JP6815078B2 - Gnss信号の提供方法 - Google Patents

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Description

本発明は、GNSS信号を提供する方法、本方法を実施するための制御装置、該制御装置を有する車両に関する。
特許文献1から、GNSS信号による位置の予測を改善するために、GPS信号と称されるグローバル位置測定システム信号として形成されたグローバル衛星ナビゲーション信号(GNSS信号と称される)のエラーの統計的特性をナビゲーション装置内で利用することが公知である。
独国特許出願公開第102007038697号明細書 独国特許出願公開第102006029148号明細書 国際公開第2011/098333A1号明細書
課題は情報向上の為の複数のセンサー値の利用を改善することである。
この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。好ましい発展形は、従属請求項の対象である。
本発明の一つの観点にしたがい、車両の位置決定の為のGNSS信号の提供の為の方法は、GNSS信号の受信、GNSS信号を車両の周りの周辺条件に基づくGNSS信号のフィルタリング、およびフィルタリングされたGNSS信号の出力というステップを有している。
GNSS信号として、例えば、冒頭に記載したGPS信号、
Figure 0006815078
短縮するとGLONASS信号、及び/又はガリレオ信号が使用されるこが可能である。
上述した方法は、これをGNSS信号に基づく位置の予測の向上の為に使用することができるためには、冒頭に記載したナビゲーション装置内で、エラーの統計的特性が最初に測定される必要があるという考えに基づいている。上述した方法は、更に、GNSS信号が遮断効果によってより低品質であり、そしてエラーが静的な検出に基づいて検出可能となったときに初めて冒頭に記載したナビゲーション装置の枠内で信号の向上の為に使用されることが可能であろう、例えば遮断効果のような車両の周りの周辺条件にエラーが起因している可能性がある、という考えに基づく。その結果、エラーには、如何なる形式であれ、GNSS信号の信号品質がより劣悪となった後に後天的に反応されることのみが可能である。
GNSS信号の、エラーによって劣悪となる信号品質に迅速に反応することができるように、上述した方法は、信号品質を、信号品質に影響を与える周辺条件に基づいて予測するという考えに基づく。このようにして、劣化する信号品質の場合に、GNSS信号のエラーの統計的特性として解釈されることが可能である、GNSS信号の信号品質の期待値が存在する。この予想されるエラーには、如何なる形式であれ、アプリオリに反応されることが可能である。これは、GNSS信号の信号品質の予想される劣化が実際に発生するまえに行われる。
上述した方法の発展形においては、周辺条件が車両における環境センサーによって検出されることが可能である。環境センサーは、本発展形の枠内では、可能性のあるGNSS信号の遮断予測することができるあらゆるセンサーであると理解される。この為、例えばカメラセンサー、レーダーセンサー、ライダーセンサー、またはV2Xセンサーが使用されることが可能である。これらは、いずれにせよ現在の車両には存在しており、よって車両における構造的な改造措置を上述した方法の組込みの為にまったく必要としない。
上述した方法の追加的な発展形においては、GNSS信号は、環境センサーの出力信号に基づくフィルタリングの為に重みづけされる。このようにして、車両周りの環境を分類し、そして例えば遮断の度合と、これにともないGNSS信号の更なる使用の為の信号品質の度合を、例えばエラー補正の為に、GNSS信号を使用する他の構造群に出力することが可能である。
上述した方法の別の発展形においては、出力信号は、車両が走行する道路におけるオブジェクトを表す。このようにして上述した重みづけが、検出されたオブジェクトの構造に従って行われることが可能であろう。これは、GNSS信号がどれくらい遮断されるかに関する説明を基本的に提供する。例えばトンネルは、予想として、使用可能な全てのGNSS信号の完全な遮断に通じる。他方で、道路の近傍の木々は、すくなくとも居つくかのGNSS信号を軽度に遮断する。道路の近傍の家屋の壁は、これと反対にいくつかのGNSS信号を完全に遮断することに通じ、及び/又は、いくつかのGNSS信号の反射に通じる。追加的に、GNSS信号の重みづけにおいて、オブジェクトを表す出力信号に基づいて、GNSS信号の受信角度もまた考慮されることが可能である。このようにして、オブジェクトの位置および受信角度から、予測される遮断の期待値を更に改善する。
原理的には、GNSS信号の信号品質の予測の為に、例えば妨害信号フィールドのような、GNSS信号の信号品質に影響を与える任意の周辺条件が検出されることが可能である。上述した方法の特別な発展形においては、GNSS信号は、周辺条件としてのオブジェクトによるGNSS信号の予想される遮断の程度に基づきフィルタリングされる。
本発明の別の観点に従い、GNSS信号に基づく車両の位置の決定のための方法は、上述した方法によるGNSS信号の提供、および提供されたGNSS信号に基づく車両の位置の決定というステップを有している。
位置決定の際のGNSS信号の提供のための上述した方法の使用によって、GNSS信号の受信の際と、これに伴い位置決定の際の予測されるエラーに反応されることが可能である。これは、エラーが位置決定システム内に持ち込まれる前に行われる。例えば、GNSS信号の予想される完全な遮断の前に、上述した重みづけのアプリオリ的な適合によって、遮断されたGNSS信号を置き換える他のGNSS信号に順々に切り替えられることが可能であろう。
一つの発展形においては、上述した方法は、車両の環境センサーの出力信号に基づき車両の決定した位置の妥当性確認を行うステップを有している。
本発展形は、例えば、上述したオブジェクトは、その構造が信号品質を表すGNSS信号の上述した重みづけの為に使用されることが可能であるが、これは、GNSS信号に基づく車両の予測された位置の確認の為にも援用されることが可能であろうという考えに基づく。よって例えば、GNSS信号によって、およびそのようにして検出した走行路上での車両の位置によって、走行路上での車両の走行軌跡の変更と、GNSS信号が妥当性確認されることが可能である。
他の発展形においては、上述した方法は、車両の参照位置データの取得と、参照位置データに基づく車両の検出した位置のフィルタリングによる車両の位置の明確化というステップを有する。
参照位置データは、例えば走行ダイナミクスデータ及び/又は車両の路程測定データに依存することが可能であろう。この発展形は、参照位置データはGNSS信号に基づき例えばフュージョンフィルター内で明確化されることが可能であろうという考えに基づく。これは例えば、参照位置エータが、GNSS信号自体とフィルター内で比較されるか、または計測位置データのようなGNSS信号から導き出される位置データと観測器中で比較されることによって起こる。そのような観測器としては、車両のアナログ的またはデジタル的状態観察を可能とする各フィルターが該当する。よって例えばルーエンバーガー観測器が援用される。ノイズは、考慮されるべきである。カルマンフィルタが参照されるであろう。ノイズの形式も考慮されるべきであるとき、場合によって粒子フィルターが援用されることが可能であろう。これは、使用可能なノイズシナリオの基礎量を有しており、そしてこれは考慮すべきノイズシナリオが消滅した際に例えばモンテカルロシミュレーションによって選択を行う。観察器は、好ましくはカルマンフィルである。これは、その必要な計算リソースに関して最適の結果を提供する。
上述した方法の特別な発展形においては、明確化された位置は、決定された位置の情報内容に依存して近似化される。上述した発展形は、参照データは、GNSS信号から導き出される位置データを校正するために、冗長的な位置データを意味する可能性がある。しかしこの補正の為に、参照位置データと、GNSS信号から導き出される位置データの間の差を必要とする。これらの枠内では、当所、両方の使用可能なエラーのいずれにエラーが存在するかは不明であろう。GNSS信号から導き出される位置データの上述した妥当性確認によって、しかしこれは、決定されることが可能であり、そしてGNSS信号から導き出される位置データには、例えば通信技術的な情報内容に依存する完全性の程度が割り当てられることが可能である。完全性の程度と、そしてGNSS信号から導き出される位置データの通信技術的な情報内容が高い/低いほど、参照データ中のエラーは大きい/小さい必要がある。相応して、GNSS信号から導き出される位置データは校正されることが可能である。
本発明の別の観点に従い、車両中で測定信号を出力するための方法は、
・センサー信号の検出、
・比較センサー信号の検出、
・少なくとも一つのセンサー信号の、予測されるエラーに基づく重みづけ、そして、
・センサー信号の、重みづけに従い測定信号を出力するための、比較センサー信号に基づくフィルタリング、
というステップを含んでいる。
上述した方法は、例えば特許文献3より公知であるフュージョンセンサ内で、エラーは、これが既に発生したときのみ検出されることが可能である。何故なら、フュージョンセンサは、センサー信号と比較センサー信号を比較し、両方のセンサー信号の間の相違をエラーとして解釈し、そして該エラーをフィードバックの形で排除するいう考えに基づいているからである。これは、前域におけるエラーの予測と、これに伴いその考慮を、これが実際に発生する前に防止されることが可能である、相応する無駄時間に通じる。
両方のセンサー信号の一方は、例えば、慣性センサーからの上述した走行ダイナミクスデータから導き出される参照位置データを表し、他方で、他のセンサー信号は、例えば、GNSS信号から導き出される位置データを意味することが可能である。その際、両方のセンサー信号および測定信号は、車両の位置を再現しており、これらは、車両の絶対的な位置、速度、加速度および向きを含んでいる。両方のセンサー信号のフィルタリングは、上述したフィルターによって行われることが可能である。
本発明の別の観点に従い、上述した方法の一つを実施するよう制御装置が設けられている。
上述した制御装置の発展形においては、装置はメモリおよびプロセッサーを有している。その際、上述した方法の一つは、コンピュータープログラムの形式でメモリ内に保管され、そしてコンピュータープログラムがメモリからプロセッサーへとロードされると、本方法を実施する為のプロセッサーが設けられている。
本発明の別の観点に従い、コンピュータープログラムは、プログラムコード手段を有している。これは、コンピュータープログラムがコンピュータ上で、または上述した装置上で実施されるとき、上述した全てのステップを実施するためのものである。
本発明の別の観点に従い、コンピュータープログラムプロダクトは、コンピュータ読み込み可能なデータストレージ上に保管可能であり、そしてデータ処理装置上で実施されると、上述した方法の一つを実施するプログラムコードを有している。
本発明の別の観点に従い、車両は上述した制御装置を有している。
この発明の上述した特性、特徴、およびメリットならびに、これらがどのように達成される過は、以下の実施例の記載との関連で明りょうかつ明確に理解可能である。実施例は、図面と関連して詳細に説明される。
道路における車両の原理図 図1の車両におけるフュージョンセンサの原理図
図では同じ技術的要素は、同じ符号を付されており、一度のみ説明される。
道路4における車両2の原理図が示される図1が参照される。
車両2は、道路上4を移動方向6に移動している。この移動方向6においては、車両2の前方、道路4の端に建物10の形式のオブジェクトが存在している。この建物に向かって車両2は走っている。
本実施形においては、車両2は、グローバル衛星ナビゲーションシステム(以下GNSS衛星14と称す)のアンテナ11を介して、複数のGNSS衛星(これらのうち図1では一つのGNSS衛星14が表されている)からGNSS信号12を受信し、そしてそれ自体は公知の三辺測量に基づいて、道路4上における車両2の図2に示された位置16を決定する。
しかし三辺測量の間、複数のGNSS信号の少なくとも一つの信号品質が劣化し、このことが車両2の決定された位置16の正確性に影響を有する可能性があるということが起こり得る。本実施形においては、示されたGNSS衛星12は車両が移動方向へと更に走行する際に、建物10によって遮られ、これによってGNSS信号12は車両に対して陰となり、車両2の位置の正確な決定の為に、もはや十分高い信号品質でもって使用されることができない。
本実施形の枠内では、ここで、GNSS信号12が陰となる事の影響をできる限り小さくするために十分迅速な予防装置が講じられるべきである。
このため、車両2には図2に示されたカメラ18が設けられている。このカメラは、車両2の移動方向6でみて車両2の前に位置する画像20を取得する。この画像20には、建物10が検出されることが可能である。これによって、間近に迫っているGNSS信号12の建物による遮断も検出可能である。
この考えは、建物によるGNSS信号12の遮断の影響を最小とするために、本実施形において利用されるべきである。
この為、図1の車両2内におけるフュージョンセンサ22を示す図2が参照される。
フュージョンセンサ22は、本実施形においては、更に説明すべきGNSS受信機24を介して、車両2の上述した位置16をデータの形式で受信する。このデータは、走行路4上の車両2の絶対的位置を含むことが可能である。絶対的な位置の他に、GNSS受信機6からの位置データ16は、車両2の速度およびGNSS衛星14に対する向きも含んでいる。位置データ16は、GNSS信号12から導かれるので、以下ではGNSS位置データ16と称される。
フュージョンセンサ22は、更に説明されるべき方法で、GNSS信号12から導き出されるGNSS位置データ16の情報内容を向上させるよう形成されている。これは、一方で、GNSS信号12は極めて高い信号/ノイズバンドギャップを有し、かつ極めて不正確である可能性があるので必要である。他方でGNSS信号12は、すでに記載したように、遮断に基づいて常に使用可能というわけではない。
本実施形においては、車両2はこの為慣性センサー26を有している。この慣性センサーは車両2の走行ダイナミクスデータ28を検出する。これには、周知のように、車両2の長手方向加速度、横断方向加速度、および、垂直方向加速度並びにバンクレート、ピッチレート及びヨーレートが含まれる。走行ダイナミクスデータ26は、本実施形においては、GNSS位置データ16の情報内容を向上させ、そして例えば車両2の走行路4における位置及び速度を正確なものとするために援用される。明確化された位置データ30は、車両2内の例えばナビゲーション装置32自体によって使用されることが可能である。これは例えばGNSS信号12が例えば陰となる建物10によって全く使用不可能であるときにそうである。
GNSS位置データ16の情報内容のさらなる向上の為に、本実施形においてはオプションとして車輪回転数センサー34が使用されることが可能である。これは、車両2の詳細には参照されない個々の車輪の車輪回転数26を検出する。
フュージョンセンサ22の上述した基本思想、位置データ16における信号/ノイズバンドギャップ、及び/又は走行ダイナミクスデータ28を向上させるために、GNSS位置データ16からの情報は、フィルター38内で慣性センサー14からの走行ダイナミクスデータ28と比較される。この為、フィルター38は、任意に形成されていることが可能であるが、カルマンフィルがこの課題を最も効率的かつ比較的低い演算リソース要求で解決する。よってこのフィルター38は、以下では好ましくはカルマンフィル38であるべきである。
カルマンフィル38内には、車両2の明確化された位置データと車両2の比較位置データ40が受け入れられる。明確化された位置データ30は、本実施形においては、例えば特許文献2から公知のストラップダウンアルゴリズム42で走行ダイナミクスデータ28から生成される。これは、車両の明確化された位置情報を含み、そしてまた、例えばその速度、その加速度、およびその向きのような車両2の他の位置データも含む。これに対して、車両2のモデル44からの比較位置データ40が得られる。このモデルは、まず一度、GNSS受信機24からGNSS位置データ16を与えられる。このGNSS位置データ16からは、その後、モデル44内で比較位置データ40が決定される。比較位置データは、明確化された位置データ30と同じ情報を含む。明確化された位置データ30と比較位置データ40は、それらの値のみが異なっている。
カルマンフィル38は、明確化された位置データ30と比較位置データ40に基づき、明確化された位置データ30の為のエラーバジェット46と、比較位置データ40のためのエラーバジェット48予測する。エラーバジェットとは、以下では、信号の検出の際および伝達の際の様々な個々のエラーから構成される全エラーであると理解されるべきである。GNSS信号12、すなわちGNSS位置データ16の場合対応するエラーバジェットは、衛星軌道のエラー、衛星時計のエラー、残留する屈折効果のエラー、及びGNSS受信機24におけるエラーから構成され得る
明確化された位置データ18のエラーバジェット46と比較位置データ34のエラーバジェット48は、その後、相応して、ストラップダウンアルゴリズム36と、明確化された位置データ30または比較位置データ40の補正の為のモデル44とに供給される。つまり、明確化された位置データ30と比較位置データ40は反復してそのエラーを取り除かれることを意味する。同様の方法で比較位置データ40のエラーバジェット48もGNSS受信機24に供給されることが可能であり、これによって上述した衛星軌道のエラー、衛星時計のエラー、および残留する屈折効果のエラーが反復して取り除かれることが可能である。そのようなGNSSシステムは、深連結(deeply coupled)GNSSと称される。
本実施形においては、GNSS受信機24は選択および補正装置50と三辺測量装置52を有している。
選択および補正装置50は、全ての受信したGNSS信号12から四つのGNSS信号12を選択する。その様に選択されたGNSS信号54(図2では視認性の観点からこれらの全てに対して参照符号が付されているわけでは無い)は、三辺測量装置52内では当業者に公知の方法で車両2のGNSS位置データ16が決定される。
上述したGNSS信号12の選択は、本実施形では、GNSS信号12の重みづけに基づいて行われる。その際、個々の重みづけファクターはエラーバジェット48に基づいて決定されることが可能である。しかしこの重みづけのために、原理的にまず一つのエラーが存在する必要がある。このエラーは、フィードバックされることが可能であろう。存在するエラーがGNSS受信機24の選択および補正装置50にフィードバックされるまでは、当業者に無駄時間として知られている時間が経過する。この間に、エラーを有するGNSS信号は、GNSS位置データ16内と、これにともない明確化された位置データ30内のエラーを拡大する。
よって、この無駄時間を埋めることが望まれる。
すでに上に図1の枠内で述べたように、GNSS衛星14の遮断は、上述したエラーを同様に意味する。このエラーは、エラーバジェット48内およびこれに伴いフィードバックされるエラー内に表れる。しかしここで、無駄時間を埋めることができる。これは、上述したカメラ18が移動方向6において車両2の前で取得する画像20の前域において既にエラーが検出されることによって行われる。
この画像20の情報に基づいて、GNSS信号12は同様に重みづけされ、そしてそのようにして選択されることが可能であろう。これによって、エラーを有するGNSS衛星14は先見的に検出されることが可能であろう。このようにして例えば図1に示されるGNSS衛星14の重みづけは、GNSS衛星14がGNSS受信機24の選択および補正装置50によって適時に選び出されるまで連続して(途切れることなく)変更されることが可能であろう。これは、GNSS衛星がその遮断に基づいてエラーをGNSS位置データ16内に持ち込む前に行われる。
この考えを転換するために、GNSS受信機24の選択および補正装置50は、画像20を受信し、そして個別には説明されないオブジェクト検出を画像20に基づき実施する。このオブジェクト検出は、当業者にそれ自体公知である。オブジェクト検出は、オブジェクトの所定のクラスに関して実施されることが可能である。例えばこのオブジェクトクラスは、以下のように分けられることが可能である。
・すべてのGNSS信号12を完全に遮断するトンネル、
・GNSS信号12の一部を遮断する建物10、または
・GNSS信号12の一部を部分的に遮断する木々。
例えば図1に示された建物10のような潜在的な遮断オブジェクトが検出されると、例えば、比較位置データ40に基づいて(または他の使用可能な車両2の位置データにも基づいて)遮断オブジェクトによって遮られるGNSS衛星14が決定される。引き続いて、この遮断オブジェクトに対する車両の間隔と、これに伴い、いつ遮断オブジェクトが当該衛星14を遮るかという情報が決定されることが可能であろう。相応して、GNSS受信機24の選択および補正装置50は、当該GNSS信号12の重みづけを上述した方法で徐々に高める。
上述した思想は、代替的または追加的にカルマンフィルタ38(または上述した任意の他のフィルター)内に組み込まれることが可能である。明確化された位置データ30に対する比較位置データ40内のエラーを、その発生の前に適時に検出するためである。カルマンフィル38は、画像20を受信し、遮断オブジェクトを画像20内で検出し、そして比較位置データ40が、比較位置データ40および明確化された位置データ30のフィルタリングの際に、重みが強くならないように考慮して、比較位置データ40をエラーの場合に重みづける。

Claims (5)

  1. 車両の位置(30)の決定の為の、以下ではGNSS信号(54)と称される、グローバルナビゲーション衛星システム信号(54)の提供の為の方法であって、
    ・フィルタリングされていないGNSS信号(12)が受信されることと
    ・車両(2)の移動方向における周辺条件(20)に基づいて、フィルタリングされていないGNSS信号(12)フィルタリングされることと、
    ・フィルタリングされたGNSS信号(54)出力されることとを含み、
    当該GNSS信号(12)、周辺条件(20)としてのオブジェクト(10)によるGNSS信号(12)の将来予想される遮断に基づいてフィルタリングされ、
    さらに、当該方法は
    車両(2)の参照位置データ(30)が、ストラップダウンアルゴリズム(42)によって走行ダイナミクスデータ(28)から取得されることと、
    当該参照位置データがカルマンフィルタ内で検出された位置(40)と比較され参照位置データ(30)のためのエラーバジェット(46)と位置(40)のためのエラーバジェット(48)が予測されることによって車両(2)の検出された位置(40)が、参照位置データ(30)に基づいて補正されることとを含み、
    周辺条件(20)が、車両(2)の環境センサー(18)によって検出され、
    複数のGNSS信号(12)フィルタリングの為に環境センサー(18)の出力信号、つまり周辺条件(20)に基づいて重みづけされ、そしてエラーを有するGNSS−衛星(14)が先見的に検出されるよう選択され、
    個々の信号の重みづけファクターが、エラーバジェット(48)によって決定され、
    環境センサー(18)による周辺条件(20)に基づいて、間近に迫っているGNSS信号(12)のオブジェクト(10)による遮断エラーとして検出され、このエラーを有するGNSS衛星(14)先見的に検出され、GNSS信号(12)の重みづけを行うことにより、重みづけのためのエラーバジェット(48)がフィードバックされて利用可能となるまでの無駄時間が埋められることを特徴とする方法。
  2. 出力信号、つまり周辺条件(20)が、車両(2)が走行する道路(4)上のオブジェクト(10)を表すことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. GNSS信号(54)に基づく車両の位置(40)の決定の為の方法であって、
    ・請求項1または2に記載の方法によって、GNSS信号(54)が提供されることと、・提供されたGNSS信号(54)に基づいて、車両(2)の位置(40)が決定されることとを含むことを特徴とする方法。
  4. 車両(2)内における参照位置データ(30)の出力方法であって、
    ・請求項1又は2に記載の方法によって、GNSS信号(54)が提供されることと
    ・参照位置データ(30)が検出されることと
    ・位置(40)が検出されることと
    ・周辺条件(20)に基づいて、位置(40)が重みづけされることと、
    参照位置データ(30)が、当該参照位置データ(30)を出力する為に重みづけされた位置(40)に基づいてフィルタリングされることとを含むことを特徴とする方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法を実施するよう設けられた制御装置(50,24,22)。
JP2015548372A 2012-12-20 2013-12-12 Gnss信号の提供方法 Active JP6815078B2 (ja)

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