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Dokumentenidentifikation DE602004001326T2 24.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001553424
Titel Empfänger, Navigationsvorrichtung mit Empfänger und Verfahren zur Mehrwegerkennung und Verfahren zur Positionserfassung im Empfänger
Anmelder Alpine Electronics Inc., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Obata, Kijuro, Iwaki-city Fukushima, JP
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Aktenzeichen 602004001326
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.12.2004
EP-Aktenzeichen 042576363
EP-Offenlegungsdatum 13.07.2005
EP date of grant 21.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse G01S 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Mehrwege-Erkennungsverfahren bei Empfängern in einem globalen Positionierungssystem (GPS), die dazu dienen, die Positionen beweglicher Körper, beispielsweise von Fahrzeugen, zu ermitteln.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Empfänger, beispielsweise GPS-Empfänger, die Signale empfangen, die durch ein Direktspreizsystem einer Spektrumspreizung unterzogen wurden, empfangen Signale von mehreren in einer Erdumlaufbahn befindlichen GPS-Satelliten, um die Position von Fahrzeugen, Schiften und dergleichen zu ermitteln. GPS-Empfänger, die von drei oder mehr GPS-Satelliten Gebrauch machen, können zweidimensionale Positionen (Breite und Länge) ermitteln. GPS-Empfänger, die von vier oder mehr GPS-Satelliten Gebrauch machen, können dreidimensionale Orte (Länge, Breite und Höhe) ermitteln.

In Fahrzeugen befindliche Navigationsgeräte verwenden einen solchen GPS-Empfänger, um die laufende Position eines Fahrzeugs unter Verwendung von Signalen zu ermitteln, die von dem GPS-Empfänger empfangen werden, um eine Karte in der Umgebung der laufenden Fahrzeugposition auf eine Anzeigevorrichtung anzuzeigen und um eine Wegführung von der laufenden Position des Fahrzeugs zu einem Zielort anzubieten. Folglich dienen solche im Fahrzeug befindlichen Navigationsgeräte zur Unterstützung des Fahrers.

Ein GPS-Empfänger in einem fahrzeugeigenen Navigationsgerät enthält eine Antenne 200 mit Richtwirkung in Zenit-Richtung, die an einem Fahrzeug, beispielsweise in der 9 gezeigten Weise angebracht ist. Der GPS-Empfänger empfängt Funkwellen von drei oder vier GPS-Satelliten 210 über die Antenne 200, führt eine Entspreizung und eine Demodulation mit den empfangenen Signalen aus und regeneriert ursprüngliche Übertragungssignale.

Außerdem offenbart beispielsweise die Japanische Ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung 5-302972 ein Positioniergerät, in welchem Antennen A und B mit kleinen Abstrahlwinkeln &thgr;1 bzw. &thgr;2 in einem Fahrzeug angebracht sind, sodass mithilfe der Antennen A und B ein Diversity-Empfang erfolgt, wie in 10 gezeigt ist. Das Positioniergerät schaltet in zeitlich gestaffelter Weise mithilfe einer Schaltvorrichtung um zwischen den Antennen A und B, sodass Information von den GPS-Satelliten 210 in einer beliebigen der Antennen A und B empfangen wird, um die Positionsberechnung durchzuführen. Hierdurch lässt sich die für die Positionserkennung benötigte Zeit verringern.

Allerdings leiden die bekannten Kraftfahrzeug-Navigationsgeräte, die oben erläutert wurden, unter folgenden Problemen: Wenn ein mit einem solchen Navigationsgerät ausgestattetes Fahrzeug auf einer Straße fährt, die von hohen Gebäuden oder dergleichen in Stadtgebieten umgeben ist, empfängt ein GPS-Empfänger möglicherweise indirekte Mehrwege-Wellen auf Grund der Reflektion an den Gebäuden. Der GPS-Empfänger kann die laufende Position des Fahrzeugs unter dem Einfluss des Mehrwegephänomens deshalb nicht exakt erkennen, weil es bei der Positionsberechnung dann zu einem Fehler kommt, wenn andere als die reinen direkten Wellen von den GPS-Satelliten für die Positionserkennung herangezogen werden.

Um dieses Problem zu lösen, reduziert die Verwendung einer Strahlantenne mit Richtwirkung für eine spezielle Richtung den Einfluss des Mehrwegephänomens. In der Praxis allerdings ist es schwierig, eine Antenne mit Richtwirkung für eine spezielle Richtung in einem GPS-Empfänger einzusetzen, da der GPS-Empfänger immer Funkwellen von mehreren Satelliten empfangen muss. Im Gegensatz dazu kann der GPS-Empfänger mit einer Mehrwege-Erkennungsschaltung ausgestattet sein, sodass Mehrwegestörungen aus den Empfangssignalen entfernt werden können. Allerdings verkompliziert diese Ausgestaltung den Schaltungsaufbau des GPS-Empfängers und erhöht die Kosten für den GPS-Empfänger.

Die US-PS 6 084 540 beschreibt ein Radar- oder GPS-Empfangssystem, welches von einem Antennen-Array Gebrauch macht, um Mehrfach-Ziele oder Raumfahrzeuge zu erfassen. Freistehende so genannte Jammer erzeugen Signale, die auf den Nebenkeulen der Antennenstrahlen empfangen werden und den Systembetrieb beeinträchtigen. Ein Array aus autonomen oder adaptiven Nullern verarbeiten die empfangenen Signale, um Gewichte zu bilden, welche die Antennen-Nullstellen so einstellen, dass sie in Richtung der Jammer weisen. Die Antennen-Nullstellen eines Strahlenmusters werden verglichen mit den Nullen eines anderen Strahlmusters. Normale, zwischen den Nebenkeulen liegende Nullstellen treten nicht unter gleichem Winkel bei sämtlichen Mustern auf, allerdings treten die von den Nullern erzeugten Nullstellen unter gleichem Winkel auf. Die Richtungen der Jammer werden als diejenigen Richtungen angenommen, in denen sämtliche Strahlmuster Nullstellen haben.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Empfängers.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ortungsverfahrens, welches in der Lage ist, die Position eines beweglichen Körpers mit hoher Genauigkeit unter Verwendung des Empfängers zu ermitteln, außerdem soll ein Navigationssystem unter Verwendung dieses Empfängers geschaffen werden.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Empfänger zum Empfangen von Signalen von Positionier-Satelliten geschaffen, wobei die Signale von einem Direktspreizsystem im Spektrum aufgespreizt sind, gekennzeichnet durch: Eine eine variable Richtwirkung aufweisende Antenne, die in der Lage ist, einen Nullpunkt in mindestens einer Richtung zu bilden; eine Nullpunkt-Einstelleinrichtung zum Einstellen des Nullpunkts, der eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne in der Richtung eines Satelliten, der eine Positionierung vornehmen kann; und eine Mehrwege-Bestimmungseinrichtung (18) zum Ermitteln, ob ein von einer eine veränderliche Richtwirkung aufweisenden Antenne kommendes Empfangssignal sich in einem Mehrwegezustand befindet oder nicht, abhängig von dem Empfangssignal.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Empfänger gemäß Anspruch 1 geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mehrwege-Bestimmungseinrichtung ermittelt, ob das von der eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne kommende Empfangssignal sich in dem Mehrwegezustand befindet, wenn das Empfangssignal eine Feldstärke gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert aufweist oder wenn das Maß der Dämpfung des Empfangssignals in Bezug auf die Intensität eines an einem anderen als einem Nullpunkt gemessenen Punkt empfangenen Signals, welches vorab gemessen wurde, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

In dem erfindungsgemäßen Empfänger wird ein Nullpunkt einer eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne auf eine Richtung eines Satelliten eingestellt, der eine Positionierung durchführen kann, und es wird ein Empfangssignal der Antenne überwacht, sodass eine Feststellung möglich ist, ob das Empfangssignal sich in einem Mehrwegezustand befindet oder nicht. Die Mehrwegeerkennung lässt sich also in effizienter Weise vornehmen oder die Intensitäten oder Stärken der Empfangssignale von Satelliten, die in anderen Richtungen als der Richtung des Nullpunkts gelegen sind, zu reduzieren. Unter Verwendung des Empfängers für ein Navigationsgerät wird der Ort eines beweglichen Körpers unter Verwendung von Empfangssignalen von Satelliten ermittelt, die sich nicht im Mehrwegezustand befinden. Außerdem lässt sich die Genauigkeit für die Ortung zusätzlich verbessern.

Ein erfindungsgemäßer Empfänger wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines GPS-Empfängers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

2 den Aufbau einer eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne;

3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Mehrwegeerkennung in dem GPS-Empfänger;

4 das Prinzip der Mehrwegeerkennung;

5 den Aufbau eines Navigationssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

6 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines GPS-Empfängers, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird;

7 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Navigationsgeräts;

8 ein Beispiel für die Anzeige von Empfangsbedingungen von GPS-Satelliten;

9 ein Beispiel für eine Antenne eines bekannten GPS-Empfängers; und

10 ein Beispiel für Antennen eines bekannen GPS-Empfängers.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben.

1 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines GPS-Empfängers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Ein GPS-Empfänger 10 enthält eine eine veränderliche Richtwirkung aufweisende Antenne 12, eine Empfangseinheit 14 zum Demodulieren von Empfangssignalen aus der eine veränderliche Richtwirkung aufweisenden Antenne 12, eine Positioniereinheit 16 zum Messen von Positionen, beispielsweise Entfernungen zu GPS-Satelliten an Hand von Signalen, die von der Empfangseinheit 14 kommen, eine Mehrwege-Bestimmungseinheit 18 zum Empfangen der Empfangssignale von der eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne 12 und zum Bestimmen, ob die Empfangssignale sich in einem Mehrwegezustand befinden oder nicht; einen Nullpunkt-Einstelleinheit 20 zum Einstellen eines Nullpunkts in einem vorbestimmten Winkel eines Richtungsmusters, der eine veränderliche Richtwirkung aufweisenden Antenne 12, einen Speicher 22 zum Speichern von Orts-Information, beispielsweise Almanach-Daten, von GPS-Satelliten und eine Steuereinrichtung 24 zum Steuern der Betriebsabläufe dieser Einheiten.

Die (im Folgenden einfach als Antenne bezeichnete) eine veränderliche Richtwirkung aufweisende Antenne 12 entspricht einer Smart-Antenne oder einer adaptiven Antenne. 2 zeigt den Aufbau der Antenne 12. Gemäß 2 enthält die Antenne 12 eine Mehrzahl von Antennen-Elementen 30-1, 30-2, ... und 30-n, die in einem Array angeordnet sind, Wichtungsschaltungen 32-1, 32-2, ... 32-n zum Regulieren der Amplituden und der Phasen von Erregerströmen der Antennen-Elemente 30-1, 30-2, ... 30-n und einen Addierer 34 zum Kombinieren der Ausgangssignale der n-Wichtungsschaltungen. Die Wichtungsschaltungen 32-1 bis 32-n enthalten Amplitudenregler 36-1 bis 36-n sowie Phasenregler 38-1 bis 38-n. Die Amplitudenregler 36-1 bis 36-n und Phasenregler 38-1 bis 38-n arbeiten in Abhängigkeit eines Ausgangssignals 20a, welches von der Nullpunkt-Einstelleinheit 30 ausgegeben wird. Das Regulieren von Amplituden und Phasen durch die Wichtungsschaltungen 32-1 bis 32-n erzeugt ein Richtungsmuster mit einer Richtwirkung entsprechend einer gewünschten Richtung. Anders ausgedrückt: Die Regulierung stellt den Nullpunkt (Auslöschung) in der gewünschten Richtung ein.

Die Empfangseinheit 14 führt eine RF-Verstärkung der Spreizspektrum-Empfangssignale durch, die an der Antenne 12 empfangen werden, und sie führt eine Basisband-Demodulation durch, indem sie die Träger aus den Empfangssignalen beseitigt. Außerdem entspreizt die Empfangseinheit 14 die demodulierten Basisband-Signale, um die ursprünglichen Übertragungssignale wiederzugewinnen.

Die Positioniereinheit 16 misst Positionen, beispielsweise Entfernungen zu GPS-Satelliten, unter Verwendung der von der Empfangseinheit 14 demodulierten Signale. Die Mehrwege-Bestimmungseinheit 18 ermittelt, ob die Empfangssignale sich in einem Mehrwegezustand befinden oder nicht, indem sie die Feldstärken oder die Dämpfungsmaße der Empfangssignale prüft, die von der Antenne 12 kommen.

Die Nullpunkt-Einstelleinheit 20 stellt eine Nullstelle in einem Richtungsmuster der Antenne 12 abhängig von einem von der Steuereinheit 24 kommenden Befehl ein. Die Richtung der Nullstelle wird so eingestellt, dass sie einer Richtung eines GPS-Satelliten entspricht, der eine Positionierung ausführt, das ist eine Richtung der von dem GPS-Satelliten ankommenden Funkwellen.

Der Speicher 22 speichert Orts-Information der GPS-Satelliten. Die Orts-Information oder Positionsinformation kann beispielsweise in Form von Almanach-Daten vorliegen, die Umlaufinformation über die GPS-Satelliten Ephemeriden-Daten einschließlich exakter Umlaufinformation über GPS-Satelliten repräsentieren. Die Almanach-Daten oder Ephemeriden-Daten können von den GPS-Satelliten empfangen werden. Alternativ können die Almanach-Daten oder die Ephemeriden-Daten von Basisstationen oder anderen Datenquellen erhalten werden. Die Orts-Information über einen GPS-Satelliten wird referenziert, wenn ein Nullpunkt der Antenne 12 eingestellt ist und nach dem GPS-Satelliten gesucht wird.

Die Steuereinheit 24 enthält beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit oder einen Mikrocomputer. Die Steuereinheit 24 der ersten Ausführungsform steuert den Betrieb jeder Einheit des GPS-Empfängers und steuert die Mehrwege-Detektierung, die in dem GPS-Empfänger durchgeführt wird. Im Folgenden wird an Hand eines in 3 gezeigten Flussdiagramms die Mehrwege-Detektierung erläutert.

Die Steuereinheit 24 schätzt eine Richtung der von einem GPS-Satelliten kommenden Funkwellen entsprechend der Orts-Information über den GPS-Satelliten, die im Speicher 22 abgespeichert ist (Schritt S101). Anschließend steuert die Steuereinheit 24 die Nullpunkt-Einstelleinheit 20 so, dass in einer Richtung, die der Richtung der ankommenden Funkwellen entspricht (Richtung des GPS-Satelliten) eine Nullstelle gebildet wird (Schritt S102). Die Nullpunkt-Einstelleinheit 20 steuert die Amplituden und die Phasen durch die Wichtungsschaltungen 32-1 bis 32-n der Antenne 12 unter Verwendung des Ausgangssignals 20a und stellt einen Nullpunkt ein (Schritt S103).

Die Mehrwege-Bestimmungseinheit 18 empfängt ein Ausgangssignal von dem Addierer 34 der Antenne 12 und stellt fest, ob das Empfangssignal sich in einem Mehrwegezustand befindet oder nicht (Schritt S104). 4 veranschaulicht das Prinzip der Mehrwege-Detektierung. Wie in 4 dargestellt ist, wird in einem Richtungsmuster P einer Antenne mit veränderlicher Richtwirkung ein Nullpunkt oder eine Nullstelle PO eingerichtet, in der der Gewinn auf Null gesetzt wird. Der Nullpunkt PO wird beispielsweise im Bereich von etwa 10 Grad eingestellt, während für die übrigen Winkel ein annähernd gleicher Gewinn vorgesehen wird. Koeffizienten zum Regulieren der Amplituden und der Phasen werden vorab berechnet. Außerdem wird gemäß obiger Erläuterung die Richtung des Nullpunkts so gewählt, dass sie der Richtung eines GPS-Satelliten 40 entspricht, der eine Positionierung vornehmen kann.

Wenn die Stärke eines Empfangssignals der Antenne 12 kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, so bestimmt die Mehrwege-Bestimmungseinheit 18, dass das Empfangssignal sich nicht in einem Mehrwegezustand befindet. Dies ist deshalb so, weil die von dem GPS-Satelliten 40 kommenden Funkwellen eine starke Ausprägung in der geradlinigen Ausbreitung besitzen, sodass, wenn direkte Wellen D von der Antenne 12 empfangen werden, die Stärke des Empfangssignals auf Grund der Nullstelle PO oder annähernd Null betragen sollte.

Wenn hingegen die Stärke eines Empfangssignals über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt oder diesem gleicht, wird festgestellt, dass sich das Empfangssignal in einem Mehrwegezustand befindet. Anders ausgedrückt: Der Umstand, dass das Empfangssignal eine vorbestimmte Stärke aufweist, obschon die Stärke des Empfangssignals Null oder annähernd Null betragen sollte, weist darauf hin, dass Funkwellen aus einer anderen Richtung empfangen werden als der Richtung der Nullstelle. In anderen Worten: Es wird unterstellt, dass Funkwellen, die von dem GPS-Satelliten 40 stammen, von einem Hindernis 42, beispielsweise einem hohen Gebäude, reflektiert werden, sodass indirekte Wellen D1 empfangen werden.

Wenn festgestellt wird, dass das Empfangssignal sich im Mehrwegezustand befindet (Schritt S104), gibt die Mehrwege-Bestimmungseinheit 18 das Ermittlungsergebnis an die Steuereinheit 24. Die Steuereinheit schließt den GPS-Satelliten, für den der Mehrwegezustand festgestellt wurde, als für die Positionierung zu verwendendes Objekt aus (Schritt S105). Die Steuereinheit 24 sucht nach einem anderen GPS-Satelliten, der eine Positionierung ausführen kann und zwar aus der Orts-Information über die GPS-Satelliten, welche in dem Speicher 22 gespeichert ist (Schritt S106). Dann wird die Verarbeitung in den Schritten S101 bis 104 für den aufgefundenen GPS-Satelliten wiederholt, und es wird ermittelt, ob ein Empfangssignal sich im Mehrwegezustand befindet oder nicht.

Wenn die Mehrwege-Bestimmungseinheit 18 feststellt, dass sich das Empfangssignal nicht im Mehrwegezustand befindet, Schritt S104, gibt die Steuereinheit 24 an die Positioniereinheit 16 ein Signal, welches die Erlaubnis zur Positionierung darstellt. Die Positioniereinheit 16 misst eine Position, beispielsweise eine Entfernung zu dem GPS-Satelliten 40, abhängig von dem Empfangssignal, welches sich nicht im Mehrwegezustand befindet (Schritt S107). Überflüssig zu sagen, dass gemäß 4 von einem GPS-Satelliten 44, der sich in einer anderen Richtung als der Richtung der Nullstelle PO befindet, kommende Funkwellen von der Antenne 12 ohne Dämpfung empfangen werden können. Damit kann die derzeitige Position mithilfe eines Triangulationsverfahrens oder dergleichen ermittelt werden, indem eine Positionierung durch mehrere GPS-Satelliten erfolgt, wozu eine Antenne veränderlicher Richtwirkung eingesetzt wird.

Wie oben beschrieben wurde, wird bei der ersten Ausführungsform eine Nullstelle einer Antenne auf die Richtung eines GPS-Satelliten eingestellt, der eine Positionierung ausführen kann, und die Intensität eines Empfangssignals von der Antenne wird überwacht. Auf diese Weise lässt sich in einfacher Weise nachweisen, ob es sich bei dem Empfangssignal um ein solches handelt, welches einem Mehrwegezustand entspricht.

Obschon die Mehrwege-Bestimmungseinheit 18 die Stärke eines Empfangssignals bei der ersten Ausführungsform mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht, ist dies lediglich ein Beispiel, es kann auch von anderen Verfahren Gebrauch gemacht werden. Beispielsweise wird vorab die Stärke eines an einem anderen Punkt als der Nullstelle empfangenen Signals gemessen, und es wird das Ausmaß der Dämpfung, eine Differenz oder dergleichen gegenüber der Signalstärke gemessen. Wenn der berechnete Wert größer als ein vorbestimmter Wert ist, so lässt sich dies dahingehend deuten, dass sich das Signal nicht in einem Mehrwege-Empfangszustand befindet. Wenn der berechnete Wert kleiner ist als der vorbestimmte Wert oder eben gleich, lässt sich daraus der Mehrwege-Empfangszustand folgern.

Obschon als bevorzugte Antennen bei der erste Ausführungsform eine Antenne mit veränderlicher Richtwirkung verwendet wird, ist die Erfindung nicht notwendigerweise hierauf beschränkt. Eine im Rahmen der Erfindung einsetzbare Antenne muss zumindest in der Lage sein, eine Nullstelle zu bilden. Beispielsweise kann eine Dipol-Antenne verwendet werden, bei der vorab eine Nullstelle gebildet ist. Wenn in diesem Fall die Dipol-Antenne in dreidimensionaler Richtung drehen kann und die Dipol-Antenne in einen bestimmten Winkel gedreht ist, lässt sich ein Nullpunkt in die Richtung eines GPS-Satelliten einstellen. Folglich hat die Dipol-Antenne eine ähnliche Funktion wie die eine variable Richtwirkung aufweisende Antenne.

Die Verwendung einer Antenne mit variabler Richtwirkung steigert die Anzahl von Antennen-Elementen. Abhängig von der Zunahme der Anzahl von Antennen-Elementen steigt auch der gesamten Energieverbrauch. Wenn außerdem ein GPS-Empfänger in einem beweglichen Körper, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug installiert ist, wird die Verdrahtung für die Antennen-Elemente kompliziert. Eine Solar-Batterie kann in einem Antennenabschnitt untergebracht sein, sodass der Energieverbrauch einer Batterie oder dergleichen zum Speisen der Antenne verringert werden kann. Außerdem kann ein drahtloses Antennemodul verwendet werden.

Obschon bei der ersten Ausführungsform ein Nullpunkt gebildet wird, können auch zwei Nullpunkte gebildet werden, sodass die Empfangssignale von zwei GPS-Satelliten gleichzeitig daraufhin untersucht werden, ob sie einem Mehrwegezustand entsprechen oder nicht, indem die beiden Nullpunkte in die Richtungen der beiden GPS-Satelliten eingestellt werden. Darüber hinaus können zwei oder mehr Nullpunkte eingerichtet werden, sodass der Mehrwegezustand sich an Hand eines der Nullpunkte ermitteln lässt.

Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Ein Navigationssystem gemäß der zweite Ausführungsform ist eine Anwendung des GPS-Empfängers gemäß der ersten Ausführungsform in einem Navigationssystem. Wie in 5 gezeigt ist, enthält ein Navigationssystem 100 einen GPS-Empfänger 10a und ein Navigationsgerät 120, welches mit dem GPS-Empfänger 10a über eine Verbindungsleitung 110, beispielsweise einen Bus, verbunden ist. Vorzugsweise ist das Navigationssystem 100 in einem beweglichen Körper aufgenommen, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug oder einem Schiff.

Zusätzlich zu dem in 1 gezeigten Aufbau enthält der GPS-Empfänger 10a eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 50 zum Transferieren von Signalen zu/von einer externen Vorrichtung, wie in 6 gezeigt ist. Die Eingabe-/Ausgabeeinheit 50 arbeitet als Schnittstelle zur Ausgabe von Signalen zum Positionieren durch die Positioniereinheit 16 auf die Verbindungsleitung 100 und zum Übertragen von Steuersignalen und dergleichen zwischen der Steuereinheit 24 und dem Navigationsgerät 120.

Im Gegensatz dazu besitzt in bekannter Weise das Navigationsgerät 120 eine Funktion zum Nachweisen der derzeitigen Position eines Fahrzeugs abhängig von Information, die durch eine Positionierung gewonnen wird, die von dem GPS-Empfänger 10a ausgeführt wird, um eine Kartenführung in der Umgebung des Fahrzeugs zu erhalten, gemäß der die am besten geeignete Route des Fahrzeugs vom derzeitigen Aufenthaltsort bis zu einem Zielort aufgefunden wird, um eine Wegleitunterstützung zu erreichen.

7 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus des Navigationsgeräts 120. Das Navigationsgerät 120 enthält eine Positionsdetekoreinheit 122 zum Empfangen eines Ausgangssignals von dem GPS-Empfänger 10a über die Verbindungsleitung 110; eine Empfänger-Steuereinheit 124 zum Transferieren eines Steuersignals und dergleichen in Bezug auf den GPS-Empfänger 10a über die Verbindungsleitung 110; eine Eingabeeinheit 126 zum Eingeben eines Benutzerbefehls und dergleichen; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 128 zum Ausgeben von Fahrzeuggeschwindigkeits-Information; eine Karten-Datenbank 130 zum Abspeichern einer Landkarte oder dergleichen, die zur Navigation benötigt wird; einen Speicher 132 zum Abspeichern verschiedener Daten; einen Lautsprecher 134 zum Ausgeben einer akustischen Leitinformation und dergleichen; eine Anzeige 136 und eine Navigations-Steuereinheit 138 zum Steuern der Arbeitsabläufe dieser Einheiten.

Die Positionsdetektoreinheit 122 empfängt Positioniersignale für eine Mehrzahl von GPS-Satelliten, die zum Positionieren durch den GPS-Empfänger verwendet werden, und sie detektiert den Ort des Fahrzeugs mithilfe eines Triangulationsverfahrens. Die Empfängersteuereinheit 124 sendet ein Steuersignal über die Verbindungsleitung 110, um den Betriebsablauf des GPS-Empfängers 10a zu steuern und sendet Signale und dergleichen von dem GPS-Empfänger 10a zu der Navigationssteuereinheit 138.

Im Folgenden wird die Arbeitsweise zur Positionserfassung in dem Navigationssystem 100 der zweiten Ausführungsform erläutert. Die Mehrwege-Bestimmungseinheit 18 des GPS-Empfängers 10a führt eine Mehrwege-Detektierung für ein Empfangssignal durch und gibt das Ermittlungsergebnis an die Steuereinheit 24. Die Steuereinheit veranlasst die Eingabe-/Ausgabeeinheit 50 zum Ausgeben eines Identifikationssignals des GPS-Satelliten und eines Empfangszustandssignals, welches den Empfangszustand angibt, abhängig von dem Ermittlungsergebnis. Diese Signale werden der Navigationssteuereinheit 138 über die Empfangssteuereinheit 124 zugeleitet. Das Empfangszustandssignal enthält Information darüber, ob sich der GPS-Satellit im Mehrwegezustand befindet oder nicht, ob ein Signal des GPS-Satelliten empfangen wird oder nicht, ob ein Signal des GPS-Satelliten nicht empfangen werden kann und dergleichen.

Befindet sich das Empfangssignal nicht im Mehrwegezustand, so wird ein Signal von der Positioniereinheit 16 an die Positionsdetektoreinheit 122 gesendet, sodass diese den Standort des Fahrzeugs ermittelt. Da für die Standortermittlung kein Mehrwegesignal verwendet wird, lässt sich der Standort des Fahrzeugs exakt feststellen. Die Navigationssteuereinheit 138 empfängt Information über den derzeitigen Standort des Fahrzeugs von der Positionsdektoreinheit 122, liest entsprechende Landkartendaten aus der Kartendatenbank 130 und zeigt die Kartendaten auf der Anzeigevorrichtung 136 an.

Außerdem zeigt die Anzeigevorrichtung 136 Empfangszustände der GPS-Satelliten, wie dies in 8 gezeigt ist. In anderen Worten: Auf dem linken Bildschirm wird eine Markierung M, welche den derzeitigen Standort des Fahrzeugs angibt, einer Landkarte in der Umgebung der derzeitigen Position des Fahrzeugs überlagert. Auf dem rechten Bildschirm werden die Empfangsbedingungen für die GPS-Satelliten angezeigt. GPS-Satelliten 140 (in 8 voll schwarz dargestellt), die in dem Positionierungsvorgang einbezogen sind und GPS-Satelliten 142 (in 8 schraffiert dargestellt), die aus den für die Positionierung verwendeten Objekten ausgeschlossen sind auf Grund des Mehrwegephänomens und ein GPS-Satellit 144, dessen Signal nicht empfangen werden kann, sind in voneinander unterschaltbarer Weise dargestellt. In der oberen rechten Ecke ist in einem Anzeigebereich 146 die Anzahl der GPS-Satelliten angegeben, deren Signale empfangen werden. In 8 ist im Anzeigebereich 146 die "3" angezeigt. Die Empfangsbedingungen für die GPS-Satelliten werden unter der Steuerung der Navigationssteuereinrichtung 138 abhängig von den Kennungsdaten und den Empfangsbedingungssignalen der GPS-Satelliten angezeigt, die von dem GPS-Empfänger 10a kommen, wie oben erläutert wurde.

Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Navigationsvorrichtung 120 den GPS-Empfänger 10a steuert. Der GPS-Empfänger 10a kann laufend überprüfen, ob ein Empfangssignal von einem GPS-Satelliten sich in einem Mehrwegezustand befindet oder nicht, selbst wenn hierzu von dem Navigationsgerät 120 kein Befehl gesendet wird. Allerdings ist der GPS-Empfänger 10a in der Lage, eine Mehrwegedetektierung zu einem gewünschten Zeitpunkt auszuführen, abhängig von einem von dem Navigationsgerät 120 kommenden Befehl.

Beispielsweise lässt sich eine Mehrwegedetektierung durchführen, wenn ein Fahrzeug in einen Bereich gelangt, welcher vorab als ein Bereich definiert wurde, der empfindlich für das Mehrwegephänomen ist. Eine Adresse eines Stadtgebiets mit sehr hohen Gebäuden lässt sich in dem Speicher 132 abspeichern als ein Bereich, der empfindlich für Mehrwegeempfang ist. Wenn festgestellt wird, dass das Fahrzeug in den im Speicher 132 gespeicherten Bereich gelangt, abhängig von der Information über die laufende Position des Fahrzeugs aus der Positionsdetektoreinheit 122, gibt die Navigationssteuereinheit 138 ein Steuersignal aus, welches die Mehrwegedetektierung in Gang setzt und zwar von der Empfängersteuereinheit 124 an den GPS-Empfänger 10a. Ansprechend auf dieses Steuersignal beginnt der GPS-Empfänger 10a mit der Ermittlung, ob ein Empfangssignal eines GPS-Satelliten, welches zur Positionierung zu verwenden ist, sich in einem Mehrwegezustand befindet oder nicht. In diesem Fall wird so lange, bis ein Befehl zur Mehrwegedetektierung empfangen wird, keine Nullstelle für die Antenne 12 eingestellt, und von sämtlichen GPS-Satelliten kommende Funkwellen können empfangen werden.

Außerdem kann die Navigationssteuereinheit 138 den Zeitpunkt einer von dem GPS-Empfänger 10a durchgeführten Mehrwegedetektierung nach Maßgabe einer Fahrzeuggeschwindigkeit durchführen, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 128 erhalten wird. Da die aktuelle Position eines Fahrzeugs sich nicht viel ändert, wenn das Fahrzeug langsam fährt, lässt sich die Mehrwegedetektierung für einen GPS-Satelliten in einem längeren Zeitraum abwickeln. Wenn hingegen bei schnellerer Fahrweise des Fahrzeugs der laufende Standort des Fahrzeugs sich rasch ändert, muss die Mehrwegedetektierung häufiger durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem vorbestimmten Wert liegt, kann der GPS-Empfänger 10a die Mehrwegedetektierung in jedem Standardintervall durchführen. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem vorbestimmten Wert oder geht sie darüber hinaus, kann die Empfängersteuereinheit 124 ein Steuersignal an den GPS-Empfänger 10a senden, sodass die Mehrwegedetektierung in einem kürzeren Zeitintervall vorgenommen wird.

Wenn der GPS-Empfänger 10a einen Mehrwegeempfang nachweist, kann die Navigationssteuereinheit 138 den Standort des Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt in dem Speicher 132 speichern. Standortinformation über einen Standort, bei dem es zu einem Mehrwegeempfang gekommen ist, kann registriert werden als für Mehrwegeempfang empfindlicher Standort, wie oben erläutert wurde.

Der erfindungsgemäße GPS-Empfänger lässt sich offensichtlich für Navigationsgeräte verwenden, die in Fahrzeugen, Schiffen oder dergleichen installiert sind. Außerdem lässt sich der erfindungsgemäße GPS-Empfänger in tragbaren Terminalgeräten oder dergleichen einbauen. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße GPS-Empfänger zusammen mit einer Navigationsfunktion von Notebook-PCs, tragbaren Telefongeräten oder tragbaren Terminalgeräten verwendet werden.


Anspruch[de]
Empfänger (10) zum Empfangen von durch ein Direkt-Spreizsystem gebildeten Spreizspektrumsignalen von Positioniersatelliten, gekennzeichnet durch:

eine Antenne mit variabler Richtwirkung (12), ausgebildet zum Erzeugen eines Nullpunkts in mindestens einer Richtung;

eine Nullpunkt-Einstelleinrichtung (20) zum Einstellen des Nullpunkts der eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne (12) in Richtung eines positionierfähigen Satelliten; und

eine Mehrwege-Bestimmungseinrichtung (18) zum Feststellen, ob ein Signal von der eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne (12) einen Mehrwegezustand aufweist oder nicht, abhängig von dem Empfangssignal.
Empfänger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Mehrwege-Bestimmungseinrichtung (18) ermittelt, ob das von der variable Richtwirkung aufweisenden Antenne (12) kommende Empfangssignal sich in einem Mehrwegezustand befindet, wenn das Empfangssignal eine Feldstärke besitzt, die gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert oder wenn das Dämpfungsmaß des Empfangssignals in Bezug auf die Stärke eines an einem von einem Nullpunkt verschiedenen Punkt empfangenen, vorab gemessenen Signals kleiner ist als ein vorbestimmter Wert. Empfänger (10) nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (22) zum Speichern von Positionsinformation bezüglich der Satelliten, wobei die Nullpunkt-Einstelleinrichtung (20) den Nullpunkt abhängig von der Positionsinformation über den Satelliten einstellt, welche in der Speichereinrichtung (22) gespeichert ist. Empfänger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die dann, wenn die Mehrwege-Bestimmungseinrichtung (18) feststellt, dass sich das Empfangssignal in einem Mehrwegezustand befindet, den Satelliten von einem zur Positionierung zu verwendenden Objekt ausschließt, nach einem anderen Satelliten sucht, der positionierfähig ist, abhängig von in der Speichereinrichtung (22) gespeicherter Positionsinformation über den anderen Satelliten und die Nullpunkt-Einstelleinrichtung (20) derart steuert, dass diese einen Nullpunkt in Richtung des anderen Satelliten einstellt. Empfänger (10a) nach einem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch die Verbindung mit einer Navigationsvorrichtung (200), umfassend: eine Positionsdetektoreinrichtung (122) zum Ermitteln einer Position eines beweglichen Körpers; einer Kartenspeichereinrichtung (130) zum Speichern von Daten, die Kartendaten enthalten; eine Anzeige (136) und eine Anzeige-Steuereinrichtung (138) zum Lesen von Kartendaten entsprechend der Position des beweglichen Körpers, wie sie von der Positionsdetektoreinrichtung (122) ermittelt wurde, aus der Kartenspeichereinrichtung (120) und zum Anzeigen der Kartendaten auf der Anzeige (136). Mehrwege-Ermittlungsverfahren in einem Empfänger (10) zum Empfangen von durch ein Direkt-Spreizsystem gebildeten Spreizspektrumsignalen von Positioniersatelliten, gekennzeichnet durch:

einen ersten Schritt des Einstellens eines Nullpunkts einer eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne (12) in einer Richtung eines Satelliten, der eine Positionierung vornehmen kann; und

einen zweiten Schritt zum Feststellen, ob ein von der eine variable Richtwirkung aufweisenden Antenne (12) empfangenes Empfangssignal sich in einem Mehrwegezustand befindet, abhängig von dem Empfangssignal.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Schritt dann, wenn die Stärke des Empfangssignals gleich oder größer einem vorbestimmten Wert ist, das Empfangssignal als in dem Mehrwegezustand befindlich eingestuft wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Schritt eine Richtung ankommender Funkwellen von dem Satelliten abgeschätzt wird an Hand von Positionsinformation bezüglich des Satelliten, die vorab in einem Speicher gespeichert wurde und der Nullpunkt in der geschätzten Richtung eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Schritt eine Richtung von von dem Satelliten ankommenden Funkwellen nach Maßgabe von Almanach-Daten abgeschätzt wird und der Nullpunkt in der abgeschätzten Richtung eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch:

einen dritten Schritt des Ausschließens des Satelliten von einem Objekt, das zur Positionierung verwendet wird, wenn das Empfangssignal sich in dem zweiten Schritt als in dem Mehrwegezustand befindlich erweist; und

einen vierten Schritt des Ausführens des ersten Schritts und des zweiten Schritts für einen anderen Satelliten, der eine Positionierung ausführen kann.






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