CN102003961A - 速度计算装置、速度计算方法和导航装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及速度计算装置、速度计算方法和导航装置。该速度计算装置包括：垂直方向加速度检测单元，安装在移动对象上，用于检测对应于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的垂直方向的加速度；水平方向角速度检测单元，安装在移动对象上，用于检测对应于移动对象在其上移动的所述表面的不平坦性而产生的围绕与移动对象的行进方向垂直的水平轴的角速度；以及速度计算单元，用于基于所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度，计算移动对象的行进方向的速度。

Description

速度计算装置、速度计算方法和导航装置
技术领域
本发明涉及一种速度计算装置、速度计算方法和导航装置，并且例如非常适合应用于便携式导航装置。
背景技术
迄今，在导航装置中，从多个GPS(全球定位系统)卫星接收位置测量信号(下文中也称作GPS信号)以基于GPS信号计算移动对象的当前位置。
然而，在这种导航装置中，当其上安装有导航装置的移动对象进入例如隧道或地下车库时，难以从GPS卫星接收GPS信号，因此难以基于GPS信号计算移动对象的当前位置。
因此，在导航装置之中，存在这样一种导航装置，在这种导航装置中，即使当转弯(cornering)时难以接收到GPS信号时，仍能够基于与移动对象的行进方向垂直的水平方向的加速度和围绕与行进方向垂直的垂直轴的角速度计算行进方向的速度，以基于该行进方向的速度计算当前位置(例如，参照日本未审查专利申请公报No.2008-76389)。
发明内容
然而，在上述的导航装置中，在转弯时可以计算行进方向的速度，但在直行时难以计算行进方向的速度。因此，会出现如下问题：难以在全部道路环境下无误地计算行进方向的速度。
因此，期望提出一种不管道路环境如何在全部道路环境下都能够高精度地计算移动对象的速度的速度计算装置、速度计算方法和导航装置。
根据本发明的一个实施例的速度计算装置包括：垂直方向加速度检测单元，安装在移动对象上，用于检测对应于所述移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的垂直方向的加速度；水平方向角速度检测单元，安装在所述移动对象上，用于检测对应于所述移动对象在其上移动的所述表面的不平坦性而产生的围绕与所述移动对象的行进方向垂直的水平轴的角速度；以及速度计算单元，用于基于所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度，计算所述移动对象的行进方向的速度。
此外，根据本发明的一个实施例的速度计算方法包括如下步骤：检测对应于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的垂直方向的加速度；检测对应于所述移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的围绕与所述移动对象的行进方向垂直的水平轴的角速度；以及基于所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度计算所述移动对象的行进方向的速度。
另外，根据本发明的一个实施例的导航装置包括：垂直方向加速度检测单元，用于检测对应于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的垂直方向的加速度；水平方向角速度检测单元，用于检测对应于所述移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的围绕与所述移动对象的行进方向垂直的水平轴的角速度；速度计算单元，用于基于所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度计算所述移动对象的行进方向的速度；垂直方向角速度检测单元，用于计算围绕与所述行进方向垂直的垂直轴的角速度；角度计算单元，用于基于围绕垂直轴的所述角速度计算所述移动对象已旋转的角度；以及位置计算单元，用于基于由速度计算单元计算的行进方向的速度和由角度计算单元计算的所述角度来计算移动对象的位置。
结果，可以检测对应于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的垂直方向的加速度和围绕与行进方向垂直的水平轴的角速度，以基于垂直方向的加速度和围绕水平轴的角速度在全部道路环境下计算移动对象的行进方向的速度。
根据本发明的一个实施例，通过检测对应于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的垂直方向的加速度和围绕与行进方向垂直的水平轴的角速度以基于垂直方向的加速度和围绕水平轴的角速度在全部道路环境下计算移动对象的行进方向的速度，可以实现不管道路环境如何都能够在全部道路环境下高精度地计算移动对象的速度的速度计算装置、速度计算方法和导航装置。
附图说明
图1A和1B是示出当在移动对象在其上移动的起伏表面上行进时的样子的示意图。
图2是示出当在曲面上行进时的样子的示意图。
图3是示出使用速度和角度的当前位置计算方法的示意图。
图4是示出PND的整体结构的示意图。
图5是示出PND的坐标系的定义的示意图。
图6是示出PND中的传感器结构的示意图。
图7是示出PND中的电路结构的示意图。
图8是示出速度计算单元的结构的示意图。
图9是示出高度和角度的关系的示意图。
图10A和10B是示出在低速时移动对象在其上移动的表面的角度的样子的示意图。
图11A和11B是示出在高速时移动对象在其上移动的表面的角度的样子的示意图。
图12是示出在超低速时移动对象在其上移动的表面的角度的样子的示意图。
图13是示出由于支架导致的振动的样子的示意图。
图14是示出在高通滤波处理后的相加加速度和相加角速度的示意图。
图15A到15H是示出针对每4096个数据点执行傅里叶变换的相加角速度的示意图。
图16A到16H是示出针对每4096个数据点执行傅里叶变换的相加加速度的示意图。
图17A到17D是示出针对相加加速度的低通滤波的比较例的示意图。
图18A到18D是示出针对相加角速度的低通滤波的比较例的示意图。
图19是示出在低速时的前加速度和后加速度的关系的示意图。
图20A和20B是示出在中等速度和高速度时的前加速度和后加速度的关系的示意图。
图21A到21F是示出根据三种安装位置的加速度、俯仰率和速度的仿真例子的示意图。
图22是示出最大值与最小值的关系的示意图。
图23是示出速度和数据数目的关系的示意图。
图24A和24B是示出根据另一圆弧的长度的加速度和俯仰率的样子的示意图。
图25是用于描述使用速度计算处理的当前位置计算处理序列的流程图。
图26A和26B是示出加速度、角速度和速度的测量结果的例子的示意图。
图27A和27B是示出测量结果与参考的比较(1)的示意图。
图28A和28B是示出测量结果与参考的比较(2)的示意图。
图29A和29B是示出测量结果与参考的比较(3)的示意图。
图30A和30B是示出测量结果与参考的比较(4)的示意图。
图31A和31B是示出测量结果与参考的比较(5)的示意图。
图32A到32C是示出在曲面时的测量结果与参考的比较(1)的示意图。
图33A到33C是示出在曲面时的测量结果与参考的比较(2)的示意图。
图34A到34C是示出在曲面时的测量结果与参考的比较(3)的示意图。
图35A和35B是示出地图上的路径与行进轨迹的比较的示意图。
图36是示出基于安装在轻型移动对象上的PND的测量结果和GPS信号的速度和距离的比较的示意图。
图37是示出基于安装在微型厢式车上的PND的测量结果和GPS信号的速度和距离的比较的示意图。
图38是示出根据第二实施例的速度计算单元的结构的示意图。
图39A和39B是示出每个速度区的截止频率的示意图。
图40是示出基于当每个截止频率固定时的测量结果和GPS信号的速度和距离的比较的示意图。
图41是示出基于当每个截止频率变化时的测量结果和GPS信号的速度和距离的比较的示意图。
图42是示出根据另一个实施例的使用例的示意图。
具体实施方式
在下文中，将基于附图描述执行本发明的形式(下文称作“实施例”)。此外，将按下面的顺序进行说明。
1.第一实施例(导航装置、截止频率固定的例子)
2.第二实施例(导航装置、截止频率与速度对应地切换的例子)
3.其它实施例
<1.第一实施例>
[1-1.基本原理]
在本发明的实施例中，将描述使用便携式导航装置(下文中也称作PND(Personal Navigation Device，个人导航装置))作为导航装置，借助PND计算移动对象的速度和当前位置的基本原理。
[1-1-1.速度计算原理]
实际上，在道路上行进的移动对象很少在平坦道路上行进，而是在现实中在具有图1A所示的整体凹状的道路上和具有图1B所示的整体凸状的道路上行进。
这里，在移动对象的坐标系中，移动对象的前后方向由X轴表示，与X轴垂直的水平方向由Y轴表示，上下方向由Z轴表示。
当移动对象在具有凹状(图1A)的道路上行进时，例如安装在移动对象的仪表盘上的PND通过设置在PND上的三轴加速度传感器例如以50[Hz]的采样频率检测沿Z轴向下的方向上的加速度αz。
另外，PND通过设置在PND上的Y轴陀螺仪传感器以50[Hz]的采样频率检测围绕与行进方向垂直的Y轴的角速度(下文中也称作“俯仰率(pitch rate)”)ωy。
这里，在PND中，沿Z轴向下方向的加速度αz定义为正，并且当在沿移动对象随如图1A所示的凹状相对于行进方向向上移动的表面形成的想象的圆上纵向旋转时的俯仰率ωy被定义为正
在PND中，使用由三轴加速度传感器检测的加速度αz和由Y轴陀螺仪传感器检测的俯仰率ωy通过下式能够每秒50次地计算行进方向的速度V。
V＝αz/ωy...(1)
另外，当移动对象在具有凸状(图1B)的道路上行驶时，PND通过设置在PND上的三轴加速度传感器例如以50[Hz]的采样频率检测沿Z轴向上的方向的加速度αz′，并且通过设置在PND上的Y轴陀螺仪传感器例如以50[Hz]的采样频率检测围绕Y轴的俯仰率ωy′。
此外，在PND中，使用由三轴加速度传感器检测的加速度αz′和由Y轴陀螺仪传感器检测的俯仰率ωy′通过下式能够每秒50次地计算行进方向的速度V′。
V′＝αz′/ωy′...(2)
这里，为了便于说明，负的加速度αz被描述为加速度αz′，然而，实际上，三轴加速度传感器通过将加速度αz′设置为加速度αz的负值执行检测。此外，甚至关于俯仰率ωy′，相似地，负的俯仰率ωy被描述为俯仰率ωy′，然而，实际上，Y轴陀螺仪传感器通过将俯仰率ωy′设置为俯仰率ωy的负值执行检测。因此，实际上，速度V′也计算作为速度V。
[1-1-2.当前位置计算原理]
接下来，将描述基于根据上述的速度计算原理计算的速度V和Z轴旋转的角速度来计算当前位置的当前位置计算原理。
如图2所示，当移动对象例如转向左侧时，PND通过设置在PND上的Z轴陀螺仪传感器例如以50[Hz]的采样频率检测Z轴旋转的角速度(下文中称作“偏航率(yaw rate)”)ωz。
接下来，如图3所示，基于通过将采样周期(在这种情况下为0.02[s])加到前一位置P0的速度V和由陀螺仪传感器检测的偏航率ωz能够获得的角度θ，PND求得从前一位置P0到当前位置P1的变化量。此外，PND能够将该变化量加到前一位置P0来计算当前位置P1。
[1-2.PND的结构]
将描述使用本发明的上述基本原理计算移动对象的速度和当前位置的汽车导航装置的具体结构。
[1-2-1.PND的外观结构]
如图4所示，PND 1具有设置在PND 1的前表面上的显示单元2并且能够相对于显示单元2显示与例如存储在内置在PND 1中的非易失性存储器(未示出)中的地图数据对应的地图图像等。
另外，PND 1由支架3支承，支架3经由吸盘3A附贴在移动对象的仪表盘上，PND 1和支架3彼此机械和电连接。
结果，PND 1借助经由支架3从移动对象的电池提供的电源的电力进行工作，并且当与支架3分离时通过从内置电池提供的电力甚至在独立状态下工作。
这里，将PND 1安装为使显示单元2与移动对象的行进方向几乎垂直。此时，如图5所示，PND 1的坐标系是这样的：移动对象的前后方向(行进方向)由X轴表示，与X轴垂直的水平方向由Y轴表示，上下方向由Z轴表示。
在该坐标系中，移动对象的行进方向被定义为X轴的正向，右侧方向被定义为Y轴的正向，向下方向被定义为Z轴的正向。
[1-2-2.PND的传感器结构]
如图6所示，PND 1中设置有三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7。
三轴加速度传感器4适于将沿X轴的加速度αx、沿Y轴的加速度αy和沿Z轴的加速度αz作为电压值进行检测。
另外，Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7适于将围绕Y轴的俯仰率ωy、围绕Z轴的偏航率ωz和周边气压PR作为电压值进行检测。
[1-2-3.PND的电路结构]
如图7所示，PND 1的控制单元11包括通过从例如具有非易失性存储器等的存储单元12读取的基本程序对整体执行总体控制的CPU(中央处理单元)。
另外，PND 1适于根据由控制单元11从存储单元12读取的各种应用程序执行下述的速度计算处理等。
当执行速度计算处理等时，控制单元11适于起GPS处理单元21、速度计算单元22、角度计算单元23、高度计算单元24、位置计算单元25和导航单元26的作用。
在PND 1中，由GPS天线ANT从多个GPS卫星接收的GPS信号被发送至控制单元11的GPS处理单元21。
GPS处理单元21通过基于通过对多个GPS信号进行解调而获得的轨道数据和从所述多个GPS卫星到移动对象的距离数据，准确地定位移动对象的当前位置而求得当前位置数据NPD1，并且将它发送至导航单元26。
导航单元26通过从存储单元12读取包括基于当前位置数据NPD1的移动对象的当前位置的周围地图数据来显示地图图像以创建包括当前位置的地图图像并且然后将地图图像输出给显示单元2。
另外，三轴加速度传感器4以例如50[Hz]的采样频率检测加速度αx、αy和αz，将显示加速度αx、αy和αz之中的加速度αz的加速度数据AD发送至控制单元11的速度计算单元22。
Y轴陀螺仪传感器5例如以50[Hz]的采样频率检测俯仰率ωy，以将指示俯仰率ωy的俯仰率数据PD发送至控制单元11的速度计算单元22。
速度计算单元22使用式(1)基于与从三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD对应的加速度αz和与从Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰率数据PD对应的俯仰率ωy，每秒50次地计算速度V，以将指示速度V的速度数据VD发送至位置计算单元25。
Z轴陀螺仪传感器6例如以50[Hz]的采样频率检测偏航率ωz，以将指示偏航率ωz的偏航率数据YD发送至控制单元11的角度计算单元23。
角度计算单元23通过将采样周期(在这种情况下为0.02[s])加到与从Z轴陀螺仪传感器6提供的偏航率数据YD对应的偏航率ωz，计算当移动对象右转或左转时的角度θ，以将显示角度θ的角度数据DD发送至位置计算单元25。
位置计算单元25基于与从速度计算单元22提供的速度数据VD对应的速度V和与从角度计算单元23提供的角度数据DD对应的角度θ，求得如图3所示的从前一位置P0到当前位置P1的变化量。此外，位置计算单元25通过将该变化量加到前一位置P0计算当前位置P1以将显示当前位置P1的当前位置数据NPD2发送至导航单元26。
另一方面，气压传感器7例如以50[Hz]的采样频率检测周边气压PR以将显示气压PR的气压数据PRD发送至高度计算单元24。
高度计算单元24基于与从气压传感器7提供的气压数据PRD对应的气压PR计算移动对象的海拔高度以将显示高度的高度数据HD发送至导航单元26。
导航单元26适于通过基于从位置计算单元25提供的当前位置数据NPD2和从高度计算单元24提供的高度数据HD从存储单元12读取包括移动对象的当前位置的周边地图数据来显示地图图像，以创建包括当前位置的地图图像，并将地图图像输出到显示单元2。
[1-3.速度计算处理]
接下来，将具体描述速度计算单元22基于与从三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD对应的加速度αz和与从Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰率数据PD对应的俯仰率ωy来计算速度V的速度计算处理。
如图8所示，当执行速度计算处理时，速度计算单元22起数据获取单元31、高通滤波单元32、低通滤波单元33、速度计算单元34、平滑化及去噪单元35、和速度输出单元36的作用。
速度计算单元22的数据获取单元31获取从三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD和从Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰率数据PD以将加速度数据AD和俯仰率数据PD发送至高通滤波单元32。
高通滤波单元32截断从数据获取单元31提供的加速度数据AD和俯仰率数据PD的直流分量以将由此获得的加速度数据AD1和俯仰率数据PD1发送至低通滤波单元33。
低通滤波单元33针对从高通滤波单元32提供的加速度数据AD1和俯仰率数据PD1执行后面描述的低通滤波处理以将由此获得的加速度数据AD2和俯仰率数据PD2发送至速度计算单元34。
速度计算单元34针对从低通滤波单元33提供的加速度数据AD2和俯仰率数据PD2执行后面描述的速度计算处理以将由此获得的速度数据VD1发送至平滑化和去噪单元35。
平滑化和去噪单元35针对从速度计算单元34提供的速度数据VD1执行平滑化和去噪处理以将由此获得的速度数据VD发送至速度输出单元36。
速度输出单元36将从平滑化和去噪单元35提供的速度数据VD作为指示移动对象的速度V的数据发送至位置计算单元25。
如上所述，速度计算单元22适于基于从三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD和从Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰率数据PD计算移动对象的速度V。
[1-3-1.低通滤波处理]
接下来，将具体描述由低通滤波单元33针对从高通滤波单元32提供的加速度数据AD1和俯仰率数据PD1执行的低通滤波处理。
另外，在图9中示出了基于与由气压传感器7获取的气压数据PRD对应的气压PR的高度H与基于与由Y轴陀螺仪传感器5获取的俯仰率数据PD对应的俯仰率ωy的围绕Y轴的相对于水平方向的角度
Figure BSA00000212827300111
的关系。这里，角度
Figure BSA00000212827300112
将关于行进方向(X轴)的向上方向定义为正。
当从图9中的大约12001数据点(240[s])高度H突然下降时，也就是说，当移动对象沿下山道路下行时，从角度
Figure BSA00000212827300113
也从大约0.5度突然下降至大约-2.5度的事实显然可见，在高度H与角度之间存在相关关系。
如上所述，当高度H改变时，角度
Figure BSA00000212827300115
也随高度H的改变而改变，因此显然PND 1能够通过Y轴陀螺仪传感器5检测移动对象的行进方向上的路面的不平坦性。
接下来，在图10A中仅仅示出了图9中的角度另外，图10B示出了图10A中从5001数据点到6001数据点的角度
Figure BSA00000212827300117
此时，移动对象以低于20公里/小时的低速度行进。从图10B显然可见，角度
Figure BSA00000212827300118
每秒振动一次或两次。
因此，在安装在移动对象上的PND 1中，当移动对象以低于20公里/小时的低速度行进时，基于与由Y轴陀螺仪传感器5取得的俯仰率数据PD对应的俯仰率ωy的角度
Figure BSA00000212827300119
被检测为1到2[Hz]的振动。
此外，与图10A相似，在图11A中仅仅示出了图9中的角度
Figure BSA000002128273001110
在图11B中，显示了从图11A的22001数据点到23001数据点的角度
Figure BSA000002128273001111
此时，移动对象以等于或高于60公里/小时的高速度行进。
结果，在PND 1中，当移动对象以等于或高于60公里/小时的高速度行进时，基于与由Y轴陀螺仪传感器5取得的俯仰率数据PD对应的俯仰率ωy的角度
Figure BSA000002128273001112
被检测为1到2[Hz]的振动。
另外，在PND 1中，如图12所示，当移动对象以低于10公里/小时的超低速度行进时，基于与由Y轴陀螺仪传感器5取得的俯仰率数据PD对应的俯仰率ωy的角度
Figure BSA000002128273001113
也被检测为1到2[Hz]的振动。
因此，在PND 1中，当由Y轴陀螺仪传感器5检测俯仰率ωy时，与移动对象的行进速度无关，根据1到2[Hz]的振动来检测俯仰率ωy。
另外，PND 1由支架3支承，支架3经由吸盘3A附贴在移动对象的仪表盘上。如图13所示，支架3被构造为：主体部分3B设置在吸盘3A的上部，设置了PND支承部分3D，PND支承部分3D的一端由设置在主体部分3B的规定高度的支承点3C支承，以通过另一端支承PND 1。
因此，当移动对象根据移动对象在其上移动的表面的不平坦性而振动时，PND 1围绕PND支承部分3D的支承点3C在上下方向上例如以加速度αc和角速度ωc进行振动。
因此，实际上，三轴加速度传感器4检测针对由根据移动对象在其上移动的表面的不平坦性的移动对象的振动产生的Z轴方向上的加速度αz(图1)，由于围绕PND支承部分3D的支承点3C的振动而加上了加速度αc的加速度(在下文中称作“相加加速度”)αcz。
此外，Y轴陀螺仪传感器3检测针对根据移动对象在其上移动的表面的不平坦性的移动对象的振动产生的围绕Y轴的俯仰率ωy(图1)，由于围绕PND支承部分3D的支承点3C的振动而加上了角速度ωc的角速度(在下文中称作“相加角速度”)ωcy。
因此，低通滤波单元33经由数据获取单元31和高通滤波单元32获取指示相加加速度αcz的加速度数据AD1和指示相加角速度ωcy的俯仰率数据PD1。
这里，在图14中示出了在由高通滤波单元32执行高通滤波处理后的与加速度数据AD1对应的相加加速度αcz和与俯仰率数据PD1对应的相加角速度ωcy。另外，图15A到15H示出了对于图14所示的相加角速度ωcy针对每4096个数据点进行傅里叶变换的曲线图。
具体地讲，图15A是针对图14中的1到4096数据点关于相加角速度ωcy执行傅里叶变换的曲线图。如上所述，图15B、15C和15D是针对图14中的4097到8192数据点、8193到12288数据点以及12289到16384数据点，关于相加角速度ωcy执行傅里叶变换的曲线图。
另外，图15E、15F、15G和15H是针对图14中的16385到20480数据点、20481到24576数据点、24577到28672数据点以及28673到32768数据点，关于相加角速度ωcy进行傅里叶变换的曲线图。
在图15A到图15H之中，在图15C到15H中明显示出，1到2[Hz]的频率分量以及大约15[Hz]的频率分量指示大的值。
也就是说，PND 1通过Y轴陀螺仪传感器5检测根据移动对象在其上移动的表面的不平坦性以1到2[Hz]振动的俯仰率ωy、用于支承PND 1的支架3以大约15[Hz]振动的角速度ωc以及合成的相加角速度ωcy。
另一方面，图16A到16H示出了对于图14所示的相加加速度αcz针对每4096个数据点进行傅里叶变换的曲线图。
具体地讲，图16A是针对图14中的1到4096数据点关于相加加速度αcz执行傅里叶变换的曲线图。如上所述，图16B、16C和16D是针对图14中的4097到8192数据点、8193到12288数据点以及12289到16384数据点关于相加加速度αcz执行傅里叶变换的曲线图。
另外，图16E、16F、16G和16H是针对图14中的16385到20480数据点、20481到24576数据点、24577到28672数据点以及28673到32768数据点关于相加加速度αcz执行傅里叶变换的曲线图。
由于在相加角速度ωcy中产生了1到2[Hz]的频率分量和大约15[Hz]的频率分量(图15C到15H)，所以预计在相加加速度αcz中也产生1到2[Hz]的频率分量和大约15[Hz]的频率分量。
也就是说，PND 1通过三轴加速度传感器4检测将如上所述由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而以1到2[Hz]产生的加速度αz与由用于支承PND 1的支架3以大约15[Hz]产生的加速度αc进行了合成的相加加速度αcz。
因此，低通滤波单元33关于从高通滤波单元32提供的加速度数据AD1和俯仰率数据PD1执行低通滤波处理以消除大约15[Hz]的频率分量，即由于将PND 1支承在支架3上而产生的加速度αc和角速度ωc。
这里，在图17A中示出了图16H的纵轴被变换成对数轴的曲线图，在图17B、17C和17D中示出了对于28673到32768数据点针对相加加速度αcz，截止频率2[Hz]的IIR(无限脉冲响应)滤波被执行了两次、四次和六次并且然后执行傅里叶变换的曲线图。
此外，在图18A中示出了图15H的纵轴被变换成对数轴的曲线图，在图18B、18C和18D中示出了与相加加速度αcz相似针对28673到32768数据点针对相加角速度ωcy，截止频率2[Hz]的IIR滤波被执行了两次、四次和六次并且然后执行傅里叶变换的曲线图。
如图17B到17D和图18B到18D所示，在PND 1中，通过针对从高通滤波单元32提供的加速度数据AD1和俯仰率数据PD1将截止频率2[Hz]的IIR滤波执行四次以上，能够去除大约15[Hz]的频率分量。
因此，根据本实施例的低通滤波单元33针对从高通滤波器32提供的加速度数据AD1和俯仰率数据PD1将2[Hz]的截止频率的IIR滤波执行四次，以将由此获得的加速度数据AD2和俯仰率数据PD2发送至速度计算单元34。
因此，低通滤波单元33通过从相加加速度αcz中去除由于围绕支架3中的PND支承部分3B的支承点3C的振动导致的加速度αc，能够仅提取出由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的加速度αz。
因此，低通滤波单元33通过从相加角速度ωcy中去除由于围绕支架3中的PND支承部分3B的支承点3C的振动导致的角速度ωc，能够仅提取出由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的俯仰率ωy。
[1-3-2.速度计算处理]
接下来，将具体描述基于从低通滤波单元33提供的加速度数据AD2和俯仰率数据PD2，由速度计算单元34计算速度V的速度计算处理。
首先，当在位于移动对象的前侧的仪表盘上以及在位于移动对象的后侧的后玻璃附近都安装了PND 1的状态下，当移动对象以低于20公里/小时的低速度、低于60公里/小时的中等速度以及等于或高于60公里/小时的高速度行进时，在图19、20A和20B中示出了与前侧和后侧的加速度数据AD2对应的加速度αz。
这里，在图19、20A和20B中，由安装在前侧的PND 1检测的加速度αz称作前加速度，由安装在后侧的PND 1检测的加速度αz称作后加速度。
从图19、20A和20B显然可见，与移动对象的行进速度无关，后加速度的相位明显晚于前加速度的相位。相位延迟几乎与将轴距(即，移动对象的前轮轴与后轮轴之间的距离)除以行进速度的值相同。
接下来，图21A到21C示出了当将PND 1安装在移动对象的仪表盘上(对应于移动对象的仪表盘距离前轮轴的30％)、中央以及后轮轴上时指示与加速度数据AD2对应的加速度αz和与俯仰率数据PD2对应的俯仰率ωy的关系的仿真结果的例子。另外，图21D到21F示出了根据式(1)基于从图21A到21C所示的仿真结果获得的加速度αz和俯仰率ωy计算速度V的结果。
这里，在该仿真中，假定在移动对象以振幅为0.1米且波长为20米的正弦曲线移动的波状表面上，轴距为2.5米的移动对象以5米/秒的速度行进。
从图21A到21C显然可见，随着PND 1在移动对象中的安装位置向后移动，加速度αz的相位被延迟。另一方面，与PND 1在移动对象中的安装位置无关，俯仰率ωy不会产生相位偏移。
因此，如图21B所示，当PND 1安装在移动对象的中央时，在加速度αz和俯仰率ωy之间几乎没有相位差。结果，如图21E所示，使用式(1)计算的速度V几乎恒定。
然而，如图21A和21C所示，当安装PND 1的位置相对于移动对象的中央向前和向后移动时，加速度αz和俯仰率ωy之间的相位差增大。结果，如图21D和21F所示，与PND 1安装在移动对象的中央的情况(图21E)的速度V相比，由于加速度αz和俯仰率ωy之间的相位差，使用式(1)计算的速度V的误差增大。
特别地，在移动对象的速度V低于20公里/小时的低速度时，加速度αz和俯仰率ωy之间的相位差增大，从而速度V的计算误差增大。
因此，如图22所示，速度计算单元34从与(相当于从低通滤波单元33提供的加速度数据AD2的)加速度αz的前一位置P0(图3)对应的数据点Pm周围的25个数据点或75个数据点的范围中，提取最大值和最小值，作为最大加速度αz，max和最小加速度αz，min。
此外，速度计算单元34从与相当于从低通滤波单元33提供的俯仰率数据PD2的俯仰率ωy的数据点Pm周围的25个数据点或75个数据点的范围中，提取最大值和最小值，作为最大俯仰率ωy，max和最小俯仰率ωy，min。
也就是说，速度计算单元34从比在加速度αz和俯仰率ωy中能够产生的相位偏移更宽的范围中提取最大加速度αz，max和最小加速度αz，min以及最大俯仰率ωy，max和最小俯仰率ωy，min。
此外，通过使用从加速度数据AD2提取的最大加速度αz，max和最小加速度αz，min以及从俯仰率数据PD2提取的最大俯仰率ωy，max和最小俯仰率ωy，min来修改上述式(1)的下面的式(3)，速度计算单元34计算前一位置P0(图3)的行进方向的速度V，以将由此获得的速度数据VD1发送至平滑化和去噪单元35。
V＝{αz，max-αz，min}/{ωy，max-ωy，min}...(3)
也就是说，即使当在加速度αz和俯仰率ωy中产生了相位差时，速度计算单元34也能够使用式(3)计算速度V而不受相位差的影响。
另外，如图23所示，当计算前一位置P0处的行进方向的速度V时，如果在加速过程中，当所述前一位置之前的位置(未示出)的速度(下文中称作前值速度)Vn-1为从0公里/小时到35公里/小时时，速度计算单元34使用25个数据点的范围，当前值速度Vn-1超过35公里/小时时，速度计算单元34使用75个数据点的范围。
此外，当计算前一位置P0处的行进方向上的速度V时，如果在减速过程中，当前值速度Vn-1为从35公里/小时到25公里/小时时，速度计算单元34使用75个数据点的范围，当前值速度Vn-1低于25公里/小时时，速度计算单元34使用25个数据点的范围。
因此，当根据速度V提取最大加速度αz，max和最小加速度αz，min以及最大俯仰率ωy，max和最小俯仰率ωy，min时，速度计算单元34将数据范围改变成25个数据点或75个数据点。
此时，由于当移动对象的速度V是例如25公里/小时以下的低速度时由于移动对象在其上移动的表面的微妙变化而使得加速度αz和俯仰率ωy迅速变化，所以速度计算单元34将数据范围设置得狭窄以对应于迅速变化。
此外，由于当移动对象的速度V是35公里/小时以上时移动对象的悬架的影响大并且加速度αz和俯仰率ωy缓慢变化，所以速度计算单元34将数据范围设置得宽以对应于缓慢变化。
如上所述，通过改变最大加速度αz，max、最小加速度αz，min、最大俯仰率ωy，max、最小俯仰率ωy，min、以及当根据移动对象的行进速度V进行提取时的数据范围，速度计算单元34能够反映移动对象在其上移动的表面或者移动对象依赖速度V的情况，这能够提高速度V的计算精度。
另外，当提取最大加速度αz，max、最小加速度αz，min、最大俯仰率ωy， max以及最小俯仰率ωy，min时，速度计算单元34保持在加速和减速时改变数据范围的迟滞性。
结果，速度计算单元34不需要在当在计算速度V时的数据范围内不能够保持迟滞性的情况下产生的数据范围的改变速度附近，频繁地改变数据范围。因此，速度计算单元34能够消除由于频率改变而产生的速度V的计算误差，并且由此能够进一步提高速度V的计算精度。
[1-3-3.平滑化和去噪处理]
接下来，将具体描述由平滑化和去噪单元35执行的针对由速度计算单元34计算的速度数据VD1的平滑化和去噪处理。
首先，平滑化和去噪单元35适于执行对于从速度计算单元34提供的速度数据VD1而言截止频率可变的一次IIR的低通滤波处理。
具体地讲，当计算前一位置P0处的行进方向上的速度V时，平滑化和去噪单元35基于前值速度Vn-1确定截止频率。
这里，在PND 1中，当移动对象的行进速度是例如60公里/小时以上的高速度时，由速度计算单元34计算的速度V包括了大量噪声，从而速度V的差增大。因此，当前值速度Vn-1等于或大于60公里/小时时，平滑化和去噪单元35使用设置了小截止频率的低通滤波器。
相反，当前值速度Vn-1小于60公里/小时时，平滑化和去噪单元35使用设置了大截止频率的低通滤波器。
另外，在由速度计算单元34计算的速度V是例如10公里/小时以下的超低速度的情况下，作为式(1)或(3)的分母值的俯仰率ωy小。结果，可想到使用式(1)或(3)计算的速度V变得远大于实际值。
因此，平滑化和去噪单元35从低通滤波单元33获取执行了低通滤波处理的加速度数据AD2和俯仰率数据PD2。当与俯仰率数据PD2对应的俯仰率ωy小于规定阈值时，判断速度V过大，从而使在进行了低通滤波处理后的速度V为零。
另一方面，如图24A所示，在移动对象在其上移动的表面的不平坦处的圆弧B1大于移动对象的轴距W的情况下，PND 1使用上述的基本原理能够准确地计算速度V。
然而，如图24B所示，例如，在移动对象在其上移动的表面的不平坦处的圆弧B2小于移动对象的轴距W的情况下，当移动对象的前轮跨过该不平坦处时，产生关于移动对象的垂直方向的加速度αb以及以移动对象的后轮为中心的围绕Y轴的角速度ωb。
此时，PND 1通过三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测加速度αb和角速度ωb(图24B)，而不检测根据移动对象在其上移动的表面的不平坦性的1到2[Hz]的振动产生的加速度αz和俯仰率ωy(图24A)。
这里，加速度αb取大于当移动对象在其上移动的表面的不平坦处的圆弧B1大于移动对象的轴距W时产生的加速度αz的值，角速度ωb也取大于当移动对象在其上移动的表面的不平坦处的圆弧B1大于移动对象的轴距W时产生的俯仰率ωy的值。
此外，假定使用式(1)或(3)基于当移动对象在其上移动的表面的不平坦处的圆弧B2小于移动对象的轴距W时产生的加速度αb和角速度ωb计算的速度(下文中，称作“小弧速度”)是速度Vb。
由于上述的加速度αb比角速度ωb更大地变化，所以速度Vb取远大于使用式(1)或(3)基于当移动对象在其上移动的表面的不平坦处的圆弧B1大于移动对象的轴距W时产生的加速度αz和俯仰率ωy计算的速度V的值。
因此，当移动对象在其上移动的表面的不平坦处的圆弧B2小于移动对象的轴距W时，PND 1的速度计算单元11可以通过使用加速度αb和角速度ωb计算小弧速度Vb来计算速度V作为过大值。
因此，平滑化和去噪单元35从低通滤波单元33获取执行了低通滤波处理的加速度数据AD2和俯仰率数据PD2以判断与加速度数据AD2对应的加速度αz和与俯仰率数据PD2对应的俯仰率ωy是否大于规定阈值。
此外，当与加速度数据AD2对应的加速度αz和与俯仰率数据PD2对应的俯仰率ωy大于规定阈值时，平滑化和去噪单元35判断速度V过大，从而使用前值速度Vn-1而不使用执行低通滤波处理后的速度V。也就是说，当在超低速度期间以外速度V取过大值时，速度V不正确的可能性很高，所以平滑化和去噪单元35使用前值速度Vn-1。
如上所述，当执行低通滤波处理后的速度V是过大值时，平滑化和去噪单元35通过在超低速时使速度为0以及在除此以外的时间使前值速度Vn-1为速度V，能够更加准确地计算速度V。
[1-4.使用速度计算处理的位置计算处理序列]
接下来，将使用图25的流程图描述PND 1的控制单元11使用上述的速度计算处理计算当前位置的位置计算处理序列。
实际上，控制单元11从例程RT1的开始步骤进入，移动到步骤SP1，通过速度计算单元22的数据获取单元31获取由三轴加速度传感器4检测的加速度数据AD和由Y轴陀螺仪传感器5检测的俯仰率数据PD，然后移动到下一个步骤SP2。
在步骤SP2中，控制单元11通过速度计算单元22的高通滤波单元32针对加速度数据AD和俯仰率数据PD执行高通滤波处理，然后移动到下一个步骤SP3。
在步骤SP3中，控制单元11通过速度计算单元22的低通滤波单元33针对执行了高通滤波处理的加速度数据AD1和俯仰率数据PD1，执行低通滤波处理，其是截止频率例如为1[Hz]的四次IIR滤波，然后移动到下一个步骤SP4。
在步骤SP4中，控制单元11基于执行了低通滤波处理的与加速度数据AD2对应的加速度αz和与俯仰率数据PD2对应的俯仰率ωy使用式(3)，由速度计算单元22的速度计算单元34计算速度V，然后移动到下一个步骤SP5。
在步骤SP5中，控制单元11针对指示在步骤SP4中计算的速度V的速度数据VD执行平滑化和去噪处理。
具体地讲，控制单元11针对指示在步骤SP4中计算的速度V的速度数据VD1以可变截止频率执行低通滤波处理。
此外，当执行低通滤波处理后的速度V被判断为过大值时，控制单元11在例如低于10公里/小时的超低速度时将0设置成速度V并且在与除此之外的时间将前值速度Vn-1设置成速度V，然后移动到下一个步骤SP6。
在步骤SP6中，控制单元11通过角度计算单元23获取由Z轴陀螺仪传感器6检测的偏航率数据YD，然后移动到下一个步骤SP7。
在步骤SP7中，控制单元11使用角度计算单元23计算角度数据DD，其中通过将0.02[秒](采样周期)加到与偏航率数据YD对应的偏航率ωz来指示角度θ，然后移动到下一个步骤SP8。
在步骤SP8中，控制单元11基于在步骤SP5中执行了平滑化和去噪处理的速度数据VD和在步骤SP8中计算的角度数据DD，计算当前位置数据NPD2，然后移动到下一个步骤SP9。
在步骤SP9中，控制单元11基于从位置计算单元25提供的当前位置数据NPD2从存储单元12读取包括移动对象的当前位置的周边地图数据，创建包括当前位置的地图图像，然后将地图图像输出到显示单元2，然后移动到下一个步骤SP10以完成处理。
[1-5.测量结果]
在图26到图37中示出了通过上述的速度计算处理计算的测量结果。另外，图26到图35示出了安装在轿车上的PND 1的测量结果，图36和图37示出了安装在小型车和微型厢式车类型的移动对象上的PND 1的测量结构。
图26A示出了与由三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测的加速度数据AD和俯仰率数据PD对应的加速度αz和俯仰率ωy，图26B示出了通过式(3)使用加速度αz和俯仰率ωy计算的速度V。
从图26A和图26B显然可见，在PND 1中，加速度αz随着移动对象的速度V的增大而增大，而俯仰率ωy取几乎均匀的值。
接下来，图27到图31示出了由PND 1执行速度计算处理而计算的速度V和使用速度V计算的距离D的曲线图，以及为了与速度V和距离D进行比较的从安装有PND 1的移动对象的移动对象速度脉冲计算的速度Vref和使用速度Vref计算的距离Dref的曲线图。此外，图27到图31示出了安装有PND 1的移动对象在不同道路上行进的情况的曲线图。
此外，这里，从速度脉冲计算的速度也称作参考速度，使用参考速度的距离也称作参考距离。
图27A示出了使用本发明的速度计算处理计算的速度V和使用速度V计算的距离D，图27B示出了用于与图27A所示的速度V和距离D进行比较的参考速度Vref和参考距离Dref。
如图27A和27B所示，速度V与参考速度Vref具有非常相似的关系，从而基于速度V计算的距离D相对于参考距离Dref仅具有小于10％的误差。
此外，图28A示出了使用本发明的速度计算处理计算的速度V和使用速度V计算的距离D，图28B示出了用于与图28A所示的速度V和距离D进行比较的参考速度Vref和参考距离Dref。
另外，图29A示出了使用本发明的速度计算处理计算的速度V和使用速度V计算的距离D，图29B示出了用于与图29A所示的速度V和距离D进行比较的参考速度Vref和参考距离Dref。
此外，图30A示出了使用本发明的速度计算处理计算的速度V和使用速度V计算的距离D，图30B示出了用于与图30A所示的速度V和距离D进行比较的参考速度Vref和参考距离Dref。
此外，图31A示出了使用本发明的速度计算处理计算的速度V和使用速度V计算的距离D，图31B示出了用于与图31A所示的速度V和距离D进行比较的参考速度Vref和参考距离Dref。
即使当移动对象在不同道路上行进时，以与图26A所示的速度V相同的方式，图27A到31A所示的速度V与图27B到31B所示的参考速度Vref具有非常相似的关系，从而基于速度V计算的速度D相对于参考距离Dref仅具有小于10％的误差。
接下来，图32A示出了由PND 1使用速度计算处理计算的速度V和距离D的曲线图，图32B示出了参考速度Vref和从参考速度Vref计算的参考距离Dref的曲线图。另外，图32C示出了由PND 1的Z轴陀螺仪传感器6检测的偏航率ωz的曲线图。
这里，图32C所示的偏航率ωz指示：当该值超过大约20[度/秒]时，移动对象向右转；当该值低于大约-20[度/秒]时，移动对象向左转。
因此，如图32C所示，即使当右转和左转连续重复多次时，由PND 1计算的速度V(图32A)与参考速度Vref(图32B)仍具有非常相似的关系，从而基于速度V计算的距离D相对于参考距离Dref也仅具有低于10％的误差。
另外，图33A示出了当在与图32A不同的道路上行进时由PND 1使用速度计算处理计算的速度V和距离D的曲线图，图33B示出了参考速度Vref和从参考速度Vref计算的参考距离Dref的曲线图。另外，图33C示出了由Z轴陀螺仪传感器6检测的偏航率ωz的曲线图。
此外，图34A示出了当在与图32A和33A不同的道路上行进时由PND 1使用速度计算处理计算的速度V和距离D的曲线图，图34B示出了参考速度Vref和从参考速度Vref计算的参考距离Dref的曲线图。另外，图34C示出了由Z轴陀螺仪传感器6检测的偏航率ωz的曲线图。
基于这些结果，即使当移动对象在多种曲面上行进时，由PND 1计算的速度V与参考速度Vref也显然具有非常相似的关系，从而基于速度V计算的距离D相对于参考距离Dref也仅具有低于10％的误差。
接下来，图35B示出了当移动对象从图35A所示的地图的起点S沿路径K行进到终点G时描绘由安装在移动对象上的PND 1计算的当前位置的行进轨迹T。
如上所述，行进轨迹T(图35B)与移动对象行进的路径K(图35A)具有大约相同的大小并且具有与之相似的关系。因此，PND 1能够基乎准确地计算当前位置。
接下来，图36以重叠方式示出了由安装在轻型移动对象上的PND1计算的速度V和距离D、以及用于与速度V和距离D进行比较的基于经由GPS天线ANT接收的GPS信号计算的速度Vg和从速度Vg计算的距离Dg。
此外，基于经由GPS天线ANT接收的GPS信号计算的速度称作GPS速度，并且从GPS速度计算的距离称作GPS距离。
另外，图37以重叠方式示出了由安装在微型厢式车类型的移动对象上的PND 1计算的速度V和距离D、以及用于与速度V和距离D进行比较的基于GPS信号计算的GPS速度Vg和从GPS速度Vg计算的GPS距离Dg。
如图36和图37所示，在具有不同尺寸(即不同轴距)的多个移动对象中，在本发明的实施例中由PND 1计算的速度V与GPS速度Vg具有非常相似的关系，从而基于速度V计算的距离D相对于GPS距离Dg也仅具有低于10％的误差。
此外，在图36和图37中，当移动对象例如进入隧道从而难以接收GPS信号时，GPS速度Vg被计算为0。
[1-6.操作和效果]
在上述的结构中，PND 1通过三轴加速度传感器4检测由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的、与移动对象的行进方向垂直的Z轴方向的加速度αz，并且通过Y轴陀螺仪传感器5检测由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的围绕与行进方向垂直的Y轴的俯仰率ωy。
此外，PND 1根据式(1)或(3)基于由三轴加速度传感器4检测的加速度αz和由Y轴陀螺仪传感器5检测的俯仰率ωy计算速度V。
因此，即使当难以接收到GPS信号时，通过仅使用三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5的简单结构，PND 1仍能够在全部道路环境下准确地计算移动对象的速度V。
另外，由于PND 1不需要执行将从移动对象传送速度脉冲信号的线缆有意地连接到用户的复杂操作，所以能够提高使用率。
此外，PND 1通过Z轴陀螺仪传感器6检测围绕与移动对象的行进方向垂直的Z轴的偏航率ωz以基于速度V和偏航率ωz计算当前位置。
结果，即使当难以接收到GPS信号时，通过仅设置三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5和Z轴陀螺仪传感器6的简单结构，PND1仍能够在全部道路环境下准确地计算移动对象的当前位置。
另外，当计算速度V时，PND 1针对加速度数据AD1和俯仰率数据PD1执行低通滤波处理。因此，PND 1能够去除由支架3产生的例如以大约15[Hz]进行振动的加速度αc和角速度ωc的分量，所述分量的频率相对于由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的以1到2[Hz]进行振动的加速度αz和俯仰率ωy足够大。
结果，PND 1使用去除了由支架3产生的振动分量的加速度αz和俯仰率ωy能够更加准确地计算速度V。
另外，PND 1从以加速度αz的数据点Pm为中心的25个数据点或75个数据点的范围中提取最大加速度αz，max和最小加速度αz，min，并且从以俯仰率ωy的数据点Pm为中心的25个数据点或75个数据点的范围中提取最大俯仰率ωy，max和最小俯仰率ωy，min。
此外，PND 1通过式(3)使用最大加速度αz，max、最小加速度αz，min以及最大俯仰率ωy，max和最小俯仰率ωy，min计算速度V。
结果，PND 1使用比根据PND 1在移动对象中的安装位置而改变的加速度αz和俯仰率ωy的相位差更宽的范围的数据点，这能够去除上述的加速度αz和俯仰率ωy的相位差的影响。
另外，当通过式(3)基于加速度αz和俯仰率ωy计算的速度V是大值时，PND 1通过在超低速度时使速度V为0并且在除此之外的时间使速度V为前值速度Vn-1，能够进一步准确地计算速度V。
利用上述的结构，根据第一实施例的PND 1通过检测由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的Z轴方向的加速度αz和由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的围绕Y轴的俯仰率ωy，以使用加速度αz和俯仰率ωy计算速度V，能够在全部环境下准确地计算速度V。
<2.第二实施例>
第二实施例的PND 50(图4到图7)与第一实施例的PND 1的不同之处在于它具有速度计算单元52以替代速度计算单元22，但是其它部分具有与第一实施例相同的结构。
[2-1.速度计算处理]
如图38所示(与图8对应的部分由相同标号表示)，速度计算单元52上设置了高通滤波单元62和低通滤波单元63，以替代高通滤波单元32和低通滤波单元33。另外，在速度计算单元52上设置截止频率设置单元67，但是其它部分具有与速度计算单元22相同的结构。
高通滤波单元62被改动从而使得在高通滤波单元32中固定的截止频率(下文中，称作高通截止频率FH)被设置为可以通过截止频率设置单元67改变成各种值。
另外，低通滤波单元63被改动从而使得在低通滤波单元33中固定的截止频率(下文中，称作低通截止频率FL)被设置为可以通过截止频率设置单元67改变成各种值。
如图39A和39B所示，截止频率设置单元67存储表TBL1和TBL2，表TBL1和TBL2中分别登记了高通截止频率FH和低通截止频率FL。
在表TBL1中，移动对象的速度V被划分成四个速度区，即第一速度区、第二速度区、第三速度区和第四速度区，并且不同的高通截止频率FH被相应地加到每个速度区。
另外，表TBL2关于移动对象的速度V，被相似地划分成第一到第四速度区，并且不同的低通截止频率FL被相应地加到每个速度区。
另外，在表TBL1和TBL2中，在加速和减速时，第一速度区、第二速度区、第三速度区和第四速度区中的速度V的范围彼此不同。
具体地讲，第一速度区、第二速度区、第三速度区和第四速度区的对应速度V在加速时分别是0-25、25-45、45-65、和65以上[公里/小时]，并且在减速时分别是0-20、20-40、40-60和60以上[公里/小时]。
结果，与速度计算单元34中的数据范围的情况相同，表TBL1和TBL2具有关于速度V的迟滞性。
另外，截止频率设置单元67在其存储器中存储前值速度Vn-1(上上次的速度V)并且通过将前值速度Vn-1与前一速度V进行比较，能够判断是在加速期间还是在减速期间。
实际上，当从平滑化和去噪单元35获取前一速度V时，截止频率设置单元67将前值速度Vn-1与前一速度V进行比较，以判断是在加速期间还是在减速期间。
接下来，截止频率设置单元67从表TBL1和TBL2中读取根据判断结果(即，加速期间和减速期间之一)和速度V的速度区的高通截止频率FH和低通截止频率FL，以提供给高通滤波单元62和低通滤波单元63。
高通滤波单元62将从截止频率设置单元67提供的高通截止频率FH设置为截止频率。接下来，与高通滤波单元32(图8)相似，高通滤波单元62截断加速度数据AD和俯仰率数据PD的直流分量并且创建加速度数据AD1和俯仰率数据PD1以将其发送至低通滤波单元63。
低通滤波单元63将从截止频率设置单元67提供的低通截止频率FL设置为截止频率。接下来，与低通滤波单元33(图8)相似，低通滤波单元63截断加速度数据AD1和俯仰率数据PD1的高频分量并且创建加速度数据AD2和俯仰率数据PD2以将其发送至速度计算单元34。
结果，在加速度数据AD2和俯仰率数据PD2中，仅提取了取决于前一速度V夹在高通截止频率FH与低通截止频率FL之间的频率分量。
如上所述，根据第二实施例的速度计算单元52通过设置根据前一速度V而改变的高通截止频率FH和低通截止频率FL，改变作为加速度数据AD2和俯仰率数据PD2提取的频带分量。
[2-2.测量结果]
接下来，关于由根据第一实施例的速度计算单元22固定各截止频率以创建速度数据VD的情况和由根据第二实施例的速度计算单元52改变各截止频率同时创建速度数据VD的情况二者，执行速度V和距离D的测量测试。在图40和图41中分别示出了此时的测量结果。
此外，与图26到图37所示的情况不同，测量测试有意使支架3对于移动对象的附接状态不完全并且在容易产生误差的状态下执行。
图40以重叠方式示出了由各截止频率为固定的速度计算单元22计算的速度V和距离D以及用于与速度V和距离D进行比较的基于GPS信号计算的GPS速度Vg和从GPS速度Vg计算的GPS距离Dg。
另外，图41以重叠方式示出了由各截止频率根据速度V而改变的速度计算单元52计算的速度V和距离D以及用于与速度V和距离D进行比较的基于GPS信号计算的GPS速度Vg和从GPS速度Vg计算的GPS距离Dg。
从图40和图41显然可见，与各截止频率被固定的情况相比，通过根据速度V改变各截止频率，减小了速度V与GPS速度Vg的误差以及距离D与GPS距离Dg的误差。
[2-3.操作和效果]
在上述的结构中，与第一实施例相似，根据第二实施例的PND 50通过三轴加速度传感器4检测由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的、与移动对象的行进方向垂直的Z轴方向的加速度αz，并且通过Y轴陀螺仪传感器5检测由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的围绕与行进方向垂直的Y轴的俯仰率ωy。
此外，PND 50根据式(1)或(3)基于由三轴加速度传感器4检测的加速度αz和由Y轴陀螺仪传感器5检测的俯仰率ωy计算速度V。
因此，与第一实施例相似，即使当难以接收到GPS信号时，通过仅使用三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5的简单结构，PND50能够在全部道路环境下准确地计算移动对象的速度V。
此外，速度计算单元52通过设置根据前一速度V而改变的高通截止频率FH和低通截止频率FL，改变作为加速度数据AD2和俯仰率数据PD2提取的频带分量。
结果，PND 50能够减小包括在速度V和距离D中的误差，与各截止频率被固定的第一实施例相比，这能够显著提高当前位置的计算精度。
利用上述的结构，与第一实施例相似，通过检测由于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的Z轴的方向的加速度αz和围绕Y轴的俯仰率ωy并且同时根据使用加速度αz和俯仰率ωy的测量改变各截止频率以计算速度V，根据第二实施例的PND 50能够在全部环境下准确地计算速度V。
<3.其它实施例>
另外，在上述的实施例中，当计算速度V时，使用式(3)基于从与加速度数据AD2相当的加速度αz提取的最大加速度αz，max和最小加速度αz，min以及从与角速度数据DD2相当的俯仰率ωy提取的最大俯仰率ωy， max和最小俯仰率ωy，min来计算速度V。
然而，本发明不限于此，速度计算单元34需要求得在例如与相当于从低通滤波单元33提供的加速度数据AD2的加速度αz和相当于俯仰率数据PD2的俯仰率ωy的前一位置P0对应的数据点Pm周围的25个数据点或75个数据点的散布(dispersion)。此外，速度计算单元34可以通过将加速度αz的散布除以俯仰率ωy的散布来计算速度V。
或者，速度计算单元34需要在与相当于从低通滤波单元33提供的加速度数据AD2的加速度αz和相当于俯仰率数据PD2的俯仰率ωy的前一位置P0对应的数据点Pm周围的25个数据点或75个数据点的范围的偏差。此外，速度计算单元34可以通过将加速度αz的偏差除以俯仰率ωy的偏差来计算速度V。
另外，在上述的实施例中，已经描述了通过三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5和Z轴陀螺仪传感器6以50[Hz]的采样频率测量加速度αx、αy和αz、俯仰率ωy和偏航率ωz的情况。然而，本发明不限于此，并且三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5和Z轴陀螺仪传感器6可以按与50[Hz]不同的例如10[Hz]等的规定采样频率检测加速度αx、αy和αz、角速度ωy和角速度ωz。
另外，在上述的实施例中，已经描述了使用以50[Hz]的采样频率检测的加速度αz和俯仰率ωy来计算速度V的情况。然而，本发明不限于此，并且PND 1的速度计算单元22可以例如针对以50[Hz]的采样频率检测的加速度αz和俯仰率ωy的每25个数据点获取平均值，以使用加速度αz和俯仰率ωy的平均值计算速度V。
在这种情况下，PND 1的速度计算单元22通过例如针对以50[Hz]的采样频率检测的加速度αz和俯仰率ωy的每25个数据点获取平均值，每秒计算速度V仅两次。结果，PND 1的控制单元11能够减小关于速度计算处理的处理负载。
另外，在上述的实施例中，已经描述了通过高通滤波单元22对由三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测的加速度数据AD和俯仰率数据PD执行高通滤波处理的情况。然而，本发明不限于此，并且PND 1可不对由三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测的加速度数据AD和俯仰率数据PD执行高通滤波处理。
此外，在上述的实施例中，已经描述了通过高通滤波单元22和低通滤波单元23对由三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测的加速度数据AD和俯仰率数据PD执行高通滤波处理和低通滤波处理的情况。然而，本发明不限于此，并且除了高通滤波处理和低通滤波处理以外，PND 1还可以对加速度数据AD和俯仰率数据PD执行移动平均滤波处理。另外，PND 1可以对加速度数据AD和俯仰率数据PD执行高通滤波处理、低通滤波处理和移动平均滤波处理的任意组合。
另外，在上述的实施例中，已经描述了当例如使用加速度αz和俯仰率ωy计算前一位置P0的速度V时在判断前一位置P0的速度V过大的情况下使前值速度Vn-1为前一位置P0的速度V的情况。然而，本发明不限于此，并且当前一位置P0的速度V等于前值速度Vn-1时或者比它大规定的阈值时，PND 1的速度计算单元22可以使前一位置P0的速度V为向前值速度Vn-1加上能够使移动对象加速的值而得到的速度。
另外，当前一位置P0的速度V比前值速度Vn-1小规定的阈值时，PND 1的速度计算单元22可以使前一位置P0的速度V为通过从前值速度Vn-1减去能使移动对象减速的值而获得的值。
另外，在上述的实施例中，已经描述了使用式(3)基于加速度αz和俯仰率ωy计算速度V的情况。
然而，本发明不限于此，并且PND 1的控制单元11把使用式(3)用加速度αz和俯仰率ωy计算的速度V与基于GPS信号计算的GPS速度Vg进行比较。
此外，当在速度V和GPS速度Vg中产生误差时，PND 1的控制单元11通过使得关于速度V的误差最小化的线性函数或例如二次函数的高次函数，计算用于校正的校正系数并且将校正系数存储在存储单元12中。
因此，PND 1的速度计算单元22使用式(3)基于由三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测的加速度αz和俯仰率ωy来计算速度V，然后从存储单元12读取内插系数以使用该内插系数通过线性函数或例如二次函数的高次函数对速度V进行校正。
如上所述，通过预先基于根据GPS信号计算的GPS速度Vg学习速度V的校正系数，PND 1能够进一步提高速度V的计算精度。
此外，当计算速度V和GPS速度Vg的校正系数时，PND 1的控制单元11将速度V1划分成多个速度区，例如超低速度、中等速度和高速度，以针对多个速度区中的每一个计算校正系数。
此外，当计算速度V和GPS速度Vg的校正系数时，PND 1的控制单元11可以仅计算规定速度(例如，60公里/小时以上的高速度)的校正系数。
另外，在上述的第二实施例中，已经描述了在表TBL1和TBL2中将速度区划分成四个阶段的情况。然而，本发明不限于此，并且阶段的数目可以是两个阶段以上的任意数目。此外，高通截止频率FH和低通截止频率FL的速度区的阶段的数目不必彼此相同，而是阶段的数目二者可以彼此不同。
另外，在上述的第二实施例中，已经描述了通过使得在加速期间和减速期间表TBL1和TBL2中的每个速度区的速度彼此不同，从而关于各个截止频率的变化保持了迟滞性的情况。然而，本发明不限于此，并且通过在加速期间和减速期间匹配每个速度区的速度，可以不保持迟滞性。
此外，在上述的第二实施例中，已经描述了截止频率设置单元67以阶梯方式沿表TBL1和TBL2针对每个速度区切换相应截止频率的情况。然而，本发明不限于此，并且可以通过以速度V为变量的函数，例如如下面所示的式(4)和(5)，计算高通截止频率FH和低通截止频率FL。
FH＝0.005×V+0.65...(4)
FL＝0.01×V+1.3...(5)
此外，在这种情况下，函数的形式不限于线性函数，并且可以是诸如二次函数或指数函数的函数的各种形式，并且可以根据速度V任意定义各个截止频率。
此外，在上述的实施例中，已经描述了当PND 1接收电源的供电时根据当前位置计算处理序列执行导航的情况。然而，本发明不限于此，并且当由于用户的按压操作电源按钮(未示出)断开时，PND 1将按下电源按钮时的当前位置、高度等存储在存储单元12中。此外，当由于用户的按压操作电源按钮开启时，PND 1可以从存储单元12读取当前位置、高度等以根据当前位置计算处理序列基于该当前位置、高度等执行导航。
另外，在上述的实施例中，已经描述了在由安装在移动对象的仪表盘上的支架3支承的状态下PND 1计算速度V的情况。然而，本发明不限于此，并且当识别出PND 1与支架3机械分离或电分离时，速度V可以是0或者可以保持前值速度Vn-1。
此外，在上述的实施例中，已经描述了在左右方向上横置的状态下使用PND 1的情况。然而，本发明不限于此，并且如图42所示，可以在纵向方向上纵置的状态下使用PND 1。在这种情况下，PND 1可以通过Y轴陀螺仪传感器5检测围绕Z轴旋转的偏航率ωz并且通过Z轴陀螺仪传感器6检测围绕Y轴的俯仰率ωy。
另外，在上述的实施例中，已经描述了在PND 1内部设置三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7的情况。然而，本发明不限于此，三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7可以设置在PND 1外部。
此外，PND1可以例如在PND 1的侧面设置调节机构，该调节机构可以调节设置在PND 1内部的三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7的安装角度。
结果，即使当显示单元2没有安装为与移动对象的行进方向基本垂直时，通过允许用户对调节机构进行调节，PND 1仍能够例如使得Y轴陀螺仪传感器5的旋转轴与移动对象的垂直方向平行。
另外，在上述的实施例中，已经判断出当与俯仰率数据PD2相当的俯仰率ωy小于规定的阈值时以及当与加速度数据AD2相当的加速度αz和与俯仰率数据PD2相当的俯仰率ωy大于规定的阈值时，速度V过大。然而，本发明不限于此，控制单元11可以当由速度计算单元34计算的速度V取比前值速度Vn-1大规定的速度以上的值时，判断出速度V过大。
在这种情况下，当获取由速度计算单元34计算的取比前值速度Vn- 1大规定的速度以上的值的速度V时以及当前值速度例如是小于10公里/小时的超低速度时，平滑化和去噪单元35使得速度V为0。另外，当由速度计算单元34计算的速度V取比前值速度Vn-1大了规定的速度以上的值时以及当前值速度例如是等于或大于10公里/小时的速度时，平滑化和去噪单元35可以使得前值速度Vn-1为速度V。
另外，在上述的实施例中，已经描述了PND 1的控制单元11根据预先容纳在存储单元12中的应用程序执行上述例程RT1的当前位置计算处理序列的情况。然而，本发明不限于此，PND 1的控制单元11可以根据从记录介质安装的应用程序、从互联网下载的应用程序以及通过各种途径安装的应用程序执行上述的当前位置计算处理序列。
另外，在上述的实施例中，已经描述了本发明的实施例的速度计算装置的PND 1包括作为垂直加速度检测单元的三轴加速度传感器4、作为水平角速度检测单元的Y轴陀螺仪传感器5和作为速度计算单元的速度计算单元22的情况。本发明不限于此，速度计算装置可以包括具有其它结构的垂直加速度检测单元、水平角速度检测单元和速度计算单元。
本申请包含与分别在2009年8月28日和2008年8月29日提交到日本专利局的日本在先专利申请JP 2009-198593和JP 2008-221713中公开的主题有关的主题，通过引用将这两个申请的全部内容包含于此。
本领域技术人员应该明白，根据设计需要和其它因素可以想到各种变型、组合、子组合和替换，只要它们位于权利要求及其等同物的范围内即可。

Claims (12)

1.一种速度计算装置，包括：
垂直方向加速度检测单元，安装在移动对象上，用于检测根据所述移动对象在其上移动的表面的不平坦性而产生的垂直方向的加速度；
水平方向角速度检测单元，安装在所述移动对象上，用于检测根据所述移动对象在其上移动的所述表面的不平坦性而产生的围绕与所述移动对象的行进方向垂直的水平轴的角速度；以及
速度计算单元，用于基于所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度，计算所述移动对象的行进方向的速度。
2.根据权利要求1的速度计算装置，
其中，垂直方向加速度检测单元按规定的采样频率，连续并顺序地检测所述垂直方向的加速度；
其中，水平方向角速度检测单元按所述采样频率，连续并顺序地检测围绕所述水平轴的角速度；并且
其中，速度计算单元使用规定采样数目的所述垂直方向的加速度和所述采样数目的围绕所述水平轴的角速度顺序地计算移动对象的所述速度。
3.根据权利要求2的速度计算装置，
其中，速度计算单元改变所述采样数目以使得当所述速度等于或大于规定的速度时增加所述采样数目而当所述速度小于所述规定的速度时减小所述采样数目。
4.根据权利要求3的速度计算装置，
其中，速度计算单元通过当所述速度增加时以及当所述速度减小时改变所述采样数目而具有迟滞性。
5.根据权利要求4的速度计算装置，
其中，速度计算单元通过分别从所述采样数目的所述垂直方向的加速度中提取最大值和最小值作为最大加速度和最小加速度，以及从所述采样数目的围绕所述水平轴的角速度中提取最大值和最小值作为最大角速度和最小角速度，然后将最大加速度和最小加速度之差除以最大角速度和最小角速度之差，来计算所述速度。
6.根据权利要求1的速度计算装置，
其中，速度计算单元还包括低通滤波器，在该低通滤波器中，设置比当速度计算装置保持在支架中时由支架产生的规定频率低的低通截止频率，以从所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度去除等于或大于该低通截止频率的频率分量。
7.根据权利要求6的速度计算装置，
其中，速度计算单元还包括：
高通滤波器，在该高通滤波器中，设置比与移动对象在其上移动的表面的不平坦性相当的频率低的高通截止频率，以从所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度去除等于或小于该高通截止频率的频率分量，以及
截止频率设置单元，其根据前一速度设置所述低通截止频率和所述高通截止频率。
8.根据权利要求7的速度计算装置，
其中，截止频率设置单元将所述低通截止频率和所述高通截止频率设置为以多个阶段进行变化，并且使得作为当改变所述低通截止频率和所述高通截止频率时的阈值的速度的值在所述速度与前一速度相比进一步增加的情况下和在所述速度与前一速度相比进一步减小的情况下彼此不同。
9.根据权利要求7的速度计算装置，
其中，截止频率设置单元与取决于所述速度的规定函数对应地设置所述低通截止频率和所述高通截止频率。
10.根据权利要求1的速度计算装置，
其中，当所述速度与前一速度相比取高于规定阈值的较高值时并且当该前一速度小于规定速度时，速度计算单元将所述速度设置为0，并且
其中，当所述速度与前一速度相比取高于规定阈值的较高值时并且当该前一速度等于或大于所述规定速度时，速度计算单元将所述前一速度设置为所述速度。
11.一种计算速度的方法，包括如下步骤：
检测对应于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的垂直方向的加速度；
检测对应于所述移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的围绕与所述移动对象的行进方向垂直的水平轴的角速度；以及
基于所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度计算所述移动对象的行进方向的速度。
12.一种导航装置，包括：
垂直方向加速度检测单元，用于检测对应于移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的垂直方向的加速度；
水平方向角速度检测单元，用于检测对应于所述移动对象在其上移动的表面的不平坦性而在所述移动对象中产生的围绕与所述移动对象的行进方向垂直的水平轴的角速度；
速度计算单元，用于基于所述垂直方向的加速度和围绕所述水平轴的角速度计算所述移动对象的行进方向的速度；
垂直方向角速度检测单元，用于计算围绕与所述行进方向垂直的垂直轴的角速度；
角度计算单元，用于基于围绕垂直轴的所述角速度计算所述移动对象已旋转的角度；以及
位置计算单元，用于基于由速度计算单元计算的行进方向的速度和由角度计算单元计算的所述角度来计算移动对象的位置。
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