DE19636425C1 - Navigation method using complementary measurement methods for motor vehicle - Google Patents

Navigation method using complementary measurement methods for motor vehicle

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Abstract

The method involves acquiring sensor signals using two complementary methods which exploit available measurement data and accuracy respectively. The measurement signals of the movements of an object (1) of a first sensor (2) are used in a simulation (5) and appropriate data are acquired. The movement data are fed into a simulation (6) of the second measurement method for generating simulated measurement signals of the second sensor arrangement (3). The simulated signals are compared with the actual measurement signals from the second sensor arrangement. The movement simulation is corrected according to the comparison results and its output signals used as navigation method output data.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation mit einander ergänzenden Auswertungen von Daten unterschiedlicher Meßmethoden für einen bewegbaren Gegenstand, wobei mit einer ersten Meßme­ thode hinsichtlich der Verfügbarkeit vorteilhafte Meßsignale einer ersten Sensoranordnung und mit einer zweiten Meßmethode hinsichtlich der Genauigkeit vorteilhafte Meßsignale einer zwei­ ten Sensoranordnung verarbeitet werden.The invention relates to a method for navigating with one another additional evaluations of data from different measurement methods for a movable object, with a first measurement method advantageous in terms of availability of measurement signals a first sensor arrangement and with a second measuring method measurement signals of two advantageous in terms of accuracy th sensor arrangement can be processed.

Es ist bekannt, Daten verschiedener Sensoranordnungen für die Navigation zu verwenden, wobei regelmäßig die Daten der einen Sensoranordnung, beispielsweise durch ein bordeigenes autarkes System, ständig zur Verfügung stehen, während Daten einer zwei­ ten Sensoranordnung, die eine Bestimmung von Bewegungsdaten, einschließlich Ortsdaten, mit einer höheren Genauigkeit erlau­ ben, von externen Übermittlungen abhängig sind und daher aufgrund von Störungen, Abschattungen usw. nicht ständig zur Verfügung stehen. Die Daten der zweiten Sensoranordnung werden zur Stützung der Daten der ersten Sensoranordnung herangezogen, um deren Genauigkeit zu erhöhen. It is known to use data from various sensor arrangements for the Use navigation, taking regular data from one Sensor arrangement, for example by an on-board self-sufficient System that is constantly available while data is a two th sensor arrangement, the determination of movement data, including location data, more accurate ben, are dependent on external transmissions and therefore due to faults, shadowing, etc. not always available To be available. The data of the second sensor arrangement are used to support the data of the first sensor arrangement, to increase their accuracy.  

Gängige autarke Sensoren sind insbesondere Inertialsensoren, aber auch beispielsweise Radsensoren. Als Stützsysteme kommen insbesondere die Satelliten- und Funknavigation in Frage, deren Sensoren somit Antennen aufweisen.Common self-sufficient sensors are, in particular, inertial sensors, but also, for example, wheel sensors. Coming as support systems especially the satellite and radio navigation in question, whose Sensors thus have antennas.

Bei den bekannten Navigationsverfahren dieser Art werden aus den Meßdaten der ersten Sensoranordnung beispielsweise mit Hilfe einer "Strap-Down-Rechnung" Bewegungsdaten ermittelt. Ausgangs­ punkt für die Auswertung ist, daß die aufgrund der Meßdaten der ersten Sensoranordnung ermittelten Bewegungsdaten fehlerbehaftet sind. Es wird daher ein linearisiertes Fehlermodell zur Errech­ nung einer Korrektur zugrunde gelegt. Durch die Anwendung der zweiten Meßmethode als Stützsystem, insbesondere einer Satelli­ tennavigationsmethode, werden die fehlerbehafteten Bewegungsda­ ten gemäß der ersten Meßmethode mit Ausgangsdaten der zweiten Meßmethode verglichen und hieraus ein Fehlerwert gebildet. Zur Anpassung des linearisierten Fehlermodells an die aktuellen Wer­ te wird der im linearisierten Fehlermodell vorhergesagte Fehler mit einem linearisierten Stützmodell so umgewandelt, daß ein prognostizierter Fehlerwert entsteht, der mit dem durch Ver­ gleich der beiden Meßmethoden ermittelten Fehlerwert verglichen wird. Über einen Regler, der beispielsweise nach dem Kalman-Filter-Prinzip ausgelegt ist, wird mit dem festgestellten Ver­ gleichswert das linearisierte Fehlermodell einerseits, die eigentliche Strap-Down-Rechnung andererseits korrigiert. Da die fehlerbehafteten, durch die Strap-Down-Rechnung ermittelten Bewegungsdaten für die Bestimmung des Arbeitspunktes sowohl auf das linearisierte Fehlermodell und das linearisierte Stützmodell als auch auf den Regler gelangen, entsteht eine vielfache Wech­ selwirkung zwischen der Strap-Down-Rechnung einerseits und dem Regelkreis zur Anpassung des linearisierten Fehlermodells und des linearisierten Stützmodells andererseits. Diese externe Kor­ rektur des Kalman-Filters ist für diesen eigentlich systemfremd und bewirkt gegebenenfalls instabile Verhaltensweisen des Regel­ kreises und damit des Navigationsverfahrens. In the known navigation methods of this type, the Measurement data of the first sensor arrangement, for example with the help a "strap-down calculation" movement data determined. Output The point for the evaluation is that, based on the measurement data, the movement data determined in the first sensor arrangement is faulty are. A linearized error model is therefore used for the calculation correction. By applying the second measurement method as a support system, especially a Satelli navigation method, the faulty movement data according to the first measurement method with output data from the second Measuring method compared and an error value is formed from this. For Adaptation of the linearized error model to the current who te becomes the error predicted in the linearized error model converted with a linearized support model so that a predicted error value arises, which corresponds to the value of Ver equal to the error value determined using the two measurement methods becomes. Via a controller based, for example, on the Kalman filter principle is designed with the determined ver equivalent to the linearized error model on the one hand, the actual strap-down calculation on the other hand corrected. Since the faulty, determined by the strap-down calculation Movement data for determining the working point both on the linearized error model and the linearized support model as well as get to the controller, there is a multiple change interaction between the strap-down calculation on the one hand and the Control loop for adapting the linearized error model and of the linearized support model on the other hand. This external cor rectification of the Kalman filter is actually foreign to the system and may cause unstable behavior of the rule circle and thus the navigation procedure.  

Es sind Navigationssysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen eine übliche Standortbestimmung mit bordeigenen Sensoren und ggf. einem Satelliten-Navigationsempfänger erfolgt. Über einen Umschalter können diese aus DE 44 28 009 A1, EP 0 519 593 A2 oder JP 07 311 043 A (Patent Abstracts of Japan) be­ kannten Systeme in eine Simulations-Betriebsart gebracht wer­ den, in der eine Fahrt vom aktuellen Ausgangspunkt zu einem gewählten Endpunkt simuliert und mit Hilfe einer Karte darge­ stellt wird. Die Simulations-Betriebsart beeinflußt die eigentliche Standortbestimmung nicht.Navigation systems for motor vehicles are known at which a usual location determination with on-board sensors and possibly a satellite navigation receiver. over a switch can be found in DE 44 28 009 A1, EP 0 519 593 A2 or JP 07 311 043 A (Patent Abstracts of Japan) Known systems put into a simulation mode the one in which a journey from the current starting point to one simulated selected end point and darge using a map is posed. The simulation mode influences the actual location determination not.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zu­ grunde, das Navigationsverfahren der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine Verbesserung des Regelsystems erreicht wird und mögliche Instabilitäten, die aufgrund der bisherigen Ausbildung des Regelsystems möglich sind, vermieden werden kön­ nen.The present invention therefore addresses the problem reasons, the navigation method of the type mentioned above train that an improvement of the control system is achieved will and possible instabilities due to the previous Training of the control system are possible can be avoided nen.

Ausgehend von dieser Problemstellung wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Navigation mit einander ergänzenden Auswertungen von Daten unterschiedlicher Meßmethoden für einen bewegbaren Gegenstand angegeben, bei demBased on this problem, according to the invention Procedure for navigation with complementary evaluations of data from different measuring methods for a movable Item specified where

  • - mit einer ersten Meßmethode hinsichtlich der Verfügbarkeit vorteilhafte Meßsignale einer ersten Sensoranordnung und mit einer zweiten Meßmethode hinsichtlich der Genauigkeit vorteilhafte Meßsignale einer zweiten Sensoranordnung ge­ wonnen werden,- with a first measurement method regarding availability advantageous measurement signals of a first sensor arrangement and with a second method of measuring accuracy advantageous measurement signals of a second sensor arrangement ge be won,
  • - die Meßsignale der ersten Sensoranordnung auf eine Simula­ tion der Bewegung des Gegenstandes angewendet und hieraus Bewegungsdaten ermittelt werden,- The measurement signals of the first sensor arrangement on a simula tion of movement of the object applied and from it Movement data are determined,
  • - die ermittelten Bewegungsdaten in eine Simulation der zwei­ ten Meßmethode zur Erzeugung simulierter Meßsignale der zweiten Sensoranordnung eingegeben werden,- The determined movement data in a simulation of the two th measurement method for generating simulated measurement signals of the second sensor arrangement can be entered,
  • - die simulierten Meßsignale mit tatsächlichen Meßsignalen der zweiten Sensoranordnung verglichen werden,- The simulated measurement signals with actual measurement signals the second sensor arrangement are compared,
  • - aus dem Vergleich die zugrunde gelegte Simulation der Bewe­ gung des Gegenstandes korrigiert wird und- from the comparison the underlying simulation of the movement correcting the object and
  • - die durch die Simulation der Bewegung des Gegenstandes er­ mittelten Bewegungsdaten als Ausgangsdaten des Navigations­ verfahrens ausgegeben werden.- he by simulating the movement of the object averaged movement data as the starting data for navigation proceedings are issued.

Kern der Erfindung ist, daß die gesamte Gegenstandsbewegung in einem Bewegungsmodell rechnerisch simuliert wird, um dadurch die benötigten Bewegungsdaten, gegebenenfalls einschließlich etwai­ ger Hilfsdaten, zu schätzen. Die geschätzten Bewegungsdaten die­ nen als Ergebnis des Verfahrens zur Navigation. Da die ursprüng­ lich geschätzten Bewegungsdaten stark fehlerbehaftet sind, ge­ langen sie auf ein Modell des Stützsystems, in dem die Bewe­ gungsdaten zu simulierten Meßdaten des Stützsystems transfor­ miert werden. Diese werden in einer Vergleichsstufe mit den realen Meßdaten des Stützsystems verglichen. Mit dem Ergebnis des Vergleichs wird ein Regler gesteuert, der seinerseits das komplette Bewegungsmodell verändert, um so zu besser geschätzten Bewegungsdaten zu gelangen.The essence of the invention is that the entire object movement in a movement model is mathematically simulated in order to required movement data, including sth if necessary auxiliary data. The estimated movement data as a result of the navigation process. Since the original estimated movement data are highly error-prone, ge they reach a model of the support system in which the movement Transfor data to simulated measurement data of the support system be lubricated. These are compared with the real measurement data of the support system compared. With the result In the comparison, a controller is controlled, which in turn controls the complete movement model changed so as to be more appreciated To get movement data.

Im Unterschied zum Stand der Technik findet die Auswertung der Meßsignale der ersten Sensoranordnung ausschließlich in einem simulierten Bewegungsmodell statt, das in seiner Gesamtheit durch den Regler veränderbar ist. Bei der Ausbildung des Bewe­ gungsmodells innerhalb eines Kalman-Filters findet somit die Korrektur durch die Regelung des Kalman-Filters statt und nicht - wie bisher - zumindest teilweise außerhalb des Kalman-Filters. Daher läßt sich der erfindungsgemäß vorgesehene Regelkreis sta­ biler aufbauen, weil Instabilitäten aufgrund externer Korrektu­ ren der Strap-Down-Rechnung, beispielsweise mit Hilfe eines Kalman-Filters, vermieden werden.In contrast to the prior art, the evaluation of the Measuring signals of the first sensor arrangement only in one simulated movement model instead, in its entirety is changeable by the controller. When training the Bewe thus finds the model within a Kalman filter Correction by regulating the Kalman filter instead and not - as before - at least partially outside the Kalman filter. Therefore, the control loop provided according to the invention can be sta build more easily because of instabilities due to external correction the strap-down calculation, for example using a Kalman filter, be avoided.

Die erfindungsgemäße komplette Simulation der Bewegung als auch des Stützmodells ermöglicht insbesondere auch die Anordnung der Sensoranordnungen für die beiden Meßmethoden mit einem Abstand voneinander, der rechnerisch nicht mit Null angenommen werden muß, sondern in der Simulation der zweiten Meßmethode (des Stützsystems) berücksichtigt wird.The complete simulation of the movement according to the invention as well of the support model in particular also enables the arrangement of the Sensor arrangements for the two measuring methods at a distance from each other, which cannot be assumed to be zero must, but in the simulation of the second measurement method (the Support system) is taken into account.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zeichnerischen Dar­ stellungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with the aid of drawings positions explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur schematischen Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a block diagram schematically illustrating the inventive method,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel eines Bewegungsmodells aus Fig. 1. FIG. 2 shows a block diagram for an exemplary embodiment of a movement model from FIG. 1.

Fig. 1 ist durch eine horizontale gestrichelte Linie in einen Bereich "Wirklichkeit" und einen Bereich "Simulation" unter­ teilt. Fig. 1 is divided by a horizontal dashed line into an area "Reality" and an area "Simulation".

Als bewegter Gegenstand ist in Fig. 1 ein Fahrzeug 1 angenom­ men, dessen (sich ändernde) Bewegungsdaten ein Teil von x sind. Das Fahrzeug 1 ist mit einer ersten Sensoranordnung 2 und einer zweiten Sensoranordnung 3 versehen, wobei die erste Sensoranord­ nung 2 ein Inertialsensorsystem und die zweite Sensoranordnung 3 ein Antennensystem für einen Satellitennavigationsempfänger sein kann. Die durch die zweite Sensoranordnung 3 empfangenen Daten, insbesondere Satellitendaten, werden mit einem zum Satelliten­ empfänger gehörenden Auswertungssystem 4 als Stützsystem ausge­ wertet und dadurch Stützdaten y gebildet. Üblicherweise sind die Stützdaten y Schrägentfernungen zu verschiedenen Satelliten.As a moving object, a vehicle 1 is adopted in FIG. 1, the (changing) movement data of which is part of x. The vehicle 1 is provided with a first sensor arrangement 2 and a second sensor arrangement 3 , the first sensor arrangement 2 being an inertial sensor system and the second sensor arrangement 3 being an antenna system for a satellite navigation receiver. The data received by the second sensor arrangement 3 , in particular satellite data, are evaluated as a support system with an evaluation system 4 belonging to the satellite receiver, and support data y is thereby formed. The support data are usually y oblique distances to different satellites.

Die erste Sensoranordnung 2 liefert Ausgangsdaten u, die auf ein mathematisches Bewegungsmodell 5 gelangen. Am Ausgang des Bewe­ gungsmodells 5 stehen geschätzte Daten , Bewegungsdaten mit Hilfsdaten, die auf ein Stützmodell 6 als simuliertes Stütz­ system geleitet werden. Durch das Stützmodell 6 werden die ge­ schätzten Daten in geschätzte Stützdaten transformiert. Die geschätzten Daten werden mit den gemessenen Daten y in einer Differenzstufe 7 verglichen. Das Ausgangssignal gelangt auf ei­ nen Regler 8, der in Abhängigkeit vom Eingangssignal das Bewe­ gungsmodell 5 ansteuert, um so zu besseren Schätzungen für die Daten zu gelangen. Am Ausgang des Bewegungsmodells 5 stehen auch die durch das Verfahren ermittelten Ergebnisdaten E an, die somit ausschließlich im simulierten Teil des Navigationsgeräts gebildet werden.The first sensor arrangement 2 supplies output data u that arrive at a mathematical movement model 5 . At the output of the movement model 5 there are estimated data, movement data with auxiliary data, which are directed to a support model 6 as a simulated support system. Support model 6 transforms the estimated data into estimated support data. The estimated data are compared with the measured data y in a difference stage 7 . The output signal arrives at a controller 8 , which controls the movement model 5 as a function of the input signal, in order to arrive at better estimates for the data. The result data E ascertained by the method are also present at the output of the movement model 5 and are therefore formed exclusively in the simulated part of the navigation device.

Die Aufgabe des Bewegungsmodells 5 besteht in der Nachbildung der Fahrzeug-/Sensorbewegung sowie ggf. von Sensoreigenschaften. Dabei können vektorielle oder skalare Größen wie Position, Ge­ schwindigkeit, Beschleunigung, Lage, Drehrate, Sensorfehler usw., berücksichtigt werden. Als mathematische Basis dienen ge­ wöhnliche Differentialgleichungen, die aus verschiedenen Gebie­ ten stammen, wie beispielsweise Strap-Down-Technologie, Koppel­ navigation, Sensorfehlermodell usw. Mit Hilfe des Bewegungs­ modells 5 werden die Bewegungsdaten geschätzt, für die Be­ schleunigungs-, Geschwindigkeits- und Positionsvektoren, Schräg­ entfernungen und deren zeitliche Änderungen, Entfernungsdiffe­ renzen, Richtungen, Strecken oder Geschwindigkeiten entlang von Bahnen usw. verwendet werden können.The task of the motion model 5 is to simulate the vehicle / sensor movement and, if necessary, sensor properties. Vectorial or scalar variables such as position, speed, acceleration, position, rotation rate, sensor error etc. can be taken into account. Ordinary differential equations, which come from different areas, serve as the mathematical basis, such as strap-down technology, coupling navigation, sensor error models, etc. With the help of the motion model 5 , the motion data are estimated for the acceleration, speed and position vectors , Oblique distances and their changes over time, distance differences, directions, distances or speeds along railways etc. can be used.

Die Aufgabe des Reglers ist es, dafür zu sorgen, daß die ge­ schätzten Größen den Verlauf der tatsächlichen in angemessener Weise nachbilden. Zur Auslegung des Reglers können beispiels­ weise die Theorien eines Kalman-Filters oder eines anderen Optimalfilters sowie eines Luenberger- oder nichtlinearen Beob­ achters verwendet werden.It is the job of the controller to ensure that the ge Estimated the course of the actual in reasonable amounts Recreate wise. For the design of the controller, for example show the theories of a Kalman filter or another Optimal filter and a Luenberger or non-linear observer be used aft.

Die Aufgabe des Stützmodells 6 ist die Nachbildung der Stütz­ größen sowie ggf. die Erfüllung mathematischer Nebenbedingungen. Anwendungsabhängig können Bewegungsdaten wie Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- und Positionsvektoren, Drehgeschwindigkeits- und Drehvektoren, Schrägentfernungen und deren zeitliche Ände­ rungen, Entfernungsdifferenzen, Richtungen, Strecken oder Ge­ schwindigkeiten entlang von Bahnen usw. verwendet werden. Die mathematische Basis des Modells ist zweckmäßigerweise ein Satz von Gleichungen.The task of the support model 6 is the simulation of the support sizes and, if necessary, the fulfillment of mathematical constraints. Depending on the application, motion data such as acceleration, speed and position vectors, rotation speed and rotation vectors, oblique distances and their changes over time, distance differences, directions, distances or speeds along orbits etc. can be used. The mathematical basis of the model is expediently a set of equations.

Auf den Regler gelangen die geschätzten Bewegungsdaten . Hier­ durch wird lediglich der Arbeitspunkt des Reglers 8 beeinflußt, nicht aber die eigentliche Regelfunktion.The estimated movement data is sent to the controller. Here only the operating point of the controller 8 is influenced, but not the actual control function.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Bewegungsmodell 5 für Meßsignale u eines Inertialmeßsystems. Für die Benennung von Größen und Koordinatensystemen sind folgende Festlegungen ge­ wählt worden: Fig. 2 shows an embodiment of a motion model 5 for measuring signals and a Inertialmeßsystems. The following stipulations have been chosen for naming sizes and coordinate systems:

Das Meßsignal u beispielsweise eines Inertialmeßsystems gelangt auf inverse Sensormodelle 10, 10′. Am Ausgang des Sensormodells 10 steht ein inertialer Beschleunigungsvektor b im körperfesten System. Dieser wird durch eine Matrix Ceb in das ECEF-System transformiert. In einer folgenden Kompensationsstufe werden bei der Transformation entstehende Scheinbeschleunigungen, wie Coriolis- und Zentrifugalbeschleunigungen, eliminiert. Es folgt eine Integration 13 zur Bildung des zugehörigen Geschwindig­ keitsvektors und eine Integration 14 zur Bildung des zugehörigen Ortsvektors. Die Ortsvektordaten und Geschwindigkeitsvektordaten gelangen als Teil der Bewegungsdaten zum Stützmodell. Für die Ausgabe des Ergebnisses E wird noch eine Umrechnung 15 in ein erdlotfestes System vorgenommen. In ähnlicher Weise wird eine Transformation 16 des Geschwindigkeitsvektors für die Ausgabe des Ergebnisses E durchgeführt.The measurement signal u, for example of an inertial measurement system, reaches inverse sensor models 10 , 10 '. At the output of the sensor model 10 there is an inertial acceleration vector b in the body-fixed system. This is transformed into the ECEF system by a matrix C eb . In a subsequent compensation stage, apparent accelerations, such as Coriolis and centrifugal accelerations, are eliminated during the transformation. There follows an integration 13 to form the associated speed vector and an integration 14 to form the associated location vector. The location vector data and speed vector data arrive at the support model as part of the movement data. For the output of the result E, a conversion 15 is carried out into an earth-solderable system. In a similar manner, a transformation 16 of the speed vector for the output of the result E is carried out.

Mit dem inversen Sensormodell 10′ werden Drehgeschwindigkeiten gebildet, die in einer Integrationsstufe 17 verarbeitet und in einer Umrechnungsstufe 18 in übliche Gierwinkel Ψ, Nickwinkel θ und Rollwinkel Φ unter Verwendung der erdfesten Position vom Ausgang der Umrechnungsstufe 15 umgerechnet werden und ebenfalls als Teil des Ergebnisses E ausgegeben werden. Die vor der Um­ rechnung vorliegenden Daten gelangen zum Stützmodell. Zu Rück­ führungszwecken sieht das Bewegungsmodell noch eine Transforma­ tionsstufe 19 vor, durch die ein Modell der Erdbeschleunigung auf die Kompensationsstufe 12 gelangt.With the inverse sensor model 10 'rotational speeds are formed, which are processed in an integration stage 17 and converted in a conversion stage 18 into the usual yaw angle Ψ, pitch angle θ and roll angle Φ using the earth-fixed position from the output of the conversion stage 15 and also as part of the result E be issued. The data available before the conversion is transferred to the support model. For feedback purposes, the motion model also provides a transformation stage 19 through which a model of the acceleration due to gravity reaches the compensation stage 12 .

Fig. 2 verdeutlicht, daß der Regler 8 sowohl auf die Sensormo­ delle 10, 10′ als auch auf die Integratoren 8, 13, 14 einwirkt, also auf alle Stufen des Bewegungsmodells 5, die der eigent­ lichen Modellierung der Bewegung dienen und nicht nur einer Um­ rechnung in verschiedene Koordinatensysteme. Fig. 2 illustrates that the controller 8 both on the Sensormo delle 10 , 10 'and the integrators 8 , 13 , 14 acts, that is, on all stages of the motion model 5 , which serve the modeling of the movement and not just one To calculate in different coordinate systems.

Zur Ergänzung der qualitativen Erläuterung des Bewegungsmodells gemäß Fig. 2 und des Verfahrens gemäß Fig. 1 werden nach­ stehend verwendete Algorithmen angegeben. In order to supplement the qualitative explanation of the movement model according to FIG. 2 and the method according to FIG. 1, algorithms used according to standing are specified.

1. Lagewinkel-Rechnung1. Position angle calculation

2. Geschwindigkeits-, Positionsrechnung2. Speed, position calculation

3. Erdbeschleunigung3. Gravitational acceleration

Mit den Bezeichnungen und Zahlenwerten aus [4] gilt nach [18]:With the names and numerical values from [4], the following applies according to [18]:

4. Uhrenmodell4. Watch model

Uhrenfehler Δt, Ableitung t = Δtp, weißes Rauschen wClock error Δt, derivative t = Δt p , white noise w

5. Sensor-Modelle5. Sensor models StützgrößenSupport sizes

1. Positions-, Geschwindigkeitsstützung: (GPS-, INS-, MLS-, Kamerastützung) Umrechnungen: ϕ, λ, h in [rx,e,e, ry,e,e, rz,e,e]T 1. Position, speed support: (GPS, INS, MLS, camera support) conversions: ϕ, λ, h into [r x, e, e , r y, e, e , r z, e, e ] T

6. Meßfunktionen6. Measuring functions

rx,e,e INS-Position; Antennenposition r* (GPS, DME, . . . ): Gln. (48) (44)
ry,e,e INS-Position; Antennenposition r* (GPS, DME, . . . ): Gln. (48) (44)
rz,e,e INS-Position; Antennenposition r* (GPS, DME, . . . ): Gln. (48) (44)
vx,e,e INS-Position; Antennenposition r* (GPS, DME, . . . ): Gln. (48) (44)
vy,e,e INS-Position; Antennenposition r* (GPS, DME, . . . ): Gln. (48) (44)
vz,e,e INS-Position; Antennenposition r* (GPS, DME, . . . ): Gln. (48) (44)
r x, e, e INS position; Antenna position r * (GPS, DME,...): Gln. (48) (44)
r y, e, e INS position; Antenna position r * (GPS, DME,...): Gln. (48) (44)
r z, e, e INS position; Antenna position r * (GPS, DME,...): Gln. (48) (44)
v x, e, e INS position; Antenna position r * (GPS, DME,...): Gln. (48) (44)
v y, e, e INS position; Antenna position r * (GPS, DME,...): Gln. (48) (44)
v z, e, e INS position; Antenna position r * (GPS, DME,...): Gln. (48) (44)

2. Range-, Range-Rate-Stützung: (GPS-, DME-, LORAN-, Lasertracker-Stützung)Pro Satellit/Bodenstation gilt mit der Satellitenposition s,e,
Satellitenuhrenfehler Δts
2. Range, range rate support: (GPS, DME, LORAN, laser tracker support) For each satellite / ground station, with the satellite position s, e ,
Satellite clock error Δt s

Meßfunktion RangeMeasuring function range

vergl. Gleichungen (48),
wobei Δts aus den Ephemeriden bekannt ist
und Δt < 0 bedeutet: Empfängeruhr geht vor.
Für Lasertracker gilt Δt ≡ 0, Δts ≡ 0.
see equations (48),
where Δt s is known from the ephemeris
and Δt <0 means: Receiver clock comes first.
For laser trackers, Δt ≡ 0, Δt s ≡ 0.

Meßfunktion Range-RateMeasuring function range rate

vergl. Gleichungen (48), (49) (Addition der mit Richtungscosinus gewichteten Komponenten der Relativgeschwindigkeit Satellit-Empfängerantenne)see equations (48), (49) (addition of the weighted with direction cosine Components of the relative speed satellite receiver antenna)

Meßfunktion Range-DifferenzMeasuring function range difference

Mit Differenzvektor INS-GPS-Antenne: d,b = [rx,d,b, ry,d,b, rz,d,b]T giltWith difference vector INS-GPS antenna: d, b = [r x, d, b , r y, d, b , r z, d, b ] T applies

3. Höhenstützung3. Height support

Meßfunktion: Iteration gemäß Gleichungen (38)Measurement function: iteration according to equations (38)

4. Lagestützung4. Position support

GPS: Positionsdifferenz mehrerer Antennen darzustellen im ECEF-System:
Ceb d,b → Es gelten die Gleichungen (48) mit rx,e,e = ry,e,e = rz,e,e = 0
INS, Magnetfeldsonde usw.
GPS: position difference of several antennas to be displayed in the ECEF system:
C eb d, b → Equations (48) with r x, e, e = r y, e, e = r z, e, e = 0 apply
INS, magnetic field probe, etc.

Es gilt: Cgb = Cge · Ceb The following applies: C gb = C ge · C eb

5. Radsensorstützung5. Wheel sensor support

Eine Stützung der Strecke ist nur eine "verkappte" Geschwindigkeitsstützung oder - bei bekannter Bahn - eine Positionsstützung.Supporting the route is only a "capped" speed support or - at well-known railway - a position support.

6. Winkelstützung6. Angular support

Elevationswinkel: (ILS, Lasertracker)Elevation angle: (ILS, laser tracker)

Entsprechend gilt für den Azimut gegen die Nordrichtung (VOR, Lasertracker)The same applies to the azimuth against the north direction (VOR, laser tracker)

Insbesondere Gleichung 48 verdeutlicht den rechnerisch berück­ sichtigten Abstand zwischen dem Inertialsensorsystem (INS) und der Satellitenantenne (GPS), der bei einem Verkehrsflugzeug durchaus mehr als 30 m betragen kann. Während bisher versucht worden ist, beide Sensoren möglichst am selben Ort anzuordnen, um einen Abstand zwischen den beiden Sensoren vernachlässigen zu können, ist es eine erfindungsgemäße Erkenntnis, daß der Abstand so groß wie möglich gewählt werden sollte, da hierdurch die Be­ obachtbarkeit verbessert und das Auftreten von Singularitäten sicherer unterdrückt wird.Equation 48 in particular clarifies the calculation distance between the inertial sensor system (INS) and the satellite antenna (GPS) used in a commercial aircraft can be more than 30 m. While trying so far has been arranged to place both sensors at the same location if possible, to neglect a distance between the two sensors can, it is an inventive finding that the distance should be chosen as large as possible, as Improved care and the occurrence of singularities is suppressed more securely.

Claims (2)

1. Verfahren zur Navigation mit einander ergänzenden Auswer­ tungen von Daten unterschiedlicher Meßmethoden für einen bewegbaren Gegenstand (1), wobei
  • - mit einer ersten Meßmethode hinsichtlich der Verfüg­ barkeit vorteilhafte Meßsignale einer ersten Sensor­ anordnung (2) und mit einer zweiten Meßmethode hin­ sichtlich der Genauigkeit vorteilhafte Meßsignale einer zweiten Sensoranordnung (3) gewonnen werden,
  • - die Meßsignale (U) des ersten Sensors auf eine Simula­ tion (5) der Bewegung des Gegenstandes angewendet und hieraus Bewegungsdaten () ermittelt werden,
  • - die ermittelten Bewegungsdaten () in eine Simulation (6) der zweiten Meßmethode zur Erzeugung simulierter Meßsignale () der zweiten Sensoranordnung (3) einge­ geben werden,
  • - die simulierten Meßsignale () mit tatsächlichen Meß­ signalen (y) der zweiten Sensoranordnung (3) ver­ glichen werden,
  • - aus dem Vergleich die zugrunde gelegte Simulation (5) der Bewegung des Gegenstandes korrigiert wird und
  • - die durch die Simulation (5) der Bewegung des Gegen­ standes (1) ermittelten Bewegungsdaten als Ausgangs­ daten (E) des Navigationsverfahrens ausgegeben werden.
1. A method for navigation with complementary evaluations of data from different measurement methods for a movable object ( 1 ), wherein
  • - With a first measurement method with regard to the availability, advantageous measurement signals of a first sensor arrangement ( 2 ) and with a second measurement method, the accuracy of advantageous measurement signals of a second sensor arrangement ( 3 ) can be obtained,
  • - The measurement signals (U) of the first sensor are applied to a simulation ( 5 ) of the movement of the object and movement data () are determined therefrom,
  • the determined movement data () are entered into a simulation ( 6 ) of the second measurement method for generating simulated measurement signals () of the second sensor arrangement ( 3 ),
  • - The simulated measurement signals () with actual measurement signals (y) of the second sensor arrangement ( 3 ) are compared,
  • - from the comparison, the underlying simulation ( 5 ) of the movement of the object is corrected and
  • - The movement data determined by the simulation ( 5 ) of the movement of the object ( 1 ) are output as output data (E) of the navigation method.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnungen (2, 3) für die beiden Meßmethoden mit Abstand voneinander angeordnet werden und daß der Abstand für die Simulation (6) der zweiten Meßmethode berücksich­ tigt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the sensor arrangements ( 2 , 3 ) for the two measuring methods are arranged at a distance from one another and that the distance for the simulation ( 6 ) of the second measuring method is taken into account.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001014942A1 (en) * 1999-08-19 2001-03-01 Wagner Joerg F Method and device for the navigation and motion control of non-rigid objects
WO2003038378A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-08 Atlas Elektronik Gmbh Navigation system for determining the course of a vehicle
DE10245967A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-15 Astrium Gmbh Method and arrangement for determining estimated navigation signal error information
DE102007041121A1 (en) * 2007-08-30 2009-03-05 Volkswagen Ag Sensor data processing method for driver assistance system e.g. modern motor vehicle, involves adjusting error value belonging to measured value of one sensor by another measured value of another sensor
DE102008012915A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-10 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for increasing the accuracy of position tracking of vehicles in software-based control systems
DE202008012487U1 (en) * 2008-09-19 2010-02-18 Tabatabaei, Nejat Mahdavi, Dr.-Ing. Inertial gauge for calibration of machine tools and robots
US7987002B2 (en) * 2003-11-26 2011-07-26 Xinshu Management, L.L.C. Arrangement for distributed measurement system for measurement and simulation in distributed control systems

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0519593A2 (en) * 1991-06-18 1992-12-23 Sumitomo Electric Industries, Limited Location detecting system
DE4428009A1 (en) * 1993-08-09 1995-02-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Position-determination systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0519593A2 (en) * 1991-06-18 1992-12-23 Sumitomo Electric Industries, Limited Location detecting system
DE4428009A1 (en) * 1993-08-09 1995-02-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Position-determination systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 07311043 A (Patent Abstracts of Japan) *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001014942A1 (en) * 1999-08-19 2001-03-01 Wagner Joerg F Method and device for the navigation and motion control of non-rigid objects
DE19939345A1 (en) * 1999-08-19 2001-03-29 Joerg F Wagner Method and device for navigation and movement control of non-rigid objects
DE19939345C2 (en) * 1999-08-19 2001-10-18 Joerg F Wagner Device for navigation and movement control of objects and application of such a device to non-rigid objects
WO2003038378A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-08 Atlas Elektronik Gmbh Navigation system for determining the course of a vehicle
DE10245967A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-15 Astrium Gmbh Method and arrangement for determining estimated navigation signal error information
US7987002B2 (en) * 2003-11-26 2011-07-26 Xinshu Management, L.L.C. Arrangement for distributed measurement system for measurement and simulation in distributed control systems
DE102007041121A1 (en) * 2007-08-30 2009-03-05 Volkswagen Ag Sensor data processing method for driver assistance system e.g. modern motor vehicle, involves adjusting error value belonging to measured value of one sensor by another measured value of another sensor
DE102007041121B4 (en) 2007-08-30 2022-05-19 Volkswagen Ag Method and device for processing sensor data for a driver assistance system of a vehicle
DE102008012915A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-10 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for increasing the accuracy of position tracking of vehicles in software-based control systems
DE202008012487U1 (en) * 2008-09-19 2010-02-18 Tabatabaei, Nejat Mahdavi, Dr.-Ing. Inertial gauge for calibration of machine tools and robots

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