就現(xiàn)有技術(shù)中已知的所謂的虛擬傳感器而言，傳感器與使用者功能之間的連接公知地存在分離，否則應(yīng)直接連接。這是系統(tǒng)架構(gòu)中的中間層面。尤其是對安全關(guān)鍵的功能表明盡快地且可靠地識別出測量數(shù)據(jù)的誤差和不一致，以便例如按照所謂的汽車安全完整性等級（ASIL）來確保其功能及其特定的安全水平。然而，這些功能與對應(yīng)于它們的傳感器的所述分離無法再允許像往常一樣通常利用功能進行檢查，但另一方面，通過動用多個冗余的傳感器，提供了更快速地識別誤差和改善誤差識別質(zhì)量的優(yōu)勢。另外，無論融合數(shù)據(jù)還是誤差識別，其質(zhì)量都公知地與接入融合的傳感器的當(dāng)前可用性和測量質(zhì)量有關(guān)。

相關(guān)地，DE 10 2012 219 478 A1記載了一種傳感器系統(tǒng)，其用于獨立地分析其數(shù)據(jù)的完整性。這種傳感器系統(tǒng)優(yōu)選應(yīng)用在汽車中，且包括多個傳感器部件，這些傳感器部件經(jīng)過構(gòu)造，從而它們至少部分地檢測各種不同的主要測量參數(shù)，或者至少部分地采用各種不同的測量原理。該傳感器系統(tǒng)還包括信號處理機構(gòu)，該信號處理機構(gòu)至少部分地共同地分析傳感器信號，且同時評價傳感器信號的信息質(zhì)量。信號處理機構(gòu)還提供關(guān)于物理參數(shù)的至少一個日期的無不一致性的信息，其中，物理參數(shù)的日期基于傳感器部件的傳感器信號來計算，這些傳感器部件要么直接檢測物理參數(shù)，要么可由其傳感器信號算得物理參數(shù)。關(guān)于日期的無不一致性的信息現(xiàn)在基于直接或間接地冗余地存在的傳感器信息來算得。

由DE 10 2012 219 475 A1已知一種優(yōu)選應(yīng)用在汽車中的傳感器系統(tǒng)，用于獨立地分析其數(shù)據(jù)的精確性。該傳感器系統(tǒng)包括多個傳感器部件，這些傳感器部件經(jīng)過構(gòu)造，從而它們至少部分地檢測各種不同的主要測量參數(shù)，或者至少部分地采用各種不同的測量原理。該傳感器系統(tǒng)還包括信號處理機構(gòu)，該信號處理機構(gòu)至少部分地共同地分析傳感器信號，且同時評價傳感器信號的信息質(zhì)量。信號處理機構(gòu)還提供關(guān)于物理參數(shù)的至少一個日期的精確性的信息，該參數(shù)的形式為特征參數(shù)或特征參數(shù)組。所述特征參數(shù)或特征參數(shù)組在此按照或者借助相繼的信號處理步驟來提供，其中，特征參數(shù)或特征參數(shù)組的數(shù)據(jù)取決于對于的或先前的信號處理步驟如何影響物理參數(shù)的被處理的日期。

DE 10 2010 063 984 A1公開了一種包括多個傳感器部件的傳感器系統(tǒng)。這些傳感器部件經(jīng)過構(gòu)造，從而它們至少部分地檢測各種不同的主要測量參數(shù)，并且至少部分地采用各種不同的測量原理。然后由這些傳感器部件的主要測量參數(shù)至少部分地推導(dǎo)出其它的測量參數(shù)。此外，該傳感器系統(tǒng)包括信號處理機構(gòu)、接口機構(gòu)以及多個功能機構(gòu)。這些傳感器部件以及全部的功能機構(gòu)在此與信號處理機構(gòu)連接。所述主要測量參數(shù)因而提供冗余的信息，這些信息可以在信號處理機構(gòu)中相互比較，或者相互支持。由采用不同的途徑算得的考察量的比較可以推斷出這些考察量的可靠性和精確性。信號處理機構(gòu)評定這些考察量的精確性，并將這些考察量與精確性說明一起通過接口機構(gòu)提供給不同的功能機構(gòu)。

為了基于數(shù)據(jù)融合的動態(tài)質(zhì)量在使用者功能中比如在汽車的行車軌跡精確的導(dǎo)航系統(tǒng)中建立控制或調(diào)節(jié)，關(guān)于整個融合數(shù)據(jù)的整體不可靠性的比如由現(xiàn)有技術(shù)已知的信息并不夠用。確切地說，存在如下需求：虛擬傳感器實時地輸出關(guān)于各種不同的各自的特征值和關(guān)于傳感器信號的各自精確性的信息，進而給這些功能提供所謂的動態(tài)的數(shù)據(jù)頁。

因此，本發(fā)明的目的是，提出一種用于實時地提供動態(tài)測量值的動態(tài)誤差值的方法。

根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過一種根據(jù)權(quán)利要求1的用于實時地提供動態(tài)測量值的動態(tài)誤差值的方法得以實現(xiàn)。

本發(fā)明涉及一種用于實時地提供動態(tài)測量值的動態(tài)誤差值的方法，其中，借助至少一個傳感器系統(tǒng)檢測測量值，其中，這些測量值直接或間接地描述物理參數(shù)的值，其中，由測量值和/或由已知的物理的和/或數(shù)學(xué)的關(guān)系算得間接地描述的物理參數(shù)的值，其中，確定至少一個傳感器系統(tǒng)的測量值的誤差值，其中，這些誤差值在并不相互影響的并且連接成排的功能塊中逐步地確定。

由此得到如下優(yōu)點：能實現(xiàn)精確性計算，并利用彼此獨立的、優(yōu)選作為所謂的黑箱建模的功能塊將誤差值劃分成數(shù)據(jù)頁典型的特征參數(shù)比如噪聲、偏差或刻度因素誤差。在此，每個功能塊都可以含有要予以描述的系統(tǒng)的一個或多個任意計算步驟的誤差傳播計算。每個功能塊的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，即輸入的測量值和輸出的測量值或誤差值，優(yōu)選是對于理論模型必需的特征參數(shù)。功能模塊的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造還允許信號路徑靈活地、分支地和可調(diào)整地伸展。優(yōu)選存在的施加矯正測量以及施加來自由所述傳遞計算描述的傳感器系統(tǒng)的不同參數(shù)，在此優(yōu)選也對這種施加予以建模。

這些功能塊彼此間無相互作用，即并不相互影響。它們也很少影響有時存在的融合濾波器。

根據(jù)本發(fā)明劃分成一排或多排功能塊，因而這允許并不復(fù)雜地且靈活地改變處理步驟。此外，在每個獨立的計算步驟之后，或者在每個獨立的功能塊之后，可以采用對所經(jīng)處理的測量值的所謂的“數(shù)據(jù)頁說明”，因而通過各個功能塊的相互連接成排基本上完全地描述了整個數(shù)據(jù)處理。也可以在不改變整個建模的情況下，比較簡單地使得一排或多排功能塊分支，必要時使得其它參數(shù)和測量值比如融合濾波器的矯正值分支。輸出的數(shù)據(jù)或測量值或誤差值例如可用作用于濾波或調(diào)節(jié)的輸入?yún)?shù)。因而可以實現(xiàn)利用數(shù)據(jù)總線的實際的物理連接，針對完全的信號處理-建模進行傳遞計算，而無需其它匹配。

換句話說，本發(fā)明的方法也能實現(xiàn)在處理期間的幾乎任意的時間點比較詳細(xì)地描述測量值或誤差值。這也簡化了在分別需要的或者符合目的的階段中給不同的使用者功能提供分別需要的測量值或誤差值。

此外，本發(fā)明的方法能實現(xiàn)在盡可能短暫的時間內(nèi)既探測干擾，又干擾測量值或誤差值或物理參數(shù)的不一致性，并作為明確地輸出量予以輸出。附加地，也可以比較簡單地計算關(guān)于這些輸出量的隨機的不可靠性和清晰度的信息，并將這些信息特別優(yōu)選地作為完整性分析傳輸至使用者功能。為了滿足這些要求，把品質(zhì)分析優(yōu)選劃分為標(biāo)準(zhǔn)“完整性”和“精確性”。在此，“完整性”表示對測量值或誤差值或物理參數(shù)的在其測量精確性范圍內(nèi)的正確性的信任，且表示通過整個系列處理或者一系列功能塊對特定測量值特性的隨機分析。對這兩部分的另一要求是，用于完整性和精確性分析的算法可一致地、實時地整合到例如融合濾波器中。

根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，所述物理參數(shù)是正態(tài)分布的或高斯分布的。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，所述功能塊分別執(zhí)行誤差傳播計算。由此逐步地通過功能塊，特別是獨立于在其它功能塊中的處理，來確定誤差值。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，在每個功能塊中都分別單獨地通過相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)和/或分別單獨地通過相應(yīng)的物理參數(shù)來體現(xiàn)誤差傳播計算。這能實現(xiàn)分別單獨地調(diào)整和特定地處理測量值或誤差值或物理參數(shù)，這最終導(dǎo)致一定的各自的誤差值的改善的完整性和改善的精確性。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，在功能塊中將誤差值作為數(shù)學(xué)矩陣予以處理。這能實現(xiàn)對誤差值的既簡單又廣泛且有效的處理。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，誤差值至少部分地對應(yīng)于融合數(shù)據(jù)組中的物理參數(shù)值。由此得到如下優(yōu)點：可以為使用者功能提供誤差值與物理參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。因而并非僅僅確定方差，而是確定實際的誤差值。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，傳感器系統(tǒng)的靜態(tài)誤差特性分別形成一排的第一功能塊，其中，從每個第一功能塊都伸出至少一排。這樣就能比較簡單地確定傳感器系統(tǒng)的不精確性?；陟o態(tài)的誤差特性，在這排功能塊的后續(xù)伸展中于是優(yōu)選地實施傳感器系統(tǒng)的動態(tài)的誤差特性，例如溫度影響和溫度補償。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，所述功能塊分別為其它功能塊和/或為基于傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用提供輸出數(shù)據(jù)。這樣就能以簡單的方式產(chǎn)生任意長度的排，該排帶有功能塊的任意數(shù)量的分支。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，誤差值包括測量噪聲和/或零點誤差和/或刻度因素誤差。測量噪聲、零點誤差和刻度因素誤差是主要有助于產(chǎn)生誤差的那些誤差。這些誤差在確定誤差值時予以考慮，或者誤差值包括這些誤差，由此使得誤差值更為可靠且更精確。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，把至少一排相連的功能塊串叉起來。這能實現(xiàn)以不同的方式，即通過不同的功能塊繼續(xù)處理功能塊的輸出數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，借助于數(shù)據(jù)融合把測量值和/或誤差值融合成融合數(shù)據(jù)組。共同的融合數(shù)據(jù)組相比于各個測量值和/或各個誤差值通常更為可靠且更精確，特別地，通過確定誤差值，該融合數(shù)據(jù)組允許比較可靠地分析被融合的測量值和/或被融合的誤差值的精確性或可靠性。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，對融合成融合數(shù)據(jù)組的測量值和/或誤差值予以矯正。由此得到如下優(yōu)點：給誤差值的確定賦予了具體的含義，即隨后對這些誤差值予以矯正。這使得由傳感器系統(tǒng)確定的測量值得到改善且精確化。但同樣也可以且優(yōu)選地識別和矯正合適的隨機模型的誤差值，其中，該模型考慮到了相應(yīng)傳感器系統(tǒng)的各自特性。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，測量值至少是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量值、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的測量值和/或里程表傳感器系統(tǒng)的測量值。本發(fā)明由此特別適合于優(yōu)選在汽車中的導(dǎo)航目的和導(dǎo)航系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)即慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)或里程表導(dǎo)航系統(tǒng)因而也由測量值確定位置、特別是汽車的位置作為物理參數(shù)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)例如可以是所謂的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。里程表導(dǎo)航系統(tǒng)首先例如通過汽車輪胎的已知的滾動周長來確定速度，因而能在考慮到轉(zhuǎn)角的情況下在耦合導(dǎo)航的范圍內(nèi)實現(xiàn)位置確定。特別有益的是，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括至少兩個衛(wèi)星信號接收器。它由此改善了所檢測的衛(wèi)星信號的質(zhì)量，進而改善了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性和精確性。

根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實施方式規(guī)定，為了計算間接地描述的物理參數(shù)，將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星運行軌道假定為無誤差。

根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是傳感器基系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為傳感器基系統(tǒng)提供了如下優(yōu)點：它具有比較高的可用性，因為它具有所檢測的輸入數(shù)據(jù)的比較高的輸出率，此外在很大程度上獨立于外部干擾影響地工作。

本發(fā)明還涉及一種用于實時地提供動態(tài)測量值的動態(tài)誤差值的系統(tǒng)，其包括至少一個傳感器系統(tǒng)以及一個融合濾波器，其中，所述至少一個傳感器系統(tǒng)被設(shè)計用于檢測測量值，其中，所述測量值直接地或間接地描述物理參數(shù)值，其中，所述融合濾波器被設(shè)計用于由測量值和/或由已知的物理的和/或數(shù)學(xué)的關(guān)系計算出間接地描述的物理參數(shù)值，其中，所述融合濾波器被設(shè)計用于借助數(shù)據(jù)融合把測量值融合成融合數(shù)據(jù)組，其中，所述系統(tǒng)被設(shè)計用于提供不相互影響的且連接成排的功能塊，其中，這些功能塊被設(shè)計用于逐步地確定誤差值。本發(fā)明的系統(tǒng)因而包括對于實施本發(fā)明的方法必需的全部裝置。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)可以包括處理器和電子存儲器件，在所述存儲器件上存儲著且可執(zhí)行相應(yīng)的計算機程序產(chǎn)品。

優(yōu)選地規(guī)定，該系統(tǒng)被設(shè)計用于實施本發(fā)明的方法。這導(dǎo)致已經(jīng)介紹過的優(yōu)點。

本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)在汽車中的一種應(yīng)用。

其它優(yōu)選的實施方式可由從屬權(quán)利要求和參照附圖對實施例的后續(xù)說明得到。

其中：

圖1示范性地示出在汽車中的本發(fā)明的系統(tǒng)的一種可能的構(gòu)造方式，該系統(tǒng)被構(gòu)造用于位置確定；

圖2示范性地示出在汽車中的本發(fā)明的系統(tǒng)的另一種可能的構(gòu)造方式，該系統(tǒng)也被構(gòu)造用于位置確定；

圖3示范性地示出連接成排的功能塊的結(jié)構(gòu)。

圖1以示意圖示出本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例，該系統(tǒng)被設(shè)置用來布置且應(yīng)用在汽車（未示出）中。所示系統(tǒng)例如被構(gòu)造用于實時地提供慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的動態(tài)誤差值，且適合于對汽車予以位置確定。在此，系統(tǒng)所包括的所有部件或組成部分或傳感器系統(tǒng)都被示為功能塊，并示出它們相互間的配合作用。

該示范性的系統(tǒng)包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101，該慣性導(dǎo)航系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)構(gòu)造，從而它能夠至少檢測沿著第一、第二和第三軸的加速度，以及至少檢測圍繞第一、第二和第三軸的旋轉(zhuǎn)率。在這里，例如第一軸相應(yīng)于汽車的縱軸、第二軸相應(yīng)于汽車的橫軸、第三軸相應(yīng)于汽車的豎直軸。這三個軸形成了笛卡爾坐標(biāo)系，即所謂的汽車坐標(biāo)系。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101例如形成所謂的傳感器基系統(tǒng)，其輸出數(shù)據(jù)借助于后續(xù)說明的其它傳感器系統(tǒng)、即所謂的矯正系統(tǒng)予以矯正。這些矯正系統(tǒng)在此是里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104。

本發(fā)明的系統(tǒng)還具有所謂的捷聯(lián)算法單元102，在該單元中執(zhí)行所謂的捷聯(lián)算法，借助于該算法把慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101的輸入數(shù)據(jù)或測量值尤其換算為位置數(shù)據(jù)。為此，把慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101的本來描述加速度的輸入數(shù)據(jù)或測量值分兩次關(guān)于時間地予以積分。此外，通過關(guān)于時間的單次積分，確定了汽車的方向和速度。另外，捷聯(lián)算法單元102補償作用到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101上的科里奧利力。

捷聯(lián)算法單元102的輸出數(shù)據(jù)因而包括如下物理參數(shù)：汽車的速度、加速度以及旋轉(zhuǎn)率，其例如參照汽車坐標(biāo)系的所述三個軸，例如附加地分別參照世界坐標(biāo)系，該世界坐標(biāo)系適合于描述世界上的汽車的方向或動態(tài)參數(shù)。所述世界坐標(biāo)系例如是GPS坐標(biāo)系。此外，捷聯(lián)算法單元102的輸出數(shù)據(jù)包括以汽車坐標(biāo)系為參照的位置和以世界坐標(biāo)系為參照的方向。捷聯(lián)算法單元102的輸出數(shù)據(jù)還具有一些方差，作為關(guān)于上述導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息。這些方差例如并非在捷聯(lián)算法單元102中算得，而是由其使用和傳輸。由捷聯(lián)算法單元102算得的上述導(dǎo)航信息通過輸出模塊112被輸出，并被提供給其它汽車系統(tǒng)。

本發(fā)明的系統(tǒng)還包括用于汽車的每個車輪的里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103，其形式為車輪轉(zhuǎn)速傳感器。其例如是帶有四個車輪轉(zhuǎn)速傳感器的四車輪汽車，這些車輪轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測與其對應(yīng)的車輪的轉(zhuǎn)速及其旋轉(zhuǎn)方向。里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103還包括轉(zhuǎn)角傳感器部件，該轉(zhuǎn)角傳感器部件檢測汽車的轉(zhuǎn)角。

示范性地示出的該系統(tǒng)還具有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104，該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計，從而它確定指配的衛(wèi)星與汽車之間的距離，以及分別確定指配的衛(wèi)星與汽車之間的速度。

該系統(tǒng)還包括融合濾波器105。在對里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101的輸入數(shù)據(jù)或測量值的共同分析過程中，融合濾波器105提供融合數(shù)據(jù)組106。融合數(shù)據(jù)組106具有不同傳感器系統(tǒng)的所檢測的輸入數(shù)據(jù)，其中，融合數(shù)據(jù)組106例如附加地包括誤差值和與這些誤差值對應(yīng)的方差，這些方差描述了數(shù)據(jù)質(zhì)量。

在汽車工作期間，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101的輸入數(shù)據(jù)或測量值在融合濾波器105的為此設(shè)置的電子的數(shù)據(jù)存儲器113中被存儲規(guī)定的時長。在此，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101是所謂的傳感器基系統(tǒng)，而里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104是所謂的矯正系統(tǒng)，其輸出數(shù)據(jù)被考慮用來矯正傳感器基系統(tǒng)的測量值或物理參數(shù)。由此確保使得至少看起來在相同的時間點已檢測的測量值或物理參數(shù)值始終都可以被考慮用來矯正測量值或物理參數(shù)值。

由融合濾波器105提供的融合數(shù)據(jù)組106例如包括傳感器基系統(tǒng)的借助矯正系統(tǒng)的經(jīng)驗證的輸出數(shù)據(jù)確定的量化誤差。

捷聯(lián)算法單元102現(xiàn)在借助融合數(shù)據(jù)組106矯正傳感器基系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)。

融合數(shù)據(jù)組106由融合濾波器105根據(jù)里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101的輸入數(shù)據(jù)或測量值算得。

融合濾波器105例如被構(gòu)造成誤差狀態(tài)空間卡爾曼濾波器，即被構(gòu)造成如下卡爾曼濾波器，其對測量值或物理參數(shù)值進行線性化，在該卡爾曼濾波器中計算或估計測量值或物理參數(shù)值的量化誤差值，該卡爾曼濾波器順序地處理并在此矯正在該順序的相應(yīng)的功能步驟中可用的輸出數(shù)據(jù)。

融合濾波器105經(jīng)過設(shè)計，使得它始終都異步地檢測最新近可由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101、里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104支配的測量值或物理參數(shù)值。例如，測量值或物理參數(shù)值在此通過汽車模型單元107和方向模型單元109來傳輸。

汽車模型單元107經(jīng)過設(shè)計，從而它由里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103的測量值或物理參數(shù)值至少算得沿著第一軸的速度、沿著第二軸的速度以及圍繞第三軸的旋轉(zhuǎn)率，并將其提供給融合濾波器105。

該示范性的系統(tǒng)還包括輪胎參數(shù)估計單元110，輪胎參數(shù)估計單元經(jīng)過設(shè)計，從而它至少算得全部車輪的半徑例如動態(tài)的半徑，并附加地算得全部車輪的抗歪斜性和抗打滑性，并將其作為附加的輸入?yún)?shù)提供給汽車模型單元107。輪胎參數(shù)估計單元110還經(jīng)過設(shè)計，從而它利用基本上線性的輪胎模型來計算輪胎參數(shù)。

輪胎參數(shù)估計單元110的示范性的輸入?yún)?shù)在此是描述車輪轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的輸入數(shù)據(jù)，至少部分地是捷聯(lián)算法單元102的輸出值以及是由融合濾波器105確定的方差。

該示范性的系統(tǒng)還包括GPS誤差識別和驗證單元111，該GPS誤差識別和驗證單元經(jīng)過設(shè)計，從而例如作為輸入數(shù)據(jù)，它獲得衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104的測量值或物理參數(shù)值以及至少部分地獲得捷聯(lián)算法單元102的輸出數(shù)據(jù)，并在其計算中予以考慮。GPS誤差識別和驗證單元111參照與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104匹配的隨機的模型來檢查測量值或物理參數(shù)值。只要測量值或物理參數(shù)值在考慮噪聲的誤差范圍內(nèi)相應(yīng)于該模型，就對其予以驗證。

在此，GPS誤差識別和驗證單元111附加地與融合濾波器105在數(shù)據(jù)層面上連接，并把經(jīng)驗證的輸入數(shù)據(jù)傳遞至融合濾波器105。

GPS誤差識別和驗證單元111例如經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計，從而它特別是借助如下方法步驟實施用于選擇衛(wèi)星的方法：

- 基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104的傳感器信號測量汽車相對于衛(wèi)星的位置數(shù)據(jù)；

- 確定汽車的參考位置數(shù)據(jù)，所述參考位置數(shù)據(jù)相對于基于由衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104確定的位置數(shù)據(jù)來說是冗余的；

- 選擇衛(wèi)星，如果所述位置數(shù)據(jù)和參考位置數(shù)據(jù)的對比滿足預(yù)定的條件；

- 其中，為了對比所述位置數(shù)據(jù)和參考位置數(shù)據(jù)，形成所述位置數(shù)據(jù)和參考位置數(shù)據(jù)之間的差；

- 其中，預(yù)定的條件是位置數(shù)據(jù)與參考位置數(shù)據(jù)的最大允許的偏差；

- 其中，最大允許的偏差與標(biāo)準(zhǔn)偏差有關(guān)，該標(biāo)準(zhǔn)偏差基于參考位置數(shù)據(jù)的參考方差與所述位置數(shù)據(jù)的測量方差的總和算得；

- 其中，最大允許的偏差等于標(biāo)準(zhǔn)偏差的多倍，從而所述位置數(shù)據(jù)落入與標(biāo)準(zhǔn)偏差有關(guān)的偏差區(qū)間內(nèi)的概率低于預(yù)定的閾值。

該示范性的系統(tǒng)還具有靜止識別單元108，該靜止識別單元經(jīng)過設(shè)計，從而它能識別出汽車的靜止，且在識別出汽車靜止的情況下將來自靜止模型的信息至少提供給融合濾波器105。來自靜止模型的信息在此描述的是，圍繞全部三個軸的旋轉(zhuǎn)率都具有值“零”，沿著全部三個軸的速度都具有值“零”。 靜止識別單元108在此例如經(jīng)過設(shè)計，從而作為輸入數(shù)據(jù)，它采用里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103的車輪轉(zhuǎn)速傳感器的測量值或物理參數(shù)值，以及采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101的輸入數(shù)據(jù)。

該示范性的系統(tǒng)例如采用以汽車坐標(biāo)系為參照的第一組輸入數(shù)據(jù)，且附加地采用以世界坐標(biāo)系為參照的第二組輸入數(shù)據(jù)，其中，世界坐標(biāo)系用來描述汽車的方向和動態(tài)參數(shù)。借助于方向模型單元109來確定汽車坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的方位角。

汽車坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的、由方向模型單元109確定的方位角在此必定基于如下物理參數(shù)：

- 以世界坐標(biāo)系為參照的矢量速度；

- 以汽車坐標(biāo)系為參照的矢量速度；

- 轉(zhuǎn)角；和

- 描述所述參數(shù)的輸出數(shù)據(jù)的相應(yīng)的量化誤差。

方向模型單元109在此動用捷聯(lián)算法單元102的全部測量值或物理參數(shù)值。

方向模型單元109例如經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計，從而它除了計算方位角外，還計算關(guān)于方位角的數(shù)據(jù)質(zhì)量的、方差形式的信息，并將其提供給融合濾波器105。

融合濾波器105在其計算時采用方位角和方位角的方差，并將其結(jié)果通過融合數(shù)據(jù)組106傳輸至捷聯(lián)算法單元102。

融合濾波器105因而檢測慣性導(dǎo)航系統(tǒng)101即傳感器基系統(tǒng)的以及里程表導(dǎo)航系統(tǒng)103的和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)104即矯正系統(tǒng)的測量值或物理參數(shù)值。

對誤差值的確定在此始終都以連接成排的功能塊的形式進行，這些功能塊并不相互影響。同樣，這些功能塊很少影響融合濾波器105。每個獨立的功能塊都含有該示范性的系統(tǒng)的一個或多個任意的計算步驟的誤差傳播計算。這種結(jié)構(gòu)允許信號路徑靈活地、分支地和可調(diào)整地伸展。由所述傳遞計算施加矯正值以及參數(shù)在此也被模型化。

圖2示范性地示出在汽車中（未示出）的本發(fā)明的系統(tǒng)的另一種可行的實施方式，該系統(tǒng)也被設(shè)計用于實時地提供動態(tài)的誤差值。該系統(tǒng)例如包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204和里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203作為各種不同的傳感器系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204和里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203把直接或間接地描述導(dǎo)航信息的測量值或物理參數(shù)值輸出至融合濾波器205，所述導(dǎo)航信息即為位置、速度、加速度、方向、偏轉(zhuǎn)率或偏轉(zhuǎn)加速度。對測量值或物理參數(shù)值的輸出在此通過車輛數(shù)據(jù)線進行，例如通過所謂的CAN總線進行。例如，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204將其測量值或物理參數(shù)值以原始數(shù)據(jù)的形式輸出。

作為在汽車的位置確定時的中央部件，與捷聯(lián)算法單元207相組合地采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201，該慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是所謂的MEMS-IMU（微機電系統(tǒng)慣性測量單元），因為該系統(tǒng)被認(rèn)為是無誤差的，也就是說，認(rèn)為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的測量值或物理參數(shù)值始終都相應(yīng)于其隨機的模型，從而這些值僅有噪聲影響，因而沒有外部的或偶然的誤差或干擾。在此，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的噪聲以及其余未模型化的誤差比如非線性，在測量范圍內(nèi)被認(rèn)為無均值、穩(wěn)定且正態(tài)分布（所謂的高斯白噪聲）。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201包括三個分別彼此正交地檢測的旋轉(zhuǎn)率傳感器和三個分別彼此正交地檢測的加速度傳感器。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204包括GPS接收器，該接收器在衛(wèi)星信號傳播時間內(nèi)首先測量相對于可接收的GPS衛(wèi)星的距離，此外根據(jù)衛(wèi)星信號傳播時間的變化以及附加地根據(jù)衛(wèi)星信號的波長數(shù)量變化來確定汽車所歷經(jīng)的路程。里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203分別包括在汽車的每個車輪上的車輪轉(zhuǎn)速傳感器以及包括轉(zhuǎn)角傳感器。車輪轉(zhuǎn)速傳感器分別確定與其對應(yīng)的車輪的車輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角傳感器確定所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201將其測量值或物理參數(shù)值輸出至慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的預(yù)處理單元206。該預(yù)處理單元206現(xiàn)在通過修正來對測量值或物理參數(shù)值或者其中所描述的導(dǎo)航信息予以矯正，預(yù)處理單元206由融合濾波器205得到所述修正。這種經(jīng)矯正的測量值或物理參數(shù)值或者其中所描述的導(dǎo)航信息被傳輸至捷聯(lián)算法單元207。

捷聯(lián)算法單元207現(xiàn)在借助于預(yù)處理單元206的經(jīng)矯正的測量值或物理參數(shù)值進行位置確定。這種位置確定在此是基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的所謂的耦合導(dǎo)航。為此，由預(yù)處理單元206輸出的經(jīng)矯正的測量值或物理參數(shù)值或者其中所描述的導(dǎo)航信息隨著時間的推移持續(xù)地被累積或累加。捷聯(lián)算法單元207還補償作用到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201上的科里奧利力，該科里奧利力會影響慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的測量值或物理參數(shù)值。為了進行位置確定，捷聯(lián)算法單元207對由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201檢測的、描述加速度的輸入數(shù)據(jù)進行關(guān)于時間的雙重積分。這能實現(xiàn)對汽車的先前已知的位置的向前推算以及對先前已知的方向的向前推算。為了確定汽車的速度或旋轉(zhuǎn)率，捷聯(lián)算法單元207對由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201檢測的輸入數(shù)據(jù)進行關(guān)于時間的一次積分。此外，捷聯(lián)算法單元207也借助融合濾波器205的相應(yīng)的修正值對所確定的位置予以矯正。在這個例子中，融合濾波器205因而僅僅間接地通過捷聯(lián)算法單元207進行修正。由捷聯(lián)算法單元207確定的且經(jīng)過矯正的測量值或物理參數(shù)值或者導(dǎo)航信息即汽車的位置、速度、加速度、方向、旋轉(zhuǎn)率和旋轉(zhuǎn)加速度現(xiàn)在被傳輸至輸出模塊212和融合濾波器205。

在此，由捷聯(lián)算法單元207實施的所謂的捷聯(lián)算法在計算方面的復(fù)雜度僅有少許，因而可以被實現(xiàn)為實時的傳感器基系統(tǒng)。該算法是對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的測量值或物理參數(shù)值即速度、方向和位置進行積分的方法流程，并不包含濾波，從而產(chǎn)生了近乎恒定的等待時間和成組時間。

術(shù)語“傳感器基系統(tǒng)”在此描述了如下傳感器系統(tǒng)，這種傳感器系統(tǒng)的測量值或物理參數(shù)值借助于其它傳感器系統(tǒng)即所謂的矯正系統(tǒng)的測量值或物理參數(shù)值予以矯正。例如，如已述，矯正系統(tǒng)是里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的預(yù)處理單元206和捷聯(lián)算法單元207例如一起形成了所謂的傳感器基系統(tǒng)，這種傳感器基系統(tǒng)附加地也部分地包括融合濾波器205。

輸出模塊212把由捷聯(lián)算法單元207確定的且經(jīng)過矯正的導(dǎo)航信息傳輸至汽車的任意的其它系統(tǒng)。

由衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204檢測的測量值或物理參數(shù)值例如以傳感器信號的形式通過所謂的UART數(shù)據(jù)鏈路首先被傳輸至衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204的預(yù)處理單元208。該預(yù)處理單元208現(xiàn)在根據(jù)由衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204輸出的測量值或物理參數(shù)值，來確定汽車在GPS坐標(biāo)系中的位置和速度，所述測量值或物理參數(shù)值是GPS原始數(shù)據(jù)，也包括對分別發(fā)送GPS信號的GPS衛(wèi)星的運行軌道的描述。此外，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204確定汽車相對于接收GPS信號的GPS衛(wèi)星的相對速度。另外，預(yù)處理單元208矯正衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204的接收器時鐘的在輸出數(shù)據(jù)中含有的因接收器時鐘的漂移而產(chǎn)生的時間誤差，以及借助矯正模型來矯正因?qū)τ蒅PS衛(wèi)星發(fā)送的GPS信號的大氣影響所引起的在信號傳播時間和信號路徑方面的變化。對時間誤差以及大氣影響的矯正借助于由融合濾波器205通過CAN總線得到的矯正值來進行。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204還配設(shè)有驗證模塊209，該驗證模塊對由預(yù)處理單元208輸出的導(dǎo)航信息的測量值或物理參數(shù)值即汽車的位置和速度予以驗證。被驗證模塊209驗證過的輸入數(shù)據(jù)于是輸出至融合濾波器205。

該系統(tǒng)還包括里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203的預(yù)處理單元210，該預(yù)處理單元通過CAN總線得到由里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203檢測的測量值或物理參數(shù)值。所檢測的測量值或物理參數(shù)值是各個車輪傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)角傳感器的輸出數(shù)據(jù)。預(yù)處理單元210現(xiàn)在根據(jù)由里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203輸出的測量值或物理參數(shù)值，按照所謂的耦合導(dǎo)航方法來確定汽車在汽車坐標(biāo)系中的位置和方向。此外確定同樣在汽車坐標(biāo)系中的汽車的速度、加速度、旋轉(zhuǎn)率和旋轉(zhuǎn)加速度。另外，預(yù)處理單元210借助由融合濾波器205得到的矯正值來矯正由里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203得到的測量值或物理參數(shù)值。

里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203還配設(shè)有驗證模塊211，該驗證模塊對由預(yù)處理單元210輸出的測量值或物理參數(shù)值即汽車的位置、方向、速度、加速度、旋轉(zhuǎn)率和旋轉(zhuǎn)加速度予以驗證。由于里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203的輸出數(shù)據(jù)的誤差值往往是偶然的、由環(huán)境引起的并不相應(yīng)于白噪聲的例如在車輪打滑比較嚴(yán)重情況下的干擾，所以借助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201和借助衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204確定的測量值或物理參數(shù)值被用來對里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203的測量值或物理參數(shù)值予以驗證。但這里也首先將所述測量值或物理參數(shù)值與對應(yīng)于它們的、特定于傳感器的模型相比較，該模型考慮測量可靠性比如噪聲影響。如果所述測量值或物理參數(shù)值在給定的極限值或誤差范圍內(nèi)相應(yīng)于所述模型，則在此進行第一次驗證，并繼續(xù)處理經(jīng)過如此驗證的值。經(jīng)過驗證的測量值或物理參數(shù)值然后傳輸至融合濾波器205。如果不能對這些測量值或物理參數(shù)值予以驗證，相應(yīng)的測量值或物理參數(shù)值就被拋棄，而不予以后續(xù)處理。

融合濾波器205例如被構(gòu)造成誤差狀態(tài)空間卡爾曼濾波器。融合濾波器205的主要任務(wù)例如是，借助于形成矯正系統(tǒng)的里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204的測量值或物理參數(shù)值n，矯正傳感器基系統(tǒng)即慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的測量值或物理參數(shù)值，或者將相應(yīng)的矯正值輸出至捷聯(lián)算法單元207。由于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201例如被認(rèn)為沒有隨機誤差和外部干擾，所以，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201的測量值或物理參數(shù)值僅受到白噪聲。

由于融合濾波器205是所謂的誤差狀態(tài)空間卡爾曼濾波器，所以僅僅確定測量值或物理參數(shù)值的量化誤差值，并執(zhí)行相應(yīng)的矯正。這簡化并加速了由融合濾波器205將測量值或物理參數(shù)值或者將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201、里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204的誤差值融合成共同的融合數(shù)據(jù)組。由此將實現(xiàn)實時的位置確定和對位置確定的矯正。

圖2中所示的系統(tǒng)是一種所謂的虛擬傳感器，然而，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201、里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204并不是該虛擬傳感器的組成部分。虛擬傳感器是一種系統(tǒng)，其獨立于所接入的傳感器系統(tǒng)—即這里的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)201、里程表導(dǎo)航系統(tǒng)203和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)204—的類型，始終都產(chǎn)生相同的輸出數(shù)據(jù)或輸出。借助于所述輸出數(shù)據(jù)或輸出并不能看出哪些傳感器系統(tǒng)被接入所述系統(tǒng)中。

對于圖2中所示的系統(tǒng)來說，同樣將誤差傳播計算構(gòu)造成相互連接成排的功能塊。劃分出一系列功能塊允許隨時對誤差傳播計算進行并不復(fù)雜的靈活的調(diào)整。此外，可以利用在每個功能塊出口處的中間結(jié)果。也可以補充其它參數(shù)和修正的、例如功能濾波器205的分支和影響，而并不改變總的建模。輸出的數(shù)據(jù)例如被用作用于濾波的輸入?yún)?shù)。

圖3示出連接成排的功能塊31、32、33和34的一種示范性的結(jié)構(gòu)。在此例如分類成各種不同的誤差。由此實現(xiàn)將總誤差劃分成多個單一誤差。對應(yīng)于這些各種誤差的精確性在下面稱為描述參數(shù)。借助于使用者功能來計算和傳輸所述描述參數(shù)，這能實現(xiàn)特定于功能地分析測量值或物理參數(shù)值。分類成描述參數(shù)在此提供了附加信息，輸入誤差的總和也產(chǎn)生了總的不可靠性或總誤差。

對測量值或物理參數(shù)值的處理在此逐步地進行，但始終都基于基本運算。為此也輸出來自中間步驟的測量值或物理參數(shù)值。將精確性參量設(shè)計為針對虛擬傳感器被實時計算的數(shù)據(jù)頁，這超出了作為在融合濾波器35本身中的方差進行的單獨的建模。這導(dǎo)致使用多個特征值來描述測量值或物理參數(shù)值的特性。這產(chǎn)生了如所述的如下動機：將所進行的信號處理劃分為多個獨立的被建模成黑箱的多個功能塊31、32、33和34，這些功能塊始終具有物理參數(shù)的相同的輸入和輸出向量。在這些功能塊31、32、33和34內(nèi)部計算誤差傳播形式的物理參數(shù)，其中，也考慮物理參數(shù)相互間的、誤差傳播定律形式的已知的關(guān)系。在其它方面將物理參數(shù)簡化地視為相互獨立且無反向作用。由此在對各個物理參數(shù)予以誤差傳播計算時，將已經(jīng)在另一描述參數(shù)中建模的且被認(rèn)為獨立的全部不可靠性置為零?？蛇x地，采用其它參數(shù)，例如通過對融合濾波器35的矯正，來計算物理參數(shù)。為此將誤差傳播歸因于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的所采用的基本運算。對信號路徑的建模開始于作為淵源的傳感器系統(tǒng)，物理參數(shù)根據(jù)傳感器的說明在其實際數(shù)據(jù)頁中用作初始值。假定在融合濾波器35中對不可靠性予以正確的建模，由此實現(xiàn)在信號處理的任一處理步驟始終都與當(dāng)前的工作狀態(tài)相應(yīng)地說明信號特性。鑒于遵守這種說明，相應(yīng)于來自IMU和捷聯(lián)算法的傳感器基系統(tǒng)的連續(xù)性風(fēng)險，產(chǎn)生了融合濾波器35的連續(xù)性風(fēng)險，因為其可用性及對所述說明的遵守例如形成了融合濾波器35工作所必需的最低的依據(jù)。

借助于使用者功能的要求，求出物理參數(shù)，由于對融合濾波器35無反作用，這些物理參數(shù)可任意選擇。針對于該計算方法，選擇特定于每個特性的誤差傳播定律。原則上，可以用任意的、對于物理參數(shù)來說獨特的分布函數(shù)來實現(xiàn)誤差傳播計算。

為了例如在融合濾波器35中采用精確性參量，該精確性參量滿足例如必需的標(biāo)準(zhǔn)，這里選用誤差值即測量噪聲、零點誤差（偏差）和斜率誤差（刻度因素誤差）。

針對例如以數(shù)字的時間離散且數(shù)值離散的系統(tǒng)為形式而采用的融合濾波器35的基本運算在此是：

?加/減；

?乘/除；

?延遲一個采樣步驟/存儲。

在這里示范性地示出的應(yīng)用中，還做出如下假設(shè)：物理參數(shù)是正態(tài)分布的。這樣便簡化了可與融合濾波器35的隨機模型共同地使用。在線性函數(shù)和變換的物理參數(shù)不相關(guān)的情況下，傳遞計算可通過簡單的方差傳遞來產(chǎn)生。而對于相關(guān)的物理參數(shù)，采樣具有占滿的方差-協(xié)方差-矩陣的方差傳遞定律。

本發(fā)明的方法例如用于利用融合濾波器35矯正加速度測量31的零點誤差和刻度因素誤差，它們利用旋轉(zhuǎn)矩陣36在導(dǎo)航坐標(biāo)中旋轉(zhuǎn)，它們疊加成速度34，同時，利用融合濾波器35對絕對值予以矯正32。這些基本方程形成了用于描述信號路徑的功能塊。為便于理解，在這個例子中假定，旋轉(zhuǎn)矩陣36和采樣間隔的誤差可忽略不計，以及科里奧利加速度和所估計的地球加速度的通常影響和誤差可忽略不計。但為了完整地描述傳感器基系統(tǒng)的精確性，這些假定對于由濾波器矯正的物理參數(shù)而言是不允許的36。