DE19701800A1 - Einrichtungen zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem satellitengestützten Naviagtionssystem zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs - Google Patents
Einrichtungen zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem satellitengestützten Naviagtionssystem zur Eigenortung eines spurgeführten FahrzeugsInfo
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Description
Satellitengestützte Navigationssysteme werden u. a. zur Navi
gation von Fahrzeugen, etwa zur Ortung von Fahrzeugen im
Rahmen von Verkehrsleitsystemen, verwendet. Grundlage eines
solchen Systems sind auf genau bestimmten Orbitalbahnen in
einer Entfernung von etwa 20.000 km die Erde umkreisende
Satelliten. Zur Zeit gibt es zwei solcher Satellitensysteme,
die allgemein als GNSS-Systeme (Global Navigation Satellite
System) bezeichnet werden, nämlich das GPS-System (Global
Positioning System) des amerikanischen und das GLONASS-System
des russischen Verteidigungsministeriums. Die Funktionsweise
ist bei beiden Systemen grundsätzlich gleich. Unterschiede
bestehen in den verwendeten Frequenzen und in unterschied
lichen Bahngeometrien der Satelliten. Die genannten Satel
liten senden fortlaufend Daten zur Erde, die es ermöglichen,
den Abstand zwischen einem Satelliten und einem Empfänger
bzw. einer Antenne zu messen. Wenn die Positionen der Satel
liten in dem für den Ortungsvorgang jeweils zugrundegelegten
Koordinatensystem bekannt sind, läßt sich aus wenigstens drei
Abstandsmessungen zu verschiedenen Satelliten auf dem Weg
über eine Triangulation die Position des Empfänger- bzw.
Antennenortes bestimmen.
Die Satelliten jedes Ortungssystems sind so positioniert, daß
von jedem Punkt der Erde aus mindesten vier Satelliten be
obachtbar sind bzw. deren Signale empfangen werden können.
Das GPS- und das GLONASS-System beruhen im Prinzip darauf,
daß Satelliten und Empfänger zur gleichen Zeit einen Pseudo-
Zufallscode erzeugen. Der Empfänger vergleicht die empfangene
Code-Sequenz mit der von ihm selbst produzierten und stellt
dabei eine Zeitverschiebung fest. Diese Zeitverschiebung ist
die Zeit, die ein Signal benötigt hat, um vom Satelliten zum
Empfänger zu gelangen. Da sich ein elektromagnetisches Signal
mit einer bekannten Geschwindigkeit, nämlich der Lichtge
schwindigkeit ausbreitet, kann die Entfernung Satellit-
Empfänger berechnet werden. Während die Satelliten mit exakt
arbeitenden Atomuhren ausgestattet sind, ist dies bei den
Empfängern aus Kostengründen im allgemeinen nicht der Fall.
Die Empfänger sind zwar ebenfalls mit sehr genau gehenden
Quarzuhren ausgestattet, die aber gegenüber den Atomuhren der
Satelliten ungenau sind, so daß bei der Abstandsberechnung
ein Zeitfehler berücksichtigt werden muß. Während theoretisch
eine Positionsbestimmung mit drei Satelliten möglich ist,
werden zur Eliminierung des Zeitfehlers vier solcher Messun
gen vorgenommen. Mathematisch gesehen werden also vier Ab
standsgleichungen mit vier Unbekannten (drei Satellitenab
stände + Zeitfehler) aufgestellt. Aus den errechneten Ab
ständen und den Ephemeriedaten der Satelliten läßt sich somit
die Position eines Empfängers ermitteln.
Die berechneten Abstände sind aber mit weiteren Fehlern be
haftet, die u. a. auf einer Beeinflussung des Satelliten
signals beim Durchtritt durch die Atmosphäre beruhen. Weitere
Abweichungen vom tatsächlichen Abstandswert ergeben sich auf
grund von im Wirkbereich einer Empfangsantenne auftretenden
Fehlern. Solche lokalen Fehler werden beispielsweise durch
Mehrwegeausbreitungen hervorgerufen. Mehrwegeausbreitungen
entstehen, wenn das Satellitensignal an in der Nähe des
Antennenortes befindlichen Flächen wie Häuserfronten oder
Fensterfronten gespiegelt wird. Wenn das direkte und das
gespiegelte Signal gemeinsam empfangen werden, überlagern
sich die beiden Signale und erzeugen dabei periodische Pha
senfehler, die zu fehlerhaften Pseudoabstandsmessungen und
damit zu ungenauen Positionsbestimmungen führen. Wenn nur das
gespiegelte Signal empfangen wird, weil beispielsweise das
direkte Signal abgeschattet ist, wird ein zu großer Abstand
gemessen. Bei der Bahnortung entstehen lokale Fehler auch
durch diffuse Streuungen der Satellitensignale an Oberlei
tungen und an den Masten der Fahrstromzuführung. Neben loka
len Fehlern treten noch systembedingte Fehler, etwa Empfän
gerfehler auf. Ein auf die oben erläuterte Weise ermittelter
Abstand Satellit-Empfänger wird deshalb als Pseudoabstand
bezeichnet. Unter Zugrundelegung dieser Pseudoabstände können
die Positionen bisher nur mit einer Genauigkeit von allen
falls 100 Metern bestimmt werden.
Viele Anwendungen erfordern jedoch höhere Genauigkeiten. Eine
größere Genauigkeit kann durch das sog. differenzielle GNSS
(DGNSS) erreicht werden. Dabei wird ein Referenzempfänger mit
einer bekannten Position benutzt. Der Referenzempfänger be
rechnet seinen tatsächlichen Abstand zu einem bestimmten
Satelliten und vergleicht diesen Abstand mit dem gemessenen
Pseudoabstand. Das Ergebnis dieses Vergleichs führt zu einem
Korrekturfaktor, der die beim Durchtritt durch die Atmosphäre
hervorgerufenen weiträumigen Ausbreitungsfehler eliminiert.
Dieser Korrekturfaktor wird über einen Kommunikationskanal an
den mobilen Empfänger weitergeleitet und wird dort zur Kor
rektur der Pseudoabstände benutzt. Das DGNSS geht dabei von
der Annahme aus, daß Fehler in der Übertragungsebene dann
herausfallen, wenn die elektromagnetischen Wellen zwischen
Satellit und Empfängern jeweils annähernd gleichen atmosphä
rischen Bedingungen ausgesetzt sind. Dies ist der Fall, wenn
Referenzempfänger und mobiler Empfänger nicht zu weit von
einander entfernt sind.
Dennoch können bei extremen Wetterbedingungen, etwa bei Ge
wittern, unterschiedliche atmosphärische Bedingungen vorlie
gen, die zu für die genannten Empfänger unterschiedlichen,
aber nicht ohne weiteres erkennbaren Fehlern führen.
Mit dem DGNSS können aber auch in der Ausbreitungsebene lokal
beschränkt wirksame Fehler, wie z. B. Mehrwegeausbreitungen,
nicht erkannt werden. Solche Fehler werden bisher durch re
dundante Informationen entweder über den Standort des mobilen
Empfängers oder durch Heranziehung weiterer Satelliten elimi
niert. Bei letzterem Verfahren wird zu wenigstens einem wei
teren Satelliten eine Abstandsmessung durchgeführt. Um feh
lerhafte Satellitensignale zu erkennen, werden gleichzeitig
Abstandsmessungen zu fünf Satelliten benötigt, für die
Eliminierung des Fehlers je nach verwendetem Algorithmus
sogar sechs oder mehr. Im Landverkehr und insbesondere im
Bahnverkehr ist jedoch die gleichzeitige Beobachtung einer
Konstellation von fünf oder mehr Satelliten nur selten mög
lich. Eine mit Hilfe von vier oder weniger verfügbaren Satel
liten ermittelte Positionsinformation kann deshalb auch bei
Verwendung von DGNSS durch unerkannte lokale Fehler ver
fälscht sein. Der Einsatz eines herkömmlichen DGNSS ist
deshalb für sicherheitsrelevante Navigationsaufgaben dort
ausgeschlossen, wo mit einer eingeschränkten Verfügbarkeit
von Satelliten zu rechnen ist. Dies ist beispielsweise in
Gebirgsgegenden und in Städten mit Hochhäusern der Fall.
Lokale Fehler insbesondere durch Mehrwegeausbreitungen lassen
sich erkennen, wenn gleichzeitig Code- und Trägerphasenmes
sungen durchgeführt werden. Der Anstieg der Differenz zwi
schen beiden Messungen weist auf einen Fehler hin. Nachteilig
bei dieser Methode ist, daß Empfänger zur Verfügung gestellt
werden müssen, die zur Messung sowohl der Code- als auch der
Trägerphase bei entsprechend ausgelegter Rechnerkapazität
etc. ausgerüstet sind. Außerdem ist ihre Anwendung für den
Bahnbetrieb praktisch ausgeschlossen, da ununterbrochene
Sicht zu wenigstens einem Satelliten nötig ist; andernfalls
kann die durch relative Messungen fortgesetzte Absolutmessung
nach einer Sichtunterbrechung nicht weitergeführt werden. Die
resultierende Phase des Doppler-Frequenzhubes kann dann nicht
mehr weitergezählt werden, es treten sog. "Cycle slips" auf.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, Einrich
tungen zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem satelliten
gestützten Navigationssystem zur Eigenortung eines spurge
führten Fahrzeugs anzugeben, die ohne Code- und Trägerphasen
messungen auskommen. Bei dem spurgebundenen Fahrzeug handelt
es sich um ein einziges Fahrzeug oder mehrere zu einem Fahr
zeugverband zusammengeschlossene Einzelfahrzeuge wie z. B.
Schienen- oder Schwebefahrzeuge oder Schiffe auf einer
Binnenschiffahrtsstraße.
Diese Aufgabe wird durch Einrichtungen gemäß den Ansprüchen 1
oder 2 gelöst. Dabei sind auf dem zu überwachenden schienen
gebundenen Fahrzeug wenigstens zwei Antennen zum Empfang
eines ortungsrelevanten Satellitensignals beabstandet zuein
ander angeordnet. Unter ortungsrelevanten Satellitensignalen
sind dabei solche Signale zu verstehen, die der Positionsbe
stimmung dienen. Aus dem durch Satellitenortung ermittelten
Ortungsergebnis der einen Fahrzeugantenne wird unter Zugrun
delegung der jeweiligen Streckenführung die Ortsposition der
anderen Antenne bestimmt und mit der durch Satellitenortung
ermittelten Ortsposition dieser Antenne verglichen. Unter
scheiden sich die für diese Antenne ermittelten Ortspositio
nen markant voneinander, so liegt offensichtlich ein lokaler
Fehler vor, der mindestens zum Verwerfen des Ortungsergeb
nisses für die in Fahrrichtung vordere Antenne führt.
Der durch lokale Ausbreitungsfehler bedingte Ortungsfehler
ist umso ausgeprägter, je größer der Abstand zwischen den
Antennen ist. Aus diesem Grunde sind die Antennen gemäß
Anspruch 1 möglichst weit beabstandet auf einem Zuge anzu
bringen, insbesondere am Anfang und am Ende eines Zuges.
Wenn die Antennen gemäß Anspruch 2 nur gering beabstandet
sind, lassen sich Ortungsfehler aufgrund lokaler Fehler
dadurch erkennen, daß das Integral über die Differenzen der
Ortungsergebnisse der einen Antenne vorausberechneten Orts
positionen der anderen Antenne mit den Ortungsergebnissen der
anderen Antenne gebildet wird. Üblicherweise gleichen sich
die Differenzen über die Zeit aus. Verändern sie sich jedoch
sprunghaft in die gleiche Richtung, so liegt offensichtlich
ein das Ortungsergebnis einer der Antennen beeinflussender
lokaler Fehler vor.
Als Ortungsergebnis kommt gemäß Anspruch 3 vorzugsweise die
Position einer Antenne in der Raumkurve oder ihr Abstand zu
einem Satelliten in Frage.
Dadurch, daß die Raumkurve bzw. die Bewegungsbahn des Fahr
zeuges bekannt sind, wird die Navigationsaufgabe vereinfacht,
da theoretisch nur der Abstand zu einem Satelliten bestimmt
werden muß, wobei eine Kugel mit dem Satelliten als Mittel
punkt und dem Pseudoabstand als Radius die Raumkurve an im
Allgemeinfall mehreren Stellen schneidet. Die meisten dieser
Schnittpunkte können durch eine Plausibilitätsüberprüfung
(Vergleich mit dem sicherheitsrelevanten Vertrauensintervall
der fahrwegbezogenen Position) ausgeschlossen werden. Wenn
die Raumkurve gemäß Anspruch 7 in digitaler Form vorliegt,
lassen sich die Ortungsergebnisse hochgenau, zuverlässig und
schnell durch digitale Signalverarbeitung bestimmen.
Die beiden Antennen können, wie im Anspruch 4 angegeben,
einem gemeinsamen Empfänger zugeordnet sein. Eine weitere
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Navigations
systems besteht darin, daß jeder Antenne ein eigener Empfän
ger zugeordnet ist. Es können dann übliche Empfänger verwen
det werden, die in der Regel bereits eine eine Antenne bein
haltende Einheit darstellen. Wenn, wie in Anspruch 5 vorge
schlagen, baugleiche Empfänger verwendet werden, die zudem
über eine Kommunikationsverbindung miteinander verbunden
sind, so lassen sich Empfängeruhrenfehler und der Empfänger
fehler-Sammelterm ebenfalls annähernd eliminieren. Vorzugs
weise wird die Kommunikationsverbindung gemäß Anspruch 6 von
einem fahrzeugseitigen Lichtleiterkabel gebildet. Solche
Lichtleiterkabel weisen eine sehr hohe Übertragungsgüte auf
und lassen sehr hohe Informationsdichten zu.
Der Abstand der Antennen ist gemäß Anspruch 9 vorzugsweise so
groß, daß der lokale Fehler eines Satellitensignals nicht
beide Antennen gleichzeitig trifft. Dies ist in der Regel bei
einem modernen Personenzug mit mehreren Triebköpfen, etwa
einem ICE-Zug, der Fall. Wenn beispielsweise ein Satelliten
signal durch den Mast einer Oberleitung gestreut wird, so ist
es praktisch ausgeschlossen, daß diese Streuung beide Anten
nen in gleicher Weise betrifft. Ein ähnlicher Fall liegt vor,
wenn ein Zug in den Bereich von Häuserfronten gelangt. Ein an
einer solchen Häuserfront gespiegeltes Signal und die dadurch
bedingte Mehrwegeausbreitung des Signals wirkt sich zunächst
nur auf die am Vorderende des Zugs befindliche Antenne aus.
Auf die am Hinterende angeordnete Antenne dagegen wirkt sich
diese Mehrwegausbreitung zunächst nicht aus. Durch einen Ver
gleich der den genannten Antennen zugeordneten Positionslö
sungen läßt sich erkennen, daß ein Fehler vorliegen muß. Da
mit der genannte Vergleich zwischen der vorderen und hinteren
Antenne nicht bereits bei kleinsten Driften des einen oder
anderen Signals zu einer Fehlermeldung führt, kann ein be
stimmter Schwellenwert festgelegt werden. Erst bei Über
schreiten eines solchen Schwellenwertes wird ein bestimmter
Meßwert bzw. eine Positionslösung als fehlerhaft "aussor
tiert" bzw. aus der Positionslösung eliminiert.
Eine prinzipiell andere Anordnung der Antennen ist in An
spruch 10 genannt. Danach sind die Antennen nahe beieinander,
insbesondere auf demselben Kopf eines Zuges angeordnet. Durch
eine solche Anordnung wird ein Abstand erreicht, bei dem ein
lokaler Ausbreitungsfehler beide Antennen gleichzeitig
trifft. In vorteilhafter Weise ist der Abstand zwischen den
Antennen so gewählt, daß er gemäß Anspruch 2 gleich dem Quo
tienten aus der Zuggeschwindigkeit und der Ortungsfrequenz
der Empfänger ist. Als Zuggeschwindigkeit wird dabei zweck
mäßigerweise die augenblicklich wahrscheinlichste Geschwin
digkeit angenommen. Unter der Ausgabefrequenz der Ortungs
angaben ist diejenige Frequenz zu verstehen, mit der ein
Empfänger eine berechnete Position ausgibt. Diese Frequenz
beträgt beispielsweise 1 Hz, d. h. eine Positionslösung wird
vom Empfänger etwa alle Sekunden errechnet und ausgegeben. Um
jeweils den Abstand der Antennen der Fahrzeuggeschwindigkeit
anpassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand
zwischen den Antennen gemäß Anspruch 11 variierbar ist. Dies
kann, wie in Anspruch 12 angegeben, dadurch geschehen, daß
die Antennen auf dem Fahrzeug verfahrbar sind.
Hat ein Fahrzeug eine unzulässige Ortungsabweichung festge
stellt, so verwirft es mindestens das Ortungsergebnis seiner
vorderen Antenne. Deren Position kann es gemäß Anspruch 8
bedarfsweise dadurch bestimmen, daß es diese als fehlerhaft
erkannte Ortsposition durch vektorielle Subtraktion des
Schwellwertes (bei weiter entfernten Antennen) oder des Inte
grals der Abstandsdifferenzwerte (bei nur gering beabstande
ten Antennen) entsprechend der Streckenführung modifiziert.
Auf das Erkennen eines Ortungsfehlers als Folge einer lokalen
Fehlereinwirkung auf ein Ortungsergebnis kann das Fahrzeug in
vorteilhafter Weise versuchen, den Ortungsvorgang unter Ina
nspruchnahme mindestens eines anderen Satelliten zu wieder
holen.
Als besonders vorteilhaft wird angesehen, die auf lokalen
Fehlern beruhende Ortungsfehler gemäß Anspruch 13 strecken
bezogen aufzulisten und den Fahrzeugen zusammen mit den An
gaben über die zur Ortung jeweils herangezogenen bzw. heran
zuziehenden Satelliten zu übermitteln. Durch diese Maßnahme
werden die Züge in die Lage versetzt, für die Eigenortung
rechtzeitig auf die dafür jeweils geeigneten Satelliten umzu
schalten.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter
Zugrundelegung der beigefügten Abbildungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen mit zwei
GNSS-Antennen bzw. -Empfängern ausgerüsteten Zug,
wobei die Antennen jeweils ein ortungsrelevantes
Signal eines GNSS-Satelliten empfangen,
Fig. 2 eine Abbildung, die die einem erfindungsgemäßen
Positions-Abschätzungsverfahren zugrundeliegenden
geometrischen Überlegungen darstellt,
Fig. 3 in schematischer Darstellung die Bildung von Dif
ferenzvektoren zwischen den Vertrauensintervallen
von auf den Enden eines sich auf einer Schienen
kurve befindlichen Zuges angeordneten Antennen,
Fig. 4 ein Diagramm, das den absoluten lokalen Fehler
eines Satellitensignals in Abhängigkeit der vom
Fahrzeug durchfahrenen Strecke darstellt,
Fig. 5 u. 6 zwei Diagramme, die ein Berechnungsverfahren für
ein Navigationssystem mit zwei mit geringem Ab
stand voneinander angeordneten Antennen verdeut
licht.
In Fig. 1 ist ein Personenzug mit zwei Triebköpfen 1, 2 darge
stellt, wobei jeder Triebkopf eine Antenne A2, A3 trägt. Die
Antennen sind nahe den Zugenden angeordnet, so daß der Ab
stand 3 zwischen den Antennen etwa der Zuglänge entspricht.
Den Antennen A2, A3 ist jeweils ein Empfänger (E2, E3) zuge
ordnet. Die Empfänger können entweder am jeweiligen Antennen
einbauort oder auch entfernt davon angeordnet sein. In jedem
Falle sind die Empfänger über eine zuginterne Kommunikations
verbindung miteinander verbunden.
In Fig. 1 ist die empfangsmäßige Verbindung zu einer Satelli
tenkonstellation anhand eines einzigen sichtbaren Satelli
ten S angedeutet. Bei einem sich auf einer in digitalisierter
Form vorliegenden Raumkurve bewegenden Fahrzeug reicht zwar
theoretisch die Verbindung zu einem Satelliten aus, um eine
Positionsberechnung- bzw. -abschätzung vornehmen zu können.
Gerade im Bahnverkehr sind jedoch häufige Abschattungen, etwa
in Großstädten, im Gebirge oder beim Durchfahren von Gelände
einschnitten, vorhanden, so daß bei der Positionsbestimmung
in der Regel auf mehrere Satelliten gleichzeitig zugegriffen
wird. In den Ortungsvorgang kann auch ein ortsfester Refe
renzempfänger E1 mit einer Antenne A1 einbezogen sein (in Fig.
1 durch gestrichelte Linien dargestellt), der dazu dient,
Ortungsfehler infolge atmosphärischer Ausbreitungsfehler zu
minimieren.
Zur Positionsbestimmung eines sich auf einer vorgegebenen
Raumkurve bewegenden Fahrzeuges - im folgenden wird von einem
Zug gesprochen - ist es prinzipiell bekannt, Differenzen zwi
schen den Pseudoabständen verschiedener Antenneneinbauorte,
etwa zwischen einem mobilen Empfänger und einem stationären
Referenzempfänger, zu bilden. Die Pseudoabstände P1, P2 und
P3 zwischen den Antennen A1, A2 und A3 und dem Satelliten S
in Fig. 1 sind durch die folgenden Gleichungen gegeben:
Gleichung 1:
P1 = R1 + (ΔtE1 - Δts).c0 + deph(E1-s) + dion(E1-s) + dtrop(E1-s) + dLF(A1) + dE1
P1 = R1 + (ΔtE1 - Δts).c0 + deph(E1-s) + dion(E1-s) + dtrop(E1-s) + dLF(A1) + dE1
Gleichung 2:
P2 = R2 + (ΔtE2 - Δts).c0 + deph(E2-s) + dion(E2-s) + dtrop(E2-s) + dLF(A2) + dE2
P2 = R2 + (ΔtE2 - Δts).c0 + deph(E2-s) + dion(E2-s) + dtrop(E2-s) + dLF(A2) + dE2
Gleichung 3:
P3 = R3 + (ΔtE3 - Δts).c0 + deph(E3-s) + dion(E3-s) + dtrop(E3-s) + dLF(A3) + dE3
P3 = R3 + (ΔtE3 - Δts).c0 + deph(E3-s) + dion(E3-s) + dtrop(E3-s) + dLF(A3) + dE3
In den Gleichungen bedeuten:
P1, P2, P3 Pseudoabstände zwischen Satellit S und den Antennen A1, A2 und A3;
R1, R2, R3 Tatsächliche Abstände zwischen Satellit S und den Antennen A1, A2 und A3;
Δts Satellitenuhrenfehler
ΔtE Empfängeruhrenfehler
c0 Lichtgeschwindigkeit
dion Fehler durch Ionosphäre
dtrop Fehler durch Troposphäre
deph Fehler durch falsche Ephemeriedaten
dLF Lokale Signalausbreitungsfehler
dE Empfängerfehler.
P1, P2, P3 Pseudoabstände zwischen Satellit S und den Antennen A1, A2 und A3;
R1, R2, R3 Tatsächliche Abstände zwischen Satellit S und den Antennen A1, A2 und A3;
Δts Satellitenuhrenfehler
ΔtE Empfängeruhrenfehler
c0 Lichtgeschwindigkeit
dion Fehler durch Ionosphäre
dtrop Fehler durch Troposphäre
deph Fehler durch falsche Ephemeriedaten
dLF Lokale Signalausbreitungsfehler
dE Empfängerfehler.
Durch Bildung einer einfachen Differenz zwischen den oben
angegebenen Pseudoabständen können gleiche oder annähernd
gleiche Fehlerterme eliminiert werden. Im vorliegenden Fall
sind Differenzen denkbar zwischen P1 und P2 (Gleichung
1-Gleichung 2), P1 und P3 (Gleichung 1-Gleichung 3) sowie
zwischen P2 und P3 (Gleichung 2-Gleichung 3).
Wenn der Abstand zwischen dem Referenzempfänger bzw. zwischen
dessen Antenne A1 und den mobilen Empfängern bzw. deren An
tennen A2 und A3 nicht allzu groß ist, kann davon ausgegangen
werden, daß die Laufzeitfehler beim Durchgang des Signals
durch die Atmosphäre annähernd die gleichen sind. Ebenso
sind, da es sich um ein und denselben Satelliten handelt, die
Ephemeriedatenfehler und Satellitenuhrenfehler die gleichen:
deph(E1-s) = deph(E2-s)
dion(E1-s) ≈ dion(E2-s)
dtrop(E1-s) ≈ dtrop(E2-s)
Δts.c0 = Δts.c0.
deph(E1-s) = deph(E2-s)
dion(E1-s) ≈ dion(E2-s)
dtrop(E1-s) ≈ dtrop(E2-s)
Δts.c0 = Δts.c0.
Für die Differenz beispielsweise der Pseudoabstände P1 und P2
ergibt sich somit folgende Gleichung:
Gleichung 4:
P1-P2 = R1-R2 + dLF(A1) - dLF(A2) + (Δt(E1) - Δt(E2)).c0 + dE1 - d(E2)
P1-P2 = R1-R2 + dLF(A1) - dLF(A2) + (Δt(E1) - Δt(E2)).c0 + dE1 - d(E2)
Die beiden Pseudoabstände P1 und P2 sind aus Messungen be
kannt, der Abstand R1 ist aus der bekannten Position der An
tenne A1 des Referenzempfängers E1 und den Ephemeriedaten ge
nau berechenbar. Unbekannte in Gleichung 4 sind daher neben
dem zu bestimmenden tatsächlichen Abstand R2 die Fehlerterme
für lokale Fehler, etwa Mehrwegeausbreitungen dLF, für Emp
fängeruhrenfehler ΔtE.c0 sowie für Empfängerfehler dE. Diese
Fehlerterme machen die Messung ungenau, weil sie ohne weitere
Informationen bei der Positionsberechnung zu Null gesetzt
werden müssen und sich deshalb voll auf das Ergebnis der
Positionsberechnung auswirken.
Durch eine erfindungsgemäße Installation von zwei Empfangsan
tennen auf einem Fahrzeug können die entsprechenden Antennen-
Pseudoabstände bzw. die Differenz dieser Abstände zur
Positionsberechnung herangezogen werden. Die Gleichung für
die Differenz der Pseudoabstände P2 und P3 lautet wie folgt:
Gleichung 5:
P2-P3 = R2-R3 + (ΔtE2-ΔtE3).c0 + deph(E2-E3) + dion(E2-E3) + dtrop(E2-E3) + dLF(E2-E3) + dE2 - dE3.
P2-P3 = R2-R3 + (ΔtE2-ΔtE3).c0 + deph(E2-E3) + dion(E2-E3) + dtrop(E2-E3) + dLF(E2-E3) + dE2 - dE3.
Da die Antennen A2 und A3 nicht sehr weit voneinander ent
fernt sind, treten Unterschiede in den durch die Ionosphäre,
Troposphäre und den Ephemeriedaten verursachten Fehlertermen
nicht auf. Diese Fehlerterme sowie die Ephemeriedatenfehler
fallen aus Gleichung 5 heraus. Werden gleiche Empfänger ver
wendet, so fallen die Empfängeruhrenfehler und der Empfän
gerfehler-Sammelterm annähernd heraus. An Fehlertermen bleibt
lediglich der Fehlerterm für lokale Ausbreitungsfehler übrig:
Gleichung 6:
P2-P3 = R2-R3 + dLF(E2-E3).
P2-P3 = R2-R3 + dLF(E2-E3).
Wie aus Gleichung 6 ersichtlich ist, können mit einem erfin
dungsgemäßen Navigationssystem bei entsprechenden Differenz
bildungen bis auf die lokalen Ausbreitungsfehler praktisch
sämtliche Fehler eliminiert werden. Aber auch die lokalen
Ausbreitungsfehler lassen sich mit sehr hoher Genauigkeit ab
schätzen, wenn man als weitere Positionsinformation die digi
talisierte Raumkurve z. B. in Form eines Streckenatlasses her
anzieht. Die Differenz der an den mobilen Empfängern E2 und
E3 auftretenden lokalen Fehler ist dadurch berechen- bzw. ab
schätzbar. Diese Berechnung ist sehr präzise, weil ganz all
gemein Positionsdifferenzen weniger fehlerbehaftet sind als
absolute Positionen. Der Berechnung bzw. der Abschätzung der
lokalen Fehler liegt folgende Überlegung zugrunde: Wenn bei
spielsweise der Empfänger E2 eine Position für die Antenne A2
berechnet hat, so kann ausgehend von dieser Position und
unter Zugrundelegung der Raumkurve bzw. eines entsprechenden
digitalisierten Streckenatlasses der Differenzvektor zwischen
den Positionen der Antennen A2 und A3 berechnet und somit die
Sollposition der Antenne A3 abgeschätzt werden. Die mit die
ser Abschätzung erhaltene Position kann dann mit der unter
Zuhilfenahme des Pseudoabstandes P3 berechneten Position der
Antenne A3 verglichen werden. Wenn die Differenz zwischen den
genannten Positionslösungen einen bestimmten Wert überschrei
tet, so kann davon ausgegangen werden, daß an der in Fahr
richtung vorderen Antenne A3 im betreffenden Satellitensignal
ein lokaler Fehler aufgetreten ist. Diese Abschätzungsmethode
kann mutatis mutandis ausgehend von einer für die Antenne A3
berechneten Position auch für eine Positionsabschätzung im
Hinblick auf die Position der Antenne A2 angewendet werden.
Im einzelnen wird bei der genannten Abschätzungsmethode fol
gendermaßen vorgegangen: Zunächst wird der Differenzvektor D
zwischen den jeweiligen Positionen der Antenne 2 und der An
tenne 3 gebildet. In Fig. 3 ist dies schematisch für den Fall
dargestellt, daß sich ein Zug 4 in einer Schienenkurve 5 be
findet. Da die Antennenpositionen, wie oben ausgeführt, mit
einem Fehler behaftet sind, kann für eine Antennenposition
nur ein Vertrauensintervall I2 bzw. I3 angegeben werden. Die
Bestimmung des Differenzvektors D erfolgt zwischen den Gren
zen dieser Vertrauensintervalle. Die Kurvenradien einer Bahn
strecke sind im allgemeinen groß, so daß sich Richtung und
Länge des tatsächlichen Differenzvektors kaum vom errechneten
unterscheiden, auch wenn das sicherheitsrelevante Vertrauens
intervall I2 bzw. I3 relativ groß ist. In Fig. 3 sind bei
spielhaft zwei unterschiedliche Differenzvektoren D' und D
dargestellt, wobei der eine Differenzvektor D' zwischen den
einen Extrempositionen A2' und A3' der Antennen A2 und A3
verläuft, während der zweite Differenzvektor D2'' zwischen
den anderen beiden Extremwerten A2'' und A3'' verläuft. Mit
Hilfe dieser Darstellung soll verdeutlicht werden, daß die
Differenzvektoren D trotz eines relativ großen Vertrauens
intervalles V dem tatsächlichen Differenzvektor sehr nahe
kommen. Aus dem bestimmten Differenzvektor D kann nun die
Differenz der Abstände (R2-R3) aus Gleichung 6 abgeschätzt
werden. Dieser Abschätzung liegt folgende geometrische
Überlegung zugrunde, die anhand von Fig. 2 erläutert werden
soll:
Aufgrund des großen Abstandes eines Satelliten S von der Erd oberfläche von etwa 20.000 km kann gemäß einer ersten Verein fachung angenommen werden, daß die Abstandsvektoren V2 und V3 zwischen den Antennen A2 und A3 und dem Satelliten S parallel verlaufen. Eine weitere Vereinfachung besteht darin, daß die Oberfläche 6 einer Kugel mit einem Abstandsvektor V als Ra dius wiederum aufgrund des großen Satellitenabstandes von 20.000 km in dem betrachteten Areal als Ebene, sozusagen als Hilfsebene betrachtet werden kann. In Fig. 2, die die in Wirk lichkeit dreidimensionalen Verhältnisse in vereinfachter zweidimensionaler Darstellung wiedergibt, ist die Hilfsebene mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Die Kugeloberfläche 6 wird aufgrund der zweidimensionalen Darstellung zu einem Kreisum fang. Die der vorbezeichneten Abschätzungsmethode zugrunde liegende geometrische Operation besteht darin, daß der Diffe renzvektor D an die Spitze 8 des Vektors V2 angesetzt und auf den Vektor V2 projiziert wird. Die Projektion bzw. die Länge des entsprechenden Projektionsvektors PV2 entspricht dann der tatsächlichen Differenz R2-R3 in Gleichung 6. Folglich läßt sich aus dieser Gleichung die Differenz der an den Antennen A2, A3 auftretenden lokalen Ausbreitungsfehler ermitteln.
Aufgrund des großen Abstandes eines Satelliten S von der Erd oberfläche von etwa 20.000 km kann gemäß einer ersten Verein fachung angenommen werden, daß die Abstandsvektoren V2 und V3 zwischen den Antennen A2 und A3 und dem Satelliten S parallel verlaufen. Eine weitere Vereinfachung besteht darin, daß die Oberfläche 6 einer Kugel mit einem Abstandsvektor V als Ra dius wiederum aufgrund des großen Satellitenabstandes von 20.000 km in dem betrachteten Areal als Ebene, sozusagen als Hilfsebene betrachtet werden kann. In Fig. 2, die die in Wirk lichkeit dreidimensionalen Verhältnisse in vereinfachter zweidimensionaler Darstellung wiedergibt, ist die Hilfsebene mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Die Kugeloberfläche 6 wird aufgrund der zweidimensionalen Darstellung zu einem Kreisum fang. Die der vorbezeichneten Abschätzungsmethode zugrunde liegende geometrische Operation besteht darin, daß der Diffe renzvektor D an die Spitze 8 des Vektors V2 angesetzt und auf den Vektor V2 projiziert wird. Die Projektion bzw. die Länge des entsprechenden Projektionsvektors PV2 entspricht dann der tatsächlichen Differenz R2-R3 in Gleichung 6. Folglich läßt sich aus dieser Gleichung die Differenz der an den Antennen A2, A3 auftretenden lokalen Ausbreitungsfehler ermitteln.
Allerdings entspricht aufgrund der oben genannten Vereinfa
chungen der auf diese Weise ermittelte Projektionsvektor PV2
noch nicht ganz der tatsächlichen Differenz R2-R3. Die eine
der beiden vorgenommenen Vereinfachungen, nämlich die Annah
me, daß die Vektoren V2 und V3 parallel zueinander verlaufen,
macht sich auf die Genauigkeit der Berechnung nur unwesent
lich bemerkbar; die Abweichung 9 der Winkelstellung des tat
sächlichen Vektors V3' vom angenommenen Vektor V3 ist nämlich
nur äußerst gering. Sie kann aber dennoch, falls dies für die
Genauigkeit der Berechnung erforderlich ist, berücksichtigt
werden.
Ein sich stärker auf den Betrag des Projektionsvektors 9 aus
wirkender Fehler wird durch die Betrachtung der Kugeloberflä
che 6 als Hilfsebene 7 verursacht. Dieser Fehler 10 ist in
Fig. 2 aus Gründen der besseren Erkennbarkeit übertrieben dar
gestellt. Er läßt sich ebenfalls berechnen und bei der Be
stimmung des Projektionsvektors PV bzw. der tatsächlichen
Abstandsdifferenz R2-R3 berücksichtigen.
Die vorgenannte Positionsabschätzungsmethode kann selbstver
ständlich unter Zuhilfenahme ggf. aller sichtbarer Satelliten
durchgeführt werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig,
wenn durch Bahndämme, Häuserfronten etc. mit vorübergehenden
Abschattungen einzelner Satelliten zu rechnen ist.
Mit der oben geschilderten Positionsabschätzungsmethode sind
lokale Fehler an einer Antenne, etwa infolge einer Mehrwege
ausbreitung, erkennbar. Im folgenden wird zur Vereinfachung
stets von Mehrwegeausbreitungen ausgegangen. Der durch Mehr
wegeausbreitung verursachte Fehler nimmt in dem Maße zu, in
dem eine Antenne in den Wirkungsbereich der Mehrwegeausbrei
tung gelangt. In dem Diagramm gemäß Fig. 4 ist der absolute
Fehler in der Ordinate und die Strecke S längs der Raumkurve
in der Abszisse aufgetragen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt
befindet sich die Antenne A2 an der Stelle x1 und die Antenne
A3 an der Stelle x2. Der jeweilige absolute Fehler ist unter
schiedlich, so daß sich zwischen den Positionswerten der An
tenne A2 und der Antenne A3 eine Fehlerdifferenz 11 ergibt.
Je mehr die Antenne A3 nach Erreichen der Stelle x1 in den
Einflußbereich der Mehrwegeausbreitung gelangt, desto stärker
wird die Drift des Positionswertes für die Antenne A3. Es
wird nun zweckmäßigerweise so vorgegangen, daß ein Ausschluß
eines Positionswertes dann vorgenommen wird, wenn ein be
stimmter Schwellenwert, etwa der in Fig. 4 exemplarisch darge
stellte Schwellenwert Fs, überschritten worden ist. Auf die
geschilderte Art und Weise lassen sich demnach lokale Aus
breitungsfehler erkennen und eliminieren, und zwar ohne daß
mehrere Satelliten benötigt werden, wie dies bei herkömm
lichen Systemen mit in der Regel einer einzigen Antenne der
Fall ist. Wenn nämlich nur eine Antenne verwendet wird, so
können Mehrwegeausbreitungen bisher nur durch Konsistenzprü
fungen erkannt und durch anschließende Untermengenprüfungen
isoliert werden, wenn gleichzeitig Pseudoabstandsmessungen zu
diesen mehreren Satelliten vorliegen. Der erforderliche
Rechenaufwand ist beträchtlich.
Bei nahe beieinander, etwa auf einem Triebkopf eines Zuges
angeordneten Antennen A4, A5 kann die oben geschilderte
Methode nicht angewendet werden, weil ein lokaler Fehler
beide Antennen praktisch gleichzeitig trifft. Wie dennoch
eine Positionsabschätzung vorgenommen werden kann, wird im
folgenden unter Bezug auf Fig. 4-6 erläutert:
An den Enden eines Triebkopfes ist je eine Antenne A4 bzw. A5 angeordnet. Wie anhand von Fig. 4 ersichtlich ist, ist bei einer derartigen Antennenanordnung praktisch im gesamten Wirkbereich einer lokalen Ausbreitungsstörung die Fehlerdif ferenz 13 im Vergleich zur Fehlerdifferenz 11 bei weitem An tennenabstand gering. Sie liegt unterhalb des Schwellenwertes Fg bzw. dem Rauschen der Positionsdifferenzen. Ein überlager ter Driftausfall bleibt daher bei kleinen Antennenabständen unerkannt. Es ist jedoch eine Bestimmung des absoluten Feh lers möglich, wenn die gemäß Gleichung 6 ermittelten Diffe renzen, ausgehend von einem fehlerfreien Zustand, über die Strecke S integriert werden. Dieses Integrationsverfahren ist schematisch in den Diagrammen gemäß Fig. 5 und Fig. 6 darge stellt, in denen der absolute Fehler F durch lokale Fehler über der Strecke S längs der Raumkurve aufgetragen ist. Diese Integrationsmethode funktioniert nur, wenn die Differenzmes sungen längs der Strecke örtlich hintereinander nahtlos fort gesetzt werden. Wegen der Zeitvarianz der lokalen Fehler darf nur ein nicht zu großer Zeitraum zwischen ortsgleichen Mes sungen der beiden Antennen liegen. Die Antennen müssen daher einen sich aus aktueller Zuggeschwindigkeit und Ortungsfre quenz der Empfänger ergebenden Abstand haben:
An den Enden eines Triebkopfes ist je eine Antenne A4 bzw. A5 angeordnet. Wie anhand von Fig. 4 ersichtlich ist, ist bei einer derartigen Antennenanordnung praktisch im gesamten Wirkbereich einer lokalen Ausbreitungsstörung die Fehlerdif ferenz 13 im Vergleich zur Fehlerdifferenz 11 bei weitem An tennenabstand gering. Sie liegt unterhalb des Schwellenwertes Fg bzw. dem Rauschen der Positionsdifferenzen. Ein überlager ter Driftausfall bleibt daher bei kleinen Antennenabständen unerkannt. Es ist jedoch eine Bestimmung des absoluten Feh lers möglich, wenn die gemäß Gleichung 6 ermittelten Diffe renzen, ausgehend von einem fehlerfreien Zustand, über die Strecke S integriert werden. Dieses Integrationsverfahren ist schematisch in den Diagrammen gemäß Fig. 5 und Fig. 6 darge stellt, in denen der absolute Fehler F durch lokale Fehler über der Strecke S längs der Raumkurve aufgetragen ist. Diese Integrationsmethode funktioniert nur, wenn die Differenzmes sungen längs der Strecke örtlich hintereinander nahtlos fort gesetzt werden. Wegen der Zeitvarianz der lokalen Fehler darf nur ein nicht zu großer Zeitraum zwischen ortsgleichen Mes sungen der beiden Antennen liegen. Die Antennen müssen daher einen sich aus aktueller Zuggeschwindigkeit und Ortungsfre quenz der Empfänger ergebenden Abstand haben:
Unter Ortungsfrequenz des Empfängers fE ist dabei die Fre
quenz zu verstehen, mit der ein Empfänger die von ihm berech
nete Position ausgibt. Bei einer maximalen Geschwindigkeit
vzug von 500 km/h und einer Ortungsfrequenz des Empfängers von
12 Hz ergibt sich ein maximaler Antennenabstand von 11,57 m.
Mit anderen Worten darf die in dem Zeitraum zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Empfängerlösungs-Ausgaben vom Zug durch
fahrene Strecke nicht größer sein als 11,57 m. Bei geringeren
Geschwindigkeiten muß entweder die Ortungsfrequenz des
Empfängers oder der Antennenabstand beispielsweise durch Ver
fahren einer der beiden Antennen angepaßt werden. Diese Si
tuation ist in Fig. 6 schematisch verdeutlicht: Der Verlauf
zwischen den Meßpunkten 14 und 14' bzw. 15 und 15' ist unbe
kannt. Es werden deshalb falsche Ergebnisse erzielt, wenn die
Differenzintervalle nicht nahtlos und möglichst kurzzeitig
hintereinander fortgesetzt werden. Läge beispielsweise der
Meßpunkt 15 erst an der Stelle des Meßpunktes 14', so wäre
der zwischen den Meßpunkten 14 und 14' aufgetretene Fehler FL
unerkannt geblieben, mit der Folge, daß alle fortfolgenden
Integrationen zu falschen Ergebnissen führen würden.
Das vorbeschriebene Verfahren wäre theoretisch zur Fehlerer
kennung denkbar, hätte jedoch wegen der Zeitvarianz der loka
len Fehler und den möglicherweise nicht immer nahtlos anein
andergereihten Differenzintervallen (Antennenabstand!) eine
starke Drift. Als Ausfallerkennung bei starken Änderungen der
integrierten Differenzen kann das Verfahren über kurze
Strecken oder Zeiträume angewendet werden, um den absoluten
Fehler zu bestimmen. Dazu werden die genannten Differenzen
fahrtbegleitend ständig integriert und gespeichert. Bei Über
schreiten eines bestimmten Grenzwertes des absoluten Fehlers
wird der Wert des Integrals an einer bereits durchfahrenen,
nach abgelaufener Ausfalloffenbarungszeit als unbeeinflußt
eingestuften Stelle der Strecke zu Null gesetzt und der aktu
elle, absolute Fehler durch Addition der gespeicherten Diffe
renzen ermittelt. Dadurch wird vermieden, daß ein Pseudoab
stand in die Positionsberechnung einbezogen wird, der eine
über eine Strecke hin konstante Mehrwegeausbreitung enthält.
Wegen der starken Drift ist das Verfahren nur über eine be
stimmte Strecke oder einen bestimmten Zeitraum (Zeitvarianz)
hin gültig.
Beim Eindringen eines Fahrzeugs in einen Streckenabschnitt
mit Mehrwegeausbreitung wird für die in Fahrrichtung vordere
Antenne stets ein zu großer Abstand zu dem in den Ortungsvor
gang einbezogenen Satelliten bestimmt. Die Position dieser
Antenne läßt sich allerdings mit meist hinreichender Genauig
keit bestimmen, indem vor der als fehlerhaft erkannten Orts
position der Antenne der für die lokale Fehlererkennung her
angezogene Schwellwert bzw. das Integral der Abstandsdiffe
renzwerte vektoriell entsprechend der jeweiligen Streckenfüh
rung abgezogen wird. Von der so gefundenen Ortsposition kann
für die folgenden Positionsbestimmungen ausgegangen werden.
Welche Satelliten an welchen Fahrorten für den Ortungsvorgang
zweckmäßig heranzuziehen sind, kann bei Meßfahrten ermittelt
und dann in einen Streckenatlas oder dergleichen eingetragen
werden, aus dem die Züge entnehmen, welche Satelliten zu den
genauesten Ortungsergebnissen führen; auch ein automatisches
Umschalten auf den augenblicklich günstigsten Satelliten beim
Erkennen unzulässiger lokaler Fehler ist möglich.
Claims (13)
1. Einrichtung zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem sa
tellitengestützten Navigationssystem zur Eigenortung eines
spurgeführten Fahrzeugs,
wobei auf dem Fahrzeug oder Fahrzeugverband wenigstens zwei Antennen (A2, A3) zum Empfang mindestens eines ortungsrele vanten Satellitensignals in einem Abstand (3) zueinander an geordnet sind, der so groß ist, daß der lokale Ortungsfehler eines Satellitensignals nicht beide Antennen gleichzeitig be trifft,
wobei das Fahrzeug aufgrund des aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnisses und der Kenntnis der von ihm befahrenen Raumkurve sowie dem Abstand der beiden Antennen voneinander die Position der anderen Antenne (A3) bestimmt und dieses Ortungsergebnis vergleicht mit dem aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnis
und wobei das Fahrzeug das Ortungsergebnis mindestens der in Fahrrichtung vorderen Antenne verwirft, wenn die Differenz aus den für die gleiche Antenne ermittelten Ortungsergebnis sen um einen Betrag oder Anteil abweicht, der gleich oder größer ist als ein vorgegebener Schwellwert.
wobei auf dem Fahrzeug oder Fahrzeugverband wenigstens zwei Antennen (A2, A3) zum Empfang mindestens eines ortungsrele vanten Satellitensignals in einem Abstand (3) zueinander an geordnet sind, der so groß ist, daß der lokale Ortungsfehler eines Satellitensignals nicht beide Antennen gleichzeitig be trifft,
wobei das Fahrzeug aufgrund des aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnisses und der Kenntnis der von ihm befahrenen Raumkurve sowie dem Abstand der beiden Antennen voneinander die Position der anderen Antenne (A3) bestimmt und dieses Ortungsergebnis vergleicht mit dem aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnis
und wobei das Fahrzeug das Ortungsergebnis mindestens der in Fahrrichtung vorderen Antenne verwirft, wenn die Differenz aus den für die gleiche Antenne ermittelten Ortungsergebnis sen um einen Betrag oder Anteil abweicht, der gleich oder größer ist als ein vorgegebener Schwellwert.
2. Einrichtung zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem sa
tellitengestützten Navigationssystem zur Eigenortung eines
spurgeführten Fahrzeugs,
wobei auf dem Fahrzeug oder Fahrzeugverband wenigstens zwei Antennen (A2, A3) zum Empfang mindestens eines ortungsrele vanten Satellitensignals in einem Abstand zueinander angeord net sind, der dem Quotienten aus Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und Ausgabefrequenz der Ortungsangaben entspricht,
wobei das Fahrzeug aufgrund des aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnisses und der Kenntnis der von ihm befahrenen Raumkurve sowie dem Abstand (3) der beiden Anten nen voneinander die Position der anderen Antenne (A3) be stimmt und dieses Ortungsergebnis vergleicht mit dem aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnis
und wobei das Fahrzeug mindestens das über die in Fahrrich tung vordere Antenne ermittelte Ortungsergebnis verwirft, wenn das Integral über die bei aufeinanderfolgenden Ortungs vorgängen festgestellten Ortungsdifferenzen seit dem Passie ren eines hinsichtlich seiner Position bekannten Strecken punktes einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder über steigt.
wobei auf dem Fahrzeug oder Fahrzeugverband wenigstens zwei Antennen (A2, A3) zum Empfang mindestens eines ortungsrele vanten Satellitensignals in einem Abstand zueinander angeord net sind, der dem Quotienten aus Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und Ausgabefrequenz der Ortungsangaben entspricht,
wobei das Fahrzeug aufgrund des aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnisses und der Kenntnis der von ihm befahrenen Raumkurve sowie dem Abstand (3) der beiden Anten nen voneinander die Position der anderen Antenne (A3) be stimmt und dieses Ortungsergebnis vergleicht mit dem aus dem einen Antennensignal abgeleiteten Ortungsergebnis
und wobei das Fahrzeug mindestens das über die in Fahrrich tung vordere Antenne ermittelte Ortungsergebnis verwirft, wenn das Integral über die bei aufeinanderfolgenden Ortungs vorgängen festgestellten Ortungsdifferenzen seit dem Passie ren eines hinsichtlich seiner Position bekannten Strecken punktes einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder über steigt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Ortungsergebnis die Position einer Antenne in der
Raumkurve oder ihren Abstand zu einem Satelliten beinhaltet.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei den zwei Antennen ein gemeinsamer Empfänger zugeordnet
ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei jeder Antenne (A2, A3) ein eigener Empfänger (E2, E3)
zugeordnet ist und die Empfänger baugleich und über eine Kom
munikationsverbindung miteinander verbunden sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
wobei die Kommunikationsverbindung aus einem fahrzeugseitigen
Lichtleiterkabel gebildet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Raumkurve in digitalisierter Form, z. B. als Strec
kenatlas, zur Verfügung steht.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Fahrzeug mit dem Erkennen einer unzulässigen Or
tungsabweichung seinen Fahrort aus der aktuellen Antennenpo
sition durch vektorielle Subtraktion des Schwellwertes bzw.
des Abstandsdifferenzintegrals nach Maßgabe der jeweiligen
Raumkurve bestimmt.
9. Einrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Antennen (A2, A3) an dem einen und dem anderen Ende
des Fahrzeugs, insbesondere auf den Triebköpfen (1, 2) eines
Zuges, angeordnet sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 2,
wobei die Antennen nahe beieinander, insbesondere auf demsel
ben Triebkopf eines Zuges, angeordnet sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 10,
wobei der Abstand (3) zwischen den Antennen (A2, A3) in Ab
hängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variierbar ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11,
wobei die Antennen zur Abstandsveränderung verfahrbar sind.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei das Fahrzeug in einen fahrzeugseitigen oder strecken
seitigen Streckenatlas Angaben über das Auftreten von auf lo
kalen Fehlern beruhenden Ortungsfehlern und über den für die
Ortung jeweils verwendeten Satelliten oder Angaben über die
in den einzelnen Streckenbereichen für die Ortung zu verwen
denden Satelliten hinterlegt, bei deren Abstandsmessungen es
nicht zu unzulässigen lokalen Ortungsfehlern kommt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19701800A DE19701800A1 (de) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Einrichtungen zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem satellitengestützten Naviagtionssystem zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19701800A DE19701800A1 (de) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Einrichtungen zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem satellitengestützten Naviagtionssystem zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19701800A1 true DE19701800A1 (de) | 1998-07-09 |
Family
ID=7817821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19701800A Withdrawn DE19701800A1 (de) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Einrichtungen zum Erkennen von lokalen Fehlern in einem satellitengestützten Naviagtionssystem zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19701800A1 (de) |
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CN111801595A (zh) * | 2017-12-28 | 2020-10-20 | 法国国家太空研究中心 | 用于全球导航卫星***的多径管理 |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |