确定发送单元的位置的系统和方法及具有该系统的船舶与流程

本发明涉及无线电波发送和接收单元的定位。特别地，本发明涉及用于确定发送单元的位置的系统。本发明还涉及具有用于确定发送单元的位置的系统的船舶和用于确定发送单元的位置的方法。

背景技术：

如果本地导航系统遭受多个无线电发射器内的无线电信标或单独的无线电发射器的故障，则该系统实际上通常仍然可操作，但性能会有一定的下降。为了恢复完全冗余和性能，通常需要更换有缺陷的无线电信标。为此，可以通过输入物理位置(即位置)以及它正在更换的无线电信标的标识来对更换无线电信标进行编程。这通常作为维护和修理工作的一部分由服务人员手动执行，这一方面可能被拖延，另一方面导致高维护成本。在服务人员更换和重新编程无线电信标期间，无线电信标不可操作，这也可能特别损害导航系统的可靠性。此外，维护工作通常必须由人员在不利的操作条件下特别是在恶劣的天气条件下执行。

技术实现要素：

本发明的目的是改进确定发送单元在多个发送单元的布置中的位置。

该目的是通过独立权利要求的主题实现的。示例性实施方式从从属权利要求和以下描述中显现。

本发明的一方面指出一种用于确定发送单元的位置的系统。该系统具有至少四个发送单元的布置，其中该布置例如形成发送单元的安装环境。至少四个发送单元中的第一发送单元被设计成向剩余的三个发送单元中的每一个发送第一传输信号。剩余的三个发送单元中的每一个被设计成接收第一传输信号，并且在接收到第一传输信号之后，向第一发送单元返回第一响应信号。因此，发送单元还可以被设计成接收信号。因此，发送单元也可以是发送和接收单元，或者可以称为发送和接收单元。第一发送单元被设计成基于返回的第一响应信号确定关于第一发送单元相对于剩余的三个发送单元的相对位置数据。剩余的三个发送单元各自具有与发送单元在发送单元的布置内的期望位置相关的存储的位置数据。第一发送单元被设计成从剩余的三个发送单元获得与期望位置相关的存储的位置数据。第一发送单元被设计成例如基于表值将由第一发送单元确定的相对位置数据指定给所获得的与单个期望位置相关的位置数据，以便基于该指定来确定第一发送单元在发送单元的布置内的位置和/或身份。

对第一发送单元的位置的这种确定，尤其是对期望位置的唯一指定，使得可以确定第一发送单元的确切位置。例如当更换无线电信标系统的发送单元时，这可能是必要的。因此，由于可以确切地确定第一发送单元在发送单元的布置内的位置，因此不需要维护人员进一步的手动编程步骤。例如，可以从已经存在于系统中的其他发送单元获得(即下载)所需的指定值。因此，根据本发明的用于确定发送单元的位置的系统显著地减少了对于这种发送单元的维护工作量，尤其是在不利的环境条件或不利的天气条件的情况下。

因此，用于确定位置的系统可以证明在使用无线电信标作为飞行器的着陆辅助的船舶或船只中特别有利。因此，使用根据本发明的系统来定位无线电波发送和接收单元。因此，发送单元可以是用于无线电信标或信标灯的发射器和接收器。特别地，发送单元可以是无线电发射器和无线电接收器。

至少四个发送单元可以相对于彼此以特定的空间布置定位。在这种情况下，发送单元可以相对于彼此以分别预限定的距离布置。发送单元可以例如以特定图案例如矩形或正方形布置。在该布置中还可以提供多于四个发送单元。发送单元例如被设计成发射信号，即传输信号，而且还接收发射的信号，例如响应信号。换言之，发送单元可以发射传输信号并且可以接收响应信号，即接收信号。

因此，第一发送单元向剩余的至少三个发送单元发送第一传输信号，于是这些至少三个或更多个发送单元均接收第一传输信号。在接收到第一传输信号之后，至少三个发送单元均响应于第一传输信号的接收而生成第一响应信号，并且向第一发送单元返回该第一响应信号。第一发送单元现在可以基于发送的传输信号和返回的第一响应信号来确定与第一传输信号相关的相对位置数据，在这种情况下，相对位置数据具有与第一发送单元相对于剩余的三个发送单元中的每一个的相对位置相关的信息。即，例如，第一传输信号和/或相应响应信号的传播时间测量可以用于计算第一发送单元与剩余的三个发送单元中的每一个之间的距离，最终得出第一发送单元在整个布置内的相对位置。因此，可以将已知信号传播速度纳入考虑，根据传播时间测量来计算发送单元之间的距离。

剩余的三个发送单元还具有与发送单元的布置的期望位置相关的存储的位置数据。这意味着与每个单独发送单元在至少四个发送单元的布置中的期望位置相关的信息存储在剩余的三个发送单元中。在这种情况下，期望位置标记例如可以提供完全调节的、调谐的和操作性的导航系统的发送单元的那些期望位置。如果发送单元正好在期望位置，则因此不再需要进一步确定位置或校准。例如，可以通过随后被插入到发送单元的布置中的第一发送单元从三个其他发送单元获得或下载与发送单元的期望位置相关的信息。换言之，作为下载过程的一部分，第一发送单元可以从剩余的三个发送单元获得与发送单元的期望位置相关的存储的位置数据。这使得可以提供一种类型的学习过程，其中第一发送单元从剩余的三个发送单元学习与期望位置相关的位置数据。

因此，不再需要在第一发送单元中预编程或预配置或手动编程期望位置数据，因为这些数据可以经由已经在该布置中的功能发送单元提供。这在更换单独的发送单元时尤其有用，因为维护人员不再需要执行任何编程步骤来确定第一发送单元(即更换的发送单元)的位置。这使得可以在更换第一发送单元尤其是无线电信标发送单元时提供快速且可重复的过程。

然后，将通过响应信号确定的关于第一发送单元相对于剩余的三个发送单元的相对位置数据指定给位置值，即存储的期望位置。该指定可以涉及例如将所确定的相对位置数据指定给期望位置的合适的表值。在这种情况下，可以规定所确定的相对位置数据被指定给最接近所确定的相对位置数据的位置值或期望位置。换言之，指定可以包括一种类型的排除方法，其中拒绝与所确定的相对位置数据的对应关系被实际上排除的期望位置或期望位置的表值，例如这是因为所确定的相对位置数据与表值几乎没有任何对应关系。相比之下，如果确定的相对位置数据与各个表值之间存在近似的对应关系，则可以将所确定的相对位置数据指定给表值，即指定给被存储作为表值的单个期望位置，并且因此，第一发送单元的位置可以唯一地指定给期望位置。因此确切地确定了第一发送单元在发送单元的布置内的位置，结果是第一发送单元可以并入到剩余的三个发送单元的布置中。因此，第一发送单元在发送单元的布置中被唯一地标识。

在确切地确定了第一发送单元的位置或身份之后，现在对至少四个发送单元的布置中的所有发送单元在信令方面彼此调谐或平衡。这意味着，在知道至少四个发送单元的确切位置和/或身份的情况下，可以确定在发送单元的布置的环境中的移动的对象(例如飞行器)的确切位置和/或取向。特别地，可以基于现在调谐的发送单元的布置中的每个单独的发送单元与移动的对象之间的传播时间测量来确定对象的相对位置和/或取向，因为各个发送单元相对于彼此的位置是已知的。

根据本发明的一个实施方式，第一发送单元被设计成捕获所确定的与第一发送单元相关的相对位置数据与所指定的期望位置之间的偏差，并且基于捕获的偏差来校准第一发送单元的传输参数。

例如以第一发送单元在发送单元的布置内的所确定的(即当前的)位置与第一发送单元的期望位置之间的几何距离的形式来确定所确定的与第一发送单元相关的相对位置数据和与所指定的期望位置相关的位置数据之间的偏差。

例如通过第一传输信号和第一响应信号的传播时间测量来确定第一发送单元在发送单元的布置内的当前位置。期望位置例如是存储值，其指示第一发送单元在该布置内的期望位置。因此，所确定的位置与期望位置之间的不同导致上述偏差。

可以通过例如以表格搜索的形式将所确定的位置与多个期望位置进行比较来确定所确定的位置与各个期望位置之间的非常小的偏差。现在可以将属于这种非常小的偏差的期望位置指定给第一发送单元，结果是可以唯一地确定第一发送单元在该布置内的确切位置和身份。该位置又可以存储在第一发送单元和/或剩余的三个发送单元中，结果是每个发送单元在发送单元的布置内的位置和身份是已知的。这使得可以实现发送单元的布置的一种类型的初始化，结果是然后可以通过该初始化和调谐的布置来确定发送单元的布置与移动的对象之间的相对位置和/或取向。

根据本发明的一个实施方式，第一发送单元的校准包括设置第一发送单元的时间参数和/或频率参数。校准还可以包括设置时间值和/或频率值。

这意味着设置了由第一发送单元发射传输信号的时间值或时间。附加地或替选地，可以设置由第一发送单元发射的第一传输信号的频率。例如，规定时间参数或时间值和/或频率参数或频率值。时间参数和/或频率参数可以由第一发送单元自身设置和规定。

所有发送单元都可以配备有控制单元，该控制单元可以执行发射和接收以及指定和校准。第一发送单元中的控制单元可以被设计成从剩余的三个发送单元获得与期望位置相关的存储的位置数据，并且还将由第一发送单元确定的相对位置数据指定给所获得的与单个期望位置相关的位置数据。控制单元可以是数据处理系统或处理器。

校准考虑了例如改变信号传输特性的几何偏差。这些可能尤其是由温度差引起的偏差，并且可能影响传输信号和响应信号的传输行为。例如，结果可以是各个发送单元的与温度相关的延迟，其可以通过校准来补偿。

根据本发明的一个实施方式，传输信号和/或第一响应信号是基于射频的信号。

例如，传输信号和/或响应信号是用作测量信号的无线电波，其尤其被用于测量各个发送单元之间的传输信号和响应信号的传播时间。

根据本发明的一个实施方式，响应信号具有与发送单元的布置的期望位置相关的位置数据。

因此，可以使用响应信号来调制与期望位置相关的位置数据。这意味着，由剩余的三个发送单元中的每一个向第一发送单元发射的第一响应信号具有与期望位置相关的位置数据。因此，可以使用实际的基于射频的测量信号来调制这些数据。因此可以将与期望位置相关的位置数据与用于传播时间测量的第一响应信号同时转发给第一发送单元，即新安装的或更换的发送单元。

根据本发明的一个实施方式，第一响应信号具有与用于发送单元的布置内的各个发送单元的布置的几何边界条件相关的数据。边界条件可以是数学边界条件。几何边界条件可以被理解为表示，例如，第一发送单元以及还有剩余的发送单元在发送单元的布置内的可能位置的规范或限制。边界条件可以作为信息存储在剩余的三个发送单元中的每一个中。

根据本发明的一个实施方式，第一发送单元被设计成使用与几何边界条件相关的数据、将由第一发送单元确定的相对位置数据指定给所获得的与单个期望位置相关的位置数据，以便基于指定来确定第一发送单元在发送单元的布置内的位置和/或身份。

例如，边界条件可以由几何位置边界值规定，该几何位置边界值允许基于少于三个响应信号将所确定的第一发送单元的相对位置指定给期望位置。这是因为边界条件已经排除了第一发送单元的一些可能的期望位置。因此第一发送单元可以被指定至的较少的期望位置被保留用于选择。

根据本发明的一个实施方式，几何边界条件规定了至少四个发送单元的布置在平面中。

几何边界条件例如可以是至少四个发送单元在一个平面中的条件。因此，不需要将所有可能的期望位置与所确定的第一发送单元的相对位置进行比较。特别地，可以限制可用于将第一发送单元指定给期望位置的多种可能性。这是因为第一发送单元旨在仅指定给最终旨在反应第一发送单元在发送单元的布置内的确切位置和/或身份的单个期望位置，使得可以提供发送单元的功能，也就是说发送单元的调整的布置。然后，该调整的布置可以用作相对于布置移动的对象的导航辅助。

根据本发明的一个实施方式，至少四个发送单元的布置中的每个发送单元被设计成接收来自相对于布置移动的对象的雷达信号，并且因此向移动的对象发射响应信号，结果，可以确定移动的对象相对于至少四个发送单元的布置的相对位置。

因此，可以提供用于相对于发送单元的布置来导航移动的对象的导航辅助。移动的对象例如是飞行器，特别是直升机或飞机。发送单元的布置例如被设置在飞行器着陆点的区域中，结果，可以基于由布置中的发送单元发射的去往飞行器的响应信号来提供用于飞行器的导航信息。该导航信息可以包括飞行器相对于发送单元的布置的相对位置和/或取向。

根据本发明的一个实施方式，该布置具有总共八个发送单元，其中至少六个发送单元优选地正好六个发送单元被基本上设置在一个平面中。因此，四个发送单元的布置的所有之前提及的属性也同样可以应用于八个发送单元，在八个发送单元的情况下，总是借助于根据本发明的系统重新确定第一发送单元的位置。当作为维修工作的一部分更换发送单元时，这会变得有必要，在维修工作中新的发送单元此处第一发送单元被安装在该布置中并且现在必须被定位，以使得发送单元的适配或调整的布置可以被提供用于导航辅助。平面可以形成飞行器特别是用于直升机的着陆区域。

根据本发明的一个实施方式，总共八个发送单元中的两个发送单元设置在距平面一定距离处。

这意味着设置在一定距离处的两个发送单元不在平面内。设置在一定距离处的发送单元例如在平行于平面延伸的连接线上。

本发明的一个方面指定了船舶，其具有根据本发明的用于确定发送单元的位置的上述系统。

船只船舶例如是船只，特别是军用船。船舶可以具有直升机场，该直升机场由发送单元的布置中的发送单元标记或包围。

根据本发明的一个实施方式，至少四个发送单元(优选地六个发送单元)的布置限定了飞行器的着陆区域。

因此，可以在紧靠飞行器的着陆区域附近提供无线电信标，结果，即使在不利的环境条件下，也可以相对于船舶安全地导航飞行器。

本发明一个方面指定具有根据本发明的上述系统的平台。平台可以是固定平台或移动平台。因此，平台可以是例如运输车辆、石油钻井平台、直升机停机坪等。

平台也可以是飞行器。例如，平台被结合到有人驾驶或无人驾驶飞行器中，结果，可以相对于具有平台的飞行器导航移动的对象，该移动的对象同样可以是有人驾驶或无人驾驶的飞行器。特别地，具有根据本发明的系统的平台可以是下述飞机，需要相对于该飞机来导航有人驾驶或无人驾驶的飞机，使得这些护航机可以相对于第一提及的飞机被准确定位或定向。为了能够执行该准确定位或定向，如果需要更换发送单元，根据本发明的系统可预先确定系统中所有发送单元的确切位置和身份。

平台也可以是陆地车辆。例如，平台是军用陆地车辆。因此，可以导航相对于陆地车辆移动的对象。例如，可以相对于陆地车辆导航有人驾驶或无人驾驶的飞行器。

本发明的一个方面指定了用于确定发送单元的位置的方法。在方法的一个步骤中，在安装环境中设置至少四个发送单元。在另一步骤中，将第一传输信号发射到剩余的三个发射单元中的每一个。在另一步骤中，借助于剩余的三个发送单元中的每一个接收所发射的第一传输信号，并且借助于剩余的三个发送单元中的每一个向第一发送单元返回第一响应信号。在另一步骤中，基于返回的第一响应信号来确定关于第一发送单元相对于剩余的三个发送单元的相对位置数据。在另一步骤中，借助于剩余的三个发送单元存储与发送单元的布置的期望位置相关的位置数据。在另一步骤中，从剩余的三个发送单元获得与期望位置相关的存储的位置数据。在另一步骤中，将由第一发送单元确定的相对位置数据指定给所获得的与单个期望位置相关的位置数据，以便基于指定来确定第一发送单元在发送单元的布置内的位置。该方法的各个步骤可以以任何所需的顺序或以上述顺序进行。

在本地导航系统遭受多个无线电发射器中的单个无线电发射器或无线电信标故障的情况下，根据本发明的系统证明特别有利。在这种情况下，仅需要用另一新的无线电发射器物理地更换发生故障的无线电发射器。然后，新的无线电发射器的标识和位置信息的设置可以自主地即自动地进行，并且不再需要由维护人员输入。这也使得能够保持较小更换无线电发射器库存。特别地，不需要为每个单独的发送单元或每个单独的无线电信标存储更换部件。

换言之，新的信标灯或新的无线电发射器从其他无线电发射器学习与其前者相关的存储数据，即诸如前者信标灯的身份和位置信息的前者信息。由于完整格局数据即也是前者信息可以存储在每个信标灯中，因此可以通过新的信标灯从信标灯的布置中的所有其他信标灯获得这些数据。如果在执行周期期间更换多个信标灯，则系统可以检测到此并且可以发射nogo信号，结果，可以在该时段中传送系统的有限操作能力的指示。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个示例性实施方式的至少四个发送单元的布置。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施方式的具有八个发送单元的布置的船舶的平面图。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施方式的具有八个发送单元的布置的船舶的侧视图。

图4示出了根据本发明的一个示例性实施方式的用于确定发送单元的位置的方法的流程图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的并且未按照比例绘制。

如果在以下附图的描述中在各个附图中使用相同的附图标记，则这些附图标记表示相同或相似的元件。然而，相同或相似的元件也可以用不同的附图标记表示。

图1示出了用于确定第一发送单元1在发送单元1、2、3、4的布置20内的位置的系统10。该布置可以设置在图1中未示出的固定平台或移动平台上。至少四个发送单元1、2、3、4中的第一发送单元1被设计成向剩余的三个发送单元2、3、4中的每一个发射第一传输信号11。剩余的三个发送单元2、3、4中的每一个被设计成接收第一传输信号11，并且在接收到第一传输信号11之后，向第一发送单元1返回第一响应信号12。

第一发送单元1被设计成基于返回的第一响应信号12来确定关于第一发送单元1相对于剩余的三个发送单元2、3、4的相对位置数据。根据从第一发送单元1至各个剩余的发送单元2、3、4的第一传输信号11的传播时间测量以及从剩余的发送单元2、3、4至第一发送单元1的第一响应信号12的传播时间测量来确定相对位置数据。例如，测量并添加从第一发送单元1至第二发送单元2的第一传输信号11的传播时间以及从第二发送单元2返回至第一发送单元1的响应信号12的传播时间。因此，可以将信号的已知传播速度纳入考虑，根据传播时间测量来计算第一发送单元1和第二发送单元2之间的距离。

剩余的三个发送单元2、3、4各自具有与发送单元1、2、3、4的布置20的期望位置1a、2a、3a、4a相关的存储的位置数据。期望位置1a、2a、3a、4a全部被图示在图1中。第一发送单元1被设计成例如根据使用信号特别是响应信号12调制的位置数据，从剩余的三个发送单元2、3、4获得与期望位置1a、2a、3a、4a相关的存储的位置数据。可以确定在所有的获得的期望位置1a、2a、3a、4a与所确定的第一发送单元1的相对位置之间的偏差d，特别是几何距离d。

第一发送单元1被设计成在将偏差d纳入考虑的情况下将由第一发送单元1确定的相对位置数据指定给所获得的与单个期望位置1a相关的位置数据。例如，将相对于所确定的相对位置具有最小偏差d的期望位置1a指定给第一发送单元1。这是图1中的期望位置1a。因此，可以基于指定来确定第一发送单元1在发送单元1、2、3、4的布置20内的位置和/或身份，结果，获得发送单元1、2、3、4的调整的和操作的布置20，其中，所有发送单元1、2、3、4彼此调谐，并且现在可以用作用于相对于布置20导航移动的对象的导航装置。在指定期间，可以指定所有发送单元1、2、3、4皆旨在位于一个平面中作为边界条件，结果，基于两个第一响应信号12已经可以进行指定，因为例如三个发送单元1、2、3位于一个平面中的规范以及发送单元1与发送单元2和发送单元1与发送单元3之间的相应距离测量已经足以确定发送单元1的在空间或在布置20中的相对位置。因此，可以显著地限制关于第一发送单元1可以实际指定至的期望位置的可能性的数量。

图2示出了船舶100，其具有用于确定发送单元1的位置的系统10。船舶100可以是船只，特别是航空母舰。为此，船舶100可以具有用于飞行器(图2中未示出)的着陆表面或着陆区域111。系统10具有8个发送单元1、2、3、4、5、6、7、8的布置20，其中的六个发送单元1、2、3、4、5、6设置在平面110中，其中，平面110形成着陆表面，并且平面110中的六个发送单元1、2、3、4、5、6界定了飞行器的着陆区域111。

图3示出了来自图2的船舶100的侧视图。在图3中可以清楚地看到，发送单元7和发送单元8没有设置在平面110中，而是与平面110相距一定距离。相比之下，六个发送单元1、2、3、4、5、6在平面110中。如果系统10或布置20可操作，也就是说发送单元1、2、3、4、5、6、7、8均已经被调整、定位、识别和校准，则所有的发送单元1、2、3、4、5、6、7、8可以用作用于通过以下来导航飞行器200的导航装置：通过飞行器向发送单元1、2、3、4、5、6、7、8发射传输信号13；发送单元1、2、3、4、5、6、7、8在接收到传输信号13之后，各自向飞行器200返回响应信号14；并且然后基于传输信号13和响应信号14的传播时间测量来确定飞行器200相对于船舶100并且因此相对于布置20的相对位置和/或取向。因此，可以确保飞行器200安全着陆在船舶100上。在这种情况下，发送单元1、2、3、4、5、6、7、8的布置20可以具有任何期望的形式。图2和图3仅示出了这样的布置20的一个示例。

图4示出了用于确定发送单元1的位置的方法的流程图。在步骤s1中，在安装环境中设置至少四个发送单元1、2、3、4。安装环境可以是固定的，或者也可以设置在移动平台上。在另一步骤s2中，将第一传输信号11发射到剩余的三个发送单元2、3、4中的每一个。在另一步骤s3中，由剩余的三个发送单元2、3、4中的每一个接收所发射的第一传输信号11，并且由剩余的三个发送单元2、3、4中的每一个向第一发送单元1返回第一响应信号12。在另一步骤s4中，基于返回的第一响应信号12来确定关于第一发送单元1相对于剩余的三个发送单元2、3、4的相对位置数据。在另一步骤s5中，通过剩余的三个发送单元2、3、4存储与发送单元1、2、3、4的布置20的各个预定义的期望位置1a、2a、3a、4a相关的位置数据。在另一步骤s6中，通过第一发送单元1从剩余的三个发送单元2、3、4获得与期望位置1a、2a、3a、4a相关的存储的位置数据。此外，在另一步骤s7中，由第一发送单元1确定的相对位置数据被指定给所获得的与单个期望位置1a相关的位置数据，以便基于指定来确定第一发送单元1在发送单元1、2、3、4的布置20内的位置。