JP2001503520A - 位置検出のための衛星受信機を備えた位置測定センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、位置検出のための衛星受信機を備えた位置測定センサに関している。この場合、少なくとも衛星受信機と、方向センサと、距離センサが同じケーシング内に配設されている。これらのセンサの信号は共通のフィルタでフィルタリングされ、それによって位置測定センサの出力側からは所在位置、移動速度及び/又は移動方向に関するデータが取り出し可能である。個々のセンサのコンパクトな配置構成によって、個々の構成要素のマルチ使用が例えばフィルタによって可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 位置検出のための衛星受信機を備えた位置測定センサ 従来の技術 本発明は請求項１の上位概念による、位置検出のための衛星受信機を備えた位 置測定センサに関する。自動車の所在位置の検出に対して位置測定ナビゲーショ ンシステムを利用することは公知である。このナビゲーションシステムには、大 抵の場合、走行方向と進んだ距離区間の検出のためのセンサが接続されている。 自動車の絶対位置の検出に対しては、例えばＧＰＳシステムでも周知のように衛 星受信機が利用され得る。 しかしながら方向センサや距離センサを自動車へ組付けることには比較的コス トがかかる。また別の側ではＧＰＳ受信機のみを用いた位置検出ではいつでも高 精度が得られるわけではない。そのため密集した道路網では正確な所在位置の検 出がいつでもできるわけではない。さらに主要都市部の領域では十分にＧＰＳ衛 星を受信できない。そのため衛星受信に基づいた所在位置検出は常に満足のゆく ものではない。また衛星受信機の信号のみならず方向/距離センサの信号も相応 のフィルタ処理が施されなければならず、そのためこの所在位置検出は、信頼性 に乏しいだけでなくコストもかかるものである。 発明の利点 それに対して請求項１の特徴部分に記載の本発明による位置測定センサは次の ような利点を有する。すなわち、同じケーシング内への複数のセンサの配設によ って位置測定センサが非常にコンパクトに構成可能となる。それにより、有利に は組込みコストが低減されるだけでなく、製造コストも低減される。特に有利に は、コンパクトな構造形式によって信号評価のための個々の構成要素、例えばフ ィルタがマルチ的に利用可能である。それによりさらに位置測定センサに対する 製造コストが低減可能となる。この位置測定センサの出力側の互換性のあるデー タフォーマットによっては、従来の衛星受信機の投入も可能である。 本発明の別の有利な実施例ないし改善例は従属請求項に記載されている。特に 有利には、衛星受信機としてＧＰＳ/ＧＬＯＮＡＳＳシステムが適用される。な ぜならこれらのシステムは既に備え付けられており、その一部は民間利用に対し て開放されているからである。 １つ又は複数の加速度センサ及び/又は回転率センサ（ジャイロセンサ）を距 離センサないし方向センサとして利用することは次の理由から明らかに有利であ る。すなわちこれらのセンサが自動車の信号発信器に依存せずに位置測定センサ のケーシング内に備え付けられるからである。それにより付加的な外部からの自 動車への組付けと接続が省かれる。 気圧高度計又は温度センサの付加的な使用によって、位置検出の精度を監視し 向上させることが可能である。十分なＧＰＳ衛星の受信の際には高度検出も可能 であるので、気圧高度計の測定値との比較によって位置検出が較正できる。使用 する構成要素の作動精度は周辺温度にも依存するので、このエラーを温度センサ を用いて有利に補償することができる。 センサ信号の受信条件が非常に不利な場合でも位置検出、又はセンサ（例えば 加速度センサ）の較正を可能にするために有利には、回転速度計に端子が設けら れる。この場合この回転速度計は、車両に既存の、進んだ距離区間のための信号 発生器であってもよい。その信号は加速度センサの較正に対して付加的に用いる ことができる。 個々のセンサを共通のポジションフィルタに統合することによって、個々のセ ンサ毎に必要とされるさらなる構成群を節約することが可能である。この場合特 に有利には、センサ信号が優先度係数で重み付けされる。それにより、例えば十 分な衛星信号が受信可能である限りは、ＧＰＳ受信機を用いた位置検出に最大優 先度が付される。それに対して例えばトンネル内で衛星信号がもはや受信不能に なった場合には、距離センサと方向センサが最大の優先度を受け取る。この優先 度は、衛星信号が十分な品質のもとで受信可能となる まで維持される。 特に有利には、ポジションフィルタとしてカルマンフィルタが設けられる。こ のフィルタのもとでは個々のセンサのエラーが逆方向に補償され、それによって 位置測定結果が改善される。 図面 次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。 図１は、公知の位置測定ナビゲーションシステムのブロック回路図である。 図２は、本発明による実施例を示した図である。 実施例の説明 図１には公知の位置測定システムが示されている。このシステムはＧＰＳ受信 機１と、方向センサとしての磁気コンパス３と、距離センサ４（例えば車両のホ イールセンサ）と共に構成される。ＧＰＳ受信機１はこの場合受信衛星信号から の所在位置の検出のためのポジションフィルタ６を有している。これらのセンサ の信号は計算機５と接続されており、その出力側９からは位置データないし所在 位置データが取り出し可能である。 ＧＰＳ受信機１並びに個々のセンサ３，４及び計算機５は、種々のケーシング に組込まれている。この場合個々のケーシングは車両のそれぞれ適した箇所に固 定されている。 図２には本発明による位置測定センサ１０の実施例が示されている。そのケー シング１１内では衛星受信機１が方向センサ３と距離センサ４がコンパクトユニ ットとして配設されている。この距離センサは例えば集積化された回転率センサ （ジャイロセンサ）として構成されてもよい。このジャイロセンサ自体は公知で あるのでここでのその詳細な説明は省く。この距離センサ４としては加速度セン サが設けられる。その信号からは積分によって、進んだ距離区間が算出可能であ る。これらのセンサの出力側はポジションフィルタ６に接続されている。このポ ジションフィルタ６は有利にはカルマンフィルタとして構成される。 位置データ入手のさらなる改善のために、温度センサ１２及び/又は気圧高度 計７が設けられてもよい。それらの出力側もポジションフィルタ６に接続される 。本発明のさらなる構成においては回転速度計１４が距離センサとして設けられ る。その信号は外部端子を介してポジションフィルタ６に供給される。さらにア ンテナ２が衛星受信機１のために設けられる。ポジションフィルタ６は個々のセ ンサの信号から目下の車両位置、走行方向及び進んだ距離区間を算出し、これら のデータをコンパーチブルなフォーマットで出力側９から送出する。 カルマンフィルタは最適フィルタである。このフィルタは、システム動特性と 、プロセス及び測定ノイズ の推計データ及び初期情報とから、最小推定エラーに対するシステム状態の推定 値を供給する。この詳細な説明は、公知文献“Introduction to Random Signals and Applied Filtering;Robert Grover Brown,Patrick Y.C．Hwang;John Wiley &Sons,INC.;New York 1992”に記載されている。 次にこの装置の機能を詳細に説明する。ポジションフィルタ６は、接続されて いる全てのセンサと信号発信器の信号が処理されるように構成されている。それ はカルマンフィルタとして構成されていてもよく、接続されているセンサの個々 のエラーを含んだ信号が補償可能である。そのため最大限の確立で実際の所在位 置が送出される。 衛星受信機１の信号も方向及び距離センサ３,４の信号もエラーを含んでいる 可能性があるので（この場合特に方向/距離センサのエラーは蓄積される）、可 及的に信頼性の高い所在位置の検出のために本発明による装置を用いてエラーの 最小化が図られる。この場合の本発明の主要な考察は、個々の構成要素の信号を 優先度係数で重み付けすることである。この重み付けされた信号は結合ナビゲー ションの規準に従って評価される。例えば十分なＧＰＳ衛星が受信可能であるな らば、衛星受信機１の所在位置検出は、最高度の優先度を受け取る（例えば係数 １）。これに対して方向センサ３と距離センサ４は係数０を受け取る。例えばビ ル の密集した市街地やトンネル内などのような衛星受信の著しく妨げられる状況下 では、ＧＰＳ衛星受信機１は最低度の優先度係数、例えば０を受け取る。ポジシ ョンフィルタ６は常に衛星受信機１の位置データに並行して、ジャイロセンサ３ と加速度センサ４から得られる位置データも結合して比較するので、車両位置は 、ＧＰＳ信号が得られない場合でも求めることが可能である。この場合にはジャ イロセンサ３と加速度センサ４は最高度の優先度、例えば係数１を受け取る。十 分な衛星が再び受信可能となった場合には直ちに最後の位置データが、衛星受信 機１から検出された位置データと比較され場合によっては補正される。このよう な受信品質に依存した優先度係数による重み付けによって、非常に高精度な所在 位置が得られるものとなる。個々のセンサ３,４は相互的に監視されるので、個 別のセンサ自体の精度はさほど問題にはならない。ジャイロセンサ３と加速度セ ンサ４は、限られた距離区間のみに対して用いられるだけなので、有利にはこれ らのセンサの蓄積されたエラーも限られる。それ故にジャイロセンサに対しては 、精度が低めでコストのかからない経済的なジャイロセンサを用いることができ る。なぜならそのデータは、位置データの検出に対してＧＰＳ受信機１の正確な 測定データが得られない場合にのみ重み付けされるからである。 温度センサ１２及び/又は気圧高度計７の使用によ って、所在位置のさらなる最適化が実施可能となる。 本発明の別の有利な実施例によれば、回転速度計１４の信号も距離センサとし て利用される。加速度センサ４が利用される場合には、相互に垂直な関係にある ３つの空間軸線方向での加速度が検出され、複合的な加速度ベクトルから直接、 距離と方向の情報が得られる。この場合には方向情報の生成に対してジャイロセ ンサの利用が省かれる。 ジャイロセンサ３と加速度センサ４が微細加工された構成素子、例えば半導体 チップで構成されている場合には、これらが集積回路または集積モジュールとし て基板上で省スペース的に実現され得る。 互換性のあるデータ出力フォーマットによれば、さらなるコストをかけずに既 存のＧＰＳ受信機１を本発明による位置測定センサ１０に置き換えることも可能 である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１０月２８日（１９９８．１０．２８） 【補正内容】 請求の範囲 1. 位置検出のための衛星受信機を備えた位置測定センサであって、 同じケーシング（１１）内に少なくとも方向センサ（３）と、距離センサ（４ ）が配設されている形式のものにおいて、 衛星受信機（１）が同じケーシング（１１）内に配設されており、前記方向セ ンサ（３）と距離センサ（４）の出力信号が衛星受信機（１）のポジションフィ ルタ（６）に接続可能であり、前記構成グループ（１，３，４）の信号は、優先 度係数で重み付けされ、該優先度係数は、信号の有効性に依存して重み付けされ 、 前記位置測定センサ（１０）は、その出力側（９）から所在位置、移動速度及 び/又は移動方向に関するデータが送出され該送出データが互換性のあるデータ フォーマットで取り出し可能であるように構成されていることを特徴とする、位 置測定センサ。 2. 前記衛星受信機（１）は、ＧＰＳ及び/又はＧＬＯＮＡＳＳ衛星の受信用 に構成されている、請求項１記載の位置測定センサ。 3. 前記距離センサ（４）は、加速度センサである、請求項１又は２記載の位 置測定センサ。 4. 前記方向センサ（３）は、回転レートセンサ（ジャイロセンサ）である、 請求項１〜３いずれか１項記載の位置測定センサ。 5. 前記ケーシング（１１）内に気圧高度計（７）が配設され、その出力側が 前記ポジションフィルタ（６）に接続可能である、請求項１〜４いずれか１項記 載の位置測定センサ。 6. 前記ケーシング（１１）内に温度センサ（１２）が配設され、その出力側 が前記ポジションフィルタ（６）に接続可能である、請求項１〜５いずれか１項 記載の位置測定センサ 7. 前記ケーシング（１１）に外部センサ、例えば回転速度計（１４）が接続 可能であり、その信号が外部端子を介して前記ポジションフィルタ（６）に供給 可能である、請求項１〜６いずれか１項記載の位置測定センサ 8. 前記ポジションフィルタ（６）はカルマンフィルタである、請求項１〜７ いずれか１項記載の位置測定センサ。 9. 前記位置測定センサ（１０）は、ナビゲーションシステム、例えば自動車 用ナビゲーションシステムにおいて適用可能である、請求項１〜８いずれか１項 記載の位置測定センサ。 10．前記加速度センサ（４）は、３つの軸線方向で加速度が検出されるように 構成されている、請求項１ 〜９いずれか１項記載の位置測定センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 位置検出のための衛星受信機を備えた位置測定センサにおいて、 少なくとも衛星受信機（１）と、方向センサ（３）と、距離センサ（４）が同 じケーシング（１１）内に配設されており、当該位置測定センサ（１０）の出力 側（９）から所在位置、移動速度及び/又は移動方向に関するデータが送出され 、該送出データが互換性のあるデータフォーマットで取り出し可能であるように 構成されていることを特徴とする、位置測定センサ。 2. 前記衛星受信機（１）は、ＧＰＳ及び/又はＧＬＯＮＡＳＳ衛星の受信用 に構成されている、請求項１記載の位置測定センサ。 3. 前記距離センサ（４）は、加速度センサである、請求項１又は２記載の位 置測定センサ。 4. 前記方向センサ（３）は、回転レートセンサ（ジャイロセンサ）である、 請求項１〜３いずれか１項記載の位置測定センサ。 5. 前記ケーシング（１１）内に気圧高度計（７）が配設されている請求項１ 〜４いずれか１項記載の位置測定センサ。 6. 前記ケーシング（１１）内に温度センサ（１２）が配設されている請求項 １〜５いずれか１項記載の位置測定センサ 7. 前記ケーシング（１１）に外部センサ、例えば回転速度計（１４）が接続 可能である請求項１〜６いずれか１項記載の位置測定センサ 8. 前記衛星受信機（１）、方向センサ（３）、及び距離センサ（４）がポジ ションフィルタ（６）に接続可能であり、これらの構成グループ（１，３，４） の信号が優先度係数で重み付けされ、この優先度係数は信号の有効性に依存して 重み付けされる、請求項１〜７いずれか１項記載の位置測定センサ。 9. 前記ポジションフィルタ（６）はカルマンフィルタである、請求項８記載 の位置測定センサ。 10．前記位置測定センサ（１０）は、ナビゲーションシステム、例えば自動車 用ナビゲーションシステムにおいて適用可能である、請求項１〜９いずれか１項 記載の位置測定センサ。 11．前記加速度センサ（４）は、３つの軸線方向で加速度が検出されるように 構成されている、請求項１〜１０いずれか１項記載の位置測定センサ。