DE10016178A1

DE10016178A1 - Position determination method for vehicle mounted navigation system, involves correlating determined position with known area when shadowing radio signals by obstruction is detected

Info

Publication number: DE10016178A1
Application number: DE10016178A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Grabow; Friedrich-Wilhelm Bode
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-11

Abstract

The method involves correlating determined position with known area when shadowing of at least one of the radio signals (s1-sn) by obstruction such as bridge (2), is detected. Preferably, the position of the bridge is stored in a digital map. An Independent claim is also included for position determination device.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich eines Positions bestimmungsverfahrens, wobei eine vom Positionsbestimmungsverfahren berechnete Position mit einer automatisch detektierten, bekannten Gelän deposition korreliert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Positions bestimmungsvorrichtung, enthaltend eine Detektionseinrichtung zur auto matischen Detektion einer bekannten Geländeposition sowie eine Ab gleicheinrichtung zum Abgleich der von der Positionsbestimmungs vorrichtung berechneten Position mit der bekannten Geländeposition.The invention relates to a method for aligning a position determination method, one of the position determination method calculated position with an automatically detected, known terrain deposition is correlated. The invention further relates to a position determination device containing a detection device for the auto matic detection of a known site position and an Ab Equalizing device for comparing the position determination device calculated position with the known terrain position.

State of the art

Es sind verschiedene Positionsbestimmungsverfahren zur Bestimmung der Position (Koordinaten) eines Beobachtungspunktes auf der Erdober fläche beziehungsweise im Raum bekannt. Zunehmende Verbreitung fin det dabei insbesondere das Global Positioning System (GPS), bei wel chem aus den Laufzeitunterschieden der Signale von mindestens drei Satelliten exakt bekannter Position die Position des Beobachtungspunktes bestimmt wird. Andere Positionierungsverfahren wie zum Beispiel das LORAN-C (LOng RAnge Navigation) arbeiten mit bodengestützten Funksignalen. Positionsbestimmungsverfahren werden in der Regel von einem bewegten Beobachter durchgeführt, welcher auf diese Weise seine aktuelle Position bestimmen kann. Dem Benutzer kann dabei im Rahmen eines sogenannten Navigationssystems zusätzlich ein Vorschlag gemacht werden, wie er ausgehend von der aktuellen Position sich weiterbewegen muss, um ein von ihm vorgegebenes Ziel zu erreichen. Derartige Naviga tionssysteme werden zunehmend in Kraftfahrzeugen eingesetzt. There are different position determination methods for determination the position (coordinates) of an observation point on the ground area or known in space. Increasing distribution fin detects the Global Positioning System (GPS) in particular chem from the runtime differences of the signals of at least three Satellites of exactly known position the position of the observation point is determined. Other positioning methods such as that LORAN-C (LOng RAnge Navigation) work with ground-based Radio signals. Positioning procedures are usually carried out by a moving observer, who is his can determine current position. The user can do it in the frame a so-called navigation system also made a proposal be how he will move on from the current position must to achieve a goal specified by him. Such Naviga tion systems are increasingly used in motor vehicles.

Zur Erhöhung der Genauigkeit eines Positionsbestimmungsverfahrens werden häufig sogenannte Map-Matching-Verfahren eingesetzt. Hierbei werden Fehler in der Positionsbestimmung, die durch Koppelnavigation entstehen, durch einen Vergleich mit einer (digitalen) Karte verringert. Ein solcher Vergleich mit den aus einer Karte entnommenen bekannten Posi tionen kann jedoch nur an markanten Punkten des Geländes erfolgen, welche sich entsprechend eindeutig ausmachen lassen und welche in der Karte verzeichnet sind. Dies sind im allgemeinen Kurven oder Abbiege vorgänge an Kreuzungen, die mit einem Drehratensensor automatisch detektiert werden können. Bei längeren Fahrten ohne solche markanten Punkte kann ein entsprechender Abgleich der vom Positionsbestimmungs verfahren berechneten Position mit einer bekannten Geländeposition nicht mehr oft genug erfolgen, so dass die Berechnung der momentanen Positi on einen immer größer werdenden Fehler aufweisen kann (Längenfehler, Streckenfehler).To increase the accuracy of a positioning method So-called map matching methods are often used. Here are errors in position determination caused by dead reckoning arise from a comparison with a (digital) map. On such comparison with the known posi taken from a map However, it can only take place at prominent points on the site, which can be clearly identified accordingly and which in the Map are listed. These are generally curves or turns processes at intersections automatically with a rotation rate sensor can be detected. For longer trips without such striking Points can be a corresponding comparison of the position determination position calculated with a known terrain position done more often enough so that the calculation of the current positi one can have an increasing error (length error, Route error).

Presentation of the invention, task, solution, advantages

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Positionsbestimmung und eine Positionsbestimmungs vorrichtung derart zu verbessern, dass eine höhere Genauigkeit und Zu verlässigkeit der berechneten Positionen erreicht wird.Against this background, it was an object of the present invention Position determination method and position determination to improve the device in such a way that greater accuracy and accuracy reliability of the calculated positions is achieved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 sowie eine Positionsbestimmungsvorrichtung mit den Merkma len des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Un teransprüchen angegeben.This task is accomplished by a process with the characteristics of the An claim 1 and a position determining device with the Merkma len of claim 8 solved. Advantageous configurations are in the Un claims specified.

Bei dem Verfahren zum Abgleich eines Positionsbestimmungsverfahrens wird demnach eine vom Positionsbestimmungsverfahren berechnete Posi tion mit einer automatisch detektierten, bekannten Geländeposition korre liert. Mit Hilfe der Korrelation können in bekannter Weise die Rahmenpa rameter des Positionsbestimmungsverfahren so neu kalibriert werden, dass ein eventuell bestehender Positionsfehler auf Null zurückgesetzt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der be kannten Geländeposition um die eines Bauwerks handelt, welches durch die Abschattung von mindestens einem Funksignal automatisch detektiert wird. Bauwerke sind einerseits markante und ortsfeste Punkte im Gelände, welche sich insbesondere an den hauptsächlichen Bewegungsrouten (Straßen) befinden. Andererseits ist die automatische Detektion von Bau werken dadurch möglich, dass in der erfindungsgemäßen Weise die Ab schattung von Funksignalen durch das Bauwerk ausgenutzt wird. Die Ab schattung von Funksignalen durch ein Bauwerk lässt sich mit entspre chenden elektronischen Mitteln leicht bestimmen. Aufgrund der festen räumlichen Beziehung zwischen dem Bauwerk und der Quelle der Funksi gnale ist sie stets in gleicher Weise zu beobachten. Der Abschattungsbe reich hängt dabei eng mit der Position und Größe des Bauwerks zusam men. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit eine große Anzahl markanter Geländepositionen für die automatische Verbesserung der Präzision eines Positionsbestimmungsverfahrens verfügbar.In the method for comparing a position determination method is therefore a posi calculated by the position determination method tion with an automatically detected, known terrain position correct profiled. With the help of the correlation, the frame pa parameters of the positioning method are recalibrated so that a possibly existing position error is reset to zero becomes. The method is characterized in that it is the be Known site position is that of a building, which by the shadowing of at least one radio signal is automatically detected becomes. Buildings are, on the one hand, distinctive and fixed points in the terrain, which are particularly related to the main movement routes (Streets). On the other hand, the automatic detection of construction work possible in that the Ab shading of radio signals is used by the building. The Ab shading of radio signals through a building can be easily determine the appropriate electronic means. Because of the fixed spatial relationship between the structure and the source of the funksi gnale is always to be observed in the same way. The shading area rich is closely related to the position and size of the building men. The method according to the invention thus makes a large one Number of prominent terrain positions for automatic improvement the precision of a positioning method.

Bei dem Bauwerk kann es sich vorzugsweise um eine Brücke handeln. Eine Brücke schattet den unter ihr gelegenen Durchfahrtsweg immer ab, so dass sie mit großer Sicherheit anhand der Abschattung von Funksi gnalen detektiert werden kann. Darüber hinaus sind Brücken verhältnis mäßig oft anzutreffende Bauwerke, deren begrenzte Ausdehnung eine entsprechend präzise Bestimmung des Abschattungsbereichs erlaubt.The structure can preferably be a bridge. A bridge always shades the passage below, so that they are almost certainly shaded by Funksi signals can be detected. In addition, there are bridges Buildings to be found moderately often, the limited extent of which a accordingly precise determination of the shading area allowed.

Wenn das Positionsbestimmungsverfahren selbst auf der Auswertung von Funksignalen beruht, werden diese vorzugsweise auch als die Signale verwendet, deren Abschattung durch ein Bauwerk detektiert wird. Dies hat den Vorteil, dass die ohnehin vorhandenen Empfangseinrichtungen für die Funksignale doppelt genutzt werden können. Eine Unterbrechung des Empfanges der Funksignale aufgrund der Abschattung durch ein Bauwerk kann somit erfindungsgemäß noch zu einer Präzisionssteigerung des Po sitionsbestimmungsverfahrens genutzt werden, da sie ein Indiz für das Passieren des Bauwerkes ist und bei ihrem Auftreten ein Abgleich der berechneten Position mit der bekannten Position des Bauwerks stattfinden kann.If the positioning method itself on the evaluation of Based on radio signals, these are preferably also called the signals used, the shadowing of which is detected by a building. this has the advantage that the existing reception facilities for the Radio signals can be used twice. An interruption of the Receiving the radio signals due to shadowing by a building can thus according to the invention still increase the precision of the bottom sition determination procedure, as it is an indication of the Passing the building and when they occur, a comparison of the calculated Position take place with the known position of the structure can.

Vorzugsweise arbeitet das Positionsbestimmungsverfahren mit Sendern auf Satelliten, so wie zum Beispiel das GPS. Aufgrund der bekannten Po sitionen der Satelliten kann die Abschattung ihrer Signale durch ein Bau werk genau ausgerechnet werden.The position determination method preferably works with transmitters on satellites, such as GPS. Because of the well-known Po sitions of the satellites can obscure their signals through a construction plant can be calculated exactly.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Bauwerk mit Hilfe des bei einer Bewegung des Beobachtungsortes entstehenden zeitlichen Mu sters der Abschattung eines oder mehrerer Funksignale detektiert. Wenn sich der Beobachtungsort, an welchem das Positionsbestimmungs verfahren durchgeführt wird, an einem Bauwerk vorbei bewegt, ist ein Ein tritt in den Funkschatten und ein Austritt aus dem Funkschatten zu beob achten. Die Länge des Aufenthaltes im Funkschatten ist dabei eine be kannte Funktion der Bewegungsgeschwindigkeit des Beobachtungsortes und der Bewegungsrichtung. Durch eine Überprüfung, ob die beobachtete Abschattung des Funksignals mit der aufgrund der momentanen Ge schwindigkeit und Richtung berechneten Dauer übereinstimmt, kann somit verifiziert werden, ob tatsächlich ein bestimmtes Bauwerk passiert wird oder ob die Abschattung der Funksignale aus anderen Gründen eingetre ten ist. Wenn die Abschattung mehrerer Funksignale von verschiedenen Funksignalquellen beobachtet wird, tritt die jeweilige Abschattung der Funksignale je nach deren relativer Position zum Bauwerk zu unterschied lichen Zeiten ein. Beim Passieren des Bauwerks aus einer bestimmten Richtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit ist somit ein typisches Muster des Einsetzens der Abschattungen und des Verlassens der einzel nen Schatten zu beobachten. Auch dieses beobachtete Muster kann mit dem für ein bestimmtes Bauwerk erwarteten Muster verglichen werden, um zu überprüfen, ob tatsächlich dieses Bauwerk passiert wird.According to a development of the invention, the building is built using the in the event of a movement of the observation site, the temporal sters the shadowing of one or more radio signals detected. If the observation point at which the position determination procedure is carried out, moving past a building is an on occurs in the radio shadow and an exit from the radio shadow is observed respect, think highly of. The length of the stay in the radio shadow is a be known function of the speed of movement of the observation site and the direction of movement. By checking whether the observed Shadowing of the radio signal with the due to the current Ge speed and direction of the calculated duration can thus be verified whether a certain building is actually passed or whether the shadowing of the radio signals occurs for other reasons is. If the shadowing of several radio signals from different Radio signal sources is observed, the respective shadowing occurs Radio signals differ depending on their relative position to the building times. When passing the building from a certain Direction at a certain speed is therefore typical Pattern of the onset of shadowing and leaving the individual watching a shadow. This observed pattern can also be used be compared to the pattern expected for a particular structure, to check whether this structure is actually being passed.

Die Geländeposition des Bauwerkes, dessen Abschattung beobachtet wird, ist vorzugsweise in einer digitalen Karte gespeichert. Aus einer sol chen digitalen Karte lassen sich dann die bekannten Koordinaten des Bauwerks bei Bedarf sofort abrufen und zur Kalibrierung des Positions bestimmungsverfahren verwenden.The terrain position of the building, the shading of which is observed is preferably stored in a digital map. From a sol Chen digital map can then the known coordinates of the Call up the structure immediately if necessary and calibrate the position use determination method.

Das oben erläuterte Positionsbestimmungsverfahren wird vorzugsweise innerhalb eines Navigationssystems eines Fahrzeuges ausgeführt. Ein Fahrzeug benötigt die Positionsbestimmung insbesondere im bewegten Zustand, d. h. während der Fahrt. Daher treten die vorübergehenden Ab schattungen von Funksignalen durch Bauwerke während der Fahrt von selbst auf, so dass sie vorteilhafterweise für einen Abgleich des Positions bestimmungsverfahrens in der oben beschriebenen Weise verwendet werden können.The position determination method explained above is preferred executed within a navigation system of a vehicle. On Vehicle needs position determination, especially when moving Condition, d. H. while driving. Therefore, the temporary exits shading of radio signals by structures while driving from itself on, so that it is advantageous for a position alignment determination method used in the manner described above can be.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Positionsbestimmungsvorrichtung, enthaltend eine Detektionseinrichtung zur automatischen Detektion einer bekannten Geländeposition sowie eine Abgleicheinrichtung zum Abgleich der von der Positionsbestimmungsvorrichtung berechneten Position mit einer detektierten bekannten Geländeposition. Die Positionsbestimmungs vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung so ausgestaltet ist, dass sie die Abschattung von Funksignalen durch ein Bauwerk detektieren kann. Mit der Positionsbestimmungsvorrichtung lässt sich somit ein Verfahren der oben erläuterten Art durchführen und die hiermit mögliche Steigerung der Präzision der Positionsbestimmung er zielen.The invention further relates to a position determining device, containing a detection device for automatic detection of a known terrain position and a matching device for matching the position calculated by the position determining device a detected known terrain position. The positioning device is characterized in that the detection device so is designed so that they block the radio signals by a Building can detect. With the positioning device thus carry out a method of the type explained above and the hereby possible increase in the precision of the position determination aim.

Brief description of the drawings

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:In the following the invention is explained by way of example with the aid of the figures. Show it:

Fig. 1 in der Aufsicht eine Situation, bei welcher ein Fahrzeug mit ei ner Positionsbestimmungsvorrichtung unter einer Brücke durchfährt; Fig. 1 in top view a situation in which a vehicle is running with egg ner position determining device under a bridge;

Fig. 2 in der Seitenansicht die Situation, dass ein Fahrzeug mit einem GPS unter einer Brücke durchfährt; FIG. 2 shows in side view the situation that a vehicle passes through with a GPS by a bridge;

Fig. 3 schematisch den Zeitversatz der in der Situation nach Fig. 2 beobachteten Abschattungen. Fig. 3 shows schematically the time offset of the observed in the situation according to Fig. 2 shadowing.

Best way to carry out the invention

In Fig. 1 ist in der Aufsicht die Situation dargestellt, dass sich ein Auto 1a auf einer Straße 3 fortbewegt und dabei unter einer Brücke 2 durchfährt. Das Auto 1a ist mit einem Navigationssystem ausgestattet, welches fort laufend die aktuelle Position des Autos berechnet. Bei diesen Berechnun gen treten zwangsläufig Bestimmungsfehler auf, so dass die vor Passieren der Brücke berechnete Fahrzeugposition 1a' um einen Streckenfehler ΔI1 von der tatsächlichen Position 1a abweicht.In Fig. 1, the situation is shown in the supervision that a car 1 a moves on a road 3 and thereby passes under a bridge 2 . The car 1 a is equipped with a navigation system that continuously calculates the current position of the car. In these calculations, determination errors inevitably occur, so that the vehicle position 1 a 'calculated before passing the bridge deviates from the actual position 1 a by a distance error ΔI1.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, das Passieren der Brücke 2 zu erkennen und dann die bekannte Position der Brücke 2 be ziehungsweise des Kreuzungspunktes 4 zwischen oberer und unterer Fahrbahn dazu zu verwenden, das Positionsbestimmungsverfahren im Sinne eines Map-Matching-Verfahrens abzugleichen. Ein solcher Abgleich führt dazu, dass nach dem Passieren der Brücke der Streckenfehler ΔI2 zwischen der tatsächlichen Fahrzeugposition 1b und der berechneten Po sition 1b' erheblich verringert beziehungsweise auf Null zurückgesetzt werden kann. Die Korrektur des Streckenfehlers beinhaltet im allgemeinen eine Neukalibrierung des Wegsensors (zum Beispiel Tacho) beziehungs weise des Skalierungsfaktors des Wegsensors.With the method according to the invention it is possible to recognize the passage of the bridge 2 and then to use the known position of the bridge 2 or the crossing point 4 between the upper and lower carriageway to compare the position determination method in the sense of a map matching method. Such a comparison leads to the fact that after passing the bridge, the route error ΔI2 between the actual vehicle position 1 b and the calculated position 1 b 'can be considerably reduced or reset to zero. The correction of the distance error generally includes a recalibration of the displacement sensor (for example speedometer) or the scaling factor of the displacement sensor.

In den Fig. 2 und 3 ist das Verfahren erläutert, mit welchem das Un terfahren einer Brücke 2 vom Navigationssystem des Autos 1 detektiert werden kann. Dabei wird im dargestellten Beispielfall davon ausgegangen; dass es sich bei dem Positionsbestimmungsverfahren um ein GPS han delt, bei welchem eine GPS Antenne 5 auf dem Fahrzeug 1 zum betrach teten Zeitpunkt Signale s1, s2, s3 und s4 von vier Satelliten G1, G2, G3 und G4 empfängt. Beim Unterfahren der Brücke 2 werden die Signale der GPS Satelliten G1 bis G4 zum Empfänger abgeschattet. Wird zum Zeit punkt der Abschattung durch einen Vergleich mit der digitalen Karte des Positionsbestimmungssystems festgestellt, dass als Ursache für die Ab schattung das Unterfahren einer Brücke 2 in Frage kommt, so kann die der digitalen Karte entnommene tatsächliche Position der Brücke 2 zum Abgleich des Positionsbestimmungsverfahrens verwendet werden. So kann zum Beispiel eine Neukalibrierung des Wegsensors erfolgen.In FIGS. 2 and 3, the method is described with which the Un retracts, a bridge 2 can be detected by the navigation system of the automobile 1. In the example shown, this is assumed; that the position determination method is a GPS, in which a GPS antenna 5 on the vehicle 1 receives signals s1, s2, s3 and s4 from four satellites G1, G2, G3 and G4 at the time in question. When driving under bridge 2 , the signals from the GPS satellites G1 to G4 to the receiver are shadowed. If it is found at the time of shading by a comparison with the digital map of the positioning system that the cause of the shading is the crossing of a bridge 2 , the actual position of the bridge 2 taken from the digital map can be used to compare the positioning method become. For example, the displacement sensor can be recalibrated.

Zur Detektion der Abschattung muss die Amplitude am Ausgang der Kor relatoren des GPS Empfängers beziehungsweise das Vorhandensein des Signals ausgewertet werden. Bei freiem Gelände ist diese Amplitude rela tiv konstant, da kaum Abschattungen oder Reflexionen auftreten. Beim Unterfahren einer Brücke 2 tritt jedoch ein kurzzeitiger Einbruch der Am plitude auf. Dieser ist in Fig. 3 für die betragsmäßig aufgetragenen zeitli chen Verläufe der Signale s1 bis s4 schematisch dargestellt. Die Dauer der Abschattung ist dabei eine Funktion der Geschwindigkeit v des Fahr zeugs 1.To detect the shadowing, the amplitude at the output of the correlators of the GPS receiver or the presence of the signal must be evaluated. In open terrain, this amplitude is relatively constant because there are hardly any shadows or reflections. When driving under a bridge 2 , however, there is a brief drop in the plitude. This is shown schematically in FIG. 3 for the temporal curves of the signals s1 to s4. The duration of the shading is a function of the speed v of the vehicle 1 .

Aus den Fig. 2 und 3 wird erkennbar, dass nicht alle Satelliten G1 bis G4 gleichzeitig in den Schatten eintreten. Da alle Satelliten unter schiedliche Azimuth- und Elevationswinkel haben, kommt es beim Unter fahren von Brücken zu einem spezifischen Zeitverhalten beziehungsweise einem zeitlichen Muster des jeweiligen Signaleinbruchs. Grundsätzlich kann es ausreichen, nur ein Satellitensignal auszuwerten und den zeitli chen Mittelpunkt des Signaleinbruchs mit dem örtlichen Mittelpunkt unter halb der Brücke 2 zu korrelieren. Eine Erhöhung der Genauigkeit lässt sich jedoch erzielen, wenn mehrere Satellitensignale ausgewertet werden und sich durch Mittelwertbildung bei der Ortsbestimmung Einzelfehler kom pensieren lassen.It can be seen from FIGS. 2 and 3 that not all satellites G1 to G4 enter the shadow at the same time. Since all satellites have different azimuth and elevation angles, when driving under bridges there is a specific time behavior or a temporal pattern of the respective signal dip. In principle, it may be sufficient to evaluate only one satellite signal and to correlate the temporal center of the signal dip with the local center below half of the bridge 2 . An increase in accuracy can be achieved, however, if several satellite signals are evaluated and individual errors can be compensated for by determining the location.

Da die Position der einzelnen Satelliten G1 bis G4 bekannt ist, kann wei terhin das Abschattungsszenario im voraus berechnet werden. Durch ei nen Vergleich der gemessenen Abschattungen mit den berechneten Ab schaffungen kann dann die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter gestei gert werden.Since the position of the individual satellites G1 to G4 is known, white the shading scenario can be calculated in advance. By egg Comparison of the measured shadowing with the calculated Ab creations can then further increase the reliability of the process be tied.

Claims

1. A method for comparing a position determination method, wherein a position calculated by the position determination method ( 1 a ', 1 b') is correlated with an automatically detected, known geological position, characterized in that the terrain position ( 4 ) determines the position of a structure ( 2 ), which is detected based on the shadowing of at least one radio signal.

2. The method according to claim 1, characterized in that the structure is a bridge ( 2 ).

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the shadowed radio signals signals used by the positioning method (s1-sn, n: = integer).

4. The method according to claim 3, characterized in that the positioning procedure with transmitters on satellites (G1-Gn, n: = integer) is working.

5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the structure ( 2 ) is detected with the aid of the pattern of the shadowing of one or more radio signals which arises when the observation site moves.

6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the terrain position of the building ( 2 ) is stored in a digital map.

7. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the position determination method is carried out in the navigation system of a vehicle ( 1 ).

8. Position determination device containing a detection device for automatic detection of a known terrain position and a comparison device for comparing the position calculated by the position determination device with a detected known terrain position, characterized in that the detection device is designed in such a way that it blocks the radio signals by a Building ( 2 ) can detect.