将测量值量化误差建模为状态的导航设备和方法技术

导航设备确定对象的估计位置。接收包括一系列量化测量值的导航信息。每个量化测量值具有与先前量化测量值的量化误差负相关的相应量化误差。所述设备迭代地执行导航更新操作，所述导航更新操作包括基于先前迭代中的状态和协方差矩阵确定当前迭代的对象的状态和协方差矩阵。该状态包括结束量化误差和开始量化误差。协方差矩阵包括分别对应于结束量化误差和开始量化误差的结束协方差值和开始协方差值。确定当前迭代的状态和协方差矩阵包括将开始量化误差替换为在先前迭代中确定的结束量化误差，并通过卡尔曼滤波更新操作更新状态和协方差矩阵。协方差矩阵。协方差矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将测量值量化误差建模为状态的导航设备和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请是2021年4月20日提交的NO.17/235856的美国专利申请的延续申请，该申请要求2020年5月1日提交的美国临时专利申请NO.63/019213的优先权，在此通过引用将这两个申请中的每一个整体并入本申请。


[0003]所公开的实施例总体上涉及导航系统，该导航系统确定导航系统或与导航系统相关联的可移动或可活动对象的位置，以及可选地，导航系统或与导航系统相关联的可移动或可活动对象的速度、姿态和/或加速度中的一者或更多者，以及使用具有量化误差的测量值或导航信息更新导航系统中的定位信息。更具体地，所公开的实施例涉及用于更新导航系统中的定位信息的建模量化误差。

技术介绍

[0004]全球导航卫星系统(GNSS)(例如全球定位系统(GPS))中的接收器使用距离测量值，该距离测量值是基于来自卫星的视线信号的。由GPS接收器接收到的信号强度很弱，约为10
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瓦特，因此容易受到各种环境因素的干扰，所述各种环境因素包括自然障碍物(如树木、峡谷)、人为物理障碍物(例如建筑物、桥梁)和电磁干扰(例如，信号干扰器、发射宽带或窄带噪声的电子设备)。这些可靠性因素以及准确度限制是制约在像蓬勃发展的商用自动车辆行业这样的市场中采用GPS或需要补充GPS的主要关注点。值得注意的是，本文件中提及的所有“GPS”系统和导航方法均被理解为包括所有基于GNSS的系统和导航系统。
[0005]改进可移动对象的位置信息的一种方法是利用一个或更多个测量值接收器，所述一个或更多个测量值接收器从一个或更多个测量传感器(例如，用于测量量化GNSS信号相位的编码器、里程表、GNSS信号接收器)获取一系列量化测量值，以估计和更新可移动对象的位置信息。在某些情况下，独立于GPS信号(例如，在短时间段或短时间内，或与基于GPS的更新并行)使用量化测量值来确定和更新可移动对象的估计位置，即使当GPS信号受阻，也可以准确估计可移动对象的位置。

技术实现思路

[0006]为了解决可靠性和准确性问题，来自测量值接收器的导航信息可以用于使用卡尔曼滤波更新可移动对象的定位信息。当GPS信号较弱或不可靠时，使用来自测量值接收器的测量值更新可移动对象的位置是非常有用的，还可以在基于GPS信号的更新之间提供位置更新。需要注意的是，本文件中的术语“位置更新”被理解为包括所有相关状态矢量更新，因此，在适用的情况下，其包括导航设备或与导航设备相关联的可移动或可活动对象的速度和/或加速度的更新，以及可选地其他状态值的更新，例如姿态或传感器误差。在本文件中，与导航设备相关联的可移动或可活动对象被理解为嵌入导航设备的可移动或可活动对象、导航设备附接到其上的可移动或可活动对象，或与导航设备(例如，使用无线通信)通信的
可移动或可活动对象。
[0007]基于从测量值接收器接收到的信息对可移动对象的位置更新可以独立计算和/或与基于GPS信号的可移动对象的位置更新并行计算。在某些情况下，通常在测量值接收器处接收的信息是具有量化误差的量化测量值。量化误差可以被建模为估计状态(例如，可移动对象的估计状态)的一部分，有时在本文中称为卡尔曼状态或卡尔曼滤波状态，从而提高在可移动对象的定位信息的估计中的精度，并可选地提供改进的优值，例如对估计的定位信息的准确性或可靠性的估计。通过对在估计状态中而不是在噪声测量值矩阵中的量化测量值的量化误差进行建模，可以对与所述一系列量化测量值相关联的累积误差进行准确地建模和估计。
[0008]相反，当根据传统卡尔曼滤波更新操作更新可移动对象的估计位置时，使用噪声测量值矩阵对量化误差建模。这种传统方法会导致累积误差随着测量值的数量或更新迭代次数的增加而增加(例如，更新位置信息的估计误差随着更新迭代的次数增加而增加)。在累积误差中的这种明显增长并不能准确地反映从测量采集机制接收到的测量值的总误差量。然而，多次测量的量化测量值中的总误差不会随着时间、数量或测量而增长，而是由与任何一次测量的量化误差相关联的固定量限制。因此，与传统卡尔曼滤波方法相比，本文公开的方法、系统和设备允许更准确地估计量化测量值的量化误差，从而避免或减轻与接收到的一系列量化测量值相关联的累积误差随着测量值的数量或位置更新计算的次数而增加的不准确结果。
[0009]一些实施例提供了一种系统(例如导航设备)、存储指令的计算机可读存储介质或一种用于根据来自一个或更多个测量值接收器的导航信息确定对象的估计位置的方法。
[0010](A1)在确定对象的估计位置的方法中，导航设备从一个或更多个测量值接收器接收与对象的位置或位置变化相对应的导航信息。随着时间的推移，所述一个或更多个测量值接收器中的第一测量值接收器接收包括一系列量化测量值(例如，不同于GPS或GNSS系统或子系统生成的伪距估计值的测量值)的导航信息。每个量化测量值都具有相应的量化误差。在一些实施例中，所述一系列量化测量值中的每个量化测量值的量化误差与先前的量化测量值的量化误差呈负相关，或用不同的方式表述，每个量化测量值的量化误差与所述一系列量化测量值中的先前的量化测量值的量化误差呈负相关。该方法根据量化测量值生成对象的估计位置。该方法包括在由时间间隔分隔开的一系列时间时迭代地执行导航更新操作。导航更新操作包括基于对象的在所述一系列时间中的先前时间时(例如，先前迭代，第k
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1次迭代)的估计状态和估计状态协方差矩阵，确定在所述一系列时间中的当前时间时(例如，当前迭代，第k次迭代)对象的估计状态和对象的估计状态协方差矩阵。对象的估计状态包括第一部分和第二部分，该第一部分至少包括估计的位置值和估计的速度值，该第二部分包括间隔结束量化误差值和间隔开始量化误差值。对象的估计状态协方差矩阵包括第一部分和第二部分，该第一部分包括估计状态的第一部分的协方差值，该第二部分包括分别对应于估计状态的第二部分中的间隔结束量化误差值和间隔开始量化误差值的结束协方差值和开始协方差值。导航更新操作还包括确定在当前时间时(例如，当前迭代、第k次迭代)对象的估计状态和对象的估计状态协方差矩阵。该方法包括在每次迭代中，将估计状态中的间隔开始量化误差值替换为在导航更新操作的先前迭代中确定的间隔结束量化误差值。该方法还包括根据预定的卡尔曼滤波更新操作更新估计状态和估计状态协方差矩
阵，以生成在当前时间时(例如，当前迭代、第k次迭代)对象的估计状态和对象的估计状态协方差矩阵。
[0011](A1A)在一些实施例中，根据所述一系列量化测量值中的相应量化测量值(例如，自执行导航更新操作的最后一次迭代以来接收到的量化测量值)，使用预定的卡尔曼滤波更新操作来更新估计状态和估计状态协方差矩阵。
[0012](A2)在A1或A1A的方法的一些实施例中，确定在当前时间时(例如，当前迭代、第k次迭代)对象的估计状态和对象的估计状态协方差矩阵包括将估计状态协方差矩阵的与间隔结束量化误差值相对应的元素替换为第一预定值。在一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定对象的估计位置的导航设备，包括：一个或更多个测量值接收器，所述一个或多个测量值接收器用于接收与所述对象的位置或位置变化相对应的导航信息，其中，随着时间的推移，所述一个或更多个测量值接收器中的第一测量值接收器接收包括一系列量化测量值的导航信息，每个量化测量值都具有相应的量化误差；一个或更多个处理器；存储器，所述存储器存储一个或更多个程序，所述一个或更多个程序包括指令，所述指令用于在由时间间隔分隔开的一系列时间时迭代地执行导航更新操作，所述导航更新操作包括：基于所述对象的在所述一系列时间中的先前时间时的的估计状态和估计状态协方差矩阵，确定在所述一系列时间中的当前时间时所述对象的估计状态和所述对象的估计状态协方差矩阵，其中，所述对象的所述估计状态包括第一部分和第二部分，所述估计状态的所述第一部分至少包括估计的位置值和估计的速度值，所述估计状态的所述第二部分包括间隔结束量化误差值和间隔开始量化误差值；所述对象的所述估计状态协方差矩阵包括第一部分和第二部分，所述估计状态协方差矩阵的所述第一部分包括所述估计状态的所述第一部分的协方差值，所述估计状态协方差矩阵的所述第二部分包括分别与所述估计状态的所述第二部分中的所述间隔结束量化误差值和所述间隔开始量化误差值相对应的结束协方差值和开始协方差值；并且确定在所述当前时间时所述对象的所述估计状态和所述对象的估计状态协方差矩阵包括：将所述估计状态中的所述间隔开始量化误差值替换为在所述导航更新操作的先前迭代中确定的所述间隔结束量化误差值；以及根据预定的卡尔曼滤波更新操作更新所述估计状态和所述估计状态协方差矩阵，以生成在所述当前时间时所述对象的所述估计状态和所述对象的所述估计状态协方差矩阵。2.根据权利要求1所述的导航设备，其中，每个量化测量值的所述量化误差与所述一系列量化测量值中的一个或更多个先前的量化测量值的所述量化误差呈负相关。3.根据权利要求1所述的导航设备，其中，更新所述估计状态和所述估计状态协方差矩阵包括：根据所述一系列量化测量值中的最新的量化测量值，使用所述预定的卡尔曼滤波更新操作更新所述估计状态和所述估计状态协方差矩阵。4.根据权利要求1
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3中的任一项所述的导航设备，其中，确定在当前时间时所述对象的所述估计状态和所述对象的所述估计状态协方差矩阵包括：将所述估计状态协方差矩阵的与所述间隔结束量化误差值相对应的元素替换为第一预定值。5.根据权利要求1
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4中的任一项所述的导航设备，其中，确定在当前时间时所述对象的所述估计状态和所述对象的所述估计状态协方差矩阵包括：将所述估计状态协方差矩阵的与所述间隔开始量化误差值相对应的元素替换为在所述导航更新操作的先前迭代中确定的协方差值。6.根据权利要求1
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5中的任一项所述的导航设备，其中，确定在当前时间时所述对象的估计状态和所述对象的所述估计状态协方差矩阵包括：将所述估计状态中的所述间隔结束
量化误差值替换为第二预定值。7.根据权利要求1
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6中的任一项所述的导航设备，其中：根据所述预定的卡尔曼滤波更新操作更新所述估计状态和所述估计状态协方差矩阵包括使用卡尔曼增益函数，所述卡尔曼增益函数包括与所述第一测量值接收器相对应的噪声测量值矩阵；并且与所述第一测量值接收器相对应的所述噪声测量值矩阵为零。8.根据权利要求1
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7中的任一项所述的导航设备，其中：根据所述预定的卡尔曼滤波更新操作更新所述估计状态和所述估计状态协方差矩阵包括使用卡尔曼增益函数，所述卡尔曼增益函数包括灵敏度矩阵；所述灵敏度矩阵包括间隔结束量化误差灵敏度值和间隔开始量化误差灵敏度值，所述间隔结束量化误差灵敏度值与所述间隔结束量化误差值相对应，所述间隔开始量化误差灵敏度值与所述间隔开始量化误差值相对应；并且所述间隔结束量化误差灵敏度值和所述间隔开始量化误差灵敏度值的量值相等，但符号相反。9.根据权利要求1
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8中的任一项所述的导航设备，其中，所述一个或更多个程序包括用于生成一个或更多个品质因素的指令，每个品质因素都是基于所述估计状态协方差矩阵的一个或更多个对角元素的。10.根据权利要求1
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9中的任一项所述的导航设备，其中：所述估计状态协方差矩阵还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬，
申请(专利权)人：迪尔公司，
类型：发明
国别省市：