借助無線電定位用于識別相對位置的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于借助無線電定位測定站的相對位置的方法和裝置。至少一個第一站具有至少一個天線，以及至少一個第二站具有至少兩個基點調制的天線。第一站經由第一天線發(fā)送至少一個定位信號。第二站經由第一基點調制的天線反射定位信號作為第一經調制地反射的定位信號以及經由第二基點調制的天線反射定位信號作為第二經調制地反射的定位信號。第一站經由天線接收經調制地反射的定位信號。由所接收的、經調制地反射的定位信號的相位關系測定用于在第一站和第二站之間的相對位置的至少一個位置角。所提出的方法和所提出的裝置能實現強烈非對稱的系統，其將大部分硬件和算法方面的功能性集中在讀取單元中、即在第一站中。反之第二站非常簡單和成本低廉地例如應用RFID標簽來構造，該第二站包括基點調制的天線。由此所提出的系統方案能應用于大量的應用中。
【專利說明】借助無線電定位用于識別相對位置的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于借助無線電定位測定至少兩個站的相對位置的方法和裝置。

【背景技術】
[0002]如今，用于確定一個或多個移動的無線電模塊的位置的本地的無線電系統存在于多種多樣的應用中。借助于無線電波的方法的特點在于像剛性、精度和相對于干擾和環(huán)境影響的不敏感這樣的特性。
[0003]用于這種類型的無線電定位系統的應用的實例是汽車工業(yè)。在那里必需的是例如考慮到電動車的增長的意義，即電動車輛自動地行駛以及能利用高精確度泊車。這例如在電感式充電這種類型的電動車輛時是必需的，其中需要高的泊車準確性，以便準確地彼此對準充電粧的相應的充電線圈和電動車輛。
[0004]在此不需要測量在兩個裝備無線電模塊的例如像電動車了和充電粧這樣的對象之間的間距，而是彼此確定角位置。那么必須測量技術地檢測關于距離和角的幾何上完全的相對位置。僅僅調節(jié)裝置可以承擔車輛的導航。這也是已知作為“電子舵桿”。
[0005]例如在裝載松散貨物的領域中、例如在礦山中或在農業(yè)中得到其他的應用可能性。
[0006]傳統的無線電定位系統可以獲得由在移動的單元和基站之間的波長傳播的不同的能測量的尺寸構成的移動單元的位置信息。這些尺寸例如可以是在到達基站的信號的接受場強、運行實現、傳播時間差或角信息。在移動單元中的和在基站中的必需的無線電模塊在此然而是技術上復雜的以及進而昂貴的。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于能實現一種用于借助無線電定位來識別站的相對位置的方法和一種改進的裝置。
[0008]因此提出一種用于借助無線電定位來測定站的相對位置的方法。在此站配置作為具有至少一個天線的設備。至少一個第一站具有至少一個第一天線，以及至少一個第二站具有至少兩個基點調制的天線。第一站經由第一天線發(fā)送定位信號。第二站經由第一基點調制的天線反射定位信號作為第一經調制地反射的定位信號以及經由第二基點調制的天線反射定位信號作為第二經調制地反射的定位信號。第一站經由天線接收經調制地反射的定位信號。由所接收的經調制地反射的定位信號的相位關系測定用于在第一站和第二站之間的相對位置的至少一個位置角。
[0009]基點調制的天線是在基點處具有用于調制所接收的信號的調制器的天線?；谒l(fā)送的和所接收的信號的相位關系實現了無線電定位站的向位角(Peilungswinkel)或位置角α，β。
[0010]所提出的方法允許，用于產生、傳輸和評價定位信號的和經調制地反射的定位信號的必需的硬件和算法優(yōu)選地集中在第一站中以及進而僅僅集中在這兩個站的一個中。具有基點調制的天線的第二站與主動型發(fā)送天線和接收天線相比非常簡單地構造以及特別是成本低廉地制造。例如像通過電動車輛充電站的精確的控制這樣的應用由此成本非常低廉地在大批量中也是可行的，因為耗費的硬件和算法必需僅僅存在于充電站中，而電動車輛僅必須配置具有基點調制的天線的、成本低廉的、被動型的站。
[0011 ] 在本方法的實施方式中，基點調制的天線反射定位信號的不同的調制。
[0012]這能實現在第一站處所接收的經調制地反射的定位信號的相對簡單的分離以及進而也同時在由第二站的基點調制的天線調制經反射的定位信號的情況下能實現獲得關于距離的以及涉及到第二站的傳播時間階段的信息。
[0013]在本方法的其他的實施方式中，第一站具有第二天線。利用不同的頻率或利用不同的調制、特別是利用正交的信號第一站經由第一天線和經由第二天線發(fā)送定位信號。
[0014]這能實現經調制地反射的定位信號在第一站處根據頻率或者是發(fā)送信道或調制的分離，以及特別是也能實現其他的第一站的應用，以用于發(fā)送在不同的能分離的信道上的定位信號。在此特別有利的是在第一站的側面上應用正交的調制，這是因為經調制地反射的定位信號那么也特別良好地被分離。正交的調制在此涉及發(fā)送的定位信號與其他的發(fā)送的定位信號的比例。
[0015]在本發(fā)明的其他的實施方式中，第二站設計作為用于調制地向回反射定位信號的反向散射模塊。
[0016]在此由在第二站的基點調制的天線處的阻抗變化導致用于到達的電磁波的一部分的向回散射效應。如果阻抗變化例如由開關接通和關斷，出現調幅的信號，其可以由第一站的天線接收。由此第二站不必自身地使用自身的發(fā)送功率。這種類型的反向散射模塊允許直至100米的有效距離。
[0017]在本方法的其他的實施方式中，第二站設計作為被動型RFID發(fā)射機應答器。
[0018]RFID發(fā)射機應答器或RFID標簽(無線射頻標志標簽)成本非常低廉地大批量地可供支配。
[0019]在本方法的其他的實施方式中，至少一個第二站的基點調制的天線在直線上以恒定的間距布置。
[0020]在本方法的其他的實施方式中，至少一個第一站的天線在直線上以恒定的間距布置。
[0021]具有恒定間距的天線的線性的布置允許簡單地和高效地確定至少一個位置角。
[0022]在本方法的其他的實施方式中，連續(xù)發(fā)射雷達信號應用作為定位信號。
[0023]連續(xù)發(fā)射雷達信號或FMCW 信號(FMCW ;Frequency Modulated Continuous Wave)能實現特別精確的測量。
[0024]在本方法的其他的實施方式中，頻率斜坡用作定位信號。
[0025]頻率斜坡的用作定位信號可以特別是在順序地發(fā)送定位信號時是有利的，例如對于這樣的情況，即第一站具有多個天線或多個第一站發(fā)送定位信號。
[0026]在本方法的其他的實施方式中，由至少一個第一站接收的經調制地反射的定位信號以及由至少一個第二站發(fā)送的經調制地反射的定位信號是相干的。基于經發(fā)送的經調制地反射的定位信號和經接收的經調制地反射的定位信號的相位關系計算至少一個位置角。
[0027]在本方法的其他的實施方式中，為了同步至少一個第一站與至少一個第二站，至少一個第一站發(fā)送單獨的同步信號。
[0028]對于這種情況，即第一站具有多個天線以及多個站順序地發(fā)送多個定位信號，或者即多個第一站順序地發(fā)送多個定位信號，例如這實現了利用第二站的同步。
[0029]在本方法的其他的實施方式中，定位信號的信號傳播時間用于在站之間的間距測量。
[0030]此外提出了一種用于借助無線電定位來測定站的相對位置的裝置。至少一個第一站具有至少一個第一天線，以及至少一個第二站具有至少兩個基點調制的天線。第一站設計用于經由第一天線發(fā)送至少一個定位信號。第二站設計用于，經由第一基點調制的天線調制地反射定位信號作為第一經調制地反射的定位信號以及經由第二基點調制的天線調制地反射定位信號作為第二經調制地反射的定位信號。第一站還設計用于經由天線接收經調制地反射的定位信號以及基于經調制地反射的定位信號的相位關系測定用于在第一站和第二站之間的相對位置的至少一個位置角。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]前面所述的本發(fā)明的特性、特征和優(yōu)點以及如何實現這些的方式和方法結合實施例的以下的描述變得更清楚和更易于理解，這些實施例結合附圖詳盡地闡述。
[0032]附圖示出:
[0033]圖1是用于借助無線電定位在兩個站之間進行角測量和間距測量的實施例；
[0034]圖2是用于借助無線電定位來識別相位位置的裝置的實施例；
[0035]圖3是用于借助無線電定位識別相對位置的裝置的另一個實施例；
[0036]圖4是用于借助無線電定位識別相對位置的裝置的另一個實施例；以及
[0037]圖5是用于借助無線電定位識別相對位置的方法的方框圖。
[0038]只要沒有其他的說明，在附圖中相同的或功能相同的元件設有相同的參考標號。

【具體實施方式】
[0039]圖1示出用于借助無線電定位測量在站1，2之間的角度和間距的實施例。所示出的是彼此兩個站1，2的位置。與視線3相對地給出位置角α，β。對于這種情況而言，即第一站具有剛好一個天線，則確定位置角β。對于這樣的情況而言，即第一站具有兩個或多個天線，則確定兩個位置角α，β。
[0040]圖2示出用于借助無線電定位識別站1，2的相對位置的裝置的實施例。所示出的是具有天線11的第一站I。此外象征性地對于第一站I而言示出開關12，交流電供電裝置13和評估單元14，以使得第一站示出具有自身的能量供應裝置13和復雜的硬件裝備的完整的主動型發(fā)射站和接收站。
[0041]此外示出第二站2。第二站2具有四個基點調制的天線21，22，23，24。
[0042]第一站I經由天線11發(fā)送定位信號15。第二站2經由基點調制的天線21，22，23，24反射定位信號作為經調制地反射的定位信號16?；c調制的天線21，21，23，24的每一個在此具有例如以接通開關/關斷開關形式的調制器，其相應于調制fm()dl，f mod2 ? fm(xB，fmod4調制在天線的基點處的所接收的定位信號15，以使得經調制地反射的定位信號16在接收時在第一站I處能分配單一的各個基點調制的天線21，22，23，24給第二站2。
[0043]第二站2或者是第二站的基點調制的天線21，22，23，24例如可以設計作為被動型RFID發(fā)射機應答器，其涉及來自定位信號15的能量。
[0044]第一站I經由天線11接收經調制地反射的定位信號16。在評估單元14中基于所接收的經調制地反射的定位信號16的相位關系測定用于在第一站I和第二站2之間的相對位置的至少一個位置角α，β。
[0045]評估單元14例如包括合成器，其經由天線11發(fā)送定位信號15作為調頻的連續(xù)波信號。此外評估單元14包括混頻器，其將所發(fā)送的定位信號15與經由天線11所接收的經調制地反射的定位信號16混合。由基點調制的天線21，22，23，24調制地反射的定位信號16在讀取單元14中產生在基點調制的天線21，22，23，24的相應的調制頻率fm()dl，fmod2,fffl0d3,乙-的區(qū)域中具有頻率分量17的混合信號。
[0046]這些頻率分量17包括關于在第一站I和第二站2之間的距離的信息，該距離利用評估單元14的適當的信號處理來測定。此外在混合信號中包括關于定位信號15或者是在第一站I和第二站2之間的經調制地反射的定位信號16的傳播時間階段的信息。
[0047]圖3示出用于借助無線電定位識別相對位置的裝置的另一個實施例。
[0048]在這個實施例中該裝置包括具有三個天線11的第一站I。為了清晰在圖3中沒有示出開關12、交流電供應裝置13和用于第一站I的評估單元14。
[0049]第二站2還具有四個基點調制的天線21，22，23，24。
[0050]第一站I經由三個天線11的每一個在應用不同的頻率或者是信道或者利用不同的調制的情況下發(fā)送。
[0051]如在圖4中示出的那樣，可替換的也可行的是，多個第一站I具有分別一個或多個天線11用于發(fā)送定位信號15。
[0052]圖5示出借助于無線電用于識別站1，2的相對位置的方法的方框圖。
[0053]在步驟101中第一站I經由第一天線11發(fā)送定位信號15。在步驟102中第二站2經由基點調制的天線21-24反射定位信號15作為經調制地反射的定位信號16。在步驟103中第一站I經由天線11接收經調制地反射的定位信號16。在步驟104中基于所接收的經調制地反射的定位信號16的相位關系測定用于在第一站I和第二站2之間的相對位置的至少一個位置角α，β。
[0054]用于借助無線電定位識別站的相對位置的所提出的方法和所提出的裝置能實現，即同時能調用整行的基點調制的天線以及能評價在基點調制的天線之間的相位關系，以便例如實施角測量。
[0055]由此優(yōu)選地充分利用的是，即在線性地布置基點調制的天線時由其產生的應答信號的、也就是經調制地反射的定位信號的相位關系同樣地遵循線性的關聯，以及由此相對于讀取單元、也就是相對于第一站推導出第二站的角。
[0056]如果使用多個或多信道的讀取單元或第一站在線性的布置中，那么同樣地所給出的基點調制的天線的經調制地反射接收信號不同以及進而推導出用于給出相應的第二站的基點調制的天線的第一站的或者是讀取單元的角。
[0057]所提出的具有多個讀取單元或第一站和第二站的多個基點調制的天線的裝置的另一個有利的特性是由于適當地計算信號可能地提高有效距離和剛性。這特別是由于傳播時間階段的知識能實現，該知識例如能應用數字的射束控制的確定的方法。由此例如消除多徑效應，以使得能提高測量準確性。
[0058]此外由于總的n*m(n:讀取信道的或定位信號的數量以及m:基點調制的天線的數量)單個信號的相位符合的重疊實現了信號與噪聲距離的提高，其能明顯地擴展相應的系統的有效距離。
[0059]所提出的方法和所提出的裝置能實現強烈非對稱的系統，其將大部分硬件和算法方面的功能集中在讀取單元中、即在第一站中。
[0060]反之第二站非常簡單和成本低廉地例如應用RFID標簽(無線射頻辨識標簽)來構造，該第二站包括基點調制的天線。由此所提出的系統方案能應用于大量的應用中。
[0061]盡管本發(fā)明細節(jié)性由優(yōu)選的實施詳細地闡述和描述，然而本發(fā)明不僅有公開的實例局限，并且其他的變體可以由專業(yè)人員推導出，而不脫離本發(fā)明的保護范疇。
【權利要求】
1.一種用于借助無線電定位來測定站(1，2)的相對位置的方法，其中至少一個第一站(I)具有至少一個第一天線(11)以及至少一個第二站(2)具有至少兩個基點調制的天線(21，22，23，24)，其中 所述第一站(I)經由所述第一天線(11)發(fā)射至少一個定位信號(15) (101); 所述第二站⑵經由第一基點調制的天線(21)調制地反射所述定位信號(15)作為第一經調制地反射定位信號(16)以及經由第二基點調制的天線(22)調制地反射所述定位信號作為第二經調制地反射的定位信號(16) (102); 所述第一站(I)經由所述天線(11)接收經調制地反射的所述定位信號(16) (103);并且 由所接收的經調制地反射的所述定位信號(16)的相位關系測定用于在所述第一站(I)和所述第二站⑵之間的所述相對位置的至少一個位置角U，β )(104) ο
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基點調制的天線(21，22，23，24)反射所述定位信號(15)的不同的調制(fmodl, f—2，f—3，fmod4) °
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述第一站(I)具有第二天線(11)，并且其中所述第一站(I)經由所述第一天線和經由所述第二天線(11)利用不同的頻率或利用不同的調制、特別是利用正交的信號發(fā)送所述定位信號(15)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述第二站(2)設計作為用于調制地向回散射所述定位信號(15)的反向散射模塊。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二站(2)設計作為被動型RFID發(fā)射機應答器。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，至少一個所述第二站(2)的所述基點調制的天線(21，22，23，24)在直線上以恒定的間距布置。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，至少一個所述第一站(I)的所述天線(11)在直線上以恒定的間距布置。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，連續(xù)發(fā)射雷達信號用作所述定位信號(15)。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，頻率斜坡用作所述定位信號(15)。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，由至少一個所述第一站(I)接收的經調制地反射的所述定位信號(16)以及由至少一個所述第二站(2)發(fā)送的經調制地反射的所述定位信號(16)是相干的，其中由經發(fā)送的經調制地反射的所述定位信號(16)和經接收的經調制地反射的所述定位信號(16)的所述相位關系計算至少一個所述位置角(α，β ) ο
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，為了同步至少一個所述第一站(I)和至少一個所述第二站(2)，至少一個所述第一站(I)發(fā)送單獨的同步信號。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述定位信號的信號傳播時間用于在所述站(1，2)之間的間距測量。
13.—種用于借助無線電定位來測定相對位置的裝置，其中至少一個第一站(I)具有至少一個第一天線(11)以及至少一個第二站(2)具有兩個基點調制的天線(21，22，23，24)，其中 所述第一站(I)設計用于經由所述第一天線(11)發(fā)送至少一個定位信號(15) (101);所述第二站(2)設計用于，經由第一基點調制的所述天線(21)調制地反射所述定位信號(15)作為第一經調制地反射的定位信號(16)以及經由第二基點調制的所述天線(22)調制地反射所述定位信號作為第二經調制地反射的定位信號(16) (102);所述第一站(101)還設計用于，經由所述天線(11)接收經調制地反射的所述定位信號(16)以及由經調制地反射的所述定位信號(16)的所述相位關系測定用于在所述第一站(I)和所述第二站⑵之間的所述相對位置的至少一個位置角(α，β)。
【文檔編號】G01S3/48GK104428685SQ201380035987
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年7月2日 優(yōu)先權日:2012年7月6日
【發(fā)明者】約爾格·許特納, 安德烈亞斯·澤洛夫 申請人:西門子公司