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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines
ersten Fahrzeugs, eine Anordnung zum Bestimmen einer Position eines
ersten Fahrzeugs, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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Zur
Ortung eines Fahrzeugs werden u. a. Daten eines globalen Positionsbestimmungssystems,
z. B. GPS oder Galileo, verwendet. Eine Voraussetzung hierfür
ist jedoch, dass diese Daten gut empfangen werden können.
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GPS-Empfänger
werden u. a. in Navigationsgeräten eingesetzt. Sie sind
dazu ausgebildet, aus externen Quellen Informationen über
GPS-Satelliten zu empfangen. Auf Grundlage der empfangenen und übernommenen
Informationen kann eine Position des GPS-Empfängers schnell
ermittelt werden. Die genannten Informationen, insbesondere sog. Ephemeridendaten,
können von einem Rundfunksystem zu dem GPS-Empfänger übermittelt
werden. Bei einem Betrieb von Mobilfunksystemen ist vorgesehen,
dass Mobilfunk-Basisstationen Ephemeridendaten und Informationen über
eine eigene Position an ein Mobilfunk-Endgerät übertragen.
Falls ein derartiges Mobilfunkgerät einen GPS-Empfänger
umfasst, kann für dieses Mobilfunkgerät ebenfalls
eine Position bestimmt werden. GPS-Empfänger können auch
dazu geeignet sein, empfangene Ephemeridendaten zu speichern und
zu extrapolieren, um eine Positionsbestimmung durchzuführen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines
ersten Fahrzeugs, bei dem einer ersten Verarbeitungseinheit des
ersten Fahrzeugs von mindestens einem zweiten Fahrzeug mindestens
ein Datensatz mit satellitenbezogenen Daten bereitgestellt wird.
Die Position des ersten Fahrzeugs wird unter Berücksichtigung
der satellitenbezogenen Daten bestimmt. Die genannten Daten können
u. a. Positionsdaten sowie Daten zur Durchführung einer
Zeitsynchronisation mit einem Satelliten umfassen. Bei einer Ausgestaltung
des Verfahrens erfolgt eine Bestätigung der Position durch
Berechnung, wobei die bereitgestellten Daten verwendet werden.
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Mit
dem mindestens einen Datensatz werden in der Regel satellitenbezogene
Daten über mindestens einen Satelliten eines globalen Positionsbestimmungssystems
bereitgestellt.
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Die
satellitenbezogenen Daten können von mindestens einer zweiten
Verarbeitungseinheit des mindestens einen zweiten Fahrzeugs empfangen und
als Bestandteile des mindestens einen Datensatzes der Verarbeitungseinheit
des ersten Fahrzeugs drahtlos übermittelt werden.
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Es
ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens ein mit dem Datensatz
verbundener Zeitpunkt bereitgestellt wird, wobei die Verarbeitungseinheit
des ersten Fahrzeugs unter Berücksichtigung des mindestens
einen Zeitpunkts auf mindestens ein Satellitensignal synchronisiert
wird. Bei diesem mindestens einen Zeitpunkt kann es sich um einen
Zeitpunkt des Empfangs eines bestimmten Signalausschnitts von dem
mindestens einen Satelliten und/oder um den Zeitpunkt, zu dem der
Datensatz an die erste Verarbeitungseinheit gesendet wurde, handeln.
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Der
mindestens eine Datensatz kann auf Anfrage der ersten Verarbeitungseinheit
des ersten Fahrzeugs bereitgestellt werden. Alternativ oder ergänzend
kann der mindestens eine Datensatz von dem mindestens einen zweiten
Fahrzeug regelmäßig nach einem Zeitraster und
somit zu bestimmten Zeitpunkten bereitgestellt werden. Bei dieser
Ausgestaltung können mehrere Verarbeitungseinheiten ein Funknetz
bilden, wobei Datensätze mit satellitenbezogenen Daten
im Abstand bestimmter Zeitintervalle regelmäßig
versendet werden, so dass durch Be obachten von Funksignalen eine
Synchronisierung weiterer Verarbeitungseinheiten auf das mindestens eine
Satellitensignal Daten erfolgen kann.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Bestimmen einer
Position eines ersten Fahrzeugs, die eine erste in dem ersten Fahrzeug angeordnete
Verarbeitungseinheit aufweist, wobei die erste Verarbeitungseinheit
dazu ausgebildet ist, mindestens einen von mindestens einem zweiten Fahrzeug
bereitgestellten Datensatz mit satellitenbezogene Daten zu empfangen
und die Position des ersten Fahrzeugs unter Berücksichtigung
der satellitenbezogenen Daten zu bestimmen.
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In
Ausgestaltung umfasst die Anordnung mindestens eine zweite Verarbeitungseinheit,
die in dem mindestens einen zweiten Fahrzeug angeordnet und dazu
ausgebildet ist, die satellitenbezogenen Daten von mindestens einem
Satelliten zu empfangen und der mindestens einen ersten Verarbeitungseinheit
als Bestandteil des mindestens einen Datensatzes bereitzustellen.
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Mit
dem Verfahren können sich Fahrzeuge bei der Ortung bzw.
Bestimmung der Position gegenseitig unterstützen. Dies
erfolgt typischerweise mit einer sog. Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (car-to-car
bzw. C2C), bei der zwischen Fahrzeugen maschinenlesbare Daten, üblicherweise
Warnmeldungen, Verkehrsinformationen usw., ausgetauscht werden.
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Dazu
werden Hilfsdaten zur Initialisierung der GPS-Ortung des ersten
Fahrzeugs von anderen Fahrzeugen bezogen und verwendet. Hierbei
werden zwischen den Verarbeitungseinheiten Übertragungstechniken
genutzt, die einen sehr schnellen Verbindungsaufbau ermöglichen.
Für die Fahrzeuge kann in einer Variante ein kurzreichweitiges
Kommunikationssystem (DSRC, Dedicated Short Range Communication)
verwendet werden, wobei z. B. ein schon für die elektronische
Mauterhebung vorhandenes DSRC-Modul verwendet wird.
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Alternativ
kann die Übertragung auf Grundlage eines drahtlosen Netzwerks,
bspw. nach dem Kommunikationsstandard IEEE 802.11 p für
die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erfolgen. Hierbei werden,
wie in allen anderen Ausprägungen auch, andere Fahrzeuge
als Datenquelle benutzt, die bspw. über Schätzungen
von GPS-Parametern aus der unmittelbaren Umgebung verfügen.
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Eine
Verzögerung bei der Datenübertragung ist, wie
in allen anderen Ausprägungen auch, wegen des geringen
Abstands zwischen den Fahrzeugen in der Regel gering. Deshalb können,
wie in allen anderen Ausprägungen auch, neben den Ephemeridendaten
als denkbare satellitenbezogene Daten weitere Informationen zur
schnelleren Satellitensuche und Synchronisation übertragen
und genutzt werden.
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Bei
einer ersten Variante des Verfahrens sind die beteiligten Fahrzeuge
mit Verarbeitungseinheiten bzw. On-Board Units (OBU) zur Umsetzung
einer Funkübertragungstechnik, wie z. B. WLAN, insbesondere
nach dem IEEE 802.11 p-Standard zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation
oder DSRC nach dem CEN-Standard für Mautsysteme, ausgestattet. Wenn
eine erste Verarbeitungseinheit OBU 1 in dem ersten Fahrzeug gestartet
wird und sich mindestens eine andere, zweite Verarbeitungseinheit
OBU 2 in mindestens einem zweiten Fahrzeug in der Reichweite der
ersten Verarbeitungseinheit OBU 1 befindet, kann zusätzlich
zu dem normalen Betrieb der beiden Verarbeitungseinheiten die folgende
Kommunikation ablaufen:
- 1) die erste Verarbeitungseinheit
OBU 1 signalisiert, dass sie noch keine GPS-Position hat,
- 2) die zweite Verarbeitungseinheit OBU 2 empfängt dieses
Signal und sendet der ersten Verarbeitungseinheit OBU 1 einen Datensatz
zur Ortungsunterstützung,
- 3) die erste Verarbeitungseinheit OBU 1 empfängt diesen
Datensatz und verwendet diesen, um schneller die eigene Position
und somit die des ersten Fahrzeugs zu ermitteln.
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Der
Datensatz kann folgendes enthalten:
- a) eine
Liste der Satelliten, von denen die zweite Verarbeitungseinheit
OBU 2 zur Zeit satellitenbezogene Daten empfangen kann,
- b) die Ephemeridendaten als satellitenbezogene Daten jener Satelliten,
von denen die zweite Verarbeitungseinheit OBU 2 Signale bzw. Daten empfangen
kann,
- c) Ephemeridendaten von weiteren Satelliten, die der zweiten
Verarbeitungseinheit OBU 2 bekannt sind,
- d) als mindestens einen Zeitpunkt den exakten Sendezeitpunkt
der Nachricht, den die zweite Verarbeitungseinheit OBU 2 aus den
Satellitensignalen bzw. Satellitendaten und der Positionsschätzung
ermitteln kann,
- e) als mindestens einen Zeitpunkt den Startzeitpunkt einer Datensequenz,
mit der von einem Satelliten die Ephemeridendaten übertragen
werden sowie eine Bezeichnung dieses Satelliten,
- f) die aktuelle geschätzte Position der zweiten Verarbeitungseinheit
OBU 2.
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Mit
den Informationen a) bis b) oder a) bis c) kann die erste Verarbeitungseinheit
OBU 1 die entsprechenden Satellitensignale verwenden und eigene
Positionsschätzungen zur Bestimmung der Position durchführen,
sobald sie sich auf die Satellitensignale synchronisiert hat.
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Bei
der Synchronisation können die Informationen d) und e)
hilfreich sein. Da die Kommunikationsreichweite der Verarbeitungseinheiten
gering ist, ist auch die Verzögerung bei der Datenübertragung gering.
Die erste Verarbeitungseinheit OBU 1 kann deshalb aufgrund der Information
d) mit sehr geringer Unsicherheit den absoluten Zeitpunkt des Empfangs der
Nachricht von der zweiten Verarbeitungseinheit OBU 2 schätzen.
Mit der Information e) kann sich die erste Verarbeitungseinheit
OBU 1 dann sofort auf den mindestens einen Zeitpunkt abstimmen,
ohne dass die erste Verarbeitungseinheit zuerst den Anfang einer
Datensequenz erkennen muss. Die geschätzte Position der
zweiten Verarbeitungseinheit OBU 2 kann von der ersten Verarbeitungseinheit OBU
1 aufgrund der geringen Reichweite der Übertragung als
grobe Schätzung der eigenen Position verwendet werden.
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Eine
zweite Variante des Verfahrens kann mit einem Kommunikationssystem
für eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation über
ein selbstorganisierendes lokales Funknetz, z. B. mit WLAN-Technik,
erfolgen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeuge bzw.
deren Verarbeitungseinheiten regelmäßig, z. B.
einmal pro Sekunde, Nachrichten aussenden, in denen die eigene Position enthalten
ist. Typischerweise können diese Nachrichten sehr genau
in einem festen Zeitraster gesendet werden, wobei sich die Verarbeitungseinheiten
mit Hilfe der aus dem GPS-System ermittelten Zeit an das vorgesehene
Zeitraster zeitlich anpassen. Damit sind die absoluten Zeitpunkte,
zu denen Datensätze bzw. Nachrichten gesendet werden, bekannt.
Gegenüber der ersten Variante muss die zweite Verarbeitungseinheit
OBU 2 die Information d) nicht senden, da die erste Verarbeitungseinheit
OBU 1 diese Information d) aus der normalen Kommunikation in dem Funknetz
erschließen kann. Wenn die erste Verarbeitungseinheit OBU
1 außerdem die Ephemeridendaten selbst schätzt,
reicht dieses reine Beobachten des Funknetzes typischerweise aus,
damit sich die erste Verarbeitungseinheit OBU 1 sofort auf die Satellitensignale
synchronisieren und die Ortung durchführen kann. Die erste
Verarbeitungseinheit OBU 1 kann u. a. mit dem Zeitraster aus dem
Funknetz bestimmen, welche Position im GPS-Rahmen bzw. GPS-Frame
gerade empfangen wird.
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Demnach
können GPS-Empfänger für Navigationsgeräte
als Komponenten von Verarbeitungseinheiten genutzt werden, die dazu
ausgebildet sind, aus externen Quellen Informationen über
GPS-Satelliten, insbesondere deren Ephemeridendaten, zu übernehmen
und damit in der Lage sind, Positionen zu bestimmen. Die genannten
Ephemeridendaten umfassen u. a. eine mathematische Darstellung einer Bahn
eines GPS-Satelliten. Die von dem GPS-Satelliten bereitgestellten
Ephemeridendaten werden von einem GPS-Empfänger einer Verarbeitungseinheit zur
Berechnung dessen Position benutzt. Ein Rundfunksystem kann die
erwähnten Ephemeridendaten senden, damit der GPS-Empfänger
die Positionsbestimmung durchführen kann. Bei einem Mobilfunksystem,
bei dem Mobilfunk-Basisstationen Ephemeridendaten und die eigene
Position an Mobilfunk-Endgeräte übertragen, kann
ein GPS-Empfänger im Mobilfunk-Endgerät ebenfalls
eine Positionsbestimmung durchführen. Weiterhin können
Ephemeridendaten in einem GPS-Empfänger gespeichert und
extrapoliert werden.
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Typischerweise
benötigen GPS-Empfänger ohne eine Quelle für
Ephemeridendaten durchschnittlich ca. 35 Sekunden bis zur ersten
Ausgabe einer Position. Dieser Zeitraum ist für eine Mauterfassung
zu lang und für Navigationsanwendungen zumindest nachteilig.
Die Ephemeridendaten sind über Rundfunksysteme meist nicht
und über eine mobile Kommunikation, bspw. GSM zur Bereitstellung
einer globalen Kommunikation, nicht rechtzeitig verfügbar, weil
auch der Aufbau einer GSM-Verbindung Zeit benötigt. Außerdem
sind die Kosten für eine Mobilfunk-Übertragung
hoch. Ephemeridendaten, die der Empfänge selbst schätzt,
sind in der Regel zu ungenau. Die Positionsbestimmung erfordert
nach dem Empfang von Ephemeridendaten immer noch eine Suche nach
Satellitensignalen und eine Synchronisation mit diesen Signalen,
was jedoch sechs bis zwölf Sekunden dauern kann. Im Gegensatz
hierzu können bei Umsetzung des Verfahrens satellitenbezogene
Daten zwischen Fahrzeugen zeitnah und kostengünstig ausgetauscht
und zur Positionsbestimmung verwendet werden.
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Die
beschriebene Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche
Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei
können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen
Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin
können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen
Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt
werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte
des Verfahrens als Funktionen einzelner Komponenten der Anordnung
oder der Anordnung realisiert werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln,
um alle Schritte eines beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn
das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden
Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln,
die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind,
ist zum Durchführen aller Schritte eines beschriebenen
Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer
oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Verkehrssituation.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die
Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Die
in 1 schematisch dargestellte Verkehrssituation umfasst
ein erstes Fahrzeug 2 und ein zweites Fahrzeug 4.
Außerdem zeigt 1 einen Satelliten 6 eines
globalen Positionierungssystems (GPS).
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Jedes
der beiden Fahrzeuge 2, 4 weist eine als sogenannte
On-Board-Unit (OBU) ausgebildete Verarbeitungseinheit 8, 10 auf.
Jede dieser Verarbeitungseinheiten 8, 10 ist dazu
ausgebildet, mit einer Funkantenne als Kommunikationsmodul 12, 14 zusammenzuwirken.
In Ausgestaltung können derartige Kommunikationsmodule 12, 14 auch
als Komponenten der Verarbeitungseinheiten 8, 10 ausgebildet sein.
Mit Hilfe der Kommunikationsmodule 12, 14 ist eine
drahtlose Kommunikation zwischen den Verarbeitungseinheiten 8, 10 durchführbar,
wobei zwischen den Verarbeitungseinheiten 8, 10 über
elektromagnetische Wellen drahtlos Datensätze ausgetauscht
werden.
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Die
zweite Verarbeitungseinheit 10 als Komponente des zweiten
Fahrzeugs 4 befindet sich in der beschriebenen Verkehrssituation
in einer Position, die es ermöglicht, dass die zweite Verarbeitungseinheit 10 von
dem Satelliten 6 satellitenbezogene Daten, die auch sogenannte
Ephemeridendaten aufweisen, empfangen kann. Derartige Ephemeridendaten umfassen
kinematische Daten wie Ort und Geschwindigkeit des Satelliten 6 zu
einem bestimmten Zeitpunkt. Unter Be rücksichtigung der
satellitenbezogenen Daten, die die zweite Verarbeitungseinheit 10 in
dem zweiten Fahrzeug 4 mittels des zweiten Kommunikationsmoduls 14 von
dem Satelliten 6 empfängt, wird mit der zweiten
Verarbeitungseinheit 10 eine Position der zweiten Verarbeitungseinheit 10 und
somit des zweiten Fahrzeugs 4 bestimmt.
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Bei
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die satellitenbezogenen Daten weiterhin von der
zweiten Verarbeitungseinheit 10 des zweiten Fahrzeugs 4 an
die erste Verarbeitungseinheit 8 des ersten Fahrzeugs 2 übertragen.
Ergänzend wird in dem Datensatz auch ein Zeitpunkt der Übertragung
der ersten Verarbeitungseinheit 8 bereitgestellt. Über
diesen Zeitpunkt erfolgt eine Synchronisierung der ersten Verarbeitungseinheit 8 mit
der zweiten Verarbeitungseinheit 10 und weiterhin mit dem
Satelliten 6. Mit Hilfe der übermittelten satellitenbezogenen
Daten wird mit der ersten Verarbeitungseinheit 8 in dem
ersten Fahrzeug 2 durch Abschätzen eine Bestimmung
der Position der ersten Verarbeitungseinheit 8 und somit
des ersten Fahrzeugs 2 durchgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Kommunikationsstandard
IEEE 802.11 p [0013]
- - IEEE 802.11 p-Standard [0015]