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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Kraftfahrzeugs, welches einen Störsender zum Stören eines GNSS-Signals aufweist. Dabei wird zur Identifikation des Kraftfahrzeugs eine Störsignalcharakteristik ermittelt und mit einer optischen Erfassung des Kraftfahrzeugs verknüpft.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Identifizieren eines Kraftfahrzeugs, welches einen Störsender zum Stören eines GNSS-Signals aufweist. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei Empfangsantennen, eine optische Erfassungseinheit und ein Modul zum Ermitteln einer Störsignalcharakteristik, welches die Verknüpfung einer ermittelten Störsignalcharakteristik mit einer optischen Erfassung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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GNSS-(Global Navigation Satellite System, Globales Navigationssatellitensystem)basierte Vorrichtungen, wie beispielsweise GPS-(Global Positioning System)basierte Positionsbestimmungssysteme werden neben ihrer Verwendung in Navigationssystemen unter anderem auch dazu eingesetzt, Fahrrouten eines Kraftfahrzeugs (KFZ) zur Berechnung einer Straßenmaut aufzuzeichnen oder das Wiederauffinden gestohlener Fahrzeuge durch Aussenden der Fahrzeugposition zu unterstützen. Dazu wird beispielsweise die Route eines Kraftfahrzeugs oder werden Mautsegmente durch einen GNSS-Empfänger ermittelt und aufgezeichnet und zum Zwecke der Mautberechnung an ein zentrales Mautsystem übermittelt. Des Weiteren kann die Position eines gestohlenen Kraftfahrzeugs durch Abfragen der Ortskoordinaten eines in dem Kraftfahrzeug verbauten GNSS-Empfängers ermittelt werden.
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Um eine korrekte Positionsbestimmung zu ermöglichen, muss ein Empfänger einer GNSS-basierten Vorrichtung Signale von mindestens vier GNSS-Satelliten empfangen.
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Durch die Verwendung eines Störsenders, welcher die Signale der GNSS-Satelliten stört oder ein GNSS-Signal aussendet, welches vom Empfänger fälschlicherweise als korrektes GNSS-Signal interpretiert wird, kann die korrekte Berechnung der Straßenmaut oder die Ortung eines gestohlenen Fahrzeugs verhindert werden.
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Zum Auffinden von GNSS-Störsendern mit hoher Leistung ist es bekannt, Sensoren zum Detektieren einer Störquelle an vorgegebenen Verkehrswege-Punkten zu platzieren und von einem Fahrzeug, welches einen Störsender aufweist, Fotos oder Videofilme aufzunehmen, die es gestatten, das Kennzeichen des Kraftfahrzeugs und gegebenenfalls den Fahrer des Kraftfahrzeugs zu identifizieren, falls die Aufzeichnungen über mehrere Wegpunkte eine eindeutige räumliche Zuordnung erlauben und nur ein Fahrzeug im Sichtbereich ist.
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Diese Vorgehensweise ermöglicht es jedoch nicht, den vermeintlichen Störsender selbst an nur einem Verkehrswegepunkt eindeutig zu identifizieren. Die Identifikation ist insofern problematisch, da GNSS-Signale in Erdnähe nur eine schwache Leistung aufweisen und daher auch andere elektronische Geräte vom Nutzer nicht beabsichtigt, elektromagnetische Strahlung aussenden, die als potenzielle Störsender interpretiert werden können. Daher soll unabhängig vom Tatbestand das Signal identifiziert werden, damit die Störquelle beseitigt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, welche eine exaktere und zuverlässigere Erfassung und Identifizierung von Störsendern ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Schritt des Empfangens eines Funksignals. Als Funksignal wird in der vorliegenden Erfindung jegliche Veränderung des elektromagnetischen Feldes betrachtet, welche durch eine Antenne erfassbar ist.
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Insbesondere schließt der Begriff Funksignal solche Signale ein, welche in Frequenz und/oder Leistung den Signalen bekannter GNSS-Systeme wie beispielsweise GPS, GLONASS, Galileo oder BeiDou entsprechen oder ähnlich sind. Ferner schließt der Begriff Funksignal solche Signale ein, welche in Frequenz und Leistung den Signalen bekannter terrestrischer GNSS-Unterstützungssysteme, wie beispielsweise DGPS, entsprechen oder ähnlich sind. Ferner versteht es sich für den Fachmann, dass die Erfindung, auch wenn sie im Zusammenhang mit Satellitennavigationssystemen beschrieben wird, grundsätzlich auf jegliche Navigationssysteme, die Funksignale empfangen und aus diesen ihre Position ableiten, anwendbar ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns, ob das Funksignal dazu geeignet ist, das Signal des Satellitennavigationssystems zu stören. Ein Funksignal ist dazu geeignet, das Signal eines Satellitennavigationssystems zu stören, wenn ein handelsüblicher Empfänger, der das Signal des Satellitennavigationssystems und das Funksignal empfängt, aufgrund des Funksignals das Signal des Satellitennavigationssystems nicht als solches erkennt und/oder die in ihm kodierte Information nicht korrekt extrahieren kann. Solche Störsignale sind im Fachgebiet auch als „GNSS-Jamming“, „GNSS-Meaconing“, „GNSS-Repeater“ oder „GNSS-Spoofing“ bekannt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns eines Bereiches aus dem das Funksignal gesendet wird. Der Bereich aus dem das Funksignal gesendet wird kann beispielsweise durch mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei Empfangsantennen, beispielsweise über Winkelmessungen durch die zwei Empfangsantennen, ermittelt werden.
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Alternativ kann der Bereich, aus dem das Funksignal gesendet wird, durch eine Abstandsmessung mittels Vergleiches der von zwei oder mehr Empfangsantennen empfangenen Funksignalleistungen ermittelt werden. Ist nämlich die Positionierung der Empfangsantennen relativ zueinander bekannt, kann aus dem Vergleich der Funksignalleistungen der empfangenen Funksignale eine vertikale Ebene bestimmt werden, in der der Störsender liegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt des optischen Erfassens des ermittelten Bereiches und das Aufzeichnen der optischen Erfassung. Beispielsweise wird ein Foto von einem Fahrspurbereich oder von einem Straßenbereich aufgenommen und auf einem Speichermedium gespeichert. Alternativ kann auch ein Videofilm aufgezeichnet werden.
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Die Aufzeichnung der optischen Erfassung kann lokal in der zur optischen Erfassung verwendeten Einrichtung gespeichert werden, beispielsweise in einer Speichervorrichtung oder einem Speichermedium der optischen Erfassungseinrichtung. Alternativ kann sie in einer Speichervorrichtung oder einem Speichermedium gespeichert werden, das sich an einem entfernten Ort befindet, wobei die Aufzeichnung der optischen Erfassung drahtlos, beispielsweise per Funk, oder durch eine drahtgebundene Verbindung übertragen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Analysierens zumindest eines zeitlichen Abschnitts des Funksignals zur Ermittlung einer Signalcharakteristik und des Aufzeichnens der Signalcharakteristik. Der Begriff Signalcharakteristik soll im Sinne der vorliegenden Erfindung breit verstanden werden. Eine Signalcharakteristik kann beispielsweise einen oder mehrere Werte, die das Funksignal beispielsweise hinsichtlich seiner Leistung, seiner Frequenz oder seines Spektrums beschreiben oder ähnliche Parameter umfassen, beispielsweise Parameter, aus denen sich diese Werte ableiten lassen oder die aus diesen Werten abgeleitet sind. Die Signalcharakteristik kann einen oder mehrere dieser Werte in Form einer Wertezeitreihe umfassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Verknüpfens der aufgezeichneten optischen Erfassung mit der aufgezeichneten Signalcharakteristik. Der Begriff Verknüpfen im Sinne der vorliegenden Erfindung soll breit verstanden werden als jegliche Maßnahme, die eine Zuordnung zwischen der aufgezeichneten optischen Erfassung und der dazugehörigen Signalcharakteristik ermöglicht. Beispielsweise können zum Zwecke der Verknüpfung ein Bild des Kraftfahrzeugs und die dazugehörige Signalcharakteristik in einem gemeinsamen Speicherbereich oder in einem gemeinsamen Ordner einer Ordnerstruktur gespeichert sein.
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Durch das Speichern der Signalcharakteristik und das Verknüpfen der aufgezeichneten optischen Erfassung des Kraftfahrzeugs mit der Signalcharakteristik wird es ermöglicht, die Signalcharakteristik dem Kraftfahrzeug zuzuordnen und das Fahrzeug auf eine Störquelle hin zu überprüfen, welche die aufgezeichnete Signalcharakteristik aufweist. Wird dabei festgestellt, dass die Störquelle ein elektrisches Gerät ist, welches nicht die Funktion eines Störsenders hat, sondern nur versehentlich das GNSS-Signal stört, kann die Annahme der rechtswidrigen Verwendung eines GNSS-Störsenders revidiert und nur die Behebung des Fehlers verlangt werden. Ebenso kann der vorgeschobenen Behauptung, ein Gerät habe die GNSS-Signale nur versehentlich gestört, entgegengetreten werden, wenn nachgewiesen werden kann, dass die aufgenommene Signalcharakteristik nicht zu besagtem Gerät passt. Zudem können Fehlfunktionen des Systems besser analysiert werden, da die aufgezeichnete Signalcharakteristik Rückschlüsse auf den Fehlerfall zulässt. Somit wird die Erfassung und Identifizierung von Störsendern noch zuverlässiger.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Analysieren des Funksignals das Ermitteln einer Signalleistung des Funksignals. Unter den Begriff „Ermitteln einer Signalleistung“ sollen im Sinne der vorliegenden Anmeldung sowohl die Ermittlung der Signalleistung selbst als auch die Ermittlung solcher Parameter fallen, aus denen eine Funksignalleistung berechnet werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Analysieren des Funksignals das Ermitteln einer Frequenzcharakteristik und/oder einer Zeitcharakteristik des Funksignals.
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Eine Frequenzcharakteristik und/oder eine Zeitcharakteristik des Funksignals kann beispielsweise Informationen hinsichtlich einer dominanten Hauptfrequenz, einer vorbestimmten Anzahl an intensitätsstarken Frequenzen, der Intensitäten einer Frequenz oder einer Anzahl vorbestimmter Frequenzen, einer Intensitätsänderung einer oder mehrerer Frequenzen und/oder eines Frequenzspektrums während eines Signalzyklus umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ermitteln des Bereiches, aus dem das Funksignal gesendet wird, mittels eines mehrdimensionalen Antennen-Arrays durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Analysieren des Funksignals das Analysieren einer Vielzahl von zeitlichen Abschnitten des Funksignals mittels einer Kurzzeit-Fourier-Transformation (Short-Time Fourier Transform STFT). Dazu wird ein Signalzyklus in mehrere vorzugsweise gleich lange zeitliche Abschnitte unterteilt. Das Frequenzspektrum jedes zeitlichen Abschnitts kann dann mittels einer Fourier-Transformation bestimmt werden.
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Die Intensitätsänderung einer oder mehrerer Frequenzen und/oder eines Frequenzspektrums während eines Signalzyklus kann dann aus den Frequenzspektren der transformierten zeitlichen Signalabschnitte bestimmt werden.
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Beispielsweise kann für jeden der Vielzahl von zeitlichen Abschnitten des Funksignals ein Frequenzbereich maximaler Intensität bestimmt werden und eine Frequenzrate, d. h. die Frequenzänderung des Frequenzbereichs maximaler Intensität über die Zeit, aus den Frequenzbereichen maximaler Intensität abgeleitet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Analysieren des Funksignals, welches ein absichtlich ausgestrahltes Signal mit der Charakteristik eines Navigations-Signals, insbesondere ein „Spoofing-“, ein „Meaconing-“ oder ein „Repeating-Signal“ ist, folgende Schritte: Korrelieren des an einem Ort empfangenen Funksignals mit relevanten bekannten Navigationssignal-Repliken; und Vergleichen der gewonnenen Korrelationsfunktionen mit Korrelationsfunktionen, die an mindestens einem anderen Ort empfangen wurden, welcher als ungestört angenommen werden kann.
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Als relevante bekannte Navigationssignal-Replik wird ein zeitkontinuierliches oder zeitveränderliches Signal verstanden, welches von bekannten Geräten zur Störung eines GNSS-Signals ausgesendet wird, also ein Signal, das von bekannten „Spoofing-“, „Meaconing-“ oder „Repeating-Geräten“ zum Stören eines GNSS-Empfängers verwendet wird. Typischerweise werden Geräte zum Stören eines GNSS-Signals auf Grund ihrer Komplexität nicht in Eigenbau gefertigt, sondern von einem Hersteller erworben. Durch das kontinuierliche Bekämpfen dieser Geräte sind die zeitkontinuierlichen oder zeitveränderlichen Signale bekannt, die diese Aussenden. Somit kann durch eine Korrelation eines empfangenen Signals mit in einer Datenbank gespeicherten Signalen überprüft werden, ob das Signal einem bekannten GNSS-Störsignal entspricht. Der Grad der Übereinstimmung ist ein Indikator dafür, dass das empfangene Signal tatsächlich von einem GNSS-Störgerät kommt und kann zudem noch dazu verwendet werden, zu bestimmen, welche GNSS-Störgeräte besonders häufig verwendet werden. Dazu können insbesondere die Korrelation des empfangenen Signal und eines bekannten Störsignal und die Korrelation des empfangenen Signal und eines nicht-Störsignals, wie beispielsweise ein Signal, dass an mindestens einem anderen Ort empfangen wurden, welcher als ungestört angenommen werden kann, verglichen werden und aus dem Vergleich abgeschätzt werden, ob es sich bei dem empfangenen Störsignal um das bekannte Störsignal handelt oder nicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Analysieren des Funksignals das Anwenden einer Fraktionalen Fourier-Transformation (Fractional Fourier Transform, FrFT) auf das Funksignal und das Bestimmen der Impulshöhe und Impulsbreite des transformierten Funksignals. Eine Fraktionale Fourier-Transformation entspricht einer Drehung des Funksignals im Frequenz-Zeit-Bereich. Ein linear ansteigendes Frequenzsignal kann durch Drehung des Funksignals auf einen Impuls abgebildet werden. Die Impulshöhe und Impulsbreite des gedrehten Funksignals können als Parameter zur Charakterisierung des Funksignals verwendet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Bereiches, aus dem das Funksignal ausgesendet wird, das Ermitteln einer ersten Signalleistung des Funksignals an einem ersten Ort, beispielsweise an dem Ort einer ersten Empfangsantenne; das Ermitteln einer zweiten Signalleistung des Funksignals an einem zweiten Ort, beispielsweise an dem Ort einer zweiten Empfangsantenne; das Ermitteln der räumlichen Anordnung des ersten Orts und des zweiten Orts, sofern diese noch nicht bekannt ist; das Ermitteln der räumlichen Lage der Signalquelle basierend auf der ersten Signalleistung, der zweiten Signalleistung und der räumlichen Anordnung des ersten und des zweiten Orts, beispielsweise durch Vergleichen der Signalleistungen und Bestimmen einer Ebene, in der die Signalquelle angeordnet sein muss; und das Ermitteln des Bereiches basierend auf der ermittelten räumlichen Lage der Signalquelle, beispielsweise indem ein Bereich mit vorbestimmten Abmessungen um die ermittelte räumliche Lage der Signalquelle als Mittelpunkt ausgewählt wird.
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Das erfindungsgemäße System zur Erfassung einer Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Signal eines Satellitennavigationssystems zu stören, umfasst mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei Empfangsantennen, wobei jede Empfangsantennen während des Betriebs des Systems in einer festen, im System hinterlegten, räumlichen Anordnung angeordnet ist. Beispielsweise kann die räumliche Anordnung der Empfangsantennen in Form von kartesischen Koordinaten in einem Speicher einer Signalverarbeitungseinrichtung gespeichert sein. Alternativ können die Empfangsantennen ihre Koordinaten gespeichert haben und diese an eine Signalverarbeitungseinrichtung drahtlos oder drahtgebunden übertragen. Dazu können die Empfangsantennen mit einem GNSS-Empfänger, beispielsweise einem GPS-Empfänger verbunden sein, welcher vorzugsweise beim Einrichten des Systems die Koordinaten der Empfangsantenne ermittelt.
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Das erfindungsgemäße System umfasst ferner mindestens eine optische Erfassungseinrichtung, wobei die mindestens eine optische Erfassungseinrichtung im Betrieb auf einen bestimmten Bereich ausgerichtet oder ausrichtbar ist, wobei der bestimmte Bereich im Betrieb in einer festen, im System hinterlegten räumlichen Beziehung zu der mindestens einen Empfangsantenne steht. Die optische Erfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Kamera, insbesondere eine Videokamera sein. Die optische Erfassungseinrichtung kann eine Infrarotblitz-Einrichtung aufweisen, wie sie beispielsweise von Geschwindigkeits-Blitzgeräten bekannt ist.
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Die Empfangsantennen und/oder die optische Erfassungseinrichtung können neben und/oder über einer Straße angeordnet sein.
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Das erfindungsgemäße System umfasst des Weiteren eine Signalverarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, zu ermitteln, ob ein von der mindestens einen Empfangsantenne empfangenes Funksignal dazu geeignet ist, das Signal des Satellitennavigationssystems zu stören, und die ferner dazu eingerichtet ist, eine Signalcharakteristik des Funksignals zu ermitteln. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die entsprechenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, beispielsweise die Schritte des Analysierens zumindest eines zeitlichen Abschnitts des Funksignals zur Ermittlung einer Signalcharakteristik und des Aufzeichnens der Signalcharakteristik. Zu diesem Zweck kann die Signalverarbeitungseinrichtung einen Signalprozessor und eine Speichervorrichtung umfassen. Die Speichervorrichtung kann beispielsweise eine Festplatte oder ein Flash-Massenspeicher sein.
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Das erfindungsgemäße System umfasst einen Speicher zum Speichern einer aufgezeichneten optischen Erfassung des bestimmten Bereichs, der ermittelten Signalcharakteristik und einer Verknüpfung zwischen der gespeicherten aufgezeichneten optischen Erfassung und der gespeicherten Signalcharakteristik. Der Speicher kann die oben beschriebene Speichervorrichtung der Signalverarbeitungseinrichtung sein. Alternativ kann der Speicher ein Speichermedium sein, welches Teil der optischen Erfassungseinrichtung ist. Zwischen der optischen Erfassungseinrichtung und der Signalverarbeitungseinrichtung kann eine Datenübertragungsverbindung bestehen, beispielsweise eine drahtlose oder eine drahtgebundene Verbindung, die zur Übermittlung der optischen Erfassung oder der Signalcharakteristik eingerichtet ist. Alternativ können die optische Erfassungseinrichtung und die Signalverarbeitungseinrichtung als integrale Vorrichtung ausgebildet sein und Hardwareressourcen wie beispielsweise einen Prozessor und ein Speichermedium gemeinsam nutzen.
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Vorzugsweise umfasst der bestimmte Bereich, der von der optischen Erfassungseinrichtung erfasst und/oder aufgezeichnet wird, einen Abschnitt einer Straße, insbesondere einen Abschnitt einer oder mehrerer Fahrspuren.
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Ferner ist vorzugsweise mindestens eine Empfangsantenne auf jeder Seite der Straße angeordnet. Beispielsweise sind eine erste Empfangsantenne auf einer Straßenseite und eine zweite Empfangsantenne auf einer gegenüberliegenden Straßenseite angebracht. Alternativ können die Empfangsantennen über einer oder mehreren Fahrspuren angebracht sein. Beispielsweise können die Empfangsantennen an einem Verkehrsleitsystem oder an einer Brücke, die über die Straße führt, angebracht sein.
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Ferner ist ein System offenbart, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung eines KFZs mit GNSS-Störsender, wobei das System zwei Empfangsantennen auf gegenüberliegenden Straßenseiten aufweist, sowie optional eine Referenz-Antenne zur Täuschsignal-Erkennung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung eines KFZs mit GNSS-Störsender, wobei das System vier Empfangsantennen aufweist und an jeder Straßenseite zwei Empfangsantennen angeordnet sind.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung eines KFZs mit GNSS-Störsender, wobei das System drei Empfangsantennen aufweist, die an einer Straßenseite angeordnet sind.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung eines KFZs mit GNSS-Störsender, wobei das System vier Empfangsantennen aufweist und alle Empfangsantennen über der Straße angeordnet sind.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung eines KFZs mit GNSS-Störsender, wobei das System drei Empfangsantennen aufweist und alle Empfangsantennen über der Straße in einer Ebene als Antennen-Array angeordnet sind.
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In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung eines Kraftfahrzeugs 50 mit GNSS-Störsender. Das System umfasst zwei Empfangsantennen 10, 11, die an gegenüberliegenden Seiten einer Straße 40 angeordnet sind.
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Die Empfangsantennen 10, 11 sind auf einen bestimmten Frequenzbereich abgestimmt, in dem ein Störsignal vermutet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise ein Störsignal zur Störung eines GNSS-Empfangsgeräts vermutet, so dass die Empfangsantennen 10, 11 auf den Frequenzbereich von 1150 MHz bis 1650 MHz, in dem auch das L1-, L2 und L5-Signal des GPS-Systems gesendet wird, abgestimmt sind. Äquivalent können auch zum Beispiel die Frequenzbereiche des S- oder C-Band empfangen werden.
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Vorzugsweise sind die Empfangsantennen 10, 11 als Richtantennen 10, 11 ausgestaltet. Beispielsweise können die Empfangsantennen 10, 11 als Parabolantennen 10, 11 ausgestaltet sein. Die Richtantennen 10, 11 können einen vorbestimmten Öffnungswinkel aufweisen. Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel so gewählt, dass ein ausreichend großer Bereich der Fahrspuren 41, 42 der Straße 40 abgedeckt wird. Der Öffnungswinkel kann je nach Straßenführung zwischen 90° und 270° liegen. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Öffnungswinkel 180°.
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Die Empfangsantennen 10, 11 sind so angeordnet, dass eine durch die Mittelpunkte der Empfangsantennen 10, 11 verlaufende Achse A im rechten Winkel zu einer Tangente an den Straßenverlauf steht. Die Intensitäten der von den Empfangsantennen 10, 11 empfangenen Signale sind somit dann maximal, wenn sich die Signalquelle, bspw. der GNSS-Störsender in dem Kraftfahrzeug 50 auf der Achse A zwischen den Empfangsantennen 10, 11 befindet. Zudem ist das Signal an derjenigen Empfangsantenne stärker, die an der Fahrspurseite angeordnet ist, auf der sich die Signalquelle bewegt, so dass aus dem Verhältnis der Signalleistungen der von den Empfangsantennen 10, 11 empfangenen Signale auf die Bewegungsrichtung der Signalquelle geschlossen werden kann. Ist beispielsweise die Signalleistung des von der zweiten Empfangsantenne 11 empfangenen Signals größer als die Signalleistung des von der ersten Empfangsantenne 10 empfangenen Signals, so kann, bei gleichem Abstand der Empfangsantennen 10, 11 von der jeweiligen Straßenseite, darauf geschlossen werden, dass sich die Signalquelle auf der der Fahrspur 42 bewegt, die der zweiten Empfangsantenne 11 näher ist.
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Zur optischen Erfassung des Kraftfahrzeugs 50 mit GNSS-Störsender umfasst das System weiter eine optische Erfassungseinrichtung 20 wie beispielsweise eine Kamera oder eine Videokamera. Die optische Erfassungseinrichtung 20 kann wie in 1 gezeigt auf einer Seite der Straße 40 angeordnet sein. Alternativ kann die optische Erfassungseinrichtung auch über der Straße angebracht sein, beispielsweise an einem Verkehrsleitsystem oder an einer Brücke.
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Nähert sich eine Störsignalquelle, wie beispielsweise das Kraftfahrzeug 50 mit dem GNSS-Störsender, so wird das Störsignal durch die Empfangsantennen 10, 11 erfasst und an eine Signalverarbeitungseinrichtung 30 übertragen. Die Übertragung kann drahtlos oder drahtgebunden erfolgen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 30 prüft, ob das empfangene Signal die Leistung des thermischen Hintergrundrauschens überschreitet oder die Normalverteilung des Hintergrundrauschens verändert. In beiden Fällen wird davon ausgegangen, dass das empfangene Funksignal dazu geeignet ist, das Signal eines GNSS-Systems zu stören, d. h., dass es sich bei dem empfangenen Signal um das Signal einer Störquelle handelt.
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Nach der Detektion des Störsignals wird eine Signalstärkemessung initiiert. Über die Empfangsantennen 10, 11 wird in einem Amplitudenmodus die empfangene Störsignalleistung gemessen. Die Signalstärkemessung wird in der Signalverarbeitungseinrichtung 30 verarbeitet. Optional erfolgt eine erste Plausibilitätskontrolle, beispielsweise basierend auf dem Signalleistungsverlauf. Dadurch können statische Störquellen und Störungen ausgeschlossen werden, welche nicht von einem sich bewegenden Kraftfahrzeug kommen. Beispielsweise werden Signale mit konstantem Signalleistungsverlauf als Signale von statischen Störquellen klassifiziert und im Weiteren vernachlässigt.
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Zur optischen Erfassung des den GNSS-Störsender aufweisenden Kraftfahrzeugs 50 wird die optische Erfassungseinrichtung 20 auf einen Erfassungsbereich X gerichtet. Alternativ ist die optische Erfassungseinrichtung 20 bereits auf den Erfassungsbereich X ausgerichtet und wird nur noch aktiviert und gegebenenfalls fokussiert.
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Optional kann das System eine weitere optische Erfassungseinrichtung 21 (gestrichelt) aufweisen, welche auf einen Bereich Y der Fahrspur 41 ausrichtbar bzw. ausgerichtet ist oder ebenfalls auf den Bereich X ausrichtbar oder ausgerichtet ist, so dass die optische Erfassungseinrichtung 20 die Vorderseite des Kraftfahrzeugs 50 und die weitere optische Erfassungseinrichtung 21 die Rückseite des Kraftfahrzeugs 50 erfassen kann, wenn dieses durch den Erfassungsbereich X fährt. Analog kann die optische Erfassungseinrichtung 20 dazu verwendet werden, die Rückseite eines Kraftfahrzeugs zu erfassen, welches in der Gegenrichtung zu Kraftfahrzeug 50 den Erfassungsbereich Y durchfährt. In diesem Fall kann die weitere optische Erfassungseinrichtung 21 dazu verwendet werden, die Vorderseite des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Wie schon im Zusammenhang mit der optischen Erfassungseinrichtung 20 beschrieben, kann auch die weitere optische Erfassungseinrichtung 21 über der Straße angebracht sein. Beispielsweise kann jede optische Erfassungseinrichtung 20, 21 über einer Fahrspur 41, 42 angebracht sein. Die optischen Erfassungseinrichtungen 20, 21 können ferner in eine Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sein.
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Anders ausgedrückt kann die weitere optische Erfassungseinrichtung 21 dazu verwendet werden, die Rückansicht des Kraftfahrzeugs 50 optisch zu erfassen, wenn das Kraftfahrzeug 50 den zu erfassenden Bereich X passiert. So kann durch die optische Erfassungseinrichtung 20 die Vorderansicht und durch die weitere optische Erfassungseinrichtung 21 die Rückansicht desselben Kraftfahrzeugs 50 erfasst werden. Analog dazu kann, wenn ein Kraftfahrzeug in entgegengesetzter Richtung fährt, durch die weitere optische Erfassungseinrichtung 21 die Vorderansicht und durch die optische Erfassungseinrichtung 20 die Rückansicht desselben Kraftfahrzeugs erfasst werden. Handelt es sich bei der Straße 40 um eine Straße, welche Fahrzeuge auf mehreren Fahrspuren 41, 42 in die gleiche Richtung passieren, wie beispielsweise eine mehrspurige Autobahn, so können durch die optische Erfassungseinrichtung 20 die Vorderansichten und durch die weitere optische Erfassungseinrichtung 21 die Rückansichten der auf den verschiedenen Fahrspuren 41, 42 fahrenden Kraftfahrzeuge erfasst werden.
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Die optische Erfassung kann wie oben beschrieben in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 50 als auch gegen die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgen solange sichergestellt ist, dass das Kraftfahrzeug 50 im Erfassungsbereich ist.
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Solange sich das Kraftfahrzeug 50 den Empfangsantennen 10, 11 nähert, erhöht sich die Signalintensität der empfangenen Störsignale. Sobald festgestellt wird, dass die Intensität der empfangenen Störsignale wieder abnimmt, kann daraus gefolgert werden, dass das Kraftfahrzeug 50 mit der Störquelle den Bereich X zwischen den Empfangsantennen 10, 11 passiert hat.
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Ist die optische Erfassungseinrichtung 20 wie in der vorliegenden Ausführungsform auf den zwischen den Empfangsantennen 10, 11 liegenden Bereich X ausgerichtet, wird die optische Erfassungseinrichtung 20 unmittelbar bei oder innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Feststellen der Abnahme der Signalintensität ausgelöst, da die Signalleistung des von der zweiten Empfangsantenne 11 empfangenen Signals aufgrund der Bewegung des Kraftfahrzeugs 50 auf der Fahrspur 42 größer ist als die Signalleistung des von der ersten Empfangsantenne 10 empfangenen Signals.
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Würde sich das Kraftfahrzeug 50 hingegen auf der Fahrspur 41 bewegen, wäre die Signalleistung des von der ersten Empfangsantenne 10 empfangenen Signals größer als die Signalleistung des von der zweiten Empfangsantenne 11 empfangenen Signals, und die optische Erfassungseinrichtung 21 würde unmittelbar bei oder innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Feststellen der Abnahme der Signalintensität ausgelöst. Die Aufzeichnung der optischen Erfassung kann dann drahtlos oder drahtgebunden an die Signalverarbeitungseinrichtung 30 übermittelt werden. Alternativ kann die aufgezeichnete optische Erfassung in einem Speicher der optischen Erfassungseinrichtung gespeichert werden. Der Speicher kann beispielsweise ein Flash-Speicher sein.
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Zudem wird ein Abschnitt des empfangenen Störsignals von der Signalverarbeitungseinrichtung 30 aufgezeichnet und hinsichtlich der Störsignalcharakteristik analysiert. Wenn bei geringstem Abstand der Störsignalquelle von den Empfangsantennen 10, 11 das Maximum der empfangenen Leistung erreicht wird, wird ein Paket digitalisierter Signalwerte beispielsweise in einem Speicher 31 in der Signalverarbeitungseinrichtung 30 gespeichert, um zum Zwecke der Störsignalcharakterisierung weiterverarbeitet zu werden. Zur Störsendersignalcharakterisierung können neben der geschätzten abgestrahlten Signalleistung und Frequenz auch z.B. die Frequenzrate und Wiederholzeit und die Modulation des Signals verwendet werden. Der Speicher 31 kann beispielsweise eine Festplatte oder ein Flash-Speicher sein.
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Mit einer Kurzzeit-Fourier-Transformation kann die Signalenergie im Zeit-Frequenz-Bereich lokalisiert und somit die Frequenzrate des modulierten Signals abgeleitet werden. Dazu wird beispielsweise aus dem Paket digitalisierter Signalwerte für jeden Zeitschritt die Frequenz maximaler Intensität ermittelt. Die so ermittelte Funktion wird nach der Zeit abgeleitet und kann als Parameter der Signalcharakteristik abgespeichert werden.
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Alternativ oder in Ergänzung kann das Paket digitalisierter Signalwerte einer Fraktionalen Fourier-Transformation unterzogen werden. Die Fraktionale Fourier-Transformation ist eine Verallgemeinerung der konventionellen Fourier-Transformation, welche Chirp-Signale als Basisfunktionen verwendet. Somit ist ein linear frequenzmoduliertes Signal, welches häufig von Störsendern verwendet wird, bei Transformation mit geeigneter Ordnung der Fraktionalen Fourier-Transformationen in der transformierten Darstellung als Impuls sichtbar und ein Erfassen der Parameter wie beispielsweise Impulsbreite und Impulshöhe möglich. Die so ermittelten Parameter können als Parameter der Signalcharakteristik abgespeichert werden.
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Wird davon ausgegangen, dass es keine Ordnung gibt, die für die meisten Signale optimal ist, können Fraktionale Fourier-Transformationen mit unterschiedlichen Ordnungen angefertigt und die transformierte Darstellung ausgewählt werden, die am besten einer Impulsform entspricht. Die so ermittelten Parameter können zusammen mit der entsprechenden Ordnung der Fraktionalen Fourier-Transformationen als Parameter der Signalcharakteristik abgespeichert werden.
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In Ergänzung zur Erfassung und Charakterisierung von GNSS-Störsendern kann die Signalverarbeitungseinrichtung 30 auch die Erkennung von Navigations-Täuschsignalen durchführen. Dazu werden die Signale mindestens einer Empfangsantenne mit relevanten GNSS-Signal-Repliken korreliert. Die Korrelationsspitzen, welche als Synchronisationspunkte interpretiert werden können, können dann mit denen einer weiteren – zur ersten Empfansantenne zeitlich synchronisierten und als nicht täuschbar angenommenen, beispielsweise zum Zenith gerichteten Empfangsantenne verglichen werden, um nach Berücksichtigung der geometrisch bedingten Laufzeitunterschiede die mögliche Existenz von starken, zum authentischen Signal zeitversetzten Navigations-Täuschsignalen zu bestimmen.
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Die Signalverarbeitungseinrichtung 30 kann ferner die zeitliche Synchronisation bzw. Zuordnung der Signalmesswerte und der aufgezeichneten optischen Erfassung übernehmen.
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Der Messabschnitt, in dem das den Störsender aufweisende Kraftfahrzeug 50 bis zum Erreichen der maximalen Signalleistung auf die Empfangsantennen 10, 11 zufährt, kann zur Kalibrierung und Filterung verwendet werden. In einem auf den besagten Messabschnitt folgenden Messabschnitt kann dann die optische Erfassung ausgelöst und das Paket digitalisierter Signalwerte aufgezeichnet werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung des Kraftfahrzeugs 50 mit GNSS-Störsender, welches gegenüber dem System von 1 um zwei Empfangsantennen 12, 13, erweitert wurde, so dass das System insgesamt vier Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 umfasst. Da es sich bei dem in 2 gezeigten System um eine Erweiterung des in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Systems handelt, treffen die in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Details auch auf das vorliegende System zu, bis auf die im Folgenden beschrieben Abweichungen.
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Dadurch, dass auf jeder Straßenseite zwei Empfangsantennen 10, 12 bzw. 11, 13 zur Verfügung stehen, kann jedes Paar von Empfangsantennen auf derselben Straßenseite zur Winkelmessung bezüglich des empfangenen Störsignals verwendet werden, um daraus die Position der Störquelle zu bestimmen. Nach der Detektion des Störsignals wird dementsprechend eine Winkel- und Signalstärkemessung initiiert. Über die Empfangsantennen 10, 12 bzw. 11, 13 wird im Phasenmodus, d. h. aus dem Phasenunterschied der empfangenen Signale, der Winkel zur Störsignalquelle gemessen.
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Die Empfangsantennen 10, 12 können beispielsweise dazu verwendet werden, im Phasenmodus einen ersten Winkel W1 zur Störsignalquelle zu messen. Ebenso können die Empfangsantennen 11, 13 dazu verwendet werden, im Phasenmodus einen zweiten Winkel W2 zur Störsignalquelle zu messen. Aus beiden gemessenen Winkeln W1, W2 kann unter Berücksichtigung der räumlichen Anordnung der Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 mittels Bestimmen des Schnittpunkts der Winkelschenkel die Position der Störquelle, d. h. die Position des Störsignalsenders und damit die Position des Kraftfahrzeugs 50 bestimmt werden. Der von der optischen Erfassungseinrichtung 20 zu erfassende Bereich X kann als ein Bereich mit einer vorbestimmten Ausdehnung um die bestimmte Position der Störquelle als Mittelpunkt festgelegt werden.
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Wird die Position der Störsignalquelle über einen bestimmten Zeitbereich verfolgt, kann aus der ermittelten Trajektorie eine zukünftige Position der Störsignalquelle prädiziert, d. h. extrapoliert werden. Basierend auf der Leistungsmessung und der geschätzten Sendeleistung kann der gemessene Verlauf der Empfangsleistung an den theoretischen Verlauf angepasst und die Zeit bis zum Erfassungsbereich X geschätzt werden, um die Winkelmessung W1, W2 zu stützen. Der von der optischen Erfassungseinrichtung 20 zu erfassende Bereich X kann in diesem Fall als ein Bereich mit vorbestimmter Ausdehnung um die extrapolierte Position der Störquelle als Mittelpunkt festgelegt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Betriebs des Systems zur Erfassung des Kraftfahrzeugs mit GNSS-Störsender mit drei Empfangsantennen, wobei alle Empfangsantennen an einer Straßenseite angeordnet sind. Das System gemäß 3 ist eine Modifikation der in 1 und 2 gezeigten Systeme, bei dem zur Ermöglichung zweier Winkelmessungen W1, W2 wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben, zwei Paare von Empfangsantennen gebildet werden, beispielweise ein erstes Empfangsantennenpaar 10, 11 und ein zweites Empfangsantennenpaar 11, 12, denen eine Empfangsantenne 11 gemeinsam ist. Die restlichen Bestandteile des Systems arbeiten wie in Zusammenhang mit 1 und 2 erläutert.
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Diese Anordnung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil sie eine besonders kompakte Installation des Systems ermöglicht.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Systems zur Erfassung eines Kraftfahrzeugs 50 mit GNSS-Störsender mit vier Empfangsantennen 10, 11, 12, 13, wobei die vier Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 über der Straße 40 angeordnet sind. Da es sich bei dem in 4 gezeigten System um eine Modifikation des in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Systems handelt, treffen die in Zusammenhang mit 2 und 1 beschriebenen Details auch auf das vorliegende System zu, bis auf die im Folgenden beschrieben Abweichungen.
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Da die Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 über der Straße 40 angeordnet sind, weisen sie vorzugsweise einen Öffnungswinkel auf, der kleiner ist als der Öffnungswinkel, den die Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 aufweisen, wenn sie neben der Straße 40 angeordnet sind. Beispielsweise kann der Öffnungswinkel der über der Straße 40 angeordneten Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 zwischen 5° und 45° liegen. Vorzugsweise kann der Öffnungswinkel der Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 zwischen 15° und 35° liegen.
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Entspricht die Anzahl der Empfangsantennen wie in der vorliegenden 4 der Anzahl der Fahrspuren und weisen die Empfangsantennen einen kleinen Öffnungswinkel auf, wie im vorigen Absatz beschrieben, so kann jede Empfangsantenne eine ihr zugeordnete Fahrspur überwachen, da aufgrund der kleinen Öffnungswinkel der Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 unterhalb eines bestimmten Abstands des Kraftfahrzeugs 50 von den Empfangsantennen 10, 11, 12, 13 nur noch eine Empfangsantenne, im vorliegenden Fall die Empfangsantenne 12, die Störsignale des Störsenders in dem Kraftfahrzeug 50 empfängt.
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Ferner sind die optischen Erfassungseinrichtungen 20, 21, 22, 23 nicht neben der Straße 40 sondern über der Straße 40 angeordnet, so dass jede optischen Erfassungseinrichtung 20, 21, 22, 23 mit einer Empfangsantenne 10, 11, 12, 13 als kompakte Einheit ausgebildet werden kann, wobei sich optische Erfassungseinrichtung und Empfangsantenne gemeinsame Hardwareressourcen wie beispielsweise einen Speicher und/oder Prozessor teilen und zudem von anderen Empfangsantennen und optischen Erfassungseinrichtungen unabhängig betrieben werden können, was den Aufwand und die Komplexität reduziert.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Systems zur Erfassung eines Kraftfahrzeugs 50 mit GNSS-Störsender mit mindestens drei Empfangsantennen 10, 11, 12, wobei die drei Empfangsantennen 10, 11, 12 als ein kompakter, zweidimensionales Antennen-Array ausgebildet sind, das es ermöglicht, über Signal-Phasen-Messungen räumlich den Einfallswinkel des GNSS-Störsignals zu bestimmen. Der Winkel zwischen der Ebene des Antennen-Arrays und der Straße 40 beträgt typischerweise zwischen 90° und –90°. Beispielsweise kann das Fahrzeug durch die Anordnung über der Straße 40 und Ausrichtung der Antennen auf die Straße 40 eindeutig bestimmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- X
- Zu erfassender Bereich
- X‘
- Zu erfassender Bereich
- X‘‘
- Zu erfassender Bereich
- X‘‘‘
- Zu erfassender Bereich
- Y
- Zu erfassender Bereich
- W1
- Winkel
- W2
- Winkel
- 10
- Empfangsantenne
- 11
- Empfangsantenne
- 12
- Empfangsantenne
- 13
- Empfangsantenne
- 20
- Optische Erfassungseinrichtung
- 21
- Optische Erfassungseinrichtung
- 22
- Optische Erfassungseinrichtung
- 23
- Optische Erfassungseinrichtung
- 30
- Signalverarbeitungseinrichtung
- 31
- Speicher
- 40
- Straße
- 41
- Fahrspur
- 42
- Fahrspur
- 43
- Fahrspur
- 44
- Fahrspur
- 50
- Kraftfahrzeug