专利名称：导航方法、导航系统、导航设备、装备有该导航设备的交通工具以及交通工具的群组的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航方法；本发明还涉及导航系统；本发明还涉及导航设备；本发明还涉及装备有该导航设备的交通工具；本发明还涉及交通工具的群组。
背景技术：
现如今，已经有能够相对精确地确定交通工具位置的GPS导航工具。然而，在某些情形下需要替代的导航方法，这是因为GPS导航信号并不总是可用的，例如在海平面以下的位置处和建筑物中的位置处即是如此。一种这样的替代方法使用从惯性传感器获得的数据来应用航位推测(dead-reckoning)。惯性传感器包括陀螺仪和加速度计。陀螺仪提供关于交通工具的定向的信息，而加速度计提供关于其加速度的信息。如果已知交通工具的初始位置和速度，则其瞬时速度和位置可以通过对从加速度计和陀螺仪获得的加速度数据和定向数据进行数值积分来估算。一般而言，加速度计具有系统性误差(也称为偏差)，从而导致位置指示中随时间推移而成指数增大的漂移。因此，基于惯性传感器的此类导航设备需要定期进行校准以测量和补偿传感器偏差。在使用低成本传感器而不进行偏差补偿的情况下，导航解算会在数分钟内就变得无用。这也适用于使用其他传感器(例如用于测量速度的里程计和用于测量方向的罗盘)的航位推测方法。^h Sanderson Bf^rW "A distributed algorithm for cooperative navigation among multiple mobile robots"(Advanced robotics ISSN 0169-1864,98,vol. 12,no 4, pp. 313-481 (17ref.)，pp. 335-349)中描述了一种用于通过对机器人之间相对位置的感测以及位置估算和规划轨迹的相互通信来提高机器人的导航精确度的方法。尽管以此方式可以获得可能比在机器人独立导航的情况中更好的导航结果，但是该方法复杂并且对相对位置的测量可能形成另一误差源。因此，需要改进。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了协作导航的第一方法，其包括如下步骤a.提供至少第一导航设备和第二导航设备，每个导航设备至少具有导航传感器以用于提供指示导航传感器的移动状态的导航数据并且传输导航数据；b.在共享环境中独立地移动第一导航设备和第二导航设备；c.检测第一导航设备和第二导航设备是否彼此相遇，并且传输指示第一导航设备和第二导航设备相遇的接近信号；d.使用航位推测方法来至少估算第二导航设备的位置，并且如果接近信号指示相遇，则使用来自第一导航设备的导航信息来提高所述估算的精确度。根据本发明的第一方面，提供了协作导航的第二方法，其包括如下步骤a.提供中央服务器以及至少第一导航设备和第二导航设备，每个导航设备至少具有导航传感器，用于提供指示导航传感器的移动状态的导航数据，并且向中央服务器传输所述导航数据；b.在共享环境中独立地移动第一导航设备和第二导航设备；c.检测第一导航设备和第二导航设备是否彼此相遇，并且向中央服务器传输指示第一导航设备和第二导航设备相遇的接近信号；d.使用航位推测方法来至少估算第二导航设备的位置，并且如果接近信号指示相遇，则使用来自第一导航设备的导航信息来提高所述估算的精确度。根据本发明的第一方面，提供了协作导航的第三方法，其包括如下步骤a.提供至少第一导航设备和第二导航设备，每个导航设备能够使用航位推测方法估算其自身的位置；b.在共享区域中独立地移动第一导航设备和第二导航设备；c.检测第一导航设备和第二导航设备是否彼此相遇；d.如果检测结果为肯定的，则向第二导航设备传递由第一导航设备在所述检测时获得的相关导航信息，所述相关导航信息至少包括由第一导航设备作出的对相遇地点的位置的估算；e.使用从第一导航设备接收的位置估算来提高第二导航设备估算其自身位置的精确度。根据本发明的第二方面，提供了第一导航系统，其包括至少第一导航设备和第二导航设备，每个导航设备至少具有导航传感器，导航设备各自被布置成彼此独立地相互移动，并且至少第一导航设备被布置用于传输指示其状态的导航数据，-导航系统具有用于接收所传输的导航信息的工具；-第一导航设备和第二导航设备中的至少一个具有用于提供指示第一导航设备和第二导航设备是否彼此相遇的接近信号的工具；_导航系统至少具有用于计算对第二导航设备的位置的初始估算的航位推测工具，以及用于使用由第一导航设备传输的导航信息来提高该估算的精确度的工具，该导航信息针对的是给出的接近信号所针对的位置。根据本发明的第二方面，提供了第二导航系统，其至少包括第一导航设备和第二导航设备以及中央服务器，第一导航设备和第二导航设备各自至少具有导航传感器，导航设备各自被布置成彼此独立地相互移动，并且每个导航设备被布置成向中央服务器传输指示其状态的导航数据；-第一导航设备和第二导航设备中的至少一个具有用于向中央服务器传输指示第一导航设备和第二导航设备是否彼此相遇的接近信号的工具；_导航系统至少具有用于计算对第二导航设备的位置的初始估算的航位推测工具，以及用于使用由第一导航设备传输的导航信息来提高该估算的精确度的工具，该导航信息针对的是给出的接近信号所针对的位置。根据本发明的第二方面，提供了第三导航系统，其至少包括第一导航设备和第二导航设备，第一导航设备和第二导航设备各自具有用于确定对其自身位置的第一初始估算的航位推测工具，-第一导航设备具有用于向第二导航设备传输其相关导航信息的工具；
-第二导航设备具有用于接收所传输的初始估算的工具；-第一导航设备和第二导航设备中的至少一个具有用于提供指示第一导航设备和第二导航设备是否彼此相遇的接近信号的工具；-第二导航设备具有用于使用由第一导航设备提供的相关导航信息来提高估算其自身位置的精确度的工具，该相关导航信息针对的是给出的接近信号所针对的位置，所述相关导航信息至少包括由第一导航设备作出的对相遇地点的位置的估算。根据本发明的上述方面，对第一初始估算的更新仅是基于在交通工具之间相遇时获得的交通工具之间导航信息的比较。这后一方法允许简单得多的实现方式，同时具有良好的结果。在根据本发明的方法中，没必要具有昂贵的用于确定相对位置的工具。简单的接近传感器——例如仅提供指示是否存在相遇的二值信号的传感器——就已足够。这样的传感器可以例如基于RF技术。此外，对改善的导航结果的计算得以简化，这是因为在相遇的情形中，交通工具的实际坐标具有基本上相同的值。因此，对于每次相遇而言，交通工具的估算位置之间的差值基本上由用于导航的传感器中的偏差误差所确定。如果发生了足够数目的相遇，则可以解出偏差项。并不需要出现数目至少与偏差项的数目相同的相遇。如果例如有10个交通工具，但其中两个交通工具具有两次相遇，这就提供了对这两个交通工具的充足信息用以估算它们的偏差以及据此改善其状态估算。从这些相遇获取的信息可以与所述两个交通工具随后相遇的其他交通工具进行交换。要由第一导航设备向第二导航设备传递的相关导航信息可以是第一导航设备对相遇地点的位置的估算。如果第一导航设备的估算基本上无偏差，则该信息足够用于让第二导航设备估算其偏差，并且据此改善其自身位置估算。如果对第一导航设备的估算也受偏差影响，则第一导航设备可以传输附加的信息，诸如在基于惯性传感器的航位推测设备的情形下的二重积分的定向矩阵或在使用里程计信号的航位推测设备的情形下的一重积分的定向矩阵。在第一导航设备的估算也存在偏差的情形下，倘若第一导航设备和第二导航设备具有至少两次相遇，则第一导航设备和第二导航设备的偏差都可以被估算。换言之，第一导航设备和第二导航设备通过对使用彼此的在多个检测到接近的情形中所获得的相关导航信息形成的方程组进行求解来确定它们的偏差因子。注意，US 6801855提供了具有各种集成定位功能性的互补性导航设备的系统和方法。具体而言，该导航方法包括提供具有三角定位功能性的第一导航设备以及提供适配于与第一导航设备进行通信的第二导航设备。第二导航设备包括一个或多个航位推测定位组件。所述一个或多个航位推测定位组件与三角定位功能性互补地使用，以在三角定位功能性劣化时对位置进行确定。在已知的系统和方法中，第一导航设备和第二导航设备被布置在单个交通工具中(参见第13栏，第44-51行以及第22栏，第2_5行)，并且因此在操作期间彼此接近。本发明与已知方法的不同之处在于，本发明还包括检测第一导航设备和第二导航设备是否彼此接近的步骤，并且如果该检测结果为肯定的，则传递相关的导航信息。如果检测到第一导航设备和第二导航设备彼此接近，则假定第一导航设备和第二导航设备具有相同的位置，并且基于该假定，使用从第一导航设备接收的相关导航信息来提高第二导航设备估算其自身位置的精确度。如果没有检测到接近，则第二导航设备不使用第一导航设备的导航信息。
第一导航设备可以具有检测接近的传感器，从而指示第二导航设备是否接近第一导航设备。接近信号可以引发第一导航设备传输其相关导航信息。第二导航设备中的接收器接收该相关信息。在该情形中，接收器还形成第二导航设备中用于生成接近信号的工具， 这是因为对信息的接收指示其接近第一导航设备。备选地，第二导航设备可以具有用于提供接近信号的独立工具，并且第一导航设备可以持久地广播其导航信息。一旦由第二设备的工具检测到接近，则后者可以接受要用来提高其自身位置估算精确度的、经广播的导航 fn息ο优选地，每个导航设备具有其自身的接近传感器。在该情形中，可以验证是否每个接近传感器都指示了接近。这会降低误报(即，不当的接近检测)的风险。这样的不当的接近检测将导致对偏差因子的不正确的估算。在上述导航系统中，第一导航设备可以使用任何手段来估算其自身的位置，例如基于GPS信号或基于航位推测设备或基于其组合。假定第二导航设备具有航位推测设备， 并且使用所接收的相关导航信息来确定其偏差。然而，或者有可能两个导航设备都装备有航位推测设备并且它们彼此交换相关导航信息，从而使得它们全都可以估算自己的偏差并且提高自己的导航精确度。可以理解，除了第一导航设备和第二导航设备之外，还有可能存在第三导航设备和其他导航设备——它们以与第一导航设备和第二导航设备交互的方式类似的方式彼此交互以及与第一导航设备和第二导航设备交互。根据第三方面，提供导航设备，其具有-用于确定对其自身位置和其他相关导航信息的初始估算的航位推测工具；-用于提供指示导航设备是否与另一导航设备相遇的接近信号的工具；-用于接收由另一导航设备传输的相关导航信息的工具，所述其他导航设备的所述相关导航信息至少包括由所述其他导航设备作出的对相遇地点的位置的估算；_用于提高使用一组或多组接收到的导航信息来估算其自身位置的精确度的工具，该导航信息包括初始位置估算，该初始位置估算针对的是给出的接近信号所针对的位置。不只是单方面地提供诸如初始位置估算之类的相关导航信息是有利的。因此，在一种实施方式中，导航设备还包括用于传输其初始位置估算和其他相关导航信息的工具， 从而使得导航设备还可以帮助其他导航设备改善其位置估算。这还改善了其他导航设备向该导航设备提供的初始位置估算的可靠性。本发明尤其适用于在交通工具中使用。交通工具例如是自行车、汽车、摩托车、火车、船、舟或飞机。优选地，交通工具包括由导航设备控制的驱动和操纵机构。交通工具可以包括其他导航工具，诸如GPS接收器或里程计，用于提供与交通工具的状态有关的信息。 可以存在组合工具，用于将导航设备的目标状态信号与由另一导航工具提供的信息组合起来。组合工具例如可以选择用于导航的最为可靠的信息。在本发明的一种实施方式中，交通工具还包括由导航设备控制的驱动和操纵机构。交通工具可以以群组进行操作，该群组至少包括具有导航设备的第一交通工具和具有类似导航设备的第二交通工具。每次当交通工具彼此相遇时，它们的导航设备便生成接近信号。接近信号指示交通工具的相应坐标系的第一估算和第二估算的新组合可以被用于改善它们的相应坐标系的状态的估算。例如，可以通过确定经估算位置的平均值来改善估算，但是估算还可以被更为结构性地用于确定导航设备的偏差分量，这也会产生对坐标系的状态的改善的估算。如果交通工具操作在相对小的空间中，则不必要有特定措施来确保交通工具相对频繁地彼此相遇。在一种实施方式中，交通工具还包括强制交通工具之间定期相遇的控制器。以这种方式，同样在较大的环境中，也可以确保交通工具之间以足够高的频率相遇，从而支持对导航精确度的期望水平的提高。在又一实施方式中，导航设备至少包括用于存储关于以前对接近的检测的相关导航信息的存储器，并且导航设备被布置用于当其接近其他类似导航设备时向该其他类似导航设备传递所存储的相关导航信息。该其他类似导航设备可以使用这种经传递的信息来进一步改善其性能。所存储的相关导航信息包括由导航设备自身获得的相关导航信息和从该导航设备相遇的类似导航设备接收的导航信息。备选地，导航设备可以向任何其他的导航设备广播相关的导航信息，而无论其与该导航设备的距离如何。然而，如果类似的导航设备存储了相关的导航信息并且一旦其接近其他类似导航设备便传输该信息，则导航设备无需长距离通信工具，这对于低功耗是有利的。两个导航设备甚至可以间接地交换其导航信息， 例如第一导航设备和第二导航设备可以具有从彼此相遇中产生的导航信息。如果上述导航设备之一与第三导航设备相遇，则该导航设备可以向第三导航设备传递该信息，并且该第三导航设备可以转而在与第四导航相遇期间向第四导航传递该信息连同经采集的其他相遇的信息。导航设备并不必然是交通工具的一部分。导航设备可以备选地用作独立的设备。 例如，消防员可以携带该设备以在被烟雾笼罩的建筑物内导航。应该注意，导航设备的信号处理功能可以以硬件、软件或这两者的结合来实现。
参考附图更为详细地描述这些方面和其他一些方面。其中图1示出了航位推测导航�？榈牡谝皇凳┓绞剑煌�2示出了航位推测导航�？榈牡诙凳┓绞剑煌�3示出了具有相互协作导航设备的一对交通工具；图4示出了根据本发明的导航系统的第一实施方式；图5示出了根据本发明的导航系统的第二实施方式；图6示出了根据本发明的导航系统的第三实施方式；图7示出了具有互相交叉的轨迹的交通工具的示例；图8示出了多个交通工具的轨迹以及由第一模拟中有偏差的估算器确定的路径；图9将模拟的偏差和通过根据本发明的方法估算的偏差进行了比较；图10示出了第二模拟中模拟的交通工具的轨迹；图11将模拟的偏差和第二模拟中通过根据本发明的方法估算的偏差进行了比较；以及图12示出了根据本发明的导航系统的第四实施方式。
具体实施方式
在下面的详细描述中阐述了许多具体细节以便提供对本发明的完整理解。然而， 本领域技术人员将会理解，可以不通过这些具体细节而实践本发明。在其他实例中，未具体描述众所周知的方法、过程和组件，以便不模糊本发明的各个方面。下文参照附图更为全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些实施方式。 然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且本发明不应被解释为受限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式，从而使得本公开更为彻底和完整，并且这些实施方式将全面地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在附图中，层和区域的大小以及相对大小可能为了清楚而进行了夸大。可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，其可以直接在另一元件或层上、连接或耦合到另一元件或层，或者可以存在介于中间的元件或层。相反，当元件被称为“直接”在另一元件或层“上”、“直接连接到”或者“直接耦合到”另一元件或层时，不存在介于中间的元件或层。贯穿全文，类似的标号指代类似的元件。如此处所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何组合和所有组合。可以理解，虽然术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件、组件和/或部分，但是这些元件、组件和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于对一个元件、 组件或部分与另一元件、组件和/或部分加以区分。因此，可以将下文所讨论的第一元件、 组件和/或部分称为第二元件、组件和/或部分，而不偏离本发明的教导。除非另有定义， 否则在此所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有本发明所属领域中普通技术人员所公知的含义相同的含义。还可以理解，诸如在常用的字典中定义的术语之类的术语应该被解释为具有与其在相关领域的环境中相一致的含义，并且不应以理想化的或过度表面化的意义来解释，除非在此明确地如此定义。这里提到的所有出版物、专利申请、专利和其他参考通过参考其全文并入于此。如果发生冲突，则以本说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法和示例仅为说明性的而非旨在限制。图1示意性地指示了在使用惯性测量的航位推测导航设备中出现的信号之间的关系。首先，首先对经测量的角速度C7进行数值积分，从而产生交通工具主体的定向θ。该定向θ被用于计算所谓的旋转矩阵RbJ通常进行该积分从而使其直接产生RJ。借助该矩阵，相对于交通工具主体坐标系轴(使用下标b指示)测量的加速度矢量忑被旋转至惯性坐标系。惯性加速度矢量& (由下标e指示)现在被数值积分两次以获得主体的速度巧和位置艮，主体的速度1和位置艮均针对惯性坐标系。假设已知携带导航设备的交通工具或人员的初始状态(即，速度、位置和定向)，则潜在地有可能确定随后任意时间点处的状态。 然而，在实践中，经测量的加速是存在偏差的。因此，该偏差将会导致经测量的位置和速度相对于实际值的漂移。图2示出了航位推测导航设备的另一示例，其中交通工具的速度由里程计确定， 而交通工具的定向由罗盘确定。在此情形中，只需一个积分步骤来确定位置。此外在该情形中，可能存在偏差误差(例如由于里程计估算速度所依据的轮胎的打滑而造成)，这将会导致估算的位置相距实际位置的漂移。其他导航设备可以通过测量携带导航设备的人的步数来确定位置。这里同样可能存在偏差误差。根据本发明，提供一种协作航位推测导航系统，其包括能够彼此协作的航位推测导航设备。换言之，该导航系统中的导航设备执行协作导航方法。为此，在航位推测导航系统中包括的至少一个第一航位推测导航设备向导航系统中的至少一个第二导航设备传递该至少一个第一航位推测导航设备对该至少一个第一航位推测导航设备的位置的估算。第二导航设备现在具有对当导航设备彼此相遇时基本相同位置的一对独立估算。根据此对估算，第二导航设备可以例如通过将该对的估算求平均来计算对其位置的改善的估算。此外， 可以根据每对估算形成方程。如果形成足够的方程，则可以确定多个偏差误差，据此改善进一步的估算。词语“相遇”是指导航设备或携带该导航设备的人员或交通工具接近彼此。如果两个导航设备位于相对于彼此的预定范围内，则该两个导航设备被认为是接近对方。该预定范围取决于所要求的精确度并且取决于用于检测相遇的实际装置。例如，预定范围可以与RFID检测器的检测范围一致。预定范围例如可以是具有预定半径的球体。该球体内任何对象都将被认为是在预定范围内。所述预定半径例如可以在50cm至IOm的级别上。在明显更小的半径(例如IOcm)中，两个交通工具自发地彼此相遇的概率相对较小。在此情形下，可以交换并被用于提高估算精确度的信息量也较少。然而，在布置了交通工具之间的有意相遇的情形下，这不是问题。在该情形下，如果期望，则检测半径可以相对较小。如果半径远大于10m，例如50m，则精确度的提高相对较小。在其中可以接受明显较大的半径的情形也是有可能的。精确度为的潜艇在航行IOOkm距离之后将具有Ikm的导航误差。 在此情形下，以IOOm的距离与也具有导航设备的另一潜艇的相遇仍可被认为是接近。通过假设两个相遇的潜艇的导航设备处于相同位置确实会产生误差，并且因此这个误差还将导致导航系统的偏差因子的估算中的误差。然而，由于在此假设中产生的误差(IOOm)明显小于实际出现的导航误差(1km)，所以仍获得了对偏差因子的更为精确的估算，由此提高了导航精确度。类似地，建筑物中的导航机器人可以具有递增至数十米的导航误差。在此情形下，数米的距离可以被认为是接近的。只要具备如下条件便足够-导航设备具有一些二值决策工具，该工具确定其他导航系统是否接近，以及-如果其他导航设备被认为是接近的，则假设由相遇的导航设备估算的位置是对相同位置的估算，并且使用其他导航设备的导航信息，-如果其他导航设备被认为是不接近的，则不使用其他导航设备的导航信息。(但可以使用由其他导航设备存储的、与早先相遇有关的早先存储的导航。)导航信息的单向传输允许第二导航设备提高其导航精确度。如果第一导航设备接收到来自第二导航设备的信息，则该第一导航设备也可以提高其导航精确度。然而，备选地，第一导航设备可以通过接收由第二导航设备获得的结果来改进其导航精确度。例如，第二导航设备可以估算第一导航设备的偏差误差并且将向第一导航设备传输该估算。优选地，导航设备仅在与另一导航设备发生相遇的位置处传输其导航信息。可以更为频繁地传输导航信息，但这将导致功耗增加。图3示出了一组交通工具。为了清楚起见，仅示出了第一交通工具2A和第二交通工具2B。交通工具2A和2B各自分别包括导航设备IA和1B，以及经由控制单元3由导航设备1控制的驱动机构4和操纵机构5。控制单元3使用获取自导航设备1的导航信息来控制驱动机构4对后轮6进行驱动的驱动速度，以及控制操纵机构5在前轮7上施加的定向。
图4更为详细地显示了导航设备1A、导航设备IB的实施方式。导航设备1A、导航设备IB形成导航系统的第一导航设备和第二导航设备。导航系统可以包括除IA和IB之外的其他导航设备。导航设备IA和IB中的每一个都能够确定对其自身位置的初始估算。 在所示实施方式中，第一导航设备IA具有提供估算Pia的导航模块10A。第二导航设备IB 具有提供估算Pib的导航�？�10B。在导航系统中，第一导航设备IA具有用于向第二导航设备IB传输相关导航信息“Info”的工具20。基于设备IA的导航�？镮OA的类型，所传输的相关导航信息Info可以包括估算Pia，但也可以包括其他导航信息。第二导航设备IB 具有用于接收所传输的“Info”的工具30。导航设备中的至少一个(此处是第一导航设备 1A)具有用于提供接近信号Sp,的工具40，接近信号Sp,指示导航设备1A、导航设备IB是否接近彼此。第二导航设备IB的导航�？镮OB具有用于计算其位置的初始估算Pib的航位推测工具，以及具有用于使用由第一导航设备IA提供的经传输的相关导航信息Info来提高估算其自身位置的精确度的工具50，该经传输的相关导航信息Info针对的是给出的接近信号所针对的位置。这由校正信号Sc象征性地示出。下面将更为详细地描述用于提高精确度的方法。在图4中所示的实施方式中，第一导航设备IA的导航�？镮OA如何计算针对其位置的初始估算Pia无关紧要。依赖于导航设备IA的性质，经传输的相关导航信息“Info”例如可以仅包括对相遇地点的初始估算Pia作为相关导航信息。这是当导航�？镮OA是基于 GPS时的情形。如果备选地第一导航设备IA的导航�？镮OA也是航位推测工具，则它可以传输其他相关导航信息。如果导航�？槭腔诠咝源衅鞫潦暮轿煌撇夤ぞ撸蚱渌喙氐牡己叫畔⒖梢园ǘ鼗中卣螅换蛘呷绻己侥？榛诶锍碳贫潦蚱渌喙氐牡己叫畔⒖梢园ㄒ恢鼗中卣�。这种附加的相关导航信息辅助第二导航设备IB 估算第一导航�？镮OA的偏差，并由此改善对其自身偏差的估算。参考图1和图2描述了航位推测工具的示例。在图4的实施方式中，导航设备IA是利他设备，这是因为它仅传输其自身的导航信息，而不使用其他设备的信息。另一方面，导航设备IB仅使用由其他导航设备使用的位置估算信息。图5示出了又一实施方式。其中的与图4中的部件对应的部件部件具有高出100 的参考标号。相对于之前的实施方式，第二导航设备IB向导航设备IOlA的导航�？镮lOA 传输校正信号S’ c,该校正信号使得第一导航设备IOlA也能够提高其对自己位置的估算的精确度。图6示出了具有又一对导航设备IA和导航设备IB的又一实施方式。其中与图4 中的部件对应的部件具有高出200的参考标号，并且针对设备IA的部件附加地具有后缀A 以及针对设备IB的部件附加地具有后缀B。在图6中所示的实施方式中，导航设备201A、 导航设备201B各自使用双向传输工具225A和双向传输工具225B将其估算的位置Pia和Pib 以及其他相关的导航信息(如果可用)作为相关导航信息“11^0、11^0’”向另一方传输。如果存在另外的导航设备，则导航设备201A和201B还可以向这些其他设备传输其相关导航信息。备选地，导航设备可以仅使用短距离传输，从而使得它们仅在彼此相遇时交换信息。此外，导航设备201A和导航设备201B中的每一个具有其自身的接近检测器240A 和240B，该接近检测器240A和240B分别提供接近检测信号Sot和S，OT。在一种实施方式中，导航设备201A、导航设备201B可以彼此传送这些接近检测信号SPr和S’ pr并且通过在与门中组合这些信号来生成改善的接近检测信号S”,以此方式，错误检测的风险得以最小化。现在参照图7至图11更为具体地描述如下方式，在该方式中可以使用经交换的位置信息来提高位置估算的精确度。假设有若干用户/交通工具V1、V2、V3等(图7)在惯性空间中运动。这些用户中的每一个都装备有捷联式惯性导航设备。假设可以忽略姿态测量上的误差。在交叉点Cl、 C2和C3定期有交通工具轨迹交叉和交通工具彼此相遇。相遇本身由交通工具通过一些设备(例如短距离无线电通信设备)检测得到。在相遇时，假设两个交通工具的位置都相同。此外，在下面简化的数学推导中，假设除了加速度计上的一些偏差误差之外没有其他误差存在。实际上，通过相加来完成每个交通工具的惯性系(INS)中的数值积分。如果忽略由于这种数值积分的近似所造成的误差，则INS的读数可以求值如下
权利要求
1.一种协作导航的方法，包括如下步骤a.至少提供第一导航设备和第二导航设备，每个导航设备至少具有导航传感器，用于提供指示所述导航传感器的移动状态的导航数据，以及传输导航数据，b.在共享环境中独立地移动所述第一导航设备和所述第二导航设备，c.检测所述第一导航设备和所述第二导航设备是否彼此相遇，以及传输指示所述第一导航设备和所述第二导航设备相遇的接近信号，d.使用航位推测方法来至少估算所述第二导航设备的位置，并且如果所述接近信号指示相遇，则使用来自所述第一导航设备的导航信息来提高所述估算的精确度。
2.一种协作导航的方法，包括如下步骤a.提供中央服务器以及至少第一导航设备和第二导航设备，所述导航设备中的每一个至少具有导航传感器，用于提供指示所述导航传感器的移动状态的导航数据，以及向所述中央服务器传输所述导航数据，b.在共享环境中独立地移动所述第一导航设备和所述第二导航设备，c.检测所述第一导航设备和所述第二导航设备是否彼此相遇，以及向所述中央服务器传输指示所述第一导航设备和所述第二导航设备相遇的接近信号，d.使用航位推测方法来至少估算所述第二导航设备的位置，并且如果所述接近信号指示相遇，则使用来自所述第一导航设备的导航信息来提高所述估算的精确度。
3.一种协作导航的方法，包括如下步骤a.至少提供第一导航设备和第二导航设备，至少所述第二导航设备能够使用航位推测方法估算其自身位置，b.在共享环境中独立地移动所述第一导航设备和所述第二导航设备，c.检测所述第一导航设备和所述第二导航设备是否彼此相遇，d.如果所述检测结果为肯定的，则向所述第二导航设备传递由所述第一导航设备在所述检测的时刻获得的相关导航信息，所述相关导航信息至少包括由所述第一导航设备对相遇地点的位置的估算，e.使用从所述第一导航设备接收的所述相关导航信息来提高所述第二导航设备估算其自身位置的精确度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中当检测到所述第一导航设备和所述第二导航设备之间的相遇时，所述第一导航设备和所述第二导航设备彼此交换相关导航信息，其中从所述第一导航设备交换至所述第二导航设备的所述相关导航信息至少包括由所述第一导航设备对相遇地点的位置的估算，以及其中所述第一导航设备和所述第二导航设备通过解出使用彼此的在检测到相遇的多个情形中获得的相关导航信息而形成的方程组来确定它们的偏差。
5.一种导航系统，至少包括第一导航设备和第二导航设备，每个导航设备至少具有导航传感器，所述导航设备均被布置成彼此独立地相互移动，并且至少所述第一导航设备被布置用于传输指示其状态的导航数据，_所述导航系统具有用于接收所传输的导航信息的工具，_所述第一导航设备和所述第二导航设备中的至少一个具有用于提供指示所述第一导航设备和所述第二导航设备是否彼此相遇的接近信号的工具，“所述导航系统至少具有用于计算对所述第二导航设备的位置的初始估算的工具，以及用于使用由所述第一导航设备传输的所述导航信息来提高该估算的精确度的工具，所述导航信息针对的是给出的所述接近信号所针对的位置。
6.一种导航系统，至少包括第一导航设备和第二导航设备以及中央服务器，所述第一导航设备和所述第二导航设备均至少具有导航传感器，所述导航设备均被布置成彼此独立地相互移动，并且被布置用于向所述中央服务器传输指示它们的状态的导航数据，_所述第一导航设备和所述第二导航设备中的至少一个具有用于向所述中央服务器传输指示所述第一导航设备和所述第二导航设备是否彼此相遇的接近信号的工具，_所述导航系统至少具有用于计算对所述第二导航设备的位置的初始估算的航位推测工具，以及用于使用由所述第一导航设备传输的所述导航信息来提高该估算的精确度的工具，所述导航信息针对的是给出的所述接近信号所针对的位置。
7.一种导航系统，至少包括第一导航设备和第二导航设备(1A、1B;101A、101B;201A、 201B)，所述第一导航设备和所述第二导航设备被布置成彼此独立地相互移动，并且均能够确定对它们自身位置的初始估算(P1A、P1B)，-所述第一导航设备具有用于向所述第二导航设备传输相关导航信息的工具，-所述第二导航设备具有用于接收所传输的所述相关导航信息的工具，-所述第一导航设备和所述第二导航设备中的至少一个具有用于提供指示所述第一导航设备和所述第二导航设备是否彼此相遇的接近信号的工具，-所述第二导航设备具有用于计算对其位置的初始估算的航位推测工具，以及用于使用由所述第一导航设备传输的相关导航信息来提高估算其自身位置的精确度的工具，所述相关导航信息针对的是给出的所述接近信号所针对的位置，所述相关导航信息至少包括由所述第一导航设备对相遇地点的位置的估算。
8.根据权利要求7所述的导航系统，其中如果所述第一导航设备和所述第二导航设备检测到相遇，则所述第一导航设备和所述第二导航设备彼此交换相关导航信息，其中所述第二导航设备的所述相关导航信息至少包括由所述第二导航设备对相遇地点的位置的估算，并且其中所述第一导航设备和所述第二导航设备通过解出使用彼此的针对检测到相遇的多个情形而交换的相关导航信息而形成的方程组来确定它们的偏差。
9.一种导航设备，包括-用于确定对其自身位置的初始估算的航位推测工具，_用于提供指示所述导航设备是否与另一导航设备相遇的接近信号的工具，所述导航设备和所述另一导航设备被布置成相对于彼此独立地移动，_用于接收由另一导航设备传输的相关导航信息的工具，所述另一导航设备的所述相关导航信息至少包括由所述另一导航设备对相遇地点的位置的估算，_用于使用传输的相关导航信息来提高估算其自身位置的精确度的工具，所述相关导航信息针对的是给出的接近信号所针对的位置。
10.根据权利要求9所述的导航设备，还包括用于传输相关导航信息的工具，所述相关导航信息至少包括由所述导航设备对相遇地点的位置的估算。
11.根据权利要求9或10所述的导航设备，其中所述用于提供接近信号的工具包括接近传感器。
12.根据权利要求11或12所述的导航设备，其中所述用于提供接近信号的工具包括从所述另一导航设备接收接近信号的接收器。
13.根据权利要求11所述的导航设备，还包括GPS工具和用于将从所述GPS工具获得的导航信息与由所述航位推测工具确定的导航信息进行组合的组合工具。
14.一种装备有根据权利要求9至13中之一项所述的导航设备的交通工具。
15.根据权利要求14所述的交通工具，还包括由所述导航设备控制的驱动和操纵机构 (4,5)。
16.根据权利要求14或15所述的交通工具群组，其中所述导航设备形成权利要求5、6 或7中所要求保护的导航系统。
17.根据权利要求16所述的交通工具群组，其中所述交通工具还包括强制所述交通工具之间定期相遇的控制器。
18.根据权利要求16或17所述的交通工具群组，其中至少一个具有导航设备，所述导航设备具有用于存储从相互独立的导航设备获得的针对位置的相关导航信息的存储器，所述位置是提供指示所述导航设备之间相遇的接近信号之处。
全文摘要
描述了一种导航系统，其至少包括均能确定对其自身位置的初始估算(P1A，P1B)的第一导航设备和第二导航设备(201A，201B)，第一导航设备(201A)具有用于向第二导航设备(201B)传输其相关导航信息(P1A)的工具(225A)，第二导航设备(201B)具有用于接收该相关导航信息(P1A)的工具(225B)，第一导航设备和第二导航设备(201A，201B)中的至少一个具有用于提供指示第一导航设备和第二导航设备是否彼此接近的接近信号(Spr，S’pr)的工具(210A，210B)，第二导航设备具有用于计算对其位置的初始估算(P1B)的航位推测工具(210B)和用于通过使用由第一导航设备(201A)提供的相关导航信息(P1A)来提高估算它自身位置的精确度的工具(250B)，该相关导航信息(P1A)针对的是给出的接近信号(Spr)所针对的位置。
文档编号G01S5/14GK102272622SQ200980154377
公开日2011年12月7日 申请日期2009年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者M·G·A·瑞泽纳 申请人:荷兰应用自然科学研究组织Tno
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