位置确定系统和运行方法 |
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| 申请号 | CN201280034902.6 | 申请日 | 2012-05-04 | 公开(公告)号 | CN103782187A | 公开(公告)日 | 2014-05-07 |
| 申请人 | 于利奇研究中心有限公司; | 发明人 | J.舍尔滕; K.佐博塔; R.恩格尔斯; C.米勒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 位置 确定系统和运行方法。所述位置确定系统包括至少一个与物体连接的发射器、至少两个固定的接收器和用于确定 相位 差的装置，发射器的 信号 以该 相位差 到达两个接收器处。相对于常规的无线电测方位（台卡 导航系统 测方位），只在移动物体的地点处进行发射。这有如下效果，即在移动物体的地点处只需要具有很小尺寸和很小 电流 消耗的发射器。在运行方法中，为了确定物体位置的至少一个空间坐标，使用至少一对两个固定的接收器，在该空间坐标中用于物体位置的测量范围位于所述接收器之间。已认识到，如果位置的三个空间坐标相互分离地分别利用至少一个自己的接收器对来确定，那么可以以高准确度来确定所述位置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于移动物体的定位的位置确定系统，其特征在于，所述位置确定系统包括至少一个与所述物体连接的发射器、至少两个固定的接收器和用于确定相位差的装置，所述发射器的信号以所述相位差到达两个接收器处。 |
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| 说明书全文 | 位置确定系统和运行方法技术领域[0001] 本发明涉及位置确定系统和运行方法。 背景技术[0002] 在卫星导航变为标准之前，最准确的在海岸附近可用的导航辅助设备是双曲线导航（台卡导航系统测方位（Decca-Peilung））。这种系统包括具有不同频率的被安装在陆地上的发射器。在船或飞机的甲板上使不同发射器的信号叠加。因为相同相位的线是双曲线，所以两个发射器的信号的叠加提供如下信息，即船或飞机必然处于确定的双曲线上。如果第二发射器对的叠加也被测量，那么获得如下信息，即船或飞机必然处于两个双曲线的交点上。最迟借助第三发射器对的叠加确定准确的位置。 [0003] 不利地，这种系统对于向下直至实验室规模的较短的距离来说太不准确，并且必要的接收设备可差地微型化。 发明内容[0004] 因此本发明的任务是，提供位置确定系统，该位置确定系统能够向下直至实验室规模的距离以比根据现有技术的双曲线导航更高的准确度实现移动物体的定位。本发明的其他的任务是，使得要由移动物体随身携带的单元可更好地微型化。 [0006] 在本发明的范围内设计了用于移动物体的定位的位置确定系统。根据本发明，该系统包括至少一个与物体连接的发射器、至少两个固定的接收器以及用于确定相位差的装置，其中发射器的信号以该相位差到达两个接收器处。 [0008] 不同于已知的双曲线导航（台卡导航系统测方位），在移动物体的地点处不发生两个发射器的信号的叠加。代替地，只在移动物体的地点处进行发射，并且相位差的测量被转移到接收器侧。这有如下效果，即在移动物体的地点处只需要具有很小尺寸和很小电流消耗的发射器。这样的发射器例如可以被集成到高尔夫球棒和/或高尔夫球中，而不明显地影响击打的力度。通过利用根据本发明的系统不间断地记录发射器的位置，可以检验击打的正确的执行并且识别错误。也可以记录帕金森病人的快速摇动，而没有通过该发射器的大的质量来抑制这些快速摇动。 [0009] 此外，只在移动物体的地点处进行发射有如下效果，即可以利用仅仅一个频率来工作。在已知的双曲线导航中，其信号在移动物体的地点处被叠加的发射器必须利用不同的频率工作，以便信号相互是可区别的。这些频率必须以相应的装置花费在移动物体的地点处以不同的整数因子被加倍到最小公倍数，以便可以确定相位差。通过根据本发明只需要一个频率，也仅仅官方的分配是必需的。此外，为了提高准确度，可以采用任意多的其他的固定的接收器，而不需要在移动物体的地点处的附加的设备。 [0010] 这在本发明的一个特别有利的扩展方案中变得特别重要。在该扩展方案中该系统针对要确定的物体位置的每个空间坐标包括至少两个固定的接收器，其中用于物体位置的测量范围在该空间坐标中位于两个接收器之间。 [0011] 已认识到，在两个固定的接收器之间的连接线处于轴之一上的笛卡尔坐标系中，只能以大的准确度确定在该轴或与该轴平行的轴上的坐标。相位差由信号从发射器到两个接收器所经过的路径的差得出。相位差占主导地依赖于沿着接收器之间的连接线的空间坐标；如果物体沿着该连接线运动，那么到一个接收器的间距以与到另一个接收器的间距扩大相同的程度减小。如果因此在测量准确度的范围内测量到达两个接收器的信号之间的给定的相位差，那么关于沿着可能对此负责的连接线的运动的不可靠性是小的。本发明通过如下方式利用这一点，即本发明在要确定移动物体的位置的所有空间方向上分别实现两个固定的接收器之间的至少一个连接线。于是在一个空间方向上具有连接线的每对接收器对于物体在正好这个方向上的运动是特别灵敏的测量仪器。 [0012] 相移对物体运动的这种强各向异性的依赖性在已知的双曲线导航中没有被利用。每对发射器只提供如下信息，即当前的物体位置必然处于确定的双曲线上，其中在每对发射器之间在移动物体的地点处确定相位。通过如下方式确定物体位置，即确定多个这样的双曲线的交点。对由单独的发射器对所提供的关于某些空间方向的信息进行过加权（übergewichten）的可能性未被设置。也应该不简单的是，给双曲线导航添加这种功能。一方面，双曲线导航主要被用于在海上以及上方的导航，使得发射器方位通过存在的海岸规定。另一方面，每个另外的发射器又以如下的边界条件需要自己的频率，即在移动物体的地点处必须形成相应的最小公倍数。即根据本发明可以相互独立地分别以最大灵敏度确定空间坐标是之前所描述的措施、即仅在移动物体的地点处进行发射的结果。 [0013] 在本发明的另一个特别有利的扩展方案中该系统针对物体位置的每个空间坐标具有至少两对固定的接收器、即至少四个接收器。 [0014] 一方面已认识到，准确度随着物体与一对两个接收器之间的连接线的距离增大而变得更低，能够以该准确度确定沿着该连接线的物体的空间坐标。通过提供多个对，因此可以以更好的准确度在较大的空间区域内跟踪物体的位置。 [0015] 另一方面已认识到，包围用于物体位置的测量范围的发射器和一个或多个接收器之间的无线电传输可能被陌生物体干扰。在通过物质时，由发射器辐射的波的光速被降低这种物质的折射率。这如光学路径延长那样起作用并且改变在接收器处被记录的相位。例如在跟踪高尔夫球棒或高尔夫球时运动员可以站在发射器和一个或多个接收器之间。通过现在至少两个接收器对可供用于每个空间坐标，可以将两对的值用于确定物体位置。例如可以平均或以其他方式相互计算由两对所提供的位置。但是例如也可以发生合理性控制并且如果由一对所提供的位置突然跳跃式地变化，那么由一对所提供的位置不予考虑。 [0016] 在本发明的一个特别有利的扩展方案中，发射器具有用于把信号调制到具有较高频率的载波信号上的调制器。此外，位置确定系统具有用于把信号从被接收器记录的信号和载波信号的混合中解调的解调器。在此不仅可以进行幅度调制而且也可以进行频率调制。要用于发射器和接收器之间的无线电线路上的频率在各种情况下通过官方的分配被预先给定。例如在德国，联邦网络局的公报法令40/2010为具有小作用半径（SRD）的没有进一步详细说明的无线电应用调整频率的使用。通过设置把信号调制到载波信号上的可能性，可以不依赖于这种分配而只根据对于地点确定来说有意义的波长选择信号的频率。特别是可以通过信号频率的变化而改变用于位置确定的空间测量范围，而不需要用于发射器和接收器之间的无线电线路的新的频率分配。 [0017] 此外已认识到，信号和载波信号的混合的传播根据适用于载波信号的频率的规律性从发射器穿过物质对准接收器。特别是用于通过物质的吸收系数和折射率算作这些规律性。因此可以从对于载波信号可供使用的频率选择传播条件对于给定的情况来说最佳的那些频率。 [0018] 在本发明的另一个有利的扩展方案中，发射器是光源，该光源的强度可利用信号的频率来调制。此外，位置确定系统具有用于把具有该频率的信号从被接收器记录的光强度中解调的装置。在这种情况下，信号的频率也是可自由选择的。光学传输相对于无线电传输有以下优点，即不需要频率分配。然而，在可见范围内和在红外线范围内的光根本不能再穿透很多材料，这些材料仅仅衰减无线电信号并且在相位上移动无线电信号。 [0019] 在本发明的范围内，也设计了用于运行位置确定系统的方法。根据本发明，为了确定物体位置的至少一个空间坐标，使用至少一个由两个固定的接收器组成的第一对，在该空间坐标中用于物体位置的测量范围位于这些接收器之间。如之前所阐述的，一对的接收器之间的连接线所处于的空间坐标可以利用该对最灵敏地来测量。 [0020] 在本发明的一个特别有利的扩展方案中，附加地使用至少一个由两个另外的固定的接收器组成的第二对，在要确定的空间坐标中用于物体位置的测量范围同样位于这些接收器之间。于是特别是可以相互计算、特别是平均空间坐标的借助两对被确定的值。以这种方式可以提高位置确定的准确度。如之前所阐述的，这与如下方面有关联，即准确度随着物体与一对的接收器之间的连接线的距离增大而降低并且发射器和一个或多个接收器之间的无线电传输可能通过陌生物体被干扰。替代地或也与此结合地，可以把物体位置的只由两对之一记录的突然的变化评价为用于发射器和该对之间的被干扰的无线电传输的指示器。于是例如通过该对被记录的物体位置可以不予考虑并且代替地可以动用通过另一对被记录的位置。 [0021] 在 本 发 明 的 一 个 特 别 有 利 的 扩 展 方 案 中，选 择 用 于 物 体位 置 的 测 量 范 围，使 得 至 少 一 对 的 接 收 器 之 间 的 相 位 差 处 于 区 间 内。物体位置只一直明确地由所测量的相位差得出，如这些差处于开区间 之内。该极限的超过不能被确定；位置确定在没有其他通 知的情况下变为错误的。到区间 的限制一方面改进位置确定的准确 度。另一方面，这个区间提供有意义的报警阈值，在该报警阈值处在相位差也离开区间并且位置确定变为错误的之前可以采取反措施。 [0022] 测量范围的大小最初依赖于由发射器发出的辐射的波长。在大约100 MHz的频率（这对应于3 m的波长）的情况下，区间 有1 m的空间延展。有利地，因此在87.5 和108 MHz之间选择发射频率。只要不存在对所选择的频率的分配，就可以把信号调制到具有被分配的频率的载波信号上或通过光源的强度的调制来传输信号。 [0023] 在本发明的一个特别有利的扩展方案中，利用作为变量的物体位置来最小化质量函数，该质量函数包含一对的相位差的由物体位置所计算的正弦或余弦和该对的相位差的被测量的正弦或余弦之差。 [0024] 由发射器辐射的信号抵达一对的接收器处的相位差最灵敏地依赖于沿着两个接收器之间的连接线的空间坐标。然而该相位差也还依赖于移动物体的其他空间坐标。类似于已知的双曲线导航，由一对所记录的相位差本身只表明，移动物体位于双曲面的表面上的某一个地方。如果现在将不同的接收器对用于确定不同的空间坐标，那么可能的是，由这些对所提供的信息类似于超定线性方程组的解部分地矛盾。为了以最大可能的准确度由该数据情况（Datenlage）确定物体位置，在质量函数中表达用于该准确度的标准。这个标准例如可以是所计算的正弦或余弦与所测量的正弦或余弦的最小平方偏差。 [0025] 在本发明的另一个有利的扩展方案中，质量函数附加地包含相加的惩罚项，所计算的相位差处于区间 之外越远，那么该惩罚项就越大。在这方面以下认识被反映，即位置确定的准确度在该区间内是最大的并且因此在该区间之外的位置趋向于更不可信。 [0026] 有利地，在最小搜索的第一个步骤中相互独立地通过如下方式确定物体位置的空间坐标，即分别只关于一个坐标进行优化并且另外的坐标被保持。在此可以特别是针对接收器对关于如下空间坐标进行优化，该空间坐标的轴包含两个接收器之间的连接线或与该连接线平行。如之前所阐述的，可以利用该接收器对以最大的灵敏度来确定正好该空间坐标。其余的被保持的坐标例如可以首先被设置为合理的起始值。如果之后在使用另外的接收器对的情况下关于这些坐标进行了优化，那么由此所获得的值可以替代起始值。有利地，因此在确定所有空间坐标之后将这些空间坐标作为起始值用于最小值搜索的下一个迭代。 [0027] 有利地，利用黄金分割的搜索策略来搜索最小值。在这种搜索策略的情况下通过如下方式系统化地缩小搜索区间，即搜索区间分别以黄金分割被划分。这种策略在单峰函数、即正好在预先给定的区间内有最小值的这样的函数的情况下是特别有效的。因为搜索正好一个移动物体的位置并且这个物体不可能同时位于第二个位置处，所以在测量范围内正好有要找到的物体位置，使得质量函数是单峰的。 [0028] 位置确定系统例如可以作为实验设备被用于学生实验室中，以便以大约1 mm的准确度保存米长的踪迹。因为可以以大约1 kHz的重复率来检测位置，所以也可以通过微分以足够的准确度记录速度和加速度的时间变化过程。利用大约高尔夫球大小的发射器，例如可以执行如下方式的竞赛：● 谁获得最大的速度？ ● 谁达到最高的加速度？ ● 谁在拳击（Boxschlägen）时达到最大的冲击力？ ● 谁将伸展出的手臂最佳地保持在同一位置中一分钟长时间？ ● 谁最快地转身到钢琴凳上？ ● 谁在钢琴凳上令人印象深刻地演示角动量保持？ ● 谁最佳地沿着未被画出的而是仅仅被想象的圆行进？ 也可以以高准确度记录传统物理实验的动力学，诸如： ● 不同体的自由降落，这些体在空气摩擦的影响方面相互区别； ● 加速度，下垂重链的末端以该加速度行进到地； ● 斜面； ● 扭转摆作为理想摆； ● 线摆，特别是在较大的偏转的情况下线摆的非线性； ● 橡胶摆； ● 水波试验（Wasserwellenversuche），其中发射器在水上漂浮； ● 牛顿定律（力＝质量*加速度）； ● 根据斯托克斯定律球体在粘性流体中下沉时的摩擦力； ● 撞球冲量； ● 弹球（Flummiballs）的跳跃； ● 在足球场上运动员和球的跟踪，特别是越位或进球确证。 附图说明 [0029] 下面借助图来解释本发明的主题，而本发明的主题不因此受限制。其中：图1示出实验室规模的位置确定系统的实施例。 [0030] 图2示出用于误差计算的位置确定系统的略图。 [0031] 图3示出用于三维定位的位置确定系统的实施例。 [0032] 图4示出用于讨论物质对信号传送的影响的发射器和接收器之间的光路。 具体实施方式[0033] 图1示出实验室规模的根据本发明的位置确定系统的一个实施例。发射器位于地点P（t）（黑点）处。该发射器由六个固定地被安装的、通过3/4圆象征性表示的接收器Ei和Fi（分别具有i＝1、2和3）包围。这些接收器位于与地点P（t）的间距Wi（t）和Ui（t）处，其中i＝1、2和3。这些接收器是无源的高频器件，这些高频器件通过天线电缆Li和 （分别具有i＝1、2和3）与控制器连接。在那里，信号利用6个放大器（“Amplifier”）来放大，其相位成对地被三个移相器（“Phaseshifter”）移动并且之后三对的相位差由总共三个相位探测器（“Phasedetector”）测量。对于i＝1、2和3，接收器Ei和Fi分别形成一对，该对把信号Si和 提供给控制器。在PC中由此相对于零点确定地点P（t）、即其坐标x（t）、y（t）和z（t）。 [0034] 图2示出根据本发明的位置确定系统的略图，借助该略图在下面讨论位置确定的准确度和测量误差。发射器S的位置可以借助两个接收器E1和E2来测定，这两个接收器位于到发射器的未知的位置的间距s1以及s2处。围绕E1和E2之间的连接直线的中点中的原点O的直角坐标系被确立。在这个系统中，发射器S的未知的位置有平行于E1和E2之间的连接直线的坐标p，垂直于这条连接直线的q和垂直地从图平面突出的r。E1和E2之间的间距以Ap来表示。发射器S以100 MHz的频率（波长3 m）发出未调制的载波。 [0035] 该波到达两个接收器E1和E2的相位差被测量并且在下面以Φ12来表示。只要Φ12处于开区间 之内，那么Φ12明确地通过发射器和接收器之间的路径的差来规定。为了获得在发射器的地点确定时的高准确度，在这个实施例中相位差的区间进一步被限制到区间 。 [0036] 感兴趣的相位差由（1） 给定。在此Φ0是可自由支配的附加的项。 [0037] 如果信号在传送到接收器之前被调制到载波信号上并且在接收之后从该混合中又被解调，那么方程（1）不变地适用。于是λ一如既往是信号的波长；载波信号的波长不起作用。如果作为发射器的光源的强度以信号的频率来调制，那么同样适用。 [0038] 间距s1和s2通过（2）和（3）给定。 [0039] 目标在于，由相位差尽可能准确地确定发射器的坐标。利用相位探测器不直接测量相位差 ，而是只测量 。测量准确度 与 的测量准确度 紧密联系。 [0040] 根据方程（1）、（2）和（3）可以由 准确度推断出三个坐标的可能的准确度，因为有：（4） 和 （5） 。 [0041] 借助图2认识到，在p变化时，间距差强烈地变化，因为一个间距增大，另一个间距减小。这在坐标q的情况下是不同的。在此，如果q增大，两个间距s1和s2都减小，即相位差几乎不随q而变化。这在第三坐标r的情况下是完全相似的。 [0042] 在（5）中，因此在大括号中第一项占主导，另两项是小的。因此得到如下认识，即只能以高的准确度测量在E1和E2之间的连接线的方向上的坐标p。p的测量误差 是：（6） 。 [0043] 如果发射器位于E1和E2之间，那么路径差变化是最大的。于是微商具有值2。如果应该处于区间 内的相位差也还正好是π/2，那么得到（7） 。 [0044] 当λ＝3 m并且 ＝0.001时得到 ＝0.25 mm。 [0045] 如果设法使相位差保持在所说明的区间内，那么 在0.5和1之间的极限内变化。 [0046] 对于一般的情况，即发射器相对于接收器中点O位于地点（p，q，r），坐标p的测量误差是：（8） 。 [0047] 在该方程中，q和r只在平方和q2＋r2中出现，该平方和在下面以pv2来表示（pv被画入了图1）并且代表发射器到E1和E2之间的连接线的间距。因此测量误差通过：（9） 来限制。如果发射器位于对称平面中，那么p＝0。在这种情况下测量准确度简单地为（10） 。 [0048] 在间距pv为接收器间距Ap的五倍的情况下，测量误差是（11） 并且因此是最小可能误差的十倍。由此得出，坐标的测量准确度随着到连接轴的间距增大而下降。因此准确度可以通过如下方式来提高，即将多于一个的接收器对用于坐标的测量。 [0049] 如果相位差处于区间 之外，那么地点确定变得完全错误；如果相位差处于区间 之外，那么地点确定变得不准确。可能没有注意到第一极限的超过，就已经超过第二极限。 [0050] 极限线由边界曲线给定，通过（12） 来定义。利用（2）和（3）， （13） 。 [0051] 如果发射器沿着连接轴运动，即pv等于0，那么界限彼此紧靠，即 。此外，（13）描述具有焦点Ap/2和－Ap/2以及具有路径差λ/6的旋转双曲面。因此，发射器S越远离E1和E2之间的连接线，由最大相位差所预先给定的测量范围之内的运动余地也越大。因为另一方面由（11）得出，测量准确度随着到连接轴的间距pv增大而下降，所以高的测量准确度和大的运动余地是互相相反的目标。 [0052] 发明人由前面的分析已经得出以下教导，即可以将三个接收器对用于确定发射器的三个坐标（x，y，z），这三个接收器对的连接线指向x、y或z方向。因此，为了确定各个坐标，分别使用可以最灵敏地测量该坐标的接收器对。对此总共测量比数学上用于位置确定所需的信息更多的信息。这些信息可能如在超定线性方程组中那样部分地矛盾。为了获得发射器S的最小矛盾的位置确定，迭代地确定位置。因此首先为所有的坐标设置合理的起始值。随后，在另两个坐标分别被保持期间依次优化坐标x、y和z。之后重新以x、随后y和最终z的优化继续。这一直被重复，直到达到预先给定的中断条件。 [0053] 图3示出根据本发明的位置确定系统的另一个实施例的略图，该位置确定系统是确定用于实验室之内的移动物体的三维定位。该位置确定系统包括八个接收器E1到E8。接收器E1到E4被悬挂在实验室天花板上，接收器E5到E8分别低同样的高度h。有利地选择接收器之间的间距以及高度h，使得由接收器划定界限的空间尽可能准确地覆盖如下范围，在该范围内运动也被期待。于是可以在这个范围内以最大可能的准确度确定移动物体的位置。有两个接收器对（E1与E3和E5与E7）可供用于测量x坐标，同样有两个接收器对（E2与E4和E6与E8）可供用于测量y坐标以及有四个接收器对（E1与E5、E2与E6、E3与E7、和E4与E8）可供用于测量z坐标。 [0054] 下面解释如何迭代地确定三个坐标x、y和z。 [0055] 规定具有坐标（x0，y0，z0）的地点P0，在该地点处所有对的相位差被设置为π/2。通过对的连接方向来规定坐标系并且在图2中连接方向以x、y和z来表示。在所定义的坐标系中，接收器有准确地确定的坐标，例如接收器E1有三线聚点（xE1，yE1，zE1）。发射器P有在时间上变化的坐标（x（t），y（t），z（t））。 [0056] 在地点P处的发射器到接收器E1的间距以s1（P）来表示或当发射器位于地点P0处时以s1（P0）来表示。有（15） 。 [0057] 利用该表示，接收器对、例如Ei和Ek之间的相位差在标准化之后由（16）给定。比较到达两个接收器的波的相位的相位探测器不直接提供相位差，而是提供其余弦 。为了测试该值与假定的坐标（x，y，z）处的发射器位置P协调一致到何种程度， 根据（16）通过代入表达式（15）被表达为坐标x、y和z的函数。由两个余弦的差设立下面的质量函数，该质量函数的最小值被搜索： （17） 。 [0058] 被最小化，使得总是两个变量被保持并且第三个变量为了最小化而被改变。最小化不仅仅涉及相位差的余弦的额定值和实际值的差，而是也考虑，为了尽可能高的测量准确度应该只利用区间 作为测量范围。这个范围的超过提高（17）中的两个相加的惩罚项的值，所述惩罚项分别以因子w被加权。 [0059] 在惩罚函数的情况下利用定义：（18） 。 [0060] 这个函数是连续地可微分的，二阶导数在x＝0时是不连续的。 [0061] 为了最小值搜索，以在书籍“Numerical Recipes in C”（W. H. Press et al.，Cambridge University Press）中所描述的例程“golden（黄金）”的形式采用黄金分割的搜索策略。该例程只需要最小值的包围（Umklammerung）；该包围可以由边界值、即发射器直接位于两个接收器之一处获得。 [0062] 在具有至少三个其连接直线指向x、y和z方向的接收器对的下面的方法中，依次地关于x执行第一对的最小化，之后关于y执行第二对的最小化以及最终关于z执行第三对的最小化。随后，下一迭代再次以关于x的最小化开始，其中y和z被保持在事先被确定的值。如果在迭代的情况下位置（xmin，ymin，zmin）不再变化，那么解是自相容的（selbstkonsistent）并且被评价为用于发射器位置的结果。 [0063] 还应该检验，是否目标函数在最小值时处于0附近并且惩罚函数的值在最小值时是小的。 [0064] 下面讨论不同的干扰对位置确定的影响。 [0065] 1. 信号通过物质如果物质被置于发射器和接收器之间的高频波的光路中，那么在接收器之一处的高频的相位被改变。即，在物质中，高频波的传播速度不再是真空光速c，而是仅还有c/n。在此n是材料对于所使用的频率的折射率。有n＝ε1/2并且ε是介电常数。对于脂肪和骨骼，在100 MHz的频率的情况下ε＝10 并且因此折射率n＝3.16。对于肌肉块，在同样频率的情况下ε＝100并且因此n＝10。 [0066] 如果现在高频波通过具有无限大的横截面、具有厚度d和折射率n的墙，那么相对于以前没有墙在接收器处的相位变化了值（20） 。 [0067] 方程（20）具有在实践中几乎从不切合实际的先决条件，即干扰物体有无限大的横截面。 [0068] 如果信号在从发射器向接收器传送之前被调制到具有较高频率的载波信号上，那么方程（20）一如既往地适用于信号的相移。但是，对于n，应采用物质在载波信号的频率的情况下的折射率。 [0069] 在采用实验室规模的根据本发明的定位系统的情况下较频繁地出现如下情况，即手指、手、头或上身到达发射器和接收器之间的光路中。 [0070] 可以利用惠更斯原理在衍射的情况下关于射束中的较小物体的影响获得粗略的估计，该衍射通向菲涅耳区。 [0071] 图4示出发射器S和接收器E3之间的光路。其中画入了位于具有直径DF的第一菲涅耳区之内的那些射束。具有边长d和折射率n的立方体状的干扰物体位于光路中，其中 。 [0072] 第一菲涅耳区的直径是：（21） ， 具有如下定义： （22） 。 [0073] 有L12 [0074] 有数量级（23） 的然后出现的相位变化或利用（21）和（22）得到 （24） 。 [0075] 依此， 与d3成比例地并且与λ2相反地增长。 [0076] 如果信号在从发射器传送到接收器之前以波长 被调制到载波信号上，那么方程（24）变为：（24a） ， 其中n又是物质对于该载波信号的折射率。 [0077] 一些数值例帮助获得作用的强度的印象：例1：d＝10 cm（拳头） n＝3 L1＝1 m λ＝3m： ＝0.3 mrad。 [0078] 例2：d＝30 cm（头） n＝3 L1＝0.5 m λ＝3m： ＝9.5 mrad。 [0079] 例3：d＝10 cm（拳头）n＝3 L1＝0.1 m λ＝3m： ＝0.3 mrad。 [0080] 这些例子示出，相位变化部分地处于～1.5 mrad的测量极限之上。如果信号被调制到具有较高频率的载波信号上，那么方程（24a）中的分母变得更小并且相位差还明显变得更大。 [0081] 2.反射的辐射关于电磁辐射的反射特性的细节通过菲涅耳公式来描述。在空气介质的边界过渡处，当垂直入射时仅一小部分被反射，当掠入射时明显更多被反射。在垂直极化的情况下，反射的射束相对于入射的射束被移相π。对于位置确定，在接收器中测量的反射的辐射的分量的变化可能首先在相位和幅度方面掺假地起作用。 [0082] 该误差源的影响可以例如通过屏蔽、吸收和定向天线而被最小化。 [0083] 3.吸收吸收意味着接收器信号的衰减。这是无关紧要的，因为信号在相位探测时被标准化。 [0084] 4.漫散射因为波长相对于空间中的几乎所有的尺寸是大的，所以散射在没有方向优选的情况下发生并且通过漫散射到达接收器中的辐射的分量与可能影响直接接收的辐射的相位的分量相比太小。 |
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