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WO2018166696A1 - Verfahren und vorrichtung zum filtern von empfangenen satellitennavigationssignalen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum filtern von empfangenen satellitennavigationssignalen Download PDF

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Publication number
WO2018166696A1
WO2018166696A1 PCT/EP2018/052294 EP2018052294W WO2018166696A1 WO 2018166696 A1 WO2018166696 A1 WO 2018166696A1 EP 2018052294 W EP2018052294 W EP 2018052294W WO 2018166696 A1 WO2018166696 A1 WO 2018166696A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
satellites
satellite navigation
signals
platform
perspective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/052294
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Hofmann
Wolfgang Niehsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2018166696A1 publication Critical patent/WO2018166696A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/28—Satellite selection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/252—Employing an initial estimate of location in generating assistance data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/26—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving a sensor measurement for aiding acquisition or tracking

Definitions

  • the invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
  • the subject of the present invention is also a computer program.
  • EP 679902 Bl describes a method for the selection of signals from navigation satellites.
  • Navigation satellites can transmit between one signal
  • Navigation satellites and the receiver to be arranged.
  • the signal can not be received directly, but via reflections on the object and / or other objects. This creates a path that travels the signal between the navigation satellite and the receiver longer than the shortest possible route.
  • a position can then only be calculated with an inaccuracy, as the receiver is apparently further away from the navigation satellite.
  • those signals can be discarded which can reach the receiver only via a reflection because an object is arranged between the receiver and the navigation satellite.
  • Navigation satellites is arranged.
  • an earliest reception time can be taken into account if the signal is received multiple times.
  • Satellite navigation signals for a mobile platform comprising the following steps:
  • the satellite navigation signal has a code phase and a carrier phase and represents at least one transmission time of the satellite navigation signal. From the transmission time and a reception time, a transit time of the satellite navigation signal can be determined. About a propagation speed of
  • Satellite navigation signal and the transit time can be calculated a distance between the navigation satellite and a receiver.
  • Satellite navigation signal uniquely identifies the transmitting navigation satellite.
  • a horizon line can be a boundary line between a visible edge of an object and the visible sky.
  • Perspective can be a perspective from a current location of the mobile platform's receiver.
  • the mobile platform may be, for example, a robot or a vehicle.
  • a trajectory of the navigation satellite and a current position of the navigation satellite on the trajectory are known. The position can be viewed from the perspective. Navigation satellites that are not obscured by objects can be selected.
  • the horizon line can be made using at least one image from the
  • the image may be, for example, a panoramic image.
  • Objects around the platform are shown in the picture. Their outlines can be determined. Where an outline marks a transition between an object and the open sky, the part of the outline can be defined as a horizon line.
  • the satellites can be selected using satellite orbit information.
  • the lane information may be from the memory of a
  • Satellite navigation device are read out.
  • the web information can also be stored in a separate memory.
  • the satellite navigation signals may be provided to a satellite navigation device to determine a position of the platform.
  • the preselection allows the position to be determined with high accuracy, avoiding systematic errors due to the multipath reception of the satellite signals.
  • satellites can be selected that have a direct line of sight from the perspective.
  • the satellite navigation signal can get to the receiver directly, without reflection / multipath propagation.
  • reflections of the satellite signals can be suppressed using a suppression algorithm.
  • the first Receiving time are taken into account, since the signal propagation time is the shortest via the direct path.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • the approach presented here also provides a device which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here
  • the device may comprise at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the sensor Actuator and / or at least one
  • the arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit.
  • the communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.
  • a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces for example, part of a so-called system ASICs, which includes a variety of functions of the device.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • the device may include a camera adapted to detect the horizon line in an image.
  • the camera may have a fisheye lens and be oriented perpendicular to the sky.
  • the camera can be integrated, for example, in an antenna housing. Further advantageous implementations of the device use the front camera, the
  • a mobile platform is provided with an antenna for receiving satellite navigation signals and a device according to the present invention
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the above
  • FIG. 1 is a representation of a perspective of a mobile platform and a horizon line according to an embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram of a mobile platform with a Vorrichtu
  • Embodiment shows a representation of trajectories of navigation satellites
  • FIG. 4 shows a representation of an image from a perspective of a vehicle and a horizon line according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a flow chart of a method of filtering received satellite navigation signals in accordance with one embodiment.
  • FIG. 1 shows an illustration of a perspective 100 of a mobile platform and a horizon line 102 according to an exemplary embodiment.
  • the perspective 100 is shown as a circular distorted all-round view.
  • the perspective 100 is shown with a polar coordinate system. In other words, that is
  • Perspective 100 is shown, for example, as an illustration by a fisheye lens directed vertically upwards.
  • an unobstructed sky area 104 is thus represented.
  • Objects around the mobile platform restrict the view of the sky 104.
  • the view is limited for example by mountains 106, skyscrapers 108, a detached house 110 and a tree 112.
  • a silhouette of the objects 106, 108, 110, 112 defines the horizon line 102.
  • the horizon line 102 may also be referred to as a skyline.
  • Trajectories 114 of navigation satellites 116, 118 are also from the
  • the objects 106, 108, 110, 112 cover parts of the trajectories 114.
  • satellites 116 are also obscured by the objects 106, 108, 110, 112.
  • the other satellites 118 have a direct line of sight to the platform in the sky area 104.
  • the objects 106, 108, 110, 112 are detected and the horizon line 102 is determined.
  • the satellites 116, 118 transmit encoded navigation signals.
  • a navigation signal is assigned by its code depending on one of the satellites 116, 118.
  • the trajectories 114 of the satellites 116, 118 are known.
  • the currently theoretically visible satellites 116, 118 are separated by the horizon line into invisible or hidden satellites 116 and visible satellites 118. To calculate the position of the platform, only the signals from the visible satellites 118 are used.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a mobile platform 200 having a device 202 for filtering received satellite navigation signals 204 according to one embodiment.
  • the platform 200 is, for example, a vehicle or a mobile robot.
  • the perspective shown in FIG. 1 is related, for example, to the platform 200.
  • the satellite navigation signals 204 are received by an antenna 206 of the platform 200.
  • a navigation device 208 of the platform 200 a position 210 of the platform 200 is calculated.
  • the satellite navigation signals 204 are coded.
  • Satellite navigation signal 204 is uniquely associated with a navigation satellite 116, 118. Thus, all navigation satellites 116, 118 are known from which a navigation signal 204 is received. For each satellite 116, 118 its trajectory 114 and its current position 212 is known and can be retrieved from a data memory of the navigation device 208.
  • the device 202 for filtering comprises a determination device 214, a selection device 216 and a delivery device 218.
  • a horizon line 102 is determined from a perspective 100 of the platform 200.
  • the perspective 100 is from an environment sensor
  • the perspective 100 is provided by an image 220 of a wrap-around camera 222.
  • 100 objects obscure parts of the sky from the perspective, and thus also the positions 212 of the hidden satellites 116.
  • the horizon line 102 separates hidden areas from unseen areas of the sky.
  • the uncovered Satellites 118 are selected in the selector 216 when located above the horizon line 102.
  • the satellite navigation signals 224 associated with the selection of the satellites 118 are made available to the navigation device 208.
  • FIG. 3 shows a representation of trajectories 114 of navigation satellites.
  • Trajectories 114 are orbits around the earth 300.
  • the trajectories 114 are arranged in mutually tilted planes.
  • On a trajectory 114 several navigation satellites are arranged one behind the other. From any point 302 of the earth 300 are theoretically simultaneously several
  • Navigation satellites visible In the example shown, 12 navigation satellites are theoretically visible at the same time. In practice, a local horizon limits the number of visible navigation satellites.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • RTK receivers (Real Time Kinematics) additionally use the carrier phase of the signal and thus achieve a position accuracy in the centimeter range.
  • the location accuracy of both types of receivers suffers greatly when there are no direct line of sight to the satellites.
  • the error in positioning is composed of several factors.
  • the error is due to multipath propagation, ie
  • Multipath signals can also be detected by means of algorithmics
  • FIG. 3 shows a typical constellation of positioning satellites with currently 12 satellites to which a direct visual connection to a locating unit exists at the point of intersection 302 at the intersection of the dashed lines without structural obstacles.
  • the 12 transit time measurements or the corresponding pseudo-range information in the location unit can be used for an expected estimate of the receiver position with minimum variance.
  • the receiver To determine the position, the receiver requires the signals of at least four satellites. The satellites used can then be selected to form a favorable angle to each other in order to achieve the lowest possible error. The receiver can also detect shaded satellites at the low signal strength and discard them for position determination. Due to the evaluation of the video signal presented here, a distinction between directly received signal and reflected signal can be achieved even with strong reflections.
  • FIG. 4 shows a representation of an image 220 from a perspective of a
  • Vehicle and a horizon line 102 according to an embodiment.
  • the image 220 has been captured using a fisheye lens.
  • the illustration substantially corresponds to the representation in FIG. 1.
  • the vehicle travels between high-rise buildings 108.
  • the sky 104 is largely hidden by the skyscrapers 108.
  • a vehicle location in the inner city area or a robot location in courtyards can thereby can be achieved by selecting the satellites 118 used for the location and thus significantly increasing the availability of accurate location information.
  • Positioning satellites 118 to which there is a direct line-of-sight connection As a result, only signal propagation time measurements are included in the position estimate of the positioning receiver, which does not lead to erroneous distance measurements between satellite 118 and receiver unit due to the reflection of obstacles 108 in the propagation path.
  • the method is with comparatively low computational complexity
  • Embedded video systems implementable. In contrast to
  • FIG. 4 shows a fisheye video image 220 or camera image 220 of an inner city environment or of a location scenario
  • Skyscrapers 108 are shown, which in a large solid angle range prevent a direct line of sight to the receivable location satellites 116 and thus can lead to large errors of the location estimation. Of the 12 potentially receivable satellites 116, 118, only five satellites 118 have a direct line of sight to the locating unit.
  • the video image 220 is supplemented by a horizon line 102, which with
  • Image processing methods robust and with high angular resolution, such as 25 pixels per degree, corresponding to 0.04 ° degrees per pixel can be determined without the use of subpixel methods.
  • Segmentation allows precise location based on the satellites 118 to which there is a direct line of sight. For registration of the satellites 116, 118 in the camera coordinate system used, a dynamic orientation estimation of the camera can take place, which in turn is robust
  • the orientation estimate can be supported by an additional use of inertial sensors and leads to a system with high availability and robustness.
  • the approach presented here can be advantageously integrated into automotive systems and robotics systems.
  • the camera-based selection of satellites 118 used may be integrated into automated vehicles and service robots such as lawn mowers, agricultural robots, or logistics robots.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method for filtering received satellite navigation signals in accordance with one embodiment.
  • the method may be performed on a device for filtering as shown in FIG. 2.
  • the method comprises a step 500 of determining, a step 502 of selecting, and a step 504 of providing.
  • step 500 of the determination a horizon line is determined from a perspective of a mobile platform.
  • step 502 of selecting satellites above the horizon line are selected.
  • step 504 of providing the satellite navigation signals of the selected satellites become further
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtern von empfangenen Satellitennavigationssignalen für eine mobile Plattform, wobei das Verfahren einen Schritt des Ermittelns, einen Schritt des Auswählens und einen Schritt des Bereitstellensaufweist. Im Schritt des Ermittelns wird eine Horizontlinie (102) aus einer Perspektive (100) der Plattformermittelt. Im Schritt des Auswählens werden Satelliten (118)ausgewählt, die oberhalb der Horizontlinie (102) angeordnet sind. Im Schritt des Bereitstellens werden die Satellitennavigationssignale der ausgewählten Satelliten (118) bereitgestellt.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Filtern von empfangenen
Satellitennavigationssignalen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Die EP 679902 Bl beschreibt ein Verfahren zur Selektion von Signalen von Navigationssatelliten.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Filtern von empfangenen Satellitennavigationssignalen, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, eine mobile Plattform, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den
Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Ein Objekt in einem Umfeld eines Empfängers für Signale von
Navigationssatelliten kann zwischen einem das Signal aussendenden
Navigationssatelliten und dem Empfänger angeordnet sein. Somit kann das Signal nicht auf direktem Weg, sondern über Reflexionen an dem Objekt und/oder anderen Objekten empfangen werden. Dadurch wird eine Strecke, die das Signal zwischen dem Navigationssatelliten und dem Empfänger zurücklegt länger, als die kürzest mögliche Strecke. Am Empfänger kann dann eine Position nur mit einer Ungenauigkeit berechnet werden, da der Empfänger scheinbar weiter von dem Navigationssatelliten entfernt ist.
Um die Ungenauigkeit zu reduzieren, können diejenigen Signale verworfen werden, die den Empfänger nur über eine Reflexion erreichen können, weil ein Objekt zwischen dem Empfänger und dem Navigationssatelliten angeordnet ist.
Diejenigen Signale, die den Empfänger ohne Reflexion erreichen, können verwendet werden, da kein Objekt zwischen dem Empfänger und dem
Navigationssatelliten angeordnet ist.
Dabei kann ein frühester Empfangszeitpunkt berücksichtigt werden, falls das Signal mehrfach empfangen wird.
Es wird ein Verfahren zum Filtern von empfangenen
Satellitennavigationssignalen für eine mobile Plattform vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln einer Horizontlinie aus einer Perspektive der Plattform;
Auswählen von Satelliten, die oberhalb der Horizontlinie angeordnet sind; und
Bereitstellen der Satellitennavigationssignale der ausgewählten Satelliten.
Unter einem Satellitennavigationssignal kann ein Signal eines
Navigationssatelliten verstanden werden. Das Satellitennavigationssignal weist eine Codephase und eine Trägerphase auf und repräsentiert zumindest einen Sendezeitpunkt des Satellitennavigationssignals. Aus dem Sendezeitpunkt und einem Empfangszeitpunkt kann eine Laufzeit des Satellitennavigationssignals bestimmt werden. Über eine Ausbreitungsgeschwindigkeit des
Satellitennavigationssignals und die Laufzeit kann eine Entfernung zwischen dem Navigationssatelliten und einem Empfänger berechnet werden. Das
Satellitennavigationssignal identifiziert den sendenden Navigationssatelliten eindeutig. Eine Horizontlinie kann eine Begrenzungslinie zwischen einer sichtbaren Kante eines Objekts und dem sichtbaren Himmel sein. Eine
Perspektive kann ein Blickwinkel aus einer aktuellen Position des Empfängers der mobilen Plattform sein. Die mobile Plattform kann beispielsweise ein Roboter oder ein Fahrzeug sein. Eine Bahnkurve des Navigationssatelliten und eine aktuelle Position des Navigationssatelliten auf der Bahnkurve sind bekannt. Die Position kann aus der Perspektive betrachtet werden. Navigationssatelliten, die nicht durch Objekte verdeckt werden, können ausgewählt werden.
Die Horizontlinie kann unter Verwendung zumindest eines Bilds aus der
Perspektive der Plattform ermittelt werden. Das Bild kann beispielsweise ein Panoramabild sein. Objekte im Umfeld der Plattform sind in dem Bild abgebildet. Ihre Umrisslinien können bestimmt werden. Wo eine Umrisslinie einen Übergang zwischen einem Objekt und dem freien Himmel markiert, kann der Teil der Umrisslinie als Horizontlinie definiert werden.
Die Satelliten können unter Verwendung einer Bahninformation der Satelliten ausgewählt werden. Die Bahninformation kann aus dem Speicher eines
Satellitennavigationsgeräts ausgelesen werden. Die Bahninformation kann auch in einem separaten Speicher hinterlegt sein. Durch die Bahninformation ist jederzeit eine aktuelle Position des Satelliten bekannt.
Die Satellitennavigationssignale können für ein Satellitennavigationsgerät bereitgestellt werden, um eine Position der Plattform zu bestimmen. Durch die Vorauswahl kann die Position mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden, da systematische Fehler aufgrund des MehrwegeEmpfangs der Satelliten-Signale vermieden wird.
Im Schritt des Auswählens können Satelliten ausgewählt werden, zu denen eine direkte Sichtverbindung aus der Perspektive besteht. Durch die direkte
Sichtverbindung kann das Satellitennavigationssignal auf direktem Weg, ohne Reflexion/Mehrwegeausbreitung zu dem Empfänger gelangen.
Im Schritt des Bereitstellens können ferner Reflexionen der Satellitensignale unter Verwendung eines Unterdrückungsalgorithmus unterdrückt werden. Wenn ein Satellitennavigationssignal mehrfach empfangen wird, kann der erste Empfangszeitpunkt berücksichtigt werden, da die Signallaufzeit über den direkten Weg am kürzesten ist.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in
entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine
Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Die Vorrichtung kann eine Kamera aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Horizontlinie in einem Bild zu erfassen. Beispielsweise kann die Kamera ein Fischaugenobjektiv aufweisen und senkrecht zum Himmel ausgerichtet sein. Die Kamera kann beispielsweise in ein Antennengehäuse integriert sein. Weitere vorteilhafte Realisierungen der Vorrichtung nutzen die Front-Kamera, die
Rückfahr- Kamera und/oder die Kameras eines Multi- Kamera-Systems im Kfz. Weiterhin wird eine mobile Plattform mit einer Antenne zum Empfangen von Satellitennavigationssignalen und einer Vorrichtung gemäß dem hier
vorgestellten Ansatz vorgestellt.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung einer Perspektive einer mobilen Plattform und einer Horizontlinie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer mobilen Plattform mit einer Vorrichtu
Filtern von empfangenen Satellitennavigationssignalen gemäß einem
Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine Darstellung von Bahnkurven von Navigationssatelliten;
Fig. 4 eine Darstellung eines Bilds aus einer Perspektive eines Fahrzeugs und eine Horizontlinie gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Filtern von empfangenen Satellitennavigationssignalen gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Perspektive 100 einer mobilen Plattform und einer Horizontlinie 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Perspektive 100 ist als kreisförmig verzerrte Rundumsicht dargestellt. Die Perspektive 100 ist mit einem Polarkoordinatensystem dargestellt. Mit anderen Worten ist die
Perspektive als halbkugelförmig verzerrtes 360° Panorama dargestellt. Die
Perspektive 100 ist beispielsweise als Abbildung durch ein senkrecht nach oben gerichtetes Fischaugenobjektiv dargestellt. In der Mitte der Perspektive 100 ist damit ein unobstruierter Himmelsbereich 104 dargestellt. Objekte rund um die mobile Plattform schränken die Sicht auf den Himmel 104 ein. Hier wird die Sicht beispielsweise durch Berge 106, Hochhäuser 108, ein freistehendes Haus 110 und einen Baum 112 eingeschränkt. Eine Silhouette der Objekte 106, 108, 110, 112 definiert die Horizontlinie 102. Die Horizontlinie 102 kann auch als Skyline bezeichnet werden. Bahnkurven 114 von Navigationssatelliten 116, 118 sind ebenfalls aus der
Perspektive 100 der mobilen Plattform dargestellt. Die Objekte 106, 108, 110, 112 verdecken Teile der Bahnkurven 114. Damit sind auch Satelliten 116 durch die Objekte 106, 108, 110, 112 verdeckt. Die anderen Satelliten 118 weisen im Himmelsbereich 104 eine direkte Sichtverbindung zu der Plattform auf. Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden die Objekte 106, 108, 110, 112 erkannt und die Horizontlinie 102 ermittelt. Die Satelliten 116, 118 senden codierte Navigationssignale. Ein Navigationssignal ist durch seinen Code je einem der Satelliten 116, 118 zuordenbar. Die empfangenen Navigationssignale
identifizieren die theoretisch aus der Perspektive 100 aktuell sichtbaren Satelliten
116, 118. Die Bahnkurven 114 der Satelliten 116, 118 sind bekannt. Die theoretisch aktuell sichtbaren Satelliten 116, 118 werden durch die Horizontlinie in unsichtbare beziehungsweise verdeckte Satelliten 116 und sichtbare Satelliten 118 geschieden. Zum Berechnen der Position der Plattform werden nur die Signale der sichtbaren Satelliten 118 verwendet.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer mobilen Plattform 200 mit einer Vorrichtung 202 zum Filtern von empfangenen Satellitennavigationssignalen 204 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Plattform 200 ist beispielsweise ein Fahrzeug oder ein mobiler Roboter. Die in Fig. 1 dargestellte Perspektive ist beispielsweise auf die Plattform 200 bezogen. Die Satellitennavigationssignale 204 werden durch eine Antenne 206 der Plattform 200 empfangen. In einem Navigationsgerät 208 der Plattform 200 wird eine Position 210 der Plattform 200 berechnet. Die Satellitennavigationssignale 204 sind codiert. Jedes
Satellitennavigationssignal 204 ist eindeutig einem Navigationssatelliten 116, 118 zuzuordnen. Damit sind alle Navigationssatelliten 116, 118 bekannt, von denen ein Navigationssignal 204 empfangen wird. Zu jedem Satelliten 116, 118 ist seine Bahnkurve 114 und seine momentane Position 212 bekannt und kann aus einem Datenspeicher des Navigationsgeräts 208 abgerufen werden.
Die Vorrichtung 202 zum Filtern weist eine Ermittlungseinrichtung 214, eine Auswahleinrichtung 216 und eine Bereitstellungseinrichtung 218 auf. In der Ermittlungseinrichtung 214 wird eine Horizontlinie 102 aus einer Perspektive 100 der Plattform 200 ermittelt. Die Perspektive 100 wird von einem Umfeldsensor
220 der Plattform 200 bereitgestellt. Beispielsweise wird die Perspektive 100 durch ein Bild 220 einer Rundumkamera 222 bereitgestellt. Wie in Fig. 1 verdecken aus der Perspektive 100 Objekte Teile des Himmels und damit auch die Positionen 212 der verdeckten Satelliten 116. Die Horizontlinie 102 trennt verdeckte Bereiche von unverdeckten Bereichen des Himmels. Die unverdeckten Satelliten 118 werden in der Auswahleinrichtung 216 ausgewählt, wenn sie oberhalb der Horizontlinie 102 angeordnet sind. In der Bereitstellungseinrichtung 218 werden zum Bestimmen der Position 210 die der Auswahl der Satelliten 118 zugehörigen Satellitennavigationssignale 224 für das Navigationsgerät 208 bereitgestellt.
Es wird ein System 202 und eine Methode zur präzisen Ortung in komplexen Umgebungen vorgestellt. Fig. 3 zeigt eine Darstellung von Bahnkurven 114 von Navigationssatelliten. Die
Bahnkurven 114 sind Umlaufbahnen um die Erde 300. Die Bahnkurven 114 sind in zueinander verkippten Ebenen angeordnet. Auf einer Bahnkurve 114 sind mehrere Navigationssatelliten hintereinander angeordnet. Von jedem beliebigen Punkt 302 der Erde 300 sind theoretisch gleichzeitig mehrere
Navigationssatelliten sichtbar. Im dargestellten Beispiel sind theoretisch gleichzeitig 12 Navigationssatelliten sichtbar. Praktisch schränkt ein lokaler Horizont die Anzahl der sichtbaren Navigationssatelliten ein.
Eine Ortung mittels GNSS (Global Navigation Satellite System) wird in vielen Produkten genutzt. Dabei nutzen GNSS Standardempfänger die sogenannte
Codephase des Signals, wobei eine Positionsgenauigkeit im Meterbereich erreicht wird. RTK Empfänger (Real Time Kinematik) nutzen zusätzlich die Trägerphase des Signals und erreichen damit eine Positionsgenauigkeit im Zentimeterbereich. Die Ortungsgenauigkeit beider Empfängertypen leidet aber stark, sobald keine direkten Sichtverbindungen zu den Satelliten bestehen. Die
Signale werden dann nur noch über Reflexionen, wie beispielsweise an
Häuserwänden empfangen, was zur ungenauen Bestimmung der Signallaufzeit führt und folglich zu einer ungenauen Positionsbestimmung. Der Fehler bei der Positionsbestimmung setzt sich aus mehreren Faktoren zusammen. Dabei ist der Fehler durch eine Mehrwegeausbreitung, also
Reflexionen im innerstädtischen Bereich, dominant. Die
Mehrwegeausbreitungseffekte im Empfänger sollen minimiert werden.
Beispielsweise kann eine spezielle Antenne verwendet werden, welche nur Signalanteile mit einem großen Elevationswinkel empfängt. Diese Methode passt sich jedoch nicht an die Bebauung an. Mehrwegesignale können auch mittels Algorithmik erkannt werden
Mit anderen Worten ist in Fig. 3 eine typische Konstellation von Ortungs- Satelliten mit momentan 12 Satelliten dargestellt, zu welchen am Empfangsort 302 im Schnittpunkt der gestrichelten Linien ohne bauliche Hindernisse eine direkte Sichtverbindung zu einer Ortungseinheit besteht. In diesem Falle können die 12 Laufzeit-Messungen beziehungsweise die entsprechenden Pseudo-Range Informationen in der Ortungseinheit zu einer erwartungsgetreuen Schätzung der Empfänger-Position mit minimaler Varianz genutzt werden.
Zur Positionsbestimmung benötigt der Empfänger die Signale von mindestens vier Satelliten. Die genutzten Satelliten können danach ausgewählt werden, dass sie einen günstigen Winkel zueinander bilden, um einen möglichst geringen Fehler zu erreichen. Der Empfänger kann abgeschattete Satelliten auch an der geringen Signalstärke erkennen und diese für die Positionsbestimmung verwerfen. Durch die hier vorgestellte Auswertung des Videosignals kann auch bei starken Reflexionen eine Unterscheidung zwischen direkt empfangenem Signal und reflektiertem Signal erreicht werden.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Bilds 220 aus einer Perspektive eines
Fahrzeugs und eine Horizontlinie 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Bild 220 ist unter Verwendung eines Fischaugenobjektivs erfasst worden. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen der Darstellung in Fig. 1. Hier fährt das Fahrzeug zwischen Hochhäusern 108. Der Himmel 104 ist zu großen Teilen durch die Hochhäuser 108 verdeckt. Wie in Fig. 3 sind theoretisch 12
Navigationssatelliten 116, 118 sichtbar. Praktisch weisen nur die fünf
Navigationssatelliten 118 oberhalb der Horizontlinie 102 die freie Sichtlinie zu der Plattform auf. Navigationssignale der anderen Satelliten 116 können zwar empfangen werden, sind jedoch durch Reflexionen an den Hochhäusern 108 verfälscht.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine wirksame Unterdrückung von MultiPfad-Fehlereinflüssen in komplexen Szenarien. Eine Fahrzeugortung im innerstädtischen Bereich oder eine Roboterortung in Innenhöfen kann dabei durch eine Auswahl der für die Ortung genutzten Satelliten 118 und somit eine deutliche Erhöhung der Verfügbarkeit von präzisen Ortungsinformationen erreicht werden. Bei dem hier vorgestellten Ansatz erfolgt eine videobasierte Auswahl von
Ortungs-Satelliten 118, zu welchen eine direkte Sichtverbindung (Line-of-Sight) besteht. Hierdurch gehen nur Signallaufzeitmessungen in die Positionsschätzung des Ortungs-Empfängers ein, welche nicht durch die Reflexion an Hindernissen 108 im Ausbreitungspfad zu fehlerhaften Abstandsmessungen zwischen Satellit 118 und Empfangseinheit führen.
Das Verfahren ist mit vergleichsweise geringer Rechenkomplexität auf
Embedded Video-Systemen implementierbar. Im Unterschied zu
Signalverarbeitungsmethoden, welche auf die Abschwächung des Multi-Pfad- Fehlereinflusses zielen, besitzt das hier vorgestellte Verfahren das Potenzial zur vollständigen Vermeidung von Multi-Pfad-Fehlereinflüssen. Für Fehlereinflüsse durch Bodenreflexionen sind wirksame Abschirmungskonzepte verfügbar.
In Fig. 4 ist ein Fisheye-Videobild 220 beziehungsweise Kamerabild 220 einer innerstädtischen Umgebung beziehungsweise eines Ortungs-Szenarios mit
Hochhäusern 108 dargestellt, welche in einem großen Raumwinkelbereich eine direkte Sichtverbindung zu den empfangbaren Ortungs-Satelliten 116 verhindern und somit zu großen Fehlern der Ortungs-Schätzung führen können. Von den 12 potenziell empfangbaren Satelliten 116, 118 weisen lediglich fünf Satelliten 118 eine direkte Sichtverbindung zur Ortungseinheit auf.
Hier ist das Videobild 220 um eine Horizontlinie 102 ergänzt, welche mit
Bildverarbeitungsmethoden robust und mit hoher Winkelauflösung, wie beispielsweise 25 Pixel pro Grad, entsprechend 0,04° Grad pro Pixel ohne Nutzung von Subpixel-Methoden, bestimmt werden kann. Die resultierende
Segmentierung ermöglicht eine präzise Ortung auf Basis der Satelliten 118, zu welchen eine direkte Sichtverbindung besteht. Zur Registrierung der Satelliten 116, 118 im verwendeten Kamera- Koordinaten-System kann eine dynamische Orientierungsschätzung der Kamera erfolgen, wozu wiederum robuste
Bildverarbeitungsmethoden zur Verfügung stehen. Die Orientierungsschätzung kann durch eine zusätzliche Verwendung von Inertialsensoren gestützt werden und führt zu einer Systemausprägung mit hoher Verfügbarkeit und Robustheit.
Der hier vorgestellte Ansatz kann vorteilhaft in Automotive-Systeme und Robotik- Systeme integriert werden. Beispielsweise kann die kamerabasierte Auswahl der verwendeten Satelliten 118 in automatisierte Fahrzeuge und Service- Roboter, wie Rasenmäher, Agrar- Roboter oder Logistik- Roboter integriert werden.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Filtern von empfangenen Satellitennavigationssignalen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann beispielsweise auf einer Vorrichtung zum Filtern, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren weist einen Schritt 500 des Ermitteins, einen Schritt 502 des Auswählens und einen Schritt 504 des Bereitstellens auf. Im Schritt 500 des Ermitteins wird eine Horizontlinie aus einer Perspektive einer mobilen Plattform ermittelt. Im Schritt 502 des Auswählens werden Satelliten oberhalb der Horizontlinie ausgewählt. Im Schritt 504 des Bereitstellens werden die Satellitennavigationssignale der ausgewählten Satelliten zur weiteren
Verwendung bereitgestellt.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Filtern von empfangenen Satellitennavigationssignalen (204) für eine mobile Plattform (200), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln (500) einer Horizontlinie (102) aus einer Perspektive (100) der Plattform (200);
Auswählen (502) von Satelliten (118), die oberhalb der Horizontlinie (102) angeordnet sind; und
Bereitstellen (504) der Satellitennavigationssignale (224) der ausgewählten Satelliten (118).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt (500) des Ermitteins die Horizontlinie (102) unter Verwendung zumindest eines Bilds (220) aus der Perspektive (100) der Plattform (200) ermittelt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (502) des Auswählens die Satelliten (118) unter Verwendung einer Bahninformation (114) der Satelliten (116, 118) ausgewählt werden.
4. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (504) des Bereitstellens die Satellitennavigationssignale (224) für ein Satellitennavigationsgerät (208) bereitgestellt werden, um eine Position (210) der Plattform (200) zu bestimmen.
5. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des (502) Auswählens Satelliten (118) ausgewählt werden, zu denen eine direkte Sichtverbindung aus der Perspektive (100) besteht.
6. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (504) des Bereitstellens ferner Reflexionen der Satellitensignale (224) unter Verwendung eines Unterdrückungsalgorithmus unterdrückt werden.
7. Vorrichtung (202), die eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten auszuführen.
8. Vorrichtung (202) gemäß Anspruch 7, mit einer Kamera (222), die dazu ausgebildet ist, die Horizontlinie (102) in einem Bild (220) zu erfassen.
9. Mobile Plattform (200) mit einer Antenne (206) zum Empfangen von Satellitennavigationssignalen (204) und einer Vorrichtung (202) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8.
10. Fahrzeugsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Navigations- System, Infotainment-System, Fahrer-Informations-System,
Fahrerassistenz-System oder Kamera-System, wobei das
Fahrzeugsystem eine Vorrichtung (202) gemäß einem der
vorangegagenen Ansprüche umfasst.
11. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
12. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.
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