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Stand der Technik
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Die Verwendung von GNSS-Korrekturdaten zur präzisen Gewinnung von Navigationsdaten (vor allem zur Bestimmung von Navigationsinformationen, zum Beispiel GNSS-basierte Positionsbestimmungen) ist ein übliches Verfahren. Solche Daten werden beispielsweise genutzt, um Unsicherheiten in der Positionsbestimmung in Folge von atmosphärischen Störungen in den GNSS Signalen und so weiter zu korrigieren. Solche Korrekturdaten werden üblicherweise von speziellen Service-Providern zur Verfügung gestellt. Solche Service-Provider übermitteln einer GNSS-Lokalisierungseinrichtung die Korrekturdaten ggf. zu regelmäßig wiederkehrenden Zeitpunkten bzw. auf Anfrage hin.
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Insbesondere im automobilen Umfeld wird die Ermittlung hochgenauer Navigationsdaten immer wichtiger. Daher gewinnt auch der Einsatz von GNSS-Korrekturdaten an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund soll ein Verfahren zur Bestimmung einer Position unter Verwendung von GNSS-Korrekturdaten vorgeschlagen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Hier beschrieben wird ein Verfahren zur Bestimmung von Navigationsdaten mit einer GNSS-Lokalisierungseinrichtung, aufweisend die folgenden Schritte:
- a) Erhalten von GNSS-Satellitensignalen von GNSS-Satelliten;
- b) Empfangen von mindestens zwei zueinander alternativen GNSS-Korrekturdaten aus mindestens zwei verschiedenen Korrekturdatenquellen;
- c) Analysieren der zueinander alternativen GNSS-Korrekturdaten und Ermitteln von validierten Korrekturdaten; und
- d) Ermitteln von Navigationsdaten aus erhaltenen GNSS-Satellitensignalen und validierten Korrekturdaten.
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Die hier beschriebene GNSS-Lokalisierungseinrichtung ist bevorzugt Teil eines Sensors zur Bestimmung von Navigationsdaten, welcher neben GNSS-Satellitensignalen ggf. auch noch andere Daten verwertet, um Navigationsdaten zu bestimmen - beispielsweise Daten einer Umfeldsensorik, hinterlegte Kartendaten, Daten einer Inertialsensorik oder ähnliche Daten.
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Die in Schritt a) erhaltenen GNSS-Satellitensignale werden bevorzugt mit einer dafür vorgesehenen Antenne und einer GNSS-Lokalisierungseinrichtung von GNSS-Satelliten empfangen. GNSS-Signale beinhalten die Carrier-Phase und Pseudorange Beobachtungen wie auch die aufmodulierten Navigationsdaten.
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Korrekturdatenquellen, welche Korrekturdaten bereitstellen, sind normalerweise sogenannte Korrekturdatenprovider, die Korrekturdaten zur Verfügung stellen. In üblichen Modellen wird der Service zur Bereitstellung von Korrekturdaten von dem Hersteller/Anbieter der jeweiligen GNSS-Lokalisierungseinrichtung dauerhaft (üblicherweise für die vorgesehene Lebensdauer der GNSS-Lokalisierungseinrichtung ) gebucht. Eine Besonderheit des hier beschriebenen Verfahrens ist, dass in Schritt b) zueinander alternative Korrekturdaten aus zwei voneinander verschiedenen Korrekturdatenquellen empfangen werden. Die verschiedenen Korrekturdatenquellen sind bevorzugt zwei unterschiedliche Korrekturdatenprovider, die jeweils unabhängig voneinander Korrekturdaten bereitstellen. Das beschriebene Verfahren kann also bevorzugt ausgeübt werden, wenn der Anbieter/Hersteller der jeweiligen GNSS-Lokalisierungseinrichtung (mit dem das beschriebene Verfahren ausgeführt wird) entsprechende Verträge/Vereinbarungen mit verschiedenen Korrekturdatenprovidern hat, damit diese Korrekturdaten bereitstehen.
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Bei der Analyse und Validierung der Korrekturdaten in Schritt c) können verschiedene Verfahren angewendet werden, um aus den zur Verfügung stehenden zueinander alternativen Korrekturdaten validierte Korrekturdaten zu bestimmen.
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Die Bestimmung der Navigationsdaten ist das Ziel des beschriebenen Verfahrens. Diese Bestimmung erfolgt in Schritt d). Durch die Verwendung der validierten Korrekturdaten kann bei der Bestimmung der Navigationsdaten eine höhere Qualität erreicht werden, wobei die höhere Qualität hier verschiedene Aspekte umfasst, wie bspw. eine hohe Genauigkeit, Integrität und/oder Sicherheit (sowohl funktionale Sicherheit als auch Datensicherheit).
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die in Schritt b) empfangenen zueinander alternativen GNSS-Korrekturdaten jeweils Qualitätsparameter beinhalten, welche in Schritt c) zur Analyse der zueinander alternativen GNSS-Korrekturdaten und zum Ermitteln von validierten Korrekturdaten verwertet werden.
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Anhand der Qualitätsparameter kann eine Korrekturdatenquelle direkt signalisieren, wenn hinsichtlich der jeweiligen Korrekturdaten Probleme vorliegen könnten. Über Qualitätsparameter kann die Korrekturdatenquelle an die GNSS-Lokalisierungseinrichtung also die Information übermitteln, dass eventuell eher auf andere Korrekturdaten einer anderen Korrekturdatenquelle zurückgegriffen werden sollte, um eine hohe Qualität der Bestimmung von Navigationsdaten in Schritt d) zu erreichen. Mit einer hohen Qualität ist in diesem Zusammenhang eine hohe Genauigkeit der Navigationsdaten gemeint.
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Im Zusammenhang mit Qualitätsparametern können auch Zeitstempelinformationen, die in den Korrekturdaten beinhaltet sind, verarbeitet werden. Zeitstempelinformationen können den Qualitätsparameter selbst bilden bzw. Teil der Qualitätsparameter sein. Zeitstempelinformationen können auch zusätzlich zu den Qualitätsparametern in den Korrekturdaten beinhaltet sein. Zeitstempelinformationen können beispielsweise eine Information beinhalten wie aktuell die Korrekturdaten sind. Es können in Schritt c) die aktuelleren Korrekturdaten als validierte Korrekturdaten ermittelt/bereitgestellt werden
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn in Schritt d) ermittelte Navigationsdaten zumindest eine der folgenden Ausgabeparameter beinhalten:
- - mindestens eine Positionsinformation;
- - mindestens eine Geschwindigkeitsinformation
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Solche Ausgabeparameter sollen möglichst genau sein. Dies gilt insbesondere, wenn diese Navigationsdaten für Anwendungen des automatisierten Fahrens verarbeitet werden sollen.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn in Schritt b) eine Korrekturdatenanfrage umfassend mindestens einen Anfrageparameter an die verschiedene Korrekturdatenquellen übermittelt und die zueinander alternativen GNSS-Korrekturdaten in Abhängigkeit von der Korrekturdatenanfrage von den Korrekturdatenquellen übermittelt und empfangen werden.
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Die Korrekturdatenanfrage beinhaltet die notwendigen Informationen, die die Korrekturdatenquelle benötigt, um zielgerichtet die notwendigen Korrekturdaten bereitzustellen. Dies können zum Beispiel Zeit- und/oder Ortsinformationen sein. Die Korrekturdatenquelle kann dann als Korrekturdaten für diese Zeit und diesen Ort die benötigten Korrekturdaten zur Ermittlung von Navigationsdaten mit einer hohen Qualität zu liefern.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Korrekturdatenanfrage mindestens einen der folgenden Anfrageparameter beinhaltet:
- - Zeitinformation;
- - Positionsinformation.
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Auch vorteilhaft ist es, wenn in Schritt b) die Korrekturdaten zumindest in verschlüsselter Form empfangen werden und mit einem in der GNSS-Lokalisierungseinrichtung hinterlegten Schlüssel entschlüsselt werden.
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Dadurch, dass die Korrekturdatenquelle Korrekturdaten in verschlüsselter Form bereitstellt, kann die Korrekturdatenquelle sicherstellen, dass die Korrekturdaten nur von zur Verwertung der Korrekturdaten berechtigten GNSS-Lokalisierungseinrichtungen verarbeitet werden. Besonders bevorzugt wird eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung angewendet, bei welcher die Korrekturdaten bei der Korrekturdatenquelle mit einem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt werden, der von der GNSS-Lokalisierungseinrichtung bereitgestellt wird. Der zugehörige private Schlüssel zur Entschlüsselung der Korrekturdaten ist bevorzugt in der GNSS-Lokalisierungseinrichtung hinterlegt. Der öffentliche Schlüssel wird von der GNSS-Lokalisierungseinrichtung bevorzugt mit einer Korrekturdatenanfrage an die Korrekturdatenquelle übermittelt. In Ausführungsvarianten sind auch symmetrische Verschlüsselungsverfahren möglich, bei welchen der gleiche Schlüssel in der Korrekturdatenquelle und in der GNSS-Lokalisierungseinrichtung hinterlegt ist.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn in Schritt b) die Korrekturdaten mit einer elektronischen Signatur empfangen werden und die elektronische Signatur bei der Analyse der Korrekturdaten in Schritt c) geprüft wird.
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Zur Prüfung der elektronischen Signatur von Korrekturdaten ist in der GNSS-Lokalisierungseinrichtung bevorzugt ein öffentlicher Schlüssel hinterlegt, mit welchem die Echtheit der elektronischen Signatur der Korrekturdaten geprüft werden kann. Die Prüfung einer elektronischen Signatur ermöglicht es insbesondere festzustellen, dass hier keine gefälschten Korrekturdaten empfangen werden, die beispielsweise manipuliert worden sein können.
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Bevorzugt enthält auch eine Korrekturdatenanfrage eine elektronische Signatur, nämlich eine elektronische Signatur mit einem Zertifikat der GNSS-Lokalisierungseinrichtung. Anhand einer solchen elektronischen Signatur kann die Korrekturdatenquelle die Authentizität der Korrekturdatenanfrage erkennen.
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Ganz besonders bevorzugt ist auch die Korrekturdatenanfrage verschlüsselt. Vor allem die Korrekturdatenanfrage enthält ggf. sensible Informationen, beispielsweise die Position der GNSS-Lokalisierungseinrichtung. Durch die Verschlüsselung kann sichergestellt werden, dass diese sensiblen Informationen nur von der Korrekturdatenquelle zur Ermittlung der korrekten zu übermittelnden Korrekturdaten und nicht von einem Dritten für sonstige Zwecke genutzt werden.
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Auch für die Verschlüsselung der Korrekturdatenanfrage kann in Ausführungsvarianten eine symmetrische Verschlüsselung verwendet werden, bei welcher in der GNSS-Lokalisierungseinrichtung und in der Korrekturdatenquelle der gleiche Schlüssel hinterlegt ist, der dann in der GNSS-Lokalisierungseinrichtung zum Verschlüsseln der Korrekturdatenanfrage und in der Korrekturdatenquelle zum Entschlüsseln der Korrekturdatenanfrage verwendet wird.
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Auch vorteilhaft ist, wenn in Schritt c) zumindest einer der folgenden Teilschritte zur Ermittlung von validierten Korrekturdaten durchgeführt wird:
- - Plausibilisierung der alternativen Korrekturdaten zueinander;
- - Anwenden eines Bewertungsalgorithmus zur Entscheidung, auf welche der alternativen Korrekturdaten zurückgegriffen wird; und
- - Gewichten von zueinander alternativen Korrekturdaten mit einem Gewichtungsfaktor zur Entscheidung in welchem Maße Korrekturdaten aus einer Korrekturdatenquelle zu berücksichtigen sind.
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Beim Plausibilisieren werden die Korrekturdaten miteinander verglichen. Ein Plausibilisieren ist insbesondere möglich, wenn mehr als zwei zueinander alternative Korrekturdaten (bspw. drei zueinander alternative Korrekturdaten aus drei zueinander alternativen Korrekturdatenquellen) ausgewertet werden. Dann kann bspw. geprüft werden welche der drei zueinander alternativen Korrekturdaten am stärksten von den anderen Korrekturdaten abweicht. Diese Korrekturdaten können dann verworfen werden. Im Rahmen der Plausibilisierung kann auch ein Vergleich der verschiedenen Korrekturdaten gegenüber einem erwarteten Standard-Datensatz durchgeführt werden, der ggf. auch Orts- und Zeit-abhängig sein kann. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob Korrekturdaten plausibel sind.
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Ein Bewertungsalgorithmus kann auf verschiedenste Kriterien zurückgreifen. Eine Option ist beispielsweise, dass je nach Ort und/oder Zeit Korrekturdaten aus einer bestimmten Korrekturdatenquelle bevorzugt und als validierte Korrekturdaten bereitgestellt werden. Im Rahmen der Bewertung im Bewertungsalgorithmus können verschiedene Bewertungskriterien herangezogen werden, beispielsweise die Feststellung einer Abweichung von erwarteten Vergleichswerten. Eine Bewertung kann beispielsweise dazu verwendet werden, um zu entscheiden, auf eine bestimmte Korrekturdatenquelle zurück zu greifen.
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Beim Gewichten von Korrekturdaten ist es möglich Korrekturdaten aus verschiedenen Korrekturdatenquellen miteinander zu kombinieren. Ein Gewichtungsfaktor kann beispielsweise nach ähnlichen Kriterien festgelegt werden, wie den Kriterien, die weiter oben im Zusammenhang mit dem Bewertungsalgorithmus beschrieben werden (insbesondere Zeit und/oder Ort als Kriterien.)
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Besonders bevorzugt ist, wenn beim Plausibilisieren, Bewerten und Gewichten von Korrekturdaten auch eine vorhandene Verschlüsselung und/oder Signatur von Korrekturdaten herangezogen wird. Beispielsweise ist es möglich, verschlüsselte und/oder digital signierte Korrekturdaten bevorzugt oder gegebenenfalls auch ausschließlich zur Erzeugung der validierten Korrekturdaten in Schritt c) zu verwenden.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn in Schritt c) zumindest einer der folgenden zusätzlichen Parameter zur Ermittlung von validierten Korrekturdaten verwertet wird:
- - auf der GNSS-Lokalisierungseinrichtung berechnete Ausgabeparameter;
- - Übertragungslatenzparameter der Datenübertragung der Korrekturdaten.
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Die hier beschriebenen zusätzlichen Parameter sind nicht in den Korrekturdaten selbst enthalten. Es handelt sich vielmehr um Daten, die aus anderen Quellen stammen. Berechnete Ausgabeparameter können ganz oder teilweise mit den in Schritt d) ermittelten Navigationsdaten übereinstimmen.
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Übertragungslatenzparameter geben wieder, wenn Probleme bei der Datenübertragung der Korrekturdaten aufgetreten sind bzw. auftreten, die eine Verfälschung der jeweiligen Korrekturdaten bewirken könnte(n) bzw. darauf hinweisen könnte(n), dass Schwierigkeiten bestehen könnten die Korrekturdaten von der Korrekturdatenquelle fehlerfrei an die GNSS-Lokalisierungseinrichtung zu übertragen.
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Hier auch beschrieben werden soll eine GNSS-Lokalisierungseinrichtung , eingerichtet zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf die beschriebene GNSS-Lokalisierungseinrichtung übertragbar.
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Das Verfahren sowie die GNSS Lokalisierungseinrichtung werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine beschriebene GNSS-Lokalisierungseinrichtung .
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1 zeigt die GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2, der Navigationsdaten 1 bereitstellt. Die GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2 empfängt GNSS-Satellitendaten 3 von GNSS-Satelliten 4, um daraus die Navigationsdaten 1 zu bestimmen. Dies geschieht bevorzugt in einem GNSS-Modul 13 der GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2. Dazu verarbeitet die GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2 auch validierte Korrekturdaten 9. Die validierten Korrekturdaten 9 werden aus Korrekturdaten 5, 6 bestimmt, die aus verschiedenen Korrekturdatenquellen 7,8 bestimmt werden. Als Beispiel ist hier eine erste Korrekturdatenquelle 7 zur Bereitstellung von ersten Korrekturdaten 5 und eine zweite Korrekturdatenquelle 8 zur Bereitstellung von zweiten Korrekturdaten 6 gezeigt. Es können weitere Korrekturdatenquellen existieren. Die Korrekturdaten 5,6 werden von den Korrekturdatenquellen 7, 8 bevorzugt in Reaktion auf eine Korrekturdatenanfrage 10 bereitgestellt, welche von der GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2 bereitgestellt wird. Für die Bestimmung der validierten Korrekturdaten 9 und deren Bereitstellung an das GNSS-Modul ist bevorzugt ein Korrekturdatenmodul 12 in der GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2 vorgesehen. Das Korrekturdatenmodul 12 kann von dem GNSS-Modul 13 gegebenenfalls Ausgabeparameter 11 empfangen, die zur Bestimmung der validierten Korrekturdaten 9 verwertet werden. Solche Ausgabeparameter 11 können ggf. auch in Form der Korrekturdatenanfrage 10 an die Korrekturdatenquellen 7, 8 weitergegeben werden. Die an das Korrekturdatenmodul 12 übergebenen Ausgabeparameter 11 können auch Teil der Navigationsdaten 1 sein, die die GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2 bereitstellt. In der 1 sind die einzelnen Verfahrensschritte a), b) und c) den jeweiligen Komponenten der GNSS-Lokalisierungseinrichtung 2 zugeordnet. Schritt a) betrifft den Erhalt der GNSS-Satellitendaten 3. Schritt b) entspricht dem Empfang der Korrekturdaten 5,6 von den Korrekturdatenquellen 7, 8. Der Schritt c) wird im Korrekturdatenmodul 12 ausgeführt. Der Schritt d) wird im GNSS-Modul 13 ausgeführt.
