CN107430196B - 用于位置确定的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用GNSS(全球导航卫星系统)通过具有多个天线(1至5)的天线设备(6)和其下级的被施加以天线接收信号(A1至A5)的接收信号评估设备(20)进行位置确定的方法，所述信号接收评估设备含有连接到天线(1至5)的带有后接的评估装置(26)的GNSS接收器(21至25)。为将方法构造为以相对低的成本可实现位置确定时的高可靠性，使用天线设备(6)，在所述天线设备中天线(1至5)以不同的方向向量不同地定向，和关于每个可记录的卫星(31至33)，所有天线(1至5)的天线接收信号(A1至A5)分别在其卫星相关的信噪比方面被记录而形成卫星特定的信噪比测量值。从卫星特定的信噪比测量值关于每个卫星(例如，31)选择如下卫星特定的信噪比测量值，即在其信噪比上所述卫星特定的信噪比测量值从关于各相同的卫星(例如，31)的另外的信噪比测量值中正地突显。从其卫星相关的信噪比测量值被选择的天线的各方向向量信号形成各卫星相关的主方向向量信号，和将卫星相关的主方向向量信号与表征各卫星在轨道上的位置的定向向量信号进行比较；在偏差低时实现位置说明(N)。本发明也涉及用于位置确定的设备。

Description

用于位置确定的方法和设备
背景技术
为定位、导航和速度测量，在轨道交通中应以强化的方式使用全球卫星导航系统。在此，所计算的位置(地理数据)的精确度的保持可能由于高频信号在建筑物、岩壁和隧道部分以及在桥梁和车站处出现的反射和遮蔽而是困难的，因为由此可能出现信号的被歪曲的传播时间且因此导致位置确定时的不精确性。此效应可以导致在计算的位置中出现错误，所述错误可能达到数百米。此外，以此系统计算的位置的精确度可以受到其中有目的地产生歪曲的卫星信号的欺骗尝试的影响。全球导航卫星系统的接收器则记录到错误的测量值以用于计算位置，而自身不能认识到此情况。
为应对欺骗尝试，在轨道交通中对于卫星导航系统接收器建议将所述接收器与各轨道车辆的车辆的轴上的脉冲发生器相关以用于核查。根据脉冲发生器，则可以检验速度以及经历的距离。
此外，除卫星导航系统外使用路线图，以核查以卫星接收器实现的结果。对于行车，通过负责的信号所安排行车线路，且将此行车线路的相应的数字线路数据传递到列车。因此，可以在列车上检验所计算的位置是否处于轨道周围的限定的通道内。
为提高精确度，在计算轨道车辆的位置时也在轨道车辆上安置两个天线，所述天线相互间隔数米安装。以此可以检验这两个电线的间距是否也体现了计算的位置。
如果GNSS(全球导航卫星系统)接收器与多个不同的GNSS系统、例如GPS和GLONASS协作，也可以提高位置确定时的精确度。通过使用不同的GNSS系统，多种GNSS接收器降低了易受干扰性。
此外，从NAVSYS公司的Alison Brown的出版物“Performance and Jamming TestResults of a Digital Beamforming GPS Recervier”，2002年5月，已知了用于计算位置的方法，其中使用带有多个天线的天线设备；天线在平面内并排排列且平行地定向。天线设备后接带有控制的相移器以及GNSS接收器。以此方式进行了根据所谓数字波束形成的相对精确的位置确定。
发明内容
本发明一般地涉及使用GNSS(全球导航卫星系统)通过具有多个天线的天线设备和其下级的接收信号评估设备进行位置确定的方法，所述信号接收评估设备含有连接到天线的带有后接的评估装置的GNSS接收器。
本发明的任务在于给出通过卫星确定位置的方法，以所述方法可在位置确定时以相对低的成本实现特别高的可靠性。
为解决此任务，在此方法中：使用天线设备，在所述天线设备中天线以不同的方向向量不同地定向；关于每个可记录的卫星，所有天线的天线接收信号分别在其卫星相关的信噪比方面被记录而形成卫星特定的信噪比测量值，且从卫星特定的信噪比测量值关于每个卫星选择如下卫星特定的信噪比测量值，即在其信噪比上所述卫星特定的信噪比测量值从关于各相同的卫星的另外的信噪比测量值中正地突显；从其卫星相关的信噪比测量值被选择的天线的各方向向量信号形成各卫星相关的主方向向量信号；且将卫星相关的主方向向量信号与表征各卫星在轨道上的位置的定向向量信号进行比较；在偏差低时实现位置说明。
根据本发明的方法的关键的优点在于通过天线在不同方向上的定向接收了不同的天线接收信号，所述天线接收信号在根据本发明的方法的评估时导致很可信或可靠的位置说明。
在根据本发明的方法中可以使用不同类型的天线设备且天线的数量也可以不同。重要的是天线向不同的侧面被不同地定向。计算的位置的可靠性随着所使用的天线的数量的升高而升高。
在位置确定时的可实现的可靠性方面，且在根据本发明的方法的成本廉价的构造方面，被视作有利的是使用如下天线设备，即其中天线安放到截棱锥的面上。概念“截棱锥”在此用于直观地描述天线的空间布置；用于天线的支架体不必一定如此构造。
安放到截棱锥的各面上的天线的数量可以不同。被视作有利的且一般地充分的是使用截棱锥的每个面带有各一个天线的天线设备。
截棱锥可以提供有不同的多个侧面；在天线设备的低制造成本方面表现为有利的是使用其中天线安放到底面为正方形的截棱锥的面上和其上侧上的天线设备。
为进一步提高根据本发明的方法进行位置确定时的可靠性，有利地将GNSS接收器的输出信号与和GNSS接收器并联连接的多种GNSS接收器的另外的输出信号进行比较，且在各一个输出信号和另外的输出信号之间的不同时停止各主方向向量的生成。以此避免了GNSS接收器的可能的系统错误导致错误评估。
在根据本发明的方法中可以使用不同地形成的评估装置。优选地，使用以微控制器构造的数字评估装置。
本发明此外涉及使用GNSS(全球导航卫星系统)进行位置确定的设备，所述设备具有多个天线的天线设备和其下级的被施加以天线接收信号的接收信号评估设备，所述信号接收评估设备含有连接到天线的带有后接的评估装置的GNSS接收器，且本发明提出的任务是在位置确定时的可靠性和制造成本方面最优地构造此设备。
为解决此任务，天线设备具有向不同方向定向的天线，且评估装置适合于：相对于每个可记录的卫星将所有天线的各天线接收信号分别在其卫星相关的信噪比方面进行记录而形成卫星特定的信噪比测量值；从卫星特定的信噪比测量值关于每个卫星选择如下卫星特定的信噪比测量值，即在其信噪比上所述卫星特定的信噪比测量值从关于各相同的卫星的另外的信噪比测量值中正地突显；从其卫星相关的信噪比测量值被选择的天线的各方向向量信号形成各卫星相关的主方向向量信号；且将卫星相关的主方向向量信号与表征各卫星在轨道上的位置的定向向量信号进行比较；和在偏差低时实现位置说明。
根据本发明的设备在意义上给出了与以上根据本发明的方法所给出的相同的优点。
在根据本发明的设备中仅需使得天线向不同的方向定向即可以很不同地形成天线设备。
在根据本发明的设备的有利的实施形式中，在天线设备中将各一个天线安放到截棱锥的面上。截棱锥在此可以由塑料体形成，在所述塑料体的面上具有天线，所述面为截棱锥的侧面和上面。
被视作特别有利的是在天线设备中将天线安放到带有正方形底面的截棱锥的面上。此布置的优点是其相对容易地可制造。
为进一步提高位置确定的精确度和可靠性，有利的是与GNSS接收器并联连接多种GNSS接收器，所述GNSS接收器分别后接以比较器，所述比较器在GNSS接收器的各输出信号与多种GNSS接收器的另外的输出信号之间不同时停止主方向向量信号的生成。
评估装置在根据本发明的设备中可以不同地形成。被视作特别有利的是评估装置是微控制器。
附图说明
为进一步解释本发明，在如下各图中：
图1示出了根据本发明的设备的天线设备的实施例的俯视图，
图2示出了沿线I-I的根据图1的设备的截面图，
图3示出了带有连接到GNSS接收器上的评估装置的评估设备的实施例，
图4在带有三个可记录的卫星的使用情况中的根据图2的天线设备的侧视图，和
图5示出了根据图4的图示的俯视图。
具体实施方式
图1和图2示出了天线设备6的天线1至5，其中天线1至5安装到截棱锥形的支架体7上。在此，天线1安放在天线设备6的上侧8或上面上，而天线2至5安放在侧面9、10、11和12上。
天线2至5的每个具有外部连接13、14、15和16；另一个外部连接17通向天线1。
如图3所示，评估设备20具有外部连接17’、13’、14’、15’和16’，所述外部连接17’、13’、14’、15’和16’可与天线设备6的外部连接13至17连接(也见图1)。评估设备20含有GNSS接收器21、22、23、24和25，所述接收器21、22、23、24和25在输入侧与相应的天线1至5连接。因此天线接收信号A1至A5施加到GNSS接收器21至25的输入17’至16’上，所述天线接收信号A1至A5在由微控制器形成的评估装置26内被评估。
评估以如下方式进行，即首先与卫星相关地记录或测量天线1至5的天线接收信号A1至A5的各信噪比SNR。在如下的表格中示例地给出了在星座下的测量结果，如在图4和图5中所示，其中卫星31至33相对于天线设备6位于在此处图示的位置中。
卫星31 卫星32 卫星33
天线1上的SNR 12dB 15dB 13dB
天线2上的SNR 3dB 10dB 12dB
天线3上的SNR 2dB 10dB 2dB
天线4上的SNR 12dB 12dB 3dB
天线5上的SNR 13dB 12dB 12dB
主方向向量 1-4-5 1 1-2-5
表中示出关于卫星31仅在天线1、4和5上存在带有良好信噪比SNR的信号，这是由于所述天线向卫星31的有利的定向所导致；天线2和3从卫星31接收到带有不利的信噪比SNR的仅很弱的信号。因此，在评估装置26中为形成主方向向量仅考虑天线1、4和5的已知的定向向量；由评估装置26形成相应的主方向向量信号。
关于卫星32根据上表可见，由于其相对不利的定向，相对于此卫星未记录带有良好的信噪比的多个测量信号，而是仅记录天线1的天线接收信号A2，因为仅此天线接收信号2从其余的天线接收信号正地突显；主方向向量在此与天线1的定向向量重合。关于卫星33情况表现为不同，因为在此以天线1、2和5的已知的定向向量产生了主方向向量信号；天线1、2和5的天线接收信号A1、A2和A5在此比天线3和4的天线接收信号具有明显更好的信噪比SNR。
卫星除对于宽度和长度的测量值外也提供了关于其在轨道上的位置的信息。此信息也供给到评估装置26。评估装置26现在可以将卫星31至33的位置与各主方向向量进行比较，这通过将各主方向向量信号与卫星31至33的各已知的定向向量信号进行比较来进行，所述定向向量信号对应于各定向向量存在。如果各卫星相关的主方向向量信号分别与相同的卫星的相应的定向向量信号很大程度上一致，则通过由评估装置26发出包含各位置数据的导航信号N来实现位置说明；位置确定在此结束。
所确定的主方向向量信号与所属的定向向量信号或卫星轨道内的坐标的明显的偏差导致的结果是相应的卫星错误地被记录，且因此所述卫星不能被考虑用于位置确定。其原因可以是干扰发送器或反射。
为更好的可见性在图3中未图示GNSS接收器21至25分别可以与多种GNSS接收器并联连接。各并联连接的GNSS接收器然后在输出侧与也未图示的比较器连接，所述比较器在两个GNSS接收器的输出信号由于识别到的系统错误而强偏差时停止导航信号的发出。

Claims (12)

1.一种使用GNSS(全球导航卫星系统)通过具有多个天线(1至5)的天线设备(6)和其下级的被施加以天线接收信号(A1至A5)的接收信号评估设备(20)进行位置确定的方法，所述信号接收评估设备含有连接到天线(1至5)的带有后接的评估装置(26)的GNSS接收器(21至25)，
其特征在于，
使用天线设备(6)，在所述天线设备中天线(1至5)以不同的方向向量不同地定向，和
·关于每个可记录的卫星(31至33)，所有天线(1至5)的天线接收信号(A1至A5)分别在其卫星相关的信噪比方面被记录而形成卫星特定的信噪比测量值，
·从卫星特定的信噪比测量值关于每个卫星选择如下卫星特定的信噪比测量值，即在其信噪比上所述卫星特定的信噪比测量值从关于各相同的卫星的另外的信噪比测量值中正地突显，
·从其卫星相关的信噪比测量值被选择的天线的各方向向量信号形成各卫星相关的主方向向量信号，
·将卫星相关的主方向向量信号与表征各卫星在轨道上的位置的定向向量信号进行比较，且在偏差低时实现位置说明(N)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用其中天线(1至5)安放到截棱锥的面上的天线设备。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用其中各一个天线(1至5)安放到截棱锥的面(8至12)上的天线设备。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用其中天线(1至5)安放到带有正方形底面的截棱锥的面(8至12)上的天线设备。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将GNSS接收器的输出信号与和GNSS接收器并联连接的多种GNSS接收器的另外的输出信号进行比较，且在各一个输出信号和另外的输出信号之间的不同时停止各主方向向量的生成。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使用以微控制器构造的评估装置作为评估装置。
7.一种使用GNSS(全球导航卫星系统)进行位置确定的设备，所述设备带有具有多个天线(1至5)的天线设备(6)和其下级的被施加以天线接收信号(A1至A5)的接收信号评估设备(20)，所述信号接收评估设备含有连接到天线(1至5)的带有后接的评估装置(26)的GNSS接收器(21至25)，
其特征在于，设备(6)具有以不同的方向向量不同地定向的天线(1至5)，且
评估装置(26)适合于，
·关于每个可记录的卫星(31至33)将所有天线(1至5)的各天线接收信号(A1至A5)分别在其卫星相关的信噪比方面进行记录而形成卫星特定的信噪比测量值，
·从卫星特定的信噪比测量值关于每个卫星选择如下卫星特定的信噪比测量值，即在其信噪比上所述卫星特定的信噪比测量值从关于各相同的卫星的另外的信噪比测量值中正地突显，
·从其卫星相关的信噪比测量值被选择的天线的各方向向量信号(1至5)形成各卫星相关的主方向向量信号，和
·将卫星相关的主方向向量信号与表征各卫星在轨道上的位置的定向向量信号进行比较，且在偏差低时实现位置说明(N)。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，天线(1至5)安放到截棱锥的面上。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，在天线设备(6)中各一个天线(1至5)安放到截棱锥的面(8至12)上。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在天线设备中天线(1至5)安放到带有正方形底面的截棱锥的面(8至12)上。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的设备，其特征在于，与GNSS接收器并联连接多种GNSS接收器，所述GNSS接收器后接以比较器，所述比较器在GNSS接收器的各一个输出信号和多种GNSS接收器的另外的输出信号之间的不同时停止各主方向向量的生成。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的设备，其特征在于，评估装置(26)是微控制器。
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