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WO2023186851A1 - Receiving system for a global satellite navigation system - Google Patents

Receiving system for a global satellite navigation system Download PDF

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Publication number
WO2023186851A1
WO2023186851A1 PCT/EP2023/057908 EP2023057908W WO2023186851A1 WO 2023186851 A1 WO2023186851 A1 WO 2023186851A1 EP 2023057908 W EP2023057908 W EP 2023057908W WO 2023186851 A1 WO2023186851 A1 WO 2023186851A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
interference suppression
receiving system
isu
signals
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/057908
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Götz Caspar Kappen
Markus Biermann
Original Assignee
Fh Münster
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102022203260.8A external-priority patent/DE102022203260A1/en
Application filed by Fh Münster filed Critical Fh Münster
Publication of WO2023186851A1 publication Critical patent/WO2023186851A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/21Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/35Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/36Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain relating to the receiver frond end
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    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/43Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry

Definitions

  • the invention relates to a reception system for a global satellite navigation system.
  • Satellite-based navigation systems are known for the general tasks of location coordinates. These systems require that a receiver can receive signals from multiple satellites at the same time. Using known properties, a position can then be determined from transit time differences and/or received signal strengths by means of triangulation, or a speed and direction can also be determined from the determination of temporally successive positions.
  • the signals are very weak, so disruptive signals, so-called interferers, can hinder or, in the worst case, even prevent the reception of one or more signals.
  • a receiving system for a global satellite navigation system having a multiple antenna device, a receiver device for processing signals from the multiple antenna device, an interference suppression unit for processing signals from the receiver device, an up-conversion unit for processing signals from the interference suppression unit, and a real-time kinematic receiver unit, wherein the real-time kinematic receiver unit returns data relating to one or more signals to the interference suppression unit, so that the interference suppression and transit time correction parameters are set based on this data.
  • the invention is explained in more detail below using a drawing and exemplary embodiments.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way.
  • Fig. 1 is a schematic representation of embodiments of the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a further detail of embodiments
  • Fig. 4 shows a schematic representation of embodiments of the invention according to further
  • Fig. 5 is a schematic representation of a further detail of embodiments of the
  • FIG. 1 shows different aspects of embodiments of a reception system according to the invention for a global satellite navigation system.
  • This receiving system according to the invention initially has, as shown in Figure 1 and Figure 3, a multiple antenna device ANT.
  • ANT multiple antenna device
  • Different types of multiple antenna devices can be provided, which, on the one hand, ensure that correspondingly (circularly) polarized signals can be received on more than one path.
  • FIG. 3 also shows optional (adjustably variable) preamplifiers which can amplify a corresponding signal from an antenna (four exemplary antennas of a multiple antenna device ANT are shown in FIG. 3). Although shown as part of the multiple antenna device ANT, this is not mandatory, but in the same way the optional (adjustably variable) preamplifiers could also be arranged in a receiver device RX.
  • the preamplifier values set here and changeable during runtime are known to the following signal processing (ECU) ( Figure 4). From this, runtime correction parameters are determined.
  • the multiple antenna device ANT can be, for example, a rectangular 2*2. Using such multiple antenna devices ANT, spatial scanning/processing can be made possible. The corresponding antenna parameters (determine the so-called beam pattern) can be taken into account in appropriate processing and, for example, stored in a memory.
  • the antennas of the multiple antenna device ANT are designed, for example, to receive different bands, in particular LI, L2/E5b, B2I.
  • the antennas of the multiple antenna device ANT can have a phase center variation for LI of less than 5 mm horizontally or less than 5 mm in all azimuth angles.
  • the reception system has a receiver device RX as shown in FIG. 1 and FIG. 3. Although referred to as a receiving device, this receiving device RX can convert the high-frequency antenna signal into an intermediate band/to one for one or more antennas of a multiple antenna device ANT Provide intermediate frequency or baseband - together or in separate receiving units.
  • the receiver device RX mixes down incoming signals into the baseband or to an intermediate frequency of less than 100 MHz, preferably less than 20 MHz, in particular 15.42 MHz.
  • the receiver device RX can, for example, be a (programmable) multi-channel (e.g. 4-channel) mixer including an analog-digital converter (e.g. a GNSS receiver).
  • an analog-digital converter e.g. a GNSS receiver.
  • an interference suppression unit ISU is arranged in the reception systems according to the invention, as shown in Figure 1.
  • the receiving system has an upconversion unit TX and a real-time kinematic receiver unit RTK-RX.
  • the up-conversion unit TX converts the signal, which has been cleared of interference, back to a higher frequency - generally corresponding to the frequencies received on the side of the receiver device RX - which is then made available to a real-time kinematic receiver unit.
  • the upconversion unit TX generates interference-suppressed signals, ie signals after processing by the interference suppression unit ISU, at frequencies compatible with a conventional GNSS receiver, in particular in one of the L-bands. mixes up.
  • the renewed conversion and transfer to a recipient unit may seem unrealistic at first glance.
  • data relating to one or more signals can be determined using the real-time kinematic receiver unit and fed back to the interference suppression unit ISU, so that the interference suppression is set based on this data.
  • the real-time kinematic receiver unit RTK-RX receives data relating to a signal or several signals for setting and / or selecting one or more antennas of the multiple antenna device ANT (and / or the Preamplifier) returns so that the multiple antenna device ANT and / or the interference suppression ISU can be adjusted based on this data
  • the interference suppression unit ISU has an FPGA logic or an ASIC. Using such implementations, it is possible to keep the processing speed high so that this processing can take place within a short period of time.
  • the FPGA can be provided with a daughter board - if the provision is more cost-effective or effective - which, for example, has certain functions such as that of an analog-digital converter ADC on the input side and/or a digital-analog converter DAC on the output side.
  • the analog-digital converter ADC samples analog signals with an (adjustable) sampling frequency and quantizes them with a (eg hardware-dependent) word length.
  • f s 62.5 MSamp and a quantizer with 14 bits were used as the sampling frequency.
  • the interference suppression unit ISU has a Hilbert filter.
  • the Hilbert filter is provided as a forward linear digital filter.
  • the interference suppression unit ISU can - as shown in Fig. 2 - be constructed from a NIOS softcore and an FPGA.
  • the VHDL coding can be optimized by hand.
  • the beam shaping weighting factor calculation BF-WT can be implemented in the NIOS softcore, while the other elements such as the Hilbert filter Hilbert, a phase locked loop PLL, the covariance matrix determination covariance, a low pass LP, an interpolator IP and a beam shaper BF and also a high-mixing upconversion unit TX can be coded in the FPGA.
  • the other elements such as the Hilbert filter Hilbert, a phase locked loop PLL, the covariance matrix determination covariance, a low pass LP, an interpolator IP and a beam shaper BF and also a high-mixing upconversion unit TX can be coded in the FPGA.
  • the Hilbert filter can in particular be designed in such a way that it removes negative frequency components in the spectral domain, which in turn leads to a non-symmetrical spectrum and therefore complex data samples.
  • the weights for the complex beam shaper BF can be estimated based on the covariance matrix covariance of the incoming signal data streams of the (four) antennas of the multiple antenna device ANT.
  • This input signal in the time domain at each of the NANT antennas can be used as being represented.
  • the length of the vector x n (t) is the observation time used to calculate the expected value.
  • the notation of the matrix with the vector x n (t) in the row dimension and the antenna vectors in the spade dimension is X.
  • the observation time for calculating the covariance matrix can preferably be set to the order of a few 100 ms. The observation time essentially depends on the dynamics of the observed objects and directly influences the interference suppression capabilities.
  • the beam shaper BF can be implemented, for example, by complex multipliers.
  • a complex multiplier instance e.g. 4
  • These multipliers can be provided as a VHDL macro.
  • the interpolator IP and the low-pass filter LP preprocess signal streams for upconversion in the upconversion unit TX.
  • the signal streams are now increased to the target band - in this case, for example, at least one of the L bands.
  • further components such as a surface filter or the like, can of course be provided to suppress disturbing signals/mixed products.
  • An exemplary interference suppression unit ISU can suppress/remove interference signals based on spatial signal processing.
  • An example processing operation may be based on estimating the phase and covariance matrix of the incoming interferer signal. Based on this, a set of complex coefficients can then be calculated and applied to an incoming full-rate data stream.
  • R xx E[XX"] multiplied, where H denotes the Hermitian operator and E [] the expectation operator.
  • the required weights can then be calculated as follows
  • control vector d is a freely selectable parameter in the test setup, which is set to the zenith if no further information is available, ie the beam shaping weights are set to (0.25,0.25,0.25,0.25).
  • the calculation of the inverse of the covariance matrix R xx places the highest demands on the calculation. This is implemented in a test setup using eigenvalue decomposition.
  • the covariance matrix is broken down into the corresponding eigenvalues A and eigenvectors U.
  • the interference suppression unit ISU is based on a simple multiplication of the incoming (4-channel) signal (at the down-converted intermediate frequency), the inverse covariance matrix ß ⁇ l and the control vector d to the zenith.
  • An external processing unit ECU is also shown in FIG. This provides exemplary signal processing of the control signals so that the individual units of the receiving system can exchange both configuration data and data to be configured.
  • This data includes, but is not limited to: An antenna pattern, a covariance matrix, weighting factors, eigenvalues, carrier phases, code phases, visible satellites, etc.
  • the external processing unit ECU can, for example, use the data from the multiple antenna device ANT, which is available, for example, from a measurement or a simulation of the arrangement of the individual antennas of the multiple antenna device ANT, in order to take phase and amplitude corrections (time of flight correction parameters) into account.
  • the input data for the receiver device RX represents configuration data; among other things, amplification factors and characteristic curve parameters that can be adjusted adaptively to the input signal.
  • the adaptation should be carried out via the ECU for better results, as all the information is bundled here.
  • the interference suppression unit ISU can, for example, return information about the type and characteristics of the interference to the ECU for further processing.
  • the upconversion unit TX can receive parameters from the ECU and return status signals to the external processing unit ECU.
  • the real-time kinematic receiver unit RTK-RX can send a calculated position to the external processing unit ECU.
  • RTK receiver settings and/or receiver measurements e.g. range measurements, amplifier settings
  • the real-time kinematic receiver unit RTK-RX can receive runtime correction parameters from the ECU's external processing unit to improve, for example, accuracy and stability.
  • Output data of the entire system can be the improved receiver measurements and optional additional information ZI, which, among other things, indicates the internal state of the system.
  • the external control unit can enable positioning based on a carrier phase estimate, but in particular a carrier phase measurement, based on data that was collected by one or more other units of the signal path and made available to the external control unit (ECU).
  • the invention also relates to the use of a receiving system according to the invention for position determination, whereby the position can be determined precisely in a range of less than 1 dm.
  • the invention further relates to the use of a receiving system according to the invention for position determination in agriculture.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

The invention relates to a receiving system for a global satellite navigation system, comprising: • an antenna array (ANT); • a receiving device (RX); • an interference suppression unit (ISU); • an upconversion unit (TX); and • a real-time kinematic receiving unit (RTK-RX), • wherein the real-time kinematic receiving unit (RTK-RX) feeds data relating to a signal or a plurality of signals back to the interference suppression unit (ISU) so that the interference suppression and propagation time correction parameters are adjusted on the basis of these data.

Description

Empfangssystem für ein globales Satellitennavigationssystem Receiving system for a global satellite navigation system
Die Erfindung betrifft ein Empfangssystem für ein globales Satellitennavigationssystem. The invention relates to a reception system for a global satellite navigation system.
Hintergrund background
In vielen Bereichen der heutigen Technik besteht der Wunsch nach präziser Ortskenntnis. In many areas of today's technology there is a desire for precise local knowledge.
Für die allgemeinen Aufgaben der Ortskoordinaten sind Satelliten-gestützte Navigationssysteme bekannt. Diese Systeme erfordern, dass ein Empfänger die Signale mehrerer Satelliten zu gleicher Zeit empfangen kann. Mittels bekannter Eigenschaften kann dann aus Laufzeitunterschieden und/oder empfangenen Signalstärken auf dem Wege der Triangulation eine Position bzw. aus der Bestimmung zeitlich aufeinanderfolgender Positionen auch eine Geschwindigkeit und Richtung bestimmt werden. Satellite-based navigation systems are known for the general tasks of location coordinates. These systems require that a receiver can receive signals from multiple satellites at the same time. Using known properties, a position can then be determined from transit time differences and/or received signal strengths by means of triangulation, or a speed and direction can also be determined from the determination of temporally successive positions.
Allerdings sind die Signale sehr schwach, sodass störende Signale, sogenannte Interferes den Empfang eines oder mehrerer Signale be- oder im schlimmsten Fall sogar verhindern können. However, the signals are very weak, so disruptive signals, so-called interferers, can hinder or, in the worst case, even prevent the reception of one or more signals.
Ebenso ist die Genauigkeit dieser Systeme vergleichsweise gering. The accuracy of these systems is also comparatively low.
Dies ist darin begründet, dass konzeptionell verschiedene Fehlerquellen zu einem Fehler bei der Ortsbestimmung im Bereich von mehreren Metern führen können. This is because conceptually different sources of error can lead to an error in the location determination in the range of several meters.
Mit der Einführung sogenannter Assisted-GNSS Empfangssysteme konnte die Ortsbestimmungszeit im Sekundenbereich bei einer Ortsauflösung von unter 1,5 m bei Signalpegeln von bis zu -148 dBm ermöglicht werden. Zwar ist es möglich mit differentiellen GPS-Ansätzen die Genauigkeit weiter zu verbessern, jedoch sind solche differentiellen Systeme vergleichsweise teuer und erfordern in aller Regel eine weitere Empfangseinrichtung. With the introduction of so-called Assisted GNSS reception systems, the location determination time in the range of seconds was possible with a spatial resolution of less than 1.5 m and signal levels of up to -148 dBm. Although it is possible to further improve the accuracy with differential GPS approaches, such differential systems are comparatively expensive and generally require an additional receiving device.
Beispielsweise in der Landwirtschaft wird jedoch ein zunehmender Bedarf nach zentimetergenauer Ortsbestimmung festgestellt, sodass z.B. mit modernen Maschinen ortsgenau Düngemittel und/oder andere Hilfsstoffe auf landwirtschaftlichen Flächen aufgebracht werden können. Dies würde zum einen eine Schonung von Ressourcen erlauben, andererseits kann aber auch z.B. auf lokal sehr unterschiedliche Gegebenheiten reagiert werden, sodass z.B. Schädlinge und/oder Beiwuchs gezielter adressiert werden können. However, in agriculture, for example, there is an increasing need for centimeter-precise location determination, so that, for example, modern machines can be used to apply fertilizers and/or other additives to agricultural areas with precise location. On the one hand, this would allow resources to be conserved, but on the other hand, it would also be possible to react to very different local conditions, for example, so that pests and/or vegetation can be addressed more specifically.
Andere Bereiche, bei denen eine präzisere Ortsbestimmung nötig wäre, sind z.B. Drohnen und/oder die Überwachung von beweglichen Objekten. Other areas where more precise location determination would be necessary include drones and/or the monitoring of moving objects.
In der wissenschaftlichen Literatur wurden die Fragestellungen der Störerunterdrückung und der Erzielung besserer Genauigkeiten jeweils getrennt betrachtet. Dies führt dazu, dass im Wesentlichen disjunkte Ansätze zur Verfügung gestellt werden. In the scientific literature, the issues of interference suppression and achieving better accuracies have been considered separately. This results in essentially disjoint approaches being provided.
Aufgabe Task
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Lösung bereitzustellen, die kostengünstig ist, eine gute Unterdrückung von Störstrahlung und die Erzielung von Positionsbestimmungen im cm-Bereich erlaubt. It is therefore the object of the invention to provide a solution that is cost-effective, allows good suppression of interference radiation and the achievement of position determinations in the cm range.
Kurzdarstellung der Erfindung Die Aufgabe wird gelöst durch ein Empfangssystem für ein globales Satellitennavigationssystem aufweisend eine Mehrfachantenneneinrichtung, eine Empfängereinrichtung zur Bearbeitung von Signalen der Mehrfachantenneneinrichtung, eine Interferenzunterdrückungseinheit zur Bearbeitung von Signalen der Empfängereinrichtung, eine Aufwärtskonversionseinheit zur Bearbeitung von Signalen der Interferenzunterdrückungseinheit, sowie einen Realtime-Kinematic-Empfängereinheit, wobei die Realtime-Kinematic-Empfängereinheit Daten betreffend ein Signal oder mehrerer Signale an die Interferenzunterdrückungseinheit rückführt, sodass auf Basis dieser Daten die Interferenzunterdrückung und Laufzeitkorrekturparameter eingestellt werden. Brief description of the invention The task is solved by a receiving system for a global satellite navigation system having a multiple antenna device, a receiver device for processing signals from the multiple antenna device, an interference suppression unit for processing signals from the receiver device, an up-conversion unit for processing signals from the interference suppression unit, and a real-time kinematic receiver unit, wherein the real-time kinematic receiver unit returns data relating to one or more signals to the interference suppression unit, so that the interference suppression and transit time correction parameters are set based on this data.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche, der Figuren und der Beschreibung. Further advantageous refinements are the subject of the respective dependent claims, the figures and the description.
Kurzdarstellung der Figuren Short description of the characters
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. The invention is explained in more detail below using a drawing and exemplary embodiments. The drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Ausführungsformen der Erfindung gemäßFig. 1 is a schematic representation of embodiments of the invention
Aspekten der Erfindung, aspects of the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Details von Ausführungsformen der Erfindung,2 shows a schematic representation of a detail of embodiments of the invention,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Details von Ausführungsformen derFig. 3 is a schematic representation of a further detail of embodiments
Erfindung, Invention,
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Ausführungsformen der Erfindung gemäß weitererFig. 4 shows a schematic representation of embodiments of the invention according to further
Aspekte der Erfindung, und Aspects of the invention, and
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Details von Ausführungsformen derFig. 5 is a schematic representation of a further detail of embodiments of the
Erfindung. Invention.
Ausführliche Darstellung der Erfindung Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt. Detailed description of the invention The invention will be presented in more detail below with reference to the figures. It should be noted that different aspects are described, which can be used individually or in combination. This means that any aspect can be used with different embodiments of the invention unless explicitly presented as a pure alternative.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein", „eine" und „eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird. Furthermore, for the sake of simplicity, reference will generally only be made to one entity. Unless explicitly stated, the invention can also have several of the affected entities. In this respect, the use of the words “a”, “an” and “an” should only be understood as an indication that at least one entity is used in a simple embodiment.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar. As far as procedures are described below, the individual steps of a procedure can be arranged and/or combined in any order, unless the context explicitly states otherwise. Furthermore, unless expressly stated otherwise, the methods can be combined with each other.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %. Information with numerical values is generally not to be understood as exact values, but also includes a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.
Soweit in dieser Anmeldung Normen, Spezifikationen oder dergleichen benannt werden, werden zumindest immer die am Anmeldetag anwendbaren Normen, Spezifikationen oder dergleichen in Bezug genommen. D.h. wird eine Norm / Spezifikation etc. aktualisiert oder durch einen Nachfolger ersetzt, so ist die Erfindung auch hierauf anwendbar. To the extent that standards, specifications or the like are named in this application, reference is always made to at least the standards, specifications or the like that are applicable on the filing date. This means that if a standard/specification etc. is updated or replaced by a successor, the invention can also be applied to this.
In den Figuren sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt. Various embodiments are shown in the figures.
Insbesondere zeigen die Figuren unterschiedliche Aspekte von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Empfangssystems für ein globales Satellitennavigationssystem. Dieses erfindungsgemäße Empfangssystem weist zunächst, wie in Figur 1 und Figur 3 gezeigt, eine Mehrfachantenneneinrichtung ANT auf. Dabei können unterschiedliche Arten von Mehrfachantenneneinrichtungen vorgesehen sein, die zum einen sicherstellen, dass entsprechend (zirkular) polarisierte Signale auf mehr als einem Weg empfangen werden können. In particular, the figures show different aspects of embodiments of a reception system according to the invention for a global satellite navigation system. This receiving system according to the invention initially has, as shown in Figure 1 and Figure 3, a multiple antenna device ANT. Different types of multiple antenna devices can be provided, which, on the one hand, ensure that correspondingly (circularly) polarized signals can be received on more than one path.
In Figur 3 sind weiterhin optionale (einstellbar variable) Vorverstärker gezeigt, die ein entsprechendes Signal einer Antenne (in Figur 3 sind vier beispielhafte Antennen einer Mehrfachantenneneinrichtung ANT dargestellt), verstärken können. Obwohl als Bestandteil der Mehrfachantenneneinrichtung ANT dargestellt, ist dies nicht zwingend, sondern in gleicher Weise könnten die optionalen (einstellbar variable) Vorverstärker auch in einer Empfängereinrichtung RX angeordnet sein. Die hier eingestellten und zur Laufzeit veränderbaren Vorverstärkerwerte sind der folgenden Signalverarbeitung (ECU) bekannt (Figur 4). Hieraus werden Laufzeitkorrekturparameter ermittelt. 3 also shows optional (adjustably variable) preamplifiers which can amplify a corresponding signal from an antenna (four exemplary antennas of a multiple antenna device ANT are shown in FIG. 3). Although shown as part of the multiple antenna device ANT, this is not mandatory, but in the same way the optional (adjustably variable) preamplifiers could also be arranged in a receiver device RX. The preamplifier values set here and changeable during runtime are known to the following signal processing (ECU) (Figure 4). From this, runtime correction parameters are determined.
Die Mehrfachantenneneinrichtung ANT kann beispielsweise eine rechteckige 2*2 sein. Mittels solcher Mehrfachantenneneinrichtungen ANT kann ein räumliches Abtasten/Verarbeitung ermöglicht werden. Die entsprechenden Antennenparameter (bestimmen das sogenannte Beam Pattern) können in einer entsprechenden Verarbeitung Berücksichtigung finden und z.B. in einem Speicher abgelegt sein. The multiple antenna device ANT can be, for example, a rectangular 2*2. Using such multiple antenna devices ANT, spatial scanning/processing can be made possible. The corresponding antenna parameters (determine the so-called beam pattern) can be taken into account in appropriate processing and, for example, stored in a memory.
Die Antennen der Mehrfachantenneneinrichtung ANT sind z.B. zum Empfang verschiedener Bänder, insbesondere der LI, L2/E5b, B2I ausgestaltet. Insbesondere können die Antennen der Mehrfachantenneneinrichtung ANT eine Phasenzentrumsvariation für LI von weniger als 5 mm horizontal bzw. weniger als 5 mm in alle Azimutwinkel aufweisen. Für das L2 Band war es in ersten Tests ausreichend eine Phasenzentrumsvariation von weniger als 5 mm horizontal bzw. weniger als 10 mm in alle Azimutwinkel aufzuweisen. The antennas of the multiple antenna device ANT are designed, for example, to receive different bands, in particular LI, L2/E5b, B2I. In particular, the antennas of the multiple antenna device ANT can have a phase center variation for LI of less than 5 mm horizontally or less than 5 mm in all azimuth angles. In initial tests, it was sufficient for the L2 band to have a phase center variation of less than 5 mm horizontally or less than 10 mm in all azimuth angles.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Empfangssystem wie in Figur 1 und Figur 3 gezeigt eine Empfängereinrichtung RX auf. Obwohl als eine Empfangseinrichtung bezeichnet, kann diese Empfangseinrichtung RX für eine oder mehrere Antennen einer Mehrfachantenneneinrichtung ANT eine Umsetzung des hochfrequenten Antennensignals in ein Zwischenband / auf eine Zwischenfrequenz oder das Basisband - gemeinsam oder in getrennten Empfangseinheiten - bereitstellen. Furthermore, the reception system according to the invention has a receiver device RX as shown in FIG. 1 and FIG. 3. Although referred to as a receiving device, this receiving device RX can convert the high-frequency antenna signal into an intermediate band/to one for one or more antennas of a multiple antenna device ANT Provide intermediate frequency or baseband - together or in separate receiving units.
In Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Empfängereinrichtung RX einkommende Signale in das Basisband oder aber auf eine Zwischenfrequenz kleiner als 100 MHz, bevorzugt kleiner als 20 MHz, insbesondere 15,42 MHz heruntermischt. In embodiments it can be provided that the receiver device RX mixes down incoming signals into the baseband or to an intermediate frequency of less than 100 MHz, preferably less than 20 MHz, in particular 15.42 MHz.
Die Empfängereinrichtung RX kann beispielsweise ein (programmierbarer) mehrkanaliger (z.B. 4- kanalig) Mischer inklusive Analog-Digital-Konverter (z.B. ein GNSS-empfänger) sein. Im Rahmen von Testmustern wurde die Umsetzung auf eine Zwischenfrequenz (beispielsweise fiF = 15.42 MHz) vorgenommen ohne hierdurch jedoch die Verwendung des Basisbandes auszuschließen. The receiver device RX can, for example, be a (programmable) multi-channel (e.g. 4-channel) mixer including an analog-digital converter (e.g. a GNSS receiver). As part of test patterns, the conversion to an intermediate frequency (for example fiF = 15.42 MHz) was carried out without, however, excluding the use of the baseband.
Logisch nachfolgend zur Empfängereinrichtung RX ist in den erfindungsgemäßen Empfangssystemen, wie in Figur 1 gezeigt, eine Interferenzunterdrückungseinheit ISU angeordnet. Logically following the receiver device RX, an interference suppression unit ISU is arranged in the reception systems according to the invention, as shown in Figure 1.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Empfangssystem wie in Figur 1 gezeigt eine Aufwärtskonversionseinheit TX sowie einen Realtime-Kinematic-Empfängereinheit RTK-RX auf. Furthermore, the receiving system according to the invention, as shown in Figure 1, has an upconversion unit TX and a real-time kinematic receiver unit RTK-RX.
Dabei setzt die Aufwärtskonversionseinheit TX das um Störeinflüsse bereinigte Signal wieder auf eine höhere Frequenz um - in aller Regel entsprechend der empfangenen Frequenzen auf Seiten der Empfängereinrichtung RX -, die dann einer Realtime-Kinematic-Empfängereinheit zur Verfügung gestellt wird. The up-conversion unit TX converts the signal, which has been cleared of interference, back to a higher frequency - generally corresponding to the frequencies received on the side of the receiver device RX - which is then made available to a real-time kinematic receiver unit.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aufwärtskonversionseinheit TX interferenzunterdrückte Signale, d.h. Signale nach der Verarbeitung durch die Interferenzunterdrückungseinheit ISU, auf Frequenzen kompatibel für einen herkömmlichen GNSS- Empfänger, insbesondere in eines der L-Bänder. aufwärtsmischt. Die erneute Konversion und Zuführung zu einer Empfängereinheit vermag auf den ersten Schein hin widersinnig zu sein. Jedoch können mittels der Realtime-Kinematic-Empfängereinheit Daten betreffend ein Signal oder mehrerer Signale ermittelt und an die Interferenzunterdrückungseinheit ISU rückgeführt werden, sodass auf Basis dieser Daten die Interferenzunterdrückung eingestellt wird. In one embodiment of the invention it can be provided that the upconversion unit TX generates interference-suppressed signals, ie signals after processing by the interference suppression unit ISU, at frequencies compatible with a conventional GNSS receiver, in particular in one of the L-bands. mixes up. The renewed conversion and transfer to a recipient unit may seem absurd at first glance. However, data relating to one or more signals can be determined using the real-time kinematic receiver unit and fed back to the interference suppression unit ISU, so that the interference suppression is set based on this data.
D.h., anders als ein klassisches Lösen von Teilproblemen wird hier ein Zusammenwirken ermöglicht, so dass Erkenntnisse, die bei der Positionsbestimmung mittels einer der Realtime-Kinematic- Empfängereinheit RTK-RX anfallen, die aber für die eigentliche Positionsbestimmung nicht benötigt werden, nunmehr für die Einstellung der Interferenzunterdrückungseinheit ISU verwendet werden, wodurch diese gezielter eingestellt werden können This means that, unlike the classic solution of sub-problems, interaction is made possible here, so that findings that arise when determining the position using one of the real-time kinematic receiver units RTK-RX, but which are not required for the actual position determination, are now used for the setting the interference suppression unit ISU can be used, which means that they can be adjusted more specifically
Mittels der vorgestellten Erfindung ist es möglich im Bereich von Sekunden bis zu Bruchteilen einer Sekunde die Position mit einer Genauigkeit von 1-5 cm zu bestimmen, wobei hier noch Raum zur Verbesserung möglich ist. Using the invention presented, it is possible to determine the position with an accuracy of 1-5 cm in the range of seconds to fractions of a second, although there is still room for improvement here.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist - wie in Figur 4 gezeigt - vorgesehen, dass die Realtime- Kinematic-Empfängereinheit RTK-RX Daten betreffend ein Signal oder mehrerer Signale zur Einstellung und/oder Auswahl einer oder mehrerer Antennen der Mehrfachantenneneinrichtung ANT (und/oder der Vorverstärker) rückführt, sodass auf Basis dieser Daten die Mehrfachantenneneinrichtung ANT und/oder die Interferenzunterdrückung ISU eingestellt werden können In one embodiment of the invention - as shown in Figure 4 - it is provided that the real-time kinematic receiver unit RTK-RX receives data relating to a signal or several signals for setting and / or selecting one or more antennas of the multiple antenna device ANT (and / or the Preamplifier) returns so that the multiple antenna device ANT and / or the interference suppression ISU can be adjusted based on this data
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Interferenzunterdrückungseinheit ISU eine FPGA- Logik oder einen ASIC auf. Mittels solcher Implementierungen ist es möglich die Verarbeitungsgeschwindigkeit hoch zu halten, sodass innerhalb eines kurzen Zeitraumes diese Verarbeitung stattfinden kann. In one embodiment of the invention, the interference suppression unit ISU has an FPGA logic or an ASIC. Using such implementations, it is possible to keep the processing speed high so that this processing can take place within a short period of time.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können auf dem FPGA / ASIC - siehe Figur 5 - auch weitere Elemente vorgesehen / integriert sein. Ebenso kann dem FPGA eine Tochterplatine zur Seite gestellt sein - wenn die Bereitstellung kostengünstiger oder effektiver ist - die z.B. bestimmte Funktionen wie die eines analog-digital-Wandlers ADC auf der Eingangsseite und/oder eines digital-analog-Wandlers DAC auf der Ausgangsseite übernimmt. Without limiting the generality, additional elements can also be provided/integrated on the FPGA/ASIC - see Figure 5. Likewise, the FPGA can be provided with a daughter board - if the provision is more cost-effective or effective - which, for example, has certain functions such as that of an analog-digital converter ADC on the input side and/or a digital-analog converter DAC on the output side.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der analog-digital-Wandler ADC analoge Signale mit einer (einstellbaren) Abtastfrequenz abtastet und mit einer (z.B. hardware-abhängigen) Wortlänge quantisiert. In einem Testaufbau wurde als Abtastfrequenz fs = 62,5 MSamp und ein Quantisierer mit 14 bit verwendet. In particular, it can be provided that the analog-digital converter ADC samples analog signals with an (adjustable) sampling frequency and quantizes them with a (eg hardware-dependent) word length. In a test setup, f s = 62.5 MSamp and a quantizer with 14 bits were used as the sampling frequency.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Interferenzunterdrückungseinheit ISU ein Hilbert- Filter auf. In one embodiment of the invention, the interference suppression unit ISU has a Hilbert filter.
Insbesondere wird das Hilbert-Filter als vorwärtsgerichtetes, lineares digitale Filter bereitgestellt. In particular, the Hilbert filter is provided as a forward linear digital filter.
Die Interferenzunterdrückungseinheit ISU kann - wie in Fig. 2 dargestellt - aus einem NIOS softcore und einem FPGA aufgebaut sein. Um eine besonders gute Leistung zu erhalten kann die VHDL- Kodierung händisch optimiert vorgenommen sein. In einem Testaufbau wurde der vollständige Featuresatz, d.h. Cachespeicher und Fließkommaeinheit genutzt. The interference suppression unit ISU can - as shown in Fig. 2 - be constructed from a NIOS softcore and an FPGA. In order to achieve particularly good performance, the VHDL coding can be optimized by hand. The complete feature set, i.e. cache memory and floating point unit, was used in a test setup.
In Abbildung 5 kann z.B. die Strahlformungs-Gewichtungsfaktorenberechnung BF-WT im NIOS softcore implementiert sein, während die weiteren Elemente wie das Hilbert-Filter Hilbert, eine Phasenregelschleife PLL, die Covarianzmatrixbestimmung Covarianz, ein Tiefpass LP, ein Interpolator IP und ein Strahlformer BF und ebenso eine hochmischende Aufwärtskonversionseinheit TX im FPGA kodiert sein können. In Figure 5, for example, the beam shaping weighting factor calculation BF-WT can be implemented in the NIOS softcore, while the other elements such as the Hilbert filter Hilbert, a phase locked loop PLL, the covariance matrix determination covariance, a low pass LP, an interpolator IP and a beam shaper BF and also a high-mixing upconversion unit TX can be coded in the FPGA.
Das Hilbert Filter kann insbesondere so gestaltet sein, dass es negative Frequenzanteile in der Spektralen-Domäne entfernt, was wiederum zu einem nicht-symmetrischen Spektrum und daher komplexen Datenabtastwerten führt. Die Gewichte für den komplexen Strahlformer BF können auf Basis der Covarianzmatrix Covarianz der einlaufenden Signaldatenströme der (vier) Antennen der Mehrfachantenneneinrichtung ANT abgeschätzt werden. The Hilbert filter can in particular be designed in such a way that it removes negative frequency components in the spectral domain, which in turn leads to a non-symmetrical spectrum and therefore complex data samples. The weights for the complex beam shaper BF can be estimated based on the covariance matrix covariance of the incoming signal data streams of the (four) antennas of the multiple antenna device ANT.
Dieses Eingang-Signal in der Zeit-Domäne an jeder der NANT Antennen (z.B. 4) kann als
Figure imgf000011_0001
dargestellt werden. Die Länge des Vektors xn(t) ist die verwendete Beobachtungszeit, die für die Berechnung des Erwartungswertes verwendet wird. Die Notation der Matrix mit dem Vektor xn(t) in der Zeilendimension und den Antennenvektoren in der Spatendimension ist X. Eine Abschätzung der Covarianzmatrix kann nun als Rxx = E[ H] angegeben werden. Dieses Resultat kann auch in der digitalen Domäne erreicht werden. Bevorzugt ist die Beobachtungszeit für die Berechnung der Covarianzmatrix in der Größenordnung von einigen 100 ms einstellbar. Die Beobachtungszeit ist im Wesentlichen von der Dynamik der beobachteten Objekte abhängig und beeinflusst unmittelbar die Fähigkeiten der Interferenzunterdrückung.
This input signal in the time domain at each of the NANT antennas (e.g. 4) can be used as
Figure imgf000011_0001
being represented. The length of the vector x n (t) is the observation time used to calculate the expected value. The notation of the matrix with the vector x n (t) in the row dimension and the antenna vectors in the spade dimension is X. An estimate of the covariance matrix can now be given as R xx = E[ H ]. This result can also be achieved in the digital domain. The observation time for calculating the covariance matrix can preferably be set to the order of a few 100 ms. The observation time essentially depends on the dynamics of the observed objects and directly influences the interference suppression capabilities.
Der Strahlformer BF kann z.B. durch komplexe Multiplizierer realisiert sein. Dabei wird in aller Regel pro Antenne eine komplexe Multipliziererinstanz (z.B. 4) vorgesehen sein. Diese Multiplizierer können als ein VHDL-Macro bereitgestellt sein. Dabei sollte ein Augenmerk ebenso wie bei der Berechnung der inversen Covarianzmatrix darauf gelegt werden, dass die Skalierung, Rundung als auch Signalbegrenzung der digitalen Werte geeignet gewählt werden. The beam shaper BF can be implemented, for example, by complex multipliers. As a rule, a complex multiplier instance (e.g. 4) will be provided for each antenna. These multipliers can be provided as a VHDL macro. As with the calculation of the inverse covariance matrix, attention should be paid to ensuring that the scaling, rounding and signal limitation of the digital values are selected appropriately.
Der Interpolator IP und der Tiefpassfilter LP verarbeiten Signalströme für die Aufwärtsmischung in der Aufwärtskonversionseinheit TX vor. In einem Testaufbau wird dabei zunächst auf eine Zwischenfrequenz mit einer Mittenfrequenz von f|F2 = 40,41 MHz und einer Abtastfrequenz von fDAc=125 MHz angehoben. The interpolator IP and the low-pass filter LP preprocess signal streams for upconversion in the upconversion unit TX. In a test setup, an intermediate frequency with a center frequency of f| F 2 = 40.41 MHz and a sampling frequency of f D Ac = 125 MHz.
In einer weiteren Aufwärtskonversionseinheit TX (siehe Figur 1 und 4) werden nunmehr die (auf einer Zwischenfrequenz fjF2 befindlichen) Signalströme auf das Zielband - vorliegend beispielhaft zumindest eines der L-Bänder, angehoben. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können natürlich weiter Komponenten, wie z.B. ein Oberflächenfilter oder dergleichen zur Unterdrückung störender Signale / Mischprodukte vorgesehen sein. In a further upconversion unit TX (see FIGS. 1 and 4), the signal streams (located at an intermediate frequency fj F 2 ) are now increased to the target band - in this case, for example, at least one of the L bands. Without limiting the generality, further components, such as a surface filter or the like, can of course be provided to suppress disturbing signals/mixed products.
Eine beispielhafte Interferenzunterdrückungseinheit ISU kann auf Basis räumlicher Signalverarbeitung Störsignale unterdrücken / entfernen. Ein beispielhafter Verarbeitungsvorgang kann auf der Abschätzung der Phase und der Covarianzmatrix des einkommenden Störersignals basieren. Basierend hierauf kann dann ein Satz komplexer Koeffizienten berechnet werden und auf einen einkommenden vollratigen Datenstrom angewendet werden. An exemplary interference suppression unit ISU can suppress/remove interference signals based on spatial signal processing. An example processing operation may be based on estimating the phase and covariance matrix of the incoming interferer signal. Based on this, a set of complex coefficients can then be calculated and applied to an incoming full-rate data stream.
Um ein interferenzfreies Signal y zu empfangen wird der Antenneneingangsvektor
Figure imgf000012_0001
mit dem Inversen der Covarianzmatrix
In order to receive an interference-free signal y the antenna input vector
Figure imgf000012_0001
with the inverse of the covariance matrix
Rxx = E[XX"] multipliziert, wobei H den Hermitischen Operator und E [] den Erwartungsoperator bezeichnet.R xx = E[XX"] multiplied, where H denotes the Hermitian operator and E [] the expectation operator.
Demnach kann das Ausgangssignal als y=wHX beschrieben werden. Accordingly, the output signal can be described as y=w H X.
Die benötigten Gewichte können dann wie folgt berechnet werden
Figure imgf000012_0002
The required weights can then be calculated as follows
Figure imgf000012_0002
, wobei Rxx die Dimension NANT X NANT, X die Dimension NANT X 1, W die Dimension
Figure imgf000012_0003
x 1 und der Steuerungsvektor d ebenso die Dimension NANT X 1 aufweist. Der Steuerungsvektor d ist im Testaufbau ein frei wählbarer Parameter, der auf den Zenit eingestellt ist, sollten keine weiteren Informationen verfügbar sein, d.h. die Strahlformungsgewichte werden zu (0.25,0.25,0.25,0.25) gesetzt. Die Berechnung der Inversen der Covarianzmatrix Rxx stellt dabei die höchste Anforderungan die Berechnung. Diese wird in einem Testaufbau mittels einer Eigenwertzerlegung realisiert.
, where R xx is the dimension N ANT XN ANT , X is the dimension N ANT X 1, W is the dimension
Figure imgf000012_0003
x 1 and the control vector d also has the dimension N ANT X 1. The control vector d is a freely selectable parameter in the test setup, which is set to the zenith if no further information is available, ie the beam shaping weights are set to (0.25,0.25,0.25,0.25). The calculation of the inverse of the covariance matrix R xx places the highest demands on the calculation. This is implemented in a test setup using eigenvalue decomposition.
Hierzu wird die Covarianzmatrix in die korrespondierenden Eigenwerte A und Eigenvektoren U zerlegt. For this purpose, the covariance matrix is broken down into the corresponding eigenvalues A and eigenvectors U.
Rxx = UAUH R xx = UAU H
Basierend auf A und U kann die Berechnung der Inversen von Rxx vereinfacht werden. Based on A and U, the calculation of the inverse of R xx can be simplified.
In einer einfachen Realisierung basiert die Interferenzunterdrückungseinheit ISU auf einer einfachen Multiplikation des einkommenden (4-kanaligen) Signals (auf der heruntergemischten Zwischenfrequenz), der inversen Covarianz-Matrlx ß^l und des Steuerungsvektors d zum Zenith. In a simple implementation, the interference suppression unit ISU is based on a simple multiplication of the incoming (4-channel) signal (at the down-converted intermediate frequency), the inverse covariance matrix ß^l and the control vector d to the zenith.
In Figur 4 ist weiterhin eine externe Verarbeitungseinheit ECU dargestellt. Diese stellt eine beispielhafte Signalverarbeitung der Kontrollsignale zur Verfügung, sodass die einzelnen Einheiten des Empfangssystems sowohl Konfigurationsdaten als zu konfigurierende Daten austauschen können. Zu diesen Daten zählen ohne hierauf beschränkt zu sein: Ein Antennenmuster, eine Covarianz-Matrix, Gewichtungsfaktoren, Eigenwerte, Trägerphasen, Codephasen, Sichtbare Satelliten, etc. An external processing unit ECU is also shown in FIG. This provides exemplary signal processing of the control signals so that the individual units of the receiving system can exchange both configuration data and data to be configured. This data includes, but is not limited to: An antenna pattern, a covariance matrix, weighting factors, eigenvalues, carrier phases, code phases, visible satellites, etc.
Die externe Verarbeitungseinheit ECU kann z.B. die Daten der Mehrfachantenneneinrichtung ANT nutzen, die z.B. durch eine Vermessung oder eine Simulation der Anordnung der einzelnen Antennen der Mehrfachantenneneinrichtung ANT vorliegen, um Phasen- und Amplitudenkorrekturen (Laufzeitkorrekturparameter) zu berücksichtigen. The external processing unit ECU can, for example, use the data from the multiple antenna device ANT, which is available, for example, from a measurement or a simulation of the arrangement of the individual antennas of the multiple antenna device ANT, in order to take phase and amplitude corrections (time of flight correction parameters) into account.
Die Eingangsdaten für die Empfängereinrichtung RX stellen Konfigurationsdaten dar; unter anderem Verstärkungsfaktoren, Kennlinienparameter, die adaptiv auf das Eingangssignal abgestimmt werden können. Die Adaption soll für bessere Ergebnisse über die ECU erfolgen, da hier alle Informationen gebündelt vorliegen. Die Interferenzunterdrückungseinheit ISU kann z.B. Informationen über die Störerart und - Störercharakteristik an die ECU zur weiteren Verarbeitung zurückgeben. The input data for the receiver device RX represents configuration data; among other things, amplification factors and characteristic curve parameters that can be adjusted adaptively to the input signal. The adaptation should be carried out via the ECU for better results, as all the information is bundled here. The interference suppression unit ISU can, for example, return information about the type and characteristics of the interference to the ECU for further processing.
Ebenso kann die Aufwärtskonversionseinheit TX von der ECU Parameter erhalten und Statussignale an die externe Verarbeitungseinheit ECU zurückgeben. Likewise, the upconversion unit TX can receive parameters from the ECU and return status signals to the external processing unit ECU.
Weiterhin kann die Realtime-Kinematic-Empfängereinheit RTK-RX eine berechnete Position an die externe Verarbeitungseinheit ECU geben. Ebenso können RTK-Empfängereinstellungen und / oder Empfängermessungen (z.B. Range-Messungen, Verstärkereinstellungen) an die externe Verarbeitungseinheit ECU geleiführt werden. Die Realtime-Kinematic-Empfängereinheit RTK-RX kann von externe Verarbeitungseinheit der ECU Laufzeitkorrekturparameter zur Verbesserung z.B. der Genauigkeit und Stabilität erhalten. Furthermore, the real-time kinematic receiver unit RTK-RX can send a calculated position to the external processing unit ECU. RTK receiver settings and/or receiver measurements (e.g. range measurements, amplifier settings) can also be sent to the external processing unit ECU. The real-time kinematic receiver unit RTK-RX can receive runtime correction parameters from the ECU's external processing unit to improve, for example, accuracy and stability.
Ausgangsdaten des Gesamtsystems können die verbesserte Empfängermessungen und optionale Zusatzinformationen ZI sein, die unter anderem den inneren Zustand des Systems angeben. Output data of the entire system can be the improved receiver measurements and optional additional information ZI, which, among other things, indicates the internal state of the system.
D.h., die externe Kontrolleinheit (ECU) kann auf Basis von Daten, die von einzelnen oder mehreren übrigen Einheiten des Signalpfades zusammengetragenen wurden und an der externen Kontrolleinheit (ECU) zur Verfügung gestellt werden, eine Positionierung auf Basis einer Trägerphasenschätzung, insbesondere jedoch eine Trägerphasenmessung ermöglichen. D.h. mit Informationen aus der Verarbeitungskette, z.B. Antennencharakteristik, Frontendeinstellungen, Informationen der Störunterdrückung und die Informationen aus dem RTK-Empfänge, zusammen kann trotz der Störerunterdrückung, die bei einer herkömmlichen Verarbeitung zu Phasenfehlern führt, wieder eine RTK-Positionsgenauigkeit erreicht werden. That is, the external control unit (ECU) can enable positioning based on a carrier phase estimate, but in particular a carrier phase measurement, based on data that was collected by one or more other units of the signal path and made available to the external control unit (ECU). . This means that with information from the processing chain, e.g. antenna characteristics, front end settings, information from the interference suppression and the information from the RTK reception, together RTK position accuracy can be achieved again despite the interference suppression, which leads to phase errors in conventional processing.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung eines erfindungsgemäßen Empfangssystems zur Positionsbestimmung, wobei die Position in einem Bereich von weniger als 1 dm genau bestimmt werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Empfangssystems zur Positionsbestimmung in der Landwirtschaft. The invention also relates to the use of a receiving system according to the invention for position determination, whereby the position can be determined precisely in a range of less than 1 dm. The invention further relates to the use of a receiving system according to the invention for position determination in agriculture.

Claims

Ansprüche Empfangssystem für ein globales Satellitennavigationssystem aufweisend: Claims receiving system for a global satellite navigation system comprising:
• eine Mehrfachantenneneinrichtung (ANT), • a multiple antenna device (ANT),
• eine Empfängereinrichtung (RX) zur Bearbeitung von Signalen der Mehrfachantenneneinrichtung (ANT), • a receiver device (RX) for processing signals from the multiple antenna device (ANT),
• eine Interferenzunterdrückungseinheit (ISU) zur Bearbeitung von Signalen der Empfängereinrichtung (RX), • an interference suppression unit (ISU) for processing signals from the receiver device (RX),
• eine Aufwärtskonversionseinheit (TX) zur Bearbeitung von Signalen der Interferenzunterdrückungseinheit (ISU), sowie • an upconversion unit (TX) for processing signals from the interference suppression unit (ISU), as well as
• eine Realtime-Kinematic-Empfängereinheit (RTK-RX) zur Bearbeitung von Signalen der Aufwärtskonversionseinheit (TX), • a real-time kinematic receiver unit (RTK-RX) for processing signals from the upconversion unit (TX),
• wobei die Realtime-Kinematic-Empfängereinheit (RTK-RX) Daten betreffend ein Signal oder mehrerer Signale an die Interferenzunterdrückungseinheit (ISU) rückführt, sodass auf Basis dieser Daten die Interferenzunterdrückung und Laufzeitkorrekturparameter eingestellt wird. Empfangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Realtime-Kinematic- Empfängereinheit (RTK-RX) Daten betreffend ein Signal oder mehrerer Signale zur Einstellung und/oder Auswahl einer oder mehrerer Antennen der Mehrfachantenneneinrichtung (ANT) rückführt, sodass auf Basis dieser Daten die Mehrfachantenneneinrichtung (ANT) und die Interferenzunterdrückung (ISU) eingestellt werden. Empfangssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferenzunterdrückungseinheit (ISU) eine FPGA Logik oder einen ASIC aufweist. Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (RX) ein einkommendes Signal in das Basisband oder aber auf eine Zwischenfrequenz kleiner als 100 MHz, bevorzugt kleiner als 20 MHz, insbesondere 15,42 MHz heruntermischt. Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (RX) ein einkommendes Signal auf eine Zwischenfrequenz mit 15,42 MHz heruntermischt. • whereby the real-time kinematic receiver unit (RTK-RX) returns data relating to one or more signals to the interference suppression unit (ISU), so that the interference suppression and transit time correction parameters are set based on this data. Reception system according to claim 1, characterized in that the real-time kinematic receiver unit (RTK-RX) returns data relating to a signal or several signals for setting and / or selecting one or more antennas of the multiple antenna device (ANT), so that based on this data Multiple antenna device (ANT) and interference suppression (ISU) can be set. Receiving system according to claim 1 or 2, characterized in that the interference suppression unit (ISU) has an FPGA logic or an ASIC. Reception system according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver device (RX) mixes down an incoming signal into the baseband or to an intermediate frequency smaller than 100 MHz, preferably smaller than 20 MHz, in particular 15.42 MHz. Reception system according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the receiver device (RX) downmixes an incoming signal to an intermediate frequency of 15.42 MHz.
6. Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferenzunterdrückungseinheit (ISU) ein Hilbert-Filter aufweist. 6. Receiving system according to one of the preceding claims, characterized in that the interference suppression unit (ISU) has a Hilbert filter.
7. Empfangssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilbert-Filter als vorwärtsgerichteters, linearers digitalers Filter bereitgestellt wird. 7. Receiving system according to claim 6, characterized in that the Hilbert filter is provided as a forward, linear digital filter.
8. Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärtskonversionseinheit (TX) interferenzunterdrückte Signale auf Frequenzen kompatibel für einen herkömmlichen GNSS-Empfänger aufwärtsmischt. 8. Receiving system according to one of the preceding claims, characterized in that the upconversion unit (TX) upconverts interference-suppressed signals to frequencies compatible with a conventional GNSS receiver.
9. Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche. , dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Verarbeitungseinheit (ECU) eine Signalverarbeitung von Kontrollsignale zur Verfügung stellt, sodass die einzelnen Einheiten des Empfangssystems sowohl Konfigurationsdaten als zu konfigurierende Daten austauschen können.. 9. Receiving system according to one of the preceding claims. , characterized in that an external processing unit (ECU) provides signal processing of control signals so that the individual units of the receiving system can exchange both configuration data and data to be configured.
10. Verwendung eines Empfangssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Positionsbestimmung, wobei die Position in einem Bereich von weniger als 1 dm genau bestimmt werden kann. 10. Use of a receiving system according to one of the preceding claims for position determination, wherein the position can be determined precisely in a range of less than 1 dm.
11. Verwendung eines Empfangssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 zur Positionsbestimmung in der Landwirtschaft. 11. Use of a receiving system according to one of the preceding claims 1 to 9 for position determination in agriculture.
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DE69802780T2 (en) * 1997-01-31 2002-08-08 Thales Avionics S.A., Velizy-Villacoublay ANALOG SIGNAL PROCESSING CIRCUIT FOR RECEIVERS OF SATELLITE POSITION SIGNALS

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