DE69433886T2

DE69433886T2 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG der ABSOLUTEN FAHRZEUGPOSITION IN FAHRZEUGNAVIGATIONSSYSTEMEN

Info

Publication number: DE69433886T2
Application number: DE69433886T
Authority: DE
Inventors: Wei-Wen Kao
Original assignee: Horizon Navigation Inc
Current assignee: TomTom International BV
Priority date: 1993-01-05
Filing date: 1994-01-03
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2014-01-04
Also published as: JPH08502827A; EP0678228B1; AU683240B2; US5374933A; KR960700584A; CA2150942C; CA2150942A1; WO1994016504A1; EP0678228A1; AU5990394A; DE69433886D1; EP0678228A4; KR100262057B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Fahrzeugposition in Fahrzeugnavigationssystemen.
In Fahrzeugnavigationssystemen wird die Position des Fahrzeuges bestimmt durch die Ansammlung von Daten, die durch verschiedene Navigationssensoren gesammelt werden. Typischerweise beinhalten Navigationssensoren Kompasse zur Messung der absoluten Fahrzeugrichtung relativ zum Erdmagnetfeld; Kreisel und Differentialodometer zur Messung der relativen Fahrzeugrichtung; und Odometer zur Messung der vom Fahrzeug zurückgelegten, absoluten Strecke. Fehler in der Fahrzeugposition resultieren aus der Ansammlung von Meßfehlern jedes der Sensoren. Kompaßmessungen sind beeinflußt durch magnetische Anomalien wie Stahlbrücken oder Gebäude. Kreisel und Differentialodometer neigen dazu, höhere Auflösungen zu haben, aber ihre Ausgangsdaten sind Gegenstand von Auswanderungsphänomenen. Da sich diese Meßfehler akkumulieren, steigt der Fehler in der vom Navigationssystem berechneten Fahrzeugposition.
In der Vergangenheit wurde eine als "Map Matching" bekannte Technik eingesetzt zur Korrektur von Fahrzeugpositionsfehlern, die aus der Akkumulierung von Navigationssensorfehlern resultieren. Map Matching nutzt geometrische Ähnlichkeiten in seinem Entscheidungsfindungsprozeß. Das Navigationssystem vergleicht die gegenwärtige Fahrzeug-Trajektorie mit Straßengeometrien in der Nähe der gegenwärtig gespeicherten Fahrzeugposition. Das System korrigiert dann die Fahrzeugposition auf einen Ort, der nächstkommend zur Fahrzeug-Trajektorie paßt.
Um dies zu erreichen, durchsucht das System seine interne Kartendatenbank in der Umgebung der zuletzt berechneten Fahrzeugposition, um Straßenkandidaten zu finden, die in derjenigen Richtung liegen, in welcher das Fahrzeug gegenwärtig ausgerichtet ist. Richtung, Geschwindigkeit und zurückgelegte Strecke des Fahrzeuges werden kontinuierlich beobachtet und mit der Geometrie der gegenwärtigen "Liste" von Straßenkandidaten verglichen. Sofern die Geometrie einer jeden Straße von der berechneten Fahrzeug-Trajektorie abweicht, wird diejenige Straße als ein in Frage kommender Ort ausgeschlossen. Dieser Prozeß dauert an, bis alle Straßen mit Ausnahme einer ausgeschlossen sind. Diese Straße wird dann als der gegenwärtige Ort des Fahrzeuges gespeichert.
Map Matching hat sich als eine effektive Positionsfehler-Korrekturtechnik in einer städtischen Umgebung bewährt. Die Eigenschaften von Stadtstraßen führen zu einem konstanten Informationsfluß von den Navigationssensoren zum System wegen des deutlichen Charakters der Fahrzeug-Trajektorie. Im Kern resultieren die relativ hohe Anzahl von signifikanten Navigationsereignissen (z. B. Abbiegen) und die kurzen Strecken zwischen solchen Ereignissen in einer vergleichsweise genauen Berechnung der Fahrzeug-Trajektorie und infolgedessen in einer guten Annäherung der absoluten Fahrzeugposition.
Allerdings hat sich Map Matching als unangemessen für die Korrektur von Fahrzeugpositionsfehlern auf Autobahnen und ländlichen Schnellstraßen herausgestellt. Beispielsweise kann ein Fahrzeug auf einer Autobahn eine große Strecke zurücklegen, ohne daß irgendwelche signifikanten Navigationsereignisse auftreten. Das seltene Auftreten von Navigationsereignissen, die für die Entscheidungsfindung der Map-Matching-Technik erforderlich sind, bedeutet, daß Positionskorrekturen nur selten berechnet werden. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache und der kontinuierlichen Akkumulierung von Fehlern der Navigationssensoren wird es offensichtlich, daß die Fehler in der berechneten Position des Fahrzeuges schließlich für eine Korrektur durch Map Matching zu groß werden.
Eine Fehlerkorrektur kann auch durch die Benutzung eines Global Positioning System (GPS) erreicht werden. Durch die Benutzung von Satelliten und bodengestützten Empfängern ist GPS in der Lage, die absolute Fahrzeugposition zu bestimmen, die dann zur Korrektur von Positionsfehlern genutzt werden kann, welche durch das Fahrzeugnavigationssystem gemacht worden sind. Allerdings ist die Genauigkeit des GPS dramatisch durch die Satellitengeometrie und selektive Degradation der Verfügbarkeit von Satelliten beeinflußt. Fehler in der Größe von einigen hundert Metern sind nicht ungewöhnlich. In der Folge ist GPS keine vollends zuverlässige Methode der Positionsfehlerkorrektur.
Die JP-A-63066411 offenbart Hybrid-Positionsmeßmittel, die aus einem Global-Positioning-System (GPS)-Empfänger, einem Streckensensor, einem Richtungssensor und einer CPU bestehen. Im Betrieb wird die gegenwärtige Fahrzeugposition ermittelt während der Korrektur einer angenommenen Position, die mit den erforderlichen Mitteln durch Integration eines laufenden Einheitsvektors ermittelt wird, basierend auf einer Position, die durch eine Radiowelle gemessen ist. Eine Führung der Fahrzeugroute wird durch Routenführungsmittel unter Nutzung der gemessenen gegenwärtigen Position ausgeführt. Des weiteren speichern Tunnelposition-Speichermittel eine Tunnelposition auf Kartenkoordinaten. Tunnelposition-Erkennungsmittel erkennen die Einfahrt eines Fahrzeuges in einen Tunnel. Indem die angenommene Position durch Korrekturmittel der gegenwärtigen Position basierend auf einer Tunnelposition korrigiert wird, kann dann eine effektive Routenführung ausgeführt werden.
Die EP 0 352 332 offenbart ein Fahrzeugnavigationssystem, welches die Distanz von einer vorhergehenden Kreuzung oder einem auffallenden Objekt zu einem anderen auffallenden Objekt mit einem Wert von einem Entfernungssensor vergleicht, und welches die verbleibende Distanz zu einem anderen auffallenden Objekt zu null setzt, wenn die Differenz unter einem vorherbestimmten Wert liegt und das vorbeiziehende auffallende Objekt durch einen Radar oder einen Fahrbahnoberflächensensor erkannt wird. Wann immer ein vorbeiziehendes auffallendes Objekt erkannt wird, wird dementsprechend ein Entfernungserkennungsfehler korrigiert, und demnach kann, selbst wenn die Entfernung zur nächsten abbiegenden Kreuzung groß ist, eine genaue Fahrstrecke ermittelt und die gegenwärtige Position zutreffend erkannt werden.
Die EP 0 485 132 offenbart ein Navigationssystem, welches einen Richtungssensor enthält. Der Richtungssensor hat einen Erdmagnetismussensor und einen Nennkreiselsensor, der durch einen gewichteten Mittelungsprozeß von Ausgaben des Erdmagnetismussensors und des Nennkreiselsensors eine kompensierte Richtung berechnet. Die kompensierte Richtung hat eine hohe Erkennungsgenauigkeit ähnlich zum Nennkreiselsensor über eine kurze Zeitspanne, hat aber keine Fehlerakkumulierung des Nennkreiselsensors über eine lange Zeitspanne, da der Nennkreiselsensor im wesentlichen mit der genauen Richtung kalibriert wird, welche durch gemittelte Ausgaben des Erdmagnetismussensors ermittelt wird. Das Navigationssystem hat auf einer Karte Informationen über die Verteilung der magnetischen Störungen des Erdmagnetismus und reduziert das gewichtete Mittelungsverhältnis des Erdmagnetismussensors, wenn die magnetische Störung an der Bestimmungsstelle groß ist. Die Genauigkeit der kompensierten Richtung ist des weiteren durch Ausschluß ungenauer Ausgaben des Erdmagnetismussensors verbessert.
Die JP-A-01 035 314 offenbart ein Fahrzeugnavigationssystem, welches zur Erkennung der gegenwärtigen Position des Fahrzeuges einen Positionssensor zusammen mit Kartendatenmitteln benutzt. Ein magnetischer Sensor erkennt das Vorhandensein einer spezifischen Struktur, und Mittel zur Strukturspezifizierung spezifizieren die tatsächliche Position dieser Struktur. Mittel zur Positionskorrektur korrigieren die gegenwärtige Position des Positionssensors zu der tatsächlichen Position der Struktur.
Deshalb sind eine Methode und eine Vorrichtung für die Bestimmung der Fahrzeugposition in Fahrzeugnavigationssystemen erforderlich, welche im Betrieb auf Autobahnen oder ländlichen Schnellstraßen zu einer zuverlässigen Korrektur des Fahrzeugpositionsfehlers in der Lage sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Nach der Erfindung bestimmen ein Fahrzeugnavigationssystem und ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6 die absolute Position des Fahrzeuges mit verbesserter Genauigkeit gegenüber einfachen Map-Matching-Techniken.
In der bevorzugten Ausführung nutzt das System das Ausgangssignal eines geomagnetischen Feldsensors (z. B. Kompaß), um die von Landmarken wie Brücken, Tunneln, Überführungen oder geologischen Formationen erzeugten Störungen zu erkennen. Das Ausgangssignal des Kompasses wird mit dem Ausgangssignal eines relativen Richtungssensors wie einem Kreisel verglichen, um Änderungen in der Kompaßausgabe zu identifizieren, welche durch diese Landmarken und nicht durch tatsächliche Änderungen der Richtung bedingt sind. Bevorzugt wird die Differenz der Signale vom Kompaß und vom Kreisel gefiltert, indem ein digitaler auto-regressiver bewegungs-mittelnder Filter der Form
eingesetzt wird, wobei
y(k) ein Index der magnetischen Anomalie ist;
k ein gegenwärtiger Meßzeitpunkt ist;
a_i auto-regressive Koeffizienten sind;
b_j bewegungs-mittelnde Koeffizienten sind;
m eine Anzahl der vergangenen, in einem gegenwärtigen Wert eingeschlossenen y(k)-Werte ist; typischerweise m = 1;
n eine Anzahl der zu mittelnden gegenwärtigen und vergangenen Werte eines Filter-Eingangswertes ist; typischerweise n = 4;
u(k) die Differenz zwischen dem Kompaß-Signal und dem Kreiselsignal ist als Eingangswert für den ARMA-Filter.
Das System ist des weiteren fähig zu einer Neukalibrierung seiner Distanzmessungsvorrichtung, indem die Distanz zwischen zwei erfaßten Landmarken, wie sie in der Kartendatenbank gespeichert sind, genutzt wird. Das System nutzt seine Entfernungsmessungsvorrichtung (z. B. Odometer), um die Distanz von einem Landmarken-Erfassungsereignis zu einem anderen zu messen. Nachdem er die Landmarken identifiziert hat, kann der Prozessor des Systems die gemessene Distanz mit derjenigen Distanz vergleichen, die zwischen den beiden Ereignissen in der Kartendatenbank gespeichert ist. Das Verhältnis dieser zwei Größen kann zur Korrektur von jeglichen zukünftigen Fehlern in der Entfernungsmessung genutzt werden.
Dementsprechend versetzt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugnavigationssystem in die Lage, die Fahrzeugposition in Situationen genauer zu bestimmen, in denen das Fahrzeug große Strecken ohne jegliche signifikante Abweichungen in der Fahrzeug-Trajektorie zurücklegen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, welches den Datenfluß in einem entsprechend der Erfindung aufgebauten Fahrzeugnavigationssystem zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm eines entsprechend der Erfindung aufgebauten Fahrzeugnavigationssystems.
3 ist ein Flußdiagramm, welches die Nutzung eines Global Positioning System zur Bestimmung der Fahrzeugposition darstellt.
4 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß zur Berechnung eines Index der magnetischen Anomalie mittels des Navigationssystems darstellt.
5 ist ein Flußdiagramm, welches die Nutzung von Erkennungsdaten einer Überführung zur Kalibrierung der Entfernungsmessungsvorrichtung des Navigationssystems darstellt.
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGEN
In der bevorzugten Ausführung stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugnavigationssystem bereit, welches eine Map-Matching-Technik in Verbindung mit einer magnetischen Anomalitätserkennung zur Bestimmung der Fahrzeugposition nutzt. Zusätzlich, indem die zurückge legte Distanz zwischen zwei äußeren Landmarken gemessen und diese Distanz mit ihrer internen Karte verglichen wird, berechnet diese Ausführung einen Entfernungs-Kalibrierungsfaktor, um für die nachfolgende Navigation eine genauere Entfernungsmessung zu erreichen.
Fahrzeugnavigationssysteme, die Map-Matching-Techniken nutzen, sind in der US-A-5 359 529 mit dem Titel "ROUTE GUIDANCE ON/OFF-ROUTE STATE FILTER" beschrieben.
Die 1 und 2 illustrieren schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugnavigationssystems 10. Unter Bezugnahme zuerst auf 1 beinhaltet das Fahrzeugnavigationssystem 10 eine Vielzahl von Sensoren zur Bestimmung der Fahrzeugposition, einschließlich eines Entfernungssensors 12, eines Winkelgeschwindigkeitssensors 14 und eines geomagnetischen Sensors 16. In typischen Ausführungen weist der Entfernungssensor 12 ein Odometer auf; der Winkelgeschwindigkeitssensor 14 weist einen Kreisel oder ein mit den Rädern des Fahrzeuges gekoppeltes Differentialodometer auf; und der geomagnetische Sensor 16 weist üblicherweise einen im Fahrzeug montierten, magnetischen Kompaß auf. Ein Global-Positioning-System (GPS)-Datenempfänger 18 ist zum Empfang von beispielsweise einem satellitengestützten Navigationssystem vorgesehen.
Die Daten von den Sensoren 12 bis 16 werden in die Berechnungsmittel 20 geführt und zur Kompensation von Sensormeßfehlern in den Kalibriermitteln 22 angepaßt. Methoden zur Sensorkalibrierung sind in der US-A-5 345 382 mit dem Titel "CALIBRATION METHOD FOR A RELATIVE HEADING SENSOR" beschrieben. Die kalibrierten Sensordaten werden zu den Signalverarbeitungsmitteln 24 übertragen, welche die Sensormeßdaten zur Berechnung eines Vektors nutzen, der den Weg des Fahrzeuges von einer zuvor bestimmten Position zu einer gemessenen Position beschreibt. Dieser Vektor wird dann zur Bestimmung einer gekoppelten Position des Fahrzeuges mit Koppelnavigationsmitteln 26 genutzt. Die gekoppelte Position wird dann zu Map-Matching-Mitteln 28 weitergeleitet, die die gekoppelte Position mit einer Kartendatenbank 30 vergleichen.
Die Kartendatenbank 30 beinhaltet bevorzugt Positionsdaten wie beispielsweise Breiten- und Längenkoordinaten, um Straßenkreuzungen, Straßenabschnitte, Landmarken, interessante Punkte und andere geographische Informationen zu beschreiben. Die Datenbank 30 kann des weiteren Daten beinhalten, die Charakteristiken von Straßen oder Orten auf der Karte darstellen, wie Straßen- oder Ortsnamen, Straßenmerkmale wie Teiler, Einbahn-Beschränkungen, Oberfläche, Geschwindigkeitsbegrenzung, Form, Höhe und andere Eigenschaften. Die Daten sind typischerweise in digitaler Form auf einem Speichermedium gespeichert, wie eine optische Scheibe, magnetische Scheibe oder ein integrierter Schaltkreis.
Unter Nutzung der in der Datenbank 30 gespeicherten Daten generiert das Fahrzeugpositionierungsmodul 28 eine oder mehrere mögliche Positionen des Fahrzeuges durch Vergleich der gekoppelten Position mit Straßenabschnitten, Kreuzungen und anderen geographischen Örtlichkeiten, die in der Datenbank 30 gespeichert sind. Die Positionsmöglichkeiten werden dann dem Routenführungsmodul 36 zugeführt. Das Routenführungsmodul 36 filtert den Satz der Positionsmöglichkeiten und wählt von den verbleibenden Positionsmöglichkeiten eine Position aus, die als die gegenwärtige Position des Fahrzeuges angenommen wird.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Position nutzt das Ausführungsbeispiel des Fahrzeugnavigationssystems 10 Daten vom GPS-Empfänger 18 zur Bereitstellung einer genaueren Bestimmung der Fahrzeugposition auf Autobahnen, ländlichen Schnellstraßen und anderen Örtlichkeiten, bei denen weniger Straßen, Kreuzungen oder Landmarken zur Anpassung der Fahrzeugposition vorhanden sind. 3 ist ein Flußdiagramm 60, welches die Technik zur Verfügbarkeit des GPS-Signals des Ausführungsbeispieles illustriert. Zu Beginn des Verfahrens prüft das System kontinuierlich die Verfügbarkeit von GPS-Signalen (62). Wenn das GPS nicht verfügbar wird, prüft das System dann, ob es für eine festgesetzte Zeitspanne (64) (als Beispiel sind 3 Sekunden vorgesehen) verfügbar war. Dieser Schritt dient zur Ausfilterung von fehlerhaften Erkennungsereignissen, wie Signalblockierungen durch in der Nähe befindliche Lastwagen. Sofern das GPS in der Zeitspanne verfügbar war, gegenwärtig jedoch nicht verfügbar ist, prüft das System dann die Kartendatenbank in der Nähe der letzten bekannten Fahrzeugposition auf die Existenz einer Überführung, welche den plötzlichen Verlust von GPS (66) erklärt. Sofern eine solche Überführung in einer angemessenen Entfernung existiert, zieht das System daraus den Schluß, daß das Fahrzeug unter dieser Überführung hindurchgefahren ist, und die Fahrzeugposition wird auf die Position der Überführung (68) zurückgesetzt.
In einigen Umgebungen kann die Möglichkeit bestehen, daß GPS-Signale für längere Zeitabschnitte nicht ver fügbar sind. Zusätzlich können die GPS-Signale blockiert werden, wenn das Fahrzeug unter einem Baum hindurch oder nahe zu einem großen Lastkraftwagen fährt, was zu einer fehlerhaften Anzeige einer Überführung führt. Da die oben beschriebene Technik ultimativ von dem dauerhaften Vorhandensein von GPS-Signalen abhängig ist, ist es häufig wünschenswert, parallel dazu ein zusätzliches Erfassungsschema zu nutzen.
Ein solches Schema beinhaltet die Nutzung des Kompaß vom Navigationssystem als eine Art Magnetometer, um Störungen des Erdmagnetfeldes infolge lokaler Phänomene wie Autobahnüberführungen, die zum großen Teil aus Stahl aufgebaut sind, zu erfassen. Kompaßmessungen sind bekanntermaßen durch lokale magnetische Anomalien beeinflußt und zeigen häufig ein hochfrequentes Rauschen als eine Folge solcher Anomalien. Durch Vergleich der Kompaßmessungen mit vom Kreisel oder vom Differentialodometer des Systems gewonnenen relativen Richtungsmessungen ist eine Erkennung dieses hochfrequenten Rauschens möglich. Wie auch beim GPS-Erfassungsschema, sofern einmal die magnetische Anomalie erkannt ist, kann das System zur Bestimmung der absoluten Fahrzeugposition fortschreiten, wobei es die zuletzt berechnete Fahrzeugposition und seine interne Karte nutzt.
Unter Bezug wiederum auf 1 nutzt das Fahrzeugnavigationssystem 10 in der bevorzugten Ausführung die magnetische Erkennung von Autobahnüberführungen zur genaueren Bestimmung der Fahrzeugposition. Wie oben diskutiert, zeigt der Kompaß des Navigationssystems ein hochfrequentes Rauschen in der Umgebung von große magnetische Anomalien verursachenden Landmarken, wie Brücken, Überführungen, Tunnel, geologische Formationen und andere Strukturen mit magnetischen Eigenschaften. Das System 10 vergleicht Daten von seinem Kompaß (z. B. geomagnetischer Sensor 16) und Kreisel (z. B. Winkelgeschwindigkeitssensor 14) und berechnet einen Index der magnetischen Anomalie. Scharfe Anstiege in dem Index der magnetischen Anomalie zeigen das Vorhandensein einer Landmarke an.
4 ist ein Flußdiagramm 70 des Verfahrens, mit dem das System den Index der magnetischen Anomalie berechnet. Das System tastet sowohl das Kompaßsignal als auch das Kreiselsignal in angemessenen Intervallen (beispielsweise jede 0,5 Sekunden) ab. Da allerdings der Kreisel nur die relative Auslenkung des Fahrzeuges mißt, kann das Kreiselsignal nicht direkt mit der Kompaßrichtungsmessung verglichen werden. Statt dessen berechnet das System eine differentielle Kompaßrichtung (rel_compass) durch Subtraktion des vorhergehenden Kompaßsignals vom gegenwärtigen Kompaßsignal (72). Sofern das Fahrzeug in der Umgebung einer magnetischen Anomalie ist, wird die Differenz zwischen der differentiellen Kompaßrichtung und der Kreiselmessung (74) wegen des Rauschens mit hoher Amplitude im Kompaßsignal groß sein. Wegen der hohen Frequenz des Kompaßrauschens ist es allerdings schwierig, die augenblickliche Differenz zwischen den zwei Parametern zu nutzen. Infolgedessen wird die Differenz zwischen der differentiellen Kompaßrichtung und dem Kreiselsignal gefiltert unter Nutzung einer digitalen Signalverarbeitungs-(DSP-)Technik (76).
In einer bevorzugten Ausführung nutzt das System einen auto-regressiven bewegungs-mittelnden (ARMA) Filter, auch wenn andere digitale Filtertypen zur Generierung eines geeigneten Index der magnetischen Anomalie (78) genutzt werden können. Der ARMA-Filter hat die folgende Form:
Darin sind:
y(k) ein Index der magnetischen Anomalie;
k ein gegenwärtiger Meßzeitpunkt;
a_i auto-regressive Koeffizienten;
b_j bewegungs-mittelnde Koeffizienten;
m eine Anzahl der vergangenen, in einem gegenwärtigen Wert eingeschlossenen y(k)-Werte (typischerweise m = 1);
n eine Anzahl der zu mittelnden gegenwärtigen und vergangenen Werte eines Filter-Eingangswertes (typischerweise n = 4); und
u(k) die Differenz zwischen dem Kompaß-Signal und dem Kreiselsignal als Eingangswert für den ARMA-Filter.
Der bewegungs-mittelnde Teil des Filters kann zur Ausmittelung des Hochfrequenztransienten aus dem Differenzsignal genutzt werden, während der auto-regressive Teil den Filter mit einem schnellen Ansprechen versieht. Der Ort der ermittelten magnetischen Anomalie wird anschließend als der gegenwärtige Fahrzeugort gespeichert.
Durch Messung der Distanz zwischen der Erkennung von zwei Überführungen berechnet das Fahrzeugnavigationssystem nach den 1 und 2 zusätzlich einen Kalibrierfaktor, um die Genauigkeit von zukünftigen Entfernungsmessungen zu erhöhen. 5 ist ein Flußdiagramm 80, welches die in einer bevorzugten Ausführung durchgeführte Technik der Distanzkalibrierung illustriert.
Wenn unter Nutzung der Erkennung von GPS-Verfügbarkeit oder der magnetischen Anomalie (unten beschrieben) eine Überführung erkannt wird (82), setzt das System eine Distanzakkumulierungsvariable L zu null (84). Das System führt dann kontinuierlich ein Update von L durch, wobei es die akkumulierten Wegstrecken seit dem letzten Reset (86) speichert. Bei Erkennung einer zweiten Überführung (88) vergleicht das System die durch L repräsentierte, zurückgelegte Strecke mit der bekannten Entfernung zwischen den zwei Überführungen L1, wie sie in der internen Karte (90) des Systems gespeichert ist. Das Verhältnis L/L1 kann dann zur Anpassung von nachfolgenden Entfernungsmessungen (92) genutzt werden.
Unter Rückbezug auf 1 kann der Nutzer ein gewünschtes Ziel wählen, welches durch eine typischerweise eine Tastatur aufweisende Nutzer-Schnittstelle 34 eingegeben wird. Das Routenführungsmodul 36 vergleicht das gewählte Ziel mit den Daten in der Datenbank 30 und identifiziert das gewählte Ziel unter den Kartendaten. Das Routenführungsmodul 36 berechnet dann eine optimale Strecke zwischen der anfänglichen Position des Fahrzeuges und dem gewünschten Ziel unter Berücksichtigung von Entfernungen, Straßengeschwindigkeiten, Einbahnstraßen und, in einigen Ausführungen, variablen Daten wie Verkehrsinformationen oder Baustellenarbeiten. Die ge wählte Route weist einen Satz von Daten auf, die Straßenabschnitte, Kreuzungen, Gebäudestrukturen und geographische Merkmale zwischen der anfänglichen Position des Fahrzeuges und dem gewünschten Ziel darstellen.
Die gegenwärtige Fahrzeugposition, die aus den durch die Fahrzeugpositionierungsmittel 28 bereitgestellten Positionsmöglichkeiten ausgewählt ist, wird mit den die ausgewählte Strecke bildenden Daten verglichen, um die Position des Fahrzeuges in Bezug auf die Strecke zu lokalisieren.
Der Fahrer des Fahrzeuges wird über die Fahrzeugposition, erwartete Manöver und andere relevante Informationen durch Ausgabekommunikationsmittel 32 informiert gehalten, die einen Anzeigeschirm oder einen Lautsprecher aufweisen können.
2 illustriert schematisch ein Ausführungsbeispiel der Hardware von Berechnungsmitteln 20. Sensoren 12 bis 16 und ein GPS-Empfänger 18 sind mit den Berechnungsmitteln 20 mittels einer Sensor/GPS-Schnittstelle 40 gekoppelt. Daten von der Schnittstelle 40 werden zur CPU 42 übermittelt, welche die Kalibrierung, Signalverarbeitung, Koppelnavigation, Fahrzeugpositionierung und oben beschriebene Routenführungsfunktionen ausführt. Die Datenbank 30 kann in einem Speichermedium 48 gespeichert sein, mit Software zur Steuerung des Betriebes der Berechnungsmittel 20, die in ROM 44 gespeichert und zur Ausführung durch die CPU 42 vorgesehen ist. RAM 46 ermöglicht Lesen und Schreiben der zur Ausführung solcher Software-Programme erforderlichen Information. Das Speichermedium 48 kann ein Festplattenlaufwerk, ein CD-ROM oder einen integrierten Schaltkreis aufweisen, auf denen digitalisierte Karteninformationen gespeichert wurden. Ein Ausgabe-Controller 52, der einen Graphik-Controller für einen Anzeigeschirm aufweisen kann, empfängt die von der CPU 42 verarbeiteten Daten und übermittelt diese Daten zu dem Ausgangskommunikator 32, der üblicherweise einen Anzeigeschirm aufweist. Der Nutzer kann Daten, wie ein gewünschtes Ziel, durch eine Nutzer-Schnittstelle 34 eingeben, welche typischerweise eine Tastatur aufweist.
Mit der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführung ist nicht beabsichtigt, die Art und Weise einzuschränken, in der die vorliegende Erfindung implementiert wird. Das hier beschriebene Verfahren zur Fehlerkorrektur der Fahrzeugposition kann auf vielfältige Weise implementiert werden. Der Schutzumfang der Erfindung sollte deshalb nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt sein.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer gegenwärtigen Fahrzeugposition in einem Fahrzeug-Navigationssystem mit einer Karten-Datenbank, welches folgende Schritte umfasst: eine erste Fahrzeugposition wird gespeichert; das Fahrzeug wird von der ersten Fahrzeugposition aus bewegt; während der Bewegung des Fahrzeuges wird zur Erzeugung eines ersten Richtungssignals eine Erfassung eines geomagnetischen Feldes vorgenommen; bedingt durch das Vorhandensein einer Landmarke wird eine Änderung im geomagnetischen Feld durch Vergleich des ersten Richtungssignals mit einem zweiten Richtungssignal erkannt, wobei das zweite Richtungssignal unabhängig vom geomagnetischen Feld ist, um die durch die Landmarke bedingte Differenz zwischen den ersten und den zweiten Richtungssignalen zu erkennen, wobei der Schritt des Vergleichens ein Herausfiltern derjenigen Differenzen zwischen den ersten und den zweiten Richtungssignalen umfasst, die nicht durch die Landmarke hervorgerufen sind, in dem ein digitaler auto-regressiver bewegungs-mittelnder Filter der Form
eingesetzt wird, wobei y(k) ein Index der magnetischen Anomalie ist; k ein gegenwärtige Messzeitpunkt ist; a_i auto-regressive Koeffizienten sind; b_j bewegungs-mittelnde Koeffizienten sind; m eine Anzahl der vergangenen, in einem gegenwärtigen Wert eingeschlossenen y(k)-Werte ist; n eine Anzahl der zu mittelnden, gegenwärtigen und vergangenen Werte eines Filter-Eingangswertes ist; u(k) die Differenz zwischen dem ersten Richtungssignal und dem zweiten Richtungssignal ist, wobei u(k) der Eingangswert für den autoregressiven bewegungs-mittelnden Filter ist; wobei angenommen wird, dass die Änderung im geomagnetischen Signal dann durch die Landmarke hervorgerufen wird, wenn der Index der magnetischen Anomalie einen vorbestimmten Wert überschreitet; die Karten-Datenbank wird zum Auffinden derjenigen Landmarken-Position durchsucht, die am wahrscheinlichsten mit der Änderung des geomagnetischen Feldes korrespondiert; und die gegenwärtige Fahrzeugposition wird anhand der wahrscheinlichsten Landmarken-Position aktualisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Landmarke eine Struktur aufweist, die Anomalien im geomagnetischen Feld hervorruft.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Struktur einer Gruppe entstammt, die aus Brücken, Tunnels, Gebäuden und geologischen Formationen besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zweite Richtungssignal durch ein Gyroskop gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches folgende Schritte aufweist: zur Bestimmung einer gemessenen Distanz wird die Entfernung zwischen der ersten Fahrzeugposition und der gegenwärtigen Fahrzeugposition gemessen; aus der Karten-Datenbank wird eine tatsächliche Distanz zwischen der ersten Fahrzeugposition und der gegenwärtigen Fahrzeugposition berechnet; und es wird ein Distanz-Kalibrierfaktor zur Überführung der gemessenen Distanz in die tatsächliche Distanz bestimmt.
Vorrichtung zur Bestimmung einer gegenwärtigen Fahrzeugposition in einem Fahrzeug- Navigationssystem mit einer Karten-Datenbank, umfassend: einen Speicher zur Speicherung einer ersten Fahrzeugposition; einen geomagnetischen Feldsensor zur Erfassung eines geomagnetischen Feldes und zur Erzeugung eines ersten Richtungssignals; Bearbeitungsmittel, die mit der Karten-Datenbank, dem Speicher und dem geomagnetischen Feldsensor gekoppelt sind; Mittel zur Erkennung einer durch das Vorhandensein einer Landmarke hervorgerufen Änderung im geomagnetischen Feld, wobei die Erkennungsmittel Mittel zum Vergleich des ersten Richtungssignals mit einem zweiten Richtungssignal umfassen, wobei das zweite Richtungssignal unabhängig vom geomagnetischen Feld ist, um die durch die Landmarke bedingte Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Richtungssignal zu erkennen, wobei die Vergleichsmittel einen Filter zum Herausfiltern derjenigen Differenzen zwischen den ersten und den zweiten Richtungssignalen aufweisen, die nicht durch die Landmarke hervorgerufen sind, in dem ein digitaler auto-regressiver bewegungs-mittelnder Filter der Form
eingesetzt wird, wobei y(k) ein Index der magnetischen Anomalie ist; k ein gegenwärtige Messzeitpunkt ist; a_i auto-regressive Koeffizienten sind; b_j bewegungs-mittelnde Koeffizienten sind; m eine Anzahl der vergangenen, in einem gegenwärtigen Wert eingeschlossenen y(k)-Werte ist; n eine Anzahl der zu mittelnden, gegenwärtigen und vergangenen Werte eines Filter-Eingangswertes ist; u(k) die Differenz zwischen dem ersten Richtungssignal und dem zweiten Richtungssignal ist, wobei u(k) der Eingangswert für den autoregressiven bewegungs-mittelnden Filter ist; wobei angenommen wird, dass die Änderung im geomagnetischen Signal dann durch die Landmarke hervorgerufen wird, wenn der Index der magnetischen Anomalie einen vorbestimmten Wert überschreitet; Mittel zum Durchsuchen der Karten-Datenbank für ein Auffinden derjenigen Landmarken-Position, die am wahrscheinlichsten mit der Änderung des geomagnetischen Feldes korrespondiert; und Mittel zur Aktualisierung der gegenwärtigen Fahrzeugposition anhand der wahrscheinlichsten Landmarken-Position.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Landmarke eine Struktur aufweist, die Anomalien im geomagnetischen Feld hervorruft.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Struktur einer Gruppe entstammt, die aus Brücken, Tunnels, Gebäuden und geologischen Formationen besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das zweite Richtungssignal durch ein Gyroskop gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, umfassend einen Entfernungssensor zur Bestimmung einer gemessenen Distanz durch Messung der Entfernung zwischen der ersten Fahrzeugposition und der gegenwärtigen Fahrzeugposition, wobei die Bearbeitungsmittel Mittel zur Berechnung einer tatsächlichen Distanz zwischen der ersten Fahrzeugposition und der gegenwärtigen Fahrzeugposition aus der Karten-Datenbank umfassen, sowie Mittel zur Bestimmung eines Distanz-Kalibrierfaktors für eine Überführung der gemessenen Distanz in die tatsächliche Distanz.