DE19519225A1

DE19519225A1 - Verfahren zum Eliminieren von zweideutigen Lösungen in einem hyperbolischen Positionierungssystem

Info

Publication number: DE19519225A1
Application number: DE19519225A
Authority: DE
Inventors: Mark Richard Fitzgerald; Craig Thomas Griffin; Glen Eugene Sater
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1995-12-07
Also published as: US5454720A

Description

Die US-Regierung besitzt eine bezahlte Lizenz an einem Teil der Erfin dung und das Recht unter eingeschränkten Umständen von dem Patentinhaber zu fordern, einen solchen Teil unter annehmbaren Bedingungen lizenziert zu erhalten, wie dies durch die Bedingungen des Vertrags Nr. DABT60-89- C-1445, erworben durch die US-Armee, vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Positionslokalisierungssysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum Eliminieren falscher Positionen, die in einem hyperbolischen Positionierungssytem ermittelt werden.

Die meisten Positionierungssysteme, die eine Funkfrequenz oder einen Schall verwenden, um Objekte zu positionieren, sind hyperbolisch, was bedeutet, daß die Zeitbeziehungen zwischen Vielfachsignalen zu und von Vielfachstationen mit festgelegten Zeitbeziehungen Sätze von sich schnei den Hyperbeln bilden. Dies ist wahr in Fällen, wo vielfache Transmissionen von Referenzpunkten an einem unbekannten Ort empfangen werden, wie bei spielsweise durch das GPS, Loran, und das Motorola CATIES (Combined Arms and Training Integrated Evaluation System)-System, oder wenn eine einzel ne Transmission von einem unbekannten Ort an Vielfachreferenzpunkten em pfangen wird, wie beispielsweise das RDMS (Range Data Measurement System) an dem US Army National Training Center.

Diese hyperbolische Natur kann, unter Verwendung eines typischen Viel fach-Laterations-Schemas demonstriert werden, in dem Signale omnidirek tional von verschiedenen stationären Sendern mit einer spezifischen Zeit abstimmungsbeziehung übertragen werden. Da sich Signale von jedem Sender mit der Geschwindigkeit des Lichts von dem Sender weg ausbreiten, würden Empfänger, die das Zeitabstimmungsverhältnis zwischen zwei Signalen mes sen, identische Intervalle an einem Ort von Punkten messen. Die Formel für diesen Satz von Punkten ist D1 - D2 = K1, wobei D1 der Abstand von dem Sender #1 ist, D2 der Abstand von dem Sender #2 ist, und die Konstante K1 die Differenz in der Zeitabstimmung zwischen den zwei Signalen ist. Diese Gleichung ist, in zwei Dimensionen, eine Hyperbel. Diese zwei Signale sind unzureichend, um eine Position zu bestimmen, da sie nicht vorgenommen werden kann, wo sich auf der Hyperbel der Empfänger befindet. Ein anderer Datenpunkt ist für einen anderen Sender erforderlich. Die Verwendung eines der drei empfangenen Signale (#1) als eine Zeitreferenz führt zu zwei sich schneidenden Hyperbeln (D1 - D2 = K1 und D1 - D3 = K2). Der Empfänger kann dann die gemessenen Zeitintervalle verwenden, um die Stelle zu bestimmen, wo sich die beiden Hyperbeln treffen. Der Schnitt der zwei Hyperbeln ist nicht direkt lösbar, so daß ein interatives Verfahren, wie beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate, verwendet wird, um die Lösung von einer anfänglichen Abschätzung zu der Stelle hin zu führen, die am näch sten dazu kommt, die gemessenen Zeitdaten anzunähern. Unter den meisten Umständen konvergiert die Stelle zu der wahren Stelle des Empfängers hin.

Da Hyperbeln keine geraden Linien sind, besteht eine hohe Wahrscheinlich keit, daß sie sich an mehr als einer Stelle schneiden. Durch Definition teilen sich beide Schnittpunkte exakt in dieselben Zeitabstimmungsverhält nisse auf und ein Empfänger an irgendeiner Stelle kann nicht zwischen diesen nur durch Messung der Zeitintervalle differenzieren. Die meiste Zeit wird das System die korrekte Stelle bestimmen, da der zweite Schnitt ausreichend weit weg ist oder die anfängliche Abschätzung nahe zu der wahren Stelle liegt. Allgemein reduzieren große Basislinien und/oder gute Geometrien, wie sie durch Ausdünnung von präzisen Werten (Dilution Of Precision (DOP)) und filtern früherer Positionsdaten definiert sind, die Wahrscheinlichkeit einer Auflösung zu einer falschen Stelle hin, sie ver hindern allerdings nicht, daß falsche Stellen ermittelt werden.

Verschiedene Verfahren, die in Vielfach-Laterationssystemen verwendet werden, die die Genauigkeit der Positionierung erhöhen und einen bestimm ten Schutz gegen eine falsche Positionierung liefern, sind große Basis linien, unter Verwendung von mehr als drei Sendern, Filterung von Daten über die Zeit und Verwendung quantitativer, geometrischer Auswahlverfah ren. Diese werden nachfolgend hinsichtlich einer falschen Positionierung diskutiert.

1. Große Geometrien, wie beispielsweise GPS und Loran, sind anfällig hin sichtlich falscher Positionen, allerdings ist, da der Abstand zwischen den Systemelementen so groß ist, die Krümmung der Hyperbeln klein und der zweite Schnitt ist sehr weit entfernt.
2. Die Verwendung von mehr als drei Sendern liefert mehr Zeitabstimmungs daten, die gewöhnlich zu akkurateren Positionen führen. Sie liefert auch eine gewisse Redundanz, so daß drei oder mehr Signale empfangen werden, gerade dann, wenn eines oder mehrere blockiert werden. Dieses Verfahren reduziert etwas die Chance von falschen Positionen, da dann, wenn alle Signale empfangen werden, mehr Hyperbeln gebildet werden. Vier Sender bewirken drei Hyperbeln und es ist weit weniger wahrscheinlich, daß sich drei getrennte Hyperbeln gleichzeitig an zwei Stellen schneiden werden. Fünf oder mehr Sender reduzieren die Chance noch weiter.
3. Ein anderes Verfahren, das vorgesehen ist, eine Positionierungsgenauig keit zu erhöhen, ist die Aufnahme einer optimalen Geometrie, um Fehler zu minimieren. Herkömmliche Verfahren, wie beispielsweise horizontale Auf lösung einer Genauigkeit (Horizontal Dilution of Precision (HDOP)) wählt mathematisch einen Satz Sender mit der höchsten unterschiedlichen, winkel mäßigen Beabstandung um den Flächenbereich herum aus, in dem eine Posi tionierung erwünscht ist. Dies hat auch den Effekt einer Auswahl von Hy perbeln, die sich unter den größten Winkeln schneiden, wodurch die Chancen reduziert werden, daß sich die Hyperbeln sehr nahe zueinander schneiden werden. Das Hauptproblem von Algorithmen, wie beispielsweise das HDOP, ist dasjenige, daß sie an dem Schnitt der Hyperbeln nur gültig sind und nicht irgendein Zeichen dafür geben, wie schnell sich die Geometrie in einer spezifischen Richtung zu dem Punkt, wo eine falsche Positionierung auftre ten kann, verschlechtert. Es nimmt auch alle Signale an, die empfangen werden.
4. Ein Filtern der Daten über der Zeit ermöglicht, daß frühere Positionie rungen verwendet werden, um eine anfängliche Positionsabschätzung anstelle des Schnitts der Hyperbeln heranzuziehen. Wenn die frühere Position ak kurat ist, erhöht sie signifikant die Änderungen, mit der der Algorithmus zu der korrekten Stelle konvergiert. Es ist möglich, auch große Sprünge, die durch eine fehlerhafte Positionierung bewirkt werden, auszusondern.

Während zusätzliche Sender, eine geometrische Auswahl und Filterungsmaß nahmen in der Theorie gut sind, arbeiten sie nicht immer gut in tatsäch lichen Situationen, da ein Signal an Bergen, Gebäuden, Laubwerk behindert wird, und Fahrzeuge können die Anzahl der Signale, die empfangen werden, reduzieren. Auch sind große Geometrien, wie beispielsweise Satelliten, nicht immer praktisch. Was in diesen Situationen benötigt wird, ist ein Verfahren, um Situationen vorherzusagen, bei denen unzureichende Zeitab stimmungsdaten zu falschen Positionen in einer Realzeit führen können oder das den Datensatz verwenden kann, um die optimalen Daten auszuwählen, um eine einzige Lösung zu generieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt ein Layout eines Positionslokalisierungssystems, das Aktua toren in einem simulierten Schlachtfeld umfaßt,

Fig. 2 zeigt ein Layout eines Positionslokalisierungssystems, das Aktua toren in einem simulierten Schlachtfeld mit einem Berg umfaßt,

Fig. 3 zeigt ein Layout von Aktuatoren, das verschiedene parabolische Lösungen zum Bestimmen eines Auftreffpunkts darstellt,

Fig. 4 zeigt ein Layout, das die Verwendung von Asymptoten zum Finden der wahren Stelle von Truppen und Fahrzeugen auf einem Schlachtfeld darstellt,

Fig. 5 zeigt ein Layout eines simulierten Schlachtfelds gemäß der vorlie genden Erfindung,

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsform eines Positionsloka lisierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines Selbstpositionslokalisierungsverfah rens für Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Posi tionslokalisierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Posi tionslokalisierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In einem Positionsbestimmungssystem analysiert diese Erfindung die Geome trie in einer Realzeit, um Fehler in der Geometrieauswahl oder Signal blockierungen vorauszusehen, die zu falschen Positionen führen können. Fig. 1 stellt ein typisches Layout eines Multilaterationssystems, wie beispielsweise das CATIES-System an dem National Training System der US-Armee, dar. Dieses System verwendet bis zu fünf Sendern (Aktuatoren) (12, 14, 16, 18 und 20), die die spezifischen Zeitabstimmungsverhältnisse so übertragen, daß Signale an einem Referenzpunkt 10 mit einer festgeleg ten Zeitabstimmungsbeziehung ankommen. Eine falsche Stelle 9 ist darge stellt. Eine relative Position wird selbst durch einen Empfänger bestimmt, der die Zeitabstimmung relativ zu dem ersten Signal mißt und einen Algo rithmus anwendet, um die Stelle basierend auf den Daten abzuschätzen.

In dieser Situation sind die Chancen einer falschen Positionierung klein, da die Chance von vier Hyperbeln, die sich an dem Referenzpunkt 10 und einem anderen Punkt schneiden, sehr klein ist. Fig. 2 stellt einen allge meinen Fall dar, der denselben Satz Sender 12, 14, 16, 18 und 20 und den selben Referenzpunkt 10 benutzt, mit Ausnahme, daß in diesem Fall die Signale von den Sendern 12 und 14 durch einen Berg 21 für einen Empfänger, der an einer Stelle 9 in der Figur vorhanden ist, blockiert werden. Fig. 3 stellt dar, was in diesem Fall passieren kann, wenn nur drei Sender em pfangen werden. Jede der Hyperbeln (22, 23, 24) in Fig. 3 sind die Orte von Punkten, entlang denen das Zeitabstimmungsverhältnis zwischen einem Paar Sender konstant verbleibt. Die Hyperbeln (22, 23, 24) schneiden sich an dem Referenzpunkt 10 und an einem anderen Punkt, der als falscher Referenz punkt 9 bezeichnet wird. Da beide Punkte auf denselben Hyper beln (22, 23, 24) liegen, ist eine Stelle 9 ein falscher Referenzpunkt und ein Empfänger nahe diesem Punkt kann seine Stelle unkorrekt zu dem Refe renzpunkt 10 hin auflösen.

Unter vielen Bedingungen ist der falsche Referenzpunkt 9 ausreichend weit entfernt, so daß die Chance eines positionierenden Empfängers, daß er nahe ist, klein ist, aber in vielen Fällen, wie beispielsweise bei Realzeit spurführungsanwendungen, ist es wichtig, grobe Positionierungsfehler zu vermeiden. Da eine Berechnung des Schnitts eines Paars Hyperbeln nicht direkt lösbar ist, verwendet diese Erfindung die Asypmtoten von Hyperbeln, um die Stelle eines falschen Referenzpunkts abzuschätzen und um zu verhin dern, daß das System eine Position berechnet, wenn die Möglichkeit einer falschen Positionierung hoch ist.

Unter Verwendung eines Senders 30 in Fig. 4 als Zeitabstimmungsreferenz für einen selbstpositionierenden Empfänger sind die Foki zweier Hyperbeln Sender 30 und 31 für die erste Hyperbel und Sender 30 und 32 für die zwei te Hyperbel. Durch Definition führen beide Hyperbeln durch den Referenz punkt 40 hindurch. Eine Drehung und Translation dieser Koordinaten um den Mittelpunkt jeder Hyperbel führt zu der Definition der Asymptoten als die Linien, die durch die Gleichungen definiert sind:

y = (+b/a)x und (1)

y = (-b/a)x (2).

Für die erste Hyperbel, die durch Sender 30 und 31 definiert ist, sind die Scheitelpunkte (+a,0) (-a,0) definiert durch die Gleichung:

a = abs (D1P - D2P)/2 (3)

wobei P ein bekannter Punkt auf der Hyperbel (Referenzpunkt 40) ist, D1P der Abstand von einem Sender 30 zu P ist und D2P der Abstand von dem Sen der 31 zu P ist. Die Asymptoten 36 und 37 sind das Ergebnis.

In ähnlicher Weise können die Asymptoten 34 und 35 basierend auf dem Schnitt zwischen Sendern 30 und 32 berechnet werden. Wenn einmal Asympto ten bestimmt sind, kann eine Abschätzung des falschen Referenzpunkts 42 durch Bestimmung der Schnitte der Asymptoten einfach herausgefunden wer den. In diesem Fall ist der falsche Referenzpunkt 42 relativ nahe zu dem wahren Referenzpunkt und die Chancen, daß irgendwelche selbstpositionie renden Empfänger in dem Bereich vorhanden sind, ist hoch, und irgendwelche Positionierungen, die mit nur diesen drei Sendern generiert werden, soll ten nicht verwendet werden. Es sollte angemerkt werden, daß ein abge schätzter Referenzpunkt 41 nicht an dem wahren Referenzpunkt 40 aufgrund der Tatsache vorhanden ist, daß die Asymptotenannäherungen der wahren Hyperbeln in großem Maß näher zu den Foki sind.

Fig. 5 stellt eine typische simulierte Schlachtfeld-Systemarchitektur dar, bei der diese Erfindung eingesetzt werden kann. Relais-Sender 12, 13, 14, 15 und 16 sind am Boden angeordnete Sender, von denen Zeitabstimmungsdaten zu einer Anzahl selbstpositionierender Empfänger 43, 44 und 45 übertragen werden, die Zeitübertragungen empfangen und deren Position basierend auf den Zeitabstimmungsverhältnissen der Signale, die empfangen werden, be rechnen. Das System kann durch eine Master-Steuerstation 11 gesteuert werden, oder die Relais-Sender 12, 13, 14, 15 und 16 können autonom basie rend auf einem gemeinsamen Systemtakt senden. Es sind verschiedene be stehende Systeme vorhanden, die auf diese Beschreibung zutreffen, und die CATIES-Systeme an dem US Army National Training Center liefern derzeit dieses Basispositionierungssystem, das die vorliegende Erfindung verbes sert.

Die nachfolgenden Figuren beschreiben drei Ausführungen dieser Erfindung, wobei jede die Möglichkeiten falscher Positionen vorhersagt, die basierend auf der verarbeiteten Leistung, die an den verschiedenen Systemkomponenten verfügbar sind, berechnet werden.

Fig. 6 beschreibt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung, die durch eine Master-Steuerstation 11 der Fig. 5 in Verbindung mit dem Verfahren, das in der Fig. 7 beschrieben ist und in selbstpositionierenden Em pfängern 30, 31 und 32 eingesetzt wird, durchgeführt wird, das die Verar beitung, die in jedem Systemelement erforderlich ist, minimiert.

In dieser Ausführung bestimmt die Master-Steuerstation 11, welche Sender zu verwenden sind, und zwar basierend auf deren Betriebsstatus (Schritt 50), einer vorhergesagten HF-Sichtlinie (Schritt 52) und einer Annäherung (Schritt 54). In dieser Ausführung ist die Anzahl der Sender auf 5 begrenzt, so daß die Master-Steuerstation 11 Sender (Schritte 56 und 58) hinzufügen kann, um am Rand sichtbare Sender hinzuzufügen. Die Ma ster-Steuerstation 11 berechnet dann die beste Sequenz von 5 basierend auf einem standardmäßigen, geometrischen Bewertungssystem, wie beispielsweise ein horizontal auflösendes Genauigkeitssystem (Horizontal Dilution Of Precision (HDOP)) (Schritt 60). Dieser Schritt liefert die Sequenz mit einer Liste von Sendern, die Positionierungsfehler in der Nähe des Refe renzpunkts 35 minimiert. Diese Liste sind die Relais-Sender 12, 13, 14, 15 und 16.

Der nächste Schritt umfaßt eine Auswahl jeder Kombination von drei Sen dern, die durch die selbstpositionierenden Empfänger 30, 31, und 32 (Schritt 62) empfangen werden können, und dann das Berechnen der Stelle eines falschen Referenzpunkts. In dieser Ausführung sind sechs mögliche Kombinationen vorhanden, da das erste Signal in diesem Typ eines Systems in Reihenfolge für eine Position, die berechnet werden soll, empfangen werden muß.

Das Verfahren wird an jeder Kombination von drei Sendern individuell aus geführt, da nicht vorhergesagt werden kann, welche Signale aufgrund der lokalen Blockierung empfangen werden, die an jedem selbstpositionierenden Empfänger 30, 31 und 32 auftreten können. Jede Kombination von drei Sen dern wird dahingehend gekennzeichnet, daß sie gültig oder ungültig ist, und zwar basierend auf den nachfolgenden Kriterien.

Zuerst wird das HDOP von drei Sendern berechnet (Schritt 64) unter Bezug auf den Referenzpunkt 35. Wenn das HDOP zu hoch ist, wird die Wahrschein lichkeit, daß eine akkurate Position berechnet wird, niedrig, so daß die Kombination als ungültig (Schritt 66) markiert wird, und das Verfahren wird die nächste Kombination von drei Sendern (falls welche vorhanden sind) prüfen, wie dies dargestellt ist (Schritt 76).

Wenn das HDOP niedrig genug ist, werden die Asymptoten berechnet und die Stelle des falschen Referenzpunkts wird angenähert (Schritt 68). Schritt 70 bestimmt dann, ob der falsche Referenzpunkt in dem Testbereich liegt (simuliertes Schlachtfeld) oder in einem größenbeschränkten Flächen bereich liegt, wo selbstpositionierende Empfänger 30, 31 und 32 zugelassen sind. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Kombination als gültig mar kiert (Schritt 74). Falls der falsche Referenzpunkt auf dem Bereich liegt, wird die Kombination als ungültig gekennzeichnet (Schritt 72). In beiden Fällen schreitet die Verarbeitung fort (Schritt 76), um zu sehen, ob alle Kombinationen getestet worden sind oder nicht. Falls dies nicht der Fall ist, wird die nächste Kombination von drei Sendern ausgewählt und Schrit te 62 bis 76 werden wiederholt.

Wenn alle Kombinationen von drei Sendern getestet worden sind, bestimmt die Master-Steuerstation 11 eine Reihenfolge bzw. Führung (Schritt 78) der Signale, um Zeitabstimmungsnachrichten von den fünf Relais-Sendern 12, 13, 14, 15 und 16 zu senden. Schritt 80 führt die Führung bzw. den Leitweg aus. Die typischen Zeitabstimmungsdaten mit der Hinzufügung von sechs Gültigkeits-/Ungültigkeitszeichen, die in den vorherigen Schritten berech net sind, werden dann zu den selbstpositionierenden Empfängern in Schritt 80 gesendet.

Fig. 7 stellt die Schritte dar, die durch die selbstpositionierenden Em pfänger 30, 31 und 32 durchgeführt werden, wenn Zeitabstimmungsdaten von drei oder mehr Relais-Sendern 12, 13, 14, 15 und 16 (Schritt 82) zu em pfangen wären. Die Daten und die Zeitabstimmung von der anfänglichen Nach richt, die durch den Relais-Sender 12 gesendet wird, wird decodiert, ge folgt durch darauffolgende Zeitabstimmungsimpulse von den Relais-Sen dern 13, 14, 15 und/oder 16, wie dies in Schritt 84 dargestellt ist. Als nächstes werden die gültigen Kombinationen, die durch die Master-Steuer station 11 berechnet sind, aus der empfangenen Nachricht codiert (Schritt 86). Falls irgendeine gültige Kombination der drei Signale em pfangen wurde (Schritt 88), geht die Verarbeitung zu Schritt 92, über um eine momentane Position zu berechnen, und die momentane Position wird aktualisiert (Schritt 94). Falls keine gültigen Kombinationen von drei Signalen empfangen wurden, wird die Verarbeitung vorzeitig abgebrochen und der selbstpositionierende Empfänger wartet auf spätere Nachrichten (Schritt 90).

Fig. 8 demonstriert eine andere Ausführung, in der die Master-Steuer station 11 falsche Referenzpunkte für alle möglichen Kombinationen von Sendern berechnet und den optimalen Satz von Sendern verwendet, um falsche Positionen zu verhindern. Diese Ausführung erfordert wesentlich mehr Ver arbeitungszeit an der Master-Steuerstation, versetzt allerdings ein effek tives Abnehmen in der Systemüberdeckung, das durch einfache Filterung des Ausgangs der normalen Systemberechnungen, die in den Schritten 50 bis 60 in Fig. 6 beschrieben sind, bewirkt wird. In dieser Ausführungsform wird die Kombination von fünf Sendern mit der höchsten Anzahl von gültigen Kombinationen verwendet werden, da sie die Kombination ist, die den höch sten Anteil einer Immunität gegenüber zwei der Signale liefert, die an den selbstpositionierenden Empfängern 30, 31 und 32 blockiert werden. Dasselbe Verfahren, das in Fig. 7 beschrieben ist, wird in den selbstpositionieren den Empfängern 30, 31 und 32 verwirklicht.

Eine andere Ausführung der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt, wobei Schritte 50 bis 58 wiederholt werden, so daß eine Liste von Sendern, die wahrscheinlich sind, daß sie an dem Referenzpunkt empfangen werden, er zeugt wird. Anstelle einer Verwendung einer geometrischen Abschätzung, wie beispielsweise ein HDOP, werden alle Kombinationen von fünf Sendern ein zeln auf deren Fähigkeit, falsche Positionen zu verhindern, getestet (Schritt 102). In Fällen, wo neun oder mehr verfügbare Sender vorhanden sind, kann die Anzahl von Kombinationen ziemlich groß sein. Schritte 62 bis 76 werden durchgeführt, wie dies in Fig. 6 beschrieben ist, und zwar für jede Kombination von fünf Sendern. Nachdem jede Kombination getestet ist, wird die Anzahl gültiger Kombinationen (x von 6) mit der größten Anzahl von Kombinationen bis jetzt verglichen (Schritt 96). Wenn die An zahl gültiger Kombinationen höher als irgendeine der vorherigen Sätze von fünf ist, wird sie gekennzeichnet (Schritt 98). In jedem Fall wird eine Verarbeitung im Schritt 100 zusammengefaßt, um zu bestimmen, ob alle Kom binationen von fünf Sendern getestet worden sind. Falls dies nicht der fall ist, wird die nächste Kombination von fünf Sendern ausgewählt (Schritt 94) und die Schritte 94 bis 100 werden wiederholt. Wenn alle Kombinationen getestet worden sind (Schritt 100), werden die Schritte 78 und 80 von Fig. 6 wiederholt, um die Signale wahlweise zu leiten und die Daten zu den selbstpositionierenden Empfängern 30, 31 und 32 zu senden.

Fig. 9 stellt eine andere Ausführung dar, die nicht von der Master-Steuer station 11 abhängt und in den selbstpositionierenden Empfängern 43, 44 und 45 umgesetzt werden kann. Dies ist in Systemen nützlich, wo eine ausrei chende Verarbeitung an den selbstpositionierenden Empfängern 43, 44 und 45 verfügbar ist oder wo Zeitabstimmungsübertragungen nicht durch eine Ma ster-Steuereinheit 11 kontrolliert werden, wie beispielsweise ein System, in dem Relais-Sender 12, 13, 14, 15 und 16 autonom basierend auf einem gemeinsamen Systemtakt senden. In dieser Ausführung werden Schritte 82, 84 der Fig. 7 wiederholt, um den Anfangs- und zweiten bzw. sekundären Zeitab stimmungsimpuls zu empfangen. Wenn die anfänglichen Relais-Sender 12 und 2 bis 4 der Relais-Sender 13, 14, 15 oder 16 empfangen werden, werden die selben Schritte 62 bis 76, die in der Master-Steuerstation in Fig. 6 ein gesetzt wurden, eingesetzt, um jede der Kombinationen von drei Übertra gungen mit einer Ausnahme zu testen. Die Ausnahme ist diejenige, daß dann, wenn einmal irgendeine gültige Kombination von drei Signalen ermittelt ist, die Schritte, um die Position der selbstpositionierenden Em pfänger 43, 44 und 45 zu berechnen und zu aktualisieren, durchgeführt wird. Diese sind dieselben Schritte 92 und 94, wie sie in Fig. 7 durch geführt werden. Falls keine gültigen Kombinationen empfangen werden oder eine gültige Kombination empfangen wird und die Position berechnet wird, kehrt die Verarbeitung zurück, um auf den nächsten Satz von Zeitabstim mungsübertragungen zu warten.

Diese Erfindung liefert eine Immunität gegen eine falsche Positionierung, und zwar unter Verwendung relativ einfacher Berechnungen in einer Realzeit für die meisten existierenden Typen von Positionierungssystemen, und sie kann zentral oder verteilt durchgeführt werden, und zwar in Abhängigkeit von den Verarbeitungsmöglichkeiten der Systemelemente. Durch Herausfiltern von Situationen, die dahingehend wahrscheinlich sind, daß sie eine Berech nung von falschen Positionen bewirken, wird die gesamte Positionierungszu verlässigkeit des Systems in realen Situationen durch Berücksichtigung lokaler Blockierungen, die durch Gelände, Gebäude, Fahrzeuge usw. verur sacht werden, die in den meisten Systemen auftreten können, erhöht.

Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt worden ist und diese Form im Detail beschrieben ist, wird für den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß verschiedene Modifika tionen darin ohne Verlassen des allgemeinen Erfindungsgedankens oder des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyper bolischen Positionierungssystem, das eine Master-Steuerstation (11), eine Mehrzahl Sender (12-16) zum Senden von Zeitabstimmungsinforma tionen zu einer Einrichtung zur Selbstbestimmung ihrer Position, umfaßt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, die gekennzeich net sind durch:
Auswahl (56-58) durch die Master-Steuerstation einer Gruppe der Sender, die alle in einer HF-Sichtlinie eines Ziels (10) liegen;
Abschätzung (68) durch die Master-Steuerstation einer wahren Posi tion und einer falschen Position auf einem Schnitt der hyperboli schen Asymptoten von mindestens zwei Paaren der Mehrzahl von Sendern;
Bestimmung (70) durch die Master-Steuerstation, ob die falsche Posi tion innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der tatsächlichen Posi tion liegt;
Senden (80) durch die Master-Steuerstation zu der Einrichtung zur Selbstbestimmung gültiger Sätze von Sendern, die für eine unzweideu tige Lieferung der wahren Position der Einrichtung zur Selbstbestim mung ihrer Position geeignet sind.

2. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 1, wobei der Schritt einer Auswahl durch die Master-Steuerstation den Schritt einer Aus wahl von mindestens fünf operationsmäßigen Sendern (56) umfaßt.

3. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 2, das weiterhin den Schritt einer Hinzufügung von am Rand sichtbaren Sendern (58) um faßt, um die mindestens fünf Sender zu bilden, wenn die mindestens fünf Sender, die nicht am Rande sichtbar sind, nicht gefunden werden können.

4. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyper bolischen Positionierungssystem nach Anspruch 3, wobei dort weiter hin der Schritt einer Bestimmung einer optimalen Geometrie (60) der mindestens fünf Sender durch Auswahl der mindestens fünf Sender, die eine minimale horizontale Ablösung einer Genauigkeit besitzen, um faßt.

5. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 4, wobei der Schritt einer Abschätzung die Schritte umfaßt:
Auswahl (62) durch die Master-Steuerstation einer Kombination von drei Sendern der mindestens fünf Sender;
Bestimmung (64), ob eine horizontale Auflösung einer Genauigkeit der ausgewählten drei Sender geringer als eine vorbestimmte Anzahl ist; und
Setzen eines Zeichens (66), falls die horizontale Auflösung einer Genauigkeit größer oder gleich der vorbestimmten Zahl ist.

6. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 5, wobei der Schritt eine Bestimmung durch die Master-Steuerstation, ob die falschen Positionen die Schritte umfassen, aufweist:
Annähern (68) durch die Master-Steuerstation einer Stelle der fal schen Position von dem Schnitt der Zeitabstimmungsasymptoten;
Bestimmung (70) durch die Master-Steuerstation, ob die falsche Posi tion innerhalb eines abgegrenzten Flächenbereichs liegt; und
Setzen eines Zeichens (72), falls die falsche Position innerhalb des abgegrenzten Flächenbereichs liegt.

7. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 6, wobei dort weiterhin der Schritt eines Einstellens eines Zeichens (74) umfaßt ist, daß eine gültige Kombination von drei Sendern erhalten worden ist, falls die falsche Position nicht innerhalb des abgegrenzten Flächenbe reichs lag.

8. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 7, wobei dort weiterhin der Schritt einer Bestimmung (76) umfaßt ist, ob alle Kombinationen der drei Sender der mindestens fünf Sender getestet worden sind.

9. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 8, wobei dort weiterhin der Schritt einer Iteration (76-62) der Schritte umfaßt ist: Auswahl von drei Sendern der mindestens fünf Sender; Bestimmung, ob eine horizontale Auflösung einer Genauigkeit vorhanden ist; Setzen eines Zeichens, Annäherung durch die Master-Steuerstation einer Stelle; Bestimmung durch die Master-Steuerstation, ob die falsche Position vorliegt; Setzen eines Zeichens; Setzen eines Zeichens, das eine gültige Kombination anzeigt; und Bestimmung, ob alle Kombinationen der drei Sender vorliegen, falls alle Kombinationen der drei Sender der mindestens fünf Sender noch nicht getestet worden sind.

10. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 7, wobei:
der Schritt eines Sendens durch die Master-Steuerstation den Schritt eines Sendens von Nachrichten (80) umfaßt, mit:
Identitäten von gültigen und ungültigen Kombinationen der drei Sen der der mindestens fünf Sender und Übertragung des Zeichens, das ungültige und gültige Kombinationen der drei Sender anzeigt; und
Empfangen (82) durch die Einrichtung zur Selbstbestimmung der Nach richten, einschließlich der gültigen und ungültigen Kombination der drei Sender, von mindestens fünf Sendern und der Zeichen, die ungül tige und gültige Kombinationen anzeigen.

11. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 10, wobei dort weiterhin der Schritt einer Decodierung (86) durch die Einrichtung zur Selbst bestimmung gültiger Kombinationen der drei Sender aus den Nachrich ten, die von der Master-Steuerstation übertragen werden, umfaßt ist.

12. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 11, wobei dort weiterhin der Schritt einer Bestimmung (88), ob mindestens eine gültige Kom bination von drei Sendern durch die Einrichtung zur Selbstbestimmung empfangen wurde, vorliegt.

13. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 12, wobei dort weiterhin der Schritt eines Wartens (90) durch die Einrichtung zur Selbstbe stimmung auf eine darauffolgende Nachricht von der Master-Steuer station umfaßt ist, falls keine gültigen Kombinationen der drei Empfänger bestimmt wurden.

14. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 13, wobei dort weiterhin die Schritte umfaßt sind:
Bestimmung (92) durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung einer momentanen Position der Vorrichtung zur Selbstbestimmung; und
Aktualisieren (94) durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung einer Position der Position der Vorrichtung zur Selbstbestimmung, daß sie die momentane Position der Vorrichtung zur Selbstbestimmung ist.

15. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 8, wobei dort weiterhin der Schritt einer Auswahl (102) von Kombinationen von fünf Sendern zum Testen umfaßt ist.

16. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 15, wobei dort weiterhin der Schritt einer Bestimmung (96) einer größten Anzahl gültiger Kombinationen von Sendern für jede Kombination von fünf ausgewählten Sendern umfaßt ist.

17. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 16, wobei dort weiterhin der Schritt eines Setzens eines Zeichen (98) umfaßt ist, wenn die bestimmte Kombination von fünf Sendern die größte Anzahl von gülti gen Kombinationen besitzt.

18. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem nach Anspruch 17, wobei dort weiterhin die Schritte umfaßt sind:
Bestimmung (100), ob alle möglichen Kombinationen von fünf Sendern getestet worden sind; und
Iteration (100-102) der Schritte einer Auswahl von fünf Sendern; Bestimmung einer größten Anzahl von gültigen Kombinationen; Setzen eines Zeichens; und Bestimmung aller möglichen Kombinationen von fünf Sendern, falls alle Kombinationen von fünf Sendern nicht ge testet worden sind.

19. Verfahren zum Eliminieren zweideutiger Positionen in einem hyperbo lischen Positionierungssystem, das eine Master-Steuerstation, eine Mehrzahl von Sendern zum Senden von Zeitabstimmungsinformationen zu einer Vorrichtung zur Selbstbestimmung ihrer Position umfaßt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, die gekennzeichnet sind durch:
Auswahl durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung einer Gruppe der Sender, die alle in einer HF-Sichtlinie eines Ziels liegen;
Abschätzung (68) durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung einer wahren Position und einer falschen Position auf dem Schnitt von hyperbolischen Asymptoten von mindestens zwei Paaren der Vielzahl von Sendern;
Bestimmung (70) durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung, ob die falsche Position innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der aktuel len Position liegt;
Bestimmung (76) durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung, ob min destens eine gültige Kombination der drei Sender empfangen wurde; und
Bestimmung (92) durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung einer momentanen Position der Vorrichtung zur Selbstbestimmung.

20. Schlachtfeld-Simulations-System, das eine Master-Steuerstation (11), eine Vielzahl Sender (12-16) zum übertragen von Zeitabstimmungsin formationen zu einer Mehrzahl von Personen (43) und Fahrzeu gen (44, 45), wobei jeder eine Ortsermittlungsvorrichtung besitzt, ein Positionslokalisierungsverfahren zur Selbstlokalisierung jeder Stellenermittlungsvorrichtung, umfaßt, wobei das Positionslokali sierungsverfahren die Schritte aufweist, die gekennzeichnet sind durch:
Auswahl (56-58) durch die Master-Steuerstation einer Gruppe von Sendern, die alle auf einer HF-Sichtlinie eines Ziels (10) liegen;
Abschätzung (68) durch die Master-Steuerstation einer wahren Posi tion und einer falschen Position auf einem Schnitt von hyperboli schen Asymptoten von mindestens zwei Paaren der Mehrzahl von Sendern;
Bestimmung (70) durch die Master-Steuerstation, ob die falsche Posi tion innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der aktuellen Position liegt;
Senden (80) durch die Master-Steuerstation zu der Einrichtung zur Selbstbestimmung gültiger Sätze von Sendern, die für eine nicht zweideutige Bildung der wahren Position der Vorrichtung zur Selbst bestimmung ihrer Position geeignet sind;
Bestimmung (76) durch die Stellenermittlungsvorrichtung, ob min destens eine gültige Position der drei Sender empfangen wurde;
Bestimmung (92) durch die Vorrichtung zur Selbstbestimmung einer momentanen Position der Vorrichtung zur Selbstbestimmung; und
Aktualisieren (94) durch die Stellenermittlungsvorrichtung einer Position der Stellenermittlungsvorrichtung, daß sie die momentane Position der Stellenermittlungsvorrichtung ist.