Title:
Verfahren zum Betrieb einer mobilen Empfangseinrichtung
Kind Code:
B3


Abstract:

Verfahren zum Betrieb einer mobilen Empfangseinrichtung (3), wobei wenigstens ein Empfangssignal über wenigstens eine Antenne (13) empfangen und zur Bestimmung einer Empfangsinformation verarbeitet wird, wobei durch die Empfangseinrichtung (3) oder eine mit der Empfangseinrichtung (3) kommunizierende Positionsbestimmungseinrichtung (2) eine Position der Empfangseinrichtung (3) bestimmt wird, wonach in Abhängigkeit der Position eine Lokalinformation aus einer Datenquelle ausgelesen wird, wobei ein Frequenzbereich, in dem das Empfangssignal durch die Empfangseinrichtung (3) empfangen wird, in Abhängigkeit der Lokalinformation eingestellt wird und/oder wobei das Empfangssignal oder wenigstens ein aus dem Empfangssignal abgeleitetes Signal im Rahmen der Verarbeitung des Empfangssignals wenigstens einer Regelschleife der Empfangseinrichtung (3) als Eingangssignal zugeführt wird, wobei wenigstens ein Schleifenparameter der Regelschleife in Abhängigkeit der Lokalinformation eingestellt wird. embedded image




Inventors:
Thielecke, Jörn, Prof. (91056, Erlangen, DE)
Tollkühn, Andreas (85049, Ingolstadt, DE)
Patino-Studencki, Lucila, Dr. (90491, Nürnberg, DE)
Application Number:
DE102017200969A
Publication Date:
07/19/2018
Filing Date:
01/23/2017
Assignee:
AUDI AG, 85057 (DE)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 91054 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102012025383A1N/A2013-07-04
DE112006003422T5N/A2008-10-09



Foreign References:
200500551602005-03-10
201103167382011-12-29
Claims:
Verfahren zum Betrieb einer mobilen Empfangseinrichtung (3), wobei wenigstens ein Empfangssignal über wenigstens eine Antenne (13) empfangen und zur Bestimmung einer Empfangsinformation verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Empfangseinrichtung (3) oder eine mit der Empfangseinrichtung (3) kommunizierende Positionsbestimmungseinrichtung (2) eine Position der Empfangseinrichtung (3) bestimmt wird, wonach in Abhängigkeit der Position eine Lokalinformation aus einer Datenquelle ausgelesen wird, wobei ein Frequenzbereich, in dem das Empfangssignal durch die Empfangseinrichtung (3) empfangen wird, in Abhängigkeit der Lokalinformation eingestellt wird und/oder wobei das Empfangssignal oder wenigstens ein aus dem Empfangssignal abgeleitetes Signal im Rahmen der Verarbeitung des Empfangssignals wenigstens einer Regelschleife der Empfangseinrichtung (3) als Eingangssignal zugeführt wird, wobei wenigstens ein Schleifenparameter der Regelschleife in Abhängigkeit der Lokalinformation eingestellt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das wenigstens eine Empfangssignal wenigstens ein Signal eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems empfangen wird, wobei die Position der Empfangseinrichtung (2) in Abhängigkeit des Empfangssignals bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsinformation eine Phasenlage und/oder eine Frequenzverschiebung bezüglich einer empfangseinrichtungsseitigen Referenz und/oder eine Frequenz des Empfangssignals oder eines durch Demodulation aus dem Empfangssignal gewonnenen Modulationssignals und/oder eine Signallaufzeit des Empfangssignals von einem Sender zu der Empfangseinrichtung (2) ist.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schleifenparameter eine Bandbreite der Regelschleife eingestellt wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Phasenregelschleife und/oder wenigstens eine Frequenzregelschleife, die wenigstens einen Signalgenerator der Empfangseinrichtung (2) steuern, und/oder eine Verzögerungsregelschleife, die wenigstens ein Verzögerungsglied der Empfangseinrichtung (2) steuert, als die Regelschleife verwendet werden.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsregelschleife mehrere Verzögerungsglieder aufweist, wobei als Schleifenparameter ein Unterschied der Verzögerungszeiten zwischen den Verzögerungsgliedern eingestellt wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifenparameter und/oder eine den Frequenzbereich betreffende Information von der Datenquelle als Lokalinformation bereitgestellt wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Lokalinformation eine lokale Bebauung und/oder Bepflanzung und/oder Geländetopografie beschrieben wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Lokalinformation eine lokale Verkehrssituation und/oder wenigstens eine Eigenschaft eines lokalen Streckenverlaufs beschrieben werden.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Lokalinformation eine Bewegungsinformation ermittelt wird, die eine voraussichtliche Bewegungsdynamik der Empfangseinrichtung (2) betrifft, wonach der Schleifenparameter und/oder eine den Frequenzbereich betreffende Information in Abhängigkeit der Bewegungsinformation ermittelt wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalinformation eine voraussichtliche lokale Dämpfung oder Störstärke von Empfangssignalen in wenigstens einem Frequenzbereich beschreibt.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalinformation zeitlich veränderlich ist und/oder den zeitlichen Verlauf einer Größe betrifft.

Empfangseinrichtung mit wenigstens einer Antenne (13) zum Empfang eines Empfangssignals und einer Verarbeitungseinrichtung (14) zur Ermittlung wenigstens einer Empfangsinformation aus dem Empfangssignal, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (14) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.

Positionsbestimmungseinrichtung zur Ermittlung einer Positionsinformation in Abhängigkeit von Empfangssignalen, die von mehreren Satelliten gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Empfangseinrichtung (3) gemäß Anspruch 13 aufweist.

Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Empfangseinrichtung (3) gemäß Anspruch 13 und/oder eine Positionsbestimmungseinrichtung (2) gemäß Anspruch 14 umfasst.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mobilen Empfangseinrichtung, insbesondere einer Empfangseinrichtung einer satellitenbasierten Positionsbestimmungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens ein Empfangssignal über wenigstens eine Antenne empfangen und zur Bestimmung einer Empfangsinformation verarbeitet wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Empfangseinrichtung, eine Positionsbestimmungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug.

Insbesondere bei einer Nutzung von mobilen Empfangseinrichtungen zum Empfang von Signalen von Satellitennavigationssystemen sind verschiedene Betriebsmodi der Empfangseinrichtung möglich, die sich bezüglich der Genauigkeit einer empfangenen beziehungsweise ermittelten Information, insbesondere einer Positionsinformation, und ihrer Robustheit gegenüber Störungen unterscheiden. So ist es beispielsweise aus der Druckschrift DE 11 2006 003 422 T5 bekannt, in Abhängigkeit eines Rauschabstands eines empfangenen Signals zwischen Trägernachlaufschleifen mit unterschiedlicher Akkumulationsperiode umzuschalten. Kürzere Akkumulationszeiten erlauben hierbei eine höhere Dynamik der Positionserfassung und somit letztlich genauere Informationen über eine Position. Längere Akkumulationsperioden können hingegen auch bei verrauschten Signalen eine zuverlässige Nachverfolgung des Trägersignals und damit eine Verriegelung des lokalen Trägers bezüglich des empfangenen Signals sicherstellen.

Nachteilig an der Anpassung der Akkumulationsperiode in Abhängigkeit des Rauschabstandes ist es, dass diese Anpassung erst dann erfolgen kann, wenn der Rauschabstand bereits verschlechtert ist. Um sicherzustellen, dass eine Phasenverriegelung des empfangenen Signals und des lokal erzeugten Signals bei diesem Umschalten nicht verloren geht, schlägt die oben genannte Druckschrift daher vor, zwei separate Trägernachlaufschleifen mit unterschiedlichen Akkumulationsperioden vorzusehen. Sollen somit beispielsweise eine Vielzahl von Dynamikstufen, zwischen denen jederzeit umgeschaltet werden kann, realisiert werden, so muss eine sehr hohe Zahl von Trägernachlaufschleifen implementiert werden, wodurch sich der Aufwand zur Implementierung einer entsprechenden Empfangseinrichtung deutlich erhöht.

Aus der Druckschrift DE 10 2012 025 383 A1 ist ein Verfahren zum Verwalten von Tracking-Schleifen zum Tracking von GNSS-Signalen mit erhöhter Empfindlichkeit bekannt. Es wird eine GNSS-Signalstärke geschätzt und eine Bandbreite eines Tracking-Schleifen Diskriminators wird auf Basis dieser Schätzung automatisch gesetzt.

Ein Verfahren zur Einstellung einer Bandbreite eines GNSS-Empfängers ist zudem aus der Druckschrift US 2011 / 0 316 738 A1 bekannt. Die Bandbreite wird unter anderem in Abhängigkeit davon gesteuert, ob sich ein Benutzer bewegt und wie groß ein Signal-Zu-Rauschabstand ist.

Ein Verfahren zur Initialisierung einer ungefähren Position eines GPS-Empfängers ist aus der Druckschrift US 2005 / 0 0 55 160 A1 bekannt. Durch eine tragbare Kommunikationseinrichtung werden Informationen über eine Mehrzahl sichtbarer Satelliten empfangen. Hieraus werden eine grobe Position und ein Ungenauigkeitsparameter bestimmt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer mobilen Empfangseinrichtung anzugeben, das es mit geringem technischen Aufwand ermöglicht, aus einem empfangenen Empfangssignal ermittelte Empfangsinformationen mit hoher Genauigkeit und/oder hoher zeitlicher Auflösung bei gleichzeitigem robusten Empfang des Empfangssignals zu ermitteln.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei durch die Empfangseinrichtung oder eine mit der Empfangseinrichtung kommunizierende Positionsbestimmungseinrichtung eine Position der Empfangseinrichtung bestimmt wird, wonach in Abhängigkeit der Position eine Lokalinformation aus einer Datenquelle ausgelesen wird, wobei ein Frequenzbereich, in dem das Empfangssignal durch die Empfangseinrichtung empfangen wird, in Abhängigkeit der Lokalinformation eingestellt wird und/oder wobei das Empfangssignal oder wenigstens ein aus dem Empfangssignal abgeleitetes Signal im Rahmen der Verarbeitung des Empfangssignals wenigstens eine Regelschleife der Empfangseinrichtung als Eingangssignal zugeführt wird, wobei wenigstens ein Schleifenparameter der Regelschleife in Abhängigkeit der Lokalinformation eingestellt wird.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Position der Empfangseinrichtung zu ermitteln und den Empfang beziehungsweise die Verarbeitung des Empfangssignals in Abhängigkeit dieser Position zu parametrisieren. Hierzu werden positionsabhängige Lokalinformationen genutzt, die durch eine Datenquelle bereitgestellt werden. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass eine Empfangsqualität eines Empfangssignals in vielen Fällen stark ortsabhängig ist, wobei eine entsprechende Ortsabhängigkeit typischerweise gut voraussagbar ist.

Bei dem Empfang von Empfangssignalen eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems ist es hochrelevant eine Laufzeit des Signals zu ermitteln. Diese Laufzeitermittlung wird jedoch dadurch erschwert, dass beispielsweise in stark bebauten oder stark bewachsenen Bereichen einerseits eine Abschattung des Signals auftreten kann und andererseits häufig Mehrfachreflektionen auftreten können, die eine Laufzeitbestimmung erschweren können. In einer entsprechenden Umgebung kann somit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise eine größere Schleifenbandbreite einer Regelschleife des Empfängers genutzt werden, wodurch trotz der schlechten Signalqualität ein robuster Empfang der Satellitensignale erreicht werden kann. Befindet sich der Empfänger hingegen auf einer relativ freien Fläche, so können kleinere Schleifenbandbreiten genutzt werden, um aufgrund der hohen Signalqualität eine genauere Positionsbestimmung zu ermöglichen.

Ebenso ist es möglich, dass für bestimmte Bereiche bekannt ist, dass Störungen oder Abschwächungen in bestimmten Frequenzbereichen auftreten können, weshalb bei einem Betrieb der Empfangseinrichtung in den entsprechenden Bereichen andere Frequenzbänder gewählt werden können, um bereitgestellte Sendesignale zu empfangen.

Wie später noch detailliert erläutert werden wird, gibt es eine Vielzahl von voraussagbaren Lokalinformationen, die sich auf die Qualität der Empfangssignale beziehungsweise die erreichbare Genauigkeit und Dynamik der Empfangsinformationen auswirken können. Hierbei kann es sich um jede Art von Information handeln, die eine voraussichtliche Qualität des Empfangssignals, beispielsweise einen Signal-zu-Rausch-Abstand, einen erwarteten Grad der Mehrfachreflektionen oder eine zu erwartende Bewegungsdynamik und somit eine Veränderung der Dopplerverschiebung des Signals, betrifft. Diese Parameter können typischerweise für bestimmte Orte fest oder zeitabhängig mit hoher Genauigkeit prädiziert und beispielsweise in Form von Kartendaten gespeichert werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können somit bekannte Informationen, die den Empfang des Empfangssignals beziehungsweise die Ermittlung der Empfangsinformation beeinflussen können, durch die Datenquelle positionsabhängig bereitgestellt werden. Hierdurch wird ermöglicht, dass die mobile Empfangseinrichtung positionsabhängig parametrisiert wird, so dass sie quasi prädiktiv auf eine zu erwartende Empfangsqualität eingestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann, insbesondere bei Nutzung in einer Positionsbestimmungseinrichtung, mit sehr geringem technischen Aufwand implementiert werden, beispielsweise in Form einer Softwareanpassung .

Als Datenquelle kann beispielsweise Kartenmaterial genutzt werden, das in einer Navigationseinrichtung ohnehin vorhanden ist und aus dem beispielsweise bereits eine Bebauungsdichte und ein Streckenverlauf, der einen Einfluss auf eine zu erwartende Bewegungsdynamik hat, entnehmbar sind. Ergänzend oder alternativ können auch andere Datenquellen genutzt werden, die später noch detailliert erläutert werden. Es ist nicht notwendig, Lokalinformationen für jede Position vorzuenthalten. Beispielsweise kann ein Standardwert für eine entsprechende Lokalinformation vorgegeben sein und es können ausschließlich Positionen beziehungsweise Gebiete auf der Datenquelle gespeichert sein, in denen der Lokalparameter von diesem Standardwert abweicht. Dies ist beispielsweise zweckmäßig, wenn als Lokalinformation Informationen über eine zu erwartende hohe Beschleunigung, beispielsweise aufgrund eines Stauendes, einer Ampel oder einer Änderung von Geschwindigkeitsbegrenzungen, bereitgestellt werden sollen.

Die Datenquelle kann in den Empfänger beziehungsweise bei eine den Empfänger umfassende Einrichtung, beispielsweise ein Navigationssystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, integriert sein oder der Empfänger kann, insbesondere drahtlos, mit der Datenquelle kommunizieren.

Als das wenigstens eine Empfangssignal kann wenigstens ein Signal eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems empfangen werden, wobei die Position der Empfangseinrichtung in Abhängigkeit des Empfangssignals bestimmt wird.

Die Empfangsinformation kann eine Phasenlage und/oder eine Frequenzverschiebung bezüglich einer empfangseinrichtungsseitigen Referenz und/oder eine Frequenz des Empfangssignals oder eines durch Demodulation aus dem Empfangssignal gewonnenen Modulationssignals und/oder eine Signallaufzeit des Empfangssignals von einem Sender zu der Empfangseinrichtung sein. Die Phasenlage, Frequenz und/oder Frequenzverschiebung des Empfangssignals kann beispielsweise relevant sein, wenn eine Dopplerverschiebung des Empfangssignals ermittelt werden soll. Dies kann beispielsweise dazu dienen, eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Empfangseinrichtung und einem Sender zu ermitteln. Die Ermittlung einer Phasenlage eines Modulationssignals kann in satellitenbasierten Navigationssystemen im Rahmen der Ermittlung einer Signallaufzeit genutzt werden. Hierbei kann ein hochfrequentes Sendesignal mit einer pseudozufälligen, wiederholt aufmodulierten Symbolfolge moduliert sein. Durch eine Korrelation des aus dem Empfangssignal gewonnenen Modulationssignals mit einer empfangseinrichtungsseitigen Referenz ist es möglich, die Phasenlage dieser Modulationen und somit die Laufzeit des Signals mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Uneindeutigkeiten dieser Laufzeit aufgrund der periodischen Wiederholung der Modulation werden beispielsweise dadurch eliminiert, dass Zusatzinformationen übertragen werden, die beispielsweise die Wiederholungen der Modulation nummerieren oder für jede Wiederholung eine Sendezeit übermitteln.

Als Schleifenparameter kann eine Bandbreite der Regelschleife eingestellt werden. Beispielsweise kann die Bandbreite oder wenigstens eine Grenzfrequenz eines Schleifenfilters, eine Integrationszeit eines Integrators oder die Anzahl von berücksichtigenden Blöcken eines periodischen Modulationssignals angepasst werden. Kleinere Bandbreiten der Regelschleife ermöglichen es in der Regel, sehr geringe Abweichungen der Phasenlage und/oder der Frequenz des Empfangssignals beziehungsweise des hieraus gewonnenen Modulationssignals von der internen Referenz zu erreichen. Zugleich wird die Regelschleife jedoch bei kleineren Bandbreiten auch weniger robust, wodurch es zu einem Verlust der Verriegelung und somit einer Unterbrechung des Empfangs kommen kann. Ein solcher „Loss of Lock“ kann beispielsweise bei satellitenbasierten Positionsbestimmungssystemen dazu führen, dass vorübergehend keine Position aus den Empfangssignalen ermittelt werden kann.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann wenigstens eine Phasenregelschleife und/oder wenigstens eine Frequenzregelschleife, die wenigstens einen Signalgenerator der Empfangseinrichtung steuern, und/oder eine Verzögerungsregelschleife, die wenigstens ein Verzögerungsglied der Empfangseinrichtung steuert, als die Regelschleife verwendet werden. Phasenbeziehungsweise Frequenzregelschleifen dienen insbesondere dazu, ein Signal zur Demodulation des Empfangssignals bereitzustellen. Diese Regelschleifen können insbesondere dazu dienen, eine Dopplerverschiebung des Signals aufgrund einer Bewegung des Senders und/oder der mobilen Empfangseinrichtung zu kompensieren. Verzögerungsregelschleifen werden beispielsweise in satellitenbasierten Positionsbestimmungssystemen dazu genutzt, eine relative Phasenlage eines aus einem Empfangssignal bestimmten Modulationssignals zu einem lokal generierten Vergleichssignals zu ermitteln. Hierzu können mehrere zeitverzögerte Kopien des Modulationssignals bereitgestellt werden und mit dem Vergleichssignal korreliert werden oder umgekehrt. Aus den Korrelationsstärken der verschieden stark verzögerten Signale lässt sich die relative Phasenlage bestimmen.

Es ist hierbei möglich, dass die Verzögerungsschleife mehrere Verzögerungsglieder aufweist, wobei als Schleifenparameter ein Unterschied der Verzögerungszeit zwischen den Verzögerungsgliedern eingestellt wird. Beispielsweise kann nach einer anfänglichen Verriegelung der Verzögerungsregelschleife ein sogenanntes Prompt-Signal bereitgestellt werden, das die voraussichtlich korrekte Signalverzögerung aufweist. Zusätzlich können wenigstens eine Kopie mit einer größeren und wenigstens eine Kopie mit einer geringeren Verzögerungszeit, sogenannte Early- und Later-Signale, bereitgestellt und mit dem Modulationssignal korreliert werden. Der Schleifenparameter kann beispielsweise den Unterschied der Verzögerungszeiten für das Early- und das Late-Signal beschreiben. Aus den relativen Stärken der Korrelation zwischen diesen Signalen lässt sich die Phasenlage ermitteln. In real umgesetzten Systemen werden typischerweise mehr als drei Korrelatoren pro Empfangskanal genutzt.

Als Lokalinformation können verschiedene Informationen vorgegeben werden. Die im Folgenden diskutierten Vorgabemöglichkeiten können frei kombiniert werden. So ist es möglich, dass der Schleifenparameter und/oder eine den Frequenzbereich betreffende Information von der Datenquelle als Lokalinformation bereitgestellt wird. Als die den Frequenzbereich betreffende Information kann beispielsweise eine Obergrenze, eine Untergrenze, eine Mittelfrequenz oder eine Bandbreite des Frequenzbereichs bereitgestellt werden. Die Lokalinformation kann Frequenzbereiche beschreiben, in denen ein Empfang erfolgen soll oder in denen kein Empfang erfolgen soll. Beispielsweise können Frequenzbereiche beschrieben werden, für die an der aktuellen Position voraussichtlich eine starke Dämpfung und/oder Störung erfolgt.

Es ist auch möglich, dass wenigstens ein Schleifenparameter beziehungsweise wenigstens eine den Frequenzbereich betreffende Information direkt als Lokalinformation bereitgestellt wird und wenigstens ein weiterer Schleifenparameter beziehungsweise wenigstens eine weitere den Frequenzbereich betreffende Information in Abhängigkeit einer weiteren Lokalinformation die durch die Datenquelle bereitgestellt wird, ermittelt wird. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, dass ein vorläufiger Schleifenparameter oder eine vorläufige den Frequenzbereich betreffende Information direkt als Lokalinformation bereitgestellt wird, die in Abhängigkeit wenigstens einer weiteren Lokalinformation angepasst wird.

Die Lokalinformation kann eine lokale Bebauung und/oder Bepflanzung und/oder Geländetopographie beschreiben. Aus einer Bebauungs- beziehungsweise Bepflanzungsdichte beziehungsweise aus einem Höhenprofil können Informationen über eine voraussichtliche Abschattung von Empfangssignalen ermittelt werden. In Abhängigkeit von diesen kann der Schleifenparameter bestimmt werden. Beispielsweise kann bei einer erwarteten starken Abschattung, also einer hohen Bebauungs- beziehungsweise Bepflanzungsdichte, die Bandbreite der Regelschleife vergrößert werden, um die Wahrscheinlichkeit eines „Loss of Lock“ zu reduzieren.

Insbesondere bei einer Nutzung der Empfangseinrichtung in einem Kraftfahrzeug sind auch zu erwartende Beschleunigungen hochrelevant für die Parametrisierung der Empfangseinrichtung. Daher ist es möglich, dass durch die Lokalinformation eine lokale Verkehrsdichte und/oder wenigstens eine Eigenschaft eines lokalen Streckenverlaufs beschrieben werden. Der Streckenverlauf kann der Streckenverlauf einer momentan durch ein Kraftfahrzeug, in dem die Empfangseinrichtung angeordnet ist, befahrene Strecke sein. Insbesondere kann aus der Lokalinformation eine Bewegungsinformation ermittelt werden, die eine voraussichtliche Bewegungsdynamik, insbesondere eine Beschleunigung, der Empfangseinrichtung betrifft, wonach der Schleifenparameter und/oder eine den Frequenzbereich betreffende Information in Abhängigkeit der Bewegungsinformation ermittelt wird.

Als lokale Verkehrssituation kann beispielsweise das Vorhandensein eines Stauendes bereitgestellt werden, da an einem Stauende mit einem starken Bremsen des Kraftfahrzeugs zu rechnen ist. Es ist auch möglich, als Verkehrssituation einen stockenden Verkehr, eine freie Strecke oder Ähnliches zu beschreiben. Der lokale Streckenverlauf ist beispielsweise relevant, da in Kurven hohe Querbeschleunigungen auftreten können, womit eine Dopplerverschiebung des Sendesignals zeitlich relativ stark variiert. Um dies zu kompensieren, kann beispielsweise eine Schleifenbandbreite einer Regelschleife erhöht werden. Für die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs können auch Geschwindigkeitsbeschränkungen, insbesondere deren Ende beziehungsweise Beginn, Steigungen und Gefälle relevant sein.

Die Prognose der voraussichtlichen Bewegungsdynamik kann heuristisch auf Basis von Erfahrungswerten erfolgen. Zusammenhänge zwischen der Bewegungsinformation und der Verkehrssituation beziehungsweise dem Streckenverlauf und zwischen dem Schleifenparameter beziehungsweise der den Frequenzbereich betreffenden Information und der Bewegungsinformation können statistisch erfasst werden und beispielsweise durch Maschinenlernen oder statistische Datenmodelle berücksichtigt werden.

Die Lokalinformation kann ergänzend oder alternativ eine voraussichtliche lokale Dämpfung oder Störstärke von Empfangssignalen in wenigstens einem Frequenzbereich beschreiben. Dies ist besonders dann relevant, wenn ein Empfangssignal durch einen oder mehrere Sender in verschiedenen Frequenzbereichen bereitgestellt wird. In diesem Fall kann ein Frequenzbereich zum Empfang des Empfangssignals gewählt werden, in dem voraussichtlich nur eine geringe Dämpfung oder Störung erfolgt.

Die Lokalinformation kann zeitlich veränderlich sein und/oder den zeitlichen Verlauf einer Größe beschreiben. Beispielsweise können Störungen in bestimmten Frequenzbereichen nur zu bestimmten Tageszeiten und/oder an bestimmten Wochentagen auftreten. Es ist auch möglich, dass eine voraussichtliche Bewegungsdynamik der Empfangseinrichtung in einem bestimmten Bereich zeitabhängig ist, beispielsweise da in diesem Bereich nur zu bestimmten Zeitpunkten Stauungen auftreten oder die Verkehrsdichte variiert.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung eine Empfangseinrichtung mit wenigstens einer Antenne zum Empfang eines Empfangssignals und einer Verarbeitungseinrichtung zur Ermittlung wenigstens einer Empfangsinformation aus dem Empfangssignal, wobei die Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Verarbeitungseinrichtung kann die wenigstens eine Regelschleife der Empfangseinrichtung implementieren.

Zudem betrifft die Erfindung eine Positionsbestimmungseinrichtung zur Ermittlung einer Positionsinformation in Abhängigkeit von Empfangssignalen, die von mehreren Satelliten gesendet werden, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung eine erfindungsgemäße Empfangseinrichtung aufweist.

Ergänzend betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Empfangseinrichtung und/oder eine erfindungsgemäße Positionsbestimmungseinrichtung umfasst.

Die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung, die erfindungsgemäße Positionsbestimmungseinrichtung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug können mit jenen Merkmalen weitergebildet werden, die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wurden und umgekehrt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:

  • 1 eine Betriebssituation eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, das ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Positionsbestimmungseinrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung aufweist, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird, und
  • 2 ein Ablaufdiagramm des in der Betriebssituation gemäß 1 durchgeführten Verfahrens.

1 zeigt eine Betriebssituation eines Kraftfahrzeugs 1, das eine satellitenbasierte Positionsbestimmungseinrichtung 2 aufweist, die über mehrere Empfangseinrichtungen, von dem beispielhaft nur die Empfangseinrichtung 3 gezeigt ist, Empfangssignale von mehreren Satelliten empfängt, wonach aus den einzelnen Empfangssignalen als Empfangsinformation eine Laufzeit des Signals von den jeweiligen Satelliten zu dem Kraftfahrzeug 1 und hieraus letztlich eine Position des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt wird.

Das Kraftfahrzeug 1 wird in der gezeigten Betriebssituation entlang der Strecke 4 geführt. Diese Strecke weist mehrere Streckenabschnitte 5, 6, 7, 8 auf, in denen aufgrund der jeweiligen Umgebung beziehungsweise der jeweiligen Fahrsituation deutlich unterschiedliche Empfangsbedingungen für die Empfangssignale herrschen. Der Streckenabschnitt 5 verläuft durch einen Bereich mit einer hohen Bebauungsdichte. Aufgrund der zahlreichen Gebäude 9 im unmittelbaren Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 treten Mehrfachreflektionen der Empfangssignale auf, womit eine Laufzeitbestimmung erschwert ist. Im Streckenabschnitt 6 verläuft die Strecke 4 im Wesentlichen gerade und es ist kaum Bebauung oder Bepflanzung vorhanden. Das Kraftfahrzeug 1 wird sich voraussichtlich mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit bewegen können. Die Empfangsbedingungen für Empfangssignale des Satellitennavigationssystems sind optimal. Im Streckenabschnitt 7 befindet sich eine enge Kurve 10. Wird diese mit relativ hoher Geschwindigkeit durchfahren, so wird das Kraftfahrzeug 1 und somit die Empfangseinrichtung 3 stark beschleunigt, womit eine Dopplerverschiebung des Empfangssignals zeitlich stark variiert, wodurch die Empfangsqualität beeinträchtigt wird. In dem Streckenabschnitt 8 endet ein Stau 12. Im Bereich des Stauendes 11 ist es möglich, dass das Kraftfahrzeug 1 stark abgebremst wird. Auch dies führt zu hohen Beschleunigungen und somit zu der vorangehend diskutierten Verschlechterung der Empfangsqualität.

Die Empfangseinrichtung 3 wird in dem Kraftfahrzeug 1 daher derart betrieben, dass sie in Abhängigkeit einer positionsabhängigen Lokalinformation konfiguriert wird. Dies wird im Folgenden mit Bezug auf das in 2 gezeigte Ablaufdiagramm erläutert.

In Schritt S1 werden zunächst Empfangssignale von mehreren Satelliten empfangen. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden nur der Empfang eines dieser Satellitensignale durch die Empfangseinrichtung 3 diskutiert. Die Empfangssignale werden zunächst durch eine Antenne 13 empfangen und anschließend einer Verarbeitungseinrichtung 14 zugeführt, um eine Empfangsinformation, nämlich eine Laufzeit des empfangenden Signals von dem jeweiligen Satelliten zu der Empfangseinrichtung 3, zu ermitteln.

In Schritt S2 werden die empfangenden Signale durch die Verarbeitungseinrichtung 14 zunächst in einem sogenannten Frontend verarbeitet, durch das die hochfrequenten Empfangssignale in ein Basisband umgesetzt werden und anschließend digitalisiert werden, um ein aus dem Empfangssignal gewonnenes Modulationssignal bereitzustellen. Eine entsprechende Frequenzumsetzung beziehungsweise Demodulation kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Empfangssignal mit einem empfangseinrichtungsintern erzeugten Referenz- beziehungsweise Demodulationssignal multipliziert und anschließend gefiltert wird. Das Demodulationssignal sollte die gleiche Frequenz aufweisen wie das Trägersignal beziehungsweise das dopplerverschobene Trägersignal des Empfangssignals. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein phasen- oder frequenzstarrer Regelkreis genutzt wird. Dieser kann in der Verarbeitungseinrichtung 14 implementiert sein. Das entsprechende Vorgehen ist im Stand der Technik bekannt und soll daher nicht detailliert erläutert werden.

Bei üblichen satellitenbasierten Positionsbestimmungssystemen, beispielsweise bei dem GPS-System, wird das Trägersignal durch eine pseudozufällige, periodisch wiederholte Bitfolge moduliert. Die Bitfolge für einen jeweiligen Satelliten ist bekannt und kann daher in Schritt S3 durch eine empfangseinrichtungseitige Referenzquelle bereitgestellt werden. Diese kann die entsprechende Bitfolge beispielsweise mit einer vorgegebenen Frequenz ausgeben. In Schritt S4 werden durch mehrere Verzögerungsglieder der Empfangseinrichtung 3 mehrere zueinander phasenverschobene Kopien dieses Referenzsignals generiert, wonach in Schritt S5 eine Korrelation der verzögerten Referenzsignale mit dem aus dem Empfangssignal gewonnenen Modulationssignal durchgeführt wird. Die Korrelation kann beispielsweise durch Multiplizieren und Integrieren der Signale erfolgen. Alternativ wäre es möglich, das in Schritt S2 bereitgestellte Modulationssignal durch verschiedene Verzögerungsglieder zu verzögern und mit dem Referenzsignal zu korrelieren. Die Verzögerungsglieder können durch die Verarbeitungseinrichtung 14 implementiert sein. Auch dieses Vorgehen ist aus dem Stand der Technik bekannt und soll nicht detailliert erläutert werden.

Aus den in Schritt S5 ermittelten Korrelationsstärken der verschieden verzögerten Referenzsignale mit dem Modulationssignal kann eine relative Phasenlage des Modulationssignals zu dem Referenzsignal bestimmt werden. Aus dieser Phasenlage kann in Schritt S6 ist ein Steuersignal gewonnen werden, durch das die Verzögerungszeiten der verschiedenen Verzögerungsglieder, die in Schritt S4 genutzt werden, derart angepasst werden, dass ein Phasenunterschied zwischen einer ausgewählten Kopie des Referenzsignals und dem Modulationssignal minimiert wird. Dieses Steuersignal kann optional durch ein zusätzliches Schleifenfilter gefiltert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Bandbreite der Regelschleife ausschließlich durch die Korrelation in Schritt S5 bestimmt ist, beispielsweise durch eine genutzte Integrationszeit.

Durch die vorangehend beschriebene verzögerungsstarre Regelschleife ist eine Verzögerung zwischen dem Referenzsignal und dem Empfangssignal bekannt, woraus eine Signallaufzeit zwischen dem jeweiligen Satelliten und der Empfangseinrichtung 3 berechnet werden kann. Uneindeutigkeiten können beispielsweise dadurch aufgelöst werden, dass zusätzlich in dem Sendesignal kodierte Informationen übertragen werden, die die einzelnen Wiederholungen der pseudozufälligen Bitfolge nummerieren und/oder mit Zeitstempeln versehen. Aus der so bestimmten Laufzeit des Signals von mehreren Satelliten und den beispielsweise ebenfalls als Zusatzinformation übertragenen Positionsinformationen der Satelliten kann in Schritt S7 eine Position der Empfangseinrichtung 3 beziehungsweise der Positionsbestimmungseinrichtung 2 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs 1 ermittelt werden.

In Abhängigkeit dieser Position wird in Schritt S8 eine Lokalinformation aus einer Datenquelle ausgelesen. Die Datenquelle kann beispielsweise eine Karte sein, die in der Positionsbestimmungseinrichtung 2 des Kraftfahrzeugs 1 oder einem dieser zugeordneten Satellitennavigationssystem gespeichert ist. Ergänzend oder alternativ können die Lokalinformationen drahtlos von einer Datenquelle empfangen werden, beispielsweise von einem Back-End-Server oder einem Internetdienst.

Die Lokalinformationen können insbesondere eine lokale Bebauung beziehungsweise Bepflanzung und/oder Geländetopographie beschreiben sowie einen lokalen Streckenverlauf. Entsprechende Daten können beispielsweise den Karten eines üblichen Navigationssystems entnommen werden. Bereits aus diesen Daten kann erkannt werden, dass im Streckenabschnitt 5 eine dichte Bebauung vorliegt und dass sich im Streckenabschnitt 7 die enge Kurve 10 befindet. Ergänzend können, beispielsweise von einem Back-End-Server, Informationen über lokale Verkehrssituationen bezogen werden, so dass erkannt werden kann, dass sich im Streckenabschnitt 8 das Stauende 11 befindet. Durch die Datenquelle oder -quellen werden somit Lokalinformationen bereitgestellt, aus denen sich ergibt, dass in den Streckenabschnitten 5, 7 und 8 voraussichtlich eine eingeschränkte Empfangsqualität für die Empfangssignale gegeben ist.

Daher wird in Schritt S9 in Abhängigkeit der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs wenigstens ein Schleifenparameter der Regelschleife in Abhängigkeit der Lokalinformation eingestellt. Hierbei kann insbesondere eine Bandbreite eines phasen-, frequenz- und/oder verzögerungsstarren Regelkreises angepasst werden. Beispielsweise kann eine Bandbreite eines phasenstarren Regelkreises angepasst werden, der in Schritt S2 genutzt werden kann, um das Demodulationssignal bereitzustellen. Ergänzend oder alternativ kann eine Schleifenbreite des in den Schritten S4 bis S6 genutzten verzögerungsstarren Regelkreises angepasst werden. Dies ist beispielsweise möglich, indem die Integrationslänge der Korrelation in Schritt S5 angepasst wird und/oder indem wenigstens eine Grenzfrequenz eines in Schritt S6 genutzten zusätzlichen Schleifenfilters angepasst wird.

Anschließend wird das Verfahren ab Schritt S1 wiederholt.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wäre es ergänzend oder alternativ zur Anpassung des Schleifenparameters einer Regelschleife möglich, einen Frequenzbereich, in dem das Empfangssignal durch die Empfangseinrichtung empfangen wird, in Abhängigkeit der Lokalinformation einzustellen. Dies kann zweckmäßig sein, wenn in bestimmten Streckenabschnitten 5, 6, 7, 8 eine starke Dämpfung oder starke Störungen in bestimmten Frequenzbändern zu erwarten sind. Beispielsweise ist es möglich, dass im Bereich des Streckenabschnitts 5 ein starker Sender 15 vorhanden ist, der in einem bestimmten Frequenzbereich sendet. Diese Information kann als Lokalinformation bereitgestellt werden. Wird ein Empfangssignal beispielsweise in mehreren Frequenzbändern bereitgestellt, kann die Empfangseinrichtung anschließend in Abhängigkeit der wie vorangehend erläutert ermittelten Lokalinformation derart konfiguriert werden, dass ein Empfang in einem ungestörten Frequenzband erfolgt.

In den bislang diskutierten Ausführungsbeispielen wurde durch die Lokalinformation zunächst die Umgebung des Kraftfahrzeugs beschrieben und es wurden vorgegebenen Regeln genutzt, um aus diesen Lokalinformationen wenigstens einen Schleifenparameter oder eine Information bezüglich eines Frequenzbereiches zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass der Schleifenparameter oder eine Information bezüglich eines Frequenzbereichs direkt als Lokalinformation bereitgestellt wird, beispielsweise von einem Back-End-Server.