Titel

Verfahren zur Bestimmung der Sichtbarkeit eines GNSS-Satelliten und Verfahren zur hochgenauen Positionsbestimmung sowie Computerprogramm, elektronisches Speichermedium und Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung der Sichtbarkeit eines Satelliten und Verfahren zur hochgenauen Positionsbestimmung sowie ein entsprechendes Computerprogramm, ein entsprechendes elektronisches Speichermedium und eine entsprechende Vorrichtung.

Stand der Technik

Zur Bestimmung einer Position für ein Fahrzeug ist es bekannt, Daten eines (globalen) Navigationssatellitensystems (GNSS) mit Daten einer Inertialsensorik, die in dem Fahrzeug angeordnet ist, zu fusionieren. Durch diese Fusion ist es u. a. möglich eine Genauigkeit bei der Positionsbestimmung zu erlangen, die einerseits mittels eines GNSS allein nicht erreichbar wäre und andererseits für das zumindest teilweise automatisierte Fahren erforderlich ist.

Unerlässlich für die Positionsbestimmung ist die Verfügbarkeit der Daten. Für Daten der Inertialsensorik liegen insbesondere aus dem Bereich der Fahrstabilitätsregelung hinsichtlich der Verfügbarkeit große Erfahrungswerte vor. Für Daten des GNSS liegen zwar Kenntnisse zur theoretischen Sichtbarkeit eines GNSS-Satelliten vor. Die theoretische Sichtbarkeit geht allerdings von einer freien Sicht auf die GNSS-Satelliten bzw. das Himmelsgewölbe bzw. den Himmel aus. Dabei wird die theoretische Sichtbarkeit stark u. a. durch geographische (u. a. Berge, Täler udgl.), städtebauliche (u. a. Gebäude, Tunnel udgl.) und meteorologische (u. a. Bewölkung, Niederschlag udgl.) Faktoren beeinflusst. Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Sichtbarkeit eines Satelliten für eine GNSS-basierte Positionsbestimmung mit den Schritten:

Erfassen der Umgebung an einer Position mittels einer Umfeldsensorik und/oder einer GNSS-Sensorik und/oder einer Kamerasensorik;

Fusionieren der erfassten Umgebung mit einer theoretischen Sichtbarkeit eines Satelliten an der Position.

Im Schritt des Erfassens der Umgebung erfolgt dabei insbesondere die Ermittlung des freien Sichtwinkels und dementsprechend die Ermittlung der freien Sicht auf das Himmelsgewölbe bzw. den Himmel.

Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr möglich für eine vorbestimmte Region, mithin für die Region, die mit der Position bzw. den Positionen der erfassten Umgebungen umfasst ist, eine genauere Anzahl an sichtbaren GNSS-Satelliten zu bestimmen. Dadurch kann ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur hochgenauen Positionsbestimmung verfügbarer bzw. hochverfügbar gemacht werden.

Unter hochverfügbar kann vorliegend verstanden werden, dass die von dem Verfahren bzw. der Vorrichtung zur hochgenauen Positionsbestimmung bereitgestellten Positionsbestimmung mit einer ausreichend hohen Sicherheit und einer ausreichen hohen Genauigkeit zur Verfügung gestellt werden können, um die auf den Positionsbestimmungen aufsetzenden Funktionen der erweiterten Fahrassistenz (engl.: Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) und Funktionen der zumindest teilweise automatisiert betriebenen Fahrzeuge (engl. Automated Driving, AD) umzusetzen.

Im Rahmen der Erfindung u. a. denkbare Positionen bzw. Umgebungen können die derzeit in Deutschland vorhandenen ca. 13.000 km des Autobahnnetzes sein. Ein unmittelbares Verfahrensprodukt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann eine Datenbank sein, die basierend auf einer Fusion der erfassten Sichtbarkeit und der theoretischen Sichtbarkeit eines GNSS-Satelliten an der Position der erfassten Umgebung Daten zu der tatsächlich möglichen Sichtbarkeit eines GNSS-Satelliten umfasst. Basierend auf dieser Kenntnis können für die entsprechenden Positionen bzw. Abschnitte entsprechende Verfahren zur satellitengestützten Positionsbestimmung unter Berücksichtigung der tatsächlich möglichen Sichtbarkeit eines bzw. der GNSS-Satelliten herangezogen werden, um eine Positionsbestimmung durchführen. Dabei sind von besonderer Bedeutung diejenigen Positionen bzw. Abschnitte, die eine verminderte tatsächlich Sichtbarkeit von GNSS-Satelliten aufweisen.

Damit lassen sich ggf. erforderliche Sonderaufwände zur Erreichung einer hochgenauen Positionsbestimmung bei verminderter Sichtbarkeit von GNSS- Satelliten deutlich bedarfsgerechter einbringen. Dies kann insgesamt zu einer weniger aufwändigen und damit ressourcensparenderen Positionsbestimmung führen.

Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritte des Erfassens des Zeitpunkts der Umgebungserfassung, In dieser Ausführungsform wird im Schritt des Fusionierens zusätzlich der erfasste Zeitpunkt berücksichtigt.

Unter Berücksichtigung im Schritt des Fusionierens kann vorliegend verstanden werden, dass bei der Fusion die Dimension der Zeit berücksichtigt wird, da sowohl die theoretische Sichtbarkeit als auch die tatsächliche mögliche Sichtbarkeit sowohl orts- als auch zeitabhängig ist. Einzige Ausnahme davon bilden Navigationssatellitensysteme mit geostationären Satelliten. Solche Systeme sind derzeit sehr selten und örtlich stark beschränkt verfügbar bzw. vorhanden.

Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden im Schritt des Erfassens Verfahren zur Analyse von Kameradaten zur Erkennung von Objekten angewendet werden. Die Verfahren zur Analyse von Kameradaten zur Erkennung von Objekten kann dabei im Schritt des Ermittelns im Rahmen des Schritts des Erfassens erfolgen.

Die Verfahren dienen u. a. dazu in Kameradaten Häuser und Berge zu erkennen. D. h. Objekte, die die Sichtbarkeit auf GNSS-Satelliten einschränken.

Die angesprochenen Verfahren sind nicht Kernaspekt der vorliegenden Erfindung und einem entsprechenden Fachmann aus diesem Gebiet geläufig.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung mittels einer Datenfusion von Daten eines GNSS-Sensors und Daten eines Inertialsensors. Dabei werden zur Positionsbestimmung Verfahrensergebnisse des Verfahrens zur Bestimmung der Sichtbarkeit eines Satelliten gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt.

Mittels diesen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine hochgenaue Positionsbestimmung durchzuführen. Unter einer hochgenauen Positionsbestimmung ist vorliegend eine Positionsbestimmung zu verstehen, die trotz des verbleibenden Bestimmungsfehlers ausreichend genau ist, um die darauf aufsetzenden Funktionen der erweiterten Fahrerassistenz (ADAS) und Funktionen des zumindest teilweise automatisierten Fahrens (AD) umzusetzen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen. Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erfassung der Umgebung an einer Position gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3a eine schematische Darstellung der Erfassung der Sichtbarkeit eines GNSS-Satelliten basierend auf spezieller Messtechnik;

Fig. 3b eine schematische Darstellung der Erfassung der Sichtbarkeit eines

GNSS-Satelliten basierend auf einem Verfahren und einer Vorrichtung zur hochgenauen Positionsbestimmung.

Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens 100 der vorliegenden Erfindung.

In Schritt 101 erfolgt die Erfassung der Umgebung an einer Position, mittels einer Umfeldsensorik bzw. einer GNSS-Sensorik bzw. einer Kamerasensorik.

Ziel der Erfassung 101 ist es unter anderem die freie Sicht bzw. den freien Sichtwinkel auf die GNSS-Satelliten bzw. das Himmelsgewölbe bzw. den Himmel zu ermitteln.

Die Erfassung 101 kann dabei bspw. durch eine entsprechende Sensorik erfolgen, die auf einem Fahrzeug angebracht ist, das zu der Position, an der die Erfassung stattfinden soll, bewegt wurde. Alternativ könnte die Erfassung mit einer entsprechenden Sensorik erfolgen, die an der Position, an der die Erfassung stattfinden soll, aufgestellt wurde. Bei der Sensorik kann es sich bspw. um eine Umfeldsensorik handeln, die speziell zur Erfassung der Sichtbarkeit von GNSS-Satelliten ausgelegt ist. Primär bieten sich dafür Radarsysteme und Lasersysteme an.

Alternativ oder zusätzlich kann zur Erfassung eine GNSS-Sensorik eingesetzt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann zur Erfassung eine Kamerasensorik eingesetzt werden. Im Allgemeinen ist eine Kamerasensorik dazu ausgelegt elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich (bspw. Videokamera) bzw. in einem Bereich nahe des sichtbaren Bereichs (bspw. Infrarotkamera) zu erfassen.

In Schritt 102 erfolgt die Fusion der erfassten Umgebung mit einer theoretischen Sichtbarkeit eines Satelliten an der Position.

Ziel des Fusionsschrittes 102 ist es, die theoretische Sichtbarkeit eines GNSS- Satelliten, die sich im Wesentlichen aus der Position der Beobachtung und der Position des Satelliten im Orbit ergibt mit den erfasste Umgebungsinformationen derart anzureichern, dass sich im Ergebnis eine tatsächlich mögliche Sichtbarkeit des GNSS-Satelliten ergibt. So kann bspw. an einer bestimmten Position eine theoretische Sichtbarkeit auf einen GNSS-Satelliten gegeben sein, die tatsächlich allerdings nicht möglich sein, da in der Sichtlinie zu dem GNSS- Satelliten ein Hindernis, wie bspw. ein Gebäude oder ein Landschaftszug, wie bspw. ein Berg, besteht.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erfassung der Umgebung an einer Position gemäß dem Verfahren 100 der vorliegenden Erfindung.

Der abgebildete Schritt 201 entspricht im Wesentlichen dem Schritt 101 des Ablaufdiagramms der Figur 1. In diesem Schritt erfolgt die Erfassung der freien Sichtbarkeit auf das Himmelsgewölbe.

Die Erfassung kann dabei nach Schritt 211 über eine Umgebungssensorik erfolgen, die speziell für die Erfassung der freien Sichtbarkeit ausgelegt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassung im Schritt 212 mittels einer Vorrichtung zur hochgenauen Positionsbestimmung basierend auf einer Fusion von Daten eine GNSS-Sensors mit Daten eines Inertialsensors erfolgen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassung im Schritt 213 mittels einer Kamerasensorik erfolgen.

Die vorliegende Erfindung kann im Rahmen der Erfassung der Sichtbarkeit von GNSS-Satelliten in einem begrenzten Gebiet verwendet werden, um bspw. für die Positionsbestimmung in diesem Gebiet eine Verbesserung in der Genauigkeit zu erlangen.

Denkbar ist es dabei die Sichtbarkeit von GNSS-Satelliten von Position auf den Autobahnen in Deutschland zu erhalten. Das deutsche Autobahnnetz umfasst derzeit ca. 13.000 km.

Die Erfindung soll dabei nicht auf das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland beschränkt sein. Die Erfindung kann ebenso auf anderen Gebieten oder auch weltweit angewendet werden.

Figur 3a eine schematische Darstellung der Erfassung der Sichtbarkeit eines GNSS-Satelliten 31, 32 basierend auf eine Umgebungssensorik 11.

In der Darstellung ist die Umgebungssensorik 11 auf einem Fahrzeug 1 angeordnet. Alternativ könnte die Umgebungssensorik 11 an der Position, an der die Erfassung stattfinden soll, aufgestellt werden.

Die GNSS-Satelliten 31, 32 sind von der Position des Fahrzeugs 1 aus theoretisch sichtbar.

Ferner ist in der Darstellung ein Hindernis 20 dargestellt, das die theoretische Sichtbarkeit des GNSS-Satelliten 32 unmöglich macht. Die Umgebungssensorik 1 ist dazu ausgebildet die sichtbaren Bereiche A und die nicht sichtbaren Bereiche B am Himmel über der Position der Erfassung zu erfassen. Primär bieten sich dafür Radarsysteme und Lasersysteme an.

Figur 3b zeigt eine schematische Darstellung der Erfassung der Sichtbarkeit eines GNSS-Satelliten 31, 32 mittels eines GNSS-Sensors 12. Ein solcher Sensor kann bspw. eine Vorrichtung zur hochgenauen Positionsbestimmung sein.

In der Darstellung ist GNSS-Sensor 12 auf einem Fahrzeug 1 angeordnet. Alternativ könnte der GNSS-Sensor 12 an der Position, an der die Erfassung stattfinden soll, aufgestellt werden.

Die GNSS-Satelliten 31, 32 sind von der Position des Fahrzeugs 1 aus theoretisch sichtbar.

Der GNSS-Sensor 12 erfasst die tatsächlich sichtbaren Satelliten 31. Über einen Abgleich mit den theoretisch sichtbaren Satelliten 31, 32, kann der nicht sichtbare Satellit 32 ermittelt werden. Aus diesen Informationen lassen sich die Bereiche A, B, C der freien Sichtbarkeit A und der blockierten Sichtbarkeit B ableiten. Aus der Darstellung ist ferner einer Bereich C erkennbar, zu dem keine Aussage über die Sichtbarkeit getroffen werden kann.

Diese unklaren Bereiche C können gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über eine Fusion mit einer weiteren Sensorik, bspw. über eine Umfeldsensorik 11 oder eine Kamerasensorik verkleinert bzw. vollständig beseitigt werden.

Die gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfassten Daten zur Sichtbarkeit von GNSS-Satelliten können zum einen gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, nämlich zur hochgenauen Positionsbestimmung, insbesondere im Rahmen der erweiterten Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und des zumindest teilweise automatisiert betriebenen Fahrens (AS), anwendet werden. Zum anderen können die gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfassten Daten zur umfangreichen Auswertung der Sichtbarkeiten von GNSS- Satelliten herangezogen werden. So können bspw. Autobahnen oder Autobahnabschnitte offline, d. h. ohne, dass die betroffenen Abschnitte angefahren werden müssen (ggf. zu unterschiedlichen Tageszeiten / Wetterverhältnissen udgl.) nach der Abdeckung durch GNSS- Satelliten ausgewertet werden. So können Abschnitte, die einen erhöhten Aufwand zur hochgenauen Positionsbestimmung erfordern, weil bspw. die Sichtbarkeit von GNSS-Satelliten strecken- bzw. zeitweise unterdurchschnittlich ist, schnell und einfach ermittelt werden.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen können die Verfahren zur hochgenauen Positionsbestimmung entsprechend angepasst werden bzw. die betroffenen Streckenabschnitte können mit unterstützenden Infrastrukturobjekten dahingehenden erweitert werden, dass auch ohne eine ausreichende Anzahl an sichtbaren GNSS-Satelliten eine hochgenaue Positionsbestimmung möglich ist.

Bei solchen Infrastrukturobjekten kann es sich bspw. um Vorrichtungen zur Triangulation oder zur Sichtnavigation handeln.