DE102016013148A1

DE102016013148A1 - Signal transmitter system for seamless use of unmodified GNSS receivers in low-GNSS areas

Info

Publication number: DE102016013148A1
Application number: DE102016013148.9A
Authority: DE
Inventors: Kai Przybysz; Jens Heinrich; Robert LIBERT
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-04-26

Abstract

Diese Erfindung beinhaltet ein Pseudoliten-System, über dessen Pseudoliten (11) GNSS-Navigationssignale (14) in einen GNSS-empfangsarmen Bereich (9) gesendet werden, die von unmodifizierten GNSS-Empfangsgeräten (10) gelesen und sinngemäß zur Positionsbestimmung verarbeitet werden können, da sie inhaltlich eine PRN-Kennung eines realen GNSS-Satelliten (12) und dessen Umlaufdatenparameter (13) beinhalten, wobei die Positionen der GNSS-Satelliten durch Laufzeitkorrekturen in der Nachricht beeinflusst werden können und eine optimierte Positionsbestimmung für eine vordefinierte Empfängerposition ermöglichen.This invention includes a pseudolite system, via the pseudolites (11) of which GNSS navigation signals (14) are sent to a GNSS low-likelihood area (9) which can be read by unmodified GNSS receivers (10) and processed for positioning accordingly; since they contain a content PRN identifier of a real GNSS satellite (12) and its rotation data parameters (13), wherein the positions of the GNSS satellites can be influenced by time corrections in the message and allow optimized positioning for a predefined receiver position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pseudoliten-System zur Positionsbestimmung in Bereichen mit eingeschränkten GNNS-Empfang mit GNSS-Empfangsgeräten gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erzeugen von laufzeitkorrigierten GNSS-Signalen für jeweils jeden einzelnen Pseudoliten, welche für eine zuvor definierte Empfängerposition optimiert werden, gemäß Anspruch 5. Eine weltweite Positionbestimmung ist durch ein Globales Navigations Satellitensystem (GNSS) möglich, indem dessen einzelne GNSS-Satelliten Navigationssignale aus dem Orbit aussenden, die jeweils ihre Sendeposition und Sendezeitpunkt beinhalten. Diese Navigationssignale können von entsprechenden GNSS-Empfängern gelesen und zur Positionsbestimmung genutzt werden. Beispielhafte GNSS sind das amerikanische Global Positioning System (GPS) oder das europäische Satellitennavigationssystem GALILEO. Die Berechnung der Position durch die GNSS-Empfänger erfolgt dadurch, dass durch die Laufzeitberechnung der GNSS-Nachrichten die Entfernung zu den jeweiligen GNSS-Satelliten ermittelt werden kann. Für eine exakte zweidimensionale Positionsberechnung müssen mindestens drei Navigationssignale empfangen werden, für eine zeitsensitive, dreidimensionale Positionsberechnung ist der Empfang von mindestens vier Navigationssignalen nötig. Die Verteilung der GNSS-Satelliten ist so realisiert, dass überall auf der Welt, zu jedem Zeitpunkt, genügend GNSS-Satelliten sichtbar sind, jedoch gibt es dennoch Bereiche die die Sicht zu allen oder mehrerer GNSS-Satelliten einschränkt und somit die Positionsbestimmung einschränken beziehungsweise unmöglich machen. Bereiche mit eingeschränktem GNSS-Empfang können beispielsweise Gebäude, Tunnel oder sonstige Unterführungen sein. Um in diesen stark genutzten und oft frequentierten Gebieten trotzdem eine Positionsermittlung zu ermöglichen, können GNSS-ähnliche Lokalsysteme eingesetzt werden, die sich jedoch vom Nachrichteninhalt der Navigationssignale unterscheiden. Dadurch ist jedoch die Nutzung der vorhandenen GNSS-Empfänger und dessen Schnittstellen nicht möglich. Man verzichtet auf die Nutzung eines weitverbreiteten und erfolgreich genutzen Navigationssystems und erzeugt einen Strukturbruch der Navigation vom Außenbereich zum GNSS-empfangsarmen Innenbereich. Durch neue alternative Navigationssysteme für den Indoorbereich verzichtet man somit auf die Nutzung eines weitverbreiteten und erfolgreich genutzen Navigationssystems und erzeugt einen Strukturbruch der Navigation vom Außenbereich zum GNSS-empfangsarmen Innenbereich. Jegliche vorhandene Hardware und Software kann durch ein neues alternatives Navigationssystem im Innenbereich nicht genutzt werden, da ohne hardware- und softwareseitiger Anpassung die Navigationsnachrichten nicht gelesen und verarbeitet werden können. Die DE102012007205B4 schlägt stattdessen einen Pseudoliten vor, der durch das Aussenden von mindestens drei generierten GNSS-Navigationssignalen, eine Positionsberechnung durch die entsprechenden GNSS-Empfangsgeräte ermöglicht. Dabei wird durch Laufzeitkorrekturen der GNSS-Navigationssignale ein Satelliten-Szenario simuliert, dass die GNSS-Empfangsgeräte denken lässt, man befinde sich in einer vordefinierten globalen Position. Diese Lösung ermöglicht zwar den GNSS-Empfang in GNSS-empfangsarmen Bereichen jedoch ist trotzdem keine Positionsermittlung innerhalb dieses Bereichs möglich, sondern lediglich die Simulation einer vordefinierten Position. Für die Positionsermittlung ist nämlich der Empfang von mindestens drei unterschiedlichen GNSS-Nachrichten aus drei unterschiedlichen Quellen nötig. Die US2006/0208946A1 schlägt stattdessen Indoor-GPS-Repeater-Einheiten vor, um ebenfallls eine Positionsermittlung in Bereichen mit eingeschränktem Empfang zu ermöglichen. Über gerichtetete Empfangsantennen sollen dabei reale GPS-Signale empfangen, weitergeleitet und im GNSS-empfangsarmen Bereich wieder ausgesendet werden. Es handelt sich dabei um einfache Signalverstärker, die Signale unverändert weiterleiten, somit ist eine Laufzeitkorrektur für die geometrischen Gegebenheiten nicht vorhanden. Zusätzlich ist der dauernde Empfang der realen GPS-Signale erforderlich. Die vorliegende Erfindung hat nun die Aufgabe, in einem Bereich mit eingeschränktem Empfangsbereich eine sinngemäße Positionsermittlung von entsprechenden GNSS-Empfangseräten zu ermöglichen. Es ist somit an jeder Position im empfangsarmen Bereich möglich durch ein handelsübliches GNSS-Empfangsgerät diese Position zu ermitteln. Die Positionsermittlung unterscheidet sich somit kaum von der Positionsermittlung anhand des realen GNSS und ist durchgängig vom Außenbereich bis hin zum empfangsarmen Innenbereich möglich. Das Erzeugen und Abstrahlen der generierten Signale erfolgt über sogenannte Pseudoliten (Abk. für Pseudo-Satelliten). Ein Pseudolit bekommt dabei dynamisch einen realen GNSS-Satelliten zugeordnet und die generierte Nachricht beinhaltet die Kennung des gewählten Satelliten. Die Position des Satelliten entspricht dabei den zugehörigen aktuellen Ephemeriden-Daten, die jedoch durch Laufzeitkorrekturen angepasst werden können. Die Laufzeitkorrekturen werden dabei für eine Empfängerposition oder mehrere Empfängerpositionen im Raum angepasst, so dass durch die Summe aller Pseudolitensignale die beste Positionsbestimmung genau an dieser Position stattfindet. Somit kann ein wichtiger Punkt definiert werden, der die besten Vorraussetzungen zur Positionsbestimmung benötigt. Diese Aufgabe wird durch ein Pseudoliten-System zur nahtlosen Positionsbestimmung anhand unmodifizierter GNSS-Empfangsgeräte mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Erzeugen der GNSS-Signale für jeden Pseudoliten mit den Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, zur nahtlosen Positionsbestimmung anhand unmodifizierter GNSS-Empfangsgeräte, abhängig von einer Empfängerposition einen geeigneten realen GNSS-Satelliten zu jedem Pseudoliten zuzuordnen. Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun ein Pseudoliten-System zur nahtlosen Positionsbestimmung anhand unmodifizierter GNSS-Empfangsgeräte, dessen Nachrichten abhängig von einer definierten Empfängerposition, der jeweiligen Pseudolitenposition und den zeitabhängigen GNSS-Satellitenpositionen durch Laufzeitkorrekturen modifiziert wird, sodass an der zuvor definierten Empfängerposition die beste Positionsberechnung möglich ist. Die Antennen der Pseudoliten können die Eigenschaft aufweisen nur einen bestimmten Bereich mit den GNSS-Signalen zu versorgen. So können beispielsweise getrennte Räumlichkeiten, wie zum Beispiel übereinanderliegende Räume in mehrstöckigen Gebäuden differenziert werden, um beispielsweise eine Stockwerkunterscheidung zu gewährleisten. Die abgestrahlten Signale können einstellbare Signalstärken aufweisen, damit keine Überlagerung von realen GNSS-Signalen stattfindet. Somit kann eine Störfreiheit des bereits vorhandenen realen GNSS-Netzes gewährleistet und ein nahtloser Übergang des Empfangsreichen in den empfangsarmen Bereichs ermöglicht werden. Die abgestrahlten Signale der einzelnen Pseudoliten können ebenfalls miteinander synchronisiert werden um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu verbesseren. Das Abstrahlen der Signale der einzelnen Pseudoliten kann hintereinander erfolgen um eine gegenseitige Überlagerung zu verhindern. Das Ermitteln der Ephemeriden-Daten auf beliebigen Wege erfolgen. Beispielsweise können die Daten aus einer online zugänglichen Datenbank bezogen werden. Zusätzlich ist ebenfalls der Empfang der Daten über eine Außenantenne und dem Empfang der realen GNSS-Signale möglich. Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von einem GNSS-Navigationssignals für jeden einzelnen Pseudoliten mit den folgenden Schritten:

- Bestimmen einer zuvor definierten Empfängerposition;
- Bestimmen der Pseudolitenposition;
- Ermitteln der Ephemeridendaten;
- Dynamische Zuteilung eines GNSS-Satelliten für jeden Pseudoliten;
- Laufzeitkorrektur des GNSS-Signals für die zuvor definierte Empfängerposition;
- Erzeugung des GNSS-Signals;
- Abstrahlen des Signals.

The invention relates to a pseudolite system for determining position in areas with limited GNNS reception with GNSS receiving apparatus according to claim 1 and a method for generating runtime-corrected GNSS signals for each individual pseudolite, which are optimized for a previously defined receiver position, according to claim 5. Global Positioning is possible through a Global Navigation Satellite System (GNSS), where its individual GNSS satellites emit navigation signals from orbit, each containing their transmit position and time of transmission. These navigation signals can be read by corresponding GNSS receivers and used for position determination. Exemplary GNSS are the American Global Positioning System (GPS) or the European satellite navigation system GALILEO. The calculation of the position by the GNSS receivers is carried out by the fact that the distance to the respective GNSS satellites can be determined by the transit time calculation of the GNSS messages. For an exact two-dimensional position calculation at least three navigation signals must be received, for a time-sensitive, three-dimensional position calculation, the reception of at least four navigation signals is necessary. The distribution of the GNSS satellites is such that there are enough GNSS satellites visible at any point in the world, but there are still areas that restrict the visibility of all or several GNSS satellites, thus limiting or preventing their positioning do. Areas with limited GNSS reception can be, for example, buildings, tunnels or other underpasses. In order to still be able to determine the position in these heavily used and frequently frequented areas, GNSS-like local systems can be used, which, however, differ from the message content of the navigation signals. However, this does not allow the use of the existing GNSS receivers and their interfaces. It dispenses with the use of a widespread and successfully used navigation system and generates a structural break in the navigation from the outside to the GNSS-low-receivable interior. With new alternative navigation systems for the indoor area, one thus dispenses with the use of a widespread and successfully used navigation system and generates a structural break in the navigation from the outside to the low-GNSS reception area. Any existing hardware and software can not be used by a new alternative navigation system indoors because without hardware and software adaptation, the navigation messages can not be read and processed. The DE102012007205B4 instead proposes a pseudolite which, by emitting at least three generated GNSS navigation signals, enables a position calculation by the corresponding GNSS receivers. GNSS navigation signals are used to simulate a satellite scenario in which the GNSS receivers think that they are in a predefined global position. Although this solution enables GNSS reception in GNSS reception areas, it is still not possible to determine the position within this area, but only to simulate a predefined position. For the position determination namely the reception of at least three different GNSS messages from three different sources is necessary. The US2006 / 0208946A1 Instead proposes indoor GPS repeater units to also allow position detection in areas of limited reception. About directed receiving antennas are to receive real GPS signals, forwarded and sent out again in the GNSS low-receivable area. These are simple signal amplifiers that pass signals unchanged, so a time correction for the geometric conditions is not available. In addition, the continuous reception of the real GPS signals is required. The object of the present invention is to make it possible to determine the position of corresponding GNSS receiving devices in a region with a limited receiving range. It is therefore possible at any position in the low-range area by a commercial GNSS receiver to determine this position. The position determination thus hardly differs from the position determination based on the real GNSS and is consistently possible from the outside to the low-noise indoor area. The generating and emitting the generated signals via so-called pseudolites (abbr. For pseudo-satellites). A pseudolite gets dynamically assigned to a real GNSS satellite and the generated message contains the identifier of the selected satellite. The position of the satellite corresponds to the associated current ephemeris data, which, however, can be adjusted by time-of-flight corrections. The time-of-flight corrections are adjusted for a receiver position or several receiver positions in space, so that the best position determination takes place precisely at this position due to the sum of all pseudolite signals. Thus, an important point can be defined that needs the best conditions for position determination. This object is achieved by a pseudolite seamless positioning system based on unmodified GNSS receivers having the features of claim 1 and a method of generating the GNSS signals for each pseudolite having the features of claim 5. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. An idea on which the invention is based is the seamless determination of position on the basis of unmodified GNSS receiving devices, depending on one Receiver position to assign a suitable real GNSS satellite to each pseudolite. An embodiment of the invention now relates to a pseudolite system for seamless position determination using unmodified GNSS receivers whose messages are modified depending on a defined receiver position, the respective pseudolite position and the time-dependent GNSS satellite positions by time-of-flight corrections, so that the best position calculation at the previously defined receiver position is possible. The antennas of the pseudolites may have the property to supply only a certain area with the GNSS signals. Thus, for example, separate premises, such as superimposed rooms in multi-storey buildings can be differentiated, for example, to ensure a floor distinction. The radiated signals can have adjustable signal strengths, so that no superimposition of real GNSS signals takes place. Thus, a freedom from interference of the existing existing GNSS real network can be ensured and a seamless transition of the receiving rich are possible in the low-receivable area. The radiated signals of the individual pseudolites can also be synchronized with each other to improve the accuracy of the position determination. The radiation of the signals of the individual pseudolites can take place one behind the other to prevent a mutual overlay. Determining the ephemeris data by any means. For example, the data can be obtained from an online database. In addition, the reception of the data via an external antenna and the reception of the real GNSS signals is also possible. Embodiment of the invention relates to a method for generating a GNSS navigation signal for each individual pseudolite with the following steps:

Determining a previously defined receiver position;
- determining the pseudolite position;
- Determining the ephemeris data;
Dynamic allocation of a GNSS satellite for each pseudolite;
- Runtime correction of the GNSS signal for the previously defined receiver position;
Generation of the GNSS signal;
- emitting the signal.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Programmcode zur parallelen Durchführung der Verfahrensschritte für jeweils jeden Pseudoliten nach der Erfindung und wie vorstehend beschrieben, wenn das Computerprogramm in einem Computer ausgeführt wird. Ferner betrifft eine Ausführungsform der Erfindung einen Datenträger zur Speicherung der definierten Empfängerposition, der Positionen aller Pseudoliten und der zeitabhängigen Satellitenpositionen. Zudem ist es für den Computer und dem integrierten Programmcode möglich auf die gespeicherten Daten des Datenträgers zuzugreifen. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugs- zeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Be- zugszeichen verwendet. Die Zeichnungen zeigen in Flg. 1 den Aufbau des Pseudoliten-Systems gemäß der Erfindung in einem GNSS-empfangsarmen Bereich (9) eine nahtlose Positionsbestimmung durch die Nutzung eines unmodifizierten Empfangsgerätes (10) zu ermöglichen. Die dafür generierten GNSS-Signale (14) werden von mindestens drei Pseudoliten (11) ausgestrahlt und basieren auf GNSS-Nachrichten von zugeteilten GNSS-Satelliten (12). 2 die Geometrien der vordefinierten Empfängerposition (15), der Pseudolitenposition (16) und der zeitabhängigen GNSS-Satellitenposition (17), die dazu genutzt werden um einen geeigneten GNSS-Satelliten zu ermitteln und die darauf aufbauenden Laufzeitkorrekturen gemäß der Erfindung durchzuführen. 3 eine Ausführungsform eines Verfahren zum Erzeugen von GNSS-Signalen für jeweils jeden Pseudoliten an, die für die nahtlose Positionsbestimmung im GNSS-empfangsarmen Bereich gemäß der Erfindung genutzt werden können. In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. In 1 ist ein Pseudoliten-System, bestehend aus vier Pseudoliten (11) aufgestellt, die jeweils GNSS-Navigationssignale (14) in einem GNSS-empfangsarmen Bereich (9) austrahlen, die von einem unmodifizierten GNSS-Empfänger (10) empfangen und sinngemäß verarbeitet werden können, da die GNSS-Navigationssignale (14) dem Aufbau der Nachrichten von realen GNSS-Satelliten (12) entsprechen. Die GNSS-Navigationssignale (14) beinhalten neben der PRN-Kennung eines realen GNSS-Satelliten (12) auch die realen Umlaufbahndaten (13) des jeweiligen GNSS-Satelliten (12), sodass diese von einem handelsüblichen GNSS-Empfangsgerät, wie zum Beispiel einem Smartphone mit GPS- oder GLONASS-Moduls, gelesen und sinngemäß verarbeitet werden kann. In 2 sind die Geometrien der vordefinierten Empfängerposition (15), der Pseudolitenposition (16) und der zeitabhängigen GNSS-Satellitenposition (17) dargestellt. Sowohl für die Ermittlung und Zuteilung eines geigneten GNSS-Satelliten werden die Geometrien aus dieser Zeichnung genutzt. A further embodiment of the invention relates to a computer program with program code for carrying out the method steps in parallel for each pseudolite according to the invention and as described above when the computer program is executed in a computer. Furthermore, an embodiment of the invention relates to a data carrier for storing the defined receiver position, the positions of all pseudolites and the time-dependent satellite positions. In addition, it is possible for the computer and the integrated program code to access the stored data of the data carrier. Further advantages and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the embodiments illustrated in the drawings. In the description, in the claims, in the abstract and in the drawings, the terms and associated reference numerals used in the list of reference numerals given below are used. The drawings show in Flg. 1 shows the construction of the pseudolite system according to the invention in a GNSS-receiving area ( 9 ) a seamless position determination by the use of an unmodified receiving device ( 10 ). The generated GNSS signals ( 14 ) of at least three pseudolites ( 11 ) and are based on GNSS messages from assigned GNSS satellites ( 12 ). 2 the geometries of the predefined receiver position ( 15 ), the pseudolite position ( 16 ) and the time-dependent GNSS satellite position ( 17 ), which are used to determine a suitable GNSS satellite and perform the build-up corrections based thereon according to the invention. 3 an embodiment of a method for generating GNSS signals for each pseudolite, which can be used for the seamless positioning in the GNSS-receiving area according to the invention. In the following description, identical, functionally identical and functionally connected elements may be provided with the same reference numerals. In 1 is a pseudolite system consisting of four pseudolites ( 11 ), each containing GNSS navigation signals ( 14 ) in a GNSS receiving area ( 9 ) emitted by an unmodified GNSS receiver ( 10 ) and can be processed analogously, since the GNSS navigation signals ( 14 ) the construction of messages from real GNSS satellites ( 12 ) correspond. The GNSS navigation signals ( 14 ) contain the PRN identifier of a real GNSS satellite ( 12 ) also the real orbit data ( 13 ) of the respective GNSS satellite ( 12 ) so that they can be read by a commercially available GNSS receiver, such as a smartphone with GPS or GLONASS module, and processed accordingly. In 2 are the geometries of the predefined receiver position ( 15 ), the pseudolite position ( 16 ) and the time-dependent GNSS Satellite position ( 17 ). Both the identification and assignment of a suitable GNSS satellite use the geometries from this drawing.

So wird einem Pseudoliten der reale GNSS-Satellit dynamisch zugeordnet dessen aktuelle Position den an 180° am nächsten liegenden Fehlerwinkel β (18) aufweist. Durch die Laufzeitkorrektur wird der optimale Fehlerwinkel (18) eingestellt. Im Folgenden wird nun anhand des in 3 gezeigten Flussdiagramms ein Verfahren zum Erzeugen der GNSS-Navigationssignale für jeden Pseudoliten erläutert, so wie es beispielsweise von einem Computer ausgeführt werden kann. Die erzeugten GNSS-Signale können anschließend über eine entsprechende Schnittstelle an die jeweiligen Pseudoliten Empfängerpositionantennen weitergeleitet werden, die diese wiederrum im Raum austrahlen. Zunächst wird im Schritt S1 eine vordefinierte Empfängerposition bestimmt, die sich beliebig im GNSS-empfangsarmen Bereich (9) befinden kann. Beispielsweise kann hierbei die Mitte des Raumes gewählt werden, um eine gleichmäßig verteilte Positionsbestimmungsgenauigkeit im Raum z ermöglichen. Diese Position (15) kann im kartesischen Koordinatensystem mit dem Vektor $\vec{P_{E t}} = (x_{E i}, y_{E i}, z_{E i})$

beschrieben werden. Im darauffolgenden Schritt S2 wird die Position des Pseudoliten (16) bestimmt, für den nach dem Verfahren dieser Erfindung die GNSS-Navigationssignale erzeugt werden. Diese Position (16) kann ebenfalls im kartesischen Koordinatensystem mit dem Vektor

\vec{P_{P}} = (x_{p}, y_{p}, z_{p})

beschrieben werden. Im Schritt S3 werden die Ephemeriden-Daten der GNSS-Satelliten ermittelt und daraus die zeitabhängigen Positonen der einzelnen GNSS-Satelliten gewonnen. Die zeitabhängigen GNSS-Satellitenpositionen können über eine Vektorfunktion

\vec{P_{S}} (t) = (x_{S} (t), y_{S} (t), z_{S} (t))

beschrieben werden. Im Schritt S4 werden dem jeweiligen Pseudoliten ein realer GNSS-Satellit (12) zugeteilt. Dabei wird der GNSS-Satellit ausgewählt der in der aus 2 dargestellten Geometrien die kleinste Differenz des Fehlerwinkels (18) zu 180° aufweist. Die Berechnung des Fehlerwinkels β kann dabei durch folgende Formel für jeden GNSS-Satelliten berechnet werden:Thus, a pseudolite is dynamically assigned to the real GNSS satellite whose current position is the error angle β closest to 180 ° ( 18 ) having. Due to the runtime correction the optimal error angle ( 18 ). The following is now based on the in 3 As shown in the flow chart shown, a method for generating the GNSS navigation signals for each pseudolite is explained, for example, as it can be performed by a computer. The generated GNSS signals can then be forwarded via a corresponding interface to the respective pseudolite receiver position antennas, which in turn broadcast them in space. First, in step S1, a predefined receiver position is determined which can be arbitrarily set in the GNSS receiving range (FIG. 9 ) can be located. For example, in this case, the center of the room can be selected to allow a uniformly distributed positioning accuracy in space z. This position ( 15 ) can be in the Cartesian coordinate system with the vector

\vec{P_{e t}} = (x_{e i} . y_{e i} . z_{e i})

to be discribed. In the following step S2, the position of the pseudolite ( 16 for which the GNSS navigation signals are generated by the method of this invention. This position ( 16 ) can also be in the Cartesian coordinate system with the vector

\vec{P_{P}} = (x_{p} . y_{p} . z_{p})

to be discribed. In step S3, the ephemeris data of the GNSS satellites are determined and used to derive the time-dependent positions of the individual GNSS satellites. The time-dependent GNSS satellite positions can be controlled by a vector function

\vec{P_{S}} (t) = (x_{S} (t) . y_{S} (t) . z_{S} (t))

to be discribed. In step S4 the respective pseudolite becomes a real GNSS satellite ( 12 ). The GNSS satellite is selected in the 2 shown geometries the smallest difference of the error angle ( 18 ) to 180 °. The calculation of the error angle β can be calculated by the following formula for each GNSS satellite:

Nun werden im Schritt S5 die zeitabhängige Position des ausgewählten GNSS-Satelliten ermittelt und für weitere Berechnungen aufbereitet. Im Schritt S6 werden die GNSS-Zeitparameter der Positionsfunktion des ausgewählten GNSS-Satelliten korrigiert. Für die zuvor bestimmte Empfängerposition (15), der Pseudolitenposition (16) und der zeitabhängigen Position des ausgewählten GNSS-Satelliten (17) wird der Zeitparameter t_GNSS,gen ermittelt, der die Kriterien nachfolgender Gleichung erfüllt: Now, in step S5, the time-dependent position of the selected GNSS satellite is determined and prepared for further calculations. In step S6, the GNSS time parameters of the position function of the selected GNSS satellite are corrected. For the previously determined recipient position ( 15 ), the pseudolite position ( 16 ) and the time-dependent position of the selected GNSS satellite ( 17 ) determines the time parameter t _{GNSS, gen} which satisfies the criteria of the following equation:

Im Schritt S7 wird das GNSS-Signal mit dem ermittelten Zeitparameter t_GNSS,gen erzeugt. Die Nachricht beinhaltet die PRN-Kennung des ausgewählten GNSS-Satelliten, dessen aktuellen Umlaufbahndatenparameter und die berechneten Laufzeitkorrekturen und werden über eine geeignete Schnittstelle an eine Sendeeinheit weitergeleitet. Im Schritt S8 wird das GNSS-Signal über eine Sendeeinheit im GNSS-empfangsarmen Raum (9) ausgestrahlt. Dieses Verfahren kann in einem Pseudoliten-System implementiert sein, der beispielsweise einen Prozessor und Speicher aufweisen kann. Im Prozessorspeicher kann das Verfahren in einem Computerprogramm abgelegt sein, die benötigten Parameter können im Speicher hinterlegt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch in einem Bereich mit eingeschränktem Empfang von Navigationssignalen die Nutzung von GNSS-Hard- und Software, die für den Einsatz außerhalb des GNSS-empfangsarmen Bereichs entwickelt wurde. Somit ist ein nahtloser Übergang der weitverbreiteten GNSS-Technologien in den GNSS-empfangsarmen Innenbereich möglich.In step S7, the GNSS signal is generated with the determined time parameter t _{GNSS, gen} . The message includes the PRN identifier of the selected GNSS satellite, its current orbit data parameters and the calculated time-of-flight corrections, and is forwarded to a transmitting unit via a suitable interface. In step S8, the GNSS signal is transmitted via a transmitting unit in the GNSS receiving space (FIG. 9 ) aired. This method may be implemented in a pseudolite system, which may include, for example, a processor and memory. In the processor memory, the method can be stored in a computer program, the required parameters can be stored in the memory. The present invention also enables the use of GNSS hardware and software developed for use outside the GNSS low-end area even in an area with restricted reception of navigation signals. Thus, a seamless transition of the widespread GNSS technologies in the GNSS-low-receivable indoor area is possible.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

99: GNSS-empfangsarmer BereichGNSS low-receivable area
1010: GNSS-EmpfangsgerätGNSS receiver
1111: Pseudolitepseudolite
1212: Realer GNSS-SatellitReal GNSS satellite
1313: Umlaufbahn des realen GNSS-SatellitenOrbit of the real GNSS satellite
1414: Erzeugte GNSS-SignaleGenerated GNSS signals
1515: Vordefinierte EmpfängerpositionPredefined receiver position
1616: Position des PseudolitenPosition of the pseudolite
1717: Zeitabhängige Position der SatellitenTime-dependent position of the satellites
1818: Fehlerwinkelerror angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012007205 B4 [0001]
US 2006/0208946 A1 [0001]

Claims

Pseudolite system, which allows a position determination in GNSS-receiving areas (9) by generating for each pseudolite (11) a GNSS signal (14) which is identical to the signal of a real GNSS satellite (12) and thus of corresponding GNSS receivers (15), without any modifications of these, can be read and used for position determination, whereby depending on a defined receiver position (15) the most suitable GNSS satellite is determined and the transmitted message (14) additionally dependent on the defined receiver position (15) is adjusted by time-of-flight corrections.

Pseudolite system after Claim 1 , further characterized by an arbitrarily predefined receiver position (15), which can be located arbitrarily in the GNSS receiving range (9) and the highest positioning accuracy allows, depending on this position in each case a suitable real GNSS satellite (12) for each pseudolite (11), with the criterion that the angle (18) between the connection of the current satellite position (17) and the pseudolite position (16) and the connection of the pseudolite position (16) and the defined receiver position (15) is as little as possible 180 ° different.

Pseudolite system after Claim 1 or 2 , characterized in that the messages (14) sent by the respective pseudolite (11) include the PRN identifier and position parameters of the determined real GNSS satellite (12) and are adjusted by time-of-flight correction to the extent that the corrected GNSS time causes a GNSS satellite position is generated, which is sent from the pseudolite at the appropriate time and thus by the GNSS receiver (10) the correct distance to the corresponding generated GNSS satellite position (17) is calculated.

Pseudolite system after Claim 1 , 2 or 3, characterized in that at the same time receiving the generated and real signals from the GNSS receiving device (10) carried out position determination is possible, so that when changing between GNSS reception-rich area and GNSS-receiving area (9) a smooth transition the position determination can take place.

A method for generating GNSS navigation signals (14) that can be read and interpreted by unmodified GNSS receivers (10), which is made possible by the following steps: - determining a previously defined receiver position (15) whose position is to enable the highest positioning accuracy; - determining the pseudolite position for which the corresponding GNSS navigation signals (14) are to be generated; - determination of the ephemeris data (13) of the GNSS satellites; - Allocation of the GNSS satellites (17) to the corresponding pseudolites (16); - correction of the GNSS time as a function of the defined receiver position (15); - Generation of the GNSS signal based on the PRN identifier of the detected GNSS satellite (17), the corresponding ephemeris data and the corrected GNSS time; - Radiation of the generated GNSS signals (14).

Method according to Claim 5 , characterized in that the delay correction of the respective GNSS navigation messages depending on the previously defined receiver point (15), the position of the assigned Pseudollten (16) and the time-dependent satellite position (17) is calculated.

Computer program with program code for carrying out the method steps according to claims 5 to 6, for each pseudolite (11).

Data carrier for storing the defined receiver position (15), the positions of all pseudolites (18) and the time-dependent satellite positions (17) as well as all other auxiliary data that are required for position determination.