DE4424412A1 - Funktelekommunikationssystem mit Satelliten-Navigation - Google Patents
Funktelekommunikationssystem mit Satelliten-NavigationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Funktelekommunikationssystem zur
Übertragung von Informationen, insbesondere Sprachinformationen
oder Rundfunkprogramm-Informationen, zwischen stationären
Einheiten, nämlich Sende-/Empfangseinheiten oder Sendeeinheiten
und mobilen Einheiten, nämlich Sende-/Empfangseinheiten bzw.
Empfangseinheiten.
Funktelekommunikationssysteme für die Einwege-Kommunikation
(Rundfunk; Funkrufsysteme) oder für die Zweiweg-Kommunikation
(Mobilfunk) sind seit langem eingeführt. Es ist hierbei jeweils
eine stationäre Senderkette vorgesehen, ggf. unterteilt in
mehrere Teilgebiete mit jeweils eigener Frequenz, die mit
mobilen Einheiten kommunizieren. Meist wird Information in Form
von Sprachinformation oder Rundfunkprogramm-Information über
tragen; es ist jedoch auch üblich, zusätzliche Information zu
übermitteln, z. B. entsprechend dem RDS-System (Radio-Data Sy
stem), bei dem bei analoger Übertragung in einem unhörbaren
Frequenzbereich Informationen über die jeweilige Senderkette
und die Programmart, z. B. Verkehrsdurchsagen, übermittelt
werden.
Hiervon unabhängig existieren Satelliten-Navigationssysteme wie
z. B. das U.S.-amerikanische System GPS oder das russische Sy
stem Glonass. Mit den allgemein erhältlichen zivilen Satelli
ten-Navigationsempfängern kann eine momentane Position nur mit
einer relativ großen Ungenauigkeit von z. B. 100-200 m ermittelt
werden, wobei Signallaufzeiten zwischen wenigstens drei oder
vier beobachtbaren Satelliten und der Empfangsantenne des
Satelliten-Navigationsempfängers rechnerisch ausgewertet wer
den. Aufgrund ihrer relativ hohen Ungenauigkeit sind die in
diesem Zusammenhang als Positions-Rohwerte bezeichneten Meß
ergebnisse des Satelliten-Navigationsempfängers oft nicht
ausreichend für eine hinreichend präzise Positionsbestimmung
der mobilen Einheit, z. B. dann, wenn die genaue Position eines
mit dem Satellitennavigationsempfängers ausgerüsteten Fahrzeugs
ermittelt werden soll.
In Verbindung mit der Navigation von Flugzeugen, insbesondere
während der Lande- und Startphase, ist bereits der Einsatz von
sog. differentiellen Satellitennavigationssystemen bekannt.
Hier wird zur entscheidenden Verbesserung der Genauigkeit der
Positionsbestimmung mit einem stationären Satelliten-Naviga
tionsempfänger gearbeitet, dessen Empfangsantenne genau geodä
tisch vermessen ist (hier genannt: Referenzpositions-
Normalwert). Der Satelliten-Navigationsempfänger vergleicht
ständig seinen aus den Satellitensignalen abgeleiteten Refe
renzpositions-Rohwert mit dem Referenzpositions-Normalwert, er
rechnet hieraus momentane Positionsbestimmungsfehler und über
mittelt diese per Telemetrie an das anfliegende Flugzeug. Der
mobile Satelliten-Navigationsempfänger im Flugzeug ermittelt
gleichzeitig den momentanen Positionsrohwert des Flugzeugs und
korrigiert diesen mit Hilfe der entsprechenden Korrekturein
richtung an Hand des übertragenen Positionsbestimmungsfehlers
in einen korrigierten Positionswert. Die Genauigkeit dieses
Werts liegt bei 1-2 m und erlaubt eine sichere ggf. automati
sche Landung.
Einer weiten Verbreitung des differentiellen Satelliten-Naviga
tionssystems steht zum einen entgegen, daß genau vermessene
stationäre Satelliten-Navigationsempfänger der Öffentlichkeit
derzeit nicht zur Verfügung stehen; zum anderen ist der Aufwand
für die erforderliche Telemetrie zur Übermittlung der Posi
tionsbestimmungsfehler hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur diffe
rentiellen Satelliten-Navigation bereitzustellen, welches ohne
größeren gesonderten Aufwand, insbesondere im Hinblick auf die
erforderliche Übermittlung der Referenzpositionswerte bzw. Po
sitionsbestimmungsfehler, verwirklichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Funktelekommunikationssystem der
eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß die mobilen Einheiten zusätzlich jeweils einen Satel
litennavigationsempfänger zur selbsttätigen Ermittlung eines
Positions-Rohwertes der momentanen Position der mobilen Einheit
aufweisen, daß wenigstens eine der stationären oder mobilen
Einheiten, die Referenzeinheit, mit einem Satellitennaviga
tionsempfänger zur selbsttätigen Ermittlung eines Referenzpo
sitions-Rohwertes eines Referenzortes mit bekannter genauer
geographischer Position als Referenzpositions-Normalwert sowie
einer Fehlerbestimmungseinheit zur Bestimmung von Positions
bestimmungsfehlern durch Vergleich des momentan ermittelten
Referenzpositions-Rohwertes mit dem Referenzpositions-Normalwert
verbunden ist, daß die mobilen Einheiten mit Übertragungsein
richtungen zur Übertragung von Positions-Rohwerten zusätzlich
zu den Informationen an die wenigstens eine Referenzeinheit
ausgebildet sind und die Referenzeinheit mit einer Empfangsein
richtung für die Positionsrohwerte ausgebildet und mit einer
Korrektureinrichtung zur Korrektur der übertragenen Positions-
Rohwerte mit im wesentlichen zeitgleich ermittelten Positions
bestimmungsfehlern verbunden ist und/oder daß die Referenz
einheit mit einer Übertragungseinrichtung zur Übertragung der
Positionsbestimmungsfehler zusätzlich zu den Informationen an
die mobilen Einheiten ausgebildet und die mobilen Einheiten
jeweils mit einer Empfangseinrichtung für die Positionsbestim
mungsfehler und mit einer Korrektureinrichtung zur Korrektur
der momentan ermittelten Positions-Rohwerte mit den übertrage
nen, im wesentlichen zeitgleich ermittelten Positionsbe
stimmungsfehlern ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß wird also ein bereits bestehendes Funktelekom
munikationssystem (insbesondere Mobiltelefon; Funkrufsystem;
UKW-Runkfunk) zusätzlich für die Übertragung der für die diffe
rentielle Satellitennavigation erforderlichen Informationen zu
den mobilen Einheiten verwendet, was gleichzeitig mit der
Übertragung der Hauptinformation (Sprachinformation und ggf.
Dateninformationen bei einem Mobilfunknetz; Sendeprogramm ggf.
mit digitaler Zusatzinformation (z. B. RDS im Falle einer UKW-
Senderkette) erfolgen kann. Um die Übermittlung der Sprach
information bzw. des Rundfunkprogramms nicht zu stören, können
bei analoger Übertragung die für die differentielle Satelliten
navigation erforderlichen Informationen in einen Frequenzbe
reich oberhalb der menschlichen oberen Hörgrenze transferiert
werden. Der Zusatzaufwand für die differentielle Satellitenna
vigation ist vergleichsweise gering. Die Positionsbestimmungs
fehler variieren lediglich zeitlich (im wesentlichen nicht
dagegen örtlich) und sind für alle mobilen Einheiten in einem
Teilgebiet anwendbar, in welchem momentan dieselben Satelliten
zu empfangen sind wie von der Referenzeinheit. Es genügt daher,
den mobilen und/oder stationären Einheiten des Funktelekom
munikationssystems in diesem Teilgebiet jeweils einheitliche
Positionsbestimmungsfehler zuzuführen. Ein einziger Satelliten
navigationsempfänger mit genauer geographischer Position in
diesem Teilgebiet reicht aus. Im Falle eines UKW-Sendesystems
kann das Teilgebiet zusammenfallen mit dem Sender bzw. der
Senderkette gleicher UKW-Frequenz. Schließlich ist auch der
bauliche Aufwand auf seiten der mobilen Einheiten aufgrund der
Fortschritte in der Miniaturisierung von Funkkomponenten und
von Computerkomponenten vergleichsweise gering. Die mobilen
Einheiten können u. U. auch als Handgeräte realisiert werden,
die neben ihrer Funktion als Funktelephon bzw. UKW-Radio auch
noch die Funktion eines differentiellen Satellitennavigations
empfängers erfüllen.
Die Korrektur der Positions-Rohwerte in die korrigierten Posi
tionswerte kann zentral in den stationären Einheiten (oder in
einer der mit dem übrigen stationären Einheiten zur Übertragung
der Satelliten-Navigationsdaten verbundenen stationären Ein
heit) oder dezentral in den mobilen Einheiten vorgenommen wer
den. In vielen Fällen ist die Information über die genaue
momentane Position der mobilen Einheit sowohl bei der mobilen
Einheit als auch an stationärer Stelle (insbesondere in einer
Einsatzzentrale) von Bedeutung. Hierzu wird vorgeschlagen, daß
die wenigstens eine mit der Korrektureinrichtung verbundene
Referenzeinheit zur Übermittlung korrigiert er Positionswerte an
die jeweilige mobile Einheit ausgebildet ist bzw. daß die mit
den Korrektureinrichtungen ausgebildeten mobilen Einheiten zur
Übermittlung der korrigierten Positionswerte an die wenigstens
eine Referenzeinheit ausgebildet sind.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Übertragungs- und Empfangs
einrichtungen zur Übertragung der Positionsrohwerte bzw. der
Positionsbestimmungsfehler bzw. der korrigierten Positionswerte
über den für die Übertragung der Informationen vorgesehenen
Funkkanal ausgebildet sind. Dies erspart nicht nur die Bereit
stellung eines weiteren Funkkanals, sondern ermöglicht auch den
unveränderten Einsatz der Sende- bzw. Empfangseinheit des
Funktelephons bzw. des UKW-Radios oder Funkrufempfängers für
die Übertragung der Positions-Rohwerte bzw. der Positionsbe
stimmungsfehler.
Damit die Übertragung im gleichen Kanal nicht weiter stört,
wird vorgeschlagen, daß die Übertragungs- und Empfangseinrich
tungen zur gleichzeitigen Übertragung der Positionsrohwerte
bzw. der Positionsbestimmungsfehler bzw. der korrigierten
Positionswerte mit der Information ausgebildet sind mit Über
lagerung der Positionsrohwerte bzw. Positionsbestimmungsfehler
auf die Sprachinformation bei analoger Übertragung in einem
Frequenzbereich oberhalb der menschlichen oberen Hörgrenze und
bei digitaler Übertragung mit entsprechender unterscheidender
Codierung.
Um sicherzustellen, daß von den jeweiligen mobilen Einheiten
die selben Satelliten empfangen werden wie von der Referenz
station, wird vorgeschlagen, daß das Sendegebiet der stationä
ren Einheiten in mehrere Teilgebiete unterteilt ist und daß in
jedem Teilgebiet wenigstens eine Referenz-Einheit vorgesehen
ist zur Bestimmung von für das jeweilige Teilgebiet geltenden
Positionsbestimmungsfehlern.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, daß die stationären Einhei
ten mit einer Zentrale verbunden und zur Weiterleitung von kor
rigierten Positionswerten bestimmter mobiler Einheiten an die
Zentrale ausgebildet sind. Von der Zentrale aus kann dann der
genaue Ort der beteiligten mobilen Einheiten festgestellt wer
den. Im Falle eines Mobil-Sprechfunksystems kann die Zentrale
aufgrund ihrer genauen Kenntnis des momentanen Orts der mobilen
Einheiten z. B. auch eine Lotsen-Funktion über Sprechfunk vor
nehmen.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, daß die Zentrale als Ein
satzzentrale für mit den mobilen Einheiten versehene Fahrzeuge
und/oder Personen insbesondere von Sicherheitsdiensten, Ret
tungsdiensten, Feuerwehren, Kurierdiensten, Transportunter
nehmen für Personen oder Güter, Vermessungsdiensten, Lager
einrichtungen oder Lotsendiensten ausgebildet ist.
Bevorzugt ist das Funktelekommunikationssystem nach einem der
vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
eine der stationären Einheiten als Referenzeinheit ausgebildet
und mit anderen stationären Einheiten zur Übertragung von
Satelliten-Navigationsdaten verbunden ist.
Alternativ hierzu besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die
wenigstens eine Referenzeinheit von einer mobilen Einheit
gebildet ist. Es kann dann ein beliebiger Teilnehmer des Funk
telekommunikationssystems für sich und weitere Mitglieder des
Systems eine Positionsbestimmung nach dem differentiellen
Satellitennavigationssystem vornehmen, ohne daß das System als
solches, insbesondere die stationären Einheiten, in irgendeiner
Weise anzupassen sind.
Besonders geringer zusätzlicher Aufwand zur Einrichtung des
erfindungsgemäßen Systems ist dann erforderlich, wenn, wie in
einer Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen wird, die
stationären Einheiten von den Sendern einer Rundfunksenderket
te, insbesondere im UKW-Bereich, gebildet sind und die mobilen
Einheiten jeweils einen Rundfunksempfangsteil aufweisen.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die stationären Ein
heiten die Sender einer Funkruf-Senderkette sind und daß die
mobilen Einheiten als Funkrufempfänger ausgebildet sind.
Besonders attraktiv ist auch die Ausführungsform der Erfindung,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die stationären Einheiten
von den Sende-/Empfangseinheiten eines Mobilfunksystems gebil
det sind und daß die mobilen Einheiten als Funktelefon ausge
bildet sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines
Funktelekommunikationssystems zur Übertragung von Informatio
nen, insbesondere Sprachinformationen oder Rundfunkprogramm
informationen zwischen stationären Einheiten, nämlich Sende-
/Empfangseinheiten oder Sendeeinheiten und mobilen Einheiten,
nämlich Sende-/Empfangseinheiten bzw. Empfangseinheiten,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man zusätzlich zur
Information Satelliten-Navigationsdaten für die Ortsbestimmung
nach dem differentiellen Satelliten-Navigationsverfahren über
trägt.
Die Erfindung wird im folgenden an bevorzugten Ausführungsbei
spielen anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine grobschematische Übersichtsdarstellung des er
findungsgemäßen Funktelekommunikationssystems mit
Satellitennavigation am Beispiel eines Mobiltelefon
systems;
Fig. 2 eine grobschematische Blockdiagramm-Darstellung des
inneren Aufbaus einer mobilen sowie einer als Refe
renzwert ausgebildeten Einheit des Systems gemäß Fig.
1; und
Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, jedoch für den
Fall eines UKW-Rundfunksystems.
In Fig. 1 ist ein herkömmliches Mobilfunksystem 10 dargestellt
aus einem Netz stationärer Sende-/Empfangseinheiten (Zentral
stationen) 12, die untereinander über Leitungen 14 miteinander
verbunden sind. Diese stationären Einheiten 12 sind entspre
chend dem Aufbau des jeweiligen Netzes mit einer Reihe unselb
ständiger Antenneneinheiten 18 verbunden, die über das jewei
lige Sende- und Empfangsgebiet 16a bzw. 16b verteilt sind, um
eine flächendeckende Sprechfunkverbindung mit mobilen Einheiten
20 innerhalb des Gebiets 16a bzw. 16b auch bei geringer Sende
leistung der mobilen Einheiten 20 sicherzustellen. Die Ver
bindung zwischen den Einheiten 12 und den Einheiten 18 kann
über die Leitung 14 oder über Funkstrecken 22 erfolgen.
Dieses jedermann zugängliche und bereits weitgehend flächen
deckend erstellte Mobilfunksystem 10 wird nun gemäß der Erfin
dung dazu eingesetzt, um praktisch jedermann ohne größeren
Aufwand mittels Kombination von Mobilfunktelephon und Satelli
tennavigation eine genaue Positionsbestimmung mit Hilfe der
differentiellen Satellitennavigation zu ermöglichen. Hierzu ist
gemäß Fig. 2 jede der mobilen Einheiten 20 neben ihrer herkömm
lichen Mobilfunkeinheit 24 samt Sende-/Empfangsteil 26 mit
einem Satellitennavigationsempfänger 28 üblichen Aufbaus zu
versehen sowie mit einer Zentraleinheit 30, die den Gesamt
betrieb der mobilen Einheit 20 steuert und für den notwendigen
Datentransfer sorgt. Falls das üblicherweise bereits bei der
herkömmlichen Mobilfunkeinheit 24 vorgesehene Display samt Ta
statur nicht ausreicht, kann eine gesonderte Anzeige- und
Bedieneinheit 32 vorgesehen sein.
Auch den stationären Einheiten 12 ist zumindest ein gemeinsamer
Satelliten-Navigationsempfänger 34 zugeordnet. Bei sehr großem
Sende- und Empfangsgebiet kann dieses in mehrere Teilgebiete
16a, 16b unterteilt werden, wobei jeweils ein Satelliten-Navi
gationsempfänger jedem Teilgebiet zugeordnet ist. Für die
differentielle Satelliten-Navigation ist nämlich wesentlich,
daß die jeweilige mobile Einheit mit ihrem Satelliten-Naviga
tionsempfänger die Signale von zumindest drei bis vier Satelli
ten empfängt, deren Signale gleichzeitig auch von der Referenz
einheit (hier von der stationären Einheit mit den Satelliten-
Navigationsempfänger 34) empfängt. Bei einem sich beispiels
weise über ganz Europa erstreckenden Sende- und Empfangsgebiet
ist diese Bedingung jedoch zumindest bei den derzeit eingesetz
ten Satelliten mit relativ niedriger Flugbahn nicht erfüllt, so
daß in die Teilgebiete unterteilt werden muß. Im jeweiligen
Teilgebiet reicht es aus, wenn ein einziger Satellitennaviga
tionsempfänger mehreren stationären Einheiten 12 zugeordnet
ist, wobei der entsprechende Datentransfer über die Leitung 14
erfolgen kann.
Zur Durchführung des differentiellen Satellitennavigationsver
fahrens wird die genaue, am besten geodätisch vermessene Posi
tion der Antenne des Satellitennavigationsempfängers 34 benö
tigt. Diese Position wird im folgenden als Referenzpositions-
Normalwert RN bezeichnet. Auf Grund der systembedingten Un
genauigkeit der Satellitennavigation unterscheidet sich diese
von dem vom Satellitennavigationsempfänger 34 ermittelten und
mit Referenzpositions-Rohwert RR bezeichneten, errechneten
Positionswert. Die Positionsberechnung erfolgt in üblicher
Weise dadurch, daß aus den durch Zeitvergleich ermittelten
Laufzeiten der Signale von beispielsweise vier Satelliten die
jeweilige momentane Satellitenentfernung E₁ bis E₄ bestimmt
wird. Da die momentane Satellitenposition bekannt ist, kann
hieraus durch Triangulationsrechnung die Position des Satelli
ten-Navigationseinheit berechnet werden. Dies Verfahren ist
jedoch mit einem relativ großer Fehler behaftet, so daß die
momentane Position nur mit relativ großer Ungenauigkeit von
z. B. 100-200 m ermittelt werden kann. Es wird daher gemäß dem
bekannten differentiellen Satelliten-Navigationsverfahren der
Referenzpositions-Rohwert RR mit dem genau bekannten Referenz
positions-Normalwert RN in einer Fehlerbestimmungseinheit 38
einer Zentraleinheit 36 der Referenzeinheit (stationäre Einheit
12) verglichen und hieraus ein Positionsbestimmungsfehler PF
abgeleitet. Dieser mit der Zeit variierende Positionsbestim
mungsfehler PF wird zur Fehlerkorrektur der Positionsrohwerte
PR der mobilen Einheiten 20 verwendet, die ihren Positions
rohwert PR unter Zugrundelegung von Signallaufzeiten derselben
vier Satelliten berechnen.
Die Referenzeinheit (stationäre Einheit 12) hat im übrigen den
herkömmlichen Aufbau einer Mobilfunkzentralstation mit Mobil
funkeinheit 40 samt Sende- und Empfangsteil 42 zur Vermittlung
von Telefongesprächen zwischen den Netzteilnehmern.
Die Fehlerkorrektur mit Hilfe des Positionsfehlers PF kann
zentral, d. h. in der stationären Einheit 12 erfolgen, wie in
Fig. 2 dargestellt ist. Hierzu wird von der jeweiligen mobilen
Einheit 20 der momentane Positions-Rohwert PR ermittelt und
über den Sende- und Empfangsteil 26 an die stationäre Einheit
12 per Funk weitergeleitet. Dies erfolgt über denselben Funkka
nal, über den auch die herkömmliche Telekommunikation erfolgt,
also über den die Sprachinformationen SI, ggf. ergänzt durch
Dateninformation, ausgetauscht werden. Um u. U. zeitgleich mit
der Sprachinformationsübermittlung auch die Navigationsdaten
übermittlung durchführen zu können, werden bei analoger Über
tragung die Navigationsdaten (hier die Positions-Rohwerte PR)
in einen oberhalb der oberen menschlichen Hörgrenze liegenden
Frequenzbereich transferiert. Bei digitaler Übertragung kann
bei entsprechender unterscheidender Datencodierung die Ermitt
lung der Sprachinformation ebenfalls zeitgleich mit der Über
mittlung der Navigationsdaten erfolgen.
Die stationäre Einheit 12 empfängt die Positions-Rohwerte PR
über ihren Sende-/Empfangsteil 42 und leitet sie in die Zen
traleinheit 36 weiter (zusammen mit der Angabe der benutzten
Satelliten). Eine Korrektureinrichtung 44 innerhalb der Zen
traleinheit 36 empfängt sowohl diesen Positions-Rohwert PR als
auch den im wesentlichen zeitgleich ermittelten Positionsbe
stimmungsfehler PF und errechnet hieraus einen korrigierten
Positionswert PW. Dieser wird dann wiederum über die Sende-
/Empfangseinheit 42 per Funk an die jeweilige mobile Einheit 20
zurückgesendet. Deren Sende-und Empfangsteil 26 gibt den Posi
tionswert PW weiter an die zentrale Einheit 30. Diese veranlaßt
ggf. eine entsprechende Anzeige auf der Anzeige- und Bedie
nungseinheit 32.
Unter den Positionsrohwerten PR wird in diesem Zusammenhang
sowohl der sich aus der trigonometrischen Berechnung ergebende
eine Ergebniswert verstanden als auch der "Positions-Vektor"
aus den einzelnen Entfernungswerten E₁-E₄ der verwendeten Satel
liten. Bei Verwendung dieses Positionsvektors zur Korrektur
ergibt sich eine höhere Genauigkeit des Endergebnisses.
Alternativ oder zusätzlich kann die Fehlerkorrektur der Posi
tionsrohwerte PR auch dezentral in der jeweiligen mobilen
Einheit 20 erfolgen. Wie in Fig. 2 mit strichlierter Umrißlinie
angedeutet ist, weist die zentrale Einheit 30 in einem solchen
Fall eine Korrektureinrichtung 46 auf. Diese erhält von der
stationären Einheit 12 wiederum über den normalen Funkkanal den
Positionsbestimmungsfehler PF (in Fig. 2 in runde Klammern
gesetzt), um mit diesem dann den zeitgleich ermittelten Posi
tions-Rohwert PR entsprechend zu korrigieren. Erforderlichen
falls kann der korrigierte Positionswert PW von der mobilen
Einheit 20 auch an die stationäre Einheit 12 rückgemeldet
werden, wie in Fig. 2 ebenfalls mit in runde Klammern gesetztem
Ausdruck PW angedeutet ist.
Als Positionsbestimmungsfehler PF kann wiederum entweder der
sich aus der örtlichen Ablage des Referenzpositions-Normalwerts
RN vom berechneten Referenzpositions-Rohwert RR ergebende
Korrekturwert genommen werden oder besser ein "Fehlerwertvek
tor" aus den Fehlern der δE₁ bis δE₄ der Entfernungswerte E₁ bis
E₄ der vier benutzten Satelliten.
Wenn die stationären Einheiten 12 über die korrigierten Posi
tionswerte PW bestimmter Einheiten 20 verfügen, so besteht die
Möglichkeit, die mobilen Einheiten 20 von einer Einsatzzentrale
50 aus zu orten und ggf. auch zu leiten. Gemäß Fig. 1 muß die
Einsatzzentrale 50 lediglich mit den stationären Einheiten 12
dementsprechend über die Leitung 14 verbunden sein.
Im vorstehend beschriebenen Beispielsfall wird die den Posi
tionsbestimmungsfehler PF bestimmende Referenzeinheit von einer
stationären Einheit gebildet. Es besteht jedoch hiervon un
abhängig auch die Möglichkeit, eine der mobilen Einheiten
(Mobiltelephon) als Referenzeinheit einzusetzen. Hierzu muß die
mobile Einheit lediglich mit der geodätisch vermessenen Satel
liten-Navigationseinheit 34 sowie einer Zentraleinheit mit
zumindest einer Fehlerbestimmungseinheit 38 versehen sein. Je
nachdem ob die Fehlerkorrektur zentral oder dezentral durch
geführt wird, befindet sich die Korrektureinrichtung in der
mobilen Referenzeinheit oder in den übrigen mobilen Einheiten
(Korrektureinrichtung 44 bzw. 46). Auf diese Weise kann ein
beliebiger Mobilfunkteilnehmer für sich und ggf. weitere Mobil
funkteilnehmer die Möglichkeit einer differentiellen Satelli
ten-Navigation schaffen.
Das vorstehend beschriebene System nutzt die zweiseitige Kom
munikationsmöglichkeit bereits bestehender Mobiltelefonsysteme
aus. Es ist jedoch auch möglich, die differentielle Satelliten
navigation mit einem Kommunikationssystem mit einseitiger
Kommunikation ohne großen Zusatzaufwand zu realisieren, nämlich
bei UKW-Rundfunksystemen oder bei Funkrufsystemen. Der prinzi
pielle Aufbau eines derartigen Systems entspricht, bis auf die
mögliche Reduzierung der Anzahl der Sender, dem des Systems 10
der Fig. 1 mit dem Unterschied, daß anstelle der dargestellten
Funktelekommunikations-Doppelpfeile 52, 54 lediglich der von
den stationären Einheiten zu den mobilen Einheiten führende
Einfach-Pfeil 52 einzusetzen ist.
Der prinzipielle innere Aufbau der mobilen Einheiten 20′ sowie
der als Referenzeinheit dienende stationären Einheit 12′ gemäß
Fig. 3 entspricht ebenfalls weitgehend dem der mobilen und
stationären Einheiten 20 und 12 gem. Fig. 2. Bauteile, die
ihrer Funktion nach solchen in Fig. 2 entsprechen, sind mit den
gleichen, jedoch mit "′" versehenen Bezugsziffern versehen. Die
demnach mit 30′ bezeichnete Zentraleinheit ist mit den übrigen
Bauelementen, nämlich Satellitennavigationsempfänger 28′,
Mobilfunkeinheit 24′ samt Sende-/Empfangsteil 26′ und, bei
Bedarf, auch mit der Anzeige- und Bedieneinheit 32′ verbunden.
Es können weitere Einheiten angeschlossen sein, wie beispiels
weise ein elektronisches Straßenkarten-Orientierungssystem 33′,
welches der Lokalisierung des momentanen Standorts in einem
Straßennetz anhand des ermittelten Positionswerts PW dient.
Derartige elektronische Straßenkarten- Orientierungssysteme
erhalten die Informationen über den jeweiligen Straßenverlauf
beispielsweise mit Hilfe entsprechender Datenspeicher, wie z. B.
CD-ROM. Ein derartiges System 33′ kann auch bei der Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 2 vorgesehen sein.
Die zentrale Einheit 12′, d. h. der UKW-Rundfunksender bzw. der
Funkrufsender, weist wiederum neben der herkömmlichen UKW-
Rundfunkeinheit 40′ samt Sende- und Empfangsteil 42′ den sta
tionären Satellitennavigationsempfänger 34′ auf bzw. ist mit
einem derartigen über entsprechende Datenleitungen verbunden.
Dieser gibt den Referenzpositions-Rohwert RR an die Korrektur
einrichtung 38′ innerhalb der Zentraleinheit 36′ ab, die zudem
als Referenzpositionsnormalwert RN den geodätisch ermittelten
Standort der Antenne des Satellitennavigationsempfängers 34′
empfängt. Aus beiden Größen berechnet die Korrektureinrichtung
38′ den Positionsbestimmungsfehler PF, insbesondere in Form des
Fehlervektors δE₁, δE₂, δE₃ und δE₄, und leitet ihn zum Sende-
und Empfangsteil 42′ zur Abstrahlung gemeinsam mit dem normalen
Rundfunkprogramm (Programminformation PI), und zwar umgesetzt
in einen Frequenzbereich oberhalb der oberen menschlichen
Hörschwelle.
Im Falle eines größeren Sendebereichs kann der gemeinsame
Rundfunksender auch einen umfangreicheren Fehlervektor z. B. δE₁
bis δE₁₀ abstrahlen, der durch gleichzeitige Ermittlung der
einzelnen Fehlervektorkomponenten durch über das Sendegebiet
verteilte, geodätisch vermessene Satelliten-Navigationseinheit
ermittelt werden. Diese Fehler δE₁ bis δE₁₀ sind den beispiels
weise zehn momentan über dem Gesamtgebiet erfaßbaren Satelliten
zugeordnet. Da von einem bestimmten Standort aus jedoch bei
spielsweise nur vier dieser Satelliten beobachtbar sind, werden
von der jeweiligen mobilen Einheit nur diejenigen Kompenten des
Fehlervektors verwendet, die den von der mobilen Einheit momen
tan beobachtbaren Satelliten zugeordnet sind.
Die mobile Einheit 20′, d. h. der mit dem Satellitennavigations
empfänger ergänzte UKW-Empfänger, erhält über sein Empfangsteil
26′ die Positionsbestimmungsfehler PF und leitet
diese an die Korrektureinrichtung 46′ innerhalb der Zentral
einheit 30′ weiter. Die Korrektureinrichtung 46′ empfängt zudem
den momentanen Positions-Rohwert PR des eigenen Satellitenposi
tionsempfängers 28′ und berechnet hieraus den korrigierten
Positionswert PW zur Anzeige durch die Einheit 22′ bzw. zur
Weiterverwertung durch das elektronische Straßenkarten-Orien
tierungssystem 33′.
Gemäß der Erfindung werden also für die ansonsten erforderliche
Telemetriestrecke zwischen stationärer Einheit und mobiler
Einheit zur Übertragung der für die differentielle Satelliten
navigation erforderlichen Informationen bereits bestehende
Funktelekommunikationssysteme wie Mobilfunk oder UKW-Rundfunk
oder Funkrufsysteme eingesetzt. Deren stationäre Einheiten
müssen lediglich durch wenigstens einen Satellitennavigations
empfänger mit vermessener Antenne und Fehlerbestimmungseinheit
ergänzt werden. Auf der Endabnehmerseite müssen die Mobilfunk
geräte bzw. UKW-Empfangsgeräte nur dementsprechend durch einen
einfachen Satellitennavigationsempfänger ergänzt werden, ggf.
mit zusätzlicher Korrektureinrichtung zur Korrektur des Posi
tions-Rohwertes durch den ermittelten Positionsbestimmungs
fehler. Die Integration eines Satellitennavigationsempfängers
in ein Mobiltelefon, ggf. sogar in ein Handgerät, ist ohne
merkliche Gewichts- und Volumenvergrößerung bei relativ gerin
gen Zusatzkosten bei entsprechend großen Serien ohne weiteres
möglich.
Es ist eine automatische, insbesondere periodische Positions
ermittlung möglich, wobei die entsprechende Positions-Informa
tion bei der mobilen Einheit (zweiseitige und einseitige Kom
munikationssysteme) und/oder bei der stationären Einheit (nur
zweiseitige Kommunikationssysteme) vorhanden sein kann. Es ist
auch eine wahlweise Abfrage des Standorts möglich. Die Mobil
einheiten können in Fahrzeuge eingebaut sein oder auch tragbar
(Mobiltelefon) ausgebildet sein.
Die Positionsermittlung kann dabei im Hintergrund ablaufen, so
daß die Geräte gleichzeitig ihre Normalfunktion (Telefonieren;
Rundfunkempfang) wahrnehmen können.
Es sind vielfältige Anwendungen denkbar. Da die Positionsinfor
mationen im Falle des zweiseitigen Telekommunikationssystems
(insbesondere Funktelephon) auch bei den stationären Einheiten
zur Verfügung stehen, können diese an eine stationäre Zentrale,
insbesondere Einsatzzentrale, weitergeleitet werden, die somit
über die momentane Position der von ihr betreuten mobilen
Einheiten informiert ist. Die Zentrale kann Lotsendienste
übernehmen oder bei Unfall- oder Pannenmeldungen sofort ent
sprechende Hilfsfahrzeuge an den ermittelten Ort senden. Die
Einsatzzentrale kann Sicherheitsdienste, Rettungsdienste, Kurier
dienste, öffentliche Personentransportfahrzeuge wie Busse oder
Taxis oder Fahrzeuge von Speditionen bei wechselnden Fahrt
zielen sogleich umdirigieren und somit optimalen Fahrzeugein
satz sicherstellen. Darüberhinaus kann das System auch außer
halb des Straßenverkehrs eingesetzt werden, wie z. B. in der
Schiffahrt oder in der Freizeit beim Wandern, Bergsteigen oder
dergleichen.
Claims (16)
1. Funktelekommunikationssystem zur Übertragung von Informa
tionen, insbesondere Sprachinformationen oder Rundfunk
programm-Informationen, zwischen stationären Einheiten,
nämlich Sende-/Empfangseinheiten (12) oder Sendeeinheiten
(12′) und mobilen Einheiten, nämlich Sende-/Empfangsein
heiten (20) bzw. Empfangseinheiten (20′),
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die mobilen Einheiten (20, 20′) zusätzlich jeweils einen Satellitennavigationsempfänger (28, 28′) zur selbsttätigen Ermittlung eines Positions-Rohwertes (PR) der momentanen Position der mobilen Einheit aufweisen,
- - daß wenigstens eine der stationären oder mobilen Ein heiten, die Referenzeinheit (12, 12′) mit einem Sa tellitennavigationsempfänger (34, 34′) zur selbst tätigen Ermittlung eines Referenzpositions-Rohwertes (PR) eines Referenzortes mit bekannter genauer geo graphischer Position als Referenzpositions-Normalwert (RN) sowie einer Fehlerbestimmungseinheit (38, 38′) zur Bestimmung von Positionsbestimmungsfehlern (PF) durch Vergleich des momentan ermittelten Referenzpo sitions-Rohwertes (RR) mit dem Referenzpositions-Nor malwert (RN) verbunden ist,
- - daß die mobilen Einheiten (20) mit Übertragungsein richtungen (26) zur Übertragung von Positions-Rohwer ten (PR) zusätzlich zu den Informationen an die we nigstens eine Referenzeinheit (12) ausgebildet sind und die Referenzeinheit (12) mit einer Empfangsein richtung (42) für die Positionsrohwerte (PR) ausge bildet und mit einer Korrektureinrichtung (38′) zur Korrektur der übertragenen Positions-Rohwerte (PR) mit im wesentlichen zeitgleich ermittelten Positions bestimmungsfehlern (PF) verbunden ist und/oder daß die Referenzeinheit (12, 12′) mit einer Übertragungs einrichtung (42, 42′) zur Übertragung der Positions bestimmungsfehler (PF) zusätzlich zu den Informatio nen an die mobilen Einheiten (20, 20′) ausgebildet und die mobilen Einheiten (20, 20′) jeweils mit einer Empfangseinrichtung (26, 26′) für die Positionsbestim mungsfehler (PF) und mit einer Korrektureinrichtung (46, 46′) zur Korrektur der momentan ermittelten Posi tions-Rohwerte (PR) mit den übertragenen, im wesent lichen zeitgleich ermittelten Positionsbe stimmungsfehlern (PF) ausgebildet sind.
2. Funktelekommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die mit der Korrektureinrichtung (44)
verbundene wenigstens eine Referenzeinheit (12) zur Über
mittlung korrigierter Positionswerte (PW) an die jeweilige
mobile Einheit (20) ausgebildet ist.
3. Funktelekommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die mit den Korrektureinrichtungen
(46) ausgebildeten mobilen Einheiten (20) zur Übermittlung
der korrigierten Positionswerte (PW) an die wenigstens
eine Referenzeinheit (12) ausgebildet sind.
4. Funktelekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs-
und Empfangseinrichtungen (26, 26′; 42, 42′) zur Übertra
gung der Positionsrohwerte (PR) bzw. der Positionsbestim
mungsfehler (PF) bzw. der korrigierten Positionswerte (PW)
über den für die Übertragung der Informationen (SI; PI)
vorgesehenen Funkkanal ausgebildet sind.
5. Funktelekommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Übertragungs- und Empfangseinrich
tungen (26, 26′; 42, 42′) zur gleichzeitigen Übertragung der
Positionsrohwerte (PR) bzw. der Positionsbestimmungsfehler
(PF) bzw. der korrigierten Positionswerte (PW) mit der
Information (SI; PI) ausgebildet sind mit Überlagerung der
Positionsrohwerte (PR) bzw. Positionsbestimmungsfehler
(PF) auf die Information (SI; PI) bei analoger Übertragung
in einem Frequenzbereich oberhalb der menschlichen oberen
Hörgrenze oder bei digitaler Übertragung mit entsprechen
der unterscheidender Codierung.
6. Funktelekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendegebiet der
stationären Einheiten (12) in mehrere Teilgebiete
(16a, 16b) unterteilt ist und daß in jedem Teilgebiet
(16a, 16b) wenigstens eine Referenzeinheit (12, 12′) vor
gesehen ist zur Bestimmung von für das jeweilige Teilge
biet geltenden Positionsbestimmungsfehlern (PF).
7. Funktelekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären
Einheiten (12) mit einer Zentrale verbunden und zur Wei
terleitung von korrigierten Positionswerten (PW) be
stimmter mobiler Einheiten (20) an die Zentrale ausgebil
det sind.
8. Funktelekommunikationssystem nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zentrale als Einsatzzentrale (50)
für mit den mobilen Einheiten versehene Fahrzeuge und oder
Personen und/oder Personen insbesondere von Sicherheits
diensten, Rettungsdiensten, Feuerwehren, Kurierdiensten,
Transportunternehmen für Personen oder Güter, Vermessungs
diensten, Lagereinrichtungen oder Lotsendiensten ausge
bildet ist.
9. Funktelekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der
stationären Einheiten (12, 12′) als Referenzeinheit ausge
bildet und mit anderen stationären Einheiten zur Übertra
gung von Satelliten-Navigationsdaten (PR, PF, PW) verbun
den ist.
10. Funktelekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären
Einheiten (12′) von den Sendern einer Rundfunksenderkette,
insbesondere im UKW-Bereich, gebildet sind und daß die
mobilen Einheiten (20′) jeweils ein Rundfunksempfangsteil
(24′, 26′) aufweisen.
11. Funktelekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1-9,
dadurch gekennzeichnet, daß die stationären Einheiten die
Sender einer Funkruf-Senderkette sind und daß die mobilen
Einheiten als Funkrufempfänger ausgebildet sind.
12. Funktelekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1-9,
dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Referenz
einheit von einer mobilen Einheit gebildet ist.
13. Funktelekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1-9
und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären Ein
heiten (12) von den Sende-/Empfangseinheiten eines Mobil
funksystems (10) gebildet sind und daß die mobilen Einhei
ten jeweils als Funktelefon (20) ausgebildet sind.
14. Funktelekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine
der stationären und/oder mobilen Einheiten (20′) mit einem
elektronischen Karten-Orientierungssystem verbunden ist,
insbesondere für die Lokalisierung des momentanen Stand
orts einer mobilen Einheit zu Lande, zu Wasser oder in der
Luft.
15. Funktelekommunikationssystem nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine der stationären und/-
oder mobilen Einheiten (20′) mit einem elektronischen
Straßenkarten-Orientierungssystem verbunden ist zur Loka
lisierung des momentanen Standorts in einem Straßennetz
aufgrund des Positionswertes (PW).
16. Verfahren zum Betrieb eines Funktelekommunikationssystems
zur Übertragung von Informationen, insbesondere Sprach
informationen (SI) oder Rundfunkprogramminformationen (PI)
zwischen stationären Einheiten, nämlich Sende-/Empfangs
einheiten (12) oder Sendeeinheiten (12′) und mobilen Ein
heiten, nämlich Sende-/Empfangseinheiten (20) bzw. Emp
fangseinheiten (20′), insbesondere nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zu
sätzlich zur Information Satelliten-Navigationsdaten für
die Ortsbestimmung nach dem differentiellen Satelliten-
Navigationsverfahren überträgt.
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