CN101135569B - 导航设备和位置检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导航设备和位置检测方法，该导航设备包括：通过基座部装配到移动物体上的主单元，主单元基于定位信息来检测移动物体的当前位置；基于移动物体的速度计算作用于移动物体的加速度的部件；观测作用于主单元的加速度的加速度传感器；计算加速度传感器相对于移动物体的装配倾斜度的部件；在没有提供定位信息时，估计移动物体的速度和位置的部件；检测主单元是否安装在基座部上的部件；以及当主单元没有安装在基座部上时，强迫上述部件停止估计所述速度的部件。

Description

导航设备和位置检测方法

技术领域

本发明涉及一种导航设备和位置检测方法，尤其适用于例如安装在车辆上的导航设备。 

背景技术

通常，导航设备从定位装置(例如，全球定位系统(GPS，Global Positioning System)卫星)接收定位信息(即，GPS信号)以计算车辆的当前位置，然后将其显示在屏幕上。然而，如专利文献1(参考日本特开2004-138553号公报)所公开的，当由于车辆行驶在隧道等里面而不能接收GPS信号时，导航设备基于加速度传感器所检测到的数据，计算车辆在车辆运动方向上的加速度，然后估计车辆的速度。导航设备随后基于所估计的速度，估计车辆的当前位置，然后将其显示在屏幕上。 

发明内容

这样，导航设备使用加速度传感器所检测到的数据以计算车辆在运动方向上的加速度。然而，这仅在加速度传感器的加速度检测轴与车辆的运动方向一致时才可以进行。 

另一方面，存在一种可以自由放在车辆中和从车辆拿出的便携式导航设备。当用户将该便携式导航设备放在并装配到车辆时，便携式导航设备的机体部(其中安装有加速度传感器)相对于车辆的倾斜度(或角度)可能不同于其它用户所装配的倾斜度。因此，加速度传感器的加速度检测轴不总是与运动方向一致。 

可能存在以下方法：导航设备基于来自GPS卫星的GPS信 号计算车辆的运动方向，然后计算加速度传感器所检测的加速度检测轴方向和车辆的运动方向之间的角度差。该角度差数据可允许导航设备计算车辆在运动方向上的加速度，以估计车辆的速度和当前位置。 

然而，由于可以从车辆拿出导航设备，因而导航设备的机体相对于车辆的相对位置和角度可能随时间而变化。如果导航设备继续依赖于相同的角度差数据，则导航设备所计算出的车辆在运动方向上的加速度的数据可能不够精确以估计车辆的速度和当前位置。 

考虑到上述几点做出了本发明，本发明旨在提供一种即使当没有正在接收定位信息时也可以精确计算移动物体的速度和当前位置的导航设备和位置检测方法。 

在本发明的一个方面，一种导航设备包括：主单元，其通过预定基座部被装配到移动物体上，其中，主单元安装在该预定基座部上，主单元基于从预定定位装置提供的定位信息，来检测移动物体的当前位置；加速度计算装置，用于基于根据定位信息计算出的移动物体的速度，计算作用于移动物体的加速度；加速度传感器，用于观测作用于主单元的加速度；装配倾斜度计算装置，用于基于移动物体的加速度和所观测到的加速度，计算加速度传感器相对于移动物体的装配倾斜度；速度估计装置，用于在没有提供定位信息时，基于所观测到的加速度和装配倾斜度，估计移动物体的速度和位置；安装检测部，用于检测主单元是否安装在基座部上；以及速度估计控制装置，用于当安装检测部检测到主单元没有安装在基座部上时，强迫速度估计装置停止估计速度。 

因此，当主单元从基座部卸下时，导航设备可以停止估计速度。这是因为导航设备先前所学习的倾斜角度对于主单元从 基座部卸下的导航设备来说是不合适的。因此，导航设备适当地估计速度和位置。 

在本发明的另一方面，一种位置检测方法包括：检测步骤，用于基于从预定定位装置提供的定位信息，来检测通过基座部装配到移动物体上的主单元的当前位置，其中，该主单元安装在基座部上；加速度计算步骤，用于基于根据定位信息计算出的移动物体的速度，计算作用于移动物体的加速度；加速度观测步骤，用于通过使用加速度传感器观测作用于主单元的加速度；装配倾斜度计算步骤，用于基于移动物体的加速度和所观测到的加速度，计算加速度传感器相对于移动物体的装配倾斜度；速度估计步骤，用于在没有提供定位信息时，基于所观测到的加速度和装配倾斜度，估计移动物体的速度和位置；安装检测步骤，用于检测主单元是否安装在基座部上；以及速度估计控制步骤，用于在安装检测步骤检测到主单元没有安装在基座部上时，强迫速度估计步骤停止估计速度。 

这样，当主单元从基座部卸下时，导航设备可以停止估计速度。这是因为导航设备先前学习的倾斜角度对于主单元从基座部卸下的导航设备来说是不合适的。因此，导航设备适当地估计速度和位置。因此，根据本发明的实施例的导航设备和位置检测方法即使当没有正在接收定位信息时，也可以精确计算移动物体的速度和当前位置。 

通过以下结合附图的详细说明，本发明的性质、原理和应用变得更加明显，在附图中，相同的附图标记表示相同的部分。 

附图说明

在附图中： 

图1是示出导航设备和支架(cradle)的结构的示意性透视 图； 

图2是示出导航设备的电路结构的示意图； 

图3是示出两个坐标轴之间的相互关系的示意性透视图； 

图4是示出角度的定义的示意图； 

图5是示出部分倾斜的道路上的车辆的车辆坐标系的示意图； 

图6是示出装配到车辆的加速度传感器的传感器坐标系的示意图； 

图7是示出GPS运行模式(学习模式)下的导航设备的结构的示意性框图； 

图8是示出当正在接收GPS信号时所进行的学习处理的过程的流程图； 

图9是示出GPS非运行模式(自主模式)下的导航设备的结构的示意性框图； 

图10是示出自主速度计算处理的过程的流程图；以及 

图11是示出自主速度计算切换处理的过程的流程图。 

具体实施方式

将参考附图详细说明本发明的实施例。 

(1)导航设备的结构

(1-1))导航设备的外观

参考图1，导航设备1通过GPS天线2从GPS卫星(未示出)接收GPS信号等以计算当前位置。这允许导航设备1在显示部3上显示通往目的地的路线、当前位置和周围地图等。 

导航设备1是可以放在车辆或用户住宅中和带出车辆或用户住宅的便携式装置。 

导航设备1设计成放置在支架(或基座)4上。另外，可以将 导航设备1带离支架4。将支架4预先装配到车辆内部的仪表板等上。因此，通过支架4可以将导航设备1自由地装配到车辆或者从车辆移除。 

顺便提及，将GPS天线2装配到车辆挡风玻璃的底部，以便天线2从在轨的GPS卫星接收GPS信号，而不影响车体等。 

(1-2)导航设备的电路结构

如图2所示，导航设备1除显示部3以外，还包括下面的组件：进行接收GPS信号等处理的GPS处理部10；运算处理部11，其在未接收到GPS信号时，基于从传感器所提供的数据计算车辆的速度；导航单元12，其基于从GPS处理部10或自主速度计算单元11所提供的数据，生成路线引导画面等将显示在显示部3上的数据；以及存储各种数据的存储部13。 

GSP处理部10通过GPS天线2从GPS卫星(未示出)接收GPS信号。基于GPS信号，GPS处理部10进行预定的位置计算处理以生成位置信息PS，然后将该位置信息PS提供给导航单元12和存储部13。GPS处理部10还基于GPS信号进行预定的速度计算处理和方向计算处理，以计算车辆的速度数据V和车辆的方向数据D，然后将这些数据提供给自主速度计算单元11和存储部13。 

作为应答，导航单元12从预定的地图存储部(未示出)读出覆盖位置信息PS的范围的地图数据。导航单元12随后生成包括具有表示当前位置的标记的地图数据的显示画面。导航单元12将该显示画面数据提供给显示部3，然后显示具有该标记的地图。 

另一方面，自主速度计算单元11连接到加速度传感器14和大气压力传感器15，其中，加速度传感器14检测三个方向(或三个轴的方向)上的加速度，而大气压力传感器15检测其周围的大 气压力。加速度传感器14观测三个轴的方向上的加速度，以生成加速度传感器观测值AD，然后将该观测值AD提供给自主速度计算单元11。大气压力传感器15检测其周围的大气压力以生成大气压力值PR，然后将该大气压力值PR提供给自主速度计算单元11。 

基于加速度传感器观测值AD和大气压力值PR，自主速度计算单元11计算车辆的速度V_t，然后将所计算出的速度数据V_t存储在存储部13中，以使得用其更新旧的数据。当由于车辆行驶在建筑物后面或行驶在隧道里面而导致GPS天线2未接收到GPS信号时，自主速度计算单元11将所存储的速度数据V_t提供给导航单元12，以使得导航单元12能够估计车辆的当前位置(后面详细说明)。 

尽管导航单元12没有从GPS处理部10接收到位置信息PS，但导航单元12仍基于从自主速度计算单元11所提供的速度数据V_t估计当前位置，然后将所估计的当前位置显示在显示部3上。 

顺便提及，便携式导航设备1的结构不同于固定到车辆的导航设备。固定的导航设备具有各种与车辆连接的配线因此不方便使用，而由于便携式导航设备1不必使用间隔根据车辆速度而变化的车辆的速度脉冲信号，因而可以将设备1容易地装配到车辆上。 

这样，当通过GPS天线2未接收到GPS信号时，导航设备1的自主速度计算单元11基于加速度传感器观测值AD和大气压力值PR计算速度V_t。因此，导航单元12可以计算(或估计)车辆的当前位置。 

(2)速度计算的方法

下面说明导航设备1的自主速度计算单元11如何计算速度V_t。

(2-1)运动方向上的加速度的计算

为了精确地计算车辆的速度V_t，优选利用自主速度计算单元11所检测到的车辆运动方向上的真实车辆加速度(还称之为“行驶方向加速度”)。 

然而，考虑到通过支架4将导航设备1装配到车辆的情况，加速度传感器14的加速度检测轴可能与车辆运动方向不一致。在这种情况下，加速度传感器14所观测到的加速度传感器观测值AD可能包括其它方向上的加速度，例如，重力加速度g或由改变方向引起的横向加速度。另外，加速度传感器14所检测到的运动方向上的加速度的增益(gain)可能改变。 

因此，如果自主速度计算单元11使用从加速度传感器14提供的加速度传感器观测值AD，则自主速度计算单元11所检测到的运动方向上的车辆加速度的数据可能变得不大准确。 

因此，自主速度计算单元11进行导航设备1、车辆和地面的坐标系之间的坐标系变换处理。另外，为了精确计算运动方向上的车辆加速度，自主速度计算单元11进行重力加速度成分和横向加速度成分的分离处理和偏移量调整处理等。 

(2-2)两个坐标轴之间的相互关系

如图3所示，为了将x-y坐标系变换成x’-y’坐标系，变换矩阵T为： 

$T=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)......\left(1\right)$

如果x-y坐标系中的位置p(cosθ，sinθ)等同于x’-y’坐标系中的位置p’(1，0)，则下面的公式表示这两个坐标系之间的相互关系：

p＝Tp′ 

p′＝T^-1·p    ......(2) 

图4示出坐标轴和转动角度的定义。当可以定义物体的前后、左右、上下时，x轴表示前后方向，而y轴表示左右方向。另外，z轴表示上下方向。将绕x轴的转动角度 

称为“倾斜角(tilt angle)φ”，而将绕y轴的转动角度θ称为“摇摆角(swingangle)θ”。另外，将绕z轴的转动角度ψ称为“旋转角(panangle)ψ”。 

(2-3)道路倾斜时的地面和车辆之间的相互关系

下面说明道路倾斜时的地面和车辆之间的相互关系。顺便提及，如果道路(或地面)不是倾斜的，则x轴表示车辆的运动方向，y轴表示与车辆的运动方向垂直的横向(水平方向)，而z轴表示垂直方向或重力加速度的方向。 

(2-3-1)地面的地面坐标系和倾斜道路的车辆坐标系

图5示出倾斜道路上的车辆的车辆坐标系：x’轴表示倾斜道路上的车辆的运动方向，y’轴表示与车辆的运动方向垂直的横向(水平方向)，而z’轴表示沿车辆高度的方向。 

在车辆处于倾斜道路上的具有x’、y’和z’轴的该车辆坐标系中，当车辆沿着x’轴上的粗体箭头行进时，向后方向上的加速度成分的符号为正。当车辆右转时，左方向上的加速度成分的符号为正。另外，车辆的上方向为重力加速度的正向。在该实施例中，如上定义正负方向。然而，它们可以根据条件而变化。 

采用地面的的地面坐标系(具有x、y和z轴)和倾斜道路上的车辆的车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)之间的欧拉角，当车辆在上下起伏的斜坡或沿运动方向倾斜的斜坡上行进时，车辆的向前和向后倾斜度可由绕y’轴的摇摆角θ来表示。另外，当车辆在沿左右方向或沿与运动方向垂直的横向(水平方向)倾斜的下降斜坡上行进时，车辆的横向倾斜度可由绕x’轴的倾 斜角φ来表示。在这种情况下，绕z’轴的旋转角ψ不表示车辆的任何倾斜度。 

(2-3-2)地面和车辆的坐标变换公式

对于地面的地面坐标系(具有x、y和z轴)和倾斜道路上的车辆的车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)，定义变换矩阵A如下： 

$A=\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}\\ 0& -\sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right)......\left(3\right)$

其中，变换矩阵A的元素中， 

$\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)$

表示绕y’轴的摇摆角θ或运动方向上的上升或下降斜坡的向前和向后倾斜度，而 

$\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}\\ 0& -\sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right)$

表示绕x’轴的倾斜角φ或沿左右方向倾斜的下降斜坡的横向倾斜度，其中，横向(水平方向)与运动方向垂直。 

在这种情况下，变换矩阵A的第一元素表示向前和向后倾斜度，而第二元素表示横向倾斜度。也就是说，向前和向后倾斜度的第一元素乘以横向倾斜度的第二元素，就好像第二元素在第一元素的后面。 

因此，地面坐标系(具有x、y和z轴)为： 

$\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)=A\·\left(\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^{\′}\end{array}\right)......\left(4\right)$

因此，在倾斜道路上的车辆的车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)中，重力加速度g为： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{gx}\′\\ \mathrm{gy}\′\\ \mathrm{gz}\′\end{array}\right)=A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)={\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}\\ 0& -\sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right)}^{-1}{\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& -\sin \mathrm{\φ}\\ 0& \sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)$              .....(5) 

$=\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\φ}& -\sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}\\ -\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{c}-g\sin \mathrm{\θ}\\ g\sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}\\ -g\cos \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)$

(2-4)车辆和加速度传感器

下面说明车辆和安装在车辆上的导航设备1中所安装的加速度传感器14之间的相互关系。 

(2-4-1)车辆的车辆坐标系和加速度传感器的传感器坐标系

图5示出了倾斜道路上的车辆的车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)，而图6示出了以特定角度(还称之为“装配角度”)装配到车辆的导航设备1中的加速度传感器14(针对三个轴的方向)的传感器坐标系。传感器坐标系具有x”、y”和z”轴。 

在装配到车辆的导航设备1中的加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴)中，绕y”轴的摇摆角θ’表示导航设备1的向上或向下方向(从用户的角度看)，而绕x”轴的倾斜角

’表示导航设备1的右下或左下方向(从用户的角度看)。另外，绕z”轴的旋转角ψ’表示导航设备1朝向坐在右座位上的驾驶员或朝向坐在左座位上的乘客的方向(从用户角度看)。

(2-4-2)车辆坐标系和传感器坐标系的坐标变换公式

对于倾斜道路上的车辆的车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)和针对三个轴的方向的加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴)，定义变换矩阵B如下： 

$B=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\φ}}^{\′}\\ 0& -\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ 0& 1& 0\\ \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)......\left(6\right)$

其中，变换矩阵B整体上表示三轴加速度传感器相对于车辆的装配角度(装配倾斜度)，并且，在变换矩阵B的元素中， 

$\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ 0& 1& 0\\ \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right)$

表示绕y”轴的摇摆角θ’或从用户的角度看所装配的传感器的向上和向下倾斜度，而 

$\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\φ}}^{\′}\\ 0& -\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\end{array}\right)$

表示绕x”轴的倾斜角φ’或从用户的角度看所装配的传感器的右下和左下倾斜度，而 

$\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

表示绕z”轴的旋转角ψ’或从用户的角度看所装配的传感器朝向驾驶员或乘客的横向倾斜度。 

在如上面的(6)公式所示的变换矩阵B中，按顺序将旋转角ψ’、摇摆角θ’和倾斜角φ’相乘。在随后的计算中保持该顺序。 

这样，在本实施例中保持该相乘顺序(即，旋转角ψ’、摇摆角θ’和倾斜角φ’)。可选地，如果可以保持不同的应用顺序，则可以应用该顺序：如果通过使用加速度传感器14支持的三个轴即x”、y”和z”轴来检测道路的横向倾斜度，则可以按顺序将倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’相乘。 

对于加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴)，如下表示倾斜道路上的车辆的车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)： 

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^{\′}\end{array}\right)=B\·\left(\begin{array}{c}{x}^{\′\′}\\ y^{\′\′}\\ z^{\′\′}\end{array}\right)......\left(7\right)$

因此，变换上面的公式(7)得到加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴)如下： 

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\′\′}\\ y^{\′\′}\\ z^{\′\′}\end{array}\right)=B^{-1}\·\left(\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^{\′}\end{array}\right)......\left(8\right)$

由于对于倾斜道路上的车辆的车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)存在上面的公式(4)，因而加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴)或公式(8)可以表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\′\′}\\ y^{\′\′}\\ z^{\′\′}\end{array}\right)=B^{-1}\·A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)......\left(9\right)$

因此，在加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴)中，重力加速度g可以表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{gx}}^{\′\′}\\ {\mathrm{gy}}^{\′\′}\\ g{z}^{\′\′}\end{array}\right)=B^{-1}\·A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)$

$={\left\{\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\φ}}^{\′}\\ 0& -\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ 0& 1& 0\\ \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)\right\}}^{-1}{\left\{\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}\\ 0& -\sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right)\right\}}^{-1}\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ 0& 1& 0\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}\\ 0& \sin {\mathrm{\φ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& -\sin \mathrm{\φ}\\ 0& \sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& -\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ 0& \sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& -\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)......\left(10\right)$

              ......(10) 

在上述重力加速度g的公式(10)中，变换矩阵B的逆矩阵B^-1表示加速度传感器14相对于车辆的倾斜度，而变换矩阵A的逆矩阵A^-1表示车辆相对于地面的倾斜度。 

如果以对于车辆的特定角度将加速度传感器14装配到车辆，该车辆位于相对于水平地面特定角度的道路上，则重力加速度g表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{gx}}^{\′\′}\\ {\mathrm{gy}}^{\′\′}\\ {\mathrm{gz}}^{\′\′}\end{array}\right)=$

$\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& -\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}-g\sin \mathrm{\θ}\\ 0\\ -g\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)......\left(11\right)$

               ......(11) 

(2-4-3)加速度传感器的运动加速度(运动方向上的加速度和横向加速度)

在加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴) 中，还将车辆运动方向上的车辆的加速度和横向加速度分别表示为αx和αy。可能存在这样的情况：道路沿向前和向后方向以及横向没有倾斜，而装配到车辆的加速度传感器14相对于车辆倾斜。在这种情况下，通过使用变换矩阵B的逆矩阵B^-1，从加速度传感器14所处的位置来看，将车辆运动方向上的车辆的加速度(还称之为“行驶方向加速度”)αx和横向加速度αy表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{z}^{\′\′}\end{array}\right)=B^{-1}\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right).....\left(12\right)$

因此，通过使用逆矩阵B^-1扩展上面的公式(12)得到： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{z}^{\′\′}\end{array}\right)={\left\{\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\φ}}^{\′}\\ 0& -\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ 0& 1& 0\\ \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& 0& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)\right\}}^{-1}\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\φ}}^{\′}+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin \mathrm{\φ}\′& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\\ \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\φ}}^{\′}+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}& -\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos {\mathrm{\φ}}^{\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\left(\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\right)+\mathrm{\αy}(-\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\φ}}^{\′}+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin {\mathrm{\φ}}^{\′})\\ \mathrm{\αx}\left(\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\right)+\mathrm{\αy}(\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\φ}}^{\′}+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin {\mathrm{\φ}}^{\′})\\ \mathrm{\αx}(-\sin {\mathrm{\θ}}^{\′})+\mathrm{\αy}\left(\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin {\mathrm{\φ}}^{\′}\right)\end{array}\right).....\left(13\right)$

             ......(13) 

顺便提及，考虑到加速车辆受向后引力影响和右转车辆受向左离心力影响的情况，为加速度传感器14的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’适当地选择正负符号。 

(2-5)加速度传感器所观测到的值

如果将加速度传感器14的传感器坐标系(具有x”、y”和z”轴)中的重力加速度g和运动加速度α的组合定义为加速度传感 器14所观测到的加速度传感器观测值A_s，则基于上面的公式(10)和(12)，可以将加速度传感器观测值A_s表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}{A}_s{x}^{\′\′}\\ A_s{y}^{\′\′}\\ A_s{z}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}g{x}^{\′\′}\\ g{y}^{\′\′}\\ g{z}^{\′\′}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{z}^{\′\′}\end{array}\right)=B^{-1}\{A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right)\}......\left(14\right)$

以下面的方式扩展上面的公式(14)得到加速度传感器观测值A_s： 

$\left(\begin{array}{c}{A}_s{x}^{\′\′}\\ A_s{y}^{\′\′}\\ A_s{z}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}g{x}^{\′\′}\\ g{y}^{\′\′}\\ g{z}^{\′\′}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{z}^{\′\′}\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& -\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{z}^{\′\′}\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ \sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& -\cos {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})+\sin {\mathrm{\ψ}}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\sin ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\cos ({\mathrm{\φ}}^{\′}+\mathrm{\φ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}-g\sin \mathrm{\θ}\\ 0\\ -g\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{\α}{z}^{\′\′}\end{array}\right)......\left(15\right)$

                  ......(15) 

(2-5-1)加速度传感器的零点偏移量和增益

对于还通过电压表示的加速度传感器观测值A_s，可能需要考虑加速度传感器14的零点偏移量OF和增益GE。 

加速度传感器14的零点偏移量OF表示在加速度传感器14不受任何加速度成分影响时在x”轴、y”轴和z”轴所生成的电压值(V)。 

加速度传感器14的增益GE表示当在加速度传感器14上例如有1g(＝9.8m/sec²)的负荷时在x”轴、y”轴和z”轴所生成的电压的变化程度(V/(m/sec²))。 

当考虑了零点偏移量OF和增益GE时，基于上面的公式(14)，加速度传感器观测值AD表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{AD}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{z}^{\′\′}\end{array}\right)=\mathrm{GE}\·\left(\begin{array}{c}{A}_s{x}^{\′\′}\\ A_s{y}^{\′\′}\\ A_s{z}^{\′\′}\end{array}\right)+\mathrm{OF}=\mathrm{GE}\·B^{-1}(A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right))+\mathrm{OF}.....\left(16\right)$

其中，加速度传感器观测值A_s的单位为m/sec²，而加速度传感器观测值AD的单位为V。 

在这种情况下，零点偏移量OF为： 

$\mathrm{OF}=\left(\begin{array}{c}\mathrm{OFx}\\ \mathrm{OFy}\\ \mathrm{OFz}\end{array}\right)......\left(17\right)$

而且，增益GE为： 

$\mathrm{GE}=\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{GEx}& 0& 0\\ 0& \mathrm{GEy}& 0\\ 0& 0& \mathrm{GEz}\end{array}\right)......\left(18\right)$

因此，当考虑了零点偏移量OF和增益GE时，加速度传感器观测值AD表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{AD}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{z}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{GEx}& 0& 0\\ 0& \mathrm{GEy}& 0\\ 0& 0& \mathrm{GEz}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s{x}^{\′\′}\\ A_s{y}^{\′\′}\\ A_s{z}^{\′\′}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{OFx}\\ \mathrm{OFy}\\ \mathrm{OFz}\end{array}\right)......\left(19\right)$

在这种情况下，在上面的公式(19)的元素中，下面的值是未知的：增益GEx、GEy和GEz、零点偏移量OFx、OFy和OFz、装配到车辆的加速度传感器14的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’、表示道路的向前或向后倾斜度的摇摆角θ、以及表示道路的横向倾斜度的倾斜角φ。 

然而，可以根据加速度传感器14的详细说明书或通过测量实际值，确定增益GEx、GEy和GEz。可以根据与导航设备1的大气压力传感器15所检测到的大气压力值PR相关联的高度信息，计算表示道路的向前或向后倾斜度的摇摆角θ。另一方 面，可以将表示道路的横向倾斜度的倾斜角φ设置为0，尽管这样可能导致某些错误。 

还可以计算重力加速度g等其它值：从GPS卫星获取GPS信号以计算当前位置的纬度，然后根据纬度-重力加速度转换表得到重力加速度g，在纬度-重力加速度转换表中，纬度度数与重力加速度的值相关联。 

另外，可以基于根据GPS信号计算出的车辆的速度，计算车辆的行驶方向加速度αx作为参考。而且，可以基于根据GPS信号计算出的车辆前进的方向和车辆的速度，计算车辆的横向加速度αy作为参考。 

结果，对于上面的公式(19)，仍未知的数有：加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及均表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。将计算这六个数。 

(2-6)加速度传感器的装配角度和零点偏移量的学习

这里，在考虑了加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz以及增益GEx、GEy和GEz时，将加速度传感器观测值AD视为“I”。而且，如下定义上面的公式(16)的元素： 

$A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ex}\\ \mathrm{Ey}\\ \mathrm{Ez}\end{array}\right)=E......\left(20\right)$

在这种情况下，上面的“I”或加速度传感器观测值AD表示如下： 

I＝GE·B^-1·E+OF    ......(21) 

顺便提及，公式中的“S_θ”和“C_θ”分别表示sinθ和cosθ。 

上面的公式(20)中的变换矩阵A的逆矩阵A^-1表示道路相 对于水平地面的向前或向后倾斜度：这可以基于与大气压力传感器15所检测到的大气压力值PR相关联的高度信息而获得。另外，如上所述，可以计算重力加速度g、行驶方向加速度αx和横向加速度αy作为参考。因此，已知上面的公式(21)中的“E”。 

通过使用如上面的公式(3)所示的变换矩阵A的逆矩阵A^-1，可以将已知的“E”变换成： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ex}\\ \mathrm{Ey}\\ \mathrm{Ez}\end{array}\right)=A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{C}_{\mathrm{\θ}}& 0& S_{\mathrm{\θ}}\\ 0& 1& 0\\ -S_{\mathrm{\θ}}& 0& C_{\mathrm{\θ}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-S_{\mathrm{\θ}}g+\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ -C_{\mathrm{\θ}}g\end{array}\right)......\left(22\right)$

因此，对于上面的公式(21)，仍未知的数有：均表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’；以及加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz。可以以下面的方式变换加速度传感器观测值AD： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{AD}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{z}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{GEx}& 0& 0\\ 0& \mathrm{GEy}& 0\\ 0& 0& \mathrm{GEz}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& -S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}& S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\\ S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}& -C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\\ -S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ex}\\ \mathrm{Ey}\\ \mathrm{Ez}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{OFx}\\ \mathrm{OFy}\\ \mathrm{OFz}\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{c}\mathrm{GEx}\{\mathrm{Ex}\left(C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\right)+\mathrm{Ey}(-S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}})+\mathrm{Ez}(S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}})\}+\mathrm{OFx}\\ \mathrm{GEy}\{\mathrm{Ex}\left(S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\right)+\mathrm{Ey}(C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}})+\mathrm{Ez}(-C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}})\}+\mathrm{OFy}\\ \mathrm{GEz}\{\mathrm{Ex}(-S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}})+\mathrm{Ey}\left(C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\right)+\mathrm{Ez}\left(C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\right)\}+\mathrm{OFz}\end{array}\right)......\left(23\right)$

              ......(23) 

对于Newton-Raphson方法，将上面的公式(23)变换成三个函数式fx、fy和fz如下： 

fx(ψ′，θ′，φ′，OFx，OFy，OFz，GEx，GEy，GEz) 

＝ADx″-GEx{Ex(C_ψ′C_θ′)+Ey(-S_ψ′C_φ′+C_ψ′S_θ′S_φ′)+Ez(S_ψ′S_φ′+C_ψ′S_θ′C_φ′)}-OFx 

＝0 

              ......(24) 

fy(ψ′，θ′，φ′，OFx，OFy，OFz，GEx，GEy，GEz) 

＝ADy″-GEy{Ex(S_ψ′C_θ′)+Ey(C_ψ′C_φ′+S_ψ′S_θ′S_φ′)+Ez(-C_ψ′S_φ′+S_ψ′S_θ′C_φ′)}-OFy 

＝0 

               ......(25) 

fz(ψ′，θ′，φ′，OFx，OFy，OFz，GEx，GEy，GEz) 

＝ADz″-GEz{Ex(-S_θ′)+Ey(C_θ′S_φ′)+Ez(C_θ′C_φ′)}-OFz 

＝0 

               ......(26) 

对于这三个函数式fx、fy和fz，在上面的公式(24)～(26)中总共有六个未知数(零点偏移量OFx、OFy和OFz、倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’)。这意味着可能不能求解这些公式。 

顺便提及，公式(24)～(26)中已知的“E”根据每秒所获取的GPS信号而变化。因此，至少两秒钟后，作为已知的“E”改变的结果，可以获得六个不同的函数式fx1、fy1、fz1、fx2、fy2和fz2。然而，除非车辆速度发生变化，否则不能获得多种函数式。因此，在车辆速度可能改变的十秒中，获取了多种函数式fx1～fxt、fy1～fyt和fz1～fzt。 

在这种情况下，函数式(fx1～fxt、fy1～fyt和fz1～fzt)的数量多于未知值的数量(即，6)。然而，考虑到检测的误差，似乎难以确定最佳可能解。因此，使用最小二乘法计算可能满足函数式(fx1～fxt、fy1～fyt和fz1～fzt)的未知数的值。 

在这种情况下，使用多维Newton Raphson方法。将基本的一维Newton Raphson方法中的变化量(variation)δ表示如下： 

$\mathrm{\δ}=x_{i+1}-x_i=-\frac{f\left(x_i\right)}{f^{\′}\left(x_i\right)}......\left(27\right)$

在Newton Raphson方法中，当变化量δ小于或等于预定收 敛阈值时，认为已获得了未知数的真解。 

变换上面的公式(27)得到： 

f′(x_i)δ＝-f(x_i)    ......(28) 

考虑到N维，还可以将公式(28)表示如下： 

因此，基于下面的公式获得变化量δ： 

也就是说，为了求解最小二乘方问题，计算上面的公式(30)的左侧中的左元素(偏导数)和其右侧(函数式)以获取变化量δ。 

通过使用所获取的变化量δ，可以如下获得未知数的解： 

$\left(\begin{array}{c}{\left({\mathrm{\ψ}}^{\′}\right)}_{i+1}\\ {\left({\mathrm{\θ}}^{\′}\right)}_{i+1}\\ {\left({\mathrm{\φ}}^{\′}\right)}_{i+1}\\ {\left(\mathrm{OFx}\right)}_{i+1}\\ {\left(\mathrm{OFy}\right)}_{i+1}\\ {\left(\mathrm{OFz}\right)}_{i+1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\left({\mathrm{\ψ}}^{\′}\right)}_i\\ {\left({\mathrm{\θ}}^{\′}\right)}_i\\ {\left({\mathrm{\φ}}^{\′}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{OFx}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{OFy}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{OFz}\right)}_i\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{\left(\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}^{\′}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{\δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{\δ}{\mathrm{\φ}}^{\′}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{\δOFx}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{\δOFy}\right)}_i\\ {\left(\mathrm{\δOFz}\right)}_i\end{array}\right)......\left(\text{31}\right)$

使用在上面的公式(31)的左侧表示的解，基于上面的公式(30)再次获取变化量δ。之后，使用所获取的变化量δ，基于上面的公式(31)再次计算未知数的解。将该处理重复预定次数。 

顺便提及，上面的公式(31)的右侧中的第一元素的初始值为： 

$\left(\begin{array}{c}{\left({\mathrm{\ψ}}^{\′}\right)}_0\\ {\left({\mathrm{\θ}}^{\′}\right)}_0\\ {\left({\mathrm{\φ}}^{\′}\right)}_0\\ {\left(\mathrm{OFx}\right)}_0\\ {\left(\mathrm{OFy}\right)}_0\\ {\left(\mathrm{OFz}\right)}_0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}0\left[\mathrm{rad}\right]\\ 0\left[\mathrm{rad}\right]\\ 0\left[\mathrm{rad}\right]\\ 2.5\left[V\right]\\ 2.5\left[V\right]\\ 2.5\left[V\right]\end{array}\right)......\left(32\right)$

对于上面的公式(32)的初始值，倾斜角(φ’)₀、摇摆角(θ’)₀和旋转角(ψ’)₀为0deg。另外，零点偏移量(OFx)₀、(OFy)₀和(OFz)₀处于2.5V的电压，其表示加速度传感器14不受加速度的影响。 

在这种情况下，根据所检测到的实际加速度，加速度传感器14所检测到的加速度传感器观测值AD可以在0～5V的范围内改变。 

上面的公式(31)的左侧示出最终解。公式(31)的右侧中的第一元素表示基于公式(31)计算出的未知数的前一解(即，学习结果)。公式(31)的右侧中的第二元素表示上面的公式(30)的变化量δ。基于公式(31)的左侧，获取所有未知数(零点偏移量OFx、OFy和OFz；以及均表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’)。 

这样，当车辆正通过GPS天线2接收GPS信号时，自主计算单元11计算这六个未知数的值：零点偏移量OFx、OFy和OFz、倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。 

在由于车辆行驶在隧道等里面而未接收到GP S信号的时间期间，自主速度计算单元11基于以下数据估计行驶方向加速度：加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz；均表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’；道路的高度差；以及加速度传感器14所观测到的其它值。然后自主速度计算单元11对所计算出的行驶方向加速度求积分以计算(或估计)车辆的速度和当前位置。 

顺便提及，上面的公式(30)～(32)中的下标“i”表示NewtonRaphson计算的重复次数。也就是说，将上面的公式(30)的右侧或(f_x1)_i表示如下： 

(f_x1)_i＝f_x1((ψ′)_i，(θ′)_i，(φ′)_i，(OFx)_i，(OFy)_i，(OFz)_i)  ......(33) 

例如，公式(30)的左侧的左元素中的 

等于利用“(ψ’)_i、(θ’)_i、(φ’)_i、(OFx)_i、(OFy)_i和(OFz)_i”替换 

的结果。 

另外，“f_x1”的下标或这种情况下的1表示处理持续的秒数，例如，10秒钟。因此，如果处理持续了10秒钟，则公式(30)的左侧中的左元素具有f_x1～f_x10、f_y1～f_y10和f_z1～f_z10。在这种情况下，矩阵具有30(＝3×10)行和6列。 

顺便提及，根据公式(31)的左侧所获得的未知数的解可能稍微偏离真解。另外，真解可能随着时间的推移而改变。因此，在该实施例中，将该设备设计成基于公式(31)重复计算例如最后几秒钟或几分钟的解，然后对这些解进行平均或平滑以获得学习的最终结果。 

(2-7)加速度传感器的自主运行

以与上面的公式(16)类似的方式，可以将加速度传感器观测值AD表示如下： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{AD}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{z}^{\′\′}\end{array}\right)=\mathrm{GE}\·B^{-1}(A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right))+\mathrm{OF}......\left(34\right)$

针对行驶方向加速度αx和横向加速度αy整理上面的公式(34)得到： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\αx}\\ \mathrm{\αy}\\ 0\end{array}\right)=B\·{\mathrm{GE}}^{-1}\{\left(\begin{array}{c}\mathrm{AD}{x}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{y}^{\′\′}\\ \mathrm{AD}{z}^{\′\′}\end{array}\right)-\mathrm{OF}\}-A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)......\left(35\right)$

将上面的公式(35)的变换矩阵B表示如下： 

$B=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}& S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\\ 0& -S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& 0& -S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\\ 0& 1& 0\\ S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& 0& C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& 0\\ -S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& 0& -S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\\ S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}& S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\\ C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}& -S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& 0\\ -S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{ccc}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& -S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\\ S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}-C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}+C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\\ C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}+S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}-S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}& C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\end{array}\right)......\left(36\right)$

将上面的公式(35)的右侧中的第二元素表示如下： 

$A^{-1}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{C}_{\mathrm{\θ}}& 0& S_{\mathrm{\θ}}\\ 0& 1& 0\\ -S_{\mathrm{\θ}}& 0& C_{\mathrm{\θ}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ -g\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-g{S}_{\mathrm{\θ}}\\ 0\\ -g{C}_{\mathrm{\θ}}\end{array}\right)......\left(37\right)$

因此，将公式(36)和(37)代入上面的公式(35)得到： 

$\frac{\mathrm{AD}{x}^{\′\′}-\mathrm{OFx}}{\mathrm{GEx}}\left(C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C_{\mathrm{\ψ}}}^{\′}\right)+\frac{\mathrm{AD}{y}^{\′\′}-\mathrm{OFy}}{\mathrm{GEy}}\left(C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}\right)+\frac{\mathrm{AD}{z}^{\′\′}-\mathrm{OFz}}{\mathrm{GEz}}(-S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}})-(-g{S}_{\mathrm{\θ}})=\mathrm{\αx}......\left(38\right)$

                  ......(38) 

$\frac{\mathrm{AD}{x}^{\′\′}-\mathrm{OFx}}{\mathrm{GEx}}({S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}-C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}})+\frac{\mathrm{AD}{y}^{\′\′}-\mathrm{OFy}}{\mathrm{GEy}}({S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}+C_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}})+\frac{\mathrm{AD}{z}^{\′\′}-\mathrm{OFz}}{\mathrm{GEz}}\left(S_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}\right)-\left(g{S_{\mathrm{\φ}}C}_{\mathrm{\θ}}\right)=\mathrm{\αy}......\left(39\right)$

               ......(39) 

$\frac{\mathrm{AD}{x}^{\′\′}-\mathrm{OFx}}{\mathrm{GEx}}(C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}})+\frac{\mathrm{AD}{y}^{\′\′}-\mathrm{OFy}}{\mathrm{GEy}}(S_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}-C_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}})+\frac{\mathrm{AD}{z}^{\′\′}-\mathrm{OFz}}{\mathrm{GEz}}\left(C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\φ}}^{\′}}\right)-(-g{C}_{\mathrm{\φ}}{C}_{\mathrm{\θ}})=0......\left(40\right)$

                ......(40) 

为了根据公式(38)计算行驶方向加速度αx，可能需要计算表示道路的向前或向后倾斜度的绕y’轴的摇摆角θ。将该摇摆角θ表示如下： 

$S_{\mathrm{\θ}}=\sin \mathrm{\θ}=-\frac{2\mathrm{\ΔH}\left[m\right]}{(V_t+V_{t-1})[m/s]\·1\left[\sec \right]}=-\frac{2\mathrm{\ΔH}}{V_t+V_{t-1}}......\left(41\right)$

其中，ΔH表示高度差，而V_t表示速度。 

该设备最终想要的是速度V_t。因此，下面说明如何获得速度V_t，而无需逐步计算其它未知数，例如，行驶方向加速度αx和表示道路的向前或向后倾斜度的摇摆角θ。 

这里，“V_t-1”表示在速度V_t的最终解之前计算出的速度的前一解。如果速度V_t是车辆在其导航设备刚刚失去了与GPS的连接时的速度，则速度V_t-1等于基于失去连接前的GPS信号所计算出的速度V_t0。 

可以将公式(38)的已知元素统一表示为β，已知的元素β为： 

$\mathrm{\β}=\frac{\mathrm{AD}{x}^{\′\′}-\mathrm{OFx}}{\mathrm{GEx}}\left(C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{C}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}\right)+\frac{\mathrm{AD}{y}^{\′\′}-\mathrm{OFy}}{\mathrm{GEy}}\left(C_{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{S}_{{\mathrm{\ψ}}^{\′}}\right)+\frac{\mathrm{AD}{z}^{\′\′}-\mathrm{OFz}}{\mathrm{GEz}}(-S_{{\mathrm{\θ}}^{\′}})......\left(42\right)$

通过使用公式(42)，可以将公式(38)变换成： 

αx＝β+gS_θ     ......(43) 

将速度V_t和行驶方向加速度αx之间的相互关系表示如下： 

V_t＝V_t-1+αx     ......(44) 

通过代入上面的公式(41)和(43)，可以将公式(44)变换成： 

$V_t=V_{t-1}+\mathrm{\αx}=V_{t-1}+\mathrm{\β}+g{S}_{\mathrm{\θ}}=V_{t-1}+\mathrm{\β}-\frac{2\mathrm{g\ΔH}}{V_t+V_{t-1}}......\left(45\right)$

针对速度V_t整理公式(45)得到： 

$V_t^2-\mathrm{\β}{V}_t-{V_{t-1}}^2-\mathrm{\β}{V}_{t-1}+2\mathrm{g\ΔH}=0......\left(46\right)$

因此，基于公式(46)，速度V_t表示如下： 

$V_t=\frac{\mathrm{\β}}{2}+\sqrt{{(\frac{\mathrm{\β}}{2}+V_{t-1})}^2-2\mathrm{g\ΔH}}......\left(47\right)$

这样，在接收到GPS信号时，自主速度计算元件11先前已经学习了下面的值：均表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’；以及加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz。在由于车辆行驶在建筑物等后面而未接收到GPS信号时，自主速度计算单元11可以基于加速度传感器观测值ADx”、ADy”和ADz”及高度差ΔH，并通过使用先前学习的数据：均表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’；以及加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz，自主地计算(或估计)行驶方向加速度αx。基于所计算出的加速度αx，计算车辆的速度(还称之为“自主速度”)V_t。 

另外，基于自主速度计算单元11计算出的自主速度V_t，即使在车辆正行驶在隧道里面且未接收到任何GPS信号时，也可以通过积分计算来计算车辆的当前位置。这使得导航设备1能够在显示部3上所显示的地图上连续显示当前位置。 

(3)自主速度计算单元的详细说明

根据上述方法，设计自主速度计算单元11。将说明自主速度计算单元11的GPS运行模式(学习模式)和GPS非运行模式(自主模式)。 

(3-1)GPS运行模式(学习模式)的自主速度计算单元的结构

图7示出自主速度计算单元11的结构。自主速度计算单元11包括中央处理单元(CPU)(未示出)。自主速度计算单元11从只读存储器(ROM)(未示出)读出基本程序和速度计算程序等各种程序，然后将它们载入随机存取存储器(RAM)(未示出)。这样，自主速度计算单元11执行这些程序以提供道路倾斜度计算部20、学习部21和自主计算部22等各种软件功能。 

可选地，自主速度计算单元11可以装备提供自主速度计算单元11的道路倾斜度计算部20、学习部21和自主计算部22的功能的硬件组件。 

自主速度计算单元11将GPS处理部10计算出的速度数据V和方向数据D提供给道路倾斜度计算部20和学习部21。在自主速度计算单元11中，大气压力传感器15检测大气压力以将大气压力值PR提供给道路倾斜度计算部20。另一方面，加速度传感器14检测加速度传感器观测值AD等各种值，然后将其提供给学习部21。 

道路倾斜度计算部20的行驶距离计算部31基于从GPS处理部10所提供的速度或速率数据V，计算车辆的行驶距离Lm，然后将其提供给向前-向后倾斜度计算部33。 

道路倾斜度计算部20的高度差计算部32将大气压力/高度表TBL预先存储在存储部13(图2)中，在大气压力/高度表TBL 中，通常大气压力的值与高度的值相关联。基于在时刻t0所检测到的大气压力值PR0和在时刻t1所检测到的大气压力值PR1，高度差计算部32从大气压力/高度表TBL读出与大气压力值PR0和PR1相对应的高度数据h0和h1。 

然后高度差计算部32通过计算车辆的高度数据h0(对应于大气压力值PR0)和车辆的高度数据h1(对应于大气压力值PR1)之间的差，计算高度差ΔH。高度差计算部32将所计算出的高度差ΔH提供给向前-向后倾斜度计算部33。 

基于从行驶距离计算部31提供的行驶距离Lm和从高度差计算部32提供的高度差ΔH，向前-向后倾斜度计算部33计算表示车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)中道路的向前或向后倾斜度的摇摆角θ，然后将其提供给学习部21的装配角度/偏移量学习部44。 

学习部21的行驶方向加速度计算部41通过对从GPS处理部10提供的速度数据V求微分，计算行驶方向加速度αx作为参考。行驶方向加速度计算部40将所计算出的加速度αx提供给装配角度/偏移量学习部44。 

角速度计算部42通过对从GPS处理部10提供的方向数据D求微分，计算角速度dD，然后将计算出的角速度dD提供给横向加速度计算部43。基于从GPS处理部10提供的速度数据V和从角速度计算部42提供的角速度dD，横向加速度计算部43计算横向加速度αy作为参考，然后将其提供给装配角度/偏移量学习部44。 

基于从加速度传感器14提供的加速度传感器观测值AD、从行驶方向加速度计算部41提供的行驶方向加速度αx和从横向加速度计算部43提供的横向加速度αy，装配角度/偏移量学习部44学习下面的值：加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和 OFz；以及均表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。 

图8示出以GPS运行模式运行的自主速度计算单元11的学习处理的过程。自主速度计算单元11从例程RT1的开始步骤开始该过程，然后进入步骤SP1。在步骤SP1，在自主速度计算单元11中，学习部21从GPS处理部10接收包括基于来自GPS卫星的GPS信号计算出的速度数据V和方向数据D的GPS数据。自主速度计算单元11随后进入步骤SP2。 

在步骤SP2，在自主速度计算单元11中，学习部21的装配角度/偏移量学习部44从加速度传感器14接收加速度传感器观测值AD，然后进入步骤SP3。 

在步骤SP3，在自主速度计算单元11中，基于道路倾斜度计算部20的行驶距离计算部31计算出的行驶距离Lm和高度差计算部32计算出的高度差ΔH，向前-向后倾斜度计算部33计算表示车辆坐标系(具有x’、y’和z’轴)中的道路的向前或向后倾斜度的摇摆角θ，然后进入步骤SP4。 

在步骤SP4，自主速度计算单元11基于附加到在步骤SP1所获得的速度信息V的标志，检查该速度信息V是否可靠。如果自主速度计算单元11判断出该速度信息V是不可靠的，则自主速度计算单元11进入步骤SP16以结束该处理。 

然而，如果自主速度计算单元11判断出该速度信息V是可靠的，则自主速度计算单元进入步骤SP5。在步骤SP5，行驶方向加速度计算部41基于从GPS处理部10提供的速度数据V计算行驶方向加速度αx作为参考，同时横向加速度计算部43基于从GPS处理部10提供的速度数据V和方向数据D，计算横向加速度αy作为参考。自主速度计算单元11随后进入步骤SP6。 

在步骤SP6，自主速度计算单元11将加速度传感器观测值AD和已知的“E”(通过上面的公式(22)表示)设置为学习输入数据。自主速度计算单元11随后进入步骤SP7。 

在步骤SP7，自主速度计算单元11比较未知值的数量和函数式的数量，以检查函数式在数量上是否超过了未知值，其中，这些函数式用于计算加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。 

如果函数式的数量少于未知值的数量，那么这意味着可能不能计算出未知数。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP16以结束该处理。 

然而，如果函数式的数量多于或等于未知值的数量，那么这意味着可以计算未知数。在这种情况下，自主速度计算单元进入步骤SP8。 

在步骤SP8，自主速度计算单元11将先前学习的(通过例程RT1学习的)数据设置到上面的公式(30)的左侧的左元素中作为初始值：先前学习的数据包括加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。自主速度计算单元11随后进入步骤SP9。 

在步骤SP9，自主速度计算单元11计算上面的公式(30)的左侧中的左元素的值(偏导数)和其右侧的值(函数值)，然后进入步骤SP10。 

在步骤SP10，自主速度计算单元11检查公式(30)的右侧中的值的总和是否小于预定收敛阈值。如果判断出值的总和小于预定收敛阈值，则自主速度计算单元11进入步骤SP15。如果不是，则自主速度计算单元11进入步骤SP11。 

在步骤SP11，由于公式(30)的右侧中的值的总和大于或等于Newton-Raphson方法的收敛阈值，因而自主速度计算单元11基于在步骤SP9计算出的偏导数和函数值计算公式(30)的左侧中的右元素的变化量δ。自主速度计算单元11随后进入步骤SP12。 

在步骤SP12，通过使用在步骤SP11计算出的变化量δ，自主速度计算单元11计算等于公式(31)的左侧的最终解：最终解包括加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。自主速度计算单元11随后进入步骤SP13。 

在步骤SP13，自主速度计算单元11检查公式(30)的左侧中的右元素的元素(变化量δ)的总和是否小于预定收敛阈值。如果判断出元素的总和小于预定收敛阈值，则自主速度计算单元11进入步骤SP15。如果不是，则自主速度计算单元11进入步骤SP14。 

在步骤SP14，自主速度计算单元11检查Newton-Raphson计算(等同于SP9～SP14的处理)的重复次数是否达到了预定重复阈值。如果判断出Newton-Raphson计算仍没有重复多于预定次数(这意味着Newton-Raphson计算仍没有达到预定重复阈值)，则自主速度计算单元11返回到步骤SP9以重复该处理。在这种情况下，在步骤SP9，自主速度计算单元11基于包括加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’的计算的前一结果，计算上面的公式(30)的左侧中的左元素的值(偏导数)和其右侧的值(函数值)。 

然而，如果在步骤SP14判断出Newton-Raphson计算已重复了多于预定次数，那么这意味着在步骤SP10或步骤SP13，尽管Newton-Raphson计算已经重复了预定次数，但函数式的值的总 和或元素(变化量δ)的总和不收敛。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP16以结束该处理，而不试图求解未知数。 

在步骤SP15，自主速度计算单元11根据公式(31)的左侧计算最后几秒钟或最后几分钟的最终解，然后平滑所计算出的最终解以获取可被认为是真解的值作为学习的最终结果。自主速度计算单元11随后进入步骤SP16以结束该处理。 

在步骤SP15代替平滑最终解，自主速度计算单元11还可以计算最终解的平均以降低计算负荷。 

(3-2)GPS非运行模式(自主模式)的自主速度计算单元的结构 

图9示出在由于车辆行驶在隧道等里面因而未接收到GPS信号时的自主速度计算单元11的结构。在这种情况下，GPS处理部10不提供速度数据V和方向数据D。大气压力传感器15将大气压力值PR提供给道路倾斜度计算部20的高度差计算部32，而加速度传感器14将加速度传感器观测值AD提供给自主计算部22的速度计算部51。 

道路倾斜度计算部20的高度差计算部32基于大气压力/高度表TBL，计算高度差ΔH，高度差ΔH是时刻t0的车辆高度(与表中的大气压力值PR0相关联)和时刻t1的车辆高度(与大气压力值PR1相关联)之间的差。高度差计算部32随后将所计算出的高度差ΔH提供给自主计算部22的速度计算部51。 

另一方面，学习部21的装配角度/偏移量学习部44将以前通过接收GPS信号所学习的提供给自主计算部22的速度计算部51：学习部21所学习的包括加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。 

使用公式(47)等，速度计算部51自主地计算(或估计)行驶方 向加速度αx以基于下面的数据计算(或估计)车辆的自主速度V_t：高度差计算部32所提供的高度差ΔH、加速度传感器14所提供的加速度传感器观测值AD、以及装配角度/偏移量学习部44所提供的先前学习的数据(加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’)。 

因此，导航单元12可以通过积分车辆的自主速度V_t，计算车辆的当前位置。因此，导航单元12即使在未接收到GPS信号时，也可以在显示部3上所显示的地图上显示车辆的当前位置。 

图10示出以GPS非运行模式运行的自主速度计算单元11的自主速度计算处理的过程。自主速度计算单元11从开始步骤开始例程RT2，然后进入步骤SP21。在步骤SP21，在自主速度计算单元11中，在基于来自GPS卫星的GPS信号计算车辆的速度V和方向数据D后，GPS处理部10将速度数据V和方向数据D作为GPS数据提供给学习部21。自主速度计算单元11随后进入步骤SP22。 

在步骤SP22，在自主速度计算单元11中，大气压力传感器15将大气压力值PR提供给道路倾斜度计算部20的高度差计算部32。自主速度计算单元11随后进入步骤SP23。 

在步骤SP23，在自主速度计算单元11中，高度差计算部32基于大气压力/高度表TBL计算高度差ΔH。自主速度计算单元11随后进入步骤SP24。 

在步骤SP24，自主速度计算单元11基于附加到在步骤SP21所获得的速度信息V的标志，检查该速度信息V是否可靠。如果自主速度计算单元11判断出该速度信息V是可靠的，那么这意味着该设备正在接收真实GPS信号，并且不需要继续 进行自主速度计算处理。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP27以结束该处理。 

然而，如果自主速度计算单元11判断出该速度信息V是不可靠的，那么这意味着该设备没有正在接收GPS信号。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP25。 

在步骤SP25，由于没有正在接收GPS信号，因而自主速度计算单元11通过使用上面的公式(43)等，基于以前通过接收GPS信号学习的(即，加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’)，估计行驶方向加速度αx，以通过积分计算来计算车辆的自主速度V_t。自主速度计算单元11随后进入步骤SP26。 

在步骤SP26，自主速度计算单元11将所计算出的自主速度数据V_t输出给导航单元12，然后进入步骤SP27以结束该处理。 

作为应答，导航单元12基于自主速度数据V_t估计车辆的当前位置，然后即使在未接收到GPS信号时也将该当前位置显示在显示部3上所显示的地图上。 

(4)导航设备、安装到支架和从支架卸下、以及所学习数据的利用

(4-1)安装和卸下的检测及自主速度的计算

如上所述，可以将导航设备1(图1)容易地安装到支架4上或者从支架4卸下，其中该支架4被装配到车辆上。 

因此，预期会发生下面的状况：用户从支架4拿走导航设备1，握住导航设备1以输入他/她的目的地等，然后将导航设备1放回到支架4。 

在从支架4卸下导航设备1后，车辆和导航设备1之间的相 对角度或加速度传感器14的装配角度(倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’)可能不同于将导航设备1放置在支架4上时的角度。 

在上面的情况下，公式(6)所定义的传感器坐标系基于如下前提：导航设备1和其加速度传感器14稳固地固定到车辆。 

因此，当在从支架4卸下导航设备1后导航设备1通过天线2未接收到GPS信号时，由于导航设备1的自主速度计算单元11(图2)可能不能使用加速度传感器14的装配角度(倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’)等先前学习的数据，因而自主速度计算单元11在计算自主速度V_t方面有困难。 

因此，导航设备1设计成检测导航设备1是否装配到支架4，以便自主速度计算单元11选择自主速度V_t的适当计算方法。 

实际上，导航设备1具有支架安装/卸下检测部16以检测导航设备1是安装到支架4上还是从支架4卸下，然后将作为结果的安装/卸下信息CD提供给自主速度计算单元11。 

如果自主速度计算单元11基于所提供的安装/卸下信息CD识别出导航设备1安装在支架4上，则在没有正通过GPS天线2接收GPS信号时，自主速度计算单元11基于先前学习的数据(表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’、以及加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz)计算自主速度V_t。这是因为保持了公式(6)所定义的传感器坐标系。 

然而，如果自主速度计算单元11基于所提供的安装/卸下信息CD识别出从支架4卸下了导航设备1，则基于即使在从支架4卸下了设备1后仍保持最近计算出的自主速度Vt的前提，在通过GPS天线2未接收到GPS信号时，自主速度计算单元11继续输出最近计算出的自主速度数据Vt(或将导航设备1放置在支架4上时由自主速度计算单元11计算出的最新的速度数据)。这是因为没有保持公式(6)所定义的传感器坐标系。 

这是因为预期车辆的速度不会突然改变。这样，作为第二最佳策略，自主速度计算单元11继续输出与根据先前学习的数据计算出的自主速度数据V_t相比准确度可能较低的前一自主速度数据V_t。 

这样，尽管准确度可能较低，但导航单元12可以继续计算当前位置。 

另外，存在以下可能性：由于支架4和导航设备1之间的障碍物、以及晃动的且稍微离开正确位置的支架4的位置等，因而每次将导航设备1安装在支架4上时，导航设备1相对于支架4的装配角度都可能发生变化。 

因此，每次将导航设备1安装到支架4上时，自主速度计算单元11都使用先前学习的数据(或者在将导航设备1从支架4卸下前由前一学习处理生成的数据)作为初始值，再次进行学习处理。 

这样，自主速度计算单元11再次进行学习处理。这补偿了装配角度的变化。另外，自主速度计算单元11设计成使用先前学习的数据作为下一学习处理的初始值。这提高了学习处理的效率。 

顺便提及，当正通过GPS天线2接收GPS信号时，导航单元12不管导航设备1是否放置在支架4上，都基于从GPS处理部10提供的位置信息PS，计算当前位置。 

这样，自主速度计算单元11检查导航设备1是安装在支架4上还是从支架4卸下了，以决定是否使用先前学习的数据。这使得自主速度计算单元11能够继续输出精确的自主速度数据V_t。 

(4-2)自主速度计算切换处理

实际上，自主速度计算单元11检查导航设备1是否安装在支架4上，并且还检查是否正在接收GPS信号，以便选择下面的其中一个处理：学习处理或自主速度计算处理。自主速度计算单 元11进行如图11所示的自主速度计算切换处理的例程RT3。 

自主速度计算单元11以特定间隔(例如，1秒)开始处理RT3。自主速度计算单元11进入步骤SP31，以基于从支架安装/卸下检测部16提供的安装/卸下信息CD，检查导航设备1是否安装在支架4上。如果自主速度计算单元11判断出导航设备1安装在支架4上，那么这意味着保持传感器坐标系。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP32。 

在步骤SP32，自主速度计算单元11基于附加到GPS处理部10根据来自GPS卫星的GPS信号计算出的速度信息V的标志，检查该速度信息V是否可靠。如果自主速度计算单元11判断出该速度信息V是可靠的，那么这意味着自主速度计算单元11可以进行学习处理。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP33。 

在步骤SP33，自主速度计算单元11基于最后几秒的安装/卸下信息CD等，检查自从将导航设备1放置在支架4上后经过了多长时间。如果自主速度计算单元11判断出：自从将导航设备1放置在支架4上后经过了相当长的时间，并且导航设备1仍处于支架4上，那么这意味着自主速度计算单元11可以继续使用先前学习的数据。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP34。 

在步骤SP34，自主速度计算单元11开始学习处理的例程RT1(图8)，以更新所学习的数据，然后进入步骤SP40以结束该处理。 

然而，如果自主速度计算单元11判断出：自从将导航设备1放置在支架4上后仍未经过相当长的时间，那么这意味着自主速度计算单元11可能需要再次学习加速度传感器14的装配角度等。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP35。

在步骤SP35，自主速度计算单元11从存储部13读出先前学习的数据或在将导航设备1从支架4卸下前计算出的数据，然后通过使用先前学习的数据作为初始值，进行学习处理的例程RT1(图8)以获得新的数据。自主速度计算单元11随后进入步骤SP40以结束该处理。 

另一方面，如果自主速度计算单元11在步骤SP32判断出该速度信息V不是可靠的，那么这意味着由于车辆行驶在隧道等里面而没有正在接收GPS信号。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP36。 

在步骤SP36，自主速度计算单元11进行自主速度计算处理的例程RT2(图10)以计算自主速度V_t，然后进入步骤SP40以结束该处理。 

另一方面，如果自主速度计算单元11在步骤SP31判断出导航设备1未在支架4上，那么这意味着没有保持传感器坐标系。在这种情况下，自主速度计算单元11在步骤SP37取消先前学习的数据后，进入步骤SP38。 

在步骤SP38，以与步骤SP32的处理类似的方式，自主速度计算单元11基于附加到GPS处理部10根据来自GPS卫星的GPS信号计算出的速度信息V的标志，检查该速度信息V是否可靠。 

如果自主速度计算单元11判断出该速度信息V是可靠的，那么这意味着由于正在接收GPS信号，因而自主速度计算单元11不必计算自主速度V_t。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP40以结束该处理。 

然而，如果自主速度计算单元11判断出该速度信息V不是可靠的，那么这意味着没有正在接收GPS信号。这意味着：由于没有如上所述保持传感器坐标系，因而可能不能根据来自加速度传感器14的加速度传感器观测值AD计算自主速度V_t。在这种情况下，自主速度计算单元11进入步骤SP39。 

在步骤SP39，自主速度计算单元11选择较新的速度数据作为自主速度数据Vt，即，最近计算出的自主速度数据Vt或从GPS处理部10获取的最新速度数据V。自主速度计算单元11随后进入步骤SP40以结束该处理。 

之后，基于从自主速度计算单元11提供的自主速度数据Vt，导航单元12计算(或估计)当前位置，然后在显示部3上显示地图信息和路线引导信息。 

(5)操作和效果

导航设备1的自主速度计算单元11基于来自支架安装/卸下检测部16的安装/卸下信息CD，检查导航设备1是否安装在支架4上。 

如果自主速度计算单元11基于所提供的安装/卸下信息CD识别出导航设备1安装在支架4上，则自主速度计算单元11在没有正通过GPS天线2接收GPS信号时，基于先前学习的数据(表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’、以及加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz)，计算自主速度Vt。 

然而，如果自主速度计算单元11基于所提供的安装/卸下信息CD识别出从支架4卸下了导航设备1，则自主速度计算单元11基于即使在从支架4卸下了导航设备1后仍保持最近计算出的自主速度Vt的前提，在通过GPS天线2未接收到GPS信号时，继续输出新近计算出的自主速度数据Vt(或将导航设备1放置在支架4上时由自主速度计算单元11计算出的最新的速度数据)。 

在这种情况下，当从支架4卸下导航设备1时，自主速度计算单元11可以识别出没有保持上面的公式(6)所定义的传感器坐标系。因此，自主速度计算单元11停止基于包括加速度传感 器14的装配角度(倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’)的先前学习的数据计算自主速度Vt。 

紧挨在支架安装/卸下检测部16检测到从支架4卸下了导航设备1之后，自主速度计算单元11就停止使用先前学习的数据。这防止了导航设备1将在用户从支架4卸下了导航设备1时对导航设备1的振动检测为车辆的加速度。 

这样，自主速度计算单元11继续输出与根据先前学习的数据计算出的自主速度数据Vt相比准确度较低的前一自主速度数据Vt。这是因为预期车辆的速度不会突然改变。 

另一方面，如果自主速度计算单元11识别出将导航设备1再次安装在支架4上，则自主速度计算单元11通过使用先前学习的数据(从支架4卸下导航设备1前通过先前的学习处理所生成的数据)作为初始值，再次进行学习处理。 

在这种情况下，设备1的装配角度可能不同于最后一次。然而，这样补偿了该差异。另外，使用先前学习的数据作为初始值提高了学习处理的效率。 

因此，即使从支架4卸下了导航设备1或者没有正在接收GPS信号，导航单元12也可以精确地计算当前位置。 

根据上述结构，导航设备1的自主速度计算单元11基于来自支架安装/卸下检测部16的安装/卸下信息CD，检查导航设备1是否安装在支架4上。如果判断出导航设备1安装在支架4上，则自主速度计算单元11可以基于先前的学习数据精确地计算自主速度Vt。然而，如果判断出从支架4卸下了导航设备1，则因为没有保持传感器坐标系，因而自主速度计算单元11停止使用先前学习的数据计算自主速度Vt。这样维持了导航单元12进行的当前位置计算的准确性。 

(6)其它实施例

在上述实施例中，当在从支架4卸下导航设备1后没有正在接收GPS信号时，自主速度计算单元11选择较新的速度数据作为自主速度数据Vt，即，自主速度计算单元11计算出的最新的自主速度数据Vt或从GPS处理部10所获取的最新的速度数据V。然而，本发明不局限于此。自主速度计算单元11可以计算卸下设备1前的速度V的变化率，以便在卸下设备1后基于该变化率调整速度数据。可选地，自主速度计算单元11可以停止输出自主速度数据Vt。这样，将自主速度计算单元11设计成在从支架4卸下导航设备1后停止使用先前学习的数据(或将导航设备1放置在支架4上时所计算出的数据)。 

而且，在上述实施例中，在将导航设备1再次安装在支架4上后，自主速度计算单元11通过使用先前学习的数据作为初始值再次进行学习处理。然而，本发明不局限于此。自主速度计算单元11可以从头开始重新启动学习处理，包括公式(16)的计算。可选地，紧挨在卸下导航设备1之后，自主速度计算单元11就可以基于先前学习的数据计算自主速度Vt。 

而且，在上述实施例中，使用Newton-Raphson方法(公式(30)～(32))来计算加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。然而，本发明不局限于此。可以使用其它计算方法来计算加速度传感器14的零点偏移量OFx、OFy和OFz、以及表示加速度传感器14相对于车辆的装配角度的倾斜角φ’、摇摆角θ’和旋转角ψ’。 

而且，在上述实施例中，公式(42)～(47)计算自主速度Vt。然而，本发明不局限于此。其它计算方法可以基于加速度传感器观测值ADx”、ADy”和ADz”计算自主速度Vt。这些方法可以不使用高度差数据ΔH。 

而且，在上述实施例中，将导航设备1装配到车辆(等同于移动物体)。然而，本发明不局限于此。可以将导航设备1装配到轮船和火车等其它移动物体。 

而且，在上述实施例中，GPS处理部10基于通过GPS天线2从GPS卫星所接收的GPS信号，计算车辆的速度数据V和方向数据D。然而，本发明不局限于此。GPS处理部10可以通过使用天顶卫星系统(quasi-zenith satellite systems)、全球导航卫星系统(GLONASS)或GALILEO等其它GPS卫星系统来计算车辆的速度数据V和方向数据D。 

而且，在上述实施例中，自主速度计算单元11执行从ROM读出的速度计算程序，以进行自主速度计算切换处理(图11中的例程RT3)。然而，本发明不局限于此。当自主速度计算单元11进行自主速度计算切换处理(例程RT3)时，可以从存储介质或通过因特网提供速度计算程序。 

而且，在上述实施例中，导航设备1包括：主单元，等同于导航设备1的机体；加速度传感器14，等同于加速度传感器；自主速度计算单元11和导航单元12，等同于速度估计装置；支架安装/卸下检测部16，等同于安装检测部；以及自主速度计算单元11，等同于加速度计算装置、装配倾斜度计算装置和速度估计控制装置。然而，本发明不局限于此。可以以不同方式配置导航设备以实现主单元、加速度计算装置、加速度传感器、装配倾斜度计算装置、速度估计装置、安装检测部和速度估计控制装置的功能。 

代替通过支架装配在车辆内部的便携式导航设备，根据本发明的实施例的方法可以应用于具有GPS系统的个人数字助理(PDA)装置、移动电话和个人计算机等。 

本技术领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其它因 素可以产生各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内即可。 

本发明包含与2006年8月31日提交日本专利局的日本JP2006-236488号专利申请相关的主题，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (12)

1.一种导航设备，包括：

主单元，其通过预定基座部被装配到移动物体上，其中，所述主单元安装在所述预定基座部上，所述主单元基于从预定定位装置提供的定位信息，来检测所述移动物体的当前位置；

加速度计算装置，用于基于根据所述定位信息计算出的所述移动物体的速度，计算作用于所述移动物体的加速度；

加速度传感器，用于观测作用于所述主单元的加速度；

装配倾斜度计算装置，用于基于所述移动物体的加速度和所观测到的加速度，计算所述加速度传感器相对于所述移动物体的装配倾斜度；

速度估计装置，用于在没有提供所述定位信息时，基于所观测到的加速度和先前计算出的所述装配倾斜度，估计所述移动物体的速度和位置；

安装检测部，用于检测所述主单元是否安装在所述基座部上；以及

速度估计控制装置，用于当所述安装检测部检测到所述主单元没有安装在所述基座部上时，强迫所述速度估计装置停止估计所述速度。

2.根据权利要求1所述的导航设备，其特征在于，

当在所述安装检测部检测到所述主单元没有安装在所述基座部上之后，没有提供所述定位信息时，所述速度估计控制装置输出所述速度估计装置估计的最新速度，并将所述最新速度视为当前速度。

3.根据权利要求1所述的导航设备，其特征在于，

当在所述安装检测部检测到所述主单元没有安装在所述基座部上之后，没有提供所述定位信息时，所述速度估计控制装置将根据所述预定定位装置提供的最近的所述定位信息计算出的最新速度视为当前速度。

4.根据权利要求1所述的导航设备，其特征在于，

当所述安装检测部检测到所述主单元没有安装在所述基座部上时，所述装配倾斜度计算装置停止计算所述装配倾斜度。

5.根据权利要求1所述的导航设备，其特征在于，

所述装配倾斜度计算装置通过基于预定初始值重复运算处理，递归地计算所述装配倾斜度，并且当将所述主单元再次安装在所述基座部上时，通过使用在从所述基座部卸下所述主单元之前计算出的前一装配倾斜度作为所述初始值，再次计算所述装配倾斜度。

6.根据权利要求1所述的导航设备，其特征在于，所述加速度计算装置用于基于根据所述定位信息计算出的所述移动物体的速度，计算所述移动物体在所述移动物体的运动方向上的加速度，以及基于根据所述定位信息计算出的所述移动物体的速度和方向，计算方向与所述移动物体的运动垂直的水平加速度，其中，

所述加速度传感器观测所述移动物体的运动加速度和重力加速度；以及

所述装配倾斜度计算装置基于根据来自预定大气压力传感器的大气压力值计算出的道路的高度差和与所述移动物体的速度相对应的行驶距离，计算所述道路在所述运动方向上的倾斜角度，然后通过使用包括所述运动方向上的加速度、所述水平加速度、所述加速度传感器观测到的值和所述倾斜角度的多维函数式，计算所述装配倾斜度，其中，所述观测到的值包括所述运动加速度和所述重力加速度。

7.一种位置检测方法，包括：

检测步骤，用于基于从预定定位装置提供的定位信息，来检测通过基座部装配到移动物体上的主单元的当前位置，其中，所述主单元安装在所述基座部上；

加速度计算步骤，用于基于根据所述定位信息计算出的所述移动物体的速度，计算作用于所述移动物体的加速度；

加速度观测步骤，用于通过使用加速度传感器观测作用于所述主单元的加速度；

装配倾斜度计算步骤，用于基于所述移动物体的加速度和所观测到的加速度，计算所述加速度传感器相对于所述移动物体的装配倾斜度；

速度估计步骤，用于在没有提供所述定位信息时，基于所观测到的加速度和先前计算出的所述装配倾斜度，估计所述移动物体的速度和位置；

安装检测步骤，用于检测所述主单元是否安装在所述基座部上；以及

速度估计控制步骤，用于在所述安装检测步骤检测到所述主单元没有安装在所述基座部上时，强迫所述速度估计步骤停止估计所述速度。

8.根据权利要求7所述的位置检测方法，其特征在于，

当在所述安装检测步骤检测到所述主单元没有安装在所述基座部上之后，没有提供所述定位信息时，所述速度估计控制步骤输出所述速度估计步骤所估计的最新速度，并将所述最新速度视为当前速度。

9.根据权利要求7所述的位置检测方法，其特征在于，

当在所述安装检测步骤检测到所述主单元没有安装在所述基座部上之后，没有提供所述定位信息时，所述速度估计控制步骤将根据所述预定定位装置提供的最近的所述定位信息计算出的最新速度视为当前速度。

10.根据权利要求7所述的位置检测方法，其特征在于，

当所述安装检测步骤检测到所述主单元没有安装在所述基座部上时，所述装配倾斜度计算步骤停止计算所述装配倾斜度。

11.根据权利要求7所述的位置检测方法，其特征在于，

所述装配倾斜度计算步骤通过基于预定初始值重复运算处理，递归地计算所述装配倾斜度，并且当将所述主单元再次安装在所述基座部上时，通过使用在从所述基座部卸下所述主单元之前计算出的前一装配倾斜度作为所述初始值，再次计算所述装配倾斜度。

12.根据权利要求7所述的位置检测方法，其特征在于，所述加速度计算步骤用于基于根据所述定位信息计算出的所述移动物体的速度，计算所述移动物体在所述移动物体的运动方向上的加速度，以及基于根据所述定位信息计算出的所述移动物体的速度和方向，计算方向与所述移动物体的运动垂直的水平加速度，其中，

所述加速度传感器观测所述移动物体的运动加速度和重力加速度；以及

所述装配倾斜度计算步骤基于根据来自预定大气压力传感器的大气压力值计算出的道路的高度差和与所述移动物体的速度相对应的行驶距离，计算所述道路在所述运动方向上的倾斜角度，然后通过使用包括所述运动方向上的加速度、所述水平加速度、所述加速度传感器观测到的值和所述倾斜角度的多维函数式，计算所述装配倾斜度，其中，所述观测到的值包括所述运动加速度和所述重力加速度。

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