[发明专利]用于确定移动式发射器位置和方向的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定移动式发射器位置和方向的方法和装置。

背景技术

用于连续实时追踪至少一个移动式发射器位置的方法和装置在EP1556713B1中已知，其中一个固定接收器以及信号处理网络的多个接收器接收发射器发出的信号。通过接收器信号确定在发射器和各接收器之间的行进时间或被称为TOA(到达时间)值，其中，通过参考其中一个接收器，各发射器的各个位置利用双曲三角测量算出，形成例如12个固定接收器的12个TOA值，11个时间差值，或被称为TDOA(到达时间差)值，在卡尔曼滤波器中实现。该方法和装置被用于例如对运动场上的，例如足球场上的运动员和/或球进行实时追踪。

在这样一种已知的系统中，旋转移动式发射器，例如可以设置在球中，产生失真的载波相位测量值，接下来又使发射器的位置结果失真。这种干扰在球转动越快时变得越大。该效果可归结于所使用天线的选取。发射器发射出线性极化波，同样，例如通过线性偶极子。圆形极化天线用于接收器侧，其中极化面也随着球或发射器的转动而转动，这会使接收器感知到载波频率的平移。由载波频率得到载波相位的测量值由于该干扰效果而失真，并且不再是其距离和变化的可靠测定量。如果位置计算中考虑测得的载波相位值，这会或多或少导致位置误差。为了解决这个问题，有可能省掉载波相位的测量或位置计算中的载波相位测量值，然而由于仅仅使用信号的行进时间的相对不准确的码相位测量，会很大程度地影响位置结果。

结合引用的现有技术产生的该物理效应，也会出现在其他的系统中，例如在GPS系统中，其中，在GPS系统中，由于相位差是由两个卫星的测量值形成的，因而可消除误差。这种情况的预先条件是，接收天线仅仅绕垂直轴转动，且大部分情况都是如此。根据上述引用的现有技术的定位方法中，发射器的转动是完全随机的，这就是为什么在GPS系统中不必使用误差补偿。

另一现有技术中，上文提到的物理效应用于方向测量，记载于US3540045，其中建立并控制卫星通讯的极化面校准。在这种情况下，卫星信号的极化面的角度通过绕杆式天线测量，该绕杆式天线可同步接收右侧和左侧圆极化电磁场成分。US7123187被用于确定GPS接收器的校准，其中使用了“标准GPS天线配置”，也就是说右侧圆极化天线位于发射器和接收器中。在这种情况下，使用了GPS系统的两种载波频率，其中可由不同相位变化确定或分开转动中两种成分，在这期间两种相位测量值都以相同的方式变化，且根据距离的变化，相位变化取决于各自的波长。

发明内容

本发明的目的是产生一种用于确定移动式发射器位置和方向的方法和装置，通过该方法和装置，可避免由移动式发射器的随机转动产生的测量误差并且因此改善发射器位置的确定。

该目的根据本发明的方法独立权利要求和装置独立权利要求的特征实现。

从属权利要求公开的措施有可能实现有利的发展和改进。

由于，对于包括具有至少两个线性极化发射天线和各自具有圆极化天线的多个接收器的系统，在移动式发射器和接收器之间的传输路径上建立了理论场模型，载波相位测量值根据移动式发射器的已知位置和方向确定并且理论场模型在卡尔曼滤波器中实现，随后根据载波相位值和/或信号到达时间来确定发射器和接收器之间的距离，并且借助理论场模型和接收器信号产生的所述载波相位的测量值和/或到达时间，在卡尔曼滤波器中确定移动式发射器的位置和方向，根据本发明，有可能使用可形成定位系统的装置，建立距离和方向信息，并且将所述信息片段彼此分开。因而，可克服移动式发射器旋转时的位置误差，并且可以获得方向和转速信息，例如确定带有移动式发射器的球的旋转，并且可以避免用于评估方向的附加的硬件。

由于在发射器上使用两个线性极化天线，完全的方向需要三个自由度来确定。在接收器侧仅有一个圆极化接收天线并且可以为右侧圆极化(RHCP)或左侧圆极化(LHCP)，由此可很大程度上减少接收器的硬件要求。

各个接收器的硬件的减少对于距离和方向变化的直接观测是不利的，因为对于两个未知变量只有一个测定量可用。然而，借助整个定位系统的所有接收器的测定量作为卡尔曼滤波器的输入量，可以确定位置坐标和/或方向。

对于移动式发射器的每个发射天线，重复建立理论场模型，也就是说对于每个接收器，在不同发射天线相互之间进行校准。