位置校正设备的制作方法

专利名称：位置校正设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位置校正设备。
背景技术：
传统上，已知来自GPS(全球定位系统，Global Positioning System) 定位的定位结果包含由于传播延迟导致的偏移误差、由于多路径而导致的 定位误差和由于各种因素导致的其它随机误差。
偏移误差主要是由于当GPS信号通过GPS卫星和地球之间的电离层 时的传播延迟而出现。偏移误差总是出现，这是因为主要由电离层引起偏 移误差。误差的程度每时每刻随着电离层的状态而改变。
诸如汽车导航系统的传统设备从FM广播站(所谓的DGPS站)以广播 电波的形式接收关于偏移误差的信息。设备按照所接收的偏移误差信息校 正GPS接收器测量的位置坐标(例如参见专利文件1)。
國专利文件l: H10-2002-185600A
然而，FM接收器需要安^设备上，以实现从FM广播站接收偏移 误差信息并且校正由GPS接收器测量的位置坐标的方法。因此，产品成
当测量点远离FM广播站时，由于周围环境的差别，所述方法在测量 点处的偏移误差和FM广播站的偏移误差之间产生差别。即使从FM广播 站接收到偏移误差信息，接收目的地设备(导航系统)也无法精确地从来自 GPS接收器的定位结果中去除偏移误差。该设备无法精确地检测当前位 置的位置坐标。此外，传统方法根据从FM广播站接收的不精确的偏移误 差信息来校正来自GPS接收器的定位结果。定位精度可能劣化。

发明内容
考虑到上述因素提出本发明。因此，本发明的目的是提供一种位置校
正设备，能够从来自GPS接收器的定位结果中去除偏移误差。
根据本发明的示例，提供如下的位置校正设备。位置信息获取部件被 配置为获取GPS(全球定位系统)接收器测量的位置坐标。道i^:据存储部 件被配置为存储表示建造的道路的位置坐标的道#据。轨迹数据产生部 件被配置为根据所述位置信息获取部件获取的位置坐标产生轨迹数据，所 述轨迹数据表示在过去的指定时段期间所述GPS接收器的多个位置坐 标。道路估计部件被配置为^L据所述道5Mt据存储部件存储的道i2^t据和 所述位置信息获取部件获取的位置坐标，估计所述GPS接收器在过去的 指定时段期间行进的M。偏移误差估计部件被配置为根据在所述道5^f古 计部件估计的路段内的多个点处的位置坐标和所述轨迹数据表示的多个 点处的位置坐标，估计所述GPS接收器测量的位置坐标的偏移误差。校 正输出部件被配置为根据所述偏移误差估计部件估计的偏移误差校正所 述GPS接收器测量的位置坐标，并输出校正后的位置坐标。
根据本发明的另一个示例，提供了一种方法，用于实现上述位置校正 设备的功能。


从下面参考附图进行的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和 优点将变得明显。在附图中
图1是示出根据本发明的实施例的位置检测设备的结构的方框图2是示出位置校正部分的结构的方框图3是示出预处理部分执行的定位精度改善处理的流程图4A是示出系lW殳置图的结构的i兌明图4B是示出如何定义系数之间的量值关系的说明图5A是示出偏移误差估计部分执行的偏移误差估计处理的流程图5B4一"i兌明划分路径的示例的图6A是示出偏移误差估计部分执行的道路估计处理的流程图； 图6B是说明在道路上查找最近点的示例的图； 图7A是示出坐标之间的位置关系的说明图； 图7B是示出向量间的角度的i兌明图8是关于如何计算加权平均值的说明图9A是示出根据本发明的实施例的用于校正定位结果的方法的说曰月 图；以及
图9B是示出相关技术中用于校正定位结果的方法的说明图。
具体实施例方式
参考附图进一步详细地说明本发明的实施例。图l是示出安装在主体 车辆上的位置检测设备l的结构的i兌明图。
如图1所示，根据本发明的实施例的位置检测设备1包括GPS(全球 定位系统)接收器IO、自主导航传感器组20、位置校正部分30、道i^lt据 库40和接口 (1/F)部分50。位置校正部分30也可以称为位置校正设备。
与已知的GPS接收器类似地构造GPS接收器10。 GPS接收器10经 由天线11接收从GPS卫星发送的GPS信号，并从GPS信号中提取GPS 消息。GPS接收器10执行几何操作以根据关于多个(四个或者更多)GPS 卫星的伪距离和卫星轨道信息计算自身设备的位置坐标P。在诸如ENU 坐标系或者ECEF坐标系的三维坐标系内计算位置坐标P。
根据本实施例的GPS接收器10根据GPS信号的多普勒频移量 (Doppler shift quantity)计算自身设备的速度向量V。使用已知方法根据 GPS信号的多普勒频移量计算速度向量V。下面简单描述计算速度向量V 的方法。当计算il^向量V时，该方法根据接收到的消息计算多个(四个 或者更多)GPS卫星的速度向量。该方法还计算从GPS接收器到GPS卫 星的单位方向向量。该方法根据这些向量信息、从每个GPS卫星接收到 的GPS信号的载波频率和要从每个GPS卫星发送的GPS信号的栽波频 率计算自身设备的速度向量V。
GPS接收器10向位置校正部分30输出计算的速度向量V以及自身 设备的位置坐标P。 GPS接收器10输出测量精度信息以及位置坐标P和 速度向量V。测量精度信息表示根据DOP值计算的位置坐标P的测量精 度sp和速度向量V的测量精度￡V。
本实施例不需要关于测量精度sp和sv的精确的信息。可以使用任何 方法来计算测量精度。例如，可以从DOP值和每个GPS卫星和GPS接 收器之间的测量和估计的距离之间的平均差的乘积得到位置坐标P的测 量精度sp。类似地，可以从DOP值和GPS接收器的测量和估计的速度 之间的差的乘积得到速度向量V的测量精度￡V。
自主导航传感器组20包括多个自主导航传感器，诸如车^il度传感 器、加速度传感器、偏航(yaw)率传感器。来自属于自主导航传感器组20 的传感器的输出输入到位置校正部分30。
道^t据库40存储表示特定区域(例如全日本)内的道路的位置坐标 的道iWi:据。ii5Mt据可以替换为在已知的汽车导航系统的地图数据库内 包含的表示il^置和道漆t间的连接关系的链接数据和节点数据。位置 检测设备1可以另外设置路径引导功能，并且可以被构造为汽车导航系 统。
接口部分50与安装在车辆内的各种控制ECU通信。控制ECU包括 用于引擎控制的引擎ECU、用于制动控制的制动ECU和用于转向控制的 转向ECU。接口部分50向控制ECU提供位置检测i史备1检测的车辆的 位置坐标Po。接口部分50被构造为串行接口或者LAN(CAN通信)接口 。 接口部分50向车辆内的控制ECU提供检测到的位置坐标Po。
位置校正部分30从GPS接收器10测量的GPS接收器10的位置坐 标P中去除偏移误差，并经由接口部分50向外部输出校正后的位置坐标 Po。如图2所示具体地构造位置校正部分30。图2是示出位置校正部分 30的详细结构的方才匡图。
如图2所示，位置校正部分30包括自主速度向量计算部分31、预处 理部分33、偏移误差估计部分35和偏移误差去除部分37。
自主速度向量计算部分31连接到包含在自主导航传感器组20内的传 感器。根据来自传感器的输出，自主速度向量计算部分31输出车辆的每 单位时间的位移量值，即车辆的速度向量Vs。自主il;变向量计算部分31 向预处理部分33输出计算的车辆的速度向量Vs。
预处理部分33连接到GPS接收器10和自主速度向量计算部分31。 预处理部分33根据从GPS接收器10获取的位置坐标P、速度向量V、 关于测量精度￡P和￡V的信息和关于从自主速度向量计算部分31获取的 速度向量Vs的信息来校正位置坐标P。预处理部分33向偏移误差估计部 分35和偏移误差去除部分37输出校正后的位置坐标Pc。
具体地，预处理部分33执行图3的定位精度改善处理以校正位置坐 标P。图3是预处理部分33重复执行的定位精度改善处理的流程图。具
体地，预处理部分33以与GPS接收器10的测量周期T和自主速度向量 计算部分31的向量计算周期T同步的周期T重复执行定位精度改善处理。
当开始定位精度改善处理时，预处理部分33从GPS接收器10获取 最近测量的位置坐标P(n)和速度向量V(n)与关于测量精度sp(n)和sv(n) 的信息(S110)。此外，预处理部分33从自主速度向量计算部分31获取关 于最近测量的速度向量Vs(n)的信息(S120)。
附着到MP、 V、 sp、 sv和Vs的后缀(n)表示在最近的周期获取参 数P、 V、 sp、 sv和Vs的值。后缀(n-l)表示在第二最近周期获取参数P、 V、 sp、 sv和Vs的值。
在完成S120中的处理后，预处理部分33处理从GPS接收器10获得 的位置坐标P(n)和速度向量V(n)(S130)。具体地，预处理部分33根据位 置坐标P(n)的最近获取的值P(n-l)和速度向量V(n)的最近获取的值V(n-l) 计算变化3p和8v。
5p叫P(n)-P(n-1)f 5v=|V(n)-V(n-1)|
在计算变化Sp和Sv后，预处理部分33将该处理进行到S140,判断 变化是否大于上限Mp。上限Mp可以在设计阶段被预设为车辆在时 间T经过期间行进的理论最大距离。
当确定变化5p大于上限Mp(S140中的"是，，)时，预处理部分33校正 从GPS接收器10获取的位置坐标P(n)，以满足5p-Mp(S145)。具体地， 预处理部分33将位置坐标P(n)更新为相加前一个值P(n-l)和向量 Mp(P(n)-P(n-")/Sp所得到的值。然后，预处理部分33进行到SK0。
P(n) — P(n-1)+Mp(P(n)-P(n-1))/5p
当确定变化3p小于或者等于上限Mp时(S140中的"否，，)时，预处理 部分33跳过S145中的处理，进行到S150。预处理部分33判断变化Sv 是否大于上限Mv(S150)。可以在设计阶段将上限Mv预设为在时间T的 经过期间车辆的理论最大速度。
当确定变化Sv大于上限Mv(S150中的"是")时，预处理部分33校正 从GPS接收器10获取的速度向量V(n)，以满足Sv = Mv(S155)。具体地，
预处理部分33将速度向量V(n)更新为相加前一个值V(n-l)和向量 Mv-(V(n)-V(iVl))/Sv.所得到的值。然后，预处理部分33进行到S160。
V(n) — V(n-1)+Mv伸)-V(n画")/5v
当确定变化Sv小于或者等于上限Mv(S150中的"否")时，预处理部 分33跳过S155中的处理，进行到S160。
在S160,预处理部分33按照内置的系数设置图将系数Al、 A2和 A3设置为对应于测量精度sp(n)和sv(n)的值。然后，预处理部分33根据 先前计算的位置坐标Pc(n-l)使用下面的方程计算位置坐标Pc(n)(S170)。
Pc(n)=A1P(n)+A2'(Pc(n-1)+V(n).T)+A3(Pc(n-1)+Vs(n)T)
M T等同于定位精度改善处理的执行周期T。 ^ Pc(n)表示最近 的周期的位置坐标Pc。 ^ItPc(n-k)表示在最近的周期之前的第k周期计 算的位置坐标Pc。
在S170，预处理部分33才艮据系数A1、 A2和A3计算位置坐标P(n)、 位置坐标P(n-1)+V(n)T和位置坐标P(n-1)+Vs(n)'T之间的加权平均值。从
GPS接收器10获取位置坐标P(n)。根据速度向量V(n)得到位置坐标 P(n-1)+V(n)T。根据来自自主导航传感器组20的输出得到位置坐标 P(n-1)+Vs(n)T。
在完成计算位置坐标Pc(n)后，预处理部分33向偏移误差估计部分 35和偏移误差去除部分37输出位置坐标Pc(n)(S180)。然后，预处理部分 33结束定位精度改善处理。
在S160，本实施例根据系数设置图动态配置系数A1、 A2和A3。另 外，可以才艮据预定方程动态配置系数Al、 A2和A3。然而，用于配置这 些系数的实际方程依赖于配置测量精度￡P和sv的方法，因此在此不进行 说明。本实施例使用系数设置图来配置系数Al、 A2和A3。参考图4A 和4B说明示例。图4A是示出系数设置图的配置的说明图。图4B是示出 配置系数A1、 A2和A3的方法的说明图，标注有相互之间的量值关系。
如图4A所示，系数i殳置图具有用于测量精度sp和sv的预定区域。
每个区域包含系数A1、 A2和A3以满足糾A^A2+A》1， A1$0, A2^0， A3^0。根据该系数设置图，预处理部分33确定包含从GPS接收器10获 得的测量精度信息sp(n)和sv(n)的区域。预处理部分33根据在系数设置 图中描述的系数A1、 A2和A3的组合与所确定的区域相关联地设定系数 Al、 A2和A3的值。
具体地，本实施例对测量精度sp和￡v分配阈值Thl和Th2，并且 对测量精度sp和sv的坐标空间分配四个区域。即，定义第一区域4吏得满 足sp〈Thl且sv〈Th2。定义第二区域使得满足￡P^Thl且sv〈Th2。定义 第三区域使得满足qXThl且sv^Th2。定义第四区域使得满足￡p^Thl且 s化Th2。根据本实施例，减小测量精度sp和sv的值提高了精度。换句话 说，测量精度sp和￡v的值越大表示GPS接收器10测量的位置和速度可 能出现的误差越大。
第一区域定义系数A1、 A2和A3，使得系数A3小于系数A1和A2。 当从GPS接收器10获得的位置坐标P(n)和速度向量V(n)表示高测量精 度时，本实施例配置系数A1、 A2和A3，使得增大根据从GPS接收器IO 获得的位置坐标P(n)和速度向量V(n)得到的位置坐标Pe《ri、1) + V(n)'T的 权重。本实施例校正位置坐标P(n)，并且得到位置坐标Pc(n)。
第二区域定义系数A1、 A2和A3，使得系数A2小于系数A1和A3。 当位置坐标P(n)的测量精度低而速度向量V(n)的测量精度高时，本实施 例配置系数A1、 A2和A3，使得增大根据速度向量V(n)得到的位置坐标 Pc(rM) + V(rO'T的权重。本实施例校正位置坐标p(n)，并且得到位置坐标 Pc(n)。
第三区域定义系数A1、 A2和A3，使得系数A1大于系数A2和A3。 当位置坐标P(n)的测量精度高而iiA向量V(n)的测量精度低时，本实施 例配置系数A1、 A2和A3，使得增大从GPS接收器10获取的位置坐标 P(n)的权重。本实施例校正位置坐标P(n)，并且得到位置坐标Pc(n)。
第四区域定义系数A1、 A2和A3，使得系数A3大于系数A2和A1。 当从GPS接收器10获得的位置坐标P(n)和速度向量V(n)表示低测量精
度时，本实施例配置系数A1、 A2和A3，使得增大根据来自自主导航传 感器组20的输出得到的位置坐标PG(ri、1〗+ V(外T的权重。本实施例校正位
置坐标P(n)，并且得到位置坐标Pc(n)。
以这种方式，预处理部分33校正从GPS接收器10获取的位置坐标 P(n)以获取高度精确的位置坐标Pc(n)。然后，预处理部分33向偏移误差 估计部分35和偏移误差去除部分37输出位置坐标Pc(n)。
下面说明偏移误差估计部分35的操作。偏移误差估计部分35获# 预处理部分33输出的位置坐标Pc。偏移误差估计部分35使用所获取的 信息和存储在道iWt据库40内的道5Mft据估计GPS接收器10行进的路 段并估计偏移误差。
图5A是示出偏移误差估计部分35执行的偏移误差估计处理的流程 图。偏移误差估计部分35与预处理部分33互锁，并且以周期T周期性 地执行图5A的偏移误差估计处理，以得到偏移误差估计值Y。
当开始偏移误差估计处理时，偏移误差估计部分35从预处理部分33 获取位置坐标Pc(n)，并将其记录在内置緩冲器内(S210)。
在完成该处理后，偏移误差估计部分35识别在当前点之前的t = K.T 小时期间获取的多个位置坐标(Pc(n-k)lk《，1， 2， ...， K}。根据这些位置坐 标，偏移误差估计部分35使用线性插值技术对于在当前点Pc(n)之前的t =K.T小时测量的点Pc(n-k)中的每个计算当前点Pc(n)和点Pc(n-k)之间 的絲长度L(k),其中k-O， 1,…，K(S220)。
[方程1<formula>formula see original document page 12</formula>
偏移误差估计部分35根据#长度L(k)和位置坐标Pc(n-k)之间的关 系产生表示GPS接收器10的行进轨迹(或者经过的路线)的轨迹数据Dl (S230)。
例如，如图5B所示，偏移误差估计部分35将当前点Pc(n)和点Pc(n-K) 之间的路径划分为M个相等的路径长度间隔dL。偏移误差估计部分35 使用线性插值技术来得到划分点处的位置坐标Q(l), Q(2)，…，Q(M-1)。 偏移误差估计部分35描述位置坐标Q(1)， Q(2),…，Q(M-1)以及两个端 点处的位置坐标Q(O) - Pc(n)和Q(M) - Pc(n-K)，以产生轨迹数据 D1={Q(0)，Q(1)，Q(2)，…，Q(M画1)， Q(M)}。位置坐标Q(m)，其中m-0， 1, 2，…，M，表示从当前点Q(O)-Pc(n)开始沿着路径(GPS接收器10 的行进轨迹)往回追踪m.dL的长度的点。
在完成产生M数据D1时，偏移误差估计部分35进行到S240，根 据位置坐标Q(O)和存储在道iWt据库40中的道Wt据估计车辆行进道 路。即，偏移误差估计部分35估计GPS接收器10行进的道路。具体地， 偏移误差估计部分35执行图6A的it^估计处理，以估计车辆行驶it^。 图6A是示出偏移误差估计部分35执行的道路估计处理的流程图。
当开始道#迹处理时，偏移误差估计部分35 ^吏用最后估计的偏移 误差估计值Y来校正位置坐标Q(0),并计算当前估计的位置坐标X(S310)。 具体地，偏移误差估计部分35使用下面的方程来计算位置坐标X。
X-Q(O卜Y
例如，我们假i更下面的条件。将ENU坐标系用作位置坐标系。位置
坐标Q(O)在ENU坐标系内絲示为向量，)=(卿0)' QN(0)， QU(0》)。偏移误 差估计值Y被表示为YKYE,YN'YU)。然后，偏移误差估计部分35计算
X。(QE(0)-Y￡, QN《0>YN, QU(O)-YU》，假定位置坐标X是《乂￡， XN, XU)。
偏移误差估计部分35在S290更新偏移误差估计值Y。当第一次执行 S240中的处理时，偏移误差估计部分35 ^f吏用预定初始值YO作为当前偏 移误差估计值Y。
在完成该处理后，偏移误差估计部分35在存储在道^lt据库40的道 ^Mt据中搜索距离位置坐标X最近的道路，即具有与位置坐标X最短的 直接距离的道路。偏移误差估计部分35找到在与位置坐标X最近的道路 上的点处的位置坐标R(0，(,0), RN(0)' RU(0))(S320)。当已经向狄分配了 位置坐标X时，偏移误差估计部分35定义坐标R(O) = X。
在找到位置坐标R(O)后，偏移误差估计部分35计算坐标X和坐标 R(O)之间的距离^IX-R(0》| ，如图6B所示。偏移误差估计部分35判断距 离3是否小于或者等于上限(S330)。当确定距离5小于或者等于上限 (S330中的"是")时，偏移误差估计部分35进行到S340。当确定距离S 超过上限(S330中的"否")时，偏移误差估计部分35进行到S360。
在S340，偏移误差估计部分35判断检索到的与指定位置坐标X最近 的道路是否具有与GPS接收器10的轨迹数据Dl表示的行进轨i^t目关联 的平面it^结构(或者从道路的上表面来看的道路形状)。
具体地，在S340，偏移误差估计部分35找到与在S320中指定的位 置坐标X最近的道路上存在的点的位置坐标R(l)，该点沿着道路与坐标 R(O)相距等于轨迹数据Dl的距离dL。
当没有到#头时，道路从坐标R(O)开始在两个方向上延伸。当指 定道路从坐标R(O)开始在两个方向上延伸时，偏移误差估计部分35找到 与在每个方向上沿着iii洛与坐标R(O)相距距离dL的点相对应的位置坐标 Ra(l)、 Rb(l)处的位置坐标R(l)。图7A是示出位置坐标R(1)和位置坐标 R(O)之间的关系的说明图。
在完成该处理时，偏移误差估计部分35计算向量z^Q(1)-Q(o〗和向量
Z^RO)-R(0)。当指定道路从坐标R(O)开始在两个方向上延伸时，偏移误 差估计部分35计算向量Za-Ra("-R仰和向量Rb(t)-R(0)作为向量Z2。
在计算向量Zl和Z2后，偏移误差估计部分35计算向量Zl和Z2
之间的角度e。
8 - arco3S(Z1'Z2/0Z1卜IZ21))
图7B是示出设置向量Zl和Z2以及向量Zl和Z2之间的角度G的 方法的i兌明图。
当角度e小于或者等于阈值eth(e^eth)时，假定指定道路的平面结构
类似于GPS接收器10的行进轨迹。偏移误差估计部分35确定该道路与 GPS接收器10的行进轨it^目关联(S340中的"是")。
当角度e超过阈值eth(e > eth)时，假定指定^j洛的平面结构不与gps
接收器10的行进轨迹类似。偏移误差估计部分35确定该道路与GPS接 收器10的行进轨迹不相关联(S340中的"否")。
当计算向量Za和Zb作为向量Z2时，偏移误差估计部分35计算向 量Zl和Za之间的角度6a以及向量Zl和Zb之间的角度6b。当角度0a 或者6b小于或者等于阈值0th时，偏移误差估计部分35在S340中取判
断结果为"是"。仅当角度ea和eb都超过阈值eth时，偏移误差估计部
分35在S340中取判断结果为"否"。当角度ea或者eb小于或者等于阈 值eth时，偏移误差估计部分35丢弃提供大角度e的坐标Ra(l)或者 Rb(l)。偏移误差估计部分35使用提供小角度e的坐标Ra(l)或者Rb(l) 来确定位置坐标R(l)。
以这种方式，偏移误差估计部分35判断指定道路是否与GPS接收器 10的行进轨i^目关联(S340)。当确定指定道路与GPS接收器10的行进轨 i^目关联(S340中的"是，，)时，偏移误差估计部分35进行到S350，取指 定道路是车辆行进道路。然后，偏移误差估计部分35结束该道路估计处 理。
当确定指定道路与GPS接收器10的行进轨迹不相关联(S340中的 "否")时，偏移误差估计部分35进行到S360，通过确定无法正确地估 计任何车辆行进il^来发出错误。然后，偏移误差估计部分35结束该道 5M古计处理。
根据本实施例的偏移误差估计处理在假定GPS接收器10与车辆一起
在道路上移动的情况下估计车辆行进道路。该处理通过比较车辆行进道路
与GPS接收器10的行进M来估计偏移误差。因此，需要在S240正确 地估计车辆行进道路。
因为该原因，需要将阈值eth设置为比例如7i/4足够小的值。以这种
方式限定阈值eth可以防止将与车辆实际行进的道路交叉的道路取为车 辆行进道路。道路估计处理可以正确地估计车辆行进道路，即gps接收 器10行进的道路。
当距离5超过上限时，本实施例通知4m。这是因为指定道路不可能
是车辆行进道路。按照本实施例的道路估计处理可以解决无意地将该道路 取为车辆行进道路的问题。
在完成S240中的道路估计处理时，偏移误差估计部分35进行到 S250，判断该道路估计处理是否估计了车辆行进道路。具体地，当道i^f古 计处理发出错误时，偏移误差估计部分35在S250判断为"否"，假定无 法估计车辆行进il^吝。当该道路估计处理没有发出错误并且估计车辆行进
道路时，偏移误差估计部分35在S250判断为"是"。
当无法估计车辆行进道路(s250中的"否")时，偏移误差估计部分 35进行到S295,输出最后更新的偏移误差估计值Y。然后，偏移误差估 计部分35结束偏移误差估计处理。当第一次执行S290的处理时，偏移误 差估计部分35输出预定初始值YO。
当确定可以估计车辆行进道路(S250中的"是")时，偏移误差估计 部分35进行到S260，产生表示所估计的车辆行进的5^歐内的多个点的位 置坐标的路段数据D2={R(0), ,." R(M》}。
包括在M数据D2内的位置坐标R(O)和R(l)等同于在道路估计处理 (S240)得到的那些。位置坐标R(m)(m^， 1， 2,…，M)表示从作为基准 点的点R(O)开始沿着道路往回向点R(l)追踪m.dL的长度的位置。
在S260，类似于轨迹数据D1，偏移误差估计部分35使用点R(O)作 为基准点，找到a上以距离dL为间隔的除了已经得到的位置坐标R(O) 和R(l)之外的点的位置坐标R(2)至R(M)。偏移误差估计部分35描述位 置坐标R(O)， R(l)，…，R(M)以产生i^:数据。
在完成该处理后，偏移误差估计部分35进行到S270。根据轨迹数据 Dl和路段数据D2，偏移误差估计部分35计算轨迹数据Dl表示的每个
点的位置坐标Q(m)和对应于位置坐标Q(m)的位置坐标R(m)之间的误差 &(m) = Q(m》-R(m》，如图8所示。偏移误差估计部分35还计算加权平均值￡。
[方程2
f =777^'2"(銜)设(附)-及(附)}
图8是关于计算加权平均值e的方法的说明图。上述方程内的^t
a-《ct(0)， a(1)， ，,.s a(M)》是满足下面的方程的加权系数。
[方程3
cr(O) > or(l) > "(2) >…> a(附) > …>
本实施例通过向GPS接收器10最近执行定位的区域内的每个点的误 差A(m) = Q(m) - R(叫赋予更大的权重来计算加权平均值s，其中m - 0，
1,…，M。如图8所示，A(m)表示位置坐标Q洲-(QE一'QW(m)'QU(m》和 在方向E、 N和U上对应于位置坐标Q(m)的道路上的位置坐标
R(mMRE(m》,RM《时,RU(m》) 之 间 的 误 差 ^(mMQE(mH:iE(赠，QN(m)- RN《m》，QU(mH^U《m》)))。加权平均值￡表
示向量形式的方向分量之间的误差的加权平均值。
在计算加权平均值￡后，偏移误差估计部分35进行到S280，判断计 算的加权平均s是否小于或者等于预定上限。当确定加权平均s小于或者 等于预定上限(S280中的"是")时，偏移误差估计部分35进行到S290, 将偏移误差估计值Y更新为在S270计算的加权平均值s(Y —e)。偏移误差 估计部分35向偏移误差去除部分37输出更新后的偏移误差估计值 Y(S295)。然后，偏移误差估计部分35结束该偏移误差估计处理。
当确定加权平均值s超过上限(S280中的"否")时，偏移误差估计部 分35跳过S290，进行到S295，向偏移误差去除部分37输出偏移误差估
计值Y。然后，偏移误差估计部分35结束该偏移误差估计处理。当加权 平均值￡大并且所估计的车辆行进道糾艮可能不正确时，偏移误差估计部 分35将最后更新的值作为偏移误差估计值Y输出而不进行更新。
根据本实施例，偏移误差去除部分37与预处理部分33和偏移误差估 计部分35互锁。偏移误差估计部分35输出偏移误差估计值Y。根据偏移 误差估计值Y，偏移误差去除部分37从自预处理部分33输入的定位结果 Pc(n)中去除偏移误差。偏移误差去除部分37经由接口部分50向外部输
出校正后的位置坐标P『Pc^1》-丫 。
已经描述了根据本实施例的位置检测设备1。位置检测设备1根据测 量点处的位置坐标Q(O),Q(l)，…，Q(M)和道路上的点处的位置坐标R(O), R(l)， ...， R(M)计算偏移误差估计值Y。位置检测设备1将GPS接收器 10的行进轨迹与全部多个点处的道路配置进行比较以估计偏移误差。
具体地，本实施例从位置坐标R(O)开始以相等的距离间隔dL定义点， 以得到所定义的点的位置坐标R(l)至R(M)。本实施例# 据轨迹数据Dl 表示的点之间的位置关系得到与轨迹数据Dl表示的点的位置坐标Q(m) 相对应的道路上的位置坐标R(m)。本实施例计算点处的误差A(m)的平均 值s作为偏移误差估计值Y。
因此，位置检测设备l可以精确地估计偏移误差，并且可以精确地从 来自GPS接收器10的定位结果中去除偏移误差分量，以校正位置。
传统技^M^据从FM广播站接收到的偏移误差信息校正定位结果。当 FM广播站远离测量点时，接收到的信息表示的偏移误差可能大大偏离测 量点处的偏移误差的真实值。传统技术不能正确M定位结果中去除偏移 误差，或者不能精确地校正定位结果。根据本实施例，上述方法可以精确 地估计测量点处的偏移误差，可以比传统技术更适当地校正来自GPS接 收器10的定位结果。另外，位置检测设备1不需要在设备内安装FM接 收器，可以降低产品的制造成本。
相关技术的地图匹配技术将定位结果与道路位置进行比较，并且强制
地将定位结果调整到道路上的位置坐标。如图9B所示，相关技术的地图 匹配技术不能相对于道路精确地表示车辆轨迹或者参考道路精确地表示 车辆移动。才艮据上述方法，本实施例可以适当地校正位置坐标，并解决该 问题，同时表示实际车辆轨迹或者车辆移动。因此，如图9A所示，可以 精确地表示车辆移动。
此夕卜，本实施例通过向GPS接收器10最近执行定位的区域内的每个 点处的误差赋予更大的权重来计算加权平均值￡。根据本实施例的位置检 测设备1可以适当地按照电离层的改变精确地估计偏移误差。
本实施例如下估计车辆行进道路。本实施例根据先前估计的偏移误差 校正预处理后的GPS接收器10测量的位置坐标Q(O) = Pc(n)。校正后的 值X^Q仰-Y用于估计与点x最近的道路作为车辆行进道路。此外，根
据向量Zl和Z2之间的角度e，本实施例判断该最近的道路的平面结构是
否与测量的位置坐标的轨^t目关联。当其间没有关联时，本实施例停止估 计车辆行进道路。因此，根据本实施例的位置检测设备l可以简单并精确
地估计车辆行进道路(GPS接收器10行进的道路)。
当位置坐标X远离最近的道路时，本实施例不才艮据相应的轨迹数据 估计偏移误差(S250中的"否")。本实施例4吏用计算的偏移误差估计值Y 校正测量的位置坐标Pc(n)，并输出校正后的位置坐标Po。本实施例可以 防止由于不正确地估计的车辆行进道路而导致计算并输出不正确的位置
坐标Po。
本实施例才艮据来自安装在车辆上的自主导航传感器的输出计算车辆 的位移量值Vs。本实施例根据位移量值Vs校正GPS接收器10测量的位 置坐标P。本实施例根据校正后的位置坐标Pc产生轨迹数据。因此，本 实施例可以抑制随机误差的影响，并适当地估计偏移误差。
道#据库40作为道#据存储部件或者装置的示例。预处理部分 33执行的处理中的S110作为位置信息获取部件或者控制单元的示例。偏 移误差估计部分35执行的处理中的S210到S230作为轨迹数据产生部件 或者控制单元的示例。
偏移误差估计部分35执行的处理中的S240到S260作为道路估计部 件或者控制单元的示例。偏移误差估计部分35执行的处理中的S270和 S2卯作为偏移误差估计部件或者控制单元的示例。计算并输出位置坐标 Po = P《n) - Y的偏移误差去除部分37的^Mt作为校正输出部件或者控制 单元的示例。自主速度向量计算部分31和预处理部分33执行的处理中的 S120到S180作为预处理部件或者控制单元的示例。
本发明不限于以上上述的实施例，而可以另外以各种方式实现。
例如，本实施例计算误差A(m)的加权平均值￡作为偏移误差估计值Y。 偏移误差估计值Y可以被计算为误差A一》的简单平均值。即，可以通过 对于所有的m值设置a(m)—Z(M+"来得到偏移误差估计值Y。
本实施例将GPS接收器10测量的位置坐标P(n)校正为位置坐标 Pc(n)，并且向偏移误差估计部分35和偏移误差去除部分37输入具有改 善精度的校正后的位置坐标Pc(n)。位置检测i殳备1可以被配置为向偏移 误差估计部分35和偏移误差去除部分37按原样输入GPS接收器10测量 的位置坐标P(n)，而不是位置坐标Pc(n)。
根据经由预处理部分33从GPS接收器10获取的位置坐标Pc，本实 施例使用线性插值技术产生以相等的距离间隔表示车辆行进轨迹的轨迹 数据。本实施例产生以相等的距离间隔表示iii洛的位置坐标R(m)的i^L 数据。位置坐标R(m)等同于与轨迹数据表示的每个点的位置坐标Q(m) 相对应的道路上的点处的位置坐标。本实施例根据这些数据得到偏移误 差。优选地，可以通过使用从预处理部分33获取的位置坐标Pc(n)到 Pc(n-K)表示车辆行进轨迹来产生轨迹数据，而不进行线性插值。优选地， 可以根据每个点处的轨迹数据表示的位置坐标Pc得到与每个点处的位置 坐标Pc相对应的道路上的位置坐标，使得点之间的距离等于M数据表 示的点之间的距离。因此，可以产生5^1数据。可以根据这些数据得到偏 移误差。以这种方式，可以降低算术处理负荷，并减少数据量。
上面说明的处理、步骤或者部件中的每一个或者任意组合可以作为包 括或者不包括相关装置的功能的软件单元(例如子例程)和/或硬件单元(例
如电路或者集成电路)来实现；此外，可以在微计算机内部构造硬件单元。
此外，软件单元或者多个软件单元的任意組合可以包括在软件程序 内，该软件程序可以包含在计算机可读存储介质内，或者可以经由通信网 络下载和安装在计算机内。
下面给出了在此描述的公开的各方面。
作为本公开的一个方面，位置校正设备包括偏移误差估计部件。位置 校正设^f古计GPS接收器测量的位置坐标的偏移误差，并如下根据估计 的偏移误差校正GPS接收器测量的位置坐标。
位置校正设备允许位置信息获取部件获取GPS接收器测量的位置坐 标。根据位置信息获取部件获取的位置坐标，位置校正设备允许轨迹数据 产生部件产生表示在过去的指定时段期间GPS接收器的多个点的位置坐 标的轨迹数据。
位置校正i殳备包括道iMt据存储部件，其存储表示建造的道路的位置 坐标的道i^lt据。位置校正设备允许道路估计部件根据位置信息获取部件 获取的位置坐标和道,据估计GPS接收器在过去的指定时段期间行进 的絲。
偏移误差估计部件根据道路估计部件估计的路段内的多个点处的位 置坐标和GPS接收器的轨迹数据表示的多个点处的位置坐标估计偏移误 差。
位置校正i殳备根据偏移误差估计部件估计的偏移误差校正GPS接收 器测量的位置坐标，并输出校正后的位置坐标(校正输出部件)。
位置校正设备用于校正来自安装在诸如在道路上移动的车辆的可移 动体上的GPS接收器的定位结果。位置校正设备在可移动体沿着道路移 动的假设下估计偏移误差。位置校正设备的特征是根据所测量的点处的位 置坐标和道路上的点处的位置坐标估计偏移误差。
位置校正设备可以通过根据所测量的点处的位置坐标和道路上的点 处的位置坐标估计偏移误差，来比较GPS接收器的行进轨迹和通过多个点的道路配置。因此，可以精确地估计偏移误差。
传统技术根据从FM广播站接收的偏移误差信息校正定位结果。当接 收到的信息表示的偏移误差大大偏离测量点处的偏移误差的真实值时，传 统技术无法正确地从定位结果中去除偏移误差或者精确地校正定位结果。 根据本公开的该方面，上述方法可以在测量点处精确地估计偏移误差。位 置校正设备可以比传统技术更适当地从所测量的位置坐标中去除偏移误 差，并更精确地校正定位结果。另夕卜，位置检测设备不需要在设备内安装 FM接收器，可以降低产品的制造成本。
相关技术的地图匹配技术根据道iWt据校正定位结果。相关技术的地 图匹配技术将定位结果与il^位置进行比较，并且强制地将定位结果调整 到道路上的位置坐标。因此，这种4支术必然使可移动体的位置坐标与表示 道路的线重叠，无法相对于道i^精确地表示可移动体轨迹或者参考iti^精 确地表示可移动体移动。
上述方法可以适当地得到偏移误差，并使用得到的偏移误差适当地校 正定位结果。该方法可以精确地表示可移动体的移动，并校正位置坐标。 因此，将这种技术应用于车辆控制可以检测车辆相对于道路的移动。这种
当试图校正来自GPS接收器的定位结果并得到例如通过曲线的车辆 的精确行进轨迹时，相关技术将定位结果与道路位置进行比较，并且将定 位结果调整为道路上的位置坐标。如图9B所示，相关技术无法进行适当 的校正。校正消除了相对于道路的移动信息，4吏得无法精确Mk^示车辆移 动。无法根据来自GPS接收器的定位结果和道路配置在确定危险驾驶并 相应地帮助司机进行操作方面适当地提供控制。
相反，如图9A所示，根据本公开的该方面的位置校正设备可以精确 地估计偏移误差并校正定位结果。校正不消除关于位置坐标的连续改变的 信息。位置校正设备可以精确地表示车辆移动，并且精确地进行控制以帮 助司机进行操作。
道路估计部件可以使用轨迹数据表示的点之间的位置关系，并且估计 在落歐上与轨迹数据表示的点的位置坐标相对应的位置坐标。偏移误差估 计部件可以针对轨迹数据表示的点的位置坐标中的每一个计算轨迹数据 表示的位置坐标和与该位置坐标相对应的所估计的路段上的位置坐标之 间的误差。
按照时间，偏移误差比随机误差更慢地改变。在短时段内，由于偏移
误差的影响，测得GPS接收器的位置坐标沿给定方向与真实的位置坐标 偏离给定距离。为了精确地估计偏移误差，5^上的点被配置为轨迹数据 表示的点之间的位置关系与模式相匹配。根据每个点处的轨迹数据表示的 位置坐标和道路上的位置坐标的误差的平均值估计偏移误差。
偏移误差估计部件可以计算这些点处的误差的简单平均值作为偏移 误差的估计值。偏移误差估计部件还可以计算这些点处的误差的加权平均 值作为偏移误差的估计值。
为了得到加权平均值作为偏移误差的估计值，偏移误差估计部件可以 配置为通it^ GPS接收器最近定位的区域内的误差分配更大的权重来计 算加权平均值。适当地根据电离层的改变可以精确地估计偏移误差(偏移 误差按照时间顺序的改变)。
道路估计部件可以被配置为使用偏移误差估计部件已经估计的偏移
误差，并估计在过去的指定时段期间GPS接收器行进的落歐。从GPS接 收器获取的位置坐标显然包含偏移误差，通过使用偏移误差估计部件估计 的偏移误差校正从GPS接收器获取的位置坐标，位置校正设备可以估计 GPS接收器行进的道路。以这种方式，位置校正设备可以更精确地估计 GPS接收器行进的路段。其结果是，位置校正设备可以精确地检测偏移 误差。
道路估计部件可以被配置为根据偏移误差估计部件已经估计的偏移 误差校正轨迹数据表示的位置坐标，根据校正后的位置坐标检索与轨迹数 据表示的点的分布高度相关的道路,并且估计在过去的指定时段期间GPS 接收器在检索到的道路上行进的路段。
道路估计部件可以被配置为根据偏移误差估计部件已经估计的偏移 误差校正轨迹数据表示的点的位置坐标中特定点的位置坐标，检索最接近
校正后的位置坐标的道路，估计检索到的最近的道路作为GPS接收器行 进的道路，并且估计在过去的指定时段期间GPS接收器在该道路上行进 的絲。
这种技术可以简单并精确地估计GPS接收器行进的路段。
可以使用下面估计路段的方法。该方法根据偏移误差估计部件已经估 计的偏移误差来校正轨迹数据表示的点的位置坐标中特定点的位置坐标. 该方法将与校正后的道路上的位置坐标最接近的点定义为基准点。该方法 在每个点处估计与轨迹数据表示的位置坐标相对应的道路上的位置坐标， 以便从基准点开始沿着道路的距离(道路长度)与从特定点开始沿着轨迹 数据表示的行进轨迹的距离(道路长度)相匹配。该方法估计与轨迹数据表 示的位置坐标相对应的道路上的位置坐标。该方法估计所估计的道路两端 的位置坐标之间的区段作为路段。
位置校正设备可以被配置为当道路估计部件检索到的最近的道路和 校正后的特定点处的位置坐标之间的距离超过指定上限时，能够允许偏移 误差估计部件停止根据轨迹数据估计偏移误差。校正输出部件可以被配置 为根据在偏移误差估计部件不估计偏移误差的特定时段之前偏移误差估 计部件估计的偏移误差，校正在该特定时段期间GPS接收器测量的特定 位置坐标。校正输出部件可以进一步被配置为输出校正后的特定位置坐 标。
根据这种配置，位置校正设备可以防止将不正确的道路估计为GPS 接收器进行的道路，并且防止估计不正确的偏移误差作为结果。
当GPS接收器安^车辆内时，位置校正设备可以被配置为包^5 处理部件，根据来自安装在车辆内的自主导航传感器的输出计算位移量 值，并根据该位移量值校正位置信息获取部件获取的位置坐标。轨迹数据 产生部件可以被配置为根据预处理部件校正后的位置坐标产生表示与在 过去的指定时段期间GPS接收器的位置坐标相对应的多个点的轨迹数据。
才艮据这种配置，位置校正设备可以更精确地得到偏移误差，并且适当
地校正GPS接收器测量的位置坐标。
对于本领域技术人员很明显，可以在本发明的上述实施例内进行各种 改变。然而，本发明的范围应当由所附权利要求来确定。
权利要求
1.一种位置校正设备(30)，包括位置信息获取部件(33)，用于获取全球定位系统接收器测量的位置坐标；道路数据存储部件(40)，用于存储表示建造的道路的位置坐标的道路数据轨迹数据产生部件(35)，用于根据所述位置信息获取部件获取的位置坐标来产生轨迹数据，所述轨迹数据表示在过去的指定时段期间所述全球定位系统接收器的多个位置坐标；道路估计部件(35)，用于根据所述道路数据存储部件存储的道路数据和所述位置信息获取部件获取的位置坐标，估计所述全球定位系统接收器在过去的指定时段期间行进的路段；偏移误差估计部件(35)，用于根据在所述道路估计部件估计的路段内的多个点处的位置坐标和所述轨迹数据表示的多个点处的位置坐标，估计所述全球定位系统接收器测量的位置坐标的偏移误差；以及校正输出部件(37)，用于根据所述偏移误差估计部件估计的偏移误差校正所述全球定位系统接收器测量的位置坐标，并输出校正后的位置坐标。
2. 根据权利要求1所述的位置校正设备，其中，所述道路估计部件使用所述轨迹数据表示的点之间的位置关 系，并估计在g上与所述轨迹数据表示的点的位置坐标中的每一个相对 应的位置坐标；以及其中，所述偏移误差估计部件针对所述轨迹数据表示的点的位置坐标 中的每一个计算所述轨迹数据表示的位置坐标和与该位置坐标相对应的 所估计的路段上的位置坐标之间的误差，并估计所述点处的所计算的误差 的平均值作为偏移误差。
3. 根据权利要求2所述的位置校正设备，其中，所述偏移误差估计部件通过向所述全球定位系统接收器最近定 位的区域内的点之间的误差分配更大的权重来计算所述点处的误差的加 权平均值，并将所i^权平均值估计为偏移误差。
4. 根据权利要求1所述的位置校正设备，其中，所述道路估计部件使用所述偏移误差估计部件已经估计的偏移 误差，并估计所述全球定位系统接收器在过去的指定时段期间行进的路 段。
5. 根据权利要求1所述的位置校正设备，其中，所述道路估计部件根据所述偏移误差估计部件已经估计的偏移 误差校正所述轨迹数据表示的位置坐标，根据校正后的位置坐标检索与所 述轨迹数据表示的点的分布高度相关的道路，并估计所述全球定位系统接 收器在过去的指定时段期间在检索到的道路上行进的珞歐。
6. 根据权利要求1所述的位置校正设备，其中，所述道路估计部件祁*据所述偏移误差估计部件已经估计的偏移 误差来校正所述轨迹数据表示的点的位置坐标中特定点的位置坐标，根据 校正后的位置坐标检索与校正后的位置坐标最接近的道路，并估计所述全 球定位系统接收器在过去的指定时段期间在检索到的最接近的道路上行 进的珞险。
7. 根据权利要求6所述的位置校正设备，其中，当所述道路估计部件检索到的最接近的道路和特定点处的校正 后的位置坐标之间的距离超过指定上限时，所述偏移误差估计部件停止根 据所述轨迹数据估计位置坐标；以及其中，所述校正输出部件根据在所述偏移误差估计部件未估计偏移误 差的第一时段之前所述偏移误差估计部件估计的偏移误差来校正所述全 球定位系统接收器在所述第一时段期间测量的第一位置坐标，并且所述校 正输出部件输出校正后的第一位置坐标。
8. 根据权利要求l-7中的任意一项所述的位置校正设备，其中，所述全球定位系统接收器安^车辆中；其中，所述位置校正设备还包括预处理部件(31， 33),根据来自安装 在车辆中的自主导航传感器的输出来计算位移量值，并根据所述位移量值 校正所述位置信息获取部件获取的位置坐标；以及其中，所述轨迹数据产生部件才艮据所述预处理部件校正后的位置坐标 产生轨迹数据，所述轨迹数据表示与所述全球定位系统接收器在过去的指 定时段期间的位置坐标相对应的多个点。
9. 一种用于校正全球定位系统接收器(10)测量的位置坐标的方法， 所述方法包括存储表示建造的道路的位置坐标的道#据；获取(S110)所述全球定位系统接收器测量的位置坐标；根据所获取的位置坐标产生(S210-S230)轨迹数据，所述轨迹数据表示 在过去的指定时段期间所述全球定位系统接收器的多个位置坐标；根据存储的道路数据和获取的位置坐标估计(S240-S260)所述全球定 位系统接收器在过去的指定时段期间行进的根据所估计的路段内的多个点处的位置坐标和所述轨迹数据表示的 多个点处的位置坐标，估计(S270-S2卯)所述全球定位系统接收器测量的位 置坐标的偏移误差；以及根据所估计的偏移误差校正所述全球定位系统接收器测量的位置坐 标，并输出校正后的位置坐标。
全文摘要
本发明涉及一种位置校正设备。该设备(30)校正GPS接收器(10)测量的位置坐标。包括表示建造的道路的位置坐标的道路数据。根据获取的位置坐标产生表示在过去的指定时段期间GPS接收器的多个位置坐标的轨迹数据(S210-S230)。根据存储的道路数据和获取的位置坐标估计GPS接收器在过去的指定时段期间行进的路段(S240-S260)。根据估计的路段内的多个点处的位置坐标和轨迹数据表示的多个点处的位置坐标，估计GPS接收器测量的位置坐标的偏移误差(S270-S290)。根据估计的偏移误差校正GPS接收器测量的位置坐标并输出。
文档编号G01C21/26GK101363740SQ20081013126
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月5日 优先权日2007年8月7日
发明者伊能宽, 冈田稔, 加藤良文, 后藤真广, 服部阳介 申请人:株式会社电装