用于估计车辆方位的装置和方法与流程

本公开涉及用于估计车辆方位(direction)的装置和方法，更具体地，涉及能够估计车辆停止状态下车辆的方位的用于估计车辆方位的装置和方法。

背景技术：

全球导航卫星系统(gnss)是可以基于从绕地球旋转的人造卫星接收的信号使用三角测量来测量用户的位置的系统。gnss可以基于从人造卫星接收的信号获得关于用户、车辆等的位置、速度、方位、时间等的各种信息。在这些信息中，关于位置和时间的信息的计算可以与用户的位置的变化无关，而速度和方位是通过用户的移动计算的物理量。

车辆导航系统通常使用gnss。近来，随着对自动驾驶车辆研究的增加，基于gnss的车辆定位系统的性能已经变得重要。

基于gnss来估计方位的方法使用由车辆的移动产生的移动量的差值，这存在如果车辆停止则无法识别方位的问题。在需要高水平的定位性能的系统中，例如在自动驾驶车辆中的系统，关于车辆的位置和方位的初始信息对于确定车辆是否出发是至关重要的。因此，在自动驾驶车辆中，即使在车辆停止的情况下，也需要识别车辆的方位。

技术实现要素：

提出本公开是为了解决现有技术中发生的上述问题，同时保持现有技术实现的优点完整。

本公开的一个方面给提供用于在车辆停止的状态下估计车辆方位的装置和方法。特别地，本公开的一个方面提供了能够在车辆停止的状态下仅使用全球导航卫星系统(gnss)的传感器和地图数据而不包括其他传感器来估计车辆方位的装置和方法。

根据本公开的实施例，一种用于估计车辆方位的装置包括：车辆位置计算器，使用接收到的卫星信号来计算车辆的当前位置和当前时间；候选卫星预测器，使用其中包含有关于卫星的位置和方位角的信息的历书数据并且使用计算出的车辆的当前位置和当前时间，来预测在计算出的车辆的当前位置处能够观察到的候选卫星；候选道路搜索器，基于计算出的车辆的当前位置来搜索车辆周围的候选道路；和方位估计器，使用关于预测出的候选卫星和搜索到的候选道路的信息来估计车辆的方位。

此外，根据本公开的实施例，一种用于估计车辆方位的方法包括以下步骤：使用接收到的卫星信号来计算车辆的当前位置和当前时间；使用其中包含有关于卫星的位置和方位角的信息的历书数据并且使用计算出的车辆的当前位置和当前时间，来预测在计算出的车辆的当前位置处能够观察到的候选卫星；基于计算出的车辆的当前位置来搜索车辆周围的候选道路；以及使用关于预测出的候选卫星和搜索到的候选道路的信息来估计车辆的方位。

此外，根据本公开的实施例，一种非瞬时性计算机可读介质包含用于估计车辆方位的程序指令，程序指令在由处理器执行时使处理器：使用接收到的卫星信号来计算车辆的当前位置和当前时间；使用其中包含有关于卫星的位置和方位角的信息的历书数据并且使用计算出的车辆的当前位置和当前时间，来预测在计算出的车辆的当前位置处能够观察到的候选卫星；基于计算出的车辆的当前位置来搜索车辆周围的候选道路；以及使用关于预测出的候选卫星和搜索到的候选道路的信息来估计车辆的方位。

附图说明

本公开的上述和其它目的、特征和有益效果将通过下面参照附图的详细描述而被显而易见。

图1是示出根据本公开的实施例的用于估计车辆方位的装置的框图。

图2a至图5是示出根据本公开的实施例的用于描述通过用于估计车辆的方位的装置来估计方位的操作的示例的示意图。

图6是示出根据本公开的实施例的用于估计车辆方位的方法的操作的流程图。

应当理解，上述附图不一定是按比例绘制的，呈现了说明本公开的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。本公开的具体设计特征(包括例如具体尺寸、取向、位置和形状)将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。

附图中元件的符号

110：控制器

120：用户接口

130：通信器

140：存储器

141：地图数据库

145：历书数据库

150：车辆位置计算器

160：候选卫星预测器

170：候选道路搜索器

180：方位估计器

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，而不脱离本公开的精神或范围。此外，在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

应当注意，使用本公开中使用的技术术语以便仅描述特定示例性实施例，而非限制本公开。另外，除非在本公开中另有说明，否则应当理解，本公开中所使用的所有技术术语被解释为本领域技术人员通常理解的含义，而不是过于全面的含义和过于简化的含义。此外，当本公开中所使用的技术术语是不准确地指示本公开的技术精神的错误的技术术语时，应当理解，这些术语被本领域技术人员理解的技术术语所替代。此外，在本公开中使用的一般术语必须根据由字典或上下文定义的术语来理解，并且不应该是过于简化的含义。

此外，除非上下文另有明确指示，否则本公开中所使用的单数形式旨在包括复数形式。在本公开中，应当注意，术语“配置”，“包括”等不被解释为必须包括在本公开中所描述的若干组件或若干步骤，并且可以不包括上述组件或步骤中的一些，或者被解释为进一步包括附加的组件或步骤。

在本公开中所使用的包括如第一、第二等序数的术语可以用于描述各种组件。然而，这些组件不限于这些术语。术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，“第一”组件可以被命名为“第二”组件，反之亦然。

除非上下文另外明确指明，否则如本文所用，单数形式“一”和“所述”旨在还包括复数形式。应当理解，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”当用于本说明书中时，指定规定的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目中的任何和所有组合。

应当理解，如本文所用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括机动车辆，通常如乘用车，包括运动型多功能车(suv)、公共汽车、卡车，各种商用车，水运工具船，包括各种船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧插入式混合动力电动车辆、氢为动力的车辆和其它替代燃料的车辆(例如，来自非石油来源的衍生燃料)。如本文所指，混合型车辆为具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动力车辆。

另外，应当理解，以下方法或其方面中的一个或多个可以由至少一个控制器执行。术语“控制器”是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器经配置为存储程序指令，并且处理器经特别编程为执行程序指令以进行以下进一步描述的一个或多个过程。此外，应当理解，如本领域普通技术人员将理解的，以下方法可以由包括控制器与一个或多个其它组件结合的装置执行。

此外，本公开的控制器可经实施为在包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂态计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括(但不限于)rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可通过计算机网络传播，使得程序指令被存储并且(例如)通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)以分布式方式执行。

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。相同的附图标记将用于描述相同或相似的组件，不依赖于附图标记，并且将省略对相同组件的重复描述。

此外，当确定与本公开相关的已知技术的详细描述可模糊本公开的要点时，将省略其详细描述。另外，应注意，提供附图仅是为了使得容易理解本公开的精神，并且不应被解释为限制本公开的精神。

图1是示出根据本公开的实施例的用于估计车辆方位的装置的框图。

根据本公开的示例性实施例的用于估计车辆方位的装置100(在下文中，称为“用于估计方位的装置”)可以在车辆中实现。车辆可以是自动驾驶车辆，并且用于估计车辆方位的装置100可以与车辆的内部控制单元一体形成，或者可以实现为单独的装置并通过单独的连接部件连接到车辆的内部控制单元。用于估计车辆方位的装置100可以结合车辆的传感器、发动机、电动机等来操作，或者可以结合控制传感器、发动机或电动机的控制单元或系统来操作。

参考图1，用于估计车辆方位的装置100可以包括控制器110、用户接口120、通信器130、存储器140、车辆位置计算器150、候选卫星预测器160、候选道路搜索器170和方位估计器180。控制器110可以处理在用于估计车辆方位的装置100的各组件之间传递的信号。

首先，用户接口120可包括用于接收从用户输入的控制命令的输入部件和输出用于估计车辆方位的装置100的操作状态、操作结果等的输出部件。输入部件可以是键按钮，或者可以是鼠标、操纵杆、飞梭轮、触控笔等。另外，输入部件还可以是在显示器上实现的软键。输出部件可以包括显示器，或者可以包括如扬声器的音频输出装置。在显示器中设置诸如触摸膜、触摸片、触摸板等的触摸传感器的情况下，显示器可以被操作为触摸屏，并且可以以输入部件和输出部件彼此集成的形式实现。显示器可以包括液晶显示器(lcd)、薄膜晶体管液晶显示器(tftlcd)、有机发光二极管(oled)、柔性显示器、场致发射显示器(fed)、3d显示器等中的至少一个。

通信器130可以包括支持与设置在车辆10中的电气组件和/或控制单元的通信接口的通信模块。作为示例，通信模块可以可通信地连接到设置在车辆中的仪表板、显示器等，以将用于估计方位的装置100的操作状态发送到显示器。另外，通信模块可以向自动驾驶系统和/或全球导航卫星系统(gnss)发送信号和从自动驾驶系统和/或全球导航卫星系统(gnss)接收信号。

通信模块可以包括支持诸如控制器局域网(can)通信、本地互连网络(lin)通信、柔性射线通信等的车辆网络通信的模块。另外，通信模块可以包括提供卫星通信的全球定位系统(gps)模块、gnss模块等。通信模块还可以包括用于无线因特网接入的模块或用于短距离通信的模块。

存储器140可以在其中存储操作用于估计方位的装置100所需的数据、程序等。存储器140还可以在其中存储用于估计方位的装置100的操作的设定值。作为示例，存储器140可以在其中存储用于从通过gnss接收到的卫星信号计算车辆的位置的算法，并且可以在其中存储用于基于当前位置来搜索卫星的分布或搜索车辆周围的候选道路的条件值等。

另外，存储器140可以包括存储有地图数据的地图数据库(db)141。地图数据可以从gnss或导航系统接收。另一方面，存储器140还可以包括存储有历书(almanac)数据的历书db145。这里，历书是指包括在从gnss接收到的消息中的一系列变量，例如诸如卫星轨道信息、开普勒参数、时间校正、大气延迟变量、卫星健康状态等的束(bundle)。历书数据可以用于计算卫星的近似位置。历书数据可以具有诸如yuma、sem等的格式。

存储器140可以包括存储介质，如随机存取存储器(ram)、静态随机存取存储器(sram)、只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、电可擦可编程只读存储器(eeprom)等。

控制器110可以控制车辆位置计算器150、候选卫星预测器160和候选道路搜索器170的操作。方位估计器180可以使用由车辆位置计算器150、候选卫星预测器160和候选道路搜索器170导出的数据来确定停止状态下的车辆的方位。作为示例，方位估计器180可以通过将图2a中所示的由候选卫星预测器160所预测的卫星阵列信息和图2b中所示的由候选道路搜索器170所搜索的道路进行比较，来确定车辆的方位。

当通过通信器130接收到卫星信号(例如，gps信号或gnss信号)时，控制器110确认接收到的卫星信号是否包括历书数据。在接收到的卫星信号包括历书数据的情况下，控制器110可以使用历书数据更新存储在历书db145中的信息。作为示例，控制器110可以使用接收到的历书数据来更新存储在历书db145中的卫星的信息，诸如位置、方位角、高度等。

另外，当接收到卫星信号时，控制器110将接收到的卫星信号发送到车辆位置计算器150。在这种情况下，车辆位置计算器150使用从控制器110传送的gnss信号来计算车辆的当前位置和当前时间。车辆位置计算器150可以将如上所述计算出的关于车辆的当前位置和当前时间的信息存储在存储器140中。因此，控制器110可以将关于车辆的当前位置和当前时间的信息传送到候选卫星预测器160。

候选卫星预测器160基于关于车辆的当前位置和当前时间的信息来搜索卫星的分布。在这种情况下，候选卫星预测器160可以使用存储在历书db145中的历书数据基于当前位置来搜索卫星的分布，并且可以从搜索到的信息来预测可以在当前位置处且在当前时间下观察到的候选卫星。将参考图3a和图3b描述预测候选卫星的操作的示例。

图3a示出gps历书数据。gps卫星prn-01到prn-历书数据可以包括关于卫星(例如‘prn-05’)的信息，例如‘id’、‘健康状况’、‘偏心率’、‘历书的基准时间’、‘轨道倾角’、‘升交点赤经变化率’、‘sqrt’、‘升交点赤经’、‘近地点俯角’、‘平均近点角’、‘af0’、‘af1’、‘周数’，如图3a所示。

因此，候选卫星预测器160可以从历书数据的每个卫星的信息中预测可以在车辆的当前位置处且在当前时间下观察到的候选卫星。

作为示例，当车辆的当前位置是‘37.323796度纬度和126.952440度经度’并且当前时间是2016年3月22日的8:40:10时，在对应位置处且在对应时间下可以观察到的卫星可以如图3b所示表示。如图3b所示，可以在车辆的当前位置处观察到的候选卫星可以是prn-05(311)、prn-15(313)、prn-20(315)、prn-21(317)等。候选卫星预测器160可以将候选卫星的预测结果存储在存储器140中。

另外，控制器110可以将关于车辆的当前位置和当前时间的信息发送到候选道路搜索器170。候选道路搜索器170基于车辆的当前位置来搜索车辆周围的候选道路。在这种情况下，候选道路搜索器170可以使用存储在地图db141中的地图数据来搜索当前位置周围的候选道路。在候选道路搜索器170使用地图数据来搜索当前位置周围的候选道路的情况下，候选道路搜索器170可以搜索车辆的当前位置周围的一个候选道路，或者可以搜索在候选道路搜索范围中的多个候选道路，如图5所示。候选道路搜索器170可以将候选道路的搜索结果存储在存储器140中。

当候选卫星预测器160和候选道路搜索器170在存储器140中存储了关于候选卫星和候选道路的信息时，方位估计器180可以使用存储在存储器140中的关于候选卫星和候选道路的信息来估计车辆的方位。在这种情况下，当使用地图数据在车辆的当前位置周围搜索候选道路时，方位估计器180可以判断出车辆位于与搜索到的候选道路对应的道路上。

当在图3a和图3b中预测到的候选卫星prn-05311、prn-15313、prn-20315和prn-21317配置在车辆所处的道路上时，它们可以如图4所示表示。

方位估计器180可以确定停止状态下的车辆10所位于的道路的方位角是或中的任何一个。在这种情况下，在车辆的当前位置处观察到的卫星的方位角与道路的方位角之间的差值可以由集合s表示，集合s可以表示如下：

sφ＝{θ1-φ，…，θi-φ}

s180+φ＝{θ1-(180+φ)，…，θi-(180+φ)}

这里，表示道路的方位角，i＝{1,2，...，n}，θi表示通过历书数据预测的n个候选卫星的方位角。

作为示例，当假设为15度时，车辆10所在的道路的方位角为15度或195度。在这种情况下，参照图3b所示的候选卫星prn-05、prn-15、prn-20等的方位角，上述集合s可以表示如下：

s15＝{107.6-15，332-15，60.8-15，…}

s1９５＝(107.6-195，332-195，60.8-195，…}

因此，方位估计器180可以通过从卫星信号获得每个卫星的方位角和高度信息，并且将所获得的方位角和高度信息与两个集合和进行比较，来估计车辆的方位。

在由候选道路搜索器170搜索到多个候选道路的情况下，方位估计器180可以选择多个候选道路中的一个，并且使用选定的候选道路来确定车辆的方位，其中，选定的候选道路与候选卫星阵列之间的位置误差变为最小值。

如上所述，由于根据本公开的实施例的用于估计车辆方位的装置通过将基于车辆的当前位置搜索到的候选卫星阵列和候选道路进行比较来估计车辆的方位，因此即使在车辆停止的状态下，用于估计车辆方位的装置也可以确定车辆的方位。

下面将更详细地描述根据如上所述配置的本公开的示例性实施例的用于估计车辆方位的装置的操作流程。

图6是示出根据本公开的实施例的用于估计车辆方位的方法的操作的流程图。

如图6所示，当在车辆停止的状态下接收到卫星信号如gps信号或gnss信号时(s110和s120)，用于估计方位的装置确认在接收到的卫星信号中是否包括历书信息，由此与所接收的卫星信号一起被接收。在通过‘s120’中所接收的卫星信号接收到历书信息的情况下(s130)，用于估计方位的装置在历书db145中存储并更新接收到的历书信息(s140)。

另一方面，用于估计方位的装置可以从在‘s120’中接收到的卫星信号计算车辆的位置和时间(s150)。用于估计方位的装置使用在‘s150’中计算出的关于车辆的位置和时间的信息，基于当前位置来搜索卫星的分布(s160)。

在这种情况下，用于估计方位的装置可以使用预先存储在历书db145中的历书数据，基于当前位置来搜索卫星的分布(s160)，并且可以从搜索到的信息中预测在当前位置处且在当前时间下可以观察到的候选卫星(s170)。

然后，用于估计方位的装置可以基于车辆的当前位置来搜索车辆周围的候选道路(s180)。在这种情况下，候选道路搜索器170可以使用预先存储在地图db141中的地图数据来搜索当前位置周围的候选道路。

用于估计方位的装置将在‘s170’中预测出的候选卫星阵列与在‘s180’中搜索到的道路候选相互比较，并且确定车辆的方位(s210)。在‘s210’之前，用于估计方位的装置可以选择候选道路中的一个(s200)。这里，选定的道路候选与候选卫星阵列之间的位置误差可以变为最小值。在‘s210’中，用于估计方位的装置可以使用候选卫星的方位角与候选道路的方位角之间的差值来确定车辆的方位。

上述过程可以直接由硬件或由处理器执行的软件模块或其组合来实现。软件模块可以驻留在随机存取存储器(ram)、闪存存储器、只读存储器(rom)、可擦可编程rom(eprom)、电可擦可编程rom(eeprom)、寄存器、硬盘、可拆卸盘、诸如光盘-rom(cd-rom)的存储介质(即存储器和/或存储装置)中。说明性存储介质可以耦合到处理器，处理器可以从存储介质读取信息并将信息写入存储介质。作为另一种方法，存储介质和处理器也可以彼此集成形成。处理器和存储介质还可以驻留在专用集成电路(asic)中。asic也可以驻留在用户终端中。作为另一种方法，处理器和存储介质还可以作为单独组件驻留在用户终端中。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，车辆的方位可以通过在车辆停止的状态下仅使用gnss的传感器和地图数据来估计，使得配置附加的传感器所需的成本可以减少并且可以精确和有效地操作自动驾驶系统。

在下文中，虽然已经参考示例性实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，而可在不脱离在权利要求书中所要求保护的本公开的精神和范围的情况下由本公开属于的领域技术人员多方面修改和改变。