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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren mindestens eines Hardware-Fehlers in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg eines Lokalisierungssystems.
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Ein Lokalisierungssystem ermittelt die Positionierung eines Objektes basierend auf Funk-Signalen, die durch die Satelliten der Globalen Navigationssatellitensysteme (Abk.: GNSS) gesendet werden. Dabei wird ein GNSS-Signal durch eine GNSS-Antenne empfangen und über einen GNSS-Signal-Übertragungsweg in ein Steuergerät eingegeben. Der sogenannte GNSS-Signal-Übertragungsweg umfasst normalerweise eine Anzahl von elektronischen Bauelementen wie z. B. Steckverbinder, Diplexer, SAW-Filter, Leistungsverteiler, Verstärker usw., welche in Serie miteinander und/oder parallel zueinander elektrisch und datenleitend verbunden sind.
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Wenn ein Hardware-Fehler in dem GNSS-Signal-Übertragungsweg vorliegt, wird die Leistungsfähigkeit und die Funktionalität des Lokalisierungssystems geschwächt. Das ist insbesondere für das autonome Fahren zur Positionierung innerhalb einer sicherheitsrelevanten Abweichungstoleranz von Bedeutung.
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Ein Hardware-Fehler könnte beispielweise ein dauerhafter oder zufälliger Kurzschluss oder Leerlauf zwischen Bauelementen im GNSS-Signal-Übertragungsweg entstehen, welcher durch ein fehlerhaftes Löten verursacht wird. Ein Hardware-Fehler könnte auch beispielweise durch Kurzschlüsse aufgrund von leitfähigen Partikeln in einer Leiterplatte verursacht werden, in der sich der GNSS-Signal-Übertragungsweg zumindest teilweise befindet. Außerdem kann eine fehlerhafte Stromversorgung der GNSS-Antenne ebenfalls zu einem Hardware-Fehler führen.
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Daher wird aus funktionalen Sicherheits- und Qualitätsgründen, insbesondere im Gebiet des autonomen Fahrens, ein echtzeitiges und dauerhaftes Detektieren von Hardware-Fehlern in dem GNSS-Signal-Übertragungsweg als notwendig erachtet.
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Allerdings sind mit den bisherigen bekannten Verfahren solche Hardware-Fehler, insbesondere während des Betriebs des Lokalisierungssystems, sehr aufwändig zu detektieren. Ein Hardware-Fehler kann beispielweise durch einen Testkörper ermittelt werden, der allerdings eventuell zu einer Qualitätsverschlechterung des GNSS-Signals führen könnte.
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Es ist daher darüber nachzudenken, wie die oben beschriebenen Hardware-Fehler ohne Hilfe von einem Testkörper, sondern mit Hilfe von elektronischen Bauelementen, insbesondere von den elektronischen Bauelementen, die bereits in dem GNSS-Signal-Übertragungsweg vorhanden sind, während des Betriebes des Lokalisierungssystems echtzeitig und dauerhaft detektiert werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Hiervon ausgehend wird hier ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Detektieren mindestens eines Hardware-Fehlers in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg eines Lokalisierungssystems beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten an. Die in den Patentansprüchen einzeln genannten Merkmale können beliebig miteinander kombiniert und/oder mit Merkmalen der Beschreibung präzisiert/ausgetauscht werden.
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Hier beschrieben wird ein Verfahren zum Detektieren mindestens eines Hardware-Fehlers in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg eines Lokalisierungssystems, wobei das Lokalisierungssystem zumindest eine GNSS-Antenne und mindestens einen GNSS-Receiver umfasst, wobei die GNSS-Antenne und der mindestens eine GNSS-Receiver zur Bildung eines GNSS-Signal-Übertragungsweges miteinander datenleitend verbunden sind und wobei dem GNSS-Receiver ein programmierbarer Verstärker zugeordnet ist, wobei zwischen dem programmierbaren Verstärker und einem Steuergerät ein Analog-Digital-Umsetzer datenleitend angeordnet ist, umfassend zumindest folgende Schritte:
- a) Empfangen eines Signals durch die GNSS-Antenne;
- b) Regeln des empfangenen Signals durch den dem mindestens einen GNSS-Receiver zugeordneten programmierbaren Verstärker derart, dass das Signal gemäß einem vorgebbaren ersten Referenzwert geregelt wird, umfassend folgende Teilschritte:
- i) Verstärken des Signals bis zum ersten Referenzwert, wenn das Signal kleiner als der erste Referenzwert ist,
- ii) Abschwächen des Signals bis zum ersten Referenzwert, wenn das Signal größer als der erste Referenzwert ist,
- iii) Ausgeben eines vorbestimmten zweiten Referenzwertes, wenn kein Signal vorhanden ist;
- c) Detektieren mindestens eines Hardware-Fehlers in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg des Lokalisierungssystems, wenn der zweite Referenzwert ausgegeben wird.
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Ein Verstärken oder Abschwächen des Signals beschreibt hier insbesondere ein verstärkendes oder abschwächendes Anpassen eines Pegels (Signalpegels) des Signals. Bevorzugt kann das Anpassen des Pegels als eine gleichmäßige Anpassung der Amplituden aller Frequenzanteile des Signals verstanden werden.
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Das beschriebene Verfahren wird insbesondere vorteilhaft als Redundanz in einem autonomen Kraftfahrzeug angewandt, welches mittels eines Lokalisierungssystems positioniert wird.
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Das durch die GNSS-Antenne empfangene Signal kann ein GNSS-Signal und/oder ein Rauschen bzw. ein in einem Rauschen enthaltenes GNSS-Signal sein. Das GNSS-Signal meint hier insbesondere das Signal, das von einem Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) gesendet und eine Hochfrequenz (HF, englisch RF für radio frequency) über 1 GHz aufweist. Im Folgenden wird die Erfindung mittels eines beispielhaften GNSS-Signals beschrieben. Denkbar wäre jedoch auch, dass bereits ein mittels der GNSS-Antenne erfassbares thermisches Rauschen zur Durchführung der Erfindung eingesetzt werden könnte.
Der GNSS-Signal-Übertragungsweg meint hier insbesondere den GNSS-Signal-Übertragungsweg auf einer physikalischen Hardwareebene. Die Signalübertragung von einem Navigationssatellitensystem bis zur GNSS-Antenne wird hier nicht betrachtet.
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Ein einfachster GNSS-Signal-Übertragungsweg umfasst zumindest eine GNSS-Antenne und einen GNSS-Receiver. Somit wird ein GNSS-Signal aus einem Navigationssatellitensystem durch die GNSS-Antenne empfangen und durch den GNSS-Receiver in ein für das Steuergerät geeignetes Signal geregelt bzw. umgewandelt.
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Je nach Komplexität des Lokalisierungssystems ist es üblich, zusätzliche elektronische Bauelemente zur Signalverarbeitung zwischen der GNSS-Antenne und dem GNSS-Receiver vorzusehen.
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Die häufig verwendeten elektronischen Bauelemente sind beispielweise Low Noise Amplifier (Abk.: LNA) zum Verstärken des Signals, Schalter zum Umschalten von verschiedenen GNSS-Signal-Übertragungswegen, Diplexer zur frequenzselektiven Aufsplittung eines Signals für Filteranpassungen, usw.
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Ein GNSS-Receiver umfasst zumindest einen programmierbaren Verstärker (englisch: Programmable Gain Amplifier (PGA)) und einen Analog-Digital-Umsetzer. Somit wird das in den GNSS- Receiver eintretende analoge Signal durch den programmierbaren Verstärker verstärkt, anschließend durch den Analog-Digital-Umsetzer in ein digitales Signal umgewandelt, und anschließend in das Steuergerät eingegeben. Im Steuergerät wird das verarbeitete und digitalisierte GNSS- Signal zur Bewertung und zur Positionierung verwendet.
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Für ein anspruchsvolles Lokalisierungssystem kann ein GNSS-Receiver weitere elektronische Bauelemente zur verbesserten Signalverarbeitung umfassen, die vor dem programmierbaren Verstärker anschließbar sind. Solche Bauelemente sind beispielweise rauscharmer Verstärker (englisch: Low Noise Amplifier (LNA)), Ein GNSS-Signal-Übertragungsweg ist daher im weiteren Sinne der physikalische Hardwareweg ab der GNSS-Antenne bis zum Signalausgang des GNSS-Receivers, umfassend alle elektronischen Bauelemente, die dazwischen eingerichtet sind. Hierbei bedeutet ein Hardware-Fehler insbesondere den Ausfall mindestens eines Bauelementes oder das Auftreten von Kurzschlüssen oder Leerläufen in dem GNSS-Signal-Übertragungsweg, sodass die Signalübertragung während des Betriebes des Lokalisierungssystems abgebrochen wird, oder nur ein sehr schwaches Signal am Eingang des programmierbaren Verstärkers des mindestens einen GNSS-Receivers vorliegt.
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Zum Detektieren eines Hardware-Fehlers wird im Wesentlichen der zum GNSS-Receiver zugeordnete programmierbare Verstärker verwendet. Der sogenannte programmierbare Verstärker (nachfolgend als PGA bezeichnet) kann ein Signal in seinem Pegel durch eine Vorab-Programmierung dergestalt automatisch verstärken, dass das Signal am Ausgang des PGA einen optimalen Pegel aufweist, damit der am PGA angeschlossene Analog-Digital-Umsetzer optimal betrieben werden kann.
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Der PGA in dem GNSS-Receiver hat darüber hinaus eine Rückkopplung zur automatischen Steuerung der Verstärkung, sodass der Pegel des Signals am Ausgang des PGA gegen einen vorgegebenen optimalen Wert konvergieren kann, wenn der Pegel des Signals am Eingang des PGA innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt.
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Mit Hilfe von dem PGA kann ein Hardware-Fehler im GNSS-Signal-Übertragungsweg einfach und effektiv erkannt werden. Denn beim Vorliegen eines Hardware-Fehlers im GNSS-Signal-Übertragungsweg liegt nach dem Empfangen eines GNSS-Signals durch die GNSS-Antenne in Schritt a), kein oder nur ein sehr schwaches Signal am Eingang des PGA vor, dessen Pegel weit unter dem vorgegebenen Toleranzbereich liegt. Diese Eingangssignalanomalität kann durch den PGA erkannt werden. Hierzu muss lediglich ein zweiter Referenzwert als Reaktion auf eine solche Eingangssignalanomalität vorgegeben und dieser als Ausgangssignal dem Steuergerät eingegeben werden, um dem Steuergerät einen Hardware-Fehler zu signalisieren.
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Das GNSS-Signal wird normalerweise nach dem Empfang in Schritt a) und vor der Eingabe in den PGA durch andere elektronische Bauelemente aufgrund der Signalverarbeitung bereits um 20 bis 30 dB verstärkt, daher kann der Toleranzbereich beispielweise zwischen 20 und 30 dB vorgegeben werden. Darüber hinaus beträgt der optimale Pegel des Signals am Ausgang des PGA für den optimalen Betrieb des Analog-Digital-Umsetzers normalerweise ca. 80 dB, welche als erster Referenzwert für das beschriebene Verfahren angewandt werden kann.
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Wenn kein Hardware-Fehler vorliegt, befindet sich der PGA im normalen Betrieb und führt Teilschritt i) oder Teilschritt ii) durch, nämlich wenn der Pegel des Signals am Eingang des PGA kleiner als 80 dB ist, wird der Pegel in Teilschritt i) bis zu 80 dB verstärkt, und wenn der Pegel des Signals am Eingang des PGA größer als 80 dB ist wird der Pegel in Teilschritt ii) bis zu 80 dB abgeschwächt.
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Beim Vorliegen eines Hardware-Fehlers erkennt der PGA, dass an seinem Eingang kein oder nur ein sehr schwaches Signal vorliegt, dessen Pegel weit unter dem Toleranzbereich liegt. So wird der PGA als Reaktion auf diese Eingangssignalanomalie in Teilschritt iii) einen zweiten Referenzwert abgeben. Der zweite Referenzwert ist vorzugsweise größer als der erste Referenzwert.
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Das von dem PGA abgegebene Signal wird über den Analog-Digital-Umsetzer in das Steuergerät zur Positionierung eines Objektes verwertet; somit erkennt das Steuergerät in Schritt c) basierend auf dem von dem PGA ausgegangenen Signal einen Hardware-Fehler, sobald der PGA einen zweiten Referenzwert abgibt.
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Das beschriebene Verfahren verwendet den bereits vorhandenen PGA zum Detektieren von Hardware-Fehlern in dem GNSS-Signal-Übertragungsweg von der GNSS-Antenne bis zum Ausgang des PGA während des Betriebes des Lokalisierungssystems. Dazu muss lediglich ein zweiter Referenzwert vorgegeben werden. Sobald der PGA erfasst, dass der Pegel des Signals weit unter dem Toleranzbereich liegt, wird der PGA den zweiten Referenzwert abgeben, welcher dem Steuergerät einen Hardware-Fehler signalisiert.
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Das beschriebene Verfahren erfordert keine zusätzlichen Testeinrichtungen oder aufwändige Algorithmen. Es ist kostengünstig zu implementieren und geeignet für die Massenproduktion von Lokalisierungssystemen, die durch das beschriebene Verfahren betrieben werden.
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Es ist bevorzugt, wenn in Schritt a) das Signal durch eine aktive GNSS-Antenne empfangen wird.
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Die Satelliten der GNSS-Satellitenkonstellation senden kodierte Funk-Navigationssignale (d. h. GNSS-Signale), die durch einen Empfänger des Lokalisierungssystems unterhalb des Pegels des Wärmerauschens empfangen werden sollen.
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Die GNSS-Signale sind einerseits sehr schwach, anderseits werden sie während ihrer Übertragung über den GNSS-Signal-Übertragungsweg in das Steuergerät aufgrund von Übertragungsverlusten, verursacht durch Koaxialkabel und die nachfolgende Signalverarbeitung nochmals abgeschwächt. Es ist daher vorteilhaft, wenn in Schritt a) das GNSS-Signal durch eine aktive GNSS-Antenne empfangen wird, welche mindestens einen Low Noise Amplifier (Abk.: LNA) umfasst, sodass das GNSS-Signal bereits während des Empfangs unter Berücksichtigung des thermischen Rauschpegels einmal verstärkt werden kann. Es ist bevorzugt, das GNSS-Signal um 20 bis 30 dB zu verstärken. Es ist außerdem bevorzugt, den LNA durch eine Phantomspeisung mit einem Gleichstrom zu versorgen.
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Es ist außerdem bevorzugt, wenn zwischen Schritt a) und Schritt b) das GNSS Signal durch einen Diplexer zur Trennung seiner Frequenz in verschiedene Frequenzbereiche und/oder durch einen Akustischen-Oberflächenwellen-Filter zum Erhalt des GNSS-Signals mit einer gewünschten Frequenz oder mit einem gewünschten Frequenzband vorverarbeitet wird.
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Die Anwendung eines Diplexers ermöglicht, verschiedene GNSS-Signale mit verschiedenen Frequenzbändern durch eine GNSS-Antenne zu empfangen. Denn durch den Diplexer können beispielweise einzelne Frequenzbänder für den GNSS-Receiver in unterschiedliche Frequenzbereiche getrennt werden. So können beim Empfang von Signalen mehrere unterschiedliche Frequenzbereiche abgedeckt werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein Akustischer-Oberflächenwellen-Filter (englisch: Surface Acoustic Wave Filter; Abk.: SAW Filter) hinter dem Diplexer angeschlossen ist, sodass der unerwünschte Frequenzanteil des GNSS-Signals nach der frequenzselektiven Trennung heraus gefiltert werden kann.
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Es ist bevorzugt, wenn der mindestens eine GNSS-Receiver einen ersten GNSS-Receiver und einen zweiten GNSS-Receiver umfasst, welche voneinander getrennt und jeweils mit der GNSS-Antenne verbunden sind, sodass in Schritt b)
das
empfangene GNSS-Signal zumindest teilweise auch durch einen dem zweiten GNSS-Receiver zugeordneten zweiten programmierbaren Verstärker geregelt wird.
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Der erste GNSS-Receiver und der zweite GNSS-Receiver unterscheiden sich hauptsächlich dadurch, dass die beiden GNSS-Receiver parallel zueinander und jeweils in Reihe mit einem eigenen SAW Filter geschaltet sind. Dadurch werden zwei GNSS-Signal-Übertragungswege ausgebildet, die jeweils aus einem gemeinsamen Abschnitt und einem getrennten Abschnitt bestehen. Mit den beiden GNSS-Receivern kann detektiert werden, ob ein Hardware-Fehler im gemeinsamen Abschnitt oder im getrennten Abschnitt eines der beiden GNSS-Receiver liegt. Hierzu ist es irrelevant, ob die beiden GNSS-Receiver die gleiche Architektur aufweisen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der erste GNSS-Receiver und der zweite GNSS-Receiver alle Bauelemente bzw. Verbindungen dazwischen identisch oder zumindest teilweise voneinander unterschiedliche sein können.
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Es ist erwähnenswert, dass der erste und der zweite GNSS-Receiver nicht nur lediglich zum Detektieren von Hardware-Fehlern eingerichtet sind. In der Tat werden Lokalisierungssysteme zur hochgenauen Positionierung, insbesondere für autonomes Fahren, ohnehin mit zwei oder drei oder sogar mehr GNSS-Receivern eingerichtet. Ein solches Lokalisierungssystem umfasst normalerweise auch einen Kalman Filter, welcher basierend auf mindestens zwei Eingangsgrößen (GNSS, INS, Kartendaten etc.) Gewichtungsfaktoren von positionierrelevanten Größen und/oder positionsrelevante Größen (vorausschauend) bestimmt. Hierzu können beispielweise ein GNSS-Signal als eine Eingangsgröße über den ersten GNSS-Receiver und ein GNSS-Korrektursignal als die andere Eingangsgröße über den zweiten GNSS-Receiver von dem Kalman Filter eingelesen werden.
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Es ist bevorzugt, wenn in Schritt c) detektiert wird, dass ein Hardware-Fehler in einem Abschnitt des GNSS-Signal-Übertragungswegs vorliegt, der nur zu dem ersten GNSS-Receiver führt, wenn der zweite Referenzwert ausschließlich von dem ersten GNSS-Receiver ausgegeben wurde.
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Es ist außerdem bevorzugt, wenn in Schritt c) detektiert wird, dass ein Hardware-Fehler in einem Abschnitt des GNSS-Signal-Übertragungswegs vorliegt, der nur zu dem zweiten GNSS-Receiver führt, wenn der zweite Referenzwert ausschließlich von dem zweiten GNSS-Receiver ausgegeben wurde.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn in Schritt c) detektiert wird, dass ein Hardware-Fehler in einem gemeinsamen Abschnitt des GNSS-Signal-Übertragungswegs vorliegt, wenn der zweite Referenzwert jeweils von dem ersten und dem zweiten GNSS-Receiver ausgegeben wurde.
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Wie weiter oben beschrieben, gelangt ein GNSS-Signal von der GNSS-Antenne über den programmierbaren Verstärker eines GNSS-Receivers ins Steuergerät. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Anzahl der GNSS-Signal-Übertragungswege von der Anzahl der GNSS-Receiver, insbesondere von der Anzahl des programmierbaren Verstärkers abhängt.
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Wenn beispielsweise ein erster GNSS-Receiver und ein zweiter GNSS-Receiver vor dem Steuergerät angeschlossen sind, und wenn die beiden GNSS-Receiver jeweils nur einen programmierbaren Verstärker umfassen, entstehen insgesamt zwei GNSS-Signal-Übertragungswege, nämlich ein GNSS-Signal-Übertragungsweg von der GNSS-Antenne über den programmierbaren Verstärker des ersten GNSS-Receivers bis zum Steuergerät und ein anderer GNSS-Signal-Übertragungsweg von der GNSS-Antenne über den programmierbaren Verstärker des zweiten GNSS-Receivers bis zum Steuergerät.
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Die jeweiligen GNSS-Signal-Übertragungswege können aus einem gemeinsamen Abschnitt und einem voneinander getrennten Abschnitt bestehen. Hierbei kann beispielsweise ein GNSS-Signal nach dem Empfang von der GNSS-Antenne zuerst durch den Diplexer in unterschiedliche Frequenzbereiche, z. B. in einen ersten Frequenzbereich und in einen zweiten Frequenzbereich, getrennt werden, wobei der erste und der zweite Frequenzbereich voneinander unterschiedlich sind, sodass der GNSS-Signalanteil mit dem ersten Frequenzbereich über einen SAW Filter und anschließend über den ersten GNSS-Receiver ins Steuergerät gelangt, und/oder der GNSS-Signalanteil nach dem Diplexer mit dem zweiten Frequenzbereich über einen anderen SAW Filter und den zweiten GNSS-Receiver ebenfalls ins Steuergerät gelangt. Hierzu wird der gemeinsame Abschnitt von der GNSS-Antenne bis zum Ausgang des Diplexers gebildet. Die jeweiligen getrennten Abschnitte werden vom Ausgang des Diplexers über den, den jeweiligen Abschnitten zugeordneten, GNSS-Receiver bis zum Steuergerät gebildet.
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Es kann somit ermittelt werden, in welchem Abschnitt der beiden GNSS-Signal-Übertragungswege mindestens ein Hardware-Fehler vorliegt, je nachdem, von welchem GNSS-Receiver ein zweiter Referenzwert ausgegeben wird. Es zeigen einen Hardware-Fehler beispielsweise:
- - im gemeinsamen Abschnitt, wenn die beiden GNSS jeweils einen zweiten Referenzwert abgeben, und
- - in einem getrennten Abschnitt, wenn der diesem getrennten Abschnitt zugeordnete GNSS-Receiver einen zweiten Referenzwert abgibt und der andere GNSS-Receiver keinen zweiten Referenzwert abgibt.
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Das Vorstehende ist nur ein einfaches Beispiel. In der Tat weist ein hochpräzises Navigationssystem normalerweise m (z. B. m=3) GNSS-Receiver auf. Jeder GNSS-Receiver weist darüber hinaus n (z. B. n=2) Signalkanäle auf. Das bedeutet, dass es insgesamt m×n (z. B. 3×2=6) GNSS-Signal-Übertragungswege geben kann.
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Je mehr GNSS-Signal-Übertragungswege es gibt, desto genauer kann mit dem beschriebenen Verfahren ermittelt werden, in welchem Abschnitt ein Hardware-Fehler vorliegt.
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Es ist bevorzugt, wenn ein Computerprogramm zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens angewandt wird. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm(-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programmes durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
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Es ist insbesondere bevorzugt, wenn ein maschinenlesbares Speichermedium angewandt wird, auf dem das hier vorgeschlagene Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
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Es ist außerdem bevorzugt, wenn das Lokalisierungssystem für ein Fahrzeug, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
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Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigt schematisch:
- 1 einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens zum Detektieren mindestens eines Hardware-Fehlers in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg eines Lokalisierungssystems bei einem regulären Betriebsablaufs.
- 2 beispielhafte GNSS-Signal-Übertragungswege, und
- 3 einen beispielhaften GNSS-Receiver.
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1 zeigt schematisch einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens zum Detektieren mindestens eines Hardware-Fehlers in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg eines Lokalisierungssystems bei einem regulären Betriebsablauf. Die dargestellte Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b) und c) mit den Blöcken 110, 120, 130 ist lediglich beispielhaft. Im Block 110 erfolgt ein Empfangen eines GNSS-Signals durch die GNSS-Antenne 1. Im Block 120 erfolgt ein Regeln des empfangenen GNSS-Signals durch den dem mindestens einen GNSS-Receiver 61,62,7, zugeordneten programmierbaren Verstärker gemäß einem vorgebbarem ersten Referenzwert derart, dass in dem Fall, wenn der Pegel des GNSS-Signals kleiner als der erste Referenzwert ist, der Pegel des GNSS-Signals bis zum ersten Referenzwert verstärkt wird; und wenn der Pegel des GNSS-Signals größer als der erste Referenzwert ist, der Pegel des GNSS-Signals bis zum ersten Referenzwert abgeschwächt wird; und wenn kein GNSS-Signal vorhanden ist, ein vorbestimmter zweiter Referenzwert abgegeben wird. Im Block 130 erfolgt ein Detektieren mindestens eines Hardware-Fehlers in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg des Lokalisierungssystems, wenn der zweite Referenzwert abgegeben wird.
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Insbesondere kann der Verfahrensschritt b) von mehreren GNSS-Receivern 61,62,7, zumindest teilweise parallel oder zeitgleich ablaufen.
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2 und 3 zeigen schematisch und beispielhaft GNNS-Signal-Übertragungswege in Bezug auf elektronische Bauelemente und deren Verbindungen. Im Folgenden wird das beschriebene Verfahren in Bezug auf 2 und 3 und anhand der elektronischen Bauelemente näher erläutert.
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2 zeigt schematisch drei GNSS-Signal-Übertragungswegen, nämlich:
- - Erster GNSS-Signal-Übertragungsweg, gebildet von der GNSS-Antenne 1, dem Diplexer 3, dem SAW Filter 41, dem Leistungsteiler 5, dem ersten GNSS-Receiver 61 und dem Steuergerät 8,
- - Zweiter GNSS-Signal-Übertragungsweg, gebildet von der GNSS-Antenne 1, dem Diplexer 3, dem SAW Filter 41, dem Leistungsteiler 5, dem ersten GNSS-Receiver 62 und dem Steuergerät 8, und
- - Dritter GNSS-Signal-Übertragungsweg, gebildet von der GNSS-Antenne 1, dem Diplexer 3, dem SAW Filter 42, dem zweiten GNSS-Receiver 7 und dem Steuergerät 8.
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Ein GNSS-Signal kann über jeweils einen der drei GNSS-Signal-Übertragungswege oder gleichzeitig über alle drei GNSS-Signal-Übertragungswege von der GNSS-Antenne 1 in das Steuergerät 8 gelangen.
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Hierbei kann ein GNSS-Signal beispielweise nach dem Empfang von der GNSS-Antenne 1 zuerst durch den Diplexer 3 in unterschiedliche Frequenzbereiche, z. B. in einen ersten Frequenzbereich und in einen zweiten Frequenzbereich, getrennt werden, wobei der erste und der zweite Frequenzbereich voneinander unterschiedlich sind, sodass der GNSS-Signalanteil mit dem ersten Frequenzbereich über den SAW Filter 41 und anschließend über den ersten GNSS-Receiver 61 ins Steuergerät 8 gelangen und/oder nach dem SAW Filter 41 über einen zusätzlichen Leistungsteiler 5 und dann über den ersten GNSS-Receiver 62 ins Steuergerät 8 gelangen kann, und/oder der GNSS-Signalanteil nach dem Diplexer 3 mit dem zweiten Frequenzbereich über den SAW Filter 42 und den zweiten GNSS-Receiver 7 ins Steuergerät 8 gelangen kann. In diesem Fall kann ein GNSS-Signal zeitgleich maximal über drei GNSS-Signal-Übertragungswege ins Steuergerät 8 gelangen. Das ist besonders vorteilhaft für die nachfolgende hochgenaue Positionierung mit Hilfe von einem Kalman Filter im Steuergerät 8. Dabei dient die Phantomspeisung 2 zur Stromversorgung für die GNSS-Antenne 1.
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3 zeigt schematisch und beispielhaft einen bekannten GNSS-Receiver 61, 62, 7, der mindestens einen Signalkanal umfasst, bestehend aus dem Abschnitt A 9 zur Signalverarbeitung und dem Abschnitt B 10 zum Umwandeln des vom Abschnitt A 9 kommenden analogen Signal in das digitale Signal. Hierbei kann der Abschnitt A 9 je nach Architektur beispielsweise einen rauscharmen Verstärker (LAN) 11 und/oder einen Hochfrequenzleistungsverstärker (RFA) 12 und /oder einen Mischer 13 und/oder ein Kalibrierungsmodul 14 und/oder einen rekonfigurierbaren Filter 15 umfassen. Hierbei kann der Abschnitt B 10 einen programmierbaren Verstärker (PGA) 16 und einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 17 umfassen.
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Im Abschnitt B 10 verstärkt der programmierbare Verstärker 16 das im Abschnitt A 9 verarbeitete Signal so, dass der Analog-Digital-Umsetzer 17 im Optimum betrieben wird, wenn kein Hardware-Fehler vorliegt. In diesem Fall beträgt die Gesamtverstärkung in dem GNSS-Receiver 61, 62, 7 ca. 80 dB. Wohingegen, wenn ein sehr schwaches Signal mit dem Pegel bis zu Null am Eingang des programmierbaren Verstärker 16 vorliegt, verstärkt der programmierbare Verstärker 16 bis zum maximalen Wert, der als zweiter Referenzwert vorprogrammierbar ist. Dabei wird der verstärkte Wert an das Steuergerät 8 (nicht in 3 gezeigt) weitergeleitet. Das Steuergerät 8 bewertet diesen Wert und trifft die Entscheidung, ob ein Hardware-Fehler vorliegt.
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Es kann weiter ermittelt werden, in welchem Abschnitt der verschiedenen GNSS-Signal-Übertragungswege mindestens ein Hardware-Fehler vorliegt, je nachdem, von welchem GNSS-Receiver 61, 62, 7 der zweite Referenzwert ausgegeben wird. Es zeigen einen Hardware-Fehler beispielsweise:
- - im ersten GNSS-Receiver 61, wenn der erste GNSS-Receiver 61 einen zweiten Referenzwert ausgibt und der erste GNSS-Receiver 62 und der zweite GNSS-Receiver 7 keinen zweiten Referenzwert ausgeben,
- - im ersten GNSS-Receiver 62, wenn der erste GNSS-Receiver 62 einen zweiten Referenzwert ausgibt und der erste GNSS-Receiver 61 und der zweite GNSS-Receiver 7 keinen zweiten Referenzwert ausgeben,
- - zwischen dem Ausgang des Diplexers 3 und dem Eingang des programmierbaren Verstärkers 16 des zweiten GNSS-Receivers 7, wenn der zweite GNSS-Receiver 7 einen zweiten Referenzwert ausgibt und die beiden ersten GNSS-Receiver 61, 62 keinen zweiten Referenzwert ausgeben, und
- - zwischen der GNSS-Antenne 1 und dem Diplexer 3, wenn alle GNSS-Receiver 7, 61, 62 jeweils einen zweiten Referenzwert ausgeben.
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Wie oben beschrieben ermöglicht die hier vorgestellte Lösung basierend auf den bereits eingebauten Bauelementen eines Lokalisierungssystems, insbesondere ohne Hinzufügung bzw. Ergänzung von zusätzlichen Bauelementen, mindestens einen Hardware-Fehler in mindestens einem GNSS-Signal-Übertragungsweg während des Betriebes des Lokalisierungssystems echtzeitig und dauerhaft zu detektieren. Hierzu genügt es, lediglich einen zweiten Referenzwert vorzugeben und den programmierbaren Verstärker der jeweiligen GNSS-Receiver als Reaktion auf eine Eingangssignalanomalie zum Ausgeben des zweiten Referenzwertes zu programmieren. Hierbei ist es darüber hinaus nicht mehr erforderlich, Hardware-Fehler mit Hilfe eines Kalman Filters indirekt zu erkennen, wodurch der damit verbundene Rechnungsaufwand gespart wird. Mit dem beschriebenen Verfahren können Hardware-Fehler einfach, effektiv und kostengünstig detektiert werden.
