导航系统和用于对车辆进行导航的方法技术方案

一种导航系统，其包括用于确定第一位置的第一导航模块和用于确定第二位置的第二导航模块。所述第一导航模块和所述第二导航模块机械连接，从而使得所述第一位置依赖于所述第二位置。同样，所述第一导航模块和所述第二导航模块可通信地连接以交换包括所述第一位置和所述第二位置中的至少一个的信息。在所述导航系统的运行期间的一时刻处，所述第一导航模块从所述第二导航模块接收所述第二位置并且基于所述第二位置来确定所述第一位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导航系统和用于对车辆进行导航的方法
本专利技术大体上涉及全球导航卫星系统(GNSS)，并且更具体地涉及用于获取和/或追踪被环境因素和人造结构阻断的卫星信号的导航系统。
技术介绍
诸如全球导航卫星系统(GNSS)这样的导航系统利用对四个或者更多个导航卫星的视线(LOS)来提供位置和时间信息。尽管需要四个卫星才能正常操作，但是在一个变量(例如，仰角)已知或者不相关的情况下少于四个卫星也是可能的。导航系统通过在车辆的移动期间追踪卫星信号来对移动车辆提供定位服务。然而，当与发送卫星信号的卫星的LOS被环境特征(诸如，树木、建筑物、或者桥梁)阻断时，车辆的导航系统可能会丢失一个或者多个卫星信号。在丢失对卫星信号的追踪后，在与卫星的LOS恢复时必须重新获取卫星信号。因为待追踪的卫星信号的频率和相位响应于在移动车辆与发送卫星之间的相对位置和/或速度的变化而不断变化并且通常是未知的，所以卫星信号的重新获取是耗时的处理。一些导航系统使用时间和空间分集来使与LOS阻断有关的问题最小化。例如，在U.S.7,642,957中描述的系统和方法使用两根天线来接收卫星信号，以期望至少一根天线能够接收到“较好”的信号。如U.S.5,886,665所述，另一系统建立本地星座，其中，位置已知的专用收发器将卫星信号转播到信号“较差”的区域。然而，安装和维护这种系统的成本较高，并且这种系统需要使用专用受保护的房产来运行。如果车辆正在高速移动通过遍布可能会阻断卫星信号的特征的环境，则可能只能在比所需采集时间短的时间内接收到信号。因此，需要一种由移动车辆的导航系统来使卫星信号的采集时间加快的方法。专利
技术实现思路
在全球导航卫星系统(GNSS)应用中，随着时间来追踪由导航系统接收的卫星信号，以提供位置估计结果。通常，导航系统由移动对象(诸如，车辆、船舶、列车、和飞机)使用。如果由于沿着与卫星的视线(LOS)的信号中的一个或者多个被阻断了，导致接收到的信号不足4个，则必须执行可能较漫长的采集处理以重新获取信号。该采集处理确定初始化追踪处理所需的信息，诸如，卫星信号的相位和频率。本专利技术的一些实施方式基于导航系统的位置和速度与对卫星信号的追踪相互依赖这个认识。这是因为可以使用对卫星信号的追踪来确定导航信号的位置和速度，而且还可以使用位置和速度来启动追踪。例如，卫星信号的相位是导航系统与卫星之间的距离的一种度量，因此依赖于导航系统的位置、和随着时间变化的唯一限定的其它参数。同样，由于多普勒效应，接收到的卫星信号的频率依赖于导航系统的速度、和根据时间唯一限定的其它参数。因此，在重新获取信号时，获知导航系统的位置和速度提供了所需要的充足信息以简化采集处理。然而，当卫星信号丢失时，在重新获取信号的未来时间处，导航系统的位置和/或速度是未知的。本专利技术的一些实施方式基于如下认识：在地理信息可用(例如，地理信息系统(GIS)数据库的形式)的系统中，可以使用先前的对位置和速度的估计结果来产生对当前时间的位置和速度的估计结果，或者甚至预测未来的位置和速度。例如，在丢失被地理对象阻挡的信号时，可以通过使用关于该对象的特性的地理信息(GI)来预测在LOS恢复的下一个位置处的位置和/或速度。例如，当车辆进入阻挡卫星信号的隧道时，可以使用隧道的长度来预测从隧道重新出来的位置，并且可以使用对该位置的获知来启动对卫星信号的追踪。另外或者另选地，导航系统可以包括用于确定多个位置的多个导航模块。这对于列车头尾之间的距离可能超过2000米的大型列车更具吸引力。因此，如果一个导航模块的位置和速度是已知的，则能够估计各个导航模块的位置和速度。例如，当第二导航模块仍然具有与卫星的LOS时，如果使多个导航模块充分分离并且机械连接(例如，安装在列车上的不同位置处)，则可以基于第二导航模块的当前位置和/或速度来确定第一导航模块在下一个LOS位置处的位置和/或速度。当可以通过第二导航模块来确定位置时，这种导航系统使得能够继续追踪第一导航模块的位置。因此，本专利技术的一种实施方式公开了一种导航系统，该导航系统包括用于确定第一位置的第一导航模块；以及用于确定第二位置的第二导航模块，其中，第一导航模块和第二导航模块机械连接，使得第一位置依赖于第二位置，其中，第一导航模块和第二导航模块通信地连接以交换包括第一位置和第二位置中的至少一个的信息，以及其中，在导航系统的运行期间的一时刻处，第一导航模块从第二导航模块接收第二位置并且基于第二位置来确定第一位置。本专利技术的另一实施方式公开了一种用于对车辆进行导航的方法。该方法包括：通过安装在车辆上的第一导航模块来追踪一组卫星信号以确定第一位置；在丢失至少一个卫星信号时，接收由安装在车辆上的第二导航模块确定的第二位置，使得第二导航模块通过车辆的车身与第一导航模块机械连接；以及基于第一导航模块与第二导航模块之间的相对距离和车辆的速度来确定第一位置。本专利技术的又一实施方式公开了一种用于在列车支架上移动的列车的导航系统。该导航系统包括：安装在列车上的用于确定列车的第一位置的第一导航模块；以及安装在列车上的用于确定列车的第二位置的第二导航模块，其中，第一导航模块和第二导航模块通过列车的车身机械连接并且通信地连接以交换操作信息；以及存储具有包括关于列车支架的信息的地理信息的数据库的非暂时性存储器，其中，第一导航模块和第二导航模块被配置为使用地理信息和操作信息来确定第一位置和第二位置中的至少一个。附图说明[图1]图1是根据本专利技术的一些实施方式的具有包括多个导航模块的导航系统的列车车厢的示意图。[图2]图2是根据本专利技术的一些实施方式的在城市环境中的配备有多个导航模块的列车的侧视图。[图3]图3是根据本专利技术的一些实施方式的在城市环境中行驶的、采用多个导航模块的列车的俯视图。[图4]图4是根据本专利技术的一些实施方式的用于对车辆进行导航的方法的框图。[图5A]图5A是根据本专利技术的一种实施方式的用于通过使用地理信息数据库来确定位置的方法的框图。[图5B]图5B是根据本专利技术的各种实施方式的基于在导航模块之间的相对距离来确定位置的示意图。[图5C]图5C是根据本专利技术的各种实施方式的基于在导航模块之间的相对距离来确定位置的示意图。[图5D]图5D是根据本专利技术的各种实施方式的基于在导航模块之间的相对距离来确定位置的示意图。[图5E]图5E是根据本专利技术的各种实施方式的基于在导航模块之间的相对距离来确定位置的示意图。[图6]图6是根据本专利技术的一些实施方式的导航模块的不同部件的示意图。[图7]图7是离开偏离导航覆盖的具有已知出口点的区域的列车的例示。[图8]图8是根据本专利技术的一种实施方式的用于追踪卫星信号的导航系统的框图。[图9]图9是根据本专利技术的一些实施方式的用于识别阻挡卫星信号的对象的方法的框图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的一些实施方式的采用导航系统100的列车车厢110。导航系统100包括至少两个导航模块135和137和通信链路130。第一导航模块135用于确定第一位置，例如，第一导航模块的位置和/或设置有第一导航模块的列车的位置。导航系统100还包括用于确定第二位置(诸如，第二导航模块的位置)的第二导航模块137。第一导航模块135和第二导航模块137从至少四个导航卫星(诸如，卫星121、122、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导航系统，所述导航系统包括：用于确定第一位置的第一导航模块；以及用于确定第二位置的第二导航模块，其中，所述第一导航模块和所述第二导航模块机械连接，使得所述第一位置依赖于所述第二位置，其中，所述第一导航模块和所述第二导航模块通信地连接以交换包括所述第一位置和所述第二位置中的至少一个的信息，以及其中，在所述导航系统的运行期间的一时刻处，所述第一导航模块从所述第二导航模块接收所述第二位置并且基于所述第二位置来确定所述第一位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.18 US 14/574,7081.一种导航系统，所述导航系统包括：用于确定第一位置的第一导航模块；以及用于确定第二位置的第二导航模块，其中，所述第一导航模块和所述第二导航模块机械连接，使得所述第一位置依赖于所述第二位置，其中，所述第一导航模块和所述第二导航模块通信地连接以交换包括所述第一位置和所述第二位置中的至少一个的信息，以及其中，在所述导航系统的运行期间的一时刻处，所述第一导航模块从所述第二导航模块接收所述第二位置并且基于所述第二位置来确定所述第一位置。2.根据权利要求1所述的导航系统，其中，所述第一导航模块确定第一速度并且基于所述第一速度和所述第二位置来确定所述第一位置。3.根据权利要求2所述的导航系统，其中，所述第一导航模块从所述第二导航模块接收第二速度并且使用所述第二速度来确定所述第一速度。4.根据权利要求2所述的导航系统，其中，所述第一导航模块使用所述第一导航模块与所述第二导航模块之间的相对速度来确定所述第一位置。5.根据权利要求2所述的导航系统，其中，所述第一导航模块从与所述第一导航模块刚性连接的速度测量系统接收所述第一速度。6.根据权利要求1所述的导航系统，其中，所述第一导航模块使用所述第一导航模块与所述第二导航模块之间的相对距离来确定所述第一位置。7.根据权利要求6所述的导航系统，其中，所述第一导航模块和所述第二导航模块刚性连接。8.根据权利要求6所述的导航系统，其中，所述第一导航模块使用地理信息来调整所述相对距离。9.根据权利要求6所述的导航系统，其中，所述第一导航模块和所述第二导航模块设置在列车的不同车厢处并且由所述列车的所述车厢连接，其中，所述第一导航模块使用关于所述车厢之间的连接的信息和地理信息来调整所述相对距离。10.根据权利要求2所述的导航系统，其中，所述第一导航模块通过使用在接收到所述第二位置时确定的所述第一位置来确定卫星信号的相位，通过使用所述第一速度来确定所述卫星信号的频率，并且根据所述卫星信号的所述频率和所述相位来初始化对所述卫星信号的追踪。11.根据权利要求10所述的导航系统，其中，所述第一导航模块根据如下算式来确定所述卫星信号的所述相位其中，是第一导航模块A的所述第一位置，x(k)是发送所述卫星信号的卫星k的位置，c是光速，是所述第一导航模块A上的时钟偏差，是所述卫星信号的所述相位，A0和A1是接收器相关的常数，以及b(k)是所述卫星k的所述时钟的偏差，具有下标的括号[]Λ表示取模运算，并且Λ是标识重新获取的所述卫星k的伪随机码的空间长度，其中，所述第一导航模块根据如下算式来确定所述卫星信号的所述频率其中，是所述第一导航模块的所述第一速度，v(k)是所述卫星k的速度，以及||.||表示向量范数，以及1k是从所述第一位置xA指向所述卫星k的所述位置x(k)的单位向量，以及f0是所述卫星信号的频率。12.根据权利要求10所述的导航系统，其中，所述第一导航模块包括：用于在所述第一导航模块与所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：金耕进，O·奥赛切斯，A·克尼亚瑟夫，K·帕森斯，扎菲尔·沙欣奥卢，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP