专利名称：对于一个系统形成总位置信息的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及总位置信息的形成，本发明在应用第一位置确定系统和第二位置确定系统的情况下确定总位置信息。
从[1]中已知了总位置信息的形成并且在那里位置信息的形成在一个导航系统中用于为汽车确定位置信息并且用于汽车的导航。
从[1]中已知的导航系统包含二个冗余的位置确定系统、第一和第二位置确定系统。
在应用第一和第二位置确定系统的情况下对于汽车的当前位置分别确定当前的位置信息、第一位置信息和第二位置信息、分别通过汽车经过的路程和汽车的方向表达。
在应用第一位置信息和第二位置信息的情况下确定总位置信息、其说明汽车的当前位置。
在应用总位置信息的情况下为汽车导航。
该导航系统的第一位置确定系统包括一个路程计、以该路程计确定汽车经过的路程、以及包括一个回转器、以该回转器确定汽车的方向。
第二位置确定系统是一个所谓的全球定位系统(GPS)，以该系统同样与第一位置确定系统一起确定汽车经过的路程和方向。
从[3]中已知了按照GPS形式的另一种不同类型的系统，以通过系统确定位置信息的形式区分这些系统。
在确定汽车的当前位置时不仅利用第一位置确定系统的当前位置(第一位置信息)而且利用第二位置确定系统的当前位置(第二位置信息)。
二个冗余的位置信息如此彼此比较，即确定在第一和第二位置信息之间位置差。
如此确定的当前的位置，即在应用第二位置信息的情况下校正第一位置信息并且从中确定汽车当前位置的总位置信息。
否则仅仅从第一位置信息中形成汽车当前位置的总位置信息。
从[2]中已知了一个Kalman滤波器。
本发明基于这个问题，给出一种方法和一个装置，以该方法和装置可以以比在上述方法中改善的准确度确定系统的位置信息。
通过根据各自独立权利要求的方法和装置解决该问题。
在对于一个系统形成总位置信息的方法中，在应用第一位置确定系统和第二位置确定系统的情况下确定总位置信息，对于预定时刻在应用第一位置确定系统的情况下确定系统的第一位置信息。对于预定时刻在应用第二位置确定系统的情况下确定系统的第二位置信息。
对于至少一部分预定时刻在应用各自时刻的第一和第二位置信息的情况下分别确定一个误差信息。
确定在误差信息之间实际依赖性程度，并且在应用实际依赖性程度的情况下确定总位置信息。
对于一个系统形成总位置信息的装置，其在应用第一位置确定系统和第二位置确定系统的情况下确定总位置信息，具有一个处理器，如此建立该处理器，即-对于预定时刻在应用第一位置确定系统的情况下可以确定系统的第一位置信息，-对于预定时刻在应用第二位置确定系统的情况下可以确定系统的第二位置信息，-对于至少一部分预定时刻在应用各自时刻的第一和第二位置信息的情况下可以分别确定一个误差信息，-可以确定在误差信息之间的实际依赖性程度，并且在应用实际依赖性程度的情况下可以确定总位置信息。
该装置特别适合于实施根据本发明的方法或其在下面阐述的改进。
此外指明，实际依赖性程度在另外的意义上也理解为误差的实际范围。此外该范围不理解为一个离散数或离散值，而是该范围可以是函数描述或连续数值。
从属权利要求中得出优选改进。
此外描述的改进不仅涉及方法而且也涉及装置。
不仅以软件而且也以硬件、例如在应用一个特殊电路的情况下实现本发明和此外描述的改进。
此外能够通过一个计算机读出的存储介质、在该存储介质上存储计算机程序、该程序实施本发明或改进、实现本发明或此外描述的改进。
也可以通过计算机程序产品实现本发明和/或各此外描述的改进，其具有一个存储介质，在该存储介质上存储计算机程序，该程序实施本发明和/或改进。
为了改善总位置信息的准确性优选对于所有预定时刻分别确定一个误差信息。
在一个改进中第一和第二位置信息分别包含一个系统经过的路程和系统的方向。
第一和第二位置信息也可以分别包含一个系统速度。
在一个扩展中、在该扩展中在系统运行期间确定总位置信息、预定时刻表明一个时间序列。
在一个改进中在应用实际依赖性程度的情况下为将来时刻确定第一和/或第二位置信息。在应用将来时刻的第一和/或第二位置信息的情况下对于预定时刻之一校正第一和第二位置信息并且由此形成总位置信息。
为了进一步改善总位置信息的准确性在应用Kalman滤波器的情况下优先确定实际依赖性程度。
在一个改进中从协方差矩阵中推导出实际依赖性程度，在应用误差信息的情况下形成该协方差矩阵。
在一个扩展中在应用实际依赖性程度的情况下对于第一和/或第二位置信息实施可靠性检验。
为了改善要导航系统的导航、例如汽车、在一个导航系统中使用一个改进，以该改进确定要导航系统的位置。
在一个低成本的改进中第一位置确定系统优选包括一个路程计和一个回转器。
全球定位系统(GPS)优选用作第二位置确定系统。
图1指出了在汽车中具有元件的导航系统的简图；图2指出了一个简图，其描述了导航系统的元件的相互关系；图3指出了用于确定位置信息的方法的方法步骤的简图；图4指出了根据实施例的选择的方法步骤的简图。
实施例在汽车中的导航系统图1指出了一个汽车100，其具有一个导航系统110。
在图1和图2中描述了该导航系统110的元件并且在下面说明。
在图2中概括并以其相互作用描述了导航系统110的元件。
导航系统200的元件如此以连接线分别彼此连接，即在各个元件中确定或测量的数据可以传输到另一个元件中，并且在那里可以提供这些数据进行进一步处理。
在图2中通过箭头表明在导航系统200的元件之间的连接，其中箭头方向明确在二个彼此连接的元件之间数据的传输方向。
导航系统200包含一个位置确定系统210、该系统再度具有三个独立的位置确定系统、一个GPS系统220、一个回转器230和一个路程计240。
在应用回转器230和路程计240的情况下确定汽车当前位置的当前第一位置信息。
在应用GPS系统220的情况下确定第二个当前的、与第一位置信息冗余的位置信息。
在应用第一位置信息和与其冗余的、第二位置信息的情况下为汽车100的当前位置确定一个改善的、较准确的、当前位置信息。
在导航系统200中存储一个数字地图250。该数字地图250是汽车环境的一个数字图像，其中登记交通线路以及另外与交通有关的信息、例如城市。
在应用数字地图250和汽车100的改善的当前位置信息的情况下确定汽车在数字地图250中的当前位置。
导航系统200具有一个输入装置260，汽车100的司机以该装置可以把汽车100的目标位置输入导航系统200中。
导航系统200的路线计算单元270在应用输入的目标位置和改善的、当前位置的情况下确定行车最短的路线。
指明，也可以确定关于另外标准、例如行车时间、的最佳路线。
该导航系统200具有一个显示单元280。在应用该显示单元280的情况下、该显示单元包含一个视觉输出单元290和一个声音输出单元291、为汽车100的司机声音或视觉指明到已输入的目标位置的行车最短(或另外标准的)路线。
图1指出了回转器120、路程计121以及GPS122，这些分别经过数据线123与计算单元130连接。
指明，数据线也可以是无线链路或另外的媒介。
在计算单元130中存储数字地图以及第一个、下面说明的软件程序，在应用该程序的情况下确定汽车的改善的当前位置信息。
在计算单元130中存储第二软件程序，以该程序确定汽车在数字地图中的当前位置并且在应用当前位置的情况下确定到预定目标位置的行程最短路线。
图1描述了输入单元140用于输入汽车的目标位置以及指出了输出端元用于输出到目标位置的行车最短路线。
在图3中描述了用于确定汽车当前位置的盖上的当前位置信息的方法步骤300。
在导航系统110或200的运行期间连续实施下面描述的方法步骤。
在第一方法步骤310中对于一个时间序列的预定时刻k在应用第一位置确定系统、回转器和路程计的情况下分别确定或者测量汽车100的第一位置信息。
a)回转器回转器在时刻k测量一个测量值vGyro(k)。以此描述下面的公式关系wWin(k) ＝[vGyro(k)-(v0Gyro(k)+p1(k))]*s(k)(1)W1(k+1) ＝W1(k)+wWin(k)dT＝(2)＝W1(k)+[[vGyro(k)-(v0Gyro(k)+p1(k))]*s(k)]dT (3)p1(k+1) ＝p1(k)(4)其中wWin(…)角度变化，s(…) 比例因子，v0Gyro(…) 回转器偏移，W1(…) 方向，p1(…) 回转器参数，dT 定时脉冲。
其中k和k+1，表明具有时刻的时间序列的一个时刻(k)和晚一个时间步骤的时刻(k+1)，其中在时间序列的二个时刻时间之间分别是0.5秒的时间步骤。
b)路程计路程计在时刻k测量一个测量值v0do(k)。以此描述下面的公式关系
w0do(k)＝v0do(k)*[t(k)+p2(k)]*dT (5)p2(k+1)＝p2(k)(6)其中w0do(…)经过的路程，v0do(…) 速度，t(…) 比例因子，p2(…)路程计参数。
因此第一位置信息包含量W1(k)以及量w0do(k)。
从公式关系(1)-(6)中得出u(k)＝[v0Gyro(k)、s(k)、t(k)](7)x(k)＝[W1(k)、p1(k)、p2(k)] (8)y(k)＝[W1(k)＝w0do(k)] (9)在第二方法步骤320中对于时间序列的预定时刻k在应用第二位置确定系统的情况下确定汽车100的第二位置信息。
指明，在不同定时脉冲的情况下、以该定时脉冲测量位置确定系统的测量值、同样必须实施位置确定系统的测量值的内插，如此测量值和内差的测量值分别涉及同样的时刻。
可是如果位置确定系统的测量值的时刻差别很小，同样可以放弃内差法。可是对此容忍在位置确定时低的不准确性。
GPS在时刻k测量下面的量W2(k)方向，wGPS(k) 速度。
在一个时刻k的第二位置信息因此包含量W(2)和量wGPS(k)，这些量结合为一个GPS位置矢量GPS(k)＝[W2(k)、wGPS(k)]。
在第三方法步骤330中对于时间序列的所有预定时刻k在应用各自时刻的第一和第二位置信息的情况下分别如此确定一个误差信息，即确定在各自第一和第二位置信息之间的差值。
因此对于误差信息确定一个时间序列。
指明，时间序列开始于时刻k＝0，对此理解为导航系统110或者200开始运行。
基于更好的理解在后面的方法步骤中说明第三方法步骤的公式关系。
在第四方法步骤340中确定在误差信息之间的实际依赖性程度。
基于更好的理解在后面的方法步骤中说明第四方法步骤340的公式关系。
在第五方法步骤350中并且在应用在误差信息之间的实际依赖性程度的情况下对于汽车的当前位置确定改善的当前位置信息。
在应用基于Kalman滤波器的公式关系的情况下、该滤波器在[2]中描述、实现第三方法步骤330、第四方法步骤340和第五方法步骤350。
此外适用，通过索引z分别表征附属的、通过索引z表示量的估算或者序报。
此外也适用，通过索引T分别表示由此表征的量的移项量。
对此实际依赖性程度、在这种情况下是时间误差统计的程度、是误差协方差矩阵P(k)。
适用下面的公式关系x(k+1)＝f(x(k)、u(k))+Q(k) (10)y(k)＝g(x(k)、u(k)+R(k)(11)其中Q(…) 噪声的协方差矩阵，R(…) 噪声的协方差矩阵。
此外适用下面的公式关系xz(k+1)＝f(x(k)、u(k)) (12)Pz(k+1)＝A(k)*P(k)*AT(k)+Q(k) (13)其中f(…)非线性系统说明，A(…)系统矩阵，A＝_f/_x。
此外适用K(k)＝Pz(k)*CT(k)*[c(k)*Pz(k)*CT(k)+exp(dT/ff)*R(k)]-1 (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) (16)其中K(…) 放大系数，
I 单位矩阵，dT/ff 系数，C(…) 输出矩阵，C＝_g/_x。A=1gscal(k)*dT0010001----(17)]]>C=10000odopulse(k)----(18)]]>在实施这些方步骤之后矢量y(k)具有改善的当前总位置信息，该信息在应用导航系统110的情况下进一步用于汽车100的导航。
指明，该导航系统的使用布局限于汽车，而是具有相应匹配的导航系统也可以用于任意移动、非移动系统、例如海上交通工具、飞机或建筑物。
此外指明，另外的位置确定系统作为如此的、在实施例中说明的位置确定系统用于根据具有根据独立权利要求特征的方法或上述改进的方法的总位置确定。
比如在实施例中回转器和路程计(第一位置确定系统)以及GPS(第二位置确定系统)、这些位置确定的应用有较大的优点，因此在应用彼此独立量、即汽车经过的线路以及汽车的方向的情况下可以说明汽车的位置。
这导致，在确定误差信息时得出结构特别简单的矩阵、例如矩阵A、C、P和K。通过代替完全的矩阵计算仅仅实施必要的乘法和加法、这种简单的结构在执行把为此使用计算费用降低大约四分之一。
在实施例的一个选择中、其在图4中描述、预先规定第六方法步骤460，在第二方法步骤320和第三方法步骤330之间执行该方法步骤并且在该方法步骤中检查第二位置信息GPS(k)的可靠性。
按照下面的逻辑实现可靠性的检查WGPS(k)＞Sw(19)DOP(k)＞Sdop (20)AS(k)＞Ssat(21)
Tas(k)＞St (22)其中Sw、Adop、Ssat、St阈值、也可以是依赖时间的，DOP(…) 当前卫星的几何位置，AS(…)可支配卫星的数目，Tas(…) AS(k)＞Ssat的持续时间。
如果满足所有四个不等式(19)-(22)，则第二位置信息GPS(k)估价为可靠的。
如果第二位置信息判定为可靠的，则实施后面的方法步骤、第三方法步骤330、第四方法步骤340和第五方法步骤350。
如果第二位置信息判定为不可靠，则在第七方法步骤470中第一位置信息被采用为改善的当前总位置。
此外在该选择中预先规定一个初始化步骤480，在第一方法步骤310之前实施该步骤并且在该步骤中初始化该方法的量。在该文献中引用了下面的出版物[1]Zhao yilin“Vehicle Location and NavigationSystem”，Artech House出版社，43-104页、239-264页，ISBN0-89006-8621-5。Brammer、Siffling“Kalman-Bucy-Filter”，慕尼黑Oldenbourg出版社，75-111页，第四版，1994。Zhao yilin“Vehicle Location and NavigationSystem”，Artech House出版社，63-75页，1997，ISBN 0-89006-8621-5。
权利要求
1.对于一个系统形成总位置信息的方法，在应用第一位置确定系统和第二位置确定系统的情况下确定总位置信息，-在该方法中对于预定时刻在应用第一位置确定系统的情况下确定系统的第一位置信息，-在该方法中对于预定时刻在应用第二位置确定系统的情况下确定系统的第二位置信息，-在该方法中对于至少一部分预定时刻在应用各自时刻的第一和第二位置信息的情况下分别确定一个误差信息，其特征在于，-确定在误差信息之间的实际依赖性程度并且在应用实际依赖性程度的情况下确定总位置信息。
2.按照权利要求1的方法，在该方法中对于所有预定时刻分别确定一个误差信息。
3.按照权利要求1或2的方法，在该方法中第一和第二位置信息分别包括系统经过的路程和/或系统的速度和/或系统的方向。
4.按照权利要求1至3之一的方法，在该方法中预定时刻表明一个时间序列。
5.按照权利要求1至4之一的方法，在该方法中在应用实际依赖性程度的情况下对于将来时刻确定第一位置信息和/或第二位置信息。
6.按照权利要求5的方法，在该方法中在应用将来时刻的第一和/或第二位置信息的情况下对于预定时刻之一校正第一和/或第二位置信息并且由此形成总位置信息。
7.按照权利要求1至6之一的方法，在该方法中在应用Kalman滤波器的情况下确定实际依赖性的程度。
8.按照权利要求1至7之一的方法，在该方法中从协方差矩阵中推导出实际依赖性的程度，在应用误差信息的情况下形成该协方差矩阵。
9.按照权利要求1至8之一的方法，在该方法中在应用实际依赖性程度的情况下实施第一和/或第二位置信息的可靠性检验。
10.按照权利要求1至9之一的方法，在导航系统中使用该方法，以该方法确定须导航的系统的位置。
11.对于一个系统形成总位置信息的装置，该装置在应用第一位置确定系统和第二位置确定系统的情况下可以确定总位置信息，该装置具有一个处理器，如此建立该处理器，即-对于预定时刻在应用第一位置确定系统的情况下可以确定系统的第一位置信息，-对于预定时刻在应用第二位置确定系统的情况下可以确定系统的第二位置信息，-其中对于至少一部分预定时刻在应用各自时刻的第一和第二位置信息的情况下分别确定一个误差信息，其特征在于，如此建立该处理器，即-可以确定在误差信息之间的实际依赖性程度并且在应用实际依赖性程度的情况下可以确定总位置信息。
12.按照权利要求11的装置，其中第一位置确定系统包含一个路程计和一个回转器。
13.按照权利要求11或12的装置，其中第二位置确定系统是GPS系统。
14.按照权利要求11至13之一的装置，其中该系统是汽车。
全文摘要
在对于一个系统形成总位置信息的方法和装置中对于预定时刻在应用第一和第二位置确定系统的情况下分别确定系统的第一和第二位置信息。对于至少一部分预定时刻在应用各自时刻的第一和第二位置信息的情况下分别确定一个误差信息。在应用误差信息的情况下确定在误差信息之间的实际依赖性程度并且在应用实际依赖性程度的情况下确定总位置信息。
文档编号G01C21/00GK1452714SQ0081944
公开日2003年10月29日 申请日期2000年12月21日 优先权日2000年2月21日
发明者M·舒普夫纳, H·伦茨, D·奥布拉多维克 申请人:西门子公司