DE102020200023A1

DE102020200023A1 - Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes sowie Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem

Info

Publication number: DE102020200023A1
Application number: DE102020200023.9A
Authority: DE
Inventors: Roland KUBE; Timo Iken; Stefan Wappler; Claus-Peter Brückner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-07-08
Also published as: CN113075615A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes (10), das zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgelegt ist. Solche hochgenauen Eigenlokalisierungen werden insbesondere für das automatische Fahren und für die Navigation in Gebäuden benötigt. Dabei wird von dem Objekt (10) ein breitbandiger Impulse kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgesendet, die bei Empfang von den umliegenden Feststationen (31 - 35) in einer unmittelbaren Rücksendung eines Antwortimpulses beantwortet werden. Damit findet in dem Objekt (10) eine Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses der Rücksendung von einer der umliegenden Feststationen (31 - 35) statt. Wenn die Aussendung des Impulses durch eine Anzahl von an verschiedenen Positionen des Objektes (10) angebrachten Antennenelementen (176) erfolgt und die Zeit jeweils bis zum Eintreffen des Antwortimpulses bei den einzelnen Antennenelementen (176) gemessen wird, kann durch Schnittpunktberechnung mit den sich ergebenden Laufzeiten und den bekannten Positionen der Antennenelemente der Feststationen (31 - 35) die hochgenaue Eigenlokalisierung erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes. Der Vorschlag betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes sowie eine Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem.
Für das Szenario von mit Funkkommunikationsmodulen ausgestatteten Fahrzeugen, die im öffentlichen Straßenverkehr direkt miteinander kommunizieren, sei es für ein kooperatives oder autonomes Fahren, oder auch für die Teilnahme am Mobilfunk und die Anbindung an das Internet oder die Versorgung mit anderen Datendiensten ist eine hohe Verlässlichkeit bei sicherheitskritischen Anwendungen unablässig oder für den Kunden sehr wichtig.
Navigationshilfen haben den Alltag vieler Menschen erobert. So helfen sie im ruralen wie im urbanen Bereich, gezielt Orte anzusteuern und die Zeit für den Anfahrtsweg zu minimieren. Dabei wird speziell bei Fahrzeug-Anwendungen in der Regel auf eine Satellitennavigation zurückgegriffen, in die Informationen aus Signalen anderer Fahrzeugsensoren zwecks Robustheitssteigerung mit einfließen. Die Satellitennavigation ist unter dem Begriff GNSS, entsprechend Global Navigation Satellite System, bekannt.
In dicht bebauten Gebieten stößt die Satellitennavigation jedoch an technische Grenzen, da die Satellitensignale in engen Häuserschluchten oft nicht direkt, sondern nur indirekt nach (Mehrfach-)Reflektionen an Häuserwänden empfangen werden können. Das satellitenbasierte Lokalisierungsergebnis wird dadurch teilweise so stark verfälscht, dass es zumindest vorübergehend für die Korrektur der Positionsschätzung aus den (ungenaueren) Fahrzeug-Sensorsignalen nicht geeignet ist.
Innerhalb von Gebäuden gestaltet sich die Lokalisierungsaufgabe noch schwieriger. Da die Satellitensignale Decken und Wände in der Regel nicht durchdringen, muss für Indoor-Navigations-Anwendungen ein Verfahren entwickelt werden, das komplett ohne Satellitensignale auskommt. Dabei ist es erforderlich, im Vergleich zu Outdoor-Navigationen wesentlich höhere Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Während dies beim autonomen Fahren eines Fahrzeugs im Parkhaus als wichtigste Fahrzeug-Anwendung erforderlich ist, um Kollisionen mit anderen Fahrzeugen oder Parkhaus-Hindernissen zu vermeiden, besteht beim elektronischen Museumsführer als einer typischen Nichtfahrzeug-Anwendung bereits bei einer Ungenauigkeit von mehreren Metern die Gefahr, den Nutzer in einen falschen Raum zu navigieren.
Als nicht-satellitenbasierte Alternative für die Indoor-Lokalisierung kommt zum Beispiel die Feldstärke des oftmals bereits vorhandenen WLAN-Netzes in Frage. Dabei muss mit dem Endgerät, also z. B. einer Zusatzeinheit des Fahrzeugnavigationssystems oder des elektronischen Museumsführers, das Signal gemessen und mit Karten der charakteristischen Feldstärkeverteilung des WLAN-Netzes verglichen werden. Auf diesem Prinzip basiert auch die Standortbestimmung via Erdmagnetfeld, das durch Gebäudeeigenschaften markant verändert wird. Der Aufwand für die Erstellung und kontinuierliche Aktualisierung der Feldstärke-Karten ist allerdings speziell vor dem Hintergrund der ausgeprägten Genauigkeitsanforderungen hoch.
Eine andere Möglichkeit beruht auf der Anbringung von kleinen Sendern innerhalb eines Gebäudes, die beispielsweise Bluetooth-Low-Energy-Signale (BLE-Signale) übertragen. Der Standort lässt sich dann etwa mittels Trilateration bestimmen: Aus den Signalen dreier Sender wird deren jeweilige Entfernung zum Endgerät bestimmt und mit Hilfe der bekannten Senderstandorte und der bestimmten Entfernungen die Position durch Schnittpunktberechnung ermittelt. Zur Entfernungsmessung können ähnlich wie bei der Radar-Technologie Laufzeitmessungen von ausgesendeten Signalen durchgeführt werden, die zurückreflektiert werden oder aber unmittelbar vom Sender neu ausgestrahlt werden, wenn ein Messsignal des Objektes eintrifft. Eine andere Möglichkeit besteht in einer Feldstärkemessung, wodurch sich mit Hilfe einer entsprechend genauen Karte über die Feldstärkeverteilung bei einer Normausstrahlung die Entfernung zum Sender ebenfalls bestimmen lässt.
Ein Beispiel eines auf GPS Signalauswertung basierenden Positionsbestimmungssystem ist in US2004/0193372 A1 auch für den Anwendungsfall Platooning beschrieben. Dabei wird das GPS-System verbessert, indem es mit Bluetooth kombiniert wird. Über eine Bluetooth-Verbindung werden Lageinformationen ausgetauscht mit einem Fahrzeug des Platoons. Im Betrieb kommunizieren die Fahrzeuge Satelliten-Daten über die Bluetooth-Verbindungen. Dies ermöglicht es, die Bluetooth-Funkverbindungen zur Reduzierung der Anzahl der benötigten Satelliten für das GPS-System auszunutzen, ohne die Genauigkeit der Messungen zu verlieren. Auf die Möglichkeit der Verwendung von UWB-Kommunikation als Alternative zur Bluetooth-Kommunikation wird hingewiesen.
Ein weiteres Beispiel für ein solches System ist in US 2015/0269845 A1 beschrieben. Hier wird insbesondere auf die Notwendigkeit der hochgenauen Synchronisierung der Uhren bei den Fahrzeugen hingewiesen, um über Laufzeitmessungen die genaue Position der Fahrzeuge zu messen. Als Lösung wird auf den Einsatz der hochgenauen Uhren bei den GNSS-Systemen hingewiesen.
Aus der DE 10 2015 122 145 A1 ist ein Verfahren zur verbesserten Positionsbestimmung einer Mobilstation beziehungsweise eines Handgeräts innerhalb eines Mobilfunknetzes bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Übertragen von mindestens drei Funksignalen zwischen der Mobilstation und einer entsprechenden Anzahl von mindestens drei Basisstationen, wobei zumindest jedes von den drei Funksignalen eine zeitliche Information umfasst, die eine Absendezeit des entsprechenden Funksignals anzeigt; Berechnen einer Zeitverzögerung für jedes der mindestens drei Funksignale auf der Basis einer Differenz zwischen einer Ankunftszeit und der Absendezeit des entsprechenden Funksignals; Abrufen der Information für jedes der mindestens drei Funksignale über die Übertragungspfadverluste des entsprechenden Funksignals aus einem Datenspeicher; Berechnen eines Abstands der Mobilstation von der entsprechenden Basisstation für jedes der mindestens drei Funksignale basierend auf der Zeitverzögerung und der Information über die Übertragungspfadverluste; und Bestimmen eines Orts der Mobilstation basierend auf der Trilateration der mindestens drei Abstände.
Aus der US 2019 066 504 A1 ist ein bodengestütztes Funksystem mit der Bezeichnung Autonomous Transceivers Positioning System („ATPS“) bekannt, das eine vollständige autonome Verfolgung mehrerer sich bewegender Objekte durchführt und die Positions- und Geschwindigkeitskomponenten (Geschwindigkeit und Richtung) eines sich bewegenden Objekts oder die stationäre Position eines Objekts bestimmt. Für ein sich bewegendes Objekt bietet das System eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von mehreren Zentimetern und eine Geschwindigkeitsbestimmung mit einer Genauigkeit von Zentimetern pro Sekunde. Das ATPS-System verfolgt die Position mehrerer Objekte gleichzeitig und kontinuierlich, solange sich die Objekte im Arbeitsbereich des drahtlosen ATPS-Systems befinden. Das ATPS enthält RFID-inspirierte Komponenten, einschließlich fortschrittlicher autonomer drahtloser Abfragegeräte mit mehreren festen Standorten innerhalb des definierten Arbeitsbereichs des Systems und mehrerer autonomer drahtloser Responder, die an sich bewegenden und / oder stationären Objekten befestigt sind.
In der WO 2019 143 437 A1 werden Techniken zur Positionsbestimmung beschrieben, die in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk eine Lokalisierung eines Zielbenutzergeräts (UE) ermöglichen , das von einem (oder einer Anzahl) verschiedener Funkzugangstechnologien (RATs) bedient wird. Zu den Techniken zählen Feldstärkemessungen, Laufzeitmessungen und Winkelmessungen.
Auf Grund der Wellenlänge der WLAN- und BLE-Signale von ca. 12,5 cm entsprechend einer Frequenz von 2,5 GHz ist eine Lokalisierung mit genügend hoher Genauigkeit prinzipiell möglich. Da die erlaubte WLAN- und BLE-Sendeleistung hoch genug ist, um eine störungsfreie bzw. störminimale Informationsübertragung auch bei größeren Antennenabständen und damit akzeptablen Systemkosten zu realisieren, muss bei Indoor-Navigations-Anwendungen davon ausgegangen werden, dass die WLAN- und BLE-Signale nicht von jedem Punkt aus direkt, sondern nur indirekt nach (Mehrfach-) Reflektionen an Wänden und Hindernissen empfangen werden können. Die mit einer Wellenlänge von 12,5 cm theoretisch mögliche Lokalisierungsgenauigkeit kann unter diesen Bedingungen nur dann annähernd erreicht werden, wenn eine Kompensation der (Mehrfach-)Reflektionen mit dedizierten Rechenmodellen erfolgt. Diese Rechenmodelle sind einerseits sehr komplex und damit zeitintensiv in ihrer Entwicklung, andererseits müssen sie kontinuierlich aktuell gehalten werden, um eventuellen baulichen Gebäudeveränderungen während des Systembetriebs über mehrere Jahre Rechnung tragen zu können.
Die dafür erforderlichen Arbeiten entfallen bei Erhöhung der Antennendichte, sodass die WLAN- und BLE-Signale größtenteils direkt empfangen werden können und damit der Anteil der (Mehrfach-)Reflektionen abnimmt. Für ihre Kompensation bei der Indoor-Lokalisierung sind damit generische Modelle ausreichend, die sich einerseits einfacher gestalten und andererseits nicht mehr kontinuierlich aktualisiert werden müssen.
Für Indoor-Navigations-Anwendungen mit besonders hohen Genauigkeitsanforderungen kann es erforderlich werden, das oben beschriebene Trilaterationsverfahren um einen Ultra-Wide-Band-Ansatz (UWB-Ansatz) zu erweitern. Dessen Prinzip besteht darin, von einem Sender eines autonom fahrenden Fahrzeugs oder eines elektronischen Museumsführers beispielsweise einen zeitlich stark begrenzten Impuls mit einer Dauer <1ns und stark ausgeprägter Flankensteilheit entsprechend einer Bandbreite von mehreren Hundert MHz auszusenden. Prinzip bedingt verteilt sich die Strahlungsleistung eines UWB-Impulses auf die sehr große Bandbreite. Pro Bandbreitenintervall ergibt sich somit nur eine wenig erhöhte Strahlungsleistung, sodass der Grenzwert der spezifischen Strahlungsleistung einer von derselben Station ausgestrahlten anderen Kommunikationsart durch die zusätzliche UWB-Ausstrahlung in dem jeweiligen Intervall praktisch nicht überschritten wird.
Trotz der geringen Leistung des UWB-Pulses müssen im Indoor-Bereich verteilt angebrachte Empfänger in der Lage sein, eine einwandfreie Detektion des UWB-Pulses durchzuführen und eine Rückantwort in Richtung des aussendenden Endgeräts zurückzusenden. Der Abstand der im Indoor-Bereich verteilt angebrachten Empfänger darf daher einen von den gegebenen Randbedingungen abhängigen max. Wert nicht überschreiten und sollte im Idealfall so gewählt werden, dass von jedem Punkt des Indoor-Bereichs aus Sichtkontakt zu mindestens drei Empfängern besteht. Die Begründung für diese Forderung ist die Notwendigkeit, Reflektionen erkennen und ignorieren zu können. Bei fehlendem direkten Sichtkontakt würden ausschließlich reflektierte Signale oder sogar mehrfach reflektierte Signale vorliegen. Um daraus die Entfernung zwischen Sender und Empfänger ermitteln zu können, wären aufwändige Rechen-Modelle erforderlich. Diese Modelle müssten immer aktuell gehalten werden, um eventuelle bauliche Veränderungen wiedergeben zu können. Bei Vorliegen einer direkten Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger ist es möglich, Reflektionen und Mehrfach-Reflektionen zu erkennen und zu ignorieren. Die Entfernungs-Berechnung kann dann auf Basis der direkten Pulslaufzeit mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Unter diesen Bedingungen wird es durch eine präzise Messung der Zeit zwischen Aussenden des Original-Impulses und Wiedereintreffen der reflektierten Impulses von mindestens drei Empfängern möglich, die Entfernungen zwischen Endgerät und Sendern zu bestimmen und mithilfe der Senderstandorte und der Distanzen die Endgeräteposition zu ermitteln.
Der ausgeprägte Gleichlauf aktuell verfügbarer elektronischer Uhren ermöglicht dabei, den Fehler der ermittelten Position < 1cm zu halten. Dem Vorteil dieser hohen Genauigkeit steht dabei der Nachteil der hohen Kosten durch die Vielzahl der erforderlichen Empfänger zur Reflektion der gesendeten Impulse gegenüber.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Methode zur hochgenauen Eigenlokalisierung für Objekte, insbesondere Fahrzeuge, zu finden, die sich innerhalb von Gebäuden bewegen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes gemäß Anspruch 10, sowie eine Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem gemäß Anspruch 14 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.
Die Lösung für das Problem besteht in einem Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines Objektes, das zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgelegt ist. Dieses kann in Form eines Mobilfunkkommunikationsnetzwerkes ausgeführt sein. Zur hochgenauen Positions- und/oder Orientierungsbestimmung werden von dem Objekt breitbandige Impulse kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen ausgesendet, die bei Empfang von den umliegenden Feststationen in einer unmittelbaren Rücksendung beantwortet werden. Für die genaue Positions- und/oder Orientierungsbestimmung wird in dem Objekt eine Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses der Rücksendung von einer der umliegenden Feststationen durchgeführt. Dabei wird der Impuls nacheinander wiederholt durch eine Anzahl von an verschiedenen Positionen des Objektes angebrachten Antennenelementen abgestrahlt und es wird jeweils die Laufzeit von und zu den einzelnen Antennenelementen gemessen. Aus der Laufzeit wird die Bestimmung der Position des Antennenelementes des Objektes jeweils basierend auf den gemessenen Laufzeiten und den bekannten Positionen der Feststationen durchgeführt. Dabei wird eine Schnittpunktberechnung durchgeführt. Liegen Messergebnisse für drei verschiedene Feststationen vor, entspricht die Schnittpunktberechnung einer Trilaterationsrechnung. Bei mehr vorliegenden Messergebnissen kann die Schnittpunktberechnung in Form einer Multilaterationsrechnung erfolgen. Ausgehend von der Lage der Schnittpunkte wird die Position der Antennenelemente berechnet. Theoretisch ist es möglich, dass zwei Rücksendungen von verschiedenen Feststationen zum gleichen Zeitpunkt beim Objekt eintreffen. Wenn sich hier eine Störung ergibt, muss die Messung wiederholt werden. Bei einem sich bewegenden Objekt werden sich dann schnell andere Verhältnisse ergeben, sodass die Störung wegfällt.
Die breitbandigen Impulse kurzer Dauer können in einer bevorzugten Variante Ultra-Wide-Band-Impulsen (UWB) entsprechen. Das sind Impulse, die im UHF- oder SHF-Frequenzband abgestrahlt werden. Sie eignen sich besonders gut für die Abstandsmessung. Die UWB-Impulse haben eine hohe Bandbreite von ca. 500 MHz oder mehr, was eine kurze Dauer im Zeitbereich von wenigen oder Bruchteilen von Nanosekunden bedingt. Deshalb werden UWB-Impulse auch zur Abstandsmessung eingesetzt, allerdings nur für kurze Entfernungen, da sie mit nur geringer Strahlungsenergie abgestrahlt werden, und die Reichweite dementsprechend begrenzt ist.
Für das Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die Antennen der Feststationen in Form von Antennen-Arrays ausgelegt werden, die aus einer Anzahl von Antennenelementen bestehen, wobei für die Laufzeitmessung eine Anzahl von Antennenelementen den Messimpuls parallel abstrahlen oder ein einzelnes Antennenelement eingesetzt wird, um den Messimpuls abzustrahlen. Insbesondere eignen sich die 5G-Antennen für das sogenannte 26 GHz-Frequenzband für den Einsatz bei dem Messverfahren. Mit ihrer flächendeckenden Implementierung ist zu rechnen, sobald das aktuell laufende Ausrollen der 5G-Telekommunikationstechnologie für das 3,5GHz-Frequenzband abgeschlossen ist. In dem 26 GHz-Band sind die Ausbreitungsbedingungen schlechter als in den Frequenzbereichen bis 10,6 GHz, da die Funksignale in diesem Frequenzbereich einer ausgeprägt hohen Dämpfung unterliegen. Deshalb ist eine Verringerung des Abstandes zwischen den Feststationen erforderlich, wodurch sich aber häufiger Sichtverbindungen herstellen lassen und sich das Problem mit den Mehrfachreflektionen verringert.
Eine sehr vorteilhafte Variante ergibt sich, wenn drei verschiedene Laufzeitmessungen mit drei verschiedenen einzelnen Antennenelementen des Antennen-Arrays in den Feststationen nacheinander durchgeführt werden, wobei die einzelnen Antennenelemente so ausgewählt werden, dass sie einen möglichst großen Abstand voneinander haben. Diese drei Einzelmessungen liefern Ergebnisse für drei verschiedene Positionen von drei verschiedenen Antennenelementen. Die Durchführung der Laufzeitmessungen nacheinander ist vorteilhaft, da in diesem Fall nur ein Antennenelement in der Gegenstelle (hier das Objekt) vorhanden sein muss. Damit ergeben sich Kostenvorteile. Soll jedoch nicht nur die Position des Objekts, sondern auch seine Orientierung etwa in Form des Gierwinkels ermittelt werden, sind mehrere Antennenelemente, z. B. in Form von weiter auseinanderliegenden Einzelantennenelementen in der Gegenstelle (hier dem Objekt) erforderlich.
In beiden Fällen kann dann die Position des fahrzeugseitigen Antennenelementes bzw. der fahrzeugseitigen Antennenelemente durch Trilaterationsrechnung basierend auf den Laufzeitmessungen zu den drei Antennenelementen des Antennen-Arrays der Feststation errechnet werden. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt dabei aber auch von dem Abstand zwischen den Antennenelementen des bzw. der Antennen-Arrays ab.
Hier ist es dann auch von Vorteil, wenn bei Eintreffen der Antwortimpulse von zwei oder mehr verschiedenen umliegenden Feststationen an einem Antennenelement des Objektes eine Mittelung der Positionsbestimmungen des Antennenelementes des zu ortenden Objektes durchgeführt wird. Dadurch kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung nochmals gesteigert werden.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Laufzeitmessungen seitens der verschiedenen Antennenelemente des Objektes für den von einer Feststation zurückgesendeten Impuls einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, wobei eine Laufzeit, die bei der Plausibilitätsprüfung als fehlerhaft verworfen wurde, für die Schnittpunktberechnung nicht verwendet wird. So wird es verhindert, dass eine mit größerem Fehler behaftete Laufzeitmessung die Genauigkeit der Positionsbestimmung verschlechtert. Unter Umständen ist es nämlich möglich, dass ein Messimpuls an Hindernissen reflektiert wird und nicht auf direktem Wege zu einer Antenne zurückgelangt. Dann entspricht die Laufzeitmessung nicht mehr der direkten Abstandsmessung zwischen Objekt und Feststation und ist dadurch verfälscht.
In einer Variante beruht die Plausibilitätsprüfung auf einem Vergleich der gemessenen Laufzeiten unter Berücksichtigung der örtlichen Nähe der an dem Objekt angebrachten Antennenelemente und es werden diejenigen Laufzeiten als fehlerhaft verworfen, deren Laufzeit nicht mit der örtlichen Nähe der Antennen korreliert. Mit anderen Worten wird bei der Plausibilitätsprüfung ausgenutzt, dass es eine Laufzeitmessung beruhend auf Direktempfang geben wird. Wenn andere Laufzeitmessungen über den bekannten Abstand von den Antennen des Objektes hinaus davon sehr stark abweichen, wird davon ausgegangen, dass sie auf Reflexionsempfang beruhen. Diese werden dann als fehlerhaft verworfen.
Durch die Maßnahme der Durchführung einer Gewichtung der Laufzeitmessungen in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Plausibilitätsprüfung kann ebenfalls eine Steigerung der Genauigkeit der Positionsbestimmung erzielt werden.
Schließlich wird gemäß des Verfahrens die Position und Orientierung des Objektes aus den ermittelten Antennenelementpositionen an dem Objekt bestimmt. Handelt es sich bei dem Objekt um ein Fahrzeug, so wird die Fahrzeugposition und/oder -orientierung für vielfältige Zwecke benötigt. Unter anderem zu Navigationszwecken. Aber auch, wenn das Fahrzeug mit automatischer Fahrfunktion ausgestattet ist, ist die Positions- und/oder Orientierungsangabe unabdinglich, damit es zu keiner Kollision mit einem Hindernis oder einem anderen Verkehrsteilnehmer kommt. Aber auch, wenn das Objekt kein Fahrzeug ist, sondern z.B. ein Fußgänger, kommt es genauso auf die Genauigkeit der Positions- und/oder Orientierungsbestimmung an, damit die Navigation insbesondere innerhalb von Gebäuden funktioniert.
Eine besonders vorteilhafte Variante der Bestimmung der Position und/oder Orientierung des Objektes wird mit Anwendung einer Trilaterationsrechnung bzw. Multilaterationsrechnung auf Basis der Laufzeitmessungen eines an dem Objekt angebrachten Antennenelementes für die von drei oder mehr verschiedenen Feststationen zurückgesendeten Impulse erreicht. Damit kann die Position auf wenige Zentimeter und die Orientierung auf weniger als 10° genau bestimmt werden. Hier sind die Abstände zwischen den Feststationen groß genug, um die Trilateration mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Je kleiner die Abstände zwischen den Feststationen sind, umso mehr wirken sich Fehler bei der Laufzeitmessung auf die Positions- und/oder Orientierungsbestimmung aus.
Die Erfindung betrifft in einer anderen Ausprägung auch eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes. Dabei ist die Vorrichtung mit einem Kommunikationsmodul zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgestattet. Die Vorrichtung ist auch zur Kommunikation mit den umliegenden Feststationen des Kommunikationsnetzwerkes ausgestattet. Die Vorrichtung zeichnet sich aus durch eine Anzahl von an dem Objekt an verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelementen, wobei jeweils ein Transceiver pro angebrachtem Antennenelement vorgesehen ist, das in der Nähe zu der Position des Antennenelementes lokalisiert ist. Der Vorteil der Positionierung in der Nähe des Antennenelementes besteht darin, dass so nur kurze Verbindungsleitungen zwischen Antennenelement und Transceiver benötigt werden. Dies ist erforderlich, um möglichst nicht die Laufzeitmessungen zu verfälschen. Der Transceiver dient dabei zur Erzeugung eines breitbandigen Impulses von kurzer Dauer, der von dem Antennenelement an die umliegenden Feststationen abgestrahlt wird und zum Empfang eines von den umliegenden Feststationen durch unmittelbare Rücksendung ausgesendeten Antwortimpulses. Es dient ebenfalls zur Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses von einer der umliegenden Feststationen. Dabei erfolgt die Aussendung des Impulses durch die verschiedenen Antennenelemente, die an unterschiedlichen Positionen des Objektes angebracht sind, und die Laufzeitmessung erfolgt durch die jeweils den einzelnen Antennenelementen zugeordneten Transceiver. Mit dieser Anordnung kann die Position und/oder Orientierung des Objektes durch gängige Methoden zur Schnittpunktberechnung, insbesondere Trilateration oder Multilateration, sehr genau bestimmt werden.
In einer Variante ist das Kommunikationsmodul mit den Transceivern der an den verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelemente verbunden, und das Kommunikationsmodul ist dafür ausgelegt, die verschiedenen Transceiver nacheinander zum Aussenden des breitbandigen Impulses von kurzer Dauer aufzufordern oder ihnen jeweilige geplante Zeiten zuzuweisen für die nacheinander erfolgende Aussendung der breitbandigen Impulse. Das ist nötig, damit es nicht zu Interferenzen zwischen den Impulsen kommt. Die Gefahr besteht nämlich, wenn die Impulse von unterschiedlichen Antennen gleichzeitig abgestrahlt werden.
Dabei ist es dann auch von Vorteil, wenn das Kommunikationsmodul ebenfalls für die Kommunikation in einem Mobilfunknetz ausgelegt ist und eingerichtet ist, eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase an die umliegenden Feststationen zu senden, mit der das Eintreffen eines breitbandigen Impulses angekündigt wird und die Feststationen aufgefordert werden, den eintreffenden Impuls durch sofortige Rücksendung des Antwortimpulses zu beantworten. Nur wenn der Antwortimpuls unmittelbar ausgesendet wird, kann die Laufzeitmessung direkt durch Bilden der Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Aussendung des Messimpulses und dem Zeitpunkt des Eintreffens des Antwortimpulses berechnet werden.
Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn die Feststationen mit der Ankündigungsnachricht aufgefordert werden, im Anschluss an die Aussendung des Antwortimpulses ihre Kennung an die Kommunikationseinheit in einem weiteren Impuls oder einer weiteren Impulsfolge oder in einer Nachricht über einen logischen Kanal des Drahtloskommunikationssystems zu senden.
In einer weiteren Ausprägung betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wobei in dem Fahrzeug eine Vorrichtung gemäß der Erfindung verbaut ist.
Schließlich betrifft die Erfindung in einer weiteren Ausprägung auch noch eine Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem mit einer Antennen-Anordnung und mit einer Sende- und Empfangseinheit. Dabei ist die Sende- und Empfangseinheit ausgelegt, eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase eines zu lokalisierenden Objektes zu empfangen und in Reaktion auf den Empfang der Ankündigungsnachricht in einen Betriebsmodus zu wechseln, in dem auf das Eintreffen des breitbandigen Impulses von kurzer Dauer gewartet wird und bei Empfang des Impulses den Antwortimpuls unmittelbar zurückzusenden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Sende- und Empfangseinheit ausgelegt ist, eine andere Ankündigungsnachricht zu empfangen, mit der die Feststation in einen anderen Betriebsmodus versetzt wird, in dem sie drei Antennenelemente des Antennen-Arrays bestimmt, die für separate Laufzeitmessungen jeweils einen Antwortimpuls bei Eintreffen des breitbandigen Impulses an das Objekt zurücksenden. Die Laufzeitmessungen finden nacheinander statt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 das Prinzip der Fahrzeugkommunikation über Mobilfunk;
2 die Sichtlinienverhältnisse zwischen in Abständen von 50 - 100 m angebrachten Feststationen eines Mobilfunkkommunikationssystems in einem ruralen Bereich;
3 die Sichtlinienverhältnisse zwischen in Abständen von 50 - 100 m angebrachten Feststationen eines Mobilfunkkommunikationssystems in einem urbanen Bereich;
4 die Sichtlinienverhältnisse zwischen in Abständen von 30 - 50 m angebrachten Feststationen eines Mobilfunkkommunikationssystems in einem Parkhaus;
5 ein Beispiel einer Antennenanordnung in Form eines Antennen-Arrays wie sie in einer Feststation eines 5G-Mobilfunksystems eingesetzt werden;
6 ein Beispiel einer Antennenanordnung und der zugehörigen Transceiver bei einem Fahrzeug;
7 ein Blockdiagramm für die Fahrzeugelektronik eines Kraftfahrzeuges;
8 ein erstes Beispiel der Sichtlinienverhältnisse von einem Fahrzeug zu mehreren umliegenden Feststationen in einem Parkhaus; und
9 ein zweites Beispiel der Sichtlinienverhältnisse von einem Fahrzeug zu mehreren umliegenden Feststationen in dem Parkhaus.

Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.
1 zeigt das Prinzip der Fahrzeugkommunikation mittels Mobilfunk. Die Fahrzeuge sind mit Bezugszahl 10 versehen.
Der Begriff Fahrzeug versteht sich als Sammelbegriff, sei es für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschine oder Elektromotor, sei es für Fahrräder mit und ohne Elektromotor oder andere mit Muskelkraft betriebene Fahrzeuge, z.B. Rollstühle, sei es für Fahrzeuge mit einem, zwei, vier oder mehr Rädern, sei es für Motorräder, Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse, Landwirtschaftsfahrzeuge oder Baumaschinen. Die Aufzählung ist nicht abschließend und umfasst auch weitere Fahrzeugkategorien. Dazu zählen auch noch Luftfahrzeuge, Wasserfahrzeuge oder Schienenfahrzeuge. Darüber hinaus können auch andere Objekte als Fahrzeuge geortet werden. Es können in der Produktion z. B. auch Werkzeuge oder zu produzierende Waren geortet werden. Es ist z. B. wichtig, wo sich Werkzeuge befinden, die an verschiedenen Orten eingesetzt werden. Auch ist es wichtig zu wissen, wo sich ein herzustellendes Produkt beispielsweise bei Fließbandproduktion befindet. Anwendungen ergeben sich auch bei der Lagerhaltung in Logistikzentren, um die Waren zu orten. Aber selbst auch Personen können so geortet werden, wenn sie mit entsprechenden Geräten ausgestattet sind. Es wird z.B. an den Einsatz der Technik in Museen gedacht, um eine automatische Führung durch das Museum zu realisieren. Auch die Ortung von Patientenbetten in Krankenhäusern wäre ein denkbarer Anwendungsbereich.
Die Fahrzeuge in 1 sind jeweils mit einer sogenannten On-Board Unit 110 ausgestattet, die als Kommunikationsmodul für ein Mobilfunkkommunikationssystem dient. Diese On-Board Unit 110 entspricht einer Mobilfunknetz-Teilnehmerstation im Sinne der Offenbarung der Erfindung. Beispiele von öffentlichen Mobilfunknetzen sind die bereits erwähnten Mobilfunkkommunikationssysteme LTE und 5G. Bei diesen Mobilfunkkommunikationssystemen werden die typischen Mobilfunknetz-Teilnehmerstationen als UE, entsprechend User Equipment bezeichnet. Im dargestellten Fall handelt es sich bei der On-Board Unit 110 ebenfalls um eine vollwertige Mobilfunknetz-Teilnehmerstation in einem Personenkraftwagen. Alle Nachrichten von den Fahrzeugen (Uplink) und zu den Fahrzeugen (Downlink) werden entweder über eine Mobilfunk-Basisstation 30 geleitet, die eine Mobilfunkzelle bedient, oder im Fall von Fahrzeugdirektkommunikation (Sidelink) unmittelbar zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht. Befinden sich die Fahrzeuge 10 innerhalb dieser Mobilfunkzelle, sind sie bei der Basisstation 30 angemeldet bzw. eingebucht. Verlassen sie die Mobilfunkzelle, werden sie an die benachbarte Zelle übergeben (Handover) und dementsprechend an der Basisstation 30 abgemeldet bzw. ausgebucht. Die Basisstation 30 stellt auch einen Zugang zum Internet zur Verfügung, sodass die Fahrzeuge 10 bzw. alle anderen Mobilfunk-Teilnehmer in der Mobilfunkzelle mit Internetdaten versorgt sind. Dazu steht die Basisstation 30 über die sogenannte S1-Schnittstelle mit dem EPC 40 (Evolved Packet Core) in Verbindung. Über das Internet 300 oder ein anderes Weitverkehrsnetz WAN erreichbar sind noch Zentralrechner 50 oder allgemein die Server eines Dienstanbieters.
Derartige Mobilfunk-Technologien sind standardisiert und es wird diesbezüglich auf die entsprechenden Spezifikationen von Mobilfunkstandards hingewiesen.
LTE steht vor allem für hohe Übertragungsraten und kurze Reaktionszeiten. Zur Zeit wird massiv an dem neueren 5G-Mobilfunk-Standard gearbeitet. Dieser soll noch wesentlich flexibler für die verschiedenen Anwendungszwecke einsetzbar sein. Einige Stichworte für die neueren Einsatzzwecke sind Internet of Things loT, Industrie 4.0, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation für autonomes oder kooperatives Fahren. Für all diese Anwendungsfälle soll das 5G-Mobilfunksystem die Datenanbindung liefern. Das geht nur, wenn ein massiver Netzausbau erfolgt. Dabei wird insbesondere auch die Kommunikation innerhalb von Gebäuden verbessert.
Wie bei LTE wird auch die Übertragungsgeschwindigkeit von 5G im Wesentlichen vom Frequenzbereich, der Kanalbreite, dem Abstand zur Basisstation 30 und der Teilnehmeranzahl innerhalb der Mobilfunkzelle abhängig. Je mehr Nutzer die Bandbreite gleichzeitig nutzen, desto geringer fällt die Übertragungsrate pro Teilnehmer aus. Es kann aber eine Priorisierung für Bezahldienste erfolgen und es wird stärker mit Quality of Service QoS gearbeitet bei der Bandbreite für bestimmte Anwendungen reserviert werden kann. Auch für das Mobilfunksystem 5G wird auf die verschiedenen Spezifikationen für die genauen Einzelheiten zu dem 5G-Standard hingewiesen. Diese sind abrufbar unter der Internet Domäne www.3gpp.org.
Für den Downlink wird wie bei LTE und 5G die OFDMA-Technik (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) verwendet. Dort wird die bekannte Vielträgerübertragungstechnik OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) verwendet, bei der Datensymbole auf die einzelnen Träger mittels QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) oder QAM (Quadrature Amplitude Modulation) moduliert werden. Bei OFDMA wird das zur Verfügung stehende Frequenzband in viele schmale Bänder (Kanäle) aufgeteilt. Die Bandbreite wird flexibel genutzt, um das Äußerste an Übertragungsleistung aus den Frequenzen herauszuholen.
Spezielle Algorithmen wählen die geeigneten Kanäle aus und berücksichtigen dabei die Einflüsse aus der Umgebung. Dabei werden vorzugsweise nur die Träger zur Übertragung genutzt, die für den Nutzer an seinem jeweiligen Ort am günstigsten sind.
Für den Uplink wird die SC-FDMA Technik verwendet (Single Carrier Frequency Division Multiple Access). Das ist ein Einträgerzugriffsverfahren was ansonsten OFDMA sehr ähnlich ist. SC-FDMA weist geringere Leistungsschwankungen auf und macht einfachere Leistungsverstärker möglich. Das schont vor allem den Akku mobiler Geräte.
Für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation werden ebenfalls Ressourcen der Uplink-Kommunikation benutzt.
Ein neues Frequenzband wird bei 5G im 26 GHz-Bereich zur Verfügung gestellt. Auf Grund der ausgeprägten Dämpfung von Funkwellen im 26 GHz-Frequenzband durch die Atmosphäre, ist es erforderlich, die entsprechenden 5G-Antennen mit einem Abstand < 50-100m zu implementieren. Nur so kann im ruralen Bereich mit weitest gehendem direktem Sichtkontakt zu den 5G-Antennen eine genügend kleine Dämpfung der Telekommunikations-Signale bei der Übertragung zwischen 5G-Endgerät und 5G-Antennen sichergestellt werden. Die 2 zeigt den Abstand zwischen den 5G Feststationen im ruralen Bereich und die 3 den Abstand zwischen 5G-Feststationen im urbanen Bereich.
Im urbanen Bereich kommt noch hinzu, dass nur bei einem Abstand der 5G-Antennen < 50-100 m von den meisten Punkten aus direkter Sichtkontakt zwischen 5G-Antennen und - Telekommunikations-Endgerät besteht.
Innerhalb von Gebäuden hingegen ist für die Realisierung eines direkten Sichtkontakts zwischen 5G-Antennen und Teilnehmer-Endgeräten UE eine noch höhere Dichte der 5G-Antennen und damit ein Abstand von 30 - 50 m erforderlich, s. 4.
Dieser für die Telekommunikation ohnehin vorhandene geringe Abstand der 5G-Antennen für den 26 GHz-Bereich, kann für eine hochgenaue Eigenlokalisierung der Teilnehmerstationen genutzt werden. Von besonderem Vorteil ist dabei auch, dass es sich bei den 5G-Antennen für die Telekommunikation in Wirklichkeit um Antennen-Arrays mit einer Vielzahl von Elementen handelt. Ein solches Antennen-Array 310 ist in der 5 dargestellt. Bei einer Element-Abmessung von z.B. 2cm x 2cm ergibt sich für ein Antennen-Array 310 entsprechend 5 eine Grundfläche von 12cm x 12cm. Der Grund für den Einsatz solcher Antennen-Arrays bei 5G besteht darin, dass in 5G auch der Einsatz der Beamsteering-Technik unterstützt werden soll.
Antennen-Arrays mit derartigen Abmessungen können problemlos im ruralen Bereich z. B. entlang von Straßen, Schienen- und Wasserwegen angebracht werden, aber auch in urbanen Gebieten sowie innerhalb von Gebäuden und Parkhäusern entsprechend der 2, 3 und 4 installiert werden. Im Fahrzeug 10 oder allgemeiner an mobilen Objekten ist es schwieriger solche Antennen-Arrays einzusetzen. Dafür stehen aber schon sogenannte 5G-Single-Element-Antennen zur Verfügung, wie sie z.B. vom Konsortium der Firmen NTT DOCOMO, AGC und Ericsson mit den Abmessungen 1 cm x 1,5cm angeboten werden. Ein solches Element ist in der 5 auch dargestellt.
Gemäß eines Aspektes der Erfindung werden solche Antennen-Einzelelemente an mehreren Stellen im Fahrzeug 10 installiert um eine hochgenaue Eigenlokalisierung zu ermöglichen. Diese ist erforderlich für autonom fahrende Fahrzeuge, assistiert fahrende Fahrzeuge oder kooperativ fahrende Fahrzeuge. Auch für die Navigation innerhalb von Gebäuden, wie Parkhäusern ist die hochgenaue Eigenlokalisierung erforderlich.
Dafür werden die Fahrzeuge 10 jeweils an Front-, Heck- und Seitenscheiben des Fahrzeugs jeweils mit mindestens einer 5G-Einzel-Element-Antenne 176 ausgestattet. Jede Einzel-Element-Antenne ist mit einer Sende- und Empfangseinheit 170 in Antennennähe verbunden. Die Sende- und Empfangseinheit wird im Folgenden als Transceiver bezeichnet. Die verschiedenen Transceiver sind untereinander vernetzt. Zusätzlich sind sie mit der On-Board Unit 110 vernetzt. Die Komponenten sowie deren Vernetzung sind in der 6 dargestellt. Dabei ist der Verbau der Transceiver 170 in Antennennähe erforderlich, um den zeitlich auf <1ns begrenzten Messimpuls mit der geforderten extremen Flankensteilheit abstrahlen zu können. Die 6 zeigt dabei die besondere Form der Vernetzung in Form eines linearen Kommunikationsbusses. Als Beispiel kann eine Variante des CAN-Busses, entsprechend Controller Area Network eingesetzt werden. Der CAN-Bus erfüllt die Anforderungen hinsichtlich Datenrate und kurzer Latenzzeit durch Einsatz des Buszugriffsverfahren CSMA-CA, entsprechend Carrier Sense Multiple Access - Collision A voidance.
Die Einbettung der Antennenanordnung in das Gesamtsystem der Bordelektronik ist in dem Blockdiagramm der 7 dargestellt.
7 zeigt einen typischen Aufbau einer Bord-Elektronik 100 eines modernen Kraftfahrzeuges 10, bei dem auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hochgenauen Eigenlokalisierung vorhanden ist. Mit der Bezugszahl 151 ist ein Motorsteuergerät bezeichnet. Die Bezugszahl 152 entspricht einem ESP-Steuergerät und die Bezugszahl 153 bezeichnet ein Getriebesteuergerät. Weitere Steuergeräte wie Airbag-Steuergerät, usw. können im Kraftfahrzeug vorhanden sein. Die Vernetzung solcher Steuergeräte geschieht typischerweise mit dem CAN-Bussystem (Controller Area Network) 104 welches als ISO Norm standardisiert ist, ISO 11898. Da verschiedene Sensoren im Kraftfahrzeug installiert werden und diese nicht mehr nur an einzelne Steuergeräte angeschlossen werden, werden solche Sensordaten ebenfalls über das Bussystem 104 zu den einzelnen Steuergeräten übertragen. Beispiele von Sensoren im Kraftfahrzeug sind Raddrehzahlsensoren, Lenkwinkelsensoren, Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Reifendrucksensoren, Abstandssensoren usw. Die verschiedenen Sensoren mit dem das Fahrzeug ausgestattet ist, sind in der 7 mit der Bezugszahl 161, 162, 163 bezeichnet.
Das moderne Kraftfahrzeug kann aber noch weitere Komponenten aufweisen wie Videokameras, z.B. als Rückfahrkamera oder als Fahrerüberwachungskamera oder auch als Frontkamera um das Verkehrsgeschehen zu beobachten.
Seit einigen Jahren werden Fahrerassistenzsysteme angeboten, welche mit Radar-, Lidar- oder Videosensorik die Fahrumgebung erfassen, sich durch Interpretation dieser Sensordaten eine interne Repräsentation der Fahrsituation bilden und aufbauend auf diesem Wissen zunehmend anspruchsvolle Funktionen durch Information und Warnung des Fahrers bis hin zu gezielten Eingriffen in die Fahrzeugführung ausführen. So kann beispielsweise die Längsführung auf gut strukturierten Straßen, wie Autobahnen, durch ein mit Lidarsensorik und/oder Radarsensorik ausgestattetes ACC System (Adaptive Cruise Control) zu einem hohen Zeitanteil automatisch ausgeführt werden. Damit und mit weiteren Vorkehrungen können sogar vollautomatisch fahrende Fahrzeuge realisiert werden.
Im Kraftfahrzeug befinden sich dann auch noch weitere elektronische Vorrichtungen. Diese sind mehr im Bereich der Fahrgastzelle angeordnet und werden oft auch von dem Fahrer bedient. Beispiele sind eine Benutzerschnittstellenvorrichtung (nicht dargestellt) mit dem der Fahrer Fahrmodi anwählen kann, aber auch klassische Komponenten bedienen kann. Darunter fallen Gangwahl sowie auch Blinker-Steuerung, Scheibenwischersteuerung, Lichtsteuerung, usw.
Davon unterschieden wird oft ein Navigationssystem 120, welches ebenfalls im Bereich des Cockpits verbaut wird. Die Route, welche auf einer Karte angezeigt wird, kann auf einem Display im Cockpit dargestellt werden. Die Bezugszahl 110 bezeichnet noch eine On-Board Unit. Diese On-Bord Unit 110 entspricht einem Kommunikationsmodul über das das Fahrzeug 10 mobile Daten empfangen und senden kann. Wie beschrieben kann es sich hier um ein Mobilfunk-Kommunikationsmodul, z. B. nach dem 5G-Standard handeln.
Die Geräte des Fahrgastraumes sind ebenfalls untereinander vernetzt über ein Bussystem, das mit der Bezugszahl 102 bezeichnet wird. Es kann sich z. B. um das Highspeed CAN-Bussystem nach ISO 11898-2 Standard handeln, hier allerdings in der Variante für Datenübertragung mit höherer Datenrate zwischen Infotainment-Geräten. Alternativ wird auch Ethernet für die Vernetzung von Komponenten im Fahrzeug eingesetzt. Zu dem Zweck, das fahrzeugrelevante Sensordaten über das Kommunikationsmodul 110 zu einem anderen Fahrzeug oder zu einem anderen Zentralrechner übertragen werden sollen, ist das Gateway 140 vorgesehen. Dieses ist mit den verschiedenen Bussystemen 102, 104 verbunden. Das Gateway 140 ist dazu ausgelegt die Daten, die es über den CAN-Bus 104 empfängt, so umzusetzen, dass sie in das Übertragungsformat des Highspeed-CAN-Busses 102 umgesetzt werden, so dass sie in den dort spezifizierten Datenpaketen verteilt werden können. Für die Weiterleitung dieser Daten nach extern, ist das Kommunikationsmodul 110 mit dazu ausgerüstet, diese Datenpakete zu empfangen und wiederum in das Übertragungsformat des entsprechend eingesetzten Kommunikationsstandards umzusetzen. Für die Realisierung der hochgenauen Eigenlokalisierung sind in der Bordelektronik an den in 6 gezeigten Stellen die Transceiver 170 vorgesehen woran wiederum die Antennenelemente 176 mit kurzer Antennenleitung angeschlossen sind. Es sind im gezeigten Beispiel vier 5G-Antennenelemente 176 mit den zugehörigen Transceivern 170 vorgesehen. Die Transceiver 170 sind an den High-Speed CAN-Bus 102 angeschlossen.
Während der Fahrt können die einzelnen Transceiver 170 über den CAN-Bus 102 Nachrichten mit dem Navigationssystem 120 und der On-Bord Unit 110 austauschen. Der Anwendungsfall, der als eines von vielen Ausführungsbeispielen hier betrachtet wird, entspricht der Realisierung eines hochgenauen Navigationssystems 120, das auch für die Navigation innerhalb von Gebäuden eingesetzt werden kann. In den Parkhäusern besteht oft das Problem, dass diese überfüllt sind und es für die Fahrer schwierig wird eine freien Parkplatz zu finden. Parkhäuser sind oft sehr verwinkelt und über mehrere Ebenen verteilt. Das kann dazu führen, dass einfahrende Fahrzeuge auf der Suche nach einem freien Parkplatz lange Strecken zurücklegen für die Parkplatzsuche. Dies ist eine Vergeudung von Ressourcen, führt zu mehr Abgasen in der Stadt und führt auch zum Unmut des Parkplatzsuchenden. Hier soll ein intelligentes Navigationssystem Abhilfe schaffen. Dieses kann die Information über die Orte freier Parkplätze im Parkhaus über die Internetanbindung von dem Server 50 des Parkhauses erhalten. Es kann auch die detaillierte Karte für die Routenführung im Parkhaus von dem Server 50 laden. Das Navigationssystem 120 kann dann das Fahrzeug 10 zum freien Parkplatz führen. Dafür ist aber die hochgenaue Eigenlokalisierung erforderlich.
Der Prozess der hochgenauen Eigenlokalisierung wird jetzt mit Hilfe der 8 und 9 erläutert. Dafür werden die Transceiver 170 von einer in der On-Bord Unit 110 integrierten Koordinierungseinheit 172 über den CAN-Bus 102 nacheinander zum Aussenden des zeitlich begrenzten Messimpulses mit ausgeprägter Flankensteilheit aufgefordert. Dieser Messimpuls wird mit der für den Nahbereichsfunk entwickelten Ultra-Wide Band Funktechnologie in dem jeweiligen Transceiver 170 generiert. Zur Zeit hat die Bundesnetzagentur einige Frequenzbereiche in dem hier interessierenden SHF-Bereich freigegeben. Das sind Bereiche zwischen 3,1 und 10,6 GHz. Interessant wäre auch der für 5G-Kommunikation neu zugelassene 26 GHz Bereich, der voraussichtlich zukünftig ebenfalls für UWB-Kommunikation freigegeben wird. Die Sendeleistung ist mit 0,5 mW / -41,3 dBm/MHz sehr gering. Da sich diese Sendeleistung auf eine Bandbreite von 500 MHz verteilt, kommt es praktisch nicht zu Störungen anderer Funksysteme. Die Reichweite beträgt bei diesen Eckdaten 10 - 50 m. Bei einem Abstand von 30 - 50 m zwischen den im Parkhaus verteilten 5G-Feststationen wäre es nötig die UWB-Kommunikation für 50 m Reichweite auszulegen, was durch Anpassung der Sendeleistung möglich ist.
Bevor die Aussendung der UWB-Messimpulse erfolgen kann, wird zunächst eine definierte, Ankündigungsnachricht über die 5G-Kommunikation an die Steuereinheiten der 5G-Feststationen mit Sichtkontakt zu den fahrzeugseitigen Antennenelementen 176 ausgesendet, mit der die jeweilige Feststation in einen Sonder-Betriebsmodus geschaltet wird, in dem sie auf das Eintreffen von UWB-Messimpulsen von einer Anzahl möglichst weit auseinanderliegender Antennenelemente wartet, um diese dann unmittelbar zu dem jeweiligen Antennenelement zurückzusenden. Im Anschluss daran wird dann zusätzlich noch die Kennung der jeweiligen Feststation über eine direkt im Anschluss gesendete UWB-Impulsfolge an das Fahrzeug gesendet, von dem Antennenelement 176 im Fahrzeug 10 aufgenommen, bei dem die Ausstrahlung des Messimpulses erfolgte, von dem zugehörigen Transceiver 170 ausgewertet und an die On-Bord Unit 110 zusammen mit dem Messwert für die gemessene Laufzeit weitergeleitet. Die einzelnen Bits der Kennung können mit der Impulsfolge im einfachsten Fall durch Senden eines Impulses oder Auslassen eines Impulses als Codierung für die Bitzustände übertragen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit die Kennung im Anschluss zu der UWB-Messung über einen logischen Kanal des Mobilfunksystems zu übertragen. Hier bietet das Mobilfunksystem 5G wie auch LTE verschiedene logische Kanäle an. Als Beispiel wird der logische Kanal PH ICH (Physical Hybrid Indicator Channel) des 5G-Mobilfunksystems genannt, auf dem Bestätigungen, die zuvor an die Basisstation gesendet wurden übertragen werden.
Der Transceiver 170 funktioniert dabei so, dass nachdem der Transceiver 170 über die angeschlossene fahrzeugseitige Antenne 176 den Messimpuls ausgesendet hat, der Transceiver 170 über einen vorgegebenen, begrenzten Zeitraum überprüft, inwieweit unmittelbar zurückgesendete Impulse eintreffen. Wenn ja, bestimmt es die Impuls-Laufzeit. Nach der Zuordnung zu den bei der Ausstrahlung des Antwortimpulses mitgesendeten Kennungen des ortsfesten Antennen-Arrays der Feststation 31 - 35 und der jeweiligen Verarbeitungszeit für das Senden des Antwortimpulses nach Empfang des Eingangsimpulses wird von der Differenz zwischen den Zeiten zur Aussendung des Messimpulses und dem Empfang des Antwortimpulses zunächst die Verarbeitungszeit subtrahiert und das Ergebnis durch zwei geteilt um die Laufzeit für die einfache Entfernung zu bestimmen. Danach erfolgt die Weiterleitung der Laufzeit-Messwerte und der zugehörigen Feststations-Kennungen an die On-Bord Unit 110 über den CAN-Bus 102. Im Fall eines fehlenden Sichtkontakts zwischen fahrzeugseitiger Antenne 176 und des Antennen-Arrays 310 einer Feststation 31 - 35, wird der On-Bord Unit 110 alternativ mitgeteilt, dass innerhalb des vorgegebenen, begrenzten Zeitraums keine Antwortimpulse eingetroffen sind. Der Fall eines innerhalb eines begrenzten Zeitraums nicht eingetroffenen Antwortimpulses tritt auf, wenn die fahrzeugseitige Antenne 176 außerhalb des Empfangsbereichs des Antennen-Arrays der Feststation 31 - 35 liegt und/oder das Antennen-Array 310 der Feststation 31 - 35 außerhalb des Empfangsbereichs der fahrzeugseitigen Antennenelementes 176 liegt.
Nach Eintreffen der Informationen aller fahrzeugseitigen Antennen-Ansteuereinheiten 170 schätzt die fahrzeugseitige On-Bord Unit 110 aus den übermittelten Pulslaufzeiten zunächst die Entfernung zwischen den fahrzeugseitigen Antennen-Elementen 176 und den Antennen-Arrays 310 der Feststationen im Empfangsbereich bevor unter Berücksichtigung der bekannten Standorte der Antennen-Arrays 310 im Rahmen einer Plausibilisierung identifiziert wird, welche Entfernungswerte aus Mehrfachreflektionen resultieren. Nach Eliminierung dieser aus Mehrfachreflektionen resultierenden Entfernungswerte erfolgt im Anschluss daran auf Basis der übrig bleibenden Entfernungswerte aus Messungen über direkten Sichtkontakt die Berechnung der fahrzeugseitigen Antennenpositionen mittels Trilateration bzw. Multilateration. Anschließend wird aus den errechneten Antennenpositionen am Fahrzeug 10 die Fahrzeugposition und/oder -orientierung berechnet.
Die 8 zeigt eine Ebene eines Parkhauses mit vielen Parkplätzen. Ausgefüllt sind einige gesperrte Flächen dargestellt, die durch Mauern, Säulen oder andere bauliche Gegebenheiten belegt sind. Auf der Parkebene verteilt sind einige 5G-Feststationen 31 - 35 mit ihren 5G-Antennen-Arrays. Durch die baulichen Gegebenheiten aber auch durch andere parkende Fahrzeuge können sich Abschattungen ergeben, so dass die UWB-Messsignale, die von den Antennenelementen 176 am Fahrzeug 10 abgestrahlt werden, keine direkte Sichtverbindung zu den Antennen-Arrays der Feststationen 31 - 35 haben. Dies ist durch gestrichelte Linien in 8 angedeutet. So haben bei einem entsprechend 8 positionierten Fahrzeug 10 das fahrzeugseitige Frontscheiben- und das rechtseitige Seitenscheibenantennenelement 176 Sichtkontakt zu dem Antennen-Array 310 der Feststation 31, hingegen hat das linksseitige Seitenscheibenantennenelement 176 keine Sichtverbindung zu dem Antennen-Array 310 der Feststationen 31. Auch besteht für alle Fahrzeug-Antennenelemente 176 keine direkte Sichtverbindung zu den 5G-Feststationen 32, 33, 34. Auch zu der Feststation 35 besteht keine Sichtverbindung. das wäre aber selbst dann der Fall, wenn keine gesperrte Fläche im Weg wäre, denn die Feststation 35 ist nicht mehr in Reichweite des abgestrahlten Impulses. Nur die Antennenelemente 176 an Frontscheibe und linker und rechter Seitenscheibe werden daher Pulslaufzeiten melden, während das Heckscheibenantennenelement keine zurückreflektierten Antwortimpulse empfangen kann.
Das Antennenelement an der linken Seitenscheibe wird u. U. eine Pulslaufzeit melden, da sie zwar keine direkten, wohl aber einen indirekten Sichtkontakt hat. Das ist in der 8 durch die gestrichelte Linie angedeutet, die zunächst vom Fahrzeug 10 zur benachbarten gesperrten Fläche führt und von dort in Richtung des Antennen-Arrays der Feststation 31. Schon aus der 8 ist ersichtlich, dass die von dem Antennenelement 176 an linker Seitenscheibe gemeldete Laufzeitmessung einen zu hohen Wert liefern wird, weil der Signalpfad deutlich länger als bei den beiden anderen Antennenelementen 176 ist. Deshalb findet in der Koordinierungseinheit 172 der On-Bord Unit 110 eine Plausibilitätsprüfung statt. Die Plausibilitätsprüfung kann in einer Variante in Form eines Vergleichs der von linker und rechter Seitenscheibenantenne gemeldeten Pulslaufzeiten durchgeführt werden. Es wird dabei gegen einen Toleranzwert verglichen. Wenn ein Messwert um mehr als den festgelegten Toleranzwert von dem Messwert des Antennenelementes 176 der anderen Seitenscheibe abweicht, wird die Messung als fehlerbehaftet identifiziert und verworfen.
Mit den verbleibenden beiden Antennenelementen wird dann nach einer zweiten Messmethode die Position und/oder Orientierung des Objektes bestimmt.Bei Anwendung der zweiten Messmethode wird das Antennenelement 176, für das kein direkter Sichtkontakt identifiziert wurde, weggelassen. Damit ist dann aber die mindestens erforderliche Anzahl von drei Antennenelementen 176 für die Trilateration unterschritten. Um Abhilfe zu schaffen, wird für diesen Fall die zweite Messmethode eingesetzt. Die Messung wird dann nach der zweiten Methode neu durchgeführt. Dabei wird das Antennen-Array 310 der Feststation anders eingesetzt. Von dem Antennen-Array 310 werden drei Antennenelemente ausgesucht, die einen möglichst großen Abstand voneinander haben. In 5 sind die Positionen der ausgewählten Antennenelemente markiert. Sie sind mit den Bezugszeichen 31A, 31B, 31C bezeichnet. Mit diesen drei Antennenelementen 31A, 31B, 31C werden nacheinander drei Laufzeitmessungen durchgeführt. Da sich die Positionen dieser drei Antennenelemente 31A, 31B, 31C unterscheiden, werden sich auch die Laufzeiten unterscheiden. Mit den Ergebnissen kann dann eine Trilaterationsrechnung durchgeführt werden, um die Positionen der Fahrzeug-Antennenelemente 176 zu berechnen. Daraus kann dann wieder die Position und/oder Orientierung des Fahrzeuges 10 bestimmt werden. Für die Durchführung der zweiten Messmethode ist es erforderlich diesen Betriebsmodus einzuleiten. Dafür wird wieder eine Ankündigungsnachricht zu der Feststation gesendet, in der der zweite Betriebsmode angekündigt wird. Um bei der Positionsschätzung dieser beiden fahrzeugseitigen Antennen eine Verfälschung der Pulslaufzeiten zu vermeiden, ist es erforderlich, nach dem Aussenden des Impulses durch eine der beiden fahrzeugseitigen Antennen zunächst dessen Reflektion abzuwarten bevor das Aussenden des nächsten Impulses durch die andere der beiden Antennen erfolgt.
Die 9 zeigt die Sichtlinienverhältnisse für eine andere Position des Fahrzeuges 10 auf der dargestellten Parkebene. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen dieselben Komponenten wie in 8. Bei der in 9 dargestellten Position des Fahrzeuges 10 haben Frontscheiben- und linke Seitenscheibenantenne Sichtkontakt sowohl zum Antennen-Array der Feststation 31 als auch der Feststation 32. Darüber hinaus hat das Antennen-Array 310 der Feststation 35 sowohl seitlichen Sichtkontakt zum Heckscheibenantennenelement 176 als auch nahezu frontalen Sichtkontakt zum Antennenelement 176 der rechten Seitenscheibe. Somit besteht in diesem Fall Sichtverbindung zu drei verschiedenen Feststationen 31, 32, 35. Jeweils zwei Antennenelemente 176 des Fahrzeuges haben Sichtkontakt zu den Feststationen. Für jedes Antennenelement 176 kann dann die Position durch zwei verschiedene Trilaterationsrechnungen ermittelt werden. Zwischen diesen kann dann gemittelt werden. Durch die Mittelung ergibt sich eine Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung. Aus den Einzelpositionen der Antennenelemente 176 am Fahrzeug 10 wird dann wieder die Position und/oder Orientierung des Fahrzeuges 10 bestimmt.
Für die Ermittlung der Fahrzeugposition und/oder -orientierung bestehen zusammenfassend zwei Möglichkeiten:

• Indirekte Schätzung der Fahrzeugposition und/oder -orientierung aus den vorher mittels Trilateration berechneten und ggfs. gemittelten fahrzeugseitigen Antennenelementpositionen auf Basis der Laufzeitmessungen zu je drei Einzelantennenelementen 31A, 31B, 31C eines einzigen Antennen-Arrays.
• Direkte Schätzung der Fahrzeugposition und/oder -orientierung mittels Trilateration auf Basis der reflektierten Pulslaufzeiten je eines ausgewählten Antennenelementes 31E aus drei unterschiedlichen im Raum verteilten Antennen-Arrays.

Bei Durchführung der beiden o.g. Verfahren und Mittelung der Ergebnisse kann sichergestellt werden, dass für alle Fahrzeugpositionen und/oder -orientierungen eine hohe Schätzgenauigkeit erzielt wird. Eine weitere Genauigkeitssteigerung kann durch Wichtung der Ergebnisse aus den o.g. Verfahren erzielt werden. Dabei können die Wichtungsfaktoren z.B. aus einer Plausibilitätsprüfung in Form eines Vergleichs der ermittelten fahrzeugseitigen Antennenpositionen (z.B. rechte/linke Seitenscheibe) und/oder aus einer Berücksichtigung der Einfallswinkel von reflektierten Pulsen der ortsfesten Antennenarrays resultieren.
Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein, oder ein Teil der über das Betriebssystem ausgeführt wird.
Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
30 - 35: Feststation
31A - 31E: Antennenelement 5G Antenne
40: Evolved Packet Core EPC
50: Server
100: Blockdiagramm Fahrzeug-Elektronik
102: High Speed CAN-Bus
105: Kamera
104: CAN-Bus
110: On-Board Unit
120: Navigationssystem
140: Gateway
151: Motor-Steuergerät
152: ESP-Steuergerät
153: Getriebe-Steuergerät
161: Sensor 1
162: Sensor 2
163: Sensor 3
170: Front-End
172: Koordinierungseinheit
176: Fahrzeug-Antennenelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004/0193372 A1 [0008]
US 2015/0269845 A1 [0009]
DE 102015122145 A1 [0010]
US 2019066504 A1 [0011]
WO 2019143437 A1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 11898 [0060]

Claims

Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes (10), das zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk ausgelegt ist, wobei von dem Objekt (10) breitbandige Impulse kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgesendet werden, die bei Empfang von den umliegenden Feststationen (31 - 35) in einer unmittelbaren Rücksendung eines Antwortimpulses beantwortet werden, wobei in dem Objekt (10) eine Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Impulses der Rücksendung von einer der umliegenden Feststationen (31 - 35) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussendung des Impulses durch eine Anzahl von an verschiedenen Positionen des Objektes (10) angebrachten Antennenelementen (176) erfolgt und die Zeit jeweils bis zum Eintreffen des Antwortimpulses bei den einzelnen Antennenelementen (176) gemessen wird, wobei die Bestimmung der Position der Antennenelemente (176) des zu ortenden Objektes (10) jeweils basierend auf mindestens einer Schnittpunktberechnung mit den sich ergebenden Laufzeiten und den bekannten Positionen der Antennen der Feststationen (31 - 35) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antennen der Feststationen (31 - 35) in Form von Antennen-Arrays (310) ausgelegt werden, die aus einer Anzahl von Antennenelementen (31A, 31B, 31C, 31E) bestehen, wobei für die Laufzeitmessung eine Anzahl von Antennenelementen (31A, 31B, 31C, 31E) den Messimpuls parallel abstrahlen oder ein einzelnes Antennenelement (31E) eingesetzt wird, um den Messimpuls abzustrahlen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei drei verschiedene Laufzeitmessungen mit drei verschiedenen einzelnen Antennenelementen (31A, 31B, 31C) des Antennen-Arrays (310) nacheinander durchgeführt werden, wobei die einzelnen Antennenelemente (31A, 31B, 31C) so ausgewählt werden, dass sie einen möglichst großen Abstand voneinander haben.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Position des fahrzeugseitigen Antennenelementes (176) durch Trilaterationsrechnung basierend auf den Laufzeitmessungen zu den drei Antennenelementen (31A, 31B, 31C) des Antennen-Arrays (310) der Feststation (31) errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Eintreffen der Antwortimpulse von zwei oder mehr verschiedenen umliegenden Feststationen (31 - 35) zu einem Antennenelement (176) des Objektes (10) eine Mittelung der Positionsbestimmungen des Antennenelementes (176) des zu ortenden Objektes (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Laufzeitmessungen seitens der verschiedenen Antennenelemente (176) des Objektes (10) für den von einer Feststation (31 - 35) zurückgesendeten Impuls einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, wobei eine Laufzeit, die bei der Plausibilitätsprüfung als fehlerhaft verworfen wurde, für die Schnittpunktberechnung nicht verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plausibilitätsprüfung auf einem Vergleich der gemessenen Laufzeiten unter Berücksichtigung der örtlichen Nähe der an dem Objekt (10) angebrachten Antennenelemente (176) beruht und diejenigen Laufzeiten als fehlerhaft verworfen werden, deren Laufzeit nicht mit der örtlichen Nähe der Antennenelemente (176) korreliert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position und/oder Orientierung des Objektes (10) aus den ermittelten Antennenelementpositionen an dem Objekt (10) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Schnittpunktberechnung eine Trilaterationsrechnung oder Multilaterationsrechnung auf Basis der Laufzeitmessungen eines an dem Objekt (10) angebrachten Antennenelementes (176) für die von drei oder mehr verschiedenen Feststationen (31 - 35) zurückgesendeten Antwortimpulse durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes (10), mit einem Kommunikationsmodul (110) zur Kommunikation in einem Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk mit umliegenden Feststationen (31 - 35), gekennzeichnet durch eine Anzahl von an dem Objekt (10) an verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelementen (176), mit jeweils einem Transceiver (170) pro angebrachtem Antennenelement (176), das in der Nähe zu der Position des Antennenelementes lokalisiert ist, wobei der Transceiver (170) zur Erzeugung eines breitbandigen Impulses von kurzer Dauer an die umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgelegt ist, und zum Empfang eines von den umliegenden Feststationen (31 - 35) durch unmittelbare Rücksendung ausgesendeten Antwortimpulses, wobei der jeweilige Transceiver (170) zur Messung der Laufzeit des abgestrahlten Impulses bis zum Eintreffen des Antwortimpulses von einer der umliegenden Feststationen (31 - 35) ausgelegt ist, wobei die Aussendung des Impulses durch die Anzahl von Antennenelementen (176) nacheinander erfolgt und die Laufzeit jeweils von und zu den einzelnen Antennenelementen (176) am Objekt (10) separat gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Kommunikationsmodul (110) mit den Transceivern (170) der an den verschiedenen Positionen angebrachten Antennenelemente (176) verbunden ist und das Kommunikationsmodul (110) dafür ausgelegt ist die verschiedenen Transceiver (170) nacheinander zum Aussenden des breitbandigen Impulses von kurzer Dauer aufzufordern oder ihnen jeweilige geplante Zeiten zuzuweisen für eine nacheinander erfolgende Aussendung der breitbandigen Impulse.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Kommunikationsmodul (110) ebenfalls für die Kommunikation in einem Mobilfunknetz ausgelegt ist und eingerichtet ist eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase an die umliegenden Feststationen (31 - 35) zu senden, mit der das Eintreffen des breitbandigen Impulses angekündigt wird und die Feststationen (31 - 35) aufgefordert werden den eintreffenden Impuls durch sofortige Rücksendung des Antwortimpulses zu beantworten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Feststationen (31 - 35) mit der Ankündigungsnachricht aufgefordert werden im Anschluss an die Aussendung des Antwortimpulses ihre Kennung an das Objekt (10) in einem weiteren Impuls oder einerweiteren Impulsfolge oder in einem logischen Kanal des Drahtloskommunikationsnetzwerkes zu senden.
Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem mit einem Antennen-Array (310), mit einer Sende- und Empfangseinheit (320), dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit (320) ausgelegt ist eine Ankündigungsnachricht für die Positions- und/oder Orientierungsbestimmungsmessphase eines zu ortenden Objektes (10) zu empfangen und in Reaktion auf den Empfang der Ankündigungsnachricht in einen Betriebsmodus zu wechseln, in dem auf das Eintreffen eines breitbandigen Impulses von kurzer Dauer gewartet wird und bei Empfang des Impulses einen Antwortimpuls unmittelbar zurückzusenden.
Feststation nach Anspruch 14, wobei die Sende- und Empfangseinheit (320) ausgelegt ist eine andere Ankündigungsnachricht zu empfangen mit der die Feststation (31 - 35) in einen anderen Betriebsmodus versetzt wird in dem sie drei Antennenelemente (31A, 31B, 31C) des Antennen-Arrays (310) bestimmt, die für separate Laufzeitmessungen jeweils einen Antwortimpuls bei Eintreffen des breitbandigen Impulses an das Objekt (10) zurücksenden.