DE60031868T2

DE60031868T2 - Navigationssystem und -verfahren zum verfolgen der position eines objektes

Info

Publication number: DE60031868T2
Application number: DE60031868T
Authority: DE
Inventors: J. Keith Irvine BRODIE; F. Stephen Irvine ROUNDS; M. Mangesh Sunnyvale CHANSARKAR
Original assignee: Sirf Technology Inc
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2020-09-16
Also published as: CN1384915A; DE60031868D1; ATE345487T1; US20020128775A1; EP1218694A4; EP1218694A1; JP2003509671A; US6453238B1; WO2001020260A1; JP3907170B2; EP1218694B1; US6643587B2; AU7828900A

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein Navigationssysteme und genauer ein System und Verfahren zum Kalibrieren von Sensoren in einem Navigationssystem, das Koppelnavigations-Mechanismen in Verbindung mit GPS-Einrichtungen zum Bestimmen der Position von Fahrzeugen, während das Fahrzeug durch Gebiete mit Global Positioning Satellite (GPS)-Signalausfall fährt, verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist oft wünschenswert, die Ortsinformation über Objekte, wie beispielsweise Fahrzeuge, die durch Gebiete mit teilweiser oder vollständiger GPS-Signalunterbrechung oder durch Gebiete, die Mehrwege-Signale anbieten, oder durch Gebiete, in denen äußere Störungen einen GPS-Signalausfall verursachen, fahren, aufrechtzuerhalten. Solche Gebiete können städtische Schluchten aufweisen, die natürliche und/oder künstliche Strukturen aufweisen, die eine teilweise oder vollständige GPS-Signalunterbrechung verursachen. Beispielsweise stellt ein Flughafengelände eine Herausforderung dar, da es dort allgemein zahlreiche teilweise und vollständige Unterbrechungen aufgrund von Straßenüberführungen, unterirdischen Tunnels und dicht bevölkerten künstlichen Strukturen, die den Flughafen aufweisen, gibt.
Typische Navigationssysteme verwenden Koppelnavigations-Sensoren zum Navigieren durch Gebiete mit teilweiser oder vollständiger GPS-Signalunterbrechung. Koppelnavigationssysteme verwenden Trägheitsmessungs-Mechanismen, wie beispielsweise ein Schwungrad, zum Vorsehen einer Navigation während teilweiser Signalausfälle. Sensoren, die in GPS-Koppelnavigations (GPS-DR)-Systemen verwendet werden, weisen Wendekreisel, magnetische Kurssensoren, Beschleunigungsmesser, Wegstreckenzähler und Differenz-Wegstreckenzähler oder Radtakt-Sensoren auf. Automobil-GPS-Anwendungen erleiden einen Leistungsabfall, wenn Signale von den GPS-Satelliten unterbrochen oder von einem örtlichen Gelände, Gebäuden, Tunnels oder dem Fahrzeug selbst reflektiert werden. Bei bestimmten Anwendungen kann ein Automobil-Navigationssystem noch benötigt werden, damit es eine Ausgabe vorsieht, selbst wenn die Satelliten nicht sichtbar sind. Eine Verwendung eines Koppelnavigationssystems in diesen Intervallen ist üblich. Insbesondere ist ein GPS-DR-System, das einen Kreisel zum Beibehalten eines Kurses und Fahrzeugwegstreckenzähler-Eingabeimpulse zum Bestimmen einer Distanz, die gefahren wurde, verwendet, wohl bekannt.
GPS- und Trägheitssensor-Lösungen sehen eine synergistische Beziehung vor, wenn sie zusammen in Hybrid-Navigationssystemen verwendet werden. Die Integration dieser zwei Arten von Lösungen überwindet nicht nur Leistungsprobleme, die bei jeder individuellen Lösung entdeckt werden, sondern entwickelt ein System, dessen Leistung die einer individuellen Lösung übersteigt. GPS sieht eine begrenzte Genauigkeit vor, wohingegen eine Trägheitssystem-genauigkeit mit der Zeit abnimmt.
In Navigationssystemen weisen Leistungsprobleme von GPS-Empfängern eine Anfälligkeit für eine Störung von äußeren Quellen, eine Zeit für das erste Einstellen, d.h. erste Positionslösung, eine Unterbrechung des Satellitensignals aufgrund einer Unterbrechung, Intaktheit und Signalwiedererfassungsfähigkeit auf. Die Leistungsprobleme, die Trägheitssensoren betreffen, sind ihre zugehörige Qualität und Kosten.
Ein Hauptproblem beim Verwenden von GPS als eine unabhängige Quelle bei einer Navigation ist eine Signalunterbrechung. Eine Signalunterbrechung kann durch Schattierung der GPS-Antenne durch Gelände oder künstliche Strukturen, zum Beispiel Gebäude, Fahrzeugstruktur und Tunnels, oder durch eine Störung von einer äußeren Quelle, verursacht werden. Allgemein, wenn nur drei verwendbare Satellitensignale erhältlich sind, greifen die meisten GPS-Empfänger auf einen zweidimensionalen Navigationsmodus durch Verwenden von entweder der letzten bekannten Höhe oder einer Höhe, die von einer äußeren Quelle erhalten wird, zurück. Jedoch, falls die Zahl der verwendbaren Satelliten niedriger als drei ist, weisen einige Empfänger die Option auf, keine Lösung zu erstellen oder die letzte Position und Geschwindigkeitslösung vorwärts zu extrapolieren, in das, was als „Koppelnavigation" (DR) bezeichnet wird. Positionsunterstützung aus dem Trägheitssystem kann verwendet werden, dem GPS-Empfänger zu helfen, das Satellitensignal wieder zu erfassen. Durch Senden einer Fahrzeugposition an den Empfänger, kann der Empfänger genau die Entfernung von der angegebenen Position zu den Satelliten berechnen und deshalb seine inneren Ablaufprogramme initialisieren.
Allgemein gibt es zwei Arten von Trägheitssensoren – Kreisel und Beschleunigungsmesser. Die Ausgabe eines Kreisels ist ein Signal, das proportional zu einer Winkelbewegung um seine Ein gabeachse ist, und die Ausgabe eines Beschleunigungsmessers ist ein Signal, das proportional zu der Veränderung der Geschwindigkeit ist, die entlang seiner Eingabeachse erfasst wird. Eine dreiachsige Trägheitsmesseinheit (IMU) würde dann drei Kreisel und drei Beschleunigungsmesser benötigen, um durch Trägheit ihre Position und Geschwindigkeit im freien Raum zu bestimmen.
Einer der wesentlichen Faktoren, die die Qualität eines Trägheitssystems betreffen, ist die Drift der Kreisel, die in Grad/Stunde gemessen wird. Die Drift eines Kreisels ist ein falsches Ausgabesignal, das durch Fehler während der Herstellung des Sensors verursacht wird. In Trägheitssensoren werden diese durch Masseunwuchten in einer drehenden Masse eines Kreisels und durch Unlinearitäten in den Messwertumformerschaltkreisen, wie es bei Glasfaserkreiseln zu sehen ist, verursacht. Dieses falsche Signal wirkt sich so aus, dass es dem Navigationssystem vermittelt, dass sich das Fahrzeug bewegt, wenn es tatsächlich steht. Die Herstellungskosten von Kreiseln mit geringer Drift betragen Schätzungsweise $ 1.000. Eine Trägheitseinheit mit einer Drift von 1 bis 100 Grad/Stunde kostet gegenwärtig schätzungsweise $ 1.000 bis $ 10.000. Trägheitseinheiten, die Genauigkeiten von weniger als 1 Grad/Stunde vorsehen, sind zu wesentlich höheren Preisen erhältlich, die von einem zehn- bis hundertfachen der Kosten reichen, die mit Einheiten von geringerer Genauigkeit verbunden sind.
Wie zu sehen ist, spielt die Qualität der Trägheitssensoren eine große Rolle bei der Kosteneffizienz eines Navigationssystems. Falls 0,0001-Grad/Stunde-Kreisel relativ billig wären, dürfte GPS heute nicht benötigt werden. Jedoch sind in Wirklichkeit Trägheitssensoren teuer und ein wesentliches Ergebnis der Integration von GPS bei Trägheitssensoren ist die Fähigkeit, Sensoren mit geringerer Leistung und höherer Kosteneffizienz zu verwenden. Wie oben erwähnt, sind während des Betriebs eines Navigationssystems, wenn sowohl GPS als auch die Trägheitsbauteile betriebsbereit sind, die Trägheitsnavigationsfehler durch die Genauigkeit der GPS-Lösung begrenzt. Deshalb ist ein wesentlicher Beitrag, den der GPS-Empfänger zu dem Betrieb des Trägheitsuntersystems leistet, die Kalibrierung der Trägheitssensoren. Trägheitsinstrumenten wird vorgeschrieben, dass sie ein Einschalt- bis Abschaltdrifterfordernis erfüllen (jedes Mal, wenn ein Kreisel hochgefahren wird, unterscheidet sich seine Anfangsdriftgröße).
Die Hauptfehler, die mit Trägheitssensoren, die in Verbindung mit GPS-Systemen (GPSI-Systemen) verwendet werden, verbunden sind, sind die Kreiselabweichung und die Beschleunigungsmesserabweichung. Die Kreiselabweichung und die Beschleunigungsmesserabweichung belegen typischerweise sechs der Zustände innerhalb eines Trägheits- oder GPSI-Kalman-Filters. Während des Betriebs eines GPSI-Systems, erzeugt der Kalman-Filter einen Schätzwert dieser Abweichungen, indem sie aus den Geschwindigkeitsdaten abgeleitet werden, die von dem GPS-Empfänger empfangen werden.
Integrierte GPS-Systeme, bei denen GPS-Sensoren in Verbindung mit Trägheitssensoren (GPSI-Systeme) verwendet werden, wurden typischerweise geschaffen durch Verwenden eines einzelnen Kalman-Filters zum Schätzen des Navigationszustandes und der Sensorfehler. Das Kalman-Filtern ist eine statistische Technik, die eine Kenntnis der statistischen Natur von Systemfehlern mit einer Kenntnis der Systemdynamik verbindet, die als ein Zustand-Raum-Modell dargestellt wird, um zu einem Schätzwert des Zustandes eines Systems zu gelangen. Bei einem Navigationssystem haben wir es gewöhnlich mit der Position und Geschwindigkeit bei einem Minimum zu tun, aber es ist nicht unüblich, Filter für Systemmodelle mit Zustandsvektordimensionen zu sehen, die von sechs bis sechzig reichen. Die Zustandsschätzung verwendet eine Gewichtungsfunktion, die als Kalman-Verstärkung bezeichnet wird, die optimiert ist, eine minimale Fehlerabweichung zu erzeugen.
Diese Gestaltungen haben sich als effizient bei hochqualitativen Trägheitssensoren erwiesen, aber bringen beträchtliche Kosten mit sich. Leider bringt eine Erhöhung der Kalman-Filterzustandsvektorgröße eine beträchtliche Entwicklungszeit, Abstimmungskomplexität, ein Risiko von zahlreichen Schwierigkeiten und Betriebsenergiekosten mit sich. Dies zwingt oft Navigationsentwickler zu einem harten Kompromiss zwischen einem Abschätzen wesentlicher Instrumentenfehler und einem Erhöhen einer Zustandsvektorgröße.
Bestehende GPS-DR-Hybridsysteme haben sich zu verschiedenen Klassen entwickelt, geschaltete und gefilterte Systeme. Die geschalteten und gefilterten GPS-DR-Hybridsysteme sind Vorwärtskopplungsentwicklungen, die die Instrumente kalibrieren, wenn GPS erhältlich ist, aber verwenden nicht die Koppelnavigationsinstrumente zum Verbessern des Betriebs des GPS-Empfängers.
Geschaltete GPS-DR-Systeme sind einfach und allgemein erhältlich heutzutage. Diese Systeme sind effektiv gegenüber einer Unterbrechung, aber bieten keinen erhöhten Widerstand gegen Mehrweg oder eine verbesserte Signalwiedererfassung. Geschaltete GPS-DR-Systeme verwenden typischerweise eine NMEA-Ausgabe von dem GPS-Empfänger und sind dadurch GPS- Anbieter unabhängig. Das System schaltet zwischen zwei Zuständen in Abhängigkeit von der Qualität der GPS-Lösung. Die zwei Zustände weisen eine Vorsehen ununterstützter GPS-Ausgabe oder ein Vorsehen des Koppelnavigationszustandes, der mit dem Kreisel und Wegstreckenzähler übertragen wird, auf. Wenn die GPS-Lösungsqualität zufriedenstellend ist, wird der GPS-Geschwindigkeitsvektor verwendet, um Schätzwerte des Wegstreckenzählerskalenfaktors, des Kurses und der Kreiselabweichung zu aktualisieren.
Gefilterte GPS-DR-Systeme sehen zwei unabhängige Navigationslösungen vor, eine basiert auf GPS und die andere basiert auf DR-Sensoren und/oder Kartenabgleichinformationen. Die Lösungen werden kombiniert, um eine optimale Lösung für eine Ausgabe oder Anzeige zu erzeugen. Wie in dem geschalteten System wird die kombinierte Lösung nicht mit dem GPS-Empfänger rückgekoppelt, um bei einem Zurückwerfen eines Mehrwegs oder einer Signalwiedererfassung zu unterstützen. Es gibt mehrere kartenabgestimmte Anwendungen dieser Klasse von Systemen, die heutzutage erhältlich sind. Allgemein sieht eine Kartenabstimmung eine Wegbedingung vor, die verwendet werden kann, um die DR-Sensoren direkt zu kalibrieren oder die GPS-Ausgabe zu filtern, bevor der kombinierte Zustand zum Kalibrieren der Sensoren verwendet wird.
Die US 5,075,693 offenbart ein Landnavigationssystem zum Verwenden in einem Fahrzeug, das einen GPS-Empfänger, dem die Aufgabe zugeordnet ist, GPS-Signale zu empfangen und GPS-Messungen vorzusehen, mehrere Sensoren und Detektoren wie Kreisel, Wegstreckenzähler, Höhenmesser, Magnetometer, denen die Aufgabe zugeordnet ist, Bewegungsmessungen vorzusehen und die auf eine Bewegung des Objekts reagieren, und eine Verarbeitungs-Einheit, die die GPS-Messungen und die Bewegungsmessungen empfängt zum Berechnen von Koppelnavigationspositionsmessungen, aufweist, wobei die GPS-Messungen verwendet werden, um die Koppelnavigationslösungsgenauigkeit zu verbessern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Alternative für die oben beschriebenen geschalteten GPS-DR-Systeme anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Navigationssystem nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.
Weitere Entwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird eine kosteneffiziente Alternative zu der Einzel-Kalman-Filter-Navigationssystem-Gestaltung und eine Alternative zu der geschalteten und gefilterten GPS-DR-Gestaltung, die eine Rückkopplung der DR-Messungen zum Verbessern der Lösung der GPS-DR-Lösung vorsieht, angegeben.
Kurz und in allgemeinen Worten, die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes GPS-DR-Navigationssystem, das Koppelnavigations(DR)-Messungen verwendet, um die Navigationszustände in dem GPS-Empfänger zu übertragen.
Durch Verwenden des Koppelnavigationssensors zum Übertragen des Navigationszustandes des GPS-Empfängers zwischen Messungsaktualisierungen, ist es möglich, die Unsicherheit oder das Verfahrensrauschen, die mit dem Fortschreiten des Zustandes von einem Messungszeitraum zu dem nächsten verbunden sind, zu reduzieren. Die reduzierten Unsicherheiten ermöglichen eine geringer rauschende Zustandsabschätzung, eine härtere Bedingung für Messungen für ein Zurückweisen eines Mehrwegs und eine verbesserte Wiedererfassung aufgrund der Verfügbarkeit des koppelnavigierten Zustands, um bessere Vorpositionierungsdaten anzugeben.
Die Navigationsmessungen können Messungsänderungen in wenigstens einem Parameter aus Kurs, Kreiselabweichung, Kreiselskalenfaktor, Beschleunigungsmesserabweichung und Geschwindigkeitsskalenfaktor aufweisen. Bei einer anderen detaillierten Facette der Erfindung weist die Sensorupdateeinheit einen ersten Prozessor zum Verarbeiten der Änderungen im Kurs, der Kreiselabweichung und dem Kreiselskalenfaktor zusammen mit der Kreiselmessung zum Erzeugen einer Kursmessung und einen zweiten Prozessor zum Verarbeiten der Änderungen in der Geschwindigkeitsänderung und in dem Geschwindigkeitsskalenfaktor zusammen mit den Geschwindigkeitsmessungen zum Erzeugen von Änderungen in Richtungsmessungen auf. Die Navigationsupdateeinheit kann einen ersten Filter, der als Eingang die aktualisierte Koppelnavigationsmessung und die GPS-Messungen empfängt und als eine Ausgabe einen geschätzten Geschwindigkeitswert vorsieht, einen zweiten Filter zum Schätzen von Änderungen im Kurs, Kreiselabweichung und Kreiselskalenfaktor von einer Messung, die von dem geschätzten Geschwindigkeitswert abgeleitet wird, und einen dritten Filter zum Schätzen einer Änderung in der Beschleunigungsmesserabweichung und dem Geschwindigkeitsskalenfaktor aus einer Messung, die aus dem geschätzten Geschwindigkeitswert abgeleitet wird, aufweisen.
In seiner grundlegendsten Form ahmt das Navigationssystem nahezu die herkömmliche Einzel-Kalman-Filtergestaltung durch Integrieren von gesonderten GPS-Navigations-(erster), Kurs-(zweiter) und Geschindigkeits-(dritter) Kalman-Filtern nach. Diese Zusammenstellung stellt die verbundene Filterarchitektur der gegenwärtigen Erfindung dar. Die verbundene Filterarchitektur stimmt nahezu mit der Einzel-Kalman-Filterarchitektur überein, wodurch die Vorteile der Einzel-Kalman-Filterarchitektur bei beträchtlich verringerten Durchlaufkosten erreicht werden.
Das Verfahren weist ein Empfangen von GPS-Signalen durch einen Global Positioning Satelliten (GPS)-Empfänger auf, der an dem Objekt montiert ist, und ein Vorsehen von GPS-Messungen als Ausgabe. Ebenso enthalten ist das Berechnen von Navigationsmessungen und eine modifizierte Koppelnavigationspositionsmessung aus einer aktualisierten Koppelnavigationsmessung und den GPS-Messungen. Weiter enthalten ist das Sampling von Bewegungsmessungen durch wenigstens einen Trägheitssensor, der an dem Objekt montiert ist, das Verarbeiten von Positionsänderungen aus den Navigationsmessungen und den Bewegungsmessungen und die Übertragung von der aktualisierten Koppelnavigationsmessung, die durch die Positionsänderung und die modifizierte Koppelnavigationsmessung berechnet wurde.
Das Navigationssystem ist in der Lage, die Größe der Kreiselabweichung, des Kreiselskalenfaktors und des Wegstreckenzählerimpulsskalenfaktors zu berechnen, und sieht den Vorteil einer kontinuierlichen Berechnung der Sensoreingabedaten zum Vorsehen von genauen Positionslösungen vor. Ein Vorteil des Systems und des Verfahrens der Erfindung ist die Fähigkeit des Verwendens der Koppelnavigationssensoren in einer Rückkoppelgestaltung zum Übertragen der Navigationszustände, indem sie berechnet werden. Diese kontinuierliche Rückkoppelübertragung reduziert dadurch das Verfahrensrauschen in dem primären Navigationsfilter zum Nutzen des Vorteils der reduzierten Unsicherheit in der Fahrzeugdynamik. Das System gewährleistet weiter ein Anpassen der Messung, die einen Algorithmus zum Nutzen des Vorteils der reduzierten Dynamikunsicherheit verarbeitet, was härtere Verarbeitungskriterien zum Löschen einiger mehrwegfehlerbehafteter Messungen ermöglicht.
Bei einem detaillierten Aspekt werden die zuletzt gespeicherte Position, der gespeicherte Kurs, der Kreisel und der Wegstreckenzähler verwendet zum Erzeugen einer Koppelnavigationslösung vor der Erfassung von GPS, wodurch eine effizientere Wiedererfassungslösung angegeben wird. Bei einem anderen detaillierten Aspekt wird die Nullrundengrößenmessung zum Berechnen der Kreiselabweichung zu Beginn verwendet und ermöglicht ein Starten des Kurs-Unterfilters bevor der primäre GPS-Filter beginnt, den Vorteil der Erhältlichkeit der Nullrundengrößenmessung vor der Erfassung der GPS-Signale zu nutzen.
Bei einer detaillierten Facette führt jeder individuell integrierte Kalman-Filter (KF), d.h. der primäre Navigations-KF, der Kurs-KF und der Geschwindigkeits-KF, verschiedene Schätzfunktionen durch. Der primäre Navigations-KF wird als ein Positions-, Geschwindigkeits- und Taktzustandsabschätzer verwendet. Obwohl dieser Filter nicht wesentlich für eine Anpassung bei der vorliegenden Erfindung abgewandelt ist, gibt es Modifikationen bei den Abstimmungsparametern, Änderungen bei dem Verfahrens-Rauschen-Modell und Änderungen bei der Ablauflogik und Mechanismen zum Navigieren bei verringerten Konstellationen basierend auf der Erhältlichkeit eines Koppelnavigationszustandes. Bei einem anderen detaillierten Aspekt setzt das Navigationssystem irgendeinen der drei Filter ohne Zurücksetzen der anderen zwei zurück, wodurch der Vorteil einer kontinuierlichen Lösungsbeibehaltung vorgesehen ist.
Außerdem ermöglicht das System ein Schätzen einer Straßensteigung aus Höhenänderungen, wenn GPS erhältlich ist, eine Abnahme der geschätzten Straßensteigung auf Null nach Eintreten einer Unterbrechung bei keiner GPS-basierenden Sichtbarkeit einer Höhe, Verwenden der geschätzten Straßensteigung zum Trennen der von dem Wegstreckenzähler gemessenen Distanz, die gefahren wurde, in eine horizontale und vertikale Komponente zur Verwendung bei einer Übertragung des Zustandvektors, und Durchführen von unabhängigen Kontrollen des Kurs, der Geschwindigkeit und der primären Kalman-Filter gegen Boden, Decken und Korrelationskoeffizientenreichweiteneinschränkungen.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen offensichtlich, die durch Beispiele die Merkmale der Erfindung zeigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Navigationssystem zeigt, das Aspekte der vorliegenden Erfindung berücksichtigt,
2 ist ein Blockdiagramm der Navigationsupdateeinheit, die eine verbundene Filterarchitektur verwendet,
3 ist ein Blockdiagramm der Sensorupdateeinheit der 1, das die Ausgaben der Kurs- und Geschwindigkeitsfilter zeigt, die zum Aktualisieren der Instrumentenfehlerzustände der Trägheitssensoren verwendet werden, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
4 ist ein Blockdiagramm, der Navigationsübertragungseinheit, das die Übertragung von berechneten Koppelnavigationsmessungen zeigt,
5 ist eine Karte, die die Bodenspur zeigt, über der ein Navigationssystem der vorliegenden Erfindung getestet wurde,
6 ist ein vergrößertes Detail, das der Karte aus 5 entnommen ist, das die Leistung der vorliegenden Erfindung bei vollständiger Unterbrechung von GPS-Signalen zeigt,
7 ist ein anderes vergrößertes Detail, das der Karte aus 5 entnommen ist, das die Leistung der vorliegenden Erfindung bei maximaler teilweiser GPS-Signalunterbrechung zeigt, und
8 ist noch ein anderes vergrößertes Detail, das der Karte aus 5 entnommen ist, das die Leistung der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der das System schwerwiegenden Mehrwegsignalen ausgesetzt ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nun bezugnehmend auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile überall in den Zeichnungsfiguren angeben, und besonders auf 1, ist dort ein Navigationssystem gezeigt, das Aspekte der vorliegenden Erfindung berücksichtigt. Das System selbst wird üblicherweise in einem sich bewegenden Objekt verwendet, beispielsweise in einem Automobil oder in einem anderen Fahrzeug. Das System weist eine Navigationsupdateeinheit 29, eine Sensorupdateeinheit 61 und eine Navigationsübertragungseinheit 110 auf. Die Navigationsupdateeinheit empfängt als Eingaben GPS-Messungen 162 von einem GPS-Empfänger 28 und Koppelnavigationsmessungen R_DR(in). Durch Verwenden dieser Messungen berechnet die Navigationsupdateeinheit 29 Änderungen in Navigationsmessungen 160. Die Navigationsmessungen 160 weisen Änderungen im Kurs ΔH, der Kreiselabweichung ΔG_B, des Kreiselskalenfaktors ΔG_S, der Geschwindigkeitsänderung ΔS_B und des Geschwindigkeitsskalenfaktor ΔS_S auf. Die Navigationsmessungen 160 werden in die Sensorupdateeinheit 61 eingegeben. Zusätzlich sieht die Navigationsupdateeinheit 29 als Ausgabe eine Koppelnavigationsmessung R_DR(out für eine Eingabe in die Navigationsübertragungseinheit 110 vor.
Die Sensorupdateeinheit 61 empfängt Bewegungsmessungen 164, die von Trägheitssensoren 98 vorgesehen werden, und die Navigationsmessungen 160 von der Navigationsupdateeinheit 29. Durch Verwenden dieser Eingaben erzeugt die Sensorupdateeinheit 61 Positionsänderungsmessungen 165, die Änderungen im Nord/Süd-Kurs ΔN, im Ost/West-Kurs ΔE und einer Zeitänderungsmessung Zeit ΔT enthalten. Die Positionsänderungsmessungen 165 der Sensorupdateeinheit 61 und die Koppelnavigationsmessung R_DR(out) der Navigationsupdateeinheit 29 werden von der Navigationsübertragungseinheit 110 zum Berechnen einer neuen oder modifizierten Koppelnavigationsmessung R_DR(in) verwendet. Diese neue Koppelnavigationsmessung R_DR(in) wird zurück in die Navigationsupdateeinheit 29 eingegeben, bei der sie noch einmal verarbeitet wird. Diese Rückkoppelverarbeitung wird kontinuierlich wiederholt.
Bezugnehmend auf 2 weist die Navigationsupdateeinheit 29 einen primären Filter 30, einen Kursfilter 60 und einen Geschwindigkeitsfilter 70 auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Filter Kalman-Filter. Der primäre Filter 30 nimmt als Eingabe GPS-Messungen 162 von dem GPS-Empfänger 28, Koppelnavigationsposition R_DR(in)-Messungen, Geschwindigkeitsmessungen V_DR und eine Verfahrens-Rauschen-Matrix Q, die von einem Verfahrens-Rauschen-Modell 33 vorgesehen wird, an. Aus diesen verschiedenen Eingaben berechnet der primäre Navigationsfilter 30 eine geschätzte GPS-Geschwindigkeitsmessung V_E. Der primäre Filter 30 ist mit dem Kursfilter 60 , dem Geschwindigkeitsfilter 70 und einer Koppelnavigationspositionseinstelleinheit 42 verbunden.
Der Kursfilter 60 weist drei Zustände, Kursfehler, Kreiselabweichungsfehler und Kreiselskalenfaktorfehler, auf. Der Kursfilter 60 verwendet zwei Messverfahren. Das erste ist die Kursschätzung 37, die aus der GPS-Geschwindigkeitsschätzung V_E abgeleitet wird, die von dem primären Filter 30 aktualisiert wird. Das zweite Messverfahren ist eine Nullrundengrößenmessung 47, die vorgesehen wird, wenn der Fahrzeugwegstreckenzähler 48 zu erkennen gibt, dass das Fahrzeug angehalten wird. Diese Nullrundengrößenmessung 47 ist oft beim Einschalten erhältlich, bevor das Fahrzeug beginnt, sich zu bewegen, und vor dem Erfassen von GPS-Signalen. Diese Messung wird verwendet zum Initialisieren des Kursfilters 60 und zum Starten einer Koppelnavigation, die gespeicherte Anfangspositionen und Kursmessungswerte vor dem Erfassen der GPS-Signale verwendet. Die Fähigkeit des Kurs-KF zu initialisieren und vor dem primären Navigations-KF zu arbeiten, ist noch ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
Die mit dem Kursfilter 60 verbundene Mathematik lautet wie folgt, die Zustandsänderungs-Matrix für den Kursfilter 60 ist: Xt+Δt = ΦXt, (Gl. 1)bei der der Kursfehler, der Kreiselfehler und der Skalenfaktorfehler den Zustand bilden als:
und die Zustandsänderungsmatrix, die als ω die mittlere Größe verwendet, die bei dem Übertragungsintervall gemessen wird, ist:
die Kovarianzübertragungsgleichung für den Kursfilter 60 ist die Standardform: Pt+Δt = Φ·Pt·ΦT + Q, (Gl. 4)bei der Q die Verfahrens-Rauschen-Matrix ist, die von dem Verfahrens-Rauschen-Modell 33 vorgesehen wird. Q basiert auf der Annahme, dass es eine Zufallsbewegung bei jedem der Fehlerterme gibt, und ist in Diagonalform.
Die Kovarianzmatrix P wird gegen obere und untere Grenzen bei jeder Übertragung kontrolliert und den Updatezyklus zum Sicherstellen, dass diese Varianzen innerhalb des zulässigen Bereichs bleiben und die Korrelationskoeffizienten liegen in [–1, 1].
Die Nullrundengrößenmessungsmatrix hat die Form: h1 = [0 1 0] (Gl. 5)
Das Messungsresiduum ist die zu erkennen gegebene Kreiselabweichung. Das Messungsupdate für die Nullrundengrößenmessung 47 hat die gewöhnliche Form, mit dem Verstärkungsfaktor
bei dem der Messungsrauschwert R als eine Konstante gewählt wird zum Darstellen der kleinstmöglichen Rundengröße des Fahrzeugs, wobei angenommen wird, dass die Wegstreckenzählerimpulse eine „Totzone" nahe einer Nullgeschwindigkeit aufweisen und in Betracht gezogen wird, dass das Fahrzeug beim Beschleunigen sein muss, aber dass es nicht den ersten Impuls abgegeben haben dürfte. Der Zustand und das Kovarianzupdate bei dem Verstärkungsfaktor weisen die gewöhnliche Form auf.
Wie oben beschrieben ist, wird die Kursmessung 37 für den Kursfilter 60 aus der Geschwindigkeitsschätzung V_E des primären Filters 30 abgeleitet als: HGPS = tan–1 (VE/VN) (Gl. 7)
Die Kursmessungsteilableitungsmatrix ist: h2 = [1 0 0] (Gl. 8)
Der Verstärkungsfaktor und die Updategleichungen sind die gleichen wie bei der Nullrundengrößenmessung 48.
Weiterhin bezugnehmend auf 2, weist der Geschwindigkeitsfilter 70 zwei Zustände auf, einen Geschwindigkeitsänderungszustand und einen Wegstreckenzählerskalenfaktorzustand. Wo es anwendbar ist, kann der Geschwindigkeitsänderungszustand gestaltet werden, um Geschwindigkeitsstörungen zu schätzen, die durch selektive Erhältlichkeit (SA) erzeugt werden, was eine zweckmäßige Verringerung der GPS-Signale ist, die den Wert des Bedienerbereichsfehlers erhöhen. Die Geschwindigkeitsänderung verhindert die SA-Geschwindigkeitsstörungen am Verfälschen der Wegstreckenzählerskalenfaktorschätzung. Der Geschwindigkeitsänderungszustand ist ein fiktiver Zustand, bei dem es keinen physikalischen Mechanismus für eine Änderung in einem Radtaktsensor gibt. Jedoch hat sich der Geschwindigkeitsänderungszustand als effizient bei einem GPS-Betrieb erwiesen.
Da sich die Automobilindustrie weg von einem Antriebsradumdrehungssensor in Richtung zu individuellen Radtaktsensoren bewegt, wird die Definition des Geschwindigkeitsimpulses unterschiedlicher werden. Zusammengesetzte Geschwindigkeitsimpulse können erzeugt werden zum Stützen des Geschwindigkeitsmessers und der Fahrtreglerfunktionen oder diese können durch Datentransfer auf einen Datenbus ersetzt werden. Es wird bemerkt, dass zusammengesetzte Geschwindigkeitssignale, die durch die Steuereinheit des Herstellers erzeugt werden, eine Geschwindigkeitsänderung aufweisen können, besonders falls sie induktive Radtaktsensoren verwenden und versuchen, einen Datenverlust bei sehr geringen Geschwindigkeiten zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung wurde verwendet bei und getestet mit einem zusammengesetzten Geschwindigkeitssignal, das durch die Steuereinheit des Herstellers erzeugt wird, die Radtaktsensoren von allen vier Rädern mit guten Ergebnissen verwendet. Dadurch kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit zukünftigen Automobilneuerungen verwendet werden.
Die Navigationsupdateeinheit 29 sieht Kartenübereinstimmungspositionsupdates für den koppelnavigierten Zustandsvektor R_DR(out) vor. Dies wird ermöglicht durch ein Verwenden der geschätzten Geschwindigkeit V_E, die durch den primären Filter 30 als eine Eingabe in die Koppelnavigationspositionsfeststelleinheit 42 vorgesehen wird. Die Feststelleinheit 42 empfängt die V_E nachdem ein Schalter 45 ausgelöst wird. Wenn er einmal ausgelöst wurde, verbindet die Feststelleinheit 42 eine Kartenübereinstimmungspositionsmessung 43 mit einer Positionsmessung, die aus V_E berechnet wurde und erzeugt als eine Ausgabe eine Koppelnavigationspositionsmessung R_DR(out) die durch die Kartenübereinstimmungspositionsmessung aktualisiert wird. Allgemein ist diese Verwendung von Kartenübereinstimmung bei Navigationssystemen üblich und ist wesentlich für Automobilanwendungen.
Wie oben beschrieben ist, kann der primäre Filter 30 auch als Eingabe eine Verfahrens-Rauschen-Matrix Q nehmen, die von dem Verfahrens-Rauschen-Modell 33 erzeugt wird. Dies findet statt, wenn die Koppelnavigationsdaten gut sind. Koppelnavigationsdaten sind gut, wenn die Kreisel- und Wegstreckenzählerdaten erhältlich sind, der Wegstreckenzählerskalenfaktor und der Kurs initialisiert wurden, und der Kursfilter 60 zweimal aktualisiert wurde, um die Kreiselabweichung G_B und den Kreiselskalenfaktor G_S abzuschätzen. Die Q-Matrix, die von dem Verfahrens-Rauschen-Modell 33 erzeugt wird, wird von dem primären Filter 30 verwendet, um die Geschwindigkeitsschätzung V_E, die dem Kursfilter 60 und dem Geschwindigkeitsfilter 70 zuzuführen ist, genauer zu berechnen.
Bezugnehmend auf 3 erzeugen der Kursfilter 60 und der Geschwindigkeitsfilter 70 (2) Updates für die Instrumentenfehlerzustände, die von der Sensorupdateeinheit 61 verwendet werden können, wenn sie Änderungen in der Position berechnen. Der Kursfilter 60 der Navigationsupdateeinheit 29 erzeugt als Ausgabe eine Änderung im Kurs ΔH, eine Änderung in der Kreiselabweichung ΔG_B und eine Änderung in dem Kreiselskalenfaktor ΔG_S. Der Geschwindigkeitsfilter 70 der Navigationsupdateeinheit 29 erzeugt als Ausgabe eine Änderung in der Geschwindigkeitsänderung ΔS_B und eine Änderung in dem Geschwindigkeitsskalenfaktor ΔS_S.
Die Sensorupdateeinheit 61 weist einen ersten Prozessor, eine Kreiselabweichung 62, eine Kreiselskala 64, einen Integrator 68 und Mischer 63, 66 und einen zweiten Prozessor auf, der eine Wegstreckenzählerskala 74, eine Geschwindigkeitsänderung 72, einen Mischer 76 und Trigonometriefunktionseinheiten 84, 86 aufweist. Die Änderung in der Kreiseländerung ΔG_B, die von dem Kursfilter 60 der Navigationsupdateeinheit 29 vorgesehen wird, wird von einer Kreiseländerungseinheit 62 zum Erzeugen eines Kreiselabweichungswertes G_B verwendet. Der Kreiselabweichungswert G_B und eine Kreiselmessung G, die aus einem Sampling eines Kreisels 100 bei verschiedenen Zeiträumen abgeleitet wird, dienen als Eingaben für einen Mischer 63. Der Mischer 63 erzeugt einen Kreiselskalenwert G_S, der in einen Vervielfacher 64 eingegeben wird. Der Vervielfacher 64 vervielfacht den G_S-Wert um die Änderung in dem Kreiselskalenfaktor ΔG_S, der von dem Kursfilter 60 vorgesehen wird, um einen aktualisierten Kreiselskalenwert für eine Eingabe in einen Mischer 66 zu erzeugen. Der Mischer 66 verbindet den aktualisierten Kreiselskalenwert, die Änderung in der Kursmessung ΔH, die von dem Kursfilter 60 vorgesehen wird, und einen integrierten Rückkoppelkurswert H₁ zum Erzeugen eines aktuellen Kurswerts H. Der integrierte Rückkoppelkurswert H₁ wird von einer Integrationseinheit 68 berechnet, die den aktuellen Kurwert H verwendet, der von dem Mischer 66 vorgesehen wird. Die Rückkoppelintegrationseinheit 68 ist mit dem Mischer 66 in einer Schleifenkonfiguration verbunden. Der aktuelle Kurswert H kann auf mehrere Arten verwendet werden, wie beispielsweise zum Aktualisieren einer Benutzeranzeigeeinheit.
Die Änderung in dem Geschwindigkeitsskalenfaktor ΔS_S, die von dem Geschwindigkeitsfilter 70 der Navigationsupdateeinheit 29 vorgesehen wird, und eine Geschwindigkeitsmessung S, die aus dem Sampling eines Wegstreckenzählerimpulsspeicherauszugs 102 abgeleitet wird, dienen als Eingaben für einen Vervielfacher 74. Der Vervielfacher 74 vervielfacht die zwei Messungen und sieht einen Geschwindigkeitsskalenwert S_S für eine Eingabe in einen Mischer 76 vor. Der Mischer 76 erzeugt einen aktualisierten Geschwindigkeitsskalenwert S_SU durch Mischen des Geschwindigkeitsskalenwerts S_S und eines Geschwindigkeitsänderungswerts S_B, der von einer Geschwindigkeitsänderungseinheit 72 vorgesehen wird. Die Geschwindigkeitsänderungseinheit berechnet den Geschwindigkeitsänderungswert S_B aus der Änderung in einer Geschwindigkeitsmessung ΔS_B, die von dem Geschwindigkeitsfilter 70 vorgesehen wird.
Der aktualisierte Geschwindigkeitsskalenwert S_SU, der von dem Mischer 76 erzeugt wird, und der Kurswert H, der von dem Mischer 66 erzeugt wird, dienen als Eingaben für eine Kosinusfunktionseinheit 84. Die Kosinusfunktionseinheit 84 berechnet aus diesen Eingabewerten Änderungen in dem Nord/Süd-Kurs, der durch ΔN dargestellt wird. Die Werte von ΔN werden durch eine Summierungseinheit 92 aufsummiert zum Vorsehen eines einzelnen ΔN-Ausgabewerts. Zusätzlich werden die Werte S_SU und H von einer Sinusfunktionseinheit 86 verwendet zum Berechnen von Änderungen in dem Ost/West-Kurs, der durch ΔE dargestellt wird. Die Werte von ΔE werden gesammelt und von einer Summierungseinheit 94 aufsummiert zum Vorsehen eines einzelnen ΔE-Ausgabewerts.
Schließlich empfängt die Sensorupdateeinheit 61 eine Zeitmessung T durch Sampling von Zeitwerten aus einer Empfängeruhr 104. Die Zeitmessung T wird gleichzeitig mit dem Sampling des Kreisels 100 und des Wegstreckenzählers 102 abgefragt, indem sie von einem neuen Datenunterbrechungssignal 106 gesteuert werden. Die Zeitmessung T wird mit ihrem integrierten Wert T₁ gemischt, indem sie von einer Integrationseinheit 88 berechnet wird, zum Vorsehen einer Änderung in einem Zeitwert ΔT. Die Werte von ΔT werden gesammelt und von einer Summierungseinheit 96 aufsummiert zum Vorsehen eines einzelnen ΔT-Ausgabewerts.
Bezugnehmend auf 4, dient die Koppelnavigationspositionsmessung R_DR(out), die von der Navigationsupdateeinheit 29 vorgesehen wird, als eine Eingabe für einen Mischer 114. Die andere Eingabe für den Mischer 114 besteht aus den Änderungen in Richtung und Zeit (ΔN, ΔE und ΔT), die von der Sensorupdateeinheit 61 vorgesehen werden. Die Werte von ΔN, ΔE und ΔT werden durch eine Konvertierungseinheit 112 in das erdzentrierte, erdfixierte Koordinatensystem konvertiert. Der Mischer 114 verbindet die zwei Messungen und sieht eine aktualisierte Koppelnavigationsposition R_DR(out)-Messung vor. Dieser R_DR(in)-Wert wird zurück zu der Navigationsupdateeinheit 29 übertragen. Die Übertragung des R_DR(in) zurück zu der Navigationsupdateeinheit sieht eine reduzierte Unsicherheit in der Fahrzeugdynamik vor, wodurch das Verfahrens-Rauschen-Modell in dem primären Filter 30 der Navigationsupdateeinheit 29 reduziert wird. Außerdem ermöglicht die erhaltene reduzierte Unsicherheit härtere Ausgabekriterien, wodurch dem System ermöglicht wird, GPS-Messungen, die außerhalb des Bereichs der Messungen, die von den härteren Ausgabekriterien vorgesehen werden, zurückzuweisen. Dadurch ist das System in der Lage einige Mehrwegfehlmessungen zu löschen, die von dem GPS-Empfänger 28 als gute Messungen verwechselt werden könnten.
Bezugnehmend auf 5, wurde die vorliegende Erfindung an dem Los Angeles International Airport (LAX) getestet. Der LAX-Testkurs weist mehrere Merkmale auf, die die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung testen. Der Sepulvada-Tunnel 130 sieht ein Gebiet von vollständiger Unterbrechung von GPS-Signalen für ungefähr 23 Sekunden vor, das LAX-Unterdeck 135 sieht mehrere Unterbrechungen von GPS-Signalen für einen Zeitraum von ungefähr 90 Sekunden vor und weist eine 180-Grad-Wende an dem Westende des Flughafens auf, und die Nordostecke 140 des Kurses sieht eine starke Quelle von Mehrwegsignalen vor.
Bezugnehmend auf 6, wird eine vergrößerte Karte angegeben zum Zeigen der Leistung der vorliegenden Erfindung während der Durchfahrt durch den Sepulvada-Tunnel 130. Das System erfuhr eine vollständige Unterbrechung von ungefähr 23 Sekunden. Die Ergebnisse der vorliegenden Erfindungen, die durch eine gepunktete Linie 131 angegeben sind, sind klar zufriedenstellend, da sie nahezu parallel verlaufen, wie die/der kartierte Straße/Tunnel, wie sie durch Linie 134 angegeben sind. Die Lücke zwischen den Ergebnissen, die aus dem System 131 erhalten werden, und der/die tatsächlich kartierten Straße/Tunnels 134 beruht auf einer selektiven Erhältlichkeit (SA). Punkt 133 ist der Ort der letzten GPS-Position, die vor dem Eintritt in den Tunnel 130 festgehalten wurde. Punkt 132 ist der Ort der GPS-Wiedererfassung aufgrund des Austretens aus dem Tunnel 130. Wie anhand der erhaltenen Ergebnisse gesehen werden kann, gibt es keine erkennbare Zunahme an einem Fehler der horizontalen Position während der Signalunterbrechung. Da der Tunnel gerade ist, kann angenommen werden, dass die Kreiselabweichung korrekt vor dem Einfahren in den Tunnel 130 geschätzt wurde.
Bezugnehmend auf 7, wird eine vergrößerte Karte angegeben zum Zeigen der Leistung der vorliegenden Erfindung während der Fahrt durch das LAX-Unterdeck 135. Dieses Gebiet des Testkurses maximiert eine GPS-Signalunterbrechung. In diesem Gebiet kann das System gelegentlich ein oder zwei geringere Höhensatellitensignale oder Mehrwegsignale aufnehmen, aber das System ist hauptsächlich von irgendwelchen verwendbaren GPS-Signalen abgeschottet. Diese Art der Unterbrechung wird allgemein einen ununterstützten Empfänger zu einem „keine Navigation"-Modus zwingen, wie aus Linie 137 gesehen werden kann. Jedoch, wie aus der Linie 136 gesehen werden kann, die von der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, koppelnavigierte das System der vorliegenden Erfindung erfolgreich durch die Wende und erfasste GPS-Signale wieder ohne irgendeine Bodenspurdiskontinuität. Die geschätzte Zunahme in einem horizontalen Fehler aus dem Koppelnavigationsintervall von 90 Sekunden ist kleiner als 30 Meter (m). Es kann aus den erfolgreichen Ergebnissen der vorliegenden Erfindung innerhalb dieses Gebiets der maximalen Unterbrechungen gefolgert werden, dass die Kreiselabweichung und der Kreiselskalenfaktor erfolgreich von dem Kursfilter geschätzt wurden.
Bezugnehmend auf 8, wird eine vergrößerte Karte angegeben zum Zeigen der Leistung der vorliegenden Erfindung, während einer Fahrt durch Gebiete, die Mehrwegsignalen ausgesetzt sind. Die Nordostecke 140 des Kurses sieht solch ein Gebiet vor, da in ihr ein großes Verwaltungsgebäude 141, das metallische Flächen, die eine starke Quelle von Mehrwegsignalen vorsehen, gelegen ist. Wie aus einem aufgetragenen Ergebnis 143 zu sehen ist, das von dem Navigationssystem der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird, wird eine wesentlich bessere Leistung und Genauigkeit erreicht als es mit üblichen Navigationssystemen möglich ist, wie aus einem aufgetragenen Ergebnis 144 zu sehen ist. Die Koppelnavigationsmessungen der vorliegenden Erfindung reduzieren die Unsicherheit in der Zeitübertragung der Positionszustände und ermöglichen eine härtere Trennung von Messungen für Mehrwegeffekte.
Es wird aus dem Vorgenannten offensichtlich, dass, da besondere Formen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, zahlreiche Änderungen gemacht werden können, ohne den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

Navigationssystem zum Vorsehen von Navigationsinformation, die sich auf die Bewegung eines Objekts bezieht, wobei das System enthält: einen GPS-Empfänger (28), der dem Objekt zugeordnet ist, zum Empfangen von GPS-Signalen und Vorsehen von GPS-Messungen, eine Navigationsupdateeinheit (29), die als Eingaben eine aktualisierte Koppelnavigationsmessung (R_DR(IN)) und die GPS-Messungen (162) erhält und als Ausgaben Navigationsmessungen (160) und eine modifizierte Koppelnavigationspositionsmessung (R_DR(OUT)) vorsieht, zumindest einen Trägheitssensor (98), der dem Objekt zugeordnet ist, und auf die Bewegung des Objekts zum Vorsehen von Bewegungsmessungen (164) ansprechend ist, eine Sensorupdateeinheit (61), die als Eingabe die Navigationsmessungen (160) und die Bewegungsmessungen (164) enthält und als Ausgabe Positionsänderungen (165) vorsieht, und eine Navigationsübertragungseinheit (110), die als Eingabe die Positionsänderungen (165) und die modifizierte Koppelnavigationsmessung (R_DR(OUT)) empfängt und als Ausgabe die aktualisierte Koppelnavigationsmessung (R_DR(IN)) vorsieht, wobei die Navigationsupdateeinheit (29) die aktualisierte Koppelnavigationsmessung (R_DR(IN)) zum Zurückweisen von schlechten GPS-Messungen verwendet.
System nach Anspruch 1, wobei die GPS-Messungen Pseudobereichs- und Positionsdaten enthalten.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bewegungsmessungen (164) Kreiselmessungen, Geschwindigkeitsmessungen und Zeitmessungen enthalten.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Navigationsmessungen (160) Messungsänderungen in zumindest einem Parameter aus Kurs, Kreiselabweichung, Kreiselskalenfaktor, Geschwindigkeitsabweichung und Geschwindigkeitsskalenfaktor enthalten, und die Sensorupdateeinheit (61) einen ersten Prozessor zum Verarbeiten der Änderungen im Kurs, der Kreiselabweichung und dem Kreiselskalenfaktor zusammen mit der Kreiselmessung zum Erzeugen einer Kursmessung enthält.
System nach Anspruch 4, wobei die Sensorupdateeinheit (61) weiter einen zweiten Prozessor zum Verarbeiten der Änderungen in der Geschwindigkeitsänderung und dem Geschwindigkeitsskalenfaktor zusammen mit den Geschwindigkeitsmessungen zum Erzeugen von Änderungen in Richtungsmessungen enthält.
System nach Anspruch 5, wobei die Richtungsmessungen eine Nord/Süd-Messung und eine Ost/West-Messung enthalten.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Sensorupdateeinheit (61) weiter eine Zeitverarbeitungseinheit zum Verarbeiten der Zeitmessung zum Erzeugen einer Änderung im Zeitwert enthält.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Navigationsupdateeinheit weiter enthält: einen ersten Filter (30), der als Eingabe die aktualisierte Koppelnavigationsmessung (R_DR(IN) und die GPS-Messungen (162) empfängt und als Ausgabe den geschätzten Geschwindigkeitswert V_E vorsieht, einen zweiten Filter (60) zum Abschätzen von Änderungen im Kurs, der Kreiselabweichung und dem Kreiselskalenfaktor von einer ersten Messung, die von dem geschätzten Geschwindigkeitswert abgeleitet wird; einen dritten Filter (70) zum Abschätzen von Änderungen in der Geschwindigkeitsabweichung (ΔS_B) und dem Gesehwindigkeitsskalenfaktor (ΔS_S) aus einer ersten Messung, die von einem geschätzten Geschwindigkeitswert V_E abgeleitet wird, eine Positionseinstelleinheit zum Eliminieren der aktualisierten Koppelnavigationsmessung, wenn die Messung schlecht ist, und ein Verfahrensgeräuschmodel (33), das eine Verfahrensgeräuschmatrix für den ersten Filter vorsieht.
Verfahren zum Verfolgen der Position eines Objekts, wobei das Verfahren enthält: periodisches Ermitteln von Navigationszustandmessungsupdates (162); Verarbeiten der Navigationszustandsmessungsupdates zum Bestimmen von modifizierten Objektnavigationszuständen (R_DR(OUT)) und zum Vorsehen von Navigationsmessungen (160); Erhalten von Positionsänderungsmessungen (165); Übermitteln von aktualisierten Objektnavigationszuständen (R_DR(IN)) zurück zu der Verarbeitung der Navigationszustandsmessungsupdates unter Verwendung der modifizierten Objektnavigationszustände (R_DR(OUT)) und der Positionsänderungsmessungen, wobei die Verarbeitung der Navigationszustandsmessungsupdates das Zurückweisen von schlechten Navigationszustandsmessungsupdates basierend auf den zurück übermittelten aktualisierten Objektnavigationszuständen enthält.