DE4107336C2 - GPS-Empfangsantennenvorrichtung für ein Global-Positionierungs-System - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit einem Reflektor ausgestattete GPS- (Global-Positionierungs-Sy­ stem-) Empfangsantennenvorrichtung, d. h. auf eine Antennen­ vorrichtung, die Radiowellen empfängt, welche von GPS-Sa­ telliten ausgesendet werden, und die mit einem Reflektor zur Benutzung in einem elektronischen Distanzmesser EDM (Tachy­ meter) oder einer sog. Gesamtstation versehen ist.

Aus einer Veröffentlichung "GPS (revised version)" der Japan Geodetic Survey Sochety vom 15 November 1989, Seiten 92-93, ist bereits ein GPS-Interferometer-Meßverfahren bekannt, bei dem Radiowellen, die von GPS-Satelliten ausgesendet werden, durch Antennen vom Mikrowellenstreifenleitertyp empfangen werden, die an zwei im Abstand voneinander lie­ genden Punkten angeordnet sind. Es werden dabei Koordi­ natenwerte an diesen zwei Punkten (d. h. Koordinatenwerte mit dem Erdmittelpunkt als Ausgangspunkt) gewonnen, und der Abstand zwischen den zwei Punkten wird aus diesen Werten be­ rechnet. Eine Antennenvorrichtung, die bei einem derartigen Meßvorgang zu benutzen ist, umfaßt eine Antenne, die auf einer Dreibeinkonstruktion montiert ist, und einen Empfän­ ger, der mit der Antenne verbunden ist. Signale, die durch die Antenne empfangen sind, werden durch den Empfänger ver­ arbeitet, um dadurch die Koordinatenwerte des betreffenden Punkts zu ermitteln.

Die zuvor genannte Antennenvorrichtung ist nur mit einer Empfangsfunktion zum Empfangen von Radiowellen von GPS-Sa­ telliten ausgestattet. Wenn die Radiowellen durch ein Ge­ bäude oder dergl. daran gehindert werden, die Antenne zu erreichen, können sie nicht durch die Antennen empfangen werden. In dem Fall, in dem die Messung durch einen elek­ tronischen Distanzmesser oder eine sog. Gesamtstation durch Festlegen der Position, in der die Antenne als ein Vermes­ sungs-Punkt aufgestellt ist, muß dann die Antennenvorrichtung entfernt werden, um anstelle derselben eine Reflektorvorrichtung einzurichten. Demzufolge ist die Messung mit dieser herkömmlichen Antennenvorrichtung zeitraubend und kann nicht schnell ausgeführt werden.

Weiter ist aus der WO 90/00718 A1 ein Vermessungsgerät mit einem Empfänger für ein GPS bekannt. Die aus dieser Druckschrift bekannte Empfangsantennenvorrichtung umfaßt eine Antenne zum Empfang von GPS-Signalen sowie einen Distanzmesser, der um eine Horizontalachse kippbar ist. Die vertikale Achse der Antenne fällt mit der vertikalen Achse des Distanzmessers zusammen, d. h. durch Drehen des Lotstabes werden die Antenne und der Distanzmesser gleichermaßen um die im Zentrum des Lotstabes liegende vertikale Achse gedreht.

Um mit dem Distanzmesser dieser Empfangsantennenvorrichtung die Koordinaten eines Beobachtungspunktes ermitteln zu können, müssen die Entfernungen zwischen zwei bekannten Punkten und dem unbekannten Beobachtungspunkt ermittelt werden. Dies bedeutet, daß im Falle der Anordnung des Distanzmessers in einem Punkt, bei dem keine Messung mit Hilfe eines GPS-Empfängers durchgeführt werden kann, zwei Reflektoren an den zwei bekannten Punkten positioniert werden müssen, die bereits mit Hilfe des GPS-Empfängers vermessen worden sind. Anschließend werden mit Hilfe des Distanzmessers die Entfernungen zwischen dem unbekannten Beobachtungspunkt, an dem sich der Distanzmesser befindet, und den beiden bekannten Punkten gemessen. So daß mittels einer entsprechenden Berechnung die Koordinaten des unbekannten Beobachtungspunktes berechnet werden können. Bei der in der WO 90/00718 A1 offenbarten Meßvorrichtung müssen für jeden Beobachtungspunkt, bei dem keine Koordinatenermittlung mit Hilfe eines GPS-Signals möglich ist, zwei Entfernungen zur Bestimmung der Koordinaten des Beobachtungspunktes gemessen werden.

Weitere Entfernungsmeßgeräte sind beispielsweise aus F. Deumlich, "Instrumenten­ kunde der Vermessungstechnik", VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1988 bekannt. Auf Seite 241 dieser Druckschrift sind verschiedene Distanzmesser gezeigt, die mit Reflektoren ausgestattet sind.

Ferner ist aus der nachveröffentlichten DE 40 06 939 A1 ein Distanzmesser bekannt, der eine Antenne und einen Reflektor aufweist und der eine Koordinatenermittlung in einem Arbeitsgang erlaubt.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine GPS-Empfangsantennenvorrichtung für ein GPS bereit­ zustellen, das auf einfache Weise die Bestimmung der Koordinaten eines unbekannten Beobachtungspunktes in einem Arbeitsgang erlaubt, auch wenn bei dem unbekannten Beobachtungspunkt keine Vermessung mit Hilfe des GPS-Empfängers möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine GPS-Empfangsantennenvorrichtung für ein Global- Positionierungs-System GPS mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße GPS-Empfangsantennenvorrichtung weist eine Antenne des Mikrowellenstreifentyps zum Empfangen von Radiowellen, die von GPS-Satelliten ausgesendet werden, und einen Reflektor, der durch ein Basisteil derart gehalten ist, daß er um eine horizontale Achse schwenkbar und außerdem um eine erste vertikale Achse drehbar ist, auf, wobei die Antenne durch das Basisteil oberhalb des Reflektors derart gehalten ist, daß die Antenne unabhängig von dem Reflektor um eine mit der ersten Tragachse koaxial angeordnete zweite vertikale Tragachse drehbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die zuvor genannte und weitere Aufgaben und die sich erge­ benden Vorteile der Erfindung werden aus der im folgenden im einzelnen anhand der Figuren gegebenen Beschreibung er­ sichtlich.

Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines ersten Ausführungs­ beispiels der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungs­ beispiels der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines dritten Ausführungs­ beispiels der Erfindung.

Im folgenden wird eine Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren gegeben.

Fig. 1 u. Fig. 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Auf einem Kasten oder einem Gehäuse 3, das in sich einen Vorverstärker enthält, ist eine Antenne 1 des Mikrowellen­ streifenleitertyps in Form einer Scheibe für ein Global- Positionierungs-System GPS montiert, wobei das Gehäuse 3 an einem oberen Ende einer zweiten vertikalen Tragachse 2 von dieser getragen ist, um so um diese drehbar zu sein. Die zweite vertikale Tragachse 2 weist in ihrem mittleren Be­ reich einen Rahmen 4 einer Quadratrohrform auf. Ein Boden­ teil 5, das an einem bodenseitigen Ende der zweiten verti­ kalen Tragachse 2 befestigt ist, ist drehbar durch eine er­ ste vertikale Tragachse 7 gehalten, die auf einem Basisteil 6 in einem Verbindungsbereich zwischen dem Bodenteil 5 und dem Basisteil 6 vorgesehen ist. Ein Teil der zweiten verti­ kalen Tragachse 2, des Rahmens 4 und des Bodenteils 5 bilden eine Tragkonstruktion zum Tragen eines Prismas 8, das weiter unten zu beschreiben sein wird. Diese ersten und zweiten vertikalen Tragachsen 7, 2 sind in einer koaxialen Beziehung zueinander angeordnet. Das zuvor angegebene Prisma 8, das als Reflektor dient, ist an einer horizontalen Achse 9 be­ festigt, die drehbar auf dem Rahmen 4 angeordnet ist. In dieser Anordnung kann das Prisma 8 aufwärts und abwärts um die horizontale Achse 9 geschwenkt werden, und es kann außerdem um die erste vertikale Tragachse 7 über die Trag­ konstruktion gedreht werden. Das Basisteil 6 ist bei­ spielsweise auf einer Dreibeinkonstruktion (nicht gezeigt) montiert. Der Vorverstärker ist über ein Koaxialkabel 10 mit einem Empfänger (nicht gezeigt) verbunden. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Target-Platte, die aus Gründen einer Unterscheidungsmöglichkeit durch Farbgebung in Gelb und Schwarz unterteilt ist und durch Schrauben 12 an der zweiten vertikalen Tragachse 2 angebracht ist.

Fig. 3 u. Fig. 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

An einem Gehäuse 3, das in sich einen Vorverstärker enthält, der an einem oberen Teil eines Rahmens 13 einer Quadrat­ rohrform angebracht ist, ist eine Antenne 1 befestigt. Ein Bodenteil 14, das an einem unteren Teil des Rahmens 13 be­ festigt ist, ist durch eine zweite vertikale Tragachse 7' getragen, die auf einem Basisteil 6 in einem Verbindungsbe­ reich zwischen dem Bodenteil 14 und dem Basisteil 6 vorge­ sehen ist, so daß die Antenne 1 um die zweite vertikale Tragachse 7' drehbar ist. Eine erste vertikale Tragachse 15, die in koaxialer Beziehung mit der zweiten vertikalen Trag­ achse 7' angeordnet ist, ist drehbar auf dem Bodenteil 14 vorgesehen, und ein U-förmiger Rahmen 16 ist an dem oberen Ende der ersten vertikalen Tragachse 15 befestigt. Das Bo­ denteil 14, die erste vertikale Tragachse 15 und der U-för­ mige Rahmen 16 bilden eine Tragkonstruktion für ein Prisma 8. Das Prisma 8 ist an einer horizontalen Achse 17 befe­ stigt, die drehbar auf dem Rahmen 16 angeordnet ist. Das Prisma 8 ist auf diese Weise sowohl um die horizontale Achse 17 schwenkbar als auch um die erste vertikale Tragachse 15 drehbar. An dem U-förmigen Rahmen 16 ist eine Target-Platte 11 befestigt.

Bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen fallen das Zentrum der Drehung des Prismas 8 und eine ima­ ginäre reflektierende Oberfläche desselben miteinander zu­ sammen. Für den Fall, daß diese voneinander versetzt sind, wird eine Korrektur zu einem gemessenen Distanzwert hin um den Betrag des Versatzes vorgenommen.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine vertikale Achse 18 anstelle des Rahmens 13 des zweiten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 3 u. Fig. 4 gezeigt ist, benutzt. An einem zy­ lindrischen Körper 19, der koaxial mit der vertikalen Achse 18 und diese umgebend angeordnet ist, so daß der zylindri­ sche Körper 19 relativ zu dem Bodenteil 5 drehbar ist, ist ein Arm 20 befestigt. Dieser zylindrische Körper 19 dient als eine erste vertikale Achse. Eine zweite vertikale Achse 7' ist auf einem Basisteil 6 in einer koaxialen Beziehung mit der ersten vertikalen Achse vorgesehen. Das Bodenteil 5, der zylindrische Körper 19 und der Arm 20 bilden eine Trag­ konstruktion für ein Prisma 8, wie im folgenden beschrieben ist. Das Prisma 8, das um eine horizontale Achse 21 schwenk­ bar ist, und eine Target-Platte 11 sind an einem Ende des zylindrischen Körpers 19 vorgesehen. Die Antenne 1 ist auf diese Weise drehbar durch die zweite vertikale Achse 7' über das Bodenteil 5 und die vertikale Achse 18 gehalten.

In dieser Anordnung kann, falls eine Distanz OJ zu dem Pris­ ma 8 und ein Winkel θ₁ durch eine sog. Gesamtstation gemes­ sen wird, die an einem Punkt 0 vorgesehen ist, die horizon­ tale Distanz zwischen dem Punkt 0 und dem Vermessungs-Punkt durch OJcosθ₁ addiert zu einer Distanz d (bekannter Wert) zwischen den Punkten J u. P ermittelt werden.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist vorge­ sehen, daß die Positionen der Antenne und des Prismas unbe­ wegbar mit herkömmlichen Mitteln, wie Kugelknopflagern oder dergl., nachdem deren Positionen nach Drehung justiert wor­ den sind, festgelegt werden.

In allen der drei zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können das Prisma 8 und die Target-Platte 11 entfernt und in deren Positionen verändert werden, ohne daß dazu die Antenne 1 bewegt werden müßte.

Da die vorliegende Erfindung die zuvor beschriebene Kon­ struktion schafft, kann sie nicht nur für eine Antennenvor­ richtung, sondern auch für einen Reflektor für die Tachyme­ trie eingesetzt werden. Es ist dabei möglich, eine Distanz und Winkel zu einem Vermessungs-Punkt, bei dem die Antenne plaziert ist, mittels eines elektronischen Distanz-Messers EDM zu messen, während ein GPS-Interferometer-Meßverfahren durch Empfangen von Radiowellen von GPS-Satelliten ausge­ führt wird. Es ist auch möglich, die Tachymetrie des Ver­ messungs-Punkts ohne Verändern der Antennenvorrichtung für die Vorrichtung mit einem Reflektor auszuführen. Die Erfin­ dung weist daher einen Vorteil dahingehend auf, daß ein Meßvorgang ohne großen Zeitaufwand ausgeführt werden kann.

Claims (5)

1. GPS-Empfangsantennenvorrichtung für ein Global-Positionierungs-System GPS,
mit einer Antenne (1) des Mikrowellenstreifentyps zum Empfangen von Radiowellen, die von GPS-Satelliten abgesendet werden, und
mit einem Reflektor (8), der durch ein Basisteil (6) so gehalten ist, daß er um eine horizontale Achse (9, 17) schwenkbar und außerdem um eine erste vertikale Tragachse (7, 15) drehbar ist,
wobei die Antenne (1) durch das Basisteil (6) oberhalb des Reflektors (8) so gehalten ist, daß die Antenne (1) unabhängig von dem Reflektor (8) um eine mit der ersten Tragachse (7, 15) koaxial angeordnete zweite vertikale Tragachse (2, 7') drehbar ist.

2. GPS-Empfangsantennen­ vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reflektor (8) durch das Basis­ teil (6) über eine Tragkonstruktion gehalten ist und daß die erste vertikale Tragachse (7) auf dem Basisteil (6) angeordnet ist.

3. GPS-Empfangsantennen­ vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reflektor (8) durch das Basis­ teil (6) über eine Tragkonstruktion gehalten ist und daß die erste vertikale Tragachse (15) als Teil der Trag­ konstruktion ausgebildet ist.

4. GPS-Empfangsantennen­ vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antenne (1) an einem oberen Ende der zweiten vertikalen Tragachse (2) drehbar gehal­ ten ist.

5. GPS-Empfangsantennen­ vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antenne (1) drehbar durch die zweite vertikale Tragachse (7') gehalten ist und daß die zweite vertikale Tragachse (7') auf dem Basisteil (6) an­ geordnet ist.