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