DE4312670A1 - Vorrichtung zur Ortsbestimmung eines beweglichen Objektes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ortsbestim­ mung eines beweglichen Objektes, mit einer ortsfesten Station, die über eine ortsfeste erste Antenne, deren Ort geodätisch vermessen und somit deren wahre geogra­ phische Position bekannt ist, externe Signale von be­ stimmten beispielsweise land- oder satellitengestützen Sendern empfängt, aus diesen Signalen eine berechnete geographische Position für den Ort der ersten Antenne ermittelt und in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen der berechneten Position und der wahren Position erste Korrekturwerte errechnet und über eine zweite Antenne diese Korrekturwerte aussendet, und mit einer am beweg­ lichen Objekt vorgesehenen Empfangseinrichtung, die ebenfalls die externenen Signale empfängt, aus diesen Signalen eine berechnete geographische Position für den augenblicklichen Ort des beweglichen Objektes ermittelt, die vom Sender der ortsfesten Station ausgesendeten Korrekturwerte empfängt und die berechnete Position mit Hilfe der empfangenen ersten Korrekturwerte korrigiert.

Gewöhnlich wird eine solche Vorrichtung zur Ortsbestim­ mung von beweglichen Objekten verwendet, die sich in­ nerhalb eines begrenzten Geländes frei bewegen können. Für einen solchen Anwendungsfall wird die Vorrichtung bevorzugt zum Lokalisieren von Schiffen in engen Gewäs­ sern oder von Landfahrzeugen innerhalb eines Werksgelän­ des verwendet. Selbstverständlich ist aber die Vorrich­ tung auf die vorgenannten Anwendungsfälle nicht beschränkt.

Die eingangs genannte Vorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der differentiellen Positionsermittlung, indem zusätzlich zu einem am beweglichen Objekt vorgesehenen Navigationsempfangsgerät eine ortsfeste Station vorgese­ hen ist, die eine Korrektur der vom Empfangsgerät be­ rechneten Position zur Verringerung der Fehlertoleranz bewirkt und in deren Nähe sich das bewegliche Objekt aufhält. Bevorzugt wird hierzu das Global Positioning System (GPS) genutzt, was durch die Vorrichtung zum sogenannten Differential-GPS (DGPS) erweitert wird. Aus den externen GPS-Signalen von den satellitengestützten GPS-Sendern kann mit Hilfe von hierfür vorgesehenen Empfangsgeräten an jedem Punkt der Erde eine Ortsbestim­ mung vorgenommen werden. Die vom Empfangsgerät berech­ nete geographische Position weist jedoch einen Toleranz­ fehler auf, der durchaus im Bereich von 50 bis 100 Me­ tern liegen kann. Um diesen Fehler zu reduzieren, ist die (lokale) ortsfeste Station vorgesehen, die über eine ortsfeste Antenne, deren Ort geodätisch vermessen ist und somit deren wahre geographische Position bekannt ist, die GPS-Signale empfängt und aus diesen Signalen eine berechnete geographische Position für den Ort die­ ser Antenne ermittelt. Werden nun Abweichungen zwischen der so berechneten Position und der bekannten wahren Position für den Ort der Antenne festgestellt, so werden in Abhängigkeit von diesen Abweichungen Korrekturwerte errechnet. Bei der Berechnung dieser Korrekturwerte dient die bekannte wahre geographische Position der Antenne demnach als Bezugsgröße. Die so berechneten Korrekturwerte werden von der ortsfesten Station an die am beweglichen Objekt vorgesehene Empfangseinrichtung übermittelt, welche dann mit Hilfe der Korrekturwerte die aus den GPS-Signalen berechnete Position für den augenblicklichen Ort des beweglichen Objektes entspre­ chend korrigiert.

Vorrichtungen der zuvor beschriebenen Art sind bekannt und befinden sich vielfach im Einsatz. Wie zuvor bereits angedeutet wurde, läßt sich mit solchen Vorrichtungen eine beträchtliche Verringerung der Toleranzen erzielen. Nicht selten lassen sich die Toleranzen bis auf 2 bis 5 Meter verringern.

Gleichwohl gibt es Anwendungsfälle, in denen auch diese Toleranz noch zu groß ist und eine weitere Reduzierung der Toleranz erforderlich wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Toleranzen bei der Ermittlung der augenblicklichen geo­ graphischen Position des beweglichen Objektes auf ver­ hältnismäßig einfache Weise noch weiter reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Vor­ richtung der eingangs genannten Art die ortsfeste Sta­ tion über eine ortsfeste dritte Antenne, deren Ort geo­ dätisch vermessen und somit deren wahre geographische Position bekannt ist, ebenfalls die externen Signale empfängt und aus diesen Signalen eine berechnete geogra­ phische Position für den Ort der dritten Antenne ermit­ telt und diese berechnete Position mit Hilfe der ersten Korrekturwerte korrigiert, und daß Abweichungen zwischen der so korrigierten berechneten Position und der wahren Position für den Ort der dritten Antenne zur Reduzierung oder Beseitigung von Restfehlern in der korrigierten berechneten Position des Objektes verwendet werden.

Mit Hilfe der Erfindung wird also die bereits berechnete und korrigierte augenblickliche geographische Position des Objektes derart nachkorrigiert, daß der noch beste­ hende Restfehler reduziert oder beseitigt wird. Der Restfehler wird mit der bekannten Ablage der erfindungs­ gemäß vorgesehenen zusätzlichen ortsfesten dritten An­ tenne erfaßt, deren geodätisch vermessene und somit bekannte geographische Position als Bezugsgröße verwen­ det wird, indem die aus den empfangenen externen Signa­ len berechnete geographische Position für den Ort dieser zusätzlichen Antenne zunächst mit Hilfe der ersten Kor­ rekturwerte korrigiert und anschließend die Abweichung zwischen der so berechneten und korrigierten Position und der bekannten wahren Position für den Ort der drit­ ten Antenne ermittelt wird. Auf diese Weise wird also die am beweglichen Objekt vorgesehene Empfangseinrich­ tung auf eine bekannte geographische Position "emuliert" bzw. "abgebildet". Mit Hilfe einer solchen "Emulation" bzw. "Abbildung" läßt sich auf einfache Weise der Rest­ fehler ermitteln und zur Nachkorrektur der korrigierten berechneten Position des Objektes verwenden.

Die Erfindung läßt sich nicht nur mit einfachen Mitteln realisieren, sondern kann auch in jedem herkömmlichen Differential Global Positioning System (DGPS) nachgerü­ stet werden. Somit zeichnet sich die Erfindung nicht nur durch einen verhältnismäßig geringen Aufwand hinsicht­ lich ihrer Implementierung, sondern auch durch ihre Vielfältigkeit hinsichtlich ihres Einsatzes aus.

Bevorzugte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer ortsfe­ sten Station; und

Fig. 2 das Blockschaltbild einer an einem beweglichen Objekt vorgesehenen Mobilstation.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführung einer Vor­ richtung, auch Radiotransponder genannt, zur Ortsbestim­ mung eines beweglichen Objektes beschrieben, welcher eine ortsfeste Station und eine am beweglichen Objekt vorgesehene Mobilstation umfaßt.

Die in Fig. 1 dargestellte ortsfeste Station besteht aus mehreren Elektronikkomponenten, deren Funktion nach­ stehend erläutert wird.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, sind Schnittstellen zu Anten­ nen A, B und C vorgesehen. Die Antenne A ist eine Rund­ strahl-Antenne, mit der ein DGPS-Broadcast mit zusätzli­ cher Ortskorrektur gesendet wird. Die Antenne B ist eine ortsfeste GPS-Empfangsantenne, deren Ort ein geodätisch vermessener Punkt ist und deren wahre geographische Position somit bekannt ist. Die Antenne C ist eine wei­ tere GPS-Empfangsantenne, die in einem vorgegebenen Abstand zur Antenne B ortsfest angeordnet ist und deren Ort ebenfalls ein vermessener geodätischer Punkt ist und deren wahre geographische Position somit ebenfalls be­ kannt ist.

An der Antenne B ist ein GPS-Empfänger GPS-RX ange­ schlossen, der aus den empfangenen GPS-Signalen eine berechnete geographische Position für den Ort der Anten­ ne B ermittelt. Diese berechnete Position wird mit dem normalen GPS-Korrekturstring über eine Schnittstelle E einem Interface eines Prozessors zur Weiterverarbeitung zugeleitet. Der Prozessor vergleicht nun die übermittel­ te berechnete Position mit der abgespeicherten wahren Position und errechnet bei Abweichungen entsprechende erste Korrekturwerte, die in den DGPS-Broadcast einge­ bunden und über eine Schnittstelle D einem an die Anten­ ne A angeschlossenen Sender TX zugeleitet werden. Die durch die geodätische Vermessung bekannte wahre geogra­ phische Position der Antenne B dient somit als Referenz für die Bildung der ersten Korrekturwerte.

An die Antenne C ist ein DGPS-Empfänger DGPS-RX ange­ schlossen, der aus den GPS-Signalen und den ersten Kor­ rekturwerten eine berechnete und korrigierte geographi­ sche Position für den Ort der Antenne C ermittelt. Au­ ßerdem wird der Restfehler mit der bekannten Ablage der Antenne C durch einen Korrekturvektor erfaßt, indem Abweichungen zwischen der korrigierten berechneten Posi­ tion und der bekannten wahren Position für den Ort der Antenne C ermittelt werden. Dieser Korrekturvektor wird durch die Verbindung des DGPS-Empfängers über eine Schnittstelle F dem Interface des Prozessors zugeleitet. Aufgrund dieser Daten erzeugt der Prozessor zweite Kor­ rekturwerte, die ebenfalls in den DGPS-Broadcast einge­ bunden und dem Sender TX zugeleitet werden.

Optional kann die ortsfeste Station auch noch über eine Schnittstelle mit einem Host-Rechner verbunden werden.

In Fig. 2 ist das Blockschaltbild der am beweglichen Objekt vorgesehenen Mobilstation dargestellt. Die Mobil­ station weist drei Antennen G, H und I auf. Die Antenne G dient zum Empfang der GPS-Signale und ist an einen DGPS-Empfänger angeschlossen.

Die beiden anderen Antennen H und I sind zum Diversity- Empfang des von der ortsfesten Station ausgesendeten DGPS-Broadcast vorgesehen und dementsprechend an einen Diversity-Empfänger und -Combiner angeschlossen. Nach dem Diversity-Empfänger und -Combiner werden die empfan­ genen Daten über eine Schnittstelle J einem Prozessor zugeleitet. Dieser bereitet die Daten auf und leitet sie an den DGPS-Empfänger weiter, der mit Hilfe der im DGPS- Broadcast übertragenen ersten Korrekturwerte die aus den empfangenen GPS-Signalen berechnete geographische Posi­ tion korrigiert. Über eine Schnittstelle L wird die so ermittelte DGPS-Position wieder an den Prozessor über­ mittelt.

Mit Hilfe der im DGPS-Broadcast übermittelten und zwi­ schengespeicherten zweiten Korrekturwerten (Restfehler­ vektoren) erfolgt im Prozessor nun eine Nachkorrektur der über die Schnittstelle L empfangenen DGPS-Position, wodurch der Restfehler minimiert oder sogar beseitigt und die gewünschte Genauigkeit der Ortsbestimmung er­ reicht wird.

Die so ermittelte Position steht einem angeschlossenen System auf Abfrage zur Verfügung. Über ein Interface kann diese Position an einen Rechner des beweglichen Objektes abgegeben werden. Diese Datenübergabe kann manuell oder auf Abfrage erfolgen.

Zusätzlich kann über eine Schnittstelle O optional ein Koppelortungssensor zur relativen Ortsbestimmung ange­ schlossen werden. Dieser Koppelortungssensor soll die Ortsbestimmung im wesentlichen nur bei schwierigen Emp­ fangsverhältnissen wie z. B. in einem überdachten Gebäude unterstützen, um eine Unterbrechung des kontinuierlichen Betriebes zu vermeiden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Ortsbestimmung eines beweglichen Objektes,
mit einer ortsfesten Station, die über eine ortsfeste erste Antenne (B), deren Ort geodätisch vermessen und somit deren wahre geographische Position bekannt ist, externe Signale von bestimmten beispielsweise land- oder satellitengestützen Sendern empfängt, aus diesen Signa­ len eine berechnete geographische Position für den Ort der ersten Antenne (B) ermittelt und in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen der berechneten Position und der wahren Position erste Korrekturwerte errechnet und über eine zweite Antenne (A) diese Korrekturwerte aussendet, und
mit einer am beweglichen Objekt vorgesehenen Empfangs­ einrichtung, die ebenfalls die externenen Signale emp­ fängt, aus diesen Signalen eine berechnete geographische Position für den augenblicklichen Ort des beweglichen Objektes ermittelt, die vom Sender der ortsfesten Sta­ tion ausgesendeten Korrekturwerte empfängt und die be­ rechnete Position mit Hilfe der empfangenen ersten Kor­ rekturwerte korrigiert,
dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Station über eine ortsfeste dritte Antenne (C), deren Ort geodätisch vermessen und somit deren wahre geographische Position bekannt ist, ebenfalls die externen Signale empfängt und aus diesen Signalen eine berechnete geographische Position für den Ort der drit­ ten Antenne (C) ermittelt und diese berechnete Position mit Hilfe der ersten Korrekturwerte korrigiert, und daß Abweichungen zwischen der so korrigierten berechneten Position und der wahren Position für den Ort der dritten Antenne (C) zur Reduzierung oder Beseitigung von Rest­ fehlern in der korrigierten berechneten Position des Objektes verwendet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Station in Abhängigkeit von den Abweichungen zwischen der korri­ gierten berechneten Position und der wahren Position für den Ort der dritten Antenne (C) zweite Korrekturwerte errechnet und über die zweite Antenne (A) an die am beweglichen Objekt vorgesehene Empfangseinrichtung sen­ det und daß
die Empfangseinrichtung mit Hilfe der empfangenen zwei­ ten Korrekturwerte die mit Hilfe der ersten Korrektur­ werte korrigierte berechnete Position nachkorrigiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Station die ersten Korrekturwerte in Abhängigkeit von den Abweichun­ gen zwischen der korrigierten berechneten Position und der wahren Position für den Ort der dritten Antenne (C) abändert.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den externen Signalen um GPS-Signale handelt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am beweglichen Objekt vorgesehene Empfangseinrichtung mit mindestens zwei Antennen (H, I) für einen Diversity-Empfang ausgerüstet ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am beweglichen Objekt vorgesehene Empfangseinrichtung zusätzlich einen Koppel­ ortungssensor aufweist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am beweglichen Objekt vorgesehene Empfangseinrichtung eine Einrichtung zur Übermittlung von Daten wie beispielsweise die nachkor­ rigierte berechnete Position des beweglichen Objektes an externe Geräte aufweist.