DE102017219070A1

DE102017219070A1 - Empfangsvorrichtung zum Auswerten von Satellitensignalen eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017219070A1
Application number: DE102017219070.1A
Authority: DE
Inventors: David Gozalvez Serrano; Markus Kaindl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Empfangsvorrichtung (13) zum Auswerten von Satellitensignalen (12) eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) in einem Kraftfahrzeug (10). Die Empfangsvorrichtung (13) umfasst eine Antennenanordnung (14) zum Empfangen der Satellitensignale (12) und eine erste Empfängereinheit (15), die mit der Antennenanordnung (14) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, anhand der empfangenen Satellitensignale (17) eine erste Positionsangabe (24) einer Geoposition des Kraftfahrzeugs (10) auf der Grundlage einer ersten Signalverarbeitung (21) zu erzeugen. Des Weiteren umfasst die Empfangsvorrichtung (13) eine zweite Empfängereinheit (16), die mit der Antennenanordnung (14) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, anhand der empfangenen Satellitensignale (17) eine zweite Positionsangabe (32) der Geoposition des Kraftfahrzeugs (10) auf der Grundlage einer zweiten Signalverarbeitung (23) zu erzeugen, wobei die erste Signalverarbeitung (21) der ersten Empfängereinheit (15) und die zweite Signalverarbeitung (23) der zweiten Empfängereinheit (16) unterschiedlich sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfangsvorrichtung zum Auswerten von Satellitensignalen eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS - Global Navigation Satellite System). Ein Beispiel für ein GNSS ist das GPS (Global Positioning System). Die Empfangsvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Mit ihr kann eine Positionsangabe erzeugt werden, die eine Geoposition des Kraftfahrzeugs, also dessen Position auf der Erde, angibt. Zu der Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung sowie ein Verfahren, wie es durch die Empfangsvorrichtung durchgeführt werden kann.
In einem Kraftfahrzeug kann heutzutage eine Empfangsvorrichtung zum Auswerten von Satellitensignalen eines GNSS integriert sein, um beispielsweise ein Navigationssystem oder ein automatisches Notrufsystem mit einer Positionsangabe, die eine aktuelle Geoposition des Kraftfahrzeugs beschreibt, zu unterstützen. Ein GNSS weist mehrere Satelliten auf, von denen jeweils ein Satellitensignal ausgeht, das durch die Empfangsvorrichtung auf der Erde empfangen werden kann. Der jeweilige Zeitversatz zwischen den Satellitensignalen, wie er sich aus Sicht der Empfangsvorrichtung am Empfangsort ergibt, gibt Aufschluss über die Geoposition des Kraftfahrzeugs. Die Satellitensignale müssen hierbei mittels einer Signalverarbeitung verarbeitet oder ausgewertet werden, um beispielsweise Störungen zu kompensieren. Entsprechend ist die ermittelte Positionsangabe nicht genau, sondern stellt vielmehr eine Schätzung der Geoposition dar und kann beispielsweise eine Fehlerstreuung oder Fehlervarianz und/oder einen Versatz (Offset) aufweisen.
Für das Auswerten der Satellitensignale kann die Empfangsvorrichtung eine Antennenanordnung zum Empfangen der Satellitensignale sowie eine Empfängereinheit aufweisen. Die Empfängereinheit kann die empfangenen Satellitensignale decodieren und daraus mittels einer Signalverarbeitung die Geoposition berechnen. Das Resultat ist dann die Positionsangabe zur aktuellen Geoposition. Die Positionsangabe kann in dem Kraftfahrzeug weitergeleitet werden, beispielsweise über einen Kommunikationsbus oder ein Kommunikationsnetzwerk oder unmittelbar in dem Steuergerät verwendet werden, in welchem auch die Empfängereinheit integriert ist. Letzteres kann beispielsweise bei einem Navigationssystem oder bei einem automatischen Notrufsystem der Fall sein.
Ein weiterer Anwendungsfall einer Empfangsvorrichtung zum Auswerten von Satellitensignalen eines GNSS (GNSS-Empfangsvorrichtung) ist das automatisierte oder autonome Führen eines Kraftfahrzeugs durch einen Autopiloten. Ein Autopilot ist eine technische Einrichtung, die eine Längsführung (Beschleunigen/Abbremsen) und/oder eine Querführung (Lenken) des Kraftfahrzeugs ohne ein Zutun eines Benutzers durchführen kann. Hierbei wird die Positionsangabe der Geoposition des Kraftfahrzeugs benötigt, um die Lage des Kraftfahrzeugs auf der Straße besser einschätzen zu können und hierdurch die Robustheit der sensorbasierten Umgebungserkennung (z.B. eine kamerabasierte Umgebungserkennung) zu erhöhen. Eine GNSS-Empfangsvorrichtung, die für das autonome Führen eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, muss aber einen höheren Level für die funktionale Sicherheit (also beispielsweise einen höheren ASIL - Automotive Safety Integrity Level) aufweisen als eine GNSS-Empfangsvorrichtung für ein Navigationssystem. Dies bedeutet aber, dass die Ausstattung einer Empfangsvorrichtung für die Auswertung von Satellitensignalen eines GNSS technisch aufwendiger ist und damit kostenintensiver. Wird hierbei diejenige GNSS-Empfangsvorrichtung genutzt, deren Empfängereinheit in einem Navigationssystem integriert ist, so muss das Steuergerät, also z.B. das Navigationssystem, zumindest teilweise den erhöhten Level der funktionalen Sicherheit aufweisen, was die Herstellung dieses Navigationssystems verteuert.
Eine weitere wichtige Anforderung an eine GNSS-Empfangsvorrichtung für eine autonome Fahrzeugführung ist die Integrität der Positionsangabe, d.h. der Grad der Zuverlässigkeit, dass die Positionsangabe korrekt ist und nicht z.B. durch ein gestörtes Satellitensignal verfälscht ist.
Aus der US 5,359,521 A ist hierzu eine Empfangsvorrichtung zum Auswerten von Satellitensignalen eines GPS beschrieben. Die Empfangsvorrichtung weist zwei unabhängige Antennenanordnungen und zwei Empfängereinheiten auf, von denen jede an jeweils einer der Antennenanordnungen angeschlossen ist. Die Antennenanordnungen sind in einem Kraftfahrzeug mit bekanntem Abstand zueinander angeordnet. Mit den beiden Empfängereinheiten kann die Auswertung der Satellitensignale redundant erfolgen und ist damit zuverlässiger. Die beiden Empfängereinheiten können hierzu gleich ausgestaltet sein. Die aus dem Stand der Technik bekannte Empfangsvorrichtung kann mit jeder Kombination aus Antennenanordnung und nachgeschalteter Empfängereinheit aber nur Positionsangaben mit gleicher Integrität oder Genauigkeit erzeugen.
Aus der US 2011/0071720 A1 ist ein mobiles Endgerät bekannt, in welchem eine GPS-Antenne mit nachgeschalteter GPS-Empfängereinheit integriert ist. An das mobile Endgerät kann ein externes Modul angeschlossen werden, welches eine zweite GPS-Antenne mit nachgeschalteter GPS-Empfängereinheit enthalten kann. Das externe Modul kann in einem Kraftfahrzeug an einer für den Empfang günstigeren Position angeordnet werden, um die Auswertung der GPS-Satellitensignale zu verbessern. Die in dem mobilen Endgerät integrierte GPS-Empfängereinheit profitiert davon nicht.
Aus der US 6,225,945 B1 ist ein beispielhafter Aufbau einer Empfängereinheit beschrieben, mittels welcher die von einer Antennenanordnung empfangenen Satellitensignale eines GNSS empfangen werden können.
Beispiele für das hier genannte GNSS sind jeweils das bereits genannte GPS (Global Positioning System), das Navigationssatellitensystem Galileo, das Navigationssatellitensystem Beidou und das Navigationssatellitensystem GLONASS.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstige Empfangsvorrichtung zum Auswerten von Satellitensignalen eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung inklusive der Figur.
Durch die Erfindung ist eine Empfangsvorrichtung bereitgestellt, durch welche Satellitensignale eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) einem Kraftfahrzeug empfangen und ausgewertet werden können. Die Empfangsvorrichtung weist für den Empfang der Satellitensignale eine Antennenanordnung auf. Mittels der Antennenanordnung können die Satellitensignale in bekannter Weise als Funksignale empfangen und in elektrische Antennensignale umgewandelt werden. Die empfangenen Satellitensignale, also die elektrischen Antennensignale, müssen dann mittels einer Signalverarbeitung verarbeitet werden, um daraus die Geoposition des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Hierzu ist eine erste Empfängereinheit (aus als Receiver bezeichnet) bereitgestellt, die mit der Antennenanordnung gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, anhand der empfangenen Satellitensignale eine erste Positionsangabe der Geoposition des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage einer ersten Signalverarbeitung zu ermitteln. Die erste Signalverarbeitung stellt einen Algorithmus dar, der an sich aus dem Stand der Technik entnommen werden kann und der zur Auswertung der Satellitensignale benutzt werden kann, um eine Positionsangabe einer Geoposition zu ermitteln.
Die bisher beschriebenen Elemente der Empfangsvorrichtung entsprechen einer Empfangsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Um nun mit geringem Bauteilaufwand kostengünstig eine verbesserte Empfangsvorrichtung bereitzustellen, sieht die Erfindung vor, dass eine zweite Empfängereinheit bereitgestellt ist, die ebenfalls mit der Antennenanordnung gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, anhand der empfangenen Satellitensignale eine zweite Positionsangabe der Geoposition des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage einer zweiten Signalverarbeitung zu ermitteln. Die zweite Signalverarbeitung kann auf der Grundlage eines Algorithmus aus dem Stand der Technik gebildet sein.
Mittels der zweiten Signalverarbeitung wird also aus denselben empfangenen Satellitensignalen, die auch der ersten Empfängereinheit bereitgestellt sind, eine zweite Positionsangabe erzeugt. Sämtliche Satellitensignale werden also mit derselben Antennenanordnung empfangen. Die Empfängereinheiten erhalten also die Satellitensignale aus derselben Antennenanordnung. Ein wichtiges Merkmal der Empfangsvorrichtung ist aber nun, dass die erste Signalverarbeitung der ersten Empfängereinheit und die zweite Signalverarbeitung der zweiten Empfängereinheit unterschiedlich sind. Zwar können beide Signalverarbeitungen dem Stand der Technik entnommen sein. Sie sind aber unterschiedlich was die Erzeugung der jeweiligen Positionsangabe aus den empfangenen Satellitensignalen angeht.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mit ein und derselben Empfangsvorrichtung und mit ein und derselben Antennenanordnung nun Positionsangaben für unterschiedliche Anforderungen im Kraftfahrzeug bereitgestellt werden können. Hierzu ist die Antennenanordnung mit der ersten Empfängereinheit erfindungsgemäß durch eine zweite Empfängereinheit ergänzt. Dadurch muss auch die Kombination aus der Antennenanordnung und der ersten Empfängereinheit nicht an die zweite Empfängereinheit angepasst werden. Letztere kann unabhängig davon hinzugefügt werden. Somit minimiert sich die Bereitstellung der zusätzlichen, zweiten Signalverarbeitung für die zweite Positionsangabe auf das Vorsehen der unabhängigen, zweiten Empfängereinheit.
Die erste und die zweite Signalverarbeitung können dabei jeweils beispielsweise auf der Grundlage einer Recheneinrichtung der jeweiligen Empfängereinheit realisiert sein. Die erste Positionsangabe und die zweite Positionsangabe können durch jeweilige Positionsdaten repräsentiert sein, die mittels der jeweiligen Signalverarbeitung erzeugt werden.
Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Gemäß einer Ausführungsform sieht die erste Signalverarbeitung vor, die Satellitensignale bestmöglich auszunutzen (sogenannter Best-Effort-Ansatz), indem auch ein solches Satellitensignal, bei welchem eine Empfangsqualität kleiner als ein vorbestimmter Mindestwert ist, für die erste Positionsangabe zu verwenden. Hierdurch ist die erste Signalverarbeitung dazu eingerichtet, eine Hochverfügbarkeitsschätzung bereitzustellen, indem sie auch bei schlechtem Empfang, wenn ein Satellitensignal nur mit einer Empfangsqualität kleiner als der Mindestwert empfangen werden kann, dennoch die erste Positionsangabe daraus ermittelt. Die Empfangsqualität kann beispielsweise bei einem sogenannten Mehrwegeempfang verringert werden und unterhalb des Mindestwerts liegen. Dagegen sieht bei dieser Ausführungsform die zweite Signalverarbeitung vor, ein integres oder genaues Signal zu liefern. Die zweite Signalverarbeitung ist hierfür dazu eingerichtet, das besagte Satellitensignal, bei welchem die Empfangsqualität kleiner als der Mindestwert ist, für die zweite Positionsangabe zu ignorieren oder zu verwerfen. Hierdurch ist die zweite Signalverarbeitung dazu eingerichtet, eine Hochintegritätsschätzung bereitzustellen, also eine Positionsangabe, die mit der Zeit eine geringere Fehlerstreuung oder Fehlervarianz oder einen geringere Fehlerversatz aufweist, als es die erste Positionsangabe tut. Dafür kann es sein, dass eine Aktualisierung der zweiten Positionsangabe seltener erfolgt als im Falle der ersten Positionsangabe. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass nun mittels ein und derselben Empfangsvorrichtung sowohl eine Hochverfügbarkeitsschätzung als auch eine Hochintegritätsschätzung der Geoposition bereitgestellt werden können. Die beiden hierfür genutzten Empfängereinheiten sind unabhängig voneinander. Die Empfangsqualität kann beispielsweise anhand einer Empfangsleistung und/oder eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses ermittelt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Empfängereinheit dazu eingerichtet ist, die erste Positionsangabe mittels eines Abgleichs mit einer digitalen Straßenkarte zu plausibilisieren. Dies wird auch als Map-Matching bezeichnet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Fehlerstreuung und/oder die Fehlervarianz und/oder der Fehlerversatz der ersten Positionsangabe, wie sie beispielsweise durch die Nutzung des besagten Satellitensignals mit der zu geringen Empfangsqualität verursacht werden kann, kompensiert werden. Zusätzlich oder anstelle der ersten Empfängereinheit kann auch eine der ersten Empfängereinheit nachgeschaltete Komponente, beispielsweise ein Navigationssystem oder Telematiksystem, dazu eingerichtet sein, die erste Positionsangabe mittels des Abgleichs mit der digitalen Straßenkarte zu plausibilisieren, also das Map-Matching durchzuführen. Durch das Map-Matching kann beispielsweise erkannt werden, falls die Positionsangabe eine Geoposition beschreibt, die neben einer Straße liegt. Durch das Map-Matching kann eine korrigierte Positionsangabe ermittelt werden, die auf der Straße liegt.
Die zweite Empfängereinheit kann in der beschriebenen Weise dazu eingerichtet sein, das Satellitensignal, dessen Empfangsqualität kleiner als der Mindestwert ist, zu verwerfen oder zu ignorieren. Entsprechend kann die zweite Empfängereinheit zusätzlich dazu eingerichtet sein, auch die zweite Positionsangabe zu verwerfen oder zu unterdrücken, falls eine Schätzqualität der zweiten Positionsangabe kleiner als ein vorbestimmter Mindestintegritätswert ist. Fallen beispielsweise aufgrund von mehreren verworfenen Satellitensignalen so viele Satellitensignale weg, dass die Geoposition durch die zweite Empfängereinheit nur noch so ungenau geschätzt werden kann, dass der Mindestintegritätswert unterschritten wird, so kann die zweite Empfängereinheit vorsehen, gar keine aktualisierte zweite Positionsangabe bereitzustellen, das heißt solange keine aktualisierte zweite Positionsangabe zu erzeugen, bis die Schätzqualität der zweiten Positionsangabe wieder über dem Mindestintegritätswert liegt. Das Ermitteln einer Schätzqualität der Positionsangabe ist aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann die Varianz von aufeinander folgenden Positionsangaben als Schätzqualität zugrunde gelegt werden. Der inverse Wert der Varianz gibt dann den Integritätswert oder die Schätzqualität an, die daraufhin überprüft wird, ob sie kleiner als der Mindestintegritätswert ist. Ein weiteres Maß für die Schätzqualität ist die Anzahl der Satelliten des GNSS, von denen aktuell Satellitensignale empfangen werden können.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei der zweiten Empfängereinheit ein Level oder Niveau der funktionalen Sicherheit größer ist als bei der ersten Empfängereinheit. Mit anderen Worten kann beispielsweise ein Wert für den ASIL bei der zweiten Empfängereinheit größer sein als der bei der ersten Empfängereinheit. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die erste Empfängereinheit weiterhin kostengünstig hergestellt und auch durch eine Weiterentwicklung verändert werden kann, ohne dass dies den Level der funktionalen Sichereinheit der zweiten Empfängereinheit verändern oder beeinträchtigen würde. Bei der zweiten Empfängereinheit kann z.B. der Level ASIL-B vorgesehen sein.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Antennenanordnung eine Dachantenne aufweist. Mittels einer Dachantenne kann sowohl der ersten Empfängereinheit als auch der zweiten Empfängereinheit die beste Empfangsqualität an einem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden.
Eine Ausführungsform sieht entsprechend vor, dass die Antennenanordnung eine gemeinsame Antenne für die erste und die zweite Empfängereinheit vorsieht. Hierdurch können beide Empfängereinheiten die Satellitensignale mit gleicher Empfangsqualität empfangen. Unterschiede können sich dann lediglich ergeben, falls Verluste durch die Anwendung eines Splitters und/oder eines Koaxialkabels für die Weiterleitung der Satellitensignale verwendet werden. Zur Kompensation dieser Verluste kann ein Verstärker vorgesehen sein. Insbesondere handelt es sich bei der gemeinsamen Antennen um die besagte Dachantenne
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Empfängereinheit und die zweite Empfängereinheit unabhängig voneinander mit der Antennenanordnung über eine Verteilereinheit gekoppelt sind, also beispielsweise eine Signalweiche, wobei die Verteilereinheit dazu eingerichtet ist, die empfangenen Satellitensignale an beide Empfängereinheiten gleichzeitig oder abwechselnd weiterzuleiten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Fehler in einer der Empfängereinheiten den Betrieb der anderen Empfängereinheit nicht beeinträchtigen kann. Eine geeignete Verteilereinheit kann beispielsweise auf der Grundlage eines Duplexers bereitgestellt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Empfängereinheit und die besagte Verteilereinheit, zum Beispiel der Duplexer, in einem gemeinsamen Steuergerät angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Empfängereinheit und die Verteilereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Somit kann dieses Steuergerät als Modul in einem Kraftfahrzeug eingebaut werden und optional die zweite Empfängereinheit daran angeschlossen werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass in der Antennenanordnung und/oder für die Ankopplung der zweiten Empfängereinheit eine jeweilige Verstärkereinrichtung vorgesehen ist. Eine jeweilige Verstärkereinrichtung für die Ankopplung kann in dem besagten Steuergerät und/oder im Fuß der Antenne integriert sein. Mittels der Verstärkereinrichtung werden die Antennensignale, das heißt die empfangenen Satellitensignale, für die Weiterleitung verstärkt. Eine entsprechende Verstärkereinrichtung für Antennensignale kann aus dem Stand der Technik entnommen werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Empfängereinheit näher an der Antennenanordnung angeordnet ist als die zweite Empfängereinheit. Somit ist für die zweite Empfängereinheit kein zusätzlicher Platz am selben Einbauort nötig, der schon für die erste Empfängereinheit vorgesehen ist. Insbesondere bei einer Antennenanordnung mit Dachantenne ist somit kein zusätzlicher Platz im Dach notwendig. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Empfängereinheit und die zweite Empfängereinheit in unterschiedlichen Steuergeräten bereitgestellt sind. Hierdurch müssen die Anforderungen an die funktionale Sicherheit, die an die zweite Empfängereinheit gestellt sein können, (z.B. ASIL-B), nicht auch in dem Steuergerät der ersten Empfängereinheit, z.B. einem dem Telematik-Steuergerät, erfüllt werden. Dies würde möglicherweise nicht nur einen größeren Bauraum, sondern höhere Ansprüche an die Entwicklungsprozesse und Software-Architektur erfordern.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zweite Empfängereinheit über ein Koaxialkabel mit der Antennenanordnung verbunden ist. Hierdurch ist auch bei einem Übertragungsweg größer als 0,5 Meter, insbesondere 1 Meter, keine Beeinträchtigung der empfangenen Satellitensignale durch fahrzeugeigene Störfunksignale innerhalb des Kraftfahrzeugs gegeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zweite Empfängereinheit durch ein Steuergerät eines Autopiloten für das Kraftfahrzeug bereitgestellt ist. Hierdurch stehen in vorteilhafter Weise die zweiten Positionsangaben, d.h. die Positionsangaben der zweiten Empfängereinheit, unmittelbar dem Autopiloten zur Verfügung.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Mobilfunkmodul bereitgestellt und dazu eingerichtet ist, Korrekturdaten für die Satellitensignale über eine Mobilfunkverbindung zu empfangen. Die Korrekturdaten werden als aus einem Mobilfunknetz empfangen. Solche Korrekturdaten können beispielsweise auf der Grundlage der an sich bekannten RTK (Real Time Kinematics) und/oder PPP (Precise Point Positioning) bereitgestellt sein. Das Mobilfunkmodul ist des Weiteren dazu eingerichtet, die empfangenen Korrekturdaten über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise ein Ethernet, an die erste und/oder an die zweite Empfängereinheit auszusenden. Somit können die beiden Empfängereinheiten unabhängig voneinander mit Korrekturdaten für die Satellitensignale versorgt werden. Mittels der Korrekturdaten kann beispielsweise beschrieben sein, welcher Schätzfehler sich an der aktuellen Geoposition oder im aktuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs aufgrund beispielsweise einer atmosphärischen Störung ergibt. Somit kann dieser Fehler in den Positionsangaben ausgeglichen oder zumindest verringert werden.
Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung aufweist. In dem Kraftfahrzeug stehen bei Nutzung einer einzigen Antennenanordnung somit eine erste Positionsangabe und eine zweite Positionsangabe der Geoposition des Kraftfahrzeugs bereit, die auf der Grundlage unterschiedlicher Signalverarbeitungen erzeugt werden. Somit kann jeweils auf einer der beiden Empfängereinheiten zurückgegriffen werden, je nachdem, welche unterschiedlichen Anforderungen an die Positionsangaben gestellt werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann als Kraftwagen, zum Beispiel als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet sein.
Durch den Betrieb der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung ergibt sich ein erfindungsgemäßes Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren dient also zum Auswerten von Satellitensignalen eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) in einem Kraftfahrzeug. In der beschriebenen Weise empfängt eine Antennenanordnung die Satellitensignale und eine erste Empfängereinheit, die mit der Antennenanordnung gekoppelt ist, ermittelt anhand der empfangenen Satellitensignale eine erste Positionsangabe der Geoposition des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage einer ersten Signalverarbeitung. Eine zweite Empfängereinheit, die ebenfalls mit der Antennenanordnung gekoppelt ist, ermittelt anhand der empfangenen Satellitensignale eine zweite Positionsangabe der Geoposition des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage einer zweiten Signalverarbeitung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die erste Signalverarbeitung der ersten Empfängereinheit und die zweite Signalverarbeitung der zweiten Empfängereinheit unterschiedlich sind. Hierdurch können mit nur einer einzigen Antennenanordnung zwei Positionsangaben unterschiedlicher Eignung in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden.
Die Erfindung umfasst auch solche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
2 ein Flussschaudiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, das beispielsweise einen Kraftwagen, insbesondere ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, sein kann. Des Weiteren sind zwei Satelliten 11 eines globalen Navigationssatellitensystems GNSS dargestellt. Die Satelliten 11 senden Satellitensignale 12 aus, die von einer Empfangsvorrichtung 13 empfangen und dahingehend ausgewertet werden können, dass in dem Kraftfahrzeug 10 eine Schätzung oder Angabe einer aktuellen Geoposition des Kraftfahrzeugs 10 bereitgestellt wird.
Hierzu kann die Empfangsvorrichtung 13 eine Antennenanordnung 14, eine erste Empfängereinheit 15 und eine zweite Empfängereinheit 16 aufweisen. Die Antennenanordnung 14 kann beispielsweise eine Dachantenne 14' bereitstellen oder aufweisen. Mittels der Antennenanordnung 14 können die Satellitensignale 12 empfangen und als elektrische, empfangene Satellitensignale 17 an die erste Empfängereinheit 15 und die zweite Empfängereinheit 16 weitergeleitet werden. Die Empfängereinheiten 15, 16 können jeweils in aus dem Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein.
Die erste Empfängereinheit 15 kann beispielsweise in einem Steuergerät 18 angeordnet sein, dass zusammen mit der Dachantenne 14' an einem Fahrzeugdach des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein kann. Die Antennenanordnung 14 kann hierbei über eine Verteilereinheit 19, beispielsweise einen Duplexer, mit den beiden Empfängereinheiten 15, 16 gekoppelt sein. Die Verteilereinheit kann die empfangenen Satellitensignale 17 an beide Empfängereinheiten 15, 16 weiterleiten. Die Verteilereinheit 19 kann ebenfalls Bestandteil des Steuergeräts 18 sein. Für die Weiterleitung der empfangenen Satellitensignale 17 an die zweite Empfängereinheit 16 kann eine Verstärkereinrichtung 20 vorgesehen sein kann, die ebenfalls in dem Steuergerät 18 angeordnet sein kann.
Die Empfängereinheit 15 kann für die empfangenen Satellitensignale 17 eine Signalverarbeitung 21 vorsehen, die für eine Hochverfügbarkeitsschätzung vorgesehen sein kann. Das heißt die Signalverarbeitung 21 nutzt dann auch solche Satellitensignale 12, deren Empfangsqualität kleiner als ein vorbestimmter Mindestwert 22 ist, den eine zweite Signalverarbeitung 23 der Empfängereinheit 16 als Schwellenwert der Nutzung der empfangenen Satellitensignale 17 vorsehen kann.
Mittels der Signalverarbeitung 21 kann die Empfängereinheit 15 eine erste Positionsangabe 24 erzeugen, die einer nachgeschalteten Komponente 25 bereitgestellt werden kann. Die Positionsangabe 24 kann beispielsweise über einen Kommunikationsbus oder ein Kommunikationsnetzwerk 26, beispielsweise einen CAN-Bus (CAN- Controller Area Network) an die Komponente 25 übertragen werden. Die Komponente 25 kann beispielsweise ein Navigationssystem oder ein Telematiksystem sein. Durch die Komponente 25 kann ein Abgleich der Positionsangabe 24 mit einer digitalen Straßenkarte 27 durchgeführt werden und hierzu ein Algorithmus für ein Map-Matching 28 vorgesehen sein. Die Komponente 25 hat somit zu jedem Zeitpunkt eine Schätzung der aktuellen Geoposition des Kraftfahrzeugs 10 vorliegen. Ungenauigkeiten können mittels des Map-Matching 28 kompensiert werden.
Von der Verteilereinheit 19 aus können die empfangenen Satellitensignale 17 optional mittels der Verstärkereinrichtung 20 verstärkt werden und dann beispielsweise über ein Koaxialkabel 29 zu der zweiten Empfängereinheit 16 übertragen werden. Die Empfängereinheit 16 kann in einem Steuergerät 30 bereitgestellt sein, in welchem auch ein Autopilot 31 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein kann. Durch die Empfängereinheit 16 kann mittels ihrer Signalverarbeitung 23 eine Hochintegritätsschätzung der Geoposition des Kraftfahrzeugs 10 bereitgestellt sein. Empfangene Satellitensignale 17, deren Empfangsqualität kleiner als der Mindestwert 22 ist, können dadurch verworfen werden. Durch die Signalverarbeitung 23 kann eine zweite Positionsangabe 32 ermittelt oder erzeugt werden, die beispielsweise dem Autopiloten 31 bereitgestellt werden kann. Die Positionsangabe 32 basiert nur auf solchen Satellitensignalen 12, deren Empfangsqualität oberhalb des Mindestwerts 22 ist, wodurch die Positionsangabe 32 zwar genau oder integer oder zuverlässig ist. Sie kann aber seltener vorhanden oder aktualisiert werden als die Positionsangabe 24. Das heißt die Aktualisierung kann seltener erfolgen, wenn nur Satellitensignale 12 mit Empfangsqualität kleiner als der Mindestwert 22 vorliegen. Der Autopilot 31 kann deshalb eine aktuelle Geoposition mittels einer weiteren Sensoreinrichtung 33 ermitteln. Die Sensoreinrichtung 33 kann beispielsweise eine Kamera und/oder einen Radar umfassen.
In dem Kraftfahrzeug 10 kann des Weiteren ein Mobilfunkmodul 34 vorgesehen sein, welches über eine Mobilfunkverbindung 35 aus einem Mobilfunknetzwerk 36 Korrekturdaten 37 für die Satellitensignale 12 empfangen kann. Das Mobilfunkmodul 34 kann z.B. für LTE, 5G, UMTS und/oder GSM ausgelegt sein. Die empfangenen Korrektursignale 38 können über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk 39, beispielsweise ein Ethernet, an eine oder beide Empfängereinheiten 15, 16 weitergeleitet werden. Die Korrektursignale 27 können z.B. von einem Datendienst z.B. für eine RTK bereitgestellt sein. Mittels der Korrektursignale 27 kann beispielsweise der Einfluss einer atmosphärischen Störung auf die Satellitensignale 12 kompensiert oder zumindest teilweise ausgeglichen werden.
2 zeigt ein Verfahren 40, das in dem Kraftfahrzeug 10 mittels der Empfangsvorrichtung 13 ausgeführt werden kann. Die Antennenanordnung 14 empfängt in einem Schritt S10 die Satellitensignale 12 und stellt diese als empfangene Satellitensignale 17, d.h. als elektrische Antennensignale, in dem Kraftfahrzeug 10 bereit. Die erste Empfängereinheit ermittelt dann in einem Schritt S11 anhand der empfangenen Satellitensignale 17 die erste Positionsangabe 34 der Geoposition auf der Grundlage der ersten Signalverarbeitung 21. In einem Schritt S12, der gleichzeitig und/oder unabhängig mit dem Schritt S11 durchgeführt werden kann, ermittelt die zweite Empfängereinheit 16 anhand der empfangenen Satellitensignale 17 die zweite Positionsangabe 32 der Geoposition auf der Grundlage der zweiten Signalverarbeitung 23. Die Signalverarbeitung 21 und die Signalverarbeitung 23 können beide auf der Grundlage eines jeweiligen Algorithmus aus dem Stand der Technik gebildet sein. Wichtig hierbei ist, dass sich die beiden Signalverarbeitungen 21, 23 unterscheiden.
In dem Kraftfahrzeug 10 ist somit mittels der Empfangsvorrichtung der Konflikt gelöst, dass für das autonome Fahren durch einen Autopiloten 31 eine hohe funktionale Sicherheit bereitgestellt werden muss und dabei die Integrität der Positionsangabe 32 gewahrt sein muss, indem Satellitensignale mit geringer Empfangsqualität verworfen werden, während andererseits ein Navigationssystem eine hohe Verfügbarkeit verlangt und somit auch die Nutzung solcher Satellitensignale erwartet, deren Empfangsqualität kleiner als der Mindestwert 22 ist. Hierzu sind für eine Antennenanordnung 14 zwei Empfängereinheiten 15, 16 bereitgestellt. Somit kann das Verwerfen von GNSS-Satellitensignalen mit geringer Empfangsqualität (kleiner als der Mindestwert 22) die Integrität der Positionsangabe erhöhen und hierbei die Verfügbarkeit einer solchen Positionsangabe 32 reduziert werden, wie es beispielsweise im Stadtverkehr mit Mehrwegeausbreitung vorkommen kann, während weiterhin das Navigationssystem oder eine Komponente 25 allgemein weiterhin eine hohe Verfügbarkeit einer Positionsangabe 24 erfährt.
Die Empfangsvorrichtung 13 benötigt hierbei nicht die Breitstellung einer weiteren Antennenanordnung, sondern kann auf der herkömmlichen Anordnung einer Antennenanordnung 13 mit nachgeschalteter Empfängereinheit 15 beruhen, die auch in Bezug auf ihre funktionale Sicherheit nicht erweitert oder besonderes ausgestaltet werden muss. Stattdessen treffen die Anforderungen an die funktionale Sicherheit nur die zweite Empfängereinheit 16 in Bezug auf Software und Hardware-Architektur.
Dazu wird eine Fahrzeugarchitektur des Kraftfahrzeugs 10 vorgeschlagen, die zwei unterschiedliche GNSS-Receiver oder Empfängereinheiten 15, 16 vorsieht und hierbei aber nur eine einzige Antennenanordnung 14 genutzt wird, um insgesamt die Positionsangaben 14, 32 sowohl nach dem Best-Effort-Prinzip (Hochverfügbarkeitsschätzung) für beispielsweise ein Navigationssystem bereitzustellen, und Dienste mit hohen Integritätsanforderungen, wie beispielsweise einem Autopiloten 31, eine Hochintegritätsschätzung der Positionsangabe 32 zu bieten. Die Fahrzeugarchitektur kann eine Dachantenne 15, die im Dach des Kraftahrzeugs 10 integriert ist, vorsehen und hierbei die Empfängereinheit 15 für die Hochverfügbarkeitsschätzung in einem Steuergerät 18 nahe an der Antenne, insbesondere in einem Abstand kleiner als 50 Zentimeter, vorsehen. Eine Verteilereinheit 19, beispielsweise ein Duplexer, kann ebenfalls in dem Steuergerät 18 vorgesehen sein.
Die zweite Empfängereinheit 16, die für die Hochintegritätsschätzung vorgesehen ist und den geforderten Level an funktionaler Sicherheit aufweist, kann in einem Steuergerät 30 angeordnet sein, der für die Berechnung der Positionsangabe 32 für einen Autopiloten 31 vorgesehen sein kann. Diese zweite Empfängereinheit 16 kann über ein Koaxialkabel 29 mit der Verteilereinheit 19 verbunden sein, der ja nahe an der Antennenanordnung 14 angeordnet ist. Als Resultat ergibt sich, dass das Satellitensignal 12 empfangen wird und bei Bedarf in der Antennenanordnung 14 mittels einer weiteren Verstärkereinrichtung werden die empfangenen Satellitensignale 17 an die Empfängereinheit 15 für hohe Verfügbarkeit im selben Steuergerät 18 weitergeleitet. Andererseits werden die empfangenen Satellitensignale 17 über das Koaxialkabel 29 an die Empfängereinheit 16 für die Hochintegritätsschätzung und dem Level an funktionaler Sicherheit weitergeleitet, die in dem Steuergerät 30 für das autonome Fahren angeordnet ist.
Korrekturdaten 37, die für die Verbesserung der Genauigkeit der Positionsangaben 24, 32 beispielsweise auf der Grundlage eines Algorithmus für die RTK (Real Time Kinematics) können über mobile Kommunikation von dem Mobilfunkmodul 35 in dem Kraftfahrzeug 10 empfangen werden und über ein Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk an beide Empfängereinheiten 15, 16 weitergeleitet werden.
Das Mobilfunkmodul 35 kann beispielsweise auf der Grundlage des Mobilfunkstandards LTE oder 5G ausgestaltet sein.
Das Mobilfunkmodul 35 kann auch in demselben Steuergerät 18 angeordnet sein, in welchem auch die Empfängereinheit 15 angeordnet sein kann.
Die beschriebene Fahrzeugarchitektur ist somit in der Lage, die Anforderung sowohl für Anwendungsfälle, welche hohe Verfügbarkeit erfordern, als auch für Anwendungsfälle, die eine Hochintegritätsschätzung und funktionale Sicherheit erfordern, im selben Kraftfahrzeug 10 mit einer einzigen Antennenanordnung 14 bereitzustellen. Eine Antennenanordnung 14 sieht hierbei insbesondere eine Antenne vor und kann optional beispielsweise eine Verstärkereinrichtung 14" umfassen und/oder Schaltungsplatinen und/oder Anschlusselemente.
Das Ausführungsbeispiel zeigt insgesamt, wie für eine autonome Fahrunktion (Autopilot) eine Dual-GNSS-Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
11: Satellit
12: Satellitensignal
13: Empfangsvorrichtung
14: Antennenanordnung
14': Dachantenne
14": Verstärkereinrichtung
15: Empfängereinheit
16: Empfängereinheit
17: Empfangenes Satellitensignal
18: Steuergerät
19: Verteilereinheit
20: Verstärkereinrichtung
21: Signalverarbeitung
22: Mindestwert
23: Signalverarbeitung
24: Positionsangabe
25: Komponente
26: Kommunikationsbus
27: Digitale Straßenkarte
28: Map-Matching
29: Koaxialkabel
30: Steuergerät
31: Autopilot
32: Positionsangabe
33: Sensoreinrichtung
34: Mobilfunkverbindung
35: Mobilfunkmodul
36: Mobilfunknetz
37: Korrekturdaten
38: Empfangene Korrekturdaten
39: Kommunikationsnetzwerk
GNSS: Globales Navigationssatellitensystem
S10-S12: Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5359521 A [0006]
US 2011/0071720 A1 [0007]
US 6225945 B1 [0008]

Claims

Empfangsvorrichtung (13) zum Auswerten von Satellitensignalen (12) eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) in einem Kraftfahrzeug (10), aufweisend: - eine Antennenanordnung (14) zum Empfangen der Satellitensignale (12) und - eine erste Empfängereinheit (15), die mit der Antennenanordnung (14) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, anhand der empfangenen Satellitensignale (17) eine erste Positionsangabe (24) einer Geoposition des Kraftfahrzeugs (10) auf der Grundlage einer ersten Signalverarbeitung (21) zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine zweite Empfängereinheit (16), die mit der Antennenanordnung (14) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, anhand der empfangenen Satellitensignale (17) eine zweite Positionsangabe (32) der Geoposition des Kraftfahrzeugs (10) auf der Grundlage einer zweiten Signalverarbeitung (23) zu erzeugen, wobei die erste Signalverarbeitung (21) der ersten Empfängereinheit (15) und die zweite Signalverarbeitung (23) der zweiten Empfängereinheit (16) unterschiedlich sind.
Empfangsvorrichtung (13) nach Anspruch 1, wobei die erste Signalverarbeitung (21) vorsieht, ein Satellitensignal (12), bei welchem eine Empfangsqualität kleiner als ein vorbestimmter Mindestwert (22) ist, für das Erzeugen der ersten Positionsangabe (24) zu verwenden und hierdurch eine Hochverfügbarkeitsschätzung bereitzustellen, und wobei die zweite Signalverarbeitung (16) vorsieht, dieses Satellitensignal (12) für die zweite Positionsangabe (32) zu ignorieren und hierdurch eine Hochintegritätsschätzung bereitzustellen.
Empfangsvorrichtung (13) nach Anspruch 2, wobei die erste Empfängereinheit (15) und/oder eine der ersten Empfängereinheit (15) nachgeschaltete Komponente (25) dazu eingerichtet ist, die erste Positionsangabe (24) mittels eines Abgleichs mit einer digitalen Straßenkarte (27) zu plausibilisieren, und/oder wobei die zweite Empfängereinheit (16) dazu eingerichtet ist, die zweite Positionsangabe (32) zu unterdrücken, solange eine vorbestimmte Mindestanzahl an Satellitensignalen (12), die eine jeweilige Empfangsqualität größer als der Mindestwert (22) aufweisen, fehlt.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der zweiten Empfängereinheit (16) ein Level der funktionalen Sicherheit größer als bei der ersten Empfängereinheit (15) ist.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennenanordnung (14) eine Dachantenne (14') aufweist.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennenanordnung (14) eine gemeinsame Antenne (14') für die erste und die zweite Empfängereinheit (15, 16) vorsieht.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Empfängereinheit (15) und die zweite Empfängereinheit (16) unabhängig voneinander über eine Verteilereinheit (19) mit der Antennenanordnung (14) gekoppelt sind, wobei die Verteilereinheit (19) dazu eingerichtet ist, die empfangenen Satellitensignale (17) an beide Empfängereinheiten (15, 16) gleichzeitig oder abwechselnd weiterzuleiten.
Empfangsvorrichtung (13) nach Anspruch 7, wobei die erste Empfängereinheit (15) und die Verteilereinheit (19) in einem gemeinsamen Steuergerät (18) angeordnet sind.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Antennenanordnung (14) und/oder für die Ankopplung der zweiten Empfängereinheit (16) eine jeweilige Verstärkereinrichtung (14", 20) zum Verstärken der empfangenen Satellitensignale (17) vorgesehen ist.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Empfängereinheit (15) näher an der Antennenanordnung (14) angeordnet ist als die zweite Empfängereinheit (16).
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Empfängereinheit (16) über ein Koaxialkabel (29) mit der Antennenanordnung (14) verbunden ist.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Empfängereinheit (16) durch ein Steuergerät (30) eines Autopiloten (31) für das Kraftfahrzeug (10) bereitgestellt ist.
Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Mobilfunkmodul (35) dazu eingerichtet ist, Korrekturdaten (37) für die Satellitensignale (12) über eine Mobilfunkverbindung (34) zu empfangen und die empfangenen Korrekturdaten (37) über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk (39) an die erste und/oder die zweite Empfängereinheit (15, 16) auszusenden.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Empfangsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren (40) zum Auswerten von Satellitensignalen (12) eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) in einem Kraftfahrzeug (10), wobei eine Antennenanordnung (14) die Satellitensignale (14) empfängt und eine erste Empfängereinheit (15), die mit der Antennenanordnung (14) gekoppelt ist, anhand der empfangenen Satellitensignale (17) eine erste Positionsangabe (24) einer Geoposition des Kraftfahrzeugs (10) auf der Grundlage einer ersten Signalverarbeitung (21) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Empfängereinheit (16), die mit der Antennenanordnung (14) gekoppelt ist, anhand der empfangenen Satellitensignale (17) eine zweite Positionsangabe (32) der Geoposition des Kraftfahrzeugs (10) auf der Grundlage einer zweiten Signalverarbeitung (23) erzeugt, wobei die erste Signalverarbeitung (21) der ersten Empfängereinheit (15) und die zweite Signalverarbeitung (23) der zweiten Empfängereinheit (16) unterschiedlich sind.