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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Ortungssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die Höhenangaben aus einer Konturentabelle verwenden, um eine GNSS-Positionierungslösung zu erhalten oder zu verbessern.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Mit der Entwicklung der Funk- und Raumfahrttechnologien wurden bereits mehrere Satelliten gebaut, die auf Navigationssystemen beruhen (d. h. Satellitennavigationssystem oder ”SPS”) und in der nahen Zukunft werden noch mehr verwendet werden. Jene Systeme mit einer vollständigen globalen Abdeckung werden manchmal als Global Navigation Satellite Systems (Globale Navigationssatellitensysteme ”GNSS”) bezeichnet. SPS-Empfänger, wie zum Beispiel Empfänger, die das Global Positioning System (Globales Positionsbesimmungssystem – ”GPS”), auch bekannt als NAVSTAR, verwenden, sind zum technischen Alltag geworden. Andere Beispiele für SPS und/oder GNSS-Systeme umfassen, allerdings ohne Einschränkung, das United States (”U.S.”) Navy Navigation Satellite System (”NNSS”) (auch bekannt als TRANSIT), LORAN, Shoran, Decca, TACAN, NAVSTAR, das russische Gegenstück zu NAVSTAR, bekannt als das Global Navigation Satellite System (”GLONASS”), jedes zukünftige westeuropäische SPS wie das vorgeschlagene ”Galileo”-Programm oder jedes andere bestehende oder zukünftige System wie das chinesische ”Beidou” oder ”Compass” System. Als ein Beispiel ist das U.S. NAVSTAR GPS-System in GPS Theory and Practice, 5. Auflage, überarbeitete Auflage von Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger und Collins, Springer-Verlag Wien New York, 2001, beschrieben, das in seiner Gesamtheit hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Das U.S. GPS-System wurde im US-Verteidigungsministerium gebaut und wird von diesem betrieben. Das System verwendet vierundzwanzig oder mehr Satelliten, die in einer Höhe von etwa 11.000 Meilen in einem Zeitraum von etwa zwölf Stunden um die Erde kreisen. Diese Satelliten sind auf sechs verschiedene Umlaufbahnen gebracht, so dass jederzeit mindestens sechs Satelliten an jeder Stelle auf der Erdoberfläche mit Ausnahme der Polarregion sichtbar sind. Jeder Satellit überträgt ein Zeit- und Positionssignal, das auf eine Atomuhr abgestimmt ist. Ein typischer GPS-Empfänger stellt sich auf dieses Signal ein (bzw. verfolgt dieses Signal) und entnimmt die darin enthaltenen Daten. Unter Verwendung von Signalen aus einer ausreichenden Anzahl von Satelliten kann ein GPS-Empfänger seine Position, Geschwindigkeit, Höhe und Zeit berechnen.
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In Umgebungen, wo die Satellitensignale beeinträchtigt sind, treten jedoch bei einem GPS-Empfänger häufig Probleme beim Einstellen auf die Signale auf, die für die Berechnung von Position, Geschwindigkeit, Höhe und Zeit notwendig sind. In einer beeinträchtigten Signalumgebung können Satellitensignale schwach oder in anderer Weise für GPS-Empfänger schwer zugreifbar sein. Ein Beispiel für eine beeinträchtigte Signalumgebung ist ein Tunnel, durch den ein mit einem GPS-Empfänger ausgestattetes Auto fährt. Während sich der GPS-Empfänger im Tunnel befindet, sind die Satellitensignale vollständig blockiert und es ist kein Zugriff möglich. Infolgedessen kann der GPS-Empfänger darüberhiuas seine Positions- und andere Navigationsdaten (wie Geschwindigkeit, Höhe und Zeit) nicht genau berechnen, solange sich das Auto im Tunnel befindet. Da GPS-Empfänger für gewöhnlich Positionieralgorithmen verwenden, die Navigationsfilter benutzen, die die letzten bekannten Positionen der GPS-Empfänger berücksichtigen, kann die Positionsberechnung des GPS-Empfängers auch weniger exakt sein, wenn das Auto aus dem Tunnel herausfährt, da keine exakten Positionsberechnungen in der Zeit durchgeführt wurden, in der sich das Auto im Tunnel befunden hat.
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Beeinträchtigte Signalumgebungen werden häufig in städtischen Gebieten, wie Städten mit vielen hohen Gebäuden, vorgefunden. Eine Stadt mit vielen hohen Gebäuden umfasst ”Häuserschluchten”, wobei es sich um eine Umgebung handelt, in der Straßen durch dichte Strukturblöcke wie Wolkenkratzer schneiden. In Häuserschluchten sind Satellitensignale häufig nicht sichtbar oder beeinträchtigt, da die Signale zum Beispiel teilweise oder vollständig von Gebäuden blockiert werden. Folglich ist das Problem unexakter Positionsberechnungen durch GPS-Empfänger in beeinträchtigten Signalumgebungen in städtischen Gebieten besonders akut.
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Eine Möglichkeit, die Genauigkeit einer berechneten GPS-Position zu verbessern, besteht in der Verbesserung der Genauigkeit mit Hilfe einer Kartendatenbank. Zum Beispiel umfassen persönliche Navigationsvorrichtungen (PNDs), wie jene, die von Garmin und anderen Herstellern erhältlich sind, für gewöhnlich umfangreiche Kartendatenbanken, die gesamte Länder oder Regionen abdecken, um unter anderen Echtzeit-Positionsanzeigen und Wegbeschreibungen zu liefern. Es wurden einige Versuche unternommen, dem GPS-Empfänger Informationen aus dieser Kartendatenbank in Echtzeit zu liefern, um die Navigationslösung des Empfängers zu verbessern. Dies ist jedoch zum Beispiel aufgrund der Verzögerungen, die in den Kommunikationen zwischen dem Empfänger und anderen PND-Komponenten auftreten, in der praktischen Ausführung schwierig. Ein anderes Problem bei dieser Strategie ist, dass Verbesserungen in der Genauigkeit begrenzt sind, da die Verbesserungen in der Genauigkeit erst erfolgen, nachdem die GPS-Position bereits berechnet wurde. Ein weiteres Problem ist die Menge an Speicherplatz, die zum Speichern von Kartendaten für alle Punkte auf der Erde erforderlich ist.
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Das Genauigkeitsproblem kann auch durch Verwendung einer Netzwerkunterstützung in einigen Vorrichtungen behandelt werden, die einen Kombo-Chipsatz haben, der sowohl für Position wie auch Konnektivität zuständig ist. In anderen Fällen kann die Navigationsmaschine nur eine gewisse Höhe bereithalten (zum Beispiel 0 Meter oder mittleren Meeresspiegel (MSL)) und eine Positionslösung berechnen. Diese versuchten Lösungen weisen jedoch auch im Sinne erhöhter Komplexität und Kosten oder einer verringerten Genauigkeit und Leistung Nachteile auf.
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Daher sind ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine stärkere Verbesserung der Genauigkeit bei Positionsberechnungen in einem GPS-Empfänger in beeinträchtigten Signalumgebungen liefern, weiterhin wünschenswert.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Ortungssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für Verbesserungen in der Genauigkeit von Navigationsberechnungen in einem GPS-Empfänger. Gemäß einem ersten Aspekt umfasst die Erfindung das Führen einer Tabelle von Höhenattributen für weltweit ausgewählte Gebiete (Konturentabelle) im GNSS-Chipsatz. Die Informationen in der Tabelle umfassen vorzugsweise Breitengrad, Längengrad der Stadt, gemeinsam mit Höhenattributen dieser Städte, wie durchschnittliche, minimale, maximale Höhe usw. Zusätzliche Informationen wie Durchschnittsgradient könnten auch in der Tabelle gespeichert sein. Wenn GPS-Signale in Umgebungen wie Häuserschluchten beeinträchtigt sind, können gemäß weiteren Aspekten Höheninformationen aus der Tabelle erhalten und zur Verbesserung der Navigationslösung verwendet werden.
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Zur Förderung dieser und anderer Aspekt umfasst ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung einer Konturentabelle zur Positionierung ein Abfragen von Höheninformationen, die in einer Konturentabelle gespeichert sind, die dem GPS-Empfänger zugeordnet ist; und ein Berechnen einer Positionsbestimmung des GPS-Empfängers unter Verwendung der abgefragten Höheninformationen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann bei Durchsicht der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren offensichtlich, wobei:
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1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführung von Prinzipien der Erfindung ist; und
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2 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Methodologie zur Verwendung von Konturentabelleninformationen für eine Positionierlösung gemäß Aspekten der Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die als veranschaulichende Beispiele der Erfindung dienen, so dass ein Fachmann die Erfindung ausführen kann. Vor allem sind die folgenden Figuren und Beispiele nicht als Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung auf eine einzige Ausführungsform gedacht, sondern es sind andere Ausführungsformen durch Austausch einiger oder aller der beschriebenen oder dargestellten Elemente möglich. In den Fällen, in denen bestimmte Elemente der vorliegenden Erfindung teilweise oder vollständig mit bekannten Komponenten ausgeführt werden können, werden ferner nur jene Teile solcher bekannten Komponenten beschrieben, die für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, und eine ausführliche Beschreibung anderer Teile solcher bekannten Komponenten wird unterlassen, um die Erfindung nicht unklar zu machen. Ausführungsformen, die laut Beschreibung in Software implementiert sind, sind nicht darauf beschränkt, sondern können Ausführungsformen umfassen, die in Hardware implementiert sind, oder Kombinationen aus Software und Hardware, und umgekehrt, wie für den Fachmann offensichtlich ist, falls hierin nicht anders spezifiziert. In der vorliegenden Beschreibung sollte eine Ausführungsform, die eine einzige Komponente zeigt, nicht als Einschränkung betrachtet werden, sondern die Erfindung sollte vielmehr andere Ausführungsformen umfassen, die mehrere dieser Komponenten umfassen, und umgekehrt, falls hierin nicht ausdrücklich anderes angeführt ist. Ferner beabsichtigt die Anmelderin für keinen Begriff in der Beschreibung oder den Ansprüchen, dass ihm eine unübliche oder spezielle Bedeutung zukommt, falls dies nicht ausdrücklich angegeben ist. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung gegenwärtige und zukünftige bekannte Äquivalente zu den bekannten Komponenten, auf die hier zur Veranschaulichung Bezug genommen wird.
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1 zeigt eine beispielhafte Umsetzung von Ausführungsformen der Erfindung. 1 zeigt Sendesignale 106, 108, 110 und 112 von GPS-Satelliten (d. h. SVs) 114, 116, 118 bzw. 120, die von einem Empfänger 122 in einem Mobilgerät 102 empfangen werden, das sich an einer Benutzerposition irgendwo nahe der Erdoberfläche 104 befindet.
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Das Mobilgerät 102 kann eine persönliche Navigationsvorrichtung (PND, z. B. von Garmin, TomTom, usw.) sein oder es kann ein zelluläres oder eine andere Art von Telefon mit eingebauter GPS-Funktionalität sein (z. B. iPhone, Blackberry, Android-Smartphone) oder jede GPS-Vorrichtung, die in Ortungsanwendungen (z. B. Fahrzeugverfolgung von Trimble, Paket- oder Fuhrparkortung von FedEx, Kinderortungsanwendungen usw.) eingebettet ist.
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Der Empfänger 122 kann unter Verwendung jeder Kombination aus Hardware und/oder Software ausgeführt werden, einschließlich GPS-Chipsätze wie SiRFstarIII GSD3tw oder SiRFstar GSC3e von SiRF Technology und BCM4750 von Broadcom Corp., die mit der Funktionalität gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst und/oder ergänzt sind und in der Folge ausführlicher beschrieben sind. Insbesondere kann der Fachmann anhand der Lehren in der vorliegenden Beschreibung verstehen, wie die vorliegende Erfindung durch Anpassen und/oder Ergänzen solcher Chipsätze und/oder Software mit den Navigationslösungsverbesserungstechniken der vorliegenden Erfindung umzusetzen ist.
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Die vorliegenden Erfinder erkennen, dass der Bedarf an einer exakten Ortungsunterstützung bei einer Fahrt durch eine Stadt ein besonders akuter Bedarf ist. In den meisten Großstädten auf der gesamten Welt ist jedoch die Sichtbarkeit von GNSS-Satelliten am Himmel für einen Empfänger durch hohe Strukturen eingeschränkt. Daher sind in Häuserschluchten Navigationsvorrichtungen häufig auf die Berechnung von GPS-Positionsbestimmungen mit einem minimalen Satz von Satelliten begrenzt. Da die vertikale Dilution of Precision (DOP – Verringerung der Genauigkeit) in diesen Situationen üblicherweise groß ist, ist die in diesen Fällen berechnete Höhe für große Fehler anfällig. Ein Höhenfehler führt dann zu einem großen Positionsfehler. Somit ist die Ermittlung einer exakten Höhe zum Erlangen einer guten Positionslösung in städtischen Gebieten wünschenswert. Gemäß einigen Aspekten erkennt die Erfindung daher, dass das Vorsehen einer anderen Höhenangabequelle für die Navigationsmaschine dazu beitragen würde, eine gute Positionslösung zu erhalten.
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Die vorliegenden Erfinder erkennen ferner, dass ein Hindernis, Höhenangaben aus einer gespeicherten Tabelle zu erhalten, die Menge an Speicherplatz ist, die zum Speichern einer Höhentabelle für alle Punkte auf der Erde erforderlich ist. Gemäß weiteren Aspekten ist die Erfindung daher so gestaltet, dass sie an Orten funktioniert, wo häufig die meisten Probleme entstehen, wie in städtischen Gebieten. Somit können Ausführungsformen der Erfindung die Größe der Konturentabelle begrenzen (z. B. ROM-Platz sparen), während Höhenangaben dort geliefert werden, wo sie am meisten benötigt werden (z. B. an Orten mit begrenzter Sichtbarkeit auf den Himmel).
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Gemäß allgemeinen Aspekten umfasst die Erfindung daher ein Führen einer Tabelle von Höhenattributen (d. h. Konturentabelle) für ausgewählte Gebiete der Welt im GNSS-Chipsatz. Die Informationen in der Tabelle umfassen vorzugsweise eine Liste ausgewählter Orte, gemeinsam mit einem oder mehreren Höhenattribut(en) dieser Orte, wie die durchschnittliche, minimale, maximale Höhe, usw. Zusätzliche Informationen, wie ein Durchschnittsgradient, könnten auch in der Tabelle gespeichert werden.
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In Ausführungsformen können die ausgewählten Orte spezielle Breitengrad-, Längengradkoordinaten sein. In anderen Ausführungsformen können die ausgewählten Orte durch Breitengrad-, Längengradgrenzen (z. B. rechteckige Flächen) spezifiziert sein. Es sind viele Variationen möglich. Im Falle von mittelgroßen und großen städtischen Gebieten (z. B. Los Angeles, New York, etc.) oder an Orten, wo es eine große Höhenvariation gibt, können mehrere Einträge für die Höhe verwendet werden. In diesen Fällen könnte eine Höhe an Zwischenpositionen durch Interpolation berechnet werden.
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In einer Ausführungsform ist die eingebettete Konturentabelle in einem nicht flüchtigen (z. B. Flash, ROM, usw.) Speicher gespeichert, der leicht für den GPS-Empfänger (z. B. Empfänger 122) zugänglich ist. In einer anderen Ausführungsform ist die eingebettete Konturentabelle in einem On-Chip-Speicher auf demselben Chip wie der GPS-Empfänger gespeichert. In dieser und anderen Ausführungsform(en) könnte die eingebettete Konturentabelle aus dem Speicher (flüchtig/nicht flüchtig) eines Host-Prozessors in einem Tracker/Host-System herunter geladen werden.
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Die eingebettete Konturentabelle enthält Höheninformationen, die auch in Kartendatenbanken in herkömmlichen persönlichen Navigationsvorrichtungen (PNDs) enthalten sein können, in denen die Kartendatenbanken extern zu den GPS-Empfängern in den PNDs sind. Kartendatenbanken in PNDs umfassen jedoch im Allgemeinen ausführliche Kartographieinformationen für Regionen, die ein Land oder einen Kontinent überspannen und sind daher sehr groß (mindestens einige Gigabytes). Aus ähnlichen Gründen wie zuvor besprochen könnte es unpraktisch und ineffizient sein, solche großen Kartendatenbanken generell in einen GPS-Empfänger zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsberechnungen des GPS-Empfängers einzubetten. Wie zuvor erwähnt, ist daher gemäß gewissen Aspekten der Erfindung die Konturentabelle, die in dem GPS-Empfänger eingebettet ist, in einer Weise, die zur Verbesserung der Genauigkeit von Positionsberechnungen des GPS-Empfängers optimiert ist, auf eine Größe reduziert, die kleiner als jene einer typischen Kartendatenbank in einem PND ist.
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In Ausführungsformen umfasst eine Konturentabelle, die in einen GPS-Empfänger eingebettet ist, Höheninformationen nur für Orte, die im Wesentlichen andere Höhenlagen als eine Vorgabe-Höhenlage aufweisen, die von der Navigationslösung verwendet wird (z. B. Meeresspiegel), wenn sonst keine Höheninformationen zur Verfügung stehen. Zum Beispiel könnten Höheninformationen für Küstenregionen nahe dem Meeresspiegel aus der eingebetteten Kartentabelle ausgeschlossen sein.
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In Ausführungsformen umfasst eine Konturentabelle, die in einen GPS-Empfänger eingebettet ist, Höheninformationen nur für Orte, an denen Tabelleninformationen wahrscheinlich am häufigsten gebraucht werden. Eine Art solcher Orte umfasst jene, die beeinträchtigte Signalumgebungen umfassen. In einer beeinträchtigten Signalumgebung sind Satellitensignale schwach oder auf andere Weise für GPS-Empfänger für eine Informationsgewinnung schwierig. Welche geographischen Regionen wahrscheinlich beeinträchtigte Signalumgebungen umfassen, könnte im Voraus festgelegt werden. In einigen Ausführungsformen könnte die eingebettete Konturentabelle wenig oder keine Höheninformationen über geographische Regionen umfassen, außer jenen, bei welchen festgestellt wurde, dass sie wahrscheinlich beeinträchtigte Signalumgebungen umfassen, wodurch die Größe der eingebetteten Konturentabelle verringert wird. Da städtische Gebiete aufgrund der dicht angeordneten und häufig hohen Gebäude in städtischen Gebieten wahrscheinlich eine beeinträchtigte Signalumgebung umfassen, kann die eingebettete Kartendatenbank Höheninformationen nur für ausgewählte städtische Gebiete umfassen. Zum Beispiel kann die eingebettete Konturentabelle nur Höheninformationen für die größten fünfundzwanzig oder fünfzig großstädtischen Gebiete in den USA umfassen. In einer Ausführungsform schließt die eingebettete Konturentabelle ferner Höheninformationen für Orte aus, die der Anwender wahrscheinlich nicht besuchen wird, wie entlegene Gebiete und hohe Berge, wie den Mount Everest.
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Die Informationen aus der Tabelle könnten von einem GPS-Empfänger auf unterschiedliche Weise erhalten und verwendet werden und könnten zum Beispiel von den darin gespeicherten Informationen und besonderen Umständen abhängen. Es werden nun mögliche Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben.
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In einer beispielhaften Ausführungsform werden Informationen aus der Tabelle als zusätzliche Messung in der Lösung zur Positionsbestimmung verwendet. In diesem Fall könnte die Unsicherheit, die mit der Höhenmessung verbunden ist, auch von der minimalen und maximalen Höhe für diese Region, wie in der Konturentabelle angegeben, abhängen.
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Eine mögliche Umsetzung 200 dieser Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Wie in 2 dargestellt, werden Signale von Satelliten in Schritt S202 erfasst und verarbeitet. Wie bekannt ist, sind Signale von mindestens drei GNSS-Satelliten zur Berechnung einer zweidimensionalen Position (d. h. Breitengrad/Längengrad) notwendig, während Signale von mindestens vier GNSS-Satelliten zur Berechnung einer dreidimensionalen Position (d. h. Breitengrad/Längengrad/Höhe) notwendig sind.
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Unter Verwendung dieser Signale wird in Schritt S204 eine ungefähre Position berechnet (z. B. Breite, Länge, Höhe), zum Beispiel unter Verwendung von Pseudoentfernungen zu erfassten Satelliten und Triangulierungstechniken, die dem Fachmann allgemein bekannt sind. In einer anderen Ausführungsform könnte die ungefähre Position in Schritt S204 von einem Netz als Unterstützung oder von anderen Grobpositionierungsverfahren wie Wi-Fi-Positionierung oder Cell-ID-Positionierung stammen. In den Fällen, in denen nur drei GNSS-Signale erfasst werden, wird die ungefähre Position in zwei Dimensionen berechnet und eine beste Schätzung der Höhe, die bekannt ist, zur Vollendung der ungefähren dreidimensionalen Position verwendet. Falls wenigstens vier GNSS-Signale erfasst werden, wird die dreidimensionale ungefähre Position aus den Messungen berechnet.
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Die ungefähre Position wird in Schritt S206 mit Orten in der Tabelle verglichen. In einigen Ausführungsformen könnte dies zum Beispiel nur dann erfolgen, wenn der Empfänger eine minimal bestimmte Positionslösung berechnet (z. B. wenn Signale für nur drei oder vier Satelliten verfügbar sind), und/oder unter Verwendung anderer Kriterien wie DOP- und SNR-Schwellenwerte für erfasste Signale. Falls die ungefähre Position, die in Schritt S204 berechnet wurde, mit Einträgen in der Konturentabelle übereinstimmt, werden die Informationen für diesen Ort in Schritt S208 entnommen.
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Es gibt viele Möglichkeiten für die Durchführung des Vergleichs in Schritt S206 und dies kann davon abhängen, wie Informationen in der Tabelle gespeichert sind. In Ausführungsformen können Informationen für spezielle Breitengrad-, Längengrad-Koordinaten gespeichert sein und es kann ein Vergleich vorgenommen werden, um zu bestimmen, ob die ungefähre Position innerhalb eines gewissen Abstands zu diesen Koordinaten liegt. Der Abstand könnte in solchen Fällen als Funktion der absoluten Höhe des Orts variieren. Falls zum Beispiel die Höhe groß ist, könnte der Abstand für einen Vergleich groß sein, während, falls die Höhe gering ist, der Abstand für einen Vergleich klein wäre. In anderen Ausführungsformen können Informationen in der Tabelle für ausgewählte Orte gespeichert werden, die durch Breitengrad-, Längengradgrenzen definiert sind (z. B. quadratische oder rechteckige Flächen). In diesem Fall wird die ungefähre Position mit diesen Grenzen verglichen und eine Übereinstimmung identifiziert, falls die ungefähre Position vollständig innerhalb dieser Grenzen liegt. Es sind viele Variationen möglich.
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Falls Schritt S206 bestimmt, dass die ungefähre Position einen übereinstimmenden Eintrag hat, werden Informationen für diesen Ort in Schritt S208 aus der Tabelle entnommen. In Ausführungsformen sind die Informationen einfach ein Höhenwert für die Übereinstimmung mit einem zweidimensionalen Ort. In anderen Ausführungsformen, wie im Falle von mittelgroßen und großen städtischen Gebieten (z. B. Los Angeles, New York, usw.) oder an Orten, an denen eine große Höhenvariation vorliegt, können mehrere Einträge in der Tabelle umfasst sein. In diesen Fällen könnte durch Interpolation ein Höhenwert für den ungefähren Ort aus den mehreren Einträgen berechnet werden. In noch weiteren Ausführungsformen können zusätzliche Informationen wie Höhenungewissheit, minimale und maximale Höhe, usw. ebenso für die ungefähre Position abgefragt werden.
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Die aus der Konturentabelle entnommenen Informationen werden in Schritt S210 verwendet. In einem Beispiel werden die Informationen zur Verbesserung der Genauigkeit für eine minimal berechnete Position verwendet. In den Fällen, in denen die von den Satelliten erhaltenen Informationen ihre Orte und Pseudoentfernungen umfassen, werden der Breitengrad und Längengrad aus der ungefähren Position mit den Höheninformationen aus der Tabelle kombiniert und zur Platzierung eines Pseudoliten in der Mitte der Erde bei einer zugehörigen Pseudoentfernung, die den Höheninformationen aus der Tabelle entspricht, verwendet. Herkömmliche Triangulierungstechniken werden dann zur Lösung der Position auf gleiche Weise verwendet, als ob alle Informationen von Satelliten erhalten worden wären.
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Es kann auch eine zusätzliche Verarbeitung in Schritt S210 durchgeführt werden, abhängig von den Informationen in der Tabelle. Falls zum Beispiel die Informationen in der Tabelle eine Höhenungewissheit umfassen, kann in Schritt S210 auch die Positionsungewissheit berechnet werden.
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In einem alternativen Beispiel für die Verarbeitung, die in Schritt S210 durchgeführt wird, werden die Höheninformationen aus der Tabelle zur Lösung für eine zweidimensionale Position und Zeit unter Verwendung der Satellitenmessungen genutzt. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass die Höhe ein bekannter Wert ist und die unbekannten Werte für Breitengrad, Längengrad und Uhrzeit werden unter Verwendung der Satellitenmessungen und dem Fachmann allgemein bekannter Techniken gelöst.
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In noch einem weiteren alternativen Beispiel der Verarbeitung, die in Schritt S210 durchgeführt wird, werden Informationen aus der Tabelle zur Prüfung der Positionslösung verwendet, wenn die ungefähre Position allzu sehr bestimmt ist. Zum Beispiel werden die Informationen aus der Tabelle zum Erhalten einer Pseudoentfernung zu einem Pseudoliten in der Mitte der Erde verwendet und für eine der Satellitenmessungen eingesetzt, um sicherzustellen, dass die berechnete ungefähre Position innerhalb einer vorbestimmten Fehlertoleranz liegt.
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In noch einem weiteren Beispiel der Verarbeitung, die in Schritt S210 durchgeführt wird, umfassen Informationen aus der Konturentabelle Felder wie Durchschnittsgradient, maximaler Gradient, usw. Diese Informationen können zum Beispiel verwendet werden, wenn sich der Empfänger bewegt. In diesem Fall kann eine Reihe von berechneten Positionen mit den Gradienteninformationen zur Bestimmung verglichen werden, ob die berechneten Positionen eine Änderung in der Höhe aufweisen, die mit bekannten Gradienteninformationen übereinstimmt.
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In Ausführungsformen können Informationen aus der Konturentabelle während der Navigation verwendet werden, zusätzlich oder als Alternative zu ihrer Verwendung in der Positionsbestimmung. Weitere Einzelheiten bezüglich beispielhafter Umsetzungen zur Integration von Höheninformationen aus einer eingebetteten Konturentabelle in ein Navigationsfilter in einem Positionieralgorithmus eines GPS-Empfängers sind unten ausführlicher beschrieben.
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In einer beispielhaften Umsetzung werden Höheninformationen den eingebetteten Karteninformationen hinzugefügt und zusätzlich zum Abstimmen das Navigationsfilter in der Weise verwendet, die in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. 12/409,315 beschrieben ist, deren Inhalt hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird. Die gleichzeitig anhängige Anmeldung beschreibt, wie horizontale Karteninformationen (d. h. Breitengrad, Längengrad) zum Abstimmen der Navigationsfilter verwendet werden, und Fachleute werden verstehen, wie die Prinzipien dieser Anmeldung auszuweiten sind, um Höheninformationen aufzunehmen, wie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben.
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In Ausführungsformen ist das Navigationsfilter ein Kalman-Filter und ein Zustandsvektor des Kalman-Filters wird auf der Basis einer Schnittpunktposition aktualisiert. In Umgebungen mit Häuserschluchten ist der Blick auf den Himmel durch Gebäude eingeschränkt, so dass die Liste sichtbarer Satelliten für einen GPS-Empfänger für gewöhnlich nur Satelliten direkt über und entlang der Längsrichtung der Bewegung des GPS-Empfängers umfasst. Wenn sich der GPS-Empfänger jedoch an einem Schnittpunkt befindet, werden zusätzliche Satelliten in der seitlichen Richtung sichtbar. Dieses Ereignis einer Erfassung von mehr sichtbaren Satelliten in der seitlichen Richtung könnte mit der Position des Schnittpunktes in der eingebetteten Kartendatenbank korreliert werden. Ein Kartendatenbankattribut kann für diese Korrelation gespeichert werden.
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Die Schnittpunktposition kann als Messungsaktualisierung für die horizontalen und vertikalen Positionselemente des Zustandsvektors des KALMAN-FILTERS vorgesehen sein. Der Vektor, der als Messungsaktualisierung verwendet wird, enthält Terme von eins, die den horizontalen und vertikalen Positionskomponenten entsprechen, und Nullen für den Rest der Elemente im Zustandsvektor. Ferner können Terme, die der Unsicherheit für die horizontalen und vertikalen Positionselemente in der R-Matrix (Messungs-Rauschmatrix) des Kalman-Filters entsprechen, auch mit der Unsicherheit der Schnittpunktposition aktualisiert werden.
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Es sollte festgehalten werden, dass die Verwendung der Konturentabelle für eine Navigationslösung nicht einschränkend ist. Die Konturentabelle könnte auch zum Ermitteln der Höhe für eine Position verwendet werden, die aus anderen, auf einem Netzwerk basierenden Positionierungsverfahren erhalten wird, wie WiFi und Cell-ID-Positionierung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass Änderungen und Modifizierungen in der Form und in Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche sollen alle derartigen Änderungen und Modifizierungen beinhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- U.S. NAVSTAR GPS-System in GPS Theory and Practice, 5. Auflage, überarbeitete Auflage von Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger und Collins, Springer-Verlag Wien New York, 2001 [0002]
