DE102016212203A1 - Assessment procedure for navigation systems - Google Patents

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DE102016212203A1
DE102016212203A1 DE102016212203.7A DE102016212203A DE102016212203A1 DE 102016212203 A1 DE102016212203 A1 DE 102016212203A1 DE 102016212203 A DE102016212203 A DE 102016212203A DE 102016212203 A1 DE102016212203 A1 DE 102016212203A1
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Okuary Osechas
Boubeker Belabbas
Omar García Crespillo
Elisabeth Nossek
Michael Meurer
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    • G01S19/396—Determining accuracy or reliability of position or pseudorange measurements

Abstract

Beurteilungsverfahren mit den folgenden Schritten, a) Navigieren eines Fahrzeugs (10) unter Verwendung eines primären Navigationssystems (12) b) gleichzeitiges Ermitteln der Position des Fahrzeugs (10) unter Verwendung eines sekundären Navigationssystems (14), wobei das primäre Navigationssystem (12) zumindest vorrübergehend eine höhere Genauigkeit als das sekundäre Navigationssystem (14) aufweist c) Ermitteln eines Fehlers in der durch das sekundäre Navigationssystem (14) ermittelten Position des Fahrzeugs (10) auf Basis der durch das primäre Navigationssystem (12) ermittelten Position des Fahrzeugs (10).A judging method comprising the steps of: a) navigating a vehicle (10) using a primary navigation system (12); b) simultaneously determining the position of the vehicle (10) using a secondary navigation system (14), wherein the primary navigation system (12) comprises at least temporarily having a higher accuracy than the secondary navigation system (14) c) determining an error in the position of the vehicle (10) determined by the secondary navigation system (14) on the basis of the position of the vehicle (10) determined by the primary navigation system (12) ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Beurteilungsverfahren für Navigationssysteme.The invention relates to a rating method for navigation systems.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Beurteilungsverfahren bekannt, die eine unterschiedliche Genauigkeit aufweisen: Beispielsweise ist das GNSS-Verfahren bekannt, das verglichen zum APNT-Verfahren (Alternative Position, Navigation and Timing) eine höhere Genauigkeit aufweist.Various assessment methods are known from the prior art, which have a different accuracy: For example, the GNSS method is known, which has a higher accuracy compared to the APNT method (Alternative Position, Navigation and Timing).

Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, eine Vielzahl von Sensoren, beispielsweise Beschleunigungssensoren, Radar-/Lidarsensoren oder Geschwindigkeitssensoren für Beurteilungsverfahren zu verwenden.Furthermore, it is known from the prior art to use a plurality of sensors, for example acceleration sensors, radar / lidar sensors or speed sensors for evaluation methods.

Systeme, die eine geringere Genauigkeit aufweisen, sind insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen wie beispielsweise im Flugverkehr nicht geeignet. So kann beispielsweise das APNT-Verfahren nicht für eine dauerhafte funkbasierte Navigation eingesetzt werden. Es wird lediglich eingesetzt, wenn eine GPS-Navigation phasenweise nicht zur Verfügung steht.Systems that have lower accuracy are not particularly suitable for safety-critical applications such as in air traffic. For example, the APNT method can not be used for permanent radio-based navigation. It is only used if GPS navigation is not available in phases.

Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, Signale eines Navigationssystems unter Verwendung von Funkkomponenten zu verifizieren, die beispielsweise an bestimmten definierten Positionen eines Flughafens angebracht sind. Unter Verwendung dieses Funkequipments kann ein Referenzsignal ermittelt werden, das mit dem Navigationssignal eines Navigationssystems, beispielsweise eines GPS-Systems, verglichen wird. Wenn das Signal des Navigationssystems um mehr als einen bestimmten Schwellwert von dem Referenzsignal abweicht, wird ein Signalfehler angenommen. Diese Lösungen sind insofern nachteilig, als das beispielsweise an Flughäfen Vorrichtungen zum kontinuierlichen Ermitteln der Navigationsdaten bereitgestellt werden müssen. Die hierdurch erhebbaren Navigationsdaten sind meistens auf die Umgebung von Flughäfen oder deren Landebahnen beschränkt. Basierend auf diesen Daten können daher Navigationsdaten entlang der Flugstrecken, die möglicherweise eine sehr hohe Wichtigkeit aufweisen, nicht verifiziert werden. Ferner kann es schwierig sein, eine derartige Referenzsensorik an Flughäfen anzubringen, da hier der entsprechende Platz oder eine notwendige Erlaubnis fehlt.It is also known from the prior art to verify signals of a navigation system using radio components that are attached, for example, to certain defined positions of an airport. Using this radio equipment, a reference signal can be determined, which is compared with the navigation signal of a navigation system, for example a GPS system. If the signal of the navigation system deviates by more than a certain threshold from the reference signal, a signal error is assumed. These solutions are disadvantageous in that, for example, at airports, devices must be provided for the continuous determination of the navigation data. The navigational data that can be collected is mostly limited to the surroundings of airports or their runways. Based on these data, therefore, navigation data along the routes, which may have a very high importance, can not be verified. Furthermore, it may be difficult to install such a reference sensor at airports, as here the appropriate space or a necessary permission is missing.

Aus dem Stand der Technik sind ferner sogenannte Fluginspektionssysteme bekannt, im Rahmen derer ein Spezialflugzeug, das mit Satellitennavigationsempfängern ausgestattet ist, einen Flug absolviert. Die durch die Navigationssysteme empfangenen Navigationssignale werden im Rahmen eines Offline Processing nachbearbeitet. Hierdurch kann eine sehr hohe Genauigkeit der Navigationssignale erreicht werden, so dass diese als ein Referenzsignal verwendet werden können. Mit diesem Referenzsignal kann die Genauigkeit des GPS Echtzeitsignals beurteilt werden, indem man es mit dem nachbereiteten GPS Signal vergleicht. Nachteilig an derartigen Systemen ist, dass hierzu speziell ausgestattete Flugzeuge notwendig sind, die einen gesonderten Flug unternehmen, um diese Navigationsdaten zu verifizieren. Ein derartiges System verursacht somit einen relativ hohen Aufwand.Also known from the prior art are so-called flight inspection systems in which a special aircraft equipped with satellite navigation receivers completes a flight. The navigation signals received by the navigation systems are reworked as part of an offline processing. In this way, a very high accuracy of the navigation signals can be achieved, so that they can be used as a reference signal. With this reference signal, the accuracy of the GPS real-time signal can be assessed by comparing it to the post-processed GPS signal. A disadvantage of such systems is that for this purpose specially equipped aircraft are necessary to undertake a separate flight to verify this navigation data. Such a system thus causes a relatively high cost.

Mehrere Informationen zum Stand der Technik können den folgenden Veröffentlichungen entnommen werden:
Big data on airplanes (http://www.forbes.com/sites/sap/2015/02/19/how-big-data-keeps-planes-in-the-air/ , http://www.onlineamd.com/millions-of-data-points-flying-part2-121914.aspx#.VZFMrkaNhmi )
* Flight Test Evaluation of Enhanced DME (eDME) Performance Enhancements ( https://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID=10293 )
WO 2011009109 A2
US 8736482 B2
US 7546183 B1
US 4792904 A Several prior art information can be found in the following publications:
Big data on airplanes (http://www.forbes.com/sites/sap/2015/02/19/how-big-data-keeps-planes-in-the-air/ . http://www.onlineamd.com/millions-of-data-points-flying-part2-121914.aspx#.VZFMrkaNhmi )
* Flight Test Evaluation of Enhanced DME (eDME) Performance Enhancements ( https://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID=10293 )
WO 2011009109 A2
US 8736482 B2
US 7546183 B1
US 4792904 A

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beurteilungsverfahren bereitzustellen, mit dem sich die Genauigkeit eines Navigationssystems auf einfache Weise quantifizieren lässt.The object of the invention is to provide a rating method with which the accuracy of a navigation system can be quantified in a simple manner.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Beurteilungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • a) Ein Fahrzeug wird unter Verwendung eines primären Navigationssystems navigiert. Bei einem Fahrzeug kann es sich hierbei um ein Landfahrzeug, ein Luftfahrzeug, ein Raumfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug handeln. Während der Bewegung des Fahrzeugs wird bevorzugt seine Position kontinuierlich durch das primäre Navigationssystem ermittelt (zumindest solange dieses verfügbar ist).
  • b) Gleichzeitig hierzu wird die Position des Fahrzeugs unter Verwendung eines sekundären Navigationssystems ermittelt, wobei das primäre Navigationssystem zumindest vorrübergehend eine höhere Genauigkeit als das sekundäre Navigationssystem aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Position des Fahrzeugs durch das sekundäre Navigationssystem ebenfalls kontinuierlich erfasst wird (zumindest so lange deren Navigationssystem verfügbar ist).
  • c) Es wird ein Fehler in der durch das sekundäre Navigationssystem ermittelten Position des Fahrzeugs auf Basis der durch das primäre Navigationssystem ermittelten Position des Fahrzeugs ermittelt.
  • d) Das erfindungsgemäße Verfahren kann während des üblichen Betriebs eines Fahrzeugs durchgeführt werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren im laufenden Flugbetrieb durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug ein Flugzeug ist.
  • e) Das Durchführen gesonderter Fahrten oder Flüge zum Verbessern der Genauigkeit des sekundären Navigationssystems ist nicht mehr notwendig.
The evaluation method according to the invention comprises the following steps:
  • a) A vehicle is navigated using a primary navigation system. A vehicle may be a land vehicle, an aircraft, a spacecraft or a watercraft. During movement of the vehicle, its position is preferably determined continuously by the primary navigation system (at least as long as it is available).
  • b) Simultaneously, the position of the vehicle is determined using a secondary navigation system, wherein the primary navigation system at least temporarily has a higher accuracy than the secondary navigation system. It is preferable that the position of the vehicle by the secondary navigation system is also continuously detected (at least as long as its navigation system is available).
  • c) An error in the determined by the secondary navigation system position of the vehicle is determined on the basis of the determined by the primary navigation system position of the vehicle.
  • d) The method according to the invention can be carried out during the usual operation of a vehicle. By way of example, the method according to the invention can be carried out during ongoing flight operation when the vehicle is an aircraft.
  • e) Performing separate trips or flights to improve the accuracy of the secondary navigation system is no longer necessary.

Basierend auf den ermittelten Daten des primären Navigationssystems können zunächst Fehler in den Navigationsdaten des sekundären Navigationssystems ermittelt und möglicherweise sogar korrigiert werden. Durch das erfindungsgemäße Beurteilungsverfahren kann somit eine Aussage über die Qualität der Navigationsdaten des sekundären Navigationssystems getroffen werden, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist.Based on the determined data of the primary navigation system, first of all errors in the navigation data of the secondary navigation system can be determined and possibly even corrected. Thus, by means of the assessment method according to the invention, it is possible to make a statement about the quality of the navigation data of the secondary navigation system, without any additional effort being required for this.

Es ist bevorzugt, dass das Fahrzeug ein Flugzeug ist und das primäre Navigationssystem ein GPS-System und das sekundäre Navigationssystem ein APNT-System ist. Derartige Navigationssysteme sind ohnehin in einer Vielzahl von Flugzeugen vorhanden. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in solchen Flugzeugen erzeugt somit keinen wesentlichen Mehraufwand.It is preferable that the vehicle is an airplane and the primary navigation system is a GPS system and the secondary navigation system is an APNT system. Such navigation systems are already present in a variety of aircraft. The implementation of the method according to the invention in such aircraft thus generates no significant additional expense.

In einer alternativen Ausführungsform basiert das primäre Navigationssystem auf Messungen von Beschleunigungssensoren, Radar-/Lidarsensoren und/oder Geschwindigkeitsmessungen. In dieser Ausführungsform kann das sekundäre Navigationssystem ein GNSS-basiertes System sein, das in Echtzeit betrieben wird und das zumindest vorrübergehend eine geringere Genauigkeit als das primäre Navigationssystem aufweist, welches aufgrund von Nachbearbeitung eine genauere Präzision aufweist. Dies kann beispielsweise in Gebieten der Fall sein, in denen das Satellitensignal abgeschattet ist (beispielsweise in Häuserschluchten in einem Stadtgebiet).In an alternative embodiment, the primary navigation system is based on measurements of acceleration sensors, radar / lidar sensors and / or speed measurements. In this embodiment, the secondary navigation system may be a GNSS-based system that operates in real time and that has at least temporarily lower accuracy than the primary navigation system, which has more accurate precision due to post processing. This may be the case, for example, in areas where the satellite signal is shadowed (for example, in urban canyons in a city area).

Es ist weiterhin bevorzugt, dass, wenn das Fahrzeug ein Flugzeug ist, die Navigationsdaten im laufenden Flugbetrieb und insbesondere während kommerzieller Flüge gesammelt werden. Das Durchführen besonderer Mess- oder Kalibrierungsflüge ist somit nicht mehr notwendig.It is further preferred that, when the vehicle is an aircraft, the navigation data is collected during ongoing flight operations, and in particular during commercial flights. Performing special measurement or calibration flights is therefore no longer necessary.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte:

  • e) Die gemäß Verfahrensschritt c) ermittelten Fehlerdaten werden durch eine Vielzahl von Fahrzeugen gesammelt.
  • f) Es erfolgt ein zentrales Verarbeiten dieser Fehlerdaten, indem die zeitliche und/oder örtliche Korrelation von Fehlern des sekundären Navigationssystems ermittelt wird.
In a preferred embodiment, the method comprises the following additional steps:
  • e) The error data determined according to method step c) are collected by a plurality of vehicles.
  • f) There is a central processing of this error data by the temporal and / or local correlation of errors of the secondary navigation system is determined.

Durch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine sehr große Menge an Daten zu erfassen, ohne dass hierfür ein wesentlicher Mehraufwand notwendig wäre. Die Daten können insbesondere in solchen Gebieten erfasst werden, in denen häufig Fahrzeuge verkehren (beispielsweise auf stark frequentierten Abschnitten von Flugstrecken). In solchen Gebieten sind die Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit der Navigationsdaten besonders hoch. Durch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es daher ermöglicht, an diesen geographischen Positionen eine große Menge an Daten zu sammeln, die wiederum die Genauigkeit der Navigationsdaten genau an diesen geographischen Positionen erheblich verbessern werden.By means of this embodiment of the method according to the invention, it is possible to acquire a very large amount of data without the need for a significant additional outlay. In particular, data may be collected in areas where vehicles are frequently used (for example, on high-traffic sections of air routes). In such areas, the requirements for the accuracy of the navigation data are particularly high. This embodiment of the method according to the invention therefore makes it possible to collect a large amount of data at these geographical positions, which in turn will considerably improve the accuracy of the navigation data precisely at these geographical positions.

Insbesondere ist es möglich, eine Aussage über eine zeitliche und/oder örtliche Korrelation von Fehlern des sekundären Navigationssystems zu treffen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass Navigationsdaten von einer Vielzahl von Fahrzeugen ermittelt werden. Wenn das sekundäre Navigationssystem immer an einer bestimmten geographischen Position und/oder zu einer bestimmten Zeit einen Navigationsfehler aufweist, so ist es möglich, diesen festzustellen, zu quantifizieren und gegebenenfalls zu kompensieren.In particular, it is possible to make a statement about a temporal and / or spatial correlation of errors of the secondary navigation system. This is made possible by determining navigation data from a plurality of vehicles. If the secondary navigation system always has a navigation error at a certain geographical position and / or at a certain time, it is possible to detect, quantify and if necessary compensate for it.

Es ist weiterhin möglich, nach jeder Datenerhebung die ermittelten Daten einer Nachbearbeitung zuzuführen, so dass die Fehler im sekundären Navigationssystem genauer ermittelt werden können. Es ist ferner möglich, die Leistungsfähigkeit des sekundären Navigationssystems an genau derjenigen geographischen Position zu überprüfen, die für den tatsächlichen Einsatz wichtig ist. Dies bietet einen erheblichen Vorteil gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Fluginspektionssystemen.It is also possible, after each data collection, to supply the determined data to post-processing so that the errors in the secondary navigation system can be determined more accurately. It is also possible to check the performance of the secondary navigation system at exactly that geographical position that is important for actual use. This offers a significant advantage over prior art flight inspection systems.

Im Flugverkehr ist es beispielsweise üblich, dass die Navigation auf Basis eines GPS-Systems durchgeführt wird. Alternative Navigationssysteme (beispielsweise APNT) werden nur sehr selten (typischerweise in weniger als 0,01% der Flugzeit) verwendet, wenn eine Satellitennavigation nicht verfügbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, die Daten des sekundären Navigationssystems dennoch kontinuierlich während des gesamten Flugbetriebs zu erfassen, obwohl diese nicht für Navigationszwecke genutzt werden. Somit wird es möglich, die Leistungsfähigkeit des sekundären Navigationssystems zu überprüfen, ohne dass hierdurch ein Risiko für die Passagiere entsteht. In den seltenen Fällen, in denen das sekundäre Navigationssystem für Navigation verwendet werden muss, kann dessen Zuverlässigkeit durch das erfindungsgemäße Verfahren besser beurteilt werden.In aviation, for example, it is customary for the navigation to be carried out on the basis of a GPS system. Alternative navigation systems (eg APNT) are used very rarely (typically in less than 0.01% of flight time) when satellite navigation is not available. The method according to the invention nevertheless makes it possible to continuously record the data of the secondary navigation system during the entire flight operation, although these are not used for navigation purposes. Thus, it becomes possible the performance of the secondary To check the navigation system without creating any risk for the passengers. In the rare cases in which the secondary navigation system has to be used for navigation, its reliability can be better assessed by the method according to the invention.

Es ist beispielsweise möglich, Daten, die während eines Fluges gesammelt wurden, zum Beispiel während des Betankens oder während des Durchführens von Wartungsarbeiten, auszulesen und an eine zentrale Verarbeitungsstelle zu übermitteln. Hier können diese GNSS-Daten nachbearbeitet werden, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Nach der Nachbearbeitung können die ermittelten Messfehler in eine dreidimensionale Karte eingetragen werden. In dieser Fehlerkarte stehen an vielen Stellen schon Daten, die von anderen Teilnehmern gesammelt wurden. Wenn genügend Daten für einen bestimmten Ort gesammelt wurden, kann man an diesem Ort auf eine Fehlerverteilung schließen. Benachbarte Orte auf der Karte können also auf Struktur oder Muster untersucht werden. So können beispielsweise Abschattungen von APNT- oder anderen Bodenstationen identifiziert werden oder aber auch Interferenzzonen, die durch Beugung oder Streuung der terrestrischen Radiosignale entstehen können. Beim Abrufen der Daten können dann alle vorhandenen Einträge gemittelt werden. Weiterhin kann die Zuverlässigkeitsschätzung, die ebenfalls in eine Datenbank eingetragen werden kann, berücksichtigt werden.For example, it is possible to read data collected during a flight, for example during refueling or while performing maintenance, and transmit it to a central processing facility. Here, these GNSS data can be post-processed for greater accuracy. After the post-processing, the determined measurement errors can be entered in a three-dimensional map. This error card already contains data collected by other participants in many places. If enough data has been collected for a particular location, then one can conclude that there is an error distribution at that location. Neighboring locations on the map can therefore be examined for structure or pattern. For example, shadows from APNT or other ground stations or interference zones that may result from diffraction or scattering of terrestrial radio signals can be identified. When retrieving the data, all existing entries can then be averaged. Furthermore, the reliability estimation, which can also be entered in a database, can be taken into account.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich ein tertiäres Navigationssystem verwendet, um die Position des Fahrzeugs zu ermitteln. Hierbei können die Positionsdaten des sekundären Navigationssystems auf Basis der Navigationsdaten des primären Navigationssystems und des tertiären Navigationssystems korrigiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Positionsdaten des tertiären Navigationssystems auf Basis der Positionsdaten des primären Navigationssystems und des sekundären Navigationssystems korrigiert werden.In a preferred embodiment of the invention, a tertiary navigation system is additionally used to determine the position of the vehicle. Here, the position data of the secondary navigation system can be corrected based on the navigation data of the primary navigation system and the tertiary navigation system. Alternatively or additionally, the position data of the tertiary navigation system can be corrected based on the position data of the primary navigation system and the secondary navigation system.

In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das primäre Navigationssystem ein GPS-System ist, das sekundäre Navigationssystem ein APNT-System ist und das tertiäre Navigationssystem Navigationsdaten auf Basis eines Beschleunigungssensors ermittelt.In this embodiment, it is preferable that the primary navigation system is a GPS system, the secondary navigation system is an APNT system, and the tertiary navigation system determines navigation data based on an acceleration sensor.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können ferner systematische Fehler des sekundären oder des tertiären Navigationssystems detektiert werden, indem die Daten dieser Navigationssysteme mit den zuverlässigeren Daten des primären Navigationssystems abgeglichen werden. Bei einer Abweichung, die einen bestimmten Schwellwert überschreitet, kann ein Alarm ausgegeben werden, da dann davon ausgegangen wird, dass das sekundäre oder tertiäre Navigationssystem aufgrund eines Systemfehlers falsche Daten ausgibt. Ein derartiger Systemfehler konnte bisher im Stand der Technik nicht detektiert werden.The method according to the invention also makes it possible to detect systematic errors of the secondary or tertiary navigation system by comparing the data of these navigation systems with the more reliable data of the primary navigation system. In the event of a deviation exceeding a certain threshold, an alarm may be issued, as it is then assumed that the secondary or tertiary navigation system is outputting incorrect data due to a system error. Such a system error could not be detected in the prior art.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es somit möglich, Datenmengen zu erfassen, die mehrere Größenordnungen größer als die bisher erfassten Daten sind, ohne dass hierfür ein wesentlicher Mehraufwand notwendig wäre.The method according to the invention thus makes it possible to acquire quantities of data that are several orders of magnitude larger than the previously recorded data, without the need for a significant additional outlay.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden Metainformationen des sekundären Navigationssystems auf Basis von Metainformationen des primären Navigationssystems hinsichtlich ihrer Konsistenz überprüft. Beispielsweise kann es sich hierbei um satellitenbasierte Augmentation handeln, die einem Benutzer Fehlermodelle zum Korrigieren von GNSS-Messungen zur Verfügung stellt. Diese Informationen eines sekundären Navigationssystems können durch ähnliche Daten eines primären Navigationssystems verifiziert werden.In a preferred embodiment, meta-information of the secondary navigation system is checked for consistency on the basis of meta-information of the primary navigation system. For example, this may be satellite-based augmentation that provides a user with error models for correcting GNSS measurements. This information of a secondary navigation system can be verified by similar data of a primary navigation system.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.In the following, preferred embodiments of the invention will be explained with reference to figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine Darstellung eines Szenarios, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. 1 a representation of a scenario in which the inventive method can be applied.

2 und 3 Darstellungen verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Beurteilungsverfahrens. 2 and 3 Representations of various embodiments of the assessment method according to the invention.

Gemäß 1 weist ein Fahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug handeln kann, ein primäres Navigationssystem 12 in Form eines GPS-Systems auf. Dieses kommuniziert über eine Satellitenkommunikation mit dem Satelliten 18.According to 1 indicates a vehicle 10 , which may be, for example, a motor vehicle, a primary navigation system 12 in the form of a GPS system. This communicates via satellite communication with the satellite 18 ,

Das Fahrzeug 10 weist ferner ein sekundäres Navigationssystem 14 und ein tertiäres Navigationssystem 16 auf. Im laufenden Betrieb des Fahrzeugs wird das primäre Navigationssystem 12 zur Navigation verwendet. Gleichzeitig wird die Position des Fahrzeugs unter Verwendung des sekundären Navigationssystems 14 und des tertiären Navigationssystems 16 ermittelt. Auf Basis der Navigationsdaten des primären Navigationssystems 12 können die Daten des sekundären Navigationssystems 14 und des tertiären Navigationssystems 16 überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden.The vehicle 10 also has a secondary navigation system 14 and a tertiary navigation system 16 on. During operation of the vehicle becomes the primary navigation system 12 used for navigation. At the same time the position of the vehicle is using the secondary navigation system 14 and the tertiary navigation system 16 determined. Based on the navigation data of the primary navigation system 12 can the data of the secondary navigation system 14 and the tertiary navigation system 16 be reviewed and corrected if necessary.

Gemäß 2 ist das primäre Navigationssystem ein GPS System und das sekundäre Navigationssystem ein DME-System (Distance measuring equipment). Während des laufenden Betriebs des Fahrzeugs werden durch beide Systeme Navigationsdaten erfasst. Im Rahmen einer a posteriori Auswertung werden diese Daten nachbearbeitet. Hierbei wird die Leistungsfähigkeit des sekundären Navigationssystems beurteilt. Die Ergebnisse dieses Prozesses können verwendet werden, um eine Datenbank upzudaten, in der eine räumliche Charakterisierung der Leistungsfähigkeit des sekundären Navigationssystems gespeichert wird. In diese Datenbank können die Daten einer Vielzahl von Fahrzeugen einfließen. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Ausführungsform werden die durch die GNSS-Antenne erfassten Daten nachbearbeitet, um zu präziseren Positionsinformationen zu gelangen. Dies beruht darauf, dass nachbearbeitete Daten genauere Positionsschätzungen liefern als Echtzeitdaten. Als Echtzeitsystem können sowohl GNSS-/GPS- als auch APNT-Systeme verwendet werden. Durch die Datensammlung kann ein Zugewinn an Präzision erreicht werden, mit der die Echtzeitsysteme beurteilt werden. Aus der Nachbearbeitung entstehen hochgenaue Daten, die als Ground Truth Daten bezeichnet werden. Hieraus kann man sowohl die Position als auch Abstände mit hoher Genauigkeit ableiten. Dies erlaubt das Ermitteln von Entfernungsfehlern und Positionsfehlern, die in eine jeweilige Liste eingetragen werden können.According to 2 the primary navigation system is a GPS system and the secondary navigation system is a DME system (Distance measuring equipment). During operation of the vehicle, both systems acquire navigation data. As part of an a posteriori evaluation, these data are reworked. Here, the performance of the secondary navigation system is assessed. The results of this process can be used to update a database that stores a spatial characterization of secondary navigation system performance. In this database, the data of a variety of vehicles can be incorporated. 3 shows a further embodiment of the method according to the invention. In this embodiment, the data acquired by the GNSS antenna is reworked to obtain more precise position information. This is because post-processed data provides more accurate position estimates than real-time data. As a real-time system both GNSS / GPS and APNT systems can be used. Data collection can provide a degree of precision in assessing real-time systems. Post-processing results in highly accurate data called ground truth data. From this one can derive both the position and distances with high accuracy. This allows the determination of range errors and position errors that can be entered in a respective list.

Eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine terrestrische Anwendung. Terrestrische Benutzer können mit Sensoren ausgestattet sein, um Positionsschätzungen während kurzzeitiger Ausfälle des GNSS-Dienstes bereitzustellen. Hierbei können beispielsweise Messwerte anderer Systeme, wie beispielsweise Odometrie, Beschleunigungssensoren oder Radar/Lidar berücksichtigt werden. Durch eine geeignete Bearbeitung sowie durch die vielen Wiederholungen beim Vergleichen zwischen den verschiedenen Navigationssystemen kann eine hohe Zuverlässigkeit in der Beurteilung jedes Systems erreicht werden. Beispielsweise ist es möglich, bei Transportanwendungen auf der Erde lokal verschlechterte GNSS-Signale festzustellen (die beispielsweise aufgrund von Abschattungen etc. entstehen) oder aber umgekehrt lokale Verschlechterungen im sekundären Navigationssystem festzustellen.Another alternative embodiment of the method according to the invention is a terrestrial application. Terrestrial users may be equipped with sensors to provide position estimates during short-term failures of the GNSS service. In this case, for example, measured values of other systems, such as odometry, acceleration sensors or radar / lidar can be taken into account. By appropriate processing as well as by the many repetitions of comparing between the various navigation systems, high reliability can be achieved in the evaluation of each system. For example, it is possible to detect locally degraded GNSS signals in transport applications on the ground (caused, for example, by shadowing, etc.) or, conversely, to detect local deteriorations in the secondary navigation system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2011009109 A2 [0007] WO 2011009109 A2 [0007]
  • US 8736482 B2 [0007] US 8736482 B2 [0007]
  • US 7546183 B1 [0007] US 7546183 B1 [0007]
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Claims (9)

Beurteilungsverfahren für ein Navigationssystem mit den folgenden Schritten: a) Navigieren eines Fahrzeugs (10) unter Verwendung eines primären Navigationssystems (12) b) gleichzeitiges Ermitteln der Position des Fahrzeugs (10) unter Verwendung eines sekundären Navigationssystems (14), wobei das primäre Navigationssystem (12) zumindest vorrübergehend eine höhere Genauigkeit als das sekundäre Navigationssystem (14) aufweist c) Ermitteln eines Fehlers in der durch das sekundäre Navigationssystem (14) ermittelten Position des Fahrzeugs (10) auf Basis der durch das primäre Navigationssystem (12) ermittelten Position des Fahrzeugs (10).Assessment procedure for a navigation system comprising the following steps: a) Navigating a vehicle ( 10 ) using a primary navigation system ( 12 ) b) simultaneously determining the position of the vehicle ( 10 ) using a secondary navigation system ( 14 ), the primary navigation system ( 12 ) at least temporarily a higher accuracy than the secondary navigation system ( 14 c) determining an error in the secondary navigation system ( 14 ) determined position of the vehicle ( 10 ) based on the primary navigation system ( 12 ) determined position of the vehicle ( 10 ). Beurteilungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) ein Flugzeug ist und das primäre Navigationssystem (12) ein satellitenbasiertes System und das sekundäre Navigationssystem (14) ein APNT-System (Alternative Position, Navigation and Timing) ist.Assessment method according to claim 1, characterized in that the vehicle ( 10 ) is an aircraft and the primary navigation system ( 12 ) a satellite-based system and the secondary navigation system ( 14 ) is an APNT (Alternative Position, Navigation and Timing) system. Beurteilungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Navigationssystem (12) auf Messungen von Beschleunigungssensoren, Radar-/Lidarsensoren und/oder Geschwindigkeitsmessungen basiert und das sekundäre Navigationssystem (14) ein GPS-System ist.Assessment method according to claim 1 or 2, characterized in that the primary navigation system ( 12 ) based on measurements from accelerometers, radar / lidar sensors and / or speed measurements and the secondary navigation system ( 14 ) is a GPS system. Beurteilungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) ein Flugzeug ist und die Navigationsdaten im laufenden Flugbetrieb, insbesondere während kommerzieller Flüge, gesammelt werden.Evaluation method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the vehicle ( 10 ) is an aircraft and the navigation data is collected during flight operations, in particular during commercial flights. Beurteilungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: e) Sammeln von gemäß Verfahrensschritt c) ermittelten Fehlerdaten durch eine Vielzahl von Fahrzeugen (10) f) zentrales Verarbeiten dieser Fehlerdaten, indem die zeitliche und/oder örtliche Korrelation von Fehlern des sekundären Navigationssystems (14) ermittelt wird.Evaluation method according to one of Claims 1 to 4, characterized by the additional steps of: e) collecting fault data determined in accordance with method step c) by a multiplicity of vehicles ( 10 f) central processing of this error data by the temporal and / or spatial correlation of errors of the secondary navigation system ( 14 ) is determined. Beurteilungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein tertiäres Navigationssystem (16) verwendet wird, um die Position des Fahrzeugs (10) zu ermitteln, wobei die Positionsdaten des sekundären Navigationssystems (14) auf Basis der Positionsdaten des primären Navigationssystems (12) und des tertiären Navigationssystems (16) korrigiert werden und/oder die Positionsdaten des tertiären Navigationssystems (16) auf Basis der Positionsdaten des primären Navigationssystems (12) und des sekundären Navigationssystems (14) korrigiert werden.Evaluation method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in addition a tertiary navigation system ( 16 ) is used to determine the position of the vehicle ( 10 ), the position data of the secondary navigation system ( 14 ) based on the position data of the primary navigation system ( 12 ) and the tertiary navigation system ( 16 ) and / or the position data of the tertiary navigation system ( 16 ) based on the position data of the primary navigation system ( 12 ) and the secondary navigation system ( 14 ) Getting corrected. Beurteilungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Navigationssystem (12) ein GPS-System ist, das sekundäre Navigationssystem (14) ein APNT-System ist das tertiäre Navigationssystem (16) Navigationsdaten auf Basis eines Beschleunigungssensors ermittelt.Assessment method according to claim 6, characterized in that the primary navigation system ( 12 ) is a GPS system, the secondary navigation system ( 14 ) an APNT system is the tertiary navigation system ( 16 ) Navigation data determined on the basis of an acceleration sensor. Beurteilungsverfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Meta-Informationen des sekundären Navigationssystems (14) auf Basis von Meta-Informationen des primären Navigationssystems (12) hinsichtlich ihrer Konsistenz (12) überprüft werden.Evaluation method according to Claims 1 to 7, characterized in that secondary navigation system meta information ( 14 ) based on meta-information of the primary navigation system ( 12 ) in terms of their consistency ( 12 ). Beurteilungsverfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Navigationsdaten des primären Navigationssystems (12), des sekundären Navigationssystems (14) und insbesondere des tertiären Navigationssystems (16) kontinuierlich erfasst werden.Assessment method according to Claims 1 to 8, characterized in that navigation data of the primary navigation system ( 12 ), the secondary navigation system ( 14 ) and in particular the tertiary navigation system ( 16 ) are recorded continuously.
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