DE102011051100A1

DE102011051100A1 - Verfahren und Referenzgerät zur Bereitstellung von Korrektursignalen für ein Satelliten gestütztes Positionsbestimmungssystem

Info

Publication number: DE102011051100A1
Application number: DE102011051100A
Authority: DE
Inventors: Klaus David; Alexander Flach
Original assignee: Universitaet Kassel
Current assignee: Universitaet Kassel
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Das Verfahren zum Bereitstellen von Korrektursignalen (4) für mobile Endgeräte (3) eines Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems, zeichnet sich dadurch aus, dass ein mobiles Referenzgerät (10) seine Position zum einen mittels des Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems in Form von ersten Positionsdaten (P1) und zum anderen mittels mindestens einer weiteren Einrichtung zur Positionsbestimmung (13) in Form von zweiten Positionsdaten (P2) ermittelt und dass das mobile Referenzgerät (10) anhand eines Vergleichs der ersten und zweiten Positionsdaten (P1, P2) Korrekturdaten (K) für das Satelliten gestützte Positionsbestimmungssystem erstellt und als ein Korrektursignal (4) über einen drahtlosen Kommunikationskanal bereitgestellt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein mobiles Referenzgerät, das zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Korrektursignalen für mobile Endgeräte eines Satelliten gestützten Systems zur Positionsbestimmung und ein Referenzgerät, mit dem derartige Korrektursignale bereitgestellt werden.
Es sind verschiedene Satelliten gestützte Positionsbestimmungssysteme, auch als Positionierungssysteme bezeichnet, bekannt, zum Beispiel das Global Positioning System (GPS), das GLONASS-System (Global Orbiting Navigation Satellite System) und das LORAN-C System (LOng RAnge Navigation), von denen das GPS-System das am weitesten verbreitete System ist. Ursprünglich für eine militärische Nutzung konzipiert, werden diese Systeme inzwischen vielfältig auch zivil genutzt, insbesondere bei Navigationssystemen in Kraftfahrzeugen sowie Ortungs- und Positionsbestimmungssystemen in der neueren Generation von Mobiltelefonen, den sogenannten Smartphones.
Die grundsätzlich sehr hohe Genauigkeit bei der Positionsbestimmung durch solche Satelliten gestützten Positionierungssysteme kann in der Praxis häufig nicht erreicht werden, da die Laufzeit der von den Satelliten ausgesandten Funksignale, auf der die Positionsbestimmung beruht, durch atmosphärische Störungen verändert sein kann. Auch Reflexion und Streuung der Funksignale an Gebäuden sowie eine Abschattung durch Gebäude kann die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung nachteilig beeinflussen. Zudem werden von den Betreibern der Satelliten absichtlich Fehler in die ausgesandten Funksignale eingebracht, um die maximale erreichbare Genauigkeit den militärischen Nutzern vorzubehalten.
Zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung ist bekannt, ortsfeste Referenzstationen an genau bekannten Positionen am Boden zu stationieren, die eine Positionsbestimmung mit Hilfe des Satelliten gestützten Positionierungssystems durchführen und die von ihnen ermittelte Position mit ihrer eigenen, ihnen bekannten tatsächlichen Position vergleichen. Aus dem Unterschied zwischen der ermittelten und der tatsächlichen Position wird ein Korrektursignal erzeugt und ausgestrahlt. Entsprechend eingerichtete Empfänger (Endgeräte) eines Satelliten gestützten Positionierungssystems können das Korrektursignal empfangen und mit seiner Hilfe ihre eigene Position genauer bestimmen.
Beim GPS-System ist dieses Verfahren als D-GPS (Differential Global Positioning System) bekannt. Neben permanent eingerichteten Referenzstationen, beispielsweise dem DCF42-Korrektursender in Mainflingen oder den Sendestationen des Funknavigationssystems LORAN-C, die parallel zu einem Positionierungssignal auch die D-GPS Informationen aussenden, sind auch temporäre Referenzstationen bekannt. Letztere werden beispielsweise zur Erhöhung der Positionierungsgenauigkeit bei Satelliten gestützten Landwirtschaftssystemen eingesetzt werden.
Die mit Hilfe der Korrekturdaten erreichbare Genauigkeitssteigerung ist umso größer, je näher sich das mobile Endgerät an der Referenzstation befindet. Die Anzahl und Flächendichte der Referenzstationen ist jedoch relativ klein, so dass eine flächendeckende Versorgung mit Korrekturdaten entweder gar nicht gegeben ist oder dass nur ein Korrektursignal einer entfernten Referenzstation verfügbar ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen von Korrekturdaten der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich auf eine unaufwendige Art und Weise die Versorgung mit Korrekturdaten für mobile Endgeräte eines Satelliten gestützten Systems zur Positionsbestimmung verbessern lässt. Es ist eine weitere Aufgabe, ein entsprechendes Gerät zur Bereitstellung der Korrekturdaten anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren bzw. ein Referenzgerät mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch aus, dass ein seinerseits mobiles Referenzgerät seine Position zum einen mittels des Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems in Form von ersten Positionsdaten und zum anderen mittels mindestens einer weiteren Einrichtung zur Positionsbestimmung in Form von zweiten Positionsdaten ermittelt. Anhand eines Vergleichs der so bestimmten ersten und zweiten Positionsdaten werden Korrekturdaten für das Satelliten gestützte Positionsbestimmungssystem erstellt und als ein Korrektursignal über einen drahtlosen Kommunikationskanal bereitgestellt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Referenzgerät zum Bereitstellen von Korrektursignalen für mobile Endgeräte eines Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems dadurch aus, dass es mobil ist und neben einem Empfänger für das Satelliten gestützte Positionsbestimmungssystem mindestens eine weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung, eine Einrichtung zur Bestimmung von Korrekturdaten und eine Sendeeinrichtung zur Weitergabe der Korrekturdaten in Form der Korrektursignale aufweist.
Der Grundgedanke der Erfindung beruht darauf, mobile Referenzgeräte zur Bereitstellung von Korrektursignalen anstelle von stationären Referenzstationen einzusetzen, was durch das in den mobilen Referenzgeräten vorgesehene weitere Positionsbestimmungssystem ermöglicht wird. Mobile Endgeräte weisen bereits einen Empfänger für das Satelliten gestützte Positionsbestimmungssystem auf und verfügen zudem bereits häufig über ein weiteres Positionierungssystem zur Verbesserung der Genauigkeit seiner eigenen Positionsbestimmung. Dieses eröffnet die Möglichkeit, vielfältig eingesetzte mobile Endgeräte, beispielsweise Navigationsgeräte oder Mobiltelefone, als mobile Referenzgeräte weiterzubilden. Somit kann ein System aufgebaut werden, bei dem die mobilen Endgeräte nicht nur Nutzer des Satelliten gestützten Positionierungssystems sind, sondern als mobile Referenzgeräte ihrerseits zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung bei anderen Endgeräten beitragen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von drei Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems mit einem mobilen Referenzgerät in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 ein Blockschaltbild des mobilen Referenzgeräts des ersten Ausführungsbeispiels und
3 eine schematische Darstellung eines Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems mit einem mobilen Referenzgerät in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Satelliten gestütztes Positionsbestimmungssystems. Ein Satellit 1 sendet dabei Positionssignale 2 aus, die von mobilen Endgeräten 3 zur Bestimmung ihrer Position empfangen werden. Zur Bestimmung der Position ist der Empfang von derartigen Positionssignalen 2 von mehreren verschiedenen Satelliten erforderlich, um anhand der Laufzeit Unterschiede einer Positionsberechnung durchführen zu können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist im vorliegenden Fall mit dem Satelliten 1 nur einer dieser Satelliten dargestellt.
Als mobiles Endgerät 3 ist hier beispielhaft ein von einem Benutzer mitgeführtes Mobiltelefon wiedergegeben. Das im Folgenden näher erläuterte Grundprinzip ist jedoch selbstverständlich von der Art des mobilen Endgerätes 3 unabhängig. Das mobile Endgerät 3 ist dazu eingerichtet, neben den Positionssignalen 2 ein Korrektursignal 4 zu empfangen, um die von ihm anhand der Positionssignale 2 bestimmte Position korrigieren zu können. Beispielhaft und nicht einschränkend wird im Folgenden davon ausgegangen, dass das dargestellte Positionierungssystem ein D-GPS System ist. Unter dem Begriff ”Position” ist entsprechend die Angabe von zumindest einer geodätischen Längen- und einer geodätischen Breitenangabe zu verstehen und optional eine zusätzliche Angabe einer Höheninformation. Verfahren zur Korrektur der Positionsbestimmung anhand eines Korrektursignals sind dabei prinzipiell bekannt und sind ebenso wenig wie die genaue Form oder das Datenformat des Korrektursignals nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.
Bei dem in der 1 wiedergegeben Ausführungsbeispiel ist ein mobiles Referenzgerät 10 als Sender des Korrektursignals 4 in einem auf einer Straße 5 fahrenden Kraftfahrzeug angeordnet. Das mobile Referenzgerät 10 ist ebenfalls zum Empfang der Positionssignale des Satelliten 1 eingerichtet, wie durch den von Satelliten 1 auf das Auto weisenden Pfeil symbolisiert ist. Das mobile Referenzgerät 10 im Auto ist somit in der Lage, seine Position anhand des Positionssignals 2 zu bestimmen. Die dabei gewonnen Positionsinformationen werden im Folgenden als erste Positionsdaten bezeichnet. Zudem ist das mobile Referenzgerät 10 dazu eingerichtet, eine weitere Positionsbestimmung unter Zuhilfenahme von Referenzpunkten 6, deren genaue Position dem mobilen Referenzgerät 10 bekannt ist, vorzunehmen und zweite Positionsdaten zu ermitteln. Dieses wird im Zusammenhang mit 2 weiter unten näher erläutert. Dabei sei davon ausgegangen, dass die zweiten Positionsdaten die wahre Position des Autos und damit des mobilen Referenzgeräts 10 besser wiedergeben als die aus dem Positionssignal 2 gewonnen ersten Positionsdaten. Aus dem Unterschied zwischen den ersten und den zweiten Positionsdaten können entsprechende Korrekturdaten gewonnen werden, die vom mobilen Referenzgerät 10 in einem Korrektursignal 4 drahtlos an die mobilen Endgeräte 3 zur Erhöhung der Genauigkeit ihrer Positionsbestimmung weitergegeben werden.
2 zeigt das mobile Referenzgerät 10 des ersten Ausführungsbeispiels in einem Blockschaltbild detaillierter.
Das Referenzgerät 10 weist eine Empfangsantenne 11 für Positionssignale 2 auf, die mit einem Empfänger 12, beispielsweise einem GPS-Empfänger, verbunden ist. Der Empfänger 12 nimmt anhand der von der Empfangsantenne 11 zugeführten Positionssignale 2 eine erste Positionsbestimmung vor, deren Ergebnis erste Positionsdaten P1 sind. Das mobile Referenzgerät umfasst eine weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung 13, die ein zweites Positionssignal P2 bereitstellt. Im dargestellten Fall ist die weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung 13 zu diesem Zweck mit Sensoren 14 verbunden, die der Aufnahme von solchen Fahrzeug- oder Fahrzustandsinformationen dienen, die im Rahmen einer Positionsbestimmung relevant sein können. Solche Fahrzeugparameter sind beispielsweise der Lenkungseinschlagwinkel oder die Raddrehzahl, relevante Fahrzustandsinformationen können Beschleunigungsinformationen sein, die von Beschleunigungssensoren ausgegeben werden.
Weiterhin sind im mobilen Referenzgerät 10 Kartendaten 15 verfügbar, auf das die weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung 13 Zugriff hat. Die Kartendaten 15, die entweder lokal in dem mobilen Referenzgerät 10 abgelegt sein können oder die über eine Kommunikationsverbindung erreichbar sein können, enthalten u. a. die genaue Position von Referenzpunkten 6, die anhand der Fahrzeug- oder Fahrzustandsinformationen identifizierbar sind. Beispielsweise sind dieses Haltepunkte wie Haltelinien an Stoppstraßen oder charakteristische Punkte des Straßenverlaufs, beispielsweise Kurven oder Kreuzungspunkte. Anhand der Fahrzeug- oder Fahrzustandsinformationen lässt sich während der Fahrt mit hoher Positionsgenauigkeit feststellen, wenn das Fahrzeug sich am Ort dieser Referenzpunkte 6 befindet, insbesondere wenn eine (gröbere) Positionsbestimmung anhand des Positionssignals 2 in Form der Positionsdaten P1 bereits vorliegt. Das zuvor beschriebene Verfahren zur Bestimmung der genaueren zweiten Positionsdaten P2 anhand von ersten, Satelliten gestützt bestimmten Positionsdaten P1 ist dabei grundsätzlich bekannt und wird bereits in modernen Navigationssystemen in Fahrzeugen eingesetzt.
Anmeldungsgemäß werden beide Positionsdaten P1 und P2 einer Einrichtung 16 zur Bestimmung von Korrekturdaten K zugeführt. Dieser vergleicht die beiden Positionsdaten P1, P2 und generiert die Korrekturdaten K, die einer Sendeeinrichtung 17 zugeführt werden, die diese in Form des Korrektursignals 4 zu ihrer Weitergabe über eine Sendeantenne 18 abstrahlt.
3 zeigt in ähnlicher Weise wie 1 ein System zur Satelliten gestützten Positionsbestimmung. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in dieser Figur gleiche oder gleichwirkende Elemente wie in den vorangehenden Figuren.
Wiederum ist einer von typischerweise mehreren Satelliten 1 dargestellt, die ein Positionssignal 2 aussenden, das von einem mobilen Endgerät 3 empfangen und zur Positionsbestimmung ausgewertet wird. Als mobile Endgeräte 3 sind hier beispielhaft ein in einem Auto befindliches Navigationssystem im linken Bereich der Figur und ein von einem Benutzer mitgeführtes Mobiltelefon im rechten Bereich der Figur dargestellt. Zudem ist ein mobiles Referenzgerät 10 vorhanden, dass zum einen das Positionssignal 2 des Satelliten 1 empfängt und auswertet, und zum anderen eine Positionsbestimmung mit Hilfe von Referenzpunkten 7 vornimmt. Das mobile Referenzgerät 10 ermittelt aus den beiden vorgenommenen Positionsbestimmungen Korrekturdaten für das Satelliten gestützte Positionsbestimmungssystem und stellt diese als Korrektursignal 4 den mobilen Endgeräten 3 zur Verfügung. Diese können wiederum das Korrektursignal 4 einsetzen, um ihre anhand des Positionssignals 2 durchgeführte Positionsbestimmung in der Genauigkeit zu verbessern.
Von der Grundidee her entspricht das in der 3 dargestellte System und das dabei verwendete mobile Referenzgerät 10 den im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen System bzw. Gerät. Die zweiten Positionsdaten werden jedoch nicht anhand von Fahrzeug- und/oder Fahrzustandsinformationen in Verbindung mit in diesem Sinne „passiven” Referenzpunkten 6 gewonnen, sondern anhand von Referenzpunkten 7, die jeweils einer ortsfesten Kommunikationseinrichtung zugeordnet sind, die mit dem mobilen Referenzgerät 10 eine Kommunikationsverbindung 8 eingehen können. In diesem Sinne können die Referenzpunkte 7 als „aktive” Referenzpunkte bezeichnet werden. Die Kommunikationsverbindung 8 ist bevorzugt eine Nahfeldkommunikation, beispielsweise basierend Nahfeldkommunikationstechnologien wie NFC (Near Field Communication) oder RFID (Radio-Frequency Identification).
Die mit den Referenzpunkten 7 verknüpften Kommunikationseinrichtungen können beispielsweise an Gebäuden angeordnet sein, aber auch an oder in Straßen eingelassen oder an Bauwerken wie Brücken oder Tunneln befestigt sein. Ein Beispiel für solche Kommunikationseinrichtungen sind Kassen-, Bank- oder Fahrkartenautomaten, insbesondere solche, bei denen ein drahtloses Kommunikationsverfahren mit einem mobilen Endgerät zur Abwicklung einer Transaktion eingesetzt wird.
Auch ist es möglich, als mit den Referenzpunkten 7 verknüpfte Kommunikationseinrichtungen Zugriffspunkte (Access-Points) von Kommunikationsnetzwerken, beispielsweise von ortsfesten WLAN(Wireless Local Area Network)- oder Bluetooth-Netzwerken einzusetzen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kommunikationseinrichtungen ihre (ihnen bekannte) genaue geodätische Position über die Kommunikationsverbindung 8 dem mobilen Referenzgerät 10 mitteilen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das eine lokal oder ebenfalls über einen Kommunikationskanal erreichbare Datenbank dem mobilen Referenzgerät 10 zur Verfügung steht, über die die Position der mit den Referenzpunkten 7 verknüpften Kommunikationseinrichtungen anhand von diese identifizierenden Information abgerufen werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass die im Zusammenhang mit den 1 und 3 dargestellten Methoden der Bestimmung der zweiten Positionsdaten auch in einem mobilen Referenzgerät 10 gleichzeitig oder wahlweise eingesetzt werden können. Beispielsweise ist es bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel denkbar, dass das im Kraftfahrzeug mitgeführte mobile Referenzgerät 10 zusätzlich zu der dargestellten weiteren Einrichtung zur Positionsbestimmung 13 über Einrichtungen zum Verbindungsaufbau mit einem Referenzpunkt 7 über die (Nahfeld-)Kommunikationsverbindung 8 und einer Einrichtung zum Bestimmen der Position von Referenzpunkten 7, mit denen die Kommunikationsverbindung 8 aufgebaut ist, ausgestattet ist. Dabei kann ein Gewichtungsfaktor benutzt werden, um ggf. gleichzeitig von unterschiedlichen Einrichtungen zur Positionsbestimmung ermittelten Positionsdaten gemäß einer zu erwartenden Genauigkeit unterschiedlich gewichtet in die Bestimmung der Korrekturdaten für das Korrektursignal 4 einfließen zu lassen.
Bezugszeichenliste

1: Satellit
2: Positionssignal
3: Endgerät
4: Korrektursignal
5: Straße
6: passiver Referenzpunkt
7: aktiver Referenzpunkt
8: (Nahfeld-)Kommunikationsverbindung
10: Referenzgerät
11: Empfangsantenne
12: Empfänger
13: Positionierungseinrichtung
14: Sensor
15: Kartendaten
16: Einrichtung zur Bestimmung von Korrekturdaten
17: Sendeeinrichtung
18: Sendeantenne
P1: erste Positionsdaten
P2: zweite Positionsdaten
K: Korrekturdaten

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Korrektursignalen (4) für mobile Endgeräte (3) eines Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass – ein mobiles Referenzgerät (10) seine Position zum einen mittels des Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems in Form von ersten Positionsdaten (P1) und zum anderen mittels mindestens einer weiteren Einrichtung zur Positionsbestimmung (13) in Form von zweiten Positionsdaten (P2) ermittelt und – das mobile Referenzgerät (10) anhand eines Vergleichs der ersten und zweiten Positionsdaten (P1, P2) Korrekturdaten (K) für das Satelliten gestützte Positionsbestimmungssystem erstellt und als ein Korrektursignal (4) über einen drahtlosen Kommunikationskanal bereitgestellt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Positionsbestimmung durch die weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung (13) anhand von Referenzpunkten (6, 7) erfolgt, deren genaue Position bekannt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Positionen der Referenzpunkte (6) als Teil von Kartendaten (15) bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das mobile Referenzgerät (10) in einem Fahrzeug angeordnet ist und bei dem die weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung (13) von Sensoren (14) gemessene Fahrzeug- und Fahrzustandsinformationen (14) auswertet, um zu identifizieren, wenn sich das mobile Referenzgerät (10) an der Position der Referenzpunkte (6) befindet.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Referenzpunkte (7) mit jeweils einer Kommunikationseinrichtung verknüpft sind und die weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung (13) dazu eingerichtet ist, eine Kommunikationsverbindung (8) zu den Kommunikationseinrichtungen aufzubauen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine aufgebaute Kommunikationsverbindung (8) identifiziert, dass sich das mobile Referenzgerät (10) an der Position des zugeordneten Referenzpunktes (7) befindet.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Kommunikationsverbindung eine Nahfeldverbindung ist, insbesondere eine NFC-, eine RFID-, ein Bluetooth oder eine WLAN-Verbindung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Kommunikationseinrichtung ihre Position über die Kommunikationsverbindung (8) an das mobile Referenzgerät (10) überträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Kommunikationseinrichtung eine sie identifizierende Kennung über die Kommunikationsverbindung (8) an das mobile Referenzgerät (10) überträgt und das mobile Referenzgerät (10) die Position der Kommunikationsverbindung anhand der identifizierenden Kennung einer Datenbank entnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystem ein GPS-System ist und bei dem das Korrektursignal (4) gemäß den Spezifikationen des D-GPS-Systems ausgebildet ist.
Mobiles Referenzgerät zum Bereitstellen von Korrektursignalen (4) für mobile Endgeräte (3) eines Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystems, das neben einem Empfänger (12) für das Satelliten gestützte Positionsbestimmungssystem mindestens eine weitere Einrichtung zur Positionsbestimmung (13), eine Einrichtung (16) zur Bestimmung von Korrekturdaten (K) und eine Sendeeinrichtung (17) zur Weitergabe der Korrekturdaten (K) in Form der Korrektursignale (4) aufweist.
Mobiles Referenzgerät nach Anspruch 11, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
Mobiles Referenzgerät nach Anspruch 11 oder 12, integriert in ein Navigationssystem für ein Kraftfahrzeug oder in ein Mobiltelefon.