CN107976704A - 对车辆定位的协作式改进 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定位设备，其被配置为获取其自己的GNSS位置、该定位设备周围区域中的探测车的GNSS位置、以及该定位设备到这些探测车的相对位置。该定位设备被配置为基于该数据和它们的置信指数来计算最佳拟合位置。该定位设备可以直接地或者通过导航辅助中心进行通信。可以向该最佳拟合位置提供置信指数、可用性和完整性。在一些实施例中，本发明的定位设备可能是足够稳健的，以生成对自动驾驶车辆的驾驶控制的命令。

Description

对车辆定位的协作式改进
技术领域
本发明涉及用于车辆的协作式定位系统。更具体地，根据本发明，多个车辆获取并交换它们的相对位置和绝对GNSS定位数据，以提高它们自己的绝对定位。
背景技术
越来越多的车辆(汽车、摩托车、公共汽车等等)装备有由车辆制造商本地安装的GNSS接收机，或者具有由车辆的操作者带来的可拆卸的设备的形式的GNSS接收机。
越来越多的应用依赖于(特别是车载在车辆的)用于专业用途或用于业余用途的定位数据。例如，诸如近实时路线规划和监控之类的辅助导航对于优化人员的运输和/或货物的交付越来越重要。不同类型的车辆可以被用于运输：公共汽车、卡车、汽车、摩托车，或者在多种用例中，其它移动地面-例如，火车-空运或海上运输车辆。除了私人拥有和使用的标准模型之外，这些车辆可以在各种商业模式下运营，所有这些都需要高效地管理车队和工作人员。车队可以由公共机构或者私营实体来运营，该公共机构或者私营实体将使用路线规划和监控来提高其资源利用率和被交付给其客户的服务质量。路线规划的基础知识超出了本公开内容的范围，但重要的是应当注意到，该功能特别严重地依赖于精确定位数据的良好可用性。增加定位数据的精度、可用性和完整性的性能，将允许对车队管理实体(即，员工和车辆)的资源的更好使用。即使个人用户也将有益于因增加的定位数据的精度和准确性而产生对辅助导航的改善。
诸如自适应巡航控制(ACC)和盲点检测之类的车辆安全应用，通常依赖于紧邻车辆的(其通常为数十厘米到几百米)产生相对定位的测距传感器。但是对于自动驾驶汽车的设计而言，考虑不同的定位技术(由GNSS产生的绝对位置和由传感器产生的相对定位)的集成，以允许更好地集成远距离和短距离定位并提供冗余。对于此应用而言，针对精度、可用性和完整性的规范将仍是更高的。
但是GNSS有一些固有的限制(其将在下面进行讨论)，特别是在城市环境中。
导航接收机依赖于由中等地球轨道卫星发射的L波段RF(射频)信号，该中等地球轨道卫星通常被包括在星座中，该星座包括数十个中等地球轨道卫星用以覆盖大部分的地球表面，例如，全球定位系统(GPS)TM(美国)、伽利略(Galileo)TM(欧洲)、全球导航卫星系统(Glonass)TM(俄罗斯)和北斗(Beidou)TM(中国)。这些星座是根据GNSS(全球导航卫星系统)的通用首字母缩略词来指定的。
通过允许在接收机和确定的卫星之间计算伪距的伪随机码和导航消息，对GNSS载波信号进行调制。在具有至少四个伪距的情况下，可以计算接收机的位置、速度和时间(PVT)。在消费者使用的类型的接收机中，位置信息是直接被用于计算导航解决方案的信息。
PVT测量受到多种误差的影响，其中的一些误差对于使用的测量原理来说是固有的(即，由于RF信号通过大气(电离层和对流层)的轨迹的偏离-由于卫星轨道的变化)、对于接收机和卫星缺陷来说是固有的(例如，时钟偏差)、或者对于在某个时刻观察到的卫星的一些配置来说是固有的(即，卫星在地平线上的海拔；可见卫星的低色散-高精度衰减因子或DOP)。可以使用多个校正来减轻这些误差，或者借助于仅可用于某些类型的接收机的特定处理技术(即，根据校正的质量，双频接收机可以将电离层误差减轻达到从几十米到几米或者更好的精度增益)。这被称为精密单点定位或者PPP。差分GPS(DGPS)或者实时运动学(RTK)提供了几十厘米的精度，这由于外部信息的集成(与具有已知位置的多个固定参考站相比的相对定位)。
更困难的是以一致和高效的方式来减轻取决于接收机的位置的一些误差，特别是当该位置被多个物体环绕时，其中这些物体反射导航RF信号和/或掩蔽在某个时刻应当在视线(LOS)内的多个卫星。在这样的情况下，在获取GNSS信号时和在跟踪所述信号时，PVT的计算精度可能是相当差的，所有其它误差原因是相同的。
在城市峡谷(即，摩天大楼之间的街道)中或者在沿着树木、种植物或者反射结构的道路上，多径将不仅增加在确定卫星的伪距时的误差(用户等效距离误差或者UERE)，而且还增加(几何)精度衰减因子(GDOP或DOP)，这是因为天线的视野将更窄，从而限制了由于使用另外的卫星而导致的精度的增加。
UERE的劣化是由于跟踪环获取或者跟踪的确定的卫星的信号损坏。卫星的跟踪依赖于所获取的编码信号与由接收机生成的对这些编码信号的多个本地副本(其是特定于每个卫星的)之间的相关函数的最大化。相关函数将会被多径损坏，并且卫星可能未被正确地获取或者可能丢失。即使信号跟踪仍然是可实现的，但信号损坏将影响相关函数的形状，从而降低伪距估计和UERE。
适用于单个接收机级别的减轻技术已经被设计并且实现了多年，特别是基于在相关阶段应用的特定处理。此外，一些减轻技术可以在天线级别处应用。
替代或者除了这些技术之外，探测车(例如，其可以包括公共汽车、卡车、汽车、摩托车或者包含一个接收机或一些接收机的其它移动运输设备-本文档中对“探测车”的使用与对“车辆”的使用是可互换的)之间的协作定位，已经利用车辆到车辆(V2V)和车辆到基础设施(V2I)通信的部署进行了特别的讨论，将该基础设施定义成协作车辆基础设施系统(CVIS)，其沿着道路包括通信网络的多个节点和可能的控制和指挥中心(无论是自动的还是有人操纵的)。CVIS正在或者将提供有用的数据(例如，感兴趣点(POI)的特殊性-沿线的当地新闻)、辅助数据(规划的道路工程、事故、堵塞、建议的途中改道或者任何类型的导航辅助数据)或者安全数据(V2V相对距离以及针对最小距离和盲点警报或碰撞避免的绝对或相对速度测量，其包括自动断开等等)。
最终，自动驾驶车辆将必须严重地依赖于车辆定位数据，该数据足够精确并具有足够的可用性和完整性。对于V2V安全应用而言，可以在道路层面(车辆在哪条路上行驶？)、车道间层面(车辆在道路中的哪条车道上行驶？)或者车道内层面(车辆位于一个确定的车道中的哪里？)来规定准确性。要实现的精度的规范，从比道路层面的5米更佳，直到比车道内层面的1米更佳进行变化。此外，真正的挑战可能是确实要在所有环境中(其包括类似于城市峡谷的受多径反射严重影响的那些环境)保持这些精度水平。
在开发用于提高定位数据的精度和/或可用性的协作方法方面，已经进行了一些尝试。可以通过以下方式来获得第一探测车的定位：将所述第一探测车的GNSS接收机的输出与在第一探测车附近的其它探测车的GNSS接收机的输出以及表示第一探测车相对于选择的其它探测车的相对定位的数据的输出进行组合。后一数据可以在具有测距能力的光学、RF或LIDAR传感器的输出处产生。可以在对等架构中或者在集中式架构中执行数据融合。V2V和V2I链路趋向于使用专用短距离通信(DSRC)设备，其中一些建议是针对标准化的。DSRC设备可能具有测距能力。这些类型的系统中的一种或多种的原型在以下文献中进行了特别地公开：Zarzosa等人于2007年12月发表的“Relative Positioning for CollisionAvoidance Systems”(REPOSIT)、FP6工程、最终报告；Basnyake等人于2010年10月在GPS世界发表的“Can GNSS Drive V2X？”；Garello等人于2012年7月-8月在GNSS中发表的“Peer-to-peer cooperative positioning–Part II,Hybrid Devices with GNSS andTerrestrial Ranging Capabilities”。
这些系统具有很多缺点。特别是，它们不允许为现成设备提供它们确定的位置精度的可预测的置信区间。
它们也不提供测量和/或对测量值的可用性和/或完整性的预测。
除了其它优点之外，本发明还公开了一种克服先前引用的缺点的解决方案。
发明内容
本发明的目的是要满足这种需求。为此目的，本发明特别公开了一种定位设备，其获取多个探测车的GNSS位置，以及关于这些探测车中的至少一些探测车的多个相对位置，连同这些测量值和因此的定位设备的置信指数。
为此目的，本发明公开了一种定位设备，其包括：GNSS单元，其被配置为从一个或多个GNSS星座获取GNSS信号，以及基于根据所述GNSS信号的PVT计算结果来计算该定位设备的第一位置；位置感测单元，其被配置为获取一个或多个探测车的离定位设备的相对位置，以及确定所述相对位置的置信指数；通信链路，其被配置为使具有相关联的置信指数的一些探测车的带有时间戳的GNSS PVT位置可用于该定位设备；以及位置确定逻辑单元，其被配置为基于来自所述GNSS单元、来自所述位置感测单元和来自所述通信链路的输入，计算该定位设备的第二位置。
有利地是，所述位置确定逻辑单元还被配置为：通过计算第一几何形状和第二几何形状之间的最佳拟合来计算所述第二位置，其中所述第一几何形状包括连接所述定位设备的第一位置和所述探测车中的至少一些探测车的GNSS PVT位置里的每个GNSS PVT位置的第一组线段，所述第二几何形状包括连接所述定位设备的第一位置和所述探测车中的至少一些探测车到所述定位设备的相对位置里的每个的第二组线段。
有利地是，通过确定最佳拟合线段来计算所述最佳拟合，其中所述最佳拟合线段中的点具有到选择的一对点的最小欧几里德距离，所述选择的对中的每个点属于所述第一组或所述第二组中的一个。
有利地是，所述位置确定逻辑单元还被配置为：通过计算所述第二位置的置信圈来计算所述第二位置，其中将所述第二位置的置信圈确定为包括将候选的第二位置连接到位于一对或多对置信圈的交叉点中的选择的点的选择的线段的起点的最小圈，其中，一对置信圈被附到探测车，并且该对中的第一个置信圈与所述探测车的GNSS位置有关，并且该对中的所述第二置信圈与到所述定位设备的探测车的相对位置有关。
有利地是，所述位置确定逻辑单元还被配置为：通过将位于所述探测车的所述第一位置和所述一个或多个探测车的所述GNSS PVT位置周围的置信圈断裂(fracture)成多个小特征来计算所述第二位置，成对的第一置信圈中的第一小特征和第二置信圈中的第二小特征确定将所述探测车中的一个和所述其它探测车中的一个连接到所述探测车中的另一个和所述其它探测车中的一个的线段，最佳拟合解是通过选择所述线段与所述一个探测车和所述其它探测车的相对位置的几何形状最佳匹配的探测车组合来确定的。
有利地是，所述位置确定逻辑单元还被配置为：基于所述探测车、其GNSS位置或者其相对位置中的一个或多个的置信指数，对来自所述GNSS单元、所述位置感测单元和所述通信链路的其输入进行加权。
有利地是，所述位置确定逻辑单元还被配置为：对来自路线规划逻辑单元的输入进行接收和处理，所述输入被用于基于地图匹配算法来更新探测车的所述GNSS位置的和相对位置的置信指数。
有利地是，所述位置确定逻辑单元还被配置为：计算所述第二位置的可用性指标或者完整性指标中的一个或多个。
有利地是，所述GNSS单元和所述位置确定逻辑单元中的一个或多个还被配置为：当在一个时期没有任何位置是可用的时，通过使用所述定位设备的速度或运动方向中的一个或多个传播最后一个已知的第一位置来生成第一位置。
有利地是，所述位置感测单元包括具有RF发送和/或接收(T/R)模块的一个或多个位置传感器，所述T/R模块被配置为：通过计算所述T/R模块之间的飞行时间来测量到另一T/R模块的距离，以及通过测量所述T/R模块之间的飞行方向来确定所述距离的角度。
有利地是，所述通信链路是车辆到车辆(V2V)通信链路或者车辆到基础设施(V2I)通信链路中的一个或多个。
有利地是，所述V2V或者所述V2I通信链路中的一个或多个是DSRC通信链路。
有利地是，所述通信链路使用发布/订阅协议。
有利地是，所述通信链路被配置为发送和/或接收去往/来自导航辅助中心的数据。
本发明还公开了一种定位方法，其包括：在GNSS单元处，从一个或多个GNSS星座获取GNSS信号，以及基于根据所述GNSS信号的PVT计算结果来计算定位设备的第一位置；在位置感测单元处，获取到一个或多个探测车的相对位置并且确定所述相对位置的置信指数；在通信链路处，获取具有相关联的置信指数的一些探测车的带有时间戳的GNSS PVT位置；以及在位置确定逻辑单元处，基于来自所述GNSS单元、来自所述位置感测单元和来自所述通信链路的输入，计算所述定位设备的第二位置。
本发明还公开了一种定位系统，其包括：I)车载在探测车的多个定位设备，每个定位设备包括：GNSS单元，其被配置为从一个或多个GNSS星座获取GNSS信号并且基于根据所述GNSS信号的PVT计算结果来计算所述定位设备的第一位置；位置感测单元，其被配置为获取从所述定位设备到一个或多个探测车的相对位置，以及确定所述相对位置的置信指数；通信链路，其被配置为使具有相关联的置信指数的一些探测车的带有时间戳的GNSS PVT位置可用于所述定位设备；以及位置确定逻辑单元，其被配置为基于来自所述GNSS单元、来自所述位置感测单元和来自所述通信链路的输入，计算所述定位设备的第二位置；II)导航辅助中心，其包括：使用相应的ID对所述多个探测车、驾驶者和定位设备的数据库的访问；到所述多个定位设备的通信链路，所述通信链路被配置为获取所述多个定位设备的至少一些GNSS位置和/或相对位置。
除了其它优点之外，本发明还提供了用于评估测量值的完整性的过程。此外，在一些位置中，多个GNSS星座和增强系统的可用性可能提供增加的精度和冗余度。
本发明可以利用将探测车的测量值分配给用户的中央设施来实现。替代地或组合地，本发明可以在探测车到探测车(即，对等)的架构中实现，而不需要中央服务器。
本发明可以在具有低尺寸、重量和功率、仅具有软件升级的标准设备中实现，并且因此易于且非昂贵的使用传统探测车来实现或者部署。
由于本发明及其各个实施例带来的益处，因此其还可能极大地改善对探测车的导航(特别是在像城市环境的扰动环境中)，这特别是因为除了定位数据之外的其它数据(例如，关于交通堵塞或道路工程的瞬时数据)可以在探测车之间共享，并在本地进行处理。
本发明可以容易地与一些改进进行组合，这些改进将允许应考虑交通历史、事故、道路封闭、速度限制、感兴趣点、加油站或充电站、以及关于多径反射的本地数据。
附图说明
在阅读下面对特定实施例的详细描述时，将更好地理解本发明及其优点，这些特定实施例仅仅通过非限制性示例的方式给出，该描述是参照附图进行的，其中：
-图1表示根据现有技术使得能够实现各种定位技术的车辆的示意图；
-图2表示根据本发明的实施例中的一些的用于实现本发明的功能架构；
-图3表示根据本发明的实施例中的一些的用于实现本发明的另一种功能架构；
-图4表示根据本发明的实施例中的一些的用于实现本发明的功能架构的另一种用例；
-图5根据本发明的一些实施例示出了用于确定车辆的位置的本发明的方法的用例；
-图6根据本发明的一些实施例示出了用于确定车辆的位置的算法；
-图7表示根据本发明的实施例中的一些的位于车载在车辆的用于实现本发明的可能的物理架构；
-图8根据本发明的实施例中的一些显示了本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1表示根据现有技术使得能够实现各种定位技术的车辆的示意图。
针对该示意图的信用被给予GNSS设备制造商NovatelTM。即使它仍然是理论上的(当前市场上似乎没有任何汽车具有该示意图上描绘的所有传感器和功能)，这正说明了传感器在未来汽车中的重要性。并且传感器意味着信号处理和数据融合。拉斯维加斯一年一度的著名的消费电子展，存在已久的针对零部件和设备制造商的必不可少的事现在成为大多数汽车平台和设备制造商的“立足之地(place to be)”。在那里展示的概念汽车充满了被用于定位其封闭环境中的车辆，检测障碍物并向驾驶者提供导航和/或驾驶辅助或者直接控制车辆的雷达、相机、LIDARS、超声波传感器。已经在航空航天或者海洋运输平台上使用很长时间的技术，现今在轮式车辆上找到了它们的方向。
如在图1上显示的，车辆100装备有：
-远距离雷达110，其被用作控制自适应巡航控制(ACC)的主传感器，即，按照预设速度巡航的车辆将跟踪前面的车辆的功能，如果所述车辆降低其速度，则自动制动，并且当前面的车辆再次加速时，重新加速到预设速度；ACC向前看并且通常具有几米到几百米的距离；
-LIDAR 120，其可以被提供成用于控制ACC功能，或者检测路线上的其它障碍物(行人、骑自行车者、动物、碎片等等)的冗余或补充传感器；LIDAR可以控制紧急制动和碰撞避免功能；
-短/中等距离雷达130，其提供盲点检测、碰撞警告等等；
-照相机140，其可以提供被用于单独地或者结合其它传感器来控制诸如环绕视图、停车辅助、交通标志识别、车道偏离警告之类的各种功能的图像；
-超声波传感器150，其主要为停车辅助功能提供输入。
图1还显示了RF通信模块160。RF通信可以被用于不同的应用，其中这些应用可能不是关键任务(例如，收费)。针对这些通信出现了一种准标准，其被称为专用短距离通信或DSRC。在美国和欧洲中，在5、9GHZ频段内已经分配了几十MHz(在美国中是30MHz)的带宽。DSRC可以被用于双向发送信息或控制命令。其还可以被用于确定两个发送/接收(T/R)模块之间的距离。通过计算RF波前从T模块行进到R模块并返回的到达时间(TOA)或飞行时间(TOF)来进行该确定。如果R模块被配置为应用某种天线分集(无论是物理地还是通过软件控制T/R模块)，则还可以确定到达方向(DOA)或飞行方向(DOF)，从而允许不仅确定T/R模块之间的距离，而且还完全确定T/R模块的3D相对定位。可以在V2C模式下或者在V2I模式下，执行该通信和推导相对定位。在后一种情况下，装载在探测车上的传感器将测量与位于道路基础设施上的(有源的或无源的)应答机进行通信的距离和方向。
此外，图1显示了GNSS模块170。车载在车辆的GNSS接收机可能仅仅能够从单一星座(GPS2或GPS3、全球导航卫星系统、北斗、伽利略、其它)接收信号，或者其可能能够接收一个以上的星座的信号(多星座接收机)。在标准模式下，GNSS接收机将被配置为只接收公开可获得的信号。但其还可以被配置为接收受保护的信号，以确保它们只向注册用户传递信息(一个示例是未来的伽利略商业服务)，或者被保留给政府机构。如已经解释的，GNSS接收机传递PVT数据。其可以传递被增强的信息，其具有基于卫星的增强系统(SBAS)类型(例如，EGNOS或WAAS)或者具有基于地面的增强系统(GBAS)(例如，差分GPS(D-GPS)或RTK(实时运动学))。SBAS和GBAS可以通过提供对电离层误差的校正、轨道计算数据或算法/表格，来允许更佳的精度，以计算对卫星和/或接收机的偏差的校正。GNSS接收机通常被配置为在单一频带中接收针对确定的星座的信号。其还可以被配置为在两个(或者甚至更多的)不同的频率上接收信号。例如，伽利略星座将在3个不同的频率上发送导航信号。处理在至少两个不同的频率上接收的信号，允许容易地消除载波相位整周模糊度，从而导致更准确的伪距和PVT。最终，累积了多种增强技术(多频、SBAS或GBAS等)，可以提高分米级别的精度。
尽管这种卓越的精度水平，但目前大多数自动驾驶车辆的设计人员并不考虑依靠于GNSS接收机来传递要在诸如ACC、紧急制动、碰撞避免等等之类的关键任务应用中使用的车辆位置数据。
这主要是因为GNSS位置的可用性和/或完整性无法在整个导航(特别是在经过密集或者半密集的城市地区)中得到保证。这是由许多影响测量值的可用性和一致性(即，完整性)的现象引起的，例如，修复时间(即，在冷启动时获取位置所需的时间)、多径反射(如已经讨论的)或者精度衰减因子(即，随着时间的推移，测量精度将基于探测车的位置和一天中的时间而显著变化)，这是因为卫星在空间中的相对位置将随着时间的推移而改变，在卫星被对齐或者大致对齐的一些配置中，卫星的数量需要更高以实现目标精度。
可以在一定程度上消除或减轻这些障碍中的每个障碍，如将在本描述的不同段落中讨论的。但是，本发明的主要目的是使系统级的解决方案允许预测和保证位置测量值的可用性和完整性，其中该位置测量值至少部分地依赖于GNSS测量值。
图2表示根据本发明的实施例中的一些的用于实现本发明的功能架构。
针对上面提及的问题的系统级解决方案主要依赖于对车载在每个车辆211、212、213、21n...的多种能力的提供：
-PVT计算单元或者GNSS接收机221；
-V2V和/或V2I位置估计单元231，其用于获取一个或多个探测车位置231(1、2)、231(1、3)等等；
-V2C和/或V2I通信链路241中的一个或多个；
-计算单元251。
PVT计算单元221可以是上面描述的类型的标准GNSS接收机，即，其具有在一个或多个频率处从一个或多个星座获取导航信号的天线组件。其可以是具有认证导航信号来减轻电子欺骗或篡改的风险，或者减轻多径反射的一个或多个另外的能力的接收机。其可以是具有另外的硬件和软件能力的接收机，具有由被转让给本申请的同一申请人的根据n°WO2016/034623公布的PCT申请公开的类型，其中，天线布置被配置为生成预先确定的方案的可变辐射方向图。其可以是具有被配置为选择性地获取LOS信号以便消除非LOS信号的天线布置的接收机，例如，通过被转让给本申请的同一申请人的根据n°EP16305611.2提交的欧洲专利申请公开的类型的那些接收机。其可以是具有另外的硬件和/或软件能力的接收机，特别用于在独立模式下或在协作模式下获取和处理由GBAS或SBAS服务发送的或者在本地计算的误差校正，例如，通过被转让给本申请的同一申请人的根据n°WO2016/008991公布的PCT申请公开的类型的那些接收机(据此，接收机根据各种参数来计算导航解决方案的置信指数)，或者通过被转让给本申请的同一申请人的WO2016/034622公开的类型的那些接收机(据此，在探测车处获取其它探测车的编码和相位测量值)，或者通过被转让给本申请的同一申请人的根据n°EP15305948.0提交的欧洲专利申请公开的类型的那些接收机(据此，使接收机能够选择最佳纠错模式)。
有利地是，可能可取的是提供可以防卫GNSS接收机以免于篡改的反电子欺骗机制。已经表明的是，自动汽车的导航系统可能被容易地侵入，因此汽车被劫持。除了已经引用的参考之外，可以设想实现对由EP16305972.8(其被转让给本申请的同一申请人)公开的类型的探测车的GNSS位置的认证，其中，在GNSS接收机的输出处捕获一个或多个原始数据或原始信号，以与由接收机输出的PVT相对应的仿真的原始数据(相应地为原始信号)进行比较。如果仿真的原始数据和/或原始信号与由接收机输出的PVT不对应，则这是企图篡改的标志。该实施例可能是非常有益的，特别是当探测车携带绝对需要被保护的高价值负载时。在这种情况下，使GNSS信号模拟器车载在探测车以执行实时或者近实时认证可能是值得的。替代地或另外地，基于先前的对篡改/电子欺骗的企图，认证可能是由于到包含可疑接收机的数据库的服务器的连接而产生的。
在不背离本发明的范围的情况下，可以设想其它类型的接收机，其可能具有其它类型的附加硬件或软件。在所有接收机中存在的共同特征是在接收机的输出处具有PVT计算结果的一个或多个置信指数的可用性。该数据通常在由美国国家海洋电子协会最初定义的NMEA格式中可获得，并且根据本发明被配置为由计算单元251处理成PVT数据。
V2V和/或V2I位置估计单元231可以是具有RF、声学或光学类型的LOS测距能力的传感器布置，例如，在图1上显示的传感器(110、120、130、140、150)。例如，V2V位置估计单元231可以分别测量探测车2和/或探测车3的位置231(1、2)和231(1、3)。在一些实施例中，这样的传感器还具有测向能力。优选地，V2V和/或V2I位置估计单元231具有识别LOS中的物体的类型和状态的能力，特别是以下能力：确定它是否正在移动、确定它是否是另一辆汽车或货车(并且如果是，则确定其运动的方向和速度)、确定它是否是骑自行车者或行人、确定它是否是沿着道路的旁边的树木或碎片。可以实现这些能力中的仅仅一些能力。特别是，可以只实现V2V能力。根据本发明的有利方面，V2V和/或V2I位置估计单元231具有确定并向计算单元251输出其测量值的置信指数的能力。
可以使用DSRC T/R模块来实现V2V和/或V2I通信链路241。正在进行的标准化工作是针对于与使用一些ISM频带进行点对点或者点对多点RF通信相关的I3E 802.11系列标准的特定变型的。这种变型被称为802.11p，其在2010年中被采纳并针对于车载环境中的无线接入(WAVE)。它使用802.11a标准的物理层和OFDM调制。选择在5、9GHz频率周围的30至75MHz的带宽(取决于国家)。T/R模块应当允许LOS中的大约1km的通信距离。当与802.11a实现方式相比时，这是带宽的一半或者传输时间的两倍。这种设计选择允许更好地处理邻近车辆上的反射。
可以替代地使用公共的或专用的蜂窝网络来实现V2V和/或V2I通信链路241，但是当与点对点DRSC链路相比时，由于基站和网络管理层造成的延迟可能产生性能问题。公共网络将遵循3GPP(或更低)标准或者LTE或5G标准。使用由网络操作的通信链路的优点在于，其可能提供另外的定位源，这是因为根据下面在本描述中进一步解释的本发明的一些实施例，基站具有可以被包括在探测车的位置的最佳拟合计算中的公知位置。
通信可以是与另一车辆或者是与沿着车辆行驶的道路的旁边的接入点的。V2I通信可能是单向的或双向的。V2C通信通常是双向的。
在一些实施例中，V2V和/或V2I通信链路241可以用作V2V和/或V2I位置估计单元231的传感器。通过具有测量某些帧的TOA的过程，其始终可以使用通信链路至少作为距离测量传感器，从而允许对TOF和行进的距离的计算。当T/R模块使用具有一定程度的分集的天线时，也可以通过针对不同的物理或虚拟天线元件计算TOA中的差异，来增加DOA测量功能。可以应用简单的计算来确定测量值的置信指数，例如，通过计算一段时间内的测量值的方差。也可以基于被存储的历史数据来统计地确定所述测量值的可用性的指标。
DSRC已经被设计为比802.11a更抗多径反射。此外，可以增加一些处理以进一步减轻多径反射的影响，例如，被转让给与本申请的申请人相同的申请人的根据n°EP16306153.4提交的欧洲专利申请中公开的处理。
其它类型的V2V和/V2I链路可以被用作对到目前为止描述的那些的替代。例如，V2I链路可以使用卫星通信传输层。这两个链路可以使用光传输层(例如，如果可见光通信链路可用的话)。
根据本发明，V2V和/或V2I通信链路被配置为向所述探测车周围的其它车辆或者向处理中心发送该探测车PVT计算单元的输出。有利地是，所发送的数据将以NMEA格式进行调节。有利地是，将对测量值的采样进行选择，使得传输的间隔和对置信指数的计算与车辆的速度相一致。在一些变型中，NMEA数据可以包括利用其计算PVT的多个卫星，包括其原始星座。在一些变型中，其可以与先前的NMEA数据组合，NMEA数据可以包括PVT计算的精度衰减因子的值。
在一些其它变型中，原始数据还可以被获取并被配置为发送给其它探测车。原始数据诸如为星历数据、瞬时的或预测的和多普勒值。原始数据可能以RTCM格式或以专有格式可用。原始数据对于更好地确定品质因数(FOM)和PVT计算的数据的完整性可能是有用的。但是，一方面，将必须在探测车的计算单元251的处理能力、V2V或V2I通信链路241的数据速率之间进行折中，以及另一方面，精度的增加和实现的置信指数归因于原始数据。
可以使用发布/订阅(或PubSub)协议来实现对等通信，据此用户可以在地址上发布其将公布的消息的类别，可能具有用户应该实现的标准以被授权访问数据。发布可以用于发布的探测车的预先确定的距离内的用户。被授权访问某种类别的发布的数据的探测车，可能只能够当在发布的探测车的预先确定的距离内时，才实际上订阅或者物理地访问。PubSub架构提供了减少网络上的流量并提供对信息的更好的控制的优点。作为选项，可以从探测车向第二最近的探测车发送数据，以及从第二探测车向第三探测车发送数据，应用菊花链原理。
计算单元251从PVT计算单元221、V2V和/或V2I位置估计单元231和V2V和/或V2I通信链路241接收输入。有利地是，被发送给计算单元的数据是带有时间戳的。对PVT数据打时间戳是固有的。有利地是，GNSS时间还可以被用于对位置估计单元的输出打时间戳。有利地是，可以对发送去往/来自计算单元的数据进行加密或加扰，以避免或者减轻拦截和/或篡改。
计算单元可以使用标准处理器或者适合被嵌入到车辆上的加固型处理器。计算单元可以包括用于生成加密密钥的安全处理器。计算单元可以具有复制的计算单元，以用于冗余和认证目的。计算单元将优选地访问在本地或者在服务器上短期、中期或者长期存储的参数或动态数据。计算单元将实现用于利用可靠性和完整性指标来确定探测车的最可能的位置的算法。这些算法将在下面的本描述中进一步详细地讨论。
在用户的事先注册和识别方面，实现本发明的各种选项是可能的。一方面，由于在探测车之间共享的数据可能是任务和安全关键的，所以有利地是，能够控制向其它探测车或者向中心发送信息的探测车“不要干蠢事”(无论是故意的还是疏忽大意的)。这将导致需要中央机构来授权用户的注册的过程。另一方面，注册的用户越多，每个位置计算结果的质量就越高。并且由于对保护他们的定位数据的隐私的担心，因此可能会劝勉一些潜在的用户追随该系统。这两种选项在技术上都是可行的。一个好的折中似乎是创建并维护特定的系统ID，其将由具有高的信任证书的系统管理机构来管理。该ID将被附到所有定位消息，但只能在申请司法授权时才能跟踪用户的个人ID(取决于当地适用的法律和司法权)。
为了保护探测车位置的隐私，系统还可以包括用户ID的匿名实施例。除了用户ID之外或者作为对用户ID的替代，可以使用位置的置信度。例如，有助于根据本发明来贡献位置的用户，可以被认为是“更受信任的用户”，该用户先前还使用导致该位置的改进的数据贡献了位置。因此，与来自具有低的或者不存在的置信度的用户的贡献相比，系统可能喜欢来自这样的用户的贡献。此外，对异常或低精度位置信息做出贡献的用户，将看到他们的置信度降低。在一个实施例中，可以通过置信度来对位置数据从高到低排序。计算的位置可以使用该信息来计算具有高置信度的精确位置。此外，还可以使用具有更低置信度的数据进行计算，作为对贡献者的置信度进行升级以用于进一步的贡献的方式。
在一些实施例中，该系统包括导航辅助中心260。导航辅助中心可以通过V2I通信链路，从探测车接收位置信息。随后，导航辅助中心可以对该位置信息进行处理，并且将相关的结果重新发送给区域中的一些或所有探测车。导航辅助中心可以被配置为：根据用户的某些特性、交通、周期事件的出现等等，确定可以被用于未来路线规划的路线历史和/或规划参数。
由于对等通信工作地相当好，因此导航辅助中心的存在在技术上纯粹是可选的。但是，从用户体验或者营销角度来看，其可能是重要的，这是因为在确定的区域中具有足够大数量的用户的中央数据中心可能能够收集、处理和提供对于用户来说可能是非常有价值的另外的数据(例如，实时交通数据、替代的路线建议等等)。
在一些实施例中，对于所有用户而言，导航辅助中心可能是全球性的。在其它实施例中，它对于社区或者一组用户而言可能是可访问的。它可能是区域性的或者由国家或州定义为符合现行法律。在其它实施例中，其可以是本地的，并且可以将信息本地地存储在用户终端或云帐户处。在另一个实施例中，它可以是上述解决方案的组合。因此，用户可以共享过去和/或当前的数据，其限于过去、现在和或未来的路线、一个组或者路线集。
图3表示根据本发明的实施例中的一些的用于实现本发明的功能架构的用例。
在该图的配置中，探测车1 311、探测车5 315和探测车8 318在LOS中。由于树木320，探测车6 316与探测车1或者与探测车8不在LOS中。但探测车6与探测车5在LOS中。探测车1将能够直接测量ΔX(t)1,5、ΔY(t)1,5、ΔZ(t)1,5(它们是其相对于探测车5的相对坐标)和ΔX(t)1,8、ΔY(t)1,8、ΔZ(t)1,8(它们是其与探测车8的相对坐标)。需要使用探测车的相应ID对数据集进行标记，这些ID可以通过探测车的计算器中的安全处理器来认证，如在本描述中更早地预期的。数据集还将优选地包括相对位置测量值的FOM。同样，探测车5可以直接测量针对探测车1的ΔX(t)5,1、ΔY(t)5,1、ΔZ(t)5,1，针对探测车8的ΔX(t)5,8、ΔY(t)5,8、ΔZ(t)5,8，以及针对探测车6的ΔX(t)5,6、ΔY(t)5,6、ΔZ(t)5,6(以及获取和/或计算相应的ID和FOM)。同样，探测车8可以直接测量针对探测车1的ΔX(t)8,1、ΔY(t)8,1、ΔZ(t)8,1，以及针对探测车5的ΔX(t)8,5、ΔY(t)8,5、ΔZ(t)8,5(以及获取和/或计算相应的ID和FOM)。同样，探测车6可以直接测量针对探测车5的ΔX(t)6,5、ΔY(t)6,5、ΔZ(t)6,5(以及获取和/或计算相应的ID和FOM)。
这些探测车中的每个可以向其它探测车中的每个直接地或间接地发送数据。传输将使用关于图2描述的通信链路中的一个。基本上，探测车1将向与探测车1处于LOS中的其它探测车5和8发送数据(如果该通信链路是V2V LOS链路的话)，以及向探测车6发送数据(如果该通信链路是V2V非LOS链路的话)。同样，对于其它探测车也是如此。
每个单个的探测车被配置为：在其自己的GNSS PVT单元中，在GNSS接收机的输出处计算第一位置P1(其包括FOM)，以及在计算单元251中，将从与该单个探测车的通信处于LOS中或者非LOS中的其它探测车接收的一组绝对GNSS位置中的至少一个、以及到其它探测车的相对位置的其直接测量值用作输入P1，来计算第二位置P2。可选地，由其它探测车测量的相对位置可以是通过V2V通信链路，从所述其它探测车发送给该单个探测车的。因此，在该选项中，还可以获取与该单个探测车不处于LOS中的其它探测车中的一些探测车的位置，并在计算单元251中进行处理，以提高对位置P2的计算，所述计算在关于图5和图6的描述的部分中进行了详述。在另一个选项中，可以对从单个探测车到一些其它探测车的互易的相对位置测量值进行比较，以进一步细化该单个探测车处的相对位置确定的FOM。
应当注意到的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以只在单个探测车中的一些处，单独地或者与另一个变型组合地实现变型中一些变型。
此外，如关于图2解释的，可以将V2V通信链路用作相对位置确定单元。对于参与本发明的协作过程的探测车中的一些而不是全部来说，可能是这种情况。
此外，计算单元251可以与包含订阅该协作式定位系统的探测车的ID的数据库相耦合。但是，识别可能只是可以包括一对一认证协议或具有PubSub协议的V2V通信协议的结果。
图4表示根据本发明的实施例中的一些的用于实现本发明的另一种功能架构。
这种其它功能架构包括数据中心260，其功能已经关于图2进行了评论。在该架构中，如已经关于图3解释的，执行探测车之间的相对位置的测量。但是，探测车中的一些或者全部可以通过V2I通信链路，将对数据的通信(GNSS和/或相对位置)发送到导航辅助中心260。导航辅助中心可以在V2I通信链路上将所接收的数据重新发送到探测车中的一些或全部，而无需进行任何特定的处理。导航辅助中心可以通过以下方式来可选地执行过滤：消除从不受信任的探测车(例如，如果该探测车已经被评为易于电子欺骗或篡改的话)或者从不受信任的位置(例如，如果该位置被记录成在某个时刻或始终受到多径反射的严重影响)接收到的数据，或者消除多余的并且来自具有高DOP的探测车的数据，测量值和/或置信指数的资格是基于数据自己、它们的历史、或地图匹配验证、对混合数据的计算，以保持与通信数据的可用数据速率相兼容，或者由于在某个时刻，混合数据的置信指数高于单个数据的置信指数。在不背离本发明的范围的情况下，可以通过对导航辅助中心的处理来应用这些变型中的一些而非全部。为了实践这些变型中的一些，导航辅助中心可以具有订阅该协作式定位系统的探测车的数据库。但是，识别可能只是可以包括一对一认证协议或具有PubSub协议的V2I通信协议的结果。
图5根据本发明的一些实施例示出了用于确定车辆的位置的本发明的方法的用例。
图5示出了下面的情形：图3和图4的探测车1在时间t，分别获取在图3和图4上也显示的探测车5和8的GNSS PVT、ID和FOM 515、518。探测车1还在其V2V位置估计单元231中，分别计算探测车5和探测车8的相对位置、ID和FOM 525、528。可以通过V2V通信链路来获取GNSS位置515、518以及相对位置525、528。可选地，可以通过V2I通信链路来获取这些位置中的一些。探测车1知道其GNSS位置511(P1)。探测车1的计算单元251被配置为根据其GNSS位置511、探测车5的GNSS位置(515)和探测车8的GNSS位置(518)、以及探测车5的相对位置(525)和探测车8的相对位置(528)，来计算其自己的真实位置531(P2)。根据本发明，可以在探测车1的计算单元251中实现各种算法，以计算真实位置531(P2)。在一些实施例中，GNSS位置511、515、518中的一些可能是不可获得的，然而计算单元仍然能够计算探测车1的真实位置。如果探测车1的当前GNSS位置511在时间t是不能获得的，则可以使用最后已知的速度和运动方向(例如，探测车1的导航系统已知的)，通过传播所述探测车1的最后可用位置计算的合成位置来替代探测车1的当前GNSS位置511。此外，相对位置525、528中的一个在探测车1的计算单元251处可能是不可获得的，然而计算单元仍然能够计算探测车1的真实位置。探测车1的计算单元251还可以分别计算探测车5和探测车8的真实位置535、538。通过下面讨论的图6示出了用于计算这些真实位置的算法中的一种。
当然，在不背离本发明的范围的情况下，可以在探测车1处获取两个以上的其它探测车的位置。
图6根据本发明的一些实施例示出了用于确定车辆的位置的算法。
根据在图6上示出的本发明的一些实施例，探测车1的计算单元251计算将探测车1的GNSS位置511分别连接到探测车5和探测车8的GNSS位置515、518(如上面关于图5讨论获取的)的线的几何形状610。在一些变型中，可以通过考虑GNSS位置的FOM，来计算几何形状610。可以通过位置511、515、518的最小二乘调整，逐段地或者全局地来确定最佳拟合。GNSS位置在回归中可以通过其FOM来加权，具有更好的FOM的GNSS位置受到更高的权重的影响。
计算单元还计算将探测车1的GNSS位置511分别连接到探测车5和探测车8的相对位置525、528的线的几何形状620。还可以可选地调整几何形状620，如已经针对几何形状610描述的。
随后，探测车1的计算单元251计算分别连接探测车1、探测车5和探测车8的真实位置531、535、538的线的几何形状630。根据本发明的一些实施例，通过几何形状610和620的最佳拟合来计算几何形状630。举例而言，最佳拟合计算可以使用最小二乘计算来确定几何形状610和620的选择的成对的线段的点的欧几里德距离的总和最小的一系列点。随后，逐段地应用线性回归。考虑到预设的置信水平，可以对每个线段的成对的点的数量进行选择，以优化计算时间。随后，通过成对的线段中的每个线段上的常规抽取，来进行对每个单个的对的选择。可选地，在欧几里德距离计算中，可以通过根据其确定几何形状610、620的线段的探测车位置的测量值的置信指数来加权所选择的几何形状610、620的点。
根据一些其它实施例，可以在不构建中间几何形状的情况下，计算探测车1的真实位置。使用生成的多个向量估计的最小二乘欧几里得距离最小化标准来将其置信圈内的多个估计的GNSS探测车1的位置连接到其它探测车的位置的最佳拟合，这些其它探测车的GNSS和/或相对位置测量值是可用于探测车1的，每个其它探测车位置被认为是位于GNSS位置的置信圈与相对位置的交叉点处。随后，执行可能的线段的采样，并且然后可以绘制给出探测车1的真实位置的估计的轨迹的置信圈。这个置信圈是包括已经由探测车1获取的其它探测车的GNSS和/或相对位置的最小圈。
还根据一些其它实施例，探测车1可用的每个其它探测车的置信圈被分割成圆/正方形/矩形/三角形的格子，或者更一般地任何种类的小特征，并且确定探测车1和其它探测车位于格子中的每个格子中的位置，使得在这些位置处的探测车(探测车1加上其它探测车)的几何形状是相对测量值的几何形状的最佳拟合，并且每个探测车到其绝对位置置信圈的中心的距离是最小的。该计算可以是系统性的(即，“暴力的”)，或者可以首先应用一些过滤。例如，排除格子中的一些位置可能是有利的，这些位置将确定将在相对测量值的置信距离之外的探测车到探测车的距离。或者可以设置对暴力计算的数量的限制，所述计算被应用于对格子的完整点集合的选择，所述选择是基于格子中的具有更高的相对测量值的置信指数的点的预先排序的。
因此，在不背离本发明的范围的情况下，可以实现多种变型。根据本发明，在具有通过探测车的相对定位确定的几何形状通常应当被认为具有比绝对定位更高的全局置信指数的想法的情况下，可以设想这些变型的组合，这是因为后者更常受到接收状况的损害(特别是多径反射)。随后，可以使用所测量的点、围绕置信圈的中心的格子中的点、连接所测量的点或者格子中的点的向量的多种过滤、排序或组合方法。这些组合可以使用本领域普通技术人员已知的不同的最佳拟合算法。
本发明可以提供能够在未来标准中实现的实时信息。位置和/或速度和/或时间的完整性可以采取具有法律约束力的信息的形式。只有完整性等级高于可以针对不同的用例(例如，不同的驾驶状况(高速公路、乡村道路、城市环境等))动态设置的规定的值时，自动驾驶汽车才可以使用该信息来自动驾驶。如果该规定的值减小，则可以警告用户取得对车辆的控制。还可以以与飞机自动驾驶仪协议相类似的方式来执行低效运行协议(例如，降低速度和使用其它传感器)。
在其它实施例中，可以对过去的测量值进行存储并被用于以后分析问题。在发生事故的情况下，可以使用该信息来重建事件的顺序。可以以不同的隐私级别来使用记录的数据。例如，政府或汽车保险公司可能不需要获得相同数据的权利。
还可以使用本发明来检测欺骗设备或干扰发射机，并在一些情况下有助于定位欺骗设备或干扰发射机。位置可能适用于静态位置和动态移动源。
本发明提供了在多径环境中更好且更安全地导航的新的和补充的解决方案。单一车辆可以检测何时遭受多径。可以使用本领域技术的现有状态来校正受多径误差影响的位置。但是，不仅这些技术在所有情况下不是十分安全的，而且它们还为车辆设备造成了额外的复杂性，并带来大量的额外成本。为了说明本发明的益处，进入多径区域的探测车可以受益于位于该区域外部的一个或多个探测车，它们不遭受多径或者在类似组合的链中它们自己受益于其它探测车等等。仅仅出于说明性的目的，应用的一些示例是：隧道中的探测车、过去在开放的十字路口而现在位于建筑物之间的街道上的车辆、驾驶通过多个通道或高速公路入口和出口的车辆、进入或离开地下车库的车辆、在树木下移动的车辆、在仓库或集装箱之间飞行的无人机(UAV)。
本发明还可以具有其它应用，其将由其它探测车带来的益处导向到一个感兴趣的探测车。可以同时将多个探测车的信息发送到多个探测车。为了更好地理解本发明对多个探测车的益处，在高速公路上形成的交通堵塞是一个典型的示例。如在本文献中已经广泛地解释地，高速公路上的交通堵塞仅仅由几辆汽车造成。在简化的描述中，第一汽车制动。其后面的汽车制动更加困难，但在延迟的反应之后。这种延迟的反应和这种制动差异产生了随着时间的推移而放大并在道路上向后传播的波状现象。因此，进入到初始“制动”位置的汽车可能遭受交通堵塞，尽管事实上没有事故造成该交通堵塞。在这样的交通堵塞的情况下，PVT信息的速度以及其在交通堵塞开始时随着一个或多个探测车的时间的变化可以被其后面的其它车辆用来预测交通堵塞形成，以提前调整速度并且平滑该现象而不是放大该现象。
可以使用在相同方向上行进的车辆来进行该信息的传输，如在上面的示例中呈现的。在其它实施例中，在高速公路的另一侧上，可以通过进入的车辆来发送该信息，例如以更快地传播该信息。在另一个实施例中，可以使用本地或静态访问。例如，一些高速公路使用信息媒体和/或面板显示。
可以使用本领域算法的状态来预测如在交通堵塞示例中示出的模式。普通技术人员可以将这些方法用于任何适当的情况，例如，环形交叉口、交通灯、停车标志、合并车道…
贯穿本发明，术语位置可以被理解成PVT位置。因此，对于本发明来说，位置、随时间的位置、速度、随时间的速度和任何组合是等同的。还可以通过诸如加速度计之类的其它传感器计算的车辆的加速或减速，可以根据本发明使用来自PVT信息的速度随时间变化的信息来导出。
图7表示根据本发明的实施例中的一些的位于车载在车辆的用于实现本发明的可能的物理架构。
如在图7上显示的，根据本发明的一些实施例的车辆定位设备700包括GNSS天线组件720。该天线组件可以是适于接收L波段中的RF信号的标准全向天线，其中L波段是所有GNSS星座发送它们的信号的频带。该天线布置可以是贴片类型的或另一种类型的天线。它可以包括允许该布置达到某个水平的天线分集的多个元件。它可以是右旋极化(RHP)或左旋极化(LHP)，或者包括均是RHP或LHP极化的元件的组合。它可以包括视野(FOV)传感器，后者被配置为仅仅让LOS信号到达天线元件或者驱动该布置中的天线元件来确定被配置为仅捕获LOS信号的辐射方向图。它可以包括由伪随机序列(PRS)发生器驱动的辐射方向图发生器，然后使用其来证明GNSS信号可能是可信的。
GNSS天线组件可以适于在每个星座的可能多个频率上或者它们中的一些上接收来自多个星座711、712、713的位置信号。这些频率中的一些可能专用于保留服务，该保留可能是针对于政府机构或商业用户的。
GNSS天线组件还可以适于从增强系统714接收信号，其中增强系统714可以是基于地面的、基于卫星的或者二者的组合的(如EGNOS)。
GNSS天线组件可以是被配置为还发送/接收其它类型的信号(例如，蜂窝通信信号、Wi-Fi信号、DSRC或其它信号)的天线布置的一部分。
定位设备700还包括GNSS接收机730，后者对从一个或多个星座711、712、713接收的GNSS信号和来自增强系统714的可能的误差校正(对流层、电离层等等)进行处理。GNSS接收机730包括多个处理信道，每个处理信道被配置为使用相关联的FOM或UERE，对将该接收机连接到LOS中的卫星的带有时间戳的伪距向量进行计算。被集成在GNSS接收机730中的PVT计算单元从所有处理信道接收所计算的伪距，并且使用相关联的FOM或UERE来推导PVT测量值。
定位设备700还包括位置感测单元740，后者从位置传感器1 741和可能的位置传感器2 742接收定位信号/数据。已经在上面对可能足够用于实现本发明的位置传感器的类型进行了评论。举例而言，位置传感器1 741能够测量项目751、752到定位设备700的相对位置。在一些实施例中，项目751、752是其它探测车。在一些其它实施例中，它们可以是RF应答机或者调制的光收发机或接收机，其被放置在沿着道路的具有已知绝对坐标的固定点处。
定位设备700还包括定位确定逻辑单元760，后者接收来自GNSS接收机730和位置感测单元740的输出。位置确定逻辑单元740还被配置为通过V2V通信链路770来发送/接收数据。所述数据可以包括来自附近的其它探测车的GNSS位置，这些其它探测车也是相同位置协作式改进服务的用户，或者是与所述服务具有数据共享协议的相同类型的另一个系统的用户。所述数据还可以包括针对其它探测车的相对位置数据(这些数据是由位置感测单元740计算的那些互易测量值，或者是从处于LOS的探测车到探测车1的LOS中的探测车(但其处于到探测车1的非LOS中)的相对测量值-例如，图3和图4上的关于探测车1的探测车6)。V2V通信链路可以是位置传感器1和2中的一个。
因此，在一些选项中，通信链路770可以获取一些探测车(一个或多个)的相对位置，其中这些探测车处于或者不处于探测车1的LOS中但不直接地从处于LOS中的一个或多个探测车获取，并且随后，除了LOS中的一个或多个探测车的位置之外，位置确定逻辑单元760可以对该或者这些相对位置进行处理。
要被输入到位置确定逻辑单元760中的数据可以整体地或者部分地获取，不是通过V2V通信链路770，而是通过将订阅的探测车连接到导航辅助服务器790的V2I通信链路780。通信链路780可以使得位置确定逻辑单元760能够通过其与一些(一个或多个)探测车的通信链路，获取已经在导航辅助服务器790处获取的这些其它(一些)探测车的(GNSS或相对)位置。导航辅助服务器790可以由导航辅助服务管理(NASM)实体来管理，该NASM实体管理用户的ID(其包括它们的注册，该注册可能需要后台检查以允许使用认证和可能的签名和/或加密特征来传递ID证书)。导航辅助可以管理ID证书的否认。它还可以维护用户(车辆、GNSS接收机、相对位置数据传感器、处理单元等等)的硬件和软件配置的数据库。其还可以维护用户的路线历史数据库，该用户服从在NASM实体操作的司法权中适用的隐私条例。除了在用户的旅行区域中的用户的GNSS位置数据(其包括FOM)以及可能的相对位置的传输之外，NASM实体还可以向其用户发送其它导航辅助数据(例如，拥塞、道路工程和偏差信息、气象信息、POI信息或新闻)。
可选地，定位设备700还可以包括与位置确定逻辑单元760进行单向或双向通信的路线规划逻辑单元7A0。位置确定逻辑单元可以向路线规划逻辑单元发送其对于其它周围探测车的计算的输出，使得它们可以在显示该探测车的实际和规划路线的地图上表示。该显示可以包括两组测量值中的一个或多个的置信结果。路线规划逻辑单元还可以向位置确定逻辑单元发送通过地图匹配算法，基于对GNSS位置和相对位置的调整，对其它探测车的位置的第三估计并且可能第四估计。
作为另外的选项，定位设备700还可以包括从位置确定逻辑760和/或路线规划逻辑单元7A0到该探测车的驾驶控制7B0的连接。在一些实施例中，位置确定逻辑单元可以被配置为：估计与其它探测车、行人、动物或者基础设施的项目发生碰撞的概率。基于这样的估计，驾驶控制可以触发碰撞避免命令，例如，紧急断开、改变车道等等…
应当注意到的是，位置感测单元可以执行位置确定逻辑单元760。替代地，这两个逻辑单元可以由不同的处理器来执行。
图8根据本发明的实施例中的一些显示了本发明的方法的流程图。
本发明的方法优选地包括三条处理分支，在探测车730的GNSS单元中执行的第一处理分支810，在位置感测单元740中执行的第二处理分支820，以及通过对由V2V/V2I通信链路中的一个或多个获取的数据的处理执行的第三处理分支830。
分支810包括步骤811，其用于在探测车Ri处获取GNSS信号；以及步骤812，其用于计算Ri的绝对位置Pai(P1)和其置信指数CIai。
分支820包括步骤821，其用于获取探测车Ri到探测车Rj的定位信号(Ri/Rj)以及探测车Rj的标识(IDj)；以及步骤822，其用于计算探测车Ri和Rj的相对位置Pri,j以及它们的置信指数CIri,j。
分支830包括步骤831，其用于获取探测车Rj的绝对GNSS位置、其ID和绝对GNSS位置的置信指数CIaj；以及可选的步骤832，其用于从探测车Rj获取相对位置Prj,i，已经利用探测车Ri周围的预先确定的区域内的其它探测车计算了这些值。在优选的实施例中，该预先确定的区域可以是大约100米宽或几百米宽的。该预先确定的区域可以可选地随着探测车Ri的位置而动态变化。该步骤还可以可选地包括获取相对位置Prj,i的置信指数CIrj,i。
随后，分支810、820、830的输出被集中到步骤840中，用以确定探测车Ri的最佳拟合或者真实位置P2。关于图6解释了对探测车Ri的真实位置P2的计算。
在不背离本发明的范围的情况下，可以实现最佳拟合计算的多种变型。更具体地，可以不实现步骤831或者步骤832。在步骤840中，可以实现用于消除一些测量值的过滤步骤。可以执行对这些测量值的加权，特别是基于这些测量值的置信指数。可以逐段地(将两个探测车Ri和Rj相连的线段)或者全局地实现优化。可以使用欧几里德距离或者其它类型的距离的最小二乘计算来实现这些优化步骤中的一些或全部。这些优化步骤中的一些或全部可以使用另外的数据，例如，来自于车载在探测车Ri的或者车载在探测车Rj的其它传感器的数据。这样的传感器可以是航向传感器或姿态传感器或者里程表。探测车Ri的路线规划逻辑单元7A0或者探测车Rj中的一些的路线规划逻辑单元7A0，可以提供可以使用的其它数据(例如，映射数据)。
此外，用于确定探测车的真实位置的步骤可以被配置为：提供对真实位置的可用性的测量和完整性的测量。这可以通过以下方式来容易地实现：给定多个参数，根据每个测量值的置信指数来计算测量值的整体置信指数，考虑统计的或者预测的可用性或保证的精度的最小值。
一种可能的方法是使用通过DOP乘以用户等效距离误差(UERE)给出位置色散的事实来确定CIai。可以为每个GNSS星座存储唯一的UERE值。这可以通过根据每个GNSS星座的海拔，使用UERE的查找表来进行细化。优选地，例如基于所广播的URA(GPS)或SISA(伽利略)值来为每个GNSS卫星规定UERE。甚至更好的是，如果GNSS单元730能够处理这样的信号，则可以从SBAS信号中取回每个GNSS卫星的及时完整性信息。基于固有的距离测量准确性和相对Tx/Rx几何形状，可以使用类似的考虑来确定CIri,j。
在步骤850处，可以向其它探测车和/或向导航辅助服务器790发送探测车Ri的最佳拟合位置，或者通过PubSub协议使该最佳拟合位置可用于其它探测车和/或导航辅助服务器790。
电子、计算机和电信(ECT)设备供应商已经了解到了按照精度、可靠性和完整性来设计、制造、测试和维护适于航空航天平台的安全要求的设备所意味的困难的方式。但是，当与ECT工业所面临的能够在密集的城市环境中从事能够以自动驾驶仪模式进行操作的车载在车辆的定位设备相比时，对航空航天工业中的该环境的这些要求和挑战可以被评为是适度的。由于本发明的各个实施例，可以使用根据本说明书的教导修改的软件，在装备有标准硬件的探测车上实现本发明的各个实施例，可以以有效的方式在成本和用户体验方面克服上述挑战。此外，在本说明书中已经提到的在其它专利申请中公开的一些硬件改进，仍可以提高本发明的定位设备的性能。
在本说明书中公开的示例仅仅是对本发明的一些实施例的说明。它们不以任何方式限制由所附权利要求书限定的所述发明的范围。

Claims (16)

1.一种定位设备(700)，包括：
-GNSS单元(730)，其被配置为从一个或多个GNSS星座(711、712、713)获取GNSS信号，并且基于根据所述GNSS信号的PVT计算结果来计算所述定位设备的第一位置(511)；
-位置感测单元(740)，其被配置为获取一个或多个探测车距离所述定位设备的相对位置(525、528)，并且确定所述相对位置的置信指数；
-通信链路(770、780)，其被配置为使具有相关联的置信指数的一些探测车的带有时间戳的GNSS PVT位置(515、518)可用于所述定位设备；以及
-位置确定逻辑单元(760)，其被配置为基于来自所述GNSS单元(730)、来自所述位置感测单元(740)和来自所述通信链路(770、780)的输入，计算所述定位设备的第二位置(531)，
其中，所述输入被组合以确定对GNSS PVT位置的估计、与所述定位设备和所述一个或多个探测车的相对位置之间的最佳拟合。
2.根据权利要求1所述的定位设备，其中，所述位置确定逻辑单元还被配置为通过计算第一几何形状与第二几何形状之间的最佳拟合来计算所述第二位置，其中所述第一几何形状包括连接所述定位设备的所述第一位置和所述探测车中的所述至少一些探测车的所述GNSS PVT位置里的每个GNSS PVT位置的第一组线段，所述第二几何形状包括连接所述定位设备的所述第一位置和所述探测车中的所述至少一些探测车到所述定位设备的所述相对位置里的每个相对位置的第二组线段。
3.根据权利要求2所述的定位设备，其中，所述最佳拟合是通过确定最佳拟合线段来计算的，所述最佳拟合线段中的点具有到选择的一对点的最小欧几里德距离，所述选择的一对中的每个点属于所述第一组或所述第二组中的一个组。
4.根据权利要求1所述的定位设备，其中，所述位置确定逻辑单元还被配置为通过计算所述第二位置的置信圈来计算所述第二位置，其中所述第二位置的置信圈被确定为包括将候选的第二位置连接到位于一对或多对置信圈的交叉点的选择点的选择的线段的起点的最小圆，其中，一对置信圈被附到探测车，并且该对中的第一置信圈与所述探测车的GNSS位置有关，并且该对中的所述第二置信圈与到所述定位设备的所述探测车的相对位置有关。
5.根据权利要求1所述的定位设备，其中，所述位置确定逻辑单元还被配置为通过将所述探测车的所述第一位置和所述一个或多个探测车的所述GNSS PVT位置周围的置信圈断裂成多个小特征来计算所述第二位置，成对的第一置信圈中的第一小特征和第二置信圈中的第二小特征确定将所述探测车中的一个和所述其它探测车中的一个连接到所述探测车中的另一个和所述其它探测车中的一个的线段，最佳拟合解是通过选择所述线段与所述一个探测车和所述其它探测车的相对位置的几何形状最佳匹配的探测车的组合来确定的。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的定位设备，其中，所述位置确定逻辑单元还被配置为：基于所述探测车、其GNSS位置或者其相对位置中的一个或多个的置信指数，对来自所述GNSS单元(730)、所述位置感测单元(740)和所述通信链路(770、780)的其输入进行加权。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的定位设备，其中，所述位置确定逻辑单元还被配置为：接收并且处理来自路线规划逻辑单元(7A0)的输入，所述输入被用于基于地图匹配算法来更新探测车的所述GNSS位置的和相对位置的所述置信指数。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的定位设备，其中，所述位置确定逻辑单元还被配置为计算所述第二位置的可用性的指标或者完整性的指标中的一个或多个。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的定位设备，其中，所述GNSS单元和所述位置确定逻辑单元中的一个或多个还被配置为：当在一个时期没有任何位置是可用的时，通过使用所述定位设备的运动的速度或方向中的一个或多个传播最后一个已知的第一位置来生成第一位置。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的定位设备，其中，所述位置感测单元包括具有RF发送和/或接收(T/R)模块的一个或多个位置传感器，所述T/R模块被配置为通过计算所述T/R模块之间的飞行时间来测量到另一T/R模块的距离，以及通过测量所述T/R模块之间的飞行方向来确定所述距离的角度。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的定位设备，其中，所述通信链路是车辆到车辆(V2V)通信链路或者车辆到基础设施(V2I)通信链路中的一个或多个。
12.根据权利要求11所述的定位设备，其中，所述V2V通信链路或者所述V2I通信链路中的一个或多个是DSRC通信链路。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的定位设备，其中，所述通信链路使用发布/订阅协议。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的定位设备，其中，所述通信链路被配置为发送和/或接收去往/来自导航辅助中心的数据。
15.一种定位方法，包括：
-在GNSS单元处，从一个或多个GNSS星座获取GNSS信号，并且基于根据所述GNSS信号的PVT计算结果来计算定位设备的第一位置；
-在位置感测单元处，获取到一个或多个探测车的相对位置，并且确定所述相对位置的置信指数；
-在通信链路处，获取具有相关联的置信指数的一些探测车的带有时间戳的GNSS PVT位置；以及
-在位置确定逻辑单元处，基于来自所述GNSS单元、来自所述位置感测单元和来自所述通信链路的输入，计算所述定位设备的第二位置。
16.一种定位系统，包括：
-车载在探测车的多个定位设备，每个定位设备包括：
○GNSS单元(730)，其被配置为从一个或多个GNSS星座(711、712、713)获取GNSS信号，并且基于根据所述GNSS信号的PVT计算结果来计算所述定位设备的第一位置(511)；
○位置感测单元(740)，其被配置为获取从所述定位设备到一个或多个探测车的相对位置(525、528)，并且确定所述相对位置的置信指数；
○通信链路(770、780)，其被配置为使具有相关联的置信指数的一些探测车的带有时间戳的GNSS PVT位置(515、518)可用于所述定位设备；以及
○位置确定逻辑单元(760)，其被配置为基于来自所述GNSS单元(730)、来自所述位置感测单元(740)和来自所述通信链路(770、780)的输入，计算所述定位设备的第二位置(531)；
其中，所述输入被组合以确定对GNSS PVT位置的估计与所述定位设备和所述一个或多个探测车的相对位置之间的最佳拟合；
-导航辅助中心，包括：
○使用相应的ID对所述多个探测车、驾驶者和定位设备的数据库的访问；
○至所述多个定位设备的通信链路，所述通信链路被配置为获取所述多个定位设备的至少一些GNSS位置和/或相对位置。
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