CN110050202A - 用于确认车辆的导航位置的方法和装置以及导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确认导航位置的机动车辆导航系统，该导航系统具有：多个接收器(108，109，110，111)，用于接收多个不同导航卫星系统的相应位置数据；惯性测量单元(105，106)，用于确认该导航系统的惯性位置；接收单元(112)，用于接收校正数据；附加接收单元(113)，用于接收经认证的位置数据；装置(200)，该装置耦合到该多个接收器(108，109，110，111)、该惯性测量单元(105，106)、该接收单元(112)以及该附加接收单元(113)以便传输信号，其中该装置(200)被设计成基于这些位置数据、该惯性位置、这些校正数据和这些经认证的位置数据来确认该导航位置。此外，本发明附加地涉及一种可以特别地由该导航装置执行的方法。

Description

用于确认车辆的导航位置的方法和装置以及导航系统

本发明涉及一种用于确认机动车辆导航系统的导航位置的方法和相应装置，该导航系统特别地允许精度小于3m的所谓高精度定位。本发明还涉及一种在确认位置时允许精度小于3m的机动车辆导航系统。

已知几种全球导航卫星系统(GNSS)，例如全球定位系统(GPS)、GLONASS、北斗(BeiDou)和伽利略(Galileo)。将来，可以提供这种类型的其他系统，这些系统用于通过从导航卫星和相关联的地面站接收信号来定位和导航。特别是在机动车辆中，导航卫星系统用于确认机动车辆的位置、并且用于在导航系统的帮助下确认到指定目的地的路线。通常可以通过导航卫星系统来实现定位时3m或更高的精度。

期望的是指明一种可靠地允许高精度的用于确认导航位置的方法。还期望的是指明一种被设计来执行该方法的装置。另外，期望指明一种可靠地具有高精度的导航系统。

根据多个方面，本发明的特征在于一种用于确认机动车辆导航系统的导航位置的方法和相应装置。

根据一个实施例，接收多个不同导航卫星系统的相应位置数据。特别地，从所有可用的导航卫星系统(即GPS、伽利略、GLONASS和北斗)接收位置数据。基于位置数据确认导航系统的相应位置。确认相应位置彼此之间的偏差。如果该偏差小于该偏差的预定阈值，则基于相应位置确认导航位置；例如，偏差应小于5％。导航位置特别地是导航系统用于进一步后续计算(例如用于导航和/或定位)的值。

导航系统的惯性位置通过惯性测量单元来确认。确认惯性位置与基于位置数据确认的位置中的至少一个位置之间的第二偏差。如果该第二偏差小于该第二偏差的预定阈值，则基于该至少一个位置来确认导航位置；例如，偏差应小于5％。惯性测量单元特别地是独立于导航卫星系统的测量单元。

接收多个导航卫星系统的相应校正数据。基于接收到的校正数据来确认导航位置。校正数据特别地由数据提供商提供。

从导航卫星系统之一接收经认证的位置数据。基于经认证的位置数据来确认导航系统的认证位置。导航位置是基于认证位置来确认的。例如，通过公共特许服务(PRS)接收经认证的位置数据。经认证的位置数据特别地被加密，并且精度高、可靠性好。

由于多个不同的合理性检查步骤，可以确认高精度导航位置，该高精度导航位置也对应于具有高统计概率的导航装置的实际位置。高精度位置是具有最多为3m、特别地小于1m的精度(例如精度为30cm或更少)的位置。利用全球导航卫星系统的常规接收器，可以确认这种高精度位置。然而，这些位置不能保证，并且不够可靠来用于机动车辆。借助于根据本申请的方法，只有在所确认的位置得到相应地验证的情况下，才可能确保所确认的位置并将它们用于确认导航位置。

此外，如果不能进行相应的验证，则可以转发一个信息项，大意是所确认的位置至少当前是不可靠的。

当确认导航位置时，用于验证所确认位置的不同监控机制的组合允许高度的可靠性。不同的监控方法分配有对确定高精度导航位置的不同贡献水平。因此提供了足够好的系统安全性，从而可以进一步可靠地使用高精度导航位置。例如，因此除了常规的导航应用之外，还可以将导航位置用于自动驾驶。例如，通过高精度导航位置可以进行机动车辆的车道检测。

通过根据本申请的方法，可以检查所确认的位置的可靠性，并且可以确定所确认的位置是否可用。特别是在来自卫星的接收很差(例如在建成区或林地)的情况下，或者在存在(例如由电离层引起的)其他干扰的情况下，高精度导航位置也可以具有足够高的精度。

一种监控方法包括基于可用的不同全球导航卫星系统来确认导航系统的位置。藉由各个导航卫星系统来确认单独位置。比较所有可能的配对，并且确认所确认的位置中的相应偏差。然后检查所有偏差是否低于偏差的预定阈值。如果低于偏差的预定阈值，则所有使用的导航卫星系统正常工作，并且相应的所确认的位置用于确认导航位置。

另外的方法是通过惯性测量单元检查运动的合理性。借助于惯性测量单元，确认待确认的下一个位置的预期窗口。预期窗口特别是围绕惯性位置指定的。例如，通过已知的航位推算方法来确认预期窗口，然而，如果卫星导航失败，则这里不会使用该方法来计算位置，而是预先确定下一个所确认的位置应该位于其内的区域。如果所确认的位置位于预期窗口内，则所确认的位置被验证并且用于确认导航位置。

另外的方法是使用校正数据。校正数据是从校正服务接收的。校正服务提供关于导航卫星系统中每个单独卫星的状态的信息。特别地，这包括对位于卫星中的时钟进行校正和/或对相应卫星的轨道数据进行校正。特别地，在每种情况下，使用多个校正服务来既增加校正数据的可靠性又验证另一校正服务的校正数据。

另外的方法是通过经认证的位置进行对准。经认证的位置数据例如是在伽利略导航卫星系统的PRS波段的帮助下通过数据提供商提供的。经认证的位置数据比正常位置数据具有更高的精度。例如，对于某些操作状态(例如在系统启动时以及随后在可变的时间点处)确认经认证的位置，以便能够使用由公共服务部门保证的经认证的位置作为绝对精确的参考。例如，由此可以补偿常见的传感器漂移。此外，导航卫星系统接收器均可以以标准精度循环且独立地单独检查。该检查例如以几分钟的间隔执行。因此，可以确保所确认的位置处于经认证的位置的预定偏差内。

根据另外的实施例，如果在每种情况下两个位置之间的偏差大于该偏差的预定阈值，则在检查单个导航卫星系统的完整性时，确认是否总是涉及导航卫星系统中的一个。如果总是涉及导航卫星系统中的一个，则可以假定这个导航卫星系统有缺陷。因此，该导航卫星系统的位置数据不用于确认导航位置。可替代地或另外，如果导航位置是基于从有缺陷的导航卫星系统接收的位置数据而确认的，则所确认的导航位置无效。

可替代地或另外，如果通过惯性位置确认的第二偏差大于该第二偏差的阈值，则可以使确认的导航位置无效。可替代地或另外，在没有导航卫星系统的位置数据的情况下确认导航位置，该导航卫星系统的位置数据导致位于惯性位置周围的预期窗口外部的所确认的位置。

如果使用多个惯性测量单元，则针对每个可能的组合确定预期窗口。因此可以进一步提高可靠性。

根据本发明的另外的实施例，用于确认导航位置的机动车辆导航系统具有多个接收器，用于接收多个不同导航卫星系统的相应位置数据。惯性测量单元被提供用于确认导航系统的惯性位置。导航系统具有用于接收校正数据的至少一个接收单元。导航系统具有用于接收经认证的位置数据的附加接收单元。导航系统具有耦合到多个接收器、惯性测量单元、接收单元和附加接收单元的装置，以便传输信号。该装置被设计成基于位置数据、惯性位置、校正数据和经认证的位置数据来确认导航位置。特别地，该装置被设计成执行根据本申请的方法。

例如，导航装置被设计成执行根据本申请的方法。此外，根据本申请的方法可以特别地由导航装置来执行。该方法的所描述的优点和特征也相应地适用于导航系统，反之亦然。

另外的优点、特征和改进可以在下面结合图1和图2解释的实例中找到。

在附图中：

图1示出了根据一个实施例的导航系统的示意图，并且

图2示出了根据一个实施例的方法的示意图。

图1示出了导航系统100，特别是机动车辆的导航系统100。通过导航系统100确认的导航位置特别地用于机动车辆的导航并且用于机动车辆的自动驾驶。特别地，已经通过导航系统100确认的导航位置精确得使得可以相对于道路的车道来指定机动车辆。这种精度特别地是至少1m，并且特别地好过30cm。

提供天线102用于接收多个不同导航卫星系统的位置数据。特别地，天线102被设计成接收已知导航卫星系统GPS、伽利略、GLONASS和北斗的位置数据。分路器114(特别是GNSS分路器)被安排在天线102的下游。随后提供滤波器115、116和117。滤波器115例如是L1/B2/E5滤波器，其过滤相应的频率。滤波器116例如是L1/B1滤波器。滤波器117例如是多星座滤波器。

针对每个导航卫星系统都提供了接收器108至111。例如，接收器108是GPS接收器，接收器109是GLONASS接收器，接收器110是伽利略接收器，接收器111是北斗接收器。

导航系统100具有带有六个自由度的高精度惯性测量单元105。可以提供常规的机动车辆中也使用的其他惯性测量单元106。例如，来自信息单元118的信息也用于确认导航位置，所述信息包括例如关于机动车辆速度的信息和/或包括可以用于确认导航位置并检查该导航位置的合理性的其他信息。

提供远程信息处理控制单元104，其可以从数据提供商101和107接收数据。例如，数据提供商101提供经认证的位置数据。例如，数据提供商107针对相应的导航卫星系统提供校正数据。

导航系统100具有带有处理器103的装置200。装置100被设计成处理导航系统的不同元件的数据和另外的输入变量并且确认导航位置。装置200具有不同的硬件和软件模块。根据本申请的导航系统的不同功能可以实施在装置200的硬件和/或软件中。例如，接收单元112被实施为装置200中的软件，其进一步处理数据提供商101和107的校正数据和经认证的位置数据。

导航系统具有另外的接收单元113，该接收单元同样可以接收和进一步处理直接来自导航卫星系统、特别地来自伽利略的经认证的位置数据。

下面结合图2的流程图解释导航系统100的操作。

在步骤201中，从可用的导航卫星系统中的每一个导航卫星系统接收位置数据。特别地，高精度位置数据通过接收器108至111接收。

在步骤202中，装置200通过接收到的位置数据确认相应的位置。因此，藉由各个可用的导航卫星系统来确认导航系统的单独位置。

在步骤203中，比较所确认的位置的所有可能的配对，并且确定这些配对内的相应偏差。如果在该过程中确认藉由特定导航卫星系统的位置数据确认的位置总是偏离其他位置超过预定阈值，则假定藉由该特定导航卫星系统进行定位时有误差。

然后，在步骤204中，装置200基于其他确认的位置并且独立于该特定导航卫星系统的所确认的位置来确认导航位置。例如，确定所确认的位置的平均值并且将之确认为导航位置以供进一步使用。

在步骤205中，确认基于该特定导航卫星系统的所确认的位置的导航位置是否已经被使用。如果该导航位置已经被使用，则使得该导航位置无效。装置200因此利用额外信息来就高精度导航位置是否足够可靠以被进一步使用而言确认高精度导航位置。

此外，在步骤206中，使用惯性测量单元105的值以及如果需要的话还使用第二惯性测量单元106的值来对在步骤202中确认的位置进行合理性检查。如果所确认的位置偏离通过惯性测量单元105确认的惯性位置超过预定阈值，则所述确认的位置不会进一步用于确认导航位置。可替代地或另外，基于该确认的位置，检查导航位置是否已经被确认。如果该导航位置已经被确认，则使得该导航位置无效。因此，也可以通过独立于卫星的系统来对由装置200确认的导航位置进行合理性检查和验证。

另外，在步骤207中，接收多个不同校正服务107的校正数据，并且将这些校正数据包括在对导航位置和这些导航卫星系统的这些单独确认的位置的计算中。因此，可以确认更精确的导航位置并且还确认更可靠的导航位置。此外，可以相互验证不同校正服务的校正数据的这些单独数据集。如果得到的数据集的有效性不能被确定，则使得用该数据集确认的、最终不能被认定的导航位置无效。

在进一步的步骤208中，使用了伽利略导航卫星系统的PRS波段(E5)的经认证的位置数据。特别地，通过另外的接收单元113并且经由数据提供商101中的一者或多者而直接使用数据。利用经认证的位置对确认的导航位置进行认定特别地并非是针对每个确认的导航位置都进行的，而是以例如几分钟的规则或不规则间隔进行的。特别地，在启动时，因此确认了可靠的参考位置，对于该参考位置所确保的是其处于预定边界和实际位置内。

在步骤209中，根据通过步骤201至208确认的所有变量来确认高精度和可靠的导航位置，然后将其转发到机动车辆的其他系统，例如用于计算路线或控制自动驾驶。

装置200因此被设计成以小于实际位置周围1m的精度来确认导航位置。为此，使用高精度惯性测量单元105和高精度导航卫星系统以及校正服务。

此外，装置200被设计成检查所确认的导航位置的完整性。为此，例如，来自电子稳定性程序和另外的惯性测量单元106的信息用于确认通过卫星数据确认的位置的预期通道。另外，通过不同的导航卫星系统彼此独立地确认位置，使得各个导航卫星系统中的误差是明显的并且在必要的情况下可以略去。

另外，装置200被设计成将所确认的导航位置与经认证的位置对准，并且因此确认绝对参考。

总体而言，因此以足够高的监控水平来实施确认高精度导航位置，用于使所确认的导航位置位于例如小于实际位置周围1m的预定偏差内。

Claims (10)

1.一种用于确认机动车辆导航系统(100)的导航位置的方法，该方法包括：

-接收多个不同导航卫星系统的相应位置数据，

-基于这些位置数据确认该导航系统(100)的相应位置，

-确认这些相应位置彼此之间的偏差，

-如果该偏差小于该偏差的预定阈值，则基于这些相应位置确认该导航位置，

-通过惯性测量单元(105，106)确认该导航系统(100)的惯性位置，

-确认基于这些位置数据确认的位置中的至少一个位置与该惯性位置的第二偏差，

-如果该第二偏差小于该第二偏差的预定阈值，则基于该至少一个位置确认该导航位置，

-接收针对该多个导航卫星系统的相应校正数据，

-基于所接收的校正数据确认该导航位置，

-接收这些导航卫星系统之一的经认证的位置数据，

-基于这些经认证的位置数据确认该导航系统(100)的经认证的位置，

-基于该经认证的位置确认该导航位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，基于这些相应位置来确认该导航位置进一步包括：

-确认这些相应位置中的两个位置在每种情况下的相应偏差，

-如果该相应偏差大于该偏差的预定阈值：

-确认从其接收到根据其分别确认出这两个位置的这两个位置数据的相应两个导航卫星系统，

-如果这些导航卫星系统中的第一导航卫星系统总是这两个导航卫星系统中的一个导航卫星系统，

-则独立于从该第一导航卫星系统接收的位置数据来确认该导航位置。

3.如权利要求2所述的方法，包括：

-如果该导航位置是基于从该第一导航卫星系统接收的位置数据而确认的，则使该导航位置无效。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确认该惯性位置包括：

-通过该惯性测量单元(105，106)确认一系列惯性位置。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，包括：

-如果该第二偏差大于该第二偏差的阈值，

-则独立于根据其确认了该至少一个位置的位置数据来确认该导航位置。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，包括：

-如果该导航位置是基于根据其确认了该至少一个位置的位置数据而确认的，则使该导航位置无效。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，

-通过多个惯性测量单元(105，106)确认该导航系统(100)的多个惯性位置，

-确认基于该多个惯性位置的相应惯性位置的位置数据所确认的这些位置中的至少一个位置在每种情况下的多个第二偏差，

-如果该第二偏差在各自情况下小于该第二偏差的预定阈值，则基于该至少一个位置确认该导航位置。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，包括：

-至少从彼此不同的第一数据提供商和第二数据提供商(107)接收相应的校正数据，

-将该第一数据提供商(107)的校正数据与该第二数据提供商(107)的校正数据进行比较，

-如果这些校正数据彼此偏离超过预定公差：

-如果该导航位置是基于从该第一数据提供商和/或该第二数据提供商(107)接收的校正数据而确认的，则使该导航位置无效，和/或

-独立于来自该第一数据提供商和/或该第二数据提供商(107)的校正数据来确认该导航位置。

9.一种用于机动车辆的装置，所述装置被设计成执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种用于确认导航位置的机动车辆导航系统，该导航系统具有：

-多个接收器(108，109，110，111)，用于接收多个不同导航卫星系统的相应位置数据，

-惯性测量单元(105，106)，用于确认该导航系统的惯性位置，

-接收单元(112)，用于接收校正数据，

-附加接收单元(113)，用于接收经认证的位置数据，

-装置(200)，该装置耦合到该多个接收器(108，109，110，111)、该惯性测量单元(105，106)、该接收单元(112)和该附加接收单元(113)以便传输信号，其中该装置(200)被设计成基于这些位置数据、该惯性位置、这些校正数据和这些经认证的位置数据来确认该导航位置。