DE4142403A1 - Schwundminderndes globales positionsbestimmungssystem fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein globales bzw.
erdumspannendes Positionierungs- bzw. Positionsbestimmungs
system (das nachfolgend mit GPS bezeichnet wird) für Kraft
fahrzeuge, das Radio- bzw. Hochfrequenzsignale von künstli
chen Satelliten (die nachfolgend der Einfachheit halber le
diglich als Satelliten bezeichnet werden) empfängt.
Ein herkömmliches GPS ist mit einer einzigen Antenne ausge
rüstet, um Hochfrequenzsignale von Satelliten zu empfangen.
Da die Antenne an der Außenseite eines Fahrzeugs, wie bei
spielsweise an einer Außenwand eines Dachs des Fahrzeugs,
befestigt ist, liegt ein Nachteil eines herkömmlichen GPS
darin, daß das äußere Erscheinungsbild des betreffenden
Fahrzeugs verunstaltet wird. Wenn die Antenne demgegenüber
im Inneren des Fahrzeugs angeordnet wird, wird durch die An
tenne zwar nicht das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs
verschlechtert, jedoch beeinträchtigen das Dach und die Sei
tenflächen des Fahrzeugs die Ausbreitung bzw. den Empfang
der Hochfrequenzsignale erheblich. Somit können Hochfre
quenzsignale, die außerhalb des Fahrzeugs gewöhnlich pro
blemlos empfangen werden können, innerhalb des Fahrzeugs
nicht mit ausreichender Genauigkeit empfangen werden, wenn
nur eine einzige Antenne verwendet wird.
In den japanischen Offenlegungsschriften 62-2 67 899, 1-3 14 982
und 1-3 18 982 sind jeweils globale Positionsbestimmungssy
steme des sogenannten schwundmindernden Typs beschrieben,
bei denen innerhalb des Fahrzeugs zwei Antennen vorgesehen
sind. Bei einem derartigen schwundmindernden GPS wird zur
selben Zeit jeweils nur eine der Antennen selektiv verwen
det. Dieses System funktioniert folglich im wesentlichen auf
die gleiche Weise wie ein System mit einer einzigen, außer
halb des Fahrzeugs angeordneten Antenne, so daß aus der Ver
wendung zweier Antennen kein zusätzlicher Vorteil erzielt
wird.
Da bei einem derartigen GPS die Hochfrequenzsignale von drei
oder vier im Weltraum befindlichen Satelliten empfangen wer
den, um die augenblickliche Position des betreffenden Fahr
zeugs zu bestimmen, ist es notwendig, die Hochfrequenzsi
gnale aus diesen Satelliten sehr schnell einzufangen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein schwund
minderndes GPS, das zum Empfang von Hochfrequenzsignalen aus
einer Vielzahl von Satelliten eingerichtet ist, derart wei
terzubilden, daß der Empfang bzw. das Einfangen der Hochfre
quenzsignale schneller von statten geht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 an
gegebenen Maßnahmen gelöst.
Ein erfindungsgemäßes schwundminderndes GPS weist demzufolge
eine erste und eine zweite Antenne auf, die innerhalb des
betreffenden Fahrzeugs angeordnet sind, wobei die über die
erste und zweite Antenne empfangenen Hochfrequenzsignale se
lektiv einem ersten und zweiten Demodulator zugeführt wer
den, so daß die Hochfrequenzsignale aus einem entsprechenden
ersten und zweiten Satelliten mittels des ersten bzw. zwei
ten Demodulators gleichzeitig eingefangen werden können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä
her erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 anhand eines allgemeinen Blockdiagramms den
prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines
Signalempfangssystems des erfindungsgemäßen GPS;
Fig. 2 anhand einer schematischen Skizze eine mögliche
Anordnung der beiden Antennen;
Fig. 3 anhand eines Flußdiagramms einen Steuerungsab
lauf in einer Rechen- und Steuereinheit zur Satellitenwahl;
Fig. 4 anhand eines Flußdiagramms einen Haupt-Steue
rungsablauf der Rechen- und Steuereinheit;
Fig. 5 anhand eines Flußdiagramms Einzelheiten einer in
Fig. 4 gezeigten Initialisierungs-Einstellungsverarbeitung;
Fig. 6 anhand eines Flußdiagramms Einzelheiten einer in
Fig. 4 gezeigten Suchbetriebsart-Verarbeitung;
Fig. 7 anhand eines Flußdiagramms eine Zeitgeber-Unter
brechungsverarbeitung in der Rechen- und Steuereinheit;
Fig. 8 anhand eines Flußdiagramms Einzelheiten einer in
Fig. 4 gezeigten Daten-Demodulationsverarbeitung;
Fig. 9 eine zur Erläuterung der Betriebsweise des er
sten Ausführungsbeispiels dienende Zeittafel;
Fig. 10 eine zur Erläuterung eines zweiten Ausführungs
beispiels der Erfindung dienende schematische Darstellung;
Fig. 11 anhand eines Flußdiagramms einen Teil des Ab
laufs einer Modellverarbeitung bei dem zweiten Ausführungs
beispiel; und
Fig. 12 anhand eines allgemeinen Blockdiagramms den
prinzipiellen Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der
Erfindung.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 sind Antennen A1 und A2 im
Innenraum eines Kraftfahrzeugs an einem Armaturenbrett bzw.
an einer hinteren Ablage desselben befestigt bzw. angeordnet
und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen aus Satelliten S1,
S2, S3 usw. eingerichtet. Gemäß Fig. 1 werden die auf diese
Weise von den Antennen A1 und A2 empfangenen Hochfrequenzsi
gnale von einem ersten und zweiten Hochfrequenzverstärker B1
bzw. B2 verstärkt und daraufhin über einen Antennenwechsler
bzw. Antennenwähler 1 einem SS- bzw. Einseitenband-Demodula
tor 2 zugeführt. Der Antennenwähler 1 besteht aus Analog
schaltern 1a bis 1d, bei denen es sich beispielsweise um
Halbleiterschalter handelt, wobei die Schalter 1a und 1b
bzw. 1c und 1d zueinander umgekehrt bzw. gegensinnig arbei
ten. Die Analogschalter 1a und 1b werden von einem ersten
und einem zweiten Antennen-Wählbefehl aus einer Rechen- und
Steuereinheit 3 angesteuert, um das entweder über die An
tenne A1 oder die Antenne A2 jeweils empfangene Signal einem
ersten SS-Demodulator 2a zuzuführen, während die Analog
schalter 1c und 1d das entweder über die Antenne A1 oder die
Antenne A2 jeweils empfangene Signal einem zweiten SS-Demo
dulator 2b zuführen.
Der erste und zweite SS-Demodulator 2a bzw. 2b haben jeweils
einen identischen Aufbau und besitzen ein PN-Codesignal, das
durch jeden Satelliten vorherbestimmt wird. Wenn aus der Re
chen- und Steuereinheit 3 ein Such- bzw. Wählbefehl für
einen bestimmten Satelliten empfangen wurde, wird das System
unter Verwendung des PN-Codesignals für den betreffenden Sa
telliten mit einem über die Antenne A1 oder A2 empfangenen
Hochfrequenzsignal korreliert bzw. in Wechselbeziehung ge
bracht. Unter der Annahme, daß der jeweilige Satellit ausge
sucht bzw. ausgewählt wurde, wird bei dieser Korrelation der
Rechen- und Steuereinheit 3 das Such- bzw. Wählsignal zuge
führt und gleichzeitig das Hochfrequenzsignal von diesem Sa
telliten demoduliert, worauf der Rechen- und Steuereinheit 3
aufeinanderfolgend Demodulationsdaten bzw. durch die Demodu
lation erhaltene Daten zugeführt werden.
Die Rechen- und Steuereinheit 3 führt daraufhin eine später
beschriebene arithmetische Verarbeitung durch, führt dem SS-
Demodulator 2 einen Befehl zum Auswählen eines bestimmten
Satelliten zu und führt gleichzeitig die Wechsel- bzw. die
Umschaltungs-Ansteuerung für die Antennen A1 und A2 durch,
um den betreffenden Satelliten auszuwählen. Wenn mindestens
drei Satelliten ausgewählt wurden, wird die augenblickliche
Position des betreffenden Fahrzeugs in Übereinstimmung mit
der jeweiligen Entfernung von diesem Satelliten berechnet,
so daß ein die augenblickliche Position angebendes Signal
einem Navigationscomputer 4 zugeführt werden kann.
Die Aufgabe des Navigationscomputers 4 besteht darin, auf
einer Anzeigeeinheit, wie beispielsweise einer Kathoden
strahlröhre, in Übereinstimmung mit einer in einem Speicher
medium (beispielsweise einer optischen Speicherplatte) ge
speicherten Straßenkarten-Information eine Straßenkarte an
zuzeigen sowie das die augenblickliche Position angebende
Signal aus der Rechen- und Steuereinheit 3 und andere Hoch
frequenzsignale aus verschiedenen, in der Zeichnung nicht
gezeigten Sensoren aufzunehmen (bei denen es sich beispiels
weise um einen Erdmagnetfeld-Sensor, einen Kreiselkompaß,
einen Radgeschwindigkeitssensor, einen Fahrtrichtungssensor
oder dergleichen handelt). Der Navigationscomputer 4 berech
net anhand dieser Eingangssignale den optimalen Wert für die
augenblickliche Position und zeigt auf der Anzeigeeinheit 5
die augenblickliche Position des betreffenden Fahrzeugs in
der Straßenkarte an.
Ein Signalempfangsabschnitt des GPS umfaßt den ersten und
zweiten Hochfrequenzverstärker B1 bzw. B2, den Antennenwäh
ler 1, den SS-Demodulator 2 sowie die Rechen- und Steuerein
heit 3. Die Betriebsweise des Signalempfangsabschnitts der
GPS wird nachfolgend näher erläutert.
Gemäß Fig. 3 beginnt die Rechen- und Steuereinheit 3 die
Verarbeitung in einem Schritt 101 mit der Suche nach der je
weiligen Position aller Satelliten. Genauer gesagt wird die
augenblickliche Position jedes Satelliten anhand einer Be
ziehung zwischen sogenannten Almanach- bzw. Kalenderdaten,
die für jeden Satelliten voreingestellt sind, und der augen
blicklichen Zeit gesucht. Anhand der zuvor gemessenen und
gespeicherten, ungefähren Augenblicksposition des betreffen
den Fahrzeugs wird in einem Folgeschritt 102 ein Höhen- bzw.
Elevationswinkel zu jedem Satelliten bestimmt. In einem
nachfolgenden Schritt 103 werden in Übereinstimmung mit den
auf diese Weise erhaltenen Elevationsdaten diejenigen Satel
liten als sichtbare Satelliten ausgewählt, deren Elevations
winkel gleich oder größer als ein bestimmter Winkel sind. In
einem Schritt 104 wird diejenige Kombination aus den gewähl
ten sichtbaren Satelliten bestimmt, die den besten Index des
Präzisionsverlusts der Position liefert, wobei dieser Index
nachfolgend mit PDOP bezeichnet wird und den optimalen Grad
der geometrischen Anordnung von vier wählbaren Kombinationen
sichtbarer Satelliten angibt. Durch diese Satellitenwahl un
ter Verwendung des PDOP werden bis zu sieben Satelliten ge
wählt, die vier Satelliten sowie drei vorbereitete bzw. Er
satzsatelliten beinhalten. Die Anzahl der auf diese Weise
gewählten Satelliten wird nachfolgend durch das Zeichen n
ausgedrückt, so daß die Satelliten nachfolgend mit den Zif
fern 1-n bezeichnet werden.
Daraufhin wird die in Fig. 4 gezeigte Verarbeitung durchge
führt. Im Laufe dieser Verarbeitung wird in einem Schritt
202 eine Initialisierung bzw. Anfangseinstellung durchge
führt (einschließlich der Einstellung von i = 1, ch1, ch2-
Leerbetriebsart, n = 0, tn1 und tn2 auf 5, zum Beispiel auf
einen Wert von 5 Sekunden, und des Rücksetzens einer Daten
korrektur-Endekennung). In einem Folgeschritt 203 wird die
Variable e entweder auf den Wert 1 oder 2 gesetzt. Wenn der
Schritt 203 zum ersten Mal ausgeführt wird, wird die Va
riable e auf den Wert 1 gesetzt. In einem Schritt 204 wird
darüber entschieden, ob die Variable ch i eine Anfangs-Ein
stellungsbetriebsart, eine Suchbetriebsart oder eine Daten-
Demodulationsbetriebsart angibt. Bei der ersten Durchführung
dieses Schritts gilt 1 = 1 und ch1 = Anfangs-Einstellungsbe
triebsart, weshalb der Ablauf zu einem Schritt 300 zur
Durchführung der Anfangs-Einstellungsbetriebsart fortschrei
tet. Mit "ch1" ist eine Suchverarbeitung durch den ersten
SS-Demodulator 2a bezeichnet, während mit "ch2" eine Such
verarbeitung durch den zweiten SS-Demodulator 2b angegeben
ist.
Die Einzelheiten des zur Durchführung der Anfangs-Einstel
lungsbetriebsart vorgesehenen Schrittes 300 sind in Fig. 5
dargestellt. Demzufolge wird in einem Anfangsschritt 301 der
Wert der Variable n um 1 erhöht, so daß diese Variable beim
ersten Durchlauf den Wert 1 hat, da sie bei der Initialisie
rung mit dem Wert 0 belegt wurde. Daraufhin werden in einem
Schritt 302 die Variablen tn1 und tn2 ausgelesen (wobei
beide beim ersten Durchlauf den Wert 5 haben), worauf in ei
nem Folgeschritt 303 ein Vergleich zwischen tn1 und tn2
durchgeführt wird. Die Variable tn1 bezeichnet dabei eine
Suchzeit für die Antenne A1, während die Variable tn2 eine
Suchzeit für die Antenne A2 bezeichnet. Beim ersten Durch
lauf gilt tn1 = tn2, so daß die Entscheidung im Schritt 303
"ja" lautet. In einem Folgeschritt 304 wird dem ersten SS-
Demodulator 2a ein Suchbefehl zum Suchen des Satelliten S1
zugeführt und den Analogschaltern 1a und 1b des Antennenwäh
lers 1 wird ein Befehl zur Wahl der Antenne A1 zugeführt.
Der erste SS-Demodulator 2a führt daher eine Suchoperation
zum Heraussuchen des Satelliten S1 in Übereinstimmung mit
dem über die Antenne A1 empfangenen Hochfrequenzsignal
durch. Bei dieser Suchoperation ändert sich die Mittenfre
quenz des empfangenen Hochfrequenzsignals mit einer Doppler-
Verschiebung, die auf die Bewegung des Satelliten zurückzu
führen ist. Da das empfangene Hochfrequenzsignal darüber
hinaus durch das PN-Codesignal moduliert wird, werden die
Empfangsfrequenz des Empfängers und die Phase des intern er
zeugten PN-Codesignals mittels eines vorgeschriebenen Ab
laufs geändert, wodurch Hochfrequenzsignale aus den Satelli
ten ausgesucht werden. Wenn während dieses Suchvorgangs das
Hochfrequenzsignal aus einem auszusuchenden Satelliten von
der Antenne empfangen wurde, ist es möglich, das Hochfre
quenzsignal innerhalb von 10 bis 30 Sekunden zu empfangen,
wenn der Satellit nach Inbetriebnahme der Stromversorgung
zum ersten Mal ausgesucht wird, und innerhalb ungefähr einer
Sekunde im Anschluß daran.
Wenn in den Schritten 304 und 305 gilt i = 1, wird dem er
sten SS-Demodulator 2a ein Suchbefehl zugeführt, während
dieser Suchbefehl entsprechend dem zweiten SS-Demodulator 2b
zugeführt wird, wenn gilt, i = 2. Weiterhin wird in einem
Schritt 306 die Variable ch1 auf die Suchbetriebsart einge
stellt.
Gemäß Fig. 4 schreitet der Ablauf anschließend zu einem
Schritt 205 weiter, bei dem auf "nein" entschieden wird, da
gilt i = 1.
Da die Variable ch2 bei der Initialisierung anfänglich eben
falls auf die Anfangs-Einstellungsbetriebsart eingestellt
ist, wird für diese Variable ebenfalls zum Schritt 300 zur
Durchführung der vorstehend erläuterten Anfangs-Einstel
lungsbetriebsart verzweigt. Da die im Schritt 301 durchge
führte Addition in diesem Fall dazu führt, daß n den Wert 2
hat, wird nunmehr dem zweiten SS-Demodulator 2b ein Suchbe
fehl für den Satelliten S2 zum Zwecke des Heraussuchens des
Satelliten S2 zugeführt, wobei ferner den Analogschaltern 1a
und 1b des Antennenwählers 1 ein Befehl zur Wahl der Antenne
A1 zugeführt wird. Der zweite SS-Demodulator 2b sucht folg
lich den Satelliten S2 in Übereinstimmung mit dem über die
Antenne A1 jeweils empfangenen Hochfrequenzsignal heraus. Im
Schritt 306 wird die Variable ch2 entsprechend auf die Such
betriebsart eingestellt.
Da die Variable i im Schritt 205 nunmehr den Wert 2 hat,
wird auf "ja" entschieden, so daß der Ablauf zum Schritt 206
verzweigt. Da zu diesem Zeitpunkt jedoch noch nicht minde
stens drei Satelliten ausgewählt wurden, wird im Schritt 206
auf "nein" entschieden, so daß der Ablauf zum Schritt 203
zurückkehrt, von dem aus der Ablauf nach Einstellung der Va
riablen i auf 1 zum Schritt 204 verzweigt. Da ch1 auf die
Suchbetriebsart eingestellt wurde, verzweigt der Ablauf vom
Schritt 204 zu einem Schritt 400 zur Durchführung der Such
betriebsart.
Zur Durchführung der anhand der Fig. 6 näher erläuterten
Suchbetriebsart wird in einem Anfangsschritt 401 entschie
den, welche der Antennen A1 und A2 nach Maßgabe der Vari
ablen ch i (in diesem Falle ch1) verwendet wird, um die Such
verarbeitung durchzuführen. Diese Entscheidung wird unter
Verwendung eines gespeicherten Antennen-Wählbefehls getrof
fen, der von der Rechen- und Steuereinheit 3 erzeugt wurde.
Da die Suche zu diesem Zeitpunkt infolge des Werts ch1 mit
tels der Antenne A1 durchgeführt wird, schreitet der Ablauf
zu einem Schritt 402, bei dem darüber entschieden wird, ob
von dem ersten SS-Demodulator 2a ein Suchsignal erzeugt
wurde oder nicht. Falls unmittelbar nach Beginn des Suchvor
gangs kein Suchsignal erzeugt wurde, wird auf "nein" ent
schieden. Dementsprechend wird in einem Schritt 406 darüber
entschieden, ob die der Variablen tn1 entsprechende Zeit
dauer (von fünf Sekunden in diesem Fall) verstrichen ist.
Wenn die tn1 entsprechende Zeit noch nicht verstrichen ist,
wird auf "nein" entschieden.
Wenn demgegenüber die Variable i im Schritt 203 auf den Wert
2 eingestellt wird, wird infolge der im Schritt 205 getrof
fenen Entscheidung die dem Wert ch2 entsprechende Suchbe
triebsart-Verarbeitung auf ähnliche Weise, wie zuvor be
schrieben, durchgeführt. Daraufhin wird die vorstehend be
schriebene, ähnliche Verarbeitung abwechselnd für ch1 und
ch2 durchgeführt. Falls die der Variablen tn1 entsprechende
Zeitdauer abgelaufen ist, ohne daß beispielsweise der Satel
lit S1 durch die Antenne A1 ausgesucht wurde, wird bei der
anschließenden Abarbeitung des in Fig. 6 gezeigten Schritts 406
auf "ja" entschieden, woraufhin zu einem Schritt 407
verzweigt wird, bei dem von der Antenne A1 auf die Antenne
A2 umgeschaltet wird, um die Suche nach dem Satelliten S1
fortzusetzen. Demgemäß wird den Analogschaltern 1c und 1d
des Antennenwählers 1 ein Befehl zum Wählen der Antenne A2
zugeführt, wodurch der erste SS-Demodulator 2a so betrieben
wird, daß er die Suche nach dem Satelliten S1 in Überein
stimmung mit dem jeweiligen Ausgangssignal der Antenne A2
durchführt. In ähnlicher Weise wird beim Vorliegen des
Werts ch2 ebenfalls die Antenne A2 zum Finden des Satelliten
S2 in einem Schritt 407 verwendet, wenn die tn1 entspre
chende Zeitspanne abgelaufen ist, ohne daß der Satellit S2
mittels der Antenne A1 gefunden werden konnte. Wenn demge
genüber bei dem in Fig. 6 dargestellten Schritt 401 ent
schieden wird, daß der Suchvorgang über die Antenne A2 be
gonnen wurde, wird die Verarbeitung mit einem Schritt 408
fortgesetzt.
Wenn im Anschluß daran die Suche nach den Satelliten S1
selbst nach Ablauf einer dem Wert tn1 + tn2 entsprechenden
Zeitspanne erfolglos war, wird beim Übergang vom Schritt 408
auf einen Schritt 412 auf "ja" entschieden, worauf der Ab
lauf zu einem Schritt 413 fortschreitet, bei dem die Va
riable ch1 auf die Anfangs-Einstellbetriebsart eingestellt
wird. Dies bedeutet, daß im Entscheidungsschritt 204 für das
nachfolgende ch1 auf die Anfangs-Einstellbetriebsart ent
schieden wird, so daß die dem Block 300 entsprechende, in
Fig. 5 gezeigte Verarbeitung der Anfangs-Einstellbetriebsart
durchgeführt wird. Da bei dieser Verarbeitung der Anfangs-
Einstellbetriebsart die Variable n im Additionsschritt 301
aktualisiert wird, wird die Variable n von dem Wert 2 auf
den Wert 3 erhöht. In der nachfolgenden Verarbeitung wird
mittels des ersten Demodulators 2a folglich nach dem Satel
liten S3 gesucht. Wenn bei Vorliegen des Werts ch2 die Suche
nach dem Satelliten S2 gescheitert ist, wird der Wert von n
infolge der Additionsverarbeitung des in Fig. 5 gezeigten
Schritts 301 auf 4 erhöht; infolgedessen wird von dem zwei
ten Demodulator 2b die Suche nach dem Satelliten S4 durchge
führt. Wenn der Wert der Variablen n als Folge dieser Auf
stufung den der gewählten Anzahl von Satelliten entsprechen
den Wert überschreitet, wird die Variable n auf 1 zurückge
setzt.
Wenn im Anschluß daran zum Beispiel mittels des ersten SS-
Demodulators 2a der Satellit S3 erfolgreich herausgefunden
wird und von dem ersten SS-Demodulator 2a ein Suchsignal er
zeugt wird, wird bei der Abarbeitung des in Fig. 6 gezeigten
Schritts 402 auf "ja" entschieden, worauf der Ablauf zum
Schritt 403 verzweigt, bei dem ch1 auf eine Daten-Demodula
tionsbetriebsart eingestellt wird. Daraufhin verzweigt der
Ablauf zu einem Schritt 404, bei dem entschieden wird, ob
tn1 den Wert 9 hat oder nicht. Da tn1 zu diesem Zeitpunkt
den Wert 5 hat, wird auf "ja" entschieden; im Anschluß
hieran wird ein Schritt 405 ausgeführt, bei dem tn1 auf
tn1+1 und tn2 auf tn2-1 geändert wird. Ein erfolgreiches
Auffinden eines bestimmten Satelliten mittels der Antenne A1
bedeutet, daß die Antenne A1 auch bei nachfolgenden Suchvor
gängen wirksam ist, so daß unter diesem Gesichtspunkt die
Verlängerung der mittels der Antenne A1 zum Auffinden des
Satelliten benötigten Zeit entsprechend gewichtet wird. Zur
Erleichterung der nachfolgenden Zeiteinstellung werden die
aktualisierten Werte von tn1 und tn2 gespeichert. Im Schritt
404 wird tn1 auf den Wert 9 beschränkt, um zu erreichen, daß
das maximale Verhältnis von tn1 zu tn2 den Wert 9 : 1 nicht
überschreitet.
In der Rechen- und Steuereinheit 3 werden von einem 1-msek.-
Zeitgeber erzeugte Interrupts bzw. Unterbrechungen gemäß der
in Fig. 7 gezeigten Behandlungsroutine bearbeitet. In der
Zeitgeber-Behandlungsroutine wird in einem Schritt 601 über
prüft, ob die Daten-Demodulationsbetriebsart eingestellt ist
oder nicht. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Daten-Demodulati
onsbetriebsart eingestellt ist, wird auf "ja" entschieden,
worauf das Sammeln bzw. die Eingabe zur Speicherung der De
modulationsdaten aus dem ersten Demodulator 2a in Bezug zu
dem Satelliten Sn (in diesem Fall zum Satelliten S3) begon
nen wird. Bei diesem Sammeln von Demodulationsdaten werden
eine Satellitenpositionsinformation und eine Übertragungsz
eitinformation für eine Zeitdauer von ungefähr einer Minute
nach dem Einschalten der Stromversorgung des Senders bzw.
Empfängers und im Anschluß daran jeweils jede Stunde gesam
melt. Ebenso wird eine Empfangszeit (genauer gesagt die
Phase des im Empfänger erzeugten PN-Codesignals) für eine
Zeitdauer von ungefähr einer Sekunde pro Zeit gesammelt.
Wenn dieses Sammeln bzw. Abtasten beendet ist, wird eine Da
tensammlungs-Endekennung gesetzt. In der Unterbrechungsbear
beitung der Schritte 601 und 602 wird die Bearbeitung in Ab
hängigkeit von chi durchgeführt, so daß die Unterbrechungs
verarbeitung selbst dann durchgeführt werden kann, wenn ch1
und ch2 gleichzeitig in die Demodulationsbetriebsart einge
treten sind.
Als Ergebnis des Setzens der Daten-Demodulationsbetriebsart
in ch1 verzweigt der Ablauf beim Erreichen des Schritts 204
für die ch1-Verarbeitung zur Durchführung derjenigen Daten-
Demodulationsbetriebsart, für die entschieden wurde. Gemäß
dem in Fig. 8 gezeigten Flußdiagramm wird die Durchführung
der Daten-Demodulationsbetriebsart in einem Schritt 501 be
gonnen, bei dem entschieden wird, ob die Datensammlungs-En
dekennung gesetzt wurde oder nicht. Wenn die Datensammlung
zu diesem Zeitpunkt noch nicht beendet ist, wird auf "nein"
entschieden.
Wenn demgegenüber aufgrund der in Fig. 7 gezeigten Unterbre
chungsverarbeitung die Sammlung der Demodulationsdaten für
den Satelliten S1 beendet und demgemäß die Datensammlungs-
Endekennung gesetzt ist, wird im Schritt 501 der Fig. 8 auf
"ja" entschieden, so daß der Ablauf zu einem Schritt 502
verzweigt, um ch1 auf eine Anfangs-Einstellungsbetriebsart
einzustellen. Dies bedeutet, daß die Variable n gemäß der
vorstehenden Beschreibung in der in Fig. 5 gezeigten Durch
führung der Anfangs-Einstellungsbetriebsart entsprechend ch1
um 1 inkrementiert und somit aktualisiert wird, wodurch ein
Suchvorgang für die nächsten Satelliten Sn durchgeführt
wird. In einem Schritt 502 wird die zuvor gesetzte Daten
sammlungs-Endekennung zurückgesetzt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 9 gezeigte
Zeitdiagramm die Betriebsweise der beiden vorstehend be
schriebenen Demodulatoren 2a und 2b näher erläutert. Im
Falle des Demodulator 2a wird mittels der Antennen A1 und
A2, die zueinander umgeschaltet werden, eine Suche nach dem
Satelliten S1 durchgeführt, während im Falle des Demodula
tors 2b mittels der Antennen A1 und A2, die ebenfalls zuein
ander umgeschaltet bzw. gewechselt werden, zu gleicher Zeit
eine ähnliche nach dem Satelliten S2 durchgeführt wird. Nach
Ablauf der Zeitdauer tn1+tn2 wird in jedem Fall eine Suche
nach dem nächsten Satelliten durchgeführt, d. h. nach den Sa
telliten S3 und S4, und zwar unter Verwendung der Antenne A1
und daraufhin der Antenne A2. Wenn die Suche nach dem Satel
liten S3 gemäß der vorstehenden Beschreibung erfolgreich ab
geschlossen wurde, wird die Sammlung bzw. das Einlesen der
entsprechenden Demodulationsdaten begonnen. Nach Beendigung
dieser Datensammlung schreitet der Ablauf zur Suche nach dem
nächsten Satelliten weiter.
In der vorstehenden Beschreibung wurde bereits angedeutet,
daß immer dann, wenn der betreffende Satellit mittels der
Antenne 1 heraus gesucht bzw. gefunden werden konnte, der
Wert von tn1 im Schritt 405 durch Addition von 1 aktuali
siert wird. Wenn der betreffende Satellit demgegenüber mit
tels der Antenne A2 gefunden wurde, schreitet der Ablauf vom
Schritt 409 über den Schritt 410 zum Schritt 411, wodurch
der Wert von tn2 durch Addition von 1 aktualisiert wird. In
der in den Schritten 405 und 411 durchgeführten Verarbeitung
werden folglich die Werte von tn1 und tn2 aktualisiert. Der
Grund hierfür liegt darin, daß eine hohe Wahrscheinlichkeit
dafür besteht, daß der nächste Satellit unter Verwendung
derjenigen Antenne gesucht bzw. gefunden werden kann, die
bei einem vorhergehenden Suchvorgang nach einem Satelliten
wirksam bzw. erfolgreich war. Mit einer derartigen Änderung
der jeweiligen Suchzeit wird gemäß der Darstellung in Fig. 9
eine Änderung im Verhältnis zur jeweiligen Verwendung der
Antennen A1 und A2 für die Suche nach allen Satelliten be
wirkt. Ebenso wird die Reihenfolge der Verwendung der Anten
nen A1 und A2 für die Suche nach einem neuen Satelliten Sn
in Übereinstimmung mit den jeweiligen Werten von tn1 und tn2
geändert. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Schritt 303 wird dem
zufolge dann auf "nein" entschieden, wenn der Wert von tn2
größer als der Wert von tn1 ist, so daß der Ablauf zum
Schritt 305 verzweigt, bei dem die Suche nach den Satelliten
mit der Antenne A2 beginnt.
Wenn durch eine Reihe der vorstehend beschriebenen Prozeßab
läufe drei oder mehr Satelliten erfolgreich gesucht bzw. ge
funden werden konnten, wird bei dem in Fig. 4 gezeigten
Schritt 206 auf "ja" entschieden, worauf zum Schritt 207
verzweigt wird, bei dem eine Pseudo-Entfernung zu den auf
diese Weise ausgesuchten Satelliten berechnet wird. Wenn
mehr als vier Satelliten ausgesucht wurden, werden die vier
optimal geeigneten Satelliten ausgesucht, um die Pseudo-Ent
fernung zu diesen Satelliten zu berechnen. Die betreffende
Pseudo-Entfernung kann berechnet werden, indem eine Zeitdif
ferenz zwischen der Signalübertragungszeit des betreffenden
Satelliten und der Zeit des Signalempfangs berechnet bzw.
ermittelt wird. Nach Abschluß der Berechnung der Pseudo-Ent
fernungen wird in einem Schritt 208 eine Berechnung zur Mes
sung der Position durchgeführt, um unter Zugrundelegung der
Pseudo-Entfernungen und der Satellitenpositionen durch Lö
sung bekannter Simultangleichungen die augenblickliche Posi
tion des betreffenden Fahrzeugs herauszufinden. Die berech
neten Werte werden dem Navigationscomputer 4 zugeführt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden
die Bedeutung bzw. die Gewichtung der Verwendung der Anten
nen A1 und A2 sowie die Reihenfolge der Verwendung dieser
Antennen durch Änderung der Werte der Parameter tn1 und tn2
festgelegt, jedoch ist es auch möglich, diese Festlegung an
hand einer Beziehung zwischen den relativen Azimutwinkeln
der Satelliten bezüglich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und
dem Elevationswinkel der Satelliten zu treffen. Nachfolgend
wird ein entsprechendes Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Gemäß der Darstellung in Fig. 10 speichert in diesem Fall
die Rechen- und Steuereinheit 3 (in einem Festwertspeicher
bzw. ROM) in Form einer Karte das Verhältnis von tn1 zu tn2
für einen Bereich, der durch die Beziehung zwischen den re
lativen Azimutwinkeln der Satelliten bezogen auf die
Fahrtrichtung des Fahrzeugs und den Elevationswinkeln der
Satelliten bestimmt wird. Zu diesem Zweck werden der Rechen-
und Steuereinheit 3 Signale von einem (nicht gezeigten) Erd
magnetfeld-Sensor zugeführt, der die Fahrtrichtung des Fahr
zeugs erfaßt. Darüberhinaus ist in der Rechen- und
Steuereinheit 3 die in Fig. 5 gezeigte Durchführung der An
fangs-Einstellungsbetriebsart teilweise geändert. Nunmehr
wird nämlich im Schritt 307 ein jeweiliges Richtungssignal
aus dem Erdmagnetfeld-Sensor aufgenommen, worauf im Schritt
308 die betreffenden Werte von tn1 und tn2 unter Verwendung
der in Fig. 10 gezeigten Karte aus der Beziehung zwischen
jeweiligen Azimutdaten und den anhand des in Fig. 3 gezeig
ten Schritts 101 zu bestimmenden Orten bzw. Positionen der
Satelliten gesetzt werden. Die anschließende Verarbeitung
kann auf ähnliche Weise, wie zuvor beschrieben, durchgeführt
werden, jedoch werden die in Fig. 6 gezeigten, zur Änderung
von tn1 und tn2 vorgesehenen Schritte 404, 405, 410 und 411
nicht erläutert bzw. ausgeführt, da die Werte von tn1 und
tn2 unter Zugrundelegung der Karte bestimmt werden.
Welche der beiden Antennen A1 und A2 zuerst verwendet wird,
hängt gemäß vorstehender Beschreibung von dem jeweiligen
Wert von tn1 und tn2 ab, jedoch ist es auch möglich, eine
der Antennen grundsätzlich als erste zu verwenden.
Bezüglich der SS-Demodulatoren ist anzumerken, daß bei den
vorhergehenden Ausführungsbeispielen zwei SS-Demodulatoren
2a und 2b verwendet wurden. Gemäß dem in Fig. 12 dargestell
ten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es jedoch auch
möglich, eine Zahl von n Demodulatoren vorzusehen, um ent
sprechend viele Satelliten gleichzeitig suchen zu können,
wodurch es möglich ist, die Zeit zwischen dem Einschalten
der Stromversorgung des Empfängers bis zum Vorliegen der Be
rechnung der augenblicklichen Position deutlich zu verkürzen
sowie die Rate der während der Fahrt durchführbaren Positi
onsmessungen zu verbessern.
Obgleich die Hochfrequenzverstärker B1 und B2 in den Ausfüh
rungsbeispielen zwischen der zugeordneten Antenne und den
Analogschaltern angeordnet sind, ist es gleichwohl auch mög
lich, diese zwischen den Analogschaltern und den SS-Demodu
latoren anzuordnen.
Bezüglich weiterer, nicht näher erläuterter Vorteile und
Einzelheiten der Erfindung wird ausdrücklich auf die Zeich
nung, insbesondere deren Ablaufpläne, verwiesen.
Claims (11)
1. Schwundminderndes globales Positionsbestimmungssystem
für ein Fahrzeug zur Berechnung einer Position des Fahrzeugs
auf der Basis von aus einer Vielzahl von Satelliten empfan
genen Hochfrequenzsignalen, mit:
einer ersten (A1) und zweiten Antenne (A2), die im Ab stand zueinander am Fahrzeug befestigt und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen aus einer Vielzahl von Satelliten (S1, ..., Sn) eingerichtet sind; und
einer Signalempfangseinrichtung zum Demodulieren der Hochfrequenzsignale aus den Satelliten auf der Basis von über die erste und zweite Antenne (A1, A2) empfangenen Sig nalen und zum Berechnen einer Position des Fahrzeugs auf der Basis entsprechender Demodulationsdaten, wobei die Signalempfangseinrichtung aufweist:
einen ersten (2a) und zweiten Demodulator (2b), die je weils im Ansprechen auf einen Suchbefehl für einen bestimm ten Satelliten in Übereinstimmung mit den über eine gewählte der beiden Antennen (A1, A2) empfangenen Signale einen Sa telliten-Suchvorgang durchführen und die empfangenen Signale demodulieren, wenn der Suchvorgang abgeschlossen ist;
eine Schalteinrichtung (1), mittels der die über die erste und zweite Antenne (A1, A2) empfangenen Signale selek tiv dem ersten und zweiten Demodulator (2a, 2b) zuführbar sind; und
eine Steuereinrichtung (3), die dem ersten Demodulator (2a) den Suchbefehl für einen ersten Satelliten (S1) und dem zweiten Demodulator (2b) den Suchbefehl für einen zweiten Satelliten (S2) zuführt,
wobei der erste und zweite Satelliten-Suchvorgang mit tels des ersten und zweiten Demodulators (2a, 2b) durchführ bar sind.
einer ersten (A1) und zweiten Antenne (A2), die im Ab stand zueinander am Fahrzeug befestigt und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen aus einer Vielzahl von Satelliten (S1, ..., Sn) eingerichtet sind; und
einer Signalempfangseinrichtung zum Demodulieren der Hochfrequenzsignale aus den Satelliten auf der Basis von über die erste und zweite Antenne (A1, A2) empfangenen Sig nalen und zum Berechnen einer Position des Fahrzeugs auf der Basis entsprechender Demodulationsdaten, wobei die Signalempfangseinrichtung aufweist:
einen ersten (2a) und zweiten Demodulator (2b), die je weils im Ansprechen auf einen Suchbefehl für einen bestimm ten Satelliten in Übereinstimmung mit den über eine gewählte der beiden Antennen (A1, A2) empfangenen Signale einen Sa telliten-Suchvorgang durchführen und die empfangenen Signale demodulieren, wenn der Suchvorgang abgeschlossen ist;
eine Schalteinrichtung (1), mittels der die über die erste und zweite Antenne (A1, A2) empfangenen Signale selek tiv dem ersten und zweiten Demodulator (2a, 2b) zuführbar sind; und
eine Steuereinrichtung (3), die dem ersten Demodulator (2a) den Suchbefehl für einen ersten Satelliten (S1) und dem zweiten Demodulator (2b) den Suchbefehl für einen zweiten Satelliten (S2) zuführt,
wobei der erste und zweite Satelliten-Suchvorgang mit tels des ersten und zweiten Demodulators (2a, 2b) durchführ bar sind.
2. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, gekenn
zeichnet durch eine Einrichtung (3), welche die Schaltein
richtung (1) während des Suchvorgangs nach dem ersten Satel
liten (S1) durch den ersten Demodulator (2a) derart ansteu
ert, daß die mit dem ersten Demodulator (2a) momentan ver
bundene Antenne (A1) auf die andere Antenne (A2) umgeschal
tet wird.
3. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1 oder 2, ge
kennzeichnet durch eine Einrichtung (3), welche die Schalt
einrichtung (1) während des Suchvorgangs nach dem zweiten
Satelliten (S2) durch den zweiten Demodulator (2b) derart
ansteuert, daß die momentan mit dem zweiten Demodulator (2b)
verbundene Antenne (A1) durch die andere Antenne (A2) er
setzt wird.
4. Positionsbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (1)
eine erste Schalteinrichtung (1a, 1b), mittels der ein über
die erste Antenne (A1) empfangenes Signal selektiv dem er
sten oder zweiten Demodulator (2a, 2b) zuführbar ist, und
eine zweite Schalteinrichtung (1c, 1d) aufweist, mittels der
ein über die zweite Antenne (A2) empfangenes Signal selektiv
dem ersten oder zweiten Demodulator (2a, 2b) zuführbar ist.
5. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung (3)
aufweist, die der ersten und zweiten Schalteinrichtung (1a
bis 1d) einen Antennen-Wählbefehl zuführt, um die Eingabe
der über die erste und zweite Antenne (A1, A2) empfangenen
Signale zu dem ersten und zweiten Demodulator (2a, 2b) fest
zulegen, wenn dem betreffenden ersten bzw. zweiten Demodula
tor (2a, 2b) ein Suchbefehl zugeführt wird.
6. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 4 oder 5 da
durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Ein
richtung (3), welche die erste bzw. zweite Schalteinrichtung
(1a bis 1d) während des jeweiligen Suchvorgangs des ersten
und zweiten Demodulators (2a, 2b) derart ansteuert, daß von
der jeweils gewählten Antenne (A1) auf die jeweils andere
Antenne (A2) umgeschaltet wird, sowie eine Einrichtung (3)
zum Fortsetzen des Suchvorgangs unter Verwendung der über
die auf diese Weise gewählten Antenne (A2) empfangenen Sig
nale aufweist.
7. Positionsbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung
eine Einrichtung (3) aufweist, welche die Zeitdauer beim Um
schalten der Antennen (A1, A2) ändert, um die Rate der Ver
wendung derjenigen Antenne zu verbessern, die bei einem vor
hergehenden Suchvorgang wirksam war, wenn der gleiche Satel
lit gesucht wird.
8. Positionsbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (3)
eine Einrichtung (tn1, tn2), um auf der Basis der relativen
Azimutwerte der Satelliten bezüglich der Fahrtrichtung des
Fahrzeugs das Ausmaß der Verwendung der ersten und zweiten
Antenne (A1, A2) angebende Daten zu speichern, eine Einrich
tung zum Erfassen des relativen Azimuts des betreffenden Sa
telliten sowie eine Einrichtung zum Ändern der Umschalt-
Zeitsteuerung der Antennen (A1, A2) auf der Basis des er
faßten relativen Azimuts aufweist.
9. Positionsbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 4
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite
Schalteinrichtung jeweils Analogschalter (1a bis 1d) aufwei
sen.
10. Positionsbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und zweiten
Demodulator (2a, 2b) eine Anzahl weiterer Demodulatoren par
allelgeschaltet ist und daß eine entsprechende Anzahl weite
rer Schalteinrichtungen vorgesehen ist, um den weiteren De
modulatoren die über die erste und zweite Antenne (A1, A2)
empfangenen Signale selektiv zuzuführen (Fig. 12).
11. Positionsbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 1
bis 10, gekennzeichnet durch Hochfrequenz-Verstärkungsein
richtungen (B1, B2), die zwischen der ersten bzw. zweiten
Antenne (A1, A2) und der zugeordneten Schalteinrichtung (1)
angeordnet sind und zur Verstärkung der über die erste bzw.
zweite Antenne (A1, A2) empfangenen Signale dienen.
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