DE102019211174A1

DE102019211174A1 - Verfahren zum Ermitteln eines Modells zur Beschreibung mindestens eines umgebungsspezifischen GNSS-Profils

Info

Publication number: DE102019211174A1
Application number: DE102019211174.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Skupin; Moritz Michael Knorr; Hanno Homann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-01-28
Also published as: KR20220039709A; JP2022541855A; CN114174870A; WO2021018575A1; US20220276388A1; JP7338035B2

Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines Modells zur Beschreibung mindestens eines umgebungsspezifischen GNSS-Profils, umfassend zumindest folgende Schritte:a) Empfangen mindestens eines Messdatensatzes, der mindestens einen GNSS-Parameter eines GNSS-Signals zwischen einem GNSS-Satelliten und einem GNSS-Empfänger beschreibt,b) Ermitteln mindestens eines Modell-Parameters für ein Modell zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils, unter Verwendung des in Schritt a) empfangenen Messdatensatzes,c) Bereitstellen des Modells zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Modells zur Beschreibung mindestens eines umgebungsspezifischen GNSS-Profils, ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Die Erfindung kann insbesondere beim autonomen Fahren zur Anwendung zu kommen.
Stand der Technik
Unter anderem benötigt ein Fahrzeug für einen autonomen Betrieb eine Sensorik, die in der Lage ist eine hochgenaue Fahrzeugposition, insbesondere mit Hilfe von Navigationssatellitendaten (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo), zu ermitteln. Hierzu werden gegenwärtig GNSS(Globales NavigationsSatellitensystem)-Signale über eine GNSS-Antenne auf dem Fahrzeugdach empfangen und mittels eines GNSS-Sensors verarbeitet.
Zur Verbesserung der GNSS-Genauigkeit sind GNSS-Korrekturdatendienste bekannt, die den Fehlereinfluss der GNSS-Fehler im Orbit (im wesentlichen Satellitenbahnfehler, Satellitenuhrfehler, Code- und Phasen-Biases, sowie ionosphärische und troposphärische Refraktionseinflüsse) ermitteln können. Mit Hilfe derartiger bestehender Korrekturdatendienste ist es möglich, die besagten Fehlereinflüsse bei der GNSS-basierten Ortung zu berücksichtigen, sodass die Genauigkeit des GNSS-basierten Ortungsergebnisses zunimmt.
Beispielsweise in urbanen Umgebungen kann es jedoch zu einer signifikanten Abschattung der GNSS-Satelliten kommen, insbesondere in Häuserschluchten. Darüber hinaus kann es an den Häusern zu Reflexionen des GNSS-Signals kommen, was zu sogenannten Mehrwegeausbreitungen und damit im Zusammenhang stehenden Pseudorangefehlern führen kann. Es besteht das Bestreben auch solche Einflüsse zu berücksichtigen, um die Genauigkeit des GNSS-basierten Ortung noch weiter zu verbessern.
Die bestehenden Korrekturdatendienste ermöglichen eine Erhöhung der Genauigkeit der GNSS-basierten Ortung im cm-Bereich solange eine Sichtverbindung zu den genutzten Satelliten besteht. Im Falle einer Abschattung z. B. durch hohe Gebäude wird durch Verwendung von Korrekturdatendiensten in der Regel zwar weiterhin eine Erhöhung der Genauigkeit gegenüber einer Nichtverwendung von Korrekturdaten erreicht, dennoch verschlechtert sich in diesem Fall die Ortungsgenauigkeit (z.B. auf eine Genauigkeit in der Größenordnung von einem Meter oder 10 Metern).
Problematisch ist insbesondere, dass ein GNSS-Empfänger auch unter Verwendung von Korrekturdaten im eben beschriebenen Fall den entstehenden Fehler nicht vollständig erfasst, so dass zwar z. B. eine größere Fehlerellipse jedoch mit nichtzutreffendem Zentrum der Ellipse angenommen werden kann. Eine derartige Degradation der Ortungszuverlässigkeit mittels GNSS-basierter Systeme sollte z. B. für die Genauigkeits- und Integritätsanforderungen an eine GNSS-basiertes Ortungssystem zur Anwendung beim hochautomatisieren bzw. autonomen Fahren möglichst vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Ermitteln eines Modells zur Beschreibung mindestens eines umgebungsspezifischen GNSS-Profils, umfassend zumindest folgende Schritte:

a) Empfangen mindestens eines Messdatensatzes, der mindestens einen GNSS-Parameter eines GNSS-Signals zwischen einem GNSS-Satelliten und einem GNSS-Empfänger beschreibt,
b) Ermitteln mindestens eines Modell-Parameters für ein Modell zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils, unter Verwendung des in Schritt a) empfangenen Messdatensatzes,
c) Bereitstellen des Modells zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils.

GNSS steht in diesem Zusammenhang für Globales Navigationssatellitensystem, wie zum Beispiel GPS (Global Positioning System) oder Galileo. Die angegebene Reihenfolge der Schritte a), b) und c) ist beispielhaft und kann sich so bei einem regulären Betriebsablauf des Verfahrens einstellen bzw. zumindest einmal in der angegebenen Reihenfolge ablaufen. Darüber hinaus können zumindest die Schritte a), b) und c) auch zumindest teilweise parallel bzw. gleichzeitig durchgeführt werden.
Hiermit kann ein gänzlicher neuer Modell-Ansatz angegeben werden, der auf umgebungsspezifischen GNSS-Profilen basiert. Der Modell-Ansatz trägt in besonders vorteilhafter Weise dazu bei Datenvolumen und damit Ressourcen (Speicherplatz) zu sparen. Gleichwohl kann mit Hilfe von GNSS-Profilen die Ortungsgenauigkeit vorteilhaft verbessert werden. Dies insbesondere auch in urbanen Umgebungen, in denen es zu Abschattungen der Satelliten kommen kann.
In Schritt a) erfolgt ein Empfangen mindestens eines Messdatensatzes, der mindestens einen GNSS-Parameter eines GNSS-Signals zwischen einem GNSS-Satelliten und einem GNSS-Empfänger beschreibt. Dabei kann eine Vielzahl von Messdatensätzen empfangen werden, die jeweils einen GNSS-Paramater wie etwa einen Ausbreitungspfad bzw. die Empfangssituation eines GNSS-Signals zwischen einem GNSS-Satelliten und einem GNSS-Empfänger beschreiben. Dazu kann (ggf. zuvor) eine Aufnahme von Messdaten erfolgen, aus denen die Messdatensätze gebildet werden. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die Messdaten von einem oder mehreren (Kraft- )Fahrzeugen, beispielsweise über GNSS-Empfänger und/oder Umfeldsensorik der Fahrzeuge aufgenommen werden. Bei den Fahrzeugen handelt es sich vorzugsweise um Automobile, die besonders bevorzugt für den automatisierte oder autonome Operationen eingerichtet sind.
Die Messdatensätze umfassen in der Regel jeweils folgende (signalspezifischen) Messdaten:

- die (tatsächliche) Position des GNSS-Empfängers (an der das GNSS-Signal empfangen wurde),
- die Satellitenposition des GNSS-Satelliten (der das GNSS-Signal ausgesendet hat),
- die gemessene Pseudorange (PR) des GNSS-Signals, und
- die gemessene Signalstärke des GNSS-Signals (alternativ C/N0) und/oder übrige GNSS-Raw-Measurements (z. B. Doppler und Trägerphase).

Die (tatsächliche) Position des GNSS-Empfängers (zum Beispiel einer Empfangsantenne) kann beispielsweise (auch bei Störungen der Signalausbreitung des GNSS-Signals) mittels Zweifrequenz-Empfängern ermittelt werden. Zweifrequenz-Empfängern sind GNSS-Empfänger, welche die von den GNSS-Satelliten eintreffenden Funksignale auf beiden kodierten Frequenzen (L1 und L2) analysieren können. Messprinzip ist - über das normale Pseudoranging hinaus (bei dem nur L1 empfangen wird) - die Phasenmessung der Trägerwellen. Entsprechende Zweifrequenz-Empfänger können beispielsweise in oder an (Kraft-) Fahrzeugen installiert sein. In diesem Zusammenhang kann es sich bei den Fahrzeugen beispielsweise um solche handeln, die gezielt zum Erstellen der Messdatensätze bestimmte Routen abfahren sollen.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Ermittlung der (tatsächliche) Position des GNSS-Empfängers eine Umfeldsensorik beitragen. Dabei können Messdaten der Umfeldsensorik mit GNSS-Messdaten kombiniert oder alleine verwendet werden. Die Umfeldsensorik kann beispielsweise in oder an (Kraft-)Fahrzeugen installiert sein. In diesem Zusammenhang kann die Position des GNSS-Empfängers beispielhaft mit einer Fahrzeugposition zusammenfallen. Bei der Umfeldsensorik kann es sich beispielsweise um einen optischen Sensor (zum Beispiel um eine Kamera), einen Ultraschallsensor, einen RADAR-Sensor, einen LIDAR-Sensor oder dergleichen handeln.
Mit der Position des GNSS-Empfängers und der Satellitenposition ist in der Regel auch die LOS (Line Of Sight)-Distanz bzw. die direkte (kürzeste) Verbindungslinie zwischen GNSS-Satellit und GNSS-Empfänger bekannt. Die Pseudorange (PR) wird in der Regel über eine Laufzeitmessung (zum Beispiel der L1 Frequenz) des GNSS-Signals gemessen. Mit den Punkten Position des GNSS-Empfängers, der Satellitenposition und der Pseudorange ist auch der Pseudorangefehler (PR-Fehler) bekannt (zum Beispiel über die Gleichung: PR-Fehler = gemessene PR - LOS-Distanz).
Vorteilhafterweise werden die Messdaten zunächst über einen längeren Zeitraum, zum Beispiel über mindestens zehn Tage und/oder unter Verwendung von Crowdsourcing erhoben. Crowdsourcing kann in diesem Zusammenhang auch so beschrieben werden, dass die Messungen verschiedener Mess-Instanzen zusammengetragen werden. Hierzu können beispielsweise die Messdaten verschiedener Fahrzeuge zusammengetragen werden, die sich über einen Beobachtungszeitraum (zum Beispiel zehn Tage oder mehr) in einem Beobachtungsgebiet (von dem das 3D-Umfeldmodell erstellt werden soll) aufgehalten haben.
In Schritt b) erfolgt ein Ermitteln mindestens eines Modell-Parameters für ein Modell zur (vereinfachten) Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils, unter Verwendung des in Schritt a) empfangenen Messdatensatzes. Insbesondere kann in Schritt b) aus mehreren empfangenen Messdatensätzen ein Modell-Parameter bzw. ein Modell zur Beschreibung von mehreren GNSS-Profilen abgeleitet bzw. abstrahiert werden. Das Modell erlaubt in Vorteilhafter Weise eine vereinfachte Beschreibung von GNSS-Profilen, durch Modell-Parameter, wodurch Datenvolumen und/oder Rechenkapazität gespart werden können (im Vergleich zu einer Bereitstellung der vollständigen GNSS-Profile mit beispielsweise allen GNSS-Rohdaten).
Ein (jedes) GNSS-Profil beschreibt grundsätzlich einen Zusammenhang zwischen einer aus den Satellitendaten ermittelten Pfadlänge (und/oder einem aus den Satellitendaten (bzw. der Pfadlänge) und der in Schritt a) bestimmten Empfängerposition ermittelter Pfadlängenfehler) sowie dem Wertepaar aus Empfängerposition und Satellitenposition. Diese GNSS-Profile bzw. die Zusammenhänge aus diesen GNSS-Profilen sollen hier über den Modell-Ansatz vorteilhaft vereinfacht bereitgestellt werden.
Die Satellitenposition bezieht sich hier üblicherweise auf die Position des Satelliten, der die entsprechenden Satellitendaten bzw. das GNSS-Signal ausgesandt hatte, zum Zeitpunkt des Aussendens. Die Empfängerposition kann zur Vereinfachung beispielsweise mit einer Fahrzeugposition des Fahrzeugs, welches den GNSS-Empfänger aufweist, gleichgesetzt werden. Das Profil ist umgebungsspezifisch, da dessen Daten, etwa Pfadlängenfehler von der Umgebung beeinflusst werden bzw. von dieser abhängig sind.
Das Modell wird insbesondere so gebildet, dass es eine kompakte Beschreibung des funktionalen Zusammenhangs zwischen Messgröße und Abhängigkeitsparameter erlaubt. Weiterhin kann das Modell so gebildet werden, dass eine Vereinigung einer Vielzahl von Messwerten auf wenige (insbesondere statistische) Parameter (z.B. Mittelwert und Varianz) erfolgt.
Bei dem Modell kann es sich beispielsweise um ein lineares Modell handeln. Weiterhin kann das Modell mehrdimensional, wie etwa dreidimensional sein. Das Modell kann darüber hinaus (wie die damit beschriebenen GNSS-Profile) umgebungsspezifisch sein.
Das Modell kann alternativ oder zusätzlich eine Kartierung von GNSS-Signalcharakteristiken in Form von (einer parametrisierten Beschreibung von) GNSS-Profilen umfassen. Dies kann zum Beispiel ein zusätzlicher Karten-Layer einer bestehenden Straßenkarte (z.B. NDS-Karte) sein.
In Schritt c) erfolgt ein Bereitstellen des Modells zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils. Das Modell kann beispielsweise außerhalb eines Fahrzeugs insbesondere auf Basis von Daten ermittelt werden, die mit Fahrzeugen aufgenommen wurden. Hierzu kann das Modell beispielsweise in einer übergeordneten Auswerteeinheit gebildet werden. Anschließend kann das Modell an mindestens ein Fahrzeug (zurück) übertragen werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mindestens ein GNSS-Parameter einen Ausbreitungspfad zwischen dem GNSS-Satelliten und dem GNSS-Empfänger beschreibt (z.B. Pseudorange). Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Messdatensatz die Position des GNSS-Empfängers umfasst, an der das GNSS-Signal empfangen wurde. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine Fahrzeugposition handeln, wenn der GNSS-Empfänger in oder an einem Fahrzeug angeordnet ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt b) eine stückweise lineare Regression auf zumindest einen Teil des Messdatensatzes angewendet wird. Dies kann mit anderen Worten auch so beschrieben werden, dass zur Modellierung bevorzugt und beispielhaft eine stückweise lineare Regression verwendet werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass es sich bei dem Modell-Parameter um einen Statistik-Parameter und/oder einen Abhängigkeits-Parameter handelt. Bei dem Statistik-Parameter kann es sich zum Beispiel um einen Mittelwert und/oder eine Varianz handeln. Bei dem Abhängigkeits-Parameter kann es sich zum Beispiel um die Variation des zu modellierenden Wertes (bzw. GNSS-Profils) z.B. mit der Variation der Höhe der GNSS-Empfangsantenne handeln.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein Modell-Parameter unter Verwendung von mehreren Messdatensätzen ermittelt wird. In diesem Zusammenhang können zum Beispiel mehrere Messdatensätze, die derselben (geodätischen) Position oder einem Bereich um diese Position zugeordnet werden können, zum Ermitteln des Modell-Parameters genutzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Modell in der Form eines Korrekturmodells bereitgestellt wird. In diesem Zusammenhang kann das Modell beispielsweise in Abhängigkeit einer (geodätischen) Position (Eingangsgröße) z.B. eines Fahrzeugs einen bestimmten Korrekturwert (Ausgangsgröße) ausgeben.
Das hier beschriebene Modell kann neben der (geodätischen) Position noch eine ganze Reihe von anderen möglichen Parametern als Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen aufweisen.
Beispielsweise kann zumindest einer der folgenden Parameter eine Ausgangsgrößen des Modells sein:

- Pseudorange (Laufzeit der Satellitensignale vom Satelliten zum Sensor), und
- PR-Fehler (Fehler der Pseudo-Range).

Zumindest einer der folgenden Paramater kann eine Eingangsgröße des Modells sein:

- Signalstärke der von dem GNSS-Sensor empfangenen GNSS-Signale,
- Rauschverhältnis (C/N0 = Carrier-to-noise density ratio) der von dem GNSS-Sensor empfangenen GNSS-Signale,
- Trägerphase der von dem GNSS-Sensor empfangenen GNSS-Signale,
- Antennenhöhe der Antenne des GNSS-Sensors,
- zeitliche Dynamik der Bewegung der jeweiligen GNSS-Satelliten

Das Modell modelliert mittels der Modell-Parameter die Verteilung eines GNSS-Parameters in kompakter Form. Bevorzugt umfasst das Modell Parametergrenzwerte. Die Ausgangsgrößen umfassen bevorzugt jeweils statische Teilgrößen, die die Unsicherheit bei der Nutzung des Modells wiederspiegeln. Besonders bevorzugt umfasst jede Ausgangsgröße einen Erwartungswert, die die eigentliche Ausgangsgröße darstellt und eine Varianz, die eine Unsicherheit des jeweiligen Erwartungswert beschreibt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Modell derart bereitgestellt wird, dass es für eine mustererkennungsbasierte Ortung eingesetzt werden kann. Dies kann mit anderen Worten auch so beschrieben werden, dass das Modell dazu eingerichtet ist für einen oder mehrere GNSS-Fingerprints zu repräsentieren.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm(-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
Hier außerdem beschrieben werden soll ein Positionssensor, welcher zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Beispielsweise kann das zuvor beschriebene Speichermedium Bestandteil des Positionssensors oder mit diesem verbunden sein. Vorzugsweise ist der Positionssensor in oder an einem (Kraft-) Fahrzeug angeordnet oder zur Montage in oder an einem solchen vorgesehen und eingerichtet. Bevorzugt handelt es sich bei dem Positionssensor um einen GNSS-Sensor. Der Positionssensor ist weiterhin bevorzugt für einen autonomen Betrieb des Fahrzeugs vorgesehen und eingerichtet. Weiterhin kann es sich bei dem Positionssensor um einen kombinierten Bewegungs- und Positionssensor handeln. Ein solcher ist für autonome Fahrzeuge besonders vorteilhaft. Der Positionssensor beziehungsweise eine Recheneinheit (Prozessor) des Positionssensors kann beispielsweise auf das hier beschriebene Computerprogramm zugreifen, um ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Positionssensor, dem Computerprogram und/oder dem Speichermedium auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:

1: ein Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens,
2: ein Beispiel für einen Modell zur Beschreibung eines GNSS-Profils, und
3: ein Beispiel für ein Fehlerprofil für Pseudoranges.

1 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens. Das Verfahren dient zum Ermitteln eines Modells zur Beschreibung mindestens eines umgebungsspezifischen GNSS-Profils. Die mit den Blöcken 110, 120 und 130 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b) und c) ist beispielhaft und kann sich so bei einem regulären Betriebsablauf einstellen.
In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Empfangen mindestens eines Messdatensatzes, der mindestens einen GNSS-Parameter eines GNSS-Signals zwischen einem GNSS-Satelliten und einem GNSS-Empfänger beschreibt. In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Ermitteln mindestens eines Modell-Parameters für ein Modell zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils, unter Verwendung des in Schritt a) empfangenen Messdatensatzes. In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Bereitstellen des Modells zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils.
2 zeigt schematisch ein Beispiel für einen Modell zur Beschreibung eines GNSS-Profils. Dabei ist die Pseudorange 1 (Formelzeichen: PR) über der Position 2 beispielsweise einer Fahrzeugposition (Formelzeichen: x) aufgetragen. Das Profil umfasst eine Non-Line-Of-Sight-Pseudorange 4 und eine Line-Of-Sight-Pseudorange 5. Darüber hinaus ist in 2 beispielhaft eingetragen, dass die Differenz zwischen diesen beiden Pseudoranges 4, 5 als Fehlerwert 3 (Formelzeichen ε) beschrieben werden kann.
2 zeigt somit ein vereinfachtes Beispiel eines GNSS-Profils, in diesem Beispiel zur Darstellung des Mittelwerts der Pseudorange (PR) eines bestimmten Satelliten (SV) in Abhängigkeit von der (Fahrzeug-)Position. Entsprechend können das GNSS-Profil bzw. der Modell-Parameter für weitere GNSS-Signalcharakteristiken (wie z. B. empfangene GNSS-Signalleistung, Doppler,...) und über weitere Dimensionen (räumliche Dimension und Himmelsrichtung des betreffenden SV) erstellt sein. Des Weiteren können ein entsprechendes GNSS-Profil bzw. ein entsprechender Modell-Parameter für jeden empfangenen Satelliten vorhanden sein bzw. ermittelt werden.
Der Fehlerwert 3 aus 2 kann im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Verfahren beispielsweise als Modell-Parameter für ein Modell zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils dienen. Dieser Modell-Parameter kann (wie gezeigt) über beispielhaft einer Differenzbildung zwischen dem Verlauf der Non-Line-Of-Sight-Pseudorange 4 und dem Verlauf der Line-Of-Sight-Pseudorange 5 abgeleitet werden. Dies stellt auch ein Beispiel dafür dar, dass und ggf. wie der mindestens eine GNSS-Parameter 4, 5 einen Ausbreitungspfad zwischen dem GNSS-Satelliten und dem GNSS-Empfänger beschreiben kann. Da der Modell-Parameter einen Mittelwert der Pseudorange (PR) eines bestimmten Satelliten (SV) in Abhängigkeit von der (Fahrzeug- )Position beschreibt, ist dies auch ein Beispiel dafür, dass und ggf. wie es sich bei dem Modell-Parameter um einen Statistik-Parameter handeln kann.
Darüber hinaus kann der mindestens eine Messdatensatz die Position des GNSS-Empfängers umfassen, an der das GNSS-Signal empfangen wurde. Zudem kann in Schritt b) beispielsweise eine stückweise lineare Regression auf zumindest einen Teil des Messdatensatzes angewendet werden. Ferner kann ein Modell-Parameter unter Verwendung von mehreren Messdatensätzen ermittelt werden.
3 zeigt schematisch ein Beispiel für ein Fehlerprofil für Pseudoranges.
3 veranschaulicht dabei beispielhaft einen Ansatz zur Generierung neuartiger Korrekturdaten. Dies ist insbesondere Interessant zur Korrektur von Pseudorange und Trägerphase im GNSS-Empfänger.
Für die Bestimmung des Korrekturwerts werden sowohl Soll-Wert als auch Ist-Wert in den GNSS-Messdatensätzen betrachtet. Der Ist-Wert wird dazu direkt den GNSS-Messungen (Laufzeitmessung des GNSS-Signals) entnommen, der Soll-Wert wird indirekt aus der bekannten Empfänger-Position und der Satellitenposition bestimmt (kann offline berechnet werden).
In einer Variante werden sowohl Profile für die Soll-Werte als auch für die Ist-Werte erstellt. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn der mindestens eine Modell-Parameter selbst in der Art eines (umgebungsspezifischen) Profils gebildet wird.
2 zeigt ein entsprechendes Beispiel für die Pseudorange. So repräsentieren die NLOS_PR-Werte 4 die Ist-Werte (Ist-Profil) und die LOS_PR-Werte 5 die Soll-Werte (Soll-Profil). Mittels Differenzbildung der Werte aus Soll-Werte und Ist-Werte (z. B. Fehlerwert ε= Soll-Wert minus Ist-Wert) werden die zugehörigen Fehlerwerte 3 bestimmt, die sich als Fehlerprofil repräsentieren lassen.
3 zeigt das aus den GNSS-Profilen in 2 abgeleitete Fehlerprofil für die Pseudoranges. Der in 3 dargestellte Verlauf könnte als Modell-Parameter dienen, der selbst in der Art eines (umgebungsspezifischen) Profils gebildet wurde. Dies kann mit anderen Worten insbesondere als eine bestimmte Folge von Modell-Parametern oder als eine Modell-Kennlinie beschrieben werden, die in Schritt b) ermittelt werden können.
Der Fehlerwert 3 stellt hier ein Beispiel für den Modell-Parameter dar. Der Fehlerwert 3 kann zur Korrektur von zukünftigen GNSS-Messungen dienen. Somit stellt 3 auch ein Beispiel dafür dar, dass und ggf. wie das Modell in der Form eines Korrekturmodells bereitgestellt werden kann.
Sollen lediglich der Ansatz der Generierung von Korrekturdaten verfolgt werden, können aus den GNSS-Messdatensätzen auch direkt Korrekturdaten generiert werden, so dass nicht erst die Profile für die GNSS-Signaleigenschaften (gemessene Pseudorange, Signalleistung, Doppler, Trägerphase) generiert werden, sondern anstatt dessen direkt die Korrekturwerte als Profile (bzw. Fehlerprofile) generiert werden. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass in diesem Fall der mindestens eine Modell-Parameter direkt aus den GNSS-Messdatensätzen ermittelt wird (ohne Umweg über Ist- und Soll-Profil).
Die so ermittelten Korrekturdaten können die Fehlereinflüsse durch Interaktion des GNSS-Signals mit umliegenden Objekten (z. B. Reflektion an Gebäuden) korrigieren und stellen damit vorteilhaft neuartige Korrekturdaten dar. Die Bereitstellung dieser Korrekturdaten an ein Fahrzeug kann auf folgende beispielhafte Art und Weisen erfolgen:

• Neuartige Korrekturdaten werden in bestehende Korrekturdatendienste (z.B. OSR, SSR) integriert. D.h. das Fahrzeug teilt dem KorrekturdatenDienste-Provider (KDP) seine Position mit und der KDP übermittelt die aktuellen Korrekturen z.B. sekündlich an das Fahrzeug.
• Das Fahrzeug teilt dem KDP seine voraussichtliche Trajektorie mit und der KDP stellt die Korrekturdaten in Form von Fehlerprofilen (ggf. in parametrisierter Form) für die vorausliegende Strecke mit.
• Das Fahrzeug verfügt über einen Karten-Layer mit Korrekturdaten, dessen Inhalt von dem KDP bereitgestellt wird und für einen großflächigen Bereich (z.B. eine oder mehrere Kacheln) im Fahrzeug vorgeladen und optional persistiert werden kann. Dieser Karten-Layer kann z.B. in bestimmten Intervallen (z.B. wöchentlich) oder bei Verfügbarkeit neuer Daten beim KDP aktualisiert werden.

Die Korrektur der GNSS-Messdaten im Fahrzeug kann durch Verrechnung des aktuellen Ist-Wert mit dem zugehörigen Korrekturwert erfolgen, z.B. durch Bildung der Summe aus dem aktuellen im Fahrzeug ermittelten GNSS-Messwert (z.B. die gegenwärtig gemessene PR eines bestimmten SV) und dem zugehörigen (d.h. den für aktuelle Fzg-Position und SV gültige) Korrekturwert (hier dem PR-Fehler).
Alternativ oder zusätzlich kann das das Modell derart bereitgestellt werden, dass es für eine mustererkennungsbasierte Ortung eingesetzt werden kann.
Ein in diesem Zusammenhang vorteilhafter Ansatz zur Verwendung des Modells zur Beschreibung der GNSS-Profile ist die Nutzung des Modells bzw. zumindest eines Teils davon als Referenz für eine Mustererkennungs-basierte Ortung. Je nach Satellitenkonstellation und Beeinträchtigung der GNSS-Signale durch die spezifische Umgebung ergibt sich eine spezifische Beeinträchtigung der GNSS-Signaleigenschaften, hier in Form spezifischer GNSS-Profile. Da ein GNSS-Profil einen Wert der GNSS-Signaleigenschaft (z.B. Pseudorange, Doppler, Signalleistung,...) in Abhängigkeit von einem Ort und der Himmelsrichtung des zugehörigen Satelliten darstellt, kann mit Kenntnis der gegenwärtigen Satellitenposition durch einen Vergleich der aktuell im Fahrzeug gemessenen GNSS-Messwerte (z.B. Pseudorange, Doppler, Signalleistung,...) mit den GNSS-Profilen (hier über das (vereinfachte) Modell zur Beschreibung der GNSS-Profile) auf die Position des Fahrzeugs geschlossen werden.
2 veranschaulicht diesen Sachverhalt durch vereinfachte Verwendung des GNSS-Profils lediglich eines SV, dessen GNSS-Signal aus einer bestimmten Himmelsrichtung empfangen wird. In diesem Beispiel wird für die Pseudorange zum aktuellen Zeitpunkt ein bestimmter Wert 6 gemessen („measured PR“). Durch Vergleich dieses gemessenen Wertes 6 mit den IST-Werten aus dem GNSS-Profil für die Pseudorange 4 („NLOS_PR“) kann auf die Position 7 geschlossen werden, bei welcher der gemessene Wert zu erwarten ist („x' estimated position“).
Zur Bestimmung der Ähnlichkeit zwischen aktuellem GNSS-Messwert (M) und den Werten des GNSS-Profils (R(x): Referenzwert an der Position x) sind verschiedene Kriterien möglich: Beispiele sind (exemplarisch Dargestellt für das Beispiel in 2):

• Einfache Abweichung (abs(M-R(x))); hierbei wird die kleinste Abweichung gesucht;
• Quadratische Abweichung ((M-R(x))^2); hierbei wird die kleinste quadratische Abweichung gesucht;
• Die Wahrscheinlichkeit des Wertes (P(M,x): Wahrscheinlichkeit, dass der Wert M an Position x gemessen wird); hierbei wird nach der größten Wahrscheinlichkeit gesucht.

Die Zuverlässigkeit dieses Verfahren kann signifikant gesteigert werden, indem insbesondere nicht nur das GNSS-Profil für ein SV herangezogen wird, sondern für mehrere SV, z.B. die GNSS-Profile aller aktuell empfangener SV (d.h. aller aktuell empfangenen Satelliten). Darüber hinaus kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter gesteigert werden, wenn nicht nur die GNSS-Profile einer GNSS-Signaleigenschaft (z.B. Pseudorange), sondern zusätzlich die GNSS-Profile für weitere GNSS-Signaleigenschaften genutzt werden (z.B. Signalleistung).
Soll exemplarisch die einfache Abweichung als Vergleichskriterium herangezogen werden, ergibt sich die geschätzte Position x' des Empfängers, indem über alle herangezogenen GNSS-Profile die Summe der Abweichung zwischen den aktuell gemessenen GNSS-Werten und den Werten der GNSS-Profile zugehörig einer Position x unter Betrachtung verschiedener Positionen x ein Minimum bei x' erreicht $x' = min_{x} \sum_{S V, G N S S - S i g n a l e i g e n s c h a f t} | W_{S V, G N S S - S i g n a l e i g e n s c h a f} - R_{S V, G N S S - S i g n a l e i g e n s c h a f} (x) |$
In diesem Beispiel ist W_{SV,GNSS-Signaleigenschaft} der gemessene Wert einer GNSS-Signaleigenschaft zugehörig des Satelliten SV, R_{SV,GNSS-Signaleigenschaft}(x) der Referenzwert des GNSS-Profils zugehörig der entsprechenden GNSS-Signaleigenschaft des Satelliten SV bei Annahme der Position x. Die Position x kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf einen mehrdimensionalen Raum (z.B. 2D oder 3D) erweitert werden.
Das für das hier dargestellte GNSS-Fingerprint-Verfahren zu verwendende Modell zur Beschreibung der GNSS-Profile kann im Fahrzeug als zusätzlicher Datenlayer einer Straßenkarte (z.B. NDS) verfügbar gemacht werden. In einer vorteilhaften Variante werden entsprechende Datenlayer von einem Service-Provider bereitgestellt, z.B. mittels IP-Kommunikation über Mobilfunk und/oder WLAN. Als Übermittlungsstrategie können vom Fahrzeug z. B.:

• GNSS-Profile bzw. entsprechende Modell-Parameter für die vorausliegende Strecke gemäß MPP angefordert werden;
• Die GNSS-Profile bzw. entsprechende Modell-Parameter für einen größeren Bereich z. B. eine oder mehrere Kacheln vorgeladen werden.

Ein in diesem Zusammenhang (mustererkennungsbasierte Ortung) weiterer vorteilhafter Ansatz zur Verwendung des Modells zur Beschreibung der GNSS-Profile besteht in der Kombination beider zuvor genannten Ansätze (Korrekturdaten + mustererkennungsbasierte Ortung).
So kann in einer Variante zunächst die Korrektur der Pseudoranges erfolgen, so dass der GNSS-Empfänger damit eine genauere Ausgangsposition berechnet. In einem weiteren Schritt kann ein Abgleich mittels des GNSS-Fingerprint-Verfahrens durchgeführt werden. Für das GNSS-Fingerprint-Verfahren ergibt sich damit eine günstigere Ausgangsposition, sodass mögliche Mehrdeutigkeiten besser begegnet werden können.

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Modells zur Beschreibung mindestens eines umgebungsspezifischen GNSS-Profils, umfassend zumindest folgende Schritte: a) Empfangen mindestens eines Messdatensatzes, der mindestens einen GNSS-Parameter eines GNSS-Signals zwischen einem GNSS-Satelliten und einem GNSS-Empfänger beschreibt, b) Ermitteln mindestens eines Modell-Parameters für ein Modell zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils, unter Verwendung des in Schritt a) empfangenen Messdatensatzes, c) Bereitstellen des Modells zur Beschreibung des mindestens einen umgebungsspezifischen GNSS-Profils.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine GNSS-Parameter einen Ausbreitungspfad zwischen dem GNSS-Satelliten und dem GNSS-Empfänger beschreibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Messdatensatz die Position des GNSS-Empfängers umfasst, an der das GNSS-Signal empfangen wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) eine stückweise lineare Regression auf zumindest einen Teil des Messdatensatzes angewendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Modell-Parameter um einen Statistik-Parameter handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Modell-Parameter unter Verwendung von mehreren Messdatensätzen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell in der Form eines Korrekturmodells bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell derart bereitgestellt wird, dass es für eine mustererkennungsbasierte Ortung eingesetzt werden kann.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.