CZ152699A3 - Lokalizační systém pro vozidlo se satelitním přijímačem - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká lokalizačního systému pro vozidlo, se satelitním přijímačem zejména pro příjem signálů ze satelitů globálního polohovacího systému GPS a/nebo systému GLONASS, přičemž satelitní přijímač je vytvořen pro výpočet směrů jízdy s tolerancí ve formě vějíře směrů jízdy pro předpokládanou polohu vozidla z přijmutých signálů, se snímačem dráhy, s digitální mapou a s počítačem pro stanovení skutečného směru jízdy v předpokládané poloze vozidla.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu EP 0 496 538 A2 je známé pomocí satelitního přijímače provádění výpočtu nejen polohy vozidla, nýbrž i směru jeho jízdy. Přitom se směr jízdy zjistí tím, že vždy ze dvou určených poloh se vypočítají rozdíly. Tento způsob je funkční uspokojivě pouze tehdy, když se změří pomocí globálního polohovacího systému polohy ve velkých vzdálenostech od sebe, protože každá jednotlivá poloha se změří s velkou tolerancí (při civilním používání asi 100 m).

Zjištění směru jízdy v reálném čase není proto pomocí tohoto známého způsobu možné. Navíc tento způsob nevychází z žádných nebo jen velmi malých chyb Čidel používaných při měření pomocí globálního polohovacího systému, k čemuž v praxi dochází jen zřídka.

• ·

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje lokalizační systém pro vozidlo, se satelitním přijímačem zejména pro příjem signálů ze satelitů globálního polohovacího systému GPS a/nebo systému GLONASS, přičemž satelitní přijímač je vytvořen pro výpočet směrů jízdy s tolerancí ve formě vějíře směrů jízdy pro předpokládanou polohu vozidla z přijmutých signálů, se snímačem dráhy, s digitální mapou a s počítačem pro stanovení skutečného směru jízdy v předpokládané poloze vozidla, podle vynálezu, jehož podstatou je, že počítač je vytvořen pro výpočet hlavní trasy, a popřípadě vedlejších tras, ze silnic dílčí oblasti digitální mapy, na nichž se předpokládá okamžitá poloha vozidla, směry hlavní trasy, a popřípadě vedlejších tras, se porovnají s vějířem směrů jízdy satelitního přijímače, vějíř směrů jízdy se upřednostní tak, že se dále sleduje pouze hlavní trasa, a popřípadě vedlejší trasy, jejichž směry v předpokládané poloze vozidla leží uvnitř vějíře směrů jízdy, a při nejasném stanovení, zejména při rovnoběžně probíhajících trasách, například uvnitř úzké silniční sítě, se zachová dosavadní hlavní trasa.

Způsob podle vynálezu má výhodu v tom, že určení směru jízdy pomocí satelitního přijímače není negativně ovlivněno přesností stanovení polohy a zjištění směru jízdy se provádí téměř v reálném čase. Zvlášť výhodné je, že nejprve se pro směr jízdy vozidla vychází z vějíře směrů jízdy, který obsahuje směr jízdy s předem stanovenou toleranční odchylkou. Pomocí vějíře směrů jízdy a upřednostnění hlavní trasy se s výhodou správně zjistí skutečný směr jízdy a místo výskytu vozidla.

V závislých nárocích jsou uvedena výhodná další provedení a vylepšení lokalizačního systému uvedeného v hlavním nároku. Zvlášť výhodné je, když se jízda stanoví na základě Dopplerova principu z frekvencí přijmutých ze satelitů (nosná vlna). U přijímačů globálního polohovacího systému dostupných na trhu je možno pomocí Dopplerova efektu stanovit vektor rychlosti vozidla ve směru jízdy s přesností 0,1 m/s až 0,2 m/s. Přesnost však klesá umělým zhoršením satelitních signálů provozovatelem globálního polohovacího systému. Čím je rychlost vozidla vyšší, tím přesnější je zjištění vektoru rychlosti. Aby bylo možno získat směr vektoru rychlosti s dostatečnou přesností, musí být rychlost vozidla podstatně vyšší než tato hodnota, neboť při vyšší rychlosti je možno zanedbat i manipulace prováděné provozovatelem globálního polohovacího systému GPS (ministerstvo obrany USA). Pokusy ukázaly, že přijímač globálního polohovacího systému poskytuje použitelné výsledky již od asi 15 km/h.

Protože stanovení směru jízdy pomocí přijímače globálního polohovacího systému je nutno považovat za měření absolutního směru jízdy, může být s výhodou snímač směru, například snímač frekvence otáčení nebo gyrosnímač, kalibrován. Při přerušení příjmu potom může kalibrovaný snímač směru s výhodou zjistit absolutní směr jízdy vozidla.

Výhodné dále je, když počítač lokalizačního systému určí pro stanovení polohy pomocí vějíře směrů jízdy hlavní trasu a popřípadě vedlejší trasy. Vyhodnocením hlavní trasy a vedlejších tras vznikne nová hlavní trasa, jejíž směr nejlépe souhlasí v místě předpokládané polohy se směrem vějíře směrů jízdy. Vyhodnocením jednotlivé trasy je stanovení směru jízdy a polohy vozidla velmi spolehlivé, protože vozidlo může jet pouze po jedné ze zjištěných tras (silnic).

Výhodné dále je, že při nejasném stanovení, zejména v úzké silniční síti s rovnoběžně probíhajícími trasami, zůstane dosavadní • 4 4 4 • 444 hlavní trasa zachována. Tím se zabrání tomu, aby několikanásobnou výměnou mezi hlavní a vedlejší trasou neměl řidič vozidla pochybnosti o skutečném směru jízdy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiloženého výkresu, na němž obr. 1 znázorňuje blokové schéma lokalizačního systému a obr. 2 a 3 způsob provádění lokalizace podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma lokalizačního systému J_, který je sám o sobě znám, a proto nemusí být podrobně popisován. Lokalizační systém ]_ obsahuje počítač 5_ pro výpočet směrů jízdy a poloh tras. K lokalizačnímu systému _1_ je dále připojen satelitní přijímač 2_, který přijímá anténou 3. satelitní signály a vyhodnocuje je. Výstup satelitního přijímače 2 je spojen se zařízením 4. na odhadování chyb, pomocí něhož je možno stanovit vějíř 20 směrů jízdy. Satelitním přijímačem 2 je s výhodou přijímač globálního polohovacího systému GPS pro příjem satelitních signálů globálního polohovacího systému a/nebo přijímač pro příjem ze satelitů GLONASS. Zařízení 4 na odhadování chyb je na svém výstupu spojeno s počítačem 5_. K lokalizačnímu systému J. mohou být připojeny další snímače 7 ke stanovení polohy vozidla, dráhy vozidla a/nebo směru jízdy. Jako další snímač ]_ může být použit například snímač pro stanovení směru jízdy, s výhodou gyrosnímač nebo elektronický kompas. K počítači 5_ může být dále připojena paměť 6. pro uložení digitální mapy. Z výstupu 8. lokalizačního systému J_ je možno odebírat veličinu pro momentální . 9 • · ··«**· ta • · 9 9 9 9 9 9 9

999 9 9 99 9 9 99

směr jízdy vozidla a z výstupu 9 nejpravděpodobnější polohu vozidla (hlavní trasu).

V příkladném provedení, znázorněném na obr. 1, se předpokládá, že satelitním přijímačem 2. je přijímač globálního polohovacího systému GPS. Ze satelitních signálů globálního polohovacího systému přijmutých prostřednictvím antény X se vypočítá jednak momentální poloha vozidla a jednak satelitní přijímač 2 zjistí momentální rychlost vozidla z frekvenčního posunu podle Dopplerova principu. Protože satelitní přijímač 2 přijímá nosné frekvence více satelitů, vznikne pro každý satelit jeden vektor rychlosti. Projekcí vektorů rychlosti do roviny jízdy vznikne směrový vektor pro skutečný směr jízdy vozidla, který ovšem je zatížen systémovou chybou.

Mírou přesnosti změřeného směru jízdy vozidla může být vedle hodnoty rychlosti zohledněna rovněž takzvaná hodnota GDOP (Geometrie Deliution of Precision), která zohledňuje časovou chybu a geometrii satelitů.

Vzhledem ke zmíněné systémové chybě satelitů globálního polohovacího systému vypočítá zařízení 4 na odhadování chyb ve směru jízdy vozidla vektor s určitou tolerancí pro možný směr jízdy. Tímto směrem jízdy s určitou tolerancí, který bude dále uváděn jako vějíř 20 směrů jízdy, není možno přesně stanovit skutečný směr jízdy vozidla. Nyní bude podle obr. 2 a 3 objasněno, jak je možno přesto podle vynálezu z těchto výpočtů a z odhadů chyb odvodit skutečný směr jízdy vozidla.

Předpokladem pro lokalizační systém J_ je, že tento lokalizační systém obsahuje kromě satelitního přijímače 2 rovněž paměť 6. s uloženou digitální mapou. Z jednotlivých signálů satelitního přijímače fcfcfc • * fcfcfcfc • · • fcfcfc

2, z dalších snímačů Ί_ a z digitální mapy v paměti 6 vypočítá počítač 5. možnou polohu vozidla způsobem zvaným „přizpůsobení mapě“. Na obr. 2 je znázorněn výřez z digitální mapy se silnicí 24, z níž v bodě P. odbočují dvě silnice 21, 22, Pohybuje-Ii se vozidlo nejprve po silnici

24, může být poloha vozidla zjištěna například dalšími snímači 7. Protože tyto snímače Ί_ dodávají rovněž chybou zatížené signály pro polohu vozidla, znázorňuje obr. 2 křivku 25 pro zjištěné polohy, které probíhají vedle silnic 24, 21, 22. Nyní se předpokládá, že vozidlo za bodem 5^ odbočí na silnici 2 I. Další snímače ]_ ke stanovení směru, například gyrosnímač nebo kompas, by sice zjistily rovněž změnu směru, avšak jednoznačně nerozpoznají, že se vozidlo nachází na silnici 2 1. jak ukazuje průběh křivky 25. neboť zjištěný průběh křivky

25. představující lokalizaci výpočtem, se nachází mezi silnicemi 21 a

22. Znázorní-li se tento průběh společně se silnicemi 24, 21. 22 na obrazovce, potom není možno rozpoznat, na které silnici se řidič skutečně nachází. Řidič nanejvýš zjistí, že se se svým vozidlem nachází nikoli mezi, nýbrž na jedné ze silnic 21, 22.

Podle vynálezu se nyní vyhodnotí signál rychlosti ze satelitního přijímače 2. Na základě známých tolerancí vypočítá zařízení 4 na odhadování chyb například v bodě P pro vozidlo vějíř 20 směrů jízdy, který je na obr. 2 vyznačen šrafovaně. Na základě signálu rychlosti, který byl vypočítán prostřednictvím fázového posunu podle Dopplerova principu, vznikne směrový vektor 23 pro momentální směr jízdy vozidla. Směrový vektor 23., který je znázorněn čárkovaně, leží uprostřed uvnitř vějíře 20 směrů jízdy a probíhá téměř rovnoběžně se silnicí 21. Porovnáním úhlů jednotlivých silnic 21, 22 zjistí počítač 5., že pouze silnice 2 I leží uvnitř vějíře 20 směrů jízdy, zatímco silnice 22 leží mimo vějíř 20 směrů jízdy. Protože rovněž směrový vektor 23 probíhá přibližně rovnoběžně se silnicí 21, má silnice 21 nejvyšší prioritu pro momentální polohu vozidla a směr jeho jízdy, zatímco

Ί ft « ft · · » « · · · » ftftft* « · • ftftft silnice 22 jako vedlejší trasa má prioritu nižší. Počítač 5_ zvolí silnici 21 jako hlavní trasu a uvede její směr jako směr jízdy pro vozidlo. Tento signál může být sejmut na výstupu 8. lokalizačního systému J_ a může být znázorněn například na displeji. Silnice 22 již jako vedlejší trasa není dále sledována, protože se nachází mimo vějíř 20 směrů jízdy. Počítač 2 sleduje silnici 21 jako hlavní trasu a popřípadě i jednu nebo více vedlejších tras, například silnici 22. a přezkouší, zda není možno vedlejší trasu zvolit jako novou hlavní trasu. Ve výjimečném případě může dojít k tomu, že dvě rovnoběžně probíhající silnice se nacházejí vedle sebe tak blízko, že obě tyto silnice se mohou stát hlavní trasou. V tomto případě zůstává dosavadní hlavní trasa zachována tak dlouho, dokud není možné jednoznačné rozhodnutí o hlavní trase. Tím se zabrání tomu, aby přeskakováním z jedné trasy na druhou trasu řidič vozidla neznejistěl (vyhodnocovací hystereze).

Na obr. 3 je znázorněn stejný výřez mapy se silnicemi 24, 2 1. 22 jako byl znázorněn na obr. 2. V tomto případě se však předpokládá, že v bodě P je vějíř 20 směrů jízdy dimenzován tak, že zahrnuje obě silnice 21. 22. Dále se předpokládá, že směrový vektor 23. znázorněný Čárkovaně, probíhá přibližně mezi oběma silnicemi 21, 22. Křivka 25, představující předem stanovený směr jízdy, zjištěný dalšími snímači 7, například gyrosnímačem, probíhá přibližně rovnoběžně se směrovým vektorem 23 vějíře 20 směrů jízdy. Jak například integrovaný směr jízdy diferenciálního gyrosnímače, daný křivkou 25. tak i směrový vektor 23 vějíře 20 směrů jízdy, leží proto mezi oběma směry průběhu silnic 21. 22. Úhlový rozdíl k průběhu silnice 21 je však menší než k průběhu silnice 22. Proto se jako nová hlavní trasa zvolí silnice 21. Směrový vektor 23 hlavní trasy, respektive směr jízdy, daný křivkou 25, stanovený gyrosnímačem, se adaptuje na směr průběhu silnice 2 1. Tímto způsobem je tedy možno korigovat absolutní úhel jízdy

0 • 0 ·

0 0 0 0 0

0 «0 00 integrujícího snímače 7 směru přizpůsobením se průběhu příslušné silnice a kalibrovat snímač 7.

Protože však silnice 22 i nadále připadá v úvahu jako vedlejší trasa, připadá v úvahu rovněž adaptace směru jízdy na směr průběhu silnice 22. Proto obdrží hlavní trasa a všechny vedlejší trasy vlastní výpočet směru jízdy.

Pomocí výše popsaného způsobu je možno s výhodou prostřednictvím satelitní navigace kalibrovat a inicializovat snímač úhlů nebo snímač frekvence otáčení, pokud jde o absolutní směr jízdy, tak, že vznikne absolutní směr jízdy pro vozidlo. Zejména globální polohovací systém GPS proto představuje výhodný doplněk k lokalizačnímu systému s diferenciálním snímačem úhlů. Zvlášť výhodné je, že měření pomocí globálního polohovacího systému mají dobrou dlouhodobou stabilitu, zatímco diferenciální snímač úhlů má pouze krátkodobou stabilitu. Jinak je možno pro zjišťování směru jízdy přibrat diferenciální snímač úhlů s dostatečnou přesností, když je například v důsledku příliš malé rychlosti vozidla využití Dopplerova efektu příliš malé, nebo když je satelitní příjem rušen.

Podle dalšího provedení vynálezu je možno místo diferenciálního snímače Z úhlů použít elektronický kompas. Protože elektronický kompas, například dvouosý magnetometr, může v důsledku magnetického rušivého pole poskytovat nesprávný směr na sever, provede se kalibrování rovněž pomocí satelitů globálního polohovacího systému, jak bylo výše popsáno.

Vyhodnocení různých informací o směru jízdy se provede například Kalmanovým filtrem nebo na principu lokalizace výpočtem. Při použití diferenciálního snímače 7 směru se chyba, která s časem • · fcfcfcfc fcfc · ♦ · · · · « · fc · • · « fcfcfcfc · fcfc · • ···· fcfcfc fcfc fcfcfc fcfcfc • · · · ♦ fcfc ··· * fcfc fcfcfc fcfc fcfc integrované vypočítaného směrů jízdy snímací 7.

kontinuálně narůstá, určí pomocí směru jízdy, podle Dopplerova principu. I v tomto případě je vějíř 20 upřednostněn oproti směru jízdy stanovenému dalšími

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Lokalizační systém pro vozidlo, se satelitním přijímačem zejména pro příjem signálů ze satelitů globálního polohovacího systému GPS a/nebo systému GLONASS, přičemž satelitní přijímač je vytvořen pro výpočet směrů jízdy s tolerancí ve formě vějíře směrů jízdy pro předpokládanou polohu vozidla z přijmutých signálů, se snímačem dráhy, s digitální mapou a s počítačem pro stanovení skutečného směru jízdy v předpokládané poloze vozidla, přičemž

   - počítač (5) je vytvořen pro výpočet hlavní trasy (21), a popřípadě vedlejších tras (22), ze silnic (21, 22, 24) dílčí oblasti digitální mapy, na nichž se předpokládá okamžitá poloha vozidla,

   - směry hlavní trasy, a popřípadě vedlejších tras (22), se porovnají s vějířem (20) směrů jízdy satelitního přijímače (2),

   - vějíř (20) směrů jízdy se upřednostní tak, že se dále sleduje pouze hlavní trasa (21), a popřípadě vedlejší trasy (22), jejichž směry v předpokládané poloze vozidla leží uvnitř vějíře (20) směrů jízdy, a

   - při nejasném stanovení, zejména při rovnoběžně probíhajících trasách, například uvnitř úzké silniční sítě, se zachová dosavadní hlavní trasa.
2. 2. Lokalizační systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že satelitní přijímač (2) zjišťuje směr jízdy vozidla ze změny satelitních frekvencí podle Dopplerova principu přijmutých v průběhu jízdy vozidla.
3. 3. Lokalizační systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že lokalizační systém obsahuje snímač (7) směru nebo frekvence otáčení, přičemž zjištěný výsledek o směru z tohoto snímače (7) může být použit pro hodnotu momentálního směrového vektoru poskytnutého satelitním přijímačem (2) nebo na ni korigován.

   • fc * • fc · • fcfcfc· • fc • fcfcfc · fcfc • fcfc • fc* fcfc fcfc • fcfc · • fcfc · • fcfc fcfcfc • · • fc fcfc
4. 4. Lokalizační systém podle nároku 3, vyznačující se tím, že snímačem (7) směru je gyrosnímač.
5. 5. Lokalizační systém podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že velikost vějíře (20) směrů jízdy může být dána předem systémovou chybou satelitního přijímače (2) a/nebo lokalizačního systému (1).
6. 6. Lokalizační systém podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že počítač (5) v místě předpokládané polohy stanoví pro každou trasu (24, 2 1, 22) jeden směrový vektor (25).
7. 7. Lokalizační systém podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že počítač (5) vyhodnotí hlavní trasu (21) a vedlejší trasy (22) a jako novou hlavní trasu (21) určí tu trasu, jejíž směr v místě předpokládaných poloh nejvíce souhlasí se směrem vějíře (20) směrů jízdy.
8. 8. Lokalizační systém podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, Že počítač (5) porovná v místě předpokládaných poloh jednotlivé směry jízdy s průběhy silnic v dílčí oblasti v paměti uložené mapy a jako novou hlavní trasu určí tu trasu, která se nejvíce shoduje se směrem vějíře (20) směrů jízdy.