EP1257785A1 - Verfahren und anordnung zur bildung einer gesamtpositionsinformation für ein system - Google Patents

Verfahren und anordnung zur bildung einer gesamtpositionsinformation für ein system

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EP1257785A1
EP1257785A1 EP00991554A EP00991554A EP1257785A1 EP 1257785 A1 EP1257785 A1 EP 1257785A1 EP 00991554 A EP00991554 A EP 00991554A EP 00991554 A EP00991554 A EP 00991554A EP 1257785 A1 EP1257785 A1 EP 1257785A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
position information
determined
information
measure
determination system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00991554A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Schupfner
Henning Lenz
Dragan Obradovic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1257785A1 publication Critical patent/EP1257785A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments

Definitions

  • the invention relates to the formation of a total position information, which total position information is determined using a first position determination system and a second position determination system.
  • Formation of total position information is known from [1] and is used there in a navigation system for determining position information for a motor vehicle and for navigating the motor vehicle.
  • the navigation system known from [1] comprises two redundant position determination systems, a first and a second position determination system.
  • first and the second position determination system uses the first and the second position determination system to determine the first and the second position of the motor vehicle.
  • current position information, first position information and second position information are printed out for a current position of the motor vehicle, in each case printed out by a distance traveled by the motor vehicle and an orientation of the motor vehicle.
  • An overall position information which describes the current position of the motor vehicle, is determined using the first position information and the second position information.
  • the motor vehicle is navigated using the overall position information.
  • the first position determination system of this navigation system consists of an odometer, with which the traveled te route of the vehicle is determined, and from a gyroscope, with which the orientation of the vehicle is determined.
  • the second position determination system is a so-called global positioning system (GPS), with which the distance traveled and the orientation of the motor vehicle are determined, just as with the first position determination system.
  • GPS global positioning system
  • [3] discloses other different types of GPS-type systems which differ in the type of position information they determine.
  • the current position information is used both by the first position determination system (first position information) and by the second position determination system (second position information).
  • the two redundant position information are compared with one another in such a way that a position difference between the first and the second position information is determined.
  • the current position is determined in such a way that the first position information is corrected using the second position information and the overall position information for the current position of the motor vehicle is determined therefrom.
  • the total position information for the current position of the motor vehicle is formed only from the first position information.
  • a caiman filter is known from [2].
  • the invention is based on the problem of specifying a method and an arrangement with which position information of a system can be determined with improved accuracy than in the method described above.
  • first position information of the system is determined using the first position determination system for predetermined times.
  • second position information of the system is determined using the second position determination system.
  • error information is determined using the first and the second position information of the respective time.
  • a measure of a statistical dependency between the error information is determined, and the overall position information is determined using the measure of the statistical dependency.
  • the arrangement for forming total position information for a system which total position information is determined using a first position determination system and a second position determination system, has a processor which is set up in such a way that - for predetermined times, first position information of the system can be determined using the first position determination system .
  • second position information of the system can be determined for the predetermined times using the second position determination system,
  • a missing information can be determined using the first and the second position information of the respective time
  • a measure for a statistical dependency between the missing information can be determined and the total position information can be determined using the measure for the statistical dependency.
  • the arrangement is particularly suitable for carrying out the method according to the invention or one of its further developments explained below.
  • a measure for a statistical dependency in the broader sense also means a statistical measure for an error. Furthermore, a measure is not just a discrete number or a discrete one
  • the invention and / or any further development described below can also be implemented by a computer program product which has a storage medium on which a computer program which carries out the invention and / or further development is stored.
  • error information is preferably determined for all predetermined times.
  • the first and the second position information each comprise a distance covered by the system and an orientation of the system.
  • the first and the second position information can also each include a speed of the system.
  • the predetermined times describe a time series.
  • the first position information and / or the second position information for a future point in time is / are determined using the measure for the statistical dependency. Using the first and / or the second position information for the future point in time, the first and / or the second position information is corrected for one of the predetermined points in time and the total position information is thereby formed.
  • the measure for the statistical is preferred.
  • the measure for the statistical dependency is derived from a covariance matrix, which is formed using the error information.
  • a reliability check is carried out for the first and / or the second position information.
  • a development is used in a navigation system with which a position of the system to be navigated is determined.
  • the first position determination system preferably consists of an odometer and a gyroscope.
  • a Global Positionmg System (GPS) is preferably used as the second position determination system.
  • Figure 1 is a sketch of a navigation system with components in a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a sketch which describes the interaction of components of a navigation system
  • FIG. 3 shows a sketch of method steps of a method for determining position information.
  • Figure 4 is a sketch of process steps according to an alternative to the exemplary embodiment.
  • Exemplary embodiment navigation system in a motor vehicle
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 100 which is equipped with a navigation system 110.
  • FIG. 1 and FIG. 2 Components of this navigation system 110 are shown in FIG. 1 and FIG. 2 and are described below.
  • F g.2 shows the components of navigation system 110 schematically and their interaction.
  • the components of the navigation system 200 are each connected to one another in such a way that data which are determined or measured in the individual components can be transmitted to the other components and are available there for further processing.
  • the connections between the components of the navigation system 200 are represented by arrows in FIG. 2, wherein an arrow direction illustrates a direction of transmission of the data between two interconnected components.
  • the navigation system 200 comprises a position determination system 210, which in turn has three independent position determination systems, a GPS system 220, a gyroscope 230 and an odometer 240.
  • a second current position information which is redundant to the first position information, is determined.
  • an improved, because more accurate, current position information for the current position of the motor vehicle 100 is determined.
  • a digital map 250 is stored in the navigation system 200.
  • the digital map 250 is a digitized image of an environment of the motor vehicle 100, in which traffic connections and other traffic-relevant information, for example cities, are entered.
  • the current position of the motor vehicle m of the digital map 250 is determined using the digital map 250 and the improved current position information of the motor vehicle 100.
  • the navigation system 200 has an input device 260 with which a destination position of the motor vehicle 100 can be entered by the driver of the motor vehicle 100 m the navigation system 200.
  • a route calculation unit 270 of the navigation system 250 uses the entered target position and the improved, current position of the motor vehicle to determine a shortest route to the target position.
  • an optimal route can also be determined with regard to another criterion, for example travel time.
  • the navigation system 200 has a display unit 280.
  • the display unit 280 which comprises an optical output means 290 and an acoustic output means 291
  • the driver of the motor vehicle 100 is acoustically and optically shown the shortest route (or other optimal) route to the entered target position.
  • 1 shows the gyroscope 120, the odometer 121 and the GPS 122, which are each connected to a computing unit 130 via data lines 123.
  • a data line can also be a radio link or other medium.
  • the digital map and a first software program described below are stored in the computing unit 130, using which the improved, current position information of the motor vehicle is determined.
  • a second software program is stored in the computing unit 130, with which the current position of the motor vehicle is determined on the digital map and the shortest route to the predetermined target position is determined using the current position.
  • FIG. 1 shows the input means 140 for inputting the target position of the motor vehicle and the output means for outputting the shortest route to the target position.
  • FIG. 3 shows method steps 300 for determining the improved current position information for the current position of the motor vehicle.
  • a first method step 310 the first position information of the motor vehicle 100 is determined or measured for predetermined times k of a time series using the first position determination system, the gyroscope and the odometer.
  • the gyroscope measures a measured value vGyro (k). This can be used to describe the following formal relationships:
  • pl (k) + l pl (k) (4)
  • the odometer measures a measured value v ⁇ do (k). This can be used to describe the following formal relationships:
  • the first position information thus includes the large Wl (k) and the large w ⁇ do (k).
  • a second method step 320 the second position information of the motor vehicle 100 is determined for the predetermined times k of the time series using the second position determination system.
  • the GPS measures the following values at time k: W2 (k): orientation, wGPS (k): speed.
  • error information is determined for all predetermined times k of the time series using the first and the second position information of the respective time in such a way that a difference between the respective first and second position information is determined.
  • a measure for a statistical dependency between the defect information is determined.
  • the improved current position information for the current position of the motor vehicle is determined.
  • the third 330, the fourth 340 and the fifth 350 process steps are based on formal relationships using a Kalman filter and a Kalman filter, respectively. which or which m [2] is or are realized.
  • an index z identifies an estimate or prediction of the associated quantity denoted by the index z.
  • an index T denotes a transposed size of the size identified thereby.
  • the measure for the statistical dependency in this case for a temporal error statistic, is an error covariance matrix P (k).
  • R covariance matrix for noise.
  • the vector y (k) has the improved current overall position information, which is further used for navigation of the motor vehicle 100 using the navigation system 110.
  • the use of the navigation system is not limited to a motor vehicle, but that the navigation system with an appropriate adaptation also for any other mobile but also non-mobile system, for example a maritime vehicle, an airplane or a building, can be used.
  • position determination systems other than those which are described in the exemplary embodiment can also be used for an overall position determination according to the method having the features according to the independent claim or one of the developments mentioned.
  • a sixth method step 460 is provided, which is carried out between the second 320 method step and the third 330 method step and with which the second position information GPS (k) is checked for reliability.
  • the reliability is checked according to the following logic:
  • Sw, Adop, Ssat, St threshold values, can also be time-dependent
  • DOP geometry of a current satellite constellation
  • Tas Time period for AS (k)> Ssat. If all four inequalities (19) - (22) are satisfied, the second position information GPS (k) is rated as reliable.
  • the subsequent method steps, the third 330, the fourth 340 and the fifth 350 method step are only carried out if the second position information has been assessed as reliable.
  • the first position information is adopted as the improved current overall position in a seventh method step 470.
  • an initialization step 480 is provided, which is carried out before the first method step 310 and with which size of the method are initialized.
  • Zhao Yilin “Vehicle Location and Navigation Systems", Artech House Publishers, p.43-104, p.239-264, 1997, ISBN 0-89006-8621-5.
  • Zhao Yilin “Vehicle Location and Navigation Systems", Artech House Publishers, pp. 63-75, 1997, ISBN 0-89006-8621-5.

Abstract

Bei dem Verfahren und der Anordnung zur Bildung einer Gesamtpositionsinformation für ein System werden für vorgegebene Zeitpunkte jeweils erste und zweite Positionsinformationen des Systems unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Positionsermittlungssystems bestimmt. Für zumindest einen Teil der vorgegebenen Zeitpunkte wird jeweils eine Fehlerinformation unter Verwendung der ersten und der zweiten Positionsinformation des jeweiligen Zeitpunkts ermittelt. Unter Verwendung der Fehlerinformationen wird ein Mass für eine statistische Abhängigkeit zwischen den Fehlerinformationen ermittelt und unter Verwendung des Masses für die statistische Abhängigkeit wird die Gesamtpositionsinformation ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Bildung einer Gesamtpositionsm- formation für ein System
Die Erfindung betrifft eine Bildung einer Gesamtpositionsin- formation, welche Gesamtpositionsinformation unter Verwendung eines ersten Positionsermittlungssystems und eines zweiten Positionsermittlungssystems ermittelt wird.
Eine Bildung einer Gesamtpositionsinformation ist aus [1] bekannt und wird dort m einem Navigationssystem zur Bestimmung einer Positionsinformation für ein Kraftfahrzeug und zur Navigation des Kraftfahrzeugs verwendet.
Das aus [1] bekannte Navigationssyste umfasst zwei redundante Positionsermittlungssysteme, ein erstes und ein zweites Posltionsermittlungssystem.
Unter Verwendung des ersten und des zweiten Positionsermitt- lungssystem wird für eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs jeweils eine aktuelle Positionsinformation, eine erste Positionsinformation und eine zweite Positionsinformation ausgedruckt jeweils durch eine zurückgelegte Strecke des Kraftfahrzeugs und eine Ausrichtung des Kraftfahrzeugs, ermittelt .
Unter Verwendung der ersten Positionsinfor ation und der zweiten Positionsinformation wird eine Gesamtpositionsmfor- mation, welche die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs beschreibt, bestimmt.
Unter Verwendung der Gesamtpositionsinformation wird das Kraftfahrzeug navigiert.
Das erste Positionsermittlungssystem dieses Navigationssystems besteht aus einem Odometer, mit welchem die zuruckgeleg- te Strecke des Fahrzeugs ermittelt wird, sowie aus einem Gyroskop, mit welchem die Ausrichtung des Fahrzeugs ermittelt wird.
Das zweite Positionsermittlungssystem ist ein sogenanntes Global Positiomng System (GPS) , mit welchem ebenso wie mit dem ersten Positionsermittlungssystem die zurückgelegte Strecke und die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
Aus [3] sind weitere verschiedene Typen von Systemen nach Art des GPS bekannt, welche sich in einer Art einer durch sie ermittelten Positionsinformation unterscheiden.
Bei einer Bestimmung einer aktuellen Position des Kraftfahr- zeugs werden die aktuelle Positionsinformationen sowohl von dem ersten Positionsermittlungssystem (erste Positionsinformation) als auch von dem zweiten Positionsermittlungssystem (zweite Positionsinformation) genutzt.
Die zwei redundanten Positionsinformationen werden miteinander verglichen derart, dass eine Positionsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Positionsinformation bestimmt wird.
Die aktuelle Position wird derart ermittelt, dass die erste Positionsinformation unter Verwendung der zweiten Positionsinformation korrigiert wird und daraus die Gesamtpositionsinformation für die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
Andernfalls wird die Gesamtpositionsinformation für die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs nur aus der ersten Positionsinformation gebildet.
Ein Kaimanfilter ist aus [2] bekannt. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit welchen eine Positionsinformation eines Systems mit verbesserter Genauigkeit als bei den oben beschriebenen Verfahren ermittelt werden kann.
Das Problem wird durch das Verfahren und durch die Anordnung gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelost.
Bei dem Verfahren zur Bildung einer Gesamtpositionsmformati- on für ein System, welche Gesamtpositionsinformation unter
Verwendung eines ersten Positionsermittlungssystems und eines zweiten Positionsermittlungssystems ermittelt wird, werden für vorgegebene Zeitpunkte erste Positionsinformationen des Systems unter Verwendung des ersten Positionsermittlungssys- tems bestimmt. Für die vorgegebenen Zeitpunkte werden zweite Positionsinformationen des Systems unter Verwendung des zweiten Positionsermittlungssystems bestimmt.
Für zumindest einen Teil der vorgegebenen Zeitpunkte wird je- weils eine Fehlerinformation unter Verwendung der ersten und der zweiten Positionsinformation des jeweiligen Zeitpunkts ermittelt.
Es wird ein Maß für eine statistische Abhängigkeit zwischen den Fehlerinformationen ermittelt, und unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit wird die Gesamtpositionsinformation ermittelt.
Die Anordnung zur Bildung einer Gesamtpositionsinformation für ein System, welche Gesamtpositionsinformation unter Verwendung eines ersten Positionsermittlungssystems und eines zweiten Positionsermittlungssystems ermittelt wird, weist einen Prozessor auf, der derart eingerichtet ist, dass - für vorgegebene Zeitpunkte erste Positionsinformationen des Systems unter Verwendung des ersten Positionsermittlungssystems bestimmbar sind, - für die vorgegebenen Zeitpunkte zweite Positionsinformationen des Systems unter Verwendung des zweiten Positionsermittlungssystems bestimmbar sind,
- für zumindest einen Teil der vorgegebenen Zeitpunkte je- weils eine Fehlennformation unter Verwenαung der ersten und der zweiten Positionsinformation des jeweiligen Zeitpunkts ermittelbar ist,
- ein Maß für eine statistische Abhängigkeit zwischen den Fehlennformationen ermittelbar ist und unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit die Gesamtpositionsinformation ermittelbar ist.
Die Anordnung ist insbesondere geeignet zur Durchfuhrung des erfmdungsgemaßen Verfahrens oder einer dessen nachfolgend erläuterten Weiterbildungen.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass unter einem Maß für eine statistische Abhängigkeit im weiteren Sinn auch ein statistisches Maß für einen Fehler zu verstehen ist. Ferner ist unter einem Maß nicht nur eine diskrete Zahl oder ein diskreter
Wert zu verstehen, sondern ein Maß kann auch ein funktionale Beschreibung oder eine kontinuierliche Große sein.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhangigen Ansprüchen.
Die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das Verfahren als auch auf die Anordnung.
Die Erfindung und die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen können sowohl m Software als auch m Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer im weiteren beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computer- lesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm ge- speichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausfuhrt .
Auch können die Erfindung und/oder jede im weiteren beschπe- bene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder Weiterbildung ausfuhrt.
Zu einer Verbesserung einer Genauigkeit der Gesamtpositionsinformation wird bevorzugt für alle vorgegebenen Zeitpunkte jeweils eine Fehlerinformation ermittelt.
In einer Weiterbildung umfassen die erste und die zweite Po- sitionsmformation jeweils eine von dem System zurückgelegte Strecke und eine Ausrichtung des Systems.
Die erste und die zweite Positionsinformation kann jeweils auch eine Geschwindigkeit des Systems umfassen.
Bei einer Ausgestaltung, bei welcher die Gesamtpositionsinformation wahrend eines Betriebs des Systems bestimmt wird, beschreiben die vorgegebenen Zeitpunkte eine Zeitreihe.
In einer Weiterbildung werden/wird unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit die erste Positionsinformation und/oder die zweite Positionsinformation für einen zukunftigen Zeitpunkt ermittelt. Unter Verwendung der ersten und/oder der zweiten Positionsinformation für den zukunftigen Zeitpunkt wird die erste und/oder die zweite Positionsinformation für einen der vorgegebenen Zeitpunkte korrigiert und dadurch die Gesamtpositionsinformation gebildet.
Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Gesamtpositi- onsmformation wird bevorzugt das Maß für die statistische
Abhängigkeit unter Verwendung eines Kaiman-Filters ermittelt. In einer Weiterbildung wird das Maß für die statistische Abhängigkeit aus einer Kovarianzmatrix, welche unter Verwendung der Fehlerinformationen gebildet wird, abgeleitet.
In einer Ausgestaltung wird unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit eine Zuverlassigkeitsprufung für die erste und/oder die zweite Positionsinformation durchgeführt .
Zu einer Verbesserung einer Navigation eines zu navigierenden Systems, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, wird eine Weiterbildung eingesetzt in einem Navigationssystem, mit welchem eine Position des zu navigierenden Systems ermittelt wird.
Bei einer kostengünstigen Weiterbildung besteht das erste Positionsermittlungssystem bevorzugt aus einem Odometer und einem Gyroskop.
Als zweites Positionsermittlungssystem wird bevorzugt ein Global Positionmg System (GPS) eingesetzt.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in Figuren dargestellt und werden im weiteren naher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine Skizze eines Navigationssystems mit Komponenten in einem Kraftfahrzeug;
Figur 2 eine Skizze, welche eine Zusammenwirken von Komponenten eines Navigationssystems beschreibt;
Figur 3 eine Skizze von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Bestimmung einer Positionsinformation.
Figur 4 eine Skizze von Verfahrensschritten gemäß einer Alternative zu dem Ausfuhrungsbeispiel . Ausfuhrungsbeispiel: Navigationssystem in einem Kraftfahrzeug
Fig.1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100, welches mit einem Navigationssystem 110 ausgestattet ist.
Komponenten dieses Navigationssystems 110 sind in Fig.1 und F g.2 dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
In F g.2 sind die Komponenten des Navigationssystems 110 schematisch und m ihrem Zusammenwirken dargestellt.
Die Komponenten des Navigationssystems 200 sind derart mit Verbindungen jeweils miteinander verbunden, dass Daten, welche in den einzelnen Komponenten ermittelt oder gemessen werden, m die anderen Komponenten übertragen werden können und dort für eine Weiterverarbeitung zur Verfugung stehen.
Die Verbindungen zwischen den Komponenten des Navigationssystems 200 sind m F g.2 durch Pfeile dargestellt, wobei eine Pfeilrichtung eine Ubertragungsrichtung der Daten zwischen zwei miteinander verbundenen Komponenten verdeutlicht.
Das Navigationssystem 200 umfasst ein Positionsermittlungssystem 210, welches wiederum drei unabhängige Positionser- mittlungssysteme, ein GPS-System 220, ein Gyroskop 230 und ein Odometer 240, aufweist.
Unter Verwendung des Gyroskops 230 und des Odometers 240 wird eine aktuelle, erste Positionsinformation einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs ermittelt.
Unter Verwendung des GPS-Systems 220 wird eine zweite aktuel- le, zu der ersten Positionsinformation redundante Positionsinformation ermittelt. Unter Verwendung der ersten und der dazu redundanten, zweiten Positionsinformation wird eine verbesserte, weil genauer, aktuelle Positionsinformation für die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 100 ermittelt.
In dem Navigationssystem 200 ist eine digitale Landkarte 250 gespeichert. Die digitale Landkarte 250 ist ein digitalisiertes Bild einer Umgebung des Kraftfahrzeugs 100, m welcher Verkehrsverbindungen sowie andere verkehrsrelevante Informa- tionen, beispielsweise Städte, eingetragen sind.
Unter Verwendung der digitalen Landkarte 250 und der verbesserten aktuellen Positionsinformation des Kraftfahrzeugs 100 wird die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs m der digita- len Landkarte 250 ermittelt.
Das Navigationssystem 200 weist eine Eingabevorrichtung 260 auf, mit welcher eine Zielposition des Kraftfahrzeugs 100 von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 m das Navigationssystem 200 eingegeben werden kann.
Eine Routenberechnungseinheit 270 des Navigationssystems 250 ermittelt unter Verwendung der eingegebenen Zielposition und der verbesserten, aktuellen Position des Kraftfahrzeugs eine fahrwegkurzeste Route zu der Zielposition.
Es ist darauf hinzuweisen, dass auch eine hinsichtlich eines anderen Kriteriums, beispielsweise Fahrzeit, optimale Route ermittelt werden kann.
Das Navigationssystem 200 weist eine Anzeigeeinheit 280 auf. Unter Verwendung der Anzeigeeinheit 280, welche ein optisches Ausgabemittel 290 und ein akustisches Ausgabemittel 291 um- fasst, wird dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 die fahrwegkur- zeste (oder andere optimale) Route zu der eingegebenen Zielposition akustisch und optisch angezeigt. Fig.1 zeigt das Gyroskop 120, das Odometer 121 sowie das GPS 122, welche jeweils über Datenleitungen 123 mit einer Recheneinheit 130 verbunden sind.
Es ist darauf hinzuweisen, dass eine Datenleitung auch eine Funkstrecke oder anderes Medium ein kann.
In der Recheneinheit 130 ist die digitale Landkarte sowie ein erstes, nachfolgend beschriebenes Softwareprogramm gespei- chert, unter Verwendung dessen die verbesserte, aktuelle Positionsinformation des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
In der Recheneinheit 130 ist ein zweites Softwareprogramm gespeichert, mit welchem die aktuelle Position des Kraftfahr- zeugs in der digitalen Landkarte ermittelt und unter Verwendung der aktuellen Position die fahrwegkürzeste Route zu der vorgegebenen Zielposition bestimmt wird.
Fig.1 zeigt das Eingabemittel 140 zur Eingabe der Zielpositi- on des Kraftfahrzeugs sowie das Ausgabemittel zur Ausgabe der fahrwegkürzesten Route zu der Zielposition.
In Fig.3 sind Verfahrensschritte 300 zur Ermittlung der verbesserten aktuellen Positionsinformation für die aktuelle Po- sition des Kraftfahrzeugs dargestellt.
Die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte werden fortlaufend während eines Betriebs des Navigationssystems 110 bzw. 200 durchgeführt.
In einem ersten Verfahrensschritt 310 werden für vorgegebene Zeitpunkte k einer Zeitreihe jeweils die ersten Positionsin- formationen des Kraftfahrzeugs 100 unter Verwendung der ersten Positionsermittlungssystems, des Gyroskops und des Odome- ters, bestimmt bzw. gemessen.
a) Gyroskop DE0 4
10
Das Gyroskop misst zum Zeitpunkt k einen Messwert vGyro(k) . Damit lassen sich folgende formale Zusammenhange beschreiben:
wWm(k) = [vGyro(k)- (vOGyro (k) +pl (k) ) ]*s (k) (1)
Wl(k+1) = Wl(k) + Wιn(k)dT= (2)
= Wl(k) + [ [vGyro(k)-(vθGyro(k)+pl(k) ) ]*s(k) ] dT (3) pl(k+l) = pl(k) (4)
mit: w in (...): Wmkelanderung, s ( ... ) : Skalierungsfaktor, vOGyro ( ... ) : Gyroskop-Offset,
Wl (...) : Ausrichtung, pl ( ... ) : Gyroskop-Parameter, dT: Zeittakt.
und mit k und k+l, welche einen Zeitpunkt (k) und einen um einen Zeitschritt spateren Zeitpunkt (k+l) einer Zeitreihe mit Zeitpunkten beschreiben, wobei zwischen zwei Zeitpunkten der Zeitreihe jeweils ein Zeitschritt von 0.5 sec ist.
b) Odometer
Das Odometer misst zum Zeitpunkt k einen Messwert vθdo(k) . Damit lassen sich folgenden formale Zusammenhange beschreiben:
wθdo(k) vθdo(k)* [t (k)+p2 (k) ]*dT :5; p2 (k+l) = p2(k) 6)
mit : wOdo ( .. zurückgelegte Strecke, vOdo ( .. Geschwindigkeit, t(...) : Skalierungsfaktor, p2 ( ... ) Odometer-Parameter . Somit umfasst die erste Positionsinformation die Große Wl(k) sowie die Große wθdo(k).
Aus den formalen Zusammenhangen (1) - (6) ergibt sich:
u(k) = [vOGyro(k), s(k), t(k)] (7) x(k) = [Wl(k) , pl(k), p2(k)] (8) y(k) = [Wl (k) , wθdo(k) ] (9)
In einem zweiten Verfahrensschritt 320 werden für die vorgegebenen Zeitpunkte k der Zeitreihe jeweils die zweiten Positionsinformationen des Kraftfahrzeugs 100 unter Verwendung des zweiten Positionsermittlungssystems bestimmt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass bei einem unterschiedlichen Zeittakt, mit welchem die Messwerte von den Positionsermitt- lungssystemen gemessen werden, gegebenenfalls eine Interpola- tion der Messwerte eines Positionsermittlungssystems durchgeführt werden muss, so dass sich die Messwerte und die interpolierten Messwerte jeweils auf gleiche Zeitpunkte beziehen.
Wenn sich die Zeitpunkte der Messwerte von den Positionser- mittlungssystemen aber nur geringfügig unterscheiden, kann gegebenenfalls auf eine Interpolation verzichtet werden. Dabei werden aber geringe Ungenauigkeiten bei der Positionser- mittlung in Kauf genommen.
Das GPS misst zum Zeitpunkt k die folgenden Großen: W2 (k) : Ausrichtung, wGPS(k): Geschwindigkeit.
Die zweite Positionsinformation zu einem Zeitpunkt k umfasst somit die Große W2(k) und die Große wGPS(k), welche zu einem GPS-Positionsvektor GPS (k) = [W2 (k) , wGPS(k)] zusammengefasst werden. In einem dritten Verfahrensschritt 330 werden für alle vorgegeben Zeitpunkte k der Zeitreihe jeweils unter Verwendung der ersten und der zweiten Positionsinformation des jeweiligen Zeitpunkts eine Fehlerinformation derart ermittelt, dass eine Differenz zwischen der jeweiligen ersten und zweiten Positionsinformation ermittelt wird.
Damit wird eine Zeitreihe f r die Fehlerinformationen be- stimmt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Zeitreihe zu dem Zeitpunkt k=0, worunter eine Inbetriebnahme des Navigationssys- tems 110 bzw. 200 zu verstehen ist, beginnt.
Formale Zusammenhange des dritten 330 Verfahrensschπtt werden aufgrund einer besseren Verständlichkeit bei einem spateren Verfahrensschritt beschrieben.
In einem vierten Verfahrensschritt 340 wird ein Maß für eine statistische Abhängigkeit zwischen den Fehlennformationen ermittelt .
Formale Zusammenhange des vierten 340 Verfahrensschritt wer- den aufgrund einer besseren Verständlichkeit bei einem spateren Verfahrensschritt beschrieben.
In einem fünften Verfahrensschritt 350 wird und unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit zwischen den Fehlennformationen die verbesserte aktuelle Positionsinformation für die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs ermittelt.
Der dritte 330, der vierte 340 und der fünfte 350 Verfahrens- schritt werden unter Verwendung eines Kalman-Filters bzw. einem Kaiman-Filter zugrunde liegende formale Zusammenhange, welcher bzw. welche m [2] beschrieben ist bzw. sind, realisiert .
Im weiteren gilt, dass durch einen Index z jeweils eine Schätzung bzw. Pradiktion der zugehörigen, durch den Index z bezeichneten Große gekennzeichnet wird.
Im weiteren gilt auch, dass durch einen Index T jeweils eine transponierte Große der dadurch gekennzeichneten Große be- zeichnet wird.
Das Maß für die statistische Abhängigkeit, m diesem Fall für eine zeitliche Fehlerstatistik, ist dabei eine Fehlerkovari- anzmatπx P (k) .
Es gelten folgende formale Zusammenhange:
x(k+l) = f(x(k), u(k)) + Q(k) (10] y(k) = g(x(k) , u(k) ) + R(k) (111 mit :
Q(...): Kovarianzmatπx für ein Rauschen,
R(...): Kovarianzmatrix f r ein Rauschen.
Weiter gelten folgende formale Zusammenhange:
xz(k+l) = f (x(k) , u(k) ) (12;
Pz(k+1) = A(k)*P(k)*AT(k) + Q(k) (13;
mit: f(...): nicht lineare Systembeschreibung, A( ... ) : Systemmatrix, A = df / dx .
Weiter gilt:
K(k) = Pz(k)*CT(k)* [C(k) *Pz(k) *CT (k) +exp (dT/ff ) *R(k) ]-l (14! x(k) = xz(k)-K(k) * [GPS (k)-g(x(k) , u(k! 15'
P(k) exp(dT/ff) *(I-K(k)*C(k))*Pz(k) de; mit : K(...) Verstärkungsfaktor, I: Einheitsmatrix, dT/ff : Faktor, l ... i Ausgangsmatrix, C = dg / dx
1 gscal(k) * dT 0 0 1 0 ( 17 ;
0 0 1
1 0 0
( i s ; 0 0 odopulse(k)
Nach der Durchfuhrung der Verfahrensschritte weist der Vektor y(k) die verbesserte aktuelle Gesamtpositionsinformation auf, welche für eine Navigation des Kraftfahrzeugs 100 unter Verwendung des Navigationssystems 110 weiter verwendet wird.
Es ist darauf hinzuweisen, dass ein Einsatz des Navigations- System nicht auf ein Kraftfahrzeug beschrankt ist, sondern dass das Navigationssystem mit einer entsprechenαen Anpassung auch für ein beliebiges anderes mobiles aber auch nicht mobiles System, beispielsweise ein maritimes Fahrzeug, ein Flugzeug oder ein Gebäude, eingesetzt werden kann.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass auch andere Positionser- mittlungssysteme als solche, welche in dem Ausfuhrungsbei- spiel beschrieben sind, für eine Gesamtpositionsermittlung gemäß dem Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch oder einer der genannten Weiterbildungen, verwendet werden können.
Eine Verwendung von Positionsermittlungssystemen wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel, ein Gyroskop und ein Odometer (erstes Positionsermittlungssystem) sowie ein GPS (zweites Positionsermittlungssystem) , hat aber den großen Vorteil, dass damit eine Position eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung von voneinander unabhängigen Großen, nämlich die zurückgelegte Stre- cke des Kraftf hrzeugs sowie die Ausrichtung des Kraftfahr¬ zeugs, beschreibbar ist.
Dies fuhrt dazu, dass sich bei der Ermittlung der Fehleπn- formation besonders einfach strukturierte Matrizen, bei- spielsweise die Matrizen A, C, P und K, ergeben. Diese einfache Struktur wird bei der Implementierung dazu genutzt den Rechenaufwand auf etwa ein Viertel zu reduzieren, indem an Stelle einer vollständigen Matrizenrechnung nur die Multiplikationen und Additionen ausgeführt werden, die erforderlich sind.
In einer Alternative zu dem Ausfuhrungsbeispiel, welche in F g. dargestellt ist, ist ein sechster Verfahrensschritt 460 vorgesehen, welcher zwischen dem zweiten 320 Verfahrensschritt und dem dritten 330 Verfahrensschritt durchgeführt wird und m welchem die zweite Positionsinformation GPS(k) auf eine Zuverlässigkeit geprüft wird. Die Prüfung der Zuverlässigkeit erfolgt nach folgender Logik:
WGPS(k) > Sw (19]
DOP(k) > Sdop (20)
AS(k) > Ssat (21)
Tas(k) > St (22)
mit:
Sw, Adop, Ssat, St: Schwellenwerte, können auch zeitabhängig sein,
DOP ( ... ) : Geometrie einer aktuellen Satellitenkons- tellation,
AS ( ... ) : Anzahl verfugbarer Satelliten,
Tas ( ... ) : Zeitdauer für AS (k) >Ssat . Falls alle vier Ungleichungen (19) -(22) erfüllt werden, wird die zweite Positionsinformation GPS(k) als zuverlässig bewertet.
Nur wenn die zweite Positionsinformation als zuverlässig beurteilt wurde, werden die nachfolgenden Verfahrensschritte, der dritte 330, der vierte 340 und der fünfte 350 Verfahrens- schritt, durchgeführt.
Wird die zweite Positionsinformation als nicht zuverlässig beurteilt, wird m einem siebten Verfahrensschritt 470 die erste Positionsinformation als die verbesserte aktuelle Gesamtposition übernommen.
Ferner ist bei der Alternative ein Initialisierungsschritt 480 vorgesehen, welche vor dem ersten Verfahrensschritt 310 durchgeführt wird und m welchem Großen des Verfahrens initialisiert werden. In diesem Dokument wurden folgende Verof- fentlichungen zitiert:
[1] Zhao Yilin: "Vehicle Location and Navigation Systems ", Artech House Publishers, S.43-104, S.239-264, 1997, ISBN 0-89006-8621-5.
[2] Brammer, Siffling: "Kalman-Bucy-Filter" , Oldenbourg- Verlag, München, S. 75-111, 4. Auflage, 1994.
[3] Zhao Yilin: "Vehicle Location and Navigation Systems ", Artech House Publishers, S.63-75, 1997, ISBN 0-89006-8621-5.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bildung einer Gesamtpositionsinformation für ein System, welche Gesamtpositionsinformation unter Verwen- düng eines ersten Positionsermittlungssystems und eines zweiten Positionsermittlungssystems ermittelt wird,
- bei dem für vorgegeoene Zeitpunkte erste Positionsinformationen des Systems unter Verwendung des ersten Positionsermittlungssystems bestimmt werden, - bei dem für die vorgegebenen Zeitpunkte zweite Positionsinformationen des Systems unter Verwendung des zweiten Positionsermittlungssystems bestimmt werden,
- bei dem für zumindest einen Teil der vorgegebenen Zeitpunkte jeweils eine Fehlerinformation unter Verwendung der ersten und der zweiten Positionsinformation des jeweiligen Zeitpunkts ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Maß für eine statistische Abhängigkeit zwischen den Fehlennformationen ermittelt wird und unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit die Gesamtpositionsinformation ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für alle vorgegebenen Zeitpunkte jeweils eine Fehler- Information ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dem die ersten und die zweiten Positionsinformationen jeweils aus einer von dem System zurückgelegten Strecke und/oder ei- ner Geschwindigkeit des Systems und/oder einer Ausrichtung des Systems bestehen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die vorgegebenen Zeitpunkte eine Zeitreihe beschrei- ben.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit die erste Positionsinformation und/oder die zweite Positionsinformation für einen zukunftigen Zeitpunkt ermittelt werden/wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem unter Verwendung der ersten und/oder der zweiten Positionsinformation für den zukunftigen Zeitpunkt die erste und/oder die zweite Positionsinformation für einen der vorge- gebenen Zeitpunkte korrigiert wird und dadurch die Gesamtpositionsinformation gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Maß für die statistische Abhängigkeit unter Ver- wendung eines Kalman-Filters ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Maß für die statistische Abhängigkeit aus einer Kovarianzmatrix, welche unter Verwendung der Fehlerinformati- onen gebildet wird, abgeleitet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit eine Zuverlassigkeitsprufung für die erste und/oder die zweite Positionsinformation durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, eingesetzt in einem Navigationssystem, mit welchem eine Position eines zu navigierenden Systems ermittelt wird.
11. Anordnung zur Bildung einer Gesamtpositionsinformation für ein System, welche Gesamtpositionsinformation unter Verwendung eines ersten Positionsermittlungssystems und eines zweiten Positionsermittlungssystems ermittelbar ist, welche Anordnung einen Prozessor aufweist, der derart eingerichtet ist, dass - für vorgegebene Zeitpunkte erste Positionsinformationen des Systems unter Verwendung des ersten Positionsermittlungssystems bestimmbar sind,
- für die vorgegebenen Zeitpunkte zweite Positionsinformati- onen des Systems unter Verwendung des zweiten Positionsermittlungssystems bestimmbar sind,
- bei dem für zumindest einen Teil der vorgegebenen Zeitpunkte jeweils eine Fehlerinformation unter Verwendung der ersten und der zweiten Positionsinformation des jeweiligen Zeitpunkts ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor eingerichtet ist derart, dass
- ein Maß für eine statistische Abhängigkeit zwischen den Fehlennformationen ermittelbar ist und unter Verwendung des Maßes für die statistische Abhängigkeit die Gesamtpositionsinformation ermittelbar ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, bei dem das erste Positionsermittlungssystem ein Odometer und ein Gyroskop umfasst.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das zweite Positionsermittlungssystem ein GPS-System ist .
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das System ein Kraftfahrzeug ist.
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