EP1815267B1

Symmetrical multipath method for determining the distance between two transceivers

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EP1815267B1, drawing sheet 1
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68 claims: 3 independent, 65 dependent

  1. 1
    Verfahren zur Bestimmung des räumlichen Abstandes zwischen zwei Senderempfängern (A, B) innerhalb eines Abstandsbereiches der Größenordnung von 10 km, - bei dem beide Senderempfänger jeweils mindestens einen Signalrundlauf initiieren, wobei ein Signalrundlauf die folgenden Schritte umfasst:a) Senden mindestens eines Anfragedatenrahmens (30, 42, 52), der eine Sequenz von mindestens zwei Signalimpulsen mit vorbestimmtem Impulszeitabstand enthält, von einem den Signalrundlauf initiierenden ersten Senderempfänger zu einem zweiten Senderempfänger an einem Anfrage-Sendezeitpunkt (T TA1, T TB2 ), b) Empfangen des Anfragedatenrahmens (30, 40, 52) beim zweiten Senderempfänger an einem Anfrage-Empfangszeitpunkt (T RB1 , T RA2 ), c) Dekodieren und Prüfen des empfangenen Anfragedatenrahmens und danach, bei Erfolg, Senden eines Antwortdatenrahmens (32, 44, 54), der eine Sequenz von mindestens zwei Signalimpulsen mit vorbestimmtem Impulszeitabstand enthält, vom zweiten Senderempfänger zum ersten Senderempfänger an einem Antwort-Sendezeitpunkt (T TB1 , T TA2 ), der einen jeweiligen Antwortzeitabstand ( T replyB1 , T replyA2 ) vom Anfrage-Empfangszeitpunkt (T RB1 , T RA2 ) hat, und Erfassen des jeweiligen Antwortzeitabstandes, d) Empfangen, Dekodieren und Prüfen des Antwortdatenrahmens (32, 44, 54) beim den Signalrundlauf initiierenden ersten Senderempfänger (A) und Erfassen eines dem Empfang des Antwortdatenrahmens zugeordneten Antwort-Empfangszeitpunktes (T RA1 , T RB2 ) relativ zum Anfrage-Sendezeitpunkt (T TA1 , T TB2 ), - bei dem eine Auswertung durchgeführt wird, die die folgenden Schritte umfasst: e) Ermitteln eines Rundlaufzeitabstandes ( T roundA1 , T roundB2 ) zwischen dem jeweiligen Anfrage-Sendezeitpunkt (T TA1 , T TB2 ) und dem jeweiligen Antwort-Empfangszeitpunkt (T RA1 , T RB2 ) für jeden Signalrundlauf, wobei dieser Schritt jederzeit nach dem betreffenden Signalrundlauf durchgeführt werden kann, f) Ermitteln einer Signallaufzeit ( T prop ) zwischen den zwei Senderempfängern (A, B) anhand der ermittelten Rundlaufzeitabstände ( T roundA1 , T roundB2 ) und der Antwortzeitabstände ( T replyB1 , T replyA2 ) und g) Ermitteln des räumlichen Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger durch Multiplikation der Signallaufzeit ( T prop ) mit einer vorbekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signalimpulse, - und bei dem die Signalrundläufe so durchgeführt werden, dass die Antwortzeitabstände ( T replyA2 , T replyB1 ) entweder identisch sind oder eine Differenz, im Falle der Durchführung mehr als eines von jedem Senderempfänger initiierten Signalrundlaufes eine mittlere Differenz aufweisen, deren Betrag maximal 200 Mikrosekunden ist, wobei - die jeweiligen Anfragedatenrahmen und Antwortdatenrahmen Protokollvorschriften eines Nachrichtenprotokolls entsprechen und Protokoll- und Nutzdaten enthalten.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Signalrundläufe so durchgeführt werden, dass die Antwortzeitabstände ( T replyA2 , T reokyB1 ) entweder identisch sind oder eine Differenz, im Falle der Durchführung mehr als eines von jedem Senderempfänger initiierten Signalrundlaufes eine mittlere Differenz aufweisen, deren Betrag maximal 20 Mikrosekunden ist.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Senderempfänger (B) einen Signalrundlauf erst initiiert, nachdem er den Antwortdatenrahmen an den ersten Senderempfänger (A) gesandt hat.
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Senderempfänger (B) mit dem Senden des Antwortdatenrahmens zugleich einen Signalrundlauf initiiert, wobei der Antwortdatenrahmen, der einem vom ersten Senderempfänger initiierten ersten Signalrundlauf zugeordnet ist, zugleich den Anfragedatenrahmen eines vom zweiten Senderempfänger initiierten zweiten Signalrundlaufs bildet.
  5. 5
    Verfahren nach Anspruch einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem beide Senderempfänger (A, B) genau einen Signalrundlauf initiieren und die Signallaufzeit T prop gemäß der Formel T prop = T roundA ⁢ 1 - T replyB ⁢ 1 + T roundB ⁢ 2 - T replyA ⁢ 2 4 bestimmt wird.
  6. 6
    Verfahren nach Anspruch 3, bei dem - jeder Senderempfänger mindestens zwei Signalrundläufe initiiert, bis der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger von einer Anzahl Anfrage- und Antwortdatenrahmen durchlaufen worden ist, die mindestens acht und ein Vielfaches von vier ist, - zu den vom vom ersten Senderempfänger initiierten Signalrundläufen zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundAi mit i= 3, 5, 7,.., (n-2) von T roundA3 bis T roundA(n-2) ermittelt werden, wobei n>3 eine ungerade Zahl ist, und - zu den vom zweiten Senderempfänger initiierten Signalrundläufen zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundBk mit k= 4, 6, 8,.., (n-1) von T roundB4 bis T roundB(n-1) ermittelt werden, - wobei Antwortzeitabstände T replyAk , k= 2, 4, 6, 8, .., (n-1) von T replyA2 bis T replyA(n-1 ), und T replyBi , i = 1, 3, 5, 7, ..,(n-2) von T replyB1 bis T replyB(n-2) auftreten, die eine mittlere Differenz gemäß der Formel Δ ⁢ T Re plyAVG = T replyA ⁢ 2 - T replyB ⁢ 1 + .. + T replyA ⁢ n - 1 - T replyB ⁢ n - 2 n - 1 2 aufweisen, deren Betrag maximal 20 Mikrosekunden ist.
  7. 7
    Verfahren nach Anspruch 4, bei dem - jeder Senderempfänger (A, B) mindestens zwei Signalrundläufe initiiert, bis der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger von einer ungeraden Anzahl n>3 Anfrage- und Antwortdatenrahmen durchlaufen worden ist, wobei alle zusätzlichen Rundlaufzeitabstände ermittelt und alle zusätzlichen Antwortzeitabstände erfasst werden, - nach wiederholter Durchführung der ersten Signalrundlauf-Schrittfolge zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundAi mit i= 3, 5, 7,...,(n-2), von T roundA3 bis T roundA(n-2) ermittelt werden und - nach wiederholter Durchführung der zweiten Signalrundlauf-Schrittfolge zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundBk , mit k = 4, 6, 8,..., (n-1), von T roundB4 bis T roundB(n-1) ermittelt werden, - wobei Antwortzeitabstände T eplyAk , k= 2, 4, 6, 8,...,(n-1) von T replyA2 bis T replyA(n-1) , T replyBi , i= 1, 3, 5, 7,..., (n-2) von T replyB1 bis T replyB(n-2) auftreten, die eine mittlere Differenz gemäß der Formel Δ ⁢ T Re plyAVG = T replyA ⁢ 2 - T replyB ⁢ 1 + .. + T replyA ⁢ n - 1 - T replyB ⁢ n - 2 n - 1 2 aufweisen, deren Betrag maximal 20 Mikrosekunden ist.
  8. 8
    Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Signallaufzeit Tprop gemäß der Formel T prop = T roundA ⁢ 1 - T replyB ⁢ 1 + T roundB ⁢ 2 - T replyA ⁢ 2 + .. + T roundA ⁢ n - 2 - T replyB ⁢ n - 2 + T roundB ⁢ n - 1 + T replyA ⁢ n - 1 2 ⁢ n - 1 n = 2 ⁢ k + 1 , k ∈ N > 1 ermittelt wird.
  9. 9
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem im Rahmen der Auswertung entweder nur der erste oder nur der zweite Senderempfänger den räumlichen Abstand ermittelt und ihm der andere Senderempfänger zuvor den auf Seiten des anderen Senderempfängers ermittelten Rundlaufzeitabstand und den auf Seiten des anderen Senderempfängers aufgetretenen Antwortzeitabstand übermittelt.
  10. 10
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem beide Senderempfänger den räumlichen Abstand ermitteln und die jeweils ermittelten Rundlaufzeitabstände und aufgetretenen Antwortzeitabstände zuvor vom ersten zum zweiten Senderempfänger und vom zweiten zum ersten Senderempfänger übertragen werden.
  11. 11
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein dritter Senderempfänger den räumlichen Abstand zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger ermittelt, und der erste und zweite Senderempfänger die ermittelten Rundlaufzeitabstände und Antwortzeitabstände zuvor alternativ oder zusätzlich an den dritten Senderempfänger übertragen.
  12. 12
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die übermittelten Anfragedatenrahmen und Antwortdatenrahmen mehr als zwei Signalimpulse (a1, a2, ..an, b1, b2, ..., bn) enthalten und auf Seiten eines jeweiligen Empfängers die Empfangszeitpunkte von mehr als zwei Signalimpulsen eines jeweiligen Anfrage- oder Antwortdatenrahmens erfasst werden.
  13. 13
    Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der jeweilige Sender eines Anfrage- oder Antwortdatenrahmens Signalimpulse (b1', b2') des Datenrahmens zu Sendezeitpunkten aussendet, die relativ zu einem Zeitraster, das durch den senderseitig vorbestimmten Impulszeitabstand im auszusendenden Datenrahmen definiert ist, derart verschoben sind, dass die Signalimpulse im Mittel zu den durch das Zeitraster vorgegebenen Rasterzeitpunkten ausgesendet werden.
  14. 14
    Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der jeweilige Empfänger eines Anfrage- oder Antwortdatenrahmens Signalimpulse (b1', b2') des empfangenen Datenrahmens relativ zu einem Zeitraster, das durch den Impulszeitabstand der empfangenen Signalimpulse definiert ist, derart verschiebt, dass die verschobenen Signalimpulse im Mittel mit dem senderseitig vorbestimmten Impulszeitabstand empfangen werden.
  15. 15
    Verfahren nach Anspruch 14, bei dem eine Streuung der Zeitverschiebung eines Signalimpulses des Datenrahmens auf Seiten des Senders oder des Empfängers, oder bei dem die Streuung der Summe der Zeitverschiebungen eines Signalimpulses auf Seiten des Senders und des Empfängers größer ist als die Genauigkeit einer Zeitmessung auf Seiten des Empfängers.
  16. 16
    Verfahren nach Anspruch 14, bei dem beim jeweiligen Empfänger eines Datenrahmens die Empfangszeitpunkte (t RB1 ) einer Mehrzahl in einem empfangenen Anfrage- oder Antwortdatenrahmen enthaltener Signalimpulse relativ zu einem durch den Impulszeitabstand der empfangenen Signalimpulse und einen vereinbarten Referenzpunkt im Anfrage- oder Antwortdatenrahmen definierten Zeitraster (R) erfasst und abgespeichert werden.
  17. 17
    Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der jeweils empfangende Senderempfänger nach Erfassung der Empfangszeitpunkte der Signalimpulse einen mittleren Empfangszeitpunkt bezüglich des Zeitrasters (R) ermittelt.
  18. 18
    Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 12, bei dem der jeweils empfangende Senderemfänger eines Signalimpulses denjenigen Zeitpunkt ermittelt, bei dem ein detektierter Signalimpuls einen maximalen Signalgewinn oder einen maximalen Wert einer Korrelation mit einem vorbestimmten Signalmuster aufweist.
  19. 19
    Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der jeweilige Empfänger nach einer Bestimmung eines Anfrage- oder Antwort-Empfangszeitpunktes und vor einer nachfolgenden Bestimmung eines nächsten Anfrage- oder Antwort Empfangszeitpunktes einen von ihm zur Bestimmung von Empfangszeitpunkten verwendeten Taktgenerator oder Oszillator neu startet.
  20. 20
    Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der jeweilige Empfänger während des Empfangs eines Anfrage- oder Antwortdatenrahmens einen von ihm zur Bestimmung von Sende- und/oder Empfangszeitpunkten der Signalimpulse verwendeten Taktgenerator oder Oszillator in seiner Frequenz gemäß einer pseudozufälligen Sequenz moduliert.
  21. 21
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der jeweilige Empfänger eines Anfrage- oder Antwortdatenrahmens bei Vorliegen einer auf eine Mehrwegeausbreitung eines einzelnen Signalimpulses zurückgehenden Impulsfolge im Empfangssignal als Empfangszeitpunkt des Signalimpulses den frühesten Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters ermittelt, bei dem das Empfangssignal einen maximalen Wert annimmt.
  22. 22
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und zweite Senderempfänger die Werte der Antwortzeitabstände ( T replyAk , T replyBi ) vor Aussendung eines Anfragedatenrahmens vereinbaren.
  23. 23
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und zweite Senderempfänger das Verfahren mehrfach durchführen und vor Aussendung des ersten Anfragedatenrahmens der ersten Durchführung eine Folge von unterschiedlichen Werten von Antwortzeitabständen vereinbaren und bei nachfolgenden Durchführungen jeweils den nächsten in der Folge vorgegebenen Antwortzeitabstand einhalten.
  24. 24
    Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, bei dem der erste und zweite Senderempfänger während der Vereinbarung der Antwortzeitabstände oder der Folge von Antwortzeitabständen einander geheim verschlüsselte Nachrichten übertragen.
  25. 25
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und zweite Senderempfänger den Antwortzeitabstand in Abhängigkeit von einer unbekannten pseudozufälligen Zahlenfolge variieren.
  26. 26
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite Senderempfänger den jeweils von ihnen verwendeten Antwortzeitabstand messen und die gemessenen Antwortzeitabstände bei der Auswertung zur Abstandsbestimmung herangezogen werden.
  27. 27
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zur Abstandsbestimmung verwendeten Signalimpulse zugleich als Informationssymbole verwendet werden.
  28. 28
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger übertragenen Anfragedatenrahmen und Antwortdatenrahmen einem Übertragungsprotokoll der Schicht 2 des OSI-Referenzmodells gehorchen.
  29. 29
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Signalimpulse Chirpimpulse sind.
  30. 30
    Verfahren nach Anspruch 29, bei dem zwei komplementäre Typen von Chirpimpulse verwendet werden, die eine identische Mittenfrequenz und Impulsdauer, jedoch im Vergleich beiden komplementären Chirpimpuls-Typen einen gegenläufigen und um die Mittenfrequenz symmetrischen, beim einen Chirpimpuls-Typ steigenden und beim anderen Chirpimpuls-Typ fallenden Frequenzgang während der Impulsdauer aufweisen, wobei zur Abstandsbestimmung die komplementären Chirpimpuls-Typen in einem Anfrage- oder Antwortdatenrahmen in jeweils gleicher Anzahl verwendet werden.
  31. 31
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Kalibrierungslauf durchgeführt wird, indem der erste oder der zweite oder beide Senderempfänger vor einem ersten Signalrundlauf im Rahmen der Abstandsbestimmung zum jeweils anderen Senderempfänger mindestens ein Signalrundlaufpaar zur Abstandsbestimmung von einem oder von je einem mit vorbekanntem Abstand zum jeweiligen Senderempfänger angeordneten Kalibrier-Sender-Empfänger durchführen, der zusätzlich einen dem jeweiligen Senderempfänger bekannten oder jeweils zu übermittelnden Antwortzeitabstand verwendet, bei dem der so ermittelte und der vorbekannte räumliche Abstand zum Kalibrier-Sender-Empfänger verglichen werden und bei dem das Vergleichsergebnis im Rahmen der nachfolgenden Abstandsbestimmung zur Fehlerkorrektur verwendet wird.
  32. 32
    Verfahren nach Anspruch 31, bei dem während der Durchführung einer Abstandsbestimmung oder im Zeitabstand der Größenordnung einer Sekunde davor oder danach entweder eine aktuelle Temperatur am Ort eines jeweiligen Senderempfängers oder eine aktuelle Versorgungsspannung eines jeweiligen Senderempfängers oder sowohl die aktuelle Temperatur als auch die aktuelle Versorgungsspannung ermittelt werden.
  33. 33
    Verfahren nach Anspruch 32, bei dem der erste oder der der zweite oder beide Senderempfänger vor oder während der Durchführung des Kalibrierungslaufes - das Vergleichsergebnis zur Ermittlung von für den jeweiligen Senderempfänger charakteristischen Fehlerdaten als Funktion entweder der Temperatur am Ort eines jeweiligen Senderempfängers oder als Funktion der aktuellen Versorgungsspannung eines jeweiligen Senderempfängers oder als Funktion beider genannter Parametern abspeichern, - die ermittelten Fehlerdaten zur Bestimmung einer für den jeweiligen Senderempfänger individuellen temperatur- und versorgungsspannungsabhängigen Fehlerkorrekturfunktion oder einer entsprechenden Fehlerkorrekturtabelle für Abstandswerte heranziehen, die im jeweiligen Senderempfänger abgespeichert wird, - und bei dem im Rahmen einer nachfolgenden Abstandsbestimmung ermittelte Abstandswerte durch Anwendung der Fehlerkorrekturfunktion oder durch Heranziehung eines in der Fehlertabelle enthaltenen Korrekturwertes korrigiert werden.
  34. 34
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem - die Abstandsbestimmung nach einem vorbestimmbaren oder dynamisch veränderbaren Messzeitabstand wiederholt wird und - durch Bildung einer Abstandsdifferenz nach einander ermittelter Abstandswerte zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger und anschließende Bildung eines Quotienten aus der Abstandsdifferenz und dem Messzeitabstand die Geschwindigkeit der Senderempfänger relativ zu einander ermittelt wird.
  35. 35
    Verfahren nach Anspruch 34, bei dem - mit einem vorbestimmbaren oder dynamisch veränderbaren Geschwindigkeits-Messzeitabstand zwei Geschwindigkeitswerte ermittelt werden und - durch Bildung einer Geschwindigkeitsdifferenz nach einander ermittelter Geschwindigkeitswerte und anschließende Bildung des Quotienten aus der Geschwindigkeitsdifferenz und dem Messzeitabstand die Beschleunigung der Senderempfänger relativ zu einander ermittelt wird.
  36. 36
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Anzahl der jeweils initiierten Signalrundläufe in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Genauigkeit der Abstandsbestimmung gewählt wird.
  37. 37
    Verfahren nach Anspruch 34, bei dem die Anzahl der initiierten Signalrundläufe in zusätzlicher Abhängigkeit von einer vorbestimmten Obergrenze der Zeitdauer der Durchführung der Abstandsbestimmung gewählt wird.
  38. 38
    Verfahren zur Bestimmung der Position eines ersten Senderempfängers relativ zu mindestens einem weiteren Senderempfänger innerhalb eines Abstandsbereiches der Größenordnung von 10 km, bei zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem ersten und dem oder jedem weiteren Senderempfänger ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.
  39. 39
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, - mit einem Schritt des Ermittelns eines Taktgeneratorfehlers beider Senderempfänger im Auswerteschritt, - bei dem eine nachfolgende Abstandsbestimmung, die mindestens einen der beiden Senderempfänger betrifft, abweichend von der Verfahrensführung des Anspruchs 1 nur einen einzigen, von einem der Senderempfänger initiierten Signalrundlauf und einen Auswerteschritt umfasst, - und bei dem im Auswerteschritt der nachfolgenden Abstandsbestimmung eine Verfälschung eines auf der Grundlage des einzigen Signalrundlaufes vorläufig ermittelten Abstandswertes aufgrund des zuvor ermittelten Taktgeneratorfehlers des betreffenden Senderempfängers für die endgültige Ermittlung des Abstandswertes herausgerechnet wird.
  40. 40
    Senderempfänger zur Bestimmung des räumlichen Abstandes zu einem zweiten Senderempfänger innerhalb eines Abstandsbereiches der Größenordnung von 10 km mit dem Verfahren nach Anspruch 1, - mit einer Sendeeinheit, die ausgebildet ist mindestens einen ersten Signalrundlauf durch Aussenden eines jeweiligen ersten Anfragedatenrahmens, der eine Sequenz von mindestens zwei Signalimpulsen mit vorbestimmtem Impulszeitabstand enthält, an einem ersten Anfrage-Sendezeitpunkt (T TA1 , T TB2 ) zu einem zweiten Senderempfänger zu initiieren, - mit einer Empfangseinheit, die ausgebildet ist, den Empfang eines in Antwort auf den ersten Anfragedatenrahmen vom zweiten Senderempfänger übersandten ersten Antwortdatenrahmens zu überwachen und einen dem Empfang des ersten Antwortdatenrahmens zugeordneten ersten Antwort-Empfangszeitpunkt (T RA1 ,) relativ zum ersten Anfrage-Sendezeitpunkt (T TA1 ,) zu erfassen, - wobei die Sendeeinheit zusätzlich ausgebildet ist, nach Empfang eines einen zweiten Signalrundlauf initiierenden zweiten Anfragedatenrahmens vom zweiten Senderempfänger einen zweiten Antwortdatenrahmen, der eine Sequenz von mindestens zwei Signalimpulsen mit vorbestimmtem Impulszeitabstand enthält, mit einem Antwortzeitabstand ( T replyA2 ) von einem zugeordneten zweiten Anfrage-Empfangszeitpunkt (T RA2 ) des zweiten Anfragedatenrahmens an den zweiten Senderempfänger auszusenden, nach Empfang eines einen ersten Signalrundlauf initiierenden ersten Anfragedatenrahmens von einem zweiten Senderempfänger einen ersten Antwortdatenrahmen, der eine Sequenz von mindestens zwei Signalimpulsen mit vorbestimmtem Impulszeitabstand enthält, mit einem Antwortzeitabstand ( T replyB1 ) relativ zu einem zugeordneten ersten Anfrage-Empfangszeitpunkt (T RB1 ) des ersten Anfragedatenrahmens an den zweiten Senderempfänger auszusenden, und auf den Empfang des ersten Anfragedatenrahmens vom zweiten Senderempfänger hin einen zweiten Signalrundlauf durch Aussenden eines zweiten Anfragedatenrahmens, der eine Sequenz von mindestens zwei Signalimpulsen mit vorbestimmtem Impulszeitabstand enthält, an den zweiten Senderempfänger an einem zweiten Anfrage-Sendezeitpunkt (T TB1 ) zu initiieren, - wobei die Empfangseinheit zusätzlich ausgebildet ist, den Empfang eines in Antwort auf den zweiten Anfragedatenrahmen vom zweiten Senderempfänger übersandten zweiten Antwortdatenrahmens zu überwachen und einen dem Empfang des zweiten Antwortdatenrahmens zugeordneten zweiten Antwort-Empfangszeitpunkt (T RB2 ) relativ zum zweiten Anfrage-Sendezeitpunkt (T TB2 ) zu erfassen, - wobei der Senderempfänger ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Antwortdatenrahmen nach Dekodieren und Prüfen des ersten beziehungsweise zweiten Anfragedatenrahmens bei Erfolg mit einem vorbestimmten Wert des Antwortzeitabstandes relativ zum jeweiligen Anfrage-Empfangszeitpunkt mit einer zeitlichen Präzision auszusenden, bei der die Antwortzeitabstände ( T replyA2 , T replyB1 ) auf Seiten des ersten und zweiten Senderempfängers in den Signalrundläufen entweder identisch sind oder eine Differenz, im Falle der Durchführung mehr als eines von jedem Senderempfänger initiieren Signalrundlaufes eine mittlere Differenz aufweisen, deren Betrag maximal 200 Mikrosekunden ist, - und wobei die jeweiligen Anfragedatenrahmen und Antwortdatenrahmen Protokollvorschriften eines Nachrichtenprotokolls entsprechen und Protokoll- und Nutzdaten enthalten.
  41. 41
    Senderempfänger nach Anspruch 40, wobei der Senderempfänger ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Antwortdatenrahmen mit einem vorbestimmten Wert des Antwortzeitabstandes relativ zum jeweiligen Anfrage-Empfangszeitpunkt mit einer zeitlichen Präzision auszusenden, bei der die Antwortzeitabstände ( T replyA2 , T replyB1 ) auf Seiten des ersten und zweiten Senderempfängers in den Signalrundläufen entweder identisch sind oder eine Differenz, im Falle der Durchführung mehr als eines von jedem Senderempfänger initiieren Signalrundlaufes eine mittlere Differenz aufweisen, deren Betrag maximal 20 Mikrosekunden ist.
  42. 42
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, mit einer Auswerteeinheit, die mit der Sende- und der Empfangseinheit verbunden ist und ausgebildet ist zum Ermitteln eines Rundlaufzeitabstandes ( T roundA1 , T roundB2 ) zwischen dem Anfrage-Sendezeitpunkt (T TA1 ,T TB2 ) eines von der Sendeeinheit ausgesandten Anfragedatenrahmens und dem Antwort-Empfangszeitpunkt (T RA1 ,T RB2 ) eines vom zweiten Senderempfänger her empfangenen Antwortdatenrahmens.
  43. 43
    Senderempfänger nach Anspruch 42, bei dem die Auswerteeinheit eine Datenverbindung zum zweiten Senderempfänger hat und zusätzlich ausgebildet ist, über die Sendeeinheit einen erfassten Antwortzeitabstand ( T replyA2 , T replyB1 ) und einen ermittelten Rundlaufzeitabstand (T roundA1 , T roundB2 ) an den zweiten Senderempfänger zu übertragen, oder über die Empfangseinheit einen erfassten Antwortzeitabstand ( T replyA2 , T replyB1 ) und einen ermittelten Rundlaufzeitabstand ( T roundA1 , T roundB2 ) auf Seiten des zweiten Senderempfängers zu empfangen, und eine Signallaufzeit T prop zwischen dem ersten und dem zweiten Senderempfänger anhand des oder der ermittelten Rundlaufzeitabstände und der Antwortzeitabstände zu ermitteln, und den räumlichen Abstand zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger durch Multiplikation der Signallaufzeit T prop mit einer vorbekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signalimpulse zu bestimmen.
  44. 44
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Sendeeinheit ausgebildet ist, den zweiten Anfragedatenrahmen zur Initiierung des zweiten Signalrundlaufes nach dem ersten Antwortdatenrahmen an den zweiten Senderempfänger zu senden.
  45. 45
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Sendeeinheit ausgebildet ist, am zweiten Anfrage-Sendezeitpunkt (T TB1 ) mit dem vorbestimmten Antwortzeitabstand ( T replyB1 , T replyA2 ) relativ zum ersten Empfangszeitpunkt (T RB1 ,) des ersten Anfragedatenrahmens an den zweiten Senderempfänger einen kombinierten Anfrage- und Antwortdatenrahmen auszusenden, der in einem einzigen Datenrahmen sowohl die Funktion eines ersten Antwortdatenrahmens als auch die Funktion eines zweiten Anfragedatenrahmens vereint, und bei dem die Empfangseinheit ausgebildet ist, den Empfang eines in Antwort auf den kombinierten Anfrage- und Antwortdatenrahmen vom zweiten Senderempfänger übersandten zweiten Antwortdatenrahmens zu überwachen und einen dem Empfang des zweiten Antwortdatenrahmens zugeordneten zweiten Antwort-Empfangszeitpunkt (T RB2 ) relativ zum zweiten Anfrage-Sendezeitpunkt (T TB1 ) zu erfassen.
  46. 46
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Sendeeinheit ausgebildet ist, Anfragedatenrahmen und Antwortdatenrahmen mit jeweils mehr als zwei Signalimpulsen auszusenden, und bei dem die Empfangseinheit ausgebildet ist, die Empfangszeitpunkte von mehr als zwei Signalimpulsen eines jeweiligen Anfrage- oder Antwortdatenrahmens zu erfassen.
  47. 47
    Senderempfänger nach Anspruch 46, bei dem die Sendeeinheit ausgebildet ist, Signalimpulse eines Anfrage- oder Antwort-Datenrahmens zu Sendezeitpunkten auszusenden, die relativ zu einem Zeitraster (R), das durch den senderseitig vorbestimmten Impulszeitabstand im auszusendenden Datenrahmen definiert ist, derart verschoben sind, dass die Signalimpulse im Mittel zu den durch das Zeitraster vorgegebenen Rasterzeitpunkten ausgesendet werden.
  48. 48
    Senderempfänger nach Anspruch 46 oder 47, bei dem die Empfangseinheit ausgebildet ist, Signalimpulse eines empfangenen Anfrage- oder Antwort-Datenrahmens relativ zu einem Zeitraster (R), das durch den Impulszeitabstand der empfangenen Signalimpulse definiert ist, derart zu verschieben, dass die verschobenen Signalimpulse im Mittel mit dem senderseitig vorbestimmten Impulszeitabstand empfangen werden.
  49. 49
    Senderempfänger nach Anspruch 48, bei dem die Empfangseinheit ausgebildet ist, nach Erfassung der Empfangszeitpunkte der Signalimpulse einen mittleren Empfangszeitpunkt bezüglich des Zeitrasters (R) zu ermitteln.
  50. 50
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Empfangseinheit ausgebildet ist, denjenigen Zeitpunkt zu ermitteln und als Empfangszeitpunkt eines Signalimpulses zu erfassen, bei dem ein detektierter Signalimpuls einen maximalen Signalgewinn oder einen maximalen Wert einer Korrelation mit einem vorbestimmten Signalmuster aufweist.
  51. 51
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Empfangseinheit ausgebildet ist, nach einer Bestimmung eines Anfrage- oder Antwort-Empfangszeitpunktes und vor einer nachfolgenden Bestimmung eines Anfrage- oder Antwort-Empfangszeitpunktes eines nächsten Anfrage- oder Antwortdatenrahmens einen zur Bestimmung von Sende- und Empfangszeitpunkten verwendeten Taktgenerator oder Oszillator neu zu starten.
  52. 52
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Empfangseinheit ausgebildet ist, ein Empfangssignal auf das Vorliegen einer auf eine Mehrwegeausbreitung eines einzelnen Signalimpulses zurückgehenden Impulsfolge zu prüfen und bei Vorliegen einer solchen Impulsfolge als Empfangszeitpunkt des Signalimpulses den frühesten Zeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters zu ermitteln, bei dem das Empfangssignal einen maximalen Wert annimmt.
  53. 53
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, der ausgebildet ist, mit dem zweiten Senderempfänger die Werte der Antwortzeitabstände ( T replyAk , T replyBi ) vor Aussendung eines Anfragedatenrahmens zu vereinbaren.
  54. 54
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, der ausgebildet ist, den Antwortzeitabstand zu messen.
  55. 55
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, der ausgebildet ist, mit dem zweiten Senderempfänger eine Folge von unterschiedlichen Werten von Antwortzeitabständen zu vereinbaren und bei Durchführung jeder nachfolgenden Abstandsbestimmung jeweils den nächsten in der Folge vorgegebenen Antwortzeitabstand einzuhalten.
  56. 56
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Sendeeinheit ausgebildet ist, die zur Abstandsbestimmung verwendeten Signalimpulse zugleich als Informationssymbole zu verwenden.
  57. 57
    Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41, bei dem die Sendeeinheit ausgebildet ist, erzeugte Signalimpulse in Form von Chirpimpulsen auszusenden und die Empfangseinheit ausgebildet ist, aus empfangenen Chirpimpulsen senderseitig erzeugte Signalimpulse zu rekonstruieren.
  58. 58
    Senderempfänger nach Anspruch 57, bei dem die Sendeeinheit ausgebildet ist, zwei komplementäre Typen von Chirpimpulsen auszusenden, die eine identische Mittenfrequenz und Impulsdauer, jedoch einen gegenläufigen und um die Mittenfrequenz symmetrischen, beim einen Chirpimpuls-Typ steigenden und beim anderen Chirpimpuls-Typ fallenden Frequenzgang während der Impulsdauer aufweisen, wobei zur Abstandsbestimmung die komplementären Chirpimpuls-Typen in einem Anfrage- oder Antwortdatenrahmen in jeweils gleicher Anzahl verwendet werden.
  59. 59
    Senderempfänger nach Anspruch 42, der ausgebildet ist, die Abstandsbestimmung nach einem vorbestimmbaren oder dynamisch veränderbaren Messzeitabstand zu wiederholen, und bei dem die Auswerteeinheit ausgebildet ist, durch Bildung einer Abstandsdifferenz nach einander ermittelter Abstandswerte zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger und anschließende Bildung eines Quotienten aus der Abstandsdifferenz und dem Messzeitabstand die Geschwindigkeit der Senderempfänger relativ zu einander zu ermitteln.
  60. 60
    Senderempfänger nach Anspruch 42, der ausgebildet ist, mit einem vorbestimmbaren oder dynamisch veränderbaren Geschwindigkeits-Messzeitabstand zwei Geschwindigkeitswerte zu ermitteln, und bei dem die Auswerteeinheit ausgebildet ist, durch Bildung einer Geschwindigkeitsdifferenz nach einander ermittelter Geschwindigkeitswerte und anschließende Bildung des Quotienten aus der Geschwindigkeitsdifferenz und dem Messzeitabstand die Beschleunigung der Senderempfänger relativ zu einander zu ermitteln.
  61. 61
    Anordnung zur Bestimmung des räumlichen Abstandes zwischen einem ersten Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41 und einem zweiten Senderempfänger nach Anspruch 40 oder 41 innerhalb eines Abstandsbereiches der Größenordnung von 10 km.
  62. 62
    Anordnung zur Bestimmung des räumlichen Abstandes zwischen einem ersten Senderempfänger nach Anspruch 42 und einem zweiten Senderempfänger nach Anspruch 42 innerhalb eines Abstandsbereiches der Größenordnung von 10 km.
  63. 63
    Anordnung nach Anspruch 61, mit einem dritten Senderempfänger, der ausgebildet ist zum Aufbau einer Datenverbindung zum ersten und zum zweiten Senderempfänger zur Übertragung von Rundlaufzeitabständen und Antwortzeitabständen an den dritten Senderempfänger, und der eine Abstandsbestimmungseinheit aufweist, die ausgebildet ist zum Aufbau einer Datenverbindung zum ersten und zum zweiten Senderempfänger zur Übertragung von Rundlaufzeitabständen und Antwortzeitabständen an die Abstandsbestimmungseinheit, - zum Ermitteln einer Signallaufzeit ( T prop ) zwischen dem ersten und dem zweiten Senderempfänger anhand der vom ersten und zweiten Senderempfänger ermittelten Rundlaufzeitabstände und der vom ersten und zweiten Senderempfänger erfassten Antwortzeitabstände und - zum Berechnen des räumlichen Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger durch Multiplikation der Signallaufzeit ( T prop ) mit einer vorbekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signalimpulse.
  64. 64
    Anordnung nach Anspruch 62, bei der der erste und zweite Senderempfänger ausgebildet sind, den ersten und zweiten Signalrundlauf mindestens zwei Mal durchzuführen, bis der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger von einer Anzahl Anfrage- und Antwortdatenrahmen durchlaufen worden ist, die ein Vielfaches von vier ist, sowie alle zusätzlichen Rundlaufabstände zu ermitteln und Antwortzeitabstände zu erfassen, wobei der erste und zweite Senderempfänger ausgebildet sind, Antwortzeitabstände T replyAk , k= 2, 4, 6, 8,..,(n-1) von T replyA2 bis T replyA(n-1) , und T replyBi , i = 1, 3, 5, 7, ...,(n-2) von T replyB1 bis T replyB(n-2) zu verwenden, die eine mittlere Differenz gemäß der Formel Δ ⁢ T Re plyAVG = T replyA ⁢ 2 - T replyB ⁢ 1 + .. + T replyA ⁢ n - 1 - T replyB ⁢ n - 2 n - 1 2 aufweisen, deren Betrag maximal 20 Mikrosekunden ist, und bei der die Auswerteeinheit des ersten Senderempfängers ausgebildet ist, nach wiederholter Durchführung der ersten Signalrundlauf-Schrittfolge zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundAi mit i= 3, 5, 7,...,(n-2) von T roudA3 bis T roundA(n-2) zu ermitteln, wobei n eine ungerade Zahl ist, und und die Auswerteeinheit des zweiten Senderempfängers ausgebildet ist, nach wiederholter Durchführung der zweiten Signalrundlauf-Schrittfolge zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundBk mit k= 4, 6, 8,..., (n-1) von T roundB4 bis T roundB(n-1) zu ermitteln.
  65. 65
    Anordnung mit zwei Senderempfängern nach Anspruch 45, bei der jeder Senderempfänger ausgebildet ist, mindestens zwei Signalrundläufe zu initiieren, bis der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Senderempfänger von einer ungeraden Anzahl n>3 Anfrage- und Antwortdatenrahmen durchlaufen worden ist, sowie alle zusätzlichen Rundlaufabstände zu ermitteln und Antwortzeitabstände zu erfassen, wobei der erste oder zweite Senderempfänger ausgebildet sind, - nach wiederholter Durchführung der ersten Signalrundlauf-Schrittfolge zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundAi mit i= 3, 5, 7,...,(n-2), von T roundA3 bis T roundA(n-2) zu ermitteln und - nach wiederholter Durchführung der zweiten Signalrundlauf-Schrittfolge zusätzliche Rundlaufzeitabstände T roundBk , mit k = 4, 6, 8,..., (n-1), von T roundB4 bis T roundB(n-1) zu ermitteln, - wobei der erste und zweite Senderempfänger ausgebildet sind, Antwortzeitabstände T replyAk , k= 2, 4, 6, 8,...,(n-1) von T replyA2 bis T replyA(n-1) , T replyBi , i= 1, 3, 5, 7,..., (n-2) von T replyB1 bis T replyB(n-2) zu verwenden, die eine mittlere Differenz gemäß der Formel Δ ⁢ T Re plyAVG = T replyA ⁢ 2 - T replyB ⁢ 1 + .. + T replyA ⁢ n - 1 - T replyB ⁢ n - 2 n - 1 2 aufweisen, deren Betrag maximal 20 Mikrosekunden ist.
  66. 66
    Anordnung nach Anspruch 62, mit mindestens einem zusätzlichen Kalibrier-Senderempfänger, der ein Senderempfänger nach Anspruch 42 ist und der mit vorbekanntem Abstand zum ersten oder zweiten Senderempfänger angeordnet ist und der einen dem ersten oder zweiten Senderempfänger bekannten oder jeweils zu übermittelnden Antwortzeitabstand verwendet, bei der erste oder der zweite oder beide Senderempfänger ausgebildet sind, vor einem ersten Signalrundlauf im Rahmen der Abstandsbestimmung zum jeweils anderen Senderempfänger mindestens ein Signalrundlaufpaar zur Abstandsbestimmung vom Kalibrier-Sender-Empfänger durchführen, und bei dem der erste oder zweite Senderempfänger ausgebildet ist, den so ermittelten und den vorbekannten räumlichen Abstand zum Kalibrier-Sender-Empfänger zu vergleichen und das Vergleichsergebnis im Rahmen der nachfolgenden Abstandsbestimmung zur Fehlerkorrektur des dort ermittelten Abstandswertes zu verwenden.
  67. 67
    Anordnung nach Anspruch 66, bei der erste oder der zweite Senderempfänger oder beide Senderempfänger ausgebildet sind, während der Durchführung einer Abstandsbestimmung oder im Zeitabstand der Größenordnung einer Sekunde davor oder danach entweder eine aktuelle Temperatur am Ort eines jeweiligen Senderempfängers oder eine aktuelle Versorgungsspannung eines jeweiligen Senderempfängers oder sowohl die aktuelle Temperatur als auch die aktuelle Versorgungsspannung zu messen.
  68. 68
    Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 61 bis 67, bei der eine in einem Senderempfänger eine Datenbankeinheit vorgesehen ist, die ausgebildet ist, Taktgeneratorfehler von Senderempfängern anhand einer zuvor durchgeführten Abstandsbestimmung zu ermitteln und abzuspeichern, - bei der der erste und der zweite Senderempfänger ausgebildet sind, nach Ermittlung ihrer Taktgeneratorfehler erfolgende Abstandsbestimmungen abweichend von der Verfahrensführung des Anspruchs 1 mit nur einem einzigen Signalrundlauf und einem Auswerteschritt durchzuführen, - und bei der die Auswerteeinheit der Senderempfänger ausgebildet ist, im Auswerteschritt eine Verfälschung eines nach einem einzigen Signalrundlauf vorläufig ermittelten Abstandswertes unter Zugriff auf den zuvor von der Datenbankeinheit abgespeicherten Taktgeneratorfehler des beteiligten Senderempfängers für eine endgültige Ermittlung des Abstandswertes herauszurechnen.
Independent claims68