfassen, nach der ersten der ersten Lösung des Gleichungssystems und der Bestimmung des verbleibenden Restfehlers. Das Verfahren kann einen optionalen siebten Schritt des Nutzens von IMU-Daten des Messtransponders zur Verbesserung der Startwertschätzung und/oder zur Verbesserung des Optimierungsprozesses umfassen.
Die Positionsbestimmung der passiven Empfänger sowie auch der aktiven Referenzstation mittels Positionsänderung eines oder mehrerer Messtransponder im Messvolumen, bringen gegenüber der Einmessung mit externen Systemen folgende Vorteile. Erstens, eine Verkürzung der benötigten Zeit zur Einmessung. Zweitens, keine Abhängigkeit der benötigten Zeit zur Einmessung von der Anzahl der verwendeten Empfängerstationen. Drittens, keine Erforderlichkeit zusätzlicher Systeme zur Einmessung. Viertens, die Bereitstellung einer autonomen Einmessung. Fünftens, die Genauigkeit der Einmessung erfolgt mit der Systemgenauigkeit, wodurch kein Verlust an Genauigkeit und auch keine Überbestimmung erfolgt. Sechstens, die Vermeidung von Fehlern durch ungenaue Anvisierung bzw. der Unkenntnis der genauen Position der Antenne der Empfängerstationen bei laserbasierten Einmessverfahren.
Ausführungsbeispiele schaffen gegenüber herkömmlichen Systemen eine Zeitersparnis und einen Verzicht auf zusätzliche (Einmess-)Systeme, die vor allem bei mobilen Messungen hohe Kosten verursachen.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System, bei dem die Empfängerstationen passiv und die Transponder aktiv sind. Ausführungsbeispiele ermöglichen es, die für die Positionsbestimmung der (aktiven) Transponder benötigten Informationen über die Position der (passiven) Empfängerstationen in einem Selbstkalibrierungsprozess zu bestimmen. Hierbei kann die Selbstkalibrierung schon mit einem Objekt durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiele schaffen ein System, das basierend auf den Messwerten der Empfängerstationen des LPM-Systems eine Selbstkalibrierung durchführt.
Ausführungsbeispiele können in jeglicher mobilen Anwendung des LPM-Systems, bei der die Installationszeit eine wesentliche Rolle spielt, wie z.B. Messen, Entertainment-Shows und Sportevents, eingesetzt werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines H a rdware-Appa rats) , wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein. Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines H a rdwa re-Appa rats , oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche
Verfahren (100) zum Ermitteln von relativen Positionen (125_1 :125_n) von Empfängerstationen (124_1 : 124_n) eines Positionsbestimmungssystems (120), mit folgenden Schritten:
Senden (102) eines Signals (126_1 , 126_2) mit einem Sender (122) von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen (128_1 ,128_2) innerhalb eines Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems (120);
Empfangen (104) des Signals (126_1 , 126_2) mit zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) des Positionsbestimmungssystems (120);
Ermitteln (106) eines Satzes von Messwerten aus dem empfangen Signal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen; und
Auswerten (108) der Sätze von Messwerten der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n), um die relativen Positionen (125_1 : 125_n) der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 : 124_n) zu ermitteln.
Verfahren (100) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das Verfahren (100) einen Schritt des Bewegens des Senders (122) in dem Messvolumen des Positionsbestimmungssystems (120) aufweist, um das Signal (126_1 , 126_2) von der Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen (128_1 , 128_2) zu senden.
Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei der Sender (122) zumindest entlang einer Strecke bewegt wird, die 0,5 Mal so lang ist, wie ein durchschnittlicher Abstand der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 : 124_n) zueinander.
Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 : 124_n) unterschiedliche Positionen (125_1 :125_n) innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems (120) aufweisen.
5. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 : 124_n) zeitsynchronisiert sind.
6. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (100) ferner folgenden Schritt aufweist:
Senden eines Referenzsignals (132) mit einem weiteren Sender (130);
Empfangen des Referenzsignals (132) mit den zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 : 124_n) des Positionsbestimmungssystems (120); und
Ermitteln einer Referenzzeit aus dem empfangen Referenzsignal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 : 124_n). 7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei der weitere Sender (130) eine feste Position innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems (120) aufweist.
8. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Satz von Messwerten ein Satz von Laufzeitmesswerten des von dem Sender (122) gesendeten Signals (126_1 ,126_2) für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen
(128_1 ,128_2) ist.
9. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auswerten (108) der Sätze von Messwerten einen Schritt des Lösens eines Gleichungssystems umfasst, wobei das Gleichungssystem die Messwerte als mathematische Funktionen der Positionen (125_1 : 125_n) der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) und der Positionen des Senders (122) beschreibt.
10. Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei das Lösen des Gleichungssystems einen Schritt des Transformierens des Gleichungssystems umfasst, so dass eine Variable pro Messung entfällt.
1 1 . Verfahren (100) nach Anspruch 10, wobei die Variable der zeitliche Offset zwischen den Signalen des Senders und des Referenzsenders ist.
12. Verfahren (100) einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei das Lösen des Gleichungssystems einen Schritt des Lösens des Gleichungssystems durch einen Algorithmus zur Minimierung der Fehlerquadrate umfasst.
Verfahren (100) nach Anspruch einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Optimierungsalgorithmus mehrfach auf eine Teilmenge der Messwerte angewendet wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Lösen des Gleichungssystems einen Schritt des Erzeugens von Startwerten für den Optimierungsalgorithmus umfasst, wobei die Startwerte durch Analyse eines Empfangssignalverlaufs und/oder einer Empfangssignalstärke für jede der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 : 124_n) in Bezug auf zumindest eine andere der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) erzeugt werden.
Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auswerten (108) der Sätze von Messwerten einen Schritt des Filterns der Messwerte zur Rauschunterdrückung umfasst.
Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (106) des Satzes von Messerwerten Kombinieren des empfangenen Signals mit einem lokalen Referenzsignal für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen aufweist, um einen Satz von Laufzeitmesswerten zu erhalten.
Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Signal (126_1 , 126_2) ein Chirp-Signal ist.
Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Referenzsignal (132) ein Chirp-Signal ist.
Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sender (122) ein Messsender oder Messtransponder ist.
Verfahren (100) zum Ermitteln von relativen Positionen (125_1 :125_n) von Empfängerstationen (124_1 : 124_n) eines Positionsbestimmungssystems (120), mit folgenden Schritten: Senden (102) eines Signals (126_1 , 126_2) mit einem Sender (122) von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen (128_1 ,128_2) innerhalb eines Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems (120);
Empfangen (104) des Signals (126_1 ,126_2) mit zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) des Positionsbestimmungssystems (120);
Senden eines Referenzsignals (132) mit einem weiteren Sender (130);
Empfangen des Referenzsignals (132) mit den zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) des Positionsbestimmungssystems (120);
Ermitteln einer Referenzzeit aus dem empfangen Referenzsignal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n)
Ermitteln (106) eines Satzes von Messwerten aus dem empfangen Signal für jede der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) für die Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen; und
Auswerten (108) der Sätze von Messwerten der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n), um die relativen Positionen (125_1 :125_n) der zumindest zwei Empfängerstationen (124_1 :124_n) zu ermitteln;
Verfahren (100) nach Anspruch 20, wobei der weitere Sender (130) eine feste Position innerhalb des Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems (120) aufweist.
Verfahren zum Ermitteln von relativen Positionen von Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems, wobei das Verfahren aufweist:
Bewegen eines Senders in einem Messvolumen des Positionsbestimmungssystems, wobei der Sender während der Bewegung ein Signal aussendet;
Empfangen des Signals während der Bewegung des Senders mit zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems, wobei die zumindest zwei Empfängerstationen unterschiedliche Positionen in dem Messvolumen aufweisen; Ermitteln eines Satzes von Messwerten aus dem während der Bewegung des Senders empfangen Signals für jede der zumindest zwei Empfängerstationen; und
Auswerten der Sätze von Messwerten der zumindest zwei Empfängerstationen, um die relativen Positionen der zumindest zwei Empfängerstationen zu ermitteln.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
Vorrichtung zum Ermitteln von relativen Positionen von Empfängerstationen eines Positionsbestimmungssystems, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um Sätze von Messwerten auszuwerten, um relative Positionen von zumindest zwei Empfängerstationen des Positionsbestimmungssystems zu ermitteln, wobei jeder Satz der Sätze von Messwerten von einer der zumindest zwei Empfängerstationen durch Empfangen und Analysieren eines Signals ermittelt wurde, das von einem Sender von einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen innerhalb eines Erfassungsvolumens des Positionsbestimmungssystems gesendet wurde.
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