JP2012203721A - Relative position estimation device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、相対位置推定装置及びプログラムに係り、特に、他の装置と移動体との相対位置を推定するための相対位置推定装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a relative position estimation apparatus and program, and more particularly to a relative position estimation apparatus and program for estimating a relative position between another apparatus and a moving body.
従来、3台以上の移動体間の相対位置をGPSの干渉測位によって求めると共に、干渉測位に関する信頼性判定を効率的に行う相対位置検知装置が知られている(特許文献1)。この相対位置検知装置では、3台以上の移動体が互いに通信可能な所定の場所において、基準移動体が観測データを含むデータを非基準移動体に送信し、非基準移動体は観測データ及び基準移動体から受信した観測データを含むデータを用いた干渉測位を行なって基準移動体との相対位置を算出する。そして、他の非基準移動体から整数値バイアスを含むデータを受信して干渉測位に関する信頼性判定を行なっている。 Conventionally, there is known a relative position detection device that obtains a relative position between three or more moving bodies by GPS interference positioning and efficiently performs reliability determination regarding interference positioning (Patent Document 1). In this relative position detection device, at a predetermined location where three or more mobile bodies can communicate with each other, the reference mobile body transmits data including observation data to the non-reference mobile body, and the non-reference mobile body transmits the observation data and the reference data. Interferometric positioning is performed using data including observation data received from the moving body, and a relative position with respect to the reference moving body is calculated. Then, data including an integer value bias is received from another non-reference moving body, and reliability determination regarding interference positioning is performed.
また、測位衛星受信手段および無線通信手段を利用して、任意の移動体と他の移動体間の相対位置を検出する相対位置検出システムが知られている(特許文献2)。この相対位置検出システムでは、衛星の組み合わせがより一致するように、過去に使用している衛星の状態から衛星の使用度を算出し、そのデータを基に衛星が一致しやすいように共通に使用する衛星を選択している。 Also, a relative position detection system that detects a relative position between an arbitrary moving body and another moving body using a positioning satellite receiving unit and a wireless communication unit is known (Patent Document 2). In this relative position detection system, the usage of the satellite is calculated from the state of the satellite used in the past so that the combination of the satellites is more consistent, and it is commonly used so that the satellites can be easily matched based on the data. The satellite to be selected is selected.
また、複数の車両が保持するGPS受信機、測域センサ、および車車間通信を利用した、車両の安全走行支援アプリケーションのための協調型位置推定手法が提案されている(非特許文献1)。この協調型位置推定手法では、車載器非搭載車両が混在する環境において、自車両および周辺車両の位置を高精度に推定するために、異なる車両が保持するGPSおよび測域センサの異なる時間の観測結果を推定に利用している。また、中心極限定理に基づき各推定結果の精度を求めることにより、最も高精度な推定結果を車両間で共有している。本手法の考え方は、基本的に、さまざまなセンサの計測値を利用して確率論を応用し、自車両の位置精度を向上させる手法(例えば、カルマンフィルタ等を用いる方法)を、車両間の相対位置に適用したものである。 In addition, a cooperative position estimation method for a vehicle safe driving support application using a GPS receiver, a range sensor, and inter-vehicle communication held by a plurality of vehicles has been proposed (Non-Patent Document 1). In this coordinated position estimation method, GPS and range sensors that are held by different vehicles are observed at different times in order to estimate the positions of the host vehicle and the surrounding vehicles with high accuracy in an environment where vehicles not equipped with onboard equipment are mixed. The result is used for estimation. Further, by obtaining the accuracy of each estimation result based on the central limit theorem, the most accurate estimation result is shared among the vehicles. The idea of this method is basically to apply a probability theory using the measurement values of various sensors to improve the position accuracy of the vehicle (for example, a method using a Kalman filter etc.) Applied to position.
しかしながら、上記の特許文献1に記載の技術では、GPSの干渉測位を実施するために、受信した搬送波を通信する必要がある、という問題がある。また、上記の特許文献1では、三台以上の車両の相対位置を算出する際における通信データ量の低減手法が提案されているが、二台の場合には適用できない、という問題がある。また、搬送波の整数値バイアスの算出を利用した相対位置信頼度算出法が提案されているが、マルチパスを受けている際には、そもそも整数値バイアスの推定が困難である、という問題がある。
However, the technique described in
また、上記の特許文献2に記載の技術では、衛星を共通化することで、相対位置の精度を向上させることはできるが、そもそも共通している衛星が4以下の場合には測位ができない、という問題がある。 Further, in the technique described in Patent Document 2, the accuracy of the relative position can be improved by sharing the satellite, but positioning cannot be performed when the number of the common satellites is 4 or less. There is a problem.
また、上記の非特許文献1に記載の技術では、マルチパスが発生している場合には、正しい値を推定することができない、という問題がある。
Further, the technique described in
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、少ないデータ通信量で、他の装置との相対位置を精度良く推定することができる相対位置推定装置及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a relative position estimation device and a program capable of accurately estimating the relative position with other devices with a small amount of data communication. Objective.
上記目的を達成するために、本発明の相対位置推定装置は、移動体と他の装置との相対位置を推定する、前記移動体に搭載される相対位置推定装置であって、複数の情報発信源の各々から発信された前記情報発信源の各々の位置に関する情報、前記情報発信源の各々と前記移動体との距離に関する情報、及び前記情報発信源の各々に対する前記移動体の相対速度に関する情報を含む発信源情報を取得する取得手段と、前記移動体の運動状態を検出する検出手段と、前記取得手段により取得された前記発信源情報、及び前記検出手段によって検出された運動状態に基づいて、前記移動体の位置と、前記移動体の速度ベクトル、又は前記移動体の速度及び前記移動体の方位角を示す速度情報とを算出する算出手段と、他の装置の位置及び前記速度情報を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された前記他の装置の位置と、前記算出手段により算出された前記移動体の位置との差分から、各時刻又は各地点について、前記移動体と前記他の装置との相対位置を算出する相対位置算出手段と、前記算出手段により算出された前記移動体の速度ベクトル又は前記速度情報を所定時間分積算して、前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡を算出する第1軌跡算出手段と、前記受信手段によって受信された前記速度情報を前記所定時間分積算して、前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡を算出する第2軌跡算出手段と、前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡と、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡と、前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する相対位置推定手段と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, a relative position estimation device according to the present invention is a relative position estimation device mounted on a moving body for estimating a relative position between the moving body and another device, and a plurality of information transmissions Information on the position of each of the information transmission sources transmitted from each of the sources, information on the distance between each of the information transmission sources and the mobile body, and information on the relative speed of the mobile body with respect to each of the information transmission sources Based on the acquisition means for acquiring the transmission source information, the detection means for detecting the movement state of the moving body, the transmission source information acquired by the acquisition means, and the movement state detected by the detection means Calculating means for calculating the position of the moving object and the speed vector of the moving object, or speed information indicating the speed of the moving object and the azimuth angle of the moving object, and the position and speed of the other device. From the difference between the receiving means for receiving the information, the position of the other device received by the receiving means, and the position of the moving body calculated by the calculating means, the moving body for each time or each point Relative position calculating means for calculating a relative position between the moving body and the other device, and the speed vector or the speed information of the moving body calculated by the calculating means is accumulated for a predetermined time, and the moving body at the predetermined time A first trajectory calculating means for calculating a trajectory of the position of the second device, and a second trajectory for calculating the position trajectory of the other device at the predetermined time by integrating the speed information received by the receiving means for the predetermined time. A trajectory calculating means; a trajectory of the position of the moving body at the predetermined time calculated by the first trajectory calculating means; and the predetermined time calculated by the second trajectory calculating means. The relative position at a specific point on the trajectory is calculated based on the trajectory of the position of the other device and the relative position calculated for each time or each point within the predetermined time by the relative position calculating means. Relative position estimating means for estimating.
本発明に係る相対位置推定プログラムは、コンピュータを、移動体と他の装置との相対位置を推定する、前記移動体に搭載される相対位置推定装置の各手段として機能させるための相対位置推定プログラムであって、前記コンピュータを、複数の情報発信源の各々から発信された前記情報発信源の各々の位置に関する情報、前記情報発信源の各々と前記移動体との距離に関する情報、及び前記情報発信源の各々に対する前記移動体の相対速度に関する情報を含む発信源情報を取得する取得手段、前記取得手段により取得された前記発信源情報、及び前記移動体の運動状態を検出する検出手段によって検出された運動状態に基づいて、前記移動体の位置と、前記移動体の速度ベクトル、又は前記移動体の速度及び前記移動体の方位角を示す速度情報とを算出する算出手段、他の装置の位置及び前記速度情報を受信する受信手段によって受信された前記他の装置の位置と、前記算出手段により算出された前記移動体の位置との差分から、各時刻又は各地点について、前記移動体と前記他の装置との相対位置を算出する相対位置算出手段、前記算出手段により算出された前記移動体の速度ベクトル又は前記速度情報を所定時間分積算して、前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡を算出する第1軌跡算出手段、前記受信手段によって受信された前記速度情報を前記所定時間分積算して、前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡を算出する第2軌跡算出手段、及び前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡と、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡と、前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する相対位置推定手段として機能させるための相対位置推定プログラムである。 The relative position estimation program according to the present invention is a relative position estimation program for causing a computer to function as each unit of a relative position estimation device mounted on the moving body, which estimates a relative position between the moving body and another device. The information is transmitted from each of a plurality of information transmission sources, the information about the position of each of the information transmission sources, the information about the distance between each of the information transmission sources and the mobile body, and the information transmission Detected by acquisition means for acquiring transmission source information including information on the relative speed of the moving body with respect to each of the sources, the transmission source information acquired by the acquisition means, and detection means for detecting the motion state of the moving body. A speed indicating the position of the moving object and the velocity vector of the moving object, or the speed of the moving object and the azimuth angle of the moving object, based on the state of motion From the difference between the position of the other device received by the calculating means for calculating the information, the position of the other device and the receiving means for receiving the speed information, and the position of the moving body calculated by the calculating means The relative position calculation means for calculating the relative position between the moving body and the other device at each time or each point, the speed vector of the moving body calculated by the calculation means or the speed information is accumulated for a predetermined time. A first trajectory calculating means for calculating a trajectory of the position of the moving body at the predetermined time, and the speed information received by the receiving means is accumulated for the predetermined time, and the other device at the predetermined time Second trajectory calculating means for calculating a trajectory of the position of the moving object at the predetermined time calculated by the first trajectory calculating means, and calculating the second trajectory. On the trajectory based on the trajectory of the position of the other device at the predetermined time calculated by the stage and the relative position calculated for each time or each point within the predetermined time by the relative position calculating means. It is a relative position estimation program for functioning as a relative position estimation means for estimating the relative position at a specific point.
本発明によれば、取得手段によって、複数の情報発信源の各々から発信された前記情報発信源の各々の位置に関する情報、前記情報発信源の各々と前記移動体との距離に関する情報、及び前記情報発信源の各々に対する前記移動体の相対速度に関する情報を含む発信源情報を取得する。検出手段によって、前記移動体の運動状態を検出する。検出手段は慣性センサであり、例えば、自車両の角速度または角加速度を検出するジャイロセンサや、方位角を検出する磁気方位計、自車両の速度を検出する速度センサを用いることができる。 According to the present invention, the information relating to the position of each of the information transmission sources transmitted from each of a plurality of information transmission sources by the acquisition means, the information regarding the distance between each of the information transmission sources and the mobile body, and Source information including information on the relative speed of the moving body with respect to each information source is acquired. The motion state of the moving body is detected by the detecting means. The detecting means is an inertial sensor, and for example, a gyro sensor that detects the angular velocity or angular acceleration of the host vehicle, a magnetic azimuth meter that detects an azimuth angle, or a speed sensor that detects the speed of the host vehicle can be used.
そして、算出手段によって、取得手段により取得された前記発信源情報、及び前記検出手段によって検出された運動状態に基づいて、前記移動体の位置と、前記移動体の速度ベクトル、又は前記移動体の速度及び前記移動体の方位角を示す速度情報とを算出する。受信手段によって、他の装置の位置及び前記速度情報を受信する。相対位置算出手段によって、前記受信手段によって受信された前記他の装置の位置と、前記算出手段により算出された前記移動体の位置との差分から、各時刻又は各地点について、前記移動体と前記他の装置との相対位置を算出する。 Then, based on the transmission source information acquired by the acquisition unit and the motion state detected by the detection unit by the calculation unit, the position of the mobile unit, the velocity vector of the mobile unit, or the mobile unit Speed and speed information indicating the azimuth angle of the moving body are calculated. The receiving means receives the position of the other device and the speed information. From the difference between the position of the other device received by the receiving unit and the position of the moving unit calculated by the calculating unit by the relative position calculating unit, for each time or each point, the mobile unit and the point The relative position with other devices is calculated.
そして、第1軌跡算出手段によって、前記算出手段により算出された前記移動体の速度ベクトル又は前記速度情報を所定時間分積算して、前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡を算出する。第2軌跡算出手段によって、前記受信手段によって受信された前記速度情報を前記所定時間分積算して、前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡を算出する。 Then, the first trajectory calculating means integrates the speed vector or the speed information of the moving body calculated by the calculating means for a predetermined time to calculate the trajectory of the position of the moving body at the predetermined time. The second trajectory calculating means integrates the speed information received by the receiving means for the predetermined time, and calculates the trajectory of the position of the other device at the predetermined time.
そして、相対位置推定手段によって、前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡と、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡と、前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する。 Then, the relative position estimating means calculates the position of the moving body at the predetermined time calculated by the first locus calculating means and the other apparatus at the predetermined time calculated by the second locus calculating means. The relative position at a specific point on the trajectory is estimated based on the trajectory of the position and the relative position calculated for each time or each point within the predetermined time by the relative position calculating means.
このように、他の装置の位置及び速度情報を受信すると共に、移動体の位置の軌跡と、他の装置の位置の軌跡と、移動体と他の装置との相対位置を算出して、移動体の位置の軌跡と、他の装置の位置の軌跡と、各時刻又は各地点の相対位置とに基づいて、軌跡上の特定点における相対位置を推定することにより、少ないデータ通信量で、他の装置との相対位置を精度良く推定することができる。 As described above, the position and speed information of the other device is received, the locus of the position of the moving body, the locus of the position of the other device, and the relative position between the moving body and the other device are calculated and moved. By estimating the relative position at a specific point on the trajectory based on the trajectory of the position of the body, the trajectory of the position of another device, and the relative position of each point or each point, the amount of data communication can be reduced. It is possible to accurately estimate the relative position to the device.
本発明に係る相対位置は、前記移動体の位置を基準とした前記他の装置の相対位置であり、前記相対位置推定手段は、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡と、前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡、及び前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置から求められる各時刻又は各地点の前記他の装置の位置との差分の和を最小とする、前記他の装置の位置の軌跡を求め、前記求められた前記他の装置の位置の軌跡と前記移動体の位置の軌跡とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定するようにすることができる。これによって、他の装置との相対位置を精度良く推定することができる。 The relative position according to the present invention is a relative position of the other device based on the position of the moving body, and the relative position estimating means is the other position at the predetermined time calculated by the second locus calculating means. The position trajectory of the apparatus, the trajectory of the position of the moving object at the predetermined time calculated by the first trajectory calculating means, and the relative position calculating means are calculated for each time or each point within the predetermined time. Further, a position trajectory of the other apparatus that minimizes a sum of differences from the position of the other apparatus at each time or each point obtained from the relative position is obtained, and the obtained position of the other apparatus is obtained. The relative position at a specific point on the trajectory can be estimated based on the trajectory and the trajectory of the position of the moving body. Thereby, it is possible to accurately estimate the relative position with respect to another device.
本発明に係る相対位置は、前記他の装置の位置を基準とした前記移動体の相対位置であり、前記相対位置推定手段は、前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡と、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡、及び前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置から求められる各時刻又は各地点の前記移動体の位置との差分の和を最小とする、前記移動体の位置の軌跡を求め、前記求められた前記移動体の位置の軌跡と前記他の装置の位置の軌跡とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定するようにすることができる。これによって、他の装置との相対位置を精度良く推定することができる。 The relative position according to the present invention is a relative position of the moving body with respect to a position of the other device, and the relative position estimating means is the movement at the predetermined time calculated by the first trajectory calculating means. The locus of the body position, the locus of the position of the other device at the predetermined time calculated by the second locus calculating means, and the time or each point within the predetermined time are calculated by the relative position calculating means. A trajectory of the position of the moving body that minimizes the sum of differences from the position of the moving body at each time or each point obtained from the relative position; and The relative position at a specific point on the locus can be estimated based on the locus of the position of the other device. Thereby, it is possible to accurately estimate the relative position with respect to another device.
また、上記の相対位置推定装置は、前記差分の和が最小とされたときの前記差分の各々に基づいて、前記相対位置推定手段によって推定された前記相対位置の誤差を算出する相対位置誤差算出手段を更に含むようにすることができる。これによって、推定された相対位置の誤差を精度良く算出することができる。 Further, the relative position estimation device calculates a relative position error calculation that calculates an error of the relative position estimated by the relative position estimation unit based on each of the differences when the sum of the differences is minimized. Means can be further included. Thereby, the error of the estimated relative position can be calculated with high accuracy.
また、上記の他の装置は、複数の情報発信源の各々から発信された前記発信源情報を取得する第2取得手段と、前記他の装置の運動状態を検出する第2検出手段と、前記第2取得手段により取得された前記発信源情報、及び前記第2検出手段によって検出された運動状態に基づいて、前記他の装置の位置と、前記速度情報とを算出する第2算出手段と、前記第2算出手段によって算出された前記他の装置の位置、前記速度情報、及び前記第2取得手段によって取得した前記発信源情報を発信した前記情報発信源の識別情報を送信する送信手段を含み、前記受信手段は、前記送信手段によって送信された前記他の装置の位置、前記速度情報、及び前記情報発信源の識別情報を受信し、前記相対位置推定手段は、前記受信手段によって受信した前記識別情報が示す前記情報発信源を全て含む複数の情報発信源からの前記発信源情報に基づいて算出された前記移動体の位置に基づく前記相対位置について求められる前記差分を、他の相対位置について求められる前記差分より小さくするように、前記差分の和を最小とする軌跡を求め、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定するようにすることができる。これによって、他の装置との相対位置をより精度良く推定することができる。 In addition, the other device includes a second acquisition unit that acquires the source information transmitted from each of a plurality of information transmission sources, a second detection unit that detects a motion state of the other device, Second calculation means for calculating the position of the other device and the speed information based on the source information acquired by the second acquisition means and the motion state detected by the second detection means; Transmission means for transmitting the position information of the other device calculated by the second calculation means, the speed information, and identification information of the information transmission source that has transmitted the transmission source information acquired by the second acquisition means. The receiving unit receives the position of the other device, the speed information, and the identification information of the information source transmitted by the transmitting unit, and the relative position estimating unit receives the information received by the receiving unit. The difference obtained for the relative position based on the position of the moving body calculated based on the source information from a plurality of information source including all of the information source indicated by the identification information is obtained for other relative positions. A trajectory that minimizes the sum of the differences can be obtained so as to be smaller than the obtained difference, and the relative position at a specific point on the trajectory can be estimated. This makes it possible to estimate the relative position with other devices with higher accuracy.
また、上記の算出手段は、前記情報発信源の各々の位置に関する情報、及び前記情報発信源の各々と前記移動体との距離に関する情報から得られる前記移動体の位置に基づいて、前記移動体から見た前記情報発信源の各々の方向を算出し、時系列の前記情報発信源の各々の位置に関する情報に基づいて、前記情報発信源の各々の速度を算出し、前記移動体から見た前記情報発信源の各々の方向、前記情報発信源の各々の速度、及び前記情報発信源の各々に対する前記移動体の相対速度に関する情報に基づいて、前記移動体の情報発信源の各々の方向の速度を算出し、複数の前記移動体の情報発信源の各々の方向の速度に基づいて、前記移動体の速度ベクトルを算出することができる。 In addition, the calculation unit is configured to calculate the moving body based on the position of the moving body obtained from the information regarding the position of each of the information transmitting sources and the information regarding the distance between each of the information transmitting sources and the moving body. Calculate the direction of each of the information transmission sources viewed from the time, calculate the speed of each of the information transmission sources based on the information on the position of each of the information transmission sources in time series, and viewed from the mobile body Based on information about each direction of the information transmission source, each speed of the information transmission source, and a relative speed of the mobile body with respect to each of the information transmission sources, each direction of the information transmission source of the mobile body The speed can be calculated, and the speed vector of the moving body can be calculated based on the speed in each direction of the information transmission sources of the plurality of moving bodies.
また、上記の情報発信源を、前記情報発信源の各々の位置に関する情報として衛星軌道情報を、前記情報発信源の各々と前記移動体との距離に関する情報として擬似距離情報を、及び前記情報発信源の各々に対する前記移動体の相対速度に関する情報としてドップラー周波数情報を発信するGPS衛星とすることができる。情報発信源としては、例えば、擬似衛星やビーコンなどのように、発信源情報を発信するものであればよいが、代表的には、GPS衛星とすることができる。 Further, satellite orbit information is used as information relating to the position of each of the information transmission sources, pseudorange information is used as information relating to the distance between each of the information transmission sources and the mobile body, and the information transmission is provided. It can be a GPS satellite that transmits Doppler frequency information as information on the relative speed of the moving body to each of the sources. The information transmission source may be any source that transmits transmission source information, such as a pseudo satellite or a beacon, but can be typically a GPS satellite.
なお、本発明の相対位置推定プログラムを記憶する記憶媒体は、特に限定されず、ハードディスクであってもよいし、ROMであってもよい。また、CD−ROMやDVDディスク、光磁気ディスクやICカードであってもよい。更にまた、該プログラムを、ネットワークに接続されたサーバ等からダウンロードするようにしてもよい。 The storage medium for storing the relative position estimation program of the present invention is not particularly limited, and may be a hard disk or a ROM. Further, it may be a CD-ROM, a DVD disk, a magneto-optical disk or an IC card. Furthermore, the program may be downloaded from a server or the like connected to the network.
以上説明したように、本発明の相対位置推定装置及びプログラムによれば、他の装置の位置及び速度情報を受信すると共に、移動体の位置の軌跡と、他の装置の位置の軌跡と、移動体と他の装置との相対位置を算出して、移動体の位置の軌跡と、他の装置の位置の軌跡と、各時刻又は各地点の相対位置とに基づいて、軌跡上の特定点における相対位置を推定することにより、少ないデータ通信量で、他の装置との相対位置を精度良く推定することができる、という効果が得られる。 As described above, according to the relative position estimation apparatus and program of the present invention, the position and speed information of another apparatus is received, the locus of the position of the moving body, the locus of the position of the other apparatus, and the movement Calculate the relative position of the body and the other device, based on the trajectory of the position of the moving body, the trajectory of the position of the other device, and the relative position of each time or each point, at a specific point on the trajectory By estimating the relative position, it is possible to accurately estimate the relative position with another apparatus with a small amount of data communication.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、第1の実施の形態では、車両に搭載され、GPS衛星から発信されたGPS情報を取得すると共に、他の車両と車車間通信を行い、自車両に対する他の車両の相対位置を推定する相対位置推定装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, GPS information mounted on a vehicle and transmitted from a GPS satellite is acquired, and inter-vehicle communication is performed with another vehicle to estimate a relative position of the other vehicle with respect to the own vehicle. A case where the present invention is applied to a relative position estimation apparatus will be described as an example.
図1に示すように、第1の実施の形態に係る相対位置推定装置10は、GPS衛星からの電波を受信するGPS受信部12と、自車両のヨーレートを検出するジャイロセンサ14と、自車両の速度を検出する速度センサ16と、他の車両と車車間通信を行うための無線通信部18と、GPS受信部12によって受信されたGPS衛星からの受信信号、無線通信部18によって受信したデータ、並びにジャイロセンサ14及び速度センサ16の検出値に基づいて、自車両に対する当該他の車両の相対位置を推定する処理を実行するコンピュータ20と、を備えている。なお、ジャイロセンサ14及び速度センサ16が、検出手段の一例であり、無線通信部18が、受信手段の一例である。
As shown in FIG. 1, a relative
GPS受信部12は、複数のGPS衛星からの電波を受信して、受信した全てのGPS衛星からの受信信号から、GPS衛星の情報として、GPS衛星の衛星番号、GPS衛星の軌道情報(エフェメリス)、GPS衛星が電波を送信した時刻、受信信号の強度、周波数などを取得し、コンピュータ20に出力する。
The
無線通信部18は、他の車両に搭載されている車載器80から送信されたデータを受信する。なお、以下では、当該他の車両を、相手車両と称する。
The
ここで、車載器80は、相対位置推定装置10と同様に、GPS衛星からの電波を受信するGPS受信部82と、相手車両のヨーレートを検出するジャイロセンサ84と、相手車両の速度を検出する速度センサ86と、車車間通信を行うための無線通信部88と、相手車両の位置及び速度ベクトルを算出する処理を実行するコンピュータ90と、を備えている。コンピュータ90は、GPS受信部82によって受信されたGPS衛星からの受信信号、無線通信部88によって受信したデータ、並びにジャイロセンサ84及び速度センサ86の検出値に基づいて、相手車両の位置及び速度ベクトルを算出する位置・速度ベクトル算出部92を備えている。位置・速度ベクトル算出部92は、後述する位置・速度ベクトル算出部24と同様の構成であるため、説明を省略する。なお、ジャイロセンサ84及び速度センサ86が、第2検出手段の一例であり、無線通信部88が、送信手段の一例であり、位置・速度ベクトル算出部92が、第2取得手段及び第2算出手段の一例である。
Here, as in the relative
車載器80は、所定時間間隔で、相手車両の位置及び速度ベクトルを算出して、各時刻について、位置及び速度ベクトルと、位置を算出する処理で使用したGPS衛星の衛星番号とを含む計測データを、無線通信部88によって送信する。なお、計測データには、更に、算出された位置がいつの位置であるかを示す時刻、すなわち、車載器80でGPS衛星からの電波を受信した時刻が含まれている。無線通信部88によって送信されるデータを表1に示す。
The in-
コンピュータ20は、CPU、後述する位置速度算出処理ルーチン及び相対位置推定処理ルーチン及びを実現するためのプログラムを記憶したROM、データを一時的に記憶するRAM、及びHDD等の記憶装置で構成されている。
The
コンピュータ20を以下で説明する位置速度算出処理ルーチン及び相対位置推定処理ルーチンに従って機能ブロックで表すと、図1に示すように、無線通信部18によって受信した相手車両からの計測データを記憶する受信データ記憶部22と、GPS受信部12によって受信されたGPS衛星からの受信信号、並びにジャイロセンサ14及び速度センサ16の検出値に基づいて、各時刻における自車両の位置及び速度ベクトルを算出する位置・速度ベクトル算出部24と、各時刻について、算出された自車両の位置及び受信した計測データに含まれる相手車両の位置の差分を算出して自車両を基準とした相手車両の相対位置を算出する位置差分相対位置算出部26と、各時刻で取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号及び受信した計測データに含まれるGPS衛星の衛星番号に基づいて、各時刻に対する重みを算出する重み算出部28と、各時刻について算出された、自車両の位置、速度ベクトル、相対位置、及び重みを記憶するデータ記憶部30とを備えている。なお、位置・速度ベクトル算出部24は、算出手段の一例であり、位置差分相対位置算出部26が、相対位置算出手段の一例である。
When the
受信データ記憶部22は、無線通信部18によって相手車両からの計測データを受信するたびに、計測データを記憶し、蓄積する。
The reception
位置・速度ベクトル算出部24は、図2に示すように、GPS受信部12から、電波を受信した全てのGPS衛星について、GPS衛星の情報を取得すると共に、GPS擬似距離データ、ドップラー周波数、及びGPS衛星の位置座標を算出して取得するGPS情報取得部50と、取得したGPS情報に基づいて、自車両の位置を算出する位置算出部51と、取得したGPS情報に基づいて、自車両の方位角を推定する方位角推定部52と、推定された方位角、ジャイロセンサ14の検出値、及び速度センサ16の検出値を対応させて記憶するデータ記憶部54と、データ記憶部54に記憶された各種データに基づいて、自車両の速度ベクトルを推定する速度ベクトル推定部56と、を含んだ構成で表すことができる。なお、GPS情報取得部50が、取得手段の一例である。
As shown in FIG. 2, the position / velocity
GPS情報取得部50は、GPS受信部12から、電波を受信した全てのGPS衛星について、GPS衛星の情報を取得すると共に、GPS衛星が電波を送信した時刻及び自車両で電波を受信した時刻に基づいて、GPS擬似距離データを算出する。また、GPS情報取得部50は、各GPS衛星から送信される信号の既知の周波数と、各GPS衛星から受信した受信信号の周波数とに基づいて、各GPS衛星からの受信信号のドップラー周波数を各々算出する。なお、ドップラー周波数は、GPS衛星と自車との相対速度による、搬送波周波数のドップラーシフト量を観測したものである。また、GPS情報取得部50は、GPS衛星の軌道情報及びGPS衛星が電波を送信した時刻に基づいて、GPS衛星の位置座標を各々算出する。また、GPS情報取得部50は、取得したGPS衛星の情報に含まれる各GPS衛星の衛星番号を、重み算出部28へ出力する。
The GPS
位置算出部51は、以下のように、GPS情報取得部50によって取得された各GPS衛星のGPS擬似距離データを用いて、自車両の位置を算出する。
The
GPSを用いた測位では、図3に示すように、既知であるGPS衛星の位置座標と、各GPS衛星から受信した受信信号の伝播距離である擬似距離とに基づいて、三角測量の原理に従って、自車両の位置が推定される。 In the positioning using GPS, as shown in FIG. 3, based on the position coordinates of the known GPS satellites and the pseudo distance that is the propagation distance of the received signal received from each GPS satellite, according to the principle of triangulation, The position of the host vehicle is estimated.
ここで、GPS衛星までの真の距離rjは、以下の(1)式で表され、GPSで観測される擬似距離ρjは、以下の(2)式で表される。 Here, the true distance r j to the GPS satellite is expressed by the following equation (1), and the pseudorange ρ j observed by GPS is expressed by the following equation (2).
ただし、(Xj,Yj,Zj)がGPS衛星jの位置座標であり、(x,y,z)が自車両の位置座標である。sは、GPS受信部12の時計誤差による距離誤差である。
However, (X j , Y j , Z j ) is the position coordinate of the GPS satellite j, and (x, y, z) is the position coordinate of the host vehicle. s is a distance error due to a clock error of the
上記(1)式、(2)式より、4つ以上のGPS衛星のGPS擬似距離データから得られる以下の(3)式の連立方程式を解くことによって、自車両の位置(x、y、z)が算出される。 From the above equations (1) and (2), by solving the simultaneous equations of the following equation (3) obtained from the GPS pseudorange data of four or more GPS satellites, the position of the host vehicle (x, y, z ) Is calculated.
また、方位角推定部52は、さらに、取得した各GPS衛星のドップラー周波数に基づいて、各GPS衛星に対する自車両の相対速度を算出する相対速度算出部60と、取得した各GPS衛星の位置座標の時系列データに基づいて、各GPS衛星の速度ベクトルを算出する衛星速度算出部62と、算出された自車両の位置及び各GPS衛星の位置座標に基づいて、各GPS衛星の方向(角度の関係)を算出する衛星方向算出部66と、算出された相対速度、各GPS衛星の速度ベクトル、及び各GPS衛星の方向に基づいて、各GPS衛星方向の自車両の速度を算出する衛星方向自車速算出部68と、算出された複数の各GPS衛星方向の自車両の速度に基づいて、自車両の速度ベクトルを算出する自車両速度算出部70と、算出された自車両の速度ベクトルに基づいて自車両の方位角を算出する自車両方位角算出部72と、を備えた構成で表すことができる。
Further, the azimuth
相対速度算出部60は、ドップラー周波数とGPS衛星に対する相対速度との関係を表わす以下の(4)式に従って、各GPS衛星からの受信信号のドップラー周波数から、各GPS衛星に対する自車両の相対速度を算出する。
The relative
ただし、vjはGPS衛星jに対する相対速度であり、D1jはGPS衛星jから得られるドップラー周波数(ドップラーシフト量)である。また、Cは光速であり、F1は、GPS衛星から送信される信号の既知のL1周波数である。 Here, v j is a relative velocity with respect to the GPS satellite j, and D1 j is a Doppler frequency (a Doppler shift amount) obtained from the GPS satellite j. C is the speed of light, and F 1 is a known L1 frequency of a signal transmitted from a GPS satellite.
衛星速度算出部62は、取得した各GPS衛星の位置座標の時系列データから、ケプラーの方程式の微分を用いて、各GPS衛星の速度ベクトル(3次元速度VXj、VYj、VZj)を算出する。例えば、非特許文献(Pratap Misra and Per Enge原著 日本航海学会GPS研究会訳:“精説GPS基本概念・測位原理・信号と受信機”正陽文庫,2004.)に記載された方法を用いて、各GPS衛星の速度ベクトルを算出することができる。
The satellite
衛星方向算出部66は、算出された自車両の位置及び各GPS衛星の位置座標に基づいて、各GPS衛星jの位置と自車両の位置との角度関係(水平方向に対する仰角θj、北方向に対する方位角φj)を、各GPS衛星の方向として算出する。
The satellite
衛星方向自車速算出部68は、図4に示すように、算出された各GPS衛星に対する自車両の相対速度vj、各GPS衛星の速度ベクトル(VXj、VYj、VZj)、及び各GPS衛星の方向Rj(θj、φj)に基づいて、以下の(5)式に従って、各GPS衛星jの方向の自車両の速度Vvjを算出する。
As shown in FIG. 4, the satellite direction own vehicle
vjは、GPS衛星jに対する自車両の相対速度(衛星方向におけるGPS衛星との相対速度)である。また、Vsjは、自車方向のGPS衛星jの速度であり、Vsj=Rj[VXj,VYj,VZj]Tにより求まる。また、Vvjは、GPS衛星jの方向の自車速であり、vCbは、クロックバイアス変動である。 v j is a relative speed of the host vehicle with respect to the GPS satellite j (relative speed with respect to the GPS satellite in the satellite direction). Vs j is the speed of the GPS satellite j in the direction of the vehicle, and is obtained by Vs j = R j [VX j , VY j , VZ j ] T. Vv j is the vehicle speed in the direction of the GPS satellite j, and vCb is a clock bias fluctuation.
上述したように、GPS衛星方向の自車速は、GPS衛星位置の三次元位置ではなく、GPS衛星との方位関係によってのみ算出される。GPS衛星は遥か遠方にあり、1日で地球をほぼ2周するため1分間の角度変化は0.5度である。通常、GPS衛星とGPS受信機との時計誤差は通常1msec以下であるため、GPS衛星との方位関係に大きな影響はない。また、同じくGPS衛星は遥か遠方にあるため、自車の位置決定に数100m程度の誤差が生じていたとしても、GPS衛星との方位関係に大きな影響はない。このため、擬似距離に誤差が乗りやすい状況であったとしても、GPS衛星方向の自車速は、擬似距離に比較して正確に算出され得る。 As described above, the own vehicle speed in the direction of the GPS satellite is calculated not only by the three-dimensional position of the GPS satellite position but only by the orientation relationship with the GPS satellite. The GPS satellite is far away, and the angle change per minute is 0.5 degrees because it makes two rounds of the earth in one day. Usually, since the clock error between the GPS satellite and the GPS receiver is usually 1 msec or less, the azimuth relationship with the GPS satellite is not greatly affected. Similarly, since the GPS satellite is far away, even if an error of about several hundred meters occurs in determining the position of the own vehicle, the orientation relationship with the GPS satellite is not greatly affected. For this reason, even if it is a situation where an error is likely to ride on the pseudo distance, the vehicle speed in the direction of the GPS satellite can be accurately calculated as compared with the pseudo distance.
自車両速度算出部70は、以下に説明するように、自車両の速度ベクトルの最適推定を行う。
The host vehicle
まず、自車の速度ベクトルを(Vx,Vy,Vz)としたとき、GPS衛星方向の自車両の速度Vvjとの関係は以下の(6)式で表される。 First, when the velocity vector of the vehicle and (Vx, Vy, Vz), the relationship between the speed Vv j of the GPS satellites direction of the vehicle is expressed by the following equation (6).
各GPS衛星jについて得られる上記(6)式より、Vx,Vy,Vz及びvCbを推定値とした、以下の(7)式で表される連立方程式が得られる。 From the above equation (6) obtained for each GPS satellite j, simultaneous equations represented by the following equation (7) with Vx, Vy, Vz and vCb as estimated values are obtained.
電波を受信したGPS衛星が4個以上である場合に、上記(7)式の連立方程式を解くことによって、自車両の速度ベクトル(Vx,Vy,Vz)の最適値を算出する。 When the number of GPS satellites that have received radio waves is four or more, the optimal value of the velocity vector (Vx, Vy, Vz) of the host vehicle is calculated by solving the simultaneous equation (7).
自車両方位角算出部72は、自車両速度算出部70により算出された自車両の速度ベクトルから三角関数を用いて自車両の方位角を算出し、方位角推定部52での方位角の推定結果としてデータ記憶部54に記憶する。ここで推定された方位角は、GPS情報に基づいて推定された方位角であるので、以下、「推定方位角」という。これに対し、ジャイロセンサ14の検出値から求まる自車両の方位角を「観測方位角」という。ただし、ジャイロセンサ14では、方位角の変化分しか計測できないため、ある初期値を基準に時間経過分を積分することで、ジャイロセンサ14の検出値から観測方位角を算出する。例えば、下記(8)式では、ある時間t0の初期値Ψinit(t0)を基準にk秒前の観測方位角Ψm(t0−k)を算出している。つまり、データ記憶部54にジャイロセンサ14の検出値Ψgyroの微分値を記憶しておくことで、観測方位角が算出可能になる。
The host vehicle
なお、データ記憶部54には、所定時間分の推定方位角と共に、対応する所定時間内に検出されたジャイロセンサ14の検出値、及び速度センサ16の検出値が記憶される。
The
また、速度ベクトル推定部56は、さらに、推定方位角と観測方位角とを統合して方位角の最適値を推定する最適推定部74と、推定された最適値と推定方位角との残差の分散に基づいて、推定方位角の精度を判定する精度判定部76と、精度判定部76での判定結果に基づいて自車両の方位角を推定し、推定した方位角を用いて速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部78と、を含んだ構成で表すことができる。
Further, the velocity
最適推定部74は、データ記憶部54から所定時間分のジャイロセンサ14の検出値である自車両のヨーレートを読み出し、観測毎のヨーレートを各々積分して時系列に積算して自車両の観測方位角を算出する。また、対応する所定期間内に推定された推定方位角をデータ記憶部54から読み出す。
The
また、最適推定部74は、最小二乗法等に代表される最適計算により、推定方位角と観測方位角とを統合した方位角の最適値を推定する。例えば、最小二乗法では、下記(9)式により推定方位角Ψgpsと、観測方位角Ψmとの一定時間における差の和が最小になるように、観測方位角Ψmの算出の基準となる最適な初期値Ψinit(t0)を探索することで、方位角の最適値を推定する。
Further, the
精度判定部76は、最適推定部74で推定された方位角の最適値と推定方位角の各々との残差を算出し、所定時間分の残差のばらつき(分散または標準偏差)が所定の閾値以下か否かにより、方位角の最適値の精度を判定する。
The
速度ベクトル算出部78は、最適推定部74により推定された所定時間分の方位角の最適値が精度判定部76により精度が高いと判定された場合には、その方位角の最適値及び速度センサ16で検出された速度を用いて、速度ベクトルを算出する。一方、精度が低いと判定された最適値については、速度ベクトルの算出に用いない。その間の速度ベクトルは、過去に推定された方位角を用いてジャイロセンサ14の検出値を積算して方位角を算出して、速度センサ16で検出された速度を用いて算出する。速度ベクトル算出部78は、算出した速度ベクトルを速度ベクトルの推定結果として出力する。
When the
また、位置差分相対位置算出部26は、自車両を、相対位置を算出する基準として、各時刻について、算出された自車両の位置及び受信した計測データに含まれる相手車両の位置の差分により、相対位置を算出する。このように、位置差分相対位置算出部26は、単純に二台の車両の位置の差分を計算することで、相対位置の算出を行う。このとき、100m程度以下の距離にある二台の車両の相対位置を算出する場合においては、図5に示すように、GPSの成層圏、対流圏に起因する誤差が共通化されるため、各車両の絶対位置よりも相対位置が正確になる。そのため、単純に位置の差分を計算することにより、マルチパスが発生していない箇所では、ばらつきがあるが、正確な相対位置が算出することができる。
Further, the position difference relative
また、重み算出部28は、各時刻について、受信した計測データに含まれるGPS衛星の衛星番号のうち、自車両で取得したGPS衛星の情報に含まれる各GPS衛星の衛星番号と共通になっている衛星番号の割合が大きいほど、後述する重み付き最小二乗法で用いられる重みを大きく算出する。すなわち、自車両で取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号が、受信した計測データに含まれるGPS衛星の衛星番号の全てを含む場合に、最大の重みを算出する。
Further, the
また、コンピュータ20は、更に、所定時間分の自車両の速度ベクトルを積算して、所定時間における自車両の位置の軌跡を算出する軌跡算出部32と、受信した測定データから得られる所定時間分の相手車両の速度ベクトルを積算し、当該所定時間における相手車両の位置の軌跡を算出する相手軌跡算出部34と、自車両及び相手車両の軌跡と位置の差分により算出された相対位置とに基づいて、自車両に対する相手車両の相対位置を推定する軌跡利用相対位置推定部36と、推定された相対位置の誤差を算出する相対位置誤差算出部38とを備えている。なお、軌跡算出部32が、第1軌跡算出手段の一例であり、相手軌跡算出部34が、第2軌跡算出手段の一例である。
In addition, the
軌跡算出部32は、算出された所定時間分の自車両の速度ベクトルをデータ記憶部30から取得し、取得した所定時間分の自車両の速度ベクトルを積算して、当該所定時間における自車両の位置の軌跡を算出する。また、相手軌跡算出部34は、受信データ記憶部22に記憶された測定データから、同じ所定時間分の相手車両の速度ベクトルを取得し、取得した相手車両の速度ベクトルを積算して、当該所定時間における相手車両の位置の軌跡を算出する。
The
軌跡利用相対位置推定部36は、以下に説明するように、自車両に対する相手車両の相対位置を推定する。
The trajectory use relative
まず、自車両及び相手車両の軌跡と、軌跡上の各時刻の位置の差分による相対位置とが既知である。ここで、軌跡は正解であるが、位置の差分による相対位置には、ノイズによるばらつきと、マルチパスによる大きな誤差が含まれている可能性がある。 First, the trajectory of the host vehicle and the opponent vehicle and the relative position based on the difference in position at each time on the trajectory are known. Here, although the trajectory is correct, the relative position due to the position difference may include a variation due to noise and a large error due to multipath.
そこで、軌跡利用相対位置推定部36は、最小二乗法等に代表される最適計算により、軌跡と位置の差分による相対位置とに対して、軌跡のフィッティングを行って、軌跡の最適値を推定する。図6に示すように、まず、自車両の軌跡を基準にして、各時刻の位置差分による相対位置から、各時刻の相手車両の予測位置を算出する。そして、相手車両の予測位置に対して、最小二乗法により相手車両の軌跡のフィッティングを行って、相手車両の軌跡の最適値を求め、求められた相手車両の軌跡の最適値を用いて、軌跡上の特定点(例えば、終端点)における自車両に対する相手車両の相対位置を算出する。
Accordingly, the trajectory use relative
ここで、特に二台の車両で共通した衛星を使用して測位を行っていた場合には、よりGPSの誤差が共通化されるため、誤差が小さくなる特徴がある。この特徴を利用し、最小二乗の計算の際に、重み算出部28によって、共通化されている衛星の割合に応じて算出された重みを、データ記憶部30から取得し、取得した重みを適用して、以下の(10)式に従って、重み付き最小二乗法による相手車両の軌跡のフィッティングを行う。
Here, in particular, when positioning is performed using a satellite common to two vehicles, the error of GPS is more common, and thus the error is reduced. Using this feature, when calculating the least squares, the
ただし、Δyは、観測量(相手車両の軌跡上の位置)と予測値(予測された相手車両の位置)との差(残差)であり、Δxは未知数であり、Gは、一般行列である。また、Wが、各時刻の重みを示す重み行列である。 However, Δy is a difference (residual) between the observed amount (position on the trajectory of the opponent vehicle) and a predicted value (predicted position of the opponent vehicle), Δx is an unknown, and G is a general matrix. is there. W is a weight matrix indicating the weight of each time.
上記(10)式では、観測量と予測値との差(残差)Δyが予め設定した重み行列Wに応じて最小化されるように、未知数Δxの算出を行う。重み行列Wは、予め既知である誤差の共分散を基に設定することで、誤差の大きさを考慮した推定が可能なことが知られており、共分散の逆数を重み行列Gに設定する手法が用いられることが多い。二台の車両で共通した衛星を使用して測位した場合では、相対位置の誤差が小さくなることは知られているため、位置の算出に使用したGPS衛星の衛星番号に基づいて重み行列Wを設定することで、より正確な相対位置を推定することができる。なお、重み行列Wは一致している衛星の数の割合で算出する必要はなく、完全に一致しているか、否か、の二種類で設定してもよい。例えば、衛星番号が完全に一致している時刻については重み「1」を設定し完全に一致していない時刻については重み「0.5」を設定するようにしてもよい。 In the above equation (10), the unknown Δx is calculated so that the difference (residual) Δy between the observed amount and the predicted value is minimized according to a preset weight matrix W. It is known that the weight matrix W can be estimated in consideration of the magnitude of the error by setting it based on a known error covariance, and the inverse of the covariance is set in the weight matrix G. Techniques are often used. Since it is known that the relative position error decreases when positioning is performed using a common satellite for two vehicles, the weight matrix W is calculated based on the satellite number of the GPS satellite used for position calculation. By setting, a more accurate relative position can be estimated. Note that the weight matrix W does not need to be calculated at the ratio of the number of satellites that match, and may be set in two types, that is, whether or not they completely match. For example, the weight “1” may be set for the time when the satellite numbers are completely matched, and the weight “0.5” may be set for the time when the satellite numbers are not completely matched.
また、軌跡利用相対位置推定部36は、相手車両の軌跡の最適値と、軌跡上の各時刻の相手車両の位置の予測値との残差(最小二乗の際の残差)について、閾値判定を行い、図7に示すように、残差が閾値以上となる時刻についての位置差分による相対位置を棄却してから、再度、軌跡と位置の差分による相対位置とに対してフィッティングを行って、軌跡の最適値を推定することで、マルチパスの影響を除去する。
In addition, the trajectory use relative
相対位置誤差算出部38は、軌跡利用相対位置推定部36で求められた相手車両の軌跡の最適値と、軌跡上の各時刻の相手車両の位置の予測値との残差の標準偏差を算出し、相対位置誤差の指標として出力する。
軌跡を利用して相対位置を算出する手法で誤差が発生する場合は、図8に示すような「軌跡に誤差がある場合」と図9に示すような「全域でマルチパスが発生している場合」とである。共に、最小二乗の際の残差のばらつきが大きくなるため、残差の標準偏差を、相対位置誤差の指標とすることができる。
The relative position error calculation unit 38 calculates a standard deviation of a residual between the optimal value of the trajectory of the opponent vehicle obtained by the trajectory relative
When errors occur in the method of calculating the relative position using the trajectory, “when there is an error in the trajectory” as shown in FIG. 8 and “multipath occurs in the entire area” as shown in FIG. Case ". In both cases, the dispersion of the residual in the case of least squares becomes large, so the standard deviation of the residual can be used as an indicator of the relative position error.
なお、軌跡の最適値を利用して算出した相対位置と、単純に位置の差分により算出した相対位置とを利用して、算出した相対位置の誤差を算出してもよい。 Note that an error in the calculated relative position may be calculated by using the relative position calculated using the optimal value of the locus and the relative position calculated simply by the position difference.
次に、第1の実施の形態に係る相対位置推定装置10の作用について説明する。
Next, the operation of the relative
まず、無線通信部18によって、相手車両の車載器80から送信された、位置、速度ベクトル、及び衛星番号を含む測定データを受信する毎に、相対位置推定装置10のコンピュータ20は、受信した測定データを受信データ記憶部22に記憶する。
First, every time the
また、GPS受信部12によって、複数のGPS衛星から電波を繰り返し受信しているときに、コンピュータ20において、図10に示す位置速度算出処理ルーチンが繰り返し実行される。
Further, when the
ステップ100で、GPS受信部12から複数のGPS衛星の情報を取得すると共に、複数のGPS衛星のGPS擬似距離データ、ドップラー周波数、及びGPS衛星の位置座標を算出して取得する。
In
そして、ステップ102において、各GPS衛星のGPS擬似距離データを用いて、上記(1)〜(3)式に従って、自車両の位置を算出する。
In
次に、ステップ104で、ジャイロセンサ14の検出値である自車両のヨーレート、及び速度センサ16の検出値である自車両の速度を取得して、データ記憶部54に記憶する。
Next, in
次に、ステップ106で、後述するGPS情報に基づく自車両方位角処理を実行して、推定方位角を推定し、次に、ステップ108で、後述する速度ベクトル算出処理を実行して、速度ベクトルを推定する。
Next, in
そして、ステップ110において、上記ステップ100で取得したGPS衛星の情報と同一時刻(電波の受信時刻が同一)の測定データを、受信データ記憶部22から取得する。ステップ112では、上記ステップ100で取得したGPS衛星の情報から得られる衛星番号と、上記ステップ110で取得した測定データから得られる衛星番号とに基づいて、重みを算出する。
In
そして、ステップ114において、上記ステップ102で算出した自車両の位置と、上記ステップ110で取得した測定データから得られる相手車両の位置との差分から、自車両に対する相手車両の相対位置を算出する。次のステップ116では、上記ステップ102、106、112、114による算出結果を、データ記憶部30に記憶し、位置速度算出処理ルーチンを終了する。
In
上記位置速度算出処理ルーチンが、繰り返し実行されることにより、各時刻について算出された自車両の位置、速度ベクトル、重み、及び相対位置が、データ記憶部30に記憶される。
By repeatedly executing the position / speed calculation processing routine, the position, speed vector, weight, and relative position of the host vehicle calculated for each time are stored in the
次に、図11を参照して、GPS情報に基づく自車両方位角推定処理ルーチンについて説明する。 Next, the own vehicle azimuth angle estimation processing routine based on GPS information will be described with reference to FIG.
ステップ1060で、上記(4)式に従って、各GPS衛星からの受信信号のドップラー周波数から、各GPS衛星に対する自車両の相対速度vjを算出する。
In
次に、ステップ1062で、取得した各GPS衛星の位置座標の時系列データから、ケプラーの方程式の微分を用いて、各GPS衛星の速度ベクトル(VXj、VYj、VZj)を算出する。
Next, in
次に、ステップ1066で、上記ステップ102で算出された自車両の位置、及び上記ステップ100で取得された各GPS衛星の位置座標に基づいて、各GPS衛星jの位置と自車両の位置との角度関係Rj(水平方向に対する仰角θj、北方向に対する方位角φj)を、各GPS衛星の方向として算出する。
Next, in
次に、ステップ1068で、上記ステップ1060で算出された各GPS衛星に対する自車両の相対速度vj、上記ステップ1062で算出された各GPS衛星の速度ベクトルVj(VXj、VYj、VZj)、及び上記ステップ1066で算出された各GPS衛星の方向Rj(θj、φj)に基づいて、上記(5)式に従って、各GPS衛星jの方向の自車両の速度Vvjを算出する。(5)式における自車方向のGPS衛星jの速度Vsjは、Vsj=Rj[VXj,VYj,VZj]Tにより算出する。
Next, at
次に、ステップ1070で、上記(6)式、及び(7)式に従って、自車両の速度ベクトル(Vx,Vy,Vz)の最適値を算出する。
Next, in
次に、ステップ1072で、上記ステップ1070で算出された自車両の速度ベクトルから三角関数を用いて自車両の方位角を算出し、算出した方位角を推定方位角としてデータ記憶部54に記憶して、リターンする。
Next, in
次に、図12を参照して、速度ベクトル推定処理ルーチンについて説明する。 Next, the speed vector estimation processing routine will be described with reference to FIG.
ステップ1080で、データ記憶部54から所定期間分のジャイロセンサ14の検出値である自車両のヨーレートを読み出し、観測毎のヨーレートを各々時系列に積算して自車両の観測方位角を算出する。
In
次に、ステップ1082で、所定期間内に推定された推定方位角をデータ記憶部54から読み出し、上記ステップ1080で算出した観測方位角の時系列データを平行移動して探索しながら、最小二乗法等に代表される最適計算により、方位角の最適値を推定する。
Next, in
次に、ステップ1084で、上記ステップ1082で推定された方位角の最適値と推定方位角の各々との残差を算出し、所定期間分の残差の分散を算出する。
Next, in
次に、ステップ1086で、上記ステップ1084で算出した残差の分散が予め定めた閾値以下か否可を判定することにより、方位角の最適値の精度を判定する。残差の分散が閾値以下の場合には、方位角の最適値の精度が高いと判断してステップ1088へ移行し、上記ステップ1082で推定された方位角の最適値を、方位角の推定値として採用する。一方、残差の分散が閾値を超える場合には、方位角の最適値の精度が低いと判断して、ステップ1090へ移行し、過去に推定された方位角を用いてジャイロセンサ14の検出値を積算して算出した方位角を、方位角の推定値として採用する。
Next, in
次に、ステップ1092で、データ記憶部54から速度センサ16で検出された速度を読み出し、上記ステップ1088または1090で採用された方位角の推定値及び読み出した速度を用いて速度ベクトルを算出し、算出した速度ベクトルを速度ベクトルの推定結果としてデータ記憶部30に記憶して、リターンする。
Next, in
また、データ記憶部30に、所定時間分の自車両の位置、速度ベクトル、重み、及び相対位置が記憶されると、コンピュータ20において、図13に示す相対位置推定処理ルーチンが実行される。
Further, when the position, speed vector, weight, and relative position of the host vehicle for a predetermined time are stored in the
ステップ120において、データ記憶部30から所定時間分の速度ベクトルを取得し、所定時間分の自車両の速度ベクトルを積算して、所定時間における自車両の軌跡を算出する。次のステップ122では、受信データ記憶部22から対応する所定時間分の相手車両の速度ベクトルを取得し、所定時間分の相手車両の速度ベクトルを積算して、所定期間における相手車両の軌跡を算出する。
In
そして、ステップ124において、データ記憶部30から、対応する所定時間内の各時刻について算出された相対位置を取得する。ステップ126では、上記ステップ120で算出された自車両の軌跡と、上記ステップ124で取得した各時刻の相対位置とに基づいて、対応する所定時間内の各時刻における相手車両の予測位置を算出する。
In
次のステップ128では、データ記憶部30から、対応する所定時間内の各時刻について算出された重みを取得し、取得した重みを適用した最小二乗法により、上記ステップ126で算出された相手車両の予測位置に対して、上記ステップ122で算出された相手車両の軌跡をフィッティングし、最適値を推定する。
In the
そして、ステップ130において、上記ステップ128で推定された相手車両の軌跡の最適値と、各時刻の相手車両の予測位置とに基づいて、最小二乗法の残差を各時刻について算出し、ステップ132において、上記ステップ130で算出された残差が閾値以上となる地点(時刻)が存在するか否かを判定する。残差が閾値以上となる地点(時刻)が存在する場合には、ステップ134において、該当地点(時刻)の相対位置を棄却して、ステップ136へ移行する。
In
ステップ136では、上記ステップ120で算出された自車両の軌跡と、上記ステップ124で取得した各時刻の相対位置のうち、上記ステップ134で棄却された相対位置以外の相対位置とに基づいて、対応する所定時間内の各時刻における相手車両の予測位置を算出する。
In
次のステップ138では、上記ステップ128と同様に、重みを適用した最小二乗法により、上記ステップ136で算出された相手車両の予測位置に対して、上記ステップ122で算出された相手車両の軌跡をフィッティングし、最適値を推定する。
In the
そして、ステップ140において、上記ステップ138で推定された相手車両の軌跡の最適値と、各時刻の相手車両の予測位置とに基づいて、最小二乗法の残差を各時刻について算出し、ステップ142へ移行する。
In
一方、上記ステップ132で、残差が閾値以上となる地点(時刻)が存在しないと判定された場合には、ステップ142へ移行する。
On the other hand, if it is determined in
ステップ142では、上記ステップ128又はステップ138で推定された相手車両の軌跡の最適値と、上記ステップ120で算出された自車両の軌跡とに基づいて、軌跡上の終端点における相対位置を算出し、出力する。
In
次のステップ144では、上記ステップ130又はステップ140で算出された各時刻の残差に基づいて、上記ステップ142で算出された相対位置の誤差を算出して出力し、相対位置推定処理ルーチンを終了する。
In the
以上説明したように、第1の実施の形態に係る相対位置推定装置によれば、相手車両の位置及び速度ベクトルを受信すると共に、自車両の位置の軌跡と、相手車両の位置の軌跡と、自車両に対する相手車両の相対位置とを算出して、自車両の位置の軌跡と、相手車両の位置の軌跡と、各時刻の相対位置とに基づいて、相手車両の軌跡の最適値を推定し、軌跡上の終端点における相対位置を推定することにより、GPSの観測データを通信する特許文献1よりも、少ないデータ通信量で、相手車両との相対位置を精度良く推定することができる。GPSの観測データは、各衛星の擬似距離、ドップラー周波数、搬送波位相等から構成され、その通信容量は衛星に比例する。GPSで測位を実施するためには4つ以上の衛星が必要なため、少なくとも4×3(擬似距離、ドップラー周波数、搬送波位相)=12個のデータを通信する必要がある。一方、本発明では、通信データは上記表1に示すデータに限られ、位置(3次元)、速度ベクトル(3次元)、時刻、及び衛星番号でよい。衛星番号を、各衛星の使用状況を示すビットで表せば、GPSであれば最大32個の衛星が想定されるため、32bit=4byteの容量でよい。よって、従来手法と比較して、少なく、かつ一定の通信容量で相対位置の推定が可能である。
As described above, according to the relative position estimation device according to the first embodiment, the position and speed vectors of the opponent vehicle are received, the locus of the own vehicle position, the locus of the opponent vehicle position, Calculate the relative position of the opponent vehicle with respect to the own vehicle, and estimate the optimum value of the opponent vehicle's locus based on the locus of the own vehicle's position, the locus of the opponent's vehicle, and the relative position at each time. By estimating the relative position at the end point on the trajectory, it is possible to accurately estimate the relative position with the opponent vehicle with a smaller amount of data communication than
また、GPSドップラーと慣性センサを組み合わせることで、精度が高い軌跡が算出可能である。マルチパスが発生している場所においても、正確な軌跡を算出することができる。加えて、100m程度の相対位置では、共に測位に用いている衛星が共通化されていることが多いため、マルチパスが無い場所では単純にGPS測位結果の差分を用いたとしても、ばらつきはあるが精度が高い相対位置を計測することができる。以上の技術的な背景により、位置の差分による相対位置と二台の車両の軌跡に基づいて、最小二乗法によるフィッティングにより、ばらつきが抑えられた相対位置を推定することができ、残差で閾値を設定することでマルチパスの棄却ができる。加えて、衛星が共通化されている箇所に対して、重み付き最小二乗法で用いる重みを大きくすることで、推定した相対位置の精度を高めることができる。 Further, by combining a GPS Doppler and an inertial sensor, a highly accurate trajectory can be calculated. An accurate trajectory can be calculated even in a place where multipath occurs. In addition, since the satellites used for positioning are often shared at a relative position of about 100 m, there is variation even if the GPS positioning result difference is simply used in a place where there is no multipath. Can measure the relative position with high accuracy. Based on the above technical background, based on the relative position due to the difference in position and the trajectory of the two vehicles, the relative position with reduced variation can be estimated by fitting using the least square method, and the threshold value can be used as the residual. Multipath can be rejected by setting. In addition, it is possible to increase the accuracy of the estimated relative position by increasing the weight used in the weighted least square method for the location where the satellites are shared.
また、二台の車両の軌跡を利用して相対位置を算出することで、残差を利用したマルチパスの影響の除去することができると共に、GPSが受信できない場所でも相対位置を計測することができる。 In addition, by calculating the relative position using the trajectories of the two vehicles, it is possible to eliminate the influence of multipath using the residual and to measure the relative position even in a place where GPS cannot be received. it can.
また、GPSの観測データ(擬似距離・ドップラー・搬送波位相)等を無線により通信する必要がないため、通信データ量の少なくすることができる。 In addition, since it is not necessary to wirelessly communicate GPS observation data (pseudorange, Doppler, carrier wave phase) and the like, the amount of communication data can be reduced.
次に、第2の実施の形態に係る相対位置推定装置について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a relative position estimation apparatus according to the second embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第2の実施の形態では、自車両の位置を算出する際に、相手車両の位置の算出において使用したGPS衛星と共通となるように、使用するGPS衛星を選択している点が、第1の実施の形態と異なっている。 In the second embodiment, when the position of the host vehicle is calculated, the GPS satellite to be used is selected so as to be the same as the GPS satellite used in the calculation of the position of the opponent vehicle. This is different from the embodiment.
第2の実施の形態に係る相対位置推定装置では、図14に示すように、位置・速度ベクトル算出部224を、GPS情報取得部50と、取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号、及び受信した測定データから得られる衛星番号に基づいて、位置の算出で使用するGPS衛星を選択する衛星選択部250と、位置算出部51と、方位角推定部52と、データ記憶部54と、速度ベクトル推定部56と、を含んだ構成で表すことができる。
In the relative position estimation apparatus according to the second embodiment, as shown in FIG. 14, the position / velocity
衛星選択部250は、GPS情報取得部50によって取得したGPS衛星の情報から衛星番号を取得すると共に、受信データ記憶部22に記憶されている同時刻の測定データから、相手車両の位置の計算で使用したGPS衛星の衛星番号を取得する。そして、衛星選択部250は、相手車両の位置の計算で使用したGPS衛星の衛星番号の全てが、自車両で取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号に含まれている場合には、完全に衛星を共通化させるように、相手車両の位置の計算で使用したGPS衛星の全てを、位置の算出において使用するGPS衛星として選択する。一方、衛星選択部250は、相手車両の位置の計算で使用したGPS衛星の衛星番号の少なくとも1つが、自車両で取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号に含まれていない場合には、GPS衛星の選択を行わない。
The
例えば、図15(A)に示すように、相手車両の位置の計算で使用したGPS衛星の衛星番号の少なくとも1つが、自車両で取得したGPS衛星の情報の衛星番号に含まれていない場合には、位置算出部51において、自車両で電波を受信した全てのGPS衛星を使用して、自車両の位置を算出する。
For example, as shown in FIG. 15A, when at least one of the satellite numbers of the GPS satellites used in the calculation of the position of the opponent vehicle is not included in the satellite numbers of the GPS satellite information acquired by the own vehicle. The
一方、図15(B)に示すように、相手車両の位置の計算で使用したGPS衛星の衛星番号の全てが、自車両で取得したGPS衛星の情報の衛星番号に含まれている場合には、位置算出部51において、相手車両の位置の計算で使用したGPS衛星と同じGPS衛星を用いて、自車両の位置を算出する。
On the other hand, as shown in FIG. 15B, when all the satellite numbers of the GPS satellites used in the calculation of the position of the opponent vehicle are included in the satellite numbers of the GPS satellite information acquired by the own vehicle In the
これによって、自車両と相手車両で共通したGPS衛星を使用して測位を行っていた場合を増やすことができる。 As a result, it is possible to increase the number of cases where positioning is performed using a GPS satellite common to the host vehicle and the opponent vehicle.
位置算出部51は、GPS情報取得部50によって取得された各GPS衛星のGPS擬似距離データ、又は衛星選択部250によって選択された各GPS衛星のGPS擬似距離データを用いて、自車両の位置を算出する。
The
次に、第2の実施の形態における位置速度算出処理ルーチンについて図16を用いて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。 Next, a position / velocity calculation processing routine in the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the process similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
ステップ100で、GPS受信部12から複数のGPS衛星の情報を取得すると共に、複数のGPS衛星のGPS擬似距離データ、ドップラー周波数、GPS衛星の位置座標を算出して取得する。次のステップ110で、取得したGPS衛星の情報と同一時刻の測定データを、受信データ記憶部22から取得する。
In
そして、ステップ270において、上記ステップ100で取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号が、上記ステップ110で取得した測定データに含まれる衛星番号を全て含むか否かを判定する。自車両で取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号が、測定データに含まれる衛星番号の少なくとも1つを含まない場合には、ステップ102へ移行する。一方、自車両で取得したGPS衛星の情報に含まれる衛星番号が、測定データに含まれる衛星番号を全て含む場合には、ステップ272において、自車両の位置の算出で使用するGPS衛星として、上記ステップ110で取得した測定データに含まれる全ての衛星番号のGPS衛星を選択する。
In
そして、ステップ102において、上記ステップ272で選択された各GPS衛星のGPS擬似距離データ、又はGPS情報を取得した全てのGPS衛星のGPS擬似距離データを用いて、自車両の位置を算出する。
In
次に、ステップ104で、自車両のヨーレート、及び自車両の速度を取得して、データ記憶部54に記憶する。次に、ステップ106で、GPS情報に基づく自車両方位角処理を実行して、推定方位角を推定し、次に、ステップ108で、速度ベクトル算出処理を実行して、速度ベクトルを推定する。
Next, in
そして、ステップ112では、上記で取得したGPS衛星の情報から得られる衛星番号と、上記で取得した測定データから得られる衛星番号とに基づいて、最小二乗法で用いられる重みを算出する。
In
そして、ステップ114において、自車両に対する相手車両の相対位置を算出する。次のステップ116では、上記ステップ102、106、112、114における算出結果を、データ記憶部30に記憶し、位置速度算出処理ルーチンを終了する。
In
なお、第2の実施の形態に係る相対位置推定装置の他の構成及び作用については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。 In addition, about the other structure and effect | action of the relative position estimation apparatus which concern on 2nd Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
以上説明したように、第2の実施の形態に係る相対位置推定装置によれば、自車両と相手車両で共通したGPS衛星を使用して測位を行っていた場合を増やすことができるため、より精度よく相対位置を推定することができる。 As described above, according to the relative position estimation apparatus according to the second embodiment, the number of cases in which positioning is performed using the GPS satellite common to the host vehicle and the partner vehicle can be increased. The relative position can be estimated with high accuracy.
なお、上記の第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、自車両及び相手車両が移動中である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、自車両及び相手車両の何れか一方が停車していてもよい。この場合には、停止している車両の速度ベクトルが0となるため、算出される軌跡が点となるが、上述した軌跡利用相対位置推定部36と同様に、自車両に対する相手車両の相対位置を推定することができる。
In the first embodiment and the second embodiment described above, the case where the host vehicle and the partner vehicle are moving has been described. However, the present invention is not limited to this. Either one may stop. In this case, since the velocity vector of the stopped vehicle is 0, the calculated trajectory becomes a point. However, as with the trajectory use relative
次に、第3の実施の形態に係る相対位置推定装置について説明する。なお、第3の実施の形態に係る相対位置推定装置の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a relative position estimation apparatus according to the third embodiment will be described. In addition, since the structure of the relative position estimation apparatus which concerns on 3rd Embodiment is the same as that of 1st Embodiment, it attaches | subjects the same code | symbol and abbreviate | omits description.
第3の実施の形態では、路車間通信により、路側機と通信して、自車両に対する路側機の相対位置を推定している点が、第1の実施の形態と異なっている。 The third embodiment is different from the first embodiment in that the relative position of the roadside machine with respect to the host vehicle is estimated by communicating with the roadside machine by road-to-vehicle communication.
第3の実施の形態では、相対位置推定装置10が、図17に示すような路側機380と路車間通信を行う。路側機380は、GPS受信部82と、無線通信部88と、GPS受信部82によって受信されたGPS衛星からの受信信号に基づいて、路側機380の位置を算出する処理を実行するコンピュータ390と、を備えている。
In the third embodiment, the relative
コンピュータ390は、位置算出部392を備えており、位置算出部392は、GPS受信部82から、電波を受信した全てのGPS衛星について、GPS衛星の情報を取得すると共に、GPS衛星が電波を送信した時刻及び路側機380で電波を受信した時刻に基づいて、GPS擬似距離データを算出する。位置算出部392は、取得した各GPS衛星のGPS擬似距離データを用いて、路側機380の位置を算出して、無線通信部88へ出力すると共に、車速を0とした速度ベクトルを無線通信部88へ出力する。
The
無線通信部88は、所定時間間隔で、各時刻について、位置及び速度ベクトルと、位置を算出する処理で使用したGPS衛星の衛星番号とを含む計測データを送信する。なお、計測データには、更に、算出された位置がいつの位置であるかを示す時刻、すなわち、路側機380でGPS衛星から電波を受信した時刻が含まれている。
The
なお、第3の実施の形態に係る相対位置推定装置10の構成及び作用については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
In addition, about the structure and effect | action of the relative
第3の実施の形態に係る相対位置推定装置10が、軌跡を利用した相対位置を推定する場合には、図18に示すように、通信相手である路側機380の軌跡が点になる。
When the relative
そして、自車両の軌跡を基準にして、各時刻の位置差分による相対位置から、各時刻の路側機380の予測位置を算出する。そして、路側機380の予測位置に対して、最小二乗法により路側機380の軌跡(点)のフィッティングを行うことで、路側機380の軌跡(点)の最適値を求め、求められた路側機380の軌跡(点)の最適値を用いて、軌跡上の終端点における自車両に対する路側機380の相対位置を算出する。
Then, based on the trajectory of the host vehicle, the predicted position of the
このように、自車両を基準とした相対位置を算出する対象が、静止物であっても、精度よく相対位置を推定することができる。 As described above, even when the target for calculating the relative position with respect to the host vehicle is a stationary object, the relative position can be estimated with high accuracy.
なお、上記の第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、ドップラー周波数を用いて、速度ベクトルを算出して、自車両の方位角を算出し、所定期間分の自車両の方位角の算出結果を用いて最適推定を行って、速度ベクトルを算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。ドップラー周波数を用いた他の手法により、速度ベクトルを算出してもよい。例えば、自車両速度算出部70による算出結果を、そのまま自車両の速度ベクトルとして用いてもよい。
In the first to third embodiments, the velocity vector is calculated using the Doppler frequency to calculate the azimuth angle of the host vehicle, and the azimuth angle of the host vehicle for a predetermined period. In the above description, the example of calculating the velocity vector by performing the optimal estimation using the calculation result is described, but the present invention is not limited to this. The velocity vector may be calculated by another method using the Doppler frequency. For example, the calculation result by the own vehicle
また、上記実施の形態では、速度ベクトルを算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、自車両の方位角を算出すると共に、自車両の速度を検出し、自車両の方位角と速度からなる速度情報を用いてもよい。この場合には、所定時間分の自車両の方位角と速度とから軌跡を算出するようにすればよい。 In the above embodiment, the case where the speed vector is calculated has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the azimuth angle of the host vehicle is calculated and the speed of the host vehicle is detected. Speed information consisting of the azimuth angle and speed may be used. In this case, the trajectory may be calculated from the azimuth angle and speed of the host vehicle for a predetermined time.
また、上記実施の形態では、所定時間間隔で、相対位置及び速度ベクトルを算出して、各時刻の相対位置及び速度ベクトルを求める場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、所定の距離間隔で、相対位置及び速度ベクトルを算出して、各地点の相対位置及び速度ベクトルを求めるようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the relative position and the velocity vector are calculated at the predetermined time interval to obtain the relative position and the velocity vector at each time has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. The relative position and velocity vector may be calculated at predetermined distance intervals to obtain the relative position and velocity vector of each point.
また、上記実施の形態では、自車両を基準とした相対位置を推定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、相手車両又は路側機を基準とした自車両の相対位置を推定してもよい。この場合には、相手車両又は路側機の軌跡を基準にして、各時刻の位置差分による相対位置から、各時刻の自車両の予測位置を算出する。そして、自車両の予測位置に対して、最小二乗法により自車両の軌跡のフィッティングを行うことで、自車両の軌跡の最適値を求め、求められた自車両の軌跡の最適値を用いて、相手車両又は路側機に対する自車両の相対位置を推定するようにすればよい。 In the above embodiment, the case where the relative position is estimated with respect to the own vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the relative position of the own vehicle with respect to the opponent vehicle or the roadside device is described. May be estimated. In this case, the predicted position of the host vehicle at each time is calculated from the relative position based on the position difference at each time with reference to the trajectory of the opponent vehicle or the roadside machine. Then, by fitting the trajectory of the own vehicle to the predicted position of the own vehicle by the least square method, the optimum value of the trajectory of the own vehicle is obtained, and the optimum value of the obtained trajectory of the own vehicle is used. What is necessary is just to make it estimate the relative position of the own vehicle with respect to an other party vehicle or a roadside machine.
また、上記実施の形態では、重み付き最小二乗法を用いて、相手車両の軌跡の最適値を求める場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、重みなしの最小二乗法を用いて相手車両の軌跡の最適値を求めてもよい。この場合には、以下の(11)式、(12)式を用いて、相手車両の軌跡の最適値を求めればよい。 In the above embodiment, the case where the optimum value of the trajectory of the opponent vehicle is obtained by using the weighted least square method is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the least square method without weight is used. The optimum value of the trajectory of the opponent vehicle may be obtained. In this case, the optimum value of the trajectory of the opponent vehicle may be obtained using the following equations (11) and (12).
ただし、Δyは、観測量(相手車両の軌跡上の位置)と予測値(予測された相手車両の位置)との差(残差)であり、Δxは未知数であり、Gは、一般行列である。上記(11)式は観測量と予測値との差(残差)Δyと未知数Δx、一般行列Gの関係を示している。上記(12)式は、一般的な未知数Δxを推定する方法である。
However, Δy is a difference (residual) between the observed amount (position on the trajectory of the opponent vehicle) and a predicted value (predicted position of the opponent vehicle), Δx is an unknown, and G is a general matrix. is there. The above equation (11) shows the relationship between the difference (residual) Δy between the observed quantity and the predicted value, the unknown Δx, and the general matrix G. The above equation (12) is a method for estimating a general unknown Δx.
また、GPSの計測値とジャイロ、速度センサの組み合わせによる複合航法結果を用いて、自車両の位置を算出するようにしてもよい。 Further, the position of the host vehicle may be calculated using a composite navigation result obtained by combining a GPS measurement value, a gyroscope, and a speed sensor.
また、上記実施の形態では、GPS情報に基づいて自車両の方位角を推定して精度の判定に用いる場合について説明したが、精度の判定に速度を用いてもよい。具体的には、自車両速度算出部70で算出された速度ベクトルから自車両の速度の絶対値を算出し、最適推定部74において、速度センサ16で検出された速度と算出された速度の絶対値とを統合して、速度の最適値を推定し、この最適値と算出された速度の絶対値との残差の分散に基づいて、精度を判定することができる。そして、精度が高いと判定された所定期間の速度ベクトルから推定方位角を算出して、観測方位角と統合した方位角を推定するようにするとよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the azimuth angle of the own vehicle was estimated based on GPS information and used for accuracy determination, speed may be used for accuracy determination. Specifically, the absolute value of the speed of the host vehicle is calculated from the speed vector calculated by the host vehicle
また、上記実施の形態では、最適値と推定方位角との残差の分散に基づいて、精度を判定する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、残差の分布がガウス分布に適合しているか否かにより精度を判定してもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where accuracy was determined based on the dispersion | distribution of the residual of an optimal value and an estimated azimuth angle, it is not limited to this. For example, the accuracy may be determined based on whether or not the residual distribution is compatible with a Gaussian distribution.
また、上記実施の形態では、観測方位角を得るために、ジャイロセンサを用いる場合について説明したが、慣性航法系のセンサであればよく、磁気方位計でもよい。 In the above-described embodiment, the case where the gyro sensor is used to obtain the observation azimuth angle has been described. However, it may be an inertial navigation system sensor, and may be a magnetic azimuth meter.
また、上記実施の形態では、GPS衛星のGPS情報を用いる場合について説明したが、情報発信源の位置に関する情報、情報発信源と移動体との距離に関する情報、及び情報発信源と移動体との相対速度に関する情報を含む発信源情報を発信する情報発信源からの情報が取得できればよい。例えば、擬似衛星から発信される情報を受信するようにしてもよい。 Moreover, although the case where GPS information of a GPS satellite is used has been described in the above embodiment, information on the position of the information transmission source, information on the distance between the information transmission source and the moving body, and the information transmission source and the moving body It is sufficient that information from an information transmission source that transmits transmission source information including information on relative speed can be acquired. For example, information transmitted from a pseudo satellite may be received.
また、衛星測位システムは、一般的にGNSS(Global Navigation Satelite System)と呼ばれ、GPSだけでなく、ロシアのグロナス(GLONASS)、欧州のガリレオ(Galileo)、日本の準天頂衛星システムも予定され、一部は既に適用されている。本発明はGPSに限るものではなく、広くGNSSに適用可能な技術である。そのため、上記GNSSから発信される情報を受信するようにしてもよい。 In addition, the satellite positioning system is generally called GNSS (Global Navigation Satellite System), and not only GPS but also Russia's Glonus, Europe's Galileo, and Japan's Quasi-Zenith Satellite System are planned. Some have already been applied. The present invention is not limited to GPS, but is a technology that can be widely applied to GNSS. Therefore, information transmitted from the GNSS may be received.
また、上記実施の形態では、車両に搭載される相対位置推定装置について説明したが、本発明の相対位置推定装置が搭載される移動体は車両に限定されない。例えば、相対位置推定装置をロボットに搭載してもよいし、歩行者が携帯できるように相対位置推定装置をポータブル端末として構成するようにしてもよい。 Moreover, although the relative position estimation apparatus mounted in a vehicle was demonstrated in the said embodiment, the mobile body in which the relative position estimation apparatus of this invention is mounted is not limited to a vehicle. For example, the relative position estimation device may be mounted on a robot, or the relative position estimation device may be configured as a portable terminal so that a pedestrian can carry it.
10 相対位置推定装置
12、82 GPS受信部
14、84 ジャイロセンサ
16、86 速度センサ
18、88 無線通信部
20、90、390 コンピュータ
24、56、92、224 位置・速度ベクトル算出部
26 位置差分相対位置算出部
28 重み算出部
30 データ記憶部
32 軌跡算出部
34 相手軌跡算出部
36 軌跡利用相対位置推定部
38 相対位置誤差算出部
50 情報取得部
51 位置算出部
52 方位角推定部
80 車載器
250 衛星選択部
380 路側機
392 位置算出部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
複数の情報発信源の各々から発信された前記情報発信源の各々の位置に関する情報、前記情報発信源の各々と前記移動体との距離に関する情報、及び前記情報発信源の各々に対する前記移動体の相対速度に関する情報を含む発信源情報を取得する取得手段と、
前記移動体の運動状態を検出する検出手段と、
前記取得手段により取得された前記発信源情報、及び前記検出手段によって検出された運動状態に基づいて、前記移動体の位置と、前記移動体の速度ベクトル、又は前記移動体の速度及び前記移動体の方位角を示す速度情報とを算出する算出手段と、
他の装置の位置及び前記速度情報を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された前記他の装置の位置と、前記算出手段により算出された前記移動体の位置との差分から、各時刻又は各地点について、前記移動体と前記他の装置との相対位置を算出する相対位置算出手段と、
前記算出手段により算出された前記移動体の速度ベクトル又は前記速度情報を所定時間分積算して、前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡を算出する第1軌跡算出手段と、
前記受信手段によって受信された前記速度情報を前記所定時間分積算して、前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡を算出する第2軌跡算出手段と、
前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡と、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡と、前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する相対位置推定手段と、
を含む相対位置推定装置。 A relative position estimation device mounted on the moving body for estimating a relative position between the moving body and another device,
Information relating to the position of each of the information transmission sources transmitted from each of a plurality of information transmission sources, information relating to the distance between each of the information transmission sources and the mobile body, and the mobile body relative to each of the information transmission sources Obtaining means for obtaining source information including information on relative speed;
Detecting means for detecting a motion state of the moving body;
Based on the transmission source information acquired by the acquisition means and the motion state detected by the detection means, the position of the moving body, the velocity vector of the moving body, or the speed of the moving body and the moving body. Calculating means for calculating speed information indicating the azimuth angle of
Receiving means for receiving the position of the other device and the speed information;
Based on the difference between the position of the other device received by the receiving means and the position of the moving body calculated by the calculating means, the relative position of the moving body and the other device for each time or each point is determined. A relative position calculating means for calculating a position;
First trajectory calculating means for calculating a trajectory of the position of the moving body at the predetermined time by accumulating the speed vector or the speed information of the moving body calculated by the calculating means for a predetermined time;
Second trajectory calculating means for calculating the trajectory of the position of the other device at the predetermined time by accumulating the speed information received by the receiving means for the predetermined time;
The locus of the position of the moving body at the predetermined time calculated by the first locus calculating means, the locus of the position of the other device at the predetermined time calculated by the second locus calculating means, and the relative position Relative position estimating means for estimating the relative position at a specific point on the trajectory based on the relative position calculated for each time or each point within the predetermined time by the calculating means;
A relative position estimation device.
前記相対位置推定手段は、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡と、前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡、及び前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置から求められる各時刻又は各地点の前記他の装置の位置との差分の和を最小とする、前記他の装置の位置の軌跡を求め、前記求められた前記他の装置の位置の軌跡と前記移動体の位置の軌跡とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する請求項1記載の相対位置推定装置。 The relative position is a relative position of the other device with respect to the position of the moving body,
The relative position estimation means includes a locus of the position of the other device at the predetermined time calculated by the second locus calculation means, and a position of the moving body at the predetermined time calculated by the first locus calculation means. And the sum of the difference between each time or each position obtained from the relative position calculated for each time or each point within the predetermined time by the relative position calculation means is minimized. And determining the relative position at a specific point on the locus based on the obtained locus of the position of the other device and the locus of the position of the moving body. The relative position estimation apparatus according to claim 1.
前記相対位置推定手段は、前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡と、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡、及び前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置から求められる各時刻又は各地点の前記移動体の位置との差分の和を最小とする、前記移動体の位置の軌跡を求め、前記求められた前記移動体の位置の軌跡と前記他の装置の位置の軌跡とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する請求項1記載の相対位置推定装置。 The relative position is a relative position of the moving body with respect to a position of the other device,
The relative position estimation means includes a locus of the position of the moving body at the predetermined time calculated by the first locus calculation means and a position of the other device at the predetermined time calculated by the second locus calculation means. And the sum of the difference between each time or each position obtained from the relative position calculated for each time or each point within the predetermined time by the relative position calculation means is minimized. Obtaining a trajectory of the position of the moving body and estimating the relative position at a specific point on the trajectory based on the trajectory of the position of the moving body and the trajectory of the position of the other device. Item 2. The relative position estimation device according to Item 1.
前記受信手段は、前記送信手段によって送信された前記他の装置の位置、前記速度情報、及び前記情報発信源の識別情報を受信し、
前記相対位置推定手段は、前記受信手段によって受信した前記識別情報が示す前記情報発信源を全て含む複数の情報発信源からの前記発信源情報に基づいて算出された前記移動体の位置に基づく前記相対位置について求められる前記差分を、他の相対位置について求められる前記差分より小さくするように、前記差分の和を最小とする軌跡を求め、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する請求項2〜請求項4の何れか1項記載の相対位置推定装置。 The other apparatus includes second acquisition means for acquiring the transmission source information transmitted from each of a plurality of information transmission sources, second detection means for detecting a movement state of the other apparatus, and the second acquisition. Second calculation means for calculating the position of the other device and the speed information based on the source information acquired by the means and the motion state detected by the second detection means; and the second A transmission unit that transmits the position information of the other device calculated by the calculation unit, the speed information, and identification information of the information transmission source that has transmitted the transmission source information acquired by the second acquisition unit;
The receiving means receives the position of the other device transmitted by the transmitting means, the speed information, and the identification information of the information transmission source,
The relative position estimation means is based on the position of the moving body calculated based on the transmission source information from a plurality of information transmission sources including all the information transmission sources indicated by the identification information received by the reception means. A trajectory that minimizes the sum of the differences is obtained so that the difference obtained for the relative position is smaller than the difference obtained for another relative position, and the relative position at a specific point on the trajectory is estimated. The relative position estimation apparatus according to any one of claims 2 to 4.
前記コンピュータを、
複数の情報発信源の各々から発信された前記情報発信源の各々の位置に関する情報、前記情報発信源の各々と前記移動体との距離に関する情報、及び前記情報発信源の各々に対する前記移動体の相対速度に関する情報を含む発信源情報を取得する取得手段、
前記取得手段により取得された前記発信源情報、及び前記移動体の運動状態を検出する検出手段によって検出された運動状態に基づいて、前記移動体の位置と、前記移動体の速度ベクトル、又は前記移動体の速度及び前記移動体の方位角を示す速度情報とを算出する算出手段、
他の装置の位置及び前記速度情報を受信する受信手段によって受信された前記他の装置の位置と、前記算出手段により算出された前記移動体の位置との差分から、各時刻又は各地点について、前記移動体と前記他の装置との相対位置を算出する相対位置算出手段、
前記算出手段により算出された前記移動体の速度ベクトル又は前記速度情報を所定時間分積算して、前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡を算出する第1軌跡算出手段、
前記受信手段によって受信された前記速度情報を前記所定時間分積算して、前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡を算出する第2軌跡算出手段、及び
前記第1軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記移動体の位置の軌跡と、前記第2軌跡算出手段によって算出された前記所定時間における前記他の装置の位置の軌跡と、前記相対位置算出手段によって前記所定時間内に各時刻又は各地点について算出された前記相対位置とに基づいて、前記軌跡上の特定点における前記相対位置を推定する相対位置推定手段
として機能させるための相対位置推定プログラム。 A relative position estimation program for causing a computer to function as each means of a relative position estimation device mounted on the moving body, for estimating a relative position between the moving body and another device,
The computer,
Information relating to the position of each of the information transmission sources transmitted from each of a plurality of information transmission sources, information relating to the distance between each of the information transmission sources and the mobile body, and the mobile body relative to each of the information transmission sources Obtaining means for obtaining source information including information on relative speed;
Based on the source information acquired by the acquisition means and the motion state detected by the detection means for detecting the motion state of the mobile body, the position of the mobile body and the velocity vector of the mobile body, or the Calculating means for calculating speed of the moving body and speed information indicating the azimuth angle of the moving body;
From the difference between the position of the other device and the position of the other device received by the receiving means for receiving the speed information and the position of the moving body calculated by the calculating means, for each time or each point, A relative position calculating means for calculating a relative position between the movable body and the other device;
First trajectory calculating means for calculating a trajectory of the position of the moving body at the predetermined time by accumulating the speed vector or the speed information of the moving body calculated by the calculating means for a predetermined time;
The speed information received by the receiving means is integrated for the predetermined time, and is calculated by a second trajectory calculating means for calculating a trajectory of the position of the other device at the predetermined time, and calculated by the first trajectory calculating means. Further, the locus of the position of the moving body at the predetermined time, the locus of the position of the other device at the predetermined time calculated by the second locus calculating means, and the relative position calculating means within the predetermined time. A relative position estimation program for functioning as a relative position estimation means for estimating the relative position at a specific point on the trajectory based on time or the relative position calculated for each point.
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