CN101084454A - 行进方向测定装置 - Google Patents

Abstract

行进方向测定装置(11)连接有被设置在移动体上并从卫星接收信号的两个天线(12、13)。此外，行进方向测定装置(11)包括：天线方向测定部分(21)，基于各天线(12、13)的接收信号来测定天线排列方位，天线排列方位表示从两个天线(12、13)之一的位置观看另一个的位置的方位；速度计算部分(22)，基于各天线(12、13)的接收信号，计算所述移动体的速度向量；校正值计算部分(23)，作为校正值，计算在计算出的速度向量的大小为规定值以上时的速度向量的方向和所述天线排列方位所构成的角度；以及行进方向计算部分(24)，使用计算出的校正值和所述天线排列方位，计算所述移动体的行进方向。由此，能够提供一种关于天线的设置没有限制而且能够准确地测定汽车等移动体的行进方向的行进方向测定装置。

Description

行进方向测定装置

技术领域

本发明涉及对移动体的行进方向进行测定的行进方向测定装置。

背景技术

以往，作为车辆导航系统所使用的用于测定行进方向的装置，一般使用采用了地磁传感器或陀螺仪的行进方向测定装置。在使用地磁传感器的情况下，一般的行进方向测定装置能够以绝对方位测定汽车的行进方向。但是，地磁传感器容易受到多采用金属的车体本身的磁致伸缩的影响，或者例如道口或电力线引起的周围的磁场紊乱等的影响，因此使用地磁传感器的行进方向测定装置存在不能检测准确的方位的缺点。此外，在使用陀螺仪的情况下，一般的行进方向测定装置不能以绝对方位求汽车的行进方向，存在对于某一时刻的方向仅能够测定相对的方向的另外的缺点。

此外，作为一般的行进方向测定装置的其它例子，已知使用GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)，通过GPS用的天线从卫星接收的载波的多普勒效应来观测频率偏移，并基于已知的卫星的轨道信息和汽车的位置信息，以绝对方位测定汽车的行进方向。在这样的行进方向测定装置的其它例子中，存在汽车停止时，或汽车以低速移动时，不能测定行进方向的缺点。

此外，作为改善了上述缺点的以往的行进方向测定装置，已知将两个GPS用天线和主天线设置在汽车上，使表示从两个GPS用天线之一观看另一个的方向的天线排列方向和汽车的正面方向平行，基于各个天线从同一卫星接收到的载波的时间差来求从该卫星到各个天线的距离的差，并从该传播距离的差来测定绝对方位，从测定的绝对方位求主天线的指向方向(例如，参照特开平7-131228号公报)。

发明内容

但是在上述以往的行进方向测定装置中，难以将两个GPS用天线以与汽车正面方向平行的状态准确设置，而且在汽车行驶中也存在天线不固定而移动的情况，因此如果两个天线的设置从平行的状态偏移，则存在相应于该偏移的大小而产生行进方向的误差的问题。

本发明为了解决上述以往的问题而完成，其目的在于提供一种关于天线的设置没有限制，而且能够准确地测定汽车等移动体的行进方向的行进方向测定装置。

为了达到上述目的，本发明的一方面的行进方向测定装置面向于与被设置于移动体上并从卫星接收信号的两个天线连接的行进方向测定装置。行进方向测定装置包括：天线方位测定部分，基于各天线接收到的信号来测定天线排列方位，天线排列方位表示从两个天线之一的位置观看另一个的位置的方位；速度计算部分，基于各天线接收到的信号，计算移动体的速度向量；校正值计算部分，作为校正值，计算在由速度计算部分计算出的速度向量的大小为规定值以上时的速度向量的方向和天线排列方向所构成的角度；以及行进方向计算部分，使用校正值计算部分计算出的校正值和天线排列方位，计算移动体的行进方向。

在速度计算部分计算出的速度向量的大小为规定值以上的情况下，行进方向计算部分将该速度向量的方向作为移动体的行进方向。而在速度计算部分计算出的速度向量的大小不超过规定值的情况下，行进方向计算部分使用由天线方位测定部分测定的天线排列方位和由校正值计算部分计算出的校正值，计算移动体的行进方向。

在速度计算部分计算出的速度向量的大小为规定值以上的情况下，在存在已经计算出的校正值时，校正值计算部分重新计算校正值，并基于新计算出的校正量来修正已存在的校正值。

两个天线之一接收信号的卫星的组合与另一个接收所述信号的卫星的组合互相相同。

如上所述，本发明提供一种关于天线的设置没有限制，而且能够准确地测定汽车等移动体的行进方向的行进方向测定装置。

附图说明

图1是设置了本发明的实施方式的行进方向测定装置1 1的汽车的俯视图。

图2是本发明的实施方式的行进方向测定装置11的方框图。

图3是用于说明各卫星的速度向量的计算的图。

图4是用于说明汽车的速度向量的计算的图。

标号说明

1、2、3、4卫星

10观测者(汽车)

11行进方向测定装置

12、13天线

14行进方向

15排列方向

21天线方位测定部分

22速度计算部分

23校正值计算部分

24行进方向计算部分

25通知部分

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的行进方向测定装置11。

图1是设置了本行进方向测定装置11的汽车的俯视图。图1中，汽车11中设有GPS用的天线12和13。作为各天线12和13的设置位置，优选例如仪表板或发动机罩上这样，能够从卫星接收信号的位置。这些天线12和13从GPS用的人造卫星(以下称作卫星)接收由载波构成的信号。

此外，箭头14示出本行进方向测定装置11要测定的汽车10的行进方向，箭头15示出表示从天线12观看天线13的方位的天线排列方位(以下称作排列方向)。此外，角度θ是行进方向14和排列方向15所构成的角度，被用作用于测定汽车10的行进方向14的校正值。

图2是本发明的实施方式的行进方向测定装置11的方框图。在图2中，行进方向测定装置11包括：天线方位测定部分21，与上述天线12和13连接，使用天线12和天线13分别接收到的信号来测定排列方向15；速度计算部分22，使用天线12和天线13分别接收到的信号，计算汽车10的速度向量；校正值计算部分23，作为校正值，使用排列方向15和速度向量来计算角度θ；行进方向计算部分24，使用速度向量、校正值和排列方向15计算行进方向14；以及通知部分25，包含对使用者通知行进方向14的显示器和/或扬声器。

另外，本行进方向测定装置11例如使用具有处理器和存储器的计算机构成。此外，作为代替，天线方位测定部分21、速度计算部分22、校正值计算部分23和行进方向计算部分24可以由处理器执行的程序的模块实现，也可以由电路等构成。

以下说明如以上这样构成的行进方向测定装置11的动作。

天线方位测定部分21基于天线12和13从卫星分别接收到的信号，对天线12和天线13的位置进行测位，并对表示从测位所得的天线12的位置观看天线13的位置的方位的排列方向15进行测定。此外，排列方向15作为绝对方位被测定。另外，由于受到卫星和天线之间发生的多路径和/或卫星和天线之间存在的电离层的影响，而且受到时钟误差等的影响，测位精度降低，所以在天线方位测定部分21进行测位而得的位置中包含误差。

此外，由GPS测位而得的位置一般由从多个卫星发送的信号进行测位。如果各天线接收的卫星的组合不同，则计算的天线12和13的相对的位置关系产生误差，但如果接收的卫星的组合相同，则计算的天线12以及13的相对位置关系不产生误差，绝对方位被准确地测定。

在本实施方式中，天线方位测定部分21为了进一步提高计算的天线12以及13的相对位置关系的精度，将天线12和天线13接收信号的卫星的组合分别设为相同，从而测定排列方向15。

速度计算部分22基于天线12和天线13分别接收到的信号来计算汽车10的速度向量。另外，由于卫星围绕地球旋转，因此不管天线移动、停止，由于多普勒效应而在天线12和天线13接收到的载波中产生频移。速度计算部分22可以利用该多普勒效应引起的频移来计算速度向量。

图3是用于说明各卫星的速度向量的计算的图。如图3所示，将卫星1～卫星4的各速度向量表示为V1～V4，将连接观测者(即汽车)10的位置以及卫星1～卫星4的位置的单位向量表示为S1～S4。此外，将观测者10的速度向量表示为v。

由于与卫星1～卫星4的轨道有关的信息为已知，因此速度向量V1～V4也已知，观测者10的位置通过测位来得到，因此单位向量S1～S4也已知。

这里，将卫星1～卫星4的其中任何一个作为对象，如果将成为对象的卫星表示为卫星i(i＝1、2、3、4)，则观测者10和卫星i的相对速度为(Vi-v)。此外，如果将相对速度(Vi-v)和单位向量Si的内积设为ρi，则(1)式的关系成立。

$({\stackrel{\→}{V}}_i-\stackrel{\→}{v})\·{\stackrel{\→}{S}}_i={\mathrm{\ρ}}_i...\left(1\right)$

另一方面，从卫星i接收的载波的频率为已知，表示为频率f。此外，如果将从卫星i接收的载波中产生的由多普勒效应引起的频移设为Δf_i，将接收机内部的频率误差设为δf，将光速设为c，则(2)式的关系成立。

$\mathrm{\Δ}{f}_i+\mathrm{\δf}=f\frac{{\mathrm{\ρ}}_i}{c}...\left(2\right)$

此外，由(1)式和(2)式，(3)式的关系成立。

$\frac{\mathrm{\Δ}{f}_i+\mathrm{\δf}}{f}=\frac{({\stackrel{\→}{V}}_i-\stackrel{\→}{v})}{c}\·{\stackrel{\→}{S}}_i...\left(3\right)$

(3)式的未知数是观测者10的速度向量v所包含的三个分量和接收机内部的频率误差δf，合计四个。因此，如果对四个卫星观测频移Δf₁～Δf₄，并代入(3)式，则得到由四个(3)式构成的方程式，通过解该方程式，从而计算频率误差δf和速度向量v。

如以上所说明的，速度计算部分22基于天线12和天线13分别接收到的信号，观测多普勒效应引起的频移，并计算与天线12和天线13分别对应的速度向量v，从而计算汽车10的速度向量。

作为更详细的例子，如图4所示，速度计算部分22作为汽车10的速度向量v11，计算与天线12对应的速度向量v12和与天线13对应的速度向量v13所构成的平均。这里，为了计算平均而采用(4)式。

${\stackrel{\→}{v}}_{11}=\frac{({\stackrel{\→}{v}}_{12}+{\stackrel{\→}{v}}_{13})}{c}...\left(4\right)$

另外，在汽车10停止的情况下，由于仅观测卫星的移动所引起的由多普勒效应造成的频移，因此不能计算汽车10的速度向量v11。此外，在汽车10低速行驶的情况下，汽车10的移动引起的频移减小，速度计算部分22计算出的速度向量v11的误差增大。

换言之，在汽车10相对高速行驶的情况下，速度计算部分22计算误差小的速度向量v11。从而，速度计算部分22在计算出的速度向量v11为规定值以上时，将速度向量设为行进方向14。这里，该规定值以上的速度是指在该速度下，由多普勒效应引起的频移所计算出的速度向量的绝对方位的误差小于通过对天线12和天线13的位置进行测位而测定的排列方向15的误差时的速度。

行进方向计算部分24从速度计算部分22取得汽车10的速度向量v11，在速度计算部分22计算出的速度向量v11的大小为规定值以上的情况下，假设汽车10以规定值以上的速度前进，行进方向计算部分24将规定值以上时的速度向量v11的方向作为行进方向14输出到通知部分25。

另一方面，校正值计算部分23取得天线方位测定部分21测定的排列方向15并从速度计算部分22取得汽车10的速度向量v11，将表示速度计算部分22计算出的向量v11的大小为规定值以上时的速度向量v11的方向的行进方向14和天线方位测定部分21测定的排列方向15所构成的角度θ，作为校正值计算并保持。此时，在存在已经计算出并保持的校正值的情况下，校正值计算部分23修正已存在的校正值，使其接近新计算出的校正值，并保持。此外，校正值计算部分23也可以将已存在的校正值更新为新计算出的校正值。

此外，速度计算部分22在计算出的速度向量v11的大小不超过规定值的情况下，视为汽车10以不超过规定值的速度移动或汽车10停止。在这样的情况下，行进方向计算部分24使用校正值计算部分23计算出的校正值和排列方向15的相减值来计算行进方向14，并对通知部分25输出计算出的行进方向14。

例如，在速度计算部分22计算出的速度向量v11的大小为规定值以上的时刻t1，天线方位测定部分21对排列方向15进行测定，校正值计算部分23对设为测定的排列方向15和行进方向14所构成的角度θ的校正值进行修正，行进方向计算部分24将速度向量v11的方向作为行进方向14输出到通知部分25。然后，在从时刻t1到速度向量v11的大小不超过规定值的时刻t2时，天线方位测定部分21测定排列方向15，行进方向计算部分24使用测定的排列方向15和在时刻t1修正的校正量来计算行进方向14，并将计算出的行进方向14输出到通知部分25。

通知部分25经由显示器显示由行进方向计算部分24计算出的行进方向14来通知使用者。此外，通知部分25不限定于行进方向14的显示，也可以经由扬声器以声音通知行进方向14。行进方向计算部分24计算出的行进方向14不仅限定于通知使用者，例如，也可以利用于汽车导航系统进行的对汽车10的位置进行校正的匹配操作等各种方式。

另外，在以上的实施方式中，说明了行进方向测定装置11与天线12和13连接的例子，但不限于此，也可以包含天线12和13。

如以上所说明的，本发明的实施方式的行进方向测定装置11计算速度向量v11的大小为规定值以上时的校正值，并使用计算出的校正值和排列方向15来计算汽车10的行进方向14。由此，关于天线12和天线13的设置没有限制，能够准确地测定行进方向14。

此外，由于使互相的天线12和13接收信号的卫星的组合相同，因此互相的天线12和13的相对的位置关系的误差变得微小，行进方向测定装置11能够以高的精度测定排列方向15。

此外，在速度向量v11的大小为规定值以上的情况下，在存在已经计算出的校正值时，基于新计算出的校正值来修正已存在的校正值，因此能够在移动中自动修正校正值，并且在汽车10停止或低速移动中时，行进方向测定装置11也不必为了计算校正值而使汽车10以规定值以上的速度移动，而且即使在天线12或13的设置位置偏移的情况下等，也可以通过新计算出的校正值来对应。而且，在修正已存在的校正值时，例如，仅在汽车直行的情况下修正已存在的校正值，或者在汽车右转或左转的情况下，根据车轮和后轮所构成的角度来修正校正值等，当然也可以考虑速度以外的汽车的行驶状态。

此外，行进方向测定装置11在速度向量v11的大小为规定值以上的情况下，将该速度向量v11的方向作为汽车10的行进方向，在速度向量的大小不超过规定值的情况下，使用校正值以及排列方向15计算行进方向14，因此不论汽车10以何种速度移动，都能够以高的精度计算行进方向14。

以上，详细说明了本发明，但上述说明在任何意义上都是用来举例而非用来限定的。应当理解在不脱离本发明的范围内可以进行很多其它的改变例子和变形例子。

产业上的可利用性

如以上这样，本发明的行进方向计算装置是测定移动体的行进方向的装置，具有关于天线的设置没有限制，并且能够准确地测定移动体的行进方向的效果，特别作为汽车或飞机等移动体中的导航系统有用。

Claims (4)

1.一种行进方向测定装置，与被设置于移动体上并从卫星接收信号的两个天线连接，其特征在于，

所述装置包括：

天线方位测定部分，基于所述两个天线分别接收到的信号来测定天线排列方位，所述天线排列方位表示从所述两个天线之一的位置观看另一个的位置的方位；

速度计算部分，基于所述两个天线分别接收到的信号，计算所述移动体的速度向量；

校正值计算部分，作为校正值，计算在由所述速度计算部分计算出的速度向量的大小为规定值以上时的速度向量的方向和所述天线排列方位所构成的角度；以及

行进方向计算部分，使用所述校正值计算部分计算出的校正值和所述天线排列方位，计算所述移动体的行进方向。

2.如权利要求1所述的行进方向测定装置，其特征在于，

在所述速度计算部分计算出的速度向量的大小为规定值以上的情况下，所述行进方向计算部分将该速度向量的方向作为所述移动体的行进方向，

在所述速度计算部分计算出的速度向量的大小不超过规定值的情况下，所述行进方向计算部分使用由所述天线方位测定部分测定的天线排列方位和由所述校正值计算部分计算出的校正值，计算所述移动体的行进方向。

3.如权利要求1所述的行进方向测定装置，其特征在于，

在所述速度计算部分计算出的速度向量的大小为规定值以上的情况下，在存在已经计算出的所述校正值时，所述校正值计算部分重新计算所述校正值，并基于新计算出的所述校正量来修正已存在的所述校正值。

4.如权利要求1所述的行进方向测定装置，其特征在于，

所述两个天线之一接收所述信号的卫星的组合与另一个接收所述信号的卫星的组合互相相同。

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