用于提高非同步的无线电用户的定位精度的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于提高非同步的无线电用户的定位精度的方法，其中借助于相位评估来测定要定位的发射器的位置。要定位的发射器以及另一个、位置已知的发射器分别将一序列的Ｎ个信号发射至至少两个接收器，其中要用于传输信号的发射信道根据本发明专利技术基于预定的、对称的跳频机制而发生变化。基于跳频机制和附加应用的ＴＤＯＡ（到达时间差）原理的有利的性能能够实现高精度的定位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
为了对配有发射器的对象进行定位，通常使用TDOA (到达时间差)方法。在该方法 中，要定位的对象发出信号，该信号由多个位置固定的接收器接收。通过到达时间点的差， 可以通过三角测量法来确定对象相对于接收器的位置。
技术介绍
一个对于该方法来说重要的前提条件是，使发射器和/或接收器在时间上同步。 如果不能同步，则在进行定位时会出现相应的误差。用于同步的措施虽然由现有技术是已 知的，然而其与巨大的经济和物质上的投入相联系。因此例如在全球定位系统(GPS)中，卫 星配有高精度的原子钟。此外，为了实现同步，卫星可以相互之间交换必需的同步数据。在德国专利申请DE 10 2006 040 497 Al中描述了一种用于对非同步的无线电用 户进行基于渡越时间的定位(TD0A-方法)的方法。该方法应用了至少两个发射器和至少 两个接收器，以便提供用于发射器之一的位置估值。在此，接收器和至少一个发射器(基准 发射器)必须具有已知的位置，而其余的发射器是要进行定位的。接收器的数量确定了，在 可几个维度中进行定位。由于基准发射器，因此系统用户的同步是多余的。正如所表明地，定位精度可以通过信号相位的分析评估得以提高。在相位分析评 估中充分利用了 当发射器将信号发射至不同的频率插值点时，可以由对该信号在接收器 上的相位测量而推断出与发射器之间的距离。然而对此的基本条件在于当发出时，相位关 系是已知的或不变的；以及使发射器和接收器在时间上同步。对于在频率插值点fn处接收 的相位φη，随后利用信号渡越时间τκ得出了 cpn=27Tfn_T;R。所需要的距离R随后可以借助于关系式R = c · τΕ来确定，其中c是信号传播速 度。在此要注意的是，即相位仅在0和之间的范围中是单值的。按照频率插值点4彼 此之间相距有多远，得出了或多或少较宽的测量的单值性范围。而理论上当频率插值点之 间具有无穷小的距离时，则测量到绝对的单值。尽管存在多值性的缺点，然而相位分析评估展示了在定位时的潜在的显著更高的 精度的优点，即包括了在为测量而产生的最低的和最高的频率的全部的带宽表现为与由于 多径传播而导致的平均误差成大约相反的比例。此外，为了重新产生单值性，可以或者是应 用单值的、但并不精确的时间测定或时间关联，只要其比相位分析评估的单值性范围更精 确；或者可以遵循TDOA-测量的结果。在DE 10 2006 040 497 Al中，所有发射器将信号发出至不同的频率插值点，其中 使用了通信标准IEEE 802. 15.4以用于那些应用于定位的信号。这取决于在2. 45GHz ISM 带中的相对来说窄带的信号(大约2MHz，3dB-带宽)。如果使用所有在协议中限定的16个 信道，则得到80MHz的全部的包括的带宽，以及30m的单值性范围dein = c/ (2 *fd)(光速c， 信道距离fd)。然而，由于16个信道可能从不同时地，而是仅连续地被使用，因而产生了几 个问题 -由于所有的发射器是非同步的并且进而具有不同的时间偏移量和频率偏移量，因此信号在不同的时间点并且伴随着不同的频率误差被发出。由于这两种情况，由接收器接收的信号的相位相对于上述的理想的设想而出现偏移。-由于所有的接收器也是非同步的并且同样也具有不同的时间偏移量和频率偏移 量，因此在不同的时间轴中测量了信号的到达时间点。这也适合于相位，这是因为接收器的 时钟必须对接收到信号信号进行混音。-通过要定位的发射器的移动而产生了额外的误差，这是因为单个的频率在时间 上连续地被应用。在测量期间的移动并不导致相位随频率线性地上升，而是导致了更高阶 的(成平方地或者更高地)上升。由此在大多数情况下测量到错误的距离。 因此不能利用相位分析评估的优点。然而可以考虑一系列可能性，以便使发射器和接收器这样地同步，即相位分析评 估可用于-发射器的同步其后，发射器在相同的时间轴和频率轴中运行，并且接收器在其 自身非同步时也可以确定相位差(例如GPS)。_接收器的同步其后，接收器应用相同的频率位置和相位以用于对接收到的信 号进行混音并且可以确定非同步的发射器的相位差(例如Abatec的定位系统或Symeo的 LPR-B)。大多数定位解决方案应用同步的接收器。-同时占用多个频率插值点这例如可以利用OFDM通信方法实现，其中，一相对宽 的接收到的信号由许多单个的载波信号组成。由于整个频率范围同时被占用，因此单个的 载波信号彼此之间具有一相位关系。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于，提出一种方法，该方法能够实现非同步的无线电用户的 定位精度的提高。该目的通过在独立权利要求中所给出的方法来实现。有利的设计方案由 从属权利要求给出。所提出的定位方法由此出发，即基于相位分析评估的应用能够实现在非同步的无 线电用户的、例如是ZigBee或蓝牙网络的系统中定位精度的提高。特别地，如果用于发出 信号的频率插值点(FrequenzstUtzpunkte)并不同时地、而是连续地被占用，则也可以实 现一种这样的精度提高。此外一方面，源自于DE 10 2006 040 497A1的TDOA测量原理是 必要的前提条件，其中地点已知的发射器作为基准发射器使用，相对于该发射器，确定了另 外的发射器的时间差和相位差。此外，接收器中的漂移时钟和要定位的发射器的可能的移 动强制地要求另外的措施。特别地，如果频率插值点并不以任意的或无秩序的顺序而是按 照一确定的、对称的跳频机制(Hoppingschema)来访问(angesprungen)，那么相位分析评 估随后就提供了非常好的结果。跳频机制说明了要用于发出信号的频率插值点或信道的顺序。信道kn由平均频率 f(kn)以及带宽来描述并且用于发出电磁波形式的信号。在一般情况下，为每个通信标准确 定了一系列这种信道，这些信道在大多情况下成组地相互联系起来，其中一组信道的平均 频率具有恒定的距离fd。在IEEE 802. 15. 4中的信道定义(ZigBee的物理层)例如包括一 批共16个信道，其平均频率在信道距离fd = 5MHz时处于2405MHz和2480MHz之间。根据本专利技术，要定位的对象发出一序列的N个信号Sn。要通过信道kn进行传输的信号包括载波信号，其频率由信道1^预先设定；以及在该载波信号上调制好的数据流。此外，根据预先设定的跳频机制为彼此连续的信号Sn和Sn+1选出发射信道kn和kn+1。跳频机 制根据一种特殊的形成定律(Bildimgsgesetz)来设置，该形成定律的特征特别在于其对 称性。参照下面的定义可以设置形成定律-假设I是发射器的数量，其中I是整数的以及大于或等于2。-假设N是跳频的数量(也就是说N确定了跳频机制的长度)，其中N是整数的、 偶数的以及大于或等于4。-要在跳频η中由发射器Ti使用的信道假设是knTii =0，...1-1和η = 0, ... N-I0-用于发射器Ti的跳频η的发射时间点假设是tnTi，i= 0，...1-1和η = O, ... N-I0-在数据流的相位与载波信号的相位之间的差在发射器Ti的信道kn中假设是 Cpti ( kn ), i = O, · · · I-I 和 η = 0，· · · N-I。由此，跳频机制按照下面的规则来设定a)跳频机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助于另外的发射器（Ｔ２）和至少两个接收器（Ｅｊ）来对至少一个发射器（Ｔ１）进行定位的方法，其中－所述发射器（Ｔｉ）分别发出一序列的Ｎ个信号，所述信号由所述接收器（Ｅｊ）接收；－将所述Ｎ个信号在特定的多个信道（ｋ↓［ｎ］）上传输；－在用于每个信道（ｋ↓［ｎ］）的每个接收器（Ｅｊ）中测定在所述发射器（Ｔｉ）的接收的信号之间的相位差（Δφ↓［ｊ］（ｋ↓［ｎ］））；和－根据所述相位差（Δφ↓［ｊ］（ｋ↓［ｎ］））确定要定位的所述发射器（Ｔ１）的位置；其特征在于，基于预定的跳频机制来选出所述信道（ｋ↓［ｎ］）。

【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：马库斯皮希勒，斯特凡施瓦策尔，克劳斯塞申贝格尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]