JP2002303533A

JP2002303533A - 車両ナビゲーション・システムの位置およびヘッディング・エラーを修正する方法および装置

Info

Publication number: JP2002303533A
Application number: JP2002001838A
Authority: JP
Inventors: George J Geier; ジェイ．ガイアージョージ; Russell S Figor; エス．フィゴールラッセル; Troy L Strother; エル．ストローザートロイ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2001-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2002-10-18
Also published as: US6577952B2; EP1221586A2; EP1221586A3; US20030036847A1

Abstract

(57)【要約】【課題】推測航法車両測位システムを伴う車両ヘッデ
ィング・センサで温度依存性のバイアスのドリフトを補
正する車両ナビゲーション・システムを提供する。【解決手段】特に、カルマン・フィルタは、温度変化
に伴うヘッディング・センサのバイアス・ドリフト率の
校正曲線を生成する。カルマン・フィルタは、車両４が
静止している点ごとに、ヘッディング・センサのバイア
ス・ドリフト率対温度のモデルの係数を計算する。次
に、バイアス・ドリフト率の校正曲線を使用して、車両
の動作中にヘッディング・センサのバイアスを定期的に
推定する。ナビゲーション・システムは、さらに、温度
センサのバイアス・ドリフト率の老化時間を使用して、
カルマン・フィルタのエラー分散行列を収束させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ナビゲーション・
システムに関する。特に、本発明は、推測航法コンポー
ネントを有する車両ナビゲーション・システムに使用す
るジャイロスコープのバイアス・ドリフトを補正し、そ
の後にジャイロスコープのバイアスおよびジャイロスコ
ープのバイアス・ドリフトから生じたヘッディングおよ
び位置エラーを修正する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リアルタイムに運転方向を提供したり、
自動車の緊急サービスを提供したりするような用途のた
め、近年、多くの自動車ナビゲーション・システムが開
発されている。これらのナビゲーション・システムは、
通常、衛星に基づく測位システムまたは「測定航法シス
テム」（ＤＲＳ）、または２つの組合せを含む。推測航
法システムでは、車両のヘッディングおよび位置は、ジ
ャイロスコープおよび積算計などのセンサを使用して決
定される。通常、自動車のナビゲーションおよび測位シ
ステムは、速度および距離を追跡する）トランスミッシ
ョン積算計と（車両のヘッディングを追跡する）ジャイ
ロスコープ間のインタフェースを有するＤＲＳを使用す
る。測定航法システムは、全地球測位システム（「ＧＰ
Ｓ」）などの衛星に基づくナビゲーション・システムと
連携して使用することが多い。

【０００３】全地球測位システム（ＧＰＳ）は、米国防
省が開発し、操作する衛星に基づく無線航法システムで
ある。ＧＰＳにより、陸上、海上および空中のユーザ
が、世界中のどこにいても、自分の３次元の位置、速
度、および時間を、現在使用可能な他のどの無線航法シ
ステムよりはるかに精密および正確に、絶えず決定する
ことができる。ＧＰＳは３つのセグメントで構成され
る。ユーザ、宇宙および制御である。ユーザ・セグメン
トは、個々の受信機、プロセッサおよびアンテナで構成
され、これにより陸上、海上または空中のオペレータが
ＧＰＳ衛星放送を受信し、その精密な位置、速度および
時間を、衛星から受信した情報から計算することができ
る。自動航法、緊急メッセージ通信、および追跡システ
ムにＧＰＳ受信機を使用することが、現在広く行われて
いる。ＧＰＳ受信機は、個人で使用するには幾つかの集
積回路しか含まないように小型化されている。

【０００４】宇宙セグメントは、地球の周りの軌道にあ
って、いつでも５個から８個の衛星が、地表のどの特定
の位置にいるユーザにも「見える」ように配置された２
４個の衛星で構成される。これらの衛星は、世界中のユ
ーザに連続的に位置および時間のデータ両方を同時送信
する。

【０００５】制御セグメントは、コロラドスプリングス
（マスタ制御ステーション）、ハワイ、アセンション
島、ディエゴガルシアおよびクワジャリンに配置された
５つの地上の制御および監視ステーションで構成され
る。これらのステーションは、ＧＰＳ衛星からの送信お
よび各衛星の動作状況および宇宙におけるその正確な位
置を監視する。マスタ地上ステーションは、衛星の位置
および軌道データの修正値を衛星に送り返す。衛星は、
その内部に記憶された位置および時刻をマスタ制御ステ
ーションによって同時送信されたデータと同期させ、更
新されたデータが、ユーザのＧＰＳ受信機へのその後の
送信に反映され、その結果、予測精度が改善される。

【０００６】一般に、３次元位置決定を得るには、受信
機が最低４個のＧＰＳ衛星を追跡しなければならない。
受信機のクロックが保持する地域の時刻とＧＰＳ制御セ
グメントが保持する時刻（つまり、ＧＰＳ時刻）とのオ
フセットを解決するために、第４の衛星が必要であり、
この同期が与えられると、受信機が獲得した移動時間測
定値を、ある範囲の測定値に変換し、三角測量の実施に
使用することができる。したがって、専らＧＰＳに基づ
くナビゲーション・システムは、一般に、密集した都市
環境ではうまく働かない。そこでは、無線周波数（Ｒ
Ｆ）の干渉に加えて、高い建物による信号の遮断および
反射が往々にして発生するからである。ＧＰＳの精度
は、ＧＰＳ衛星が車両の視野から隠れた場所、例えば、
車両がトンネル内にあるか、草木の鬱蒼とした環境にあ
る状況でも悪化する。

【０００７】ＤＲおよびＧＰＳコンポーネントの両方を
有するナビゲーション・システムなどの組合せシステム
では、各コンポーネントからのヘッディングおよび位置
データを使用して、コンポーネント内で発生した測定誤
差を補正する。デュアル・コンポーネント・システム
は、また一方のコンポーネントが機能しない場合、バッ
クアップ・システムを提供する。例えば、ＧＰＳ衛星が
車両の視野から隠れ、したがって確実なＧＰＳ情報が使
用不可能な場合でも、ＤＲＳが連続的なヘッディングお
よび位置情報を提供する。

【０００８】しかし、推測航法システムは、正確さがコ
ンポーネント・センサに制限され、センサは低コストで
忠実度が低いことが多い。例えば、推測航法システムに
通常使用されるジャイロスコープは、振動ジャイロスコ
ープであり、これは重要な性能の制限を有することが知
られている。低コストのジャイロスコープの性能は、ジ
ャイロスコープのバイアス、理想的または完璧なジャイ
ロスコープからのジャイロスコープの偏差の測定、およ
びバイアス・ドリフト、時間の経過とともに環境条件の
変化から生じるバイアスの変化率と、直接相関がある。
ジャイロスコープのバイアスは、ゼロ角速度におけるジ
ャイロスコープの読み取り値によって決定され、これは
完璧なジャイロスコープではゼロになる。ジャイロスコ
ープのバイアスは、自動車品質のジャイロスコープで
は、毎秒数度にもなることがある。

【０００９】一般に使用されている振動ジャイロスコー
プでは、振動ビームを使用してヘッディングの変化を決
定する。時間の経過とともに、ビームの振動特性が変化
し、その変化の結果、ビームが回転しなくても、角速度
の測定値が変化し、したがってジャイロスコープのバイ
アス・ドリフトが生じる。バイアス・ドリフトは、一定
速度で移動する車両の走行距離の２乗で大きくなる位置
エラーを生じるので重大である。

【００１０】ジャイロスコープのバイアス・ドリフトの
最も重要な要素は、温度変化である。数分の１度以内の
温度変化でも、ジャイロスコープのバイアスに重大なシ
フトを生じることがある。例えば、わずか０．０５５°
／秒のバイアスが、走行距離の５％の位置エラー、つま
り１キロメートル走行した後に５０ｍ、および走行距離
の２５％、つまり５キロメートル走行後には１．２５キ
ロメートルの位置エラーを生じる。位置エラーは、最低
４つの衛星が車両の視野にあるという条件で、ＧＰＳを
使用して補正することができるが、エラーは、トンネル
や草木の鬱蒼とした環境で生じるようなＧＰＳ機能停止
の期間中には、効果的に補正することができない。した
がって、ジャイロスコープのバイアスおよびジャイロス
コープのバイアス・ドリフトの温度依存性から生じる推
測航法システムのヘッディングおよび位置エラーを修正
する方法があることが望ましい。

【００１１】温度に依存するバイアス・ドリフトの補正
は、システムがヒステリシス効果を呈することで、さら
に複雑になる。ヒステリシス・システムでは、従属変数
（ジャイロスコープのバイアス）は、独立変数（温度）
の関数であるばかりでなく、従属変数の時間履歴の関数
でもある。したがって、システムは完全に可逆性ではな
い。ジャイロスコープが温度変化に遭遇し、次に逆方向
で同じ速度および大きさの温度変化に遭遇した場合、バ
イアスの時間依存性は、順路と逆路では異なることがあ
る。

【００１２】ジャイロスコープのバイアスを補正する方
法を含む車両ナビゲーション・システムのヘッディング
および位置エラーの修正方法が、当技術分野で知られて
いる。しかし、既存の方法の大部分は、推測航法または
ＧＰＳのコンポーネントが決定した推定位置を使用し
て、ジャイロスコープのバイアスを修正する。ジャイロ
スコープのバイアスおよびバイアス・ドリフトに関して
既に決定された校正曲線に依存する既存の方法もある。
既存のさらなる代替方法は、最高級ジャイロスコープの
みに有用であり、これは消費者の自動車測位システムで
日常使用するには高価すぎる。

【００１３】ブラウンの米国特許第３，７０２，４７７
号は、ＧＰＳの前身である衛星航行システムから構築さ
れた位置エラー測定を使用する、少なくとも３つのジャ
イロスコープおよび３つの加速度計を備えた航空機品質
の慣性測定ユニットのジャイロスコープ・バイアスを推
定するカルマン・フィルタ法を教示している。

【００１４】クインほかの米国特許第３，７０２，５６
９号は、高精度ジャイロスコープに現れる比較的大きい
固定オフセットを除去するハードウェアの改修について
開示している。改修は、車両のナビゲーションおよび測
位システムに使用する低コストのジャイロスコープでは
なく、通常は数千ドルかかる精密ジャイロスコープに適
用可能である。

【００１５】ショーほかの米国特許第４，３０３，９７
８号は、予め決定した校正曲線に基づく最高級ジャイロ
スコープの工場での１回校正について教示している。こ
のような方法は、校正曲線を容易に決定することができ
ない低コストのジャイロスコープには有用ではない。

【００１６】シャープほかの米国特許第４，５３７，０
６７号および第４，４５４，７５６号は、ジャイロスコ
ープの環境の温度を制御し、ＩＮＳ（登録商標）位置デ
ータを使用してジャイロスコープ・バイアスを推定する
ことにより、温度依存性のジャイロスコープ・ドリフト
・バイアスを補正することを教示している。

【００１７】アンドレアスほかの米国特許第４，９８
７，６８４号は、カルマン・フィルタ法で生成した位置
の更新値を使用することにより、慣性調査システムのジ
ャイロスコープ・ドリフトを補正する方法を教示してい
る。

【００１８】ムソフほかの米国特許第５，１９４，８７
２号は、１組の冗長ジャイロスコープからの出力を使用
してバイアスの相関をとることにより、航空機慣性航法
システム（ＩＮＳ）のジャイロスコープ・バイアスを補
正する方法を教示している。

【００１９】カガワの米国特許第５，２７８，４２４号
は、デジタル地図データベースから獲得した位置情報を
使用してジャイロスコープを補正する方法を教示してい
る。イシカワの米国特許第５，２９７，０２８号および
ディーゼルほかの米国特許第５，５２７，００３号は、
温度の関数としてジャイロスコープ・バイアスの校正曲
線を決定し、適用することにより、温度依存性のジャイ
ロスコープ・バイアスを補正する方法を教示している。

【００２０】ガイアーほかの米国特許第５，４１６，７
１２号は、位置の更新ごと推定する一定のジャイロスコ
ープ・バイアス・ドリフト率の値に基づき、将来のヘッ
ディングおよび位置エラーの増加を修正するカルマン・
フィルタ法の使用を開示している。

【００２１】ディーゼルほかの米国特許第５，５０５，
４１０号およびディーゼルの米国特許第５，５７４，６
５０号は、航空機の地上走行時に実行する交差トラック
速度エラーの測定から、ジャイロスコープ・バイアスの
東成分を修正する方法を教示している。

【００２２】ブフラーほかの米国特許第５，５４３，８
０４号は、ＩＮＳのジャイロスコープ・バイアスを推定
するカルマン・フィルタ法を組み込んだ姿勢決定正確度
を改良するため、ＧＰＳと慣性航法システムとを組み合
わせた方法を教示している。

【００２３】ディーゼルの米国特許第５，５８３，７７
４号は、ＧＰＳ位置および速度データを使用したジャイ
ロスコープ・バイアスの校正を教示している。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】当技術分野には、低コ
ストの自動車用ナビゲーションおよび測位システムの温
度依存性ジャイロスコープ・バイアスと、ジャイロスコ
ープ・バイアスおよびジャイロスコープ・バイアス・ド
リフトの結果生じる位置およびヘッディング・エラーを
補正する方法、さらにこのような補正方法を組み込んだ
装置に対する要求がある。

【００２５】本発明は、車両のヘッディングおよび位置
を提供する推測航法システムに使用するヘッディング・
センサのバイアスの温度依存性ドリフトを補正する方法
および装置を提供することにより先行技術の問題を解決
することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】第１の態様では、本発明
は、カルマン・フィルタを使用して、温度変化によるヘ
ッディング・センサのバイアス・ドリフト率の校正曲線
を生成する。カルマン・フィルタは、バイアス・ドリフ
ト率のモデルの係数を計算し、次に校正曲線を使用し
て、車両の移動中のヘッディング・センサのバイアスを
定期的に推定する。本発明は、さらに、温度センサのバ
イアス・ドリフト率の老化時間を使用して、カルマン・
フィルタのエラー分散行列の収束を強制する方法を提供
する。

【００２７】第２の態様では、本発明は、本発明の方法
により推定したヘッディング・センサ・バイアス・ドリ
フト率を使用して、推測航法システムが計算した車両の
ヘッディングおよび位置を修正する車両ナビゲーション
・システムを提供する。本発明のナビゲーション・シス
テムの好ましい実施形態は、ヘッディング・センサ、走
行距離センサ、温度センサ、およびヘッディング・セン
サ、走行距離センサおよび温度センサからヘッディング
および位置のデータを受信するＤＲＳ、およびヘッディ
ング・センサ・バイアス・ドリフト率を推定する計算手
段を備える。好ましい実施形態では、ヘッディング・セ
ンサはジャイロスコープである。特に好ましい実施形態
では、ヘッディング・センサは低コストのジャイロスコ
ープである。

【００２８】第３の態様では、本発明は、本発明の方法
を車両基準位置システムと組み合わせて使用し、推測航
法コンポーネントおよび車両基準位置システムによって
決定された車両のヘッディングおよび位置を修正する車
両ナビゲーション・システムを提供する。好ましい実施
形態では、車両基準位置システムは、衛星に基づく車両
測位システムである。特に好ましい実施形態では、車両
基準位置システムは全地球測位システムである。

【００２９】本発明の以上および他の特徴および利点
は、添付図面を適切に参照しながら、以下の詳細な説明
を読むことにより、当業者には明白になる。本発明の例
示としての実施形態について、図面を参照しながら本明
細書で説明する。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明は、ヘッディング・センサ
のバイアスの温度に依存するドリフトを補正する方法を
提供する。好ましい実施形態では、カルマン・フィルタ
を使用して、温度変化にともなうバイアス・ドリフト率
の校正曲線を生成する。さらなる好ましい実施形態で
は、本発明は、温度センサのバイアス・ドリフト率に老
化時間を使用して、カルマン・フィルタのエラー分散行
列の収束を強制する方法を提供する。本発明は、さら
に、本発明の方法を使用する車両ナビゲーション・シス
テムを提供する。

【００３１】本明細書では、「車両」とは、自動車、航
空機、ヘリコプタおよびボートなど、陸上、空中または
水上輸送機構を指す。本明細書では、「ジャイロスコー
プ・バイアス」とは、理想的または完璧なジャイロスコ
ープからのジャイロスコープの偏差の尺度を指し、完璧
なジャイロスコープではゼロとなる、ジャイロスコープ
のゼロ角速度における読み取りあたいによって決定され
る。

【００３２】本明細書では、「バイアス・ドリフト」と
は、ジャイロスコープ・バイアスが温度変化に応答して
時間とともに変化する傾向を指す。バイアス・ドリフト
は、温度変化、車両の加速度、地域の磁気効果、および
使用時間を含む要素の影響を受ける。

【００３３】本明細書では、「ＧＰＳ時間」とは、ＧＰ
Ｓマスタ制御ステーションが保持する時間の尺度を指
す。「ＧＰＳ秒」という用語は、ＧＰＳ時間の特定の尺
度を指す。ＧＰＳ衛星は、マスタ制御ステーションから
ＧＰＳ秒の単位で送信されるＧＰＳ時間で校正された内
部時間を保持する。本明細書では、「時間オフセット」
は、ＧＰＳ時間と、ＧＰＳと連続的に同期されていない
車両ナビゲーション・システムのＧＰＳプロセッサが保
持する時間との差を指す。

【００３４】本明細書では、「計算手段」とは、公式、
等式またはアルゴリズムのステップを実行するコンピュ
ータ・ハードウェアまたはソフトウェア・ベースの要素
を指す。

【００３５】本明細書では、標準的な線形代数の規則お
よび用語を使用する。大文字でない太字はベクトルを示
し（例えば、ｘ）、大文字の太字は行列を示し（例え
ば、Ｐ）、上付文字Ｔはベクトルまたは行列の移項を示
し（例えば、ｘ^T、Ｐ^T）、−１の上付文字は行列の逆を
示す（例えば、Ｐ^-1）。

【００３６】図１は、ヘッディング・センサ６、走行距
離センサ１８、温度センサ９、およびヘッディング・セ
ンサ６、走行距離センサ１８および温度センサ９からヘ
ッディングおよび位置のデータを受信するＤＲＳ１２を
備える、車両４のナビゲーション・システム２の特に好
ましい実施形態を示す。好ましい実施形態では、ナビゲ
ーション・システム２は、さらに、車両基準位置システ
ム１０を備える。さらなる好ましい実施形態では、ナビ
ゲーション・システム２は、さらに、ＤＲＳ１２からヘ
ッディングおよび位置データを受信する特定用途用デバ
イス（「ＡＳＤ」）１４を備える。しかし、本明細書で
提供する本発明の方法は、ＤＲＳを有する任意の車両ナ
ビゲーション・システム２で使用することができ、ナビ
ゲーション・システム２が車両基準位置システム１０ま
たはＡＳＤ１４を含む必要はない。

【００３７】ヘッディング・センサ６は、車両４の任意
の位置に配置することができる。ヘッディング・センサ
６はジャイロスコープであることが好ましい。ヘッディ
ング・センサ８がジャイロスコープである場合、角速度
を測定するジャイロスコープの軸（「受感軸」）は、ヘ
ッディングの変化率を感知するため、局所に向かって垂
直に配向しなければならない。ジャイロスコープの受感
軸が水平に配向されている場合、ジャイロスコープは、
ヘッディングの変化ではなく車両４のピッチ率を測定す
る。本発明は、ムラタ、松下／パナソニックおよびＴｏ
ｋｉｎから入手可能なような低コストのジャイロスコー
プで使用することが好ましい。ジャイロスコープの出力
は、通常はアナログで、ボルト単位である。ジャイロス
コープは、ゼロ角速度でバイアス、つまりオフセットの
読み取り値を有し、これは時間に依存する。

【００３８】走行距離センサ１８は、積算計１８である
ことが好ましいが、本発明は、このような実施形態に制
限されない。当業者に周知の積算計１８には２つの基本
的タイプがある。受動的磁束変化を使用して速度を測定
する磁気抵抗センサ、および能動的で車輪の回転を検出
するホール効果センサである。好ましいシステムおよび
方法は、車両４に予め設置された任意の積算計１８で働
くが、本発明は、磁気抵抗センサに基づく積算計を使用
することが好ましい。積算計１８の出力は、通常、ホー
ル効果センサを使用する場合はパルス・カウントを単位
とする。パルス・カウントの各パルスは、特定の車輪の
回転量を指し、これはタイヤの周の１／２４から１／４
８であることが好ましい。当業者には、車両４の下に設
置したドップラ・レーダまたは１つまたはそれ以上の横
加速時計など、代替の速度または走行距離センサが、本
発明には同等に有用であることが認識される。

【００３９】温度センサ９は、市販されている任意の温
度センサでよい。温度センサ９は、０．１℃の分解能を
有することが好ましい。温度センサ９は、ヘッディング
・センサ６の近傍に配置することが好ましく、エンジン
など、温度が急速に変化する車両の要素の近傍には配置
しないことが好ましい。温度センサ９は、ヘッディング
・センサ６のハウジング内に配置することが最も好まし
い。しかし、自動車用ナビゲーション用途に使用する大
部分の低コストのジャイロスコープが、既製品としても
たらされ、ジャイロスコープの保証はハウジングの開封
によって無効になるので、ジャイロスコープ・ハウジン
グに温度センサ９を入れるのは、実行可能ではない。こ
の状況では、温度センサを車両基準位置システム１０と
同じハウジングに入れることが望ましい。温度センサ９
の出力は、通常、ボルト単位である。

【００４０】車両基準位置システム１０は、ＧＰＳ、Ｇ
ＬＯＮＡＳＳ、またはガリレオ衛星に基づくシステムな
ど、衛星に基づく車両測位システムを備えることが好ま
しい。車両基準位置システム１０は、ＧＰＳシステムを
備えることが最も好ましい。特に、車両基準位置システ
ム１０は、ＧＰＳアンテナ２０、およびＧＰＳアンテナ
２０と通信するＧＰＳ受信機２２を備えることが好まし
い。車両基準位置システム１０は、ＧＰＳプロセッサ２
４を備えることも好ましい。ＧＰＳ衛星２６は、ヘッデ
ィングおよび位置のデータ情報を車両基準位置システム
１０に伝送する。衛星２６の送信はＧＰＳアンテナ２０
で受信され、ＧＰＳ受信機２２に伝送される。ＧＰＳプ
ロセッサ２４が３次元位置固定（緯度、経度および高
度）および車両４の速度を決定するには、通常、４つの
ＧＰＳ衛星２６からのデータが必要である。ＧＰＳ衛星
２６のうち３つからのデータを使用して、車両４の位置
を三角法で測定する一方、第４の衛星２６からのデータ
は時間オフセットを提供する。

【００４１】図６は、本発明の実施形態によるＤＲＳ１
２のブロック図である。ＤＲＳ１２は、アナログ−デジ
タル変換器（「Ａ／Ｄ変換器」）２７、ＤＲプロセッサ
２８、ヘッディング・センサ・インタフェース３０、温
度センサ・インタフェース３１、走行距離センサ・イン
タフェース３２、ＡＳＤインタフェース３３、およびメ
モリ３４を備えることが好ましい。ＤＲＳ１２は、バイ
アス・ドリフト率フィルタ３８、ヘッディング・フィル
タ４２、および位置フィルタ４４も備えることが好まし
い。走行距離センサ・インタフェース３２およびジャイ
ロスコープ・インタフェースはポートであることが好ま
しい。ＤＲＳ１２は、ヘッディング・センサ・インタフ
ェース３０を介してヘッディング・センサ６からヘッデ
ィング変更データを、走行距離センサ・インタフェース
３２を介して走行距離センサ１８から走行距離データを
受信する。車両ナビゲーション・システム２が基準位置
システム１０を含む場合、ＤＲＳ１２は、基準位置シス
テム１０からの基準ヘッディングおよび位置システムも
受信する。基準位置システム１０がＧＰＳシステムであ
る実施形態では、ＤＲＳ１２は、ＧＰＳ２２からの基準
ヘッディングおよび位置も受信する。

【００４２】ＤＲＳ１２は、ヘッディング・センサの出
力を、度またはラジアンを単位としたヘッディングの変
化に変換し、走行距離センサ１８の出力をメートル単位
に変換し、温度センサ９の出力を℃の単位に変換する。
次に、ＤＲＳ１２は、ＧＰＳのヘッディングおよび位置
データを、ヘッディング・センサ６および走行距離セン
サ１８から受信したヘッディングおよび位置データと統
合し、車両４の現在のヘッディングおよび位置を決定す
る。ＤＲプロセッサ２８は、また、ＡＳＤインタフェー
ス３４を介して統合したヘッディングおよび位置データ
をＡＳＤ１４に伝送する。好ましい実施形態では、ＤＲ
Ｓ１２はＧＰＳ受信機２２に統合することが好ましい。
このような実施形態では、ＧＰＳ受信機２２は、さら
に、ヘッディング・センサ６および走行距離センサ１８
の出力をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変
換器を備えることが好ましい。

【００４３】自動車の車両ナビゲーション用途では、Ａ
ＳＤ１４は、運転方向を提供する地図照合および表示ユ
ニット、または車両の一を緊急呼び出しサービス（「Ｅ
ＣＳ」）に伝送するシステムなどを含むことができる。
しかし、本発明はこのような実施形態に制限されず、当
業者には、本発明がヘッディングおよび位置データを必
要とする任意の用途に使用されることが認識される。Ａ
ＳＤ１４は別個のプロセッサ３６を含むことが好まし
い。特に好ましい実施形態では、ＡＳＤプロセッサ３６
をＧＰＳ受信機２２に埋め込んでもよい。好ましい代替
実施形態では、ＧＰＳプロセッサ２４をＡＳＤ１４に埋
め込んでもよい。

【００４４】ＡＳＤ１４は、付近のサービス・センタ、
緊急呼び出しセンタまたは車両４の追跡を必要とする他
の第三者との通信リンクを確立するため、携帯電話また
はラジオとのインタフェースを提供してもよい。これら
の実施形態では、車両４は、蓄積したヘッディングおよ
び位置データを、ヘッディング・センサのバイアス・デ
ータとともにサービス・センタ、緊急呼び出しセンタま
たは他の第三者に伝送する。次に、本発明の方法は、非
リアルタイムでオフライン状態で使用され、車両４の修
正したヘッディングおよび位置を決定する。このような
非リアルタイム・システムの例には、Ｇｅｎｅｒａｌ
ＭｏｔｏｒｓのＯｎＳｔａｒＳｙｓｔｅｍなど既存の
ＧＰＳ用途がある。

【００４５】この方法には、２つの別個の周期スケール
を使用し、一方は、車両４が動作中か静止しているかに
関係なく更新を実行する一定期間を有し、他方は、車両
４が静止している場合に更新を実行するため、車両４の
静止点間の時間によって規定される可変長期間を有する
ことが好ましい。以下の等式では、一定周期スケールを
下付文字ｊで示し、静止期間スケールを下付文字ｋで示
す。一定周期スケールは１Ｈｚであることが好ましい。

【００４６】ヘッディング・センサ６のバイアス・ドリ
フト率は、静止点で更新され、車両４のヘッディングお
よび位置は、一定周期スケールを使用して連続的に更新
することが好ましい。好ましい代替実施形態では、車両
４のヘッディングは、一定周期スケールを使用して連続
的に更新され、車両４の位置は、計算サイクルを保持す
るため、累積ヘッディング変化が最小値に到達した時の
み更新される。これらの実施形態では、車両４の位置
は、ヘッディングの変化が約０．１°と約２．０°の間
の時に更新することが好ましく、ヘッディングの変化が
約０．２°と約１．０°の間である時が、より好まし
く、ヘッディングの変化が約０．５°である時が最も好
ましい。

【００４７】好ましい方法の所期ステップは、ヘッディ
ング・センサ６からのヘッディング・データ（△
Ｈ_S）、走行距離センサ１８からの位置データ（Ｐ_S）、
および温度センサ９からの温度データ（Ｔ_S）を、それ
ぞれヘッディング・センサ・インタフェース３０、走行
距離センサ・インタフェース３２および温度センサ・イ
ンタフェース３１を介してＤＲＳ１２に伝送する。次
に、ＤＲプロセッサ２８が、アナログ・データ（Δ
Ｈ_S、Ｐ_S、Ｔ_S）から受信したデータを、修正方法で使
用可能な単位を有するデジタル・データ（ΔＨ_D、Ｐ_D、
Ｔ_D）に変換する。データをアナログからデジタル信号
に変換すると量子化エラーが生じ、それは以下で検討す
るように、ヘッディング・センサのバイアス更新手順で
考慮される。

【００４８】方法は次に、第１の計算手段を使用して、
車両が静止しているか否かを決定する。車両が静止して
いるか否かを決定するには、幾つかの方法が有用であ
る。ホール効果センサを積算計に使用する場合は、１つ
のゼロ・パルス・カウントが静止状態の確実な指標であ
る。磁気抵抗センサを積算計に使用する場合、積算計は
非常に低速で（車両が旋回時に）ゼロを表示することが
あり、したがってそれ以外に１つの連続するゼロの読み
取り値が、静止状態を示すのに必要である。必要な連続
するゼロ読み取り値の数は、使用するセンサ、ドライ
バ、運転状態によって決定されるが、自動車用とに一般
に使用されるセンサでは、静止状態を示すのに５つから
１０の連続するゼロ読み取り値で十分である。必要な連
続するゼロ読み取り値の数は、継続時間が短い静止点を
見失うような控え目な推定と、実際に発生するより多く
の静止点を示すような過度に楽天的な推定とのバランス
に基づいて選択するとよい。あるいは、１９９７年４月
７日に出願され、引用により本明細書の記載に援用す
る、「ＭｅｔｈｏｄｓｏｆＧｙｒｏＢｉａｓＥ
ｓｔｉｍａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＧＰＳ」と題した係
属出願の米国特許出願第０８／８３４，９６６号が教示
する方法を使用することができる。その方法は、少なく
とも１秒の期間にわたって修正されたＧＰＳ測定値を使
用して、車両が静止しているか否かを決定する。

【００４９】車両が静止している場合は、第２の計算手
段を使用して、ヘッディング・センサのバイアス・ドリ
フト率（ｒ）を更新し、ヘッディング・センサ・バイア
スに関して温度に基づく校正曲線を計算する。第２の計
算手段は、ヘッディング・センサのバイアス・ドリフト
率フィルタ３８（以下「バイアス・ドリフト率フィルタ
３８」と呼ぶ）であることが好ましい。バイアス・ドリ
フト率フィルタ３８は、入力として、車両が静止中のヘ
ッディング・センサ読み取り値（ΔＨ_D（ｔ_k））、およ
びその時点の温度読み取り値（Ｔ_D（ｋ））を受信す
る。バイアス・ドリフト率フィルタ３８はカルマン・フ
ィルタであることが好ましい。というのは、カルマン・
フィルタが、ヘッディング・センサ・データ、走行距離
センサ・データおよび温度センサ・データのアナログか
らデジタルへの変換に伴う量子化エラーと、過去の測定
値から予想されるバイアスの安定性との両方を適切にモ
デル化できるからである。

【００５０】離散的カルマン・フィルタは、離散的間隔
でのサンプルで最小二乗法の効率的で機能的な計算結果
を提供する数式のセットである。カルマン・フィルタに
よって、過去、現在および未来の事象を推定することが
できる。カルマン・フィルタリング・プロセスは当業者
には周知であり、最初にＲ．Ｅ．カルマンの、「ＡＮ
ｅｗＡｐｐｒｏａｃｈｔｏＬｉｎｅａｒＦｉｌ
ｔｅｒｉｎｇａｎｄＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＰｒｏ
ｂｌｅｍｓ」（Ｊ．ＢａｓｉｃＥｎｇ．，Ｍａｒｃ
ｈ，１９６０，３５〜４５ページ）に記載されている。
カルマン・フィルタで使用する標準の等式は、以下の通
りである。

【００５１】Ｇ_n＝Ｐ_n ^*Ｈ_n ^T（Ｈ_nＰ_n ^*Ｈ_n ^T＋Ｖ_n）^-1 Ｐ_n＝Ｐ_n ^*−Ｇ_n（Ｈ_nＰ_n ^*Ｈ_n ^T＋Ｖ_n）Ｇ_n ^T ｘ_n＝ｘ_n’＋Ｇ_n（ｙ_n−ｙ（^）_n’）ｘ’_n+1＝Φ_nｘ_n Ｐ_n ^*＝Φ_n-1Ｐ_nΦ^T _n-1＋Ｑ_n-1 ここで、 Δｔ＝ｔ_nとｔ_n+1間の時間インクリメント Φ_n＝状態遷移行列ｘ_n＝時間ｔ_nにおける真の状態ｘ_n＝ｙ_n-1までの測定データ全部を使用した後のｘの最
適推定値ｘ_n’＝ｙ_nまでの測定データ全部を使用した後のｘの最
適推定値Ｇ_n＝カルマン・ゲイン行列ｙ_n＝時間ｔ_nにおける測定値ｙ（^)＝Ｈ_nｘ_n Ｐ_n ^*＝推定エラー（ｘ_n’−ｘ_n）σ^*の共分散行列Ｐ_n＝推定エラー（ｘ_n’−ｘ_n）の共分散行列Ｈ_n＝測定値行列Ｖ_n＝δｙ_nの測定値エラーの共分散行列Ｑ_n＝ホワイト・ノイズ運転関数全部に対する状態の応
答の共分散行列

【００５２】状態ベクトル（ｘ₀）の初期推定値および
エラー共分散行列（Ｐ₀）を使用し、その後の任意の時
刻に新しい状態ベクトルを推定することができる。多数
の出版物がカルマン・フィルタの応用について詳述して
いる。例えば、Ｈａｙｋｉｎの”ＡｄａｐｔｉｖｅＦ
ｉｌｔｅｒＴｈｅｏｒｙ”第２版（１９９１）を参照
のこと。カルマン・フィルタのアプローチは当業者には
よく理解されているので、本明細書ではこれ以上説明し
ない。

【００５３】ドリフト・モデリング・アルゴリズム車両が静止していると判断された場合、ジャイロスコー
プ・バイアスはジャイロスコープの読み取り値と等価で
ある。現在の静止期間におけるジャイロスコープのバイ
アス・ドリフト率（（ｒ^m）_k）は、静止期間と静止期間
の間で測定されるバイアスの変化を、静止期間と静止期
間の間の温度変化で割って計算し、以下の式１で示すよ
うに、現在の静止期間はｋで表され、前の静止期間はｋ
−１で表される。

【００５４】

【数１】ここで、ΔＴ＝Ｔ_k−Ｔ_k-1で、Ｔ_kは現在の静止期間ｔ_k
で測定された温度、Ｔ_k- ₁は前の静止期間ｔ_k-1で測定し
た温度、ｂ_kは、現在の静止期間ｔ_kでのジャイロスコー
プ・バイアス推定値を指し、ｂ_k-1は前の静止期間ｔ_k-1
におけるジャイロスコープ・バイアス推定値を指す。

【００５５】ジャイロスコープ・バイアス率の測定値
は、これら２つの温度測定値の平均Ｔ _avgにおいて有効
であると考えられる。

【００５６】

【数２】カルマン・フィルタ・アルゴリズムは、（Ｔ_avg−Ｔ₀）
の二次多項式として、ジャイロスコープ・バイアス・ド
リフト率の温度依存性をモデル化することが好ましく、
ここで、Ｔ₀はジャイロスコープの予想される使用範囲
における基準温度（例えば、４０℃）である。基準温度
は、使用するセンサによって決定され、ジャイロスコー
プの予想される使用温度範囲の中間点付近で選択するこ
とが好ましい。基準温度から過度に逸脱すると、モデル
の適用可能性が低下するからである（つまり、より高い
次数の多項式を選択することになり、計算の複雑さが増
大する）。二次多項式は、忠実度と複雑さの間の妥当な
妥協点を示す。モデルの次数が高くなると、温度曲線が
さらに精密になるが、忠実度の向上に伴う複雑さの増大
は、システムの計算負担を増大させる。二次温度モデル
を式３に示す。

【００５７】

【数３】二次多項式の係数ｒ₀、ｒ₁およびｒ₂は、図４で示すよ
うに、カルマン・フィルタの状態ベクトルの成分であ
る。

【００５８】

【数４】したがって、先行技術の方法とは反対に、本発明は、非
静止時のジャイロスコープ・バイアスの補正曲線を適用
し、ジャイロスコープ・バイアス・ドリフトを安定させ
ることができる。

【００５９】カルマン・フィルタの測定勾配ベクトルｈ
は、ジャイロスコープ・バイアス・ドリフト率の測定値
を状態ベクトル推定値に関連付け、式５を使用して決定
される。

【００６０】

【数５】したがって、測定勾配ベクトルは下式のようになる。

【００６１】

【数６】変化率測定エラー分散σ_rm ²は、以下の式７を使用して
計算される。

【００６２】

【数７】ここで、σ_k ²およびσ_k-1 ²は、それぞれ現在の静止期間
および前の静止期間におけるジャイロスコープ・バイア
ス推定値を伴うエラー分散であり、σ_Q ²は、温度センサ
量子化（Ｑ²／３、ここで、Ｑは量子化レベル）を伴う
エラー分散である。温度量子化を伴うエラー分散の値
は、一様な確率密度分散に基づく（つまり、量子化レベ
ルより低いエラーは全て同様に等しい）。

【００６３】曲線に当てはめた多項式係数Ｐを伴うエラ
ー分散行列を、温度係数が分からないことに対応する
「定常状態」に初期化する。

【００６４】

【数８】Ｐは、カルマン・フィルタ・アルゴリズムで計算し、実
現した共分散行列を表す。エラー共分散行列Ｐの要素
は、曲線あてはめ係数ｒ₀、ｒ₁およびｒ₂に伴う不確実
性レベルを表す。エラー共分散行列Ｐの対角要素は、カ
ルマン・フィルタによって導かれた推定値に伴う不確実
性レベルを表し、非対角要素は、任意の推定値における
エラーと別個の推定値におけるエラーとの相関を表す。
エラー共分散行列の要素は、小さい値を有することが好
ましい。というのは、これが推定値の高い信頼レベルを
示すからである。初期エラー京分散行列Ｐ₀の対角要素
は、未補正ジャイロスコープの温度係数の統計的特徴を
表す。初期エラー共分散行列Ｐ ₀の対角要素は、ジャイ
ロスコープごとに変化し、ラボラトリの試験で決定する
ことが好ましい。

【００６５】本発明のアルゴリズムは、エラー分散の推
定を間に合うように早めに実行する新規の方法を含む。
この方法は、温度係数が比較的一定のままである間隔の
予想値を表す演繹的「老化時間」τ）を仮定する。老化
時間は、特定のジャイロスコープでの経験に基づくこと
が好ましいが、このような経験は、本発明の方法のため
である必要はない。この方法は、老化時間に関して妥当
な仮定でうまく適応するからである。老化時間が敬虔に
基づかない実施形態では、老化時間は、控え目な規則を
使用して選択するとよい。つまり、本発明のモデル改定
をさらに頻繁にし、それによって老化時間の収束を急が
せるために、τについて低い値を選択するとよい。

【００６６】エラー分散の伝搬は、式９を使用して計算
される。

【００６７】

【数９】ここで、Δｔは共分散情報が伝搬する間隔（ｔ_k−
ｔ_k-1）であり、ΔＰ＝Ｐ₀−Ｐ_k-1で、τは係数に関連
する老化時間である。

【００６８】式（９）の係数（Δｔ／τ）は、（Δｔ／
τ）の指数関数へのテイラー級数近似を表す。状態遷移
マトリクスがΔｔ／τのマイナスの指数関数だからであ
る。共分散行列の近似は、理論的に１より大きい（Δｔ
／τ）の値を有することができるが、これはマイナス値
への崩壊を表し、したがって１という上限を（Δｔ／
τ）の値に挿入しなければならない。

【００６９】老化時間τは、演繹的に確実には分から
ず、したがって方法は、ある時間にわたる老化時間を適
応させる。老化時間の上限および下限を挿入する。例え
ば、最小値には２日間、最大値には１０日間である。老
化時間は、多項式曲線の当てはめとジャイロスコープ・
バイアスの測定データのと整合性を示す統計値を使用し
て適応させる。この統計値ｚ² _normは、式１０を使用し
て計算される。

【００７０】

【数１０】ここで、ｚはカルマン・フィルタの残差ｒ^m−ｈ^Tｘであ
り、σ² _res＝ｈ^TＰｈ＋σ_rm ²は残差に関連する分散を表
す。残差ｚは、ジャイロスコープ・バイアス測定値とカ
ルマン・フィルタの予想測定値との差を表す。

【００７１】正規化した残差の二乗は、多項式曲線の当
て浜を残差の予想される不確実性レベルで割った値から
のジャイロスコープ温度率測定値の食い違いを表す。ジ
ャイロスコープ・バイアス・ドリフト率の温度依存性
が、多項式曲線の当てはめによって、うまくモデル化で
きる場合は、残差が小さくなる。これに対して、永続的
に大きい値はモデルのエラーを示す。残差の大きさは、
ガウス分布に関して定義される。つまり、エラーはよく
知られているベル状曲線で分布する。ガウス分布の仮定
では、残差の値の６７％が１未満、９５％が４未満、９
９％が９未満となる。現在のモデルでは、ガウス仮定に
より、９より大きい残差の値は発生する可能性が低い。
つまり、それに関する可能性は１％である。

【００７２】多項式モデルの有効性は、モデル有効性パ
ラメータｐを使用してテストされる。モデル有効性パラ
メータは、式１１で示すように、ＤＲシステムの数回Ｎ
の静止期間にわたって、正規化し二乗した残差の平均値
から計算される。

【００７３】

【数１１】ここで、Ｎは静止期間の数である。静止期間の数は、有
効な統計となるｐの最小値Ｎ_minに達しなければならな
い。Ｎ_minは約１０であることが好ましい。静止期間の
数がＮ_minと等しくなるまで、老化時間は適応されな
い。有効性パラメータｐは１の値を有することが望まし
い。ｐが１未満の場合、モデルは過度に控え目になり、
したがって老化時間が減少する。逆に、ｐが１よりはる
かに大きい場合、モデルは過度に楽観的になり、老化時
間が増加する。

【００７４】モデル有効性パラメータｐの収束に必要な
老化時間の変化Δτは、以下の式のセットから計算され
る。第１に、上記方法は、式１２に示した状態遷移マト
リクスの近似を使用して、共分散の伝播で通常生成され
る分散の変化を決定する。

【００７５】

【数１２】ここで、δΔＰはΔτによる分散変化のインクリメント
である。次に、方法は分散変化をモデル有効性統計値Ｐ
に関連させ、これは式１３を使用して計算される。式１
２は、測定勾配ベクトルの転置によって事前に乗算し、
測定勾配ベクトルによって事後乗算して、式１３を生成
する。

【００７６】

【数１３】式１２の左辺は、残差分散への増加σ² _res＝ｈ^TＰｈ＋
σ_rm ²を表し、分散増加δΔＰに対応する。ｐのモデル
を１の値に収束させるため、残差分散の増加を統計値ｐ
の所望の変化に等しくさせると、以下の結果が与えられ
る。

【００７７】

【数１４】式１４で表された老化時間のインクリメントで、ｐの値
が１と等しくなる。ドリフト補正アルゴリズム車両の移動および／または旋回中に、式１５を使用し
て、ジャイロスコープ・バイアス推定値を更新する。

【００７８】

【数１５】ここで、測定勾配ベクトルｈは、現在の平均温度測定値
（Ｔ_avg）_j＝（Ｔ_j＋Ｔ（ｔ_k））／２、およびバイアス
・ドリフト率フィルタ３８で計算した係数ｒ₀、ｒ₁およ
びｒ₂を使用して計算する。

【００７９】多項式曲線の当てはめの係数は完全には分
からないので、エラー分散は温度補正に割り当てられ、
ジャイロスコープ・バイアス推定値に関連した分散の伝
播に使用される。温度補正のエラー分散は、温度不安定
性のモデルに基づくｈ^TＰｈである。したがって、ジャ
イロスコープ・バイアス分散伝播の式は下式のようにな
る。

【００８０】

【数１６】したがって、式１６は改良されたジャイロスコープ・バ
イアス校正の効果を組み込む。Ｐがモデルの適用によっ
て減少するからだる。バイアス測定の数が多くなり、モ
デルのパラメータ（ｘ）が更新されるにつれ、共分散行
列Ｐが減少し続ける。

【００８１】次に、式１５で計算した推定バイアスを第
３の計算手段で使用し、式１７から式２２を使用してヘ
ッディングおよび位置修正を計算する。最初に、修正し
たヘッディング（Ｈ_corr）およびヘッディングの変化
（ΔＨ）が、式１７から式１８で示すように計算され
る。

【００８２】

【数１７】

【数１８】次に、修正した東および北位置変化Δｐ_ccorrおよびΔ
ｐ_ncorrをそれぞれ、式１９から式２０を使用して第４
の計算手段で計算する。

【００８３】

【数１９】

【数２０】ここで、＋Δｐ_e,DRSは、推測航法システムで計算した
東位置の変化、Δｐ_n,DRSは、推測航法システムで計算
した東位置の変化である。

【００８４】最後に、緯度（Ｌ）および経度（λ）を、
式２１から式２２で示すように計算する。

【００８５】

【数２１】

【００８６】

【数２２】ここで、Ｒ_eは地球の赤道上の半径である。代替実施形
態では、修正したバイアスおよび修正した推測航法ヘッ
ディングおよび位置を、全地球測位システムと組み合わ
せて使用し、「ＨｅａｄｉｎｇａｎｄＰｏｓｉｔｉ
ｏｎＥｒｒｏｒ−ＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏ
ｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＶｅｈｉｃｌ
ｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ」と題した共通
所有で同時係属出願の米国特許出願第０９／６７８，５
９８号、代理人番号ＡＰ０１７８６を使用して車両のヘ
ッディングおよび位置をさらに修正し、これは引用によ
り本明細書の記載に援用する。これらの方法では、ヘッ
ディング・センサ・バイアス推定値をＤＲＳで計算した
ヘッディングに当てはめて計算した修正ＤＲＳヘッディ
ングを、第５の計算手段で、全地球測位システムによて
提供されたヘッディングと組み合わせて、統合した車両
ヘッディングを決定する。第５の計算手段はカルマン・
フィルタであることが好ましい。次に、統合した車両ヘ
ッディング、ヘッディング・センサのバイアス推定値を
ＤＲＳで計算した位置に当てはめることによって計算し
た修正ＤＲＳ位置、および全地球測位システムの位置を
使用して、第６の計算手段で統合した車両位置を計算す
る。第６の計算手段はカルマン・フィルタであることが
好ましい。

【００８７】本発明は、以下の例でさらに十分に例示さ
れる。これらの例は、本発明の特定の態様を示す。これ
らの例は、例示によって非制限的に示される。例１ジャイロスコープ・バイアスの温度依存性２つのＭｕｒａｔａＥＮＶ−０５Ｄ−５２ジャイロス
コープのバイアスの温度依存性は、ジャイロスコープを
−２８．５℃から８１．５℃の温度範囲に曝してテスト
した。結果を表１に示し、図２および図３に示す。

【００８８】

【表１】センサ量子化がジャイロスコープ・バイアス測定値に与
える効果を、１つの温度でジャイロスコープのバイアス
を繰り返し測定することによって証明した。ジャイロス
コープ２に関するこの試験の結果を表２に示す。

【００８９】

【表２】例２温度依存性のバイアス・ドリフト修正本発明の有効性を証明するため、Ｍｕｒａｔａの低コス
トの振動ジャイロスコープおよび車両の積算計へのイン
タフェースを含む一体型ＧＰＳ／ＤＲシステムを有する
ＴｏｙｏｔａＣａｍｒｙテスト車両を使用して、アル
ゴリズムをテストした。車両は、ＧＰＳアンテナを切り
離した状態で、真西に約３キロメートル走行した。車両
はテスト走行中に停止しなかった。補正していないテス
ト・データを図１に示す。

【００９０】テスト中の温度上昇は比較的一様であっ
た。バイアス・ドリフトは、ジャイロスコープの予想さ
れる使用温度範囲にわたる一様な温度上昇で、ジャイロ
スコープ・バイアス・ドリフト率のラボラトリ・テスト
においてオフラインで得られた多項式曲線の当てはめを
使用して補正した。テスト走行中に存在した温度範囲に
わたり、ジャイロスコープ・バイアス・ドリフト率は、
約０．０３７°／秒すら℃の値で事実上一定であった。

【００９１】図４で示すように、テスト走行中に未補正
システムで有意のトラック横断方向エラーが生じた。未
補正のトラック横断方向エラーは、合計走行距離の９．
７％であった。このエラー増加に主に寄与したのは、ジ
ャイロスコープ・バイアス・ドリフトであった。獲得さ
れたヘッディングおよびジャイロスコープ・バイアス推
定値は、エクセル・スプレッドシートで本発明のアルゴ
リズムを使用し、オフラインで補正した。図５は、その
結果得られた補正済み軌跡を示す。トラック横断方向の
位置エラーが合計走行距離の２．４％に有意に減少した
ことは、本発明の有効性を実証する。

【００９２】本発明の好ましい実施形態について、図示
し、説明してきた。しかし、請求の範囲で定義されるよ
うな本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本
発明への変更および改修を実行できることを理解された
い。

【００９３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、車両のヘッディ
ングおよび位置を提供する推測航法システムに使用する
ヘッディング・センサのバイアスの温度依存性ドリフト
を補正することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＤＲシステムがインストールされた車両を示
す。

【図２】２つの代表的ジャイロスコープの温度依存性
のグラフ図である。

【図３】センサ量子化によるバイアス測定値に含まれ
るエラーのグラフ図である。

【図４】未補正の開ループ・パフォーマンスのサンプ
ル・テスト・データの図である。

【図５】結果として生じる補正済み軌跡の図である。

【図６】本発明の実施形態による図１のＤＲシステム
のブロック図である。

【符号の説明】

２・・・車両ナビゲーション・システム、４・・・車両、６
・・・車両ヘッディング・センサ、１２・・・推測航法車両
測位システム、３８・・・カルマン・フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラッセルエス．フィゴールアメリカ合衆国 85204 アリゾナ州メサイーストセカンドアベニュー 1664 (72)発明者トロイエル．ストローザーアメリカ合衆国 85281 アリゾナ州テンピダブリュ．フォーティーンスストリート 937 Ｆターム(参考） 2F105 AA02 BB08 BB09 5J062 AA03 AA13 BB01 CC07 FF04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組込エラー修正を有する車両ナビゲーシ
ョン・システムであって、走行距離センサと、時間の経過とともにドリフトするバイアスを有するヘッ
ディング・センサと、温度センサと、走行距離センサ・インタフェース、ヘッディング・セン
サ・インタフェース、および温度センサ・インタフェー
スを有する推測航法コンポーネントとを備え、該推測航
法コンポーネントは、走行距離センサからの走行距離デ
ータ、ヘッディング・センサからのヘッディング・デー
タ、および温度センサからの温度データを受信し、さら
に、車両が静止しているか否かを決定する第１の計算手段
と、車両の静止時にヘッディング・センサのバイアス・ドリ
フト率の校正曲線を推定する第２の計算手段と、推定したバイアス・ドリフト率を使用して第１の車両ヘ
ッディング修正を計算し、ヘッディング・センサのバイ
アス・ドリフトに含まれる第１の車両ヘッディング・エ
ラーを補正する第３の計算手段と、第１の車両ヘッディング修正を使用して第１の車両位置
修正を計算し、ヘッディング・センサのバイアス・ドリ
フトに含まれる第１の車両位置エラーを補正する第４の
計算手段とを備える車両ナビゲーション・システム。
【請求項２】請求項１記載の車両ナビゲーション・シ
ステムにおいて、前記推測航法コンポーネントが、推測
航法プロセッサ、ヘッディング・センサ・インタフェー
ス、走行距離センサ・インタフェースおよび温度センサ
・インタフェースを備える車両ナビゲーション・システ
ム。
【請求項３】請求項１記載の車両ナビゲーション・シ
ステムにおいて、さらに、基準車両位置システムを備え
る車両ナビゲーション・システム。
【請求項４】請求項３記載の車両ナビゲーション・シ
ステムにおいて、さらに、前記推測航法システムが計算
した修正済み車両ヘッディングと、前記基準車両位置ヘ
ッディングによって提供された車両ヘッディングとを組
み合わせて統合車両ヘッディングにする第５の計算手段
と、前記推測航法システムが計算した修正済み車両位置
と前記基準車両位置ヘッディングによって提供された車
両ヘッディングを組み合わせて統合車両ヘッディングに
する第６の計算手段とを備える車両ナビゲーション・シ
ステム。
【請求項５】請求項１記載の車両ナビゲーション・シ
ステムにおいて、さらに、特定用途用デバイスを備え、
該特定用途用デバイスが、前記修正済み車両位置を、前
記特定用途用デバイスに含まれる地図と照合するユニッ
トである車両ナビゲーション・システム。
【請求項６】走行距離センサ、ヘッディング・セン
サ、温度センサ、および推測航法コンポーネントを備え
る車両ナビゲーション・システムで温度依存性のセンサ
・ドリフトを修正する方法であって、走行距離データを前記走行距離センサから前記推測航法
コンポーネントに伝送し、前記走行距離データを前記推
測航法コンポーネントに記憶するステップと、ヘッディング・データを前記ヘッディング・センサから
前記推測航法コンポーネントに伝送し、前記ヘッディン
グ・データを前記推測航法コンポーネントに記憶するス
テップと、温度データを前記温度センサから前記推測航法コンポー
ネントに伝送し、前記温度データを前記推測航法コンポ
ーネントに記憶するステップと、ヘッディング・センサのバイアス・データを前記ヘッデ
ィング・センサから前記推測航法コンポーネントに伝送
し、前記センサのバイアス・データを前記推測航法コン
ポーネントに記憶するステップと、前記車両が静止しているか否かを決定するステップと、前記車両が静止している場合、前記推測航法コンポーネ
ントに伝送され、記憶されたデータを使用して、ヘッデ
ィング・センサのバイアス・ドリフトの推定値を更新す
るステップと、前記車両が静止していない場合、ヘッディング・センサ
のバイアス・ドリフト率の最終推定値を使用して、ヘッ
ディング・センサ・バイアスの推定値を更新するステッ
プとを含む方法。
【請求項７】請求項６記載の方法において、前記方法
が周期的に繰り返される方法。
【請求項８】請求項６記載の方法において、前記ヘッ
ディング・センサのバイアス・ドリフト率を推定するス
テップが、前記車両が第１の静止点に到達した時に、ヘッディング
・センサ・バイアスの第１の測定および温度の測定を実
行するステップと、前記車両が第２の静止点に到達した時に、ヘッディング
・センサ・バイアスの第２の測定および温度の第２の測
定を実行するステップと、前記第２の静止点での前記バイアス測定値と前記第２の
静止点での前記バイアス測定値との差を、前記第１の静
止点での前記温度測定値と前記第２の静止点での前記温
度測定値との差で割るステップと、前記２つの静止点の平均温度を計算するステップと、カルマン・フィルタを使用して、平均温度の変化に応答
する前記バイアス・ドリフト率のモデルの係数を推定す
るステップとを含む方法。
【請求項９】請求項８記載の方法において、さらに、
温度センサのバイアス・ドリフト率の老化時間を使用し
て、前記カルマン・フィルタのエラー分散行列を収束さ
せるステップを含む方法。
【請求項１０】請求項９記載の方法において、前記老
化時間が車両の静止点ごとに更新される方法。