CN107272027B - 用于确定基于卫星的导航系统的精度的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于确定在测试路线上操作期间车辆的基于卫星的导航系统的精度的方法。该方法包括在测试路线上的两个选择的测量点中的每一个处提供沿着测试路线基本上垂直于行驶方向传播的光束。一经检测到垂直于行驶方向冲击车辆的光束时，就借助于固定在车辆上的光学触发装置触发由基于卫星的导航系统的接收器测量的位置和行驶方向的检测。最后，基于两个检测到的位置和行进方向以及两个选择的测量点的位置坐标来确定基于卫星的导航系统的精度。本公开还涉及用于确定基于卫星的导航系统的精度的相应系统。

Description

用于确定基于卫星的导航系统的精度的方法和系统

技术领域

本公开涉及一种用于确定在测试路线上操作期间车辆的基于卫星的导航系统的精度的方法和系统。

背景技术

借助于基于卫星的导航系统，可以相对于诸如长度、宽度和高度的地心三维坐标系确定车辆的位置。在也被称为GNSS(全球导航卫星系统)的这种系统的情况下，车辆中的GNSS接收器从多个卫星接收GNSS信号。原则上，GNSS接收器基于包含在信号中的轨道数据和传输时间戳来确定信号的传输时间，并且因此确定接收到的距每个卫星的距离。借助于已知的基于卫星的导航系统，例如GPS(全球定位系统)或GLONASS(全球导航卫星系统)，可以在民用部门实现具有大约10米精度的水平定位。现在，通过接收和处理额外的校正数据，可以将精度增加到高达2cm。这样的校正数据由不同的服务提供。校正值的传输例如通过蜂窝电话或卫星进行。

高精度的基于卫星的导航系统例如用于测试车辆中的测试目的。在这种情况下，系统设置或配置的改变可以迅速导致定位的不准确。另外，在用于安装到不同的测试车辆中和从不同的测试车辆移除的模块化导航系统中，由于高准确度的绝对定位，每次使用时都需要确定定位的精度或误差。因此，需要对用于行驶车辆的导航系统的精度尽可能简单地进行快速和高准确度的测量。

已知的方法和系统不太适合于这种测量。例如，US 7 797 132 B2描述了一种用于测试用于移动通信设备的GPS导航系统的精度的方法和系统，其中在沿着测试路线行驶期间首先评估和记录所接收的GPS信号。记录的GPS数据由实验室中的GPS模拟器使用以生成相应的GPS信号。位于实验室中的固定通信设备接收模拟的GPS信号并从其确定相应的位置。所确定的位置可以与真实路线或由其它通信设备确定的位置数据进行比较，以便确定导航系统的性能。

本发明解决的一个问题是提供一种用于确定基于卫星的导航系统的精度的方法和系统，其中避免或至少减少上述缺点，特别是可以在车辆在测试路线上操作期间能够以高准确度和尽可能少的努力快速做出精度确定。

该问题通过用于确定在测试路线上操作期间用于车辆的基于卫星的导航系统的精度的方法和系统来解决。

发明内容

在根据本发明的用于确定在测试路线上操作期间用于车辆的基于卫星的导航系统的精度的方法中，在测试路线上的两个选择的测量点的每一处提供大体上垂直于沿着测试路线的行驶方向传播的光束。测试路线例如是在测试场地上的道路。测量点的选择仅在行驶方向或测试路线的特定部分在测试点处彼此不平行的位置处发生。此外，可以选择其位置已经已知具有足够精度的测量点。或者，在该方法的一个实施例中，提供用于确定测量点的水平坐标的选择的测量点的测量。为了提供垂直于行驶方向定向的光束，例如在两个选择的测量点处设置适当设计的光学装置。

借助于固定在车辆上的光学触发装置，在车辆在测试路线上操作期间检测垂直于行驶方向冲击车辆的光束。为此，光学触发装置优选地包括检测来自测量点的光线的合适的检测器。一经检测到这种光束，就由光学触发装置触发由基于卫星的导航系统的接收器测量的位置检测和行驶方向的检测。在这种情况下，例如，测量的位置被存储在车辆中的存储器中或者测量的位置被发送到外部数据处理系统。

此外，根据本公开的方法包括基于两个检测到的位置和行驶方向以及基于两个选择的测量点的位置坐标来确定基于卫星的导航系统的精度。在垂直于行驶方向冲击车辆的光束的每次检测中，在每种情况下仅精确地确定行驶方向上的位置分量，而与行驶方向垂直的方向上的位置分量保持未确定。因此，不需要考虑光学触发装置与垂直于行驶方向的导航系统的测量参考点的距离以及车辆在测试路线上的横向偏移。精度的确定例如通过适当设计的数据处理系统来进行。

借助于根据本公开的这种方法，可以快速和高准确度地确定基于卫星的导航系统的精度。在这种情况下，在测量点提供垂直于行驶方向定向的光束之后，所有必要的事情就是将光学触发装置设置在车辆上。因此，该方法可以在许多不同的车辆中以简单的方式一个接一个地执行。

在本发明的一个有利的实施例中，光学触发装置设置在车辆上处于垂直于行驶方向的平面中，由基于卫星的导航系统的接收器测量的参考点位于该平面中。在这种情况下，光学触发装置特别地设置成具有与平面的偏离，该偏离小于基于卫星的导航系统的定位的最大精度，即，例如具有小于2厘米的偏离。由于该措施，不再需要在精度确定中考虑光学触发装置在导航系统的测量点的行驶方向上的距离。

根据本公开的一个优选实施例，选择具有基本上彼此垂直的行驶方向的测试路线上的两个测量点，用于提供沿着垂直于行驶方向的测试路线传播的光束。如上所述，在垂直于行驶方向冲击车辆的光束的每次检测中，仅精确地确定行驶方向上的一个位置分量。在与行驶方向垂直的方向上的位置分量保持待确定。借助于在行驶方向彼此垂直定向的情况下导航系统的对测量位置的连续进行的确定，在确定导航系统的精度时相对于两个水平方向的误差因此被最小化。

根据本发明的另一有利实施例，在测试路线上的三个或更多个选择的测量点处提供垂直于车辆行驶方向引导到车辆上的光束。随着测量值的数量增加，确定基于卫星的导航系统的精度的误差减小。根据一个实施例，优选地选择测量点，这种情况下行驶方向不平行于其它测量点中的一个。在基于卫星的导航系统在具有平行行驶方向的两个测量点处测量的位置数据的检测中，在两个水平方向之一中仅有一个误差减小。然而，在非平行行驶方向的情况下，会出现相对于水平坐标二者的有效误差最小化。

根据本公开的一个实施例，通过从车辆发射的光束的反射，用于提供基本上垂直于行驶方向的光束的反射器设置在选择的测量点中的其中一个处。回射器、一个或多个反射镜或者光学元件的另一合适装置被用作例如用作反射器。从车辆发射的光束例如由光学触发装置的光源产生。为此目的，触发装置可以包括例如激光器、一个或多个发光二极管(LED)或热光源。或者，除了光学触发装置之外，这种光源也可以固定在车辆上。根据一个实施例，设置在车辆中的光源的调节以这样的方式进行，即使得尽可能精确地垂直于行驶方向发射平行光束。因此，如果使用回射器，则不需要反射器的精确定向，因为回射器将光束反射回其自身而很大程度上与入射角无关。反射器不需要电源，具有相对简单和低维护的设计，并且可以在测试路线上的选定测量点处快速建立。

另外，本发明的优选实施例提供的是，用于提供基本上垂直于行驶方向的光束的光源设置在选择的测量点之一处。激光器、一个或多个LED或热光源例如用作光源。此外，用于产生平行光束的准直器可以设置在光源处。优选地，光源的取向以这样的方式进行，即使得垂直于行驶方向或垂直于测试路线的产生的光束沿着测试路线在车辆上的光学触发装置的平面上传播。借助于在测试路线的边缘上的固定光源，可以简洁地实现没有光源并且具有较少的部件的光学触发装置。

根据本发明的一个有利的实施例，确定基于卫星的导航系统的精度包括将从测量的位置和行驶方向计算出的两个光束的交叉点与由选择的用于提供这些光束的测量点建立的光的交叉点进行比较。换句话说，对于每个选择的测量点，可以形成刚好一个垂直于行驶方向和通过测量位置的测量的直线。相应地，恰好一条直线可以穿过选择的测量点并且同样垂直于行驶方向形成。两个测量的直线的交叉点和通过选择的测量点的相关直线的交叉点之间的差直接指示导航系统测量的绝对位置的精度或误差。这种精度的确定与车辆在测试路线上的横向偏移和导航系统的接收器在车辆中的位置无关。

在本发明的另一个优选实施例中，确定基于卫星的导航系统的精度包括将将检测到的位置和行驶方向变换到局部笛卡尔坐标系中。例如，发生到具有平行于北方方向和东方方向的坐标轴并且在具有测试路线的测试场地处或附近具有零点的坐标系中的变换。或者，也可以发生到具有相对于北方向任意旋转的坐标轴的笛卡尔坐标系中。在这样的变换之后，与地理坐标的情况相比，通过使用线性方程和笛卡尔坐标(例如以米为单位标记的例如长度和宽度)可以更容易地进行导航系统的精度的确定。

根据本发明的用于确定在测试路线上操作期间用于车辆的基于卫星的导航系统的精度的系统包含两个或更多个光学装置，其布置在具有非平行行驶方向的测试路线上的两个或更多个选择的测量点处。每个光学装置被设计用于提供沿着基本上垂直于行驶方向的测试路线传播的光束。此外，该系统包括光学触发装置，该光学触发装置固定在车辆上并且被设计用于检测在测试路线上操作期间垂直于行驶方向冲击车辆的光束，并且用于一经检测到光束就触发对位置以及由基于卫星的导航系统的接收器测量的行驶方向的检测。此外，该系统包括数据处理系统，用于通过检测到的位置和行驶方向以及通过选择的测量点的位置坐标来确定基于卫星的导航系统的精度。

以类似于相应方法的方式，通过根据本发明的系统以简单的方式实现基于卫星的导航系统的精度的快速可执行且高精度的确定。在该系统的一个有利实施例中，光学触发装置设置在车辆上处于垂直于行驶方向的由基于卫星的导航系统的接收器测量的参考点所位于的平面中。以这种方式，光学触发装置与导航系统的测量参考点的距离对于精度确定是不相关的。

系统的其它实施例各自对应于根据本公开的方法的所描述的实施例，并且具有相应的特征和优点。特别地，根据本公开的系统的实施例被设计用于执行上述方法之一。

附图说明

下面参考附图通过示例的方式更详细地描述本公开，在附图中：

图1表示根据本公开的用于确定在测试路线上操作期间用于车辆的基于卫星的导航系统的精度的系统的一个示例性实施例的局部视图的示意图；

图2表示根据本发明的用于确定基于卫星的导航系统的精度的方法的一个示例性实施例以及根据图1的系统的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本公开的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是可以以各种和替代形式实施的本公开的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式应用本公开的代表性基础。

图1示出了测试路线10的一个部分的示意图。测试路线10例如位于机动车辆的测试场地上。车辆12在测试路线10该部分上在与测试路线的局部方向平行的行驶方向14上移动。车辆12在示意图中被示出具有车窗16。高精度的基于卫星的导航系统的接收器18被紧固在车辆12中或其外部以用于测试目的。接收器18连续确定地理坐标中的参考点P的位置。为此，接收器18从基于卫星的导航系统的多个卫星(图1中未示出)接收导航信号，导航系统例如是已知的GPS(全球定位系统)或GLONASS(全球卫星导航卫星系统)。另外，接收器18经由另外的卫星、蜂窝电话或其他陆地无线电发射器接收校正数据。这种校正数据由卫星定位服务提供，例如，SAPOS(官方德国测制机构的卫星定位服务)，并提供例如具有小于2cm的最大精度的定位。由于接收器18用于不同的车辆并且用于一个车辆12的测试配置可以改变，因此需要可以快速且以简单方式执行对于基于卫星的导航系统的精度的检查或确定。

为此目的，首先在测试路线10的边缘上的多个选择的测量点中的每一个处设置固定光学装置20。在图1中，车辆12准确地位于一个选择的测量点B1处，在该测量点设置有光学装置20。在该示例性实施例中，光学装置20包含反射器22，该反射器被以这样的方式设置，即使得从车辆12发射的垂直于行驶方向14的光束被反射回光学装置20。光学装置20因此提供沿着测试路线10基本上垂直于行驶方向14或垂直于测试路线10的方向发射的光束24。回射器、一个或多个反射镜、一个或多个棱镜或光学元件的另一合适装置被用作例如反射器22。

在一个可选的示例性实施例中，光学装置20包含用于提供光束24的光源。为此，光学装置20包含例如激光器、一个或多个LED或热光源。此外，提供合适的能量源用于向光源提供能量，例如电池或连接到供电网。此外，光学装置20可以包括用于产生平行光束的准直器。光源或光学装置20被定向为使得所产生的光束沿着测试路线10垂直于测试路线10或垂直于行驶方向14传播。

此外，光学触发装置26固定在车辆12中或车辆12的外部上。光学触发装置26包含用于检测从固定光学装置22进入的垂直于行驶方向14的光束24的检测器。在光束24的检测期间，光学触发装置26触发已经由导航系统的接收器18测量的参考点P的位置的检测。当发生检测时，测量的位置例如存储在车辆12中的存储器(其在图1中未示出)中，或者被传输到外部存储器。例如，无线电连接可以用于此目的。在该示例性实施例中，光学触发装置26包含用于产生垂直于行驶方向14发射的光束的光源。激光器、一个或多个LED或热光源例如用作光源。在替代实施例中，光源还可以与车辆上的光学触发装置分离，或者如上所述，可以设置有固定光学装置。

光学触发装置26尽可能精确地沿行驶方向14定向，使得所述触发装置与由导航系统测量的参考点P一起位于垂直于行驶方向14的平面中。为了说明该取向的目的，行驶方向x和与其垂直的方向y在图1中的参考点P处示出。光学触发装置26和测量的参考点P二者都位于由y方向限定的直线上。二者之间相对于x方向的距离近似等于零。由于如下面进一步详细描述的，在y方向上的距离不包括在精度的确定中，因此在光学触发装置26的这个取向上，到接收器18的相对距离在导航系统的精度确定中可以被忽略。在上述平面中的取向发生的误差至少小于基于卫星的导航系统的最大精度，即例如小于2cm。在一个可选的示例性实施例中，光学触发装置26设置在距接收器18的x方向上的一定距离处。在这种情况下，精确地确定相对于行驶方向的这个距离，并且这个距离被考虑用来确定精度。

图2示意性地示出了根据本公开的方法的一个示例性实施例以及根据本公开的系统的示例性实施例——其已经在图1中部分地示出。总之，测试路线10的三个部分在图2中被示出，在三个部分的每个中，分别选择一个测量点B1、B2、B3。在一个测量点B1、B2、B3处的行驶方向14不平行于其它测量点B1、B2、B3中的一个处的行驶方向14的条件下选择测量点B1、B2、B3。优选地，选择具有彼此大致垂直的行驶方向14的两个测量点B1、B2，以便使误差最小化。此外，优选在地理或局部坐标系中具有精确已知位置的测量点。如果位置未知，则首先执行测量点的测量。

在选择的测量点B1、B2、B3中的每一个处，设置并且定向上面已经描述的固定光学装置20，使得提供的光束垂直于测试路线10的局部方向或垂直于行驶方向14发射。此外，光束沿着测试路线的传播被定向在车辆12中的光学触发装置26的平面上。最后，光学触发装置26被固定在车辆12上并且如上所述地定向。光学触发装置26和三个固定光学装置20与未示出的用于测量的位置的存储器以及同样未示出的数据处理系统一起形成用于确定基于卫星的导航系统的精度的系统。

为了确定导航系统的精度，车辆12沿着测试路线10行驶。在测量点B1、B2、B3处不能超过最大速度。该最大速度由导航系统的最大精度和每秒的定位的次数预定义。例如，在每秒100次定位和2cm的精度下，速度必须小于2m/s。

在测量点B1处，光学触发装置26检测已经被光学装置20垂直于行驶方向14反射并沿着直线G1传播的光束24。结果，触发对接收器18的参考点P的位置的检测和对所测量的行驶方向的检测。一经检测到测量位置，参考点P就位于点M1处。该点位于直线G1上，该直线延伸通过测量点B1并且垂直于行驶方向延伸。通过直线G1，精确建立相对于行驶方向14的位置坐标，而与其垂直的位置坐标保持未确定。因此，车辆12在测试路线10上的横向偏移对于确定导航系统的精度也是不相关的。相应地，当通过测量点B2时，由接收器18测量的点M2的位置被检测到并存储在存储器中，并且当通过测量点B3时，由接收器18测量的点M3的位置被检测到并存储在存储器中。

在地理坐标中测量的点M1、M2、M3的位置首先被变换为局部笛卡尔坐标系28。在该示例性实施例中，选择的坐标系28的x轴指向东方方向，并且y轴指向北方方向。或者，可以在测试场地上或与测试场地一起使用已经相对于北方方向任意旋转并且具有零点的另一坐标系。可以借助于笛卡尔坐标系更容易地执行精度确定。特别地，米可以用作长度的测量，并且可以利用线性方程。

为了确定导航系统的精度，由选择的测量点B1确定并相对行驶方向14垂直的直线G1与由选择的测量点B2确定并相对行驶方向14垂直的直线G2的交点R1通过数据处理系统来确定。此外，确定交叉点R1'，交叉点R1'是与通过在点M1处的测量位置的行驶方向垂直的直线和与通过在点M2处的测量位置的行驶方向垂直的直线的交叉点。如果在点M1和M2处的测量坐标与这些点处的实际坐标匹配，则交叉点R1和R1'匹配。因此，交叉点R1和R1'之间的差异表示基于卫星的导航系统在确定点M1和M2的位置时的精度或误差。相应地，为了误差最小化的目的，可以确定通过交叉点R2的点M2和M3的测量位置的精度以及通过交叉点R3的点M1和M3的测量位置的精度。然后例如可以使用关于北方方向和东方方向的精度或最大不精确度的平均值作为基于卫星的导航系统的精度。已经以这种方式执行的精度的确定与车辆12在测试路线10上的横向偏移和接收器18在车辆12中或车辆12上的位置无关。

虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述本公开的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。另外，各种实现实施例的特征可以组合以形成本公开的其他实施例。

Claims (17)

1.一种用于确定在测试路线上操作期间车辆的基于卫星的导航系统的精度的方法，包括：

提供光束，所述光束沿着所述测试路线垂直于所述车辆的行驶方向传播到所述测试路线上的两个选择的测量点中的每一个，其中在所述两个选择的测量点中的每一个处的所述行驶方向不平行；

在所述车辆在所述测试路线上操作期间经由固定在所述车辆上的光学触发装置检测垂直于所述行驶方向冲击所述车辆的所述光束；

一经由所述光学触发装置检测到所述光束，就触发由所述基于卫星的导航系统的接收器测量的至少两个位置和所述行驶方向的检测；和

基于所述至少两个位置、所述行驶方向和所述两个选择的测量点的位置坐标来确定所述基于卫星的导航系统的精度，

其中确定所述基于卫星的导航系统的精度包括将从所述至少两个位置和所述行驶方向计算出的两个光束的交叉点与由用于提供所述光束的所述选择的测量点建立的所述光束的交叉点进行比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学触发装置设置在所述车辆上处于垂直于所述行驶方向的平面中，并且由所述基于卫星的导航系统的所述接收器测量的参考点位于所述平面内。

3.如权利要求1所述的方法，还包括在所述测试路线上选择两个测量点，每个所述测量点具有彼此垂直的行驶方向，用于提供沿着所述测试路线垂直于相应的所述行驶方向传播的所述光束。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述测试路线上的三个或更多个选择的测量点处提供垂直于所述行驶方向引导到所述车辆上的光束。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述选择的测量点之一处设置反射器，所述反射器用于通过从所述车辆发射的光束的反射提供垂直于所述行驶方向的所述光束。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述选择的测量点之一处设置用于提供垂直于所述行驶方向的所述光束的光源。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述基于卫星的导航系统的精度包括将所述检测的位置和所述行驶方向变换到局部笛卡尔坐标系中。

8.一种用于确定在测试路线上操作期间车辆的基于卫星的导航系统的精度的系统，包括：

两个或更多个光学装置，所述光学装置设置在具有非平行行驶方向的所述测试路线上的两个或更多个选择的测量点处，并且每个所述光学装置被配置为提供垂直于车辆的行驶方向沿着所述测试路线传播的光束；

固定在所述车辆上的光学触发装置，所述光学触发装置被配置为检测来自所述光学装置的在所述测试路线上垂直于所述车辆的所述行驶方向冲击所述车辆的所述光束，并且所述光学触发装置被配置为一经检测到所述光束中的一个，就触发对由所述基于卫星的导航系统的接收器测量的检测到的至少两个位置和所述车辆的所述行驶方向的检测；和

数据处理系统，所述数据处理系统被配置为基于所述检测到的至少两个位置、所述行驶方向和所述选择的测量点的位置坐标来确定所述基于卫星的导航系统的精度，

其中确定所述基于卫星的导航系统的精度包括将从所述至少两个位置和所述行驶方向计算出的两个光束的交叉点与由用于提供所述光束的所述选择的测量点建立的所述光束的交叉点进行比较。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述光学触发装置设置在所述车辆上处于垂直于所述行驶方向的平面中，其中由所述基于卫星的导航系统的所述接收器测量的参考点位于所述平面内。

10.如权利要求8所述的系统，还包括通过对从所述车辆发射的每个所述光束的反射来提供垂直于所述行驶方向的所述光束的反射器，所述反射器被布置在所述选择的测量点之一处。

11.根据权利要求8所述的系统，还包括设置在每个所述测量点处以提供每个所述光束的光源。

12. 根据权利要求8所述的系统，其中所述车辆包括：

检测从两个或更多个光学装置提供的光束的装置，每个所述光学装置提供车辆行驶方向位置；和

处理器，所述处理器被配置为响应于所述车辆行驶方向位置的检测而确定导航系统的精度。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述装置设置在所述车辆中处于垂直于所述车辆的行驶方向的平面中，其中由所述导航系统的接收器测量的参考点位于所述平面内。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述测试路线包括两个测量点，每个测量点具有彼此垂直的行驶方向，以提供沿着所述测试路线垂直于所述行驶方向传播的每个光束。

15.根据权利要求14所述的系统，其中两个或更多个光学装置中的每一个包括反射器，所述反射器垂直于所述行驶方向并且设置在所述测量点中的一个处，以提供对从所述车辆发射的所述光束的反射。

16.根据权利要求14所述的系统，所述车辆还包括设置在每个所述测量点处以提供每个所述光束的光源。

17.根据权利要求14所述的系统，其中确定所述导航系统的精度包括将所述车辆行驶方向位置和车辆行驶方向变换到局部笛卡尔坐标系中。

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