-
Die Erfindung betrifft ein Navigationsverfahren.
-
Ein Navigationsverfahren kann auf einem Navigationsgerät ausgeführt werden und ermöglicht die Navigation einer Person oder eines Fahrzeugs. Im Stand der Technik werden verschiedene Sensoren zur Positionierung, Lokalisierung und Navigation verwendet. Hierbei wird zwischen zwei Phasen unterschieden:
Die erste Phase ist die Akquisitionsphase und die zweite Phase ist die sogenannte Trackingphase.
-
Die Akquisitionsphase liefert eine initiale Positionsschätzung. Diese Positionsschätzungen werden erzeugt durch verschiedene Zeitmessungen, Fingerprintmethoden etc. Die Akquisitionsphase wird normalerweise beim Starten eines Systems angewendet und liefert üblicherweise anfänglich nicht genaue oder veraltete Daten. Heutige Navigationssysteme benötigen nach einem Kaltstart mehrere Sekunden bis sie in die nächste Phase, nämlich die Trackingphase, umschalten können. In der Trackingphase wird die anfänglich ermittelte vorläufige Position als Startwert verwendet. Der Input, der durch die Akquisitionsphase bereit gestellt wird, wird zusammen mit neuen kontinuierlich ermittelten Messergebnissen verwendet. Für das Tracking können verschiedene Filteralgorithmen angewendet werden. Hierzu gehören Kalmanfilter, Partikelfilter, extended Kalmanfilter etc.
-
Diese Filteralgorithmen verwenden das alte Ergebnis des Filteralgorithmus, eine Voraussage basierend auf einem Bewegungsmodell der verwendeten mobilen Einheit sowie neue Informationen die durch Sensormessungen erzeugt werden. Die Abfrage der Sensorinformationen erfolgt hierbei mit einer Samplingfrequenz, die abhängt von der zu erreichenden Zuverlässigkeit der verwendeten Filteralgorithmen. Die Samplingfrequenz hängt somit von der verwendeten Hardware und den vorgesehenen Applikationen ab.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Navigationsverfahren mit einem verbesserten Trackingverhalten in kritischen Situationen bereit zu stellen.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
-
Ein Navigationsverfahren zur Navigation von Personen oder Fahrzeugen umfasst die Schritte:
- – Erfassen von Positionsinformationen durch mindestens einen Positionssensor,
- – Verarbeiten der Positionsinformationen unter Verwendung eines Algorithmus zur Bestimmung der aktuellen Position,
- – Ermitteln einer Route und Ausgeben von Routenanweisungen auf Basis der bestimmten aktuellen Position und eines vorbestimmten Navigationsziels.
-
Erfindungsgemäß erfolgt ein Verändern der Samplingfrequenz, mit der der mindestens eine Positionssensor abgefragt wird, in Abhängigkeit von der voraussichtlichen Verfügbarkeit von Sensorinformationen des Positionssensors oder anderer Positionssensoren auf der geplanten Route oder in Abhängigkeit des voraussichtlichen Ausmaßes von Veränderungen von Sensorinformationen auf der geplanten Route.
-
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird somit erfindungsgemäß keine konstante Samplingfrequenz verwendet. Vielmehr kann diese an verschiedene Gegebenheiten angepasst werden. Dies betrifft zunächst die Informationen, ob der derzeit verwendete Positionssensor auf einem bevorstehenden Abschnitt der geplanten Route in gleicher Qualität zur Verfügung stehen wird. Ferner kann berücksichtigt werden, ob möglicherweise weitere, bisher nicht verwendete Positionssensoren in einem bevorstehenden Abschnitt der geplanten Route zur Verfügung stehen werden. Weiterhin kann berücksichtigt werden, inwieweit sich Sensorinformationen eines bisher verwendeten Sensors oder weiterer Sensoren voraussichtlich in einem bevorstehenden Abschnitt der Route verändern werden. Abhängig von diesen Parametern kann die Samplingfrequenz angepasst werden. Somit wird ein zuverlässigeres Navigationsverfahren ermöglicht.
-
Insbesondere bei Anwendungen, in denen eine sehr präzise Positionierung verlangt wird, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Verbesserung erzielt werden. Eine sehr präzise Positionierung verlangt höhere Samplingfrequenzen, beispielsweise in einem Szenario, bei dem sich Sensorinformationen schnell ändern. Bisher bekannte Verfahren leiden in einem solchen Szenario unter einem größeren Fehler als in einem Szenario, in dem keine oder weniger Veränderungen stattfinden. Erfindungsgemäß können diese Ungenauigkeiten durch eine Anpassung der Samplingfrequenz beseitigt werden. Erfindungsgemäß wird somit die Tatsache ausgenutzt, dass einem verwendeten Navigationsgerät die geplante Route einschließlich der Verfügbarkeit und möglicherer Veränderungen von Sensorinformationen bekannt ist, um die Samplingfrquenz anzupassen.
-
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei verteilten oder modular aufgebauten Systemen angewendet werden.
-
Es ist bevorzugt, dass die Samplingfrequenz erhöht wird, wenn auf der geplanten Route ein Ausfall eines Positionssensors oder eine Verschlechterung der Qualität seiner Sensorinformationen erwartet wird. Eine Erhöhung der Samplingfrequenz ist auch möglich, wenn ein großes Ausmaß an Veränderungen der Sensorinformationen erwartet wird. Der Ausfall eines Positionssensors oder einer Verschlechterung der Qualität seiner Sensorinformationen kann beispielsweise durch eine Empfangsverschlechterung bedingt sein. Mögliche Szenarien wären die Einfahrt in einen Tunnel oder in ein eng bebautes Gebiet einer Großstadt, in dem der Empfang des Positionssensors behindert wird. Ein großes Ausmaß an Veränderungen der Sensorinformationen kann beispielsweise bedeuten, dass in einem bevorstehenden Abschnitt der geplanten Route viele Richtungsänderungen oder Geschwindigkeitsänderungen in einem kurzen Zeitraum zu erwarten sind, so dass der Positionssensor viele verschiedene oder nicht vorsehbare Positionsinformationen erfasst.
-
Im Gegensatz hierzu kann die Samplingfrequenz verringert werden, wenn kein großes Ausmaß an Veränderungen der Sensorinformationen erwartet wird. Dies kann bedeuten, dass sich zum Beispiel ein Fahrzeug auf einer geraden Strecke mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt und sich diese Strecke im bevorstehenden Abschnitt der geplanten Route nicht ändern wird. Insofern sind aufgrund der geplanten Route keine Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderungen zu erwarten, so dass es möglich ist, die Samplingfrequenz zu verringern, ohne die Genauigkeit der Positionierung zu verringern. Weiterhin kann die Samplingfrequenz verringert werden, wenn auf der geplanten Route kein Ausfall eines Positionssensors oder eine Verschlechterung der Qualität seiner Sensorinformationen beispielsweise durch eine bevorstehende Tunneleinfahrt oder ähnliches zu erwarten ist.
-
Zusätzlich oder alternativ zur Samplingfrequenz kann die Speichergröße, die für das Navigationsverfahren zur Verfügung steht, in Abhängigkeit von der voraussichtlichen Verfügbarkeit von Sensorinformationen des Positionssensors oder anderer Positionssensoren auf der geplanten Route oder in Abhängigkeit des voraussichtlichen Ausmaßes von Veränderungen von Sensorinformationen auf der geplanten Route verändert werden.
-
Ebenfalls zusätzlich oder alternativ kann ein Verändern des verwendeten Algorithmus oder ein Auswählen eines anderen Algorithmus in Abhängigkeit der genannten Faktoren erfolgen.
-
Sofern ein Parallelfilteralgorithmus verwendet wird, können einer oder mehrere der Parallelfilterzweige in Abhängigkeit von den genannten Parametern aktiviert werden, so dass die Komplexität des Filteralgorithmus steigt oder deaktiviert werden, so dass die Komplexität des Filteralgorithmus sinkt.
-
Ferner können die Samplingfrequenz die Speichergröße, der Algorithmus und/oder die Anzahl der Parallelfilter – Zweige unter Berücksichtigung der verfügbaren Energie eines Energiespeichers, beispielsweise eines Akkus eines Navigationsgerätes, verändert werden.
-
Das erfindungsmäße Verfahren kann bevorzugt auf einem GPS-gestützten Navigationsgerät ausgeführt werden, wobei der verwendete Positionssensor ein GPS-Sensor ist.
-
Es ist weiterhin bevorzugt, dass Informationen über die Verfügbarkeit und Qualität von Positionssensoren und insbesondere über die Verfügbarkeit neuer, dass heißt bisher nicht verwendeter, Positionssensoren zwischen Teilnehmen, die das Navigationsverfahren anwenden, ausgetauscht werden.
-
Durch das Anpassen der Samplingfrequenz und/oder der verwendeten Speichergröße in Abhängigkeit von den genannten Parametern kann insbesondere eine effizientere Energieverwaltung erreicht werden, da der Stromverbrauch eines Navigationsgeräts von den verwendeten Filteralgorithmen und der verwendete Speichergröße abhängt.
-
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert.
-
Die Figur zeigt einen möglichen Aufbau eines Systems zur Verwendung von a priori-Wissen über die Verfügbarkeit von Sensorinformationen.
-
Die Grundidee der Verwendung betrifft das a priori-Wissen über Veränderungen in dem Vorhandensein und in der Qualität von Sensorinformationen (Sensor 1 bis Sensor N in der Figur). Dieses Wissen beinhaltet das unmittelbare Auftauchen neuer Sensoren, dass unmittelbare Verschwinden existierender Sensoren, kann aber auch keine Veränderungen bezüglich der Sensoren in einem bestimmten Zeitschlitz bedeuten.
-
Es wird davon ausgegangen, dass die mobile Navigationseinheit weiß, welche Sensoren in einer Route zwischen der Position A und B vorhanden sein werden und an welcher Stelle sie vorhanden sein werden. Existierende Positionsinformationen der Sensoren und insbesondere weitere Merkmale über die Sensoren können das Positionieren weiter verbessern.
-
In der Figur sind die Schlüsselkomponenten mit gepunkteten Linien dargestellt. Das Wissen über zukünftige Sensoren steuert die Samplingfrequenz. Es könnte beispielsweise die Entscheidung getroffen werden, dass die Samplingfrequenz erhöht werden muss, da schnelle Änderungen der Sensorinformationen erwartet werden. Weiterhin würde der Verlust eines Sensors nicht so einen großen Fehler verursachen wie bei einer geringeren Samplingfrequenz. Durch das vorgeschlagene Verfahren gewichtet der Filteralgorithmus die fehlende oder rauschbehaftete Sensorinformation unverzüglich und kann diese löschen.
-
Weiterhin ist es möglich, basierend auf dem genannten Wissen, den Filteralgorithmus und seine Parameter an eine zu erwartende Situation in der geplanten Route anzupassen. Ein wesentliches Merkmal des Filteralgorithmus ist neben der Samplingfrequenz die Größe des internen Speichers, die verwendet wird um Informationen aus der Vergangenheit zu speichern. Durch die Verwendung des Wissens über zukünftige Positionen von Sensoren ist es möglich, die Speichergröße anzupassen. Ferner können komplexe Operationen des Filteralgorithmus, die zu keinen weiteren Verbesserungen des Ergebnisses führen würden, ebenfalls angepasst oder weggelassen werden.
-
Fährt beispielsweise ein Fahrzeug mit einem Navigationsgerät, in dem das beschriebene Verfahren implementiert ist, in einen Tunnel ein, so verliert das Navigationsgerät den Kontakt zu den Satelliten oder Systemfehler aufgrund des Mehrwege-Effekts treten auf. Dies hat einen Systemfehler aufgrund des Multipath-Effekts zur Folge. Ist der Tunnel beispielsweise mit einem zusätzlichen Sensor ausgestattet, so ist es aufwendig, diese neu verfügbare Sensorinformation erfolgreich zu verwenden. Durch das vorgeschlagene Verfahren wird es möglich, die Verwendung dieser neuen Sensorinformationen vorzubereiten, indem die Routeninformation des Navigationsgeräts und Informationen über die Verfügbarkeit der Sensoren (beispielsweise der Verlust der Verbindung zu dem Sensor bei der Tunneleinfahrt und das Vorhandensein eines zusätzlichen Sensors im Tunnel etc.) während der Fortbewegung des Navigationsgeräts miteinander kombiniert werden. Diese Information kann somit durch den Filteralgorithmus dazu verwendet werden, die benötigte Samplingfrequenz anzupassen.
-
Im gegenteiligen Fall könnte davon ausgegangen werden, dass das mobile Navigationsgerät auf einer gleich bleibenden Route mit einer gleich bleibenden Geschwindigkeit bleiben wird, so dass keine Veränderungen der Sensorinformationen in der nahen Zukunft zu erwarten sind. Hier könnte der erfindungsgemäße Algorithmus die Speicherschritte im Filter reduzieren oder gänzlich abschalten. Ferner wird eine reduzierte Samplingfrequenz benötigt. Diese Maßnahmen resultieren in einem geringeren Energieverbrauch.
