-
-
Positionsbestimmungssystem
-
Die Erfindung geht aus von einem Positionsbestimmungssystem wie im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.
-
Ein solches Positionsbestimmungssystem ist beispielsweise das Global
Positioning System (GPS), ein satellitengestütztes Navigationssystem, welches in
den USA insbesondere für militärische Anwendung entwickelt wurde. Das GPS ist in
NAVIGATION, Journal of the Institute of Navigation, GpS Special Issue, Band 25,
Nr. 2 Sommer 1978, Seite 93- 106 beschrieben.
-
Bei diesem System mißt der Nutzer die Entfernungen zu mehreren Satelliten.
Hierzu ist es notwendig, daß die Bahnen der Satelliten ständig genau vermessen werden,
denn zur Positionsbestimmung müssen deren jeweilige Positionen stets genau bekannt
sein. Bei diesem System kann der Nutzer seine eigene Position sehr genau bestimmen
und es ist eine globale Bedeckung möglich. Nachteilig ist jedoch, daß die Geräte
für den Nutzer sehr aufwendig und teuer und der Betrieb des gesamten Systems (es
muß ständig eine große Anzahl Satelliten in Umlauf sein und ständig vermessen werden)
sehr kostspielig sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Positionsbestimmungssystem anzugeben,
das ohne großen Aufwand betrieben werden kann.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen
Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Eine
Nutzerstation für ein solches Positionsbestimmungssystem ist im Anspruch 5 angegeben.
-
Bei dem neuen Positionsbestimmungssystem ist nur ein Satellit notwendig.
In diesem Satelliten ist ein Transponder für ein von einer Bodenkontrollstation
abgestrahltes Signal enthalten. Hierbei ist es möglich, den Transponder in einem
Satelliten, der auch für andere Dienste vorgesehen ist, unterzubringen.
-
Bodenseitig werden vorhandene Fernsehsender mitbenutzt.
-
Dadurch sind sowohl der Aufwand für die Installation eines solchen
Systems als auch die Betriebskosten niedrig zu halten. Die Nutzergeräte basieren
auf bekannten Fernsehempfängern. Auch hier ist wieder eine kostengünstige Lösung
möglich.
-
Durch die Mitverwendung der Fernsehsender wird ein großer räumlicher
Bedeckungsgrad erreicht.
-
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise
des Positionsbestimmunqssystems, und Fig. 2: ein Blockschaltbild eines Nutzergerätes.
-
Vorausschickend ist zu bemerken, daß bei den Zeit und Laufzeitmessungen
gegebenenfalls geräteinterne Laufzeiten
zu berücksichtigen sind.
Wenn jedoch ein Fachmann das neue Positionsbestimmungssystem kennt, ist es fachmännisches
Wissen, diese Zeiten zu messen und zu berücksichtigen. Um die Beschreibung übersichtlicher
zu gestalten, werden deshalb nachfolgend diese Gerätelaufzeiten vernachlässigt.
-
Bei dem Positionsbestimmungssytem ist eine Bodenkontrollstation K
vorgesehen, die ein mit Zeitmarken versehenes Signal abstrahlt, das von einem in
einem geostationären Satelliten befindlichen Transponder T empfangen und wieder
abgestrahlt wird (anstelle eines geostationären Satel liten ist es auch möglich,
mehrere umlaufende Satelliten zu verwenden). Die Zeitmarken werden von einer hochgenauen
Uhr, die die Systemzeit festlegt, abgeleitet. Die Signallaufzeiten von der Bodenkontrollstation
zçm Transponder bzw. vom Transponder zur Bodenkontrollstation sind jeweils T1.
-
2 Die vom Transponder abgestrahlten Signale werden nicht nur von
der Bodenkontrollstation K sondern auch von Empfangsstationen El, E2 empfangen.
Die Empfangsstationen sind jeweils einem Fernsehgrundnetzsender S1, S2 zugeordnet.
-
Sie sind vorzugsweise im selben Gebäude wie die Fernsehgrundnetzsender
untergebracht und sind ebenfalls mit einer Uhr ausgestattet, die jedoch nicht so
genau und konstant wie die der Bodenkontrollstation sein muß, da ihre Abweichung
von der Systemzeit entweder ausgeregelt oder bei der Auswertung berücksichtigt wird.
Nachfolgend wird davon ausgegangen, daß die Abweichung bei der Auswertung berücksichtigt
wird.
-
Von einer Satellitenkontrollstation, die die Bahn des Satelliten überwacht,
werden über die Bodenkontrollstation
und den Transponder zur Empfangsstation
(oder gegebenenfalls auch direkt zur Empfangsstation) die Bahndaten des Satelliten
übertragen. Aus den Bahndaten des Satelliten und aus den Koordinaten der eigenen
Position wird in der Empfangsstation die Entfernung Satellit/Empfangsstation und
die dazugehörige Signal laufzeit Tab berechnet.
-
Von der Empfangsstation werden weiterhin das vom Fernsehgrundnetzsender
abgestrahlte Signal empfangen, die darin enthaltenen Zeitmarken dekodiert und der
zeitliche Abstand zwischen den Zeitmarken, die von der Uhr in der Empfangsstation
abgeleitet werden,und den Zeitmarken des Fernsehsignals ermittelt.
-
Die Zeitmarken, die in der Bodenkontrollstation und in der Empfangsstation
erzeugt werden, sowie die Zeitmarken, die im Fernsehsignal enthalten sind, haben
alle dieselbe Folgefrequenz. Aus welchen Bestandteilen des Fernsehsignals die Zeitmarken
abgeleitet werden, wird weiter unten noch näher erläutert.
-
Jedem der beiden Fernsehgrundnetzsender sind Füllsender FS 11, FS
12, FS 13 bzw. FS 21, FS 22, FS 23 zugeordnet, die das vom Fernsehgrundnetzsender
empfangene Signal in der Frequenz umsetzen und wieder abstrahlen.
-
Eine Nutzerstation N empfängt stets mehrere Signale und zwar je nach
ihrer jeweiligen Position on einem oder mehreren Fernsehgrundnetzsendern und/oder
den Füllsendern des einen und/oder des anderen Fernsehgrundnetzsenders.
-
In der Nutzerstation ist ebenfalls eine Uhr vorhanden, aus der Zeitmarken,
die dieselbe Folgefrequenz wie die erwähnten Stationen aufweisen, abgeleitet werden.
Es ist, wie weiter unten noch näher erläutert wird, nicht not-
wendig,
daß die Uhr des Nutzers hochkonstant und langzeitstabil ist.
-
Um vom Nutzer aus Einwegentfernungsmessungen zu allen Sendern, deren
Signale empfangen werden, durchführen zu können, ist es notwendig, daß alle Uhren
mit der Systemzeit synchronisiert sind. Eine tatsächliche Synchronisation setzt
einen Eingriff in das vorhandene Fernsehsignal voraus, denn in diesem Fall muß das
Fernsehsignal mit synchronisierbaren Zeitmarken moduliert werden. Dies ist möglich,
jedoch wird, wie bereits erwähnt, nachfolgend eine Lösung beschrieben, bei der die
Synchronisation nicht real durchgeführt wird, sondern bei der die Abweichungen von
der Systemzeit bei der Auswertung rechnerisch berücksichtigt werden.
-
Es wurde beschrieben, daß in der Empfangsstation die Laufzeit Tab
für ein Signal von dem Transponder zu der Empfangsstation berechnet wird. Weiterhin
wird die Zeitdifferenz T2 zwischen einer Zeitmarke des empfangenen Transpondersignals
und einer Zeitmarke, die in der Empfangsstation erzeugt wird, gemessen. Hat die
Empfangsstation von dem Transponder dieselbe Entfernung wie die Bodenkontrollist
dann ist station, dann 2 gleich Tab.
-
Unter der Annahme, daß Synchronisation zwischen den Uhren vorhanden
ist, gilt allgemein: T = Tl + Tab.
-
2 Falls keine Synchronisation vorhanden ist, kann die Abweichung
gemäß der Gleichung #T = T1 + Tab - T2 2
berechnet werden. Außer
ß T sind nämlich alle Größen bekannt (T1 wird von der Bodenkontrollstation zur Empfangsstation
übertragen, Tab wird berechnet und T2 wird gemessen? über den Korrekturfaktor ST
ist also die Uhr der Empfangsstation an die Systemzeit angekoppelt.
-
Die Entfernung zwischen der Empfangsstation und dem Fernsehgrundnetzsender
ist k-lein und kann aus den Koordinaten der beiden Standorte, die bekannt sind,
berechnet werden.
-
Somit kann auch die Laufzeit TL zwischenden beiden Stationen berechnet
werden. Um die Abweichung der Zeitmarken, die aus dem Fernsehsignal abgeleitet werden,
von der Systemzeit zu ermitteln, wird in der Empfangsstation die Zeitspanne zwischen
Zeitmarken, die in der Empfangsstation erzeugt werden und Zeitmarken, die aus dem
Fernsehsignal abgeleitet werden, ermittelt. Ist Synchronisation vorhanden, dann
ist diese Zeitspanne gleich der Laufzeit TL zwischen den beiden Stationen. Falls
keine Synchronisation vorhanden ist, wird die Zeit Tk gemessen, bei der jedoch gegebenenfalls
der Korrekter 6 T berücksichtigt werden muß, da ja bereits die Uhr in der Empfangsstation
von der Systemzeit abweichen kann. Der Korrekturwert für die Abweichung der Zeitmarken
des Fernsehsignals von der Systemzeit ist also K1 = T k TT-- T Dieser Korrekturwert
gilt für den Fernsehgrundnetzsender sowie für die an diesen angekoppelten Füllsender,
wobei jedoch bei den letzteren noch die Signallaufzeit vom Fernsehgrundnetzsender
zu dem jeweiligen Füllsender berücksichtigt werden muß. Hierauf wird später noch
eingezangen,
Zur übertragung der Korrekturwerte zum Nutzer gibt
es verschiedene Möglichkeiten. Z. B.: - Einblenden der Korrekturwerte in die im
Videosignal vorhandenen Datenzeilen oder Leerzeilen (erfordert Zugriffsmöglichkeit
auf das Videosignal am Fernsehgrundnetzsender), - Einfügen eines Hilfsträgers, der
mit den Korrekturwerten moduliert ist. Der Hilfsträger kann in den nicht belegten
Frequenzbereich zwischen zwei Fernsehkanälen eingefügt werden (ähnLich wie die übertragung
eines zweiten Tonträgers, z. B. Stereoton), - übermittlung der Korrekturwerte mittels
des Videotextdienstes. Bei dieser Art der Ubermittlung sind keine technischen Eingriffe
oder organisatorische Veränderungen im bestehenden Fernsehsendernetz notwendig.
Es wird hierbei lediglich ein vorhandener Dienst benutzt und um Informationen für
Ortungszwecke erweitert.
-
In der schematischen DarsteLlung der Fig.l sind neben den Fernsehgrundnetzsendern
mehrere Füllsender FS 21, FS 22, FS 23; FS 11, FS 12, FS 13 vorhanden. Für die weitere
Beschreibung wird angenommen, daß die Nutzerstation N, deren Position X, Y bestimmt
werden soll, das Fernsehsignal von den Füllsendern FS 11 (X1; Y1), FS 13 (X3; Y3)
und FS 23 (X2; Y2) empfängt. Diese Füllsender sind an die Fernsehgrundnetzsender
S1 bzw. S2 angekoppelt.
-
Die Nutzerstation mißt mittles des Einwegentfernungsmeßverfahrens
die Entfernung zu den drei Füllsendern. Hierzu wird auf an sich bekannte Weise die
Laufzeit des Fernsehsignals vom jeweiligen Füllsender zum Nutzer gemessen und zwar
durch Messung der Zeitspanne zwischen den Zeitmarken, die aus dem Fernsehsignal
abgeleitet werden und den Zeitmarken, die von der Uhr der Nutzerstation abgeleitet
werden. Die Uhr der Nutzerstation muß keine sehr hohe
Langzeitstabilität
aufweisen.
-
Beim vorhandenen Fernsehnetz ist bekannt, welcher Sender welche Position
hat und mit welcher Frequenz er seine Fernsehsignale abstrahlt. Diese Information
ist in der Nutzerstation gespeichert. Wenn der Nutzer also die Frequenz des empfangenen
Signals kennt, dann weiß er, welcher Sender dieses Signal abgestrahlt hat.
-
Da die einzelnen Sender nicht mit der Systemzeit synchronisiert sind
sondern lediglich die Abweichung bekannt ist, muß zur Entfernungsmessung der Korrekturwert
für den jeweiligen Sender berücksichtigt werden.
-
Ist der Sender, zu dem die Entfernung gemessen wird, der Fernsehgrundnetzsender,
dann ist dieser Korrekturwert K1, der zum Nutzer mittels Videotext übertragen wird.
Handelt es sich jedoch um einen Füllsender, dann kommt zu diesem Korrekturwert noch
ein weiterer Korrekturwert, der gleich der Laufzeit des Fernsehsignals vom Fernsehgrundnetzsender
zum betroffenen Füllsender ist, hinzu. Die Koordinaten des Füllsenders und des Grundnetzsenders
sind bekannt.
-
Es ist möglich, die Laufzeit zu allen Füllsendern vorab zu messen
oder zu berechnen und dem Nutzer zur Speicherung zur Verfügung zu stellen.
-
Der Nutzer muß dann lediglich die zusätzlichen Korrekturwerte aus
dem Speicher abrufen.
-
Mit diesen Informationen kann also der Nutzer die gemessene Zeitspanne
zwischen den beiden Zeitmarken korrigieren und die Entfernung R 11, R 13, R 23 zu
dem jeweiligen Sender berechnen. Hierin ist jedoch ein möglicher Fehler (weitere
Unbekannte) enthalten, der durch eine eventuelle Abweichunq der Uhr der Nutzerstation
von der Systemzeit verursacht wird.
-
Zur Bestimmung der eigenen Position muß mindestens die Entfernung
zu drei Sendern gemessen werden. Eine Messung zu nur zwei Sendern ist zweideutig.
-
Drei Gleichungen mit drei Unbekannten ermöglichen die Bestimmung von
drei Unbekannten. Zwei dieser Unbekannten sind die Koordinaten X und Y der eigenen
Position. Die dritte Unbekannte aT gibt die Abweichung der Uhr der Nutzerstation
von der Systemzeit an. Dadurch wird es also möglich, den durch die Abweichung der
Uhr von der Systemzeit bedingten Entfernungsmeßfehler zu beseitigen. Man erhält
die tatsächlichen Entfernungen R 11, R 13, R 23 zu den Sendern. Das Gleichungssystem
sieht wie folgt aus: 2 + (YY 1)2 (D + CT) 2 = R 112 (X-x1) = 2 + 2 = (D CT) 2 =
R (x-x2) (Y-Y2) + 232 (X-X2)² + (Y-Y2)² = (D2 + C#T)² = R 23² (X-X3)² + (Y-Y3)²
= (D3 + C#T)² = R 13² hierbei sind D1, D2, D3 die gemessenen Entfernungen, die noch
mit einem Fehler behaftet sind, der durch die Abweichung der Uhr der Nutzerstation
von der Systemzeit verursacht wird. C ist die Lichtgeschwindigkeit.
-
Nachfolgend werden einige Einzelheiten des Positionsbestimmungssystems
detaillierter beschrieben. Zunächst zu den benutzten Signalen: Zur übertragung der
Zeitmarken ist es möglich, im Fernsehsignal ein zusätzliches Zeitsignal vorzusehen,
das direkt bei den Fernsehgrundnetzsendern eingeblendet wird.
-
Dieses Zeitsignal hat gegenüber den Bildwechsel- und Zeilensynchronimpulsen
eine beliebige Lage und veränderliche Driftraten. Um zu gewährleisten, daß sich
mindestens immer eine Zeitmarke innerhalb einer Zeile befindet, müssen
zwei
Impulse vorhanden sein, die voneinander unterscheidbar sind.
-
Der Aufbau des Fernsehsignals beinhaltet jedoch hinreichend genaue
Zeitsignale, aus denen Zeitmarken abgeleitet werden können, so daß auf die Einfügung
eines speziellen Zeitsignals verzichtet werden kann.
-
So kann z. B. die Flanke zum Zeitpunkt Oy (Start der Vertikalsynchronisiebung?,
die alle 20 ms, entsprechend einer Frequenz von 50 Hz zur Verfügung steht, als zunächst
ungenaues "erstes Zeitsignal" angenommen werden. Die Anstiegszeit (10 bis 90 %)
beträgt200 - 100 ns.
-
Ein genaues Zeitsignal läßt sich in Verbindung mit dem "ersten Zeitsignal"
auf verschiedene Weise gewinnen: a) Ausblenden einer oder mehrerer Schwingungen
des Farbsynchronsignals, wobei der Ausblendeimpuls vom ersten Zeitsignal" OV abgeleitet
wird.
-
b) Ausblenden eines oder mehrerer Zeilensynchronimpulse, sinngemäß
wie unter a).
-
c) Ausblenden einer Sprungfunktion aus den Prüfzeilen 17 und 330.
-
Auf den Aufbau des Fernsehsignals an sich wird hier nicht eingegangen,
da dieser allgemein bekannt ist.
-
Für die übermittlung des Zeit- und Datensignals von der Bodenkontrollstation
aus über den Transponder zu den Empfangsstationen ist das abgestrahlte Signal wie
bei GPS mit einem Pseudorauschsignal oder einem Code mo duliert Diese Technik sowie
die notwendigen Sender und Empfänger sind vom GPS her bekannt.
-
Die Codemodulation ist ein Verfahren, bei dem durch spek-
trale
Speizung der Nachrichten durch einen pseudozufälligen Code, dessen Bandbreite groß
gegenüber der Nachrichtenbandbreite ist, die Information übertragen wird. Das aus
den Daten und dem Codewort gebildete Codemultiplex-Signal wird mit der Trägerfrequenz
multipliziert und ergibt ein phasenumgetastetes Signal. Der Vorteil dieses Modulationsverfahrens
ist die sichere übertragung von Daten- und Zeitsignalen, die auch bei schlechten
Störabständen aus dem Codewort gewonnen werden können.
-
Der Empfänger der Bodenkontrollstation bzw. der Empfangsstation gewinnt
die gewünschte Information (Zeitsignal, Daten) aus dem empfangenen Signalgemisch
(Nutzsignal und Störungen) mit Hilfe des ihm bekannten Codeworts. Dazu wird das
Empfangssignal mit dem synchronisierten Code multipliziert. Die dadurch bewirkte
spektrale Komprimierung hebt das gewünschte Datensignal frequenzmäßig aus den übrigen
durch die Multiplikation noch weiter gespreizten Spektren heraus, so daß es durch
einen Bandpaß ausgefiltert und anschließend dekodiert werden kann.
-
Die phasenrichtige Synchronisation des im Empfänger erzeugten Codes
auf das gesendete Codesignal kann in einer Code-Synchronisationsschaltung nach dem
Delay-Lock-Loop-Prinzip (Verzögerungsverfahren) geschehen.
-
Von der Bodenkontrollstation über den Transponder zu den Empfangsstationen
werden bei Bedarf noch weitere Informationen übertragen (z.B. Ionosphären-Korrekturparameter
zur Korrektur der Laufzeit der Strecke Transponder/ Empfangsstation, Betriebsdaten,
Nachrichten). Diese Informationen können in Störungsfällen über das Videotextnetz
bis zum Nutzer weitergegeben werden.
-
Einige Bemerkungen zur Bestimmung der Korrekturfaktoren in der Empfangsstation.
Abhängig von der verwendeten Uhr (Rubidium - oder CasiumfrequenznormaL) reicht es
aus, wenn zwei- bis dreimal täglich wenige Minuten lang der KorrekturfaktoriT ermittelt
wird. Die Abweichungen der Stationsuhren von der Systemzeit sollten im Mittel zwischen
10 ns und 30 ns liegen.
-
Aus dem Fernsehsignal werden Zeitmarken mit einem Abstand von 20 ms
abgeleitet. Dieser Abstand gilt für alle im System erzeugten Zeitmarken. Wie bereits
erwähnt, wird in der Empfangsstation die Abweichung Tk der vom Fernsehsignal abgeleiteten
Zeitmarken von den Zeitmarken, die in der Empfangsstation erzeugt werden, gemessen.
Dieser Korrekturwert K1 kann um einen bestimmten Betrag driften. In der Empfangsstation
wird als weiterer Korretkurwert die Driftrate K2 in ns/s ermittelt und dieser Wert
wird dann ebenfalls zu den Nutzerstationen mittels Videotext übertragen.
-
Die Abweichung &T wird nur einige Male pro Tag ermittelt.
-
Der Korrekturwert K1 hingegen wird in festen Zeitabständen (z.B. Minuten)
berechnet. Er besteht aus einem Wert zwischen 0 und 19 999 ns und einer Zeitangabe,
wann dieser Wert gültig war. Für diesen gleichen Zeitpunkt wird auch der Korrekturwert
K2 als Drift in ns/s angegeben.
-
Durch diese Art der Darstellung der Korrekturwerte ist es möglich,
diese im Normalfall nur in größeren Abständen (Minuten) verändern zu müssen; im
Falle von Umschaltungen in den Zubringerstrecken zum Fernsehsender oder bei den
Videoprogrammquellen werden jedoch unmittelbar neue Werte den. Videotexteinrichtungen
übergeben.
-
Es kann vorkommen, daß bei den Füllsendern einige Frequenzen von örtlich
weit auseianderliegenden Füllsendern
kleiner Leistung doppelt belegt
sind. Sendertabellen, die den Zusammenhang zwischen Frequenz und geographischer
Lage des Senders angeben, konnten also bei einigen Frequenzen mehrdeutig sein. Diese
Mehrdeutigkeit läßt sich entweder durch Unterteilung in regionale Sendertabellen
oder durch einfache softwaremäßige Plausibilitätsprüfungen in der Nutzerstation
ausschließen.
-
Einige Bemerkungen zur übertragung von Daten mittels Videotext. Videotext
ist ein Textverteilerdienst von ARD, ZDF und Zeitungsverlegern, der aus Nachrichten
und anderen Informationen zusammen mit einigen Grafiken besteht und gleichzeitig
mit dem Bild zu einem normalen Fernsehkanal innerhalb der Bildaustastlücke übertragen
wird. Das Videotextsystem verwendet eine Binärübertragung mit einer Geschwindigkeit
von 6,9375 MBit/s entsprechend einer Bandbreite von ca. 3,5 MHz. Jede Datenzeile
beinhaltet binäre Elemente (Synchronisier- und Adressinformationen sowie den Code
für 40 Zeichen) in Form eines zweiwertigen NRZ-Signals, das vom Schwarzpegel bis
zu 66 x des Weißpegels reicht.
-
Bei der Nutzung des Videotext-Dienstes für das Positionsbestimmungssystem
werden die in den Empfangsstationen ermittelten Korrekturwerte K1 und K2 über ein
Datenmodem und Postleitungen den jeweiligen regionalen Videotextzentralen übergeben.
Der Rechner der Videotext-Zentrale oder ein vorgeschalteter Prozessor übernimmt
die Erzeugung der Videotext-Tafel für das Positionsbestimmungssystem entsprechend
des Videotext-Datenformats. Es ist eine komprimierte Darstellung der Information
möglich, da der Dateninhalt nur vom Empfänger der Nutzerstation dekodiert werden
muß und für den normalen Videotext-Nutzer nicht lesbar sein muß.
-
Das Positionsbestimmungssystem kann in vorteilhafter Weise so ergänzt
werden, daß es auch zur Verteilung der "absoluten" Zeit geeignet ist Hierzu sind
folgende aßnamen notwendig: - die Uhr in der Bodenkontrollstation muß mit der absoluten
Zeit synchronisiert sein (oder es muß, wie oben erläutert, die Abweichung ermittelt
und übertragen werden), - es muß die Laufzeit von der Bodenkontrollstation zu der
Nutzerstation berücksichtigt werden Im Zusammenhang mit der Systembeschreibung wurde
erläutert, welche Signale von welchen Stationen abgestrahlt werden und welche Messungen
und Auswertungen durchzuführen sind.
-
Mit diesem Wissen ist es fachmännisches Können, die Bodenkontrollstation,
den Transponder und eine Empfangsstation zu realisieren.
-
Nachfolgend wird anhand der Fig.2 eine Nutzerstation er-Läutern.
-
Die Nutzerstation ist modular aufgebaut und ist deshalb besonders
gut an unterschiedliche Anforderung an die Meßgenauigkeit anpaßbar. Die wesentlichen
Module sind: Fernseh-Heimempfänger-£lodul 400e Meßeinrichtungs-Modul 500 und Prozessorsysten-Modul
600 Der Fernseh-Heimempfänger-Modul 400 weist in an sich bekannter Weise einen Eingang
408, der an eine VHF- oder UHF-Antenne anschließbar ist (für die Nutzerstation ist
eine Antenne mit ungerichtetem Strahlungsdiagramm vorgesehen), ein HF/ZF-Modul 402,
ein Interface 403, ein Bedienteil 401, einen Signalverarbeitungsteil 404, einen
Decoder 405, eine
Leistungsmodul 406 und einen Bildschirm 407,
auf. Die einzelnen Teile und ihr Zusammenwirken wird hier nicht näher erläutert,
da dies vom normalen Fernseh-Heimempfänger bekannt ist.
-
Die Signale mit den Frequenzen f (Farbhilfsträgerfrequenz), sc und
f (Horizontal- und Vertikalsynchronimpuls) sind im üblichen Fernseh-Heimempfänger
im Allgemeinen nicht direkt zugänglich.
-
Deshalb ist im Meßeinrichtung-Modul 500 eine Zusatzschaltung (integrierter
Schaltkreis TDA 9403) vorgesehen, die mit dem Decoder des Moduls 400 verbunden ist
und die diese Signale erzeugt. Der Modul 500 enthält weiterhin einen Zeitmarken-Decoder
502, eine Referenz-Uhr 503 und einen Zähler 504. Im Zeitmarken-Decoder wird mittels
der Taktsignale, die von der Zusatzschaltung abgegeben werden, eine eindeutige Zeitmarke
pro Halbbild des Fernsehsignals, also alle 20 ms, erzeugt (z.B. eine bestimmte Flanke
des Zeilensynchronsignals innerhalb der vertikalen Austastlücke, wobei der vertikale
Synchronimpuls als Torimpuls benutzt wird).
-
Der Zähler mißt dann das Zeitintervall zwischen den Zeitmarken des
Decoders und der Referenzuhr alle 20 ms. Das so gemessene Zeitintervall ist proportional
zur Laufzeit des Fernsehsignals vom Standort des Fernsehsenders bis zum Empfänger
der Nutzerstation und kann unter Berücksichtigung der über Videotext übermittelten
Korrekturwerte und der errechneten Uhrenabweichung tT in die Entfernung umgerechnet
werden (erfolgt im Prozessorsystem-Modul 600) Der Zähler führt für jedes empfangene
Fernsehsignal mehrere Laufzeitmessungen durch, aus denen anschließend im Modul 600
der Mittelwert gebildet wird.
-
Der Prozessorsystem-Modul 600 enthält ein Prozessor-Interface, das
mit dem Decoder 405, der Signalverarbeitungs-
einrichtung 404 und
dem Bedienteil 401 des Fernseh-Heimempfänger-Moduls 400, mit dem Zähler 504 des
Meßeinrichtungs-Moduls 500 sowie mit einem Prozessor 603 des Prozessorsystem-Moduls
600 verbunden ist. Der Prozessor ist weiterhin mit einem Speicher (RAM/PROM) 604,
einer Bedient Anzeigeeinheit 605 und gegebenenfalls mit einem Kartengerät 602, das
die Position des Nutzers auf einer Karte anzeigt, verbunden.
-
Das Prozessorsystem hat folgende Aufgaben: Empfängerablaufsteuerung,
Positionsberechnung und Positionsanzeige.
-
Die Empfängerablaufsteuerung wird durch das Prozessor-Interface und
das Bedienteil vorgenommen und führt die sequentielle Einstellung und Messung von
jeweils drei Fernsehsendersignalen durch. Die Fernsehsender werden durch Suchlauf,
Eingabe über Tastatur oder Vorwissen aus internem Speicher mittels genauer Synthesizereinstellung
empfangen und ausgewertet. Die Auswertung der Videotext-Informationen ist nicht
bei allen Sendern und nicht kontinuierlich notwendig, da sich Korrekturwerte im
Normalfall nur innerhalb von Minuten Sendern. Sind mehr als drei Fernsehsender zu
empfangen, so erfolgt die Auswahl nach dem besten Empfangspegel und einer optimalen
Geometrie (Richtungsunterschiede zu den Fernsehsendern von ca.
-
120°). Die so ausgewählten Sender werden anschließend sequentiell
im schnellen Wechsel (< 1 sec) durchgeschaltet und die Laufzeitmessungen der
Meßeinrichtung werden gemittelt. Der Prozessor kann nun die Laufzeitmeßwerte mittels
der Korrekturwerte K und K2 korrigieren und eine zweidimensionale Positionsbestimmung
und eine Korrektur der Empfängeruhr (AT) entsprechend der für dT angesetzten Gleichung
vornehmen. Die Positionswerte der Fernsehsender sind aus dem Festwertspeicher (PROM)
durch
die eindeutige Zuordnung der Empfangsfrequenz abrufbar. Die durch die schnelle Meßfolge
von 20 ms bedingte Mehrdeutigkeit der Entfernungsmessung von ca. 6000 km ist bei
diesem Positionsbestimmungssystem ohne Bedeutung und wird durch den Prozessor sehr
leicht erkannt und eliminiert.
-
Ebenso kann der Prozessor neben der allgemeinen Plausibilitätsprüfung
der Meßwerte die Geschwindigkeit ermitteln und bei kurzen Signalunterbrechungen
die Position weiterrechnen. Die Darstellung der Position kann als Koordinaten in
einem geographischen Koordinatensystem entweder direkt auf dem Bildschirm des Fernsehers
(als Zahlenwert) oder auf einer Zusatzanzeige, dem Kartengerät, erfolgen.
-
Es ist in vorteilhafter Weise möglich, mit Hilfe einer Videokassette
eine Landkarte für das betreffende Gebiet zu speichern. Diese Landkarte wird dann
auf dem Bildschirm dargestellt und die aktuelle Position des Nutzers wird darauf
markiert.
-
Das Positionsbestimmungssystem ist besonders auch für die Positionsbestimmung
von Einsatzfahrzeugen von BOS (BOS = Behorde und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben
geeignet. In diesem Fall ist es wünschenswert, daß in einer Einsatzzentrale die
Positionen der einzelnen Einsatzfahrzeuge bekannt sind. Eine einfache Erweiterung
der Nutzerstation macht es möglich, die Positionen zur Einsatzzentrale zu melden.
Die Realisierung einer solchen Rückmeldeeinrichtung ist dem Fachmann bekannt und
wird deshalb hier nicht näher erläutert (z. B. Funkmeldesystem (FMS> der Polizei).
-
Leerseite