DE102019206462A1

DE102019206462A1 - Procedure, location signal receiver and location system

Info

Publication number: DE102019206462A1
Application number: DE102019206462.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Von Hoyningen-Huene; Stephan Ludwig; Frank Slomian
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Lokalisierung eines Ortungssignalempfängers (200; 200a; 200b) bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von mindestens einem Ortungssignal (S) an einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Antennenpositionen (p1, 2) mittels einer Antennenvorrichtung (202) des Ortungssignalempfängers (200; 200a; 200b); Ermitteln einer Mehrzahl von Empfangszeitpunkten (t1, t2) des mindestens einen Ortungssignals (S) an der jeweiligen Antennenposition (p1, p2) mittels einer Kommunikationsvorrichtung (204) des Ortungssignalempfängers (200; 200a; 200b); Ermitteln einer Lage (L) eines Koordinatensystems des Ortungssignalempfängers (200; 200a; 200b) mittels einer Lagevorrichtung (206) des Ortungssignalempfängers (200; 200a; 200b); und Ermitteln einer Position (p200) des Ortungssignalempfängers (200; 200a; 200b) in Abhängigkeit von den Antennenpositionen (p1, p2), in Abhängigkeit von den Empfangszeitpunkten (t1, t2), in Abhängigkeit von der Lage (L) des Koordinatensystems und in Abhängigkeit von einer Position (p100) eines Ortungssignalsenders (100), von dem das Ortungssignal (S) stammt, mittels einer Ermittlungsvorrichtung (300).A method for localizing a location signal receiver (200; 200a; 200b) is provided, the method comprising: receiving at least one location signal (S) at a plurality of spaced apart antenna positions (p1, 2) by means of an antenna device (202) of the location signal receiver (200; 200a; 200b); Determining a plurality of times of reception (t1, t2) of the at least one location signal (S) at the respective antenna position (p1, p2) by means of a communication device (204) of the location signal receiver (200; 200a; 200b); Determining a position (L) of a coordinate system of the location signal receiver (200; 200a; 200b) by means of a position device (206) of the location signal receiver (200; 200a; 200b); and determining a position (p200) of the location signal receiver (200; 200a; 200b) as a function of the antenna positions (p1, p2), as a function of the reception times (t1, t2), as a function of the position (L) of the coordinate system and in Depending on a position (p100) of a location signal transmitter (100) from which the location signal (S) originates, by means of a determination device (300).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, einen Ortungssignalempfänger und ein Ortungssystem.The invention relates to a method, a location signal receiver and a location system.

Bei der Lokalisierung im dreidimensionalen Raum braucht es drei Positionsgrößen sowie eine Orientierung. So werden geographische Positionen häufig mit Längen- und Breitengrad, sowie der Höhe über dem Meeresspiegel angegeben. Eine gängige Methode ist die Trilateration, also die Lokalisierung durch Abstandsmessung anhand von Signallaufzeiten.For localization in three-dimensional space, three position sizes and an orientation are required. Geographical positions are often given with longitude and latitude as well as the height above sea level. A common method is trilateration, i.e. localization by measuring the distance using signal propagation times.

Eine praktische Lokalisierungsmethode mittels Trilateration ist das GPS-Verfahren, bei dem ein GPS-Empfänger Signale von mindestens vier GPS-Satelliten empfängt. Durch einen Vergleich der empfangenen Signale kann der Empfänger zunächst die jeweiligen Abstände zu den Satelliten bestimmen. Durch zusätzliche Kenntnis über die Bahndaten der Satelliten und damit deren aktuelle Position kann der GPS-Empfänger seine aktuelle Position ermitteln.A practical localization method using trilateration is the GPS method, in which a GPS receiver receives signals from at least four GPS satellites. By comparing the received signals, the receiver can first determine the respective distances to the satellites. With additional knowledge of the orbit data of the satellites and thus their current position, the GPS receiver can determine its current position.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Probleme des Standes der Technik werden durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und durch einen Ortungssignalempfänger gemäß einem nebengeordneten Anspruch gelöst.The problems of the prior art are solved by a method according to claim 1 and by a location signal receiver according to an independent claim.

Gemäß einem ersten Aspekt dieser Beschreibung wird ein Verfahren zur Lokalisierung eines Ortungssignalempfängers bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von mindestens einem Ortungssignal an einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Antennenpositionen mittels einer Antennenvorrichtung des Ortungssignalempfängers; Ermitteln einer Mehrzahl von Empfangszeitpunkten des mindestens einen Ortungssignals an der jeweiligen Antennenposition mittels einer Kommunikationsvorrichtung des Ortungssignalempfängers; Ermitteln einer Lage eines Koordinatensystems des Ortungssignalempfängers mittels einer Lagevorrichtung des Ortungssignalempfängers; und Ermitteln einer Position des Ortungssignalempfängers in Abhängigkeit von den Antennenpositionen, in Abhängigkeit von den Empfangszeitpunkten, in Abhängigkeit von der Lage des Koordinatensystems und in Abhängigkeit von einer Position eines Ortungssignalsenders, von dem das Ortungssignal stammt, mittels einer Ermittlungsvorrichtung.According to a first aspect of this description, a method for localizing a positioning signal receiver is provided, the method comprising: receiving at least one positioning signal at a plurality of spaced apart antenna positions by means of an antenna device of the positioning signal receiver; Determining a plurality of times of reception of the at least one location signal at the respective antenna position by means of a communication device of the location signal receiver; Determining a position of a coordinate system of the location signal receiver by means of a position device of the location signal receiver; and determining a position of the location signal receiver as a function of the antenna positions, as a function of the reception times, as a function of the position of the coordinate system and as a function of a position of a location signal transmitter from which the location signal originates by means of a determination device.

Vorteilhaft kann ein anderes Lokalisierungsverfahren ersetzt oder ergänzt werden. Insbesondere kann hierdurch die Anzahl der Ortungssignalsender reduziert werden. Diesbezügliche Anwendungen ergeben sich beispielsweise in Fabrikhallen, bei denen entweder die Leistung zum Versenden von Ortungssignalen und/oder die Anzahl der Ortungssignalsender reduziert werden kann.Another localization method can advantageously be replaced or supplemented. In particular, this can reduce the number of location signal transmitters. Applications in this regard arise, for example, in factory halls in which either the power for sending location signals and / or the number of location signal transmitters can be reduced.

Wenn also nicht ausreichend Ortungssignalsender zur Verfügung stehen, um nach gängigen Verfahren eine Lokalisierung durchzuführen, so kommt das bereitgestellte Verfahren bzw. die Vorrichtung zum Einsatz.If, therefore, there are not enough location signal transmitters available to carry out a localization using common methods, the method or device provided is used.

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren umfasst: Empfangen von mindestens einem Ortungssignal an wenigstens vier voneinander beabstandeten Antennenpositionen mittels der Antennenvorrichtung des Ortungssignalempfängers.An advantageous example is characterized in that the method comprises: receiving at least one location signal at at least four spaced apart antenna positions by means of the antenna device of the location signal receiver.

Mit den mindestens vier Antennenpositionen ist es möglich, mit nur einem zur Verfügung stehenden Ortungssignalsender die Position des Ortungssignalempfängers zu ermitteln.With the at least four antenna positions, it is possible to determine the position of the location signal receiver with just one available location signal transmitter.

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Antennenvorrichtung eine Mehrzahl von Antennen umfasst, und wobei die Antennenpositionen des Ortungssignalempfängers zueinander festgelegt sind. An advantageous example is characterized in that the antenna device comprises a plurality of antennas, and the antenna positions of the location signal receiver are fixed to one another.

Vorteilhaft wird hierdurch ein mechanisch nicht bewegtes und damit verschleißfreies Ortungsverfahren bereitgestellt.In this way, a mechanically non-moving and therefore wear-free locating method is advantageously provided.

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Antennenvorrichtung eine Antenne und wenigstens eine bewegliche Komponente, zu der die Antenne festgelegt ist, umfasst, und wobei die bewegliche Komponente dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Antenne an die Mehrzahl der Antennenpositionen zu bewegen, um dort ein jeweiliges Ortungssignal zu empfangen.An advantageous example is characterized in that the antenna device comprises an antenna and at least one movable component to which the antenna is fixed, and wherein the movable component is designed to move the at least one antenna to the plurality of antenna positions in order to there to receive a respective location signal.

Vorteilhaft lässt sich damit auch nur eine Antenne zum Empfang des Ortungssignals verwenden. Die Antennenvorrichtung kann beispielsweise bei einem Roboter auf dessen Roboterarm als bewegliche Komponente zurückgreifen, um eine dort angeordnete Antenne im Raum zu bewegen.Advantageously, only one antenna can thus be used to receive the location signal. In the case of a robot, for example, the antenna device can use its robot arm as a movable component in order to move an antenna located there in space.

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Ortungssignalempfänger einen Antrieb zu einer Bewegung des Ortungssignalempfängers im Raum umfasst, und wobei der Antrieb dazu ausgebildet ist, den Ortungssignalempfänger derart durch den Raum zu bewegen, dass die Mehrzahl der Antennenpositionen für die wenigstens eine Antenne angesteuert werden.An advantageous example is characterized in that the location signal receiver comprises a drive for moving the location signal receiver in space, and the drive is designed to move the location signal receiver through space in such a way that the plurality of antenna positions for the at least one antenna are controlled will.

Vorteilhaft kann die Bewegung des Ortungssignalempfängers im Sinne eines Bewegungsgewinns bei der Ortung desselben genutzt werden.The movement of the location signal receiver can advantageously be used in the sense of a gain in movement when locating the same.

Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Beschreibung wird ein Ortungssignalempfänger bereitgestellt, wobei der Ortungssignalempfänger wenigstens eine Lagevorrichtung, wenigstens eine Kommunikationsvorrichtung und wenigstens eine Antennenvorrichtung umfasst, wobei der Ortungssignalempfänger dazu ausgebildet ist: mindestens ein Ortungssignal an einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Antennenpositionen mittels der Antennenvorrichtung des Ortungssignalempfängers zu empfangen; eine Mehrzahl von Empfangszeitpunkten des mindestens einen Ortungssignals an der jeweiligen Antennenpositionen mittels der Kommunikationsvorrichtung des Ortungssignalempfängers zu ermitteln; eine Lage eines Koordinatensystems des Ortungssignalempfängers mittels der Lagevorrichtung des Ortungssignalempfängers zu ermitteln; und eine Position des Ortungssignalempfängers in Abhängigkeit von den Antennenpositionen, in Abhängigkeit von den Empfangszeitpunkten, in Abhängigkeit von der Lage des Koordinatensystems und in Abhängigkeit von einer Position eines Ortungssignalsenders, von dem das Ortungssignal stammt, mittels einer Ermittlungsvorrichtung des Ortungssignalempfängers zu ermitteln, oder wenigstens die Antennenpositionen und die zugeordneten Empfangszeitpunkte zur Ermittlung der Position des Ortungssignalempfängers in Richtung einer entfernt von dem Ortungssignalempfänger angeordneten Ermittlungsvorrichtung mittels der Kommunikationsvorrichtung und der Antennenvorrichtung zu versenden.According to a second aspect of this description, a location signal receiver is provided, wherein the location signal receiver comprises at least one location device, at least one communication device and at least one antenna device, the location signal receiver being designed to: at least one location signal at a plurality of spaced apart antenna positions by means of the antenna device of the location signal receiver receive; to determine a plurality of times of reception of the at least one location signal at the respective antenna positions by means of the communication device of the location signal receiver; to determine a position of a coordinate system of the positioning signal receiver by means of the positioning device of the positioning signal receiver; and to determine a position of the location signal receiver as a function of the antenna positions, as a function of the reception times, as a function of the position of the coordinate system and as a function of a position of a location signal transmitter from which the location signal originates by means of a determination device of the location signal receiver, or at least the To send antenna positions and the assigned times of reception for determining the position of the location signal receiver in the direction of a determination device arranged remotely from the location signal receiver by means of the communication device and the antenna device.

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Ermittlungsvorrichtung wenigstens einen Speicher mit Computerprogrammcode und wenigstens einen Prozessor umfasst, wobei der Computerprogrammcode mit dem wenigstens einen Prozessor die Ermittlung der Position des Ortungssignalempfängers bewirkt.An advantageous example is characterized in that the determination device comprises at least one memory with computer program code and at least one processor, the computer program code with the at least one processor causing the position of the positioning signal receiver to be determined.

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Ortungssystem den Ortungssignalempfänger und den wenigstens einen Ortungssignalsender mit einer weiteren Antennenvorrichtung, über die das Ortungssignal versendbar ist, umfasst.An advantageous example is characterized in that the locating system comprises the locating signal receiver and the at least one locating signal transmitter with a further antenna device via which the locating signal can be sent.

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Ortungssystem die Ermittlungsvorrichtung umfasst, welche entfernt von dem Ortungssignalempfänger angeordnet ist, und wobei die Ermittlungsvorrichtung wenigstens die Antennenpositionen und die zugeordneten Empfangszeitpunkte empfängt.An advantageous example is characterized in that the location system comprises the determination device which is arranged remotely from the location signal receiver, and the determination device receives at least the antenna positions and the associated reception times.

Vorteilhaft kann damit die Ermittlung der Position des Ortungssignalempfängers an zentraler Stelle stattfinden. Die Ortungssignalempfänger werden von der Berechnung der eigenen Position entlastet.The position of the location signal receiver can thus advantageously be determined at a central point. The location signal receivers are relieved of the task of calculating their own position.

FigurenlisteFigure list

1 , 5 , 6th and 7th each a location system in schematic form; and
2 to 4th an example of a location signal.

1 zeigt ein Ortungssystem 400. Das Ortungssystem 400 umfasst wenigstens einen Ortungssignalsender 100 und einen der gezeigten Ortungssignalempfänger 200a, 200b. Der Ortungssignalsender 100 umfasst wenigstens eine Antennenvorrichtung 102, über die in regelmäßigen Abständen wenigstens ein Ortungssignal S über einen physikalischen Funkkanal pCH versendet wird. Eine Lokalisierungsvorrichtung 104 des Ortungssignalsenders 100 stellt beispielsweise über den vorgenannten physikalischen Funkkanal pCH die eigene Position p100 bereit. Selbstverständlich kann die Position p100 auch über einen anderen Kanal bereitgestellt werden. In einem weiteren Beispiel wird die Position p100 des Ortungssignalsenders 100 an der benötigten Stelle im Ortungssignalempfänger 200a, 200b hinterlegt. 1 shows a tracking system 400 . The location system 400 comprises at least one location signal transmitter 100 and one of the location signal receivers shown 200a , 200b . The location signal transmitter 100 comprises at least one antenna device 102 over which at least one location signal S over a physical radio channel at regular intervals pCH is shipped. A localization device 104 of the location signal transmitter 100 provides for example over the aforementioned physical radio channel pCH your own position p100 ready. Of course, the position can p100 can also be provided via another channel. In another example, the position p100 of the location signal transmitter 100 at the required location in the location signal receiver 200a , 200b deposited.

Eine Antennenvorrichtung 202 umfasst wenigstens eine nicht dargestellte Antenne oder mehrere Antennen, wobei die wenigstens eine oder die mehreren Antennen an unterschiedlichen Positionen p1, p2 angeordnet sind oder dorthin bewegbar sind.An antenna device 202 comprises at least one antenna (not shown) or multiple antennas, the at least one or more antennas at different positions p1 , p2 are arranged or can be moved there.

Eine Kommunikationsvorrichtung 204 - beispielsweise ein Funkkommunikationsmodul - ist mit der Antennenvorrichtung 202 derart gekoppelt, dass die Kommunikationsvorrichtung 204 die Empfangszeitpunkte t1 und t2 des wenigstens einen Ortungssignals S an den jeweiligen Positionen p1 und p2 ermittelt. Der Ortungssignalempfänger 200a 200b, dessen Position bestimmt werden soll, empfängt das Ortungssignal in einem Beispiel an mindestens vier voneinander beabstandeten Antennenpositionen. Für jede Antennenposition wird der Empfangszeitpunkt t1, t2 des Ortungssignals S bezüglich einer internen Uhr des Ortungssignalempfängers 200a, 200b bestimmt.A communication device 204 - for example a radio communication module - is with the antenna device 202 coupled such that the communication device 204 the times of receipt t1 and t2 of the at least one location signal S. at the respective positions p1 and p2 determined. The location signal receiver 200a 200b whose position is to be determined, receives the location signal in one example at at least four spaced apart antenna positions. The time of reception is given for each antenna position t1 , t2 of the location signal S. with respect to an internal clock of the location signal receiver 200a , 200b certainly.

Auch wenn für eine Lokalisierungslösung weniger als vier Antennenpositionen zur Verfügung stehen, kann die hier vorgestellte Methode angewendet werden. Das hier beschriebene Verfahren ist somit auch einsetzbar mit drei referenzierten Ortungssignalsendern und mindestens zwei Antennenpositionen des Ortungssignalempfängers. In einem weiteren Beispiel ist auch eine Anordnung mit zwei Ortungssignalsendern und mindestens drei Antennenpositionen möglich.Even if fewer than four antenna positions are available for a localization solution, the method presented here can be used. The method described here can therefore also be used with three referenced location signal transmitters and at least two antenna positions of the location signal receiver. In a further example, an arrangement with two location signal transmitters and at least three antenna positions is also possible.

Eine Lagevorrichtung 206 ermittelt eine Lage L eines Koordinatensystems des Ortungssignalempfängers 200a, 200b. Die Lagevorrichtung 206 umfasst beispielsweise Lagesensoren bzw. Beschleunigungssensoren und einen Kompass, um eine Rotation des eigenen beispielsweise kartesischen Koordinatensystems in Bezug zu einem übergeordneten Koordinatensystem zu ermitteln. Das übergeordnete Koordinatensystem ist beispielsweise das Koordinatensystem, welches der Ortungssignalsender 100 zur Bereitstellung seiner Position p100 nutzt. Alternativ oder zusätzlich wird beispielsweise mit einer Kamera die Umgebung erfasst, um auf diese Art und Weise die Rotation des eigenen Koordinatensystems in Bezug zu dem übergeordneten Koordinatensystem zu ermitteln. In einem weiteren Beispiel wird die Polarisation des empfangenen Ortungssignals S ermittelt und in Abhängigkeit von der Polarisation die Rotation des eigenen Koordinatensystems zu dem übergeordneten Koordinatensystem ermittelt. Die Lagevorrichtung 206 ermöglicht also, dass mithilfe entsprechender Sensoren der Ortungssignalempfänger 200a, 200b die Orientierung seines internen Koordinatensystems mit der Orientierung des äußeren, übergeordneten Koordinatensystems abgleicht.A positioning device 206 determines a position L of a coordinate system of the location signal receiver 200a , 200b . The positioning device 206 includes, for example, position sensors or acceleration sensors and a compass to a To determine rotation of its own, for example, Cartesian coordinate system in relation to a higher-level coordinate system. The superordinate coordinate system is, for example, the coordinate system used by the location signal transmitter 100 to provide his position p100 uses. As an alternative or in addition, the surroundings are recorded with a camera, for example, in order in this way to determine the rotation of the own coordinate system in relation to the superordinate coordinate system. In another example, the polarization of the received location signal S. determined and determined depending on the polarization, the rotation of the own coordinate system to the higher-level coordinate system. The positioning device 206 thus enables the location signal receiver to use appropriate sensors 200a , 200b aligns the orientation of its internal coordinate system with the orientation of the external, superordinate coordinate system.

Die Lage L wird in einem Beispiel der Antennenvorrichtung 202 bereitgestellt, sodass die Antennenvorrichtung 202 die Antennenpositionen p1, p2 bereits lagerichtig in Bezug zu dem übergeordneten Koordinatensystem ermittelt.The location L. becomes in one example the antenna device 202 provided so that the antenna device 202 the antenna positions p1 , p2 already determined in the correct position in relation to the higher-level coordinate system.

Entsprechend sind die Antennenpositionen p1 und p2 entweder im Koordinatensystem des Ortungssignalempfängers 200 a, 200 b oder im übergeordneten Koordinatensystem des Ortungssignalsenders 100 ermittelt.The antenna positions are accordingly p1 and p2 either in the coordinate system of the location signal receiver 200 a, 200 b or in the higher-level coordinate system of the location signal transmitter 100 determined.

Eine Ermittlungsvorrichtung 300 umfasst einen Prozessor p und einen Speicher M, auf dem ein Computerprogramm C abgespeichert ist. Das Programm C ist derart ausgebildet, dass es bei Ausführung auf dem Prozessor P die in dieser Beschreibung erläuterten Verfahren durchführt. Die Darstellung des Prozessors P, des Speichers M und des Programms C lassen sich selbstverständlich auch auf die Vorrichtungen 202, 204 und 206 übertragen.An investigative device 300 comprises a processor p and a memory M on which a computer program C is stored. The program C is designed in such a way that when it is executed on the processor P it carries out the methods explained in this description. The representation of the processor P, the memory M. and the program C can of course also be applied to the devices 202 , 204 and 206 transfer.

Die Ermittlungsvorrichtung 300 ist beispielsweise Teil des Ortungssignalempfängers 200b. In einem anderen Beispiel ist die Ermittlungsvorrichtung 300 in einer entfernt von dem Ortungssignalempfänger 200a angeordneten Netzwerkeinheit 500 angeordnet. In einem weiteren nicht gezeigten Beispiel ist die Ermittlungsvorrichtung 300 in dem Ortungssignalsender 100 angeordnet.The investigation device 300 is part of the location signal receiver, for example 200b . In another example, the detection device is 300 in one remote from the location signal receiver 200a arranged network unit 500 arranged. In a further example, not shown, is the determination device 300 in the location signal transmitter 100 arranged.

Die Ermittlungsvorrichtung 300 empfängt mindestens die Mehrzahl von Empfangszeitpunkten t1, t2 und die zugeordneten Antennenpositionen p1 und p2. Sollten die Antennenpositionen p1 und p2 nicht im Koordinatensystem des Ortungssignalsenders 100 vorliegen, so empfängt die Ermittlungsvorrichtung 300 die Lage L. Des Weiteren wird die Position p100 des Ortungssignalsenders 100 empfangen oder ist, sollte der Ortungssignalsender 100 fest verbaut sein, d.h. in einer festen Position im Raum verankert sein, im Speicher M abgespeichert. So ermittelt die Ermittlungsvorrichtung 300 in Abhängigkeit von den Empfangszeitpunkten t1, t2 und der zugeordneten lagerichtigen Antennenpositionen p1 und p2 sowie der Position p100 des Ortungssignalsenders 100 eine Position p200 des Ortungssignalempfängers 200a, 200b.The investigation device 300 receives at least the plurality of reception times t1 , t2 and the assigned antenna positions p1 and p2 . Should the antenna positions p1 and p2 not in the coordinate system of the location signal transmitter 100 are present, the determining device receives 300 the location L. Furthermore, the position p100 of the location signal transmitter 100 received or is, the location signal transmitter should 100 be permanently installed, ie be anchored in a fixed position in space, stored in memory M. This is how the determining device determines 300 depending on the times of receipt t1 , t2 and the assigned antenna positions in the correct position p1 and p2 as well as the position p100 of the location signal transmitter 100 a position p200 of the location signal receiver 200a , 200b .

In einem Beispiel wird die Lokalisierung des Ortungssignalempfängers 200a, 200b erreicht, wenn der Ortungssignalempfänger 200a, 200 b den genauen Sendezeitpunkt des Ortungssignals S kennt und internen Uhren des Ortungssignalsenders 100 und des Ortungssignalempfängers 200a, 200b zueinander synchronisiert sind. In diesem Fall kennt der Ortungssignalempfänger 200a, 200b durch den Empfangszeitpunkt des Ortungssignals S an den verschiedenen Antennen die jeweilige Ausbreitungsverzögerung vom Ortungssignalsender 100 zu der jeweiligen Empfangsantenne bzw. der zugeordneten Antennenposition. Mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ortungssignals, welche der Lichtgeschwindigkeit entspricht, ermittelt die Ermittlungsvorrichtung 300 die Abstände der einzelnen Antennenpositionen zu dem Ortungssignalsender 100. Für jede einzelne Antennenposition befinden sich die möglichen Orte des Ortungssignalsenders auf einer Kugeloberfläche, wobei der Kugelradius dem zuvor berechneten jeweiligen Abstand entspricht. Betrachtet man nun mehrere Antennenpositionen der Empfangsantenne(n) ergibt sich der geschätzte Ort des Ortungssignalsenders 100 als Schnittpunkt der einzelnen Kugeloberflächen. Bei mindestens vier Empfangsantenne (die nicht in einer Ebene liegen) ergibt sich ein einzelner eindeutiger Lokalisierungspunkt des Ortungssignalsenders 100.In one example, the location of the location signal receiver 200a , 200b reached when the locating signal receiver 200a , 200 b knows the exact transmission time of the location signal S and internal clocks of the location signal transmitter 100 and the location signal receiver 200a , 200b are synchronized with each other. In this case, the location signal receiver knows 200a , 200b the time of reception of the location signal S at the various antennas determines the propagation delay from the location signal transmitter 100 to the respective receiving antenna or the assigned antenna position. The determination device determines the propagation speed of the location signal, which corresponds to the speed of light 300 the distances between the individual antenna positions and the location signal transmitter 100 . For each individual antenna position, the possible locations of the location signal transmitter are located on a spherical surface, the spherical radius corresponding to the respective distance calculated beforehand. If one now considers several antenna positions of the receiving antenna (s), the estimated location of the location signal transmitter results 100 as the intersection of the individual spherical surfaces. With at least four receiving antennas (which are not in one plane) there is a single, unambiguous localization point of the location signal transmitter 100 .

Ist der Sendezeitpunkt des Ortungssignals S dem Ortungssignalempfänger 200a, 200b nicht bekannt, ergibt sich für je Paar von zwei Antennenpositionen ein gedachter Rotationshyperboloid, dessen Achse durch die beiden Antennenposition verläuft. Der jeweilige Rotationsparaboloid beschreibt die Menge an möglichen Orten des Ortungssignalsenders 100 und wird in Abhängigkeit von den Antennenpositionen und einer Zeitdifferenz zwischen den zugeordneten Empfangszeitpunkten ermittelt. Für ein einzelnes Paar von Antennen ist dies zwar uneindeutig. Aber mit mindestens drei unabhängigen Rotationshyperboloiden - basierend auf mindestens vier Antennenpositionen und den Zeitdifferenzen - ergibt sich ein eindeutiger Schnittpunkt relative als Position des Ortungssignalsenders 100.Is the transmission time of the location signal S. the location signal receiver 200a , 200b not known, for each pair of two antenna positions there is an imaginary rotational hyperboloid whose axis runs through the two antenna positions. The respective paraboloid of rotation describes the amount at possible locations of the location signal transmitter 100 and is determined as a function of the antenna positions and a time difference between the assigned reception times. For a single pair of antennas, this is ambiguous. But with at least three independent rotation hyperboloids - based on at least four antenna positions and the time differences - there is a clear intersection relative to the position of the location signal transmitter 100 .

Mithin wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem der Ortungssignalempfänger 200a, 200b dadurch lokalisiert wird, dass der Abstand zu dem Ortungssignalsender 100 an unterschiedlichen Antennenpositionen relativ zu einem Bezugspunkt des Ortungssignalempfängers 200a, 200b ermittelt wird. Anstatt mit mehreren Sendepositionen und einem Empfänger wird hier also mit einem Ortungssignalsender 100 und mehreren Antennenpositionen lokalisiert.A method is therefore provided in which the locating signal receiver 200a , 200b is localized in that the distance to the location signal transmitter 100 at different Antenna positions relative to a reference point of the location signal receiver 200a , 200b is determined. Instead of having several transmission positions and a receiver, this is a location signal transmitter 100 and multiple antenna positions.

2 zeigt ein Beispiel des Ortungssignals S, welches einen Header H und eine Kennung ID des Ortungssignalsenders umfasst. 2 shows an example of the locating signal S. , which comprises a header H and an identifier ID of the location signal transmitter.

3 zeigt ein weiteres Beispiel des Ortungssignals S. Im Unterschied zu 2 umfasst das gezeigte Ortungssignal S einen Sendezeitpunkt TSs des Ortungssignals S. 3 Fig. 10 shows another example of the locate signal S. . In contrast to 2 includes the location signal shown S. a transmission time TSs of the location signal S. .

4 zeigt ein weiteres Beispiel des Ortungssignals S. Im Unterschied zur 3 umfasst das Ortungssignal S die Position p100 des Ortungssignalsenders. 4th Fig. 10 shows another example of the locate signal S. . In contrast to the 3 includes the location signal S. the position p100 of the location signal transmitter.

5 zeigt beispielhaft das Ortungssystem 400. Der Ortungssignalsender 100 sendet zu einem Zeitpunkt das Ortungssignal S aus. Der Ortungssignalempfänger 200 umfasst vorliegend eine Mehrzahl von vier Antennen A1 bis A4, welche an voneinander beabstandeten Antennenpositionen fest mit dem Ortungssignalempfänger 200 verbunden sind. 5 shows the location system as an example 400 . The location signal transmitter 100 sends the location signal S at a point in time. The location signal receiver 200 in the present case comprises a plurality of four antennas A1 to A4 , which are fixed to the location signal receiver at spaced antenna positions 200 are connected.

Der Abstand der Antennen A1 bis A4 des Ortungssignalempfängers 200 entspricht mindestens der Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Bandbreite des Synchronisationssignals. Bei einer Bandbreite von 1 GHz entspricht dies ca. 30cm. Dabei wird davon ausgegangen, dass dies der zu erwarteten Ungenauigkeit bei der Abstandsmessung zum Ortungssignalsender 100 entspricht. Sind die Antennen A1 bis A4 hingegen näher zu einander als vorangehend beschrieben, so gibt es unter Berücksichtigung der Ungenauigkeit ggf. mehr als einen eindeutigen Schnittpunkt für einen Lokalisierungspunkt des Ortungssignalsenders 100 aus Sicht des Ortungssignalempfängers 200. Darüber hinaus ist die Lokalisierung bei größeren Distanzen zum Sender etwas ungenauer als bei kleinen Distanzen, da sich die Kugeloberflächen hier flacher schneiden.The distance between the antennas A1 to A4 of the location signal receiver 200 corresponds at least to the speed of light divided by the bandwidth of the synchronization signal. With a bandwidth of 1 GHz this corresponds to approx. 30 cm. It is assumed that this is the expected inaccuracy when measuring the distance to the location signal transmitter 100 corresponds. Are the antennas A1 to A4 on the other hand, closer to one another than described above, then, taking into account the inaccuracy, there may be more than one clear intersection point for a localization point of the positioning signal transmitter 100 from the point of view of the location signal receiver 200 . In addition, the localization is somewhat less precise for larger distances to the transmitter than for small distances, since the spherical surfaces intersect more flatly here.

Gemäß den gestrichelt gezeichneten Pfeile werden durch die unterschiedlichen Antennenpositionen der jeweiligen Antennen A1 - A4 Laufzeitunterschiede des empfangenen Ortungssignals S erzeugt, die ermittelt werden.According to the broken line arrows, the different antenna positions of the respective antennas A1 - A4 Differences in transit time of the received location signal S. generated that are determined.

Der Ortungssignalsender 100 ist beispielsweise fest in einer Fabrikhalle installiert. Der Ortungssignalsender 100 ermittelt seine eigene Position p100 in einem dem Ortungssignalempfänger 200 übergeordneten Koordinatensystem xyz. Der Ortungssignalempfänger 200 verwendet zunächst sein eigenes Koordinatensystem xe ye ze und kennt die Antennenpositionen zumindest in dem eigenen Koordinatensystem. Wie vorangehend erläutert, wird die Lage des Koordinatensystems xe ye ze in Bezug zu dem übergeordneten Koordinatensystem xyz ermittelt, um die Antennenpositionen und/oder die Position des Ortungssignalempfängers 200 in dem übergeordneten Koordinatensystem xyz zu ermitteln. Die Antennenpositionen liegen bevorzugt nicht in einer Ebene.The location signal transmitter 100 is permanently installed in a factory hall, for example. The location signal transmitter 100 determines its own position p100 in one of the location signal receivers 200 parent coordinate system xyz. The location signal receiver 200 first uses its own coordinate system xe ye ze and knows the antenna positions at least in its own coordinate system. As explained above, the position of the coordinate system xe ye ze is determined in relation to the superordinate coordinate system xyz in order to determine the antenna positions and / or the position of the location signal receiver 200 to be determined in the higher-level coordinate system xyz. The antenna positions are preferably not in one plane.

In diesem Beispiel wird das Ortungssignal S zu einem jeweiligen Zeitpunkt an vier Antennenpositionen empfangen. Aus den leicht unterschiedlichen Zeitpunkten des Signalempfangs wird anschließend wie zuvor beschrieben auf die Richtung und den Abstand geschlossen, unter denen der Ortungssignalsender 100 vom Ortungssignalempfänger 200 in seinem internen Koordinatensystem gesehen wird.In this example, the location signal S is received at four antenna positions at a given point in time. From the slightly different times of signal reception, as described above, conclusions are drawn as to the direction and the distance at which the locating signal transmitter is located 100 from the location signal receiver 200 is seen in its internal coordinate system.

6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm. In den Schritten 602, 604, 606 und 608 ist der Ortungssignalempfänger 200 in unterschiedlichen zeitlich aufeinander folgenden Zuständen gezeigt. Der Ortungssignalempfänger 200 umfasst in diesem Beispiel eine bewegliche Komponente 600 wie beispielsweise einen Roboterarm. An der Komponente 600 ist wenigstens eine Antenne A1 angeordnet. Die bewegliche Komponente 600 wird in den Schritten 602-608 so bewegt, dass ein jeweiliges Ortungssignal S2, S4, S6 und S8 an den unterschiedlichen räumlichen Antennenpositionen empfangen wird. Die Antennenpositionen liegen nicht in einer gemeinsamen Ebene. 6th shows a schematic flow diagram. In the steps 602 , 604 , 606 and 608 is the location signal receiver 200 shown in different chronologically consecutive states. The location signal receiver 200 comprises in this example a movable component 600 such as a robotic arm. On the component 600 is at least one antenna A1 arranged. The moving component 600 will be in the steps 602-608 moved so that a respective location signal S2 , S4 , S6 and S8 is received at the different spatial antenna positions. The antenna positions are not in a common plane.

Das in dieser Beschreibung erläuterte Verfahren beruht beispielsweise darauf, dass die Laufzeitunterschiede des Ortungssignals S zwischen dem Ortungssignalsender 100 und einer Mehrzahl von Antennenpositionen des Ortungssignalempfängers 200 ermittelt werden. Dabei müssen die geometrischen Antennenpositionen bezüglich des Bezugspunktes des Ortungssignalempfängers im internen Koordinatensystem bekannt sein. Dies kann zum einen wie zu 5 beschrieben realisiert werden, indem dasselbe gesendete Ortungssignal S von mindestens vier fest montierten Antennen gleichzeitig empfangen wird. Alternativ wird - wie zu den 6 und 7 beschrieben - die eine Antenne A1 zu mehreren Antennenpositionen bewegt. Dies kann zum Beispiel bei einem Roboterarm der Fall sein. Es wird die Signallaufzeitdifferenz zwischen Ortungssignalsender 100 und den Antennenpositionen des Ortungssignalempfängers 200 gemessen und dann, wie zuvor beschrieben, die Position berechnet.The method explained in this description is based, for example, on the difference in transit time of the locating signal S between the locating signal transmitter 100 and a plurality of antenna positions of the location signal receiver 200 be determined. The geometric antenna positions with respect to the reference point of the location signal receiver in the internal coordinate system must be known. For one, this can be like too 5 can be realized by the same transmitted location signal S being received by at least four fixed antennas at the same time. Alternatively - like to the 6th and 7th described - the one antenna A1 moved to multiple antenna positions. This can be the case with a robot arm, for example. It becomes the signal transit time difference between location signal transmitters 100 and the antenna positions of the location signal receiver 200 measured and then, as described above, the position is calculated.

Für die Genauigkeit der Lokalisierung ist zu gewährleisten, dass während des Verfahrens eine Uhr des Ortungssignalsenders 100 und eine Uhr des Ortungssignalempfängers 200 nicht voneinander wegdriften. Ein Offset ist tolerierbar. Dieser sollte aber konstant sein.For the accuracy of the localization it must be ensured that a clock of the positioning signal transmitter is available during the procedure 100 and a clock of the location signal receiver 200 don't drift away from each other. An offset can be tolerated. But this should be constant.

Eine mögliche Anwendung für die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ist die automatische Einmessung eines Roboters in einer flexiblen Fertigungsumgebung. So kann es in zukünftigen Fertigungsverfahren notwendig sein, die einzelnen Geräte in kurzen Abständen neu zu platzieren. Gerade bei Roboterarmen kann es notwendig sein, die genaue Position der Komponenten zueinander exakt zu kennen, da zum Beispiel zwei Roboterarme kooperieren sollen oder ein Produkt übergeben sollen. Nach einer solchen Neu-Platzierung eines Roboters in der Fertigungshalle wird das vorgeschlagene Verfahren gestartet, um die Antenne des Ortungssignalempfängers 200 an beispielsweise mindestens vier definierte Antennenpositionen zu bewegen und durch die jeweilig ermittelten Signallaufzeitdifferenzen oder Signallaufzeiten die genaue Position des Roboterbezugspunktes in der Halle zu bestimmen.One possible application for the methods and devices described here is the automatic calibration of a robot in a flexible production environment. In future manufacturing processes, it may be necessary to reposition the individual devices at short intervals. With robot arms in particular, it may be necessary to know the exact position of the components in relation to one another, since, for example, two robot arms are supposed to cooperate or transfer a product. After such a new placement of a robot in the production hall, the proposed method is started in order to use the antenna of the location signal receiver 200 to move to, for example, at least four defined antenna positions and to determine the exact position of the robot reference point in the hall by means of the signal propagation time differences or signal propagation times determined.

7 zeigt in schematischer Form ein Beispiel des Ortungssystems 400. Der Ortungssignalempfänger 200 bewegt sich entlang einer Trajektorie 700 durch den Raum und empfängt zu zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ein jeweiliges Ortungssignal S2, S4, S6 und S8. Durch die Trajektorie 700 werden die unterschiedlichen Antennenpositionen und die entsprechenden Empfangszeitpunkte für die Ortung gemäß den vorangehend beschriebenen Schritten bereitgestellt. 7th Fig. 3 shows in schematic form an example of the location system 400 . The location signal receiver 200 moves along a trajectory 700 through the room and receives a respective location signal at consecutive times S2 , S4 , S6 and S8 . Through the trajectory 700 the different antenna positions and the corresponding reception times are provided for the location according to the steps described above.

Claims

A method for localizing a location signal receiver (200; 200a; 200b) of a location system (400), the method comprising: Receiving at least one locating signal (S) at a plurality of spaced apart antenna positions (p1, 2) by means of an antenna device (202) of the locating signal receiver (200; 200a; 200b); Determining a plurality of times of reception (t1, t2) of the at least one location signal (S) at the respective antenna position (p1, p2) by means of a communication device (204) of the location signal receiver (200; 200a; 200b); Determining a position (L) of a coordinate system of the location signal receiver (200; 200a; 200b) by means of a position device (206) of the location signal receiver (200; 200a; 200b); and Determination of a position (p200) of the location signal receiver (200; 200a; 200b) as a function of the antenna positions (p1, p2), as a function of the reception times (t1, t2), as a function of the position (L) of the coordinate system and as a function from a position (p100) of a location signal transmitter (100), from which the location signal (S) originates, by means of a determination device (300).

The procedure according to the Claim 1 wherein the method comprises: receiving the at least one location signal (S) at at least four spaced apart antenna positions (p1, p2) by means of the antenna device (202) of the location signal receiver (200; 200a; 200b).

The procedure according to the Claim 1 or 2 wherein the antenna device (202) comprises a plurality of antennas, and wherein the antenna positions (p1, p2) of the location signal receiver (200; 200a; 200b) are fixed to one another.

The procedure according to the Claim 1 or 2 , wherein the antenna device (202) comprises the at least one antenna (A1) and at least one movable component (602) to which the antenna (A1) is fixed, and wherein the movable component (602) is designed to have the at least one To move the antenna (A1) to the plurality of antenna positions (p1, p2) in order to receive the at least one location signal (S) there.

The method according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the location signal receiver (200; 200a; 200b) comprises a drive for moving the location signal receiver (200; 200a; 200b) in space, and wherein the drive is designed to drive the location signal receiver (200; 200a; 200b) through space to move that the plurality of antenna positions (p1, p2) are controlled for the at least one antenna.

A location signal receiver (200; 200a; 200b) of a location system (400), wherein the location signal receiver (200; 200a; 200b) comprises at least one location device (206), at least one communication device (204) and at least one antenna device (202), wherein the location signal receiver (200; 200a; 200b) is designed to: receive at least one locating signal (S) at a plurality of spaced apart antenna positions (p1, p2) by means of the antenna device (202) of the locating signal receiver (200; 200a; 200b); to determine a plurality of times of reception (t1, t2) of the at least one location signal (S) at the respective antenna positions (p1, p2) by means of the communication device (204) of the location signal receiver (200; 200a; 200b); to determine a position (L) of a coordinate system of the positioning signal receiver (200; 200a; 200b) by means of the positioning device (206) of the positioning signal receiver (200; 200a; 200b); and a position (p200) of the location signal receiver (200; 200a; 200b) as a function of the antenna positions (p1, p2), as a function of the reception times (t1, t2), as a function of the position (L) of the coordinate system and as a function of a position (p100) of a location signal transmitter (100), from which the location signal (S) originates, by means of a determination device (300) of the location signal receiver (200; 200a; 200b) to determine, or at least the antenna positions (p1, p2) and the assigned Receiving times (t1, t2) for determining the position (p200) of the location signal receiver (200; 200a; 200b) in the direction of a determination device (300) arranged remotely from the location signal receiver (200; 200a; 200b) by means of the communication device (204) and the antenna device (202) to send.

The location signal receiver (200; 200a; 200b) according to the Claim 6 , wherein the location signal receiver (200; 200a; 200b) for carrying out the method according to one of the Claims 2 to 5 is trained.

The location signal receiver (200; 200a; 200b) according to the Claim 6 or 7th , wherein the determination device comprises at least one memory (M) with computer program code (C) and at least one processor (P), the computer program code (C) with the at least one processor (P) determining the position (p200) of the location signal receiver (200; 200a; 200b)

A location system (400) comprising the location signal receiver (200; 200a; 200b) according to Claim 6 , 7th or 8th and the at least one location signal transmitter (100) with a further antenna device (102) via which the location signal (S) can be sent.

The location system (400) according to Claim 9 , wherein the location system (400) comprises the determination device (300) which is arranged remotely from the location signal receiver (200; 200a; 200b), and wherein the determination device (300) includes at least the antenna positions (p1, p2) and the associated reception times (t1 , t2).