DE10213502A1 - Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation - Google Patents

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation vorgesehen, bei dem eine erste und eine zweite ebene Patchantenne (11a, 11b) derart angeordnet werden, dass sich ihre Raumabdeckungsbereiche teilweise überlappen, so dass ein gemeinsamer Bereich (2) gebildet wird, wodurch der Raumabdeckungsbereich der Antennen in einen ersten Bereich (1), einen dritten Bereich (3) und einen gemeinsamen zweiten Bereich (2) unterteilt wird, und ein Azimut begrenzt wird, indem Azimute, die in den jeweiligen Bereichen beschafft werden, und der Winkel zwischen den beiden Antennen benutzt werden. Infolgedessen kann Azimutbegrenzungsinformation effektiv selbst an einem Ort beschafft werden, an dem der Raum in großem Umfang blockiert ist und Satelliteninformation nur in einem kleinen Bereich einer Sichtbarkeit des Himmels oder Raums angemessen beschafft werden kann.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschaffen von Azimutinforma­ tion unter Verwendung von Signalen, die von GPS-Satelliten (Satelliten des Globalen Positionsbestimmungssystems; engl. Global Positioning System) gesendet werden.

Bisher war Positionsbestimmungsinformation, wie etwa die geographische Breite, die geographische Länge, die Höhe über dem Meeresspiegel und die GPS-Zeit (Zeit des Global Positioning System) leicht aus Signalen erhält­ lich, die von GPS-Satelliten gesendet werden, jedoch konnte keine Azimut­ information beschafft werden.

Die Erfinder haben deshalb ein Verfahren zum Beschaffen von Azimutin­ formation durch die Verwendung zweier ebener Patchantennen entwickelt (japanische Patentanmeldungen Nr. 2000-91362 und 2001-93964).

Dieses Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation umfasst die Schritte, dass zwei ebene Patchantennen Rücken an Rücken parallel zueinander und vertikal angeordnet werden, wodurch jede ebene Patch­ antenne einen Raumabdeckungsbereich mit einer Antennenempfindlich­ keit bildet, die eine Raum-Viertelkugel in der Richtung ist, in die die An­ tenne weist, dass bewirkt wird, dass Empfängereinheiten, die mit den jeweiligen Antennen verbunden sind, Stärkewerte aller empfangenen GPS- Satellitensignale extrahieren, dass auf der Grundlage eines Vergleiches der extrahierten Signalstärkewerte die Antenne unterschieden wird, in deren Raumabdeckungsbereich der GPS-Satellit, der jedes Signal gesendet hat, vorhanden ist, dass die Ergebnisse des Schrittes der Unterscheidung von Bereichen der Satellitenanwesenheit in einer ringartigen Abfolge angeordnet werden, und dass ein Azimut einer Messrichtung auf der Grundlage von Information, die in einer ringartigen Unterscheidungser­ gebnisabfolge enthalten ist, bestimmt oder begrenzt wird.

Um dieses Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation in einem im Handel erhältlichen GPS-Empfänger einzusetzen, entwickelten die Erfin­ der ferner einen GPS-Empfänger, der eine Datensendeeinheit, eine Daten­ empfangseinheit und eine Datenverarbeitungseinheit umfasst (japanische Patentanmeldung Nr. 2000-364605).

Dieser machte es möglich, leicht Azimutinformation zu beschaffen, indem zwei ebene Patchantennen Rücken an Rücken parallel zueinander und vertikal angeordnet wurden, zwei GPS-Empfänger derart angeordnet wurden, dass die Datensendeeinheit und die Datenempfangseinheit von jedem GPS-Empfänger der Datenernpfangseinheit und der Datensende­ einheit des anderen zugewandt waren, wodurch GPS-Satelliten-Daten, die von einem GPS-Empfänger empfangen wurden, zu dem anderen GPS- Empfänger gesendet werden konnten, und diese beiden Datensätze mit der Datenverarbeitungseinheit verarbeitet wurden.

Azimutinformation, die aus GPS-Satelliten-Signalen beschafft wird, ist zuverlässiger als Azimutinformation, die unter Verwendung eines Kom­ passes beschafft wird, der von Magnetfeldern beeinflusst wird.

Jedoch erfordert das vorstehende Verfahren zum Beschaffen von Azimut­ information, das von dem Erfinder vorgeschlagen wurde, dass zwei ebene Antennen parallel angeordnet sein müssen. Deshalb ist es an einem Ort, an dem nur ein begrenzter Azimutabschnitt des gesamten Raums oder Himmels wegen der Anwesenheit von hoch ansteigenden Gebäuden davor oder dahinter verwendet werden kann, schwierig, ein Azimutbegrenzungs­ ergebnis zu erhalten, das die gemessene Richtung auf einen relativ schmalen Azimutbereich begrenzt.

Außerdem macht es die Tatsache, dass bei dem früher vorgeschlagenen Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation die beiden ebenen Antennen parallel angeordnet sein müssen, schwierig, diese an der Nase einer mobilen, an Land befindlichen Einheit mit einer stromlinienförmigen Nase einzubauen.

Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der vorstehenden Umstände getätigt und hat zum Ziel, ein Verfahren zum Beschaffen von Azimutin­ formation bereitzustellen, das eine Beschaffung von Azimutinformation ermöglicht, vorausgesetzt, dass ein Raumabdeckungsbereich verfügbar ist, der den Empfang eines Signals von mindestens einem GPS-Satelliten ermöglicht.

Diese Erfindung erreicht dieses Ziel, indem ein Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation bereitgestellt wird, das umfasst, dass:
zwei ebene Antennen, die jeweils eine halbkugelförmige Antennen­ charakteristik aufweisen, derart unter einem Winkel zueinander vertikal angeordnet werden, dass sich ihre Raumabdeckungsbereiche teilweise überlappen;
der zwischen den Antennen gebildete Winkel detektiert wird;
bewirkt wird, dass ein GPS-Empfänger, der mit jeder Antenne ver­ bunden ist, den Empfang von Signalen versucht, die von GPS-Satelliten in seinem Raumabdeckungsbereich gesendet werden;
die beschafften Satellitensignale verglichen werden und unterschie­ den wird, in welchem von drei separaten Raumabdeckungsbereichen der Satellit, der jedes Signal sendet, vorhanden ist;
in jedem der drei Bereiche eine Reihe von Satellitenazimuten im Uhrzeigersinn geschaffen wird, und der Azimut des ersten Terms und der Azimut des letzten Terms extrahiert werden; und
der Azimut einer Richtung auf der Grundlage des Azimuts des ers­ ten Terms und des Azimuts des letzten Terms in mindestens einem Be­ reich und des zwischen den beiden Antennen gebildeten Winkels begrenzt wird.

Somit kann bei dem Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Situation, in der eine Behinde­ rung durch einen Berg, ein Gebäude oder ein anderes derartiges Boden­ merkmal ausgeprägt ist, eine Zuteilung von Antennenempfindlichkeit auf den gesamten Raum vermieden werden, und die vorstehende Neigung, dass die Spreizung des Azimutbegrenzungsergebnisses breit wird, kann überwunden werden, indem ein anstrebenswerteres Azimutbegrenzungs­ ergebnis bereitgestellt wird.

Außerdem können aufgrund der Platzierung der beiden ebenen Antennen, so dass ein bestimmter Winkel gebildet wird, bei dem Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation gemäß der vorliegenden Erfindung die beiden Antennen leicht an der Nase einer stromlinienförmigen mobilen, an Land befindlichen Einheit eingebaut werden können, wobei der Winkel derart eingestellt werden können, dass er zu der Stromlinienform passt, so dass Azimutinformation während einer Bewegung beschafft werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen zeigt:

Fig. 1 ein Schaubild zum Erläutern der Platzierung zweier ebener Patchantennen bei dem Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Schaubild zum Erläutern der Raumabdeckungsberei­ che, die durch die jeweilige Antenne gebildet werden, die wie in Fig. 1 gezeigt platziert sind,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Systems zum Ausführen des Verfahrens zum Beschaffen von Azimutinformation der vor­ liegenden Erfindung,

Fig. 4 ein Schaubild zum Erläutern der Positionsbeziehung zwi­ schen den beiden Antennen und Weltraumsatelliten ist, wenn die Antennen derart platziert sind, dass sie einen Winkel von 100 Grad bilden,

Fig. 5 ein Schaubild zum Erläutern der Beschaffung von Azimut­ information, wenn der Raumbereich, aus dem Satellitenin­ formation erhalten werden kann, auf einen Sektor begrenzt ist, der auf dem Zenit zentriert ist und einen Mittelpunkts­ winkel von 100 Grad aufweist, und

Fig. 6 ein Schaubild zum Erläutern der Beschaffung von Azimut­ information, wenn der Raumbereich, aus dem Satellitenin­ formation erhalten werden kann, auf einen Sektor begrenzt ist, der auf dem Zenit zentriert ist und einen Mittelpunkts­ winkel von 45 Grad aufweist.

Das Prinzip des Verfahrens zum Beschaffen von Azimutinformation der Erfindung wird zunächst anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.

Zwei ebene GPS-Patchantennen 11a, 11b, die jeweils eine halbkugelförmi­ ge Keulencharakteristik aufweisen, sind vertikal (normal zum Boden) angeordnet, so dass ein Winkel δ gebildet ist. Die Hauptkeulen der Anten­ nen 11a, 11b weisen, wie in Fig. 1 betrachtet, zur Rückseite des Zeich­ nungsblattes.

Die Haupteigenschaften der ebenen Patchantennen, die zur Azimutinfor­ mationsbeschaffung verwendet werden, umfassen eine geringe Größe, ein geringes Gewicht, die Einfachheit der Herstellung und niedrige Kosten. Bei der tatsächlichen Herstellung der ersten ebenen Patchantenne 11a und der zweiten ebenen Patchantenne 11b kann die fertiggestellte Antenne eine Keulencharakteristik einer rechts zirkular polarisierten Welle mit einem Raumwinkel aufweisen, der geringfügig breiter als die Halbkugel ist, die die Keulencharakteristik einer zirkular polarisierten Welle ist, die theoretisch zum Zeitpunkt des Entwurfs unter der Annahme einer unend­ lichen Grundebene berechnet wird. Dies tritt auf, da das Ergebnis des Entwurfs unter der Annahme einer unendlichen Grundebene bei der theoretischen Berechung von der tatsächlichen Situation abweicht. Dies wird in den folgenden Literaturnachweisen diskutiert:
Small Plane Antennas: Misao Haneishi, Kazuhiro Hirasawa und Yasuo Suzuki, veröffentlicht vom Institute of Electronics, Information and Com­ munication Engineers, 10. August 1996, S. 100.
Global Positioning System: Theory and Applications, Band 1, herausgege­ ben von Bradford W. Parkinson und James J. Spilker Jr., veröffentlicht vom American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. 1996, S. 342-343, S. 722.

Die Technik zum Korrigieren einer derartigen Keulenformabweichung durch geringfügiges Abändern der Substratgröße, der Patch-Größe oder dergleichen, um die angestrebte Antennencharakteristik, nämlich im vorliegenden Fall die angestrebte halbkugelförmige Keule zu erhalten, ist als Formung der Antennencharakteristik bekannt.

Wenn es sich im Unterschied zur Raum-Halbkugel gemäß den Entwurfs­ berechnungen herausstellt, dass das hergestellte Ergebnis eine größere Keule als die Raum-Halbkugel aufweist, kann die angestrebte Antenne mit einer Raum-Halbkugelkeule leicht konfiguriert werden, indem eine Ab­ schirmungssubstanz, die aus einem Funkwellen abschirmenden Material zusammengesetzt ist, auf der Rückseite angeordnet wird, um den Ab­ schnitt mit der ungewollten Empfindlichkeit zu beseitigen.

Der zwischen den beiden Antennen 11a, 11b gebildete Winkel δ ist ein Winkel, der bewirkt, dass sich die Abdeckungsbereiche der Antennen teilweise überlappen, so dass ein gemeinsamer Abdeckungsbereich gebil­ det ist. Insbesondere ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, der Winkel δ derart definiert, dass der Raumabdeckungsbereich der ersten ebenen Patchan­ tenne 11a aus einem ersten Bereich 1 und einem zweiten Bereich 2 be­ steht, und der Raumabdeckungsbereich der zweiten ebenen Patchantenne 11b aus dem zweiten Bereich 2 und einem dritten Bereich 3 besteht. Der zweite Bereich 2 ist deshalb ein gemeinsamer Bereich, der durch beide Antennen abgedeckt wird.

Wenn die Richtung, in die ein Ende der ersten ebenen Patchantenne 11a (das Ende, das näher bei der zweiten ebenen Patchantenne 11b liegt) zeigt, als X definiert wird, wird die entgegengesetzte Richtung der ersten ebenen Patchantenne 11a die Richtung, die erhalten wird, indem 180 Grad zu X addiert werden, die Richtung, in die ein Ende der zweiten ebenen Patch­ antenne 11b (das Ende, das näher bei der ersten ebenen Patchantenne 11a liegt) zeigt, wird die Richtung, die erhalten wird, indem der Winkel δ von X subtrahiert wird, und die entgegengesetzte Richtung der zweiten ebenen Patchantenne 11b wird die Richtung, die erhalten wird, indem 180 Grad zu dieser Richtung addiert werden.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein erster GPS-Empfänger 12a mit der ersten ebenen Patchantenne 11a verbunden, und ein zweiter GPS-Emp­ fänger 12b ist mit der zweiten ebenen Patchantenne 11b verbunden.

Der erste GPS-Empfänger 12a versucht, die erste ebene Patchantenne 11a zu benutzen, um sich mit Signalen von Satelliten, die im Raum vorhanden sind, zu synchronisieren bzw. diese zu decodieren, und auch eine Position zu bestimmen. Ähnlich versucht der zweite GPS-Empfänger 12b die zweite ebene Patchantenne 11b zu benutzen, um sich mit Signalen von Satelli­ ten, die im Raum vorhanden sind, zu synchronisieren und diese zu deco­ dieren, und auch eine Position zu bestimmen.

Der erste und der zweite GPS-Empfänger 12a und 12b, die in Fig. 3 ge­ zeigt sind, können die gleichen funktionellen Merkmale und Spezifikatio­ nen aufweisen, wie die GPS-Empfänger, die in weitläufig verwendeten kompakten mobilen Positionsbestimmungsgeräten, die L1-Signale anwen­ den, enthalten sind. Dies macht es möglich, Nutzen aus Technologien zu ziehen, die für die Produktion von handelsüblichen, kleinen, leichten GPS- Positionsbestimmungsgeräten entwickelt werden, wobei die Größenverrin­ gerung und die Einfachheit der Massenproduktion am bemerkenswertes­ ten sind. Dank der Größen- und Gewichtsverringerung, die bei handelsüb­ lichen GPS-Positionsbestimmungsgeräten erzielt wird, sind reichlich GPS- Empfänger in Größen erhältlich, die mit ebenen Patchantennen vereinbar sind. Sie erleichtern auch die Herstellung. Außerdem weisen diese GPS- Empfänger ebene Patchantennen auf, die integral mit dem Empfängerge­ häuse ausgebildet sind, und preiswerte Modelle im Handflächenformat sind bereits erhältlich. Die Produktionstechnologien sind gut eingeführt. Der beträchtliche Bestand an Miniaturisierungstechnologien, der heutzu­ tage verfügbar ist, kann zur wirtschaftlichen Herstellung von Geräten zur Implementierung der vorliegenden Erfindung benutzt werden.

Der GPS-Empfänger gibt periodisch die folgende Datenkette in einer Peri­ ode von beispielsweise einmal pro Sekunde oder kürzer aus. Mit anderen Worten ist er für gewöhnliche Spezifikationen gebaut. Daten, wie die folgenden, sind in der Datenkette enthalten: zunächst die gegenwärtige Zeit, ferner, als Positionsbestimmungsdaten, die geographische Breite, die geographische Länge, die Höhe über dem Meeresspiegel, die Positionsbe­ stimmungsberechnungszeit, der Modus der Positionsbestimmungsberech­ nung (der eine zweidimensionale Positionsbestimmung unter Verwendung von drei Satelliten oder eine dreidimensionale Positionsbestimmung unter Verwendung von vier Satelliten angibt), die Satellitennummer, der Satelli­ tenelevationswinkel, der Satellitenazimut und der Kanalzustand des Satel­ liten, der Kanal 1 zuwiesen ist, die Satellitennummer, der Satelliteneleva­ tionswinkel, der Satellitenazimut und der Kanalzustand des Satelliten, der Kanal 2 zugewiesen ist, . . ., und die Satellitennummer, der Satelliteneleva­ tionswinkel, der Satellitenazimut und der Kanalzustand des Satelliten, der Kanal n zugewiesen ist. Die Anzahl von benutzten Kanälen n beträgt gewöhnlich 12. Da der GPS-Empfänger sich gleichzeitig mit den Signalen dieser 12 Satelliten synchronisieren kann, können seine Spezifikationen gemäß den gegenwärtigen Standards als üblich bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung kann einen solchen L1-Wellen-GPS-Empfänger und eine ebene Antenne, die auf dem allgemeinen Markt erhältlich sind, im Wesentlichen ohne Modifikation benutzen. Der Ausgang des ersten GPS- Empfängers 12a wird zu einer Datenverarbeitungseinheit 13 weitergeleitet.

Der erste GPS-Empfänger 12a versucht, die erste ebene Patchantenne 11a zu benutzen, um sich mit Signalen von Satelliten, die im Raum vorhanden sind, zu synchronisieren und diese zu decodieren, und auch eine Position zu bestimmen. Ähnlich versucht der zweite GPS-Empfänger 12b die zweite ebene Patchantenne 11b zu benutzen, um sich mit Signalen von Satelli­ ten, die im Raum vorhanden sind, zu synchronisieren und diese zu deco­ dieren, und auch eine Position zu bestimmen. Mit anderen Worten führen der erste GPS-Empfänger 12a und der zweite GPS-Empfänger 12b eine Suche nach Signalen von allen GPS-Satelliten durch, von denen zu erwar­ ten ist, dass sie im Raum vorhanden sind, genau so, wie es die GPS- Empfänger eines gewöhnlichen mobilen Satellitenpositionsbestimmungs­ gerätes auf exakt die gleiche Weise vornehmen, wenn sie mit Antennen verbunden sind, deren Abdeckungsbereiche die Raum-Halbkugel sind.

Die Funkwelle, die von einem GPS-Satelliten gesendet wird, enthält Infor­ mation über die Umlaufbahnen aller GPS-Satelliten (Almanach-Daten). Jeder Satellit sendet diese Daten. Deshalb kann im Fall eines Satelliten, der im Raum unter einem Elevationswinkel von größer als 0 Grad, vom gegenwärtigen Standort aus betrachtet, vorhanden ist, aber dessen Signal durch ein Gebäude oder die Topographie blockiert wird, oder eines Satelli­ ten, der nicht im Antennenabdeckungsbereich liegt, mit dessen Signal keine Synchronisation hergestellt werden kann, der Elevationswinkel und der Azimutwinkel des betreffenden Satelliten durch eine einfache Berech­ nung aus Daten berechnet und ausgegeben werden, die von einem ande­ ren GPS-Satelliten empfangen werden, mit dessen Signal eine Synchroni­ sation durch eine der Antennen hergestellt wird. Die Ausrüstung, die derartige Information ausgibt, existiert tatsächlich.

Obwohl alle GPS-Satelliten Signale mit exakt der gleichen Frequenz sen­ den, tritt aufgrund der Nutzung einer Technologie, die Spreiz-Spektrum- Kommunikationssystem (Bandspreizkommunikationssystem) genannt wird, durch Pseudozufallscodierung keine Signalinterferenz auf, selbst wenn die gleiche Frequenz verwendet wird. Bei einer Pseudozufallscodie­ rung wird jedem GPS-Satelliten eine unterschiedliche digitale Signalabfol­ ge zugewiesen, wobei es den Anschein hat, dass 0 und 1 sich unregelmä­ ßig abwechseln. Dies ermöglicht es, dass die Signale von den Satelliten unterschieden und separat empfangen werden können. Mit anderen Wor­ ten macht es das Prinzip einer Pseudozufallscodierung leicht, die Elevati­ onswinkel im Raum und die Azimuts aller GPS-Satelliten, die unter einem Elevationswinkel von größer als 0 Grad vorhanden sind, wie vom gegen­ wärtigen Standort aus betrachtet, zu unterscheiden, und genauso eine Synchronisation mit den Signalen von den einzelnen Satelliten herzustel­ len oder nicht herzustellen, d. h. den Empfangszustand zu unterscheiden und die Signale von den Satelliten zu empfangen.

Bei dem Verfahren zum Durchführen der Signalsuche mit dem GPS-Emp­ fänger werden die Daten von jedem Satelliten, d. h. die Satellitennummer, der Satellitenelevationswinkel, der Satellitenazimut und der Kanalzustand des GPS-Satelliten periodisch von beiden GPS-Empfängern ausgegeben. Die Positionsbestimmungsergebnisdaten, d. h. die geographische Breite, die geographische Länge, die Höhe über dem Meeresspiegel, die Positions­ bestimmungsberechnungszeit, der Modus der Positionsbestimmungsbe­ rechnung und die gegenwärtige Zeit, werden auch periodisch von beiden GPS-Empfängern ausgegeben. Es gibt keine besondere Beschränkung der Datenausgabeperiode. GPS-Empfänger, die Daten ungefähr einmal pro Sekunde ausgeben, sind gegenwärtig weitläufig in Gebrauch. Eine kürzere Ausgabeperiode funktioniert ebenfalls, wenn sie verfügbar ist.

Als eine Gegenmaßnahme, wenn keine Positionsbestimmung hergestellt werden kann, können die Werte bei der letzten Herstellung einer Positi­ onsbestimmungsberechnung als die geographische Breite, die geographi­ sche Länge, die Höhe über dem Meeresspiegel, die Positionsbestimmungs­ berechnungszeit und der Modus der Positionsbestimmungsberechnung ausgegeben werden. GPS-Empfänger nach Standardspezifikation des üblichsten Typs sind in der Lage, einen Satellitenelevationswinkel und einen Satellitenazimut aus Satellitenumlauffaktoren zu berechnen, wobei die geographische Breite, die geographische Länge und die Höhe über dem Meeresspiegel zu der Zeit, zu der eine Positionsbestimmungsberechnung zuletzt vorgenommen wurde, zusammen mit der gegenwärtigen Zeit be­ nutzt wird. Wenn ein derartiger GPS-Empfänger angenommen wird, kön­ nen, selbst unter Bedingungen, die es nicht erlauben, dass eine Positions­ bestimmung vorgenommen wird, der Satellitenelevationswinkel und der Satellitenazimut dennoch sehr genau berechnet werden, vorausgesetzt, dass die letzte Vornahme der Positionsbestimmungsberechnung bei einer nahegelegenen Position erfolgt war, indem die Ergebnisse der Positionsbe­ stimmungsberechnung verwendet werden, die an dem nahegelegenen Standort vorgenommen wurde. Es sei angenommen, dass beispielsweise die Positionsbestimmungsberechnung an einem Punkt 300 km vom ge­ genwärtigen Standort entfernt hergestellt wurde. Selbst wenn die Werte, die zu dieser Zeit erhalten wurden, zusammen mit der gegenwärtigen Zeit verwendet werden, ist es dennoch möglich, die Berechnung mit sehr hoher Genauigkeit vorzunehmen, vorausgesetzt, dass der Satellitenazimut und die Satellitenelevation berechnet wurden, da die Verschiebung im Satelli­ tenelevationswinkel und Satellitenazimut sehr gering sein wird (weniger als 1 Grad). Mit anderen Worten ist der Fehler für praktische Zwecke zu vernachlässigen.

Die Datenverarbeitungseinheit 13 schließt zunächst die Daten für jeden GPS-Satelliten aus, für den die Kanalzustände beider GPS-Empfänger anzeigen, dass keine Synchronisation hergestellt worden ist. (Obwohl die Anwesenheit eines derartigen Satelliten aufgrund dessen vorliegen kann, dass dieser entweder durch Bodenmerkmale blockiert wird, oder aufgrund der Tatsache, dass der Satellit sich in einem Raumbereich befindet, auf den die Antennen nicht empfindlich sind, muß zwischen diesen beiden Fällen nicht unterschieden werden). Als nächstes werden die Daten von Satelliten, deren Satellitenelevationswinkel 85 Grad oder weniger beträgt, extrahiert. Der Grund für den Ausschluss von Satelliten, deren Elevati­ onswinkel größer als 85 Grad ist, ist, dass Satelliten mit hohen Elevati­ onswinkeln in der Nähe des Zenits, bei denen zu beobachten ist, dass sie Azimuts aufweisen, die sich zahlenmäßig unterscheiden, eine sehr kleine tatsächliche Elongation aufweisen.

Die Datenverarbeitungseinheit 13 vergleicht die restlichen Daten jedes GPS-Satelliten und unterscheidet, in welchem von dem ersten Bereich 1, dem zweiten Bereich 2 und dem dritten Bereich 3 er vorhanden ist.

Wenn herausgefunden wird, dass der Zustand des Kanals, der einem Signal zugeordnet ist, das von einem Satelliten gesendet wird, in dem ersten GPS-Empfänger 12a synchronisiert ist, und herausgefunden wird, dass der Zustand des Kanals, der dem Signal zugeordnet ist, das von dem Satelliten gesendet wird, in dem zweiten GPS-Empfänger 12b nicht syn­ chronisiert ist, wird entschieden, dass der Satellit im ersten Bereich 1 vorhanden ist.

Wenn herausgefunden wird, dass der Zustand des Kanals, der einem Signal zugeordnet ist, das von einem Satelliten gesendet wird, in dem zweiten GPS-Empfänger 12b synchronisiert ist, und herausgefunden wird, dass der Zustand des Kanals, der dem Signal zugeordnet ist, das von dem Satelliten gesendet wird, in dem ersten GPS-Empfänger 12a nicht syn­ chronisiert ist, wird entschieden, dass der Satellit im dritten Bereich 3 vorhanden ist.

Wenn herausgefunden wird, dass der Zustand des Kanals, der einem Signal zugeordnet ist, das von einem Satelliten gesendet wird, in dem ersten GPS-Empfänger 12a synchronisiert ist, und herausgefunden wird, dass der Zustand des Kanals, der dem Signal zugeordnet ist, das von dem Satelliten gesendet wird, in dem zweiten GPS-Empfänger 12b synchroni­ siert ist, wird entschieden, dass der Satellit in dem gemeinsamen zweiten Bereich 2 vorhanden ist.

Der Satellitenazimut, der von dem GPS-Empfänger ausgegeben wird, der den letzten Zeitpunkt der Positionsbestimmungsberechnung angibt, wird auf die folgende Weise verwendet, um einen Satelliten, dessen Bereich bestimmt worden ist, zu verarbeiten.

Die Azimuts der Satelliten, die in dem ersten, dem zweiten und dem drit­ ten Bereich vorhanden sind, werden in einer Reihe im Uhrzeigersinn angeordnet, und die Daten des führenden Satelliten (erster Term) und des abschließenden Satelliten (letzter Term) der Reihe werden extrahiert. Wenn nur ein Satellit in dem Bereich vorhanden ist, wird er verarbeitet, indem definiert wird, erster Term = letzter Term. Wenn es zwei oder mehr Satelliten in dem Bereich gibt, werden der erste Term und der letzte Term wie folgt definiert. Schaffe eine kreisförmige Reihe oder Kreisfolge im Uhr­ zeigersinn in Bezug auf die Azimuts von nur den Satelliten, von denen herausgefunden wird, dass sie in dem Bereich vorhanden sind. Wenn der Winkel im Uhrzeigersinn zwischen dem Azimut eines bestimmten Satelli­ ten (hier A genannt) in der kreisförmigen Reihe und dem Azimut des nächsten existierenden Satelliten in der Richtung im Uhrzeigersinn (B) größer ist als "der Winkel, der erhalten wird, indem der Mittelpunktswin­ kel des Bereichs von 360 Grad subtrahiert wird", definiere den Satelliten (A) als den letzten Term und den Satelliten (B) als den ersten Term.

Wenn dies vorgenommen wird, wird Satellit 5 in Fig. 2 der Satellit des ersten Terms und Satellit 6 wird der Satellit des letzten Terms des ersten Bereiches 1. In dem gemeinsamen (zweiten) Bereich 2, in dem vier Satelli­ ten vorhanden sind, wird Satellit 7 der Satellit des ersten Terms und Satellit 8 wird der Satellit des letzten Terms. Wenn Satellit 9 der einzige Satellit ist, der im dritten Bereich 3 vorhanden ist, wird er sowohl der erste als auch der letzte Term in diesem Bereich.

Ein Symbol wie A(S1, 1), das neben einem Satelliten des ersten Terms oder des letzten Terms in Fig. 2 erscheint, gibt den Azimut des Satelliten gemäß der folgenden Definition an.

Beispielsweise in dem Symbol A(S1, 1), das dem Satelliten 5 zugeordnet ist, bedeutet das Symbol S1 links innerhalb der Klammern, dass der Satellit S sich in der Reihe von Satelliten befindet, die im ersten Bereich 1 zu finden sind, und die Zahl 1 rechts gibt die Position (Ordnungszahl) des Terms in der Reihe an. Somit gibt A(S1, 1) den Azimut des Satelliten des ersten Terms in der Reihe von Satelliten an, die im ersten Bereich 1 vor­ handen sind. Im Fall des Satelliten 8 ist, da der Satellit im zweiten Bereich 2 vorhanden ist, das Symbol links in der Klammer S2, während das Sym­ bol rechts e2 ist, was zugeordnet ist, um die Position des Azimut des Satelliten in der Uhrzeigerrichtung in dem Bereich anzuzeigen, d. h., dass dieser Satellit 8 der letzte Term im zweiten Bereich 2 ist. (Genauer, da der Satellit 8 der vierte Satellit ist, e2 = 4).

Die folgende Gl. (1) wird daher aus Fig. 2 erhalten:

X + 180 < A(S1, 1) < A(S1, e1) < X - δ < A(S2, 1) < A(S2, e2) < X < A(S3, 1) < A(S3, e3) < X - δ + 180 Gl. (1)

Das Symbol "<" wird hier dazu verwendet, anzugeben, dass die Reihenfol­ ge des Auftretens der Azimute in Uhrzeigerrichtung erfolgt.

Nun wird das Verfahren zum Ableiten einer den Azimut X begrenzenden Gleichung aus Gl. (1) auf der Grundlage des ersten Terms und des letzten Terms des ersten Bereiches 1 erläutert.

Zunächst werden durch die Extrahierbarkeit die ersten Terme und die letzten Terme von anderen Bereichen als dem ersten Bereich 1 aus Gl. (1) weggelassen.

X + 180 < A(S1, 1) < A(S1, e1) < X - δ < X < X - δ + 180 Gl. (1-1)

Durch die Additions- bzw. Subtraktionsfähigkeit wird (180) zu Gl. (1-1) addiert.

X < A(S1, 1) + 180 < A(S1, e1) + 180 < X - δ + 180 < X + 180 < X - δ Gl. (1-2)

Ähnlich wird durch die Additions- bzw. Subtraktionsfähigkeit (δ) zu Gl. (1-1) addiert.

X + δ + 180 < A(S1, 1) + δ < A(S1, e1) + δ < X < X + δ < X + 180 Gl. (1-3)

Durch die Verknüpfbarkeit werden G1. (1-2) und (1-3) in Bezug auf den X- Term und den X + 180-Term verknüpft.

X + 180 < X + δ + 180 < A(S1, 1) + δ < A(S1, e1) + δ < X < A(S1, 1) + 180 < A(S1, e1) + 180 < X - δ + 180 Gl. (1-4)

Durch die Extrahierbarkeit werden alle außer dem X-Term und benach­ barten Termen aus Gl. (1-4) weggelassen, um Gl. (1-5) zu erhalten, die den Azimut X durch die ersten und die letzten Terme des ersten Bereiches 1 begrenzt.

A(S1, e1) + δ < X < A(S1, 1) + 180 Gl. (1-5)

Als nächstes wird das Verfahren zum Ableiten einer den Azimut X begren­ zenden Gleichung aus Gl. (1) auf der Grundlage des ersten Terms und des letzten Terms des zweiten Bereiches 2 erläutert.

Zunächst werden durch die Extrahierbarkeit die ersten Terme und die letzten Terme von anderen Bereichen als dem zweiten Bereich 2 aus Gl. (1) weggelassen.

X + 180 < X - δ < A(S2, 1) < A(S2, e2) < X < X - δ + 180 Gl. (2-2)

Durch die Additions- bzw. Subtraktionsfähigkeit wird (δ) zu Gl. (2-2) addiert.

X + δ + 180 < X < A(S2, 2) + δ < A(S2, e2) + δ < X + δ < X + 180 Gl. (2-3)

Durch die Verknüpfbarkeit werden Gl. (2-2) und Gl. (2-3) in Bezug auf den X-Term und den X + 180-Term verknüpft.

X + 180 < X - δ < A(S2, 1) < A(S2, e2) < X < A(S2, 1) + δ < A(S2, e2) + δ < X + δ Gl. (2-4)

Durch die Extrahierbarkeit werden alle außer dem X-Term und benach­ barten Termen aus Gl. (2-4) weggelassen, um Gl. (2-5) zu erhalten, die den Azimut X durch die ersten und die letzten Terme des zweiten Bereiches 2 begrenzt.

A(S2, e2) < X < A(S2, 1) + δ Gl. (2-5)

Schließlich wird das Verfahren zum Ableiten einer den Azimut X begren­ zenden Gleichung aus Gl. (1) auf der Grundlage des ersten Terms und des letzten Terms des dritten Bereiches 3 erläutert.

Zunächst werden durch die Extrahierbarkeit die ersten Terme und die letzten Terme von anderen Bereichen als dem dritten Bereich 3 aus Gl. (1) weggelassen.

X + 180 < X - δ < X < A(S3, 1) < A(S3, e3) < X - δ + 180 Gl. (3-1)

Durch die Additions- bzw. Subtraktionsfähigkeit wird (δ - 180) zu Gl. (3-1) addiert.

X + δ < X - 180 < X + δ - 180 < A(S3, 1) + δ - 180 < A(S3, e3) + δ - 180 < X Gl. (3-2)

Da der zweite Term (X - 180) in Gl. (3-2) gleich ist wie (X + 180), wird die Gleichung umgeschrieben.

X + δ < X + 180 < X + δ - 180 < A(S3, 1) + δ - 180 < A(S3, e3) + δ - 180 < X Gl. (3-3)

Durch die Verknüpfbarkeit werden Gl. (3-1) und Gl. (3-3) in Bezug auf den X-Term und den X + 180-Term verknüpft.

X + 180 < X + δ - 180 < A(S3, 1) + δ - 180 < A(S3, e3) + δ - 180 < X < A(S3, 1) < A(S3, e3) < X - δ + 180 Gl. (3-4)

Durch die Extrahierbarkeit werden alle außer dem X-Term und benach­ barten Termen aus Gl. (3-4) weggelassen, um Gl. (3-5) zu erhalten, die den Azimut X durch die ersten und letzten Terme des dritten Bereiches 3 begrenzt.

A(S3, e3) + δ - 180 < X < A(S3, 1) Gl. (3-5)

Die Gl. (1-5), (2-5) und (3-5), die auf die vorstehende Weise erhalten wur­ den, spielen eine wichtige Rolle bei der Beschaffung von Azimutinformati­ on bei der vorliegenden Erfindung. Wenn eine dieser drei Hauptgleichun­ gen erhalten wird, kann diese Gleichung dazu verwendet werden, Azimut­ information zu beschaffen. Wenn zwei oder alle Gleichungen erhalten werden, kann noch mehr genaue Azimutinformation beschafft werden, indem der Azimutbereich bestimmt wird, der die Gleichungen gleichzeitig erfüllt. Die beschaffte Azimutinformation wird durch eine Ergebnisausga­ beeinheit 14 ausgegeben, indem sie beispielsweise an einem Flüssigkris­ tallbildschirm angezeigt wird und/oder hörbar durch einen Lautsprecher oder Ohrhörer angesagt wird.

Die vorstehende Verarbeitung wird durch die Datenverarbeitungseinheit 13 durchgeführt, die durch einen Mikroprozessor mit einer numerischen Berechnungs- und Speicherfähigkeit gebildet ist.

Der Ausdruck "Extrahierbarkeit", der bei der vorstehenden Erläuterung verwendet wird, beruht auf der Aussage, dass die kreisförmige Reihe, die erhalten wird, indem drei oder mehr Terme aus einer gültigen kreisförmi­ gen Azimutreihe, die aus vier oder mehr Terme besteht, extrahiert wer­ den und diese mit ihrer beibehaltenen kreisförmige Reihenfolge auch als eine kreisförmige Azimutreihe gültig ist.

Der Ausdruck "Additions- bzw. Subtraktionsfähigkeit" beruht auf der Aussage, dass das Ergebnis, das durch Addieren (oder Subtrahieren) eines beliebigen Rotationswinkels zu bzw. von allen Termen einer gültigen kreis­ förmigen Azimutreihe eine gültige kreisförmige Azimutreihe ist.

Der Ausdruck "Verknüpfbarkeit" beruht auf der Aussage, dass, wenn eine bestimmte gültige kreisförmige Azimutreihe einen Term a umfasst, dem unmittelbar ein Term b folgt, und eine andere gültige kreisförmige Azimut­ reihe den Term b umfasst, dem unmittelbar der Term a folgt, dann, wenn eine Reihe, die gebildet wird, indem die erstere kreisförmige Azimutreihe zwischen a und b getrennt wird, und eine Reihe, die gebildet wird, indem die letzte kreisförmige Azimutreihe zwischen b und a getrennt wird, in Bezug auf a und a, b und b verknüpft werden, die neu gebildete kreisför­ mige Azimutreihe als eine kreisförmige Azimutreihe gültig ist.

Nun wird das Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation unter Verwendung der Gleichungen (1-5), (2-5) und (3-5) im Detail erläutert. Bei der folgenden Erläuterung wird Grad als die Einheit für Winkel verwendet, wobei Norden als 0 Grad definiert ist und, wenn man sich im Uhrzeiger­ sinn bewegt, Osten als 90 Grad, Süden als 180 Grad und Westen als 270 Grad. Der Elevationswinkel ist als 0 Grad in der horizontalen und 90 Grad am Zenit definiert.

Zunächst werden die erste und die zweite ebene Patchantenne 11a, 11b vertikal (normal zum Boden) angeordnet, so dass ein Winkel δ gebildet wird. Obwohl die beiden Antennen unter Berücksichtigung der Bedingun­ gen an der Messstelle, und zwar die Azimutbeschaffungsrichtung und dergleichen, geeignet platziert werden können, müssen sie derart platziert werden, dass ihre Raumabdeckungsbereiche sich teilweise überlappen und einen gemeinsamen Bereich bilden.

Der zwischen den beiden Antennen gebildete Winkel kann unter Verwen­ dung eines variablen Kondensators, eines variablen Widerstandes oder eines anderen derartigen bekannten Winkelmessinstruments gemessen werden, das es ermöglicht, dass ein Drehwinkel als ein Zahlenwert ausge­ lesen werden kann, der eine Spannung oder dergleichen darstellt.

Wenn der durch die Antennen 11a, 11b gebildete Winkel δ auf 100 Grad festgelegt wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist der erste Bereich 1 ein Sek­ tor mit einem Startazimut von X + 180 Grad, einem Endazimut von X - 100 Grad und einen Mittelpunktswinkel, definiert im Uhrzeigersinn, von 80 Grad.

Die Satelliten im ersten Bereich 1 sind welche, mit denen der Kanalzu­ stand im ersten GPS-Empfänger 12a synchronisiert ist und im zweiten GPS-Empfänger 12b nicht synchronisiert ist. Es wird angenommen, dass herausgefunden wird, dass drei Satelliten mit Azimuten von 12 Grad, 6 Grad und 351 Grad in diesem Bereich vorhanden sind.

Die kreisförmige Reihe von drei Satellitenazimuts kann als 6 < 12 < 351 ausgedrückt werden. Der Mittelpunktswinkel des ersten Bereiches 1 beträgt 80 Grad. Wenn der Winkel, der im Uhrzeigersinn zwischen dem Azimut eines bestimmten Satelliten (hier A genannt) und dem Azimut des nächsten Satelliten in der Uhrzeigerrichtung (B) gebildet wird, größer als der Winkel ist, der erhalten wird, indem der Mittelpunktswinkel des Berei­ ches von 360 Grad subtrahiert wird (360 - 80 = 280 Grad), wird der Satellit A als der letzte Term und der Satellit B als der erste Term definiert, und deshalb werden die 351 Grad des Satelliten 5 als der erste Term A(S1, 1) definiert, und die 12 Grad des Satelliten 6 werden als der letzte Term A(S1, e1) definiert.

Da auf die vorstehende Art und Weise herausgefunden wurde, dass der erste Term A(S1, 1) 351 beträgt und der letzte Term A(S1, e1) 12 Grad beträgt, werden diese in G1. (1-5) substituiert.

A(S1, e1) + δ < X < A(S1, 1) + 180 Gl. (1-5)

und deshalb

12 + 100 - 180 < X < 351 + 180

was, wenn es umgeordnet wird, die folgende X begrenzende Gleichung ergibt:

112 < X < 171 Gl. (1)'

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist der zweite Bereich 2 ein Sektor mit einem Startazimut von X - 100 Grad, einem Endazimut von X und einem Mittel­ punktswinkel, definiert im Uhrzeigersinn, von 100 Grad.

Die Satelliten im zweiten Bereich 2 sind welche, mit denen der Kanalzu­ stand im ersten GPS-Empfänger 12a synchronisiert ist und auch im zweiten GPS-Empfänger 12b synchronisiert ist. Es wird angenommen, dass herausgefunden wird, dass vier Satelliten mit Azimuts von 72 Grad, 53 Grad, 148 Grad und 102 Grad in diesem Bereich 2 vorhanden sind.

Die kreisförmige Reihe kann ausgedrückt werden als 53 < 72 < 102 < 148, oder 148 < 52 < 72 < 102, oder 102 < 148 < 53 < 72, oder 72 < 102 < 148 < 53.

Wenn der Winkel, der im Uhrzeigersinn zwischen dem Azimut eines be­ stimmten Satelliten (hier A genannt) und dem Azimut des nächsten Satel­ liten in der Uhrzeigerrichtung (B) gebildet wird, größer als der Winkel ist, der erhalten wird, indem der Mittelpunktswinkel des Bereiches von 360 Grad subtrahiert wird (360 - 100 = 260 Grad), wird der Satellit A als der letzte Term und der Satellit B als der erste Term definiert und deshalb werden die 53 Grad des Satelliten 7 als der erste Term A(S2, 1) definiert, und die 148 Grad des Satelliten 8 werden als der letzte Term A(S2, e2) definiert.

Da auf die vorstehende Art und Weise herausgefunden wurde, dass der erste Term A(S2, 1) 53 beträgt, und der letzte Term A(S2, e2) 148 beträgt, werden diese in Gl. (2-5) substituiert.

A(S2, e2) < X < A(S2, 1) + δ Gl. (2-5)

und deshalb

148 < X < 53 + 100

die, wenn sie umgeordnet wird, die folgende X begrenzende Gleichung ergibt:

148 < X < 153 (2)'

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist der dritte Bereich 3 ein Sektor mit einem Startazimut von X Grad, einem Endazimut von X - 100 + 180 Grad und einem Mittelpunktswinkel, definiert im Uhrzeigersinn, von 80 Grad.

Die Satelliten im dritten Bereich 3 sind welche, mit denen der Kanalzu­ stand im ersten GPS-Empfänger 12a nicht synchronisiert und im zweiten GPS-Empfänger 12b synchronisiert ist. Es wird angenommen, dass her­ ausgefunden wird, dass ein Satellit (Satellit 9), der einen Azimut von 215 Grad aufweist, in diesem Bereich vorhanden ist. Dieser Wert wird in Gl. (3-5) für sowohl A(S3, 1) als auch A(S3, e3) substituiert.

A(S3, e3) + δ - 180 < X < A(S3, 1) Gl. (3-5)

und deshalb

215 + 100 - 180 < X < 215

die, wenn sie umgeordnet wird, die folgende X begrenzende Gleichung ergibt:

135 < X < 215 (3)'

Da der Azimutbereich gleichzeitig die Gleichungen (1)', (2)' und (3)' erfüllt, wird 148 < X < 153 erhalten.

Mit anderen Worten wird Information erhalten, dass der unbekannte Azimut X in Fig. 4 ein Bereich von Azimuten zwischen nicht weniger als 148 Grad und nicht größer als 153 Grad ist.

Nun wird das Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation erläutert, wenn es klar ist, dass keine Satellitensignale von Satelliten in irgendwel­ chen Richtungsbereichen des gesamten Raums empfangen werden kön­ nen, da drei Richtungen durch sehr hohe Gebäude oder dergleichen blo­ ckiert sind.

Es wird der Fall betrachtet, in dem, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, der Himmel oder Raum nur an einem Sektor offen ist, der auf dem Zenit zentriert ist und einen Mittelpunktswinkel von 100 Grad aufweist. Die Antennen 11a, 11b werden beispielsweise derart platziert, dass δ 30 Grad beträgt, und der gemeinsame zweite Bereich 2 in der Richtung, in dem der Raum offen ist, gebildet wird. (Es wird angenommen, dass, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, der Bereich der schraffierten Sektoren den Raumbereich darstellt, in welcher Richtung keine Satellitensignale aufgrund einer Blockierung von hoch ansteigenden Gebäuden oder dergleichen empfangen werden kön­ nen).

Als nächstes werden die GPS-Empfänger, die mit den Antennen verbun­ den sind, betätigt, und es wird ein Versuch unternommen, sie mit Satelli­ tensignalen der GPS-Satelliten in der Raum-Halbkugel zu synchronisieren und diese zu decodieren, und eine Position zu bestimmen.

Obwohl sechs Satelliten tatsächlich in dem ersten Bereich 1 und dem gemeinsamen zweiten Bereich 2 vorhanden sind (die zusammen dem Abdeckungsbereich des ersten ebenen Patchantennenbereiches entspre­ chen), können Signale von vieren von diesen nicht empfangen werden (es kann mit diesen keine Synchronisation hergestellt werden), da sie durch Gebäude verdeckt werden. (Jedoch kann der Beobachter nicht unter­ scheiden, ob dies der Fall ist, weil der Satellit sich in einem Raumbereich befindet, in dem die Antenne keine Empfindlichkeit besitzt, oder weil er von einem Bodenmerkmal blockiert ist). Infolgedessen können Signale von nur zwei Satelliten (Satelliten 18 und 22) empfangen werden, von denen angenommen wird, dass einer ein Satellit ist, der in dem gemeinsamen zweiten Bereich 2 vorhanden ist.

In der Zeichnung gibt die Schraffur Regionen an, aus denen keine Signale empfangen werden, da sie durch Gebäude blockiert werden, die grauen Kreise geben Satelliten an, von denen herausgefunden wird, dass sie in dem ersten Bereich 1 vorhanden sind, die schwarzen Kreise geben Satelli­ ten an, von denen herausgefunden wird, dass sie in dem zweiten Bereich 2 vorhanden sind, die weißen Kreise mit einem Pluszeichen geben Satelli­ ten an, von denen herausgefunden wird, dass sie in dem dritten Bereich 3 vorhanden sind und die weißen Kreise geben Satelliten an, von denen herausgefunden wird, dass sie nicht in irgendeinem der Bereiche 1, 2 und 3 vorhanden sind. Der äußerste massive Kreis gibt einen Elevationswinkel von 0 Grad an, und die restlichen konzentrischen massiven Kreise geben Elevationswinkel an, die nach innen in Inkrementen von 10 Grad zuneh­ men.

Obwohl sechs Satelliten auch tatsächlich im dritten Bereich 3 und dem gemeinsamen zweiten Bereich 2 vorhanden sind (die zusammen dem Abdeckungsbereich des zweiten ebenen Patchantennenbereichs entspre­ chen), können Signale von vieren von diesen nicht empfangen werden, da sie durch Gebäude verdeckt sind. (Jedoch kann der Beobachter nicht unterscheiden, ob dies der Fall ist, weil der Satellit sich in einem Raumbe­ reich befindet, in dem die Antenne keine Empfindlichkeit aufweist, oder weil er von einem Bodenmerkmal blockiert ist). Infolgedessen können Signale von nur zwei Satelliten (Satelliten 18 und 20) empfangen werden, wobei angenommen wird, dass einer von diesen ein Satellit ist, der in dem gemeinsamen zweiten Bereich 2 vorhanden ist.

Da somit ein Satellit in jedem der drei Bereiche 1, 2 und 3 vorhanden ist, folgt, dass erster Term = letzter Term, und die folgende Information kann aus den jeweiligen Bereichen beschafft werden.

wobei die aufgelistete Reihenfolge Satellitenazimutdaten für den ersten Bereich 1, den zweiten Bereich 2 und den dritten Bereich 3 sind.

Diese Daten und δ = 30 werden in die folgenden drei Hauptgleichungen (1-5), (2-5) und (3-5) substituiert.

Die Substitution der vorstehenden Daten in den Hauptgleichungen ergibt die folgenden Gleichungen:

Ein Umordnen dieser Gleichungen ergibt das folgende:

Als der Azimutbereich, der diese drei Gleichungen gleichzeitig erfüllt, wird 244 < X < 262 erhalten. Mit anderen Worten liegt der angestrebte Azimut X im Bereich von 244 Grad bis 262 Grad.

Der Beobachter entscheidet den Wert von δ unter Berücksichtigung der folgenden Abwägung.

Der Wert von δ und der Wert des Mittelpunktswinkels des gemeinsamen zweiten Bereiches 2 sind gleich. Selbst wenn ein einzelner Satellit in dem gemeinsamen zweiten Bereich 2 erfasst wird, ist daher der Azimut unmit­ telbar auf den Bereich von δ begrenzt. Das bedeutet, dass das Festlegen von δ auf einen schmalen Wert den Vorteil hat, dass die Genauigkeit des Ergebnisses gesteigert wird. Wenn δ auf einen schmalen Wert gesetzt wird, wird jedoch der Mittelpunktswinkel des gemeinsamen zweiten Bereiches 2 schmal, und es kann unmöglich werden, selbst einen einzigen Satelliten zu erfassen.

Es wird nun eine Betrachtung der Anzahl von verwendbaren Satelliten im Raum angegeben, die vom Standort des Beobachters und der Tageszeit abhängt. Es ist bekannt, dass in Tokio, Japan, eine Stadt in den mittleren geographischen Breiten, die Anzahl von Satelliten, die tatsächlich für das GPS verwendet werden kann, zu jedem Zeitpunkt zwischen 8 und 12 betragen kann. Es ist vernünftig, deshalb den Schluss zu ziehen, dass im Durchschnitt 10 Satelliten zur Verwendung verfügbar sind. Es wird bei­ spielsweise angenommen, dass der nutzbare Raumbereich, wie vom Standort des Beobachters aus betrachtet, ein Sektorbereich ist, der einen Mittelpunktswinkel von nur 36 Grad aufweist. Auf der Grundlage von statistischer Wahrscheinlichkeit beträgt die Anzahl von verwendbaren Satelliten, von denen zu erwarten ist, dass sie in dem schmalen 36-Grad- Raumsektor am Standort des Beobachters vorhanden eins ist (10 Satelli­ ten × 36 Grad/360 Grad = 1 Satellit).

Wenn der Winkel δ zwischen den beiden Antennen auf 36 Grad festgelegt ist, und der gemeinsame Bereich, der einen Mittelpunktswinkel von 36 Grad aufweist, mit dem verwendbaren Raumbereich ausgerichtet ist, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass ein Signal von einem einzigen Satelli­ ten, der in dem Bereich vorhanden ist, erfasst wird. Bei der Messung durch die vorliegende Erfindung ist eine Begrenzung auf einen Azimutbe­ reich von δ im Allgemeinen sofort möglich, selbst wenn ein einziger Satellit erfasst wird. (Der Azimut wird sofort auf innerhalb die Spanne von δ begrenzt, wenn ein einziger Satellit erfasst wird, weil in Gl. (2-5), d. h. A(S2, e2) < X < A(S2, 1) + δ der erste Term und der letzte Term gleich werden (e2 = 1), so dass sich A(S2, 1) < X < A(S2, 1) + δ) ergibt. Somit ist selbst in einer Umgebung, in der nur ein schmaler Raumbereich zur Verwendung verfügbar ist, zu erwarten, dass die vorliegende Erfindung nichts desto weniger eine Azimutbegrenzung in der Größenordnung von ungefähr 36 Grad mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ermöglicht.

Der verwendbare Raumbereich ist selten auf eine derart schlechte Bedin­ gung wie 36 Grad begrenzt und ist gewöhnlich beträchtlich breiter. Wenn er breiter ist, ist natürlich die Anzahl von Satelliten, die erfasst werden kann, größer. Dies bedeutet, dass die Anzahl von Termen (e2) in Gl. (2-5) zunimmt. In diesem Fall ist eine Azimutbegrenzung, die schmaler als δ ist, aus Gl. (2-5) alleine möglich, während eine noch genauere Azimutbegren­ zung wahrscheinlich aufgrund von den Gleichungen (1-5) und (3-5) mög­ lich ist, die auch wegen der Anwesenheit von S1 und S3 im ersten Bereich 1 und im dritten Bereich 3 verwendbar ist.

Als nächstes wird der Fall betrachtet, in dem, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, der Raumbereich, in dem Satelliteninformation beschafft werden kann (in dem der Himmel oder Raum offen ist) durch Gebäude oder dergleichen auf nur einen Sektor begrenzt ist, der auf dem Zenit zentriert ist und einen Mittelpunktswinkel von 45 Grad aufweist. (Es wird angenommen, dass, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, der Bereich der schraffierten Sektoren den Raumbereich darstellt, in dessen Richtung keine Satellitensignale auf­ grund eines Blockierens von hoch ansteigenden Gebäuden oder derglei­ chen empfangen werden können). Es sei angenommen, dass aus irgendei­ nem Grund der Beobachter die Azimutinformation auf innerhalb eine Spanne von 25 Grad begrenzen möchte. In diesem Fall platziert der Beob­ achter die Antennen 11a, 11b derart, dass δ = 25 Grad, beispielsweise, um den gemeinsamen zweiten Bereich 2 in der Richtung des Raumbereiches, in dem die Messung möglich ist, zu bilden. Der Bediener bewirkt dann, dass die GPS-Empfänger, die mit den Antennen verbunden sind, versu­ chen, sich mit Signalen von Satelliten, die in dem Raum vorhanden sind, zu synchronisieren und diese zu decodieren, und auch eine Position zu bestimmen.

Wenn glücklicherweise herausgefunden wird, dass ein Satellit im zweiten Bereich 2 vorhanden ist, werden der erhaltene Azimut (244 Grad) und δ = 25 in der Hauptgleichung für den zweiten Bereich 2 substituiert. Da in diesem Fall nur ein einziger Satellit (Satellit 18) vorhanden ist, sind auch der erste Term A(S2, 1) und der letzte Term A(S2, e2) gleich. Deshalb

244 < X < 244 + 25

die, wenn sie umgeordnet wird, ergibt

244 < X < 269

Mit anderen Worten fällt der gewünschte Azimut X zwischen 244 Grad und 269 Grad.

Dies kann wie folgt verallgemeinert werden. Unter Berücksichtigung einer schlechten Umgebung, in der nur ein einziger Satellit erfasst werden kann, wenn der einzige Satellit in dem gemeinsamen zweiten Bereich 2 erfasst wird, beträgt die Azimutbegrenzungsbreite 6 Grad. (Der Azimut wird unmittelbar auf innerhalb die Spanne von δ Grad begrenzt, selbst wenn ein einziger Satellit erfasst wird, weil in Gl. (2-5), d. h. A(S2, e2) < X < A(S2, 1) + δ, der erste Term und der letzte Term gleich werden (e2 = 1), so dass sich A(S2, 1) < X < A(S2, 1) + δ ergibt).

Wenn der einzige Satellit im ersten Bereich 1 erfasst wird, beträgt die Azimutbegrenzungsbreite 180-δ Grad. (Der Azimut ist als unmittelbar auf innerhalb die Spanne von 180-δ Grad begrenzt zu sehen, selbst wenn ein einziger Satellit erfasst wird, weil in Gl. (1-5), d. h. A(S1, e1) + δ < X < A(S1, 1) + 180 der erste Term und der letzte Term gleich werden (e1 = 1), so dass sich A(S1, 1) + δ < X < A(S1, 1) + 180 ergibt).

Wenn ein einziger Satellit im dritten Bereich 3 erfasst wird, beträgt die Azimutbegrenzungsbreite wieder 180-δ Grad. (Der Azimut ist als unmit­ telbar auf innerhalb die Spanne von 180-δ Grad begrenzt zu sehen, selbst wenn ein einziger Satellit erfasst wird, weil in Gl. (3-5), d. h. A(S3, e3) + δ - 180 < X < A(S3, 1) der erste Term und der letzte Term gleich werden (e3 = 1), so dass sich A(S3, 1) + δ - 180 < X < A(S3, 1) ergibt).

Diese sind offensichtlich den Ergebnissen überlegen, die mit einer Ausge­ staltung erhalten werden würden, die den gemeinsamen Bereich nicht aufweisen.

Dies wird aus der Tatsache deutlich, dass, wenn δ auf Null gesetzt wird (kein gemeinsamer Bereich vorhanden ist), die Azimutbegrenzungsweite 180 Grad beträgt, sowohl wenn der einzige Satellit in dem ersten Bereich 1 erfasst wird, als auch wenn er im dritten Bereich 3 erfasst wird. (Dies entspricht dem Fall, dass e1 = 1 und δ = 0 in Gl. (1-5) substituiert werden). Mit anderen Worten steigert die Herstellung des gemeinsamen zweiten Bereiches 2 die Azimutbegrenzungsfähigkeit unter Bedingungen beson­ ders, unter denen nur ein einziger Satellit erfasst werden kann.

Wie es aus der vorstehenden Erläuterung deutlich wird, ermöglicht das Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv die Beschaffung von Azimutinformation, selbst an einem Standort, an dem der Himmel oder Raum teilweise blockiert ist, oder an einem Ort, an dem, die Wahrscheinlichkeit eines Blockierens durch Gebäude offensichtlich ist.

Tatsächlich kann Azimutinformation selbst an einem Ort beschafft wer­ den, an dem der größte Teil des Himmels oder Raums blockiert ist, inso­ fern ein Signal von mindestens einem Satelliten, der im nicht blockierten Raumbereich vorhanden ist, empfangen werden kann.

Da die beiden Patchantennen nicht parallel angeordnet werden müssen, können sie beispielsweise außerdem an einer mobilen Einheit angebaut werden, die ein stromlinienförmiges Element aufweist, das an seiner Nase montiert ist (z. B. ein Motorrad, das mit einer stromlinienförmigen Verklei­ dung ausgerüstet ist), um eine konstante Beschaffung von Azimutinforma­ tion während der Fahrt zu ermöglichen.

Wie es im Vorstehenden erläutert wurde, werden bei dem Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste und eine zweite ebene Patchantenne unter einem Winkel zueinander derart angeordnet, dass ihre Raumabdeckungsbereiche sich teilweise überlappen, wodurch der Raumabdeckungsbereich der Antenne unterteilt wird in einen Bereich, der nur durch die erste Antenne abgedeckt wird, einen Bereich, der nur durch die zweite Antenne abgedeckt wird, und einen gemeinsamen Bereich, der durch sowohl die erste Antenne als auch die zweite Antenne abgedeckt wird, wodurch Azimutbegrenzungsinforma­ tion effektiv beschafft werden kann, insofern ein Signal von mindestens einem Satelliten empfangen werden kann, der in mindestens einem dieser drei Bereiche vorhanden ist. Azimutinformation kann deshalb effektiv selbst an einem Ort beschafft werden, an dem der größte Teil des Himmels oder Raums blockiert ist.

Wenn ein oder mehrere Satelliten in zweien oder mehreren der Bereiche vorhanden sind, kann die Azimutinformation von jedem dieser Bereiche beschafft werden, was es möglich macht, noch genauere Azimutinformati­ on zu beschaffen, indem das gemeinsame Produkt des Satzes der Azimute genommen wird, um diese auf einen einzigen Azimut zu begrenzen.

Zusammengefasst ist ein Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformati­ on vorgesehen, bei dem eine erste und eine zweite ebene Patchantenne 11a, 11b derart angeordnet werden, dass sich ihre Raumabdeckungsbe­ reiche teilweise überlappen, so dass ein gemeinsamer Bereich 2 gebildet ist, wodurch der Raumabdeckungsbereich der Antennen in einen ersten Bereich 1, einen dritten Bereich 3 und einen gemeinsamen zweiten Be­ reich 2 unterteilt wird, und ein Azimut begrenzt wird, indem Azimute, die in den jeweiligen Bereichen beschafft werden, und der Winkel zwischen den beiden Antennen benutzt werden. Infolgedessen kann Azimutbegren­ zungsinformation effektiv selbst an einem Ort beschafft werden, an dem der Raum in großem Umfang blockiert ist und Satelliteninformation nur in einem kleinen Bereich einer Sichtbarkeit des Himmels oder Raums ange­ messen beschafft werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation mit den Schritten, dass:
zwei ebene Antennen, die jeweils eine halbkugelförmige An­ tennencharakteristik aufweisen, derart unter einem Winkel zueinan­ der vertikal angeordnet werden, dass sich ihre Raumabdeckungsbe­ reiche teilweise überlappen;
der zwischen den Antennen gebildete Winkel detektiert wird,
bewirkt wird, dass ein GPS-Empfänger, der mit jeder Antenne verbunden ist, den Empfang von Signalen versucht, die von GPS- Satelliten in seinem Raumabdeckungsbereich gesendet werden;
die beschafften Satellitensignale verglichen werden und unter­ schieden wird, in welchem von drei separaten Raumabdeckungsbe­ reichen der Satellit, der jedes Signal sendet, vorhanden ist;
in jedem der drei Bereiche eine Reihe von Satellitenazimuten im Uhrzeigersinn geschaffen wird, und der Azimut des ersten Terms und der Azimut des letzten Terms extrahiert werden; und
der Azimut einer Richtung auf der Grundlage des Azimuts des ersten Terms und des Azimuts des letzten Terms in mindestens ei­ nem Bereich und des zwischen den beiden Antennen gebildeten Win­ kels begrenzt wird.

2. Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bereich ein gemeinsamer Bereich ist, in dem die Raumbereiche der beiden Antennen sich überlappen.

3. Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwesenheit eines einzigen Satelliten in dem mindestens einen Bereich den Azimut des ersten Terms und den Azimut des letzten Terms gleich setzt.

4. Verfahren zum Beschaffen von Azimutinformation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Azimutbegrenzungsergebnisse, die in mehreren Bereichen beschafft werden, auf einen einzigen Azimut begrenzt werden, indem ein ge­ meinsames Produkt von Sätzen genommen wird.