CN109477898A - 用于对车辆地理位置的错误确定进行识别的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对车辆(102)的地理位置的错误确定进行识别的设备和方法(400)。所述设备包括：传感器，该传感器被设计用于确定车辆(102)的第一横摆角速度；卫星导航接收器(104)，该卫星导航接收器被设计用于在预先规定的时段期间接收卫星信号、基于所接收到的卫星信号确定车辆(102)的多个地理位置，以及基于所述多个地理位置确定车辆(102)的地理参照位置(102b)；处理器，该处理器被设计用于基于所确定的车辆(102)的地理参照位置(102b)确定车辆(102)的第二横摆角速度，并将第一横摆角速度与第二横摆角速度相比较，以便识别对车辆(102)的地理位置的错误确定。

Description

用于对车辆地理位置的错误确定进行识别的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对车辆地理位置的错误确定进行识别的设备和方法，尤其是对车辆地理位置基于卫星导航接收器的错误确定进行识别。
背景技术
由于多路径效应(也常称作“Multipath-Effekte(多路效应)”)的干扰是在GNSS处理中错误地确定位置的主要原因。多路径效应由于直接的卫星信号与该直接的卫星信号例如在房屋的金属外立面上的反射发生叠加而产生。多路径效应造成的干扰既在反射的卫星信号与直接的卫星信号之间的相长干扰中、又在其间的相消干扰中出现。用于探测多路径效应造成的干扰的方法和设备是对GNSS处理的挑战，这是因为一个或多个受干扰的测量在未被补偿或过滤的情况下会导致错误的位置定位以及相应的位置误差。尽管如差分GNSS处理等特殊处理技术会导致更高的绝对位置准确性，但也如常规GNSS处理那样也受到多路径效应的强烈干扰。
此外卫星导航接收器所确定的车辆位置和速度能够被用于数据融合或组合导航。通常由卫星导航接收器确定的位置和速度也用在一般的融合滤波器中，例如卡尔曼滤波器中，以便辅助或校正卡尔曼滤波器的位置或速度预测。利用预测滤波器可以把机动车位置中的离群值、即突变或大偏差识别为错误的且予以舍弃。因此可以抑制粗疏的多路径效应。
比较而言，卫星信号的蠕变效应至关重要，这种情况下导致车辆位置变化的错误的多路径效应不是突变式发生的，而是以缓慢增长的所谓位置漂移的方式发生，例如图1中所示的。图1示出了车辆的不同轨迹，例如实际的轨迹10、未滤波的GPS轨迹20、通过融合算法确定的轨迹30和滤波的GPS轨迹40。
此外，卫星导航接收器的所述有误的位置确定还干扰其他传感器测量，其方式是：在卫星导航接收器有误地确定位置的基础上会导致错误地确定其他传感器的校正值。
由于卫星信号的蠕变的/潜滋暗长的多路径效应会导致错误地确定车辆地理位置，因此对这种蠕变的多路径效应的识别对于处理卫星信号而言是特殊的挑战。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种用于对车辆地理位置的错误确定进行识别的设备和方法。
该任务通过独立权利要求的主题实现。本发明的优选实施方式是从属权利要求、说明书以及附图的主题。
根据第一方面，所述任务通过用于对车辆地理位置的错误确定进行识别的设备实现。该设备具有：传感器，该传感器被设计用于确定车辆的第一横摆角速度；卫星信号接收器，该卫星信号接收器被设计用于在预先规定的时段期间接收卫星信号、基于所接收到的卫星信号确定车辆的多个地理位置以及基于所述多个地理位置确定车辆的地理参照位置/基准位置；以及处理器，该处理器被设计用于基于车辆的所确定的地理参照位置确定车辆的第二横摆角速度，并将第一横摆角速度与第二横摆角速度比较，以便识别对车辆的地理位置的错误确定。
由此例如实现如下技术优点：能够提前识别对车辆地理位置的错误确定，其中该位置的错误确定可能归因于所接收到的卫星信号的多路径效应。还由此实现的技术优点例如是：通过在预先规定时段期间接收卫星信号能够事后对位置的错误确定进行探测和补偿，这是因为能够识别出上面所述的多路径效应在何时向设备中施加了何种影响。
此外由此例如实现的技术优点是：由于能够检查通过卫星导航接收器确定的横摆角速度，所以能够基于卫星信号实现ASIL(“automotive safety integrity level(汽车安全完整性等级)”)功能，这是因为能够识别和过滤出由卫星信号造成的误差。
所述设备能够安装在车辆、飞机或船只中。
根据所述设备的一种优选实施方式，传感器是转速传感器/偏转率传感器。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述卫星导航接收器还被设计用于，基于所接收到的卫星信号的多普勒效应确定车辆的速度。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述处理器被设计用于，基于由卫星导航接收器确定的车辆速度来确定车辆的第三横摆角速度，且将第三横摆角速度与第一横摆角速度相比较，以便在第一横摆角速度和第三横摆角速度之间的第一差超出预先规定的第一容差阈值的情况下识别出对车辆的地理位置的错误确定。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述处理器还被设计用于基于下面的等式确定车辆的第二横摆角速度
其中是车辆的横摆角，Δt是时间间隔，Y1是由卫星导航接收器最后一次确定的车辆的地理位置的第二坐标，X2是所确定的车辆的地理参照位置的第一坐标，Y2是所确定的车辆的地理参照位置的第二坐标，且X3是先前确定的车辆的地理位置的坐标。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述处理器还被设计用于，基于下述等式确定车辆的第二横摆角速度
其中，X1是由卫星导航接收器最后确定的车辆的地理位置的第一坐标，Y3是先前确定的车辆的地理位置的第二坐标。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述处理器还被设计用于，在第一横摆角速度与第二横摆角速度之间的第二差超出预先规定的第二容差阈值时识别出对车辆的地理位置的错误确定。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述处理器还被设计用于，在处理器识别出对车辆的地理位置的错误确定时，舍弃由卫星导航接收器最后确定的地理位置。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述处理器还被设计用于，使用预测滤波器来确定车辆的地理参照位置。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述预测滤波器是卡尔曼滤波器。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述卫星导航接收器是NAVSTAR GPS卫星导航接收器、GLONASS卫星导航接收器，GALILEO卫星导航接收器或北斗卫星导航接收器。
根据所述设备的一种优选实施方式，所述预先规定的时段为5秒。
根据第二方面，本发明的任务通过用于对车辆地理位置的错误确定进行识别的方法实现。该方法包括下述步骤：确定车辆的第一横摆角速度、在预先规定的时段期间接收卫星信号、基于所接收到的卫星信号确定车辆的多个地理位置、基于所确定的多个地理位置确定车辆的地理参照位置、基于所确定的车辆的地理参照位置确定车辆的第二横摆角速度、使第一横摆角速度与第二横摆角速度相比较来识别对车辆的地理位置的错误确定。
所述方法可以通过所述设备来实施。所述方法的其他特征直接从所述设备的特征和/或功能中得出。
根据第三方面，本发明的任务通过具有程序编码、用于在该程序编码在计算机上运行的情况下实施根据第二方面所述的方法的计算机程序来实现。
附图说明
参照附图详述其他实施例：
图1示出车辆的实际轨迹与车辆的利用不同方法确定的其他轨迹之间的比较；
图2示出系统的一种实施方式的示意图，该系统包括用于对车辆的地理位置的错误确定进行识别的设备；
图3示出机动车根据一种实施方式的轨迹的示意图；以及
图4示出用于对车辆的地理位置的错误确定进行识别方法的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
在下面所述的说明中援引附图，附图构成了说明的一部分且在附图中作为示图示出了其中可以实施本发明的具体的实施方式。不言而喻，在不脱离本发明的理念的情况下，也可以使用其他实施方式以及进行结构或逻辑上的改变。下面所述的说明因而并非是限制意义。此外不言而喻的是，除非特别说明，在此所述的各不同实施例的特征可以相互组合。
参照附图对各方面和各实施方式进行说明，其中相同的附图标记一般表示相同元件。下面说明中出于解释目的列出了许多具体细节，以便深入了解本发明的一个或多个方面。但对于本领域技术人员显而易见的是，可以以更少的具体细节来说明一个或多个方面或实施方式。在其他情况下，以示意图示出已知的结构和元件，以便于描述一个或多个方面或实施方式。不言而喻，在不偏离本发明理念的情况下可以使用其他实施方式以及进行结构或逻辑上的改变。
尽管可以根据多个实施方式中的仅一个实施方式公开实施例的特定特征或特定方面，但这类特征或这类方面可以与其他实施方式的一个或多个其他特征或方面相结合，如对于给定的或确定的应用情况所期望且有利的那样。此外，如果在详细说明书中或在权利要求中使用了表述“包括”、“具有”、“带有”或其他变体的程度，则这些表述应以类似于“包含”这一表述的方式被包含在内。表述“联接”和“连接”可以与它们的派生词一起使用。不言而喻，这类表述是用来表明两个元件相互合作或相互作用，无论它们是彼此直接的物理接触或电气接触，还是彼此不直接接触。此外，表述“举例而言”应仅被视为一个例子，而不是用于最好或最佳的术语。因此，以下描述不应被理解为限制性的意义。
图2示出了系统100的示意图，该系统根据一种实施方式包括用于对车辆102的地理位置的错误确定进行识别的设备。根据一种实施方式，系统100包括车辆102、对象108和卫星106。根据一种实施方式，车辆102包括用于对车辆102的地理位置的错误确定进行识别的设备，其中该设备包括卫星导航接收器104、传感器和处理器。
卫星导航接收器104可以被设计用于在预先规定的时段期间接收卫星信号，基于所接收到的卫星信号确定车辆102的多个物理位置，基于所述多个地理位置确定车辆102的地理参照位置102b。此外卫星导航接收器104可以被设计用于估计车辆102的速度，在此可以基于卫星信号的多普勒效应确定车辆102的速度。在预先规定的时段期间或行驶过的路程期间确定车辆102的多个地理位置例如具有如下优点：一方面可以根据车辆102的位置变化确定车辆102的横摆角速度，另一方面可由卫星导航接收器104根据车辆102的速度方向的变化来确定车辆102的横摆角速度。
由此例如实现了如下技术优点：如果车辆102的速度也与所确定的车辆102的地理位置的变化相匹配的话，那么能够在车辆102的位置和车辆102的速度之间独立地对卫星信号的干扰进行评估或校正。
根据一种实施方式，所述传感器被设计用于，确定车辆102的第一横摆角速度。该传感器和卫星导航接收器104可以与处理器连接。该处理器可以被设计用于基于车辆102的所确定的地理参照位置102b确定车辆102的第二横摆角速度，且将第一横摆角速度与第二横摆角速度相比较来识别车辆102的地理位置的错误确定。
由此例如实现的技术优点是：对车辆102的地理位置的错误确定或相对于行驶方向在侧向的漂移(见图1)反映在了所得出的横摆角速度中。在此可以非常好的将所得出的横摆角速度与其他横摆角速度的值相比较，例如基于惯性测量装置(IMU)传感器、方向盘转角、测距传感器、磁性传感器、车轮速度或融合滤波器能够确定的其他横摆角速度的值。由此例如实现的技术优点是：在基于卫星信号确定的横摆角速度与利用传感器或融合滤波器确定的横摆角速度之间的差超出预先规定的容差阈值的情况下，能够非常好且快地识别出会导致对车辆102的地理位置的错误确定或导致车辆102的方向改变的多路径效应。所述容差阈值可以例如基于第二横摆角速度的准确性或第一横摆角速度的准确性确定。
多路径效应会导致对车辆102的地理位置的错误确定，其中，多路径效应在卫星导航接收器104的天线位于进行反射的大的对象108附近时、例如在建筑物附近时出现。卫星信号于是不直接传递到天线，而是首先遇到对象108，然后被反射至天线，这会导致对车辆102的地理位置的错误确定。
图3示出了车辆102根据一种实施方式的轨迹的示意图。车辆102的轨迹可以基于由卫星导航接收器104确定的多个地理位置来确定。此外卫星导航接收器104被设计用于，在每次重新确定车辆102的地理位置时都利用车辆102的在例如最后5秒期间或100m上的位置变化来确定第二横摆角速度其中可以由处理器基于下述等式来确定：
其中是车辆102的横摆角，Δt是时间间隔，Y1是由卫星导航接收器104最后确定的车辆102的地理位置102a的第二坐标，X2是车辆102的地理参照位置102b的第一坐标，Y2是车辆102的地理参照位置102b的第二坐标，X3是先前确定的车辆102的地理位置102c的坐标。根据一种实施方式，卫星导航接收器104被设计用于，基于卡尔曼滤波器来确定先前确定的车辆102的地理位置102c和车辆102的地理参照位置102b。此外，处理器被设计用于，根据运动理论或取向模型来确定车辆102的参照位置。
车辆102的位置102a可以由卫星导航接收器104利用伪距测量或载波相位测量或以上两种方式的组合来确定。
根据一种另外的实施方式，处理器被设计用于，将最后确定的地理位置102a的坐标、先前确定的地理位置102c的坐标和地理参照位置102b的坐标转换成车辆坐标。
此外，处理器可以被设计用于，将第二横摆角速度与例如由车辆102的转速传感器确定的第一横摆角速度相比较，且在第二横摆角速度与第一横摆角速度的差超出预先规定的容差阈值时舍弃最后确定的地理位置102a。
根据一种另外的实施方式，处理器被设计用于，基于下述等式确定第三横摆角速度
其中vx和vy是车辆102的可以基于GNSS多普勒测量来确定的速度分量。
根据另一实施方式，所述处理器可以被设计用于，基于下述等式确定第三横摆角速度
其中和是车辆102的可以基于GNSS多普勒测量来确定的速度分量。
由于转速传感器来测量相对于车辆固定的取向改变，卫星导航接收器104的测量则仅描述独立于车辆的点运动，所以提出了识别且过滤出对位置的错误确定或侧向的位置漂移的设备。
图4示出了根据一种实施方式的用于对车辆102的地理位置的错误确定进行识别的方法400的示意图。该方法400包括如下步骤：确定402车辆102的第一横摆角速度；在预先规定的时段期间接收404卫星信号；基于所接收到的卫星信号确定406车辆102的多个地理位置；基于所确定的多个地理位置确定408车辆102的地理参照位置102b；基于车辆102的所确定的地理参照位置102b确定410车辆102的第二横摆角速度；以及将第一横摆角速度与第二横摆角速度相比较412，以便识别对车辆102的地理位置的错误确定。
附图标记列表：
10 实际轨迹
20 未滤波的GPS轨迹
30 融合算法轨迹
40 滤波的GPS轨迹
100 系统
102 车辆
102a (测量的)位置P1
102b 参照位置P2
102c (历史)位置P3
104 卫星导航接收器
106 卫星
108 对象
400 方法
402 确定
404 接收
406 确定
408 确定
410 确定
412 比较

Claims (13)

1.一种用于对车辆(102)地理位置的错误确定进行识别的设备，包括：
-传感器，该传感器被设计用于确定车辆(102)的第一横摆角速度；
-卫星导航接收器(104)，该卫星导航接收器被设计用于在预先规定的时段期间接收卫星信号、基于所接收到的卫星信号确定车辆(102)的多个地理位置以及基于所述多个地理位置确定车辆(102)的地理参照位置(102b)；
-处理器，该处理器被设计用于基于所确定的车辆(102)的地理参照位置(102b)确定车辆(102)的第二横摆角速度，并将第一横摆角速度与第二横摆角速度相比较，以便识别对车辆(102)地理位置的错误确定。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器是转速传感器。
3.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述卫星导航接收器(104)还被设计用于，基于所接收到的卫星信号的多普勒效应确定车辆(102)的速度。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述处理器还被设计用于，基于由卫星导航接收器(104)确定的车辆(102)速度来确定车辆(102)的第三横摆角速度，且将第三横摆角速度与第一横摆角速度相比较，以便在第一横摆角速度和第三横摆角速度之间的第一差超出预先规定的第一容差阈值的情况下识别出对车辆(102)地理位置的错误确定。
5.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述处理器还被设计用于基于下面的公式确定车辆(102)的第二横摆角速度
其中是车辆(102)的横摆角，Δt是时间间隔，Y1是由卫星导航接收器(104)最后确定的车辆(102)地理位置(102a)的第二坐标，X2是所确定的车辆(102)的地理参照位置(102b)的第一坐标，Y2是所确定的车辆(102)的地理参照位置(102b)的第二坐标，X3是先前确定的车辆(102)地理位置(102c)的坐标。
6.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述处理器还被设计用于，在第一横摆角速度与第二横摆角速度之间的第二差超出预先规定的第二容差阈值时识别出对车辆(102)地理位置的错误确定。
7.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述处理器还被设计用于，在处理器识别出对车辆(102)地理位置的错误确定时，舍弃由卫星导航接收器(104)最后确定的地理位置(102a)。
8.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述处理器还被设计用于，使用预测滤波器来确定车辆(102)的地理参照位置(102b)。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述预测滤波器是卡尔曼滤波器。
10.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述卫星导航接收器(104)是NAVSTAR-GPS卫星导航接收器、GLONASS卫星导航接收器，GALILEO卫星导航接收器或北斗卫星导航接收器。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述预先规定的时段为5秒。
12.一种用于对车辆(102)地理位置的错误确定进行识别的方法(400)，包括以下步骤：
-确定(402)车辆(102)的第一横摆角速度；
-在预先规定的时段期间接收(404)卫星信号；
-基于所接收到的卫星信号确定(406)车辆(102)的多个地理位置；
-基于所确定的多个地理位置确定(408)车辆(102)的地理参照位置(102b)；
-基于所确定的车辆(102)的地理参照位置(102b)确定(410)车辆(102)的第二横摆角速度；以及
-将第一横摆角速度与第二横摆角速度相比较(412)来识别对车辆(102)地理位置的错误确定。
13.一种具有程序代码的计算机程序，该计算机程序用于当所述程序代码在计算机上运行时实施根据权利要求12所述的方法(400)。
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