CN114384574A - 用于确定车辆的定位装置的定位结果的完整性信息的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在GNSS接收情况突然且显著变化的情况下确定关于车辆(1)的基于GNSS的定位装置(2)的定位结果的至少一条完整性信息的方法。该方法至少包括以下步骤：a)借助于基于GNSS的定位装置(2)确定车辆(1)的当前的自身位置，b)借助于基于GNSS的定位装置(2)确定关于在步骤a)中确定的自身位置的至少一条完整性信息，c)识别突然且显著正在发生变化的GNSS接收情况或显著已改变的GNSS接收情况，d)将至少一条完整性信息的确定适配于正在发生变化的或已改变的GNSS接收情况。

Description

用于确定车辆的定位装置的定位结果的完整性信息的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在GNSS接收情况突然且显著变化的情况下确定关于车辆的基于GNSS的定位装置的定位结果的至少一条完整性信息的方法。此外，提出一种用于执行该的方法的计算机程序、一种存储有计算机程序的机器可读存储介质以及一种相应设计的用于车辆的定位装置。本发明尤其可以在基于GNSS的定位系统中用于自主或半自主行驶。
背景技术
借助于全球导航卫星系统(GNSS)可以在基本上地球上每个点处执行地理空间位置确定。GNSS卫星绕地球运转并发送编码的信号，借助于所述编码的信号，GNSS接收器通过如下方式计算接收器距卫星的距离或间距，即GNSS接收器估计信号接收时间点和发送时间之间的时间差。如果存在足够的卫星(典型地多于5个)，则将距卫星的估计的距离可以转换成对于接收器位置的估计。目前，存在超过130颗绕地球运行的GNSS卫星，这意味着通常在局部地平线上最多可见其中的65颗。
如果提到(GNSS/INS)定位传感器的性能，则通常除了精度、连续性和可用性三个标准之外，还会提到完整性标准。完整性通常定义为对由GNSS或GNSS/INS系统提供的信息的准确性的置信量度。迄今为止研究的完整性确定方案基本上基于与定位解决方案的参数估计的瞬时方差和/或标准偏差。然而，这种主要的数学途径会具有如下缺点：无法充分考虑外部影响的改变，使得必要时至少暂时地确定完整性值，该完整性值不能充分反映真实情况的完整性值，在最坏的情况下也会显示出过高的完整性。在这种情况下，尤其聚焦于进一步改进执行完整性确定的定位解决方案。
发明内容
在此，提出一种用于在GNSS接收情况突然且显著变化的情况下确定关于车辆的(至少也)基于GNSS的定位装置的定位结果的至少一条完整性信息的方法，该方法至少包括以下步骤：
a)借助于基于GNSS的定位装置确定车辆的当前的自身位置，
b)借助于基于GNSS的定位装置确定关于在步骤a)中确定的自身位置的至少一条完整性信息，
c)识别突然且显著正在发生变化的GNSS接收情况或显著已改变的GNSS接收情况，
d)将至少一条完整性信息的确定适配于正在发生变化的或已改变的GNSS接收情况。
为了执行该方法例如可以执行步骤a)、b)、c)和d)至少一次和/或以所提出的顺序重复执行。此外，步骤a)、b)、c)和d)、特别是步骤a)和b)以及可能的c)可以至少部分地并行或同时执行。
该方法尤其可以有助于确定至少一条完整性信息，例如在(纯或主要)基于GNSS定位不可行的阶段期间、尤其在航位推算(所谓的Dead Reckoning；简称DR)期间有助于确定至少一条完整性信息，例如所谓的保护级别。在此，航位推算尤其涉及阶段或运行模式，在所述阶段或运行模式中定位装置采用惯性定位方法，例如惯性导航。例如，如果GNSS接收受到干扰或严重受限，例如在城市峡谷或街道峡谷、载重车旁边和/或在隧道中可观察到的那样，则可以执行上述方案。
定位装置(定位传感器)可以例如是组合的GNSS-INS传感器，或者定位可以包括这种组合的GNSS-INS传感器。在上下文中，INS代表惯性导航系统(Inertial NavigationSystem)。因此，定位装置可以被设计用于至少也基于GNSS测量来执行车辆的定位。定位装置优选还可以被设计用于基于GNSS测量和惯性测量(惯性测量)和/或车辆传感器数据、即例如环境传感器数据来组合地或融合地执行车辆定位。例如，可以将转向角传感器和/或车轮速度传感器用作车辆传感器。例如，相机、RADAR传感器、LIDAR传感器和/或超声波传感器可用作环境传感器。此外，来自数字地图的地图数据和/或其他车辆的消息也可在定位中使用。
在步骤a)中，借助于基于GNSS的定位装置确定车辆的当前的自身位置。定位装置在此可以执行组合(混合)的基于GNSS和基于INS的定位。如果暂时无法进行基于GNSS的定位，则可以在步骤a)中采用基于INS的定位。为了定位，定位装置可以执行至少一个参数估计。例如，作为参数可以估计车辆的(自身)位置、(自身)速度、(自身)加速度和/或定向。特别地，至少估计车辆的(自身)位置。
在步骤b)中，借助于基于GNSS的定位装置确定关于在步骤a)中确定的自身位置的至少一条完整性信息。完整性信息尤其可以是(先前描述的至少一个参数的)参数估计的完整性范围，其中完整性范围描述了估计的参数具有最小概率时所在的范围。换言之，完整性范围描述了估计的参数值以最小概率实际所在的范围。估计的参数(值)在此基本上描述了参数估计的(单独的、特别是瞬时的)估计结果。换言之，这尤其意味着完整性范围描述了估计的参数的真实或实际的值以最小概率所处的范围。这种完整性范围也可以称为所谓的“保护级别”。
最小概率通常是预设的最小概率。最小概率优选为90％，特别优选为95％或甚至99％。
完整性范围优选地是保护级别。保护级别在此通常描述估计参数(值)以最小概率(实际)所在的(空间的、特别是二维或三维的)范围。估计的参数(值)在此基本上描述了参数估计的(单独的、特别是瞬时的)估计结果。换言之，这尤其意味着保护级别描述估计的参数的真实或实际值以最小概率所在的范围。
换言之，保护级别特别描述了估计的参数的真实值以最小概率所在置信区间或(空间的)置信范围。在此，参数的估计值通常位于置信区间或置信范围的中间或中心。
估计参数的真实或实际值实际位于保护级别中的最小概率比“通常的”完整性范围高得多。在此，最小概率通常高于99.99％，特别优选高于99.999％或甚至高于99.9999％。在该保护级别，最小概率不可以以百分比表达，而是以特定时间区间内的可能的错误来表达。例如，保护级别可以被定义成使得所讨论的参数在10年中最多出现一次超出保护级别。例如，保护级别可以被表达为无单位概率或比率、即在时间区间之上的出现错误的概率。
保护级别是在城市车辆语境中使用的完整性概念的(安全)参数。保护级别在此也可以描述为统计错误极限，所述统计错误极限计算为，使得绝对位置错误超过警报极限的概率小于或等于目标完整性风险。类似于报警限值的定义，保护等级通常也可以分开地对水平层面(Horizontal Protection Level水平保护级别，HPL)和竖直方向(VerticalProtection Level竖直保护级别，VPL)定义。在此，尤其关注水平维度，所述水平维度定义为具有水平层面(与椭球WGS-84相切的局部层面)中的圆半径或(更一般地)椭圆的半轴的水平保护级别，其中他们的中心位于真实位置处，所述真实位置描述如下区域，对于所述区域确保遵守所说明的水平位置。在此，其尤其是水平区域，当使用自主的错误识别时，在所述水平区域中满足对识别所选择的卫星组的故障和错误警报的要求。通常，警报范围通过应用来指定并且保护水平由定位装置计算。因为无法观察到位置错误，所以可以通过比较所说明的警报限值(AL)和计算出的保护级别(PL)来做出有关警报的决定，特别是如果PL>AL，则可以触发警报。相反，在PL<AL的情况下，则通常不触发警报。
在步骤c)中，识别突然且显著正在发生变化或显著已改变的GNSS接收情况。GNSS接收情况的特征尤其在于可接收GNSS卫星的数量和/或星座(未受干扰和/或未反射)。这通常涉及可由车辆或车辆的GNSS天线接收的GNSS卫星。换言之，在此将“突然”尤其被理解为突然的变化，例如在60秒或更短的时间段、优选在30秒或更短的时间段、尤其优选在15秒或更短的时间段中发生的变化。换言之，“显著”在此尤其理解为严重的变化，例如GNSS接收情况变化至少为50％、优选至少为70％、特别优选为至少90％。例如，在驶入隧道中时，可以观察到GNSS接收情况的显著减少。在此，可接收的GNSS卫星数量通常会突然减少90％甚至完全减少。例如，在驶出隧道时，可以观察到GNSS接收情况的显著增加。在此，可接收的GNSS卫星的数量通常突然增加。例如，在隧道中行驶期间可以观察到显著改变的GNSS接收情况。在此，隧道被选为具有显著的GNSS阴影的区域的示例。开放面上的通常的GNSS接收尤其用作标杆。
在步骤d)中，将至少一条完整性信息的确定适配于正在发生变化的或已改变的GNSS接收情况。为了适配，尤其人为干预了完整性信息的以数学方式确定的计算。在正常(未受干扰的)GNSS接收情况的情况下，完整性信息可以例如基于用于估计自身位置的至少一个方差和/或标准偏差来确定。例如，可以为此使用定位滤波器、即例如卡尔曼滤波器。在这种过滤器中，通常存储算法，该算法可以将GNSS数据和/或INS数据作为输入变量进行处理，以在估计的范围内将输出位置结果和其所属的完整性信息、即例如方差(或标准偏差)和/或协方差矩阵作为输出变量。在上下文中，适配例如可以被实现为：完整性信息(方差和/或标准偏差)与缩放系数相乘和/或将附加(值)相加到完整性信息上。通常不需要附减，因为在此处专注的接收情况变化中典型地可以观察到对于完整性信息、尤其保护级别的过低的值。换言之，这尤其表示缩放系数和/或附加(值)总是为正。
根据一个有利的设计方案提出：步骤d)中的适配被实现为，衰减和/或至少部分地校正完整性信息的由于突然且显著正在发生变化的或显著已改变的GNSS接收情况而出现的变化。“衰减”尤其可以被理解为人为地抵消过强的向下偏移。
根据另一有利的设计方案提出：步骤d)中的适配被实现为：在突然且显著正在减少的GNSS接收期间，以(正的)缩放系数缩放完整性信息，和/或对完整性信息加载所确定的(正的)第一附加值。在这种情况下，以所确定的第一附加值的缩放和/或所确定的第一附加值的加载可以被执行可预设的第一持续时间(或在可预设的第一持续时间期间执行)。第一持续时间例如可以根据在驶入隧道中的通常的过渡时间来选择。
根据另一有利的设计方案提出：步骤d)中的适配被实现为：在显著已减少的GNSS接收期间，对完整性信息加载所确定的(正的)第二附加值。通常，不设有第二持续时间，然而可以考虑第二附加值的附加持续第二持续时间。
根据另一有利的设计方案提出：步骤d)中的适配被实现为：在突然且显著正在增加的GNSS接收期间，对完整性信息加载所确定的(正的)第三附加值。在这种情况下，所确定的第三附加值的加载可以被执行可预设的第三持续时间(或在可预设的第三持续时间期间执行)。第三持续时间例如可以根据在驶出隧道时的通常的过渡时间来选择。
根据另一方面，提出一种用于执行在此提出的方法的计算机程序。换言之，这尤其涉及一种计算机程序(产品)，其包括指令，在该程序由计算机执行时，指令促使计算机执行在此描述的方法。
根据另一方面，提出一种机器可读存储介质，在所述机器可读存储介质上存放或存储在此提出的计算机程序。机器可读存储介质通常是计算机可读数据载体。
根据另一方面，提出一种用于车辆的定位装置，其中该定位装置被设置用于执行在此描述的方法。该设备例如可以包括可以执行指令以便执行该方法的计算机和/或控制设备(控制器)。为此，计算机或控制设备例如可以执行所提出的计算机程序。例如，计算机或控制设备可以访问所提出的存储介质，以便可以执行计算机程序。定位装置例如可以是尤其设置在车辆中或车辆处的移动和位置传感器。
结合该方法讨论的细节、特征和有利的设计方案也可以相应地出现在此处介绍的计算机程序和/或存储介质和/或定位装置中，并且反之亦然。在这方面，为了更详细地表征特征全文参考那里所做的陈述。
附图说明
下面根据附图更详细地解释在此介绍的解决方案及其技术环境。应该指出，本发明并不旨在受到所示的实施例的限制。特别地，除非另外明确说明，还可以提取图中解释的事实的部分方面，并与来自其他图和/或本说明书的其他组成部分和/或认知相结合。附图示意性地示出：
图1示出在此介绍的方法的示例形的流程，和
图2示出车辆中的示例性的在此描述的定位装置。
具体实施方式
图1示意性地示出在此介绍的方法的示例性的流程。该方法用于在GNSS接收情况突然且显著变化的情况下确定关于车辆1的基于GNSS的定位装置2的定位结果的至少一条完整性信息的方法。以框110、120、130和140示出的步骤a)、b)、c)和d)的顺序是示例性的，并且可以以所示出的顺序例如至少遍历一次以执行该方法。
在框110中，根据步骤a)，借助于基于GNSS的定位装置2确定车辆1的当前的自身位置。在框120中，根据步骤b)，借助于基于GNSS的定位装置2确定关于在步骤a)中确定的自身位置的至少一条完整性信息。在框130中，根据步骤c)，识别突然且显著正在发生变化或显著已改变的GNSS接收情况。在框140中，根据步骤d)，将至少一条完整性信息的确定适配于正在发生变化的或已改变的GNSS接收情况。
步骤d)中的适配可以被实现为：衰减和/或至少部分地校正完整性信息的由于突然且显著正在发生变化的或显著已改变的GNSS接收情况而出现的变化。
步骤d)中的适配可以被实现为：在突然且显著正在减少的GNSS接收期间，以缩放系数缩放完整性信息，和/或对完整性信息加载所确定的第一附加值。在这种情况下，以所确定的第一附加值的缩放和/或所确定的第一附加值的加载可以被执行可预设的第一持续时间。
例如，在驶入航位推算区域中时或在刚进入航位推算区域后立即以第一持续时间根据下式来计算示例性地用作为完整性信息的(当前)保护等级(PL)：
PL(t)＝s.sigma+b
在此，t是(当前)时间，s是第一缩放系数，b是第一附加值，并且sigma是自身位置估计的(当前)标准偏差(或方差的根)。
第一持续时间可以凭经验确定。例如，在此可以使用10秒。第一缩放系数同样可以凭经验确定。Sigma是从例如定位装置的定位滤波器中估计的(当前的)标准偏差。
第一附加值可以用于补偿系统误差(偏差)，并且以如下方式确定：
如果PL_zuletzt-PL_DR>0，则为PL_zuletzt-PL_DR,否则为0
在此，PL_zuletzt为进入航位推测区域前的最后的保护等级值，并且PL_DR为进入航位推测区域后的第一个保护等级值。
航位推测区域或航位推测模式的开始和结束例如可以由定位装置和/或车辆的(上级的)系统来识别，尤其通过识别定位方法转变和/或GNSS接收显著减少或增加。
此外可以提出步骤d)中的适配被实现为：在显著已减少的GNSS接收期间，对完整性信息加载所确定的第二附加值。
例如，在进入航位推算区域后并且在第一持续时间到期之后，根据下式计算示例性用作为完整性信息的保护等级(PL)：
PL(t)＝sigma+delta
在此，delta是第二附加值，并且可以按如下方式确定：
Delta＝PL_DR,a-sigma(a)
在此，PL_DR,a是在第一持续时间到期时的保护等级值，并且sigma(a)是在第一持续时间到期时的位置估计的标准偏差。
此外可以提出步骤d)中的适配被实现为：在突然且显著正在增加的GNSS接收期间，对完整性信息加载所确定的第三附加值。在这种情况下，所确定的第三附加值的加载可以被执行可预设的第三持续时间。
例如，在驶出航位推测区域时或在驶出航位推测区域后立即以第三持续时间根据下式计算示例性用作为完整性信息的(当前的)保护级别(PL)：
PL(t)＝sigma+D
在此，D是第三附加值，并且可以按如下方式确定：
D＝PL_DR,zuletzt-sigma(t_zuletztDR)
在此，PL_DR,zuletzt是航位推测区域中的最后的保护等级值，并且t_zuletztDR是航位推测区域中的最后的时间，使得sigma(t_zuletztDR)是航位推测区域中的最后的标准偏差。
图2示意性地示出车辆1中的在此描述的示例性的定位装置2。定位装置2被设置用于执行在此描述的方法。定位装置2在此例如是GNSS-INS定位装置。
在借助GNSS-INS定位装置进行定位时，通常发生的情况是：由于环境障碍或在隧道中行驶，可用的GNSS信号的数量会减少或丢失。这种情况通常称为航位推算(DR)模式。因此，对于计算完整性信息、例如保护级别(PL)有利的是使用混合方案，以便在进入DR模式中时实现正确的PL转换，以在DR模式期间获得可靠的PL并在离开DR模式时实现正确的转换。
所提出的方法可以有利地有助于相应的混合方案，以便也在DR模块中维持基于GNSS/INS的定位传感器的完整性，和/或在出现GNSS接收从正常状态发生突然变化时有助于相应的混合方案。特别地，该方法可以有利地有助于即使在DR状态和正常状态之间突然切换的情况下，保护级别也不会经历无意义和突然的变化。

Claims (10)

1.一种用于在GNSS接收情况突然且显著变化的情况下确定关于车辆(1)的基于GNSS的定位装置(2)的定位结果的至少一条完整性信息的方法，所述方法至少包括以下步骤：
a)借助于所述基于GNSS的定位装置(2)确定所述车辆(1)的当前的自身位置，
b)借助于所述基于GNSS的定位装置(2)确定关于在步骤a)中确定的所述自身位置的至少一条完整性信息，
c)识别突然且显著正在发生变化的GNSS接收情况或显著已改变的GNSS接收情况，
d)将所述至少一条完整性信息的确定适配于正在发生变化的或已改变的所述GNSS接收情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤d)中的适配被实现为：衰减和/或至少部分地校正所述完整性信息的、由于突然且显著正在发生变化的或显著已改变的GNSS接收情况而出现的变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤d)中的适配被实现为：在突然且显著正在减少的GNSS接收期间，以缩放系数缩放所述完整性信息，和/或对所述完整性信息加载所确定的第一附加值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中以所确定的第一附加值的缩放和/或所确定的第一附加值的加载被执行可预设的第一持续时间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤d)中的适配被实现为：在显著已减少的GNSS接收期间，对所述完整性信息加载所确定的第二附加值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤d)中的适配被实现为：在突然且显著正在增加的GNSS接收期间，对所述完整性信息加载所确定的第三附加值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所确定的第三附加值的加载被执行可预设的第三持续时间。
8.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的计算机程序。
9.一种机器可读存储介质，在所述机器可读存储介质上存储有根据权利要求8所述的计算机程序。
10.一种用于车辆(1)的定位装置(2)，所述定位装置(2)被设置用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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