[发明专利]用于二维和三维精确位置和定向确定的布置和方法

说明书

分案申请

本发明专利申请是申请日为2006年11月6日，申请号为200680056664.3，以及发明名称为“用于二维和三维精确位置和定向确定的布置和方法”的发明专利申请案的分案申请。

技术领域

本发明涉及二维和三维精确位置和定向确定的布置和方法。

背景技术

位置确定装置是现有技术中已知的。现今位置确定装置越来越多地应用于(例如)交通工具，例如车辆、轮船和飞机。为此目的，此交通工具可包括不同的测量单元，如全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)和距离测量仪器(DMI)。

在行进时，此些测量单元的输出数据由处理器用来计算交通工具的位置和/或定向。取决于应用，在线或离线使用这些测量单元做出的测量。

一般需要从3个测量单元：GPS、IMU和DMI提供尽可能准确的位置和定向测量。为此目的应解决许多问题，例如多路径问题、测量信号中的噪声以及IMU的输出信号中的漂移(或其它移位)。在当前技术水平下，卡尔曼(Kalman)滤波器广泛用于补偿来自IMU的输出信号中的漂移以及补偿其它效应。而且，其它统计方法，如移动平均技术和高斯(Gaussian)白噪声滤波，可用于从信号去除许多噪声以使信号变得纯净。

然而，有效地去除高斯噪声的一些滤波技术和平均技术对经偏移信号将低效地起作用，所述信号展示对测量系列(如在GPS测量中)的较长时间常数移位。

第5,311,195号和第5,948,043号美国专利揭示具有其它传感器和用于识别不应考虑的不准确GPS测量的非卡尔曼构件的GPS系统。

发明内容

本发明的目标是提供一种位置和定向确定系统以及位置和定向确定方法，以改进基于在沿着轨迹移动的交通工具上执行的测量的位置和定向计算中的至少一者。

为此，本发明提供一种如独立设备技术方案中所主张的计算机布置。

而且，本发明涉及一种如独立方法技术方案中所主张的方法。

本发明提供非常准确且可靠的方法来从在交通工具沿着其轨迹移动时收集到的一组GPS样本中去除不准确的GPS样本。通过使用所主张的设备或方法，不准确的GPS样本以非线性方式被消除。

在一实施例中，关于位置和定向的计算可离线进行，即，在已收集到来自轨迹的所有测量数据之后进行。这(例如)在所谓的移动测绘系统(MMS系统)中是真实的，其中通过沿着道路网行进的交通工具来收集位置和定向数据，所述位置和定向数据稍后用于产生2D和/或3D道路地图，或捕捉可在一区域(如城市中的道路)的3D显示中使用的地理数据，所述3D显示还展示沿着所述道路的建筑物的立面。可应用本发明的其它领域是在道路资产细目数据库创建中，其中MMS系统可提供重要的支持。同样可使用其它传感器，如用于路面管理的作为地理雷达的传感器、基于激光的粗糙度系数测量单元、广泛用于裂纹检测应用的频闪观测器增强高速垂直相机，以及用于对象确定、3D视图应用等的激光扫描仪。

在此实施例中测得的位置和定向数据无需实时使用而是仅在后来使用的事实向离线处理器提供了执行不同于在实时情况下是可能的校正机制的校正机制的能力。本发明的离线方法提供检查如在沿着道路网行进期间收集到的所有GPS样本的甚至更准确的选择，从而识别不准确的GPS样本，且不再考虑这些不准确的GPS样本来计算所行进的轨迹。如以此方式计算出的轨迹具有较高的准确度，因为其不再受经偏移GPS信号影响。

因此，本发明提供准确的结果，其可非常成本有效地实施且可在离线环境中使用，在所述离线环境中，位置/定向测量是从用例如已以平稳方式(因此，没有例如由比赛车辆做出的突然移动)沿着道路行驶的交通工具收集到的数据计算的。

在离线环境中，本发明可用于产生轨迹的更敏感确定，且因此最终产生略微更精确的最终结果。这是因为在离线实施例中，可应用形状滤波器，所述形状滤波器为全局的、回归的且自适应的，且可将GPS样本分类为准确的或不准确的。

在一实施例中，本发明提供对用于计算交通工具的随着时间而变的位置和定向的惯性测量单元(IMU)的输出信号中的漂移(或其它移位)进行计算的选择。这是通过使用GPS样本来完成的，且随后校正IMU信号的以此方式确定的漂移。随后将经漂移校正的IMU信号用作用于计算位置和定向的主要基础，而GPS样本主要用于漂移校正。用于此漂移补偿的GPS样本的数目可高达25％。

附图说明