Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Einheit, insbesondere eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein zugehöriges Steuerungsmodul sowie ein zugehöriges Speichermedium.

Die Bestimmung einer genauen Position auf der Erdoberfläche wird für Fahrzeuge immer wichtiger. Als Beispiel sind Fahr- zeug-zu-X-Kommunikation und autonomes Fahren zu nennen, wobei in solchen Fällen typischerweise nicht mehr nur noch ein grober Standort des Fahrzeugs wie für Navigationszwecke erforderlich ist, sondern auch eine genaue Lokalisierung des Fahrzeugs auf der Straße, beispielsweise also eine Zuordnung zu einer bestimmten Fahrspur .

Gemäß dem Stand der Technik wird die Position eines Fahrzeugs typischerweise mittels Satellitennavigation bestimmt, wobei hierbei die als Single Point Positioning (SPP) bekannte Vor ^¬ gehensweise angewandt wird. Basierend auf einer LaufZeitmessung kommt dabei folgende Formel (1) zum Einsatz:

P ^m = V(*-x ^m J + (y - y ^m J + (z - z ^m J + cöt _r (1)

Dabei bedeuten:

m ein Index eines jeweiligen Satelliten,

P ein Laufzeitwert oder ein aus einem Laufzeitwert be ^¬ rechneter Wert,

x, y, z Komponenten der vektoriellen Position der Einheit bzw. des Fahrzeugs, x ^m , _r z ^m Komponenten der vektoriellen Position des Satelliten mit Index m, c die Lichtgeschwindigkeit, und ein Uhrenfehler der Einheit.

Für eine solche Positionsbestimmung sind typischerweise vier Messungen basierend auf vier Satelliten vonnöten.

Soll auch eine Geschwindigkeit bestimmt werden, so kann auf ein Verfahren zurückgegriffen werden, welches als Single Point Velocity (SPV) bekannt ist und auf Dopplermessungen basiert. Dabei wird insbesondere folgende Formel (2) verwendet:

Dabei bedeuten:

m ein Index eines jeweiligen Satelliten, - P ein Dopplerwert oder ein aus einem Dopplerwert be ^¬ rechneter Wert,

x, y, z Komponenten der vektoriellen Position der Einheit bzw. des Fahrzeugs, x ^m , ¥ , z ^m Komponenten der vektoriellen Position des Satelliten mit Index m, v* , ^Vy , ^Vz Komponenten der vektoriellen Geschwindigkeit der Einheit,

^Vx , ^y , ^Vz Komponenten der vektoriellen Geschwindigkeit des Satelliten mit Index m,

- c die Lichtgeschwindigkeit, und

^ ^r eine Ableitung eines Uhrenfehlers der Einheit.

Hierbei werden also Dopplermessungen verwendet, welche auf den von den Satelliten empfangenen Signalen basieren, um die Ge- schwindigkeit zu bestimmen. Allerdings geht hierbei auch die mittels SPP ermittelte Position der Einheit ein. In nachfolgenden Datenfusionsblöcken, beispielsweise mit Daten, welche aus Inertialsensoren erhalten werden, können somit die mittels SPP ermittelte Position und die mittels SPV ermittelte Geschwin ^¬ digkeit nicht als unkorreliert betrachtet werden. Dies liegt insbesondere daran, dass die SPV-Geschwindigkeit von der SPP-Position abhängt, beispielsweise in Bezug auf Ionosphä ^¬ renfehler oder Mehrpfadeffekte. Dies begrenzt den Sicher- heitslevel und die Performance (insbesondere Genauigkeit und Verfügbarkeit des Ausgangs des Fusionsfilters) .

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Einheit vorzusehen, welches im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessert ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungsmodul, insbesondere ein Satellitennavigations ^¬ modul, vorzusehen, welches dazu konfiguriert ist, ein solches Verfahren auszuführen. Außerdem ist es eine Aufgabe der Er- findung, ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium vorzusehen, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein solches Verfahren ausführt.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, durch ein Steuerungsmodul nach Anspruch 14 und ein Speichermedium nach Anspruch 15 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Einheit mittels Satellitennavigation. Bei der Einheit kann es sich insbesondere um ein Fahrzeug bzw. um ein Kraftfahrzeug handeln. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Empfangen einer Mehrzahl von Satellitensignalen, nämlich zumindest

eines ersten Satellitensignals,

eines zweiten Satellitensignals,

- eines dritten Satellitensignals, und

eines vierten Satellitensignals,

Durchführen einer Mehrzahl von Dopplermessungen an den Satellitensignalen, dabei Erzeugung

eines ersten Dopplerwerts basierend auf dem ersten Sa- tellitensignal ,

eines zweiten Dopplerwerts basierend auf dem zweiten Satellitensignal,

eines dritten Dopplerwerts basierend auf dem dritten Satellitensignal, und

- eines vierten Dopplerwerts basierend auf dem vierten Satellitensignal,

Berechnen der Position basierend auf dem ersten Dopplerwert, dem zweiten Dopplerwert, dem dritten Dopplerwert und dem vierten Dopplerwert, wobei die Position eine Variable der Berechnung ist.

Das Verfahren basiert auf der Erkenntnis der Erfinder der vorliegenden Anmeldung, dass zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs nicht zwingend LaufZeitmessungen verwendet werden müssen, sondern vielmehr Dopplermessungen ausreichen. Es werden weiter unten weitere Ausführungen und Beispiele dazu gegeben werden, wie dies genau funktionieren kann. Damit ist eine grundsätzliche Abkehr von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bei der Durchführung von Satellitennavigation ver- bunden, da bei Verfahren nach dem Stand der Technik grundsätzlich zunächst die Position basierend auf LaufZeitmessungen bestimmt wird . Die Position kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gerade unabhängig von LaufZeitmessungen bestimmt werden, so dass die oben beschriebenen Probleme mit der Korrelation zwischen Position und Geschwindigkeit und der Fehlerfortpflanzung nicht auftreten.

Bevorzugt werden alle Satellitensignale von jeweils unter ^¬ schiedlichen Satelliten empfangen. Dies bedeutet insbesondere, dass jedes Satellitensignal einem jeweiligen Satelliten zu- geordnet ist, und dass diesen Satelliten kein anderes Satel ^¬ litensignal zugeordnet ist. Damit kann die Genauigkeit erhöht werden .

Die Position wird insbesondere unabhängig von LaufZeitmessungen berechnet. Dies kann insbesondere bedeuten, dass keine aus LaufZeitmessungen bestimmte Position in die Berechnung eingeht.

Gemäß einer Weiterbildung wird beim Schritt des Berechnens ferner eine Ableitung eines Uhrenfehlers der Einheit basierend auf den zur Berechnung der Position verwendeten Dopplerwerten berechnet, wobei die Ableitung eines Uhrenfehlers eine Variable der Be ^¬ rechnung ist. Damit kann zusätzlich zur Position auch noch eine Ableitung des Uhrenfehlers berechnet werden, welche bei ^¬ spielsweise für andere Berechnungsschritte oder andere An- Wendungen erforderlich sein kann.

Gemäß einer Ausführung wird das Verfahren bei auf der Erdoberfläche feststehender Einheit ausgeführt. Das Feststehen der Einheit kann dabei beispielsweise durch Odometrie, insbesondere mittels einer Kamera, oder auch durch andere Sensorik, beispielsweise durch Raddrehzahlsensoren, Radarsensoren oder Inertialsensoren (IMU) erkannt werden. Auch Kombinationen davon sind möglich. Bei auf der Erdoberfläche feststehender Einheit sind insbe ^¬ sondere keine Geschwindigkeiten als Variablen in der Berechnung erforderlich, da diese als null angenommen werden können. Dies vereinfacht die Berechnung und kann die Anzahl der benötigten Satelliten zur Durchführung des Verfahrens verringern.

Es sei verstanden, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen für eine auf der Erdoberfläche feststehende Einheit und für eine bewegte Einheit insbesondere auch miteinander kombiniert werden können, so dass beispielsweise beide Aus ^¬ führungen in einem Steuerungsmodul oder einer Software implementiert sind. Je nachdem, ob sich die Einheit gerade bewegt oder nicht, können dabei unterschiedliche Ausführungen aus ^¬ geführt werden.

Gemäß einer Ausführung wird beim Schritt des Empfangens ferner ein fünftes Satellitensignal,

ein sechstes Satellitensignal, und

ein siebtes Satellitensignal

empfangen.

Beim Schritt des Durchführens einer Mehrzahl von Dopplermes ^¬ sungen werden dabei ferner

ein fünfter Dopplerwert basierend auf dem fünften Sa- tellitensignal ,

ein sechster Dopplerwert basierend auf dem sechsten Sa ^¬ tellitensignal und

ein siebter Dopplerwert basierend auf dem siebten Sa ^¬ tellitensignal

erzeugt.

Beim Schritt des Berechnens wird dabei die Position auch ba ^¬ sierend auf dem fünften Dopplerwert, dem sechsten Dopplerwert und dem siebten Dopplerwert berechnet, wobei die Position und Komponenten eines Geschwindigkeitsvektors der Einheit Variablen der Berechnung sind.

Gerade in diesem Fall werden also sieben Satelliten bzw. sieben Satellitensignale verwendet, so dass die Position gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen Fall einer auf der Erdoberfläche bewegten Einheit berechnet werden kann, in welchem die drei Vektorkomponenten des Geschwindigkeitsvektors der Einheit auf der Erdoberfläche Variablen der Berechnung sind.

Bei den Dopplerwerten handelt es sich typischerweise um Werte, welche eine basierend auf Dopplermessungen ermittelte Ge ^¬ schwindigkeit anzeigen.

Es sei verstanden, dass bei auf der Erdoberfläche feststehendem Fahrzeug typischerweise vier Satelliten bzw. vier Satelli ^¬ tensignale ausreichen.

Das Verfahren wird gemäß einer Ausführung bei auf der Erdoberfläche bewegter Einheit ausgeführt. Dies kann beispielsweise wie eben beschrieben erfolgen.

Die Berechnung der Position kann beispielsweise basierend auf der Formel oder einer Linearisierung davon durchgeführt werden, wobei m ein Index eines jeweiligen Satelliten ist,

P ein Dopplerwert oder ein aus einem Dopplerwert be ^¬ rechneter Wert ist,

x, y, z Komponenten der vektoriellen Position der Einheit sind, x ^m , ¥ , z ^m Komponenten der vektoriellen Position des Satelliten mit Index m sind, v* , ^Vy , ^Vz Komponenten der vektoriellen Geschwindigkeit der Einheit sind, v* , ^y , ^v z Komponenten der vektoriellen Geschwindigkeit des Satelliten mit Index m sind,

c die Lichtgeschwindigkeit ist, und eine Ableitung eines Uhrenfehlers der Einheit ist.

Somit kann auf die bekannte Formel zurückgegriffen werden, welche hier jedoch in der Form verwendet wird, dass Position und Geschwindigkeit nicht auf LaufZeitmessungen, sondern vielmehr auf Dopplermessungen basieren.

Es sei verstanden, dass in dieser Formel im Fall einer auf der Erdoberfläche feststehenden Einheit insbesondere die Kompo ^¬ nenten der vektoriellen Geschwindigkeit, also ^Vy - , ^Vy , ^Vz , jeweils gleich null gesetzt werden können. Gemäß einer Weiterbildung wird beim Schritt des Empfangens ferner ein weiteres Satellitennavigationssignal empfangen, und das Verfahren weist ferner folgende Schritte auf:

Durchführen einer LaufZeitmessung basierend auf dem weiteren Satellitennavigationssignal, dabei Erzeugen eines LaufZeitwerts , und

Berechnen eines Uhrenfehlers der Einheit basierend auf der Position und dem Laufzeitwert.

Damit kann das Verfahren auch zur Berechnung des Uhrenfehlers verwendet werden, welcher beispielsweise für andere Anwendungen erforderlich sein kann. Der Uhrenfehler kann insbesondere basierend auf der Formel

P ^m = (x - x ^m J + (y - y ^m J + (z - z ^m J + cSt _{r (1)}

oder einer Linearisierung davon berechnet werden, wobei

m ein Index eines jeweiligen Satelliten ist,

m

P ein Laufzeitwert oder ein aus einem Laufzeitwert be ^¬ rechneter Wert ist,

x, y, z Komponenten der vektoriellen Position der Einheit sind, x ^m , _f z ^m Komponenten der vektoriellen Position des Satelliten mit Index m sind,

c die Lichtgeschwindigkeit ist, und

ein Uhrenfehler der Einheit ist.

Auch hier kann also auf die bekannte Formel zurückgegriffen werden .

Das Verfahren wird bevorzugt unter Verwendung eines erd ^¬ zentrierten und erdfesten Koordinatensystems ausgeführt. Dies bedeutet, dass eine auf der Erdoberfläche feststehende Einheit eine Geschwindigkeit von null hat. Auch die Positionen und Geschwindigkeiten der Satelliten werden bevorzugt in diesem Koordinatensystem angegeben, wobei diese Positionen und Geschwindigkeiten typischerweise bekannt sind bzw. über diverse Almanachdaten und Ephemeridendaten an Satellitennavigations- module oder andere Satellitensignale verwertende Einheiten gesendet werden.

Bei der Einheit kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug handeln. Grundsätzlich ist das Verfahren aber auch bei anderen Einheiten wie beispielsweise einem Mobiltelefon, einem tragbaren Satellitennavigationsgerät, einem Wasserfahrzeug oder einem Luftfahrzeug anwendbar. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Steuerungsmodul, insbesondere ein Satellitennavigationsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein nichtflüchtiges com- puterlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein Verfahren gemäß der Erfindung ausführt. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei grundsätzlich auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.

Nachfolgend werden gewisse Aspekte oder Ideen der Erfindung separat beschrieben, wobei die nachfolgend erwähnten Aspekte und Ideen grundsätzlich untereinander und auch mit allen anderen Offenbarungen dieser Anmeldung in beliebiger Weise kombiniert werden können. Sie können jedoch auch eigenständige Erfindungsaspekte sein.

Gemäß einer ersten Idee kann eine Position der Einheit bzw. eine Antennenposition nur auf Dopplermessungen erfolgen.

In Ruhe, also wenn ^Vx =0, ^Vy =0, ^=0 gilt, was insbesondere durch Odometrie oder andere Sensorik erkannt werden kann, kann die

Positionslösung x, y, z, ^ _r durch die oben erwähnte Gleichung (2) oder eine Linearisierung davon erhalten werden, wobei typischerweise zumindest vier Dopplermessungen verwendet werden können .

In allgemeinen Situationen, also wenn ^x 0 , ^y 0 , ^z 0 gilt oder zumindest damit zu rechnen ist, kann die Positionslösung

(und Geschwindigkeitslösung) x, y, z, , , durch die oben erwähnte Gleichung (2) oder eine Linearisierung davon erhalten werden. Dabei können typischerweise zumindest sieben Dopplermessungen verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Idee kann die Position basierend auf einer Mischung von LaufZeitmessung und Dopplermessungen erhalten werden .

In Ruhe, d.h. wenn ^x =0, ^y =0 , ^z =0 gilt, was insbesondere durch Odometrie und/oder andere Sensorik erkannt werden kann, kann die Positionslösung x, y, z, ^ _{r r} 3t _{c C} j _urc ]- _L ^-i_ _e oben erwähnten Gleichungen (1) und (2) oder eine jeweilige Linearisierung davon unter Verwendung von typischerweise mindestens fünf Messungen erhalten werden. Die Messungen sind dabei sowohl LaufZeitmessungen wie auch Dopplermessungen.

Im allgemeinen Fall, d.h. wenn ^ν * 0, ^Vy ^0 , ^Vz ¥=0 gilt, kann die

Positionslösung (und Geschwindigkeitslösung) x, y, z, ^Vx , ^Vy , ^v z , ^ ^r , ^ ^r mittels den Gleichungen (1) und (2) oder einer Linearisierung davon unter Verwendung von typischerweise zu- mindest acht Messungen erhalten werden. Bei den Messungen handelt es sich dabei wiederum sowohl um LaufZeitmessungen wie auch um Dopplermessungen .

Als Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens können insbe- sondere die folgenden Punkte angegeben werden:

Dopplermessungen werden weniger durch Ionosphäreneffekte und Multipfadeffekte beeinflusst.

Es werden unabhängige Lösungen sowohl für die Position wie auch für die Geschwindigkeit vorgesehen, so dass es keine Kreuzkorrelation zwischen laufzeitbasierten Lösungen und Doppler-basierten Lösungen, keine Fehlerfortpflanzung und höhere Genauigkeit bei der Datenfusion gibt. Es kann eine Überprüfung zwischen SPP und SPV durchgeführt werden, was den Sicherheitslevel, insbesondere bei der Da ^¬ tenfusion, weiter erhöht.

Bei Stillstand der Einheit bzw. des Fahrzeugs werden weniger Satelliten zur Positionsbestimmung benötigt.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches hier lediglich schematisch dargestellt ist. Das Fahrzeug 10 ist grundsätzlich dazu aus- gebildet, sich auf der Erdoberfläche zu bewegen. Hierauf wird hier jedoch nicht weiter eingegangen.

Das Fahrzeug 10 weist ein Satellitennavigationsmodul 20 auf. Hierbei handelt es sich um ein elektronisches Steuerungsmodul, welches Prozessormittel und Speichermittel enthält, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen . Das Fahrzeug 10 weist ferner eine Kamera 22 auf, welche dazu ausgebildet ist, durch Odometrie zu erkennen, ob das Fahrzeug 10 gerade steht oder sich bewegt. Bezugssystem ist dabei die Erdoberfläche, welche von der Kamera 22 gesehen werden kann. Des Weiteren sind in Fig. 1 vier Satelliten dargestellt, nämlich ein erster Satellit 31, ein zweiter Satellit 32, ein dritter Satellit 33 und ein vierter Satellit 34. Die Satelliten 31, 32, 33, 34 senden Satellitensignale aus, welche von dem Fahrzeug 10 bzw. dessen Satellitennavigationsmodul 20 empfangen werden. Geschwindigkeiten und Positionen der Satelliten 31, 32, 33, 34 sind dabei dem Satellitennavigationsmodul 20 bekannt, insbe ^¬ sondere über gesendete Ephemeridendaten und Almanachdaten. In Fig. 1 ist beispielhaft die Situation dargestellt, in welcher das Fahrzeug 10 steht und somit vier Satelliten zur Positi ^¬ onsbestimmung gemäß dem bestimmungsgemäßen Verfahren ausreichend sind. Es sei verstanden, dass im allgemeinen Fall ty ^¬ pischerweise sieben Satelliten zur Positionsbestimmung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.

Wenn somit die Kamera 22 erkennt, dass sich das Fahrzeug 10 nicht auf der Erdoberfläche bewegt, so ermittelt das Satellitenna ^¬ vigationsmodul 20 aus empfangenen Satellitensignalen der vier Satelliten 31, 32, 33, 34 durch Dopplermessungen jeweilige Dopplerwerte. Die Dopplerwerte werden dann verwendet, um ohne Beteiligung von LaufZeitmessungen die Position des Fahrzeugs 10 zu bestimmen. Dies kann insbesondere wie weiter oben beschrieben erfolgen. Auf eine Wiederholung wird an dieser Stelle verzichtet, vielmehr sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das er- findungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.

Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar. Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .

Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.

Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.