CN107209015B - 用于陆地车辆导航的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于沿着期望路径引导陆地车辆的方法，包括：从全球导航卫星系统(GNSS)天线接收位置信号，从陀螺仪传感器接收陀螺仪信号，陀螺仪信号指示：(i)陆地车辆的俯仰和横滚中的至少一个；以及(ii)基于陀螺仪的航向。可以基于位置信号、陀螺仪信号以及第一个位置与第二个位置之间的位置关系来确定在不同于GNSS天线位置的陆地车辆的兴趣点的位置。可以基于所确定的兴趣点的位置和至少一个先前确定的兴趣点的位置来确定陆地车辆的兴趣点的基于位置的航向。

Description

用于陆地车辆导航的系统和方法
技术领域
本公开涉及导航系统和方法，且更具体地涉及用于陆地车辆的高精度导航的系统和方法。
背景技术
本文中所提供的背景技术描述旨在大体介绍本公开的背景。目前署名的发明人在该背景技术部分中描述的所做的工作以及本说明书在提交时不以其他方式算作现有技术的方面既没有明确地也没有隐含地被承认为本公开的现有技术。
在诸如农业和采矿业的一些行业中，可能期望的是为陆地车辆提供精确的导航引导。仅例如，拖拉机或其他农用车辆可能在田地里进行翻耕、犁地、播种、收获或另外的工作。为了以最有效的方式来提供对田地的完全覆盖，车辆可以使用沿着期望路径引导车辆的导航系统。在又一示例中，采矿车辆可能期望沿着期望路径穿过采矿位置以及/或者往返于采矿位置，可以使用导航系统来这样做。这样的导航系统可以使用全球导航卫星系统(“GNSS”)或类似系统来帮助定位和引导服务。GNSS是向接收器或接收器组提供地理空间定位的卫星系统。
目前用于陆地车辆(拖拉机、采矿车辆等)的导航系统和方法可能会受到一些限制，影响导航的精度或其他性能，仍然需要改进用于陆地车辆的导航系统。
发明内容
根据本公开的各个方面，公开了一种用于沿着期望路径引导陆地车辆的方法。该方法可以包括：从安装在陆地车辆上的第一个位置处的全球导航卫星系统(GNSS)天线接收位置信号。位置信号可以指示由GNSS指示的GNSS天线的空间位置。该方法进一步可以包括：从陀螺仪传感器接收陀螺仪信号，其中，陀螺仪信号指示：(i)陆地车辆的俯仰和横滚中的至少一个；以及(ii)基于陀螺仪的航向。另外，该方法可以包括：基于位置信号、陀螺仪信号以及第一个位置与不同于第一个位置的第二个位置之间的位置关系来确定在第二个位置处的陆地车辆的兴趣点的位置。陆地车辆的兴趣点的位置可以关于陆地车辆所位于的表面来被确定，并且可以针对陆地车辆的俯仰和横滚中的至少一个来被校正。该方法进一步可以包括：基于所确定的兴趣点的位置和至少一个先前确定的兴趣点的位置来确定陆地车辆的兴趣点的基于位置的航向，以及基于基于陀螺仪的航向和基于位置的航向的组合来确定经校准的航向。方法还可以包括：基于兴趣点的位置、经校准的航向和期望路径来输出控制信号。控制信号可以被配置成用于帮助引导陆地车辆，使得兴趣点的位置在期望路径上。
根据本公开的另外的方面，公开了一种用于陆地车辆的导航系统。该导航系统可以包括：一个或多个处理器；以及其上存储有多个指令的非暂态计算机可读存储介质，该多个指令在由一个或多个处理器执行时使得一个或多个处理器执行各种操作。这些操作可以包括：从安装在陆地车辆上的第一个位置处的全球导航卫星系统(GNSS)天线接收位置信号。位置信号可以指示由GNSS指示的GNSS天线的空间位置。操作进一步可以包括：从陀螺仪传感器接收陀螺仪信号，其中，陀螺仪信号指示：(i)陆地车辆的俯仰和横滚中的至少一个；以及(ii)基于陀螺仪的航向。另外，操作可以包括：基于位置信号、陀螺仪信号以及第一个位置与不同于第一个位置的第二个位置之间的位置关系来确定在第二个位置处的陆地车辆的兴趣点的位置。陆地车辆的兴趣点的位置可以关于陆地车辆所位于的表面来被确定，并且可以针对陆地车辆的俯仰和横滚中的至少一个来被校正。操作进一步可以包括：基于所确定的兴趣点的位置和至少一个先前确定的兴趣点的位置来确定陆地车辆的兴趣点的基于位置的航向，以及基于基于陀螺仪的航向和基于位置的航向的组合来确定经校准的航向。操作还可以包括：基于兴趣点的位置、经校准的航向和期望路径来输出控制信号。控制信号可以被配置成用于帮助引导陆地车辆，使得兴趣点的位置在期望路径上。
本公开的进一步的适用领域根据下文提供的详细描述将变得明显。应当理解，详细描述和具体示例仅意在进行说明，而非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更全面地理解本公开，在附图中：
图1A是示例性陆地车辆的俯视示意图，其包括根据本公开的一些实施方式的示例导航系统；
图1B是图1A的示例性陆地车辆的俯视示意图，示出了陆地车辆上的兴趣点的期望路径与陆地车辆的实际路径之间的差异；
图2是图1A的示例性陆地车辆的后视示意图，示出了陆地车辆所位于的表面。
图3是图1A的示例性陆地车辆和导航系统的功能框图；以及
图4是根据本公开的一些实现方式的用于沿着期望路径引导陆地车辆的示例性方法的流程图。
具体实施方式
如上文所简述的，陆地车辆导航系统和方法仍然有改进的需要。仅例如，在一些情况下陆地车辆可能包括自推进部分(例如，拖拉机)和非自动推进部分(例如，受牵引的工具)。在这样的情况下，操作员可能期望沿着期望路径来引导非自动推进部分(或者，非自动推进部分的特定位置)。典型的导航系统将使用由位于自推进部分上的GNSS接收器确定的位置来在期望路径上引导车辆。在接收器位置不同于操作员的兴趣位置(例如，接收器被定位成离开受牵引的工具)的情况下，导航系统可能缺乏期望的精度并且车辆的实际行进路径可能不同于期望路径。
在又一示例中，陆地车辆的期望路径可能跨越不平坦和/或倾斜地形，该不平坦和/或倾斜地形可以引起车辆(或车辆上的兴趣点)实际位置相比较GNSS接收器感测位置的误差或偏移。仅例如，包括牵引式播种机附件的拖拉机的操作员可能期望在田地里的特定位置处播种，例如成排地播种。田地可能是高低不平和不平坦的，这使得拖拉机在穿过田地时颠跳和摇摆，从而引起车辆的俯仰和横滚的变化。接收器的感测位置可能与牵引式播种机附件的实际位置大不相同，部分原因是由于车辆的俯仰和横滚的变化。这在接收器位于车辆的高点(例如，在车顶上)而受牵引的部件接近地平面或在地平面上的常见情况下尤其如此。因此，利用感测到的拖拉机上的接收器的位置会导致偏离于期望的种植位置，从而导致沿着期望路径的次优引导。
本公开针对的是解决上述一个或多个缺陷的陆地车辆导航的系统和方法。更具体地，本公开针对用于引导陆地车辆解决感测到的接收器的位置与车辆上的兴趣点的位置之间存在任何差异的系统和方法，其中，所述差异是由例如俯仰、横滚以及/或者沿着期望路径行进时遇到的其他未预见到的因素而引起。
该系统和方法可以包括：使用感测的GNSS接收器的位置、从附接至车辆的一个或多个陀螺仪传感器接收到的陀螺仪信号以及接收器位置和车辆上的兴趣点的位置之间的位置关系来确定兴趣点的补偿位置。进一步地，可以使用补偿位置以及过去的补偿位置来确定兴趣点的实际航向。可以比较补偿位置、航向和期望路径来确定用于车辆的控制信号。该控制信号可以向自动转向系统和/或车辆的操作员提供引导控制信号以帮助沿着期望路径引导车辆。
现在参照图1A和图1B，示出了陆地车辆10，包括根据本公开的一些实现方式的导航系统100。如上所述，陆地车辆10可以采取任何形式，但是被示出为包括正牵引可牵引工具10B的拖拉机10A的两部分车辆。导航系统100可以包括一个或多个全球导航卫星系统(“GNSS”)天线110和一个或多个陀螺仪传感器120。如下文更充分地描述的，导航系统100可以帮助沿着期望路径20引导陆地车辆10。
进一步参照图2，陆地车辆10可以沿着诸如泥路、田地或其他形式地面的表面200行进。表面200可以是不平坦的、起伏的和/或在其他方面不同于理论平面210。在图2所示的示例中，表面200被示为相对于理论平面210成角度θ。由于实际表面200与理论平面210的偏差，感测位置220(由GNSS传感器110感测)将关于表面200与陆地车辆100的实际位置225相差误差e。另外或替选地，该误差可以由当陆地车辆10沿着表面200行进时陆地车辆10的俯仰和/或横滚而引起。仅例如，当陆地车辆10正沿着表面200行进时，障碍物(岩石、车辙等)会使得车辆10发生俯仰和/或横滚，从而使得GNSS天线110感测到不同于实际位置225的位置220。这在典型地GNSS天线110安装在陆地车辆10的最高点处例如在拖拉机10A的车顶上的配置中尤其如此。
此外，除了例如由于表面不平整而引起的感测位置220从实际位置225的偏离之外，感测位置220与GNSS天线110的位置有关，而非与陆地车辆10的实际兴趣点的位置有关。仅例如，操作员可能意图沿着期望路径20(例如，农田里的行)引导车辆10的兴趣点15(例如，播种种子的播种机)，在GNSS天线110位于第一个位置处(例如，在拖拉机10A上)而兴趣点15位于不同于第一个位置的第二个位置处(例如，在受牵引的工具10B上)的情况下，在期望路径20与车辆10的实际路径之间可能会有误差。在导航系统100使用感测位置220来引导陆地车辆100的情况下，可能兴趣点15的位置将不会沿着期望路径20行进，例如，兴趣点15的航向17将偏离于期望路径20。仅例如，并且参照图1B，为了使兴趣点15沿着期望路径20行进，可能的情况是陆地车辆10(例如，GNSS天线110)将需要沿着不同路径25行进并且兴趣点15的航向17将不同于陆地车辆10(例如，GNSS天线110)的航向19。
为了提供改进的导航系统和方法，本公开描述了：将GNSS传感器110和陀螺仪传感器120的功能融合到集成导航系统100中，可以使用该集成导航系统100来确定陆地车辆10上的兴趣点15的位置和/或航向。参照图3，导航系统100的示例可以包括至少一个GNSS天线110、一个或多个陀螺仪传感器120、一个或多个处理器130以及存储器140。可以将导航系统100和陆地车辆10结合使用，例如上文描述的示例。
GNSS天线110可以包括单个GNSS接收器，该GNSS接收器被配置成从多个卫星300接收信号306。基于信号306，GNSS天线110可以输出指示GNSS天线110的空间位置的位置信号。替选地，在多天线GNSS天线系统中GNSS天线110可以包括多个GNSS接收器。在这样的多天线GNSS天线系统中，GNSS天线110不仅可以确定空间位置并输出位置信号，其还有可能确定航向和/或取向(俯仰、横滚等)。应当理解，本公开可以在细节上作必要更改的情况下均等地适用于单天线GNSS系统或多天线GNSS系统。
陀螺仪传感器120可以安装在陆地车辆10上，或者另外被布置成感测陆地车辆10的各个方面。通常，陀螺仪传感器120可以输出指示陆地车辆10的俯仰、横滚和/或基于陀螺仪的航向(偏航)的陀螺仪信号。在一个实现方式中，陀螺仪传感器120可以输出下述陀螺仪信号，该陀螺仪信号指示：(i)陆地车辆10的俯仰和横滚中的至少一个；以及(ii)基于陀螺仪的航向。
在一些方面中，陀螺仪传感器120可以包括俯仰陀螺仪、横滚陀螺仪、偏航陀螺仪和多个加速度计。俯仰陀螺仪可以确定并且输出指示陆地车辆10的俯仰的信号。类似地，横滚陀螺仪可以确定并且输出指示陆地车辆10的横滚的信号，以及偏航陀螺仪可以确定并且输出指示陆地车辆10的偏航的信号。
针对俯仰陀螺仪、横滚陀螺仪和偏航陀螺仪中的每一个，可以使用一个或多个加速度计来校准由陀螺仪输出的原始信号。仅例如，可以使用一个或多个加速度计信号来校准俯仰陀螺仪和横滚陀螺仪以确定陆地车辆10的俯仰和横滚中的每一个的绝对值。然而，在一些实现方式中，偏航陀螺仪将输出指示车辆10的偏航的变化的信号。在这样的实现方式中，不能使用加速度计来校准偏航陀螺仪的输出以确定陆地车辆10的偏航的绝对值，而是能够校准偏航陀螺仪的输出以确定车辆10的偏航的更精确的变化。如下文进一步所述，可以将所述偏航的更精确的变化与先前确定的航向组合。
处理器130可以是任何形式的被编程以执行操作的电路。仅例如，处理器130可以被配置成执行使得处理器130执行本文所述的导航方法的各个操作的指令。本文使用的术语“处理器”可以指代单个处理器和在并行或分布式架构中操作的多个处理器。处理器130也可以被配置成控制导航系统100的操作，包括执行/加载操作系统以及访问或操作存储器140。处理器130也可以被配置成执行本公开的在下文中更详细讨论的操作中的至少一部分。
存储器140可以是被配置成存储信息的任何合适的存储介质(闪存、硬盘等)。在一些实现方式中，存储器140可以采取具有存储于其上的指令的非暂态计算机可读存储介质的形式。这些指令在由处理器130执行时，可以使得处理器执行本文所述的导航技术的一个或多个操作。
在一些方面，导航系统100可以耦接至陆地车辆10的另外的部件，或者另外地与陆地车辆10的另外的部件通信。仅例如，以及如图3所示，导航系统100可以与自动转向系统320通信，该自动转向系统320可以用于引导陆地车辆10。在所示示例中，自动转向系统320包括与车辆10的一个或多个转向轮相关联的轮角度传感器325。替选地或另外地，导航系统100可以与陆地车辆10中的显示器330通信。显示器330可以例如向陆地车辆10的驾驶员输出用户界面。用户界面(未示出)可以帮助驾驶员沿着期望路径引导陆地车辆10，例如通过向用户输出一系列命令(右拐、左拐、转弯等)。
如上所述，由GNSS天线110感测到的空间位置与陆地车辆10上的兴趣点15的实际位置之间可能存在差异或误差。在一些方面，导航系统100可以补偿或校正该差异并且确定兴趣点15的实际位置。仅例如，存储器140可以存储GNSS天线110的位置(“第一个位置”)与兴趣点15的位置(“第二个位置”)之间的位置关系。该位置关系可以包括与GNSS天线110和兴趣点15的位置之间的偏移(例如，方向和距离)有关的信息。
在一些实现方式中，GNSS天线110和兴趣点15的位置之间的位置关系可能不是恒定的，而是在陆地车辆10移动时可以变化。仅例如，如果兴趣点15位于正被牵引的工具(例如，可牵引工具10b)上，则GNSS天线110与兴趣点15之间的位置关系在受牵引的工具关于GNSS天线110枢转或移动时(例如，在转弯期间)可能变化。为了解决位置关系的该变化，导航系统100可以进一步包括与兴趣点15相关联的另外的传感器115。传感器115可以生成指示GNSS天线110与兴趣点15之间的位置关系的偏移信号。传感器115的示例包括但不限于位于兴趣点15处的另外的GNSS传感器、能够确定偏移(距离和角度)的跟踪传感器(例如，在GNSS天线110的位置处的激光雷达以及在兴趣点15处的反射器)、雷达传感器和无线电传感器。
基于位置关系以及从GNSS天线110输出的位置信号和由陀螺仪传感器120输出的陀螺仪信号，导航系统100可以确定陆地车辆10上的兴趣点15的实际空间位置。兴趣点15的实际位置可以关于陆地车辆10所位于的表面200来被确定，并且针对车辆10的俯仰和/或横滚来被校正。以该方式，可以将兴趣点15的实际位置与期望路径20相比较以帮助引导陆地车辆10。
如上所述，陀螺仪传感器120可以输出指示基于陀螺仪的航向的陀螺仪信号。通常，与绝对航向相对，这样的基于陀螺仪的航向指示陆地车辆10的航向的变化。因此，在缺少初始绝对航向的情况下，指示航向的变化的基于陀螺仪的航向无助于提供可用的用于引导车辆10的航向。
此外，在一些实现方式中，GNSS天线10可以提供指示由GNSS天线110感测的航向的基于GNSS的航向。然而，这样的基于GNSS的航向对于导航系统110而言可能具有有限的效用，因为基于GNSS的航向与GNSS天线110的航向而非与兴趣点15的航向有关。此外，GNSS天线110在基于GNSS的航向的确定中对由于车辆10的俯仰/横滚(特别是在低速下和/或在GNSS天线110位于经历最大摇摆/摇晃的车辆10的最高点处(例如在车顶上)的实现中)而引起的误差可能特别敏感。
为了解决以上问题，在一些方面，导航系统100还可以确定兴趣点15的基于位置的航向。基于位置的航向可以由导航系统100基于所确定的位置和至少一个先前确定的兴趣点15的位置来确定。在一些方面，导航系统100针对与兴趣点15的当前位置和一个或多个先前位置相对应的多个空间点来拟合直线或曲线(例如，通过曲线拟合算法)。然后，可以对曲线进行延伸以预测陆地车辆10的基于位置的航向。
为了获得陆地车辆10的更精确的航向，导航系统100可以进一步基于以下二者的组合来确定经校准的航向：基于陀螺仪的航向和基于位置的航向。仅例如，可以通过基于陀螺仪的航向(基于陀螺仪的航向提供了对航向的变化的指示)来校准所确定的基于位置的航向(基于位置的航向提供了绝对航向)以提供陆地车辆10的潜在更精确的航向。该潜在更精确的航向在本文中将被称为经校准的航向，而且，如下面更充分地讨论的，可以由导航系统100使用。
导航系统100可以进一步基于兴趣点的位置、经校准的航向和期望路径20来确定并输出控制信号。控制信号可以被配置成用于帮助沿着期望路径20引导陆地车辆10，使得兴趣点15的实际位置在期望路径20上。以该方式，导航系统100可以为陆地车辆10以及潜在特别重要地为兴趣点15提供精确引导。
在一些实现方式中，导航系统100可以向沿着期望路径20引导陆地车辆10的自动转向系统320输出控制信号。在一些这样的实现方式中，导航系统100还可以从与陆地车辆10的一个或多个转向轮相关联的轮角度传感器325接收轮角度信号。轮角度信号可以指示由轮角度传感器325感测的一个或多个转向轮的角度。在各个方面，导航系统100可以进一步地不仅基于兴趣点15的位置、经校准的航向和期望路径而且基于轮角度信号来确定控制信号。
另外，导航系统100还可以基于所接收到的轮角度信号和经校准的航向来确定一个或多个转向轮的经校准的角度。在陆地车辆10沿着期望路径20行进时，导航系统100可以基于轮角度信号来确定车辆正在以不能预期的方式偏离路径。以该方式，导航系统100可以确定转向轮的角度的误差或偏移并且补偿(或校准)轮角度信号。在这样的实现方式中，控制信号可以基于兴趣点15的位置、经校准的航向、期望路径20和经校准的角度(与原始轮角度信号相对)。
在其他或另外的实施方式中，控制信号可以被输出到陆地车辆10中的显示器330以帮助驾驶员(未示出)沿着期望路径20引导陆地车辆10。如上所述，显示器330可以例如向陆地车辆10的驾驶员输出用户界面。用户界面(未示出)可以帮助驾驶员沿着期望路径引导陆地车辆10，例如通过向用户输出一系列命令(右拐、左拐、转弯等)。应当理解，用户界面可以采取任何形式来帮助驾驶员引导陆地车辆10。
如上所述，在一些实现方式中，导航系统100可以包括多天线GNSS天线系统110，该多天线GNSS天线系统110可以确定基于GNSS的航向。在这样的实现方式中，导航系统100可以使用基于GNSS的航向来校准从陀螺仪传感器120接收到的基于陀螺仪的航向。仅例如，当陆地车辆10被首次初始化并且尚未开始移动时，因为不存在先前确定的兴趣点15的位置，所以可能不能确定基于位置的航向。然而，如果车辆10包括多天线GNSS天线系统110，则可以确定初始的基于GNSS的航向。初始的基于GNSS的航向可以用于校准如上所述仅可以指示车辆10的航向(偏航)的变化的基于陀螺仪的航向。
在进一步的实施方式中，可能期望的是进一步整合经校准的航向(由导航系统100确定)以校准、校正或别的方式改进陀螺仪传感器120的性能。仅例如，以及如上所述，导航系统100可以基于兴趣点15的当前位置和先前位置来确定车辆10的兴趣点15的基于位置的航向。进一步地，也可以组合或者别的方式使用基于陀螺仪的航向来校准基于位置的航向以确定兴趣点15的经校准的航向。在这些实现方式中，经校准的航向然后可以用于校准基于陀螺仪的航向以获得经校准的基于陀螺仪的航向。以该方式，导航系统100可以递归地优化其对兴趣点15的位置和/或航向的确定。
作为示例，对车辆10的兴趣点15的位置的确定可以基于位置信号(来自GNSS天线110)、GNSS天线110和兴趣点15的位置之间的位置关系以及经校准的基于陀螺仪的航向(相对于根据陀螺仪信号确定的原始的基于陀螺仪的航向)。应当理解，在位置关系可以变化的实现方式(例如，兴趣点15位于受牵引的工具上的那些实现方式)中，对兴趣点15的位置的确定可以进一步基于从如上所述与兴趣点15相关联的传感器115接收到的偏移信号。该反馈过程可以提供对兴趣点15的位置和航向的更精确的确定。
在陆地车辆10沿着期望路径20行进时车辆可能开始和停止移动。当车辆10停止移动时，应当理解，因为陆地车辆10在不移动的情况下可能无法在表面200上转动，所以车辆10的实际航向将不会变化。然而，由于各种因素(传感器漂移、由于发动机空转而引起的振动等)，来自GNSS天线110的位置信号和/或基于GNSS的航向以及/或者来自陀螺仪传感器120的陀螺仪信号可能指示错误的陆地车辆10的航向。
为了解决这些误差，导航系统100可以“锁定”或者另外地保持先前确定的航向作为当前航向，而不管来自GNSS天线110和/或陀螺仪传感器120的任何信号。仅例如，当陆地车辆10在停止时间停止时，导航系统100可以存储在停止时间处的基于陀螺仪的航向作为所存储的基于陀螺仪的航向。然后，当陆地车辆10在停止时间之后的起动时间处再次开始移动时，导航系统100可以将基于陀螺仪的航向初始化为所存储的基于陀螺仪的航向。以该方式，导航系统100可以补偿陀螺仪传感器120的漂移。在另一示例中，导航系统100还可以或者替选地在车辆10未移动时(例如，当车辆速度为零时)忽略来自GNSS天线110的位置信号和/或基于GNSS的航向的变化。以该方式，基于位置的航向在车辆10停止时将保持不变。这还可以提供进一步的优点：不需要代价高的(在计算上或在其他方面)过滤器来从位置信号和基于GNSS的航向信号中移除噪声(如振动)。
根据一些方面，导航系统100还可以基于上述确定的位置来确定陆地车辆10的行进距离和/或地面速度。仅例如，导航系统100可以将兴趣点15的多个所确定的位置存储在例如存储器140中。所确定的位置中的每个位置可以具有与其关联的时间戳或者指示在各个位置之间经过的时间的其他信息。导航系统100可以通过计算所确定的位置之间的距离来确定行进距离。为了计算地面速度，例如，导航系统100可以将行进距离除以经过的时间。应当理解，导航系统100可以使用任意时间段来计算车辆10的精确的地面速度，例如，导航系统100可以通过使用两个或多个最近确定的位置来确定车辆10的“当前”地面速度，以及/或者确定在给定时间段内的“平均”地面速度。
图4示出了以下流程图：该流程图详细说明了用于沿着期望路径20引导陆地车辆10的示例性方法400。将在上文所述的陆地车辆10和导航系统100的背景下来描述方法400。在410处，导航系统100可以从安装在陆地车辆10上的第一个位置处的全球导航卫星系统(GNSS)天线110接收位置信号。如上所述，位置信号可以指示通过GNSS(例如，经由卫星300)指示的GNSS天线110的空间位置。进一步地，在420处，导航系统100可以从陀螺仪传感器120接收陀螺仪信号，该陀螺仪信号指示：(i)陆地车辆10的俯仰和横滚中的至少一个；以及(ii)基于陀螺仪的航向。
导航系统100还可以存储(例如存储器140中)GNSS天线110和陆地车辆10上的兴趣点15的位置之间的位置关系。在430处，导航系统100可以基于位置信号、陀螺仪信号以及第一个位置与不同于第一个位置的第二个位置之间的位置关系来确定在第二个位置处的陆地车辆10的兴趣点15的位置。陆地车辆10的兴趣点15的位置可以关于陆地车辆10所位于的表面200来被确定，并且针对陆地车辆10的俯仰和横滚中的至少一个来被校正。
此外，导航系统100可以基于所确定的兴趣点15的位置和至少一个先前确定的兴趣点15的位置来确定陆地车辆10的兴趣点15的基于位置的航向(在440处)。在450处，导航系统100可以基于以下二者的组合来确定经校准的航向：基于陀螺仪的航向和基于位置的航向。在460处，导航系统100可以基于兴趣点15的位置、经校准的航向和期望路径20来输出控制信号。控制信号可以被配置成用于帮助引导陆地车辆10，使得兴趣点15的位置在期望路径20上。如上所述，控制信号可以被输出到例如陆地车辆10中的自动转向系统320或显示器330。方法400可以结束或返回至410。
提供了示例性实施方式以使得本公开将是充分的并且将向本领域技术人员完全传达范围。提出了若干具体细节，例如特定部件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的透彻的理解。对于本领域技术人员而言将显然的是：不需要采用具体细节；可以以许多不同形式来实施示例性实施方式；以及具体细节和示例性实施方式均不应被理解为限制本公开的范围。在一些示例性实施方式中，未详细描述众所周知的程序、众所周知的设备结构和众所周知的技术。
本文使用的术语仅旨在描述特定示例性实施方式，而非意图进行限制。如本文所使用的，除非上下文清楚指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也许意在也包括复数形式。术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个项目的任意组合和所有组合。术语“包括”和“具有”是包括性的并且因此指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或它们的组的存在或添加。除非明确确定为执行顺序，否则本文所述的方法步骤、过程和操作不应被理解为必须要求它们的执行按照所讨论或示出的特定顺序。还要理解，可以采用另外的或替选的步骤。
虽然术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各个元素、部件、区域、层和/或部分，但是这些元素、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元素、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分相区分。除非上下文清楚的指示，否则诸如“第一”、“第二”等术语和其他数值术语在本文中使用时并不暗示序列或顺序。因此，下文讨论的第一元素、部件、区域、层和部分可以被称为第二元素、部件、区域、层或部分，而不会偏离示例性实施方式的教示。
本文中描述的技术可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。计算机程序包括存储在非暂态有形计算机可读介质上的处理器可执行的指令。计算机程序还可以包括所存储的数据。非暂态有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁存储装置和光存储装置。
上文描述中的一些部分按照关于信息的操作的算法和符号表示来呈现本文所述的技术。这些算法式描述和表示是由数据处理领域中的技术人员用来向领域中其他技术人员最有效地传达他们的工作的实质的手段。这些操作虽然在功能上或逻辑上进行了描述，但是应被理解为通过计算机程序来实现。此外，时常还被证明是方便的是：将操作的这些布置称为模块或者通过功能名称来指称操作的这些布置，而不会失去一般性。
除非特别声明，否则根据上文中讨论明显的是，应认识到贯穿本文描述，使用诸如“处理”或“计算”或“确定”或“显示”等的术语的讨论指的是计算机系统或类似电子计算设备的在计算机系统存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示设备中对表示为物理(电学)量的数据进行操纵和变形的动作和过程。
所述技术的某些方面包括本文以算法的形式描述的过程步骤和指令。应当注意，所述过程步骤和指令可以以软件、固件或硬件来实施，以及当以软件实施时可以被下载以驻留在由实时网络操作系统使用的不同平台上并且从不同平台进行操作。
本公开还涉及用于执行本文中的操作的装置。该装置可以是为了所需目的而专门构造的，或者该装置可以包括通过存储在可由计算机访问的计算机可读介质上的计算机程序来选择性激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在有形计算机可读存储介质中，所述有形计算机可读存储介质例如但不限于：任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；EPROM；EEPROM；磁卡或光卡；专用集成电路(ASIC)；现场可编程门阵列(FPGA)；或者适合于存储电子指令并且每一者均耦接至计算机系统总线的任何类型的媒介。此外，本说明书中所提及的计算机可以包括单个处理器或者可以是采用用于增加计算能力的多处理器设计的架构。
本文所呈现的算法和操作并不内在地涉及任何特定计算机或其他装置。也可以将各种通用系统与根据本文的教示的程序结合使用，或者构造用于执行所需方法步骤的更加专业的装置可以证明是方便的。各种这些系统所需的结构以及等价变型对于本领域技术人员而言将是明显的。另外，本公开并非参考任何特定编程语言来描述的。要理解，可以使用各种编程语言来实现本文所述的本公开的教示，并且任何对特定语言的提及均被提供用来公开本发明的实现和最佳模式。
本公开很适合于在许多拓扑结构上的各种各样的计算机网络系统。在该领域中，大型网络的配置和管理包括通过网络例如因特网通信地耦接至不同的计算机和存储设备的存储设备和计算机。
出于说明和描述的目的而已经提供了对实施方式的前面的描述。该描述并非意在为穷尽的或限制本公开。特定实施方式的特有的元素和特征通常并不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下，即使未具体示出或描述，也是可互换的并且可以用于选择的实施方式中。特定实施方式的特有的元素和特征还可以在许多方面变化。这样的变型不应为视为偏离本公开，而且所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种用于沿着期望路径引导陆地车辆的方法，包括：
从安装在所述陆地车辆上的第一个位置处的全球导航卫星系统GNSS天线接收位置信号，所述位置信号指示由GNSS指示的所述GNSS天线的空间位置；
从陀螺仪传感器接收陀螺仪信号，所述陀螺仪信号指示：(i)所述陆地车辆的俯仰和横滚中的至少一个；以及(ii)基于陀螺仪的航向；
基于所述位置信号、所述陀螺仪信号以及所述第一个位置与能够沿着与所述第一个位置不同的航向行进的第二个位置之间的位置关系来确定在所述第二个位置处的所述陆地车辆的兴趣点的位置，其中，所述陆地车辆的所述兴趣点的位置关于所述陆地车辆所位于的表面来被确定、并且针对所述陆地车辆的所述俯仰和所述横滚中的至少一个来被校正；
基于所确定的所述兴趣点的位置和至少一个先前确定的所述兴趣点的位置来确定所述陆地车辆的所述兴趣点的基于位置的航向；
基于所述基于陀螺仪的航向和所述基于位置的航向的组合来确定经校准的航向；以及
基于所述兴趣点的位置、所述经校准的航向和所述期望路径来输出控制信号，所述控制信号被配置成用于帮助引导所述陆地车辆，使得所述兴趣点的位置在所述期望路径上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制信号被输出到沿着所述期望路径引导所述陆地车辆的自动转向系统。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
从与所述陆地车辆的一个或多个转向轮相关联的轮角度传感器接收轮角度信号，所述轮角度信号指示所述一个或多个转向轮的角度，
其中，所述控制信号进一步基于所述轮角度信号。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
基于所接收到的所述轮角度信号和所述经校准的航向来确定所述一个或多个转向轮的经校准的角度，
其中，所述控制信号进一步基于所述轮角度信号，包括：所述控制信号进一步基于所述经校准的角度。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从与所述兴趣点相关联的传感器接收偏移信号，所述偏移信号指示所述第一个位置与所述第二个位置之间的所述位置关系，其中，确定所述陆地车辆的所述兴趣点的位置进一步基于所述偏移信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述陀螺仪传感器包括横滚陀螺仪、俯仰陀螺仪、偏航陀螺仪和多个加速度计，其中，所述多个加速度计被用于校准所述横滚陀螺仪和所述俯仰陀螺仪，使得所述陀螺仪信号指示所述陆地车辆的所述俯仰和所述横滚。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述GNSS天线包括确定初始的基于GNSS的航向的多天线GNSS天线系统，并且
所述方法进一步包括：当所述陆地车辆在初始时间处开始移动时，基于所述初始的基于GNSS的航向来校准由所述偏航陀螺仪指示的所述基于陀螺仪的航向。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述经校准的航向来校准所述基于陀螺仪的航向以获得经校准的基于陀螺仪的航向，其中，基于所述位置信号、所述陀螺仪信号以及所述第一个位置与所述第二个位置之间的所述位置关系来确定所述兴趣点的位置包括：基于所述位置信号、所述经校准的基于陀螺仪的航向以及所述第一个位置与所述第二个位置之间的所述位置关系来确定所述兴趣点的位置。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当所述陆地车辆在停止时间处停止时，存储所述停止时间处的所述基于陀螺仪的航向作为所存储的基于陀螺仪的航向；以及
当所述陆地车辆在所述停止时间之后的起动时间处再次开始移动时，将所述基于陀螺仪的航向初始化为所述所存储的基于陀螺仪的航向以补偿所述陀螺仪传感器的漂移。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述陆地车辆的所述兴趣点的多个所确定的位置来确定所述兴趣点的地面速度。
11.一种用于沿着期望路径引导陆地车辆的导航系统，包括：
一个或多个处理器；以及
其上存储有多个指令的非暂态计算机可读存储介质，所述多个指令在由所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
从安装在所述陆地车辆上的第一个位置处的全球导航卫星系统GNSS天线接收位置信号，所述位置信号指示由GNSS指示的所述GNSS天线的空间位置；
从陀螺仪传感器接收陀螺仪信号，所述陀螺仪信号指示：(i)所述陆地车辆的俯仰和横滚中的至少一个；以及(ii)基于陀螺仪的航向；
基于所述位置信号、所述陀螺仪信号以及所述第一个位置与能够沿着与所述第一个位置不同的航向行进的第二个位置之间的位置关系来确定在所述第二个位置处的所述陆地车辆的兴趣点的位置，其中，所述陆地车辆的所述兴趣点的位置关于所述陆地车辆所位于的表面来被确定、并且针对所述陆地车辆的所述俯仰和所述横滚中的至少一个来被校正；
基于所确定的所述兴趣点的位置和至少一个先前确定的所述兴趣点的位置来确定所述陆地车辆的所述兴趣点的基于位置的航向；
基于所述基于陀螺仪的航向和所述基于位置的航向的组合来确定经校准的航向；以及
基于所述兴趣点的位置、所述经校准的航向和所述期望路径来输出控制信号，所述控制信号被配置成用于帮助引导所述陆地车辆，使得所述兴趣点的位置在所述期望路径上。
12.根据权利要求11所述的导航系统，其中，所述控制信号被输出到沿着所述期望路径引导所述陆地车辆的自动转向系统。
13.根据权利要求12所述的导航系统，其中，所述操作进一步包括：
从与所述陆地车辆的一个或多个转向轮相关联的轮角度传感器接收轮角度信号，所述轮角度信号指示所述一个或多个转向轮的角度，
其中，所述控制信号进一步基于所述轮角度信号。
14.根据权利要求13所述的导航系统，其中，所述操作进一步包括：
基于所接收到的所述轮角度信号和所述经校准的航向来确定所述一个或多个转向轮的经校准的角度，
其中，所述控制信号进一步基于所述轮角度信号包括：所述控制信号进一步基于所述经校准的角度。
15.根据权利要求11所述的导航系统，其中，所述操作进一步包括从与所述兴趣点相关联的传感器接收偏移信号，所述偏移信号指示所述第一个位置与所述第二个位置之间的所述位置关系，其中，确定所述陆地车辆的所述兴趣点的位置进一步基于所述偏移信号。
16.根据权利要求11所述的导航系统，其中，所述陀螺仪传感器包括横滚陀螺仪、俯仰陀螺仪、偏航陀螺仪和多个加速度计，其中，所述多个加速度计被用于校准所述横滚陀螺仪和所述俯仰陀螺仪，使得所述陀螺仪信号指示所述陆地车辆的所述俯仰和所述横滚。
17.根据权利要求16所述的导航系统，其中：
所述GNSS天线包括确定初始的基于GNSS的航向的多天线GNSS天线系统，并且
所述操作进一步包括：当所述陆地车辆在初始时间处开始移动时，基于所述初始的基于GNSS的航向来校准由所述偏航陀螺仪指示的所述基于陀螺仪的航向。
18.根据权利要求11所述的导航系统，其中，所述操作进一步包括：基于所述经校准的航向来校准所述基于陀螺仪的航向以获得经校准的基于陀螺仪的航向，其中，基于所述位置信号、所述陀螺仪信号以及所述第一个位置与所述第二个位置之间的所述位置关系来确定所述兴趣点的位置包括：基于所述位置信号、所述经校准的基于陀螺仪的航向以及所述第一个位置与所述第二个位置之间的所述位置关系来确定所述兴趣点的位置。
19.根据权利要求11所述的导航系统，其中，所述操作进一步包括：
当所述陆地车辆在停止时间处停止时，存储所述停止时间处的所述基于陀螺仪的航向作为所存储的基于陀螺仪的航向；以及
当所述陆地车辆在所述停止时间之后的起动时间处再次开始移动时，将所述基于陀螺仪的航向初始化为所述所存储的基于陀螺仪的航向以补偿所述陀螺仪传感器的漂移。
20.根据权利要求11所述的导航系统，其中，所述操作进一步包括基于所述陆地车辆的所述兴趣点的多个所确定的位置来确定所述兴趣点的地面速度。
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