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Die vorliegende Erfindung betrifft die genaue Positionierung mittels eines satellitengestützten Navigationssystems. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bestimmung eines Korrektursignals zur verbesserten Positionsbestimmung eines Empfängers.
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Zur Bestimmung einer geografischen Position sind verschiedene satellitengestützte Navigationssysteme verfügbar, beispielsweise Galileo, GPS, GLONASS oder Beidou. Jedes dieser Systeme umfasst mehrere Satelliten, die die Erde auf vorbestimmten Bahnen umkreisen. Jeder Satellit sendet Navigationssignale aus, die von einem Empfänger auf der Erde empfangen werden können. Dabei umfassen die übermittelten Signale die genaue Zeit beim Aussenden des Signals und eine Beschreibung der genauen Umlaufbahn des Satelliten um die Erde. Ein Empfänger kann daraus die Position des Satelliten und die Laufzeit des Signals bis zum Empfangen bestimmen. Aus der Laufzeit kann die Entfernung zum Satelliten bestimmt werden. Auf der Basis mehrere Messungen bezüglich mehrerer Satelliten kann der Empfänger so seine geografische Position bestimmen.
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Die Radiosignale des Satelliten sind jedoch gewissen Störungen und Fehlerquellen ausgesetzt. Beispielsweise kann die Ausbreitung des Radiosignals aufgrund von iononsphärischen oder troposphärischen Einflüssen verändert sein. Die Bahndaten des Satelliten können ungenau sein und der Empfänger kann eine Überlagerung von direkt empfangenen und reflektierten Signalen (Multipath) bestimmen. Außerdem kann das Satellitensignal einer künstlichen Ungenauigkeit (SA) unterworfen sein. Eine zwischen dem Empfänger und dem Satelliten bestimmte Entfernung kann daher verfälscht sein und in der Folge kann eine bestimmte geografische Position ungenau sein oder von der tatsächlichen Position abweichen.
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Um ein Fahrzeug automatisiert oder autonom zu steuern, ist die Kenntnis seiner genauen geografischen Position erforderlich. Zwar ist die Positionsbestimmung mittels eines Satellitensystems sehr zuverlässig, aber nicht immer genau genug. Um die Genauigkeit zu steigern kann ein fest installierter Empfänger verwendet werden, dessen geografische Position bekannt ist. Bezüglich empfangener Satellitensignale kann der Empfänger zusätzlich zum gemessenen Abstand einen geometrischen Abstand bestimmen. Eine Differenz dieser Abstände kann bestimmt und an einen mobilen Empfänger übermittelt werden. Der mobile Empfänger kann die Signale derselben Satelliten empfangen und seine Entfernung zu den Satelliten auf der Basis der empfangenen Korrekturen richtigstellen. So kann die Genauigkeit seiner bestimmten Position signifikant verbessert werden.
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Allerdings sind die Korrekturen nur in relativer Nähe zum festinstallierten Empfänger gültig. Je weiter der mobile Empfänger vom festen entfernt ist, desto unterschiedlicher können Fehlereinflüsse auf die jeweils empfangenen Radiosignale sein, sodass bereitgestellte Korrekturen weniger hilfreich sind. Zur verbesserten Positionierung eines Fahrzeugs wurde vorgeschlagen, ein Netzwerk einer Vielzahl festinstallierter Empfänger zu betreiben und Korrekturen für Orte zwischen den Empfängern zu interpolieren. Das Betreiben eines solchen Netzwerks ist jedoch aufwendig und dementsprechend teuer.
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Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher in der Angabe einer verbesserten Technik zur genauen Positionsbestimmung mittels eine satellitengestützten Navigationssystems. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Verfahren zum Bestimmen einer Korrektur für ein Radiosignal eines Navigationssatelliten Schritte des Abtastens eines Umfelds eines ersten Fahrzeugs mittels eines Sensors; des Bestimmens einer geografischen Position des ersten Fahrzeugs auf der Basis der Abtastung; des Empfangens des Radiosignals des Navigationssatelliten an Bord des ersten Fahrzeugs; des Bestimmens einer geografischen Position des Navigationssatelliten auf der Basis des Radiosignals; des Bestimmens einer ersten Entfernung zwischen dem ersten Fahrzeug und dem Navigationssatelliten auf der Basis des Radiosignals; des Bestimmens einer zweiten Entfernung zwischen dem ersten Fahrzeug und dem Navigationssatelliten auf der Basis der bestimmten Positionen des ersten Fahrzeugs und des Navigationssatelliten; und des Bestimmens der Korrektur auf der Basis einer Differenz der Entfernungen.
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Es wurde erkannt, dass das erste Fahrzeug seine geografische Position mit hoher Genauigkeit auch ohne Verbindung des satellitengestützten Navigationssystems bestimmen kann. Diese genaue Positionierung kann an vorbestimmten Orten beziehungsweise in vorbestimmten Fahrzuständen erreicht werden. Außerdem ist es möglich, die Genauigkeit einer bestimmten Position zumindest abzuschätzen. Die Korrektur kann nur bereitgestellt werden, wenn die Position ausreichend genau bestimmt werden konnte.
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Zur Bestimmung der eigenen Position kann das erste Fahrzeug eine Vielzahl Sensoren verwenden, die an einem modernen Fahrzeug bereits verbaut sein können. Eine bestimmte Korrektur kann unmittelbar in einem Bereich des ersten Fahrzeugs bereitgestellt werden. Ein weiterer Empfänger im Bereich des ersten Fahrzeugs kann die Korrektur empfangen und auswerten, um seine eigene Position mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Der andere Empfänger kann sich insbesondere an Bord eines zweiten Fahrzeugs befinden.
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Es ist weiter bevorzugt, dass auf der Basis der Abtastung des Sensors an Bord des ersten Fahrzeugs ein Objekt bestimmt wird und eine geografische Position des Objekts bezüglich Kartendaten bestimmt wird. Das Objekt im Umfeld des ersten Fahrzeugs kann insbesondere eine Landmarke oder einen Point of Interest umfassen. Mitgeführte oder empfangene Kartendaten können geografische Positionen einer Vielzahl Objekte im Umfeld des ersten Fahrzeugs betreffen. Die geografische Position des ersten Fahrzeugs kann bezüglich bestimmter geografischer Positionen mehrerer Objekte in dessen Umfeld genau bestimmt werden. Diese Vorgehensweise kann auch SLAM (simultaneous localization and mapping) genannt werden.
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In einer ersten Variante wird die Position des ersten Fahrzeugs im Stillstand bestimmt. Beispielsweise kann das erste Fahrzeug ein kommerzielles Fahrzeug umfassen, das sich auf einer vorbestimmten Route zwischen vorbestimmten Haltepunkten bewegt. Das erste Fahrzeug kann beispielsweise einen Omnibus umfassen und der Haltepunkt kann eine Haltestelle betreffen. Die genaue Position des ersten Fahrzeugs an der Haltestelle kann beispielsweise bezüglich einer in diesem Bereich angebrachten Marke genau bestimmt werden. Alternativ kann der Sensor auch ein Strukturelement im Bereich des Haltepunkts erfassen. Beispielsweise kann der Sensor einen Ultraschallsensor umfassen und eine laterale Position des ersten Fahrzeugs bezüglich einer Bordsteinkante bestimmen. Eine longitudinale Position kann mittels eines weiteren Ultraschallsensors oder eines anderen Sensors bestimmt werden.
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In einer zweiten Variante kann die Position des ersten Fahrzeugs während der Fahrt bestimmt werden. Dazu kann bestimmt werden, dass die geografische Position des Fahrzeugs mit einer ausreichend hohen Genauigkeit bestimmt werden kann. Dies kann beispielsweise bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden, ebenen Strecke mit regelmäßigen, gut kartographierten Landmarken der Fall sein. Beispielsweise kann das erste Fahrzeug auf einer Autobahn fahren und die Landmarken können eine Fahrspurmarkierung, eine Serie von Magnetnägeln, Hinweisschilder, oder Verkehrsschilder umfassen. Außerdem kann bestimmt werden, bezüglich welcher Satelliten gute Korrekturen bereitgestellt werden können. Je höher ein Satellit über dem Horizont erscheint und je niedriger Objekte im Umfeld des ersten Fahrzeugs sind, an denen Satellitensignale reflektiert werden könnten, desto besser kann die bestimmbare Korrektur bezüglich dieses Satelliten sein. So kann verhindert werden, dass Korrekturen bereitgestellt werden, die keine oder gar eine negative Verbesserung einer Positioniergenauigkeit bewirken.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Sensor insbesondere eines von einer Kamera, einem Radarsensor, einem LIDAR-Sensor einem Ultraschallsensor, einem Inertialsensor, einem Drehzahlsensor oder einem Magnetfeldsensor umfassen. Bevorzugt werden verschiedene Sensoren an Bord des ersten Fahrzeugs verwendet, um dessen Position zu bestimmen. Man spricht dabei auch von der Fusion von Sensorsignalen. Der Magnetfeldsensor kann an einem Rad des Fahrzeugs angebracht und dazu eingerichtet sein, eine Fahrstrecke des ersten Fahrzeugs zu bestimmen. Der Magnetfeldsensor kann eine Ausrichtung (Pose) des ersten Fahrzeugs bezüglich des Erdmagnetfelds bestimmen. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Magnetfeldsensor dazu eingerichtet, ein vorbestimmtes magnetisches Objekt oder eine Serie solcher Objekte entlang einer befahrenen Strecke zu erfassen. Derartige Objekte können beispielsweise als magnetische Nägel in einer Fahrbahn einer Fahrstraße eingelassen sein.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Position des ersten Fahrzeugs zusätzlich auf der Basis des empfangenen Radiosignals bestimmt wird. Beispielsweise kann eine relativ grobe Bestimmung der geografischen Position des ersten Fahrzeugs bezüglich der Radiosignale erfolgen, und eine wesentlich genauere bezüglich Signalen des einen oder der mehreren Sensoren.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor zur Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs außerhalb des ersten Fahrzeugs angebracht sein. Insbesondere kann der Sensor ortsfest an einer vorbestimmten geografischen Position verankert sein. So kann die Position des ersten Fahrzeugs beispielsweise von einer Verkehrsbrücke aus, an einer Haltestelle oder einer Tunneldurchfahrt genau und ökonomisch bestimmt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Vorrichtung an Bord eines ersten Fahrzeugs zur Bestimmung einer Korrektur für ein Radiosignal eines Navigationssatelliten einen Sensor zur Abtastung des Umfelds des ersten Fahrzeugs; einen Empfänger für das Radiosignal des Navigationssatelliten; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine geografische Position des ersten Fahrzeugs auf der Basis der Abtastung zu bestimmen; eine geografische Position des Navigationssatelliten auf der Basis des Radiosignals zu bestimmen; eine erste Entfernung zwischen dem ersten Fahrzeug und dem Navigationssatelliten auf der Basis des Radiosignals zu bestimmen; eine zweite Entfernung zwischen dem ersten Fahrzeug und dem Navigationssatelliten auf der Basis der bestimmten Positionen des ersten Fahrzeugs und des Navigationssatelliten zu bestimmen; und die Korrektur auf der Basis einer Differenz der Entfernung zu bestimmen. Außerdem umfasst die erste Vorrichtung bevorzugt eine drahtlose Kommunikationseinrichtung zur Bereitstellung der bestimmten Korrektur.
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Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, ein hierin beschriebenes erstes Verfahren teilweise oder vollständig auszuführen.
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Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen. Das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des ersten Verfahrens können auf die erste Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Fahrzeug eine hierin beschriebene erste Vorrichtung.
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Nach wieder einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes System ein hierin beschriebenes erstes Fahrzeug und ein zweites Fahrzeug, die mittels drahtloser Kommunikationseinrichtungen miteinander verbunden sind. Dabei umfasst das zweite Fahrzeug weiterhin einen Empfänger für ein Radiosignal eines Navigationssatelliten und eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, eine Entfernung zwischen dem zweiten Fahrzeug und dem Navigationssatelliten auf der Basis des empfangenen Radiosignals zu bestimmen; die Entfernung bezüglich einer vom ersten Fahrzeug empfangenen Korrektur zu verändern und eine geografische Position des zweiten Fahrzeugs bezüglich der veränderten Entfernung zu bestimmen.
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Das erste System kann eine verbesserte Positionierung des zweiten Fahrzeugs auf der Basis von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (car-to-car communication, C2C) zu ermöglichen.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, das erste Verfahren mittels einer Vielzahl erster Fahrzeuge auszuführen, um eine Vielzahl Korrekturen zu bestimmen, und aus diesen Korrekturen spezifische Korrekturen für das zweite Fahrzeug zu bestimmen.
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Gemäß wieder eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst ein zweites Verfahren zum Bestimmen einer Korrektur für ein Radiosignal eines Navigationssatelliten, das innerhalb eines vorbestimmten Bereichs empfangen wurde, Schritte des Empfangens von Korrekturen und jeweils zugeordneten geografischen Positionen von mehreren ersten Fahrzeugen innerhalb des Bereichs; und des Bestimmens einer Korrektur für das empfangene Radiosignal auf der Basis der empfangenen Korrekturen.
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Zum Bestimmen der Korrektur können zusätzlich weitere Informationen verwendet werden, beispielsweise Korrekturen eines oder mehrerer festaufgestellter Empfänger. Erfindungsgemäß wird eine Korrektur für das empfangene Radiosignal bezüglich einer ungefähren Position des Empfängers bestimmt. Dazu kann eine geometrische Interpolation zwischen Korrekturen nahegelegener Empfangsorte von ersten Fahrzeugen erfolgen. Weiter bevorzugt können Zeitpunkte berücksichtigt werden, zu denen die Satellitensignale an den verschiedenen Positionen empfangen wurden. Bezüglich dieser Zeitpunkte kann auch eine zeitliche Interpolation der bestimmten Korrektur erfolgen.
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Das zweite Verfahren kann insbesondere zur genauen Positionierung des zweiten Fahrzeugs verwendet werden. In einer ersten Variante kann das zweite Fahrzeug seine Position zumindest ungefähr bestimmen und Korrekturen bezüglich empfangener Satellitensignale können für diese Position spezifisch bestimmt werden. In einer zweiten Variante können Korrekturen für vorbestimmte Orte bestimmt werden und an Bord des zweiten Fahrzeugs können passende Korrekturen ausgewählt oder auf der Basis ähnlicher Korrekturen bestimmt werden. Insbesondere kann eine räumliche und/oder zeitliche Interpolation zwischen Korrekturen auch an Bord des zweiten Fahrzeugs erfolgen.
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Das zweite Verfahren kann insbesondere von einer zentralen Stelle ausgeführt werden, die Korrekturen mehrerer erster Fahrzeuge sammelt und auswertet, um sie im zweiten Fahrzeug bereitzustellen.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst eine zweite Vorrichtung zur Bereitstellung einer Korrektur für ein empfangenes Radiosignal eines Navigationssatelliten eine drahtlose Kommunikationseinrichtung zum Empfangen von Korrekturen und jeweils zugeordneten geografischen Positionen von verschiedenen ersten Fahrzeugen, wobei die Positionen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Korrektur für Radiosignale des Navigationssatelliten, die innerhalb des Bereichs empfangen wurden, auf der Basis der empfangenen Korrekturen zu bestimmen.
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Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, ein hierin beschriebenes zweites Verfahren auszuführen. Merkmale oder Vorteile des zweiten Verfahrens können auf die zweite Vorrichtung übertragen werden.
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Gemäß noch eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst ein zweites System eine Vielzahl hierin beschriebener erster Fahrzeuge sowie eine hierin beschriebene Vorrichtung.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein satellitengestütztes Navigationssystem;
- 2 ein System;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines zweiten und eines Verfahrens
darstellt.
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1 zeigt ein satellitengestütztes Navigationssystem 100. Das Navigationssystem 100 umfasst einen ersten Navigationssatelliten 105 auf einer ersten Bahn 110 und einen zweiter Navigationssatelliten 115 auf einer zweiten Bahn 120 um die Erde 130. Auf der Erde 130 sind ein erster Empfänger 135 und ein zweiter Empfänger 140 dargestellt. Der erste Empfänger 135 ist fest gegenüber der Erde 130 und seine geografische Position ist bekannt. Der zweite Empfänger 140 ist bevorzugt mobil und befindet sich innerhalb eines vorbestimmten Abstands zum ersten Empfänger 135. Die Navigationssatelliten 105,115 senden jeweils Radiosignale aus, die von den Empfängern 135, 140 empfangen werden. Die Radiosignale umfassen eine Navigationsnachricht, die jeweils eine genaue Beschreibung der Bahnen 110, 120 sowie einen Sendezeitpunkt der Informationen umfassen. Ein Empfänger 135, 140 kann auf der Basis der Sendezeit und der Bahnbeschreibung eine Position des Satelliten 105, 115 genau bestimmen. Positionen der Navigationssatelliten 105, 115 und Positionen der Empfänger 135, 140 sind auf ein gemeinsames, erdfestes Geoid bezogen, beispielsweise WGS-84.
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Ein Empfänger 135, 140 kann seine eigene geografische Position bezüglich Positionen der Navigationssatelliten 105, 115 bestimmen, in dem er Abstände zu deren Positionen bestimmt. Dazu kann eine Ausbreitungsdauer eines Radiosignals bestimmt und mit seiner Ausbreitungsgeschwindigkeit multipliziert werden. In einer anderen Variante kann die Entfernung bezüglich einer Anzahl Wellenlängen der verwendeten Radiofrequenz bestimmt werden, die zwischen dem Navigationssatelliten 105, 115 und dem Empfänger 135, 140 liegen. Diese Bestimmung erfordert ein mathematisches Verfahren zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten.
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Die Radiosignale sind bei ihrer Ausbreitung von den Navigationssatelliten 105, 115 zu den Empfängern 135, 140 einem unbekannten Einfluss 145 unterworfen, der die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Radiosignals verändern kann. Der Einfluss 145 kann beispielsweise in der Ionosphäre oder der Troposphäre der Erde 130 auftreten. Zur Bestimmung der genauen Position des zweiten Empfängers 140 kann eine Technik verwendet werden, die als Differential GPS (DGPS) bekannt ist. Dazu werden Abstände des ersten Empfängers 135 zu den Navigationssatelliten 105, 115 bezüglich der jeweils empfangenen Radiosignale bestimmt. Außerdem werden die Entfernungen bezüglich der Positionen der Navigationssatelliten 105, 115 und des ersten Empfängers 135 bestimmt. Eine Abweichung zwischen dem auf Basis des Radiosignals bestimmten und des geometrischen Abstands kann als Korrektur für das Radiosignal des jeweiligen Satelliten 105, 115 bestimmt werden. Eine Korrektur kann an dem zweiten Empfänger übermittelt werden, der die Korrektur auf eine Entfernung anwenden kann, die er zu einem Navigationssatelliten 105,115 bezüglich dessen Radiosignals bestimmt hat. Auf der Basis korrigierter Entfernungen kann der zweite Empfänger 140 seine geografische Position dann genau bestimmen.
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Dieses Verfahren erfordert jedoch, dass Fehlereinflüsse auf die bezüglich der Radiosignale bestimmten Entfernungen für den ersten Empfänger 135 und den zweiten Empfänger 140 im Wesentlichen gleich sind. Die erfolgreiche Anwendung von Korrekturen seitens des zweiten Empfängers 140 erfordern daher eine vorbestimmte räumliche Nähe zum ersten Empfänger 135 und die Verwendung von Korrekturen, die bezüglich eines Zeitpunkts bestimmt sind, der möglichst nahe am Zeitpunkt des Empfangens von Radiosignalen am zweiten Empfänger 140 liegt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, den ersten Empfänger 135 an Bord eines weiteren Fahrzeugs anzuordnen. Die Position des ersten Fahrzeugs kann mittels bordeigener oder bordfremder Sensoren auch ohne Verwendung des Navigationssystems 100 genau bestimmt werden.
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2 zeigt ein System 200 mit einem ersten Fahrzeug 205, einem zweiten Fahrzeug 210 und einer zentralen Stelle 215. Die Fahrzeuge 205, 210 befinden sich nach Art des Systems 100 von 1 in einem vorbestimmten Bereich. Die zentrale Stelle 215 kann sich an einem beliebigen Ort befinden.
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An Bord des ersten Fahrzeugs 205 ist eine erste Vorrichtung 220 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, eine geografische Position des ersten Fahrzeugs 205 zu bestimmen. Dazu umfasst die erste Vorrichtung 220 eine erste Verarbeitungseinrichtung 225, einen ersten Empfänger 230 für Signale von Navigationssatelliten 105, 115, eine erste drahtlose Kommunikationseinrichtung 235 und wenigstens einen Sensor 240. Der Sensor 240 ist dazu eingerichtet, ein Signal bereitzustellen, um die Position des ersten Fahrzeugs 205 zu bestimmen. Rein beispielhaft sind an Bord des ersten Fahrzeugs 205 verschiedene Sensoren 240 dargestellt. Ein erster Sensor 240.1 umfasst eine Kamera, einen Radar-Sensor oder einen LIDAR-Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein Umfeld des ersten Fahrzeugs abzutasten, dabei kann ein Objekt erkannt werden, dessen Position bezüglich Kartendaten in einem Kartenspeicher 245 bestimmt werden kann, so dass die Position des ersten Fahrzeugs 205 bezüglich Positionen mehrerer solcher Objekte bestimmt werden kann.
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Ein zweiter beispielhafter Sensor 240.2 umfasst einen Drehzahlsensor, der dazu eingerichtet ist, eine Drehbewegung eines Rads des ersten Fahrzeugs 205 zu erfassen. Ein beispielhafter dritter Sensor 240.3 umfasst einen Magnetfeldsensor, der dazu eingerichtet sein kann, eine magnetische Markierung, die insbesondere auf einer Fahrbahn für das erste Fahrzeug 205 angebracht sein kann, zu erfassen. Ein vierter beispielhafter Sensor 240.4 umfasst eine Inertialplattform, die dazu eingerichtet ist, eine translatorische und/oder rotatorische Beschleunigung des ersten Fahrzeugs 205 zu bestimmen. Es können auch noch andere, oder zusätzliche Sensoren 240 zur absoluten oder relativen Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs 205 verwendet werden, beispielsweise ein Sensor für einen Lenkwinkel.
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Ein fünfter beispielhafter Sensor 240.5 ist außerhalb des ersten Fahrzeugs 205 angebracht und kann beispielsweise eine Kamera, einen Ultraschallsensor oder einen kapazitiven Sensor umfassen. Der fünfte Sensor 240.5 ist bevorzugt drahtlos kommunikativ mit der ersten Vorrichtung 220 verbunden. Beispielsweise kann der fünfte Sensor 240.5 die Anwesenheit des ersten Fahrzeugs 205 an einem vorbestimmten Ort, etwa einem Haltepunkt oder einem Zwischenpunkt auf einer Fahrstrecke signalisieren. In einer anderen Ausführungsform kann der fünfte Sensor 240.5 auch zur Bestimmung der genauen Position des ersten Fahrzeugs 205 innerhalb eines vorbestimmten Gebiets anzeigen. Das Gebiet ist dabei üblicherweise relativ klein und kann sich über wenige Meter erstrecken. Der fünfte Sensor 240.5 ist bevorzugt ortsfest gegenüber der Erde 130 angebracht.
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Die zentrale Stelle 215 umfasst bevorzugt eine zweite Verarbeitungseinrichtung 250 eine zweite drahtlose Kommunikationseinrichtung 255 und einen optionalen Datenspeicher 260. Die zentrale Stelle 215 ist dazu eingerichtet, Informationen von einem oder mehreren ersten Fahrzeugen 205 zu empfangen, optional zwischenzuspeichern und zu verarbeiten. Weiter optional kann ein Verarbeitungsergebnis an ein zweites Fahrzeug 210 weitergegeben werden.
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An Bord des zweiten Fahrzeugs 210 ist bevorzugt eine dritte Verarbeitungseinrichtung 265 angebracht, die mit einem zweiten Empfänger 275 für Radiosignale der Navigationssatelliten 105, 115 und einer dritten drahtlosen Kommunikationseinrichtung 275 verbunden ist. Entfernungen zu den Navigationssatelliten 105, 115, die auf der Basis empfangener Radiosignale bestimmt wurden, können mittels Korrekturen, die mittels der Kommunikationseinrichtung 275 empfangen wurden, korrigiert werden, um die geografische Position des zweiten Fahrzeugs 210 genau zu bestimmen. In einer Ausführungsform können Korrekturen von der zentralen Stelle 215 empfangen werden. In einer anderen Ausführungsform können Korrekturen auch direkt von einem oder mehreren ersten Fahrzeugen 205 empfangen werden. Im Übrigen kann das zweite Fahrzeug 210 wie das erste Fahrzeug 205 mit einer ersten Vorrichtung 220 ausgestattet sein.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens 300 zum Bestimmen einer Korrektur für ein Radiosignal eines Navigationssatelliten 105, 115. Das Verfahren 300 kann insbesondere an Bord eines ersten Fahrzeugs 205 ausgeführt werden.
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In einem Schritt 305 können Radiosignale der Navigationssatelliten 105, 115 empfangen werden. In einem Schritt 310 kann eine Navigationsnachricht des Radiosignals ausgewertet werden. Daraus kann ein Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem das Radiosignal ausgesandt wurde. Außerdem kann die Navigationsnachricht Bahndaten (Ephemeriden) des Navigationssatelliten 105, 115 umfassen. Bezüglich des bestimmten Sendezeitpunkts kann eine geografische Position des Navigationssatelliten 105, 115 bestimmt werden. In einem Schritt 315 können Entfernungen des ersten Fahrzeugs 205 zu dem Navigationssatelliten 105,115 auf der Basis der empfangenen Radiosignale bestimmt werden.
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Nebenläufig dazu können in einem Schritt 320 einer oder mehrere Sensoren 240 abgetastet werden. In einem Schritt 325 kann die Position des ersten Fahrzeugs 205 auf der Basis von Sensorsignalen von Sensoren 240 bestimmt werden. Außerdem kann bestimmt werden, dass die bestimmte Position mit einer ausreichend hohen Wahrscheinlichkeit eine ausreichend geringe Abweichung von der tatsächlichen geografischen Position des ersten Fahrzeugs 205 hat.
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In einem Schritt 330 können auf der Basis der bestimmten Position des ersten Fahrzeugs 205 sowie der im Schritt 310 bestimmten Positionen der Navigationssatelliten 105, 115 jeweils geometrische Entfernungen zwischen dem Fahrzeug 205 und den Navigationssatelliten 105, 115 bestimmt werden.
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In einem Schritt 335 können Unterschiede zwischen den in den Schritten 315 und 330 bestimmten Entfernungen bestimmt werden. Der Unterschied kann zusammen mit weiteren Informationen eine Korrektur bilden. Die weiteren Informationen können insbesondere eine Identifikation des Navigationssatelliten 105, 115 eine Sende- oder Empfangszeitpunkt oder eine geografische Position des ersten Fahrzeugs 205 umfassen. Eine oder mehrere bestimmte Korrekturen können in einem Schritt 340 bereitgestellt werden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens 400 und eines dritten Verfahrens 450. Die Verfahren 400, 450 erfordern die Bereitstellung einer Korrektur von einem ersten Fahrzeug 205 und können daher auf das erste Verfahren 300 aufbauen, dessen letzter Schritt 340 exemplarisch in 4 dargestellt ist.
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Das erste Verfahren 400 wird bevorzugt an Bord des zweiten Fahrzeugs 210 ausgeführt. In einem ersten Schritt 405 werden Radiosignale der Navigationssatelliten 105, 115 empfangen. In einem Schritt 410 können die Position des zweiten Fahrzeugs 210 sowie eine aktuelle Zeit zumindest näherungsweise auf der Basis der empfangenen Radiosignale bestimmt werden. In einem Schritt 415 kann eine Anfrage bereitgestellt werden, um bezüglich der bestimmten Position und Zeit Korrektursignale zu erhalten. Die Anfrage kann drahtlos beispielsweise an das erste Fahrzeug 205 oder die zentrale Stelle 215 übermittelt werden. Entsprechende Korrektursignale können in einem Schritt 420 auf gleichem Weg eintreffen und die geografische Position des zweiten Fahrzeugs 210 kann bezüglich der empfangenen Radiosignale der Satelliten 105, 110 genauer bestimmt werden.
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Es ist zu beachten, dass der Schritt 415 auch entfallen kann. In diesem Fall können Korrekturen empfangen werden, die sich mehr oder weniger genau auf die bestimmte Position oder Zeit beziehen. Optional können die empfangenen Korrekturen interpoliert oder extrapoliert werden, um verbessert auf die bestimmte Position oder Zeit bezogen werden zu können. Die Korrekturen können in einer Ausführungsform unmittelbar von einem ersten Fahrzeug 205 empfangen werden. In einer zweiten Ausführungsform können Korrekturen von der zentralen Stelle 115 empfangen werden.
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Das dritte Verfahren 450 wird bevorzugt durch die zentrale Stelle ausgeführt. In einem Schritt 455 können Korrekturen, Position und Zeiten von einem oder mehreren ersten Fahrzeugen 205 empfangen werden. In einem Schritt 460 können Korrekturen verschiedener erster Fahrzeuge 205 zeitlich und/oder örtlich verarbeitet werden, um Korrekturen bezüglich eines vorbestimmten Orts oder einer vorbestimmten Zeit bereit zu stellen. Eine Korrektur ist bevorzugt auf einen vorbestimmten Navigationssatelliten 105, 115 bezogen.
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Bestimmte Korrekturen können direkt an ein zweites Fahrzeug bereitgestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann in einem Schritt 465 eine Anfrage eines zweiten Fahrzeugs 210 empfangen werden, die eine Angabe enthält, für welchen Ort und/oder welche Zeit eine Korrektur gewünscht wird. Eine entsprechende Korrektur kann auf der Basis der empfangenen Korrekturen der ersten Fahrzeuge 205 spezifisch für das zweite Fahrzeug 210 bestimmt und diesem zur Verfügung gestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Korrektur einem beliebigen zweiten Empfänger 140 bereitgestellt werden, damit dieser seine Position verbessert bestimmt. Beispielsweise kann der zweite Empfänger auch an Bord einer Drohne oder eines ähnlichen beweglichen Geräts angebracht sein.
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Sollten seitens des zweiten Fahrzeugs 210 bzw. des zweiten Empfängers 140 keine ausreichend aktuellen, genauen oder vertrauenswürdigen Korrekturen vorliegen, so kann dieser seine Position in üblicher Weise bestimmen, beispielsweise auf der Basis der empfangenen Radiosignale der Satelliten 105, 110 oder auch auf der Basis von Sensordaten eines Sensors 140 analog wie an Bord des ersten Fahrzeugs 105.
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Bezugszeichen
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- 100
- Navigationssystem
- 105
- erster Navigationssatellit
- 110
- erste Bahn
- 115
- zweiter Navigationssatellit
- 120
- zweite Bahn
- 130
- Erde
- 135
- erster Empfänger
- 140
- zweiter Empfänger
- 145
- Einfluss
- 200
- System
- 205
- erstes Fahrzeug
- 210
- zweites Fahrzeug
- 215
- zentrale Stelle
- 220
- erste Vorrichtung
- 225
- erste Verarbeitungseinrichtung
- 230
- erster Empfänger
- 235
- erste drahtlose Kommunikationseinrichtung
- 240
- Sensor
- 240.1
- erster Sensor: Kamera, Radarsensor, LiDAR
- 240.2
- zweiter Sensor: Raddrehzahl
- 240.3
- dritter Sensor: Magnetfeld
- 240.4
- vierter Sensor Inertialplattform
- 240.5
- fünfter Sensor: extern, z. B. kapazitiv, Ultraschall
- 245
- Kartenspeicher
- 250
- zweite Verarbeitungseinrichtung
- 255
- zweite drahtlose Kommunikationseinrichtung
- 260
- Datenspeicher
- 265
- dritte Verarbeitungseinrichtung
- 270
- zweiter Empfänger
- 275
- dritte drahtlose Kommunikationseinrichtung
- 300
- erstes Verfahren
- 305
- Satellitensignale empfangen
- 310
- Sendezeiten und Satellitenpositionen bestimmen
- 315
- gemessene Entfernungen zu Satelliten bestimmen
- 320
- Sensoren abtasten
- 325
- Empfängerposition bestimmen
- 330
- geometrische Entfernungen zu Satelliten bestimmen
- 335
- Korrekturen bestimmen
- 340
- Korrekturen, Position und Zeiten bereitstellen
- 400
- zweites Verfahren
- 405
- Satellitensignale empfangen
- 410
- Position und Zeit näherungsweise bestimmen
- 415
- Anfrage
- 420
- Position genau bestimmen
- 450
- drittes Verfahren
- 455
- Korrekturen, Position und Zeiten empfangen
- 460
- örtliche Korrekturen pro Satellit und Zeit bestimmen
- 465
- spezifische Korrektur bestimmen
