專利名稱:本地定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于本地定位的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù):
為了實(shí)際找到物體的位置或者定位物體,通常可以使用具有定位精確度可達(dá)到1至5cm的范圍的GPS系統(tǒng)(“全球定位系統(tǒng)”)。然而,該系統(tǒng)不能用于建筑物。
為了對(duì)建筑物進(jìn)行位置測(cè)量,存在可根據(jù)所需精確度來選擇的不同裝置。
例如,為了進(jìn)行精確測(cè)量,使用通常的直接觀測(cè)設(shè)備激光點(diǎn)跟蹤器、經(jīng)緯儀、望遠(yuǎn)鏡等。這些設(shè)備具有幾ppm的精度,并且可以通過直接觀測(cè)來測(cè)量幾十米。這些設(shè)備在空曠的空間(不擁擠)中工作得很好,但其必須被移動(dòng)以繞開障礙物。
因此,圖1示出了用于將待定位或待測(cè)試的任意形狀的物體10、11、12定位到建筑物13中的系統(tǒng),在這種情況下建筑物具有兩層。兩個(gè)激光點(diǎn)跟蹤器14和15中的每一個(gè)均包括頭部,在水平面上可以移動(dòng)360°,在垂直面上可以掃描60°;發(fā)射光束16和17。附著在物體上、在地上、或者在墻上的用作基準(zhǔn)點(diǎn)的反射器18和19反射這些光束。然后,激光器接收由此反射的光束,并計(jì)算物體10、11、和12相對(duì)于公共基準(zhǔn)R的距離和角度???0使得可以進(jìn)行樓層間的測(cè)量,以例如在較高樓層中使用較低樓層的基準(zhǔn)點(diǎn)。這種系統(tǒng)使得能夠?qū)崿F(xiàn)10ppm的精度。
為了將這些物體10、11、12定位到建筑物中相對(duì)于公共基準(zhǔn)R的多個(gè)樓層上,必須在每個(gè)樓層構(gòu)建主要基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和次要基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),以能夠重新設(shè)置用于進(jìn)行測(cè)量的直接觀測(cè)設(shè)備15、16來進(jìn)行設(shè)置調(diào)整。構(gòu)建這種網(wǎng)絡(luò)是非常耗費(fèi)時(shí)間的,這是因?yàn)楸仨毦哂凶钚×康幕鶞?zhǔn)點(diǎn),以確保所需的精度。這是一個(gè)艱難的操作,其必須定期執(zhí)行,以考慮到建筑物的沉降或者地面和墻體的變形。一旦構(gòu)建了這種網(wǎng)絡(luò),可以通過將測(cè)量設(shè)備安裝在其附近來執(zhí)行對(duì)這種位置改變(或位置偏離)的定位和監(jiān)控。此外,這些直接觀測(cè)設(shè)備必須位于物體附近。為了監(jiān)控多個(gè)物體,必須具有多個(gè)設(shè)備。然而,這些設(shè)備成本很高。此外,它們的使用需要特別的培訓(xùn)。
本發(fā)明涉及一種能夠避免這些缺點(diǎn)并且在擁擠的局部區(qū)域進(jìn)行非常精確的測(cè)量(或定位)的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于在包括至少一個(gè)或多或少擁擠的房間的建筑物中對(duì)至少一個(gè)要素或物體的組(un ensemble d’au moins unélément)進(jìn)行本地定位(positionnement local)的系統(tǒng),其特征在于,其包括至少三個(gè)固定源的網(wǎng)絡(luò),該固定源以超過500MHz的頻率發(fā)送信號(hào);接收器網(wǎng)絡(luò),具有以已知方式布置在每個(gè)要素上的至少三個(gè)接收器;以及至少一個(gè)處理組件,用于處理由源發(fā)送的信號(hào)和由布置在每個(gè)要素上的接收器接收的信號(hào),以確定每個(gè)要素的位置。
本發(fā)明還涉及一種用于在包括至少一個(gè)或多或少擁擠的房間的建筑物中對(duì)一組要素或物體(包括至少一個(gè)要素或物體)進(jìn)行本地定位的方法,其特征在于,包括以下步驟-發(fā)送至少三個(gè)信號(hào),通過至少三個(gè)固定源以超過500MHz的頻率發(fā)送,-通過以已知方式布置在每個(gè)要素上的至少三個(gè)接收器來接收所述信號(hào),-通過至少一個(gè)處理組件處理由源發(fā)送的信號(hào)和由接收器接收的信號(hào),以確定每個(gè)要素的位置。
有利地,每個(gè)接收器為使得能夠獲得期望精度的特定天線。與每個(gè)要素相關(guān)聯(lián)(associé)的接收器被連接到數(shù)據(jù)獲取和處理組件。每個(gè)獲取和處理組件可以被連接到監(jiān)控組件或者連接到本地處理組件。
在優(yōu)選實(shí)施例中,多路復(fù)用器被布置在接收器和處理組件之間。
在另一實(shí)施例中,配置有至少三根亞毫米天線的光學(xué)組件(或稱“光學(xué)元件”)被布置在每個(gè)要素上。該系統(tǒng)可以用于使照到(碰到)這些光學(xué)組件的激光束對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)-無需經(jīng)過培訓(xùn)來使用本發(fā)明的系統(tǒng)。只需構(gòu)建最小的發(fā)送器網(wǎng)絡(luò)來覆蓋整個(gè)建筑物;
-實(shí)時(shí)發(fā)送獲得的信息。與以直接觀測(cè)的方式相比,這具有更少的限制,這是因?yàn)橥ㄟ^可有利地覆蓋定位區(qū)域體積的源發(fā)送的波來穿過特定材料;-對(duì)物體或設(shè)備的快速干涉可以完全遙控執(zhí)行,并且可以無需人員干涉來執(zhí)行,以進(jìn)行檢測(cè)或進(jìn)行(機(jī)動(dòng)化或機(jī)械化)調(diào)整;-通過使用本發(fā)明的系統(tǒng)(并行且實(shí)時(shí)地執(zhí)行所有測(cè)量)大大簡(jiǎn)化了眾多物體的定位;-獲得的定位精確度小于一毫米;-系統(tǒng)可以是高度靈活的例如,其在每個(gè)樓層上相對(duì)于建筑物的單個(gè)主要基準(zhǔn)或者多個(gè)次要基準(zhǔn)是絕對(duì)的(absolu,或理想的);-在大型建筑物的情況下,不再需要對(duì)設(shè)置有現(xiàn)有技術(shù)的直接觀測(cè)設(shè)備的所有主要和次要網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修補(bǔ)(remaillage),而這原本需要相當(dāng)大量的工作;-優(yōu)選地,本發(fā)明的系統(tǒng)完全適合用于操作(監(jiān)控位置偏移和重新設(shè)置結(jié)構(gòu))。其使用校準(zhǔn)的發(fā)送器和接收器,但不認(rèn)為它們是測(cè)量裝置它們無需進(jìn)行正規(guī)證明(certificationrégulière),這是一種昂貴的操作;-本發(fā)明的系統(tǒng)可以調(diào)整或監(jiān)控在一個(gè)大廳(幾十米)中的結(jié)構(gòu)和物體的位置偏移。其非常有效,這是因?yàn)槠鋱?zhí)行起來非常簡(jiǎn)單并且允許即時(shí)測(cè)量;
-周期性地檢查源(發(fā)送器(或稱發(fā)射器))的位置這些位置偏移的信息使得能夠相對(duì)于基準(zhǔn)校正測(cè)量(值)。
可在大量領(lǐng)域中使用本發(fā)明的系統(tǒng),具體用于-將結(jié)構(gòu)定位在空間中(運(yùn)輸機(jī)架等),-在整個(gè)時(shí)間,監(jiān)控建筑物的結(jié)構(gòu)或樓板的偏移,-使多個(gè)物體對(duì)準(zhǔn)(例如,在光學(xué)上),-將物體定位到建筑物(安全或保險(xiǎn)區(qū)域)中或者監(jiān)控建筑物中的人。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的本地定位系統(tǒng)。
圖2和圖3示出了本發(fā)明的定位系統(tǒng)。
圖4和圖5示出了本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖2所示的本發(fā)明的系統(tǒng)是用于在建筑物28中對(duì)一組要素或物體25、26、27(包括至少一個(gè)要素或物體)進(jìn)行本地定位的系統(tǒng),這里建筑物包括兩個(gè)并不空曠的房間,即,或多或少的擁擠。
該系統(tǒng)包括
-至少三個(gè)固定源30、31、32(可能33)的網(wǎng)絡(luò),這些固定源例如附著到建筑物28的結(jié)構(gòu)上,以大于500MHz的頻率發(fā)送信號(hào),-接收器35的網(wǎng)絡(luò)(例如,校準(zhǔn)天線),附著到期望知道其位置的物體(objet,或稱“目標(biāo)”)上,以已知的方式將至少三個(gè)接收器附著到每個(gè)物體,其中,這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到至少一個(gè)處理組件。
在圖2中,附著到這些物體25、26、27的三個(gè)接收器35連接到數(shù)據(jù)獲取和處理組件36。該組件36可以連接到監(jiān)控組件OS,或者通過第二發(fā)送器38連接到本地處理組件(organe de traitementlocal)37。
該附圖示出了對(duì)應(yīng)于建筑物的主要基準(zhǔn)R,對(duì)應(yīng)于測(cè)量區(qū)域的原點(diǎn)基準(zhǔn)RO、以及對(duì)應(yīng)于每個(gè)物體的基準(zhǔn)RS。
本發(fā)明的系統(tǒng)以以下方式運(yùn)作-源30、31、32(以及可能33)發(fā)送基準(zhǔn)信號(hào),該信號(hào)通過接收器35接收;-每個(gè)數(shù)據(jù)獲取和處理組件36接收由源發(fā)送的信號(hào)和由相應(yīng)物體的接收器接收的信號(hào)。其分析這些信號(hào)(放大和定相),減小由于通過的距離(distance parcourue)造成的相差,然后,計(jì)算每個(gè)接收器相位中心的坐標(biāo)以最終定位物體(25、26、27)中的每一個(gè)的位置。
-然后,能夠通過有線連接(liaison filaire)或者不通過有線連接,將由DSP(“數(shù)字信號(hào)處理器”)卡36收集和處理的所有數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控組件OS,以提供建筑物中的結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)體)的位置。還可以通過與獲取和處理組件36相連接的方式或者通過發(fā)送器38以無線連接的方式由本地處理組件37使用這些數(shù)據(jù)。
因此,本發(fā)明的系統(tǒng)包括確定接收器35和位置精確已知的源30、31、32、33之間的距離。
通過將至少三個(gè)這種接收器設(shè)置在每個(gè)待定位的物體上,能夠相對(duì)于基準(zhǔn)R將每個(gè)物體定位在空間中。
通過與現(xiàn)有技術(shù)的裝置(經(jīng)緯儀、激光器等)進(jìn)行比較,本發(fā)明的系統(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)地精確測(cè)量,而不必進(jìn)行相對(duì)于單個(gè)基準(zhǔn)R的直接觀測(cè)。例如,可以通過波導(dǎo)型天線獲得盡可能小型化的接收器。使用這種類型的天線可以使相位中心的誤差最小化,以發(fā)展很多需要更高精確度的應(yīng)用。
如圖3中概略示出的,接收器35在時(shí)間tr接收由源在時(shí)間ts發(fā)送的信號(hào)的相位,在該接收器方向上來自三個(gè)源30、31、32的不同信號(hào)之間存在相位差φ1、φ2、φ3。為了消除與相位相關(guān)的模糊 (建立在近似的完整周期的數(shù)量上),可以使用以多差分進(jìn)行相對(duì)定位的方法,其中,基于這兩個(gè)點(diǎn)的相位差值使用已知點(diǎn)的坐標(biāo)來確定未知點(diǎn)的坐標(biāo)。這種方法能夠消除整數(shù)模糊(接收器不能測(cè)量的周期整數(shù)(nombre entire de cycles))。
一旦校準(zhǔn)了相對(duì)于物體的接收器的位置,就可以定位該物體。發(fā)送源的網(wǎng)絡(luò)是固定的且被完全識(shí)別。
在優(yōu)選實(shí)施例中,來自接收器的信息可以被多路復(fù)用并且可以通過有線連接(liaison filaire)或空中連接(liaison aérienne,或稱“空中聯(lián)系”,“無線連接”)發(fā)送到處理組件,該處理組件負(fù)責(zé)即時(shí)收集物體的全部位置(信息)。通過這種方式,配置有與該處理組件相結(jié)合的便攜式接收器(例如,便攜式PC計(jì)算機(jī)(“個(gè)人計(jì)算機(jī)”))的任意用戶可以實(shí)時(shí)檢測(cè)在該地點(diǎn)的任意物體位置。
用于對(duì)準(zhǔn)激光束的特別優(yōu)選實(shí)施例包括在附著到每個(gè)物體的光學(xué)組件41的背面或側(cè)面上布置至少三根亞毫米天線40。如圖4所示,每個(gè)光學(xué)組件都布置在本身通過本發(fā)明的系統(tǒng)定位的物體上。該光學(xué)組件可以是透明玻片、鏡子等。為了光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的需要,必須知道其中心的位置,以便校正它。因此,每個(gè)光學(xué)組件都集成有圖中未示出的機(jī)動(dòng)化的托座,其可以相對(duì)于光束改變方向,該機(jī)動(dòng)化裝置附著到對(duì)應(yīng)的物體。
如圖5所示,為了使與各個(gè)物體Oi相結(jié)合(相關(guān)聯(lián))的這種光學(xué)組件Ci對(duì)準(zhǔn),對(duì)準(zhǔn)的原則包括定位與物體相結(jié)合的光學(xué)組件,使得激光束跟隨構(gòu)建的理論路徑以到達(dá)例如物體。因此,來自激光器43的光束42照到(光束可以穿過它們或者由它們反射)組件C1、C2、C3...,并通過鏡子M1、M2反射,以到達(dá)物體44。因此,可以使用相關(guān)的傳動(dòng)裝置對(duì)每個(gè)組件執(zhí)行校正。
本發(fā)明的系統(tǒng)能夠在填塞了結(jié)構(gòu)、隔離物、保護(hù)裝置、和防止使用商業(yè)裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)量的各種物質(zhì)的環(huán)境中,實(shí)時(shí)執(zhí)行這種類型的對(duì)準(zhǔn)(alignment)。所有測(cè)量值同時(shí)到達(dá),并且可以同時(shí)通過傳動(dòng)裝置進(jìn)行校正。
通過便攜式接收器,這種實(shí)施例可以是完全公開的,以檢測(cè)建筑物中的物體位置(新安裝、技術(shù)控制、物質(zhì)改變、重新調(diào)整等),而不用進(jìn)行任何特殊預(yù)防。只需簡(jiǎn)單地將天線定位在待測(cè)量的物體上并讀取其坐標(biāo)。
該實(shí)施例能夠了解每個(gè)物體任何時(shí)間在空間中的位置,以監(jiān)控對(duì)準(zhǔn)中的任意偏移,并模擬激光傳送,其能夠降低光學(xué)調(diào)整的時(shí)間。
可以設(shè)想在受保護(hù)的地方使用該實(shí)施例,以控制訪問(或參觀)。在降級(jí)模式(即,使用單個(gè)天線)下,能夠執(zhí)行簡(jiǎn)單的定位操作。例如,可以將閉鎖的鏈子(或護(hù)腕)形狀的微型發(fā)射器/接收器提供給每個(gè)進(jìn)入機(jī)密建筑物的來訪者,以能夠?qū)ζ鋵?shí)時(shí)監(jiān)控,并控制其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的訪問。
該實(shí)施例大量應(yīng)用到研究中心,這些研究中心具有需要定位到空間并進(jìn)行調(diào)整的復(fù)雜設(shè)備。
權(quán)利要求
1.用于在包括至少一個(gè)擁擠的房間的建筑物(28)中對(duì)至少一個(gè)要素(25、26、27)或物體的組進(jìn)行本地定位的系統(tǒng),其特征在于包括至少三個(gè)固定源(30、31、32)的網(wǎng)絡(luò),所述固定源以大于500MHz的頻率發(fā)送信號(hào);接收器(35)的網(wǎng)絡(luò),以已知的方式將至少三個(gè)接收器設(shè)置到每個(gè)要素上;以及至少一個(gè)處理組件(36),用于處理由所述源發(fā)送的信號(hào)和由設(shè)置在每個(gè)要素上的所述接收器接收的信號(hào),以確定每個(gè)要素的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng),其中,每個(gè)接收器(35)均為具有最小化的相位中心誤差的天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng),其中,與每個(gè)要素相關(guān)聯(lián)的所述接收器被連接到數(shù)據(jù)獲取和處理組件(36)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述系統(tǒng),其中,每個(gè)數(shù)據(jù)獲取和處理組件(36)被連接到監(jiān)控組件(OS)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述系統(tǒng),其中,所述數(shù)據(jù)獲取和處理組件被連接到本地處理組件(37)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng),包括布置在接收器和處理組件之間的多路復(fù)用器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng),其中,配置有至少三根亞毫米天線(40)的光學(xué)組件被設(shè)置在每個(gè)要素上。
8.用于在包括至少一個(gè)擁擠的房間的建筑物(28)中對(duì)至少一個(gè)要素(25,26,27)的組進(jìn)行本地定位的方法,其特征在于,包括以下步驟發(fā)送至少三個(gè)信號(hào),通過至少三個(gè)固定源以超過500MHz的頻率發(fā)送;通過以已知方式設(shè)置在每個(gè)要素上的至少三個(gè)接收器(35)來接收所述信號(hào);以及通過至少一個(gè)處理組件(36)處理由所述源發(fā)送的信號(hào)和由設(shè)置在每個(gè)要素上的所述接收器接收的信號(hào),以確定每個(gè)要素的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中,每個(gè)接收器(35)均為具有最小化相位中心誤差的天線。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中,與每個(gè)要素相關(guān)聯(lián)的所述接收器被連接到數(shù)據(jù)獲取和處理組件(36)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中,每個(gè)數(shù)據(jù)獲取和處理組件(36)被連接到監(jiān)控組件(OS)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中,所述數(shù)據(jù)獲取和處理組件被連接到本地處理組件(37)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中,包括設(shè)置在接收器和處理組件之間的多路復(fù)用器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中,配置有至少三根亞毫米天線(40)的光學(xué)組件被設(shè)置在每個(gè)要素上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在包括至少一個(gè)或多或少擁擠的房間的建筑物(28)中對(duì)至少一個(gè)要素(25、26、27)的組進(jìn)行本地定位的系統(tǒng),包括至少三個(gè)固定源(30、31、32)的網(wǎng)絡(luò),該固定源以大于500MHz的頻率傳送信號(hào);接收器(35)的網(wǎng)絡(luò),以已知的方式將至少三個(gè)接收器布置到每個(gè)要素上;以及至少一個(gè)處理組件(36),用于處理由源傳送的信號(hào)和由布置在每個(gè)要素上的接收器接收的信號(hào),以確定每個(gè)要素的位置。
文檔編號(hào)G01S5/06GK101076739SQ200580041215
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者弗朗索瓦·馬西亞斯, 菲利普·法約拉 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能委員會(huì)