CN103221840A - 机动车辆中的位置确定设备和信息融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机动车辆中的位置确定设备，该位置确定设备包含：至少一个接收器设备，用于从分配到全球导航系统的多个卫星接收地点信号和时间信号；以及位置计算模块，用于基于接收的地点数据和时间数据计算位置信息。该位置确定设备的特征在于该至少一个接收器设备在结构上集成在光学传感器单元的外壳中的事实，其中外壳布置在挡风玻璃的上边缘的区域中的乘客车厢中，并且其中外壳具有至多到车辆数据总线的单个连接和至多到车辆电源的单个连接。

Description

机动车辆中的位置确定设备和信息融合方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的位置确定设备和根据权利要求9的前序部分的信息融合方法。

周围环境技术

现有技术公开了用作机动车辆应用中的周围环境传感器的多个不同单一和立体照相机。由于这种照相机系统提供与驾驶员辅助系统的连接的各种新机会，它们变得越来越广泛。在本文中，立体照相系统不仅适于对象识别，而且附加地适于距离确定。类似地，通常基于GPS设计的导航系统也在越来越普遍的车辆中作为标准存在。这些导航系统使用接收的卫星信号来执行位置确定且沿着借助于数字地图确定的行驶路线引导驾驶员到达目的地。在这种情况中，导航系统从尽可能多的卫星接收的卫星信号越多且接收这些信号的距离越远，可以越精确地执行位置确定。

例如DE102008061749A1中所公开的，照相机系统通常布置在乘客空间内部。此处描述的照相机系统安装在A柱的上交叉连接上的挡风玻璃前。此处，由于在行驶方向中几乎不受限制的视场，存在用于光学周围环境识别的良好先决条件。同时，通过挡风玻璃的车辆乘客的视线不受限制或仅受很小的限制。为了避免从不被监控的区域外部进入照相机传感器系统的光的不需要的照射，基于现有技术的照相机系统还被已知的杂散光保护环绕。

DE102008020446A1描述了用于校正内部计算的车辆地点的校正装置。照相机传感器或ESP传感器系统用于识别对应于车辆的行驶路线上的突出点的第一地点且从存储器单元读出相关地点。再者，校正装置包含用于确定车辆的第二地点的例如基于GPS的地点确定单元。然后可以使用确定的第一地点校正确定的第二地点。

在信息捕获、信息处理以及因此信息可靠性的不断改善期间，传感器信息的各个项目在机动车辆部分中被不断融合。就此方面而言，DE102007058192A1公开了一种用于多个辅助系统的中央控制器，该多个辅助系统在机动车辆中提供且至少一定程度地装配有周围环境传感器。中央控制器在数据级别连接到各个辅助系统且使用来自其他周围环境传感器的信息检查来自周围环境传感器的信息。举例而言，来自照相机的图像信息可以确认来自雷达传感器的间隔测量。传感器信息的各个项目因此可以具有针对它们执行的似真性检查且可以以冗余形式使用。来自不同传感器的各个信号的这种耦合已知为传感器融合。

从现有技术已知的用于车辆应用的卫星辅助位置确定设备首先已经具有由于用于卫星信号的接收装置的已知安装位置导致的缺点。基于现有技术，接收装置要么布置在仪表盘中、顶板上、后挡板中，要么布置车辆的侧镜中。在第一情况中，信号从卫星到接收装置的传播路径被车辆顶板干扰，这导致减小的接收可靠性和因此减小的位置精确性。在后三种情况中，尽管改善的接收质量可用，它与增加的安装介入和同样增加的成本介入相关。除此之外，迄今为止，作为不断增加的通常传感器融合的一部分，位置确定设备中另外的安装介入和成本介入意味着与其他车辆传感器相关。

因此，本发明的目的是提供一种位置确定设备，其组合相对小的安装介入和用于卫星信号的相对好的接收质量，且在没有另外的安装介入的条件下，这样做能够耦合确定位置信息和来自至少一个另一传感器的信息，作为传感器融合的一部分。

发明内容

本发明借助于根据权利要求1所述的位置确定设备和根据权利要求9所述的信息融合方法实现该目的。

机动车辆中根据本发明的位置确定设备包含：至少一个接收装置，用于从与全球导航系统相关的多个卫星接收地点和时间信号；以及位置计算模块，用于从接收的地点和时间数据计算位置信息。该位置确定设备的特征在于，至少一个接收装置物理地集成在光学传感器单元的外壳中，其中外壳布置在乘客空间中挡风玻璃的上边缘的区域中，且其中外壳具有至多到每个现有车辆数据总线类型的单个连接以及至多到车辆电源的单个连接。光学传感器单元的外壳中接收装置的集成首先导致与车辆中光学传感器单元、接收装置和位置计算模块的单独和分别独立安装相比相对小的安装介入的优点。同时，用于安装的成本减小。尤其是，就具有到车辆电源的公共连接和经由公共连接到车辆数据总线的通信的光学传感器单元和位置确定设备而言，存在用于车辆中安装的所得简化和益处。如果车辆包含例如Flexray和CAN的不同车辆总线类型，本发明还允许向每个车辆数据总线类型提供单个连接。除了上面全都改善位置确定设备的可靠性和精确度，另一优点在于外壳将布置在挡风玻璃的上边缘的区域中，例如布置在后视镜附近。因此，针对光学传感器单元获得通常需要被监控的区域中的相对好的捕获条件，且针对位置确定设备，获得相对好的接收条件。鉴于用于减小空气阻力的曾经较平坦的挡风玻璃的发展以及从与全球导航系统相关的卫星获得位置计算所需的针对地点和时间信号的伴随较大可能接收角度，这是尤其有利的。

优选地，附加地，位置计算模块物理地集成在外壳中。这导致另一优点：位置计算模块既不要求到车辆电源的单独连接，也不要求到车辆数据总线的单独连接。这还减小了安装介入和成本介入。另外，因为位置计算模块因此也物理地布置在光学传感器单元的外壳中，提供用于相对简单地完成光学传感器单元和位置确定设备的信息融合的先决条件。不需要诸如线缆或单独总线连接之类用于光学传感器单元和计算位置信息的位置计算模块之间的数据传输的附加介入。

使用特定偏好，位置计算模块在数据级别耦合到光学传感器单元的图像处理模块，其中尤其是，位置计算模块和图像处理模块融合以形成公共电子计算模块。在数据级别的耦合允许用于位置计算模块和图像处理模块的信息交换和信息融合。如果位置计算模块和图像处理模块甚至融合为形成公共电子计算模块，则信息融合是尤其有效的，因为从相同的计算模块处理所有信息且因此在不同计算模块之间没有用于信息融合的信息交换。这首先改善了光学传感器的信号处理，因为捕获的图像的可靠处理要求考虑车辆在两个图像捕获操作之间覆盖的距离。进而可以从来自位置确定设备的位置信息的时间推演获得覆盖距离。另外，还可以从驱动动态传感器获得关于覆盖距离的信息，但是该信息首先必须经由车辆数据总线发射。其次，通过位置确定设备捕获的信息可以借助于来自光学传感器单元的信息验证。举例而言，这允许位置确定设备中短期测量误差或干扰的简单识别和消除。另外，照相机还可以用于识别周围环境条件，且来自卫星的地点和时间信号的评价可以与这些条件匹配。举例而言，因而可以识别城市峡谷，该区域中，与路上行驶相比，可接收卫星的数目严重减小。

优选地，设备的特征在于，光学传感器单元是固有已知单一或立体照相机模块或激光扫描仪且尤其是固有已知驾驶员辅助系统的部件。这种单一或立体照相机模块的使用长时间以来是已知的且单一或立体照相机模块在很多车辆中作为各个驾驶员辅助系统的一部分作为标准存在。因此，因为对于根据本发明的位置确定设备而言，可以借助总是存在的光学传感器单元，附加安装和成本介入消失。通常，单一或立体照相机模块用于对象识别且还至少在立体照相模块的情况中用于距离测量。

基于本发明的另一优选实施例，位置确定设备是GPS模块、伽利略模块、GLONASS模块、Compass模块或SBAS模块。所述模块主要在用于发送地点和时间信号的频率范围方面彼此不同，而不管在本发明的上下文中，其相应指定特征可以等同地用作位置确定设备。

方便地，挡风玻璃在光学传感器单元的区域中不被金属化且尤其在接收装置的区域中不被金属化。这首先导致光学传感器单元的改善捕获能力的优点。如果挡风玻璃在接收装置的区域中也不被金属化，由与全球导航系统相关的卫星发送的地点和时间信息的接收被附加地改善。否者，发送的地点和时间信息中的一定比例将总是通过金属化吸收或反射。

再者，有利的是，光学传感器单元具有至少一个杂散光保护元件，且尤其是，该至少一个接收装置物理地集成在杂散光保护元件中。杂散光保护元件防止在光学传感器单元上入射不希望光辐射，诸如来自被监控的区域外部的直接绝缘或入射射线。杂散光保护元件中接收装置的物理集成首先进一步改善了接收装置的接收特性，因为它不被杂散光保护元件遮蔽。其次，光学传感器单元的捕获范围不被接收装置降低，因为其在杂散光保护元件中的集成意味着它仅隐藏不希望以任意方式捕获的那些区域。当立体照相机用作光学传感器单元时，在两个杂散光保护元件中的每一个中的集成是可能的而没有限制。

另外，有利地，至少一个接收装置物理集成在用于形成立体照相机模块的两个单一照相机模块的连接部分中。取决于立体照相模块的不同设计，与其他安装位置相比，连接部分中的集成可以与接收装置的更好接收特性相链接。另外，可以导致生产简化。

本发明还涉及用于机动车辆中位置确定设备的信息融合方法，其中至少一个接收装置用于从与全球导航系统相关的多个卫星接收地点和时间信息且其中借助于位置计算算法从接收的地点和时间信息计算位置信息。另外，图像信息和/或间隔信息借助于光学传感器单元被捕获且借助于图像处理算法被处理。根据本发明的方法的特征在于，至少地，至少一个接收装置和光学传感器单元借助于公共连接而连接到车辆数据总线且借助于公共连接而连接到车辆电源。根据本发明的方法因此被设计为在根据本发明的位置确定设备中实施且导致已经结合位置确定设备描述的优点。

优选地，附加地，位置确定设备的位置计算模块（该位置计算模块执行位置计算算法）借助于公共连接而连接到车辆数据总线且借助于公共连接而连接到车辆电源。这简化且加速了根据本发明的方法，因为位置确定设备的所有元件和光学传感器单元的所有元件由于公共连接彼此密切耦合，这提示了快速且有效的信息交换。

使用特定偏好，图像处理算法和位置计算算法通过公共电子计算模块执行，其中尤其是，光学传感器单元的位置计算模块和图像处理模块（该模块执行图像处理算法）被融合以形成公共电子计算模块。用于执行位置计算算法和图像处理算法二者的公共电子计算模块的使用进一步简化且加速了根据本发明的方法，因为所有信息被相同的电子算术单元处理。因此，不需要总是与计算时间和计算功率介入相关的不同算术单元之间的信息交换。

另外，有利的是，位置计算算法计算的位置信息、尤其是从所述位置信息的时间推算用于借助于图像处理算法改善图像信息的处理。关于两个图像捕获操作之间车辆覆盖的距离的信息用于改善图像处理。因此，对象可以被更确定地识别且可以从图像信息的处理获得更精确的信息。

具体而言，有利的是，附加驱动动态传感器信息用于借助于图像处理算法改善图像信息的处理。还可以从驱动动态传感器信息确定关于两个图像捕获操作之间车辆覆盖的距离的信息。该信息可以增加且校正来自位置计算算法的信息，这导致图像信息的处理中的进一步改善。

方便地，借助于处理的图像信息验证和/或校正位置信息。这导致可以改善位置信息的可靠性的优点。举例而言，可以使用图像信息来识别车辆是否处于交汇点，是否在桥下或隧道中行驶。因此，它是从位置计算算法验证和校正位置信息的简单方式。

基于本发明的另一优选实施例，处理的图像信息用于确定用于地点和时间信号的占优接收条件，且尤其是地点和时间信号的处理匹配占优接收条件。这允许接收的地点和时间信号以总是正确的情形且以最佳方式极大匹配的方式由位置计算算法处理。因而，例如图像信息允许识别车辆是否处于浓密构建住宅上的城市峡谷且到与全球导航系统相关的特定数目的卫星的信号路径是否被建筑物中断。可以从上述信息清晰可见地识别车辆是否位于路上且在从各个卫星的信号路径中是否没有中断。接收的地点和时间信号的处理的匹配允许相对更好精确度和可靠性的位置确定。

附图说明

参考附图，可以在子权利要求和下面示例性实施例的描述中发现其他优选实施例，附图中：

图1示出根据本发明的位置确定设备的示意性说明，

图2示出根据本发明进入隧道且装备有位置确定设备的车辆，以及

图3以流程图的形式示出根据本发明的方法的示例性序列。

具体实施方式

图1示意性示出根据本发明的位置确定设备101的可能实施例。位置确定设备101包含接收装置102，其被设计为从与全球导航系统相关的多个卫星接收地点和时间信号。举例而言，接收装置102是GPS天线。数据线103连接接收装置102到电子算术单元104。电子算术单元104是融合的位置计算模块和图像处理模块。因此，电子算术单元104执行位置计算算法和图像处理算法二者。因此，图像信息立即可用于位置计算算法，且相反地，位置信息立即可用于图像处理算法。尤其是，通过立体照相机模块106获得的车辆速度或在两个图像捕获操作之间车辆覆盖的距离是对于图像处理关键的信息。再者，数据线105连接电子算术单元104到立体照相机模块106。立体照相机模块106包含通过网络109物理连接的两个单独的单一照相机模块107和108。因为涉及立体照相机模块，不仅一般地可以捕获光学信息，还可以确定距离。为了避免到单一照相机模块107和108的不希望光的照射，单一照相机模块107和107设置有杂散光保护元件110和111。再者，电子算术单元104使用连接113借助于数据线112连接到车辆数据总线（未示出）。因为所有所述组件集成在立体照相机模块的外壳114中，针对所有组件，仅需要到车辆数据总线的一个公共连接113。类似地，针对所有组件，仅需要到车辆电源的一个公共连接115。为清晰起见，未示出被外壳114环绕的元件的单个电源轨迹。车辆数据总线可以用于发射图像信息和位置信息且使得所述信息可用于各个车辆系统和辅助设备。在该示例性实施例中，图像信息和位置信息分别针对ADAS地平线、导航系统和道路工作辅助可用。再者，车辆数据总线用于向电子算术单元104发射驱动动态传感器信息，除了来自位置计算算法的位置信息，该电子算术单元104使用所述信息通过图像处理算法来改善图像信息的处理。外壳114在后视镜的水平布置在车辆挡风玻璃内侧。这提供对于正面具有大最佳视场的立体照相机模块106。另外，它导致用于接收装置102的相对非常好的接收条件，因为在这种情况中，通常存在到全球导航系统的卫星的非中断信号路径。总而言之，外壳114中立体照相机模块106、接收装置102和公共电子算术单元104的集成因此导致用于接收装置102的改善接收条件、借助于来自立体照相机106和接收装置102的数据融合导致改善图像处理且导致改善的位置确定。最后，因为到车辆数据总线的公共连接113和到车辆电源的公共连接115可用于外壳114环绕的所有元件，安装介入和成本介入减小。

图2示出装配有根据本发明的位置确定设备（未示出）的车辆21。车辆21在隧道23的方向中在道路22上行驶。只要车辆21在道路22上仍在隧道23前面，在车辆21中存在的位置确定设备以良好质量接收卫星24、25、26和27发射的地点和时间信号。在车辆21中存在的单一照相机模块（同样未示出）识别车辆21正进入隧道23。针对接收的地点和时间信号的评估，考虑该信息。位置确定设备因此假设：在到达隧道23时，可用地点和时间信号的信号质量严重下降或信号不再能够被捕获。相应地，源于地点和时间信号的评估的位置精确度归因于较小可靠性。在卫星24、25、26和27的信号连接完全中断的事件中，车辆21处于隧道23中的信息意味着不针对位置确定设备假设错误。

图3以流程图的形式示出根据本发明的方法的示例性序列。首先，在步骤31中使用接收装置从与全球导航系统相关的多个卫星接收地点和时间信号。同时，在步骤33中借助于光学传感器单元捕获图像信息。在方法步骤32中，位置计算算法从在步骤31中接收的地点和时间信息计算位置信息。在步骤34中，与之并行，图像处理算法处理在步骤32中捕获的图像信息。另外，在步骤32和32中，发生图像处理算法和位置计算算法之间的信息交换，所述信息交换涉及使用用于位置信息的时间推演来改善图像处理，且涉及使用处理的图像信息来改善位置计算。在步骤35中，位置信息和处理的图像信息融合，且在步骤36中，融合的位置和图像信息借助到车辆数据总线的公共连接被发射到另一驾驶员辅助系统和车辆系统。

Claims (15)

1.机动车辆中的位置确定设备（101），包含

至少一个接收装置（102），用于从与全球导航系统相关的多个卫星接收地点和时间信号，以及

位置计算模块（104），用于从接收的地点和时间数据计算位置信息，

其特征在于

所述至少一个接收装置（102）物理地集成在光学传感器单元（106）的外壳（114）中，

其中所述外壳（114）布置在乘客空间中挡风玻璃的上边缘的区域中，并且

其中所述外壳（114）具有至多到每个现有车辆数据总线类型的单个连接（113）以及至多到车辆电源的单个连接（115）。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于

附加地，所述位置计算模块（104）物理地集成在所述外壳中。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于

所述位置计算模块（104）在数据级别耦合到所述光学传感器单元（106）的图像处理模块（104），其中尤其是，所述位置计算模块（104）和所述图像处理模块（104）融合以形成公共电子计算模块（104）。

4.根据权利要求1至3其中至少一个所述的设备，其特征在于

所述光学传感器单元（106）是固有已知单一或立体照相机模块（106）或激光扫描仪且尤其是固有已知驾驶员辅助系统的一部分。

5.根据权利要求1至4其中至少一个所述的设备，其特征在于

所述位置确定设备（102）是GPS模块、伽利略模块、GLONASS模块、Compass模块或SBAS模块。

6.根据权利要求1至5其中至少一个所述的设备，其特征在于

所述挡风玻璃在所述光学传感器单元（106）的区域中不被金属化且尤其在接收装置的区域中不被金属化。

7.根据权利要求1至6其中至少一个所述的设备，其特征在于

所述光学传感器单元（106）具有至少一个杂散光保护元件（110，111），且尤其是，所述至少一个接收装置（102）物理地集成在杂散光保护元件（110，111）中。

8.根据权利要求1至7其中至少一个所述的设备，其特征在于

所述至少一个接收装置（102）物理地集成在用于形成立体照相机模块（106）的两个单一照相机模块（107，108）的连接部分（109）中。

9.一种信息融合方法，用于机动车辆中位置确定设备，尤其用于根据权利要求1至8其中至少一个所述的位置确定设备，

－其中至少一个接收装置用于从与全球导航系统（31）相关的多个卫星接收地点和时间信号，

－其中借助于位置计算算法（32）从接收的地点和时间数据计算位置信息，

－其中另外借助于光学传感器单元（33）捕获图像信息和/或间隔信息，以及

－其中借助于图像处理算法（34）处理图像信息和/或间隔信息，

其特征在于

－至少所述至少一个接收装置（102）和所述光学传感器单元（106）借助于公共连接（113）而连接到车辆数据总线且借助于公共连接（115）而连接到车辆电源。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于

附加地，所述位置确定设备（101）的位置计算模块（104）借助于公共连接（115）而连接到车辆数据总线且借助于公共连接（113）而连接到车辆电源，所述位置计算模块执行所述位置计算算法。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于

所述图像处理算法和所述位置计算算法通过公共电子计算模块（104）执行，其中尤其是，所述光学传感器单元（106）的所述位置计算模块（104）和图像处理模块（104）被融合以形成公共电子计算模块（104），所述图像处理模块执行所述图像处理算法。

12.根据权利要求9至11其中至少一个所述的方法，其特征在于

由所述位置计算算法计算的位置信息、尤其是从所述位置信息的时间推算用于借助于所述图像处理算法改善图像信息的处理。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于

附加地，驱动动态传感器信息用于借助于所述图像处理算法改善图像信息的处理。

14.根据权利要求9至13其中至少一个所述的方法，其特征在于

借助于处理的图像信息验证和/或校正位置信息。

15.根据权利要求9至14其中至少一个所述的方法，其特征在于

处理的图像信息用于确定用于地点和时间信号的占优接收条件，且尤其是，地点和时间信号的处理匹配占优接收条件。

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