WO2011038976A1 - Verfahren zum rechnergestützten erstellen und/oder aktualisieren einer referenzkarte für eine satellitengestützte ortung eines objekts - Google Patents

Verfahren zum rechnergestützten erstellen und/oder aktualisieren einer referenzkarte für eine satellitengestützte ortung eines objekts Download PDF

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WO2011038976A1
WO2011038976A1 PCT/EP2010/061812 EP2010061812W WO2011038976A1 WO 2011038976 A1 WO2011038976 A1 WO 2011038976A1 EP 2010061812 W EP2010061812 W EP 2010061812W WO 2011038976 A1 WO2011038976 A1 WO 2011038976A1
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WO
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satellite
distance
correction
determined
object position
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/061812
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French (fr)
Inventor
Joachim Bamberger
Marian Grigoras
Andrei Szabo
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to US13/499,248 priority patent/US20120182179A1/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/22Multipath-related issues
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40Correcting position, velocity or attitude

Definitions

  • the invention relates to a method for the computer-aided creation and / or updating of a reference map for a satellite-based location of an object and a satellite-based positioning method.
  • the position of the object on the earth's surface is determined based on corresponding signals from Satelli ⁇ th.
  • the position determination is based on a transit time measurement a plurality of satellite signals and a entspre ⁇ sponding multilateration the determined therefrom distances between the satellites and the object.
  • Satellite-based alignment systems usually have very high accuracy in undeveloped areas. However, there is a problem that in built-up areas, due to the reflection of the satellite signals on buildings, the distance measurements are falsified, thereby deteriorating the accuracy of location.
  • the object of the invention is therefore to improve the accuracy of a satellite-based location. This object is achieved by the method according to claim 1 or according to claim 12 and the device according to claim 16 or according to claim 18. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
  • a reference map for a satellite-supported location of an object is created or updated, wherein a correction is made in the reference map is stored for a predetermined spatial area, are corrected with the locating an object in the given space area distance measures from which the object position is determined, wherein a distance measure is determined from a satellite satellite of a satellite, via a satellite-based receiver at the location of Object is received.
  • a distance measures in this case represents the distance of the Sa ⁇ telliten to the object, that is, the distance measure may be either the distance itself, or a parameter dependent thereon, such as the duration of the signal.
  • a satellite-based receiver which e.g. may be a GPS receiver or a receiver based on another system (e.g., Galileo) on one
  • the individual distance measures Wus ⁇ sen not be determined with the same receiver, but the distance measures may be determined, where appropriate, be ⁇ arbitrary, moving in the space domain receivers.
  • step b) of the process an object position for egg NEN respective locations of the plurality of locations is set, wherein the predetermined object position may be for example a prior art object position and an estimated object position, which, for example without using the Refe ⁇ ence card with the satellite receiver was determined.
  • step c) The satellites from which the satellite signals are received in step a) at the respective location, distance measures is in a step c) then from the predetermined object position and the satellite positions recalculated corresponding to the given object prior ⁇ position.
  • step d) of the procedural ⁇ proceedings is based on the difference between the distance measures, which are determined in step a) at each location, and the corresponding back-calculated distance measures the correction for deposited at least a portion of the predetermined space area to the predetermined object position and / or aktua ⁇ linstrument.
  • the deposit or update of the correction can be done with known methods.
  • known processes are used in the prior art for the field strength-based positioning, which are analogous also to satellite-based method on ⁇ portable.
  • the methods described in references [1] to [3] can be used, the entire disclosure content of these documents being incorporated by reference into the content of the present application.
  • the way in which the updating of a reference map for field strength-based location methods described in these documents can be transferred to satellite-based location methods will be explained by means of an exemplary embodiment in the detailed description.
  • the reference map is represented by corrective ⁇ tur coloringen at a plurality of sampling points in the predetermined spatial region, said deposited in step d) the correction factors for one or more nodes in spatial proximity to the predetermined object position and / or updated become.
  • the neighborhood can be defined in any way.
  • the neighborhood can be defined by a corresponding function, the values of which decrease with increasing distance between the interpolation point and the given object position, so that, starting at a specific distance between the interpolation point and the given object position, jektposition no update of correction factors more occurs.
  • the predetermined object position in step b) is determined based on the distance measurements determined in step a) and corrected with the correction of the reference map. In this way, an unsupervised learning of the reference map can be achieved, in which the object position used for learning need not be known exactly.
  • the correction factors of one or more support points in spatial proximity to an estimated object position are used in the determination of the predetermined object position.
  • the spatial neighborhood can be set here such that in the He ⁇ averaging the predetermined object position correction factors that only support point are used, which have the slightest overall distance to an estimated object position.
  • this estimated object position can be, for example, the position of the object located without the use of the reference map or a position which was determined additionally or alternatively with other sensors, eg via odometric or gyroscopic sensors.
  • step b) a known object position specified differently and in step d) the correction of the known object position and / or for one or more reference points of the reference map in spatial proximity to the known Whether ⁇ jektposition deposited and / or updated.
  • a supervised learning method for creating or updating a reference map based on known object positions is provided.
  • the distance measure is received over a running time measurement of the corresponding received Satellite signal detected.
  • the Sa ⁇ tellitenposition of each satellite used in the process is encoded suitably in the received satellite signal and / or derivable from the received satellite signal, in particular based on a time stamp in the satellite signal, which specifies the transmission time of the signal, and the terme ⁇ known path of the corresponding satellite ,
  • step d) the correction depending on the present in the Or ⁇ tion satellite positions deposited, wherein in step d) the correction for those satellite positions is created and / or updated for which satellite ⁇ signals are received in step a) ,
  • correction factors for a plurality of satellite positions are stored and / or updated for a respective interpolation point of the reference map.
  • the deposit or updating the correction in step d) is carried out such that a corrective ⁇ turcrest for a support point, which the Satellitenpositi- on corresponding, for which a measure of distance in step a) is ⁇ telt ermit, added to a correction term or is withdrawn, the in step a) it depends ⁇ mediated distance measure and the back-calculated in step c) distance measure of the difference between. Whether adding or subtracting the correction term is given depends on the sign even Defi nition ⁇ the correction term.
  • the distance measure kor rigiert ⁇ by adding the correction factor, the correction term as the difference between the back-calculated distance measure and the distance measure is determined finiert de-.
  • the correction term can be defined in analogy to the methods described in the publications [1] to [3], wherein instead of a difference of Field strength values a difference of distance measures is used.
  • the correction term from the distance between the support point and the predetermined in step b) cyclo ⁇ sition is dependent and decreases with increasing distance.
  • the correction term can include a function dependent on the distance between the interpolation point and the object position predefined in step b), for example a triangular function or a Gaussian function.
  • the functions described in documents [1] to [3] can be used.
  • Dis ⁇ dance mass are first one or more satellite receivers for a plurality of locations of an object based on step a), whereby the distance measurements are transmitted to a central processing unit which then for each location performs steps b) to d) and thereby creates and / or updates a reference map.
  • ⁇ ante data over any receivers are TOTAL ⁇ melt in advance, with the data of any user can come with normal receivers. In the case of unsupervised learning, not even the exact positions of the users need to be known. After sufficient data has been collected, the reference card can be closed or updated.
  • the invention further relates to a method for satellite-assisted locating of an object, wherein the locating takes place with the aid of a reference map, which is created or updated with the method described above.
  • the distance measurements are then corrected with a correction corrected from the reference map and based on these corrected distance measures the object position is determined.
  • the correction of a respective Distanzma ⁇ SLI is preferably carried out by the correction factor that support point which has the shortest distance to an estimated object position.
  • the correction factor is added to or subtracted from the distance measure.
  • the reference map to a central Rechenein ⁇ integrated is stored, wherein at least a part of the reference card is transferred to the object and the object, the repo- sitions of the distance measures, which of the correction of the at least one part Reference card to be corrected, determined and / or wherein the measures determined at the location of the object distance measures are a ⁇ mediated to the central processing unit, which then determines the object position using the reference card and transmits to the object over ⁇ .
  • the invention also includes a device for computer-aided creation
  • the device comprises one or more means with which during operation of the device:
  • the device is preferably designed such that each variant of the method described above can be carried out with the device.
  • the invention further relates to a device for satellite-supported location of an object, the location being carried out with the help of the reference map created or updated via the above-described method.
  • the device comprises one or more means with which during operation of the device: with a satellite-based receiver on the
  • a respective distance measure represents the distance of a satellite to the object
  • the distance measures are corrected with the correction of the reference map
  • the object position is determined.
  • This device is preferably designed such that each variant of the positioning method described above can be carried out with the device.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a satellite-supported locating ⁇ for explaining the problem of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the location of an object in combination with the updating of a
  • Fig. 1 shows in side view a sa ⁇ tellitenge
  • a GPS receiver 1 the position on the ground surface above Sa- tellitensignale is to be determined from multiple satellites.
  • the receiver 1 is located in a narrow built-up area, which is indicated by two reproduced as rectangles building 2 and 3.
  • the GPS receiver 1 receives for locating its three-dimensional position, the signals from four satellites, the principle of GPS measurement is explained for clarity, however, based only on the satellite S shown in Fig. 1, the locating in a position PO and in a position PO 'reproduced is.
  • the satellite-supported location by the receiving device 1 is such that the receiving device evaluates information contained in received satellite signals.
  • a time stamp is coded on the one hand, which determines the time of transmission of the signal.
  • the time stamp can be used to calculate the so-called pseudo range, which represents an embodiment of a distance measure according to claim 1.
  • the pseudo-distance is determined in the GPS receiver by a time-of-flight measurement of the signal and represents the distance between the satellite S and the GPS receiver 1.
  • the satellite position can be back-calculated by methods known per se using the time stamp. Receives a GPS receiver now from four satellites corresponding signals, it can determine its position on the fact he ⁇ mediated pseudoranges, referred to as distances, as well as the corresponding ones on Satellitenpositi ⁇ multilateration.
  • the error in the satellite position PO ' is smaller than in the satellite position PO, since the difference between the direct line of sight and the correspondingly reflected signal paths for the position PO' is less than for the position PO.
  • a reference map is proposed in the embodiment of the invention explained below, which is known per se from the field-strength-based locating of objects.
  • a known from the field strength ⁇ based positioning method for locating and simultaneous updating of the reference card is analogously transmitted to a satellite-based location.
  • 2 shows a perspective view of a satellite-supported location of an object 0, which comprises a corresponding GPS receiver, with the aid of the above-mentioned reference map.
  • the reference card is in this case repre- sented in a predetermined spatial region through a multi ⁇ plurality of supporting points, said supporting points are indicated in Fig.
  • FIG. 2 a scenario is shown in which the object 0 receives Sa ⁇ tellitensignale from four satellites Sl, S2, S3 and S4 corresponding satellite positions PI, P2, P3 and P4. Based on these satellite signals, the corresponding distances d1, d2, d3 and d4 between the respective satellites S1, S2, S3 and S4 and the object 0 are first determined by running time measurement. Subsequently, based on an estimated position of the object 0, which may correspond, for example, to the object position determined without correction, that interpolation point of the reference map is determined which closest to this estimated object position. For this support point, that correction factor is taken which corresponds to the satellite position for which a respective distance was determined.
  • the distance is then corrected by addition or subtraction with the correction factor.
  • the reference map with the Be ⁇ reference numbers RM is designated and stored in a central processing unit SE in the form of a server, wherein the relevant for locating part of the reference map RM from the server over an appropriate (preferably wireless)verbin - tion is transferred to the object 0.
  • the object 0 it is also possible for the object 0 to transmit its measurement data to the server SE, which then uses the reference map RM stored there to determine a corrected object position, which it in turn transmits to the object 0.
  • FIG. 2 0 takes place in addition to the location of the object at the same time an update of entspre ⁇ sponding correction factors in the reference map based on the newly added object position. This is done in the object 0 in that from about the reference map Corridor ⁇ alloyed object position, the distances between the object 0 and the respective satellites are recalculated using the known satellite positions, the back-calculated distances in Fig. 2 with you, d2r, d3r and D4R are designated.
  • the corresponding correction factor is updated at reference point nodes in the vicinity of the object position OP.
  • the correction terms described in references [1] to [3] can be used in the form of Aktualtechnischsflä ⁇ chen.
  • the updating is carried out analogously based on the update area according to equation (7) of document [3].
  • the Dorti ⁇ ge term ⁇ is replaced by the difference between the respective determined and back-calculated distance.
  • the function f (r) of equation (7) can in this case as in equation (9) of the reference [3] to be selected, where r is the distance of a speaking ent ⁇ support point to the located object position.
  • ei of the corresponding distance of FIG dl 2 may be an updated correction factor ei newly determined in this way, which is as follows:.
  • Ei new ei + (you - dl) - f (r), where f (r) can be selected analogously to the equation (9) or (10) of the document [3].
  • f (r) can be selected analogously to the equation (9) or (10) of the document [3].
  • the correction factors for the distances of the other satellite positions S2 to S4 can be corrected.
  • an improved positioning accuracy for the object 0 can be achieved by taking into account the corresponding correction factors.
  • the corresponding updated Cor ⁇ rekturiety in the reference map RM is stored in the central processing unit SE, which central arithmetic unit SE can optionally also perform the calculation of the correction factor.
  • the reference card may already be pre-learned about suitable GPS measurements and subsequently be aktuali ⁇ Siert while locating the object 0 again.
  • an unsupervised learning is performed, whereby first GPS measurements of belie ⁇ -lived, moving in the space area of the reference map objects are collected with GPS receivers automatically. These measurements, which contain the corresponding distances to the satellites as well as the satellite positions, can be performed by any user with commercially available GPS receivers. The receivers need only be able to store the measurement information until it is finally transmitted to the central processing unit SE in a suitable manner. If appropriate, the transmission can also take place online via a corresponding data connection between the GPS receiver and the computing unit SE.
  • the reference card in the server SE is first initialized by Cor ⁇ rekturcresten be stored from zero for all nodes. Based on the collected measurements, which are then run step by step in any order, then the Updating the correction factors at the support points of the respective reference map, wherein the update is analogous to the above-described update based on corresponding update surfaces with which correction factors based on a function f (r) and depending on the difference between a recalculated and updated distance to be updated.
  • the server SE can before the start of learning of the reference map RM also includes a verification step imple ⁇ reindeer, in which checks whether the collected readings re ⁇ are presentative for the area in which the reference card is to learn, that is, whether the measurements also cover substantially the entire area to be learned and on the one hand lie close enough to each other and on the other a variety of
  • the learning of the reference card can first be reset and further measurements can be awaited.
  • other known methods for learning of the reference card is ⁇ sets can be, in particular instead of the learning of reference points in the reference map, a suitable correction function may optionally be learned so that the reference map is represented in the learned region by such a function, which, depending on whether an estimated ⁇ jektposition (for example, a particular without correction ropo- sition) indicating the corresponding correction factor to be used.
  • suitable optimization methods such as maximum expectation or genetic algorithms, with suitably defined cost functions can be used to determine the correction function.
  • the correction factors for the reference map nodes using the unsupervised learning described above After having learned the correction factors for the reference map nodes using the unsupervised learning described above, they must be based on the ones for localization used GPS receivers are distributed by corresponding objects. As described above, there is the possi ⁇ probability that when locating the relevant object retrieves the re ⁇ relevant part of the reference card from the server SE and processed in a suitable manner. Likewise, the measurement data of a GPS location in the object 0 can be transmitted to the server SE, which then determines the object position corrected with the reference map and sends it to the object 0.
  • the advantage of the last-mentioned variant is that the calculations for determining the corrected object position do not have to be performed by the object 0 itself, which has only a few computational resources compared to the central processing unit SE.
  • the disadvantage of the last-mentioned variant is that a data transfer must be carried out at every location.
  • the above-described methods for locating or learning a reference card can be improved, if necessary, by using further information during the locating or during learning, if such information is available.
  • Such further information can include, for example, the positions of objects and in particular buildings in the region of the reference card to be learned, which can be taken, for example, from cartographic maps.
  • This information can be used, for example ⁇ to that an area is determined to be learned in the Korrekturfakto ⁇ ren the reference card, as is to be expected here with errors due to reflections. In other areas, a corresponding correction with the reference card is then dispensed with.
  • a corresponding sensed movement of the object with ⁇ means of additional sensors may be used as a further Informa ⁇ functions.
  • This information may in particular ⁇ sondere also serve to better estimate a position of the object, which estimated position eg for
  • Recalculating the appropriate distances to the satellites can be used.
  • the estimated positions from their localization systems are used, such as based on field strength based localization systems that estimate the position of an object via the field strength of corresponding radio networks, such as WLAN and / or DECT.
  • the calculation in which a reference card is learned should have a certain minimum size to ⁇ , thereby avoiding problems in learning at the edge of the reference card.
  • the study area should be at least ten times greater than the accuracy of satellite-based positioning ⁇ ranging from built-up areas.
  • this exact Po ⁇ sition can be taken from a map or determined by corresponding odometry or gyroscopic sensors ⁇ to. Not more an estimated Whether ⁇ jektposition or the determined without correction crapositi ⁇ on, but the known object position are used to determine or update the corresponding correction factor from the analog to the above described method, the distances to the corresponding satellites are calculated back. Based on the difference of the measured and recalculated distances, the correction factor is determined or updated.
  • An accurate calibration of a reference card for subsequent location is achieved by this method. however the method is associated with greater effort, since not ⁇ any GPS measurements can be used to create the reference card, but only those measurements in which the object position is already known. As a rule, therefore, the area of the reference card to be calibrated must be passed manually by a person who performs a GPS measurement for correspondingly known positions.
  • the methods described in the foregoing for creating or updating a reference map and the subsequent basie ⁇ Rende satellite positioning have a number of advantages.
  • the location in narrow built-up areas, such as in inner cities can be significantly improved.
  • Such improved positioning can be used in particular by official authorities in inner cities, such as fire brigades, police and the like, for faster reaching of accident or danger spots.
  • private persons or companies, such as taxi companies can use the improved location.
  • Another advantage of the method is that when performing the location, the correction in the reference map can also be improved continuously via a simultaneous online learning.
  • the constantly updated reference map also takes account of changed development conditions in a built-up area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum rechnergestützten Erstellen und/oder Aktualisieren einer Referenzkarte (RM) für eine satellitengestützte Ortung eines Objekts (O), wobei in der Referenzkarte (RM) eine Korrektur für einen vorgegebenen Raumbereich hinterlegt ist, mit der bei der Ortung eines Objekts (O) in dem vorgegebenen Raumbereich Distanzmaße (d1, d2, d3, d4) korrigiert werden, aus denen die Objektposition (OP) ermittelt wird, wobei ein Distanzmaß aus einem Satellitensignal eines Satelliten (S1, S2, S3, S4) ermittelt wird, das über ein satellitengestütztes Empfangsgerät (1) am Standort des Objekts (0) empfangen wird, und wobei das Distanzmaß die Distanz des Satelliten (S1, S2, S3, S4) zum Objekt (O) repräsentiert. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit einem satellitengestützten Empfangsgerät an einer Mehrzahl von in dem vorgegebenen Raumbereich liegenden Standorten eines Objekts jeweils aus empfangenen Satellitensignalen die Distanzmaße ermittelt. Unter Verwendung einer vorgegebenen Objektposition, welche vorbekannt sein kann bzw. in geeigneter Weise geschätzt sein kann, werden unter Einbeziehung der Satellitenpositionen der Satelliten, von denen die Satellitensignale empfangen werden, Distanzmaße rückgerechnet werden, welche der vorgegebenen Objektposition entsprechen. Basierend auf dem Unterschied zwischen den jeweiligen ermittelten und rückgerechneten Distanzmaßen wird die Korrektur für zumindest einen Teil des vorgegebenen Raumbereichs um die vorgegebene Objektposition hinterlegt und/oder aktualisiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine genauere Ortung unter Verwendung einer geeignet gelernten Referenzkarte erreicht. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft für eine Ortung in bebauten Gebieten.

Description

Beschreibung
Verfahren zum rechnergestützten Erstellen und/oder Aktualisieren einer Referenzkarte für eine satellitengestützte Or- tung eines Objekts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum rechnergestützten Erstellen und/oder Aktualisieren einer Referenzkarte für eine satellitengestützte Ortung eines Objekts sowie eines satelli- tengestützten Ortungsverfahrens.
Bei der satellitengestützten Ortung eines Objekts, beispielsweise basierend auf dem GPS-Ortungssystem (GPS = Global Posi- tioning System), wird die Position des Objekts auf der Erd- Oberfläche basierend auf entsprechenden Signalen von Satelli¬ ten ermittelt. Dabei beruht die Positionsbestimmung auf einer LaufZeitmessung mehrerer Satellitensignale und einer entspre¬ chenden Multilateration der daraus bestimmten Distanzen zwischen den Satelliten und dem Objekt. Satellitengestützte Or- tungssysteme weisen in der Regel in unbebauten Gebieten eine sehr hohe Genauigkeit auf. Jedoch besteht das Problem, dass es in bebauten Gebieten aufgrund der Reflexion der Satellitensignale an Gebäuden zu einer Verfälschung der Distanzmessungen kommt, wodurch die Genauigkeit der Ortung verschlech- tert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Genauigkeit einer satellitengestützten Ortung zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. gemäß Patentanspruch 12 bzw. die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 16 bzw. gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert .
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Referenzkarte für eine satellitengestützte Ortung eines Objekts erstellt bzw. aktualisiert, wobei in der Referenzkarte eine Korrektur für einen vorgegebenen Raumbereich hinterlegt ist, mit der bei der Ortung eines Objekts in dem vorgegebenen Raumbereich Distanzmaße korrigiert werden, aus denen die Objektposition ermittelt wird, wobei ein Distanzmaß aus einem Satellitensig- nal eines Satelliten ermittelt wird, das über ein satellitengestütztes Empfangsgerät am Standort des Objekts empfangen wird. Ein Distanzmaße repräsentiert dabei die Distanz des Sa¬ telliten zum Objekt, d.h. das Distanzmaß kann entweder die Distanz selbst darstellen bzw. eine davon abhängige Größe, wie z.B. die Laufzeit des Signals.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Schritt a) mit einem satellitengestützten Empfangsgerät, welches z.B. ein GPS-Empfangsgerät bzw. auch ein auf einem anderen System (z.B. Galileo) beruhendes Empfangsgerät sein kann, an einer
Mehrzahl von in dem vorgegebenen Raumbereich liegenden Standorten eines Objekts jeweils aus empfangenen Satellitensigna¬ len die Distanzmaße ermittelt. Die einzelnen Distanzmaße müs¬ sen dabei nicht mit dem gleichen Empfangsgerät ermittelt sein, sondern die Distanzmaße können gegebenenfalls von be¬ liebigen, sich im Raumbereich bewegenden Empfangsgeräten bestimmt worden sein.
In Schritt b) des Verfahrens wird eine Objektposition für ei- nen jeweiligen Standort aus der Mehrzahl von Standorten vorgegeben, wobei die vorgegebene Objektposition beispielsweise eine vorbekannte Objektposition sein kann bzw. eine geschätzte Objektposition, welche z.B. ohne Zuhilfenahme der Refe¬ renzkarte mit dem satellitengestützten Empfangsgerät bestimmt wurde.
In einem Schritt c) wird dann aus der vorgegebenen Objektposition und den Satellitenpositionen der Satelliten, von denen die Satellitensignale am jeweiligen Standort in Schritt a) empfangen werden, Distanzmaße rückgerechnet, welche der vor¬ gegebenen Objektposition entsprechen. Insbesondere in bebauten Gebieten kann dabei ein deutlicher Unterschied zwischen den in Schritt a) am jeweiligen Standort ermittelten und den in Schritt c) rückgerechneten Distanzmaßen bestehen. Um diesen Unterschied bei der späteren Ortung in der Referenzkarte geeignet zu berücksichtigen, wird in Schritt d) des Verfah¬ rens basierend auf dem Unterschied zwischen den Distanzmaßen, die am jeweiligen Standort in Schritt a) ermittelt werden, und den entsprechenden rückgerechneten Distanzmaßen die Korrektur für zumindest einen Teil des vorgegebenen Raumbereichs um die vorgegebene Objektposition hinterlegt und/oder aktua¬ lisiert .
Die Hinterlegung bzw. Aktualisierung der Korrektur kann dabei mit an sich bekannten Verfahren erfolgen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen werden aus dem Stand der Technik für die feldstärkebasierte Ortung bekannte Verfahren eingesetzt, welche analog auch auf satellitengestützte Verfahren über¬ tragbar sind. Im Besonderen können die in den Druckschriften [1] bis [3] beschriebenen Verfahren verwendet werden, wobei der gesamte Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften durch Verweis zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Wie die in diesen Dokumenten beschriebene Aktualisierung einer Referenzkarte für feldstärkebasierte Ortungsverfahren auf satellitengestützte Ortungsverfahren übertragen werden kann, wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der detaillierten Beschreibung erläutert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Referenzkarte durch Korrek¬ turfaktoren an einer Vielzahl von Stützstellen in dem vorgegebenen Raumbereich repräsentiert, wobei in Schritt d) die Korrekturfaktoren für eine oder mehrere Stützstellen in räumlicher Nachbarschaft zu der vorgegebenen Objektposition hinterlegt und/oder aktualisiert werden. Die Nachbarschaft kann dabei auf beliebige Weise festgelegt sein. Insbesondere kann die Nachbarschaft über eine entsprechende Funktion definiert sein, deren Werte mit zunehmendem Abstand zwischen Stützstelle und vorgegebener Objektposition abnehmen, so dass ab einem bestimmten Abstand zwischen Stützstelle und vorgegebener Ob- jektposition keine Aktualisierung von Korrekturfaktoren mehr erfolgt .
In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung wird die vorgegebene Objektposition in Schritt b) basierend auf den in Schritt a) ermittelten und mit der Korrektur der Referenzkarte korrigierten Distanzmaßen ermittelt. Auf diese Weise kann ein unüberwachtes Lernen der Referenzkarte erreicht werden, bei dem die zum Lernen verwendete Objektposition nicht exakt bekannt sein muss.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Ermittlung der vorgegebenen Objektposition die Korrekturfaktoren von einer oder mehreren Stützstellen in räumlicher Nachbarschaft zu einer geschätzten Objektposition verwendet. Die räumliche Nachbarschaft kann dabei derart festgelegt sein, dass bei der Er¬ mittlung der vorgegebenen Objektposition nur Korrekturfaktoren derjenigen Stützstelle verwendet werden, welche den ge- ringsten Abstand zu einer geschätzten Objektposition aufweisen. Diese geschätzte Objektposition kann dabei z.B. die ohne Verwendung der Referenzkarte geortete Position des Objekts sein bzw. eine Position, welche zusätzlich oder alternativ mit anderen Sensoren, wie z.B. über odometrische oder gyro- skopische Sensoren, bestimmt wurde.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) eine bekannte Objektposition vorgege¬ ben und in Schritt d) die Korrektur an der bekannten Objekt- position und/oder für eine oder mehrere Stützstellen der Referenzkarte in räumlicher Nachbarschaft zu der bekannten Ob¬ jektposition hinterlegt und/oder aktualisiert. Gemäß dieser Variante der Erfindung wird ein überwachtes Lernverfahren zum Erstellen bzw. Aktualisieren einer Referenzkarte basierend auf bekannten Objektpositionen geschaffen.
Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren das Distanzmaß über eine LaufZeitmessung des entsprechenden empfangenen Satellitensignals ermittelt. Die im Verfahren verwendete Sa¬ tellitenposition eines jeweiligen Satelliten ist zweckmäßigerweise in dem empfangenen Satellitensignal codiert und/oder aus dem empfangenen Satellitensignal ableitbar, insbesondere basierend auf einem Zeitstempel im Satellitensignal, der den Aussendezeitpunkt des Signals spezifiziert, und der vorbe¬ kannten Bahn des entsprechenden Satelliten.
Um zu berücksichtigen, dass eine Ortung an verschiedenen Sa- tellitenpositionen erfolgen kann, ist in einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Referenzkarte die Korrektur in Abhängigkeit von den bei der Or¬ tung vorliegenden Satellitenpositionen hinterlegt, wobei in Schritt d) die Korrektur für diejenigen Satellitenpositionen erstellt und/oder aktualisiert wird, für welche Satelliten¬ signale in Schritt a) empfangen werden.
In der Variante der Erfindung, bei der die Referenzkarte über Stützstellen realisiert ist, werden für eine jeweilige Stütz- stelle der Referenzkarte Korrekturfaktoren für eine Mehrzahl von Satellitenpositionen hinterlegt und/oder aktualisiert. Vorzugsweise erfolgt die Hinterlegung bzw. Aktualisierung der Korrektur in Schritt d) dabei derart, dass zu einem Korrek¬ turfaktor für eine Stützstelle, welcher der Satellitenpositi- on entspricht, für welche ein Distanzmaß in Schritt a) ermit¬ telt wird, ein Korrekturterm hinzuaddiert oder abgezogen wird, der von dem Unterschied zwischen dem in Schritt a) er¬ mittelten Distanzmaß und dem in Schritt c) rückgerechneten Distanzmaß abhängt. Ob ein Hinzuaddieren oder Abziehen des Korrekturterms erfolgt, hängt von der vorzeichenmäßigen Defi¬ nition des Korrekturterms ab. Wird bei der späteren Ortung das Distanzmaß durch Hinzuaddieren des Korrekturfaktors kor¬ rigiert, ist der Korrekturterm als die Differenz zwischen dem rückgerechneten Distanzmaß und dem ermittelten Distanzmaß de- finiert. Der Korrekturterm kann dabei in Analogie zu den in den Druckschriften [1] bis [3] beschriebenen Verfahren definiert sein, wobei nunmehr anstatt eines Unterschieds von Feldstärkewerten ein Unterschied von Distanzmaßen verwendet wird .
Vorzugsweise ist der Korrekturterm von dem Abstand zwischen der Stützstelle und der in Schritt b) vorgegebenen Objektpo¬ sition abhängig und nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Der Korrekturterm kann dabei eine vom Abstand zwischen der Stützstelle und der in Schritt b) vorgegebenen Objektposition abhängige Funktion umfassen, z.B. eine Dreiecks- oder eine Gaußfunktion . Dabei können wiederum die in den Dokumenten [1] bis [3] beschriebenen Funktionen verwendet werden.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst über ein oder mehrere satellitengestützte Empfangsgeräte für eine Vielzahl von Standorten eines Objekts basierend auf Schritt a) Dis¬ tanzmaße ermittelt, wobei die Distanzmaße an eine zentrale Recheneinheit übermittelt werden, die anschließend für jeden Standort die Schritte b) bis d) durchführt und hierdurch eine Referenzkarte erstellt und/oder aktualisiert. In dieser Vari¬ ante werden vorab Daten über beliebige Empfangsgeräte gesam¬ melt, wobei die Daten von beliebigen Nutzern mit herkömmlichen Empfangsgeräten stammen können. Im Falle eines unüber- wachten Lernens müssen dabei noch nicht einmal die exakten Positionen der Nutzer bekannt sein. Nachdem ausreichend Daten gesammelt wurden, kann schließend die Referenzkarte erzeugt bzw. aktualisiert werden.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren zum Erstellen bzw. Ak- tualisieren einer Referenzkarte betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur satellitengestützten Ortung eines Objekts, wobei die Ortung mit Hilfe einer Referenzkarte erfolgt, die mit dem oben beschriebenen Verfahren erstellt bzw. aktualisiert ist. Dabei werden mit einem satellitengestützten Emp- fangsgerät am Standort des Objekts Distanzmaße aus den Satel¬ litensignalen von Satelliten ermittelt, wobei ein jeweiliges Distanzmaße die Distanz eines Satelliten zum Objekt repräsentiert. Die Distanzmaße werden anschließend mit einer Korrek- tur aus der Referenzkarte korrigiert und basierend auf diesen korrigierten Distanzmaßen wird die Objektposition ermittelt.
Wird die Referenzkarte durch Korrekturfaktoren für eine Viel- zahl von Stützstellen in einem vorgegebenen Raumbereich repräsentiert, erfolgt die Korrektur eines jeweiligen Distanzma¬ ßes vorzugsweise mit dem Korrekturfaktor derjenigen Stützstelle, welche den geringsten Abstand zu einer geschätzten Objektposition hat. Je nach Definition wird dabei der Korrek- turfaktor zu dem Distanzmaß hinzuaddiert bzw. abgezogen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird gleichzeitig mit der Ortung eines Aktualisierung und/oder Erstellung einer Referenzkarte basierend auf dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt, wobei basierend auf der bei der Or¬ tung ermittelten Objektposition die Schritte c) und d) durchgeführt werden. Diese ermittelte Objektposition stellt somit die vorgegebene Objektposition dar, welche in den Schritten c) und d) verwendet wird.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens ist die Referenzkarte auf einer zentralen Rechenein¬ heit hinterlegt, wobei zumindest ein Teil der Referenzkarte an das Objekt übertragen wird und in dem Objekt die Objektpo- sitionen aus den Distanzmaßen, welche mit der Korrektur des zumindest einen Teils der Referenzkarte korrigiert werden, ermittelt werden und/oder wobei die am Standort des Objekts ermittelten Distanzmaße an die zentrale Recheneinheit über¬ mittelt werden, welche anschließend die Objektposition mit Hilfe der Referenzkarte ermittelt und an das Objekt über¬ trägt .
Neben den oben beschriebenen Verfahren umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zum rechnergestützten Erstellen
und/oder Aktualisieren einer Referenzkarte für eine satellitengestützte Ortung eines Objekts, wobei in der Referenzkarte eine Korrektur für einen vorgegebenen Raumbereich hinterlegt ist, mit der bei der Ortung eines Objekts in dem vorgegebenen Raumbereich Distanzmaße korrigiert werden, aus denen die Ob¬ jektposition ermittelt wird, wobei ein Distanzmaß aus einem Satellitensignal eines Satelliten ermittelt wird, das über ein satellitengestütztes Empfangsgerät am Standort des Ob¬ jekts empfangen wird, und wobei das Distanzmaß die Distanz des Satelliten zum Objekt repräsentiert. Die Vorrichtung um- fasst dabei ein oder mehrere Mittel, mit denen im Betrieb der Vorrichtung :
a) mit einem satellitengestützten Empfangsgerät an einer
Mehrzahl von in dem vorgegebenen Raumbereich liegenden Standorten eines Objekts jeweils aus empfangenen Satelli¬ tensignalen die Distanzmaße ermittelt werden und/oder diese Distanzmaße eingelesen werden;
b) eine Objektposition für einen jeweiligen Standort aus der Mehrzahl von Standorten vorgegeben wird;
c) aus der vorgegebenen Objektposition und den Satellitenpositionen der Satelliten, von denen die Satellitensignale am jeweiligen Standort empfangen werden, Distanzmaße rückgerechnet werden, welche der vorgegebenen Objektposi¬ tion entsprechen;
d) basierend auf dem Unterschied zwischen den jeweiligen ermittelten und rückgerechneten Distanzmaßen die Korrektur für zumindest einen Teil des vorgegebenen Raumbereichs um die vorgegebene Objektposition hinterlegt und/oder aktua¬ lisiert wird.
Die Vorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jede Variante des oben beschriebenen Verfahrens mit der Vorrichtung durchführbar ist.
Neben der soeben beschriebenen Vorrichtung zum Erstellen bzw. Aktualisieren einer Referenzkarte betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur satellitengestützten Ortung eines Objekts, wobei die Ortung mit Hilfe der über das oben be- schriebene Verfahren erstellten bzw. aktualisierten Referenzkarte erfolgt. Die Vorrichtung umfasst dabei ein oder mehrere Mittel, mit denen im Betrieb der Vorrichtung: mit einem satellitengestützten Empfangsgerät am
Standort des Objekts Distanzmaße aus Satellitensignalen von Satelliten ermittelt werden, wobei ein jeweiliges Distanzmaß die Distanz eines Satelliten zum Objekt reprä- sentiert;
die Distanzmaße mit der Korrektur der Referenzkarte korrigiert werden;
basierend auf den korrigierten Distanzmaßen die Objektposition ermittelt wird.
Diese Vorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jede Variante des oben beschriebenen Ortungsverfahrens mit der Vorrichtung durchführbar ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer satellitenge¬ stützten Ortung zur Erläuterung der Problemstellung der Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Ortung eines Ob- jekts in Kombination mit der Aktualisierung einer
Referenzkarte basierend auf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Folgenden wird zunächst anhand von Fig. 1 generell eine satellitengestützte Ortung mit der damit verbundenen Problem¬ stellung einer Positionsbestimmung im Bereich von eng bebauten Flächen erläutert. Fig. 1 zeigt in Seitenansicht ein sa¬ tellitengestütztes Empfangsgerät in der Form eines GPS- Empfängers 1, dessen Position auf der Erdoberfläche über Sa- tellitensignale von mehreren Satelliten zu bestimmen ist. Der Empfänger 1 befindet sich dabei in einem eng bebauten Gebiet, was durch zwei als Rechtecke wiedergegebene Gebäude 2 und 3 angedeutet ist. Üblicherweise empfängt der GPS-Empfänger 1 zur Ortung seiner dreidimensionalen Position die Signale von vier Satelliten, wobei das Prinzip der GPS-Messung aus Übersichtlichkeitsgründen jedoch nur basierend auf dem in Fig. 1 gezeigten Satelliten S erläutert wird, der bei der Ortung in einer Position PO sowie in einer Position PO' wiedergegeben ist .
Die satellitengestützte Ortung durch das Empfangsgerät 1 läuft derart ab, dass das Empfangsgerät in empfangenen Satel- litensignalen enthaltene Informationen auswertet. Innerhalb der Satellitensignale ist zum einen ein Zeitstempel codiert, der den Zeitpunkt des Aussendens des Signals festlegt. Über den Zeitstempel kann die sog. Pseudostrecke berechnet werden, welche einer Ausführungsform eines Distanzmaßes gemäß An- spruch 1 darstellt. Die Pseudostrecke wird im GPS-Empfänger über eine LaufZeitmessung des Signals ermittelt und repräsentiert den Abstand zwischen dem Satelliten S und dem GPS- Empfänger 1. Darüber hinaus kann über den Zeitstempel die Satellitenposition mit an sich bekannten Verfahren rückgerech- net werden. Empfängt ein GPS-Empfänger nunmehr von vier Satelliten entsprechende Signale, kann er über die daraus er¬ mittelten PseudoStrecken, welche im Folgenden als Distanzen bezeichnet werden, sowie den entsprechenden Satellitenpositi¬ onen über Multilateration seine Position bestimmen.
In einem bebauten Gebiet, das in Fig. 1 durch die Gebäude 2 und 3 angedeutet ist, besteht das Problem, dass es zu Feh¬ lern, in der Messung der Distanz zwischen den Satelliten S und GPS-Empfangsgerät 1 kommt. Befindet sich der Satellit in der Position PO, so wird die Distanz nicht entlang der direkten Sichtlinie gemäß dem Pfad PA gemessen, denn das Gebäude 3 schirmt ein Satellitensignal auf diesem Pfad ab, wie durch den gestrichelten Anteil PA' des Pfads PA wiedergegeben ist. Das GPS-Empfangsgerät empfängt stattdessen das Satellitensig- nal entlang des Pfads PA2, bei dem das Signal am Gebäude 2 reflektiert wurde. Dies hat zur Folge, dass eine zu lange Laufzeit und damit zu lange Distanz zwischen dem Satelliten S und dem GPS-Empfangsgerät 1 gemessen wird, was zu Messfehlern führt. Das gleiche Problem tritt auch in der Position PO' des Satelliten S auf. In dieser Position kann aufgrund des Gebäudes 2 das Satellitensignal auch nicht auf einem direkten Pfad im Empfänger 1 empfangen werden kann, sondern über den Pfad PA3, gemäß dem das Signal an dem Gebäude 3 reflektiert wird.
Durch die beiden dargestellten Satellitenpositionen PO und PO' wird ferner verdeutlicht, dass der durch die Reflexion hervorgerufene Fehler auch von der Satellitenposition ab- hängt. Insbesondere ist der Fehler in der Satellitenposition PO' kleiner als in der Satellitenposition PO, da der Unterschied zwischen der direkten Sichtlinie und den entsprechend reflektierten Signalpfaden für die Position PO' geringer ist als für die Position PO.
Um nunmehr eine verbesserte Positionsbestimmung in bebauten Gebieten zu erreichen, wird in der nachfolgend erläuterten Ausführungsform der Erfindung die Verwendung einer Referenzkarte vorgeschlagen, welche an sich aus der feldstärkebasier- ten Ortung von Objekten bekannt ist. Ein aus der feldstärke¬ basierten Ortung bekanntes Verfahren zur Ortung und gleichzeitige Aktualisierung der Referenzkarte wird dabei analog auf eine satellitengestützte Ortung übertragen. Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine satellitengestützte Ortung eines Objekts 0, das einen entsprechenden GPS-Empfänger umfasst, unter Zuhilfenahme der oben erwähnten Referenzkarte. Die Referenzkarte wird dabei durch eine Viel¬ zahl von Stützstellen in einem vorgegebenen Raumgebiet reprä- sentiert, wobei diese Stützstellen in Fig. 2 durch entspre¬ chende Kreuze angedeutet sind und zum Teil mit Bezugszeichen P bezeichnet sind. An jeder der Stützstellen ist dabei ein Korrekturfaktor für eine Vielzahl von verschiedenen Satellitenpositionen hinterlegt, wobei der Korrekturfaktor dazu ge- nutzt wird, um die ohne die Korrektur durch das Objekt O er¬ mittelte Objektposition OP geeignet zu korrigieren. Der Korrekturfaktor wird dabei zur Korrektur der im GPS-Empfänger über LaufZeitmessung ermittelten Distanzen zu entsprechenden Satelliten verwendet, wobei der Korrekturfaktor je nach Normierung zu den entsprechenden Distanzen hinzuaddiert bzw. abgezogen wird. Basierend auf den derart korrigierten Distanzwerten wird dann eine korrigierte Objektposition bestimmt, welche gegenüber der ursprünglich bestimmten Objektposition OP verbessert ist.
In Fig. 2 ist ein Szenario gezeigt, bei dem das Objekt 0 Sa¬ tellitensignale von vier Satelliten Sl, S2, S3 und S4 an ent- sprechenden Satellitenpositionen PI, P2, P3 und P4 empfängt. Basierend auf diesen Satellitensignalen werden zunächst über LaufZeitmessung die entsprechenden Distanzen dl, d2, d3 bzw. d4 zwischen dem jeweiligen Satelliten Sl, S2, S3 bzw. S4 und dem Objekt 0 bestimmt. Anschließend wird basierend auf einer geschätzten Position des Objekts 0, welche beispielsweise der ohne Korrektur ermittelten Objektposition entsprechen kann, diejenige Stützstelle der Referenzkarte ermittelt, welche dieser geschätzten Objektposition am nächsten liegt. Für diese Stützstelle wird dann derjenige Korrekturfaktor entnommen, welcher der Satellitenposition entspricht, für welche eine jeweilige Distanz ermittelt wurde. Wie bereits oben erwähnt, wird die Distanz dann durch Addition bzw. Subtraktion mit dem Korrekturfaktor entsprechend korrigiert. In dem Szenario der Fig. 2 ist die Referenzkarte mit dem Be¬ zugszeichen RM bezeichnet und in einer zentralen Recheneinheit SE in der Form eines Servers hinterlegt, wobei der zur Ortung relevante Teil der Referenzkarte RM von dem Server über eine entsprechende (vorzugsweise drahtlose) Datenverbin- dung auf das Objekt 0 übertragen wird. Ebenso ist es jedoch möglich, dass das Objekt 0 seine Messdaten an den Server SE übermittelt, der daraufhin mit der dort hinterlegten Referenzkarte RM eine korrigierte Objektposition bestimmt, die er wiederum an das Objekt 0 überträgt.
In dem Szenario der Fig. 2 erfolgt neben der Ortung des Objekts 0 auch gleichzeitig eine Aktualisierung von entspre¬ chenden Korrekturfaktoren in der Referenzkarte basierend auf der neu hinzugekommenen Objektposition. Dies geschieht im Objekt 0 dadurch, dass aus der über die Referenzkarte korri¬ gierten Objektposition mit Hilfe der bekannten Satellitenpositionen die Distanzen zwischen Objekt 0 und den jeweiligen Satelliten rückgerechnet werden, wobei die rückgerechneten Distanzen in Fig. 2 mit dir, d2r, d3r und d4r bezeichnet sind. Anschließend wird basierend auf der Differenz zwischen den jeweiligen ermittelten Distanzen dl, d2, d3 bzw. d4 und den jeweiligen rückgerechneten Distanzen dir, d2r, d3r bzw. d4r der entsprechende Korrekturfaktor an Stützstellen der Referenzkarte in der Umgebung der Objektposition OP aktualisiert. Dabei können die in den Druckschriften [1] bis [3] erläuterten Korrekturterme in der Form von Aktualisierungsflä¬ chen eingesetzt werden. Insbesondere erfolgt die Aktualisie- rung analog basierend auf der Aktualisierungs-Fläche gemäß der Gleichung (7) der Druckschrift [3] . Dabei wird der dorti¬ ge Ausdruck Δρ ersetzt durch die Differenz zwischen der jeweiligen ermittelten und rückgerechneten Distanz. Die Funktion f (r) der Gleichung (7) kann dabei wie in Gleichung (9) der Druckschrift [3] gewählt sein, wobei r den Abstand einer ent¬ sprechenden Stützstelle zu der georteten Objektposition bezeichnet .
Für einen Korrekturterm ei der entsprechenden Distanz dl der Fig. 2 kann auf diese Weise ein aktualisierter Korrekturfaktor e ineu ermittelt werden, der wie folgt lautet: eineu = e i + (dir - dl) - f (r) , wobei f (r) analog zur Gleichung (9) bzw. (10) der Druckschrift [3] gewählt werden kann. Durch die Funktion f (r) wird erreicht, dass entsprechende Stützstellen nur in einem vorge¬ gebenen Umfeld um die Objektposition aktualisiert werden, da die Funktion für größere Abstände von der Objektposition ge- gen Null konvergiert.
In Analogie zu der oben beschriebenen Aktualisierung des Korrekturfaktors ei für die Distanz dl basierend auf der Satel- litenposition Sl können auch die Korrekturfaktoren für die Distanzen der weiteren Satellitenpositionen S2 bis S4 korrigiert werden. Insbesondere im Falle, dass sich das Objekt 0 in einem bebauten Gebiet bewegt, kann durch die Berücksichti- gung der entsprechenden Korrekturfaktoren eine verbesserte Ortungsgenauigkeit für das Objekt 0 erreicht werden. In dem Szenario der Fig. 2 wird der entsprechend aktualisierte Kor¬ rekturfaktor in der Referenzkarte RM in der zentralen Recheneinheit SE hinterlegt, wobei die zentrale Recheneinheit SE gegebenenfalls auch die Berechnung des Korrekturfaktors durchführen kann.
In dem Szenario der Fig. 2 kann die Referenzkarte bereits vorab über geeignete GPS-Messungen gelernt sein und anschlie- ßend während der Ortung des Objekts 0 immer wieder aktuali¬ siert werden. Im Folgenden werden Ausführungsformen von Verfahren erläutert, mit denen eine Referenzkarte vorab gelernt wird . In einer Ausführungsform wird ein unüberwachtes Lernen durchgeführt, wobei zunächst automatisch GPS-Messungen von belie¬ bigen, sich in dem Raumbereich der Referenzkarte bewegenden Objekten mit GPS-Empfängern gesammelt werden. Diese Messungen, welche die entsprechenden Distanzen zu den Satelliten sowie die Satellitenpositionen enthalten, können von beliebigen Benutzern mit handelsüblichen GPS-Empfängern durchgeführt werden. Die Empfänger müssen lediglich in der Lage sein, die Messinformationen zu speichern, bis diese schließlich an die zentrale Recheneinheit SE in geeigneter Weise übertragen wer- den. Die Übertragung kann dabei gegebenenfalls auch online über eine entsprechende Datenverbindung zwischen GPS- Empfänger und Recheneinheit SE erfolgen.
Nach Sammeln der Messungen wird die Referenzkarte im Server SE zunächst initialisiert, indem für alle Stützstellen Kor¬ rekturfaktoren von Null hinterlegt werden. Basierend auf den gesammelten Messungen, welche anschließend schrittweise in beliebiger Reihenfolge durchlaufen werden, erfolgt dann die Aktualisierung der Korrekturfaktoren an den Stützstellen der jeweiligen Referenzkarte, wobei die Aktualisierung analog zu der oben beschriebenen Aktualisierung basierend auf entsprechenden Aktualisierungs-Flächen abläuft, mit denen Korrektur- faktoren basierend auf einer Funktion f (r) und in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer rückgerechneten und ermittelten Distanz aktualisiert werden.
Gegebenenfalls kann der Server SE vor dem Start des Lernens der Referenzkarte RM auch einen Überprüfungsschritt durchfüh¬ ren, in dem überprüft wird, ob die gesammelten Messwerte re¬ präsentativ für den Bereich sind, in dem die Referenzkarte zu lernen ist, d.h. ob die Messungen auch im Wesentlichen den gesamten zu lernenden Bereich abdecken sowie zum einen nahe genug beieinander liegen und zum anderen eine Vielzahl von
Satellitenpositionen abdecken. Ist dies nicht der Fall, kann das Lernen der Referenzkarte zunächst zurückgestellt werden und weitere Messungen abgewartet werden. Die oben beschriebene Ermittlung entsprechender Korrekturfaktoren an Stützstellen einer Referenzkarte stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Jedoch können auch andere bekannte Verfahren zum Lernen der Referenzkarte einge¬ setzt werden, insbesondere kann gegebenenfalls anstatt des Lernens von Stützstellen in der Referenzkarte eine geeignete Korrekturfunktion gelernt werden, so dass die Referenzkarte in dem gelernten Bereich durch eine solche Funktion repräsentiert wird, welche in Abhängigkeit von einer geschätzten Ob¬ jektposition (z.B. einer ohne Korrektur bestimmten Objektpo- sition) den entsprechend zu verwendenden Korrekturfaktor angibt. Beispielsweise können zur Bestimmung der Korrekturfunktion geeignete Optimierungsverfahren, wie z.B. Maximum- Expectation oder genetische Algorithmen, mit geeignet definierten Kostenfunktionen eingesetzt werden.
Nachdem mit dem oben beschriebenen unüberwachten Lernen entsprechende Korrekturfaktoren für die Stützstellen der Referenzkarte gelernt wurden, müssen diese auf die zur Ortung verwendeten GPS-Empfänger von entsprechenden Objekten verteilt werden. Wie oben beschrieben, besteht dabei die Mög¬ lichkeit, dass bei der Ortung das betreffende Objekt den re¬ levanten Teil der Referenzkarte von dem Server SE abruft und bei sich in geeigneter Weise verarbeitet. Ebenso können die Messdaten einer GPS-Ortung im Objekt 0 an den Server SE übermittelt werden, der anschließend die mit der Referenzkarte korrigierte Objektposition bestimmt und an das Objekt 0 schickt. Der Vorteil der zuletzt genannten Variante besteht darin, dass die Berechnungen zur Ermittlung der korrigierten Objektposition nicht von dem Objekt 0 selbst durchgeführt werden müssen, welches im Vergleich zu der zentralen Recheneinheit SE nur wenig Rechenressourcen zur Verfügung hat. Der Nachteil der zuletzt genannten Variante ist jedoch, dass bei jeder Ortung ein Datentransfer durchgeführt werden muss.
Die oben beschriebenen Verfahren zur Ortung bzw. zum Lernen einer Referenzkarte können gegebenenfalls noch verbessert werden, indem bei der Ortung bzw. beim Lernen noch weitere Informationen verwendet werden, sofern solche Informationen zur Verfügung stehen. Solche weiteren Informationen können beispielsweise die Positionen von Objekten und insbesondere Gebäuden im Bereich der zu lernenden Referenzkarte umfassen, welche z.B. kartographischen Karten entnommen werden können. Diese Informationen können beispielsweise dazu genutzt wer¬ den, dass ein Bereich festgelegt wird, in dem Korrekturfakto¬ ren der Referenzkarte gelernt werden müssen, da hier mit Fehlern aufgrund von Reflexionen zu rechnen ist. In anderen Bereichen wird dann auf eine entsprechende Korrektur mit der Referenzkarte verzichtet. Ebenso können als weitere Informa¬ tionen eine entsprechend sensierte Bewegung des Objekts mit¬ tels zusätzlicher Sensoren (wie z.B. über Odometrie oder Gy- roskopie) verwendet werden. Diese Informationen können insbe¬ sondere auch dazu dienen, eine Position des Objekts besser abzuschätzen, wobei diese abgeschätzte Position z.B. zum
Rückrechnen der entsprechenden Distanzen zu den Satelliten verwendet werden kann. Darüber hinaus können als weitere Informationen beispielsweise die geschätzten Positionen aus an- deren Lokalisationssystemen eingesetzt werden, wie z.B. basierend auf feldstärkebasierten Lokalisierungssystemen, die über die Feldstärke entsprechender Funknetze, wie WLAN und/oder DECT, die Position eines Objekts abschätzen.
In einer weiteren Ausgestaltung können beim Lernen der Referenzkarte als Objektpositionen, basierend auf denen Distanzen zu Satelliten rückgerechnet werden, immer dann fest vorgege¬ bene Raumpunkte verwendet werden, wenn die herkömmliche sa- tellitengestützte Ortung ergibt, dass die Ortungsgenauigkeit sehr hoch ist. Darüber hinaus sollte der Berech, in dem eine Referenzkarte gelernt wird, eine bestimmte Mindestgröße auf¬ weisen, um hierdurch Probleme beim Lernen am Rand der Referenzkarte zu vermeiden. Insbesondere sollte der Lernbereich mindestens zehnmal größer als die Genauigkeit der satelliten¬ gestützten Ortung im Bereich von bebauten Gebieten sein.
Im Vorangegangenen wurde ein unüberwachtes Lernverfahren zur Ermittlung entsprechender Korrekturterme in einer Referenz- karte beschrieben. Gegebenenfalls kann jedoch auch ein überwachtes Lernverfahren bzw. manuelle Kalibrierung zur Ermittlung einer geeigneten Referenzkarte eingesetzt werden. In diesem Fall werden die satellitengestützten Messungen nicht von beliebigen Empfängern mit unbekannten Positionen empfan- gen, sondern für jede Messung ist die genaue Position des
GPS-Empfängers bekannt. Beispielsweise kann diese genaue Po¬ sition aus einer Karte entnommen werden bzw. über entsprechende odometrische bzw. gyroskopische Sensoren bestimmt wer¬ den. Zur Bestimmung bzw. Aktualisierung des entsprechenden Korrekturfaktors werden dabei nicht mehr eine geschätzte Ob¬ jektposition bzw. die ohne Korrektur ermittelte Objektpositi¬ on, sondern die bekannte Objektposition verwendet, aus der analog zu den oben beschriebenen Verfahren die Distanzen zu den entsprechenden Satelliten rückgerechnet werden. Basierend auf der Differenz der gemessenen und rückgerechneten Distanzen wird der Korrekturfaktor ermittelt bzw. aktualisiert. Es wird durch dieses Verfahren eine genaue Kalibrierung einer Referenzkarte für eine nachfolgende Ortung erreicht. Jedoch ist das Verfahren mit höherem Aufwand verbunden, da nicht be¬ liebige GPS-Messungen zum Erstellen der Referenzkarte verwendet werden können, sondern nur solche Messungen, bei denen auch die Objektposition vorbekannt ist. Im Regelfall muss deshalb das zu kalibrierende Gebiet der Referenzkarte manuell durch eine Person durchschritten werden, welche für entsprechend vorbekannte Positionen eine GPS-Messung durchführt.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Verfahren zum Erstellen bzw. Aktualisieren einer Referenzkarte und die darauf basie¬ rende satellitengestützten Ortung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann mit der entsprechenden Referenzkarte die Ortung in eng bebauten Gebieten, wie z.B. in Innenstädten, deutlich verbessert werden. Eine derart verbes- serte Ortung kann insbesondere von offiziellen Behörden in Innenstädten, wie Feuerwehr, Polizei und dergleichen, zum schnelleren Erreichen von Unfall- oder Gefahrenstellen genutzt werden. Ebenso können auch private Personen bzw. Unternehmen, wie z.B. Taxiunternehmen, die verbesserte Ortung ver- wenden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass bei der Durchführung der Ortung die Korrektur in der Referenzkarte auch kontinuierlich über ein gleichzeitig durchgeführtes Online-Lernen verbessert werden kann. Insbesondere werden durch die ständig aktualisierte Referenzkarte auch veränderte Bebauungsbedingungen in einem bebauten Gebiet berücksichtigt .
Literaturverzeichnis
[1] B. Betoni Parodi, H. Lenz, A. Szabo, H. Wang, J. Horn, J. Bamberger, D. Obradovic: „Initialization and Online- Learning of RSS Maps for Indoor/Campus Localization", PLANS 2006 - 2006 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium, San Diego, USA, Seiten 164 bis 172
[2] B. Betoni Parodi, H. Lenz, A. Szabo, J. Bamberger, J.
Horn: „Algebraic and Statistical Conditions for Use of SLL" , ECC 2007 - European Control Conference 2007, Kos, Griechenland
[3] DE 10 2006 044 293 AI

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum rechnergestützten Erstellen und/oder Aktualisieren einer Referenzkarte (RM) für eine satellitengestütz- te Ortung eines Objekts (0), wobei in der Referenzkarte (RM) eine Korrektur für einen vorgegebenen Raumbereich hinterlegt ist, mit der bei der Ortung eines Objekts (0) in dem vorgege¬ benen Raumbereich Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) korrigiert werden, aus denen die Objektposition (OP) ermittelt wird, wo- bei ein Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) aus einem Satellitensig¬ nal eines Satelliten (Sl, S2, S3, S4) ermittelt wird, das über ein satellitengestütztes Empfangsgerät (1) am Standort des Objekts (0) empfangen wird, und wobei das Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) die Distanz des Satelliten (Sl, S2, S3, S4) zum Objekt (0) repräsentiert, bei dem:
a) mit einem satellitengestützten Empfangsgerät (1) an einer Mehrzahl von in dem vorgegebenen Raumbereich liegenden Standorten eines Objekts (0) jeweils aus empfangenen Sa¬ tellitensignalen die Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) ermit- telt werden;
b) eine Objektposition (OP) für einen jeweiligen Standort aus der Mehrzahl von Standorten vorgegeben wird;
c) aus der vorgegebenen Objektposition (OP) und den Satellitenpositionen (PI, P2, P3, P4) der Satelliten (Sl, S2, S3, S4), von denen die Satellitensignale am jeweiligen
Standort empfangen werden, Distanzmaße (dir, d2r, d3r, d4r) rückgerechnet werden, welche der vorgegebenen Objektposition (OP) entsprechen;
d) basierend auf dem Unterschied zwischen den jeweiligen er- mittelten und rückgerechneten Distanzmaßen (dl, d2, d3, d4, dir, d2r, d3r, d4r) die Korrektur für zumindest einen Teil des vorgegebenen Raumbereichs um die vorgegebene Ob¬ jektposition (OP) hinterlegt und/oder aktualisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Referenzkarte (RM) durch Korrekturfaktoren an einer Vielzahl von Stützstellen (P) in dem vorgegebenen Raumbereich repräsentiert wird, wobei in Schritt d) die Korrekturfaktoren für eine oder mehrere Stützstellen (P) in räumlicher Nachbarschaft zu der vorgegebenen Objektposition (OP) hinterlegt und/oder aktualisiert werden .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die vorgegebene Objektposition (OP) in Schritt b) basierend auf den in
Schritt a) ermittelten und mit der Korrektur der Referenzkarte (RM) korrigierten Distanzmaßen (dl, d2, d3, d4) ermittelt wird .
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, wobei bei der Ermittlung der vorgegebenen Objektposition (OP) die Korrekturfaktoren von einer oder mehreren Stützstellen (P) in räumlicher Nachbarschaft zu einer geschätzten Objektposition verwendet wer- den, insbesondere von derjenigen Stützstelle (P) , welche den geringsten Abstand zu der geschätzten Objektposition aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt b) eine bekannte Objektposition (OP) vorgegeben wird und in Schritt d) die Korrektur an der bekannten Objekt¬ position und/oder für eine oder mehrere Stützstellen (P) der Referenzkarte in räumlicher Nachbarschaft zu der bekannten Objektposition (OP) hinterlegt und/oder aktualisiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Referenzkarte (RM) die Korrektur in Abhängigkeit von den bei der Ortung vorliegenden Satellitenpositionen (PI, P2, P3, P4) hinterlegt ist, wobei in Schritt d) die Korrektur für diejenigen Satellitenpositionen (PI, P2, P3, P4) hinterlegt und/oder aktualisiert wird, für welche Satellitensignale in Schritt a) empfangen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6 in Kombination mit Anspruch 2, bei dem für eine Stützstelle (P) der Referenzkarte (RM) Kor¬ rekturfaktoren für eine Mehrzahl von Satellitenpositionen (PI, P2, P3, P4) hinterlegt und/oder aktualisiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Hinterlegung und/oder Aktualisierung der Korrektur in Schritt d) derart erfolgt, dass zu einem Korrekturfaktor für eine Stützstelle (P) , welcher der Satellitenposition (PI, P2, P3, P4) ent- spricht, für welche ein Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) in
Schritt a) ermittelt wird, ein Korrekturterm hinzuaddiert oder abgezogen wird, der von dem Unterschied zwischen den in Schritt a) ermittelten Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) und dem in Schritt c) rückgerechneten Distanzmaß (dir, d2r, d3r, d4r) abhängt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Korrekturterm von dem Abstand zwischen der Stützstelle (P) und der in Schritt b) vorgegebenen Objektposition (OP) abhängt und mit zunehmen- dem Abstand abnimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Korrekturterm eine vom Abstand zwischen der Stützstelle (P) und der in Schritt b) vorgegebenen Objektposition abhängige Funktion umfasst, insbesondere eine Dreiecks- oder eine Gaußfunktion .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zunächst über ein oder mehrere satellitengestützte Emp¬ fangsgeräte (1) für eine Vielzahl von Standorten eines Ob- jekts (0) basierend auf Schritt a) Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) ermittelt werden, wobei die Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) an eine zentrale Recheneinheit (SE) übermittelt werden, die anschließend für jeden Standort die Schritte b) bis d) durch¬ führt und hierdurch eine Referenzkarte (RM) erstellt und/oder aktualisiert.
12. Verfahren zur satellitengestützten Ortung eines Objekts (0) , wobei die Ortung mit Hilfe einer Referenzkarte (RM) er¬ folgt, welche mit einem Verfahren nach einem der vorhergehen- den Ansprüche erstellt und/oder aktualisiert ist, bei dem:
mit einem satellitengestützten Empfangsgerät (1) am Standort des Objekts (0) Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) aus Satellitensignalen von Satelliten (Sl, S2, S3, S4) ermit- telt werden, wobei ein jeweiliges Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) die Distanz eines Satelliten zum Objekt (0) repräsentiert ;
die Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) mit der Korrektur der Referenzkarte (RM) korrigiert werden;
basierend auf den korrigierten Distanzmaßen die Objektposition ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Referenzkarte (RM) durch Korrekturfaktoren für eine Vielzahl von Stützstellen (P) in einem vorgegebenen Raumbereich repräsentiert wird, wobei ein jeweiliges Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) mit dem Kor¬ rekturfaktor derjenigen Stützstelle (P) korrigiert wird, wel¬ che den geringsten Abstand zu einer geschätzten Obj ektpositi- on hat.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem gleichzeitig mit der Ortung eine Aktualisierung und/oder Erstellung einer Referenzkarte (RM) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erfolgt, wobei basierend auf der bei der Ortung ermittelten Objektpo¬ sition (OP) die Schritte c) und d) durchgeführt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Referenzkarte (RM) auf einer zentralen Recheneinheit (SE) hinterlegt ist, wobei zumindest ein Teil der Referenzkarte
(RM) an das Objekt (0) übertragen wird und in dem Objekt (0) die Objektpositionen (OP) aus den Distanzmaßen, welche mit der Korrektur des zumindest einen Teils der Referenzkarte (RM) korrigiert werden, ermittelt werden und/oder wobei die am Standort des Objekts (0) ermittelten Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) an die zentrale Recheneinheit (SE) übermittelt wer¬ den, welche anschließend die Objektposition mit Hilfe der Re¬ ferenzkarte (RM) ermittelt und an das Objekt überträgt.
16. Vorrichtung zum rechnergestützten Erstellen und/oder Aktualisieren einer Referenzkarte (RM) für eine satellitenge¬ stützte Ortung eines Objekts (0), wobei in der Referenzkarte (RM) eine Korrektur für einen vorgegebenen Raumbereich hin- terlegt ist, mit der bei der Ortung eines Objekts (0) in dem vorgegebenen Raumbereich Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) korrigiert werden, aus denen die Objektposition ermittelt wird, wobei ein Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) aus einem Satelliten¬ signal eines Satelliten (Sl, S2, S3, S4) ermittelt wird, das über ein satellitengestütztes Empfangsgerät (1) am Standort des Objekts empfangen wird, und wobei das Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) die Distanz des Satelliten (Sl, S2, S3, S4) zum Objekt (0) repräsentiert, wobei die Vorrichtung ein oder mehre¬ re Mittel umfasst, mit denen im Betrieb der Vorrichtung:
a) mit einem satellitengestützten Empfangsgerät an einer
Mehrzahl von in dem vorgegebenen Raumbereich liegenden Standorten eines Objekts (0) jeweils aus empfangenen Sa¬ tellitensignalen die Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) ermit¬ telt werden und/oder diese Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) eingelesen werden;
b) eine Objektposition (OP) für einen jeweiligen Standort aus der Mehrzahl von Standorten vorgegeben wird;
c) aus der vorgegebenen Objektposition (OP) und den Satellitenpositionen (PI, P2, P3, P4) der Satelliten (Sl, S2, S3, S4), von denen die Satellitensignale am jeweiligen Standort empfangen werden, Distanzmaße (dir, d2r, d3r, d4r) rückgerechnet werden, welche der vorgegebenen Objektposition (OP) entsprechen;
d) basierend auf dem Unterschied zwischen den jeweiligen ermittelten und rückgerechneten Distanzmaßen (dl, d2, d3, d4, dir, d2r, d3r, d4r) die Korrektur für zumindest einen Teil des vorgegebenen Raumbereichs um die vorgegebene Ob¬ jektposition (OP) hinterlegt und/oder aktualisiert wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 mit der Vorrichtung durchführbar ist.
18. Vorrichtung zur satellitengestützten Ortung eines Objekts (0) , wobei die Ortung mit Hilfe einer Referenzkarte (RM) er¬ folgt, welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erstellt und/oder aktualisiert ist, wobei die Vorrich- tung ein oder mehrere Mittel umfasst, mit denen im Betrieb der Vorrichtung:
mit einem satellitengestützten Empfangsgerät (1) am Standort des Objekts (0) Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) aus Satellitensignalen von Satelliten (Sl, S2, S3, S4) ermittelt werden, wobei ein jeweiliges Distanzmaß (dl, d2, d3, d4) die Distanz eines Satelliten zum Objekt (0) repräsentiert ;
die Distanzmaße (dl, d2, d3, d4) mit der Korrektur der Referenzkarte (RM) korrigiert werden;
basierend auf den korrigierten Distanzmaßen die Objektposition ermittelt wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15 mit der Vorrichtung durchführbar ist.
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