WO2018033188A1 - Vorrichtung und verfahren zum erkennen einer fehlerhaften bestimmung einer geographischen position eines fahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erkennen einer fehlerhaften bestimmung einer geographischen position eines fahrzeuges Download PDF

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yaw rate
geographical
erroneous determination
processor
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Michael ZALEWSKI
Burkhard Kessler
Sergey Azarkevich
Holger Faisst
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for detecting an erroneous determination of a geographical position of a vehicle, in particular a based on a satellite navigation receiver erroneous particular geographical position of a vehicle.
  • TECHNICAL BACKGROUND Disturbances due to multipath effects are the main cause of erroneous determinations of positions in GNSS processing.
  • the multipath effects arise from a superposition of a direct satellite signal with a reflection, such as metal facades of houses, the direct satellite signal.
  • the effects of multipath effects occur in both constructive and destructive interference between the reflected and direct satellite signals.
  • Methods and apparatus for detecting multipath interference are challenging for GNSS processing because one or more perturbed measurements, if not compensated or filtered, will result in incorrect position determination and positional error.
  • special processing such as differential GNSS processing results in higher absolute position accuracy, it is just as affected by multipath effects as normal GNSS processing.
  • the position and speed of a vehicle determined by satellite navigation receivers can be used for data fusion or dead reckoning.
  • the position and velocity determined by satellite navigation receivers are also used in a general fusion filter, eg in a Kalman filter, to support or correct the position or velocity estimate of the Kalman filter.
  • a general fusion filter eg in a Kalman filter
  • an estimation filter outliers ie jumps or large deviations in a position of the vehicle, can be detected as faulty and discarded. Therefore, rough multipath effects can be suppressed.
  • creeping effects of the satellite signals in which the erroneous multipath effects that lead to a change in position of the vehicle, do not arise suddenly, but with a slowly increasing so-called position drift, as explained for example in FIG. 1 shows different trajectories of a vehicle, for example an actual trajectory 10, an unfiltered GPS trajectory 20, a trajectory 30 determined by a fusion algorithm and a filtered GPS trajectory 40
  • the erroneous position determinations of satellite navigation receivers can also disturb other sensor measurements by determining incorrect correction values of the other sensors based on the incorrect position determinations of satellite navigation receivers.
  • the object is achieved by a device for detecting a faulty determination of a geographical position of a vehicle.
  • the apparatus includes a sensor configured to determine a first yaw rate of the vehicle, a satellite navigation receiver configured to receive satellite signals during a predetermined time period, a plurality of geographic positions of the vehicle based on the received satellite signals determine and determine a geographic reference position of the vehicle based on the plurality of geographic positions, and a processor configured to determine a second yaw rate of the vehicle based on the determined geographic reference position of the vehicle, and the first yaw rate the second yaw rate to detect the erroneous determination of the geographical position of the vehicle.
  • the technical advantage is achieved that an erroneous determination of a geographical position of the vehicle can be detected early, whereby the erroneous determination of the position of multipath effects of the received satellite signals can be caused. Furthermore, this achieves, for example, the technical advantage that, by receiving satellite signals for a predetermined period of time, a subsequent detection and compensation of the erroneous determination of the position is possible, since it can be recognized if and which effect was introduced into the device by the above-mentioned multipath effects ,
  • this achieves, for example, the technical advantage that an ASIL (automotive safety integrity level) functionality based on the satellite signals can be realized through the verifiability of the yaw rate determined by the satellite navigation receiver, since resulting errors from the satellite signals can be recognized and filtered.
  • ASIL autonomous safety integrity level
  • the device can be installed in cars, in airplanes or in ships.
  • the senor is a rotation rate sensor.
  • the satellite navigation receiver is further configured to determine a speed of the vehicle based on a Doppler effect of the received satellite signals.
  • the processor is further configured to determine a third yaw rate of the vehicle based on the speed of the vehicle determined by the satellite navigation receiver and to compare the third yaw rate with the first yaw rate to the erroneous determination of the geographic position of the vehicle detect if a first difference between the first yaw rate and the third yaw rate exceeds a first predetermined tolerance threshold.
  • the processor is further configured to determine the second yaw rate ⁇ / ⁇ of the vehicle based on the following formula: where ⁇ is a yaw angle of the vehicle, ⁇ is a time interval, Y t is a second coordinate of the satellite navigation receiver last determined geographical position of the vehicle, X 2 is a first coordinate of the determined geographical reference position of the vehicle, Y 2 is a second coordinate of the particular geographic Reference position of the vehicle, and ⁇ - ⁇ is a coordinate of a previous specific geographical position of the vehicle.
  • the processor is further configured to determine the second yaw rate ⁇ / ⁇ of the vehicle based on the following formula: wherein a first coordinate is the last determined by the satellite navigation receiver geographical position of the vehicle, and K j is a second coordinate of a previous specific geographical position of the vehicle.
  • the processor is further configured to detect the erroneous determination of the geographical position of the vehicle if a second difference between the first yaw rate and the second yaw rate exceeds a second predetermined tolerance threshold.
  • the processor is further configured to discard the last geographic position determined by the satellite navigation receiver if the processor detects the erroneous determination of the geographical position of the vehicle.
  • the processor is further configured to use an estimation filter for determining the geographical reference position of the vehicle.
  • the estimation filter is a Kalman filter.
  • satellite navigation receiver is a NAVSTAR GPS, a GLONASS, a GALILEO, or a BEIDOU satellite navigation receiver.
  • the predetermined period is 5 seconds.
  • the object is achieved by a method for detecting a faulty determination of a geographical position of a vehicle.
  • the method comprises the steps of determining a first yaw rate of the vehicle, receiving satellite signals during a predetermined time period, determining a plurality of geographic positions of the vehicle based on the received satellite signals, determining a geographic reference position of the vehicle based on the determined plurality of geographic positions Determining a second yaw rate of the vehicle based on the determined geographic reference position of the vehicle, and comparing the first yaw rate with the second yaw rate to detect the erroneous determination of the geographic position of the vehicle.
  • the method may be performed by the device. Further features of the method result directly from the features and / or the functionality of the device. According to a third aspect, the object is achieved by a computer program having a program code for carrying out the method according to the second aspect, when the program code is executed on a computer.
  • FIG. 1 shows a comparison between an actual trajectory of a vehicle and other trajectories of the vehicle, which are determined by various methods
  • FIG. 2 is a schematic illustration of an arrangement including a device for detecting an erroneous determination of a geographical position of a vehicle, according to one embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a trajectory of a vehicle according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a method for detecting a faulty determination of a geographical position of a vehicle according to an embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an arrangement 100 comprising an apparatus for detecting an erroneous determination of a geographical position of a vehicle 102, according to an embodiment.
  • the arrangement 100 includes a vehicle 102, an object 108, and a satellite 106.
  • the vehicle 102 includes a device for detecting an erroneous determination of a geographic location of the vehicle 102, the device including a satellite navigation receiver 104, a sensor, and a satellite comprises a processor.
  • the satellite navigation receiver 104 may be configured to receive satellite signals for a predetermined period of time, to determine a plurality of geographical locations of the vehicle 102 based on the received satellite signals, and to determine a geographic reference location 102b of the vehicle 102 based on the plurality of geographic locations. Further, the satellite navigation receiver 104 may be configured to rate a speed of the vehicle 102, wherein the speed of the vehicle 102 may be determined based on Doppler effects of the satellite signals.
  • the determination of a plurality of geographical positions of the vehicle 102 during a predetermined time period or a covered distance has the advantage that the yaw rate of the vehicle 102 on the one hand based on changes in position of the vehicle 102 and on the other hand based on changes in the Directions of the speed of the vehicle 102 from the satellite navigation receiver 104 can be determined.
  • the technical advantage is achieved that an evaluation of the interference of the satellite signals independently between position of the vehicle 102 and speed of the vehicle 102 can be made or correlated, if the speed of the vehicle 102 also to the changes of the particular geographical positions of the vehicle 102nd fits.
  • the sensor is configured to determine a first yaw rate of the vehicle 102.
  • the sensor and satellite navigation receiver 104 may be connected to the processor.
  • the processor may be configured to determine a second yaw rate of the vehicle 102 based on the determined geographic reference position 102b of the vehicle 102, and to compare the first yaw rate with the second yaw rate to detect the erroneous determination of the geographic location of the vehicle 102.
  • the technical advantage is achieved that an erroneous determination of the geographical position of the vehicle 102 or a position drift laterally to the direction of travel (see FIG. 1) in a resulting yaw rate reflect.
  • This can be very well compared with values from other yaw rates, the values of the other yaw rates, for example, based on an inertial measurement unit (IMU) sensor, a steering wheel angle, an odometry sensor, a magnetic sensor, wheel speeds, or Fusion filters can be determined.
  • IMU inertial measurement unit
  • the technical advantage is achieved that multipath effects that would lead to an erroneous determination of the geographical position of the vehicle 102 or to a change in orientation of the vehicle 102 are very well and quickly recognizable if a difference between the determined based on satellite signals yaw rate and a yaw rate determined by sensors or fusion filters exceeds a predetermined tolerance threshold.
  • the tolerance threshold may be determined, for example, based on the accuracy of the second yaw rate and the accuracy of the first yaw rate.
  • the erroneous determination of the geographic location of the vehicle 102 may be caused by multipath effects, where the multipath effects occur when an antenna of the satellite navigation receiver 104 is in proximity to a large reflective object 108, such as a building. Then the satellite signal does not run directly to the antenna, but first encounters the object 108, to then be reflected onto the antenna, which can lead to an erroneous determination of the geographical position of the vehicle 102.
  • 3 shows a schematic representation of a trajectory of a vehicle 102 according to an embodiment. The trajectory of the vehicle 102 may be determined based on a plurality of geographic locations determined by the satellite navigation receiver 104.
  • the satellite navigation receiver 104 may be configured to use with each new determination of the geographical position of the vehicle 102, the position history of the vehicle 102 over the last 5 seconds or 100 m, for example, to determine a second yaw rate ⁇ /,, where ⁇ / At can be determined by the processor based on the following formula:
  • ⁇ is a yaw angle of the vehicle 102
  • At is a time interval
  • Y T is a second coordinate of the satellite navigation receiver 104 last determined geographical position 102 a of the vehicle 102
  • X 2 is a first coordinate of a geographic reference position 102 b of the vehicle 102nd
  • Y 2 is a second coordinate of the geographical reference position 102b of the vehicle 102
  • ⁇ ⁇ is a coordinate of a previous specific geographical position 102 c of the vehicle 102.
  • the satellite navigation receiver 104 may be configured to determine the previously determined geographic location 102c of the vehicle 102 and the geographical reference location 102b of the vehicle 102 based on a Kalman filter.
  • the processor may be configured to determine the reference position of the vehicle 102 using a movement theory or an orientation model.
  • the position 102a of the vehicle 102 may be determined by pseudorange measurements or carrier phase measurements or a combination thereof from satellite navigation receivers 104.
  • the processor may be configured to convert the coordinates of the last determined geographic location 102a, the previous geographic location 102c, and the geographic reference location 102b to vehicle coordinates. Furthermore, the processor may be configured to compare the second yaw rate ⁇ / ⁇ with a first yaw rate, which is determined for example by a yaw rate sensor of the vehicle 102, and to discard the last determined geographical position 102a if a difference between the second yaw rate ⁇ / At and the first yaw rate exceeds a predetermined tolerance threshold.
  • the processor may be configured to determine a third yaw rate ⁇ * / ⁇ based on the following formula: where v x and v y are velocity components of the vehicle 102 that may be determined based on GNSS Doppler velocity measurement. According to another embodiment, the processor may be configured to determine the third yaw rate ⁇ * / ⁇ based on the following formula: where ⁇ ⁇ ⁇ , v x _ ,, ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ are velocity components of the vehicle 102 that can be determined based on GNSS Doppler velocity measurements.
  • the method 400 includes the steps of determining 402 a first yaw rate of the vehicle 102, receiving 404 satellite signals during a predetermined time period, determining 406 a plurality of geographic positions of the vehicle 102 based on the received satellite signals, determining 408 a geographic reference position 102b of the vehicle 102 based on the determined plurality of geographic positions, determining 410 a second yaw rate of the vehicle 102 based on the determined geographic reference position 102b of the vehicle 102, and comparing 412 the first yaw rate with the second yaw rate to detect the erroneous determination of the geographic location of the vehicle 102.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren (400) zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges (102). Die Vorrichtung umfasst einen Sensor, welcher ausgebildet ist, eine erste Gierrate des Fahrzeugs (102) zu bestimmen, einen Satellitennavigationsempfänger (104), welcher ausgebildet ist, Satellitensignale während eines vorbestimmten Zeitraums zu empfangen, eine Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs (102) auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, und eine geographische Referenzposition (102b) des Fahrzeugs (102) auf der Basis der Mehrzahl geographischer Positionen zu bestimmen und einen Prozessor, welcher ausgebildet ist, eine zweite Gierrate des Fahrzeugs (102) auf der Basis der bestimmten geographischen Referenzposition (102b) des Fahrzeugs (102) zu bestimmen, und die erste Gierrate mit der zweiten Gierrate zu vergleichen, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs (102) zu erkennen.

Description

TITEL
Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges, insbesondere einer auf der Basis eines Satellitennavigationsempfängers fehlerhaften bestimmten geographischen Position eines Fahrzeuges.
TECHNISCHER HINTERGRUND Störungen durch Mehrwegeeffekte (auch unter dem Begriff Multipath-Effekte geläufig) sind die Hauptursache für fehlerhafte Bestimmungen von Positionen in der GNSS-Verarbeitung. Die Mehrwegeeffekte entstehen durch eine Überlagerung eines direkten Satellitensignales mit einer Reflektion, wie beispielsweise an Metallfassaden von Häusern, des direkten Satellitensignales. Die Störungen durch Mehrwegeeffekte treten sowohl bei einer konstruktiven als auch bei einer destruktiven Interferenz zwischen dem reflektierten und dem direkten Satellitensignal auf. Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Störungen durch Mehrwegeeffekte sind eine Herausforderung für die GNSS-Verarbeitung, da eine oder mehrere gestörte Messungen, wenn sie nicht kompensiert oder gefiltert werden, zu einer falschen Positionsbestimmung und einem entsprechenden Positionsfehler führen. Auch besondere Verarbeitungen wie die differentielle GNSS-Verarbeitung führen zwar zu einer höheren absoluten Positionsgenauigkeit, sind aber von Mehrwegeeffekten genauso stark betroffen wie normale GNSS-Verarbeitungen.
Außerdem können die von Satellitennavigationsempfängern bestimmte Position und Geschwindigkeit eines Fahrzeuges für eine Datenfusion bzw. Koppelnavigation genutzt werden. Häufig werden die von Satellitennavigationsempfängern bestimmte Position und Geschwindigkeit auch in einem allgemeinen Fusionsfilter, z.B. in einem Kaiman-Filter benutzt, um die Positions- oder Geschwindigkeitsschätzung des Kaiman-Filters zu stützen bzw. zu korrigieren. Mit Hilfe eines Schätzfilters können Ausreißer, d.h. Sprünge oder große Abweichungen in einer Position des Fahrzeuges, als fehlerhaft erkannt werden und verworfen werden. Daher können grobe Mehrwegeeffekte unterdrückt werden. Kritisch hingegen sind schleichende Effekte der Satellitensignale, bei denen die fehlerhaften Mehrwegeeffekte, die zu einer Positionsänderung des Fahrzeuges führen, nicht sprungartig entstehen, sondern mit einem langsam ansteigenden sogenannten Positionsdrift, wie es beispielsweise in Fig. 1 erläutert wird. Fig. 1 zeigt unterschiedliche Trajektori- en eines Fahrzeuges, beispielsweise eine tatsächliche Trajektorie 10, eine ungefilterte GPS Trajektorie 20, eine durch einen Fusionsalgorithmus bestimmte Trajektorie 30 und eine gefilterte GPS Trajektorie 40
Weiterhin können die fehlerhaften Positionsbestimmungen von Satellitennavigationsemp- fängern auch andere Sensormessungen stören, indem, basierend auf den fehlerhaften Positionsbestimmungen von Satellitennavigationsempfängern, falsche Korrekturwerte der anderen Sensoren bestimmt werden können.
Die Erkennung solcher schleichender Mehrwegeeffekte von Satellitensignalen, die zu einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges führen können, ist eine besondere Herausforderung für die Verarbeitung von Satellitensignalen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges gelöst. Die Vorrichtung umfasst einen Sensor, welcher ausgebildet ist, eine erste Gierrate des Fahr- zeugs zu bestimmen, einen Satellitennavigationsempfänger, welcher ausgebildet ist, Sa- tellitensignale während eines vorbestimmten Zeitraums zu empfangen, eine Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, und eine geographische Referenzposition des Fahrzeugs auf der Basis der Mehrzahl geographischer Positionen zu bestimmen, und einen Prozessor, welcher ausgebildet ist, eine zweite Gierrate des Fahrzeugs auf der Basis der bestimmten geographischen Referenzposition des Fahrzeugs zu bestimmen, und die erste Gierrate mit der zweiten Gierrate zu vergleichen, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs zu erkennen.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine fehlerhafte Bestimmung einer geographischen Position des Fahrzeuges frühzeitig erkannt werden kann, wobei die fehlerhafte Bestimmung der Position von Mehrwegeeffekten der empfangenen Satellitensignale verursacht werden kann. Ferner wird dadurch beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch das Empfangen von Satellitensignalen während eines vorbestimmten Zeitraums eine nachträgliche Detektion und Kompensierung der fehlerhaften Bestimmung der Position möglich ist, da erkennbar ist, wenn und welcher Effekt durch die oben genannten Mehrwegeeffekte in die Vorrichtung eingebracht wurde.
Ferner wird dadurch beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Überprüfbarkeit der durch den Satellitennavigationsempfänger bestimmten Gierrate eine ASIL (automotive safety integrity level) Funktionalität auf der Basis der Satellitensignale realisiert werden kann, da resultierende Fehler aus den Satellitensignalen erkannt und gefiltert werden können.
Die Vorrichtung kann in Autos, in Flugzeugen oder in Schiffen angebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Sensor ein Drehratensensor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Satellitennavigationsempfänger ferner ausgebildet, eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf der Basis eines Dopplereffekts der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, eine dritte Gierrate des Fahrzeuges auf der Basis der vom Satellitennavigationsempfänger bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen und die dritte Gierrate mit der ersten Gierrate zu vergleichen, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs zu erkennen, falls eine erste Differenz zwischen der ersten Gierrate und der dritten Gierrate einen ersten vorbestimmten Toleranzschwellwert überschreitet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, die zweite Gierrate Αφ/Αΐ des Fahrzeugs auf der Basis der folgenden Formel zu bestimmen:
Figure imgf000006_0001
wobei Αφ ein Gierwinkel des Fahrzeuges ist, Δε ein Zeitintervall ist, Yt eine zweite Koordinate der vom Satellitennavigationsempfänger zuletzt bestimmten geographischen Position des Fahrzeuges ist, X2 eine erste Koordinate der bestimmten geographischen Referenzposition des Fahrzeuges ist, Y2 eine zweite Koordinate der bestimmten geographischen Referenzposition des Fahrzeuges ist, und Χ-ά eine Koordinate einer vorherigen bestimmten geographischen Position des Fahrzeuges ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, die zweite Gierrate Αφ/Αΐ des Fahrzeugs auf der Basis der folgenden Formel zu bestimmen:
Figure imgf000006_0002
wobei eine erste Koordinate der vom Satellitennavigationsempfänger zuletzt bestimmten geographischen Position des Fahrzeuges ist, und Kj eine zweite Koordinate einer vorherigen bestimmten geographischen Position des Fahrzeuges ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs zu erkennen, falls eine zweite Differenz zwischen der ersten Gierrate und der zweiten Gierrate einen zweiten vorbestimmten Toleranzschwellwert überschreitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, die vom Satellitennavigationsempfänger zuletzt bestimmte geographische Position zu verwerfen, falls der Prozessor die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs erkennt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, ein Schätzfilter zum Bestimmen der geographischen Referenzposition des Fahrzeugs zu verwenden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Schätzfilter ein Kaiman- Filter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist Satellitennavigationsempfänger ein NAVSTAR GPS-, ein GLONASS-, ein GALILEO-, oder ein BEIDOU-Satellitennavigationsempfänger.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der vorbestimmte Zeitraum 5 Sekunden. Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen einer ersten Gierrate des Fahrzeuges, Empfangen von Satellitensignalen während eines vorbestimmten Zeitraums, Bestimmen einer Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs auf der Basis der empfangenen Satellitensignale, Bestimmen einer geographischen Referenzposition des Fahrzeugs auf der Basis der bestimmten Mehrzahl geographischer Positionen, Bestimmen einer zweiten Gierrate des Fahrzeugs auf der Basis der bestimmten geographischen Referenzposition des Fahrzeugs, und Vergleichen der ersten Gierrate mit der zweiten Gierrate, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs zu erkennen.
Das Verfahren kann durch die Vorrichtung ausgeführt werden. Weitere Merkmale des Verfahrens resultieren unmittelbar aus den Merkmalen und/oder der Funktionalität der Vorrichtung. Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt gelöst, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein Vergleich zwischen einer tatsächlichen Trajektorie eines Fahrzeuges und anderen Trajektorien des Fahrzeugs, die mit verschiedenen Verfahren bestimmt werden; Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung, die eine Vorrichtung zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeugs umfasst, gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Trajektorie eines Fahrzeuges gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten oder Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke„enthalten",„haben",„mit" oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck„umfassen" einschließend sein. Die Ausdrücke„gekoppelt" und„verbunden" können zusammen mit Ableitungen davon verwendet worden sein. Es versteht sich, dass derartige Ausdrücke dazu verwendet werden, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck„beispielhaft" lediglich als ein Beispiel aufzufassen anstatt der Bezeichnung für das Beste oder Optimale. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 100, die eine Vorrichtung zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeugs 102 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Anordnung 100 ein Fahrzeug 102, ein Objekt 108 und einen Satelliten 106. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug 102 eine Vorrichtung zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position des Fahrzeuges 102, wobei die Vorrichtung einen Satellitennavigationsempfänger 104, einen Sensor und einen Prozessor umfasst.
Der Satellitennavigationsempfänger 104 kann ausgebildet sein, Satellitensignale während eines vorbestimmten Zeitraums zu empfangen, eine Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs 102 auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, und eine geographische Referenzposition 102b des Fahrzeugs 102 auf der Basis der Mehrzahl geographischer Positionen zu bestimmen. Weiterhin kann der Satellitennavigationsempfänger 104 ausgebildet sein, eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges 102 zu bewerten, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 102 auf der Basis von Dopplereffekten der Satellitensignale bestimmt werden kann. Das Bestimmen einer Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs 102 während eines vorbestimmten Zeitraums oder einer zurückgelegten Strecke hat beispielsweise den Vorteil, dass die Gierrate des Fahrzeuges 102 zum einen anhand von Positionsänderungen des Fahrzeuges 102 und zum anderen anhand von Änderungen der Richtungen der Geschwindigkeit des Fahrzeuges 102 vom Satellitennavigationsempfänger 104 bestimmt werden kann.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Bewertung der Störungen der Satellitensignale unabhängig zwischen Position des Fahrzeuges 102 und Geschwindigkeit des Fahrzeuges 102 erfolgen kann oder korreliert werden kann, falls die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 102 auch zu den Änderungen der bestimmten geographischen Positionen des Fahrzeuges 102 passt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Sensor ist ausgebildet, eine erste Gierrate des Fahrzeugs 102 zu bestimmen. Der Sensor und der Satellitennavigationsempfänger 104 können mit dem Prozessor verbunden sein. Der Prozessor kann ausgebildet sein, eine zweite Gierrate des Fahrzeugs 102 auf der Basis der bestimmten geographischen Referenzposition 102b des Fahrzeugs 102 zu bestimmen, und die erste Gierrate mit der zweiten Gierrate zu vergleichen, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs 102 zu erkennen.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich eine fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeuges 102 oder ein Positionsdrift seitlich zur Fahrtrichtung (siehe Fig. 1 ) in einer resultierenden Gierrate wiederspiegeln. Diese kann dabei sehr gut mit Werten von anderen Gierraten verglichen werden, wobei die Werten der anderen Gierraten beispielsweise auf der Basis eines Inertial-Measurement-Unit-(IMU)- Sensors, eines Lenkradwinkels, eines Odometrie-Sensor, eines Magnetsensors, Radgeschwindigkeiten, oder Fusionsfilters bestimmt werden können. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Mehrwegeeffekte, die zu einer fehlerhaften Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeuges 102 oder zu einer Orientierungsänderung des Fahrzeuges 102 führen würden sehr gut und schnell erkennbar sind, falls eine Differenz zwischen der auf der Basis von Satellitensignalen bestimmten Gierrate und einer mit Sensoren oder Fusionsfiltern bestimmten Gierrate einen vorbestimmten Toleranzschwellwert überschreitet. Der Toleranzschwellwert kann beispielsweise auf der Basis der Genauigkeit der zweiten Gierrate und der Genauigkeit der ersten Gierrate bestimmt werden.
Die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs 102 kann von Mehrwegeeffekten verursacht werden, wobei die Mehrwegeeffekte auftreten, wenn sich eine Antenne des Satellitennavigationsempfängers 104 in der Nähe eines großen reflektierenden Objektes 108, beispielsweise eines Gebäudes, befindet. Dann läuft das Satellitensignal nicht direkt zur Antenne, sondern trifft zunächst auf das Objekt 108, um dann auf die Antenne reflektiert zu werden, was zu einer fehlerhaften Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs 102 führen kann. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Trajektorie eines Fahrzeuges 102 gemäß einer Ausführungsform. Die Trajektorie des Fahrzeuges 102 kann auf der Basis einer Mehrzahl geographischer Positionen ermittelt werden, die vom Satellitennavigationsempfänger 104 bestimmt werden. Weiterhin kann der Satellitennavigationsempfänger 104 ausgebildet sein, mit jeder neuen Bestimmung der geografischen Position des Fahrzeuges 102 den Positionsverlauf des Fahrzeuges 102 über z.B. die letzten 5 Sekunden oder 100 m zu nutzen, um darüber eine zweite Gierrate Αφ/Αΐ zu bestimmen, wobei Αφ/At vom Prozessor auf der Basis der folgenden Formel bestimmt werden kann:
Αφ 1 Y - Y2
—— =— atan
At At ■Λ2 wobei Δφ ein Gierwinkel des Fahrzeuges 102 ist, At ein Zeitintervall ist, YT eine zweite Koordinate der vom Satellitennavigationsempfänger 104 zuletzt bestimmten geographischen Position 102a des Fahrzeuges 102 ist, X2 eine erste Koordinate einer geographischen Referenzposition 102b des Fahrzeuges 102 ist, Y2 eine zweite Koordinate der geographischen Referenzposition 102b des Fahrzeuges 102 ist, und ΧΛ eine Koordinate einer vorherigen bestimmten geographischen Position 102c des Fahrzeuges 102 ist. Gemäß einer Ausführungsform kann der Satellitennavigationsempfänger 104 ausgebildet sein, die vorherige bestimmte geografische Position 102c des Fahrzeuges 102 und die geographische Referenzposition 102b des Fahrzeuges 102 auf der Basis eines Kaiman-Filters zu bestimmen. Weiterhin kann der Prozessor ausgebildet sein, die Referenzposition des Fahrzeuges 102 anhand einer Bewegungstheorie oder eines Ausrichtungsmodells zu bestimmen.
Die Position 102a des Fahrzeuges 102 kann mittels Pseudorangemessungen oder Carrierphasemessungen oder einer Kombination davon von Satellitennavigationsempfänger 104 bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor ausgebildet sein, die Koordinaten der zuletzt bestimmten geografischen Position 102a, der vorherigen bestimmten geografischen Position 102c und der geographischen Referenzposition 102b in Fahrzeugkoordinaten zu konvertieren. Weiterhin kann der Prozessor ausgebildet sein, die zweite Gierrate Αφ/Αΐ mit einer ersten Gierrate, die beispielsweise von einem Drehratensensor des Fahrzeuges 102 bestimmt wird, zu vergleichen und die zuletzt bestimmte geographische Position 102a zu verwerfen, falls eine Differenz zwischen der zweiten Gierrate Αφ/At und der ersten Gierrate einen vorbestimmten Toleranzschwellenwert überschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor ausgebildet sein, eine dritte Gierrate Αφ*/Αΐ auf der Basis der folgenden Formel, zu bestimmen:
Figure imgf000012_0001
wobei vx und vy Geschwindigkeitskomponenten des Fahrzeugs 102 sind, die auf der Basis von GNSS-Dopplergeschwindigkeitsmessung bestimmt werden können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor ausgebildet sein, die dritte Gierrate Αφ*/Αΐ auf der Basis der folgenden Formel, zu bestimmen:
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0003
wobei ν¥ι, vx_,, νΥι und νΧχ Geschwindigkeitskomponenten des Fahrzeugs 102 sind, die auf der Basis von GNSS-Dopplergeschwindigkeitsmessungen bestimmt werden können.
Da die Drehratensensoren eine fahrzeugfeste Orientierungsänderung messen, die Messungen des Satellitennavigationsempfängers 104 aber nur fahrzeugunabhängige Punktbewegungen beschreiben, ist folglich eine Vorrichtung geschaffen, die eine fehlerhafte Bestimmung der Position oder einen seitlichen Positionsdrift erkennt und herausfiltert.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 400 zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges 102 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 400 umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen 402 einer ersten Gierrate des Fahrzeuges 102, Empfangen 404 von Satellitensignalen während eines vorbestimmten Zeitraums, Bestimmen 406 einer Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs 102 auf der Basis der empfangenen Satellitensignale, Bestimmen 408 einer geographischen Referenzposition 102b des Fahrzeugs 102 auf der Basis der bestimmten Mehrzahl geographischer Positionen, Bestimmen 410 einer zweiten Gierrate des Fahrzeugs 102 auf der Basis der bestimmten geographischen Referenzposition 102b des Fahrzeugs 102, und Vergleichen 412 der ersten Gierrate mit der zweiten Gierrate, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs 102 zu erkennen.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 tatsächliche Trajektorie
20 ungefilterte GPS Trajektorie
30 Fusionsalgorithmus Trajektorie
40 gefilterte GPS Trajektorie
100 Anordnung
102 Fahrzeug
102a Position (gemessen) Pi
102b Referenzposition P2
102c Position (Historie) P3
104 Satellitennavigationsempfänger
106 Satellit
108 Objekt
400 Verfahren
402 Bestimmen
404 Empfangen
406 Bestimmen
408 Bestimmen
410 Bestimmen
412 Vergleichen

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges (102), mit: einem Sensor, welcher ausgebildet ist, eine erste Gierrate des Fahrzeugs (102) zu bestimmen; einem Satellitennavigationsempfänger (104), welcher ausgebildet ist, Satellitensignale während eines vorbestimmten Zeitraums zu empfangen, eine Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs (102) auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, und eine geographische Referenzposition (102b) des Fahrzeugs (102) auf der Basis der Mehrzahl geographischer Positionen zu bestimmen; und einem Prozessor, welcher ausgebildet ist, eine zweite Gierrate des Fahrzeugs (102) auf der Basis der bestimmten geographischen Referenzposition (102b) des Fahrzeugs (102) zu bestimmen, und die erste Gierrate mit der zweiten Gierrate zu vergleichen, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs (102) zu erkennen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Sensor ein Drehratensensor ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Satellitennavigationsempfänger (104) ferner ausgebildet ist, eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges (102) auf der Basis eines Dopplereffekts der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, eine dritte Gierrate des Fahrzeuges (102) auf der Basis der vom Satellitennavigationsempfänger (104) bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs (102) zu bestimmen und die dritte Gierrate mit der ersten Gierrate zu vergleichen, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs (102) zu erkennen, falls eine erste Differenz zwischen der ersten Gierrate und der dritten Gierrate einen ersten vorbestimmten Toleranzschwellwert überschreitet.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, die zweite Gierrate Αφ/ Ae des Fahrzeugs (102) auf der Basis der folgenden Formel zu bestimmen:
Αφ 1
—— =— atan
At At ■Λ2 ~ Λ3 wobei Αφ ein Gierwinkel des Fahrzeuges (102) ist, At ein Zeitintervall ist, Yt eine zweite Koordinate der vom Satellitennavigationsempfänger (104) zuletzt bestimmten geographischen Position (102a) des Fahrzeuges (102) ist, X2 eine erste Koordinate der bestimmten geographischen Referenzposition (102b) des Fahrzeuges (102) ist, Y2 eine zweite Koordinate der bestimmten geographischen Referenzposition (102b) des Fahrzeuges (102) ist und X3 eine Koordinate einer vorherigen bestimmten geographischen Position (102c) des Fahrzeuges (102) ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs (102) zu erkennen, falls eine zweite Differenz zwischen der ersten Gierrate und der zweiten Gierrate einen zweiten vorbestimmten Toleranzschwellwert überschreitet.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, die vom Satellitennavigationsempfänger (104) zuletzt bestimmte geographische Position (102a) zu verwerfen, falls der Prozessor die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs (102) erkennt.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, ein Schätzfilter zum Bestimmen der geographischen Referenzposition (102b) des Fahrzeugs (102) zu verwenden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Schätzfilter ein Kaiman-Filter ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Satellitennavigationsempfänger (104) ein NAVSTAR GPS-, ein GLONASS-, ein GALILEO-, oder ein BEIDOU-Satellitennavigationsempfänger ist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der vorbestimmte Zeitraum 5 Sekunden ist.
12. Verfahren (400) zum Erkennen einer fehlerhaften Bestimmung einer geographischen Position eines Fahrzeuges (102), mit:
Bestimmen (402) einer ersten Gierrate des Fahrzeuges (102);
Empfangen (404) von Satellitensignalen während eines vorbestimmten Zeitraums;
Bestimmen (406) einer Mehrzahl geographischer Positionen des Fahrzeugs (102) auf der Basis der empfangenen Satellitensignale;
Bestimmen (408) einer geographischen Referenzposition (102b) des Fahrzeugs (102) auf der Basis der bestimmten Mehrzahl geographischer Positionen;
Bestimmen (410) einer zweiten Gierrate des Fahrzeugs (102) auf der Basis der bestimmten geographischen Referenzposition (102b) des Fahrzeugs (102); und
Vergleichen (412) der ersten Gierrate mit der zweiten Gierrate, um die fehlerhafte Bestimmung der geographischen Position des Fahrzeugs (102) zu erkennen.
13. Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens (400) nach Anspruch 12, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
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