连续实时跟踪至少一个运动物体的位置的方法及相关发射器和接收器技术

一种在规定的多维空间里连续实时跟踪至少一个运动物体的位置的方法，包括至少一个移动的发射器模块，所述发射器模块被安置于所要分析的系统的至少一个运动物体上，所述发射器模块的信号由固定接收器－和信号处理网络接收并被集中进行处理，其中，由所述至少一个发射器模块发射的信号是在一个频带范围内利用时分多路复用方法发射的电磁波，其特征在于，可供使用的频带用作为单个信道，用于使定位精确性最大化；在发射器（Ｓ、Ｓｐ、Ｓｂ）和接收器（Ｅ↓［１］、…、Ｅ↓［ｎ］）之间的通信过程基于具有非同步伪随机模式的伪随机时分多路复用的原理；不同突发发射（Ｂ）中的发射信号具有低互相关性的特性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及如权利要求1的前序部分所述的在一个规定的多维空间里对至少一个运动物体的位置进行连续的实时跟踪的方法，以及如权利要求20的前序部分所述的相关的装置。
技术介绍
很久以来，各种不同的利益集团均渴望能够研究或者说理解运动的物体或者说运动过程中的人，而这种研究是以地点和时间上来说均精确的表明物体位置为前提的。对此尤其感兴趣的有游戏用球，尤其是在商业球类例如在三维空间里高加速度的足球以及网球或高尔夫球。问题包括谁最后碰到了游戏的物体、是如何碰到的以及在什么方向上使之继续加速，这可能根据游戏种类对于游戏的结局是十分重要的。在高速体育运动中例如网球、高尔夫球、足球和类似运动中使用的游戏装置可以加速到极高的速度，因此测定运动时的物体就要求各种细分的技术。以前所使用的技术装备-主要是照相机-并不适合于上述要求或者不太适合；即使是以前熟知的借助于不同的发射器和接收器的组合来测定位置的方法也在位置数据的空间分辨率方面、所需的发射器/接收器部件的可操纵性方面以及尤其是分析处理借助于发射器/接收器系统所得到的数据的方面还有很大的空间(发展余地)，因此还不可能对由这些数据所得出的结果做出最快可能的评价。在EP 700 525 B1中描述了一种用于定位在一个预定范围内的运动物体的系统。具体来说，是指蜂窝电话的位置测定，但其中这些范围至少间隔0.5至20英里。这些电话导航的主要问题是导航过程要使用尽可能小部分的容量，因为该容量被用于完成这种电话的主要任务即语音传输。在蜂窝电话的情况下，发射器按照TDMA(时分多路复用)原理共享相同的频率，但其先决条件是发射器是被同步或者被初始化的，在发射的信号之间不存在干涉。因此得出对于这种技术的边界条件，它们基本上不同于当一个游戏球的定位任务应该在一个少量平方米的场地里完成时所产生的边界条件。此外受到关注的是提供一种高精度的系统，这种系统是坚固的，因而适合于在一个游玩的和高加速度的物体中运动。因此就排除了一种用来按照比例缩放在EP 700 525 B1中所示的技术用以适应于本文中的使用目的的可能性，因为其不会导致提高在同样坚固的系统中的精度，尤其是在三维空间里。EP 514 511 B1也描述了采用无线电话的定位的系统，但是采用了蜂窝移动无线电话系统中通话传输方法的另外一种可选的标准。该说明书集中于发现那些满足根据一种无线信号电平标准的一种特定标准的蜂窝，将所选出的蜂窝传输到那个蜂窝。该文中同样也使用了一种电磁波的迅速发射，就是所谓突发发射。原则上说由于这些问题，本专利技术所提出的技术并不适合于解决同样如结合EP 700525 B1所提出的在一个场地里一个球的厘米级精度的定位问题。在E.克拉码(E.Kramar)的著作“定位和导航的无线电系统”，(Funksysteme fuer Ortung und Navigation)(1973，柏林联合公司斯图加特出版(Verlag Berliner Union GmbH Stuttgart)，第91至92页中)指出直接放大式接收机用作定位接收器(例如欧来加(Omega)系统)，用于确定一个运动物体的位置。在DE 44 09 178 A1里说明了通过测定渡越时间而定位的基本原理。但是在涉及到提高精度的时候，这并不有利于解决在一个限定多维空间里连续地实时跟踪一个运动物体的位置的任务。在US 6041 046里描述了一种TDMA系统，它包括有许多用户站，它们与基站通信。为此同样也传输发射脉冲。但是由该说明书中并不能得出推论，即借助于其可以解决在一个规定的多维空间如一个游戏场地里对一个运动物体尤其是一个游戏球的位置的连续实时跟踪问题。DE 200 04 174 U1公开了一种游戏装置，尤其是一种球，在这球的内腔里装了一个发射器。这种系统的技术基于在发射器和接收器之间电磁波的反射，该技术并不适合于解决所提出的问题。为了借助于反射过程进行通信设置有这种技术的发射和接收元件。在EP 0 880 712 B1中同样也描述了一种用于定位的系统。它同样也不适合用于实时地在厘米级范围内测定一个运动物体的位置。下述技术也是已知的其它导航或定位系统，但这些技术并不适合于前述的应用范围，因为它们或者不适合于反射和带有阻尼特性的环境，或者根据接收条件对位置的说明并不能足够准确地符合前述应用的要求。包括 GPS(全球卫星定位系统)类型的系统一个移动接收器同时接收来自至少三个发射器的信号；接收器可以从“到达时间(Time-of-Arrival)”(TOA)的差确定其位置。对于上面所述的应用，每个接收器都必须配备一个发射器，它继续地将其位置信息传递给中央计算机。另外，在移动接收器模块中完成整个导航计算，这对应于高计算能力和较大存储容量的复杂信号处理。US-A5,438,518中就公布了这样一种系统，为了保证定位的更高精确度，与被观察的区域关联的信号特征以数字形式另外集中储存，且接收信号的信号特征与存储的信息有关联。缺点是系统较大，几乎不能实现系统的微型化(参见DE 100 53 959 Al，WO 02/037134A)。雷达系统用(主动)应答器或线缆终端进行渡越时间测量。在球场边上的一个发射器发出一个脉冲，它被运动着的物体接收并且在一定时间之后反射回一个反射信号。从信号的总的渡越时间可以确定发射器和运动物体之间的距离，参见US-A 4,660,039。这种技术的缺点是很难同时对许多物体进行高时间分辨率跟踪。定向天线通过具有非常高的定向作用的天线跟踪运动物体，其中它发出与接收天线对准的信号。若至少使用二个天线，可以通过天线对准的角度来确定位置。该原理已在US-A 5,513,854中描述，用于在竞技场上对运动员定位。US-A 5,583,517中描述了一个基于同一原理的系统，其中，移动发射器将信号扩展到许多不同的载波上，所得到的信号在接收器里被重新组合，以阻止多路传播。不足之处在于如果应用极高的频率(-＞光)，那么只获得一种适合的分辨率。光学系统通过多个摄相机对物体进行跟踪，可以自动地通过图形处理系统(模式识别)或者通过电磁技术(磁传感器)来进行跟踪。通过分析处理图像可以计算出位置。不足之处在于如果物体没有被障碍物遮盖，光学系统只能确定位置。此外，当时不能即时自动地或在线地评估位置。借助于“船”(Barken)或其它的场强测量在体育场上分布有大量接收器(或发射器)(“船”)。信号的场强对应于在“船”和运动物体之间的距离。然后，从场强可以计算出位置。不足之处在于为获得高分辨率必须设置很多“船”。由DE 100 54 282 A1已知用于确定一个物体的位置、方向和/或变形的方法及装置，其中在物体上设有一个或多个发射电磁信号的信号发生器。对信号发生器的进行控制，使得各个信号彼此可以区分，将这些信号传送到至少一个二维分辨的位置探测器(PSD)上，在那里转换成二维位置坐标，然后转换成与物体相关的位置、方向和/或变形的信息。该系统相当复杂，但是基本上仍然仅在二维方向上是起作用的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种可在一个具有很高的位置分辨率和至少为毫秒级的时间分辨率的规定的三维空间里对至少一个运动物体的位置进行连续实时的跟踪的方法，用于在任何时间和在任何地点对一个或多个运动物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：西尔维娅·库罗纳，马库斯·布利斯泽，京特·霍夫曼，恩斯特·埃伯莱因，斯特凡·克勒，托马斯·冯德格林，马尔科·布雷林，赖纳·雷特科瓦斯基，
申请(专利权)人：弗兰霍菲尔运输应用研究公司，
类型：发明
国别省市：