WO1996021139A1 - Vorrichtung zum finden von geographischen zielen und ihre verwendung - Google Patents

Vorrichtung zum finden von geographischen zielen und ihre verwendung Download PDF

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Thomas Lackner
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    • G—PHYSICS
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G9/00—Visual time or date indication means
    • G04G9/0064—Visual time or date indication means in which functions not related to time can be displayed

Definitions

  • a user can determine his precise position in three dimensions by means of the transmission signals from four satellites.
  • a pseudo distance to each satellite is determined by recording the arrival time of the respective satellite signal, the four determined pseudo distances to the respective satellites containing an error which is due, among other things, to the inaccuracy of the user clock.
  • the four unknown length, width, height based on the center of the earth and the error of the user clock related to the system time can be determined by four determination equations. By solving the equations, for example, a user can determine their position to within 15 meters and time to within 100 nanoseconds.
  • the object on which the invention is based now consists in specifying a device for finding and / or finding geographical destinations which enables dynamic route guidance without the aid of maps or the like. According to the invention, this object is achieved by the features of patent claim 1.
  • Claims 2 to 9 relate to advantageous configurations of the device according to the invention, a configuration according to claim 9 being particularly suitable for finding geographical destinations. Furthermore, claims 10 to 12 relate to preferred uses of the device according to the invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of the device according to the invention.
  • FIG. 2 shows an illustration to explain the functioning of the device according to FIG. 1
  • Figure 1 is a block diagram of a device according to the invention with a device 1 for receiving and decoding transmission signals, an input device 2, a device 3 for storing an initial position and at least one target position, a device 4 for storing the current position and an ac ⁇ current immediately preceding position, a central unit 5, a time determination unit 6 and an output unit 7.
  • the current position information P 1 is formed in the device 1, for example from a GPS transmission signal S received by an antenna A, and is stored in the device 4 at the storage location for the respective current position information.
  • the current position specification Pi P Q can be stored in a device 3 as the starting position specification PQ and / or as the target position specification P n .
  • a preferred use of the device consists in finding a geographical destination, the starting position being determined at the beginning at the location to be found and stored in the device 3 as the destination position.
  • the input device 2 supplies at least one target position specification P n and has, for example, a unit 21 for manual input. Furthermore, the input device 2 can have a unit 22 for bidirectional data transmission from target positions with a further device V according to the invention. In principle, acoustic input of target positions is also conceivable.
  • the device 3 can be designed such that a plurality of target position information can be stored, a respective target position being selectable, for example, via the unit 21.
  • the respective current immediately preceding current position specification R_ -_ is formed by the preceding position specification as soon as a new current position specification is available.
  • the central unit 5 continuously determines the respective current target vector Pn ⁇ p ⁇ -l and continuously from the current immediately preceding position specification P_ from the current immediately preceding position specification P_ -_ and a respective target position specification P n by means of vector difference formation.
  • - and the current position specification P-_ a current reference vector P_-P_-i-
  • a current angle W determined by the respective current target vector and the current reference vector is delivered to an output unit 7 which continuously provides the user with the current ⁇ ellen angle between the current direction traveled between two position measurements and the target direction.
  • the central unit 5 can additionally calculate a distance E between the current immediately preceding position specification P_-1 and the target position specification by forming the amount of the associated target vector. Furthermore, the central unit can determine, for example, the current height H based on sea level from the current position specification P-_. Finally, in a further exemplary embodiment in the central unit 5, an actual travel speed v is calculated from the current position specification P_ and the current immediately preceding position specification P x -i and the time t between the two position determinations.
  • the time determination unit 6 supplies the time t and can, for example, decode time information contained in the transmission signal S and supply it to the central unit 5.
  • the angle can preferably be output by an analog display 71 with a pointer 8 and a further pointer 9 but also via an acoustic output 72 or a digital output 73.
  • An embodiment of the analog display unit 71 can consist in the fact that the first direction marking 8 has a fixed direction with respect to the display unit and always points in the direction of the current reference vector, which corresponds to the direct distance traveled between two position measurements and the second direction marking 9 has a variable direction and represents the respective current target vector in its current angular position with respect to the fixed direction of the current reference vector.
  • the device according to the invention is advantageously used in a mobile radio clock with an analog display, a first clock hand representing the current reference vector P 1 -P_ ⁇ and a second clock hand representing the current target vector P n -P -._ ⁇ .
  • the altitude or the speed can also be output via the digital display 73.

Abstract

Der Anmeldungsgegenstand betrifft eine Vorrichtung, mit einer Empfangseinheit (1), die beispielsweise mit Hilfe eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) fortlaufend eine aktuelle Positionsangabe (Pi) ermittelt, mit einer Zentraleinheit (5), die durch Vektordifferenzbildung fortlaufend aus der unmittelbar vorhergehenden Positionsangabe (Pi-1) und der Zielpositionsangabe einen Zielvektor (Pn - Pi-1) sowie aus der unmittelbar vorhergehenden Positionsangabe und der aktuellen Positionsangabe einen aktuellen Referenzvektor (Pi - Pi-1) bildet, und mit einer Ausgabeeinheit (7), die fortlaufend den aktuellen Winkel (W) zwischen dem aktuellen Referenzvektor und dem Zielvektor angibt. Der hiermit erzielte Vorteil liegt vor allem darin, daß eine dynamische Zielführung ohne Karte und Kompaß möglich ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Finden von geographischen Zielen und ihre Verwendung.
Zum Finden von geographischen Zielen werden üblicherweise ein Kompaß, Landkarten, Stadtpläne und in jüngster Zeit auch zum Beispiel satellitengestützte Verfahren zur Positionsbesti - mung, wie GPS oder GLONASS verwendet.
Diese neueren Positionsbestimmungsverfahren sind beispiels¬ weise in den Veröffentlichungen von Philip Mattos, "Das Glo- bal-Positioning-System", Design & Elektronik 18 vom 31.08.1993, Seiten 62 bis 66 und von Ivan A. Getting, "The Global Positioning System", IEEE Spectrum, Dezember 1993, Seiten 36 bis 47 näher beschrieben.
Mit dem GPS-System kann ein Benutzer beispielsweise seine ge- naue Position in drei Dimensionen durch die Sendesignale von vier Satelliten bestimmen. Mit Hilfe einer Benutzeruhr wird ein Pseudoabstand zu jedem Satelliten durch Aufzeichnung der Ankunftszeit des jeweiligen Satellitensignals ermittelt, wo¬ bei die vier ermittelten Pseudo-Distanzen zu den jeweiligen Satelliten einen Fehler beinhalten, der unter anderem auf die Ungenauigkeit der Benutzeruhr zurückgeht. Die vier Unbe¬ kannten Länge, Breite, Höhe bezogen auf den Erdmittelpunkt und der Fehler der Benutzeruhr bezogen auf die Systemzeit können durch vier Bestimmungsgleichungen ermittelt werden. Durch Lösung der Gleichungen kann ein Benutzer beispielsweise seine Position bis auf eine Genauigkeit von 15 Metern und die Zeit bis auf eine Genauigkeit von 100 Nanosekunden bestimmen.
Trotz dieser neuen PositionsbestimmungsSysteme sind weiterhin Kompaß und Landkarte erforderlich, um ausgehend von der ak¬ tuellen Position, durch Festlegung des Zielpunktes auf der Landkarte und durch "Einnorden" der Landkarte eine neue Marschrichtung festzulegen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Finden bzw. zum Wiederfinden von geogra¬ phischen Zielen anzugeben, die eine dynamische Zielführung ohne Zuhilfenahme von Landkarten oder ähnlichem ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa¬ tentanspruchs 1 gelöst.
Die Patentansprüche 2 bis 9 betreffen vorteilhafte Ausge¬ staltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei eine Aus¬ gestaltung gemäß Anspruch 9 besonders zum Wiederfinden von geographischen Zielen geeignet ist. Ferner betreffen die An- sprüche 10 bis 12 bevorzugte Verwendungen der erfmdungsgema- ßen Vorrichtung.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung naher er¬ läutert . Dabei zeigt
Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung nach Figur 1
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemaßen Vorrichtung mit einer Einrichtung 1 zum Empfang und zur Deko- dierung von Sendesignalen, einer Eingabeeinrichtung 2, einer Einrichtung 3 zur Speicherung einer Ausgangspositionsangabe und mindestens einer Zielpositionsangabe, einer Einrichtung 4 zur Speicherung der aktuellen Positionsangabe und einer ak¬ tuellen unmittelbar vorhergehenden Positionsangabe, einer Zentraleinheit 5, einer Zeitbestimmungseinheit 6 und einer Ausgabeeinheit 7 dargestellt. Hierbei wird in der Einrichtung 1 zum Beispiel aus einem durch eine Antenne A empfangenen GPS-Sendesignal S eine aktu¬ elle Positionsangabe P^ gebildet und in die Einrichtung 4 an die Speicherstelle für die jeweilige aktuelle Positionsangabe abgespeichert. Am Ausgangsort kann die aktuelle Positi¬ onsangabe Pi = PQ in eine Einrichtung 3 als Ausgangspositi¬ onsangabe PQ und/oder als Zielpositionsangabe Pn gespeichert werden.
Eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung besteht im Wie¬ derfinden eines geographischen Zieles, wobei zu Beginn am wiederzufindenden Ort die Ausgangsposition ermittelt und in der Einrichtung 3 als Zielposition abgespeichert wird.
Die Eingabeeinrichtung 2, liefert mindestens eine Zielposi¬ tionsangabe Pn und weist beispielsweise eine Einheit 21 zur manuellen Eingabe auf. Ferner kann die Eingabeeinrichtung 2 eine Einheit 22 zur bidirektionalen Datenübertragung von Zielpositionen mit einer weiteren derartigen erfindungsgemä- ßen Vorrichtung V aufweisen. Prinzipiell ist auch eine aku¬ stische Eingabe von Zielpositionen denkbar.
Die Einheit 22 kann zum Auffinden eines geographischen Zieles führen das vom Benutzer der weiteren Vorrichtung V bereits aufgesucht wurde und von dem die aktuelle Positionsangabe P_ = Pn in der Einrichtung 3 der Vorrichtung V abgespeichert wurde. Auf diese Weise könnte man also zum Beispiel zu einer Berghütte dynamisch gelenkt werden, deren Koordinaten von Freunden ermittelt wurden, die einige Zeit vorher mit einer entsprechenden weiteren Vorrichtung V diese feststellten.
Die Einrichtung 3 kann derart ausgebildet sein, daß mehrere Zielpositionsangaben speicherbar sind, wobei eine jeweilige Zielposition beispielsweise über die Einheit 21 auswählbar ist. In der Einrichtung 4 wird die jeweilige aktuelle unmittelbar vorhergehende aktuelle Positionsangabe R_ -_ durch die vor¬ hergehende Positionsangabe gebildet, sobald eine neue aktu¬ elle Positionsangabe vorliegt.
Die Zentraleinheit 5 ermittelt dabei durch Vektordifferenz- bildung fortlaufend aus der aktuellen unmittelbar vorherge¬ henden Positionsangabe P_ -_ und einer jeweiligen Zielpositi¬ onsangabe Pn den jeweiligen aktuellen Zielvektor Pn~pι-l so- wie fortlaufend aus der aktuellen unmittelbar vorhergehenden Positionsangabe P_ - und der aktuellen Poεitionsangabe P-_ ei nen aktuellen Referenzvektor P_-P_-i- Ein durch den jeweili¬ gen aktuellen Zielvektor und den aktuellen Referenzvektor festgelegter aktueller Winkel W wird dabei an eine Ausgabe- einheit 7 geliefert, die dem Benutzer fortlaufend den aktu¬ ellen Winkel zwischen der zusetzt zwischen zwei Positions¬ messungen zurückgelegten aktuellen Richtung und der Ziel¬ richtung.
Die Zentraleinheit 5 kann dabei zusatzlich eine Entfernung E zwischen aktueller unmittelbar vorhergehender Positionsangab P_ - l und Zielpositionsangabe durch Betragsbildung des zu¬ gehörigen Zielvektors errechnen. Ferner kann die Zentralein¬ heit beispielsweise die aktuelle Hohe H bezogen auf Meeres- hohe aus der aktuellen Positionsangabe P-_ ermitteln. Schließ lich wird bei einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel in der Zen¬ traleinheit 5 aus der aktuellen Positionsangabe P_ und der aktuellen unmittelbar vorhergehenden Positionsangabe Px-i un der Zeit t zwischen den beiden Positionsbestimmungen eine ak tuelle Fortbewegungsgeschwindigkeit v berechnet.
Die Zeitbestimmungseinheit 6 liefert dabei die Zeit t und kann beispielsweise im Sendesignal S enthaltene Zeitinforma¬ tionen dekodieren und der Zentraleinheit 5 zufuhren.
Mit Hilfe der Ausgabeeinheit 7 kann die Ausgabe des Winkels vorzugsweise durch eine Analoganzeige 71 mit einem Zeiger 8 und einem weiteren Zeiger 9 aber auch über eine akustische Ausgabe 72 oder eine Digitalausgabe 73 erfolgen.
Eine Ausführungsform der analogen Anzeigeeinheit 71 kann da- bei darin bestehen, daß die erste Richtungsmarkierung 8 eine bezüglich der Anzeigeeinheit feste Richtung aufweist und im¬ mer in Richtung des aktuellen Referenzvektors, der der unmit¬ telbar zurückgelegten Wegstrecke zwischen zwei Positionsmes¬ sungen entspricht, zeigt und die zweite Richtungsmarkierung 9 eine variable Richtung aufweist und den jeweiligen aktuellen Zielvektor in seiner aktuellen Winkellage bezüglich der fe¬ sten Richtung des aktuellen Referenzvektors darstellt.
Zur Verdeutlichung der Funktionsweise ist in Figur 2 eine durch die Ausgangspositionsangabe PQ und die Zielpositionsan¬ gabe Pn festgelegte Gesamtwegstrecke sowie eine durch eine aktuelle Positionsangabe P_ und eine aktuelle unmittelbar vorhergehende Positionsangabe P -i festgelegte aktuell zu¬ rückgelegte Wegstrecke dargestellt, wobei beide Strecken den Winkel W einschließen. Dabei ist der feststehende Zeiger 8 parallel zur aktuell zurückgelegten Wegstrecke und der Zeiger 9 mit variabler Richtung parallel zur Gesamtwegstrecke.
Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemaße Vorrichtung in einer mobilen Funkuhr mit Analoganzeige verwendet, wobei ein erster Uhrzeiger den aktuellen Referenzvektor P1 - P_ ~ und ein zweiter Uhrzeiger den aktuellen Zielvektor Pn - P-._ι dar¬ stellt .
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer mobilen Funkuhr mit Analog- und Digitalanzeige verwendet werden, wo¬ bei die Vektoren wie bereits genannt über die Analoganzeige angezeigt werden und die Entfernung E= I Pn - P_ - χ \ über die Digitalanzeige 73 ausgegeben wird. Durch Funktionsumschaltung kann beispielsweise auch die Höhe bzw. die Geschwindigkeit über die Digitalanzeige 73 ausgege¬ ben werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Finden von geographischen Zielen,
- mit einer Einrichtung (1) zum Empfang und zur Dekodierung von Sendesignalen (S) , die eine aktuelle Positionsangabe (Pi) liefert, •
- mit einer Eingabeeinrichtung (2), die mindestens eine Ziel- positionsangabe (Pn) liefert,
- mit einer Einrichtung (3) zur Speicherung einer Ausgangs- Positionsangabe (PQ) und der mindestens einen Zielpositi¬ onsangabe (Pn) sowie einer Einrichtung (4) zur Speicherung einer aktuellen Positionsangabe (Pi) und einer aktuellen un¬ mittelbar vorhergehenden Positionsangabe (Pi-χ).
- mit einer Zentraleinheit (5) , die durch Vektordifferenzbil¬ dung fortlaufend jeweils aus der aktuellen unmittelbar vor- hergehenden Positionsangabe (P -i) und einer jeweiligen
Zielpositionsangabe einen jeweiligen aktuellen Zielvektor (Pn - Pi-i) sowie fortlaufend aus der aktuellen unmittelbar vorhergehenden Positionsangabe und der aktuellen Positions¬ angabe einen aktuellen Referenzvektor (P - Pi-i) bildet und
- mit einer Ausgabeeinheit (7), die fortlaufend den aktuellen Winkel (W) zwischen dem aktuellen Referenzvektor (Pi - Pi_ι_) und dem aktuellen Zielvektor (P_ι"pi-1- angibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung (1) zum Empfang und zur Dekodierung von Sendesignalen so ausgebildet ist, daß eine Ermittlung der aktuellen Positionsangabe durch eine Auswertung von Signalen eines satellitengestützten globalen Positionsbestimmungssy- stem (GPS) erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ausgabeeinheit (7) eine Anzeigeeinheit (71) mit einer ersten und zweiten Richtungsmarkierung aufweist, wobei die erste Richtungsmarkierung (8) eine bezüglich der Anzeige¬ einheit feste Richtung aufweist und immer der Richtung des aktuellen Referenzvektors entspricht und wobei die zweite Richtungsmarkierung (9) eine variable Richtung aufweist und den jeweiligen aktuellen Zielvektor (Pn - Pi_ι_) in seiner ak¬ tuellen Winkellage (W) bezüglich der festen Richtung des ak¬ tuellen Referenzvektors (Pi - Pi_ι) darstellt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Eingabeeinrichtung (2) eine Einheit (21) zur ma¬ nuellen Eingabe einer Zielpositionsangabe aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Einrichtung (2) eine Ubertragungseinheit (22) aufweist, welche zur Übertragung mindestens einer Zielpositi¬ onsangabe (Pn) von dieser Vorrichtung auf eine weitere Vor¬ richtung (V) dieser Art und zur Übertragung in umgekehrter Richtung dient.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der eine jeweilige Entfernung (E--IP-._P-_-.3_l) aus der Aus¬ gangspositionsangabe (PQ) und der Zielpositionsangabe (Pn) mit Hilfe der Zentraleinheit (5) zu ermitteln und über die Ausgabeeinheit (7) auszugeben ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in der Zentraleinheit aus der aktuellen Positionsan- gäbe ( P_ ) eine auf Meereshohe bezogene aktuelle Hohe (H) zu ermitteln und durch die Ausgabeeinheit (7) auszugeben ist.
8.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in der Zentraleinheit (5) aus der aktuellen Positi- onsangabe ( P_ ) , der aktuellen unmittelbar vorhergehenden Po¬ sitionsangabe (Pi-i) und der Zeit (t) zwischen beiden Posi¬ tionsbestimmungen eine aktuelle Fortbewegungsgeschwindigkeit (v) zu berechnen und über die Ausgabeeinheit (7) auszugeben
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine jeweilige aktuelle Positionsangabe ( P_ ) als
Zielpositionsangabe (Pn) in die Einrichtung (3) zur Speiche¬ rung der Ausgangsposition und der mindestens einen Zielposi¬ tion einschreibbar ist.
10. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 9 zum Wieder¬ finden eines Ortes, wobei zu Beginn am wiederzufindenden Ort die Ausgangsposition ermittelt und in der Einrichtung (3) zur Speicherung der Ausgangsposition und der mindestens einen Zielposition abgespeichert wird.
11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9 in einer mobilen Funkuhr mit Analoganzeige, bei welcher ein erster Uhrzeiger (8) den aktuellen Referenzvektor (P- - P_ - ) und ein zweiter Uhrzeiger (9) den aktuellen Zielvektor (Pn - P_ - ) darstellt.
12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 in einer mobilen Funkuhr mit Analog- und Digitalanzei- ge, bei welcher ein erster Uhrzeiger (8) den aktuellen Refe- renzvektor ( P_ - Px -_ ) und ein zweiter Uhrzeiger (9) den ak¬ tuellen Zielvektor (Pn_pι-l) angibt und bei welcher die Digi- talanzeige (73) die Entfernung (E=|Pn - Px-il) zwischen der aktuellen unmittelbar vorhergehenden Positionsangabe (P_-i) und der Zielposition (Pn) darstellt.
PCT/DE1995/001874 1995-01-04 1995-12-29 Vorrichtung zum finden von geographischen zielen und ihre verwendung WO1996021139A1 (de)

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