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Die
Erfindung betrifft eine Positionierungsvorrichtungen gemäß Anspruch
1 sowie ein entsprechendes Positionierungsverfahren gemäß Anspruch 9,
die zum Einsatz bei Satellitennavigationssystemen geeignet sind.
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Satellitensysteme
zur weltweiten Navigation (GNSS; GNSS = Global Navigation Satellite
System) werden zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde
und in der Luft eingesetzt. GNSS Systeme, wie beispielsweise das
im Aufbau befindliche europäische
Satellitennavigationssystem (im Folgenden als Galileo-System oder kurz
als Galileo bezeichnet) weisen ein, eine Mehrzahl von Satelliten
umfassendes Satelliten-System, ein mit einer zentralen Berechnungsstation
verbundenes erdfestes Empfangseinrichtungs-System sowie Nutzungssysteme
auf, welche die von den Satelliten übermittelten Satellitensignale
auswerten und nutzen.
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Zur
Positionierung, also der Positionsbestimmung und/oder Navigation,
werden von den Nutzungssystemen Signale von mehreren Satelliten empfangen
und ausgewertet. Durch den Einfluss der Atmosphäre können die Signale und insbesondere deren
Laufzeiten verändert
werden. Dies hat einen störenden
Einfluss auf die Positionierungsgenauigkeit.
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Eine
derzeit schwer zu korrigierende Fehlerkomponente von GNSS Entfernungsmessungen
ist die troposphärische
Komponente. Diese entsteht insbesondere durch kleinskalige lokale
Luftdruck- und Luftfeuchteunterschiede. Der Einfluss der Signallaufzeit
ist bei der Troposphäre
frequenzunabhängig
und kann daher nicht wie bei der Ionosphäre über eine Zweifrequenzmessung
erfasst werden. Die Troposphäre
kann global modelliert werden. Globale troposphärische Modelle weisen jedoch
große
Modellierungsfehler auf. Diese sind für moderne GNSS Systeme zur
größten Fehlerkomponente
geworden. Es ist zweifelhaft, ob globale troposphärische Modelle die
für Integritätssysteme
notwendige Zuverlässigkeit erreichen
können.
Diese Zuverlässigkeit
mag für
große
Alarmschranken erreichbar sein, stellt jedoch für Systeme mit Alarmschranken
in der Größenordnung von
20 m bereits ein ungelöstes
Problem dar.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Positionierungsvorrichtung
und ein Positionierungsverfahren für ein Satellitennavigationssystem
vorzuschlagen, mittels denen eine genauere Positionierung möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Positionierungsvorrichtung für ein Satellitennavigationssystem gemäß Anspruch
1 sowie ein entsprechendes Positionierungsverfahren gemäß Anspruch
9 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht nun darin, atmosphärische Korrekturen
in nahezu Echtzeit an eine Positionierungsvorrichtung für ein Satellitennavigationssystem
zu übermitteln
um eine genauere Positionierung zu ermöglichen. Dieser Ansatz ermöglicht es,
abseits lokaler Augmentationssysteme, beispielsweise die troposphärische Fehlerkomponente,
die in derzeitigen zwei-Frequenz-GNSS-Systemen den größten Fehleranteil stellt,
um Größenordnungen
zu reduzieren. Der Fehler, hervorgerufen durch die Troposphäre soll
vor allem dann besonders stark reduziert werden, wenn große Abweichungen
von den Standardbedingungen herrschen. Dabei wird mit sehr hoher
Wahrscheinlichkeit natürlich
auch immer der mittlere Fehler reduziert werden. Durch die Reduktion
der großen
troposphärischen
Abweichungen werden kann das troposphärische Fehlerbudget für sicherheitskritische
Anwendungen deutlich reduziert werden. Dadurch lassen sich bestehende
oder zukünftige
Kommunikationsbandbreiten effizient für eine Serviceverbesserung
nutzen. Dies ist für
die GNSS Nutzer von großem
Vorteil und eröffnet
den Betreibern große
Vorteile und Geschäftsmöglichkeiten.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft nun gemäß einer Ausführungsform
eine Positionierungsvorrichtung für ein Satellitennavigationssystem
mit
- – einem
Empfänger
zum Empfangen atmosphärischer
Korrekturdaten und
- – einer
Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, um aus einer Mehrzahl
von Positionierungssignalen unter Einbeziehung der atmosphärischen
Korrekturdaten eine Positionierung zu bestimmen und deren Qualität abzuschätzen.
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Die
Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um durch atmosphärische Einflüsse hervorgerufene
Fehlerkomponenten der Positionierungssignale mittels der atmosphärischen
Korrekturdaten zu kompensieren. Dadurch kann eine erheblich exaktere
Positionierung durchgeführt
werden und die Abschätzung
der Wahrscheinlichkeit für
Positionslösungen
mit Fehlern oberhalb einer gegeben Schranke führt zu deutlich geringeren
Wahrscheinlichkeiten.
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Die
atmosphärischen
Korrekturdaten können aktuelle
Luftdruck- und/oder Luftfeuchtedaten der Troposphäre aufweisen.
Dadurch lassen sich auf dem Luftdruck oder der Luftfeuchte basierende
Störungen
der Positionierungssignale korrigieren. Die Daten können nicht
nur lokale Messwerte sein, sondern auch Modelle wie sich die Luftdruck
und/oder die Luftfeuchte und/oder die Temperatur räumlich und
zeitlich verhalten.
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Der
Empfänger
kann ausgebildet sein, um die atmosphärischen Korrekturdaten über einen Übertragungskanal
zu empfangen, der zur Übertragung
mindestens eines der Mehrzahl von Positionierungssignalen geeignet
ist. Es ist somit kein zusätzlicher Übertragungskanal
für die
atmosphärischen Korrekturdaten
erforderlich.
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Über die
Mehrzahl von Positionierungssignalen können Nutzdaten übertragbar
sein und die atmosphärischen
Korrekturdaten können über mindestens
eines der Mehrzahl von Positionierungssignalen übertragbar sein. Dies ermöglicht eine
platzsparende Einbettung der atmosphärischen Korrekturendaten in die
Positionierungssignale.
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Die
Positionierungsvorrichtung kann einen Speicher zum Speichern eines
Modells der Atmosphäre
sowie eine Anpasseinrichtung zum Anpassen des Modells der Atmosphäre basierend
auf den atmosphärischen
Korrekturdaten und zum Bereitstellen eines angepassten Modells der
Atmosphäre
an die Auswerteeinrichtung aufweisen, wobei die Auswerteeinrichtung
ausgebildet sein kann, um die Positionierung unter Einbeziehung
des angepasste Modells der Atmosphäre zu bestimmen. Die Speicherung
des Modells der Atmosphäre
ermöglicht
eine Reduzierung der zu übertragenden
atmosphärischen Korrekturdaten
auf die wesentlichen Daten die zur Anpassung des gespeicherten Modells
erforderlich sind.
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Die
Positionierungsvorrichtung kann ferner einen Luftdrucksensor zum
Erfassen lokaler Luftdruck- und/oder Luftfeuchtedaten aufweisen,
wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein kann, um die Positionierung
unter Einbeziehung der lokalen Luftdruck- und/oder Luftfeuchtedaten
zu bestimmen. Durch den Luftdrucksensor können die atmosphärischen
Korrekturdaten weiter ergänzt
werden. Zudem ermöglicht
der Luftdrucksensor eine genauere Positionierung auch dann, wenn
keine atmosphärischen Korrekturdaten
zur Verfügung
stehen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft gemäß einer weiteren Ausführungsform
ein System zur Navigation oder Positionsbestimmung mit
- – einer
Mehrzahl von Sendern, die ausgebildet sind, um Positionierungssignale
auszusenden; und
- – mindestens
einer Positionierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft gemäß einer weiteren Ausführungsform
ein Positionierungsverfahren für
ein Satellitennavigationssystem, das folgende Schritte umfasst:
- – Empfangen
atmosphärischer
Korrekturdaten; und
- – Bestimmen
einer Positionierung aus einer Mehrzahl von Positionierungssignalen
unter Einbeziehung der atmosphärischen
Korrekturdaten.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft gemäß einer weiteren Ausführungsform
ein Computer-Programm zur Durchführung
eines Positionierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und ein Computer-Programm-Produkt beinhaltend einen maschinenlesbaren
Programmträger,
auf dem ein Computer-Programm gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Form von elektronisch und/oder
optischen lesbaren Steuersignalen gespeichert ist.
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Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit dem in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die einzige Zeichnung zeigt in der Fig. eine Positioniervorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Folgenden können
gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sein. Die im Folgenden angegebenen absoluten Werte und
Maßangaben
sind nur beispielhafte Werte und stellen keine Einschränkung der
Erfindung auf derartige Dimensionen dar.
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Die
Fig. zeigt ein System zur Positionsbestimmung oder Navigation mit
einer Positionierungsvorrichtung 100 und Sendern 102, 104, 106,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem System kann es sich um ein GNSS System,
wie beispielsweise das Galileo System handeln. In diesem Fall kann
es sich bei den Sendern 102, 104, 106 um
Satelliten und bei der Positionierungsvorrichtung 100 um
ein Nutzungssystem oder Endgerät
handeln, dass eine Positionierung auf der Erde oder in der Luft
ermöglicht.
Dazu können
die Sender 102, 104, 106 ausgebildet
sein, um Positionierungssignale auszusenden. Die Positionierungssignale können von
der Positionierungsvorrichtung 100 empfangen und verwendet
werden, um eine Positionierung der Positionierungsvorrichtung 100 zu bestimmen
und bereitzustellen. Ferner ist mindestens einer der Sender 102, 104, 106 ausgebildet
um atmosphärische
Korrekturdaten auszusenden. Alternativ können die atmosphärischen
Korrekturdaten von einem zusätzlichen
Sender übertragen
werden, der kein Positionierungssignal überträgt.
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Die
Anzahl der Sender 102, 104, 106 ist hier nur
beispielhaft dargestellt. Beispielsweise kann es erforderlich sein,
dass die Positionierungsvorrichtung 100 zum Zeitpunkt der
Positionierung Positionierungssignale von mehr als den drei gezeigten
unterschiedlichen Sendern 102, 104, 106 benötigt, um
die Positionierung durchführen
zu können.
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Die
Positionierungsvorrichtung 100 weist einen Empfänger 112 und
eine Auswerteeinrichtung 114 auf. Der Empfänger 112 ist
ausgebildet, um die atmosphärischen
Korrekturdaten zu empfangen. Der Empfänger kann ferner ausgebildet
sein, um die Positionierungssignale von den Sendern 102, 104, 106 zu
empfangen. Die Auswerteeinrichtung 114 ist ausgebildet,
um aus den Positionierungssignalen und unter Einbeziehung der atmosphärischen
Korrekturdaten eine Positionierung der Positionierungsvorrichtung 100 zu
bestimmen und bereitzustellen.
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Der
Empfänger 112 kann
ausgebildet sein, um die atmosphärischen
Korrekturdaten über
einen zur Übertragung
mindestens eines der Mehrzahl von Positionierungssignalen geeigneten Übertragungskanal
zu empfangen. Beispielsweise können
die atmosphärischen
Korrekturdaten über
mindestens eines der Mehrzahl von Positionierungssignalen übertragbar
sein, wobei der Empfänger 112 ausgebildet ist,
um das mindestens eine Positionierungssignal zu empfangen, mit dem
die atmosphärischen
Korrekturdaten übertragen
werden. Hierbei können
die atmosphärischen
Korrekturdaten in das mindestens eine Positionierungssignal eingebettet
sein. Alternativ kön nen
die atmosphärischen
Korrekturdaten getrennt von den Positionierungssignalen übertragen und
von dem Empfänger 112 empfangen
werden. Der Empfänger 112 ist
ausgebildet, um die atmosphärischen
Korrekturdaten und die Positionierungssignale, sofern sie von dem
Empfänger 112 empfangen
werden, an die Auswerteeinrichtung 114 bereitzustellen.
Werden die Positionierungssignale nicht von dem Empfänger 112 empfangen,
so kann die Positionierungsvorrichtung einen weiteren Empfänger (nicht
gezeigt in 1) zum Empfangen der Positionierungssignale
aufweisen.
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Die
Auswerteeinrichtung 114 ist ausgebildet, um aus den bereitgestellten
Positionierungssignalen die Positionierung der Positionierungsvorrichtung 100 zu
bestimmen. Dabei ist die Auswerteeinrichtung 114 ausgebildet,
um die Positionierung unter Berücksichtigung
der empfangenen atmosphärischen
Korrekturdaten zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung 114 kann
ausgebildet sein, um einen vorbestimmter Algorithmus auszuführen, mit
dem sich die Positionierung aus den Positionierungssignalen und
den atmosphärischen
Korrekturdaten bestimmen lässt.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weist die Positionierungsvorrichtung 100 einen Speicher 122 auf,
in dem ein Modell der Atmosphäre
speicherbar ist. Das Modell der Atmosphäre kann von der Auswerteeinrichtung 114 verwendet
werden, um eine genauere Positionierung zu erzielen. Eine noch genauere
Positionierung lässt
sich erzielen, wenn das Modell der Atmosphäre mit Hilfe der atmosphärischen Korrekturdaten
angepasste bzw. korrigiert wird. Dazu kann die Positionierungsvorrichtung 100 eine
Anpasseinrichtung 124 aufweisen, die ausgebildet ist, um das
gespeicherte Modell der Atmosphäre
basierend auf den atmosphärischen
Korrekturdaten anzupassen bzw. zu korrigieren und als angepasstes
Modell der Atmosphäre
an die Auswerteeinrichtung 114 bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung 114 kann
nun ausgebildet sein, um die Positionierung unter Berücksichtigung
des angepassten Modells der Atmosphäre zu bestimmen.
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Dies
ermöglicht
es der Auswerteeinrichtung 114, Fehlerkomponenten der Positionierungssignale, die
auf atmosphärischen
Einflüssen
basieren, mit Hilfe des angepassten Modells der Atmosphäre zu kompensieren.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weisen die atmosphärischen
Korrekturdaten dazu aktuelle Luftdruck- und/oder Luftfeuchtedaten
und/oder Temperaturdaten der Troposphäre auf.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel weist
die Positionierungsvorrichtung 100 einen lokalen Sensor 126 auf.
Der lokale Sensor 126 kann ausgebildet sein, um einen bezüglich der
Positionierungsvorrichtung lokalen Luftdruck und/oder eine lokale
Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur zu messen. Der lokale Sensor 126 kann
ausgebildet sein, um die erfassten Messdaten an die Anpasseinrichtung 124 bereitzustellen.
Die Anpasseinrichtung 124 kann ausgebildet sein, um das
gespeicherte Modell der Atmosphäre
mit Hilfe der von dem lokalen Sensor 126 bereitgestellten
Messdaten anzupassen bzw. zu korrigieren. Alternativ kann der lokalen
Sensor 126 ausgebildet sein, um die erfassten Messdaten
an die Auswerteeinrichtung 114 bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung 114 kann
ausgebildet sein, um die Positionierung unter Einbeziehung der von
dem lokalen Sensor 126 bereitgestellten Messdaten zu bestimmen.
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Die
von dem lokalen Sensor 126 bereitgestellten Messdaten können zusätzlich oder
alternativ zu den vom Empfänger 112 empfangenen
atmosphärischen
Korrekturdaten verwendet werden, um eine genauere Positionierung
zu erreichen.
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Alternativ
kann der lokale Sensor auch außerhalb
der Positionierungsvorrichtung angeordnet sein und die erfassten
Messdaten über
eine Kommunikationsschnittstelle an die Positionierungsvorrichtung übertragen.
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Mit
anderen Worten ausgedrückt
wird in Form der atmosphärischen
Korrekturdaten ein auf Messungen basiertes globales Luftdruck- und/oder Luft feuchtemodell
und/oder Temperaturmodell über Navigationsdatenkanäle verbreitet,
dass den Empfängern
eine Anpassung bzw. Korrektur eines eingebauten groben Modells ermöglicht.
Ein lokaler Luftdrucksensor und/oder Luftfeuchtesensor und/oder Temperatursensor
kann zum Feintuning herangezogen werden.
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Somit
können
beispielsweise troposphärische
Korrekturen in nahezu Echtzeit direkt über GNSS Datenkanälen verbreitet
werden. Dazu kann ein Korrekturgrid, das in nahezu Realzeit, beispielsweise
in der Größenordnung
von Stunden, angepasst wird, platzsparend in einen Navigationsdatenstrom
eingebettet werden oder über
einen, unter Umständen
kostenpflichtigen Zusatzdienst, angeboten werden. Es können alternativ
auch die Orte, Ausdehnungen und Werte der Luftdruck- und/oder Temperatur-
und/oder Luftfeuchteabweichungen vom groben Standardmodel angeboten
werden.
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In
den beschriebenen Positionierungsvorrichtungen ausgeführte Positionierungsverfahren können in
Form eines Computerprogramms an die Positionierungsvorrichtungen
bereitgestellt werden und von diesen ausgeführt werden.
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Die
einzelnen Ausführungsbeispiele
sind beispielhaft beschrieben und können abhängig von möglichen Einsatzumgebungen angepasst
und sofern zweckmäßig auch
miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die eingesetzten Sender und
die Anzahl und Ausgestaltung der verwendeten Positionierungssignale
an das jeweilige GNSS System angepasst werden, in dem die erfindungsgemäße Positionierungsvorrichtung
oder das erfindungsgemäße Positionierungsverfahren
Verwendung finden. So ist es beispielsweise möglich, dass nicht alle empfangenen
Positionierungssignale auch zur Bestimmung der Positionierung verwendet
werden.