利用地图增强的航位推算的全球导航卫星系统车辆位置加强的制作方法
本发明整体涉及车辆位置确定，并且更具体地，涉及用于利用地图增强的航位推算来实现全球导航卫星系统(gnss)车辆位置加强的方法和/或装置。
背景技术：
全球导航卫星系统(gnss)和全球定位卫星(gps)接收器使用卫星信号来确定绝对位置定位。包括航位推算(dr)能力的gnss和gps接收器还依赖于传感器输入以便针对卫星信号不可用的时间导出相对的航位推算位置。相对的航位推算位置加剧了累积的传感器误差并最终变得无法使用。通过使用地图数据来加强全球导航卫星系统(gnss)车辆位置可以最小化加剧的误差。然而，例如，当从隧道中出现并且卫星信号再次可用时，转变回使用具有航位推算的卫星可能是有问题的。由于依赖于dr输入，因此当卫星被恢复时，常规系统可能缓慢地校正自身。
期望利用地图增强航位推算来实现全球导航卫星系统(gnss)车辆位置加强。
技术实现要素：
本发明涵盖涉及一种增强全球导航卫星系统性能的方法的方面，该方法包括以下步骤：(a)基于(i)全球导航卫星系统信息、(ii)使用一个或多个传感器输入的航位推算、以及(iii)校正信号来确定位置信息；(b)当全球导航卫星系统信息不可用时，调整位置信息并基于预定义地图数据生成校正信号；以及(c)当全球导航卫星系统信息在不可用后被重新获取时，暂停航位推算持续预定义时间量。
在上述方法方面的一些实施方案中，该方法还包括访问地图数据库以基于位置信息获得预定义地图数据。
在上述方法方面的一些实施方案中，经由车辆的数据总线从车辆的传感器输出传送一个或多个传感器输入，并且位置信息包括车辆的位置。在一些实施方案中，当全球导航卫星系统信息在不可用之后被重新获取时，车辆传感器输出经由车辆数据总线到一个或多个传感器输入的传送被中断持续预定义时间量。在一些实施方案中，车辆数据总线包括控制器区域网络。在一些实施方案中，车辆传感器输出被馈送到全球导航卫星系统芯片组的至少一个传感器输入，全球导航卫星系统芯片组被配置成基于从多个卫星接收的信号、航位推算和校正信号生成位置信息。在一些实施方案中，全球导航卫星系统芯片组被进一步配置成提供全球导航卫星系统信息何时不可用以及在不可用之后何时重新获取全球导航卫星系统信息的指示。
在上述方法方面的一些实施方案中，调整位置信息包括将由位置信息指示的位置移位到道路的中心线。在一些实施方案中，生成校正信号包括确定将由位置信息指示的位置移位到道路的中心线所需的校正。
本发明还涵盖涉及包含处理器可执行指令的计算机可读存储介质的方面，这些处理器可执行指令在由全球导航卫星系统接收器的处理器执行时，致使处理器执行以下步骤：基于(i)从多个卫星接收的全球导航卫星系统信息、(ii)使用一个或多个传感器输入的航位推算、以及(iii)校正信号来确定位置信息；当全球导航卫星系统信息不可用时，调整位置信息并基于预定义地图数据生成校正信号；以及当全球导航卫星系统信息在不可用后被重新获取时，暂停航位推算持续预定义时间量。
本发明还涵盖涉及一种装置的方面，该装置包括：第一电路，该第一电路被配置成基于(i)全球导航卫星系统信息、(ii)使用一个或多个传感器输入的航位推算、以及(iii)校正信号来确定位置信息；以及第二电路，该第二电路被配置成(i)基于预定义地图数据生成校正信号，以及(ii)当全球导航卫星系统信息在不可用之后被重新获取时，暂时暂停车辆的一个或多个传感器输入到第一电路的传送。
在上述装置方面的一些实施方案中，地图数据包括以下中的一者或多者：整个区域的道路信息、道路位置信息、道路曲率信息、道路表面信息、道路坡度信息、道路车道号、速度限制、隧道位置和隧道长度。在一些实施方案中，地图数据限于已知卫星信息不可用的区域的道路信息。在一些实施方案中，地图数据限于具有隧道的路段的位置和长度信息。
在上述装置方面的一些实施方案中，第二电路被进一步配置成(i)从车辆数据总线接收一个或多个传感器输入，(ii)当全球导航卫星系统信息可用或已变得不可用时，将从车辆数据总线接收的一个或多个传感器输入传送到第一电路，以及(iii)当全球导航卫星系统信息在不可用之后被重新获取时，暂时暂停从车辆数据总线接收的一个或多个传感器输入到第一电路的传送。
在上述装置方面的一些实施方案中，第二电路被进一步配置成当从第一电路接收的位置信息从仅航位推算变为卫星加航位推算时，暂时暂停一个或多个传感器输入到第一电路的传送。
在上述装置方面的一些实施方案中，第一电路和第二电路设置在单个印刷电路板上。
在上述装置方面的一些实施方案中，第一电路和第二电路设置在单独的印刷电路板上。
在上述装置方面的一些实施方案中，第一电路和第二电路设置在单个印刷电路板的第一侧上，并且被配置成接收卫星信号的天线设置在印刷电路板的第二侧上。
在上述装置方面的一些实施方案中，第二电路包括处理器和非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储(i)预定义地图数据和(ii)计算机可执行指令，该预定义地图数据和计算机可执行指令在由处理器执行时致使处理器(i)基于预定义地图数据生成校正信号，以及(ii)当全球导航卫星系统信息在不可用之后被重新获取时，暂时暂停一个或多个传感器输入到第一电路的传送。
附图说明
从以下详细描述和所附权利要求和附图中，本发明的实施方案将显而易见，在附图中：
图1是示出根据示例性实施方案的示例性车辆定位系统的图示；
图2是示出根据示例性实施方案的另一个车辆定位系统的图示；
图3是示出根据示例性实施方案的又另一个车辆定位系统的图示；
图4是示出根据示例性实施方案的车辆定位系统的示例性实施方式的图示；
图5是示出根据本发明的示例性实施方案的车辆定位系统的示例性印刷电路板实施方式的图示；
图6是示出结合图1的系统的车辆的图示；
图7是示出由图1的系统支持的应用的图示；
图8是示出根据本发明的示例性实施方案的过程的流程图；并且
图9是示出根据本发明的示例性实施方案的传感器数据利用的临时暂停的图示。
具体实施方式
本发明的实施方案包括利用地图增强航位推算来提供全球导航卫星系统(gnss)车辆位置加强，地图增强航位推算可以(i)在重新获取卫星信号期间(或之后)暂停到gnss/gps/dr模块的传感器输入，(ii)迫使更快的接收器恢复，(iii)迫使gnss/gps/dr模块主要依赖于卫星信息，(iv)迫使gnss/gps/dr模块在重新获取卫星信号时纠正累积的纵向误差，(v)延长航位推算，(vi)在航位推算计算中临时暂停利用运动和/或惯性传感器输入，和/或(vii)被实现为一个或多个集成电路。
全球导航卫星系统(gnss)或全球定位系统(gps)使用来自多个(例如，4个或更多个)卫星的信号来导出(计算)绝对全球位置。gnss是gps的超集。对于基于卫星的导航和/或定位系统(例如，全球导航卫星系统(gnss)、全球定位系统(gps)等)领域的普通技术人员来说显而易见的是，术语gnss、gps和gnss/gps可以相对于本发明的各种实施方案互换使用，而不会影响本发明的预期范围。
只要有足够的卫星可用(例如，电子可见)，gnss系统就可以很好地工作。gnss系统可以用于个人导航设备(例如，手持单元、移动电话等)和车辆(例如，以跟踪车辆、辅助驾驶员等)。然而，当车辆进入隧道、车库或限制足够卫星的电子可见度的其他区域时，卫星信号变得不可用并且gnss系统不再能够使用卫星来准确地计算绝对全球位置。
引入了被称为航位推算或航位推测或推测领航(dr)的技术来加强基于gnss卫星的定位。当来自足够卫星的信号被阻挡或以无法获得时，gnss/dr系统可以使用航位推算来确定(计算)相对于上个已知绝对位置的当前(惯性)位置，例如，使用来自一个或多个传感器输入(例如，运动传感器、惯性测量单元(imu)、车速传感器(vss)、里程表刻度传感器、车轮刻度传感器、陀螺仪、磁力计、加速度计、方向盘旋转传感器等)的测量值。一个或多个传感器可以是gnss/dr模块的一部分(例如，集成陀螺仪、磁力计和/或加速度计)和/或车辆的一部分。在运动和/或惯性测量传感器是车辆的一部分的实施方案中，运动和/或惯性测量传感器可以通过车辆通信/数据总线(例如，控制器区域网络(can)上的消息等)来访问。
一般来讲，当计算的位置在可接受的容差内时，可以认为gnss信息是可用的(例如，根据从gnss卫星接收的信号计算的位置信息的位置准确度通过质量检查)。当根据gnss卫星信号计算的位置信息不在可接受的容限内时，或者当没有gnss卫星信号可用时，gnss信息可以被认为是不可用的。在gnss信息的准确性返回到可接受容限内(例如，当从gnss卫星接收到足够数量和质量的卫星信号以通过质量检查时)之前，可以认为gnss信息保持不可用。卫星信号可能受到当地地形影响的方式的示例可见于2016年3月23日提交的名称为“automotivedeadreckoningwithdynamiccalibrationand/ordynamicweighting”的共同未决的美国申请序列号15/078,514中，并且该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
航位推算适用于短距离。然而，对于较长距离，传感器数据中的累积误差最终会导致破坏报告位置的位置偏移。由于累积传感器偏移最终使相对位置无法使用，因此常规航位推算受到限制。对于车辆在足够卫星的电子视野受限的区域内行驶(例如，通过延伸数英里的隧道、穿过山脉、或经过海湾、在车库内等等)的应用，常规航位推算的有限可用性造成严重问题。
在各种实施方案中，可以实现地图比较(或地图匹配)技术以加强航位推算的车辆位置。在示例中，当卫星信号不可用时，地图比较模块可以(i)从gnss/dr模块接收航位推算的车辆位置，(ii)使用地图数据库将航位推算的车辆位置调整到当前位置的对应路段的中心线，并且(iii)将已调整的(校正的)位置(或校正信号)馈送回到gnss/dr模块，从而减小或消除dr横向位置误差。位置可以在整个驾驶过程中保持在道路中心线上。当卫星信号再次可用时(例如，重新获取卫星信号)，定位可以返回到混合gnss/dr解决方案并且可以暂停闭环地图匹配反馈。通过使用地图匹配反馈来加强gnss/dr定位，可以在延长的持续时间内实际消除累积的横向位置误差。该方法可以极大地改善延伸数英里的长隧道中的车辆定位。
在根据本发明的电子地平线设备的各种实施方案中，道路图(例如，整个区域的道路图或限于诸如卫星信号不可用的隧道的区域)被结合到系统中。通过使用“地图匹配”算法，在假设车辆被限制于道路的情况下，地平线设备能够将gnss报告的位置与最可能的实际位置进行比较。在各种实施方案中，可以使用软件进行比较并生成校正位置，然后将该校正位置报告回gnss/dr模块。gnss/dr模块使用校正位置来相应地调整报告的位置。在各种实施方案中，仅在gnss/dr模块报告仅dr位置(例如，没有卫星可用)时才启动到gnss/dr模块的地图匹配反馈。
然而，如果在地图匹配期间选择的路段不正确，或者运动和/或惯性传感器误差足够高，则在重新获取卫星信号时确定的绝对位置可以与当前惯性位置不同。常规gnss/dr系统可能缓慢地调解在卫星信号不可用时计算的惯性位置与重新获取卫星信号时计算的新的绝对位置之间的差异。通过使用地图数据来加强gnss车辆位置可以最小化加剧的误差。然而，例如，当从隧道中出现并且卫星信号再次可用时，转变回使用具有航位推算的卫星可能是有问题的。具体地，由于依赖于dr输入，因此当卫星被恢复时，常规系统可能缓慢地校正自身。
当根据本发明的实施方案的gnss/dr模块报告卫星信号再次可用时，可以迫使gnss/dr模块进行仅卫星位置确定。迫使gnss/dr模块在重新获取卫星信号时进行仅卫星位置确定是期望的，因为虽然地图匹配反馈校正横向误差(从左到右)，但地图匹配反馈通常不会校正累积的纵向误差(从前到后)。
在各种实施方案中，一旦卫星信号的接收恢复，系统可暂时暂停gnss/dr模块对车辆和/或集成传感器反馈的利用，以迫使gnss/dr模块仅依赖于卫星信号进行位置计算并冲掉所维持的任何“相对”dr位置。一旦卫星可用，车辆和/或集成传感器反馈利用的暂时暂停迫使gnss/dr模块校正任何累积的纵向误差。
参考图1，示出了系统100的框图，其示出根据本发明的示例性实施方案的示例性车辆定位系统。在示例中，系统100可以包括块(或电路)102、块(或电路)104、块(或电路)106和块(或电路)108。块102可以被实现为gnss芯片组。块104可以被实现为具有地图匹配电路的电子地平线。块106可以被实现为gnss天线。块108可以被实现为一个或多个车辆传感器。车辆传感器可以包括运动和/或惯性传感器。尽管使用基于车辆的实施方案的示例来描述本发明，但显而易见的是，本发明还可以应用于手持式个人导航设备的情境。在手持式个人导航设备中，块108将被实现为一个或多个集成运动和/或惯性传感器。
块102可以被配置成使用以下各项来生成(计算)车辆的位置信息：(i)与经由天线106从多个卫星接收的信号相关联的全球导航卫星系统信息，(ii)从块104接收的地图匹配校正信号，以及(iii)从块108接收的传感器数据。块102可以被配置成经由位置信号(例如，“gnss/dr位置”)将计算的车辆位置传送到块104。传送到块104的位置信息还可以包括源指示(例如，仅gnss、gnss加航位推算(dr)和/或仅dr指示符或标志)。
块104可以被配置成接收位置信号“gnss/dr位置”，并且基于地图匹配操作使用由信号“gnss/dr位置”指定的车辆位置和例如存储在地图数据库110中的预定义数字地图数据来计算校正因子。在示例中，块104可以由存储在处理器可读存储介质(例如，存储器)112中的软件(或固件)配置。在示例中，块104可以被配置成使用由信号“gnss/dr位置”指定的车辆位置来定位车辆在电子地图上的位置，并且然后基于地图数据110根据与由信号“gnss/dr位置”指定的位置相对应的路段的中心线计算用于移位(调整)车辆的横向位置的校正因子。可以经由校正信号(例如，“地图匹配校正”)将校正信息从块104传送到块102。块102可以利用由信号“地图匹配校正”传送的校正信息来调整(校正)传送到块104的未来相对位置信息。
块104还可以被配置成在信号“gnss/dr位置”中的位置信息不是基于卫星(例如，仅dr位置信息)的时间段之后，响应于检测到信号“gnss/dr位置”中的位置信息是基于卫星的而生成(断言)信号(例如，“暂停”)。信号“暂停”可以实现控制信号。在各种实施方案中，信号“暂停”可以用于禁止使用车辆的一个或多个运动和/或惯性传感器108的航位推算。
在各种实施方案中，信号“暂停”可以由块104断言以暂停(禁止)车辆传感器数据108到块102的传送。当防止车辆传感器数据108传送到块102时，通常迫使块102仅依赖重新获取的卫星信号来生成包含在信号“gnss/dr位置”中的位置信息。暂停车辆传感器数据108到块102的传送还可以迫使块102取消可能已经在航位推算位置信息内累积的相对定位误差。
在一些实施方案中，块104不生成信号“暂停”。相反，块102可以被配置成当gnss卫星信号在不可用时段之后变得可用时，暂时禁止由块102接收的车辆传感器数据108的使用。在一些实施方案中，块102可以包括一个或多个集成惯性传感器(例如，集成陀螺仪、磁力计和/或加速度计)。在块102包括一个或多个集成惯性传感器的实施方案中，块102还可以被配置成暂时暂停使用来自集成惯性传感器的输入，同样以便迫使块102取消可能已经在航位推算位置信息中累积的任何相对定位误差。
块108可以被配置成在来自天线106的卫星信号丢失或者不可用时(在隧道中，车库等)生成多个运动和/或惯性测量值，这些测量值可以由块102使用以使用航位推算(dr)来计算车辆位置。车辆传感器和/或测量值可以包括但不限于车辆速度传感器(vss)、里程表刻度传感器、车轮刻度传感器、陀螺仪、磁力计、加速度计和/或方向盘旋转传感器。在实现信号“暂停”的实施方案中，块108可以具有可接收信号“暂停”的输入。在各种实施方案中，块108可以基于信号“暂停”的状态(例如，断言/未断言)来确定何时将传感器数据发送到块102。在示例中，当信号“暂停”被断言时，块108可以停止将传感器数据传送到块102，并且当信号“暂停”被解除断言时，块108可以恢复将传感器数据传送到块102。
当来自天线106的卫星信号不可用时，块102可以开始生成仅航位推算(dr)位置数据以用于传输到块104。块102可以向块104指示位置信息是仅dr位置信息。一旦卫星信号被重新获取(可用)，块102可以向块104指示位置数据是仅gnss还是gnss和dr信息的组合。一旦块102重新获取卫星信号并且位置数据被指示为gnss和dr信息的组合，则块104可以断言信号“暂停”(如果实现的话)以暂时防止车辆传感器数据108被传输到块102。响应于车辆传感器数据108的丢失，迫使块102仅依赖于来自天线106的卫星信号，并且因此调整传输到块104的位置数据以仅反映根据卫星数据计算出的位置，该卫星数据也迫使块102取消可能已经累积在航位推算位置信息内的任何相对定位误差。
参考图2，示出了系统200的图示，其示出根据本发明的示例性实施方案的另一种车辆定位系统。在示例中，系统200可以包括块(或电路)202、块(或电路)204、块(或电路)206、块(或电路)208、块(或电路)210、块(或电路)212、块(或电路)214、块(或电路)216、块(或电路)218和块(或电路)220。块202可以被实现为gnss芯片组。块204可以被实现为微控制器或处理器，其被配置(编程)为具有地图匹配电路的电子地平线。块206可以被实现为控制器区域网络(can)收发器。块208可以被实现为非易失性存储器(例如，闪存等)。块210可以被实现为低噪声放大器(lna)。块212可以被实现为表面波声学(saw)滤波器。块214可以被实现为用于向块202的实时时钟部分提供时间参考的时钟振荡器。块216可以被实现为用于块202的射频(rf)部分的低压差(ldo)电压调节器。块218可以被实现为用于块202的基带(bb)部分的低压差(ldo)电压调节器。块220可以被实现为主电源，其被配置成使用车辆电池来提供一个或多个经调节的电源。在一些实施方案中，框204可以包括内部存储装置230，其被配置成存储用于地图匹配操作的地图数据。在一些实施方案中，块204可以与外部存储设备232交互，该外部存储设备被配置成存储用于地图匹配操作的地图数据。可以使用存储在块204的内部存储装置230中的软件或固件来编程块204。
在一些实施方案中，gnss芯片组202可以被配置成使用车辆传感器数据执行航位推算(dr)。车辆传感器数据可以通过控制器204和can收发器206从车辆can总线传送到gnss芯片组202。在gnss芯片组202中实现dr的实施方案中，控制器204可以通过不将车辆传感器数据从车辆can总线传递到gnss芯片组202、或者将命令(例如，信号“暂停”)发送到gnss芯片组202以暂时暂停利用用于dr计算的车辆传感器数据来暂停dr操作。
在一些实施方案中，gnss芯片组202可以被配置成仅执行gnss位置计算，并且控制器204可以被配置成使用由can收发器206从车辆can总线获得的车辆传感器数据来执行航位推算(dr)操作。在控制器204中实现dr操作的实施方案中，控制器204可以通过不从车辆can总线请求(或获得)车辆传感器数据来暂停dr操作。
系统200可以实现驻留在车辆can总线上的独立电子控制单元(ecu)。系统200可以聚集来自车辆中的其他传感器的信息，并且在can总线上发布可在整个车辆中的多个系统中使用的gnss信息。系统200可以包括针对车内性能而进行优化的gnss天线，以及可离散地安装在仪表板中、挡风玻璃上或车辆的后置杂物盘中的模块。提供靠前(如果使用后置杂物盘则靠后)、靠近横向中心线并在仪表板(或杂物盘)中尽可能高的位置通常允许单元捕获完整的卫星以获得准确解集。
系统200还可以包括集成电源管理，从而允许系统200直接或经由熔丝连接到原始电池电源。微处理器204和can收发器206允许从can总线到gnss芯片组202以及从gnss芯片组202到can总线上的其他电子控制单元(ecu)的通信。
系统200驻留在can总线上并收集消息以便校准和处理航位推算(dr)位置信息。在示例中，消息可以包括：点火状态、prndl、2或4轮点击和陀螺仪。can微控制器206对消息进行解码并将一致数据发送到gnss芯片组202和/或控制器204，以便使gnss芯片组202和/或控制器204处理针对传感器的校准以启用dr。在各种实施方案中，系统200可以能够具有车轮点击/陀螺仪和4轮dr模式，其中车轮点击/陀螺仪是优选的并且通常是更准确的模式。
传感器数据通常针对gnss解决方案进行校准，并且一旦建立，就用于提供增强的定位。在隧道和停车场的情况下，缺乏卫星覆盖将导致任何仅gnss解决方案无法进行导航。系统200可以使用由车辆提供的传感器信息和地图数据230或232在这些状况中导航。在城市峡谷的情况下，gnss卫星的多径信号可能导致难以进行地图匹配的高度不准确的解决方案。通过融合gnss和传感器信息，系统200可以在密集的城市峡谷中以显著更好的准确度导航。
另外，系统200可以包括预测的星历算法。预测的星历算法允许系统200在处于长隧道之后或在启动之后(甚至在关闭2小时或更长时间之后)也会快速开始导航。在没有预测的星历算法的情况下，系统200将需要确保强卫星信号电平并下载当前星历表。利用预测的星历，gnss芯片组202可以快速计算预测表并在下载表时开始导航。
在一些实施方案中，驾驶员辅助系统程序(或代码)也可以存储在控制器204的内部存储器230中。驾驶员辅助系统代码可以包括地图匹配模块(例程)。地图匹配模块可以包括地图匹配算法，其从gnss芯片组202接收车辆位置数据(例如，纬度、经度、海拔等)。在各种实施方案中，通过将gnss车辆位置数据与来自可通过can总线访问的至少一个车辆传感器的车辆传感器数据组合来增强车辆位置数据并使其更准确。例如，控制器204可以使用块230或块232中的地图信息和来自gnss芯片组202的位置信息来确定车辆位于地图信息中指定的双向两车道公路上的区域内的一系列经度和纬度坐标处。
在各种实施方案中，当控制器204已经确定车辆的增强位置时，增强的车辆位置可以与地图匹配算法一起使用。地图匹配算法可以使用来自gnss芯片组202的车辆的增强位置或原始位置数据，以便提取与块230或块232中包含的地图数据中的车辆位置相关联的导航特性。从地图数据提取的导航特性可以用于各种应用以添加或增强车辆的有源或无源电子安全系统。应用程序可以单独执行(例如，仅与地图数据一起使用)。应用程序还可以结合各种车辆传感器执行以添加进一步的功能。在图7中示出了各种应用程序的示例。
存储在块230或块232中的地图数据可以包括该国家的大部分道路，从而使得理论上可以确定车辆的放置。可以从块230和232中的地图数据中查找关于车辆的匹配坐标处的道路的几何信息和属性信息。车辆周围的道路信息的收集可以被称为电子地平线。在典型的电子地平线系统中，道路由许多路段(称为链路)组成，针对其限定了道路几何信息和属性信息。路段的几何信息可以包括但不限于沿道路的经度、纬度、海拔、水平曲率和坡度。道路属性信息还可以包括道路标志、车道数量、道路功能等级(例如，高速公路、坡道、干道等)、车道标记类型、铺砌/未铺砌和分割/未分割。尽管可以指示车道的数量，但由于必须表示的数据量的显著增加，地图数据通常不包括单独车道的坐标。相反，链接通常包括与道路的中心线相对应的一维参数。
参考图3，示出了系统300的图示，其示出根据本发明的示例性实施方案的又一种车辆定位系统。在示例中，系统300可以包括块(或电路)302和块(或电路)304。块302可以实现gnss模块。块304可以实现电子地平线模块。块302和304通常经由通信信道(或总线)306和308进行通信。在示例中，可以经由信道306将地图匹配校正信息传送到块302，并且可以经由信道308将车辆位置信息传送到块304。信道306和308可以被实现为有线或无线连接。
在示例中，块302可以包括块(或电路)310、块(或电路)312、块(或电路)314、块(或电路)316、块(或电路)318、块(或电路)320和块(或电路)322。块310可以被实现为gnss芯片组。块312可以被实现为can管理微控制器(mcu)。块314可以被实现为双can总线收发器。块316可以实现任选的板载陀螺仪/加速度计模块。块318可以实现通用串行总线(usb)接口。块320可以实现集成gnss天线。块322可以实现任选的外部gnss天线和低噪声放大器。
在示例中，块304可以包括块(或电路)330、块(或电路)332、块(或电路)334和块(或电路)336。块330可以被实现为微控制器或处理器，其被配置(编程)为电子地平线和地图匹配模块。块332可以被实现为非易失性存储器(例如，闪存等)。块332可以存储用于控制块330的操作的处理器可执行代码。块334可以被实现为随机存取存储器(ram)。块336可以被实现为可移除存储器(例如，安全数字(sd)存储器卡等)接口。块336可以通过插入存储期望地图数据的存储器卡来允许容易地交换区域地图。系统300还可以实现电源管理。
gnss模块302中的can管理mcu312通常经由信道306和308与电子地平线mcu330通信。由gnss芯片组310计算的纬度、经度、航向、速度和utc可以由canmcu312处理并发送到电子地平线mcu330。电子地平线mcu330可以被配置成执行代码(例如，处理器可执行指令)以用于处理位置信息并根据附接到sd接口336的sd卡中的地图数据来构建ram334中的本地地图。可以建立地图匹配和中心线校正，并且可以经由信道306将根据位置数据和地图生成的地图匹配反馈发送回canmcu312。canmcu312将地图匹配反馈(例如，地图匹配校正)发送到gnss芯片组310。
当gnss芯片组310实现dr解决方案时，mcu330还可以指示canmcu312阻止从can总线接收的车辆传感器数据被发送到gnss芯片组310。响应于车辆传感器数据的丢失，迫使gnss芯片组310仅依赖于来自天线320或天线322的卫星信号，并且因此从而调整传输到块304的位置数据以仅反映根据卫星数据计算的位置。还迫使gnss芯片组310取消可能已经在航位推算位置信息中累积的任何相对定位误差。canmcu312构建can消息并经由双can收发器314将adas数据与标准gnss模块数据一起发布到车辆数据总线。
参考图4，示出了系统400的框图，其示出根据本发明示例性实施方案的示例性架构。系统400可以实现根据本发明的实施方案的集成全球导航卫星系统(gnss)接收器和电子地平线模块。系统400可以包括块(或电路)402、块(或电路)404、块(或电路)406a、块(或电路)406b、块(或电路)408、块(或电路)410a、块(或电路)410b、块(或电路)412、块(或电路)414、块(或电路)416、块(或电路)418、块(或电路)420、块(或电路)422、块(或电路)424、块(或电路)426、块(或电路)428、多个块(或电路)430、块(或电路)432、块(或电路)434、块(或电路)436、块(或电路)438、块(或电路)440、块(或电路)442、块(或电路)444、块(或电路)446、块(或电路)448和块(或电路)450。块402-450中的一些或全部可以安装或连接到至少一个印刷电路板(pcb)基板452。
在各种实施方案中，块402可以被实现为全球导航卫星系统(gnss)航位推算(dr)芯片组。在示例中，块402可以包括独立认证的插入模块(例如，u-blox、teseo等)。在各种实施方案中，符合世界各国使用的一个或多个全球导航卫星系统(gnss)(例如，gps(usa)、glonass(俄罗斯)、北斗(中国)、compass(中国)、galileo(欧洲)等)的芯片组可以被实现为满足特定应用的设计标准。术语全球导航卫星系统(gnss)一般用于并旨在包括所有卫星辅助导航系统，包括全球定位系统(gps)。
在一个示例中，块404可以被实现为处理器模块。在一些实施方案中，块404可以被实现为多个处理器406a-406n。在示例中，块406a可以实现微控制器(mcu)，并且块406b可以实现通信处理器模块。在一个示例中，块408可以被实现为控制器区域网络(can)收发器。
块410a可以被实现为板载gnss天线。在一个示例中，块410a可以包括安装在印刷电路板衬底上的gnss天线。在一个示例中，天线410a可以被实现为微带贴片天线。块410b可以被实现为远程(例如，外部)gnss天线。块412可以被实现为表面声波(saw)滤波器，其被配置成将块410a和410b耦接到块402。块410b可以通过连接器414可移除地连接到块412。块416可以实现块410b的低压电源电路。在一个示例中，块416可以被实现为3.3v电源电路。
块418可以被实现为用于块402的晶体参考频率振荡器(tcxo)。块420可以被实现为实时时钟(rtc)振荡器。块420可以包括低压差(ldo)调节器(未示出)。块422可以被实现为第二saw滤波器。块424可以被实现为非易失性存储器。在一个示例中，块424可以在块402外部实现。块424可以存储用于块402的操作软件和/或数据。在一个示例中，块422可以被实现为电可擦除可编程只读存储器(eeprom)。然而，可以相应地实现其他类型的存储器以满足特定实施方式的设计标准。块426可以被实现为双低压差(ldo)调节器。块426可以向(i)块402的rf前端和(ii)块402的基带部分提供一个或多个调节电压。在一个示例中，块428可以被实现为块402的任选usb接口。
块430a-430n可以实现多个接口和支持模块。在一个示例中，块430a-430n可以包括任选蜂窝调制解调器接口430a、以太网接口(enet)430b、提供对无线通信(例如，ieee802.15.1
例如，nvm接口430d可以被实现为将一个或多个串行闪存设备连接到块404。在一些实施方案中，nvm接口430d将4mx8四串行闪存设备连接到块404。在一个示例中，nvm接口430d可以将块104连接到nvm模块，这些nvm模块存储要与由系统400处理的信号一起使用的地图数据。ram接口430e可以被配置成将同步动态随机存取存储器(sdram)连接到块404。在一个示例中，sdram可以包括多个(例如，八个)零等待状态，16或32位存储器设备可以连接到块404。在一些实施方案中，sdram可以用64mb存储器设备实现。块430n可以提供一个或多个附加接口(例如，用于附加存储器的存储器插槽等)。
在一个示例中，块432可以被实现为用于连接一个或多个非易失性存储器设备的存储器插槽。在一个示例中，块432可以被配置成接受闪存存储器设备(例如，8-8gb、8-32位)和/或存储器卡(例如，sd卡等)。在一个示例中，存储器设备可以包含要与由系统400处理的信号一起使用的地图数据。块434可以实现一个或多个任选的调试端口。块436可以实现用于块404的通用串行总线(usb)接口。块438可以被实现为板载三轴陀螺仪模块。块438可以使用标准接口(例如，i2c、spi等)来连接到块406。系统400可以被配置成使用来自块438的信号和/或基于can的消息来进行航位推算操作。块440可以实现用于块406的多个调试端口。块442可以实现用于块406的任选usb端口。在一个示例中，块444可以被实现为能够连接到can总线的电连接器(例如，可插入车辆的电子系统的插入式连接器，可线连到车辆的电子系统中的连接到印刷电路板的电线尾纤等)。块446可以实现用于系统400的主电源。在一个示例中，块446可以被实现为具有延迟开始的ldo调节器。块448可以实现用于系统400的低压电源电路。块450可以被实现为电池监测电路。
在一个示例中，块402可以通过分立表面安装设备(smd)来实现。在一个示例中，块402可以与2001年8月7日授权的美国专利号6,272,349中描述的gps电路类似地实现，该专利的全部内容以引用方式并入本文。在一个示例中，块402可以包括用于将来自gnss天线410a和/或410b的射频信号转换成中频信号的第一集成电路，以及用于对中频信号执行操作以产生可传送到车辆电子系统的gnss信号的第二集成电路。在一个示例中，gnss天线410a和/或410b可以被配置用于低级gnss卫星信号的仅接收操作。在一个示例中，滤波器412可以被实现为在l1gps(例如，1575.42±25mhz)下操作的带通滤波器。然而，取决于所实现的特定gnss信号和带宽，可以实现其他滤波器。滤波器412可以被配置成将不需要的带外rf信号衰减到块402和外围电路。块402可以包括用于通过低信噪比(snr)放大由系统400接收的低级gnss信号的低噪声放大器(lna)电路。块416通常向块402提供晶体控制的参考频率信号。块402通常接收并处理gnss信号。块424可以为最后已知的卫星定位、模块id存储等提供数据存储。
在一个示例中，块412可以是任选的。例如，取决于应用，可以省略块412。在一个示例中，块402可以通过内部滤波器来实现。例如，gnss芯片组可以具有已经合并的内部放大器、滤波器和自动增益控制(例如，与抗干扰能力结合)。然而，包括抗干扰能力可能会影响gnss芯片组的航位推算(dr)性能。航位推算通常是指基于先前确定的位置或定位来估计当前位置，并且基于在经过的时间和路线上的已知或估计(例如，来自车辆内的传感器)的速度推进该位置的过程。
任选的蜂窝调制解调器接口430a可以被配置为用于接收和传输移动电话信号的蜂窝收发器。在一个示例中，任选的蜂窝调制解调器接口430a可以包括配置用于与gsm(全球移动通信系统：最初为groupespécialmobile)移动电话系统一起操作的天线。在一个示例中，天线和蜂窝调制解调器可以支持gsm蜂窝电话和通用分组无线电服务(gprs)通信协议。蜂窝调制解调器接口430a可以与各种gsm载波范围(例如，400/450mhz、850/900mhz、1800/1900mhz等)中的信号一起操作。例如，第二代(2g)gsm网络可以在900或1800mhz频带中操作。在已经分配900或1800mhz频带的位置中(例如，在美国和加拿大)，可以使用850和1900mhz频带。
gsm调制解调器芯片需要在销售该零件的每个国家获得许可。在实现时，任选的蜂窝调制解调器接口430a可以包括预先认证的(例如，许可的)插入即可使用的芯片以降低成本。任选的蜂窝调制解调器接口430a可以连接到块404。除了蜂窝电话数据之外，任选的蜂窝调制解调器接口430a可以被配置成将辅助gps(agps)相关数据传送到系统400，并且传输gnss位置信息(例如，使用国家海洋电子协会(nmea)标准格式)。在一个示例中，agps相关数据可以用于通过使用数据自计算前向星历来在首次定位时提供辅助。在另一个示例中，接口430a可以用于基于移动站的辅助以便获得gnss卫星的精确时间和/或接收轨道数据或年历，从而使得集成gnss接收器和电子地平线模块400能够更快地锁定到卫星。在又一个示例中，接口430a可以用于移动站辅助的辅助(例如，将gnss信息传送到远程服务器以用于使服务器将信息处理成位置并将位置转发给车辆，利用小区塔和/或具有更好卫星信号的小区塔的调查坐标等)。
在一个示例中，块432可以被实现为可拆卸的智能卡。在一个示例中，块432可以实现用户身份模块(sim)。块432可以包含用户的用户信息和电话簿数据。块432通常允许用户改变包括本发明的实施方案的车辆并同时保留其信息。可替代地，用户可以仅通过改变块432来改变载波(例如，蜂窝电话服务提供商)，同时保持车辆。
控制器406a大体与块402、块406b和块408连接。块402和406a可以通过传输总线和接收总线连接。块406a和406b可以通过传输总线和接收总线连接。块406a可以将从块402接收的gnss位置信息传送到块404b(例如，用于使用包含在连接到块406b的一个或多个存储器设备中的地图数据的地图匹配操作)。块406a可以从块406b接收信号(例如，slp)，该信号包含暂停将车辆传感器数据和集成传感器数据(例如，陀螺仪)传送到块402的命令。块408可以实现具有分立表面安装设备的can收发器。can收发器408通常经由can连接器444向车辆的can总线提供收发器接口。然而，可以相应地实现其他系统总线和收发器接口以满足特定实施方式的设计标准。系统400还可以包括主电源446，其可以接收来自车辆(例如，交流发电机、电池等)的电源。在一个示例中，电源446可以被设计为在具有12至48伏范围的电源的车辆中工作。然而，可以实现其他供电电压以满足特定实施方式的设计标准。还可以实现任选的备用电池(未示出)以使系统400更稳健。
参考图5，示出了印刷电路板500的顶视图和侧视图，其示出根据本发明的示例性实施方案的车辆定位系统的示例性实施方式。在一个示例中，印刷电路板500可以实现信用卡大小的全球导航卫星系统(gnss)模块，其被配置成基于(i)从多个卫星接收的全球导航卫星系统信息，(ii)使用车辆的传感器输入的航位推算和(iii)通过地图匹配生成的校正信号来确定车辆的位置信息。当全球导航卫星系统信息不可用时，可以基于存储在印刷电路板500上的设备中的预定义地图数据生成校正信号，或者可以从外部存储设备将校正信号传送到印刷电路板500。当全球导航卫星系统信息在不可用后被重新获取时，车辆传感器输入到印刷电路板500上的一个或多个设备的传送可以在预定量的时间内被暂停。
在示例中，印刷电路板500的第一侧可以包括集成电路(或芯片)502、集成电路(或芯片)504、集成电路(或芯片)506和连接器508。集成电路502可以包括gnss芯片组(例如，u-bloxlea-6r、stmicrodevicesteseoiii等)。集成电路504可以包括微控制器(例如，renesasv850)或一个或多个处理器内核。集成电路506可以包括can总线收发器/微控制器。连接器508可以包括标准6或8针汽车连接器。在一些实施方案中，印刷电路板500的第一侧还可以包括集成电路(或芯片)510。集成电路510可以包括多轴陀螺仪。在一些实施方案中，印刷电路板500的第一侧还可包括视频成像传感器(未示出)。印刷电路板500的第二侧可以包括gnss天线520和相关接地层522。
参考图6，示出了示出根据本发明的示例性实施方案的集成gnss接收器和电子地平线模块100的示例性应用的图示。在一个示例中，集成gnss接收器和电子地平线模块100可以安装在车辆600中。例如，集成的gnss接收器和电子地平线模块100可以安装在仪表板下方、抵靠挡风玻璃、在后置杂物盘中、或车辆中的(例如，通过rf可穿透材料)可看到天空的任何其他位置。车辆600还可包括系统总线602(例如，can总线、数据总线等)、高级驾驶员辅助系统(adas)604、以及分布在车辆周围的多个传感器和/或致动器。术语传感器通常是指生成表示感测状况(例如，温度、水平、位置、速度等)或惯性测量(例如，车轮点击、陀螺仪等)的信号的设备。术语致动器通常是指被配置成响应于控制信号而控制参数或对象的设备(例如，螺线管、加热器、灯、刮水器马达、鼓风机马达等)。传感器和/或致动器可以包括但不限于发动机相关设备606、前悬架相关设备608、驾驶员接口设备610、传动系相关设备612和后悬架相关设备614。总线602还可以连接到娱乐相关系统616。
集成gnss接收器和电子地平线模块100、传感器和/或致动器可以向adas系统604馈送信息并从该adas系统接收控制信号。集成gnss接收器和电子地平线模块100可以向adas系统604提供可用于控制车辆600的各种系统的信息。所提供的信息可以增强adas系统604在辅助驾驶员/操作员方面的性能。例如，来自集成gnss接收器和电子地平线模块100的信息可以提供关于本地道路状况、拓扑、兴趣点等的高级信息，其可以加强已存储在车辆中的信息。adas系统604可以将从集成gnss接收器和电子地平线模块100接收的信息提供给驾驶员/操作员和/或采用该信息来改变一个或多个车辆特性(例如，传动系、悬架、转向、制动和稳定性控制辅助、自适应巡航控制、车道偏离警告、预测照明、弯道警告等)。
由adas系统604进行的改变可以被配置成例如增加车辆的燃料经济性和/或安全性。集成gnss接收器和电子地平线模块100还可以用于将来自adas系统604和/或传感器的信息转发到一个或多个远程站点。例如，车辆性能信息以及车辆位置和驾驶参数可以被转发到远程站点，其中该信息可以用于更新地图和/或驾驶员辅助信息。然后可以将更新的地图和/或驾驶员辅助信息发送回车辆以更新板载性能和响应参数。
参考图7，示出了示出根据本发明的实施方案的示例性数据流的图示。在各种实施方案中，集成gnss接收器和电子地平线模块100可以经由车辆电子系统数据总线(例如，can总线)702将数据递送到多个车辆系统。由集成gnss接收器和电子地平线模块100提供和/或利用的数据可以包括但不限于从传感器(例如，陀螺仪、abs轮、加速度计等)704接收和/或基于这些传感器的信息和/或主动安全应用程序706、系统应用程序708、驾驶员信息应用程序710、效率应用程序712和服务应用程序714。由集成gnss接收器和电子地平线模块100提供和/或利用的数据还可以包括卫星广播718、wifi通信、蜂窝通信等。
主动安全应用程序706可以包括自适应巡航控制(acc)、侧盲区监测、车道辅助、自适应前灯和防碰撞。系统应用程序708可以包括导航、罗盘、跟踪和时间。驾驶员信息应用程序710可以包括弯道警告、速度信息、速度限制传感器、学校区域警告等。效率应用程序712可以包括传动系控制、能量生成、预测移位、电源管理等。服务应用程序714可以包括本地交通、基于使用的费用、区域信息、广告等。
在示例中，由集成gnss接收器和电子地平线模块100提供的信息可以包括纬度、经度、高度、通用时钟(utc)、地速、航向、8点罗盘、dr模式(例如，仅gnss、gnss+dr、仅dr)、3dacc、可见卫星、海拔高度、hdop、vdop等。在示例中，集成gnss接收器和电子地平线模块100基于地图数据调整航位推算的车辆位置，并在最可能路径以及侧面道路上提供前视特征。在一个示例中，车辆位置调整可以允许航位推算对于接近1600m的距离是有用的，并且前视特征可以提供2500m的范围。然而，可以相应地提供其他范围和/或用户定制。前视特征可以提供数据，包括但不限于坡度、曲率、地图航向、道路标志、停车标志、交通灯、道路速度、道路可达性等。特定数据可以基于特定实施方式的规范来选择。
导航应用程序708可以包括但不限于地图、显示器和软件。集成gnss接收器和电子地平线模块100可以在can总线702上广播gnss位置信息，从而使得无需单独的天线和gnss芯片组即可准确指示位置、方向和速度。在各种实施方案中，集成gnss接收器和电子地平线模块100可以将航向转换为8点罗盘，并且然后在can总线702上发布该信息。然而，可以实现任何数量的罗经点以满足特定实施方式的设计标准。罗盘应用程序708提供简单的显示，从而消除了与位置编程和磁罗盘相关联的问题。服务应用程序714可以使得集成gnss接收器和电子地平线模块100能够使用在can总线702上发布的位置数据来提供基于位置的服务。
电源管理应用程序712利用预测前方道路坡度的adas消息。使用坡度信息，功率管理应用程序712可以被编程为在一小段时间内关闭燃料燃烧附件(例如，空调等)直到道路平稳。传动系控制应用程序712利用由集成gnss接收器和电子地平线模块100提供的坡度和曲率信息。通过较早识别道路坡度和曲率信息，集成gnss接收器和电子地平线模块100以及传动系控制应用程序712可以有助于多速变速器的换档以便为驾驶员提供更平稳的驾驶。
驾驶员信息应用程序710可以提供用于增强驾驶员安全性的警报。例如，道路曲率和坡度信息可以与车辆速度一起使用以向驾驶员警告危险路段(例如，陡坡度、急转弯道等)。
参考图8，示出了流程图800，其示出根据本发明的示例性实施方案的过程。在一个示例中，过程(或方法)800可以包括多个步骤(或状态)802到816。在步骤802中，过程800可以基于gnss信息、使用一个或多个传感器输入的航位推算(dr)和/或校正信息(例如，基于地图匹配)中的一者或多者来确定位置信息。一个或多个传感器输入可以包括运动和/或惯性传感器测量值。在示例中，可以使用gnss芯片组来确定位置信息。位置信息可以包括仅gnss、gnss加上航位推算(dr)和/或仅dr信息。在步骤804中，过程800确定位置信息是否包括仅dr信息。
如果位置信息是仅dr，则过程800移动到步骤806。在步骤806中，过程800根据对应道路的中心线(例如，由对应于车辆位置的地图数据指示)执行地图匹配以调整航位推算的车辆位置信息(例如，从gnss芯片组接收)。在步骤808中，过程800确定校正信息(例如，在航位推算的车辆位置与对应于车辆位置的地图数据中的道路中心线之间的差异)。校正信息可以用于更新当前相对(航位推算)的车辆位置(例如，存储在gnss芯片组中)。在步骤810中，过程800使用已调整的(校正的)位置信息作为当前位置。在车辆实施方案中，过程800可以将已调整的(校正的)车辆位置数据广播到车辆的其他系统。然后，过程800可以返回到开始。
如果在步骤802中的(例如，从gnss芯片组接收)位置信息不是仅dr，则过程800从步骤804移动到步骤812。在步骤812中，过程800确定在不可用之后是否已重新获取足够的卫星信号。如果刚在不可用之后就重新获取卫星信号，则过程800移动到步骤814，其中暂停使用传感器数据来确定位置信息(例如，暂时暂停传感器数据到gnss芯片组的传送)。如果在不可用之后没有重新获取卫星信号，则过程800移动到步骤816，其中原样使用车辆位置信息，并且过程800移动到开始。
参考图9，示出了曲线图900的图表，其示出根据本发明的示例性实施方案的车轮刻度传感器数据利用的暂时暂停。曲线图900大体示出用于确定车辆位置的车轮刻度计数。较粗的虚线示出了生成仅dr位置信息的时段(例如，由于缺少卫星数据)。当卫星信息在不可用时段后变得可用时，车辆传感器数据(如曲线图900所示的车轮刻度数据)的利用或接收可以被暂时中断(如圆圈902所示)以迫使仅依赖于接收到的卫星信号，以便消除可能在航位推算位置信息中累积的任何相对定位误差。
本发明公开了一种加强gnss/dr确定的方法。该方法包括从gnss/dr系统主要使用航位推算(dr)+地图数据(没有卫星信号)转变到gnss/dr系统重新回到主要使用卫星信号。使用dr+地图数据可以很好地将车辆横向定位在道路上(例如，从一侧到另一侧)，但在使用仅dr的延长时间段之后无法补偿车辆的纵向位置中的误差。当卫星信号恢复时可以校正纵向误差，但由于常规系统依赖于车辆传感器输入作为位置计算的主要基础，因此恢复通常很慢。根据本发明的实施方案的gnss/dr模块可以被配置(例如，通过软件或固件)成在从仅dr转变到gnss+dr位置确定期间的短时间内暂停到gnss/dr模块的车辆传感器输入。车辆传感器输入到gnss/dr模块的暂停迫使gnss/dr模块通过主要依赖于卫星信息而不是运动和/或惯性传感器测量来更快地恢复。
在图1至图9的图示中示出的功能和结构可以使用常规的通用处理器、数字计算机、微处理器、微控制器、分布式计算机资源和/或类似的计算机器(其根据本说明书的教导内容进行编程)中的一者或多者来设计、建模、仿真和/或模拟，这对于相关领域的技术人员来说是显而易见的。基于本公开的教导内容，熟练的程序员可以容易地准备适当的软件、固件、编码、例程、指令、操作码、微代码和/或程序模块，这对于相关领域的技术人员来说也是显而易见的。软件通常体现在一个或若干介质中，例如非暂态存储介质，并且可以由一个或多个处理器顺序地或并行地执行。
本发明的实施方案还可以在以下中的一者或多者中实现：asic(专用集成电路)、fpga(现场可编程门阵列)、pld(可编程逻辑器件)、cpld(复杂可编程逻辑器件)、门海、assp(专用标准产品)、soc(片上系统)、mcm(多芯片模块)和集成电路。可以基于一种或多种硬件描述语言来实现电路。本发明的实施方案可以与闪存存储器、非易失性存储器、随机存取存储器、只读存储器、磁盘、软盘、光盘诸如dvd和dvdram、磁光盘和/或分布式存储系统结合利用。
当在本文中结合“是”和动词使用时，术语“可以”和“通常”意味着传达该描述是示例性的并且被认为足够宽以包含本公开中呈现的两个具体示例以及可以基于本公开得出的替代示例的意图。如本文所用的术语“可以”和“通常”不应该被解释为必然意味着省略对应元件的愿望或可能性。
虽然已经参考其实施方案具体示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
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