WO2009000732A2 - Verfahren und system zur genauigkeitsverbesserung bei der positionsermittlung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass ein zu lokalisierendes Objekt, z. B. ein Flugzeug oder Fahrzeug, von einer geographisch festen Organisationseinheit, z. B. einer Flughafenzentrale, über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle A-GPS-Informationen empfängt und mit dieser Information ein GPS-Empfänger im zu lokalisierenden Objekt in kurzer Zeit die empfangbaren GPS-Satelliten auffindet und dann Positionsermittlungssignale von diesen Satelliten empfängt, dass von einem zu lokalisierenden Objekt von einem Server der geographisch festen Organisationseinheit über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle EGNOS- oder alternativ DGPS-Korrekturdaten anfordert werden, dass mit diesen gemeinsamen Korrekturdaten die empfangenen GPS-Signale in den zu lokalisierenden Objekten in an sich bekannter Weise korrigiert werden und die auf diese Weise ermittelte verbesserte Positionsinformation über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle zusammen mit einer Identif ikationskennung an den Server der geographisch festen Organisationseinheit zurückübertragen werden. Hiermit wird eine auf 2-3 Meter genaue Positionsbestimmung einzelner mobiler Objekte auf in beliebigen, eingegrenzten Flächen im Freien, wie z.B. in Häfen, Flughäfen und großen Lagerplätzen ermöglicht. Die für die genaue Positionsbestimmung erforderlichen Zusatzgeräte sind in der Regel nur einmal zentral vorhanden und es können den zu ortenden Objekten Korrekturdaten zur Verfügung gestellt werden, die sie aufgrund ihrer Position ohne die Weiterleitung selbst gar nicht empfangen könnten.

Description

Beschreibung

Verfahren und System zur Genauigkeitsverbesserung bei der Positionsermittlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Genauigkeitsverbesserung bei der Positionsermittlung, bei dem mit Hilfe von Korrekturdaten die Genauigkeit von satellitenbasierten Daten eines Positionsermittlungssystems verbessert wird.

Auf Flughafen ist es erforderlich, die Position der einzelnen Flugzeuge und Vorfeldfahrzeuge, wie z.B. Busse, Tankwagen, Catering-Fahrzeuge, genau zu kennen. Diese Information benotigt z.B. der Lotse im Tower zur Überwachung und

Steuerung der Flugzeuge auf dem Vorfeld. Diese Informationen benotigt aber auch der Dispatcher einer Fluggesellschaft, um die korrekte und zugige Abfertigung seiner Flugzeuge und deren Bedienung durch die Versorgungsfahrzeuge zu verfolgen.

Die in Navigationssystemen für den Straßenverkehr übliche Technik zur Positionsermittlung mittels GPS (Global Positioning System) reicht auf dem Flughafen nicht aus: Die in manchen Fahrzeugnavigationssystemen angewandten Techniken zur Verbesserung der Genauigkeit mittels Map-Matching und

Dead Reckoning versagen auf Flughafenvorfeldern, wo es keine zwingend vorgeschriebenen Straßen gibt. Außerdem können die Satellitensignale in manchen Konstellationen nicht in ausreichender Qualität empfangen werden, z.B. unter Passagierbrucken, im Schatten von Gebäuden usw.

DGPS (Differential GPS) ist eine Technik, um mittels Korrekturdaten die Genauigkeit der ermittelten GPS-Position zu verbessern. Die Korrekturdaten werden von einem DGPS- Sender über UKW oder Langwelle übertragen, wofür spezielle Zusatzgerate benotigt werden. Mit DGPS kann die Positionsgenauigkeit auf 3-5 Meter verbessert werden. Entsprechende Informationen finden sich bspw. im Internet unter : http : / /vjwv/ . kov/oma . de/gp3 /Genauigkeit . htm

WAAS (Wide Area Augmentation System) ist ein Korrektursystem, das speziell für hohe Genauigkeit bei Landeanflügen entwickelt wurde und in den USA im Einsatz ist. WAAS steigert die Positionsgenauigkeit von GPS auf 1-2 Meter und ermöglicht damit eine genauere Positionierung als mit DGPS. WAAS benötigt jedoch "Sichtkontakt" zu einem der geostationären Satelliten über dem Äquator, die die Korrektursignale ausstrahlen .

EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) ist das europäische Äquivalent zum amerikanischen WAAS. Wegen dem erforderlichen Sichtkontakt zu dem Satelliten können die Korrekturdaten gut von Flugzeugen in der Luft empfangen werden, jedoch in der Regel nicht von gelandeten Flugzeugen und von Bodenfahrzeugen, denen durch Gebäude u.a. die Sicht auf den Horizont versperrt ist. Entsprechende Informationen finden sich bspw. im Internet unter : http : / /www . kowoma . de/gps/waaε egnos . htm

Die Firma Global Locate hat eine Technik entwickelt, die im Zusammenspiel mit A-GPS (Assisted GPS) auch unter ungünstigen Bedingungen noch Positionsinformationen aus schwachen empfangenen GPS-Signalen ermittelt. Dabei liefert ein A-GPS- Server Information über die Flugbahn der sichtbaren Satelliten und deren Sendefrequenzen, wodurch die Zeit zur ersten Bestimmung der Position drastisch reduziert wird. Entsprechende Informationen finden sich bspw. im Internet unter : http : / /www . g1 oba 11 ocate . com und http : / /vjwv/ . qloballocate . com/A-GPS/A-GPS Frameset . htm

Alternativ zu GPS-basierten Positionierungstechniken kann die Position mittels Bodenradar ermittelt werden. Dazu müssen jedoch alle zu identifizierenden Objekte mit Transpondern ausgestattet sein, die auf das reflektierte Radarsignal eine Kennung aufmodulieren. Mit dieser Technik können jedoch Objekte, die durch andere Objekte oder Gebäude verdeckt sind, nicht erfasst werden.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin ein Verfahren und ein System zur Positionsermittlung mit verbesserter Genauigkeit und entsprechender Vorrichtung anzugeben, das die oben genannten Nachteile möglichst vermeidet und einen möglichst geringen Aufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Systems durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.

Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass ein zu lokalisierendes Objekt, z. B. ein Flugzeug oder Fahrzeug, von einer geographisch festen Organisationseinheit, z. B. einer Flughafenzentrale, über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle A-GPS-Informationen empfängt und mit dieser Information ein GPS-Empfänger im zu lokalisierenden Objekt in kurzer Zeit die empfangbaren GPS-Satelliten auffindet und dann Positionsermittlungssignale von diesen Satelliten empfängt, dass von einem zu lokalisierenden Objekt von einem Server der geographisch festen Organisationseinheit über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle EGNOS- oder alternativ DGPS-Korrekturdaten anfordert werden, dass mit diesen gemeinsamen Korrekturdaten die empfangenen GPS-Signale in den zu lokalisierenden Objekten in an sich bekannter Weise korrigiert werden und die auf diese Weise ermittelte verbesserte Positionsinformation über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle zusammen mit einer

Identifikationskennung an den Server der geographisch festen Organisationseinheit zurückübertragen werden. Hiermit wird eine auf 2-3 Meter genaue Positionsbestimmung einzelner mobiler Objekte auf beliebigen, eingegrenzten Flachen im Freien, wie z.B. in Hafen, Flughafen und großen Lagerplatzen ermöglicht. Die für die genaue Positionsbestimmung erforderlichen Zusatzgerate sind in der Regel nur einmal zentral vorhanden und es können den zu ortenden Objekten Korrekturdaten zur Verfugung gestellt werden, die sie aufgrund ihrer Position ohne die Weiterleitung selbst gar nicht empfangen konnten.

Die Erfindung eignet sich generell für die auf wenige Meter genaue Positionsbestimmung von mobilen Objekten auf beliebigen, eingegrenzten Flachen im Freien wie z.B. Flughafen, Hafen oder großen Lagerplatzen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Zeichnung beispielhaft anhand einer eingegrenzten Flache im Freien mit zugehöriger ortsfesten Organisationseinheit in Form eines Flughafens mit entsprechender Infrastruktur und mit beweglichen zu lokalisierenden Objekten in Form von Flugzeugen und Fahrzeugen naher erläutert.

Die zu lokalisierenden Objekte 1, z. B. hier Flugzeuge und Fahrzeuge, weisen ein Positionsbestimmungsgerat 21, 22, 23 auf, das unter anderem einen handelsüblichen GPS-Empfanger 21, einen Rechner 22, z.B. PDA, und eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation 23, z.B. über GSM, GPRS, UMTS oder WLAN, enthalt.

Der Flughafen ist mit einer Infrastruktur 12 zur drahtlosen

Kommunikation zwischen einem oder mehreren Servern 11 und den zu lokalisierenden Objekten 1 ausgestattet.

Der Flughafen ist ferner mit technischen Einrichtungen zum Empfang von EGNOS-Korrekturdaten ausgestattet, wobei an exponierter Stelle, z.B. auf dem Tower, ein Empfanger 41 für die EGNOS-Signale 42 angebracht ist, die von einem über dem Äquator stationierten Inmarsat-Satelliten 43 ausgestrahlt werden. Von hier ist in der Regel freie Sicht auf die über den Äquator platzierten Satelliten. In ungunstigen Konstellationen, in denen kein Sichtkontakt zum Satelliten möglich ist, wie z.B. beim Flughafen Salzburg, kann der Empfanger 41 auch z.B. auf einem der umliegenden Berge angebracht und die Daten zum Flughafen übermittelt werden.

Alternativ können über eine Antenne 51 die über einen Funksender 53 ausgestrahlten DGPS-Korrekturdaten 52 empfangen werden .

Der Flughafen ist außerdem mit einer Einheit zum Empfang von A-GPS-Daten 82 ausgestattet, wobei diese Einheit bspw. die Daten 82 über das Internet von einem externen A-GPS-Server 81 bezieht .

Das Verfahren zur Positionsbestimmung der zu lokalisierenden Objekte 1 erfolgt nun folgendermaßen:

Die Kommunikationskomponente 23 des Positionsbestimmungs- gerats empfangt von der Flughafen-Infrastruktur über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle 12-23 zunächst A-GPS- Informationen .

Mit Hilfe dieser A-GPS-Informationen kann der GPS-Empfanger 21 in sehr kurzer Zeit die empfangbaren GPS-Satelliten 25 auffinden und von diesen Signale 24 empfangen. Mit Hilfe des eingangs erwähnten „Global Locate" können hierbei auch sogar sehr schwache Signale ausgewertet werden, was die Positionsbestimmung an ungunstigen Stellen, z. B. unter Passagierbrucken und in der Nahe von Gebäuden häufig überhaupt erst ermöglicht. Das Positionsbestimmungsgerat im zu lokalisierenden Objekt 1 fordert nun vom Dienstrechner bzw. Server 11 des Flughafens über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle EGNOS- Korrekturdaten 42 oder alternativ DGPS-Korrekturdaten 52 an und erhalt diese ebenfalls über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle 12-23. Mit diesen Korrekturdaten werden mit an sich bekannten Techniken die empfangenen GPS- Signale im Positionsbestimmungsgerat des zu lokalisierenden Objekt 1 korrigiert. Dadurch können Positionsgenauigkeiten von 2-3 Meter erreicht werden.

Die auf diese Weise korrigierte Positionsinformation wird vom Positionsbestimmungsgerät des zu lokalisierenden Objekts 1 über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle 12-23 zusammen mit einer Identifikationskennung an den Server 11 des Flughafens zurückübertragen. Von dort wird die Information dann an die sie benötigenden Applikationen weiter verteilt, z.B. an die Leitstelle 61 im Tower.

Anstelle von GPS können auch andere satellitenbasierte Positionierungssysteme verwendet werden wie z.B. das russische GLONASS oder das künftige europäische Galileo. Anstelle von EGNOS können auch andere Korrekturdaten bereitstellende Systeme wie z.B. das vergleichbare amerikanische System WAAS oder das japanische MSAS verwendet werden .

Alternativ zu EGNOS können auch an einem eigenen

Referenzpunkt am Flughafen, dessen Position auf cm genau bekannt ist, GPS-Messungen durchgeführt werden. Durch Vergleich dieser am Referenzpunkt gemessenen Positionsdaten mit den bekannten Positionsdaten des Referenzpunktes können aktuelle Korrekturdaten für das Gebiet des Flughafens erstellt werden, die dann über die

Kommunikationsschnittstelle an die zu lokalisierenden Objekte weitergeleitet werden.

Durch die vorgeschlagene Lösung wird eine auf 2-3 Meter genaue Positionsbestimmung der einzelnen mobilen Objekte auf einem Flughafen ermöglicht. Die Positionsbestimmung ist unabhängig von der Topographie des Flughafens und von der aktuellen Position des Objekts möglich, dessen Position ermittelt werden soll.

Die zu ortenden Objekte benötigen keine speziellen Zusatzgeräte wie z.B. DGPS-Empfänger . Die für die genaue Positionsbestimmung erforderlichen Zusatzgeräte werden zentral und in der Regel nur einmal installiert; ihre ermittelten Daten werden über die auch für andere Aufgaben benötigte Kommunikationsinfrastruktur an die zu ortenden Geräte weitergeleitet. Dadurch werden die Investitionskosten für die zu ortenden Objekte minimiert. Zusätzlich können auf diese Weise den zu ortenden Objekten Korrekturdaten zur Verfügung gestellt werden, die sie aufgrund ihrer Position ohne die Weiterleitung durch eine "Relaisstation" selbst gar nicht empfangen könnten.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Genauigkeitsverbesserung bei der Positionsermittlung von mobilen Objekten innerhalb mindestens einer begrenzten Fläche im Freien,

- bei dem von einer der begrenzten Flächen im Freien zugeordneten geographisch festen Organisationseinheit gemeinsame Satellitenpositions-Informationen (82) von einem Satellitenpositions-Dienstrechner (81) empfangen werden, - bei dem eine Kommunikationskomponente (23) in einem jeweiligen zu lokalisierenden Objekt (1) von der geographisch festen Organisationseinheit über eine jeweilige drahtlose Kommunikationsschnittstelle (12-23) die gemeinsamen Positions-Informationen empfängt und mit diesen Informationen ein Empfänger (21) im jeweiligen zu lokalisierenden Objekt empfangbare Positionsermittlungs-Satelliten auffindet und dann Positionsermittlungs-Signale (24) von diesen Satelliten (25) empfängt,

- bei dem die Kommunikationskomponente (23) in dem jeweiligen zu lokalisierenden Objekt von einem Dienstrechner (11) der geographisch festen Organisationseinheit über die jeweilige drahtlose Kommunikationsschnittstelle (12-23) gemeinsame Korrekturdaten (42, 52) anfordert und erhält, und

- bei dem mit diesen gemeinsamen Korrekturdaten (42, 52) die jeweils empfangenen Positionsermittlungs-Signale (24) korrigiert werden und eine auf diese Weise verbesserte jeweilige Positionsinformation über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle (12-23) zusammen mit einer jeweiligen Identifikationskennung an den Dienstrechner (11) der geographisch festen Organisationseinheit zurückübertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich ein Empfänger (41) für die gemeinsamen Korrekturdaten (42) außerhalb der mindestens einen begrenzten Fläche im einem definierten Abstand dazu befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Korrekturdaten (52) über einen Funksender (53) ausgestrahlt und über eine Antenne (51) der Organisationseinheit empfangen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Korrekturdaten dadurch ermittelt werden, dass an einem eigenen genau bekannten Referenzpunkt der mindestens einen begrenzten Fläche von Positionsermittlungs- Satelliten Positionsermittlungs-Signale (24) für diesen Referenzpunkt ten (25) empfangen werden und durch Vergleich dieser am Referenzpunkt gemessenen Positionsdaten mit den bekannten Positionsdaten des Referenzpunktes aktuelle gemeinsame Korrekturdaten für die mindestens eine begrenzte Fläche erstellt werden.

5. System zur Genauigkeitsverbesserung bei der

Positionsermittlung von mobilen Objekten innerhalb mindestens einer begrenzten Fläche im Freien,

- bei dem ein jeweiliges zu lokalisierendes Objekt (1) einen Empfänger (21) zur Positionsbestimmung, einen Rechner (22) und eine Kommunikationsschnittstelle (12-23) aufweist und

- bei dem eine der mindestens einer begrenzten Fläche zugeordnete geographisch feste Organisationseinheit derart vorhanden ist, -- dass gemeinsame Satellitenpositions-Informationen (82) von einem Satellitenpositions-Dienstrechner (81) empfangbar und zum jeweiligen zu lokalisierendes Objekt (1) über die jeweilige drahtlose Kommunikationsschnittstelle (12-23) übertragbar sind, -- dass von einem Dienstrechner (11) über die jeweilige drahtlose Kommunikationsschnittstelle (12-23) gemeinsame Korrekturdaten (42, 52) an das jeweilige zu lokalisierendes Objekt (1) lieferbar ist, -- dass eine durch die Korrekturdaten verbesserte jeweilige Positionsinformation über die drahtlose

Kommunikationsschnittstelle (12-23) zusammen mit einer jeweiligen Identifikationskennung empfangbar ist.