DE102009027503A1

DE102009027503A1 - Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt

Info

Publication number: DE102009027503A1
Application number: DE102009027503A
Authority: DE
Inventors: Kiyomi Nagamiya; Akihiro Ueda; Iwao Maeda; Norimasa Kobori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US20100007550A1; JP2010019703A

Abstract

Eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt zum Messen einer Position zu einer aktuellen Zeit umfasst eine GPS-Positionierungseinheit zum Aktualisieren von GPS-Betriebsdaten; eine INS-Positionierungseinheit mit einem Erfassungswert für eine INS-Positionierung; einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit; einen Fehlerkorrigierer zum Korrigieren eines Fehlers des Erfassungswerts, der durch die INS-Positionierung gemessenen Position und der Geschwindigkeit; und eine Mobilobjektmodell-Betriebseinheit zum Berechnen eines Modells eines mobilen Objekts; wobei eine Anfn berechnet wird und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position zu der aktuellen Zeit misst,ngszeit zusammenfällt; und wobei die Anfangsposition ohne die GPS-Betriebsdaten berechnet wird und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position zu der aktuellen Zeit misst, wenn die aktuelle Zeit nicht mit einer GPS-Aktualisierungszeit zusammenfällt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Patentanmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität von der am 10. Juli 2008 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-180667 , deren gesamte Inhalte hierin durch Bezugnahme eingebunden sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt, die eine Globalpositionierungssystem-(GPS-)Einheit und eine Positionierungseinheit mittels eines Trägheits- bzw. Inertialnavigationssystems (INS) umfasst.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Erfassen einer Position eines mobilen Objekts mit einer Kombination einer Trägerphasenpositionierung durch einen GPS-Empfänger und einer INS-Positionierung herkömmlich bekannt, wie sie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 08-304092 offenbart sind. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen es, Positionsdaten des mobilen Objekts in Echtzeit in kürzerer Zeit als einer Intervallzeit zum Erfassen der Position des mobilen Objekts durch den GPS-Empfänger zu erhalten.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zum Erfassen der Position des mobilen Objekts, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 08-304092 offenbart sind, wird durch Erfassung einer Differenz zwischen einer Position durch den GPS-Positionierungswert und einer Position durch Akkumulation von INS-Sensordaten zu dem letzten Zeitpunkt, zu dem der GPS-Positionierungswert existiert, eine Beschleunigungstendenz bzw. -beaufschlagung erhalten. Dann wird eine Geschwindigkeit mit der Beschleunigungstendenz bzw. -beaufschlagung korrigiert und wird eine Positionsberechnung durch Integration durchgeführt, bis die Berechnung zu der aktuellen Zeit aufholt bzw. -schließt.
Genauer gesagt werden zu der Zeit t0, zu der die GPS-Positionierungsdaten gemessen werden, Gyro- bzw. Kreiselwinkeldaten der GPS-Positionierungsdaten zu den Zeiten (t-3) und (t-2) geladen. Falls die Differenz zwischen den Gyrowinkeldaten zu den Zeiten (t-3) und (t-2) innerhalb einer notwendigen Messgenauigkeit liegt (was bedeutet, dass die Bewegung des mobilen Objekts eine nahezu lineare bzw. geradlinige Bewegung ist), werden die INS-Positionierungsdaten, die von der Zeit (t-3) bis zu der Zeit (t-2) akkumuliert sind, zu den GPS-Positionierungsdaten zu der Zeit (t-3) addiert, was die Positionierungsdaten zu der Zeit (t-2) ausarbeitet bzw. ausrechnet. Die Beschleunigungstendenz bzw. -beaufschlagung des INS wird aus der Differenz zwischen den INS-Positionierungsdaten zu der Zeit (t-2) und den GPS-Positionierungsdaten zu der Zeit (t-2) erhalten. Dann wird ein Geschwindigkeitsfehler des INS von der Zeit (t-3) bis zu der Zeit (t-2) aus der Beschleunigungstendenz bzw. -beaufschlagung erhalten. Die Geschwindigkeit zu der Zeit (t-2) wird korrigiert, indem der Fehler der Geschwindigkeit des INS addiert oder der Fehler der Geschwindigkeit des INS subtrahiert wird. Mit der korrigierten Geschwindigkeit zu der Zeit (t-2) wird die aktuelle Position zu der Zeit t0 erhalten, indem Bewegungsstrecken bis zu der Zeit t0 akkumuliert bzw. summiert werden. Auf diese Art und Weise wird die Echtzeitposition des mobilen Objekts erfasst.
Gemäß der Konfiguration, die in der vorgenannten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 08-304092 offenbart ist, wird jedoch die Korrektur nur bei der linearen bzw. geradlinigen Bewegung durchgeführt. In dem Fall, dass das mobile Objekt zum Beispiel ein Fahrzeug ist, kann eine angemessene Genauigkeit einer Positionierung bei einer tatsächlichen Fahrt mit einer Drehbewegung und dergleichen nicht gewährleistet werden. Da die Korrektur der Beschleunigungstendenz bzw. -beaufschlagung nur zu der Zeit vorgenommen wird, zu der die GPS-Positionierungsdaten aktualisiert werden, ist außerdem eine Genauigkeit einer Positionierung in Folge der nicht häufigen Korrektur der Beschleunigungstendenz bzw. -beaufschlagung unzureichend.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen eine neue und zweckdienliche Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt bereit, die eines oder mehrere der vorstehend erörterten Probleme löst.
Genauer gesagt stellen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Positionierungsvorrichtung für eine mobiles Objekt bereit, die das mobile Objekt in Echtzeit mit einem hohen Grad an Genauigkeit mit einer Kombination von GPS-Positionierung und INS-Positionierung selbst dann positioniert, wenn sich das mobile Objekt dreht, und/oder wenn die GPS-Positionierungsdaten nicht aktualisiert werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionierungsvorrichtung für eine mobile Objekt zum Messen einer Position des mobilen Objekts zu einer aktuellen Zeit und Ausgeben der Position des mobilen Objekts in einem vorbestimmten Ausgabezyklus bzw. einer -Periode bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine GPS-Positionierungseinheit zum Aktualisieren von GPS-Betriebsdaten zu einer GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit in einem vorbestimmten Datenaktualisierungszyklus bzw. einer -Periode, um GPS-Positionsdaten des mobilen Objekts bereitzustellen, die einer ersten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entsprechen, die der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit um eine vorbestimmte Zeit vorausgeht;
eine INS-Positionierungseinheit zum Messen von INS-Positionsdaten des mobilen Objekts basierend auf einem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, der durch einen Detektor für eine INS-Positionierung erfasst wird;
einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des mobilen Objekts;
einen Fehlerkorrigierer zum Berechnen eines Korrekturwerts von dem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit und zum Korrigieren von jedem Fehler des Erfassungswerts für eine INS-Positionierung, der durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung des Korrekturwerts; und
eine Mobilobjektmodell-Betriebseinheit zum Berechnen eines Modells des mobilen Objekts basierend auf der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit;
wobei, wenn die aktuelle Zeit mit der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit zusammenfällt, eine Anfangsposition des mobilen Objekts, die der ersten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entspricht, unter Verwendung der INS-Positionierungseinheit, dem Geschwindigkeitsdetektor und dem Fehlerkorrigierer basierend auf den letzten GPS-Betriebsdaten, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit, die der ersten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entsprechen, berechnet wird, und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit durch Berechnung des Modells des mobilen Objekts von der ersten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit bis zu der aktuellen Zeit basierend auf der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung des durch den Fehlerkorrigierer berechneten Korrekturwerts zu der ersten vorgegeben bzw. festgelegten Zeit berechnet; und
wobei, wenn die aktuelle Zeit nicht mit der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit zusammenfällt, eine Anfangsposition des mobilen Objekts, die einer zweiten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entspricht, die der aktuellen Zeit um die vorbestimmte Zeit vorausgeht, unter Verwendung der INS-Positionierungseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigierers basierend auf den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit, die der zweiten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entsprechen, berechnet wird, und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit durch Berechnung des Modells des mobilen Objekts von der zweiten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit bis zu der aktuellen Zeit basierend auf der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung des durch den Fehlerkorrigierer berechneten Korrekturwerts zu der zweiten vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit berechnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt zum Messen einer Position des mobilen Objekts zu einer aktuellen Zeit und Ausgeben der Position des mobilen Objekts in einem vorbestimmten Datenaktualisierungszyklus bzw. einer -Periode bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine GPS-Positionierungseinheit zum Aktualisieren von GPS-Betriebsdaten zu einer GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit in dem vorbestimmten Datenaktualisierungszyklus bzw. einer -Periode, um GPS-Positionsdaten des mobilen Objekts bereitzustellen, die einer vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entsprechen, die der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit um eine vorbestimmte Zeit vorausgeht;
eine INS-Positionierungseinheit zum Messen von INS-Positionsdaten des mobilen Objekts basierend auf einem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, der durch einen Detektor für eine INS-Positionierung erfasst wird;
einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des mobilen Objekts;
einen Fehlerkorrigierer zum Berechnen eines Korrekturwerts von dem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit und zum Korrigieren von jedem Fehler des Erfassungswerts für eine INS-Positionierung, der durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung des Korrekturwerts; und
eine GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit zum Bestimmen, ob die GPS-Betriebsdaten zu der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit aktualisiert werden; und
wobei eine Anfangsposition des mobilen Objekts, die der vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entspricht, unter Verwendung der INS-Positionierungseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigierers basierend auf den letzten GPS-Betriebsdaten, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit, die der vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit entsprechen, berechnet wird, und die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit durch Verwendung der INS-Positionierungseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigierers basierend auf den INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit von der vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit bis zu der aktuellen Zeit berechnet wird, falls die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit bestimmt, dass die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden; und
wobei die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit unter Verwendung der INS-Positionseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigieres basierend auf den INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit von der vorgegebenen bzw. festgelegten Zeit, zu der die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden sollen, bis zu der aktuellen Zeit berechnet wird, falls die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit bestimmt, dass die GPS-Bebtriebsdaten nicht aktualisiert werden.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Ausführungsbeispiele sind teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch Ausübung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der Elemente und Kombinationen verwirklicht und erreicht, die insbesondere in den anhängenden Patentansprüchen aufgezeigt sind. Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auf die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und nicht für die Erfindung wie beansprucht einschränkend sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Gesamtkonfigurationsdarstellung einer Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Zusammenwirkungsalgorithmus mit GPS/INS/Raddrehzahl und INS/Raddrehzahl zeigt, der auf eine Fehlerkorrektur durch ein Kalman-Filter angewandt wird;
3 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines zusammenwirkenden GPS/INS-Positionierungsbetriebs der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt von einem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Positionierungsbetriebsroutine, wenn GPS-Betriebsdaten eine zweisekündige Zeitverzögerung aufweisen;
5 ist eine Verarbeitungsablaufdarstellung, die einen Positionierungsbetrieb einer Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt von dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer arithmetischen Verarbeitung einer Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt von einem zweiten Ausführungsbeispiel;
7 ist eine Verarbeitungsablaufdarstellung, die eine arithmetische Verarbeitung einer Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt von dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Betriebsprofilbestimmung einer Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt von einem dritten Ausführungsbeispiel;
9 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Betriebsprofilbestimmung einer Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt von dem dritten Ausführungsbeispiel, die sich von derjenigen gemäß 8 unterscheidet; und
10 ist eine Verarbeitungsablaufdarstellung, die eine arithmetische Verarbeitung der Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt von dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend ist eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 10 angegeben.
1 ist eine Darstellung, die eine Gesamtkonfiguration einer Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann auf eine Vielfalt von mobilen Objekten angewandt werden. Zum Beispiel kann die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 auf mobile Objekte angewandt werden, die Automobile, zweirädrige Motorfahrzeuge, Boote, Schiffe, Flugzeuge, Hub- bzw. Gabelstapler, mobile bzw. autonome Roboter und mobile Endgerätevorrichtungen einschließlich Mobiltelefone, die sich bewegen, indem sie von Personen getragen werden, umfassen. Bei dem Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel erläutert, bei dem die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 auf ein Fahrzeug angewandt ist, aber die Positionierungsvorrichtung für ein mobile Objekt 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann auf jedes der vorgenannten verschiedenartigen mobilen Objekte angewandet werden.
Die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst eine GPS-Positionierungseinheit 10, eine INS-Positionierungseinheit 20, einen Detektor für eine INS-Positionierung 30, einen Raddrehzahlsensor 40 und ein Kalman-Filter 50. Der Raddrehzahlsensor 40 arbeitet als ein Geschwindigkeitsdetektor, und das Kalman-Filter 50 arbeitet als ein Fehlerkorrigierer. Die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann nach Bedarf auch eine Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60, einen Fehlervarianzkorrigierer 70, eine GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 und eine Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 umfassen.
Die GPS-Positionierungseinheit 10 umfasst einen GPS-Empfänger 11 und eine GPS-Antenne 12. Der GPS-Empfänger 11 der GPS-Positionierungseinheit 10 misst eine Fahrzeugposition und eine Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf einem durch die GPS-Antenne 12 bereitgestellten Satellitensignal. Die Fahrzeugposition und die Fahrzeuggeschwindigkeit können durch ein so genanntes Punktpositionierungsverfahren gemessen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Fahrzeugposition und die Fahrzeuggeschwindigkeit durch ein Breite-Länge-Höhe-Koordinatensystem (llh und NED) gemessen. Der GPS-Empfänger 11 berechnet auch Fehlervarianzen bzw. -streuungen der Fahrzeugposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Prozess der Positionierung. Die Fehlervarianzen werden mit Bezug auf jede der Koordinaten, die die Breite, die Länge und die Höhe umfassen, hergeleitet. Betreffend ein Berechnungsverfahren der Fehlervarianzen können alle geeigneten Verfahren eingesetzt werden. Die durch die GPS-Positionierungseinheit 10 berechneten Fehlervarianzen werden in einem Datenaktualisierungszyklus der GPS- Betriebsdaten an den Fehlervarianzkorrigierer 70 eingegeben.
Wie es gemäß 1 gezeigt ist, berechnet die INS-Positionierungseinheit 20 die Fahrzeugposition und die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie eine Fahrzeuglage bzw. -stellung (Richtungswinkel) basierend auf einem Ausgabesignal des Detektors für eine INS-Positionierung 30. Der Detektor für eine INS-Positionierung 30 kann zum Beispiel als eine IMU (”Inertial Meeasurement Unit”: Trägheits- bzw. Inertialmesseinheit) konfiguriert sein, die einen dreiaxialen Beschleunigungsmesser 31 und einen dreiaxialen Winkelgeschwindigkeitssensor 32 umfasst. Das Messverfahren der Fahrzeugposition durch das INS-Positionierungsverfahren kann weitreichend variieren, und jedes geeignete Verfahre ist möglicht. Zum Beispiel kann die Fahrzeugposition aus einem Ausgabewert des Beschleunigungsmessers 31 hergeleitet werden. Eine Bewegungsstrecke wird durch zweimaliges Integrieren des Ausgabewerts des Beschleunigungsmessers 31 nach Durchführung einer Fahrzeuglagewandlung und einer Korrektur von Erdanziehung und Coriolis-Kraft auf dem Ausgabewert des Beschleunigungsmessers 31 erhalten. Dann wird die Fahrzeugposition hergeleitet, indem die Bewegungsstrecke zu dem letzten Positionswert des Fahrzeugs addiert wird (Rückkopplung des letzten Werts des endgültigen Positionierungsergebnisses durch die Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt 100). Bei diesem Ausführungsbeispiel werden hinsichtlich der INS-Positionierungseinheit 20 die Fahrzeugposition und die Fahrzeuggeschwindigkeit durch das Breite-Länge-Höhe-Koordinatensystem (NED) erhalten.
Ein Messen der Position durch das INS-Positionierungsverfahren mit der INS-Positionierungseinheit 20 führt mitunter zu einem Ausgabefehler, da eine Vorspannung bzw. Beaufschlagung des Beschleunigungsmessers 31 und eine Drift bzw. Nullpunktverschiebung des Winkelgeschwindigkeitssensors 32 ohne Modifikation integriert werden. Um den Ausgabefehler zu korrigieren, werden die Position und die Geschwindigkeit von der GPS-Positionierungseinheit 10 sowie die Geschwindigkeit von dem Raddrehzahlsensor 40 als eine Einschränkungs- bzw. Zwangsbedingung eingesetzt. Falls die GPS-Positionierungseinheit 10 unterbrochen ist, wird nur die Geschwindigkeit von dem Raddrehzahlsensor 40 als eine Einschränkungs- bzw. Zwangsbedingung verwendet.
Ein Differenzwert der Fahrzeugposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch die INS-Positionierungseinheit 20 gemessen werden (das vorläufige INS-Positionierungsergebnis), zu der Position und der Geschwindigkeit, die durch die GPS-Positionierungseinheit 10 gemessen werden (das GPS-Positionierungsergebnis), wird in dem Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten berechnet. Der Differenzwert wird an das Kalman-Filter 50 eingegeben. Genauer gesagt wird der Differenzwert der Fahrzeugposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit an das Kalman-Filter 50 als Beobachtungs- bzw. Messgröße z eingegeben. Zu dieser Zeit wird der Differenzwert unter einer Bedingung erhalten, in der das GPS-Positionierungsergebnis und das vorläufige INS-Positionierungsergebnis zeitlich synchronisiert sind (wird der Differenzwert zum Beispiel erhalten, indem er mit einer GPS-Zeit als Normalzeit synchronisiert wird).
Auf ähnliche Weise wird der Differenzwert zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch die INS-Positionierungseinheit 20 gemessen wird, und einer geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 ausgegeben wird, erhalten und an das Kalman-Filter 50 eingegeben. Mit anderen Worten wird die Differenz der Fahrzeuggeschwindigkeit als die Beobachtungs- bzw. Messgröße z an das Kalman-Filter 50 eingegeben. Der Datenaktualisierungszyklus der GPS-Positionierungseinheit 10 ist zum Beispiel ein Intervall in Sekundenmaß bzw. -größenordnung, wie etwa 1 [Sekunde] oder 2 [Sekunden]. Die INS-Positionierungseinheit 30 und der Raddrehzahlsensor 40 können jedoch eine Erfassung nahezu in Echtzeit durchführen. Die durch die INS Positionierungseinheit 20 ausgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit und die durch die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 ausgegebene geschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit können mit hoher Geschwindigkeit ausgegeben werden, wie etwa 10 [Hz] oder 20 [Hz].
Das Kalman-Filter 50, an das der Differenzwert des GPS-Positionierungsergebnisses und des vorläufigen INS-Positionierungsergebnisses eingegeben wird, schätzt einen INS-Korrekturwert η, eine Zustandsgröße, so dass der INS-Korrekturwert η stochastisch der richtigste Wert gemäß der Zuverlässigkeit des GPS-Positionierungsergebnisses und des vorläufigen INS-Positionierungsergebnisses wird. Der INS-Korrekturwert η kann nicht nur die Korrekturwerte bezüglich der Fahrzeugposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit enthalten, sondern auch Korrekturwerte bezüglich der Fahrzeuglage, der Vorspannung bzw. Beaufschlagung des Beschleunigungsmessers 31 und der Drift bzw. Nullpunktverschiebung des Winkelgeschwindigkeitssensors 32. In dem Kalman-Filter 50 wird zum Bespiel der INS-Korrekturwert η wie folgt geschätzt. Eine Zustandsgleichung ist wie folgt eingestellt. (tn) = F·η (tn-1) + G·u (tn-1) + Γ·w (tn-1)
In dieser Gleichung stellt η (t_n) eine Zustandsvariable zu der Zeit t = t_n dar. Ebenso stellen u (t_n-1) und w (t_n-1) ein bekannte Eingabe beziehungsweise eine Störung (Systemrauschen: normales weißes Rauschen) zu der Zeit t = t_n-1 dar. η (t_n) kann δr (INS), einen Fehler einer Fahrzeugpositionsschätzung r (INS), δv (INS), einen Fehler der Fahrzeuggeschwindigkeitsschätzung V (INS), und δε (INS), einen Fehler der durch die INS-Positionierungseinheit 20 geschätzten Fahrzeuglage, umfassen. η (t_n) kann auch δb, einen Vorspannungsfehler des Beschleunigungsmessers 31 des Detektors für eine INS-Positionierung 30, δd, einen Driftfehler des Winkelgeschwindigkeitssensors 32 des Detektors für eine INS-Positionierung 30, und δs, einen Reifenradiusfehler des Fahrzeugs, umfassen.
Außerdem ist eine Beobachtungs- bzw. Messgleichung wie folgt eingestellt. z (tn) = H (tn)·η (tn) + v (tn)
Die Beobachtungs- bzw. Messgröße z (t_n) stellt den Differenzwert zwischen dem GPS-Positionierungsergebnis und dem vorläufigen INS-Positionierungsergebnis zu der Zeit t = t_n-1 dar. H (t_n) stellt eine Beobachtungs- bzw. Messmatrix dar, und v (t_n) stellt ein Beobachtungs- bzw. Messrauschen dar.
Wie vorstehend dargelegt ist das Kalman-Filter 50 der Fehlerkorrigierer, der basierend auf den Positions- und Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen der Position und der Geschwindigkeit, die durch die GPS-Betriebsdaten erhalten werden, als die Einschränkungs- bzw. Zwangsbedingung und der Position und der Geschwindigkeit, die durch die INS-Positionierung erhalten werden, sowie der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Geschwindigkeit von dem Raddrehzahlsensor 40 als die Einschränkungs- bzw. Zwangsbedingung und der durch die INS-Positionierung erhaltenen Geschwindigkeit schätzt, wieviel Fehler in der INS-Positionierungseinheit 20, dem Detektor für eine INS-Positionierung 30 und dem Raddrehzahlsensor 40 vorliegt. Und das Kalman-Filter 50 koppelt dann jeden dieser Schätzfehler an die INS-Positionierungseinheit 20, den Detektor für eine INS-Positionierung 30 beziehungsweise den Raddrehzahlsensor 40 als Korrekturobjekte zurück. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 werden die Schätzfehler des Kalman-Filters 50 an die INS-Positionierungseinheit 20, den Detektor für eine INS-Positionierung 30 und den Raddrehzahlsensor 40 rückgekoppelt.
Die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 ist eine Einheit, die ein Fahrzeugmodell berechnet, um die Fahrzeugposition aus der Ausgabe der unterschiedlichen Arten von an dem Fahrzeug installierten Sensoren zu schätzten. Es stehen vielfältige Wege zum Erstellen des Fahrzeugmodells zur Verfügung, und jeder Weg zum Erstellen des Fahrzeugmodells ist möglich. Zum Beispiel kann die Fahrzeugposition durch Multiplikation der Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem Radius des Reifens und durch Akkumulation bzw. Summierung der Berechnungsergebnisse berechnet werden. Daher ist, indem ferner ein Winkel einer Fahrtrichtung als ein Element berücksichtigt wird, eine mathematische Formel, die die Beziehung zwischen der Fahrzeugposition und dem Richtungswinkel ausdrückt, als ein Weg zum Erstellen des Fahrzeugmodells möglich. Die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 verwendet ein Modell, das die Fahrzeugposition schätzt, indem die Bewegungsstrecke des Fahrzugs von einem Basispunkt einer bekannten Position aus basierend auf den Ausgaben des Raddrehzahlsensors 40 geschätzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die geschätzte Fahrzeugposition durch die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 auch in dem Breite-Länge-Höhe-Koordinatensystem (NED) erhalten. Zum Beispiel, falls die Bewegungsstrecke des Fahrzeugs in einem anderen Koordinatensystem wie etwa dem globalen festgelegten Koordinatensystem basierend auf WGS84 berechnet wird, kann die geschätzte Fahrzeugposition in dem Länge-Höhe-Koordinatensystem berechnet werden, indem die Koordinaten der Bewegungsstrecke des Fahrzeugs transformiert werden und die umgewandelte Bewegungsstrecke des Fahrzeugs ausgehend von dem Basispunkt in dem Länge-Höhe-Koordinatensystem akkumuliert bzw. summiert wird. Die Fahrzeugposition, die durch das durch die Fahrzeugmodell-Schätzeinheit 60 berechnete Fahrzeugmodell geschätzt wird, wird an den Fehlervarianzkorrigierer 70 eingegeben.
Der Fehlervarianzkorrigierer 70 ist eine Einheit, die die von der GPS-Positionierungseinheit 10 eingegebene Fehlervarianz korrigiert. Der Fehlervarianzkorrigierer 70 gibt die korrigierte Fehlervarianz an das Kalman-Filter 50 ein. In dem Kalman-Filter 50 wird die Zustandsgröße (der INS-Korrekturwert η) geschätzt, indem die von dem Fehlervarianzkorrigierer 70 eingegebene Fehlervarianz als die Varianz des Beobachtungs- bzw. Messrauschens eingesetzt wird. Der Fehlervarianzkorrigierer 70 kann je nach Wunsch oder Bedarf auch ausgerüstet sein, um die GPS-Betriebsdaten von der GPS-Positionierungseinheit 10 zu korrigieren.
Die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 ist eine Einheit, um zu bestimmen, ob die GPS-Betriebsdaten der GPS-Positionierungseinheit 10 aktualisiert werden. Der GPS-Empfänger 11 in der GPS-Positionierungseinheit 10 kann aufgrund von Interferenzen und dergleichen, die die GPS-Unterbrechung verursachen können, nicht in der Lage sein, das Signal von dem GPS-Satelliten zu empfangen. Die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 bestimmt basierend darauf, ob der GPS-Empfänger 11 das Signal von dem GPS-Satelliten in dem Datenaktualisierungszyklus empfängt, ob eine solche GPS-Unterbrechung auftritt oder nicht, und sie bestimmt dadurch, ob die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden.
Die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 ist eine Einheit, die den Anteil bzw. das Verhältnis bestimmt, wie die GPS-Betriebsdaten über die Fahrzeugposition und die Fahrzeuggeschwindigkeit von der GPS-Positionierungseinheit 10, die Schätzung der Fahrzeugposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit durch die INS-Positionierungseinheit 20 und die Schätzung der Fahrzeugposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit durch das Fahrzeugmodell mit der Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 zu verteilen bzw. einzuteilen sind, um die Fahrzeugposition zu messen. Da die erforderliche Positionierungsgenauigkeit für das mobile Objekt abhängig von der Verwendung variiert, kann ein geeignetes Betriebsprofil durch Berücksichtigung der erforderlichen Positionierungsgenauigkeit und der Betriebs- bzw. Arbeitslast bestimmt werden. Die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 bestimmt das geeignete Betriebsprofil. Da die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 eine arithmetische Verarbeitung durchführt, um das Betriebsprofil zu bestimmen, kann die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 aus einem Mikrocomputer mit CPU (”Central Processing Unit”: zentrale Verarbeitungseinheit) oder einem ASIC (”Application Specific Integrated Circuit”: anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) für eine spezielle arithmetische Verarbeitung aufgebaut sein.
Ein zusammenwirkender Algorithmus einer Positionierung mit Hilfe der GPS-Positionierung, der INS-Positionierung und der Raddrehzahl wird als der Begriff ”GPS/INS/WS ausgedrückt, und ein zusammenwirkender Algorithmus einer Positionierung mit Hilfe der INS-Positionierung und der Raddrehzahl wird als der Begriff ”INS/WS” ausgedrückt.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des zusammenwirkenden Algorithmus mittels GPS/INS/WS und INS/WS mit Fehlerkorrektur durch das Kalman-Filter 50 zeigt, der durch die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 des Ausführungsbeispiels verwirklicht wird.
In Schritt 100 werden Ausgabewerte des Detektors für eine INS-Positionierung 30 (zum Beispiel von dreiaxialem Richtungsbeschleunigungsmesser und dreiaxialem Winkelgeschwindigkeitssensor) abgetastet. Die Ausgabewerte des Detektors für eine INS-Positionierung 30 können basierend auf dem INS-Korrekturwert η korrigiert werden, der in dem folgenden Schritt 150 durch das Kalman-Filter 50 geschätzt wird. Genauer gesagt können ein Vorspannungsfehler oder ein Driftfehler, der Ausgabewert des Detektors für eine INS-Positionierung 30 korrigiert werden.
In Schritt 110 werden in der INS-Positionierungseinheit 20 die geschätzte Fahrzeugposition, die geschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeuglage und der Rest aus den Ausgabewerten des Detektors für eine INS-Positionierung 30, die in Schritt 100 erhalten werden, hergeleitet.
In Schritt 120 wird in dem Kalman-Filter 50 eine Zeitaktualisierung des Kalman-Filters 50 durchgeführt. Zum Beispiel wird die Zeitaktualisierung des Kalman-Filters 50 wie folgt ausgedrückt. η (tn)(–) = η (tn-1)(+) + u (tn-1) P (tn)(–) = F·P (tn-1)(+)·FT + Γ·Q (Tn-1)·ΓT
In diesen Formeln stellt P eine Kovarianzmatrix eines Vorhersage-/Schätzfehlers da, und stellt Q eine Kovarianzmatrix (positive definite symmetrische Matrix) einer Störung w dar. Die Vorzeichen (+) und (–) bedeuten nach und vor der Zeitaktualisierung.
In Schritt 130 wird die Beobachtungs- bzw. Messmatrix H (t_n) basierend auf der Beobachtungs- bzw. Messgröße z (t_n) von diesem Zeitzyklus (t_n) berechnet.
In Schritt 140 wird der Kalman-Gewinn bzw. die Kalman-Verstärkung Kk wie folgt berechnet. K (tn) = P (tn)(–)·HT (tn)·(H (tn)·P (tn)(–)·HT (tn) + R (tn))–1
In dieser Formel stellt R (t_n) eine Varianzmatrix des Beobachtungs- bzw. Messrauschens dar. R (t_n) wird durch den Fehlervarianzkorrigierer 70 wie folgt erzeugt. R (tn) = Mk (tn)·Wk (tn)
Bei dieser Formel stellt M_k (t_n) eine Matrix zum Aktualisieren der Varianz mit nicht-diagonalen Elementen von null dar, wobei ein Standard von dieser eine Einheitsmatrix ist. Die diagonalen Elemente der Matrix zum Aktualisieren der Varianz M_k (t_n) sind der Gewinn bzw. die Verstärkung zum Aktualisieren der Varianz. W_k (t_n) ist eine Matrix mit nicht-diagonalen Elementen von null, und jedes der Elemente der Fehlervarianz (Breitenelement, Längenelement, Höhenelement), die durch GPS-Positionierungseinheit 10 berechnet werden, ist den diagonalen Elementen von W_k(t_n) zugeordnet.
In Schritt 150 wird die Zustandsgröße η (t_n) basierend auf dem in Schritt 140 erhaltenen Kalman-Gewinn K (t_n) wie folgt berechnet. η (tn)(+) = η (tn)(–) + K (tn)·(z (tn) – H (tn)·η (tn)(–))
In Schritt 160 wird die Fehlerkorrektur basierend auf der Zustandsgröße η (t_n) durchgeführt, die in dem vorstehend erwähnten Schritt 150 erhalten wird. Genauer gesagt wird die Korrektur der Vorspannung und der Drift der Ausgabewerte des Detektors für eine INS-Positionierung 30 durchgeführt und wird die Korrektur der geschätzten Fahrzeugposition r (INS), der geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit V (INS) und der Fahrzeuglage in der INS-Positionierungseinheit 20 durchgeführt. Als Ergebnis werden die geschätzte Fahrzeugposition und der Rest nach der Fehlerkorrektur als das endgültige Positionierungsergebnis (zusammenwirkendes GPS/INS-Positionierungsergebnis) von diesem Zyklus erhalten. Die Prozesse von Schritt 100 bis Schritt 170 können zum Beispiel auch wiederholt werden, bis die Zustandsgröße η (t_n) basierend auf den Ausgabewerten des Detektors für eine INS-Positionierung 30 von diesem Zyklus konvergiert. Zusätzlich kann ein Skalierungsfaktor (Fahrzeugmodell) des Raddrehzahlsensors 40 basierend auf dem Schätzwert des Reifenradiusfehlers δs, der in der Zustandsgröße η (t_n) enthalten ist, korrigiert werden.
Durch Verwendung des Kalman-Filters 50 des Fehlerkorrigierers wird ein zusammenwirkendes GPS/INS/WS-Positionierungsergebnis als das Positionierungsergebnis nach der Fehlerkorrektur erhalten, wenn die GPS-Betriebsdaten vorliegen, und wird das zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsergebnis als das Positionierungsergebnis nach der Fehlerkorrektur erhalten, wenn die GPS-Betriebsdaten nicht vorliegen. Hinsichtlich der Raddrehzahl kann der Wert nach der Fehlerkorrektur auch durch Verwendung des Kalman-Filters 50 erhalten werden, was es ermöglicht, das Fahrzeugmodell zu berechnen. Diese Fehlerkorrekturen durch das Kalman-Filter 50 sind nachstehend ausführlicher beschrieben.
In Schritt 170 wird die Kovarianzmatrix P basierend auf dem Kalman-Gewinn, der in dem vorstehend erwähnten Schritt 140 erhalten wird, wie folgt aktualisiert. P (tn)(+) = P (tn)(–) – K (tn)·H (tn)·P (tn)(–)
Nachstehend werden hierin Beispiele des Ausführungsbeispiels der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 erläutert, das gemäß 1 und 2 gezeigt ist.
[Ausführungsbeispiel 1]
3 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer zusammenwirkenden GPS/INS-Positionierung durch eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 von einem ersten Ausführungsbeispiel. 3 zeigt ein Betriebsbeispiel der zusammenwirkenden GPS/INS-Positionierung der Positionierungsvorrichtung für ein mobile Objekt 101 von dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Zeitreihe. Bei der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Berechnung der aktuellen Position des mobilen Objekts mit dem Modell des mobilen Objekts durchgeführt. Bei der Gesamtkonfigurationsdatendarstellung gemäß 1 die darstellt, dass das mobile Objekt das Fahrzeug ist, umfasst die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 des ersten Ausführungsbeispiels die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60, da die Positionierung des Fahrzeugs mit der Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 vorgenommen wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel können der Fehlervarianzkorrigierer 70, die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 und die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 von der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 je nach Bedarf weggelassen werden.
Gemäß 3 zeigt die erste Linie den Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten. Bei der ersten Linie werden die GPS-Betriebsdaten in dem Datenaktualisierungszyklus T = 1.0 [s] aktualisiert. Gemäß 3 ist angenommen, dass die GPS-Betriebsdaten von der Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt 100 zum Beispiel mit einem Nachlauf von zwei Sekunden hinter Echtzeit ausgegeben werden. Genauer gesagt wird, wenn die durch die GPS-Positionierungseinheit 10 empfangenen und verarbeiteten GPS-Betriebsdaten gerade eben ausgegeben werden, die Fahrzeugposition von zwei Sekunden früher mit einem Nachlauf von zwei Sekunden ausgegeben.
Gemäß 3 zeigt die zweite Linie eine Zeitreihe des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs. Bei der zweiten Linie können der Raddrehzahlsensor 40 und der für die INS-Positionierung durch die INS-Positionierungseinheit 20 verwendete Detektor für eine INS-Positionierung 30, der den Beschleunigungsmesser 31, den Winkelgeschwindigkeitssensor 32 und dergleichen umfasst, Erfassungswerte nahezu in Echtzeit erhalten. Daher kann der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb zum Beispiel den Betrieb in einem Zyklus von 10 [Hz] durchführen. Gemäß 3 sind 20 Erfassungswerte von Zeit T = 1.0 [s] bis T = 3.0 [s] gezeigt.
Gemäß 3 ist die dritte Linie eine Darstellung, die eine Zeitreihe des Fahrzeugmodellbetriebs zeigt, der von T = 1.0 [s] als die Startzeit beginnt. Bei der dritten Linie wird der Betrieb des Fahrzeugmodells durchgeführt, indem die Zeit T = 1.0 [s] zu einem Anfangswert gemacht wird. Wie es bei der ersten Linie gemäß 3 gezeigt ist, da die GPS-Betriebsdaten zu der Zeit T = 1.0 [s] vorliegen, wird die Anfangsfahrzeugposition mit dem Ergebnis des Kalman-Filters 50 der zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierung berechnet. Auf ähnliche Weise wird die Korrektur der Vorspannung und der Drift für die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit durchgeführt, die hierin auch als die Erfassungswerte für die INS-Positionierung bezeichnet werden. Die Korrektur wird auch für die Raddrehzahl bzw. -geschwindigkeit durchgeführt. Dann wird der Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell mit dem korrigierten Erfassungswerten wiederholt und akkumuliert, und der Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell wird durchgeführt, bis zu der aktuellen Zeit T = 3.0 [s] aufgeschlossen wird. Dadurch wird, wenn die GPS-Betriebsdaten vorliegen, die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit durch das Fahrzeugmodell mit der Anfangsposition der GPS/INS/WS-Positionierung berechnet.
Gemäß 3 zeigt die vierte Linie eine Zeitreihe des Fahrzeugmodellbetriebs, der von T = 1.1 [s] von der bzw. als die Anfangszeit beginnt. Bei der vierten Linie wird der Betrieb des Fahrzeugmodells durchgeführt, indem die Zeit T = 1.1 [s] zu der Startzeit gemacht wird. Zu der Zeit T = 1.1 [s] liegen die GPS-Betriebsdaten jedoch nicht vor. Die für die zusammenwirkende INS/WS-Positionierung verwendeten Daten liegen allerdings vor. Daher wird in diesem Fall die Anfangsfahrzeugposition berechnet, indem das Ergebnis des Kalman-Filters 50 des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs eingesetzt wird. Auf ähnliche Weise wird die Korrektur der Vorspannung und der Drift durch Korrektur der Erfassungswerte einschließlich der Beschleunigung, der Winkelgeschwindigkeit, der Raddrehzahl mit dem Ergebnis des Kalman-Filters 50 des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs durchgeführt. Dann wird der Betrieb des Fahrzeugmodells zwischen T = 1.2 [s] und T = 1.3 [s], um zu der aktuellen Zeit T = 3.1 [s] aufzuschließen, mit dem Ergebnis des Kalman-Filters 50 des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs vorgenommen, wobei der Positionierungsbetrieb mit dem Fahrzeugmodell ausgeführt wird. Dies ermöglicht es, die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit durch das Fahrzeugmodell zu berechnen, indem das Ergebnis des Kalman-Filters 50 des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs eingesetzt wird, wenngleich die GPS-Betriebsdaten nicht vorliegen.
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Positionierungsbetriebsroutine, wenn die durch die GPS-Positionierungseinheit 10 erhaltenen GPS-Betriebsdaten zum Beispiel eine zweisekündige Verzögerung zu der tatsächlichen Ist-Zeit aufweisen. Die GPS-Betriebsdaten werden in einem Zyklus von zum Beispiel einer Sekunde aktualisiert, wie etwa bei T = 1.0 [s], 2.0 [s] .... Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 auch die Positionsdaten bei T = 1.1 [s], 1.2 [s], 1.3 [s] ... aus, und der Zyklus der Ausgabe ist 0.1 [s].
Die erste Zeile gemäß 4 zeigt die arithmetische Positionierungsverarbeitung, wenn die aktuelle Zeit T = 3.0 [s] ist. Wenn die aktuelle Zeit T = 3.0 [s] ist, werden die GPS-Betriebsdaten für die Positionierungsdaten von zwei Sekunden früher aktualisiert, d. h. T = 1.0 [s], und liegen die GPS-Betriebsdaten vor. Genauer gesagt, falls die Anfangszeit als Tpass dargestellt wird und die Aktualisierungszeit der GPS-Betriebsdaten (hierin nachstehend als „GPS-Zeit” ausgedrückt) als Tgps dargestellt wird, ist die Zeitvorgabe Tpass = Tgps. Daher werden in diesem Fall die Positionierungsdaten des zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetriebs als der Anfangswert verwendet. Da die Fahrzeugposition von zwei Sekunden früher ausgegeben wird, falls die aktualisierten GPS-Betriebsdaten ohne Änderung ausgegeben werden, wird die Positionsänderung des Fahrzeugs bis zu der aktuellen Zeit, d. h. die Zeit zwischen T = 1.1 [s] und T = 3.0 [s], berechnet. Da die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 den Aufschließ- bzw. Aufholbetrieb durchführt, um die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit durch das Fahrzeugmodell zu berechnen, wird die Akkumulationsberechnung von T = 1.1 [s] bis T = 3.0 [s] mit der Beschleunigung, der Winkelgeschwindigkeit und dergleichen einschließlich des Raddrehzahlsensorwerts zum Berechnen des Fahrzeugmodells vorgenommen. Dann führt das Kalman-Filter 50 die Korrektur der Vorspannung, die dem Beschleunigungsmesser 31 entspricht, der Drift, die dem Winkelgeschwindigkeitssensor 32 entspricht, und der Raddrehzahl, die dem Raddrehzahlsensor 40 entspricht, durch Verwendung von Tpass, dem Anfangswert zu der Zeit T = 1.0 [s] durch. Auch eine Montagefläche zum Anbringen dieser Sensoren 31, 32, 40 kann durch das Kalman-Filter 50 korrigiert werden, da eine ungeeignete Ausrichtung der Montagefläche den Fehler dieser Sensoren 31, 32, 40 verursachen kann.
Genauer gesagt, da die Anfangszeit Tpass mit der GPS-Zeit Tgps zusammenfällt, und da die Betriebsdaten des zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetriebs vorliegen, wird der Fehlerkorrekturwert bezüglich der Betriebsdaten durch das Kalman-Filter 50 berechnet und wird der Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell zwischen T = 1.1 [s] und T = 3.0 [s] unter Verwendung des Fehlerkorrekturwerts vorgenommen, wodurch die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit T = 3.0 [s] gemessen wird.
Die zweite Zeile gemäß 4 zeigt die arithmetische Positionierungsverarbeitung, wenn die aktuelle Zeit T = 3.1 [s] ist. Wenn die aktuelle Zeit T = 3.1 [s] ist, ist die Zeit zwei Sekunden früher T = 1.1 [s] und unterscheidet sie sich von der Aktualisierungszeit der GPS-Betriebsdaten. Die Anfangszeit Tpass ist die Zeit, bei der ein Zyklus der Ausgabezyklen ST zu der vorhergehenden Anfangszeit addiert ist, die in der ersten Zeile gemäß 4 gezeigt ist, und die Anfangszeit Tpass wird wie folgt berechnet: Tpass = Tpass + ST = Tgps + ST = 1.0 [s] + 0.1 [s] = 1.1 [s]. In diesem Fall, da die Positionsdaten nicht die Betriebsdaten durch den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb umfassen, sondern lediglich die Positionierungsdaten durch den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb umfassen, werden die Positionierungsdaten durch den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb als der Anfangswert (die Anfangsposition) verwendet. Die Berechnung von der Anfangszeit T = 1.2 [s] bis zu der aktuellen Zeit T = 3.1 [s] wird mit den Sensorwerten der Beschleunigung, der Winkelgeschwindigkeit und der Raddrehzahl zum Berechnen des Fahrzeugmodells, ebenso wie es in der ersten Zeile gemäß 4 gezeigt ist, durchgeführt. Dann führt das Kalman-Filter 50 die Korrektur der Vorspannung, der Drift, der Raddrehzahl und der Montagefläche dieser Detektoren durch Verwendung der Positionierungsdaten durch den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb zu der Zeit T = 1.1 [s] durch. Schließlich nimmt die Fahrzeugmodeleinheit 60 den Positionierungsbetrieb anhand des Fahrzeugmodells zwischen T = 1.2 [s] und T = 3.1 [s] unter Verwendung der berechneten Korrekturwerte vor, und die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 misst die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit T = 3.1 [s].
Die dritte Zeile gemäß 4 zeigt die arithmetische Positionierungsverarbeitung, wenn die aktuelle Zeit T = 3.9 [s] ist. Wenn die aktuelle Zeit T = 3.9 [s] ist, wird die Anfangszeit Tpass zu der Zeit, die durch Addition des Ausgabezyklus ST zu der Anfangszeit bei dem vorhergehenden Ausgabezyklus erhalten wird, ebenso wie bei der zweiten Zeile gemäß 4, und wird diese wie folgt ausgedrückt: Tpass = Tpass + ST. In der zweiten Zeile gemäß 4 liegen die Aktualisierungsdaten der GPS-Betriebsdaten nicht vor, nachdem die Positionierungsdaten durch den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb als der Anfangswert verwendet sind und bevor die GPS-Betriebsdaten bei der nächsten Aktualisierungszeit T = 2.0 [s] aktualisiert sind. Somit setzt sich die Positionierung durch die zusammenwirkende INS/WS-Positionierung fort. Daher werden in der dritten Zeile zu der Zeit T = 3,9 [s] die Positionierungsdaten durch den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb zu der Anfangszeit Tpass = 1.9 [s] zu dem Anfangswert (der Anfangsposition) und berechnet das Kalman-Filter 50 die Korrekturwerte des Vorspannungs-, Drifts-, Raddrehzahl- und Montageflächenaspekts unter Verwendung der Anfangswerte. Dann korrigiert die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 den Beschleunigungs-, den Winkelgeschwindigkeits- und den Raddrehzahlsensorwert unter Verwendung der Korrekturwerte, akkumuliert sie das Fahrzeugmodell zwischen T = 2.0 [s] und T = 3.9 [s] und gibt sie die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit T = 3.9 [s] aus.
Wie es gemäß 3 gezeigt ist, falls der Aktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten 1[Hz] ist, mit anderen Worten T = 1.0 [s], ist hinsichtlich der arithmetischen Positionierungsverarbeitung in der zweiten Zeile und der dritten Zeile gemäß 4, wenn die aktuelle Zeit T = 4.0 [s] wird und die Anfangszeit Tpass zu Tpass = 2.0 [s] wird, Tpass gleich Tgps und wird die arithmetische Positionierungsverarbeitung durchgeführt, wie sie in der ersten Zeile gemäß 4 erläutert ist. Indem eine solche Aufeinanderfolge von arithmetischen Positionierungsprozessen vorgenommen wird, kann die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 selbst dann, wenn die zu der Aktualisierungszeit der GPS-Betriebsdaten erhaltenen Positionierungsdaten die letzte Fahrzeugposition zeigen, die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit mit einem hohen Grad an Genauigkeit messen, indem der Positionierungsbetrieb unter Verwendung des Fahrzeugmodells durchgeführt wird.
5 ist ein Verarbeitungsablauf, der einen Ablauf einer arithmetischen Positionierungsverarbeitung der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 von dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
In Schritt 200 wird bestimmt, ob die GPS-Positionierungseinheit 10 die GPS-Betriebsdaten aktualisiert. Um dies zu machen, wird zu der aktuellen Zeit bestimmt, ob die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden. Zum Beispiel kann die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 bestimmen, ob die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden oder nicht.
In Schritt 200 schreitet der Prozess zu Schritt 210 voran, wenn bestimmt wird, dass die GPS-Daten aktualisiert werden.
Wenn bestimmt wird, dass die GPS-Daten nicht aktualisiert werden, schreitet der Prozess zu Schritt 220 voran.
In Schritt 210 stellt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 die GPS-Zeit Tgps als die Anfangszeit Tpass ein. Die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 führt den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb ausgehend von der letzten GPS-Zeit unter Berücksichtigung der Zeitverzögerung von GPS durch und berechnet die Positionierungsdaten durch den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb. Die Positionierungsdaten können nicht nur die Fahrzeugposition, sondern auch die Daten bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeuglage umfassen. Das Kalman-Filter 50 berechnet die Korrekturwerte zu der Anfangszeit.
In Schritt 220 berechnet die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 die Positionierungsdaten durch den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb zu dem Anfangszeitpunkt Tpass = Tpass + ST, indem sie von der aktuellen Zeit zu dem Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten zurückgeht. Die Positionierungsdaten können nicht nur die Daten der Fahrzeugposition, sondern auch die Daten der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeuglage umfassen. Dann berechnet das Kalman-Filter 50 die Korrekturwerte zu der Anfangszeit Tpass.
In Schritt 230 speichert und über- bzw. hinterlässt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 Positionierungsdatensätze, die die Fahrzeugposition, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeuglage umfassen, die in Schritt 210 oder Schritt 220 berechnet werden, für die Berechnung für das Kalman-Filter 50 zur nächsten Anfangszeit Tpass. Ein für einen gewöhnlichen RAM („Random Access Memory”: Direktzugriffsspeicher) verwendeter Speicher kann als ein Speichermedium anwendbar sein.
In Schritt 240 bestimmt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 die in Schritt 210 oder Schritt 220 erhaltene Fahrzeugposition als den Anfangswert (die Anfangsposition). Genauer gesagt stellt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 die Fahrzeugposition, die entweder durch den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb oder den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb zu der Anfangszeit Tpass erhalten wird, als den Anfangswert ein.
In Schritt 250 führt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 hinsichtlich der Fahrzeugsensorwerte, die für den Betrieb des Fahrzeugmodells notwendig sind, von der Anfangszeit Tpass bis zu der aktuellen Zeit die Fehlerkorrektur mit den Korrekturwerten zu der Anfangszeit Tpass durch, die in Schritt S210 oder Schritt S220 erhalten werden. Die Fahrzeugsensorwerte können die Erfassungswerte einschließlich der Beschleunigung, der Winkelgeschwindigkeit und der Raddrehzahl umfassen.
In Schritt 260 wird der Akkumulationsbetrieb durch das Fahrzeugmodell von der Anfangszeit Tpass bis zu der aktuellen Zeit sequentiell durchgeführt, indem der in Schritt 240 bestimmte Anfangswert zu dem Basispunkt gemacht wird, und indem die in Schritt 250 berechneten Korrekturwerte von der Anfangszeit Tpass bis zu der aktuellen Zeit verwendet werden. Die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 kann den Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell durchführen. Die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 berechnet die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit und gibt diese aus, und der Verarbeitungsablauf endet.
Der in Schritt 260 durchgeführte Aufholbetrieb wird gemäß dem Ausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 durchgeführt. Zum Beispiel, falls der Ausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt 101 länger ist als der Positionierungsdaten-Berechnungszyklus des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs, kann die Datenausgabefrequenz des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs gemäß dem Ausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 verringert werden.
Der gemäß 5 gezeigte Verarbeitungsablauf wird für mehrere Ausgabezyklen der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 von dem ersten Ausführungsbeispiel vorgenommen und wiederholt. Auf diese Weise kann gemäß dem Beispiel der arithmetischen Verarbeitung der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 von dem ersten Ausführungsbeispiel die Echtzeitpositionierung mit einem hohen Grad an Genauigkeit verwirklicht werden, da die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit durch das Fahrzeugmodell berechnet wird.
Außerdem wird gemäß der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 von dem ersten Ausführungsbeispiel die Positionierungsgenauigkeit selbst dann gewährleistet, wenn das mobile Objekt eine andere Bewegung als eine lineare bzw. geradlinige Bewegung vornimmt, da der Positionierungsbetrieb zu der aktuellen Zeit durch ein Modell des mobilen Objekts durchgeführt wird. Selbst wenn die aktuelle Zeit nicht mit der Aktualisierungszeit der GPS-Betriebsdaten zusammenfällt, wird die Positionierungsgenauigkeit auch gewährleistet, da die Sensorwerte korrigiert werden. Zusätzlich kann mit dem Modell des mobilen Objekts stets die Position hoher Genauigkeit ausgegeben werden, da die Mobilobjekt-Betriebseinheit im Ausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 das Modell des mobilen Objekts berechnet und die Position des mobilen Objekts misst, falls sich der Ausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 von dem Aktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten unterscheidet.
[Ausführungsbeispiel 2]
Eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 von einem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Ausführungsbeispiel, das die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 umfasst, und, falls notwendig oder gewünscht, auch die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60, den Fehlervarianzkorrigierer 70 und die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 umfassen kann, wie es zum Beispiel in der Gesamtkonfigurationsdarstellung des gemäß 1 gezeigten Ausführungsbeispiels gezeigt ist.
6 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels einer arithmetischen Verarbeitung der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 des zweiten Ausführungsbeispiels. Gemäß 6 zeigt eine Zeitreihe eine Beziehung zwischen den GPS-Betriebsdaten, dem zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb und der aktuellen Zeit. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel einer arithmetischen Verarbeitung erläutert, indem ein Fall veranschaulicht wird, in dem der Positionierungsausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 dem Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten der GPS-Positionierungseinheit 10 entspricht. Gemäß 6 sind sowohl der Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten als auch der Positionierungsausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 gleich T = 1.0 [s] (f = 1 [Hz]), und ist ein Beispiel einer Durchführung der Datenaktualisierung bei T = 1.0 [s], T = 2.0 [s], T = 3.0 [s] ... gezeigt.
Wenn die Zeit T = 1.0 [s] ist, werden die GPS-Betriebsdaten aktualisiert und liegen die GPS-Betriebsdaten vor. Die aktuelle Zeit ist T = 2.0 [s]. Zu der Zeit T = 1.0 [s] liegen die Positionierungsdaten des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs vor, aber liegen wie vorstehend erwähnt auch die GPS-Betriebsdaten vor. Daher wird zu der Zeit T = 1.0 [s] der zusammenwirkende GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb durchgeführt. Dann führt das Kalman-Filter 50 die Fehlerkorrektur durch, die die Positionierungsgenauigkeit hoch hält.
In der Zeit von T = 1.1 [s] bis T = 2.0 [s] aktualisiert die GPS-Positionierungseinheit 10 die GPS-Betriebsdaten nicht und kann die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb nicht durchführen. Da die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 die Betriebsdaten des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs berechnen kann, kann die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 jedoch die Positionierung durch den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb durchführen. Und in diesem Fall kann das Kalman-Filter 50 die Fehlerkorrektur vornehmen. Genauer gesagt kann in der Zeit zwischen T = 1.1 [s] und T = 2.0 [s] die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 die Positionierungsgenauigkeit steigern, indem der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb sequentiell durchgeführt wird und die Korrektur durch das Kalman-Filter 50 in einem Abtastzyklus durchgeführt wird.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Ausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 101 so kurz, dass die Erfassungswertkorrektur durch das Kalman-Filter 50 nur bezüglich des Anfangswerts angewendet werden kann. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Genauigkeit der Positionierung jedoch hoch gehalten werden, da die Positionierungsdaten von der letzten GPS-Zeit Tgps bis zu der aktuellen Zeit durch das Kalman-Filter 50 kontinuierlich berechnet werden. Dann kann die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 das Positionierungsbetriebsergebnis zu der aktuellen Zeit T = 2.0 [s] in Echtzeit ausgeben, indem die GPS-Betriebsdaten zu der Zeit T = 1.0 [s] verwendet werden.
Auf diese Weise kann in einem Fall, in dem die GPS-Betriebsdaten zu der Anfangszeit vorliegen, die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 die aktuelle Position messen, indem sie den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb zu der Anfangszeit Tpass durchführt und dann den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb unter Verwendung des Kalman-Filters 50 nach der Anfangszeit kontinuierlich bis zu der aktuellen Zeit ausführt.
Zusätzlich st die Zeit T = 2.0 [s] die Zeitvorgabe des Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten, zu der die GPS-Betriebsdaten normalerweise aktualisiert werden sollen. Gemäß 6 ist jedoch ein Beispiel gezeigt, in dem die GPS-Betriebsdaten nicht zu der Zeit T = 2.0 [s] aktualisiert werden. Es kann zum Beispiel ein Fall vorliegen, in dem sich das Fahrzeug in einem Bereich befindet, wo das Fahrzeug das Signal von dem Satelliten nicht empfangen kann und die GPS-Positionierungseinheit 10 unterbrochen ist. In einem solchen Fall kann der zusammenwirkende GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb zu der Zeit T = 2.0 [s] nicht durchgeführt werden, sondern kann der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb durchgeführt werden, da die Fahrzeugsensorwerte für den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb vorliegen. In diesem Fall kann der Positionierungsbetrieb kontinuierlich von der Anfangszeit Tpass von T = 2.0 [s] zu der aktuellen Zeit von T = 3.0 [s] mittels des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs unter Verwendung der durch das Kalman-Filter 50 korrigierten bzw. berechneten Korrekturwerte durchgeführt werden. Der zusammenwirkende GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb kann nicht auf den Anfangswert angewandt werden, aber die Genauigkeit der Positionierung kann hoch gehalten werden, da der größte Teil des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs, der in dem Aufholbetrieb durchgeführt wird, durch Verwendung der korrigierten Fahrzeugsensorwerte durchgeführt wird.
Wie eben beschrieben kann selbst dann, wenn die GPS-Unterbrechung auftritt und die GPS-Betriebsdaten nicht im Datenaktualisierungszyklus aktualisiert werden, die Position zu der aktuellen Zeit gemessen werden, indem der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb mit dem Kalman-Filter 50 durchgeführt wird.
Ob die GPS-Betriebsdaten im Datenaktualisierungszyklus aktualisiert werden, kann durch die GPS-Daten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 90 bestimmt werden.
7 ist eine Verarbeitungsablaufdarstellung, die ein Beispiel der arithmetischen Verarbeitung der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 von dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
In Schritt 300 wird bestimmt, ob die GPS-Positionierungseinheit 10 die GPS-Betriebsdaten aktualisiert. Die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 90 kann bestimmen, ob die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden.
In Schritt 300 schreitet der Prozess zu Schritt 310 voran, wenn bestimmt wird, dass die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden. Wenn bestimmt wird, dass die GPS-Betriebsdaten nicht aktualisiert werden, schreitet der Prozess zu Schritt 320 voran.
In Schritt 310 führt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102, indem sie zu der letzten GPS-Zeit Tgps zurückgeht, den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb unter Verwendung der durch das Kalman-Filter 50 korrigierten bzw. berechneten Korrekturwerte aus. Die letzte GPS-Zeit Tgps entspricht zum Beispiel der Zeit T = 1.0 [3]. Danach führt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb unter Verwendung der durch das Kalman-Filter 50 korrigierten bzw. berechneten Korrekturwerte sequenziell bis zu der aktuellen Zeit durch. Die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 führt den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb im Abtastzyklus der Fahrzeugsensoren 31, 32, 40 sequenziell durch, akkumuliert die Ergebnisse des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs bis zu der aktuellen Zeit, und erhält die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit. Dann gibt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100 die gemessene Position zu der aktuellen Zeit aus, und der Verarbeitungsablauf endet.
Der gemäß 7 gezeigter Verarbeitungsablauf wird im Positionierungsausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 durchgeführt, der dem Datenausgabezyklus der GPS-Positionierungseinheit 10 entspricht. Falls zum Beispiel der Aktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten der GPS-Positionierungseinheit 10 eine Sekunde beträgt, wird daher der Verarbeitungsablauf gemäß 7 in einem einsekündigen Zyklus durchgeführt und wiederholt.
Gemäß der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen. Zusätzlich wird selbst dann, wenn die GPS-Betriebsdaten nicht aktualisiert werden, die Positionierungsgenauigkeit gewährleistet, indem die Erfassungswerte für eine INS-Positionierung und eine Geschwindigkeit des mobilen Objekts korrigiert werden und indem der Positionierungsbetrieb durch die Kombination der INS-Positionierung und der Geschwindigkeit des mobilen Objekts mit den korrigierten Erfassungswerten durchgeführt wird.
[Ausführungsbeispiel 3]
Eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 von einem dritten Ausführungsbeispiel führt eine arithmetische Verarbeitung mit einer Kombination des ersten Ausführungsbeispiels und des zweiten Ausführungsbeispiels durch. Die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist ein Ausführungsbeispiel, das die Fahrzeugmodell-Betriebseinheit 60 und die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 umfasst, und, falls notwendig oder gewünscht, auch den Fehlervarianzkorrigierer 70 und die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 umfassen kann, wie es zum Beispiel bei der Gesamtkonfigurationsdarstellung des gemäß 1 gezeigten Ausführungsbeispiels gezeigt ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 102 das Kalman-Filter 50 kontinuierlich, um bei der arithmetischen Operation zum Aufholen zu der aktuellen Zeit eine Echtzeiteigenschaft zu gewährleisten, was eine Betriebs- bzw. Arbeitslast erhöhen kann. Unter Berücksichtigung einer derartigen Situation wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel ein Beispiel einer Steuerung zum Verringern der Betriebs- bzw. Arbeitslast und zum Gewährleisten der Genauigkeit in einem Fall erläutert, in dem der Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten dem Aktualisierungszyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 entspricht, ebenso wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel führt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 den Positionierungsbetrieb mit einer Kombination des Positionierungsbetriebs durch den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb, den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb und das Fahrzeugmodell durch.
8 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels einer arithmetischen Verarbeitung für eine Betriebsprofilbestimmung, die durch die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird. Gemäß 8 zeigt die Querachse die Zeit(-länge) zum Berechnen des Ergebnisses des Aufholbetriebs, um die Echtzeiteigenschaft zu gewährleisten, und zeigt die Längsachse die Größe des Positionierungsfehlers. Die Linie PM, die parallel zu der Querachse gezogen ist, zeigt die Größe eines akzeptablen Positionierungsfehlers.
Gemäß 8 ist zum Beispiel angenommen, dass ein 20-maliger Aufholbetrieb notwendig ist. Der Aufholbetrieb weist eine Betriebslänge auf, und die Echtzeiteigenschaft kann verloren gehen, falls die Betriebszeit zu lang ist. Insbesondere falls die Fahrzeuggeschwindigkeit schnell ist, wird die Strecke lang, die das Fahrzeug pro Zeiteinheit fährt, weshalb zum Beispiel, falls die Zeit zum Durchführen des Aufholbetriebs lang wird, der Fehler bezüglich der echten Position großer wird. Gemäß dem akzeptablen Positionierungsfehler und der Fahrzeuggeschwindigkeit variieren daher die Zeit, die für den Aufholbetrieb zugewiesen werden kann, und die akzeptable Zeit, die für den Aufholbetrieb aufgewendet werden kann.
Gemäß 8, falls die akzeptable Zeit als Tp Sekunden angenommen wird, ist zu beachten, dass die Tp Sekunden nach links wandern und die akzeptable Zeit kürzer wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher wird, und die Tp Sekunden nach rechts wandern und die akzeptable Zeit länger wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger wird. Falls die akzeptable Zeit Tp Sekunden auf den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb, den zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb und den Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell verteilt ist/wird, kann die Beziehung unter Berücksichtigung dessen, wie oft der Betrieb durchgeführt wird, durch die folgenden Formeln (1) und (2) ausgedrückt werden. A·X + B·Y + C·Z ≤ Tp (1) X + Y + Z = 20 (2)

A: INS/WS-Betriebsdauer für ein Mal
B: Fahrzeugmodell-Betriebsauer für ein Mal
C: GPS/INS/WS-Betriebsdauer für ein Mal
X, Y, Z: Anzahl von Wiederholungen von jedem Betrieb

Die Formeln (1) und (2) drücken die Verteilungsbedingungsausdrücke des zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetriebs, des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs und des Positionierungsbetriebs durch das Fahrzeugmodell aus, wenn die Anzahl der Betriebe 20 beträgt. „A” drückt die Betriebsdauer für einen einmaligen zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb dar, und „X” stellt die Anzahl der zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebe dar. „B” stellt die Betriebsdauer für einen einmaligen Betrieb durch das Fahrzeugmodell dar, und „Y” stellt die Anzahl der Positionierungsbetriebe durch das Fahrzeugmodell dar. „C” stellt die Betriebsdauer für einen einmaligen GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb dar, und „Z” stellt die Anzahl der zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetriebe dar.
Gemäß der Formel (2) beträgt die Gesamtzahl der Betriebe von X, Y und Z 20 und sind X, Y und Z derart verteilt, um die Formel (1) zu erfüllen, und wird das Betriebsprofil bestimmt. Da der zusammenwirkende GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb vorgenommen werden kann, wenn die aktuelle Zeit die Aktualisierungszeit der GPS-Betriebsdaten ist und die GPS-Unterbrechung nicht auftritt, aber der zusammenwirkende GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb in keinem anderen Fall vorgenommen werden kann, beträgt Z eins oder null. Da der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb die Erfassungswertkorrektur durch das Kalman-Filter 50 umfasst, ist die Genauigkeit des Betriebs hoch, aber, in den meisten Fällen, ist die Verarbeitungslast groß und wird die Betriebszeit lang.
Andererseits tendiert der Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell in den meisten Fällen dazu, eine geringere Genauigkeit als der zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb aufzuweisen, da der Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell keine individuelle Korrektur für jeden Betrieb durchführt, aber der Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell tendiert dazu, eine geringere Verarbeitungslast und eine niedrigere Betriebszeit als diejenigen des zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetriebs aufzuweisen. Die Verarbeitungslast und die Betriebszeit hängen von dem eingerichteten Fahrzeugmodell ab, aber eine Einstellung eines solchen Fahrzeugmodells ist hinreichend möglich und gebräuchlich. Daher tendieren im Allgemeinen A und B dazu, dass in den meisten Fällen B < A gilt. Unter Berücksichtigung derartiger Bedingungen sollte, um die hochgenaue Positionierung so gut wie möglich zu realisieren und den Positionierungsbetrieb auf die akzeptable Zeit Tp zu begrenzen, eine Einstellung zum Maximieren von X in einem Bereich zur Erfüllung von Formel (1) vorgenommen werden. Indem dies gemacht wird, kann die Positionierung mit der höchsten Genauigkeit in einem Bereich der akzeptablen Zeit Tp durchgeführt werden.
Nachdem X eingerichtet ist, sollte zusätzlich bestimmt werden, wann der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb bei dem 20-maligen Betrieb vorgenommen wird. Im Hinblick auf diesen Punkt kann X so viel/oft wie möglich zu der Zeit verteilt werden, zu der sich die Fahrzeugsensorwerte stark ändern. Genauer gesagt besagt der Zustand, in dem sich die Fahrzeugsensorwerte wie etwa die Beschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit, die Raddrehzahl stark verändern, einen Zustand, in dem ein Fahrzeugverhalten breit bzw. weitreichend/ausgedehnt/umfangreich ist und der Fehler sich in dem Fahrzeugmodell wahrscheinlich akkumuliert bzw. summiert. Daher ist es zu der Zeit wünschenswert, dass der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb mit einer so hohen Genauigkeit wie möglich durchgeführt wird und die Positionierungsgenauigkeit hoch gehalten wird.
Die Fahrzeugsensorwerte können Sensorwerte eines Lenkwinkels, eines Hydraulikdrucks einer Bremse, eines Fahrpedals und dergleichen ebenso wie die vorgenannte Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit und Raddrehzahl umfassen. Da ein breites Fahrzeugverhalten ein großes Kreisen sowie schnelle Beschleunigung und Verlangsamung umfasst, wird durch den Lenkwinkel, den Druck der Bremse, das Fahrpedal und dergleichen ein Zustand erfasst, in dem das Fahrzeugverhalten breit ist.
Der gemäß 8 gezeigte Betrieb und Formeln (1) und (2) können durch die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 vorgenommen werden. Auch kann durch die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 basierend auf den Fahrzeugsensorwerten zum Beispiel bestimmt werden, ob das Fahrzeugverhalten breit ist. Zum Beispiel kann die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 bestimmen, dass das Fahrzeugverhalten breit ist, falls die Sensorwerte größer als vorbestimmte Werte sind.
Als nächstes wird ein Beispiel der arithmetischen Verarbeitung der Betriebsprofilbestimmung erläutert, die sich von 8 unterscheidet. Die arithmetische Verarbeitung der Betriebsprofilbestimmung wird durch die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 durchgeführt. 9 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Beispiels der arithmetischen Verarbeitung der sich von 8 unterscheidenden Betriebsprofilbestimmung.
Der obere Teil in 9 zeigt eine Zeitreihe in einem Fall, in dem die GPS-Betriebsdaten die Fahrzeugposition von vor zwei Sekunden angeben und die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit T = 3.0 [s] ausgegeben wird. Im oberen Teil in 9 werden zu der Zeit T = 1.0 [s] die GPS-Betriebsdaten aktualisiert und liegen die GPS-Betriebsdaten vor. Daher führt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 zu der Anfangszeit Tpass = 1.0 [s] den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb durch. Danach werden gemäß dem in 8 erläuterten Betriebsprofil der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb durch Kalman-Filter 50 und der Positionierungsbetrieb durch das Fahrzeugmodell bis zu der aktuellen Zeit T = 3.0 [s] kontinuierlich durchgeführt, und wird das Ergebnis ausgegeben. Zu dieser Zeit, wie es in dem oberen Teil von 9 gezeigt ist, ist eine geringe Verzögerung akzeptabel, solange die Verzögerung innerhalb der akzeptablen Zeit Tp liegt.
Der untere Teil in 9 zeigt eine Zeitreihe der arithmetischen Verarbeitung in einem Fall, in dem die Fahrzeugposition zu der aktuellen Zeit T = 4.0 [s] ausgegeben wird. Der untere Teil in 9 zeigt einen Fall, in dem die GPS-Unterbrechung auftritt und die GPS-Betriebsdaten nicht zu der Zeit T = 2.0 [s] aktualisiert werden, zu der die GPS-Daten normalerweise aktualisiert werden sollen, da der Datenaktualisierungszyklus der GPS-Betriebsdaten 1 [Hz] beträgt, mit anderen Worten T = 1.0 [s] gilt.
In einem solchen Fall wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, d. h. dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel, der Aufholbetrieb bis zu der aktuellen Zeit T = 4.0 [s] durchgeführt, indem die Positionierungsdaten zu der Zeit T = 2.0 [s] zu dem Anfangswert gemacht werden. Der obere Teil und der untere Teil in 9 zeigen jedoch zwischen T = 2.0 [s] und T = 3.0 [s] das gleiche Betriebsprofil. In diesem Fall wird der Positionierungsbetrieb durch das Kalman-Filter in einem Bereich P1 nicht vorgenommen, da das Betriebsprofil in dem Bereich P1 in dem unteren Teil in 9 mit dem Betriebsprofil überlappt, das zu der aktuellen Zeit T = 3.0 [s] in dem oberen Teil in 9 ausgeführt wird. Dann wird das Betriebsprofil über einen Bereich P2 zwischen T = 2.0 [s] und T = 3.0 [s] erstellt und wird der Aufholbetrieb durchgeführt. Indem das getan wird, kann mit Bezug auf das Betriebsprofil, das mit dem bereits berechneten Betriebsprofil überlappt, wenn die Positionierungsdaten zu dem vorhergehenden Ausgabezyklus ausgegeben werden, die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 die arithmetische Verarbeitung auslassen und die arithmetische Verarbeitungslast vermindern.
Als nächstes wird mit Bezug auf 10 ein Verarbeitungsablauf der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erläutert. 10 ist eine Verarbeitungsablaufdarstellung einer arithmetischen Verarbeitung, die durch die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird.
In Schritt 400 wird bestimmt, ob die GPS-Daten aktualisiert werden. Die Bestimmung dahingehend, ob die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden, kann zum Beispiel durch die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit 80 durchgeführt werden.
In Schritt 400 schreitet der Prozess zu dem Schritt 410 voran, falls die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden.
In Schritt 410 bestimmt die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 das Betriebsprofil, das entscheidet, wie der zusammenwirkende GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb, der zusammenwirkende INS/WS-Positionierungsbetrieb und der Fahrzeugmodell-Positionierungsbetrieb zu verteilen bzw. einzuteilen sind. Wie gemäß 8 erläutert kann das Betriebsprofil durch Verwendung der Betriebsformeln (1) und (2) bestimmt werden, wobei je nach Bedarf oder Wunsch die akzeptable Zeit Tp, die für den Aufholbetrieb aufgewendet wird, die erforderliche Positionierungsgenauigkeit, die Verarbeitungslast und dergleichen berücksichtigt werden.
In Schritt 420 geht die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103, da die Anfangszeit Tpass der GPS-Zeit Tgps entspricht, was Tpass = Tgps bedeutet, zurück zu der letzten GPS-Zeit Tgps, und führt sie den zusammenwirkenden GPS/INS/WS-Positionierungsbetrieb durch. Danach führt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 gemäß dem in Schritt 410 bestimmten Betriebsprofil den Positionierungsbetrieb sequentiell bis zu der aktuellen Zeit durch, und erhält sie die aktuelle Position. Dann gibt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 die gemessene Position aus, und der Verarbeitungsablauf endet.
Zurückkehrend zu Schritt 400 schreitet der Prozess andererseits zu Schritt 430 voran, falls bestimmt wird, dass die GPS-Betriebsdaten nicht aktualisiert werden und GPS unterbrochen ist.
In Schritt 430 wird das Betriebsprofil durch die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 bestimmt, aber wird, wie es in dem unteren Teil von 9 erläutert ist, mit Bezug auf den Bereich, der mit dem Betrieb im vorhergehenden Ausgabezyklus überlappt, der Betrieb mit dem Kalman-Filter 50 nicht durchgeführt. Betreffend den Bereich, der nicht mit dem Betrieb beim vorhergehenden Ausgabezyklus überlappt, bestimmt die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 das Betriebsprofil dahingehend, wie der zusammenwirkenden INS/WS-Positionierungsbetrieb und der Fahrzeugmodell-Positionierungsbetrieb zu verteilen sind.
In Schritt 440 führt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 gemäß dem im Schritt 430 bestimmten Betriebsprofil den Positionierungsbetrieb sequentiell bis zu der aktuellen Zeit durch, und erhält sie die aktuelle Position. Dann gibt die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 die gemessene Position aus, und der Verarbeitungsablauf endet.
Der Verarbeitungsablauf gemäß 9 wird in dem Ausgabezyklus der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 und in dem Datenaktualisierungszyklus wiederholt.
Gemäß der Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 103 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann die Echtzeitposition des mobilen Objekts mit der Betriebsprofil-Bestimmungseinheit 90 gemessen werden, wobei sowohl die arithmetische Verarbeitungslast als auch die Positionierungsgenauigkeit berücksichtigt werden, wodurch die Positionierungsgenauigkeit gewährleistet und die Betriebs- bzw. Arbeitslast verringert wird. Auch kann die Positionierungsgenauigkeit gemäß der Anwendung eingestellt werden. Zusätzlich wird, wenn das Verhalten des mobilen Objekts breit ist, das Verhältnis bzw. der Anteil eines genauen Betriebs mehr auf die stark veränderlichen Sensorwerte verteilt und kann dadurch die Positionierungsgenauigkeit selbst dann gewährleistet werden, wenn die Positionierung dazu tendiert, ungenau zu sein.
Wie bei den Ausführungsbeispielen beschrieben kann die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100, 101, 102, 103 die Fehler vielfältiger Detektoren durch das Kalman-Filter 50 erfassen und die Genauigkeit des Positionierungsbetriebs durch geeignete Korrektur der Fehler steigern. Gemäß den Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, ein Navigationssystem für ein Fahrzeug mit hoher Genauigkeit und Echtzeiteigenschaft bereitzustellen, das die aktuelle Fahrzeugposition einem Benutzer genau angeben kann.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 und den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 liegen Beispiele einer arithmetischen Verarbeitung vor, bei der die Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt 100, 101, 102, 103 auf das Fahrzeug angewandt ist. Falls die Raddrehzahl auf die Geschwindigkeit des mobilen Objekts angewandt wird und das Fahrzeugmodell auf das Modell des mobilen Objekts angewandt wird, kann die vorliegende Erfindung jedoch auf vielfältige mobile Objekte angewandt werden.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt bereitzustellen, wodurch eine Position des mobilen Objekts in Echtzeit zu der aktuellen Zeit mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen wird.
Alle Beispiele und bedingte Sprache, die hierin zum Ausdruck kommen, sind für pädagogische Zwecke bestimmt, um dem Leser beim Verständnis der Erfindung und der Konzepte zu helfen, die durch den Erfinder zur Weiterentwicklung der Technik beigetragen werden, und sind dahingehend auszulegen, dass sie keine Einschränkung auf solche speziell drgelegten Beispiele und Bedingungen ausüben, noch bezieht sich die Gestaltung bzw. Gliederung solcher Beispiele in der Beschreibung darauf, die Überlegenheit oder Minderwertigkeit der Erfindung zu zeigen. Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, sollte es selbstverständlich sein, dass die verschiedenen Änderungen, Ersetzungen und Änderungen diesbezüglich vorgenommen werden können, ohne von der Grundidee und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Eine Positionierungsvorrichtung für ein mobiles Objekt zum Messen einer Position zu einer aktuellen Zeit umfasst eine GPS-Positionierungseinheit zum Aktualisieren von GPS-Betriebsdaten; eine INS-Positionierungseinheit mit einem Erfassungswert für eine INS-Positionierung; einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit; einen Fehlerkorrigierer zum Korrigieren eines Fehlers des Erfassungswerts, der durch die INS-Positionierung gemessenen Position und der Geschwindigkeit; und eine Mobilobjektmodell-Betriebseinheit zum Berechnen eines Modells eines mobilen Objekts; wobei eine Anfangsposition unter Verwendung der GPS-Betriebsdaten berechnet wird und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position zu der aktuellen Zeit misst, wenn die aktuelle Zeit mit einer GPS-Aktualisierungszeit zusammenfällt; und wobei die Anfangsposition ohne die GPS-Betriebsdaten berechnet wird und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position zu der aktuellen Zeit misst, wenn die aktuelle Zeit nicht mit einer GPS-Aktualisierungszeit zusammenfällt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2008-180667 [0001]
- JP 08-304092 [0003, 0004, 0006]

Claims

Positionierungsvorrichtung zum Messen einer Position eines mobilen Objekts zu einer aktuellen Zeit und Ausgeben der Position des mobilen Objekts in einem vorbestimmten Ausgabezyklus, wobei die Vorrichtung aufweist: eine GPS-Positionierungseinheit zum Aktualisieren von GPS-Betriebsdaten zu einer GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit in einem vorbestimmten Datenaktualisierungszyklus, um GPS-Positionsdaten des mobilen Objekts bereitzustellen, die einer ersten vorgegebenen Zeit entsprechen, die der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit um eine vorbestimmte Zeit vorausgeht; eine INS-Positionierungseinheit zum Messen von INS-Positionsdaten des mobilen Objekts basierend auf einem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, der durch einen Detektor für eine INS-Positionierung erfasst wird; einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des mobilen Objekts; einen Fehlerkorrigierer zum Berechnen eines Korrekturwerts von dem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit und zum Korrigieren von jedem Fehler des Erfassungswerts für eine INS-Positionierung, der durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung des Korrekturwerts; und eine Mobilobjektmodell-Betriebseinheit zum Berechnen eines Modells des mobilen Objekts basierend auf der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit; wobei, wenn die aktuelle Zeit mit der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit zusammenfällt, eine Anfangsposition des mobilen Objekts, die der ersten vorgegebenen Zeit entspricht, unter Verwendung der INS-Positionierungseinheit, dem Geschwindigkeitsdetektor und dem Fehlerkorrigierer basierend auf den letzten GPS-Betriebsdaten, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit, die der ersten vorgegebenen Zeit entsprechen, berechnet wird, und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit durch Berechnung des Modells des mobilen Objekts von der ersten vorgegebenen Zeit bis zu der aktuellen Zeit basierend auf der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung des durch den Fehlerkorrigierer berechneten Korrekturwerts zu der ersten vorgegeben Zeit berechnet; und wobei, wenn die aktuelle Zeit nicht mit der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit zusammenfällt, eine Anfangsposition des mobilen Objekts, die einer zweiten vorgegebenen Zeit entspricht, die der aktuellen Zeit um die vorbestimmte Zeit vorausgeht, unter Verwendung der INS-Positionierungseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigierers basierend auf den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit, die der zweiten vorgegebenen Zeit entsprechen, berechnet wird, und die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit durch Berechnung des Modells des mobilen Objekts von der zweiten vorgegebenen Zeit bis zu der aktuellen Zeit basierend auf der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung des durch den Fehlerkorrigierer berechneten Korrekturwerts zu der zweiten vorgegebenen Zeit berechnet.
Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt gemäß Anspruch 1, wobei die Mobilobjektmodell-Betriebseinheit das Modell des mobilen Objekts und die Position des mobilen Objekts in dem vorbestimmten Ausgabezyklus berechnet.
Positionierungsvorrichtung zum Messen einer Position eines mobilen Objekts zu einer aktuellen Zeit und Ausgeben der Position des mobilen Objekts in einem vorbestimmten Datenaktualisierungszyklus, wobei die Vorrichtung aufweist: eine GPS-Positionierungseinheit zum Aktualisieren von GPS-Betriebsdaten zu einer GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit in dem vorbestimmten Datenaktualisierungszyklus, um GPS-Positionsdaten des mobilen Objekts bereitzustellen, die einer vorgegebenen Zeit entsprechen, die der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit um eine vorbestimmte Zeit vorausgeht; eine INS-Positionierungseinheit zum Messen von INS-Positionsdaten des mobilen Objekts basierend auf einem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, der durch einen Detektor für eine INS-Positionierung erfasst wird; einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des mobilen Objekts; einen Fehlerkorrigierer zum Berechnen eines Korrekturwerts von dem Erfassungswert für eine INS-Positionierung, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit und zum Korrigieren von jedem Fehler des Erfassungswerts für eine INS-Positionierung, der durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit unter Verwendung de Korrekturwerts; und eine GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit zum Bestimmen, ob die GPS-Betriebsdaten zu der GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungszeit aktualisiert werden; und wobei eine Anfangsposition des mobilen Objekts, die der vorgegebenen Zeit entspricht, unter Verwendung der INS-Positionierungseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigierers basierend auf den letzten GPS-Betriebsdaten, den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit, die der vorgegebenen Zeit entsprechen, berechnet wird, und die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit durch Verwendung der INS-Positionierungseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigierers basierend auf den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit von der vorgegebenen Zeit bis zu der aktuellen Zeit berechnet wird, falls die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit bestimmt, dass die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden; und wobei die Position des mobilen Objekts zu der aktuellen Zeit unter Verwendung der INS-Positionseinheit, des Geschwindigkeitsdetektors und des Fehlerkorrigieres basierend auf den durch die INS-Positionierungseinheit gemessenen INS-Positionsdaten und der durch den Geschwindigkeitsdetektor erfassten Geschwindigkeit von der vorgegebenen Zeit, zu der die GPS-Betriebsdaten aktualisiert werden sollen, bis zu der aktuellen Zeit berechnet wird, falls die GPS-Betriebsdaten-Aktualisierungsbestimmungseinheit bestimmt, dass die GPS-Bebtriebsdaten nicht aktualisiert werden.
Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt gemäß Anspruch 3, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: eine Mobilobjektmodell-Betriebseinheit zum Berechnen einer Position des mobilen Objekts durch Verwendung eines Modells des mobilen Objekts basierend auf der Geschwindigkeit des mobilen Objekts, und eine Betriebsprofil-Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Betriebsprofils eines ersten Positionierungsbetriebs durch die INS-Positionierungseinheit, den Geschwindigkeitsdetektor, den Fehlerkorrigierer unter Verwendung der GPS-Betriebsdaten, eines zweiten Positionierungsbetriebs durch die INS-Positionierungseinheit, den Geschwindigkeitsdetektor und den Fehlerkorrigierer, sowie eines dritten Positionierungsbetriebs durch das Modell des mobilen Objekts.
Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt gemäß Anspruch 4, wobei die Betriebsprofil-Bestimmungseinheit das Betriebsprofil, abgesehen von dem dritten Positionierungsbetrieb, durch das Modell des mobilen Objekts bestimmt, wenn ein Verhalten des mobilen Objekts als breit bestimmt wird.
Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt gemäß Anspruch 1, wobei der Fehlerkorrigierer ein Kalman-Filter umfasst.
Positionierungsvorrichtung für das mobile Objekt gemäß Anspruch 1, wobei das mobile Objekt ein Fahrzeug ist und die Geschwindigkeit des mobilen Objekts durch eine Raddrehzahl des Fahrzeugs dargestellt ist.