DE4423369C2 - Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren und Navigationsgerät - Google Patents
Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren und NavigationsgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren,
Orientieren und Navigieren von Personen und/oder Fahrzeugen in
einem erdoberflächennahen Geländeraum unter Verwendung satelli
tengestützter Sendesysteme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
bzw. eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 8.
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 ermög
lichen. Das allgemein gebräuchliche Hilfsmittel für den Verkehr
ist heutzutage eine Karte (Landkarte, Straßenkarte, Luftstraßenkarte,
Seekarte; sämtliche auch in digitaler Form), die in
Kombination mit einem Kompaß oder anderen Richtungsreferenzmit
teln benutzt wird. Hinzu kommen in Erprobung befindliche
Systeme mit erdgebundenen Unterstützungseinrichtungen, die ei
nen Teil der PON-Aufgaben automatisieren können. Im Flugzeug
werden üblicherweise PON-Aufgaben durch teure Trägheitsnaviga
tionsgeräte unter Zuhilfenahme bodengestützter Anlagen, wie
z. B. Radaranlagen 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
Hafenanlagen auf erdgebundene Unterstützungseinrichtungen zu
rückgegriffen 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.
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.
Aus DE 42 42 387 A1 ist ein Navigationsverfahren bekannt,
bei dem Daten einer zweidimensionalen Karte in einer Navigati
onsvorrichtung für Fahrzeuge gespeichert sind. Mit Hilfe ver
schiedener Sensoren werden daneben Daten gewonnen, die die ak
tuelle Position des Fahrzeugs im zweidimensionalen Koordinaten
system wiedergeben. Aus dem Datenmaterial wird eine Anzeige ge
wonnen, die die aktuelle Position des Fahrzeugs auf einer durch
die aktuelle Fahrzeugposition zentrierten Kartendarstellung an
zeigt. Das in dieser Druckschrift offenbarte Verfahren verwen
det Kartendaten, die ein zweidimensionales Abbild darstellen
und die nur Bestandteile des entsprechenden Geländeraums wie
dergeben. In der Regel enthalten diese Karten nur die Bestand
teile des Geländeraums, die möglichen Bewegungspfaden des Fahr
zeugs (Straßen, Wege) entsprechen. Damit ist eine beliebige Po
sitionierung in dem Geländeraum nicht möglich. Eine Orientie
rung in der dritten Dimension (Höhe) ist ebenfalls nicht mög
lich.
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
Satellitenpositionsdaten ergeben. Eine On-Line-Verbindung von
empfangenen Positionsdaten mit gespeicherten Geländeraumdaten
erlaubt eine schnelle, zuverlässige und billige Lösung von PON-Auf
gaben 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 An
zeige gebracht werden können. Zudem trägt das Verfahren zu ei
ner erheblichen Einsparung an bodengestützten Navigationsein
richtungen bei. Die rechnergestützte Verknüpfung der Positions- und
der Geländeraumdaten erlaubt eine vollständige Automatisie
rung der PON-Aufgaben.
Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfah
rens ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Gelän
deraumszenen einige Referenzpunkte gespeichert und zum Abglei
chen von Geländeraumdaten verwendet werden. Dies erlaubt eine
zusätzliche Erhöhung der Genauigkeit der Positionierung.
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).
Bei dem Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navi
gieren wird ein dreidimensionales Abbild wenigstens eines Teils
des interessierenden Geländeraums vor seiner empfängerseitigen
Speicherung mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinrichtung er
zeugt, indem mit Hilfe von an Satelliten angeordneten optischen
und/oder SAR (Synthetic Apertur Radar)-Sensoren Primärabbildun
gen des interessierenden Geländeraums gewonnen werden, die Pri
märabbildungen in Form von Bilddaten gespeichert werden und die
Bilddaten unter Hinzufügung von Positionsdaten einzelner Refe
renzpunkte der Bilddaten zum Abbild des Geländeraums
(Geländeraummodell) verarbeitet werden; und zum Empfänger mit
tels Datenträger oder Datenübertragungsmedien übertragen wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie ermöglicht eine bediener
freundliche, einfache Lösung von PON-Aufgaben. Nach Eingabe von
entsprechenden Steuerbefehlen über die Eingabeeinrichtungen
werden die von der Empfangseinrichtung vom Satelliten empfange
nen Signale unter Steuerung durch die CPU in geografische Posi
tionsdaten umgewandelt und gespeichert. Außerdem 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 Gelän
deraumdaten werden die Positionsdaten mit Hilfe entsprechender
Markierungen zugeordnet. Ausgehend von den Darstellungen der
Geländeraum- und der Positionsdaten können dann Navigationsauf
gaben gelöst werden.
Vorteilhafterweise ist die Massenspeichereinrichtung mit
einem auswechselbaren Datenträger, beispielsweise einer CD-ROM
ausgestattet. Das hat den Vorteil, daß die Einrichtung zum Po
sitionieren, Orientieren und Navigieren dem jeweiligen Einsatz
gebiet angepaßt werden kann, in dem die dem jeweiligen ge
wünschten Gelände entsprechenden Datenträger in die Speicher
einrichtung eingelegt werden können.
Darüber hinaus kann das Navigationsgerät mit einer Schnitt
stelle zum Austauschen von Geländeraumdaten versehen sein. Über
eine solche Schnittstelle ist es möglich, die in einem Massen
speicher (z. B. einer Festplatte) gespeicherten Geländeraumdaten
zu ändern und somit der jeweiligen Aufgabe anzupassen. Über ei
ne solche Schnittstelle ist ein Anschluß an Datenverbundnetze
möglich, über die das Navigationsgerät Zugriff auf Großrechen
anlagen hat.
Darüber hinaus kann das Navigationsgerät vorteilhaft mit
seiner Sende- und Empfangsrichtung für Notrufe ausgestattet
sein. Eine solche Einrichtung ermöglicht es, im Notfall die
drei geografischen Koordinaten nach außen zu senden, um so
schnelle Hilfe zu rufen. Andererseits erlaubt eine solche Ein
richtung, Notrufe anderer Personen zur Anzeige zu bringen und
deren Standort ggf. auf der Geländeabbildung anzuzeigen.
Weiterhin kann das Navigationsgerät mit einer Wettersatel
liten-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 das Navigationsgerät mit ei
ner Kompaßeinrichtung versehen ist. Mit Hilfe einer solchen
Einrichtung ist es möglich, die aktuelle Darstellung des Gelän
deraums derart an die Orientierung der Anzeigeeinrichtung anzu
passen, daß die Darstellung so erscheint, als würde der Bedie
ner durch die Anzeigeeinrichtung (wie durch ein Sichtfenster)
hindurch auf das Gelände blicken.
Baulich kann das Navigationsgerät vorzugsweise als tragba
res Gerät in einem transportablen Gehäuse angeordnet sein. Sie
kann dabei die Form eines Laptops haben, wobei die Anzeigeein
richtung als LCD-Display oder ein anderes Flachdisplay gestal
tet ist. Zur Gewinnung eines räumlich erscheinenden Bildes kann
die Anzeigeeinrichtung auch mit einer Polarisationsbrille ge
koppelt sein. In aufgeklapptem Zustand können an der Oberseite
des Displays die für den Satellitenempfang notwendigen Antennen
nach oben ragen. Eine kleine und leichte Gestaltung der erfin
dungsgemäßen Einrichtung ist durch Verwendung der Mikrocompu
tertechnologie in Verbindung mit kleinen Massenspeichern mög
lich. Eine robuste Gestaltung des Geräts ermöglicht dann seine
Verwendung als Begleiter eines Wanderers oder eines Expediti
onsteilnehmers.
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-Auf
gaben 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-Auf
gabe 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-Schnitt
stellenbaugruppe 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 (14)
1. Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren
von Personen und/oder Fahrzeugen in einem erdoberflächennahen
Geländeraum unter Verwendung satellitengestützter Sendesysteme,
wobei
empfängerseitig ein Abbild eines interessierenden Gelände raumausschnitts gespeichert wird,
von Satelliten ausgestrahlte Positionssignale empfänger seitig im On-line-Verfahren empfangen, verarbeitet und mit dem gespeicherten Abbild des Geländeraumausschnitts korreliert werden und
die korrelierten Positionsdaten in Zuordnung zu den ent sprechenden Geländeraumdarstellungen gemeinsam zur Anzeige gebracht werden, so daß sich eine Anzeige der Ist-Position in dem zugehörigen Geländeraumausschnitt ergibt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abbild des interessierenden Geländeraumausschnitts dreidimensional ist und den interessierenden Geländeraumaus schnitt mit einer vorgegebenen Auflösung vollständig abbildet, und
daß das dreidimensionale Abbild des interessierenden Ge länderaumausschnitts vor seiner empfängerseitigen Speicherung mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt wird, indem
Primärabbildungen des Geländeraums ausschließlich mit Hilfe von an Satelliten angeordneten optischen und/oder SAR(Synthetic Apertur Radar)-Sensoren gewonnen werden,
die Primärabbildungen in Form von Bilddaten gespeichert werden,
die Bilddaten zu einem dreidimensionalen Abbild des Ge länderaums (Geländeraummodell) verarbeitet werden und
ein dem interessierenden Geländeraumausschnitt ent sprechender Teil des Abbilds des Geländeraums ausgewählt und mittels Datenträger oder Datenübertragungsmedien zum Empfänger übertragen wird.
empfängerseitig ein Abbild eines interessierenden Gelände raumausschnitts gespeichert wird,
von Satelliten ausgestrahlte Positionssignale empfänger seitig im On-line-Verfahren empfangen, verarbeitet und mit dem gespeicherten Abbild des Geländeraumausschnitts korreliert werden und
die korrelierten Positionsdaten in Zuordnung zu den ent sprechenden Geländeraumdarstellungen gemeinsam zur Anzeige gebracht werden, so daß sich eine Anzeige der Ist-Position in dem zugehörigen Geländeraumausschnitt ergibt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abbild des interessierenden Geländeraumausschnitts dreidimensional ist und den interessierenden Geländeraumaus schnitt mit einer vorgegebenen Auflösung vollständig abbildet, und
daß das dreidimensionale Abbild des interessierenden Ge länderaumausschnitts vor seiner empfängerseitigen Speicherung mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt wird, indem
Primärabbildungen des Geländeraums ausschließlich mit Hilfe von an Satelliten angeordneten optischen und/oder SAR(Synthetic Apertur Radar)-Sensoren gewonnen werden,
die Primärabbildungen in Form von Bilddaten gespeichert werden,
die Bilddaten zu einem dreidimensionalen Abbild des Ge länderaums (Geländeraummodell) verarbeitet werden und
ein dem interessierenden Geländeraumausschnitt ent sprechender Teil des Abbilds des Geländeraums ausgewählt und mittels Datenträger oder Datenübertragungsmedien zum Empfänger übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Abbild des Geländeraums zusätzlich zu Geländeraumszenen
einige Referenzpunkte gespeichert und zum Abgleichen von Gelän
deraumdaten verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß empfängerseitig im Gefahrenfall ein Notsignal zusammen
mit einem die Position im Geländeraum kennzeichnenden Signal
automatisch ausgesendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß empfängerseitig Satelliten-Wetterdaten emp
fangen, verarbeitet und zusammen mit den Geländeraumdaten zur
Anzeige gebracht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine vorgegebene Geländeraumrichtung gemein
sam mit einer die Bewegungsrichtung darstellenden Positionsän
derung zur Anzeige gebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die den Geländeraum darstellenden Daten
interpoliert und zu einer erkennbaren Szene verarbeitet und
abgespeichert werden und daß eine Geländeraumszene in einem
Speicher gelöscht wird, sobald eine neue Geländeraumszene
gebildet und gespeichert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Geländeraumszene auf einem Bildschirm
gegenüber der Position des Betrachters verschoben wird, um den
Betrachter virtuell zu bewegen.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 zum Positionieren, Orientieren und Navigieren von Personen
und/oder Fahrzeugen in einem erdoberflächennahen Geländeraum
unter Verwendung von satellitengestützten Sendesystemen, deren
Positionssignale empfängerseitig decodiert, verarbeitet und
geeignet dargestellt werden können, aufweisend ein Navigations
gerät (1) mit:
einer Empfangseinrichtung (29, 30, 31) zum Empfangen von Sa tellitensignalen und zum Decodieren und Verarbeiten der Satel litensignale zu Positionsdaten und
einer mit der Empfangseinrichtung (29, 30, 31) gekoppelten Datenverarbeitungseinrichtung mit einer CPU (20) zum Erzeugen von Anzeigedaten, die die Geländeraumdaten mit zugeordneten Positionsdaten wiedergeben, einem Arbeitsspeicher (22) zum Speichern von Geländeraumdaten, Positionsdaten, Anzeigedaten und zu deren Verarbeitung erforderlichen Daten und Programmen, einer Anzeigeeinrichtung (25) zum Anzeigen der Anzeigedaten, die eine Abbildung des Geländeraums und der Positionsdaten darstellen, und einer Eingabeinrichtung (24) zum Eingeben von Steueranweisungen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung eine weitere Datenverarbeitungseinrich tung (7) umfaßt, die aus mit Hilfe von Satelliten gewonnenen Primärabbildungen des Geländeraums über eine Bilddatenverarbei tung ein dreidimensionales Abbild des Geländeraums erzeugt und mittel Datenträger (6) oder Datenübertragungsmedien zum Naviga tionsgerät (1) überträgt, und
daß das Navigationsgerät (1) eine Einrichtung (11, 28) zur Aufnahme des Datenträgers (6) oder eine Einrichtung (26) zur Ankopplung eines Datenübertragungsmediums aufweist, um die Daten des dreidimensionalen Abbilds des Geländeraums zu empfan gen.
einer Empfangseinrichtung (29, 30, 31) zum Empfangen von Sa tellitensignalen und zum Decodieren und Verarbeiten der Satel litensignale zu Positionsdaten und
einer mit der Empfangseinrichtung (29, 30, 31) gekoppelten Datenverarbeitungseinrichtung mit einer CPU (20) zum Erzeugen von Anzeigedaten, die die Geländeraumdaten mit zugeordneten Positionsdaten wiedergeben, einem Arbeitsspeicher (22) zum Speichern von Geländeraumdaten, Positionsdaten, Anzeigedaten und zu deren Verarbeitung erforderlichen Daten und Programmen, einer Anzeigeeinrichtung (25) zum Anzeigen der Anzeigedaten, die eine Abbildung des Geländeraums und der Positionsdaten darstellen, und einer Eingabeinrichtung (24) zum Eingeben von Steueranweisungen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung eine weitere Datenverarbeitungseinrich tung (7) umfaßt, die aus mit Hilfe von Satelliten gewonnenen Primärabbildungen des Geländeraums über eine Bilddatenverarbei tung ein dreidimensionales Abbild des Geländeraums erzeugt und mittel Datenträger (6) oder Datenübertragungsmedien zum Naviga tionsgerät (1) überträgt, und
daß das Navigationsgerät (1) eine Einrichtung (11, 28) zur Aufnahme des Datenträgers (6) oder eine Einrichtung (26) zur Ankopplung eines Datenübertragungsmediums aufweist, um die Daten des dreidimensionalen Abbilds des Geländeraums zu empfan gen.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Navigationsgerät (1) eine Sende- und Empfangseinrichtung
(34, 35, 36, 39) für Notrufe aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß das Navigationsgerät (1) eine Wettersatellitenemp
fangseinrichtung (34, 35, 36) aufweist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung des
Navigationsgeräts (1) mit einer Kompaßeinrichtung gekoppelt
ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Navigationsgerät (1) in einem transpor
tablen Gehäuse angeordnet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzeigeeinrichtung (25) als Farb-LCD-Anzeige ausgebildet
ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzeigeeinrichtung (25) derart mit einer Polarisationsbril
le gekoppelt ist, daß eine 3D-Anzeige erkennbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944423369 DE4423369C2 (de) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren und Navigationsgerät |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944423369 DE4423369C2 (de) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren und Navigationsgerät |
Publications (2)
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---|---|
DE4423369A1 DE4423369A1 (de) | 1996-01-11 |
DE4423369C2 true DE4423369C2 (de) | 1996-09-19 |
Family
ID=6522189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944423369 Expired - Fee Related DE4423369C2 (de) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Verfahren zum Positionieren, Orientieren und Navigieren und Navigationsgerät |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4423369C2 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19848947A1 (de) * | 1998-10-23 | 2000-05-11 | Bundesrep Deutschland | Verfahren und Einrichtung zur Eingabe von Orientierungsdaten in ein GPS-Navigationsgerät |
DE10043966A1 (de) * | 2000-09-06 | 2002-03-21 | Werner Ilzhoefer | Verfahren zur Navigation von Fahrzeugen |
DE10242043A1 (de) * | 2002-09-11 | 2004-04-01 | T-Mobile Traffic Gmbh | Ortungsvorrichtung |
DE10103034B4 (de) * | 2000-01-26 | 2004-07-15 | Matsushita Electric Works, Ltd., Kadoma | GPS-Daten-gestütztes Personennotrufverarbeitungssystem |
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DE102008063352A1 (de) | 2008-02-27 | 2009-09-03 | C. Rob. Hammerstein Gmbh & Co. Kg | Verstellbares Schwenkgelenk eines Kraftfahrzeugsitzes |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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AU632280B2 (en) * | 1985-07-02 | 1992-12-24 | Gec-Marconi Limited | A synthetic aperture radar |
DE3805810A1 (de) * | 1988-02-24 | 1989-09-07 | Amend Volker | Kommunikationssystem fuer fahrzeuge |
JP2611592B2 (ja) * | 1991-12-09 | 1997-05-21 | 三菱電機株式会社 | 移動体用ナビゲーション装置及びその表示方法 |
-
1994
- 1994-07-04 DE DE19944423369 patent/DE4423369C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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DE4423369A1 (de) | 1996-01-11 |
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