用于使用經(jīng)校正偏航偏差值來導航的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示一種用于使用速度傳感器及偏航率傳感器來導航的方法，所述方法包含：針對多個誤差參數(shù)值中的每一者計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的距離。所述方法還包含：選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值；將所述選定誤差參數(shù)值施加到來自所述偏航率傳感器的數(shù)據(jù)；及基于來自所述速度傳感器的數(shù)據(jù)及來自所述偏航率傳感器的具有所述所施加誤差參數(shù)值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。
【專利說明】用于使用經(jīng)校正偏航偏差值來導航的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】【背景技術(shù)】
[0001]現(xiàn)代用戶依靠啟用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的個人導航裝置(PND)或其它配備GNSS的電子裝置(例如移動電話)來在處于運動中時導航。因此，用戶需要寬范圍的導航情景中的高準確度。然而，有效基于GNSS的導航在其中阻礙信號發(fā)射的區(qū)域(例如車庫、室內(nèi)建筑物)中或在其中(盡管在室外)因由周圍建筑物所形成的人造峽谷而降低信號發(fā)射的所謂的“城市峽谷”中被降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]涉及一種用于使用速度傳感器及偏航率傳感器來導航的方法的實施例在很大程度上解決了上文所述的問題，所述方法包含:針對多個誤差參數(shù)值中的每一者計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的距離。所述方法還包含:選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值；將所述選定誤差參數(shù)值施加到來自所述偏航率傳感器的數(shù)據(jù)；及基于來自所述速度傳感器的數(shù)據(jù)及來自所述偏航率傳感器的具有所述所施加誤差參數(shù)值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。
[0003]其它實施例涉及一種導航系統(tǒng)，其包含速度傳感器、偏航率傳感器、誤差參數(shù)引擎及導航引擎。所述誤差參數(shù)引擎用以針對多個誤差參數(shù)值中的每一者計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的距離，及選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值。所述導航引擎用以將所述選定誤差參數(shù)值施加到來自所述偏航率傳感器的數(shù)據(jù)，及基于來自所述速度傳感器的數(shù)據(jù)及來自所述偏航率傳感器的具有所述所施加誤差參數(shù)值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。
[0004]仍其它實施例涉及一種非暫時性計算機可讀媒體，其含有在由處理器執(zhí)行時致使所述處理器進行以下操作的指令:針對多個誤差參數(shù)值中的每一者計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的距離；選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值；將所述選定誤差參數(shù)值施加到來自偏航率傳感器的數(shù)據(jù)；及基于來自速度傳感器的數(shù)據(jù)及來自所述偏航率傳感器的具有所述所施加誤差參數(shù)值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]現(xiàn)在將參考附圖做出本發(fā)明的示范性實施例的詳細說明，在附圖中:
[0006]圖1a展示根據(jù)各種實施例的示范性導航系統(tǒng)的框圖；
[0007]圖1b展示根據(jù)各種實施例的示范性導航平臺的框圖；
[0008]圖2展示根據(jù)各種實施例的示范性圖形表示；
[0009]圖3a及3b展示根據(jù)各種實施例的示范性停車場幾何形狀；
[0010]圖4展示根據(jù)各種實施例的示范性導航平臺的框圖；且[0011]圖5展示根據(jù)各種實施例的方法的流程圖。
[0012]符號及命名
[0013]在以下說明及權(quán)利要求書通篇中使用特定術(shù)語來指代特定系統(tǒng)組件。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，公司可用不同名稱來指代組件。此文檔并不打算在名稱而非功能不同的組件之間進行區(qū)分。在以下論述中及在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包含(including)”及“包括(comprising)”以開放式方式而使用且因此應(yīng)解釋為意味著“包含但不限于…”。此外，術(shù)語“稱合(couple或couples) ”打算意味著間接電連接或直接電連接。因此,如果第一裝置耦合到第二裝置，那么所述連接可通過直接電連接或通過經(jīng)由其它裝置及連接的間接電連接。
【具體實施方式】
[0014]以下論述涉及本發(fā)明的各種實施例。盡管這些實施例中的一者或一者以上可是優(yōu)選的，但所揭示的實施例不應(yīng)解釋為或以其它方式使用為限制本發(fā)明的范圍(包含權(quán)利要求書)。另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，以下說明具有廣泛應(yīng)用且任何實施例的論述僅意味著是所述實施例的示范性，且并不打算暗示將本發(fā)明的范圍(包含權(quán)利要求書)限制于所述實施例。
[0015]個人電子裝置(例如蜂窩式電話、個人數(shù)字助理(PDA)、個人導航裝置(PND)等等)可包含提供加速度計及陀螺儀數(shù)據(jù)的微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器，所述數(shù)據(jù)可在缺少全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號的情 況下用于使用航位推測法來導航。航位推測法通過使用先前所確定位置(例如，使用GNSS)及基于已知或所估計速度及偏航率(即，由MEMS傳感器所計算的那些速度及偏航率)來推進先前位置而計算當前位置。然而，MEMS傳感器校準質(zhì)量是不高的且因此隨時間的傳感器偏移(明確地說，陀螺儀傳感器的偏航偏差)影響基于來自所述傳感器的數(shù)據(jù)的導航，此產(chǎn)生其中有意義的航位推測法導航是可能的有限時間量?；贛EMS傳感器的航位推測法導航是可接受地準確的時間可大約小于一分鐘。
[0016]個人電子裝置可與基于車輛的(例如，基于汽車的)傳感器(例如，經(jīng)由車載診斷(OBD)或控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)接口)通信，所述基于車輛的傳感器包含較高質(zhì)量的車輛速度及陀螺儀傳感器。汽車傳感器可類似地用于航位推測法導航且由于其的較高質(zhì)量，因此在傳感器偏移不利地影響基于來自汽車傳感器的數(shù)據(jù)的導航之前，保持準確達較長時間周期。然而，甚至在汽車傳感器的情形中，陀螺儀傳感器的偏航偏差(舉例來說，以偏移的度/秒為單位所測量)可在特定時間周期內(nèi)產(chǎn)生大航向誤差。作為此偏航偏差的結(jié)果，基于傳感器的航位推測法導航是可接受地準確的時間可大約小于兩分鐘。在上述情形兩者中，航位推測法導航的長周期對偏航偏差中的甚至小誤差也是敏感的。舉例來說，0.1度/秒的未計及偏航偏差在10分鐘內(nèi)產(chǎn)生60度航向誤差。因此，根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，將盲估計技術(shù)應(yīng)用于來自傳感器的數(shù)據(jù)以校正傳感器偏差值。
[0017]根據(jù)各種實施例，由于沿幾個方向橫穿大部分距離的事實，因此在例如多層停車場的區(qū)域中可能做出導航。在此些區(qū)域中，由于GNSS信號難以接收，因此需要高質(zhì)量的航位推測法導航性能。此處所揭示的技術(shù)還可用于在其它情景中的導航，例如其中上文所提及的性質(zhì)可能為真的“城市峽谷”。
[0018]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖la，根據(jù)各種實施例展示導航系統(tǒng)100。導航系統(tǒng)100展示為包括汽車傳感器102，所述汽車傳感器包含車輛速度傳感器104及陀螺儀傳感器106。車輛速度傳感器104可基于車輛的車輪中的一者或一者以上的旋轉(zhuǎn)速率而測量相關(guān)聯(lián)車輛的速度。陀螺儀傳感器106測量車輛的偏航率以確定車輛相對于初始方向的方向。如上文所闡釋，在與車輛(未展示)相關(guān)聯(lián)的GNSS裝置不接收足以產(chǎn)生導航信息的GNSS信息的情況中，在航位推測法導航的短周期內(nèi)可使用由傳感器104、106所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。汽車傳感器102展示為耦合到通信接口 108，所述通信接口可包括如此項技術(shù)中已知的無線或有線接口。
[0019]導航系統(tǒng)100還包括個人電子裝置110。個人電子裝置110可是旅客的蜂窩式電話、PDA或類似物。另外，在一些實施例中，個人電子裝置110可是存在于一些車輛中的內(nèi)置導航系統(tǒng)。個人電子裝置包括通信接口 112，所述通信接口可以通信方式耦合到通信接口108，使得可在汽車傳感器102與個人電子裝置110之間交換數(shù)據(jù)。通信接口 112類似地包括如此項技術(shù)中已知的與通信接口 108兼容的無線或有線接口。個人電子裝置110可還包括加速度計114及陀螺儀傳感器116。加速度計114可耦合到基于所測量加速度而確定速度值的處理元件。陀螺儀傳感器116可類似于陀螺儀傳感器106。如上文所闡釋，傳感器114、116的校準質(zhì)量可較差且因此傳感器114、116易于隨時間漂移。根據(jù)各種實施例，個人電子裝置110還包括導航平臺118。
[0020]圖1b進一步詳細展示導航平臺118的實施例。導航平臺118包含偏航偏差引擎120及導航引擎122。另外，數(shù)據(jù)儲存庫124可耦合到偏航偏差引擎120及導航引擎122。偏航偏差引擎120接收來自傳感器104、106、114、116中的一者或一者以上的傳感器數(shù)據(jù)，且基于所述傳感器數(shù)據(jù)而計算隨用于若干可能偏航偏差值(例如，從-0.1度/秒到0.1度/秒的0.01度/秒步長)的方向而變的行進的距離。從傳感器104、106、114、116所接收的數(shù)據(jù)可存儲于偏航偏差引擎120存取的數(shù)據(jù)儲存庫124中。在一些實施例中,偏航偏差引擎120可應(yīng)用預處理步驟來將所有行進方向映射到(舉例來說)0度到90度。此稱為“圍包”函數(shù)，下文將進一步詳細闡釋所述“圍包”函數(shù)。
[0021]根據(jù)各種實施例，偏航偏差引擎120選擇使沿行進方向中的一者或一者以上所行進的距尚最大化的偏航偏差值。所述選定偏航偏差值是“正確”(或最佳估計)偏航偏差值，這是因為所行進的大部分距離(例如，在停車場中)將是沿用于Θ的相對幾個值的圍包(Θ)的方向。舉例來說，在矩形停車場中，小汽車可沿O度、90度、180度及270度的方向行進；對于Θ的這些值中的每一者，圍包(Θ)為O。因此,在預處理適于施加圍包函數(shù)的情況中，隨用于正確偏航偏差值的方向而變的行進的距離的所得計算在θ =O時將具有大值。然而，不正確偏航偏差值將不產(chǎn)生沿行進方向中的一者或一者以上所行進的距離的相同最大化。
[0022]在本發(fā)明中，盡管通常稱為計算沿特定方向所行進的距離，但可是以下情形:實際上針對以特定方向為中心的行進的小間隔來計算所行進的距離。舉例來說，將行進方向劃分成“格段”可簡化偏航偏差引擎120的計算復雜性，下文將進一步詳細闡釋所述格段。另夕卜，由于車輛的人為操縱中的自然變化，因此甚至在沿大體上筆直路徑行進期間，車輛也可偏離精確航向。
[0023]轉(zhuǎn)到圖2，根據(jù)各種實施例展示隨用于偏航偏差的變化值的方向而行進的距離的多個曲線的示范性圖形表示200。如所展示，將圍包函數(shù)施加到行進方向，且曲線圖200展示在X軸上各自對應(yīng)于圍包(Θ)的所得值的子集的“格段”的群組。曲線202展示為相對于其它曲線204具有至少兩個明顯峰值。如上文所闡釋，與曲線202相關(guān)聯(lián)的偏航偏差值是正確偏航偏差值，這是因為以格段14中發(fā)現(xiàn)的航向行進的距離是最大化的。其它曲線204中沒有一者顯示沿特定航向所行進的距離的此最大化，且因此與其它曲線204相關(guān)聯(lián)的偏航偏差值不是對偏航偏差的良好估計。
[0024]返回參考圖lb，導航引擎122可將由偏航偏差引擎120所選擇的偏航偏差值施加到從陀螺儀傳感器106、116中的一者或一者以上所接收的數(shù)據(jù)。導航引擎122還可基于來自傳感器104、106、114、116的具有所施加偏航偏差值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。導航信息可經(jīng)由個人電子裝置110上的圖形用戶接口(未展示)、車輛中的車載顯示器或類似物而顯示。
[0025]根據(jù)各種實施例，一旦從傳感器104、106、114、116集聚一定量的數(shù)據(jù)(例如,其中所述數(shù)據(jù)至少暫時地存儲于數(shù)據(jù)儲存庫124中)，偏航偏差引擎120便可應(yīng)用上文所描述的盲估計技術(shù)。舉例來說，如上文所闡釋，MEMS傳感器114、116或汽車傳感器104、106保持準確達至少約一分鐘，從而使得能夠在由偏航偏差引擎120應(yīng)用盲估計技術(shù)之前集聚充分數(shù)據(jù)來確定陀螺儀傳感器106、116的偏航偏差。因此，偏航偏差引擎120可在已集聚初始量的數(shù)據(jù)之后實時地應(yīng)用盲估計技術(shù)，且盡管缺少GNSS信號，但導航引擎122仍可使用偏航偏差估計來提供準確的實時導航。
[0026]在其中可利用來自汽車傳感器104、106的數(shù)據(jù)的示范性駕駛應(yīng)用中，由于汽車傳感器104、106具有較高質(zhì)量，因此導航引擎122可忽略來自傳感器114、116的數(shù)據(jù)。因此，當實施本文中所描述的技術(shù)時，偏航偏差引擎120使用來自陀螺儀傳感器106的偏航率數(shù)據(jù)來確定行進方向及使用來自速度傳感器104的速度數(shù)據(jù)來確定所行進的距離。然而，基于特定平臺上的實際傳感器可用性，各種其它組合是可能的。舉例來說，如果無權(quán)使用來自車輛的陀螺儀數(shù)據(jù)，那么可替代地使用來自陀螺儀傳感器116的數(shù)據(jù)。類似地，在缺少來自速度傳感器104的數(shù)據(jù)的情況下，可替代地使用基于加速度計114所計算的速度。
[0027]以下闡釋上文所描述的盲估計技術(shù)的特定數(shù)學及算法基礎(chǔ)。出于闡釋目的，讓滬⑴及s (t)表示來自汽車傳感器104、106的原始偏航率讀數(shù)(度/秒)及速度讀數(shù)(米/秒)。在不失一般性的情況下，假設(shè)每幾秒(t = 0、1、2、…、N)可獲得一次所述讀數(shù)。讓外ias為偏航率的所假定偏差。
[0028]針對所假定偏差所校正的偏航率讀數(shù)沖)經(jīng)計算為#c(t)=沖)+外ias，其中t = O、1、2、...、Ν。接著，表示小汽車在任何時間t的方向的角度Θ⑴經(jīng)計算為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于使用速度傳感器及偏航率傳感器來導航的方法，其包括: 針對多個誤差參數(shù)值中的每一者計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的距離；選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值； 將所述選定誤差參數(shù)值施加到來自所述偏航率傳感器的數(shù)據(jù)；及基于來自所述速度傳感器的數(shù)據(jù)及來自所述偏航率傳感器的具有所述所施加誤差參數(shù)值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括:在計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的所述距離之前，施加圍包函數(shù)以將所述多個行進方向中的每一者映射到所述多個行進方向的子集并使用所述多個行進方向的所述子集來計算所行進的所述距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇使所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值進一步包括:選擇使沿任何單一行進方向所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括:在選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值之前使用航位推測法來導航。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括:選擇性地忽略來自所述速度傳感器及所述偏航率傳感器的構(gòu)成與直線運動的偏離的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括:基于來自高度計的數(shù)據(jù)而識別海拔高度改變并至少部分地基于所述所識別海拔高度改變而導航。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述誤差參數(shù)包括選自由以下各項組成的群組的至少一者:偏航偏差值、陀螺儀增益值、偏航偏差率值、陀螺儀增益率值及積累的偏航值。`
8.—種導航系統(tǒng),其包括: 速度傳感器； 偏航率傳感器； 誤差參數(shù)引擎，其用以: 針對多個誤差參數(shù)值中的每一者計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的距離；及選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值；及 導航引擎，其用以: 將所述選定誤差參數(shù)值施加到來自所述偏航率傳感器的數(shù)據(jù)；及基于來自所述速度傳感器的數(shù)據(jù)及來自所述偏航率傳感器的具有所述所施加誤差參數(shù)值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導航系統(tǒng)，其中在所述誤差參數(shù)引擎計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的所述距離之前，所述誤差參數(shù)引擎施加圍包函數(shù)以將所述多個行進方向中的每一者映射到所述多個行進方向的子集并使用所述多個行進方向的所述子集來計算所行進的所述距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導航系統(tǒng)，其中所述誤差參數(shù)引擎選擇使沿任何單一行進方向所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導航系統(tǒng)，其中所述導航引擎在所述通過所述誤差參數(shù)引擎選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值之前使用航位推測法來導航。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導航系統(tǒng)，其中所述誤差參數(shù)引擎選擇性地忽略來自所述速度傳感器及所述偏航率傳感器的構(gòu)成與直線運動的偏離的數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導航系統(tǒng)，其進一步包括高度計，其中所述導航引擎用以基于來自所述高度計的數(shù)據(jù)而識別海拔高度改變并至少部分地基于所述所識別海拔高度改變而導航。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導航系統(tǒng)，其中所述誤差參數(shù)包括選自由以下各項組成的群組的至少一者:偏航偏差值、陀螺儀增益值、偏航偏差率值、陀螺儀增益率值及積累的偏航值。
15.一種非暫時性計算機可讀媒體，其含有在由處理器執(zhí)行時致使所述處理器進行以下操作的指令: 針對多個誤差參數(shù)值中的每一者計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的距離； 選擇使沿所述行進方向中的一者或一者以上所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值； 將所述選定誤差參數(shù)值施加到來自偏航率傳感器的數(shù)據(jù)；及 基于來自速度傳感器的數(shù)據(jù)及來自所述偏航率傳感器的具有所述所施加誤差參數(shù)值的數(shù)據(jù)使用航位推測法來導航。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計算機可讀媒體，其中所述指令在由所述處理器執(zhí)行時進一步致使所述處理器:在計算在多個行進方向中的每一者內(nèi)所行進的所述距離之前，施加圍包函數(shù)以將所述多個行進方向中的每一者映射到所述多個行進方向的子集并使用所述多個行進方向的所述子集來計算所行`進的所述距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計算機可讀媒體，其中所述指令在由所述處理器執(zhí)行時進一步致使所述處理器:選擇使沿任何單一行進方向所行進的所述距離最大化的所述誤差參數(shù)值。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計算機可讀媒體，其中所述指令在由所述處理器執(zhí)行時進一步致使所述處理器:選擇性地忽略來自所述速度傳感器及所述偏航率傳感器的構(gòu)成與直線運動的偏離的數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計算機可讀媒體，其中所述指令在由所述處理器執(zhí)行時進一步致使所述處理器:基于來自高度計的數(shù)據(jù)而識別海拔高度改變并至少部分地基于所述所識別海拔高度改變而導航。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述誤差參數(shù)包括選自由以下各項組成的群組的至少一者:偏航偏差值、陀螺儀增益值、偏航偏差率值、陀螺儀增益率值及積累的偏航值。
【文檔編號】G01C21/12GK103791904SQ201310511850
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】桑迪普·拉奧, 德里克·韋恩·沃特斯 申請人:德州儀器公司