DE19809212A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der geographischen Position einer in einem geographischen Gebiet befindlichen Empfangseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der geographischen Position einer in einem geogra­ phischen Gebiet befindlichen Empfangseinrichtung, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Empfangseinrich­ tung.

Allgemein bekannt ist das satellitengestützte GPS-Navigati­ onssystem (Global Positioning System), das eine mehr oder we­ nig genaue Positionsbestimmung einer in einem geographischen Gebiet befindlichen Empfangseinrichtung ermöglicht. Dabei werden Positionsdaten von mehreren Satelliten gesendet und die Lage der Empfangseinrichtung ermittelt. Zur Erhöhung der Genauigkeit der geographischen Lagebestimmung werden Korrek­ turdaten von einem Referenzsystem zur Verfügung gestellt. Da­ bei kann das Referenzsystem aus einem üblichen GPS-System be­ stehen, das vorzugsweise über mehrere, in dem geographischen Gebiet angeordnete Referenz-GPS-Empfänger verfügt. Deren ex­ akter Standort ist bekannt, so daß mit Hilfe der vom GPS-Sy­ stem ermittelten und von den Referenz-GPS-Empfänger empfan­ genen Positionsdaten die Korrekturdaten berechnet werden kön­ nen.

Mit zunehmender Distanz zwischen Referenzsystem und GPS-Sy­ stem geht ein Genauigkeitsverlust bei der Positionsbestim­ mung einher. Darüber hinaus ist ein zusätzliche Empfangsein­ richtung für die vom entfernten Referenzsystem ermittelten Korrekturdaten erforderlich, wobei aus Entfernungsgründen oder wegen Abschirmungseffekten ein sicherer Empfang der Kor­ rekturdaten durch die zusätzliche Empfangseinrichtung nicht gewährleistet ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, durch das bzw. die eine möglichst genaue und sichere Positionsbestimmung erreicht wird. Darüber hinaus ist eine für das Verfahren geeignete Empfangseinrich­ tung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Die Empfangs­ einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 13 angegeben. Weiterbildungen der Er­ findung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausgehend von einem Verfahren bzw. einer Anordnung zur Be­ stimmung der geographischen Position einer Empfangseinrich­ tung mit Hilfe eines GPS-Satellitennavigationssystems für die Positionsdaten und eines Referenzsystems für die Korrektur­ daten, werden gemäß dem Gegenstand der Erfindung die Korrek­ turdaten vom Referenzsystem in eine Nachricht eines das geo­ graphische Gebiet versorgenden Mobilfunknetzes eingefügt und über eine Funkschnittstelle des Mobilfunknetzes zu der Emp­ fangseinrichtung übertragen. Anschließend werden die vom GPS-Sa­ tellitennavigationssystem übermittelten Positionsdaten und die vom Mobilfunknetz übermittelten Korrekturdaten von der Empfangseinrichtung ausgewertet und Ortskoordinaten zur Defi­ nition der Position der Empfangseinrichtung im geographischen Gebiet berechnet.

Durch ein bereits existierendes, flächendeckend eingeführtes und kommerziell genutztes Mobilfunknetz kann die Übermittlung der Korrekturdaten und die exakte Berechnung der Ortskoordi­ naten in der Empfangseinrichtung, die sowohl Mittel zum Emp­ fang der Positionsdaten als auch Mittel zum Empfang der Kor­ rekturdaten hat, auf besonders einfache und aufwandsarme Art und Weise durchgeführt werden. Anhand einer standardisierten Nachricht des zu obigen Zwecken zusätzlich genutzten Mobil­ funknetzes können die Korrekturdaten kostengünstig dem Anwen­ der bzw. seiner Empfangseinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Es bedarf keiner exklusiv für die Positionsbestimmung zusätzlich eingesetzten Komponenten - z. B. Empfangseinrich­ tungen - und keiner eigens zu diesem Zweck eingeführten Über­ tragungs- oder Funktechnik. Die Kostenersparnisse liegen auf Seiten des Betreibers, der einen Dienst zur Positionsbestim­ mung anbietet - durch Ermittlung und Verbreitung der Korrek­ turdaten - und auf Seiten des Dienste-Anwenders - durch Be­ rechnung und gegebenenfalls Anzeige/Weiterverarbeitung in der Empfangseinrichtung, beispielsweise seiner Mobilstation oder Telematikeinrichtung.

Für Telematikanwendungen ist eine Positionsbestimmung gemäß dem Gegenstand der Erfindung kleiner einem Meter möglich. Die maximale Distanz zwischen GPS-System und Referenzsystem - und damit auch dem für das geographische Gebiet zuständigen Teil des Mobilfunknetzes - kann darüber hinaus definiert festge­ legt werden. Durch kontinuierliche Verbindungsübergabe (Hand­ over) bei bewegter Empfangseinrichtung - vorzugsweise Mobil­ station oder Telematikeinrichtung - ist bei konstanter Funk­ zellengröße im Mobilfunknetz eine gleichbleibende hohe Genau­ igkeit bei der Positionsbestimmung gewährleistet.

Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Telematik­ systemen ist besonders vorteilhaft. Diese betreffen bei­ spielsweise Flottenmanagement (Speditionen, Gefahrenguttrans­ port), Verfolgung ausgewählter Objekte (Fahrzeuge, Contai­ ner), Notruf- und Verkehrsleitsysteme, Verhaltensforschung (Positionsbestimmung bei Tieren ohne aufwendige Peilung), Personenschutz (ständige Überwachung des geographischen Auf­ enthaltsorts gefährdeter Personen, Schutz bei Entführungen).

Von besonderem Vorteil ist es, wenn zur Übertragung der Kor­ rekturdaten ein Kurznachrichtendienst (Short Message Service) des Mobilfunknetzes benutzt und die Nachricht mit den Korrek­ turdaten als Broadcast-Nachricht (mit Punkt-zu-Multipunkt- Verbindung) in das geographische Gebiet gesendet wird.

Alternativ dazu hat es sich als ebenso günstig erwiesen, wenn zur Übertragung der Korrekturdaten ein Paketdatendienst (Ge­ neral Packet Radio System) des Mobilfunknetzes benutzt und die Nachricht mit den Korrekturdaten als Broadcast-Nachricht (mit Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung) in das geographische Ge­ biet gesendet wird.

Beide Vorgehensweisen haben den Vorteil, daß zum einen auf zusätzliche Komponenten oder Nachrichten zur Übermittlung der Korrekturdaten und zur Berechnung der Ortskoordinaten für die exakte Lagebestimmung verzichtet wird, zum anderen aber die sichere, flächendeckende und aufwandsarme Bereitstellung der Daten zusätzlich über im Mobilfunknetz genutzte Dienste abge­ wickelt wird.

Die Empfangseinrichtung - vorzugsweise eine Mobilstation oder Telematikeinrichtung - zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist mit Empfangsmittel für die vom GPS-Satel­ litennavigationssystem übermittelten Positionsdaten, mit Em­ pfangsmittel für die vom Mobilfunknetz übermittelten Korrek­ turdaten sowie mit einer Verarbeitungseinheit zur Berechnung der Ortskoordinaten ausgestattet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Er­ findung zur Positionsbestimmung unter Verwendung des Kurznachrichtendienstes im Mobilfunknetz, und

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Er­ findung zur Positionsbestimmung unter Verwendung des Paketdatendienstes im Mobilfunknetz.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt Einrichtungen eines sa­ tellitengestützten Navigationssystems GPS, eines Referenzsy­ stems REF-GPS, eines - beispielsweise nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communication) arbeitenden - Mobil­ funknetzes PLMN und einer in einem geographischen Gebiet GEOG befindlichen Empfangseinrichtung EE. Die Empfangseinrichtung EE - vorzugsweise als Mobilstation MS oder Telematikeinrich­ tung TE ausgebildet - ist über eine Funkschnittstelle mit ei­ nem Basisstationssystem BSS des Mobilfunknetzes PLMN verbun­ den, um Daten und Informationen vom Netz zu empfangen und an das Netz zu senden. Darüber hinaus treffen über die Luft Da­ ten und Informationen von dem vorzugsweise mehrere Satelliten Sat umfassenden Navigationssystem GPS in der Empfangseinrich­ tung EE ein. Das Basisstationssystem weist üblicherweise meh­ rere Basisstationen BTS1, BTS2 zur Versorgung der Funkzellen des zellular aufgebauten Mobilfunknetzes PLMN sowie minde­ stens eine mit den Basisstationen BTS1, BTS2 verbundene Ba­ sisstationssteuerung BSC auf, die funktechnische Aufgaben und Funktionen - wie Funkressourcenmanagement, Funkkanalverwal­ tung, Verbindungsbearbeitungs- und Sicherungsfunktionen - übernimmt.

An das Basisstationssystem BSS ist das Referenzsystem REF-GPS angeschlossen, das vorzugsweise auch ein GPS-Navigations­ system ist und ortsfeste GPS-Empfänger für die von Satelliten gesendeten Daten und Informationen aufweist. Das Referenzsy­ stem REF-GPS umfaßt darüber hinaus eine zentrale Steuerein­ richtung GPSKR auf, die die genaue Lage der GPS-Empfänger kennt, Fehler in den von den Satelliten übermittelten Positi­ onsdaten in einem bestimmten Gebiet ermittelt, und daraus Korrekturdaten GKV berechnet. Zur Bestimmung der Position ei­ nes Empfängers auf der Erdoberfläche genügt eine Auswertung der Signale einer geringen Anzahl von Satelliten - z. B. von drei oder vier Satelliten -, die alle Informationen über ih­ re momentane Position senden. Ein GPS-Navigationssystem ist üblicherweise so ausgelegt, daß zu jeder Zeit an jedem Punkt der Erde die Signale von sechs Satelliten gleichzeitig emp­ fangen werden können.

Die zentrale Steuereinrichtung GPSKR, die die Korrekturdaten GKV im Referenzsystem REF-GPS zur Verfügung stellt, ist an die Basisstationssteuerung BSC angeschaltet, um die von ihr berechneten Korrekturdaten GKV in eine von dem Mobilfunknetz PLMN genutzte Nachricht NA mit zugehörigem Nachrichtenformat einzufügen und mit Hilfe des Kurznachrichtendienstes SMS-CB (Short Message Service Cell Broadcast) automatisch vom Mobil­ funknetz PLMN und deren Einrichtungen übertragen zu lassen. Die Nachricht NA mit den Korrekturdaten GKV wird von den für das relevante Gebiet GEOG zuständigen Basisstationen BTS1, BTS2 als Broadcast-Nachricht - wie bei einer Punkt-zu-Multi­ punkt-Verbindung - parallel ausgesendet. Die zentrale Steuer­ einrichtung GPSKR generiert die Nachricht NA wiederholt, so­ bald sie wieder einen neuen Satz von Korrekturdaten auf Grund der fortlaufend eintreffenden Daten berechnet hat. Die Kor­ rekturdaten GKV sind von ihr vorzugsweise als Nutzinformatio­ nen in die Nachricht NA eingebettet.

Die im Gebiet GEOG befindliche Empfangseinrichtung EE - übli­ cherweise in mehrfacher Anzahl vorhanden - weist einen GPS-Empfän­ ger GPSE für die von den Satelliten Sat übermittelten Positionsdaten GPD und einen GSM-Empfänger GSME für die von den Basisstationen BTS1, BTS2 übermittelte Nachricht NA mit den Korrekturdaten GKV auf. Der GSM-Empfänger GSME, der wegen der Broadcast-Übertragung nicht adressiert zu werden braucht, extrahiert die Korrekturdaten GKV aus der eingetroffenen Nachricht NA. Beide Empfänger GPS, GSME sind mit einer Verar­ beitungseinheit RE verbunden, der die Daten GPD, GKV von den Empfängern GPSE, GSME zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Mit Hilfe der Korrekturdaten GKV berechnet die Verarbeitungseinheit RE die genauen Ortskoordinaten GEOKO zur Definition der aktuellen Position der Empfangseinrichtung EE im geographischen Gebiet GEOG. Über eine an die Verarbei­ tungseinheit RE angeschaltete Anzeigeeinheit AE können die Ortskoordinaten GEOKO angezeigt werden. Als alternative oder zusätzliche Maßnahme ist die Weitergabe der Ortskoordinaten GEOKO - beispielsweise für eine externe Weiterverarbeitung - durch die Empfangseinrichtung EE über eine an die Verarbei­ tungseinheit RE angeschaltete Schnittstelle SYS möglich.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 zeigt in Anlehnung an die Fig. 1 dieselben Einrichtungen des satellitengestützten Navigati­ onssystems GPS, des Referenzsystems REF-GPS, des - beispiels­ weise nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Commu­ nication) arbeitenden - Mobilfunknetzes PLMN und der in dem geographischen Gebiet GEOG befindlichen Empfangseinrichtung EE. Ergänzt ist die Anordnung um Einrichtungen GGSN (Gateway GPRS Support Node) und SGSN (Serving GPRS Support Node), von denen die Einrichtung SGSN an der Schnittstelle zum Basissta­ tionssystem BSS und die Einrichtung GGSN an der Schnittstelle zum Referenzsystem REF-GPS angeordnet sind. Dies bedeutet, daß im vorliegenden Beispiel die Einrichtung SGSN mit der Ba­ sisstationssteuerung BSC und die Einrichtung GGSN mit der zentralen Steuereinrichtung GPSKR, die die Korrekturdaten GKV im Referenzsystem REF-GPS zur Verfügung stellt, verbunden sind. Die Einrichtung GGSN kann entweder zum Vermittlungs­ system des Mobilfunknetzes PLMN gehören oder den Zugang zu diesem bewirken. Ihre Aufgabe ist die Übertragung von Daten­ paketen gemäß dem Paketdatendienst GPRS (General Packet Radio System) im Mobilfunknetz PLMN.

Sobald die zentrale Steuereinrichtung GPSKR einen neuen Satz von Korrekturdaten GKV berechnet hat, erzeugt sie die Nach­ richt NA, bindet die Korrekturdaten GKV in diese Nachricht ein und veranlaßt das Aussenden der Nachricht NA mit den ein­ gebetteten Korrekturdaten GKV über die Einrichtungen GGSN und SGSN gemäß dem Paketdatendienst GPRS. Auf diese Weise gelan­ gen die Korrekturdaten GKV in der Nachricht NA zum Basissta­ tionssystem BSS und von dort zur Empfangseinrichtung EE, die sich momentan im Gebiet GEOG aufhält. Die Nachricht NA wird unter Verwendung des GPRS-Verfahrens als Broadcast-Nachricht von den Basisstationen BTS1, BTS2 ausgesendet. Jede Empfangs­ einrichtung EE, die den Empfänger GPSE für die Positionsdaten GPD und den Empfänger GSME für die Nachricht NA mit den Kor­ rekturdaten GKV sowie die Verarbeitungseinheit RE aufweist, ermittelt nach Aufbereitung und Analyse der Daten die genauen Ortskoordinaten GEOKO, an denen sich die Empfangseinrichtung EE gerade befindet. Eine Anzeige der Ortskoordinaten GEOKO durch die Anzeigemittel AE und/oder eine Weiterverarbeitung der Ortskoordinaten GEOKO an der Schnittstelle SYS ist vorge­ sehen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Bestimmung der geographischen Position einer in einem geographischen Gebiet (GEOG) befindlichen Empfangs­ einrichtung (EE) unter Verwendung eines GPS-Satellitennaviga­ tionssystems, das Positionsdaten (GPD) liefert, sowie eines Referenzsystems, das Korrekturdaten (GKV) zur Beeinflussung der Positionsdaten (GPD) liefert, bei dem

• - die Korrekturdaten (GKV) vom Referenzsystem in eine Nach­ richt (NA) eines das geographische Gebiet (GEOG) versorgenden Mobilfunknetzes (PLMN) eingefügt und über eine Funkschnitt­ stelle des Mobilfunknetzes (PLMN) zu der Empfangseinrichtung (EE) übertragen werden, und
• - die vom GPS-Satellitennavigationssystem übermittelten Posi­ tionsdaten (GPD) und die vom Mobilfunknetz (PLMN) übermittel­ ten Korrekturdaten (GKV) von der Empfangseinrichtung (EE) ausgewertet und Ortskoordinaten (GEOKO) zur Definition der Position der Empfangseinrichtung (EE) im geographischen Ge­ biet (GEOG) berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Übertragung der Korrekturdaten (GKV) ein Kurznachrichten­ dienst (SMS-CB) des Mobilfunknetzes (PLMN) benutzt und die Nachricht (NA) mit den Korrekturdaten (GKV) als Broadcast- Nachricht in das geographische Gebiet (GEOG) gesendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Übertragung der Korrekturdaten (GKV) ein Paketdatendienst (GPRS) des Mobilfunknetzes benutzt und die Nachricht (NA) mit den Korrekturdaten (GKV) als Broadcast-Nachricht in das geo­ graphische Gebiet (GEOG) gesendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ortskoordinaten (GEOKO) von der Empfangseinrichtung (EE) angezeigt oder zur Weiterverarbeitung an einer Schnittstelle (SYS) zur Verfügung gestellt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Empfangseinrichtung (EE) eine Mobilstation (MS) ist, die Empfangsmittel (GPSE) für die vom GPS-Satellitennavigations­ system übermittelten Positionsdaten (GPD), Empfangsmittel (GSME) für die vom Mobilfunknetz (PLMN) übermittelten Korrek­ turdaten (GKV) sowie eine Verarbeitungseinheit (RE) zur Be­ rechnung der Ortskoordinaten (GEOKO) aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Empfangseinrichtung (EE) eine Telematikeinrichtung (TE) ist, die Empfangsmittel (GPSE) für die vom GPS-Satelliten­ navigationssystem übermittelten Positionsdaten (GPD), Em­ pfangsmittel (GSME) für die vom Mobilfunknetz (PLMN) übermit­ telten Korrekturdaten (GKV) sowie eine Verarbeitungseinheit (RE) zur Berechnung der Ortskoordinaten (GEOKO) aufweist.

7. Anordnung zur Bestimmung der geographischen Position einer in einem geographischen Gebiet (GEOG) befindlichen Empfangs­ einrichtung (EE) unter Verwendung eines GPS-Satellitennavi­ gationssystems, das Positionsdaten (GPD) liefert, sowie eines Referenzsystems, das Korrekturdaten (GKV) zur Beeinflussung der Positionsdaten (GPD) liefert, mit

• - Mittel (GPSKR) im Referenzsystem zum Einfügen der Korrek­ turdaten (GKV) in eine Nachricht (NA) eines das geographische Gebiet (GEOG) versorgenden Mobilfunknetzes (PLMN),
• - Mittel (BSS) im Mobilfunknetz (PLMN) zum Senden der Nach­ richt (NA) mit den Korrekturdaten (GKV) über eine Funk­ schnittstelle des Mobilfunknetzes (PLMN) zu der Empfangsein­ richtung (EE), und
• - Mittel (GPSE, GSME, RE) in der Empfangseinrichtung (EE) zur Auswertung der vom GPS-Satellitennavigationssystem übermit­ telten Positionsdaten (GPD) sowie der vom Mobilfunknetz (PLMN) übermittelten Korrekturdaten (GKV) und zur Berechnung von Ortskoordinaten (GEOKO) zur Definition der Position der Empfangseinrichtung (EE) im geographischen Gebiet (GEOG).

8. Anordnung nach Anspruch 7, bei dem die Mittel (GPSKR) zum Einfügen der Korrekturdaten (GKV) mit einem Basisstationssystem (BSS) des Mobilfunknetzes (PLMN) verbunden sind und zur Übertragung der Korrekturdaten (GKV) einen Kurznachrichtendienst (SMS-CB) nutzen, bei dem das Ba­ sisstationssystem (BSS) die Nachricht (NA) mit den Korrektur­ daten (GKV) als Broadcast-Nachricht in das geographische Ge­ biet (GEOG) aussendet.

9. Anordnung nach Anspruch 7, bei dem die Mittel (GPSKR) zum Einfügen der Korrekturdaten (GKV) mit zumindest einer Diensteeinrichtung (GGSN, SGSN) zur Nutzung eines Paketdatendienstes (GPRS) im Mobilfunknetz (PLMN) ver­ bunden sind, und die Diensteeinrichtung (GGSN, SGSN) an ein Basisstationssystem (BSS) angeschlossen, das die Nachricht (NA) mit den Korrekturdaten (GKV) als Broadcast-Nachricht in das geographische Gebiet (GEOG) aussendet.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Empfangseinrichtung (EE) Empfangsmittel (GPSE) für die vom GPS-Satellitennavigationssystem übermittelten Positions­ daten (GPD), Empfangsmittel (GSME) für die vom Mobilfunknetz (PLMN) übermittelten Korrekturdaten (GKV) sowie eine Verar­ beitungseinheit (RE) zur Berechnung der Ortskoordinaten (GEOKO) aufweist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Empfangseinrichtung (EE) eine Mobilstation (MS) ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Empfangseinrichtung (EE) eine Telematikeinrichtung (TE) ist.

13. Empfangseinrichtung (EE) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit

• - Empfangsmittel (GPSE) für die vom GPS-Satellitennavigati­ onssystem übermittelten Positionsdaten (GPD),
• - Empfangsmittel (GSME) für die vom Mobilfunknetz (PLMN) übermittelten Korrekturdaten (GKV) sowie
• - einer Verarbeitungseinheit (RE) zur Berechnung der Ortsko­ ordinaten (GEOKO).