DE4123097C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Navigation nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Vorrichtung wird aus der Zeitschrift Elektrisches Nachrichtenwesen, 1984, Nr. 3, Seiten 352-358 als bekannt vorausgesetzt. Ein Navigationssystem oder weltumspannendes Positio­ nierungssystem, das die Position eines sich bewegen­ den Fahrzeugs mittels Radiosignalen von Satelliten bestimmt, ist bereits in Betrieb. Dieses Positionie­ rungssystem empfängt Radiosignale von einer Mehrzahl von Satelliten und berechnet die absolute Position eines bewegten Körpers überall auf der Erde mit einer Genauigkeit im Bereich bis zu 100 m. Um zweidimensio­ nale Positionsdaten (geographische Länge und Breite) mit ausreichend hoher Genauigkeit zu erhalten, ist es erforderlich, zu jeder Zeit Radiosignale von vier oder mehr Satelliten zu empfangen. Wenn die Anzahl der Satelliten, die im Radioempfangsbereich des be­ wegten Körpers liegen, geringer als vier wird, kann die Höhe nicht bestimmt werden, was zu einer Erhöhung des Fehlers in den zweidimensionalen Positionsdaten führt. Daher wurde, wenn sich nur drei oder weniger Satelliten im Funk- oder Radioempfangsbereich befanden, die vor­ hergehenden Höhendaten zur Bildung der zweidimensio­ nalen Positionsdaten verwendet. In diesem Fall tritt jedoch ein Fehler in diesen zweidimensionalen Posi­ tionsdaten auf, wenn der bewegte Körper seine Höhe verändert hat.

Somit ist festzustellen, daß es mit dem bekannten Positionierungssystem möglich ist, genaue Längen- und Breitendaten eines bewegten Körpers zur Verfügung zu stellen, wenn Funk- oder Radiosignale von vier Satelliten emp­ fangen werden können. Ist die Anzahl der Satelliten im Radioempfangsbereich jedoch geringer als vier, sind Fehler in den zweidimensionalen Positionsdaten unausweichlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Navigation von Fahrzeugen der eingangs genannten Art zu schaffen, die genaue zweidimen­ sionale Positionsdaten selbst dann liefern kann, wenn die Anzahl der Satelliten im Funkempfangsbereich drei oder weniger beträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebe­ nen Merkmale.

Die Satelliten-Funksignale verwendende Vorrichtung zur Navigation nach der Erfindung umfaßt: eine Empfangsvor­ richtung zum Empfang von GPS (globales Positionie­ rungssystem)-Signalen, die von Satelliten ausgehen; eine Entscheidungsvorrichtung, die entsprechend den empfangenen GPS-Signalen prüft, ob die Anzahl der Satelliten im Radioempfangsbereich des bewegten Fahr­ zeugs vier oder mehr beträgt; einen Atmosphärendruck­ messer zum Messen des atmosphärischen Drucks am Ort des bewegten Körpers; eine Höhenabweichungs-Berech­ nungsvorrichtung, die anhand des Ausgangssignals des Atmosphärendruckmessers die als Ergebnis der Bewegung des Körpers erhaltene Abweichung des Atmosphären­ drucks berechnet und aufgrund dieser Abweichung die Höhenabweichung des bewegten Körpers bestimmt; eine Höhenspeichervorrichtung zum Speichern der Höhendaten des bewegten Körpers; und eine Positionsberechnungs­ vorrichtung, die, wenn die Anzahl der Satelliten vier oder mehr beträgt, die zweidimensionalen Positions­ daten des bewegten Körpers aus den GPS-Signalen und den auf den GPS-Signalen basierenden Höhendaten be­ rechnet, und die, wenn die Anzahl der Satelliten drei oder weniger beträgt, die vorhergehenden Höhendaten und die Höhenabweichung zur Berechnung neuer Höhen­ daten verwendet und dann die zweidimensionalen Posi­ tionsdaten aus den neuen Höhendaten und den GPS-Si­ gnalen berechnet.

Gemäß der Erfindung berechnet diese Vorrichtung zur Navigation, wenn vier oder mehr Satelliten sich im Radioempfangsbereich befinden, die zweidimensionalen Positionsdaten des bewegten Körpers aus den von den Satelliten empfange­ nen GPS-Signalen und den aus den GPS-Signalen erhal­ tenen Höhendaten. Wenn die Anzahl der Satelliten im Radioempfangsbereich drei oder weniger beträgt, be­ rechnet das System die gegenwärtigen Höhendaten aus den vorhergehenden Höhendaten und der Höhenabweichung und dann die zweidimensionalen Positionsdaten des bewegten Körpers unter Verwendung der so erhaltenen gegenwärtigen Höhendaten und der GPS-Signale.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Navigations­ systems, und

Fig. 2 ein Flußdiagramm über den Betriebsab­ lauf im Navigationssystem.

Eine Antenne 1 empfängt von Satelliten ausgehende GPS-Signale; eine Empfangsvorrichtung 2 gibt die emp­ fangenen GPS-Signale aus; eine Entscheidungsvorrich­ tung 3 prüft, ob die Anzahl der Satelliten im Radio­ empfangsbereich des bewegten Fahrzeugs vier oder mehr beträgt und erzeugt aufgrund dieser Entscheidung ein Steuersignal B; ein Atmosphärendruckmesser 4 mißt den Atmosphärendruck P am Ort des bewegten Körpers (an dem die Empfangsvorrichtung 2 befestigt ist); eine Höhenabweichungs-Berechnungsvorrichtung 6 berechnet eine Höhenabweichung Δ H aus der Atmosphärendruckab­ weichung, die bei der Bewegung des Körpers auftritt; eine Höhenspeichervorrichtung 7 speichert die bereits bestimmten vorhergehenden Höhendaten H; und eine Po­ sitionsberechnungsvorrichtung 8 bildet entsprechend den GPS-Signalen A zweidimensionale Positionsdaten p, die die absolute Position des bewegten Körpers, d. h. die geographische Länge und Breite, definieren. Wenn das Steuersignal B anzeigt, daß die Anzahl N der Sa­ telliten im Radioempfangsbereich vier oder mehr be­ trägt, berechnet die Positionsberechnungsvorrichtung 8 die zweidimensionalen Positionsdaten unter Verwen­ dung nur der GPS-Signale A. Wenn die Anzahl N der Satelliten drei oder weniger beträgt, berechnet die Positionsberechnungsvorrichtung 8 die zweidimensiona­ len Daten unter Verwendung der GPS-Signale A, der Höhenabweichung Δ H und der vorhergehenden Höhendaten H.

Die Entscheidungsvorrichtung 3, die Höhenabweichungs- Berechnungsvorrichtung 6, die Höhenspeichervorrich­ tung 7 und die Positionsberechnungsvorrichtung 8 kön­ nen durch eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) gebil­ det sein.

Als nächstes wird die Arbeitsweise des vorbeschriebe­ nen Systems anhand des Flußdiagramms nach Fig. 2 er­ läutert. Zuerst werden im Schritt S1 die in den Ra­ diosignalen von den Satelliten enthaltenen GPS-Signa­ le A über die Antenne 1 und die Empfangsvorrichtung 2 empfangen. Im Schritt S2 prüft die Entscheidungsvor­ richtung 3 aufgrund der empfangenen GPS-Signale A, ob die Anzahl N der Satelliten vier oder mehr beträgt (N 4) und gibt das Steuersignal B an die Positionsbe­ rechnungsvorrichtung 8. Wenn die Anzahl N der Satel­ liten vier oder mehr beträgt, führt die Positionsbe­ rechnungsvorrichtung 8 eine normale dreidimensionale Positionierungsoperation nur auf der Grundlage der GPS-Signale A durch. Das heißt, sie berechnet im Schritt S3 die gegenwärtige Höhe Hg aus den GPS-Si­ gnalen H und speichert die berechneten Höhendaten H in der Höhenspeichervorrichtung 7, und im Schritt S4 berechnet sie aus den Höhendaten H und den GPS-Signa­ len A die zweidimensionalen Positionsdaten p, die aus der geographischen Breite und Länge bestehen, und gibt diese aus.

Wenn im Schritt S2 entschieden wird, daß die Anzahl N der Satelliten drei oder weniger beträgt (N 3), dann führt die Positionsberechnungsvorrichtung 8 in Abhängigkeit vom Steuersignal B, das die Satelliten­ anzahl anzeigt, die zweidimensionale Positionierungs­ operation auf der Basis der GPS-Signale A durch. Das heißt, die Positionsberechnungsvorrichtung 8 liest im Schritt S5 die vorhergehenden Höhendaten H aus der Höhenspeichervorrichtung 7. Im Schritt S6 berechnet die Höhenabweichungs-Berechnungsvorrichtung 6 aus dem Ausgangssignal des Atmosphärendruckmessers 4 die At­ mosphärendruckabweichung Δ P, die bei der Bewegung des Körpers gebildet wird, und im Schritt S7 bestimmt die Vorrichtung 6 die Höhenabweichung Δ H = F(Δ P). Im Schritt S8 wird die gegenwärtige Höhe Hg = H+Δ H aus der Höhenabweichung Δ H und den Höhendaten H berech­ net, und der berechnete Wert wird als Höhendaten H in der Höhenspeichervorrichtung 7 gespeichert. Im Schritt S4 werden die GPS-Signale A und die Höhenda­ ten H zur Berechnung und zur Ausgabe der zweidimen­ sionalen Positionsdaten p verwendet. Im abschließen­ den Schritt S9 prüft die Positionsberechnungsvorrich­ tung 8, ob eine vorgegebene Zeitspanne Δ T (Sekunden) vergangen ist. Wenn diese Zeitspanne Δ T vorbei ist, kehrt der Ablauf zum Schritt S1 zurück, um die be­ schriebene Folge vom Schritt S1 zum Schritt S9 zu wiederholen.

Die Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammen­ gefaßt werden. Wenn die Anzahl der Satelliten im Ra­ dioempfangsbereich des bewegten Körpers drei oder weniger beträgt, werden die gegenwärtigen Höhendaten aus den vorhergehenden Höhendaten und der sich als Folge der Bewegung des Körpers ergebenden Höhenabwei­ chung berechnet. Die gegenwärtigen Höhendaten und die GPS-Signale werden zur Berechnung der zweidimensiona­ len Positionsdaten des bewegten Körpers verwendet. Bei diesem Verfahren tritt kein Fehler auf, der ande­ renfalls aufgrund der Höhenänderungen des bewegten Körpers entstehen würde, und daher können genaue zweidimensionale Festdaten des bewegten Körpers er­ halten werden.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Navigation von Fahrzeugen, die mit Hilfe von Satelliten- Funksignalen arbeitet und eine Empfangsvorrich­ tung zum Empfang von von Satelliten ausgesandten GPS (globales Positionierungssystem)-Signalen, eine Entscheidungsvorrichtung, die anhand der empfangenen GPS-Signale prüft, ob die Anzahl der sich im Funkempfangsbereich des Fahrzeugs befindenden Satelliten vier oder mehr beträgt, und eine Positionsberechnungsvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Atmosphärendruckmesser (4) zur Messung des Atmosphärendrucks am Ort des Fahrzeugs, eine Höhenabweichungs-Berechnungsvorrichtung (6) zur Berechnung der Höhenabweichung des Fahrzeugs, die aus der als Folge der Bewegung des Fahrzeugs entstandenen Atmosphärendruckabweichung aus den Ausgangssignalen des Atmosphärendruck­ messers (4) ermittelt ist, und eine Höhenspeichervorrichtung (7) zum Speichern der Höhendaten des Fahrzeugs aufweist, und daß die Positionsberechnungsvorrichtung (8) dazu ausgebildet ist, um die zweidimensionalen Positionsdaten des bewegten Körpers aus den GPS-Signalen und den auf diesen basierenden Höhendaten zu berechnen, wenn die An­ zahl der Satelliten vier oder mehr beträgt, und die vorhergehenden Höhendaten und die Höhenabwei­ chung zur Berechnung neuer Höhendaten zu verwenden, um zweidimensionale Positionsdaten aus den neuen Höhendaten und den GPS-Signalen zu berechnen, wenn die Anzahl der Satelliten drei oder weniger beträgt.