DE19539302A1 - Position determination method - Google Patents

Position determination method

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DE19539302A1 DE19539302A DE19539302A DE19539302A1 DE 19539302 A1 DE19539302 A1 DE 19539302A1 DE 19539302 A DE19539302 A DE 19539302A DE 19539302 A DE19539302 A DE 19539302A DE 19539302 A1 DE19539302 A1 DE 19539302A1
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Abstract

The method involves a reference station (2), the precise geographical position of which is known. A GPS receiver (5), which determines its pseudo-position. From these two positional data, the DPGS correction data is generated, and is transmitted by radio to a mobile unit. From the correction data, and the pseudo-position provided by the mobile unit GPS receiver, a corrected position can be determined. The radio transmitter is part of a mobile radio network with one or more base stations, in one of which is included a reference station (2) which passes the DGPS correction data to the base station. The data is then transmitted by the base station to the mobile unit, via the mobile radio network, to further mobile radio subscribers.

Description

Beschrieben ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung mittels DGPS nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.A method for determining the position by means of is described DGPS according to the preamble of claim 1.

Das Global Positioning System (GPS) ist ein satellitengestütztes Positionierungs-, Navigations- und Zeitübertragungssystem, welches vom US-Verteidigungsministe­ rium primär für militärische Zwecke entwickelt und aufgebaut wurde.The Global Positioning System (GPS) is a satellite-based positioning, navigation and Time transmission system developed by the US Department of Defense rium primarily developed and built for military purposes has been.

Grundsätzlich ermöglicht das GPS weltweit eine dreidimensionale Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung in Echt zeit.Basically, the GPS enables one worldwide three-dimensional position and speed determination in Real time.

Das GPS ist mit Einschränkungen auch dem zivilen Nutzer zugänglich, wobei die Einschränkung darin besteht, daß die für allgemeine Anwendungen zur Verfügung stehenden GPS-Daten eine Echtzeit-Positionsbestimmung nur auf einem bestimmten Genauigkeitsniveau realisiert werden kann.The GPS is also restricted to civilian users accessible, with the limitation that the GPS data available for general applications real-time positioning only on a specific one Accuracy level can be realized.

Die Ungenauigkeit bei der GPS-Positionsbuchung beruht einerseits auf Laufzeitverzögerungen des GPS-Signals in der Atmosphäre, anderseits werden die Signale künstlich verfälscht.The inaccuracy in the GPS position booking is based on the one hand on delays in the runtime of the GPS signal in the Atmosphere, on the other hand, the signals become artificial adulterated.

Diese Manipulation der GPS-Signale, welche durch den U.S. Kongreß in Übereinstimmung mit den nationalen Sicherheitsinteressen der USA festgesetzt wird, bezeichnet man als "Selective Availability" (SA).This manipulation of GPS signals by the U.S. Congress in accordance with the national Security interests of the United States is designated one as "Selective Availability" (SA).

Um mit GPS arbeiten zu können, benötigt man im einfachsten Fall einen GPS-Empfänger, der dem Benutzer die Position auf einem Display anzeigt. Die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten von GPS und der Wunsch, Genauigkeiten bis in den Submeter und Zentimeterbereich zu erreichen, führt zu immer ausgefeilteren Verfahren und zu einer Vielzahl von Empfängertypen.The easiest way to work with GPS is Case a GPS receiver that tells the user the position on a display. The different Applications of GPS and the desire for accuracy  to reach in the submeter and centimeter range to ever more sophisticated procedures and a variety of Types of recipients.

Für viele Nutzer ist eine Positionsgenauigkeit von ca. 100 m beim Empfang des GPS-Codes unter SA Bedingungen sicherlich ausreichend. Andererseits zeigen Marktstudien, daß die Einsatzgebiete für hochpräzise Navigation und Ortung ebenso vielfältig und zahlreich sind. Zur Erzielung der in diesen Fällen geforderten Genauigkeit muß das GPS in einem Differential Mode betrieben werden, wobei ein Differential GPS-System (DGPS) im wesentlichen aus vier Hauptkomponenten besteht:For many users, the position accuracy is approx. 100 m when receiving the GPS code under SA conditions certainly sufficient. On the other hand, market studies show that the Areas of application for high-precision navigation and location as well are diverse and numerous. To achieve the in these If required accuracy, the GPS must be in one Differential mode are operated, being a differential GPS system (DGPS) essentially consists of four main components consists:

  • - der Referenzstation,- the reference station,
  • - dem mobilen Nutzer,- the mobile user,
  • - der Datenverbindung sowie- the data connection and
  • - dem Überwachungs- und Kontrollsystem.- the surveillance and control system.

In der Referenzstation sind die exakten Koordinaten des stationären GPS-Empfängers genauestens bekannt, so daß die Differenz zwischen wahrer und gemessener Position berechnet und als Korrekturvektor angegeben werden kann.The exact coordinates of the are in the reference station stationary GPS receiver known exactly, so that Difference between true and measured position calculated and can be specified as a correction vector.

Dieser Positionsfehler wird entweder dem mobilen Nutzer zur eigenen Korrektur per Funkdatenübertragung zur Verfügung gestellt oder die von den mobilen Teilnehmern via Funkdatenübertragung gemeldeten Positionen werden in der Zentrale nachträglich korrigiert.This position error is either the mobile user own correction available via radio data transmission or provided by the mobile participants via Positions reported in radio data transmission are in the Central corrected later.

Das vorteilhaftere, genauere und kostengünstigere Verfahren ist die Korrektur in der mobilen Einheit, da bei einer Nachverarbeitung in der Zentrale zunächst mittels umfangreicher Prozeduren die momentane Satellitenkonstellation der mobilen Station zurückgerechnet werden muß. Darüber hinaus werden Fehler vermieden, welche aus Laufzeitverzögerungen auf der Funkstrecke zwischen der mobilen Einheit und der Zentrale resultieren.The more advantageous, more accurate and less expensive method is the correction in the mobile unit because with a Post-processing in the head office initially using extensive procedures the current Back-calculated satellite constellation of the mobile station must become. In addition, mistakes are avoided which  from delay times on the radio link between the mobile unit and the headquarters result.

Ein oben beschriebenes Verfahren zur Positionsbestimmung mittel DGPS ist aus der europ. Patentanmeldung EP 0 574 009 A2 bekannt geworden. Hierbei werden von einer Referenz- Feststation, deren geographische Position genau bekannt ist und welche einen herkömmlichen GPS-Empfänger beinhaltet, GPS- Positionierungsdaten empfangen und mit den wahren Positionsdaten verglichen. Aus der Differenz der wahren und empfangenen Positionsdaten ergeben sich Korrekturwerte, die über einen Radiosender übertragen werden. Ein Benutzer des Systems, z. B. in einer mobilen Einheit, bestimmt mittels eines eigenen GPS-Empfängers seine Position und empfängt gleichzeitig die Korrekturdaten, so daß er damit seine Position mit wesentlich geringerem Fehler bestimmen kann.A method for determining position described above medium DGPS is from the European Patent application EP 0 574 009 A2 became known. Here, a reference Base station whose geographical position is known exactly and which includes a conventional GPS receiver, GPS Positioning data received and with the true Position data compared. From the difference of the true and received position data result in correction values that be transmitted via a radio station. A user of the Systems, e.g. B. in a mobile unit, determined by its own GPS receiver and receives its position at the same time the correction data, so that it is his Can determine position with much less error.

Dieses Verfahren eignet sich gut für Privatnutzer, die z. B. für ein im Fahrzeug eingebautes Verkehrsleitsystem, eine genau Positionsbestimmung benötigen.This method works well for private users who, for. B. for a traffic control system installed in the vehicle, a need exact positioning.

Es ist jedoch mit vertretbarem Aufwand nicht möglich, einem anderen Fahrzeug oder einer Zentrale die genaue Position mitzuteilen, was gerade für kommerzielle Nutzer interessant ist.However, it is not possible with reasonable effort other vehicle or a control center the exact position to communicate what is of particular interest to commercial users is.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Positionsbestimmung mittels DGPS derart weiterzubilden, daß die mittels DGPS ermittelten Positionsdaten einer mobilen Einheit auch für Dritte nutzbar sind.The object of the invention is therefore a method of type mentioned at the beginning for position determination by means of DGPS to develop in such a way that those determined by means of DGPS Position data of a mobile unit can also be used by third parties are.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des Patentanspruchs 1.This task is solved by the technical teaching of Claim 1.

wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß eine oder mehrere Basisstationen eines beliebigen Mobilfunknetzes GPS- Korrekturdaten aussenden. Die Basisstation stellt also gleichzeitig eine DGPS-Referenzstation dar, deren geographische Position genauestens bekannt ist. Ein in der Basisstation installierter GPS-Empfänger liefert dabei die Rohdaten zur Ermittlung einer Pseudoposition der Referenz- /Basisstation.essential feature of the invention is that one or more Base stations of any mobile network GPS  Send out correction data. So the base station provides also represents a DGPS reference station whose geographical position is known exactly. An Indian The base station of the installed GPS receiver delivers the Raw data to determine a pseudo position of the reference / Base station.

Aufgrund der beschriebenen Fehler bzgl. der GPS- Positionsdatenberechnung weicht die Pseudoposition dynamisch von der vermessenen Position ab. Die berechnete Position der Basisstation wird einem DGPS-Server zugeführt, welcher aus der berechneten und der vermessenen Position die DGPS- Korrektursignale generiert.Due to the described errors regarding the GPS Position data calculation dynamically gives way to the pseudo position from the measured position. The calculated position of the Base station is fed to a DGPS server, which consists of the calculated and measured position the DGPS Correction signals generated.

Darauf werden vom Server die Fehler der Pseudoentfernungen ΔRi zu allen sichtbaren Satelliten bestimmt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die mobilen Empfänger nicht dieselben Satelliten wie die Referenzstation benutzen müssen, da das Korrektursignal die Korrekturdaten für alle Satelliten enthält.The server then determines the errors of the pseudoranges ΔR i to all visible satellites. The advantage of this method is that the mobile receivers do not have to use the same satellites as the reference station, since the correction signal contains the correction data for all satellites.

Alternativ ist es auch möglich, die Positionsabweichung jeweils als Differenz zwischen wirklicher und gemessener geographischer Position zu übertragen.Alternatively, it is also possible to use the position deviation each as the difference between the real and the measured transfer geographical position.

Durch DGPS-Server erfolgt zusätzlich eine Anpassung an die für das jeweilige Mobilfunksystem optimalste Übertragungsart. Nach der Ermittlung der DGPS-Korrekturdaten werden diese über eine entsprechende Schnittstelle dem Mobilfunksystem übergeben und von der Basisstation ausgesendet.The DGPS server also adapts to the optimal transmission type for the respective mobile radio system. After the DGPS correction data have been determined, they are transferred to a corresponding interface to the mobile radio system transferred and transmitted by the base station.

Vorteil eines DGPS-Systems in Kombination mit einem Mobilfunknetz ist, daß eine wesentliche Einsparung von Infrastruktur erreicht wird, da ein bestehendes, flächendeckendes Mobilfunknetz für die Übertragung der DGPS- Daten genutzt werden kann. Parallel zum eigentlichen Sprechverkehr erfolgt die Datenübertragung über einen physikalischen bzw. logischen Kanal, welcher bereits für eine Datenübertragung eingerichtet sind.Advantage of a DGPS system in combination with one Cellular network is a substantial saving of Infrastructure is achieved because an existing, nationwide mobile network for the transmission of DGPS Data can be used. Parallel to the real one  Speech traffic takes place via a data transmission physical or logical channel, which is already for a Data transmission are set up.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das DGPS prinzipiell für alle Mobilfunkteilnehmer nutzbar ist und der DGPS-Dienst bundesweit, europaweit und in Zukunft sogar weltweit angeboten werden kann.Another advantage is that the DGPS is principally is usable for all mobile phone subscribers and the DGPS service nationwide, Europe-wide and in the future even worldwide can be offered.

Die Erfindung wird in einem Beispiel unter Zuhilfenahme einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Verfahrensablauf anhand des mobilen Bündelfunkdienstes CHEKKER, ist jedoch auch auf beliebige andere Mobilfunknetze übertragbar.The invention is illustrated in an example with the aid of a Drawing explained in more detail. The drawing shows the Procedure using the mobile trunked radio service CHEKKER, however, is also available on any other cellular network transferable.

Im Beispiel ist ein Raumsegment 1 gezeigt, in dem sich z. B. drei GPS-Satelliten 1a, 1b und 1c aufhalten.In the example, a room segment 1 is shown, in which z. B. three GPS satellites 1 a, 1 b and 1 c.

Weiterhin ist eine Referenzstation 2 dargestellt, die gleichzeitig die Basisstation 7 des Mobilfunknetzes darstellt.Furthermore, a reference station 2 is shown, which at the same time represents the base station 7 of the mobile radio network.

Eine Mobile Einheit 3 ist mit der Basisstation über das Mobilfunknetz verbunden.A mobile unit 3 is connected to the base station via the mobile radio network.

Eine Zentrale 4 kommuniziert über das Mobilfunknetz mit der Mobilen Einheit 3, wobei die Zentrale z. B. von einem gewerblichen Nutzer des Mobilfunknetzes betrieben wird, welcher über eine genaue Kenntnis der Position der betrieblichen mobilen Einheit informiert sein will (z. B. ein Fuhrunternehmen).A center 4 communicates with the mobile unit 3 via the mobile radio network. B. is operated by a commercial user of the mobile radio network who wants to be informed about a precise knowledge of the position of the operational mobile unit (e.g. a haulage company).

Über das Mobilfunknetz kommt von der Zentrale 4 eine Anfrage an die mobile Einheit 3 , daß diese ihre genaue Position durchgeben soll. Erfindungsgemäß läuft nun folgendes ab:The control center 4 sends a request to the mobile unit 3 via the mobile radio network that the latter should transmit its exact position. The following now takes place according to the invention:

Von der Referenzstation 2, deren genaue geographische Position bekannt ist, wird vorzugsweise in festen Abständen mittels eines GPS-Empfängers 5 die Pseudoposition der Referenzstation 2 bestimmt. Ein DGPS-Server 6 vergleicht nun die wahren, bekannten Positionsdaten der Referenzstation 2 mit den ermittelten Pseudopositionsdaten und generiert Korrekturdaten, welche den Fehler zwischen wahrer und gemessener Position beinhalten.From the reference station 2 whose exact geographical position is known, is preferably determined pseudo position of the reference station 2 at fixed intervals by means of a GPS receiver. 5 A DGPS server 6 now compares the true, known position data of the reference station 2 with the determined pseudo position data and generates correction data which contain the error between the true and measured position.

Über die Basisstation 7 des Mobilfunknetzes werden diese Korrekturdaten bevorzugt in festen Zeitabständen ausgesendet.These correction data are preferably transmitted at fixed time intervals via the base station 7 of the mobile radio network.

Die mobile Einheit 3 verfügt über einen eigenen GPS-Empfänger 8 und bestimmt mit diesem seine eigene, noch mit einer starken Abweichung behaftete Position. Mittels des Mobilfunkgerätes 10 werden gleichzeitig die DGPS- Korrektursignale der Basisstation 7 empfangen. Ein Bordrechner 9 generiert aus den GPS-Positionsdaten mit Hilfe der empfangenen Korrekturdaten eine korrigierte Position, welche nur noch einen geringen Fehler aufweist.The mobile unit 3 has its own GPS receiver 8 and uses it to determine its own position, which is still subject to a large deviation. The DGPS correction signals of the base station 7 are received simultaneously by means of the mobile radio device 10 . An on-board computer 9 uses the received correction data to generate a corrected position from the GPS position data, which only has a slight error.

Diese korrigierte Position wird über das Mobilfunknetz an die Zentrale 4 zurückgemeldet, von deren Mobilfunkgerät 11 empfangen und die empfangenen Werte mittels eines Rechners 12 weiterverarbeitet und z. B. auf einer digitalen Landkarte darstellt.This corrected position is reported back to the control center 4 via the mobile radio network, received by its mobile radio device 11 and the received values processed further by means of a computer 12 and z. B. represents on a digital map.

Vorteil der Verwendung eines Mobilfunknetzes zur Datenübertragung ist, daß eine bidirektionale Übertragung von Daten ohne zusätzliche Aufwand möglich ist. Die Übertragung erfolgt dabei neben dem eigentlichen Sprechbetrieb.Advantage of using a cellular network Data transmission is a bidirectional transmission of Data is possible without additional effort. The transfer takes place in addition to the actual speech operation.

Claims (6)

1. Verfahren zur Positionsbestimmung mittels Differential GPS (DGPS), insbesondere für mobile Einheiten, wobei von einer Referenzstation (2), deren wahre, geographische Position genau bekannt ist, mittels eines GPS-Empfängers (5) deren Pseudoposition bestimmt wird, aus der wahren Position und der Pseudoposition DGPS-Korrekturdaten generiert werden, welche über eine Funkübertragungseinrichtung an die mobile Einheit (3) übertragen werden, so daß die mobile Einheit (3) aus den Korrekturdaten und ihrer eigenen, von einem in der mobilen Einheit befindlichen GPS-Empfänger (8) ermittelten Pseudoposition eine korrigierter Position ermitteln kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkübertragungseinrichtung Teil eines Mobilfunknetzes ist, wobei in einer oder mehreren Basistationen (7) des Mobilfunknetzes jeweils eine Referenzstation (2) integriert ist, welche die DGPS- Korrekturdaten an die Basisstation (7) übergibt, und diese von der Basisstation (7) an die mobile Einheit (3) ausgesendet werden, und die korrigierte Position der mobilen Einheit (3) über das Mobilfunknetz an weitere Mobilfunkteilnehmer (4) weitergegeben werden kann.1. Method for determining the position by means of differential GPS (DGPS), in particular for mobile units, the pseudo position of which is determined from a reference station ( 2 ), the true geographical position of which is exactly known, by means of a GPS receiver ( 5 ) Position and the pseudoposition DGPS correction data are generated, which are transmitted via a radio transmission device to the mobile unit ( 3 ), so that the mobile unit ( 3 ) from the correction data and its own, from a GPS receiver located in the mobile unit ( 8 ) determined pseudo position can determine a corrected position, characterized in that the radio transmission device is part of a mobile radio network, a reference station ( 2 ) being integrated in each of one or more base stations ( 7 ) of the mobile radio network and transmitting the DGPS correction data to the base station ( 7 ) passes, and this from the base station ( 7 ) to the mobile egg unit ( 3 ) are transmitted, and the corrected position of the mobile unit ( 3 ) can be passed on to further mobile radio subscribers ( 4 ) via the mobile radio network. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstationen (7) flächendeckend über DGPS-Referenzstationen (2) verfügen.2. The method according to claim 1, characterized in that the base stations ( 7 ) have DGPS reference stations ( 2 ) nationwide. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die DGPS-Korrekturdaten über einen physikalischen oder logischen Kanal des Mobilfunknetzes übertragen werden.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the DGPS correction data over a physical or logical channel of the cellular network be transmitted. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstation (2) DGPS- Korrekturdaten für alle sichtbaren Satelliten (1a, 1b, 1c) bestimmt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the reference station ( 2 ) determines DGPS correction data for all visible satellites ( 1 a, 1 b, 1 c). 5. Referenzstation zur Ausübung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, deren wahre, geographische Position genau bekannt ist und welche folgende Komponenten beinhaltet:
einen GPS-Empfänger (5) zum Empfang von GPS-Positionsdaten aller sichtbaren GPS-Satelliten (1a, 1b, 1c),
einen GPS-Server (6), welcher aus den empfangenen GPS-Daten eine Pseudoposition der Referenzstation (2) berechnet, diese mit der wahren Position vergleicht und darauf DGPS- Korrekturdaten generiert, und
eine Basisstation (7) eines Mobilfunknetzes, zur Übertragung der DGPS-Korrekturdaten zu einer oder mehreren mobilen Einheiten (3) des Mobilfunknetzes.5. Reference station for practicing the method according to claims 1 to 4, whose true geographical position is known exactly and which contains the following components:
a GPS receiver ( 5 ) for receiving GPS position data of all visible GPS satellites ( 1 a, 1 b, 1 c),
a GPS server ( 6 ) which calculates a pseudo position of the reference station ( 2 ) from the received GPS data, compares it with the true position and then generates DGPS correction data, and
a base station ( 7 ) of a mobile radio network, for transmitting the DGPS correction data to one or more mobile units ( 3 ) of the mobile radio network. 6. Mobile Einheit zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, welche folgende Komponenten beinhalte:
einen GPS-Empfänger (8), zum Empfang von GPS-Daten beliebiger sichtbarer Satelliten (1a, 1b, 1c),
einem Mobilfunkgerät (10) eines Mobilfunknetzes, zum Empfang der von der Referenz-/Basisstation (2, 7) ausgesendeten DGPS- Korrekturdaten,
einem Bordrechner (9) zur Verarbeitung der ermittelten Pseudoposition und der empfangenen DGPS-Korrekturdaten und zur Ermittlung einer korrigierten Position.6. Mobile unit for performing the method according to claims 1 to 4, which includes the following components:
a GPS receiver ( 8 ) for receiving GPS data from any visible satellite ( 1 a, 1 b, 1 c),
a mobile radio device ( 10 ) of a mobile radio network, for receiving the DGPS correction data transmitted by the reference / base station ( 2 , 7 ),
an on-board computer ( 9 ) for processing the determined pseudo position and the received DGPS correction data and for determining a corrected position.
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