WO2016135205A2 - Multipath erkennung mittels vergleich zweier unterschiedlicher gnss signalen - Google Patents

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WO2016135205A2
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    • G01S19/32—Multimode operation in a single same satellite system, e.g. GPS L1/L2

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a multipath effect in a GNSS receiver and to a system for a motor vehicle for carrying out such a method.
  • the term multipath is also known by the term multipath propagation.
  • the English term Multipath is used synonymously for the Mehrwegausbreitung. It describes the fact that a signal, eg. B. by a Sa ⁇ telliten, a receiver not only by the direct route, but also achieved indirectly after being previously reflected by an object in the area. This circumstance is not only applicable to satellite signals, but on any transferred by electromagnetic ⁇ wave signals, the effects in satellite navigation lead to particularly significant differences in the position determination. The deviations occur both in a constructive and in a destructive interference between the reflected and the original signal. It is therefore important to increase the precision in determining the position to identify such signals.
  • Position-based functions are becoming increasingly important in the field of motor vehicles. Due to the increasing demand for computational power coupled with low growth in computational power due to high cost pressure, a method is needed that allows the detection of multipath signals in a simple manner. It is therefore an object of the invention to provide a method or a system with which it is possible in a simple manner to detect whether a signal has reached a receiver in a direct or indirect way.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the invention is based on the idea of using the changes in the characteristic value to detect multipath effects on received signals.
  • Essential here is the assumption that the characteristic value in the normal case, ie without the influence of multipath effects, is essentially constant, but changes markedly due to the multipath effects. From the difference between the nominal value of the parameter and an ac- Therefore, the identification of multipath effects can be performed.
  • This characteristic value can be determined from at least two different signals. Without multipath effects on the signals, the characteristic value is and remains essentially constant and therefore corresponds to the nominal value of the parameter or the nominal characteristic value. If these characteristic values are determined on the basis of currently received signals that have been changed by multipath effects, the current characteristic value deviates from the constant nominal characteristic value. If the current characteristic value deviates substantially from the desired characteristic value value from two received signals, then the conclusion can be drawn that one of the two or both received signals has previously received or has received a reflection on an object. By continuously considering or determining the current characteristic value value from two currently received signals and comparing the current characteristic value value with the nominal characteristic value value, an influence of multipath effects can be determined for each pair of received signals.
  • the characteristic value can be formed, for example, from the ratio between an offset of the first signal to an offset of the second signal.
  • the offset is an offset in the running time measurement.
  • the nominal characteristic value must first be determined and present. It can remain open, by what means the nominal value of the parameter is determined and how often this is ak ⁇ tualinstrument. Once the desired characteristic value is determined, it can be assumed to be constant at least for a certain period of time.
  • An essential condition is that the received signals or such a signal pair infer a conclusion on the same Enable measured value, but represent independent signals.
  • Such a reading can z.
  • B. the duration of the signals with respect to the same time at which the signals were sent from a satellite.
  • the signals thus allow the receiver to determine the same measured value in two different ways. It is thus possible, for example, to carry out a run-time measurement independent of the other signal for each signal in order to be able to determine whether both signals provide approximately the same result.
  • the signals preferably have different carrier signals or carrier frequencies.
  • An example of signals of different carrier frequencies are signals at LI, L2 or L5 frequencies.
  • the method is applicable to a large number of global satellite navigation systems that are common today, such as GPS, Galileo, Glonass and BeiDou.
  • the inventive method is further developed in that the characteristic value value comprises an atmospheric error in the signals.
  • the characteristic value takes into account the reception delay of the signals caused by the troposphere and ionosphere. It is therefore particularly preferable to use the deviation of the propagation time of the signals due to atmospheric influences as characteristic value.
  • the calculation of atmospheric influences on the runtime is usually present in GNSS receivers in road vehicles, so that no additional computational effort is necessary here.
  • the adjustment of the current characteristic value with the setpoint described here can be realized with little computational effort.
  • it is for using the method in a road motor vehicle particularly advantageous, since the assumption of the constant setpoint applies within a limited ⁇ limited circle of motion with sufficiently high accuracy.
  • the method according to the invention is further developed by redetermining the nominal value of the parameter after the expiry of a predefined period, upon occurrence of a predefined event or in the event of environmental changes. This ensures that the setpoint stays as up to date as possible.
  • the method according to the invention is further developed in that the characteristic value value exceeds a predefined upper and lower threshold value.
  • an extension of the driving Ver ⁇ is the effect that the upper and lower threshold value is determined relatively with respect to the target value of the parameter or an absolute value.
  • the period under consideration may be limited to the number of one or a few data or samples. It could also be in the range of fractions of a second, for example. .
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention takes into account a deviation in which the characteristic value value exceeds a first tolerance range within a predefined period of time.
  • the period to be applied here is substantially greater than the period of the aforementioned embodiment.
  • the time range could be in the range of several seconds.
  • the duration of 5 seconds has proven to be advantageous in initial tests.
  • the foregoing development of he ⁇ inventive method is combined with the fact that is taken into ⁇ into account whether the change over time of the characteristic variable or the difference or deviation of the parameter has a tendency. In this way, cumbersome effects (drift) caused by multipath can be recognized, which otherwise could remain within a tolerable deviation due to the small amplitude of the deviation.
  • drift cumbersome effects
  • the method according to the invention is advantageously further developed by setting the first tolerance range in relation to or dependent on a measured value from the first and / or second signal.
  • the amount of deviation over the period of time can thus be flexibly adapted to a respective signal value in order to adapt the sensitivity of the multipath detection.
  • an advantageous embodiment of the method according to the invention also includes a deviation in which the characteristic value value exceeds a second tolerance range.
  • the second tolerance range is set with respect to the signal strength of the first and / or the second signal. In this way, an influence of Multipath on the noise behavior of the signals are better taken into account.
  • the inventive method is further developed in that the signals differ by their carrier frequency.
  • the method according to the invention is further developed in that the signals differ by their modulation frequency.
  • the inventive method is further developed in that a C / A signal and a P / Y signal with ⁇ each other are compared.
  • the method according to the invention is further developed in that after detecting a multipath effect, the received GNSS signals are marked as faulty.
  • the object is further achieved according to a second aspect of the invention relating to a system for a motor vehicle for receiving satellite signals for determining the self-position of the vehicle and for carrying out a method according to one of the aforementioned embodiments, wherein the receiver is adapted to receive signals of different frequencies and process.
  • the system it is preferably a Sensorfu ⁇ sion system for combining a plurality of sensor data having different output sizes.
  • Fig. 1 is a block diagram of a system according to the invention for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows an exemplary representation of a running time measurement of a signal.
  • Kenniere- 3b an exemplary representation of the Kenniere- 3b mood based on the running time measurement of two signals.
  • Figure 1 shows an embodiment of a system 1 according to the invention comprising a receiver or multi-frequency receiver A, which is designed to receive two different independent signals Sl, S2 at different frequencies fl, f2.
  • a multi-frequency receiver A is known from the prior art as far as possible.
  • the selection of the signals to be considered may be dependent on the receiver and the availability of the signals.
  • FIG. 2 shows the alignment of 3 phase-shifted replicas to a received signal S, namely leading E, _
  • the phase shift from Prompt to the other replicas Early and Late is one nav chip length each, which corresponds to 10ms for a C / A code and 1ms for a P / Y code.
  • the illustration in FIG. 2 shows by what time the replicas Early and Late must be shifted so that they match the received signal S. This results in the running time measurement with a duration of t2 at the correlation maximum korr_max. If one now receives not just one signal but two signals S1, S2 and determines the distance to the satellite or the signal propagation time measurement for both signals with respect to the same time, for example C / A and P / Y code, the results should be approximately be identical, since both signals Sl, S2 should have the same distance to the satellite at the same time.
  • Reflections have a slightly different effect on the different signals. Due to different sampling rates and resolutions, influences due to different measuring methods are added.
  • a signal distorted by multipath would have the time t2 at which the replica signal prompt reaches the correlation maximum korr_max with the received signal to shift by a certain value to t2 ⁇ , for example 5% of the Nav chip length.
  • FIGS. 3a and 3b show the correlation peak and thus the signal propagation time for the signals S1 and S2.
  • FIG. 3a shows the offset of both signals under ideal conditions and thus forms the desired value of the parameter.
  • the propagation delay of both signals is slightly different - signal S2 is on the Kochtra ⁇ gungsweg delayed more (. For example by the ionosphere) - results in an offset to one another both signals.
  • FIG. 3b shows how the current characteristic value value changes when multipath is present, which has different effects on the two signals due to different signal properties.
  • Signal Sl and S2 are both delayed by the multipath, but signal S2 is more delayed like Sl.
  • the nominal value of the parameter would then be the difference or the offset in the transit time measurement between the two signals S1, S2, preferably minus the respective distortion, the transit times due to atmospheric factors.
  • the current characteristic value would then be determined on the basis of the currently received signals, one of which may then be corrupted by multipath.
  • the normal nominal value of the parameter could, for example, have an offset of 5 m between the signals. If the current characteristic value value, ie offset for a signal pair jumps to 15 m, then it can be assumed that there is a multipath effect.
  • the Difference between the two signals can also be determined in other units, for example in nav chip lengths.
  • the influence of atmospheric disturbance effects can be determined from the received signals.
  • This size can also be used as a parameter. It takes u. a. the influence of the ionosphere and troposphere on the refraction and absorption of the signals.
  • the parameter depends largely on several factors in the ionosphere and troposphere, such as. As time of day, humidity, temperature, cloud density, etc. and can be assumed to be constant over a period of time. Based on this assumption, the nominal value of the parameter can also be used as a constant offset. If one subtracts the setpoint from the current characteristic value or the current atmospheric offset, a residual difference remains that is not due to atmospheric conditions and is due to multipath effects. The difference value thus determined is thus also suitable for recognizing different types of deviation due to multipath.
  • a parameter within the meaning of the invention is thus preferably an offset between the received signals, which generally has a constant value and can have different deviations from the desired value due to multipath.
  • the system 1 For the comparison between the desired value and the current characteristic value, the system 1 has a computing unit C which determines the difference ⁇ from the two variables. Furthermore, the system has a plurality of comparison units 20, 30, 40, which are suitable for detecting one-off creeping multipath effects or an influence on multipath-changed noise behavior of the signals on the basis of the difference ⁇ .
  • the first comparison unit 20 compares the difference ⁇ with respect to upper and lower threshold values s_max, s_min.
  • the thresholds may be set relative to the set point of the characteristic or to an absolute value.
  • the second comparison unit 30 checks whether there is a slow or creeping change in the difference ⁇ .
  • a period t_D is defined in which the difference ⁇ must remain within a tolerance range D.
  • the current characteristic value for example the offset in the transit time ⁇ measurement, could change within several seconds by several millimeters per second.
  • the tolerance range defined for a time period or window assures that such drifts are detected.
  • the comparison unit 40 considers whether the multipath has a negative effect on the noise behavior. For this purpose, a further tolerance range D_r is introduced, which is set as a function of the signal strength.
  • the invention has the advantage that the computational effort for the detection of multipath effects is relatively low, since it is only necessary to determine the current characteristic value from the two signals and to compare it with an essentially constant nominal characteristic value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Multipath Effektes bei einem GNSS Empfänger (A), der ausgebildet ist unterschiedliche Signale von einem GNSS Satelliten zu empfangen, und eine aus unmittelbar empfangenen Signalen ermittelte Kenngröße (K_c) mit einem im Wesentlichen konstanten Sollwert umfasst, aufweisend die Schritte: -Empfangen mindestens zweier voneinander unabhängigen Signale (S1, S2), -Ermitteln eines aktuellen Kenngrößenwertes (K) aus zumindest dem ersten und dem zweiten Signal (S1, S2), -Bewerten des Kenngrößenwertes in Bezug auf den Sollwert, und -Erkennen eines Multipath Effektes, wenn der Kenngrößenwert (K) eine Abweichung (ΔK) aufweist, die vom vorbekannten Sollwert abweicht.

Description

Beschreibung
Multipath Erkennung mittels Vergleich zweier unterschiedlicher GNSS Signalen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Multipath Effektes bei einem GNSS Empfänger sowie ein System für ein Kraftfahrzeug zum durchführen eines solchen Verfahrens. Der Begriff Multipath ist unter anderem auch unter dem Begriff Mehrwegausbreitung geläufig. Hiernach wird der englische Begriff Multipath synonym für die Mehrwegausbreitung verwendet. Es beschreibt den Umstand, dass ein Signal, z. B. von einem Sa¬ telliten, einen Empfänger nicht nur auf dem direkten Wege, sondern auch indirekt erreicht, nachdem es vorher an einem Objekt in der Umgebung reflektiert wurde. Dieser Umstand ist nicht nur auf Satellitensignale, sondern auf jegliche mittels elektro¬ magnetischer Wellen übertragenen Signale anwendbar, wobei die Auswirkungen in der Satellitennavigation zu besonders deutlichen Abweichungen in der Positionsbestimmung führen . Die Abweichungen treten sowohl bei einer konstruktiven als auch bei einer destruktiven Interferenz zwischen dem reflektierten und dem ursprünglichen Signal auf. Es ist daher zur Erhöhung der Präzision bei der Positionsbestimmung wichtig, solche Signale zu identifizieren.
Im Anwendungsfeld der Kraftfahrzeuge gewinnen positionsbasierte Funktionen zunehmend an Bedeutung. Aufgrund des steigenden Bedarfs an Rechenleistung bei im Verhältnis dazu schwachem Zuwachs an Rechenleistung aufgrund eines hohen Kostendrucks bedarf es ein Verfahren, das auf eine einfache Weise die Erkennung von Multipath Signalen ermöglicht. Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Verfahren oder ein System aufzuzeigen, womit es auf einfache Weise möglich ist zu erkennen, ob ein Signal auf direktem oder auf indirektem Wege einen Empfänger erreicht hat.
Die Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst mittels eines Verfahrens der eingangs genannten Art, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausführungs¬ formen sind Gegenstand der Unteransprüche, die durch Bezugnahme ausdrücklich zum Inhalt der Beschreibung gemacht werden.
Es wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen mittels eines Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) Empfängers unterschiedliche Signale von einem GNSS Satelliten zu empfangen, wobei der GNSS Empfänger eine aus unmittelbar empfangenen Signalen ermittelte Kenngröße mit einem im Wesentlichen konstanten Sollwert umfasst, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Empfangen mindestens zweier voneinander unabhängigen, vorzugsweise auf einen Messwert basierende Signale,
Ermitteln eines aktuellen Kenngrößenwertes aus zumindest dem ersten und dem zweiten Signal,
Bewerten des Kenngrößenwertes in Bezug auf den Sollwert, und
Erkennen eines Multipath Effektes, wenn der Kenngrößenwert eine Abweichung aufweist, die vom vorbekannten Sollwert ab¬ weicht .
Die Erfindung basiert auf den Grundgedanken, die Veränderungen des Kenngrößenwertes dazu zu verwenden, um Multipath-Effekte auf empfangene Signale zu erkennen. Wesentlich ist hierbei die Annahme, dass der Kennwert im Normalfall , d. h. ohne Einfluss von Multipath Effekten, im Wesentlichen konstant ist, sich aber aufgrund der Multipath Effekte merkbar verändert. Aus der Differenz zwischen dem Sollwert der Kenngröße und einem ak- tuellen ermittelten Kenngrößenwert kann daher die Erkennung vom Multipath Effekten durchgeführt werden.
Dieser Kenngrößenwert ist aus mindestens zwei unterschiedlichen Signalen ermittelbar. Ohne Multipath-Effekte auf die Signale ist und bleibt der Kenngrößenwert im Wesentlichen konstant und entspricht daher dem Sollwert der Kenngröße bzw. dem Soll-Kenngrößenwert. Ermittelt man diese Kenngrößenwerte auf Basis von aktuell empfangenen Signalen, die durch Multipath Effekte verändert wurden, weicht der aktuelle Kenngrößenwert von dem konstanten Soll-Kenngrößenwert ab. Weicht der aktuelle Kenngrößenwert aus zwei empfangenen Signalen wesentlich vom Soll-Kenngrößenwert ab, so kann daraus die Folgerung gezogen werden, dass eines der beiden oder beide empfangenen Signale vorher eine Reflektion an einem Objekt erfahren hat bzw. haben. Durch kontinuierliche Betrachtung oder Ermittlung des aktuellen Kenngrößenwertes aus zwei aktuell empfangenen Signalen und dem Vergleich des aktuellen Kenngrößenwertes mit dem Soll-Kenngrößenwert kann für jedes Paar von empfangenen Signalen ein Einfluss von Multipath Effekten festgestellt werden. Der Kenngrößenwert kann beispielsweise aus dem Verhältnis zwischen einem Offset des ersten Signals zu einem Offset des zweiten Signals gebildet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Offset um einen Offset in der LaufZeitmessung .
Der Soll-Kenngrößenwert muss zunächst ermittelt werden und vorliegen. Es kann dabei offen bleiben, auf welchem Wege der Sollwert der Kenngröße ermittelt wird und wie oft dieser ak¬ tualisiert wird. Sobald der Soll-Kenngrößenwert ermittelt ist, kann dieser zumindest für einen gewissen Zeitraum als konstant angenommen werden.
Eine wesentliche Voraussetzung ist, dass die empfangenen Signale bzw. ein solches Signalpaar einen Rückschluss auf denselben Messwert ermöglichen, jedoch voneinander unabhängige Signale darstellen. Ein solcher Messwert kann z. B. die Laufzeit der Signale mit Bezug auf denselben Zeitpunkt sein, zu dem die Signale von einem Satelliten abgesendet wurden. Die Signale ermöglichen dem Empfänger somit den gleichen Messwert auf zwei unterschiedliche Wege zu ermitteln. So ist es bspw. möglich für jedes Signal eine vom anderen Signal unabhängige LaufZeitmessung durchzuführen, um feststellen zu können, ob beide Signale in etwa das gleiche Ergebnis liefern.
Vorzugsweise weisen die Signale unterschiedliche Trägersignale oder Trägerfrequenzen auf. Ein Beispiel für unterschiedliche Trägersignale im Anwendungsbereich von Navigationssatelliten sind z. B. C/A Code Signale und P/Y Code Signale. Ein Beispiel Signale unterschiedlicher Trägerfrequenzen sind Signale auf LI, L2 oder L5 Frequenzen.
Das Verfahren ist auf eine Vielzahl von heute gängigen Globalen Satelliten Navigationssystemen anwendbar, wie bspw. GPS, Ga- lileo, Glonass und BeiDou.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass der Kenngrößenwert einen atmosphärisch bedingten Fehler in den Signalen umfasst. Der Kenngrößenwert berücksichtigt, die durch die Troposphäre und Ionosphäre verursachten Empfangsverzögerung der Signale. Besonders bevorzugt ist es daher die Abweichung der Laufzeit der Signale aufgrund atmosphärischer Einflüsse als Kennwert zu verwenden. Die Berechnung von atmosphärisch bedingten Einflüssen auf die Laufzeit liegt in GNSS Empfängern in Straßenkraftfahrzeugen in der Regel vor, so dass hier kein zusätzlicher Rechenaufwand notwendig ist. Der Abgleich des aktuellen Kenngrößenwertes mit dem hier beschriebenen Sollwert ist mit geringem Rechenaufwand realisierbar. Zudem ist es für die Verwendung des Verfahrens in einem Straßenkraftfahrzeug besonders vorteilhaft, da sich die Annahme des konstanten Sollwertes auf innerhalb eines be¬ schränkten Bewegungskreises mit ausreichend hoher Genauigkeit zutrifft .
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass der Sollwert der Kenngröße nach Ablauf einer vordefinierten Periode, bei Eintreten eines vordefinierten Ereignisses oder bei Umweltänderungen neu ermittelt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Sollwert möglichst aktuell bleibt.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass der Kenngrößenwert einen vordefinierten oberen und unteren Schwellenwert übersteigt.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Erweiterung des Ver¬ fahrens dahingehend, dass der obere und untere Schwellenwert relativ in Bezug auf den Sollwert der Kenngröße oder auf einen absoluten Wert festgelegt wird.
Darüber hinaus beinhaltet eine besonders vorteilhafte Wei¬ terbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass eines der Schwellenwerte im Wesentlichen ohne Vorlauf überschritten wird, d. h. der Wert der Kenngröße sich schlagartig bzw. augenblicklich ändert und eines der Schwellenwerte überschreitet. Auf diese Weise ist ein deutlicher aber möglicherweise vereinzelt auf¬ tretender Einfluss des Multipath Effektes erkennbar. Der zu betrachtende Zeitraum kann beispielsweise auf die Anzahl einer oder einiger Daten oder Samples eingeschränkt sein. Es könnte beispielsweise auch im Bereich von Bruchteilen einer Sekunde liegen . ,
b
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt eine Abweichung, bei welcher der Kenngrößenwert innerhalb eines vordefinierten Zeitraums einen ersten Toleranzbereich überschreitet. Der hier anzuwendende Zeitraum ist wesentlich größer als der Zeitraum der vorgenannten Ausführungsform. Der Zeitbereich könnte beispielsweise im Bereich von mehreren Sekunden liegen. Die Dauer von 5 Sekunden hat sich in ersten Tests als vorteilhaft erwiesen. Vorteilhafterweise wird die vorgehende Weiterbildung des er¬ findungsgemäßen Verfahrens damit kombiniert, dass berück¬ sichtigt wird, ob die zeitliche Änderung der Kenngröße bzw. der Differenz oder Abweichung der Kenngröße eine Tendenz aufweist. Auf diese Weise sind durch Multipath verursachte schleichende Effekte (Drift) erkennbar, die aufgrund der geringen Amplitude der Abweichung sonst innerhalb einer tolerierbaren Abweichung bleiben könnten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei vorteilhafter wei- terbildet, indem der erste Toleranzbereich in Bezug auf oder abhängig von einem Messwert aus dem ersten und / oder zweiten Signal eingestellt wird. Die Höhe der Abweichung über den Zeitraum kann auf diese Weise flexibel an einen jeweiligen Signalwert angepasst werden, um die Sensibilität der Multipath Erkennung anzupassen.
Ferner umfasst eine vorteilhafte Ausführung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens auch eine Abweichung, bei welcher der Kenngrößenwert einen zweiten Toleranzbereich überschreitet.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei das erfindungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass der zweite Toleranzbereich in Bezug auf die Signalstärke des ersten und / oder des zweiten Signals eingestellt wird. Auf diese Weise kann ein Einfluss von Multipath auf das Rauschverhalten der Signale besser berücksichtigt werden.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass die Signale sich durch ihre Trägerfrequenz unterscheiden .
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass die Signale sich durch ihre Modulati- onsfrequenz unterscheiden.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass ein C/A Signal und ein P/Y Signal mit¬ einander verglichen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft das erfindungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass ein LI Signal und ein L2 bzw. L5 Signal oder andere Kombinationen der Trägerfrequenzen eines GNSS miteinander verglichen werden.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass nach Erkennen eines Multipath Effektes die empfangenen GNSS Signale als fehlerhaft markiert werden. Die Aufgabe wird ferner gelöst gemäß eines zweiten Aspektes der Erfindung betreffend ein System gemäß für ein Kraftfahrzeug zum Empfangen von Satellitensignalen zur Bestimmung der Eigenposition des Fahrzeugs und zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ausführungsformen, wobei der Empfänger ausgebildet ist, Signale unterschiedlicher Frequenzen zu empfangen und zu verarbeiten. Bei dem System handelt es sich vorzugsweise um ein Sensorfu¬ sionssystem zum zusammenführen einer Vielzahl von Sensordaten mit unterschiedlichen Ausgangsgrößen. Die Erfindung wird nachfolgend Anhand eines Ausführungsbeispiels und von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 2 eine exemplarische Darstellung einer LaufZeitmessung eines Signals.
Fig. 3a, eine exemplarische Darstellung der Kenngrößenbe- 3b Stimmung anhand der LaufZeitmessung zweier Signale.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 1 umfassend einen Empfänger oder Mehrfrequenzempfänger A, der dazu ausgelegt ist zwei unterschiedliche voneinander unabhängige Signale Sl, S2 auf unterschiedlichen Frequenzen fl, f2 zu empfangen. Ein solcher Mehrfrequenzempfänger A ist aus dem Stand der Technik weitestgehend bekannt. Die Auswahl der zu betrachtenden Signale kann in Abhängigkeit vom Empfänger und von der Verfügbarkeit der Signale erfolgen. Vorteilhaft ist jedoch die Verwendung zweier Signale, die sich durch ihre Trägerfrequenz, Modulationsfrequenz und / oder Signaltyp, bspw. C/A und P/Y Signal unterscheiden. Es ist auch möglich mehr als zwei Signale zur Multipath Auswertung zu verwenden .
Figur 2 zeigt den Abgleich von 3 Phasenverschobenen Repliken zu einem empfangenen Signal S, nämlich voreilend E (Early) , _
y zeitgleich P (Prompt) und nacheilend L (Late) . Auf der Abszisse ist die Zeitverschiebung aufgetragen, wobei der Nullpunkt den Anfang der Zeitmarke des Empfängers abbildet. Nachfolgend werden der Kürze der Begriffe halber die in der Wissenschaft gängigen englischen Begriffe für die Repliksignale verwendet.
Die Phasenverschiebung von Prompt zu den anderen Repliken Early und Late beträgt jeweils eine Nav-Chiplänge, was bei einem C/A Code 10ms und bei einem P/Y Code 1ms entspricht. Die Darstellung in Figur 2 zeigt, um welche Zeit die Repliken Early und Late verschoben werden müssen, damit sie mit dem empfangenen Signal S übereinstimmen. Hieraus ergibt sich die LaufZeitmessung mit einer Dauer von t2 beim Korrelationsmaximum korr_max. Empfängt man nun nicht nur ein Signal sondern zwei Signale Sl, S2 und ermittelt hierfür die Entfernung zum Satelliten bzw. die Signallaufzeitmessung für beide Signale in Bezug zum selben Zeitpunkt, bspw. C/A und P/Y Code, so sollten die Ergebnisse in etwa identisch sein, da beide Signale Sl, S2 zum gleichen Zeitpunkt die gleiche Entfernung zum Satelliten aufweisen sollten .
Reflektionen wirken sich bei den unterschiedlichen Signalen leicht unterschiedlich aus. Aufgrund anderer Abtastraten und Auflösungen kommen noch Einflüsse durch unterschiedliche Messmethoden hinzu.
Ein durch Multipath verzerrtes Signal hätte daher zufolge, dass sich der Zeitpunkt t2 zu dem das Repliksignal Prompt mit dem empfangenen Signal das Korrelationsmaximum korr_max erreicht, sich um einen gewissen Wert zu t2 λ verschiebt, bspw. 5% der Nav-Chiplänge. Eine solche Verschiebung hätte zur Folge, dass der Multipath-Einfluss auf ein Signal gemäß dem C/A Code 500ys = 149500m und auf den P/Y Code jedoch nur 50ys = 14950m betragen würde. Da die Entfernung zwischen C/A und P/Y in etwa identisch sein sollten, aber in diesem Beispielfall 135 km voneinander abweichen, kann über das Verfahren der Multipath erkannt werden. Figur 3a und 3b zeigen den Korrelationspeak und damit die Signallaufzeit, für die Signale Sl und S2.
Figur 3a zeigt den Offset beider Signale unter idealen Bedingungen und bildet damit den Sollwert der Kenngröße. Da aufgrund unterschiedlicher Signaleigenschaften (z.B.: unterschiedlicher Frequenzen) die Signallaufzeit beider Signale leicht unterschiedlich ist - Signal S2 wird auf dem Übertra¬ gungsweg (z. B. durch die Ionosphäre) stärker verzögert - ergibt sich ein Offset beider Signale zueinander.
Figur 3b zeigt wie sich der aktuelle Kenngrößenwert verändert, wenn Multipath vorliegt, der sich aufgrund unterschiedlicher Signaleigenschaften unterschiedlich auf die beiden Signale auswirkt. Signal Sl und S2 werden beide durch den Multipath verzögert, jedoch wird Signal S2 stärker verzögert wie Sl.
Es ist also möglich aus dem veränderten Offset zwischen den beiden Signalen Sl und S2 einen Multipath Effekt zu erkennen. Der Sollwert der Kenngröße wäre dann die Differenz bzw. der Offset in der LaufZeitmessung zwischen den beiden Signalen Sl, S2, vorzugsweise abzüglich der jeweiligen Verzerrung die Laufzeiten durch atmosphärische Faktoren. Der aktuelle Kenngrößenwert wäre dann auf Basis der aktuell empfangenen Signale zu ermitteln, wovon eines dann durch Multipath verfälscht sein kann.
Der normale Sollwert der Kenngröße könnte bspw. einen Offset von 5m zwischen den Signalen aufweisen. Wenn der aktuelle Kenngrößenwert, d. h. Offset bei einem Signalpaar auf 15m springt, so ist davon auszugehen, dass ein Multipath Effekt vorliegt. Die Differenz zwischen den beiden Signalen kann auch in anderen Einheiten ermittelt werden, bspw. in Nav-Chiplängen .
Ein weiteres Beispiel für eine Kenngröße ist nachfolgend be- schrieben. Mittels Mehrfrequenzempfängern kann aus den empfangenen Signalen der Einfluss atmosphärischer Störeffekte ermittelt werden. Diese Größe kann ebenfalls als Kenngröße verwendet werden. Es berücksichtigt u. a. den Einfluss der Ionosphäre und Troposphäre auf die Brechung und Absorption der Signale. Die Kenngröße hängt größtenteils von mehreren Faktoren in der Ionosphäre und Troposphäre ab, wie z. B. Tageszeit, Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Wolkendichte, etc. und kann über einen gewissen Zeitraum als konstant angenommen werden. Aufgrund dieser Annahme kann der Sollwert der Kenngröße auch als kon- stanter Offset verwenden werden. Subtrahiert man den Sollwert vom aktuellen Kenngrößenwert bzw. dem aktuellen atmosphärischen Offset, so verbleibt eine Restdifferenz die nicht atmosphärisch bedingt ist und auf Multipath Effekte zurückzuführen ist. Der so ermittelte Differenzwert eignet sich somit auch dazu unter- schiedliche Abweichungstypen aufgrund Multipath zu erkennen.
Eine Kenngröße im Sinne der Erfindung ist somit vorzugsweise ein Offset zwischen den empfangenen Signalen, der in der Regel einen konstanten Wert aufweist und durch Multipath unterschiedliche Abweichungen vom Sollwert aufweisen kann.
Für den Vergleich zwischen dem Sollwert und dem aktuellen Kenngrößenwert weist das System 1 eine Recheneinheit C auf, die die Differenz ΔΚ aus den beiden Größen ermittelt. Ferner weist System mehrere Vergleichseinheiten 20, 30, 40 auf, die dazu geeignet sind einmalige, schleichende Multipath-Effekte oder einen Einfluss auf durch Multipath verändertes Rauschverhalten der Signale anhand der Differenz ΔΚ zu erkennen. Die erste Vergleichseinheit 20 vergleicht die Differenz ΔΚ in Bezug auf einen oberen und unteren Schwellenwert s_max, s_min. Die Schwellenwerte können relativ in Bezug auf den Sollwert der Kenngröße oder in Bezug auf einen absoluten Wert festgelegt werden. Überschreitet die Differenz ΔΚ eines dieser Schwel¬ lenwerte s_max, s_min, so ist festzustellen, dass eines der Signale Sl, S2 den Empfänger nicht auf direktem Wege erreicht hat und somit fehlerhaft ist und zu verwerfen ist. Auf diese Weise ist es möglich einzelne Ausreißer im Kenngrößenwert aufgrund von Multipath Effekten zu erkennen.
Die zweite Vergleichseinheit 30 überprüft, ob eine langsame bzw. schleichende Veränderung der Differenz ΔΚ vorliegt. Hierzu wird eine Zeitraum t_D definiert, in der die Differenz ΔΚ innerhalb eines Toleranzbereiches D bleiben muss. Auf diese Weise ist ein sogenannter Drift der Signale durch Multipath erkennbar. Der aktuelle Kenngrößenwert, bspw. die Offset in der Laufzeit¬ messung, könnte sich innerhalb von mehreren Sekunden um mehrere Millimeter pro Sekunde verändern. Der für einen Zeitraum bzw. Zeitfenster festgelegte Toleranzbereich stellt sicher, dass solche Drifts erkannt werden.
Die Vergleichseinheit 40 berücksichtigt, ob der Multipath auf das Rauschverhalten eine negative Wirkung hat. Hierzu wird ein weiterer Toleranzbereich D_r eingeführt, der in Abhängigkeit von der Signalstärke eingestellt wird.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Rechenaufwand zur Erkennung von Multipath Effekten relativ gering ist, da es lediglich erforderlich ist den aktuellen Kenngrößenwert aus den beiden Signalen zu ermitteln und mit einem im Wesentlichen Konstanten Soll-Kenngrößenwert zu vergleichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen eines Multipath Effektes bei einem GNSS Empfänger (A) , der ausgebildet ist unterschiedliche Signale von einem GNSS Satelliten zu empfangen, und eine aus unmittelbar empfangenen Signalen ermittelte Kenngröße (K_c) mit einem im Wesentlichen konstanten Sollwert umfasst, aufweisend die Schritte:
Empfangen mindestens zweier voneinander unabhängigen Signale (Sl, S2),
Ermitteln eines aktuellen Kenngrößenwertes (K) aus zumindest dem ersten und dem zweiten Signal (Sl, S2), Bewerten des Kenngrößenwertes in Bezug auf den Sollwert, und
- Erkennen eines Multipath Effektes, wenn der Kenngrö¬ ßenwert (K) eine Abweichung (ΔΚ) aufweist, die vom vorbekannten Sollwert abweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kenngrößenwert einen atmosphärisch bedingten Fehler in den Signalen umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sollwert der Kenngröße (K_c) nach Ablauf einer vordefinierten Periode, bei Eintreten eines vordefinierten Ereignisses oder bei Umwelt- änderungen neu ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abweichung (ΔΚ) umfasst, dass der Kenngrößenwert einen vordefinierten oberen und unteren Schwellenwert (s_max, s_min) übersteigt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abweichung (ΔΚ) umfasst, dass der Kenngrößenwert innerhalb eines vordefinierten Zeitraums (t_D) einen ersten Toleranzbereich (D) überschreitet.
6. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die zeitliche Änderung der Kenngröße (ΔΚ) eine Tendenz aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei der erste Toleranzbereich (D) in Bezug auf einen Messwert aus dem ersten und / oder zweiten Signal eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abweichung umfasst, dass der Kenngrößenwert einen zweiten Toleranzbereich (D_r) überschreitet. 9. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der zweite Toleranzbereich in Bezug auf die Signalstärke des ersten und / oder des zweiten Signals eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Signale sich durch ihre Trägerfrequenz unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein GNSS LI Signal und ein L2 bzw. L5 Signal oder andere Kombinationen der Trägerfrequenzen miteinander verglichen werden .
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Signale sich durch ihre Modulationsfrequenz unterscheiden.
13. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei ein C/A Signal und ein P/Y Signal miteinander verglichen werden. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach Erkennen eines Multipath Effektes die empfangenen GNSS Signale als fehlerhaft markiert werden.
System (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Empfänger (A) zum Empfangen von Satellitensignalen zur Bestimmung einer Eigenposition und zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Empfänger ausgebildet ist, Signale unterschiedlicher Frequenzen zu empfangen und zu verarbeiten.
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