用于确定导航数据的运行方法、导航模块、计算机程序产品、机器可读存储介质与流程

背景技术：

1、用于确定导航数据(位置/速度等)的基于gnss的方法使用在gnss接收器和gnss卫星之间的距离基于三角测量来确定位置，其中所述方法在gnss接收器中执行或在包括gnss接收器的导航模块中执行。通过确定信号从每个单独的gnss卫星到gnss接收器的运行时间在考虑信号在从gnss卫星到gnss接收器的路程上的传播速度的情况下来计算距离。通过gnss接收器从gnss卫星接收的信号在下文中被称为gnss数据。通过对信号到达gnss接收器的时间点进行非常精确的测量来确定传输时间。计算出的距离被称为“伪距离”或“伪范围”，因为该距离实际上通过许多错误源和特殊性所扭曲，并且通常仅部分对应于在gnss接收器和gnss卫星之间的实际距离。这些错误源必须在基于gnss的导航数据确定方法中校正。在此要强调的特别重要的、应当在导航数据确定方法中考虑的错误源是所谓的时钟错误，所述时钟错误会在gnss接收机和/或gnss卫星中出现，并且会影响与通过gnss卫星发送信号的时间点和通过gnss接收器接收信号的时间点相关的时间测量。

2、根据相应的应用情况、期望的鲁棒性、准确性和完整性，存在不同的方案来确定导航数据。有些仅使用更上文描述的伪距离。其他更复杂的方案附加地使用载波频带-相位信息来进行高精度距离确定和/或使用由外部校正数据服务提供商提供的校正数据。几乎所有方案的共同点是一起考虑或估计未知的元素(错误、偏差、噪声等)，以提高确定导航数据的准确性。以下(非穷尽的)列表提供关于已知的校正错误的方法的概述：

3、·考虑时钟错误(尤其是接收器时钟错误)，

4、·通过gnss卫星中的信号处理限定的代码和/或相移，

5、·通过gnss接收器中的信号处理限定的代码和/或相移，

6、·在gnss系统时钟之间的时间差(在gnss系统的不同gnss卫星的时钟之间的错误)，

7、·在gnss系统的参与者(gnss卫星和gnss接收器)之间的频带位移，特别是由于使用不同频带而导致的错误，

8、·在gnss系统的参与者(gnss卫星和gnss接收器)之间的相移，特别是用于不同频率的信号造成的错误，这种错误尤其涉及格洛纳斯系统，该系统基本上以每颗卫星不同频率进行发送，

9、·电离层错误，涉及电离层中的信号处理速度，

10、·对流层错误，涉及对流层中的信号处理速度，或

11、·轨道数据错误，所述轨道数据错误包含涉及gnss卫星轨道的不正确或不准确的数据，进而导致对卫星实际位置的误判。

12、每个用于校正错误的所述方法通常以参数和/或用于处理这种校正参数以校正伪距离或导航数据的特殊校正规则的形式来实现。参数和校正规则通常作为参数保存在gnss接收器/导航模块中，并由滤波器执行。这种参数的子组是所谓的校正数据，校正数据由外部校正数据源提供并且所述校正数据特别涉及轨道数据和与电离层和对流层有关的数据。

13、在大多数应用情况下，参数的确定作为连续进程与当前导航数据的持续确定并行进行。通常，对于不同类型的参数(根据哪个错误校正涉及各个参数)存在不同的更新时间间隔。这可以例如以每个参数和/或每个单独的校正规则的更新频率或更新间隔的形式来确定。更新频率或更新间隔可以单独地根据其他数据来适配。在许多情况下，参数的定期更新借助于滤波器来实施，滤波器考虑历史数据以及新的可用信息(参数的新校正数据和/或更新参数和/或从gnss数据的观测中获得的参数)并基于此在确定导航数据时在考虑历史的情况下实现计算实际应用的新参数。这种滤波器的可能的滤波器设计是所谓的卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波器的使用特别也在包括gnss接收器和设计用于将gnss数据处理成导航数据的高度集成的导航模块中实现。这种高度集成的导航模块除了gnss数据之外还评估来自其他传感器源的数据以确定导航数据。其他传感器源可以是例如惯性传感器或轮速传感器或提供对于确定导航数据有用的信息的其他传感器。

14、存在会难以估计和建模并且引起这种参数的估计和/或接收显著扭曲的环境条件。在此，尤其所谓的多径传播或还有信号的多次传输(所谓的“多径环境”)属于这种环境条件，其中多径传播或多次传输尤其可以通过紧邻gnss接收器的环境中的空间情况而产生。这种多径传播或多次传输可以例如通过周围建筑物或其他物体产生，周围建筑物或其他物体导致在gnss接收器环境中的信号反射或扭曲，使得信号由于部分反射而被间接接收和/或被多次接收。

技术实现思路

1、下面描述一种在求出用于确定导航模块中的导航数据的校正数据时使用的新方法：

2、在此，要描述一种用于在导航模块中基于gnss数据确定导航数据的运行方法，包括以下步骤：

3、a)接收gnss数据，

4、b)借助gnss数据通过使用保存在导航模块的存储器中的参数来确定导航数据，所述参数从所述gnss数据(1)中借助至少一个滤波器(2，3)求出，

5、c)从导航数据或从另一数据源中提取标准，所述标准使特殊情况可识别，在特殊情况中gnss数据的接收受到至少以两种方式持续存在的错误情况或至少具有恒定份额的错误情况影响，

6、d)借助至少一个滤波器执行所存储的参数的更新和/或校正，以用于根据步骤b)的导航数据的后续确定，其中，如果在步骤c)中提取的标准指示这种特殊情况，则至少对于所存储的参数的部分减慢或甚至暂停更新和/或校正，所存储的参数的部分在运行中比所存储的参数的其他部分基本上更缓慢地变化。

7、如果特殊情况是对于接收gnss数据存在不利的环境条件作为错误情况的情况，则该方法特别有利。时间上持续存在的错误情况或者具有至少一个恒定份额的错误情况指的是：错误不是暂时出现并且然后再次消失或者甚至出现相互再次抵消的错误。例如，恒定的错误情况由于接收障碍物而出现，所述接收障碍物统一地存在于gnss天线的特定侧上。为了表征错误情况的部分恒定性，例如足够的是：错误情况仅缓慢变化(必要时最初增加并且然后再次减少)。

8、可以根据导航数据中包含的值来识别作为特殊情况的具有不利环境条件的情况，和/或可以求出至少一个存在这种情况的概率。例如，导航数据可以包含关于导航模块/gnss接收器的当前位置的位置信息作为值，并且根据所述位置信息然后可识别可能存在具有不利环境条件的情况。

9、通过所描述的方法特别是在复杂环境中(例如，具有多径传播的环境)增加确定所存储的参数的鲁棒性和准确性。该方法特别也在如下情况中是适合的，在所述情况中出现校正数据的系统错误，所述校正数据对确定位置数据的精度具有重大作用。这里描述的方法还可以用于gnss数据与其他数据融合的应用情况(例如与轮速传感器数据和/或来自一个或多个惯性传感器的数据的传感器数据融合)。在这种应用情况中，通过融合通常可以产生精确得多的导航数据。

10、用于确定导航数据的所存储的参数通常具有特殊的固有属性，固有属性例如是噪声分量、错误概率、可能的或可预期的变化速度和类似的变量。在确定导航数据时通常一起考虑所存储参数的这些属性。

11、在此描述的方法的设计特别涉及导航模块用于确定位置的所存储的参数的整体。步骤d)中更新和/或校正的减慢甚至暂停仅涉及所存储的参数的一部分

12、在此描述的方法的设计是对存储的参数进行特殊处理或特殊确定，所述参数与其他校正数据相比基本上随时间变化较慢(即仅发生微小变化)。这种缓慢变化的校正数据的示例是两个gnss卫星星座的不同gnss卫星之间(例如，gps卫星和伽利略卫星之间)的时移(“时间偏移”)。例如，这种时移与gnss卫星和相应的gnss接收器之间的时移相比非常缓慢或非常小量地变化。当然，在特定的错误情况下，对这种参数表现出系统错误的风险增加，所述系统错误当不再存在错误情况时才随后在较长的运行时间段后再次趋于平稳。这种错误情况可以根据特殊情况进行预测。例如，如果特殊情况是在城市中的无声启动或缓慢行驶，那么例如存在为错误情况的多径信号传播的特定情况的概率增加。

13、在所描述的方法的范围内，在步骤d)中，根据gnss数据来进行所存储的参数的更新和/或校正。

14、例如，如果这种参数是基于gnss信号估计的所描述的时移，则这是可能的。

15、如果定期从外部源调用经更新的校正数据和/或用于存储的校正数据的更新参数，则该方法是进一步有利的。

16、在此描述的方法基本上包括两种方案，即当存在所描述的特殊情况发生时，对缓慢变化的所存储的参数减慢适配，或者直接将缓慢变化的所存储的参数在这种特殊情况下完全保持恒定。必要时，也可以将两种方案组合，使得对于参数的一部分减慢适配，并且将参数的另一部分完全保持恒定。

17、如果为了确定标准，确认是否存在导航模块的启动阶段，并且在导航模块的启动阶段中确认特殊情况，则所描述的方法是特别有利的。

18、启动阶段可以从导航模块本身的导航数据中来识别，或者可以为此使用其他数据源，例如来自布置在外部(即，不在导航模块内)的其他控制设备的参数和/或标志。

19、该方案尤其在gnss接收器运行的启动阶段期间是有利的，因为gnss接收器然后无法访问已经可用的信息。在启动阶段中，存在特别高的风险，即由于校正数据的不正确更新和/或校正，即使在启动阶段之后也会发生所存储的参数的长期作用的扭曲。

20、因此，特别是在所述阶段中存在如下风险：不正确的gnss数据/gnss信号会引起校正数据严重扭曲。在另一方面，在所存储的参数通常缓慢改变的情况下，可以假定不需要或者不像在参数快速改变的情况下那样迫切地需要对校正数据进行实时更新和/或校正。同时，由于接收到的gnss数据/gnss信号有错而在这种缓慢变化的所存储的参数中参数的有错的适配在未来还难以再次校正，或者在借助正确的(不存在错误的)gnss信号重新适配/校正之前持续更长的时间以正面地作用于校正数据或再次校正所述校正数据。

21、此外，如果将标准定义为，使得所述标准描述如下特殊情况，所述特殊情况描述导航模块的运行的静态场景，则该方法是有利的。

22、在本文中特别有利的是：为了确定标准，首先确定导航模块移动的速度，并且如果速度低于阈值，则确认特殊情况。

23、所描述的方法的这种特别有利的实施或应用基于：缓慢改变的所存储的参数(例如，涉及在不同的gnss卫星星座之间的偏移的存储的参数)仅在接收器以大于特定的极限值的速度移动时才需要被适配。该方案因此整体上相当显著地提高了借助导航模块提供导航数据的鲁棒性，并且这尤其适用于困难的条件，例如上文描述的、具有信号的多径传播的情况，例如在城市环境中。在这种环境中，错误由于多径处理而对特定的导航数据的准确性具有非常大的效应。这种对错误的效应尤其大于在位置数据的高动态性的场景中，所述场景例如在高速时出现。在具有信号多径传播的静态场景中，与具有大动态的场景中相比，在借助gnss接收器接收和处理的gnss数据(特别是在gnss信号中)中获得系统性错误或系统性位移的概率特别高。对此原因是：在具有大动态的场景中，通常出现许多效应，所述效应消除错误或将不同的影响又再次相互抵消。通过抑制静态场景中缓慢变化的参数的校正/适配(通过上限速度阈值表征)，可以整体上显著提高缓慢变化的参数的更新质量，并减少有问题的场景(尤其是有问题的环境)的效应。

24、换言之：如果gnss接收器高速移动，则不太可能的是：gnss接收器在较长时间段中处于引起系统错误的不利情况中。出于该原因，在这种情况下有帮助的是：抑制或至少减慢参数的校正/适配。

25、通过所描述的方法和涉及缓慢改变的所存储的参数的适配，快速改变的所存储的参数的准确性同时也受益，快速改变的参数通常同样被并行确定并且被持续校正或适配。出现这种情况的原因是，缓慢变化的参数的确定/校正/适配和快速变化的参数的确定/校正/适配通常彼此并行地进行并且建立在彼此之上，必要时甚至在公共滤波器中建立。因此，在通过所描述的方法确定缓慢变化的参数时出现的较小的错误也至少间接地正面地作用于快速变化的参数的确定。因此，整体上，改进了用于确定导航数据(位置数据/速度数据/等)的整个进程。

26、除了速度之外，还可以定义其他标准，其用作在更新和/或校正时抑制对缓慢变化的参数的影响的标准。在此描述的方法的基本原理是以不同的频率/重复率来适配/校正不同的参数。

27、尤其有利的是：在步骤d)中，更新和/或校正所存储的参数，所述更新和/或校正借助于滤波器进行。

28、借助滤波器可以以连续地适配用于提供导航数据的参数的方式来处理经更新的数据和/或处理新参数连同存储的历史参数。

29、特别有利的是：步骤b)由主滤波器执行，并且步骤d)由与主滤波器分离的单独的滤波器执行。

30、在此，分离的滤波器表示：尽管滤波器相互影响，但是优选地分离的滤波器特别是不考虑主滤波器的内部状态，并且反之亦然。然而，存储器可能会经由其输入端和输出端相互影响，其中一个滤波器的输出端是另一个滤波器的输入端，并且反之亦然。借助分离的滤波器进行的执行实现简单且有针对性地影响单独的滤波器。单独的滤波器优选地仅处理在此所涉及的缓慢变化的所存储的参数。

31、特别优选的是：至少主滤波器和/或单独的滤波器是卡尔曼滤波器。

32、卡尔曼滤波器特别适合于执行此处描述的方法，因为其包含过去观测的历史记录，并且可以基于此为参数提供特别好的估计值。

33、还有利的是：如果根据在步骤c)中提取的标准能够确认特殊情况，则减慢单独的滤波器。

34、在此，减慢尤其表示减小单独的滤波器执行或可执行参数改变的速度。减慢尤其是指相对于常规处理速度的减慢。例如，可以通过以下方式来实现减慢，即减少对于参数的最大允许的变化(以百分比或绝对值来说明)。然后，单独的滤波器对每个处理步骤中不再那么强地改变，因此减慢滤波器。通过延长在滤波器处理步骤之间的时间间距也可以实现减慢。技术上，可以存在许多用于减慢滤波器的不同的设计。

35、根据用于实施所描述的方法的一种方案，在单独的滤波器中执行缓慢变化的参数的适配。估计其他参数并且通常还求出导航数据(位置/速度等)的主滤波器不负责更新和/或校正缓慢变化的参数。例如，可以从主滤波器中排除在不同gnss星座的gnss卫星的时钟之间的时间偏差的更新和/或校正。所述适配借助于单独的滤波器执行，并且从输入传递给主滤波器。

36、在这些实施变型中，可以非常简单地实现暂时地减慢或甚至完全抑制缓慢适配的所存储的参数的更新/适配。这尤其可以通过接收到的数据(特别是更新参数和接收到的校正数据，特别优选地从gnss信号、gnss数据、gnss信号中提取)的更低权重在附加的滤波器中或借助附加的滤波器来进行。

37、许多其他的实施变型形式和改进形式是可行的。可以考虑估计所有所必要的存储的数据并能够引起选择性地减慢各个存储的参数的更新和/或校正的滤波器。所描述的方法不限于滤波器的特定的布置。

38、仅需要确保在适配/校正参数时不考虑或仅低程度地考虑可能有错误的gnss数据(例如，多径情况下的gnss信号)，这些参数无论如何暂时非常缓慢地变化。然后，提高确定导航数据的整体精度。

39、在此还描述了被设计用于执行所描述的方法的导航模块。

40、还提出一种计算机程序产品，其被设计用于执行根据所描述的方法的方法步骤，以及提出一种机器可读存储介质，在其上存储有计算机程序产品。