[发明专利]用于提高非同步的无线电用户的定位精度的方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

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 A1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(TDOA-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f_n处接收的相位随后利用信号渡越时间τ_R得出了：

所需要的距离R随后可以借助于关系式R＝c·τ_R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2π之间的范围中是单值的。按照频率插值点f_n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 A1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d_ein＝c/(2·f_d)(光速c，信道距离f_d)。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。