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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bestimmen der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems für ein Fahrzeug beim Betrieb auf einer Teststrecke.
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Mit einem satellitengestützten Navigationssystem lässt sich die Position eines Fahrzeugs bezüglich eines geozentrischen dreidimensionalen Koordinatensystems, wie beispielsweise Länge, Breite und Höhe bestimmen. Bei einem solchen – auch als GNSS (Globales Navigation-Satelliten-System) bezeichneten – System empfängt ein GNSS-Empfänger im Fahrzeug GNSS-Signale von mehreren Satelliten. Prinzipiell ermittelt der GNSS-Empfänger aus den in den Signalen enthaltenen Bahndaten und Sendezeitpunkten die Laufzeit der Signale und damit die Entfernung zu jedem empfangenen Satelliten. Mit den bekannten satellitengestützten Navigationssystemen, wie zum Beispiel GPS (Global Positioning System) oder GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), lässt sich im zivilen Bereich eine horizontale Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von ungefähr 10 Metern erreichen. Durch Empfangen und Verarbeiten von zusätzlichen Korrekturdaten kann die Genauigkeit gegenwärtig auf bis zu 2 cm erhöht werden. Solche Korrekturdaten werden von verschiedenen Diensten bereitgestellt. Eine Übertagung der Korrekturwerte erfolgt beispielsweise über Mobilfunk oder Satelliten.
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Hochgenaue satellitengestützte Navigationssysteme werden beispielsweise für Testzwecke in Testfahrzeugen verwendet. Dabei können Änderungen eines Systemaufbaus oder einer Konfiguration schnell zu Ungenauigkeiten bei einer Positionsbestimmung führen. Weiterhin ist bei modularen Navigationssystemen zum Ein- und Ausbau in verschiedenen Testfahrzeugen wegen der sehr präzisen absoluten Positionsbestimmung eine Bestimmung der Genauigkeit beziehungsweise von Fehlern bei der Positionsbestimmung bei jedem Einsatz notwendig. Es besteht somit ein Bedarf einer schnellen und hoch präzisen Messung der Genauigkeit eines verwendeten Navigationssystems für ein fahrendes Fahrzeug mit möglichst geringem Aufwand.
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Bekannte Verfahren und Systeme eignen sich nur schlecht für eine solche Messung. So wird beispielsweise in der
US 7 797 132 B2 ein Verfahren und ein System zum Testen der Genauigkeit eines GPS-Navigationssystems für mobile Kommunikationsgeräte beschrieben, bei dem zunächst empfangene GPS-Signale über eine abgefahrene Teststrecke ausgewertet und aufgezeichnet werden. Die aufgezeichneten GPS-Daten werden in einem Labor von einem GPS-Simulator zur Erzeugung von entsprechenden GPS-Signalen verwendet. Ein im Labor befindliches, nicht bewegtes Kommunikationsgerät empfängt die simulierten GPS-Signale und ermittelt daraus entsprechende Positionen. Die ermittelten Positionen lassen sich zum Bestimmen der Leistungsfähigkeit des Navigationssystems mit der realen Strecke oder den ermittelten Positionsdaten anderer Kommunikationsgeräte vergleichen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie ein System zur Bestimmung der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems anzugeben, wobei die genannten Nachteile vermieden oder zumindest verringert werden und insbesondere eine schnelle Durchführung einer Genauigkeitsbestimmung mit hoher Präzision und möglichst geringem Aufwand während eines Betriebs eines Fahrzeugs auf einer Teststrecke ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch ein System zum Bestimmen der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems für ein Fahrzeug beim Betrieb auf einer Teststrecke gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems für ein Fahrzeug beim Betrieb auf einer Teststrecke erfolgt ein Bereitstellen jeweils eines sich im Wesentlichen senkrecht zur Fahrrichtung über die Teststrecke ausbreitenden Lichtstrahls an zwei ausgewählten Messpunkten bei der Teststrecke. Die Teststrecke ist beispielsweise eine Straße auf einem Testgelände. Eine Auswahl der Messpunkte erfolgt nur unter Orten, bei denen die Fahrrichtungen beziehungsweise jeweiligen Abschnitte der Teststrecke bei den Messpunkten nicht parallel zueinander sind. Weiterhin können insbesondere Messpunkte ausgewählt werden, deren Position bereits ausreichend genau bekannt sind. Alternativ ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens ein Vermessen von ausgewählten Messpunkten zum Bestimmen der horizontalen Koordinaten der Messpunkte vorgesehen. Zum Bereitstellen des senkrecht zur Fahrrichtung ausgerichteten Lichtstrahls erfolgt beispielsweise eine Anordnung einer entsprechend ausgebildeten optischen Vorrichtung bei beiden ausgewählten Messpunkten.
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Durch eine am Fahrzeug befestigte optische Auslösevorrichtung erfolgt ein Detektieren der senkrecht zur Fahrrichtung auf das Fahrzeug eintreffenden Lichtstrahlen während eines Betriebs des Fahrzeugs auf der Teststrecke. Dazu umfasst die optische Auslösevorrichtung vorzugsweise einen geeigneten Detektor, welcher das von den Messpunkten kommend Licht detektiert. Beim Detektieren eines solchen Lichtstrahls erfolgt ein Auslösen einer Erfassung der von einem Empfänger des satellitengestützten Navigationssystems gemessenen Position und Fahrrichtung durch die optische Auslösevorrichtung. Dabei wird beispielsweise ein Speichern der gemessenen Position in einem Speicher im Fahrzeug oder ein Übermitteln der gemessenen Position an eine externe Datenverarbeitungsanlage durchgeführt.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Ermitteln einer Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems basierend auf den zwei erfassten Positionen und Fahrrichtungen und den Ortskoordinaten der beiden ausgewählten Messpunkte. Bei jeder Detektion eines senkrecht zur Fahrrichtung auf das Fahrzeug treffenden Lichtstrahls wird jeweils nur die Ortskomponente in Richtung der Fahrrichtung genau festgelegt, während die Ortskomponente in der zur Fahrrichtung senkrechten Richtung unbestimmt bleibt. Daher braucht ein Abstand der optischen Auslösevorrichtung von einem vermessenen Referenzpunkt des Navigationssystems senkrecht zur Fahrrichtung ebenso wie ein seitlicher Versatz des Fahrzeugs auf der Teststrecke nicht berücksichtigt werden. Die Ermittlung der Genauigkeit erfolgt beispielsweise mit einer geeignet ausgebildeten Datenverarbeitungsanlage.
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Mit einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren wird ein schnelles und sehr präzises Ermitteln der Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems ermöglicht. Dabei ist nach einer Bereitstellung der senkrecht zur Fahrrichtung ausgerichteten Lichtstrahlen bei den Messpunkten lediglich ein Anordnen der optischen Auslösevorrichtung an dem Fahrzeug notwendig. Das Verfahren lässt sich somit mit einem geringen Aufwand nacheinander bei vielen verschiedenen Fahrzeugen durchführen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Anordnen der optischen Auslösevorrichtung an dem Fahrzeug in einer Ebene senkrecht zur Fahrrichtung, in welcher sich der von dem Empfänger des satellitengestützten Navigationssystems vermessene Referenzpunkt befindet. Dabei wird die Anordnung der optischen Auslösevorrichtung insbesondere mit einer Abweichung von der Ebene ausgeführt, welche kleiner als eine maximale Genauigkeit der Positionsbestimmung des satellitengestützten Navigationssystems ist, also zum Beispiel mit einer Abweichung kleiner als 2 cm. Durch diese Maßnahme ist eine Berücksichtigung des Abstands der optischen Auslösevorrichtung in Fahrrichtung von dem vermessenen Punkt des Navigationssystems bei einer Genauigkeitsbestimmung nicht mehr notwendig.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Messpunkte bei der Teststrecke mit im Wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Fahrrichtungen zur Bereitstellung der sich senkrecht zur Fahrrichtung über die Teststrecke ausbreitenden Lichtstrahlen ausgewählt. Wie bereits weiter oben dargestellt, wird bei jeder Detektion eines senkrecht zur Fahrrichtung auf das Fahrzeug treffenden Lichtstrahls nur eine Ortskomponente in Richtung der Fahrrichtung genau festgelegt. Die Ortskomponente in der zur Fahrrichtung senkrechten Richtung bleibt unbestimmt. Durch eine nacheinander durchgeführte Erfassung von gemessenen Positionen des Navigationssystems bei senkrecht zueinander stehenden Fahrrichtungen wird daher ein Fehler bezüglich beider horizontale Richtungen bei der Bestimmung der Genauigkeit des Navigationssystems minimiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird an drei oder mehr ausgewählten Messpunkten bei der Teststrecke ein zur Fahrrichtung des Fahrzeugs senkrecht auf das Fahrzeug gerichteter Lichtstrahl bereitgestellt. Mit einer zunehmenden Anzahl von Messwerten reduzieren sich Fehler bei der Ermittlung der Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems. Nach einer Ausführungsform werden dabei vorzugsweise Messpunkte ausgewählt, bei denen die Fahrrichtung nicht parallel zu einem der anderen Messpunkte ist. Bei einer Erfassung von durch das satellitengestützten Navigationssystem gemessenen Positionsdaten an zwei Messpunkten mit paralleler Fahrrichtung wird lediglich ein Fehler in eine der beiden horizontalen Richtungen reduziert. Bei nicht parallelen Fahrrichtungen erfolgt dagegen eine effektive Fehlerminimierung bezüglich beider horizontaler Koordinaten.
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Nach einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird an einem der ausgewählten Messpunkte ein Reflektor zum Bereitstellen des zur Fahrrichtung im Wesentlichen senkrechten Lichtstrahls durch Reflexion eines vom Fahrzeug ausgestrahlten Lichtstrahls angeordnet. Als Reflektor werden beispielsweise ein Retroreflektor, ein oder mehrere Spiegel oder eine andere geeignete Anordnung von optischen Elementen verwendet. Der vom Fahrzeug ausgestrahlte Lichtstrahl wird zum Beispiel von einer Lichtquelle der optischen Auslösevorrichtung erzeugt. Dazu kann die Auslösevorrichtung beispielsweise einen Laser, eine oder mehrere LEDs oder eine thermischen Lichtquelle aufweisen. Alternativ kann eine solche Lichtquelle auch zusätzlich zur optischen Auslösevorrichtung an dem Fahrzeug befestigt werden. Nach einer Ausführungsform erfolgt eine Einstellung der im Fahrzeug vorgesehenen Lichtquelle derart, dass ein paralleles Lichtbündel möglichst genau senkrecht zur Fahrrichtung ausgestrahlt wird. Hierdurch ist bei Verwendung eines Retroreflektors eine genaue Ausrichtung des Reflektors nicht notwendig, da ein Retroreflektor einen Lichtstrahl weitgehend unabhängig vom Einfallswinkel in sich zurückreflektiert. Ein Reflektor benötigt keine Energieversorgung, ist relativ einfach und wartungsarm aufgebaut und lässt sich schnell an einem ausgewählten Messpunkt bei der Teststrecke aufstellen.
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Weiterhin sieht eine bevorzugt Ausführungsform der Erfindung vor, dass an einem der ausgewählten Messpunkte eine Lichtquelle zum Bereitstellen des zur Fahrrichtung im Wesentlichen senkrechten Lichtstrahls angeordnet wird. Als Lichtquelle wird zum Beispiel ein Laser, eine oder mehrere LEDs oder eine thermische Lichtquelle verwendet. Zusätzlich kann ein Kollimator zur Erzeugung eines parallelen Lichtbündels bei der Lichtquelle angeordnet werden. Vorzugweise erfolgt eine Ausrichtung der Lichtquelle in der Weise, dass sich der erzeugte Lichtstrahl senkrecht zur Fahrrichtung beziehungsweise senkrecht zur Teststrecke in Höhe der optischen Auslösevorrichtung beim Fahrzeug über die Teststrecke ausbreitet. Mit einer stationären Lichtquelle am Rand der Teststrecke lässt sich die optische Auslösevorrichtung ohne Lichtquelle kompakt und mit wenigen Bauelementen realisieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ermitteln der Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems einen Vergleich eines aus den gemessenen Positionen und Fahrrichtungen berechneten Schnittpunkts zweier Lichtstrahlen mit einem durch die ausgewählten Messpunkte zum Bereitstellen dieser Lichtstrahlen festgelegten Schnittpunkt der Lichtstrahlen. Mit anderen Worten lässt sich bei jedem ausgewählten Messpunkt genau eine gemessene Gerade senkrecht zur Fahrrichtung und durch die gemessene Position bilden. Entsprechend lässt sich genau eine Gerade durch den ausgewählten Messpunkt und ebenfalls senkrecht zur Fahrrichtung bilden. Die Differenz zwischen dem Schnittpunkt zweier gemessener Geraden und dem Schnittpunkt der zughörigen Geraden durch die ausgewählten Messpunkte gibt unmittelbar die Genauigkeit beziehungsweise den Fehler der vom Navigationssystem gemessenen absoluten Position an. Eine solche Bestimmung der Genauigkeit ist unabhängig von einem seitlichen Versatz des Fahrzeugs auf der Teststrecke und vom Ort des Empfängers des Navigationssystems in dem Fahrzeug.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ermitteln der Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems ein Transformieren der erfassten Positionen und Fahrrichtungen in ein lokales kartesisches Koordinatensystem. Beispielsweise erfolgt eine Transformation in ein Koordinatensystem mit Koordinatenachsen parallel zur Nord- und Ost-Richtung und einem Nullpunkt auf oder in der Nähe eines Testgeländes mit der Teststrecke. Alternativ kann auch eine Transformation in ein kartesisches Koordinatensystem mit gegenüber der Nordrichtung beliebig gedrehten Koordinatenachsen erfolgen. Nach einer solchen Transformation lässt sich die Ermittlung der Genauigkeit des Navigationssystems durch eine Verwendung von linearen Gleichungen und zum Beispiel in Metern angegebenen kartesischen Koordinaten wesentlich einfacher als mit geographischen Koordinaten, wie etwa Länge und Breite, durchführen.
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Ein erfindungsgemäßes System zum Bestimmen der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems für ein Fahrzeug beim Betrieb auf einer Teststrecke enthält zwei oder mehr optische Vorrichtungen, welche an zwei oder mehr ausgewählten Messpunkten bei der Teststrecke mit nicht parallelen Fahrrichtungen angeordnet sind. Jede optische Vorrichtung ist jeweils zum Bereitstellen eines sich im Wesentlichen senkrecht zur Fahrrichtung über die Teststrecke ausbreitenden Lichtstrahls ausgebildet. Weiterhin enthält das System eine am Fahrzeug befestigte optische Auslösevorrichtung, welche zum Detektieren der senkrecht zur Fahrrichtung auf das Fahrzeug eintreffenden Lichtstrahlen während eines Betriebes auf der Teststrecke und zum Auslösen einer Erfassung der von einem Empfänger des satellitengestützten Navigationssystems gemessenen Position und Fahrrichtung beim Detektieren eines Lichtstrahls ausgebildet ist. Ferner enthält das System eine Datenverarbeitungsanlage zum Ermitteln einer Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems mittels der erfassten Positionen und Fahrrichtungen und den Ortskoordinaten der ausgewählten Messpunkte.
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Analog zum korrespondierenden Verfahren wird mit dem erfindungsgemäßen System ein schnell durchführbares und hochgenaues Ermitteln der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems mit geringem Aufwand realisiert. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Systems ist die optischen Auslösevorrichtung an dem Fahrzeug in einer Ebene senkrecht zur Fahrrichtung angeordnet, in welcher sich der von dem Empfänger des satellitengestützten Navigationssystems vermessene Referenzpunkt befindet. Auf diese Weise ist der Abstand der optischen Auslösevorrichtung von dem vermessenen Referenzpunkt des Navigationssystems für eine Genauigkeitsbestimmung unerheblich.
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Weitere Ausführungsformen des Systems korrespondieren jeweils mit beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und weisen entsprechende Merkmale und Vorteile auf. Insbesondere sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems zum Durchführen eines der oben beschriebenen Verfahren ausgebildet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems zum Bestimmen der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems für ein Fahrzeug beim Betrieb auf einer Teststrecke in einer schematische Veranschaulichung, und
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2 eine schematisches Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Genauigkeit eines satellitengestützten Navigationssystems zusammen mit dem Ausführungsbeispiel des Systems nach 1.
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In 1 wird in einer schematischen Veranschaulichung ein Abschnitt einer Teststrecke 10 dargestellt. Die Teststrecke 10 befindet sich beispielsweise auf einem Testgelände für Kraftfahrzeuge. Auf dem Abschnitt der Teststrecke 10 bewegt sich ein Fahrzeug 12 in einer Fahrrichtung 14 parallel zur lokalen Richtung der Teststrecke. Das Fahrzeug 12 ist in einer schematischen Aufsicht mit Fenstern 16 dargestellt. In oder außen am dem Fahrzeug 12 ist für Testzwecke ein Empfänger 18 eines hochgenauen satellitengestützten Navigationssystems befestigt. Der Empfänger 18 ermittelt misst fortlaufend die Position eines Referenzpunkts P in geographischen Koordinaten. Dazu empfängt der Empfänger 18 Navigationssignale von mehreren in 1 nicht dargestellten Satelliten eines satellitengestützten Navigationssystems, wie zum Beispiel dem bekannten GPS (Global Positioning System) oder GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System). Zusätzlich empfängt der Empfänger 18 über weitere Satelliten, Mobilfunk oder einen anderen terrestrischen Funksender Korrekturdaten. Solche Korrekturdaten werden von Satellitenpositionierungsdiensten, zum Beispiel SAPOS (Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landvermessung), angeboten und ermöglichen beispielsweise eine Positionsbestimmung mit einer maximalen Genauigkeit von unter 2 cm. Da der Empfänger 18 für verschiedene Fahrzeuge eingesetzt wird und sich auch bei einem Fahrzeug 12 eine Testkonfiguration ändern kann, wird eine schnell und unkompliziert durchführbare Prüfung beziehungsweise Bestimmung der Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystem benötigt.
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Dazu wird zunächst an mehreren ausgewählten Messpunkten am Rand der Teststrecke 10 jeweils eine stationäre optische Vorrichtung 20 angeordnet. In 1 befindet sich das Fahrzeug 12 gerade bei einem ausgewählten Messpunkt B1 mit der dort aufgestellten optischen Anordnung 20. Die optische Vorrichtung 20 enthält in diesem Ausführungsbeispiel einen Reflektor 22, welcher so ausgerichtet ist, dass ein vom Fahrzeug 12 senkrecht zur Fahrrichtung 14 ausgestrahlter Lichtstrahl in sich zurückreflektiert wird. Die optische Vorrichtung 20 stellt somit einen im Wesentlichen senkrecht zur Fahrrichtung 14 beziehungsweise senkrecht zur Richtung der Teststrecke 10 über die Teststrecke 10 ausgestrahlten Lichtstrahl 24 bereit. Als Reflektor 22 wird beispielsweise ein Retroreflektor, ein oder mehrere Spiegel, ein oder mehrere Prismen oder eine andere geeignete Anordnung von optischen Elementen verwendet.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel enthält die optische Vorrichtung 20 eine Lichtquelle zum Bereitstellen des Lichtstrahls 24. Dazu enthält die optische Vorrichtung 20 beispielsweise einen Laser, eine oder mehrere LEDs oder eine thermische Lichtquelle. Weiterhin ist eine geeignete Energiequelle zur Energieversorgung der Lichtquelle vorgesehen, zum Beispiel eine Batterie oder ein Stromnetzanschluss. Zusätzlich kann die optische Vorrichtung 20 einen Kollimator zur Erzeugung eines parallelen Lichtbündels umfassen. Die Lichtquelle beziehungsweise die optische Vorrichtung 20 wird so ausgerichtet, dass sich der erzeugte Lichtstrahl senkrecht zur Teststrecke 10 beziehungsweise senkrecht zur Fahrrichtung 14 über die Teststrecke 10 ausbreitet.
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Ferner ist im oder außen am Fahrzeug 12 eine optische Auslösevorrichtung 26 befestigt. Die optische Auslösevorrichtung 26 enthält einen Detektor zum Detektieren des senkrecht zur Fahrrichtung 14 von der stationären optischen Vorrichtung 22 eintreffenden Lichtstrahls 24. Beim Detektieren des Lichtstrahls 24 löst die optische Auslösevorrichtung 26 eine Erfassung einer von dem Empfänger 18 des Navigationssystems gemessenen Position des Referenzpunkts P aus. Bei einer Erfassung wird die gemessene Position beispielsweise in einem in 1 nicht dargestellten Speicher im Fahrzeug 12 gespeichert oder an einen externen Speicher übermittelt. Dazu kann zum Beispiel eine Funkverbindung verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die optische Auslösevorrichtung 26 eine Lichtquelle zum Erzeugen eines senkrecht zur Fahrrichtung 14 ausgestrahlten Lichtstrahls. Als Lichtquelle wird beispielsweise ein Laser, eine oder mehrere LEDs oder eine thermische Lichtquelle verwendet. In alternativen Ausführungen kann die Lichtquelle auch separat von der optischen Auslösevorrichtung an dem Fahrzeug oder, wie oben beschrieben, bei der stationären optischen Vorrichtung vorgesehen sein.
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Die optische Auslösevorrichtung 26 ist in Fahrrichtung 14 möglichst genau so ausgerichtet, dass sie sich zusammen mit dem von dem Navigationssystem vermessenen Referenzpunkt P in einer Ebene senkrecht zur Fahrrichtung 14 befindet. Zur Veranschaulichung dieser Ausrichtung ist in 1 beim Referenzpunkt P die Fahrrichtung x und eine dazu senkrechte Richtung y dargestellt. Die optische Auslöseeinrichtung 26 und der vermessene Referenzpunkt P liegen beide auf einer von der y-Richtung festgelegten Gerade. Ihr Abstand zueinander bezüglich der x-Richtung ist ungefähr gleich Null. Da der Abstand in y-Richtung, wie weiter unten näher dargestellt wird, nicht in die Bestimmung der Genauigkeit eingeht, kann bei dieser Ausrichtung der optischen Auslösevorrichtung 26 der relative Abstand zum Empfänger 18 bei der Genauigkeitsbestimmung des Navigationssystems vernachlässigt werden. Die Ausrichtung in die genannte Ebene erfolgt mit einem Fehler, welcher zumindest kleiner als eine maximale Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems ist, also zum Beispiel kleiner als 2 cm. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die optische Auslösevorrichtung 26 mit einem Abstand in x-Richtung zum Empfänger 18 angeordnet. Dabei erfolgt eine genaue Ermittlung dieses Abstands bezüglich der Fahrrichtung und eine Berücksichtigung dieses Abstands bei einer Bestimmung der Genauigkeit.
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In 2 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammen mit dem in 1 bereits zum Teil dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems schematisch veranschaulicht. Insgesamt werden in 2 drei Abschnitte der Teststrecke 10 dargestellt, bei denen jeweils ein Messpunkt B1, B2, B3 ausgewählt wurde. Die Auswahl der Messpunkte B1, B2, B3 erfolgt unter der Bedingung, dass die Fahrrichtung 14 bei einem Messpunkt B1, B2, B3 nicht parallel zu der Fahrrichtung 14 bei einem der anderen Messpunkte B1, B2, B3 ist. Vorzugsweise werden zur Fehlerminimierung zwei Messpunkte B1, B2 mit annähernd senkrecht zueinander stehenden Fahrrichtungen 14 ausgewählt. Ferner werden Messpunkte mit genau bekannter Position in einem geographischen oder lokalen Koordinatensystem bevorzugt. Bei nicht bekannter Position wird zunächst eine Vermessung des Messpunkts durchgeführt.
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Bei jedem der ausgewählten Messpunkte B1, B2, B3 wird eine bereits weiter oben beschrieben stationäre optische Vorrichtung 20 angeordnet und so ausgerichtet, das ein senkrecht zur lokalen Richtung der Teststrecke 10 beziehungsweise senkrecht zur Fahrrichtung 14 ausgestrahlter Lichtstrahl bereitgestellt wird. Zusätzlich wird eine Ausbreitung des Lichtstrahls über die Teststrecke in Höhe der optischen Auslösevorrichtung 26 im Fahrzeug 12 eingerichtet. Schließlich wird die optische Auslösevorrichtung 26 an dem Fahrzeug 12 befestigt und wie oben beschrieben ausgerichtet. Die optische Auslösevorrichtung 26 und die drei stationären optischen Vorrichtungen 20 stellen zusammen mit dem nicht dargestellten Speicher für gemessene Positionen und einer ebenfalls nicht dargestellten Datenverarbeitungsanlage ein System zur Bestimmung der Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems da.
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Zur Bestimmung der Genauigkeit des Navigationssystems fährt das Fahrzeug 12 die Teststrecke 10 entlang. Dabei darf eine maximale Geschwindigkeit bei den Messpunkten B1, B2, B3 nicht überschritten werden. Diese wird durch die maximale Genauigkeit des Navigationssystems und die Anzahl der Positionsbestimmungen pro Sekunde vorgegeben. Beispielsweise muss die Geschwindigkeit bei 100 Positionsbestimmungen pro Sekunde und einer Genauigkeit von 2 cm kleiner als 2 m/s sein.
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Bei dem Messpunkt B1 detektiert die optische Auslösevorrichtung 26 den von der optischen Vorrichtung 20 senkrecht zur Fahrrichtung 14 reflektierten und sich entlang der Geraden G1 ausbreitenden Lichtstrahl 24. Daraufhin wird eine Erfassung der vom Empfänger 18 gemessenen Position des Referenzpunktes P des Empfängers und einer gemessenen Fahrrichtung ausgelöst. Der Referenzpunkt P befindet sich beim Erfassen der gemessenen Position auf dem Punkt M1. Dieser liegt auf der Geraden G1, welche durch den Messpunkt B1 und senkrecht zur Fahrrichtung verläuft. Durch die Gerade G1 wird die Ortskoordinate bezüglich der Fahrrichtung 14 exakt festgelegt, während die dazu senkrechte Ortskoordinate unbestimmt bleibt. Somit ist auch der seitliche Versatz des Fahrzeugs 12 auf der Teststrecke 10 für eine Bestimmung der Genauigkeit des Navigationssystems unerheblich. Entsprechend wird beim Passieren des Messpunkts B2 die vom Empfänger 18 gemessene Position des Punktes M2 und beim Messpunkt B3 die vom Empfänger 18 gemessene Position des Punktes M3 erfasst und in dem Speicher gespeichert.
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Die in geographischen Koordinaten gemessenen Positionen der Punkte M1, M2, M3 werden zunächst in ein lokales kartesisches Koordinatensystem 28 transformiert. In diesem Ausführungsbeispiel zeigt die x-Achse des gewählten Koordinatensystems 28 in Ost-Richtung und die y-Achse in Nord-Richtung. Alternativ kann auch ein anderes, beliebig gegenüber der Nord-Richtung gedrehtes Koordinatensystem mit einem Nullpunkt in oder bei dem Testgelände verwendet werden. Mit einem kartesischen Koordinatensystem ist die Genauigkeitsbestimmung einfacher durchführbar. Es können insbesondere Meter als Längenmaß und lineare Gleichungen benutzen werden.
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Zum Ermitteln der Genauigkeit des Navigationssystems wird mit der Datenverarbeitungsanlage ein Schnittpunkt R1 der durch den ausgewählten Messpunkt B1 und der Orthogonalität zur Fahrrichtung 14 festgelegten Geraden G1 mit der durch den ausgewählten Messpunkt B2 und der Orthogonalität zur Fahrrichtung 14 festgelegten Geraden G2 bestimmt. Weiterhin wird ein Schnittpunkt R1' der zur Fahrrichtung senkrechten Geraden durch die gemessene Position am Punkt M1 und der zur Fahrrichtung senkrechten Geraden durch die gemessene Position am Punkt M2 ermittelt. Bei Übereinstimmung der gemessenen Koordinaten an den Punkten M1 und M2 mit den tatsächlichen Koordinaten an diesen Punkten stimmen die Schnittpunkte R1 und R1' überein. Die Differenz zwischen den Schnittpunkten R1 und R1' stellt somit die Genauigkeit beziehungsweise den Fehler des satellitengestützten Navigationssystems bei der Bestimmung der Positionen der Punkte M1 und M2 dar. Entsprechend lassen sich zur Fehlerminimierung die Genauigkeiten der gemessenen Positionen der Punkte M2 und M3 durch den Schnittpunkt R2 und der gemessenen Positionen der Punkte M1 und M3 durch den Schnittpunkt R3 bestimmen. Als Genauigkeit des satellitengestützten Navigationssystems kann dann beispielsweise ein Mittelwert der Genauigkeiten oder die größte Ungenauigkeit bezüglich der Nord- und der Ost-Richtung verwendet werden. Die so durchgeführte Bestimmung der Genauigkeit ist unabhängig von dem seitlichen Versatz des Fahrzeugs 12 auf der Teststrecke 10 und der Position des Empfängers 18 in oder an dem Fahrzeug12.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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