DE102006038856A1 - Device and method for position and / or velocity determination, in particular using absolute running times and transit time differences of signals - Google Patents

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Peter Dr. Gulden
Stephan Max
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/45Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/46Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being of a radio-wave signal type

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung (BS) und ein Verfahren zur Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung unter Ausnutzung von Signalen, welche einerseits von zumindest einer Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) eines Rundlaufzeitsystems (RTOF) und andererseits von zumindest einer Sendeeinrichtung (SA) eines Absolutankunftszeitsystems (ATOA) empfangen werden. Die Verarbeitung der empfangenen Signale erfolgt dabei nicht getrennt voneinander, sondern gemeinsam. Dazu wird bekannten räumlichen Positionskoordinaten (x<SUB>i</SUB>, y<SUB>i</SUB>, z<SUB>i</SUB>, i = N + 1, N + 2, ..., M) der empfangenen Signale von Empfangs- und Sendeeinrichtungen des Rundlaufzeitsystems (RTOF) zusätzlich eine zeitabhängige Größe (o*<SUB>i</SUB>) zugeordnet, welche von der Rundlaufzeit unabhängig ist.The invention relates to a measuring device (BS) and a method for determining position and / or velocity by utilizing signals which are transmitted on the one hand from at least one receiving and transmitting device (T) of a round trip time system (RTOF) and on the other hand by at least one transmitting device (SA ) of an Absolute Arrival Time System (ATOA). The processing of the received signals is not carried out separately, but together. For this, known spatial position coordinates (x <SUB> i </ SUB>, y <SUB> i </ SUB>, z <SUB> i </ SUB>, i = N + 1, N + 2,. M) of the received signals from receiving and transmitting devices of the round trip time system (RTOF) additionally assigned a time-dependent variable (o * <SUB> i </ SUB>), which is independent of the round trip time.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung, insbesondere unter Einsatz von Absolutlaufzeiten und Laufzeitunterschieden von Signalen gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 5.The The invention relates to an apparatus and a method for Position and / or velocity determination, in particular under Use of absolute run times and transit time differences of signals according to the above-mentioned Features of the claims 1 or 5.

Verwendet werden dabei globale Systeme nach dem Absolutlaufzeit-Prinzip, welche üblicherweise als ATOA-Systeme bezeichnet werden (ATOA Absolute Time Of Arrival) und bekannt sind z.B. unter GPS (Global Positioning System), dem System der USA, GLONASS, dem entsprechenden russischen System, und Galileo, dem geplanten europäischen System. Zu den Daten dieser Systeme werden zusätzlich Daten von einem lokalen System verwendet, wobei das lokale System auf dem Prinzip der absoluten Entfernungsmessung beruht. DE 103 36 084 A1 beschreibt als beispielhaftes lokales System ein lokales Positionsradar (LPR), bei welchem eine mobile Einheit wie ein Gabelstapler mit einer Messvorrichtung in Form einer so genannten Basisstation ausgestattet ist. Die Messvorrichtung sendet Signale aus, welche von im Raum an bekannten Positionen angeordneten Transpondern empfangen werden.In this case, global systems are used according to the absolute transit time principle, which are commonly referred to as ATOA systems (ATOA Absolute Time Of Arrival) and are known, for example, under GPS (Global Positioning System), the US system, GLONASS, the corresponding Russian system, and Galileo, the planned European system. The data from these systems is additionally used by data from a local system, whereby the local system is based on the principle of absolute distance measurement. DE 103 36 084 A1 describes as an example local system a local position radar (LPR), in which a mobile unit such as a forklift is equipped with a measuring device in the form of a so-called base station. The measuring device sends out signals which are received by transponders arranged in the room at known positions.

Globale Verfahren zur Positionsbestimmung erlauben eine Standortbestimmung mit einer Genauigkeit von wenigen Metern. Hierbei wird ein Signal von mehreren Satelliten ausgesendet und von einem passiven Empfängersystem empfangen. Da diese Verfahren auf Signale mit einer Trägerfrequenz im Mikrowellenbereich beruhen, ist ein Sichtkontakt des Benutzers zu mindestens vier Satelliten erforderlich. Diese Bedingung kann jedoch oft nicht eingehalten werden, wenn sich der Benutzer zum Beispiel in Gebäuden, Häuserschluchten oder in Bereichen mit dichtem Pflanzenwuchs befindet.global Positioning methods allow a location determination with an accuracy of a few meters. This will be a signal transmitted by multiple satellites and by a passive receiver system receive. Because these methods are based on signals with a carrier frequency are based in the microwave range, is a visual contact of the user to at least four satellites required. This condition can However, often are not respected when the user to Example in buildings, urban canyons or in areas of dense plant growth.

Für Empfangsdaten eines GPS-Gerätes bzw. daraus abgeleiteten Pseudoradien ρi von N teilnehmenden Satelliten eines solchen Absolutankunftszeitsystems werden jeweils 4 Unbekannte xi, yi, zi mit i = 1, 2, 3 als Positionskoordinaten und ein unbekannter individueller Zeitwert ci erhalten. Diese entsprechen der zu bestimmenden momentanen unbekannten räumlichen Empfängerposition X, Y, Z einer GPS-Empfangsstation im Koordinatensystem, wobei Crr ein gemeinsamer unbekannter Zeitoffset des lokalen Empfängers zum gemeinsamen Zeitnormal der Satelliten ist. Gleichzeitig werden für jeden Satelliten gemessene Pseudoradien ρi, d.h. die um den unbekannten gemeinsamen Zeitoffset Crr verlängerten eigentlichen Radien, bestimmt, wobei der Erdradius r als bekannt angenommen wird. Damit lässt sich gemäß Mohinder S. Grewal, Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews, "Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration", Wiley & Sons, 2001 , ein Gleichungssystem aufstellen:

Figure 00020001
For reception data of a GPS device or derived pseudoradiology ρ i of N participating satellites of such an absolute arrival time system, four unknowns x i , y i , z i with i = 1, 2, 3 are obtained as position coordinates and an unknown individual time value c i , These correspond to the instantaneous unknown spatial receiver position X, Y, Z to be determined of a GPS receiver station in the coordinate system, where Crr is a common unknown time offset of the local receiver to the common time standard of the satellites. At the same time, pseudoradia ρ i measured for each satellite, ie the actual radii lengthened by the unknown common time offset Crr, are determined, the earth radius r being assumed to be known. This can be done according to Mohinder S. Grewal, Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews, "Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration", Wiley & Sons, 2001 to set up a system of equations:
Figure 00020001

Für die eigentliche Berechnung wird in der Gleichung anstelle des Zeitoffsets Crr in der Praxis ein entsprechender Längenoffset verwendet. Ein solcher Längenoffset resultiert aus dem Zeitoffsets Crr durch Multiplikation des Zeitoffsets Crr mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit, insbesondere der Lichtgeschwindigkeit. Daraus lässt sich die momentane räumliche Empfängerposition X, Y, Z der GPS-Empfangsstation bestimmen.For the real one Calculation is done in the equation instead of the time offset Crr in practice a corresponding length offset used. Such a length offset results from the time offset Crr by multiplying the time offset Crr with the propagation velocity, in particular the speed of light. Leave it the current spatial receiver position Determine X, Y, Z of the GPS receiving station.

Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu erhöhen, werden Korrekturdaten berechnet und dem Benutzer mitgeteilt. Hierbei kommen sowohl globale Systeme (WAAS, EGNOS), als auch lokale Systeme (z. B. DGPS) zum Einsatz. Für genaue Vermessungsaufgaben wird darüber hinaus eine „Real Time Kinematik" (RTK) verwendet. Diese besteht aus einer Messvorrichtung und einem Rover als einer mobilen Einrichtung. Die Messvorrichtung wird an einer bekannten Position in unmittelbarer Nähe postiert, während der Rover die Vermessungen durchführt. Durch Korrekturdaten, welche direkt von der Messvorrichtung an den Rover übertragen werden, ist eine genaue Positionsbestimmung möglich. Fehlender Sichtkontakt zu den Satelliten kann jedoch bei keinem der Korrekturverfahren kompensiert werden.Around to increase the accuracy of the position determination become correction data calculated and communicated to the user. Here are both global Systems (WAAS, EGNOS), as well as local systems (eg DGPS) for Commitment. For In addition, accurate surveying tasks will become a real time Kinematics "(RTK) used. This consists of a measuring device and a rover as a mobile device. The measuring device is connected to a posted position in the immediate vicinity, during the Rover performs the surveys. By correction data, which directly from the measuring device to the Rover transferred be, an accurate position determination is possible. Missing visual contact However, to any of the satellites can not at any of the correction procedures be compensated.

Muss innerhalb eines Bereiches, welcher nicht über eine Sichtverbindung zu einer ausreichenden Anzahl an Satelliten verfügt, eine gesicherte Positionsbestimmung installiert werden, so müssen die fehlenden Satelliten durch den Aufbau von Sendestationen am Boden kompensiert werden.Got to within a range which does not have a line of sight to a sufficient number of satellites, a secure position determination to be installed, so must the missing satellites by the construction of transmitting stations at Ground compensated.

Solche Stationen sind als Pseudosatelliten identisch zu den Satelliten und werden ortsfest angebracht. Solche Pseudosatelliten sind allgemein bekannt aus US 6,430,416 , WO 2004011956 und US 6,901,331 . Hierbei wird mittels eines stationären elektrischen Aufbaus ein Signal generiert, welches die gleichen Eigenschaften wie ein Signal eines Satelliten besitzt. Dadurch kann beispielsweise für Positionen, bei welchen keine genügende Sichtverbindung auf die Satelliten besteht, ein Ausgleich geschaffen werden. Auch innerhalb von Gebäuden kann ein System von Pseudosatelliten zum Einsatz kommen, sofern innerhalb der entsprechenden Räume genügend Pseudosatelliten installiert werden. Nachteilig an dieser Technik ist, dass die Genauigkeit eines GPS/GLONASS/GALILEO durch ein lokales System nicht unterschritten werden kann. Durch ungünstige Mehrwegeausbreiten, speziell in Räumen, ist das lokale System allenfalls gleichwertig. Besonders gravierend ist der technische Aufwand, der für solche Pseudosatelliten betrieben werden muss. Diese benötigen ein gleiches Zeitnormal wie die Satelliten im Weltall und sind daher mit aufwändigen Atomuhren auszustatten.Such stations are identical to the satellites as pseudo-satellites and are fixed in place. Such pseudo-satellites are well known US 6,430,416 . WO 2004011956 and US 6,901,331 , Here, a signal is generated by means of a stationary electrical structure, which has the same properties as a signal from a satellite. As a result, for example, for positions in which there is no sufficient line of sight on the satellites, a balance can be created. A system of pseudo-satellites can also be used inside buildings, provided that enough pseudo-satellites are installed within the respective rooms. A disadvantage of this technique is that the accuracy of a GPS / GLONASS / GALILEO can not be undershot by a local system. Due to unfavorable multipath widths, especially in rooms, the local system is at most equivalent. Particularly serious is the technical complexity that must be operated for such pseudo-satellites. These require the same time standard as the satellites in space and are therefore equipped with elaborate atomic clocks.

Andere Ansätze bestehen in der Einbeziehung von Systemen, welche bereits vor dem Aufbau von GPS/GLONASS verfügbar waren. Hier ist als Beispiel eine Kombination von globalen Verfahren mit einem LORAN-System zu nennen. Entsprechende Verfahren werden beispielsweise in den DE 100 15 305 , WO 9316452 und WO 9408405 beschrieben. Nachteilig ist bei solchen Systemen, dass die Genauigkeit der älteren Systeme im Vergleich zu aktuellen globalen Systemen deutlich geringer ist. Daher können nur unwesentliche Verbesserungen durch eine solche Kombination erzielt werden. Das Loran C-System wird dabei entweder auf die GPS-Zeit synchronisiert oder als separates Zeitdifferenzsystem verwendet. Im ersten Fall können die Loran C-Stationen dann direkt als ATOA Systeme verwendet werden und sind somit "Pseudolites" für das GPS Verfahren. Der technische Mehraufwand zur Zeitsynchronisation aller Loran C-Sendestationen ist dabei erheblich. Im zweiten Fall werden zwei separate Positionen mit GPS bzw. Loran C bestimmt und anschließend aus beiden Positionswerten eine gesamte Position bestimmt. In diesem Fall wird das Abschattungsproblem nur unzureichend gelöst, da systematische Fehler aus der Abschattung heraus nicht direkt kompensiert werden, sondern in die Berechnung eingehen.Other approaches include the inclusion of systems that were already available before the construction of GPS / GLONASS. Here is an example of a combination of global processes with a LORAN system. Corresponding methods are for example in the DE 100 15 305 . WO 9316452 and WO 9408405 described. A disadvantage of such systems is that the accuracy of older systems is significantly lower compared to current global systems. Therefore, only insignificant improvements can be achieved by such a combination. The Loran C system is either synchronized to the GPS time or used as a separate time difference system. In the first case, the Loran C stations can then be used directly as ATOA systems and are thus "pseudolites" for the GPS method. The additional technical overhead for the time synchronization of all Loran C transmitter stations is considerable. In the second case, two separate positions are determined with GPS or Loran C and then an overall position is determined from both position values. In this case, the shading problem is solved only inadequately, because systematic errors are not compensated directly from the shading, but are included in the calculation.

Eine weitere Ergänzungsmöglichkeit von globalen Positionierungssystemen besteht durch den Aufbau von so genannten „Beacons", wobei entsprechende Systeme bekannt sind aus z.B. EP 1046097 , US 5,367,306 oder US 6,459,989 . Hierbei werden Sender mit begrenzter Reichweite an einer bekannten Position angebracht. An Hand der Sender kann der Benutzer seinen Standort als Standort im Bereich des lokalen Senders mit bekannter Position bestimmen.Another possibility for supplementing global positioning systems is the construction of so-called "beacons", whereby corresponding systems are known from eg EP 1046097 . US 5,367,306 or US 6,459,989 , In this case, transmitters with a limited range are attached to a known position. On the basis of the transmitter, the user can determine his location as a location in the area of the local transmitter with a known position.

Es wird direkt diskret auf diese Systeme umgeschaltet, um beispielsweise den Aufenthalt eines Benutzers innerhalb eines Raumes zu bestimmen. Nachteilig ist neben dem Umschaltvorgang die ungenau Positionsbestimmung.It is switched directly discretely to these systems, for example to determine a user's stay within a room. A disadvantage is the inaccurate position determination in addition to the switching.

WO 2004075458 beschreibt eine Kopplung von einem globalen Positionssystem und einem lokalen Funknetz (WLAN – Wireless Local Area Network). Neben der Positionsbestimmung mittels der GPS/GLONASS-Satelliten, wird mit der Stärke der Empfangsleistung, z.B. eines Access Points, der Abstand zwischen Sender und Empfänger ausgewertet. Werden Signale von mehreren Access Points empfangen, ist eine Positionsbestimmung möglich. Alternativ zu einem WLAN-Netz kann ein Bluetooth-Netz verwendet werden, wobei das Funktionsprinzip jedoch das gleiche bleibt. Bekannt sind solche Systeme zur Positionssuche und -Rückverfolgung im Innenbereich als Experiment gestützter Vergleich von Bluetooth- und drahtlosen Technologien z.B. aus Csernath-Geza Alexandru-Marian; Romanca-Mihai, „Indoor location sensing and tracking – experiment-supported comparison of bluetooth and Wireless technologies", OPTIM, Internat. Conf. an Optimization of Electrical and Electronic Equipment, 9 * (2004), Seite 83–88, Brasov: Transilvania Univ. Press, 2004 . Bedingt durch die nicht lineare Abnahme der Empfangsleistung, welche durch ein derart aufgebautes Netz erreicht wird, liegt die erreichbare Genauigkeit nur bei einigen Metern. Zudem lassen sich die Daten nicht direkt mit einem ATOA-System verbinden, sondern nur mittels separater Positionsbestimmung der beiden Systeme. WO 2004075458 describes a coupling of a global positioning system and a local wireless network (WLAN - Wireless Local Area Network). In addition to determining the position using the GPS / GLONASS satellites, the distance between transmitter and receiver is evaluated by the strength of the received power, eg an access point. If signals from several access points are received, a position determination is possible. As an alternative to a WLAN network, a Bluetooth network can be used, but the operating principle remains the same. Such systems for position search and tracking indoors are known as an experiment-based comparison of Bluetooth and wireless technologies, for example from Csernath-Geza Alexandru-Marian; Romanca-Mihai, "Indoor location sensing and tracking - experiment-supported comparison of bluetooth and wireless technologies", OPTIM, boarding conf. To Optimization of Electrical and Electronic Equipment, 9 * (2004), pp. 83-88, Brasov: Transilvania Univ. Press, 2004 , Due to the non-linear decrease of the received power, which is achieved by such a constructed network, the achievable accuracy is only a few meters. In addition, the data can not be directly connected to an ATOA system, but only by means of separate positioning of the two systems.

Deutlich günstiger ist derzeit die Kombination von globalen Systemen mit so genannten lokalen Ultra Wide Band (UWB)-Systemen. Gerade eine gepulste Variante, welche prinzipbedingt eine technisch aufwändige Lokalisierung durch die notwendige Synchronisation der Stationen ermöglicht, stellt eine gute Ergänzung zu einem globalen System dar.Clear better is currently the combination of global systems with so-called local Ultra Wide Band (UWB) systems. Just a pulsed version, which in principle a technical complex Localization by the necessary synchronization of the stations allows is a good complement a global system.

US 2006046687 beschreibt eine Möglichkeit des Einsatzes der Kombination. Hier wird mit einem GPS-System eine grobe Positionsbestimmung vorgenommen, welche im zweiten Schritt in der Nähe des gesuchten Objektes mittels eines UWB-Systems deutlich verbessert wird. Nachteilig ist dabei wiederum die separate Berechnung der Position in beiden Systemen. US 2006046687 describes a way of using the combination. Here, a rough position determination is made with a GPS system, which is significantly improved in the second step near the searched object by means of a UWB system. The disadvantage here again is the separate calculation of the position in both systems.

Hybridsysteme sind in der Lage, Daten von globalen Positionssystemen zu erfassen. Darüber hinaus sind sie mit einem zweiten Empfangssystem für so genannte LD-Signale (Local Radio Determination) ausgestattet. Das zweite Empfangssystem ermöglicht, innerhalb von Gebäuden zu navigieren, sofern mindestens drei LD-Signalquellen vorhanden sind. Beispielhaft sind diesbezüglich Systeme bekannt aus US 5,892,454 , US 5,936,572 und aus Unseld-H-G, „Ressourceneinsatz und Disposition im Bodendienst auf der Grundlage von 2,4 GHz Ortungskonzepten. Resource management and disposition in ground management of airports with 2.4 GHz location systems.", Konferenz-Einzelbericht: VDI-Berichte * Band 1634 (2001), Seite 161–166, Düsseldorf: VDI-Verlag, 2001 . Derartige Systeme unterscheiden sich jedoch gegenüber den anderen Systemen darin, dass TDOA- und ATOA-Systeme zueinander separat betrieben werden müssen.Hybrid systems are able to capture data from global positioning systems. In addition, they are equipped with a second receiving system for so-called LD signals (Local Radio Determination). The second receiving system allows to navigate within buildings, provided that at least three LD signal sources are present. By way of example, systems are known in this regard US 5,892,454 . US 5,936,572 and from Unseld-HG, "Resource use and disposition in the ground service on the basis of 2.4 GHz locating concepts. Resource management and disposition in ground management of airports with 2.4 GHz location systems. ", Conference report: VDI reports * volume 1634 (2001), page 161-166, Duesseldorf: VDI publishing house, 2001 , However, such systems differ from the other systems in that TDOA and ATOA systems must operate separately with each other.

Allgemein bekannt sind außerdem Systeme, welche nicht nur die Kombination von einem globalen und einem lokalen System vorschlagen, sondern mehrere globale wie lokale Systeme koppeln. Zusätzlich werden hierbei unter Umständen weitere Sensoren, wie z.B. Lasersysteme, Magnetfeldsensoren, Intertialsysteme, mechanischen Sensoren, optische Verfahren usw. angeführt. Beispielhaft bekannt sind solche Systeme aus Chappell-Steve, MacArthur-Alistair, Sullivan-Chris, Preston-Dan, und Olmstead-Daue, „Sensor-Fusion in der Automobiltechnik. Adaptive Echtzeit-Verfahren mit FPGA-Systemen realisiert.", Proceedings Desing, Automation and Test in Europe, IEEE Comput. Soc. Los Alamitos, CA USA, p. 180–5, Vol 3, 2005 .Also well-known are systems that not only propose the combination of a global and a local system, but also couple multiple global and local systems. In addition, additional sensors, such as laser systems, magnetic field sensors, intertial systems, mechanical sensors, optical methods, etc., may be mentioned. Such systems are known by way of example Chappell-Steve, MacArthur-Alistair, Sullivan-Chris, Preston-Dan, and Olmstead-Daue, "Sensor Fusion in Automotive Engineering. Real-time Adaptive Real-Time Techniques Using FPGA Systems. ", Proceedings Desing, Automation and Test in Europe, IEEE Comput Soc., Los Alamitos, CA USA, p.180-5, Vol.3, 2005 ,

DE 101 55 251 A1 beschreibt ein Transpondersystem und Verfahren zur Entfernungsmessung. Mittels einer mobilen Messvorrichtung werden Signale ausgesendet. Ein hinsichtlich seiner ortsfesten Position bekannter Transponder empfängt das Signal und sendet es quasi-phasenkohärent zurück. Unter quasi-phasenkohärent wird dabei verstanden, dass ein Schwingkreis im Transponder durch das empfangene Signal angeregt wird und dadurch über zumindest eine ausreichende Sendezeit zum Antworten auf das empfangene Signal synchron zu dem empfangenen Signal schwingt. Das vom Transponder ausgesendete und von der Basisstation empfangene Signal ist daher quasi-phasenkohärent, d.h. zumindest anfänglich phasenkohärent zu dem durch die Messvorrichtung zuvor ausgesendeten Signal. DE 101 55 251 A1 describes a transponder system and method for distance measurement. By means of a mobile measuring device signals are emitted. A transponder known in terms of its fixed position receives the signal and returns it quasi-phase coherent. Under quasi-phase coherent is understood that a resonant circuit is excited in the transponder by the received signal and thereby oscillates over at least a sufficient transmission time to respond to the received signal in synchronism with the received signal. The signal emitted by the transponder and received by the base station is therefore quasi-phase coherent, ie at least initially phase-coherent with the signal previously transmitted by the measuring device.

Zusammengefasst ist festzustellen, dass zwar eine Verwendung von Daten verschiedener Positionsbestimmungssysteme bekannt ist. Nachteilhaft ist bei solchen Systemen jedoch die stets eigenständige Positionsbestimmung innerhalb eines jeden der Systeme und die anschließende getrennte oder kombinierte Verwendung der zuvor voneinander getrennt bestimmten Positionsdaten der verschiedenen Systeme. Neben einem hohen Rechenaufwand bestehen weitere Nachteile insbesondere in daraus resultierenden Sprüngen der Positionsanzeige aufgrund eines harten Umschaltens zwischen den Systemen bzw. den daraus bestimmten Daten. Die Sprünge führen zu vermeintlichen Ortssprüngen von in ungünstigen Fällen einem Meter und mehr. Nachteilhaft ist zudem, dass pro System eine Sichtverbindung zu jeweils mindestens drei oder vier Satelliten oder Pseudosatelliten bestehen muss. Andernfalls ist mit dem jeweiligen System eine Positionsbestimmung überhaupt nicht möglich und damit auch eine kombinierte Verwendung ausgeschlossen.Summarized It should be noted that although a use of data from different Positioning systems is known. The disadvantage of such However, systems always independent positioning within of each of the systems and the subsequent separate or combined Use of position data previously separated from each other of different systems. In addition to a high computational effort further disadvantages, especially in resulting jumps of the position indicator due to a hard switching between the systems or the from this particular data. The jumps to lead to supposed local jumps from in unfavorable make a meter and more. Another disadvantage is that one system per Visual connection to at least three or four satellites or Pseudo-satellites must exist. Otherwise, with the respective System a position determination at all not possible and thus excluded a combined use.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung unter Einsatz von Absolutlaufzeiten und Laufzeitunterschieden von Signalen vorzuschlagen, welche eine Positionsbestimmung auch dann ermöglicht, wenn eine Sichtverbindung zu insgesamt mindestens drei oder vier Sendern solcher Signale besteht, wobei diese nur drei oder vier Signale gemischt sowohl von Systemen auf Basis von Absolutlaufzeiten als auch von Systemen auf Basis von Laufzeitunterschieden stammen. Insbesondere soll ein abrupter Positionssprung bei einem Übergang von Sendern des einen der Systeme auf Sender des anderen der Systeme vermieden werden.The The object of the invention is a device and a method for position and / or velocity determination under use of absolute running times and transit time differences of signals, which allows a position determination even if a line of sight to a total of at least three or four transmitters of such signals, these being only three or four signals mixed by both systems based on absolute run times as well as systems based on derived from maturity differences. In particular, an abrupt Position jump in a transition from transmitters of one of the systems to transmitters of the other of the systems be avoided.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung unter Einsatz von Absolutlaufzeiten und Laufzeitunterschieden von Signalen gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved by a device and a method for or velocity determination using absolute run times and transit time differences of signals according to the above-mentioned features of the claims 1 or 5 solved. Advantageous embodiments are the subject of dependent claims.

Die Erfindung bezieht sich vom Grundgedanken her auf eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung unter Ausnutzung von Signalen, welche einerseits von zumindest einer Empfangs- und Sendeeinrichtung eines Rundlaufzeitsystems und andererseits von zumindest einer Sendeeinrichtung eines Absolutankunftszeitsystems empfangen werden. Die Verarbeitung der empfangenen Signale erfolgt dabei nicht getrennt voneinander sondern gemeinsam. Dazu wird bekannten räumlichen Positionskoordinaten der empfangenen Signale von Empfangs- und Sendeeinrichtungen des Rundlaufzeitsystems zusätzlich eine zeitabhängige Größe zugeordnet, welche von der Rundlaufzeit unabhängig ist. Eine Steuereinrichtung ist dabei vorzugsweise so ausgestaltet oder steuerbar, dass sie die beiden Positionsbestimmungssysteme mit den Messeinrichtungen eines Rundlaufzeitsystems bzw. mit den Messeinrichtungen eines Absolutankunftszeitsystems sowohl synchron als auch asynchron, d.h. mit anderen Worten zusammen oder auch eigenständig ansteuern kann.The invention basically relates to a measuring device and a method for determining the position and / or speed by utilizing signals which are received on the one hand by at least one receiving and transmitting device of a round trip time system and on the other hand by at least one transmitting device of an absolute arrival time system. The processing of the received signals is not carried out separately but together. For this purpose, known spatially position coordinates of the received signals of receiving and transmitting devices of the round trip time system additionally assigned a time-dependent variable, which is independent of the round trip time. A control device is preferably configured or controllable in such a way that it communicates the two position determination systems with the measuring devices of a round trip time system or with the measuring devices of a Absolutankunftszeitystems both synchronous and asynchronous, that is, in other words together or even independently can control.

Bevorzugt wird demgemäß eine Messvorrichtung zur Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung mit einer ersten Schnittstelle zum Aussenden eines Signals zu zumindest einer Empfangs- und Sendeeinrichtung einer ersten Gruppe von Messeinrichtungen eines Rundlaufzeitsystems, einer Steuereinrichtung zum Bestimmen der zu bestimmenden Position der Messvorrichtung und einem Speicher mit einem ersten Speicherbereich zum Speichern erster räumlicher Positionskoordinaten und einem Positionsspeicherbereich zum Speichern von Daten der zu bestimmenden Position, wobei die zumindest eine Empfangs- und Sendeeinrichtung ausgestaltet oder gesteuert ist zum Zurücksenden eines weiteren Signals zu der Messvorrichtung nach Empfang des Signals und wobei in der Messvorrichtung zum Bestimmen der Position der Messvorrichtung räumliche Positionskoordinaten der Empfangs- und Sendeeinrichtung und eine Zeitinformation einer Rundlaufzeit bekannt sind oder bestimmbar sind und wobei die Messvorrichtung zur Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung eine zweite Schnittstelle zum Empfangen eines Signals mit einer Zeitinformation von zumindest einer Sendeeinrichtung einer zweiten Gruppe von Messeinrichtungen eines Absolutankunftszeitsystems zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung, einen zweiten Speicherbereich zum Speichern jeweils zweiter räumlicher Positionskoordinaten der zumindest einen zweiten Messeinrichtung und jeweils einer zeitabhängigen Größe entsprechend einem Zeitoffset der Zeitsysteme zwischen der zumindest einen zweiten Messeinrichtung und der Messvorrichtung und einen weiteren Speicherbereich zum Speichern zumindest einer zeitabhängigen weiteren Größe, welche den ersten räumlichen Positionskoordinaten zugeordnet und von der Rundlaufzeit unabhängig ist, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet oder steuerbar ist zum Bestimmen der zu bestimmenden Position mittels sowohl der ersten als auch zweiten räumlichen Positionskoordinaten unter Verwendung der zumindest einen zeitabhängigen Größe und der zumindest einen zeitabhängigen weiteren Größe. Verfahrensgemäß wird entsprechend bevorzugt ein Verfahren zur Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung, bei dem eine Messvorrichtung ein Signal zu zumindest einer Empfangs- und Sendeeinrichtung mit bekannten ersten räumlichen Positionskoordinaten einer ersten Gruppe von Messeinrichtungen eines Rundlaufzeitsystems sendet, die zumindest eine Empfangs- und Sendeeinrichtung nach Empfang des Signals ein weiteres Signal zu der Messvorrichtung zurücksendet, mittels zumindest einer Zeitinformation aus einer Rundlaufzeit vom Senden des Signals bis zum Empfangen des zurückgesendeten Signals und mittels zumindest einem Satz solcher erster räumlicher Positionskoordinaten eine zu bestimmende Position der Messvorrichtung bestimmt wird, von zumindest einer Sendeeinrichtung einer zweiten Gruppe von Messeinrichtungen eines Absolutankunftszeitsystems zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung ein weiteres Signal mit einer von einem Sendezeitpunkt der zweiten Messeinrichtung abhängigen Zeitinformation empfangen wird, wobei zusätzlich jeweils zweite räumliche Positionskoordinaten jeder solcher Sendeeinrichtung empfangen oder bestimmt werden, eine zeitabhängige Größe entsprechend einem Zeitoffset von Zeitsystemen der zumindest einen zweiten Sendeeinrichtung und der Messvorrichtung bestimmt wird, und wobei den ersten räumlichen Positionskoordinaten zumindest eine von der Rundlaufzeit unabhängige zeitabhängige weitere Größe zugeordnet wird und die zu bestimmenden Position in einem gemeinsamen Verarbeitungsablauf mittels sowohl der ersten als auch zweiten räumlichen Positionskoordinaten unter Verwendung der zumindest einen zeitabhängigen Größe und der zumindest einen zeitabhängigen weiteren Größe bestimmt wird.Prefers becomes accordingly a measuring device for position and / or Speed determination with a first interface for sending a signal to at least one receiving and transmitting device a first group of measuring devices of a runtime system, a control device for determining the position to be determined the measuring device and a memory having a first storage area for storing first spatial Position coordinates and a position memory area for storing of data of the position to be determined, wherein the at least one Receiving and transmitting device is designed or controlled for return another signal to the measuring device after receiving the signal and wherein in the measuring device for determining the position of Measuring device spatial Position coordinates of the receiving and transmitting device and time information are known or determinable, and where the Measuring device for position and / or velocity determination a second interface for receiving a signal with a Time information from at least one transmitting device of a second Group of measuring devices of an absolute arrival time system to Position or velocity determination, a second memory area for storing each second spatial Position coordinates of the at least one second measuring device and one time-dependent each Size accordingly a time offset of the time systems between the at least one second Measuring device and the measuring device and another storage area for storing at least one time-dependent further variable, which the first spatial Assigned to position coordinates and independent of the round trip time, wherein the control device is designed or controllable for Determining the position to be determined by means of both the first one as well as second spatial Position coordinates using the at least one time-dependent variable and the at least one time-dependent another size. According to the method will be accordingly preferably a method for position and / or velocity determination, in which a measuring device sends a signal to at least one reception and transmitting means having known first spatial position coordinates a first group of measuring devices of a round trip time system sends, the at least one receiving and transmitting device after receipt the signal sends back another signal to the measuring device, by means of at least one time information from a round trip period from Sending the signal until receiving the returned signal and means at least one set of such first spatial position coordinates a position to be determined of the measuring device is determined, at least one transmitting device of a second group of measuring devices Absolute arrival time system for position or velocity determination another signal with one of a transmission time of the second Dependent on measuring device Time information is received, in each case additionally second spatial Position coordinates of each such transmitting device received or determined be a time-dependent Size accordingly a time offset of time systems of the at least one second transmitting device and the measuring device is determined, and wherein the first spatial Position coordinates at least one independent of the round trip time-dependent further Size assigned and the position to be determined in a common processing sequence by means of both the first and second spatial position coordinates using the at least one time dependent quantity and the at least one time-dependent further size determined becomes.

Die Messvorrichtung und das Verfahren zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung unter Einsatz von Absolutlaufzeiten und Laufzeitunterschieden von Signalen ermöglichen eine Positionsbestimmung auch dann, wenn eine Sichtverbindung zu insgesamt mindestens drei oder vier Sendern solcher Signale besteht, wobei diese nur drei oder vier Signale gemischt sowohl von Systemen auf Basis von Absolutlaufzeiten als auch von Systemen auf Basis von Laufzeitunterschieden stammen können.The Measuring device and the method for position or velocity determination using absolute run times and runtime differences of Enable signals a position determination even if a line of sight to a total of at least three or four transmitters of such signals, these being only three or four signals mixed by both systems based on absolute run times as well as systems based on can come from runtime differences.

Vorzugsweise ist die zweite Schnittstelle als GPS-, GLONASS- oder Galileo-Schnittstelle ausgestaltet und die erste Schnittstelle zum Aussenden des Signals und zum Empfangen eines zu dem Signal quasi-phasenkohärenten Signals als Antwort auf das Signal ausgestaltet.Preferably the second interface is designed as a GPS, GLONASS or Galileo interface and the first interface for sending the signal and for receiving a signal quasi-phase coherent in response to the signal designed to the signal.

Bevorzugt wird die zumindest eine von der Rundlaufzeit unabhängige zeitabhängige weitere Größe zum Erstellen einer Matrizengleichung zugeordnet. Die Matrizengleichung wird dabei mit einer Berechnungsmatrize mit in entweder einer Zeile oder in einer Spalte insgesamt zumindest vier Werten der zeitabhängigen Größe und der von der Rundlaufzeit unabhängigen zeitabhängigen weiteren Größe erstellt. Die Matrizengleichung wird in einfachen Fällen mit einer Berechnungsmatrize mit Werten der zeitabhängigen Größe gleich dem Wert "1" und mit Werten der von der Rundlaufzeit unabhängigen zeitabhängigen weiteren Größe gleich dem Wert "0" vorbelegt.Prefers becomes the at least one independent of the round trip time-dependent further Size to create associated with a matrix equation. The matrix equation is included with a calculation matrix with in either a row or in a column a total of at least four values of the time-dependent size and the independent of the round-trip time time-dependent created another size. The matrix equation is used in simple cases with a calculation matrix with values of time-dependent Size equal the value "1" and with values of independent of the round-trip time time-dependent same size is preset to the value "0".

Ein Gleichungssystem wird entsprechend erstellt und gelöst gemäß

Figure 00120001
mit R als Matrize, mit p± als gemessener oder abgeleiteter Entfernungen zwischen einerseits der Messvorrichtung und andererseits der Sendeeinrichtungen oder der Empfangs- und Sendeeinrichtungen, mit xi, yi, zi als Positionskoordinaten der einzelnen Sendeeinrichtungen oder der Empfangs- und Sendeeinrichtungen, mit M als Berechnungsmatrize und mit Up als Vektor der zu bestimmenden Position X, Y, Z, wobei ein Laufindex i für Daten der Sendeeinrichtungen gesetzt ist gleich 1, 2,..., N und der Laufindex i für Daten der Empfangs- und Sendeeinrichtungen gesetzt ist gleich N+1, N+2, M.A system of equations is created and solved accordingly
Figure 00120001
with R as a template, with p ± as measured or derived distances between on the one hand the measuring device and on the other hand, the transmitting devices or the receiving and transmitting devices, with x i , y i , z i as position coordinates of the individual transmitting devices or the receiving and transmitting devices with M as a calculation matrix and U p as the vector of the position to be determined X, Y, Z, where a running index i is set for data of the transmitting devices is equal to 1, 2, ..., N and the running index i for data of the receiving and transmitting devices is set equal to N + 1, N + 2, M.

Eine Geschwindigkeitsbestimmung wird bevorzugt über eine Erfassung eines Doppler-Effekts oder eine numerische Ableitung von zumindest zwei bestimmten der zu bestimmenden Positionen durchgeführt. Zur Korrektur einer Uhrendrift zwischen den Sendeeinrichtungen und der Messvorrichtung werden bevorzugt weitere zeitabhängige Größen für Daten der Sendeeinrichtungen mit einem Wert ungleich dem Wert "0" sowie weitere von der Rundlaufzeit unabhängige zeitabhängige Größen für die Daten der Empfangs- und Sendeeinrichtungen mit einem Wert gleich "0" eingeführt und verwendet.A Velocity determination is preferred via detection of a Doppler effect or a numerical derivative of at least two particular ones to be determined positions. To correct a clock drift between the transmitting devices and the measuring device are preferred more time-dependent Sizes for data the transmitting devices with a value not equal to the value "0" and more of the round trip time independent time-dependent Sizes for the data the receiving and transmitting devices with a value equal to "0" introduced and used.

Eigenständig vorteilhaft ist auch eine Empfangs- und Sendeeinrichtung als Gegenstation für eine solche Messvorrichtung oder zum Durchführen eines solchen Verfahrens, welche einen Schwingkreis aufweist, der durch das von der Messvorrichtung empfangene Signal zu einer Schwingung angeregt wird und zumindest zeitweise phasenkohärent zum Erzeugen des zu der Messvorrichtung zurückzusendenden Signals schwingt. Vorzugsweise ist eine solche Empfangs- und Sendeeinrichtung ausgestaltet, mit dem zurückzusendenden Signal eine Identifikations-Information und/oder ihre eigenen räumlichen Positions-Koordinaten zurückzusenden.Independently advantageous is also a receiving and transmitting device as a remote station for such Measuring device or for performing Such a method, which has a resonant circuit, the excited by the signal received by the measuring device to a vibration is at least temporarily phase-coherent for generating the to the To send the measuring device back Signal vibrates. Preferably, such a receiving and transmitting device designed to be returned with the Signal an identification information and / or their own spatial To return position coordinates.

Vorteilhaft ist z.B. auch eine Messvorrichtung, bei der die erste Schnittstelle als eine Synchronisationseinheit ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens zur Kurzzeitsynchronisation von Zeit und Frequenz. Alternativ kann eine Empfangs- und Sendeeinrichtung als Gegenstation für eine solche Messvorrichtung oder zum Durchführen eines entsprechenden Verfahrens einen Schwingkreis aufweisen, der nach einem Empfang des Signals von der Messvorrichtung ein frequenz- und zeitkorrigiertes Signal für eine Sendung zur Messvorrichtung bereitstellt.Advantageous is e.g. also a measuring device, where the first interface is formed as a synchronization unit for performing a Method for the high-speed synchronization of time and frequency. alternative may be a receiving and transmitting device as a remote station for such Measuring device or for performing a corresponding method have a resonant circuit, the after receipt of the signal from the measuring device, a frequency and time corrected signal for provides a shipment to the measuring device.

Eine solche als Transponder ausgestaltete aktive Empfangs- und Sendeeinrichtung sendet zu der Messvorrichtung somit vorzugsweise ein quasi-phasenkohärentes Signal zurück. Mit diesem Signal werden zugleich Informationen übertragen, welche der Messvorrichtung eine Identifikation des derart empfangenen Signals und eine Zuordnung zu einem bestimmten Transponder ermöglicht. Vorteilhaft ist dabei, die Positions-Koordinaten des Transponders mitzusenden, so dass diese der Messvorrichtung unabhängig von einem bereits vorprogrammierten Einsatzort oder nach Montage eines weiteren Transponders vorliegen. Vorteilhaft ist die Übertragung der Positions-Koordinaten mittels des zurückgesendeten Signals somit insbesondere mit Blick darauf, dass die Positions-Koordinaten nicht zuvor über eine weitere Schnittstelle in der Messvorrichtung hinterlegt werden müssen.A such configured as a transponder active receiving and transmitting device thus preferably sends to the measuring device a quasi-phase coherent signal back. At the same time, this signal is used to transmit information relating to the measuring device an identification of the signal thus received and an assignment allows for a specific transponder. It is advantageous the position coordinates the transponder mitzusenden so that these of the measuring device independently from a pre-programmed location or after installation another transponder present. The transfer is advantageous the position coordinates by means of the returned signal thus especially with a view to the fact that the position coordinates are not previously about another interface can be stored in the measuring device have to.

Vorteilhaft ist eine solche Messvorrichtung oder ein solches Verfahren besonders dann, wenn zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung weniger als vier Signale von Sendeeinrichtungen eines Absolut-Ankunftszeitsystems und weniger als drei oder vier Signale einer Empfangs- und Sendeeinrichtung eines Rundlauf-Zeitsystems empfangen und verwendet werden. Eine Messvorrichtung fusioniert die empfangenen Daten in einem solchen Fall zwingend in Art eines nahtlosen Übergangs, so dass scheinbare Ortssprünge bei einem Wechsel von dem einen auf das andere System vermieden werden. Natürlich können auch mehr Signale der verschiedenen Positionsbestimmungssysteme empfangen und verwendet werden, was einen noch nahtloseren Übergang ermöglicht, wobei gegebenenfalls ein Verfahren zur Lösung überbestimmter Gleichungssysteme verwendet wird.Such a measuring device or such a method is advantageous in particular if less than four signals from transmitting devices of an absolute arrival time system and less than three or four signals of a receiving and transmitting device of a concentricity time system are received and used for position or velocity determination. In such a case, a measuring device necessarily fuses the received data in the manner of a seamless transition, so that apparent local jumps in the case of a change from one system to the other are avoided. Of course, more signals from the various positioning systems can be received and used, which is still allows for a more seamless transition, optionally using a method of solving overdetermined systems of equations.

Die Steuereinrichtung einer solchen Messvorrichtung ist bevorzugt zum Durchführen eines derart beschriebenen Verfahrens ausgestaltet oder programmiert.The Control device of such a measuring device is preferred for Carry out designed or programmed such a method described.

Eigenständig vorteilhaft ist außerdem ein Computerprogramm in einer solchen Messvorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. Ein solches Computerprogramm ermöglicht vorteilhaft den Einsatz einer Messvorrichtung auch für den Fall, dass weniger Sendeeinrichtungen bzw. Empfangs- und Sendeeinrichtungen verfügbar sind, als für das jeweilige Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmungssystem zur eigenständigen Bestimmung der Position erforderlich wären. Außerdem wird vorteilhaft ein nahtloser Übergang von einem auf das andere System ermöglicht, wenn die Messvorrichtung beispielsweise aus einem Außenbereich eines Gebäudes in das Gebäude hinein bewegt wird.Independently advantageous is also a computer program in such a measuring device for performing a such process. Such a computer program allows advantageous the use of a measuring device even in the event that fewer transmitting devices Receiving and transmitting devices are available than for the respective Position or velocity determination system for independent determination the position would be required. Furthermore will advantageously be a seamless transition from one to the other system allows when the measuring device for example, from an outdoor area of a building in the building is moved into it.

Das besonders bevorzugte Verfahren bzw. die bevorzugte Messvorrichtung beziehen nun ausgehend von einem System gemäß z.B. DE 101 55 251 A1 für phasenkohärente Verfahrensweisen oder DE 101 57 931 C2 für kurzzeitsynchronisierte Verfahrensweisen einzelne weitere aktive Einheiten als so genannte Transponder anstelle von Pseudo-Satelliten mit ein, so dass in einer direkten Fusion von ATOA-Satelliten und lokalen Einheiten nur einmal ein Entfernungswert bestimmt wird. Besonders ist dabei die technisch Einfachheit der Transponder, die ohne gemeinsames Zeitnormal mit den ATOA-Satelliten auskommen. Dadurch sind insbesondere auch kostenintensive Vorrichtungen mit Atomuhren entbehrlich. Die bevorzugte Umsetzung ermöglicht somit das Schließen von nicht abgedeckten Bereichen mit geringem Aufwand. Zudem entfällt die auf einem Schwellwert basierte diskrete Umschaltung zwischen verschiedenen Systemen, so dass z.B. ein Übergang auf ein lokales System technisch einfacher und genauer wird. Harte Ortssprünge werden somit bei geeigneter Positionierung der ortsfesten Transponder vermieden.The particularly preferred method or the preferred measuring device now relate starting from a system according to eg DE 101 55 251 A1 for phase coherent procedures or DE 101 57 931 C2 for short-time synchronized procedures, include single additional active units as so-called transponders instead of pseudo-satellites so that a distance value is determined only once in a direct fusion of ATOA satellites and local units. The technical simplicity of the transponders, which manage without the common time standard with the ATOA satellites, is particularly important here. As a result, in particular cost-intensive devices with atomic clocks are dispensable. The preferred implementation thus allows the closing of uncovered areas with little effort. In addition, the threshold-based discrete switching between different systems is eliminated, so that, for example, a transition to a local system becomes technically simpler and more accurate. Hard local jumps are thus avoided with suitable positioning of the stationary transponder.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 schematisch eine mobile Messvorrichtung zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung, welche Signale zur Entfernungsbestimmung von Sende- und Empfangseinrichtungen eines Rundlauf-Zeitsystems und weitere Signale von Sendeeinrichtungen eines Absolut-Ankunftszeitsystems zur Entfernungsbestimmung empfängt, 1 schematically a mobile measuring device for position or velocity determination, which receives signals for determining the distance of transmitting and receiving devices of a concentricity time system and other signals from transmitting devices of an absolute arrival time system for determining distance,

2 schematisch eine Erdkugel mit verschiedenen Komponenten eines solchen Systems, und 2 schematically a globe with various components of such a system, and

3 schematisch einen Ausschnitt eines Speichers zur Datenspeicherung mit verschiedenen Speicherbereichen, welche für eine Positionsbestimmung gemäß einem bevorzugten Verfahren belegt werden. 3 schematically a section of a memory for data storage with different memory areas, which are occupied for a position determination according to a preferred method.

Wie aus 1 ersichtlich, soll die Position und/oder Geschwindigkeit eines Fahrzeugs F im Bereich innerhalb und außerhalb eines Gebäudes G möglichst genau bestimmt werden können. Dazu ist das Fahrzeug F mit einer Messvorrichtung BS ausgestattet, welche auch als Basisstation bezeichnet werden kann. Zur Positionsbestimmung werden von der Messvorrichtung BS Signale verwendet, welche die Messvorrichtung BS von vorzugsweise zwei oder mehr verschiedenartigen Entfernungsbestimmungs-Systemen empfängt.How out 1 can be seen, the position and / or speed of a vehicle F in the area inside and outside a building G can be determined as accurately as possible. For this purpose, the vehicle F is equipped with a measuring device BS, which can also be referred to as a base station. For determining the position of the measuring device BS signals are used, which receives the measuring device BS of preferably two or more different distance determining systems.

Ein erstes Entfernungsbestimmungs-Systemen beruht dabei auf Rundlaufzeiten von ersten Signalen s, welche von der Messvorrichtung BS zu Sende- und Empfangseinrichtungen, insbesondere so genannten Transpondern T, gesendet und von dort zurückgesendet werden. Bei der Anwendung eines solchen Rundlaufzeitsystems RTOF empfängt die Messvorrichtung BS Signale von vorzugsweise einer Vielzahl solcher Transponder T. Anhand der Laufzeit der Signale und einer gegebenenfalls bekannten Verzögerung durch eine Signalverarbeitung in den Transpondern T sowie durch Kenntnis der genauen Positionen xi, yi, zi der Transponder T kann die Messvorrichtung BS in für sich bekannter Art und Weise ihre Position X, Y, Z bestimmen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Messvorrichtung BS jedoch nur im Empfangsbereich zweier Transponder T. Eine zwei- oder gar dreidimensionale Positionsbestimmung ist daher nicht eindeutig möglich.A first distance determination system is based on round trip times of first signals s, which are sent by the measuring device BS to transmitting and receiving devices, in particular so-called transponders T, and are sent back from there. When using such a round trip time system RTOF, the measuring device BS receives signals from preferably a plurality of such transponders T. On the basis of the transit time of the signals and an optionally known delay by signal processing in the transponders T and by knowing the exact positions x i , y i , z In the transponder T, the measuring device BS can determine its position X, Y, Z in a manner known per se. In the illustrated embodiment, however, the measuring device BS is only in the reception range of two transponders T. A two- or even three-dimensional position determination is therefore not clearly possible.

Neben Transpondern T, welche das Signal s der Messvorrichtung BS empfangen, aktiv verarbeiten und ein eigenständiges Antwortsignal zurücksenden, sind auch passive Transponder T einsetzbar, welche ohne eine eigenständige Datenverarbeitung lediglich das empfangene Signal s mit gegebenenfalls einer Modulation oder sonstigen Kennung zurücksenden. Entscheidend ist, dass die Messvorrichtung BS anhand des empfangenen zurückgesendeten Signals den entsprechenden Transponder und/oder dessen genaue Position eindeutig bestimmen kann. Besonders bevorzugt werden Transponder T eingesetzt, welche ein quasi-phasenkohärentes Signal als Antwort auf das von der Messvorrichtung BS ausgesendete ursprüngliche Signal zurücksenden, wie dies ebenfalls für sich genommen bekannt ist. Alternativ sind für kurzzeitsynchronisierte Verfahrensweisen zeitsynchrone und frequenzsynchrone Verfahren einsetzbar.In addition to transponders T, which receive the signal s of the measuring device BS, actively process and return an independent response signal, passive transponder T are used, which send back without an independent data processing only the received signal s with optionally a modulation or other identifier. It is crucial that the measuring device BS on the basis of the received returned signal, the corresponding transponder and / or its exact position clearly determine. Transponders T are particularly preferably used which send back a quasi-phase-coherent signal in response to the original signal emitted by the measuring device BS, as is also known per se. Alternatively, synchronous and frequency-synchronous methods can be used for short-time synchronized procedures.

Die Messvorrichtung BS umfasst als Komponente eines zweiten Entfernungsbestimmungs-Systems außerdem einen GPS-Empfänger, welcher Signale von Satelliten SA als beispielhaften Sendeeinrichtungen eines Absolut-Ankunftszeitsystems ATOA empfangen und auswerten kann. Diese empfangenen Signale umfassen eine Zeitmarke als Zeitinformation ti, welche der Sendezeit beim Satelliten SA entspricht oder äquivalent dazu in einem festen Bezug steht. Außerdem umfasst das empfangene Signal eine Information, mittels welcher die Messvorrichtung BS die momentane Position des Satelliten SA zum Sendezeitpunkt bestimmen kann. Entsprechend ist die Messvorrichtung bei Empfang von Signalen einer ausreichenden Anzahl von Satelliten SA in der Lage, ihre momentane Position eindeutig zu bestimmen, wie dies für sich genommen bekannt ist. Vorliegend ist die Messvorrichtung BS jedoch aufgrund Abschattung durch das Gebäude G nicht in der Lage, eine ausreichende Anzahl von Satellitensignalen zu empfangen.The measuring device BS also includes, as a component of a second distance determination system, a GPS receiver which can receive and evaluate signals from satellites SA as exemplary transmission devices of an absolute arrival time system ATOA. These received signals comprise a time stamp as time information t i which corresponds to the transmission time at the satellite SA or is equivalently in a fixed reference. In addition, the received signal comprises information by means of which the measuring device BS can determine the instantaneous position of the satellite SA at the time of transmission. Accordingly, upon receiving signals from a sufficient number of satellites SA, the measuring device is able to unambiguously determine its instantaneous position, as is known per se. In the present case, however, the measuring device BS is not able to receive a sufficient number of satellite signals due to shadowing by the building G.

Zur Steuerung der Messvorrichtung BS sowie der Signalverarbeitung in dieser weist die Messvorrichtung vorzugsweise eine Steuereinrichtung C auf. Diese ist über Leitungen und/oder ein Bussystem mit weiteren Komponenten verbunden. Insbesondere ist eine erste Schnittstelle IF1 zum Senden des Signals s zu den Transpondern T und zum Empfangen von zurückgesendeten Signalen in der Messvorrichtung BS bereitgestellt. Außerdem ist eine zweite Schnittstelle IF2 zum Empfangen von Signalen der Satelliten SA bereitgestellt. Die Messvorrichtung kann somit mittels der Steuereinrichtung C sowohl die Funktionalität zweier verschiedenartiger Schnittstellen steuern sowie die darüber zu sendenden bzw. zu empfangenden Daten verarbeiten. Mittels einer weiteren Schnittstelle IF3 kann die Steuereinrichtung C auch mit weiteren externen Vorrichtungen kommunizieren, beispielsweise um Positionsdaten von neu aufgestellten Transpondern oder weiteren Positionserfassungssystemen einzulesen. Über derartige weitere Schnittstellen IF3 können auch Daten oder Steueranweisungen an weitere Komponenten wie beispielsweise ein Navigationssystem ausgegeben werden.to Control of the measuring device BS and the signal processing in this preferably has the measuring device a control device C on. This is over Lines and / or a bus system connected to other components. In particular, a first interface IF1 for transmitting the signal s to transponders T and to receive returned Signals provided in the measuring device BS. Besides that is a second interface IF2 for receiving signals from the satellites SA provided. The measuring device can thus by means of the control device C both the functionality control two different interfaces as well as the ones to be sent or to process data to be received. By means of another interface IF3, the control device C can also communicate with other external devices, For example, to position data of newly established transponders or read in further position detection systems. About such other interfaces IF3 can also data or control statements to other components such as a navigation system are issued.

Insbesondere umfasst die Messvorrichtung BS zumindest einen Speicher S zum Speichern von Steuerprogrammen und Daten. In dem Speicher S ist ein erster Speicherbereich S1 für Daten reserviert, welche in Bezug zu dem Rundlauf-Zeitsystem RTOF stehen. Ein zweiter Speicherbereich S2 dient zum Speichern von Daten des Absolut-Ankunftszeitsystem ATOA. In einem weiteren Speicherbereich Sk sind Daten der momentanen Position X, Y, Z hinterlegbar. Außerdem sind eigenständig oder den entsprechenden Speicherbereichen zugeordnet in einem noch weiteren Speicherbereich St Daten hinterlegt, welche zur Berechnung der momentanen und zu bestimmenden Position X, Y, Z der Messvorrichtung BS mit Hilfe der Daten des ersten und des zweiten Speicherbereichs S1, S2 dienen. Dies sind insbesondere ein Zeit-Offset bzw. ein mittels der Lichtgeschwindigkeit als Ausbreitungsgeschwindigkeit berechneter und dementsprechender räumlicher Offset Crr, welcher einer Zeitdifferenz des Zeitsystems der Messvorrichtung BS und des mit Atomuhren ausgestatteten Absolut-Ankunftszeitsystems ATOA entspricht. Zur Berechnung der momentanen Position mittels der von dem Satelliten SA empfangenen Daten ist dieser zeitliche Offset oi als eine Variable zur Lösung eines Gleichungssystems zwingend erforderlich. Anderenfalls wäre eine Matrizen-Invertierung nicht möglich, welche zur Lösung des Gleichungssystems erforderlich ist.In particular, the measuring device BS comprises at least one memory S for storing control programs and data. In the memory S, a first storage area S1 is reserved for data related to the round trip time system RTOF. A second memory area S2 serves to store data of the absolute arrival time system ATOA. In a further memory area Sk, data of the current position X, Y, Z can be stored. In addition, independently or assigned to the corresponding memory areas, St data are stored in an even further memory area, which data are used to calculate the current and to-be-determined position X, Y, Z of the measuring device BS with the aid of the data of the first and second memory areas S1, S2. These are in particular a time offset or a spatial offset Crr calculated by the speed of light as the propagation speed and corresponding thereto, which corresponds to a time difference of the time system of the measuring device BS and of the absolute arrival time system ATOA equipped with atomic clocks. In order to calculate the current position using the received data from the satellite SA this temporal offset o i as a variable for solving a system of equations is required. Otherwise, a matrix inversion that is required to solve the equation system would not be possible.

Um die Daten des Rundlauf-Zeitsystems RTOF gemeinsam mit den Daten des Absolut-Ankunftszeitsystems ATOA verarbeiten zu können, das heißt in die Matrizen-Invertierung mit einbringen zu können, wird ein zusätzlicher Speicherbereich für einen entsprechenden von der Rundlaufzeit nicht abhängenden zeitabhängigen Offset oi* bereitgestellt.In order to be able to process the data of the concentricity time system RTOF together with the data of the absolute arrival time system ATOA, that is to be able to introduce into the matrix inversion, an additional memory area is created for a corresponding time-dependent offset o i * which does not depend on the round-trip time. provided.

1 verdeutlicht die Vorteile der bevorzugten Ausführungsform an Hand einer typischen Anordnung. Das mobile GPS-System als das Absolutankunftszeitsystem ATOA an dem Fahrzeug F ist auf einer Seite seitlich abgeschattet durch das Gebäude G. Zur Einrichtung eines lokalen Systems als das Rundlaufzeitsystem RTOF steht im Außenbereich des Gebäudes G nur die Gebäudewand des Gebäudes G als Montageort für ein lokales System zur Verfügung. Dadurch kann das verfügbare Messareal vom jeweiligen System nur einseitig ausgeleuchtet werden. Bei einer separaten Positionsbestimmung sind die Kreisschnitte jedes der beiden Systeme schlecht konditioniert und der entstehende Messfehler ist nicht durch Mittelung der jeweiligen Resultate zu kompensieren. Bei einer bevorzugten direkten Fusion von Messdaten beider Systeme wird die Fläche beidseitig ausgeleuchtet und die schlechte Konditionierung damit aufgehoben. 1 illustrates the advantages of the preferred embodiment with reference to a typical arrangement. The mobile GPS system as the absolute arrival time system ATOA on the vehicle F is laterally shaded on one side by the building G. To set up a local system as the round trip time system RTOF is in the outer area of the building G only the building wall of the building G as a mounting location for a local System available. As a result, the available measuring area can only be illuminated by the respective system on one side. In a separate position determination, the circular sections of each of the two systems are poorly conditioned and the resulting measurement error can not be compensated by averaging the respective results. In a preferred direct fusion of measurement data of both systems, the area is illuminated on both sides and thus the bad conditioning canceled.

Um eine direkte Fusion der Daten beider Systeme ATOA, RTOF durchführen zu können, muss das Problem des gemeinsamen Zeitnormals gelöst werden. Dies wird bevorzugt durch eine gleichzeitige Verwendung von RTOF- bzw. Absoluttranspondern als den Transpondern T erreicht. Es werden separat Radien bzw. die Entfernung ρi zu den Transpondern T und den Satelliten SA gemessen. Die technische Neuerung besteht in der nachfolgenden direkten Fusion der einzelnen Entfernungen ρi bzw. der Radien der Positionen xi, yi, z1 der Transponder T bzw. der Satelliten SA der beiden Systeme RTOF und ATOA zu der Empfängerposition X, Y, Z.In order to be able to perform a direct fusion of the data of both systems ATOA, RTOF, the problem of the common time standard has to be solved. This is preferred by concurrent use tion of RTOF or absolute transponders than the transponders T. Radii or the distance ρ i to the transponders T and the satellite SA are measured separately. The technical innovation consists in the following direct fusion of the individual distances ρ i or the radii of the positions x i , y i , z 1 of the transponder T or the satellites SA of the two systems RTOF and ATOA to the receiver position X, Y, Z ,

Als Empfangsdaten eines GPS-Geräts werden von N teilnehmenden Satelliten SA des Absolutankunftszeitsystems ATOA jeweils 4 momentane Positionen xi, yi, zi der Satelliten SA mit i = 1, 2, 3 als Positionskoordinaten und eine Zeitinformation ti erhalten. Zwischen der empfangenen Zeitinformation t0 und einer zum Empfangszeitpunkt in der Messvorrichtung bzw. dem GPS-Gerät momentanen Zeitinformation t0* besteht ein unbekannter individueller Zeitoffset t0* – t0 zu der Zeitinformation t0 mit der Sendezeit des Satelliten SA. Dieser Zeitoffset t0* – t0 entsteht dadurch, dass als Uhr CLK* empfängerseitig üblicherweise keine derart genaue Atomuhr CLK wie in den Satelliten SA vorhanden ist. Unter Ansatz der Lichtgeschwindigkeit als Ausbreitungsgeschwindigkeit der empfangenen Signale steht der unbekannte Zeitoffset t0* – t0 in einem festen Verhältnis zu einem entsprechenden unbekannten radialen Offset Crr. Für jeden Satelliten SA werden aus den momentanen Positionen xi, yi, zi der Satelliten SA und der Zeitinformation ti Pseudoradien, d.h. die um den unbekannten individuellen Zeitoffset bzw. den entsprechenden radialen Offset Crr verlängerten eigentlichen Radien bzw. Entfernungen ρi bestimmt, wobei der Erdradius r als bekannt angenommen wird. Daraus folgt für die Empfangsdaten des Absolutankunftszeitsystems ATOA das Gleichungssystem

Figure 00200001
mit u.a. RA als Matrize der gemessenen bzw. aus Empfangsdaten abgeleiteten Zeitinformation ti bestimmten Entfernungen ρi bzw. bekannten Positionskoordinaten xi, yi, zi der einzelnen Satelliten SA relativ zu der Basisstation BS, MA als Messsensitivitätsmatrize (Measurement Sensitivity Matrix) bzw. Berechnungsmatrize und UAp als Radius bzw. zu bestimmender Position X, Y, Z der GPS-Empfangsstation, welche in der Messvorrichtung BS integriert oder an dieser angeschlossen ist. Der Laufindex wird dabei auf i = 1, 2, ..., N gesetzt. Die einzelnen Größen in räumlicher Relation sind auch 2 anschaulich entnehmbar.As receiving data of a GPS device, 4 instantaneous positions x i , y i , z i of the satellites SA with i = 1, 2, 3 as position coordinates and time information t i are obtained from N participating satellites SA of the absolute arrival time system ATOA. Between the received time information t 0 and an instantaneous time information t 0 * present at the time of reception in the measuring device or the GPS device, there is an unknown individual time offset t 0 * -t 0 to the time information t 0 with the transmission time of the satellite SA. This time offset t 0 * - t 0 arises from the clock CLK * usually no such exact atomic clock CLK as in the satellites SA at the receiver end. By assuming the speed of light as the propagation speed of the received signals, the unknown time offset t 0 * -t 0 is in a fixed relationship to a corresponding unknown radial offset Crr. For each satellite SA are derived from the current positions x i, y i, z i of the satellite SA and the time information t i pseudo radii, ie, the individual for the unknown time offset or the corresponding radial offset Crr ρ extended actual radii or distances determined i , where the earth radius r is assumed to be known. This results in the equation system for the receive data of the absolute arrival time system ATOA
Figure 00200001
with, inter alia, R A as a template of the measured or received data derived from time information t i certain distances ρ i or known position coordinates x i , y i , z i of the individual satellites SA relative to the base station BS, M A as Messsensitivitätsmatrize (Measurement Sensitivity Matrix ) or calculation matrix and U Ap as the radius or position to be determined X, Y, Z of the GPS receiving station, which is integrated in the measuring device BS or connected to this. The run index is set to i = 1, 2, ..., N. The individual sizes in spatial relation are also 2 clearly removable.

Unbekannt sind in diesem Gleichungssystem die zu bestimmende Position X, Y, Z der Messvorrichtung BS und der radiale Offset Crr, welcher sich aus dem unbekannten Zeitoffset t0* – t0 zwischen der Uhrzeit t0* in der Messvorrichtung BS und der Uhrzeit t0 in den Satelliten ergibt.Unknown in this system of equations are the position X, Y, Z of the measuring device BS to be determined and the radial offset Crr which results from the unknown time offset t 0 * -t 0 between the time t 0 * in the measuring device BS and the time t 0 in the satellites.

Gemäß der beispielhaften Anordnung nach 1 mit nur N = 2 empfangbaren Satelliten SA und somit nur i = 2 verwendbaren Sätzen aus Positionskoordinaten (x1, y1, z1), (x1, y2, z2) und abgeleitete Radien bzw. Entfernungen ρ1, ρ2 lässt sich aus dieser Formel die momentane räumliche bestimmender Position X, Y, Z der GPS-Empfangsstation jedoch noch nicht bestimmen.According to the exemplary arrangement according to 1 with satellites SA which can only be received by N = 2 and thus only i = 2 usable sets of position coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ), (x 1 , y 2 , z 2 ) and derived radii or distances ρ 1 , ρ 2 However, from this formula, the current spatial determining position X, Y, Z of the GPS receiving station can not yet be determined.

Für die Transponder T des Rundlaufzeitsystems RTOF lässt sich verfahrensgemäß analog unter fortlaufender Nummerierung der beteiligten Einheiten ein entsprechendes Gleichungssystem aufstellen. Dabei gilt

Figure 00210001
mit u.a. RR als Matrize der gemessenen bzw. aus Empfangsdaten erhaltenen Positionskoordinaten xi, yi, zi und aus der bestimmten Zeitinformation ti berechneten Entfernungen ρi der Basisstation BS relativ zu den einzelnen Transpondern T, MR als Berechnungsmatrize und URp als Radius bzw. zu bestimmender Position X, Y, Z der Messvorrichtung BS. Der Laufindex wird dabei auf i = N+1, N+2,..., M gesetzt.For the transponder T of the runtime system RTOF can be set up according to the method analogous under continuous numbering of the units involved a corresponding system of equations. It applies
Figure 00210001
with, inter alia, R R as a template of the measured or obtained from the received data the position coordinates x i, y i, z i and from the determined time information t i calculated distances ρ i the base station BS with respect to the individual transponders T, M R as Berechnungsmatrize and U Rp as the radius or position to be determined X, Y, Z of the measuring device BS. The run index is set to i = N + 1, N + 2, ..., M.

Das Gleichungssystem beinhaltet keinen Zeitoffset, da die Entfernungsmessung beim Rundlaufzeitsystem RTOF "hin und zurück", also absolut erfolgt. Ggf. wird ein konstanter Zeitversatz berücksichtigt, welcher durch eine Datenverarbeitung als Antwortzeit in den Transpondern T entstehen kann.The system of equations does not include a time offset, since the distance measurement during round trip time system RTOF "back and forth", that is done absolutely. Possibly. a constant time offset is taken into account, which can arise as a response time in the transponder T by a data processing.

Gemäß der beispielhaften Anordnung nach 1 mit ebenfalls nur N = 2 seitens der Messvorrichtung BS empfangbaren Transpondern T und somit nur i = 2 bestimmbaren Sätzen aus Positionskoordinaten (xN+1, yN+1, zN+1), (xN+2, yN+2, zN+2) bzw. abgeleitete Entfernungen ρN+1, ρN+2 lässt sich aus dieser Formel die momentane räumliche Empfängerposition X, Y, Z der GPS-Empfangsstation jedoch ebenfalls noch nicht bestimmen.According to the exemplary arrangement according to 1 with also only N = 2 transceivers T receivable by the measuring device BS and thus only i = 2 determinable sets of position coordinates (x N + 1 , y N + 1 , z N + 1 ), (x N + 2 , y N + 2 , z N + 2 ) or derived distances ρ N + 1 , ρ N + 2 , however, can not yet be determined from this formula the current spatial receiver position X, Y, Z of the GPS receiving station.

Um ein einheitliches Gleichungssystem zur direkten Lösung zu bekommen, wird dieses Gleichungssystem (2) um einen fiktiven radialen Offset Crr ergänzt und in der Berechnungsmatrize MR eine weitere Spalte eingeführt. Der fiktive radiale Offset Crr entspricht funktionell dem radialen Offset Crr, welcher sich gemäß Gleichung (1) aus dem unbekannten Zeitoffset t0* – t0 zwischen der Uhrzeit t0* in der Messvorrichtung BS und der Uhrzeit t0 in den Satelliten ergibt. Da beim Rundlaufzeitsystem RTOF jedoch keine zueinander verschiedenen Uhren verwendet werden, kann der fiktive räumliche Offset Crr als Null oder zumindest als bekannte Konstante angenommen werden. Insbesondere im ersten Fall werden daher die Werte dieser weiteren Spalte gleich Null gesetzt. Damit erhält man:

Figure 00220001
In order to obtain a uniform equation system for direct solution, this system of equations (2) is supplemented by a fictitious radial offset Crr and a further column is introduced in the calculation matrix MR. The notional radial offset Crr corresponds functionally to the radial offset Crr, which according to equation (1) results from the unknown time offset t 0 * -t 0 between the time t 0 * in the measuring device BS and the time t 0 in the satellites. However, since no clocks different from one another are used in the round trip time system RTOF, the fictitious spatial offset Crr can be assumed to be zero or at least a known constant. In particular, in the first case, therefore, the values of this further column are set to zero. This gives you:
Figure 00220001

Dadurch wird eine Kombination der beiden Matrizengleichungen (1), (3) und somit eine direkte kombinierte Datenverarbeitung der Empfangsdaten beider Systeme, ATOA und RTOF, ermöglicht, indem die Zeilen der Daten der beiden Systeme einfach unter fortlaufender Nummerierung des Laufindexes i = 1, 2,..., N, N+1, N+2,..., M gemäß vorstehendem Schema untereinander geschrieben werden.Thereby becomes a combination of the two matrix equations (1), (3) and thus a direct combined data processing of the received data Both systems, ATOA and RTOF, made possible by the lines of the Data of the two systems simply under consecutive numbering the running index i = 1, 2, ..., N, N + 1, N + 2, ..., M according to the above Scheme to be written among each other.

Figure 00230001
Figure 00230001

Dieses Gleichungssystem ermöglicht jetzt die direkte Positionsbestimmung mittels der Empfangsdaten aus allen gemessenen Satelliten SA und Transpondern T. Prinzipiell werden dabei immer 4 beteiligte Einheiten benötigt, um die Position X, Y, Z und den fiktiven räumlichen Offset Crr bzw. den Zeitoffset t0* – t0 der Messvorrichtung BS zu schätzen. Sind keine Satelliten SA bzw. GPS-Einheiten beteiligt, so kann nur die Position X, Y, Z geschätzt werden und nicht der Zeitoffset t0* – t0. Werden mehr als 4 Einheiten vermessen, dann ist das Gleichungssystem überbestimmt und kann mit den für sich bekannten Mitteln zur Lösung überbestimmter Gleichungssysteme ausgewertet werden.This system of equations now enables the direct determination of position by means of the received data from all satellites SA and transponders T. Basically, 4 involved units are always required to determine the position X, Y, Z and the fictitious spatial offset Crr or the time offset t 0 * - t 0 of the measuring device BS estimate. If no satellites SA or GPS units are involved, then only the position X, Y, Z can be estimated and not the time offset t 0 * - t 0 . If more than 4 units are measured, then the system of equations is overdetermined and can be evaluated with the means known per se for solving overdetermined equation systems.

Vorteilhaft lässt sich mittels einer solchen Verfahrensweise die absolute zu bestimmende Position X, Y, Z der Basisstation BS mit der integrierten oder daran angeschlossenen GPS-Empfangsstation mit unterschiedlichen Kombinationen bestimmen. Möglich sind neben der vorstehend beschriebenen Kombination von Empfangsdaten aus 2 Sendestationen bzw. Satelliten SA des Absolutankunftszeitsystems ATOA und 2 Sendestationen bzw. Transpondern T des Rundlaufzeitsystems RTOF insbesondere auch Kombination von Empfangsdaten aus einer Sendestation des Absolutankunftszeitsystems ATOA und 3 Sendestationen des Rundlaufzeitsystems RTOF, Kombination von Empfangsdaten aus 3 Sendestationen des Absolutankunftszeitsystems ATOA und einer Sendestation des Rundlaufzeitsystems RTOF.Advantageously, by means of such a procedure, the absolute position X, Y, Z of the base station BS to be determined with the integrated or connected GPS receiving station can be determined with different combinations. In addition to the above-described combination of reception data from 2 transmitting stations or satellites SA of the absolute arrival time system ATOA and 2 transmitting stations or transponders T of the round trip time system RTOF, it is also possible to combine reception data from a transmitting station of the absolute arrival time system ATOA and 3 transmitting stations of the round trip time system RTOF, combination of reception data from 3 transmitting stations of the Absolutankunftszeitys ATOA and a broadcasting station RTOF.

Besonders vorteilhaft ist dabei die nahtlose Fusion der entsprechenden Daten. Dadurch kann neben der Verbesserung der Ausleuchtung ein nahtloser Übergang zwischen z.B. GPS und LPS erfolgen, indem je nach Sichtbarkeit zuerst einzelne Einheiten des anderen Systems mit einbezogen werden, dann eine höhere Anzahl und am Ende keine Einheiten des anderen Systems mehr. Dadurch wird der bisherige technische Aufwand einer schwellwertgestützten Umschaltung zwischen GPS und LPS vermieden und zudem die Genauigkeit im Übergangsbereich erhöht.Especially advantageous is the seamless fusion of the corresponding data. As a result, in addition to the improvement of the illumination a seamless transition between e.g. GPS and LPS are done first by visibility depending on visibility individual units of the other system are involved, then a higher number and in the end no units of the other system anymore. This will the previous technical effort of a threshold-based switching between GPS and LPS avoided and also the accuracy in the transition area elevated.

Nach der Bestimmung der zu bestimmenden Position (X, Y, Z) aus allen beteiligten Einheiten kann auch die Geschwindigkeit v = v(X, Y, Z) des Objektes, d.h. der Messvorrichtung BS, direkt aus allen beteiligten Einheiten bestimmt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich die N Satelliten mit bekannter Geschwindigkeit relativ zur Erde bewegen, die M-N lokalen Einheiten bzw. Transponder dagegen ortsfest sind. Es gilt also

Figure 00240001
After determining the position to be determined (X, Y, Z) from all participating units, the speed v = v (X, Y, Z) of the object, ie the measuring device BS, can be determined directly from all participating units. It should be noted that the N satellites move at a known speed relative to the earth, whereas the MN local units or transponders are stationary. So it applies
Figure 00240001

Zudem wird eine Radialgeschwindigkeit v ρi, i.=1..M für die N Satelliten und die M-N RTOF-Einheiten gemessen, z.B. über den Dopplereffekt oder über eine numerische Ableitung der Ortspositionen. Erweitert man das bestehende Model gemäß Gleichung (1) analog zur vorherigen Entfernungsmessung, so folgt

Figure 00250001
In addition, a radial velocity v ρ i , i. = 1..M is measured for the N satellites and the MN RTOF units, for example via the Doppler effect or via a numerical derivative of the spatial positions. If one extends the existing model according to equation (1) analogously to the previous distance measurement, then follows
Figure 00250001

Wie zuvor kann man den Geschwindigkeitsvektor durch Lösen des Gleichungssystems ermitteln. Falls mehr als 3 Einheiten beigetragen haben, ist das Gleichungssystem überbestimmt und mit den bekannten Methoden auszuwerten.As before you can get the velocity vector by loosening the Determine system of equations. If more than 3 units contributed have, the system of equations is overdetermined and to evaluate with the known methods.

Üblicherweise erfolgt die Auswertung der einzelnen Messungen über eine Kalmanfilterung. Dabei läßt sich die Berechnungsmatrize MA des Absolutankunftszeitsystems ATOA Systems wie vorher gezeigt um die Gleichungen des Rundlaufzeitsystems RTOF erweitern und man erhält folgende Matrize:

Figure 00250002
mit h als Koeffizienten von H als Beobachtermatrix (engl. measurement sensitivity matrix).The evaluation of the individual measurements usually takes place via Kalman filtering. In this case, the calculation matrix MA of the absolute arrival time system ATOA Systems can be expanded by the equations of the round trip time system RTOF as shown previously, and the following matrix is obtained:
Figure 00250002
with h as coefficients of H as an observation matrix (English: measurement sensitivity matrix).

Werden weitere Spalten z.B. bzgl. der Uhrendrift des Absolutankunftszeitsystems ATOA eingeführt, so sind diese für die Transponder T des Rundlaufzeitsystems RTOF in der entsprechenden Spalte auf 0 zu setzten. Ansonsten ist mit dem Aufstellen der Matrize H gemäß Gleichung (7) die Integration der Transponder T des Rundlaufzeitsystems RTOF in den Kalmanfilter-Prozess des Absolutankunftszeitsystems ATOA abgeschlossen und der Kalmanfilter kann konventionell berechnet werden. Dabei kann die Aktualisierung des Kalmanfilters sequentiell erfolgen. Somit können die Werte einzelner Satelliten SA oder bodengestützter 1D-Messungen sofort mit berücksichtigt werden. Entsprechende Korrekturwerte z.B. für differential GPS in Matrizenform für GPS-Daten werden dann analog um 0 Werte bei den lokalen Positionierungsdaten erweitert.Become further columns e.g. regarding the clock drift of the absolute arrival time system ATOA introduced, so are these for the transponder T of the runtime system RTOF in the corresponding Column set to 0. Otherwise, with the erection of the matrix H according to equation (7) the integration of the transponder T of the round trip time system RTOF in the Kalman filter process of the absolute arrival time system ATOA completed and the Kalman filter can be calculated conventionally become. The updating of the Kalman filter can be sequential respectively. Thus, you can the values of individual satellites SA or ground-based 1D measurements immediately with considered become. Corresponding correction values e.g. for differential GPS in matrix form for GPS data then become analogous by 0 values at the local positioning data extended.

Dieses Verfahren setzt voraus, dass die Position der zusätzlichen RTOF-Wegmarken im Empfänger, d.h. in der Messvorrichtung BS bekannt sind. Eine mögliche Form besteht darin, dass die Koordinaten der RTOF-Wegmarken in einer Datei zusammengestellt werden und bei der Produktion oder später vom Anwender über z.B. eine weitere Schnittstelle IF3 (1) auf die Messvorrichtung BS als dem beispielhaften Empfänger gespielt werden. Dies ist jedoch bezüglich der Flexibilität nachteilig, da für jeden neu angebrachten Transponder T eine entsprechende neue Datei im System hinterlegt werden muss. Vorteilhaft ist daher, die Montageposition des Transponders T im Transponder T selbst zu hinterlegen. Kommt ein geeigneter Empfänger in die Nähe, so übermittelt der Transponder T entweder per "Broadcast" oder nach Empfang einer entsprechenden Präambel seine Position per Funk an den Empfänger. Diese verwendet der Empfänger dann zusammen mit dem von ihm ermittelten Abstand zur Positionsbestimmung. Die Ausführung der Funkverbindung kann dabei entweder über weitere, bekannte Verfahren, z.B. WLAN, ZigBEE, oder über Einprägung der Information in das Signal zur Entfernungsmessung erfolgen. Das Protokoll ist frei wählbar, z.B. an entsprechende GPS-Protokolle angelehnt oder proprietär.This method assumes that the position of the additional RTOF landmarks in the receiver, ie in the measuring device BS are known. One possible form is that the coordinates of the RTOF landmarks are compiled in a file and later, during production or later by the user, via a further interface IF3 (FIG. 1 ) are played on the measuring device BS as the exemplary receiver. However, this is disadvantageous in terms of flexibility, since for each newly attached transponder T a corresponding new file must be stored in the system. It is therefore advantageous to deposit the mounting position of the transponder T in the transponder T itself. If a suitable receiver comes close, then the transponder T transmits its position by radio to the receiver either via "broadcast" or after receiving a corresponding preamble. This then uses the receiver together with the distance determined by him for determining the position. The execution of the radio link can be done either via other known methods, such as WLAN, ZigBEE, or by impressing the information in the signal for distance measurement. The protocol is freely selectable, eg based on corresponding GPS protocols or proprietary.

Die Koordinaten der Transponder T sind vorteilhafterweise direkt in xyz-Koordinaten abgelegt um eine Transformation zu vermeiden.The Coordinates of the transponder T are advantageously directly in xyz coordinates filed to avoid a transformation.

Als Ausführungsformen des Systems können als lokale Rundlaufzeitsysteme RTOF z.B. Funkortungsverfahren nach DE 100 32 822 A1 oder DE 101 55 251 A1 für phasenkohärente Verfahrensweise verwendet werden. Wenn Teile des RTOF innerhalb von Gebäuden angebracht werden, ist die Verwendung besonders breitbandiger Rundlaufzeitsysteme RTOF gemäß UWB-Vorgaben vorteilhaft.As embodiments of the system, local time-of-flight systems RTOF can, for example, be radio-location methods DE 100 32 822 A1 or DE 101 55 251 A1 be used for phase-coherent procedure. When parts of the RTOF are mounted inside buildings, it is advantageous to use ultra-wideband RTOF RTOF systems according to UWB specifications.

3 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt aus dem Speicher S sowie die Belegung einzelner der Speicherbereiche S1, S2, Sk, St, um ein derartiges Verfahren zur Positionsbestimmung mittels einer solchen Messvorrichtung BS umzusetzen. Wie bereits anhand 1 grob skizziert, wird für die Daten des Absolut-Ankunftszeitsystems ATOA bzw. für deren Verarbeitung mit unter anderem einer Matrizen-Invertierung zusätzlich zu den räumlichen Daten xi, yi, zi, ρi und dem Erdradius r eine zeitabhängige Komponente als räumlicher Offset oi bereitgestellt, welcher dem Zeit-Offset zwischen den Zeitsystemen der Satelliten SA und der Messvorrichtung BS entspricht. Da der Zeit-Offset zwischen der Uhr CLK* in der Messvorrichtung BS und den Atomuhren CLK in allen empfangbaren der Satelliten SA stets gleich ist, sind die individuellen räumlichen Offset-Werte oi mit dem Wert 1 belegbar. Die Speicherbereiche für den laufzeitunabhängigen zeitabhängigen Offset-Wert der einzelnen Datensätze des Rundlauf-Zeitsystems RTOF werden mit dem Wert 0 vorbelegt, da ein derartiger Offset nicht zu berücksichtigen ist. Natürlich sind außerdem entsprechende Speicherplätze für die zu bestimmende Position X, Y, Z und den für die Berechnung der Satellitensignale erforderlichen Zeit-Offset bzw. den diesem entsprechenden räumlichen Offset Crr vorgesehen. Mit anderen Worten werden zur gemeinsamen Auswertung von Daten des Rundlauf-Zeitsystems RTOF und des Absolut-Ankunftszeitsystems ATOA den Daten des Rundlauf-Zeitsystems zusätzliche Speicherbereiche für einen fiktiven zeitabhängigen Offset o*i zugewiesen. Dies ermöglicht die Einbindung in ein Verfahren zur Matrizen-Invertierung, welches in ansonsten üblicher Art und Weise die zu bestimmende Position X, Y, Z bestimmt. 3 shows by way of example a section of the memory S and the occupancy of individual memory areas S1, S2, Sk, St in order to implement such a method for position determination by means of such a measuring device BS. As already shown 1 roughly outlined, for the data of the absolute arrival time system ATOA or for their processing with inter alia a matrix inversion in addition to the spatial data x i , y i , z i , ρ i and the earth radius r is a time-dependent component as a spatial offset o i , which corresponds to the time offset between the time systems of the satellites SA and the measuring device BS. Since the time offset between the clock CLK * in the measuring device BS and the atomic clocks CLK in all receivable satellites SA is always the same, the individual spatial offset values o i are assignable with the value 1. The memory areas for the runtime-independent time-dependent offset value of the individual data sets of the runtime system RTOF are pre-assigned the value 0, since such an offset is not to be considered. Of course, corresponding memory locations for the position X, Y, Z to be determined and the time offset required for the calculation of the satellite signals or the spatial offset Crr corresponding thereto are also provided. In other words, for joint evaluation of data of the round trip time system RTOF and of the absolute arrival time system ATOA the data of the Concurrent time system additional memory areas for a fictitious time-dependent offset o * i assigned. This makes possible the integration into a method for matrix inversion, which determines the position X, Y, Z to be determined in otherwise usual manner.

RTOFRTOF
RundlaufzeitsystemRun-time system
TT
Sende- und Empfangseinrichtung, insbesondere Transponder des RTOF als eine erste Gruppe von MesseinrichtungenSend- and receiving device, in particular transponder of the RTOF as a first group of measuring equipment
xi, yi, zi, i = N+1, N+2,..., Mx i , y i , z i , i = N + 1, N + 2, ..., M
erste räumliche Positionskoordinatenfirst spatial position coordinates
ti, i = N+1, N+2,..., Mt i , i = N + 1, N + 2, ..., M
Zeitinformation einer Rundlaufzeittime information a round trip
oi*o i *
von der Rundlaufzeit unabhängiger zeitabhängiger Offsetfrom the round-life of independent Time-dependent offset
ρi, xi, yi, zi ∀i = N+1,... Mρ i , x i , y i , z i ∀i = N + 1, ... M
Entfernung BS zu Tdistance BS to T
CLK*CLK *
Uhr in ESClock in ES
RR R R
Matrize der Positionskoordinaten xi, yi, zi und Entfernungen ρi der TMatrix of the position coordinates x i , y i , z i and distances ρ i of the T
MR M R
BerechnungsmatrizeBerechnungsmatrize
URp U Rp
Vektor der zu bestimmenden Position X, Y, Z ohne zeitabhängigem Offsetvector the position to be determined X, Y, Z without time-dependent offset
ATOAATOA
AbsolutankunftszeitsystemAbsolutely arrival time system
SASA
Sendeeinrichtung, insbesondere Satellit des ATOA als eine zweite Gruppe von MesseinrichtungenTransmitting device, in particular satellite of the ATOA as a second group of measuring devices
xi, yi, zi, i = 1, 2,..., Nx i , y i , z i , i = 1, 2, ..., N
zweite räumliche Positionskoordinatensecond spatial position coordinates
ti, i = 1, 2,..., Nt i , i = 1, 2, ..., N
Zeitinformation einer Sendezeittime information a broadcasting time
t0* – t0 t 0 * - t 0
Zeitoffset zwischen SA und EStime offset between SA and ES
Crr, oi Crr, o i
räumlicher radialer Offset entsprechend dem Zeitoffsetspatial radial offset according to the time offset
CLKCLK
Atomuhr in SAAtomic Clock in SA
ρi, xi, yi, zi ∀i = 1, 2,... Nρ i , x i , y i , z ii = 1, 2, ... N
Entfernung ES zu SAdistance ES to SA
RA R A
Matrize aus Entfernungen ρi und Positionskoordinaten xi, yi, zi der SAMatrix of distances ρ i and position coordinates x i , y i , z i of the SA
MA M A
BerechnungsmatrizeBerechnungsmatrize
UAp U Ap
Vektor der zu bestimmenden Position X, Y, Z und des Offsets Crrvector the position to be determined X, Y, Z and the offset Crr
ii
Laufindex i = N+1, N+2,..., M in RTOFrunning Index i = N + 1, N + 2, ..., M in RTOF
ii
Laufindex i = 1, 2,..., N in ATOA running Index i = 1, 2, ..., N in ATOA
FF
Fahrzeugvehicle
GG
Gebäudebuilding
BSBS
Messvorrichtung zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmungmeasuring device for position or velocity determination
IF1IF1
ersten Schnittstelle in BSfirst Interface in BS
ss
Signal der Messvorrichtung im Rundlaufzeitsystemsignal the measuring device in the runtime system
IF2IF2
zweite Schnittstelle in BSsecond Interface in BS
IF3IF3
weitere Schnittstelle in BSFurther Interface in BS
CC
Steuereinrichtungcontrol device
X, Y, ZX, Y Z
zu bestimmende Position der Messvorrichtung BS to determining position of the measuring device BS
SS
SpeicherStorage
S1S1
erster Speicherbereich für RTOF-Datenfirst Memory area for RTOF data
S2S2
zweiter Speicherbereich für ATOA-Datensecond Memory area for ATOA data
Sksk
Positionsspeicherbereich zum Speichern von Daten der zu bestimmenden PositionPosition memory area for storing data of the position to be determined
LL
Lichtmastlight tower
VCVC
Containerfahrzeugcontainer transport
v = v(X, Y, Z)v = v (X, Y, Z)
Geschwindigkeit von BSspeed from BS
v ρi, i. = 1..Mv ρ i , i. = 1..M
Radialgeschwindigkeit von BSradial velocity from BS
hH
Koeffizienten der Beobachtermatrixcoefficients the observer matrix
HH
Beobachtermatrix ("Measurement sensitivity matrix")observers matrix ("Measurement sensitivity matrix")

Claims (18)

Messvorrichtung (BS) zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung mit – einer ersten Schnittstelle (IF1) zum Aussenden eines Signals (s) zu zumindest einer Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) einer ersten Gruppe von Messeinrichtungen eines Rundlaufzeitsystems (RTOF), – einer Steuereinrichtung (C) zum Bestimmen der zu bestimmenden Position (X, Y, Z) der Messvorrichtung (BS) und – einem Speicher (S) mit einem ersten Speicherbereich (S1) zum Speichern erster räumlicher Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = N+1, N+2,..., M) und einem Positionsspeicherbereich (Sk) zum Speichern von Daten der zu bestimmenden Position (X, Y, Z), – wobei die zumindest eine Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) ausgestaltet oder gesteuert ist zum Zurücksenden eines weiteren Signals zu der Messvorrichtung (BS) nach Empfang des Signals (s) und – wobei in der Messvorrichtung (BS) zum Bestimmen der Position (X, Y, Z) der Messvorrichtung (BS) räumliche Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = N+1, N+2,..., M) der Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) und eine Zeitinformation (ti etc., i = N+1, N+2,..., M) einer Rundlaufzeit bekannt sind oder bestimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Messvorrichtung (BS) zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung – eine zweite Schnittstelle (IF2) zum Empfangen eines Signals mit einer Zeitinformation (ti etc., i = 1, 2,..., N) von zumindest einer Sendeeinrichtung (SA) einer zweiten Gruppe von Messeinrichtungen (SA) eines Absolutankunftszeitsystems (ATOA) zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung, – einen zweiten Speicherbereich (S2) zum Speichern jeweils zweiter räumlicher Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = 1, 2,..., N) der zumindest einen zweiten Messeinrichtung (SA) und jeweils einer zeitabhängigen Größe (oi) entsprechend einem Zeitoffset (t0* – t0) der Zeitsysteme zwischen der zumindest einen zweiten Messeinrichtung (SA) und der Messvorrichtung (BS) und – einen weiteren Speicherbereich () zum Speichern zumindest einer zeitabhängigen weiteren Größe (o*i), welche den ersten räumlichen Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = N+1, N+2, M) zugeordnet und von der Rundlaufzeit unabhängig ist, wobei – die Steuereinrichtung (C) ausgestaltet oder steuerbar ist zum Bestimmen der zu bestimmenden Position (X, Y, Z) mittels sowohl der ersten als auch zweiten räumlichen Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = 1, 2,..., N, N+1,..., M) unter Verwendung der zumindest einen zeitabhängigen Größe (oi) und der zumindest einen zeitabhängigen weiteren Größe (o*i).Measuring device (BS) for position or velocity determination with - a first interface (IF1) for transmitting a signal (s) to at least one receiving and transmitting device (T) of a first group of measuring devices of a round trip time system (RTOF), - a control device (C ) for determining the position to be determined (X, Y, Z) of the measuring device (BS) and A memory (S) having a first memory area (S1) for storing first spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = N + 1, N + 2, ..., M) and a position memory area (Sk) for storing data of the position to be determined (X, Y, Z), - wherein the at least one receiving and transmitting device (T) is configured or controlled for returning another signal to the measuring device (BS) after receiving the signal (s) and - wherein in the measuring device (BS) for determining the position (X, Y, Z) of the measuring device (BS) spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = N + 1, N + 2, ... , M) of the receiving and transmitting device (T) and time information (t i, etc., i = N + 1, N + 2, ..., M) of a round trip time are known or determinable, characterized in that - Measuring device (BS) for position or velocity determination - a second interface (IF2) for receiving a signal with time information (t i etc., i = 1, 2, ..., N) of at least one transmitting device (SA) of a second group of measuring devices (SA) of an absolute arrival time system (ATOA) for position or velocity determination, - a second memory area (S2) for storing respectively second spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = 1, 2, ..., N) of the at least one second measuring device (SA) and each of a time-dependent variable (o i ) corresponding to a time offset (t 0 * - t 0 ) of the time systems between the at least one second measuring device ( SA) and the measuring device (BS) and - a further memory area (12) for storing at least one time-dependent further quantity (o * i ) corresponding to the first spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = N + 1, N +2, M) and independent of the round trip time, wherein - the control device (C) is designed or controllable for determining the position to be determined (X, Y, Z) by means of both the first and second spatial Pos tion coordinates (x i , y i , z i , i = 1, 2, ..., N, N + 1, ..., M) using the at least one time-dependent variable (o i ) and the at least one time-dependent further Size (o * i ). Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die zweite Schnittstelle (IF2) als GPS-, GLONASS- oder Galileo-Schnittstelle ausgestaltet ist.Measuring device according to claim 1, wherein the second Interface (IF2) designed as a GPS, GLONASS or Galileo interface is. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Schnittstelle (IF1) zum Aussenden des Signals (s) und zum Empfangen eines zu dem Signal (s) quasi-phasenkohärenten Signals als Antwort auf das Signal (s) ausgestaltet ist.Measuring device according to claim 1 or 2, wherein the first interface (IF1) for transmitting the signal (s) and the Receiving a quasi-phase coherent signal to the signal (s) in response to the signal (s) is configured. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Schnittstelle (IF1) als eine Synchronisationseinheit ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens zur Kurzzeitsynchronisation von Zeit und Frequenz.Measuring device according to claim 1 or 2, wherein the first interface (IF1) is designed as a synchronization unit is to perform a method for the high-speed synchronization of time and frequency. Verfahren zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung unter Ausnutzung von Signalen, welche einerseits von zumindest einer Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) eines Rundlaufzeitsystems (RTOF) und andererseits von zumindest einer Sendeeinrichtung (SA) eines Absolutankunftszeitsystems (ATOA) empfangen werden, wobei eine Verarbeitung der empfangenen Signale gemeinsam erfolgt, wobei bekannten räumlichen Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = N+1, N+2, ..., M) der empfangenen Signale von Empfangs- und Sendeeinrichtungen (T) des Rundlaufzeitsystems (RTOF) zusätzlich eine zeitabhängige Größe (o*i) zugeordnet wird, welche von der Rundlaufzeit unabhängig ist.Method for position or velocity determination using signals which are received on the one hand by at least one receiving and transmitting device (T) of a round trip time system (RTOF) and on the other hand by at least one transmitting device (SA) of an absolute arrival time system (ATOA), wherein processing of the received Signals are common, with known spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = N + 1, N + 2, ..., M) of the received signals from receiving and transmitting devices (T) of the round trip time system (RTOF) In addition, a time-dependent variable (o * i ) is assigned, which is independent of the round trip time. Verfahren zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung, insbesondere nach Anspruch 5, bei dem – eine Messvorrichtung (BS) ein Signal (s) zu zumindest einer Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) mit bekannten ersten räumlichen Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = N+1, N+2, ..., M) einer ersten Gruppe von Messeinrichtungen eines Rundlaufzeitsystems (RTOF) sendet, – die zumindest eine Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) nach Empfang des Signals (s) ein weiteres Signal zu der Messvorrichtung (BS) zurücksendet, – mittels zumindest einer Zeitinformation (ti etc., i = N+1, N+2,..., M) aus einer Rundlaufzeit vom Senden des Signals (s) bis zum Empfangen des zurückgesendeten Signals und mittels zumindest einem Satz solcher erster räumlicher Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = N+1, N+2,..., M) eine zu bestimmende Position (X, Y, Z) der Messvorrichtung (BS) bestimmt wird, – von zumindest einer Sendeeinrichtung (SA) einer zweiten Gruppe von Messeinrichtungen eines Absolutankunftszeitsystems (ATOA) zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung ein weiteres Signal mit einer von einem Sendezeitpunkt der zweiten Messeinrichtung (SA) abhängigen Zeitinformation (ti etc., i = 1, 2,..., N) empfangen wird, wobei zusätzlich jeweils zweite räumliche Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = 1, 2,..., N) jeder solcher Sendeeinrichtung (SA) empfangen oder bestimmt werden, – eine zeitabhängige Größe (oi) entsprechend einem Zeitoffset (t0* – t0) von Zeitsystemen der zumindest einen zweiten Sendeeinrichtung (SA) und der Messvorrichtung (BS) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – den ersten räumlichen Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = N+1, N+2,..., M) zumindest eine von der Rundlaufzeit unabhängige zeitabhängige weitere Größe (o*i) zugeordnet wird und – die zu bestimmenden Position (X, Y, Z) in einem gemeinsamen Verarbeitungsablauf mittels sowohl der ersten als auch zweiten räumlichen Positionskoordinaten (xi, yi, zi, i = 1, 2,..., N, N+1,..., M) unter Verwendung der zumindest einen zeitabhängigen Größe (o1) und der zumindest einen zeitabhängigen weiteren Größe (o*i) bestimmt wird.Method for position or velocity determination, in particular according to claim 5, in which a measuring device (BS) has a signal (s) to at least one receiving and transmitting device (T) with known first spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = N + 1, N + 2, ..., M) of a first group of measuring devices of a round trip time system (RTOF) sends, - the at least one receiving and transmitting device (T) after receiving the signal (s) to another signal the measuring device (BS) returns, by means of at least one time information (t i etc., i = N + 1, N + 2, ..., M) from a round trip time from the transmission of the signal (s) to receiving the returned signal and by means of at least one set of such first spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = N + 1, N + 2, ..., M) a position to be determined (X, Y, Z) of the measuring device (BS ), - of at least one transmitting device (SA) of a second group of measuring devices of an Absoluta nkunftszeitenystems (ATOA) for position or velocity determination, a further signal with one of a transmission time of the second measuring device (SA) dependent time information (t i , i = 1, 2, ..., N) is received, in each case additionally second are received or determined spatial position coordinates (x i, y i, z i, i = 1, 2, ..., N) of each of such transmission means (SA), - a time-dependent quantity (o i) corresponding to (a time offset t 0 * T 0 ) of time systems of the at least one second transmitting device (SA) and the measuring device (BS) is determined, characterized in that - the first spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = N + 1, N + 2, ..., M) at least one independent of the round trip time-dependent additional size (o * i ) assigned and the position to be determined (X, Y, Z) in a common processing flow using both the first and second spatial position coordinates (x i , y i , z i , i = 1, 2, ..., N, N +1, ..., M) is determined using the at least one time-dependent variable (o 1 ) and the at least one time-dependent further variable (o * i ). Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die zumindest eine von der Rundlaufzeit unabhängige zeitabhängige weitere Größe (o*i) zum Erstellen einer Matrizengleichung zugeordnet wird.Method according to Claim 6, in which the at least one time-dependent further variable (o * i ) independent of the round-trip time is assigned to produce a matrix equation. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Matrizengleichung mit einer Berechnungsmatrize (M) mit in entweder einer Zeile oder in einer Spalte (St) insgesamt zumindest vier Werten der zeitabhängigen Größe (o*i) und der von der Rundlaufzeit unabhängigen zeitabhängigen weiteren Größe (o*i) erstellt wird.Method according to Claim 7, in which the matrix equation is compared with a calculation matrix (M) with at least four values of the time-dependent variable (o * i ) and one independent of the round-trip time independent of time (o * i ) is created. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Matrizengleichung mit einer Berechnungsmatrize (M) Werten der zeitabhängigen Größe (o*i) gleich dem Wert "1" und mit Werten der von der Rundlaufzeit unabhängigen zeitabhängigen weiteren Größe (o*i) gleich dem Wert "0" vorbelegt wird.Method according to Claim 7 or 8, in which the matrix equation with a calculation matrix (M) has values of the time-dependent variable (o * i ) equal to the value "1" and with values of the time-dependent further variable (o * i ) independent of the round-trip time Value "0" is pre-assigned. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem ein Gleichungssystem erstellt und gelöst wird gemäß
Figure 00350001
mit R als Matrize, mit ρi als gemessener oder abgeleiteter Entfernungen zwischen einerseits der Messvorrichtung (BS) und andererseits der Sendeeinrichtungen (SA) oder der Empfangs- und Sendeeinrichtungen (T), mit xi, yi, zi als Positionskoordinaten der einzelnen Sendeeinrichtungen (SA) oder der Empfangs- und Sendeeinrichtungen (T), mit M als Berechnungsmatrize und mit Up als Vektor der zu bestimmenden Position X, Y, Z, wobei ein Laufindex i für Daten der Sendeeinrichtungen (SA) gesetzt ist gleich 1, 2,..., N und der Laufindex i für Daten der Empfangs- und Sendeeinrichtungen (T) gesetzt ist gleich N+1, N+2,..., M.
Method according to one of claims 7 to 9, wherein a system of equations is created and solved according to
Figure 00350001
with R as a matrix, with ρ i as measured or derived distances between on the one hand the measuring device (BS) and on the other hand the transmitting devices (SA) or the receiving and transmitting devices (T), with x i , y i , z i as position coordinates of the individual Transmitting devices (SA) or the receiving and transmitting devices (T), with M as the calculation matrix and with U p as the vector of the position X, Y, Z to be determined, wherein a running index i for data of the transmitting devices (SA) is set equal to 1, 2, ..., N and the running index i for data of the receiving and transmitting devices (T) is set equal to N + 1, N + 2, ..., M.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem eine Geschwindigkeitsbestimmung über Erfassung eines Doppler-Effekts oder eine numerische Ableitung von zumindest zwei bestimmten der zu bestimmenden Positionen (X, Y, Z) durchgeführt wird.Method according to one of claims 7 to 10, wherein a Speed determination via Detecting a Doppler effect or a numerical derivative of at least two particular ones to be determined positions (X, Y, Z) is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem zur Korrektur einer Uhrendrift zwischen den Sendeeinrichtungen (SA) und der Messvorrichtung (BS) weitere zeitabhängige Größen für Daten der Sendeeinrichtungen (SA) mit einem Wert ungleich dem Wert "0" sowie weitere von der Rundlaufzeit unabhängige zeitabhängige Größen für die Daten der Empfangs- und Sendeeinrichtungen (T) mit einem Wert gleich "0" eingeführt und verwendet werden.Method according to one of Claims 5 to 10, in which for correction a clock drift between the transmitting devices (SA) and the measuring device (BS) more time-dependent Sizes for data the transmitting devices (SA) with a value not equal to the value "0" and more of the round trip time independent time-dependent quantities for the data the reception and Transmitting devices (T) with a value equal to "0" introduced and be used. Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) als Gegenstation für eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 12, welche einen Schwingkreis aufweist, der durch das von der Messvorrichtung (BS) empfangene Signal zu einer Schwingung angeregt wird und zumindest zeitweise phasenkohärent zum Erzeugen des zu der Messvorrichtung (BS) zurückzusendenden Signals schwingt.Receiving and transmitting device (T) as a remote station for one Measuring device according to one of claims 1 to 4 or for carrying out a Method according to one of the claims 5 to 12, which has a resonant circuit by the of the measuring device (BS) received signal to a vibration excited is at least temporarily phase-coherent for generating the to the To return the measuring device (BS) Signal vibrates. Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) als Gegenstation für eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 12, welche einen Schwingkreis aufweist, der nach einem Empfang des Signals von der Messvorrichtung (BS) ein frequenz- und zeitkorrigiertes Signal für eine Sendung zur Messvorrichtung bereitstellt.Receiving and transmitting device (T) as a counter station for a measuring device according to one of the An Claims 1 to 4 or for carrying out a method according to any one of claims 5 to 12, which comprises a resonant circuit, which provides a frequency and time corrected signal for a transmission to the measuring device after receiving the signal from the measuring device (BS). Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) nach Anspruch 13 oder 14, welche ausgestaltet ist, mit dem zurückzusendenden Signal eine Identifikations-Information und/oder ihre eigenen räumlichen Positions-Koordinaten zurückzusenden.Receiving and transmitting device (T) according to claim 13 or 14, which is configured with the signal to be returned to an identification information and / or their own spatial To return position coordinates. Messvorrichtung (BS) oder Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei zur Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung weniger als vier Signale von Sendeeinrichtungen (SA) eines Absolut-Ankunftszeitsystems (ATOA) und weniger als drei oder vier Signale einer Empfangs- und Sendeeinrichtung (T) eines Rundlauf-Zeitsystems (RTOF) empfangen und verwendet werden.Measuring device (BS) or method according to an above Claim, wherein for the position or speed determination less as four signals from transmitting devices (SA) of an absolute arrival time system (ATOA) and less than three or four signals of a receiving and transmitting device (T) of a round trip time system (RTOF) are received and used. Messvorrichtung (BS) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (C) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 12 ausgestaltet oder programmiert ist.Measuring device (BS) according to one of claims 1 to 4, wherein the control device (C) for performing a method according to one of the claims 5 to 12 is designed or programmed. Computerprogramm in einer Messvorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 12.Computer program in a measuring device after a preceding claim for performing a Method according to one of the claims 5 to 12.
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