DE4423369A1 - Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren und Navigationsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Positionieren, Orientieren und Navigieren von Personen und/oder Fahrzeugen in einem Erdoberflächengeländeraum unter Verwendung von satellitengestützten Sendesystemen, deren Posi­ tionssignale empfängerseitig decodiert, verarbeitet und geeig­ net dargestellt werden.

Positionieren, Orientieren und Navigieren sind Aufgaben, die für den Fahrzeugverkehr, die Luftfahrt und die Seefahrt große Bedeutung haben. Unter Positionieren versteht man das Feststellen des jeweiligen Orts, an dem sich eine Person oder ein Fahrzeug befindet, ausgedrückt in den geografischen Koordi­ naten geografische Länge, geografische Breite und geografische Höhe, letztere auch als "Höhe über normal Null" bezeichnet. Un­ ter Orientieren wird das Festlegen einer Richtung im Gelände­ raum verstanden, z. B. die magnetische oder geografische Nord- Richtung, von der ausgehend andere Richtungen bestimmt werden können. Unter Navigieren wird die Entwicklung und Durchführung einer bestimmten Strategie zur Erreichung eines Ziels unter Verwendung eines aus einem oder mehreren Kursstücken bestehen­ den, zusammenhängenden Bewegungsverlaufs verstanden, wobei mög­ liche Randbedingungen, die eine völlig freie Kurswahl nicht er­ lauben, zu berücksichtigen sind.

Es sind unterschiedliche Hilfsmittel bekannt, die die Auf­ gaben des Positionierens, des Orientierens und des Navigierens (im folgenden PON-Aufgaben genannt) in einem Gelände ermögli­ chen. Das allgemein gebräuchliche Hilfsmittel für den Verkehr ist heutzutage eine Karte (Landkarte, Straßenkarte, Luftstras­ senkarte, Seekarte; sämtliche auch in digitaler Form), die in Kombination mit einem Kompaß oder anderen Richtungsreferenzmit­ teln benutzt wird. Hinzu kommen in Erprobung befindliche Syste­ me mit erdgebundenen Unterstützungseinrichtungen, die einen Teil der PON-Aufgaben automatisieren können. Im Flugzeug werden üblicherweise PON-Aufgaben durch teure Trägheitsnavigationsge­ räte unter Zuhilfenahme bodengestützter Anlagen, wie z. B. Ra­ daranlagen erledigt. In der Schiffahrt werden bereits häufig PON-Aufgaben mit Hilfe von Navigationssatelliten gelöst, wobei allerdings in der Nähe von Landmassen oder im Umfeld von Hafen­ anlagen auf erdgebundene Unterstützungseinrichtungen zurückge­ griffen wird.

Zur Ermittlung der geografischen Höhe (über Normal Null) werden heute verschiedene Hilfsmittel verwendet, wie beispiels­ weise vom Luftdruck abhängige Höhenmesser bis hin zu Radarhö­ henmessern beim Flugzeug.

Bei der herkömmlichen Lösung von PON-Aufgaben wird im all­ gemeinen wie folgt vorgegangen:
Zunächst erfolgt ein Positionieren und/oder Orientieren mit Hilfe technischer Mittel, die vom einfachen Kompaß bis zum Emp­ fang von Satelliten-Positionsdaten reichen. Der Bediener dieser technischen Mittel erhält die geografischen Koordinaten bzw. eine Himmelsrichtung.

Anschließend überträgt der Bediener die gewonnenen Positi­ onsdaten in eine Karte. Bei einer in digitaler Form vorliegen­ den Karte kann dies mit Hilfe einer Eingabe der Positionskoor­ dinaten erfolgen.

Schließlich ermittelt der Bediener ausgehend von der in der Karte vorgefundenen Position die Strategie zur Erreichung eines Ziels (Navigieren).

Die wesentlichen Verknüpfungs- bzw. Vergleichsaufgaben zwi­ schen der aktuellen Position und dem als Karte abgebildeten Ge­ länderaum übernimmt der Bediener.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Positionierungs-, Orien­ tierungs- und Navigationsaufgaben zu vereinfachen und insbeson­ dere den Zeit- und Bedienungsaufwand zu verringern.

Bei einem Verfahren bzw. einer Einrichtung der oben genann­ ten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß dem Anspruch 11 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet die Möglichkeiten, die sich aus den zunehmend kostengünstigeren und einfacheren Möglichkeiten der digitalen Speicherung großer Mengen von Ge­ länderaumdaten und der digitalen Verarbeitung empfangener Sa­ tellitenpositionsdaten ergeben. Eine On-Line-Verbindung von empfangenen Positionsdaten mit gespeicherten Geländeraumdaten erlaubt eine schnelle, zuverlässige und billige Lösung von PON-Aufgaben selbst dann, wenn die aktuelle visuelle Sichtbarkeit des Geländeraums nicht gegeben ist (etwa bei schlechtem Wetter, Nacht oder Nebel), da Geländeraum, Position, Richtung und Kurs elektronisch dargestellt und in naturnaher Abbildung zur Anzei­ ge gebracht werden können. Zudem trägt das Verfahren zu einer erheblichen Einsparung an bodengestützten Navigationseinrich­ tungen bei. Die rechnergestützte Verknüpfung der Positions- und der Geländeraumdaten erlaubt eine vollständige Automatisierung der PON-Aufgaben.

Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Gelände­ raumszenen einige Referenzpunkte gespeichert und zum Abgleichen von Geländeraumdaten verwendet werden. Dies erlaubt eine zu­ sätzliche Erhöhung der Genauigkeit der Positionierung.

Vorteilhafterweise werden die von den Navigationssatelliten empfangenen Positionsdaten in die Raumkoordinaten geografische Länge, Breite und Höhe verarbeitet und mit den gespeicherten Geländeraumdaten korreliert. Die orthogonalen Koordinaten er­ lauben eine einfache Verarbeitung, Transformation und Darstel­ lung auf einer zweidimensionalen Anzeige oder auch in einem "Virtual Reality"-Display.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens nutzen die Möglichkeit des Empfangs von Notrufsignalen von Nachrichtensatelliten oder von Wetterdaten von Wettersatelli­ ten. Die so zusätzlich empfangenen Daten können in geeigneter Weise als Gefahrensignale oder Wetter-Darstellungen innerhalb der entsprechenden Geländeraumdarstellung zur Anzeige gebracht werden. Sie bilden eine zusätzliche Navigationshilfe. Mit Hilfe der empfangenen Nachrichten können zusätzliche Informationen über den Zustand des gewählten Weges zu einem Ziel zur Anzeige gebracht werden (z. B. Straßenzustandsberichte, Sperrungen des Luftraums oder bestimmter Seegebiete oder dergleichen) Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das zwei- oder dreidi­ mensionale Abbild wenigstens eines Teils des interessierenden Geländeraums vor seiner empfängerseitigen Speicherung mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt wird, indem mit Hilfe von an Satelliten und/oder Flugzeugen angeordneten opti­ schen und/oder SAR(Synthetic Apertur Radar)-Sensoren Primärab­ bildungen des interessierenden Geländeraums gewonnen werden, die Primärabbildungen in Form von Bilddaten gespeichert werden und die Bilddaten unter Hinzufügung von Positionsdaten einzel­ ner Referenzpunkte der Bilddaten zum Abbild des Geländeraums (Geländeraummodell) verarbeitet werden; und zum Empfänger mit­ tels Datenträger oder Datenübertragungsmedien übertragen wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet unter anderem die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie ermög­ licht eine bedienerfreundliche, einfache Lösung von PON-Aufga­ ben. Nach Eingabe von entsprechenden Steuerbefehlen über die Eingabeeinrichtungen werden die von der Empfangseinrichtung vom Satelliten empfangenen Signale unter Steuerung durch die CPU in geografische Positionsdaten umgewandelt und gespeichert. Außer­ dem werden die dem Gelände-Umfeld der aktuellen Position der Person und/oder des Fahrzeugs entsprechenden Geländeraumdaten durch die CPU aus der Massenspeichereinrichtung ausgelesen und in der gewünschten Darstellungsart zur Anzeige gebracht. Der Abbildung der Geländeraumdaten werden die Positionsdaten mit Hilfe entsprechender Markierungen zugeordnet. Ausgehend von den Darstellungen der Geländeraum- und der Positionsdaten können dann Navigationsaufgaben gelöst werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ein­ richtung besteht darin, daß die Massenspeichereinrichtung mit einem auswechselbaren Datenträger, beispielsweise einer CD-ROM ausgestattet ist. Das hat den Vorteil, daß die Einrichtung zum Positionieren, Orientieren und Navigieren dem jeweiligen Ein­ satzgebiet angepaßt werden kann, in dem die dem jeweiligen ge­ wünschten Gelände entsprechenden Datenträger in die Speicher­ einrichtung eingelegt werden können.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Schnittstelle zum Austauschen von Geländeraumdaten verse­ hen sein. Über eine solche Schnittstelle ist es möglich, die in einem Massenspeicher (z. B. einer Festplatte) gespeicherten Ge­ länderaumdaten zu ändern und somit der jeweiligen Aufgabe anzu­ passen. Über eine solche Schnittstelle ist ein Anschluß an Da­ tenverbundnetze möglich, über die die erfindungsgemäße Einrich­ tung Zugriff auf Großrechenanlagen hat.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Einrichtung vor­ teilhaft mit einer Sende- und Empfangseinrichtung für Notrufe ausgestattet sein. Eine solche Einrichtung ermöglicht es, im Notfall die drei geografischen Koordinaten nach außen zu sen­ den, um so schnelle Hilfe zu rufen. Andererseits erlaubt eine solche Einrichtung, Notrufe anderer Personen zur Anzeige zu bringen und deren Standort ggf. auf der Geländeabbildung anzu­ zeigen.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Wettersatelliten-Empfangseinrichtung ausgestattet sein, um auf diese Weise aktuelle Wetterdaten in die Navigationsaufgaben einfließen zu lassen.

Eine zusätzliche Unterstützung der Orientierungsaufgaben kann dadurch erreicht werden, daß die erfindungsgemäße Einrich­ tung mit einer Kompaßeinrichtung versehen ist. Mit Hilfe einer solchen Einrichtung ist es möglich, die aktuelle Darstellung des Geländeraums derart an die Orientierung der Anzeigeeinrich­ tung der erfindungsgemäßen Einrichtung anzupassen, daß die Dar­ stellung so erscheint, als würde der Bediener durch die Anzei­ geeinrichtung (wie durch ein Sichtfenster) hindurch auf das Ge­ lände blicken.

Baulich kann die erfindungsgemäße Einrichtung vorzugsweise als tragbares Gerät in einem transportablen Gehäuse angeordnet sein. Sie kann dabei die Form eine Laptops haben, wobei die An­ zeigeeinrichtung als LCD-Display oder ein anderes Flachdisplay gestaltet ist. Zur Gewinnung eines räumlich erscheinenden Bil­ des kann die Anzeigeeinrichtung auch mit einer Polarisations­ brille gekoppelt sein. In aufgeklapptem Zustand können an der Oberseite des Displays die für den Satellitenempfang notwendi­ gen Antennen nach oben ragen. Eine kleine und leichte Gestal­ tung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist durch Verwendung der Mikrocomputertechnologie in Verbindung mit kleinen Massenspei­ chern möglich. Eine robuste Gestaltung des Geräts ermöglicht dann seine Verwendung als Begleiter eines Wanderers oder eines Expeditionsteilnehmers.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Prinzipskizze, die das Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Einrichtung mit den satelli­ tengestützten Diensten zur Ausführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht;

Fig. 2 eine Blockdarstellung, die die Verkopplung von "on-line"-Satellitendaten mit "off-line"-Gelän­ deraummodell-Daten veranschaulicht;

Fig. 3 eine äußere Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Navigationsgeräts; und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Na­ vigationsgeräts.

Fig. 1 veranschaulicht die Datentransporte zwischen dem erfindungsgemäßen Navigationsgerät 1, den Navigationssatelliten 2 und 3, dem Kommunikationssatelliten 4, dem Wettersatelliten 5 und den Geländeraumdaten-Speichermitteln 6. Daneben veranschau­ licht Fig. 1 die Gewinnung von Geländeraumdaten zur Herstellung von Geländeraummodellen, die auf den Geländeraumdaten-Speicher­ mitteln 6 abgelegt werden.

Wenn mit Hilfe des Navigationsgeräts 1 in einem bestimm­ ten Gelände PON-Aufgaben gelöst werden sollen, benötigt das Ge­ rät eine Datenbasis, die ein Modell des betreffenden Gelände­ raums wiedergibt. Diese Geländeraumdaten können auf Datenträ­ gern zur Speicherung großer Datenmengen, wie beispielsweise CD-ROM oder Streamer-Magnetbändern abgespeichert sein. Eine andere Möglichkeit ist ihre Übertragung über Leitungen und eine Schnittstelle zum Navigationsgerät 1.

Die Geländeraumdaten, die in ihrer Gesamtheit einen be­ stimmten Teil der Erdoberfläche sowie des darüber befindlichen oberflächennahen Luftraums in Form eines räumlichen Modells ab­ bilden, bilden ein sogenanntes Geländeraummodell. Das Gelände­ raummodell kann in Form eines räumlichen Rastergitters gespei­ chert sein, wobei jeder Gitterknotenpunkt bestimmten geographi­ schen Koordinaten entspricht und jedem Knotenpunkt Daten über die Beschaffenheit des entsprechenden Punktes im Geländeraum zugeordnet sind.

Die Herstellung des auf den Datenträgern 6 abgespeicher­ ten Geländeraummodells erfolgt mit Hilfe einer Datenverarbei­ tungseinrichtung 7. Der Datenverarbeitungseinrichtung 7 werden Rohdaten eingegeben, die durch Vermessung der Erdoberfläche mit Hilfe von Erderkundungssatelliten 8 und/oder vermessungstech­ nisch auf der Erde gewonnen wurden. Wie Fig. 1 zeigt, können zusätzlich Daten der Navigationssatelliten 2 und 3 in die Her­ stellung des Geländeraummodells einfließen.

Um einen Geländeraumdatensatz für ein bestimmtes Gebiet der Erdoberfläche zu erzeugen, wird in einem ersten Schritt ei­ ne Satellitenaufnahme von einem Erdbeobachtungssatelliten ge­ macht und am Boden aufbereitet, z. B. entzerrt. Das Ergebnis ist eine in digitaler Form gespeicherte Darstellung (Abbildung) der Erdoberfläche. In einem zweiten Schritt werden in dieser Dar­ stellung markante, physisch vorhandene und "unverrückbare" Ge­ ländepunkte bestimmt, die für die weitere Verarbeitung als Re­ ferenzpunkte verwendet werden. Dann werden die drei geographi­ schen Koordinaten der Referenzpunkte mit Hilfe der Positionser­ mittlung durch Navigationssatelliten (2 und 3) genau vermessen. Die so gewonnenen Positionsdaten der Referenzpunkte werden in einem weiteren Verarbeitungsschritt in den Geländeraumdatensatz aufgenommen und bilden zusammen mit diesem den Datensatz des Geländeraummodells. Durch Verwendung von zwei aus unterschied­ lichen Winkeln aufgenommenen Satellitenbildern und geeigneten Korrelationsverfahren wird ein 3D-Abbild des Geländeraums be­ rechnet. Die Referenzpunkte dienen dabei der Entzerrung und Be­ stimmung der Absoluthöhen. Die mit der gegenwärtigen Satelli­ tentechnik erzielbaren Genauigkeiten des Geländeraummodells be­ laufen sich derzeit auf unter zehn Meter.

Um die Genauigkeit der Positionsdaten der Referenzpunkte weiter zu erhöhen, kann zusätzlich ein bodengestütztes Verfah­ ren des sogenannten "differenziellen GPS" einbezogen werden. Dies ist in Fig. 1 durch den Kasten 9 symbolisiert.

Nachdem gemäß Fig. 1 die auf Datenträgern 6 abgespei­ cherten Geländeraumdaten dem Navigationsgerät 1 zugeführt sind, benötigt das Navigationsgerät 1 zur Ausführung von PON-Aufgaben aktuelle Positionsdaten. Diese werden dem Navigationsgerät 1 über eine drahtlose on-line-Verbindung von den Navigationssa­ telliten 2 bzw. 3 übermittelt. Die Signale der Navigationssa­ telliten basieren auf den Systemen GPS (Global Positioning Sy­ stem) oder GLONASS. Aus ihnen lassen sich mit Hilfe der im Na­ vigationsgerät 1 angeordneten Empfangs- und Verarbeitungsein­ richtung die drei geographischen Koordinaten geographische Länge, geographische Breite und "Höhe über Normal Null" gewin­ nen. Die mit dem Navigationssystem GPS erzielbaren Genauigkei­ ten betragen einige wenige zehn Meter für den sogenannten N-Code und einige Meter für den P-Code.

Mit Hilfe der off-line erfaßten bzw. eingegebenen Gelän­ deraumdaten und der on-line per Funkverbindung zugeführten Po­ sitionsdaten kann das Navigationsgerät 1 die grundlegenden PON-Aufgaben ausführen und deren Ergebnisse auf der Anzeigenein­ richtung (dem Bildschirm) darstellen. Zum Betreiben des Naviga­ tionsgeräts 1 durch seinen Bediener werden entsprechende Steu­ eranweisungen über Eingabeeinrichtungen eingegeben.

Ferner sind in Fig. 1 mögliche Erweiterungen des Funk­ tionsumfangs des Navigationsgeräts 1 veranschaulicht. So kann das Navigationsgerät 1 zusätzlich Informationen nutzen, die es über eine on-line-Funkverbindung von einem Kommunikationssatel­ liten 4 übertragen bekommt. Dabei handelt es sich vor allem um aktuelle Zustandsinformationen über die Benutzung bestimmter Wege im Geländeraum (z. B. Straßenzustandsberichte, Sperrungen von Lufträumen und Seegebieten sowie Angaben über die Verkehrs­ dichte). Außerdem kann das Navigationsgerät 1 über die Funkver­ bindung zum Kommunikationssatelliten 4 selbst Nachrichten aus­ geben. Beispielsweise kann das Gerät in einem Notfall ein Not­ signal und seine aktuellen Positionsdaten an den Kommunikati­ onssatelliten senden.

Eine weitere Möglichkeit der Erweiterung des Systems ist die Nutzung von Informationen der Wettersatelliten 5. Jede PON-Aufgabe wird sowohl in ihrer aktuellen Ausführung als auch bei der vorbereitenden Planung mehr oder minder stark vom Wetterge­ schehen beeinflußt. Deshalb ist es wünschenswert, auch Wetter­ daten direkt vom Satelliten oder über den Umweg einer Radiokom­ munikation gemeinsam mit den Geländeraumdaten und den Positi­ onsdaten zu verarbeiten und zur Anzeige zu bringen.

Die Kombination sämtlicher über Datenträger 6 bzw. von den Satelliten 2, 3, 4 und 5 zum Navigationsgerät 1 übertrage­ nen Daten sowie deren geeignete Verknüpfung und Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck ermöglicht dem Bediener ein au­ tonomes, von jeglicher Bodenunterstützung und insbesondere von zusätzlichem Kartenmaterial unabhängiges Positionieren, Orien­ tieren und Navigieren im zwei- bzw. drei-dimensionalen Gelände­ raum. Durch die Hinzunahme von Kompaßfunktionen und Wetteran­ zeigen kann der Bediener die PON-Aufgaben autonom und optimal durchführen. Das erfindungsgemäße System ist universell ver­ wendbar, beispielsweise für den Straßen- oder Schienenverkehr, für alle Arten des Luftverkehrs, des See- und Binnengewässer­ verkehrs. Spezielle Abwandlungen und Anpassungen der Erfindung führen zu Einsatzmöglichkeiten im zivilen oder im militärischen Bereich, im Bildungswesen, beim zivilen Katastrophenschutz, für Simulationen sämtlicher Verkehrstätigkeiten und im Bereich der digitalen Spiele.

In Fig. 2 ist eine Blockdarstellung gezeigt, die die Verfahrensschritte bei der Ausführung der PON-Aufgaben und den Informationsfluß veranschaulicht. Die primären Informationen werden von Satelliten erzeugt, von Empfangseinrichtungen emp­ fangen und dekodiert und ggf. nach einer Vorverarbeitung zu Po­ sitionsdaten bzw. Geländeraumdaten zur Datenverarbeitungsein­ richtung entweder "on-line" oder "off-line" übertragen. Außer­ dem werden Daten, die den gewünschten Kurs angeben sowie vom Kompaß gewonnene Daten in die Datenverarbeitungseinrichtung eingegeben. Die Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt Ausgabe­ daten, die entweder zu einem "Virtual Reality"-Kanal, einem LCD-Display oder einer Ausgabeeinrichtung zur automatischen Weiterverarbeitung für die Fahrzeugnavigation ausgegeben wer­ den. Die in Fig. 2 angegebenen Verfahrensschritte entsprechen im wesentlichen den anhand von Fig. 1 erläuterten Informations­ verarbeitungen.

Anhand von Fig. 3 werden im folgenden die Komponenten ei­ nes Ausführungsbeispiels des Navigationsgeräts 1 beschrieben. Fig. 3 zeigt die äußere Ansicht einer transportablen Ausfüh­ rung, die im wesentlichen zwei Gehäuseteile aufweist. In einem ersten, unteren Gehäuseteil 10 sind eine CPU, ein Arbeitsspei­ cher und Bedien- bzw. Eingabeeinrichtungen eines Computers, ein mit dem Computer gekoppelter Massenspeicher (CD-ROM-Laufwerk) und ggf. eine Kompaßeinrichtung eingeordnet. An der Oberseite des unteren Gehäuseteils 10 sind verschiedene Bedienfelder sichtbar, die unterschiedlichen Funktionen zugeordnet sein kön­ nen. Möglich ist auch das Anordnen einer alphanumerischen Ta­ statur zur Eingabe der Steueranweisungen in einer speziellen Befehlssprache. An der Seitenwand des unteren Gehäuseteils 10 ist eine schlitzförmige Öffnung 11 sichtbar, welche als Aufnah­ me für die die Geländeraumdaten speichernden Datenträger (CD-ROM oder PCMCIA-Karten) dient.

Der obere Gehäuseteil 12 ist aufklappbar; in ihm sind neben der Anzeigeeinrichtung (LCD-Display, 13) des Computers die Empfangs- und Sendeeinrichtungen der Nachrichtenverbindun­ gen zu den Satelliten angeordnet. Aus der Oberseite des aufge­ stellten oberen Gehäuseteils 12 ragen die Antennen 14 der Emp­ fangseinrichtungen.

Ferner kann an der Rückseite des unteren Gehäuseteils 10 ein Steckverbinder einer Schnittstelle für den externen Daten­ austausch vorgesehen werden. Die Stromversorgung des Navigati­ onsgeräts 1 erfolgt wahlweise über ein Netzgerät oder eine wie­ deraufladbare Batterie.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Navigationsgeräts, wie es z. B. in dem in Fig. 3 gezeigten Gehäuse angeordnet sein kann. Die Ein­ richtung gemäß Fig. 4 weist zunächst die zu einer Datenverar­ beitungseinrichtung bzw. einem Computer üblicherweise gehörigen Baugruppen auf: eine CPU 20, einen ROM 21, einen RAM-Arbeits­ speicher 22, einen Festplatten-Massenspeicher 23, eine Tastatur 24, ein Display 25 und eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 26. Sämtliche Baugruppen der Datenverarbeitungseinrichtung kommuni­ zieren über einen gemeinsamen Bus 27. Die CPU verarbeitet sämt­ liche Informationen, steuert die Informationstransporte von und zu sämtlichen Baugruppen und überwacht die Funktion der Bau­ gruppen, indem sie Programme des Betriebssystems bzw. Anwen­ dungsprogramme ausführt. Der ROM 21 speichert einen Teil der Programme des Betriebssystems sowie Daten, die zum Starten des Navigationsgeräts erforderlich sind. Der RAM-Arbeitsspeicher oder Hauptspeicher 22 speichert die aktuell zu verarbeitenden Daten, die Ergebnisse der Datenverarbeitung und die zur Bear­ beitung erforderlichen Programmteile. Über die Tastatur 24 wer­ den Steueranweisungen zum Betrieb des Navigationsgeräts einge­ geben. Auf dem Display 25, bei kleiner Bauart vorzugsweise ein LCD-Display, werden Informationen des Datenverarbeitungssystems alphanumerisch oder graphisch angezeigt, wobei die Anzeige in einem Hauptfenster einen Geländeausschnitt und diesem zugeord­ nete Markierungen als Wiedergabe der Positionsdaten anzeigt. Die Festplatte 23 dient als erster Massenspeicher. Auf der Festplatte können große Mengen von Geländeraumdaten gespeichert und wieder ausgelesen werden. Um über ein Kabel mit anderen Da­ tenspeichern und/oder Datenverarbeitungseinrichtungen kommuni­ zieren zu können, ist das Navigationsgerät mit einer I/O- Schnittstellenbaugruppe 26 versehen, die sowohl serielle als auch parallele Schnittstellen mit den entsprechenden Protokol­ len zur Verfügung stellt.

Zusätzlich zu diesen Grund-Baugruppen der Datenverarbei­ tungseinrichtung weist die erfindungsgemäße Einrichtung einen zweiten Datenmassenspeicher auf, der in Form eines CD-ROM-Lauf­ werks 28 große Datenmengen von CD-ROM-Datenträgern lesen kann. Anstelle eines CD-ROM-Laufwerks (oder auch zusätzlich zu die­ sem) kann ein PCMCIA-Speicher verwendet werden.

Über das CD-ROM-Laufwerk 28 bzw. über die Schnittstelle 26 werden die Geländeraumdaten dem Navigationsgerät zugeführt. Die dem aktuellen Gelände, in dem sich die Person und/oder das Fahrzeug befindet, entsprechenden Geländeraumdaten werden von CD-ROM-Laufwerk 28 bzw. von der Schnittstelle 26 über den Bus 27 zur Festplatte 23 übertragen, von der aus sie schnell ausge­ lesen werden können. Die aktuell zur Anzeige zu bringenden Ge­ länderaumdaten werden von dem CD-ROM-Laufwerk 28 oder von der Festplatte 23 über den Bus 27 zum RAM-Arbeitsspeicher 22 über­ tragen. Die CPU 20 kann nur solche Daten aktuell bearbeiten, die sich im RAM 22 befinden. Ebenso kann das Display 25 nur die aktuell im RAM 22 befindlichen Daten anzeigen, wobei im RAM 22 ein der auf dem Display 25 angezeigten Abbildung entsprechendes Speicherabbild vorhanden ist.

Um im on-line-Betrieb aktuelle Positionsdaten empfangen und mit den Geländeraumdaten verknüpfen zu können, sind im er­ findungsgemäßen Navigationsgerät weitere Baugruppen vorgesehen. Die von einem Navigationssatelliten ausgestrahlten Positionssi­ gnale werden über die Antenne 29 und den Empfänger 30 empfangen und anschließend im Decodierer 31 in digitale Positionsdaten decodiert. Die aktuellen Positionsdaten werden zum einen im Po­ sitionsdaten-Zwischenspeicher 32 abgelegt und andererseits an der Schnittstelle 33 zum Bus 27 zur Verfügung gestellt. Unter Steuerung der CPU 20 werden die Daten dem laufenden Programm entsprechend von der Schnittstelle 33 des Decodierers 31 abge­ rufen und zunächst im Arbeitsspeicher 22 gespeichert. Von dort aus können die Positionsdaten mit den Geländeraumdaten korre­ liert werden, wobei den Positionsdaten an dem entsprechenden Punkt des Geländeraum-Abbilds im Arbeitsspeicher 22 eine Mar­ kierung zugeordnet wird. Ebenso erscheint auf dem Display, so­ fern dies den der aktuellen Position entsprechenden Geländeraum darstellt, eine Positionsmarkierung. Über eine zweite Antenne 34 und einen Sender/Empfänger 35 können weitere Informationen von Nachrichten- und/oder Wettersatelliten empfangen bzw. an Nachrichtensatelliten gesendet werden. Die empfangenen Informa­ tionen der Nachrichten- und/oder Wettersatelliten werden im Co­ dierer/Decodierer 36 in eine digitale Form decodiert und können über die Schnittstelle 37 unter Steuerung durch die CPU 20 zum RAM-Arbeitsspeicher 22 übertragen werden. Die so in digitaler Form codierten Informationen der Nachrichten- und/oder Wetter­ satelliten können dann auf dem Display 25 zur Anzeige gebracht werden. Außerdem können programmgesteuert bestimmte Informatio­ nen aus dem Arbeitsspeicher über den Bus 27 und die Schnitt­ stelle 37 an den Codierer/Decodierer 36 weitergegeben und an­ schließend über den Sender 35 und die Antenne 34 an einen Nach­ richtensatelliten gesendet werden. Darüber hinaus ist auch eine Aufnahme einer Funkverbindung zu einem terrestrischen Sender oder Empfänger denkbar.

Eine zusätzliche Möglichkeit im Gefahrenfalle bietet die Notruftaste 38 zusammen mit der Notruf-Baugruppe 39. Sofern das Navigationsgerät in Betrieb genommen wurde und über die Antenne 29, den Empfänger 30 und den Decodierer 31 bereits Positionsda­ ten im Zwischenspeicher 32 abgelegt wurden, kann bei einem Be­ tätigen der Notruftaste 38 das Notruf-Steuergerät 39 in Betrieb gesetzt werden. Das Notruf-Steuergerät 39 arbeitet dann selb­ ständig eine kleine Routine ab, die die Positionsdaten aus dem Zwischenspeicher 32 ausliest und an den Codierer 36 weitergibt, wonach sie über den Sender 35 und die Antenne 34 an einen ent­ sprechenden Empfänger (Satellit oder bodengestützte Empfangs­ station) gesendet werden. Aus Sicherheitsgründen ist die Funk­ tion des Notrufs-Steuergeräts 39 unabhängig von den übrigen Baugruppen des Computers (CPU und andere Baugruppen) ausge­ führt.

Sämtliche Baugruppen der erfindungsgemäßen Navigations­ einrichtung werden von der Stromversorgung 40 gespeist. Diese kann entweder mit einem Netzteil verbunden oder von einer Bat­ terie 41 versorgt werden. Wenn die Stromversorgung 40 von einem Netzteil gespeist wird, wird eine Ladeeinrichtung in Betrieb gesetzt, die bei teilweise entladener Batterie 41 diese neu auflädt.

Claims (20)

1. Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren von Personen und/oder Fahrzeugen in einem erdoberflächennahen Geländeraum unter Verwendung von satellitengestützten Sendesy­ stemen, deren Positionssignale empfängerseitig decodiert, ver­ arbeitet und geeignet dargestellt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß empfängerseitig ein zwei- oder drei-dimensionales Ab­ bild wenigstens eines Teils des interessierenden Geländeraums gespeichert wird;
daß die Positionsdaten empfängerseitig im Online-Verfahren empfangen, verarbeitet und mit dem gespeicherten Geländeraumab­ bild korreliert werden; und
daß die korrelierten Online-Positionsdaten in Zuordnung zu den entsprechenden Geländeraumdarstellungen gemeinsam zur An­ zeige gebracht werden, so daß sich eine Anzeige der Ist-Positi­ on in dem zugehörigen Geländeraum ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu Geländeraumszenen einige Referenzpunkte gespei­ chert und zum Abgleichen von Geländeraumdaten verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Positionsdaten von Navigationssatelliten in die Raumkoordinaten geografische Länge, Breite und Höhe verarbeitet und mit den gespeicherten Geländeraumdaten korreliert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Gefahrenfall ein Notsignal zusammen mit dem Positionssignal automatisch ausgesendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Satelliten-Wetterdaten empfangen, verarbeitet und zur Ergänzung und/oder Korrektur der Positions- und/oder Geländeraumdaten verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus mehreren, zeitverschoben eingehenden Po­ sitionsdaten Richtungsdaten gewonnen und zur Anzeige gebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus den Geländeraumdaten und/oder aus vorge­ gebenen und gespeicherten Referenzdaten wenigstens eine auf den Geländeraum bezogene Richtung markiert und zur Anzeige gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Geländeraumrichtung gemeinsam mit einer die Bewegungsrichtung darstellende Positionsänderung zur Anzeige gebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Geländeraum darstellenden Daten emp­ fangen, interpoliert und zu einer erkennbaren Szene verarbeitet und abgespeichert werden und daß eine Geländeraumszene in einem Speicher gelöscht wird, sobald eine neue Geländeraumszene ge­ bildet und gespeichert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geländeraumszene auf einem Bildschirm ge­ genüber der Position des Betrachters verschoben wird, um den Betrachter virtuell zu bewegen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zwei- oder drei-dimensionale Abbild we­ nigstens eines Teils des interessierenden Geländeraums vor sei­ ner empfängerseitigen Speicherung
mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt wird, indem
mit Hilfe von an Satelliten und/oder Flugzeugen an­ geordneten optischen und/oder SAR(Synthetic Apertur Ra­ dar) Primärabbildungen des interessierenden Geländeraums gewonnen werden,
die Primärabbildungen in Form von Bilddaten gespei­ chert werden, und
die Bilddaten unter Hinzufügung von Positionsdaten einzelner Referenzpunkte der Bilddaten zum Abbild des Geländeraums (Geländeraummodell) verarbeitet werden; und
zum Empfänger mittels Datenträger oder Datenübertragungsme­ dien übertragen wird.

12. Einrichtung (1) zum Positionieren, Orientieren und Na­ vigieren von Personen und/oder Fahrzeugen in einem erdoberflä­ chennahen Geländeraum unter Verwendung von satellitengestützten Sendesystemen, deren Positionssignale empfängerseitig deco­ diert, verarbeitet und geeignet dargestellt werden können, gekennzeichnet durch:
eine Empfangseinrichtung (29, 30, 31) zum Empfangen der Sa­ tellitensignale und zum Decodieren und Verarbeiten der Satelli­ tensignale zu Positionsdaten, die die aktuelle Position der Person und/oder des Fahrzeugs wiedergeben,
eine Massenspeichereinrichtung (23, 28) zum Speichern von den Geländeraum abbildenden Daten (Geländeraumdaten), und
eine mit der Empfangseinrichtung (29, 30, 31) und der Mas­ senspeichereinrichtung (23, 28) gekoppelte Datenverarbeitungs­ einrichtung mit einer CPU (20) zum Zuordnen der Positionsdaten zu den Geländeraumdaten und zum Erzeugen von Anzeigedaten, die die Geländeraumdaten mit zugeordneten Positionsdaten wiederge­ ben, einem Arbeitsspeicher (22) zum Speichern von Geländeraum­ daten, Positionsdaten, Anzeigedaten und zu deren Verarbeitung erforderlichen Daten und Programmen, einer Anzeigeeinrichtung (25) zum Anzeigen der Anzeigedaten, die eine Abbildung des Ge­ länderaums und der Positionsdaten darstellen, und einer Einga­ beeinrichtung (24) zum Auswählen des Geländeraums und Eingeben von Steueranweisungen.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenspeichereinrichtung (28) mit einem auswechselba­ ren Datenträger ausgestattet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Schnittstelle (26) zur Ein- und Ausgabe von Geländeraumdaten mit der Massenspeichereinrichtung (23) gekop­ pelt ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Sende- und Empfangseinrichtung (34, 35, 36, 39) für Notrufe ge­ koppelt ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Wettersatellitenempfangseinrichtung (34, 35, 36) gekoppelt.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Kompaßeinrichtung gekoppelt ist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) ist einem transpor­ tablen Gehäuse angeordnet ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (25) als Farb-LCD-Anzeige ausgebil­ det ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (25) derart mit einer Polarisations­ brille gekoppelt ist, daß eine 3D-Anzeige erkennbar ist.