DE4136136C1

DE4136136C1 -

Info

Publication number: DE4136136C1
Application number: DE4136136A
Authority: DE
Inventors: Winfried Ploeger; Guenter 5000 Koeln De Schoemakers
Original assignee: WESTDEUTSCHER RUNDFUNK ANSTALT DES OEFFENTLICHEN RECHTS 5000 KOELN DE
Current assignee: PLOEGER, HELGA, 50767 KOELN, DE SCHOEMAKERS, GUENT
Priority date: 1991-11-02
Filing date: 1991-11-02
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2011-11-03
Also published as: WO1993009446A1

Abstract

In order to determine the position of mobile objects (5), in particular vehicles, the invention uses Global Positioning System (GPS) satellites (1, 2, 3, 4) which orbit in polar orbits, continuously changing their position with respect to a stationary point on the Earth's surface and transmitting GPS signals. These GPS signals make it possible for a GPS receiver installed in the mobile object to determine its instantaneous position and altitude coordinates. In addition to the mobile GPS receiver, the invention calls for at least one GPS receiver (6) which operates as a reference receiver and whose position coordinates are known precisely. Connected to the mobile GPS receiver is a processing unit which continuously determines error values from the signals received continuously by the reference GPS receiver and from the known position coordinates of its location. The continuously determined error values are conditioned and transmitted (7) by a transmitter. The transmitted conditioned error values are continuously received in the mobile object (5) and analysed in such a way that the results produced by the GPS receiver installed in the mobile object are corrected by an amount corresponding to the error values. A radio transmitter is used as the transmitter, the conditioned error values being inserted into the programme signal broadcast by this radio transmitter. Also fitted in the mobile object is a radio receiver which receives the programme signal with the conditioned error values inserted in it, and a series-connected device for separating the conditioned error values from the programme signal.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1. Ein derartiges System ist unter der Bezeichnung "Differential GPS Concept" aus der Firmendruckschrift "General Information about GPS Satellite Navigation" (ANA 01 ff.) der Firma Standard Elektrik Lorenz AG Aerospace Systems bekannt.The invention relates to a system according to the preamble of the patent claims 1. Such a system is called "Differential GPS Concept "from the company brochure" General Information about GPS Satellite Navigation "(ANA 01 ff.) From Standard Elektrik Lorenz AG Aerospace Systems.

Zur Ortung und Navigation von bewegten Objekten ist ein unter der Bezeichnung "Global-Positioning-System (GPS-System)" eingeführtes, satellitengestütztes Verfahren bekannt, bei welchem sogenannte GPS-Satelliten auf der Frequenz 1,575 GHz neben ihren Bahndaten die Uhrzeit mit hoher Präzision aussenden. Die Bahn der GPS-Satelliten verläuft über die Erdpole, wobei sie ihre Lage gegenüber einem stationären Erdpunkt fortlaufend verändern. Ein GPS-Empfänger rechnet die Entfernung zu den einzelnen GPS-Satelliten aus, in dem er die Zeit mißt, die das Signal vom Satelliten zum Empfänger benötigt. Da die Posi tionen der GPS-Satelliten bekannt sind, können mit vier GPS-Satelliten die Raumkoordinaten des Empfängerstandortes auf der Erde errechnet werden. Damit läßt sich jedoch nur eine Genauigkeit von ca. ± 100 Meter erreichen. Da diese Genauigkeit für viele Anwendungen nicht ausreicht, werden bei dem eingangs erwähnten "Differential GPS Concept" von einem Referenz-GPS-Empfänger, dessen Standortkoordinaten genau bekannt sind, Fehlerwerte ermittelt und in Form von Korrekturdaten ausgegeben. Mit Hilfe dieser Korrekturdaten werden die von einem mobilen GPS-Empfanger ermittelten Daten korrigiert. Diese Korrektur kann in Echtzeit dadurch erfolgen, daß die Korrekturdaten über einen Sender an das bewegliche Objekt übertragen werden. Dies ist beispielsweise im Bereich von Flughäfen für die Abwicklung der Start- und Landevorgänge vor gesehen, was jedoch einen erheblichen Aufwand bedeutet und nicht flächendeck end einsetzbar ist. Hieran scheitert der Einsatz des "Differential GPS Concept" für eine Vielzahl von potentiellen Anwendungen, beispielsweise die Standortüber wachung von Einsatzfahrzeugen der Polizei, der Feuerwehr und der Kranken transportdienste, von öffentlichen Verkehrsmitteln, von Speditionsfahrzeugen, Binnenschiffen und dergleichen. Gleiches gilt für Verkehrsleitsysteme für Per sonenkraftwagen.To locate and navigate moving objects is one under the name "Global Positioning System (GPS system)" introduced, satellite-based Method known in which so-called GPS satellites on the frequency 1.575 GHz send out the time with high precision in addition to their orbital data. The orbit of the GPS satellites runs across the Earth's poles, taking into account their location continuously change compared to a stationary earth point. A GPS receiver calculates the distance to the individual GPS satellites in which it Measures the time it takes the signal from the satellite to the receiver. Since the Posi tion of the GPS satellites can be used with four GPS satellites Spatial coordinates of the receiver location on earth can be calculated. In order to however, an accuracy of only approx. ± 100 meters can be achieved. This one Accuracy is not sufficient for many applications mentioned "Differential GPS Concept" from a reference GPS receiver, whose location coordinates are known exactly, error values are determined and in Form of correction data output. With the help of this correction data corrected the data determined by a mobile GPS receiver. These Correction can be carried out in real time in that the correction data via a Transmitter can be transmitted to the moving object. This is for example in the Area of airports for the handling of take-off and landing processes seen, however, which means a considerable effort and not nationwide is finally usable. This is where the "Differential GPS Concept" fails for a variety of potential applications, such as location over monitoring of emergency vehicles of the police, fire brigade and the sick transport services, public transport, freight vehicles, Barges and the like. The same applies to traffic control systems for Per motor vehicles.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein System der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß die Korrekturdaten flächendeck end in Echtzeit und kostensparend verfügbar gemacht werden, ohne daß die Genauigkeit der Korrekturdaten verschlechtert wird.In contrast, the object of the invention is a system of the beginning mentioned type to improve that the correction data area-wide are made available in real time and cost-effectively without the Accuracy of the correction data is deteriorated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of Claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sys tems ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of the system according to the invention tems result from the subclaims.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, zur Echtzeitübertragung der Korrek turdaten das vorhandene Sendernetz der Rundfunkanstalten zu benutzen, wobei die Korrekturdaten in die Rundfunkprogrammsignale störungsfrei eingefügt werden, beispielsweise als RDS-Daten oder als VPS-Daten. Da entsprechende Empfänger für derartige Rundfunk-Zusatzsignale als Konsumentenartikel billig verfügbar sind, verringern sich die Kosten einer derartigen Echtzeitübertragung praktisch auf die Kosten des GPS-Empfängers, welcher bei entsprechender Massenanwendung entsprechend preiswert verfügbar sein kann. Damit lassen sich nicht nur Einsatzfahrzeuge oder Speditionsfahrzeuge mit dem erfindungsgemäßen System ausrüsten, sondern auch Personenkraftwagen, wodurch die Einführung eines allgemeinen Verkehrsleitsystems erheblich erleichtert wird.The invention is based on the idea of real-time transmission of the correction turdaten to use the existing network of broadcasters, whereby the correction data is inserted into the radio program signals without interference , for example as RDS data or as VPS data. Because corresponding Receivers for such additional radio signals as cheap consumer goods are available, the cost of such real-time transmission is reduced practically at the expense of the GPS receiver, which with appropriate Mass application can be available at a reasonable price. So that can be not only emergency vehicles or forwarding vehicles with the invention Equip system, but also passenger cars, making the introduction a general traffic management system is made considerably easier.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail with reference to the drawings. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Lagebestimmungs-Systems entsprechend dem sog. "Differential GPS Concept"; Figure 1 is a schematic representation of a known position determination system according to the so-called "Differential GPS Concept";

Fig. 2 ein Blockschaltbild der senderförmigen Teile des erfindungsgemäßen Systems, und Fig. 2 is a block diagram of the transmitter-shaped parts of the system according to the invention, and

Fig. 3 ein Blockschaltbild der empfängerseitigen Teile des erfin dungsgemäßen Systems. Fig. 3 is a block diagram of the receiver-side parts of the system according to the inven tion.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, stützt sich das dort dargestellte Lagebestimmungs- System auf sog. GPS-Satelliten 1 bis 4, welche die Erde über deren Pole um kreisen und dabei ihre Lage gegenüber einem stationären Erdpunkt fortlaufend verändern. Die dargestellte Anzahl von vier GPS-Satelliten stellt nur die Mindes tanzahl dar; in Wirklichkeit existiert eine viel höhere Anzahl von GPS-Satelliten, welche in einem dichten Netz um die Erde kreisen.As can be seen from FIG. 1, the position determination system shown there is based on so-called GPS satellites 1 to 4 , which orbit the earth around their poles and continuously change their position relative to a stationary earth point. The number of four GPS satellites shown represents only the minimum number; in reality there is a much higher number of GPS satellites orbiting around the earth in a dense network.

Ein in einem beweglichen Objekt 5 auf der Erdoberfläche 8 eingebauter GPS Empfänger kann aufgrund der empfangenen GPS-Signale 11, 21, 31 und 41 seine Raumkoordinaten bestimmen, jedoch nur mit einer Genauigkeit von etwa ± 100 Metern aufgrund von Fehlerquellen, welche teils systembedingt sind und teils auf atmosphärische Störungen beruhen. Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, ist bei dem sog. "Differential GPS Concept" ein Referenz-GPS-Empfänger 6 vorhanden, dessen Lagekoordinaten genau bekannt sind. Aus den von ihm empfangenen GPS-Signalen 12, 22, 32 und 42 sowie den bekannten Lagekoordinaten ermittelt der Referenz-GPS-Empfänger 6 fortlaufende Fehlerwerte, welche in Form von Korrekturdaten 7 an den beweglichen GPS-Empfänger 5 übertragen werden, wobei als Übertragungsmedium im Falle einer Echtzeitübertragung ein drahtloses Übertragungssystem vorgesehen ist. Anhand der vom mobilen GPS-Empfänger 5 empfangenen Korrekturdaten 7 lassen sich die gemessenen, momentanen Lagekoordinaten bis auf eine Genauigkeit von bis zu ± 5 Meter im Mittel korrigieren. Diese Werte gelten nur innerhalb eines gewissen Umkreises um den Referenz-GPS-Empfänger 6.A GPS receiver installed in a moving object 5 on the earth's surface 8 can determine its spatial coordinates on the basis of the received GPS signals 11, 21 , 31 and 41 , but only with an accuracy of approximately ± 100 meters due to error sources which are partly system-dependent and partly based on atmospheric disturbances. In order to increase the measuring accuracy, a so-called "Differential GPS Concept" has a reference GPS receiver 6 , the position coordinates of which are precisely known. From the GPS signals 12 , 22 , 32 and 42 received by it and the known position coordinates, the reference GPS receiver 6 determines continuous error values, which are transmitted in the form of correction data 7 to the movable GPS receiver 5 , the transmission medium being In the case of real-time transmission, a wireless transmission system is provided. On the basis of the correction data 7 received by the mobile GPS receiver 5 , the measured, current position coordinates can be corrected on average to an accuracy of up to ± 5 meters. These values only apply within a certain radius around the reference GPS receiver 6 .

Um eine flächendeckende Übertragung der Korrekturdaten 7 zu gewährleisten, ist bei dem erfindungsgemäßen System vorgesehen, daß die Korrekturdaten inner halb von Rundfunk-Programmsignalen übertragen werden. Hierzu werden, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die von dem Referenz-GPS-Empfänger 50 empfangenen GPS-Signale 12 bis 42 einem Rechner 60 zugeführt, welcher die exakten Stand ortkoordinaten der Empfangsantenne 51 des GPS-Empfängers kennt und die schon erwähnten Korrekturdaten ermittelt. Diese Korrekturdaten werden im Falle der Benutzung eines vorhandenen UKW-Sendernetzes dem RDS-Coder 70 eines UKW-Rundfunksenders 80 zugeführt, wo die Korrekturdaten in den RDS-Datenstrom formatrichtig eingefügt werden. Das auf diese Weise ergänzte RDS-Signal wird von dem UKW-Rundfunksender 80 innerhalb des UKW-Programmsignals über dessen Sendemast 81 flächendeckend ausgestrahlt.In order to ensure a comprehensive transmission of the correction data 7 , it is provided in the system according to the invention that the correction data are transmitted within radio program signals. For this purpose, as can be seen from FIG. 2, the GPS signals 12 to 42 received by the reference GPS receiver 50 are fed to a computer 60 which knows the exact location coordinates of the receiving antenna 51 of the GPS receiver and the correction data already mentioned determined. If an existing FM transmitter network is used, this correction data is fed to the RDS coder 70 of an FM radio transmitter 80 , where the correction data are inserted in the correct format in the RDS data stream. The RDS signal supplemented in this way is broadcast over the entire area by the FM radio transmitter 80 within the FM program signal via its transmission mast 81 .

Ein in dem beweglichen Objekt 5 vorhandener UKW-Rundfunkempfänger 90 (Fig. 3) ist auf die Frequenz des UKW-Senders 80 abgestimmt und empfängt zusammen mit dem Rundfunkprogrammsignal des UKW-Senders 80 das um die Korrekturdaten ergänzte RDS-Signal. In einem nachgeschaltetem RDS-Decoder als Einrichtung zum Abtrennen der aufbereiteten Fehlerwerte 100 wird das RDS- Signal aus dem Rundfunkprogrammsignal abgetrennt, decodiert und einem Rechner 110 zugeführt. Ferner werden die von dem GPS-Empfänger 120 des beweglichen Objektes 5 empfangenen GPS-Signale 11, 21, 31, 41 dem Rechner 110 zugeführt, welcher mit Hilfe der Korrekturdaten die aus den GPS-Signalen 11 bis 41 ermittelten Lagekoordinaten korrigiert. Die korrigierten Lagekoor dinaten werden von dem Rechner 110 einer Ausgabeeinrichtung und gegebenen falls parallel dazu einem Mobilfunksender 140 zugeführt, welcher die exakten Standortkoordinaten des beweglichen Objektes 5 an eine nicht dargestellte Zen trale überträgt.An existing in the moving object 5 FM radio receiver 90 (FIG. 3) is tuned to the frequency of the FM transmitter 80, and receives, together with the broadcasting program signal from the FM transmitter 80, the added to the correction data RDS signal. In a downstream RDS decoder as a device for separating the processed error values 100 , the RDS signal is separated from the radio program signal, decoded and fed to a computer 110 . Furthermore, the GPS signals 11 , 21 , 31 , 41 received by the GPS receiver 120 of the movable object 5 are fed to the computer 110 , which uses the correction data to correct the position coordinates determined from the GPS signals 11 to 41 . The corrected position coordinates are fed from the computer 110 to an output device and, if necessary, in parallel to a mobile radio transmitter 140 , which transmits the exact location coordinates of the movable object 5 to a center (not shown).

Bei einem durchgeführten Versuch wurde für die Übertragung der Fehlerdaten ein Abschnitt des TDC-Kanals des RDS-Systems genutzt. Da dieser Kanal eine Übertragungskapazität von 100 bit/s besitzt, wurden für die Übertragung der gesamten GPS-Korrekturdaten 20 s benötigt. Die Genauigkeit der Ortsbestim mung erhöhte sich mit dieser Korrektur von ± 100 Meter auf ± 5 Meter. Diese gemessene Genauigkeit ist für die angestrebte Anwendung in Einsatzfahrzeugen und bei Verkehrsleitsystemen ausreichend.During an attempt was made to transfer the error data a section of the TDC channel of the RDS system is used. Because this channel is a Has transmission capacity of 100 bit / s, were used for the transmission of total GPS correction data required 20 s. The accuracy of the location This correction increased from ± 100 meters to ± 5 meters. These Measured accuracy is for the intended application in emergency vehicles and sufficient for traffic management systems.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße System nicht auf analoge Rundfunk programmsignale beschränkt ist. Im Falle der Ausstrahlung digitaler Hör funkprogramme (voraussichtlich ab 1995) lassen sich die Korrekturdaten in den Datenstrom des digitalen Programmsignals einfügen. Desweiteren ist es möglich, die Korrekturdaten analog zu VPS- und Videotext-Daten in ein analoges oder digitales Fernsehprogrammsignal einzufügen.It is understood that the system according to the invention is not based on analog broadcasting program signals is limited. In the case of broadcasting digital hearing radio programs (probably from 1995), the correction data can be found in the Insert data stream of the digital program signal. Furthermore it is possible the correction data analog to VPS and teletext data in an analog or insert digital television program signal.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, zum ersten Mal Echtzeit-Korrekturdaten kostengünstig und flächendeckend zur Verfügung zu stellen. Dabei ist es möglich, für ein bestimmtes Versorgungsgebiet den Refe renz-GPS-Empfänger 50 sowie den Rechner 60 an einer zentralen Stelle des Rundfunkversorgungsgebietes zu positionieren und die Korrekturdaten sämtlichen in Betracht kommenden Sendern dieses Rundfunkversorgungsgebietes zeitgleich zuzuführen, beispielsweise via Satellit. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein größeres Rundfunkversorgungsgebiet in Abschnitte zu unterteilen und in jedem Unterabschnitt einen Referenz-GPS-Empfänger 50 (mit Rechner 60) vorzusehen, welcher die in Betracht kommenden Sender dieses Unterabschnittes speist. In diesem Falle muß innerhalb des RDS-Codes die Funktion "Alternative Frequen zen" für die Dauer der Einfügung der Korrekturdaten in den RDS-Datenstrom außer Betrieb gesetzt werden, um eine durch diese Funktion mögliche automati sche Umschaltung des UKW-Empfängers 90 auf Sender anderer Unterbereiche zu verhindern.The advantage of the system according to the invention is that, for the first time, real-time correction data can be made available inexpensively and across the board. It is possible to position the reference GPS receiver 50 and the computer 60 for a specific coverage area at a central point in the broadcasting coverage area and to supply the correction data simultaneously to all the transmitters in question in this broadcasting coverage area, for example via satellite. Another possibility is to divide a larger radio coverage area into sections and to provide in each subsection a reference GPS receiver 50 (with computer 60 ) which feeds the transmitters of this subsection in question. In this case, the function "Alternative Frequen zen" must be deactivated for the duration of the insertion of the correction data into the RDS data stream within the RDS code, in order for this function to automatically switch the VHF receiver 90 to other transmitters To prevent sub-areas.

Claims

1. System for determining the position of moving objects, in particular vehicles, with a number of location and navigation satellites (GPS satellites) that are in an orbit above the earth's poles and thereby continuously change their position relative to a stationary earth point and which GPS Send signals which enable a GPS receiver installed in the moving object to determine its current location and altitude coordinates

- At least one GPS receiver working as a reference, whose exact location coordinates are known;
an evaluation device which determines continuous error values from the GPS signals continuously received by the reference GPS receiver and the known position coordinates of its location;
- A device for processing the continuously determined error values;
- at least one transmitter for emitting the processed errors;
- A device installed in the moving object for continuous reception and evaluation of the radiated, on prepared error values in that the measurement results of the GPS receiver installed in the moving object are corrected accordingly the amount of the error values, characterized in that a radio transmitter as a transmitter ( 80 ) is seen before that the prepared error values are inserted into the broadcast program signal broadcast by the radio transmitter ( 80 ) and that in the movable object a broadcast receiver ( 90 ) is present, which receives the broadcast program signal with the edited error values inserted there and a downstream device ( 100 ) for separating the processed error values from the broadcast program signal.

2. System according to claim 1, characterized in that the error values recorded at a central point in a radio coverage area and all radio stations in the relevant radio coverage area are fed simultaneously.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the processed error values are inserted into the radio data signal (RDS signal) of the radio transmitter and that the radio receiver ( 90 ) present in the moving object has an RDS decoder ( 100 ) having.

4. System according to claim 3, characterized in that in the absence of central recording of the error values the function "alternative frequencies zen "of the RDS code at least during the transmission of the error values is deactivated on the transmitting and / or receiving side.

5. System according to claim 1 or 2, characterized in that the Error values in the data stream of a digital broadcast program signal are inserted.

6. System according to claim 1 or 2, characterized in that a television transmitter is used as a radio transmitter ( 80 ) and that the error values are inserted as teletext signals in the area of the television program signal provided for data transmission.