DE10008061C2

DE10008061C2 - Method and device for determining position

Info

Publication number: DE10008061C2
Application number: DE2000108061
Authority: DE
Inventors: Lutz-Wolfgang Tiede
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: DE10008061A1; FR2805609B1; FR2805609A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung, insbesondere ein Navigationsgerät.The invention relates to a method and an apparatus for position determination, in particular a navigation device.

Bekannte Navigationsgeräte bestimmen mittels Koppelnavigation (dead reckoning) auf Grundlage von Sensormesswerten und mit tels Satellitennavigation eine mit Fehlern behaftete Positi on. Eine auf diese Weise ermittelte Position wird durch einen Abgleich mit einer korrespondierenden Position auf einer di gitalen Straßenkarte korrigiert (map matching). Derartige Na vigationsverfahren sind beispielsweise in den Patentanmeldun gen WO 99/39161 und WO 99/56081 offenbart.Known navigation devices determine using dead reckoning (dead reckoning) based on sensor readings and with a position with errors due to satellite navigation on. A position determined in this way is indicated by a Alignment with a corresponding position on a di corrected street map (map matching). Such na Navigation procedures are for example in the patent application gene WO 99/39161 and WO 99/56081.

Besonders bei längeren Streckenabschnitten ohne deutliche Richtungsänderungen kann ein Abgleich mit der digitalen Stra ßenkarte keine Korrektur der Position in Richtung des zurück gelegten Straßensegments liefern. Dadurch baut sich bei län gerer Fahrt ein Längenfehler auf, der dazu führen kann, dass das nächste Fahrmanöver zu einem falschen Zeitpunkt ausgege ben wird oder bei einem Abbiegen, die richtige Straße auf der digitalen Straßenkarte nicht erkannt wird. Der Längenfehler kann mittels Satellitennavigation nur mit begrenzter Genauig keit korrigiert werden, da die Signale des Global Positioning System (GPS) mit Fehlern beaufschlagt sind. Zusätzlich können ungünstige Umweltbedingungen die Genauigkeit der Satelliten ortung beeinträchtigen.Especially with longer sections of the route without clear Changes in direction can be compared with the digital road ßenkarte no correction of the position towards the back deliver the laid road segment. This builds up at län length error that can lead to the fact that the next maneuver occurred at the wrong time the right road on the road digital road map is not recognized. The length error can only be used with limited accuracy using satellite navigation be corrected because the signals of global positioning System (GPS) are subject to errors. In addition, you can unfavorable environmental conditions the accuracy of the satellites affect location.

Aus der nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 198 56 187 A1 ist ein Satelliten gestütztes Navigationsverfahren mit Kartenabgleich bekannt. Bei diesem wird eine topografisch bedingte Unterbrechung des Empfangs eines Satellitensignals, insbesondere bei Tunnel- und Brückendurchfahrt, zur Korrektur der mittels Satellitensignalen ermittelten Position durch die Koordinaten des bekannten topografischen Wegpunkts verwendet.From the unpublished publication DE 198 56 187 A1 is a satellite-based navigation method known with card matching. This becomes a topographical conditional interruption of the reception of a satellite signal, especially for passage through tunnels and bridges, for correction the position determined by means of satellite signals by the Coordinates of the known topographic waypoint are used.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vor richtung bereit zu stellen, die eine besonders genaue Positi onsbestimmung selbst dann erlauben, wenn längere Wegabschnit te ohne nennenswerte Richtungsänderung zurückgelegt werden. It is an object of the invention, a method and a pre to provide the direction that is particularly precise Allow determination even if the distance is longer te without any significant change in direction.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung erreicht, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen defi niert sind.This goal is achieved with a method and an apparatus achieved as defi in the independent claims are nated.

In der Regel bilden Bauwerke, die gegenüber dem Himmel ge schlossen sind, beispielsweise Brücken oder Tunnels, deren exakte Standorte in digitalen Straßenkarten üblicherweise verzeichnet sind, Empfangshindernisse. Aufgrund eines Ein bruchs in der Signalstärke, also im Empfangspegel oder der Empfangsfeldstärke der Satellitensignale können solche Emp fangshindernisse oder Abschattungen erkannt werden. Daher kann ein zutreffender Abgleich zwischen der gemessenen Posi tion und der tatsächlichen Position erfolgen. Das betreffende Empfangshindernis bildet gleichsam eine passive Bake. Hierzu sind weder eine kostenträchtige Infrastruktur noch zusätzli che Sensoren für bekannte Navigationsgeräte erforderlich.They usually form buildings that face the sky are closed, for example bridges or tunnels exact locations in digital road maps usually obstacles to reception. Because of an break in the signal strength, i.e. in the reception level or the Receiving field strength of the satellite signals can Emp obstacles to catching or shadowing can be detected. Therefore an accurate comparison between the measured posi tion and the actual position. The one in question Obstacle to reception forms a passive beacon, so to speak. For this are neither a costly infrastructure nor additional che sensors required for known navigation devices.

Die Positionsbestimmung ist unempfindlich gegen verfälschte Satellitensignale in Folge von Reflexionen an Bauwerken und natürlichen Hindernissen oder in Folge von Störungen in der Ionosphäre und künstlicher Verfälschung (selective availabi lity).The position determination is insensitive to falsified Satellite signals as a result of reflections on buildings and natural obstacles or as a result of disturbances in the Ionosphere and artificial adulteration (selective availabi lity).

Es kann für eine berechnete absolute Position (Satellitenna vigation) oder eine berechnete relative Position (Koppelnavi gation) selbst dann ein zutreffender Standort in der digita len Straßenkarte ermittelt werden, wenn wegen eines langen geraden Streckenverlaufs üblicherweise keine Referenzpunkte in einer digitalen Straßenkarte gefunden werden können.It can be used for a calculated absolute position (satellite vigation) or a calculated relative position (coupling navi gation) even then an appropriate location in the digita len road map can be determined if due to a long straight route usually no reference points can be found on a digital street map.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:Further advantages, features and possible applications of the Invention result from the following description of Embodiments in connection with the drawings. It demonstrate:

Fig. 1 ein Navigationsgerät, Fig. 1, a navigation device,

Fig. 2 gemessene Positionen eines Kraftfahrzeugs, Figure 2 measured positions. A motor vehicle,

Fig. 3 die zu den gemessenen Positionen ermittelten Emp fangsfeldstärken der empfangenen Satellitensignale, und Fig. 3, the Emp determined at the measured positions fang field strengths of the received satellite signals, and

Fig. 4 ein Signalflussdiagramm für die Positionsbestimmung. Fig. 4 is a signal flow diagram for the position determination.

Fig. 1 veranschaulicht ein in einem Kraftfahrzeug angeordne tes Navigationsgerät 1, das mit drei Sensoren ausgestattet ist, nämlich einem GPS-Satellitenempfänger 2, einem Rich tungssensor 3 und einem Entfernungssensor 4 oder Odometer. Von den Sensoren 2, 3 und 4 zur Verfügung gestellte Messwerte werden von einer Recheneinheit 5 oder einem Mikroprozessor in Positionskoordinaten umgerechnet. Hierzu steht ihm ein Ar beitsspeicher 6 und ein Laufwerk 7 für ein Speichermedium 71 zur Verfügung. Auf dem Speichermedium, bei dem es sich um ei ne DVD (digital versatile disk) oder eine CD-ROM handelt, ist eine digitale Straßenkarte 9 gespeichert. Fig. 1 illustrates a navigation device 1 arranged in a motor vehicle, which is equipped with three sensors, namely a GPS satellite receiver 2 , a direction sensor 3 and a distance sensor 4 or odometer. Measured values provided by sensors 2 , 3 and 4 are converted into position coordinates by a computing unit 5 or a microprocessor. For this purpose, an Ar memory 6 and a drive 7 for a storage medium 71 are available. A digital road map 9 is stored on the storage medium, which is a DVD (digital versatile disk) or a CD-ROM.

Die Recheneinheit ermittelt die momentane Position des Fahr zeugs durch Koppelnavigation (dead reckoning) und Satelliten navigation und Abgleich der so ermittelten Positionen mit ei ner digitalen Straßenkarte (map matching). Nähere Einzelhei ten des Navigationsverfahrens und des Navigationsgeräts sind in den Patentanmeldungen WO 99/39161 und WO 99/56081 be schrieben.The computing unit determines the current position of the vehicle stuff by dead reckoning and satellites navigation and comparison of the positions thus determined with egg a digital road map (map matching). More details of the navigation process and the navigation device in patent applications WO 99/39161 and WO 99/56081 wrote.

Auf einer Anzeigeeinrichtung 8 wird die digitale Straßenkarte 9 und die mit einem Pfeilsymbol gekennzeichnete momentane Po sition ausgegeben.On a display device 8, the digital road map 9 and marked with an arrow symbol instantaneous Po is output sition.

In Fig. 2 sind durch Pfeilsymbole dargestellte aufeinander folgende Positionen P eines Fahrzeugs für die Zeitpunkte t_i-1, t_i und t_i+1 gezeigt. Diese Positionen wurden auf herkömmliche Weise mittels Koppelnavigation, Satellitenortung und Abgleich mittels der digitalen Straßenkarte ermittelt. In Fig. 2 are indicated by arrow symbols shown successive positions P of a vehicle for the times t _i-1, t _i and t _{i + 1} shown. These positions were determined in a conventional manner using dead reckoning, satellite positioning and comparison using the digital road map.

Da es sich um eine längere gerade Strecke handelt, konnten durch den Abgleich mit der digitalen Straßenkarte nur Rich tungsfehler aber keine Längenfehler korrigiert werden.Since it is a longer straight stretch, we were able to by comparison with the digital road map only Rich errors, but no length errors can be corrected.

Zum Zeitpunkt t_i fährt das Fahrzeug gerade unter einem Emp fangshindernis 10, nämlich eine Brücke, hindurch, obwohl sich die vom Navigationsgerät ermittelte Position noch etwa 100 m vor der Brücke befindet. Das bedeutet, dass die ermittelte Position P zum Zeitpunkt t_i einen Längenfehler Δs von 100 m aufweist.At time t _i , the vehicle is driving under a reception obstacle 10 , namely a bridge, although the position determined by the navigation device is still approximately 100 m in front of the bridge. This means that the determined position P at time t _{i has} a length error Δs of 100 m.

In Fig. 3 ist die Empfangsfeldstärke e der Satellitensignale zu den Zeitpunkten t_i-1 bis t_i+1 dargestellt. Dabei sind die Empfangsfeldstärken der Satellitensignale aller empfangenen Satelliten addiert. Alternativ kann auch eine Einzelbetrach tung der Satelliten erfolgen.In Fig. 3, the reception field strength E is the satellite signals at the instants t _i-1 to t _{i + 1} shown. The reception field strengths of the satellite signals of all received satellites are added. Alternatively, the satellites can also be viewed individually.

Es ist erkennbar, dass der Empfang innerhalb einer kurzen Zeitspanne stark absinkt oder einbricht und anschließend e benso schnell wieder ansteigt. Aus der abrupten Änderung des Satellitenempfangs kann auf ein Empfangshindernis geschlossen werden, das Satellitensignale abschattet.It can be seen that reception is within a short Time period drops sharply or collapses and then e increases so quickly. From the abrupt change in Satellite reception can indicate an obstacle to reception that shadows satellite signals.

Ein geeigneter Indikator für das Auftreten eines Empfangshin dernis ist die sprunghafte Änderung des Satellitenempfangs. Als sprunghafte Änderung des Satellitensignals oder des Sa tellitenempfangs wird angesehen, wenn der Abfall des Emp fangspegels wenigstens eines empfangenen Satelliten wenigs tens 7 dB, vorzugsweise wenigstens 10 dB innerhalb eines Zeit raums von einer Sekunde oder innerhalb einer zurückgelegten Entfernung von 10 m bis 20 m beträgt. Bei einer derartigen Dämpfung des Empfangspegels ist der Satellitenempfänger ge genüber dem entsprechenden Satelliten abgeschattet.A suitable indicator for the occurrence of a reception notice dernis is the sudden change in satellite reception. As a sudden change in the satellite signal or the Sa tellite reception is considered when the decline of the emp level of at least one received satellite at least 7 dB, preferably at least 10 dB within one time space of a second or within a distance Distance is 10 m to 20 m. With such a Attenuation of the reception level is the satellite receiver shadowed from the corresponding satellite.

Ein solches Empfangshindernis 10 ist in Fig. 1 in der digi talen Straßenkarte 9 innerhalb einer definierten Entfernung r von der ermittelten Position P entfernt verzeichnet. Dieses Empfangshindernis ist in der digitalen Straßenkarte entspre chend kategorisiert, nämlich als Brücke.Such an obstacle to reception 10 is shown in Fig. 1 in the digital road map 9 within a defined distance r from the determined position P. This obstacle to reception is categorized accordingly in the digital road map, namely as a bridge.

Die Entfernung r kann entweder in Abhängigkeit von einem zu ermittelndem wahrscheinlichen Längenfehler oder als Konstante vorbestimmt werden. Ein sinnvoller Bereich für die Entfernung r liegt in der Regel zwischen 50 m und 250 m.The distance r can either be dependent on one determining probable length error or as a constant be predetermined. A useful area for removal r is usually between 50 m and 250 m.

Ein Empfangshindernis wird in der digitalen Straßenkarte ent weder aufgrund des Typs oder der Kategorie des betreffenden Objekts (Brücke, Tunnel, sonstiges befahrbares Bauwerk) ge funden und erkannt. Solche Objekte können auch vom Hersteller der digitalen Straßenkarte allgemein mit der Kategorie "Emp fangshindernis" belegt werden.An obstacle to reception is identified on the digital road map neither because of the type or the category of the concerned Object (bridge, tunnel, other accessible structure) ge find and recognized. Such objects can also be from the manufacturer the digital road map in general with the category "Emp obstacle to capture ".

Aufgrund des Vergleichs zwischen der ermittelten Position P zum Zeitpunkt t_i und dem innerhalb der Entfernung r auf dem befahrenen Streckensegment gefundenen Standort S des Emp fangshindernisses wird ein Längenfehler oder Entfernungsmess fehler Δs ermittelt. Mit diesem Wert wir die gemessene Posi tion P korrigiert.A length error or distance measuring error Δs is determined on the basis of the comparison between the determined position P at the time t _i and the location S of the reception obstacle found within the distance r on the route segment traveled. The measured position P is corrected with this value.

Zum Zeitpunkt t_i+1,c ist bereits der in Fig. 2 gezeigte Län genfehler Δs korrigiert.At time t _{i + 1, c} , the length error Δs shown in FIG. 2 has already been corrected.

In Fig. 4 wird in Schritt 1 des Ablaufdiagramms die Position des Fahrzeugs aus den Sensorsignalen ermittelt und mit der digitalen Straßenkarte abgeglichen.In FIG. 4, the position of the vehicle is determined from the sensor signals in step 1 of the flowchart and compared with the digital road map.

In Schritt 2 wird die Genauigkeit der Entfernungsmessung ge schätzt. Diese Schätzung basiert auf der Korrektur der durch die Sensoren ermittelten Position mit einer hierzu korrespon dierenden wahrscheinlichen Position auf der digitalen Stra ßenkarte. Vorzugsweise wird hierzu ein unmittelbar nach einem deutlichen Richtungswechsel (beispielsweise eine Kurve von wenigstens 60 Grad) gewonnener Messwert verwendet, der einen Beitrag zur Entfernungsmessung liefern kann. Zusätzlich bie tet sich an, einen so ermittelten Korrekturwert mit dem ge schätzten Fehler zu addieren, der sich aufgrund der bekannten (geschätzten) Ungenauigkeit des Tachometersignals (Odometer signals) für die seit dem Richtungswechsel zurückgelegten Entfernung ergibt.In step 2 , the accuracy of the distance measurement is estimated. This estimate is based on the correction of the position determined by the sensors with a corresponding likely position on the digital road map. A measurement value obtained immediately after a clear change of direction (for example a curve of at least 60 degrees) is preferably used for this purpose, which can make a contribution to the distance measurement. In addition, it is advisable to add a correction value determined in this way to the estimated error, which results from the known (estimated) inaccuracy of the tachometer signal (odometer signals) for the distance traveled since the change of direction.

In Schritt 3 wird die Anzahl der empfangenen Satelliten er mittelt und deren jeweilige Signalstärke gemessen.In step 3 , the number of satellites received is determined and their respective signal strength is measured.

Im darauf folgenden Schritt wird geprüft, ob ein Einbruch in der Stärke der Satellitensignale erfolgt, das heisst, dass sich die Empfangsstärke sprunghaft ändert.The next step is to check whether a break-in in the strength of the satellite signals, that is, the reception strength changes suddenly.

Typisch für das Fahren unter einer Brücke ist eine sprunghaf te Änderung bei dem Signalpegel desjenigen Satelliten, der am höchsten am Himmel steht.A jump is typical for driving under a bridge te change in the signal level of the satellite on highest in the sky.

Ein Tunneleingang lässt sich regelmäßig aufgrund einer sprunghaften Änderung des Signalpegels wenigstens eines Sa telliten und eines anschließend noch für mindestens 3 Sekun den unverändert niedrigen oder sehr niedrigen Signalpegels i dentifizieren.A tunnel entrance can be closed on a regular basis abrupt change in the signal level of at least one Sa. tellites and one then for at least 3 seconds the unchanged low or very low signal level i dentifizieren.

Wird ein Einbruch festgestellt, wird in Schritt 5 in der di gitalen Straßenkarte nach einem Empfangshindernis gesucht.If a break-in is found, a digital obstacle is searched in step 5 for an obstacle to reception.

In Schritt 6 wird festgestellt, ob sich ein gefundenes Emp fangshindernis innerhalb einer vorbestimmten Entfernung r zur in Schritt 1 berechneten Position befindet. Die Entfernung r wird aus der in Schritt 2 geschätzten Genauigkeit zuzüglich eines Sicherheitsabstands von 15 m bis 25 m bestimmt. In die sem Beispiel soll der Sicherheitsabstand 20 m betragen.In step 6 it is determined whether a received obstacle to reception is within a predetermined distance r from the position calculated in step 1 . The distance r is determined from the accuracy estimated in step 2 plus a safety distance of 15 m to 25 m. In this example, the safety distance should be 20 m.

Befindet sich der Standort des gefundenen Empfangshindernis ses innerhalb der Entfernung r auf der befahrenen Straße, so ist das Empfangshindernis auf der digitalen Straßenkarte identifiziert. Mit Hilfe dieses Standorts wird dann die in Schritt 1 gefundene Position in Schritt 7 korrigiert.If the location of the reception obstacle found is within the distance r on the road used, the reception obstacle is identified on the digital road map. With the help of this location, the position found in step 1 is then corrected in step 7 .

Die korrigierte Position wird in Schritt 8 ausgegeben. Dies bedeutet, dass die Bestimmung der nächsten Position und die Ausgabe auf der Anzeigeeinrichtung auf Grundlage der korri gierten Position erfolgt.The corrected position is output in step 8 . This means that the determination of the next position and the output on the display device are based on the corrected position.

War in Schritt 4 kein Einbruch der Satellitensignalstärke o der in Schritt 6 kein Empfangshindernis innerhalb der Entfer nung r gefunden worden, wird die in Schritt 1 berechnete Po sition unkorrigiert ausgegeben.If no drop in the satellite signal strength or no obstacle to reception within the distance r was found in step 6 in step 4 , the position calculated in step 1 is output uncorrected.

Claims

1. Procedure for determining the position with the steps:

- With at least one sensor ( 2 ; 3 ; 4 ) it becomes a position
- A) determined a vehicle,
- signals of at least one satellite are received by means of a satellite receiver ( 2 ),
the strength of the signals of the at least one satellite is measured,
- The determined position (P) is changed into an actual location (S) of a reception obstacle ( 10 ) recorded in a digital road map ( 9 ),
if the level of the signals received by the at least one satellite drops by at least 7 dB within a period of one second or within a distance of 20 m,
and if a comparison with the digital road map ( 9 ) shows that the determined position (P) is within a defined distance (r) from the reception obstacle ( 10 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that a reception obstacle ( 10 ) in the digital road map ( 9 ) is identified with an object category.

3. Device for determining the position, comprising:
at least one sensor ( 2 ; 3 ; 4 ) for determining the position, one sensor being a satellite receiver ( 2 ),
a digital road map ( 9 ),
a computing unit ( 5 ) with which a position (P) determined by the at least one sensor ( 2 ; 3 ; 4 ) can be corrected such that the determined position (P) is in an actual location (S) one in the digital one Road map ( 9 ) recorded obstacle to reception ( 10 ) is changed,
if the level of the signals received by the at least one satellite drops by at least 7 dB within a period of one second or within a distance of 20 m, and
if a comparison with the digital road map ( 9 ) indicates that the determined position (P) is within a predetermined distance (r) from the reception obstacle ( 10 ).