DE102008015107B4

DE102008015107B4 - Quality control procedure for GNSS navigation

Info

Publication number: DE102008015107B4
Application number: DE200810015107
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Baldin Roland; Dr. Hartinger Horst
Original assignee: BREUER NACHRICHTENTECHNIK GmbH; Deutsche Telekom AG
Current assignee: BREUER NACHRICHTENTECHNIK GmbH; Deutsche Telekom AG
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2028-03-20
Also published as: DE102008015107A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines von einem Navigationsmodul, insbesondere von einem GNSS-Empfänger, ermittelten und Navigationsdaten, wie insbesondere Ortskoordinaten, enthaltenden Datensatzes, wobei das Navigationsmodul die berechneten Positionsdaten zusammen mit anderen Daten als Navigationslösung in dem Datensatz für die Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt, wobei die zur Verfügung stehende Navigationslösung zur Standortbestimmung genutzt wird und das Verfahren derart gestaltet ist, daß der Datensatz einer Navigationslösung in sich selber oder im Verhältnis zu dem oder den Datensätzen vorheriger oder folgender Navigationslösungen auf seine Qualität geprüft wird, wobei ein als fehlerhaft bewerteter Datensatz zurückgehalten wird und wobei ein als fehlerfrei bewerteter Datensatz als abgesicherte Navigationslösung zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im Datensatz der Navigationslösung enthaltene Höhenkomponente auf Plausibilität geprüft wird, wobei diese Prüfung „absolut” anhand einer vorgegebenen maximalen und/oder minimalen Höhe unter Berücksichtigung eines Toleranzbereiches oder „relativ” anhand starker, unplausibler Sprünge im Verhältnis zu anderen Datensätzen durchgeführt wird.Method for determining the quality of a data record determined by a navigation module, in particular a GNSS receiver, and containing navigation data, such as, in particular, location coordinates, the navigation module making the calculated position data together with other data available as a navigation solution in the data record for further processing, whereby the available navigation solution is used for determining the location and the method is designed in such a way that the data set of a navigation solution is checked for its quality in itself or in relation to the data set (s) of previous or subsequent navigation solutions, a data set assessed as incorrect being withheld is and wherein a data set evaluated as error-free is provided as a secured navigation solution for further processing, characterized in that the height component a Plausibility is checked, this check being carried out “absolutely” on the basis of a predetermined maximum and / or minimum height taking into account a tolerance range or “relatively” on the basis of strong, implausible jumps in relation to other data records.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der WO 98/25107 A2 bekannt.Such a generic method according to the preamble of claim 1 is known from WO 98/25107 A2 known.

Die WO 2005/010549 A2 offenbart ein Verfahren zur Auswahl einer Navigationslösung. Verfahren zur Bestimmung des Orts und/oder einer Bewegungsgröße, teilweise auch zum Zwecke der Navigation, sind in den Druckschriften EP 0 825 418 A2 , DE 10 2005 046 456 A1 und DE 103 38 234 A1 beschrieben.The WO 2005/010549 A2 discloses a method for selecting a navigation solution. Methods for determining the location and / or a movement amount, partly also for the purpose of navigation, are in the documents EP 0 825 418 A2 . DE 10 2005 046 456 A1 and DE 103 38 234 A1 described.

Global Navigation Satellite Systems (GNSS), wie GPS oder GLONASS oder Galileo, werden ganz generell für die Navigation zu Land, zu Wasser und in der Luft genutzt. Bei diesen Verfahren werden die Satellitensignale mit Navigationsgeräten empfangen und in Ortskoordinaten umgerechnet. Unter Nutzung des Dopplereffekts werden zudem Geschwindigkeiten und Orientierung berechnet. Die berechneten Ortskoordinaten gehen dann in die Bestimmung des aktuellen Standorts ein. Dabei steht modernen Geräten Kartenmaterial zur Verfügung, in das der berechnete Standort eingetragen und dem Nutzer beispielsweise im Rahmen einer Routenplanung im Kontext der Umgebung oder im Sinne von Richtungsanzeigen dargeboten wird.Global Navigation Satellite Systems (GNSS), such as GPS or GLONASS or Galileo, are generally used for land, sea and air navigation. In these methods, the satellite signals are received by navigation devices and converted into location coordinates. Speed and orientation are also calculated using the Doppler effect. The calculated location coordinates are then included in the determination of the current location. In this case, modern equipment maps material is available, in which the calculated location registered and presented to the user, for example in the context of a route planning in the context of the environment or in the sense of direction indicators.

Während in Kraftfahrzeugen und Schiffen noch vor einiger Zeit fest eingebaute Navigationsgeräte vorherrschten, geht die Entwicklung immer weiter hin zu mobilen Navigationsgeräten, die der Nutzer jederzeit mitführen und vorübergehend in seinem Fahrzeug installieren kann. Diese mobilen Navigationsgeräte berechnen ihren Ort meist ausschließlich anhand der Satellitensignale und haben keine Möglichkeit, diesen anhand der Signale unabhängiger Systeme, wie externer Beschleunigungssensoren oder dem Geschwindigkeitssignal des Tachos, zu überprüfen und zu korrigieren. Sie sind also auf die Qualität der Navigationsdaten aus den Satellitensignalen angewiesen.While in vehicles and ships some time ago firmly installed navigation devices prevailed, the development goes further and further to mobile navigation devices, which the user can carry at any time and temporarily install in his vehicle. These mobile navigation devices usually calculate their location solely on the basis of the satellite signals and have no way of checking and correcting them using the signals of independent systems, such as external acceleration sensors or the speed signal of the speedometer. So you depend on the quality of the navigation data from the satellite signals.

Die mobilen Navigationsgeräte bedienen sich zumeist eines als komplettes Bauteil erhältlichen Navigationsmoduls mit eigener „Intelligenz”, das die relevanten Daten anhand der Satellitensignale ermittelt und in einem Datensatz von vorgegebenem Format zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt. Neben den Positionsdaten enthält der Datensatz noch weitere Parameter, wie beispielsweise die aktuelle Bewegungsrichtung („heading”), die Geschwindigkeit, aber auch Angaben, die auf die Qualität der Daten hinweisen. Diese Daten können dann von nachgeschalteten Modulen verarbeitet werden. Insgesamt werden die im Datensatz ausgegebenen und zur Navigation geeigneten Daten auch unter dem Begriff „Navigationslösung” zusammengefaßt, wobei diese Navigationslösung um Angaben zur Genauigkeit und der Zahl und der Signalstärke von Satelliten ergänzt sein kann. Allerdings müssen die vom Navigationsmodul zur Verfügung gestellten Daten, also die Navigationslösung, bei der nachfolgenden Verarbeitung so genommen werden, wie sie ausgegeben werden.The mobile navigation devices mostly use a navigation module, which is available as a complete component, with its own "intelligence", which determines the relevant data on the basis of the satellite signals and makes it available in a data record of a predefined format for further processing. In addition to the position data, the data record also contains other parameters, such as the current direction of movement ("heading"), the speed, but also information that indicates the quality of the data. These data can then be processed by downstream modules. Overall, the data output in the data set and suitable for navigation are also summarized under the term "navigation solution", this navigation solution can be supplemented by information on the accuracy and the number and signal strength of satellites. However, the data provided by the navigation module, ie the navigation solution, must be taken during subsequent processing as they are output.

Dabei sind die Positionsdaten mitunter von unzureichender Qualität, da die Satellitensignale auf ihrem Weg vom Satelliten zum Empfänger durch verschiedene systematische Effekte beeinflußt werden. Einige der Effekte, wie beispielsweise Atmosphäreneffekte, betreffen gleichsam die Signale aller Satelliten. Andere Effekte, wie Reflexionen der Signale, können sich hingegen auf das Signal eines Satelliten individuell auswirken. Auch können diese Effekte verhältnismäßig lang auf ein Signal wirken, so daß die GNSS Signale auch in sich und miteinander korrelieren.The positional data is sometimes of inadequate quality, as the satellite signals on their way from the satellite to the receiver are affected by various systematic effects. Some of the effects, such as atmospheric effects, affect the signals of all satellites, as it were. Other effects, such as reflections of the signals, on the other hand, can have an individual effect on the signal of a satellite. Also, these effects can act on a signal for a relatively long time, so that the GNSS signals also correlate in themselves and with each other.

Wegen dieser verfälschenden Effekte trägt nicht jede neue Beobachtung des GNSS Signals zu einem Gewinn für die Navigationslösung bei. Entsprechend stimmen mitunter die Genauigkeitsangaben der einzelnen Navigationslösungen nicht mit der Realität überein. So können schlechte Navigationslösungen mit guten Genauigkeiten bewertet werden und umgekehrt. Eine berechnete GNSS Position kann beispielsweise viele Kilometer von der wirklichen Position entfernt sein, obwohl die Genauigkeit der momentanen Position mit 10 m angegeben wird.Because of these falsifying effects, not every new observation of the GNSS signal contributes to a gain for the navigation solution. Correspondingly, sometimes the accuracy specifications of the individual navigation solutions do not match reality. So poor navigation solutions can be evaluated with good accuracy and vice versa. For example, a calculated GNSS position may be many kilometers away from the actual position, although the accuracy of the current position is given as 10 m.

Um zum Zwecke der Korrektur den Einfluß dieser Einflüsse abschätzen zu können, müßten sämtliche Effekte im Signalausbreitungsweg bekannt sein. Das ist bis dato nicht der Fall und zumindest aus heutiger Sicht auch nur schwerlich möglich.In order to be able to estimate the influence of these influences for the purpose of the correction, all effects in the signal propagation path would have to be known. This is not the case to date and at least from today's perspective, hardly possible.

Im Stand der Technik wurde daher ein Verfahren geschaffen, mit dem die Qualität der von einem Navigationsmodul ausgegebenen Daten ermittelt werden kann, wobei die erlangte Information betreffend die Qualität unmittelbar in die Navigation einbezogen werden kann. Ein solches Verfahren ist in der WO 98/25107 A2 offenbart.The prior art has therefore provided a method with which the quality of the data output by a navigation module can be determined, wherein the quality information obtained can be included directly in the navigation. Such a method is in the WO 98/25107 A2 disclosed.

Ausgehend von dem aus der WO 98/25107 A2 bekannten gattungsgemäßen Verfahren liegt der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weiter verfeinerte Verfahren bereitzustellen, mit denen auf einfache und komfortable Weise die Qualität der von einem Navigationsmodul ausgegebenen Daten ermittelt werden kann, wobei die erlangte Information betreffend die Qualität unmittelbar in die Navigation einbezogen werden kann. Starting from the from the WO 98/25107 A2 known generic method is the invention has the object to provide further refined method by which the quality of the data output by a navigation module data can be determined in a simple and comfortable way, the obtained information regarding the quality can be directly included in the navigation.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Ferner wird diese Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 2 oder durch ein Verfahren nach Anspruch 3 oder durch ein Verfahren nach Anspruch 4 oder durch ein Verfahren nach Anspruch 5.This object is achieved by a method according to claim 1. Further, this object is also achieved by a method according to claim 2 or by a method according to claim 3 or by a method according to claim 4 or by a method according to claim 5.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 9 und 11 bis 16. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 10 und 12 bis 16. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 3 sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 13, 15 und 16. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 4 sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 14 und 16. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 5 sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 15.Advantageous developments of the method according to claim 1 are the subject of claims 6 to 9 and 11 to 16. Advantageous developments of the method according to claim 2 are the subject of claims 6 to 10 and 12 to 16. Advantageous developments of the method according to claim 3 are the subject of claims 6 to 13, 15 and 16. Advantageous developments of the method according to claim 4 are the subject of claims 6 to 14 and 16. Advantageous developments of the method according to claim 5 are the subject of claims 6 to 15.

Der Erfindung liegt zunächst der Gedanke zugrunde, aus dem vom Navigationsmodul ausgegebenen Datensatz, also aus der Navigationslösung, selber eine Qualitätsangabe abzuleiten, ohne sich ausschließlich der vom Navigationsmodul gelieferten Qualitätsangaben zu bedienen. Dieser Gedanke wird dadurch umgesetzt, daß der Datensatz einer Navigationslösung in sich selber („absolut”) oder im Verhältnis zu vorherigen oder folgenden Navigationslösungen („relativ”) auf seine Plausibilität geprüft wird. Aus diesen Prüfungen können verschiedene Qualitätsindikatoren resultieren, die zu einer Qualitätsangabe führen. Die auf diese Weise ermittelten Qualitätsindikatoren und/oder die Qualitätsangabe kann dann in einem weiteren Schritt zur Bewertung respektive zur Korrektur im Rahmen der aktuellen Standortbestimmung genutzt werden.The invention is based initially on the idea of deriving a quality specification from the data set output by the navigation module, ie from the navigation solution, without exclusively using the quality data supplied by the navigation module. This idea is implemented by examining the data set of a navigation solution in itself ("absolutely") or in relation to previous or following navigation solutions ("relative") for its plausibility. These tests may result in various quality indicators leading to a quality indication. The quality indicators determined in this way and / or the quality specification can then be used in a further step for the evaluation or correction in the context of the current location determination.

Erfindungsgemäß wird der Datensatz einer Navigationslösung in sich selber oder im Verhältnis zu dem oder den Datensätzen vorheriger oder folgender Navigationslösungen auf seine Qualität geprüft, wobei ein als fehlerhaft bewerteter Datensatz zurückgehalten wird, und wobei ein als fehlerfrei bewerteter Datensatz als abgesicherte Navigationslösung zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt wird.According to the invention, the data record of a navigation solution is tested for quality in itself or in relation to the data record (s) of previous or following navigation solutions, with a data record assessed as being faulty being retained, and a record evaluated as error-free being provided as a secure navigation solution for further processing ,

Dabei werden die zur Bewertung dienenden Funktionen in einer vorverarbeitenden Weise im Rahmen der erfindungsgemäßen Routine durchlaufen, bevor die Navigationslösung an nachfolgende Module übermittelt und dem Nutzer in entsprechender Form dargeboten wird. Die Erfindung bildet damit gewissermaßen eine vorgelagerte Qualitätsinstanz für die Bewertung und gegebenenfalls zur Korrektur der vom Navigationsmodul gelieferten Datensätze, wobei diese Bewertung zum Verwerfen oder zur Korrektur der sichtlich falschen oder der geringwertigen Daten führen kann.The functions used for the evaluation are performed in a preprocessing manner in the context of the routine according to the invention before the navigation solution is transmitted to subsequent modules and presented to the user in an appropriate form. The invention thus forms a kind of upstream quality entity for the evaluation and, if appropriate, for the correction of the data sets delivered by the navigation module, whereby this evaluation can lead to discarding or correcting the visibly incorrect or the inferior data.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können von einer Navigationslösung die Position, die Höhe, die Geschwindigkeit und das Heading, die Satellitengeometrie, z. B. in Form eines HDOPs (horizontal dilution of position), die Anzahl der Satelliten, die bei der Berechnung der Positionslösung verwendet wurden, und deren Signalstärke verwendet werden, um daraus Qualitätsindikatoren für die Navigationslösung zu berechnen. Der Qualitätsindikator und die Gesamtqualität kann auf einen Wert zwischen 0 (schlecht) und 1 (hervorragend) normiert und schrittweise berechnet werden. Dabei können zunächst die vom Navigationsmodul ausgegebenen Daten ausgelesen und deren allgemeine Qualität ermittelt werden, bevor die Inkonsistenzen bestimmt und die Daten korrigiert werden können.In an advantageous embodiment of a navigation solution, the position, the height, the speed and the heading, the satellite geometry, z. For example, in the form of a horizontal dilution of position (HDOP), the number of satellites used in the position solution calculation and their signal strength can be used to calculate navigation solution quality indicators. The quality indicator and the overall quality can be normalized to a value between 0 (bad) and 1 (excellent) and calculated step by step. In this case, the data output by the navigation module can first be read out and its general quality can be determined before the inconsistencies are determined and the data can be corrected.

Die erfindungsgemäße Prüfung kann beinhalten, daß die Höhenkomponente auf Plausibilität geprüft wird. Diese Prüfung kann an der Navigationslösung „absolut” anhand einer vorgegebenen maximalen und/oder minimalen Höhe unter Berücksichtigung eines Toleranzbereiches durchgeführt werden. Die „relative” Bewertung kann anhand von starken, unplausiblen Sprüngen der Höhe im Verhältnis zu anderen Navigationslösungen durchgeführt werden. Ist die Höhe der Navigationslösung außerhalb des definierten Bereichs oder ist ein signifikanter Sprung der Höhe festzustellen, kann der gesamte Qualitätsindikator der Höhe für den Zeitpunkt des Sprungs auf null gesetzt werden. Zeigt die Höhenkomponente keine Auffälligkeiten, so beeinflusst die Höhe die Qualität nicht.The test according to the invention may include checking the height component for plausibility. This test can be carried out on the navigation solution "absolutely" on the basis of a predetermined maximum and / or minimum height taking into account a tolerance range. The "relative" rating may be based on strong, implausible jumps in altitude relative to other navigation solutions. If the height of the navigation solution is outside the defined range, or if there is a significant jump in altitude, the overall quality indicator of the altitude can be set to zero at the time of the jump. If the height component shows no abnormalities, the height does not affect the quality.

Dabei liegt die Besonderheit des Qualitätsindikators „Höhe” dann, dass die Höhenkomponente der GNSS Navigationslösung aufgrund einer zumeist schlechteren Satellitengeometrie im Vergleich zur Position schlecht bestimmbar ist und damit am sensibelsten auf Störungen der Signale reagiert. Sämtliche Fehler der GNSS Signale zeigen sich unmittelbar an der GNSS Höhenkomponente.The special feature of the quality indicator "height" is that the height component of the GNSS navigation solution is difficult to determine in comparison to the position due to a generally poorer satellite geometry and thus reacts most sensitively to interference of the signals. All errors of the GNSS signals appear directly at the GNSS altitude component.

Als relatives Qualitätskriterium und damit als Qualitätsindikator kann die Längsbeschleunigung aber auch die Querbeschleunigung herhalten, wobei bei der Berechnung Position und Geschwindigkeit zum Zeitpunkt 1 mit den entsprechenden Parameter zum Zeitpunkt 2 in Beziehung gesetzt werden. Das Ergebnis kann in Bezug auf die mit dem Fahrzeug erzielbare positive oder negative Beschleunigung oder auf die Querbeschleunigung gesetzt werden. Das Kriterium der Querbeschleunigung lässt sich für eine vereinfachte Berechnung als Kennlinie der zulässigen Querbewegung, also dem orthogonalen Abstand der Position P_i+1 vom Richtungsvektor aus P_i-1 und P_i über den Betrag der Geschwindigkeit V_i darstellen. Ist ein Plausibilitätskriterium bezüglich einer Beschleunigung verletzt, kann der Qualitätsindikator auf 0 gesetzt werden. However, as a relative quality criterion and thus as a quality indicator, the longitudinal acceleration can also be used for the lateral acceleration, whereby the position and velocity at time 1 are related to the corresponding parameters at time 2 in the calculation. The result may be set in relation to the positive or negative acceleration achievable with the vehicle or to the lateral acceleration. For a simplified calculation, the criterion of the lateral acceleration can be represented as a characteristic curve of the permissible transverse movement, ie the orthogonal distance of the position P _{i + 1} from the direction vector P _i-1 and P _i over the magnitude of the speed V _i . If a plausibility criterion regarding acceleration is violated, the quality indicator can be set to 0.

Für die Bestimmung der Qualität kann als Indikator auch ein DOP („Dilution of Precision”) Wert insbesondere der HDOP, genutzt werden. Der HDOP („Horizontal Dilution of Precision”) ist ein Maß für den horizontalen Fehler der Satellitengeometrie während der Berechnung der Navigationslösung. Die Satellitengeometrie ist neben dem Einfluss von systematischen Effekten eine wesentliche Komponente zur Bestimmung der Genauigkeit der Navigationslösung. Je höher der HDOP ist, desto schlechter ist die Satellitengeometrie.For the determination of the quality, an DOP ("Dilution of Precision") value, in particular of the HDOP, can be used as an indicator. The HDOP ("Horizontal Dilution of Precision") is a measure of the horizontal error of the satellite geometry during the calculation of the navigation solution. In addition to the influence of systematic effects, satellite geometry is an essential component for determining the accuracy of the navigation solution. The higher the HDOP, the worse the satellite geometry.

Der HDOP-Wert sagt also etwas darüber aus, mit welchem relativen Ausmaß sich ein Fehler in der Horizontalebene verstärkt auswirkt. Trotz hohem HDOP kann jedoch eine richtige Position vorliegen und umgekehrt. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine falsche Position vorliegt, steigt jedoch mit hohem HDOP an. Erfindungsgemäß kann ein Grenzwert für den HDOP festgelegt wenden, ab dem der Teilqualitätsindikator HDOP „null” gesetzt wird. Ist der HDOP unter diesem Grenzwert, so Ist der Teilqualitätsindikator HDOP „eins”.So the HDOP value says something about the relative extent of a horizontal plane error. However, despite the high HDOP, there may be a correct position and vice versa. However, the probability of having an incorrect position increases with high HDOP. According to the invention, a threshold can be set for the HDOP, from which the partial quality indicator HDOP is set to "zero". If the HDOP is below this limit, then the partial quality indicator HDOP is "one".

Auch kann als Qualitätsindikator die Qualität aus dem Vergleich der vom Empfänger für die Navigationslösung empfangenen („sats viewed”) mit den tatsächlich verwendeten („sats used”) Satellitensignalen ermittelt werden. Schließlich versucht das Navigationsmodul permanent die Integrität und Genauigkeit der auszugebenden Navigationslösung zu gewährleisten. Dabei werden einzelne Satellitensignale bei der Berechnung der Navigationslösung nicht berücksichtigt, wenn eine Überbestimmung von Satellitensignalen zur Schätzung der Navigationslösung vorliegt. Ist die Anzahl der bei der Berechnung der Navigationslösung nicht berücksichtigten Satellitensignale sehr hoch, ist von einer problematischen Navigationslösung auszugehen und der Qualitätsindikator entsprechend anzupassen. Dieser Indikator kann berechnet werden mit:

Also, as a quality indicator, the quality can be determined from the comparison of the sat-nav received by the receiver for the navigation solution with the sat-used satellites actually used. Finally, the navigation module permanently tries to ensure the integrity and accuracy of the navigation solution to be output. In this case, individual satellite signals are not taken into account in the calculation of the navigation solution, if there is an over-determination of satellite signals for estimating the navigation solution. If the number of satellite signals not taken into account in the calculation of the navigation solution is very high, a problematic navigation solution must be assumed and the quality indicator adjusted accordingly. This indicator can be calculated with:

Um das GNSS Signal zu messen, gibt es im Prinzip zwei Zustände der Korrelatoren im GNSS Empfänger. Bei guten GNSS Signalen arbeitet der Korrelator im Phase Lock Loop, hat der Korrelator Probleme, das Signal zu empfangen, arbeitet er im Frequency Lock Loop. Je mehr Satellitensignale, die für die Berechnung der GNSS Navigationslösung verwendet werden, im Frequency Loop sind, desto schlechter ist im allgemeinen die Qualität der Navigationslösung. Auch diese Tatsache kann im Qualitätsindikator berücksichtigt werden.In principle, to measure the GNSS signal, there are two states of the correlators in the GNSS receiver. For good GNSS signals, the correlator operates in the phase lock loop, the correlator has problems receiving the signal, it works in the frequency lock loop. The more satellite signals used to compute the GNSS navigation solution are in the frequency loop, the worse the overall quality of the navigation solution. This fact can also be taken into account in the quality indicator.

Eine wertere Möglichkeit liegt im „Carrier-to-Noise” Messwert der einzelnen Satellitensignale. Dieser gibt an, – mit welcher Stärke das GNSS Signal im Verhältnis zum absoluten Rauschpegel empfangen wird. Liegt dieser Messwert über oder unter einem erwarteten Bereiches, ist anzunehmen, dass das GNSS Signal durch systematische Affekte stark beeinflusst wurde. Auch diese Tatsache kann Qualitätsindikator berücksichtigt werden.Another possibility is the "Carrier-to-Noise" measured value of the individual satellite signals. This indicates - with which strength the GNSS signal is received in relation to the absolute noise level. If this reading is above or below an expected range, it can be assumed that the GNSS signal has been strongly influenced by systematic affects. Also this fact can be considered quality indicator.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Schaubilder 1 bis 3 näher erklärt. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to the diagrams 1 to 3. Show

1: die Berechnung des Qualitätsindikators „Längsbeschleunigung”, 1 : the calculation of the quality indicator "longitudinal acceleration",

2: die Berechnung des Qualitätsindikators Querbeschleunigung” und 2 : the calculation of the quality indicator lateral acceleration "and

3: ein Flussdiagramm. 3 : a flowchart.

Nachfolgend werden mathematische Ansätze zur Bewertung der Güte vorgestellt. Während bislang die Qualitätsindikatoren einzeln betrachtet wurden, was jedoch zu keiner hinreichend eindeutigen Aussage über die Güte einer Position führte, werden erfindungsgemäß mehrere Qualitätsindikatoren kombiniert. Eine Inkonsistenz der vom Navigationsmodul gelieferten Werte soll dann vorliegen, wenn einer der nachfolgenden Fälle betreffend. einzelne Qualitätsindikatoren gilt:
I₁ Die „allgemeine” Güte μ ist kleiner oder gleich einem Schwellwert μ_min.
I₂ Die vom Navigationsmodul berechnete Geschwindigkeit ist höher als eine Grenze
I₃ Die Beschleunigung überscheitet eine Grenze a_th,max bzw. unterschreitet bei einer negativen Beschleunigung eine Grenze a_th,min
I₄ Die Richtungsänderung überscheitet eine Grenze Δφ_th,max In the following, mathematical approaches for the evaluation of the quality are presented. While so far the quality indicators were considered individually, but this did not lead to a sufficiently clear statement about the quality of a position, several quality indicators are combined according to the invention. An inconsistency of the values supplied by the navigation module shall be present if any of the following cases applies. single quality indicators apply:
I ₁ The "general" quality μ is less than or equal to a threshold value μ _min .
I ₂ The speed calculated by the navigation module is higher than a limit
I ₃ The acceleration exceeds a limit a _{th, max} or falls below a limit a _{th, min}
I ₄ The direction change exceeds a limit Δφ _{th, max}

Zum Fall I₁:Case I ₁ :

Der Qualitätsindikator der allgemeinen Güte I₁ einer Position kann mit folgender Bewertungsfunktion definiert werden:

wobei g₁ + g₂ = 1 und 0 ≤ g₁ ≤ 1 und

The quality indicator of general quality I _{1 of} a position can be defined with the following valuation function:

where g ₁ + g ₂ = 1 and 0 ≤ g ₁ ≤ 1 and

Der Wert des Flags ist der Wert des vom Navigationsmodul übergebenen Datums „Valid Position”. Wenn das Flag nicht gesetzt ist, ist der ganze Datensatz ungültig. HDOP liegt dabei im Wertebereich [0,∞], während sat_diff nur eine endliche Anzahl von Werten annehmen kann, die durch die maximal Anzahl trackbarer Satelliten bestimmt ist. Diese beläuft sich derzeit auf 12 kann aber beliebig erweitert werden.The value of the flag is the value of the valid position given by the navigation module. If the flag is not set, the whole record is invalid. HDOP lies in the value range [0, ∞], while sat_diff can only assume a finite number of values, which is determined by the maximum number of trackable satellites. This currently amounts to 12 but can be extended as desired.

Der Wert für HDOP_th ist 10, nämlich der (obere) Schwellwert für HDOP. Der Wert für sat_diff_th dem (unterer) Schwellwert für sat_diff ist 75%. Die Exponenten p₁ und p₂ bezeichnen die jeweilige Güte und werden auf 1 und die Gewichtungsfaktoren g₁ und g₂ werden auf 0.5 gesetzt.The value for HDOP _th is 10, namely the (upper) threshold for HDOP. The value for sat_diff _th the (lower) threshold for sat_diff is 75%. The exponents p ₁ and p ₂ denote the respective quality and are set to 1 and the weighting factors g ₁ and g ₂ are set to 0.5.

Zudem gilt bi μ_HDOP und μ_{sat_diff} jeweils: Wird ein bestimmter Schwellwert HDOP_th nicht überschritten respektive wird sat_diff_th nicht unterschritten, dann wird die maximale Güte zurückgegeben. Wenn hingegen der Schwellwert HDOP_th, überschritten respektive sat_diff_th unterschritten wird, dann ist die Güte umso geringer, je größer die Abweichung vom Schwellwert ist. Nachfolgend jeweils ein Beispiel für eine gute und für eine schlechte Qualität:
Wenn das Navigationsmodul eine valid position mit den Werten HDOP = 9, sats_used = 4 und sats_viewed = 5 liefert ergibt sich daraus:
μ_HDOP(9) = min(1, 10 / 9 )' = 1 und μ_{sat_diff}(80) = min(1, 80 / 75 )' = 1
was insgesamt zu einer guten Qualität, nämlich ⇒ μ_q = 0,5·1 + 0,5·1 = 1 führt.In addition, bi μ _HDOP and μ _{sat_diff} respectively _apply : If a certain threshold HDOP _{th is} not exceeded or sat_diff _{th is} not undershot, then the maximum quality is returned. If, on the other hand, the threshold HDOP _th , exceeded or sat_diff _th is exceeded, then the quality is the lower, the greater the deviation from the threshold. Here's an example of good and bad quality:
If the navigation module returns a valid position with the values HDOP = 9, sats_used = 4 and sats_viewed = 5 the result is:
μ _HDOP (9) = min (1, 10/9 ) '= 1 and μ _{sat_diff} (80) = min (1, 80/75 ) '= 1
which leads to a good quality overall, namely ⇒ μ _q = 0.5 · 1 + 0.5 · 1 = 1.

Wenn hingegen das Navigationsmodul eine valid position mit den Werten HDOP = 15, sats_used = 2 und sats_viewed = 5 liefert, dann ergibt sich:
μ_HDOP(15) = min(1, 10 / 15 )' = 0,667 und μ_{sat_diff}(40) = min(1, 40 / 75 )' = 0,533
so dass sich eine schlechte Qualität ⇒ μ_q = 0,5·0,667 + 0,5·0,533 = 0,6 ergibt.If, on the other hand, the navigation module returns a valid position with the values HDOP = 15, sats_used = 2 and sats_viewed = 5, the result is:
μ _HDOP (15) = min (1, 10/15 ) '= 0.667 and μ _{sat_diff} (40) = min (1, 40/75 ) = 0.533
so that a poor quality ⇒ μ _q = 0.5 × 0.667 + 0.5 × 0.533 = 0.6 results.

Zum Fall I₂:Case I ₂ :

Der Fall der Inkonsistenz I₂ ist einfach zu bewerten, da das Navigationsmodul einen von den Ortskoordinaten unabhängigen Wert für die Geschwindigkeit ausgibt. Diese Berechnung, die auf der Messung einer Dopplerverschiebung beruht, ist verhältnismäßig genau. Je nach Fahrzeugtyp kann eine maximale Geschwindigkeit v_th,max definiert und mit dem berechneten Wert verglichen werden.The case of inconsistency I ₂ is easy to evaluate because the navigation module outputs a speed independent value from the location coordinates. This calculation, which is based on the measurement of a Doppler shift, is relatively accurate. Depending on the vehicle type, a maximum speed v _{th, max} can be defined and compared with the calculated value.

Zum Fall I₃:Case I ₃ :

Die Beschleunigung a wird entsprechend der Beziehung a_i-1 = Δv_i/Δt_i berechnet. In 1 sind zwei Grenzen a_th,max und a_th,min eingetragen, deren Überschreitung zu einer Inkonsistenz und gegebenenfalls zu einer Verwerfung der vom Navigationsmodul gelieferten Daten führt. Dabei kann für a_th,max beispielsweise 10 m/s² und für a_th,min – 10 m/s² angenommen werden. Dieser Wert ist abhängig vom Fahrzeugtyp.The acceleration a is calculated according to the relationship a _i-1 = Δv _i / Δt _i . In 1 two limits a _{th, max} and a _{th, min are} entered, the exceeding of which leads to an inconsistency and possibly to a rejection of the data supplied by the navigation module. Here, for a _{th, max,} for example, 10 m / s ² and for a _{th, min} - 10 m / s ^{2 are} assumed. This value depends on the vehicle type.

Zum Fall I₄:Case I ₄ :

Die Richtungsänderung überscheitet eine Grenze Δφ_th,max die größer als die maximale Richtungsänderung eines minimalen Wendekreises mit Durchmesser D ist. Dieser Wert ist fahrzeugtyp- und geschwindigkeitsabhängig und wird mit Δφ_th,max(v) = 2·Δt·v/D berechnet (2). Auch dieser Wert ist abhängig vom Fahrzeugtyp.The change of direction exceeds a limit Δφ _{th, max} which is greater than the maximum change in direction of a minimum turning circle with diameter D. This value is vehicle-type and speed-dependent and is calculated with Δφ _{th, max} (v) = 2 · Δt · v / D ( 2 ). This value also depends on the vehicle type.

In den Fällen I₃ und I₄ kann der Fehler im aktuellen Datensatz d₂ und/oder im Vorgängerdatensatz d₁ liegen. Als Bewertungsansatz wird ein einfaches Verfahren gewählt, das d₂ mit höherer Wahrscheinlichkeit als fehlerhaft betrachtet, allerdings d₁ als inkonsistent bewertet, wenn μ_q von d₂ = 1 und μ_q von d₁ < 1. Wenn das nicht gilt, kann der nächste Datensatz d₃ zur Entscheidung herangezogen. Dieses Verfahren der „Rückwärtskorrektur” wird nur angewendet, wenn d₁ als konsistent bewertet wurde. Spätestens nach dem dritten Datensatz wird eine Entscheidung über den ersten und zweiten Datensatz getroffen. Die Bestimmung der Inkonsistenzen erfordert eine Pufferung von Daten. Das Ergebnis besteht aus der Bewertung „inkonsistent” oder „konsistent” innerhalb gesetzter Toleranzgrenzen. Eine Möglichkeit, Inkonsistenzen zu behandeln, ist im Flussdiagramm nach 3 beschrieben.In cases I ₃ and I ₄ , the error may be in the current data set d ₂ and / or in the predecessor data set d ₁ . The evaluation approach is to use a simple procedure that considers d ₂ to be more likely to be erroneous but d _{1 to} be inconsistent if μ _q of d ₂ = 1 and μ _q of d ₁ <1. If not, the next Data set d _{3 was used} for the decision. This method of "backward correction" is only applied if d _{1 has} been rated as consistent. At the latest after the third record, a decision is made about the first and second record. The determination of inconsistencies requires buffering of data. The result consists of the evaluation "inconsistent" or "consistent" within set tolerance limits. One way to handle inconsistencies is in the flowchart 3 described.

Nachfolgend wird eine Möglichkeit einer Korrektur der Geschwindigkeit beschrieben: Die Voraussetzung für eine Korrektur dieser Art sind zwei als „gültig” bewertete Datensätze d₁ und d_n wobei n – 2 „ungültige” Datensätze vorhanden sind. Alle ungültigen Datensätze werden bezüglich der Geschwindigkeit linear approximiert, wobei die Approximationsgerade durch die beiden gültigen Datensätze definiert wird. Mathematisch stellt sich die lineare Approximation folgendermaßen dar v_i = v₁ + (i – 1)·(v_n – v₁)/(n – 1) für i = 2, ..., n – 1. Entsprechend wird die Geschwindigkeit auf v_i korrigiert.The following describes a possibility of correcting the speed: The prerequisite for a correction of this type are two data records d ₁ and d _n evaluated as "valid", where n - 2 "invalid" data records are present. All invalid data sets are linearly approximated with respect to velocity, the approximation straight line being defined by the two valid data sets. Mathematically, the linear approximation is as follows: v _i = v ₁ + (i-1) * (v _n -v ₁ ) / (n-1) for i = 2,..., N-1 corrected to v _i .

Die gesamte erfindungsgemäße Vorgehensweise kann letztendlich so aussehen, dass zunächst die GPS Daten von einem Navigationsmodul ausgelesen werden. Darauffolgend wird entsprechend der beschriebenen Formalismen zunächst deren allgemeine Qualität anhand des Qualitätsindikators der allgemeinen Güte I₁ bestimmt. Zudem werden die vorgeschlagenen Inkonsistenzen I₂ bis I₄ bestimmt. Die Verknüpfung der gewichteten Qualitätsindikatoren der letzten N Navigationsdatensätze können mit einem konfigurierbaren Schwellwert verglichen werden, um über die Verlässlichkeit einer Navigationslösung zu entscheiden. Aufgrund dieser Qualitätsindikatoren werden die Daten akzeptiert, verworfen oder korrigiert und dann akzeptiert. Akzeptierte Daten werden zur weiteren Verarbeitung an eine nachfolgende Funktion übergeben. Eine entsprechende Vorgehensweise ist im Flussdiagram nach 3 aufgezeigt:
Über die Schnittstelle 1 werden die GPS Datensätze von dem Navigationsmodul 2 an eine die erfindungsgemäße Vorgehensweise realisierende Routine übergeben und stehen an der Schnittstelle 1 zur Verfügung. Damit startet die Routine. Kommt kein weiterer Datensatz, schaltet die Routine über den Weg 3 ab. Ein angekommener erster Datensatz wird bei 4 mittels der genannten Prüfungen auf seine Plausibilität, respektive seine Qualität kontrolliert. Ergibt sich eine geringe Qualität des ersten Datensatzes, wird dieser mittels der Funktion 5 in einem Puffer zwischengespeichert, um gegebenenfalls nachfolgend korrigiert zu werden. Nach der Speicherung des fehlerhaften ersten Datensatzes begibt sich die Routine wieder über 6 an den Start und erwartet den nächsten (zweiten) Datensatz.The entire procedure according to the invention can ultimately be such that initially the GPS data is read out by a navigation module. Subsequently, according to the described formalisms, first of all their general quality is determined on the basis of the quality indicator of the general quality I ₁ . In addition, the proposed inconsistencies I ₂ to I _{4 are} determined. The combination of the weighted quality indicators of the last N navigation data records can be compared with a configurable threshold value in order to decide on the reliability of a navigation solution. Based on these quality indicators, the data is accepted, rejected or corrected and then accepted. Accepted data is passed to a subsequent function for further processing. A corresponding procedure is shown in the flowchart 3 shown:
About the interface 1 The GPS records are from the navigation module 2 passed to a procedure implementing the procedure according to the invention and are available at the interface 1 to disposal. This starts the routine. If there is no further data record, the routine switches over 3 from. An arrived first record is added 4 checked by means of the mentioned tests on its plausibility, respectively its quality. If a low quality of the first data record results, this is determined by means of the function 5 buffered in a buffer for subsequent correction if necessary. After storing the erroneous first record, the routine goes over again 6 at the start and expects the next (second) record.

Hat die Plausibilitätsprüfung bei 4 jedoch einen fehlerfreien Datensatz ergeben, wird dieser in 7 benutzt, um gegebenenfalls zwischengespeicherte fehlerhafte Datensätze zu korrigieren. Wenn kein Datensatz zu korrigieren ist, stellt die Routine bei 8 den einen korrekten Datensatz allein oder den einen korrekten Datensatz zusammen mit den korrigierten Datensätzen für die weitere Verarbeitung zur Verfügung, bevor sich die Routine über den Weg 9 wieder an den Ausgangspunkt begibt.Has the plausibility check at 4 however, give a correct record, this is in 7 used to correct possibly cached erroneous records. If no record is to be corrected, the routine terminates 8th Provide the one correct record alone or the one correct record along with the corrected records for further processing before the routine gets lost 9 go back to the starting point.

Die Beurteilungskriterien können somit über zeitlich nicht lückenlos aufeinander folgende Navigationsdatensätze berechnet wenden, um temporäre Fehlerereignisse ignorieren zu können, ohne bei kurzfristigen Störungen die Beurteilungskriterien für nachfolgende Navigationsdatensätze zu verlieren.The assessment criteria can thus be used to calculate navigation data sets that are not consecutively consecutive in time in order to be able to ignore temporary error events without losing the assessment criteria for subsequent navigation data records in the case of short-term disruptions.

Claims

Method for determining the quality of a data set that is determined by a navigation module, in particular by a GNSS receiver, and containing navigation data, in particular location coordinates, wherein the navigation module makes the calculated position data together with other data available as navigation solution in the data record for further processing, wherein the available navigation solution is used for positioning and the method is designed such that the data record of a navigation solution in itself or in relation to the one or more data records before or the following navigation solutions is checked for quality, wherein a record evaluated as faulty is retained and wherein a record evaluated as error-free is provided as a secured navigation solution for further processing, characterized in that the height component contained in the record of the navigation solution is checked for plausibility, wherein this test is performed "absolutely" on the basis of a given maximum and / or minimum height taking into account a tolerance range or "relatively" on the basis of strong, implausible jumps in relation to other data sets.

Method for determining the quality of a data set that is determined by a navigation module, in particular by a GNSS receiver, and containing navigation data, in particular location coordinates, wherein the navigation module makes the calculated position data together with other data available as navigation solution in the data record for further processing, wherein the available navigation solution is used for location determination and the method is designed such that the data record of a navigation solution is tested for its quality in itself or in relation to the data sets of previous or following navigation solutions, wherein a record evaluated as erroneous retained is provided and wherein a evaluated as error-free data set as a secure navigation solution for further processing, characterized in that the longitudinal acceleration contained in the record of the navigation solution ng and / or the lateral acceleration is checked for plausibility, wherein the result is set in relation to the achievable with the vehicle positive or negative acceleration or to the lateral acceleration.

Method for determining the quality of a data set that is determined by a navigation module, in particular by a GNSS receiver, and containing navigation data, in particular location coordinates, wherein the navigation module makes the calculated position data together with other data available as navigation solution in the data record for further processing, wherein the available navigation solution is used for location determination and the method is designed such that the data record of a navigation solution is tested for its quality in itself or in relation to the data sets of previous or following navigation solutions, wherein a record evaluated as erroneous retained is provided and wherein a rated as error-free data set as a secured navigation solution for further processing, characterized in that the quality indicator, the number of satellite signals in Freq The receiver will receive the delay code and the number of satellite signals received in the phase lock loop.

Method for determining the quality of a data set that is determined by a navigation module, in particular by a GNSS receiver, and containing navigation data, in particular location coordinates, wherein the navigation module makes the calculated position data together with other data available as navigation solution in the data record for further processing, wherein the available navigation solution is used for location determination and the method is designed such that the data record of a navigation solution is tested for its quality in itself or in relation to the data sets of previous or following navigation solutions, wherein a record evaluated as erroneous retained is provided and wherein a evaluated as error-free data set as a secure navigation solution for further processing, characterized in that for determining the quality indicator, the measured carrier-to-Nois e Density ratio of all satellites used for the calculation of the navigation solution compared to a target value is compared.

Method for determining the quality of a data set that is determined by a navigation module, in particular by a GNSS receiver, and containing navigation data, in particular location coordinates, wherein the navigation module makes the calculated position data together with other data available as navigation solution in the data record for further processing, wherein the available navigation solution is used for location determination and the method is designed such that the data record of a navigation solution is tested for its quality in itself or in relation to the data sets of previous or following navigation solutions, wherein a record evaluated as erroneous retained is provided and wherein a evaluated as error-free record as a secure navigation solution for further processing, characterized in that the combination of the weighted quality indicators of the last N Navigation data sets is compared with a configurable threshold to decide on the reliability of a navigation solution.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a dataset evaluated as error-free is temporarily buffered in a buffer for correction as data records evaluated as being faulty.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a record assessed as defective is retained insofar as it is either discarded or temporarily stored in the buffer for the purpose of correction, wherein a data record initially evaluated as incorrectly and subsequently corrected as a secured navigation solution for further Processing is provided.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, for determining quality indicators of a navigation solution, the position and / or the height and / or the speed and / or the heading and / or the satellite geometry and / or the number of satellites used in the Calculation of the position solution were used, and their signal strength can be used.

Method according to Claim 8, characterized in that the quality indicator and / or the overall quality are determined step by step and normalized to a value between 0 (poor) and 1 (outstanding).

Method according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the height component contained in the data set of the navigation solution is checked for plausibility, this test being "absolute" based on a predetermined maximum and / or minimum height taking into account a tolerance range or "relative" based on strong implausible jumps in relation to other datasets.

Method according to Claim 1 or according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the longitudinal acceleration and / or the lateral acceleration contained in the data set of the navigation solution are checked for plausibility, the result relating to the positive or negative acceleration achievable with the vehicle is set to the lateral acceleration.

Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the quality from the comparison of the sat-nav received by the receiver for the navigation solution with the satanic signals actually used is determined as the quality indicator.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the current HDOP to the theoretical HDOP is determined as a quality indicator.

Method according to Claim 1 or Claim 2 or according to Claim 4 or Claim 5, characterized in that the number of satellite signals received in the frequency lock loop by the receiver and the number of satellite signals in the phase lock loop are used as a quality indicator are received, is determined.

Method according to one of Claims 1 to 3 or according to Claim 5, characterized in that, in order to determine the quality indicator, the measured carrier-to-noise density ratio of all satellites used for the calculation of the navigation solution is compared with a desired value.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the association of the weighted quality indicators of the last N navigation data sets with a configurable threshold value is compared in order to decide on the reliability of a navigation solution.