DE202017002617U1 - Terrestrial navigation system incorporating radio and mobile stations and their antenna positions as well as navigation data from satellites - Google Patents

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Abstract

Statische Basisstation, dadurch gekennzeichnet, dass diese über längere Zeiträume Zeit- und Positionssignale von allen verfügbaren Satelliten-Navigationssystemen, von sie umgebenden Mobilfunksendeanlagen, aber auch von anderen benachbarten Radiosendern, insbesondere UKW-Sendern empfangen kann.Static base station, characterized in that it can receive for long periods of time and position signals from all available satellite navigation systems, surrounding them from mobile stations, but also from other neighboring radio stations, especially VHF stations.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hochgenauen dynamischen Positionsbestimmung von insbesondere dynamisch bewegten Objekten (Autonomes Fahren, Autonomes Fliegen) unter Einbindung von vielen hochgenau eingemessenen Geopositionen statisch feststehender Antennenpositionen von insbesondere Radiosendern und Mobilfunksendern aber auch von Navigationssatellitendaten und geostationären Satelliten in Verbindung mit einem hochgenauen synchronisierten einheitlichen Zeitdienst wie z. B. der von Navigationssatelliten, Atomuhr u. ä. zur Synchronisation einer einheitlichen Systemzeit für alle Referenzpositionen mit einer dynamischen Genauigkeit von +/–1 cm bei einer Eigengeschwindigkeit der jeweiligen mobilen Empfangseinheit von bis zu 250 km/h.This invention relates to a device for highly accurate dynamic positioning of particular dynamically moving objects (autonomous driving, autonomous flying) involving many highly accurately measured geopositions static static antenna positions of particular radio stations and mobile stations but also navigation satellite data and geostationary satellites in conjunction with a high-precision synchronized uniform Time service such. B. of navigation satellites, atomic clock u. Ä. For the synchronization of a uniform system time for all reference positions with a dynamic accuracy of +/- 1 cm at an airspeed of the respective mobile receiving unit of up to 250 km / h.

Das „Autonome Fahren” oder auch das „Autonome Fliegen” erfordert neben der Berücksichtigung aller sonst relevanten Umgebungsfaktoren insbesondere eine großflächige, hochgenaue, kontinuierliche und damit dynamisch korrekte und vor allem unterbrechungsfreie Positionsbestimmung in die Dritte möglichst nicht wirkungsvoll eingreifen können. Nationalstaaten ohne ein eigenes stallelitengestütztes Navigationssystem können auf die hier beschriebene Weise sich ein kostengünstiges eigenes System etablieren, das dynamisch hochgenaue Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von +/–1 cm auch bei einer Geschwindigkeit von bis zu 250 km/h möglich macht.The "autonomous driving" or "autonomous flying" requires in addition to the consideration of all other relevant environmental factors in particular a large-scale, highly accurate, continuous and thus dynamically correct and above all uninterrupted position determination in the third can not effectively intervene. Nation states without their own parallel-supported navigation system can establish a cost-effective own system in the manner described here, which makes dynamically highly accurate position determinations possible with an accuracy of +/- 1 cm even at a speed of up to 250 km / h.

Nach dem Stand der Technik sind derzeitigen Navigationssysteme (GPS, GLONASS, GALLILEO, BEIDU u. a.) allesamt Satellitensysteme bekannt. Diese Satelliten kreisen in jeweils einen Distanz zur mittleren Erdoberfläche zwischen 20.000 km und 40.000 km im Orbit. Abgesehen von der kontinuierlichen Neujustierung der Positionen der Satelliten zueinander – sie befinden sich in permanent sich leicht abändernden Umlaufbahnen um den Globus – benötigen die Signale zur Erde Laufzeiten je nach Entfernung zur Erde zwischen 0,06 Sekunden und 0,15 Sekunden. Damit auf Richtantennen verzichtet werden kann und es zu keinen größeren ionospärischen Signal-Verzögerungen kommt, wurden für diese Systeme Frequenzen zwischen 1 GHz und 2 GHz verwendet. Die Sendeleistungen liegen bei ca. 20 W (+43 dBm) von der dann durchschnittlich –130 dBm beim Empfänger „ankommen” und somit aufgrund ihrer schwachen Signalstärke nicht nur Empfänger mit relativ hoher Empfangsempfindlichkeit erforderlich machen sondern die genutzten Frequenzen in den Bereichen erlauben im Gegensatz zu UKW-Radio-Frequenzen auch nur eine geringe Durchdringung von Hindernissen, wie Tunneln, Unterführungen, Straßenschluchten und Gebäuden wie z. B. Parkhäuser usw.Current state-of-the-art navigation systems (GPS, GLONASS, GALLILEO, BEIDU et al.) All have known satellite systems. These satellites circle each other at a distance to the middle earth's surface between 20,000 km and 40,000 km in orbit. Apart from the continuous readjustment of the positions of the satellites to each other - they are in permanently slightly changing orbits around the globe - the signals to Earth run times depending on the distance to Earth between 0.06 seconds and 0.15 seconds. In order to be able to dispense with directional antennas and there are no major ionospheric signal delays, frequencies between 1 GHz and 2 GHz were used for these systems. The transmission power is about 20 W (+43 dBm) of the average then -130 dBm "arrive" at the receiver and thus not only require receivers with relatively high reception sensitivity due to their weak signal strength but allow the frequencies used in the areas in contrast at VHF radio frequencies, there is also little penetration of obstacles such as tunnels, underpasses, street canyons and buildings such as B. car parks etc.

Damit eine hinreichende dreidimensionale Genauigkeit einer terrestrischen Position relativ zu den Satelliten bestimmt werden kann, sind nach dem Stand der Technik mindestens vier Satellitensignale (z. B. vier GPS-L1 Signale mit den Zeit und Positionsangaben) erforderlich. Diese Signale enthalten aufeinander abgestimmte (synchronisierte) Zeitsignale als auch unter den Satelliten zueinander definierte Positionssignale. Der permanente Rechenaufwand der Satelliten-Systeme untereinander und deren Signalbandbreite sind im Verhältnis zu dem hier beschriebenen terrestrischen Navigationssystem relativ hoch, gleichwohl nutzt das hier beschriebene System (TNS) die hochgenauer Uhrzeit der Satelliten zur eigenen Zeitsynchronisation. Die Nachteile für eine hochgenaue Positionsbestimmung (besser als 5 cm Abweichung) für schnelle dynamische Positionsbestimmungen von in Bewegung befindlichen Objekten sind die geringe Anzahl von Satelliteninformationen, hohe Investitions- und Betriebskosten bei der Ausweitung solcher Systeme, Anforderungen an die Empfangssysteme (hohe Empfangsempfindlichkeit), eine hohe Störanfälligkeit im Krisenfall und dass die nationale hoheitliche Kontrolle durch wenige Nationen ausgeübt wird. Das hier beschriebene System erlaubt jedem Staat die Nachrüstung für ein hochgenaues Navigationssystem in eigener Kontrolle.In order for sufficient three-dimensional accuracy of a terrestrial position relative to the satellites to be determined, the prior art requires at least four satellite signals (eg, four GPS-L1 signals with time and position information). These signals contain synchronized (synchronized) timing signals as well as position signals defined among the satellites. The permanent computational effort of the satellite systems with each other and their signal bandwidth are relatively high in relation to the terrestrial navigation system described here, nevertheless uses the system described here (TNS) the high-precision time of the satellite for their own time synchronization. The disadvantages for a high-precision position determination (better than 5 cm deviation) for fast dynamic position determinations of moving objects are the low number of satellite information, high investment and operating costs in the expansion of such systems, requirements for the receiving systems (high reception sensitivity), a high susceptibility in the event of a crisis and that the national sovereign control exercised by a few nations. The system described here allows every state to retrofit a high-precision navigation system under its own control.

Nach dem Stand der Technik hängt die Genauigkeit der Daten der Navigationssatelliten im Wesentlichen von den Einflüssen auf die Laufzeit der Signale ab. Diese Signale sind auf die elektromagnetische Funkwelle, den Träger, (GPS: 1.575,42 MHz) auf moduliert, der jeweils sowohl in der Ionosphäre (+/–16 ns) als auch zusätzlich in der Troposphäre, der Wetterzone, (+/–1,5 ns) abgelenkt werden kann, so dass die Laufzeit des Signals sich je nach Sonneneinstrahlung und Strömung der Ladungen in diesen beiden Bereichen verändert. Zusammen bedeutet das eine Ungenauigkeit von +/–17,5 ns, mithin eine Abweichung von durchschnittlich 10,5 Metern.According to the prior art, the accuracy of the data of the navigation satellites essentially depends on the influences on the propagation time of the signals. These signals are modulated on the electromagnetic radio wave, the carrier (GPS: 1575.42 MHz), which is located both in the ionosphere (+/- 16 ns) and additionally in the troposphere, the weather zone, (+/- 1 , 5 ns), so that the propagation time of the signal changes depending on the solar radiation and the flow of charges in these two areas. Together, this means an inaccuracy of +/- 17.5 ns, thus a deviation of 10.5 meters on average.

Nach dem Stand der Technik sind Korrekturverfahren zur Korrektur von Abweichungen der satellitengestützten Positionsdaten bekannt wie z. B. das Differenzielle GPS (DGPS) oder ähnliche Verfahren für gleichartige anderen Satellitensysteme.According to the state of the art, correction methods for correcting deviations of the satellite-supported position data are known, for example As the differential GPS (DGPS) or similar procedures for similar other satellite systems.

Eine der Korrekturmöglichkeiten besteht darin, die jeweilige Positionskorrekturdaten zu den jeweiligen Satellitendaten in Abstimmung mit mindestens einer festen und bekannten Position zu errechnen. Derartige feste Positionen sind entweder geostationäre Satelliten (SBAS – Space Based Augmentation System), die sich in einer relativ feststehenden Position über einer gleichbleibenden Geoposition über der Erde zusammen mit der Erdrotation bewegen und sich zudem in einem gleichbleibend festen Abstand zum Äquator befinden.One of the correction options is to calculate the respective position correction data for the respective satellite data in coordination with at least one fixed and known position. such Fixed positions are either Space Based Augmentation (SBAS) satellites, which move in a relatively fixed position above a constant geoposition above the earth along with the Earth's rotation and are also at a fixed fixed distance from the equator.

Eine weitere Korrekturmöglichkeit besteht darin, eine so genannte Statistische Basisstation (1) auch VBOX genannt – zu errichten. Dazu wird die Statische Basisstation an einem bestimmten Punkt auf dem Boden aufgestellt. Anschließend wird die exakte Position der Basisstation auf der Erdoberfläche berechnet. Dazu lässt man die Basisstation tage- und wochen-monatelang Satelliten-Navigationsdaten (Positionsdaten-Zeitsignale) empfangen und kann aus der statistischen Verteilung aller Daten, auch der, die durch den Einfluss der Ionosphäre und der Troposphäre in ihrer Laufzeit beeinträchtigt wurden, bestimmen, wo genau die terrestrische Position aufgrund der statistisch ermittelten Durchschnittswerte diese Basisstation (2) sich diese befindet um dann relativ zu diesen Daten die Korrekturdaten zu den Satelliten-Navigations-Daten zu berechnen und auszugeben.Another possibility for correction is a so-called statistical base station ( 1 ) also called VBOX - to build. For this, the static base station is set up at a certain point on the ground. Subsequently, the exact position of the base station on the earth's surface is calculated. For this purpose, the base station can receive satellite navigation data (position data time signals) for days and weeks and months and can determine from the statistical distribution of all data, including those affected by the influence of the ionosphere and the troposphere during their transit time, where exactly the terrestrial position based on the statistically determined average values of this base station ( 2 ) This is then to calculate and output relative to this data, the correction data to the satellite navigation data.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, flächendeckend Sendeantennen von sich in definierten Sendebereichen überlappenden Radiostationen, insbesondere UKW-Radiostationen (3, Nr. 3) aber auch unter Einbindung von Mobilfunksendern (3, Nr. 4) hochgenau auf ihre jeweilige Geoposition einzumessen. Erfindungsgemäß wird jeder dieser Antennen dazu ebenfalls eine einmalige Identitätskennung (ID) zugeordnet. Das Messergebnis wird dann erfindungsgemäß möglichst phasengenau in periodisch hochgenauen Zeitabständen als Positionssignal zusammen mit einem synchronisierten Zeitsignal auf den Trägern (Frequenzen) der Radio- oder Mobilfunksender versendet.The invention is therefore based on the object, nationwide transmitting antennas of overlapping radio stations in defined transmission ranges, in particular VHF radio stations ( 3 , No. 3 ) but also with the involvement of mobile radio stations ( 3 , No. 4 ) to measure with high precision on their respective geoposition. According to the invention, each of these antennas is also assigned a unique identity identifier (ID) for this purpose. The measurement result is then according to the invention as phase-accurate as possible in periodically highly accurate time intervals as a position signal sent together with a synchronized time signal on the carriers (frequencies) of the radio or mobile stations.

Das Bild (2) zeigt ein Beispiel für ein Langzeit-Diagramm von Satelliten-Navigationsdaten. Durch die Berechnung der Durchschnittswerte über einen längeren Zeitraum erhält man nach dem Stand der Technik einen um einige Faktoren genauen Wert für die absolute Position der jeweiligen stationären Basisstationen (1). Je länger die Messdauer anhält umso genauer wird die Positionsbestimmung im Vergleich zum direkten Verwerten der Navigationssignale der Navigationssatelliten. In Kombination mit statischen, also ortsfesten Basisstationen, auch in Kombination mit Geopositionen von Referenz Systemen wie WGS84, GIS Geoinformationssystem, RIS – Räumliches Informationssystem, sind schon heute Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von ±90 cm bis sogar +/–2 cm für jedoch stehende Objekte möglich. Für sich dynamisch mit hoher Geschwindigkeit bewegende Objekte, wie das Autonome Fahren oder das Autonome Fliegen, sind diese weniger geeignet.The picture ( 2 ) shows an example of a long-term chart of satellite navigation data. By calculating the average values over a longer period of time, one obtains, according to the prior art, a value for the absolute position of the respective stationary base stations that is accurate by a few factors ( 1 ). The longer the measurement duration lasts, the more accurate the position determination becomes in comparison to the direct exploitation of the navigation signals of the navigation satellites. In combination with static, ie stationary base stations, also in combination with geopositions of reference systems like WGS84, GIS Geoinformationssystem, RIS - Spatial Information System, positional determinations with an accuracy of ± 90 cm to even +/- 2 cm are already available for stationary objects possible. For dynamically moving objects at high speed, such as autonomous driving or autonomous flying, these are less suitable.

Nach dem Stand der Technik werden heute in Fahrzeugen Navigationssysteme genutzt, die auf Satellitensignale zugreifen; in einem wachsenden Maße werden aber auch die Trägerfrequenzen der Mobilfunknetze für den Transport weiterer Positions- und Zeitsignale verwendet. Diese Trägerfrequenzen liegen in den Frequenzbereichen des Mobilfunks und somit zwischen 890 MHz bis 960 MHz (GSM) sowie zwischen 1,71 GHz bis 1,88 GHz als auch zwischen 1,92 GHz bis 2,17 GHz UMTS, LTE, 5G und noch höher. Die Gebäudedurchdringung in hohen Frequenzbereichen ist schlechter, die hoher Frequenz zunehmenden Reflexionseigenschaften sind störender.In the prior art, navigation systems that access satellite signals are used in vehicles today; but increasingly the carrier frequencies of the mobile radio networks are used for the transport of further position and time signals. These carrier frequencies are in the frequency ranges of mobile radio and thus between 890 MHz to 960 MHz (GSM) and between 1.71 GHz to 1.88 GHz and between 1.92 GHz to 2.17 GHz UMTS, LTE, 5G and even higher , The building penetration in high frequency ranges is worse, the high frequency increasing reflection properties are more disturbing.

Nach dem Stand der Technik durchdringen niedrigeren Frequenzen (z. B. UKW) Gebäude wie auch z. B. Parkhäuser, Tunnel, Unterführungen besser als hohe Frequenzen, wie sie z. B. bei der GPS-Satellitennavigation mit 1,572,45 MHz verwendet werden und verursachen geringere störende Reflexionen und erlauben auch eine höhere Sendeleistung was wiederum weniger empfindliche Empfänger erforderlich macht.According to the state of the art, lower frequencies (eg VHF) penetrate buildings as well as e.g. As parking garages, tunnels, underpasses better than high frequencies, as z. For example, they can be used in GPS satellite navigation at 1.572.45 MHz and cause less disturbing reflections and also allow higher transmission power, which in turn requires less sensitive receivers.

Nach dem Stand der Technik sind Ergänzungssysteme zu den Satellitensystemen bekannt wie SBAS (Satelliten Based Augmentation System, RTK-DGPS (Real Time Kinematik-Differenzielles Global Positioning System, VBOX (Velocity Box), GIS (Geoinformationssystem), RIS (Räumliches Informationssystem), die aber alle aus Statischen Basisstationen (1) bestehen, keine flächendeckenden Positionen einnehmen und Abtastraten von nur ca. 100 Hz haben so dass auch damit insbesondere bei einer Eigengeschwindigkeit von 250 km/h die Abweichung nach dem heute besten Stand der Technik immer noch größer als 60 cm ist. (250.000 m/h = 69,44 m/sec ./. 100 Hz = 69,44 cm); bei einer Eigengeschwindigkeit von nur 100 km/h sind das immer noch ca. 30 cm.According to the prior art supplementary systems to the satellite systems are known, such as SBAS (Satellite Based Augmentation System, RTK-DGPS (Real Time Kinematics-Differential Global Positioning System, VBOX (Velocity Box), GIS (Geographic Information System), RIS (Spatial Information System) but all from static base stations ( 1 ), do not occupy full-coverage positions and sampling rates of only about 100 Hz have so that even at an airspeed of 250 km / h, the deviation according to today's best state of the art is still greater than 60 cm. (250,000 m / h = 69.44 m / sec ./100 Hz = 69.44 cm); at an airspeed of only 100 km / h, this is still about 30 cm.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik besteht der größte Nachteil der Satelliten gestützten Navigationssysteme für die Anforderung an die dynamische und zugleich hochgenaue Navigation für insbesondere das Autonome Fahren und noch wichtiger für den Autonomen Luftverkehr (Autonome Drohnen), darin, dass zu wenige auswertbaren und schon gar nicht für alle Verkehrsflächen (Unterführungen, Häuserschluchten, Tunnel, Parkhäuser usw.) und Verkehrsräume flächendeckend Navigationssignale verfügbar sind und für eine zuverlässige Steuerung von sich autonom bewegenden Objekten in insbesondere einer Verkehrsinfrastruktur ohne ergänzende Assistenzsysteme nur bedingt eignen.In the current state of the art, the biggest drawback of satellites-based navigation systems is the requirement for dynamic yet highly accurate navigation for, in particular, autonomous driving, and more importantly for autonomous air traffic (autonomous drones), too few evaluable and even less not for all traffic areas (underpasses, street canyons, tunnels, car parks, etc.) and traffic areas nationwide navigation signals are available and for a Reliable control of autonomously moving objects in particular a traffic infrastructure without supplementary assistance systems only partially suitable.

Nach dem Stand der Technik sind insbesondere für das Autonome Fahren wegen der zeitweilige Abrisse der Satelliten-Signale, insbesondere in Unterführungen, Tunneln, Parkhäusern u. ä. individuelle Ergänzungssysteme in den Fahrzeugen erforderlich, wie z. B. Systeme, bestehend aus Lage- und Beschleunigungssensoren und eine darauf abgestimmte zusätzlichen Rechnereinheit.According to the prior art, in particular for the autonomous driving because of the temporary breaks of the satellite signals, especially in underpasses, tunnels, parking garages u. Ä. Individual supplementary systems required in the vehicles, such. B. systems consisting of attitude and acceleration sensors and a matched additional computer unit.

Der Zeitaufwand der Neu-Synchronisation nach dem Abriss eines Satelliten gestützten Signals bis zu einer wiederkehrenden Verfügbarkeit liegt ohne Assistenzsysteme zwischen 5 Sekunden und 20 Sekunden. Insbesondere bei im Straßenverkehr heute üblichen Geschwindigkeiten können solche sich daraus ergebenden Abweichungen aus Gründen der Verkehrssicherheit nicht mehr akzeptiert werden.The time required for the new synchronization after the demolition of a satellite-based signal to a recurring availability is between 5 seconds and 20 seconds without assistance systems. Especially in road traffic today usual speeds such resulting deviations can no longer be accepted for reasons of road safety.

Erfindungsgemäß besteht der Vorteil der satelliten-gestützten Navigations-Systeme in einerseits der globalen Verfügbarkeit ihrer Dienste insbesondere aber in der Möglichkeit, über einen Verbund von stationären Basisstationen (1) über längere Messzeiträume in diesen Basisstationen dann statistisch ermittelte wesentlich genaueren Positionen sowie ein synchronisiertes Zeitsignal als Referenz an die sich bewegenden dynamischen mobilen Empfangseinheiten (4) eingebaut in Fahrzeuge oder Fluggeräte (3 Nr. 1) weiter zu geben.According to the invention, the advantage of the satellite-based navigation systems is, on the one hand, the global availability of their services, but, in particular, the possibility of using a network of stationary base stations ( 1 ) over longer measurement periods in these base stations then statistically determined much more accurate positions and a synchronized time signal as a reference to the moving dynamic mobile receiving units ( 4 ) installed in vehicles or aircraft ( 3 No. 1 ).

Erfindungsgemäß setzt das hier beschriebene Terrestrische Navigationssystem (TNS) übertragungstechnisch auf ein flächendeckendes Funknetz bestehender terrestrischer, insbesondere (UKW) Radio-Sendeanlagen (3, Nr. 3) auf, die alle erfindungsgemäß ein Positions- oder Identifikations-Signal, in jedem Fall aber immer ein Zeitsignal, möglichst im Seitenband und möglichst phasengenau aussenden, das von dem Signalgeber (1 Nr. 3) der statischen Basisstation (1) auf den Träger des jeweiligen (UKW) Senders (3 Nr. 3) oder eines Mobilfunksenders (3 Nr. 4) phasengenau auf moduliert wurde.According to the invention, the terrestrial navigation system (TNS) described here uses, in terms of transmission technology, an area-wide radio network of existing terrestrial, in particular (VHF) radio transmitters ( 3 , No. 3 ), all of which according to the invention emit a position or identification signal, but in any case always a time signal, preferably in the sideband and as accurately as possible in phase, that is emitted by the signal generator ( 1 No. 3 ) of the static base station ( 1 ) to the carrier of the respective (FM) station ( 3 No. 3 ) or a mobile radio transmitter ( 3 No. 4 ) was modulated to the exact phase.

Erfindungsgemäß empfängt jede statische Basisstation (1) Positions- oder Identitätssignale aber immer Zeitsignale von benachbarten statischen Basisstationen, von benachbarten Mobilfunkstationen (3 Nr. 4), die ebenfalls mit einer hier beschriebenen statischen Basisstation (1) ausgestattet sind und ebenfalls Teil des hier beschriebenen Systems sein können, sowie von allen verfügbaren Satellitennavigationssystemen und gleicht diese in der Rechnereinheit (1 Nr. 2) so ab, dass jede der statischen Basisstationen eine Routingtabelle über alle benachbarten statischen Basisstationen erstellt und im permanenten Abgleich mit allen so empfangbaren Signalen eine immer genauere Positionsberechnung der eigenen Geoposition erstellt.According to the invention, each static base station ( 1 ) Position or identity signals but always time signals from neighboring static base stations, from neighboring mobile radio stations ( 3 No. 4 ), which are also equipped with a static base station ( 1 ) and can also be part of the system described here, as well as of all available satellite navigation systems, and this is similar in the computer unit ( 1 No. 2 ) in such a way that each of the static base stations creates a routing table over all neighboring static base stations and, in the permanent comparison with all signals that can be received in this way, creates an increasingly accurate position calculation of the own geoposition.

Erfindungsgemäß setzt das hier beschriebene Terrestrische Navigationssystem (TNS) zur Synchronisierung aller positionsrelevanten Zeit-Informationen auf die Zeitangabe der bestehenden Satellitennavigation auch in Verbindung mit anderen Zeitdiensten auf.According to the invention, the terrestrial navigation system (TNS) described here uses for synchronizing all position-relevant time information on the time specification of the existing satellite navigation also in conjunction with other time services.

Erfindungsgemäß setzt das hier beschriebene Terrestrische Navigationssystem (TNS) informationstechnisch und systemtechnisch auf möglichst viele zeitgleich und oder zeitnah und periodisch in hochgenauen Zeitabständen gesendete beim Empfänger (4) eintreffende Zeit- und oder Positionssignale aus möglichst vielen Frequenzbereichen, gesendet von vielen bestehenden Funkantennen-Standorten, versehen mit erfindungsgemäß ausgestatteten Statischen Basisstationen (1) und empfangbar und auswertbar über die mobilen Empfangseinheiten (4).According to the invention, the terrestrial navigation system (TNS) described here uses information technology and system technology in as many simultaneous and or timely and periodically transmitted at highly precise time intervals at the receiver ( 4 ) incoming time and / or position signals from as many frequency ranges, sent from many existing radio antenna sites provided with inventively equipped Static base stations ( 1 ) and receivable and evaluable via the mobile receiving units ( 4 ).

Erfindungsgemäß ist aufgrund der Vielzahl solcher zeitsynchron ausgesendeter Zeit- und Positions-Signale, gesendet von Satelliten (3 Nr. 5), Mobilfunkanlagen (3 Nr. 4) in Verbindung mit Statischen Basisstationen (1) und Radiosendestationen (UKW) (3 Nr. 3) in Verbindung mit Statischen Basisstationen (1) möglich, diese in den mobilen Empfangseinheiten (4) zu empfangen. Hier ist es möglich alle Signalinhalte in der Rechnereinheit der Mobilen Empfangseinheit (4 Nr. 2) so auszuwerten, dass damit hochgenaue und dynamische Positionsbestimmungen mit geringerer Signal-Abrissgefahr und ohne Assistenzsysteme möglich sind, selbst wenn diese sequentiell ausgewertet werden, insbesondere, wenn diese erfindungsgemäß in gleichen Signallängen mit gleichen Signalabständen gesendet werden.According to the invention, due to the large number of such time-synchronized emitted time and position signals, sent from satellites ( 3 No. 5 ), Mobile communications systems ( 3 No. 4 ) in connection with static base stations ( 1 ) and radio stations (VHF) ( 3 No. 3 ) in connection with static base stations ( 1 ), these in the mobile receiving units ( 4 ) to recieve. Here it is possible all signal contents in the computer unit of the mobile receiving unit ( 4 No. 2 ) so that highly accurate and dynamic position determinations with less signal demolition risk and without assistance systems are possible, even if these are evaluated sequentially, in particular if they are transmitted according to the invention in the same signal lengths with the same signal intervals.

Hochgenaue Positionsbestimmungen, wie sie für das Autonome Fahren bzw. das Autonome Fliegen prinzipiell erforderlich sind, sind derzeit nur entweder über längere Messzeiträume oder durch eine hinreichende Vielzahl von Signalen möglich.High-precision position determinations, as required in principle for autonomous driving or autonomous flying, are currently only possible either over longer measurement periods or due to a sufficient number of signals.

Erfindungsgemäß besteht für diese Anforderung, das Bestimmen der hochgenauen „eigenen” Position innerhalb schneller dynamischer Bewegungsprozesse, insbesondere im Straßen- und/oder Luftverkehr, die Aufgabe darin, eine Vielzahl von Zeit- und Positionssignalen zu generieren und das Verfügbarmachen und schnelle Auswerten dieser Signale, die zudem noch in schneller möglichst abgestimmter periodischer Zeitfolge zur Auswertung bei der mobilen Empfangseinheit (4) eintreffen sollen und dort in der Rechnereinheit (4 Nr. 2) mit einer möglichst hohen Auflösungsrate ausgewertet werden. According to the invention, for this requirement, the determination of the highly accurate "own" position within fast dynamic motion processes, especially in road and / or air traffic, the task is to generate a multiplicity of time and position signals and to make these signals available, in addition, the periodical time sequence, which can be adjusted as quickly as possible for evaluation by the mobile receiving unit ( 4 ) and there in the computer unit ( 4 No. 2 ) are evaluated with the highest possible dissolution rate.

Erfindungsgemäß besteht die Aufgabe darin, die Kosten der kontinuierlichen Einmessung der Antennenstandorte, der Übertragung der Messsignale, das Empfangen und Auswerten der Messsignale so gering wie möglich zu halten.According to the invention, the object is to keep the costs of continuous measurement of the antenna sites, the transmission of the measurement signals, the reception and evaluation of the measurement signals as low as possible.

Erfindungsgemäß können über Rundfunkfrequenzen- insbesondere das gesamte UKW(Ultra Kurz Welle)-Band in einer Gesamt-Bandbreite von 20,5 MHz (Differenz zwischen 87,5 MHz und 108 MHz), unterteilt in jeweils 300 kHz Bänder (Bandbreite für einen Sender einschließlich einem Frequenzsicherheitsabstand) parallele mindestens 68 Signalen alleine in diesem Bereich gesendet werden und erfindungsgemäß über einen in der mobilen Empfangseinheit (4) befindlichen (UKW) Breitband-Empfänger(-Chip) auch empfangen werden, sofern diese UKW-Sender erfindungsgemäß je mit einer Statischen Basisstation (1) ausgestattet sind.According to the invention, over broadcast frequencies, in particular the entire FM (Ultra Short Wave) band, in a total bandwidth of 20.5 MHz (difference between 87.5 MHz and 108 MHz) divided into each 300 kHz bands (bandwidth for a transmitter including a frequency safety distance) parallel at least 68 signals alone in this area are sent and according to the invention via a in the mobile receiving unit ( 4 (FM) broadband receiver (chip) are also received, provided that these FM stations according to the invention each with a static base station ( 1 ) are equipped.

Erfindungsgemäß ermöglicht das hier beschriebene terrestrische Navigationssystem (TNS) schon aufgrund der größeren Anzahl (20 bis 65 Signale aus dem UKW-Band) von hochgenauen Eingangssignalen (Zeit- und Positionssignal oder nur Zeitsignal mit einer ID zum Abgleich mit einer im Empfänger (4) befindlichen Routingtabelle aller Sender) bei der mobilen Empfangseinheit (4) somit nicht nur eine genauere Positionsbestimmung als bei nur Satelliten gestützten Systemen; es ist auch viel robuster und erfordert auch keine anspruchsvollen Empfangs- und zusätzlichen Korrektursysteme im Falle eines Frequenzabriss eines Satelliten-Navigationsempfangssystems.In accordance with the invention, the terrestrial navigation system (TNS) described here permits high-precision input signals (time and position signal or only time signal with an ID for matching with one in the receiver (20 to 65 signals from the VHF band). 4 ) are at the mobile receiving unit ( 4 ) thus not only a more accurate positioning than satellite-based systems; it is also much more robust and does not require demanding reception and additional correction systems in the event of a frequency demolition of a satellite navigation system.

Diese Vorteile stellen sich erfindungsgemäß jedoch nur ein, wenn möglichst ein gesamtes flächendeckendes Netz bestehender UKW- und/oder sonstiger geeigneter Radio-Sendeanlagen (3 Nr. 3) sowie möglichst auch die Sendeanlagen der Mobilfunknetze (BTS – Base Transceiver Station) (3 Nr. 4) über angebundene Statische Basisstationen (1) eingebunden sind.However, according to the invention, these advantages only arise if, as far as possible, an entire area-wide network of existing VHF and / or other suitable radio transmitters ( 3 No. 3 ) as well as possibly also the transmitting systems of the mobile radio networks (BTS - Base transceiver station) ( 3 No. 4 ) via attached static base stations ( 1 ) are involved.

Die Anzahl aller von den Statischen Basisstationen (1) synchron über die jeweiligen Trägerfrequenzen der UKW Sender sowie Mobilfunksender gesendeten Referenz-Signale (Zeitsignale, Positions- oder Identifikationssignale) entspricht dann der Anzahl aller parallel oder zeitnah sequenziell empfangbaren Radiosignale (UKW-Träger). Alleine in Deutschland gibt es über 400 dafür gut geeignete Antennen-Sendestationen für UKW-Radiosender mit einer Sendeleistung von mehr als 10 kW.The number of all of the static base stations ( 1 ) synchronously on the respective carrier frequencies of the FM stations and mobile stations transmitted reference signals (time signals, position or identification signals) then corresponds to the number of all parallel or timely sequentially receivable radio signals (VHF carrier). In Germany alone there are more than 400 suitable antenna broadcasting stations for FM radio stations with a transmission power of more than 10 kW.

An nahezu jeder Geoposition auf deutschem Hoheitsgebiet gibt es zwischen 10 und 60 empfangbare UKW-Radiosender, so daß in Verbindung mit mindestens je vier Satellitensignalen von jeweils mindestens drei Satellitensystemen (GPS, Glonass, Galileo, Beidu u. a.) zusammen 12 Satellitensignale, in Verbindung mit mindestens 10 bis 60 terrestrischen Radiosignalen zusammen 22 bis 72 unterschiedliche Signale erfindungsgemäß zur nahezu gleichzeitigen Auswertung zur Verfügung stehen können. Nimmt man noch jeweils 3 mobilfunkgestützte Signale hinzu, sind es sogar 75 auswertbare Signale, im statistischen Mittel zusammen dann 50 Signale. Erfindungsgemäß lassen sich aus der Vielzahl solcher Signale. Insbesondere, wenn die Mehrzahl von ihnen aus differenziell berechnete Signale aus statischen Basisstationen (1, 2) besteht. Daraus lässt sich erfindungsgemäß eine viel höhere Auflösung bzw. viel genauere Positionsbestimmung, insbesondere für dynamische Systeme bei denen die mobile Empfangseinheit (4) mit hoher Geschwindigkeit mobil unterwegs sein kann, wie es für das Autonome Fahren bzw. Autonome Fliegen zukünftig unerlässlich sein wird, nutzen. Eine ähnliche Senderverteilung von Radio- und Mobilfunksendern gibt es in Europa; weltweit sind 143.000 UKW-Sendeanlagen bekannt mit denen, ausgestattet jeweils mit den Statischen Basisstationen (1) sich weltweit nahezu alle Verkehrswege abdecken ließen.Nearly every geoposition on German territory has between 10 and 60 receivable VHF radio stations, so that in combination with at least four satellite signals from at least three satellite systems (GPS, Glonass, Galileo, Beidu, etc.) altogether 12 satellite signals, in conjunction with at least 10 to 60 terrestrial radio signals together 22 to 72 different signals according to the invention for almost simultaneous evaluation can be available. If you add 3 mobile-radio-based signals each, there are even 75 evaluable signals, in statistical terms together then 50 signals. According to the invention can be from the large number of such signals. In particular, if the majority of them consist of differentially calculated signals from static base stations ( 1 . 2 ) consists. From this, according to the invention, a much higher resolution or much more precise position determination can be achieved, in particular for dynamic systems in which the mobile receiving unit (FIG. 4 ) can be mobile at high speed, as it will be indispensable for autonomous driving or autonomous flying in the future. A similar distribution of broadcasters of radio and mobile stations exists in Europe; 143,000 VHF transmitters worldwide are known to those equipped with static base stations ( 1 ) could cover almost all traffic routes worldwide.

Erfindungsgemäß ergibt sich mit schon 32 genaueren von statischen Basisstationen kommenden Signalen bei einer Geschwindigkeit der mobilen Empfangseinheiten von 250 km/h so eine maximale Abweichung von nur noch +/–1,5 cm, bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h von +/– unter 1 cm und das schon bei einer Abtastrate nur des gesamten UKW-Bandes von nach dem Stand der Technik möglichen 100 Hz.According to the invention results with 32 more accurate signals coming from static base stations at a speed of the mobile receiving units of 250 km / h so a maximum deviation of only +/- 1.5 cm, at a speed of 100 km / h of +/- Below 1 cm and the already at a sampling rate only the entire FM band of the prior art possible 100 Hz.

Erfindungsgemäß kann die Abtastrate bei phasengenauer Übertragung der Signalinformationen, sofern diese in gleichbleibenden Paketlängen gesendet werden und mit gleichbleibenden zeitlichen Abständen zwischen ihnen, die Abtastrate um einige Faktoren besser erfolgen, insbesondere bei dem heutigen Stand der Chip-Technik.According to the invention, the sampling rate for phase-accurate transmission of the signal information, if they are sent in the same packet lengths and with constant time intervals between them, the sampling rate is done a few factors better, especially in the current state of the chip technology.

Erfindungsgemäß fallen Dämpfungen und Reflexionen durch Unterführungen, Gebäuden „Straßenschluchten” und Parkhäusern aber auch durch ionospärische Verzögerungen von insbesondere terrestrisch versendeten Navigationssignalen Signalen im UKW-Frequenzband wesentlich weniger an und machen die Positionsbestimmung somit erfindungsgemäß wesentlich robuster und damit im Vergleich zu allen bestehenden Systemen ohne Assistenzsysteme auch genauer.According to the invention, attenuations and reflections through underpasses, buildings "street canyons" and parking garages but also due to ionospheric delays of terrestrially transmitted navigation signals in the FM band much less and thus make the position determination according to the invention much more robust and thus compared to all existing systems without assistance systems also more accurate.

Erfindungsgemäß ist jede terrestrische Antennenposition (UKW, Mobilfunk) mit einer Statischen Basisstation 1 ausgestattet, die über die oben beschriebene Technologie wie SBAS, RTK-DGPS, VBOX, GIS und RIS, sowie Kombinationen daraus jeder Position einer Antenne einzeln über längere Zeiten, u. U. vor tatsächlicher Inbetriebnahme, sehr genau einmisst und diese hochgenau ein gemessenen Positionen werden als Geopositionen mit einem hinreichend synchronisierten Zeitsignal an mobilen Empfangseinheiten (4) gesendet.According to the invention, each terrestrial antenna position (VHF, mobile radio) with a static base station 1 equipped with the above-described technology such as SBAS, RTK-DGPS, VBOX, GIS and RIS, as well as combinations thereof, each position of an antenna individually over long periods, u. U. before actual commissioning, very accurately measures and these highly accurate measured positions are as geo positions with a sufficiently synchronized time signal to mobile receiving units ( 4 ) Posted.

Erfindungsgemäß ist bei den mobilen Empfangseinheiten (4) eine Tabelle mit allen empfangbaren Positionsangaben und deren Identitätskennungen hinterlegt, According to the invention, in the mobile receiving units ( 4 ) a table with all receivable position information and their identifiers,

So kann auf die Übertragung der Geopositionen der einzelnen terrestrischen Antennenpositionen verzichtet werden, sofern erfindungsgemäß die statische Basisstation diese einmalige Identitätskennung zusammen mit einem synchronisierten Zeitsignal versendet.Thus, it is possible to dispense with the transmission of the geopositions of the individual terrestrial antenna positions, if according to the invention the static base station transmits this unique identity code together with a synchronized time signal.

Erfindungsgemäß ist auch neben der Anzahl der terrestrisch versendeten Signale nicht nur aufgrund der niedrigeren Frequenzen die Durchdringungsrate größer, mithin die Dämpfungsgefahr kleiner sondern auch die Signalstärke viel größer. Somit kann erfindungsgemäß die Empfangsempfindlichkeit der mobilen Empfangseinrichtungen (4) für die per Radiosendung übertragenen Signale wesentlich geringer und damit kostengünstiger sein; letztere können aber auch über ein handelsübliches Autoradio empfangen werden, sofern dieses erfindungsgemäß mit einer entsprechenden Breitbandempfängereinheit (4 Nr. 4) und einer entsprechenden Rechnereinheit (4 Nr. 2) ausgestattet ist.According to the invention, in addition to the number of signals transmitted terrestrially not only because of the lower frequencies, the penetration rate is greater, thus the risk of attenuation is smaller but also the signal strength much larger. Thus, according to the invention, the reception sensitivity of the mobile receiving devices ( 4 ) be significantly lower for the signals transmitted by radio broadcast and thus cheaper; The latter can also be received via a commercially available car radio, provided that this invention with a corresponding broadband receiver unit ( 4 No. 4 ) and a corresponding computer unit ( 4 No. 2 ) Is provided.

Erfindungsgemäß ist die durch die Rechnereinheit (4 Nr. 2) ausgeübte Abtastrate aller Eingangssignale mindestens 100 Hz und höher.According to the invention by the computer unit ( 4 No. 2 ) applied sampling rate of all input signals at least 100 Hz and higher.

Nach dem Stand der Technik gibt es in Europa und in vielen anderen Ländern der Welt eine flächendeckende Versorgung durch UKW-Radiosender und Mobilfunksender.According to the state of the art, in Europe and in many other countries of the world there is a nationwide coverage by VHF radio stations and mobile radio stations.

Erfindungsgemäß werden die Antennenstandorte der Sender über die statischen Basisstationen (1) über ein zeitlich längeres differenzielles Messverfahren (2) sehr genau eingemessen und mit zunehmender Dauer der Messungen immer genauer, indem durch die Vielzahl der Messergebnisse der Mittelwert der Messergebnisse sich iterativ im Laufe der Zeit immer genauer der tatsächlichen Geoposition nähert.According to the antenna sites of the transmitter via the static base stations ( 1 ) via a time-varying differential measurement method ( 2 ) measured very accurately and with increasing duration of the measurements more and more accurate, as the mean of the measurement results iteratively approaches the actual geoposition over time more and more precisely due to the multiplicity of the measurement results.

Erfindungsgemäß ist das hochgenaue, sich in wiederholenden gleichen Zeitabständen möglichst phasengenaue Auf-Modulieren der Positionsangabe und oder der synchronisierten Zeitangabe oder der einmaligen eindeutigen Kennung einer Antennenposition einerseits sowie die synchronisierte Zeitangabe der zwischen allen Sendestandorten synchronisierten Zeit andererseits auf den Träger (jeweilige Sendefrequenz) durch die statischen Basisstationen an den Radiosendern bzw. den Mobilfunksendern vorgesehen.According to the invention, the highly accurate, in phase repetitions at the same time as possible phase-precise on-modulating the position and or the synchronized time or the unique unique identifier of an antenna position on the one hand and the synchronized time of synchronized between all transmitting sites time on the other hand on the carrier (respective transmission frequency) by the static base stations provided at the radio stations or mobile stations.

Erfindungsgemäß kann die Tabelle aller Geostandorte aller mindestgenau eingemessenen Antennenstandorte durch jede stationäre Basisstation und/oder durch mindestens ein beteiligtes Mobilfunknetz entweder per Radiosendung oder per Mobilfunksendung an die mobile Empfangseinrichtung (4) gesendet und auch nach Bedarf in dem Speicher der Rechnereinheit (4 Nr. 2) aktualisiert werden ohne, dass die Ortungsfunktion selbst berührt ist.According to the invention, the table of all geo-locations of all at least precisely calibrated antenna sites can be transmitted by each stationary base station and / or by at least one participating mobile radio network either by radio broadcast or by mobile broadcast to the mobile receiving device ( 4 ) and also in the memory of the computer unit as required ( 4 No. 2 ) are updated without the locating function itself being affected.

Erfindungsgemäß wird die so ermittelte eigene Positionsangabe der mobilen Empfangs und Rechnereinheit (4), ohne den eigentlichen Sendeinhalt der Radiosendung zu stören, in eines der Seitenbänder oder in beiden Seitenbändern der jeweiligen Trägerfrequenz als analoges bzw. digitales Signal (AFK, FSK, PSK u. a.) periodisch in gleichen möglichst kurzen Zeitabständen möglichst konform zur jeweils erkannten Phasenlage des Hauptsignals wiederholt auf moduliert und kontinuierlich gesendet z. B. als RDS-Signal.According to the invention, the thus determined own position information of the mobile receiving and computer unit ( 4 ), without disturbing the actual broadcast content of the radio program, in one of the sidebands or in both sidebands of the respective carrier frequency as an analog or digital signal (AFK, FSK, PSK, etc.) periodically in the shortest possible time intervals as possible conform to each detected phase position of the main signal repeatedly on modulated and continuously transmitted z. B. as RDS signal.

Erfindungsgemäß wird die Identitätskennung der einzelnen Sendeantenne, ohne den eigentlichen Sendeinhalt der Radiosendung zu stören, in eines der Seitenbänder oder in beiden Seitenbändern der jeweiligen Trägerfrequenz als analoges bzw. digitales Signal (AFK, FSK, PSK u. a.) periodisch in gleichen möglichst kurzen Zeitabständen möglichst konform zur jeweils erkannten Phasenlage des Hauptsignals wiederholt auf moduliert und kontinuierlich gesendet z. B. als RDS-Signal. According to the invention, the identity of the individual transmitting antenna, without interfering with the actual content of the radio program, in one of the sidebands or in both sidebands of the respective carrier frequency as an analog or digital signal (AFK, FSK, PSK, etc.) periodically in the same shortest possible time intervals as possible to the detected phase angle of the main signal repeatedly modulated and continuously transmitted z. B. as RDS signal.

Erfindungsgemäß wird eine digitale Liste aller an dem hier beschriebenen flächendeckenden Navigationsdienst beteiligten Antennenpositionen mit ihren jeweils einmaligen Identifikationsbezeichnungen erstellt, die zudem für jede Identifikationsbezeichnung deren hochgenaue Positionsangabe enthält. Diese Liste wird jedem teilnehmenden Empfänger (1 Nr. 4 und 4) jeweils aktualisiert permanent oder periodisch zur Verfügung gestellt.According to the invention, a digital list of all antenna positions involved in the nationwide navigation service described here is created with their respectively unique identification names, which also contains their highly accurate position information for each identification name. This list will be sent to each participating recipient ( 1 No. 4 and 4 ) each updated permanently or periodically provided.

Erfindungsgemäß kann jeder Empfänger (1 Nr. 4 und 4) eine mit einer Funksendung bzw. Radiosendung periodisch wiederkehrend versendeten einmaligen Identifikation einer Antenne, die Positionsangabe dieser zu der Antennen-Identifikation gehörenden Sendeantenne aus der Liste herauslesen und mittels der ebenfalls von dieser Antenne versendeten Zeitangabe über die Signallaufzeit, die eigene radiale Entfernung zu dieser bestimmen. (Richtwert: ins entspricht einer Distanz von ca. 30 cm)According to the invention, each recipient ( 1 No. 4 and 4 ) one with a radio broadcast or radio program periodically recurring sent unique identification of an antenna, read the position of this belonging to the antenna identification transmitter antenna from the list and by means of the time also sent by this antenna time over the signal transit time, the own radial distance to this , (Guideline: ins corresponds to a distance of approx. 30 cm)

Erfindungsgemäß werden zur flächendeckenden Nutzung der hier beschriebenen terrestrischen Navigation sehr viele solche Antennenpositionen von Radiosendern, bevorzugt im UKW-Bereich genutzt, deren Sendebereiche sich möglichst überlappen, sich jedoch aufgrund der unterschiedlichen Frequenzen nicht gegenseitig stören (Carrier to Interference – C zu I).According to the invention, for the widespread use of the terrestrial navigation described here, very many such antenna positions of radio stations are used, preferably in the VHF range, whose transmission ranges overlap if possible, but do not interfere with one another due to the different frequencies (Carrier to Interference - C to I).

Erfindungsgemäß erfolgt das periodisch in gleichen Zeitabständen Auf-Modulieren der Signale mit den Positionsangaben, der Signale mit der Zeitangabe sowie der Signale mit der Identifikationsbezeichnung auf den von der einzelnen Sendeantenne gesendeten Trägern durch die statischen Basisstationen, möglichst in den Seitenbändern, in einer einheitlichen Signalform und phasenkonform (z. B. als RDS-Signal), die auch vom anderen statischen Basisstationen (1) aber vor allem von den mobilen Empfangseinrichtungen (4) empfangen und ausgewertet werden können.According to the invention, the signals with the position information, the signals with the time specification and the signals with the identification designation are periodically at the same time intervals on the carriers transmitted by the individual transmission antenna through the static base stations, if possible in the sidebands, in a uniform signal form and phase-locked (eg as RDS signal), which is also available from other static base stations (eg 1 ) but above all from the mobile reception facilities ( 4 ) can be received and evaluated.

Erfindungsgemäß sind jeweils die so auf modulierten Informationen als auch die dazwischenliegenden Intervalle jeweils immer exakt gleich lang, so dass beim Empfänger (1 Nr. 4 und 4) schon geringe Verzögerungen und Verzerrungen über eine Empfangsmatrix „erkannt” werden können und unter Umständen bei der Positionsbestimmung verworfen werden können.According to the invention, in each case the information thus modulated on as well as the intermediate intervals are always exactly the same length, so that at the receiver ( 1 No. 4 and 4 ) even small delays and distortions can be "detected" via a reception matrix and can possibly be discarded during position determination.

Erfindungsgemäß errechnet diese statische Basisstation (1) über die Signallaufzeitberechnung der Signale der teilnehmenden Sender (3) die räumliche Distanz der Antennenposition der mobilen Empfangseinheiten ebenso wie zu benachbarten statischen Basisstationen (1).According to the invention, this static base station ( 1 ) on the signal propagation time calculation of the signals of the participating stations ( 3 ) the spatial distance of the antenna position of the mobile receiving units as well as to neighboring static base stations ( 1 ).

Erfindungsgemäß können zur Zeitsynchronisation auch andere Zeitdienste wie MSF in England (60 kHz), France Inter in Frankreich (162 kHz), sowie die Sendergruppen RWM in Russland (4,996 MHz, 9,996 MHz und 14,996 MHz), WWV, WWVB, WWVH in den USA (2,5, 5, 10, 15 und 20 MHz) und bis 2011 HGB in der Schweiz (75 kHz) eingebunden werden, sofern diese Zeitdienste eine hinreichende Auflösung für die geforderte Mindesttoleranz der Zeitabweichungen anbieten.According to the invention for time synchronization, other time services such as MSF in England (60 kHz), France Inter in France (162 kHz), as well as the transmitter groups RWM in Russia (4.996 MHz, 9.996 MHz and 14.996 MHz), WWV, WWVB, WWVH in the United States (2.5, 5, 10, 15 and 20 MHz) and be incorporated until 2011 HGB in Switzerland (75 kHz), provided that these time services offer a sufficient resolution for the required minimum tolerance of time deviations.

Erfindungsgemäß empfangen diese statischen Basisstationen (1) dauerhaft die Zeitsignale der Satelliten (GPS, GLONASS, GALLILEO, BEIDU u. a.) deren Genauigkeit aufgrund der höheren Frequenzen (zwischen 1 GHz und 2 GHz) und dem Auslesen der jeweiligen Phasenlagen des Zeitsignals eine Genauigkeit der in den Rechnereinheiten (1 Nr. 2) befindlichen mitlaufenden Uhren auf den Sub-Nanosekunden-Bereich erlauben. Diese Informationen dienen der Synchronisation der Uhren aller statischen Basisstationen (1) auf eine einzige gemeinsame Uhrzeit.According to the invention, these static base stations ( 1 ) permanently the time signals of the satellites (GPS, GLONASS, GALLILEO, BEIDU, etc.) whose accuracy due to the higher frequencies (between 1 GHz and 2 GHz) and the reading of the respective phase angles of the time signal accuracy in the computer units ( 1 No. 2 ) are allowed to follow the sub-nanosecond range. This information is used to synchronize the clocks of all static base stations ( 1 ) on a single common time.

Erfindungsgemäß errechnen jeweils benachbarte statische Basisstationen (1) auch zueinander ihre Abstände und errechnen so die relativen Positionen zueinander immer genauer, so dass damit erfindungsgemäß zugleich ein multiples terrestrisches Differenzielles-Netz-System entsteht mit dem erfindungsgemäßen Ergebnis, dass die mobilen Empfangseinheiten (4) für eine dynamische Positionsbestimmung, wie sie für das Autonome Fahren und Autonome Fliegen erforderlich ist, immer genauere Positions- und Zeitabgaben insbesondere da so eine große Anzahl von so empfangbaren Werte der statischen Basisstationen (1) verfügbar werden.According to the invention, adjacent static base stations ( 1 ) Also their mutual distances and calculate the relative positions to each other more precisely, so that according to the invention at the same time a multiple terrestrial differential network system is formed with the result of the invention that the mobile receiving units ( 4 ) for a dynamic position determination, as required for autonomous driving and autonomous flies, more and more precise position and time outputs, especially since such a large number of receivable values of the static base stations ( 1 ) become available.

Erfindungsgemäß synchronisieren alle diese Rechnereinheiten (1 Nr. 2) ihre Uhren auf eine gemeinsame hochgenaue Uhrzeit, sowohl einzelner als auch mehrerer Satellitenuhren, die erfindungsgemäß auch zueinander abgestimmt in den mobilen Empfangseinrichtungen (4) abgeglichen werden. According to the invention, all these computer units ( 1 No. 2 ) their clocks on a common high-precision time, both single and multiple satellite clocks, the invention also coordinated with each other in the mobile receiving devices ( 4 ).

Erfindungsgemäß kann der mobile Empfänger zur eigenen Positionsbestimmung die Zeit-Differenzen der unterschiedlich einlaufenden Signale mit deren jeweils mit übermittelten Zeitstempeln feststellen und aufgrund der aus der Tabelle befindlichen Positionen all dieser empfangenen Antennenstandorte, identifiziert über ihre eindeutige Identifikationskennung, deren Distanzen zueinander berechnen und mit den unterschiedlichen Zeitdifferenzen aller Eingangssignale korrelieren und so hochgenau die eigene Position im Zuge möglichst gleichzeitig, mindestens aber mit hoher und periodischer gleicher Sampling-Rate sequenziell ablaufenden Triangulationsberechnungen die jeweils eigene Position hochgenau berechnen und den Anforderungen sich mit hoher Geschwindigkeit bewegender Empfangseinheiten für das Autonome Fahren und Autonome Fliegen bestimmen.According to the invention, the mobile receiver for own position determination determine the time differences of the different incoming signals with their respective time stamps and based on the table located positions of all these received antenna sites, identified by their unique identification identifier, their distances to each other and calculate with the different Time differences of all input signals correlate and as highly accurate calculate their own position in the course possible simultaneously, but at least with high and periodic same sampling rate sequential Triangulationsberechnungen their own position highly accurate and the requirements themselves with high speed moving receiving units for autonomous driving and autonomous flying determine.

Erfindungsgemäß ist der mobile Empfänger (4) so breitbandig ausgestaltet, dass er über alle verfügbaren Frequenzen in dem jeweils definierten Frequenzband (Breitband-UKW-Empfänger) alle so von den statischen Basisstationen (1) auf modulierte Informationen (Seitenband-Informationen: Identifikation, Positionsangabe, Zeitstempel) gleichzeitig empfangen kann und über z. B. eine Fourier-Transformation (FFT) alle Informationen, auch die aus der hinterlegten bzw. dort gespeicherten Tabelle der Antennen-Identitäten, die jeweils genaue eigene Position relativ zu den Standorten aller sendenden Antennen der Radiosender (3 Nr. 3) und oder Mobilfunksender (3 Nr. 4) dynamisch fortlaufend hochgenau bestimmen kann.According to the invention, the mobile receiver ( 4 ) broadband so that it can be used by all the available frequencies in the respective defined frequency band (wideband VHF receiver) 1 ) on modulated information (sideband information: identification, position information, timestamp) can receive simultaneously and z. B. a Fourier transform (FFT) all information, including from the stored or stored there table of antenna identities, the respective exact own position relative to the locations of all transmitting antennas of the radio stations ( 3 No. 3 ) and or mobile radio transmitter ( 3 No. 4 ) can determine dynamically continuously with high precision.

Erfindungsgemäß werden von der mobilen Empfangseinrichtung (4) zeitgleich, oder in sehr enger bekannter Zeitfolge (schnelles Tuning) jeweils so viele Positions- und Zeitsignale sowie deren Identifikationskennzeichen empfangen, wie üblicherweise auch jeweils einzelne Radiosender mit einem normalen UKW-Autoradio empfangen werden könnten. Üblicherweise liegt diese Zahl im Mittel bei mindestens 20. Auch hier gilt, je mehr Signale für eine Auswertung verfügbar sind, umso genauer kann die jeweils „eigene” Position (3) bestimmt werden.According to the invention, the mobile receiving device ( 4 ) at the same time, or in very close known time sequence (fast tuning) each receive as many position and time signals and their identification marks, as usually each individual radio stations with a normal VHF car radio could be received. Usually this number is on average at least 20. Again, the more signals available for evaluation, the more accurate the "own" position ( 3 ).

Erfindungsgemäß wird das Signal mit den Zeitstempeln und den Identifikationsnummern von der Signalgebereinheit (1 Nr. 3) in Verbindung mit der Rechnereinheit (1 Nr. 2) über die angebundenen Sender (UKW-Sender und Mobilfunksender) in einer hoch stabilen Phasenlage gesendet. Z. B. als RDS-Signal.According to the invention, the signal with the time stamps and the identification numbers of the signal generator unit ( 1 No. 3 ) in connection with the computer unit ( 1 No. 2 ) via the connected stations (FM stations and mobile stations) in a highly stable phase position. Eg as RDS signal.

Nach dem Stand der Technik sind für die mobile Empfangseinheit (4) AM/FM-Radioempfänger-Chips bekannt (Si4703, Si4706 von SiLabs – www.silabs.com oder andere), die es erlauben in periodisch gleicher und sehr kurzer Abfolge einzelne Trägerfrequenzen von einer vordefinierten Signalstärke aufwärts zu tunen und zugleich z. B. als RDS-Signale heraus zu filtern.According to the prior art, for the mobile receiving unit ( 4 ) AM / FM radio receiver chips known (Si4703, Si4706 from SiLabs - www.silabs.com or others), which allow in periodic same and very short sequence to tune individual carrier frequencies of a predefined signal strength upwards while z. B. to filter out as RDS signals out.

Erfindungsgemäß werden diese Signale in der mobilen Empfangseinheit (4) zum Beispiel einer kontinuierlich laufenden Rechnereinheit (4 Nr. 2 (Fourier-Transformation abgekürzt „FFT”) für eine laufende dynamische Bestimmung der jeweiligen Positionsberechnung zugeführt.According to the invention, these signals are stored in the mobile receiving unit ( 4 ), for example, a continuously running computer unit ( 4 No. 2 (Fourier transformation abbreviated "FFT") supplied for a current dynamic determination of the respective position calculation.

Erfindungsgemäß können so beliebig große und sogar übereinanderliegende spezifische terrestrische Navigationsnetze gebildet und auch zu regionalen, nationalen und supranationalen Navigationsnetzen mit auch weltweiter Vernetzung verbunden werden, auch nach hinreichend genauer Einmessung der Radio- bzw. Mobilfunksenderstandorte sogar unabhängig von Satellitensignalen.According to the invention, arbitrarily large and even superimposed specific terrestrial navigation networks can be formed and also connected to regional, national and supranational navigation networks with worldwide networking, even after sufficiently accurate measurement of the radio or mobile radio transmitter sites even independent of satellite signals.

Erfindungsgemäß kann eine im Empfänger (4) hinterlegte elektronische Landkarte zu jedem feststellbaren und korrelierenden Positionssignal angezeigt werden. Erfindungsgemäß können über RDS-Signale der Radiosender die Liste der Sendeantennenstandorte in den Rechnereinheiten der mobilen Empfänger (4 Nr. 2) ebenso aktualisieren wie die dort hinterlegte elektronischen Landkarte.According to the invention, one in the receiver ( 4 ) stored electronic map to each detectable and correlated position signal. According to the invention, the RDS signals of the radio stations can be used to list the transmission antenna sites in the computer units of the mobile receivers (FIG. 4 No. 2 ) as well as the electronic map stored there.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die Erfindung im Einzelnen auszugestalten und weiterzubilden.There are now a variety of ways to design the invention in detail and further education.

Hierfür darf auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche verwiesen werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung wird anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung beispielhaft näher erläutert.For this purpose, reference may be made to the protection claim 1 subordinate claims. A preferred embodiment will be explained in more detail by way of example with reference to the drawing and the associated description.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 eine schematischen Darstellung einer statischen Basisstation, im Wesentlichen bestehend aus: Nr.:

  • 1. mindestens einem Mehrfach-Satellitennavigationsempfänger,
  • 2. einer Rechnereinheit
  • 3. einer Signalgebereinheit
  • 4. einem Radio-Breitbandempfänger
  • 5. einem Mobilfunkempfänger
1 a schematic representation of a static base station, consisting essentially of: No .:
  • 1 , at least one multi-satellite navigation receiver,
  • 2 , a computer unit
  • 3 , a signal transmitter unit
  • 4 , a radio broadband receiver
  • 5 , a mobile radio receiver

2 eine schematischen Darstellung mehrerer nicht hinreichend genauer Messepunkte, die durch Satellitensignale bestimmt wurden als auch Messpunkte, die durch differenzielle Signale benachbarter Radiostationen errechnet wurden. Diese Messergebnisse sind die Berechnungsgrundlage für die hochgenaue iterative Errechnung der jeweils eigenen Standortposition. 2 a schematic representation of several not sufficiently accurate measurement points, which were determined by satellite signals as well as measuring points, which were calculated by differential signals of adjacent radio stations. These measurement results are the basis for the highly accurate iterative calculation of their own location position.

3 in einer schematischen Darstellung Nr.

  • 1. ein Fahrzeug, ausgestattet mit einer mobilen Empfangseinheit (4),
  • 2. eine Fahrbahn
  • 3. Radiosender
  • 4. Mobilfunksender
  • 5. Satellitensender
3 in a schematic representation no.
  • 1 , a vehicle equipped with a mobile receiving unit ( 4 )
  • 2 , a roadway
  • 3 , radio stations
  • 4 , Mobilfunksender
  • 5 , satellite stations

4 in einer schematischen Darstellung eine mobile Empfangs- und Rechnereinheit, im Wesentlichen bestehend aus Nr.

  • 1. einem Mehrfach-Satellitenempfänger
  • 2. einer Rechnereinheit
  • 3. einem Mobilfunkempfänger
  • 4. einem (UKW) Radio-Breitbandempfänger
Bezugszeichenliste: 1 GPS Global Positioning System 2 GLONASS Globalnaja nawigazionnaja sputnikowaja sistema 3 GALLILEO Europäisches Navigationssytem 4 BEIDOU Chinesisches Navigationssystem („Großer Bär”) 5 DGPS Differenzielles GPS 5 SBAS Space Based Augmentation System 6 VBOX stationäre Basisstation 7 UKW Ultra Kurz Welle 8 GIS Geo Informationssystem 9 RIS Räumliches Informationssystem 10 RDS Radio Data System 11 TNS Terrestrisches Navigationssystem 12 Sampling Signalabtastung 13 ID Identifikationskennung 14 AFK Amplitude Shift Keying Modulation 15 FSK Frequency Shift Keying Modulation 16 PSK Phase Shift Keying Modulation 17 ns Nanosekunde (1 milliardstel einer Sekunde) 18 GSM Globale System for Mobile Communication 19 5G 5 Generation Mobile Network 20 BTS Base Transceiver Station 21 MSF englisches Radio Zeitsignal 22 WWV amerikanisches Zeitsignal 23 WWVB amerikanisches Zeitsignal 24 WWVH amerikanisches Zeitsignal 25 HGB Schweizer Zeitsignal 26 FFT kontinuierliche Fourier Transformation 27 AM Amplitudenmodulation 28 FM Frequenzmodulation 4 in a schematic representation of a mobile receiving and computer unit, consisting essentially of no.
  • 1 , a multiple satellite receiver
  • 2 , a computer unit
  • 3 , a mobile radio receiver
  • 4 , a (VHF) radio broadband receiver
LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 GPS Global Positioning System 2 GLONASS Globalny nawigatsionny sputnikovy systema 3 GALLILEO European navigation system 4 BEIDOU Chinese navigation system ("Big Bear") 5 DGPS Differential GPS 5 SBAS Space Based Augmentation System 6 VBOX stationary base station 7 FM Ultra short wave 8th GIS Geo information system 9 RIS Spatial information system 10 RDS Radio Data System 11 TNS Terrestrial navigation system 12 sampling signal sampling 13 ID identification tag 14 AFK Amplitude Shift Keying Modulation 15 Rated Frequency Shift Keying Modulation 16 PSK Phase Shift Keying Modulation 17 ns Nanosecond (1 billionth of a second) 18 GSM Global System for Mobile Communication 19 5G 5 Generation Mobile Network 20 BTS Base transceiver station 21 MSF English radio time signal 22 WWV American time signal 23 WWVB American time signal 24 WWVH American time signal 25 HGB Swiss time signal 26 FFT continuous Fourier transformation 27 AT THE amplitude modulation 28 FM frequency modulation

Claims (7)

Statische Basisstation, dadurch gekennzeichnet, dass diese über längere Zeiträume Zeit- und Positionssignale von allen verfügbaren Satelliten-Navigationssystemen, von sie umgebenden Mobilfunksendeanlagen, aber auch von anderen benachbarten Radiosendern, insbesondere UKW-Sendern empfangen kann.Static base station, characterized in that it can receive for long periods of time and position signals from all available satellite navigation systems, surrounding them from mobile stations, but also from other neighboring radio stations, especially VHF stations. Statischen Basisstationen, dadurch gekennzeichnet, dass diese über eine integrierte Rechnereinheit aus allen eingehenden Zeit- und Positionssignalen, auch von in der Nachbarschaft befindlicher Radiostationen, an die ihrerseits eine statische Basisstation angeschlossen ist, differenziell eine immer hochgenauere Eigenposition bestimmen kann.Static base stations, characterized in that this can be determined by an integrated computer unit from all incoming time and position signals, even from located in the neighborhood radio stations, in turn, a static base station, differentially always an accurate position more accurate. Statische Basisstation, dadurch gekennzeichnet, dass die dort integrierte Rechnereinheit sowohl die Signal-Phasenlagen aller eingehenden Signale als auch die Phasenlagen der (UKW und Mobilfunk) Trägerfrequenzen der ihnen angebundenen Sendeanlagen erkennen kann.Static base station, characterized in that the computer unit integrated there can detect both the signal phase positions of all incoming signals and the phase positions of the (VHF and mobile) carrier frequencies of the connected to them transmitter equipment. Statische Basisstation, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihr integrierte Signalgebereinheit die für eine mobile Empfängereinheit bestimmten Informationen für deren Positionsbestimmung (synchronisiertes Zeitsignal, Positionssignal, Identifikationskennung) möglichst phasengenau auf den Träger, bevorzugt in das Seitenband, des angebundenen Senders (UKW, Mobilfunk) auf modulieren kann.Static base station, characterized in that the signal generator integrated in the information intended for a mobile receiver unit for their position determination (synchronized time signal, position signal, identification) as phase-accurate on the carrier, preferably in the sideband, the connected transmitter (VHF, mobile) on can modulate. Statische Basisstation, dadurch gekennzeichnet, dass diese sich mittels ihrer Rechnereinheit logisch mit allen gleichartigen statischen Basisstationen über die jeweils angeschlossenen Träger zu einem die jeweilige Verkehrsinfrastruktur abdeckenden Navigationsnetz verbinden, wobei jede statische Basisstation eine Tabelle aller beteiligten statischen Basisstationen generiert und ständig aktualisiert.Static base station, characterized in that they connect by means of their computer unit logically with all the same static base stations via the respective connected carrier to a respective traffic infrastructure covering the navigation network, each static base station generates a table of all participating static base stations and constantly updated. Mobile Empfangseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer Mehrfach-Navigationssatellitensignal-Empfangseinheit, einer Mehrfach-Mobilfunk- und einer Breitband-Radiosender-Empfangseinheit (UKW u. ä.) ausgestattet ist.Mobile receiving unit, characterized in that it is equipped with a multiple navigation satellite signal receiving unit, a multiple mobile radio and a broadband radio station receiving unit (VHF and the like). Mobile Empfangseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer Rechnereinheit ausgestattet ist, die alle zur Navigation geeigneten Signale (Zeitsignale, Positionsangaben, Identifikationskennungen, Tabelleninformationen) von allen in ihr integrierten Empfangseinheiten auswerten und zu einer dynamischen schnellen hochgenauen kontinuierlichen Positionsbestimmung der mobilen Empfangseinheit verwerten, bestimmen und anzeigen kann sowie einem Steuerungsmechanismus zur autonomen Steuerung eines Fahrzeuges oder Fluggerätes zuführen kann.Mobile receiving unit, characterized in that it is equipped with a computer unit that evaluate all signals suitable for navigation (time signals, position information, identifiers, table information) of all integrated in their receiving units and utilize to a dynamic fast high-precision continuous position determination of the mobile receiving unit determine and a control mechanism for the autonomous control of a vehicle or aircraft can perform.
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