JP2003524170A

JP2003524170A - システムの総合位置情報を形成するための方法及び装置

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Publication number: JP2003524170A
Application number: JP2001562131A
Authority: JP
Inventors: シュプフナーマルクス; レンツヘニング; オブラドヴィックドラガン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2003-08-12
Also published as: EP1257785A1; CN1452714A; US20030149524A1; WO2001063209A1

Abstract

(57)【要約】システムの総合位置情報を形成するための方法及び装置において、所定の時点に対して、第１の測位システムを使用して前記システムの第１及び第２の位置情報が決定される。前記所定の時点の少なくとも一部に対しては、各時点の第１及び第２の位置情報を用いてそのつど誤差情報が求められる。この誤差情報を用いて、誤差情報間の統計的関係の度数が求められ、この統計的関係の度数を用いて総合位置情報が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、総合位置情報の形成に関するものであり、この総合位置情報は、第
１の測位システム及び第２の測位システムを使用して求められる。

【０００２】総合位置情報の形成は、［１］から公知であり、この刊行物では、自動車のた
めの位置情報の決定及び自動車のナビゲーションのためのナビゲーションシステ
ムにおいて使用されている。

【０００３】［１］から公知のナビゲーションシステムは、２つの冗長的な測位システムで
ある第１の測位システムと第２の測位システムを有している。

【０００４】第１及び第２の測位システムを使用して、自動車の現在位置に関して、そのつ
ど現在位置情報、すなわち第１の位置情報と第２の位置情報が、それぞれ自動車
が走行した距離と自動車の向きとから求められる。

【０００５】第１の位置情報と第２の位置情報を用いて、自動車の現在位置を表す総合位置
情報が決定される。

【０００６】この総合位置情報を用いて、自動車がナビゲートされる。

【０００７】このナビゲーションシステムの第１の測位システムは、車両が走行した距離を
求めるオドメータと、車両の向きを求めるジャイロスコープとから成っている。

【０００８】第２の測位システムは、いわゆる汎地球測位システム（ＧＰＳ）であり、これ
と第１の測位システムとによって自動車の走行距離及び向きが求められる。

【０００９】ＧＰＳ方式による別の種々異なるタイプのシステムが［３］から公知であり、
これらのシステムは、それらによって求められる位置情報の点で異なっている。

【００１０】自動車の現在位置を決定する際、現在位置情報は、第１の測位システム（第１
の位置情報）によっても第２の測位システム（第２の位置情報）によっても利用
される。

【００１１】２つの重複する位置情報は互いに比較され、第１の位置情報と第２の位置情報
の間の位置の差が決定される。

【００１２】現在位置は、第２の位置情報を用いて第１の位置情報を補正し、そこから自動
車の現在位置に関する総合位置情報を求めることによって求められる。

【００１３】さもなければ、自動車の現在位置に関する総合位置情報は、第１の位置情報だ
けから形成される。

【００１４】カルマンフィルタは［２］から公知である。

【００１５】本発明の課題は、システムの位置情報を上記方法よりも良い精度で求めること
のできる方法及び装置を提供することである。

【００１６】この課題は、それぞれの独立請求項による方法及び装置によって解決される。

【００１７】システムの総合位置情報を形成するこの方法では、総合位置情報は第１の位置
情報と第２の位置情報とを用いて求められ、所定の時点に対して、第１の測位シ
ステムを使用して前記システムの第１の位置情報が決定される。また、所定の時
点に対して、第２の測位システムを使用して、前記システムの第２の位置情報が
決定される。

【００１８】上記所定の時点の少なくとも一部に対しては、各時点の第１及び第２の位置情
報を用いて、そのつど誤差情報が求められる。

【００１９】誤差情報間の統計的関係の度数が求められ、この統計的関係の度数を用いて、
総合位置情報が求められる。

【００２０】システムの総合位置情報を形成する上記の装置では、総合位置情報は第１の位
置情報と第２の位置情報とを用いて求められ、この装置は下記のように構成され
たプロセッサを有している。すなわち、このプロセッサは、所定の時点に対して、前記第１の測位システムを使用して前記システムの第１
の位置情報を決定することができ、所定の時点に対して、前記第２の測位システムを使用して前記システムの第２
の位置情報を決定することができ、前記所定の時点の少なくとも一部に対しては、各時点の第１及び第２の位置情
報を用いてそのつど誤差情報が求めることができ、誤差情報間の統計的関係の度数を求め、この統計的関係の度数を用いて総合位
置情報を求めることができるように構成されている。

【００２１】この装置は、とりわけ本発明による方法又は以下で説明するその発展形態の実
行に適している。

【００２２】さらに、統計的関係の度数は、広く誤差の統計的度数を意味するものとして理
解されるべきものであることを指摘しておきたい。さらに、度数は離散的な数又
は離散的な値だけでなく、機能的記述又は連続量であってもよい。

【００２３】本発明の有利な発展形態は従属請求項から得られる。

【００２４】以下で説明する発展形態は方法にも装置にも関係している。

【００２５】本発明及び以下で説明する発展形態は、ソフトウェアにおいても、ハードウェ
アにおいても、例えば特別な電気回路を用いても実施することができる。

【００２６】さらに、本発明又は以下で説明する発展形態の実施は、本発明又は発展形態を
実行するコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読の記憶媒体によ
っても可能である。

【００２７】また、本発明及び／又は以下で説明する各々の発展形態は、本発明又は発展形
態を実行するコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読の記憶媒体
を有するコンピュータプログラム製品によっても実施可能である。

【００２８】総合位置情報の精度を改善するために、有利には、所定のすべの時点に対して
そのつど誤差情報が求められる。

【００２９】１つの発展形態では、第１及び第２の位置情報には、それぞれシステムが走行
した距離とシステムの向きとが含まれている。

【００３０】第１及び第２の位置情報には、それぞれシステムの速度も含まれている。

【００３１】システムの動作中に総合位置情報を求める実施形態では、所定の時点は時系列
をなす。

【００３２】１つの発展形態では、統計的関係の度数を用いて、未来の時点に対する第１の
位置情報及び／又は第２の位置情報が求められる。この未来の時点に対する第１
の位置情報及び／又は第２の位置情報を用いて、所定の時点に対する第１の位置
情報及び／又は第２の位置情報が補正され、これにより総合位置情報が形成され
る。

【００３３】総合位置情報の精度をさらに改善するために、有利には、統計的関係の度数が
カルマンフィルタを用いて求められる。

【００３４】１つの発展形態では、統計的関係の度数は、誤差情報を用いて形成される共分
散行列から導出される。

【００３５】１つの実施形態では、統計的関係の度数を用いて、第１及び／又は第２の位置
情報の信頼性試験が行われる。

【００３６】ナビゲートされるべきシステム、例えば自動車のナビゲーションを改善するた
めに、１つの発展形態は、ナビゲートされるべきシステムの位置を求めるナビゲ
ーションシステムで使用される。

【００３７】コストのかからない発展形態では、第１の測位システムは有利にはオドメータ
とジャイロスコープとから成っている。

【００３８】第２の測位システムとして、特に汎地球測位システム（ＧＰＳ）が使用される
。

【００３９】本発明の実施例を図面に示し、さらに詳細に説明する。

【００４０】図１は、自動車内のコンポーネントと共にナビゲーションシステムのスケッチ
を示しており、図２は、ナビゲーションシステムのコンポーネントの協働を表すスケッチであ
り、図３は、位置情報を決定するための方法の方法ステップのスケッチであり、図４は、代替的な実施例による方法ステップのスケッチである。

【００４１】実施例：自動車内のナビゲーションシステム図１には、ナビゲーションシステム１１０を備えた自動車１００が示されてい
る。

【００４２】このナビゲーションシステム１１０のコンポーネントは図１及び図２に示され
ており、後で説明される。

【００４３】図２には、ナビゲーションシステム１１０のコンポーネントとこれらコンポー
ネントの協働が概略的に示されている。

【００４４】ナビゲーションシステム２００のコンポーネントはそれぞれ相互に接続されて
おり、これにより、個々のコンポーネントで求められた又は測定されたデータを
他のコンポーネントに伝送し、そこで更なる処理に使用することが可能となる。

【００４５】ナビゲーションシステム２００のコンポーネント間の接続は、図２では矢印に
よって表されており、矢印の方向は、相互接続されたコンポーネント間でのデー
タの伝送方向を示している。

【００４６】ナビゲーションシステム２００は測位システム２１０を有しており、また、こ
の測位システムは、独立した３つの測位システム、すなわち、ＧＰＳシステム２
２０、ジャイロスコープ２３０及びオドメータ２４０を有している。

【００４７】ジャイロスコープ２３０とオドメータ２４０を用いて、自動車の現在位置の第
１の現在位置情報が求められる。

【００４８】ＧＰＳシステム２２０を用いて、第１の位置情報と重複する第２の現在位置情
報が求められる。

【００４９】第１の位置情報と、これと重複する第２の位置情報とを用いて、自動車の現在
位置に関するより正確な補正済みの現在位置情報が求められる。

【００５０】ナビゲーションシステム２００にはデジタル地図２５０が記憶されている。デ
ジタル地図２５０は、自動車１００の周辺のデジタル化された画像であり、交通
路や他の交通関連の情報、例えば市街が記入されている。

【００５１】デジタル地図２５０と自動車１００の補正済みの現在位置情報とを用いて、デ
ジタル地図２５０内の自動車の現在位置が求められる。

【００５２】ナビゲーションシステム２００は入力装置２６０を有しており、この入力装置
２６０を用いて、自動車１００の運転者は、自動車１００の目的位置をナビゲー
ションシステム２００に入力することができる。

【００５３】ナビゲーションシステム２５０の路線計算ユニット２７０は、入力された目的
位置と自動車の補正済みの現在位置とを用いて、目的位置までの走行距離が最短
となる路線を求める。

【００５４】また、他の基準に関して、例えば走行時間に関して、最適の路線を求めること
ができることを指摘しておきたい。

【００５５】ナビゲーションシステム２００はディスプレイユニット２８０を有している。
光学式出力手段２９０及び音響的出力手段２９１を有するこのディスプレイユニ
ット２８０を使用して、自動車１００の運転者に対して、入力された目的位置ま
での走行距離が最短となる（又は他の最適な）路線が音響的及び光学的に表示さ
れる。

【００５６】図１には、ジャイロスコープ１２０、オドメータ１２１及びＧＰＳ１２２が示
されており、これらはそれぞれデータライン１２３を介して計算ユニット１３０
と接続されている。

【００５７】データラインは無線線路又は他の媒体であってもよいことを指摘しておきたい
。

【００５８】計算ユニット１３０には、デジタル地図と後で説明する第１のソフトウェアプ
ログラムが記憶されており、これらを用いて、自動車の補正済みの現在位置が求
められる。

【００５９】計算ユニット１３０には、デジタル地図内の自動車の現在位置を求める第２の
ソフトウェアプログラムとが記憶されており、この現在位置を用いて、所定の目
的位置までの走行距離が最短となる路線が決定される。

【００６０】図１には、自動車の目的位置を入力するための入力手段１４０と、目的位置ま
での走行距離が最短となる路線を出力するための出力手段とが示されている。

【００６１】図３には、自動車の現在位置に関する補正済みの現在位置情報を求めるための
方法ステップ３００が示されている。

【００６２】後で説明する方法ステップは、ナビゲーションシステム１１０ないし２００の
作動中に次々に実行される。

【００６３】第１の方法ステップ３１０では、時系列の所定の時点ｋに対して、第１の測位
システム、ジャイロスコープ及びオドメータを用いて、そのつど自動車１００の
位置情報が決定ないし測定される。

【００６４】ａ）ジャイロスコープジャイロスコープは時点ｋにおいて測定値ｖＧｙｒｏ（ｋ）を測定する。これ
を用いて、次の関係式が表される。

【００６５】

【数１】

【００６６】ここで、ｗＷｉｎ（…）：角度変化ｓ（…）：スケーリング係数ｖ０Ｇｙｒｏ（…）：ジャイロスコープオフセットＷ１（…）：向きｐ１（…）：ジャイロスコープパラメータｄＴ：周期であり、ｋ及びｋ＋１により、時点（ｋ）及び時系列において１期遅い時点（ｋ
＋１）が表され、この場合、時系列の２つの時点間はそれぞれ０．５ｓの時間単
位である。

【００６７】ｂ）オドメータオドメータは時点ｋに測定値ｖ０ｄｏ（ｋ）を測定する。これにより下記の関
係式が表される。

【００６８】

【数２】

【００６９】ここで、ｗ０ｄｏ（…）：走行距離ｖ０ｄｏ（…）：速度ｔ（…）：スケーリング係数ｐ２（…）：オドメータパラメータである。

【００７０】それゆえ、第１の位置情報は量Ｗ１（ｋ）及び量ｗ０ｄｏ（ｋ）を含んでいる
。

【００７１】関係式（１）〜（６）から下記の式が得られる。

【００７２】

【数３】

【００７３】第２の方法ステップ３２０では、時系列の所定の時点ｋに対して、第２の測位
システムを使用して、そのつど自動車１００の第２の位置情報が決定される。

【００７４】ここで次のことを指摘しておきたい。すなわち、異なる周期では、場合によっ
ては、測位システムの測定値の補間を行わなければならず、その結果、測定値と
補間された測定値とがそれぞれ同じに時点に関係する。なお、この周期とは、測
位システムが測定値を測定する周期のことである。

【００７５】測位システムの測定値の時点の違いがほんのわずかならば、場合によっては、
補間をしなくてもよい。しかしこの場合、測位システムがわずかな不正確さを負
うことになる。

【００７６】ＧＰＳは時点ｋにおいて下記の諸量を測定する。すなわち、Ｗ２（ｋ）：向きｗＧＰＳ（ｋ）：速度を測定する。

【００７７】したがって、時点ｋにおける第２の位置情報は、量Ｗ２（ｋ）と量ｗＧＰＳ（
ｋ）を含んでいる。これらの量は、１つのＧＰＳベクトルＧＰＳ（ｋ）＝［Ｗ２
（ｋ），ｗＧＰＳ（ｋ）］にまとめられる。

【００７８】第３の方法ステップ３３０では、時系列の所定のすべての時点ｋに対して、各
時点の第１及び第２の位置情報を用いて、そのつどの第１及び第２の位置情報間
の差を求めることによって、誤差情報が求められる。

【００７９】これにより、誤差情報に対して１つの時系列が決定される。

【００８０】ここで注意すべきことは、この時系列は時点ｋ＝０においてスタートすること
、そして、時点ｋ＝０は、ナビゲーションシステム１１０ないし２００の起動時
であるということである。

【００８１】第３の方法ステップ３３０の関係式は、後の方法ステップにおいてより分かり
易く説明される。

【００８２】第４の方法ステップ３４０では、誤差情報間の統計的関係の度数が求められる
。

【００８３】第４の方法ステップ３４０の関係式は、後の方法ステップにおいてより分かり
易く説明される。

【００８４】第５の方法ステップ３５０では、誤差情報間の統計的関係の度数を用いて、自
動車の現在位置に関する補正済みの現在位置情報が求められる。

【００８５】第３の方法ステップ３３０，第４の方法ステップ３４０及び第５の方法ステッ
プ３５０は、カルマンフィルタないしカルマンフィルタに基づいた関係式を用い
て実施される。カルマンフィルタないしカルマンフィルタに基づいた関係式は［
２］に記載されている。

【００８６】さらに、インデックスｚによって、それぞれ、インデックスｚによって指示さ
れた関連する量の推定値ないし予測値が表される。

【００８７】さらに、インデックスＴによって、それぞれ、これによって特徴付けられる量
の転置が指示される。

【００８８】以下の関係式が成り立つ。

【００８９】

【数４】

【００９０】ここで、Ｑ（…）：ノイズの共分散行列Ｒ（…）：ノイズの共分散行列である。

【００９１】さらに、以下の関係式が成り立つ。

【００９２】

【数５】

【００９３】ここで、ｆ（…）：非線形的なシステム記述Ａ（…）：システム行列、Ａ＝∂ｆ／∂ｘである。

【００９４】さらに、

【００９５】

【数６】

【００９６】が成り立ち、ここで、Ｋ（…）：増幅係数Ｉ：単位行列ｄＴ／ｆｆ：係数Ｃ（…）：出力行列、Ｃ＝∂ｇ／∂ｘである。

【００９７】

【数７】

【００９８】方法ステップの実行後、ベクトルｙ（ｋ）は補正済みの現在総合位置情報を有
し、この総合位置情報は、ナビゲーションシステム１１０を使用した自動車１０
０のナビゲーションに使用される。

【００９９】ここで注意すべきは、ナビゲーションの使用は自動車に限定されるものではな
く、ナビゲーションシステムは、相応に適合させることによって、任意の他の移
動システム及び非移動システムに対しても、例えば船舶、飛行機又は建築物に対
しても使用可能であることである。

【０１００】さらに、独立請求項に記載された特徴を備えた方法又は上記の発展形態のうち
の１つによる総合位置測定の実施例において説明されているようなシステムとし
て、他の測位システムを使用することもできることを指摘しておきたい。

【０１０１】しかし、実施例におけるのと同様の測位システム、ジャイロスコープ及びオド
メータ（第１の測位システム）ならびにＧＰＳ（第２の測位システム）の使用は
、次の大きな利点を有している。すなわち、これらにより、互いに独立した量を
用いて、つまり自動車の走行距離及び自動車の向きを用いて、自動車の位置を記
述することができる。

【０１０２】このことの結果として、誤差情報を求める際に、特に単純な構造の行列、例え
ば行列Ａ，Ｃ，Ｐ及びＫが得られる。この単純な構造を利用して、完全な行列計
算の代わりに、必要な乗算及び加算だけを実行することによって、計算コストが
ほぼ１／４に低減される。

【０１０３】図４に示された、上記実施例に対する代替例では、第６のステップ４６０が設
けられており、これは、第２の方法ステップ３２０と第３の方法ステップ３３０
との間に実行され、第２の位置情報ＧＳＰ（ｋ）の信頼性を試験する。信頼性試
験は下記の論理で行われる。

【０１０４】

【数８】

【０１０５】ここで、Ｓｗ，Ａｄｏｐ，Ｓｓａｔ，Ｓｔ：時間依存であってもよい閾値ＤＯＰ（…）：衛星の現在配位の幾何学的形状寸法ＡＳ（…）：使用可能な衛星の個数Ｔａｓ（…）：ＡＳ（ｋ）＞Ｓｓａｔである期間である。

【０１０６】４つの不等式（１９）〜（２２）のすべてが満たされた場合、第２の測位シス
テムＧＰＳ（ｋ）は信頼性有りと評価される。

【０１０７】第２の測位システムが信頼性有りと判断された場合にのみ、後続の方法ステッ
プである第３のステップ３３０，第４のステップ３４０及び第５のステップ３５
０が実行される。

【０１０８】第２の測位システムが信頼性有りと判断されなければ、第７の方法ステップ４
７０において、第１の位置情報が補正済みの現在総合位置情報として引き継がれ
る。

【０１０９】さらに、代替例では、初期化ステップ４８０が設けられ、このステップが、第
１の方法ステップ３１０に先行して実行され、方法における諸量が初期化される
。この明細書では、下記の刊行物が引用されている。

【０１１０】［１］ＺｈａｏＹｉｌｉｎ：“ＶｅｈｅｃｌｅＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄ
ＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ”，ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅＰｕｂ
ｌｉｓｈｅｒｓ，ｐ４３−１０４，ｐ２３９−２６４，１９９７，ＩＳＢＮ０
＾８９００６−８６２１−５［２］Ｂｒａｍｍｅｒ，Ｓｉｆｆｌｉｎｇ：“Ｋａｌｍａｎ−Ｂｕｃｙ−Ｆｉｌ
ｔｅｒ”，ＯｌｄｅｎｂｏｕｒｇＶｅｒｌａｇ，Ｍｕｅｎｃｈｅｎ，ｐ７５−
１１１，４．ｖｏｌ，１９９４［３］ＺｈａｏＹｉｌｌｉｎ：ＶｅｈｅｃｌｅＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄ
ＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ”，ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅＰｕｂ
ｌｉｓｈｅｒｓ，ｐ６３−７５，１９９７，ＩＳＢＮ０＾８９００６−８６２
１−５

【図面の簡単な説明】

【図１】自動車内のコンポーネントと共にナビゲーションシステムのスケッチを示す。

【図２】ナビゲーションシステムのコンポーネントの協働を表すスケッチである。

【図３】位置情報を決定するための方法の方法ステップのスケッチである。

【図４】代替的な実施例による方法ステップのスケッチである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドラガンオブラドヴィックドイツ連邦共和国ミュンヘンフランツィスカーナーシュトラーセ 28 Ｆターム(参考） 2F029 AA02 AB01 AB07 AB09 AC02 AC14 AC18 AD05 5H180 AA01 CC12 FF04 FF05 FF22 FF25 FF27 FF32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】システムの総合位置情報を形成するための方法であって、前記総合位置情報は第１の測位システム及び第２の測位システムを使用して求
められるものであり、所定の時点に対して、前記第１の測位システムを使用して前記システムの第１
の位置情報を決定し、所定の時点に対して、前記第２の測位システムを使用して前記システムの第２
の位置情報を決定し、前記所定の時点の少なくとも一部に対しては、各時点の第１及び第２の位置情
報を用いてそのつど誤差情報を求めるようにした方法において、誤差情報間の統計的関係の度数を求め、この統計的関係の度数を用いて総合位
置情報を求める、ことを特徴とする総合位置情報を形成する方法。
【請求項２】所定のすべての時点に対して、そのつど誤差情報を求める、
請求項１記載の方法。
【請求項３】前記第１及び第２の位置情報は、それぞれ前記システムが走
行した距離及び／又は前記システムの速度及び／又は前記システムの向きから成
っている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】前記所定の時点は時系列をなす、請求項１から３のいずれか
１項に記載の方法。
【請求項５】前記統計的関係の度数を用いて、未来の時点に対する第１の
位置情報及び／又は第２の位置情報を求める、請求項１から４のいずれか１項に
記載の方法。
【請求項６】前記未来の時点に対する第１の位置情報及び／又は第２の位
置情報を用いて、前記所定の時点のうちの１つに対する第１の位置情報及び／又
は第２の位置情報を補正し、これにより総合位置情報を形成する、請求項５記載
の方法。
【請求項７】カルマンフィルタを用いて、前記統計的関係の度数を求める
、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】誤差情報を用いて形成される共分散行列から前記統計的関係
の度数を求める、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】前記統計的関係の度数を用いて、前記第１及び／又は第２の
位置情報の信頼性試験を行う、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】ナビゲートされるシステムの位置を求めるナビゲーション
システムにおいて使用される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】システムのための総合位置情報を形成する装置であって、前記総合位置情報は第１の測位システム及び第２の測位システムを使用して求
めることができ、前記装置が、下記のように構成されたプロセッサを有し、すなわち、所定の時点に対して、前記第１の測位システムを使用して前記システムの第１の
位置情報を決定することができ、所定の時点に対して、前記第２の測位システムを使用して前記システムの第２
の位置情報を決定することができ、前記所定の時点の少なくとも一部に対しては、各時点の第１及び第２の位置情
報を用いてそのつど誤差情報が求めることができるように構成されたプロセッサ
を有する形式の装置において、前記プロセッサは、誤差情報間の統計的関係の度数を求め、この統計的関係の
度数を用いて総合位置情報を求めることができるように構成されている、ことを
特徴とする総合位置情報を形成する装置。
【請求項１２】前記第１の測位システムはオドメータとジャイロスコープ
を有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】前記第２の測位システムはＧＰＳシステムである、請求項
１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】前記システムは自動車である、請求項１１から１３のいず
れか１項に記載の装置。