DE112006000941B4

DE112006000941B4 - Verbesserte GNSS-Signalverarbeitung

Info

Publication number: DE112006000941B4
Application number: DE112006000941.9T
Authority: DE
Inventors: Manfred Dieter Martin Sever; Michael Timo Allison
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2005-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2026-04-18
Also published as: CN101160535A; DE112006000941T5; US7541975B2; US20080166011A1; CN101160535B; WO2006113689A3; WO2006113689A2

Abstract

Ein Verfahren zum Verarbeiten von GNSS-Signalen, umfassend:a. Erfassen eines Bildes, das Umgebungen einer Antenne repräsentiert,b. Bestimmen, ob ein erwarteter Ort eines GNSS-Satelliten einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert,c. Klassifizieren als verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert,d. Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden exklusiv von GNSS-Satelliten, deren entsprechende erwartete Orte Bereichen des Bildes entsprechen, die unbehinderten Himmel repräsentieren, unde. Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die von mindestens einem GNSS-Satelliten empfangen werden, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert, und ein Vergleichen der Fixierungen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der globalen Navigationssatellitensystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Auswahl zur Verarbeitung von GNSS-Signalen von Satelliten hinsichtlich eines Empfängers.
Stand der Technik
Globalnavigationssatellitensysteme bzw. Satellitensysteme für eine globale Navigation (GNSS, Global Navigation Satellite Systems) enthalten das globale Positionierungssystem (GPS, Global Positioning System), Glonass und das vorgeschlagene Galileo-System.
1 stellt ein typisches Stand der Technik-Problem bei einem GNSS-Signalempfang dar. Die Antenne eines GNSS-Empfängers, wie zum Beispiel Antenne 105, ist angeordnet zum Empfang von Signalen von Satelliten, wie zum Beispiel Satelliten 3, 7, 8, 10, 12, 22. Der Empfang von Signalen von Satelliten in Blickrichtungssicht der Antenne 105 ist im Allgemeinen gut. Signale, die von Satelliten empfangen werden, die durch Hindernisse, wie zum Beispiel Gebäude 110 und Baumwipfel 115 blockiert werden, werden abgeschwächt und verzerrt. Diese Hindernisse können auch Signalbrechung und Mehrfachpfadempfang bei der Antenne hervorrufen, aufgrund von Reflexionen innerhalb des Wipfels. Verzerrte Signale verschlechtern die Genauigkeit von GNSS-Fixierungen, wie zum Beispiel Positionsfixierungen, Zeitfixierungen und Geschwindigkeitsfixierungen, die bestimmt werden aus den empfangenen Signalen.
Verschiedene Techniken werden verwendet zum Verringern eines Mehrfachpfadempfangs von typischen Reflektoren. GPS-Antennenanordnungen mit Drosselringgeräten sind bekannt, die Signale abschwächen, die bei der Antenne von niedrigen Winkeln nahe dem Horizont oder selbst von Winkeln unter der Ebene der Antenne ankommen. Es ist bei GPS-Antennen bekannt, zirkularpolarisierte Antennenelemente zu verwenden, die ein Mehrfachpfadsignal abschwächen können, falls die Reflexion genau die Polarisation umkehrt. Die GPS-Empfänger verwenden auch Softwarealgorithmen zum Abschwächen von Mehrfachpfadsignalen. Solche Techniken wurden als effektiv in dem Fall befunden, wo Signale durchgehen durch oder nahe typischer Hindernisse, die in der Umwelt gefunden werden, wie zum Beispiel einem Wipfel, in dem die Signalverzerrungen nicht den vorhergesagten Modellen folgen, die ein Mehrfachpfadverhalten definieren.
Hindernisse, die durch das Blickfeld der GPS-Antenne hindurchgehen, können nur eine Teilgruppe von den verfügbaren GPS-Satellitensignalen beeinflussen. Jedoch sind diese zuvor erwähnten Verfahren der Mehrfachpfadmilderung nicht befriedigend, da sie nicht spezifische GPS-Satellitensignale identifizieren können, die beeinflusst werden durch vorbeigehende Hindernisse, weder noch können sie spezifische GPS-Satellitensignale identifizieren, die nicht beeinflusst werden durch vorbeigehende Hindernisse.
Die US 5946603 A beschreibt ein Verfahren, mit dem auf Abdeckungen durch die Umgebung reagiert werden kann. Die Abdeckungen können durch Gebäude oder Bewuchs hervorgerufen werden. Es werden dazu ein Abdeckungsprofil für die Station und/oder ein Abdeckungsprofil für die Satelliten erstellt, um ein Fading oder ein Blockieren von Kommunikationspfaden zwischen den Satelliten und der Station zu verhindern.
Die US 6169881 B1 beschreibt die Kombination eines Abdeckungsprofils einer Boden-Satellit-Station und von Bewegungsdaten für Satelliten, um einen Serviceverlust oder eine Verschlechterung in Echtzeit vorherzusagen. Die Vorhersage umfasst die Analyse von Information bezüglich atmosphärischer Bedingungen in der Umgebung der Station.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Auswahl von GNSS-Satellitensignalen bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden Weitwinkeloptiken, wie zum Beispiel eine hemisphärische, Fischaugen-, himmelwärts schauende Linse zum Fokussieren von Strahlen auf einen Detektor.
Erfasste Bilder werden evaluiert, um zu bestimmen, welche Bereiche des GNSS-Antennenblickfelds eine direkte Blickrichtung in den Himmel haben, und welche Bereiche des Antennenblickfelds teilweise oder stark behindert sind durch nahe Objekte. Dies macht es möglich, speziell zu bestimmen, welche GNSS-Satelliten in der direkten Blickrichtungssicht der Antenne sind, welche GNSS-Satelliten nur teilweise sichtbar für die Antenne sind und wessen Signal daher abgeschwächt oder abgelenkt werden kann, und welche GNSS-Satelliten vollständig versperrt bzw. behindert sind und nicht in der Blickrichtungssicht der Antenne sind. Signale, die von individuellen GNSS-Satelliten empfangen werden, werden klassifiziert gemäß dem Grad, zu dem jeder beeinflusst wird durch physikalische Hindernisse, Signalabschwächung und Mehrfachpfadempfang.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung: (1) werden eine hemisphärische Fischaugenlinse und begleitendes Abbildungsgerät derart orientiert, dass sie fest sind mit Bezug auf, und in der gleichen Ebene wie, das Antennenelement in einer nahen oder co-lokalisierten GNSS-Antenne; und (2) die Azimuthalorientierung mit Bezug auf eine Referenz ist bekannt, wie zum Beispiel von einem geschätzten Geschwindigkeitsvektor, der berechnet wird durch den begleitenden GNSS-Empfänger oder von einem Heading-Winkel, der bereitgestellt wird von einem begleitenden Navigationssystem. Bei der Orientierungsbeziehung zwischen dem GNSS-Antennenelement und der Fischaugenlinse und Abbildungsgerät, die bekannt ist, ist es möglich, jeden Punkt in dem hemisphärischen Blickfeld des Abbilders auf einen GNSS-Satelliten Azimuth- und Erhebungswinkel zu beziehen.
Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung können bereitgestellt werden für: ein Erfassen eines Bildes, das Umgebungen einer GNSS-Antenne repräsentiert, ein Bestimmen, ob ein erwarteter Ort eines GNSS-Satelliten einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten bzw. unverdeckten Himmel repräsentiert, und ein Klassifizieren als verwendbar der Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satellit, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
Zusätzliche Merkmale und Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden detaillierter unten beschrieben mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Figurenliste

1 stellt ein typisches Stand der Technik-Problem bei dem GNSS-Signalempfang dar;
2 stellt schematisch eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar;
3 zeigt ein zusammengesetztes Bild gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt eine Ausführungsform eines Teils des Flussdiagramms von 5 detaillierter;
7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teils des Flussdiagramms von 5 detaillierter;
8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teils des Flussdiagramms von 5 detaillierter;
9 zeigt eine Abbildungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt eine Abbildungsvorrichtung, die verbunden ist mit einem GNSS-Empfänger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
11 zeigt eine integrierte Abbildungsvorrichtung und einen GNSS-Empfänger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
12 zeigt eine Abbildungsvorrichtung, die verbunden ist mit einem GNSS-Empfänger und einem Positionierungs- und Orientierungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
13 zeigt eine integrierte Abbildungsvorrichtung und einen GNSS-Empfänger mit Positionierungs- und Orientierungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung
Die folgenden Ausdrücke sind dafür vorgesehen, angedeutete Bedeutungen zu haben, falls nicht anderweitig durch den Kontext gekennzeichnet:

GALILEO umfasst das Galileo-Satellitennavigationssystem, das für einen Einsatz von der European Space Agency geplant wird.
GLONASS umfasst das Glonass-Satellitennavigationssystem, das gegenwärtig betrieben wird von dem Verteidigungsministerium der Russischen Förderation.
GNSS (Globalnavigationssatellitensystem) umfasst generisch die GPS-, GLONASS- und GALILEO-Systeme, ähnliche satellitenbasierte Navigationssysteme, die von Zeit zu Zeit betriebsfähig werden, und pseudolite Systeme bzw. Pseudo-Satellitsysteme.
GPS umfasst NAVSTAR Global Positioning System entwickelt von dem Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten, wie es gegenwärtig existiert und wie es mit zukünftiger Modernisierung existieren kann.

Ein Pseudolite, auch ein Pseudo-Satellit genannt, ist ein Sender eines GNSS-ähnlichen Signals. Ein Pseudolite ist typischerweise irdisch bzw. terrestrisch.
Ein Satellit ist ein Sender von GNSS-Signalen und ist vorgesehen, einen Pseudolite zu enthalten.
2 stellt schematisch eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Eine Abbildungsvorrichtung 200 enthält einen Abbilder 205 mit Optiken 210. Die Optik 210 hat ein Weitwinkelblickfeld 215. Der Abbilder 205 erfasst ein Bild und stellt das Bild in Form von Bilddaten 220 einem Vergleicher 225 bereit. Der Vergleicher 225 empfängt auch Bildorientierungsdaten 230 von einem Orientierungsdetektor 235 oder anderer Quelle, wie unten diskutiert.
Die Abbildungsvorrichtung 200 ist bevorzugt nahe der Antenne 240 eines GNSS-Empfängers 245 gelegen, so dass das erfasste Bild Umgebungen der Antenne 240 repräsentiert. Der GNSS-Empfänger 245 empfängt Ephemerisdaten (Daten von einer astronomischen Tagestabelle) von den GNSS-Satelliten oder von anderen Quellen, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die Ephemerisdaten beschreiben die Umläufe der GNSS-Satelliten, so dass bei irgendeiner gegebenen Zeit die entsprechende Position von jedem GNSS-Satelliten bestimmt werden kann. Ob von dem GNSS-Empfänger 245 oder von einer anderer Quelle, Satellitenpositionsdaten 250 werden zugeführt an den Komparator bzw. Vergleicher 225.
Der Vergleicher 225 wird daher versorgt mit dem Bild, das durch die Bilddaten 220 repräsentiert wird, den Bildorientierungsdaten 230, so dass die azimuthale Orientierung des Bildes bestimmt werden kann, und mit Satellitenpositionsdaten, so dass eine erwartete Position von jedem Satellit bestimmt werden kann.
Diese Informationsquellen ermöglichen, dass die erwartete Position von jedem Satellit verglichen wird mit einem entsprechenden Bereich des Bildes. Verwendbarkeit der Signale von jedem Satellit wird demgemäß klassifiziert. Beispielsweise werden, falls die erwartete Satellitenlokalisierung bzw. Satellitenort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, die Signale des Satelliten als verwendbar klassifiziert, falls nicht, werden die Signale des Satelliten als nicht-verwendbar oder suspekt klassifiziert. Der Vergleicher 225 stellt Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten 245 bereit, die für jeden Satellit kennzeichnen, ob seine Signale beispielsweise verwendbar oder suspekt oder nicht-verwendbar sind. Die Klassifizierung wird unten detaillierter beschrieben.
3 zeigt ein zusammengesetztes Bild bzw. Kompositbild, das erstellt wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Abbilder 200 produziert beispielsweise ein Bild 300 mit einem Bereich 305, der einen unbehinderten, klaren Himmelsblick repräsentiert, einem Bereich 310, der ein Gebäude repräsentiert und einem Bereich 315, der einen Baumwipfel 315 repräsentiert. Überlagert auf Bild 300 ist ein Gitter, das die azimuthale Orientierung des Bildes mit Bezug auf Nord, Süd, Ost und West zeigt und Erhebungswinkel von horizontal zu vertikal kennzeichnet. Auch überlagert in Bild 300 werden die erwarteten Orte der Satelliten 3, 7, 8, 10, 22 und 22 zu der Zeit einer Bilderfassung, berechnet beispielsweise von Satellitenemphemerisdaten.
Eine Überprüfung der 3 zeigt, dass Bereiche des Kompositbildes 300 entsprechend der erwarteten Positionen der Satelliten 3 und 22 unbehinderten Himmel repräsentieren. Von einer GNSS-Antenne, die sich nahe der Abbildungsvorrichtung 200 befindet, kann angenommen werden, dass sie eine Blickrichtungsansicht der Satelliten 3 und 22 aufweist, und ihre Signale können als verwendbar klassifiziert werden. Der Bereich des Bildes 310, entsprechend der erwarteten Position des Satellits 12, repräsentiert ein Gebäude. Von einer GNSS-Antenne, die sich nahe der Abbildungsvorrichtung 200 befindet, kann angenommen werden, dass ihre Sicht auf Satellit 12 geblockt ist. Ein von Satellit 12 empfangenes Signal kann deshalb als unverwendbar klassifiziert werden aufgrund der Wahrscheinlichkeit des Mehrfachpfadempfangs. Der Bildbereich 315, entsprechend der erwarteten Position der Satelliten 7, 8 und 10, repräsentiert einen Baumwipfel. Von einer GNSS-Antenne, die sich nahe der Abbildungsvorrichtung 200 befindet, kann angenommen werden, dass ihres Sicht auf Satelliten 7, 8 und 10 mindestens teilweise blockiert ist. Ein Signal, das von den Satelliten 7, 8 und 10 empfangen wird, kann deshalb als suspekt klassifiziert werden aufgrund der Wahrscheinlichkeit der Signalabschwächung und/oder Beugung.
Aufmerksamkeit wird wieder auf 2 gerichtet. Für eine Echtzeit-GNSS-Verarbeitung werden Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten 255 zugeführt an den GNSS-Empfänger 245, wie durch Pfeil 260 gekennzeichnet. Der GNSS-Empfänger 245 kann deshalb Fixierungen berechnen, die Präferenzen für Satellitensignale gemäß der Satellitenverwendbarkeitsklassifizierung geben. Eine gewichtete Verwässerung der Präzision (DOP, Dilution-of-Precision)-Berechnung kann verwendet werden zum Klassifizieren der Satellitenverwendbarkeit, beispielsweise ein sich erstrecken von binär (wie zum Beispiel verwendbar und nicht-verwendbar) zu einem Dreiniveauordnen (wie zum Beispiel verwendbar, nicht-verwendbar und suspekt) zu Mehrfachniveauordnen (wie zum Beispiel einer Verlässlichkeitsgröße, die sich von 1 bis 10 oder mehr erstreckt). Der GNSS-Empfänger 245 kann auch eine Qualität einer Fixierung abschätzen, basierend auf der Verwendbarkeitsklassifizierung von Signalen, die zum Berechnen der Fixierung verwendet werden.
Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten 255 können an einen Datenspeicher 265 geleitet werden, wie durch Pfeil 270 gekennzeichnet. Roh und/oder vorverarbeitete GNSS-Daten von dem Empfänger 245 können auch zur Speicherung geleitet werden, wie durch Pfeil 275 gekennzeichnet. Ein Prozessor 280 berechnet Fixierungen von den gespeicherten GNSS-Daten, die eine Präferenz für Satellitensignale gemäß der Satellitenverwendbarkeitsklassifizierung geben. Der Prozessor 280 kann einen Anzeigeschirm 285 enthalten oder ein anderes passendes Element zum Anzeigen von Bildern und/oder Daten. Der Prozessor 280 kann beispielsweise ein Laptop-Computer sein, der sich physikalisch nahe dem Empfänger 245 befindet oder kann ein Computersystem an einem entfernten Ort sein, wie zum Beispiel einer Büroumgebung, wo eine Nachbearbeitung auszuführen ist.
Bilddaten 220 und Bildorientierungsdaten 230 können auch an den Datenspeicher 265 geleitet werden, wie entsprechend durch Pfeile 290 bzw. 295 gekennzeichnet. Der Prozessor 280 kann eine Repräsentierung der Bilddaten 220 und Bildorientierungsdaten 230 anzeigen sowie erwartete Satellitenpositionen zum Überprüfen durch einen menschlichen Benutzer. Die Anzeige kann in der in 3 gezeigten Form sein oder in einer anderen passenden Form. Der Prozessor 280 kann verwendet werden zum Berechnen von GNSS-Fixierungen in Echtzeit und/oder in einem Nach-Verarbeitungsmodus. Ein menschlicher Benutzer kann die angezeigten Bilder und/oder Daten überprüfen und Auswahlen vornehmen, welche Satellitendaten zu verwenden sind im Berechnen von Fixierungen. Ein menschlicher Benutzer kann beispielsweise sich wünschen, die Verwendung von einem oder mehreren Satellitensignalen zu ermöglichen, die klassifiziert sind als suspekt und/oder nicht verwendbar.
Der Abbilder 205 und die Optik 210 können implementiert werden mit irgendeiner passenden Abbildungstechnologie, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, katadioptrische Sensoren. Katadioptrische Sensoren sind Abbildungssensoren, die gebaut werden mit Kombinationen von Spiegeln (Katroptrik) und Linsen (Dioptrik). Ein Vorteil eines Verwendens von Spiegeln mit Kameras ist, dass durch Verwenden eines gekrümmten Spiegels ein weites Blickfeld erreicht werden kann.
Der Abbilder 205 verwendet irgendeine Kombination einer sichtbaren oder nahe-sichtbaren Abbildungstechnologie. Ein thermischer Abbilder bzw. Wärmeabbilder ist geeignet zum Detektieren des Himmels im Gegensatz zu anderen Hindernissen. Ob eine sichtbare Lichtabbildung oder Wärmeabbildung oder beides bevorzugt wird, kann abhängen von einer Vielzahl von Faktoren, einschließlich Kosten, relativer Empfindlichkeit zu umgebenden Umweltbedingungen und einer Abbildungsverarbeitungskomplexität. Eine Kamera für sichtbares Licht, die durchgestimmt werden kann, empfindlich zu sein für ein oder mehrere enge Bänder des sichtbaren Spektrums, kann besser sein beim Detektieren einer gesamten Sonnenscheibe oder warmen Teilen der Atmosphäre an einem kalten Tag, Bedingungen, die schwerer zu unterscheiden sind unter Verwendung von Wärmebildern. Bilder mit sichtbarem Licht können leichter interpretiert werden als Wärmebilder während dem Übergang von Nacht zu Tag und vom Tag zur Nacht. Bilder mit sichtbarem Licht können leichter interpretiert werden als Wärmebilder, die erzeugt werden, mit Regentropfen auf der Abbildungsoptik, obwohl passende optische Oberflächenbeschichtungen die Oberflächenspannung von Wasser auf der Optik verringern können, und deshalb Bildverarbeitungsprobleme hinsichtlich von Wassertropfen verringern. Wärmeabbildung kann auch einfachere Bildverarbeitung als bei Bildern mit sichtbarem Licht erlauben. Jedoch können das Wissen der Ortsposition und Tageszeit (von dem GNSS-Empfänger) und der berechneten oder geschätzten Position der Sonne im Himmel einige der Bildverarbeitungsprobleme mildern. Der Abbilder 205 kann beispielsweise eine herkömmliche Kamera sein, wie zum Beispiel eine digitale Kamera mit einem Bildsensor, ansprechend auf Lichtwellen über ein oder mehr sichtbare und/oder unsichtbare. Frequenzbänder und produzierend eine digitale Bilddatei für jeden Bildrahmen. Eine digitale Kamera der sichtbaren Wellenlänge kann verwendet werden, wie auch thermografische Infrarotabbildungskameras. Solche Kameras sind kommerziell verfügbar von einer Vielzahl von Quellen.
Die Optik 210 kann eine Weitwinkellinse sein, eine hemisphärische Fischaugenlinse, eine Panoramaabbildungslinse (Beispiele sind in den US Patenten 5,473,474 und 6,646,818 und in anderen Quellen beschrieben), eine katadioptrische Linsenanordnung oder andere Optiken mit einem weiten Blickfeld. Eine Panoramaabbildungslinse, beispielsweise kommerziell verfügbar von der 0-360.com Abteilung von Bellissimo, Inc., Carson City, Nevada, USA, kann auch verwendet werden, wo von der oberen Ansicht angenommen wird, dass sie unverdeckt bzw. unbehindert ist.
Der Orientierungsdetektor 235 kann irgendeine einer Vielzahl von Formen annehmen. Der GNSS-Empfänger 245 kann als Orientierungsdetektor 235 dienen durch Produzieren eines Geschwindigkeitsvektors, wenn der Empfänger 245 sich bewegt. Der Geschwindigkeitsvektor kann mit der Orientierung des Abbilders 205 in Zusammenhang stehen, wie zum Beispiel wenn Empfänger 245 und Abbilder 205 angebracht werden an einem Fahrzeug in einer bekannten Orientierung relativ zu einer Achse der Fahrzeugbewegung. Ein Positions- und Orientierungssystem (POS, Position and Orientation System) kann als Orientierungsdetektor 235 dienen, was ein Ausgangssignal liefert, das kennzeichnend ist für die momentane Orientierung des Abbilders, wenn er sich bewegt.
Positions- und Orientierungssysteme sind verfügbar kommerziell von Applanix, einer Trimble-Firma von Richmond Hill, Ontario, Kanada. Irgendeine andere passende Quelle von Bildorientierungsdaten kann verwendet werden, einschließlich, aber nicht begrenzend auf, automatischem oder manuellem Eintrag von Orientierungsdaten von einem magnetischen Kompass oder manueller Orientierung des Abbilders 205 zu einem magnetischen Kompass, der zum Beispiel nach Norden zeigt.
Der Vergleicher 225 kann auf eine Vielzahl von Arten implementiert werden, einschließlich, aber nicht begrenzend auf, Softwareinstruktionen, die ausgeführt werden von einem Prozessor innerhalb der Abbildungsvorrichtung 200, auf einem Prozessor innerhalb des GNSS-Empfängers 245 und/oder auf einem separaten Prozessor 280.
4 zeigt ein Verarbeitungsflussdiagramm 400 einer Abbildungsvorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Bild wird erfasst bei 405, was Bilddaten 220 erstellt. Bilddaten 220, Bildorientierungsdaten 230 und Zeit-getaggte (t) Satellitenpositionsdaten 235 werden verarbeitet bei 410, um zu bestimmen, ob der erwartete Ort eines Satellits n einem Bildbereich entspricht, der einen unbehinderten bzw. unbedeckten Himmel repräsentiert. Falls ja, werden Signale von Satellit n als verwendbar bei 415 klassifiziert. Falls nein, wird eine weitere Evaluierung optional ausgeführt bei 420, um zu bestimmen, ob der erwartete Ort des Satellits n einem Bildbereich entspricht, der einen stark behinderten Himmel, wie zum Beispiel ein Gebäude, eher als teil-behinderten Himmel, repräsentiert, wie zum Bespiel ein signalabschwächender Baumwipfel. Falls ja, werden Signale von Satellit n als unverwendbar bei 425 klassifiziert. Falls nein, werden Signale von Satellit n als suspekt klassifiziert. Das in 4 gegebene Beispiel zeigt drei mögliche Klassifizierungen: verwendbar, nicht-verwendbar und suspekt. Andere Klassifizierungen können wie gewünscht verwendet werden, die sich von binär (verwendbar, nicht-verwendbar) bis Mehrfachniveauordnen (wie zum Beispiel eine Skala von Verlässlichkeit, die sich erstreckt von 1 bis 10 oder mehr) erstrecken. Ein Satellit wird als stark behindert betrachtet, wenn beispielsweise das Hindernis in dem Bildbereich eine vorbestimmte Größe überschreitet.
Eine Verarbeitung bei 410 kann ausgeführt werden unter Verwendung herkömmlicher Bildanalysetechniken oder anderweitig. Die Verarbeitung bei 410 kann eine Evaluierung von Bildelementen (Pixeln) der Bilddaten 220 individuell oder in Gruppen enthalten, zum Unterscheiden von Farben, zum Unterscheiden von hellen und dunklen Bereichen des Bildes, zum Unterscheiden der Temperaturen, zum Unterscheiden der Formen und/oder zum Unterscheiden anderer Bildcharakteristiken. Beispielsweise ist der Himmel blau und der Baumwipfel grün, Gebäude haben im Allgemeinen scharfe Kanten, während Baumwipfel unscharfe Ecken haben, Himmel und Wolken sind im Allgemeinen kälter als Bäume und Gebäude. Eine Bilderkennung und Bildübereinstimmungstechniken können verwendet werden. Eine manuelle Evaluierung und Markierung von angezeigten Bildern kann verwendet werden, um bei den Erkennungsalgorithmen in einem „Lern“-Prozess zu helfen. Beispielsweise kann ein erstes Bild einer Serie manuell markiert werden zum Kennzeichnen von Bereichen des Himmels, Wolken, Bäumen und Gebäuden, und der Vergleicher 225 kann Bildübereinstimmungstechniken verwenden zum Identifizieren ähnlicher Bereiche in nacheinander folgenden Bildern der Serie. Heuristische Techniken können angewandt werden, so dass eine Verarbeitung experimentell verfeinert wird.
5 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Da Signale, die von GNSS-Satelliten empfangen werden, empfindlich hinsichtlich der Zeit sind, können die Bilddaten, die verwendet werden zum Bestimmen einer Verwendbarkeit der Satellitensignale, aktualisiert werden, wie es benötigt wird, um eine gegenwärtige Klassifizierung sicherzustellen. Ein Bild kann daher erfasst werden von Zeit zu Zeit oder periodisch, wie zum Beispiel mit einer Rate von 1 Hz. Die Rate der Bilderfassung kann angepasst werden auf die erwartete Rate der Änderung der Umgebungen des GNSS-Empfängers. Für einen statischen Überwachungsempfänger kann eine Änderung langsamer auftreten, obwohl ein vorbeigehendes Fahrzeug einen Mehrfachpfadempfang eines Satellitensignals hervorrufen kann. Für einen mobilen Empfänger können die Umgebungen kontinuierlich und signifikant sich verändern, wie zum Beispiel wenn der mobile Empfänger unter einem Baumwipfel hindurchgeht oder durch eine Straßenschlucht.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Bild zu einer Zeit t, wie gezeigt bei 505, erfasst und entsprechende Bilddaten 510 werden zur Zeit t produziert. Die Erfassung wird wiederholt bei aktualisierten Zeiten t = t+1, falls passend. Zeit-getaggte Bildorientierungsdaten 515 und Zeit-getaggte Satellitenpositionsdaten 525 werden auch erfasst. Bei 525 werden die Daten evaluiert, um die Signale von jedem Satellit zur Zeit t, wie passend, zu klassifizieren. In dem Beispiel von 5 werden Satellitensignale als verwendbar oder nicht-verwendbar klassifiziert, obwohl andere Klassifizierungsschemata verwendet werden können. Falls der erwartete Ort des Satellits n einem unbehinderten Himmelsbereich des Bildes zur Zeit t entspricht, werden die Signale der Satelliten als verwendbar bei 530 klassifiziert. Andererseits werden die Signale des Satellits als nicht-verwendbar klassifiziert bei 535. Die Evaluierung wird wiederholt für jeden Satellit, dessen erwarteter Ort über dem Horizont bei der Zeit t ist.
Eine Verarbeitung des gesamten Bildes ist nicht notwendig, um die Verwendbarkeit der Satellitensignale zu bestimmen. 6 zeigt detaillierter eine Ausführungsform eines Teils des Flussdiagramms von 5, bezeichnet mit 525-1. Bei 605 wird ein Bereich r des Bildes entsprechend des Ortes des Satellits n zur Zeit t bestimmt. Der Bereich kann nur aus wenigen Pixeln bestehen, die den erwarteten Ort des Satellits oder einen ein wenig größeren Bildteil umgeben, einschließlich des erwarteten Orts des Satellits. Eine Verarbeitungslast wird dabei kleiner als es benötigt würde, um das gesamte Bild zu evaluieren. Bilddaten 610 für den Bereich r werden evaluiert bei 615 und jeder Satellit wird passend klassifiziert.
7 zeigt detaillierter eine Ausführungsform eines Teils des Flussdiagramms von 5, bezeichnet mit 525-2, in der ein Kompositbild hergestellt wird, beispielsweise ein Kompositbild wie dargestellt in 3. Bilddaten 510, Bildorientierungsdaten 515 und Satellitenpositionsdaten 520 zur Zeit t werden erfasst und bei 705 werden die erwarteten Satellitenorte auf dem Bild überlagert, um Kompositbilddaten 710 zu produzieren. Bei 715 werden die Kompositbilddaten evaluiert und jeder Satellit wird passend klassifiziert.
8 zeigt detaillierter eine Ausführungsform eines Teils des Flussdiagramms von 5, in der ein Kompositbild angezeigt wird für eine manuelle Auswahl von Satelliten, beispielsweise ein Kompositbild wie in 3 dargestellt. Bilddaten 510, Bildorientierungsdaten 515 und Satellitenpositionsdaten 520 für die Zeit t werden erfasst und bei 805 werden die erwarteten Satellitenorte überlagert auf dem Bild, um Kompositbilddaten 810 zu produzieren. Bei 815 werden die Kompositbilddaten angezeigt für eine manuelle Überprüfung auf einer Kompositbildanzeige 820. Ein menschlicher Benutzer gibt Satellitenklassifizierungen über ein Eingabegerät 825 ein. Bei 830 werden die Benutzerauswahlen empfangen und jeder Satellit wird demgemäß klassifiziert. Die Kompositbildanzeige 820 kann auch eine vorgeschlagene Klassifizierung für den menschlichen Benutzer kennzeichnen, um zu bestätigen oder zu überschreiben, was beispielsweise nützlich sein könnte beim Nachverarbeiten zum Überprüfen des Effekts eines Einschließens, Ausschließens oder Entwichten der Signale von einem Satellit.
Bilder von mehr als einem Frequenzband, wie zum Beispiel einem Bild mit sichtbarem Licht und Wärmeinfrarotbild, können simultan über das gleiche Blickfeld erfasst werden. 9 zeigt eine Abbildungsanordnung mit dieser Fähigkeit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Eine Weitwinkellinse 910 oder andere Optiken mit einem passenden weiten Blickfeld richtet Strahlung auf einen Strahlteiler 915, der die ankommende Strahlung teilt. Ein Teil der Strahlung wird gerichtet auf einen Abbilder von sichtbarem Licht, wie zum Beispiel eine Kamera 920, und ein Teil der Strahlung wird auf einen Wärmeabbilder 925 gerichtet. Die Kamera 920 produziert sichtbare Bilddaten 930, während der Wärmeabbilder 925 Wärmebilddaten 935 produziert. Sichtbare Bilddaten 930 und Wärmebilddaten 935 der Szene, die durch die Linse 910 erfasst wird, können verwendet werden zum Verbessern der Klassifizierung der Satellitensignale durch Bereitstellen weiterer unterscheidender Charakteristiken.
10 stellt schematisch eine Abbildungsvorrichtung 1040 dar, die verbunden ist mit einem GNSS-Empfänger 1005 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. GNSS-Empfänger 1005 kann ein typischer Stand der Technik-Empfänger mit einer Antenne 1010 sein, sowie eine analoge Signalverarbeitungselektronik mit Analog-zu-Digital-Umsetzer 1015, ein Digitalsignalprozessor 1020 und eine Kommunikationsschnittstelle 1025. Die Abbildungsvorrichtung 1040 hat eine Optik 1045, einen Abbilder 1050, einen Bildprozessor 1055 und eine Kommunikationsschnittstelle 1060. Die Kommunikationsverbindung 1065 ermöglicht eine Kommunikation zwischen GNSS-Empfänger 1005 und Abbildungsvorrichtung 1040. Die Antenne 1010 ist bevorzugt nahe der Abbildungsvorrichtung 1040 platziert, so dass Bilder, die erfasst werden durch den Abbilder 1050 durch das Blickfeld der Optik 1045 im Wesentlichen die Umgebungen der Antenne 1010 repräsentieren. Der Prozessor 1055 empfängt Satellitenpositionsdaten und Bildorientierungsdaten (wie zum Beispiel ein Geschwindigkeitsvektor) von dem GNSS-Empfänger 1005 über eine Kommunikationsverbindung 1065, empfängt Bilddaten von dem Abbilder 1050, bestimmt die Verwendbarkeit der GNSS-Satellitensignale und führt dem Prozessor 1020 Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten zu. Der GNSS-Empfänger 1005 kann ein typischer Stand der Technik-Empfänger sein, außer dass der Prozessor 1020 programmiert wird, Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten in Betracht zu ziehen, wenn GNSS-Fixierungen berechnet werden, wie zum Beispiel durch Bevorzugung von Signalen von GNSS-Satelliten, die bestimmt werden durch die Abbildungsvorrichtung 1040, dass sie in einer Blickrichtungssicht der Antenne 1010 sind.
11 stellt schematisch eine integrierte Abbildungsvorrichtung und GNSS-Empfänger 1105 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar mit einer GNSS-Antenne 1110, analogen Signalverarbeitungselektronik mit Analog-zu-Digital-Umsetzer 1115, Optik 1120, einem Abbilder 1125 und einem digitalen Signalprozessor 1030. Bei dem GNSS-Empfänger und der Abbildungsvorrichtung, die zusammen in eine integrierte Einheit gepackt werden, sind die Antenne 1110 und Optik 1120 in einer bekannten und festen Beziehung zueinander, so dass das Blickfeld der Optik 1120 im Wesentlichen dem Blickfeld der Antenne 1110 entspricht. Der Prozessor 1030 kommuniziert mit der Signalelektronik 1115 zum Verarbeiten von empfangenen GNSS-Satellitensignalen und mit dem Abbilder 1125 zum Verarbeiten der optischen Bilder. Der Prozessor 1030 wird programmiert zum Erzeugen von Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten und zum in Betracht ziehen von Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten, wenn GNSS-Fixierungen berechnet werden, beispielsweise durch Bevorzugen von Signalen von GNSS-Satelliten, die bestimmt werden, dass sie in der Blickrichtungssicht der Antenne 1010 sind.
12 stellt schematisch eine Abbildungsvorrichtung 1040 dar, die verbunden ist mit einem GNSS-Empfänger 1005 und mit einem Positionierungs- und Orientierungssystem 1260 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung ist im Wesentlichen wie in 10 gezeigt, außer dass ein Positionierungs- und Orientierungssystem 1260 mit dem GNSS-Empfänger 1005 kommuniziert und mit der Abbildungsvorrichtung 1040 über eine Kommunikationsverbindung 1265. Die Kommunikationsverbindung 1265 ist bevorzugt bidirektional, so dass das Positionierungs- und Orientierungssystem 1260 Orientierungsdaten an GNSS-Empfänger 1005 und/oder die Abbildungsvorrichtung 1040 liefern kann. Das Positionierungs- und Orientierungssystem 1260 stellt Positionierungs- und Orientierungsinformation bereit zum Ergänzen von GNSS-Fixierungen von dem GNSS-Empfänger, wie zum Beispiel während Perioden, wenn die Antenne 1010 am Empfangen von Signalen gehindert wird. Das Positionierungs- und Orientierungssystem 1260 stellt auch Orientierungsinformation zur Verwendung beim Orientieren der Bilder bereit, die erfasst werden durch den Abbilder 1050.
13 stellt schematisch ein integriertes System 1305 mit einer Abbildungsvorrichtung und einem GNSS-Empfänger mit Positionierungs- und Orientierungssubsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bereit. Das System 1305 hat eine GNSS-Antenne 1310, analoge Signalverarbeitungselektronik mit Analog-zu-Digital-Umsetzer 1315, Optik 1320, einem Abbilder 1325, einem Positionierungs- und Orientierungssubsystem 1330 und einem digitalen Signalprozessor 1335. Die Antenne 1310 und die Optik 1320 sind in einer bekannten und festen Beziehung zueinander, so dass das Blickfeld der Optik 1320 im Wesentlichen dem Blickfeld der Antenne 1310 entspricht. Der Prozessor 1335 kommuniziert mit der Signalelektronik 1315 zum Verarbeiten von empfangenen GNSS-Satellitensignalen, mit dem Positionierungs- und Orientierungssubsystem 1330 und mit dem Abbilder 1325 zum Verarbeiten von optischen Bildern. Der Prozessor 1335 wird programmiert zum Erzeugen von Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten und zum in Betracht ziehen der Satellitenverwendbarkeitsklassifizierungsdaten, wenn GNSS-Fixierungen berechnet werden, wie zum Beispiel durch Bevorzugen der Signale von den GNSS-Satelliten, die als in der Blickrichtungssicht der Antenne 1310 bestimmt werden.
Der Fachmann wird realisieren, dass die Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur darstellend ist und nicht vorgesehen ist auf irgendeine Art und Weise begrenzend zu sein. Weitere Ausführungsformen werden sofort dem Fachmann ersichtlich, der den Vorteil dieser Offenbarung hat. Im Interesse der Klarheit werden nicht alle Routinemerkmale der Implementierungen, die hierin beschrieben sind, gezeigt und beschrieben. Es wird verstanden, dass in der Entwicklung von solch einer aktuellen Implementierung, vielerlei implementierungsspezifische Entscheidungen durchgeführt werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie zum Beispiel Befolgen dieser anwendungs- und geschäftsverwandten Randbedingungen, und dass diese spezifischen Ziele von einer Implementierung zu der Anderen und von einem Entwickler zum Anderen variieren. Über dies hinaus wird es verstanden, dass solch eine Entwicklungsanstrengung komplex und zeitverbrauchend sein kann, aber würde nichts desto trotz eine Routinearbeit im Ingenieurswesen für den Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung bedeuten.
Gemäß der Ausführungsformen der Erfindung, können die Komponenten, Prozessschritte und /oder Datenstrukturen implementiert werden unter Verwendung verschiedener Arten von Betriebssystemen (OS), Computerplattformen, Firmware, Computerprogrammen, Computersprachen und/oder Maschinen für einen allgemeinen Zweck. Die Verfahren können als ein programmierter Prozess abgelaufen lassen werden, der auf einer Verarbeitungsschaltung abläuft. Die Verarbeitungsschaltung kann die Form von vielerlei Kombination von Prozessoren und Betriebssystemen annehmen oder kann die Form eines einzelnen Geräts annehmen. Die Prozesse können als Instruktionen implementiert werden, die durch solch eine Hardware, durch Hardware alleine oder durch eine Kombination derselben ausgeführt wird. Die Software kann auf einem Programmspeichergerät gespeichert werden, das lesbar ist durch eine Maschine. Berechnungselemente, wie zum Beispiel Bildverarbeitungsfilter und Filterbänke können sofort implementiert werden unter Verwendung einer objektorientierten Programmiersprache, so dass jedes benötigte Filter wie benötigt gebildet wird. Filter können nur als Hardware implementiert werden, die keine Software braucht, beispielsweise optische Filter.
Der Fachmann wird erkennen, dass Geräte einer Natur eines weniger allgemeinen Zwecks, wie zum Beispiel festverdrahtete Gerät, feldprogrammierbare Logikgeräte (FPLDs, Field Programmable Logic Devices), einschließlich feldprogrammierbare Gate Arrays (FPGAs, Field Programmable Gate Arrays) und komplexe programmierbare logische Geräte (CPLDs, Complex Programmable Logic Devices), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs, Application Specific Integrated Circuits) oder Ähnliche auch verwendet werden können, ohne den Umfang und den Geist der erfinderischen Konzepte, die hierin offenbart sind, zu verlassen.
Verfahren gemäß der Ausführungsform der Erfindung können implementiert werden unter Verwendung eines Datenverarbeitungscomputers, wie zum Beispiel einem Personalcomputer, einem Workstation Computer, einem Mainframe Computer oder Hochleistungsserver, die bevorzugt auf einem Echtzeitbetriebssystem (RTOS, Real-Time Operating System) laufen, wie zum Beispiel QNX, Echtzeit Linux, ECOS, Trimble's „FastExec“ oder Andere, oder einem OS, wie zum Beispiel Microsoft^® Windows^® XP und Windows^® 2000, die verfügbar sind von Microsoft Corporation von Redmond, Washington oder Solaris^® , das von Sun Microsystems, Inc. von Santa Clara, Kalifornien verfügbar ist oder verschiedene Versionen des Unix Betriebssystems, wie zum Beispiel Linux, das von verschiedenen Händlern verfügbar ist. Verfahren können auch implementiert werden, die ein Mehrfachprozessorsystem verwenden oder in einer Berechnungsumgebung mit verschiedenen Periphergeräten, wie zum Beispiel Eingabegeräten, Ausgabegeräten, Anzeigegeräten, Speichern, Speichergeräten, Medienschnittstellen zum Transferieren von Daten an und von einem Prozessor bzw. Prozessoren und Ähnlichem. Solch ein Computersystem oder Berechnungsumgebung kann lokal in einem Netzwerk sein oder über das Internet gehen.
Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung enthalten, sind aber nicht begrenzt auf:

1. Ein Verfahren zum Verarbeiten von GNSS-Signalen, umfassend:
1. a. Erfassen eines Bildes, das Umgebungen einer Antenne repräsentiert,
2. b. Bestimmen, ob ein erwarteter Ort eines GNSS-Satelliten einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert,
3. c. Klassifizieren als verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
2. Das Verfahren nach 1, wobei Schritt b. ein Bestimmen einer azimuthalen Orientierung des Bildes umfasst.
3. Das Verfahren nach 1 oder 2, wobei Schritt b. ein Klassifizieren von mindestens einem Bereich des Bildes als unbehinderter Himmel umfasst.
4. Das Verfahren nach einem von 1 - 3, wobei Schritt b. umfasst ein Bestimmen eines erwarteten Ortes eines GNSS-Satelliten und ein Bestimmen, ob der erwartete Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der klassifiziert wird als unbehinderter Himmel.
5. Das Verfahren nach einem von 1 - 4, wobei Schritt c. umfasst: ein Klassifizieren als verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der unbehinderten Himmel repräsentiert und ein Klassifizieren als nicht-verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
6. Das Verfahren nach einem von 1 - 5 ferner umfassend ein Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
7. Das Verfahren nach einem von 1 - 6 ferner umfassend ein Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
8. Das Verfahren nach einem von 1 - 7, wobei Schritt a. umfasst ein Erfassen eines Bildes durch einen weitwinkeloptischen Sammler, der im Allgemeinen himmelwärts von einer Position nahe der Antenne gerichtet wird.
9. Das Verfahren nach einem von 1 - 8, wobei Schritt a. umfasst ein Detektieren von Energie in mindestens einem Infrarotfrequenzband.
10. Das Verfahren nach einem von 1 - 9, wobei Schritt a. umfasst ein Detektieren von Energie in mindestens einem Frequenzband von sichtbarem Licht.
11. Das Verfahren nach einem von 1 - 10, ferner umfassend: ein Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden exklusiv von GNSS-Satelliten, deren entsprechende erwartete Orte Bereichen des Bildes entsprechen, die unbehinderten Himmel repräsentieren, ein Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die von mindestens einem GNSS-Satelliten empfangen werden, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert, und ein Vergleichen der Fixierungen.
12. Das Verfahren nach einem von 1 - 11, ferner umfassend: ein Anzeigen von mindestens diesen Teilen des Bildes, die erwarteten Orten der GNSS-Satelliten entsprechen.
13. Das Verfahren nach 12, ferner umfassend ein Empfangen einer Benutzerauswahl, ob Signale enthalten sind, die empfangen werden von irgendeinem GNSS-Satelliten, wenn eine Fixierung berechnet wird.
14. Vorrichtung zum Verarbeiten von GNSS-Signalen umfassend:
1. a. einen Abbilder zum Erfassen eines Bildes, das Umgebungen einer Antenne repräsentiert, und
2. b. einen Vergleicher zum Bestimmen, ob ein erwarteter Ort eines GNSS-Satelliten einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, und zum Klassifizieren als verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
15. Die Vorrichtung nach 14, wobei der Vergleicher eine azimuthale Orientierung des Bildes in Betracht zieht.
16. Die Vorrichtung nach 14 oder 15 ferner umfassend einen Bildanalysator, der in der Lage ist, als unbehinderten Himmel einen Bereich des Bildes zu klassifizieren, der repräsentiert wird durch den unbehinderten Himmel.
17. Die Vorrichtung nach 16, wobei der Vergleicher einen erwarteten Ort eines GNSS-Satelliten bestimmt und Bestimmen, ob der erwartete Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der als unbehinderter Himmel klassifiziert ist.
18. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 17, wobei der Vergleicher als verwendbare Signale, die von einem GNSS-Satelliten empfangen werden, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, klassifiziert, und Klassifizieren als nicht-verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
19. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 18, ferner umfassend einen Prozessor zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
20. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 18 ferner umfassend einen Prozessor zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
21. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 20, wobei der Abbilder einen Weitwinkel-optischen Sammler umfasst.
22. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 21, wobei der Abbilder einen Detektor umfasst, der auf Energie in mindestens einem Infrarotfrequenzband anspricht.
23. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 22, wobei der Abbilder einen Detektor umfasst, der auf Energie in mindestens einem Frequenzband von sichtbarem Licht anspricht.
24. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 23 ferner umfassend einen Prozessor zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die exklusiv von GNSS-Satelliten empfangen werden, deren entsprechende erwartete Orte Bereichen des Bildes entsprechen, die einen unbehinderten Himmel repräsentieren, zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von mindestens einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert, und zum Vergleichen der Fixierungen.
25. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 24, ferner umfassend: eine Benutzerschnittstelle zum Anzeigen von mindestens diesen Teilen des Bildes, die erwarteten Orten der GNSS-Satelliten entsprechen.
26. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 24, ferner umfassend eine Benutzerschnittstelle zum Anzeigen von mindestens diesen Teilen des Bildes, die erwarteten Orten der GNSS-Satelliten entsprechen und zum Empfangen einer Benutzerauswahl, ob Signale einzuschließen sind, die empfangen werden von irgendeinem GNSS-Satelliten, wenn eine Fixierung berechnet wird.
27. Die Vorrichtung nach einem von 14 - 24, ferner umfassend: einen GNSS-Empfänger, ansprechend auf Signale von GNSS-Satelliten, die empfangen werden bei der Antenne zum Berechnen einer Fixierung von Signalen, die klassifiziert werden durch den Vergleicher als verwendbar.
28. Die Vorrichtung nach 27, wobei die Antenne eine Komponente des GNSS-Empfängers ist.
29. Die Vorrichtung nach 27, ferner umfassend ein Positions- und Orientierungssystem zum Bereitstellen von Daten an den Vergleicher, die die Orientierung des Abbilders kennzeichnen.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Vorteile bieten, wie zum Beispiel ein oder mehrere der Folgenden:

- potentiell verringerte Zeit zum Auflösen individueller GNSS-satelliten-integer Mehrdeutigkeiten (integer ambiguities) für diese Satelliten, die in Zusammenhang stehen mit verlässlichen GNSS-Observablen,
- kann angewandt werden in allein stehenden GNSS-Empfängern,
- kann verwendet werden mit Hilfsnavigationssystemen, wobei die Orientierung des Abbildungsgeräts fest ist und der Heading-Winkel bzw. Zeigewinkel bekannt ist,
- kann verwendet werden mit stationären GNSS-Basisstationen in Orten mit einem Teilschatten der GNSS-Satelliten, während immer noch Observable-Daten mit hoher Qualität und Verlässlichkeit für diese GNSS-Satelliten in Blickrichtungssicht der GNSS-Antenne bereitgestellt werden,
- ermöglicht verlässlichere GNSS-Fixierungen,
- ermöglicht eine verlässlichere Messung der Qualität der GNSS-Fixierungen [eine gewichtete Verwässerung der Präzision (DOP, Dilution of Precision)-Berechnung kann verwendet werden zum Klassifizieren der Satellitenverwendbarkeit, beispielsweise sich erstreckend von binär (wie zum Beispiel verwendbar und nicht-verwendbar) zu Dreiniveauordnen (wie zum Beispiel verwendbar, nicht-verwendbar und suspekt) bis Mehrniveauordnen (wie zum Beispiel eine Skala einer Verlässlichkeit, die sich von 1 bis 10 oder mehr erstreckt)],
- kann integriert werden in eine GNSS-Antenne,
- kann integriert werden in einen GNSS-Empfänger,
- kann integriert werden in ein POS-System,
- ermöglicht verbesserte GNSS-Leistungsfähigkeit in Mobilabbildungsanwendungen,
- selektive Maskierung von GNSS-Satelliten.

Während Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, wird es von dem Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung erkannt, dass viel mehr Modifizierungen, als oben erwähnt, möglich sind, ohne die erfinderischen Konzepte hierin zu verlassen.

Claims

Ein Verfahren zum Verarbeiten von GNSS-Signalen, umfassend: a. Erfassen eines Bildes, das Umgebungen einer Antenne repräsentiert, b. Bestimmen, ob ein erwarteter Ort eines GNSS-Satelliten einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, c. Klassifizieren als verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, d. Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden exklusiv von GNSS-Satelliten, deren entsprechende erwartete Orte Bereichen des Bildes entsprechen, die unbehinderten Himmel repräsentieren, und e. Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die von mindestens einem GNSS-Satelliten empfangen werden, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert, und ein Vergleichen der Fixierungen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt b. umfasst ein Bestimmen einer azimuthalen Orientierung des Bildes.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Schritt b. umfasst ein Klassifizieren von mindestens einem Bereich des Bildes als unbehinderter Himmel.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei Schritt b. umfasst ein Bestimmen eines erwarteten Ortes eines GNSS-Satelliten und ein Bestimmen, ob der erwartete Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der klassifiziert wird als unbehinderter Himmel.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei Schritt c. umfasst: ein Klassifizieren als verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der unbehinderten Himmel repräsentiert und ein Klassifizieren als nicht-verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, ferner umfassend ein Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, ferner umfassend ein Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei Schritt a. umfasst ein Erfassen eines Bildes durch einen weitwinkeloptischen Sammler, der im Allgemeinen himmelwärts von einer Position nahe der Antenne gerichtet wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei Schritt a. umfasst ein Detektieren von Energie in mindestens einem Infrarotfrequenzband.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, wobei Schritt a. umfasst ein Detektieren von Energie in mindestens einem Frequenzband von sichtbarem Licht.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, ferner umfassend: ein Anzeigen von mindestens diesen Teilen des Bildes, die erwarteten Orten der GNSS-Satelliten entsprechen.
Das Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend ein Empfangen einer Benutzerauswahl, ob Signale enthalten sind, die empfangen werden von irgendeinem GNSS-Satelliten, wenn eine Fixierung berechnet wird.
Vorrichtung zum Verarbeiten von GNSS-Signalen umfassend: d. einen Abbilder (205) zum Erfassen eines Bildes, das Umgebungen einer Antenne repräsentiert, e. einen Vergleicher (225) zum Bestimmen, ob ein erwarteter Ort eines GNSS-Satelliten einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, und zum Klassifizieren als verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, f. einen Prozessor (280) zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die exklusiv von GNSS-Satelliten empfangen werden, deren entsprechende erwartete Orte Bereichen des Bildes entsprechen, die einen unbehinderten Himmel repräsentieren, zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von mindestens einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert, und zum Vergleichen der Fixierungen, und g. einen GNSS-Empfänger (245), ansprechend auf Signale von GNSS-Satelliten, die empfangen werden bei der Antenne zum Berechnen einer Fixierung von Signalen, die klassifiziert werden durch den Vergleicher als verwendbar.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Vergleicher (225) eine azimuthale Orientierung des Bildes in Betracht zieht.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, ferner umfassend einen Bildanalysator, der in der Lage ist, als unbehinderten Himmel einen Bereich des Bildes zu klassifizieren, der repräsentiert wird durch den unbehinderten Himmel.
Die Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Vergleicher (225) einen erwarteten Ort eines GNSS-Satelliten bestimmt und Bestimmen, ob der erwartete Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der als unbehinderter Himmel klassifiziert ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-16, wobei der Vergleicher (225) als verwendbare Signale, die von einem GNSS-Satelliten empfangen werden, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert, klassifiziert, und Klassifizieren als nicht-verwendbare Signale, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-17 ferner umfassend einen Prozessor zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-17, ferner umfassend einen Prozessor zum Berechnen einer Fixierung unter Verwendung von Signalen, die empfangen werden von einem GNSS-Satelliten, dessen erwarteter Ort einem Bereich des Bildes entspricht, der nicht einen unbehinderten Himmel repräsentiert.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-19, wobei der Abbilder (205) einen Weitwinkel-optischen Sammler umfasst.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-20, wobei der Abbilder (205) einen Detektor umfasst, der auf Energie in mindestens einem Infrarotfrequenzband anspricht.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-21, wobei der Abbilder (205) einen Detektor umfasst, der auf Energie in mindestens einem Frequenzband von sichtbarem Licht anspricht.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-22, ferner umfassend: eine Benutzerschnittstelle zum Anzeigen von mindestens diesen Teilen des Bildes, die erwarteten Orten der GNSS-Satelliten entsprechen.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-22, ferner umfassend eine Benutzerschnittstelle zum Anzeigen von mindestens diesen Teilen des Bildes, die erwarteten Orten der GNSS-Satelliten entsprechen und zum Empfangen einer Benutzerauswahl, ob Signale einzuschließen sind, die empfangen werden von irgendeinem GNSS-Satelliten, wenn eine Fixierung berechnet wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Antenne eine Komponente des GNSS-Empfängers (245) ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Positions- und Orientierungssystem zum Bereitstellen von Daten an den Vergleicher, die die Orientierung des Abbilders kennzeichnen.