CN1928567A

CN1928567A - 速度检测、位置检测和导航系统

Info

Publication number: CN1928567A
Application number: CNA2006101269519A
Authority: CN
Inventors: 大久保仁; 高冈吕尚
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: JP2007101526A; CN1928567B; KR20070027472A; EP1760474A2; US7505865B2; EP1760474A3; US20070067137A1

Abstract

本发明提供了速度检测、位置检测和导航系统。在本发明的一个实施例中，在使用加速度传感器的导航系统中，当无法从GPS处理部分获得位置信息时，速度检测单元根据表达式(11)使用检测到的加速度αG、测量时间mt、时间t0处的速度V0、重力加速度g和高度变化量Dh来执行运算。通过利用表达式(4)中示出的重力加速度分量gf、重力加速度g、高度变化量Dh和距离Dm之间的关系，可以通过高度变化量Dh抵消重力加速度分量gf。因此，可以十分准确地计算速度V，而不受重力加速度分量gf的影响。

Description

速度检测、位置检测和导航系统

技术领域

本发明涉及速度检测系统、速度检测方法、速度检测程序、位置检测系统、位置检测方法和位置检测程序以及导航系统，并且适用于例如要安装在移动体中的导航系统。

背景技术

迄今为止，下面这种要安装在运动的移动体等中的导航系统已经广泛普及：在这种导航系统中，基于从全球定位系统(GPS)卫星发送的GPS信号计算当前位置，并且将上述移动体的位置和前进方向显示在地图屏幕上。

在这种导航系统中，移动体的速度和前进方向是用加速度传感器和陀螺仪(gyro)传感器(偏航率传感器)来计算的，所述加速度传感器用于检测移动体在前进方向上的加速度，所述陀螺仪传感器用于检测上述移动体在水平方向上的旋转角速度。从而，即使在例如在建筑物阴影或隧道中无法接收到GPS信号的情况下，也能估计移动体的当前位置。

但是，此加速度传感器有这样的问题：当移动体位于斜坡上时，它检测包括作用在移动体上的重力加速度的前进方向分量(以下将其称为重力加速度分量)在内的加速度。

于是，已经提出了一些考虑到上述重力加速度分量的导航系统，在这些导航系统中，当能够接收到GPS信号时，重力加速度分量是从用基于上述GPS信号计算出的位置和加速度传感器的检测值计算出的加速度值预先计算的，而当无法接收到GPS信号时，移动体的速度是在加速度传感器的检测值被校正之后计算的(例如参见日本专利早期公开No.3516126)。

发明内容

但是，在具有上述配置的导航系统中，原则上，只有在能够接收到GPS信号时才能计算重力加速度分量。

因此，在导航系统中，存在这样的问题：当无法接收到GPS信号时，在重力加速度分量变化的情况下，例如在隧道中斜坡倾度变化的情况下，无法正确校正加速度传感器的检测值，因此，无法正确计算移动体的速度。

鉴于上述情况，需要提供一种能够使用加速度传感器十分准确地计算速度的速度检测系统、速度检测方法和速度检测程序，以及能够使用加速度传感器十分准确地计算位置信息的位置检测系统、位置检测方法和位置检测程序以及导航系统。

根据本发明的一个实施例，通过加速度传感器获得检测到的加速度，所述检测到的加速度与预定移动体的前进方向上的移动体加速度与作用在移动体上的重力加速度的前进方向的分量相加的结果相对应。基于由预定的压力传感器检测到的移动体的周围压力，计算预定的测量时间中移动体的高度变化量。通过利用重力加速度的前进方向分量与重力加速度之比对应于高度变化量与测量时间中移动体的移动距离之比，基于高度变化量抵消包括在检测到的加速度中的前进方向分量，来获得移动体加速度，并且基于测量开始点处移动体的已知速度，通过使用移动体加速度来计算测量结束点处移动体的速度。

通过如上所述使用基于压力计算出的高度变化量，可以抵消当移动体在非水平方向上移动时必然会包括在检测到的加速度中的重力加速度的前进方向分量，并且可以准确地获得移动体加速度。从而，可以十分准确地计算出移动体的速度。

此外，根据本发明的一个实施例，通过加速度传感器获得检测到的加速度，所述检测到的加速度包括预定移动体的前进方向上的移动体加速度和作用在移动体上的重力加速度的前进方向的分量。通过角速度传感器检测移动体中与水平方向垂直的轴转动的角速度。基于由预定的压力传感器检测到的移动体的周围压力，计算预定的测量时间中移动体的高度变化量。通过利用重力加速度的前进方向分量与重力加速度之比等于高度变化量与测量时间中移动体的移动距离之比，通过高度变化量抵消包括在检测到的加速度中的前进方向分量，并且基于测量时间的开始点处移动体的速度，计算测量时间的结束点处移动体的速度。基于测量时间的开始点处移动体的位置信息，以及移动体的计算出的速度和角速度，来计算测量时间的结束点处移动体的位置信息。

通过如上所述使用基于压力计算出的高度变化量，可以抵消当移动体在非水平方向上移动时必然会包括在检测到的加速度中的重力加速度的前进方向分量，并且可以准确地获得移动体加速度。从而，可以十分准确地计算出移动体的速度，并且可以基于上述移动体的速度和角速度计算出移动体的位置信息的估计值。

此外，根据本发明的导航系统的一个实施例，提供了：当前位置计算部分，用于接收来自预定的卫星定位系统的定位信号，并且计算预定移动体的当前位置；加速度传感器，用于获得检测到的加速度，检测到的加速度与移动体的前进方向上的移动体加速度与作用在移动体上的重力加速度的前进方向的分量相加的结果相对应；高度变化量计算部分，用于基于由预定的压力传感器检测到的移动体的周围压力，计算预定的测量时间中移动体的高度变化量；速度计算部分，用于通过利用重力加速度的前进方向分量与重力加速度之比对应于高度变化量与测量时间中移动体的移动距离之比，基于高度变化量抵消包括在检测到的加速度中的前进方向分量，来获得移动体加速度，并且基于测量开始点处移动体的已知速度，通过使用移动体加速度来计算测量结束点处移动体的速度；以及信息显示部分，用于基于由速度计算部分计算出的移动体的速度，显示关于移动体的位置的信息。

当结合附图理解下面的详细描述时，本发明的性质、原理和用途将会变得更清楚，附图中类似的部件由类似的标号或标记字符指定。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据第一实施例的导航系统的电路配置的框图；

图2A至2C是用于说明高度变化量的计算原理的示意图；

图3A和3B是用于说明零重力偏移的变化和转换后参考电势的更新的示意图；

图4是示出根据第一实施例的速度输出处理过程的流程图；

图5是示出偏移加速度计算处理过程的流程图；

图6是示出高度变化量校正处理过程的流程图；

图7是示出速度计算处理过程的流程图；

图8是示出速度计算的实验结果的示意图；

图9是示出根据第二实施例的导航系统的电路配置的框图；

图10A和10B是用于说明角速度校正的示意图；

图11是示出根据第二实施例的速度输出处理过程的流程图；以及

图12是示出压力和高度之间的关系的示意图。

具体实施方式

现将参考附图描述本发明的优选实施例。

(1)第一实施例

(1-1)导航系统的配置

参考图1，导航系统1被安装在充当移动体的车辆100(图2A)中。车辆100的当前位置是由全球定位系统(GPS)处理部分4基于接收自GPS卫星的GPS信号计算的，显示屏幕数据是由导航单元3通过将指示车辆100的当前位置之类的标记叠加在预定地图数据上来生成的，并且这被发送到显示部分5并且显示屏幕被显示。从而，用户可以在地图上看到车辆100的位置。

GPS处理部分4经由GPS天线6接收来自多个GPS卫星(未示出)的GPS信号，通过基于GPS信号执行预定的位置计算处理来生成位置信息PS，并且将其提供到速度检测单元2中的运算处理块10和导航单元3。

速度检测单元2是以运算处理块10为中心形成的。用于检测作用在车辆100的前进方向上的加速度的加速度传感器11、用于检测周围压力的压力传感器12以及用于检测车辆100在垂直方向上的旋转角速度的偏航率传感器19被连接到上述运算处理块10。

加速度传感器11生成加速度检测信号SA，并将其提供到运算处理块10，在该加速度检测信号SA中，电势相应于作用在车辆100的前进方向上的加速度在0V到5V的范围内变化。就此而言，加速度传感器11被设置为当加速度不作用在车辆100的前进方向上时，加速度检测信号SA的电势变为2.5V(以下将此时加速度检测信号SA的电势称为零重力偏移值Vzgo)。

压力传感器12生成压力检测信号SR，并将其提供到运算处理块10，在该压力检测信号SR中，电势相应于周围压力在预定范围内变化。

偏航率传感器19检测车辆100的垂直方向上(即偏航旋转轴转动)的角速度ф，并将其提供到运算处理块10。

运算处理块10基于与零重力偏移值Vzgo(即2.5V)相同的转换后参考电势Vsc将提供自加速度传感器11的加速度检测信号SA转换成作用在车辆100的前进方向上的检测到的加速度αG，并将提供自压力传感器12的压力检测信号SR转换成代表周围压力的压力值PR。然后，运算处理块10基于提供自GPS处理部分4的位置信息PS和上述检测到的加速度αG和压力PR计算上述车辆100的速度V，并将其发送到导航单元3。

运算处理块10具有未示出的中央处理单元(CPU)配置，并且从未示出的只读存储器(ROM)读取诸如速度计算程序之类的各种应用程序，并且执行该程序。从而，分别实现了诸如以下处理功能：用于计算预定测量时间中车辆100的移动距离的距离计算部分13、用于基于压力PR计算在上述测量时间中上述车辆100的高度变化量的高度变化量计算部分14(后面将描述其细节)、用于确定车辆100是停止还是在行驶的车辆停止确定部分15、用于计算上述车辆100的速度V的速度计算部分16(后面将描述其细节)，以及用于计算包括在提供自加速度传感器11的检测到的加速度αG中的零重力偏移ZGO的偏移计算部分17(后面将描述其细节)。

此外，运算处理块10将计算出的速度V和零重力偏移ZGO等存储在作为非易失性存储器的存储器部分18中，或在需要时读取它们。

就此而言，导航系统1不使用在车辆100中生成的并且周期相应于上述车辆100的速度而变化的脉冲形式的车辆速度脉冲信号。从而，将上述导航系统1安装在上述车辆100时的布线处理可以得到简化。

以这种方式，导航系统1的速度检测单元2计算车辆100的速度V，并且还计算包括在提供自加速度传感器11的检测到的加速度αG中的零重力偏移ZGO。

(1-2)本发明的基本原理

现将描述本发明的基本原理。如图2A所示，在这里假定车辆100行驶在斜坡SL上，该斜坡SL具有相对于水平面HZ的斜坡角θ。在这种情况下，由加速度传感器11(图1)检测到的检测到的加速度αG对应于由车辆100的移动引起的主加速度(以下将其称为车辆加速度αP)加上作用在上述车辆100上的重力加速度g的前进方向分量(以下将其称为重力加速度分量gf)的值。即，重力加速度分量gf可以通过检测到的加速度αG和车辆加速度αP之间的差按以下表达式来计算：

gf＝αG-αP...(1)

导航系统1的速度检测单元2(图1)可以在基于多段时间的多个位置信息PS计算距离和速度时计算上述车辆加速度αP。

顺便说一下，如图2B和2C所示，在从作为测量开始点的某个时间t0到作为测量结束点的时间t1的测量时间mt(例如一秒)中车辆100在斜坡SL上移动的距离Dm与上述测量时间mt中上述车辆100的高度变化量Dh之比(即sinθ)等于重力加速度分量gf与重力加速度g之比(即sinθ)。因此，满足以下表达式的关系：

\frac{gf}{g} = \frac{Dh}{Dm} - - - (2)

顺便说一下，根据使用速度和加速度的关于距离的一般表达式，上述距离Dm可用时间t0处车辆100的速度V0和车辆加速度αP来表示，如以下表达式所示：

Dm = V 0 \cdot mt + \frac{1}{2} aP \cdot {mt}^{2} - - - (3)

在这里，如果通过代入表达式(1)和(3)来变换表达式(2)，则得出下面的表达式：

\frac{αP - αG}{g} \cdot (V 0 \cdot mt + \frac{1}{2} αP \cdot {mt}^{2}) = Dh - - - (4)

(1-2-1)速度的计算

顺便说一下，当在建筑物阴影中、隧道等中GPS天线6无法接收到来自GPS卫星的GPS信号时，导航单元3无法基于来自GPS处理部分4的位置信息PS来计算车辆100的当前位置。因此，导航系统1的速度检测单元2(图1)基于车辆100的水平方向上的角速度ф和速度V估计上述当前位置，并且基于此的地图屏幕被显示在显示部分5中。

但是，由于在GPS天线6中无法接收到GPS信号，因此导航系统1的速度检测单元2(图1)无法使用基于提供自GPS处理部分4的位置信息PS随时间的变化来计算速度V的简单技术。

于是，速度检测单元2的速度计算部分16在不使用位置信息PS的情况下基于时间t0处的速度V0计算时间t1处的速度V1。下面将描述该原理。

首先，如果关于车辆加速度αP重新写上述表达式(4)，则获得下面的表达式。

αP = \frac{αG}{2} - \frac{V 0}{mt} + \sqrt{{(\frac{αG}{2} + \frac{V 0}{mt})}^{2} - \frac{2 Dh \cdot g}{{mt}^{2}}} - - - (5)

在这里，对于时间t1处的速度V1，根据关于速度V的一般物理表达式，满足以下表达式的关系。

V1＝V0+αP·mt...(6)

这意味着可以基于速度V0计算速度V1。在这里，通过将表达式(5)代入表达式(6)中，可以获得以下表达式：

V 1 = \frac{αG \cdot mt}{2} + \sqrt{{(\frac{αG \cdot mt}{2} + V 0)}^{2} - 2 Dh \cdot g} - - - (7)

即，如果可以获得高度变化量Dh，则速度检测单元2可以通过用检测到的加速度αG、测量时间mt、时间t0处的速度V0、重力加速度g以及上述高度变化量Dh来计算时间t1处的速度V1。

在这种情况下，速度检测单元2直接执行表达式(7)的运算。但是，上述表达式(7)是将表达式(5)代入到表达式(6)中得到的表达式。因此，这意味着速度检测单元2间接获得车辆加速度αP，并通过用它从时间t0处的速度V0获取时间t1处的速度V1。

(1-2-2)车辆停止状态的确定

顺便说一下，如表达式(6)所示，速度检测单元2利用时间t0处的速度V0(刚才的速度V0)计算时间t1处的速度V1(即当前的速度V1)。因此，如果速度V错误，则速度V1也会成为错误的值。从而，速度检测单元2有必要稳妥地检测车辆100中的第一速度V，即将车辆停止状态的速度V检测为“零”。

在这里，一般来说，当车辆100在行驶时，速度V根据道路形式和交通状况等而连续变化。因此，上述速度V连续为恒定值的概率是极低的。上述速度V的值具有一定程度的变动。另一方面，当车辆100停止时，速度V并不偏离零而变化，而是恒定的值。从而，即使考虑到检测误差，上述速度V的变动也处于预定范围内。

于是，速度检测单元2通过车辆停止确定部分15计算预定时间范围(例如五秒)中速度V的变动Vvar。如果变动Vvar处于预定范围内，则速度检测单元2确定车辆100停止，并且此时的速度V被校正到零。

从而，速度检测单元2可以正确地确定车辆100是处于行驶状态还是停止状态。当车辆100处于停止状态时，速度V被校正到零，从而之后的速度V可以被正确地计算。

(1-2-3)高度变化量的计算

现将描述速度检测单元2(图1)中对高度变化量的计算处理。如上述表达式(2)中所示，速度检测单元2可以通过用距离Dm、重力加速度分量gf(即检测到的加速度αG-车辆加速度αP)和重力加速度g来计算高度变化量Dh。

在这里，当GPS天线6能够接收到GPS信号时，在速度检测单元2中，车辆100在测量时间mt中移动的距离Dm可以在距离计算部分13中被计算。从而，可以基于上述距离Dm计算车辆100的速度V。此外，可以基于此计算车辆加速度αP。

但是，当GPS天线6无法接收到来自GPS卫星的GPS信号并且在GPS处理部分4中无法生成位置信息PS时，速度检测单元2无法计算距离Dm和车辆加速度αP。因此，无法从表达式(2)中的关系计算高度变化量Dh。

于是，当在GPS处理部分4中无法生成位置信息PS时，速度检测单元2通过利用在压力PR和高度h之间一般存在对应关系这一事实将从压力传感器12获得的压力PR转换为高度h。

实际上，被用来预先将一般压力和高度之间的对应关系制成表格的压力/高度对应表TBL已被存储在存储器部分18中，并且速度检测单元2基于时间t0处的压力PR0和时间t1处的压力PR1从上述压力/高度对应表TBL读取分别与压力PR0和PR1相对应的高度h0和h1。

接下来，速度检测单元2根据以下表达式计算高度变化量Dh，该高度变化量Dh是时间t0处车辆100的高度h0和时间t1处车辆100的高度h1之间的差：

Dh＝h1-h0...(8)

在这里，对于高度变化量Dh，如果考虑到一般道路中的斜坡范围和车辆100的行驶性能(即每单位时间的移动距离)等，则可以认为实际上可以取的范围的上限值和下限值是存在的(以下将其称为高度变化范围)。

另一方面，在车辆100实际行驶在道路上的情况下，存在这样的可能：例如，当上述车辆100的窗打开或关闭时，当车辆100进入隧道时，或者当车辆100经过相邻的交通线时，车辆空间中的压力受这些因素而不是高度变化的影响(以下将这些因素称为非高度因素)。

在这种情况下，速度检测单元2基于受到非高度因素影响的压力PR计算出错误的高度h。从而，高度变化量Dh也变成错误的值。

顺便说一下，当车辆100受到这种非高度因素的影响时，认为车辆空间中的压力PR与仅由高度引起的情况相比会突然变化。即，此时高度变化量Dh处于高度变化范围之外的概率较高。

于是，在通过表达式(8)计算的高度变化量Dh处于高度变化范围之外的情况下，认为车辆100受到了非高度因素的影响，并且速度检测单元2校正上述高度变化量Dh。

具体而言，实际上可取的斜坡角θ(图2)的最大值被定义为最大斜坡角θmax(例如0.05πrad之类的)，并且速度检测单元2确定是否满足下面的使用计算出的高度变化量Dh和刚才的速度V0的表达式。

|Dh|≤V0·sinθmax...(9)

就此而言，表达式(9)的右侧通过用sin(θmax)乘以刚才的速度V0，从整体上代表了“从刚才的速度V0假定的最大高度差”。

在这里，当满足表达式(9)时，认为通过表达式(8)计算出的高度变化量Dh不受非高度因素的影响，是正确的值，并且速度检测单元2执行下面的处理，而不特别执行校正。

另一方面，如果未满足表达式(9)，则认为通过表达式(8)计算出的高度变化量Dh受到了非高度因素的影响，并且速度检测单元2根据以下表达式计算校正后高度变化量Dhc：

Dhc = V 0 \cdot \sin (θ \max) \cdot \frac{| Dh |}{Dh} - - - (10)

然后，速度检测单元2通过将此校正后高度变化量Dhc设置为新的高度变化量Dh来执行下面的处理。

在这种情况下，速度检测单元2无法从车辆空间中的压力PR计算正确的高度变化量Dh。因此，作为次优方案，速度检测单元2计算校正后高度变化量Dhc作为可取的最大高度变化量Dh，并用此作为高度变化量Dh。

另一方面，压力一般相应于高度变为不同的值。即使处于相同高度，压力也会由于诸如低压和高压之类的天气影响而缓慢变化。但是，作为速度检测单元2检测压力PR0和PR1的时间差的测量时间mt(约一秒)比起由于天气影响而发生较大压力变化的时间来足够地短。因此，可以认为作为高度h之间的相对差异的高度变化量Dh不受到由天气之类的引起的压力变化的影响。

因此，速度检测单元2可以通过压力/高度对应表TBL和表达式(8)获得十分可靠的高度变化量Dh。从而，计算出的高度变化量Dh可被应用到表达式(7)。

在这种情况下，由于速度检测单元2无法计算正确的车辆加速度αP，因此它无法直接通过表达式(1)中的关系计算包括在检测到的加速度αG中的重力加速度分量gf。但是，通过利用表达式(2)所示的关系，上述重力加速度分量gf可通过高度变化量Dh抵消。因此，不论上述重力加速度分量gf如何，都可以通过表达式(7)十分准确地计算速度V。

(1-2-4)零重力偏移的计算

顺便说一下，在加速度传感器11(图1)中，当在车辆100停止在水平面HZ(图2)上加速度不作用在车辆100的前进方向上时，如图3A所示，从上述加速度传感器11输出的加速度检测信号SA的电势，即零重力偏移值Vzgo，变为2.5V。

但是，在加速度传感器11中，作为其特性，由于周围温度变化之类的影响，零重力偏移值Vzgo有时从2.5V变到2.6V或2.7V之类的(由图3A中的虚线示出)。

此时，在速度检测单元2中，虽然零重力偏移值Vzgo偏离2.5V变化，如图3B所示，但当其在运算处理块10中被从加速度检测信号SA转换到检测到的加速度αG时，转换后参考电势Vsc被设置为变动前的零重力偏移值Vzgo(即2.5V)，因此它被转换成错误的检测到的加速度αG。从而，通过上述表达式(7)计算出的速度V也变成错误值。

因此，希望在检测到变动之后的上述零重力偏移值Vzgo时，通过基于零重力偏移值Vzgo更新转换后参考电势Vsc，速度检测单元2将来自加速度传感器11的加速度检测信号SA转换成正确的检测到的加速度αG，。

在这里，对于用来转换输出自加速度传感器11的加速度检测信号SA的实际的检测到的加速度αG(以下将其称为真实的检测到的加速度αGr)，满足以下表达式的关系，该表达式使用应当被加速度传感器11首先检测到的检测到的加速度αG(以下将其称为要检测的加速度αGi)和与零重力偏移值Vzgo的变动相对应的加速度(以下将其称为偏移加速度αo)。

αGr＝αGi+αo...(11)

通过变换此式，获得以下表达式。

αo＝αGr-αGi...(12)

即，可以得知，偏移加速度αo可以按真实的检测到的加速度αGr和要检测的加速度αGi之间的差来计算。

在这里，对于要检测的加速度αGi，可以应用上述表达式(1)中的关系。从而，可以用以下表达式取代表达式(12)：

αo＝αGr-(αP+gf)...(13)

此外，通过变换上述表达式(2)可以获得以下表达式：

gf = \frac{Dh}{Dm} \cdot g - - - (14)

在这里，在速度检测单元2中，如表达式(8)所示，可以基于从压力传感器12(图1)获得的压力PR计算高度变化量Dh。对于测量时间mt中的距离Dm和车辆加速度αP，如上所述，在GPS天线6(图1)能够接收到GPS信号的情况下，上述距离Dm是在距离计算部分13中基于位置信息PS获得的。此外，上述车辆加速度αP可以用此来计算。

即，在GPS天线6能够接收到GPS信号的情况下，速度检测单元2可以通过将真实的检测到的加速度αGr、车辆加速度αP、高度变化量Dh、距离Dm和重力加速度g代入到以下表达式中来计算偏移加速度αo，以下表达式是通过将表达式(14)应用到上述表达式(13)而获得的。

αo = αGr - (αP + \frac{Dh}{Dm} \cdot g) - - - (15)

此时，速度检测单元2可以通过转换偏移加速度αo来获得最新的零重力偏移值Vzgo。此外，通过将存储在存储器部分18(图1)中的转换后参考电势Vsc更新到与上述零重力偏移值Vzgo相同的值，来自加速度传感器11的加速度检测信号SA可在运算处理块10中被转换成考虑到了零重力偏移值Vzgo的变动的正确的检测到的加速度αG。

就此而言，在GPS天线6能够接收到GPS信号，并且能够从GPS处理部分4获得位置信息PS的情况下，速度检测单元2不时根据表达式(15)计算偏移加速度αo，不时更新转换后参考电势Vsc。在无法接收到上述GPS信号的情况下，速度检测单元2利用基于最新的转换后参考电势Vsc的正确的检测到的加速度αG，即考虑到了零重力偏移值Vzgo的变动的正确的检测到的加速度αG，来根据表达式(7)计算速度V。

(1-3)速度输出处理

接下来，将参考图4的流程图描述当速度检测单元2计算车辆100的速度V并将其输出到导航单元3时的速度输出处理过程。

如果导航系统1的电源被接通，则速度检测单元2的运算处理块10开始速度输出处理过程RT1，并进行到步骤SP1。在步骤SP1，运算处理块10通过车辆停止确定部分15计算为过去的15秒计算的速度V的变动Vvar，以确定车辆100是否处于停止状态，并进行到下一步骤SP2。

在步骤SP2，运算处理块10确定在步骤SP1中通过车辆停止确定部分15计算的速度V的变动Vvar是否处于预定的阈值内。如果在这里获得肯定结果，则意味着由于变动Vvar比较小，因此车辆100处于停止状态的概率非常高。此时，运算处理块10进行到下一步骤SP3。

在步骤SP3，运算处理块10将存储在存储器部分18中的刚才的速度V0校正为零，并进行到下一步骤SP4。

另一方面，如果在步骤SP2中获得否定结果，则意味着由于速度V的变动Vvar在一定程度上较大，因此车辆100处于行驶状态的概率较高。此时，运算处理块10进行到下一步骤SP4，而不特别校正刚才的速度V0。

在步骤SP4，运算处理块10确定是否从GPS处理部分4获得位置信息PS。如果在这里获得肯定结果，这意味着可以基于可从GPS处理部分4获得的位置信息PS计算车辆100的速度。此时，运算处理块10进行到下一子例程SRT1。

在子例程SRT1，运算处理块10通过偏移计算部分17根据上述表达式(15)计算偏移加速度αo，并更新转换后参考电势Vsc(后面将描述其细节)，并进行到下一步骤SP5。

就此而言，在子例程SRT1中的用于计算偏移加速度αo的过程中，运算处理块10基于位置信息PS计算当前速度V。

另一方面，如果在步骤SP4中获得否定结果，则这意味着由于无法从GPS处理部分4获得位置信息PS，因而有必要在不使用位置信息PS的情况下计算速度V。此时，运算处理块10进行到下一子例程SRT2。

在子例程SRT2，运算处理块10根据上述表达式(7)通过速度计算部分16计算当前速度V(速度V1)(后面将描述其细节)，并进行到下一步骤SP6。

在步骤SP6，运算处理块10将速度V发送到导航单元3，并进行到下一步骤SP6。

在步骤SP6，运算处理块10等待，直到测量时间mt过去，然后再次返回步骤SP1以重复一系列处理。

(1-3-1)偏移加速度计算处理

接下来，将参考图5的流程图描述当运算处理块10通过偏移计算部分17计算偏移加速度αo时的偏移加速度计算处理。注意，在这里，当前时间被假定为时间t1，在上述时间t1之前距离测量时间mt处的时间被假定为时间t0。

运算处理块10响应于来自速度输出处理过程RT1(图4)的调用开始图5所示的偏移加速度计算子例程SRT1，并进行到步骤SP11。在步骤SP11，运算处理块10从加速度传感器11获取当前时间t1处的检测到的加速度αG，从压力传感器12获取压力PR1，并且还从GPS处理部分4获取位置信息PS1，并进行到下一步骤SP12。

在步骤SP12，运算处理块10读取已被预先存储在存储器部分18中的时间t0处的检测到的加速度αG、压力PR0和位置信息PS0，并进行到下一步骤SP13。

在步骤SP13，运算处理块10利用存储在存储器部分18中的压力/高度对应表TBL读取与压力PR0和PR1相对应的高度h0和h1，并根据表达式(8)计算高度变化量Dh，然后进行到接下来的高度变化量校正子例程SRT3(图6)。

运算处理块10进行到步骤SP51以确定高度变化量Dh是否满足表达式(9)，即，高度变化量Dh是否受到非高度因素的影响。如果在这里获得肯定的结果，则意味着高度变化量Dh未受非高度因素的影响的概率较高，因而不必要对上述高度变化量Dh进行校正。此时，运算处理块10进行到步骤SP54以结束子例程SRT3，并返回到前一子例程SRT1(图5)。

另一方面，如果在步骤SP51中获得否定结果，则意味着高度变化量Dh受到非高度因素的影响的概率较高，因而应当对上述高度变化量Dh执行校正。此时，运算处理块10进行到下一步骤SP52。

在步骤SP52，运算处理块10根据表达式(10)计算校正后高度变化量Dhc，进行到下一步骤SP53以将上述校正后高度变化量Dhc设置为新的高度变化量Dh，并且进行到下一步骤SP54。

在步骤SP54，运算处理块10完成例程RT3，返回前一子例程SRT1(图5)，并且进行到步骤SP14。

在步骤SP14，运算处理块10通过距离计算部分13基于位置信息PS0和PS1计算在测量时间mt中车辆100移动的距离Dm，并且还基于上述距离Dm计算速度V，然后计算车辆加速度αP，并且进行到下一步骤SP15。

在步骤SP15，运算处理块10利用真实的检测到的加速度αGr(在这种情况下是检测到的加速度αG0)、车辆加速度αP、高度变化量Dh、距离Dm和重力加速度g，根据表达式(15)计算偏移加速度αo，并且进行到下一步骤SP16。

在步骤SP16，运算处理块10通过将偏移加速度αo转换为电势来计算零重力偏移值Vzgo，并且将存储在存储器部分18中的转换后参考电势Vsc更新到与上述零重力偏移值Vzgo相同的值，并且进行到下一步骤SP17。

在步骤SP17，运算处理块10将当前时间t1处的检测到的加速度αG1、压力PR1和位置信息PS1存储在存储器部分18中，直到下一次计算偏移加速度αo，进行到下一步骤SP18以结束此偏移加速度计算子例程SRT1，并且返回前面的速度输出处理过程RT1(图4)。

(1-3-2)速度计算处理

接下来，将参考图7的流程图描述在无法从GPS处理部分4获得位置信息PS时，运算处理块10通过速度计算部分16计算速度V时的速度计算处理。注意，在这里，当前时间被假定为时间t1，在上述时间t1之前距离测量时间mt处的时间被假定为时间t0。

运算处理块10响应于来自速度输出处理过程RT1(图4)的调用开始图7所示的速度计算子例程SRT2，并进行到步骤SP21。在步骤SP21，运算处理块10从加速度传感器11获取当前时间t1处的检测到的加速度αG，并且还从压力传感器12获取压力PR1，并进行到下一步骤SP22。

在步骤SP22，运算处理块10读取已被预先存储在存储器部分18中的时间t0处的检测到的加速度αG、压力PR0和速度V0，并进行到下一步骤SP23。

在步骤SP23，与偏移加速度计算子例程SRT1(图4)中的步骤SP13类似，运算处理块10利用存储在存储器部分18中的压力/高度对应表TBL读取与压力PR0和PR1相对应的高度h0和h1，并根据表达式(8)计算高度变化量Dh，然后进行到子例程SRT3(图6)。

在子例程SRT3中，与子例程SRT1的情况类似，运算处理块10利用表达式(9)确定高度变化量Dh是否受到非高度因素的影响。如果受影响，则运算处理块10根据表达式(10)计算校正后高度变化量Dhc，将此设置为新的高度变化量Dh以便校正上述高度变化量Dh，然后返回前一子例程SRT2(图7)，并进行到下一步骤SP24。

在步骤SP24，运算处理块10利用检测到的加速度αG0、时间t0处的速度V0、高度变化量Dh、测量时间mt和重力加速度g，根据表达式(7)计算当前时间t1处的速度V1，并且进行到下一步骤SP25。

在步骤SP25，运算处理块10将当前时间t1的检测到的加速度αG1、压力PR1和速度V1存储在存储器部分18中，直到下一次计算速度V，进行到下一步骤SP26以结束此速度计算子例程SRT2，并且返回前面的速度输出处理过程RT1(图4)。

(1-4)运算和效果

根据上述配置，当能够从GPS处理部分4获得位置信息PS时，速度检测单元2基于上述位置信息PS计算速度V，而当无法从GPS处理部分4获得位置信息PS时，速度检测单元2利用检测到的加速度αG、测量时间mt、时间t0处的速度V0、重力加速度g和高度变化量Dh，根据表达式(7)，通过速度计算部分16计算速度V(速度V1)。

此表达式(7)是将表达式(5)代入到作为关于速度V的一般表达式的表达式(6)中得到的表达式，其中，通过将作为关于距离Dm的一般表达式的表达式(3)应用到示出重力加速度分量gf、重力加速度g、高度变化量Dh和距离Dm之间的关系的表达式(2)，表达式(5)被重新排列。

因此，在无法从GPS处理部分4获得位置信息PS的情况下，由于重力加速度分量gf的影响，无法直接获得准确的车辆加速度αP。但是，速度检测单元2可以通过根据表达式(7)抵消上述重力加速度分量gf来十分准确地计算速度V。

此时，包括在检测到的加速度αG中的重力加速度分量gf无法直接检测到。但是，速度检测单元2可以通过利用表达式(2)示出的重力加速度分量gf、重力加速度g、高度变化量Dh和距离Dm之间的关系来通过高度变化量Dh抵消上述重力加速度分量gf。

在这种情况下，在速度检测单元2中，表达式(7)被直接运算。但是，由于上述表达式(7)是表达式(5)代入表达式(6)得到的表达式，因此意味着车辆加速度αP是间接获得的，并且时间t1处的速度V1(即速度V)是利用它从时间t0处的速度V0获得的。

但是，在速度检测单元2中，可以仅通过运算表达式(7)直接计算速度V。因此，没有必要计算上述车辆加速度αP和斜坡角θ。从而，运算处理量可以被限制到所需的最小值。

此时，在速度检测单元2中，可以用预先存储在存储器部分18中的压力/高度对应表TBL将压力PR转换成高度h。从而，与根据使用上述压力PR的预定运算处理计算上述高度h的情况相比，可以减少运算处理量。

此外，如果通过使用表达式(9)的确定认为高度变化量Dh受到非高度因素的影响，则速度检测单元2根据表达式(10)计算校正后高度变化量Dhc。从而，速度检测单元2可以将只通过表达式(8)计算出的很可能由于非高度因素而在很大程度上是错误的值的高度变化量Dh校正为校正后高度变化量Dhc，此值事实上是次优值。因此，可以减小上述高度变化量Dh和利用上述高度变化量Dh计算出的速度V的值的错误范围。

在这里，当安装导航系统1的车辆100行驶在实际道路上时速度V的检测结果在图8中示出。在此图8中，除了速度V(由粗实线示出)外，为了比较还示出了作为基于车辆100的速度计的准确速度的测量速度Vm(由粗虚线示出)、基于由加速度传感器11检测到的检测到的加速度αG(即尚未执行对重力加速度分量gf的校正)计算出的检测到的速度Vg(由细实线示出)，以及用来转换由压力传感器12检测到的压力PR的高度h(由单点链线示出)。

根据此图8，如约480s到约840s处明显示出的，当高度h变化时，测量速度Vm和检测到的速度Vg很不相同，即，由于高度h的变化而引起的重力加速度分量gf很大程度地作用在作为检测到的速度Vg的基础的检测到的加速度αG上，因而不能从上述检测到的加速度αG计算车辆100的准确速度。

另一方面，其中重力加速度分量gf基于表达式(7)通过高度变化量Dh被抵消的速度V一般是接近测量速度Vm的值，并且示出了车辆100的速度被十分准确地计算出。

此外，速度检测单元2可以通过诸如以下简单处理来直接计算速度V(即速度V1)：这种简单处理例如是通过将由加速度传感器11检测到的检测到的加速度αG、从与压力传感器12所检测到的压力PR相对应的高度h计算出的高度变化量Dh、测量时间mt、时间t0处的速度V0和重力加速度g代入表达式(9)中来执行运算。因此，例如计算斜坡角θ(图2)、基于上述斜坡角θ计算重力加速度分量gf，然后计算速度V，以及复杂的运算处理变得不必要。

据此，即使GPS天线6无法接收到来自GPS卫星的GPS信号，导航单元3也可以基于速度检测单元2中计算出的速度V和偏航率传感器19所检测到的水平方向上的角速度ф来估计车辆100的当前位置，并且基于此的地图屏幕可以被显示在显示部分5中。

因此，在导航系统1中，在无法接收到GPS信号时，也能在不受斜坡角θ的影响的情况下十分准确地计算速度V。从而，没有必要获得一般导航系统中需要的、周期与车辆100的速度V相对应的车辆速度脉冲信号，并且没有必要连接用于车辆速度脉冲信号的信号线。

从而，例如，希望将导航系统1安装在车辆100中的用户可以很容易地完成安装工作，而无需委托安装工作的专家。此外，由于不必要由专家进行安装工作，因此除了仅针对汽车制造商的商店(其中有拥有汽车知识的工程师)外，导航系统1也可以在针对一般家电设备等的商店中出售。

根据上述配置，在速度检测单元2中，当能够从GPS处理部分4获得位置信息PS时，速度V是基于上述位置信息PS计算的，而当无法从GPS处理部分4获得位置信息PS时，可以利用检测到的加速度αG、测量时间mt、时间t0处的速度V0、重力加速度g和高度变化量Dh，根据表达式(7)，在不受重力加速度分量gf的影响的情况下，通过速度计算部分16十分精确地计算速度V。

(2)第二实施例

(2-1)导航系统的配置

如图9所示(其中相同的标号被添加到图1的相应部件)，第二实施例中的导航系统20具有与导航系统1(图1)类似的配置，只不过提供了速度检测单元21来取代速度检测单元2。

速度检测单元21具有取代速度检测单元2(图1)中的运算处理块10的运算处理块22。在运算处理块22中，除了运算处理块10的配置之外，还提供了用于执行对提供自偏航率传感器19的角速度ф的校正处理的角速度校正部分23。

如与图2A相对应的图10A所示，假定车辆100在前进方向FW上行驶在具有相对于水平面HZ的斜坡角θ的斜坡SL上。

在这里，如图10B所示，偏航率传感器19检测到的角速度ф代表上述车辆100在斜坡SL上的旋转角速度，该旋转角速度以垂直偏航旋转轴YA为中心。

在这种情况下，由于车辆100行驶在斜坡SL上，因此偏航率传感器19检测到的角速度ф是通过用cosθ乘以车辆100的实际旋转角速度而获得的值。

于是，作为预先准备，运算处理块22的角速度校正部分23(图9)通过用根据表达式(8)计算出的高度变化量Dh和基于根据表达式(7)计算的速度V而获得的移动距离Dm，利用图2C所示的以下表达式的关系，计算sinθ。

Dh＝Dm·sinθ...(16)

角速度校正部分23通过以下的基于三角函数的一般特性的表达式用它来计算cosθ。

\cos θ = \sqrt{1 - \sin^{2} θ} - - - (17)

接下来，通过用此cosθ，角速度校正部分23通过以下表达式计算如图10B所示的校正后角速度фc，并将其与基于表达式(7)计算出的速度V一起发送到导航单元3。

φc = \frac{φ}{\cos θ} - - - (18)

据此，在GPS天线6无法接收到GPS信号，并且无法从GPS处理部分4获得位置信息PS的情况下，导航单元3执行所谓的航位推测(deadreckoning)(航位推测导航)，所述航位推测基于GPS信号速度V和校正后角速度фc从刚才车辆100的位置计算车辆100的当前估计位置。

此时，即使车辆100行驶在斜坡SL上并且偏航率传感器19所检测到的角速度ф不同于上述车辆100的正确角速度，导航单元3也可以通过用根据上述斜坡SL的斜坡角θ校正的校正后角速度фc而不是上述角速度ф来十分准确地计算上述车辆100的估计位置。

从而，即使无法识别基于位置信息PS的准确当前位置，导航系统1也可以基于GPS信号速度V和校正后角速度фc将十分准确的估计位置显示在显示屏幕的地图上；用户可以看到车辆100的估计位置。

(2-2)位置输出处理过程

接下来，将参考图11的流程图描述当速度检测单元21计算车辆100的速度V并将其发送到导航单元3时的速度输出处理过程，在图11中，相同的标号被添加到图4中的相应部件。

如果导航系统20的电源被接通，则速度检测单元21的运算处理块22开始速度输出处理过程RT2，并进行到步骤SP1。注意，由于在此速度输出处理过程RT2中，步骤SP1、SP2、SP3、SP4、子例程SRT1、SRT2和SR3与速度输出处理过程RT1(图4)的情况类似，因此省略对它们的描述。

在完成子例程SRT2之后，运算处理块22进行到下一步骤SP31。在步骤SP31，运算处理块22利用根据表达式(8)计算出的高度变化量Dh和基于根据表达式(7)计算出的速度V而获得的移动距离Dm，根据表达式(16)计算sinθ，根据表达式(17)基于此计算cosθ，并且进行到下一步骤SP32。

在步骤SP32，运算处理块22根据表达式(18)计算用来校正角速度ф的校正后角速度фc，并进行到下一步骤SP33。

另一方面，如果运算处理块22结束了子例程SRT1，则它进行到下一步骤SP33。

在步骤SP33，运算处理块22将速度V和校正后角速度фc发送到导航单元3，并进行到下一步骤SP6。

在运算处理块10在步骤SP6中等待直到测量时间mt过去之后，与速度输出处理过程RT1(图4)的情况类似，它再次返回步骤SP1，以重复一系列处理。

(2-3)运算和效果

根据上述配置，与第一实施例中的速度检测单元2类似，当能够从GPS处理部分4获得位置信息PS时，速度检测单元21基于上述位置信息PS计算速度V，当无法从GPS处理部分4获得位置信息PS时，速度检测单元21通过利用检测到的加速度αG、测量时间mt、时间t0处的速度V0、重力加速度g和高度变化量Dh，根据表达式(7)，通过速度计算部分16计算速度V(速度V1)。

因此，在速度检测单元21中，与速度检测单元2类似，在无法从GPS处理部分4获得位置信息PS的情况下，虽然无法计算准确的车辆加速度αP并且无法直接计算包括在检测到的加速度αG中的重力加速度分量gf，但是可以通过利用表达式(2)中示出的重力加速度分量gf、重力加速度g、高度变化量Dh和距离Dm之间的关系来通过高度变化量Dh抵消上述重力加速度分量gf。因此，速度检测单元21可以通过表达式(7)十分准确地计算速度V，而不受重力加速度分量gf的影响。

此外，在速度检测单元21中，在无法从GPS处理部分4获得位置信息PS的情况下，在不受斜坡角θ的影响的情况下根据表达式(7)计算速度V，并且根据斜坡角θ，根据表达式(18)将角速度ф校正到校正后角速度фc。从而，可以去除由上述斜坡角θ引起的误差。

据此，即使车辆100无法获得GPS处理部分4中的GPS信号，导航单元3也可以基于速度V和其中由斜坡角θ引起的误差分量已被去除的校正后角速度фc来十分准确地计算上述车辆100的当前估计位置。

根据上述配置，当能够从GPS处理部分4获得位置信息PS时，速度检测单元21基于上述位置信息PS计算速度V，当无法从GPS处理部分4获得位置信息PS时，速度检测单元21通过利用检测到的加速度αG、测量时间mt、时间t0处的速度V0、重力加速度g和高度变化量Dh，根据表达式(7)，在不受重力加速度分量gf的影响的情况下，通过速度计算部分16十分准确地计算速度V，并且还根据表达式(18)计算其中由斜坡角θ引起的误差得以校正的校正后角速度фc。

(3)其他实施例

在上述实施例中，涉及了基于速度V的变动Vvar确定车辆100的停止状态的情况。但是，本发明并不局限于此，而是，例如，可以计算角速度ф的变动фvar，并且可以基于上述变动фvar确定上述车辆100的停止状态。

在上述实施例中，涉及了利用表达式(7)计算速度V的情况，其中表达式(7)是通过将作为表达式(4)的变换的表达式(5)代入表达式(6)中而获得的。但是，本发明并不局限于此，而是也可以用以下表达式来计算速度V(速度V1)：

V 1 = V 0 + αG \cdot mt - \frac{Dh}{V 0} \cdot g - - - (19)

该表达式是通过例如将以下通过省略表达式(4)中的第二项而获得的表达式代入表达式(6)中而获得的。

\frac{αP - αG}{g} \cdot (V 0 \cdot mt) = Dh - - - (20)

从而，在表达式(4)中的第二项被认为相当小并且可以省略的情况下，运算处理块10和22中的运算处理可以通过使用表达式(20)而不是表达式(7)而得以简化。

此外，在上述实施例中，涉及了基于周围压力PR的变化量计算高度变化量Dh的情况。但是，本发明并不局限于此，而是，例如，可以提供用于检测垂直方向上的加速度的垂直加速度传感器，并且可以将上述垂直加速度传感器的检测值转换成高度变化量。

此外，在上述实施例中，涉及了根据预先存储在存储器部分18中的压力/高度对应表TBL从压力PR转换到高度h的情况。但是，本发明并不局限于此，而是也可以基于压力PR根据以下表达式来计算高度h。

h = 153.8 \times (t_{z} + 273.2) \times (1 - {(\frac{PR}{{PR}_{z}})}^{0.1902}) - - - (21)

在这里，t_z代表高度h＝0m处的温度，PR_z代表高度h＝0m处的压力。

从而，虽然运算处理量增大了，但是高度h的计算准确度可以得到提高。

此外，在这种情况下，如图示出表达式(21)的图12所示，在高度比较低的部分AR，特性曲线Q可被近似为近似线AL。因此，在已知车辆100的当前位置处的高度比较低的情况下，可以根据以下代表近似线AL的表达式来近似计算高度变化量Dh。

Dh＝-8.73×(PR1-PR0)...(22)

从而，与执行表达式(21)的运算的情况相比，运算处理块10和22中的运算处理可以得以简化。

此外，在上述实施例中，涉及了当确定不满足表达式(9)并且高度变化量Dh受非高度因素影响时通过表达式(10)计算的校正后高度变化量Dhc被设置为新的高度变化量Dh的情况。但是，本发明并不局限于此，而是可以通过其他技术计算新的高度变化量Dh，例如将最近的高度变化量Dh按其本来的样子设置为新的高度变化量Dh的技术，或者基于倒数第二近的高度变化量Dh和最近的高度变化量Dh计算此时的高度变化量Dh的预测值并将此设置为新的高度变化量Dh的技术。

此外，在上述实施例中，涉及了利用最大斜坡角θmax通过表达式(9)确定通过表达式(8)计算的高度变化量Dh是否受非高度因素影响的情况。但是，本发明并不局限于此，而是例如可以规定最大高度变化量Dhmax作为高度变化量Dh可以取的最大值，并且可以基于高度变化量Dh的绝对值和最大高度变化量Dhmax之间的比较结果来确定高度变化量Dh是否受非高度因素的影响。

在这里，如果确定高度变化量Dh受到非高度因素的影响，则通过将最大高度变化量Dhmax设置为新的高度变化量Dh来执行下面的处理，将会是有益的。

此外，可以规定斜坡变化率λ作为每单位时间斜坡角θ的变化量，并且可以利用上述斜坡变化率λ来确定高度变化量Dh是否受非高度因素的影响。

例如，作为车辆100正常行驶时斜坡变化率λ可以取的最大值，最大斜坡变化率λ被预先设置。速度检测单元2可以通过利用紧挨t0之前的时间的高度变化量Dh和距离Dm，根据从图2C所示的关系获得的以下表达式计算刚才的斜坡角θ0。

θ = \sin^{- 1} (\frac{Dh}{Dm}) - - - (23)

并且速度检测单元2可以基于是否满足以下表达式来确定高度变化量Dh是否受到非高度因素的影响。

Dh＞V0·sin(-λmax+θ)...(24a)

Dh＜V0·sin(λmax+θ)...(24b)

在这里，如果不满足表达式(24a)和(24b)，并且确定高度变化量Dh受到非高度因素的影响，则根据以下表达式计算校正后高度变化量Dhc2并将此设置为高度变化量Dh将会是有益的。

Dhc 2 = V 0 \cdot \sin (λ \max + θ) \cdot \frac{| Dh |}{Dh} - - - (25)

此外，可以用在垂直方向施加到车辆100的加速度分量(所谓的垂直G，以下将其称为垂直加速度av)确定高度变化量Dh是否受到非高度因素的影响。

根据一般物理原理，在垂直加速度av和斜坡变化率λ之间满足以下表达式的关系。

λ = \frac{αv}{V 0} - - - (26)

然后，最大垂直加速度avmax可被预先设置为车辆100正常行驶时垂直加速度av可以取的最大值，并且在速度检测单元2中，可以基于是否满足以下的通过将表达式(26)应用到表达式(24)而获得的表达式来确定高度变化量Dh是否受非高度因素的影响。

Dh > V 0 \cdot \sin (- \frac{av \max}{V 0} + θ) - - - (27 a)

Dh < V 0 \cdot \sin (\frac{av \max}{V 0} + θ) - - - (27 b)

在这里，如果不满足表达式(27a)和(27b)并且确定高度变化量Dh受到非高度因素的影响，则根据以下表达式计算校正后高度变化量Dhc3并将其设置为新的高度变化量Dh将会是有益的。

Dhc 3 = V 0 \cdot \sin (\frac{av \max}{V 0} + θ) \cdot \frac{| Dh |}{Dh} - - - (28)

此外，在上述实施例中，涉及了由GPS处理部分4基于GPS天线6接收到的GPS信号生成位置信息PS的情况。但是，本发明并不局限于此，而是也可以使用诸如准天顶卫星系统(QZSS)、全球导航卫星系统(GLONASS)和Galileo之类的各种卫星定位系统，接收它们各自的定位信号并执行定位处理，来生成位置信息PS。

此外，在上述实施例中，涉及了本发明被应用到安装在车辆100中的导航系统1和20的情况。但是，本发明并不局限于此，而是可以应用到在不使用车辆速度脉冲信号或与之类似的信号的情况下实现导航功能的各种电子设备，例如便携式导航系统、具有GPS接收功能的PDA、蜂窝电话和个人计算机。在这种情况下，上述电子设备并不局限于车辆100，而是可以安装在船只和飞行器等中，或者它可以单独使用。

此外，在上述实施例中，涉及了充当速度检测系统的速度检测单元2和21具有充当加速度传感器的加速度传感器11、充当高度变化量计算装置的高度变化量计算部分14和充当速度计算装置的速度计算部分16的情况。但是，本发明并不局限于此，速度检测系统也可以包括具有除此之外的各种电路配置的加速度传感器、高度变化量计算部分和速度计算部分。

此外，在上述实施例中，涉及了充当位置检测系统的导航系统1和20具有充当加速度传感器的加速度传感器11、充当角速度传感器的偏航率传感器19、充当高度变化量计算装置的高度变化量计算部分14、充当速度计算装置的速度计算部分16和充当位置信息计算装置的导航单元3的情况下。但是，本发明并不局限于此，位置检测系统也可以包括具有除此之外的各种电路配置的加速度传感器、角速度传感器、高度变化量计算部分、速度计算部分和位置信息计算部分。

注意，根据本发明的实施例也可以用于不接收速度信号(例如车辆速度脉冲信号)供应的各种导航系统中。

根据本发明的实施例，通过使用基于压力计算出的高度变化量，可以抵消当移动体在非水平面上移动时必然会包括在检测到的加速度中的重力加速度的前进方向分量，可以准确地获得移动体加速度，并且可以十分准确地计算出移动体的速度。从而，可以实现能够用加速度传感器准确计算速度的速度检测系统、速度检测方法和速度检测程序。

此外，根据本发明的实施例，通过使用基于压力计算出的高度变化量，可以抵消当移动体在非水平面上移动时必然会包括在检测到的加速度中的重力加速度的前进方向分量，并且可以准确地获得移动体加速度。从而，可以十分准确地计算出移动体的速度，并且可以基于速度和上述移动体的角速度计算出移动体的位置信息的估计值。因此，可以实现能够用加速度传感器准确地计算位置信息的位置检测系统、位置检测方法和位置检测程序。

此外，根据本发明的实施例，通过使用基于压力计算出的高度变化量，可以抵消当移动体在非水平面上移动时必然会包括在检测到的加速度中的重力加速度的前进方向分量，并且可以准确地获得移动体加速度。从而，可以十分准确地计算出移动体的速度。因此，可以实现能够用加速度传感器准确地计算位置信息的导航系统。

虽然已经结合本发明的优选实施例描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以进行所附权利要求中所覆盖的各种变化、修改、组合、子组合和更改，并且所有这种变化和修改都处于本发明的真正精神和范围之内。

本发明包含与分别于2005年9月6日和2006年7月26日向日本专利局递交的日本专利申请JP2005-258168和2006-203554相关的主题，这里通过引用将这些申请的全部内容包含进来。

Claims

1.一种速度检测系统，包括：

加速度传感器，用于获得检测到的加速度，所述检测到的加速度与预定移动体的前进方向上的移动体加速度与作用在所述移动体上的重力加速度的所述前进方向的分量相加的结果相对应；

高度变化量计算装置，用于基于由预定的压力传感器检测到的所述移动体的周围压力，计算预定的测量时间中所述移动体的高度变化量；以及

速度计算装置，用于通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比对应于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，基于所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，来获得所述移动体加速度，并且基于测量开始点处所述移动体的已知速度，通过使用所述移动体加速度来计算测量结束点处所述移动体的速度。

2.根据权利要求1所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算装置根据以下表达式计算所述测量结束点处所述移动体的速度：

V 1 = \frac{αG \cdot mt}{2} + \sqrt{{(\frac{αG \cdot mt}{2} + V 0)}^{2} - 2 Dh \cdot g}

其中，

V1：测量时间的结束点处的速度

aG：检测到的加速度

mt：测量时间

V0：测量时间的结束点处的速度

Dh：高度变化量

g：重力加速度

3.根据权利要求1所述的速度检测系统，其中：

所述高度变化量计算装置通过用于从压力转换到高度的高度转换装置将所述测量开始点和所述测量结束点处的压力分别转换为所述移动体的高度，并且将它们之间的差异值设置为所述高度变化量。

4.根据权利要求3所述的速度检测系统，其中：

所述高度转换装置基于预先制作的压力和高度之间的对应表来从所述压力转换到所述高度。

5.根据权利要求3所述的速度检测系统，其中：

所述高度转换装置根据以下表达式从所述压力转换到所述高度：

h = 153.8 \times (t_{z} + 273.2) \times (1 - {(\frac{PR}{{PR}_{z}})}^{0.1902})

其中，

h：高度

t_z：h＝0m处的温度

PR：压力

PR_z：h＝0m处的压力

6.根据权利要求1所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算装置使用所述测量时间的开始点处所述移动体的速度，以及所述测量开始点处所述检测到的加速度和所述高度变化量，来计算所述测量结束点处所述移动体的速度。

7.根据权利要求1所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算装置使用所述测量开始点处所述移动体的速度，所述测量开始点和所述测量结束点处所述检测到的加速度的平均值，以及所述高度变化量，来计算所述测量结束点处所述移动体的速度。

8.根据权利要求1所述的速度检测系统，其中：

当由所述加速度传感器所获得的检测到的加速度的变动等于或小于预定的阈值时，所述速度计算装置将所述测量时间的开始点处所述移动体的速度设置为零。

9.根据权利要求1所述的速度检测系统，包括：

角速度传感器，用于检测所述移动体中与水平方向垂直的轴转动的角速度；

其中，当由所述角速度传感器所获得的角速度的变动等于或小于预定的阈值时，所述速度计算装置将所述测量时间的开始点处所述移动体的速度设置为零。

10.根据权利要求1所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算装置通过预定的卫星定位信号接收和定位装置获得所述测量时间的开始点处所述移动体的速度。

11.根据权利要求1所述的速度检测系统，其中：

当所述高度变化量未处于预定的高度变化范围内时，所述高度变化量计算装置将所述高度变化量校正到处于所述高度变化范围内。

12.根据权利要求11所述的速度检测系统，其中：

所述高度变化量计算装置基于最大斜坡角来确定所述高度变化量是否处于所述高度变化范围内，所述最大斜坡角是要从所述高度变化量获得的斜坡角的最大值。

13.根据权利要求11所述的速度检测系统，其中：

高度变化量计算装置基于最大斜坡变化率来确定所述高度变化量是否处于所述高度变化范围内，所述最大斜坡变化率是要从所述高度变化量获得的斜坡角的每单位时间斜坡变化率的最大值。

14.一种用于检测速度的方法，包括以下步骤：

通过加速度传感器获得检测到的加速度，所述检测到的加速度与预定移动体的前进方向上的移动体加速度与作用在所述移动体上的重力加速度的所述前进方向的分量相加的结果相对应；

基于由预定的压力传感器检测到的所述移动体的周围压力，计算预定的测量时间中所述移动体的高度变化量；以及

通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比对应于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，基于所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，来获得所述移动体加速度，并且基于测量开始点处所述移动体的已知速度，通过使用所述移动体加速度来计算测量结束点处所述移动体的速度。

15.一种用于使速度检测系统执行以下步骤的速度检测程序：

16.一种位置检测系统，包括：

加速度传感器，用于获得检测到的加速度，所述检测到的加速度包括预定移动体的前进方向上的移动体加速度和作用在所述移动体上的重力加速度的所述前进方向的分量；

高度变化量计算装置，用于基于由预定的压力传感器检测到的所述移动体的周围压力，计算预定的测量时间中所述移动体的高度变化量；

速度计算装置，用于通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比等于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，通过所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，并且基于所述测量时间的开始点处所述移动体的速度，计算所述测量时间的结束点处所述移动体的速度；以及

位置信息计算装置，用于基于所述测量时间的开始点处所述移动体的位置信息，以及所述移动体的所述计算出的速度和角速度，来计算所述测量时间的结束点处所述移动体的位置信息。

17.根据权利要求16所述的位置检测系统，包括：

角速度校正装置，用于基于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比来校正所述角速度，

其中所述位置信息计算装置使用所述校正之后的所述角速度计算所述测量时间的结束点处所述移动体的位置信息。

18.一种用于检测位置的方法，包括以下步骤：

通过加速度传感器获得检测到的加速度，所述检测到的加速度包括预定移动体的前进方向上的移动体加速度和作用在所述移动体上的重力加速度的所述前进方向的分量；

通过角速度传感器检测所述移动体中与水平方向垂直的轴转动的角速度；

基于由预定的压力传感器检测到的所述移动体的周围压力，计算预定的测量时间中所述移动体的高度变化量；

通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比等于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，通过所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，并且基于所述测量时间的开始点处所述移动体的速度，计算所述测量时间的结束点处所述移动体的速度；以及

基于所述测量时间的开始点处所述移动体的位置信息，以及所述移动体的所述计算出的速度和角速度，来计算所述测量时间的结束点处所述移动体的位置信息。

19.一种用于使位置检测系统执行以下步骤的位置检测程序：

20.一种导航系统，包括：

当前位置计算装置，用于接收来自预定的卫星定位系统的定位信号，并且计算预定移动体的当前位置；

加速度传感器，用于获得检测到的加速度，所述检测到的加速度与所述移动体的前进方向上的移动体加速度与作用在所述移动体上的重力加速度的所述前进方向的分量相加的结果相对应；

速度计算装置，用于通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比对应于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，基于所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，来获得所述移动体加速度，并且基于测量开始点处所述移动体的已知速度，通过使用所述移动体加速度来计算测量结束点处所述移动体的速度；以及

信息显示装置，用于基于由所述速度计算装置计算出的所述移动体的速度，显示关于所述移动体的位置的信息。

21.一种速度检测系统，包括：

执行以下操作的机构：基于由预定的压力传感器检测到的所述移动体的周围压力，计算预定的测量时间中所述移动体的高度变化量；以及

执行以下操作的机构：通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比对应于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，基于所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，来获得所述移动体加速度，并且基于测量开始点处所述移动体的已知速度，通过使用所述移动体加速度来计算测量结束点处所述移动体的速度。

22.根据权利要求21所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算机构根据以下表达式计算所述测量结束点处所述移动体的速度：

V 1 = \frac{αG \cdot mt}{2} + \sqrt{{(\frac{αG \cdot mt}{2} + V 0)}^{2} - 2 Dh \cdot g}

其中，

V1：测量时间的结束点处的速度

aG：检测到的加速度

mt：测量时间

V0：测量时间的结束点处的速度

Dh：高度变化量

g：重力加速度

23.根据权利要求21所述的速度检测系统，其中：

所述高度变化量计算机构通过从压力转换到高度的机构将所述测量开始点和所述测量结束点处的压力分别转换为所述移动体的高度，并且将它们之间的差异值设置为所述高度变化量。

24.根据权利要求23所述的速度检测系统，其中：

所述高度转换机构基于预先制作的压力和高度之间的对应表来从所述压力转换到所述高度。

25.根据权利要求23所述的速度检测系统，其中：

所述高度转换机构根据以下表达式从所述压力转换到所述高度：

h = 153.8 \times (t_{z} + 273.2) \times (1 - {(\frac{PR}{{PR}_{z}})}^{0.1902})

其中，

h：高度

t_z：h＝0m处的温度

PR：压力

PR_z：h＝0m处的压力

26.根据权利要求21所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算机构使用所述测量时间的开始点处所述移动体的速度，以及所述测量开始点处所述检测到的加速度和所述高度变化量，来计算所述测量结束点处所述移动体的速度。

27.根据权利要求21所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算机构使用所述测量开始点处所述移动体的速度，所述测量开始点和所述测量结束点处所述检测到的加速度的平均值，以及所述高度变化量，来计算所述测量结束点处所述移动体的速度。

28.根据权利要求21所述的速度检测系统，其中：

当由所述加速度传感器所获得的检测到的加速度的变动等于或小于预定的阈值时，所述速度计算机构将所述测量时间的开始点处所述移动体的速度设置为零。

29.根据权利要求21所述的速度检测系统，包括：

其中，当由所述角速度传感器所获得的角速度的变动等于或小于预定的阈值时，所述速度计算机构将所述测量时间的开始点处所述移动体的速度设置为零。

30.根据权利要求21所述的速度检测系统，其中：

所述速度计算机构通过预定的卫星定位信号接收和定位机构获得所述测量时间的开始点处所述移动体的速度。

31.根据权利要求21所述的速度检测系统，其中：

当所述高度变化量未处于预定的高度变化范围内时，所述高度变化量计算机构将所述高度变化量校正到处于所述高度变化范围内。

32.根据权利要求31所述的速度检测系统，其中：

所述高度变化量计算机构基于最大斜坡角来确定所述高度变化量是否处于所述高度变化范围内，所述最大斜坡角是要从所述高度变化量获得的斜坡角的最大值。

33.根据权利要求31所述的速度检测系统，其中：

高度变化量计算机构基于最大斜坡变化率来确定所述高度变化量是否处于所述高度变化范围内，所述最大斜坡变化率是要从所述高度变化量获得的斜坡角的每单位时间斜坡变化率的最大值。

34.一种位置检测系统，包括：

执行以下操作的机构：基于由预定的压力传感器检测到的所述移动体的周围压力，计算预定的测量时间中所述移动体的高度变化量；

执行以下操作的机构：通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比等于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，通过所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，并且基于所述测量时间的开始点处所述移动体的速度，计算所述测量时间的结束点处所述移动体的速度；以及

执行以下操作的机构：基于所述测量时间的开始点处所述移动体的位置信息，以及所述移动体的所述计算出的速度和角速度，来计算所述测量时间的结束点处所述移动体的位置信息。

35.根据权利要求34所述的位置检测系统，包括：

执行以下操作的机构：基于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比来校正所述角速度，

其中所述位置信息计算机构使用所述校正之后的所述角速度计算所述测量时间的结束点处所述移动体的位置信息。

36.一种导航系统，包括：

执行以下操作的机构：接收来自预定的卫星定位系统的定位信号，并且计算预定移动体的当前位置；

执行以下操作的机构：通过利用所述重力加速度的所述前进方向分量与所述重力加速度之比对应于所述高度变化量与所述测量时间中所述移动体的移动距离之比，基于所述高度变化量抵消包括在所述检测到的加速度中的所述前进方向分量，来获得所述移动体加速度，并且基于测量开始点处所述移动体的已知速度，通过使用所述移动体加速度来计算测量结束点处所述移动体的速度；以及

执行以下操作的机构：基于由所述速度计算机构计算出的所述移动体的速度，显示关于所述移动体的位置的信息。