DE4107116A1 - Verfahren zur standortbestimmung eines mobilen funkempfaengers - Google Patents
Verfahren zur standortbestimmung eines mobilen funkempfaengersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Standortbestim
mung eines Empfängers nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Aus der DE-OS 37 16 320 und der DE-OS 38 37 633 sind
Ortungs- und Navigationssysteme für mobile Funkstationen
bekannt. Dabei handelt es sich um Funkstationen in einem
zellularen Netz, z. B. dem C-Fernsprechnetz. Der Standort
der mobilen Funkstation wird durch die stationäre
Sendestation festgestellt, indem bei bestimmten Signalen
die Laufzeit gemessen wird, die das Signal benötigt, um
vom stationären Sender zum mobilen Empfänger und vom
mobilen Empfänger zum stationären Empfänger zurückzukom
men. Durch Auswertung verschiedener Laufzeiten zu
mehreren Feststationen kann so die relative Position des
Empfängers ermittelt und diesem dann wiederum auf dem
Funkwege mitgeteilt werden.
Dazu ist es notwendig, die stationären Sender untereinan
der zu koppeln, damit die unterschiedlichen Laufzeit Informationen
ausgewertet werden können. Der Aufwand für
die Auswertung liegt hier zwar auf der Seite der Fest
stationen, die mobile Funkstation benötigt aber neben
einem Empfangs- auch ein Sendegerät.
Eine breite Anwendungsmöglichkeit für die Standortbestim
mung, z. B. von Kraftfahrzeugen, ist dadurch
ausgeschlossen, denn die Verbreitung von mobilen
Funkstationen, die sowohl Sender als auch Empfänger
enthalten, z. B. Funktelefonen, wird auch in Zukunft auf
einen relativ kleinen Benutzerkreis beschränkt bleiben.
Dagegen ist heutzutage fast jedes Kraftfahrzeug mit einem
Rundfunkempfänger ausgestattet. Wobei sich zunehmend
solche Empfänger durchsetzen, die das von den Rundfunk
sendern ausgestrahlte Radio-Daten-Signal dekodieren
können. Dieses Radio-Daten-Signal oder ein anderes
Datensignal überträgt kodiert Programminformationen der
empfangenen Sender sowie Listen von Frequenzen anderer
Sender, die das gleiche Programm ausstrahlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Standortbestimmung eines Empfängers anzugeben, das
mit einer passiven Auswertung der Daten-Signale
austrahlenden Sender auskommt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebe
nen Merkmale gelöst.
Zur Erlangung der gewünschten Information werden einmal
die Feldstärken der von der Richtantennenanordnung
aufgefangenen Signale ausgewertet, mit denen der
Empfänger gespeist wird. Eine solche Richtantennenanord
nung dient im normalen Betrieb dazu, den eingestellten
Sender im Signalpegel anzuheben und Sender oder Störungen
aus anderen Richtungen auszublenden. Dabei werden von
mehreren Richtantennen diejenigen eingeschaltet, welche
den größten Signalpegel des eingestellten Senders am
Empfängereingang erzeugen.
Die Auswahl der anzuschaltenden Antennen wird anhand
einer zuvor durchgeführten Messung der relativen
Feldstärken an diesen Antennen vorgenommen. Diese Messung
läßt sich in einfacher Weise auch dazu ausnutzen, ein
Winkelsignal ableiten, das den Winkel des einfallenden
Senders zu einer Bezugsachse bildet. Dementsprechend
können auch die Winkel anderer einfallender Sender zur
Bezugsachse bestimmt werden bzw. Werte ermittelt werden,
die die relativen Winkel zwischen den einfallenden
Sendern beschreiben.
Weiterhin läßt sich an Hand des dekodierten Radio-Daten-
Signals durch Auswertung des Namens und der Frequenz des
empfangenen Senders eine eindeutige Identifizierung
dieses Senders erzielen. Die Koordinaten derartiger
Sender, die Radio-Daten-Signale abstrahlen, können in
einer Koordinatentabelle abgespeichert werden.
Nun lassen sich die entsprechenden Koordinaten aus der
Tabelle entnehmen und mit den ermittelten relativen
Einfallswinkeln der Sender verknüpfen. Wenn man davon
ausgeht, daß mindestens drei Sender zur Standortbestim
mung erforderlich sind, erhält man den eigenen Standort
dadurch, daß drei von einem Punkt ausgehende Strahlen so
in einem Koordinatennetz positioniert werden, daß jeder
Strahl durch die Koordinaten eines Senderstandortes
verläuft. Dadurch ist der eigene Standort eindeutig
festgelegt. Die exakte Berechnung kann mit trigonometri
schen Funktionen erfolgen, in die die Werte der Koordina
ten der Sender sowie der relativen Winkel eingesetzt
werden.
Vorzugsweise läßt sich für die Bestimmung der Koordinaten
des eigenen Standorts des mobilen Funkempfängers die
Methode des "Rückwärtseinschneidens" anwenden. Dies ist
eine aus dem Vermessungswesen an sich bekannte Methode,
auf trigonometrischer Grundlage die Lage von Geländepunk
ten zur Anfertigung von Lageplänen zu bestimmen.
Die hierfür erforderlichen Verfahrensschritte zur
Berechnung sind relativ kurz und einfach programmierbar,
so daß in der praktischen Ausführung mit einer geringen
Rechenkapazität und Berechnungszeit zu rechnen ist, so
daß die Ermittlung ohne weiteres von dem in derartigen
Funkempfängern ohnehin vorhandenen Mikrocomputer mit
übernommen werden kann.
Durch die kurze Berechnungszeit ergibt sich auch die
Möglichkeit, die Berechnung zyklisch mit aktuellen Werten
zu wiederholen. Auf Grund der aktuellen Werte können dann
aus einem Punktehaufen ermittelter Koordinaten diejenigen
eleminiert werden, die z. B. auf Grund von Störungen bei
der Messung der Einfallswinkel extrem abweichen und aus
den verbleibenden Koordinaten Mittelwerte errechnet
werden. Auf diese Weise läßt sich die Genauigkeit
erheblich steigern.
Das Verfahren bietet dann die Möglichkeit, die berechne
ten Standort-Koordinaten des mobilen Funkempfängers mit
streckenspezifischen und/oder geographischen Kennungen
von über das Radio-Daten-Signal im Traffic-Message-
Channel übertragener Verkehrsnachrichten zu verknüpfen.
Dadurch lassen sich aus den übertragenen Verkehrsnach
richten diejenigen selektieren, welche für den augen
blicklichen Standort von Bedeutung sind, und alle übrigen
ausblenden.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des
Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren
Beschreibung und der Zeichnung, an Hand der die Erfindung
erläutert wird.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines
Fahrzeugs mit einem mobilen Funkemp
fänger sowie einem Richtantennensy
stem,
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Veranschauli
chung des Verfahrensablaufs für die
Standortberechnung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung zur
Erläuterung des Rückwärtseinschnei
dens.
Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug 10 enthält einen
Rundfunkempfänger 12 mit einem RDS-Dekoder 14. Der
Rundfunkempfänger 10 ist mit einer Richtantennenanordnung
16 verbunden, die an den Fahrzeugecken z. B. im Bereich
der Stoßstangen angeordnete Richtantennen 18, 20, 22, 24
umfaßt. Die Richtantennenanordnung 16 ist Bestandteil
eines adaptiven Antennensystems, das im Empfänger eine
Auswerte- und Auswahlschaltung 26 enthält, die diejenigen
Antennen 18, 20, 22, 24 an den Empfängereingang schalten,
die den höchsten Signalpegel des eingestellten Senders
erzeugen.
Im Zusammenhang mit der Auswertung der an den Antennen
18, 20, 22, 24 anstehenden Feldstärken läßt sich auch der
Einfallswinkel angeben, unter dem Signale des eingestell
ten Senders relativ zu einer Bezugsachse, z. B. zur
Fahrzeugachse, einfallen. Ferner ist im Empfänger 12 ein
Speicher 28 vorhanden, in dem die Koordinaten der
Standorte aller Sender, die Radio-Daten-Signale ausstrah
len, verzeichnet sind, sowie ein Rechner 30 zur
Errechnung der Koordinaten des eigenen Standorts.
Das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm veranschaulicht
den Verfahrensablauf bei der Bestimmung der Koordinaten
des eigenen Standorts. Es wird davon ausgegangen, daß
mehrere Sender im Empfangsbereich des mobilen Empfängers
Sendungen mit RDS-Datentelegrammen ausstrahlen.
Im ersten Verfahrensschritt 32 wird die Feldstärke eines
empfangenen Senders von den Empfangsantennen gemessen und
in einem zweiten Verfahrensschritt 34 aus dem Verhältnis
der Feldstärken die Richtung des Senders ermittelt.
In einem dritten Verfahrensschritt 36 wird überprüft, wie
viele Sender bereits ausgewertet wurden. Sind noch keine
drei Sender ausgewertet, so wird der Empfänger in einem
vierten Verfahrensschritt 38 veranlaßt, einen neuen
Sender zu suchen und darauf abzustimmen. Der erste 32,
zweite 34 und dritte Verfahrensschritt 36 sowie gegebe
nenfalls auch der vierte 38 werden dann so lange wieder
holt, bis insgesamt drei Sender ausgewertet wurden.
Zur Steigerung der Genauigkeit könnten auch noch die
Richtungen weiterer Sender ermittelt werden. Im
vorliegenden Fall beschränkt sich das Verfahren jedoch
auf drei Sender.
Anschließend werden in einem fünften Verfahrensschritt 40
die relativen Winkel der Sender, d. h. die Winkel
zwischen den Sendern, bestimmt. Anschließend werden in
einem sechsten Verfahrensschritt 42 aus den Frequenzen
und dem PI-Code die Sender bestimmt, welche den Richtun
gen zugeordnet sind. Die Auswertungen des PI-Codes und
der Frequenzen ermöglicht hier die eindeutige Zuordnung
des betreffenden Senders.
Über die ermittelten Sender werden nun in einem siebenten
Verfahrensschritt 44 Speicherplätze eines Speichers
adressiert, welche die zugehörigen Koordinaten der
Senderstandorte aufweisen. Diese Koordinaten werden
gelesen und einem Programm übergeben, das in einem achten
Verfahrensschritt 46 nach der Methode des Rückwärtsein
schneidens die Koordinaten des eigenen Standorts
ermittelt und in einem neunten Verfahrensschritt 48
ausgibt.
Zur Erläuterung dieses Verfahrens wird auf Fig. 3 Bezug
genommen. Dort sind die Koordinaten der Sender in einem
kartesischem Koordinatensystem eingetragen, wobei der
Sender 1 die Koordinaten Pb der Sender 2 die Koordinaten
Pc und der Sender 3 die Koordinaten Pb erhält. Der
Standort des mobilen Funkempfängers besitzt die Koordina
ten P. Diese Koordinaten gilt es an Hand der Koordinaten
Pb, Pc und Pa, zu ermitteln.
Dazu wird zuerst ein Hilfspunkt U berechnet, der auf
einem Kreis liegt, welcher zwei der Koordinaten der
stationären Sender, im Beispiel Pb und Pe sowie den
gesuchten Punkt P schneidet. Man erhält die Koordinaten
des Hilfspunktes U durch Einsetzen der ermittelten
relativen Winkel u für den Winkel zwischen den Sendern 2
und 3, sowie ß für den Winkel zwischen den Sendern 2 und
1 in die nachfolgend dargestellten Formeln.
Daraus ergeben sich schließlich die X- und Y-Koordinaten
für den Hilfspunkt U. Nun berechnet man damit die Koordi
naten des gesuchten Standorts mit dem Punkt P, indem die
ermittelten Koordinaten des Hilfspunktes U in die
nachfolgenden Formeln eingesetzt werden.
Nach Berechnung dieser Formeln ergibt sich dann das
Koordinatenpaar aus den Koordinaten Xp und Yp für den
eigenen Standort P.
Die Berechnung dieses Wertes kann zyklisch wiederholt
werden, so daß aus einer Menge gestreuter Werte die
extremen Ausreißer, weiche durch Störungen, z. B. durch
Reflektionen der einfallenden Funksignale hervorgerufen
werden können, beseitigt und aus dem verbleibenden
Punkthaufen der ermittelten Koordinaten ein Mittelwert
berechnet werden können.
Die ermittelten Koordinaten lassen sich mit streckenspe
zifischen oder geographischen Merkmalen verknüpfen, die
über den Radio-Daten-Signal-Traffic-Message-Channel
ausgestrahlt werden, so daß dem Fahrer des betreffenden
Fahrzeugs nur diejenigen Verkehrsnachrichten übermittelt
werden, die für seinen Standort relevant sind.
Außerdem ermöglichen die berechneten Koordinaten des
eigenen Standorts dem Fahrer, eine grobe Orientierung zu
erhalten, was in unbekannten Gegenden mit dünner Besied
lung und unzureichender Beschilderung sowie auch im
Pannenfall hilfreich sein kann.
Claims (4)
1. Verfahren zur Standortbestimmung eines Empfängers,
der mit einem Dekoder zur Dekodierung von Datensignalen,
insbesondere Radio-Daten-Signale (RDS), und mit
Richtantennenanordnung ausgestattet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Radio-Daten-Signale wenigstens
dreier ortsfester Sender ausgewertet und die relativen
Einfallswinkel ihrer Funksignale bestimmt werden, daß
über die Auswertung der Radio-Daten-Signale die Sender
ermittelt und ihre Standort-Koordinaten einer
gespeicherten Tabelle entnommen werden und daß aus den
relativen Einfallswinkeln und den Standort-Koordinaten
der ortsfesten Sender die Standort-Koordinaten des
Empfängers über trigonometrische Funktionen berechnet
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die trigonometrischen Funktionen nach der Methode des
Rückwärtseinschneidens gelöst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Berechnung der Standort-Koordinaten des
Empfängers zyklisch wiederholt wird und aus einem Satz
berechneter Werte ein Mittelwert gebildet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die berechneten
Standort-Koordinaten des Empfängers mit
streckenspezifischen und/oder geographischen Kennungen
von über das Radio-Daten-Signal im Traffic-Message-
Channel übertragener Verkehrsnachrichten verknüpft wird.
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