DE102019209119A1 - Method for classifying a position signal - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Klassifizieren von Positionssignalen, die von mindestens einem Satelliten (60, 62, 64, 66) gesendet und von einem Empfänger (50) empfangen werden, wobei sowohl eine Multifrequenzübertragung als auch eine Postkorrelationsanalyse durchgeführt werden, so dass eine Korrelationsform bei zwei Frequenzen empfangen wird, um die empfangenen Signale zu klassifizieren und auf diese Weise Multipfad-Fehler und NLOS-Fehler zu erfassen.A method for classifying position signals transmitted from at least one satellite (60, 62, 64, 66) and received by a receiver (50), wherein both a multi-frequency transmission and a post-correlation analysis are performed so that a correlation form is received at two frequencies is used to classify the received signals and in this way to detect multipath errors and NLOS errors.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Klassifizieren eines Positionssignals. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium.The invention relates to a method and an arrangement for classifying a position signal. The invention also relates to a computer program for performing the method and a machine-readable storage medium.
Stand der TechnikState of the art
Ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS: Global Navigation Satellite System) ist ein System zur Positionsbestimmung und zur Navigation, das auf Grundlage von empfangenen Signalen von Navigationssatelliten arbeitet. Dies stellt eine wichtige Positionsbestimmungstechnologie dar, die zunehmend bspw. zur Fahrzeug- und Fußgängernavigation eingesetzt wird. Anwendungen finden sich insbesondere im Bereich des autonomen Fahrens und beim Internet der Dinge (loT: Internet of Things).A global navigation satellite system (GNSS: Global Navigation Satellite System) is a system for position determination and navigation that works on the basis of signals received from navigation satellites. This represents an important position determination technology that is increasingly being used, for example, for vehicle and pedestrian navigation. Applications can be found in particular in the field of autonomous driving and the Internet of Things (loT: Internet of Things).
Da die GNSS-Technologie auf dem Empfang von Satellitensignalen basiert, ist diese nahezu weltweit verfügbar. Den Satelliten solcher Systeme, wie bspw. von GPS (Global Positioning System) und Galileo, ist jeweils ein Code C (pseudozufälliges Rauschen, PRN) zugeordnet, was es dem Empfänger ermöglicht, diese voneinander zu unterscheiden. Der Empfänger erreicht dies, indem er Codes auf ein Trägersignal moduliert und dieses Signal mit dem empfangenen Satellitensignal korreliert. Somit wird eine dreidimensionale Suche, nämlich nach PRN, Codeverzögerung und Trägerfrequenzverschiebung, durchgeführt, bis die Korrelation ausreichend hoch ist. Der Satellit überträgt ebenfalls eine Nachricht, die Informationen dazu enthält, wann der Code gesendet wurde, was es ermöglicht, dass der Empfänger die Laufzeit des Signals abschätzen kann. Durch Messen der Laufzeit von zumindest vier Satelliten kann der Empfänger die Navigationsgleichungen lösen und seine dreidimensionale Position berechnen.Since GNSS technology is based on the reception of satellite signals, it is available almost worldwide. The satellites of systems such as GPS (Global Positioning System) and Galileo are each assigned a code C (pseudo-random noise, PRN), which enables the receiver to distinguish them from one another. The receiver accomplishes this by modulating codes onto a carrier signal and correlating this signal with the received satellite signal. A three-dimensional search, namely for PRN, code delay and carrier frequency shift, is thus carried out until the correlation is sufficiently high. The satellite also transmits a message that contains information about when the code was sent, which allows the receiver to estimate the time the signal will travel. By measuring the transit time of at least four satellites, the receiver can solve the navigation equations and calculate its three-dimensional position.
Bei der Übertragung von Signalen von den Satelliten bis zur Berechnung einer Position kommt es zu Fehlern. Durch Untersuchungen konnten die meisten dieser Fehler ausreichend minimiert werden. Die hauptsächlichen verbleibenden Fehler sind die sogenannten Multipfad- (MP) und NLOS-Fehler (NLOS: non-lightof-sight: Nicht-Sichtverbindung), es wird hierzu auf
- 1. Liegt das Sichtliniensignal vor oder nicht,
- 2. die Anzahl an Reflexionen NR, wobei jede Reflexion k bezüglich des Sichtlinenpfads definiert ist durch:
- (a) Verzögerung τk [Sekunden],
- (b) Leistungsverlust αk,
- (c) Dopplerverschiebung fk [Hz],
- (d) Trägerphasenoffset ϕk [im Bogenmaß].
- 1. Is the line-of-sight signal present or not,
- 2. the number of reflections N R , where each reflection k is defined with respect to the line of sight path by:
- (a) delay τ k [seconds],
- (b) power loss α k ,
- (c) Doppler shift f k [Hz],
- (d) Carrier phase offset ϕ k [in radians].
Es ist weiterhin festzustellen, dass sich alle diese Parameter dynamisch ändern, und zwar in Abhängigkeit von der Bewegung des Satelliten, des Empfängers und der Hindernisse zwischen diesen. Diese Dynamik kann modelliert werden:
- Es wurden umfassende Untersuchungen vorgenommen, um MP- und NLOS-Fehler zu verringern. Die Verfahren können durch ihre Schritte in der GNSS-Signalverarbeitungskette kategorisiert werden:
- 1. antennenbasierte Verfahren,
- 2. empfängerbasierte Verfahren,
- 3. Verfahren unter Zuhilfenahme von externen Sensoren oder Signalen.
- Extensive research has been done to reduce MP and NLOS errors. The procedures can be categorized by their steps in the GNSS signal processing chain:
- 1. antenna-based methods,
- 2. recipient-based procedures,
- 3. Procedure with the aid of external sensors or signals.
Die vorgeschlagenen Lösungen haben jedoch einige Nachteile. So ist es bspw. erforderlich, eine komplexe Hardware aufzunehmen. Weiterhin sind diese nicht ausreichend robust. Daneben sind diese Lösungen nicht geeignet, die Fehler ausreichend zu verringern.However, the proposed solutions have some disadvantages. For example, it is necessary to include complex hardware. Furthermore, these are not sufficiently robust. In addition, these solutions are not suitable for reducing the errors sufficiently.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 7 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 8 sowie ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method according to
Das vorgestellte Verfahren dient zum Klassifizieren von Signalen, insbesondere von Signalen zur Navigation bzw. zur Positionsbestimmung, die typischerweise von Satelliten ausgesendet werden und von einem Empfänger, dessen Position bestimmt werden soll, empfangen und zur Positionsbestimmung ausgewertet werden. Vor dieser Auswertung werden die Signale klassifiziert, d. h. diese werden vorgegebenen Klassen zugeordnet, wobei die Klassen eine Aussage darüber zulassen, inwieweit die zugeordneten Signale für die Positionsbestimmung geeignet, bedingt geeignet oder nicht geeignet sind.The presented method is used to classify signals, in particular signals for navigation or for position determination, which are typically transmitted by satellites and received by a receiver whose position is to be determined and evaluated for position determination. Before this evaluation, the signals are classified, i. H. these are assigned to predetermined classes, the classes allowing a statement to be made as to the extent to which the assigned signals are suitable, conditionally suitable or unsuitable for determining the position.
Es wird hierin zunächst eine Beschränkung auf Verfahren, die auf Einzelantennen und Einzelempfänger basieren, vorgenommen. Externe Sensoren oder zusätzliche drahtlose Signale können später zugefügt werden, um die Ergebnisse weiter zu verbessern.A restriction is made here to methods based on individual antennas and individual receivers. External sensors or additional wireless signals can be used later can be added to further improve the results.
Zwei empfängerbasierte Verfahren stellen insbesondere wertvolle und relevante Informationen bereit, um MP- und NLOS-Fehler zu erfassen:
- 1. Multifrequenzübertragung
- 2. Postkorrelationsanalyse
- 1. Multi-frequency transmission
- 2. Post correlation analysis
Bislang wurden diese beiden Verfahren unabhängig voneinander eingesetzt, eine Kombination der beiden Verfahren wurde bislang nicht vorgenommen. Da die Multifrequenz- und Postkorrelationsverfahren nur verhältnismäßig leichte Modifikationen in Hardware und Software mit sich bringen, stellen diese eine interessante Option dar, um die Leistungsfähigkeit von Massenmarkt-GNSS-Empfängern insbesondere in Straßenschluchten zu verbessern.So far, these two methods have been used independently of each other, a combination of the two methods has not yet been used. Since the multi-frequency and post-correlation methods only involve relatively slight modifications in hardware and software, these represent an interesting option for improving the performance of mass market GNSS receivers, especially in urban canyons.
Auf die genannten Verfahren wird nachfolgend eingegangen:
- Das erste Verfahren, die Multifrequenzübertragung, verwendet verschiedene Trägerfrequenzen, um die Satellitensignale zu übertragen. GPS stellte bspw. zuvor lediglich Signale auf einer einzelnen Trägerfrequenz FC für zivile Nutzer bereit, nämlich das L1-Signal. Ab 2019 wurde GPS mit den L2C- und L5-Signalen erweitert und ein weiteres Beispiel ist das Galileosystem, das im Wesentlichen drei Frequenzen bereitstellen wird: E1, E5A und E5B. Weiterhin werden Zweifrequenz-Empfänger für den Massenmarkt verfügbar. Diese sind in der Lage, Signale von bis zu zwei verschiedenen Trägerfrequenzen zu empfangen, wie bspw. L1CA und L2C. Das macht diese für viele Anwendungen interessant, wie bspw. für die Fahrzeug- und Fußgängernavigation. Da Signale auf verschiedenen Trägerfrequenzen unterschiedlich reagieren, wenn diese an Gebäuden reflektiert werden, können wichtige Informationen über einen Multipfad-Empfang von diesen Empfängern extrahiert werden.
- The first method, multi-frequency transmission, uses different carrier frequencies to transmit the satellite signals. For example, GPS previously only provided signals on a single carrier frequency FC for civil users, namely the L1 signal. From 2019, GPS has been expanded with the L2C and L5 signals and another example is the Galileo system, which will essentially provide three frequencies: E1, E5A and E5B. Furthermore, two-frequency receivers are becoming available for the mass market. These are able to receive signals of up to two different carrier frequencies, such as L1CA and L2C. This makes them interesting for many applications, such as vehicle and pedestrian navigation. Since signals on different carrier frequencies react differently when they are reflected off buildings, important information can be extracted from these receivers via multipath reception.
Das zweite Verfahren, die Postkorrelationsanalyse, verwendet Informationen von dem Korrelatorausgang. Wenige Empfänger geben die Ergebnisse des Korrelators aus, aber diese Informationen sind relevant für eine MP- und NLOS-Erfassung. Für eine binäre Phasenmodulation (BPSK: Binary Phase Shift Keying), die bspw. bei dem GPS-L1CA-Signal verwendet wird, erzeugt ein SPLOS-Empfang eine Dreiecksform, deren Peak- bzw. Spitzenort die Verzögerung anzeigt. Wenn jedoch auch reflektierte Signale empfangen werden, wird die Dreiecksform durch zusätzliche Peaks beeinflusst, was es schwierig macht, die Verzögerung richtig zu identifizieren. Die Idee hinter der Postkorrelationsanalyse ist, diese Beeinflussungen zu identifizieren, bspw. durch Bewerten der Symmetrie des Korrelatorsausgangs. Insbesondere können die frühen, Phasen- und späten Korrelatorausgänge analysiert werden, wie bspw. die Früh-Spät-Phasenparameter (ELP: Early Phase Late) oder der Fast-Fourierübertragungsbasierte Früh-Minus-Spät-Detektor (Fast Fourier Transform-Based Early Minus Late Detector). ELP sind drei Punkte der Korrelationsform, die dazu verwendet werden, um Multipfad zu erkennen. Der Fast-Fourierübertragungsbasierte Früh-Minus-Spät-Detektor entspricht ELP, lediglich in den Frequenzbereich transformiert. Dieser dient ebenfalls dazu, um Multipfad zu erkennen.The second method, post correlation analysis, uses information from the correlator output. Few receivers output the results of the correlator, but this information is relevant for MP and NLOS acquisition. For a binary phase modulation (BPSK: Binary Phase Shift Keying), which is used for example with the GPS-L1CA signal, an SPLOS reception generates a triangular shape, the peak or peak location of which indicates the delay. However, when reflected signals are also received, the triangle shape is affected by additional peaks, making it difficult to correctly identify the delay. The idea behind the post-correlation analysis is to identify these influences, for example by evaluating the symmetry of the correlator output. In particular, the early, phase and late correlator outputs can be analyzed, such as the early-late phase parameters (ELP: Early Phase Late) or the Fast Fourier transfer-based early-minus-late detector (Fast Fourier Transform-Based Early Minus Late Detector). ELPs are three points of the correlation shape that are used to detect multipath. The fast Fourier transmission based early-minus-late detector corresponds to ELP, only transformed into the frequency range. This is also used to recognize multipath.
Dekonvolutionsbasierte Verfahren sind ebenfalls bekannt, wie bspw. die Projektion-auf- konvexen-Reihen. Andere Filterverfahren umfassen die linearen adaptiven Filter, ein stationäres unkorreliertes Streuen im weiten Sinne oder virtuelle MP-Minderungs-Techniken. Die Signalqualitätsüberwachung ist das Verfahren zum Überwachen von Parametern, die auf Signale bezogen sind, um Fehler, wie bspw. Multipfad-Fehler, zu erfassen. Eine Signalqualitätsüberwachung (SQM: Signal Quality Monitoring) ist das Verfahren des Überwachens von Parametern, die auf das Signal bezogen sind, um Fehler, wie bspw. MP, zu erfassen. SQM kann ebenfalls mit dem Korrelatorausgang als Eingang durchgeführt werden. In letzter Zeit wurden ebenfalls Maschinenlernverfahren auf den Korrelatorausgang angewendet, bspw. durch Verwenden eines softwaredefinierten Empfängers (SDR: software-defined receiver) oder in Kombination mit der Korrelatorausgangsleistung.Deconvolution-based methods are also known, such as, for example, the projection-onto-convex series. Other filtering methods include the linear adaptive filters, stationary uncorrelated scattering in the broad sense, or virtual MP mitigation techniques. Signal quality monitoring is the method of monitoring parameters related to signals in order to detect errors such as multipath errors. Signal quality monitoring (SQM: Signal Quality Monitoring) is the method of monitoring parameters that are related to the signal in order to detect errors such as MP. SQM can also be performed with the correlator output as an input. More recently, machine learning methods have also been applied to the correlator output, for example by using a software-defined receiver (SDR) or in combination with the correlator output.
Mit dem vorgestellten Verfahren wird eine Möglichkeit bereitgestellt, einen Multipfad-Fehler zu erkennen und weiterhin Multipfad-Fehler von Nichtsichtlinien-Situationen bzw. Fehlern zu unterscheiden. Die Multipfad-Fälle können weiter verarbeitet werden, um eine nützliche Pseudobereichsmessung zu extrahieren, während die Nichtsichtlinien-Fälle verworfen werden sollten und nicht für die Navigationslösung verwendet werden. Mit dem vorgestellten Verfahren wird dies erreicht, ohne dass hohe Anforderungen an zusätzliche Hardware gestellt werden.The method presented provides a possibility of recognizing a multipath error and further distinguishing multipath errors from non-sight line situations or errors. The multipath cases can be further processed to extract a useful pseudorange measurement, while the non-line of sight cases should be discarded and not used for the navigation solution. With the method presented, this is achieved without placing high demands on additional hardware.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Korrelationsform bei zwei Frequenzen empfangen wird, um in Ausgestaltung die empfangenen Signale in eine von drei Klassen zum Klassifizieren: Normal (SPLOS), Multipfad (MP), oder Nichtsichtlinie (NLOS). Vorteil hierbei ist, dass das Klassifikationsproblem gelöst werden kann und dazu nur einfache Hardware- und Software-Modifikationen erforderlich sind.The method is characterized in that the correlation form is received at two frequencies in order to classify the received signals into one of three classes in an embodiment: normal (SPLOS), multipath (MP), or non-sight line (NLOS). The advantage here is that the classification problem can be solved and only simple hardware and software modifications are required.
Ein Korrelator verwirklicht die Funktion der Kreuzkorrelation, so dass der Zeitversatz zweier Signale bestimmt werden kann.A correlator performs the function of cross-correlation, so that the time offset between two signals can be determined.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.Further advantages and configurations of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt in einem Flussdiagramm eine Ausführung des beschriebenen Verfahrens.1 shows an embodiment of the described method in a flow chart. -
2 zeigt in schematischer Darstellung ein mögliches Szenario zur Durchführung des Verfahrens.2 shows a possible scenario for performing the method in a schematic representation. -
3 zeigt in vier Graphen Dreiecksformen, die zur Durchführung des Verfahrens ausgewertet werden.3 shows triangular shapes in four graphs that are evaluated for carrying out the method.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Schritte, um das DFPCD-Merkmal (DFPCD: Dual-Frequency Post-Correlation Feature) zu berechnen, um diese Klassifikationsprobleme zu lösen, sind mit den folgenden Gleichungen erklärt. Das DFPCD-Merkmal ist ein Parameter, der empfangen und gemessen werden kann. Dieser verändert sich in Abhängigkeit von Multipfadumgebungen.The steps to compute the Dual-Frequency Post-Correlation Feature (DFPCD) to solve these classification problems are explained with the following equations. The DFPCD characteristic is a parameter that can be received and measured. This changes depending on the multipath environments.
Es wird zunächst eine reflexionsfreie Referenz-Probe aus den SPLOS-Daten ausgewählt und die entsprechenden Korrelatorausgaben von beiden Trägerfrequenzen werden gespeichert: Sfi und Sf2. Dies repräsentiert die erwartete Korrelatorausgabe unter normalen Bedingungen und wird als Referenz beim Vergleichen mit neuen Korrelatorausgaben verwendet.First an anechoic reference sample is selected from the SPLOS data and the corresponding correlator outputs from both carrier frequencies are stored: Sfi and S f2 . This represents the expected correlator output under normal conditions and is used as a reference when comparing to new correlator outputs.
Dann wird der Pearson-Korrelationskoeffizient r, ein Maß für die lineare Korrelation zwischen zwei Vektoren der Daten X und Y definiert:
Anschließend wird eine reflexionsfreie Referenz-Probe aus den SPLOS-Daten ausgewählt und die entsprechenden Korrelatorausgaben von beiden Trägerfrequenzen werden gespeichert: Sfi und Sf2. Dies repräsentiert die erwartete Korrelatorausgabe unter normalen Bedingungen und wird als Referenz beim Vergleichen mit neuen Korrelatorausgaben verwendet.Then an anechoic reference sample is selected from the SPLOS data and the corresponding correlator outputs from both carrier frequencies are stored: Sfi and S f2 . This represents the expected correlator output under normal conditions and is used as a reference when comparing to new correlator outputs.
Dann wird in Abhängigkeit von der Interferenz zwischen dem direkten Signal und Reflexionen die empfangene Signalstärke die maximale Korrelation der empfangenen Korrelatorausgabe R erhöhen oder verringern. Diese Signalstärkendifferenz wird durch den Skalierungsfaktor K repräsentiert, es wird hierzu auf
Um die Ähnlichkeit der Korrelatorausgaben zu ermöglichen, wird R unter Verwendung des Skalierungsfaktors K skaliert:
Dann ist die Ähnlichkeit zwischen den Korrelatorausgaben gegeben durch:
Anschließend werden die Parameter K und r zu einem MP- und einem NLOS-Erfassungsparameter D kombiniert:
Dies wird vorgenommen, da erwartet wird, dass der Skalierungsfaktor K sich erhöht, wenn Reflexionen vorliegen, währenddessen erwartet wird, dass die Signalähnlichkeit r sich verringert. Die Subtraktion von 1 dient der Normalisierung, um die SPLOS-Proben um 0 zu zentrieren.This is done because the scaling factor K is expected to increase when reflections are present, while the signal similarity r is expected to decrease. The subtraction of 1 is used for normalization to center the SPLOS samples around 0.
Anschließend wird das DFPCD-Merkmal für beide Frequenzen berechnet:
Schließlich wird, um eine Unterscheidung zwischen MP- und NLOS-Fällen vornehmen zu können, die absolute Differenz zwischen den DFPCD-Merkmalen auf zwei Frequenzen berechnet:
Die reflexionsfreie Referenzkorrelationsform kann entweder an realen Satellitendaten abgetastet werden oder automatisch erzeugte verschiedene andere Verfahren können verwendet werden, um ein Merkmal zu berechnen, das ähnlich zu DFPCD ist, bspw. der Bereich unter der Korrelationsformen.The anechoic reference correlation shape can either be sampled on real satellite data or various other automatically generated methods can be used to compute a feature similar to DFPCD, e.g., the area under the correlation shapes.
Die Wahl geeigneter Satelliten kann auf unterschiedliche Weise erfolgen:
- 1. Wahl geeigneter Satelliten aufgrund dynamischer Parameter:
- a) Es kann hierzu z. B. die Fluktuation bzw. Varianz des gemessenen Signal-/Rausch-Verhältnisses genutzt werden: Ist die Fluktuation stark, kann angenommen werden, dass Reflexionen bzw. Abschattungen auftreten.
- b) Die Messung des Pseudorange oder die Doppler-Verschiebung variiert stark.
- 2. Wahl geeigneter Satelliten aufgrund statischer Parameter:
- Z. B. das Ausschließen von schwach empfangbaren Satelliten, d. h. niedriges CNo.
- 3. Wahl geeigneter Satelliten durch Vergleich mit Inertial-Messungen und Odometer:
- Hier kann durch Vergleich mit vertrauenswürdigen Sensoren, z. B. Gyroskop, Beschleunigungsmesser, Odometer, ein Maß bestimmt werden, inwieweit Signale eines bestimmten Satelliten plausibel sind.
- 1. Choice of suitable satellites based on dynamic parameters:
- a) It can for this purpose z. For example, the fluctuation or variance of the measured signal / noise ratio can be used: If the fluctuation is high, it can be assumed that reflections or shadowing occur.
- b) The measurement of the pseudorange or the Doppler shift varies greatly.
- 2. Choice of suitable satellites based on static parameters:
- For example, excluding satellites with weak receivables, ie low CNo.
- 3. Selection of suitable satellites by comparison with inertial measurements and odometers:
- By comparison with trustworthy sensors, e.g. B. gyroscope, accelerometer, odometer, a measure can be determined to what extent signals from a particular satellite are plausible.
Die genannten Verfahren sind relativ einfach zu implementieren, allerdings sind die unter 1) und 3) genannten Verfahren nicht wirklich Echtzeit-Verfahren, da sie zeitlich-statistischer Natur sind.The methods mentioned are relatively easy to implement, but the methods mentioned under 1) and 3) are not really real-time methods, since they are of a time-statistical nature.
In einem ersten Schritt
In einem Schritt
Zu beachten ist, dass für eine korrekte Funktion der Empfänger
In einem dritten Graphen
Die Darstellung verdeutlicht, dass die Zweifrequenz-Postkorrelator-Differenz zwischen einer Referenz-SPLOS-Korrelatorausgabe und einer MP-beeinflussten Korrelatorausgabe ihre Differenz in Signalstärke und der Asymmetrie berücksichtigt.The illustration shows that the two-frequency postcorrelator difference between a reference SPLOS correlator output and an MP-influenced correlator output takes into account their difference in signal strength and asymmetry.
Nachstehend wird auf mögliche Erweiterungen eingegangen, mit denen alternative Lösungen im Ramen der Erfindung vorgestellt werden.
- - Messung der von den Satelliten empfangenen Leistung
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- Hierbei wird die empfangene Leistung dadurch bestimmt, dass lediglich das Maximum der resultierenden Korrelationsfunktion genommen wird, bspw. der Spitzenwert des Dreiecks, im Falle von QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Dies ist ein Modulationsverfahren, das u. a. mehrere GPS-Signale benutzt. Wichtig ist, dass die Korrelationsform von Binary Phase Shift Keying (BPSK) und QPSK ein Dreieck ist.
- Hierbei wird die empfangene Leistung dadurch bestimmt, dass lediglich das Maximum der resultierenden Korrelationsfunktion genommen wird, bspw. der Spitzenwert des Dreiecks, im Falle von QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Dies ist ein Modulationsverfahren, das u. a. mehrere GPS-Signale benutzt. Wichtig ist, dass die Korrelationsform von Binary Phase Shift Keying (BPSK) und QPSK ein Dreieck ist.
- b) die empfangene Leistung kann ebenfalls bestimmt werden, indem anstelle dessen der CNo-Wert entnommen wird. Der CNo-Wert (carrier-to-noise-density ratio) gibt an, wie stark das GPS-Signal eines Satelliten ist.
- c) die empfangene Leistung kann ebenfalls bestimmt werden, indem der Bereich unter der resultierenden Korrelationsform P(τ) berechnet wird. T bezeichnet die Grenzen von R(τ), die zu berücksichtigen sind. Das Ergebnis kann von dem verwendeten Modulationsschema verschieden abhängig sein.
- d) anstelle der Verwendung der unter c) gezeigten Lösung, die lediglich ein arithmetisches Mittel für ein diskretes Modell repräsentiert:
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- - Verwenden eines Bilds zum Vergleichen der empfangenen Signale
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- Es ist nicht klar gezeigt, wo das Bild der Korrelationsfunktion S(τ) herkommt.
- b) S(τ) kann eine diskrete Funktion Si = f(τi) sein, die in dem Empfänger für jedes Modulationsthema gespeichert ist und die immer konstant ist.
- c) S(τ)kann eine diskrete Funktion Si = f(τi) sein, die in dem Empfänger für jedes Modulationsthema gespeichert ist und die von dem empfangenen Signal extrahiert wird, falls bekannt ist, dass keine Reflexionen vorliegen oder ein reines empfangenes Signal angenommen wird.
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- - Berechnen des Skalierungsfaktors
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- Hierbei ist der Skalierungsfaktor das Verhältnis der Maxima der Werte für das empfangene Korrelationssignal bzw. des Bildkorrelationssignals.
- Hierbei ist der Skalierungsfaktor das Verhältnis der Maxima der Werte für das empfangene Korrelationssignal bzw. des Bildkorrelationssignals.
- c) dies kann ebenfalls berechnet werden, indem die Lösungen, die unter der Überschrift „Messung der von den Satelliten empfangenen Leistung“ aufgeführt sind, anstelle der verwendeten maximalen Werte verwendet werden.
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- - Korrelation
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- Hierbei wird die Korrelation durchgeführt, indem die Pearson-Gleichung verwendet wird, dies beseitigt die Offsets beider Signale und normalisiert Signalamplituden-Differenzen, indem Standardabweichungen verwendet werden.
- b) da die Signalamplitude bereits durch die vorstehende Lösung ausgeglichen wurde, ist eine Division durch beide Standardabweichungen nicht erforderlich. Dies bedeutet einfach:
- c) ein weiterer Weg, die beiden Korrelationsformen zu vergleichen, besteht darin, einfach die Quadrate der Differenzen zu addieren.
- d) der einfachste Weg kann darin bestehen, lediglich das arithmetische Mittel der Beträge der Differenzen zu bilden.
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- - Analysieren der Signalqualität der Satelliten
Der beschriebene Algorithmus liefert zwei Zahlen, um die Qualität der Satelliten zu beurteilen, was insbesondere bedeuten kann, ob diese Reflexionen haben oder nicht.
Die Zahlen, die unter „Messung der von den Satelliten empfangenen Leistung“ beschrieben sind, zeigen einen Wert für die empfangene Signalleistung. Durch Vergleichen der Werte bei zwei oder mehr Frequenzen kann man sagen, dass je größer der Unterschied ist, desto größer die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Multipfad-Fall vorliegt.
Andererseits können wir unter Berücksichtigung der Korrelation unter dem Kapitel „Korrelation“, bei der die Formdifferenzen zu einer Referenz berechnet werden, sagen, dass je mehr diese von der Differenz abweichen, desto größer die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines Multipfad-Falls ist.
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- Hierbei wird ein formaler Entscheidungsparameter D durch Kombinieren von K und r definiert. D kann auf die Ergebnisse von zwei oder mehr Frequenzen angewendet werden, um die DFPCD-Werte zu bestimmen.
- b) eine Entscheidung kann ebenfalls getroffen werden, indem mathematische oder heuristische Mittel angewendet werden, um die Parameter K, r und andere verfügbare Parameter von dem GNSS-Empfang zu kombinieren, wie bspw.
- - die Frequenz der Signalfluktuationen auf allen betrachteten Frequenzen,
- - die Elevation von Satelliten, die in Frage stehen,
- - die Nachverfolgungszeit eines bestimmten Satelliten,
- - die Doppler-Überwachungen für bestimmte Satelliten und Anpassposition-Aktualisierung-Überprüfungen,
- - die gemessene Trägerphasen und Plausibilisierungsüberprüfungen.
- c) Zusätzlich können Ergebnisse aller vorstehend genannten Mittel mit Trägheitssensoren, wie bspw. Multifrequenz-GNSS und Koppelnavigation, kombiniert werden. Dies kann ebenso genutzt werden, um Plausibilisierungsüberprüfungen vorzunehmen.
- a) beispielhafte Ausführungsform:
- - Measurement of the power received by the satellites
- a) exemplary embodiment:
- In this case, the received power is determined in that only the maximum of the resulting correlation function is taken, for example the peak value of the triangle, in the case of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). This is a modulation method that uses several GPS signals, among other things. It is important that the correlation form of Binary Phase Shift Keying (BPSK) and QPSK is a triangle.
- In this case, the received power is determined in that only the maximum of the resulting correlation function is taken, for example the peak value of the triangle, in the case of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). This is a modulation method that uses several GPS signals, among other things. It is important that the correlation form of Binary Phase Shift Keying (BPSK) and QPSK is a triangle.
- b) the power received can also be determined by taking the CNo value instead. The CNo value (carrier-to-noise-density ratio) indicates how strong the GPS signal from a satellite is.
- c) the received power can also be determined by calculating the area under the resulting correlation shape P (τ). T denotes the limits of R (τ) that must be taken into account. The result can vary depending on the modulation scheme used.
- d) instead of using the solution shown under c), which only represents an arithmetic mean for a discrete model:
- a) exemplary embodiment:
- - Using an image to compare the received signals
- a) exemplary embodiment:
- It is not clearly shown where the picture of the correlation function S (τ) comes from.
- b) S (τ) can be a discrete function S i = f (τ i ) which is stored in the receiver for each modulation theme and which is always constant.
- c) S (τ) can be a discrete function S i = f (τ i ) which is stored in the receiver for each modulation theme and which is extracted from the received signal if it is known that there are no reflections or a pure received one Signal is accepted.
- a) exemplary embodiment:
- - Calculating the scaling factor
- a) exemplary embodiment:
- The scaling factor is the ratio of the maxima of the values for the received correlation signal or the image correlation signal.
- The scaling factor is the ratio of the maxima of the values for the received correlation signal or the image correlation signal.
- c) this can also be calculated by using the solutions given under the heading “Measuring the power received by the satellites” instead of the maximum values used.
- a) exemplary embodiment:
- - correlation
- a) exemplary embodiment:
- Here the correlation is performed using Pearson's equation, this removes the offsets of both signals and normalizes signal amplitude differences using standard deviations.
- b) since the signal amplitude has already been compensated for by the above solution, division by both standard deviations is not necessary. This simply means:
- c) Another way to compare the two forms of correlation is to simply add the squares of the differences.
- d) the simplest way can be to only form the arithmetic mean of the amounts of the differences.
- a) exemplary embodiment:
- Analyzing the signal quality of the satellites The algorithm described provides two numbers to assess the quality of the satellites, which can mean in particular whether they have reflections or not. The numbers described under “Measuring the Power Received by the Satellites” show a value for the received signal power. By comparing the values at two or more frequencies, it can be said that the greater the difference, the greater the likelihood that there is a multipath case. On the other hand, taking into account the correlation under the chapter "Correlation", in which the shape differences are calculated to a reference, we can say that the more these deviate from the difference, the greater the probability of a multipath case being present.
- a) exemplary embodiment:
- Here, a formal decision parameter D is defined by combining K and r. D can be applied to the results of two or more frequencies to determine DFPCD values.
- b) a decision can also be made by using mathematical or heuristic means to combine the parameters K, r and other available parameters from the GNSS reception, such as e.g.
- - the frequency of the signal fluctuations on all considered frequencies,
- - the elevation of satellites in question,
- - the tracking time of a particular satellite,
- - the Doppler surveys for specific satellites and matching position update checks,
- - the measured carrier phases and plausibility checks.
- c) In addition, results of all of the above-mentioned means can be combined with inertial sensors such as multi-frequency GNSS and dead reckoning. This can also be used to carry out plausibility checks.
- a) exemplary embodiment:
Die Elevation eines Satelliten gibt an, wie hoch dieser am Himmel steht, d. h. 0 Grad ist am Horizont, 90 Grad ist im Zenit. Mit Dopplermessungen kann die Geschwindigkeit des Empfängers bestimmt werden. Danach kann kontrolliert werden, ob die Position des Empfängers mit der abgeleiteten Geschwindigkeit der Dopplermessungen übereinstimmt.The elevation of a satellite indicates how high it is in the sky, i.e. H. 0 degrees is on the horizon, 90 degrees is at the zenith. The speed of the receiver can be determined with Doppler measurements. You can then check whether the position of the receiver corresponds to the speed derived from the Doppler measurements.
Claims (9)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019209119.9A DE102019209119A1 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Method for classifying a position signal |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116582174A (en) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 武汉能钠智能装备技术股份有限公司四川省成都市分公司 | Satellite signal situation visualization method and system |
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2019
- 2019-06-25 DE DE102019209119.9A patent/DE102019209119A1/en active Pending
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CN116582174B (en) * | 2023-07-13 | 2023-11-21 | 武汉能钠智能装备技术股份有限公司四川省成都市分公司 | Satellite signal situation visualization method and system |
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