CN114966757A - 用于基于gnss定位车辆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于车辆(1)的定位装置(2)对车辆(1)进行基于GNSS的定位的方法。该方法至少包括以下步骤：a)借助于车辆(1)的至少一个GNSS接收器(5)从至少一个GNSS卫星(4)接收至少一个GNSS信号(3)，b)从以步骤a)中的接收为基础的接收情况下的GNSS简档中读取至少一个统计信息，其中至少一个统计信息适于描述接收到的GNSS信号(3)的至少一个特性，c)借助于定位装置(2)在考虑步骤a)中接收的至少一个GNSS信号(3)和步骤b)中读取的至少一个统计信息的情况下确定至少一个定位信息。

Description

用于基于GNSS定位车辆的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于车辆的定位装置对车辆进行基于GNSS的定位的方法、一种用于执行该方法的计算机程序、一种存储有计算机程序的机器可读的存储介质、以及一种用于车辆的定位装置，该定位装置被设置用于执行该方法。本发明尤其可以在自动驾驶中使用。
背景技术
自动化的驾驶或自动驾驶对测位提出了非常高的要求。在此，GNSS(全球导航卫星系统，例如GPS或GLONASS)是非常重要的，因为这是目前最重要的测位系统，以实现直接的绝对的测位。在此，除了位置精度之外，自动化的驾驶或自动驾驶对测位信息的可用性和完整性(或正确性)提出特别高的要求，例如对精度说明的正确性提出特别高的要求。
已知GNSS校正数据服务，其可以确定轨道中的GNSS误差的误差影响(主要是卫星轨道误差、卫星时钟误差、代码和相位偏差，以及电离层和对流层折射影响)。借助这种现有的校正数据服务，可以在基于GNSS的测位中考虑误差影响，使得可以提高基于GNSS的测位结果的准确性。
只要存在到所使用的卫星的视距连接，现有的校正数据服务通过校正所谓的空间信号(Signal-In-Space，SIS)误差(卫星轨道中、卫星时钟中的异常、大气效应)来实现厘米范围内的基于GNSS的定位精度。在遮阴的情况下，例如由于城市空间中的高层建筑引起的遮阴的情况下，信号会在表面反射，使得校正数据服务的使用甚至还可以补偿SIS误差，进而通常甚至还实现相对于不使用校正数据提高精度，但是在该情况下测位精度由于信号折射或反射(所谓的多径效应)而劣化(例如劣化到米或10米数量级的精度)。该问题也被描述为城市或市内空间中的GNSS性能退化。
基于此，寻求改进GNSS定位精度，并且尽可能地也改进在市内区域中定位结果的完整性。
发明内容
根据本发明，在此提出用于借助于车辆的定位装置对车辆进行基于GNSS的定位的方法，该方法至少包括以下步骤：
a)借助于车辆的至少一个GNSS接收器从至少一个GNSS卫星接收至少一个GNSS信号，
b)从以步骤a)中的接收为基础的接收情况下的GNSS简档中读取至少一个统计信息，其中至少一个统计信息适于描述接收到的GNSS信号的至少一个特性，
c)借助于定位装置在考虑步骤a)中接收的至少一个GNSS信号和步骤b)中读取的至少一个统计信息的情况下确定至少一个定位信息。
步骤a)、b)和c)的所说明的顺序是示例性的，进而可以在该方法的常规运行流程期间调整，或者可以以所说明的顺序至少运行一次。此外，步骤a)、b)和c)、特别是至少步骤a)和b)也可以至少部分地并行或同时执行。
该方法通过从GNSS简档中读取至少一个统计信息有利地允许在基于GNSS的定位中或在定位装置中使用GNSS信号质量的先验知识。由此描述一种如何通过在定位装置中可以使用GNSS简档或先前学习的GNSS信号特性来改进定位精度和/或定位结果完整性的新方案。因此，该方法有利地有助于改进GNSS定位精度，并且也尽可能地改进市内区域中的定位结果的完整性。
特别地，在借助于出自GNSS简档中一个或多个(特定的)统计参数进行的所描述的新方案中，有利地利用GNSS简档或GNSS信号特性。这可以以有利的方式在考虑使用多个不同的定位方法的情况下进行。
GNSS代表全球导航卫星系统，即例如GPS(全球定位系统)、GLONASS、北斗或伽利略。可以将基于GNSS的定位理解为至少也基于或主要基于GNSS测量或GNSS评估的定位。此外，其他的定位进程也可以共同包括到基于GNSS的定位中，其中其他的定位进程例如借助环境传感器数据、惯性传感器数据和/或(数字的)地图数据来工作。车辆通常是机动车辆，即例如汽车。车辆优选地是被设置用于至少部分自动化或自主驾驶运行的车辆。
在步骤a)中，借助于车辆的至少一个GNSS接收器从至少一个GNSS卫星接收至少一个GNSS信号。GNSS接收器可以是定位装置的组成部分，或者可以与定位装置连接。GNSS接收器通常包括至少一个GNSS天线。GNSS接收器和/或定位装置可以借助接收到的GNSS信号执行运行时测量，以便尤其借助于三边测量或三角测量确定GNSS接收器或车辆的瞬时的(大地)位置。
在步骤b)中，从以步骤a)中的接收为基础的接收情况下的GNSS简档中读取至少一个统计信息，其中至少一个统计信息适于描述接收到的GNSS信号的至少一个特性。接收情况尤其是特征在于GNSS接收器或车辆在GNSS信号接收时间点的(大地)位置和至少一个GNSS卫星在GNSS信号发送时间点的(轨道)位置。在此，GNSS接收器或车辆的(大地)位置可以通过车辆可能所在的场地或区域来近似。可以经由每个单独的卫星广播的导航数据(所谓的广播星历)来确定至少一个GNSS卫星的(轨道)位置。借此，也可以将卫星星座的几何分布描述为在确定信号统计信息时间点的另外的质量度量。
GNSS简档通常包括至少一个GNSS信号特性。GNSS简档可以是特定于接收情况的，并且在本文中例如针对特定的接收情况可以包括或描述至少一个GNSS信号特性。例如，可以(在车辆内部或车辆外部)提供模型，在该模型中存储大量GNSS简档。在步骤b)中可以访问该模型。在此，可以访问如下GNSS简档，GNSS简档在以步骤a)中的接收为基础的接触情况下被存储在模型中。相应的GNSS简档例如可以描述涉及伪距、频率或多普勒、信号强度和/或载波相位的GNSS信号特性或GNSS接收信号特征。GNSS简档或GNSS信号特性例如可以适于借助于以下各项执行定位方法，即例如GNSS指纹、信号校正、信号加权和/或选择、和/或完整性信息增强。例如，GNSS简档可以以制图的GNSS简档或GNSS信号特征的形式可用。例如，GNSS简档或GNSS信号特性可以作为(自动化的)车辆的数字地图(高清地图)中的数据层提供。
(相应的)GNSS简档通常还包括至少一个统计信息。至少一个统计信息适于描述接收到的GNSS信号的至少一个特性。该特性尤其是接收到的GNSS信号的质量特性或定性特性。换言之，这尤其涉及描述接收到的GNSS信号的特性的质量。例如，可以读入统计的参数或统计参数作为统计信息。这种参数的一个示例可以是方差。至少一个统计信息或统计参数例如可以适于代表至少一个GNSS接收信号特性的和/或各个可能聚合的GNSS接收信号特性的不确定性，该特性由相关的GNSS简档描述。
相应的GNSS简档或GNSS信号特性尤其提供关于伪距、频率或多普勒、信号强度和/或载波相位的GNSS接收信号特性的统计参数。这具有特别的优势，即所述参数现在作为先验知识可用。以有利的方式，这可以经由模型根据接收情况、尤其根据接收位置和卫星位置或接收位置或所属的方位角和俯仰角来提供，其中方位角和俯仰角为在放射相关信号的信号和GNSS接收器的接收相关信号的天线之间。
GNSS简档或GNSS信号天线可以通过聚合多个单独的观测结果来获取(例如借助于众包)。在此，关于相同接收情况或接收位置和卫星位置星座的GNSS信号特性的多次测量(所述接收位置和卫星位置由于循环卫星轨道通常是可重复的，使得所属的测量例如可以在不同的日期收集)用于确定GNSS接收信号特性的统计参数。
在步骤c)中，借助于定位装置在考虑步骤a)中接收到的至少一个GNSS信号和在步骤b)中读取的至少一个统计信息的情况下确定至少一个定位信息。至少一个定位信息例如可以包括以下参数中的一个或多个：车辆的(自身的)位置、车辆的(自身的)速度、车辆的(自身的)加速度。定位信息优选地至少包括车辆的(自身的)位置。此外，定位信息替选地或附加地(除了上述参数中的一个或多个之外)包括完整性信息，即例如置信范围或置信区间。例如可以确定所谓的“保护级别”作为完整性信息的示例。通常，保护级别涉及真实车辆位置以可预设的最小概率位于其中的区域或场地。统计信息还可用于对各个信号或卫星进行加权，以调节其对位置估计的影响。也可以将统计信息用于内部监控换的实时校准，使得例如可以根据情况动态地选择检测阈值。
根据一个有利的设计方案提出：至少一个统计信息适于描述接收到的GNSS信号的质量。至少一个统计信息可以例如以至少一个参数的形式存储在(相应的)GNSS简档中，GNSS简档适于描述接收到的GNSS信号的质量。至少一个参数可以包括短期方差和/或长期方差作为示例性参数。
例如，可以在GNSS简档或GNSS信号特性中使用统计参数，统计参数代表各个聚合的GNSS接收信号特性的不确定性，例如其呈方差的形式。一方面，可以为此使用所谓的短期方差，短期方差通常代表在测量期间特定信号特性(例如伪橙色或载噪比)的典型散布(即随关于例如10秒的测量时间段的测量的时间之上的散布)。另一方面，(替选地或附加地)可以使用所谓的长期方差，长期方差通常代表在考虑多个测量(即例如在不同日期收集的测量)的情况下的特定信号特性的散布。
根据另一有利的设计方案提出：至少一个统计信息包括长期统计信息，即例如长期方差。特别地，在本文中优选的是该长期统计信息(特别是长期方差)基于在相同的接收情况下、时间不同的GNSS观测被确定。长期信息(长期方差)的使用特别有利，因为长期信息可以阐述关于GNSS接收信号特征的可重复性的消息。
在考虑到所提到的一个或多个不确定性(特别是长期方差)的情况下，可以进行GNSS简档或GNSS信号特性的有针对性的使用。这尤其可以通过根据所基于的不确定性使用不同的方法(例如GNSS指纹、信号校正、信号加权/选择、PL提升)的方式来进行。
根据另一有利的设计方案提出：在步骤c)中根据至少一个统计信息来选择用于确定至少一个定位信息的定位方法。特别地，在本文中，在考虑通过统计信息(尤其长期方差)所描述的不确定性的情况下，可以通过如下方式有针对性地使用GNSS简档或GNSS信号特性：根据所基于的不确定性使用GNSS指纹方法或GNSS三边测量法。例如，如果统计信息描述低于可预先限定的极限值的不确定性值，则可以选择所谓的GNSS指纹方法(GNSS指印方法)作为定位方法。
根据另一有利的设计方案提出：在步骤c)中，根据至少一个统计信息来选择用于适配至少一个定位信息的确定的措施。特别地，在本文中，在考虑通过统计信息(尤其长期方差)所描述的不确定性的情况下，可以通过如下方式有针对性地使用GNSS简档或GNSS信号特性：根据所基于的不确定性使用GNSS信号的校正或GNSS信号的加权(或选择)。例如，如果统计信息描述低于可预先限定的极限值的不确定性值，则可以进行GNSS信号的校正作为用于适配至少一个定位信息的确定的措施。替选地或附加地，作为用于适配至少一个定位信息的确定的措施，例如可以根据统计信息或不确定性值对GNSS信号进行加权和/或选择。如果统计信息描述高于可预先限定的极限值的不确定性值，则例如可以相应地进行相关的GNSS信号的降权。
根据另一有利的设计方案提出：至少一个定位信息包括关于定位结果的完整性的完整性信息。完整性信息可以例如以置信范围或置信区间的形式来确定。例如可以确定所谓的“保护级别”作为完整性信息的示例。保护级别通常涉及真实车辆位置以可预设的最小概率位于其中的区域或场地。在本文中，作为用于适配至少一个定位信息确定的措施，当统计信息描述高于可预先限定的极限值的不确定性值时，可以进行完整性信息的增强，即例如完整性信息的人为增加(例如作为保护级别的附加值)。
此外，完整性信息的人为增加会与不确定性的程度或不确定性值的大小相关。此外，完整性信息的人为增加会与GNSS简档的数量相关，这些GNSS简档关于相同的地点(相同位置)或相同的区域分别包含描述高于(该)可预先限定的极限值的不确定性值的统计信息。
根据另一方面，还提出一种用于执行在此描述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，在程序通过计算机执行时，这些指令促使计算机执行在此描述的方法。
根据另一方面，还提出一种机器可读存储介质，计算机程序存储在机器可读存储介质上。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，定位装置被设置用于执行在此描述的方法。
例如，上述存储介质可以是定位装置的组成部分或与定位装置连接。定位装置优选地被布置在(机动)车辆中或车辆上，或者被设置和设计用于安装在车辆中或车辆上。
定位装置优选地是GNSS传感器或所述定位装置包括GNSS传感器。定位装置还优选地设置和设计用于车辆的自动化的或自主的运行。此外，定位装置可以是组合的运动和位置传感器。这种传感器对于自动驾驶车辆是特别有利的。定位装置或定位装置的计算单元(处理器)例如可以访问在此描述的计算机程序，以便执行在此描述的方法。
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在此处提出的计算机程序和/或存储介质和/或定位装置中出现，并且反之亦然。在这方面，全文参考实施方案以更详细地表征。
附图说明
下面根据附图更详细地解释在此提出的解决方案及其技术环境。应该指出，本发明不应受所示的实施例的限制。特别地，只要没有明确另作说明，还可以提取附图中解释的事实的部分方面并将其与来自其他附图和/或本说明书的其他组成部分和/或发现相结合。附图示意性地示出：
图1示出在此描述的方法的示例流程，和
图2示出车辆中的示例性的定位装置。
具体实施方式
图1示意性地示出在此描述的方法的示例性的流程。该方法用于借助于车辆1的定位装置2(参见图2)对车辆1进行基于GNSS的定位。用框110、120和130示出的步骤a)、b)和c)的顺序是示例性的，进而可以在常规的运行流程中调整。
在框110中，根据步骤a)，借助于车辆1的至少一个GNSS接收器5从至少一个GNSS卫星4接收至少一个GNSS信号3。在框120中，根据步骤b)，从以步骤a)中的接收为基础的接收情况下的GNSS简档中读入至少一个统计信息，其中该至少一个统计信息适于描述接收到的GNSS信号3的至少一个特性。在框130中，根据步骤c)，借助于定位装置2在考虑步骤a)中接收到的至少一个GNSS信号3和在步骤b)中读取的至少一个统计信息的情况下确定至少一个定位信息。
示例性地根据涉及伪距(缩写PR)的GNSS简档解释该方法的一个实施变型形式。具体地，这是关于绝对PR和/或PR误差的信息。例如可以为每个当前可接收的卫星提供相应的GNSS简档(在此，每个GNSS简档可以描述卫星信号的信号特性；由于同时接收多个卫星，因此可以为每个可接收的卫星给定所属的GNSS简档)。
经由方差将不确定性σ2与相应的GNSS简档相关联。在此，方差是可以从GNSS简档中读取的统计信息的示例。此外，这是至少一个统计信息(可能)会如何适于描述接收到的GNSS信号3的质量的示例。
此外，至少一个统计信息可以包括长期统计信息，例如长期方差。这鉴于所描述的实施变型形式意味着方差可以是长期方差。长期方差通常基于在相同的接收情况下、时间不同的GNSS观测被确定。
例如，在不确定性低的情况下，描述PR误差的相应的GNSS简档可用于校正PR测量，和/或描述绝对PR的相应GNSS简档可用于GNSS指纹方法。
这也是在步骤c)中(可能)如何根据至少一个统计信息来选择用于确定至少一个定位信息的定位方法的示例。
在与GNSS简档相关联的不确定性高的情况下，这尤其鉴于长期方差说明如下GNSS信号的可靠性较低，该GNSS信号在复杂接收条件中代表相关的卫星信号。相应地可以提出，在确定位置时不那么强地考虑这种信号。
借助从GNSS简档(先验)可用的、关于信号不确定性的统计信息，在这种情况下，例如，可以通过如下方式执行要考虑的信号的加权或选择(例如，直接经由因子1/σ2或分级)：将不确定性作为“测量噪声”包括到位置计算中，例如借助于卡尔曼滤波器进行。
这也是在步骤c)中(可能)可以根据至少一个统计信息来选择用于适配至少一个定位信息的确定的措施的示例。
与GNSS简档相关联的高不确定性尤其件与长期方差可以是复杂接收条件或接收情况的指标，即该复杂接收条件或接收情况例如在市内区域中可以通过由于高层建筑引起的复杂的信号遮阴。
相应困难地，可以借助于所谓的保护级别(PL，例如作为位置周围的误差椭圆)来确定当前位置估计的可靠的不确定性。为了也在位置层片上考虑接收情况和与其关联的GNSS信号不确定性的复杂性，示例性地在该情况下可以较保守地通过如下方式计算PL计算(在此也称为PL放大或PL提升)：在该情况下应用PL的附加的PL附加值。
在另一变型形式中，PL提升的附加值还可以与不确定性的程度相关。
如果对于多个接收的卫星信号同时达到高不确定性的这种状态，即多个GNSS简档表明高的不确定性，则会加剧这种情况。这同样在PL提升中会被考虑。为此，例如可以根据GNSS信号频率以高的不确定性确定“附加值”。
例如，在本文中，如果显著数量的GNSS简档具有高的不确定性，则可以进行PL附加。
这也是至少一个定位信息(可能)会如何包括关于定位信息的完整性的完整性信息的示例。
根据GNSS简档或GNSS信号特性针对PR或PR误差说明的事实可以以类似的方式转用于GNSS信号特性的其他元素或GNSS简档，以描述其他GNSS接收信号特性。
图2示意地示出车辆1中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。
所描述的方法有利地有助于改进GNSS定位精度，并且也尽可能地改进定位结果的完整性。

Claims (10)

1.一种用于借助于车辆(1)的定位装置(2)对所述车辆(1)进行基于GNSS的定位的方法，所述方法至少包括以下步骤：
a)借助于所述车辆(1)的至少一个GNSS接收器(5)从至少一个GNSS卫星(4)接收至少一个GNSS信号(3)，
b)从以步骤a)中的接收为基础的接收情况下的GNSS简档中读取至少一个统计信息，其中所述至少一个统计信息适于描述接收到的所述GNSS信号(3)的至少一个特性，
c)借助于所述定位装置(2)在考虑步骤a)中接收的所述至少一个GNSS信号(3)和步骤b)中读取的所述至少一个统计信息的情况下确定至少一个定位信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个统计信息适于描述接收到的所述GNSS信号(3)的质量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个统计信息包括长期统计信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述长期统计信息基于在相同的所述接收情况下、时间不同的GNSS观测被确定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤c)中，根据所述至少一个统计信息来选择用于确定所述至少一个定位信息的定位方法。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤c)中，根据所述至少一个统计信息来选择用于适配所述至少一个定位信息的确定的措施。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个定位信息包括关于定位结果的完整性的完整性信息。
8.一种计算机程序，用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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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