METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION OF SURFACE-BOUND VEHICLES IN AN URBAN AREA

Abstract: 1. A method for determining the location of surfacebound land vehicles in the region of an urban area, wherein the vehicle (FZ) to be located emits measurement signals (ms) at specific measurement times (1, 2 ... 17) as requested by a central control (Z), which measurement signals are received by a plurality of separate receiving stations (E1, E2, E3) and are forwarded to the central control (Z) where the transit time differences are determined and are analysed in accordance with a hyperbolic process in order to obtain an up-to-date measurement point (1', 2' etc.), characterised in that additionally at every measurement time (1, 2, ... 17) each vehicle (FZ) determines the distance vector (v1, v2 etc.) which describes the distance (s) covered since the last measurement time in respect of quantity and direction, and that this distance vector or a sum distance vector formed from a plurality of consecutive distance vectors is transmitted to the central control (Z) where, as a result of the coupling of the consecutive distance vectors or the sum distance vectors to a known start position (1'), an up-to-date first measurement point (2', 3' etc.) is determined, and moreover that on the basis of this first measurement point (2') and the second measurement point (2") determined at the same time in accordance with the hyperbolic process, a fault vector (f2, f3 etc.) is determined in respect of quantity and direction, and if a predetermined correction threshold value (SK ) is reached a correction vector (K1, K2, K3) is determined from the added fault vectors and is itself added to the distance vectors, the corrected measurement point (6K, 9K, 13K) achieved in this way serving as a start position for the further coupling of the distance vectors.

Description: Verfahren zur automatischen Ortung von flächengebundenen Fahrzeugen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Ortung von flächengebundenen Fahrzeugen, wobei jedes Fahrzeug laufend zu bestimmten Messzeitpunkten von einer Zentrale zur Abgabe von Messsignalen aufgefordert wird und wobei in der Zentrale durch Auswertung der Messsignale die jeweils aktuelle Fahrzeugposition ermittelt wird. Derartige Funkortungsverfahren sind seit langem bekannt, beispielsweise zur Ortung von Flugzeugen und Schiffen, wobei die verschiedensten Messprinzipien Verwendung finden. Neuerdings werden solche Ortungsverfahren auch für Stadtgebiete eingesetzt, um beispielsweise Polizei- oder Notdienstfahrzeuge ständig zu orten und damit deren Einsatzbereitschaft zu erhöhen. Die üblichen Ortungsverfahkönnen jedoch in Stadtgebieten nicht. ohne weiteres verwendet werden, da durch die starken und ständig wechselnden Reflexionen der Funksignale die Ortungsergebnisse ver fälscht werden. Erst durch zusätzliche Massnahmen ist es möglich, einigermassen zuverlässige Standortbestimmungen für Landfahrzeuge in einem Stadtgebiet zu gewinnen. So ist beispielsweise ein Hyperbel-Ortungsverfahren bekannt (DE-PS 21 37 846), bei dem ein Messsignal des jeweiligen Fahrzeugs von mehreren getrennt angeordneten Empfangsstationen empfangen und an eine Zentralstation weitergeleitet wird, wo dann durch Phasenvergleich die Laufzeitdifferenzen ermittelt und zur Standortbestimmung ausgewertet werden. Um das Verfahren im Stadtgebiet praktikabel zu machen, sind dort verschiedene zusätzliche Massnahmen, wie die Gewinnung von Korrekturwerten über einen Vergleichssender sowie eine Mittelwertbildung aus jeweils mehreren Messungen, vorgesehen. Dieses Hyperbel-Ortungsverfahren hat den Vorteil, dass jede Positionsbestimmung auf einer unabhängigen Absolutmessung beruht, so dass sich keine Fehler addieren können. Allerdings ist dabei nachteilig, dass die Ergebnisse im Rahmen der Ortungsgenauigkeit um die wahren Fahrzeugpositionen streuen. Weitere Nachteile des Hyperbel-Ortungsverfahrens sind die grossen Fehler in schlecht ueber Funk erreichbaren Gebieten einer Stadt, im Bereich sogenannter Funkschatten, und in Vororten, die ausserhalb des von den Ortungsempfängern umschlossenen Gebietes liegen. Daneben ist zur Ortung von Fahrzeugen in einem Stadtgebiet auch bereits ein Koppelnavigationsverfahren bekannt geworden. Bei diesem Verfahren werden die in kurzen Zeiteinheiten gefahrenen Wegstrecken nach Betrag und Richtung ermittelt. Kennt man den Ausgangspunkt des Fahrzeugs, so kann man seine Position zu jedem beliebigen Zeitpunkt durch vektorielle Addition der Streckenelemente berechnen. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Ortungsergebnisse wenig streuen, und dass die vektorielle Addition an Bord des Fahr zeuges vorgenommen werden kann, so dass die Ortung auch in Gebieten mit schlechter Funkverbindung weitergeführt werden kann. Zur Abfrage der im Fahrzeug errechneten Ergebnisse reicht eine Funkverbindung zu einer einzigen Empfangsstation aus. Da es sich beim Koppelnavigationsverfahren um Relativmessungen handelt, muss der Ausgangspunkt des zu ortenden Fahrzeuges genau bekannt sein. Weiterhin ist es nachteilig, dass sich die Messfehler addieren, da jeder neu ermittelte Streckenvektor an der letzten, fehlerhaft ermittelten Fahrzeugposition ansetzt. Diese Ortungsfehler haben darUber- hinaus weitgehend einen systematischen Charakter. Ist zum Beispiel der Rollradius des Fahrzeugrades, von dem die Wegmessung abgeleitet wird, grösser als der für die Rechnung angenommene Nennwert, so wird der gemessene Betrag des Streckenvektors stets etwas kleiner sein als die wahre Wegstrecke. Ebenso ist auch die Winkelmessung im allgemeinen mit einem systematischen Fehler behaftet. Alle diese Faktoren führen zu Ortungsfehlern, die etwa proportional mit der zurückgelegten Wegstrecke wachsen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ortungsverfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit welchem beispielsweise Fahrzeuge in einem Stadtgebiet laufend mit guter Genauigkeit geortet werden können. Die Messergebnisse sollen dabei möglichst unabhängig von der wechselnden Güte der Funkverbindung zum Fahrzeug sein und auch möglichst wenig streuen; vor allem soll vermieden werden, dass Messfehler sich addieren und zu immer grösseren Abweichungen führen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in jedem Fahrzeug zu jedem Messzeitpunkt der den seit dem letzten Messzeitpunkt zurückgelegten Fahrtweg nach Betrag und Richtung beschreibende Streckenvektor ermittelt und dass dieser jeweilige Streckenvektor oder ein aus mehreren aufeinanderfolgenden Streckenvektoren gebildeter Summenstreckenvektor zur Zentrale übertragen wird, wo durch Ankopplung der einzelnen aufeinanderfolgenden Streckenvektoren bzw. der Summenstreckenvektoren an eine bekannte Startposition ein jeweils aktueller erster Messpunkt festgelegt wird, dass ferner zu jedem Messzeitpunkt über ein an sich bekanntes Hyperbel-Ortungsverfahren ein jeweils aktueller zweiter Messpunkt ermittelt wird, dass weiterhin aus den zu den selben Messzeitpunkten ermittelten ersten und zweiten Fahrzeugmesspunkten jeweils ein Fehlervektor nach Betrag und Richtung ermittelt wird, dass aus den aufaddierten Fehlervektoren bei Erreichen eines vorgegebenen Korrekturschwellwertes ein Korrekturvektor ermittelt und zu den Streckenvektoren addiert wird, wobei der hierdurch erreichte korrigierte Messpunkt als Startposition für die weitere Ankopplung der Streckenvektoren dient Durch die erfindungsgemässe Kombination von Relativmessungen nach dem Koppelnavigationsverfahren mit Absolutmessungen nach dem Hyperbel-Ortungsverfahren lässt sich erreichen, dass die Messergebnisse wenig streuen, und dass die Ortung auch in Gebieten weitergeführt werden kann, die durch Funk schwer erreichbar sind Durch die bei dieser Kombination vorgenommene Korrektur der Messergebnisse wird aber gleichzeitig jegliche Verfälschung vermieden, die sich aus der Addition von Messfehlern ergeben könnte. Als Startposition für das Messverfahren und für die Ankopplung der Streckenvektoren kann ein genau bekannter Ort, also beispielsweise ein Fahrzeugdepot, dienen. Da dies jedoch nicht immer möglich ist, dient bei einer zweckmässigen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens jeweils ein durch Hyperbel-Ortung ermittelter Messpunkt als Startposition. Soweit dieser Messpunkt fehlerhaft ist, werden die ersten Positionsbestimmungen ebenfalls einen relativ gro Ben Fehler aufweisen, der aber durch die im Verfahren vorgesehene Korrektur bald beseitigt wird, so dass im weiteren Verlauf die Messpunkte immer mehr an den wahren Fahrzeugweg angenähert werden. Um die Korrektur bei längerer Durchführung des Ortungsverfahrens immer feinfühliger werden zu lassen, ist in einer Weiterbildung vorgesehen, den Korrekturschwellwert nach jeder durchgeführten Korrektur zu reduzieren. Um jedoch zu Beginn der Ortung die Streuung der Messergebnisse aus dem Hyperbelverfahren nicht in unerwünschter Weise in Form von Überkompensationen wirksam werden zu lassen, ist es weiterhin zweckmässig, eine Korrektur für eine bestimmte Anzahl von Messungen bei Beginn der Ortung auszuschliessen. Damit wird sichergestellt, dass die Korrektur erst erfolgt, wenn sie sich auf eine im Sinne der Statistik ausreichende Zahl von Hyperbel-Ortungsergebnissen gründe. Diese Sicherheit kann dadurch erhöht werden, dass eine Korrektur erst nach einer vorgegebenen Anzahl glaubwürdiger Hyperbel-Ortungsergebnisse durchgeführt wird. Dabei kann es auch zweckmässig sein, eine Korrektur nur dann vorzunehmen, wenn bei der Hyperbelortung die Anzahl der glaubwürdigen Ergebnisse um einen vorgegebenen Betrag grösser ist als die Anzahl der als unglaubwürdig ermittelten Ergebnisse. Unglaubwürdig sind Messergebnisse beispielsweise, wenn die Fahrzeugsignale stark verrauscht empfangen wurden; auch Plausibilitätskontrollen können herangezogen werden. Die Parameter des jeweiligen Streckenvektore können im Fahrzeug aufgrund bekannter Messverfahren über einen Mikroprozessor ermittelt werden. Danach ist es zweckmässig, diese Parameter digital auf dem Funkwege zur Zentrale zu übertragen; dies geschieht zweckmässigerweise zu jedem Messzeitpunkt. In der Zentrale können die Messergebnisse des Roppel navigationsverfahrens und des Byperbelortwngsverfahrens in einem Computer gespeichert und zur Gewinnung der Korrekturvektoren verarbeitet werden. Wie bereits erwähnt, ist die Koppelnavigation mit systematischen Fehlern behaftet. Aus dem Vergleich der Messergebnisse beider Ortungsverfahren können zusätzlich Korrekturfaktoren zur Eliminierung dieser systematischen Fehler gewonnen werden. Dies geschieht in der Weise, dass der Betrag und die Richtung des Korrekturvektors in Beziehung zu den gemessenen Streckenvektoren gesetzt werden. Der auf den einzelnen Streckenvektor entfallende Anteil der Abweichung nach Betrag und Richtung kann dann als Korrekturfaktor für die weiteren Messungen berücksichtigt werden. Um Regelschwingungen bei dieser Adaption zu vermeiden, ist es allerdings zweckmässig, die Korrekturfaktoren geringer anzusetzen als die ermittelten Abweichungen, beispielsweise mit dem halben Betrag. Die Korrekturfaktoren können individuell für jedes einzelne Fahrzeug in der Zentrale gespeichert und bei den entsprechenden Messungen individuell berücksichtigt werden. Man erhält auf diese Weise ein Or tun gs system, das sich auf langsam verändernde systematische Fehler adaptiert. Diese Adaptierung bleibt auch erhalten, wenn die Hyperbelortung für einige Zeit nicht funktioniert, z.B. in Vororten, die ausserhalb des Erfassungsbereiches liegen. Aufgrund der vorher bereits erreichten Adaption sind auch in solchen Bereichen genauere Ergebnisse der Koppelnavigation zu erwarten. Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die prinzipielle Arbeitsweise eines bekannten Hyperbelortungsverfahrens, Fig. 2 die Beziehung zwischen den Messergebnissen beim HyperbelortungsverLahren und dem wahren Fahrzeug weg, Fig. 3 eine Addition von Fehlervektoren bei Hyperbelor tungsverfahren, Fig. 4 die Beziehung zwischen den Messergebnissen beim Koppelnavigationsverfahren und dem wahren Fahr zeugweg, Fig. 5 die Beziehung zwischen dem wahren Fahrzeugweg und den nach dem erfindungsgemässen Ortungsverfah ren ermittelten Messergebnissen, Fig. 6 bis 9 die Gewinnung der Korrekturwerte in Fig. 5, Fig. 10 und 11 die Ermittlung von Korrekturfaktoren zur Adaption des Koppelnavigationsverfahrens, Fig. 12 eine symbolische Darstellung der Korrekturaus lösung. Die Fig. 1 zeigt die prinzipielle Arbeitsweise der bekannten Hyperbelortung. Dabei sendet ein zu ortendes Fahrzeug FZ, beispielsweise nach Aufforderung durch die Zentrale, ein Messsignal ms aus. Dieses Messsignal wird ungerichtet ausgestrahlt und von mindestens drei ortsfesten Empfangsstationen El, E2 und E3 empfangen. Je nach dem Standort des Fahrzeuges benötigt das Messsignal unterschiedliche Laufzeiten t1, t2 und t3 zu den einzelnen Empfangsstationen und wird dort auch mit entsprechend unterschiedlicher Phasenverschiebung empfangen. Das niederfrequente Messsignal, auf einem hochfrequenten Träger ausgestrahlt, wird in den Empfangs stationen demoduliert und über feste Leitungen Ll, L2 und L3 mit bekannten Laufzeiten an die Zentrale Z weitergeleitet. Dort werden mit Hilfe von Phasenvergleichseinrichtungen die Lauf zeitdifferenzen zwischen t1, t2 und t3 ermittelt. Mit Hilfe dieser Differenzwerte lassen sich Hyperbeln zwischen jeweils zwei Empfangsstationen ermitteln, durch deren Schnittpunkt der Standort des Fahrzeuges festgelegt ist. In Fig. 1 beschreibt beispielsweise die Hyperbel Hyl den geometrischen Ort für die Differenz t1 - t2, während die Hyperbel Hy2 den geometrischen Ort für die Differenz t1-t3 bildet. Dieses Verfahren ist bekannt. Fig. 2 zeigt, wie die Positionsbestimmungen bei der Hyperbelortung im Vergleich zum wahren Fahrzeugweg streuen. Dieser wahre Fahrzeugweg s ist durch eine' ausgezogene Linie dargestellt, welche beim Startpunkt 1 beginnt. Während das Fahrzeug sich entlang des Weges s bewegt, wird zu bestimmten Messzeitpunkten die Fahrzeugposition geortet. Während das Fahrzeug sich an den Punkten 1, 2 ... 7 befindet, ergibt die Hyperbelortung die jeweils zugehörigen Messpunkte 1", 2", 312 . .. 7". Diese Messpunkte streuen um den Weg s. Der Betrag und die Richtung der Messfehler sind in Fig. 2 durch Fehlervektoren f1'1, f2" ... f7" angedeutet, die von den wahren Positionen eines Fahrzeuges zu den Ortungszeitpunkten zu den mit Hilfe des Hyperbelortungsverfahrens ermittelten Fahrzeugpositionen führen. Man kann jedoch davon ausgehen, dass die Beträge und Richtungen der Fehlervektoren statistisch streuen. Denn sie beruhen auf Reflexionen und Beugungen der Funksignale an den Gebäuden, und diese verursachen im allgemeinen keine systematischen Fehler mit irgendeiner Vorzugsrichtung. Sofern diese Voraussetzung zutrifft, muss die Addition einer nach statistischen Gesichtspunkten ausreichenden Zahl von Fehlervektoren immer wieder in die Nähe des Ausgangspunktes zurückführen. Eine derartige Addition der Fehlervektoren ist in Fig. 3 gezeigt. Die Fig. 4 zeigt dagegen, wie sich die Messergebnisse beim Koppelnavigationsverfahren zum wahren Fahrzeugweg verhalten. Bei der Xoppelnavigation werden die in kurzen Zeiteinheiten gefahrenen Wegstrecken (Streckenelemente) nach Betrag und Richtung ermittelt. Kennt man tet *usgangspunk. des Fahrzeuges, so kann man seine Position zu jedem beliebigen Zeitpunkt durch vektorielle Addition der Streckenelemente berechnen. Der Betrag der Streckenelemente wird mit einem Impulsgeber gemessen, der die Radumdrehungen zählt. Zur Ermittlung des Winkels des einzelnen Streckenvektors gibt es verschiedene Möglichkeiten. So ist unter der Firmenbezeichnung "Flair" ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die Fahrtrichtung mit Hilfe einer Magnetsonde ermittelt wird, die den Winkel zwischen dem magnetischen Feld der Erde und der Fahrzeuglängsachse misst (siehe IEEE Transactions on Vehicular Technology, Feb. 1977, S. 47 - 60). Man kann die Fahrtrichtung jedoch auch mit einem Kreiselkompass feststellen, wie es bei Trägheits-Navigationsverfahren allgemein üblich ist. In Fig. 4 ist der Fahrzeugweg s wie in Fig. 2 als durchgehende Linie dargestellt. Das Fahrzeug besitzt zu den einzelnen Messzeitpunkten die Positionen 1, 2, 3 ... 7. Ausgehend von dem bekannten Standpunkt 1 werden nun die einzelnen Streckenvektoren v1', v2' ... v7' ermittelt und addiert; das führt zu den Messpunkten 2', 3' ... 7'. Auch hier kann man Fehlervektoren einzeichnen, die die Abweichung des jeweiligen Messpunktesvon der zugehörigen wahren Fahrzeugposition bezeichnen, nämlich die Fehlervektoren f2', f3' ... f7'. Bei diesen Fehlervektoren ist zu sehen, dass sie nicht statistisch streuen, sondern weitgehend einen systematischen Charakter haben. Ist z.B. der Rollradius des Fahrzeugrades, von dem die Wegimpulse hergeleitet werden, grösser als der für die Rechnung angenommene Nennwert, so wird der gemessene Betrag des Streckenvektors stets etwas kleiner sein als die wahre Wegstrecke. Dies kann beispielsweise durch zu grossen Reifendruck hervorgerufen werden. Ebenso ist auch die Winkelmessung im allgemeinen mit einem systematischen Fehler behaftet. Al le diese Faktoren führen zu Ortungsfehlern, die immer in derselben Richtung wirken und etwa proportional mit der zurückgelegten Wegstrecke wachsen. Die Fig. 5 zeigt die Ortungsergebnisse bei der erfindungsgemässen Kombination der Koppelnavigation mit der Hyperbelortung. Der wahre Fahrzeugweg ist wiederum mit der durchgezogenen Linie s bezeichnet und die einzelnen Fahrzeugpositionen zu den Messzeitpunkten sind mit 1, 2, 3 ... 17 nummeriert. Zu jedem Messzeitpunkt wird sowohl ein Messpunkt nach dem Hyperbelortungsverfahren, bezeichnet mit 1", 2" usw., als auch ein Messpunkt nach dem Koppelnavigationsver- fahren, bezeichnet mit 2', 3' usw. ermittelt. Wird ein Fahrzeug nach einer längeren Betriebspause erstmals wieder eingesetzt, so liefert die Hyperbelortung beim ersten Ortungsaufruf den Messpunkt 1". Mit diesem ersten Ortungsaufruf wird auch die Errechnung des ersten Streckenvektors im Bordcomputer des Fahrzeuges FZ gestartet. Auch für die Koppelnavigation gilt in diesem Fall der Messpunkt 1" als Startpunkt. Beim zweiten Ortungsaufruf sendet das Fahrzeug Betrag und Richtung des Streckenvektors v1 zur Zentrale. Der zentrale Ortungsrechner fügt diesen Streckenvektor an die von ihm zuvor abgespeicherten Koordinaten des Startpunkts 1" der Hyperbelortung an, die somit zum Ausgangspunkt für die Koppelnavigation wird. Der zentrale Ortungsrechner ermittelt anschliessend den Messpunkt 2' mit Hilfe der Hyperbelortung und errechnet sich den Fehlervektor f2. Beim nächsten Ortungsaufruf erfolgt sinngemäss dasselbe zur Ermittlung der Messpunkte 3' und 3" sowie des Fehlervektors f3. Diese Prozedur der parallel ausgeführten Ortungen nach beiden Verfahren wird in gleicher Weise fortgesetzt. Der zentrale Ortungsrechner nimmt schritthaltend auch eine vektorielle Addition der Fehlervektoren f2, f3 usw. vor, bis ein Schwellwert 5K1 für eine erste Korrektur überschrit ten wird. Wie aus Fig 6 ersichtlich ist, weisen die Feh lervektoren zunächst eine eindeutige Tendenz in einer Richtung auf, da die Koppelnavigationswerte infolge ihres fehlerbehafteten Startpunktes gegenüber dem wahren Fahrzeugweg s versetzt sind. Die Ortungsergebnisse der Hyperbelortung hingegen streuen statistisch um den wahren Fahrzeugweg s, wie oben begründet Der erste Korrekturschwellwert 5K1 wird daher im allgemeinen recht schnell erreicht. In Fig. 6 ist angenommen, dass er nach der sechsten Ortung überschritten wird Durch die vektorielle Addition der Fehlervetoren errechnet der zentrale Ortungsrechner den Korrekturvektor K1, mit dem der Ausgangspunkt für die weitere Koppelnavigation korrigiert wird. K1 ergibt sich gemäss Fig. 6 aus den Fehlervektoren f2 bis f6. Sein Betrag ist ein Fünftel des summierten Fehlervektors KS1, weil fünf Fehlervektoren zur Uberschreitung der ersten Korrekturschwelle führten. Seine Richtung ist um 1800 gegenüber dem summierten Fehlervektor K51 gedreht. Dieser Korrekturvektor K1 wird in Fig. 5 an den Messpunkt 6' angesetzt; Ausgangspunkt für die folgenden Koppelnavigationsschritte ist damit der korrigierte Messpunkt 6K. Nach einer ersten Korrektur wird die erreichbare Ortungsgenauigkeit im allgemeinen noch nicht erzielt worden sein. Deshalb werden weitere Korrekturen folgen. Um diese Korrekturen bei besserer Ubereinstimmung der Ergebnisse der Hyperbelortung und der Koppelnavigation feinfühliger werden zu lassen, wird die Korrekturschwelle entsprechend reduziert. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ermittlung des zweiten Korrekturvektors K2 ist sie gegenüber der ersten Schwelle auf die Hälfte reduziert, also SK2=1/2.Sg1. Dementsprechend wird sie bei dem angenommenen Beispiel bereits durch die Addition von vier Fehlervektoren f6, f7, f8, f9 überschritten. Der Korrekturvektor K2 hat also einen Betrag von einem Viertel des summierten Fehlervektors K52 und führt vom Messpunkt 9' der Koppelnavigation zum neuen Ausgangspunkt 9K. Im angenommenen Beispiel wird die Korrekturschwelle nochmals halbiert, was zur dritten Korrektur gemäss Fig. 8 mit dem Korrekturvektor K3 führt. Die Korrekturfeinfühligkeit kann natürlich nur bis zu einer sinnvollen Grenze gestei- gert werden, damit Regelschwingungen vermieden werden. Eine vierte Korrektur (Fig. 9)'findet im dargestellten Beispiel nicht mehr statt, weil die Korrekturschwelle 5K4 nicht mehr überschritten wird. Der zentrale Ortungsrechner gibt jeweils die wenig streuenden Ergebnisse der korrigierten Koppelnavigation als ermittelte Fahrzeugpositionen aus. Wie erwähnt, ist die Koppelnavigation mit systematischen Fehlern behaftet. So geht in die Messung des Betrages der Streckenvektoren der wirksame Rollradius des den Tachometer antreibenden Fahrzeugrades ein. Dieser Rollradius ist von der Reifenabnutzung, vom Luftdruck in den Reifen und auch von der Zuladung abhängig. Ebenso kann eine systematische Missweisung der Magnetsonde von ihrer genauen Ausrichtung zur Fahrzeugachse oder von Eisenteilen in ihrer unmittelbaren Nahe herrühren. Der Vergleich der Ergebnisse beider Ortungsverfahren bietet auch die Möglichkeit, diese systematischen Fehler zu eliminieren. Addiert man die Korrekturvektoren nach erfolgter Anfangskorrektur, also im eingeschwungenen Zustand über einige Zeit und bringt man den Summenkorrekturvektor in Relation zu dem vom Fahrzeug zurückgelegten Fahrweg, so kann der zentrale Ortungsrechner berechnen, ob die Ergebnisse der Koppelnavigation denen der Hyperbelnavigation davoneilen oder gegenüber jenen zurückbleiben. Dementsprechend kann er bei der Errechnung der Strecenvektoren einen Xorrekturfaktor individuell für jedes Fahrzeug einsetzen, der die Reifenabnutzung und andere Einflussfaktoren kompensiert. Auch systematische Missweisungen der Magnetsonde lassen sich durch Winkel-Korrekturverfahren bei der Berechnung der Streckenvektoren kompensieren. In der Fig. 10 wird ein derartiger Adaptionsvorgang veranschaulicht. Der Korrekturvektor K2 hat sich auf der Fahrstrecke von den Ortungspunkten 6 bis 9 ergeben. Dabei kann sich die Adaption natürlich nur auf die benannten Ergebnisse der Koppelnavigation stützen, also auf die Strecke 6K bis. 9' in Fig. 5; diese Strecke ist in Fig. 10 nochmals verschoben dargestellt. Zu dieser Strecke wird der Korrekturvektor K2 in Beziehung gebracht. Diese zweite Korrektur gemäss Fig. 5 hat im vorliegenden Beispiel zur Folge, dass der Betrag der gefahrenen Strecke um 20 % vergrössert und die Richtung um -170 je Streckenvektor verändert wurde. Um Regelschwingungen auch bei der Adaption zu vermeiden, werden die Korrektor faktoren für die Koppelnavigation im dargestellten Beispiel nur halb so gross angesetzt, also für den Betrag +10 % und für die Richtung -8,50. Man erkennt in Fig. 5, dass sich die Messergebnisse von den Messpunkten 10' bis 13' nun kaum noch von den entsprechenden wahren Fahrzeugpositionen 10 bis 13 entfernen. Ohne Adaption wäre das bei den Messergebnissen 7', 8' und 9' in viel höherem Masse der Fall. In Fig. 11 wird noch eine zweite Adaption mit dem Fehlervektor K3 dargestellt. Sie führt nur. noch zu einem Korrekturfaktor von +4,5 % für den Betrag des Streckenvektors. Dies ergibt sich daraus, dass K3 eine Vergrösserung des Betrages um 9 % erbrachte; die Hälfte davon wird als Korrekturfaktor genommen. Die Winkelmessung durch die Magnetsonde ist in diesem Beispiel bereits durch die erste Adaption von ihrem systematischen Fehler befreit worden. Man er kennt deutlich, dass die ausgegebenen Ergebnisse der Koppelnavigation nicht die Sprünge derjenigen der Hyperbelortung vollführen und sich doch der wahren Fahrstrecke s des zu ortenden Fahrzeuges gut annähern. Zur Verfeinerung der Adaption kann es ausserdem von Vorteil sein, anstelle eines einzigen Korrekturvektors mehrere hintereinander ermittelte Korrekturvektören zu summieren und mit den entsprechenden Streckenvektoren in Beziehung zu setzen. Ein solcher Summen-Korrekturvektor könnte bereits mit einer Adaption eine gute Kompensierung der systematischen Fehler bewirken. Anhand der Fig. 12 soll nunmehr noch das Verfahren der Korrektur auslösung beschrieben werden. Diesem Verfahren kommt eine grosse Bedeutung zu, weil es dafür verantwortlich ist, dass Korrekturen und Adaptionen nicht nur bei der Inbetriebnahme eines zu ortenden Fahrzeuges nach einer längeren Pause sinnvoll funktionieren. In Fig. 12 ist ein nteiliger RingzSihler in Form einer Uhr dargestellt. Der Zeiger K dieser Uhr zeigt die jeweilige Stellung des Ringzählers R an.Bei jeder vertrauenswürdigen Hyperbelortung (d.h. mit einer genügenden Anzahl unverrauscht empfangener Signale) wird der Ringzähler, ausgehend von der Nullstellung, um eine Teilung im Uhrzeigersinn weitergeschaltet. Bei jeder unzuverlässig erscheinenden Hyperbelortung wird der Ringzähler um einen Schritt zurückgeschaltet. Er kann jedoch nur bis zur Stellung Null zurückgesetzt werden. Auf dem Zeiger K denke man sich den Betrag K5 des jeweils aktuellen Korrekturvektors, d.h. der Summe der Fehlervektoren seit der letzten Korrektur, markiert. Eine Korrektur und damit verbunden auch eine Adaption wird ausgelöst, sobald die Marke K5 auf dem Zeiger K den Korrekturschwell- wert SK übersteigt, also den punktierten Bereich verlässt. Im Falle einer Korrektur springt der Zeiger K sofort in die Nullstellung zurück. Anstelle des in Fig. 12 dargestellten Ringzählers, mit dem die vertrauenswürdigen Messungen gezählt werden und der bei jeder nicht vertrauenswürdigen Messung um einen Schritt zurückgestellt wird, kann natürlich auch eine andere Einrichtung, beispielsweise eine programmgesteuerte Rechenanlage verwendet werden. In einer solchen Anlage ist es auch möglich, die einzelnen Streckenvektoren nach Betrag und Richtung zu addieren, jeweils den aktuellen Korrekturvektor zu ermitteln und zu speichern und mit dem ebenfalls gespeicherten Korrekturschwellwert zu vergleichen. Wie bereits erwähnt, wird eine Korrektur erst ausgelöst, wenn die Marke K5 den punktierten Bereich in Fig. 12 verlässt, also den Schwellwert oder Korrekturgrenzwert übersteigt. Dabei ist im Bereich von Null bis ni Messungen überhaupt kein Schwellwert angesetzt, eine Korrektur ist also in diesem Bereich nicht vorgesehen. Erst von dem Schritt nk an tritt der Schwellwert SK in Erscheinung und er verringert sich von da an schrittweise. Diesem symbolisch dargestellten Verfahren liegt die folgende Uberle- gung zugrunde: Eine Korrektur sollte nur erfolgen, wenn sie sich auf eine im Sinne der Statistik ausreichende Zahl von Hyperbelortungsergebnissen gründet. Im Interesse einer möglichen zutreffenden Korrektur sollte diese Zahl gross sein. Andererseits sollte aber eine Korrektur auch möglichst frühzeitig nach einem Ereignis erfolgen, das die Koppelnavigation zu falschen Ergebnissen bringt Im Interesse einer möglichst schnellen Korrektur sollte daher die Zahl der erforderlichen Byperbelortungen möglichst klein sein. Bei dem in Fig. 12 symbolisch dargestellten Verfahren wird ein Kompromiss zwischen diesen beiden Bestrebungen gewählt. Grundsätzlich wird für eine Korrektur eine Zahl an glaubhaften Hyperbelortungen gefordert, die grösser ist als ni. Jede unglaubhafte Ortung stellt den Ringzähler um einen Schritt zurück. Eine Korrektur der Koppelnavigationen kann also nur dann erfolgen, wenn in einer Folge von Hyperbel ortungen die Zahl der glaubhaften Ergebnisse um ni grösser ist als die der unglaubhaften. Mit dieser Vorschrift wird erreicht, dass Korrekturen in funktechnisch ungünstigen Gebieten und in Gebieten ausserhalb des Antennenfeldes erschwert werden oder völlig unterbleiben. Erst vom Ringzählerstand n X nK kann eine Korrektur ausgelöst werden. Allerdings liegt die Schwelle SK, die der Korrekturvektor übersteigen muss, noch relativ hoch. Mit der hohen Schwelle soll erschwert werden, dass eine Korrektur nach einer Folge von ni zutreffenden Hyperbelortungen durch einen einzelnen Ausreisser ausgelöst wird. Solche singulären, unzutreffenden Messungen können als Folge lokal begrenzter ungünstiger Reflexionsverhältnisse vorkommen. Mit jedem weiteren Ringzählerschritt in positiver Richtung wird die Korrekturschwelle SK weiter reduziert. Liegen auch tatsächlich systematische Abweichungen der Ortungsergebnisse bei einem der beiden Verfahren vor, so verschiebt sich auch die Marke KS infolge der Addition gleichsinnig gerichteter Fehlervektoren mit jedem weiteren Schritt nach aussen. Aus diesen beiden Gründen wird die Korrekturauslösung nach jeder weiteren glaubwürdigen Hyperbelortung erleichtert. Hat die Korrekturschwelle SK den Wert SKmin erreicht, das ist mit dem Zählerschritt nL, So wird dieser Schwellwert beibehalten, um Überschwingungen der Regelung zu vermeiden. Beim letzten Schritt ne des Ringzählers wird die Korrekturschwelle SK auf Null gesetzt. In dieser Stellung wird eine Korrektur erzwungen, auch wenn der Kor rekturvektor K5 sehr klein geblieben ist, um die Vektoradditionen in den Fahrzeuggeräten und dem zentralen Ortungsrechner neu beginnen zu können. Steht ein zur Ortung aufgerufenes Fahrzeug, was mit Hilfe des Fahrimpulsgebers leicht feststellbar ist und im Antworttelegramm dem zentralen Ortungssender mitgeteilt wird, so bleibt die Ortung unberücksichtigt. In einem solchen Falle wird kein Fehlervektor addiert und der Ringzähler verbleibt in seiner letzten Position. 14 Patentansprüche 12 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur automatischen Ortung von flächengebundenen Fahrzeugen, wobei jedes Fahrzeug laufend zu bestimmten Messzeitpunkten von einer Zentrale zur Abgabe von Messsignalen aufgefordert wird und wobei in der Zentrale durch Auswertung der Messsignale die jeweils aktuelle Fahrzeugposition ermittelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in jedem Fahrzeug (FZ) zu jedem Messzeitpunkt (1, 2, ... 17) der den seit dem letzten Messzeitpunkt zurückgelegten Fahrtweg (s) nach Betrag und Richtung heschreibende Streckenvektor (v1, v2 usw.) ermittelt und dass dieser jeweilige Streckenvektor oder ein aus mehreren aufeinanderfolgenden Streckenvektoren gebildeter Summen- streckenvektor zur Zentrale (Z) übertragen wird, wo durch Ankopplung der aufeinanderfolgenden Streckenvektoren bzw. der Summenstreckenvektoren an eine bekannte Startposition (1") ein jeweils aktueller erster Messpunkt (2', 3' usw.) festgelegt wird, dass ferner zu jedem Messzeitpunkt über ein an sich bekanntes Hyperbelortungsverfahren jeweils ein aktueller zweiter Messpunkt (1", 2", 3") ermittelt wird, dass weiterhin aus den zu den selben Messzeitpunkten ermittelten ersten und zweiten Fahrzeugmesspunkten (2', 2") jeweils ein Fehlervektor (f 2, f3 usw.) nach Betrag und Richtung ermittelt wird, dass aus den aufaddierten Fehlervektoren bei Erreichen eines vorgegebenen Korrekturschwellwertes (SK) ein Korrekturvektor (K1, K2, K3) ermittelt und zu den Streckenvektoren addiert wird, wobei der hierdurch erreichte korrigierte Messpunkt (6K, 9K, 13K) als Startposition für die weitere Ankopplung der Streckenvektoren dient. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass als Startposition für die Ankopplung der Streckenvektoren eine durch die Hyperbelortung ermittelte Fahrzeugposition (1") verwendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der Betrag der Streckenvektoren in bekannter Weise mit einem die Radumdrehungen zäA- lenden Impulsgeber ermittelt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Richtung der einzelnen Streckenvektoren in bekannter Weise mit Hilfe einer den Winkel zwischen dem magnetischen Feld der Erde und der Fahrzeuglängsachse messenden Magnetsonde ermittelt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, a a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Richtung der einzelnen Streckenvektoren mit einem Kreiselkompass gemessen wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Parameter des jeweiligen Streckenvektors im Fahrzeug durch einen Mikroprozessor berechnet werden. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Parameter des jeweiligen Streckenvektors vom einzelnen Fahrzeug digital zur Zentrale übertragen werden. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Korrekturschwellwert nach jeder durchgeführten Korrektur verkleinert wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Korrektur durch Addition eines Korrekturvektors erst vorgenom men wird, wenn eine vorgegebene Anzahl glaubwürdiger Hyperbelortungsmessungen ermittelt wurde. 10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Zähleinrichtung durch jede glaubwürdige Hyperbelortungsmessung um einen Schritt vorgestellt und durch jede unglaubwürdige Hyperbelortungsmessung um einen Schritt zurückgestellt wird, und dass eine Korrektur erst dann durchgeführt wird, wenn der Korrekturschwellwert nach Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes überschritten wird. 11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Korrekturschwellwert nach Erreichen des vorgegebenen Zählerstandes mit jedem weiteren Zählerschritt vermindert wird. 12. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Korrekturschwellwert mit Erreichen des letzten Zählerschrittes der Zähleinrichtung auf Null gesetzt wird. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass systematische Fehler der Vektormessung durch Bildung von Korrekturfaktoren aus dem Vergleich der Korrekturvektoren mit den zugehörigen Streckenvektoren eliminiert werden. 14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Korrekturfaktoren für jedes einzelne Fahrzeug in der Zentrale gespeichert werden.

Inventors: THILO, PEER, DR., VON TOMKEWITSCH, ROMUALD, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1979
Main classification: G01S5
IPC codes: G01S5