DE102008019823A1

DE102008019823A1 - Moving object position determination method for use during landing of airplane for aviation application, involves determining potential incorrect position of object, and determining position of object based on potential errors

Info

Publication number: DE102008019823A1
Application number: DE200810019823
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Steingaß
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2008-04-19
Filing date: 2008-04-19
Publication date: 2009-10-29

Abstract

The method involves determining potential incorrect position of an object based on multi-path reception of navigation signals, and determining the position of the object based on multi-path receiving potential errors, where the greatest possible potential position error is determined based on multi-path reception. The potential position error or the circumstance that a potential position error exists, is only indicated when the potential position error exhibits a value, which exceeds a predetermined threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts anhand von von einem Empfänger des Objekts empfangenen Navigationssignalen, wobei das Verfahren insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen wie beispielsweise die Luftfahrt und dort insbesondere beim Landeanflug eines Flugzeuges einsetzbar ist.The The invention relates to a method for determining the position of a Object based on received from a receiver of the object Navigation signals, the method in particular for safety-related Applications such as aviation and there in particular can be used when landing an aircraft.

Die Bestimmung der Position von sich bewegenden Objekten durch Satellitennavigationssignale findet immer weitere Verbreitung. Dabei empfängt der Empfänger des Objekts von mehreren Satelliten Navigationssignale. Anhand der empfangenen Navigationssignale lassen sich die Laufzeiten der Navigationssignale und damit wiederum die Entfernungen des Objekts zu den einzelnen Satelliten ermitteln. Dies wiederum ist Grundlage für die Positionsbestimmung des Objekts.The Determining the position of moving objects through satellite navigation signals always spreading. The receiver of the Object of multiple satellite navigation signals. Based on the received Navigation signals allow the transit times of the navigation signals and thus again the distances of the object to the individual Determine satellites. This in turn is the basis for the position determination of the object.

Ein Problem bei der Satellitennavigation besteht dann, wenn ein Multipfadempfang vorliegt. Das bedeutet, dass der Empfänger des Objekts ein Navigationssignal eines Satelliten sowohl als Direktsignal als auch als Echosignal empfängt. Es ist bekannt, Multipfad-Empfangssituationen zu erkennen und die Direkt- und Echonavigationssignale für die Positionsbestimmung entsprechend zu verarbeiten. Beispiele für Multipfad-Detektionsverfahren zur Bestimmung eines Mehrwegempfangs sind MUSIC, ML-Schätzer und ESPRIT. Bei diesen Verfahren wird für die Positionsbestimmung die (geschätzte) ”beste” Lösung angegeben. Leider ist nicht sichergestellt, dass die beste Lösung auch die korrekte ist. Speziell in Situationen mit starkem Multiwegeempfang können relativ große Restfehler entstehen. Ein solcher Restfehler kann für sicherheitskritische An wendungen sehr gefährlich sein. Man denke z. B. an einen Landeanflug, bei dem ein solcher Fehler zu einer fehlerhaften Höheninformation führt.One Problem with the satellite navigation exists then if a Multipfadepfang is present. This means that the receiver of the object is a navigation signal a satellite both as a direct signal and as an echo signal receives. It is known to detect multipath reception situations and to use the direct and echo navigation signals for to process the position determination accordingly. Examples of multipath detection methods for determining a multipath reception are MUSIC, ML estimator and ESPRIT. In these methods, for determining the position (estimated) "best" solution indicated. Unfortunately, the best solution is not guaranteed the correct one is. Especially in situations with strong multi-way reception can relatively large Residual errors occur. Such a residual error can be for safety-critical Very dangerous to applications be. Think for B. to a landing approach, in which such Error to incorrect altitude information leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Satellitennavigation Situationen mit starkem Multipfadempfang zu erkennen und potentielle Fehler/Unsicherheiten bei der Positionsbestimmung bei einem Multipfadempfang anzuzeigen.task The invention is in the satellite navigation situations with strong multipath reception and potential errors / uncertainties to indicate when determining the position in a multipath reception.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts anhand von von einem Empfänger des Objekts empfangenen Navigationssignalen, insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen wie z. B. die Luftfahrt und dort insbesondere beim Landeanflug eines Flugzeuges vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren

– durch den Empfänger eine aufgrund eines Multipfadempfangs der Navigationssignale potentiell fehlerhafte Position des Objekts bestimmt wird,
– mit Hilfe eines Multipfad-Detektionsverfahrens ein aufgrund eines Multipfadempfangs potentieller Fehler bei der Ermittlung der Position des Objekts bestimmt wird und
– der potentielle Positionsfehler oder der Umstand, dass ein potentieller Positionsfehler existiert, angezeigt wird.

To achieve this object, the invention provides a method for determining the position of an object based on received from a receiver of the object navigation signals, in particular for security-related applications such. As the aviation and there in particular when approaching an aircraft proposed, wherein the method

The receiver determines a potentially erroneous position of the object on the basis of a multipath payload of the navigation signals,
- Using a multipath detection method based on a multipath pay potential error in determining the position of the object is determined and
The potential position error or the fact that a potential position error exists is displayed.

Das erfindungsgemäße Konzept rückt von dem bisherigen Ansatz der Ermittlungen der Position eines Objekts bei einem Multipfad-Navigationssignalempfang insoweit ab, als der aufgrund des Multipfadempfangs errechnete Fehler bei der Positionsbestimmung nicht mehr zur Korrektur der Positionsbestimmung verwendet, sondern angezeigt wird. Beim Stand der Technik (siehe 2) ist es nämlich so, dass die über eine Antenne 10 empfangenen Navigationssignale mittels eines Verstärkers 12 verstärkt und dem Empfänger 14 zugeführt werden. Gleichzeitig gelangen die Navigationssignale auch zu einem Multipfad-Schätzer 16, der auch Signale vom Empfänger 14 erhalten kann. Der Multipfad-Schätzer 16 errechnet den potentiellen Fehler bei der Positionsbestimmung in Folge des Mehrwegeempfangs und korrigiert seine Positionsbestimmung entsprechend, so dass am Ausgang 18 des Multipfad-Schätzers 16 die als ”beste” Lösung geschätzten, korrigierten Positionsdaten anliegen.The inventive concept moves away from the previous approach of determining the position of an object in a multipath navigation signal reception insofar as the error calculated in the position determination based on the multipath receive is no longer used to correct the position determination, but is displayed. In the prior art (see 2 ) it is such that the over an antenna 10 received navigation signals by means of an amplifier 12 reinforced and the receiver 14 be supplied. At the same time, the navigation signals also arrive at a multipath estimator 16 that also signals from the receiver 14 can receive. The multipath estimator 16 calculates the potential error in the position determination as a result of multipath reception and corrects its position accordingly, so that at the output 18 of the multipath estimator 16 the corrected as "best" solution estimated corrected position data.

Demgegenüber ist also die Grundidee der Erfindung, die Multipfad-Schätzung nicht (vollständig) zu korrigieren. Vielmehr wird der potentielle Restfehler ermittelt, dem der Empfänger bezüglich seiner Positionsbestimmung unterliegen würde. Ein Empfänger nach dem Stand der Technik würde seine Lösung nun mit diesem Fehlerwert korrigieren. Demgegenüber wird nach der Erfindung der potentielle Restfehler oder der Umstand, dass ein solcher potentieller Restfehler vorliegt, angezeigt. Mit anderen Worten wird also der Empfänger stets für die Positionsbestimmung des Objekts genutzt, während das implementierte Multipfad-Detektionsverfahren dazu genutzt wird, den potentiellen Restfehler anzuzeigen oder aber Information über den Umstand zu geben, dass ein potentieller Restfehler existiert. Überschreitet dieser Restfehler einen Schwellwert, so wird nach dem erfindungsgemäßen Konzept die durch den Empfänger bzw. das Multipfad-Detektionsverfahren ermittelte Position nicht mehr korrigiert, sondern die Messung vorsichtshalber als fehlerhaft bzw. unzuverlässig deklariert und für die Positionsbestimmung nicht mehr verwendet. Dieses erfindungsgemäß vorgesehene Vorgehen ist deshalb sinnvoll, weil bei starkem Multiwegeempfang relativ kurzfristig kleinere Schätzfehler entstehen können, die zu großen Pseudorange-Fehlern führen können.In contrast, is So the basic idea of the invention, the multipath estimate not (Completely) to correct. Rather, the potential residual error is determined the recipient concerning his Would be subject to positioning. A receiver after the state of the art would his solution now correct with this error value. In contrast, according to the invention the potential residual error or the fact that such a potential Residual error is present, displayed. In other words, so will the receiver always for used the position determination of the object while implementing the multipath detection method is used to indicate the potential residual error or information about to give the circumstance that a potential residual error exists. exceeds this residual error is a threshold value, then according to the inventive concept by the recipient or the multipath detection method determined position not corrected more, but the measurement as a precaution as faulty or unreliable declared and for the position determination is no longer used. This inventively provided Approach is useful because with strong multi-way reception relatively short-term smaller estimation errors can arise the too big Cause pseudo orange errors can.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, den maximal möglichen Restfehler zu berechnen. Dieser kann maßgeblich durch die Genauigkeit des Schätzwertes der Phase eines Echonavigationssignals (und damit der Phasenverschiebung zum Direktnavigationssignal) bestimmt sein. Denn die Multipfadschätzer schätzen gerade die Phase mit nicht allzu großer Genauigkeit. Wenn man nun den tatsächlich geschätzten Phasenwert eines Echonavigationssignals auf einen ungünstigeren Wert von im Extremfall beispielsweise 0° oder 180° Phasenverschiebung zum Direktnavigationssignal setzt, so vergrößert sich der Restfehler. Durch diese ”erzwungene” Vergrößerung des potentiellen Restfehlers wird erreicht, dass eine fehlerhafte Phasenschätzung die Alarmschwelle nicht künstlich heruntersetzen kann. Die Phasenverschiebungsschätzung verändert sich nämlich relativ schnell. Insoweit ist der Vorteil der zuvor beschriebenen Weiterentwicklung des Verfahrens darin zu sehen, den ”worst case” anzuzeigen, obwohl tatsächlich noch kein derart großer Restfehler vorhanden ist.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided to calculate the maximum possible residual error. This can be significantly influenced by the accuracy of the estimate of the phase of an echo navigation signal (and thus the phase shift to the direct navigation signal) to be determined. Because the multi-path estimators just estimate the phase with not too great accuracy. If one now sets the actually estimated phase value of an echo navigation signal to a less favorable value of, for example, 0 ° or 180 ° phase shift to the direct navigation signal in the extreme case, then the residual error increases. This "forced" increase in the potential residual error ensures that a faulty phase estimate can not artificially lower the alarm threshold. The phase shift estimate changes relatively quickly. In that regard, the advantage of the previously described further development of the method is to be seen in the "worst case" display, although in fact no such large residual error is present.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:The Invention will be described below with reference to an embodiment and with reference to the drawing closer explained. In detail, they show:

1 ein Blockschaltbild eines Empfängers mit erfindungsgemäßer Positionsbestimmung und 1 a block diagram of a receiver with inventive position determination and

2 ein Blockschaltbild eines Empfängers nach dem Stand der Technik, auf den bereits weiter oben schon Bezug genommen wurde. 2 a block diagram of a receiver according to the prior art, to which reference has already been made above.

Für die Satellitennavigation verwendete Signale werden über eine Antenne 10 empfangen und durch einen Verstärker 12 verstärkt. Die verstärkten Navigationssignale werden in einem Empfänger 14 verarbeitet, der die Positionsdaten ausgibt. Der Ausgang 28 des Empfängers 14 ist ferner mit einem MP-Schätzer 16 verbunden. Am Ausgang 18 des MP-Schätzers 16 liegt wiederum ein Positionsdatensignal an, das aber nun einer Fehlerberechnungseinheit 20 zugeführt wird. Der Ausgang 22 der Fehlerberechnungseinheit 20 wird einem Schwellwertvergleicher 24 zugeführt, der den potentiellen Restfehler bei der Positionsbestimmung durch den MP-Schätzer 16 mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Es ist nun möglich, am Ausgang des Schwellwertvergleichers 24 den potentiellen Positionsfehler, den Umstand, das ein potentieller Positionsfehler existiert, oder beides auszugeben.Signals used for satellite navigation are transmitted via an antenna 10 received and through an amplifier 12 strengthened. The amplified navigation signals are in a receiver 14 processed, which outputs the position data. The exit 28 Recipient 14 is also an MP estimator 16 connected. At the exit 18 of the MP estimator 16 in turn is a position data signal, but now an error calculation unit 20 is supplied. The exit 22 the error calculation unit 20 becomes a threshold comparator 24 supplied, the potential residual error in the position determination by the MP estimator 16 compares with a predetermined threshold. It is now possible at the output of the threshold comparator 24 the potential positional error, the circumstance that a potential positional error exists, or both.

Die Positionsdaten stehen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also jeweils am Ausgang 28 des Empfängers 14 an, während das Ausgangssignal des MP-Schätzers 16 einzig und allein dazu genutzt wird, eine Betrachtung über die potentiell bestehenden Positionsfehler und deren Größenabschätzung zu machen. Bei einer Variante der Erfindung wird am Ausgang 26 des Schwellwertvergleichers 24 signalisiert, ob die Positionsbestimmung durch den Empfänger 14 hinreichend zuverlässig oder zu stark fehlerbehaftet und damit unzuverlässig ist. Im Falle der Navigation bei einem sich bewegenden Objekt (Fahrzeug und insbesondere Luftfahrzeug) wird dem Fahrzeugführer bzw. Pilot also angezeigt, dass die aktuelle Positionsbestimmung unzuverlässig ist. Der Fahrzeugführer bzw. Pilot muss dann die sich aus diesem Umstand ergebenden Konsequenzen ziehen, was beispielsweise bei einem Landeanflug dazu führen kann, dass dieser abgebrochen wird und das Flugzeug ”durchstartet”.The position data are in the process according to the invention thus in each case at the output 28 Recipient 14 while the output of the MP estimator 16 is used solely to make a consideration of the potentially existing position errors and their size estimation. In a variant of the invention is at the output 26 of the threshold comparator 24 signals whether the position determination by the receiver 14 sufficiently reliable or too faulty and thus unreliable. In the case of navigation with a moving object (vehicle and in particular aircraft), the driver or pilot is therefore informed that the current position determination is unreliable. The driver or pilot must then draw the consequences resulting from this circumstance, which may, for example, in the case of a landing approach lead to it being aborted and the aircraft "starting".

Claims

Method for determining the position of an object on the basis of from a receiver the object received navigation signals, in particular for security-relevant Applications such. As the aviation and there especially during landing an aircraft, wherein in the method - by the recipient one due to a multipath payload of the navigation signals potentially faulty position of the object is determined - with help a multipath detection method due to a multipath payload potential error in determining the position of the object is determined and - of the potential positional error or the fact that a potential Position error exists, is displayed.

Method according to claim 1, characterized in that that the potential positional error or circumstance that one potential positional error exists, only displayed if the potential position error has a value that is a predefinable Threshold exceeds.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the position of the object due to the received navigation signals independently is displayed by the value of the potential position error and the displayed position of the object is represented as having errors when the value of the potential position error exceeds the threshold.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that as potential positional error due to the multipath pay as much as possible Position error is determined.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the receiver receives at a Multipfadempfang navigation signals from a transmitter as a direct receive signal and at least one echo receive signal that, among other things, a parameter for a phase shift between the received from the receiver direct and echo navigation signals the respective received navigation signal and a reference signal generated in the receiver with the same carrier frequency as that of the respective navigation signal is determined and the difference of the phase shifts of the echo receive signals to the phase shift of the direct receive signal relative phase errors define that the phase shifts of the echo receive signals are changed such that the relative phase errors 0 ° or 180 °, and that the largest possible position error is determined on the basis of the changed with respect to their phase shifts echo received signals.