NO340898B1 - Fremgangsmåte og system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter, i samsvar innledningen til patentkrav 1.

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder også et system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter, i samsvar innledningen til patentkrav 7.

Spesielt gjelder den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte og et system for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter i områder med hindrende objekter som kan medføre redusert sikt til navigasjonssatellittene og/eller redusert signalkvalitet på grunn av reflekterende overflater på objekter i nærheten.

Den foreliggende oppfinnelsen er spesielt relatert til maritim navigasjon for fartøyer.

Bakgrunn

Bruk av posisjoneringsdata fra GNSS-satellitter (Global Navigation Satellite System) er en svært utbredt metode for nøyaktig maritim navigasjon. I dag er navigasjonssystemer basert på GPS og Glonass så og si enerådende for maritim navigasjon. I fremtiden vil også det nye europeiske navigasjonssystemet GALILEO spille en svært viktig rolle som navigasjonssystem med forbedrede egenskaper med hensyn til dekning og nøyaktighet. Dagens navigasjonssatellitter er i utgangs-punktet meget nøyaktige og kan gi svært nøyaktig posisjonering under gode transmisjonsforhold.

På grunn av varierende transmisjonsegenskaper på transmisjonsveien fra de enkelte satellittene kan det imidlertid introduseres feilkilder som gir seg utslag i unøyaktig posisjonering. Slike feilkilder kan være atmosfæriske variasjoner, variasjon i elektrontetthet i ionosfæren eller lokale refleksjoner i nærheten av mottakerantennen. Dette kan avhjelpes ved at det introduseres differensiell korreksjon som retter opp slike feil. Et GNSS-posisjoneringssystem med differensielle korreksjoner kan derfor relativt lett oppnå nøyaktighet i størrelsesorden meter avhengig av hvor på kloden man opererer, tilgangen på differensielle korreksjonssignaler, samt lokale refleksjons-forhold. Refleksjoner fra nærliggende metallflater eller konstruksjoner, samt plane betongflater kan påvirke nøyaktigheten i posisjoneringen i det navigasjonsmottakeren vil motta signaler fra forskjellige retninger, noe som gir større usikkerhet i estimeringen av den aktuelle posisjonen.

Den største feilkilden, forutsatt fri sikt til satellittene, ligger likevel normalt i forskjellen i transmisjonsforhold på traseen fra de enkelte satellitter til navigasjonsmottakeren. Navigasjons-signalets gangvei fra satellitten til navigasjonsmottakeren (mottakerantennen) er avhengig av navigasjonssatellittenes posisjon eller konstellasjonen. Hvis en eller flere navigasjonssatellitter har en posisjon med lav elevasjon blir gangveien gjennom ionosfæren lang og utsatt for variasjoner i ionosfærens transmisjonsegenskaper. Navigasjonssatellitter under en viss elevasjon utelukkes derfor vanligvis ved beregning av posisjonen.

I forbindelse med operasjoner og navigasjon i nærheten av store og høye objekter som f.eks. boreplattformer, lagertanker eller andre fartøy kan sikten (LOS - Line Of Sight) til navigasjonssatellittene bli redusert eller helt brutt. Når sikten reduseres synker inngangssignalet til navigasjonsmottakeren, signal-til-støyforholdet blir dårligere og navigasjonssystemet får problemer med å opprettholde tilfredsstillende nøyaktighet. Hvis sikten blir helt brutt blir signalet borte og navigasjonsmottakeren får ikke lenger data fra den aktuelle navigasjonssatellitter!. Vanligvis vil en navigasjonsmottaker benytte signalene fra de tre beste navigasjonssatellittene av de navigasjonssatellittene som er tilgjengelige, vanligvis flere enn tre. Når en navigasjonssatellitt blir borte går man over til å beregne posisjon på grunnlag av de tre beste som gjenstår. Nøyaktigheten vil derfor reduseres gradvis etter hvert som man mister tilgang til flere navigasjonssatellitter. Normalt vil noen navigasjonssatellitter alltid være synlige, men hvis antallet synlige navigasjonssatellitter blir mindre enn tre vil ikke navigasjonsmottakeren være i stand til å beregne posisjon.

Arbeid og trafikk tett opp til store objekter offshore krever stor årvåkenhet og nøyaktige navigasjonsdata. I en situasjon hvor man mister sikten til en eller flere navigasjonssatellitter på grunn av fysiske hindrende objekter vil man derfor ikke lenger kunne navigere og posisjonere med tilstrekkelig høy nøyaktighet til å unngå nærhetsproblemer og kollisjonsfare.

I dagens situasjon må skipper og navigatør utvise spesiell forsiktighet når de kommer inn i områder med hindrende objekter som kan medføre redusert sikt til navigasjonssatellittene. I en slik situasjon må en spesielt vurdere sikt fra navigasjonsmottakeren (mottakerantenna) mot himmelen samtidig som man følger med på eventuelle alarmsituasjoner på navigasjonsmottakeren. I praksis er det vanskelig å vurdere mottakersituasjonen da man ikke uten videre kjenner navigasjonssatellittenes posisjon på himmelen. Enkelte navigasjonssystemer har imidlertid et display som viser navigasjonssatellittenes posisjon på himmelen, noe som kan bidra til at det blir lettere å vurdere når sikten til navigasjonssatellitten kommer inn i skygge.

I praksis er dette en vanskelig vurdering og det er følgelig et behov for et system og en fremgangsmåte som kan gjøre dette på en nøyaktig og tilfredsstillende måte.

Ved arbeid tett opp mot konstruksjoner og objekter bør en i tillegg til vanlige navigasjonssystemer også anvende kortholdsradar med høy nøyaktighet for å få tilstrekkelig nøyaktig posisjonering.

Fra US 2007133012A er det kjent et system for å bestemme posisjonen til et referansepunkt som ligger i skygge for signalene fra navigasjonssatellitter. Systemet benytter to referanse-strukturer som måles opp fra minst to posisjoner og sammenlignes med bilder i et bilde-behandlingssystem for å bestemme posisjonen til referansepunktet. Dette er et statisk system som bare omfatter posisjonen til ett referansepunkt.

DE 10016178A beskriver en metode for posisjonsbestemmelse av biler når sikten til navigasjonssatellittene blir brutt av bygninger. Metoden bygger på korrelasjon mellom tidligere mottatte posisjoner og data om faste veier og strukturer lagret i et kart. Metoden er lite egnet for bruk på sjøen siden det ikke eksisterer noen faste begrensninger for fartøyets posisjon.

NO 20130419 et posisjonsreferansesystem og en fremgangsmåte for posisjonering og sporing av ett eller flere objekter, som i tillegg til avstand og asimut også tilveiebringer elevasjonsvinkelen til målet i forhold til instrumentaksene til sensorplattformen. Systemet og fremgangsmåten er videre basert på en kortholds IR-laserradar-transceiver og en eller flere aktive eller passive reflektorer plassert på objekter som skal posisjoneres. Videre omfattes en intern strålestabilisatormekanisme beskyttet fra miljøet. Med andre ord er det et laserbasert posisjoneringssystem som sender ut en laserstråle som reflekteres fra en optisk reflektor montert i en kjent posisjon på objekter og gir avstand og posisjon for reflektoren. Ved å utstyre en bygning eller objekt med enkle passive eller aktive optiske reflektorer kan avstand og posisjon for reflektoren bestemmes med høy grad av nøyaktighet, typisk under 1 meter.

Ingen av de nevnte publikasjonene tilveiebringer en høynøyaktig posisjoneringsløsning for maritime fartøyer i de tilfeller hvor posisjoneringsnøyaktigheten for navigasjonsposisjonering blir redusert eller helt ødelagt som følge av hindrende objekter i sikten mot navigasjonssatellittene.

Ingen av de ovenfor nevnte publikasjonene tilveiebringer en høynøyaktig posisjoneringsløsning for maritime fartøyer i de tilfeller hvor uønskede refleksjoner fra objekter i nærheten medfører redusert signalkvalitet fra navigasjonssatellittene.

Formål

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som helt eller delvis fjerner de ovenfor nevnte problemene med kjent teknikk.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som løser problemene med eksisterende posisjonering i områder med hindringer i sikten til navigasjonssatellittene.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som forbedrer nøyaktigheten i posisjonering i områder med hindrende objekter slik at navigasjon kan skje effektivt og nøyaktig for å unngå nærhetsproblemer og kollisjonsfare.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som automatiserer, forenkler, effektiviserer og optimaliserer navigasjonsrutiner og systemer i forbindelse med nærnavigasjon i maritime områder med dårlig sikt til navigasjonssatellitter.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som er innrettet for å beregne siktelinje mellom navigasjonsmottaker på et maritimt fartøy og fare for brudd i sikten til navigasjonssatellitter på grunn av hindrende objekter i nærheten.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system innrettet for å beregne tidsmargin til et eventuelt brudd i sikten til en navigasjonssatellitt.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system innrettet for å bestemme korreksjonsfaktorer som kan øke nøyaktigheten til et maritimt fartøys posisjoneringssystem gjennom å benytte midler for posisjons- og avstandsbestemmelse til objekter og/eller en tredimensjonal tegnings- eller fotografibasert database.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som er innrettet for å beregne avstand til refleksjonsflater på nærliggende objekter og vurdere fare for redusert signalkvalitet fra navigasjonssatellittene.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som er innrettet til å generere en alarm hvis det er sannsynlig at sikten til en av navigasjonssatellittene vil bli degradert eller brutt av hindrende objekter eller at posisjonerings-nøyaktigheten vil bli degradert på grunn av uønskede reflekterte signaler

Oppfinnelsen

De ovenfor nevnte formålene oppnås gjennom en fremgangsmåte som angitt i patentkrav 1 og et system som angitt i patentkrav 7. Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten er angitt i patentkravene 2-6 og fordelaktige trekk ved systemet er angitt i patentkravene 8-13.

Den foreliggende oppfinnelsen tar utgangspunkt i at en navigerende enhet, dvs. et maritimt fartøy, oppbevarer eller får tilført tilleggsinformasjon om nærliggende objekters størrelse, form og posisjon representert ved en tredimensjonal database over form og struktur og benytter denne til å generere posisjonsinformasjon for nøyaktig navigasjon. Den tredimensjonale databasen kan genereres ut fra tegningsdata for objektet, ut fra videobasert bildegjenkjenning av objektet eller ved bruk av en fremgangsmåte og et system som er beskrevet i NO20130419. Mer spesifikk beskrives i NO 20130419 et posisjonsreferansesystem og en fremgangsmåte for posisjonering og sporing av ett eller flere objekter, som i tillegg til avstand og asimut også tilveiebringer elevasjonsvinkelen til målet i forhold til instrumentaksene til sensorplattformen. Systemet og fremgangsmåten er videre basert på en kortholds IR-laserradar-transceiver og en eller flere aktive eller passive reflektorer plassert på objekter som skal posisjoneres. Videre omfattes en intern strålestabilisatormekanisme beskyttet fra miljøet. I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan løsningen i NO 20130419 benyttes til å bygge opp en tegningsdatabase av objektet det er snakk om.

Systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, hvilket kan sees på som et dGPS/GNSS-navigasjonssystem, og fremgangsmåten i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, er innrettet for til enhver tid å utnytte informasjon om navigasjonssatellitters posisjon og egen kjent posisjon for et maritimt fartøy til å beregne siktelinje (LOS - Line Of Sight), mellom navigasjonsmottaker og navigasjonssatellittene.

Systemet og fremgangsmåten er videre innrettet for å benytte den tredimensjonale databasen over objektet til enhver tid å beregne avstand mellom siktelinje fra navigasjonsmottaker på fartøyet til navigasjonssatellittene og nærmeste hindring på de nærliggende objektene med tanke på fare for brudd i sikten til navigasjonssatellitten. Slike hindringer kan være konstruksjoner som operatørrom, prosessrom, tanker, oppholdskvarter, kraner, bommer, andre fartøyer eller lignende som kan representere vesentlige hindre som vil blokkere for sikten til navigasjonssatellittene.

Systemet og fremgangsmåten er videre innrettet for å benytte den tredimensjonale databasen over objektet til å beregne avstand til refleksjonsflater på objektet som kan medføre degraderende signaler som vil redusere signalkvaliteten for navigasjonssignalene fra navigasjonssatellittene.

Med andre ord så er systemet og fremgangsmåten i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen innrettet for automatisk vurdering av fare for brudd eller degradering i signaler fra navigasjonssatellittene basert på avstanden mellom beregnet/estimert siktelinje og hindrende konstruksjon på nærliggende objekt, samt objektets overflateegenskaper, slik at man kan redusere vekten av den aktuelle navigasjonssatellitten i den endelige navigasjonsløsningen. Dermed fjernes eventuelle feilkilder fra en navigasjonssatellitt som er i ferd med å forsvinne bak en hindrende konstruksjon på objektet allerede før sikten fra navigasjonsmottaker på fartøyet til navigasjonssatellitten opphører eller degraderes som følge av reflekterende overflater som medfører reduserte signalkvalitet og tilveiebringer dermed en navigasjonsløsning som er mer sikker og robust.

Videre kan systemet og fremgangsmåten også være innrettet for å beregne tidsmargin til sikten blir brutt basert på navigasjonssatellittenes dekningsområde og den tredimensjonale databasen over objektet.

Videre er posisjonen til objektene kjent fra den tredimensjonale databasen som inneholder posisjonsdata med høy nøyaktighet relativt objektets koordinatsystem. Ved å benytte midler for posisjons- og avstandsmåling, eksempelvis i form av en kortholdsradar på fartøyet og en eller flere posisjonstranspondere på objektet eller kortholds IR-laserradar-transceiver på fartøyet og en eller flere aktive eller passive reflektorer på objektet, kan den relative posisjonen for fartøy i forhold til objektet bestemmes med høy nøyaktighet. Objektets absolutte posisjon samt den relative posisjonen mellom fartøy og objekt kan igjen benyttes til å bestemme fartøyets absolutte posisjon som igjen kan korreleres med navigasjonssystemets posisjonsdata fra navigasjonssatellittene. Med et utgangspunkt med unøyaktige navigasjonssatellittmålinger kan en vha. midler for posisjons- og avstandsmåling til kjente objekter dermed avlede korreksjonssignaler som kan benyttes i fartøyets endelige posisjoneringsløsning. Med andre ord vil midler for posisjons- og avstandsmåling kunne benyttes til å bygge opp en tredimensjonal database til bruk for posisjonering i forhold til faste og bevegelige objekter, som for eksempel kraner eller andre bevegelig objekter.

Den tredimensjonale databasen med nøyaktig posisjonsinformasjon for det hindrende objektet er med andre ord av sentral betydning for den foreliggende oppfinnelsen. Den tredimensjonale databasen kan i prinsippet foreligge i ulike representasjoner. Den ene representasjonen som er beskrevet over består av oppmålte posisjonsdata for alle sentrale punkter på objektet som kanter, hjørner, forbindelseslinjer o.l. for alle deler av objektet relativt objektets koordinatsystem. Denne databasen blir en samling av posisjonsdata for det hindrende objektet med tilhørende datasett som beskriver objektets struktur i form av forbindelseslinjer mellom posisjonene relativt objektets koordinatsystem. En slik database over avstand og posisjon til objektets karakteristiske posisjoner relativt objektets koordinatsystem kan i prinsippet gjøres så nøyaktig somønskelig ved å innføre tilstrekkelig antall punkter eller posisjoner på objektet.

En annen representasjon av objektet kan være en optisk eller fotografisk representasjon. Databasen vil da være en tredimensjonal fotografisk database (piksler) som gjennom en bildebehandlingsprosess kan gi tilsvarende informasjon om objektet og posisjoner på objektet relativt objektets koordinatsystem. Den fotografiske databasen inneholder et stort antall fotografier av objektet tatt fra mange posisjoner og eventuelt vinkler slik at en fotografisk representasjon er knyttet til den nøyaktige posisjonen der bildet ble tatt.

En annen utførelse av oppfinnelsen kan da være at en ved hjelp av videokamera til enhver tid har en optisk representasjon av objektet som kan sammenlignes med data fra den tredimensjonale fotografiske databasen og på grunnlag av dette estimere avstand og vinkel til alle elementer på objektet. Avstand og vinkel konverteres på kjent måte til relativ og absolutt posisjon og kan på samme måte som over benyttes til å beregne når sikten fra fartøyets navigasjonsmottaker til navigasjonssatellitten blir brutt.

Denne informasjon benyttes videre inn mot fartøyets navigasjonsløsning for å oppnå størst mulig nøyaktighet i posisjoneringsløsningen.

Videre kan data fra videokameraet og den fotografiske databasen benyttes i en bildebehandlingsprosess som estimerer fartøyets nøyaktige posisjon i forhold til objektet, relativt objektets koordinatsystem. Estimatet kan videre benyttes for å beregne korreksjonsdata som kan benyttes i fartøyets endelige navigasjonsløsning.

Nøyaktig avstand til og posisjon for elementer eller konstruksjoner på det hindrende objektet kan også etableres ved hjelp av det ovenfor nevnte midler for posisjons- og avstandsmåling som omfatter en kortholds IR-laserradar-transceiver laser. Ved å utstyre objektet med optiske reflektorer på utvalgte steder eller komponenter, kan avstanden og posisjonen for disse i forhold til fartøyet måles med stor nøyaktighet, typisk bedre enn 1 m nøyaktighet, dvs. relativt fartøyets koordinatsystem. Sammen med annen optisk informasjon og tegningsdatabase vil dette bidra til å beskrive objektet med høy nøyaktighet slik at beregningen av klaring for siktelinjen kan bli bedre enn om man ikke benytter lasermålinger. Metoden vil være særlig nyttig i de tilfeller der det er gjort endringer på objektet som ikke er oppdatert i tegningsdatabasen og når en skal posisjonere objekter som f.eks. kraner eller andre bevegelige objekter.

Videre kan det benyttes innmålte data fra kartlegging eller GPS RTK ("Real Time Kinematic") vedrørende objektets nøyaktige posisjon som kan være lagret i tegningsdatabasen eller som overføres på radio fra objektet til fartøyet.

Den foreliggende oppfinnelsen vil på grunnlag av dette gi bedre nøyaktighet og høyere sikkerhet for navigasjon nær hindrende objekter enn eksisterende metoder som vil få problemer når sikten til navigasjonssatellitten blir brutt eller signaler med høyt innhold av reflekser blir brukt i posisjoneringsløsningen.

Ytterligere fordelaktige trekk og detaljer ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Den foreliggende oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Figur 1 viser et fartøy som mottar GNSS-signaler fra fire navigasjonssatellitter uten hindringer i sikten for fartøyets navigasjonsmottaker, Figur 2 viser et fartøy i nærheten av et objekt i form av en rigg hvor sikten fra fartøyets navigasjonsmottaker til en av navigasjonssatellittene hindres av boretårn, boligmodul eller andre konstruksjoner,

Figur 3 viser et blokkskjema for et system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen,

Figur 4 viser et fartøy i nærheten av et objekt i form av en rigg forsynt med hvor fartøyet og objektet er forsynt med midler for posisjons- og avstandsmåling, Figur 5 viser et fartøy forsynt med minst ett videokamera for å innhente informasjon om et objekt, Figur 6 viser et eksempel på et brukergrensesnitt for systemet i samsvar med oppfinnelsen, og

Figur 7 viser trinn i en fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Henviser nå til Figur 1 som viser fartøy 20 som mottar GNSS-signaler gjennom en mottaker og mottakerantenne 104 fra fire navigasjonssatellitter 10 uten hindring i sikten til navigasjonssatellitten 10. Følgelig er det ingen problemer med nøyaktighet og posisjonering av fartøyet 20. Som vist i Figur 2 så kan det oppstå problemer med nøyaktigheten og posisjoneringen når fartøyet 20 kommer i nærheten av eksempelvis en rigg 30 hvor sikten til en navigasjonssatellitt 10 som benyttes hindres av boretårn 31, boligmoduler 32 eller andre konstruksjoner. En slik situasjon kan føre til at satellittsignalet plutselig forsvinner som følge av at sikten blir brutt og/eller degraderende signaler fra reflekterende overflater 33 på objektet 30 som kan medføre en unøyaktig posisjonering.

Henviser nå til Figur 3 som viser blokkskjema for et siktelinjesystem i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Kjernekomponenten i den foreliggende oppfinnelsen er en navigasjonsprosessor 100 forsynt med programvare og/eller midler for å innhente informasjon fra en eller flere av:

- minst en tredimensjonal database 101, tegnings- eller fotografibasert,

- midler 102 for posisjonering- og avstandsmåling,

- videoenhet og bildeanalysator for posisjonering- og avstandsmåling 103,

- mottaker og mottakerantenne 104 for dGPS eller GNSS-navigasjonssignaler.

Videre så er navigasjonsprosessoren 100 forsynt med midler og/eller programvare for å beregne siktelinje 11 mellom mottakerantennen 104 og navigasjonssatellittene 10. Navigasjonsprosessoren 100 er videre forsynt med midler og/eller programvare for å beregne avstand mellom siktelinjen 11 mellom mottakerantenne 104 og navigasjonssatellittene 10 og nærmeste hindring 31, 32 på de nærliggende objektene 30 basert på informasjon fra den tredimensjonale databasen 101 samt objektenes 30 navigasjonsdata, herunder posisjon og orientering av objektene 30, og derigjennom automatisk vurdere fare for brudd i sikten. Videre vil navigasjonsprosessoren 100 være forsynt med midler og/eller programvare for å beregne tidsmargin til sikten blir brutt basert på navigasjonssatellittenes 10 dekningsområde og informasjon fra den tredimensjonale databasen 101 om posisjon og utstrekning for hindrende konstruksjoner 31, 32 på objektet 30.

Navigasjonsprosessoren 100 er videre forsynt med midler og/eller programvare for automatisk vurdering av faren for degradering av navigasjonssignalenes kvalitet på grunn av objektets 30 overflateegenskaper, dvs. reflekterende overflater som medfører reduserte signalkvalitet.

Basert på disse to vurderingene kan navigasjonsprosessoren 100 redusere vekten av den aktuelle navigasjonssatellitten 10 i den endelige navigasjonsløsningen, herunder multi-banedegradering, hvilket vil bli utdypet nedenfor under beskrivelsen av fremgangsmåten.

Videre omfatter systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen et brukergrensesnitt 200, samt et grensesnitt 300 for import og eksport av data, eksempelvis dataoverføring til et eksternt dynamisk posisjoneringssystem.

Den tredimensjonale databasen 101 inneholder nøyaktig posisjonsinformasjon for aktuelle objekter 30 med eventuelle hindrende konstruksjoner 31, 32 relativt objektets 30 koordinatsystem og vil inneha en sentral funksjon i den foreliggende oppfinnelsen. Den tredimensjonale databasen 101 kan i en første utførelsesform bestå av oppmålte posisjonsdata for alle sentrale punkter på aktuelle objekter 30 som kanter, hjørner, forbindelseslinjer, samt konstruksjoner 31, 32 o.l. for alle deler av objektet 30 relativt objektets 30 koordinatsystem. Dette gir en samling av posisjonsdata med tilhørende datasett som beskriver objektets 30 struktur i form av forbindelseslinjer mellom posisjonene. Antall punkter eller posisjoner vil bestemme nøyaktigheten på informasjonen i databasen.

I en andre utførelsesform av den tredimensjonale databasen 101 inneholder databasen tre-dimensjonal fotografiske data (piksler) som gjennom en bildebehandlingsprosess kan gi tilsvarende informasjon om objektet 30 og posisjoner på objektet 30 som i den første utførelsesformen av databasen. En slik database vil da inneholde et stort antall fotografier av strukturen tatt fra mange posisjoner slik at en fotografisk representasjon er knyttet til den nøyaktige posisjonen der bildet ble tatt, relativt objektets 30 koordinatsystem.

Henviser nå til Fig. 4 som viser et fartøy forsynt med midler 102 for posisjons- og avstandsmåling. Midlene 102 kan i et første eksempel være dannet av en kortholds posisjonsradar 40 innrettet på fartøyet 20 og minst en posisjonstransponder 50 innrettet på objektet 30 og i et andre eksempel kan midlene 102 være dannet av en kortholds IR-laserradar-transceiver 60 på fartøyet og en eller flere aktive eller passive reflektorer 70. Ettersom posisjoner til punkter på objektet 30 er kjent fra den tredimensjonale databasen 101 med høy nøyaktighet, kan man ved at system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter en av de nevnte midler 102 for posisjons- og avstandsmåling bestemme den relative posisjonen for fartøyet 20 i forhold til objektet 30 med høy nøyaktighet. Objektets 30 absolutte posisjon samt den relative posisjonen kan igjen benyttes til å bestemme fartøyets 20 absolutte posisjon som igjen kan korreleres med posisjon fra fartøyets navigasjonssystem. Med et utgangspunkt med unøyaktige satellittmålinger kan en vha. midlene 102 for posisjons- og avstandsmåling dermed avlede korreksjonssignaler som kan benyttes i fartøyets endelige posisjoneringsløsning. Det skal nevnes at dersom midlene 102 omfatter den nevnte kortholds IR-laserradar-tranceiver og reflektorer vil man i tillegg til posisjon og avstand også være i stand til å måle asimut og elevasjonsvinkel i forhold til objektet 30.

Henvisning er nå gjort til Fig. 5 som viser et fartøy 20 forsynt minst ett videokamera 80 som kan gi informasjon til videoenhet og bildeanalysator for posisjonering 103 som gjennom bilde eller video kan sammenligne bilder eller video med bilder eller video i den fotografiske databasen 101 for posisjonsbestemmelse.

Henviser nå til Fig. 6 som viser et eksempel på utforming av brukergrensesnittet 200 for et system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som eksempelvis kan være en berørings-skjerm. Brukergrensesnitt 200 kan eksempelvis omfatte en eller flere av følgende:

- liste 201 over synlige navigasjonssatellitter,

- grafisk presentasjon 202 av synlige navigasjonssatellitter,

- grafisk presentasjon 203 av alle navigasjonssatellitter med estimert/beregnet siktelinje og hindrende objekter - visning 204 av siktelinjemarginer for alle navigasjonssatellitter og estimert tap av sporingstid,

- video- og/eller bildeinformasjon 205,

- GPS/GNSS-informasjon 206,

- alarmer 207,

- informasjon 208 fra midler 102 for posisjons- og avstandsmåling,

- input-grensesnitt 209 for konfigurasjonsmeny, marginoppsett, bestemmelsesnivå, parametere osv.,

- driftsinformasjon 210,

- etc.

Ved hjelp av brukergrensesnittet 200 kan en operatør setteønskede parametere for systemet, så som grenseverdier for beregning av avstand mellom hindrende konstruksjon 31, 32 på objektet og siktelinje 11, estimert tap av sporingstid, alarmnivåer, samt få informasjon fra de ulike komponentene, alarmer og driftsinformasjon.

Bruken av det ovenfor beskrevne systemet vil nå bli beskrevet.

Henviser nå til Fig. 7 som skjematisk viser trinnene i en fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Fremgangsmåten omfatter et trinn 401 for å bestemme absolutt posisjon til fartøyet 20 basert på input fra GPS/GNSS-systemer, dvs. navigasjonssatellitter 10.

Fremgangsmåten omfatter videre et trinn 402 for innhenting av dekningsområde for navigasjonssatellitter, posisjon og strukturdata for objekter 30 i nærheten av fartøyet 20 fra den tredimensjonale databasen 101 objektenes 30 navigasjonsdata, herunder absolutt posisjon og orientering av objektene 30.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 403 for å bestemme fartøyets relative posisjon i forhold til objekter 30 i nærheten basert på målinger gjort av midlene 102 for posisjons- og avstandsmåling og/eller data fra den tredimensjonale databasen 101. Trinn 403 kan videre omfatte å benytte den relative posisjonen til å estimere fartøyets 20 absolutte posisjon som korreleres med fartøyets 20 posisjoneringssystem for å finne korreksjonsfaktorer.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 404 for å korrigere posisjon for fartøyet 20 basert på data fra den tredimensjonale databasen 101 og/eller midlene 102 for posisjons- og avstandsmåling.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 405 for å bestemmes posisjonen for alle navigasjonssatellitter 10 vha. data fra dGPS/GNSS-mottaker 104.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 406 for å beregne siktelinjer 11 til alle navigasjonssatellitter 10.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 407 for å estimere klaring, dvs. avstand mellom siktelinjer 11 til alle navigasjonssatellitter 10 og nærliggende hindringer 31, 32 på objekter 30 i nærheten av fartøyet 20 basert på GPS/GNSS-posisjon og korreksjoner fra den tredimensjonale databasen 101 og midler 102 for posisjons- og avstandsbestemmelse.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 408 for å beregne om den estimerte klaringen, dvs. avstanden, i trinn 407 er tilstrekkelig til å unngå at signalet fra navigasjonssatellitten 10 vil bli brutt. Dersom resultatet er man unngår at signalet blir brutt returner man til trinn 401. Dersom resultatet er at signalet vil bli brutt fortsetter man direkte til trinn 409 eller går til trinn 408a. Trinn 408a omfatter å beregne tidsmargin til når sikten til den aktuelle navigasjonssatellitten 10 blir brutt på grunnlag av posisjonsdata og fartøysbevegelse. Dersom tidsmarginen er tilstrekkelig for videre sikker navigering returnerer man til trinn 401. Dersom tidsmarginen er for liten fortsetter man til trinn 409.

I trinn 409 så fjernes data fra den aktuelle navigasjonssatellitten 10 fra posisjonsberegning, samt avgi alarm og vise/oppdatere data og informasjon på grensesnittet 200.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et trinn 406a som omfatter å beregne avstand til aktuelle refleksjonsflater 33 på et nærliggende objekt 30. Dette kan gjøres ved å benytte den tredimensjonale tegnings- eller fotografi baserte databasen 101 sammen med et videokamera 80 og digital bildebehandling til å estimere aktuelle refleksjonsflater, samt avstand til disse, på objektet 30 som er av en slik art at de kan generere falske reflekterende signaler fra navigasjonssatellittene 10, slik at disse navigasjonssatellittene 10 ikke bør benyttes til å estimere posisjon for fartøyet 20.

Den kan videre omfatte et trinn 407b som omfatter å estimere graden og sannsynligheten for multi-baneproblemer vha. en multi-banealgoritme og derigjennom fare for degradering av satellittsignaler.

Den kan videre omfatte et trinn 408b som omfatter å beregne om graden/sannsynligheten for multi-banedegradering er mindre enn en ønsket margin. Dersom dette ikke er tilfelle returnerer fremgangsmåten til trinn 401. Dersom dette er tilfelle fortsetter fremgangsmåten til trinn 409.

Fremgangsmåten omfatter dermed gjennom trinnene 401-405,406,407, 408 og 409 estimering av posisjon og siktelinje og gir alarm og fjerner data fra den aktuelle navigasjonssatellitten 10 dersom siktelinjen 11 er under en gitt klaring/avstand fra hindrende konstruksjoner 31, 33 på nærliggende objekt 30.

Fremgangsmåten omfatter videre gjennom trinnene 401-405, 406,407,408a og 409 estimering av tidsmargin til sikten blir brutt, for derigjennom å kunne vurdere hvor lenge man kan fortsette posisjoneringen før nøyaktigheten reduseres.

Fremgangsmåten omfatter videre gjennom trinnene 401-405, 406b, 407b, 408b og 409 estimering av graden av refleksjoner/multi-bane fra potensielle reflekterende flater 33 på objekter 30 og derigjennom degradering av signaler fra navigasjonssatellitter som vil føre til redusert nøyaktighet.

Fremgangsmåten kan videre omfatte at posisjonsdata og korreksjonsdata generert i operativ drift lagres i en database for etterprosessering og bruk i kartlegging, kvalitetskontroll, simuleringer og fremtidige operasjoner.

Gjennom fremgangsmåten og systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er det dermed tilveiebragt en løsning som kan avdekke om det er fare for at sikten til en navigasjonssatellitt blir brutt eller om satellittsignalet blir degradert som følge av reflekterte signaler, samt eventuelt hvor lenge det er til sikten til navigasjonssatellitten blir brutt og derigjennom vil være i stand til å ta hensyn til dette før sikten blir brutt eller degradert og dermed opprettholde posisjoneringssystemets nøyaktighet.

Modifikasjoner

Dersom objektet som det skal posisjoneres i forhold til er i bevegelse så vil hele den tredimensjonale databasen overføres først, eller den er tilgjengelig fra forrige besøk, og deretter overføres fordelaktig objektets oppdaterte posisjon og orientering til fartøyet ved forhånds-definerte tidsintervaller bestemt av objektets dynamikk.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter (10) i maritime områder med hindrende objekter (30) som kan gi redusert sikt til navigasjonssatellittene (10) og/eller redusert signalkvalitet på grunn av reflekterende overflater (33) på objekter (30) i nærheten av et fartøy (20),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: - benytte informasjon fra et posisjoneringssystem for fartøyet (20) og informasjon om navigasjonssatellitters (10) posisjon til å beregne siktelinje (11) mellom en mottakerantenne (104) for dGPS- eller GNSS-signaler på fartøyet (20) og navigasjonssatellittene (10), - innhente dekningsområde for navigasjonssatellitter (10), samt posisjon- og strukturdata for objekter (30) i nærheten av fartøyet (20) fra en tredimensjonal database (101) og objektenes (30) navigasjonsdata, - basert på beregnet siktelinje (11), dekningsområde for navigasjonssatellittene (10), samt posisjons- og strukturdata for objektene (30) estimere klaring/avstand mellom siktelinje (11) og hindrende konstruksjoner (31, 32) på nærliggende objekter (30), - beregne om den estimerte klaringen/avstanden er tilstrekkelig for å unngå at signalet fra navigasjonssatellitten (10) vil bli brutt basert på posisjonsdata og fartøysbevegelse, og dersom den er under en gitt forhåndsdefinert grense enten fjerne data fra aktuell navigasjonssatellitt (10) fra posisjonsberegning og avgi alarm eller beregne tidsmargin til når sikten til aktuell navigasjonssatellitt (10) blir brutt på grunnlag av posisjonsdata og fartøysbevegelse, og dersom den ikke vil bli brutt gå tilbake til beregning av siktelinje (11).

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den videre omfatter å benytte målinger gjort av midler (102) for posisjons- og avstandsmåling til å bestemme relativ posisjon mellom fartøy (20) og objekter (30) i nærheten og benytte den relative posisjonen til å estimere fartøyets (20) absolutte posisjon som korreleres med fartøyets (20) posisjoneringssystem for å finne korreksjonsfaktorer.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den omfatter å benytte en tredimensjonal tegnings- eller fotografibasert database (101) som sammen digital bildebehandling benyttes til å estimere relativ posisjonen mellom fartøy (20) og objekt (30) og benytte den relative posisjonen til å estimere fartøyets (20) absolutte posisjon som korreleres med fartøyets (20) posisjoneringssystem for å finne korreksjonsfaktorer.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkravene 1 og 2 eller 1 og 3,karakterisert vedat den videre omfatter å korrigere posisjon for fartøyet (20) basert på korreksjonsfaktorene.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den videre omfatter å beregne avstand til aktuelle refleksjonsflater (33) på nærliggende objekter (30).

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 5,karakterisert vedat den videre omfatter å estimere graden og sannsynligheten for multi-baneproblemer vha. en multi-banealgoritme og derigjennom fare for degradering av satellittsignaler.

7. System for kvalitetskontroll og korreksjon av posisjonsdata fra navigasjonssatellitter (10) i maritime områder med hindrende objekter (30) som kan gi redusert sikt til navigasjonssatellittene (10) og/eller redusert signalkvalitet på grunn av reflekterende overflater (33) på objekter (30) i nærheten av et fartøy (20) forsynt med et posisjoneringssystem, hvilket system innrettes på fartøyet (20) og omfatter mottakerantenne (104) for dGPS- eller GNSS-signaler,karakterisert vedat systemet omfatter en tre-dimensjonal tegnings- eller fotografibasert database (101) inneholdende posisjons- og strukturdata for objekter (30), samt en navigasjonsprosessor (100) forsynt med midler og/eller programvare for: - beregning av siktelinje (11), - estimering av klaring/avstand mellom siktelinje (11) og hindrende konstruksjoner (31, 32) på nærliggende objekter (30), samt - - beregne om den estimerte klaringen/avstanden er tilstrekkelig for å unngå at signalet fra navigasjonssatellitten (10) vil bli brutt basert på posisjonsdata og fartøysbevegelse, og dersom den er under en gitt forhåndsdefinert grense enten fjerne data fra aktuell navigasjonssatellitt (10) fra posisjonsberegning og avgi alarm eller beregne tidsmargin til når sikten til aktuell navigasjonssatellitt (10) blir brutt på grunnlag av posisjonsdata og fartøysbevegelse.

8. System i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat det omfatter midler (102) for posisjons- og avstandsmåling av fartøyet (20) i forhold til nærliggende objekter (30).

9. System i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat midler (102) for posisjons- og avstandsmåling omfatter en kortholds radar (40) innrettet på fartøyet (20) og minst en transponder (50) innrettet på objektet (30).

10. System i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat midler (102) for posisjons- og avstandsmåling omfatter en kortholds IR-laserradar (60) innrettet på fartøyet (20) og at minst en aktive eller passiv reflektor (70) innrettet på objektet (30) og/eller konstruksjoner (31, 32) på objektet (30).

11. System i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat det omfatter midler (103) for bildegjenkjenning omfattende minst ett videokamera (80) og en bildeanalysator.

12. System i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat navigasjonsprosessoren (100) videre er forsynt med midler og/eller programvare for en eller flere av følgende: - benytte målinger gjort av midler (102) for posisjons- og avstandsmåling og/eller tredimensjonal tegnings- eller fotografibasert database (101) sammen digital bildebehandling til å bestemme relativ posisjon mellom fartøy (20) og objekter (30) og benytte den relative posisjonen til å estimere fartøyets (20) absolutte posisjon som korreleres med fartøyets (20) posisjoneringssystem for å finne korreksjonsfaktorer, - beregne avstand til aktuelle refleksjonsflater (33) på nærliggende objekter (30) basert på informasjon fra midler (102) for posisjons- og avstandsmåling, midler (103) for bildegjenkjenning og/eller tredimensjonal tegnings- eller fotografibasert database (101),

13. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat navigasjonsprosessoren (100) videre er forsynt med midler og/eller programvare for å estimere graden og sannsynligheten for multi-baneproblemer vha. en multi-banealgoritme og derigjennom fare for degradering av satellittsignaler.