DE102006014033A1

DE102006014033A1 - Signal reception time determining method for finding receiver position, involves finding difference between direct and reflection paths by Doppler frequency computation and signal delay change determination for receiver runtime correction

Info

Publication number: DE102006014033A1
Application number: DE102006014033A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Steingass; Andreas Lehner
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-01-25

Abstract

The method involves utilizing a priority knowledge over a multi-path environment and receiving reflections from a direction that is positioned towards a satellite direction in a circumference of large portion of a received signal line. The difference between the direct reception path and the reflection reception path is determined by Doppler frequency computation and the determination of signal delay change for runtime correction of a receiver. The utilization of the knowledge is obtained from position determination results.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Empfangszeitpunkts eines hinsichtlich seiner wesentlichen Eigenschaften bekannten Signals, welches über die Ermittlung seiner Laufzeit von einem Sender eines Satelliten-Navigationssystems zur Ortsbestimmung eines in einer Mehrwegeumgebung befindlichen Empfängers benutzt wird, wobei Apriori-Wissen über die Umgebung ausgenutzt wird.The The invention relates to a method for determining the reception time a signal known in terms of its essential properties, which over the determination of its duration by a transmitter of a satellite navigation system Location of a receiver in a multipath environment becomes, with apriori knowledge over the environment is exploited.

Verfahren, bei denen die aktuelle Position eines Empfängers auf Basis der Laufzeiten von Signalen ermittelt wird, die von verschiedenen Referenzpunkten aus an den Empfänger übermittelt werden, bieten eine sehr elegante Möglichkeit, Ortsbestimmungen von Personen oder Empfängern allgemein durchzuführen. Das derzeit bekannteste System, das auf dem Prinzip der Ortsbestimmung mittels der Erfassung von Signallaufzeiten beruht, ist das GPS-System (Global Positioning System).Method, where the current position of a receiver based on the maturity of signals is determined by different reference points out to the recipient Be, provide a very elegant way of locating of persons or recipients generally perform. The currently best-known system based on the principle of location is based on the detection of signal propagation times, is the GPS system (Global Positioning System).

Dieses im Prinzip weltweit zur Verfügung stehende System weist 28 Satelliten auf, welche die Erde umkreisen und Signale aussenden, die von einem Benutzer des Systems zur Ortsbestimmung genutzt werden können. Mit einem geeigneten Empfänger kann der Benutzer auf der Erde aufgrund von Laufzeitmessungen der Satellitensignale seine Position bestimmen, wobei für den Empfänger zur genauen Positionsbestimmung jeweils vier Satelliten gleichzeitig „sichtbar" sein müssen. Durch eine geeignete Anordnung der Umlaufbahnen für die Satelliten ist dies im wesentlichen zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort der Erde möglich.This in principle available worldwide standing system has 28 satellites orbiting the earth and send out signals from a user of the location system can be used. With a suitable receiver the user on earth due to runtime measurements of the Satellite signals determine its position, with the receiver for exact position determination, four satellites at a time must be "visible" a suitable arrangement of the orbits for the satellites is this in the essential at any time and in any place on earth possible.

Die Genauigkeit, mit der die Position eines Empfängers mit Hilfe des GPS-Systems bestimmt werden kann, hängt in entscheidendem Maße davon ab, wie genau die Laufzeiten der von den verschiedenen Satelliten empfangenen Signale bestimmt werden können. Berücksichtigt man, dass sich das Navigationssignal annähernd mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, so hat eine Fehleinschätzung der Laufzeit von 1 μs in etwa einen Entfernungsfehler von annähernd 300 m zur Folge.The Accuracy with which the position of a receiver using the GPS system can be determined depends to a decisive extent on how exactly the terms of the different satellites received signals can be determined. Considering that that is Navigation signal approximate Moved at the speed of light, so has a misjudgment of Running time of 1 μs approximately a distance error of approximately 300 m result.

Da das GPS-System derart ausgelegt ist, dass die internen Uhren der Satelliten mit der Uhr des Empfängers synchronisiert sind und dementsprechend dem Empfänger bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt ein Signal von einem Satelliten ausgesendet wurde, reduziert sich das primäre Problem der Laufzeitbestimmung dementsprechend darauf, den Empfangszeitpunkt für das Signal exakt zu bestimmen.There the GPS system is designed so that the internal clocks of the Satellite with the clock of the receiver are synchronized and accordingly known to the receiver, to which When a signal has been sent from a satellite, it is reduced the primary one Problem of transit time determination accordingly, the reception time for the To determine signal exactly.

Problematisch ist in diesem Zusammenhang allerdings, dass die im Blickfeld des Empfängers befindlichen Satelliten permanent und gleichzeitig ihre Signale übermitteln und der Empfänger somit aus der Summe aller empfangenen Signale jeweils die einzelnen, zur Ortsbestimmung nutzbaren Signale gezielt herausfiltern muss.Problematic is in this context, however, that in the field of view of receiver satellites permanently and simultaneously transmit their signals and the receiver Thus, from the sum of all received signals in each case the individual, must filter targeted for localization signals targeted.

Die klassische Vorgehensweise zur Lösung des vorstehend geschilderten Problems besteht in einer Auswertung der Autokorrelationsfunktion, die sich durch eine Korrelation des am Empfänger eintreffenden und mit weiteren Signalen vermischten Signals mit einem in dem Empfänger generierten Korrelations-Signal, welches ein Duplikat des von dem Satelliten übermittelten Navigationssignals darstellt, ergibt. Bei dem GPS-System bestehen die von den Satelliten übermittelten Navigationssignale aus Folgen von negativen und positiven Impulsen, die zu einem quasi-zufälligen Signal, dem so genannten PRN- (Pseudo Random Noise)-Code zusammengefügt wurden.The classic approach to solving the The problem described above consists in an evaluation of Autocorrelation function, which is characterized by a correlation of the am receiver incoming and mixed with other signals with signal one in the receiver generated correlation signal, which is a duplicate of the navigation signal transmitted by the satellite represents results. In the GPS system consist of those transmitted by the satellites Navigation signals from sequences of negative and positive impulses, which becomes a quasi-random one Signal, the so-called PRN (pseudo Random Noise) code joined together were.

Die Autokorrelationseigenschaften dieser auch als Gold-Codes bezeichneten Signale sind dabei derart gewählt, dass sich durch die Bestimmung des Maximums der im Empfänger gebildeten Autokorrelationsfunktion der Zeitpunkt des Empfangs des PRN-Codes ermitteln lässt. Im Idealfall, in dem das von dem Satelliten übermittelte Signal während der Übertragung nicht verfälscht wird, ließe sich auf diese Weise der Empfangszeitpunkt des Signals mit sehr hoher Genauigkeit bestimmen.The Autocorrelation properties of these also known as gold codes Signals are chosen in such a way that by determining the maximum of the formed in the receiver Autocorrelation function determines the time of receipt of the PRN code. in the Ideally, in which the signal transmitted by the satellite during transmission not distorted will, let In this way, the reception time of the signal with very high Determine accuracy.

Allerdings liegt eine ideale Signalübertragung niemals vor. Vielmehr wird das Navigationssignal auf seinem Weg vom Satelliten zum Empfänger durch verschiedene äußere Einflüsse verfälscht. Eines der größten Probleme stellt dabei der so genannte Mehrwegeempfang (Multipath) des Signals dar, der infolge von (Mehrfach)-Reflexionen des Satellitensignals auftritt. An Gebäuden, Bäumen, Bergen oder anderen Objekten in der Umgebung des Empfängers können die GPS-Signale reflektiert werden und hierdurch als zusätzliche Echo-Signale zu dem auf direktem Wege übermittelten Satellitensignal zum Empfänger gelangen.Indeed is an ideal signal transmission never before. Rather, the navigation signal is on its way from the satellite to the receiver different external influences falsified. One the biggest problems represents the so-called multipath reception (multipath) of the signal due to (multiple) reflections of the satellite signal occurs. On buildings, trees Bergen or other objects in the vicinity of the receiver can GPS signals are reflected and thereby as additional Echo signals to the directly transmitted satellite signal to the recipient reach.

Durch Überlagerungen des direkt übermittelten Signals mit den Echo-Signalen wird letztendlich das am Empfänger eintreffende Signal derart verfälscht, dass die zuvor beschriebene Vorgehensweise zur Bestimmung des Empfangszeitpunkts mittels Kreuzkorrelation keine ausreichende Genauigkeit mehr bietet. Vielmehr hat sich gezeigt, dass auch effektivere Vorgehensweisen zur Auswertung der Korrelationsfunktion nicht in der Lage sind, Echo-Signale in ausreichender Weise von dem auf direktem Wege übermittelten Signal abzutrennen und damit eine eindeutige Erfassung des Empfangszeitpunkts zu ermöglichen.By overlays directly transmitted Signal with the echo signals will eventually arrive at the receiver Signal distorted in such a way that the procedure described above for determining the reception time using cross-correlation does not provide sufficient accuracy anymore. Rather, it has been shown that more effective approaches are unable to evaluate the correlation function, Echo signals sufficiently from the directly transmitted Separate signal and thus a clear detection of the reception time to enable.

Um auch in einer derartigen Mehrwegeumgebung genauere Ortsbestimmungen durchführen zu können, werden sogenannte Superresolution-Verfahren eingesetzt, welche eine Alternative bzw. Ergänzung zur Ermittlung der Signallaufzeit mittels Kreuzkorrelation darstellen. Diese Superresolution-Verfahren beruhen auf Algorithmen, mit denen der sogenannte Kanal für die Signalübertragung abgeschätzt werden soll.Around even in such a multi-way environment more accurate location determinations carry out to be able to are used so-called super-resolution method, which is a Alternative or supplement to determine the signal transit time by means of cross-correlation. These superresolution methods are based on algorithms with which the so-called channel for the signal transmission be estimated should.

Der Übertragungskanal stellt dabei ein theoretisches Modell dar, mit dem die Veränderung des Satellitensignals auf dem Weg vom Satelliten zum Empfänger beschrieben wird. In diesem Kanal-Modell unterscheiden sich die Echosignale gegenüber dem auf direktem Wege übertragenen Primärsignal hinsichtlich ihrer durch eine Verzögerungszeit verlängerten Laufzeit, der schwächeren Signalstärke sowie einer eventuell veränderten Bandbreite und Phase.The transmission channel represents thereby a theoretical model, with which the change of the satellite signal on the way from the satellite to the receiver becomes. In this channel model, the echo signals differ compared to the transferred directly Primary signal in terms their by a delay time extended Runtime, the weaker signal strength as well as possibly changed Bandwidth and phase.

Im Rahmen der Superresolution-Algorithmen wird nunmehr versucht, einen theoretischen Übertragungskanal abzuschätzen, dessen Einfluss auf das Satellitensignal weitestgehend der Realität entspricht. Dies erfolgt anhand eines Vergleichs des tatsächlich am Empfänger eingetroffenen Signals mit auf Basis von verschiedenen Modell-Übertragungskanälen berechneten synthetischen Empfangs-Signalen.in the The framework of superresolution algorithms is now trying a theoretical transmission channel estimate whose influence on the satellite signal largely corresponds to reality. This is done based on a comparison of actually arrived at the receiver Signals calculated on the basis of different model transmission channels synthetic reception signals.

Bekannte Algorithmen hierfür sind beispielsweise der sogenannte MUSIC (Multiple Signal Classification)-Algorithmus oder der ESPRIT (Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariance Techniques)-Algorithmus. Wurde ein Kanal gefunden, der die bestmögliche Schätzung für die Übertragung des Satellitensignals ermöglicht, kann aus diesem dann die Laufzeit für das direkt (also ohne Reflexionen) übertragene Satellitensignal abgeleitet werden.Known Algorithms for this For example, the so-called MUSIC (Multiple Signal Classification) algorithm or ESPRIT (Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariance Techniques) algorithm. Was found a channel that the best estimate for the transmission the satellite signal allows can from this then the duration for the direct (ie without reflections) transmitted Satellite signal are derived.

Durch die vorstehend beschriebenen Superresolution-Verfahren kann zwar die Genauigkeit bei der Ermittlung der Signallaufzeit in Mehrwegeumgebungen verbessert werden, nach wie vor stellt sich allerdings das Problem, dass die Schätzung des Übertragungskanals nur mit einer bestimmten Genauigkeit erfolgen kann. Da die Abschätzung des Kanals ausschließlich anhand des beobachteten bzw. tatsächlich empfangenen Signals erfolgt (sog. Aposteriori-Schätzung), ist das gewonnene Ergebnis immer mit einer gewissen Unsicherheit bzw. einem Fehler behaftet.By Although the above-described superresolution method can indeed the accuracy of determining the signal transit time in multipath environments improved, but the problem still arises that the estimate the transmission channel can only be done with a certain accuracy. Since the estimation of the Channel exclusively based on the observed or actually received signal takes place (so-called aposteriori estimate), the result obtained is always with a certain uncertainty or an error.

Dieses Problem stellt sich nicht nur bei dem GPS-System, sondern allgemein immer dann, wenn der Zeitpunkt des Empfangs eines Signals möglichst genau bestimmt werden soll, das Signal allerdings während der Übertragung durch Reflexionen oder andere äußere Einflüsse verfälscht wird.This Problem arises not only with the GPS system, but in general whenever the time of receipt of a signal is as accurate as possible should be determined, but the signal during transmission by reflections or other external influences is falsified.

Es ist vorgeschlagen worden, die Erkenntnis auszunutzen, dass Signalechos im Hinblick auf ihre Laufzeitverzögerung und Leistung mit unterschiedlich hoher Wahrscheinlichkeit auftreten. Einfluss auf das Auftreten von Signalechos hat dabei insbesondere die Art der Umgebung, in der sich der Empfänger befindet.It It has been proposed to exploit the knowledge that signal echoes in terms of their propagation delay and performance with different high probability occur. Influence on the appearance of In particular, signal echoes have the nature of the environment in which the receiver located.

So hat sich beispielsweise gezeigt, dass bestimmte Signalechos vorwiegend dann auftreten, wenn sich der Empfänger an einem Ort befindet, an dem das Satellitensignal von Häuserwänden in der Umgebung des Empfängers reflektiert wird. Derartige Signalechos treten allerdings für den Fall, dass sich der Empfänger in einer ländlichen Umgebung befindet, mit deutlich geringerer Wahrscheinlichkeit auf.So For example, it has been shown that certain signal echoes are predominantly occur when the recipient is in one place, where the satellite signal reflects off house walls in the vicinity of the receiver becomes. However, such signal echoes occur in the event that the receiver in a rural one Environment is much less likely to.

Andere Signalechos wiederum spielen vorwiegend beim Empfang der Navigationssignale in einer ländlichen Umgebung eine Rolle, während sie hingegen in einer Großstadt nur sehr selten bzw. gar nicht auftreten. Wieder andere Signalechos treten unabhängig von der Umgebung des Empfängers nahezu nie auf.Other Signal echoes, in turn, play predominantly when receiving the navigation signals in a rural Environment a role while They, however, in a big city only very rarely or not at all. Again other signal echoes occur independently from the environment of the receiver almost never on.

Eine Auswertung experimentell gewonnener Messdaten hat nunmehr gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten von Echo-Signalen im wesentlichen einer generellen oder mittleren Wahrscheinlichkeitsverteilung folgen, wobei diese mittlere Verteilung allerdings je nach dem, in welcher Umgebung sich der Empfänger des Signals befindet, in bestimmter Weise modifiziert bzw. beeinflusst wird. Hierbei spielt auch die Elevation des das Signal ausstrahlenden Satelliten bzw. eines Satelliten-Senders eine Rolle.A Evaluation of experimentally obtained measurement data has now shown that the probabilities for the occurrence of echo signals essentially a general or mean probability distribution, with this mean Distribution, however, depending on the environment in which the receiver of the signal is modified or influenced in a certain way becomes. This also plays the elevation of the signal radiating Satellite or a satellite transmitter a role.

In DE 10 2004 051 388 wird vorgeschlagen, die Erkenntnis über das Auftreten von Signalechos – die sogenannten Apriori-Wahrscheinlichkeiten – bei der Bestimmung des Empfangszeitpunkts eines Signals zu nutzen. Da ein bei der Abschätzung des Übertragungskanals verwendeter Modell-Übertragungskanal im wesentlichen das Auftreten mehrerer Signalechos beschreibt, geben die Apriori-Wahrscheinlichkeiten Auskunft darüber, wie wahrscheinlich ein bestimmter Modell-Übertragungskanal überhaupt ist. Auf Basis dieser Informationen kann dementsprechend die Abschätzung des Übertragungskanals deutlich verbessert werden, was wiederum eine genauere Be stimmung des Empfangszeitpunkts sowie der Signallaufzeit erlaubt.In DE 10 2004 051 388 It is proposed to use the knowledge about the occurrence of signal echoes - the so-called apriori probabilities - in determining the reception time of a signal. Since a model transmission channel used in the estimation of the transmission channel essentially describes the occurrence of multiple signal echoes, the a priori probabilities provide information on the probability of a given model transmission channel in the first place. On the basis of this information, accordingly, the estimation of the transmission channel can be significantly improved, which in turn allows a more accurate determination of the reception time and the signal propagation time.

Hierbei können die Apriori-Wahrscheinlichkeiten in unterschiedlicher Weise berücksichtigt werden. Bei einer einfachen Variante ist vorgesehen, eine einzige Wahrscheinlichkeitsverteilung zu nutzen, welche die Apriori-Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten von Echos verschiedener Verzögerung und Leistung angibt. Bei dieser Variante stellt die Wahrscheinlichkeitsverteilung ein Mittel sämtlicher für verschiedene Umgebungs-Typen gewonnener Wahrscheinlichkeitsverteilungen dar und wird unabhängig davon verwendet, in welcher Umgebung sich der Empfänger gerade befindet.Here, the apriori probabilities can be taken into account in different ways. In a simple variant, it is intended to use a single probability distribution which specifies the apriori probabilities for the occurrence of echoes of different delay and power. In this variant, the probability distribution represents a mean of all probability distributions obtained for different environmental types and is used regardless of the environment in which the receiver is currently located.

Diese Wahrscheinlichkeitsverteilung kann entweder im Rahmen experimenteller Messungen gewonnen oder durch ein theoretisches Modell beschrieben werden, welches die aus Messungen oder anderen theoretischen Berechnungen gewonnen Erkenntnisse in vereinfachter Weise beschreibt. Obwohl diese Lösung es nicht ermöglicht, das unterschiedliche Echo-Verhalten in verschiedenen Umgebung zu berücksichtigen, kann trotz allem eine Verbesserung im Vergleich zu bisher bekannten Kanal-Abschätzungen erzielt werden.These Probability distribution can be either experimental Measurements obtained or described by a theoretical model which is the result of measurements or other theoretical calculations gained knowledge in a simplified way describes. Even though this solution it does not allow the different echo behavior in different environment too consider, despite everything, can be an improvement compared to previously known ones Channel estimates be achieved.

Bei einer weiteren Variante ist vorgesehen, nunmehr auch die Umgebung, in der sich der Empfänger des Navigationssignals befindet, zu berücksichtigen. Wie bereits vorstehend erwähnt, hat sich gezeigt, dass sich die Wahrscheinlichkeitsverteilungen für das Auftreten von Signalechos zumindest in bestimmten Bereichen verändern, wenn sich die Umgebung des Empfängers ändert. Um dies zu berücksichtigen, können je nachdem, in welcher Umgebung sich der Empfänger gerade befindet, unter schiedliche Verteilungen für die Apriori-Wahrscheinlichkeiten verwendet werden.at another variant is provided, now also the environment, in which the receiver of the navigation signal is to be considered. As mentioned above mentioned, has been shown that the probability distributions for the Occurrence of signal echoes change at least in certain areas, if the environment of the recipient changes. Around to take this into account can depending on the environment in which the receiver is currently, under different Distributions for the apriori probabilities are used.

Dies könnte zum einen dadurch erfolgen, dass die in der einfachen Variante verwendete mittlere Wahrscheinlichkeitsverteilung in bestimmten Bereichen modifiziert wird. Eine Alternative besteht darin, aus einer Reihe von unterschiedlichen Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die jeweils ein bestimmtes Umgebungsszenario beschreiben, diejenige Wahrscheinlichkeitsverteilung auszuwählen, die der aktuellen Umgebung des Empfängers entspricht.This could on the one hand done by that used in the simple variant modified mean probability distribution in certain areas becomes. An alternative consists of a number of different ones Probability distributions, each a specific environmental scenario describe selecting that probability distribution that the current environment of the recipient equivalent.

Bei dieser erweiterten Variante muss dementsprechend gewährleistet sein, dass der das Empfangssignal auswertende Controller des Empfängers die Information erhält, welche Wahrscheinlichkeitsverteilung gerade heranzuziehen ist bzw. in welcher Weise die Ausgangs-Wahrscheinlichkeitsverteilung zu modifizieren ist. Da der Empfänger aus vorherigen Signalauswertungen und Berechnungen seiner Position in etwa weiß, an welcher Position er sich gerade befindet, muss er dementsprechend lediglich noch die Information erhalten, welcher Art von Umgebung diese Position entspricht. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer elektronischen Landkarte erfolgen, die in dem Empfänger gespeichert ist.at this extended variant must be guaranteed accordingly be that the receiving signal evaluating controller of the receiver the Receives information, which probability distribution is to be used or in which way to modify the output probability distribution is. Because the receiver from previous signal evaluations and calculations of its position in about white, at which position he is at right now, he must accordingly just the information received, what kind of environment this Position corresponds. This can be done, for example, with the help of an electronic Map that is stored in the receiver.

Die Information, welche Wahrscheinlichkeitsverteilung heranzuziehen ist, kann jedoch auch von einer lokalen Basisstation des Navigationssystems aus übermittelt werden. Die vollständige Wahrscheinlichkeitsverteilung für die aktuelle Position kann generell auch durch die Basisstation an die Empfänger des Systems in der Umgebung der Basisstation übermittelt wird, was hinsichtlich der Möglichkeiten zur Verbesserung der Erkenntnisse über das Auftreten von Signalechos weitere Vorteile mit sich bringt.The Information about which probability distribution to use is, but can also be transmitted from a local base station of the navigation system become. The complete Probability distribution for The current position can generally also be determined by the base station to the recipients of the System is transmitted in the environment of the base station, which regards the possibilities to improve knowledge about the occurrence of signal echoes brings more benefits.

Ferner kann die Art der Umgebung des Empfängers auch mittels geeigneter Sensoren, beispielsweise optischer oder akustischer Sensoren, deren Signale von einer geeigneten Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, direkt ermittelt werden. Anhand der Signale wird ermittelt, in welcher Art von Umgebung der Empfänger sich befindet und dann wird dementsprechend eine geeignete Wahrscheinlichkeitsverteilung ausgewählt.Further The nature of the recipient's environment can also be determined by means of appropriate Sensors, for example optical or acoustic sensors, their signals be evaluated by a suitable evaluation, directly be determined. Based on the signals is determined in which Kind of environment of the receiver is and then becomes accordingly a suitable probability distribution selected.

Eine andere Methode beruht darauf, dass bei der Auswertung eines empfangenen Signals im Rahmen der Schätzung des besten Übertragungskanals jedes Mal neue Informationen darüber erhalten werden, welche Echos bei der Übermittlung der Signale gerade aufgetreten sind. Diese Informationen können zusätzlich in die bereits vorliegenden Erkenntnisse hinsichtlich der Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten von Signalechos einfließen und bei späteren Signalauswertungen berücksichtigt werden. Mit anderen Worten, die ursprünglich verwendeten Wahrscheinlichkeitsverteilungen für das Auftreten von Signalechos werden permanent auf Basis der aktuellen Signalauswertungen aktualisiert.A Another method is based on that when evaluating a received Signal in the estimate the best transmission channel each New information about it are received, which echoes in the transmission of the signals just appeared. This information can be added to the already existing Insights into the probabilities of occurrence of signal echoes and at later signal evaluations considered become. In other words, the originally used probability distributions for the Occurrence of signal echoes are permanently based on the current signal evaluations updated.

Die der Abschätzung der Übertragungskanäle zugrunde gelegten Apriori-Wahrscheinlichkeiten sind in diesem Fall noch aussagekräftiger und zuverlässiger, da sie auf Erkenntnissen der Signalausbreitung in der direkten Umgebung beruhen, in der sich der Empfänger gerade befindet. Es wird hierbei quasi ein selbstlernendes System gebildet, welches die bestmöglichen Abschätzungen der Übertragungskanäle für die aktuelle Umgebung des Empfängers ermöglicht.The the estimate based on the transmission channels a priori probabilities are in this case even more meaningful and reliable, as they rely on findings of signal propagation in the immediate area based in which the recipient currently located. It is almost a self-learning system made the best possible estimates the transmission channels for the current Environment of the receiver allows.

Hierbei besteht zunächst die Möglichkeit, dass jeder Empfänger für sich selbst die Aktualisierung der in einem entsprechenden Speicher abgelegten Wahrscheinlichkeitsverteilungen vornimmt. Dieses Fortschreiben und Aktualisieren der Wahrscheinlichkeitsverteilungen kann auch durch eine lokale Basisstation des Navigationssystems erfolgen, die in Kontakt mit verschiedenen Empfängern in ihrer Umgebung ist. In dem vorstehend beschriebenen Fall erfolgt das Aktualisieren der Wahrscheinlichkeitsverteilung(en) anhand einer deutlich größeren Anzahl von Signalmessungen.in this connection exists first the possibility that every receiver for themselves even updating the filed in a corresponding memory Probability distributions makes. This update and Updating the probability distributions can also be done by a local base station of the navigation system that is in contact with different receivers is in their environment. In the case described above takes place updating the probability distribution (s) based on a significantly larger number of signal measurements.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten zur Positionsbestimmung in Navigationssystemen noch weiter zu verbessern. Insbesondere soll die Genauigkeit der Bestimmung des Empfangszeitpunkts des Signals weiter verbessert werden, wobei der durch Reflexionen des Signals in der Umgebung des Empfängers hervorgerufene Mehrwegefehler möglichst weitgehend unterdrückt werden soll.The present invention is accordingly The task is based on further improving the possibilities for determining the position in navigation systems. In particular, the accuracy of the determination of the reception time of the signal is to be further improved, wherein the caused by reflections of the signal in the environment of the receiver Mehrwegefehler should be suppressed as much as possible.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Bestimmen des Empfangszeitpunkts eines Signals durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.According to the invention this is a task in a method for determining the time of reception a signal by the features in the characterizing part of the claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are the subject of dependent claims.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgeschlagen, das über eine Umgebung vorliegende Apriori-Wissen auszunutzen, dass darin besteht, dass in einer mit Gebäuden bebauten Umgebung der größte Teil der empfangenen Signalleistung durch Reflexionen aus der der Satellitenrichtung im wesentlichen entgegen gesetzten Richtung aufgenommen wird.In the method according to the invention is proposed that over to take advantage of an environment present Apriori knowledge that in it that exists in one with buildings built environment the largest part the received signal power by reflections from the satellite direction taken in substantially opposite direction.

Um ferner die Laufzeit möglichst exakt bestimmen zu können, wird zur Korrektur der Laufzeit der Unterschied zwischen einem direkten Empfangsweg und einem Reflexions-Empfangsweg sowohl durch eine Dopplerfrequenzberechnung als auch durch eine Bestimmung der Änderung der Signalverzögerung ermittelt.Around furthermore, the term as possible to be able to determine exactly is used to correct the duration of the difference between a direct Receiving path and a reflection-Empfangsweg both by a Doppler frequency calculation as determined by a determination of the change in the signal delay.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die jeweilige Verwendbarkeit von Apriori-Wissen aus Positionsermittlungsergebnissen eines Satelliten-Navigationssystems, wie GPS (Global Positioning System) in Verbindung mit in einer Datenbank niedergelegten geographischen Kenntnissen gewonnen. Diesen geographischen Kenntnissen kann wiederum entnommen werden, ob es sich bei der Umgebung der mittels des Satelliten-Navigationssystems ermittelten Position des Empfängers um eine Umgebung mit einer größeren Anzahl von höheren Gebäuden handelt oder um ein im wesentlichen unbebautes Gelände.According to one preferred development of the method according to the invention is the respective Availability of apriori knowledge from position finding results of a satellite navigation system, like GPS (Global Positioning System) in connection with in a database gained geographic knowledge. This geographical Knowledge can be taken in turn, whether it is in the environment the position determined by the satellite navigation system Recipient around an environment with a larger number from higher buildings or an essentially undeveloped terrain.

Eine weitere vorteilhafte Variante bezüglich der jeweiligen Verwendbarkeit von Apriori-Wissen besteht darin, dies mit Hilfe von optischen oder auch in anderer Weise gearteten Sensoren zu gewinnen, welche einem Empfänger beigeordnet sind und welche die Umgebung des Empfängers dahingehend erfassen oder abtasten, ob für eine Bebauung mit Gebäuden charakteristische Signale aufgenommen werden können oder nicht.A further advantageous variant with respect to the respective usability Apriori knowledge is to do this with the help of optical or also to win in some other kind of sensors, which one receiver are coordinated and which the environment of the receiver to that effect capture or scan whether for a building with buildings characteristic signals can be recorded or not.

Eine weitere Möglichkeit die jeweilige Verwendbarkeit von Apriori-Wissen einzubringen, besteht darin, den optischen Eindruck des Nutzers eines Empfängers in der Weise einzubringen, dass der Nutzer bei Wahrnehmung einer mit Gebäuden be bauten Umgebung seinen Empfänger von Hand umschaltet, um so das dadurch gewonnene Apriori-Wissen auszunutzen.A another possibility to introduce the respective usability of a priori knowledge exists in it, the visual impression of the user of a receiver in the way to engage the user in the performance of a buildings built environment its receiver switched by hand, thus gaining the Apriori knowledge exploit.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Darstellungen/Zeichnungen erläutert. Es zeigen:following the invention will be explained with reference to illustrations / drawings. It demonstrate:

1 Wiedergabe einer Auftrittswahrscheinlichkeit eines Echos; 1 Reproduction of a probability of occurrence of an echo;

2 ein Diagramm der Verteilung einer zu erwartenden Echoeinfallsrichtung bezogen auf den Satelliten-Azimut; 2 a diagram of the distribution of an expected echo arrival direction with respect to the satellite azimuth;

3 in Draufsicht eine schematische Darstellung eines Reflexionsverlaufs in bebauter Umgebung in Form von beispielsweise senkrecht zueinander angeordneten Häusern, und 3 in plan view, a schematic representation of a reflection curve in a built environment in the form of, for example, perpendicular to each other arranged houses, and

4 eine Seitenansicht der schematischen Darstellung von 3. 4 a side view of the schematic representation of 3 ,

In 1 ist in xy-Koordinaten die Auftrittswahrscheinlichkeit eines Echos wiedergegeben, bezogen auf ein im einzelnen nicht dargestelltes Fahrzeug, das sich, wie durch einen Pfeil angedeutet, von links nach rechts bewegt. Durch den rechts von der Darstellung wiedergegebenen Farbbalken ist die Intensität eines Echos angegeben. Sowohl in der x- wie auch in der y-Koordinate sind die Angaben in m.In 1 the probability of occurrence of an echo is reproduced in xy coordinates with respect to a vehicle, not shown in detail, which moves from left to right, as indicated by an arrow. The color bars shown to the right of the illustration indicate the intensity of an echo. Both in the x and in the y coordinate, the information in m.

Der in 2 wiedergegebenen Messung ist eine klare Abhängigkeit von dem relativen Empfangswinkel, d.h. dem Winkel zwischen einem Satellitensignal und einem von einem Reflektor reflektierten Signal (Echo) zu entnehmen. Dies kann mit der häufig rechtwinkligen Struktur in Städten erklärt werden, die als sogenannte "Eckenreflektoren" bezeichnet werden. (Siehe 3).The in 2 The reproduced measurement is a clear dependence on the relative angle of reception, ie the angle between a satellite signal and a signal reflected by a reflector (echo). This can be explained by the often rectangular structure in cities, called "corner reflectors". (Please refer 3 ).

Das Charakteristikum dieses Reflektors besteht darin, dass ein Strahl von einem Satelliten in der in 3 wiedergegebenen X-Y-Ebene zurück in Richtung des Satelliten reflektiert wird. Seine Elevation ist unverändert. Diese Reflexionen kommen somit aus einer der Strahleinfallsrichtung vom Satelliten entgegengesetzten Richtung. Rechtwinklige Strukturen aus Gebäuden/Häusern H in Städten sind in 3 und 4 durch Ziegelwände angedeutet.The characteristic of this reflector is that a beam from a satellite in the in 3 reflected XY plane back toward the satellite. His elevation is unchanged. These reflections thus come from a direction opposite to the beam incidence direction from the satellite. Rectangular structures of buildings / houses H in cities are in 3 and 4 indicated by brick walls.

Ein Empfänger E soll sich nunmehr mit einer Geschwindigkeit v beispielsweise in einer Stadt, d.h. in einer Umgebung mit einer Anzahl von durch Ziegelmauern (3 und 4) schematisch angedeuteten Häusern H in einer vorgegebenen Richtung, beispielsweise in Richtung der x-Achse bewegen. Aufgrund von Apriori-Wissen kann dann ermittelt werden, wo sich ein Reflektor R befinden dürfte.A receiver E is now to be at a speed v, for example in a city, ie in an environment with a number of brick walls ( 3 and 4 ) schematically indicated houses H move in a predetermined direction, for example in the direction of the x-axis. Based on Apriori knowledge can then be determined where a reflector R should be.

Da ferner bekannt ist, wo sich zu diesem Zeitpunkt ein bestimmter Satellit eines Satellitennavigationssystems befindet, ergibt sich für eine Dopplerverschiebung f_D:

Since it is also known where a particular satellite of a satellite navigation system is at that time, the result for a Doppler shift f _{D is} :

Hierbei sind:
f_c die Trägerfrequenz des vom Satelliten gesendeten Signals, ν → die projizierte Geschwindigkeit, R → der Reflektor, E → der Empfänger und c₀ die Lichtgeschwindigkeit.Here are:
f _{c is} the carrier frequency of the signal transmitted by the satellite, ν → the projected speed, R → the reflector, E → the receiver and c ₀ the speed of light.

Somit entspricht |R → – E →| der Relativgeschwindigkeit zwischen Reflektor R und Empfänger E.Consequently corresponds to | R → - E → | the relative velocity between reflector R and receiver E.

Bei Kenntnis der Doppleränderung gilt für die Phase φ eines vom Satelliten gesendeten Signals bezüglich eines Reflektors: dφ/dt = fD With knowledge of the Doppler change applies to the phase φ of a signal transmitted by the satellite with respect to a reflector: dφ / dt = f D

Bei der Auswertung von bei einer Messkampagne erhaltenen Daten hat sich bestätigt, dass in einer mit Gebäuden/Häusern H bebauten Umgebung, beispielsweise einer Stadt, die meisten Reflexionen/Echos bezogen auf die durch einen Pfeil angedeutete Einfallsrichtung des von einem Satellitensender Sat ausgestrahlten Signals unter einem Winkel von 180° einen Empfänger E erreichen. In dem Diagramm in 1 ist eine solche Verteilung der Echoeinfallsrichtung bezogen auf den Satelliten-Azimut wiedergegeben. Dies wiederum bedeutet, diese Einfallsrichtung der Reflexionen/Echos ist in städtischer Umgebung die Haupteinfallsrichtung von Reflexionen/Echos.In the evaluation of data obtained in a measurement campaign, it has been confirmed that in an environment built-up with buildings H, for example a city, most reflections / echoes relative to the direction of incidence of the signal emitted by a satellite transmitter Sat are indicated by an arrow 180 ° angle to reach a receiver E. In the diagram in 1 is such a distribution of echo arrival direction relative to the satellite azimuth reproduced. This, in turn, means that the direction of incidence of the reflections / echoes is the main direction of reflection / urban echo.

Dies kann zur Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung eines Empfangszeitpunkts von Signalen verwertet werden.This can increase the accuracy of determining a reception time of signals be recycled.

Claims

Method for determining the reception time of a signal known in terms of its essential properties, which is used by determining the transit time of a satellite navigation system transmitter for locating a receiver located in a multipath environment, using apriori knowledge about the environment, characterized that the exploited Apriori knowledge is that in a building-built environment, the largest portion of the received signal power reflections from the satellite direction substantially opposite direction is taken, and that at runtime correction the difference between direct reception path and reflection reception path by Doppler frequency calculation and determination the change of the signal delay is determined.

Method according to claim 1, characterized in that that the respective usability of apriori knowledge from position determination results of the satellite navigation system in conjunction with in a database geographical knowledge gained from which indicates whether it is in the environment of using the satellite navigation system determined position of the recipient around a village with buildings or an essentially undeveloped terrain.

Method according to claim 1, characterized in that that the respective usability of Apriori knowledge by the receiver assigned optical or otherwise kind of sensors won which capture or scan its environment to that effect, whether for a building with buildings characteristic signals are recorded or not.

Method according to claim 1, characterized in that that the respective usability of Apriori knowledge by optical Impression of the recipient user which is built upon perception of a building Environment its receiver to use the apriori knowledge by hand switching.