CN110988950A - 导航装置、航行辅助信息的生成方法及存储介质 - Google Patents

导航装置、航行辅助信息的生成方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

提供导航装置、航行辅助信息的生成方法及存储介质，抑制数据处理量的增加且高精度地计算速度、位移。GNSS数据编辑部使用基于由第一天线接收到的GNSS信号的第一GNSS数据、以及基于由第二天线接收到的GNSS信号且以比第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，生成GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据。姿态角运算部使用GNSS姿态角推断用数据与从IMU输出的IMU角速度，来推断姿态角。速度运算部使用GNSS速度推断用数据、综合姿态角以及从IMU输出的IMU加速度，来推断综合速度。

Description

导航装置、航行辅助信息的生成方法及存储介质
技术领域
本发明涉及使用基于GNSS信号的GNSS数据、以及由惯性传感器计测的IMU数据，计算物体的速度或者位移等的技术。
背景技术
在专利文献1中记载有使用GPS计测结果与INS计测结果，计算移动体的位置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-215485号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在使用GPS(全球定位系统)计测结果与INS(惯性导航系统)计测结果时，与使用其中任一方时相比，数据处理量增多。并且，若要提高位置等的计算精度，则数据处理量进一步增多。
另一方面，若要单纯减少数据处理量，则无法实现所希望的计算精度。
因此，本发明的目的在于提供能够抑制数据处理量的增加且能够高精度地计算速度、位移的技术。
用于解决课题的手段
本发明的导航装置具备GNSS(全球导航卫星系统)数据编辑部、GNSS姿态角计算部、GNSS速度计算部、姿态角运算部、以及速度运算部。GNSS数据编辑部使用基于由第一天线接收到的GNSS信号的第一GNSS数据、以及基于由第二天线接收到的GNSS信号且以比第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，生成GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据。姿态角运算部使用GNSS姿态角推断用数据与从IMU(惯性测量单元)输出的IMU角速度，来推断综合姿态角。速度运算部使用GNSS速度推断用数据、综合姿态角、以及从IMU输出的IMU加速度、，来推断综合速度。
GNSS数据编辑部具备数据提取部以及姿态角用数据生成部。数据提取部使用第二GNSS数据生成GNSS速度推断用数据，并以第一GNSS数据的周期来提取第二GNSS数据。姿态角用数据生成部使用由数据提取部提取出的第二GNSS数据与第一GNSS数据生成GNSS姿态角推断用数据。
在该构成中，综合姿态角的计算中使用的GNSS数据的周期变长。这里，姿态角与速度相比，即使GNSS数据的周期变长，精度也不易降低。并且，通过增长综合姿态角的计算中使用的GNSS数据的周期，与将综合姿态角与综合速度的GNSS数据的周期设为相同相比，处理的数据量减少。
发明效果
根据本发明，能够抑制数据处理量的增加且能够高精度地计算速度、位移。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的导航装置的功能框图。
图2是GNSS数据编辑部的功能框图。
图3是表示GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据的生成概念的图。
图4是姿态角运算部的功能框图。
图5是位移运算部的功能框图。
图6是表示本发明的第一实施方式的航行辅助信息的生成方法的流程图。
图7是本发明的第二实施方式的导航装置的位移运算部的功能框图。
图8是本发明的第三实施方式的导航装置的功能框图。
图9是本发明的第四实施方式的导航装置的功能框图。
附图标记说明：
10、10B、10C：导航装置
20、20B、20C：综合运算部
21、21B：GNSS数据编辑部
22、22C：姿态角运算部
23、23A、23C：位移运算部
24：GNSS姿态角计算部
25：GNSS速度计算部
31、32、311、312、313：GNSS天线
41、42、411、412、413：GNSS接收机
50：IMU(惯性测量装置)
61：第一运算部
62：第二运算部
63：修正部
220：卡尔曼滤波器
211：数据提取部
212：姿态角用数据生成部
221、621：时间更新模块
222、622：观测更新模块
230、230A：速度运算部
231、236、611：积分器
232、612：插补器
233、613：HPF
234、614：LPF
235、615：加法器
631：同步用延迟部
632：输出用延迟部
633、634：减法器
ai：IMU加速度
ωi：IMU角速度
DD：位移
Dg：GNSS姿态角推断用数据
Dg1、Dg11、Dg12、Dg13：GNSS数据
Dg2：GNSS数据
Dgv：GNSS速度推断用数据
T1：数据周期
T2：数据周期
Vc：综合速度
Vc1：第一速度
Vc2：第二速度
Vg：GNSS速度
Vi：IMU速度
具体实施方式
参照附图对本发明的第一实施方式的导航装置、航行辅助信息的生成方法以及航行辅助信息的生成程序进行说明。另外，以下示出了使用船舶作为移动体的方式，但对于其他的水上、水中移动体，陆地移动体或者空中移动体也能够适用本申请的构成。
图1是本发明的第一实施方式的导航装置的功能框图。如图1所示，导航装置10具备综合运算部20、GNSS天线31、GNSS天线32、GNSS接收机41、GNSS接收机42、以及IMU50。GNSS天线31与本发明的“第一天线”对应，GNSS天线32与本发明的“第二天线”对应。另外，导航装置10只要至少具备综合运算部20即可。
GNSS天线31以及GNSS天线32设置于安装了导航装置10的船舶(未图示)。GNSS天线31以及GNSS天线32设置于所谓的开放天空的环境。
GNSS天线31接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机41输出。GNSS天线32接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机42输出。
GNSS信号是在由规定的频率构成的载波信号中重叠了PRN(伪随机噪声)码以及导航电文数据的信号。PRN码是识别发送源的定位卫星的码。导航电文数据是包含定位卫星的轨道信息、修正信息等的数据。
GNSS接收机41以及GNSS接收机42分别能够通过存储了GNSS信号的捕捉、跟踪处理等的程序的存储器、以及执行该程序的IC等的运算元件来实现。
GNSS接收机41以及GNSS接收机42利用已知的方法捕捉、跟踪所取得的GNSS信号。此时，GNSS接收机41以及GNSS接收机42对码以及载波信号进行捕捉、跟踪。
GNSS接收机41通过捕捉、跟踪来取得GNSS数据Dg1，并向综合运算部20输出。此时，GNSS接收机41以第一频率f(Dg1)作为GNSS数据Dg1的取得、输出的间隔。
GNSS接收机42通过捕捉、跟踪来取得GNSS数据Dg2，并向综合运算部20输出。此时，GNSS接收机42以第二频率f(Dg2)作为GNSS数据Dg2的取得、输出的间隔。
第二频率f(Dg2)比第一频率f(Dg1)高。即，第一周期比第二周期短。例如，第一频率f(Dg1)为1[Hz]，第二频率f(Dg2)为5[Hz]。另外，这些频率为一个例子，第二频率f(Dg2)高于第一频率f(Dg1)即可。
由GNSS接收机41进行的GNSS数据Dg1的取得、由GNSS接收机42进行的GNSS数据Dg2的取得与GNSS的时刻同步地进行。
GNSS数据Dg1以及GNSS数据Dg2至少包含载波相位的累计值(ADR)。另外，GNSS接收机41以及GNSS接收机42也能够将包含载波信号的多普勒频率、码相位、通过码相位计算的伪距离、定位位置等、作为GNSS数据Dg1以及GNSS数据Dg2，向综合运算部20输出。
IMU50具备加速度传感器以及角速度传感器。IMU是指惯性测量单元(inertialmeasurement unit)的简称。IMU50设置于安装了导航装置10的船舶(未图示)。IMU50通过检测导航装置10的物理性的动作，来计测加速度以及角速度。
另外，IMU50优选配置于与GNSS天线31以及GNSS天线32大致相同的位置。然而，IMU50也可以与GNSS天线31及GNSS天线32分离。在该情况下，适用已知的杆臂修正则能够抑制速度、位移的测定精度的降低。
IMU50对IMU加速度ai以及IMU角速度ωi进行计测，并作为IMU计测数据向综合运算部20输出。另外，IMU50中的IMU计测数据的输出的频率(IMU输出频率)比GNSS数据Dg1以及GNSS数据Dg2的取得、输出的频率高。即，IMU输出频率比第一频率以及第二频率高。例如，IMU输出频率为10[Hz]～100[Hz]左右。另外，该IMU输出频率比GNSS系统的各输出值的频率高即可，能够变更为期望值。
综合运算部20具备GNSS数据编辑部21、姿态角运算部22、位移运算部23、GNSS姿态角计算部24、以及GNSS速度计算部25。综合运算部20能够通过实现上述功能部的处理的程序、存储有该程序的存储器、以及执行该程序的CPU等的运算处理装置来实现。
向GNSS数据编辑部21输入GNSS数据Dg1以及GNSS数据Dg2。GNSS数据编辑部21根据GNSS数据Dg1以及GNSS数据Dg2生成GNSS姿态角推断用数据Dgω以及GNSS速度推断用数据Dgv。
图2是GNSS数据编辑部的功能框图。图3是表示GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据的生成概念的图。
如图2所示，GNSS数据编辑部21具备数据提取部211与姿态角用数据生成部212。GNSS数据Dg1被输入姿态角用数据生成部212。GNSS数据Dg2被输入数据提取部211。
数据提取部211根据GNSS数据Dg2生成GNSS速度推断用数据Dgv，并向GNSS速度计算部25输出。
此外，数据提取部211提取特定时刻的GNSS数据Dg2，并向姿态角用数据生成部212输出。GNSS数据Dg2被提取的时刻依照GNSS数据Dg1的数据周期T1。换言之，向姿态角用数据生成部212输入依照GNSS数据Dg1的数据周期T1而间隔剔除后的GNSS数据Dg2。
姿态角用数据生成部212通过使GNSS数据Dg1与提取后的GNSS数据Dg2成组，来生成GNSS姿态角推断用数据Dgω，并向GNSS姿态角计算部24输出。
例如，如图3所示，从时刻t(0)至时刻t(11)中，数据提取部211将以数据周期T2取得的GNSS数据Dg2(0)至GNSS数据Dg2(11)分别作为GNSS速度推断用数据Dgv输出。同样，从时刻t(5m-1)至时刻t(5m+1)中，数据提取部211将以数据周期T2取得的GNSS数据Dg2(5m-1)至GNSS数据Dg2(5m+1)分别作为GNSS速度推断用数据Dgv输出。
此外，从时刻t(0)至时刻t(11)中，数据提取部211与GNSS数据Dg1的数据周期T1同步地提取GNSS数据Dg1(0)被取得的时刻t(0)的GNSS数据Dg2(0)、GNSS数据Dg1(5)被取得的时刻t(5)的GNSS数据Dg2(5)、以及GNSS数据Dg1(10)被取得的时刻t(10)的GNSS数据Dg2(10)。同样，从时刻t(5m-1)至时刻t(5m+1)中，数据提取部211与GNSS数据Dg1的数据周期T1同步地提取GNSS数据Dg1(5m)被取得的时刻t(5m)的GNSS数据Dg2(5m)。
姿态角用数据生成部212将与时刻t(0)对应的GNSS数据Dg1(0)和GNSS数据Dg2(0)作为时刻t(0)的姿态角推断用数据Dgω输出。同样，姿态角用数据生成部212将与时刻t(5)对应的GNSS数据Dg1(5)和GNSS数据Dg2(5)作为时刻t(5)的姿态角推断用数据Dgω输出。姿态角用数据生成部212将与时刻t(10)对应的GNSS数据Dg1(10)和GNSS数据Dg2(10)作为时刻t(10)的姿态角推断用数据Dgω输出。姿态角用数据生成部212将与时刻t(5m)对应的GNSS数据Dg1(5m)和GNSS数据Dg2(5m)作为时刻t(5m)的姿态角推断用数据Dgω输出。
通过进行这样的处理，姿态角推断用数据Dgω的数据周期比速度推断用数据Dgv的数据周期长。因此，每单位时间内的姿态角推断用数据Dgω的数据量与将GNSS数据Dg2的全部用于姿态角的计算时相比减少。因此，综合运算部20在单位时间处理的数据量得到抑制。
GNSS姿态角计算部24使用姿态角推断用数据Dgω，利用已知的方法计算GNSS姿态角Φg。GNSS速度计算部25使用速度推断用数据Dgv，利用已知的方法计算GNSS速度Vg。
姿态角运算部22使用IMU角速度ωi与GNSS姿态角Φg，推断综合姿态角Φc。图4是姿态角运算部的功能框图。
如图4所示，例如，姿态角运算部22由卡尔曼滤波器220构成。卡尔曼滤波器220具有时间更新模块221与观测更新模块222。卡尔曼滤波器220的观测值是IMU角速度ωi与GNSS姿态角Φg，状态变量(未知数)包含综合姿态角Φc。通过这样的构成，姿态角运算部22能够推断综合姿态角Φc。姿态角运算部22将综合姿态角Φc向位移运算部23输出。
位移运算部23使用IMU加速度ai、GNSS速度Vg、以及综合姿态角Φc，推断综合速度Vc。此时，位移运算部23使用通过综合姿态角Φc得到的旋转矩阵，进行GNSS坐标系与IMU坐标系的坐标变换。并且，位移运算部23使用综合速度Vc来计算位移D。图5是位移运算部的功能框图。
如图5所示，位移运算部23具备速度运算部230与积分器236。积分器236与本发明的“位移用积分器”对应。
如图5所示，速度运算部230具备运动加速度计算部2301、积分器231、插补器232、高通滤波器(HPF)233、低通滤波器(LPF)234、以及加法器235。HPF233与本发明的“第一滤波器”对应，LPF234与本发明的“第二滤波器”对应。通过该构成，速度运算部230构成所谓的互补滤波器。
IMU加速度ai被输入运动加速度计算部2301。运动加速度计算部2301使用通过综合姿态角Φc得到的旋转矩阵，根据包含重力的IMU加速度ai，计算除去重力后的IMU运动加速度aic。运动加速度计算部2301将IMU运动加速度aic向积分器231输出。积分器231通过对IMU运动加速度aic进行积分，来计算IMU速度Vi。积分器231将IMU速度Vi向HPF233输出。
HPF233使IMU速度Vi的高频率成分通过，并抑制低频率成分。由此，IMU速度Vi中包含的偏差误差等的观测误差被抑制。HPF233将滤波处理后的IMU速度Vif向加法器235输出。
GNSS速度Vg被输入插补器232。插补器232对于存在IMU速度且不存在GNSS速度Vg的时刻，例如内插0值。由此，生成具有与IMU速度相同的更新周期的插值处理后的GNSS速度Vgc。插补器232将插值处理后的GNSS速度Vgc向LPF234输出。
LPF234使插值处理后的GNSS速度Vgc的低频率成分通过，并抑制高频率成分。由此，插值处理后的GNSS速度Vgc中包含的由插值处理产生的噪声得到抑制。即，从LPF234输出的滤波处理后的GNSS速度Vgf等同于以与IMU速度Vi相同的周期进行上采样后的GNSS速度Vg。LPF234将滤波处理后的GNSS速度Vgf向加法器235输出。
加法器235通过将滤波处理后的IMU速度Vif与滤波处理后的GNSS速度Vgf相加，来计算综合速度Vc。
通过使用这样的构成以及处理，综合速度Vc能够实现与IMU加速度ai相同的短更新周期且能够抑制精度降低。即，IMU加速度ai的更新周期虽然比GNSS速度Vg的更新周期短，但IMU加速度ai的精度比GNSS速度Vg的精度低。另一方面，GNSS速度Vg的精度虽然较高，但GNSS速度Vg的更新周期比IMU加速度ai的更新周期长。然而，通过使用上述的互补滤波器，GNSS速度Vg的长更新周期与IMU加速度ai的低精度被消除，综合速度Vc能够兼顾短更新周期与高精度。
此外，通过使用由姿态角运算部22推断出的综合姿态角Φc，能够高精度地修正IMU座标系(船体坐标系)与GNSS坐标系(NED坐标系(北东地坐标系))的角度误差。由此，能够更高精度地计算综合速度Vc。
此时，综合姿态角Φc的推断中使用的GNSS姿态角Φg与综合速度Vc的推断中使用的GNSS速度Vg相比更新周期较长。即使像这样使GNSS姿态角Φg的更新周期长，IMU角速度ωi的精度也很好，因此综合姿态角Φc的精度几乎不降低。因此，能够使GNSS姿态角推断用数据的更新周期长，能够抑制GNSS姿态角推断用数据的数据量。
假设使GNSS速度Vg的更新周期长，则由于IMU加速度ai的精度低，因此综合速度Vc的推断大幅降低。在汽车导航等的车载设备中，通常通过也综合车速脉冲等的其他传感器来很好地推断速度、位移。然而，在搭载于船舶、空中移动体等的设备中，不能采用该方式，而是通常采用将IMU与GNSS综合的方式。
在该情况下，为了高精度地推断综合速度Vc，不得不缩短GNSS速度推断用数据的更新周期，不能使更新周期长。因此，为了维持高精度且抑制数据量，缩短GNSS速度推断用数据的更新周期并使GNSS姿态角推断用数据的更新周期长是有效的。
速度运算部230将综合速度Vc向积分器236输出。积分器236通过对综合速度Vc进行积分，来计算位移D。这里，综合速度Vc如上述那样为高精度，因此误差较小。因此，累计综合速度Vc而得的位移D的误差较小。
如以上所述，通过使用本实施方式的构成以及处理，导航装置10能够将处理的数据量抑制得较低，并且能够以较快的更新周期且高精度地推断(计算)包含综合速度Vc以及位移D的航行辅助信息。另外，该航行辅助信息中也可以包含综合姿态角Φc。
在上述的说明中，示出了对姿态角运算部22使用卡尔曼滤波器的方式。然而，姿态角运算部22不限于卡尔曼滤波器，也可以通过使用了将IMU角速度ωi与GNSS姿态角Φg设为观测值(已知数)且将综合姿态角Φc设为未知数的状态空间模型的推断式来实现。并且，对于姿态角运算部22，也能够适用在速度运算部230中使用的互补滤波器。在该情况下，将低频率侧设为GNSS姿态角Φg且将高频率侧设为IMU角速度ωi即可。
在上述的说明中，示出了分别通过独立的功能模块执行由导航装置10执行的各处理的方式。然而，也可以将由导航装置10执行的各处理作为航行辅助信息的生成程序，程序化后存储在存储介质中，并由运算处理装置执行该程序。在该情况下，基于图6所示的流程图，生成航行辅助信息即可。图6是表示本发明的第一实施方式的航行辅助信息的生成方法的流程图。另外，省略流程图所示的各处理的具体的内容中的上述部分的说明。
运算处理装置以频率f(Dg1)规定的时间间隔取得GNSS数据Dg1(S111)。运算处理装置与其并行地以频率f(Dg2)规定的时间间隔取得GNSS数据Dg2(S112)。频率f(Dg2)比频率f(Dg1)高。
运算处理装置根据GNSS数据Dg1与GNSS数据Dg2的一部分，生成姿态角推断用数据Dgω。运算处理装置根据GNSS数据Dg2生成速度推断用数据Dgv(S12)。
运算处理装置使用IMU角速度ωi与姿态角推断用数据Dgω，来推断综合姿态角Φc(S13)。
运算处理装置使用IMU加速度ai、速度推断用数据Dgv、以及综合姿态角Φc，推断综合速度Vc以及位移D(S14)。
接下来，参照附图说明本发明的第二实施方式的导航装置。第二实施方式的导航装置与第一实施方式的导航装置相比，位移运算部的构成不同。第二实施方式的导航装置的其他构成与第一实施方式的导航装置相同，省略相同处的说明。
图7是本发明的第二实施方式的导航装置的位移运算部的功能框图。如图7所示，位移运算部23A具备速度运算部230A与积分器236。速度运算部230A具备第一运算部61、第二运算部62、以及修正部63。
第一运算部61具备运动加速度计算部6101、积分器611、插补器612、HPF613、LPF614、以及加法器615。第一运算部61是与第一实施方式示出的速度运算部230相同的构成。运动加速度计算部6101与运动加速度计算部2301对应，积分器611与积分器231对应，插补器612与插补器232对应。HPF613与HPF233对应，LPF614与LPF234对应。加法器615与加法器235对应。
向第一运算部61输入IMU加速度ai与GNSS速度Vg，推断第一速度Vc1，并向修正部63输出。第一速度Vc1与第一实施方式的综合速度Vc相同。
第二运算部62具备运动加速度计算部6201、以及与第一实施方式的姿态角运算部22相同的卡尔曼滤波器。运动加速度计算部6201使用通过综合姿态角Φc得到的旋转矩阵，根据IMU加速度ai计算IMU运动加速度aic。第二运算部62的卡尔曼滤波器具有时间更新模块621与观测更新模块622。第二运算部62的观测值是IMU运动加速度aic与GNSS速度Vg，状态变量(未知数)包含第二速度Vc2。通过这样的构成，第二运算部62能够推断第二速度Vc2。第二运算部62将第二速度Vc2向修正部63输出。
修正部63具备同步用延迟部631、输出用延迟部632、减法器633、以及减法器634。第一速度Vc1被输入减法器633。第二速度Vc2被输入同步用延迟部631与输出用延迟部632。
同步用延迟部631使第二速度Vc2延迟以补偿第一运算部61中的滤波处理的延迟量。同步用延迟部631将延迟后的第二速度Vc21向减法器633输出。
减法器633通过从延迟后的第二速度Vc21中减去第一速度Vc1，从而计算推断误差εv2。减法器633将推断误差εv2向减法器634输出。
输出用延迟部632使第二速度Vc2延迟。输出用延迟部632的延迟量小于同步用延迟部631的延迟量。输出用延迟部632将延迟后的第二速度Vc22向减法器634输出。
减法器634通过从第二速度Vc22中减去推断误差εv2，来输出综合速度VcA。
综合速度VcA基于由使用了卡尔曼滤波器的第二运算部62推断的第二速度Vc2。因此，虽然第二速度Vc2几乎不延迟，但与由第一运算部61推断相比具有误差。
然而，在该构成以及处理中，通过高精度的第一速度Vc1高精度地计算第二速度Vc2的推断误差，并通过该推断误差修正第二速度Vc2。此时，修正了推断误差后的第二速度的延迟量取决于输出用延迟部632的延迟量。因此，通过适当地设定输出用延迟部632的延迟量，速度运算部230A能够几乎不产生延迟地推断高精度的综合速度VcA。此外，速度运算部230A能够在允许的延迟量的范围内，更高精度地推断综合速度VcA。
接下来，参照附图说明本发明的第三实施方式的导航装置。图8是本发明的第三实施方式的导航装置的功能框图。如图8所示，导航装置10B相对于第一实施方式的导航装置10，在增加了天线以及GNSS接收机的数量这点上，在GNSS数据编辑部21B的处理中不同。导航装置10B的其他基本的构成以及处理与导航装置10相同，省略相同处的说明。
导航装置10B具备综合运算部20B、GNSS天线311、GNSS天线312、GNSS天线313、GNSS天线32、GNSS接收机411、GNSS接收机412、GNSS接收机413、GNSS接收机42、以及IMU50。GNSS天线311、GNSS天线312、以及GNSS天线313与本发明的“第一天线”对应，GNSS天线32与本发明的“第二天线”对应。
综合运算部20B具备GNSS数据编辑部21B、姿态角运算部22、位移运算部23、GNSS姿态角计算部24、以及GNSS速度计算部25。
GNSS天线311、GNSS天线312、GNSS天线313以及GNSS天线32设置于安装了导航装置10B的船舶(未图示)。GNSS天线311、GNSS天线312、GNSS天线313以及GNSS天线32设置于所谓的开放天空的环境。GNSS天线311、GNSS天线312、GNSS天线313以及GNSS天线32以不同时全部排列在一直线上的方式配置。
GNSS天线311接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机411输出。GNSS天线312接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机412输出。GNSS天线313接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机413输出。GNSS天线32接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机42输出。
GNSS接收机411通过捕捉、跟踪取得GNSS数据Dg11，并向综合运算部20B输出。GNSS接收机412通过捕捉、跟踪取得GNSS数据Dg12，并向综合运算部20B输出。GNSS接收机413通过捕捉、跟踪取得GNSS数据Dg13，并向综合运算部20B输出。此时，GNSS接收机411、GNSS接收机412、以及GNSS接收机413以第一频率f(Dg1)作为GNSS数据Dg11、GNSS数据Dg12、以及GNSS数据Dg13的取得、输出的间隔。
GNSS接收机42通过捕捉、跟踪取得GNSS数据Dg2，并向综合运算部20输出。此时，GNSS接收机42以第二频率f(Dg2)作为GNSS数据Dg2的取得、输出的间隔。
向GNSS数据编辑部21B输入GNSS数据Dg11、GNSS数据Dg12、GNSS数据Dg13、以及GNSS数据Dg2。GNSS数据编辑部21B根据GNSS数据Dg11、GNSS数据Dg12、GNSS数据Dg13、以及GNSS数据Dg2，生成GNSS姿态角推断用数据Dgω与GNSS速度推断用数据Dgv。更具体而言，GNSS数据编辑部21B根据GNSS数据Dg2生成GNSS速度推断用数据Dgv。GNSS数据编辑部21B提取特定时刻的GNSS数据Dg2。GNSS数据编辑部21B使用提取到的GNSS数据Dg2，以及GNSS数据Dg11、GNSS数据Dg12、GNSS数据Dg13，生成GNSS姿态角推断用数据Dgω。
通过使用这样的构成以及处理，能够更可靠地取得姿态角推断用数据Dgω，且容易提高综合姿态角Φc的推断的精度。并且，在该情况下，也由于GNSS数据Dg11、GNSS数据Dg12、以及GNSS数据Dg13的取得间隔较长(频率较低)，因此能够有效抑制作为综合运算部20B的数据处理量的增加。
接下来，参照附图说明本发明的第四实施方式的导航装置。图9是本发明的第四实施方式的导航装置的功能框图。如图9所示，导航装置10C相对于第一实施方式的导航装置10，在综合运算部20C的构成以及处理中不同。导航装置10C的其他基本的构成以及处理与导航装置10相同，省略相同处的说明。
综合运算部20C具备GNSS数据编辑部21、姿态角运算部22C、以及位移运算部23C。即，综合运算部20C相对于第一实施方式的综合运算部20，省略了GNSS姿态角计算部24以及GNSS速度计算部25。
在该情况下，GNSS数据编辑部21将GNSS姿态角推断用数据Dgω向姿态角运算部22C输出。此外，GNSS数据编辑部21将GNSS速度推断用数据Dgv向位移运算部23C输出。
姿态角运算部22C使用GNSS姿态角推断用数据Dgω与IMU角速度ωi，来推断综合姿态角Φc。
位移运算部23C使用IMU加速度ai、GNSS速度推断用数据Dgv、以及综合姿态角Φc，来推断综合速度Vc。
这样的构成以及处理也能够与上述的各实施方式同样地抑制数据处理量的增加且高精度地计算速度、位移。
另外，第四实施方式的构成也能够适用于第二实施方式的构成以及第三实施方式的构成。
此外，在上述的说明中，示出了根据GNSS数据Dg1与GNSS数据Dg2生成GNSS姿态角推断用数据Dgω的方式。然而，也可以仅根据GNSS数据Dg1生成GNSS姿态角推断用数据Dgω。在该情况下，GNSS数据编辑部21无需分别具备数据提取部211与姿态角用数据生成部212。即，GNSS数据编辑部21将GNSS数据Dg1作为GNSS姿态角推断用数据Dgω输出，将GNSS数据Dg2作为GNSS速度推断用数据Dgv输出即可。
此外，在上述的说明中，未详细地规定速度以及位移的方向。然而，速度以及位移不限于水平方向，也能够适用于垂直方向。即，上述的构成以及处理也能够适用于浮沉的推断。

Claims (20)

1.一种导航装置，具备：
GNSS数据编辑部即全球导航卫星系统数据编辑部，使用基于由第一天线接收到的GNSS信号的第一GNSS数据、以及基于由第二天线接收到的GNSS信号且以比所述第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，生成GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据；
姿态角运算部，使用所述GNSS姿态角推断用数据与从IMU即惯性测量单元输出的IMU角速度，来推断综合姿态角；以及
速度运算部，使用所述GNSS速度推断用数据、所述综合姿态角以及从所述IMU输出的IMU加速度，来推断综合速度。
2.如权利要求1所述的导航装置，
所述GNSS数据编辑部具备：
数据提取部，使用所述第二GNSS数据生成所述GNSS速度推断用数据，并以所述第一GNSS数据的周期来提取所述第二GNSS数据；以及
姿态角用数据生成部，使用所述第一GNSS数据与由所述数据提取部提取出的第二GNSS数据来生成所述GNSS姿态角推断用数据。
3.如权利要求1或2所述的导航装置，
所述导航装置具备多个所述第一天线。
4.如权利要求1至3中任一项所述的导航装置，
所述速度运算部对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算所述综合速度。
5.如权利要求4所述的导航装置，
所述速度运算部具备：
积分器，基于所述IMU加速度进行积分；
第一滤波器，抑制所述积分器的输出的低频成分并使高频成分通过；
插补器，对所述GNSS速度进行数据插值；
第二滤波器，抑制所述插补器的输出的高频成分并使低频成分通过；以及
加法器，通过将所述第一滤波器的输出与所述第二滤波器的输出相加，来输出所述综合速度。
6.如权利要求1至3中任一项所述的导航装置，
所述速度运算部具备：
第一运算部，对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算第一速度；
第二运算部，通过进行将所述IMU加速度与所述GNSS速度设为观测数据且使用了状态空间模型的滤波处理，来推断第二速度；以及
输出部，使用所述第一速度与所述第二速度，来计算所述第二速度的推断误差，从所述第二速度中减去所述推断误差，来输出所述综合速度。
7.如权利要求6所述的导航装置，
所述第一运算部具备：
积分器，基于所述IMU加速度进行积分；
第一滤波器，抑制所述积分器的输出的低频成分并使高频成分通过；
插补器，对所述GNSS速度进行数据插值；
第二滤波器，抑制所述插补器的输出的高频成分并使低频成分通过；
加法器，通过将所述第一滤波器的输出与所述第二滤波器的输出相加，来输出所述第一速度。
8.如权利要求6或7所述的导航装置，
所述输出部具备：
第一延迟部，使所述第二速度与所述第一速度同步；
第一减法器，从所述第一延迟部的输出中减去所述第一速度来输出所述推断误差；
第二延迟部，使所述第二速度与所述推断误差同步；以及
第二减法器，从所述第二速度中减去所述推断误差，来输出所述综合速度。
9.如权利要求1至8中任一项所述的导航装置，
所述速度运算部具备对所述综合速度进行积分来计算位移的位移用积分器。
10.一种导航装置，具备：
积分器，基于根据IMU传感器即惯性测量单元传感器的输出得到的IMU加速度进行积分；
第一滤波器，抑制所述积分器的输出的低频成分并使高频成分通过；
插补器，对基于GNSS信号即全球导航卫星系统信号获得的与所述IMU加速度相比取得周期较长的GNSS速度进行数据插值；
第二滤波器，抑制所述插补器的输出的高频成分并使低频成分通过；以及
加法器，通过将所述第一滤波器的输出与所述第二滤波器的输出相加，来计算综合速度。
11.一种航行辅助信息的生成方法，
基于由第一天线接收到的GNSS信号即全球导航卫星系统信号生成第一GNSS数据，
基于由第二天线接收到的GNSS信号生成以比所述第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，
使用至少所述第一GNSS数据生成GNSS姿态角推断用数据，
使用所述第二GNSS数据生成GNSS速度推断用数据，
使用所述GNSS姿态角推断用数据与从IMU即惯性测量单元输出的IMU角速度，来推断综合姿态角，
使用所述GNSS速度推断用数据、所述综合姿态角以及从所述IMU输出的IMU加速度，来推断综合速度。
12.如权利要求11所述的航行辅助信息的生成方法，
以所述第一GNSS数据的周期提取所述第二GNSS数据，
使用所述第一GNSS数据与所述提取到的第二GNSS数据生成GNSS姿态角推断用数据。
13.如权利要求11或12所述的航行辅助信息的生成方法，
对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算所述综合速度。
14.如权利要求13所述的导航辅助信息的生成方法，
对所述IMU加速度进行积分来计算IMU速度，
进行抑制所述IMU速度的低频成分并使高频成分通过的第一滤波处理，
对所述GNSS速度进行数据插值，
进行抑制所述数据插值后的输出的高频成分并使低频成分通过的第二滤波处理，
通过将所述第一滤波处理的输出与所述第二滤波处理的输出相加，来输出所述综合速度。
15.如权利要求11或12所述的航行辅助信息的生成方法，
对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算第一速度，
通过进行将所述IMU加速度与所述GNSS速度设为观测数据且使用了状态空间模型的滤波处理，来推断第二速度，
使用所述第一速度与所述第二速度，来计算所述第二速度的推断误差，
从所述第二速度中减去所述推断误差，来输出所述综合速度。
16.一种存储了航行辅助信息的生成程序的存储介质，所述航行辅助信息的生成程序使运算处理装置执行下述处理：
基于由第一天线接收到的GNSS信号即全球导航卫星系统信号生成第一GNSS数据；
基于由第二天线接收到的GNSS信号生成以比所述第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据；
使用至少所述第一GNSS数据生成GNSS姿态角推断用数据；
使用所述第二GNSS数据生成GNSS速度推断用数据；
使用所述GNSS姿态角推断用数据与从IMU即惯性测量单元输出的IMU角速度，来推断综合姿态角；
使用所述GNSS速度推断用数据、所述综合姿态角以及从所述IMU输出的IMU加速度，来推断综合速度。
17.如权利要求16所述的存储介质，所述航行辅助信息的生成程序使运算处理装置执行下述处理：
以所述第一GNSS数据的周期提取所述第二GNSS数据；
使用所述第一GNSS数据与所述提取到的第二GNSS数据生成GNSS姿态角推断用数据。
18.如权利要求16或17所述的存储介质，所述航行辅助信息的生成程序使运算处理装置执行下述处理：
对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算所述综合速度。
19.如权利要求18所述的存储介质，所述导航辅助信息的生成程序使运算处理装置执行下述处理：
对所述IMU加速度进行积分来计算IMU速度；
进行抑制所述IMU速度的低频成分并使高频成分通过的第一滤波处理；
对所述GNSS速度进行数据插值；
进行抑制所述数据插值后的输出的高频成分并使低频成分通过的第二滤波处理；以及
通过将所述第一滤波处理的输出与所述第二滤波处理的输出相加，来输出所述综合速度。
20.如权利要求16或17所述的存储介质，所述航行辅助信息的生成程序使运算处理装置执行下述处理：
对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算第一速度；
通过进行将所述IMU加速度与所述GNSS速度设为观测数据且使用了状态空间模型的滤波处理，来推断第二速度；
使用所述第一速度与所述第二速度，来计算所述第二速度的推断误差；
从所述第二速度中减去所述推断误差，来输出所述综合速度。
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