DE102004043524B4

DE102004043524B4 - RTK-Positionierungssystem und Positionierungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102004043524B4
Application number: DE102004043524.3A
Authority: DE
Inventors: Ivan G. Petrovski; Hideyuki Torimoto
Original assignee: GNSS Technologies Inc
Current assignee: GNSS Technologies Inc
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: JP4105614B2; DE102004043524A1; RU2363012C2; KR101073771B1; CN1595192B; US20050080563A1; JP2005083888A; CN1595192A; KR20050025917A; US7340343B2; RU2004126968A

Abstract

RTK-Positionsbestimmungssystem (1), RTK = Real Time Kinematic = Echtzeitkinematik, das Positionen mit Pseudoliten (2) bestimmt, die als GPS-Satelliten (2) verwendet werden, und das aufweist:eine Vielzahl von Pseudoliten (2), von denen jeder an einer vorgegebenen Position angeordnet ist;einen Rover-Empfänger (5) zum Messen des Codes und der Trägerphase der Signale, die von jedem der Pseudoliten (2) gesendet werden;eine stationäre Referenzstation (3), die an einer vorgegebenen Position angeordnet ist und den Code und die Trägerphase der Signale misst, die von jedem der Pseudoliten (2) gesendet werden;eine sich bewegende Referenzstation (4) zum Messen des Codes und der Trägerphase der Signale, die von jedem der Pseudoliten (2) gesendet werden, und die angepasst ist, sich zu bewegen;eine Nutzerprozessoreinheit (6) zur Positionsbestimmung des Rover-Empfängers (5) auf der Basis des Codes und der Trägerphase, die von der stationären Referenzstation (3) und der sich bewegenden Referenzstation (4) gesendet werden, und des Codes und der Trägerphase, die von dem Rover-Empfänger (5) gesendet werden; undeine Datenverbindung (7) zum Senden der Daten von der stationären Referenzstation (3), der sich bewegenden Referenzstation (4) und dem Rover-Empfänger (5) zu der Nutzerprozessoreinheit (6),worin eine Position der stationären Referenzstation (3) und jede Position der Pseudoliten (2) der Nutzerprozessoreinheit (6) bekannt sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionierungssystem mit Echtzeitkinematik (nachfolgend als RTK = Real Time Kinematic bezeichnet) und ein RTK-Positionierungsverfahren dafür und insbesondere ein genaues RTK-Positionierungssystem, das einen Pseudolite einsetzt, der die Trägerphase verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
Viele Positionierungsverfahren sind verfügbar, die künstliche Satelliten (nachfolgend einfach als „Satelliten“ bezeichnet) verwenden, aber gegenwärtig ist das am allgemeinsten verwendete Positionierungsverfahren jenes, das einen GPS-Satelliten verwendet. Verschiedene Positionierungsverfahren sind auch verfügbar, die das GPS verwenden. Von diesen ist ein Positionierungsverfahren, das die Trägerphase verwendet, aufgrund seiner hohen Genauigkeit, d.h., Fehlern von nur mehreren mm bis mehreren cm, und der kurzen Positionierungsdauer überlegen, die es benötigt. Bei einem Positionierungsverfahren, das die Trägerphase verwendet, müssen Wellenzahlunbestimmtheiten (die nachfolgend als „Mehrdeutigkeiten“ bezeichnet werden) der Trägerphasendaten bestimmt werden und ein Verfahren zum Bestimmen der Mehrdeutigkeiten bzw. Zweideutigkeiten für das GPS ist insbesondere für Echtzeitanwendungen bereits bestens bekannt. Ein Positionierungsverfahren, das die Trägerphase verwendet und das für eine Echtzeitanwendung verwendet wird, ist ein RTK-Positionierungsverfahren.
Es wird ein Verfahren offenbart, wodurch ein Nutzer einen momentanen Ort bzw. Standort in Echtzeit erhalten kann, auch in einer Umgebung, z.B. hinter einem Gebäude, im Haus oder in einem Untergrundbereich, wo das Aufzeichnen bzw. Bestimmen des Ortes schwierig ist. Gemäß diesem Verfahren wird der Ort einer tragbaren Anschlussvorrichtung, die eine GPS-Empfangsfunktion enthält, unter Verwendung eines repräsentativen Zeichens angezeigt und auf der Basis eines Positionierungsfehlers werden die Geschwindigkeit und die Vorwärtsrichtung, die durch eine Analyse unter Verwendung eines GPS-Signals erhalten werden, ein Positionierungsfehlerkreis und Pfeile angezeigt, die die Geschwindigkeit und die Vorwärtsrichtung angeben, wobei das Zeichen in der Mitte angeordnet wird. Anstelle der Verwendung des momentanen Ortes, des Position erungsfehlers, der Geschwindigkeit und der Vorwärtsrichtung verwendet eine Anzeigeanschlussvorrichtung, die ein GPS-Empfänger oder ine GPS-Empfangsfunktion enthält, Informationen, z.B. die vorherigen Orte der Anschlussvorrichtung bzw. Terminalvorrichtung, einen Fehlerwert, die Geschwindigkeit und die Vorwärtsrichtung, um einen vorhergesagten Ort, einen Positionierungsfehler, eine Geschwindigkeit und eine Vorwärtsrichtung anzeigen zu können.
Die JP-A-2003-215228 wird als Stand der Technik bezeichnet.
Wenn ein Positionierungsverfahren, das eine Trägerphase verwendet, eingesetzt wird, ist eine geometrische Änderung erforderlich, die in Übereinstimmung mit den Positionen einer Signalquelle, des Rover-Empfängers bzw. Wanderempfängers eines Nutzers und des Empfängers einer Referenzstation bestimmt wird. Die Geometrie muss nur für jeden Messzyklus bzw. jede Messperiode geändert werden (nachfolgend als „Epoche“ bezeichnet). Die Geometrieänderung ist eine Bedingung für das Bestimmen einer Mehrdeutigkeit und, wenn die Positionierung im Freien durchgeführt wird, ist diese Bedingung durch die Bewegung des Satelliten erfüllt.
Im Allgemeinen wird als die Initialisierungsoperation für ein Positionierungsverfahren, das die Trägerphase verwendet, die Bestimmung einer Mehrdeutigkeit durchgeführt. Wenn die Initialisierungsoperation durchgeführt wird, wird die Mehrdeutigkeit bestimmt und der anfängliche Ort eines Nutzers wird bestimmt. Danach, während mit dem Empfang eines Signals von dem Satelliten fortgesetzt wird, bewegt sich der Nutzer von Messpunkt zu Messpunkt und eine Positionierung bzw. Ortsbestimmung wird an jedem Messpunkt durchgeführt. Gemäß dem Positionierungsverfahren, das die Trägerphase verwendet, ist es wichtig, dass ein Signal kontinuierlich nicht nur an jedem Messpunkt empfangen wird, sondern auch während sich der Nutzer bewegt. Aufgrund externer Faktoren, z.B. des Einflusses der Wellenübertragungsverzögerung in der Ionosphäre oder der Troposphäre oder einer Funkumgebung, zum Beispiel einem Vielweg an einem Messpunkt, sind eine Unterbrechung oder ein Abbrechen des Empfangs eines Signals von einem Satelliten nicht selten und jedes Mal, wenn der Signalempfang unterbrochen wird, muss der Mehrdeutigkeitsbestimmungsbetrieb bzw. Übergangsbestimmungsbetrieb wiederholt werden.
Ein großes Problem, das nicht nur die RTK-Positionierung sondern im Allgemeinen auch die satelliten-abhängigen Positionierungsverfahren beeinträchtigt, die Satelliten verwenden, ist, dass in den Bergen und Wäldern und über Wolkenkratzern und in Tunneln und Gebäuden und unterirdisch, sogenannten verborgenen bzw. versteckten Orten, wenn von einem Satelliten aus betrachtet wird, der Empfang der Satellitensignale fehlerhaft oder unmöglich ist. Deshalb können entweder Satellitensignale nicht empfangen werden oder die Anzahl, die empfangen wird, ist unzureichend für die Positionierung. In einem solchen Fall kann entweder die Positionierung nicht durchgeführt werden oder sie kann nicht richtig durchgeführt werden.
Gemäß dem Verfahren, das in der JP-A-2003-215228 offenbart ist, für einen sogenannten verborgenen Ort, wenn von einem Satelliten aus betrachtet wird, also in den Bergen oder in einem Wald oder über Wolkenkratzern oder in einem Tunnel oder einem Gebäude oder im Untergrund bzw. in der U-Bahn, wo eine Positionierung nicht durchgeführt werden kann, wird die frühere Geschichte, das heißt die Geschichte der Positionierung, die in einem solchen Ort gemacht wurde, verwendet, um eine vorhergesagte Route berechnen zu können. Deshalb, wenn die Positionierung mit der Durchführung mit Bezug auf einen anfänglichen Ort startet, wo die Positionierung nicht abgeschlossen werden konnte, ist keine frühere Geschichte verfügbar und die Positionierung kann für diesen Ort nicht durchgeführt werden.
Für die Durchführung der Positionierung im Haus haben die vorliegenden Erfinder ein Verfahren vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird zum Beispiel ein Pseudo-Satellit (nachfolgend als „Pseudolite“ bezeichnet), auf der Erde bzw. dem Boden anstelle eines GPS-Satelliten installiert und es wird auch ein Referenzempfänger installiert, der im Allgemeinen für die RTK-Positionierung verwendet wird. Der Rover-Empfänger eines Nutzers wird dann unter Verwendung eines Signals kalibriert, das von dem Pseudolite empfangen wird. Bei der Verwendung dieses Verfahrens tritt jedoch, da der Pseudolite und der Referenzempfänger festgelegt sind, die Änderung der Geometrie nicht auf. Der anfängliche Ort des Rover-Empfängers des Nutzers kann deshalb nicht bestimmt werden und eine genaue Trägerphase-Positionierungsfunktion, die einen Fehler von nur einigen mm bis einigen cm hat, kann deshalb nicht eingesetzt werden.
Um das Positionierungsverfahren, das die Trägerphase verwendet, verwenden zu können, bewegten die vorliegenden Erfinder einen Referenzstationsempfänger, um die Geometrie ändern zu können. Gemäß dem Positionierungsverfahren, das die Trägerphase verwendet, muss jedoch der Ort des Referenzempfängers erhalten werden, bevor die Mehrdeutigkeitsbestimmungsoperation begonnen hat, sodass das Verfahren, das von den Erfindern studiert wurde, keine praktizierbare bzw. lebensfähige Lösung ist. Zudem, obwohl auch ein unabhängiges Positionierungsverfahren, das einen Code verwendet, verfügbar ist, ist dieses Verfahren insbesondere für eine akkurate Positionierung im Hause nicht geeignet, da ein Fehler von mindestens mehreren Metern auftritt.
Da eine automatische, genaue Positionierung im Hause für das Gebiet der Robotertechnik erforderlich ist, gibt es ein Bedürfnis nach einer genauen Positionierungseinrichtung, die auch für die Roboter verwendet werden kann.
Das Problem, das gelöst werden soll, besteht darin, dass an Stellen bzw. Orten, z.B. im Freien, wo ein Signal nicht von einem Satelliten empfangen werden kann, und an Orten, die geografisch gegenüber dem Satelliten verborgen sind, z.B. jene in Städten oder in Bergen, wo die Anzahl der Signale, die für eine Positionierung erforderlich sind, von einem Satelliten nicht empfangen werden können, das Positionierungsverfahren, das die Trägerphase empfängt, nicht verwendet werden kann und dass eine genaue Positionierung unmöglich ist. Das Problem besteht spezifisch darin, dass, wenn ein Nutzer keine Vorausinformationen für einen Ort hat, der Nutzer keine Einrichtung bzw. Mittel zum Bestimmen seines oder ihres Ortes hat.
DE 101 49 206 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kartographieren einer Straße während der Fahrt eines Fahrzeuges, wobei zwei Datenerfassungsmodule an den Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind, von denen jedes über einen GPS-Empfänger und eine Antenne verfügt, so dass damit die Position des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Kamera die es erlaubt, die Fahrzeugposition in Korrelation zu den Informationen über die Straße festzustellen. Ferner ist gezeigt, dass ein Austausch von Positionsdaten mit einem anderen Fahrzeug ermöglicht wird, um die Gefahr von Fahrzeugkollisionen zu vermindern.
US 5,983,161 bezieht sich auf ein Fahrzeugkollisionsvermeidungs- und Warnungssystem mit GPS Unterstützung. Hierbei werden Positionssignale von GPS Satelliten ausgewertet, um damit eine Positionsbestimmung durchzuführen. Zusätzlich werden differentielle Korrektursignale von stationären D-GPS Erdbasisstationen verwendet, um die Positionsberechnungsgenauigkeit zu erhöhen. Ziel ist hierbei, eine hohe Genauigkeit von Fahrzeugbewegungen zu erhalten und ferner die Positionsdaten zwischen Fahrzeugen auszutauschen, um damit Kollisionen zu vermeiden.
Überblick über die Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung stellt ein RTK-Positionierungssystem bereit, das Positionen mit Pseudoliten, die GPS-Satelliten ersetzen, bestimmt und hat: eine Vielzahl von Pseudoliten, von denen jeder in einer vorgegebenen Position angeordnet ist; einen Rover-Empfänger zum Messen des Codes und der Trägerphase von Signalen, die von jedem der Pseudoliten gesendet werden; eine stationäre Referenzstation, die an einer vorgegebenen Position angeordnet ist, und zum Messen des Codes und der Trägerphase der Signale, die von jedem der Pseudoliten gesendet werden; eine Bewegungsreferenzstation zum Messen des Codes und der Trägerphase der Signale, die von jedem der Pseudoliten gesendet werden, und zum Bewegen; eine Nutzerprozessoreinheit zum Positionieren des Rover-Empfängers auf der Basis eines Codes und einer Trägerphase, die von der stationären Referenzstation bzw. der sich bewegenden Referenzstation gesendet werden, und eines Codes und einer Trägerphase, die von dem Rover-Empfänger gesendet werden; und eine Datenverbindung, um alle Daten von der stationären Referenzstation, der sich bewegenden Referenzstation und dem Rover-Empfänger zu der Nutzerprozessoreinheit zu senden, worin eine Position der stationären Referenzstation und jede Position der Pseudoliten der Nutzerprozessoreinheit bekannt sind.
Zudem werden mindestens vier Pseudolite für eine dreidimensionale Positionierung des Rover-Empfängers verwendet und mindestens drei Pseudolite werden für eine zweidimensionale Positionierung des Rover-Empfängers verwendet.
Die Erfindung stellt auch ein RTK-Positionierungssystem (RTK = Real Time Kinematic = Echtzeitkinematik) bereit, das Positionen mit einem GPS-Satelliten und einem Pseudoliten bestimmt und das aufweist: einen GPS-Satelliten; mindestens einen Pseudoliten, von denen jeder an einer vorgegebenen Position angeordnet ist; einen Rover-Empfänger zum Messen des Codes und der Trägerphase von Signalen, die von jeweils dem GPS-Satelliten und dem Pseudoliten gesendet werden; eine sich bewegende bzw. bewegte Referenzstation zum Messen des Codes und der Trägerphase von Signalen, die von jeweils dem GPS-Satelliten und dem Pseudoliten gesendet werden, und zum Bewegen; eine Nutzerprozessoreinheit zum Positionieren des Rover-Empfängers auf der Basis des Codes und der Trägerphase, die von der stationären Referenzstation bzw. der sich bewegenden Referenzstation gesendet werden, und des Codes und der Trägerphase, die von dem Rover-Empfänger gesendet werden; und eine Datenverbindung, um alle Daten von der stationären Referenzstation, der sich bewegenden Referenzstation und dem Rover-Empfänger zu der Nutzerprozessoreinheit zu senden, worin eine Position der stationären Referenzstation und die Positionen des Pseudoliten der Nutzerprozessoreinheit bekannt sind.
Zudem werden mindestens vier Satelliten einschließlich dem GPS-Satelliten und dem Pseudoliten für eine dreidimensionale Positionierung des Rover-Empfängers verwendet, und mindestens drei Satelliten einschließlich dem GPS-Satelliten und dem Pseudoliten werden für die zweidimensionale Positionierung des Rover-Empfängers verwendet.
Die Erfindung stellt auch ein RTK-Positionierungsverfahren bereit, einschließlich den Schritten: Setzen der Positionen der Pseudoliten, die einer Nutzerprozessoreinheit vorher bekannt waren, und Setzen einer Position der stationären Referenzstation, die der Nutzerprozessoreinheit bekannt ist; Messen des Codes und der Trägerphase von Signalen, die von den Pseudoliten gesendet werden, durch die stationäre Referenzstation, eine sich bewegende Referenzstation bzw. einen Rover-Empfänger, der von dem Nutzer gehalten wird; Senden von Codedaten bzw. der Trägerphasedaten, die in der stationären Referenzstation, der sich bewegenden Referenzstation und dem Rover-E pfä ger gemessen werden, zu der Nutzerprozessoreinheit mit einer Datenverbindung; Positionieren des Rover-Empfängers auf der Basis eines Codes und der Trägerphase, die von der stationären Referenzstation, der sich bewegenden Referenzstation und dem Rover-Empfänger gesendet werden.
Die Positionierung, die die Trägerphase verwendet, kann deshalb sogar an Plätzen durchgeführt werden, zum Beispiel im Haus, wo ein GPS-Signal nicht empfangen werden kann, oder an Plätzen, die gegenüber dem Satelliten verborgen sind, zum Beispiel in Bergen und Wäldern und hinter Wolkenkratzern in Städten, wo die Anzahl der GPS-Signale, die für die Positionierung erforderlich sind, nicht empfangen werden kann. Im Ergebnis kann eine genaue Positionierung mit einem Fehler von nur einigen mm bis einigen cm durchgeführt werden.
Zudem sendet der Pseudolite Daten, die von den GPS-Satelliten gesendet werden, und die stationäre Referenzstation, die sich bewegende Referenzstation und der Rover-Empfänger haben die Funktion eines GPS-Empfängers.
Deshalb werden verschiedenste Verwendungen, die sich auf eine herkömmliche Positionierung beziehen, die eine GPS verwendet, bereitgestellt.
Zudem verwendet der Pseudolite FDMA (Frequency Division Multiple Access = Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff) und sendet Daten zurück, die von einem Navigationssatelliten, einem geostationären Satelliten und einem quasi-stationären Satelliten einschließlich einem GPS-Satelliten gesendet werden.
Zudem sendet der Pseudolite Daten, die von einem Navigationssatelliten, einem geostationären Satelliten und einem quasi-stationären Satelliten einschließlich einem GPS-Satelliten gesendet werden, unter Verwendung der räumlichen Aufteilung eines Satelliten zurück.
Es ist deshalb möglich, ein RTK-Positionierungssystem bereitzustellen, das nicht nur die GPS-Satelliten sondern auch die Navigationssatelliten, die stationären Satelliten und quasi-stationären Satelliten verwendet.
Zudem ist mindestens einer der Pseudoliten ein GPS-ähnlicher Satellit.
Zudem ist mindestens einer der Pseudoliten eine feststehende Breitbandsignalquelle bzw. eine feststehende Signalquelle mit einem gedehnten Spektrum bzw. Spread-Spectrum.
Zudem ist mindestens einer der Pseudoliten ein stationärer Satellit oder ein quasi-stationärer Satellit.
Deshalb ist es möglich, ein RTK-Positionierungssystem bereitzustellen, das im Freien funktioniert, indem der stationäre Satellit oder der quasi-stationäre Satellit als eine Signalquelle verwendet werden.
Zudem ist die feststehende Breitbandsignalquelle ein Synchrolit.
Zudem ist die ortsfeste Breitbandsignalquelle ein GPS-Signal-Rücksender.
Zudem sendet der Rücksender GPS-ähnliche Signale.
Zudem sendet der GPS-Signal-Rücksender Breitbandsignale ähnlich zu den GPS-ähnlichen Signalen.
Weiterhin werden fünf Pseudolite verwendet und der Pseudolite sendet Signale bei zwei unterschiedlichen Frequenzbändern zurück und eine Position der sich bewegenden Referenzstation wird beim Bewegen bzw. beim Durchgang bestimmt.
Da die Initialisierung automatisch bei der Bewegung durchgeführt wird, kann der Nutzer eine Positionierung in Echtzeit durchführen, was sehr praktisch und bequem ist.
Zudem bewegt sich die sich bewegende Referenzstation entlang eines Kreises, in dem die stationäre Referenzstation in der Mitte des Kreises ist.
Da die unbekannte Zahl der Parameter reduziert wird, wird deshalb der Vorgang zum Erhalten der Basislinie vereinfacht und die Belastung, die dem Analyseprogramm auferlegt wird, kann reduziert werden.
Zudem ist die Nutzerprozessoreinheit ein Prozessor innerhalb des Rover-Empfängers.
Deshalb kann die Konfiguration des RTK-Positionierungssystems vereinfacht werden.
Zudem ist die Nutzerprozessoreinheit ein Computer, der mit dem Rover-Empfänger verbunden ist.
In dem Fall, dass ein Analyseprogramm durch den Computer durchgeführt wird, der eine hohe Berechnungskapazität hat, kann die Analysedauer merklich vermindert werden.
Zudem ist die Datenverbindung eine drahtlose Verbindung.
Zudem ist die Datenverbindung eine verdrahtete Verbindung.
Weiterhin werden mindestens zwei Rover-Empfänger verwendet, wobei einer der Rover-Empfänger, mit dem eine Funktion einer Referenzstation bereitgestellt wird, als die sich bewegende Referenzstation verwendet wird.
Somit kann die Anzahl der Vorrichtungen, die im Hause bzw. drinnen installiert werden müssen, reduziert werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das den Aufbau des wesentlichen Abschnitts einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Überblick über ein Positionierungsverfahren gemäß der Erfindung zeigt; und
3 ist ein vergrößertes Diagramm, das den wesentlichen Abschnitt zeigt, der die Positionsbeziehung zwischen einer stationären Referenzstation, einer sich bewegenden Referenzstation und einem Rover-Empfänger in 1 wiedergibt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Man nehme an, dass die Orte eines Pseudoliten und einer stationären Referenzstation früher erhalten wurden und dass der Code und die Trägerphase eines Signals, das von dem Pseudoliten gesendet wird, durch die stationäre Referenzstation, eine bewegte Referenzstation und einen Rover-Empfänger, der von einem Nutzer gehalten wird, gemessen bzw. ermittelt werden. Daten des Codes und der Trägerphase, die durch die stationäre Referenzstation, die bewegte Referenzstation und den Rover-Empfänger gemessen werden, werden zu einer Nutzerverarbeitungseinheit unter Verwendung einer Datenverbindung gesendet. Die Nutzerverarbeitungseinheit bestimmt eine Basislinie zwischen der stationären Referenzstation und der sich bewegenden Referenzstation und eine Basislinie zwischen der sich bewegenden Referenzstation und dem Rover-Empfänger und verwendet die beiden Basislinien und den zuvor bekannten Ort der stationären Referenzstation, um die Position des Rover-Empfängers zu bestimmen. Deshalb kann auch an Plätzen, zum Beispiel im Haus bzw. im Inneren, wo ein GPS-Signal nicht empfangen werden kann, oder an Plätzen, die gegenüber dem Satelliten verborgen sind, zum Beispiel jene in Bergen und Wäldern oder hinter hohen Gebäuden in Städten, wo die Anzahl der GPS-Signale, die für die Positionierung erforderlich sind, nicht empfangen werden kann, das Positionierungsverfahren verwendet werden, das die Trägerphase verwendet. Im Ergebnis kann eine Positionierung bzw. die Ortsbestimmung mit einem Fehler von nur einigen mm bis einigen cm durchgeführt werden und vielfältige Verwendungen bzw. Anwendungen gegenüber der herkömmlichen Positionierung unter Verwendung des GPS können bereitgestellt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau des wesentlichen Teils der Ausführungsform der Erfindung zeigt. 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Überblick über ein Positionierungsverfahren gemäß der Erfindung zeigt. 3 ist ein vergrößertes Diagramm, das den wesentlichen Abschnitt zeigt, der die Positionsbeziehung zwischen einer stationären Referenzstation 3, einer sich bewegenden Referenzstation 4 und einem Rover-Empfänger 5 wiedergibt, die später beschrieben werden. In der Ausführungsform wird eine Erläuterung für einen Fall gegeben, worin die Positionierung des Rover-Empfängers 5 eines Nutzers im Hause durchgeführt werden soll, wo ein GPS-Signal nicht empfangen werden kann.
In 1 und 3 verwendet ein RTK-Positionierungssystem 1 (RTK = Real Time Kinematic = Echtzeitkinematik) ein RTK-Positionierungsverfahren, um die Position des Rover-Empfängers 5 eines Nutzers zu bestimmen. Das RTK-Positionierungssystem 1 hat vier Pseudoliten 2, zwei Referenzstationen, die die stationäre Referenzstation 3 und die sich bewegende Referenzstation 4 enthalten, den Rover-Empfänger 5, eine Nutzerverarbeitungseinheit 6 und eine Datenverbindung 7.
Der Pseudolite 2 wird als eine Signalquelle verwendet, die als ein Satellit wirkt. Mindestens vier Pseudoliten 2 sind für die dreidimensionale Positionierung erforderlich und mindestens drei Pseudoliten 2 sind für die zweidimensionale Positionierung erforderlich. In der Ausführungsform werden Pseudoliten verwendet, die auf dem Markt erhältlich sind. Ein GPS-ähnlicher Satellit oder eine feststehende Breitbandsignalquelle können anstelle des Pseudoliten 2 verwendet werden. Die Breitbandsignalquelle kann ein Synchrolit oder ein GPS-Signal-Rücksender zum Senden eines GPS-ähnlichen Satellitensignals oder eines ähnlichen Breitbandsignals bzw. Spread-Spektrum-Signals sein. Da verschiedene Signalquellen verwendet werden können, können vielfältige Verwendungen oder Anwendungen des RTK-Systems bereitgestellt werden.
Die stationäre Referenzstation 3 ist feststehend bzw. ortsfest und funktioniert als eine Referenzstation. Die bewegte Referenzstation 4 bewegt sich konstant und funktioniert als eine zweite, zwischenliegende Referenzstation. Der Rover-Empfänger 5 ist in Besitz eines Nutzers. In der Ausführungsform haben die stationäre Referenzstation 3, die sich bewegende Referenzstation 4 und der Rover-Empfänger 5 die Funktion eines GPS-Empfängers, der auf dem Markt erhältlich ist und der auch Code und Trägerphase eines GPS-Signals messen kann. Die vier Pseudoliten 2 sollten mit den Referenzstationen 3 und 4 und dem Rover-Empfänger 5 derart gesetzt und registriert werden, dass sie Signale von den Pseudoliten 2 empfangen und messen können. Die stationäre Referenzstation 3, die bewegende Referenzstation 4 und der Rover-Empfänger 5 sind nicht auf die GPS-Empfänger, die auf dem Markt erhältlich sind, beschränkt und können irgendwelche Empfänger sein, die den Code und die Trägerphase der Signale messen können, die von dem Satelliten 2 gesendet werden.
Die Nutzerverarbeitungseinheit 6 verwendet Daten, die von der stationären Referenzstation 3, der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5 gesendet werden, um einen Datenverarbeitungsalgorithmus ausführen zu können, damit die Position des Rover-Empfängers 5 bestimmt werden kann. In der Ausführungsform wird ein Standardlaptop-Computer verwendet und der Datenverarbeitungsalgorithmus, der weiter unten beschrieben wird, ist als Software darauf installiert. Der Datenverarbeitungsalgorithmus kann jedoch in dem internen Prozessor des Rover-Empfängers 5 ausgeführt werden.
Die Datenverbindung 7 wird für den Austausch von Daten zwischen der stationären Referenzstation 3, der sich bewegenden Referenzstation 4, dem Rover-Empfänger 5 und der Nutzerverarbeitungseinheit 6 verwendet. In der Ausführungsform ist deshalb eine drahtlose Kommunikationseinrichtung, die einen Datensender und einen Datenempfänger enthält, an der stationären Referenzstation 3, der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5 angebracht oder damit verbunden. Eine verdrahtete Kommunikationseinrichtung, zum Beispiel ein Kabel, kann verwendet werden.
Der Betrieb des RTK-Positionierungssystems 1 wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
Vor der Positionierung werden die vier Pseudoliten 2 jeweils an vier Ecken eines Raumes installiert. Jeder Ort der Pseudoliten 2 wird gemessen, damit er vorher der Nutzerprozessoreinheit 6 bekannt ist. Die stationäre Referenzstation 3 und die sich bewegende Referenzstation 4 werden an beliebigen Orten im Raum installiert. Der Ort der stationären Referenzstation 3 wird gemessen, damit er vorher der Nutzerprozessoreinheit 6 bekannt ist.
Wie in 1 und 3 gezeigt ist, gibt eine durchgezogene Linie den Ort der sich bewegenden Referenzstation 4 zum Zeitpunkt der Epoche k an und eine unterbrochene Linie gibt den Ort der sich bewegenden Referenzstation 4 zum Zeitpunkt der Epoche (k+1) an. Das heißt, dass die sich bewegende Referenzstation 4 derart angeordnet ist, dass sie sich entlang eines Kreises bewegt, dessen Radius einen vorgegebenen Wert „R“ hat und in dem die stationäre Referenzstation 3 in der Kreismitte ist. Der Kreis ist auf der gleichen Ebene wie die stationäre Referenzstation 3. So lange wie sich die bewegte Referenzstation 4 konstant bewegt, ist jedoch eine solche Beschränkung nicht erforderlich und die sich bewegende Referenzstation 4 kann sich frei bzw. ungerichtet bewegen.
Die vorstehende Positionsbeziehung zwischen dem feststehenden Referenzstationsempfänger 3 und dem sich bewegenden Referenzstationsempfänger 4 wird jedoch bevorzugt. Wenn sich der sich bewegende Referenzempfänger 4 entlang der gleichen Ebene wie die stationäre Referenzstation 3 bewegt, kann der Parameter für die Höhe der sich bewegenden Referenzstation 4 zum Positionieren des Rover-Empfängers 5 eingerichtet werden. Zudem, wenn sich die sich bewegende Referenzstation 4 entlang des Kreises bewegt, wird der Abstand bzw. die Entfernung zwischen der stationären Referenzstation 3 und der sich bewegenden Referenzstation 4 als eine Konstante eingerichtet und als ein vorgegebener Wert, da sich die bewegte Referenzstation 4 entlang eines speziellen Bewegungsweges bewegt. Im Ergebnis wird die Anzahl der unbekannten Parameter, die verwendet werden, um die Basislinie zu analysieren bzw. zu ermitteln, weiter reduziert. Die Analyse der Basislinie, um die Position des Rover-Empfängers 5 zu bestimmen, wird deshalb vereinfacht.
Für die Positionierung werden die Initialisierung für die stationäre Referenzstation 3 und die sich bewegende Referenzstation 4 im Vorhinein durchgeführt. Es ist praktikabler, wenn die Initialisierung automatisch bei der Bewegung bzw. bei dem On-the-fly durchgeführt wird, was für ein RTK-Positionierungsverfahren bestens bekannt ist. Für die Initialisierung sind jedoch mindestens fünf Pseudoliten 2 erforderlich und die Pseudoliten 2 müssen Signale in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern L1 und L2 zurücksenden.
Das On-the-fly ist praktikabel, da es nicht nur für die automatische Initialisierung, die durchgeführt wird, bevor die Positionierung gestartet wird, sondern auch für eine Initialisierung verfügbar ist, die aufgrund eines momentanen Abschneidens oder Anhaltens des Empfangs eines Signals von einem Satelliten erforderlich sein kann, was während der Positionierung auftreten kann.
In dem RTK-Positionierungssystem 1 hat ein Nutzer den Rover-Empfänger 5, die Nutzerverarbeitungseinheit 6 und einen Teil der Datenverbindung 7 (ein Abschnitt, der an dem Rover-Empfänger 5 angebracht ist und mit diesem verbunden ist). Wenn sich der Nutzer bewegt, bewegen sich diese Einheiten in dem Raum bzw. um den Raum herum. Die Positionierung des Rover-Empfängers 5 startet mit der Durchführung, wenn der Nutzer den Raum bzw. das Zimmer betritt.
Zuerst werden die Codes und die Trägerphase der Signale, die von den vier Pseudoliten 2 gesendet werden, die in dem Raum angeordnet sind, durch die stationäre Referenzstation 3, die sich bewegende Referenzstation 4 und den Rover-Empfänger 5 gemessen bzw. ermittelt. Daten der Codes und die Trägerphase der Signale, die von der stationären Referenzstation 3, der bewegten Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5 gemessen werden, werden zu der Nutzerverarbeitungseinheit 6 unter Verwendung der Datenverbindung 7 gesendet.
Die Nutzerverarbeitungseinheit 6 empfängt die gemessenen Daten durch eine Schnittstelle, die von der stationären Referenzstation 3, der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5 (Schritt 21 in 2) gesendet werden. Dann führt die Nutzerverarbeitungseinheit 6 die nachfolgenden Schritte unter Verwendung des Datenverarbeitungsalgorithmus aus, um die Position des Rover-Empfängers 5 bestimmen zu können.
Die Nutzerverarbeitungseinheit 6 führt das Rastern bzw. Aussieben der gemessenen Daten aus, um notwendige Daten aus den gemessenen Daten (Schritt 22) zu gewinnen. Als nächstes initialisiert die Nutzerverarbeitungseinheit 6 die Codes (Schritt 23) und bestimmt die Position des Rover-Empfängers 5 durch die Trägerphase (Schritt 24).
Es ist wichtig für die Positionierung bzw. Ortsbestimmung, dass sich die bewegte Referenzstation 4 konstant bewegt. In der Ausführungsform werden anstelle von Satelliten die Pseudoliten 2, die an den eingerichteten Orten des Raumes installiert sind, als Signalquellen zum Durchführen der RTK-Positionierung verwendet. Da die Pseudoliten 2, die als Signalquellen wirken, feststehend sind, wird die Geometrie nicht geändert und Mehrdeutigkeiten bzw. Zweideutigkeiten können deshalb nicht bestimmt werden. Wenn sich die sich bewegende Referenzstation 4 bewegt, ändert sich jedoch die Geometrie zwischen der sich bewegenden Referenzstation 4 und der stationären Referenzstation 3 und zwischen der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5. Eine Basislinie A zwischen der stationären Referenzstation 3 und der sich bewegenden Referenzstation 4 und eine Basislinie B zwischen der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5 können somit bestimmt werden. Eine Basislinie C ist eine Basislinie zwischen der stationären Referenzstation 3 und dem Rover-Empfänger 5.
Da die Basislinien A und B und der Ort der stationären Referenzstation 3 der Nutzerverarbeitungseinheit 6 vorher bekannt waren, kann die Positionierung des Rover-Empfängers 5 durchgeführt werden.
Die Nutzerverarbeitungseinheit 6 zeigt die bestimmte Position des Rover-Empfängers 5 (Schritt 25) an. Zudem erzeugt die Nutzerverarbeitungseinheit 6 NMEA-Daten, die Standards für die Kommunikation zwischen einem GPS-Empfänger und einer Navigationsvorrichtung sind, mit Bezug auf die bestimmte Position des Rover-Empfängers 5 (Schritt 26).
Als eine Referenz wird das Prinzip des Datenverarbeitungsalgorithmus wie folgt beschrieben.
Zuerst wird die relative Mehrdeutigkeit zwischen dem Rover-Empfänger 5 und der stationären Referenzstation 3 durch die folgende Gleichung (1) wiedergegeben.
$(\begin{matrix} {‖ X ‖}_{0} \\ {‖ N ‖}_{10} \end{matrix}) = (\begin{matrix} {‖ X ‖}_{1} \\ ‖ 0 ‖ \end{matrix}) + (\begin{matrix} {‖ B ‖}_{12} \\ {‖ N ‖}_{12} \end{matrix}) + (\begin{matrix} {‖ B ‖}_{20} \\ {‖ N ‖}_{20} \end{matrix})$
In der vorstehenden Gleichung (1) ist:

||X||₀: ein Vektor für die Koordinaten des Rover-Empfängers 5;
||X||₁: ein Vektor für die Koordinaten der stationären Referenzstation 3;
||N||₁₀: ein Vektor für die DD-Mehrdeutigkeit (DD = Double Phase Difference = Doppelphasendifferenz) der Basislinie C (der Basislinie zwischen dem Rover-Empfänger 5 und der stationären Referenzstation 3);
||N||₁₂: ein Vektor für die DD-Mehrdeutigkeit (DD = Doppelphasendifferenz) der Basislinie A (der Basislinie zwischen der stationären Referenzstation 3 und der sich bewegenden Referenzstation 4);
||N||₂₀: ein Vektor für die DD-Mehrdeutigkeit (DD = Doppelphasendifferenz) der Basislinie B (der Basislinie zwischen der bewegten Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5);
||B||₁₂: die Basislinie A (die Basislinie zwischen der stationären Referenzstation 3 und der sich bewegenden Referenzstation 4);
||B||₂₀: die Basislinie B (die Basislinie zwischen der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5).

Der Koordinatenvektor ||X||₁ für die stationäre Referenzstation 3 wird definiert, als wäre er bereits eingerichtet worden (die Basislänge mod (||B||₁₂) der Basislinie A zwischen der stationären Referenzstation 3 und der sich bewegenden Referenzstation 4 kann auch bereits eingerichtet worden sein).
Die nachfolgenden Gleichungen (2) und (3) müssen für ||B||₂₀, ||B||₁₂, ||N||₂₀ und ||N||₁₂ gelöst werden.
$(\begin{matrix} {‖ Δ \nabla P_{20} ‖}_{{k}} \\ {‖ Δ \nabla C_{20} ‖}_{{k}} \end{matrix}) = {[| A_{20} |]}_{{k}} \times (\begin{matrix} {‖ B ‖}_{20 {k}} \\ {‖ N ‖}_{20} \end{matrix})$
$(\begin{matrix} {‖ Δ \nabla P_{12} ‖}_{{k}} \\ {‖ Δ \nabla C_{12} ‖}_{{k}} \end{matrix}) = {[| A_{12} |]}_{{k}} \times (\begin{matrix} {‖ B ‖}_{12 {k}} \\ {‖ N ‖}_{12} \end{matrix})$
In den Gleichungen (2) und (3) ist:

P₂₀: eine DD (eine Doppelphasendifferenz) für einen Pseudoabstand (einen Pseudoabstand zwischen der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5);
P₁₂: eine DD (eine Doppelphasendifferenz) für einen Pseudoabstand (einen Pseudoabstand zwischen der stationären Referenzstation 3 und der bewegenden Referenzstation 4);
C₂₀: eine DD (eine Doppelphasendifferenz) für eine Trägerphase (Trägerphase zwischen der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5);
C₁₂: eine DD (eine Doppelphasendifferenz) für eine Trägerphase (Trägerphase zwischen der stationären Referenzstation 3 u_Td der sich bewegenden Referenzstation 4); [|A₂₀|]_{k}: eine Auslegungsmatrix (eine Auslegungsmatrix bzw.
Entwicklungsmatrix zwischen der sich bewegenden Referenzstation 4 und dem Rover-Empfänger 5); [|A₁₂|]_{k}: eine Auslegungsmatrix (eine Auslegungsmatrix zwischen der stationären Referenzstation 3 und der sich bewegenden Referenzstation 4).

Die Anzahl der Gleichungen für jede Serie ist 2k(m - 1), wobei m die Anzahl der Pseudoliten angibt und k die Anzahl der Epochen angibt. Während eine Epoche ausreicht, die Gleichung, die die vier Pseudoliten betrifft, zu lösen, ist die erhaltene Lösung in Abhängigkeit von der Genauigkeit des Pseudoabstands bzw. der Pseudoentfernung beschränkt.
Um die Mehrdeutigkeit bzw. Zweideutigkeit aufzulösen, wird die Gleichung für einen weniger genauen Pseudoabstand aus der Konfiguration entfernt und die Gleichung für die Trägerphase wird verwendet, nur um den anfänglichen Bereich zu definieren, der analysiert bzw. ausgewertet werden kann.
Die Ausdrücke, aus denen die Gleichung für den Pseudoabstand entfernt wird, werden als die nachfolgenden Gleichungen (4) und (5) angegeben.
${‖ Δ \nabla C_{20} ‖}_{{k}} = {[| F_{20} |]}_{{k}} \times (\begin{matrix} {‖ B ‖}_{20 {k}} \\ {‖ N ‖}_{20} \end{matrix})$
${‖ Δ \nabla C_{12} ‖}_{{k}} = {[| F_{12} |]}_{{k}} \times (\begin{matrix} {‖ B ‖}_{12 {k}} \\ {‖ N ‖}_{12} \end{matrix})$
Die nachfolgenden Gleichungen (6) und (7), die die anfängliche Lösung wiedergeben, werden aus den Gleichungen (2) und (3) eingeführt.
${(\begin{matrix} {‖ B ‖}_{20 {0}} \\ {‖ N ‖}_{20} \end{matrix})}_{0}$
${(\begin{matrix} {‖ B ‖}_{12 {0}} \\ {‖ N ‖}_{12} \end{matrix})}_{0}$
Die nachfolgende Gleichung (8) kann den Serien, die vorstehend beschrieben wurden, hinzugefügt werden.
$b_{12 {k}_{X}}^{2} + b_{12 {k}_{Y}}^{2} + b_{12 {k}_{Z}}^{2} = R_{12}$
Bezüglich der vorstehenden Gleichung (8) wird darauf hingewiesen, dass für eine Positionierung im Haus der Vektor ||B||_12{k} nur zwei Komponenten X und Y hat.
Die Anzahl der Gleichungen (die Anzahl der Ränge in einer Matrix) in den Gleichungen (4) und (5) beträgt (m - 1)k, worin m die Anzahl der Pseudoliten angibt und worin k die Anzahl der Epochen angibt.
Die Gesamtanzahl N der Gleichungen, die in dem Ausdruck 8 enthalten sind, ist deshalb N = (2m - 1)k.
Eine unbekannte Anzahl M ist M = 5k + 2m - 2.
Deshalb, wenn M ≤ N ist, können die Koordinaten für diese Serien und die Mehrdeutigkeit gelöst werden.
Die Anzahl der Pseudoliten sollte m ≥ 4 sein und die Anzahl der Epochen sollte k ≥ 3 sein.
Wenn angenommen wird, dass sich ein Nutzer nicht vertikal bewegt, beträgt M = 4k + 2m - 2, da der Vektor ||B||_20{k} auch nur die Komponenten X und Y hat.
Wenn die minimal erforderliche Anzahl der Pseudoliten auf m ≥ 3 reduziert wird, ist die Anzahl der Epochen deshalb k ≥ 4 und, wenn die Anzahl der Pseudoliten m ≥ 4 ist, ist deshalb die Anzahl der Epochen k ≥ 2.
Die sich bewegende Referenzstation 4 wird in der Ausführungsform verwendet. Zum Vergleich mit der Ausführungsform wird eine weitere Ausführungsform, in der die sich bewegende Referenzstation 4 nicht verwendet wird, nachfolgend erläutert. Eine Gleichung, die diese sich bewegende Referenzstation 4 nicht enthält, kann überhaupt nicht gelöst werden, unabhängig davon, wie viele Pseudoliten bereitgestellt sind. Das liegt daran, dass die Gleichung, die die sequenziellen Epochen betrifft, eine lineare Abhängigkeit wiedergibt und die Anzahl der Ränge für die Serie bzw. Reihe nicht ansteigt. Wenn die sich bewegende Referenzstation 4 verwendet wird, wird die Auslegungsmatrix [|F₁₂|]_{k} und [|F₂₀|]_{k} für jede Epoche geändert und die Gleichung, die die sequenziellen Epochen betrifft, gibt keine lineare Abhängigkeit wieder.
Im Allgemeinen ist eine Zeitdauer bzw. Periode, die für das RTK-Positionierungsverfahren erforderlich ist, kürzer als jene für ein anderes Positionierungsverfahren und eine Sekunde bis eine Minute werden für die normale Positionierung im Freien benötigt. Gemäß der Erfindung, da die Signalquellen merklich näher an den einzelnen Empfängern sind, wird die Geometrie stark geändert, da sich die bewegende Referenzstation 4 bewegt, sodass die Mehrdeutigkeit schneller bestimmt werden kann.
In der Ausführungsform wurde eine Erläuterung für das Beispiel gegeben, in dem ein GPS-Signal durch die Pseudoliten im Hause bzw. im Innenbereich zurückgesendet wird, wo das GPS-Signal nicht empfangen werden kann, und in dem der Ort des Rover-Empfängers 5 des Nutzers berechnet wird, während die einzigen Signalquellen die Pseudoliten sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und der Rover-Empfänger 5 kann auch im Freien an einem Ort kalibriert werden, wo ein Signal von einem Satelliten nicht empfangen werden kann, das heißt, einem sogenannten geografisch verborgenen Platz.
Zudem können gemäß der Erfindung GPS-Empfänger, die auf dem Markt verfügbar sind, als stationäre Referenzstation 3, als sich bewegende Referenzstation 4 und als Rover-Empfänger 5 verwendet werden, um Signale von den Pseudoliten empfangen zu können. Deshalb können gemäß der Erfindung das Positionierungssystem und das Positionierungsverfahren dafür nicht nur an Plätzen bzw. Orten verwendet werden, wo ein GPS-Signal nicht empfangen werden kann, sondern auch im Freien, wo die Anzahl der Signale, die für die Positionierung erforderlich sind, von dem Satelliten nicht erhalten werden können, und sie können den Rover-Empfänger 5 kalibrieren, indem die Pseudoliten anstelle der Satelliten verwendet werden.
Anstelle der Pseudoliten können die Signalquellen stationäre Satelliten, zum Beispiel der WAAS, der von den Vereinigten Staaten hochgeschossen wurde, der MSAS, der von Japan hochgeschossen wurde, oder der EGNOS, der von Europa hochgeschossen wurde, und quasi-stationäre Satelliten sein, zum Beispiel der QZSS, der von Japan hochgeschossen wurde.
Zudem verwendet ein Pseudolite FDMA (Frequency Division Multiple Access = Frequenzmultiplex mit Vielfachzugriff) und verwendet auch eine verfügbare Systemfrequenz. Ein Pseudolite kann deshalb Signale nicht nur von den GPS-Satelliten, die von den Vereinigten Staaten hochgeschossen wurden, sondern auch von Navigationssatelliten, zum Beispiel dem GLONASS, der von Russland hochgeschossen wurde, und dem GALILEO, der von Europa hochgeschossen wurde, von stationären Satelliten, zum Beispiel dem WAAS, der von den Vereinigten Staaten hochgeschossen wurde, dem MSAS, der von Japan hochgeschossen wurde, und dem EGNOS, der von Europa hochgeschossen wurde, und von quasi-stationäre Satelliten empfangen, zum Beispiel dem QZSS, der von Japan hochgeschossen wurde. Wenn ein Pseudolite diese Signale empfängt und diese zurücksendet, können deshalb das Positionierungssystem und das Positionierungsverfahren der Erfindung Signale verwenden, die von all den Navigationssatelliten, den stationären Satelliten und den quasi-stationären Satelliten gesendet werden.
Zudem, da ein Pseudolite die räumliche Aufteilung eines Satelliten verwendet, kann der Pseudolite die Signale verwenden, die von Navigationssatelliten, zum Beispiel dem GLONASS, der von Russland hochgeschossen wurde, und dem GALILEO, der von Europa hochgeschossen wurde, von den stationären Satelliten, zum Beispiel dem WAAS, der von den Vereinigten Staaten hochgeschossen wurde, dem MSAS, der von Japan hochgeschossen wurde, und dem EGNOS, der von Europa hochgeschossen wurde, und von den quasi-stationären Satelliten gesendet werden, zum Beispiel dem QZSS, der von Japan hochgeschossen wurde. Wenn ein Pseudolite diese Signale empfängt und sie zurücksendet, können deshalb das Positionierungssystem und das Positionierungsverfahren der Erfindung Signale verwenden, die von den Navigationssatelliten, den stationären Satelliten und den quasi-stationären Satelliten gesendet werden.
So lange zwei oder mehr Rover-Empfänger 5 installiert sind, wenn eine sich bewegende Referenzstation 4 nicht verwendet wird, wird die Funktion der Referenzstation zusätzlich einem der Rover-Empfänger 5 verliehen, um zu veranlassen, dass dieser Rover-Empfänger 5 als eine zweite, zwischengeschaltete Referenzstation dient, d.h. als die sich bewegende Referenzstation 4.

Claims

RTK-Positionsbestimmungssystem (1), RTK = Real Time Kinematic = Echtzeitkinematik, das Positionen mit Pseudoliten (2) bestimmt, die als GPS-Satelliten (2) verwendet werden, und das aufweist: eine Vielzahl von Pseudoliten (2), von denen jeder an einer vorgegebenen Position angeordnet ist; einen Rover-Empfänger (5) zum Messen des Codes und der Trägerphase der Signale, die von jedem der Pseudoliten (2) gesendet werden; eine stationäre Referenzstation (3), die an einer vorgegebenen Position angeordnet ist und den Code und die Trägerphase der Signale misst, die von jedem der Pseudoliten (2) gesendet werden; eine sich bewegende Referenzstation (4) zum Messen des Codes und der Trägerphase der Signale, die von jedem der Pseudoliten (2) gesendet werden, und die angepasst ist, sich zu bewegen; eine Nutzerprozessoreinheit (6) zur Positionsbestimmung des Rover-Empfängers (5) auf der Basis des Codes und der Trägerphase, die von der stationären Referenzstation (3) und der sich bewegenden Referenzstation (4) gesendet werden, und des Codes und der Trägerphase, die von dem Rover-Empfänger (5) gesendet werden; und eine Datenverbindung (7) zum Senden der Daten von der stationären Referenzstation (3), der sich bewegenden Referenzstation (4) und dem Rover-Empfänger (5) zu der Nutzerprozessoreinheit (6), worin eine Position der stationären Referenzstation (3) und jede Position der Pseudoliten (2) der Nutzerprozessoreinheit (6) bekannt sind.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1, worin mindestens vier Pseudoliten (2) für eine dreidimensionale Positionierung des Rover-Empfängers (5) verwendet werden und worin mindestens drei Pseudoliten (2) für eine zweidimensionale Positionierung des Rover-Empfängers (5) verwendet werden.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1), RTK = Real Time Kinematic = Echtzeitkinematik, das Positionen mit einem GPS-Satelliten (2) und einem Pseudoliten (2) bestimmt und das aufweist: einen GPS-Satelliten (2); mindestens einen Pseudoliten (2), von denen jeder an einer vorgegebenen Position angeordnet ist; einen Rover-Empfänger (5) zum Messen des Codes und der Trägerphase von Signalen, die von jedem von dem GPS-Satelliten (2) und dem Pseudoliten (2) gesendet werden; eine stationäre Referenzstation (3), die an einer vorgegebenen Position angeordnet ist und die den Code und die Trägerphase von Signalen misst, die von jedem von dem GPS-Satelliten (2) und dem Pseudoliten (2) gesendet werden; eine sich bewegende Referenzstation (4) zum Messen des Codes und der Trägerphase von Signalen, die von jedem von dem GPS-Satelliten (2) und dem Pseudoliten (2) gesendet werden, und die angepasst ist, sich zu bewegen; eine Nutzerprozessoreinheit (6) zur Positionsbestimmung des Rover-Empfängers (5) auf der Basis des Codes und der Trägerphase, die von der stationären Referenzstation (3) und der sich bewegenden Referenzstation (4) gesendet werden, und des Codes und der Trägerphase, die von dem Rover-Empfänger (5) gesendet werden; und eine Datenverbindung (7) zum Senden der Daten von der stationären Referenzstation (3), der bewegten Referenzstation (4) und dem Rover-Empfänger (5) zu der Nutzerprozessoreinheit (6), worin eine Position der stationären Referenzstation (3) und Positionen des Pseudoliten (2) der Nutzerprozessoreinheit (6) bekannt sind.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin mindestens vier Satelliten (2), die den GPS-Satelliten (2) und den Pseudoliten (2) enthalten, für eine dreidimensionale Positionsbestimmung des Rover-Empfängers (5) verwendet werden, und mindestens drei Satelliten (2), die den GPS-Satelliten (2) und den Pseudoliten (2) enthalten, für die zweidimensionale Positionsbestimmung des Rover-Empfängers (5) verwendet werden.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin der Pseudolite Daten sendet, die von GPS-Satelliten (2) gesendet werden, und worin die stationäre Referenzstation (3), die sich bewegende Referenzstation (4) und der Rover-Empfänger (5) eine Funktion eines GPS-Empfängers haben.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin der Pseudolite FDMA (Frequency Division Multiple Access = Frequenzmultiplex mit vielfachem Zugriff) verwendet und die Daten, die von einem Navigationssatelliten, einem geostationären Satelliten und einem quasi-stationären Satelliten einschliesslich einem GPS-Satelliten (2) gesendet werden, zurücksendet.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin der Pseudolite Daten, die von einem Navigationssatelliten, einem geostationären Satelliten und einem quasi-stationären Satelliten einschliesslich einem GPS-Satelliten (2) gesendet werden, unter Verwendung einer räumlichen Aufteilung eines Satelliten (2) zurücksendet.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin mindestens einer von den Pseudoliten (2) ein GPS-ähnlicher Satellit ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin mindestens einer der Pseudoliten (2) eine feststehende Breitbandsignalquelle (Spread-Spektrum-Signalquelle) ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin mindestens einer der Pseudoliten (2) ein stationärer Satellit oder ein quasi-stationärer Satellit ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 9, worin die feststehende Breitbandsignalquelle ein Synchrolit ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 9, worin die feststehende Breitbandsignalquelle ein GPS-Signal-Rücksender ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 12, worin der GPS-Signal-Zurücksender GPS-ähnliche Signale sendet.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 12, worin der GPS-Signal-Zurücksender ein Breitbandsignal (Spread-Spektrum-Signal) ähnlich zu dem GPS-ähnlichen Signal sendet.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin fünf Pseudoliten (2) verwendet werden und der Pseudolite (2) Signale in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern zurücksendet, und worin eine Position der bewegten Referenzstation (4) on-the-fly bestimmt wird.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin sich die bewegte Referenzstation (4) entlang eines Kreises bewegt, in dem die stationäre Referenzstation (3) in der Kreismitte ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin die Nutzerprozessoreinheit (6) ein Prozessor innerhalb des Rover-Empfängers (5) ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin die Nutzerprozessoreinheit (6) ein Computer ist, der mit dem Rover-Empfänger (5) verbunden ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin die Datenverbindung (7) eine drahtlose Verbindung ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin die Datenverbindung (7) eine verdrahtete Verbindung ist.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 3, worin mindestens zwei Rover-Empfänger (5) verwendet werden und worin einer der Rover-Empfänger, mit dem eine Funktion einer Referenzstation bereitgestellt wird, als die bewegte Referenzstation (4) verwendet wird.
RTK-Positionsbestimmungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, worin die Nutzerprozessoreinheit (6) eine erste Basislinie zwischen der stationären Referenzstation (3) und der sich bewegenden Referenzstation (4) bestimmt, und eine zweite Basislinie zwischen der sich bewegenden Referenzstation (4) und dem Rover-Empfänger (5) bestimmt, und worin die Position des Rover-Empfängers (5) auf Basis der ersten Basislinie, der zweiten Basislinie und dem zuvor bekannten Ort der stationären Referenzstation (3) bestimmt wird.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren, das die folgenden Schritte aufweist: Vorheriges Einstellen von Positionen der Pseudoliten (2) in einer Nutzerprozessoreinheit (6), und vorheriges Einstellen einer Position einer stationären Referenzstation (3) in der Nutzerprozessoreinheit (6); Messen des Codes und der Trägerphase der Signale, die von den Pseudoliten (2) gesendet werden, durch die stationäre Referenzstation (3), eine sich bewegende Referenzstation (4) und einen tragbaren Rover-Empfänger (5),; Senden von jeweiligen Codedaten und Trägerphasedaten, die in der stationären Referenzstation (3), der sich bewegenden Referenzstation (4) und dem Rover-Empfänger (5) gemessen werden, zu der Nutzerprozessoreinheit (6) mit einer Datenverbindung (7); und Positionsbestimmung des Rover-Empfängers (5) auf der Basis des Codes und der Trägerphase, die von der stationären Referenzstation (3), der bewegten Referenzstation (4) und dem Rover-Empfänger (5) gesendet werden.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin die Signale von den vier Pseudoliten (2) in der dreidimensionalen Positionierung des Rover-Empfängers (5) gesendet werden, und worin die Signale von den drei Pseudoliten (2) in der zweidimensionalen Positionierung des Rover-Empfängers (5) gesendet werden.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin der Pseudolite Daten, die von den GPS-Satelliten (2) gesendet werden, sendet, und worin die stationäre Referenzstation (3), die bewegte Referenzstation (4) und der Rover-Empfänger (5) eine Funktion eines GPS-Empfängers haben.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin der Pseudolite FDMA (Frequency Division Multiple Access = Frequenzmultiplex mit Vielfachzugriff) verwendet und Daten rücksendet, die von einem Navigationssatelliten, einem geostationären Satelliten und einem quasi-stationären Satelliten einschliesslich einem GPS-Satelliten (2) gesendet werden.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin der Pseudolite Daten, die von dem Navigationssatelliten, einem geostationären Satelliten und einem quasi-stationären Satelliten, einschliesslich einem GPS-Satelliten (2), gesendet werden, durch Verwenden der räumlichen Aufteilung eines Satelliten (2) rücksendet.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin mindestens einer der Pseudoliten (2) ein GPS-ähnlicher Satellit ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin mindestens einer der Pseudoliten (2) eine feststehende Breitbandsignalquelle (Spread-Spektrum-Signalquelle) ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin mindestens einer der Pseudoliten (2) ein stationärer Satellit oder ein quasi-stationärer Satellit ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 29, worin die feststehende Breitbandsignalquelle ein Synchrolit ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 29, worin die feststehende Breitbandsignalquelle ein GPS-Signal-Rücksender ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 32, worin der GPS-Signal-Zurücksender ein GPS-ähnliches Signal sendet.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 32, worin der GPS-Signal-Zurücksender ein Breitbandsignal (Spread-Spektrum-Signal) ähnlich zu dem GPS-ähnlichen Signal sendet.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin fünf Pseudoliten (2) verwendet werden und der Pseudolite Signale auf zwei unterschiedlichen Frequenzbändern rücksendet, und worin eine Position der sich bewegenden Referenzstation (4) on-the-fly bestimmt wird.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren gemäss Anspruch 23, worin sich die bewegte Referenzstation (4) entlang eines Kreises bewegt, in dem die stationäre Referenzstation (3) in der Kreismitte ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin die Nutzerprozessoreinheit (6) ein Prozessor innerhalb des Rover-Empfängers (5) ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin die Nutzerprozessoreinheit (6) ein Computer ist, der mit dem Rover-Empfänger (5) verbunden ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin die Datenverbindung (7) eine drahtlose Verbindung ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin die Datenverbindung (7) eine verdrahtete Verbindung ist.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 23, worin mindestens zwei Rover-Empfänger (5) verwendet werden und einer der Rover-Empfänger (5), mit dem eine Funktion einer Referenzstation bereitgestellt wird, als die sich bewegende Referenzstation (4) verwendet wird.
RTK-Positionsbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 41, ferner die folgenden Schritte umfassend: Bestimmen einer ersten Basislinie zwischen der stationären Referenzstation (3) und der sich bewegenden Referenzstation (4), Bestimmen einer zweiten Basislinie zwischen der sich bewegenden Referenzstation (4) und dem Rover-Empfänger (5), und Bestimmen der Position des Rover-Empfängers (5) auf Basis der ersten Basislinie, der zweiten Basislinie und dem zuvor bekannten Ort der stationären Referenzstation (3).