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DE10055289A1 - System zur Bestimmung der Position eines Objekts - Google Patents

System zur Bestimmung der Position eines Objekts

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DE10055289A1
DE10055289A1 DE10055289A DE10055289A DE10055289A1 DE 10055289 A1 DE10055289 A1 DE 10055289A1 DE 10055289 A DE10055289 A DE 10055289A DE 10055289 A DE10055289 A DE 10055289A DE 10055289 A1 DE10055289 A1 DE 10055289A1
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Thomas Von Der Gruen
Ingmar Bretz
Heinz Gerhaeuser
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
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Abstract

System zur Bestimmung der Position eines Objekts mit einer Referenz-Sende-Vorrichtung, die in einer festen Position angeordnet ist, wobei die Referenz-Sende-Vorrichtung eine Referenzzeit-Lieferungseinrichtung zum Liefern eines Referenzzeit-Signals, das eine Referenz-Uhrzeit angibt, aufweist, mindestens zwei Sende-Empfangs-Vorrichtungen, die in festen Positionen zueinander und zu der Referenz-Sende-Vorrichtung angeordnet sind, wobei jede Sende-Empfangs-Vorrichtung eine Zeit-Lieferungseinrichtung zum Liefern eines Zeit-Signals, das eine Uhrzeit angibt, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des Referenzzeit-Signals von der Referenz-Sende-Vorrichtung und eine Synchronisierungseinrichtung zum Verarbeiten des Zeit-Signals und des Referenzzeit-Signals und zum Synchronisieren der Uhrzeit mit der Referenz-Uhrzeit aufweist, und einer Positionsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Position des Objekts.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bestimmung der Position eines Objekts und insbesondere auf ein Navigationssystem für den Innen- und Außen-Bereich.
Auf dem Gebiet der Außenbereichs-Navigation hat in den letzten 25 Jahren die technische Entwicklung von Naviga­ tionssystemen anhand von Satellitensignalen rasante Fort­ schritte gemacht. Weltweit werden Empfänger bzw. Receiver, die das amerikanische GPS-Signal (GPS = Global Positioning System) oder das russische GLONASS-Signal auswerten, z. B. im Flugverkehr oder in der Automobilindustrie eingesetzt. In den letzten Jahren sind auf dem Markt auch Empfänger (GNSS = Global Navigation Satellite System) erhältlich, die beide Systeme kombinieren und dadurch höhere Ortsauflösungen er­ reichen. Die erreichbare Ortsauflösung kann zusätzlich durch Überlagerungssysteme bzw. Overlaysysteme, wie WAAS in Nord­ amerika oder EGNOS in Europa erhöht werden.
Das GPS-System als Beispiel eines Außenbereichs-Navigations­ systems bzw. Outdoor-Navigationssystems umfaßt eine Anzahl von sich teilweise bewegenden Satelliten, die Navigationssi­ gnale aussenden. Die Position eines Objekts wird im Empfän­ ger des Objekts über die Laufzeiten der Navigationssignale zu dem Empfänger und aus den bekannten Positionen der Sa­ telliten bestimmt. Dazu ist eine zeitliche Synchronisation der Satelliten notwendig, die durch Atomuhren in den einzel­ nen Satelliten erreicht wird. Die Navigationssignale sind Sichtlinien-Signale bzw. Line-Of-Sight-Signale, deren Kanal­ modell lediglich durch die Ionosphäre der Erde bestimmt ist, so daß die Signalleistungen am Empfänger im wesentlichen immer gleich sind.
Ein Nachteil des GPS-Systems besteht darin, daß aufwendige Sender, hier Satelliten, notwendig sind, um das GPS-System als System zur Bestimmung der Position eines Objekts bzw. als Navigationssystem zu betreiben. Außerdem müssen die ein­ zelnen Sender jeweils sehr genaue und aufwendige Uhren, hier Atomuhren, enthalten, um die notwendige zeitliche Synchroni­ sation der Sender zu erreichen.
Ein weiterer Nachteil des GPS-Systems und allgemein von Sa­ telliten gestützten Systemen besteht darin, daß diese nicht für die hochgenaue Navigation im Innenbereich, wie z. B. Ge­ bäuden, oder im Außenbereich in von den Satelliten abge­ schatteten Bereichen, wie z. B. Gebäudeschluchten, verwendet werden können.
Auf dem Gebiet der Innenbereichs-Navigation bzw. Indoor-Na­ vigation werden derzeit Lösungen für die Ortung ausschließ­ lich im Netz und nicht im Endgerät bzw. Empfänger vorge­ schlagen, dabei wird die Position des Empfängers durch das Sendernetz des Systems ermittelt und - je nach Anwendung - dem Empfänger bzw. dem zu artenden Modul drahtlos über­ mittelt. Als Beispiel dafür werden in mobilen Kommunika­ tionsnetzen Navigationsdienste angeboten, die auch im Innen­ bereich verwendet werden können. Andere Systeme, die auf Transponder-Technologien basieren, werden für Logistikzwecke und die Nahbereichsidentifikation eingesetzt. Die Ortung durch Entfernungsmessungen ist das hier am meisten ange­ wandte Verfahren. Dabei erfolgt die Ortung durch eine Lauf­ zeitmessung von Funk-, Infrarot-, Ultraschall- oder Laser- Signalen. Genauere Systeme setzen auch modulierte Signale ein, um mittels einer geeigneten Signalverarbeitung eine hö­ here Auflösung zu erzielen. Andere Verfahren, wie Feldstär­ kemessungen oder die Auswertung des empfangenen Signalwin­ kels bei komplexeren Basisstationen, die mit phasengesteu­ erten Antennenanordnungen bzw. Phased-Array-Antennen aus­ gerüstet sind, werden meistens zusätzlich zur Entfernungs­ messung eingesetzt.
Die aktuellen Systeme für die Innenbereichs-Navigation bieten entweder Insel-Lösungen (Pico-Zellen) mit Tags, Lösun­ gen, die auf der Entfernungsmessung basieren und die einen bidirektionalen Übertragungskanal verwenden und Lösungen mit kombinierten Systemen auf Basis mobiler Kommunikationsdien­ ste.
Ein Nachteil der Insel-Lösungen besteht darin, daß die Netz­ struktur sehr aufwendig ist. Ein Nachteil der Lösungen, die auf Entfernungsmessungen basieren, besteht darin, daß die Kanalkapazität schnell erreicht wird, wenn zu viele Module bzw. Empfänger gleichzeitig im Netz bzw. System geortet wer­ den müssen. Ein Nachteil der Lösungen mit kombinierten Sy­ stemen besteht darin, daß sowohl die Navigationssicherheit nicht immer gewährleistet ist, da der Empfänger mindestens zwei Basisstationen bzw. Sender im Gebäude empfangen muß, als auch die Ortungsgenauigkeit noch über 25 m im Außenbe­ reich mit Satellitensystemen und über 100 m mit einer Kom­ munikationsinfrastruktur liegt und somit beispielsweise für Innenbereichsanwendungen nicht geeignet ist. Allgemein bie­ ten die meisten Systeme für den Innenbereich lediglich eine 1D-Ortung bzw. eine Abstandsmessung oder eine 2D-Ortung, z. B. in x-y-Koordinaten.
Ein besonderes Problem der Innenbereichs-Navigationssysteme aber auch der Außenbereichs-Navigationssysteme, z. B. in ab­ geschatteten Gebäudebereichen, besteht darin, daß im Innen­ bereich, z. B. in Gebäuden, eine hohe Signaldynamik und Mehrwegsignale auftreten, die z. B. durch Reflexionen der Navigationssignale innerhalb der Gebäude entstehen. Diese Mehrwegsignale verzerren sehr stark den Übertragungskanal und gefährden eine zuverlässige Ortung bzw. Bestimmung der Position eines Objekts.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur Bestimmung der Position eines Objekts, eine Re­ ferenz-Sende-Vorrichtung, eine Sende-Empfangs-Vorrichtung und eine Positionsbestimmungsvorrichtung zu schaffen, die eine einfache, zuverlässige und genaue Bestimmung der Position eines Objekts ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur Bestimmung der Po­ sition eines Objekts gemäß Anspruch 1, eine Referenz-Sende- Vorrichtung gemäß Anspruch 23, eine Sende-Empfangs-Vorrich­ tung gemäß Anspruch 24 und eine Positionsbestimmungsvorrich­ tung gemäß Anspruch 25 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Erfindung bei Navigationsanwendungen, die keine oder ei­ ne eingeschränkte Sichtverbindung zu den Sendern des Systems zur Bestimmung der Position eines Objekts besitzen, also bei Anwendungen im Innenbereich, wie z. B. Gebäuden, oder im Außenbereich in abgeschatteten Außenbereichen, wie z. B. Ge­ bäudeschluchten, bei denen zwangsläufig eine hohe Signaldy­ namik und Mehrwegsignale, die den Übertragungssignal stark verzerren, auftreten, eine hohe Ortungszuverlässigkeit eines Objekts, eine dreidimensionale Ortung (x,y,z-Koordinaten) und eine Ortung mit einem System ermöglicht, das unempfind­ lich gegenüber Störsignalen ist. Dies liegt daran, daß die vorliegende Erfindung ein CDMA-basiertes (CDMA = Code Divi­ sion Multiple Access) System verwendet, wobei das CDMA-Ver­ fahren unempfindlicher als bekannte Innenbereichs-Naviga­ tionsverfahren auf Störungen durch andere Funkdienste, wie beispielsweise mobile Kommunikationsdienste, z. B. TDMA- oder CDMA-basierte Systeme, digitalen Rundfunk als auch Satelliten-Dienste, z. B. bei Anwendungen im Außenbereich, reagiert.
Das System der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine höhere Ortsauflösung als bei vorhandenen CDMA-Systemen. Bei der Im­ plementierung mit aktuell verfügbaren Technologien kann eine Ortungsgenauigkeit von weniger als 1 m erreicht werden. Bei kommerziellen Anwendungen wird zunächst eine mögliche Auf­ lösung von ca. 1-5 m erwartet, ist aber theoretisch nur durch die Wellenlänge der verwendeten Trägerfrequenz be­ grenzt. Bei einer HF-Trägerfrequenz von 2,4 GHz im ISM-Band kann die maximale Positionsauflösung 6,2 cm (eine halbe Wellenlänge) betragen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, der durch die Anwendung des CDMA-Verfahrens begründet ist, ist die ge­ ringere elektromagnetische Belastung durch das Sendernetz im Vergleich zu Verfahren, die Signallaufzeiten direkt oder in­ direkt (durch einen Frequenzsweep des Senders) messen, da durch die bei CDMA-Systemen typischen Verstärkungsgewinne durch die Entspreizung des Signals Sender mit sehr niedriger Sendeleistung die Innenbereiche bzw. Außenbereiche versor­ gen. Da CDMA-Signale unter dem Rauschpegel liegen, ist keine hohe Sendeleistung für die Ortung notwendig.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, daß das System zur Bestimmung der Position eines Objekts gemäß der Erfindung keinen Rückkanal für die Ortung und die Navigation benötigt, da die Ortung bzw. Bestimmung der Posi­ tion im Empfänger bzw. Empfängermodul und nicht im Sender­ netz erfolgt, wodurch die Zahl der Benutzer, Anwender bzw. Empfängermodule nicht begrenzt ist, keine Gefahr einer Netz­ überlastung besteht und der Funkkanal nur mit vom Sendernetz erzeugten Signalen belastet ist. Dadurch wird ferner eine reduzierte Komplexität der Basisstationen bzw. Sender und der Endgeräte bzw. Empfänger ermöglicht, da die Basisstatio­ nen lediglich eine Sendestufe und die Endgeräte lediglich eine Empfangsstufe benötigen. Daher lassen sich die Empfän­ ger einfach in existierenden Systemen, wie PDAs oder Handte­ lephonen bzw. Handys, integrieren.
Ein weiterer wichtiger Vorteil dieser Erfindung ist daher auch die Rückwärts-Kompatibilität mit Satelliten-Naviga­ tions-Systemen, so daß in Endgeräten, die dieses Naviga­ tionsverfahren verwenden, wesentliche Teile der Hardware für den Empfang von CDMA-basierten, Satelliten gestützten Außen­ bereichs-Navigationssystemen, wie GPS, GLONASS, WASS, EGNOS und das zukünftige europäische System GALILEO, wiederverwen­ det werden können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, daß es möglich ist, die Positionsbestimmungsgenauigkeit anwendungsspezifisch einzustellen, und damit auch die Lei­ stungsaufnahme des Systems zu variieren, da die Position im Modul bestimmt wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, daß die Reichweite eines Senders oder einer Basisstation in vertretbaren Abständen (bis 100 m) liegt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zu dem Empfänger zusätzlich lokale Informationen mitübertragen wer­ den können oder an Referenzstationen geladen werden können, wie z. B. aktuelle Meldungen oder ein Gebäudeplan. Mit ei­ nem integrierten Sprachcodierer kann dieses System als Orientierungshilfe für Sehbehinderte verwendet werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Bestim­ mung der Position eines Objekts gemäß der vorlie­ genden Erfindung;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Referenz-Sende-Vor­ richtung des Systems der vorliegenden Erfindung von Fig. 1;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Sende-Empfangs-Vor­ richtung des Systems der vorliegenden Erfindung von Fig. 1;
Fig. 4 eine allgemeine Darstellung einer Positionsbestim­ mungsvorrichtung des Systems der vorliegenden Er­ findung von Fig. 1;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Positionsbestimmungsvorrichtung des Systems der vorliegenden Erfindung von Fig. 1;
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Korrelationseinrich­ tung und einer Integrationseinrichtung der Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung von Fig. 5; und
Fig. 7 ein Ausgangssignal der Integrationseinrichtung von Fig. 6.
Diese Erfindung beschreibt ein drahtloses, hochauflösendes, funkbasiertes und zellulares Navigationssystem bzw. ein System zur Bestimmung der Position eines Objekts, das zu Ortung von beweglichen oder bewegbaren Objekten, wie z. B. Personen, im Außen- und/oder im Innen-Bereich dient. Bei einem Einsatz im Innenbereich können in diesem System zu­ sätzliche Informationen, wie z. B. ein Gebäudeplan, als Orientierungshilfe angeboten werden. Durch die zellulare Struktur kann das beschriebene System auch zur Bestimmung der Position eines Objekts im Außenbereich oder in Gebäude­ komplexen, wie Messegeländen, die aus mehreren Gebäuden be­ stehen, eingesetzt werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Be­ stimmung der Position eines Objekts. Das System 100 umfaßt eine Referenz-Sende-Vorrichtung 202, die in einer festen Po­ sition angeordnet ist, drei Sende-Empfangs-Vorrichtung 302, die in festen Positionen zueinander und zu der Referenz-Sen­ de-Vorrichtung 202 angeordnet sind, und eine Positionsbe­ stimmungsvorrichtung 502 zum Bestimmen der Position des Ob­ jekts, wobei das Objekt die Positionsbestimmungsvorrichtung 502 aufweist. Um die Position des Objekts mit der Positions­ bestimmungsvorrichtung 502 im Zweidimensionalen zu bestim­ men, muß das System 100 mindestens drei Sende-Vorrichtungen, beispielweise eine Referenz-Sende-Vorrichtung 202 und zwei Sende-Empfangs-Vorrichtung 302, umfassen. Um eine Position des Objekts mit der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 im Dreidimensionalen bzw. im Raum zu bestimmen, muß das System 100 mindestens vier Sende-Vorrichtungen, beispielsweise eine Referenz-Sende-Vorrichtung 202 und drei Sende-Empfangs-Vor­ richtung 302 umfassen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Zur dreidimensionalen Bestimmung der Position des Objekt mit der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 werden die Positio­ nen P1, P2, P3 und P4 der Sende-Vorrichtungen 202, 302 und die Laufzeiten L1, L2, L3 und L4 von Navigationssignalen bzw. Informationssignalen von den Sende-Vorrichtungen 202, 302 zu der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 benötigt. Da­ zu müssen die Sende-Vorrichtungen 202, 302 zeitlich synchron zueinander arbeiten, d. h. ihre Uhren müssen synchron arbei­ ten. Die Laufzeiten L1, L2, L3 und L4 der Informationssigna­ le werden aus der Differenz der Empfangszeiten der Informa­ tionssignale bei der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 und der Sendezeiten der Informationssignale von den Sende-Vor­ richtungen 202, 302 bestimmt. Da die Sende-Vorrichtungen 202, 302 zeitlich synchron arbeiten, benötigt die Positions­ bestimmungsvorrichtung 502 selbst keine eigene exakte Zeit­ basis bzw. keine exakt laufende Uhr. Die Positionsbestim­ mungsvorrichtung 502 benötigt lediglich einen Taktgeber oder eine Zeit-Lieferungseinrichtung, die in bestimmten Zeitbe­ reichen Zeitabstände relativ messen kann.
Zur zweidimensionalen (bzw. zur dreidimensionalen) Posi­ tionsbestimmung, d. h. zur Bestimmung der Position eines Ob­ jekts in der Ebene (bzw. im Raum), sind drei (bzw. vier) Sender bzw. Sende-Vorrichtungen 202, 302 notwendig. Bei der zweidimensionalen Bestimmung der Position könnte jedoch bei­ spielsweise auf den dritten Sender bzw. hier auf eine zweite Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 verzichtet werden, obwohl die um die zwei verbleibenden Sender, d. h. die Referenz-Sende- Vorrichtung 202 und die verbleibende Sende-Empfangs-Vorrich­ tung 302, gezogenen Kreise mit dem Radius der Laufzeit der Navigationssignale zwei Schnittpunkte aufweisen und dadurch die Positionsbestimmung des Objekts nicht eindeutig ist. Dies liegt daran, daß der richtige Schnittpunkt bzw. die richtige Position des Objekts auch über die Phase ohne eine dritte Sende-Vorrichtung 202, 302 bestimmt werden kann. Die dritte Sende-Vorrichtung ist jedoch bei der zweidimensiona­ len Bestimmung der Position notwendig, um die tatsächliche Empfangszeit der Informationssignale im Empfänger bzw. der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 zu bestimmen, um die Laufzeiten der Informationssignale zu der Positionsbestim­ mungsvorrichtung 502 exakt berechnen zu können. Daher ist in der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 lediglich eine Zeit-Lieferungseinrichtung, z. B. eine Uhr, notwendig, die nicht exakt zeitlich mit den Sende-Vorrichtungen 202, 302 synchronisiert ist, und die über die Informationen der zu­ sätzlichen Sende-Vorrichtung mit den Sende-Vorrichtungen 202, 302 synchronisiert werden kann. Ähnliches gilt für den dreidimensionalen Fall. Hier ist ebenfalls, da eine Bestim­ mung der Position abhängig von der Phase möglich ist, eigentlich keine vierte Sende-Vorrichtung notwendig. Die vierte Sende-Vorrichtung 202, 302 bzw. die dritte Sende-Emp­ fangs-Vorrichtung 302 in Fig. 1 dient jedoch zur exakten Empfangszeitbestimmung der Informationsignale innerhalb der Positionsbestimmungsvorrichtung 502.
Die Zeitsynchronisation im Netz der Sende-Vorrichtungen 202, 302 von Fig. 1 erfolgt in zwei Schritten. Beim Einschalten der Infrastruktur wird die Synchronisation im Netz durch programmierbare Delays bzw. Zeitkorrekturwerte eingerichtet, und beim Betrieb wird in regelmäßigen Abständen diese zeit­ liche Synchronisation überprüft bzw. korrigiert. Die Syn­ chronisation der Sende-Vorrichtung 202, 302 wird über eine Verbindung zwischen denselben, über die die Vorrichtungen miteinander kommunizieren, erreicht. Dabei liefert z. B. die Referenz-Sende-Vorrichtung 202 eine Referenzzeit in Form ei­ nes Referenzzeit-Signals, mit der sich die Sende-Empfangs- Vorrichtungen 302 über die Verbindung zeitlich synchronisie­ ren. Diese Verbindung kann drahtgebunden bzw. kabelgebunden, wie z. B. über elektrische oder optische Kabel, oder draht­ los ausgeführt sein. Die drahtgebundene Verbindung wird da­ bei bevorzugt, da die Übertragungen von Referenzzeit-Signa­ len von der fest positionierten Referenz-Sende-Vorrichtung 202 zu den fest positionierten Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 direkt sind und bekannte Laufzeiten über die Verbindung besitzen, die bei der Synchronisation der Uhren berücksich­ tigt werden müssen. Bei der drahtlosen Verbindung sind hin­ gegen Sichtlinien bzw. Line-of-Sight-Signale notwendig, um die Uhren synchronisieren zu können, dabei können Mehrweg­ signale neben den Sichtliniensignalen, d. h. beispielsweise Reflexionen des Referenzeit-Signals der Referenz-Sende-Vor­ richtung 202 an Wänden auf dem Weg zu der jeweiligen Sende- Empfangs-Vorrichtung 302, auftreten, die die Bestimmung der Laufzeiten des Referenzeit-Signals zu den Sende-Empfangs- Vorrichtungen 302 erschweren. Bei sowohl der drahtgebundenen als auch der drahtlosen Übertragung von Referenzzeit-Signa­ len werden die Uhren bzw. Zeit-Lieferungseinrichtungen der Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 mit der Uhr bzw. einer Re­ ferenzzeit-Lieferungseinrichtung der Referenz-Sende-Vorrich­ tung 202, die das Referenzzeit-Signal liefert, synchroni­ siert.
Das System 100 von Fig. 1 kann als Sende-Vorrichtungen 202, 302 auch nur Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 aufweisen, wo­ bei abhängig von der Struktur und der Umgebung des Systems eine der Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 zu einer Refe­ renz-Sende-Empfangs-Vorrichtung bzw. Referenz-Sende-Vorrich­ tung bestimmt wird. Eine solche Bestimmung kann beispiels­ weise davon abhängen, daß eine Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 der mehreren Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 die genau­ este Uhr besitzt und damit der Lieferant einer Referenz-Uhr­ zeit sein kann, auf die sich alle anderen Sende-Empfangs- Vorrichtungen 302 synchronisieren können.
Weiterhin kann jedes System 100 eine sehr große Anzahl von Sende-Vorrichtungen 202, 302 aufweisen, die z. B. nur Sen­ de-Empfangs-Vorrichtungen 302 sind. Diese große Anzahl von Sende-Vorrichtungen kann auf sehr viele Untergruppen, wie z. B. Gebäude in einem Gebäudekomplex, Räume in einem Gebäude etc., verteilt sein, da z. B. die Reichweite der Sende-Vor­ richtungen begrenzt ist, wobei hierarchische Strukturen in dem System gebildet werden können. Jede Untergruppe, wie z. B. ein Raum, kann darin wiederum eine eigene hierarchische Struktur von Sende-Vorrichtungen besitzen, in der eine Sen­ de-Vorrichtung zu einer Referenz-Sende-Vorrichtung bzw. Re­ ferenz-Sende-Empfangs-Vorrichtung bestimmt werden kann, auf die sich alle anderen Sende-Vorrichtungen der Untergruppe synchronisieren, weil diese Referenz-Sende-Vorrichtung bei­ spielsweise die genaueste Uhr besitzt oder selbst mit einer Sende-Vorrichtung einer übergeordneten Gruppe synchronisiert ist. Eine übergeordnete Gruppe, wie z. B. ein Stockwerk oder ein Gebäude, kann für sich Untergruppen, wie z. B. Räume, aufweisen, die sich mit einer ausgewählten Referenz-Sende- Vorrichtung, wie z. B. des Stockwerks oder des Gebäudes, synchronisieren usw.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Referenz-Sende- Vorrichtung des Systems der vorliegenden Erfindung von Fig. 1. Die Referenz-Sende-Vorrichtung 202 umfaßt eine Referenz­ zeit-Lieferungseinrichtung 204 zum Liefern eines Referenz­ zeit-Signals, das eine Referenz-Uhrzeit angibt, eine Signal­ erzeugungseinrichtung 206 zum Erzeugen eines Informationssi­ gnals bzw. Navigationssignals, das die Sendezeit des Infor­ mationssignals, die aus dem Referenz-Zeitsignal bestimmt wird, aufweist, und eine Sendeeinrichtung 208 zum Senden des Informationssignals und/oder des Referenzzeit-Signals.
Die Referenzzeit-Lieferungseinrichtung 204 ist vorzugsweise ein Taktgeber oder eine Uhr etc., die eine Zeitbasis zum Be­ stimmen einer Uhrzeit bzw. eines Zeitpunktes, in diesem Fall der Referenz-Uhrzeit, liefert. Die Signalerzeugungseinrich­ tung 206 ist vorzugsweise eine analoge oder digitale Signal­ erzeugungseinrichtung, wie z. B. eine Verarbeitungseinrich­ tung, die ein Informationssignal erzeugt, in dem unter ande­ rem die Sendezeit des Informationssignals selbst enthalten ist. Die Signalerzeugungseinrichtung 206 kann ferner ange­ ordnet sein, um ein Informationssignal zu erzeugen, das fer­ ner die Position der Referenz-Sende-Vorrichtung 202, lokale Informationen für den Bereich des Netzes der Sende-Referenz-Vorrichtung 202 und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 bzw. für den Bereich, in dem sich das Objekt der Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung 502 befindet, lokale Meldungen, spezifische Systemparameter, Synchronisierungsdaten, einen Umgebungs- oder Gebäudeplan und/oder Verzeichnisse von Refe­ renz-Sende-Vorrichtungen 202 und/oder Funkbalken aufweist.
Die Sendeeinrichtung 208 der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 weist vorzugsweise eine Codelieferungseinrichtung 210 zum Liefern eines Codes, der der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 zugeordnet ist, und eine Codierungseinrichtung 212 zum Co­ dieren des Informationssignals mit dem Code der Codeliefe­ rungseinrichtung 210 auf. Die Codelieferungseinrichtung 210 ist vorzugsweise ein Speicher, der ein kontinuierliches (analoges) oder wertdiskretes (digitales) Signal enthält, das den Code darstellt. Bevorzugt wird dabei ein rauschähn­ liches Signal bzw. ein rauschähnlicher Code (PN-Codes; PN = Pseudo Noise), der sowohl in den Sende-Vorrichtungen 202, 302 als auch der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 unab­ hängig voneinander wiedererzeugt werden kann. Zu diesen Co­ des gehören unter anderem die Codes maximaler Länge (m-Se­ quenzen). Andere mögliche Codes sind beispielsweise die Gold-Sequenzen.
Die Codierungseinrichtung 212 der Sendeeinrichtung 208 ist vorzugsweise eine synchrone Operation oder eine Exklusiv- Oder-Einrichtung (EXLUSIVE-OR), die den Code mit dem Infor­ mationssignal zusammenaddiert, wodurch eine Bandspreizung des Informationssignals erfolgt. Durch die Verwendung von rauschähnlichen Signalen bzw. Codes wird eine gleichmäßige Verteilung der Signalleistung des Informationssignals über das gespreizte Frequenzband erreicht. Zur Rückgewinnung des Informationssignals in beispielsweise der Positionsbestim­ mungsvorrichtung 502 wird dieses Informationssignal mit dem zur Spreizung benutzten Code korreliert. Hierzu wird der in der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 erzeugte Code phasenrich­ tig auf den Empfangscode synchronisiert und mit dem Emp­ fangssignal multipliziert. Das Informationssignal wird dann wieder auf die ursprüngliche Bandbreite dekorreliert. Dem Signal überlagerte Störungen werden dabei spektral gespreizt und z. B. durch eine nachfolgende Signalintegration oder eine Tiefpaßfilterung in ihrer Amplitude entsprechend dem Bandbreitenverhältnis reduziert.
Die Sendeeinrichtung 208 der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 kann ferner eine Modulationseinrichtung 214 zum Modulieren des Informationssignals und/oder des Referenzzeit-Signals auf ein Trägersignal, das eine Trägerfrequenz fTR aufweist, umfassen. Die Modulationseinrichtung 214 ist vorzugsweise eine Mischeinrichtung bzw. eine Multiplikationseinrichtung, die das Informationssignal auf das Trägersignal moduliert, wobei das Trägersignal vorzugsweise ein Hochfrequenz-Träger­ signal ist. Die Modulationseinrichtung 214 führt vorzugswei­ se eine Phasenumtastungs-Modulation (PSK-Modulation oder BPSK-Modulation) zum Modulieren des Informationssignals auf das Trägersignal durch. Es können jedoch auch andere bekann­ te Modulationsverfahren verwendet werden.
Die Referenz-Sende-Vorrichtung 202 kann beispielsweise bei der Verwendung eines HF-Trägersignals eine Antenne 216 auf­ weisen, die unter anderem zum Senden des HF-Signals verwen­ det werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sende-Empfangs- Vorrichtung des Systems der vorliegenden Erfindung von Fig. 1. Die Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 umfaßt vorzugsweise eine Zeit-Lieferungseinrichtung 304 zum Liefern eines Zeit­ signals, das eine Uhrzeit angibt, eine Empfangseinrichtung 306 zum Empfangen des Referenzzeit-Signals von der Refe­ renz-Sende-Vorrichtung 202 oder zum Empfangen eines Zeitsi­ gnals von einer anderen Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 als Referenzzeit-Signal, eine Synchronisierungseinrichtung 308 zum Verarbeiten des Zeitsignals und des Referenzzeit-Signals und zum Synchronisieren der Uhrzeit der Sende-Empfangs-Vor­ richtung 302 mit der Referenz-Uhrzeit, eine Signalerzeu­ gungseinrichtung 310 zum Erzeugen eines Informationssignals, das die Sendezeit des Informationssignals, die aus dem Zeit­ signal bestimmt wird, aufweist, und eine Sendeeinrichtung 312 zum Senden des Informationssignals.
Wie im vorhergehenden erwähnt, kann das System der Sende- Vorrichtungen 202, 302 nach Fig. 1 auch nur aus Sende-Emp­ fangs-Vorrichtungen 302 bestehen, wobei abhängig von der Struktur des Systems eine oder mehrere Sende-Empfangs-Vor­ richtungen 302 zu Referenz-Sende-Vorrichtungen bzw. Refe­ renz-Sende-Empfangs-Vorrichtungen bestimmt werden. Das Zeit­ signal, das von der Zeit-Lieferungseinrichtung 304 geliefert wird, ist dann das Referenzzeit-Signal, auf das sich die an­ deren Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 synchronisieren. Durch eine solche Struktur wird eine stärkere Flexibilität des Systems abhängig von den äußeren Umständen des Systems und eine höhere Zuverlässigkeit, z. B. wenn eine Sende-Emp­ fangs-Vorrichtung als Referenz-Sende-Empfangs-Vorrichtung ausfällt, erreicht. Die Empfangseinrichtung 306 und die Syn­ chronisierungseinrichtung 308 sind bei einer zur Referenz- Sende-Vorrichtung bestimmten Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 auch nicht überflüssig, da sich diese selber auch wieder mit einer übergeordneten Sende-Empfangs-Vorrichtung 302, die ebenfalls eine Referenz-Sende-Vorrichtung beispielsweise ei­ ner übergeordneten Gruppe ist, synchronisieren kann. Dadurch wird eine hierarchische Struktur ermöglicht.
Zurückkehrend zu Fig. 3, ist die Zeit-Lieferungseinrichtung 304 vorzugsweise ein Taktgeber oder eine Uhr etc. die eine Zeitbasis zum Bestimmen einer Uhrzeit bzw. eines Zeitpunk­ tes, in diesem Fall der Uhrzeit, liefert.
Die Empfangseinrichtung 306 ist vorzugsweise eine Einrich­ tung zum Verarbeiten des Referenzzeit-Signals von der Refe­ renz-Sende-Vorrichtung 202, die das über eine Verbindung eintreffende Referenzzeit-Signal verarbeitet. Die Empfangs­ einrichtung 306 kann angepaßt sein, um ein über die drahtge­ bundene oder drahtlose Verbindung übermitteltes Referenz­ zeit-Signal zu verarbeiten.
Die Synchronisierungseinrichtung 308 der Sende-Empfangs-Vor­ richtung 302 weist vorzugsweise eine Uhrzeit-Korrekturein­ richtung zum Korrigieren des Zeitsignals bzw. der Uhrzeit der Zeit-Lieferungseinrichtung 304 mit einer Delay oder mit einem Zeitkorrekturwert auf, der den zeitlichen Unterschied der Referenz-Uhrzeit der Referenzzeit-Lieferungseinrichtung 204 der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 und der Uhrzeit der Zeit-Lieferungseinrichtung 304 der Sende-Empfangs-Vorrich­ tung 302 darstellt. Dieser Zeitkorrekturwert kann beispiels­ weise ein Korrekturfeld sein, das bei der Einrichtung des Systems gemessen wird und in Zeitabständen neu bestimmt wird. Die Referenz-Sende-Vorrichtung 202 muß daher für den Fall eines einfachen Sendernetzwerkes nicht unbedingt stän­ dig mit den Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 kommunizieren. Bei einem komplexeren System, bei dem sich die Sende-Emp­ fangs-Vorrichtungen 302 mit der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 synchronisieren, kann eine regelmäßige Zeit-Abgleichmög­ lichkeit zwischen der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 und den Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 vorgesehen werden.
Die Signalerzeugungseinrichtung 310 zum Erzeugen des Infor­ mationssignals ist vorzugsweise eine analoge oder digitale Verarbeitungseinrichtung, wie z. B. eine Verarbeitungsein­ richtung, die ein Informationssignal erzeugt, das die Sende­ zeit des Informationssignals aufweist. Die Signalerzeugungs­ einrichtung 310 kann ferner angeordnet sein, um ein Informa­ tionssignal zu erzeugen, das ferner die Position der Sende- Empfangs-Vorrichtung 302 aufweist. Das Informationssignal kann ferner lokale Informationen für den Bereich des Netzes der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 und der Sende-Empfangs- Vorrichtungen 302 bzw. für den Bereich, in dem sich das Ob­ jekt der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 befindet bzw. bewegt, lokale Meldungen, spezifische Systemparameter, Syn­ chronisierungsdaten, einen Umgebungs- und Gebäudeplan und/oder Verzeichnisse von Referenz-Sende-Vorrichtungen 202 und/oder Funkbalken aufweisen.
Die Sendeeinrichtung 312 der Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 weist vorzugsweise eine Codelieferungseinrichtung 314 zum Liefern eines Codes, der der Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 zugeordnet ist und der sich von den Codes der anderen Sen­ de-Vorrichtungen 202, 302 unterscheidet, und eine Codie­ rungseinrichtung 316 zum Codieren des Informationssignals mit dem Code auf.
Die Codelieferungseinrichtung 314 der Sendeeinrichtung 312 ist vorzugsweise ein Speicher, der ein analoges oder digi­ tales Codesignal enthält, das den Code darstellt. Dieser Code ist vorzugsweise ein rauschähnlicher Code, der sowohl in der jeweiligen Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 als auch in der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 unabhängig voneinan­ der wiedererzeugt werden kann. Zu den rauschähnlichen Codes gehören sogenannte Codes maximaler Länge (m-Sequenzen). An­ dere mögliche Codes sind beispielsweise die Gold-Sequenzen.
Die Codierungseinrichtung 316 der Sendeeinrichtung 312 ist vorzugsweise eine synchrone Operation oder eine Exklusiv- Oder-Einrichtung (EXCLUSIVE-OR), die den Code der Codeliefe­ rungseinrichtung 314 mit dem Informationssignal der Sende- Empfangs-Vorrichtung 302 zusammenaddiert bzw. zusammenführt. Durch die Multiplikation des Informationssignals mit dem Code wird das Informationssignal gespreizt und es wird eine gleichmäßige Verteilung der Signalleistung über das ge­ spreizte Frequenzband erreicht. Zur Rückgewinnung des ge­ spreizten Informationssignals wird dieses in der Positions­ bestimmungsvorrichtung 502 mit dem zur Spreizung verwendeten Code korreliert. Hierzu wird der in der Sende-Empfangs-Vor­ richtung 302 erzeugte Code phasenrichtig auf den Empfangs­ code synchronisiert und mit dem Empfangssignal multipli­ ziert. Das gespreizte Empfangs-Informationssignal wird damit wieder auf die ursprünglichen Bandbreite dekorreliert. Dem Signal überlagerte Störungen werden dagegen spektral ge­ spreizt und können beispielsweise durch eine nachfolgende Signalintegration oder eine Tiefpaßfilterung in ihrer Ampli­ tude entsprechend dem Bandbreitenverhältnis reduziert wer­ den.
Die Sendeeinrichtung 312 der Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 kann ferner eine Modulationseinrichtung 318 zum Modulieren des Informationssignals auf ein Trägersignal, das eine Trä­ gerfrequenz fTR aufweist, die vorzugsweise gleich der Trä­ gerfrequenz der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 ist, umfas­ sen. Die Modulationseinrichtung 318 ist vorzugsweise eine Mischeinrichtung bzw. eine Multiplikationseinrichtung, die das Informationssignal auf das Trägersignal moduliert, wobei das Trägersignal vorzugsweise ein Hochfrequenz-Trägersignal (HF-Trägersignal) ist. Die Modulationseinrichtung 318 kann beispielsweise eine Phasenumtastungs-Modulation (PSK-Modula­ tion oder BPSK-Modulation) zum Modulieren des Informations­ signals auf das Trägersignal durchführen. Es können jedoch auch andere bekannte Modulationsverfahren verwendet werden.
Die Sende-Empfangs-Vorrichtung weist vorzugsweise ferner ei­ ne Antenne 320 auf, die unter anderem zum Senden des Hoch­ frequenz-Trägersignals verwendet werden kann.
Fig. 4 zeigt eine allgemeine Darstellung einer Positions­ bestimmungsvorrichtung des Systems der vorliegenden Erfin­ dung von Fig. 1. Die Positionsbestimmungsvorrichtung 402 weist eine Antenne 404 zum Empfangen der Informationssigna­ le, beispielsweise der HF-Informationssignale, der Sende- Vorrichtungen 202, 302 als ein (HF-)Empfangssignal auf. Dieses Empfangssignal wird von der Antenne 404 zu einem Ra­ dio-Frontend 406 bzw. einer Funk-Eingangsstufe weitergelei­ tet. Dieses Radio-Frontend 406 umfaßt beispielsweise eine Mischeinrichtung, die das Hochfrequenz-Empfangssignal in das Basisband mischt. Dieses Mischen kann analog oder analog/di­ gital mit einer Zwischenfrequenz-Abtastvorrichtung bzw. ei­ nem IF-Sampler realisiert werden. Die Weiterverarbeitung erfolgt dann digital. Im Basisband erfolgt die Korrelation des Empfangssignals mit einer definierten Anzahl von Codes, wobei jeder dieser Codes einer Sende-Vorrichtung 202, 302 (Fig. 1) zugeordnet ist. Diese Codes werden in einem Code- Generator 408 entsprechend den Codes der Sende-Vorrichtungen erzeugt. Für jeden Code wird das Empfangssignal mit einem oder mehreren Korrelatoren in einem Korrelationsabschnitt 410 und in einem ersten Verarbeitungsabschnitt 412 korre­ liert, um einzelne Empfangs-Informationssignale, die den In­ formationssignalen der Sende-Vorrichtungen zugeordnet sind, aus dem Empfangssignal durch Korrelation zu erhalten. Das mit den einzelnen Codes in dem Korrelationsabschnitt 410 korrelierte Empfangssignal wird in den ersten Verarbeitungs­ abschnitt 412 der Positionsbestimmungsvorrichtung 402 ge­ speist, in dem die abschließende Korrelation der Codes mit dem Empfangssignal und die Ableitung der zugeordneten Emp­ fangs-Informationssignale erfolgt. Dabei müssen auch Mehr­ wegsignale, die durch die Reflexion der durch die Sende-Vor­ richtungen 202, 302 gesendeten Informationssignale, z. B. von Wänden, entstehen, von den Sichtlinien-Signalen bzw. Line-of-Sight-Signalen getrennt werden, um für jede Sende- Vorrichtung 202, 302 das Informationssignal zu erhalten, das sich auf dem direkten Weg zu der Positionsbestimmungsvor­ richtung ausgebreitet hat. Nur mit diesem Signal ist eine korrekte Laufzeitbestimmung des jeweiligen Informationssi­ gnals und eine Positionsbestimmung des Objekts möglich. Der erste Verarbeitungsabschnitt 412 der Positionsbestimmungs­ vorrichtung 402 übernimmt ferner die Code-Ansteuerung des Code-Generators 408, um die Korrelation des Codes mit dem Empfangssignal in dem Korrelationsabschnitt 410 zu steuern, und steuert ferner über eine automatische Verstärkungssteu­ erung (AGC; AGC = Automatic Gain Control) 418 die Verstär­ kung des Empfangssignals, das abhängig von der Beschaffen­ heit der Umgebung der Positionsbestimmungsvorrichtung 402, d. h. vor allem abhängig von dem Auftreten von Mehrwegsigna­ len und Störungen, unterschiedlich groß ist und eine hohe Dynamik besitzt. Die erhaltenen Empfangs-Informationssignale werden an einen zweiten Verarbeitungsabschnitt 414 der Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung 402 weitergeleitet, der das je­ weilige Empfangs-Informationssignal, ohne die Mehrwegsigna­ le, verfolgt und mit den anderen Empfangs-Informationssigna­ len zeitlich synchronisiert und decodiert, um aus den jewei­ ligen Empfangs-Informationssignalen neben anderen Informa­ tionen die Sendezeiten der Informationssignale, die den Empfangs-Informationssignalen zugeordnet sind, und vorzugsweise ferner die Positionen der Sende-Vorrichtungen 202, 302 zu erhalten, um damit die Position des Objekts zu dem ent­ sprechenden Zeitpunkt zu bestimmen. Der zweite Verarbei­ tungsabschnitt 414 der Positionsbestimmungsvorrichtung 402 übernimmt ferner die Navigation des Objekts, indem Naviga­ tionsanweisungen, Navigationssignale etc. durch den zweiten Verarbeitungsabschnitt 414 ausgegeben werden, und kann bei­ spielsweise ein digitaler Signalprozessor sein. Der Code­ generator 408 kommuniziert mit dem zweiten Verarbeitungsab­ schnitt 414, um die den jeweiligen Code zugeordneten Emp­ fangs-Informationssignale identifizieren zu können. Die Po­ sitionsbestimmungsvorrichtung 402 weist ferner einen Synthe­ sizer bzw. ein Frequenzerzeuger 416 mit der Frequenz fc auf, der die zeitliche Steuerung des Radio-Frontends 406, des Code-Generators 408 und des zweiten Verarbeitungsabschnitts 414 der Positionsbestimmungsvorrichtung 402 übernimmt.
Die Ausbreitung von Mehrwegsignalen, die Reflexionen der In­ formationssignale der Sende-Vorrichtung 202, 302, z. B. in Innenbereichen an Innenwänden oder in abgeschatteten Außen­ bereichen an Außenwänden von Gebäuden, sind, und die Signal­ dynamik des aus den einzelnen Empfangs-Informationssignalen zusammengesetzten Empfangssignals der Positionsbestimmungs­ vorrichtung 402, die durch die unterschiedliche Amplitude des Empfangssignals, beispielsweise durch Reflexionen, un­ terschiedliche Umgebungsbedingungen bezüglich der Dämpfung etc., verursacht wird, stellen höchste Ansprüche an die Po­ sitionsbestimmungsvorrichtung. Es ist durch die unterschied­ liche Struktur von Innenbereichen bzw. Räumen allgemein sehr schwierig, die Ausbreitungsbedingungen der Informationssi­ gnale generell zu definieren. Die Informationssignale werden durch die Entfernung, durch flaches Fading, feste und zeit­ variante Hindernisse unterschiedlich gedämpft. Die Dämpfung kann bis zu 80 dB betragen. Die Mehrwegausbreitung ist daher durch sehr große Dynamikunterschiede gekennzeichnet. Die hohen Dynamikanforderungen werden in der Positionsbestim­ mungsvorrichtung 402 durch die von dem ersten Verarbeitungsabschnitt 412 gesteuerte Regelschleife (AGC) 418 und durch die Verwendung eines AD-Umsetzers mit einer Auflösung von ca. 10 Bit und einer Abtastrate, deren Periodendauer kleiner ist als die aufzulösenden Laufzeitunterschiede, gelöst. Die Mehrwegsignale werden dann mit einer angepaßten Entschei­ dungseinrichtung separiert.
Es sei bemerkt, daß die Navigationsdaten bzw. Informations­ daten eine sehr niedrige Datenrate (fINF) besitzen. Um einen ausreichenden Verarbeitungsgewinn bzw. Processing Gain sicherzustellen, muß jedoch die Datenrate der Informations­ daten fINF deutlich kleiner als die Bandbreite des Informa­ tionssignals sein. Das Informationssignal wird dann direkt auf die Trägerfrequenz (fTR) phasenstarr moduliert. Um den Übertragungskanal des Informationssignals effizient nutzen zu können, eignen sich hierzu insbesondere PSK-Modulations­ verfahren, wie z. B. das BPSK-Modulationsverfahren.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Positionsbestim­ mungsvorrichtung 502 des Systems der vorliegenden Erfindung von Fig. 1. Die Positionsbestimmungsvorrichtung 502 umfaßt vorzugsweise eine Zeit-Lieferungseinrichtung 504 zum Liefern eines Zeitsignals, das eine Uhrzeit angibt, eine Empfangs­ einrichtung 506 zum Empfangen eines Empfangssignals, das die Empfangs-Informationssignale der Sende-Vorrichtungen 202, 302 aufweist, eine Verarbeitungseinrichtung 508 zum Verar­ beiten der Empfangs-Informationssignale und eine Empfangs­ zeit-Bestimmungseinrichtung 510 zum Bestimmen der Empfangs­ zeit jedes Empfangs-Informationssignals mit dem Zeitsignal der Zeit-Lieferungseinrichtung 504.
Die Zeit-Lieferungseinrichtung 504 ist vorzugsweise ein Taktgeber oder eine Uhr etc., die eine Zeitbasis zum Bestim­ men einer Uhrzeit bzw. eines Zeitpunkts liefert.
Die Empfangseinrichtung 506 der Positionsbestimmungsvorrich­ tung 502 umfaßt vorzugsweise eine Codelieferungseinrichtung 512 zum Liefern der Codes der Sende-Vorrichtungen 202, 302 und eine Decodierungseinrichtung 514 zum Decodieren des Emp­ fangssignals unter Verwendung der von der Codelieferungsein­ richtung 512 gelieferten Codes der Sende-Vorrichtungen 202, 302, um den Informationssignalen der Sende-Vorrichtungen 202, 302 entsprechende Empfangs-Informationssignale aus dem Empfangssignal zu erhalten.
Die Codelieferungseinrichtung 512 der Empfangseinrichtung 506 ist vorzugsweise ein Speicher, der analoge oder digitale Codesignale enthält, die die Codes der Sende-Vorrichtungen 202, 302 darstellen, wobei die Codes vorzugsweise rausch­ ähnliche Codes (PN-Codes) sind. Hierzu gehören die sogenann­ ten Codes maximaler Länge (m-Sequenzen) oder andere mögliche Codes, wie z. B. Gold-Sequenzen.
Die Decodierungseinrichtung 514 der Empfangseinrichtung 506 umfaßt für jede Sende-Vorrichtung 202, 302 des Systems 100 vorzugsweise mindestens eine Korrelationseinrichtung 516 zum Korrelieren des Empfangssignals mit dem Code, der der jewei­ ligen Sende-Vorrichtung 202, 302 zugeordnet ist und der in der Codelieferungseinrichtung 512 verfügbar ist, um ein kor­ reliertes Empfangssignal zu erhalten, und jeweils eine der Korrelationseinrichtung 516 zugeordnete Integrationseinrich­ tung 518, die jedes Korrelationsergebnis der Korrelation des Empfangssignals mit jedem zugeordneten Code über eine Zeit, die vorzugsweise einer Periode einer Codesequenz entspricht, integriert, um ein der jeweiligen Sende-Vorrichtung 202, 302 zugeordnetes Empfangs-Informationssignal zu erhalten.
In der Korrelationseinrichtung 516 wird das Empfangssignal um je einen Takt verschoben und dann parallel mit jedem Code in der Codelieferungseinrichtung 512 korreliert. Diese Code­ lieferungseinrichtung 512 enthält jeden einer Sende-Vorrich­ tung 202, 302 zugeordneten Code in einem zugeordneten Schie­ beregister, wobei der Code darin mit einer schnellen Takt­ rate, die größer als die Chipping-Rate ist, verschoben wird. Bei einer Synchronisation des Eingangssignals mit dem jewei­ ligen Inhalt eines Schieberegisters entsteht ein Korrelationspeak am Ausgang der Integrationseinrichtung 518.
Für die Empfangseinrichtung 506 ist jede Sende-Vorrichtung 202, 302 ein Satellit, unabhängig davon, ob nur Sende-Emp­ fangs-Vorrichtungen 302 oder auch Referenz-Sende-Vorrichtun­ gen 202 im Netz verwendet werden. Für eine 3-D-Lokalisierung müssen vier verschiedene Signale und für eine 2-D-Lokalisie­ rung nur drei verschiedene Signale in der Empfangseinrich­ tung unabhängig von welcher Sende-Vorrichtung 202, 302 in der Auswertung berücksichtigt werden. Dies bedeutet, daß vorzugsweise mehr als vier bzw. drei Korrelationseinrichtun­ gen 516 und zugeordnete Integrationseinrichtungen 518 vorge­ sehen werden sollten, um mit höherer Sicherheit vier. bzw. drei Signale von verschiedenen Sende-Vorrichtungen 202, 302 im Empfangssignal decodieren zu können. Für jede zu empfan­ gende Sende-Vorrichtung 202, 302 ist daher mindestens eine Korrelationseinrichtung 516 und eine zugeordnete Integra­ tionseinrichtung 518 in der Decodierungseinrichtung 514 vor­ zusehen. Zur schnelleren Korrelation können auch mehr als eine Korrelationseinrichtung 516 und Integrationseinrichtung 518 pro Sende-Vorrichtung 202, 302 enthalten sein.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Korrelationsein­ richtung 516 und der Integrationseinrichtung 518 der Deco­ dierungseinrichtung 514 von Fig. 5. Jede einem Code bzw. einer Sende-Vorrichtung 202, 302 zugeordnete Korrelations­ einrichtung 516 umfaßt einen Korrelator 520 zum Korrelieren des Codes mit dem Empfangssignal, um ein korreliertes Emp­ fangssignal zu erhalten, und jede einem Code bzw. einer Sen­ de-Vorrichtung 202, 302 zugeordnete Integrationseinrichtung 518 umfaßt einen Integrator 526, der dem Korrelator 520 zu­ geordnet ist, zum Integrieren des korrelierten Empfangssi­ gnals des Korrelators 520 über die Zeit, um das dem Code bzw. der Sende-Vorrichtung 202, 302 zugeordnete Empfangs-In­ formationssignal zu erhalten. Jede einer Sende-Vorrichtung 202, 302 zugeordnete Korrelationseinrichtung 516 umfaßt ferner einen weiteren Korrelator 522 zum Korrelieren des zeitversetzten Codes mit dem Empfangssignal, um ein korreliertes Empfangssignal zu erhalten, und jede einer Sende- Vorrichtung 202, 302 zugeordnete Integrationseinrichtung 518 umfaßt ferner einen dem weiteren Korrelator 522 zugeordneten Integrator 528 zum Integrieren des korrelierten Empfangssi­ gnals über die Zeit, um ein dem Code zugeordnetes zeitver­ setztes Empfangs-Informationssignal bzw. Mehrwegsignal zu erhalten, das sich von dem Empfangs-Informationssignal un­ terscheidet, das auf einem direkten Weg zu der Positionsbe­ stimmungsvorrichtung 502 gelangt ist. Jede Korrelationsein­ richtung 516 weist mindestens drei und vorzugsweise mehr als drei weitere Korrelatoren 522, . . ., 524 und mindestens drei und vorzugsweise mehr als drei weitere den weiteren Korre­ latoren 522, . . ., 524 zugeordnete Integratoren 528, . . ., 530 in der Integrationseinrichtung 518 auf. Die Erhöhung der An­ zahl der Korrelatoren und der zugeordneten Integratoren er­ möglicht eine feinere Auflösung der Flanken und möglicher Nebenmaxima des Korrelationspeaks. Nebenmaxima erscheinen bei einem Empfang von Mehrwegsignalen bzw. bei einem Mehr­ weg-Empfang. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 6 erlaubt damit eine Bestimmung des "Line of Sight"-Signals und von Mehrweg­ signalen, die in Fig. 7 zeitlich aufgetragen sind.
Die Anzahl der Korrelatoren bzw. die Anzahl der zugeordneten Integratoren ist anders als beispielsweise bei dem GPS- System (Early, Present, Late: EPL-Struktur) nicht fest de­ finiert und hängt von dem Zeitraum, in dem das System die Mehrwegsignale erkennen und decodieren soll, oder anders ausgedrückt stark von den Eigenschaften der Umgebung, in der das System eingesetzt wird, z. B. von Gebäuden oder Räumen, ab. Die Anzahl der Korrelatoren kann je nach Umgebung oder Gebäude sehr groß werden. Es ist auch vorstellbar, daß für jeden Raum oder jedes getrennte Gebäude eine unterschied­ liche Korrelatorenanzahl benötigt oder genutzt wird, und daß diese Anzahl als Systemparameter in das Navigationsendgerät als Variable beim Betreten des Gebäudes über Funkbalken, Funk, manuelle Eingabe etc. geliefert wird. Das Endgerät stellt dann automatisch die richtige Konfiguration über Software etc. ein. Die Anzahl der benötigten oder genutzten Korrelatoren kann also variabel sein.
Die Codelieferungseinrichtung 512 weist für jeden zugeord­ neten Code jeweils ein Schieberegister mit nr Bit auf, das den zeitlichen Versatz des Codes realisiert. In dem nr Bit breiten Schieberegister 512 wird der Code jeweils um ein Inkrement der Chiplänge (CC) mit einer Taktrate (fsr) ver­ schoben. Nach der Korrelation des Empfangssignals mit dem Inhalt des Schieberegisters 508 wird das korrelierte Emp­ fangssignal in der Integrationseinrichtung 528 integriert. Die Länge des Schieberegisters (nr) bzw. die Anzahl der Korrelatoren und der zugeordneten Integratoren und die Takt­ rate (fsr) definieren den Zeitraum, in dem die Mehrwegsigna­ le getrennt voneinander decodiert werden können, und die Auflösung mit der dies erfolgen kann. Eine Positionsauflö­ sung mit einer Genauigkeit von einer halben Wellenlänge der Trägerfrequenz kann unter der Bedingung erfolgen, daß die Trägerfrequenz mit der Chipping-Rate synchronisiert ist. Dadurch bleibt die Information der Phasenlage des Trägersi­ gnals trotz Abwärtsmischung, Abtastung und Verarbeitung wei­ ter erhalten. An jedem Korrelator 520, . . ., 524 der Korrela­ tionseinrichtung 516 steht beispielsweise ein Basisbandsi­ gnal 532 bitweise am Eingang des jeweiligen Korrelators 520, . . ., 524 an, und der Code der jeweiligen Sende-Vorrichtung 202, 302 wird mit der Taktrate fsr über das Signal geschoben (korreliert), um damit die "Spitzen" bzw. die Höhen der Kor­ relationspeaks des Informationssignals und der zugeordneten Mehrwegsignale zu erhalten. Diese Korrelationsergebnisse sind in Fig. 6 als SIG1, SIG2, . . ., SIGN dargestellt. In der der Integrationseinrichtung 518 folgenden digitalen Signal­ verarbeitung 534 wird das Signal verfolgt, um die Spitze bzw. den Peak des Sichtlinien-Signals zu finden. Es sei be­ merkt, daß das Informationssignal nicht unbedingt die stärkste bzw. höchste Spitze aufweisen muß.
Fig. 7 zeigt den zeitlichen Verlauf nach der Integration durch die Integrationseinrichtung 518, wobei der Verlauf die einzelnen Spitzen eines Empfangs-Informationssignals und seiner Mehrwegsignale aufweist. In Fig. 7 sind bei t0 das Empfangs-Informationssignal und bei t0 + δt, t0 + 2δt, t0 + 3δt und t0 + 4δt die Mehrwegsignale zu erkennen. Diese Spitzen ergeben sich aus der Korrelation des Empfangssignals mit dem zugeordneten Code einer Sende-Vorrichtung, wodurch eine Entspreizung des Empfangs-Informationssignals bzw. der Mehrwegsignale erfolgt und eine Spitze entsteht, die jeweils aus dem ebenfalls in Fig. 7 gezeigten Rauschen hinausragt. Der minimale zeitliche Abstand 6 zwischen den Korrelations­ peaks, der aufgelöst werden kann, entspricht der Perioden­ länge des Taktsignals, mit dem ein Analog-Digital-Wandler betrieben wird.
Zurückkehrend zu Fig. 5 umfaßt die Empfangszeit-Bestimmungs­ einrichtung 510 der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 vor­ zugsweise ferner eine Einrichtung, die aus dem Zeitsignal der Zeitlieferungseinrichtung 504 und dem Ereignis des Er­ fassens des Empfangs-Informationssignals in dem Empfangssi­ gnal eine Empfangszeit des Empfangs-Informationssignals be­ stimmt.
Die Verarbeitungseinrichtung 508 der Positionsbestimmungs­ vorrichtung 502 umfaßt vorzugsweise eine Extrahierungsein­ richtung 536 zum Extrahieren der Sendezeiten der Informa­ tionssignale der Sende-Vorrichtungen 202, 302 aus den Emp­ fangs-Informationssignalen, eine Laufzeit-Bestimmungsein­ richtung 538 zum Bestimmen der Laufzeiten der Informations­ signale von den Sende-Vorrichtungen 202, 302 zu der Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung 502 aus den Sendezeiten der In­ formationssignale und den Empfangszeiten der Empfangs-Infor­ mationssignale, und eine Berechnungseinrichtung 540 zum Be­ rechnen der Position des Objekts unter Verwendung der Lauf­ zeiten der Informationssignale und der Positionen der Sen­ de-Vorrichtungen 202, 302.
Die Extrahierungseinrichtung 536 zum Extrahieren der Sende­ zeiten der Informationssignale weist vorzugsweise eine Ver­ arbeitungseinrichtung auf, die die Sendezeiten der Informationssignale aus den Informationssignalen extrahiert. Wenn die Informationssignale weitere Informationen, wie die Posi­ tionen der Sende-Vorrichtungen 202, 302, aufweisen, ist die Verarbeitungseinrichtung ferner angeordnet, um diese Infor­ mationen dem jeweiligen Informationssignal zu entnehmen.
Die Laufzeit-Bestimmungseinrichtung 538 zum Bestimmen der Laufzeiten der Informationssignale weist vorzugsweise eine Verarbeitungseinrichtung auf, die die Differenz der Sende­ zeit eines Informationssignals zu der Empfangszeit eines Informationssignals bzw. des Empfangs-Informationssignals bestimmt. Dabei kommt es, wie erwähnt, nicht darauf an, ob die Zeit-Lieferungseinrichtung 504 der Positionsbestimmungs­ vorrichtung 502 mit den Zeit-Lieferungseinrichtungen 204, 304 der Sende-Vorrichtungen 202, 302 synchronisiert ist, da es ausreicht, daß die innere Zeit-Lieferungseinrichtung 504 der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 in einem bestimmten Bereich eine genaue Empfangszeit der Empfangs-Informations­ signale angibt. Die zeitliche Synchronisierung der Empfangs­ zeit der Empfangs-Informationssignale mit den Zeitliefe­ rungseinrichtungen 204, 304 der Sende-Vorrichtungen 202, 302 wird berechnungsmäßig durch beispielsweise ein Gleichungssy­ stem erreicht, das der Berechnungseinrichtung 540 zugeführt wird, wobei z. B. bei der dreidimensionalen Positionsbestim­ mung die vierte Sende-Vorrichtung 202, 302 die Bestimmung der genauen Empfangszeit aus dem Gleichungssystem durch eine vierte Bedingung ermöglicht.
Die Berechnungseinrichtung 540 der Verarbeitungseinrichtung 508 weist vorzugsweise eine Verarbeitungseinrichtung auf, die angeordnet ist, um beispielsweise ein Gleichungssystem der Laufzeiten L1, L2, L3 und L4 der Informationssignale und der bekannten Positionen P1, P2, P3 und P4 (Fig. 1) der Sen­ de-Vorrichtung 202, 302 aufzustellen und zu lösen.
Die Verarbeitungseinrichtung 508 umfaßt vorzugsweise ferner eine Mehrwegsignalfilterungs- und Datenrückgewinnungs-Ein­ richtung 542 zum Extrahieren der Empfangs-Informationssignale bzw. zum Demodulieren und Decodieren der Empfangs-In­ formationssignale, um sich auf ein Empfangsinformationsfor­ mat bzw. ein Navigationsdatenformat zu synchronisieren und gegebenfalls die Informationsdaten weiter an die Extrahie­ rungseinrichtung 536 zu leiten. Die Synchronisation wird ge­ gebenenfalls sichergestellt und beibehalten, und die Daten werden zur Decodierung weitergeleitet. An dem Eingang der Mehrwegsignalfilterungs- und Datenrückgewinnungs-Einrichtung 542 liegen Datenwerte SIG1, SIG2, . . ., SIGN (Fig. 6) aus der Integrationseinrichtung 518 an, und für jeden Code einer Sende-Vorrichtung 202, 302 werden parallel die Korrelations­ peaks von Mehrwegsignalen erkannt. Das richtige Signal wird für die weitere Signalverarbeitung selektiert und für die Auswertung weitergeleitet. Für jeden Code werden die Signale auf Synchronisation geprüft und die Informationsdaten werden gegebenenfalls extrahiert.
Die Empfangseinrichtung 506 der Positionsbestimmungsvorrich­ tung 502 umfaßt ferner vorzugsweise eine Mischeinrichtung 544 zum Mischen des Empfangssignals, das die Empfangs-Infor­ mationssignale der Sende-Vorrichtungen 202, 302 aufweist, die auf das Trägersignal moduliert sind, in ein Zwischensi­ gnal bzw. in das Basisband. Ein Analog/Digital-Wandler lie­ fert die digitalen komplexen Daten zu der Decodierungsein­ richtung 514.
Die Positionsbestimmungsvorrichtung 502 umfaßt vorzugsweise ferner einen Speicher 546 zum Speichern der Positionen der Sende-Vorrichtungen 202, 302 und alternativ zum Speichern von sowohl den Positionen der Sende-Vorrichtungen 202, 302 als auch von Gebäudeplänen oder Umgebungsplänen, um die Po­ sition des Objekts in einem Gebäude oder in einer Umgebung anzuzeigen. Zur Ausgabe dieser gespeicherten Informationen und der durch die Empfangs-Informationssignale gelieferten Informationen kann die Positionsbestimmungsvorrichtung 502 ferner eine Informationsausgabeeinheit zum Ausgeben von In­ formationen über die Position, die von der Berechnungsein­ richtung 540 der Verarbeitungseinrichtung 508 der Positionsbestimmungsvorrichtung 502 bestimmt wird, des Gebäudeplans oder des Umgebungsplans, der in dem Speicher 546 der Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung 502 gespeichert ist und/oder von optischen und akustischen Orientierungshilfen und/oder Orientierungsanweisungen bzw. Navigationsanweisungen auf­ weisen.
Die Positionsbestimmungsvorrichtung 502 umfaßt vorzugsweise ferner eine Antenne 548 zum Empfangen des Empfangssignals und zum Weiterleiten an die Mischeinrichtung 544, und die Verarbeitungseinrichtung 514 der Positionsbestimmungsvor­ richtung 502 kann ferner ein Mehrwegmodulfilter zum Filtern der Empfangs-Informationssignale, um den Empfangs-Informa­ tionssignalen überlagerte Störsignale, die im gleichen Fre­ quenzband liegen, und Mehrwegsignale voneinander zu trennen, aufweisen.
Wie bereits erwähnt umfaßt das System 100 zur Bestimmung der Position eines Objekts ferner vorzugsweise eine Verbin­ dungseinrichtung zum Verbinden der Sendeeinrichtung 208 der Referenz-Sende-Vorrichtung 202 mit der Empfangseinrichtung 306 von jeder Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 und zum Über­ tragen des Referenzzeit-Signals zu den Sende-Empfangs-Vor­ richtungen 302, um die Uhrzeit jeder Sende-Empfangs-Vorrich­ tung 302 mit der Referenz-Uhrzeit der Referenz-Sende-Vor­ richtung 202 mittels der Synchronisierungseinrichtung 308 jeder Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 zu synchronisieren. Die Verbindungseinrichtung kann dabei eine drahtlose Verbindung, wie z. B. über ein Hochfrequenz-Signal, oder eine drahtge­ bundene bzw. kabelgebundene Verbindung, wie z. B. mit einem elektrischen oder einem optischen Kabel, sein. Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde kann das System 100 auch ausschließ­ lich aus Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 bestehen, aus de­ nen einzelne Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 zu Referenz- Sende-Vorrichtungen bzw. Referenz-Sende-Empfangs-Vorrich­ tungen bestimmt werden. In diesem Fall ist die Verbindungs­ einrichtung zwischen beispielsweise einer Sendeeinrichtung 312 einer Sende-Empfangs-Vorrichtung 302 und Empfangseinrichtungen 306 untergeordneter Sende-Empfangs-Vorrichtungen 302 vorgesehen usw.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine einfache und sehr genaue Bestimmung der Position eines Objekts im Außen- und Innen-Bereich und kann vor allem zur Navigation bzw. Ortung in Gebäuden bzw. Gehäusekomplexen vorteilhaft eingesetzt werden.

Claims (25)

1. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts, mit folgenden Merkmalen:
einer Referenz-Sende-Vorrichtung (202), die in einer festen Position angeordnet ist, wobei die Referenz-Sen­ de-Vorrichtung (202) folgende Merkmale aufweist:
  • a) eine Referenzzeit-Lieferungseinrichtung (204) zum Liefern eines Referenzzeit-Signals, das eine Refe­ renz-Uhrzeit angibt;
  • b) eine Signalerzeugungseinrichtung (206) zum Erzeugen eines Informationssignals, das mindestens die Sende­ zeit des Informationssignals, die aus dem Referenz- Zeitsignal bestimmt wird, aufweist; und
  • c) eine Sendeeinrichtung (208) zum Senden des Informa­ tionssignals und/oder des Referenzzeit-Signals, wobei die Sendeeinrichtung folgende Merkmale aufweist:
    • 1. eine Codelieferungseinrichtung (210) zum Liefern eines Codes, der der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) zugeordnet ist; und
    • 2. eine Codierungseinrichtung (212) zum Codieren des Informationssignals mit dem Code;
zwei oder mehr Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302), die in festen Positionen zueinander und zu der Referenz- Sende-Vorrichtung (202) angeordnet sind, wobei jede Sen­ de-Empfangs-Vorrichtung (302) folgende Merkmale auf­ weist:
  • a) eine Zeit-Lieferungseinrichtung (304) zum Liefern ei­ nes Zeitsignals, das eine Uhrzeit angibt;
  • b) eine Empfangseinrichtung (306) zum Empfangen des Re­ ferenzzeit-Signals von der Referenz-Sende-Vorrichtung (202);
  • c) eine Synchronisierungseinrichtung (308) zum Verarbei­ ten des Zeit-Signals und des Referenzzeit-Signals und zum Synchronisieren der Uhrzeit mit der Referenz-Uhr­ zeit;
  • d) eine Signalerzeugungseinrichtung (310) zum Erzeugen eines Informationssignals, das mindestens die Sende­ zeit des Informationssignals, die aus dem Zeit-Signal bestimmt wird, aufweist; und
  • e) eine Sendeeinrichtung (312) zum Senden des Informa­ tionssignals, wobei die Sendeeinrichtung (312) fol­ gende Merkmale aufweist:
    • 1. eine Codelieferungseinrichtung (314) zum Liefern eines Codes, der der Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) zugeordnet ist und der sich von dem Code der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und den Codes der anderen Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) unterscheidet; und
    • 2. eine Codierungseinrichtung (316) zum Codieren des Informationssignals mit dem Code; und
einer Positionsbestimmungsvorrichtung (502) zum Bestim­ men der Position des Objekts, wobei das Objekt die Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung (502) aufweist, und die Po­ sitionsbestimmungsvorrichtung (502) folgende Merkmale aufweist:
  • a) eine Zeit-Lieferungseinrichtung (504) zum Liefern ei­ nes Zeitsignals, das eine Uhrzeit angibt;
  • b) eine Empfangseinrichtung (506) zum Empfangen eines Empfangssignals, das die Informationssignale der Re­ ferenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Emp­ fangs-Vorrichtungen (302) aufweist, wobei die Emp­ fangseinrichtung (506) folgende Merkmale aufweist:
    • 1. eine Codelieferungseinrichtung (512) zum Liefern der Codes der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302);
    • 2. eine Decodierungseinrichtung (514) zum Decodieren des Empfangssignals unter Verwendung der von der Codelieferungseinrichtung (522) gelieferten Codes der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sen­ de-Empfangs-Vorrichtungen (302), um den Informa­ tionssignalen der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) entsprechende Empfangs-Informationssignale zu er­ halten; und
    • 3. eine Empfangszeit-Bestimmungseinrichtung (510) zum Bestimmen der Empfangszeit jedes Empfangs-In­ formationssignals mit dem Zeitsignal der Zeit- Lieferungseinrichtung (504); und
  • c) eine Verarbeitungseinrichtung (508) zum Verarbeiten der Empfangs-Informationssignale, wobei die Verarbei­ tungseinrichtung (508) folgende Merkmale aufweist:
    • 1. eine Extrahierungseinrichtung (536) zum Extrahie­ ren der Sendezeiten der Informationssignale der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende- Empfangs-Vorrichtungen (302) aus den Empfangs-In­ formationssignalen;
    • 2. eine Laufzeit-Bestimmungseinrichtung (538) zum Bestimmen der Laufzeiten der Informationssignale von der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und den Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) zu der Positionsbestimmungsvorrichtung (540) aus den Sende­ zeiten der Informationssignale und den Empfangs­ zeiten der Empfangs-Informationssignale; und
    • 3. eine Berechnungseinrichtung (520) zum Berechnen der Position des Objekts unter Verwendung der Laufzeiten der Informationssignale und der Posi­ tionen der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302).
2. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 1, bei dem die Sendeeinrichtungen (208, 312) der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sen­ de-Empfangs-Vorrichtungen (302) ferner folgendes Merkmal aufweisen:
  • 1. eine Modulationseinrichtung (214, 318) zum Modu­ lieren des Informationssignals und/oder des Refe­ renzzeit-Signals auf ein Trägersignal, das eine Trägerfrequenz aufweist.
3. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 2, bei dem die Verarbeitungseinrichtung (508) der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) ferner folgendes Merkmal aufweist:
  • 1. eine Mehrwegsignalfilterungs- und Datenrückgewin­ nungs-Einrichtung (542) zum Demodulieren und De­ codieren der Empfangs-Informationssignale, um sich auf ein Empfangsinformationsformat zu syn­ chronisieren und gegebenenfalls die Informations­ daten weiter an die Extrahierungseinrichtung (536) zu leiten.
4. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Empfangseinrichtung (506) der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) ferner folgendes Merkmal aufweist:
  • 1. eine Mischeinrichtung (544) zum Mischen des Emp­ fangssignals, das die Informationssignale der Re­ ferenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Em­ pfangs-Vorrichtungen (302) aufweist, die auf das Trägersignal moduliert sind, in ein Zwischensi­ gnal, das eine Zwischenfrequenz aufweist.
5. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Decodierungseinrichtung (514) der Empfangseinrichtung (506) der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) ferner folgendes Merkmal aufweist:
  • - mindestens eine Korrelationseinrichtung (516) für jede Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und jede Sende-Emp­ fangs-Vorrichtung (302) des Systems (100) zum Korre­ lieren des Empfangssignals mit dem Code, der der je­ weiligen Referenz-Sende-Vorrichtung (202) oder Sende- Empfangs-Vorrichtung (302) zugeordnet ist, um ein kor­ reliertes Empfangssignal zu erhalten;
  • - jeweils eine Integrationseinrichtung (518), die jeder Korrelationseinrichtung (516) zugeordnet ist, zum In­ tegrieren des korrelierten Empfangssignals über die Zeit, um ein der jeweiligen Referenz-Sende-Vorrichtung (202) oder Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) zugeordne­ tes Empfangs-Informationssignal zu erhalten.
6. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 5, bei dem die Korrelationseinrichtung (516) einen Korrelator (520) zum Korrelieren des Codes mit dem Empfangssignal, um ein korreliertes Empfangssi­ gnal zu erhalten, aufweist, und bei dem die Integra­ tionseinrichtung (518) einen dem Korrelator (520) zuge­ ordneten Integrator (526) zum Integrieren des korrelier­ ten Empfangssignals über die Zeit, um das dem Code zu­ geordnete Empfangs-Informationssignal zu erhalten aufweist.
7. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 6, bei dem die Korrelationseinrichtung (516) ferner einen weiteren Korrelator (522) zum Korre­ lieren des zeitversetzten Codes mit dem Empfangssignal, um ein korreliertes Empfangssignal zu erhalten, auf­ weist, und bei dem die Integrationseinrichtung (518) ferner einen weiteren dem weiteren Korrelator (522) zu­ geordneten Integrator (528) zum Integrieren des korre­ lierten Empfangssignals über die Zeit aufweist, um ein dem Code zugeordnetes zeitversetztes Empfangs-Informa­ tionssignal zu erhalten, das sich von dem Empfangs-In­ formationssignal unterscheidet, das auf einem direkten Weg zu der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) ge­ langt.
8. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 7, das mindestens drei weitere Korrelato­ ren (522, 524) und zugeordnete Integratoren (528, 530) für jede einem Code zugeordnete Korrelationseinrichtung (516) aufweist.
9. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden der Sendeein­ richtung (208) der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) mit der Empfangs-Einrichtung (306) von jeder Sende-Emp­ fangs-Vorrichtung (302) und zum Übertragen des Referenz­ zeit-Signals zu den Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302), um die Uhrzeit jeder Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) mit der Referenz-Uhrzeit der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) mittels der Synchronisierungseinrichtung (308) je­ der Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) zu synchronisieren.
10. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Codeliefe­ rungseinrichtungen (210, 314, 512) der Sendeeinrichtun­ gen (208, 312) der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) und der Empfangs­ einrichtung (506) der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) einen Speicher und/oder rückgekoppelte Schiebere­ gister aufweisen, die rauschähnliche Codes (PN-Codes) liefern.
11. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Trägersi­ gnal der Modulationseinrichtung (214, 318) ein Hochfre­ quenz-Trägersignal ist.
12. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Infor­ mationssignal der Signalerzeugungseinrichtung (206) der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) ferner die Position der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) aufweist, und das In­ formationssignal der Signalerzeugungseinrichtung (310) jeder Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) ferner die Posi­ tion der Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) aufweist, und bei dem die Extrahierungseinrichtung (536) der Verarbei­ tungseinrichtung (514) der Positionsbestimmungsvorrich­ tung (502) ferner die Positionen der Referenz-Sende-Vor­ richtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) aus den Empfangs-Informationssignalen extrahiert.
13. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung (502) ferner folgendes Merk­ mal aufweist:
  • a) einen Speicher (546) zum Speichern der Positionen der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Emp­ fangs-Vorrichtungen (302).
14. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 2 bis 13, bei dem die Modula­ tionseinrichtungen (214, 318) der Sendeeinrichtungen (208, 312) der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) und die Mehrwegsi­ gnalfilterungs- und Datenrückgewinnungs-Einrichtung (542) der Verarbeitungseinrichtung (508) der Positions­ bestimmungsvorrichtung (502) eine Phasenumtastungs-Modu­ lation (PSK-Modulation) zum Modulieren des Informations­ signals und/oder des Referenzzeit-Signals auf das Trä­ gersignal und zum Demodulieren des Informationssignals und/oder des Referenzzeit-Signals von dem Trägersignal verwenden.
15. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Verbin­ dungseinrichtung ein elektrisches oder optisches Kabel ist.
16. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Referenz­ zeit-Lieferungseinrichtung (204) der Referenz-Sende-Vor­ richtung (202), die Zeit-Lieferungseinrichtungen (304) der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) und/oder die Zeit-Lieferungseinrichtung (504) der Positionsbestim­ mungsvorrichtung (502) folgendes Merkmal aufweisen:
  • - eine Uhr zum Liefern der Referenz-Uhrzeit und/oder der Uhrzeit.
17. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 16, bei dem die Synchronisierungseinrich­ tung (308) jeder Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) fol­ gendes Merkmal aufweist:
  • 1. eine Uhrzeit-Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Uhrzeit der Uhr der Zeit-Lieferungseinrich­ tung (304) mit einem Zeitkorrekturwert, der den zeitlichen Unterschied der Referenz-Uhrzeit der Referenzzeit-Lieferungseinrichtung (204) der Re­ ferenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Uhrzeit der Zeit-Lieferungseinrichtung (304) der Sende- Empfangs-Vorrichtung (302) darstellt.
18. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem die Informa­ tionssignale der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) ferner lokale In­ formationen, lokale Meldungen, spezifische Systemparame­ ter, Synchronisierungsdaten, einen Umgebungs- oder Ge­ bäudeplan und/oder Verzeichnisse von Referenz-Sende-Vor­ richtungen (202) und/oder Funkbalken aufweisen.
19. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem in dem Spei­ cher (546) der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) ferner ein Gebäudeplan oder ein Umgebungsplan gespei­ chert ist, um die Position des Objekts in einem Gebäude oder in einer Umgebung anzuzeigen.
20. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach Anspruch 19, bei dem die Positionsbestimmungsvor­ richtung (502) ferner folgendes Merkmal aufweist:
  • a) eine Informationsausgabeeinheit zum Ausgeben von In­ formationen über die Position, die von der Berech­ nungseinrichtung (540) der Verarbeitungseinrichtung (508) der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) be­ stimmt wird, des Gebäudeplans und/oder des Umgebungs­ plans, der in dem Speicher (546) der Positionsbestim­ mungsvorrichtung (502) gespeichert ist, und/oder von optischen und akustischen Orientierungshilfen und/oder Orientierungsanweisungen.
21. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 3 bis 20, bei dem die Verarbei­ tungseinrichtung (508) der Positionsbestimmungsvorrichtung (502) ferner folgendes Merkmal aufweist:
  • 1. ein Mehrwegmodulfilter zum Filtern der Empfangs- Informationssignale, um den Empfangs-Informa­ tionssignalen überlagerte Mehrwegsignale vonei­ nander zu trennen.
22. System (100) zur Bestimmung der Position eines Objekts nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem die Refe­ renz-Sende-Vorrichtung (202) eine weitere Sende-Emp­ fangs-Vorrichtung (302) ist.
23. Referenz-Sende-Vorrichtung (202), die in einer festen Position angeordnet ist, wobei die Referenz-Sende-Vor­ richtung (202) folgende Merkmale aufweist:
  • a) eine Referenzzeit-Lieferungseinrichtung (204) zum Liefern eines Referenzzeit-Signals, das eine Refe­ renz-Uhrzeit angibt;
  • b) eine Signalerzeugungseinrichtung (206) zum Erzeugen eines Informationssignals, das mindestens die Sende­ zeit des Informationssignals, die aus dem Referenz- Zeitsignal bestimmt wird, aufweist; und
  • c) eine Sendeeinrichtung (208) zum Senden des Informa­ tionssignals und/oder des Referenzzeit-Signals, wobei die Sendeeinrichtung (208) folgende Merkmale auf­ weist:
    • 1. eine Codelieferungseinrichtung (210) zum Liefern eines Codes, der der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) zugeordnet ist; und
    • 2. eine Codierungseinrichtung (212) zum Codieren des Informationssignals mit dem Code.
24. Sende-Empfangs-Vorrichtung (302), die in einer festen Position zu einer anderen Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) und zu einer Referenz-Sende-Vorrichtung (202) an­ geordnet ist, wobei die Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) folgende Merkmale aufweist:
  • a) eine Zeit-Lieferungseinrichtung (304) zum Liefern ei­ nes Zeitsignals, das eine Uhrzeit angibt;
  • b) eine Empfangseinrichtung (306) zum Empfangen eines Referenzzeit-Signals von der Referenz-Sende-Vorrich­ tung (202);
  • c) eine Synchronisierungseinrichtung (308) zum Verarbei­ ten des Zeit-Signals und des Referenzzeit-Signals und zum Synchronisieren der Uhrzeit mit der Referenz-Uhr­ zeit;
  • d) eine Signalerzeugungseinrichtung (310) zum Erzeugen eines Informationssignals, das mindestens die Sende­ zeit des Informationssignals, die aus dem Zeit-Signal bestimmt wird, aufweist; und
  • e) eine Sendeeinrichtung (312) zum Senden des Informa­ tionssignals, wobei die Sendeeinrichtung (312) fol­ gende Merkmale aufweist:
    • 1. eine Codelieferungseinrichtung (314) zum Liefern eines Codes, der der Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) zugeordnet ist und der sich von dem Code der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und dem Code der anderen Sende-Empfangs-Vorrichtung (302) un­ terscheidet; und
    • 2. eine Codierungseinrichtung (316) zum Codieren des Informationssignals mit dem Code.
25. Positionsbestimmungsvorrichtung (502) zum Bestimmen der Position eines Objekts, wobei das Objekt die Positionsbestimmungsvorrichtung (502) aufweist, und die Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung (502) folgende Merkmale auf­ weist:
  • a) eine Zeit-Lieferungseinrichtung (504) zum Liefern ei­ nes Zeitsignals, das eine Uhrzeit angibt;
  • b) eine Empfangseinrichtung (506) zum Empfangen eines Empfangssignals, das Informationssignale einer Refe­ renz-Sende-Vorrichtung (202) und von Sende-Empfangs- Vorrichtungen (302) aufweist, wobei die Empfangsein­ richtung (506) folgende Merkmale aufweist:
    • 1. eine Codelieferungseinrichtung (512) zum Liefern von Codes der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302);
    • 2. eine Decodierungseinrichtung (514) zum Decodieren des Empfangssignals unter Verwendung der von der Codelieferungseinrichtung (512) gelieferten Codes der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sen­ de-Empfangs-Vorrichtungen (302), um den Informa­ tionssignalen der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) entsprechende Empfangs-Informationssignale zu er­ halten; und
    • 3. eine Empfangszeit-Bestimmungseinrichtung (510) zum Bestimmen der Empfangszeit jedes Empfangs- Informationssignals mit dem Zeitsignal der Zeit- Lieferungseinrichtung (504);
  • c) eine Verarbeitungseinrichtung (508) zum Verarbeiten der Empfangs-Informationssignale, wobei die Verarbei­ tungseinrichtung (508) folgende Merkmale aufweist:
    • 1. eine Extrahierungseinrichtung (536) zum Extrahie­ ren der Sendezeiten der Informationssignale der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende- Empfangs-Vorrichtungen (302) aus den Empfangs-In­ formationssignalen;
    • 2. eine Laufzeit-Bestimmungseinrichtung (538) zum Bestimmen der Laufzeiten der Informationssignale von der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und den Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302) zu der Posi­ tionsbestimmungsvorrichtung (502) aus den Sende­ zeiten der Informationssignale und den Empfangs­ zeiten der Empfangs-Informationssignale; und
    • 3. eine Berechnungseinrichtung (540) zum Berechnen der Position des Objekts unter Verwendung der Laufzeiten der Informationssignale und der Posi­ tionen der Referenz-Sende-Vorrichtung (202) und der Sende-Empfangs-Vorrichtungen (302).
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