DE2801142C2 - Method for navigating and determining the location of a vehicle - Google Patents

Method for navigating and determining the location of a vehicle

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DE2801142C2 DE19782801142 DE2801142A DE2801142C2 DE 2801142 C2 DE2801142 C2 DE 2801142C2 DE 19782801142 DE19782801142 DE 19782801142 DE 2801142 A DE2801142 A DE 2801142A DE 2801142 C2 DE2801142 C2 DE 2801142C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Navigation und Standortbestimmung eines Fahrzeuges mit Hilfe von Laufzeitdifferenzrnessungen zwischen empfangenen Signalen von zumindest drei ortsfesten Rundfunksendern oder mindestens zwei RundfunkThe invention relates to a method for navigating and determining the location of a vehicle with the help of transit time difference measurements between received signals from at least three stationary ones Radio stations or at least two radio stations

senderpaaren.transmitter pairs.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 25 13 3)9) werden beispielsweise drei im Mittelwellenfrequenzbereich arbeitende Rundfunksender verwen- > det, deren Trägerfrequenzen hinsichtlich ihrer Laufzeitdifferenzen sowohl in einer ersten Station an einem bekannten Standort als auch in einer zweiten Station an einem unbekannten, in der Nähe des bekannten Standortes befindlichen Standort ausgewertet werden.In a known method of this type (US Pat. No. 25 13 3) 9), for example, three are in the medium wave frequency range working radio transmitters use> their carrier frequencies with regard to their transit time differences both in a first station at a known location and in a second station an unknown location in the vicinity of the known location can be evaluated.

in Die Unterschiede in den Laufzeitdifferenzen an dem bekannten Standort und an dem unbekannten Standort werden über eine Telementrieverbindung übertragen und miteinander verglichen und umgerechnet, um den unbekannten Standort zu ermitteln. Hierbei sind sowohlThe differences in the transit time differences at the known location and at the unknown location are transmitted via a telecommunication connection and compared with one another and converted in order to determine the unknown location. Here are both

Γ) an dem bekannten als auch an dem unbekannten Standort Empfangseinrichtungen mit zumindest drei sehr schmalbandigen Filtern erforderlich, die in der Lage sind, die drei Trägerfrequenzen der drei Rundfunkstationen selektiv weiterzuleiten, wobei sichΓ) on the known as well as on the unknown Location receiving devices with at least three very narrow-band filters required, which are in the Are able to forward the three carrier frequencies of the three radio stations selectively, with each other

2(i ein hoher Kostenaufwand ergibt, der bei Anwendung auf eine Vielzahl von Fahrzeugen untragbar ist Weiterhin sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um die bei dieser Laufzeitdifferenzmessung anhand der Trägerschwingungen auftretende Mehrdeutigkeit zu 2 (i results in high costs which are unacceptable when applied to a large number of vehicles . Furthermore, additional measures are required in order to eliminate the ambiguity that occurs in this transit time difference measurement on the basis of the carrier oscillations

_>-, beseitigen._> -, eliminate.

Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt (US-PS 31 53 237), bei dem ein breitbandiges rauschsignalartiges und damit nichtperiodisches Signal mit vorgegebener Dauer, das in vorgegebenen ZeitintervallenA method is also known (US Pat. No. 3,153,237) in which a broadband, noise-signal-like and thus non-periodic signal with a predetermined duration is generated at predetermined time intervals

tu wiederholt wird, von einem Luftfahrzeug abgestrahlt wird, um eine Standortbestimmung dieses Luftfahrzeuges zu ermöglichen. Dieses hochfrequente Rauschsignal wird in jeweiligen Empfangsstationspaaren direkt auf Nulldurchgänge untersucht und die Laufzeitdifferenz antu is repeated, is emitted by an aircraft in order to enable the location of this aircraft to be determined. This high-frequency noise signal is checked directly for zero crossings in the respective pairs of receiving stations and the transit time difference is displayed

r> den einzelnen Empfangsstationen wird zur Bestimmung der Position des Luftfahrzeuges ausgewertet. Jedes Luftfahrzeug, dessen Standort bestimmt werden soll, muß einen Sender zur Aussendung der breitbandigen rauschsignalartigen Hochfrequenzsignale mitführenr> the individual receiving stations is used to determine the position of the aircraft is evaluated. Every aircraft whose location is to be determined must carry a transmitter to transmit the broadband, noise-signal-like high-frequency signals und die einzelnen Luftfahrzeuge müssen ihren Sender entweder auf getrennten Frequenzen oder nacheinander auf der selben Frequenz einschalten. Ein derartiges Verfahren beseitigt zwar die bei Verwendung periodischer Signale auftretenden Mehrdeutigkeiten, doch istand the individual aircraft must switch on their transmitter either on separate frequencies or one after the other on the same frequency. Such a thing Although this method eliminates the ambiguities that arise when using periodic signals, it is dieses Verfahren für die gleichzeitige Standortbestimmung einer Vielzahl von Fahrzeugen nicht geeignet.this method is not suitable for determining the position of a large number of vehicles at the same time.

Es sind schließlich Verfahren bekannt, bei denen die Standortbestimmung an Bord eines Fahrzeuges durch Laufzeitdifferenzmessung anhand von periodischenFinally, methods are known in which the location is determined on board a vehicle Transit time difference measurement based on periodic Trägersignalen ermittelt wird und bei denen eine Anzahl von ortsfesten miteinander synchronisierten und an verschiedenen Stellen angeordneten Senderanlagen ein Funkfeld erzeugen, das an jedem Ort des Feldes die die diesem Ort zugeordnete Information enthält, die vonCarrier signals is determined and in which a Number of stationary transmitter systems that are synchronized with one another and arranged at different points generate a radio field that contains the information assigned to this location at each location of the field, that of beliebig vielen Fahrzeugen gleichzeitig empfangen und ausgewertet werden kann. Die höhen Kosten der hierfür benötigten leistungsstarken und miteinander synchronisierten Senderanlagen stehe« eitler breiten Anwendung und vielfachen Einführung dieser Verfahren in zahlrei-any number of vehicles can be received and evaluated at the same time. The high costs of this The high-performance and mutually synchronized transmitter systems required are largely used and multiple introduction of these procedures in numerous

chen abgegrenzten Operationsgebieten, beispielsweise der Polizei, von Rettungsdiensten und anderen Organisationen entgegen. different areas of operation, for example the police, emergency services and other organizations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei geringem gerätemäßigen Aufwand und ohne Verwendung eines eigenen Sendernetzes mit hoher Leistung und ohne zusätzlichen Frequenzbedarf eine dauernde eindeutige Standortanzeige beispielsweiseThe invention is based on the object of creating a method of the type mentioned at the beginning with little equipment-related effort and without using your own transmitter network with a high Power and a permanent, clear location display without additional frequency requirements, for example

von Fahrzeugen möglich ist.of vehicles is possible.

Piese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Laufzeitdifferenzmessung zwischen den zeitstarr zusammenhängenden nichtperiodischen Mo- > dulationssignalen von mit dem gleichen Modulationssignal modulierten Rundfunksendern durchgeführt wird.This task is based on a procedure of the type mentioned above according to the invention in that the transit time difference measurement between the Time-rigidly coherent non-periodic modulation signals from radio transmitters modulated with the same modulation signal is carried out.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, schmalbandige Filter zur selektiven Auswertung von Trägersignalen der Rundfunksender zu κι verwenden und es ergibt sich andererseits auf Grund der Verwendung von nichtperiodischen Signalen der Vorteil einer Eindeutigkeit der Standortbestimmung ohne zusätzliche Maßnahmen. Hierbei werden nichtperiodische Signale von ohnehin vorhandenen Sendernet- zen für die Standortbestimmung einer Vielzahl von Fahrzeugen ausgenutzt, so daß sich kein zusätzlicher Bedarf an Frequenzen ergibt, die ausschließlich zur Standortbestimmung verwendet werden können.In the method according to the invention, it is not necessary to use narrow-band filters for the selective evaluation of carrier signals from the radio transmitters use and it arises on the other hand due to the use of non-periodic signals of the Advantage of the unambiguous position determination without additional measures. Here, non-periodic signals from already existing transmitter internet zen used to determine the location of a large number of vehicles, so that no additional There is a need for frequencies that can only be used to determine the location.

Als Rundfunksender sind insbesondere Ultrakurzwel- m len-Rundfunksende; geeignet, die jeweils das gleiche Programm ausstrahlen und somit mit zeitstarr zusammenhängenden Modulationssignalen moduliert sind. Die Laufzeitdifferenz zwischen den empfangenen Modulationssignalen wird gemessen und durch eine 2r> Rechenanordnung fortlaufend und automatisch in Standortkoordinaten umgerechnet, was in einfachen und wenig aufwendigen Geräten erfofgen kann, die in jedem Fahrzeug angeordnet sind.As broadcasters are particularly Ultrakurzwel- m len-broadcasting; suitable, which each broadcast the same program and are thus modulated with time-locked connected modulation signals. The transit time difference between the received modulation signals is measured and continuously and automatically converted into location coordinates by a 2 r > arithmetic unit, which can be done in simple and inexpensive devices that are located in every vehicle.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- so fahrens geeignete Hochfrequenz-Sender stehen beispielsweise in Form von Rundfunksendern oder Fernsehsendern zur Verfugung, wobei zusätzlich in vielen Fällen an einem vorgegebenen Standort mehrere auf unterschiedlichen Trägerfrequenzen sendende und ir> mit unterschiedlichen Programmen oc .τ Modulationssignalen modulierte Sender vorhanden sind. Durch der. gleichzeitigen Empfang mehrerer Paare von mit dem gleichen Modulationssignal modulierten Hochfrequenz-Funksendern läßt sich die Genauigkeit der Standortbe- -to Stimmung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren noch weiter erhöhen weil eine Fehlerreduzierung durch Ausgleichung durchgeführt werden kann und außerdem eine erhebliche Redundanz hinsichlich eines Ausfalls eines Senders oder einer fehlenden Empfangsmöglich- « keit eines Senders am Standort der beweglichen Station bestehtFor carrying out the comparison according to the invention so proceedings suitable high-frequency transmitter are provided, for example in the form of radio stations or television stations for jointing, and in addition, in many cases at a given site, multiple transmitted on different carrier frequencies and i r> with different programs oc .τ modulation signals modulated Transmitters are present. Through the. simultaneous reception of several pairs of high-frequency radio transmitters modulated with the same modulation signal, the accuracy of the location-to-mood can be increased even further in the method according to the invention because an error reduction can be carried out by compensation and also a considerable redundancy with regard to a failure of a transmitter or a there is no reception possibility of a transmitter at the location of the moving station

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß bet an einem bekannten Standort befindlichem Fahrzeug Laufzeitdifferenzmessungen durchgeführt werden und diese Meßwerte als bekannte zeitliche Grundverschiebungen der Sendersignale bei der Umrechnung der später während der Fahrt zu ermittelnden Laufzeitdifferenzwerte in Standortkoordinaten anteilig als Korrekturwerte berücksich- tigl werden.According to one embodiment of the method according to the invention it is provided that bet on a known Location located vehicle transit time difference measurements are carried out and these measured values as known basic temporal shifts in the transmitter signals when converting the later during the Travel time difference values to be determined in location coordinates proportionally as correction values become tigl.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der ErfindungAccording to a further embodiment of the invention

ist vorgesehen, daß die Ergebnisse der Laufzeitdifferenzmessung im Fahrzeug über einen Datenfunkkanal an eine Zentralstation übermittelt werden und in der Zentralstation mittels einer Rechenanordnung in Standortkoordinaten umgerechnet werden. Der hohe Geräteaufwand einer Rechenanordnung kann in der Zentralstation sehr wirtschaftlich für eine Anzahl von Fahrzeugen, deren Standort im Einsatzgebiet zu bestimmen ist, genutzt werden. Der in den jeweiligen Fahrzeugen erforderliche notwendige Geräteaufw J.nd ist dann sehr gering, wobei sich weiterhin ein geringer Leistungsverbrauch ergibt. it is provided that the results of the transit time difference measurement in the vehicle are transmitted to a central station via a data radio channel and are converted into location coordinates in the central station by means of a computer arrangement. The high equipment cost of a computing arrangement can be used very economically in the central station for a number of vehicles, the location of which is to be determined in the area of use. The necessary equipment outlay required in the respective vehicles is then very low, and the power consumption continues to be low.

Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, daß in der ortsfesten Station Laufzeitdifferenzmessungen derselben Sendersignale wie im Fahrzeug fortlaufend durchgeführt werden und diese Meßwerte als bekannte zeitliche Grundverschiebung zwischen den Sendersignalen bei der Umrechnung der Laufzeitdifferenzwerte des Fahrzeuges in Standortkoordinaten anteilig als Korrekturwerte berücksichtigt werden. Hierbei können auftretende Änderungen des zeitlichen Zusammenhangs der Modulationssignale verschiedener Sendestationen sofort festgestellt und unmittelbar berücksichtigt werden. Derartige Änderungen im zeitlichen Verhältnis der Modulationssignale mehrerer Sender zueinander können beispielsweise durch Umschaltung der Kabelverbindungsstrecken zwischen den Sendern auftreten.Here it is preferably provided that in the stationary station transit time difference measurements of the same transmitter signals as in the vehicle are continuous are carried out and these measured values as a known basic time shift between the transmitter signals when converting the transit time difference values of the vehicle in location coordinates are proportionally taken into account as correction values. Here you can occurring changes in the temporal relationship of the modulation signals from different transmitting stations are immediately detected and immediately taken into account will. Such changes in the temporal relationship of the modulation signals from several transmitters to one another can occur, for example, by switching over the cable links between the transmitters.

Gemäß einer weiterjpa vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die technischen Daten und Charakteristiken aller im Betriebsbereich des Fahrzeuges existierenden Sender gespeichert und durch Vergleichen im Fahrzeug werden die tatsächlich empfangenen Sender identifiziert und bewertet und ausgewählt, so daß sich ein Optimum an Genauigkeit und Sicherheit der zu ermittelnden Standortkoordinaten ergibt.According to a further advantageous embodiment According to the invention, the technical data and characteristics of all the transmitters existing in the operating range of the vehicle are stored and processed The actually received transmitters are identified and evaluated and compared in the vehicle selected so that there is an optimum of accuracy and security of the location coordinates to be determined.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Navigation und Ortung von Luftfahrzeugen besteht zusätzlich die vorteilhafte Möglichkeit, daß die Laufzeitunterschiede der von jedem Bodensenderpaar empfangenen Signale zur Beschreibung «von Rotationshyperboloiden benfitzt und zusätzlich zur indirekten Bestimmmung der Flughöhe ausgewertet werden. Es wird dabei rechnerisch der Schnittpunkt von mindestens drei Hyperboloidoberflächen ermittelt, welcher dem Standort des Luftfahrzeuges im Luftraum, ausgedrückt in Funkkoordinaten, entspricht Durch fortlaufend und automatisch durchgeführte Messungen der Laufzeitdifferenzen wird aus der Veränderung des Standortes zusätzlich die Geschwindigkeit und die Richtung von Fahrzeugen ermittelt und dem Fahrzeugführer fortlaufend angezeigtFor the application of the method according to the invention for the navigation and positioning of aircraft there is also the advantageous possibility that the running time differences of each ground transmitter pair received signals for the description of rotational hyperboloids and in addition to the indirect Determination of the flight altitude can be evaluated. In this case, mathematically, it becomes the intersection of at least three hyperboloid surfaces are determined, which expresses the location of the aircraft in the airspace in radio coordinates, corresponds to the change in location through continuous and automatic measurements of the transit time differences In addition, the speed and direction of vehicles is determined and continuously displayed to the driver

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können anstelle von Fahrzeugen auch andere bewegliche Einheiten, wie beispielsweise Menschen, Tiere und Raketen geortet werden.With the aid of the method according to the invention, other movable vehicles can also be used instead of vehicles Units such as humans, animals and missiles can be located.

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Navigation und Standortbestimmung eines Fahrzeuges mit Hilfe von Laufzeitdifferenzmessungen zwischen empfangenen Signalen von zumindest drei ortsfesten Rundfunksendern oder zumindest zwei Rundfunksenderpaaren, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitdifferenzmessung zwischen den zeitstarr zusammenhängenden nichtperiodischen Modulationssignalen von mit dem gleichen Modulationssignal modulierten Rundfunksendern durchgeführt wird.1. Method for navigating and determining the location of a vehicle with the help of transit time difference measurements between received signals from at least three fixed radio transmitters or at least two pairs of radio transmitters, characterized in that the transit time difference measurement between the time-locked connected non-periodic modulation signals of modulated with the same modulation signal Broadcasting is carried out. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei an einem bekannten Standort befindlichen Fahrzeug Laufzeitdifferenzmessungen durchgeführt werden und diese Meßwerte als bekannte zeitliche Grundverschiebungen der Sendersignale bei der Umrechnung der später während der Fahrt zu ermittelnden Laufzeitdifferenzwerte in Standortkoordinaten anteilig als Korrekturwerte berücksichtigt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that when the vehicle is at a known location, transit time difference measurements are carried out and these measured values are taken into account proportionally as correction values as known basic time shifts in the transmitter signals when converting the transit time difference values to be determined later during the journey into location coordinates. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse der Laufzeitdifferenzmessung im Fahrzeug über einen Datenfunkkanal an eine Zentralstation übermittelt werden und in der Zentralstation mittels einer Rechenanordnung in Standortkoordinaten umgerechnet werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the results of the transit time difference measurement in the vehicle are transmitted via a radio data channel to a central station and are converted into location coordinates in the central station by means of a computing arrangement. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ortsfesten Station Laufzeitdifferenzmessungen derselben Sendersignale wie im Fahrzeug fortlaufend durchgeführt werden und daS diese Meßwerte als bekannte zeitliche Grundverschiebung zwischen den Sendersignalen bei der Umrechnung der Laufzeitdifferenzwerte des Fahrzeuges in Standortkoordinaten anteilig als Korrekturwerte berücksichtigt werden.4. The method according to claim 1 or 3, characterized in that in a stationary station Transit time difference measurements of the same transmitter signals as in the vehicle can be carried out continuously and that these measured values are known as the basic time shift between the transmitter signals when converting the transit time difference values of the vehicle into location coordinates proportionally as Correction values are taken into account. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die technischen Daten aller im Betriebsbereich des Fahrzeuges existierenden Sender gespeichert werden und daß durch Vergleichen im Fahrzeug die tatsächlich empfangenen Sender identifiziert und bewertet werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the technical data of all existing transmitters in the operating range of the vehicle are stored and that by Compare in the vehicle the actually received transmitters are identified and evaluated. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Fahrzeugsstandortes gleichzeitig mehrfach anhand aller verfügbaren Senderpaare durchgeführt wird und die voneinander abweichenden und bewerteten Ergebnisse durch Ausgleichung zu einer verbesserten und endgültigen Standortbestimmung verwendet werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the determination of the vehicle location several times at the same time is carried out on the basis of all available transmitter pairs and the differing and evaluated results through adjustment for an improved and final assessment be used. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise in Luftfahrzeugen die Laufzeitdifferenzwerte von mindestens drei Senderpaaren in rascher Folge fortlaufend gemessen und zur rechnerischen Ermittlung des Standortes im Luftraum, der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung ausgewertet werden,7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that, preferably in aircraft, the transit time difference values continuously measured by at least three pairs of transmitters in quick succession and evaluated for the computational determination of the location in the airspace, the speed and the direction of movement will,
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