DE3883527T2

DE3883527T2 - Fahrzeug-ortungssystem mit grösserer genauigkeit für luftfahrzeuge.

Info

Publication number: DE3883527T2
Application number: DE89902357T
Authority: DE
Inventors: William Sagey
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2008-10-07
Also published as: KR890702046A; EP0346461A1; IL88015A0; CN1033112A; DE3883527D1; CN1011442B; WO1989004002A3; JPH02502128A; KR920010026B1; CA1333197C; WO1989004002A2; EP0346461B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugortungssysteme und insbesondere Fahrtzeugortungssysteme, welche in einem Luftverkehrs-Kontrollmilieu einsetzbar sind, das auf der Verwendung von Satelliten- und Bodenstationskomponenten basiert, um Ortungsgenauigkeiten zu ermöglichen, die denen überlegen sind, welche vollständig auf entweder Satellitenoder Bodenstationskomponenten alleine basieren.
Da der Luftverkehr zugenommen hat, ist es wünschenswert geworden, die Abstände zwischen Flugzeugen zu vermindern, um so die verfügbare Kapazität des kontrollierten Luftraumes einer Nation zu erhöhen. Das Hauptkriterium für die Leistungsfähigkeit des Luftverkehrssysteines der Vereinigten Staaten liegt in der Sicherheit des Luftverkehrs. Im Hinblick auf derartige Umstände und dieses Kriterium führt eine Unbestimmtheit des Ortes des Flugzeuges direkt zu großen Abstandsanforderungen zwischen den Flugzeugen. Darüber hinaus bedingen gegenwärtig verfügbare Systeme, welche vorwiegend auf Radar basieren, die Verwendung von Transpondern bzw. Antwortsendern an Bord des Flugzeuges, welche von dem Piloten auf einen vorherbestimmten Code gesetzt werden müssen, um das Flugzeug zu identifizieren. Wenn das Flugzeug mit einem Mode C Transponder ausgestattet ist, dann kann die Höhe mit dem Signal des Transponders zu einem abfragenden Radaß übermittelt werden, wobei jedoch ein derartiges Höhensignal von der Verfügbarkeit eines Höhenverschlüsslers auf dem Flugzeug abhängt, und zwar zusätzlich zu dem Radartransponder. Eine Radarbedeckung existiert nicht vollständig über die Vereinigten Staaten hinweg sondern ist im allgemeinen auf Gebiete mit hoher Population oder häufig benutzten Flugrouten konzentriert. Als ein Ergebnis hiervon ist das Luftverkehrs-Kontrollsystem ernsthaft im Hinblick auf seine Kapazität in Gebieten begrenzt, in denen eine Radarbedeckung nicht verfügbar ist und in denen man sich nur auf den Positionsbericht des piloten stützen kann, um das Flugzeug zu orten. Als ein Ergebnis hiervon müssen grobe Abstände zwischen den Flugzeugen sichergestellt werden.
Bei den gegenwärtigen Luftverkehrs-Steuersystemen wird die Ortung eines Flugzeuges an einen menschlichen Luftverkehrskontroller weitergegeben, der für die Abstände und Konfliktwarnung auf der Grundlage der verstärkten Radaranzeige vor ihm sorgt. Während bestimmte rechnergestützte Konfliktwarnsysteme verfügbar sind, sind derartige Systeme in stark überlasteten Bereichen nicht sehr zu gebrauchen, da die Ortungsgenauigkeiten des Radarsystemes und die Leistungseinhüllenden des Flugzeuges viele Falschalarme bedingen. Daher vermindert eine schlechte Ortungsgenauigkeit die Luftverkehrs-Systemkapazität und die Möglichkeit, einen computergestützten Konfliktalarm in überlasteten Lufträumen durchzuführen.
Satellitengestützte Fahrzeugortungssysteme, so wie das Geostar-System, das in dem US-Patent Nr. 4,359,733 beschrieben worden ist, datiert vom 16. November 1982, sind vorgeschlagen worden, um den Genauigkeits- und Kapazitätsproblemen von existierenden Luftverkehrs-Kontrollsystemen zu begegnen und um den Bericht von potentiellen Konflikten an Piloten zu automatisieren, und zwar basierend auf Informationen, die von einer Computerbestimmung des Flugzeugortes abgeleitet worden sind, nämlich für Flugzeuge, die mit einer geeigneten elektronischen Ausrüstung ausgestattet sind. Indessen benötigen derartige Systeme im allgemeinen vergleichsweise teuere luftgestützte Ausrüstungen so wie komplexe und teuere Satellitensysteme, um die geforderten Dienste bereitzustellen. Darüber hinaus leiden derartige Systeme, obgleich sie in der Lage sind, verbesserte Genauigkeiten zu ermöglichen, und zwar verglichen mit radargestützten Systemen, und eine Bedeckung von im wesentlichen allen kontinentalen Vereinigten Staaten bei der Verwendung von einigen Satelliten, an der geometrischen Verdünnung der Präzision (Gemometric Dilution Of Precision, GDOP) infolge der kleinen Schnittwinkel der Hyperbeln der Positionslinien, die aus Fahrzeugtransmissionen abgeleitet worden sind. Für geostationäre Satelliten-Repeater-Systeme sind GDOP-Faktoren von mehr als 100 typisch. Ein System, das mit bodengestützten Repeatern konstruiert worden ist, würde in der Höhenebene unter einem ähnlichen GDOP-Problem leiden, da die Schnittwinkel der Positionslinien für ein derartiges System gleichfalls klein sind. Diese Größenordnungen der GDOP bedingen größere Abstände zwischen Flugzeugen, als wünschenswert wäre.
Aus dem Obigen wird deutlich, daß weder die Systeme, die vollständig auf einen Satelliten oder auf mehreren Satelliten beruhen, noch die Systeme, die vollständig auf einer Bodenstation oder Bodenstationen beruhen, die Anforderungen sowohl im Hinblick auf die Positionsgenauigkeit als auch die Kosten für ein Luftverkehrskontrollsystem einer nächsten Generation erfüllen. Ein derartiges System sollte die Kosten und die Komplexität von luft- und raumgestützten Komponenten vermindern und dennoch eine vergleichsweise kleine Anzahl von Bodenstationen bedingen, während eine kontinentale Bedeckung der Vereinigten Staaten sichergestellt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sorgt für Verbesserungen eines auf Satelliten basierenden Fahrzeugortungssystemes (Vehicle Location System, VLS), so wie das System, das in der EP-A-279 834 beschrieben worden ist. Dieses Dokument fällt unter Artikel 54 (3) EPC. Das grundlegende VLS-System gemäß der vorliegenden Erfindung stützt sich auf wenigstens einen einfachen Transponder-Satelliten, der verschlüsselte Nachrichten von einem Sender empfängt, der auf einem luftgestützten Fahrzeug angeordnet ist, und der sie zu einer gemeinsamen Basisstation rück-aussendet. Die Position des luftgestützten Anwenders wird aus dem Zeitunterschied der Ankunft (Time Difference Of Arrival, TDOA) der von dem Satelliten zeitverzögerten Signale abgeleitet. Das Fahrzeugortungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Anspruch 1 definiert.
Die vorliegende Erfindung umfalt die Verwendung von strategisch verteilten Boden-Verstärkungsstationen, welche die Rückaussendung eines Signales präzise verzögern, das von einem luftgestützten Fahrzeug empfangen wurde. Die Boden- Verstärkungsstationen strahlen das Signal erneut zu einem Satelliten ab (und zwar mit einem hinzugefügten Datensignal, um die bestimmte Boden-Verstärkungsstation zu identifizieren, die gerade am Senden ist). Der Satellit, der als ein "bent-pipe"-Transponder agiert, sendet diese Information zu der gemeinsamen Basisstation erneut aus, die über die Möglichkeit verfügt, die Position des luftgestützten Fahrzeuges auf der Grundlage der bekannten Geometrie des Satelliten und der Boden-Verstärkungsstationen, sowie der TDOA (Time Difference Of Arrival) der empfangenen Signale zu errechnen. Durch die Verwendung des obigen Systemes wird die vergleichsweise grobe geometrische Verdünnung der Präzision (GDOP), die in vollständig bodengestützten oder in vollständig raumgestützten Systemen vorhanden ist, dramatisch vermindert, in dem die vergleichsweise steilen Linien einer konstanten Zeitverzögerung des bodengestützten Systemes mit den vergleichsweise flachen Linien der konstanten Zeitverzögerung der satellitengestützten Systeme überlagert werden, wodurch für eine erheblich verbesserte Messung des Ortes des sendenden Fahrzeuges gesorgt wird.
Das hybride System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet vorzugsweise den Empfang des Flugzeugsignales und die erneute Aussendung (bzw. Rückausstrahlung) bei wenigstens einer Boden-Verstärkungsstation und drei Satelliten, um für eine erheblich verminderte GDOP zu sorgen, und zwar verglichen mit Systemen, die nur aus Repeatern bestehen, die auf einen Satelliten oder mehreren Satelliten angeordnet sind. Darüber hinaus wird, wenn das Fahrzeug sich in der Reichweite von wenigstens zwei Boden-Verstärkungsstationen befindet, eine weitere Verminderung des GDOP-Faktors erhalten, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem sich das Anwenderflugzeug in der Reichweite von nur einer Boden-Verstärkungsstation befindet. Die höchsten Genauigkeiten (und der niedrigste GDOP) treten in einem überbestimmten (d. h. redundanten Navigations-Daten-)System mit ungefähr 7 Bodenstationen auf, welche einen Terminal-Control-Bereich (Terminal Control Area, TCA) eines Flughafens umgeben. Der gemeinsame Basisstationscomputer kann dann den Satz von Signalen auswählen, der die optimale Geometrie für den niedrigsten GDOP aufweist.
Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise einen einfachen und preiswerten Sender an Bord eines jeden Flugzeuges, der derartig ausgelegt ist, daß er einen Code benutzt, der für das Fahrzeug charakteristisch ist. Der Sender ist derartig ausgelegt, daß er über die gesamte Zeit in Betrieb ist, in der das Flugzeug betrieben wird, und zwar einschließlich der Zeit, wenn es über die Rollbahnen auf dem Flughafen geführt wird; indessen ist während dieses Taxibetriebes das Arbeitsverhältnis gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derartig ausgewählt, daß es vergleichsweise lang ist. Alle Signale sind vorzugsweise Pulse kurzer Dauer, welche eine gedehnte Spektrum-Pseudorausch-Modulation (spread spectrum pseudonoise modulation) zum Zweck der Erzielung einer großen Abstandsauflösung und guter Unterscheidung zwischen überlappenden Signalen von einer Mehrzahl von Flugzeugen einsetzen. Dieses Design der Wellenform ist vollständig mit dem kompatibel, das in der zuvor erwähnten EP-A- 279 834 eingesetzt worden ist. Daher sorgt der zuvor beschriebene Sender für Vorrichtungen zum charakteristischen Identifizieren eines jeden Flugzeuges während er betrieben wird, aber die Einfachheit des Senders macht unnötige Kosten für Flugzeuge unnötig, die innerhalb des Systemes betrieben werden. Das Flugzeug kann gleichfalls mit einem Konfliktwarnempfänger ausgestattet werden, der in der Lage ist, eine Nachricht zu empfangen, welche dazu dient, den Piloten davor zu warnen, daß eine potentielle Kollision zwischen seinem Flugzeug und einem Anderen am entstehen ist. Ein Konflikt-Warnsystem könnte gleichfalls Vorrichtungen enthalten, um den Piloten mit vorgeschlagenen Handlungsanweisungen zu versorgen, um den Konflikt zu vermeiden. Eine derartige Konfliktverhinderungsnachricht würde auf der Errechnung der Position und der projizierten Position aller Flugzeuge in dem System, sowie verschiedener Kollisions-Verhinderungskriterien basieren, die in einem Zentralrechner in der Basisstation programmiert sind.
Das Signal, das von dem luftgestützten Anwender ausgesendet wird, wird von einem oder von mehreren Satelliten und einer Mehrzahl von Bodenstationen innerhalb der Sichtlinie und der Reichweite des Senders empfangen. Die Frequenz des Senders sollte so gewählt sein, daß eine zuverlässige Sichtlinien- Kommunikation zwischen dem luftgestützten Fahrzeug und dem Satelliten sowie den Bodenstationen möglich ist. Der Satellitenteil des Systemes setzt bevorzugter Weise vergleichsweise einfache Satelliten ein, welche vorzugsweise in synchronen Höhen angeordnet sind, und die für ein "bent pipe" Transpondersystem sorgen, um die von dem luftgestützten Fahrzeug empfangenen Signale zu einer entfernt gelegenen Bodenstation weiterzuleiten, ohne das Signal in irgendeiner Art und Weise zu verarbeiten. Die Satelliten können verfolgt werden und ihr präziser Ort kann durch separate Vorrichtungen bestimmt werden, so wie durch zweckorientierte Tracking- Stationen oder ein Satelliten-Trackingnetzwerk. Der Satellit sendet die Signale, die er von dem luftgestützten Fahrzeug empfangen hat, auf einem engen Strahlenbündel zu einer Antenne erneut ab, die auf der Boden-Basisstation angeordnet ist. Die Boden-Basisstation kann eine Mehrzahl von Empfangsantennen für enge Strahlenbündel enthalten, welche jeweils auf ihren jeweiligen Satelliten ausgerichtet sind, so daß die Satelliten alle bei ähnlichen Frequenzen betrieben werden können, ohne untereinander zu interferieren. Alternativer Weise können verschiedene Frequenzen von jedem Satelliten übertragen werden und ihre Signale können bei dem Empfang durch eine einzelne Antenne für weite Strahlbündel getrennt werden.
Eine Mehrzahl von Boden-Verstärkungsstationen wird beispielsweise über die Vereinigten Staaten verteilt angeordnet, um die Bedeckung für luftgestützte Fahrzeuge bereitzustellen und um die Sendungen der luftgestützten Fahrzeugsender zu empfangen. Jede Boden-Verstärkungsstation sendet dann die von den luftgestützten Fahrzeugen empfangenen Signale erneut ab, vorzugsweise auf einer neuen Frequenz (um einen Sende- und Empfangsbetrieb von mehr als einem Flugzeug zu erlauben) und überlagert mit dem Signal die Identifikation der Bodenstation. Der Zeitpunkt der erneuten Aussendung wird präzise gesteuert, so daß die Integrität des Meßsystemes gewahrt bleibt. Die Boden-Basisstation errechnet dann die Position des luftgestützten Anwenders basierend auf den bekannten Orten der Satelliten und der verschiedenen Boden- Verstärkungsstationen, sowie dem Zeitunterschied der Ankunft (TDOA) der Signale, die direkt von dem luftgestützten Anwender zu dem Satelliten übertragen worden sind und den durch die Boden-Verstärkungsstationen verzögerten Signalen.
Die Ortungsgenauigkeit eines Fahrzeugortungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung wird erheblich dadurch verbessert, daß die geometrische Verdünnung der Präzision (Geometric Dilution Of Precision, GDOP), welche entweder mit vollständig satelliten- oder mit vollständig bodengestützten Schemas verbunden ist, wesentlich vermindert wird. Diese Verminderung der GDOP ist möglich, da die Schnittwinkel der Hyperbeln der konstanten Zeitverzögerung für Bodenstationen und der Hyperbeln für konstante Zeitverzögerungen für Satelliten erheblich größer sind als der Schnittwinkel von Satelliten zu Satelliten, oder von Bodenstation zu Bodenstation, und zwar für die meisten der verfügbaren Geometrien. Wenn derartige Schnittwinkel sich 90º nähern, dann werden die Fehler, die mit der Genauigkeit der Zeitverzögerungsmessung in Beziehung stehen, erheblich vermindert, da derartige Fehler sich in vergrößerten Radien der erzeugten Hyperbeln manifestieren. Wenn sich die Hyperbeln bei flachen Winkeln treffen, dann wird der Bereich der Unbestimmtheit erheblich größer sein als dann, wenn sie sich bei vergleichsweise steilen Winkeln treffen und der Bereich der Unbestimmtheit wird minimiert, wenn die Schnittwinkel sich 90º nähern. Die vorliegende Erfindung sorgt für diese verbesserten Genauigkeiten, während sie den Aufwand für die luftgestützten, raumgestützten und bodengestützten Elemente des Systemes minimiert, da keine dieser Komponenten komplexe Elektroniken oder Rechnerkapazitäten benötigt, mit der Ausnahme einer kleinen Anzahl von zentralen Verarbeitungsbasisstationen, die ausgelegt sind, um die Position abzuleiten und potentielle Konflikte zu bestimmen.
Daher stellt das System der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Verbesserung im Hinblick auf die Genauigkeit und die Verminderung der Kosten bereit, und zwar dann, wenn es mit den bekannten Systemen verglichen wird. Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich, welche im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung zu sehen ist, die beispielhaft die Merkmale der vorliegenden Erfindung illustriert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht über eine Anordnung der Komponenten und des luftgestützten Anwenders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Illustration des Tetraeders, daß durch die Einheitsvektoren von dem Anwender zu den Satelliten eines Fahrzeugortungssystemes gebildet ist;
Fig. 3 ist eine schematische Illustration der Komponenten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine einzelne Anwender-Boden- Verstärkungsstation illustriert ist, sowie ein Satelliten-Repeater und eine Boden-Basisstation, und zwar aus Vereinfachungszwecken;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Orte der Verstärkungsstation gegen typische Anwenderhöhen;
Fig. 5 ist eine exemplarische Verteilung einer Boden- Verstärkungsstations-Stationierung für den Bereich Süd-Kaliforniens, in der Boden- Verstärkungsstationen bei höher gelegenen Orten in dem Bereich angeordnet werden;
Fig. 6 ist ein Graph der geometrischen Verdünnung der präzision (Geometric Dilution of Precision, GDOP) bei einer Breite von 33 40' als eine Funktion der Länge für die Acht (8) Boden-Verstärkungsstationen aus Fig. 4, in dem die Verbesserung der GDOP durch die Hinzufügung von einem Satelliten zu der GDOP-Fähigkeit der Basis-Bodenverstärkungsstation illustriert ist;
Fig. 7 ist ein Graph der Anzahl der topographischen Lagen, die gemäß einer Ausführungsform für eine nationale Stationierung von Boden-Verstärkungsstationen für die vorliegende Erfindung verlangt werden, als eine Funktion der Flugzeughöhen-Bedeckung für Boden-Verstärkungsstationshöhen oberhalb Terrains von 0 Fuß und 1000 Fuß;
Fig. 8 ist eine Darstellung der geometrischen Verhältnisse, die mit der Ableitung der Anzahl der topographischen Lagen für eine kontinentale Stationierung in den Vereinigten Staaten verbunden sind, und zwar gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine schematische Illustration der Anordnung der Komponenten einer Boden-Verstärkungsstation gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist eine schematische Illustration der Anordnung der Komponenten des elektronischen Sendesystemes für einen luftgestützten Anwender gemäß einer Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 illustriert die Anordnung der Komponenten in dem Satellitenteil einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 illustriert die Anordnung der Komponenten einer Boden-Basisstation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Wie in der exemplarischen Zeichnung dargestellt wird die Erfindung in einem Fahrzeugortungssystem verwirklicht, das sowohl satellitengestützte als auch bodengestützte Transponder bzw. Antwortsender verwendet, um Signale vom Sender eines luftgestützten Anwenders zu einer Boden-Basisstation weiterzuführen, bei der die Berechnung der Position des luftgestützten Anwenders durchgeführt wird, und zwar basierend auf bekannten Geometrien und Orten der Satelliten und der Boden-Basisstationen und den Zeitunterschieden zwischen dem Empfang der verschiedenen Signale bei der Bodenstation. Die vorliegende Erfindung verwendet vergleichsweise preiswerte und einfache Komponenten für die Hochfrequenzteile der Ausrüstung des luftgestützten Anwenders, der Bodenstationen und der Satellitensysteme und konzentriert die Rechner- so wie die Konfliktlösungsfähigkeiten in einer oder in mehreren vergleichsweise groben und komplexen bodengestützten Anlagen. Bisherige Fahrzeugortungssysteme, welche entweder vollständig satellitengestützt oder vollständig bodengestützt waren, benötigten eine vergleichsweise grobe Anzahl von komplexen elektronischen Aufbauten und Computersystemen, welche mit den Anwendern und/oder den Satelliten stationiert worden sind, um die Fahrzeugortungsdienste wie benötigt zu erlauben.
Ein Problem, das mit derartigen bekannten Systemen in Verbindung steht, ist die GDOP, die mit den vergleichsweise flachen Schnittwinkeln der Hyperbeln der konstanten Zeitverzögerung für einen luftgestützten Anwender in Satellitensystemen in Verbindung steht, in denen die Satelliten sich in einem geostationären Orbit befinden. Wenn man ein derartiges System verwendet, führt jeder Fehler bei der Messung der Ankunftszeit des Signales von dem luftgestützten Anwender bei dem Satelliten oder umgekehrt bei dem luftgestützten Anwender von einem Signal, das von dem Satelliten ausgeht, zu ziemlich groben Fehlern infolge dieser Geometrie. Aufähnliche Art und Weise leiden vollständig bodengestützte Systeme unter einer vergleichsweise begrenzten regionalen Bedeckung und unter GDOP-Fehlern, solange nicht eine sehr grobe Anzahl von bodengestützten Stationen verwendet wird, um eine adequate Geometrie zwischen dem luftgestützten Anwender und der Vielzahl der Stationen sicherzustellen, was es erlaubt, eine günstige Geometrie zu wählen.
Raum- bzw. luftgestützte Systeme, die die Berechnung des Fahrzeugortes entweder in dem Flugzeug oder dem Raumschiff durchführen, leiden des weiteren unter der Tatsache, daß derartig weit entfernt gelegene und unbemannte Orte eine ziemlich erhebliche und teuere Rechnerfähigkeit aufweisen müssen, und zwar verglichen mit dem Konzept der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 illustriert die grundlegende Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, in der ein luftgestützter Anwender 2 ein Signal 4 bei der Frequenz F&sub1; über eine drehbare Richtantenne 6 überträgt. Ein derartiges Signal kann von den Satelliten 8 und den Boden-Verstärkungsstationen 10 empfangen werden. Die Boden-Verstärkungsstationen 10 senden die Signale, die sie bei der Frequenz F&sub1; von dem Anwender 2 empfangen haben, zu den Satelliten 8 bei einer Frequenz F&sub2; erneut aus, und zwar mit einer präzise bestimmten Zeitverzögerung und nachdem sie zu dem Signal eine Anzeige für die Identifizierung der Boden-Verstärkungsstation 10 hinzugefügt haben. Die Satelliten 8 senden dann das Signal bei der Frequenz F&sub3; zu den Antennen 12 der Boden-Basisstation 14. Die Boden-Basisstation 14 weist Möglichkeiten auf, um den Ort des luftgestützten Anwenders 2 auf der Grundlage der Zeitverzögerungen der Ankunft (time delays of arrival, TDOA) der Signale zu errechnen, die von den Satelliten 8 und den Boden-Verstärkungsstationen 10 abgestrahlt worden sind, sowie den bekannten Orten einer jeden Boden-Verstärkungsstation und eines jeden Satelliten. Daher minimiert die vorliegende Erfindung die Kosten und die Komplexität, die mit den Elementen des Systemes verbunden sind, die von der Boden-Basisstation 14 entfernt gelegen sind, und sie sorgt für eine einzelne Informationsquelle im Hinblick auf die Orte der Fahrzeuge, die sich in dem Luftverkehrs-Kontrollsystem bewegen. Es liegt im Handlungsbereich des Besitzers eines Flugzeuges, daß jedes Flugzeug mit einem Empfänger ausgestattet wird, der in der Lage ist, Informationen von der zentralen Bodenstation 14 zu empfangen und zu entschlüsseln, um den luftgestützten Anwender mit einer Anzeige seiner gegenwärtigen Position und jedes potentiellen Konfliktes mit anderen luftgestützten Anwendern zu versorgen. Ein derartiges Signal könnte entweder mittels eines Satelliten oder einer ausgewählten Boden-Verstärkungsstation innerhalb der Empfangsreichweite des luftgestützten Anwenders weitergeleitet werden.
Aus dem oben Gesagten wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung für gewichtige Vorteile im Vergleich mit gegenwärtig in Aussicht gestellten Systemen sorgt, nämlich im Hinblick auf die erheblich verminderten Kosten, und zwar verglichen mit den Systemen, die die Berechnungen an Bord des Anwenders durchführen, wodurch das System für kleinere, weniger wohlhabende Anwender verfügbar wird. Daher kann die vorliegende Erfindung die Luftsicherheit deshalb fördern, weil alle Anwender mit einem Transponder ausgestattet werden können und so Teil eines nationalen Luftraumsystemes werden können, was zu einer erhöhten Sicherheit und Durchsetzbarkeit führt.
Ein anderer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in seiner Fähigkeit, für eine Genauigkeit bei der Ortung zu sorgen, die mit anderen Systemen nicht erzielbar ist, ohne dabei auf extrem genaue Messungen der Enfernung mit einer großen Anzahl von Satelliten (wie beispielsweise das GPS-System) oder aufandere komplexe Nebensysteme zurückzugreifen, und zwar verglichen mit dem vergleichsweise einfachen System der vorliegenden Erfindung. Die GDOP für eine verallgemeinerte Geometrie zwischen einem festen Ort und den Elementen eines hyperbolischen Navigationssystemes basiert auf einer Berechnung der Position aus Unterschieden zwischen der Empfangszeit eines sich einheitlich ausbreitenden Signales.

Die Geometrische Verdünnung der Präzision (GDOP)

Die Einflüsse der Geometrie auf die Leistungsfähigkeit eines jeden Radio-Navigationssystemes werden mit Hilfe der GDOP ausgedrückt. Für den Fall satellitengestützter Systeme kann die GDOP ausgedrückt werden als (für eine gegebene Höheeingabe):
GDOPa = [Spur (GaRGa)&supmin;¹] (1)
Es wird darauf hingewiesen, daß li, mi und ni die Richtungskosinusse von dem Anwender zu dem i-ten-Satelliten sind, wobei der Index "a" sich auf das Höhenmesser-Hilfsmittel (altimeter aiding) bezieht und u das Verhältnis des Höhenfehlers zu einem zufälligen Pseudo-Entfernungsfehler ist, der gegeben ist durch:
u = a/ p
Während die Entwicklung der GDOP, wie sie hier abgeleitet wird, auf einen festen Höheneingabefehler beruht, wie später diskutiert werden wird, weisen derartige Annahmen einen direkten Einfluß auf die vorliegende Erfindung auf, und zwar dahingehend, daß die Verbindung von dem Anwender zu der Boden-Verstärkungsstation ein Mittel zur Verbesserung der Abschätzung der Höhe des Anwenders ist, verglichen mit direkten Messungen von TDOA' s bei den Satelliten oder den Boden- Basisstationen.
Es ist nun möglich, die Ausdrücke für die GDOPa auszudehnen und eine geschlossene Lösungsform zu erhalten. Unter Hinweis darauf, daß
führt die Einfügung von (7) in (1) zu
wobei GDOPa = [t]/D (8)
t = Spur (d).
ist. Algebraische Umformungen führen zu
wobei die aij's Funktionen der Richtungskosinusse von dem Anwender zu den drei Satelliten sind, die in Verbindung mit dem Höhenmesser verwendet werden. Diese Verhältnisse werden durch die folgenden Gleichungen gegeben:
Auf ähnliche Art und Weise kann gezeigt werden, in dem man (6) und (7) kombiniert, daß
Die Lösung für die GDOPa wird daher vollständig in geschlossener Form durch die Gleichungen (8) bis (11) gegeben.
Einige Faktoren von besonderem Interesse über den Ausdruck für D² sind in (11) gegeben. Es ist unmittelbar naheliegend, daß er von dem ni-Richtungskosinus unabhängig ist. Diese Tatsache ist von Interesse, da der ni-Richtungskosinus sich auf die lokale vertikale Richtung bezieht und er daher zu Informationen führen würde, die denen analog sind, die durch die Verwendung eines Höhenmessers erhalten werden. Dies ist von weiterer Bedeutung, wenn man sich deutlich macht, daß der Ausdruck für D direkt mit dem Volumen des Tetraeders in Beziehung steht, das durch vier Punkte gebildet wird. In diesem Fall werden die vier Punkte durch die Einheitsvektoren von dem Anwender zu den drei Satelliten und der Höhenreferenz definiert, die als ein Pseudo-Satellit angenommen werden kann, der im Zentrum der Erde angeordnet ist. Daher steht jede Verbesserung der Höhenreferenz in direkter Beziehung zur Verminderung der GDOP. Die vorliegende Erfindung sorgt für dieses Mittel zur Verbesserung der GDOP durch die Verwendung der Boden-Verstärkungsstationen.
Darüber hinaus ist es bekannt, daß das Volumen des Tetraeders, das durch diese Vektoren gebildet wird, ein ziemlich zuverlässiger Indikator für die GDOP ist. Dies kann der folgenden Beziehung entnommen werden
nämlich für das in Fig. 2 gezeigte Tetraeder. Es wird darauf hingewiesen, daß die folgenden Definitionen verwendet werden:
V = Volumen des Tetraeders
ea = Einheitsvektor von dem Anwender zum Höhenmesser (Satellit im Zentrum der Erde)
e&sub1; = Einheitsvektor von dem Anwender zum Satelliten 1
e&sub2; = Einheitsvektor von dem Anwender zum Satelliten 2
e&sub3; = Einheitsvektor von dem Anwender zum Satelliten 3
A = Vektor von dem Höhenmesser (Satellit im Zentrum der Erde) zum Satelliten 1
B = Vektor von dem Satelliten 1 zum Satelliten 2
C = Vektor von dem Satelliten 2 zum Satelliten 3
Es kann gezeigt werden, daß
(A x B) C = det(Ga) (13)
was zu
führt. Wie leicht deutlich wird, ist dieser Ausdruck dem in Gleichung 11 gegebenen Ausdruck ähnlich. Daher führt die Kombination von (11), (12) und (14) zu:
V = 1/6 Du (15)
Die Beziehung zwischen dem Volumen des Tetraeders und der GDOPa ist daher gegeben durch
GDOPa = u [t]/6V (16)
Wenn angenommen wird, daß t nahezu konstant ist, dann wäre es möglich, die GDOPa zu minimieren, in dem man das Volumen des Tetraeders maximiert. Die Gültigkeit der Annahme eines konstanten t ist durch Computersimulationen verifiziert worden, die wahre GDOPa-Werte mit dem Volumen des Tetraeders verglichen haben. Tatsächlich ist es bekannt, daß t nicht konstant ist, aber die Variationen sind klein, wenn man sie mit den Divergenzen in D vergleicht.
Dem obigen kann entnommen werden, daß Fehler in der Höheneingabe in nur auf Satelliten basierenden Systemen sich als grobe GDOP-Fehler für das System ausbreiten. Indem die vorliegende Erfindung für eine direktere Messung der Höhe sorgt, in dem sie die Entfernung zu den Boden-Verstärkungsstationen mißt, vermindert sie die Fehler, welche sonst in satellitengestützten Systemen auftreten würden und sie vermindert die GDOP Fehler, die mit den Zeitfehlern in dem System verbunden sind.
Fig. 3 illustriert den Betrieb des Systemes gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Bodenverstärkungsstation zum Zwecke der Übermittlung des Signales enthält, das von dem Flugzeug empfangen worden ist, und zwar hin zum Satelliten. Der luftgestützte Anwender 2 sendet ein Signal auf einer Sendefrequenz F&sub1;, das von der Antenne 20 bei der Boden-Verstärkungsstation 10 empfangen wird. Die Boden-Verstärkungsstation fügt dann ein Orts-I.D.-Kennzeichen der Nachricht hinzu und nach einer präzise bestimmten Zeitverzögerung sendet sie die Nachricht bei der Frequenz F&sub3; mit der Antenne 16 erneut aus. Das Signal bei der Frequenz F&sub3; wird von dem Satelliten 8 empfangen, welcher einen Transponder beherbergt, der in der Lage ist, daß Signal bei der Frequenz F&sub1; von dem luftgestützten Anwender 2 direkt oder die I. D.- Kennzeichennachricht bei der Frequenz F&sub3; von der Boden-Verstärkungsstation 10 zu empfangen. Der Satellit sendet die kombinierten Nachrichten erneut aus, die aus dem übertragenen Anfangssignal bestehen, das bei der Frequenz F&sub1; von dem luftgestützten Anwender 2 empfangen worden ist, und aus dem übertragenen Signal von der Boden-Verstärkungsstation 10 bei der Frequenz F&sub3;, und zwar auf einer neuen Frequenz F&sub2; zu einer Antenne 22 bei der Boden-Basisstation 14.
Ein Fahrzeugortungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verlangt, daß wenigstens vier Stationen vorhanden sind, zu denen ein luftgestützter Anwender senden kann, um so eine Ortung in X, Y und Z relativ zu der Oberfläche der Erde zu erlauben. Ein derartiges System kann aus einem oder aus mehreren Satelliten und einer Mehrzahl von Bodenstationen bestehen, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Drei-Satellitenkonstellation verwendet werden, zusammen mit einer Mehrzahl von Bodenstationen, um für ein überbestimmtes System zu sorgen. Eine derartige Geometrie verlangt, daß wenigstens zwei der Bodenstationen innerhalb der Empfangsreichweite des Flugzeuges liegen und das sie in der Lage sind, daß empfangene Signal zu wenigstens zwei der Satelliten innerhalb der Konstellation erneut abzusenden. Alternativer Weise kann eine größere Anzahl von Bodenstationen mit vergleichsweise weniger Satelliten verwendet werden, unter der Voraussetzung, daß das Kriterium von wenigstens vier geometrisch getrennten Empfangsorten erfüllt ist. Die Hinzufügung von Empfangsorten zusätzlich zu der verlangten minimalen Anzahl verbessert die Genauigkeit des Systemes und vermindert die beobachtete GDOP.
Fig. 4 ist eine Illustration einer typischen Boden-Verstärkungsstations-Bedeckung. Wie durch die graphische Darstellung gezeigt, ist die Sichtlinien (line of sight, LOS)- Reichweite der Station eine Funktion der Höhe des Anwenders, der Höhe der Verstärkungsstation und dem Abstand zwischen den Verstärkungsstationen. Daher ist die Bedeckung der Stationen in der Größenordnung von 25 Meilen für die gezeigte Stationsgeometrie, und zwar für Anwender in Anwenderhöhen von mehr als 100 Fuß. Wenn eine Anwenderhöhe von 1000 oder darüber als ein Systemminimum verwendet wird (eine vernünftige Annahme für den Luftverkehr in besiedelten Gebieten, da ein Luftverkehr unterhalb dieser Höhe solange nicht erlaubt ist, bis tatsächlich der Start oder Landevorgang eingeleitet ist), dann kann eine Bedeckung in der Größenordnung von 150 Meilen mit den gezeigten Geometrien erreicht werden.
Unter der Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Geometrie und der mathematischen Grundlage für die GDOP, wie sie zuvor beschrieben worden ist, ist die GDOP repräsentativ für "nur Satelliten"-Systeme und Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung errechnet worden. Diese Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 für den in Fig. 4 gezeigten Referenzpunkt und eine Breite tabelliert, die zwischen den Boden-Verstärkungsstationen liegt. Diese Berechnungen zeigen deutlich, daß eine dramatische Verminderung der GDOP mit der vorliegenden Erfindung möglich wird. Wie durch die GDOP-Zahlen der Tabellen 1 und 2 illustriert wird liegen diese Verminderungen in der Größenordnung von 30,000:1 für typische Geometrien, wenn das Vier-Satellitensystem mit einer Drei-Satelliten Plus 2 Bopden-Verstärkungsstations-Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen wird. Tabelle 1 GDOP gegen Länge Referenz-Breite = 34.0º Tabelle 2 GDOP gegen Länge Referenz-Länge
Fig. 6 ist eine Illustration der errechneten GDOP gegen der Länge für ein vollständig bodengestütztes System, das Bodenstationen bei verschiedenen Höhen oberhalb der Erdoberfläche einsetzt, wobei die Stationen aus der beispielhaften Verteilung von derartigen Erdstationen ausgewählt wurden, die in Fig. 5 gezeigt ist. Eine Kurve, die die Verbesserung illustriert, die mit der Hinzufügung von einem Satelliten zum System verbunden ist, ist gleichfalls dargestellt. Wie die markierten Kurven in Fig. 5 illustrieren, hat die Höhe der Boden-Verstärkungsstation einen wesentlichen Einfluß auf die GDOP für ein nur auf Bodenstationen gestütztes System. Indessen wird, wenn ein einzelner Satellit zu der in Fig. 4 beschriebenen, bodengestützten Geometrie hinzugefügt wird, die GDOP dramatisch verbessert, und zwar auf weniger als 2.0 in den Längen, die durch die illustrierte Geometrie der Boden-Verstärkungsstationen repräsentiert werden. Daher sorgt die Kombination von wenigstens einem Satelliten mit drei oder mehr Boden-Verstärkungsstationen innerhalb der Kommunikationssichtlinie eines luftgestützten Anwenders für eine Verbesserung von nahezu zwei Größenordnungen der GDOP, die mit einer derartigen Geometrie verbunden ist, und zwar verglichen mit einem nur auf Bodenstationen basierenden System. Auf ähnliche Art und Weise vermindert die Verwendung einer Mehrzahl von Bodenstationsorten mit einer Konstellation von zwei oder mehr Satelliten dramatisch die GDOP, die sonst bei einem "Nur-Satellitensystem" auftreten würde.
Fig. 7 illustriert die Anzahl der Boden-Verstärkungsorte, die benötigt wird, um für eine Sichtlinien-Bedeckung von einem Flugzeug zu wenigstens zwei Verstärkungsorten über die kontinentalen Vereinigten Staaten hinweg zu sorgen, und zwar für Verstärkungsstationshöhen von 1,000 Fuß und Erdoberflächenniveau und für eine Höhe eines luftgestützten Anwenders, die zwischen 1,000 und 10,000 Fuß variiert. Wie man diesen Kurven entnehmen kann, wird die Anzahl der benötigten Verstärkungsstationen dramatisch vermindert, wenn man als eine Höhe für die Verstärkungsstation nur 1,000 Fuß oberhalb der Erdoberfläche wählt. Praktisch ausgedrückt werden solche hen in Gebieten unnötig, in denen eine extrem geringe Variation in der Höhe der höchsten Merkmale oberhalb des Hauptmenge des Terrains gefunden wird, und höhere Höhen können in der Nähe von extrem robusten Gelände nötig werden. Indessen führt als allgemeine Regel jede Erhöhung bezüglich der Höhe einer Verstärkungsstation zu einer entsprechenden Abnahme der Anzahl der Stationen, die für eine gegebene geographische Bedeckung nötig sind.
Fig. 8 illustriert die geometrische Formulierung für die Ableitung der Anzahl der Orte bei einer Kontinentalen-Vereinigten-Staaten-(Continental United States, CONUS) Stationierung für die Boden-Verstärkungsstationen der vorliegenden Erfindung. Wenn die CONUS durch ein Rechteck dargestellt werden, das ungefähr 3000 Meilen breit ist und 1500 Meilen hoch ist, wie in Fig. 7 illustriert, dann kann der Abstand zwischen Boden-Verstärkungsstationen durch RH dargestellt werden und die Anzahl der Stationen durch die Gleichung NS = (X x Y/RH²), wobei RH gleich 1.416 x ( [AT] + [HES]) gleich dem Sichtlinienabstand in Meilen ist.
NS= XY/RH²
wobei
NS = Anzahl der Verstärkungsorte
HES = Höhe der Verstärkungsstation in Fuß
AT = Höhe des Zieles in Fuß
ist. Fig. 9 ist eine Illustrierung eines grundlegenden Blockdiagramms, das mit einer Ausführungsform der Boden-Verstärkungsstation 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung steht. Ein Takt 24 sorgt für einen Zeitstandard für die fixierte Zeitverzögerung 26, den Orts-I.D.-Read Only Memory (ROM) 28 und den Zeitgabeempfänger 30. Der Ausgang der Zeitverzögerung 26 wird in ein Datenregister 32 eingegeben, welcher durch einen Datendetektor 34 gefüttert wird, der das Signal von dem Empfänger 36 aufnimmt, der auf die Frequenz des Ausganges des Anwendersenders abgestimmt ist. Diese Signale werden durch den Addierer 38 aufaddiert, um die Synchronisation des Ausganges des Modulators 40 aufrechtzuerhalten. Der Leistungsverstärker 42 wird durch den Modulator 40 getrieben und gibt das sich ergebende Signal an die Antenne 16 für die Verbindung mit dem Satelliten 8 (Fig. 3) aus.
Fig. 10 illustriert eine Anordnung von Funktionen für eine Ausführungsform des sich an Bord des luftgestützten Anwenders befindenden Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Der sich an Bord befindende Sender 44 enthält eine Oszillatortakt-Referenzeinheit 46 und den Signalverschlüssler 48, um so ein Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem Verstärker 50 und dann zu der Antenne 6 geführt wird. Die Wellenform des gesendeten Signales von dem Sender 44 muß sorgfältig kontolliert werden, um die Messung der genauen Ankunftszeit des Signales zu erlauben, das von dem Sender über die Transponder der Boden-Verstärkungsstationen 10 und der Satelliten 8 zu der Boden-Basisstation 14 gesendet worden ist. Die Wellenform des von dem Flugzeug gesendeten Signales ist identisch mit der, die in der Fahrzeugortungssystem-Patentanmeldung verwendet worden ist, die oben beschrieben wurde.
Fig. 11 illustriert die Anordnung der Komponenten für die Satelliten 8, die für die vorliegende Erfindung zu verwenden sind. Derartige Satelliten 8 können geostationäre Satelliten sein, die bei ungefähr äquatorialen Ortshöhen über den kontinentalen Vereinigten Staaten angeordnet sind und die sich in einem Abstand zueinander befinden, der für die Sichtbarkeit von zwei oder mehr Satelliten für jeden gegebenen luftgestützten Anwender sorgt. Die Satelliten des vorliegenden Systemes können ein C-Band oder andere geeignete Frequenztransponder 52 einsetzen, welche als "bent pipe"- Verstärker und Transponder für die Signale ausgelegt sind, die von dem luftgestützten Anwender und den Boden-Verstärkungsstationen empfangen werden. Der Satellit würde die Sendungen von der Boden-Verstärkungsstation und dem luftgestützten Anwender auf den Frequenzen F&sub1; und F&sub3;, die für derartige Sendungen verwendet werden, mit der Antenne 54 empfangen und sie auf einer einzelnen Frequenz F&sub2; über die Antenne 56 zu der Boden-Basisstation 40 erneut aussenden, bei der die Rechnerkapazität vorgesehen ist, die nötig ist, um den luftgestützten Anwender auf der Grundlage der gemessenen Zeitverzögerungen zu orten. Das Transpondersystem verwendet Empfänger 58 mit geringem Rauschen, um die Frequenzen F&sub1; und F&sub3;, die mit der Antenne 54 empfangen worden sind, separat zu verarbeiten, so wie Frequenzübertrager 60, um diese Signale in Eingänge für einen Hybridsender 62 zu übertragen, welcher ein zusammengesetztes Signal ausgibt, das die Eingänge bei den Frequenzen F&sub1; und F&sub3; enthält, und zwar für die erneute Aussendung über die Antenne 56 bei der Frequenz F&sub2;. Daher macht die Satellitenkomponente der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit der Anordnung von komplexen Elektroniken oder Computern in dem Satellitenfahrzeug unnötig, wodurch sich die Gesamtkosten vermindern, die nötig sind, um ein Fahrzeugortungssystem zu stationieren.
Fig. 12 illustriert die Anordnung der Boden-Basisstation 14 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Hochfrequenz-Empfängerbereich 64 enthält Empfänger 66, 68, 70, welche jeweils die Signale über die Antennen 72, 74, 76 empfangen, welche aufindividuelle Satelliten abgestimmt und derartig ausgerichtet sind, daß sie ihre schmalwinkligen und schmalbandigen Sendungen empfangen. Ein Korrelationsbereich 78 der Basisstation beherbergt Korrelatoren 80, 82, 84, welche jeweils Ausgänge der Empfänger 66, 68, 70 empfangen und dabei Eingänge für einen TDOA-Prozessor 86 erarbeiten. Diese Daten werden dann an einen Datenverarbeitungs-Digitalcomputer 88 ausgegeben, in dem der Ort des Anwenders auf der Grundlage der TDOA-Signale errechnet wird. Diese Orte können an ein Anwender-Schnittstellenmodul 90 ausgegeben werden, welches Modems 92 enthält, die den Zugriff von Anwendern auf die Fahrzeugadressen und -orte erlauben. Der Datenverarbeitungs- Computer kann gleichfalls über die Anzeigen-/Steuerkonsole der Bedienperson 94 gesteuert werden bzw. es kann auf ihn zugegriffen werden und er kann für die Steuerung des TDOA- Prozessors 86 sorgen.
Aus der obigen Diskussion wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung Ortungsgenauigkeiten für luftgestützte Anwender ermöglicht, welche den zuvor von vollständig bodengestützten oder vollständig satellitengestützten Fahrzeugortungssystemen verfügbaren erheblich überlegen sind. Darüber hinaus minimiert die vorliegende Erfindung die Kosten der Systemkomponenten für die luftgestützten Anwendersatelliten und die Boden-Verstärkungsstationen, während die rechner- und die komplexen ingenieurstechnischen Komponenten des Systemes in einer vergleichsweise kleinen Anzahl von Boden-Basisstationen konzentriert werden. Das System kann gleichfalls Mittel zum Übersenden von Informationen beherbergen, die den Ort und potentielle Kollisionskonfliktdaten des luftgestützten Anwenders betreffen, der mit geeigneten Empfängern ausgestattet ist. Während bestimmte Formen der vorliegenden Erfindung illustriert und beschrieben worden sind wird deutlich, daß verschiedene Modifikationen durchgeführt werden könne, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Ein Fahrzeugortungssystem zum Orten der Position eines luftgestützten Anwenderfahrzeuges (2), welches einen Sender (44) umfaßt, der an Bord des Anwenderfahrzeuges (2) angeordnet ist und der in der Lage ist ein Signal periodisch auszusenden, das für das Anwenderfahrzeug charakteristisch ist, sowie eine Mehrzahl von Boden-Stationen und wenigstens einen Satelliten, in dem:

die Bodenstationen eine Mehrzahl von Boden-Verstärkungsstationen (10) umfassen, die in der Lage sind, das Signal von dem Anwenderfahreug (2) zu empfangen und es mit einer vorherbestimmten Zeitverzögerung erneut auszusenden;

der Satellit (8) in der Lage ist, das von dem Anwenderfahrzeug (2) ausgesandte Signal zu empfangen, sowie das von den Boden-Verstärkungsstationen (10) erneut ausgesandte Signal, und wobei der Satellit (8) weiter in der Lage ist, ein einzelnes zusammengesetztes Signal erneut auszusenden, das die empfangenen Signale enhält; und

die Bodenstationen eine Bodenbasisstation (14) umfassen, die in der Lage ist, das zusammengesetzte Signal von dem Satelliten (8) zu empfangen und die Computervorrichtungen (88) enthält, um die Position des Anwenderfahrzeuges (2) aus dem Zeitunterschied der Ankunft zwischen den direkt von dem Anwenderfahrzeug (2) abgestrahlten Signalen zu dem Satelliten (8) hin und den über die Boden- Verstärkungsstationen (10) zu dem Satelliten (8) verzögerten Signalen zu errechnen.

2. Ein Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 1, das desweiteren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Fahrzeugsender desweiteren einen digitalen Radiosender (44) umfaßt, welcher Vorrichtungen enthält, um ein digitales Radio- Signal mit gedehntem Spektrum-Pseudorauschen zu übertragen.

3. Ein Fahrzeugortungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß Jede der Boden-Verstärkungsstationen (10) desweiteren Vorrichtungen (28) zum Identifizieren der erneuten Aussendung des Signales enthält, das von dem Anwenderfahrzeug (2) ausgesandt worden ist, als ein erneut ausgesandtes Signal von der bestimmten BodenVerstärkungsstation (10).

4. Ein Fahrzeugortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum erneuten Aussenden des Signales von dem Satelliten (8) eine elektromagnetische Sendeantenne (56) für enge Strahlenbündel umfaßt.

5. Ein Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 4, desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Empfang des Signales von dem Satelliten (8) bei der Bodenbasisstation (14) desweiteren eine Antennenvorrichtung (12) für enge Strahlenbündel umfaßt, um die elektromagnetischen Sendungen der engen Strahlenbündel von dem Satelliten (8) zu empfangen.

6. Ein Fahrzeugortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeugortungssystem eine Mehrzahl der Satelliten (8) umfaßt, die mit der Bodenbasisstation (14) in Verbindung stehen.

7. Ein Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 6, desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenbasisstation (14) desweiteren eine Mehrzahl von Antennen (72, 74, 76) umfaßt, die jeweils auf einen entsprechenden der Satelliten (8) abgestimmt und auf ihn ausgerichtet sind, um ihre jeweils ausgesandten Signale zu empfangen.

8. Ein Fahrzeugortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß der Anwenderfahrzeugsender (44) in der Lage ist, bei einer ersten Frequenz F&sub1; zu senden, die Boden-Verstärkungsstationen (10) Vorrichtungen (40, 42) umfassen, um das Signal des Anwenderfahrzeuges bei einer zweiten Frequenz F&sub2; erneut auszusenden und worin der Satellit (8) eine Vorrichtung (62) umfaßt, um das einzelne zusammengesetzte Signal bei einer dritten Frequenz F&sub3; erneut auszusenden.

9. Ein Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 8, desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß der Satellit (8) desweiteren einen ersten Empfänger (58) enthält, der auf die erste Frequenz F&sub1; abgestimmt ist, sowie einen zweiten Empfänger (58), der auf die zweite Frequenz F&sub2; abgestimmt ist.

10. Ein Fahrzeugortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Computervorrichtungen zum Errechnen der Position des Anwenderfahrzeuges (2) einen digitalen Computer umfassen.