DE112018003550T5

DE112018003550T5 - Azimut-schätzvorrichtung

Info

Publication number: DE112018003550T5
Application number: DE112018003550.6T
Authority: DE
Inventors: Akira Miyajima; Katsuhiro Matsuoka
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-03-26
Also published as: US20200150284A1; CN110869808A; JP6962040B2; WO2019012951A1; CN110869808B; US11409006B2; JP2019020166A

Abstract

Eine Azimut-Schätzvorrichtung beinhaltet eine Satellitendatenerfassungseinheit (101), die Dopplerverschiebungsfrequenzen von Navigationssignalen erfasst, eine Sensordatenerfassungseinheit (102), die eine Gierrate von einem Gierratensensor erfasst, eine Doppler-Azimut-Schätzeinheit (103), die einen Azimut eines Bewegungsobjekts schätzt, eine Zustandsvariablenbestimmungseinheit (S14), die eine Zustandsvariable (S) bestimmt, die die Zuverlässigkeit eines Azimutwinkels anzeigt, eine Schwellenwertwähleinheit (S16), die aus mehreren Bewertungsparameterschwellenwertgruppen zum Bestimmen, ob der Azimut als ein Referenzazimut anzuwenden ist, eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen wählt, eine Bewertungsparameterberechnungseinheit (S17), die mehrere Bewertungsparameter zum Bewerten der Zuverlässigkeit eines Azimuts berechnet, und eine Anwendungsbestimmungseinheit (S18, S19), die die mehreren Bewertungsparameter mit der von der Schwellenwertwähleinheit gewählten Bewertungsparameterschwellenwertgruppe vergleicht und auf der Grundlage einer Bestimmung, dass eine Anwendungsbedingung erfüllt ist, die Anwendung des Azimuts als den Referenzazimut bestimmt.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der am 12. Juli 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-136433, auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf eine Azimut-Schätzvorrichtung, die einen Azimut schätzt, auf den sich ein Bewegungsobjekt zu bewegt.
STAND DER TECHNIK
Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren, gemäß dem Dopplerverschiebungsfrequenzen, die die Frequenzverschiebungsbeträge von Navigationssignalen sind, die von Navigationssatelliten gesendet werden, zeitreihenweise gespeichert werden, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Gierrate zeitreihenweise erfasst werden und ein Azimut aus diesen Werten mit hoher Genauigkeit geschätzt wird.
Ein Verfahren zum Schätzen der momentanen Position, das als autonome Navigation bezeichnet wird, ist weithin bekannt. Bei der autonomen Navigation wird der Betrag einer Azimutwinkeländerung, der aus Werten bestimmt wird, die von einem Gierratensensor erfasst werden, zu einem Referenzazimut addiert, um einen Azimut zu aktualisieren. Eine Geschwindigkeit wird ebenso aus einem Erfassungswert eines Geschwindigkeitssensors oder eines Beschleunigungssensors geschätzt.
STAND-DER-TECHNIK-LITERATUR
PATENTLITERATUR
Patentdokument 1: JP 5 879 977 B2
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Unter Anwendung des in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahrens kann ein Azimut mit höherer Genauigkeit geschätzt werden. Daher wird davon ausgegangen, dass ein nach dem in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren geschätzter Azimut als ein Referenzazimut für die autonome Navigation verwendet wird.
Der geschätzte Azimut weist jedoch einen Fehler auf, und der Fehler variiert jedes Mal, wenn der Azimut geschätzt wird. Wenn also ein nach dem in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren geschätzter Azimut stets als Referenzazimut verwendet wird, kann ein Fehler bei einem geschätzten Azimut zunehmen.
Inzwischen ist allgemein bekannt, dass sich, wenn eine autonome Navigation andauert, Fehler in den vom Gierratensensor erfassten Gierraten akkumulieren, wodurch die Fehler bei der Azimut-Schätzung zunehmen. Wenn der Referenzazimut für längere Zeit nicht aktualisiert wird, bleiben die Azimut-Schätzfehler daher groß.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Azimut-Schätzvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Fehlerzunahmen in bei autonomer Navigation geschätzten Azimuten zu reduzieren.
Eine Azimut-Schätzvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Azimut-Schätzvorrichtung, die an einem Bewegungsobjekt angebracht ist und sukzessive einen Azimut schätzt, auf den sich das Bewegungsobjekt zu bewegt. Die Azimut-Schätzvorrichtung weist auf: eine Satellitendatenerfassungseinheit, die, zeitreihenweise (auf einer Zeitreihenbasis), Dopplerverschiebungsfrequenzen von Navigationssignalen erfasst, die von einem GNSS-Empfänger empfangen werden; eine Sensordatenerfassungseinheit, die, zeitreihenweise, einen Geschwindigkeitsbetrag des Bewegungsobjekts von einem Geschwindigkeitssensor erfasst, der an dem Bewegungsobjekt angeordnet ist, und die, zeitreihenweise, eine Gierrate des Bewegungsobjekts von einem Gierratensensor erfasst, der an dem Bewegungsobjekt angeordnet ist; eine Doppler-Azimut-Schätzeinheit, die den Azimut des Bewegungsobjekts basierend auf Gleichungen zum Schätzen des Azimuts des Bewegungsobjekts zu verschiedenen Zeiten schätzt, wobei die Gleichungen auf der Grundlage der zeitreihenweise erfassten Dopplerverschiebungsfrequenzen formuliert sind und einen unbekannten Parameter beinhalten, der zu jeder Zeit variiert und durch den Geschwindigkeitsbetrag des Bewegungsobjekts und eine Linearisierung einer Änderung eines Uhrenfehlers (Clock-Drift) über die Zeit beschränkt ist; eine Zustandsvariablenbestimmungseinheit, die eine Zustandsvariable bestimmt, die eine Zuverlässigkeit eines Azimutwinkels anzeigt, wobei die Zustandsvariable in Übereinstimmung mit einer verstrichenen Zeit seit einer Aktualisierung eines Referenzazimuts zunimmt, zu dem ein Betrag einer Azimutwinkeländerung, der auf der Grundlage der Gierrate berechnet wird, bei einer autonomen Navigation addiert wird; eine Schwellenwertwähleinheit, die aus mehreren Bewertungsparameterschwellenwertgruppen zum Bestimmen, ob der von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzte Azimut als der Referenzazimut zu verwenden ist, eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen wählt, die es ermöglicht, eine Anwendungsbedingung leichter zu erfüllen, selbst wenn die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist, da die von der Zustandsvariablenbestimmungseinheit bestimmte Zustandsvariable ein Wert ist, der anzeigt, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist; eine Bewertungsparameterberechnungseinheit, die mehrere Bewertungsparameter zum Bewerten der Zuverlässigkeit eines Azimuts berechnet, wenn die Doppler-Azimut-Schätzeinheit den Azimut schätzt; und eine Anwendungsbestimmungseinheit, die die mehreren Bewertungsparameter mit der von der Schwellenwertwähleinheit gewählten Bewertungsparameterschwellenwertgruppe vergleicht und auf der Grundlage einer Bestimmung, dass die Anwendungsbedingung erfüllt ist, eine Anwendung des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzten Azimuts als den Referenzazimut bestimmt.
Eine Azimut-Schätzvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Azimut-Schätzvorrichtung, die an einem Bewegungsobjekt angebracht ist und sukzessive einen Azimut schätzt, auf den sich das Bewegungsobjekt zu bewegt. Die Azimut-Schätzvorrichtung weist auf: eine Satellitendatenerfassungseinheit, die, zeitreihenweise (auf einer Zeitreihenbasis), Dopplerverschiebungsfrequenzen von Navigationssignalen erfasst, die von einem GNSS-Empfänger empfangen werden; eine Sensordatenerfassungseinheit, die, zeitreihenweise, einen Geschwindigkeitsbetrag des Bewegungsobjekts von einem Geschwindigkeitssensor erfasst, der an dem Bewegungsobjekt angeordnet ist, und die, zeitreihenweise, eine Gierrate des Bewegungsobjekts von einem Gierratensensor erfasst, der an dem Bewegungsobjekt angeordnet ist; eine Doppler-Azimut-Schätzeinheit, die den Azimut des Bewegungsobjekts basierend auf Gleichungen zum Schätzen des Azimuts des Bewegungsobjekts zu verschiedenen Zeiten schätzt, wobei die Gleichungen auf der Grundlage der zeitreihenweise erfassten Dopplerverschiebungsfrequenzen formuliert sind und einen unbekannten Parameter beinhalten, der zu jeder Zeit variiert und durch den Geschwindigkeitsbetrag des Bewegungsobjekts und eine Linearisierung einer Änderung eines Uhrenfehlers (Clock-Drift) über die Zeit beschränkt ist; eine Zustandsvariablenbestimmungseinheit, die eine Zustandsvariable bestimmt, die eine Zuverlässigkeit eines Azimutwinkels anzeigt, wobei die Zustandsvariable in Übereinstimmung mit einer verstrichenen Zeit seit einer Aktualisierung eines Referenzazimuts zunimmt, zu dem ein Betrag einer Azimutwinkeländerung, der auf der Grundlage der Gierrate berechnet wird, bei einer autonomen Navigation addiert wird; eine Schwellenwertwähleinheit, die aus mehreren Bewertungsparameterschwellenwertgruppen zum Bestimmen, ob der von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzte Azimut als der Referenzazimut zu verwenden ist, eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen wählt, die es ermöglicht, eine Anwendungsbedingung leichter zu erfüllen, selbst wenn die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist, da die von der Zustandsvariablenbestimmungseinheit bestimmte Zustandsvariable ein Wert ist, der anzeigt, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist; eine Bewertungsparameterberechnungseinheit, die mehrere Bewertungsparameter zum Bewerten der Zuverlässigkeit eines Azimuts berechnet, wenn die Doppler-Azimut-Schätzeinheit den Azimut schätzt; und eine Anwendungsbestimmungseinheit, die die mehreren Bewertungsparameter mit der von der Schwellenwertwähleinheit gewählten Bewertungsparameterschwellenwertgruppe vergleicht und auf der Grundlage einer Bestimmung, dass die Anwendungsbedingung erfüllt ist, eine Anwendung des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzten Azimuts als den Referenzazimut bestimmt.
Die obigen Azimut-Schätzvorrichtungen bestimmen die Zustandsvariable, die den Zuverlässigkeitsgrad des Azimutwinkels darstellt. Da die Zustandsvariable anzeigt, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist, stellen die Azimut-Schätzvorrichtungen die mit den mehreren Bewertungsparametern zu vergleichende Bewertungsparameterschwellenwertgruppe auf eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen ein, die es ermöglicht, die Anwendungsbedingung auch bei geringerer Zuverlässigkeit des Azimutwinkels leichter zu erfüllen. Folglich wird der von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzte Azimut auch dann als der Referenzazimut verwendet, wenn er keine ausreichend hohe Zuverlässigkeit besitzt. Damit wird eine Aktualisierung des Referenzazimuts frühzeitig erleichtert, so dass eine Fehlerzunahme in bei autonomer Navigation geschätzten Azimuten reduziert werden kann.
Figurenliste
Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:

1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Azimut-Schätzvorrichtung;
2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer von einer Doppler-Azimut-Schätzeinheit aus 1 ausgeführten Verarbeitung;
3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer von einer INS-Azimut-Bestimmungseinheit aus 1 ausgeführten Verarbeitung;
4 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Azimut-Zuverlässigkeitsklassen-Bestimmungstabelle, die in einem Teil der Verarbeitung aus 3 verwendet wird;
5 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Schwellenwertgruppenwähltabelle, die in einem Teil der Verarbeitung aus 3 verwendet wird; und
6 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Bewertungsparameterschwellenwertgruppenliste;

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORM
Nachstehend ist eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine in 1 gezeigte Azimut-Schätzvorrichtung 100 ist an einem Fahrzeug 1 als ein Bewegungsobjekt montiert, zusammen mit einem GNSS-Empfänger 2, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3, einem Gyrosensor 4 und einem Schaltpositionssensor 5. Beim Einschalten des Fahrzeugs 1 wird auch die Azimut-Schätzvorrichtung 100 mit Energie versorgt. Während die Azimut-Schätzvorrichtung 100 mit Energie versorgt wird, schätzt die Azimut-Schätzvorrichtung 100 sukzessive einen Azimutwinkel θ.
<Konfigurationsübersicht>
Der GNSS-Empfänger 2 empfängt Navigationssignale, die von einem Navigationssatelliten Si eines globalen Satellitennavigationssystems (GNSS) gesendet werden. „i“ ist die Nummer des Navigationssatelliten. Das GNSS ist beispielsweise ein GPS. Ein Navigationssignal wird einer Trägerwelle überlagert und vom Navigationssatelliten Si als Funkwelle gesendet. Im Folgenden ist eine vom Navigationssatelliten Si gesendete Funkwelle als GNSS-Funkwelle bezeichnet. Der GNSS-Empfänger 2 demoduliert eine empfangene GNSS-Funkwelle, um ein Navigationssignal zu extrahieren.
Aus dem extrahierten Navigationssignal werden eine Pseudoentfernung ρ_i , eine Dopplerverschiebungsfrequenz D_i , eine Satellitenposition (X_si , Y_si , Z_si ), ein Satellitenstatus, Navigationsdaten und dergleichen bestimmt. Die Navigationsdaten umfassen die Satellitennummer des Navigationssatelliten Si, eine Ephemeride, die Umlaufbahninformation des Navigationssatelliten Si ist, und die Zeit, zu der der Navigationssatellit Si die Funkwelle gesendet hat.
Die Satellitenposition (X_si , Y_si , Z_si ) jedes Navigationssatelliten Si wird auf der Grundlage der Ephemeride des Navigationssatelliten Si und der Zeit, zu der die GNSS-Funkwelle gesendet wurde, berechnet. Die Pseudoentfernung ρ_i wird berechnet, indem die Zeitdifferenz zwischen der Zeit, zu der der Navigationssatellit Si die GNSS-Funkwelle gesendet hat, und der Zeit, zu der der GNSS-Empfänger 2 die GNSS-Funkwelle empfangen hat, d.h. eine Funkwellenlaufzeit, mit der Lichtgeschwindigkeit C multipliziert wird.
Die Dopplerverschiebungsfrequenz D_i ist die Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz der Trägerwelle der vom Navigationssatelliten Si gesendeten Funkwelle und der Frequenz der Trägerwelle der empfangenen GNSS-Funkwelle. Die Trägerfrequenz der vom Navigationssatelliten Si gesendeten Funkwellen wird im Voraus festgelegt. Diese Frequenz wird im Voraus in einer vorbestimmten Speichereinheit gespeichert, die im GNSS-Empfänger 2 enthalten ist.
Der GNSS-Empfänger 2 gibt diese Werte zusammen mit dem S/N des empfangenen Navigationssignals und der Zeit, zu der das Navigationssignal empfangen wurde, in einem festen Zyklus an die Azimut-Schätzvorrichtung 100. Die vom GNSS-Empfänger 2 an die Azimut-Schätzvorrichtung 100 gegebene Information ist Information, bevor eine Position bei der Satellitennavigation berechnet wird. Im Folgenden ist Information, die vor der Berechnung einer Position bei der Satellitennavigation liegt, als Satellitendaten bezeichnet. Der feste Zyklus, in dem der GNSS-Empfänger 2 Satellitendaten ausgibt, liegt beispielsweise zwischen 200 und 400 Millisekunden. Es gibt mehrere Navigationssatelliten Si. Der GNSS-Empfänger 2 bestimmt aus allen Navigationssignalen, die aus GNSS-Funkwellen demoduliert werden können, Satellitendaten und gibt alle der bestimmten Satellitendaten an die Azimut-Schätzvorrichtung 100.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst eine Raddrehzahl des Fahrzeugs 1. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 gibt ein die Raddrehzahl anzeigendes Signal an die Azimut-Schätzvorrichtung 100.
Der Gyrosensor 4 erfasst Drehwinkelgeschwindigkeiten um die Gier-, Nick- und Rollachse des Fahrzeugs 1 und gibt ein die erfassten Drehwinkelgeschwindigkeiten anzeigendes Signal an die Azimut-Schätzvorrichtung 100. Der Gyrosensor 4 fungiert als Gierratensensor, da der Gyrosensor 4 eine Drehwinkelgeschwindigkeit um die Gierachse, d.h. eine Gierrate, erfasst.
Der Schaltpositionssensor 5 erfasst die Schaltposition des Fahrzeugs 1 und gibt ein die Schaltposition anzeigendes Signal an die Azimut-Schätzvorrichtung 100. Anhand des vom Schaltpositionssensor 5 ausgegebenen Signals wird bestimmt, ob die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 1 vorwärts oder rückwärts ist.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3, der Gyrosensor 4 und der Schaltpositionssensor 5 sind Verhaltenserfassungssensoren 6, die Signale ausgeben, die die Bewegung, d.h. das Verhalten des Fahrzeugs 1, anzeigen.
Die Azimut-Schätzvorrichtung 100 ist ein Computer (nicht gezeigt), der z.B. eine CPU, ein ROM, ein RAM enthält. Die CPU führt Programme aus, die in einem nichtflüchtigen, greifbaren Speichermedium wie z.B. einem ROM gespeichert sind, während sie eine temporäre Speicherfunktion eines RAM nutzt. So führt die Azimut-Schätzvorrichtung 100 Funktionen einer Satellitendatenerfassungseinheit 101, einer Sensordatenerfassungseinheit 102, einer Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 und einer INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 aus. Bei der Ausführung dieser Funktionen werden Verfahren ausgeführt, die den auf dem nichtflüchtigen greifbaren Speichermedium gespeicherten Programmen entsprechen. Ein Teil oder alle der von der Azimut-Schätzvorrichtung 100 ausgeführten Funktionen können hardwaremäßig unter Verwendung eines oder mehrerer ICs oder dergleichen konfiguriert sein.
<Überblick über die Verarbeitung durch die Azimut- bzw. Fahrtrichtungsschätzvorrichtung 100>
Nachstehend erfolgt ein Überblick über die Verarbeitung durch die Azimut-Schätzvorrichtung 100. Ein Teil der Verarbeitung durch die Azimut-Schätzvorrichtung 100 ist unter Bezugnahme auf die in den 2 und 3 gezeigten Ablaufdiagramme noch näher beschrieben.
Die Satellitendatenerfassungseinheit 101 erfasst in einem Satellitendatenerfassungszyklus zeitreihenweise Satellitendaten vom GNSS-Empfänger 2 und speichert die erfassten Satellitendaten in einer Satellitendatenspeichereinheit 110. Der Satellitendatenerfassungszyklus entspricht dem Zyklus, in dem der GNSS-Empfänger 2 Satellitendaten ausgibt. Die Satellitendatenspeichereinheit 110 ist ein beschreibbares Speichermedium und kann flüchtig oder nichtflüchtig sein. Für die Satellitendatenspeichereinheit 110 kann z.B. ein RAM verwendet werden.
Die Sensordatenerfassungseinheit 102 erfasst zeitreihenweise Signale, die von den Verhaltenserkennungssensoren 6 erfasst werden, in einem Sensorwerterfassungszyklus. Der Sensorwerterfassungszyklus ist kürzer als der Zyklus, in dem der GNSS-Empfänger 2 Navigationssignale ausgibt, und beträgt z.B. mehrere zehn Millisekunden. Die Sensordatenerfassungseinheit 102 speichert die erfassten Signale in einer Sensordatenspeichereinheit 111. Die Sensordatenspeichereinheit 111 ist ein beschreibbares Speichermedium und kann flüchtig oder nichtflüchtig sein. Für die Sensordatenspeichereinheit 111 kann z.B. ein RAM verwendet werden. Für die Sensordatenspeichereinheit 111 kann das gleiche Speichermedium wie der Satellitendatenspeichereinheit 110 verwendet werden.
Die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 berechnet einen Azimutwinkel (d.h. einen Azimutwinkel-Anfangswert) θ° des Fahrzeugs 1 in einer Fahrtrichtung zu einer Anfangszeit unter Verwendung eines in Ausdruck (1) gezeigten Azimut-Schätzausdrucks. Die Anfangszeit ist die Zeit, zu der der Azimutwinkel-Anfangswert θ° aktualisiert wird.
[Ausdruck 1] $V s^{t}_{i} = V^{t}_{w h e e l} G x^{t}_{i} cos (θ^{0} + θ^{t}_{g y r o}) + V^{t}_{w h e e l} G y^{t}_{i} (θ^{0} + θ^{t}_{g y r o}) - C b v^{0} - A t$
Der Ausdruck (1) ist eine Gleichung, die in dem Patentdokument 1 als Ausdruck (6) beschrieben ist. In Ausdruck (1) ist V_Si eine Satellitenrichtungsgeschwindigkeit, t eine Zeit, V_wheel ein Erfassungswert des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 3, θ_gyro der Betrag einer Änderung des Azimutwinkels des Fahrzeugs 1 in Fahrtrichtung, d.h. ein relativer Azimutwinkel, Cbv⁰ ein Uhrenfehler bzw. Zeitfehler (Clock-Drift) zur Anfangszeit, A die Steigung einer Änderung des Uhrenfehlers Cbv über die Zeit, und sind Gx und Gy eine x-Komponente und eine y-Komponente eines Sichtlinienvektors vom Fahrzeug 1 zum Navigationssatelliten Si.
Die Satellitenrichtungsgeschwindigkeit V_Si auf der linken Seite des Ausdrucks (1) wird anhand des Ausdrucks (2) berechnet.
[Ausdruck 2] $V s^{t}_{i} = \frac{D^{t}_{i}}{f} C + G x^{t}_{i} V x s^{t}_{i} + G y^{t}_{i} V y s^{t}_{i} + G_{z} {^{t}}_{i} V z s^{t}_{i}$
Der erste Term auf der rechten Seite des Ausdrucks (2) beschreibt die Relativgeschwindigkeit Vr_i des Fahrzeugs 1 in Bezug auf den Navigationssatelliten Si. Der zweite, dritte und vierte Term beschreiben die Geschwindigkeit des Navigationssatelliten Si in Richtung des Fahrzeugs 1. Die Summe dieser Terme beschreibt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 in Richtung des Navigationssatelliten Si, und somit gilt der Ausdruck (2). In Ausdruck (2) ist D_i die Dopplerverschiebungsfrequenz. So wird in Ausdruck (1) der Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ unter Verwendung der Dopplerverschiebungsfrequenz D_i berechnet.
Nachstehend ist die Verarbeitung der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In Schritt S1 wird der Geschwindigkeitsvektor (Vxs_i , Vys_i , Vzs_i ) jedes Navigationssatelliten Si aus den in der Satellitendatenspeichereinheit 110 gespeicherten Zeitreihendaten der Satellitenposition (X_si , Y_si , Z_si ) des Navigationssatelliten Si berechnet.
In Schritt S2 wird die Dopplerverschiebungsfrequenz D_i , die in den in der Satellitendatenspeichereinheit 110 gespeicherten Satellitendaten enthalten ist, in den Ausdruck (3) eingesetzt, um die aktuelle Relativgeschwindigkeit Vr_i des Fahrzeugs in Bezug auf den Navigationssatelliten Si zu berechnen. In Ausdruck (3) ist C die Lichtgeschwindigkeit und F die Frequenz der vom Navigationssatelliten Si gesendeten GNSS-Funkwellen.
[Ausdruck 3] $V r_{i} = - D_{i} \cdot C / F$
In Schritt S3 wird die aktuelle Position P(X_v, Y_v, Z_v) des Fahrzeugs 1 berechnet. Die Position P des Fahrzeugs 1 wird zum Berechnen des Sichtlinienvektors (Gx_i , Gy_i , Gz_i ) vom Fahrzeug 1 zum Navigationssatelliten Si verwendet.
Wenn vier oder mehr qualitativ hochwertige Navigationssignale empfangen wurden, können bekanntlich die Position P(X_v, Y_v, Z_v) und der Uhren- bzw. Zeitfehler (Clock-Drift) Cbv, die Unbekannte sind, durch Formulieren von vier oder mehr Gleichungssysteme unter Verwendung der Navigationssignale berechnet werden. Die Position des Fahrzeugs 1 wird hier jedoch zur Berechnung des Sichtlinienvektors (Gx_i , Gy_i , Gz_i ) vom Fahrzeug 1 zum Navigationssatelliten Si im nächsten Schritt S4 verwendet. Da sich der Navigationssatellit Si in der Entfernung befindet, kann die aktuelle Position, die zur Bestimmung des Winkels zwischen dem Navigationssatelliten Si und dem Fahrzeug 1 verwendet wird, eine geringe Genauigkeit aufweisen. Es ist also nicht notwendig, vier oder mehr hochwertige Signale empfangen zu haben.
So können z.B. in Schritt S3 die aktuellen Koordinaten (X_v , Y_v , Z_v ) des Fahrzeugs 1 unter Verwendung von vier oder mehr Navigationssignalen, einschließlich aller Signale, die möglicherweise nicht von hoher Qualität sind, berechnet werden. Wenn die aktuellen Koordinaten (X_v , Y_v , Z_v ) des Fahrzeugs 1 aus vier oder mehr Navigationssignalen berechnet werden, werden die Pseudoentfernung ρ_i und die Satellitenposition (X_si , Y_si , Zsi) des Navigationssatelliten Si berechnet und die Koordinaten (X_v , Y_v , Z_v ) des Fahrzeugs 1 so bestimmt, dass der Rest der Pseudoentfernung ρ_i minimiert wird.
Alternativ kann die Position P(X_v, Y_v, Z_v) des Fahrzeugs 1 anhand eines Verfahren mit geringer Genauigkeit verschieden von der Positionsbestimmung unter Verwendung der Pseudoentfernung ρ_i bestimmt werden. In Abhängigkeit der in einem System o.ä. erlaubten Schätzgenauigkeit führt ein Positionsfehler des Fahrzeugs 1 im Bereich von mehreren hundert Metern zu einem Geschwindigkeitsschätzfehler von kleiner oder gleich 1 m/s, was keine signifikante Rolle spielt. So kann z.B. die Position aus einer Karte o.ä. bestimmt werden, oder die Position P(X_v, Y_v, Z_v) des Fahrzeugs 1 kann aus Information wie z.B. einer vergangenen Positionsbestimmungshistorie oder einer Bake bestimmt werden.
In Schritt S4 wird der Sichtlinienvektor (Gx_i , Gy_i , Gz_i ) vom Fahrzeug 1 zum Navigationssatelliten Si berechnet. Die x-Komponente, y-Komponente und z-Komponente des Sichtlinienvektors werden über den Ausdruck (4) berechnet.
[Ausdruck 4] $G x^{t}_{i} = \frac{1}{ρ^{t}_{i}} (X^{t}_{s i} - X^{t}_{v}), G y^{t}_{i} = \frac{1}{ρ^{t}_{i}} (Y^{1}_{s i} - Y^{t}_{v}), G z^{t}_{i} = \frac{1}{ρ^{t}_{i}} (Z^{t}_{s i} - Z^{t}_{v})$
In Ausdruck (4) ist ρ^t _i die Pseudoentfernung des Navigationssatelliten Si zur Zeit t und ist (X^t _si, Y^t _si, Z^t _si) die Satellitenposition des Navigationssatelliten Si zur Zeit t. (X^t _V, Y^t _V, Z^t _V) ist die aktuelle Position des Fahrzeugs 1 zur Zeit t und wird in Schritt S3 berechnet.
In Schritt S5 werden die in Schritt S2 berechnete Relativgeschwindigkeit Vr_i , der in Schritt S4 berechnete Sichtlinienvektor (Gx_i , Gy_i , Gz_i ) und der in Schritt S1 berechnete Geschwindigkeitsvektor (Vxs_i , Vys_i , Vzs_i ) des Navigationssatelliten Si in den oben beschriebenen Ausdruck (2) eingesetzt, um die Satellitenrichtungsgeschwindigkeit Vs_i des Fahrzeugs 1 in Richtung des Navigationssatelliten Si zu berechnen.
In Schritt S6 werden die in Schritt S5 berechnete Satellitenrichtungsgeschwindigkeit Vs_i , der relative Azimutwinkel θ_gyro , der unter Verwendung einer aus der Sensordatenspeichereinheit 111 erfassten Gierrate aktualisiert wird, und der in Schritt S4 berechnete Sichtlinienvektor (Gx_i , Gy_i , Gz_i ) in den Ausdruck (1) eingesetzt. Daraus ergeben sich drei unbekannte Parameter θ⁰, Cbv⁰ und A in Ausdruck (1).
So werden drei oder mehr Gleichungen formuliert, in denen die Satellitenrichtungsgeschwindigkeit Vs_i, der relative Azimutwinkel θ_gyro und der Sichtlinienvektor (Gx_i , Gy_i , Gz_i ) in den Ausdruck (1) eingesetzt werden. Dann werden Gleichungssysteme der drei oder mehr Gleichungen gelöst. Als Ergebnis kann der Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰, der in Ausdruck (1) ein unbekannter Parameter ist, bestimmt werden.
Die unbekannten Parameter θ⁰, Cbv⁰ und A sind auch zu unterschiedlichen Zeiten nach der Anfangszeit gleich. Daher ist es nicht notwendig, drei Gleichungen gleichzeitig zu formulieren. Beträgt die Gesamtzahl der zu mehreren Zeiten formulierten Gleichungen drei oder mehr, können die unbekannten Parameter bestimmt werden. Selbst wenn die Anzahl der beobachteten Satelliten zu jeder der drei Zeiten (t₀ , t₁ , t₂ ) eins ist, kann z.B. der Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ aus Daten des beobachteten Satelliten bestimmt werden.
Die INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 berechnet den Betrag der Azimutwinkeländerung (d.h. den relativen Azimutwinkel θ_gyro ) durch Multiplikation einer Gierrate, die aus Erfassungswerten des Gyrosensors 4 bestimmt wird, der ein Trägheitssensor ist, mit dem Sensorwerterfassungszyklus. Der Azimutwinkeländerungsbetrag wird zu einem Referenzazimut addiert, um den Azimutwinkel θ zu bestimmen. Der Referenzazimut ist der von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzte Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰.
Da die Gierrate im Sensorwerterfassungszyklus erhalten wird, aktualisiert die INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 den Azimutwinkel θ im Sensorwerterfassungszyklus. Der Azimutwinkel θ wird durch Addieren des relativen Azimutwinkels θ_gyro zum Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ , der der Referenzazimut ist, bestimmt.
Die INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 aktualisiert jedoch nicht unbedingt jedes Mal, wenn die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 den Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ aktualisiert, den Referenzazimut auf den neuesten Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰. Der Grund dafür ist, dass der Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ ebenfalls einen Fehler aufweist und die Verwendung des bis dahin verwendeten Azimutwinkel-Anfangswertes θ⁰ die Bestimmung eines Azimutwinkels θ mit einem kleineren Fehler ermöglichen kann.
Nachstehend ist die von der INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 ausgeführte Verarbeitung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 führt die in 3 gezeigte Verarbeitung im Sensorwerterfassungszyklus aus.
In Schritt S11 wird bestimmt, ob die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 den Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ berechnet hat. Zur Berechnung des Azimutwinkel-Anfangswertes θ⁰ werden Satellitendaten benötigt. Die Erfassung der Satellitendaten erfolgt im Satellitendatenerfassungszyklus, der länger als der Sensorwerterfassungszyklus ist. Wenn die Funkwellenumgebung nicht wünschenswert ist, können Navigationssignale mitunter nicht empfangen werden. Daher kann die Bestimmung in Schritt S11 NEIN sein. Hat die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 nach der vorherigen Ausführung von 3 den Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ berechnet, so ist die Bestimmung in Schritt S11 JA. Wenn die Bestimmung in Schritt S11 JA ist, schreitet der Prozess zu Schritt S12 voran.
In Schritt S12 wird bestimmt, ob die Doppler-Azimut-Schätzung andauert. Ein Doppler-Azimut beschreibt einen von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzten Azimut, d.h. den Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ . „Doppler-Azimut-Schätzung dauert an“ beschreibt einen Zustand, in dem die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 in der Lage war, den Azimut kontinuierlich zu schätzen. Es wird bestimmt, dass die Doppler-Azimut-Schätzung andauert, wenn die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 in der Lage war, den Azimut für eine feste Zeit oder länger in jedem Satellitendatenerfassungszyklus kontinuierlich zu schätzen. Die feste Zeit wird auf eine Zeit eingestellt, die größer oder gleich als mehrere Male des Satellitendatenerfassungszyklus ist, wie beispielsweise 1 Sekunde.
Wenn die Doppler-Azimut-Schätzung andauert, wird ein Fehler in einem geschätzten Azimut reduziert, d.h. die Zuverlässigkeit eines geschätzten Azimuts erhöht. Folglich wird, wenn die Bestimmung in Schritt S12 JA ist, eine Azimut-Zuverlässigkeitsklasse in Schritt S13 auf die höchste Klasse gesetzt. Zusätzlich wird der Wert einer Zustandsvariablen S auf 0 gesetzt. Die Zustandsvariable S ist in Schritt S14 noch beschrieben. Nach der Ausführung von Schritt S13, schreitet der Prozess zu Schritt S19 voran.
Wenn die Bestimmung in Schritt S12 NEIN ist, schreitet der Prozess zu Schritt S14 voran. In Schritt S14 wird die Zustandsvariable S berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Zustandsvariable S anhand des Ausdrucks (5) berechnet.
[Ausdruck 5] $S = S^{0} + \int_{t c}^{t} A (v) d t$
In Ausdruck (5) ist S⁰ ein Anfangswert der Zustandsvariablen S. Der Anfangswert S⁰ ist ein Wert, der bis zur Ausführung von Schritt S13 nach dem Einschalten der Azimut-Schätzvorrichtung 100 verwendet wird. Wenn Schritt S13 erfolgt, wird die Zustandsvariable S zu 0. Somit wird bei Ausführung von Schritt S13 der Anfangswert S⁰ zu 0.
Wenn es einen vorherigen Endwert gibt, der dem Wert der Zustandsvariablen S zur Zeit des letzten Ausschaltens der Azimut-Schätzvorrichtung 100 entspricht, ist der Anfangswert S⁰ der vorherige Endwert. Wenn der vorherige Endwert nicht vorhanden ist, wird der Anfangswert S⁰ auf einen vorgegebenen Anfangswert gesetzt.
In Ausdruck (5) ist „tc“ die Zeit, zu der der Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ , der von der INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 zur Berechnung des Azimutwinkels θ verwendet wird, aktualisiert wird, und die Azimut-Zuverlässigkeitsklasse war zu dieser Zeit die höchste Klasse. Allerdings ist tc die Zeit, zu der die Azimut-Schätzvorrichtung 100 eingeschaltet wird, bis Schritt S13 nach dem Einschalten der Azimut-Schätzvorrichtung 100 ausgeführt wird.
„t“ ist die aktuelle Zeit, „v“ die Fahrzeuggeschwindigkeit und A(v) ein Wert, der mit der Fahrzeuggeschwindigkeit als eine Variable bestimmt wird. Konkret ist A(v) relativ klein, wenn die Geschwindigkeit „v“ relativ hoch ist, und relativ groß, wenn die Geschwindigkeit „v“ relativ niedrig ist. Beispielsweise kann A(v) eine Funktion sein, die 0 wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 ist, A1, wenn die Geschwindigkeit „v“ höher als eine bestimmte Geschwindigkeit „v1“ ist, und A2 (> A1), wenn die Geschwindigkeit „v“ niedriger als die Geschwindigkeit „v1“ und höher als 0 ist.
A(v) ist nicht auf diese Situation beschränkt und kann eine Funktion sein, deren Wert mit zunehmender Geschwindigkeit „v“ kontinuierlich abnimmt. A(v) kann eine Tabellenform sein, in der der Wert nach der Geschwindigkeit „v“ bestimmt wird.
Der Wert der Zustandsvariablen S nimmt mit der Zeit zu, die seit der Aktualisierung des Azimutwinkel-Anfangswertes θ⁰, der von der INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 zur Berechnung des Azimutwinkels θ verwendet wird, verstrichen ist. Mit zunehmender Zeit seit der Aktualisierung des Azimutwinkel-Anfangswertes θ⁰ werden Fehler in den Gierraten akkumuliert, so dass ein Fehler im Azimutwinkel θ zunimmt. Die Zustandsvariable S ist eine Variable zur Bewertung dieses Fehlers. Damit wird A(v) so bestimmt, dass der Wert der Zustandsvariable S mit dem Fehler des Azimutwinkels θ korreliert. Wie oben beschrieben, ist der Grund, warum A(v) relativ kleiner gemacht wird, wenn die Geschwindigkeit „v“ relativ höher ist, dass je höher die Geschwindigkeit „v“ ist, desto kleiner ein Fehler in einer Gierrate ist.
In Schritt S15 wird eine Azimut-Zuverlässigkeitsklasse aus der Zustandsvariablen S und einer in 4 gezeigten Azimut-Zuverlässigkeitsklassen-Bestimmungstabelle bestimmt. In 4 ist DIRLVn_LMT (n ist 1 bis 5) ein Schwellenwert für die Zustandsvariable S. Die in 4 gezeigte Azimut-Zuverlässigkeitsklassen-Bestimmungstabelle ist also eine Tabelle, in der aus dem Wert der Zustandsvariablen S eine Azimut-Zuverlässigkeitsklasse bestimmt wird.
In 4 bedeutet „Azimut-Schätzberechnung dauert an“, dass die oben beschriebene Doppler-Azimut-Schätzung andauert. Autonome Navigation beschreibt ein Positionsbestimmungsverfahren, bei dem der Bewegungsbetrag des Fahrzeugs 1 sukzessive aus dem von der INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 bestimmten Azimutwinkel θ und der Geschwindigkeit „v“ berechnet wird, um die aktuelle Position des Fahrzeugs 1 zu aktualisieren.
In 4 bedeutet eine Azimut-Zuverlässigkeitsklasse mit einem höheren Zahlenwert, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels θ höher ist. Mit anderen Worten, der Fehler im Azimutwinkel θ ist geringer. In 4 bedeutet eine Azimut-Zuverlässigkeitsklasse von 7, dass der Fehler 0,5 Grad oder weniger beträgt.
Der Grad des Fehlers, wenn die Azimut-Zuverlässigkeitsklasse die höchste Klasse ist, wird durch eine vorläufige Messung des Grades der Konvergenz der Differenz zu einem Referenzwert bestimmt. Der Referenzwert ist ein Wert, der mit einem hochpräzisen Positionsmesssystem gemessen wird, das am Fahrzeug 1 montiert ist. Das hochpräzise Positionsmesssystem weist beispielsweise einen hochpräzisen Gyrosensor (Kreiselsensor), der in einem Flugzeug eingesetzt wird, und einen hochauflösenden Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser auf. Wenn die Differenz zwischen dem Referenzwert und einem von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzten Azimut in einem bestimmten Bereich in einer wünschenswerten Funkwellenumgebung konvergiert, wird dieser Differenzbereich als ein Fehler in der höchsten Klasse verwendet.
Die Schwellenwerte der Zustandsvariablen S, die die Azimut-Zuverlässigkeitsklassen unterhalb der höchsten Klasse bestimmen, werden ebenfalls durch die tatsächliche Messung von Differenzen zum Referenzwert bestimmt, die mit dem oben beschriebenen hochpräzisen Positionsmesssystem gemessen werden.
Im anschließenden Schritt S16 wird aus der in Schritt S15 bestimmten Azimut-Zuverlässigkeitsklasse, der aktuellen Geschwindigkeit „v“ und einer in 5 gezeigten Schwellenwertgruppenwähltabelle P eine Bewertungsparameterschwellenwertgruppe P gewählt. Die Schwellenwertgruppenwähltabelle ist eine Tabelle zum Wählen einer Bewertungsparameterschwellenwertgruppe P aus mehreren Bewertungsparameterschwellenwertgruppen P.
Jede Bewertungsparameterschwellenwertgruppe P enthält Schwellenwerte für mehrere Bewertungsparameter (nachfolgend Bewertungsparameterschwellenwerte). Die Bewertungsparameterschwellenwerte sind Schwellenwerte zum Bewerten eines Fehlers in einem von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzten Azimut. Die Bewertungsparameter sind z.B. Maximalwert, Mittelwert, Varianz, Kovarianz, Zeitreihenvarianz u.ä. der Residuen der Dopplerverschiebungsfrequenzen D_i der Navigationssatelliten Si. Wie aus den Ausdrücken (1) und (2) ersichtlich ist, beeinflussen die Dopplerverschiebungsfrequenzen D_i den Wert des Azimutwinkel-Anfangswertes θ⁰. Es handelt sich also um Bewertungsparameter zum Bewerten eines Fehlers in einem von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzten Azimut.
5 zeigt eine Tabelle, in der aus einer Azimut-Zuverlässigkeitsklasse und einer Geschwindigkeitsklasse eine Bewertungsparameterschwellenwertgruppe P bestimmt wird. Die in 5 gezeigten Bewertungsparameterschwellenwertgruppen P1 bis P4 enthalten jeweils mehrere Bewertungsparameterschwellenwerte. 6 zeigt ein Beispiel für die Bewertungsparameterschwellenwerte der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen P1 bis P4. In 6 sind THRE_VAR1_A, THRE_VAR1_B, etc. die Bewertungsparameterschwellenwerte.
In der in 5 gezeigten Schwellenwertgruppenwähltabelle weisen die Bewertungsparameterschwellenwerte Werte auf, die eine geringere Zuverlässigkeit anzeigen, wenn die Azimut-Zuverlässigkeitsklasse niedriger ist, d.h. wenn die Azimut-Zuverlässigkeitsklasse eine Klasse ist, die angibt, dass die Azimut-Zuverlässigkeit niedriger ist. Da die Geschwindigkeitsklasse eine Klasse einer niedrigeren Geschwindigkeit ist, weisen die Bewertungsparameterschwellenwerte Werte auf, die eine geringere Zuverlässigkeit anzeigen.
Wie in 4 werden die in den in 5 gezeigten Bewertungsparameterschwellenwertgruppen P enthaltenen Bewertungsparameterschwellenwerte rechnerisch aus den Dopplerverschiebungsfrequenzen D_i o.ä. bestimmt, die tatsächlich in Zuständen erhalten werden, in denen die Differenzen zwischen dem durch das am Fahrzeug montierte hochpräzise Positionsmesssystem 1 gemessenen Referenzwert und den durch die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzten Azimuten zu den in 4 gezeigten Azimut-Zuverlässigkeitsklassen konvergiert sind.
Wenn die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 einen Azimut schätzt, kann die Zuverlässigkeit des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzten Azimuts bewertet werden, indem die aus den Dopplerverschiebungsfrequenzen D_i o.ä. zu dieser Zeit berechneten Bewertungsparameter mit den Bewertungsparameterschwellenwerten verglichen werden.
In Schritt S17 werden aus den Dopplerverschiebungsfrequenzen D_i o.ä. Bewertungsparameter berechnet, wenn die Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 den Azimut geschätzt hat. In Schritt S18 werden die in der in Schritt S16 gewählten Bewertungsparameterschwellenwertgruppe P enthaltenen Bewertungsparameterschwellenwerte mit den in Schritt S17 berechneten Bewertungsparametern verglichen, um zu bestimmen, ob eine Anwendungsbedingung erfüllt ist.
Die Bedingung kann z.B. sein, dass alle der Bewertungsparameter die Bewertungsparameterschwellenwerte erreicht haben. „Die Bewertungsparameter haben die Bewertungsparameterschwellenwerte erreicht“ bedeutet, dass die Bewertungsparameter Werte mit einer höheren Azimutzuverlässigkeit aufweisen als die Bewertungsparameterschwellenwerte.
Abgesehen von dieser Situation kann die Anwendungsbedingung eine Anwendungsbedingung sein, die erfüllt ist, wenn ein vorbestimmter Prozentsatz (z. B. 80 %) der mehreren Bewertungsparameter die Bewertungsparameterschwellenwerte erreicht hat. Alternativ kann der Grad der Erreichung der Bewertungsparameter in eine Rangfolge gebracht werden, um anhand der Gesamtpunktzahl aller Bewertungsparameter zu bestimmen, ob die Anwendungsbedingung erfüllt ist.
Wenn die Bestimmung in Schritt S18 JA ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Zuverlässigkeit des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzten Azimuts höher ist als die Zuverlässigkeit des aktuellen Azimutwinkels θ. Wenn also die Bestimmung in Schritt S18 JA ist, schreitet der Prozess zu Schritt S19 voran, und der von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 berechnete Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ wird als ein von der INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 verwendeter Referenzazimut verwendet. D.h., der von der INS-Azimut-Bestimmungseinheit 104 verwendete Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ wird aktualisiert. Wenn Schritt S13 erfolgt, erfolgt ebenso Schritt S19. In Schritt S20 wird der Betrag der Azimutwinkeländerung von der Aktualisierung des Azimutwinkel-Anfangswertes θ⁰ bis zum aktuellen Zeitpunkt berechnet und der Betrag der Azimutwinkeländerung zum Azimutwinkel-Anfangswert θ⁰ addiert, um den Azimutwinkel θ zu aktualisieren.
In Schritt S21 werden der in Schritt S20 aktualisierte Azimutwinkel θ und die neueste Azimut-Zuverlässigkeitsklasse an eine Anwendung ausgegeben, die diese Werte verwendet. Ein Beispiel für die Anwendung ist eine Positionsschätzanwendung, die eine autonome Navigation unter Verwendung des Azimutwinkels θ und der Geschwindigkeit „v“ des Fahrzeugs 1 ausführt.
Bei der Verarbeitung in 3 entspricht Schritt S14 einer Zustandsvariablenbestimmungseinheit, Schritt S15 einer Zuverlässigkeitsklassenbestimmungseinheit, Schritt S16 einer Schwellenwertwähleinheit, Schritt S17 einer Bewertungsparameterberechnungseinheit und entsprechen die Schritte S18 und S19 einer Anwendungsbestimmungseinheit.
<Zusammenfassung der Ausführungsform>
Die Azimut-Schätzvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Zustandsvariable S, die den Zuverlässigkeitsgrad des Azimutwinkels θ beschreibt (S14). Wenn die Zustandsvariable S anzeigt, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels θ geringer ist, setzt die Azimut-Schätzvorrichtung 100 die Bewertungsparameterschwellenwertgruppe P, die mit den mehreren Bewertungsparametern zu vergleichen ist, auf eine Bewertungsparameterschwellenwertgruppe P, die es erlaubt, die Anwendungsbedingung leichter zu erfüllen, auch wenn die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels θ geringer ist. Folglich wird auch dann, wenn ein von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit 103 geschätzter Azimut keine ausreichend hohe Zuverlässigkeit besitzt, der geschätzte Azimut als Referenzazimut verwendet. Damit wird die Aktualisierung des Referenzazimuts frühzeitig erleichtert, so dass die Fehlerzunahme in bei autonomer Navigation geschätzten Azimuten reduziert werden kann.
Obgleich vorstehend die Ausführungsform beschrieben ist, ist die offenbarte Technologie nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Die folgenden Modifikationen sind ebenfalls im offenbarten Umfang enthalten. Darüber hinaus können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Wesentlichen abzuweichen.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Ablaufdiagramm oder die Abarbeitung des Ablaufdiagramms in der vorliegenden Anmeldung Abschnitte (auch als Schritte bezeichnet) beinhaltet, von denen jeder einzelne z.B. als S2 dargestellt ist. Darüber hinaus kann jeder Abschnitt in mehrere Unterabschnitte unterteilt werden, während mehrere Abschnitte zu einem einzigen Abschnitt zusammengefasst werden können. Darüber hinaus kann jeder der so konfigurierten Abschnitte auch als eine Vorrichtung, ein Modul oder ein Mittel bezeichnet werden.
<Erste Modifikation>
Wie in Patentdokument 1 beschrieben, ist der in der obigen Ausführungsform aufgezeigte Ausdruck (1) eine Gleichung, die durch Beschränkung eines Vergleichsausdrucks der Satellitenrichtungsgeschwindigkeit Vs_i und des Geschwindigkeitsvektors des Fahrzeugs 1 unter Verwendung der folgenden Beschränkungsbedingungen 1 bis 3 erhalten wird. Vx und Vy sind eine x-Komponente bzw. eine y-Komponente des Geschwindigkeitsvektors des Fahrzeugs 1. $\begin{array}{l} Beschränkungsbedingungen 1 bis 3 \\ {\begin{matrix} V x^{t} = V^{t}_{w h e e l} cos (θ^{0} + θ^{t}_{g y r o}) \\ V y^{t} = V^{t}_{w h e e l} sin (θ^{0} + θ^{t}_{g y r o}) \end{matrix} \\ V z^{t} = 0 \\ C b v^{t} = C b v^{0} + A t \end{array}$
Wie in Patentdokument 1 dargelegt, kann es unnötig sein, alle drei Beschränkungsbedingungen (Randbedingungen) als Beschränkungsbedingungen zu verwenden. Entweder die Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten oder der Azimutwinkeländerungsbetrag oder die Änderung des Uhrenfehlers (Clock-Drift) Cbv über die Zeit (d.h. nur einer der drei) können als eine Beschränkungsbedingung verwendet werden. Alternativ kann eine geeignete Kombination dieser Werte als Beschränkungsbedingung verwendet werden.
Wenn nur der Betrag der Azimutwinkeländerung als Beschränkungsbedingung verwendet wird, sind V^t _wheel, θ⁰ und Cbv^t unbekannte Parameter in Ausdruck (1). Somit ist die Anzahl von unbekannten Parametern zu allen Zeiten der Zeitreihendaten „die Anzahl von Zeiten x 2 + 1“.
Wenn nur die Änderung des Uhrenfehlers Cbv über die Zeit als Beschränkungsbedingung verwendet wird, sind V^t _wheel, θ⁰, θ^t _gyro, Cbv⁰ und A unbekannte Parameter in Ausdruck (1). Somit ist die Anzahl von unbekannten Parametern zu allen Zeiten der Zeitreihendaten „die Anzahl von Zeiten x 2 + 3“.
Wenn nur die Änderung des Uhrenfehlers Cbv über die Zeit und die Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten als Beschränkungsbedingungen verwendet werden, sind θ⁰, θ^t _gyro, Cbv⁰ und A unbekannte Parameter in Ausdruck (1). Somit ist die Anzahl von unbekannten Parametern zu allen Zeiten der Zeitreihendaten „die Anzahl von Zeiten x 1 + 3“.
<Zweite Modifikation>
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Bewegungsobjekt ein Auto. Das Bewegungsobjekt kann von einem Auto verschieden sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5879977 B2 [0005]

Claims

Azimut-Schätzvorrichtung, die an einem Bewegungsobjekt angeordnet ist und sukzessive einen Azimut schätzt, auf den sich das Bewegungsobjekt zu bewegt, wobei die Azimut-Schätzvorrichtung aufweist: - eine Satellitendatenerfassungseinheit (101), die konfiguriert ist, um, zeitreihenweise, Dopplerverschiebungsfrequenzen von Navigationssignalen zu erfassen, die von einem GNSS-Empfänger empfangen werden; - eine Sensordatenerfassungseinheit (102), die konfiguriert ist, um, zeitreihenweise, eine Gierrate des Bewegungsobjekts von einem Gierratensensor zu erfassen, der an dem Bewegungsobjekt angeordnet ist; - eine Doppler-Azimut-Schätzeinheit (103), die konfiguriert ist, um den Azimut des Bewegungsobjekts basierend auf Gleichungen zum Schätzen des Azimuts des Bewegungsobjekts zu verschiedenen Zeiten zu schätzen, wobei die Gleichungen auf der Grundlage der zeitreihenweise erfassten Dopplerverschiebungsfrequenzen formuliert sind, wobei die Gleichungen unbekannte Parameter beinhalten, die zu jeder Zeit variieren, und wobei die unbekannten Parameter durch einen auf der Grundlage der Gierrate berechneten Azimutwinkeländerungsbetrag beschränkt werden; - eine Zustandsvariablenbestimmungseinheit (S14), die konfiguriert ist, um eine Zustandsvariable (S) zu bestimmen, die eine Zuverlässigkeit eines Azimutwinkels anzeigt, wobei die Zustandsvariable in Übereinstimmung mit einer verstrichenen Zeit seit einer Aktualisierung eines Referenzazimuts zunimmt, zu dem der Azimutwinkeländerungsbetrag bei autonomer Navigation addiert wird; - eine Schwellenwertwähleinheit (S16), die konfiguriert ist, um aus mehreren Bewertungsparameterschwellenwertgruppen zum Bestimmen, ob der von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzte Azimut als der Referenzazimut zu verwenden ist, eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen wählt, die eine Anwendungsbedingung zum Anwenden des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzten Azimuts für eine geringere Zuverlässigkeit des Azimutwinkels relativ leicht erfüllt, im Ansprechen darauf, dass die von der Zustandsvariablenbestimmungseinheit bestimmte Zustandsvariable ein Wert ist, der anzeigt, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist; - eine Bewertungsparameterberechnungseinheit (S17), die konfiguriert ist, um mehrere Bewertungsparameter zum Bewerten der Zuverlässigkeit des Azimuts zu berechnen, im Ansprechen darauf, dass die Doppler-Azimut-Schätzeinheit den Azimut schätzt; und - eine Anwendungsbestimmungseinheit (S18, S19), die konfiguriert ist, um - die mehreren Bewertungsparameter mit der von der Schwellenwertwähleinheit gewählten Bewertungsparameterschwellenwertgruppe zu vergleichen, und - eine Anwendung des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzten Azimuts als den Referenzazimut zu bestimmen, im Ansprechen auf eine Bestimmung, dass die Anwendungsbedingung erfüllt ist.
Azimut-Schätzvorrichtung, die an einem Bewegungsobjekt angeordnet ist und sukzessive einen Azimut schätzt, auf den sich das Bewegungsobjekt zu bewegt, wobei die Azimut-Schätzvorrichtung aufweist: - eine Satellitendatenerfassungseinheit (101), die konfiguriert ist, um, zeitreihenweise, Dopplerverschiebungsfrequenzen von Navigationssignalen zu erfassen, die von einem GNSS-Empfänger empfangen werden; - eine Sensordatenerfassungseinheit (102), die konfiguriert ist, um - den Geschwindigkeitsbetrag des Bewegungsobjekts von einem am Bewegungsobjekt angeordneten Geschwindigkeitssensor zeitreihenweise zu erfassen, und - eine Gierrate des Bewegungsobjekts von einem am Bewegungsobjekt angeordneten Gierratensensor zeitreihenweise zu erfassen; - eine Doppler-Azimut-Schätzeinheit (103), die konfiguriert ist, um den Azimut des Bewegungsobjekts basierend auf Gleichungen zum Schätzen des Azimuts des Bewegungsobjekts zu verschiedenen Zeiten zu schätzen, wobei die Gleichungen auf der Grundlage der zeitreihenweise erfassten Dopplerverschiebungsfrequenzen formuliert sind, wobei die Gleichungen unbekannte Parameter beinhalten, die zu jeder Zeit variieren, und wobei die unbekannten Parameter durch einen Betrag der Geschwindigkeit des Bewegungsobjekts und eine Linearisierung einer Änderung in einem Uhrenfehler über die Zeit beschränkt werden; - eine Zustandsvariablenbestimmungseinheit (S14), die konfiguriert ist, um eine Zustandsvariable (S) zu bestimmen, die eine Zuverlässigkeit eines Azimutwinkels anzeigt, wobei die Zustandsvariable in Übereinstimmung mit einer verstrichenen Zeit seit einer Aktualisierung eines Referenzazimuts zunimmt, zu dem ein Betrag einer Azimutwinkeländerung, der auf der Grundlage der Gierrate berechnet wird, bei autonomer Navigation addiert wird; - eine Schwellenwertwähleinheit (S16), die konfiguriert ist, um aus mehreren Bewertungsparameterschwellenwertgruppen zum Bestimmen, ob der von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzte Azimut als der Referenzazimut anzuwenden ist, eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen wählt, die eine Anwendungsbedingung zum Anwenden des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzten Azimuts für eine geringere Zuverlässigkeit des Azimutwinkels relativ leicht erfüllt, im Ansprechen darauf, dass die von der Zustandsvariablenbestimmungseinheit bestimmte Zustandsvariable ein Wert ist, der anzeigt, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist; - eine Bewertungsparameterberechnungseinheit (S17), die konfiguriert ist, um mehrere Bewertungsparameter zum Bewerten der Zuverlässigkeit des Azimuts zu berechnen, im Ansprechen darauf, dass die Doppler-Azimut-Schätzeinheit den Azimut schätzt; und - eine Anwendungsbestimmungseinheit (S18, S19), die konfiguriert ist, um - die mehreren Bewertungsparameter mit der von der Schwellenwertwähleinheit gewählten Bewertungsparameterschwellenwertgruppe zu vergleichen, und - eine Anwendung des von der Doppler-Azimut-Schätzeinheit geschätzten Azimuts als den Referenzazimut zu bestimmen, im Ansprechen auf eine Bestimmung, dass die Anwendungsbedingung erfüllt ist.
Azimut-Schätzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei - die Zustandsvariable mit zunehmendem Betrag zusammen mit einer Zunahme in der verstrichenen Zeit zunimmt; und - der zunehmende Betrag in einer Situation, in der die Geschwindigkeit des Bewegungsobjekts relativ hoch ist, im Vergleich zu einer Situation, in der die Geschwindigkeit des Bewegungsobjekts relativ niedrig ist, geringer ist.
Azimut-Schätzvorrichtung nach Anspruch 3, ferner aufweisend: - eine Zuverlässigkeitsklassenbestimmungseinheit (S15), die konfiguriert ist, um eine Azimut-Zuverlässigkeitsklasse auf der Grundlage der von der Zustandsvariablenbestimmungseinheit bestimmten Zustandsvariablen zu bestimmen, wobei die Schwellenwertwähleinheit (S16) konfiguriert ist, um - eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen auf der Grundlage der von der Zuverlässigkeitsklassenbestimmungseinheit bestimmten Azimut-Zuverlässigkeitsklasse und einer Geschwindigkeitsklasse zu wählen, und - eine der Bewertungsparameterschwellenwertgruppen wählt, die es ermöglicht, die Anwendungsbedingung für die geringere Zuverlässigkeit des Azimutwinkels leichter zu erfüllen, im Ansprechen darauf, dass die Azimut-Zuverlässigkeitsklasse anzeigt, dass die Zuverlässigkeit des Azimutwinkels geringer ist, und die Geschwindigkeitsklasse eine Klasse einer niedrigeren Geschwindigkeit ist.
Azimut-Schätzvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Zuverlässigkeitsklassenbestimmungseinheit die Azimut-Zuverlässigkeitsklasse im Ansprechen darauf, dass die Doppler-Azimut-Schätzeinheit den Azimut für eine vorbestimmte Zeit oder länger schätzt, auf eine höchste Zuverlässigkeitsklasse unter den Azimut-Zuverlässigkeitsklassen setzt.
Azimut-Schätzvorrichtung einen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zustandsvariablenbestimmungseinheit konfiguriert ist, um - einen Anfangswert der Zustandsvariablen nach dem Einschalten der Energieversorgung der Azimut-Schätzvorrichtung auf einen vorherigen Endwert zu setzen, wobei der vorherige Endwert ein Wert der Zustandsvariablen bei einem vorherigen Auftreten des Ausschaltens der Energieversorgung der Azimut-Schätzvorrichtung ist, und - den Anfangswert der Zustandsvariablen im Ansprechen darauf, dass der vorherige Endwert nicht vorhanden ist, auf einen vorbestimmten Anfangswert zu setzen.