DE10253394A1

DE10253394A1 - Verfahren zur Ortung von Mobilfunkgeräten mittels nur einem Peiler

Info

Publication number: DE10253394A1
Application number: DE10253394A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. Mausbach
Original assignee: PLATH GmbH
Current assignee: PLATH GmbH
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: DE10253394B4

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ortung von Mobilfunkgeräten wie Mobiltelefonen insbesondere ohne Unterstützung durch einen Netzbetreiber durch den Einsatz eines Peilers, der mit der Basisstation (BTS), in dessen Wirkungsbereich sich das Mobiltelefon befindet, synchronisiert ist und diese Synchronisation nicht nur dafür verwendet wird, um mit der BTS Informationen auszutauschen, sondern zur Ortung des Mobilfunkgeräts.

Description

Die Erfindung betrifft die Ortung von Mobilfunkgeräten wie Mobiltelefonen insbesondere ohne. Unterstützung durch einen Mobilfunknetzbetreiber durch den Einsatz eines Peilers, der mit der Basisstationen (BTS), in dessen Wirkungsbereich sich das Mobiltelefon befindet, synchronisiert ist und diese Synchronisation nicht nur dafür verwendet wird, um mit der BTS Informationen auszutauschen, sondern zur Messung der Laufzeit der zur Basisstationen gesandten Datenpakete (Bursts), die die zu ortende Mobilstation aussendet.
Die Ortung von Mobiltelefonen erfolgt in der Regel entweder durch die Messung von Laufzeiten, die die zur Informationsübertragung benutzten elektromagnetischen Wellen benötigen, zu mindestens zwei sich in der Umgebung des Mobiltelefons befindenden Basisstationen und anschließender geometrischer Analyse der Messdaten ( wie in z.B. DE 199 48 556 und DE 199 36 846 . beschrieben) oder durch den Einsatz von GPS-Empfängern (wie in z.B. DE 199 30 241 beschrieben).
Bekannt ist auch eine Ortung durch Peiler, doch dann werden immer mindestens zwei Peiler eingesetzt. Auch werden schon Peiler eingesetzt, die mit der BTS, in deren Wirkungsbereich sich die zu ortenden Mobilstation aufhält, synchronisiert sind, aber die Synchronisation dient dort nur dem Zweck, einen Informationsaustausch zwischen Peiler und BTS zu erreichen bzw. den Peiler in die Lage zu versetzen, die Signale der BTS zu analysieren. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in DE 44 21 227 offenbart. In DE 44 21 227 wird von einem mit dem GSM-Netz synchronisierten Peiler ausgegangen. Der Peiler ist zwar mit dem GSM-Netz synchronisiert; diese Synchronisation wird aber vom Peiler nicht zur Erlangung einer Ortsinformation verwendet, sondern dient allein dazu, den Peiler in die Lage zu versetzen, mit der BTS Signalisierungsnachrichten auszutauschen.
Für die Ortung des Mobiltelefons durch die Messung der Laufzeit zu mehreren Basisstationen benötigt man die Unterstützung des Mobilfunknetzbetreibers. Es gibt jedoch Situationen, wo man sich nicht auf die Unterstützung des Mobilfunknetzbetreibers verlassen kann. Zum Beispiel können SFOR-Truppen in solche Situation geraten. Eine Messung auf der Basis von GPS-Messergebnissen setzt voraus, dass das Mobiltelefon mit einem entsprechenden GPS-Empfänger ausgerüstet ist und dementsprechend selbst an einer Ortung seiner Position interessiert ist. Für eine konventionelle Ortung durch Peiler, die nicht mit der BTS synchronisiert sind, müssen mindestens zwei Peiler eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur eindeutigen Ortung von Mobilfunkgeräten mit nur einem Peiler auch ohne Unterstützung durch den Netzbetreiber zu ermöglichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
Ein Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortung von Mobiltelefonen, indem ein Peiler mit integrierter Vorrichtung zum Zeitvergleich mit der Basisstation, in deren Wirkungsbereich sich das zu ortende Mobiltelefon gerade aufhält, synchronisiert ist und den Zeitpunkt des Eintreffens eines Bursts vom Mobiltelefon am Peiler mit dem Zeitpunkt des Eintreffens eines Bursts vom Mobiltelefon an der Basisstation vergleicht und mit diesem Zeitvergleich die mögliche Position des Mobiltelefons auf Punkten, die auf einer Linie liegen, einschränkt und anschließend durch Peilung der Richtung des Mobiltelefons den Ort des Mobilfunkgeräts als Schnittpunkt des Peilstrahls mit der Linie bestimmt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1: Ein Diagramm für ein Ausführungsbeispiel zur Positionsberechnung nach der vorliegenden Erfindung und
2: Ein Diagramm für ein Ausführungsbeispiel zur Ortung nach der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung kombiniert eine Ortsbestimmung durch Synchronisation des Peilers auf eine Basisstation und anschließende Peilung des Mobiltelefons wobei nur ein Peiler erforderlich ist. In einem ersten Schritt wird die Entfernung des Peilers zur Basisstation genau bestimmt. Vorzugsweise wird die Entfernung entweder durch Analyse der Laufzeit der für die Informationsübermittlung im Mobilfunknetz verwendeten elektromagnetischen Strahlung bestimmt, oder durch andere z.B. interferometrische Verfahren, durch Entfernungsmessung mittels anderer als der im Mobilfunknetz verwendeten elektromagnetischen Strahlung (z.B. optische Verfahren) oder auch durch GPSgestützte Verfahren. Zum Beispiel kann ein GPS-Empfänger in den Peiler eingebaut werden oder ein GPS-Empfänger direkt neben der betreffenden Basisstation betrieben werden. In einem zweiten Schritt wird die Richtung der. Basisstation, vom Peiler aus gesehen, bestimmt. Bei den erwähnten Methoden ist es möglich, die Richtung mit dem – noch nicht notwendigerweise synchronisierten – Peiler zu bestimmen. Beim Einsatz der GPS-Technik kann die Richtung durch die Berechnung aus den Peiler- und Basisstation-Positionen bestimmt werden.
Wenn ein Peiler mit einer Basisstation synchronisiert ist und die Entfernung zwischen Peiler und Basisstation bekannt ist, so kann man berechnen, zu welchem Zeitpunkt t_o die Basisstation die Bursts der Mobilfunktelefone erwartet. Die Mobilfunktelefone richten sich nach dem Zeitschema der Basisstation aus, mit der sie zum jeweiligen Zeitpunkt Informationen austauschen. Insbesondere sendet das Mobiltelefon seine Bursts um ein von der Entfernung zwischen dem Mobiltelefon und der Basisstation abhängiges Zeitintervall verfrüht aus, damit sie zum korrekten Zeitpunkt an der Basisstation eintreffen. Diese Bursts, deren genauen Eintreffzeitpunkt an der Basisstation der Peiler auf Grund seiner Synchronisation berechnen kann, werden zu einem Zeitpunkt bei dem Peiler eintreffen, der um ein Zeitintervall Δt von dem Eintreffzeitpunkt an der BTS verschieden ist. Dieses Zeitintervall wird vom Peiler gemessen. Dieses Zeitintervall Δt kann natürlich positiv oder negativ sein in Abhängigkeit davon, ob sich das Mobiltelefon näher zum Peiler befindet als zur Basisstation oder der umgekehrte Fall vorliegt.
Bezugnehmend auf die 1 definiert man die Strecke zwischen Mobilfunktelefon und der Basisstation als a, so ist die Entfernung des Mobiltelefons vom Peiler gleich a+c₀Δt (c₀=Lichtgeschwindigkeit). Das Mobiltelefon hält sich an einem der Punkte auf, der von der Basisstation die Strecke a und vom Peiler die Strecke a+c₀Δt entfernt ist.
Dies ist, da man a nicht kennt, für eine Ortsbestimmung nicht ausreichend, alle in Frage kommenden Punkte liegen jedoch auf einer Linie. Ein Beispiel für eine solche Linie wird in der 2 dargestellt. Wenn man nun diese Linie bestimmt hat, auf der sich das Mobilfunktelefon aufhält, so kann man durch eine Richtungsbestimmung durch den Peiler einen Schnittpunkt zwischen der Pellrichtung und der vorher bestimmten Linie bestimmen und so den Aufenthaltsort des Mobilfunktelefons ermitteln.
Die Linie wird durch berechnete Punkte beschrieben. Es können beliebig viele Punkte berechnet werden. Die Berechnung der Positionen der Punkte in Abhängigkeit von a unter den anfänglich erläuterten Umständen (m, n und Δt bekannt) ist in der 1 dargestellt.
Die Positionen der Punkte kann wie folgendes berechnet werden: α1 = arctan (n/m) (1) α2 = arccos [(a2-(a+c0Δt)2–c2)/(–2(a+c0Δt)c)] (2)
Das Zeitintervall Δt und die Position der Basisstation (m;n) sind laut Voraussetzung bekannt und damit natürlich auch c. In der Beispiel der 2 zeigen die angenommen Messwerte, dass die Position der Basisstation 1000m östlich und 1500m nördlich des Peilers liegt und das Zeitintervall Δt=+1.2μs ist. Man kann für eine Folge von gewählten Entfernungen a die jeweils zu dieser Entfernung a gehörende Position (k;l) berechnen: k = (a + c0Δt) cos(α1 + α2) (3) l = (a + c0Δt) sin(α1 + α2) (4)
Aus Symmetriegründen wegen der Spiegelung an der Verbindungslinie Peiler-BTS gehört zu jeder Entfernung a ein zweiter Punkt, der ebenfalls die Voraussetzung (a=Entfernung zur BTS; a + c₀Δt =Entfernung zum Peilen) erfüllt: k2 = (a + c0Δt) cos(α1 – α2) (5) l2= (a + c0Δt) sin(α1 – α2) (6)
Für geeignet gewählte a kann man daraus die jeweiligen Positionen der möglichen Aufenthaltsorte des Mobiltelefons berechnen; die so ermittelten Punkte liegen auf einer Linie, mit einem Peilergebnis kann man dann den. tatsächlichen Aufenthaltsort des Mobiltelefons bestimmen.

Claims

Verfahren zur Ortung von Mobilfunkgeräten dadurch gekennzeichnet, dass ein Peilen mit integrierter Vorrichtung zum Zeitvergleich, der mit der Basisstation, in deren Wirkungsbereich sich das zu ortende Mobilfunkgerät gerade aufhält, synchronisiert ist und den Zeitpunkt des Eintreffens des Bursts vom Mobilfunkgerät am Peilen mit dem Zeitpunkt des Eintreffens des Bursts vom Mobilfunkgerät an der Basisstation vergleicht und mit diesem Zeitvergleich die mögliche Position des Mobilfunkgeräts auf Punkte, die auf einer Linie liegen, einschränkt und durch Peilung der Richtung des Mobilfunkgeräts den Ort des Mobilfunkgeräts als Schnittpunkt des Peilstrahls mit der Linie bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entfernung des Peilers zur Basisstation durch Analyse der Laufzeit der für die Informationsübermittlung im Mobilfunknetz verwendeten elektromagnetischen Strahlung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entfernung des Peilers zur Basisstation durch ein interferometrisches Verfahren bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entfernung des Peilers zur Basisstation durch ein GPS-gestütztes Verfahren bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein GPS-Empfänger in den Peilen eingebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein GPS-Empfänger direkt neben der Basisstation betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Richtung der Basisstation in Bezug auf den Peilen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linie eine Hyperbel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linie durch Berechnung von Punkten, an denen sich das Mobilfunkgerät befinden kann, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Eintreffzeitpunkt (t_o) der Bursts vom Mobilfunkgerät an der Basisstation dem Peilen auf Grund seiner Synchronisation bekannt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Eintreffzeitpunkt der Bursts vom Mobilfunkgerät an dem Peilen um ein Zeitintervall (Δt) von dem Eintreffzeitpunkt an der Basisstation verschieden ist, und das Zeitintervall (Δt) zur Berechnung der Linie verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mobilfunkgerät ein Mobiltelefon ist.
Eine Vorrichtung, die das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt.
Ein System zur Ortung von Mobilfunkgeräten mittels einem Peilen dadurch gekennzeichnet, dass der Peilen mit einer Basisstation, in deren Wirkungsbereich sich ein zu ortendes Mobilfunkgerät gerade aufhält, synchronisiert ist und eine integrierte Vorrichtung zum Zeitvergleich aufweist, die den Zeitpunkt des Eintreffens eines Bursts vom Mobilfunkgerät am Peilen mit dem Zeitpunkt des Eintreffens eines Bursts vom Mobilfunkgerät an der Basisstation vergleicht; wobei mit diesem Zeitvergleich die mögliche Position des Mobilfunkgeräts auf Punkte, die auf einer Linie liegen, einschränkt und durch Peilung der Richtung des Mobiltelefons den Ort des Mobilfunkgeräts als Schnittpunkt des Peilstrahls mit der Linie bestimmt.