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DE19539302B4 - Verfahren zur Positionsbestimmung mittels Differential GPS (DGPS) - Google Patents

Verfahren zur Positionsbestimmung mittels Differential GPS (DGPS) Download PDF

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DE19539302B4
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    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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    • G01S19/07Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing data for correcting measured positioning data, e.g. DGPS [differential GPS] or ionosphere corrections
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Abstract

Verfahren zur Positionsbestimmung mittels Differential GPS (DGPS), insbesondere für mobile Einheiten, wobei von einer Referenzstation (2), deren wahre, geographische Position genau bekannt ist,
mittels eines GPS-Empfängers (5) dessen Pseudoposition bestimmt wird,
aus der wahren Position und der Pseudoposition DGPS-Korrekturdaten generiert werden, welche über ein beliebiges öffentliches Mobilfunknetz über dessen Basisstationen an die mobile Einheit (3) übertragen werden,
welche Basisstationen diese Korrekturdaten an die mobile Einheit aussenden,
so dass die mobile Einheit (3) aus den Korrekturdaten und ihrer eigenen, von einem in der mobilen Einheit befindlichen GPS-Empfänger (8) ermittelten Pseudoposition eine korrigierte Position ermittelt
und die korrigierte Position der mobilen Einheit einer Zentrale (4) übermittelt werden,
wobei ferner die Referenzstation (2) in der Basisstation (7) integriert ist,
wobei die DGPS-Korrekturdaten über einen Kanal des Mobilfunknetzes übertragen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Basisstation (7) mit der dort integrierten Referenzstation (2) die Entfernung...

Description

  • Beschrieben ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung mittels DGPS nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Das Global Positioning System (GPS) ist ein satellitengestütztes Positionierungs-, Navigations- und Zeitübertragungssystem, welches vom US-Verteidigungsministerium primär für militärische Zwecke entwickelt und aufgebaut wurde.
  • Grundsätzlich ermöglicht das GPS weltweit eine dreidimensionale Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung in Echtzeit.
  • Das GPS ist mit Einschränkungen auch dem zivilen Nutzer zugänglich, wobei die Einschränkung darin besteht, daß die für allgemeine Anwendungen zur Verfügung stehenden GPS-Daten eine Echtzeit-Positionsbestimmung nur auf einem bestimmten Genauigkeitsniveau realisiert werden kann.
  • Die Ungenauigkeit bei der GPS-Positionsbuchung beruht einerseits auf Laufzeitverzögerungen des GPS-Signals in der Atmosphäre, anderseits werden die Signale künstlich verfälscht.
  • Diese Manipulation der GPS-Signale, welche durch den U.S. Kongreß in Übereinstimmung mit den nationalen Sicherheitsinteressen der USA festgesetzt wird, bezeichnet man als "Selective Availability" (SA).
  • Um mit GPS arbeiten zu können, benötigt man im einfachsten Fall einen GPS-Empfänger, der dem Benutzer die Position auf einem Display anzeigt. Die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten von GPS und der Wunsch, Genauigkeiten bis in den Submeter und Zentimeterbereich zu erreichen, führt zu immer ausgefeilteren Verfahren und zu einer Vielzahl von Empfängertypen.
  • Für viele Nutzer ist eine Positionsgenauigkeit von ca. 100 m beim Empfang des GPS-Codes unter SA Bedingungen sicherlich ausreichend. Andererseits zeigen Marktstudien, daß die Einsatzgebiete für hochpräzise Navigation und Ortung ebenso vielfältig und zahlreich sind. Zur Erzielung der in diesen Fällen geforderten Genauigkeit muß das GPS in einem Differential Mode betrieben werden, wobei ein Differential GPS-System (DGPS) im wesentlichen aus vier Hauptkomponenten besteht:
    • – der Referenzstation,
    • – dem mobilen Nutzer,
    • – der Datenverbindung sowie
    • – dem Überwachungs- und Kontrollsystem.
  • In der Referenzstation sind die exakten Koordinaten des stationären GPS-Empfängers genauestens bekannt, so daß die Differenz zwischen wahrer und gemessener Position berechnet und als Korrekturvektor angegeben werden kann.
  • Dieser Positionsfehler wird entweder dem mobilen Nutzer zur eigenen Korrektur per Funkdatenübertragung zur Verfügung gestellt oder die von den mobilen Teilnehmern via Funkdatenübertragung gemeldeten Positionen werden in der Zentrale nachträglich korrigiert.
  • Das vorteilhaftere, genauere und kostengünstigere Verfahren ist die Korrektur in der mobilen Einheit, da bei einer Nachverarbeitung in der Zentrale zunächst mittels umfangreicher Prozeduren die momentane Satellitenkonstellation der mobilen Station zurückgerechnet werden muß. Darüber hinaus werden Fehler vermieden, welche aus Laufzeitverzögerungen auf der Funkstrecke zwischen der mobilen Einheit und der Zentrale resultieren.
  • Als nächstliegender Stand der Technik wird die GB 2 264 837 A angesehen. Aus dieser Druckschrift geht ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 hervor, wobei von einer Referenzstation, deren wahre geographische Position genaue bekannt ist, mittels eines GPS-Empfängers deren Pseudoposition bestimmt wird, aus der wahren Position und der Pseudoposition DGPS-Korrekturdaten generiert werden, welche über ein beliebiges, öffentliches Mobilfunknetz an die mobile Einheit übertragen werden, so daß die mobile Einheit aus den Korrekturdaten und ihrer eigenen, von einem in der mobilen Einheit befindlichen GPS-Empfänger ermittelten Pseudoposition eine korrigierte Position ermitteln kann.
  • Die Schriften WO 95 18978 A1 und WO 95 18977 A1 beschreiben Verfahren zur Verbreitung von korrigierten GPS-Daten, wobei unabhängig von einem verwendeten Kommunikationssystem mehrere Referenzstationen vorgesehen sind, welche GPS-Korrekturdaten an eine Zentralstelle weiterleiten. Diese Zentralstelle ist mit einem Rundfunksender ausgestattet, welcher dann zentral für ein sehr großes Gebiet DPGS-Korrekturdaten vorzugsweise an mobile Empfänger aussendet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Positionsbestimmung mittels DGPS derart weiterzubilden, daß die mittels DGPS ermittelten Positionsdaten einer mobilen Einheit auch einer Zentrale ohne zusätzliche Belastung der Funkschnittstelle übermittelt wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des Patentanspruchs 1.
  • Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß ein DGPS-System in Kombination mit einem Mobilfunknetz vorhanden ist, so daß eine wesentliche Einsparung von Infrastruktur erreicht wird, da ein bestehendes, flächendeckendes Mobilfunknetz für die Übertragung der DGPS-Daten genutzt werden kann. Parallel zum eigentlichen vorhanden Sprechverkehr erfolgt die Datenübertragung über einen physikalischen bzw. logischen Kanal, welcher bereits für eine Datenübertragung eingerichtet sind. Eine oder mehrere Basisstationen eines beliebigen Mobilfunknetzes senden GPS- Korrekturdaten aus. Die Basisstation stellt also gleichzeitig eine DGPS-Referenzstation dar, deren geographische Position genauestens bekannt ist. Ein in der Basisstation installierter GPS-Empfänger liefert dabei die Rohdaten zur Ermittlung einer Pseudoposition der Referenz/Basisstation.
  • Aufgrund der beschriebenen Fehler bzgl. der GPS-Positionsdatenberechnung weicht die Pseudoposition dynamisch von der vermessenen Position ab. Die berechnete Position der Basisstation wird einem DGPS-Server zugeführt, welcher aus der berechneten und der vermessenen Position die DGPS-Korrektursignale generiert.
  • Darauf werden vom Server die Fehler der Pseudoentfernungen ΔRi zu allen sichtbaren Satelliten bestimmt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die mobilen Empfänger nicht dieselben Satelliten wie die Referenzstation benutzen müssen, da das Korrektursignal die Korrekturdaten für alle Satelliten enthält.
  • Alternativ ist es auch möglich, die Positionsabweichug jeweils als Differenz zwischen wirklicher und gemessener geographischer Position zu übertragen.
  • Durch DGPS-Server erfolgt zusätzlich eine Anpassung an die für das jeweilige Mobilfunksystem optimalste Übertragungsart. Nach der Ermittlung der DGPS-Korrekturdaten werden diese über eine entsprechende Schnittstelle dem Mobilfunksystem übergeben und von der Basisstation ausgesendet.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das DGPS prinzipiell für alle Mobilfunkteilnehmer nutzbar ist und der DGPS-Dienst bundesweit, europaweit und in Zukunft sogar weltweit angeboten werden kann.
  • Die Erfindung wird in einem Beispiel unter Zuhilfenahme einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Verfahrensablauf anhand des mobilen Bündelfunkdienstes CHEKKER, ist jedoch auch auf beliebige andere Mobilfunknetze übertragbar.
  • Im Beispiel ist ein Raumsegment 1 gezeigt, in dem sich z.B. drei GPS-Satelliten 1a, 1b und 1c aufhalten.
  • Weiterhin ist eine Referenzstation 2 dargestellt, die gleichzeitig die Basisstation 7 des Mobilfunknetzes darstellt.
  • Eine Mobile Einheit 3 ist mit der Basisstation über das Mobilfunknetz verbunden.
  • Eine Zentrale 4 kommuniziert über das Mobilfunknetz mit der Mobilen Einheit 3, wobei die Zentrale z.B. von einem gewerblichen Nutzer des Mobilfunknetzes betrieben wird, welcher über eine genaue Kenntnis der Position der betrieblichen mobilen Einheit informiert sein will (z.B. ein Fuhrunternehmen).
  • Über das Mobilfunknetz kommt von der Zentrale 4 eine Anfrage an die mobile Einheit 3, daß diese ihre genaue Position durchgeben soll. Erfindungsgemäß läuft nun folgendes ab:
    Von der Referenzstation 2, deren genaue geographische Position bekannt ist, wird vorzugsweise in festen Abständen mittels eines GPS-Empfängers 5 die Pseudoposition der Referenzstation 2 bestimmt. Ein DGPS-Server 6 vergleicht nun die wahren, bekannten Positionsdaten der Referenzstation 2 mit den ermittelten Pseudopositionsdaten und generiert Korrekturdaten, welche den Fehler zwischen wahrer und gemessener Position beinhalten.
  • Über die Basisstation 7 des Mobilfunknetzes werden diese Korrekturdaten bevorzugt in festen Zeitabständen ausgesendet.
  • Die mobile Einheit 3 verfügt über einen eigenen GPS-Empfänger 8 und bestimmt mit diesem seine eigene, noch mit einer starken Abweichung behaftete Position. Mittels des Mobilfunkgerätes 10 werden gleichzeitig die DGPS-Korrektursignale der Basisstation 7 empfangen. Ein Bordrechner 9 generiert aus den GPS-Positionsdaten mit Hilfe der empfangenen Korrekturdaten eine korrigierte Position, welche nur noch einen geringen Fehler aufweist.
  • Diese korrigierte Position wird über das Mobilfunknetz an die Zentrale 4 zurückgemeldet, von deren Mobilfunkgerät 11 empfangen und die empfangenen Werte mittels eines Rechners 12 weiterverarbeitet und z.B. auf einer digitalen Landkarte darstellt.
  • Vorteil der Verwendung eines Mobilfunknetzes zur Datenübertragung ist, daß eine bidirektionale Übertragung von Daten ohne zusätzliche Aufwand möglich ist. Die Übertragung erfolgt dabei neben dem eigentlichen Sprechbetrieb.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Positionsbestimmung mittels Differential GPS (DGPS), insbesondere für mobile Einheiten, wobei von einer Referenzstation (2), deren wahre, geographische Position genau bekannt ist, mittels eines GPS-Empfängers (5) dessen Pseudoposition bestimmt wird, aus der wahren Position und der Pseudoposition DGPS-Korrekturdaten generiert werden, welche über ein beliebiges öffentliches Mobilfunknetz über dessen Basisstationen an die mobile Einheit (3) übertragen werden, welche Basisstationen diese Korrekturdaten an die mobile Einheit aussenden, so dass die mobile Einheit (3) aus den Korrekturdaten und ihrer eigenen, von einem in der mobilen Einheit befindlichen GPS-Empfänger (8) ermittelten Pseudoposition eine korrigierte Position ermittelt und die korrigierte Position der mobilen Einheit einer Zentrale (4) übermittelt werden, wobei ferner die Referenzstation (2) in der Basisstation (7) integriert ist, wobei die DGPS-Korrekturdaten über einen Kanal des Mobilfunknetzes übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Basisstation (7) mit der dort integrierten Referenzstation (2) die Entfernung aller sichtbaren Satelliten bestimmt und die daraus erzeugten DGPS-Korrekturdaten an die zugeordnete Basisstation (7) übergibt, wobei die Übertragung über einen physikalischen oder logischen Kanal des Mobilfunknetzes erfolgt.
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