DE4125369A1 - Navigationseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Navigationseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die heutigen Navigationseinrichtungen eines welt­ umspannenden (globalen) Positionierungssystems (GPS) sind sehr wirksam in der Positionserfassung von Fahrzeugen wie Schiffen, Flugzeugen und Land­ fahrzeugen. Diese Navigationseinrichtungen können die gegenwärtige Position, Geschwindigkeit od.dgl. eines Fahrzeuges bestimmen oder bestätigen, indem sie von einer Mehrzahl künstlicher Satelliten aus­ gesandte Signale empfangen. Das globale Positionie­ rungssystem ist eine Art satellitenbezogenes Radio­ navigationssystem, das entwickelt wurde zur Bestim­ mung der gegenwärtigen Position eines bewegten Fahrzeuges durch Empfang von Signalen von einer Mehrzahl künstlicher Satelliten (GPS-Satelliten).

Wie bekannt ist, erfolgt die Positionierung durch die GPS-Positionierungseinrichtung normalerweise durch den Empfang von Signalen, die von drei oder mehr GPS-Satelliten ausgesandt wurden. Um die ge­ genwärtige Position eines bewegten Fahrzeuges zu bestimmen, werden die von der Mehrzahl von GPS-Sa­ telliten ausgesandten Signale gleichzeitig von einem GPS-Empfänger empfangen, der an dem Fahrzeug, beispielsweise einem Motorfahrzeug, befestigt ist.

Weiterhin ist eine unabhängige oder sogenannte Po­ sitionierungseinrichtung vom Selbstbestimmungstyp zur Verwendung bei einem Motorfahrzeug bekannt. Diese Positionierungseinrichtung ist im Unterschied zur vorgenannten GPS-Positionierungseinrichtung so angeordnet, daß sie ihre eigene gegenwärtige Posi­ tion anhand von unabhängig erhaltenen Daten be­ stimmt, ohne sich auf andere Daten, die von irgend­ einer externen Einheit, wie von künstlichen Satel­ liten, ausgesandt wurden, zu stützen.

Bei der bekannten, auf einem Motorfahrzeug befe­ stigten Navigationseinrichtung wird ein Erdmagne­ tismus-Sensor als ein Azimutsensor verwendet, der einen Teil eines Eingangsabschnittes für ein unab­ hängiges Navigationssignal bildet; jedoch kann ab­ hängig von einer magnetischen Umgebung ein Magneti­ sierungsphänomen auftreten, wodurch wiederum Pro­ bleme entstehen, die zu einem Fehler in der berech­ neten gegenwärtigen Position des Motorfahrzeuges führen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, die bei den bekannten Navigationseinrichtun­ gen auftretenden Probleme zu beseitigen und eine an einem Motorfahrzeug befestigte Navigationseinrich­ tung zu schaffen, bei der eine Fehlerkorrektur für einen Azimutsensor durchgeführt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebe­ nen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der er­ findungsgemäßen Navigationseinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine an einem Motorfahrzeug befestigte Navigations­ einrichtung gemäß der Erfindung umfaßt einen Ein­ gangsabschnitt mit einer GPS-Navigationssignal-Ein­ gangsschaltung zur Eingabe von auf der GPS-Positio­ nierung basierenden Daten, einen Azimutsensor und einen Abstandssensor zur Bildung unabhängiger Navi­ gationssignal-Eingangsabschnitte für die Eingabe von auf die gegenwärtige Position des Motorfahrzeu­ ges und eines Azimuts von diesem bezogenen, auf der Navigation vom Selbstbestimmungstyp basierenden Daten, und eine Steuereinheit zur Durchführung einer geforderten Verarbeitung, um die gegenwärtige Position des Motorfahrzeuges auf der Grundlage der durch die Eingangsabschnitte erhaltenen Daten zu bestimmen.

Gemäß der Erfindung wird die Fehlerkorrektur für den Azimutsensor, der einen Teil des Eingangsab­ schnittes für die Eingabe des unabhängigen Naviga­ tionssignals darstellt, durchgeführt, indem ein Ausgangssignal der in der Navigationseinrichtung enthaltenen Steuereinheit zurückgeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Navigationsein­ richtung,

Fig. 2 ein detaillierteres Blockschaltbild der Navigationseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein die Arbeitsweise der Navigationsein­ richtung nach Fig. 1 erläuterndes Dia­ gramm, und

Fig. 4 ein Flußdiagramm der von der Navigations­ einrichtung nach Fig. 1 durchgeführten Operation.

Gemäß Fig. 1 ist eine Positionsbewertungseinheit 1, die die gegenwärtige Position des Motorfahrzeuges bewertet, mit einer Anzeigesteuereinheit 2 verbun­ den. Die Anzeigesteuereinheit 2 dient zur Anzeige geographischer Daten in bezug auf die gegenwärtige Position des Motorfahrzeuges unter Verwendung einer Anzeigeeinheit 4, und hierfür benötigte geographi­ sche Daten, die in einer Speichereinheit 3 gespei­ chert sind, werden ausgewählt und auf der Anzeige­ einheit 4 dargestellt.

Fig. 2 zeigt genauer den wesentlichen Teil der Na­ vigationseinrichtung nach Fig. 1. Hierin sind ein GPS-Eingangsabschnitt 11, ein Azimutsensor 12 und ein Abstandssensor 13 vorgesehen zur Eingabe von die gegenwärtige Position des Motorfahrzeuges be­ treffenden Informationen, und die verschiedenen eingegebenen Daten, die von den Sensoren zugeführt werden, werden zu einem geeigneten Microcomputer mit einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 21 ge­ liefert zur Bewertung der gegenwärtigen Position des Motorfahrzeuges; diese Anordnung entspricht der Positionsbewertungseinheit 1 in Fig. 1. Weiterhin entspricht die Zentralverarbeitungseinheit 21 zu­ sammen mit einem zwischen dieser und dem Azimutsen­ sor 12 angeordneten Digital/Analog-Wandler 22 der Anzeigesteuereinheit 2 in Fig. 1. Ein Speicher 31 mit wahlfreiem Zugriff dient zur Speicherung von Zwischendaten, die frei gelesen oder eingeschrieben werden können und die die Ergebnisse von Zwischen­ operationen sowie in der Endstufe auszugebende oder anzuzeigende Ergebnisse darstellen. Ein Programm- Festwarespeicher 32 ist vorgesehen zur Speicherung der verschiedenen, von der Zentralverarbeitungsein­ heit 21 auszuführenden Programme. Die Speicher 31 und 32 entsprechen der Speichereinheit 3 in Fig. 1. Obgleich in Fig. 2 nicht gezeigt, kann eine der Anzeigeeinheit 4 in Fig. 1 entsprechende Dünn­ schichttransistor-Flüssigkristall-Anzeigeeinheit vorgesehen sein.

Fig. 3 enthält ein Diagramm zur Darstellung der Arbeitsweise des beschriebenen Ausführungsbei­ spieles. Die erforderliche Korrektur wird anhand von Fig. 3 erläutert, wenn ein Erdmagnetismus-Sen­ sor als Azimutsensor 12 eingesetzt wird.

Der Erdmagnetismus-Sensor befindet sich auf einem Ort des Kreises A, wenn keine Magnetisierung vor­ liegt.

Das heißt, ein zu messender Punkt (xA, yA) wird durch die Gleichung eines Kreises um eine ursprüng­ liche Vorspannung (CxA, CyA) des Erdmagnetismus- Sensors als Mittelachse gegeben.

Sinngemäß ist, da der Radius des Kreises A durch den Erdmagnetismus-Sensor auf R festgelegt ist, die Gleichung des Kreises wie folgt:

(xA - CxA)² + (yA - CyA)² = R²,

worin
xA = R cos R + CxA
yA = R sin R + CyA.

• (1) Wenn ein zu messender Punkt (xB, yB) in der Nähe des Kreises A liegt, oder wenn er gegeben ist durch: R1² < (xB - Cx)² + (yB - Cy)² < R2²,dann wird ein Azimut Φ durch das GPS erhalten, und es wird angenommen, daß der Punkt auf dem Ort des Kreises A liegt; daher wird ein Azimutvektor (xC, yC) für das GPS gegeben durch:
  xC = R cos Φ + CxA
  yC = R sin Φ + CyA.
  • (1.1) Wenn der zu messende Punkt (xB, yB) gleich dem GPS-Azimutvektor (xC, yC) ist, dann wird davon ausgegangen, daß der Erdmagnetismus-Sensor normal arbeitet.
    Azimutdaten werden durch die folgende Gleichung eines Kreises mit dem Radius R und dem Mittelpunkt (CxA, CyA) gegeben: (xB - CxA)² + (yB - CyA)² = R²,worin
    xB = R cos R + CxA
    yB = R sin R + CyA,
    womit (xB, yB) oder R ausgegeben werden.
  • (1.2) Wenn der zu messende Punkt (xB, yB) ver­ schieden vom GPS-Azimutvektor (xC, yC) ist, wird festgestellt, daß ein Fehler im Erdmagnetismus-Sen­ sor auftritt und die folgende Korrektur wird durch­ geführt.
    Es wird ein Kreis B mit dem Radius R und einem Mit­ telpunkt (xB, yB) definiert. Es wird angenommen, daß (CxB, CyB) eine unbekannte Größe ist (Variable der Spur). Der fragliche Punkt befindet sich auf einem wie folgt bestimmten Kreis: (xB - CxB′)² + (yB - CyB′)² = R²,worin
    CxB′ = R cos K + xB
    CyB′ = R sin K + yB.
    Da der Azimut von Φ durch das GPS gegeben ist, kann durch Einsetzen von K=Φ+π der Punkt (CxB, CyB) auf dem Kreis B wie folgt festgelegt werden:
    CxB = -R cos Φ + xB
    CyB = -R sin Φ + yB.
    Der erhaltene Punkt (CxB, CyB) bildet den Mittel­ punkt für den korrigierten Erdmagnetismus-Sensor.
    Demgemäß befindet sich durch Annahme eines Kreises C mit einem Radius R um den Mittelpunkt (CxB, CyB) der vom korrigierten Erdmagnetismus-Sensor zu mes­ sende Punkt (xB, yB) an einem Ort, der durch die folgende Gleichung für einen Kreis C definiert ist:(xB - CxB)² + (yB - CyB)² = R²worin
    xB = R cos R + CxB
    yB = R sin R + CyB.
    Unterscheidung eines dynamischen Bereiches:
    • (1.2.1) Wenn
      0 < R + CxB < x_max, und
      0 < R + CyB < y_max.
      Die folgende Gleichung eines Kreises mit einem Ra­ dius R um den Mittelpunkt (CxB, CyB) ist gegben durch (xB - CxB)² + (yB - CyB)² = R²,worin
      xB = R cos R + CxB
      yB = R sin R + CyB,
      womit (xB, yB) oder R als Ergebnis ausgegeben wer­ den.
    • (1.2.2) Wenn
      -R + CxB ≦ 0, oder
      R + CxB ≧ x_max
      oder
      -R + CyB ≦ 0, oder
      R + CyB ≧ y_max,
      dann erfolgt eine Fehleranzeige, und es wird eine Korrekturspannung von außen angelegt, so daß der Punkt (CxB, CyB) gegeben ist durch CxB = CxA, und CyB = CyA.
• (2) Der zu messende Punkt B befindet sich nicht in der Nähe des Kreises A.
  Es erfolgt die Fehleranzeige.
  Es ist der Mittelpunkt eines imaginären Kreises zu finden, von dem ein Ort durch den zu messenden Punkt B geht [in gleicher Weise wie im Fall (1.2)]. Somit sind
  CxB = -R cos Φ + xB
  CyB = -R sin Φ + yB,
  wodurch eine Korrekturspannung von außen angelegt wird, so daß CxB = CxA, und CyB = CyAerhalten werden.

Wie aus dem Flußdiagramm in Fig. 4, das die Ar­ beitsweise beim vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellt, ersichtlich ist, kann, wenn der Erd­ magnetismus-Sensor als Azimutsensor bestimmt ist, der einen Teil des Eingangsabschnittes für das Na­ vigationssignal vom Selbstbestimmungstyp bildet, eine genaue Fehlerkorrektur auf der Grundlage von geforderten GPS-Daten durchgeführt werden, selbst wenn durch die Magnetisierung des Motorfahrzeugkör­ pers bewirkte Fehler auftreten, und eine hohe Ge­ nauigkeit kann bei der Positionierung erreicht wer­ den.

Nach der Ingangsetzung der Navigationseinrichtung (Schritt S41) wird im Schritt S42 bestimmt, ob ein zu messender Punkt in der Nähe des Kreises A ist oder nicht. Wenn er es nicht ist, dann geht das Programm zum Schritt S45 über, während, wenn er es ist, der GPS-Azimutvektor (x_GPS, y_GPS) oder (xC, yC) im Schritt S43 berechnet wird und das Programm zum Schritt S44 weitergeht. Im Schritt S44 wird dann geprüft, ob der Punkt (xB, yB) mit dem GPS-Azimut­ vektor (x_GPS, y_GPS) übereinstimmt oder nicht. Besteht Übereinstimmung, wird bestimmt, daß der Erdmagne­ tismus-Sensor normal arbeitet und (xB, yB) oder einen Azimut R ausgibt, während, wenn keine Uber­ einstimmung besteht, bestimmt wird, daß ein Fehler im Erdmagnetismus-Sensor vorliegt, und ein neuer Mittelpunkt (CxB, CyB) eines Kreises C mit dem Ra­ dius R berechnet wird, der neue Azimutdaten durch den korrigierten Erdmagnetismus-Sensor liefert. Es wird dann im Schritt S46 bestimmt, ob der Kreis B innerhalb des maximalen dynamischen Bereiches des Erdmagnetismus-Sensors liegt. Wenn dies der Fall ist, wird der Kreis C mit dem neuen Mittelpunkt (CxB, CyB) zur Erzeugung der Azimutdaten verwendet, während, wenn dies nicht der Fall ist, bestimmt wird, daß ein Fehler vorliegt, und im Schritt S48 der Mittelpunkt (CxB, CyB) den Mittelpunkt (CxA, CyA) gleichgesetzt wird, indem eine Korrekturspan­ nung von außen für die weitere Berechnung angelegt wird.

Wie beschrieben wurde, kann gemäß der Erfindung, selbst wenn der Erdmagnetismus-Sensor als Azimut­ sensor eingesetzt wird, der einen Teil des Ein­ gangsabschnittes für das Navigationssignal vom Selbstbestimmungstyp bildet, ein durch die magneti­ sche Umgebung innerhalb des Motorfahrzeuges einge­ führter, die gegenwärtige Position betreffender Fehler angemessen korrigiert werden.

Claims (7)

1. Auf einem Fahrzeug angeordnete Navigationsein­ richtung, gekennzeichnet durch
eine Eingabevorrichtung (11) für ein globales Posi­ tionierungssystem (GPS) zur Bildung eines GPS-Navi­ gationssignal-Eingangsabschnittes für die Eingabe von auf der GPS-Positionierung beruhenden Daten,
eine Sensorvorrichtung (12, 13) zur Bildung eines Eingangsabschnittes für unabhängige Navigationssi­ gnale für die Eingabe von auf die gegenwärtige Po­ sition und den Azimut eines Motorfahrzeuges bezoge­ nen Daten, basierend auf der Positionierung nach dem Selbstbestimmungstyp, und
eine Steuervorrichtung (21) zur Durchführung eines geforderten Prozesses für die Bestimmung der gegen­ wärtigen Position des Motorfahrzeuges unter Verwen­ dung jeder der genannten Daten,
wodurch eine Fehlerkorrektur der Sensorvorrichtung (12, 13) erfolgt, indem ein Ausgangssignal der Steuervorrichtung (21) zurückgeführt wird.

2. Navigationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorvorrichtung aus einem Azimutsensor (12) und einem Abstandssen­ sor (13) besteht.

3. Navigationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Azimutsensor (12) ein Erdmagnetismus-Sensor ist.

4. Navigationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Steuervorrichtung (21) über einen Digital/Analog- Wandler (22) zu der Sensorvorrichtung (12, 13) zu­ rückgeführt wird.

5. Navigationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß ein Speicher (3) zur Speicherung geographischer Daten vorgesehen ist.

6. Navigationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung (4) vorgesehen ist zur Anzeige der berechneten ge­ genwärtigen Position des Fahrzeuges und geographi­ scher Umgebungsdaten.

7. Navigationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (4) eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit enthält.