專利名稱：校正參數(shù)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分所述的校正參數(shù)的確定方法。
當(dāng)在車輛導(dǎo)向中利用電子羅盤指示方位角、利用坡度儀指示仰角或標(biāo)高、以及利用里程表指示距離時，會在計算出的位置上產(chǎn)生誤差。其原因在于-作為導(dǎo)向用的每張地圖的北向和磁北之間存在差異，-羅盤和坡度計的安裝誤差和導(dǎo)向方向之間存在地理差異，-車輛的軟磁和硬磁對羅盤產(chǎn)生影響，-利用里程表計量里程時的刻度誤差。
在導(dǎo)向時要使用地圖北系統(tǒng)坐標(biāo)標(biāo)注交通工具的行駛方向，這種方向與磁北系統(tǒng)相比，還要在水平方向上增加一個偏轉(zhuǎn)量。該偏轉(zhuǎn)量可以從表中查取。但是，還要對此另外疊加一個羅盤坐標(biāo)系統(tǒng)與導(dǎo)向方向之間的偏轉(zhuǎn)量，該偏轉(zhuǎn)量是個未知數(shù)。
如果交通工具是一輛車輛，其行駛方向不容易通過幾何結(jié)構(gòu)或者光學(xué)結(jié)構(gòu)參照事先給定車底架數(shù)據(jù)或者根據(jù)制造數(shù)據(jù)求出。只能按照實際的、和計算的駕駛方向之間的差異，根據(jù)經(jīng)驗確定。
DE 4125369A1發(fā)表了一種裝在汽車上的導(dǎo)向裝置，其中包括一個作為方位角傳感器使用的地磁傳感器。為了對于該傳感器受磁性環(huán)境的影響產(chǎn)生的指示誤差進(jìn)行補償，利用另外獲取的GPS導(dǎo)向數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。然而這僅只能夠?qū)τ谧鴺?biāo)系的零點移位進(jìn)行校準(zhǔn)。
在DE 3141439A1中介紹一種方位角確定裝置，用來校準(zhǔn)在交通工具上安裝的方位角傳感器的正北和正東方向。針對測定的方位角傳感器雙組分檢測信號與預(yù)先規(guī)定的校準(zhǔn)值之間的偏差通過校準(zhǔn)電路對檢測信號進(jìn)行的調(diào)整加以補償。由于方位角傳感器的剩磁產(chǎn)生的偽輸出信號也同樣通過零點移位加以校準(zhǔn)。
通過船舶導(dǎo)向發(fā)現(xiàn)了磁羅盤對航向所作的錯誤校正產(chǎn)生的影響，以及硬磁場和軟磁場對于指示誤差產(chǎn)生的影響。為了對于羅盤誤差進(jìn)行補償，定義了A,B,C,D,E系數(shù)，并且分別對其做出明確的規(guī)定。其中，A是指一個恒定的指示誤差，例如，羅盤相對于船舶縱向偏轉(zhuǎn)移位的安裝結(jié)果造成的指示誤差；B是指縱向船磁的影響；C是指橫向船磁的影響；D是指由低碳鋼部件感應(yīng)生成的磁性；E是指船體鋼材的不對稱分布(“羅盤ABC”,A.Hein著，Klasing+Co出版社出版(1983)，43到45頁)。由于D和E的影響很小，其系數(shù)一般忽略不計。
在測定這些系數(shù)時，將船舶設(shè)定在東、南、西、北的已知航向上，分別讀出羅盤相對于已知航向的指示誤差。根據(jù)相對于選定導(dǎo)向方向的偏差值的平均值求出每個系數(shù)。
在陸地導(dǎo)向中由于不精確的里程檢測和山路導(dǎo)向而產(chǎn)生的相對于地圖所標(biāo)距離的里程偏差對于船舶導(dǎo)向不起作用。但是，針對車輛的自動駕駛，除了用作方向測量所用的磁羅盤之外，還需要另外加裝用于計量里程用的一個里程表和一個坡度計；以便能夠?qū)⒃谏掀潞拖缕碌纳铰沸旭倢?dǎo)向中計量的里程換算成地圖平面上所標(biāo)的相應(yīng)數(shù)值。
為了校準(zhǔn)羅盤的指示，一般是采用環(huán)路行駛，并在按照相對于圓心的角度定義的多個位置上測取測量值。有的還借助于坡度傳感器來校準(zhǔn)磁方向指示值以供水平平面之用。在Fa.Leica AG,Herrbrugg,Schweiz制造的數(shù)字式磁羅盤(DMC)中，除了擁有三個供空間坐標(biāo)使用的磁場傳感器之外，還有兩個供仰角和坡度用的坡度計傳感器。里程檢測和由此結(jié)合方向檢測所求得的交通工具的位置可以借助于單獨獲取的衛(wèi)星導(dǎo)向信號(GPS)進(jìn)行驗證，有時還要進(jìn)行校準(zhǔn)。方向檢測、里程檢測以及位置檢測可以采用各自獨立的系統(tǒng)進(jìn)行(Fa.KVHIndustries,Inc.USA，的信息文件(1995),TACNAV系統(tǒng))。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種能夠用來確定在車輛中裝設(shè)的、供檢測方位角、仰角、和里程之用的簡單可行的方法，從而達(dá)到大大提高導(dǎo)向的精確度，并且可以省卻GPS驗證。
這項任務(wù)通過本發(fā)明利用權(quán)利要求1中的特征部分就能夠完成。當(dāng)采用在標(biāo)有地理坐標(biāo)的兩點之間來回行駛的辦法進(jìn)行時，特別有利于數(shù)值的計算工作。
圖中所示是交通工具行駛方向相對于水平平面=地圖平面的矢量圖。圖中

圖1是方位角和仰角的透視圖，圖2所示是方位角誤差對于仰角指示值的影響圖。
現(xiàn)以下列示例對本發(fā)明進(jìn)行說明。該示例是采用將方位角檢測和仰角檢測互相結(jié)合的系統(tǒng)(DMC)進(jìn)行的。
方位角和仰角的數(shù)值是以交通工具行駛方向LNF按水平平面的單位矢量表示，并且按磁北方向換算。圖1是相互關(guān)系的透視圖，圖中，eF表示交通工具實際行駛方向LF與水平平面之間的仰角；aF表示磁北和LF在水平平面上的投影之間的方位角。通過乘以sF的運算，得出在水平平面中的位置的通用表達(dá)式
在實際情況下，達(dá)到的位置是以Lj,sj的多個中間數(shù)值是以取j=1…N的數(shù)列為起點算出的。在船舶的行駛中，這種方法稱為復(fù)式導(dǎo)向法。省卻其中的指數(shù)N和F，即適用于交通工具沿著水平平面的行駛方向。
還可以使用其他的近似積分式，仍然處于專業(yè)人員的技能范疇以內(nèi)。
在仰角e、方位角a和里程段s可供使用、起點已知的先決條件下，通過總計值進(jìn)行的計算，即可得到精確的位置數(shù)據(jù)，或者從地圖中取a和s值，求出精確的導(dǎo)向值。實際上，如在開頭部分中所述以及在圖2中所示，從測量儀表中所讀取的值都受誤差的影響。
在DMC坐標(biāo)系統(tǒng)中測出仰角e和方位角s。其x-軸應(yīng)當(dāng)相當(dāng)于交通工具的行駛方向。圖2所示是交通工具行駛方向LF的投影與x-軸的投影之間的方位角移位量ΔaF，以及x-軸的仰角e和交通工具行駛方向的仰角eF之間的差異。
按照本發(fā)明，測量值a,e,s應(yīng)該使用按下式規(guī)定的校準(zhǔn)值a’,e’,s’替代a’=a+A+B·sina+C·cosae’=e-A2s’=ρ·s式中的參數(shù)表示
A方位角與磁北之間角偏移及其中的羅盤安裝誤差，B,C硬磁和軟磁的車輛磁性，A2仰角中坡度儀的安裝誤差，ρ里程表的比例誤差。
未知的校正系數(shù)按照本發(fā)明的方法通過兩次目視駕駛測試行駛求出，從而找到在起點到終點之間的校正值a’,e,’,s’，并且測出實際值a,e,s。在每次測試行駛中得出供空間坐標(biāo)x,y,z使用的、與測量值相對應(yīng)的、足夠多的獨立測定公式，所以能夠測定專用的校正參數(shù)，可供在日后儀表導(dǎo)向行駛中的檢測儀表參照之用。
特別有利的是在兩次測試行駛中是在一次往返方向中進(jìn)行的。這僅只需要知道標(biāo)有地理坐標(biāo)的兩個點，實際的路程差異等于零，從而使測定公式得以簡化。
當(dāng)交通工具是在平地上使用時，就可以省略不用坡度儀。從而減少了校正參數(shù)的個數(shù)，也簡化了測定公式的求解過程。這些特殊情況當(dāng)然不是根據(jù)本發(fā)明的思路推導(dǎo)出的。主要的是知識，借以能夠?qū)τ诮?jīng)過校正的方位角用一定的形式加以描述，并且能夠在最簡單情況下通過在已知的兩點之間的兩次測試行駛求出所有必需的校正參數(shù)。
權(quán)利要求
1．確定校正參數(shù)的方法，用來對于裝在車輛中供導(dǎo)向目的使用的磁羅盤指示的交通工具的行駛方向的方位角a、坡度儀指示的交通工具行駛方向相對于水平平面的仰角e、以及里程表指示的駛過里程測量值s進(jìn)行計算所用的校正參數(shù)；在進(jìn)行計算時，交通工具的瞬時方向矢量按下式計算
式中Lj=交通工具在水平平面上的行駛方向；sj=在兩個檢測點j和j-1之間的里程；其特征在于第一次測試行駛是在以目視導(dǎo)向的方式從一個標(biāo)有地理坐標(biāo)的起點到一個同樣標(biāo)有地理坐標(biāo)的終點進(jìn)行的；而接下來的第二次測試行駛則是在以目視導(dǎo)向改變方向到達(dá)標(biāo)有地理坐標(biāo)的第二個終點進(jìn)行的；當(dāng)測試行駛的時刻為tj，而j=1…N時，測得的測量值為aj,ej,sj；根據(jù)已知的起點和終點的地理坐標(biāo)求出的相應(yīng)值為a’j,e’j,s’j；將求出的方向矢量替代通過檢測求出與下式相對應(yīng)的測量值；a’=a+A+B·sina+C·cosae’=e-A2s’=p·s求出校正參數(shù)A供校正方位角用的角偏移量及羅盤安裝誤差，B,C 供校正硬磁和軟磁的車輛磁性，A2供校正仰角用的坡度儀安裝誤差，ρ 供校正里程表的比例。
2．如權(quán)利要求1中的方法，其特征在于第二次測試行駛是從第一次的終點駛回起點進(jìn)行的。
全文摘要
確定校正參數(shù)的方法,對于裝在車輛中供導(dǎo)向目的使用的磁羅盤指示的交通工具的行駛方向的方位角a、坡度儀指示的交通工具行駛方向相對于水平平面的仰角e、以及里程表指示的駛過里程測量值s進(jìn)行計算所用的校正參數(shù);用來通過兩次目視導(dǎo)向的測試行駛,沿不同方向在的規(guī)定起點和終點之間進(jìn)行確定。將測量值a,e,s分別用經(jīng)過a’=a+A+B·sina+C·cosa,e’=e－A
文檔編號G01C17/38GK1216104SQ98800118
公開日1999年5月5日 申請日期1998年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月10日
發(fā)明者S·格內(nèi)普夫, P·納赫鮑爾, F·迪特里希 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司