DE102006051090B4 - Method and device for position and position determination of an object using electromagnetic waves - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Positions- und Lagebestimmung eines Objekts unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen, die von einem bezüglich seiner räumlichen Position bekannten Sender ausgestrahlt werden und von auf dem Objekt angeordneten Detektoren eines Empfängers mit unterschiedlichen, definierten Richtcharakteristiken aufgefangen werden, wobei unter Voraussetzung vernachlässigbarer Reflexionen aus der Umgebung die Richtung des sich im Fernfeldbereich des Senders (S) befindenden Objekts in Bezug auf den Sender aus dem Verhältnis der Empfangspegel der empfangenen Signale (A_SA, A_SB) der Detektoren (ASA, ASB) gewonnen wird, deren Messebenen (A, B) sich paarweise stumpfwinklig oder rechtwinklig schneiden, dass ebenfalls unter Voraussetzung vernachlässigbarer Reflexionen aus der Umgebung die Entfernung des Objekts zum Sender aus der in den Detektoren empfangenen Leistung bestimmt wird, wobei die Tatsache ausgenutzt wird, dass sich die Intensitäten der empfangenen Signale (A_SA, A_SB) umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung verhalten, und dass die Detektoren des Empfängers (E) die Energie der einfallenden elektromagnetischen Welle linear bewerten und in ihrer relativen Empfindlichkeit eine Richtcharakteristik aufweisen, die im wesentlichen proportional zum Kosinus des Einfallswinkels (α, β) der elektromagnetischen Welle ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sender (S) drei um 60° gegeneinander verdrehte linear polarisierte elektromagnetische Wellen abstrahlt und dass die Detektoren des Empfängers für einen Empfang der jeweils ausgesendeten elektromagnetischen Wellen passend ausgelegt sind.Method for determining the position and position of an object using electromagnetic waves which are emitted by a transmitter known with respect to its spatial position and are collected by detectors arranged on the object of a receiver having different, defined directional characteristics, assuming negligible reflections from the surroundings the direction of the object located in the far field region of the transmitter (S) with respect to the transmitter is obtained from the ratio of the reception levels of the received signals (A_SA, A_SB) of the detectors (ASA, ASB) whose measurement planes (A, B) are pairwise cut obtusely or at right angles, that also assuming negligible reflections from the environment, the distance of the object to the transmitter from the power received in the detectors is determined, taking advantage of the fact that the intensities of the received signals (A_SA, A_SB) to inversely proportional to the square of the distance, and that the detectors of the receiver (E) linearly evaluate the energy of the incident electromagnetic wave and have in their relative sensitivity a directional characteristic which is substantially proportional to the cosine of the angle of incidence (α, β) of the electromagnetic wave is characterized in that a transmitter (S) emits three mutually rotated by 60 ° against each other linearly polarized electromagnetic waves and that the detectors of the receiver are adapted to receive the respective emitted electromagnetic waves.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positions- und Lagebestimmung eines Objekts unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen, die von einem Sender ausgestrahlt werden und von auf dem Objekt angeordneten Detektoren eines Empfängers mit unterschiedlichen, definierten Richtcharakteristiken aufgefangen werden.The invention relates to a method for position and position determination of an object using electromagnetic waves which are emitted by a transmitter and are collected by detectors arranged on the object of a receiver with different, defined directional characteristics.
Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention also relates to a device for carrying out the method.
Verfahren und Systeme, welche elektromagnetische Wellen zur Positions- und Lagebestimmung eines Objekts in Form von Licht- oder Radiowellen verwenden, sind in vielerlei Gestaltungsweisen bekannt. Üblicherweise werden hierbei Laufzeit- und/oder Phasenunterschiede eines Signals ausgenützt. Bei anderen bekannten Verfahren und Systemen werden die Position eines oder mehrerer aktiver oder passiver Marker in einem Videobild ausgewertet.Methods and systems which use electromagnetic waves to position and position an object in the form of light or radio waves are known in many ways. Usually, runtime and / or phase differences of a signal are utilized here. Other known methods and systems evaluate the position of one or more active or passive markers in a video image.
Bekannt sind aus der Navigationstechnik auch Funkpeiler. Diese bestehen aus einem Funkempfänger mit einer Richtantenne zur Bestimmung und Anzeige der Richtung zu einem Sender. Beim Kreuzrahmen- oder Goniometer-Peiler wird durch zwei gekreuzte Rahmenantennen das Feld der einfallenden Welle in zwei Komponenten zerlegt und über zwei Hochfrequenzleitungen zu einem Goniometer übertragen, d. h. einer Kreuzspulenanordnung mit einer drehbaren Suchspule, die an den Empfänger angeschlossen ist.Also known from navigation technology are radio direction finders. These consist of a radio receiver with a directional antenna for determining and indicating the direction to a transmitter. In the case of the cross-frame or goniometer direction finder, the field of the incident wave is split into two components by two crossed loop antennas and transmitted to a goniometer via two high-frequency lines. H. a cheep coil arrangement with a rotatable search coil connected to the receiver.
Beim Zweikanal-Peiler (Watson-Watt-Peiler) werden die beiden Ausgangsspannungen eines Kreuzrahmens oder Adcock in getrennten Empfangskanälen verstärkt und der x- und y-Ablenkung eines Oszilloskops zugeführt, auf dessen Bildschirm der Leuchtstrich direkt die Peilrichtung anzeigt. Zur Seitenbestimmung wird die in einem dritten Kanal verstärkte Spannung einer Hilfsantenne verwendet.With the two-channel direction finder (Watson Watt direction finder), the two output voltages of a cross frame or Adcock are amplified in separate receiving channels and fed to the x- and y-deflection of an oscilloscope, on whose screen the luminous line directly indicates the bearing direction. For side determination, the amplified in a third channel voltage of an auxiliary antenna is used.
Zur Standortbestimmung werden bei der Eigenpeilung in der Navigationstechnik die durch Funkpeilung ermittelten Richtungen (Standlinien) zu zwei Sendern durch einen Bordpeiler gegenüber der Fahrzeuglängsachse gemessen. Um den geographischen Standort zu finden, muss der Winkel der Fahrzeuglängsachse gegenüber Nord unter Zuhilfenahme des Kompasses sinngemäß zu den Winkeln der beiden Peil-Standlinien hinzugesetzt werden.To determine the position of the self-bearing in the navigation technology, the directions determined by radio bearings (stand lines) are measured to two transmitters by a Bordpeiler with respect to the vehicle longitudinal axis. In order to find the geographical location, the angle of the vehicle longitudinal axis with respect to north with the aid of the compass must be added analogously to the angles of the two Peil-lines.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit denen vor allem in kleinräumigen Arbeitsbereichen Position und Orientierung eines Objekts mit einer einfachen und günstigen Sensoranordnung bestimmt werden sollen, wobei im Frequenzbereich elektromagnetischer Wellen von sichtbarem oder infrarotem Licht, aber auch im Frequenzbereich von Funkwellen gearbeitet werden kann.Object of the present invention is to provide a method and a device with which, especially in small-scale workspaces position and orientation of an object to be determined with a simple and inexpensive sensor array, wherein in the frequency range of electromagnetic waves of visible or infrared light, but also can be worked in the frequency range of radio waves.
Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Richtung des Objekts in Bezug auf den Sender, dessen räumliche Position bekannt ist, aus dem Verhältnis der Empfangspegel der Detektoren gewonnen wird, deren Messebenen sich paarweise stumpfwinklig oder rechtwinklig schneiden, und dass die Entfernung des Objekts zum Sender aus der in den Detektoren empfangenen Leistung bestimmt wird.According to the invention, which relates to a method of the type mentioned, this object is achieved in that the direction of the object with respect to the transmitter, whose spatial position is known, is obtained from the ratio of the reception levels of the detectors whose measurement planes intersect in pairs at an obtuse angle or at right angles, and that the distance of the object to the transmitter is determined from the power received in the detectors.
Die elektromagnetischen Wellen können eindeutig zuordenbar von mehreren räumlich verteilten Sendern ausgestrahlt werden. Die Sender können zur Unterscheidung im Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplex betrieben werden.The electromagnetic waves can be unambiguously assigned by several spatially distributed transmitters. The transmitters can be operated for differentiation in time, frequency or code multiplex.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet vorzugsweise mit Lichtwellen, kann aber äquivalent auch mit Radiowellen betrieben werden, und bestimmt mit Hilfe von Empfangsdetektoren mit definierter Richtcharakteristik durch das Verhältnis von Empfangspegeln die Richtung und durch Bestimmung der empfangenen Leistung die Entfernung zu einem oder mehreren Sendern.The method according to the present invention preferably works with light waves, but can equivalently also be operated with radio waves, and determined by means of reception detectors with defined directivity by the ratio of receive levels the direction and by determining the received power the distance to one or more transmitters.
Grundsätzlich kann das dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Messprinzip im Rahmen verschiedenster Konfigurationen verwendet werden – abhängig davon, welche Freiheitsgrade bestimmt und wie viele Objekte lokalisiert werden sollen. Gemeinsam ist allen Konfigurationen, dass sie einen oder mehrere Sender aufweisen, welche eine elektromagnetische Welle abstrahlen und eine speziell auf die Anzahl und Art der zu bestimmenden Freiheitsgrade abgestimmte Empfangskonfiguration, die diese Welle auffängt und einer Verarbeitung zuführt.In principle, the measuring principle on which the method according to the present invention is based can be used in a wide variety of configurations - depending on which degrees of freedom are determined and how many objects are to be located. Common to all configurations is that they have one or more transmitters which emit an electromagnetic wave and a reception configuration specially adapted to the number and type of degrees of freedom to be determined, which captures this wave and supplies it to processing.
Zur Bestimmung des Verdrehungswinkels des Empfängers um die zwischen einem Sender und dem Empfänger verlaufende imaginäre Achse können mehrere Sender an verschiedenen räumlichen Positionen verwendet werden. Im Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplex werden dann die jeweiligen Winkel zu den Sendern bestimmt und daraus wird der momentane Verdrehungswinkel berechnet.To determine the angle of rotation of the receiver about the imaginary axis passing between a transmitter and the receiver, multiple transmitters may be used at different spatial positions. In the time, frequency or code multiplex then the respective angle to the transmitters are determined and from this the instantaneous angle of rotation is calculated.
Es können in vorteilhafter Weise zur Bestimmung des Verdrehungswinkels des Empfängers um die zwischen einem Sender und dem Empfänger verlaufende imaginäre Achse auch polarisierte elektromagnetische Wellen für die Detektion verwendet werden. In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform können die vom Sender abgestrahlten elektromagnetischen Wellen einachsig linear polarisiert sein und am Empfänger mittels eines Detektortupels empfangen werden, bei dem die Polarisationsebenen um 90° gegeneinander verdreht sind und das auf einer senkrecht auf der imaginären Verbindungsachse zwischen dem Sender und Empfänger stehenden Ebene angeordnet ist. Aus dem Diagramm des Detektortupel-Ausgangssignals gegenüber dem Verdrehungswinkel um die Verbindungsachse Sender-Empfänger wird dann der momentane Verdrehungswinkel in einem Verdrehungsbereich von jeweils 90° eindeutig ermittelt.Advantageously, polarized electromagnetic waves may also be used for detection to determine the angle of rotation of the receiver about the imaginary axis passing between a transmitter and the receiver. In an embodiment not according to the invention, the electromagnetic waves radiated by the transmitter can be uniaxially linearly polarized and received at the receiver by means of a detector tuple in which the planes of polarization are rotated by 90 ° relative to one another and perpendicular to the imaginary connection axis between the transmitter and receiver Level is arranged. From the diagram of the detector tuple output signal with respect to the angle of rotation about the connecting axis transmitter-receiver, the instantaneous angle of rotation is then unambiguously determined in a rotation range of 90 ° in each case.
In einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform können genauso auch die vom Sender im Multiplex abgestrahlten elektromagnetischen Wellen in zwei um 90° gegeneinander verdrehten Polarisationsebenen linear polarisiert sein und am Empfänger mittels eines Einzeldetektors empfangen werden. In diesem Fall wird aus dem Diagramm des einachsig messenden Einzeldetektor-Ausgangssignals gegenüber dem Verdrehungswinkel um die Verbindungsachse Sender-Empfänger der momentane Verdrehungswinkel in einem Verdrehungsbereich von jeweils 90° eindeutig ermittelt. Ausführungsformen, bei denen die vom Sender abgestrahlten elektromagnetischen Wellen in zwei um 90° gegeneinander verdrehten Polarisationsebenen linear polarisiert sind, sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.In a further embodiment not according to the invention, the electromagnetic waves emitted by the transmitter in the multiplex can likewise be linearly polarized in two polarization planes rotated by 90 ° relative to one another and received at the receiver by means of a single detector. In this case, from the diagram of the uniaxially measuring single detector output signal with respect to the angle of rotation about the connecting axis of the transceiver, the instantaneous angle of rotation in a rotation range of 90 ° in each case is uniquely determined. Embodiments in which the electromagnetic waves radiated by the transmitter are linearly polarized in two polarization planes rotated by 90 ° relative to one another are not the subject of the present invention.
Eine hinsichtlich des Eindeutigkeitsbereiches weitere nicht erfindungsgemäße Variante zur Bestimmung des Verdrehungswinkels des Empfängers um die zwischen einem Sender und dem Empfänger verlaufende imaginäre Achse unter Anwendung polarisierter elektromagnetischer Wellen zur Detektion besteht darin, dass die vom Sender abgestrahlten elektromagnetischen Wellen einachsig linear polarisiert sind und am Empfänger mittels eines Detektortripels empfangen werden, bei dem die Polarisationsebenen um 60° gegeneinander verdreht sind und das auf einer senkrecht auf der imaginären Verbindungsachse Sender-Empfänger stehenden Ebene angeordnet ist. Aus dem Diagramm des Detektortripel-Ausgangs-Signals gegenüber dem Verdrehungswinkel um die imaginäre Verbindungsachse Sender-Empfänger wird dann der momentane Verdrehungswinkel in einem Verdrehungsbereich von jeweils 180° eindeutig ermittelt.A variant of the uniqueness range not variant according to the invention for determining the angle of rotation of the receiver to the imaginary axis extending between a transmitter and the receiver using polarized electromagnetic waves for detection is that the electromagnetic waves emitted by the transmitter are uniaxially linearly polarized and at the receiver by means of a detector triplet are received, in which the polarization planes are rotated by 60 ° from each other and which is arranged on a perpendicular to the imaginary axis connecting the transmitter-receiver plane. From the diagram of the detector triplet output signal with respect to the angle of rotation about the imaginary connecting axis transmitter-receiver, the instantaneous angle of rotation is then unambiguously determined in a range of rotation of 180 °.
Erfindungsgemäß können auch die vom Sender im Multiplex abgestrahlten elektromagnetischen Wellen in drei um 60° gegeneinander verdrehten Polarisationsebenen linear polarisiert sein und am Empfänger mittels eines einachsig messenden Einzeldetektors empfangen werden. In diesem Fall wird aus dem Diagramm des Einzeldetektor-Ausgangssignals gegenüber dem Verdrehungswinkel um die Verbindungsachse Sender-Empfänger der momentane Verdrehungswinkel in einem Verdrehungsbereich von jeweils 180° eindeutig ermittelt.According to the invention, the electromagnetic waves radiated by the transmitter in the multiplex can also be linearly polarized in three polarization planes rotated by 60 ° relative to one another and received at the receiver by means of a single-axis measuring single detector. In this case, from the diagram of the single detector output signal with respect to the angle of rotation about the connecting axis transmitter-receiver, the instantaneous angle of rotation in a range of rotation of 180 ° in each case is determined unambiguously.
Grundsätzlich können mit dem gemäß der Erfindung arbeitenden Verfahren auch mehrere Objekte lokalisiert werden, indem jedes zu lokalisierende Objekt eine eigene Empfangsanordnung trägt. Der Einfachheit halber wird im weiteren Verlauf der Beschreibung von der Lokalisation eines einzigen Objekts ausgegangen.In principle, several objects can also be localized with the method operating according to the invention in that each object to be located carries its own receiving arrangement. For the sake of simplicity, the description of the localization of a single object is assumed in the further course of the description.
Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein Sender oder aber mehrere räumlich verteilte, zur Unterscheidung im Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplex betriebene Sender vorgesehen sind, die jeweils eine unpolarisierte oder eine in einer Richtung linear polarisierte elektromagnetische Welle oder im Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplex drei um 60° gegeneinander verdrehte, linear polarisierte elektromagnetische Wellen abstrahlen, dass der auf dem Objekt angeordnete Empfänger in bis zu sechs verschiedenen Raumrichtungen angeordnete, jeweils auf, über oder unter einer Messebene liegende Einzeldetektoren, Detektortupel oder Detektortripel aufweist, wobei sich stets mindestens zwei Messebenen paarweise in stumpfen oder optimalerweise in rechten Winkeln schneiden, und dass ein Einzeldetektor unpolarisiert oder polarisiert bewertend ausgeführt ist, Detektortupel um 90° gegeneinander verdrehte Polarisationsebenen der relativen Empfindlichkeit und Detektortripel um jeweils 60° gegeneinander verdrehte Polarisationsebenen der relativen Empfindlichkeit aufweisen.An advantageous device for carrying out the method is characterized in that one transmitter or a plurality of spatially distributed, operated for differentiation in time, frequency or code multiplex transmitter are provided, each having an unpolarized or a linearly polarized in one direction electromagnetic wave or in the time, frequency or code multiplex three radiated by 60 ° against each other, radiate linearly polarized electromagnetic waves that arranged on the object receiver arranged in up to six different spatial directions, each on, above or below a measuring plane lying single detectors, Detektortupel or detector triples always having at least two measurement levels in pairs in dull or optimally intersecting at right angles, and that a single detector is made unpolarized or polarized, detector tuples have polarization planes of relative sensitivity rotated 90 degrees against each other, and detector triples rotated 60 degrees against each other of relative sensitivity polarization planes.
Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Erfindung besteht insbesondere in der Robotertechnik, aber auch bei anderen Geräten, Vorrichtungen und Instrumenten, deren augenblickliche, aber auch fortlaufende genaue örtliche Position und Orientierung mittels einfacher Sensortechnik in einem Arbeitsraum zu ermitteln ist. Beispielsweise besteht eine weitere zweckmäßige Anwendungsmöglichkeit der Erfindung für die Lagebestimmung eines Head-Mounted-Displays, aber auch als Bedienelement für Personal Computer oder Spielekonsolen lässt sich die Erfindung vorteilhaft einsetzen.An advantageous application of the invention is in particular in robotics, but also in other devices, devices and instruments whose instantaneous, but also continuous accurate local position and orientation is to be determined by means of simple sensor technology in a workspace. For example, there is another expedient application of the invention for determining the position of a head-mounted display, but also as an operating element for personal computers or game consoles, the invention can be used advantageously.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung sind in sich auf die Patentansprüche 1 bzw. 16 unmittelbar oder mittelbar rückbeziehenden Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments and refinements of the method according to the present invention are specified in claims 1 and 16 directly or indirectly back referring claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to drawings in detail. Show it:
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann in einem Gesamtsystem durchgeführt werden, dass einen einzigen Sender oder mehrere Sender aufweist, welche räumlich verteilt sind. Grundsätzlich kann ein Sender eine unpolarisierte elektromagnetische Welle ausstrahlen. Er kann aber auch, wie
Die Richtcharakteristik des Senders/der Sender kann kugelförmig sein oder – wenn der Empfänger nur in einem abgegrenzten Bereich liegen kann – entsprechend gerichtet sein.The directional characteristic of the transmitter / the transmitter can be spherical or - if the receiver can only be in a defined area - be addressed accordingly.
Werden im System mehrere Sender verwendet, so werden diese zur Unterscheidung ebenfalls ihrerseits im Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplex betrieben.If several transmitters are used in the system, they are also operated in the time, frequency or code multiplex to distinguish them.
Prinzipiell sind drei an drei Seiten eines imaginären Würfels oder Quaders angeordnete Sender für die Bestimmung aller sechs Freiheitsgrade eines Objekts bei geeigneter Konstruktion des Senders ausreichend. Trotzdem können zur Erhöhung der Messgenauigkeit oder zum Vermeiden von Verdeckungen noch mehr passend im Raum angeordnete Sender verwendet werden.In principle, three transmitters arranged on three sides of an imaginary cube or cuboid are sufficient for the determination of all six degrees of freedom of an object with a suitable design of the transmitter. Nevertheless, to increase the accuracy of measurement or to avoid occlusion even more suitably arranged in space transmitters can be used.
Ein Empfänger besteht aus in bis zu sechs verschiedenen Raumrichtungen angeordneten, jeweils auf, über oder unter einer Messebene liegenden Einzeldetektoren, Detektortupeln oder Detektortripeln. Dabei müssen sich immer mindestens zwei Messebenen paarweise in stumpfen oder optimalerweise in rechten Winkeln schneiden.A receiver consists of individual detectors, detector tuples or detector triplets arranged in up to six different spatial directions, each on, above or below a measuring plane. At least two measuring levels must always be cut in pairs in blunt or optimally right angles.
Ein Einzeldetektor bewertet die Energie der einfallenden elektromagnetischen Welle linear und weist in seiner Empfindlichkeit eine Richtcharakteristik auf, die optimalerweise proportional zum Cosinus des Einfallswinkels der elektromagnetischen Welle ist. Eine beispielhafte Richtcharakteristik, d. h. die relative Empfindlichkeit eines Einzeldetektors in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Welle, zeigt
Im Folgenden wird das dem Verfahren nach der Erfindung zu Grunde liegende Messprinzip beschrieben.The measuring principle underlying the method according to the invention is described below.
Werden, wie in
Mit einer geeigneten Funktion – im vorherigen Beispiel dem Arcustangens (bei nicht optimaler Detektorcharakteristik angepasst) – kann der Winkel zum Sender S bestimmt werden. Die Entfernung des Empfängers E zum Sender S ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung und kann problemlos über die Strahlungsintensität des Senders S und die Empfindlichkeit des Detektors am Empfänger E bestimmt werden.With a suitable function - in the previous example the arctangent (adjusted for non-optimal detector characteristic) - the angle to the transmitter S can be determined. The distance of the receiver E to the transmitter S is inversely proportional to the square of the distance and can easily be determined by the radiation intensity of the transmitter S and the sensitivity of the detector at the receiver E.
Verdreht man das schraffiert dargestellte Quadrat, also den Würfel Q, im dargestellten Beispiel von
Um eine Bestimmung der Verdrehung in zwei Achsen zu ermöglichen, müssen weitere Detektoren angeordnet werden, deren Messebenen auf den bisher angegebenen Messebenen senkrecht stehen. Um eine Verdrehung um zwei. Achsen vollständig bestimmen zu können, müssen mindestens sechs Detektoren auf den Seiten eines Würfels oder Quaders angebracht werden. Interessieren nur eingeschränkte Winkel, so können entsprechende Seiten von – auch schrägen – Quaderabschnitten als Messebenen dienen, wie z. B. auch dreiseitige Pyramiden mit 90°-Winkeln zwischen den Seiten oder Prismen mit dreieckig-rechteckigem Querschnitt.In order to allow a determination of the rotation in two axes, further detectors must be arranged, whose measurement planes are perpendicular to the previously specified measurement levels. At a twist by two. To be able to completely determine axes, at least six detectors must be mounted on the sides of a cube or cuboid. If only restricted angles are of interest, then corresponding sides of - also oblique - cuboid sections can serve as measurement planes, such as, for example, As well as three-sided pyramids with 90 ° angles between the sides or prisms with triangular-rectangular cross-section.
Unter Hinweis auf
Im zuletzt angegebenen Fall ergibt sich bei einem einachsig polarisierte Wellen abstrahlenden Sender S und einem Empfänger E mit Detektortupel, dessen beide Polarisationsebenen um 90° gegeneinander verdreht sind und das auf einer senkrecht auf der imaginären Verbindungsachse R zwischen Sender S und Empfänger E stehenden Ebene angeordnet ist, ein Intensitätsverlauf der beiden für die Polarisationsebenen X und Y maßgeblichen Detektor-Ausgangssignale in Bezug auf den Verdrehungswinkel δ um die imaginäre Verbindungsachse Sender-Empfänger R, wie er im Diagramm von
Ein äquivalentes Ausgangssignal ergibt sich, wenn der Sender S in zwei Polarisationsachsen im Multiplex sendet und im Empfänger E mit einem einachsig polarisierten Einzeldetektor gemessen wird.An equivalent output signal results when the transmitter S is multiplexed in two polarization axes and measured in the receiver E with a uniaxially polarized single detector.
Es ist mühelos zu erkennen, dass eine eindeutige Bestimmung des Verdrehungswinkels δ nur in einem Bereich von jeweils 90° möglich ist. Eine derartige Anwendung des Messprinzips eignet sich daher vorwiegend für Anwendungsfälle, in denen der Rotationsbereich beschränkt ist oder auftretende Uneindeutigkeiten nicht stören.It is easy to see that a clear determination of the twist angle δ is possible only in a range of 90 °. Such an application of the measuring principle is therefore primarily suitable for applications in which the range of rotation is limited or do not disturb the ambiguities that arise.
Zur Verringerung solcher Uneindeutigkeiten kann auf ein dreiachsig polarisiertes System übergegangen werden, wobei entweder über einen einachsig polarisierten Sender S und ein empfangsseitiges Detektortripel, bei dem die Polarisationseinrichtungen um 60° gegeneinander verdreht sind, oder mit einem dreiachsig polarisiert im Multiplex betriebenen Sender S und einem einachsig polarisiert messenden Detektor im Empfänger E gearbeitet wird.To reduce such ambiguities can be transferred to a triaxial polarized system, either via a uniaxially polarized transmitter S and a receiving side detector triples in which the polarization devices are rotated by 60 ° to each other, or with a triaxial polarized multiplexed transmitter S and a uniaxial polarized measuring detector is being worked in the receiver E.
Ein Verlauf der Intensitäten der drei für die Polarisationsebenen U, V und W maßgeblichen Detektor-Ausgangssignale in Bezug auf den Verdrehungswinkel δ um die imaginäre Verbindungsachse Sender-Empfänger R ist im Diagramm von
Aus der Intensitätsverteilung der drei Detektorwerte kann eindeutig die Position im Bereich von 180° bestimmt werden. Um den Messbereich auf eindeutige 360° zu erweitern, ist bei Kenntnis des Startbereichs und bei im Verhältnis zur Messgeschwindigkeit langsamen Winkeländerung ein Verfolgen des Verdrehungswinkels auch über die Rapportstelle bei 180° möglich.The position in the range of 180 ° can be determined unambiguously from the intensity distribution of the three detector values. In order to extend the measuring range to a clear 360 °, if the starting range is known and the angle change is slow in relation to the measuring speed, tracking of the angle of rotation is also possible via the repeat position at 180 °.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- A, BA, B
- Messebenenmeasuring levels
- ASA, ASB A SA , A SB
- Detektorendetectors
- AEA, AEB A EA , A EB
- WellenfrontanteileWavefront shares
- A_SA, A_SBA_SA, A_SB
- Signalintensitätensignal intensities
- Ee
- Empfängerreceiver
- Würfelcube
- RR
- Imaginäre Verbindungsachse Sender-EmpfängerImaginary connection axis transmitter-receiver
- SS
- Sendertransmitter
- U, V, WAND MANY MORE
- Polarisationsebenenpolarization planes
- X, YX, Y
- Polarisationsebenenpolarization planes
- α, βα, β
- Einfallswinkelangle of incidence
- δδ
- Verdrehungswinkeltwist angle
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
CN112025697B (en) * | 2020-07-10 | 2022-06-17 | 浙江工业大学 | Integral model prediction control method of omnidirectional mobile robot |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1839290A (en) * | 1928-04-25 | 1932-01-05 | American Telephone & Telegraph | Direction finder for radiowaves |
US4346384A (en) * | 1980-06-30 | 1982-08-24 | The Austin Company | Remote object position and orientation locator |
WO1988009515A1 (en) * | 1987-05-25 | 1988-12-01 | Norbert Nessler | Locating process for localizing unknown receiver or transmitter positions |
DE3825661A1 (en) * | 1988-06-23 | 1989-12-28 | Licentia Gmbh | Direction-finding arrangement having directional antennas |
DE20114245U1 (en) * | 2001-08-29 | 2001-12-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Mobile navigation device for a cellular radio network |
US6377041B1 (en) * | 1998-12-17 | 2002-04-23 | Polhemus Inc. | Method and apparatus for determining electromagnetic field characteristics within a volume |
-
2006
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1839290A (en) * | 1928-04-25 | 1932-01-05 | American Telephone & Telegraph | Direction finder for radiowaves |
US4346384A (en) * | 1980-06-30 | 1982-08-24 | The Austin Company | Remote object position and orientation locator |
WO1988009515A1 (en) * | 1987-05-25 | 1988-12-01 | Norbert Nessler | Locating process for localizing unknown receiver or transmitter positions |
DE3825661A1 (en) * | 1988-06-23 | 1989-12-28 | Licentia Gmbh | Direction-finding arrangement having directional antennas |
US6377041B1 (en) * | 1998-12-17 | 2002-04-23 | Polhemus Inc. | Method and apparatus for determining electromagnetic field characteristics within a volume |
DE20114245U1 (en) * | 2001-08-29 | 2001-12-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Mobile navigation device for a cellular radio network |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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