DE102021207878A1 - Verfahren zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung eines Fahrzeugs, umfassend zumindest folgende Schritte:a) Ermitteln von Lokalisierungsergebnissen mittels eines ersten Filters, der GNSS-Daten und INS-Daten einliest,b) Speichern mehrerer, zeitlich hintereinander liegender und jeweils gemäß Schritt a) ermittelter Lokalisierungsergebnisse,c) Analysieren von in Schritt b) gespeicherten Lokalisierungsergebnissen mittels eines sich von dem ersten Filter unterscheidenden zweiten Filters.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung eines Fahrzeugs. Weiterhin werden ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie eine Lokalisierungseinrichtung für ein Fahrzeug angegeben. Die Erfindung kann insbesondere bei GNSS- und INS-basierten Lokalisierungssystemen für das autonome oder teilautonome Fahren zur Anwendung kommen.
  • Stand der Technik
  • Mit Hilfe eines Globalen Navigationssatellitensystems (kurz: GNSS) ist es möglich, eine georäumliche Position auf der Erde zu bestimmen. Die GNSS-Satelliten umlaufen die Erde und senden kodierte GNSS-Signale aus, auf deren Basis ein GNSS-basiertes Lokalisierungssystem die Entfernungen zwischen dem Lokalisierungssystem und den jeweiligen GNSS-Satelliten ermitteln kann, indem es die Zeitdifferenz zwischen dem Empfangszeitpunkt und dem Sendezeitpunkt ermittelt. Die geschätzten Entfernungen dienen zur Schätzung der Position des Empfängers, wenn genügend GNSS-Satelliten verfolgt werden (typischerweise mehr als 5). Derzeit umlaufen mehr als 130 GNSS-Satelliten die Erde. Dies bedeutet, dass üblicherweise höchstens 65 GNSS-Satelliten am lokalen Horizont verfolgbar sind.
  • Mit dem Einsatz der GNSS-Quad-Konstellation, der Dreifach-Frequenz, der externen atmosphärischen Einschränkungen und der PPP-Authentifizierung seitens des Benutzers und mit Hilfe der Mehrdeutigkeitsauflösung kann ein GNSS- und INS-basiertes Lokalisierungssystem in vorteilhafter Weise eine Positionierungsgenauigkeit im Zentimeterbereich erreichen.
  • Obwohl die modernen GNSS- und INS-basierten Lokalisierungssysteme mit verschiedenen Algorithmen zur Fehlervermeidung ausgestattet sind, bleibt der Mehrwegempfang von GNSS-Signalen als der hauptsächliche Positionierungsfehler bei der GNSS- und INS-basierten Lokalisierung ein Problem. Der Mehrwegempfang tritt auf, wenn ein GNSS-Signal über verschiedene Pfade an der GNSS-Antenne des Lokalisierungssystems ankommt. Die Hauptursache besteht darin, dass das GNSS-Signal von Gegenständen, die sich insbesondere in der Nähe der GNSS-Antenne befinden, reflektiert werden kann, insbesondere wenn das GNSS-Signal von einem GNSS-Satelliten mit niedriger Elevation kommt.
  • Dieser Fehler ist für verschiedene Frequenzen unterschiedlich. Er wirkt sich sowohl auf die Phasenmessungen als auch auf die Code-Messungen aus. Im Fall des Codes kann der Fehler einen theoretischen Wert vom 1,5-fachen der Wellenlänge („Chip“) erreichen. Das bedeutet, dass zum Beispiel der Fehler beim GPS C1 Code einen Wert von 450 Meter erreichen kann, obwohl der Wert von mehr als 15 Meter schwer betrachtet werden kann. Typischerweise sind es weniger als 2 oder 3 Meter.
  • Ein klassisches Beispiel für die Szenarien des Mehrwegempfangs ist, dass ein Fahrzeug unter einem Hindernis, zum Beispiel unter einem Überkopfschild fährt. In diesem Szenario kann ein GNSS-Signal vom Überkopfschild reflektiert werden und das reflektierte Signal wird auf dieser Weise von der GNSS-Antenne empfangen. In einem solchen Szenario führt das fehlerhafte Mehrwegesignal zu einer Fehlpositionierung, sodass sich beispielsweise ein navigiertes Fahrzeug erst sehr spät für die Autobahnausfahrt entscheidet, was zu einer plötzlichen Kursänderung führen kann. Der Mehrwegempfang bei anderen Szenarien kann ebenfalls zur plötzlichen Fahrtrichtungsänderung führen, was grundsätzlich, im Sinne der Verkehrssicherheit, zu vermeiden ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Hier wird eine neue Möglichkeit zum insbesondere rechtzeitigen Erkennen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung beschrieben, um insbesondere plötzliche Lokalisierungsänderungen und damit ggf. Fahrtrichtungsänderungen möglichst vermeiden zu können.
  • Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung eines Fahrzeugs, umfassend zumindest folgende Schritte:
    1. a) Ermitteln von Lokalisierungsergebnissen mittels eines ersten Filters, der GNSS-Daten und INS-Daten einliest,
    2. b) Speichern mehrerer, zeitlich hintereinander liegender und jeweils gemäß Schritt a) ermittelter Lokalisierungsergebnisse,
    3. c) Analysieren von in Schritt b) gespeicherten Lokalisierungsergebnissen mittels eines sich von dem ersten Filter unterscheidenden zweiten Filters.
  • Die Schritte a), b) und c) können zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise zumindest einmal und/oder wiederholt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Weiterhin können die Schritte a), b) und c), insbesondere die Schritte a) und b) zumindest teilweise parallel oder gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Das beschriebene Verfahren ist insbesondere zum autonomen Fahren geeignet. Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein autonom fahrendes Kraftfahrzeug mit einem GNSS- und INS-basierten Lokalisierungssystem zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Automobil handeln, welches für einen zumindest teilweise automatisierten oder autonomen Fahrbetrieb eingerichtet ist.
  • Im Unterschied zu einem Systemrauschen (welches beim GNSS-Empfang grundsätzlich zu beobachten ist) meint die Störung hier insbesondere einen detektierbaren (externen) Einfluss, der (bezogen auf das Fahrzeug) unerwartet und plötzlich vorliegen kann. Eine solche Störung ist beispielsweise der Mehrwegempfang oder das Spoofing von Navigationssatellitensignalen. Solche Störungen sind üblicherweise nicht, wie das weiße Rauschen, entsprechend einer Gaußschen Normalverteilung verteilt und werden daher von einem herkömmlichen Filter normalerweise nicht betrachtet. Denn beispielsweise ein Kalman-Filter kann normalerweise nur die Systemzustände mit (Gauß-) normalverteilten Unsicherheiten gut schätzen.
  • Die GNSS- und INS-basierte Lokalisierung meint hier insbesondere das Positionieren und/oder Navigieren eines insbesondere zumindest teilweise automatisiert oder autonom fahrenden Fahrzeugs durch den Empfang von Navigationssatellitensignalen (kurz: GNSS-Signale) und Inertialsensorsignalen (kurz: INS-Signale).
  • Ein GNSS-Signal ist ein Signal, das von einem Navigationssatelliten gesendet wird, und das die Positionsinformation des Navigationssatelliten und die Zeitinformation umfasst. Durch den Empfang von mindestens vier GNSS-Signalen aus vier verschiedenen Navigationssatelliten desselben globalen Navigationssystems mittels einer GNSS-Antenne kann die Position des Fahrzeugs ermittelt werden. Dabei sind die GNSS-Daten in der Regel die binäre Form des GNSS-Signals. Als GNSS-Dienst kommen beispielsweise GPS, GLONASS, Galileo und/oder Beidou in Betracht.
  • Ein INS-Signal ist ein Signal, das von einem Inertialsensor gesendet wird, und das eine Beschleunigungsinformation und/oder eine Drehrateninformation umfasst. Es werden normalerweise mindestens ein Drehratensensor und mindestens ein Beschleunigungssensor am Massezentrum des Fahrzeuges und vorteilhaft jeweils in Richtung der Längsachse, der Querachse und der Hochachse angeordnet sein. Somit können die Beschleunigung und die Drehrate des Fahrzeuges bezüglich der jeweiligen Achsen als Rohinformationen in Form von INS-Signalen vorteilhaft erfasst werden. Zusammen mit der im GNSS-Signal enthaltenen Zeitinformation lassen sich die Pose basierend auf der Drehrateninformation und die Geschwindigkeit basierend auf der Beschleunigungsinformation besonders vorteilhaft ermitteln. Dabei beschreibt die Pose insbesondere zumindest auch das Neigen (Bewegung um die Längsachse), das Nicken (Bewegung um die Querachse) und das Gieren (Bewegung um die Hochachse) des Fahrzeuges. Die INS-Daten sind in der Regel die binäre Form des INS-Signals.
  • Die oben genannten GNSS- und INS-Signale können in Schritt a) in Form von GNSS- und INS-Daten in den ersten Filter eingegeben werden. Der erste Filter umfasst einen Algorithmus, der basierend auf der in den GNSS-Signalen enthaltenen Satellitenpositionsinformation und Zeitinformation und basierend auf der in den INS-Signalen enthaltenen Beschleunigungsinformation und Drehrateninformation die Position, die Ausrichtung und/oder die Geschwindigkeit (Pose) des Fahrzeuges ermitteln kann. Die ermittelte Position, Ausrichtung und/oder Geschwindigkeit werden als Lokalisierungsergebnisse vom ersten Filter ausgegeben.
  • Mit dem ersten Filter können die Lokalisierungsergebnisse unter Berücksichtigung der (Gauß-)normalverteilten Unsicherheiten, wie zum Beispiel weißes Rauschen und/oder Offset der jeweiligen Inertialsensoren ermitteltet werden.
  • Die in der Regel nicht (Gauß-)normalverteilten Störungen, wie etwa der Mehrwegempfang werden insbesondere nicht vom ersten Filter betrachtet. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die Lokalisierungsergebnisse, die vom ersten Filter basierend auf in Echtzeit erfassten GNSS- und INS-Signalen ermittelt werden, aufgrund einer ggf. vorliegenden nicht (Gauß-) normalverteilten Störung fehlerhaft sein können.
  • Insbesondere zur Erkennung der ggf. fehlerhaften Lokalisierungsergebnisse können die vom ersten Filter ermittelten Ergebnisse zusätzlich durch einen zweiten Filter überwacht und ggf. basierend auf vergangenen rohen bzw. ermittelten Daten korrigiert werden.
  • Insbesondere dazu können in Schritt b) die in Schritt a) ermittelten Lokalisierungsergebnisse zunächst in einem zusätzlichen Speicher gespeichert werden. Hierbei können die ermittelte Position, die ermittelte Ausrichtung und/oder die ermittelte Geschwindigkeit (Pose) als die jeweiligen Lokalisierungsergebnisse im Wesentlichen im Verlauf der Zeit nacheinander ermittelte diskrete Werte sein, die hintereinander im Speicher gespeichert werden können. Jedes Lokalisierungsergebnis - zum Beispiel die Position- kann daher in Form von einer Vielzahl von Positionswerten (x, y, z) wie Partikel im Speicher gespeichert werden. Dementsprechend können die Ausrichtung und/oder die Geschwindigkeit in gleicher Weise gespeichert werden.
  • Hieraus ist insbesondere zu erkennen, dass die gespeicherten Lokalisierungsergebnisse im Wesentlichen als zeitlich vergangene Lokalisierungsergebnisse zur Korrektur der aktuell bzw. später ermittelten Lokalisierungsergebnisse dienen können. Es ist besonders bevorzugt, wenn die in beispielsweise den letzten zwanzig bis dreißig Sekunden ermittelten Lokalisierungsergebnisse gespeichert werden.
  • In Schritt c) erfolgt in Analysieren von in Schritt b) gespeicherten Lokalisierungsergebnissen mittels eines sich von dem ersten Filter unterscheidenden zweiten Filters. Dabei können die vorab gespeicherten Lokalisierungsergebnisse insbesondere in Verbindung mit vorab und/oder aktuell erfassten rohen INS-Daten zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bzw. zum Korrigieren der aktuell ermittelten Lokalisierungsergebnisse mittels eines zweiten Filters analysiert werden.
  • Im Unterschied zum zweiten Filter, ist der erste Filter in der Regel ein Algorithmus, der im Wesentlichen die aktuellen Ergebnisse basierend auf den aktuell erfassten Daten ermittelt. Demgegenüber ist der zweite Filter in der Regel ein Algorithmus, der im Wesentlichen die aktuell ermittelten Ergebnisse des ersten Filters überwacht, diese insbesondere auch basierend auf vorab und aktuell erfassten Daten überwachen und ggf. korrigieren kann. Daher ist es vorteilhaft, wenn ein zusätzlicher Speicher zum Speichern der vorab erfassten Daten vorgesehen ist.
  • Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die vom zweiten Filter korrigierten Lokalisierungsergebnisse als Basis zurück in den ersten Filter zur rekursiven Berechnung von späteren Lokalisierungsergebnissen eingegeben werden. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der erste Filter mit seinen Ausgängen über einen zweiten Filter rückgekoppelt sein kann. Somit können die Lokalisierungsergebnisse unter Berücksichtigung von normalverteilten und/oder nicht normalverteilten Unsicherheiten präziser ermittelt werden.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren kann das Vorliegen einer Störung wie etwa Mehrwegempfang oder Spoofing von GNSS-Signalen vorteilhaft rechtzeitig und/oder präzise erfasst werden. Insbesondere können die damit verbundenen Fehler, insbesondere Positionierungsfehler, zumindest teilweise korrigiert werden. Dadurch können beispielsweise ein plötzlicher Fahrtrichtungswechsel beim insbesondere automatisierten oder autonomen Fahren oder sonstige gefährliche Fahrszenarien vorteilhaft vermieden werden.
  • Es ist bevorzugt, wenn der zweite Filter zusätzlich INS-Daten einliest und diese bei der Analyse gemäß Schritt c) berücksichtigt. Die INS-Daten sind hierbei insbesondere Beschleunigungsdaten und/oder Drehratendaten, welche insbesondere vorab und/oder aktuell erfasst werden. Die erfassten Beschleunigungsdaten in Richtung der Längsachse können zum Beispiel für die Schätzung der Geschwindigkeit relevant sein. Die erfassten Drehratendaten um die Hochachse (zum Beispiel Lenkwinkel) können für die Schätzung der Position und/oder Ausrichtung relevant sein. Es ist bevorzugt, wenn die vorab und/oder aktuell erfassten INS-Daten zusammen mit den in Schritt a) ermittelten Lokalisierungsergebnissen im Speicher gespeichert werden. Somit können die INS-Daten und die in Schritt a) ermittelten Lokalisierungsergebnisse zusammen vom zweiten Filter aus dem Speicher eingelesen werden und als Basis zum Überwachen und ggf. Korrigieren der zum späteren Zeitpunkt ermittelten Lokalisierungsergebnisse dienen.
  • Es ist bevorzugt, wenn der erste Filter ein Kalman-Filter ist. Hierbei kann beispielsweise ein erweiterter Kalman-Filter (EKF) oder ein Cubature Kalman-Filter (CKF) zur Schätzung der Lokalisierungsergebnisse, insbesondere zur Schätzung der Position, Ausrichtung und/oder Geschwindigkeit des Fahrzeuges basierend auf üblicherweise den aktuell erfassten GNSS- und INS-Daten angewendet werden.
  • Es ist bevorzugt, wenn der zweite Filter ein Partikelfilter ist.
  • Es ist insbesondere bevorzugt, wenn der zweite Filter auch Lokalisierungsergebnisse schätzt und diese mit gespeicherten Lokalisierungsergebnissen vergleicht.
  • Im Unterschied zum Kalman-Filter kann der Partikelfilter insbesondere die ermittelten Lokalisierungsergebnisse zum aktuellen Zeitpunkt durch das Resampling von vorab ermittelten Lokalisierungsergebnissen unter Berücksichtigung von vordefinierbaren Resampling-Kriterien in rekursiver Weise erneut schätzen. Somit kann die Abweichung zwischen den geschätzten und den tatsächlichen Lokalisierungsergebnissen vorteilhaft in rekursiver Weise minimiert werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass der Partikelfilter die Lokalisierungsergebnisse auch unter Berücksichtigung von nicht normalverteilen Unsicherheiten, wie beispielsweise von Mehrwegempfang und/oder GNSS-Spoofing schätzen kann. Somit können die in Schritt a) ermittelten, ggf. fehlerbehafteten Lokalisierungsergebnisse mittels des Partikelfilters vorteilhaft überwacht und ggf. zumindest teilweise korrigiert werden.
  • Insbesondere, wenn sich die eingelesenen INS-Daten nicht signifikant ändern, aber die Lokalisierungsergebnisse des zweiten Filters von den durch den ersten Filter ermittelten Lokalisierungsergebnissen abweichen, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für Mehrwegeffekte oder Fehler des GNSS-Systems.
  • Hierbei können die eingelesenen INS-Daten als die o. g. Resampling-Kriterien von Eingangsgrößen des Partikelfilters angewendet werden. Z. B. wenn sich ein Lenkwinkel vor und zum aktuellen Zeitpunkt nicht signifikant ändert, bedeutet dies, dass die Fahrrichtung nicht geänderten wurde. Daher sollen die in Schritt a) ermittelten Positionen in den letzten Sekunden, z. B. in den letzten 20 Sekunden eine gerade Linie ausbilden. Wenn sich die Positionen weiter weg von der Linie befinden, bedeutet es, dass eine Störung bei der Positionierung vorliegen kann und diese ermittelten Positionen fehlerhaft sein können. Hierbei können nur die Positionen, die sich an der Linie befinden, zur Ermittlung der späteren Positionen angewendet werden.
  • Außerdem kann die erfasste Beschleunigung als Resampling-Kriterien von Eingangsgrößen des Partikelfilters angewendet werden. Z. B. wenn sich die Beschleunigung in den letzten Sekunden nicht signifikant ändert, sollten die Richtung der zwischenzeitlich ermittelten Geschwindigkeitsvektoren ebenfalls nicht geändert werden. Wenn sich die Richtung der Geschwindigkeitsvektoren signifikant ändert, kann eine Störung vorliegen und die Geschwindigkeitsvektoren mit einer signifikant geänderten Richtung fehlerbehaftet sein. Dazu können die Geschwindigkeitsvektoren in den letzten Sekunden mit einer nicht geänderten Richtung für die Ermittlung der späteren Lokalisierungsergebnisse angewendet werden.
  • Darüber hinaus kann der erfasste Drehwinkel um die jeweiligen Achsen als Resampling-Kriterien von Eingangsgrößen des Partikelfilters abgewendet werden. Wenn sich z. B. der Drehwinkel in den letzten Sekunden nicht signifikant ändert, sollte die Pose sich zwischenzeitlich entsprechend nicht ändern. Wenn die ermittelten Posen in den letzten Sekunden voneinander signifikant abweichen, kann eine Störung vorliegen. Dazu können die meisten gleichen Posen für die Ermittlung der späteren Lokalisierungsergebnisse angewendet werden. Die anderen Posen können als fehlerbehaftete Posen angesehen werden.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, dass der zweite Filter eine Störung erfasst, wenn sich aus der Analyse der Lokalisierungsergebnisse ein Fahrverhalten ergibt, welches nicht zu einem Fahrverhalten passt, welches sich aus INS-(Roh-) Daten ergibt. Dies kann beispielsweise in der Art eines Vergleichs von dem zweiten Filter ermittelt werden.
  • Wenn sich beispielswiese aus den INS-Daten ergibt, dass der Kurs (Ausrichtung des Fahrzeugs in Längsrichtung) im Wesentlichen konstant war oder ist, beispielsweise durch Einlesen einer Kursrate bzw. Kursänderung unterhalb eines Schwellenwertes, sollten die zugehörigen Lokalisierungsergebnisse ein Fahrverhalten ergeben, bei dem eine (GNSS-basierte) Fahrzeugausrichtung aus einem (momentanen) Lokalisierungsergebnis im Wesentlichen der Fahrzeugausrichtung aus einem (unmittelbar) vorangehenden Lokalisierungsergebnis entspricht.
  • Wenn sich beispielswiese aus den INS-Daten ergibt, dass die Beschleunigung im Wesentlichen konstant war oder ist, beispielsweise durch Einlesen einer Beschleunigungsänderung unterhalb eines Schwellenwertes, sollten die zugehörigen Lokalisierungsergebnisse ein Fahrverhalten ergeben, bei dem eine (GNSS-basierte) Fahrzeuggeschwindigkeit aus einem (momentanen) Lokalisierungsergebnis im Wesentlichen der Fahrzeuggeschwindigkeit aus einem (unmittelbar) vorangehenden Lokalisierungsergebnis entspricht.
  • Wenn sich beispielswiese aus den INS-Daten ergibt, dass die Lage im Wesentlichen konstant war oder ist, beispielsweise durch Einlesen einer Lagerate bzw. Lagenänderung unterhalb eines Schwellenwertes, sollten die zugehörigen Lokalisierungsergebnisse ein Fahrverhalten ergeben, bei dem eine (GNSS-basierte) Fahrzeuglage aus einem (momentanen) Lokalisierungsergebnis im Wesentlichen der Fahrzeuglage aus einem (unmittelbar) vorangehenden Lokalisierungsergebnis entspricht.
  • Es ist bevorzugt, wenn Lokalisierungsergebnisse, zu denen eine Störung erfasst wird, gelöscht, angepasst oder herabgewichtet werden. Die oben beschriebenen fehlerbehafteten Positionen, Geschwindigkeitsvektoren und/oder Ausrichtungen (Posen) können gelöscht, angepasst oder herabgewichtet werden.
  • Es ist außerdem bevorzugt, wenn ein Computerprogramm zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens angewandt wird. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm(-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programmes durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
  • Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn ein maschinenlesbares Speichermedium angewandt wird, auf dem das hier vorgeschlagene Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
  • Es ist insbesondere bevorzugt, wenn das Lokalisierungssystem für ein Fahrzeug, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogram und/oder dem Speichermedium und/oder der Lokalisierungseinrichtung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigt schematisch:
    • 1 einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung eines Fahrzeugs bei einem regulären Betriebsablaufs,
    • 2 zwei beispielhafte Szenarien beim Mehrwegempfang von GNSS Signalen,
    • 3 einen beispielhaften Blockschaltbild einer Lokalisierungseinrichtung zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens, und
    • 4 ein beispielhaftes Flussdiagramm zur Durchführung eines hiervorgestellten Verfahrens.
  • 1 zeigt schematisch einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung eines Fahrzeugs bei einem regulären Betriebsablauf. Die dargestellte Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b) und c) mit den Blöcken 110, 120 und 130 ist lediglich beispielhaft.
  • Im Block 110 erfolgt ein Ermitteln von Lokalisierungsergebnissen mittels eines ersten Filters, der GNSS-Daten und INS-Daten einliest. Im Block 120 erfolgt ein Speichern mehrerer, zeitlich hintereinander liegender und jeweils gemäß Schritt a) ermittelter Lokalisierungsergebnisse. Im Block 130 erfolgt ein Analysieren von in Schritt b) gespeicherten Lokalisierungsergebnissen mittels eines sich von dem ersten Filter unterscheidenden zweiten Filters.
  • 2 zeigt zwei typische Fahrszenarien mit Mehrwegempfang von GNSS-Signalen, nämlich ein zu später Fahrbahnwechsel (links) und eine plötzliche Fahrtrichtungsänderung (rechts).
  • In 2 ist zu erkennen, dass ein Fahrzeug 21 (rechts) unter einem Überkopfschild 22 fährt. In diesem Szenario kann ein GNSS-Signal vom Überkopfschild 22 reflektiert werden und das reflektierte Signal wird auf dieser Weise von der GNSS-Antenne des Fahrzeugs 21 empfangen. In einem solchen Szenario führt die Mehrwegeausbreitung des GNSS-Signals zu einer Fehlpositionierung, sodass das navigierte Fahrzeug 21 seine Fahrtrichtung plötzlich ändern kann. 2 rechts zeigt diese plötzliche Fahrtrichtungsänderung, bei der die Position 1, die Position 2 und die Position 3 die SOLL-Positionen sein sollen. Jedoch weichen die Position 5 und Position 6 als die IST-Positionen aufgrund des Mehrwegeempfangs ab.
  • 3 zeigt schematisch eine beispielhaftes Blockschaltbild einer Lokalisierungseinrichtung 20 zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens. Die Lokalisierungseinrichtung 20 ist beispielhaft in einem Fahrzeug 21 angeordnet. Die Lokalisierungseinrichtung 20 umfasst ein GNSS-Signal-Modul 7 zum Erfassen von GNSS-Signalen, ein INS-Signal-Modul 8 zum Erfassen von INS-Signalen, ein Satellitenstatusrechner-Modul 9 zum Ermitteln von in den GNSS-Signalen enthaltenen Satellitenpositionsinformationen und Zeitinformationen, ein Navigationsrechner-Modul 10 mit einem ersten Filter (nicht gezeigt) zum Ermitteln von Lokalisierungsergebnissen, einen Speicher 11 zum Speichern der ermittelten Lokalisierungsergebnissen wie Positionen, Geschwindigkeiten, Ausrichtungen und Zeiten, ein Fehlerdetektion-Modul 12 mit einem zweiten Filter (nicht gezeigt) zur verbesserten Detektion von Fehlern bzw. Korrigieren der ermittelten Lokalisierungsergebnissen, und ein Trägerphasen-Unschärferechner-Modul 13 zum Analysieren von Trägerphasen.
  • In 3 ist zu erkennen, dass ein zusätzlicher Speicher 11 und ein zusätzliches Fehlerdetektions-Modul 12 der Lokalisierungseinrichtung 20 zugeordnet und mit dem Navigationsrechner-Modul 10 rückgekoppelt sind. Somit können die vom Navigationsrechner-Modul 10 ermittelten Lokalisierungsergebnisse wie Positionen, Geschwindigkeiten, Ausrichtungen und Zeiten in dem zusätzlichen Speicher 11 separat gespeichert werden. Das Fehlerdetektion-Modul 12 mit dem zweiten Filter (nicht gezeigt) liest die ermittelten Lokalisierungsergebnisse in den letzten Sekunden (z. B. in den letzten zwanzig Sekunden) aus dem Speicher 11 ein, und gibt die korrigierten Lokalisierungsergebnisse in das Fehlerdetektion-Modul 12 ein. Basierend auf den korrigierten Lokalisierungsergebnissen kann das Fehlerdetektion-Modul 12 neue Lokalisierungsergebnisse ermitteln.
  • 4 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm zur Durchführung eines hiervorgestellten Verfahrens. Die dargestellte Reihenfolge der Schritte I) bis XII) mit den Blöcken 210 bis 212 ist lediglich beispielhaft. Im Block 210 erfolgt ein Erstellen eines Partikelfilters. Im Block 220 erfolgt ein Spezifizieren von Parametern eines nichtlinearen Systems zum Schätzten von Systemzuständen (z. B. Lokalisierungsergebnissen). Im Block 230 erfolgt ein Initialisieren von Partikeln. Im Block 240 erfolgt ein Sampling von Partikeln. Im Block 250 erfolgt ein Schätzen von nächsten Systemzuständen. Im Block 260 erfolgt ein Erfassen von Messwerten wie beispielsweise GNSS- und INS-Daten. Im Block 270 erfolgt ein Korrigieren von geschätzten Systemzuständen basierend auf den erfassten Messwerten (z. B. GNSS- und INS-Daten). Im Block 280 erfolgt ein Detektieren, ob eine Störung vorliegt. Im Block 290 erfolgt ein Extrahieren von den möglichsten geschätzten Systemzuständen, wenn keine Störung vorliegt. Im Block 211 erfolgt ein Resampling von Partikeln zum Schätzten von Systemzuständen in rekursiver Weise.
  • In 4 ist zu erkennen, dass im Blok 212 ein Einlesen von zusätzlichen Rohdaten (z. B. INS-Rohdaten) erfolgt, die vorab erfasst und in einem zusätzlichen Speicher (nicht gezeigt) gespeichert werden, bevor im Block 280 das Detektieren von Störungen durchgeführt wird. Darüber hinaus erfolgt im Block 213 ein Löschen von Zwischenergebnissen, wenn im Block 212 detektiert wird, das eine Störung vorliegt.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erfassen des Vorliegens einer Störung bei einer GNSS- und INS-basierten Lokalisierung eines Fahrzeugs, umfassend zumindest folgende Schritte: a) Ermitteln von Lokalisierungsergebnissen mittels eines ersten Filters, der GNSS-Daten und INS-Daten einliest, b) Speichern mehrerer, zeitlich hintereinander liegender und jeweils gemäß Schritt a) ermittelter Lokalisierungsergebnisse, c) Analysieren von in Schritt b) gespeicherten Lokalisierungsergebnissen mittels eines sich von dem ersten Filter unterscheidenden zweiten Filters.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Filter zusätzlich INS-Daten einliest und bei der Analyse gemäß Schritt c) berücksichtigt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Filter ein Kalman-Filter ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Filter ein Partikelfilter ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Filter auch Lokalisierungsergebnisse schätzt und diese mit gespeicherten Lokalisierungsergebnissen vergleicht.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Filter eine Störung erfasst, wenn sich aus der Analyse der Lokalisierungsergebnisse ein Fahrverhalten ergibt, welches nicht zu einem Fahrverhalten passt, welches sich aus INS-Daten ergibt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Lokalisierungsergebnisse, zu denen eine Störung erfasst wird, gelöscht, angepasst oder herabgewichtet werden.
  8. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Lokalisierungseinrichtung (20) für ein Fahrzeug (21), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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