Dispositivo y procedimiento para determinar la distancia y/o la orientación de un objeto móvil.

Dispositivo para determinar el cambio de distancia y el cambio de orientación de un objeto móvil con al menos un emisor (1) colocado en el objeto con una frecuencia definida y al menos un receptor (2) estacionario,

presentando el emisor una antena (3) con un plano de polarización conocido y presentando el receptor (2) una antena (4, 5) de polarización circular izquierda y derecha y estando el receptor (2) provisto de o conectado con un dispositivo de evaluación que a partir de las dos señales recibidas con un acoplamiento o una sincronización de fase rígida entre el emisor (1) y el receptor (2) determina valores de medición de fase, caracterizado por que a partir de los desarrollos de valor de medición de fase se calculan el cambio de distancia y el cambio de orientación.

Dispositivo y procedimiento para determinar la distancia y/o la orientaciïn de un objeto mïvil

La invenciïn se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para determinar la distancia y/o la orientaciïn de un objeto mïvil.

En la navegaciïn o en la tïcnica de mediciïn es importante conocer la distancia o el cambio de la distancia con respecto a una ubicaciïn fija y/o la orientaciïn de un objeto mïvil en el espacio. Hoy en dïa, se conoce una pluralidad de enfoques para determinar la orientaciïn de un objeto mïvil. Por ejemplo, con ayuda de un sistema de sensores inerciales, es decir, mediante sensores de campo magnïtico, de tasa de revoluciones o de aceleraciïn se determina la orientaciïn y el movimiento de un objeto, y un procedimiento de este tipo o un dispositivo de este tipo se describen en el documento EP 1 521 165 A2. El inconveniente de esta forma de realizaciïn consiste en que en las magnitudes de mediciïn estï contenida una desviaciïn o desplazamiento desconocido de los sensores que lleva a errores que aumentan con el tiempo en el resultado de posiciïn y orientaciïn. Este error se determina y se corrige, en la mayorïa de los casos, mediante mediciones auxiliares de otros sistemas. Un enfoque adicional para determinar la orientaciïn y la posiciïn de un objeto constituyen sistemas basados en cïmaras. A este respecto, se colocan al menos tres marcas sobre el objeto de mediciïn que se detectan por cïmaras y de las que se determinan la posiciïn y la ubicaciïn entre sï, por lo que el objeto de mediciïn se puede definir en el espacio. Ejemplos de ello se describen en el documento DE 698 04 128 T2 y en el documento WO 99/21134.

En el documento GB 2 130 040 A se describe un dispositivo para medir la orientaciïn de un buque que utiliza el sistema GPS. Una antena rotatoria, o una disposiciïn de varias antenas que se comportan como una antena rotatoria mediante una conmutaciïn, recibe a este respecto seïales de radio desde un satïlite, y mediante la comparaciïn de fases entre un periodo de rotaciïn de la antena y una mediciïn de fase, una mediciïn Doppler, una mediciïn de amplitud o una mediciïn de distancia, que tienen un desarrollo periïdico, se puede determinar la direcciïn de incidencia de la seïal. A partir de ello se puede determinar la orientaciïn del buque con ayuda de la posiciïn del satïlite y de la posiciïn propia.

Por el documento US 3 540 045 se conoce un sistema de polarizaciïn electromagnïtico para la comunicaciïn por satïlite en el que se evalïan seïales de polarizaciïn izquierda y de polarizaciïn derecha para determinar desviaciones en el plano de polarizaciïn de la seïal de satïlite. Tambiïn se describe en el mismo un emisor estacionado sobre la Tierra que puede irradiar seïales con una polarizaciïn definida, de modo que en el satïlite se produce una pïrdida lo menor posible por errores de polarizaciïn.

Por el documento US 2003/0001775 A1 se conoce un procedimiento para localizar un objeto utilizando un receptor GPS. A este respecto, a cada objeto estï asignado un emisor que envïa una seïal a una pluralidad de unidades de recepciïn/emisiïn. Estas unidades de recepciïn/emisiïn comprenden un receptor GPS a travïs del que las unidades de recepciïn/emisiïn se pueden determinar con respecto a su posiciïn. Ademïs, las unidades de recepciïn/emisiïn emiten seïales a un calculador de localizaciïn que calcula el lugar del objeto mediante las seïales de al menos tres unidades de recepciïn/emisiïn.

El documento US 6 590 536 B1 describe un sistema de detector para detectar el movimiento de un cuerpo, que presenta sensores de aceleraciïn en el cuerpo cuyas seïales se transmiten desde un emisor hasta una estaciïn base que puede presentar varias antenas. A este respecto, las seïales de las varias antenas se evalïan con respecto a la orientaciïn. Esto se realiza mediante una evaluaciïn de las intensidades de campo de recepciïn de dos antenas configuradas como dipolos lineales que estïn giradas 90ï entre sï. Con ayuda de la funciïn tangencial se puede determinar a continuaciïn un giro del dipolo de emisiïn alrededor del eje de emisor-receptor.

La invenciïn se basa en el objetivo de crear un dispositivo y un procedimiento para determinar la distancia y la orientaciïn de manera correspondiente a otro principio de mediciïn, que con resultados satisfactorios permitan una evaluaciïn relativamente sencilla.

Este objetivo se consigue segïn la invenciïn mediante las caracterïsticas de las reivindicaciones independientes.

Mediante las medidas indicadas en las reivindicaciones dependientes son posibles perfeccionamientos y mejoras ventajosos.

Segïn la invenciïn, en el dispositivo y en el procedimiento se utilizan al menos un emisor y al menos un receptor, presentando respectivamente uno de los dos una antena con un plano de polarizaciïn conocido y el otro de los dos (emisor y receptor) una antena de polarizaciïn circular izquierda y una antena de polarizaciïn circular derecha, entrando en el tïrmino de la antena de polarizaciïn izquierda y de polarizaciïn derecha cualquier disposiciïn de antena con la que se puedan generar polarizaciones izquierdas y derechas. A partir de las dos seïales recibidas y la seïal de emisiïn se determinan y se comparan entre sï las posiciones de fase. La comparaciïn se realiza mediante una formaciïn de diferencia de las posiciones de fase entre la seïal recibida y la seïal emitida. De este modo se obtienen dos valores de mediciïn de fase para las dos ramas de receptor. El procedimiento de mediciïn se basa por

tanto en una mera evaluaciïn de la fase de portadora. Por tanto, no serïa necesaria una modulaciïn de la seïal de emisiïn para obtener los valores de mediciïn. Sin embargo, una modulaciïn de la seïal de emisiïn es ventajosa en muchos aspectos para mejorar la precisiïn y la seguridad frente a fallos asï como para permitir la posibilidad de separaciïn de los sïmbolos facilitada a continuaciïn.

A partir de los valores de mediciïn de fase determinados se pueden calcular a continuaciïn la distancia y la orientaciïn del objeto mïvil. Cuando no se conoce ninguna posiciïn inicial, se parte de cualquier punto de inicio y se determinan el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn. Con ayuda de posiciones y orientaciones conocidas del objeto con respecto a al menos un momento se pueden determinar por tanto tambiïn distancias y orientaciones absolutas.

Con la disposiciïn mïs sencilla, es decir, un emisor y un receptor, se puede determinar el cambio de orientaciïn o el cambio de distancia unidimensionales, estando entonces el tiempo de emisor y el tiempo de receptor sincronizados entre sï, o es necesario determinar mediante un procedimiento conocido en sï la desviaciïn temporal y corregir el error. En un ejemplo de realizaciïn ventajoso, se utiliza para la orientaciïn absoluta unidimensional, segïn la forma de realizaciïn, un emisor de referencia con una orientaciïn conocida o un receptor de referencia correspondiente.

Si el emisor y el receptor no estïn sincronizados entre sï, debe estar previsto un receptor adicional para eliminar el tiempo de emisiïn desconocido con el procedimiento TDoA (time difference of arrival, diferencia de tiempo de llegada) .

Al aplicar el procedimiento segïn la invenciïn, se determinan y se comparan entre sï las posiciones de fase de dos seïales de recepciïn con respecto a la posiciïn de fase del emisor con una frecuencia definida de al menos un receptor. En este tïrmino de la comparaciïn entrarïn tambiïn procesos intermedios, por ejemplo la eliminaciïn del desplazamiento de frecuencia desconocido en caso de un emisor/receptor no sincronizado utilizando el procedimiento TDoA.

Como forma de realizaciïn sencilla de una antena de polarizaciïn circular se puede prever una disposiciïn de dos antenas lineales cruzadas con un desfasador, preferiblemente un desfasador de 90ï.

De manera ventajosa, segïn el sistema elegido con varios receptores o emisores con las antenas de polarizaciïn circular, se puede prever un sistema de localizaciïn multidimensional, pudiendo estar dispuestos de manera localmente distribuida al menos cuatro receptores o emisores con las antenas de polarizaciïn circular para una detecciïn de la orientaciïn tridimensional del objeto mïvil en el espacio cuando no estï prevista ninguna sincronizaciïn entre el emisor y el receptor.

De manera ventajosa, en un emisor con las dos antenas de polarizaciïn circular, las dos seïales de emisiïn estïn elegidas de tal modo con respecto a su forma de seïal que se pueden diferenciar en el receptor. Para la diferenciaciïn es conveniente una codificaciïn para conseguir secuencias de cïdigo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para determinar el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn de un objeto mïvil con al menos un emisor (1) colocado en el objeto con una frecuencia definida y al menos un receptor (2) estacionario, presentando el emisor una antena (3) con un plano de polarizaciïn conocido y presentando el receptor (2) una antena (4, 5) de polarizaciïn circular izquierda y derecha y estando el receptor (2) provisto de o conectado con un dispositivo de evaluaciïn que a partir de las dos seïales recibidas con un acoplamiento o una sincronizaciïn de fase rïgida entre el emisor (1) y el receptor (2) determina valores de mediciïn de fase, caracterizado por que a partir de los desarrollos de valor de mediciïn de fase se calculan el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn.

2. Dispositivo para determinar el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn de un objeto mïvil, con al menos un emisor estacionario (8) y al menos un receptor (9) , que estï previsto en o dentro del objeto mïvil, presentando el emisor (8) una antena de polarizaciïn circular izquierda (11) y una antena de polarizaciïn circular derecha (10) a travïs de las que se puede irradiar respectivamente una seïal con una frecuencia definida y presentando el receptor

(9) una antena (12) con un plano de polarizaciïn conocido y estando provisto de o conectado con un dispositivo de evaluaciïn que a partir de las dos seïales recibidas con un acoplamiento o una sincronizaciïn de fase rïgida entre el emisor (8) y el receptor (9) determina valores de mediciïn de fase, estando las dos seïales de emisiïn formadas de modo que se pueden diferenciar en el receptor (9) , caracterizado por que a partir de los desarrollos de valor de mediciïn de fase se calculan el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn.

3. Dispositivo segïn la reivindicaciïn 1 o la reivindicaciïn 2, caracterizado por que para determinar la distancia absoluta y la orientaciïn absoluta estïn previstos un emisor de referencia (6) o un receptor de referencia (13) con una posiciïn y una orientaciïn conocidas y una antena (7, 14) con un plano de polarizaciïn conocido.

4. Dispositivo segïn una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la seïal de emisiïn es una seïal modulada sobre una portadora con una frecuencia definida.

5. Dispositivo segïn la reivindicaciïn 2, caracterizado por que las dos seïales de emisiïn son secuencias de cïdigo ortogonales, como en el procedimiento CDMA, o modulaciones a modo de rïfaga que usan de forma alternante un canal de transmisiïn, como en el procedimiento TDMA, o tienen frecuencias portadoras diferentes aunque acopladas de manera rïgida.

6. Dispositivo segïn una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el tiempo de emisor y el tiempo de receptor estïn sincronizados entre sï.

7. Dispositivo segïn una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que estïn previstos varios receptores (2)

o emisores (8) con las antenas de polarizaciïn circular (4, 5, 10, 11) para formar un sistema de localizaciïn multidimensional en el espacio.

8. Dispositivo segïn una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que las antenas de polarizaciïn circular estïn formadas respectivamente como dos antenas lineales cruzadas y un desfasador, preferiblemente un desfasador de 90ï.

9. Procedimiento para determinar el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn de un objeto mïvil, en el que al menos un emisor (1) colocado en o dentro del objeto con una antena (3) con un plano de polarizaciïn conocido emite una seïal con una frecuencia definida a al menos un receptor estacionario (2) con dos antenas de polarizaciïn circular (4, 5) , una de polarizaciïn izquierda, la otra de polarizaciïn derecha, determinïndose con un acoplamiento o una sincronizaciïn de fase rïgida entre el emisor (1) y el receptor (2) las posiciones de fase de las dos seïales de recepciïn con respecto a la posiciïn de fase del emisor (1) , caracterizado por que a partir de los desarrollos de valor de mediciïn de fase se calculan el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn.

10. Procedimiento para determinar el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn de un objeto mïvil, en el que al menos un emisor estacionario (8) emite respectivamente a travïs de una antena de polarizaciïn circular izquierda

(11) y una antena de polarizaciïn circular derecha (10) una seïal con una frecuencia definida a al menos un receptor

(9) colocado en o dentro del objeto con una antena (12) con un plano de polarizaciïn conocido, determinïndose con un acoplamiento o una sincronizaciïn de fase rïgida entre el emisor (8) y el receptor (9) las posiciones de fase de las dos seïales de recepciïn con respecto a la posiciïn de fase del emisor (8) , eligiïndose las dos seïales de emisiïn de tal modo con respecto a su forma de seïal que se pueden diferenciar en el receptor (9) , caracterizado por que a partir de los desarrollos de valor de mediciïn de fase se calculan el cambio de distancia y el cambio de orientaciïn.

11. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 9 o la reivindicaciïn 10, caracterizado por que la distancia absoluta y la orientaciïn absoluta se determinan utilizando las seïales de un emisor de referencia (6) o un receptor de referencia (13) con una posiciïn y una orientaciïn conocidas y una antena (7, 14) con un plano de polarizaciïn conocido.