用于辅助信标的天线相对于目标位置的定向的系统的制作方法

1.本发明属于无线通信系统的设备的安装领域。更具体地，本发明涉及一种用于辅助定向无线通信系统的基础设施设备的天线的系统(在此称为“信标”)，该无线通信系统包括天线，该天线用于根据设备而关于感兴趣的区发送或接收无线电信号，在该感兴趣的区中可能定位向所述信标进行发送或从所述信标进行接收的设备(在此称为"收发器设备")。


背景技术：

2.本发明在基于无线通信的地理定位系统中具有特别有利的应用，但并不限制于此。在这样的系统中，被定位的物体，这里称为“标签”，用于与一个或多个信标处于通信链路中。
3.标签可以例如被放置在工业区中的物体(例如，仓库中存储的包裹或设备)上。例如，标签包括集成电路和天线，以将无线电信号发送到信标，或者从信标接收无线电信号，适当地定位在所述工业区中以接收或发送所述无线电信号。当无线电信号由标签发送到信标时，它携带例如与标签的标识符对应的消息。当无线电信号由信标发送到标签时，它携带例如编码的消息和/或用作无线电波远程电源，该无线电波远程电源能量由标签收集。
4.当安装在工业区中时，标签通常适当地定向，使得其天线发射或接收用于标签和信标之间的最佳通信的无线电信号。
5.为了确保适当的定向，负责放置信标的操作者特别考虑到去往或来自信标的无线电信号的路径，使得标签落入信标的天线的辐射图中的最优区内，其中当信号在信标与标签之间上行和/或下行时，存在足够的信号功率来建立通信。
6.目前，没有可靠的工具来辅助对信标进行定向的操作，因此操作员通常被迫借助于合资格的人员来对所述信标进行定向，所述合资格的人员估计信标的天线的范围与标签可能占据的位置之间的对应关系。此外，信标的定向必须由所述合资格的专家进行必要地验证。
7.应当注意的是，标签通常安装在高处，通常在地面上方几米处。因此，访问它们需要施加提升设备，例如提升筐，其规定使用合资格的操作员来控制它，并且由在地面上的操作员来引导它。这意味着两个人的停止移动以及安装所述筐所需的地面表面。
8.除了信标的可访问性限制之外，还存在信标安装所在的场所的可访问性限制。实际上，信标的安装是在工业区相对整洁并且场所是可访问时(这不一定是此后的情况，例如如果有必要校正信标的取向)执行的。更确切地说，该场所稍后可以被生产装置、存储装置、输送机链等占用。因此，对信标的访问可能受到高程度的约束(在规定的时间期间、在工作时间之外等访问)，或者甚至是不可能访问的。
9.当操作员不是不可能返回到现场以调整所述信标的方向时，这产生了额外的成本和显著的时间损失。


技术实现要素：

10.本发明的目的是通过提供一种用于辅助定位、特别是将信标的天线相对于收发器设备可能被定位的目标位置定向的系统来克服上述缺点。
11.换句话说，本发明涉及一种用于定位信标尤其是定向信标以便允许所述信标与收发器设备之间的最优通信的系统。
12.本发明的另一个目的是提供一种廉价的解决方案。
13.为此，本发明涉及一种用于辅助相对于目标位置对信标的天线进行定位、特别是定向的系统，该信标用于与收发器设备处于无线电信号通信链路中。
14.该系统包括：
[0015]-用于在其中要安装所述信标的环境的投影表面上表示该信标的天线的辐射图案的至少一个波瓣(lobe)的表示装置，所述表示装置生成与该波瓣在该投影表面上的投影基本上对应的形状的图形表示，
[0016]-用于测量将该信标与该投影表面上的至少一个点分开的距离的装置，该至少一个点对应于例如位于该波瓣的纵向轴线的延伸部中的目标位置。
[0017]
测量装置有利地允许比较分隔开的信标的天线和目标位置的距离以及来自信标的天线的信号的接收范围，以便知道目标位置是否在信标的天线的范围内。
[0018]
由根据本发明的系统提供的对信标天线进行定向的辅助确保了所述信标相对于目标位置的最优定位。
[0019]
此外，该特性还使得可以在操作员可以确保信标与目标位置之间的距离的预定值与该相同距离的测量值之间的对应关系的范围内，一旦所述信标已经被安装，就向操作员确认信标相对于目标位置的正确取向。
[0020]
因此，本发明构成了一种用于控制信标安装的有效工具。
[0021]
在具体实施例中，本发明还满足以下特征，这些特征单独地或以其技术上可操作的组合中的每一个组合来实现。
[0022]
在本发明的具体实施例中，该表示装置包括激光器，该激光器被配置为产生光束，该光束在该投影表面上的投影具有基本上对应于该波瓣在该投影表面上的投影的形状。
[0023]
在本发明的具体实施例中，该表示装置包括与用于拍摄该投影表面的相机相耦合的观察设备，该观察设备包括标记叠加在所述设备上表示的投影表面上的波瓣的投影的图形表示。
[0024]
在本发明的具体实施例中，信标的天线波瓣的表示装置包括视频投影仪，该视频投影仪被配置成将形状的图形表示投影到环境的投影表面上，该形状基本上对应于波瓣在投影表面上的投影。
[0025]
在本发明的具体实施例中，用于测量分离信标与投影表面的距离的装置包括测距仪。
[0026]
在本发明的具体实施例中，用于测量将该信标与该投影表面分开的距离的装置包括连接到观察设备的飞行时间相机，该观察设备被配置为显示与该波瓣在该投影表面上的投影基本上对应的图形表示，所述飞行时间相机被配置为固定到该信标，以便对于该相机传感器的每个像素，允许在该观察设备上观察该相机与该投影表面之间测量的距离。
[0027]
在本发明的具体实施例中，观察设备包括交互设备，并且该交互设备被构造成驱
动表示装置，使得它们将图案投射到投影表面上与操作者在所述观察设备上表示的投影表面上选择的至少一个点的位置相对应的位置处。
[0028]
在本发明的具体实施例中，表示装置和测量装置被设置为表示与收发器设备和信标的天线之间的无线电信号的不同交换质量水平相对应的不同区，所述质量水平被定义为距该信标的不同距离范围的函数，和/或不同辐射波瓣的表示的函数。
[0029]
在本发明的具体实施例中，表示装置被设置为考虑收发器设备的固有参数，尤其是其灵敏度和/或可能干扰信号的环境因素，诸如存在物体或人的流和/或存在发射电磁场的物体，来表示在收发器设备和信标的天线之间具有无线电信号的不同交换质量水平的区。
[0030]
在本发明的具体实施例中，该表示装置被设置成生成能够给出与信标的天线的极性相关的指示的图形表示。
[0031]
在本发明的具体实施例中，该系统包括用于测量信标的天线的空间位置和方位的装置。
[0032]
根据本发明的另一方面，一种使用如前所描述的系统的安装信标的方法包括：
[0033]-表示步骤，由表示装置表示信标的天线的辐射图的波瓣，
[0034]-测量步骤，测量信标与投影表面的对应于目标位置的至少一个点之间的距离，
[0035]-调整取向步骤，如果测量距离的值大于来自所述信标的天线的信号的接收范围的预定值，则调整信标的取向，使得测量距离小于所述范围的值，或者如果该点并不位于与波瓣在投影表面上的投影相对应的区中。
[0036]
在特定模式的实施方式中，该方法包括获取数据步骤，该获取数据步骤获取与信标的天线在空间中的位置和/或方位相关的数据。
[0037]
在特定模式的实施方式中，该方法进一步包括发送信息步骤，该发送信息步骤将信标的方位调整所特有的信息传输至记录设备。
[0038]
在特定模式的实施方式中，该方法还包括初步测试步骤，其中：
[0039]-表示装置将与操作者在显示投影表面的监视器上对至少一个点的选择相对应的图案投影到投影表面上，
[0040]-将收发器设备放置在投影表面上的图案的位置，
[0041]-在发送和接收时测量信标与收发器设备之间交换的信号的功率，并且比较这些数据。
[0042]
因此，可以确定信号传输的质量，并且因此确定通信的质量。
附图说明
[0043]
在阅读以下描述后，将更好地理解本发明，以下描述通过非限制性示例的方式给出，并且参考附图，附图示出了：
[0044]
图1示意性地示出了用于辅助将信标的天线相对于目标位置定向的系统，包括根据第一替代实施例的用于表示信标的天线的辐射波瓣的装置；
[0045]
图2是使用根据图1的定向辅助系统来安装信标的方法的逻辑图。
[0046]
在这些附图中，从一个附图到另一个附图相同的附图标记表示相同或相似的元件。此外，为了清楚起见，除非另有说明，否则附图不是按比例绘制的。
具体实施方式
[0047]
根据本发明的系统10提供了一个或多个可视标记，以帮助操作员安装信标11，用于建立与收发器设备12的无线电信号通信链路。
[0048]
更具体地，系统10的目的是为相对于环境中的预定关注区(下文称为“目标位置”)定位信标11的天线(尤其是为定向信标11的天线)提供辅助，收发器设备12可能被定位在该预定关注区中。
[0049]
收发器设备12包括例如电子芯片、天线和电池，该电池由来自周围电磁场的能量再充电，以将无线电信号发送到信标11。在特定实施例中，用于对标签电池再充电的电磁场由信标产生。
[0050]
在本发明的优选应用中，信标11用于安装在开放或封闭环境中的支撑结构上，例如工业建筑物，例如仓库或储藏库、工厂等，收发器设备12将被放置在其中。
[0051]
信标11可以包括无线通信装置，无线通信装置被认为是本领域技术人员已知的，使得信标11能够接收无线电信号以便也以无线电信号的形式从收发器设备12接收消息。
[0052]
在具体实施例中，信标11可以额外地或可替代地包括用于生成至收发器设备12的电磁场的电磁能量源。
[0053]
信标11的天线具有表示来自天线的射频辐射的空间角度分布的特定辐射图。应当注意的是，以本领域技术人员已知的方式，辐射图也是天线的接收方向图。
[0054]
有利地，系统10包括用于表示至少一个波瓣的装置100，该波瓣用于在要安装所述信标11的环境中收发信标11的天线的辐射图。波瓣表示信标11的天线的射频辐射和/或接收区。
[0055]
这样的特性允许操作者在安装信标11时查看基本上对应于信标11的天线波瓣在环境中的投影的形状的图形表示，并且因此相对于所述环境识别它可以接收或发射的信号的辐射覆盖范围。
[0056]
因此，操作员可以适当地定向信标11，使得波瓣对应于可能被收发器装置12占据的目标位置。
[0057]
表示装置100根据信标11的天线的固有参数进行配置，使得它们发射的图形表示的形状基本上对应于所述信标11的天线波瓣的投影的形状。
[0058]
为此，表示装置100可以包括例如微处理器类型的计算器，该计算器连接到数据库，在该数据库中存储有与要安装的信标11的天线的辐射图相对应的辐射图的表示模型。
[0059]
可替代地，信标11的天线的固有参数可以由表示装置100自动地识别，例如当它们被固定到信标11时，借助于包括表示这些参数的数据的通信介质，诸如nfc(near field communication,近场通信)传感器、条形码或附着到所述信标11的任何其他通信装置。
[0060]
换言之，当表示装置被固定到信标11时，它们获取所述信标11的天线的特性，并且基于该信息可以适配到它们意图发射的图形表示的模型。
[0061]
目标位置是预先确定的，并且可以在环境中由图形标记(图1中未示出)、物体或任何其他识别装置来标记。
[0062]
在图1中表示的第一替代实施例中，表示装置100包括根据辐射图案的特性配置的激光器，使得其光束具有基本上对应于波瓣形状的形状。例如，激光束是锥形的。
[0063]
激光器被固定到信标11，优选地可移除地固定到信标11，使得其光束被投射到被
称为“投射表面”的环境的表面上。激光器优选地尽可能靠近辐射图案的中心(即，天线的中心)固定到信标11，并且在与波瓣的纵向轴线延伸的方向平行的方向上发射其光束(图1中未示出)。
[0064]
在本发明的示例性实施例中，激光束可以通过穿孔掩模而被投射，该穿孔掩模对于本领域技术人员而言被称为“遮光片(gobo)”，其将光束形成为预定形状，使得其在投影表面上的投影基本上对应于信标11的天线波瓣的投影。
[0065]
在另一个示例中，尤其是如果天线波瓣的形状复杂，则激光器可以包括一组可移动反射镜，该可移动反射镜用于连续地偏转激光束，使得由射束扫描产生的投影的形状基本上对应于信标11的天线波瓣的投影。可替代地，激光器可以是可移动的并且连续地定向的，使得其射束以对应于信标11的天线波瓣的投影的形状被投影。在该后两个示例性实施例中，激光器可以在其行进时不连续地发射其射束，以便对信标11的天线波瓣的投影的不相交的区进行建模。
[0066]
此外，表示装置100可以包括多个激光器。
[0067]
投影表面可以是地面，如图1所示，和/或环境中的任何物体，例如建筑物的结构元件。
[0068]
激光束在投影表面上的反射产生图形表示101，其形状基本上对应于波瓣在投影表面上的投影。
[0069]
该图形表示由计算器根据从数据库中选择的与信标11的天线的辐射图相对应的辐射图的表示模型来确定。
[0070]
借助于投影到投影表面上的图形表示101，操作者可以定向信标11以通过波瓣覆盖目标位置。
[0071]
在第二替代实施例(图中未示出)中，表示装置100可以包括与相机耦接的观察设备，例如监视器。
[0072]
在该替代实施例中，相机被固定到信标11，优选地可移除地固定到信标11，以便尽可能靠近辐射图案的中心，并且以便在平行于波瓣的纵向轴线的方向上定向。
[0073]
此外，监视器包括固定图形表示，该固定图形表示标记波瓣在投影表面上的投影。图形表示在监视器上被叠加在由相机拍摄的投影表面上。
[0074]
图形表示被虚拟地投影到由相机拍摄的环境的投影表面上。在监视器上，图形表示例如基本上是圆形的形状。
[0075]
因此，信标11的移动使得与相机相对的投影表面相对于表示波瓣的圆在监视器上移动，并且允许操作者快速且容易地充分定位信标11，使得目标位置内接于在监视器上表示的波瓣的投影。
[0076]
因此，操作员容易在监视器的辅助下定位信标11，使得目标位置在信标11的天线波瓣内。
[0077]
在第三可选实施例(图中未示出)中，表示装置100可以包括视频投影仪，该视频投影仪被配置为将代表信标11的天线波瓣的图形表示投影到环境的投影表面上。
[0078]
类似于上述的替代实施例，信标11的移动使得投影的图像相对于投影表面移动，并允许操作员快速且容易地充分定位信标11，使得目标位置内接在由投影的图像表示的波瓣的投影中。
[0079]
有利地，该表示装置可以被设置成使得图形表示提供与信标11的天线的极性有关的指示。
[0080]
更具体地，图形表示可以具有根据天线极性的特定图案，例如其方向根据天线极性而变化的阴影。图形也可以或可替代地具有随着天线极性而变化的颜色。
[0081]
因此，如果信标11的天线被不正确地定向并且校正了该错误定向，则操作者可以容易地查看。
[0082]
有利地，系统10包括装置，该装置用于测量将信标11与尤其对应于目标位置的投影表面上的至少一个点分开的距离。
[0083]
该特性有利地使得知道目标位置是否在信标11的天线的所述范围内成为可能——当知道来自信标11的天线的信号的接收范围的时候。实际上，在一些情况下，投影到投影表面上的波瓣图示可以延伸超过比信标11的天线的实际范围更大的距离。
[0084]
此外，该特性还使得一旦所述信标11被安装就向操作员保证信标11相对于(多个)目标位置的正确定向成为可能，只要他可以确保信标11和目标位置之间的距离的预定值与该相同距离的测量值之间的对应关系。
[0085]
用于测量将信标11与外部环境分开的距离的装置可以由测距仪组成，例如，用于固定到信标11。
[0086]
在测量装置的替代方案中，后者可以由连接到监视器的飞行时间相机形成，该相机已经被本领域技术人员知晓，缩写为“tof”。监视器被配置为显示标记波瓣外围的图形表示。这样，该替代实施例可以有利地与上述表示装置100的第二替代实施例组合。
[0087]
可替代地，测量装置的该替代实施例可以与表示装置100的其他替代实施例结合。
[0088]
飞行时间相机优选地被固定到信标11，以便基本上邻近辐射图案的中心，并且以便沿着平行于波瓣的纵向轴线的方向定向。
[0089]
飞行时间相机使得可以在监视器上针对相机传感器的每个像素表示在相机(并且因此表示在信标11)与由相机拍摄的所述信标11前方的环境之间测量的距离。在监视器上，操作者因此可以查看波瓣的投影，并且具有与该区的由像素标记的每个点的距离有关的指示。
[0090]
该特征的优点之一在于以下事实：测量距离是相对于表面而不是相对于点执行的。
[0091]
有利地，在本发明的优选示例性实施例中，表示装置100与测量装置相关联，并且被配置为表示不同区，该不同区对应于收发器设备12与信标11的天线之间的无线电信号的不同交换质量水平，即，对应于收发器设备12与信标11的天线之间的无线电通信链路的不同质量水平。质量水平被定义为与信标11的不同距离范围和/或表示不同辐射波瓣的函数。
[0092]
应当注意，信标11和收发器装置之间的距离越大，收发器装置12发射的信号的功率在其传播期间衰减得越多。因此，来自信标11的天线的信号的接收功率作为与收发器装置12分开的距离的函数而变化。
[0093]
由于该特性，系统10通过识别收发器装置12和信标11的天线之间的无线电信号的多个交换的质量水平，使得可以确定所述信标11的一个或多个最佳接收区。
[0094]
例如，表示装置100可以被配置为将图形表示投影到投影表面上，每个图形表示具有与信标11的天线的辐射图案的每个波瓣投影表面上的投影(即，每个旁瓣的投影表面上
的投影和主瓣的投影表面上的投影(图中未示出))基本上对应的形状。
[0095]
因此，因为操作员可以在安装期间查看信标11的天线的信号接收覆盖范围，所以增加了操作员的操作范围以适当地定向信标11以使所述信标11的天线波瓣之一对应于目标位置。
[0096]
例如，根据考虑中的表示装置100的可替代实施例，系统10可以包括若干激光器、相机和/或视频投影仪，其被配置为使得它们投影的图形表示的形状分别基本上对应于在信标11的天线波瓣的投影表面上的投影。
[0097]
在表示装置100包括其光束被可移动地驱动的一个或多个激光器的示例中，距离测量可以与所述光束的移动同时地被扫描。还可以设想，一个或多个激光器的光束可以基于预定最大距离改变颜色。
[0098]
在一个实施例中，距离信息还可以被反馈到第三方装置，例如用于在观看装置上的表示和/或用于存储。
[0099]
可替代地或额外地，对于一个或每个波瓣，表示装置100可以将例如同心形状的一组图形表示投影到投影表面上，每个同心形状表示信标11的天线的信号的不同接收功率水平，其可以对应于距信标的不同距离范围和/或信标11的天线的不同辐射波瓣。
[0100]
这些同心形状中的每一个可以根据测量装置和被拍摄的环境之间的预定距离范围而不同地表示，该预定距离范围表示收发器设备12和信标11的天线之间的无线电信号的交换质量水平。
[0101]
在替代实施例中，表示装置100可以与测量装置相关联。
[0102]
例如，表示装置100可以与如先前所描述的连接到监视器的飞行时间相机相关联。飞行时间相机和监视器可以被配置为允许观察位于信标11或每个天线波瓣的纵轴方向上的环境。
[0103]
有利地，飞行时间相机和/或监视器被配置为使得图像上的每个像素的视觉外观是被拍摄的环境相对于飞行时间相机被定位的距离的函数。
[0104]
更具体地，在监视器上表示的每个像素的颜色取决于飞行时间相机与正拍摄的环境之间的距离的值。例如，每个像素的颜色可以根据表示收发器设备12与信标11的天线之间的信号的交换的质量水平的预定距离阈值而改变。因此，不同的颜色可以定义表示信标11的天线的接收质量水平的距离。
[0105]
在本发明的另一优选的可选实施例中，表示装置100被配置为考虑收发器设备12的固有参数，尤其是其灵敏度，来表示收发器设备12与信标11的天线之间的信号的不同交换质量水平。
[0106]
收发器装置12越敏感，响应于低强度信号，与信标11建立的通信链路越多。相反，具有低灵敏度的收发器装置12需要更高强度的信号来建立通信链路。
[0107]
由于表示装置100能够根据收发器设备12的灵敏度确定和表示一个或多个最佳接收区，因此操作员可以根据用于与信标11通信的一个或多个收发器设备12的特性考虑信标11的更宽的定向范围。
[0108]
可替代地或额外地，表示装置100被配置为考虑可能干扰信号的环境因素(诸如存在物体或人的流或者存在发射电磁场的物体)，来表示收发器设备12与信标11的天线之间的信号的不同交换的质量水平。
[0109]
优选地，为了能够测试信标11和收发器设备12之间的通信链路，监视器可以连接到飞行时间相机，并且包括交互设备，例如触摸交互表面。监视器被配置为驱动表示装置100，使得它们通过在投影表面上与监视器上的选择的点相对应的位置处投影图案，来响应于操作者对在所述监视器上表示的投影表面上的至少一个点的选择。
[0110]
该图案有利地形成收发器设备12的测试位置的标记。一旦收发器设备12被放置在测试位置处，操作员就可以测量由收发器设备12发送(或接收)的信号的功率，并将其与由信标11的天线接收(或发送)的信号的功率进行比较。
[0111]
该特征是要确保在信标11和收发器设备12之间正确地建立通信链路，并且可能地，要确定收发器设备12的位置是否得到适配，尤其是关于其灵敏度，和/或来自收发器设备12的信号传输是否不受环境因素的干扰，环境因素诸如位于收发器设备12附近的金属物体或发射强磁场的设备。
[0112]
表示装置100可以被配置成投影测试结果的指示符。例如，可以根据是否在信标11和收发器设备12之间正确建立了通信链路来改变图案的颜色和/或形状。
[0113]
此外，系统10包括用于测量信标11的天线的空间位置和/或方向的装置。这些装置可以允许确定信标11的天线的绝对位置，例如以笛卡尔参考系内接的坐标的形式。可替代地，这些装置可以允许相对于所述信标11所安装的环境的元素，即天线和所述元素之间的距离，确定信标11的天线的相对位置。这些元素可以是基础设施或物体，例如墙、柱、机器等。这些装置可以包括本领域技术人员可以理解的一个或多个位置传感器。
[0114]
可替代地或额外地，这些装置允许确定信标11的天线的倾斜度，即其波瓣的纵向轴线相对于例如三个正交轴线的倾斜度。这些装置可以包括本领域技术人员可以达到的陀螺仪或任何其他传感器。
[0115]
有利地，这些特征使得可以通过比较根据预定的理论数据确定的定位和/或定向数据来验证和确认信标11的天线的安装的合规性。
[0116]
这些特征也可随后用于在本领域技术人员已知的被称为“到达时间差”(time difference of arrival,tdoa)的方法中实现的计算中。
[0117]
进一步地，为了将信标11固定地安装在例如建筑物的固定结构上并且确保它被保持在空间位置中和最佳方向上，信标11包括固定装置，该固定装置被构造成占据一状态，该状态允许信标11的移动性以及允许固定装置固定信标11本身。
[0118]
本发明还涉及一种用于使用系统10安装信标11的方法，在图2中示出了其步骤，例如连续步骤。
[0119]
该方法包括通过表示装置100来表示信标11的天线的辐射图的波瓣的步骤200，然后包括测量在信标11和投影表面的对应于目标位置的至少一个点之间延伸的距离的步骤。
[0120]
如果点并不位于与投影表面上的波瓣投影相对应的区中，或者如果测量距离的值大于来自信标11的天线的信号接收范围的预定值，则执行调整信标11的取向的步骤220，使得测量距离小于所述范围的值。
[0121]
该方法可以包括通过用于测量信标11的天线的空间位置和/或取向的装置来获取与信标11的天线的空间位置和/或取向相关的数据的步骤230，之后是存储这样的数据的步骤240。
[0122]
该方法还可以包括向诸如第三方服务器等的记录设备发送信标11的方位调整所
特有的信息的步骤240，尤其是与在测量步骤210期间执行的测量有关的信息、与测试有关的数据等。
[0123]
该发送步骤240可以由任何已知的通信装置执行，例如通过无线电波、通过电缆、通过在调整取向步骤220之后可转移的可移除内部存储器等。
[0124]
取决于所考虑的通信装置的类型，该发送信息步骤240可以实时地执行或者在安装多个信标11之后执行。
[0125]
利用记录设备保持该信息允许识别或确定特定的配置，以优化未来的安装。
[0126]
更一般地，应当注意，上面考虑的本发明的实施方式和实施例已经作为非限制性示例进行了描述，并且因此可以设想其它替代方案。