專利名稱：用于對至少一個物體進行無線定位和/或定向的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的方法和一種如權(quán)利要求5的前序部分所述的裝置。
已經(jīng)知道，對于一個或多個物體可以通過借助電磁波輻射的反射，譬如通過圖像識別、雷達及其類似方法來確定其位置。也知道可以借助傾角傳感器來執(zhí)行位置識別。但為此在雷達或圖像識別的情況下通常需要直接的視線連接，且在傾角傳感器的情況下需要有物體的電纜敷設(shè)。
另外，譬如從EP0619906B1中曾公開過表面波(OFW)器件形式的傳感元件，它們可以臨時存儲一個詢問信號，其中，電磁詢問信號在臨時存儲時被轉(zhuǎn)變成聲信號，并且可以利用預(yù)定的基本延遲和/或頻率進行修正。被修正的聲信號被轉(zhuǎn)換成編碼的電磁應(yīng)答信號，并被發(fā)送回到已發(fā)出該詢問信號的詢問站以便獲得某些測量數(shù)據(jù)。所述的OFW器件是無源地工作的，也就是說它不需要自己的能源或供電。能源需要是通過經(jīng)接收而存入的電磁詢問信號來提供。這種以無源應(yīng)答器形式工作的OFW器件可能在溫度測試、壓力測試或加速測試中被用于不同的測試目的。另外它還可以應(yīng)用于識別系統(tǒng)，其中為了調(diào)制聲學(xué)的OFW信號而在OFW器件的壓電基片上采用了不同的反射器結(jié)構(gòu)。從EP0651344譬如可得知在OFW器件的基片上裝設(shè)一種擴展-譜-反射器。該OFW器件便代表了可以被用作識別符的所謂的ID標記。
本發(fā)明的任務(wù)在于創(chuàng)造一種如文章開頭所述那種類型的、用于對一個或多個物體進行無線定位和/或定向的方法和裝置，其中可以確定不明顯的和難以觀察的物體的位置。
該任務(wù)在方法方面通過權(quán)利要求1的特征部分來解決，在裝置方面通過權(quán)利要求5的特征部分來解決。
本發(fā)明的優(yōu)選改進方案包含在從屬權(quán)利要求當中。
在本發(fā)明中，借助至少一個設(shè)于所述物體上且存儲能量的傳感元件-該傳感元件沒有自己的能量供給器而無源地工作-把經(jīng)無線電饋入的信號進行專門地調(diào)制，并以編碼應(yīng)答信號的形式將其發(fā)回到詢問信號的發(fā)射地點，且在定位時對所述應(yīng)答信號的時間位置或相位進行分析處理。所述被編碼的應(yīng)答信號的時間位置和/或相位是相對于詢問信號的時間位置和/或相位而進行處理的。在至少使用一個傳感元件的情況下，利用該方式可以確定位于物體和發(fā)出詢問信號的詢問站之間的距離。為了對物體進行定位，可以在物體上裝設(shè)多個傳感元件，尤其是3個傳感元件。由于其在物體上的不同定位，這些傳感元件離所述的詢問站具有不同的距離。由此在編碼應(yīng)答信號中會在信號之間產(chǎn)生時差或相差，以及在詢問站和各傳感元件之間產(chǎn)生不同的傳播時間。
在相應(yīng)的傳感元件內(nèi)的調(diào)制可以基于不同的延遲和/或頻率影響。優(yōu)選地，所述的傳感元件被實施為具有ID標記功能的OFW器件。設(shè)立在詢問站內(nèi)的分析處理裝置依據(jù)所接收的應(yīng)答信號的不同調(diào)制或編碼來識別該應(yīng)答信號來自的那個傳感器。由此給相應(yīng)的傳感元件分配所述分別測量的傳播時間或相位值。
相應(yīng)傳感元件的其它實施例是OFW諧振器、電子和機械的振蕩電路，譬如石英體振蕩器和LC振蕩電路。
在應(yīng)用儲能的傳感元件情況下，一個有利的特征在于能量一直存儲在該元件中，直到詢問信號(詢問脈沖)的環(huán)境回波變得如此緩和，使得由傳感元件輸出的應(yīng)答信號可以較弱而且還可以被檢測。
利用來自所述布置于物體不同位置上的傳感元件的應(yīng)答信號的傳輸時間差，可以確定所述的物體在空間上相對于參考地點、尤其是相對于詢問站的位置。所述的傳感元件相對于物體具有固定的空間關(guān)系，這被存儲在所述的分析處理裝置中。所采用的傳感元件的數(shù)量決定了執(zhí)行測量的自由度和測量精度。當在物體不同位置上布置三個傳感元件時，可以確定物體離詢問站或參考地點的距離，或相對于此的物體位置。
通過本發(fā)明的方法，利用無源傳感裝置實現(xiàn)一個或多個物體的非接觸式定位。所述的測量裝置具有簡單的結(jié)構(gòu)，其中在詢問站和物體之間不需要直接的視線連接。優(yōu)選地，本發(fā)明可以應(yīng)用于無控制的傳輸系統(tǒng)、自動的物體定位、不明顯或很難觀察的物體的定位、以及對識別和設(shè)備部分的監(jiān)視，等等。另外，本發(fā)明還適用于報警系統(tǒng)、救援受難者的系統(tǒng)、以及人的安全舒適系統(tǒng)等等。
下面借助附圖以實施例來詳細講述本發(fā)明。


圖1簡略地示出了本發(fā)明一種實施例的原理結(jié)構(gòu)；圖2簡略地示出了用于分析處理從傳感元件輸出的電磁應(yīng)答信號的解釋圖；圖3示出了可以應(yīng)用于本發(fā)明的傳感元件和詢問站的實施方案。
在圖1中，在物體7處的不同位置放置了三個傳感元件1、2和3。另外，所示的定位系統(tǒng)還包括一個具有發(fā)射/接收天線15的詢問站14。該詢問站14還具有一個發(fā)射機12和一個接收機13，它們可以連接到所述的發(fā)射/接收天線15上(圖3)。另外所述的詢問站14還可以具有一個分析處理單元5，在其中對所發(fā)送和接收的信號進行分析處理。這類詢問站是已知的。
各個傳感元件1～3優(yōu)選地由已知方式的OFW器件構(gòu)成。每個傳感元件主要具有一個所屬的接收/發(fā)射天線。如圖1所示，傳感元件1具有所屬的天線9，傳感元件2具有所屬的天線10，以及傳感元件3具有所屬的天線11。每個這種發(fā)射/接收天線被連接到具有叉指式換能器8的各個傳感元件上。通過叉指式換能器8在OFW器件的壓電基片16中產(chǎn)生一個聲表面波(OFW)，并在調(diào)制裝置6內(nèi)調(diào)制該表面波。調(diào)制裝置6可以由不同的反射器結(jié)構(gòu)或通過折疊構(gòu)成的諧振器結(jié)構(gòu)組成。由此獲得關(guān)于聲表面波延遲和/或頻率的調(diào)制。該被調(diào)制的信號由換能器8轉(zhuǎn)換回到電磁HF應(yīng)答信號，并經(jīng)相應(yīng)傳感元件的接收/發(fā)射天線被發(fā)送回到詢問站14。
因此在所示的實施例中，各個傳感元件1～3由詢問站14利用一種尤其具有脈沖式HF詢問信號(譬如2.45GHz)的詢問信號來進行激勵。通過調(diào)制進行編碼的應(yīng)答信號以傳感器所產(chǎn)生的相應(yīng)時間延遲被發(fā)射元件的所屬接收/發(fā)射天線9、10、11發(fā)射出去，并通過詢問站14的接收部分13進行接收。尤其是，被分配給相應(yīng)傳感元件1～3的接收/發(fā)射天線9～11的空間布置在物體7處是固定地設(shè)立的，并被存儲在分析處理裝置5中。譬如可以把傳感元件1～3安裝在一個共同的模塊內(nèi)，并分別利用所屬的天線9～11進行連接。依賴于物體的位置，所述的天線9～11離詢問站14的發(fā)射/接收天線15的不同距離可以從應(yīng)答信號的各個傳播時間和/或相位中得出。從不同的傳播時間和相位以及從各個應(yīng)答信號之間的傳播時間差中，可以通過光速求出位于各個天線9-11至詢問站14的天線15之間的路程差，并由此按照已知的三角關(guān)系確定所述物體7相對于詢問站或其它參考位置的位置。這可以從圖2清楚地看出。由于系統(tǒng)圍繞詢問站的旋轉(zhuǎn)是不變的，所以可以在詢問站14上設(shè)立附加的測向裝置或附加的天線，以便也能確定所述物體7所在的方向。
權(quán)利要求
1.用于對至少一個物體進行無線定位和/或定向的方法，其中，由一個確定的發(fā)射地點向物體發(fā)送一個電磁詢問信號，并且由所述物體向所述發(fā)射地點發(fā)回一個應(yīng)答信號，以便從所述信號的時間參數(shù)或相位參數(shù)中確定出物體的位置，其特征在于在至少一個設(shè)于所述物體上且存儲能量的傳感元件中專門地調(diào)制經(jīng)無線電饋入的信號，并以編碼輸出信號的形式發(fā)回到所述的發(fā)射地點，且對所述輸出信號相對于所述詢問信號的時間位置或相位進行分析處理。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的調(diào)制是利用固定的延遲和/或頻率來進行的。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在所述物體的多個、尤其是三個不同的位置處借助傳感元件對所述的詢問信號進行不同的調(diào)制，而且把由所述傳感元件進行不同編碼的應(yīng)答信號發(fā)回到所述的發(fā)射地點，并且從應(yīng)答信號的傳播時間或相位差或相位中確定出所述物體的位置。
4.按權(quán)利要求1～3之一的方法，其特征在于把通過無線電存入到相應(yīng)傳感元件中的電磁信號轉(zhuǎn)換成聲信號，其中對所述的聲信號進行調(diào)制，以及把被調(diào)制的聲信號再轉(zhuǎn)換成電磁應(yīng)答信號發(fā)回到所述的發(fā)射地點，并分析處理其時間位置或相位以進行定位。
5.用于執(zhí)行權(quán)利要求1～4之一所述的方法的、對至少一個物體進行無線定位和/或定向的裝置，具有一個包含發(fā)射機和接收機的詢問裝置、一個與所述詢問裝置相連的分析處理裝置、以及一個設(shè)于所述物體上的傳感裝置，所述的傳感裝置根據(jù)從所述詢問裝置發(fā)出的詢問信號而向所述詢問裝置發(fā)回一個應(yīng)答信號，在該詢問裝置中分析處理所述的應(yīng)答信號以對物體進行定位，其特征在于所述設(shè)于物體(7)上的傳感裝置(4)具有至少一個存儲能量的、且被耦合到接收/發(fā)射天線(9，10，11)上的傳感元件(1，2，3)，在該傳感元件中集成了用于詢問信號的專門調(diào)制裝置(6)，以便產(chǎn)生編碼的應(yīng)答信號。
6.按權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述的傳感裝置(4)具有多個、尤其是三個傳感元件(1～3)，這些傳感元件所裝配的接收/發(fā)射天線(9-11)被設(shè)置在所述物體(7)的不同位置。
7.按權(quán)利要求5或6的裝置，其特征在于所述傳感元件(1-3)的調(diào)制裝置(6)是互不相同的。
8.按權(quán)利要求5～7之一的裝置，其特征在于每個調(diào)制裝置(6)針對延遲和/頻率進行調(diào)制。
9.按權(quán)利要求5～8之一的裝置，其特征在于所述的調(diào)制裝置(6)具有一個聲學(xué)調(diào)制裝置。
10.按權(quán)利要求5～9之一的裝置，其特征在于所述傳感元件(1-3)所裝配的接收/發(fā)射天線(9-11)在物體(7)上的固定位置被存儲在所述的分析處理裝置(5)中。
11.按權(quán)利要求5～10之一的裝置，其特征在于所述的每個傳感元件(1-3)被構(gòu)造為ID標記。
全文摘要
用于對至少一個物體(7)進行無線定位和/或定向的方法和裝置，其中，由一個詢問站(14)發(fā)送一個電磁詢問信號，并且在所述的物體(7)上設(shè)有用于存儲能量的傳感元件(1－3)，這些傳感元件專門地調(diào)制經(jīng)無線電饋入的詢問信號，并以編碼應(yīng)答信號的形式發(fā)回到所述的詢問站(14)，在該詢問站中根據(jù)相應(yīng)應(yīng)答信號的時間位置和/或相位來實現(xiàn)物體的定位和/或定向。
文檔編號G01S13/74GK1429343SQ01809546
公開日2003年7月9日 申請日期2001年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月18日
發(fā)明者F·多林格爾 申請人:西門子公司