DE3439000A1

DE3439000A1 - Koppelnavigationseinrichtung

Info

Publication number: DE3439000A1
Application number: DE19843439000
Authority: DE
Inventors: Paul Dr.rer.nat. 6900 Heidelberg Müller
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1986-04-30

Description

Koppelnavigationseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Koppelnavigationseinrichtung zur Bestimmung der Position von Landfahrzeugen mit einem Kursreferenzgerät, welches den Kurswinkel des Fahrzeugs, bezogen auf eine Referenzrichtung, ermittelt, einen Weggeber zur Erzeugung eines Wegstgnals und einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Fahrzeugposition.
Aus der DE-OS 31 43 234 ist ein Navigationsverfahren mit den obengenannten Merkmalen bekannt. Dort wird zusätzlich zu der Längsbewegung und der Kursrichtung des Fahrzeugs noch Nick- und Rollbewegungen gemessen und aus diesen Bewegungen auf die Beschaffenheit des Fahrwegs geschlossen. Aufgrund der ermittelten Beschaffenheit kann das Weggebersignal entsprechend korrigiert werden, d.h., z.B.
starke Nick- und Rollbewegungen werden als erhöhter Radschlupf gedeutet. Keine oder nur geringfügige Nick- oder Rollbewegungen zeigen eine gut ausgebaute Straße und damit geringen Radschlupf an. Durch dieses Verfahren soll die Positionsbestimmung verbessert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß noch andere Fehlergrößen eine entscheidende Rolle bei der exakten Bestimmung der Fahr- zeugposition spielen. So ist z.B. der Neigungswinkel der Längsachse des Fahrzeugs zur Bezugshöhe eine Größe, die mit einem geeigneten Kompensationsverfahren zur Verbesserung der Navigationsgenauigkeit beitragen kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Koppelnavigationseinrichtung zur Bestimmung der Position von Landfahrzeugen zu schaffen, die neben den x, y-Koordinaten der Position noch die z-Koordinate zur verbesserten Positionsbestimmung verwendet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Speicher vorgesehen ist, in welchem Daten des Höhenlinienprofils des zu befahrenden Gebiets abgespeichert sind, - daß ein Höhenmesser zur Angabe der Höhe des Fahrzeugs zu einer Bezugshöhe vorgesehen ist, - daß eine Korrekturvorrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen einer Höhenlinie die ermittelte Position und/oder die von dem Höhenmesser gelieferten Signale korrigiert.
Diese Aufgabe kann auch dadurch gelöst werden, daß bei Verwendung eines Neigungsmessers aus dem Signal des Neigungsmessers durch Integration die Höhe des Fahrzeugs zu einer Bezugshöhe ermittelt wird, - daß ein Speicher vorgesehen ist, welchem Daten des Höhenlinienprofils des zu befahrenden Gebiets abgespeichert sind und - daß eine Korrekturvorrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen einer Höhenlinie die ermittelte Position und/oder die von dem Neigungsmesser gelieferten Signale korrigiert.
in einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur kontinuierlichen Überwachung und Verarbeitung der Höhenangaben diese zwischen den Höhenlinien mittels der Neigungs- oder Höhenmessersignale zu interpolieren. Es wird weiter vorgeschlagen, ähnlich einer Stadtplanstützung wenigstens Teile der Straßenverbindungen des zu befahrenden Gebiets, z.B. nur die Hauptverbindungsstraßen, abzuspeichern. Die aus der Koppelnavigation ermittelten Positionsdaten können nun, sofern sich das Fahrzeug auf einer abgespeicherten Straße befindet, mit den abgespeicherten Daten verglichen und bei einer festgestellten Abweichung eine automatische Korrektur vorgenommen werden. Hat das Fahrzeug eine abgespeicherte Straße verlassden und nach einer bestimmten Zeit eine andere abgespeicherte Straße wieder erreicht, kann durch den Vergleich des aus den auflaufenden Positionsdaten gebildeten Fahrwegprofils und dem Profil der abgespeicherten Straßenverbindungen eine automatische Positionsfindung des Fahrzeugs auf den abgespeicherten Straßen vorgenommen werden. Diese Verfahren laufen ohne Überwachung oder Steuerung durch den Fahrer ab und führen zu guten Navigationsergebnissen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Anpassung der Positionsdaten und gleichzeitig eine Anpassung der Korrekturwerte, wie Kreiseldrift, Wegfehler u.ä., dadurch vorzunehmen, daß mit dem Fahrzeug ein bekannter geodätischer Punkt oder ein Meßpunkt angefahren wird. Dessen Positionsdaten werden dann als Absolutwerte eingegeben. Gleichzeitig kann an diesem Punkt - vorausgesetzt dessen Höhe ist bekannt - auch die Höhenanzeige korrigiert werden. Es hat sich gezeigt, daß bei Fahrten in höhenmäßig unterschied- lichem Gelände ein Wegfehler entsteht, da die Fahrweglänge nicht mit der Fahrweglänge in der Projektion, die ja für die Positionsdaten maßgeblich ist, übereinstimmt.
Zur Korrektur des Wegfehlers eignet sich besonders der von dem Neigungssensor gebildete Neigungswinkel des Fahrzeugs in der Längsachse oder auch das von dem Höhenmesser gelieferte und differenzierte Signal.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das gesamte oder Teile des Meßsystems durch ein Kalman-Filter nachzubilden und Schätzwerte für die Position oder Korrekturwerte der ermittelten Position zu bilden. Damit ist eine weitere wesentliche Verbesserung der Navigationsgenauigkeit zu erwarten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 - den Aufbau einer Navigationseinrichtung, Fig. 2 - die Darstellung einer Fahrstrecke in einer Karte mit Höhenangaben.
Die Navigationseinrichtung enthält als Sensorelemente ein Kursreferenzgerät 1, beispielsweise eine Erdfel dsonde oder einen Kurskreisel, einen Weggeber 2 und einen Höhensensor 3, beispielsweise einen barometrischen Höhenmesser. Dieser ist über den Eingang HFix abgleichbar. Anstelle des Höhensensors ist auch ein Neigungssensor anwendbar, aus dessen Signal durch Integration ebenfalls ein Höhensignal gewonnen werden kann. Das Wegsignal S des Weggebers 2, das Kurssignal 0 des Kursreferenzgeräts 1 und das Höhensignal H wird einem Koppel rechner 4 zugeführt, der ausgehend von Bezugsdaten die Ist-Position des Fahrzeugs in x-y-Koordinaten und die Höhe ermittelt und diese Werte einem Vergleicher 5 zuführt. Dem Vergleicher werden außerdem noch Positionsdaten XFjx, YFlx zugeführt, die den Sollkoordinaten eines bekannten Punktes entsprechen. Außerdem ist an dem Vergleicher 5 eine Speichereinrichtung 6 angeschlossen, in welcher Geländehöhendaten oder zur Planstützung notwendige Daten abgespeichert sind. Die Ausgangssignale des Vergleichers 5 sind korrigierte Positionsdaten (XKorr> YKorrs HKorr) und werden einer Anzeigeneinheit 7, beispielsweise einem Kartengerät oder einer numerischen Anzeige zugeführt.
Anhandd der Figur 2 wird die Wirkungsweise der Einrichtung gezeigt.
Das Fahrzeug F mit der dargestellten Navigationseinrichtung befährt die Strecke S, die über einen Höhenzug (hier durch die Höhenlinien dargestellt) zu dem Zielpunkt Z führt. Es sei angenommen, daß zu Beginn der Fahrt die Position, die Höhe und die Fahrzeugausrichtung bekannt sind.
Außerdem sind die Punkte, an denen die Fahrstrecke oder an denen eine Vielzahl von Strecken des zu befahrenden Gebiets eine Höhenlinie durchstoßen mit ihren Koordinaten in der Speichereinrichtung 6 abgespeichert.
Aufgrund der Driftfehler des Kursgebers 1 entsteht mit der Zeit eine fehlerhafte Positlonsanzeige, die Positionsanzeige wandert entsprechend dem Driftfehler-aus, als Fahrtverlauf wird die Strecke S1' angezeigt. Erreicht das Fahrzeug aufgrund der Anzeige eine Höhenlinie, z.B.
hier die Höhenlinie 150, so wird durch einen Vergleich der abgespeicherten Koordinaten mit den angezeigten Positionskoordinaten die Stelle bestimmt, an welcher sich das Fahrzeug befinden muß. Es wird also die abgespeicherte Position (in diesem Fall Position Ps) gesucht, die der angezeigten Ppsition PI am nächsten liegt und anschließend die Anzeige um die Abweichungkorrigiert. Die Korrektur wird unter der Annahme durchgeführt, daß während der Fahrzeit die Höhenanzeige nicht oder durch Klimaschwankungen nur unwesentlich verfälscht wird.
Nach einer anderen Methode werden nicht die Durchstoßpunkte der Strecken mit den Koordinatenwerten abgespeichert, sondern der Verlauf der Höhenlinien. Aus dem Vergleich der abgespeicherten Höhenlinien mit der der angezeigten Höhenlinie entsprechenden Höhe läßt sich die Ist-Position zumindest auf die Linie, die der Höhenlinie entspricht, korrigieren.
Wie auch ein eventuell auftretender Höhenfehler korrigiert werden kann wird nachfolgend erläutert.
Das Fahrzeug fährt nun zu dem Punkt PM, der einen Meßpunkt darstellt und dessen Koordinaten und die Höhe bekannt sind (geodätischer Punkt). Die angezeigte Fahrstrecke S2, ist wiederum Driftfehler- oder Wegfehlerbehaftet. Erreicht das Fahrzeug den Punkt PM, so werden aufgrund der Fehler die Koordinaten des Punktes PI, angezeigt. Nun kann die Anzeige durch Eingabe der Koordinaten Xfix) YFix und der Höhe HFix des Punktes PM auf den Absolutwert korrigiert werden. Die Eingabe der Koordinaten muß nicht unbedingt durch das Einlesen der Zahlenwerte erfolgen. Wird ein Kartengerät als Anzeigeeinheit 7 verwendet, ist eine Koordinaten-Korrektur auch durch ein Verschieben des Leuchtpunktes des Kartengerätes auf die Position PM möglich.
An dem weiteren Fahrtverlauf ist eine zusätzliche Korrekturmöglichkeit durch Streckenprofilvergleich gezeigt.
Hierzu ist eine Abspeicherung bestimmter Straßenzüge, beispielsweise der Hauptverkehrsstraßen, vor Fahrtantritt nötig. Diese Abspeicherung kann in einfacher Weise durch Datenkassetten erfolgen. Da nur die Hauptverkehrsstraßen abgespeichert sind, ist keine große Datenmenge erforderlich. Die inkremental abgespeicherte Hauptverkehrsstraße ist in Fig. 2 mit SH bezeichnet.
Während der Fahrt zwischen dem Punkt PM und dem Auftreffen auf die Strecke SH ist zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Korrekturverfahrens wieder ein Drift- und/ oder Wegfehler eingetragen, d.h., es wird ein Fahrtverlauf S3 angezeigt. Eine oben beschriebene Positionskorrektur an den Höhenlinien ist natürlich auch hier möglich, soll jedoch nicht weiter erwähnt werden. Befindet sich das Fahrzeug auf der abgespeicherten Hauptverkehrsstraße SH, wird durch einen Vergleich des Fahrtverlaufs mit den abgespeicherten Daten festgestellt, welcher abgespeicherte Verlauf dem durch den Koppel rechner 4 gebildeten Verlauf entspricht und bei annähernder Übereinstimmung die tatsächliche Position des Fahrzeugs auf der Strecke SH identifiziert und einen Versatz Q korrigiert.
Es sei noch erwähnt, daß sowohl die Anwendung nur eines der aufgezeigten Korrekturverfahren als auch eine beliebige Kombination zur Verbesserung der Navigationsgenauigkeit möglich ist. Auch eine Ergänzung der Korrekturverfahren durch die allgemein bekannte Kalman-Filterung stellt eine Weiterbildung der Erfindung dar und ist mit einer weiteren Genauigkeitssteigerung verbunden.
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Claims

Patentansprüche Koppelnavigationseinrichtung 1. Koppelnavigationseinrichtung zur Bestimmung der Position von Landfahrzeugen mit einem Kursreferenzgerät welches den Kurswinkel des Fahrzeugs bezogen auf eine Referenzrichtung ermittelt, einen Weggeber zur Erzeugung eines Wegsignals und eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Fahrzeugposition, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher vorgesehen ist, in welchem Daten des Höhenlinienprofils des zu befahrenden Gebiets abgespeichert sind, daß ein Höhenmesser zur Angabe der Höhe des Fahrzeugs zu einer Bezugshöhe vorgesehen ist, daß eine Korrekturvorrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen einer Höhenlinie die ermittelte Position und/oder die von dem Höhenmesser gelieferten Signale korrigiert.
2. Koppelnavigationseinrichtung zur Bestimmung der Position von Landfahrzeugen mit einem Kursreferenzgerät welches den Kurswinnkel des Fahrzeugs bezogen auf eine Referenzrichtung ermittelt, einen Weggeber zur Erzeugung eines Wegsignals, einen Neigungsmesser und eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der Fahrzeugposition, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Signal des Neigungsmessers durch Integration die Höhe des Fahrzeugs zu einer Bezugshöhe ermittelt wird, daß ein Speicher vorgesehen ist, in welchem Daten des Höhenlinienprofils des zu befahrenden Gebiets abgespeichert sind und daß eine Korrekturvorrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen einer Höhenlinie die ermittelte Position und/oder die von dem Neigungsmesser gelieferten Signale korligiert.
3. Koppelnavigationseinrichtung nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels den von dem Neigungs- und/oder Höhenmesser gelieferten Signale die Höhe zwischen den Höhenlinien interpoliert wird.
4. Koppelnavigationseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Speichereinrichtung vorgesehen ist, in welche wenigstens ein Teil der Straßenverbindungen des zu befahrenden Gebiets abgespeichert ist und diese abgespeicherten Daten mit den ermittelten Positionsdaten verglichen werden und die angezeigten Positionsdaten nach dem Kartenstützverfahren korrigiert werden, sofern sich das Fahrzeug auf einer abgespeicherten Straßenverbindung befindet.
5. Koppelnavigationseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der ermittelten Positionsdaten mit den abgespeicherten Straßenverbindungen ein Teil der zuletzt zurückgelegten Wegstrecke in ihrer Struktur mit Strukturen der abgespeicherten Straßenverbindungen verglichen werden.
6. Koppelnavigationseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingabevorrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Positionsdaten eines bekannten Geländepunktes, an dem sich das Fahrzeug befindet, eingegeben werden und damit die angezeigte Position korrigiert wird.
7. Koppelnavigationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Höhenangabe an dem bekanntenn Geländepunkt die Anzeige der Höhe durch Eingabe der Höhenangabe korrigiert wird.
8. Koppelnavigationseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Höhenmesser durch Differentiation gebildeter oder von dem Neigungssensor ermittelter Neigungswinkel zwischen Fahrzeuglängsachse und Horizontale ein Korrektursignal gebildet wird zur Ermittlung der Weglänge in der Projektion.
9. Koppelnavigationseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kalman-Filters, welches das System der Meßeinrichtung nachbildet und Schätzwerte oder Korrekturwerte für die Position bildet.