DE102020200422A1 - Determination of propagation delays of satellite signals - Google Patents

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    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
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Abstract

Um ein Verfahren (60) zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen (d) von Satellitensignalen (S) durch Reflektionen an Gebäuden (20) zu schaffen, welches technisch einfach und zuverlässig ist, wird vorgeschlagen, von mindestens einem Satelliten (30) mindestens ein Satellitensignal (S) mit einer Zeitinformation und einer Positionsinformation durch einen Empfänger (40) zu empfangen, basierend auf dem mindestens einen empfangenen Satellitensignal (S) eine Anzahl (N) von empfangbaren Satelliten (30) zu ermitteln, welche mit dem Empfänger (40) kommunizieren, und durch ein quadratisches Modell (50) aus der Anzahl (N) der empfangbaren Satelliten (30) eine durchschnittliche Laufzeitverzögerung (dm) von Satellitensignalen (S) zu berechnen.

Figure DE102020200422A1_0000
In order to create a method (60) for determining transit time delays (d) of satellite signals (S) by reflections on buildings (20), which is technically simple and reliable, it is proposed that at least one satellite signal (S ) to receive time information and position information by a receiver (40), based on the at least one received satellite signal (S), to determine a number (N) of receivable satellites (30) which communicate with the receiver (40), and using a quadratic model (50) from the number (N) of receivable satellites (30) to calculate an average propagation delay (dm) of satellite signals (S).
Figure DE102020200422A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen von Satellitensignalen durch Reflektionen an Gebäuden, ein satellitenbasiertes Verfahren zum Berechnen von einer Position eines Empfängers sowie einen Empfänger für Satellitensignale.The invention relates to a method for determining transit time delays of satellite signals due to reflections on buildings, a satellite-based method for calculating a position of a receiver and a receiver for satellite signals.

Stand der TechnikState of the art

Für die Positionsbestimmung in offenen bzw. nicht überdachten Gebieten werden üblicherweise GNSS (Global Navigation Satellite Systems) -basierte Verfahren eingesetzt. Hierfür werden von einem Empfänger mehrere Satellitensignale empfangen und dekodiert, um eine Position der Satelliten und die Laufzeit der Satellitensignale von den Satelliten zum Empfänger zu ermitteln. Die dekodierten Entfernungen zwischen dem Empfänger und den Satelliten werden als sogenannte Pseudoentfernungen definiert, da diese aufgrund von Fehlern und Messunsicherheiten als eine Näherung an die tatsächliche Entfernung zu verstehen sind.For position determination in open or uncovered areas, GNSS (Global Navigation Satellite Systems) -based methods are usually used. For this purpose, several satellite signals are received and decoded by a receiver in order to determine the position of the satellites and the transit time of the satellite signals from the satellites to the receiver. The decoded distances between the receiver and the satellites are defined as so-called pseudo-distances, since these are to be understood as an approximation of the actual distance due to errors and measurement uncertainties.

Durch die Kenntnis der Pseudoentfernungen kann die Navigationsgleichung gelöst und der Empfänger anhand des Resultats der Navigationsgleichung lokalisiert werden. Die Navigationsgleichung kann beispielsweise durch einen erweiterten Kalman-Filter gelöst werden.By knowing the pseudo-distances, the navigation equation can be solved and the receiver can be located on the basis of the result of the navigation equation. The navigation equation can be solved, for example, by an extended Kalman filter.

In Gebieten mit hohen Gebäuden, wie beispielsweise Stadtzentren, können die Satellitensignale an Wänden von Gebäuden reflektiert und anschließend von dem Empfänger empfangen werden. Üblicherweise kann ein direktes Satellitensignal und ein oder mehrere reflektierte Satellitensignale von einem Empfänger in städtischen Gebieten empfangen werden. Derartige Reflektionen verursachen Verzögerungen der Laufzeit der Satellitensignale und verfälschen die ermittelten Pseudoentfernungen zwischen den jeweiligen Satelliten und dem Empfänger. Derartige Verzögerungen führen auch zu einer fehlerhaft ermittelten Position des Empfängers als Resultat der Navigationsgleichung.In areas with tall buildings, such as city centers, the satellite signals can be reflected on the walls of buildings and then received by the receiver. Typically, a direct satellite signal and one or more reflected satellite signals can be received by a receiver in urban areas. Such reflections cause delays in the transit time of the satellite signals and falsify the determined pseudo-distances between the respective satellite and the receiver. Such delays also lead to an incorrectly determined position of the receiver as a result of the navigation equation.

Die Wahrscheinlichkeit für Reflektionen von Satellitensignalen hängt von unterschiedlichen Faktoren, wie beispielsweise Gebäudehöhe, Gebiet und Position des Empfängers, Oberfläche der Gebäudewände und dergleichen, ab. Insbesondere kann die Abschätzung von Verzögerungen der Laufzeiten durch Reflektionen fehlerbehaftet sein, wodurch eine Korrektur der ermittelten Position des Empfängers erschwert wird.The likelihood of reflections from satellite signals depends on various factors, such as building height, area and position of the receiver, surface of the building walls and the like. In particular, the estimation of delays in the transit times due to reflections can be faulty, which makes a correction of the determined position of the receiver more difficult.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum technisch einfachen und zuverlässigen Ermitteln von Laufzeitverzögerungen zu schaffen.The invention is based on the object of creating a method for the technically simple and reliable determination of transit time delays.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the features specified in claim 1. Further advantageous refinements of the invention are described in the subclaims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen von Satellitensignalen durch Reflektionen an Gebäuden bereitgestellt. Das Verfahren kann vorzugsweise durch eine Vorrichtung, wie beispielsweise einen Empfänger, durchgeführt werden und auf einem satellitengestützten System basieren.According to one aspect of the invention, a method for determining propagation delays of satellite signals by reflections on buildings is provided. The method can preferably be carried out by a device such as a receiver and can be based on a satellite-based system.

In einem Schritt wird von mindestens einem Satelliten mindestens ein Satellitensignal mit einer Zeitinformation und einer Positionsinformation durch den Empfänger empfangen. Die Positionsinformation ist hierbei als eine Satellitenposition ausgestaltet. Die Satellitensignale können bei Bedarf bzw. auf Anfrage oder kontinuierlich von einem oder mehreren Satelliten ausgesendet werden.In a step, at least one satellite signal with time information and position information is received by the receiver from at least one satellite. The position information is designed here as a satellite position. The satellite signals can be transmitted by one or more satellites as required or on request or continuously.

Basierend auf dem mindestens einen empfangenen Satellitensignal wird eine Anzahl von Satelliten ermittelt, welche mit dem Empfänger kommunizieren. Die mit dem Empfänger kommunizierenden Satelliten senden Satellitensignale aus, welche von dem Empfänger direkt oder indirekt empfangbar sind.A number of satellites which communicate with the receiver is determined based on the at least one received satellite signal. The satellites communicating with the receiver transmit satellite signals which can be received directly or indirectly by the receiver.

In einem weiteren Schritt wird durch ein quadratisches Modell aus der Anzahl der kommunizierenden Satelliten eine durchschnittliche Laufzeitverzögerung von Satellitensignalen berechnet.In a further step, an average transit time delay of satellite signals is calculated from the number of communicating satellites using a quadratic model.

Durch das quadratische Modell kann eine technisch einfache und robuste Näherung bereitgestellt werden, welche ein präzises Ermitteln der durchschnittlichen Laufzeitverzögerung ermöglicht. Insbesondere kann dabei eine durchschnittliche Laufzeitverzögerung einer Laufzeitverzögerungsverteilung ermittelt werden, welche zu unterschiedlichen Tageszeiten, unterschiedlichen den Empfänger umgebenden Gebäudehöhen und dergleichen auftreten kann. Zum Berechnen der Laufzeitverzögerung mittels des quadratischen Modells ist im Wesentlichen die Anzahl der empfangbaren Satelliten ausschlaggebend.The quadratic model makes it possible to provide a technically simple and robust approximation which enables the average propagation delay to be determined precisely. In particular, an average propagation delay of a propagation delay distribution can be determined, which can occur at different times of the day, different building heights surrounding the receiver and the like. To calculate the propagation delay using the quadratic model, the number of satellites that can be received is essentially decisive.

Basierend auf einer derart vereinfachten Ermittlung der durchschnittlichen Laufzeitverzögerung kann eine Positionsbestimmung des Empfängers korrigiert und präziser bestimmt werden. Es können gemäß einem Aspekt der Erfindung Empfänger mit einer höheren Genauigkeit bereitgestellt werden.Based on such a simplified determination of the average transit time delay, a position determination of the receiver can be corrected and determined more precisely. It can according to one aspect of the invention receivers with a higher accuracy are provided.

Ein derartiger Empfänger kann beispielsweise ein fahrzeugseitiger Empfänger sein. Der Empfänger kann Satellitensignale empfangen und ist dazu eingerichtet, das Verfahren zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen von Satellitensignalen durch Reflektionen an Gebäuden auszuführen.Such a receiver can, for example, be a vehicle-mounted receiver. The receiver can receive satellite signals and is set up to carry out the method for determining transit time delays of satellite signals by reflections on buildings.

Die ermittelten durchschnittlichen Laufzeitverzögerungen können dazu eingesetzt werden, eine Laufzeitverzögerungsverteilung zu bestimmen, bei welcher die durchschnittliche Laufzeitverzögerung und eine Anzahl von Reflektionen entlang von Gebäuden die Form beeinflussen.The determined average propagation delays can be used to determine a propagation delay distribution in which the average propagation delay and a number of reflections along buildings influence the shape.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das quadratische Modell als eine Regression zweiter Ordnung ausgestaltet. Vorzugsweise wird die durchschnittliche Laufzeitverzögerung von Satellitensignalen durch die folgende Formel berechnet: d m = c 2 * N 2 + c 1 * N + c 0

Figure DE102020200422A1_0001
According to an advantageous embodiment, the quadratic model is designed as a second order regression. The average propagation delay of satellite signals is preferably calculated using the following formula: d m = c 2 * N 2 + c 1 * N + c 0
Figure DE102020200422A1_0001

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Formel d m = 0,23 N 2 + 5,08 N 4,08

Figure DE102020200422A1_0002
verwendet.According to a further preferred embodiment, the formula d m = - 0.23 N 2 + 5.08 N - 4.08
Figure DE102020200422A1_0002
used.

Dabei entspricht dm der durchschnittlichen Laufzeitverzögerung einer absoluten bzw. tatsächlichen Laufzeitverzögerung d, welche als eine Laufzeitverzögerungsverteilung ausgestaltet ist. Die Anzahl der vom Empfänger empfangbaren Satelliten N ist hierbei ausschlaggebend.Here, d m corresponds to the average propagation delay of an absolute or actual propagation delay d, which is designed as a propagation delay distribution. The number of satellites N that can be received by the receiver is decisive here.

Die Laufzeitverzögerung kann besonders präzise bei der Positionsberechnung berücksichtigt werden, wenn eine absolute bzw. tatsächliche Laufzeitverzögerung als eine Gammaverteilung mit der durchschnittlichen Laufzeitverzögerung als Formparameter und einem Skalenparameter berechnet wird.The transit time delay can be taken into account particularly precisely when calculating the position if an absolute or actual transit time delay is calculated as a gamma distribution with the average transit time delay as a shape parameter and a scale parameter.

Im Weiteren ist zu erwähnen, dass bei derzeit im Betrieb befindlichen GNSS-Systemen keine 2-Wege-Kommunikation möglich ist. Dies ist auch aus Datenschutz-Gründen fraglich.It should also be mentioned that no two-way communication is possible with the GNSS systems currently in operation. This is also questionable for data protection reasons.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Anzahl als ein prozentualer Anteil der Anzahl empfangener Satelliten von einer Anzahl von sichtbaren Satelliten berechnet. Die Anzahl sichtbarer Satelliten ist abhängig von der geographischen Position. Beispielsweise sind am Äquator mehr Satelliten verfügbar als am Nordpol oder Südpol. Die Anzahl der sichtbaren Satelliten ist vom satellitengestützten System abhängig. Das GPS hat beispielsweise 31 Satelliten, welche bei einer Kombination mit GLONASS um weitere 24 Satelliten erweitert werden können. Entsprechend können Satelliten für Galileo und BeiDou herangezogen werden.In a further embodiment, the number is calculated as a percentage of the number of satellites received from a number of visible satellites. The number of visible satellites depends on the geographical position. For example, there are more satellites available at the equator than at the North Pole or South Pole. The number of visible satellites depends on the satellite-based system. The GPS has 31 satellites, for example, which can be expanded by a further 24 satellites when combined with GLONASS. Accordingly, satellites can be used for Galileo and BeiDou.

Die für den Empfänger sichtbaren Satelliten sind derart relativ zum Empfänger ausgerichtet, dass eine zumindest theoretische Kommunikation möglich ist. Dabei können Satellitensignale direkt zwischen einem sichtbaren Satelliten und dem Empfänger ausgetauscht werden, sofern keine Hindernisse die Übertragung der Satellitensignale verhindern. Die Satellitensignale können unidirektional oder bidirektional übertragen werden.The satellites visible to the receiver are oriented relative to the receiver in such a way that at least theoretical communication is possible. Satellite signals can be exchanged directly between a visible satellite and the receiver, provided that there are no obstacles preventing the transmission of the satellite signals. The satellite signals can be transmitted unidirectionally or bidirectionally.

Die empfangbaren bzw. kommunizierenden Satelliten entsprechen derartigen Satelliten, welche eine direkte oder indirekte Übertragung von Satellitensignalen ermöglichen. Hierzu gehören auch an Gebäuden reflektierte Satellitensignale.The receivable or communicating satellites correspond to satellites that enable direct or indirect transmission of satellite signals. This also includes satellite signals reflected off buildings.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel entspricht der Skalenparameter der Gammaverteilung einer Anzahl von Reflektionen eines Satellitensignals an Gebäuden. Vorzugsweise wird als Skalenparameter eine natürliche Zahl zwischen 0 und 3, einschließlich 0 und 3 eingesetzt. Insbesondere kann für den Skalenparameter eine dominierende Anzahl von Reflektionen verwendet werden, welche üblicherweise eins sein kann. Je nach Position des Empfängers und der Beschaffenheit der Umgebung des Empfängers kann eine beliebige Anzahl von empfangenen Satelliten vorliegen.According to a further exemplary embodiment, the scale parameter of the gamma distribution corresponds to a number of reflections of a satellite signal on buildings. A natural number between 0 and 3, including 0 and 3, is preferably used as the scale parameter. In particular, a dominant number of reflections can be used for the scale parameter, which can usually be one. Depending on the position of the receiver and the nature of the surroundings of the receiver, there can be any number of received satellites.

Die Anzahl der empfangbaren Satelliten kann basierend auf den empfangenen Satellitensignalen ermittelt werden. Alternativ kann die Anzahl der „sichtbaren“ Satelliten für den Empfänger bekannt sein.The number of receivable satellites can be determined based on the received satellite signals. Alternatively, the number of "visible" satellites for the receiver can be known.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein satellitenbasiertes Verfahren zum Berechnen einer Position eines Empfängers bereitgestellt. Es werden durch Reflektionen an Gebäuden verursachte Laufzeitverzögerungen von Satellitensignalen ermittelt und zum Durchführen einer Korrektur der ermittelten Position verwendet. Die Laufzeitverzögerungen können durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen von Satellitensignalen durch Reflektionen an Gebäuden ermittelt werden. According to a further aspect of the invention, a satellite-based method for calculating a position of a receiver is provided. Runtime delays of satellite signals caused by reflections on buildings are determined and used to correct the determined position. The transit time delays can be determined by the method according to the invention for determining transit time delays of satellite signals through reflections on buildings.

Beispielsweise können beide erfindungsgemäße Verfahren durch den Empfänger durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Korrektur der ermittelten Positionen durch eine externe Servereinheit, wie beispielsweise eine Cloud, basierend auf ermittelten Laufzeitverzögerungen von mindestens einem Empfänger umgesetzt werden.For example, both methods according to the invention can be carried out by the recipient. Alternatively or additionally, the correction of the determined positions can be based on an external server unit, such as a cloud implemented on determined transit time delays by at least one recipient.

Durch das Verfahren können ermittelte Positionen von Empfängern in städtischen Gebieten schnell und effizient korrigiert werden.The method enables the determined positions of receivers in urban areas to be corrected quickly and efficiently.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die durchschnittliche Laufzeitverzögerung (dm) von Satellitensignalen (S) bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Umweglänge oder einer Umweglaufzeit eines über einen Umweg empfangenen Navigationssignals eingesetzt. Bei dem Verfahren zur Bestimmung der Umweglänge und/oder Umweglaufzeit eines mit einem Empfänger über einen durch eine Reflexion bedingten Umweg empfangenen Satellitensignals gegenüber einem auf direktem Wege empfangenen Satellitensignal enthält das vom Empfänger erfasste Empfangssignal bzw. Satellitensignal eine Überlagerung eines ersten Signalanteils aus dem direkt empfangenen Satellitensignal und einen zweiten Signalanteil aus dem über den Umweg empfangenen Satellitensignal. Bevorzugterweise werden mindestens zwei Satellitensignale unterschiedlicher Übertragungsfrequenz, welche von ein- und demselben Satelliten ausgestrahlt werden, vom Empfänger empfangen, wobei zur Bestimmung der Umweglänge und/oder Umweglaufzeit die Signalleistungen der mindestens zwei empfangenen Satellitensignale ausgewertet werden. Die Umweglänge oder einer Umweglaufzeit können der Laufzeitverzögerung entsprechen. Hierdurch ist eine Berechnung der Umweglänge oder der Umweglaufzeit anhand der Anzahl der empfangbaren Satelliten möglich, wodurch das Verfahren zur Bestimmung einer Umweglänge oder einer Umweglaufzeit eines über einen Umweg empfangenen Navigationssignals vereinfacht werden kann.In a further advantageous embodiment, the average propagation delay (d m ) of satellite signals ( S. ) used in a method for determining a detour length or a detour transit time of a navigation signal received via a detour. In the method for determining the detour length and / or detour transit time of a satellite signal received with a receiver via a detour caused by a reflection compared to a directly received satellite signal, the received signal or satellite signal detected by the receiver contains a superimposition of a first signal component from the directly received satellite signal and a second signal component from the satellite signal received via the detour. Preferably, at least two satellite signals of different transmission frequencies, which are broadcast by one and the same satellite, are received by the receiver, the signal powers of the at least two received satellite signals being evaluated to determine the detour length and / or detour transit time. The detour length or a detour transit time can correspond to the transit time delay. This makes it possible to calculate the detour length or the detour transit time based on the number of receivable satellites, whereby the method for determining a detour length or a detour transit time of a navigation signal received via a detour can be simplified.

Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen von Satellitensignalen durch Reflektionen an Gebäuden gemäß einer Ausführungsform,
  • 2 ein Diagramm eines quadratischen Modells zum Berechnen einer durchschnittlichen Laufzeitverzögerung,
  • 3 schematische Diagramme zum Veranschaulichen von Gammaverteilungen als Laufzeitverzögerungen, und
  • 4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines satellitenbasierten Verfahrens zum Berechnen von einer Position eines Empfängers.
Several exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an arrangement for illustrating a method according to the invention for determining transit time delays of satellite signals by reflections on buildings according to an embodiment,
  • 2 a diagram of a quadratic model for calculating an average propagation delay,
  • 3 schematic diagrams to illustrate gamma distributions as propagation delays, and
  • 4th a schematic flow diagram of a satellite-based method for calculating a position of a receiver.

In der 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung 10 zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen von Satellitensignalen S durch Reflektionen an Gebäuden 20 gemäß einer Ausführungsform gezeigt.In the 1 Figure 3 is a schematic representation of an arrangement 10 to illustrate a method according to the invention for determining transit time delays of satellite signals S. through reflections on buildings 20th shown according to one embodiment.

Die Laufzeitverzögerungen treten auf, wenn Satellitensignale S an Gebäuden 20 reflektiert und somit einen größeren Weg dR gegenüber einer direkten Signalübertragung zurücklegen. In der 1 ist die zusätzliche Wegstrecke dR verdeutlicht, welche eine Laufzeitverzögerung zur Folge hat.The propagation delays occur when satellite signals S. on buildings 20th reflected and thus cover a greater distance dR compared to direct signal transmission. In the 1 the additional distance dR is made clear, which results in a delay in transit time.

Die Satellitensignale S werden von Satelliten 30 kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen ausgesendet. Die Satellitensignale S können von Empfängern 40 empfangen und ausgewertet werden. Beispielsweise kann ein Empfänger 40 auf einem Fahrzeug 41 montiert sein, um eine Position des Fahrzeugs zu bestimmen. Hierzu können Pseudoentfernungen E zwischen dem Empfänger 40 und Satelliten 30 aus Laufzeitmessungen der Satellitensignale S ermittelt werden.The satellite signals S. are from satellites 30th sent out continuously or at regular time intervals. The satellite signals S. can of recipients 40 can be received and evaluated. For example, a recipient can 40 on a vehicle 41 be mounted to determine a position of the vehicle. For this purpose, pseudo-distances E between the receiver 40 and satellites 30th from time-of-flight measurements of the satellite signals S. be determined.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Empfänger 40 auf einem Dach des Fahrzeugs 41 angeordnet. Das Fahrzeug 41 kann sich mit einer Geschwindigkeit bewegen oder unbeweglich abgestellt sein.In the illustrated embodiment, the receiver is 40 on a roof of the vehicle 41 arranged. The vehicle 41 can move at one speed or be parked immobile.

Abhängig von der Position des Fahrzeugs 41 auf der Welt können die Satellitensignale S unter abweichenden Empfangswinkeln θ empfangen werden. Mit abnehmendem Winkel θ und zunehmender Höhe µ von Gebäuden 20 kann eine Anzahl von Reflektionen, welche auch als Skalenfaktor dient, steigen.Depending on the position of the vehicle 41 in the world can use the satellite signals S. can be received at different reception angles θ. With decreasing angle θ and increasing height µ of buildings 20th a number of reflections, which also serves as a scale factor, can increase.

Der Empfänger 40 des Fahrzeugs 41 kann selbstständig oder in Kombination mit einer optionalen Steuereinheit 42 die Satellitensignale S empfangen und dekodieren. Dabei können beispielsweise Zeitinformation und Positionsinformation von einem oder mehreren Satelliten 30 empfangen werden.Recipient 40 of the vehicle 41 can be used independently or in combination with an optional control unit 42 the satellite signals S. receive and decode. For example, time information and position information from one or more satellites can be used 30th be received.

Die 2 zeigt ein Diagramm eines quadratischen Modells zum Berechnen einer durchschnittlichen Laufzeitverzögerung dm. Die durchschnittliche Laufzeitverzögerung dm kann durch eine Regression 50 zweiter Ordnung angenähert werden. Die folgende Kurve bildet mehrere gemessene durchschnittliche Laufzeitverzögerungen 51 ab. Die jeweiligen gemessenen Laufzeitverzögerungen 51 wurden bei einer unterschiedlichen Anzahl von für den Empfänger 40 sichtbaren Satelliten 30 in unterschiedlichen Umgebungen U des Empfängers 40 ermittelt und durch die Regression 50 zweiter Ordnung angenähert.The 2 FIG. 13 shows a diagram of a quadratic model for calculating an average propagation delay d m . The average propagation delay d m can be determined by a regression 50 second order can be approximated. The following curve forms several measured average propagation delays 51 from. The respective measured transit time delays 51 were at a different number of for the recipient 40 visible satellites 30th in different environments U Recipient 40 and determined by the regression 50 second order approximated.

Die Regression 50 zweiter Ordnung kann als ein quadratisches Modell eingesetzt werden und weist die folgende Gleichung auf: d m = c 2 * N 2 + c 1 * N + c 0

Figure DE102020200422A1_0003
wobei bevorzugterweise folgende Werte angenommen werden können: c 0 = 4,08
Figure DE102020200422A1_0004
c 1 = 5,08
Figure DE102020200422A1_0005
c 2 = 0,23
Figure DE102020200422A1_0006
The regression 50 second order can be used as a quadratic model and has the following equation: d m = c 2 * N 2 + c 1 * N + c 0
Figure DE102020200422A1_0003
where the following values can preferably be assumed: c 0 = - 4.08
Figure DE102020200422A1_0004
c 1 = 5.08
Figure DE102020200422A1_0005
c 2 = - 0.23
Figure DE102020200422A1_0006

Dabei kann anhand der Gleichung die durchschnittliche Laufzeitverzögerung dm allein anhand der für den Empfänger 40 bekannten Anzahl N von sichtbaren Satelliten 30 berechnet werden.Using the equation, the average propagation delay d m can be calculated solely on the basis of that for the receiver 40 known number N of visible satellites 30th be calculated.

In der 3 sind schematische Diagramme zum Veranschaulichen von Gammaverteilungen ┌ als Laufzeitverzögerungen d bzw. Laufzeitverzögerungsverteilungen dargestellt. Zum Verdeutlichen wurde bei allen Diagrammen ein Skalenfaktor von eins verwendet, welcher einer Reflektion an einem Gebäude 20 entspricht.In the 3 schematic diagrams are shown to illustrate gamma distributions dargestellt as propagation delays d or propagation delay distributions. For clarification, a scale factor of one was used in all diagrams, which is a reflection on a building 20th corresponds to.

Die Diagramme zeigen beispielhafte Gammaverteilungen ┌ für unterschiedliche durchschnittliche Gebäudehöhen µh in der Umgebung U des Empfängers 40. Die durchschnittliche Gebäudehöhe µh berücksichtigt alle Gebäude 20 in der Umgebung U des Empfängers 40 und kann für eine Umgebung U als eine charakteristische Gebäudehöhe definiert werden.The diagrams show exemplary gamma distributions ┌ for different average building heights µh in the area U Recipient 40 . The average building height µh takes into account all buildings 20th in the neighborhood U Recipient 40 and can for an environment U can be defined as a characteristic building height.

Es ist erkennbar, dass bei zunehmender durchschnittlicher Gebäudehöhe µh in der Umgebung U des Empfängers 40 die durchschnittliche Laufzeitverzögerung dm abnimmt.It can be seen that with increasing average building height µh in the area U Recipient 40 the average propagation delay d m decreases.

Die 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines satellitenbasierten Verfahrens 60 zum Berechnen von einer Position eines Empfängers 40. Das Verfahren 60 dient zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen d von Satellitensignalen S durch Reflektionen an Gebäuden 20 und kann zum Korrigieren von ermittelten Positionen des Empfängers 40 herangezogen werden.The 4th shows a schematic flow diagram of a satellite-based method 60 for calculating a position of a receiver 40 . The procedure 60 is used to determine propagation delays d of satellite signals S. through reflections on buildings 20th and can be used to correct determined positions of the receiver 40 can be used.

In einem Schritt 61 wird von mindestens einem Satelliten 30 mindestens ein Satellitensignal S mit einer Zeitinformation und einer Positionsinformation durch den Empfänger 40 empfangen.In one step 61 is from at least one satellite 30th at least one satellite signal S. with time information and position information by the receiver 40 receive.

Basierend auf dem mindestens einen empfangenen Satellitensignal S wird in einem weiteren Schritt 62 eine Anzahl N von Satelliten 30 ermittelt, welche mit dem Empfänger 40 kommunizieren.Based on the at least one received satellite signal S. will be in a further step 62 a number N of satellites 30th determines which one with the recipient 40 communicate.

Anschließend wird durch ein quadratisches Modell bzw. die Regression 50 zweiter Ordnung aus der Anzahl N der kommunizierenden Satelliten 30 eine durchschnittliche Laufzeitverzögerung dm von Satellitensignalen S berechnet 63. Then a quadratic model or regression 50 second order from the number N of communicating satellites 30th an average propagation delay d m of satellite signals S. calculated 63.

In einem weiteren Schritt 64 kann basierend auf der durchschnittlichen Laufzeitverzögerung dm von Satellitensignalen S die Gammaverteilung ┌ als Laufzeitverzögerungsverteilung bestimmt werden.In a further step 64 can be based on the average propagation delay d m of satellite signals S. the gamma distribution ┌ can be determined as the propagation delay distribution.

Die Gammaverteilung ┌ kann in einem anschließenden Schritt 65 zum Korrigieren von Pseudoentfernungen E zwischen dem Empfänger 40 und Satelliten 30 herangezogen werden.The gamma distribution ┌ can be carried out in a subsequent step 65 for correcting pseudoranges E between the receiver 40 and satellites 30th can be used.

Das dargestellte Verfahren kann vorteilhaft mit dem bereits angemeldeten Verfahren gemäß DE 10 2019 216 164.2 oder mit anderen Verfahren zur Berechnung der Umweglänge in Urban Canyons kombiniert werden, weil dadurch Mehrdeutigkeiten vermieden werden können.The method shown can advantageously be compared with the method already registered in accordance with DE 10 2019 216 164.2 or can be combined with other methods for calculating the detour length in urban canyons, because this avoids ambiguities.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102019216164 [0049]DE 102019216164 [0049]

Claims (10)

Verfahren (60) zum Ermitteln von Laufzeitverzögerungen (d) von Satellitensignalen (S) durch Reflektionen an Gebäuden (20), wobei - von mindestens einem Satelliten (30) mindestens ein Satellitensignal (S) mit einer Zeitinformation und einer Positionsinformation durch einen Empfänger (40) empfangen wird, - basierend auf dem mindestens einen empfangenen Satellitensignal (S) eine Anzahl (N) von empfangbaren Satelliten (30) ermittelt wird, welche mit dem Empfänger (40) kommunizieren, - durch ein quadratisches Modell (50) aus der Anzahl (N) der empfangbaren Satelliten (30) eine durchschnittliche Laufzeitverzögerung (dm) von Satellitensignalen (S) berechnet wird.Method (60) for determining transit time delays (d) of satellite signals (S) due to reflections on buildings (20), wherein - from at least one satellite (30) at least one satellite signal (S) with time information and position information by a receiver (40 ) is received, - based on the at least one received satellite signal (S), a number (N) of receivable satellites (30) is determined which communicate with the receiver (40), - by a square model (50) from the number ( N) of the receivable satellites (30) an average propagation delay (d m ) of satellite signals (S) is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das quadratische Modell (50) als eine Regression zweiter Ordnung ausgestaltet ist und die durchschnittliche Laufzeitverzögerung (dm) von Satellitensignalen (S) durch die Formel d m = c 2 * N 2 + c 1 * N + c 0
Figure DE102020200422A1_0007
berechnet wird.
Procedure according to Claim 1 , wherein the quadratic model (50) is designed as a second order regression and the average propagation delay (d m ) of satellite signals (S) by the formula d m = c 2 * N 2 + c 1 * N + c 0
Figure DE102020200422A1_0007
is calculated.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Koeffizienten wie folgt definiert sind: c 0 = 4,08 ;  c 1 = 5,08 ;  c 2 = 0,23.
Figure DE102020200422A1_0008
Procedure according to Claim 2 , where the coefficients are defined as follows: c 0 = - 4.08 ; c 1 = 5.08 ; c 2 = - 0.23.
Figure DE102020200422A1_0008
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl (N) als ein prozentualer Anteil der Anzahl empfangener Satelliten (30) von einer Anzahl von sichtbaren Satelliten (30) berechnet wird.Procedure according to Claim 1 or 2 wherein the number (N) is calculated as a percentage of the number of received satellites (30) from a number of visible satellites (30). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Laufzeitverzögerung (d) als eine Gammaverteilung (┌) mit der durchschnittlichen Laufzeitverzögerung (dm) als Formparameter und einem Skalenparameter berechnet wird.Method according to one of the Claims 1 to 3 , wherein a propagation delay (d) is calculated as a gamma distribution (┌) with the average propagation delay (d m ) as a shape parameter and a scale parameter. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Skalenparameter der Gammaverteilung (┌) einer Anzahl von Reflektionen eines Satellitensignals (S) an Gebäuden (20) entspricht, wobei als Skalenparameter eine natürliche Zahl zwischen 0 und 3, einschließlich 0 und 3 eingesetzt wird.Procedure according to Claim 4 , the scale parameter of the gamma distribution (┌) corresponding to a number of reflections of a satellite signal (S) on buildings (20), a natural number between 0 and 3, including 0 and 3, being used as the scale parameter. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die durchschnittliche Laufzeitverzögerung (dm) von Satellitensignalen (S) bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Umweglänge oder einer Umweglaufzeit eines über einen Umweg empfangenen Navigationssignals eingesetzt wird.Method according to one of the Claims 1 to 5 , the average transit time delay (d m ) of satellite signals (S) being used in a method for determining a detour length or a detour transit time of a navigation signal received via a detour. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das dargestellte Verfahren vorteilhaft mit weiteren Verfahren zur Berechnung der Umweglänge von Reflexionen in Urban Canyons kombiniert wird.Method according to one of the Claims 1 to 7th , the method shown being advantageously combined with further methods for calculating the detour length of reflections in urban canyons. Satellitenbasiertes Verfahren zum Berechnen von einer Position eines Empfängers (40), wobei durch Reflektionen an Gebäuden (20) verursachte Laufzeitverzögerungen (d) von Satellitensignalen (S) durch ein Verfahren (60) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ermittelt und zum Durchführen einer Korrektur (65) der ermittelten Position verwendet werden.Satellite-based method for calculating a position of a receiver (40), wherein propagation delays (d) of satellite signals (S) caused by reflections on buildings (20) are determined by a method (60) according to one of the preceding claims and for performing a correction (65 ) of the determined position can be used. Empfänger (40), insbesondere ein fahrzeugseitiger Empfänger, zum Empfangen von Satellitensignalen (S), wobei der Empfänger (40) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Receiver (40), in particular a vehicle-mounted receiver, for receiving satellite signals (S), the receiver (40) being set up to carry out a method according to one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102019216164A1 (en) 2019-10-21 2021-04-22 Robert Bosch Gmbh Method for determining the detour length or detour transit time of a navigation signal received via a detour, position determination method, navigation satellite receiver and positioning system

Patent Citations (1)

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