DE102009058737A1

DE102009058737A1 - Messniveauintegration von GPS und anderen entfernungs- und richtungsmessungsfähigen Sensoren für eine allgegenwärtige Positionsbestimmungsfähigkeit

Info

Publication number: DE102009058737A1
Application number: DE102009058737A
Authority: DE
Inventors: Chaminda Windsor Basnayake
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: DE102009058737B4; CN101776766A; US20100164789A1

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Host-Fahrzeugs unter Verwendung einer Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik, wenn weniger als eine optimale Anzahl von Satelliten zur Verfügung stehen, um die Position des Host-Fahrzeugs zu ermitteln, bereitgestellt. Es werden GPS-Daten von dem Host-Fahrzeug abgerufen. Es werden GPS-Daten von Fahrzeugen entfernt von dem Host-Fahrzeug abgerufen. Es werden alternative fahrzeugpositionsbezogene Daten abgerufen. Die Position des Host-Fahrzeugs wird unter Verwendung der Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik als Funktion der abgerufenen GPS-Daten des Host- und der entfernten Fahrzeuge und der alternativen Fahrzeugpositionsdaten ermittelt. Die Position des Host-Fahrzeugs wird bei einer Fahrzeuganwendung verwendet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/141,297, die am 30. Dezember 2008 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform betrifft im Allgemeinen eine GPS-Positionsbestimmung von sich bewegenden oder stationären Entitäten unter Verwendung einer Echtzeitkinetik (RTK von real time kinetics) oder ähnlicher Verarbeitungsverfahren.
Empfänger eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) oder eines anderen globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) arbeiten durch Verfolgen von Sichtliniensignalen. Diese Empfänger benötigen typischerweise mindestens vier oder mehr Satelliten, die in einer hindernisfreien Sichtlinie eines Satellitenempfängers an einem Fahrzeug kontinuierlich zur Verfügung stehen. Aufgrund von natürlichen und von Menschen erzeugten Hindernissen (z. B. Gebäuden) oder natürlichen Hindernissen (d. h. dicht stehenden Bäumen) steht die optimale Anzahl von Satelliten, die erforderlich sind, um eine Position des Satellitenempfängers genau zu ermitteln, unter bestimmten Bedingungen möglicherweise nicht zur Verfügung. An dere Fehler, wie beispielsweise orbitale Fehler eines Satelliten, eine schlechte Geometrie, atmosphärische Verzögerungen, Mehrweg-Signale oder Uhrfehler können bewirken, dass die Anzahl von Satelliten kleiner wird als die, die zum genauen Ermitteln der Position des Empfängers verwendet wird. Es werden ein Verfahren und ein System zum Beseitigen des Problems, wenn eine für eine genaue Positionsidentifikation erforderliche Anzahl von Satelliten nicht vorhanden ist, benötigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Vorteil einer Ausführungsform der Erfindung ist die Fähigkeit einer Ermittlung einer absoluten oder relativen Position eines Fahrzeugs, wenn weniger als eine minimale Anzahl von Satelliten (die ansonsten erforderliche wäre, wenn nur GPS verwendet werden würde) zum Ermitteln einer absoluten oder relativen GPS-Position zur Verfügung stehen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Host-Fahrzeugs unter Verwendung einer Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik, wenn weniger als eine optimale Anzahl von Satelliten zum Ermitteln der Position des Host-Fahrzeugs zur Verfügung stehen, bereitgestellt. Von dem Host-Fahrzeug werden GPS-Daten abgerufen. Die GPS-Daten werden von Fahrzeugen entfernt von dem Host-Fahrzeug abgerufen. Alternativ werden fahrzeugpositionsbezogene Daten abgerufen. Die Position des Host-Fahrzeugs wird unter Verwendung der Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik als Funktion der abgerufenen GPS-Daten von dem Host und den entfernten Fahrzeugen und den alternativen Fahrzeugpositionsdaten ermittelt. Die Position des Host-Fahrzeugs wird bei einer Fahrzeugsanwendung verwendet.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Fahrzeugpositionsbestimmungssystem ein globales Positionsbestimmungssystem eines Host-Fahrzeugs zum Ermitteln einer globalen Position eines Host-Fahrzeugs. Es wird ein Fahrzeug-Entität-Kommunikationssystem zum Austauschen von GPS-Daten und alternativen Fahrzeugpositionsdaten zwischen einem Host-Fahrzeug und entfernten Fahrzeugen bereitgestellt. Eine Verarbeitungseinheit speichert GPS-Messdaten von entfernten Fahrzeugen. Die GPS-Messdaten der entfernten Fahrzeuge und des Host-Fahrzeugs werden in der Verarbeitungseinheit zum Ermitteln einer genauen Positionsbestimmung des Host-Fahrzeugs unter Verwendung einer Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik verarbeitet. Die alternativen Fahrzeugpositionsdaten werden in Kooperation mit Daten, die von der Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik ausgegeben werden, verarbeitet, um weniger als eine optimale Anzahl von Satelliten zu kompensieren, die für die Echtzeitkinematik-Positionsverarbeitungstechnik erforderlich sind, die zwischen dem Host-Fahrzeug und den entfernten Fahrzeugen angewandt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Diagrammdarstellung eines Satellitenorbitsystems, wie beispielsweise des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS), das für GPS verwendet wird.
2 ist eine Diagrammdarstellung eines Satellitenorbitsystems mit Zeitverzögerung.
3 ist ein Schema eines auf eine Trägerfrequenz modulierten Navigationssignals.
4 ist eine graphische Darstellung eines RTK-Positionsbestimmungsverfahrens.
5 ist ein Blockdiagramm eines Positionsbestimmungs-Ermittlungssystems, das eine RTK-Technologie verwenden kann.
6 ist eine graphische Darstellung eines Nachrichtensatzes, der für Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationen und Kommunikationen einer anderen Entität verwendet werden kann.
7 ist eine Diagrammdarstellung von Fahrzeugen, die mit einem Host-Fahrzeug kommunizieren, während zumeist GPS mit der potentiellen Unterstützung von Entfernungsmessungen von Kommunikationseinrichtungen verwendet wird.
8 ist eine Diagrammdarstellung einer Host-Fahrzeugkommunikation unter Verwendung einer V2X-Kommunikation und einer Fahrzeugsensortechnologie zur Positionsermittlung, wenn eine Straßenrand-V2X-Fähigkeit zur Verfügung steht.
9 ist eine Diagrammdarstellung eines Host-Fahrzeugs unter Verwendung einer Erfassungstechnologie zur Positionsermittlung.
10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das alternative Fahrzeugsensormessdaten in Kooperation mit einer RTK oder einer ähnlichen GPS-Positionstechnologie zum Ermitteln einer absoluten oder einer relativen Position verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Satellitenkonstellation einer globalen Positionsbestimmung umfasst mindestens 24 oder mehr Satelliten, die die Erde auf einem vorbestimmten Reisepfad umkreisen und kontinuierlich zeitlich markierte Datensignale übertragen. Navigationssatellitenempfänger empfangen die übertragenen Daten und verwenden diese Information, um ihre absolute Position zu ermitteln. Wenn die Erde in einer zweidimensionalen Ebene betrachtet wird, wird jeder Punkt auf der Erde durch zwei Koordinaten identifiziert. Die erste Koordinate stellt einen Breitengrad dar und der zweite Punkt stellt einen Längengrad dar. Um eine Position in der zweidimensionalen Ebene zu ermitteln, sind mindestens drei Satelliten erforderlich, da es drei Unbekannte gibt, zwei Positionsunbekannte und der Empfängeruhr-Timing-Fehler, der auch als Unbekannte behandelt wird. Einige Empfänger können annehmen, dass die Höhe für eine kurze Dauer gleich bleibt, sodass die Position mit nur Satelliten ermittelt werden kann; wenn die Höhe jedoch in Betracht gezogen wird, was bei den meisten Anwendungen der Fall ist, ist mindestens ein Minimum von vier Satelliten erforderlich, um eine absolute Position mit einem bestimmten Fehlerbetrag zu schätzen. Durch Verwenden von vier oder mehr Satelliten kann eine absolute Position in einem dreidimensionalen Raum ermittelt werden, die die Höhe oberhalb und unterhalb der Erdoberfläche (z. B. Meeresspiegel) umfasst.
Satellitenempfänger arbeiten durch Verfolgen von Sichtliniensignalen, was erfordert, dass sich jeder der Satelliten in der Sicht des Empfängers befindet. Durch den Entwurf stellen GPS und andere GNSS sicher, dass sich durchschnittlich vier oder mehr Satelliten kontinuierlich in der Sichtlinie eines jeweiligen Empfängers auf der Erde befinden; aufgrund von Straßenschluchten (d. h. Hindernissen, wie beispielsweise Gebäuden), kann sich jedoch eine geringere Anzahl von Satelliten in der Sichtlinie befinden, und außerdem können Hindernisse zu einer geringeren Anzahl von Satelliten als die, die erforderlich sind, um die Position des Satellitenempfängers genau zu ermitteln, führen. Andere Positionsbestimmungsfehler, die auftreten können, umfassen Orbitfehler (d. h. wenn die berichtete Position eines Satelliten aufgrund von Fehlern oder Einschränkungen der verwendeten Modelle nicht mit seiner tatsächlichen Trajektorie übereinstimmt), eine schlechte Geometrie (d. h. Satelliten, die in Bezug auf die Sicht des Empfängers in einem kleinen Gebiet des Himmels geballt sind), ein Mehrweg-Signal (d. h. Signale, die an Gebäuden und anderen Objekten reflektiert werden), eine atmosphärische Verzögerung (d. h. Verzögerungen, die auftreten, wenn die Signale durch die Erdatmosphäre gelangen, und Uhrfehler (d. h. eine in einen Empfänger eingebaute Uhr, die ungenau ist, oder Satellitenuhrabweichungen).
Der Ort eines Navigationssatellitenempfängers wird ermittelt, indem zuerst der Zeitpunkt, zu dem die Signale von jedem der jeweiligen Satelliten übertragen wurden, mit dem Zeitpunkt, zu dem die Signale aufgezeichnet wurden, verglichen wird, und dann einige der Fehler wie in Absatz [0014] beschrieben verglichen werden. In Ansprechen auf den Vergleich und die Schätzwerte des Orts jedes Satelliten unter Verwendung von übertragenen Daten berechnet der Empfänger, wie weit jeder Satellit von der empfangenden Einrichtung entfernt ist. Mit dieser Information ermittelt der Empfänger nicht nur seine Position, sondern der Empfänger kann die Geschwindigkeit, die Richtung, die Distanz und die Zeit zu einem Ziel und eine andere Information ermitteln.
In einem erheblich vereinfachten Ansatz sendet jeder Satellit Signale mit dem folgenden Inhalt aus: einem Satellitenidentifikations-Code, den Parametern von vordefinierten Modellen, die die Schätzung der Satellitenposition und bestimmter Fehler ermöglichen (d. h. Satellitenuhrfehler und atmosphärische Fehler), und dem Zeitpunkt, zu dem die Information gesendet wurde. Zusätzlich zu seiner Position sendet jeder Satellit Daten über die Position anderer Satelliten aus. Diese Orbitdaten (Ephemeriden- und Almanachdaten) werden durch den GPS-Empfänger für spätere Berechnungen gespeichert.
Das Nachfolgende liefert eine Erklärung, wie eine Positionsermittlung durch GPS funktioniert. Zur Vereinfachung wird zuerst angenommen, dass die Erde eine zweidimensionale Ebene ist (dies kann später mit einem Modell einer dreidimensionalen Erdkugel in Beziehung gebracht werden). Die Zeit, die ein Signal benötigt, um von einem ersten von zwei Navigationssatelliten zu dem GPS-Empfänger zu gelangen, wird bei t₁ aufgezeichnet (z. B. 0,07 s). Mit dieser Information kann ermittelt werden, dass der Empfänger irgendwo auf einem Kreis mit einem Radius von t₁ um den ersten Satelliten herum positioniert ist. Wenn die gleiche Prozedur mit einem zweiten Satelliten durchgeführt wird, der eine Distanzzeit t₂ aufweist, werden dann zwei Schnittpunkte (P₁ und P₂) wie in 1 gezeigt erzeugt. Wenn ideale Messungen (d. h. keine Fehler) zur Verfügung stünden, würden die Punkte P1 und P2 mit dem Ort des Empfängers zusammenfallen. In der Realität verwenden Empfänger mathematische Techniken zum Schätzen des wahrscheinlichsten Orts des Empfängers durch Minimieren der Restfehler. Dieser Prozess wird genauer, wenn mehr Satellitenbeobachtungen zu dem Prozess hinzugefügt werden, da sich die Redundanz erhöht. Die zeitliche Ambiguität wird durch den Zeitstempel an jedem der übertragenen Signale gelöst. Es ist weithin bekannt, dass alle Uhren von Satelliten größtenteils genau sind (d. h. Atomuhren verwendet werden); die Uhrfehler resultieren jedoch zumeist aus der Uhr in dem GPS-Empfänger. Wenn angenommen wird, dass die Uhr in dem GPS-Empfänger im Vergleich zu der Uhr im Satelliten 0,005 s vorgeht, erscheint die Laufzeit des Signals 0,005 Sekunden länger als sie tatsächlich ist. Dies kann zu der Ermittlung führen, dass sich der GPS-Empfänger an einem der Punkte P₃, anstatt von P₁, befindet. Die Schnittpunkte der Kreise, die sich bei P_3a, P_3b, P_3c schneiden, werden Pseudoentfernungen genannt. Der Begriff ”Pseudo” bezieht sich darauf, dass keine Korrektur der Synchronisationsfehler der Uhren durchgeführt wird.
Auf der Grundlage der Genauigkeit der Uhr des GPS-Empfängers könnte die ermittelte Position aufgrund des verbleibenden Fehlers inkorrekt sein. Beispielsweise würde ein Uhrfehler von 1 Millisekunde in einem GPS-Navigationssystem zu einem Fehler von etwa 300 km bei der Benutzer-Satelliten-Entfernungsmessung führen. Daher wird, wenn ein dritter Satellit berücksichtigt wird (in einem 2D-Positionsbestimmungssystem), die absolute Position P₁ erhalten. Bei dem Beispiel, bei dem die Uhr 0,005 s vorging, werden die drei Schnittpunkte P_3a-c klar identifiziert (siehe 2) und ist der Uhrfehler leicht zu sehen. Die Zeit der GPS-Empfängeruhr, die bei allen Messungen gleich ist, kann verschoben werden, bis sich die drei Schnittpunkte P_3a-c zu Pi vereinigen. Als Ergebnis wird der Uhrfehler geschätzt und wird die Empfängeruhr dann synchronisiert.
Bei dem Beispiel eines dreidimensionalen globalen Positionsbestimmungssystems, bei dem angenommen wird, dass die Erde nicht perfekt kugelförmig ist (d. h. Berge oberhalb oder unterhalb des Meeresspiegels) wird ein vierter Satellit verwendet, der der Höhe entspricht, die mit einem Ort auf der Erde in Beziehung steht, basierend auf einem World Geodic System-Standard (WGS-84). Daher werden, um eine absolute Position in dem dreidimensionalen globalen Positionsbestimmungssystem zu ermitteln, vier oder mehr Satelliten benötigt.
Das Prinzip der Positionsermittlung durch ein GPS und die Genauigkeit der Positionen hängen stark von der Art der Signale ab. Bei der Entwicklung eines geeigneten Signalaufbaus wird eine Vielzahl von Kriterien in Betracht gezogen. Folglich ist das GPS-Signal ziemlich komplex und bietet es die Möglichkeit, die folgenden Parameter zu berücksichtigen: Einweg-Positionsermittlung (passiv), Ermittlung der exakten Distanz und Richtung (Doppler-Effekt), Übertragung einer Navigationsinformation, gleichzeitiges Empfangen verschiedener Satellitensignale, Bereitstellen von Korrekturen für eine ionosphärische Verzögerung von Signalen und ein bestimmtes Niveau einer Unempfänglichkeit hinsichtlich Interferenzen und Mehrweg-Effekten. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde der nachstehend beschriebene Signalaufbau entwickelt.
3 zeigt die Signalausstrahlung durch die jeweiligen Satelliten. Ein Ausstrahlen der GPS-Signale von dem GPS-Navigationssatelliten erfordert eine geeignete Trägerfrequenz. Eine Auswahl der Trägerfrequenz basiert auf den bestimmten Anforderungen und Beschränkungen wie hierin beschrieben. Die ausgewählten Frequenzen sollten kleiner als 2 GHz sein, da Frequenzen, die größer als 2 GHz sind, für den Signalempfang Richtantennen erfordern. Ferner weicht die Geschwindigkeit der Ausbreitung eines Signals in der Luft von der Lichtgeschwindigkeit ab, wenn die Frequenz verringert wird. Für Frequenzen, die größer als 10 GHz und kleiner als 100 MHz sind, treten auch große Verzögerungen in der Ionosphäre auf.
Auf die Trägerfrequenz werden PRN-Codes moduliert, und diese erfordern eine hohe Bandbreite für die Code-Modulation. Als Ergebnis sollte ein Be reich von hohen Frequenzen mit einer hohen Bandbreite ausgewählt werden. Ferner sollte die ausgewählte Frequenz in einem Bereich liegen, in dem die Signalausbreitung nicht durch Wetterphänomene wie Regen, Schnee oder Wolken beeinflusst wird.
Jeder GPS-Satellit sendet momentan zwei Trägersignale im Mikrowellenbereich, die mit L1 und L2 bezeichnet sind (L1 zentriert um 1575,42 MHz und L2 zentriert um 1227,60 MHz). Derzeit befindet sich eine dritte Frequenz in einer Testphase und wird diese als L5, zentriert um 1176,45 MHz, bezeichnet. Im momentanen zivilen Signalbereich (L1 C/A) werden die Trägerphasen typischerweise durch zwei verschiedene binäre Codes moduliert: erstens gibt es den C/A-Code (grobe Erfassung von coarse acquisition). Dieser Code ist ein 1023-”Chip”-Code, der mit einer Frequenz von 1,023 MHz übertragen wird. Der Begriff ”Chip” wird synonym mit dem Begriff ”Bit” verwendet und wird auch durch die Zahlen ”1” oder ”0” beschrieben; bei einer Verwendung eines Chip wird jedoch keine Information durch das Signal getragen. Die Trägersignale werden moduliert, und die Bandbreite des Hauptfrequenzbands verwendet ein ausgedehntes Frequenzspektrum von 2 MHz bis 20 MHz zum Reduzieren der Interferenz. Der C/A-Code ist ein Pseudozufallscode (PRN), der einem Zufallscode mit eindeutigen Autokorrelations- und Kreuzkorrelationseigenschaften ähnelt, er ist jedoch für jeden Satelliten definiert. Der PRN wird alle 1023 Bit (d. h. 1 ms) wiederholt. Daher werden in 1 Sekunde 1,023 (10⁶) Chips erzeugt.
Wie zuvor beschrieben wird jeder GPS-Navigationssatellit durch den GPS-Empfänger unter Verwendung der PRN-Codes identifiziert. Die PRN-Codes sind nur pseudozufällig. In Wirklichkeit würden 2¹⁰²³ Möglichkeiten existieren, wenn die Codes tatsächlich zufällig wären. Aus diesen vielen Codes sind nur einige für die Autokorrelation oder Kreuzkorrelation geeignet, die für die Messung der Signalausbreitungszeit notwendig ist.
In dem GPS-System werden die Daten unter Verwendung einer Phasenmodulation, genauer gesagt einer Zweiphasenumtastungsmodulation (BPSK von biphase shift key modulation) in dem L1-C/A-Signal, auf das Trägersignal moduliert. Bei anderen Signalen werden auch andere Modulationsverfahren verwendet. Wenn ein Datensignal durch eine Phasenmodulation auf ein Trägersignal moduliert wird, wird die Sinusschwingung des Trägersignals unterbrochen und mit einer Phasenverschiebung (z. B. 180°) neu gestartet. Die Phasenverschiebung wird durch einen GPS-Empfänger erkannt, und die Daten werden neu gespeichert.
Zusätzlich zu dem C/A-Code wird eine andere für das GPS erforderliche Information in dem Signal auf das L1-Signal moduliert. Die Information besteht aus einem 50 Hz-Signal und enthält Daten, wie beispielsweise Satellitenorbits, Uhrkorrekturen und andere Systemparameter (Informationen über den Status der Satelliten). Solche Daten werden durch jeden Satelliten konstant übertragen. Auf der Grundlage der in dem Signal empfangenen Information erlangen die GPS-Empfänger eine Information, wie beispielsweise das Datum, die ungefähre Zeit und die Position der Satelliten.
Das Datensignal von dem GPS-Navigationssatelliten enthält einen Korrekturparameter für die Satellitenuhr. Auch wenn jeder Satellit eine oder mehrere Atomuhren mitführt und eine sehr genaue Zeit aufrecht erhält, sind die Atomuhren der einzelnen Satelliten nicht perfekt mit der GPS-Referenzzeit synchronisiert; vielmehr läuft jede für sich allein. Daher sind Korrekturdaten für jede Uhr jedes Satelliten erforderlich. Ferner unterscheidet sich die GPS-Referenzzeit von der Weltzeit, die mit der Rotation der Erde synchronisiert ist. Die Weltzeit und die GPS-Zeit werden mittels Schaltsekunden synchronisiert. Wenn ein GPS-Navigationssatellit beim korrekten Übertragen von Daten versagt, oder wenn der GPS-Navigationssatellitenorbit nicht stabil ist, wird die Instabilität in dem Ausstrahlungssignal identifiziert, und als Ergebnis kann ein jeweiliger GPS-Navigationssatellit nicht zum Ermitteln der Position verwendet werden.
Beim Vergleichen von zwei identischen Codes (d. h. empfangener Code und lokal erzeugter Code), um die Codes auszurichten, ermittelt der GPS-Empfänger zuerst, ob ein Fehler vorliegt, und ermittelt er dann, wie weit die Signale verschoben werden müssen, bis sie ausgerichtet sind. Die Distanz, die die Signale verschoben werden müssen, entspricht einer Zeit, das heißt, einem Teil der Laufzeit des Signals von dem Satelliten zu dem Empfänger. Es ist zu verstehen, dass der C/A-Code aus 1023 Chips besteht, die mit 1,023 MHz übertragen werden und alle 1 ms wiederholt werden. Moderne GPS-Empfänger können ihre Position mit einer Genauigkeit von etwa 3 Meter berechnen, und dies ist eine Funktion von Empfängerfähigkeiten und der Restfehler. Um eine genauere Positionsbestimmung zu erhalten, kann die Positionsgenauigkeit jedoch unter Verwendung einer GPS-Trägerphasen- und Differenzverarbeitung, wie beispielsweise einer Echtzeitkinematikverarbeitung (RTK-Verarbeitung), verbessert werden, die eine Trägerphaseninformation von GPS-Signalen verwendet.
Eine RTK-Positionsbestimmung ist eine Technik, durch die eine einzelne oder mehrere Referenzbasisstation (oder -stationen) in Echtzeit Korrekturen oder rohe Beobachtungsdaten für eine GPS-Positionsbestimmung zwischen einer Basisstation und einer entfernten Einrichtung bereitstellt oder bereitstellen. Solch eine Positionsbestimmung kann mit einem Zentimetergenauigkeitsniveau abgeschätzt werden. Bei einer herkömmlichen GPS-Positionsbestimmung führen Restfehler der GPS-Beobachtungen zu Posi tionsbestimmungsfehlern in der Größenordnung von Metern. Für gewöhnlich sind atmosphärische Fehler die größten und können alle anderen Fehlerquellen Restfehler aufweisen. RTK folgt dem Konzept von Differenzbildungsbeobachtungen (Einzel- und Doppeldifferenzbildung zwischen Satelliten und zwischen Rover- und Basisstation), wodurch die Restfehler nahezu beseitigt werden, wenn die Rover- und die Basisstation innerhalb von mehreren zehn Kilometern voneinander liegen. RTK verwendet die Satellitenträgerphase als Basis zum Ermitteln einer Echtzeitorientierung der Empfängerposition auf der Erde. Das RTK-Verfahren beruht auf den Differenzbildungstechniken zum Beseitigen oder Minimieren von allgemeinen Fehlern ohne eine Abhängigkeit des Verwendens der Daten in dem übertragenen Signal für diesen Zweck.
Das RTK-Verfahren ist in 4 gezeigt. Es zeigt eine Referenzbasisstation 20 mit einer bekannten Position. Eine herkömmliche RTK nimmt an, dass die Basisstation 20 feststehend ist, wobei das gleiche Konzept jedoch für eine sich bewegende Basisstation verwendet werden kann. Es ist auch ein entfernter GPS-Empfänger 22, wie beispielsweise der einer GPS-Einheit eines Fahrzeugs, gezeigt. Ebenfalls ist eine beispielhafte Anzahl von Navigationssatelliten 24 und 26 gezeigt, die die Erde umkreisen (typischerweise sind mehr als vier Satelliten erforderlich). Die Navigationssatelliten strahlen Signale über eine jeweilige Trägerfrequenz aus, wie es oben beschrieben ist. Unter der RTK-Positionsbestimmungstechnik verwenden die RTK-Systeme den einzelnen Basisstationsempfänger 20 und eine Anzahl von mobilen Einheiten 22. Die Basisstation 20 strahlt die GPS-Messdaten erneut aus, welche eine Pseudoentfernungs- und Trägerphaseninformation umfassen. Die mobilen Einheiten 22 vergleichen wiederum ihre eigenen Phasenmessungen mit den Phasenmessungen, die von der Basisstation 20 über einen Prozess empfangenen werden, der als ”Doppeldifferenz”-Trägerphasenmessungen bekannt ist. Als Ergebnis können die mobilen Einheiten 22 ihre ”relative” Position mit einem hohen Genauigkeitsgrad (z. B. sogar Millimeter) berechnen. Dadurch, dass die absolute Position der Basisstation bekannt ist, kann die absolute Positionsbestimmung der mobilen Einheiten 22 mit dem gleichen Genauigkeitsgrad ermittelt werden, obwohl ihre absolute Position nur so genau ist wie die Position der Basisstation. Im Falle einer sich bewegenden Basisstation wird die relative Position auf die gleiche Genauigkeit geschätzt wie in dem Fall einer feststehenden Basisstation. Die absolute Position der Basisstation 20 und der mobilen Einheiten 22 kann jedoch nur genau sein, wenn die Position der Doppeldifferenz-Trägerphasenmessungen der Basisstation erhalten wird, indem zuerst die Benutzerbeobachtungen (d. h. entfernter Empfänger) von den Referenzbeobachtungen (d. h. Referenzbasisstation) subtrahiert werden. Dieser Teil der Messung ist als ”Einzeldifferenz”-Messung bekannt. Nach der Einzeldifferenzmessung wird eine ermittelte Signaldifferenz von einem Satelliten von allen anderen Satellitensignaldifferenzen subtrahiert. Die Ergebnisse werden in ein Benutzerreferenzbasislinienschätzungsproblem umgewandelt. Die Basislinie kann mit einer Zentimeterniveaugenauigkeit ermittelt werden, wenn die Trägerambiguitäten aufgelöst werden. Diese Technik erfordert eine Trägerphasenambiguitätsauflösung. Allgemein verarbeiten die entfernten Empfänger die Information, um die WGS-84-Vektoren in Echtzeit in den Empfängern zu lösen, um eine genaue Position relativ zur Basisstation zu erzeugen, die eine bekannte Position aufweist. Die bekannte Position der Basisstation in Kooperation mit einer genauen Positionsbestimmung der mobilen Empfänger relativ zu der Basisstation stellt eine GPS-Position mit einer Genauigkeit von 1–2 Zentimeter bereit. Die Vorteile des Verwendens der RTK-Technik sind, dass allgemeine Fehler, die aus dem Satelliten (z. B. Orbitfehler), der Atmosphäre und der Benutzeruhr resultieren, im Wesentlichen beseitigt oder minimiert werden, wenn die in der RTK-Technik ausgeführte Trägerphaseninformation verwendet wird.
Wie oben beschrieben funktionieren die RTK-Technik sowie die herkömmliche GPS-Verarbeitungstechnik gut, wenn eine erforderliche minimale Anzahl von Navigationssatelliten zur Verfügung steht (d. h. innerhalb der Sichtlinie). Wenn die notwendige Anzahl von Navigationssatelliten aufgrund von Hindernissen innerhalb der Sichtlinie des Navigationsempfängers, wie beispielsweise im Falle von Straßenschluchten, mit Bäumen bedeckten Bereichen, Tunneln, überdachten Parkplätzen etc., nicht zur Verfügung steht, wird die Fähigkeit des genauen Ermittelns der Position des entfernten GPS-Empfängers vermindert. Um dieses Defizit zu überwinden, verwendet eine Ausführungsform der Erfindung die Einbeziehung von fahrzeuginternen Sensormessungen und V2X-Kommunikationen entfernter Fahrzeuge, die eine Anzahl von Navigationssatelliten mit dem Host-Fahrzeug gemein haben. Die fahrzeuginternen Erfassungseinrichtungen des Host-Fahrzeugs und/oder alternative Positionsbestimmungsdaten von entfernten Fahrzeugen, die dem Host-Fahrzeug über V2X-Kommunikationen geliefert werden, können in Kooperation mit der RTK-Verarbeitungstechnik verwendet werden, um den Ort des GPS-Navigationsempfängers sowohl in einem relativen als auch in einem absoluten Sinn genau zu identifizieren. Das heißt, die notwendige Anzahl von Satelliten, die erforderlich sind, um eine genaue Positionsbestimmung zu erhalten, kann möglicherweise bis auf zwei Navigationssatelliten verringert werden, indem andere Fahrzeugsensoren verwendet werden, die die Entfernung und/oder Richtung messen können. Solche Entfernungs- und Richtungsdaten können durch Systeme erhalten werden, die ohne Einschränkung Sichtsysteme mit einer Zielverfolgung, Ultrabreitband (UWB von ultra wideband) unter Verwendung von fahrzeuginternen Transpondern/Empfängern in Fahrzeugen, V2X-Kommunikationen, die eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation (V2V-Kommunikation) mit anderen Fahrzeugen mit GPS-Abdeckung umfassen, und Fahrzeug-Infrastruktur-Kommuni kationen (V2I-Kommunikationen), die Einheiten am Straßenrand (RSU von roadside units)/Baken mit GPS-Abdeckung umfassen, umfassen. Unter Verwendung der Entfernungs- und Richtungsdaten wird eine mathematische Modellerstellung durchgeführt, um Ergebnisse zu erhalten, die in einer Form vorliegen, die in Kooperation mit den RTK-Positionsverarbeitungstechniken verarbeitet werden kann, um die nicht ausreichende Anzahl von Satelliten zu kompensieren, die typischerweise für eine RTK-Positionsverarbeitung erforderlich sind.
5 zeigt ein Blockdiagramm für ein Positionsbestimmungs-Ermittlungssystem unter Verwendung der RTK-Technologie. Ein Fahrzeug umfasst eine fahrzeugeigene GPS-Einheit 30 mit einem GPS- oder einem anderen GNSS-Empfänger zum Empfangen von Navigationssignalen von einem oder mehreren Navigationssatelliten. Die GPS-Einheit 30 umfasst eine Reihe von RTK-Prozessoren 32 zum Durchführen einer RTK-Positionsverarbeitung. Die Reihe von RTK-Prozessoren 32 führt eine Liste von RTK-Vektorprozessen 34 für jedes jeweilige Fahrzeug oder eine andere Entität, das oder die sich in seinem Kommunikationsbereich befindet. Wenn die für jedes Fahrzeug oder jede Entität abgeleitete jeweilige RTK-Vektorinformation in der Reihe von RTK-Prozessoren 32 gespeichert ist, verwendet die GPS-Einheit 30 die RTK-Technik, um die relative Position jeder kommunizierenden Entität in Bezug auf das Host-Fahrzeug zu ermitteln.
Das Fahrzeug ist mit einer Dedicated Short Range Communication-Funk-(DSRC-Funk-) oder einer anderen Kommunikationseinrichtung 36 für eine V2X-Kommunikation mit anderen Fahrzeugen und/oder Infrastrukturen ausgestattet. Das System verwendet eine Dedicated Short Range Communication, WiFi oder ein ähnliches System als Kommunikationsprotokoll für eine V2X-Kommunikation. Eine V2X-Kommunikation umfasst ohne Ein schränkung eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation (V2V-Kommunikation) und eine Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation (V2I-Kommunikation). V2V-Kommunikationen sind kooperative Fahrzeugkommunikationssysteme, die auf Zweiweg-Kommunikationen für eine Interaktion in Echtzeit zwischen Fahrzeugen basieren. Diese Systeme richten sich vorzugsweise auf eine Verkehrsverwaltung, eine Kollisionswarnung und Kollisionsvermeidungssysteme, die für öffentliche Sicherheitsanwendungen zugelassen sind. Solche Systeme können den Wahrnehmungsbereich eines Host-Fahrzeugs hinsichtlich Umgebungsbedingungen erweitern, indem eine relevante Information bezüglich des Verkehrsstatus zusätzlich zu beliebigen sicherheitsbezogenen Ereignissen bereitgestellt wird, die in der Nähe jener Nachbarfahrzeuge des Host-Fahrzeugs stattfinden. In der Kommunikation ist eine globale Positionsbestimmung von Nachbarfahrzeugen umfasst, die als Teil einer festen zeitbasierten Nachricht periodisch an Nachbarfahrzeuge übertragen wird.
Ein Beispiel eines DSRC-Nachrichtensatzes und des Typs der darin enthaltenen Information ist in 6 gezeigt. Die Nachricht umfasst drei Kategorien an Information. Eine erste Kategorie umfasst eine periodische herzschlagähnliche Nachricht, die eine Gesundheitszustandsinformation eines Systemstatus eines Fahrzeugs liefert. Eine zweite Kategorie ist eine optionale Kategorie, die Nachrichtenübermittlungsdaten einer variablen Rate umfasst. Solche Daten können ohne Einschränkung Ereignisbenachrichtigungen, eine Fahrzeugverfolgung/Brotkrumen, eine Fahrzeugpfadvorhersage und rohe GPS-Daten für eine Unterstützung eines RTK-ähnlichen Verfahrens (z. B. SAE J2735) für eine gemeinsame Nutzung von RTK-Daten umfassen). Eine dritte Kategorie kann eine Proprietätsinformation umfassen. Die erste Kategorie umfasst mehrere Identifikatoren bezüglich des Fahrzeugstatus. Diese Identifikatoren umfassen ohne Einschränkung die Position des Fahrzeugs (z. B. Breitengrad, Längengrad und Höhe), die Bewegung des Fahrzeugs (z. B. Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und Beschleunigung) und eine andere Information, wie beispielsweise Antriebsstrang-, Brems- und Lenksteuereinrichtungen.
V2I-Kommunikationen sind Kommunikationen, die zwischen einem Fahrzeug und einer Infrastruktur, wie beispielsweise Einheiten am Straßenrand (RSU von roadside units) oder Zugangsknoten (AP von access points) übermittelt werden. Eine von einem Nachbarfahrzeug oder Servern gelieferte Information bezüglich Nachbarfahrzeugpositionen und andere Informationen können ähnlich wie die verwendet werden, die hinsichtlich der bei V2V-Kommunikationen verwendeten Positionsbestimmung beschrieben ist.
Andere Anwendungen zum Erhalten von alternativen Daten einer relativen Positionsbestimmung können Objekterfassungseinrichtungen einer fahrzeuginternen Anwendung umfassen. Solche Einrichtungen können Einrichtungen umfassen, die eine Position des Host-Fahrzeugs relativ zu einem Nachbarfahrzeug messen oder schätzen. Beispielsweise können Entfernungs- und Richtungsmessungen zu einem Nachbarfahrzeug durch Ultrabreitband-Kommunikationen (UWB-Kommunikationen) oder von verschiedenen Objektdetektionserfassungssystemen erhalten werden, die ohne Einschränkung Sichterfassungseinrichtungen, Radarerfassungseinrichtungen, Ultraschall- oder Lichterfassungseinrichtungen (z. B. Lidar-Einrichtung) umfassen.
Wieder auf 5 Bezug nehmend wird die durch die DRSC oder eine ähnliche Einrichtung empfangene Information an einen Over-the-Air-Lokalkartenverarbeitungsblock 38 geliefert. Die an diesem Block empfangenen Daten können bei der Positionsbestimmungsermittlung der RTK-Positionsbestimmungstechnik von Block 32 verwendet werden. Beispiels weise erfordert eine RTK, dass jedes der Fahrzeuge in der Umgebung oder jede der anderen Entitäten (RSU) eine vorbestimmte minimale Anzahl von gemeinsamen Satelliten zum Ermitteln einer relativen Position unter Verwendung der RTK-Positionsbestimmungstechnik aufweist. Optimalerweise sind 4 oder mehr Satelliten erforderlich, wenn eine 3D-Position für die Ermittlung der Position des Empfängers erforderlich ist; ansonsten ist eine geringere Anzahl an Satelliten erforderlich, wenn angenommen wird, dass bestimmte Unbekannte bekannt oder Konstanten sind. Ein Beispiel wäre die Annahme einer festen Höhe, in welchem Fall die Lösung eine höhenfixierte Lösung genannt werden kann. Daher ermöglichen V2X-Kommunikationen mit anderen Fahrzeugen dem Host-Fahrzeug, mit entfernten Fahrzeugen in seiner Ausstrahlungszone zu kommunizieren, um zu ermitteln, ob sie eine ausreichende Anzahl von gemeinsamen Satelliten in ihrer Sichtlinie aufweisen, um die RTK-Positionsbestimmungstechnik zu realisieren, um die Genauigkeit der absoluten oder relativen Position des Host-Fahrzeugs zu verbessern.
Andere Daten, die von Block 38 empfangen werden, können verwendet werden, um die relative Positionsbestimmung des Host-Fahrzeugs in Bezug auf die entfernten Fahrzeuge herzustellen, oder können verwendet werden, um ein Fehlen von Daten zu kompensieren, wenn eine nicht ausreichende Menge an gemeinsamen Satelliten beim Verwenden einer RTK-Positionsverarbeitung zur Verfügung steht. Eine relative Positionsbestimmung ist gewährleistet, wenn eine Position der entfernten Fahrzeuge relativ zu einem Host-Fahrzeug mit hoher Genauigkeit verlangt wird. Solch ein Beispiel umfasst ein Straßenortsmodul, das in Block 40 gezeigt ist. Wenn eine Navigationseinheit oder ein anderer Typ von Fahrzeuganwendung nur eine Information bezüglich der Straße, auf der das Host-Fahrzeug fährt, benötigt, ist keine genaue Positionsbestimmung des Fahrzeugs auf der Straße erforderlich. Dieses Genauigkeitsniveau kann Wel che-Straße-Niveaugenauigkeit genannt werden. Bei diesem Beispiel kann das Host-Fahrzeug Breitengrad- und Längengraddaten von anderen Fahrzeugen und Infrastrukturen mit seinem eigenen GPS verwenden, um die relative Position des andere Fahrzeugs zu schätzen. Obwohl die Breitengrad- und Längengraddaten mit seiner Position in Verbindung stehende Fehler aufweisen können (Genauigkeit von 1–3 Meter), ist dies kein Problem für die Position des Host-Fahrzeugs, da durch die Anwendung, die die Information benötigt, nur ermittelt werden muss, auf welcher Straße das Fahrzeug fährt, und nicht notwendigerweise seine genaue Position auf der Straße.
Wenn eine im Wesentlichen exakte Position des Host-Fahrzeugs benötigt wird, ist eine absolute oder relative Positionsbestimmung mit hoher Genauigkeit gewährleistet. Solch ein Beispiel umfasst ein Straßenortsmodul, das in Block 42 gezeigt ist. Solch ein Beispiel umfasst ein Spurpositionsbestimmungsmodul, das eine größere Genauigkeit erfordert, da die umfassten Anwendungen die absolute oder die relative Position des Host-Fahrzeugs benötigen. Beispielsweise kann die Anwendung eine Spurverlassenswarnung umfassen, die ein Wissen bezüglich dessen, auf welcher Spur der Straße sich das Fahrzeug befindet, erfordert. Ein weiteres Beispiel kann eine Vorwärtskollisionswarnung (FCW von Forward Collision Warning) umfassen, die die Spur benötigt, auf der das Fahrzeug fährt. In Block 42 verwendet das Host-Fahrzeug eine Information, die von anderen Fahrzeugen, wie beispielsweise über eine V2X-Kommunikation oder fahrzeuginterne Objektdetektionserfassungseinrichtungen, erhalten wird. Typischerweise stellen die fahrzeuginternen Objekterfassungseinrichtungen eine relative Position des Host-Fahrzeugs relativ zu entfernten Fahrzeugen (z. B. Richtungs- und Entfernungsdaten) bereit. Es wird eine mathematische Modellerstellung, die die erlangten Daten verwendet, durchgeführt, um Positionsdaten bereitzustellen, die in Kooperation mit den RTK- Vektordaten verwendet werden können, um eine absolute Position des Fahrzeugs mit einer Präzisionspositionsbestimmung zu erzeugen. Es ist zu verstehen, dass mehrere Techniken einer mathematischen Modellerstellung, die ohne Einschränkung einen Ansatz der Methode der kleinsten Quadrate umfassen, verwendet werden können, um die Objekterfassungsdaten (z. B. Richtungs- und Entfernungsdaten) in eine verwendbare Form umzuwandeln, die zu der RTK-Positionsbestimmungstechnik komplementär ist. Die Verwendung solcher Daten einer mathematischen Modellerstellung in Kooperation mit der RTK-Positionsbestimmungstechnik würde verwendet werden, wenn weniger als die optimale Anzahl von gemeinsamen Satelliten zwischen dem Host-Fahrzeug und einem anderen entfernten Fahrzeug vorhanden ist, um die RTK-Verarbeitungstechnik auszuführen (was typischerweise von einer GPS-Information abgeleitet wird, die von den entfernten Fahrzeugen erhalten wird). Das heißt, das Host-Fahrzeug verwendet eine mathematische Modellerstellung, um die V2X-Daten, die eine Objekterfassungsinformation enthalten (z. B. Entfernungs- und Richtungsdaten), in eine verwendbare Form zu transformieren, die unter Verwendung der RTK-Positionsbestimmungstechnik kooperativ realisiert werden kann.
7–9 umfassen Schema- und Flussdiagramme, die die Verwendung von V2X-Kommunikationen zum Ermitteln einer genauen Verwendung von alternativen Positionsbestimmungsdaten zeigen, die in Kooperation mit Standard-Positionsbestimmungstechnologien (wie beispielsweise der RTK-Technologie) verwendet werden.
7 zeigt ein Host-Fahrzeug 50, das entlang einer jeweiligen Straße fährt. Es sind auch mehrere Fahrzeuge 52 gezeigt, die in Kommunikationsreichweite zu dem Host-Fahrzeug über DSRC-Funk oder ein ähnliches Kommunikationsprotokoll entlang der jeweiligen Straße fahren. Das Ge biet 54 ist eine Hinderniszone, in der Fahrzeuge, die sich in dem Gebiet 54 befinden, nur Signale von weniger als der erforderlichen Anzahl von Satelliten zum Herstellen einer absoluten Positionsbestimmung aufgrund von Sichtlinienfehlern empfangen (z. B. befinden sie sich in einer Straßenschlucht). Ein Fahrzeug 56 ist außerhalb des Gebiets 54 angeordnet und empfängt Satellitensignale von einer notwendigen Anzahl von Satelliten. Daher kann das Fahrzeug 56 seine absolute Position in Ansprechen auf das Sehen der erforderlichen Anzahl von Satelliten schätzen. Das Host-Fahrzeug 50, das sich in dem Gebiet 54 befindet, kann seine absolute Position nicht schätzen, da weniger als eine minimale Anzahl von Satelliten zur Verfügung stehen. Durch Verwenden einer V2V-Kommunikation zwischen dem Host-Fahrzeug 50 und anderen Fahrzeugen, wie beispielsweise dem Fahrzeug 56, kann das Host-Fahrzeug 50 Teil-GPS-Beobachtungsdaten von dem Fahrzeug 56 und/oder eine UWB-Kommunikationsfähigkeit verwenden, um Entfernungs- oder Richtungsdaten an seinem GPS-Ort zu ermitteln. Die durch das Fahrzeug 56 abgerufenen Daten sind genauer, da es mindestens die minimale Anzahl von Satelliten verwendet, die für eine absolute Positionsbestimmung erforderlich sind. Die von dem Fahrzeug 56 erhaltene Information kann eine GPS-Information oder eine erfasste Information, wie beispielsweise eine Entfernungs- und Richtungsinformation, umfassen, wenn das Fahrzeug 56 unter Verwendung seiner Erfassungseinrichtungen das Host-Fahrzeug 50 erfasst. Das Verwenden der Entfernungs- und Richtungsinformation liefert eine relative Positionsbestimmung zwischen dem Host-Fahrzeug 50 und dem Fahrzeug 56, die danach verwendet werden kann, um eine absolute Positionsbestimmung des Host-Fahrzeugs 50 zu ermitteln.
8 und 9 zeigen Ausführungsformen des Host-Fahrzeugs unter Verwendung von fahrzeuginternen Erfassungseinrichtungen. In 8 kommuniziert das Host-Fahrzeug 50 mit der RSU 57 unter Verwendung einer UWB oder einer ähnlichen Kommunikationstechnologie auf der Grundlage einer Nachrichtenübermittlung. Dies könnte verwendet werden, um Fahrzeug-RSU-Entfernungsschätzwerte zu erzeugen. Die Richtung in Bezug auf die RSU 57 könnte durch die fahrzeuginternen Sensoren gemessen werden. Auf der Grundlage des bei dieser Erfindung eingeführten Verfahrens könnten alle oder ein Teil der obigen Entfernungs- und Richtungsmessungen in Verbindung mit einer GPS-Information verwendet werden, um einen genauen Fahrzeug-RSU-Relativvektor zu erzeugen. Für den Fall, dass nicht genug gemeinsame GPS-Satelliten zwischen dem Host-Fahrzeug 50 und der RSU 57 für eine herkömmliche RTK vorhanden sind, ermöglicht dieses Verfahren die Verwendung einer verfügbaren Teil-GPS-Information und einer anderen durch einen Fahrzeugsensor erzeugten Information für eine Kombination für eine gesteigerte Verfügbarkeit der Positionsinformation. Wenn der Ort der RSU 57 genau bekannt ist und dem Host-Fahrzeug 50 als Teil der Nachrichtenübermittlung mitgeteilt wird, ermöglicht dieses Verfahren dem Fahrzeug, zusätzlich zu einem Schätzen seines relativen Orts in Bezug auf die RSU 57 seinen absoluten Ort zu schätzen.
9 zeigt eine Diagrammdarstellung eines Host-Fahrzeugs 50 unter Verwendung einer Fahrzeugerfassungstechnologie zum Ermitteln einer Position im Vergleich zu einem lediglichen Verwenden von GPS in einem V2V-Szenario. In 9 sind die fahrzeuginternen Erfassungseinrichtungen des Host-Fahrzeugs 50 mit Sichteinrichtungen oder Radareinrichtungen oder beliebigen anderen ähnlichen Einrichtungen ausgestattet. Ähnlich dem für 8 beschriebenen Konzept können die Richtungsmessungen durch Verwenden der Sichteinrichtungen ermittelt werden. Ferner könnte eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation unter Verwendung von UWB oder einer ähnlichen Technologie verwendet werden, um die Entfernung zwischen den Fahrzeugen zu schätzen. Daher kann in Fällen, in de nen die Anzahl von gemeinsamen Satelliten zwischen dem Host 50 und dem Zielfahrzeug 58 für eine herkömmliche RTK nicht ausreicht, eine zusätzliche Entfernungs- und Richtungsinformation mit einer Teil-GPS-Information kombiniert werden, um eine kombinierte Lösung einer relativen Positionsbestimmung zwischen dem Zielfahrzeug 58 und dem Host-Fahrzeug 50 zu erzeugen. Dies kann ferner auf das Schätzen der absoluten Position des Host-Fahrzeugs 50 erweitert werden, wenn der absolute Ort des Zielfahrzeugs 58 bekannt ist und dem Host-Fahrzeug 50 als Teil der Fahrzeug-Fahrzeug-Nachricht mitgeteilt wird. Die Pfeile in 9 geben Längs- und Querdistanzen von dem Host-Fahrzeug 50 zu dem Zielfahrzeug 58 an, die durch V2V-Kommunikationen erhalten werden können. Die in 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen ermöglichen eine verbesserte RTK-Positionsbestimmung im Vergleich zu einem Nur-GPS-RTK-Positionsbestimmungsszenario, wenn für das Host-Fahrzeug 50 weniger als eine optimale Anzahl von Satelliten zur Verfügung stehen.
10 zeigt einen Prozess, der verwendet werden kann, um die in 7, 8 und 9 gezeigte GPS- und Fahrzeugsensorintegration zu erreichen. Das fahrzeugeigene globale Navigationssatellitensystem (GNSS) 60 empfängt GPS-Signale von jenen Satelliten, die sich in einer Sichtlinie mit dem Host-Fahrzeug befinden, was weniger ist als die minimale Anzahl von Satelliten, die zum Schätzen seiner absoluten Position erforderlich sind. Die Daten werden dann unter Verwendung einer Doppeldifferenzbildungstechnik unter Verwendung der GNSS-Daten in Block 61 verarbeitet. GPS-Daten von anderen entfernten Fahrzeugen, denen eine minimale Anzahl von gemeinsamen Satelliten zur Verfügung stehen, werden an Block 61 geliefert, um die RTK-Positionsverarbeitungstechnik zu verwenden. Die RTK-Positionsverarbeitungstechnik kann den Positionsbestimmungsfehler auf im Wesentlichen 1–2 Zentimeter reduzieren. Die GPS-Daten der entfernten Fahrzeuge werden durch eine V2X-Kommunikation an das Host- Fahrzeug geliefert. Die Daten werden dann an Block 62 geliefert, in dem eine RTK-Positionsverarbeitungstechnik unter Verwendung der erlangten GPS-Daten von den anderen Fahrzeugen durchgeführt wird. Wenn die Anzahl von Satelliten in der Sichtlinie des Host-Fahrzeugs kleiner ist als die minimale Anzahl von Satelliten, die für die RTK-Verarbeitung erforderlich sind, kann das Host-Fahrzeug zusätzliche Messungsbeobachtungsdaten verwenden, die durch andere Verfahren wie hierin beschrieben erhalten werden. Andere Verfahren zum Erhalten der zusätzlichen Messungsbeobachtungsdaten umfassen ohne Einschränkungen Daten, die von Fahrzeugradar-, -lidar-, oder -ultraschalleinrichtungen 63 erhalten werden, Daten, die von V2X-Kommunikationen 64, Sichtkameras 65 und anderen fahrzeuginternen Sensoren 66 erhalten werden. Solche Daten können die Entfernung, die Entfernungsänderung, die Richtung, die Änderungsrate der Richtung und die Höhendifferenz umfassen. Die erhaltenen Daten werden an einen Prozessor geliefert, an dem auf der Grundlage der erhaltenen Daten ein mathematisches Modell erzeugt wird. Die durch das mathematische Modell ausgegebenen Daten sind komplementär zur RTK-Positionsverarbeitungstechnik, um eine absolute Position des Host-Fahrzeugs unter Verwendung der RTK-Technik zu schätzen. Als Ergebnis werden die Daten in eine Form transformiert, die die Daten für den Prozessor ergänzt, sodass eine absolute Position oder eine relative Position unter Verwendung der RTK-Positionsbestimmungstechnik geschätzt werden kann. In Block 67 wird der genaue Relativvektor ausgegeben, der den absoluten Ort schätzt.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung wie durch die folgenden Ansprüche definiert erkennen.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Host-Fahrzeugs unter Verwendung einer Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik, wenn weniger als eine optimale Anzahl von Satelliten zur Verfügung stehen, um die Position des Host-Fahrzeugs zu ermitteln, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass GPS-Daten von dem Host-Fahrzeug abgerufen werden; GPS-Daten von Fahrzeugen entfernt von dem Host-Fahrzeug abgerufen werden; alternative fahrzeugpositionsbezogene Daten abgerufen werden; die Position des Host-Fahrzeugs unter Verwendung der Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik als Funktion der abgerufenen GPS-Daten des Host- und der entfernten Fahrzeuge und der alternativen Fahrzeugpositionsdaten ermittelt wird; und die Position des Host-Fahrzeugs bei einer Fahrzeuganwendung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein mathematisches Modell als Funktion der alternativen Fahrzeugdaten erzeugt wird, wobei das erzeugte mathematische Modell in einer Form vorliegt, die in Kooperation mit der Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik verarbeitet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein mathematischer Ansatz verwendet wird, um die alternativen Fahrzeugdaten in eine Form umzuwandeln, die mit der Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik komplementär ist, wobei der mathematische Ansatz insbesondere einen mathematischen Ansatz der Methode der kleinsten Quadrate umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die GPS-Daten von den entfernten Fahrzeugen erhalten werden, die Daten von Satelliten empfangen, die sie mit dem Host-Fahrzeug gemein haben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die alternativen Positionsdaten von Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationen zwischen dem Host-Fahrzeug und den entfernten Fahrzeugen erhalten werden, und/oder wobei die alternativen Positionsdaten von Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikationen erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die alternativen Fahrzeugdaten von fahrzeuginternen Objektdetektionserfassungseinrichtungen erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die alternativen Fahrzeugdaten Entfernungs- und Richtungsdaten umfassen, die durch das Host-Fahrzeug erzeugt werden, und/oder wobei die alternativen Fahrzeugdaten Entfernungs- und Richtungsdaten umfassen, die durch die entfernten Fahrzeuge erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die GPS-Daten der entfernten Fahrzeuge über Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationen an das Host-Fahrzeug geliefert werden, und/oder wobei die GPS-Daten der entfernten Fahrzeuge über Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikationen an das Host-Fahrzeug geliefert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ermittelte Position des Host-Fahrzeugs eine Position relativ zu den entfernten Fahrzeugen ist, und/oder wobei die ermittelte Position des Fahrzeugs eine absolute Position ist.
Fahrzeugpositionsbestimmungssystem, umfassend: ein globales Positionsbestimmungssystem eines Host-Fahrzeugs zum Ermitteln einer globalen Position eines Host-Fahrzeugs, ein Fahrzeug-Entität-Kommunikationssystem zum Austauschen von GPS-Daten und alternativen Fahrzeugpositionsdaten zwischen einem Host-Fahrzeug und entfernten Fahrzeugen; und eine Verarbeitungseinheit zum Speichern von GPS-Messdaten von entfernten Fahrzeugen, wobei die GPS-Messdaten der entfernten Fahrzeuge und des Host-Fahrzeugs in der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden, um eine genaue Positionsbestimmung des Host- Fahrzeugs unter Verwendung einer Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik zu ermitteln; wobei die alternativen Fahrzeugpositionsdaten in Kooperation mit Daten verarbeitet werden, die von der Echtzeitkinematik-Positionsbestimmungstechnik ausgegeben werden, um weniger als eine optimale Anzahl von Satelliten, die für die Echtzeitkinematik-Positionsverarbeitungstechnik erforderlich sind, die zwischen dem Host-Fahrzeug und den entfernten Fahrzeugen angewandt wird, zu kompensieren.