DE102018202982A1 - Method for checking a position determination of a motion and position sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Positionsbestimmung eines Bewegungs- und Positionssensors sowie eine Anordnung. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
a) Ermitteln der jeweiligen Eigenposition und Eigenorientierung eines ersten und eines zweiten Bewegungs- und Positionssensors,
b) Berechnen einer Relativposition und Relativorientierung, die der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor zueinander aufweisen, auf Basis der Ergebnisse aus Schritt a),
c) Vergleichen der in Schritt b) berechneten Relativposition und Relativorientierung mit einer bekannten oder gemessenen Relativposition und Relativorientierung, die der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor zueinander aufweisen.
The invention relates to a method for checking a position determination of a motion and position sensor and an arrangement. The method comprises the following steps:
a) determining the respective eigenposition and self-orientation of a first and a second motion and position sensor,
b) calculating a relative position and relative orientation that the first and the second motion and position sensors have relative to one another based on the results from step a),
c) comparing the relative position and relative orientation calculated in step b) with a known or measured relative position and relative orientation which the first and the second movement and position sensors have relative to one another.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Positionsbestimmung eines Bewegungs- und Positionssensors sowie eine Anordnung, umfassend ein Fahrzeug und einen Bewegungs- und Positionssensor. Die Erfindung ist insbesondere geeignet beim autonomen Fahren, insbesondere beim Prüfen eines GNSS-Sensors, etwa eines GNSS basierten Positions- und Ausrichtungssensors, zum autonomen Fahren zur Anwendung zu kommen.The invention relates to a method for checking a position determination of a motion and position sensor and an arrangement comprising a vehicle and a motion and position sensor. The invention is particularly suitable for autonomous driving, particularly when testing a GNSS sensor, such as a GNSS based position and orientation sensor, for autonomous driving.
Stand der TechnikState of the art
Ein autonomes Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das ohne Fahrer auskommt. Das Fahrzeug fährt dabei autonom, indem es beispielsweise den Straßenverlauf, andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse selbständig erkennt und die entsprechenden Steuerbefehle im Fahrzeug berechnet sowie diese an die Aktuatoren im Fahrzeug weiterleitet, wodurch der Fahrverlauf des Fahrzeugs korrekt beeinflusst wird. Der Fahrer ist bei einem vollautonomen Fahrzeug nicht am Fahrgeschehen beteiligt.An autonomous vehicle is a vehicle that manages without a driver. The vehicle drives autonomously, for example, by independently recognizing the road, other road users or obstacles and calculates the corresponding control commands in the vehicle and forwards them to the actuators in the vehicle, so that the driving course of the vehicle is correctly influenced. The driver is not involved in a fully autonomous vehicle on the ride.
Gegenwärtig verfügbare Fahrzeuge sind noch nicht in der Lage autonom zu agieren. Zum einen, weil die entsprechende Technik noch nicht voll ausgereift ist. Zum anderen, weil es heutzutage noch gesetzlich vorgeschrieben ist, dass der Fahrzeugführer jederzeit selbst in das Fahrgeschehen eingreifen können muss. Dies erschwert die Umsetzung von autonomen Fahrzeugen. Jedoch gibt es bereits Systeme verschiedener Hersteller, die ein autonomes oder teilautonomes Fahren darstellen. Diese Systeme befinden sich in der intensiven Testphase. Bereits heute ist absehbar, dass in einigen Jahren vollautonome Fahrzeugsysteme auf den Markt kommen werden, sobald die oben genannten Hürden aus dem Weg geräumt wurden.Currently available vehicles are not yet able to act autonomously. For one, because the technology is not fully developed yet. On the other hand, because it is still required by law today that the driver must be able to intervene in the driving process at any time. This complicates the implementation of autonomous vehicles. However, there are already systems of various manufacturers that represent autonomous or semi-autonomous driving. These systems are in intensive testing. Even today, it is foreseeable that fully autonomous vehicle systems will be launched in a few years once the hurdles mentioned above have been removed.
Unter anderem benötigt ein Fahrzeug für einen autonomen Betrieb eine Sensorik, die in der Lage ist eine hochgenaue Fahrzeugposition, insbesondere mit Hilfe von Navigationssatellitendaten (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo), zu ermitteln. Hierzu werden gegenwärtig GNSS(Globales NavigationsSatellitenSystem)-Signale über eine GNSS-Antenne auf dem Fahrzeugdach empfangen und mittels eines GNSS-Sensors verarbeitet. Hierbei können zusätzlich GNSS-Korrekturdaten zur Steigerung des Ortungsergebnisses berücksichtigt werden.Among other things, a vehicle for autonomous operation requires a sensor system capable of determining a highly accurate vehicle position, in particular by means of navigation satellite data (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo). For this purpose, GNSS (Global Navigation Satellite System) signals are currently received via a GNSS antenna on the vehicle roof and processed by means of a GNSS sensor. In addition, GNSS correction data can be taken into account to increase the location result.
Zur Bereitstellung solcher GNSS-Korrekturdaten und/oder zur Evaluierung der Genauigkeit einer Ortungsberechnung können ortsfeste Referenzstationen beitragen. Mittels solcher Referenzstationen, die an bekannten geodätischen Positionen verortet sind, können beispielsweise Korrekturdaten für ein sog. Differentielles GPS-System (DGPS) oder Vergleichsdaten zum Prüfen eines bewegbaren GNSS-Sensors ermittelt werden.To provide such GNSS correction data and / or to evaluate the accuracy of a location calculation, stationary reference stations may contribute. By means of such reference stations, which are located at known geodesic positions, correction data for a so-called. Differential GPS system (DGPS) or comparison data for testing a movable GNSS sensor can be determined, for example.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Prüfen einer Positionsbestimmung eines Bewegungs- und Positionssensors, umfassend folgende Schritte:
- a) Ermitteln der jeweiligen Eigenposition und Eigenorientierung eines ersten und eines zweiten Bewegungs- und Positionssensors,
- b) Berechnen einer Relativposition und Relativorientierung, die der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor zueinander aufweisen, auf Basis der Ergebnisse aus Schritt a),
- c) Vergleichen der in Schritt b) berechneten Relativposition und Relativorientierung mit einer bekannten oder gemessenen Relativposition und Relativorientierung, die der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor zueinander aufweisen.
- a) determining the respective eigenposition and self-orientation of a first and a second motion and position sensor,
- b) calculating a relative position and relative orientation that the first and the second motion and position sensors have relative to one another based on the results from step a),
- c) comparing the relative position and relative orientation calculated in step b) with a known or measured relative position and relative orientation which the first and the second movement and position sensors have relative to one another.
Das Verfahren dient insbesondere zum Testen oder zur Steigerung der Genauigkeit eines Bewegungs- und Positionssensors. Hierzu bietet das Verfahren eine zuverlässige Referenzmessung auf Basis eines Vergleichs von berechneten Relativdaten mit bekannten oder gemessenen Relativdaten. Mit anderen Worten dienen die bekannten oder gemessenen Relativdaten als Referenz. Dies kann eine Ergänzung oder eine Alternative zu ortsfesten Referenzstationen ermöglichen. Darüber hinaus kann das Verfahren zur Kalibrierung des getesteten Messsystems und/oder dessen Komponenten beitragen. Bei der Bestimmung der gemessenen Relativposition und Relativorientierung wird in der Regel kein GNSS-System bzw. kein Satellitensignal verwendet. Dies ermöglicht in vorteilhafter weise, eine Referenz bereitzustellen, die nicht durch die gleichen Phänomene (z. B. Multipath-Effekte) gestört wird, durch die GNSS-Systeme gestört werden können und die insbesondere eine höhere Genauigkeit als GNSS-Messungen erlaubt. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Verfahren um ein solches zum Prüfen einer Positionsbestimmung eines Bewegungs- und Positionssensors eines Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Automobil handeln. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein autonomes Fahrzeug. Bevorzugt ist zumindest der erste Bewegungs- und Positionssensor in oder an dem Fahrzeug angeordnet. Weiterhin bevorzugt ist mindestens eine GNSS-Antenne im oder am Fahrzeug angeordnet, die mit dem (ersten) Bewegungs- und Positionssensor verbunden ist. Der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor sind in der Regel beabstandet zueinander angeordnet.The method is used in particular for testing or increasing the accuracy of a motion and position sensor. For this purpose, the method offers a reliable reference measurement based on a comparison of calculated relative data with known or measured relative data. In other words, the known or measured relative data serve as a reference. This may allow a supplement or alternative to fixed reference stations. In addition, the method can contribute to the calibration of the tested measuring system and / or its components. When determining the measured relative position and relative orientation, no GNSS system or satellite signal is usually used. This advantageously makes it possible to provide a reference that is not disturbed by the same phenomena (eg, multipath effects) that can disturb GNSS systems and, in particular, allow for higher accuracy than GNSS measurements. Advantageously, the method is such as for checking a position determination of a motion and position sensor of a vehicle. The vehicle may be an automobile. Preferably, the vehicle is an autonomous vehicle. Preferably, at least the first movement and position sensor is arranged in or on the vehicle. Further preferably, at least one GNSS antenna is arranged in or on the vehicle, which is connected to the (first) motion and position sensor. The first and second motion and position sensors are generally spaced from each other.
GNSS steht für globales Navigationssatellitensystem. GNSS ist ein System zur Positionsbestimmung und/oder Navigation auf der Erde und/oder in der Luft durch den Empfang der Signale von Navigationssatelliten, hier als Satellitendaten bezeichnet. GNSS ist dabei ein Sammelbegriff für die Verwendung bestehender und künftiger globaler Satellitensysteme, wie GPS (NAVSTRAR GPS), GLONASS, Beidou und Galileo. Damit handelt es sich bei einem GNSS-Sensor um eine Sensorik, die geeignet ist Navigationssatellitendaten zu empfangen und zu verarbeiten, etwa auszuwerten. Vorzugsweise ist der GNSS-Sensor in der Lage, eine hochgenaue Fahrzeugposition mit Hilfe von Navigationssatellitendaten (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo) zu ermitteln.GNSS stands for Global Navigation Satellite System. GNSS is a system for determining and / or navigating the earth and / or in the air by receiving signals from navigation satellites, referred to herein as satellite data. GNSS is a collective term for the use of existing and future global satellite systems, such as GPS (NAVSTRAR GPS), GLONASS, Beidou and Galileo. Thus, a GNSS sensor is a sensor that is suitable for receiving and processing navigation satellite data, for example, to evaluate it. Preferably, the GNSS sensor is able to determine a highly accurate vehicle position using navigation satellite data (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo).
Bei den Bewegungs- und Positionssensoren handelt es sich bevorzugt jeweils um einen GNSS-Sensor. Der Bewegungs- und Positionssensor kann ein Positions- und Ausrichtungssensor sein. Dementsprechend können der erste Bewegungs- und Positionssensor sowie der zweite Bewegungs- und Positionssensor jeweils als Positions- und Ausrichtungssensor ausgeführt sein. Darüber hinaus kann der GNSS-Sensor als GNSS basierter Positions- und Ausrichtungssensor ausgestaltet sein. GNSS- bzw. (Fahrzeug-)Bewegungs- und Positionssensoren werden für das automatisierte bzw. autonome Fahren benötigt und berechnen eine Hochgenaue Fahrzeugposition mit Hilfe von Navigationssatellitendaten (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo), die auch als GNSS(Globales NavigationsSatellitenSystem)-Daten bezeichnet werden. Die Berechnung basiert hierbei im Grunde auf einer Laufzeitmessung der (elektromagnetischen) GNSS-Signale von mindestens vier Satelliten. Darüber hinaus können Korrekturdaten von so genannten Korrekturdiensten im Sensor mitverwendet werden, um die Position des Fahrzeugs noch genauer zu berechnen. Zusammen mit den empfangenen GNSS-Daten wird im Sensor regelmäßig auch eine hochgenaue Zeit (wie Universal Time) eingelesen und für die genaue Positionsbestimmung verwendet. Weitere Eingangsdaten in den Positionssensor können Raddrehzahlen, Lenkwinkel, sowie Beschleunigungs- und Drehratendaten sein. Bevorzugt sind die Bewegungs- und Positionssensoren jeweils dazu eingerichtet, eine Eigenposition, Eigenorientierung und Eigengeschwindigkeit auf Basis von GNSS-Daten zu ermitteln. Weiterhin bevorzugt ist zumindest der erste Bewegungs- und Positionssensor dazu eingerichtet eine Fahrzeugposition, Fahrzeugorientierung und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln.The motion and position sensors are preferably each a GNSS sensor. The motion and position sensor may be a position and orientation sensor. Accordingly, the first movement and position sensor as well as the second movement and position sensor may each be designed as a position and orientation sensor. In addition, the GNSS sensor can be designed as a GNSS-based position and orientation sensor. GNSS or (vehicle) motion and position sensors are needed for automated or autonomous driving and calculate a highly accurate vehicle position using navigation satellite data (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo), also referred to as GNSS (Global Navigation Satellite System) data be designated. The calculation is basically based on a transit time measurement of (electromagnetic) GNSS signals from at least four satellites. In addition, correction data from so-called correction services in the sensor can be used to calculate the position of the vehicle even more accurately. Together with the received GNSS data, a high-precision time (such as Universal Time) is regularly read in the sensor and used for the exact position determination. Further input data into the position sensor may be wheel speeds, steering angles, as well as acceleration and rotation rate data. Preferably, the motion and position sensors are each adapted to determine an eigenposition, self-orientation and airspeed based on GNSS data. Further preferably, at least the first movement and position sensor is configured to determine a vehicle position, vehicle orientation and / or vehicle speed.
In Schritt a) wird die Eigenposition und Eigenorientierung eines ersten Bewegungs- und Positionssensors ermittelt. Dies kann auf Basis von GNSS-Daten und/oder auf Basis einer Trägheitsnavigation bzw. inertialen Messmethode erfolgen. Zudem wird die Eigenposition und Eigenorientierung eines zweiten Bewegungs- und Positionssensors ermittelt. Dies kann ebenfalls auf Basis von GNSS-Daten und/oder auf Basis einer Trägheitsnavigation bzw. inertialen Messmethode (ausgehend von einer letzten bekannten Position) erfolgen. Grundsätzlich können die Sensoren ihre Eigendaten (Eigenposition und Eigenorientierung) mittels derselben oder voneinander verschiedenen Methoden bestimmen. So kann beispielsweise der erste Bewegungs- und Positionssensor seine Eigendaten mittels GNSS-Daten und der zweite Bewegungs- und Positionssensor seine Eigendaten mittels Trägheitsnavigation bzw. einer inertialen Messmethode bestimmen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor auch ihre Eigengeschwindigkeit ermitteln. Weiterhin können mehr als zwei Bewegungs- und Positionssensoren vorgesehen sein, die jeweils ihre Eigendaten ermitteln.In step a), the eigenposition and self-orientation of a first motion and position sensor is determined. This can be done on the basis of GNSS data and / or on the basis of an inertial navigation or inertial measurement method. In addition, the eigenposition and self-orientation of a second motion and position sensor is determined. This can also be done on the basis of GNSS data and / or based on an inertial navigation or inertial measurement method (starting from a last known position). In principle, the sensors can determine their own data (eigenposition and self-orientation) by means of the same or different methods. For example, the first movement and position sensor can determine its own data by means of GNSS data and the second movement and position sensor its own data by means of inertial navigation or an inertial measurement method. Moreover, it is advantageous if the first and the second motion and position sensor also determine their own speed. Furthermore, more than two motion and position sensors can be provided, each of which determines its own data.
In Schritt b) wird eine Relativposition und Relativorientierung, die der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor zueinander aufweisen, auf Basis der Ergebnisse aus Schritt a) berechnet. Wenn mehr als zwei Bewegungs- und Positionssensoren vorgesehen sind, so können die jeweiligen Relativpositionen und Relativorientierungen in Schritt b) berechnet werden. Bevorzugt wird in Schritt b) auch eine Relativgeschwindigkeit berechnet, insbesondere wenn in Schritt a) die Eigengeschwindigkeit der jeweiligen Sensoren ermittelt wurde. Vorteilhafterweise wird in Schritt b) eine Matrix gebildet, die fünf, besonders bevorzugt sechs Freiheitsgrade abbilden kann bzw. abbildet.In step b), a relative position and relative orientation that the first and the second movement and position sensors have relative to one another are calculated on the basis of the results from step a). If more than two motion and position sensors are provided, the respective relative positions and relative orientations in step b) can be calculated. In step b), a relative speed is also preferably calculated, in particular if the intrinsic speed of the respective sensors was determined in step a). Advantageously, a matrix is formed in step b) which can image or map five, particularly preferably six degrees of freedom.
In Schritt c) werden die in Schritt b) berechnete Relativposition und Relativorientierung mit einer bekannten oder (parallel bzw. gleichzeitig) gemessenen Relativposition und Relativorientierung, die der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor zueinander aufweisen, verglichen. Die Relativposition und die Relativorientierung können beispielsweise dadurch bekannt sein, dass der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor fest miteinander verbunden sind. Bei der Bestimmung der gemessenen Relativposition und Relativorientierung wird in der Regel kein GNSS-System bzw. kein Satellitensignal verwendet. Besonders bevorzugt wird die in Schritt b) berechnete Relativposition und Relativorientierung mit einer optisch gemessenen Relativposition und Relativorientierung verglichen. Wenn in Schritt b) eine Relativgeschwindigkeit berechnet wurde, so kann diese ebenfalls mit einer bekannten oder gemessenen Relativgeschwindigkeit verglichen werden. Entsprechendes gilt auch für eine Relativbeschleunigung, insbesondere wenn in Schritt a) Eigenbeschleunigungen ermittelt wurden. Insbesondere wenn der erste und der zweite Bewegungs- und Positionssensor beweglich miteinander verbunden sind, ist weiterhin bevorzugt, dass sich die miteinander zu vergleichenden Relativwerte (Relativposition und Relativorientierung) auf denselben Zeitpunkt beziehen (bzw. zum selben Zeitpunkt erfasst wurden).In step c), the relative position and relative orientation calculated in step b) are compared with a known or (parallel or simultaneously) measured relative position and relative orientation which the first and the second movement and position sensors have relative to one another. The relative position and the relative orientation can be known, for example, by virtue of the fact that the first and the second movement and position sensors are firmly connected to one another. When determining the measured Relative position and relative orientation usually no GNSS system or no satellite signal is used. Particularly preferably, the relative position and relative orientation calculated in step b) are compared with an optically measured relative position and relative orientation. If a relative speed was calculated in step b), then this can also be compared with a known or measured relative speed. The same applies to a relative acceleration, in particular if in step a) natural accelerations were determined. In particular, if the first and the second movement and position sensors are movably connected to each other, it is further preferred that the relative values (relative position and relative orientation) to be compared relate to the same point in time (or were detected at the same time).
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt b) die Position und Orientierung des zweiten Bewegungs- und Positionssensors in Relation zum ersten Bewegungs- und Positionssensors berechnet wird. Bevorzugt erfolgt die Berechnung durch den ersten oder zweiten Bewegungs- und Positionssensor selbst oder durch einen übergeordneten Bewegungs- und Positionssensor. Vorzugsweise wird die in Relation zum ersten Bewegungs- und Positionssensor berechnete Position und Orientierung des zweiten Bewegungs- und Positionssensors in einer (errechneten) Positions- und Ausrichtungsmatrix bzw. Positions- uns Orientierungsmatrix abgebildet.According to an advantageous embodiment, it is proposed that in step b) the position and orientation of the second motion and position sensor is calculated in relation to the first motion and position sensor. The calculation is preferably carried out by the first or second motion and position sensor itself or by a higher-level motion and position sensor. Preferably, the position and orientation of the second motion and position sensor computed in relation to the first motion and position sensor are mapped into a positional and orientation matrix.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) eine bekannte oder gemessene Position und Orientierung des zweiten Bewegungs- und Positionssensors in Relation zum ersten Bewegungs- und Positionssensors verwendet wird. Bevorzugt erfolgt die Messung der Position und Orientierung des zweiten Bewegungs- und Positionssensors in Relation zum ersten Bewegungs- und Positionssensors unter Verwendung einer Umfeldsensorik. Vorzugsweise wird die in Relation zum ersten Bewegungs- und Positionssensor bekannte oder gemessene Position und Orientierung des zweiten Bewegungs- und Positionssensors in einer (bekannt- oder gemessenen) Positions- und Ausrichtungsmatrix abgebildet.According to an advantageous embodiment, it is proposed that in step c) a known or measured position and orientation of the second motion and position sensor in relation to the first motion and position sensor is used. Preferably, the measurement of the position and orientation of the second motion and position sensor in relation to the first motion and position sensor using an environment sensor. Preferably, the position and orientation of the second motion and position sensor known or measured in relation to the first motion and position sensor is mapped into a (known or measured) position and orientation matrix.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass auf Basis des Vergleichs aus Schritt c) ein Positionsfehler und/oder ein Orientierungsfehler ermittelt wird. Dieser Fehler kann zum Generieren von GNSS-Korrekturdaten beitragen. Die Korrekturdaten können dabei fahrzeugseitig oder mit Hilfe eines übergeordneten Verwaltungssystems gebildet werden. Bei dem Verwaltungssystems kann es sich etwa um eine sog. Cloud handeln, die GNSS-Korrekturdaten für eine Vielzahl von GNSS-Nutzern bereitstellt.According to an advantageous embodiment, it is proposed that a position error and / or an orientation error is determined on the basis of the comparison from step c). This error can contribute to the generation of GNSS correction data. The correction data can be formed on the vehicle side or with the aid of a higher-level management system. The management system may be a so-called cloud that provides GNSS correction data to a plurality of GNSS users.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) die gemessene Relativposition und Relativorientierung unter Verwendung einer Umfeldsensorik gemessen wird. Dabei ist es bevorzugt, dass die Umfeldsensorik dem ersten Bewegungs- und Positionssensor zugeordnet ist. Eine solche Zuordnung kann etwa dergestalt sein, dass eine bestimmte (feste) Relativposition und/oder Relativorientierung zwischen dem ersten Bewegungs- und Positionssensor und der Umfeldsensorik vorgesehen ist bzw. sind. Die bestimmte (feste) Relativposition und/oder Relativorientierung kann beispielsweise in einer Transformationsmatrix hinterlegt sein und bei der Messung berücksichtigt werden. Die Umfeldsensorik umfasst mindestens einen Umfeld-Sensor, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, zumindest einen Teilbereich des Umfelds um den ersten Bewegungs- und Positionssensors und/oder zumindest einen Teilbereich des Umfelds um ein Fahrzeug, das den ersten Bewegungs- und Positionssensor aufweist, zu erfassen. Dabei kann der Umfeld-Sensor über Abtastmittel verfügen, die dazu eingerichtet sind das entsprechende Umfeld insbesondere optisch, magnetisch und/oder akustisch abzutasten.According to an advantageous embodiment, it is proposed that in step c) the measured relative position and relative orientation is measured using an environment sensor. It is preferred that the environment sensor is associated with the first movement and position sensor. Such an assignment may be such that a certain (fixed) relative position and / or relative orientation is or are provided between the first movement and position sensor and the surroundings sensor. The determined (fixed) relative position and / or relative orientation can, for example, be stored in a transformation matrix and taken into account in the measurement. The environmental sensor system comprises at least one surroundings sensor which is provided and arranged for this purpose, at least a partial area of the surroundings around the first motion and position sensor and / or at least a partial area of the surroundings around a vehicle having the first motion and position sensor to capture. In this case, the environment sensor can have scanning means which are set up to scan the corresponding surroundings in particular optically, magnetically and / or acoustically.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) die gemessene Relativposition und Relativorientierung unter Verwendung eines optischen Sensors gemessen wird. Bevorzugt verwendet der optische Sensor mindestens einen Laserstrahl. Darüber hinaus kann mindestens eine Laufzeitmessung (eines Laserstrahls) zwischen dem Sensor und einer optischen Referenzeinrichtung erfolgen. Ganz besonders bevorzugt sind hier alle Verfahren bei denen optische Marker vermessen werden, um die relative Positionierung von einem Objekt zu einem Sensor zu ermitteln. Besonders bevorzugt basieren diese Verfahren auf Infrarot. Weiterhin bevorzugt kann der optische Sensor mit einer Kamera ausgestattet sein. Insbesondere ist der optische Sensor dem ersten Bewegungs- und Positionssensor zugeordnet, etwa indem eine bestimmte (feste) Relativposition und/oder Relativorientierung zwischen dem ersten Bewegungs- und Positionssensor und dem optischen Sensor vorgesehen ist bzw. sind. Bevorzugt interagiert der optische Sensor mit einer optischen Referenzeinrichtung. Vorteilhafterweise wirken der optische Sensor und die optische Referenzeinrichtung in der Art eines optischen Trackingsystems zusammen. Die optische Referenzeinrichtung ist vorzugsweise dem zweiten Bewegungs- und Positionssensor zugeordnet, etwa indem eine bestimmte (feste) Relativposition und/oder Relativorientierung zwischen dem zweiten Bewegungs- und Positionssensor und der optischen Referenzeinrichtung vorgesehen ist bzw. sind. According to an advantageous embodiment, it is proposed that in step c) the measured relative position and relative orientation is measured using an optical sensor. Preferably, the optical sensor uses at least one laser beam. In addition, at least one transit time measurement (of a laser beam) can take place between the sensor and an optical reference device. Very particularly preferred are all methods in which optical markers are measured in order to determine the relative positioning of an object to a sensor. Most preferably, these methods are based on infrared. Further preferably, the optical sensor can be equipped with a camera. In particular, the optical sensor is associated with the first motion and position sensor, such as by providing a certain (fixed) relative position and / or relative orientation between the first motion and position sensor and the optical sensor. Preferably, the optical sensor interacts with an optical reference device. Advantageously, the optical sensor and the optical reference device cooperate in the manner of an optical tracking system. The optical reference device is preferably associated with the second motion and position sensor, such as by providing a certain (fixed) relative position and / or relative orientation between the second motion and position sensor and the optical reference device.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) die gemessene Relativposition und Relativorientierung unter Verwendung eines magnetischen, Ultraschall-, LIDAR-, RADAR- oder mechanischen Sensors gemessen wird.According to an advantageous embodiment, it is proposed that in step c) the measured relative position and relative orientation be measured using a magnetic, ultrasonic, LIDAR, RADAR or mechanical sensor.
Bevorzugt sind der erste Bewegungs- und Positionssensor und der zweite Bewegungs- und Positionssensors beweglich miteinander verbunden. Nach einer vorteilhaften (alternativen) Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass der erste Bewegungs- und Positionssensor und der zweite Bewegungs- und Positionssensor fest miteinander verbunden sind. Zum Beispiel könnte ein starrer (Hebel-)Arm zwischen dem ersten und dem zweiten Bewegungs- und Positionssensor vorgesehen sein. Aus einer festen Verbindung ergibt sich insbesondere eine bekannte und konstante Relativposition und Relativorientierung der beiden Bewegungs- und Positionssensoren zueinander.Preferably, the first movement and position sensor and the second movement and position sensor are movably connected to each other. According to an advantageous (alternative) embodiment, however, it is proposed that the first motion and position sensor and the second motion and position sensor are firmly connected to each other. For example, a rigid (lever) arm could be provided between the first and second motion and position sensors. A fixed connection results, in particular, in a known and constant relative position and relative orientation of the two motion and position sensors relative to one another.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Anordnung vorgeschlagen, umfassend:
- - ein Fahrzeug mit einem ersten Bewegungs- und Positionssensor und einer Umfeldsensorik, sowie
- - einen zweiten Bewegungs- und Positionssensor, der mit dem Fahrzeug verbunden ist.
- - A vehicle with a first movement and position sensor and environment sensors, as well
- a second motion and position sensor connected to the vehicle.
Vorteilhaft ist der erste Bewegungs- und Positionssensor in oder an dem Fahrzeug angeordnet. Zudem kann die Umfeldsensorik in oder an dem Fahrzeug angeordnet sein. Insbesondere ist die Umfeldsensorik dem ersten Bewegungs- und Positionssensor zugeordnet, etwa indem eine bestimmte (fest) Relativposition und/oder Relativorientierung zwischen dem ersten Bewegungs- und Positionssensor und der Umfeldsensorik vorgesehen ist bzw. sind. Die Umfeldsensorik kann einen magnetischen, Ultraschall-, LIDAR-, RADAR- oder mechanischen Sensor umfassen. Bevorzugt umfasst die Umfeldsensorik einen optischen Sensor. Besonders bevorzugt interagiert ein in oder an dem Fahrzeug angeordneter optischer Sensor mit einer optischen Referenzeinrichtung. Vorteilhafterweise wirken der optische Sensor und die optische Referenzeinrichtung in der Art eines optischen Trackingsystems zusammen. Die optische Referenzeinrichtung ist vorzugsweise dem zweiten Bewegungs- und Positionssensor zugeordnet, etwa indem eine bestimmte (feste) Relativposition und/oder Relativorientierung zwischen dem zweiten Bewegungs- und Positionssensor und der optischen Referenzeinrichtung vorgesehen ist bzw. sind.Advantageously, the first movement and position sensor is arranged in or on the vehicle. In addition, the environment sensor system can be arranged in or on the vehicle. In particular, the environmental sensor system is associated with the first movement and position sensor, for example by providing a specific (fixed) relative position and / or relative orientation between the first movement and position sensor and the surroundings sensor. The environmental sensor system may include a magnetic, ultrasonic, LIDAR, RADAR or mechanical sensor. The environment sensor system preferably comprises an optical sensor. Particularly preferably, an optical sensor arranged in or on the vehicle interacts with an optical reference device. Advantageously, the optical sensor and the optical reference device cooperate in the manner of an optical tracking system. The optical reference device is preferably associated with the second motion and position sensor, such as by providing a certain (fixed) relative position and / or relative orientation between the second motion and position sensor and the optical reference device.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der zweite Bewegungs- und Positionssensor beabstandet zu dem Fahrzeug angeordnet ist. Bevorzugt ist der zweite Bewegungs- und Positionssensor in oder an einem Anhänger angeordnet, wobei der Anhänger an das Fahrzeug angekoppelt ist. Hierbei kann der Anhänger eine Test- bzw. Prüfeinrichtung zum Prüfen des ersten Bewegungs- und Positionssensors darstellen. Wenn eine optische Referenzeinrichtung dem zweiten Bewegungs- und Positionssensor zugeordnet ist, so ist dieser vorzugsweise ebenfalls an dem Anhänger angeordnet. Alternativ zu einer Anordnung beabstandet zum Fahrzeug kann vorgesehen sein, dass der zweite Bewegungs- und Positionssensor ebenfalls in oder an dem Fahrzeug angeordnet ist.According to an advantageous embodiment, it is proposed that the second movement and position sensor is arranged at a distance from the vehicle. Preferably, the second movement and position sensor is arranged in or on a trailer, wherein the trailer is coupled to the vehicle. Here, the trailer may represent a testing device for testing the first motion and position sensor. If an optical reference device is associated with the second motion and position sensor, then this is preferably also arranged on the trailer. As an alternative to an arrangement at a distance from the vehicle, it may be provided that the second movement and position sensor is likewise arranged in or on the vehicle.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens vorgesehen und eingerichtet ist. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise Bestandteil eines Bordcomputers des Fahrzeugs oder des Navigationssystems des Fahrzeugs sein. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung Bestandteil eines übergeordneten Verwaltungssystems sein, etwa einer Cloud, die GNSS-Korrekturdaten für eine Vielzahl von GNSS-Nutzern bereitstellt.According to an advantageous embodiment, it is proposed that an evaluation device is provided, which is provided and set up for carrying out a method proposed here. The evaluation device may for example be part of an on-board computer of the vehicle or the navigation system of the vehicle. Alternatively, the evaluation device can be part of a superordinate management system, such as a cloud, which provides GNSS correction data for a large number of GNSS users.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Anordnung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.The details, features and advantageous embodiments discussed in connection with the method can accordingly also occur in the arrangement presented here and vice versa. In that regard, reference is made in full to the statements there for a more detailed characterization of the features.
Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigt schematisch:
-
1 : eine Anordnung, umfassend ein Fahrzeug und einen Bewegungs- und Positionssensor, und -
2 : ein schematisches Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens.
-
1 an arrangement comprising a vehicle and a motion and position sensor, and -
2 : A schematic flow diagram of the described method.
Darüber hinaus weist die Anordnung einen zweiten Bewegungs- und Positionssensor
Dem zweiten Bewegungs- und Positionssensor
Ferner ist der optische Sensor
Zudem ist die optische Referenzeinrichtung
Zur Erläuterung eines hier vorgestellten Verfahrens zum Prüfen einer Positionsbestimmung eines Bewegungs- und Positionssensors anhand des in
Zunächst ermitteln der erste Bewegungs- und Positionssensor
BPS2 steht hierbei für den zweiten Bewegungs- und Positionssensor. Hierbei beschreiben:
Dieselbe Position des zweiten Bewegungs- und Positionssensors
Somit kann die Position und Orientierung des zweiten Bewegungs- und Positionssensors
Die Messungen mit dem optischen Trackingsystem können dabei mit der nachstehenden, beispielhaften (gemessenen) Positions- und Ausrichtungsmatrix abgebildet werden.
Hierbei beschreiben:
Eine möglichst einfache Berechnung der Position des zweiten Bewegungs- und Positionssensors
Ein Vergleich der Berechnung der Position des zweiten Bewegungs- und Positionssensors
Zum einen kann ein Positionsfehler als ein Vektor im Raum angegeben werden:
Hierbei beschreiben:
Zum anderen kann ein Orientierungsfehler wie folgt definiert werden:
Hierbei beschreiben:
Diese Fehler sind nur beispielhaft. Es können noch viele andere oder weitere Arten von Fehlern ermittelt werden.These errors are only examples. Many other or more types of errors can be detected.
Die hier vorgestellte Lösung trägt insbesondere dazu bei, die Genauigkeit eines GNSS-Sensors zu testen oder sogar zu steigern, indem bekannte oder gemessene Relativdaten mehrerer Bewegungs- und Positionssensoren als Referenz zu berechneten Relativdaten benutzt werden. Dies kann dazu beitragen ortsfeste Referenzstationen (z. B. DGPS) zu ergänzen oder zu ersetzen. Normalerweise nimmt man als Referenz nur ein besseres System.In particular, the solution presented here helps to test or even increase the accuracy of a GNSS sensor by using known or measured relative data of several motion and position sensors as reference to calculated relative data. This may help to supplement or replace fixed reference stations (eg DGPS). Normally you only use a better system as a reference.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102018202982.2A DE102018202982A1 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Method for checking a position determination of a motion and position sensor |
Publications (1)
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-
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