JP2006138835A - ナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測位誤差の補正精度を高めることができる「ナビゲーション装置」を提供すること。
【解決手段】 ナビゲーション装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信される電波を受信して測位位置を出力するＧＰＳ受信機２と、ＧＰＳ受信機２による今回の測位タイミングにおける測位位置が含まれる予測誤差範囲を設定する誤差範囲設定部１２と、今回の測位タイミングにおいてＧＰＳ受信機２から出力された実際の測位位置が予測誤差範囲に含まれるときに実際の測位位置を用い、実際の測位位置が予測誤差範囲に含まれないときに、実際の測位位置と予測誤差範囲との相対的な位置関係に基づいて測位位置の補正を行う相対位置判定部１４および位置補正部１６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＧＰＳ受信機を用いて得られた測位位置を補正して用いるナビゲーション装置に関する。

従来から、ＧＰＳ受信を用いて得られる測位位置はマルチパス等の誤差要因によってばらつくことが知られており、この誤差による影響を低減するように測位位置を補正するナビゲーション装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このナビゲーション装置では、前回の測位位置から今回の測位位置を予測するとともに予測誤差範囲を設定し、今回の実際の測位位置がこの予測誤差範囲に含まれている場合には実際の測位位置を採用し、予測誤差範囲から外れる場合には予測された測位位置を採用している。これにより、ＧＰＳ衛星を用いた測位位置の誤差が大きい場合にその影響を低減することが可能になる。
特開平８−３１３２７８号公報（第５−８頁、図１−３）

ところで、上述した特許文献１では、今回の測位位置が予測誤差範囲から外れた場合には予測された測位位置が用いられるが、予測された測位位置を中心として予測誤差範囲が設定されているため当然ながら、この予測された測位位置は予測誤差範囲の中心に設定されている。したがって、例えば予測された測位位置がわずかに予測誤差範囲から外れる場合であってもそのわずかな差は考慮されず、予測された測位位置が採用されることになるため、かえって誤差が拡大すするおそれがあるという問題があった。また、特許文献１には、予測された測位位置と実際の測位位置とを所定の重み付けを行って加算する測位位置の補正方法も開示されているが、この方法では、予測誤差範囲内に測位位置が含まれることが期待されている場合であっても、補正された測位位置が予測誤差範囲内に含まれない場合があるため（特に実際の測位位置が予測誤差範囲から大きく外れた場合）、誤差が拡大するおそれがあるという問題があった。例えば、ＧＰＳ受信機を用いて検出される速度と進行方向の精度は比較的高いと考えられるため、現在の測位位置が正しいと仮定すると、誤差のない測位位置が予測誤差範囲内に含まれている可能性は非常に高くなる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、測位誤差の補正精度を高めることができるナビゲーション装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のナビゲーション装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信される電波を受信して測位位置を出力するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ受信機による今回の測位タイミングにおける測位位置が含まれる予測誤差範囲を設定する誤差範囲設定手段と、今回の測位タイミングにおいてＧＰＳ受信機から出力された実際の測位位置が予測誤差範囲に含まれるときに実際の測位位置を用い、実際の測位位置が予測誤差範囲に含まれないときに、実際の測位位置と予測誤差範囲との相対的な位置関係に基づいて測位位置の補正を行う位置補正手段とを備えている。これにより、実際の測位位置が予測誤差範囲を外れた場合であっても、予測誤差範囲との相対的な位置関係を考慮した測位位置の補正が行われるため、測位位置の補正精度を高めることが可能になる。

また、上述した位置補正手段は、補正後の測位位置が予測誤差範囲に含まれる位置に測位位置の補正を行うことが望ましい。これにより、実際の測位位置が予測誤差範囲を外れた場合であっても、予測誤差範囲との相対的な位置関係を考慮しながら補正後の測位位置が予測誤差範囲に含まれるように測位位置の補正が行われるため、無条件に予測誤差範囲の中心位置に測位位置を補正する場合に比べて、測位誤差の精度を高めることが可能になる。

また、上述した位置補正手段は、補正後の測位位置が予測誤差範囲内であって、実際の測位位置側に偏位した位置に測位位置の補正を行うことが望ましい。これにより、実際の測位位置を確実に補正後の測位位置に反映させることができ、誤差の拡大を防止することができる。

また、上述した位置補正手段は、補正後の測位位置が予測誤差範囲の外縁上に位置するように測位位置の補正を行うことが望ましい。これにより、実際の測位位置が予測誤差範囲を外れた場合であっても、予測誤差範囲との相対的な位置関係を考慮しながら補正後の測位位置が予測誤差範囲の外縁上に重なるように測位位置の補正が行われるため、無条件に予測誤差範囲の中心位置に測位位置を補正する場合に比べて、測位誤差の精度を高めることが可能になる。

また、上述した位置補正手段は、補正後の測位位置が予測誤差範囲の外縁上であって、実際の測位位置側に偏位した位置に測位位置の補正を行うことが望ましい。これにより、実際の測位位置を確実に補正後の測位位置に反映させることができ、誤差の拡大を防止することができる。

また、上述したＧＰＳ受信機は、測位位置とともにこの測位位置が移動する速度および進行角を出力し、誤差範囲設定手段は、速度および進行角に基づいて予測誤差範囲を設定することが望ましい。一般に、ＧＰＳ受信機が出力する速度と進行角の精度は測位位置精度に比べて高いため、この速度と進行角を用いて予測誤差範囲を設定することにより、今回の測位位置が含まれるであろう予測誤差範囲を正確に設定することができる。

また、上述した予測誤差範囲は、ＧＰＳ受信機から出力された前回の進行角に対して、前回の速度に基づいて設定される進行角の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした周方向の幅が設定されることが望ましい。一般に速度が大きい場合には今回の測位タイミングにおける進行角の変化のばらつきの程度は小さいと考えられ、速度が小さい場合には速度の変化のばらつきの程度は大きいと考えられる。したがって、速度に基づいて設定される進行角の可変範囲を加味することにより、予測誤差範囲の周方向の幅を精度よく設定することが可能になる。

また、上述した予測誤差範囲は、ＧＰＳ受信機から出力された前回の速度に対して、前回の速度に基づいて設定される速度の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした径方向の幅が設定されることが望ましい。一般に速度が大きい場合には今回の測位タイミングにおける速度の変化のばらつきの程度は小さいと考えられるが、速度が小さい場合には速度の変化のばらつきの程度は大きいと考えられる。したがって、速度に基づいて設定される速度の可変範囲を加味することにより、予測誤差範囲の半径方向の幅を精度よく設定することが可能になる。

また、上述した進行角の可変範囲は、ＧＰＳ受信機から出力される速度と進行角の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果に基づいて設定されることが望ましい。あるいは、上述した速度の可変範囲は、ＧＰＳ受信機から出力される速度と速度の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果に基づいて設定されることが望ましい。これにより、正確な進行角あるいは速度の可変範囲を用いることができるため、予測誤差範囲の精度を高めることができ、測位位置の補正精度をさらに高めることができる。

また、上述した予測誤差範囲の大きさは、測位環境に応じて可変に設定されることが望ましい。これにより、測位環境に対応した予測誤差範囲を設定することができるため、測位環境に応じた測位位置の適切な補正を行うことができる。

また、上述した測位環境が良好なときに、予測誤差範囲が大きく設定されることが望ましい。これにより、測位環境が良好でＧＰＳ測位位置の精度が高い場合に、補正せずにＧＰＳ測位位置を使用する機会が増え、累積誤差を少なくすることができる。

また、上述した測位位置が移動する進行角の前回以前の複数回の値に基づいて、誤差範囲設定手段によって設定される予測誤差範囲の向きを補正する予測誤差範囲補正手段をさらに備えることが望ましい。これにより、ワインディング路のように車両の進行方向の大きく変化する場所を走行する場合にその進行方向の変化分を考慮して測位位置の補正を行うことができるため、さらに測位位置の補正精度を高めることが可能になる。

また、上述した予測誤差範囲補正手段は、測位位置が移動する進行角の前回と前々回の値に基づいて予測誤差範囲の向きの補正を行うことが望ましい。進行角の前回と前々回の値に基づいて予測誤差範囲の補正を行うことにより、少ない演算量で補正を行うことができ、処理の負担を軽減することができる。

また、上述した予測誤差範囲補正手段は、測位位置が移動する進行角の前回と前々回の値に基づいて、測位タイミングが前回から今回に推移する際に測位位置が移動する向きを計算し、この計算された向きが中央となるように予測誤差範囲の向きの補正を行うことが望ましい。これにより、測位位置の補正を行おうとしているタイミングにおける車両の進行方向を予測し、この予測された進行方向にあわせて予測誤差範囲の配置を調整することが可能になり、より実情に即した測位位置の補正が可能になる。

また、上述した予測誤差範囲補正手段は、進行角の変化量を考慮して予測誤差範囲の向きの補正を行うことが望ましい。これにより、進行角の変化が大きい場合には予測誤差範囲の配置の調整量を大きく、反対に進行角の変化が小さい場合には予測誤差範囲の配置の調整量を小さく設定することができるため、道路形状に合わせた測位位置の補正が可能になる。

また、上述した予測誤差範囲補正手段は、測位位置が移動する進行角の変化が基準値よりも大きいときに予測誤差範囲の向きの補正を行うことが望ましい。これにより、進行角の変化が小さい場合の処理の負担を軽減することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態のナビゲーション装置について、図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態のナビゲーション装置の構成を示す図である。図１に示すナビゲーション装置は、ナビゲーションコントローラ１、ＧＰＳ受信機２、自律航法センサ３、ディスプレイ装置４を含んで構成されている。

ナビゲーションションコントローラ１は、ナビゲーション装置の全体を制御する。このナビゲーションコントローラ１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用いて所定の動作プログラムを実行することによりその機能が実現される。

ＧＰＳ受信機２は、複数のＧＰＳ衛星から送信される電波を受信して、３次元測位処理あるいは２次元測位処理を行って車両の絶対位置（測位位置）と速度および方位（進行角）を出力する。自律航法センサ３は、車両回転角度を相対方位として検出するジャイロ等の角度センサと、所定距離毎にパルスを出力する距離センサとを備えており、車両の相対位置および方位を検出する。ディスプレイ装置４は、ナビゲーションコントローラ１から出力される描画データに基づいて、自車位置周辺の地図画像などの各種画像を表示する。

また、図１に示すように、上述したナビゲーションコントローラ１は、ＧＰＳ処理部１０、車両位置計算部２０、地図ＤＢ（データベース）３０、マップマッチング処理部４０、描画部５０、表示処理部６０を含んで構成されている。ＧＰＳ処理部１０は、ＧＰＳ受信機２から出力される測位位置、速度、進行角が入力されており、これらに基づいて測位位置の補正を行う。ＧＰＳ処理部１０は、誤差範囲設定部１２、相対位置判定部１４、位置補正部１６を有している。誤差範囲設定部１２は、ＧＰＳ受信機２から出力されるある時点の測位タイミングにおける速度と進行角とに基づいて、今回の測位タイミングにおいて測位位置が存在する可能性がある予測誤差範囲を設定する。相対位置判定部１４は、誤差範囲設定部１２によって設定された予測誤差範囲と、今回の測位タイミングにおいてＧＰＳ受信機２から出力された測位位置との間の相対位置関係を判定する。位置補正部１６は、誤差範囲設定部１２によって設定された予測誤差範囲と相対位置判定部１４によって判定された相対位置関係とに基づいて、補正が必要な場合には測位位置の補正を行う。なお、補正が必要ない場合（ＧＰＳ受信機２から出力された測位位置が予測誤差範囲（後述する）に含まれる場合）にはＧＰＳ受信機２から出力された測位位置が補正せずに出力される。また、予測誤差範囲とＧＰＳ受信機２を用いた測位位置との間の相対位置関係を判定する相対位置判定部１４の動作をこの位置補正部１６によって行うようにしてもよい。位置補正部１６から出力された測位位置は車両位置計算部２０に入力される。

車両位置計算部２０は、ＧＰＳ処理部１０内の位置補正部１６から出力される測位位置と、自律航法センサ３から出力される相対位置および方位から得られる車両位置とに基づいて車両位置を計算する。例えば、測位位置を中心とした所定の誤差円が想定されており、自律航法センサ３の出力に基づいて計算される車両位置がこの誤差円内に含まれている場合には自律航法センサ３の出力に基づいて得られる車両位置が採用され、誤差円内に含まれない場合にはＧＰＳ処理部１０から出力された測位位置が車両位置として採用される。

地図ＤＢ３０は、道路を表すリンクやノードの詳細データや地図表示に必要な画像データ、経路探索や走行案内等の各種のナビゲーション動作を行うために必要なデータが地図データとして格納されている。マップマッチング処理部４０は、車両位置計算部２０から出力される車両位置を、その走行軌跡と地図上の道路形状とを比較することにより補正するマップマッチング処理を行う。マップマッチング処理を行うことにより、道路の幅方向の位置が精度よく補正される。描画部５０は、マップマッチング処理部４０から出力される補正後の車両位置の周辺の地図画像を描画する処理を行う。この描画データは表示処理部６０に送られて表示に適した形式の信号に変換され、ディスプレイ装置４に車両位置周辺の地図画像が表示される。

上述した誤差範囲設定部１２が誤差範囲設定手段に、相対位置判定部１４、位置補正部１６が位置補正手段にそれぞれ対応する。

本実施形態のナビゲーション装置はこのような構成を有しており、次にＧＰＳ処理部１０において行われる測位位置の補正動作について説明する。

図２および図３は、本実施形態で設定される予測誤差範囲の説明図である。図２には車両の速度が遅い場合の予測誤差範囲が、図３には車両の速度が速い場合の予測誤差範囲がそれぞれ示されている。これらの図に示すように、予測誤差範囲は、同心円で囲まれた領域を所定の中心角を有する円心を通る２本の直線で切り出した扇形形状を有している。同心円の小径部分が前回の測位位置に対する今回の測位タイミングにおける移動可能最小距離を示しており、同心円の大径部分が前回の測位位置に対する今回の測位タイミングにおける移動可能最大距離を示している。また、円心を通る２本の直線の内の一方（図２および図３では反時計回り方向に沿った上流側）が前回の測位位置に対する最小進行角を示しており、他方が前回の測位位置に対する最大進行角を示している。

上述した予測誤差範囲の特徴を列記すると以下のようになる。
（１）速度が遅いと最小進行角と最大進行角との差が大きくなり（図２）、速度が速くなると最小進行角と最大進行角との差が小さくなる（図３）。
（２）予測誤差範囲は、ＧＰＳ受信機２から出力された前回の進行角に対して、前回の速度に基づいて設定される進行角の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした周方向の幅（最小進行角と最大進行角との角度差）が設定される。なお、上述した進行角の可変範囲は、ＧＰＳ受信機２から出力される速度と進行角の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果を用いて設定される。
（３）予測誤差範囲は、ＧＰＳ受信機から出力された前回の速度に対して、前回の速度に基づいて設定される速度の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした径方向の幅（同心円の小径と大径との間の距離）が設定される。なお、上述した速度の可変範囲は、ＧＰＳ受信機２から出力される速度と速度の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果を用いて設定される。
（４）予測誤差範囲の大きさは、測位環境に応じて可変に設定される。例えば、測位環境が良好なときに、予測誤差範囲が大きく設定される。

次に、予測誤差範囲の具体的な設定方法について説明する。予測誤差範囲の径方向の値（小径と大径の各半径）は、ＧＰＳ受信機２から出力される前回の速度を用いて決定する。小径の半径Ｒ１と大径の半径Ｒ２は、以下の式によって計算される。単位はｍである。

Ｒ１＝（（前回の速度）＋（予測加速度最小値））×１０００／３６００ …（１）
Ｒ２＝（（前回の速度）＋（予測加速度最大値））×１０００／３６００ …（２）
ここで、（（前回の速度）＋（予測加速度最小値））と（（前回の速度）＋（予測加速度最大値））は速度の変動範囲を示しており、この中で予測加速度最小値と予測加速度最大値は実際に車両を用いて測定した結果に基づいて設定される。また、１０００／３６００は単位をｍに換算するためのものである。

図４は、予測加速度の実験結果を示す図である。図４において、横軸は速度（時速）を、縦軸は加速度をそれぞれ示している。１秒ごとにＧＰＳ受信機２から速度が出力されるものとすると、この加速度は今回の速度から前回の速度を減算することにより計算される。加速度の実測値は図４に示すようにばらついているが、その最小値を示す近似曲線Ａを求め、これを速度毎の予測加速度最小値として使用する。同様に、最大値を示す近似曲線Ｂを求め、これを速度毎の予測加速度最大値として使用する。

また、予測誤差範囲の周方向の角度（最小進行角と最大進行角）は、ＧＰＳ受信機２から出力される前回の進行角を用いて決定する。最小進行角θ１と最大進行角θ２は、以下の式によって計算される。

θ１＝（前回の進行角）＋（予測角速度最小値）） …（３）
θ２＝（前回の進行角）＋（予測角速度最大値）） …（４）
ここで、（（前回の進行角）＋（予測角速度最小値）））と（（前回の進行角）＋（予測角速度最大値）））は進行角の変動範囲を示しており、この中で予測角度最小値と予測角度最大値は実際に車両を用いて測定した結果に基づいて設定される。

図５は、予測角速度の実験結果を示す図である。図５において、横軸は速度（時速）を、縦軸は角速度をそれぞれ示している。１秒ごとにＧＰＳ受信機２から進行角が出力されるものとすると、この角速度は今回の角速度から前回の角速度を減算することにより計算される。角速度の実測値は図５に示すようにばらついているが、その最小値を示す近似曲線Ｃを求め、これを速度毎の予測角速度最小値として使用する。同様に、最大値を示す近似曲線Ｄを求め、これを速度毎の予測角速度最大値として使用する。

図６は、位置補正部１６によって行われる測位位置の補正処理の具体例を示す図である。図６（Ａ）は、予測誤差範囲の移動可能最大距離よりも前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離の方が大きいが、今回の進行角が最小進行角と最大進行角の間に含まれている場合である。この位置関係の判断は相対位置判定部１４によって行われる。この場合には、位置補正部１６は、移動可能最大距離に対応する大径部分ｄ１まで今回の測位位置Ｐ１を前回の測位位置Ｐ０に向けて移動させる測位位置の補正を行う。なお、移動可能最大距離に対応する大径部分（予測誤差範囲の外縁上）に位置するように測位位置ｄ１を補正するのではなく、外縁よりも内側に位置するように測位位置ｄ１’を補正してもよい。

図６（Ｂ）は、予測誤差範囲の移動可能最小距離よりも前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離の方が小さいが、今回の進行角が最小進行角と最大進行角の間に含まれている場合である。この場合には、位置補正部１６は、移動可能最小距離に対応する小径部分ｄ２まで今回の測位位置Ｐ１を前回の測位位置Ｐ０とを結ぶ延長線上に沿って移動させる測位位置の補正を行う。なお、移動可能最小距離に対応する小径部分（予測誤差範囲の外縁上）に位置するように測位位置ｄ２を補正するのではなく、外縁よりも内側に位置するように測位位置ｄ２’を補正してもよい。

図６（Ｃ）は、予測誤差範囲の移動可能最大距離と移動可能最小距離との間に前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離が含まれているとともに、今回の進行方向
が予測誤差範囲が配置された方向と一致しているが、今回の進行角が最大進行角よりも大きい場合である。この場合には、位置補正部１６は、最大進行角と最小進行角を中心線に向けて最大進行角に交差する位置ｄ３まで今回の測位位置Ｐ１を移動させる測位位置の補正を行う。なお、最大進行角（予測誤差範囲の外縁）よりも内側に位置するように測位位置ｄ３’を補正してもよい。また、最小進行角よりも小さい場合も同様に補正される。

図６（Ｄ）は、予測誤差範囲の移動可能最大距離と移動可能最小距離との間に前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離が含まれているが、今回の進行方向が予測誤差範囲が配置された方向と反対を向いている場合である。この場合には、位置補正部１６は、移動可能最小距離に対応する小径の中央部ｄ４まで今回の測位位置Ｐ１を移動させる測位位置の補正を行う。なお、移動可能最小距離に対応する小径の中央部（予測誤差範囲の外縁上）に位置するように測位位置ｄ４を補正するのではなく、外縁よりも内側に位置するように測位位置ｄ４’を補正してもよい。

図６（Ｅ）は、予測誤差範囲の移動可能最大距離よりも前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離の方が大きいとともに、今回の進行方向が予測誤差範囲が配置された方向と一致しているが、今回の進行角が最小進行角と最大進行角の間から外れている場合である。この場合には、位置補正部１６は、移動可能最大距離に対応する大径の中央部ｄ５まで今回の測位位置Ｐ１を移動させる測位位置の補正を行う。なお、移動可能最大距離に対応する大径の中央部（予測誤差範囲の外縁上）に位置するように測位位置ｄ５を補正するのではなく、外縁よりも内側に位置するように測位位置ｄ５’を補正してもよい。

図６（Ｆ）は、予測誤差範囲の移動可能最大距離よりも前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離の方が大きく、しかも、今回の進行方向が予測誤差範囲が配置された方向と反対を向いている場合である。この場合には、位置補正部１６は、移動可能最小距離に対応する小径の中央部ｄ６まで今回の測位位置Ｐ１を移動させる測位位置の補正を行う。なお、移動可能最小距離に対応する小径の中央部（予測誤差範囲の外縁上）に位置するように測位位置ｄ６を補正するのではなく、外縁よりも内側に位置するように測位位置ｄ６’を補正してもよい。
。

図６（Ｇ）は、予測誤差範囲の移動可能最小距離よりも前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離の方が小さく、しかも、今回の進行角が最小進行角と最大進行角の間から外れているが、今回の進行方向が予測誤差範囲が配置された方向と同じ方向を向いている場合である。この場合には、位置補正部１６は、移動可能最小距離に対応する小径の中央部ｄ７まで今回の測位位置Ｐ１を移動させる測位位置の補正を行う。なお、移動可能最小距離に対応する小径の中央部（予測誤差範囲の外縁上）に位置するように測位位置ｄ７を補正するのではなく、外縁よりも内側に位置するように測位位置ｄ７’を補正してもよい。

図６（Ｈ）は、予測誤差範囲の移動可能最小距離よりも前回の測位位置Ｐ０から今回の測位位置Ｐ１までの距離の方が小さく、しかも、今回の進行角が最小進行角と最大進行角の間から外れているとともに、今回の進行方向が予測誤差範囲が配置された方向と反対を向いている場合である。この場合には、位置補正部１６は、移動可能最小距離に対応する小径の中央部ｄ８まで今回の測位位置Ｐ１を移動させる測位位置の補正を行う。なお、移動可能最小距離に対応する小径の中央部（予測誤差範囲の外縁上）に位置するように測位位置ｄ８を補正するのではなく、外縁よりも内側に位置するように測位位置ｄ８’を補正してもよい。

このように、本実施形態のナビゲーション装置では、実際の測位位置が予測誤差範囲を外れた場合であっても、予測誤差範囲との相対的な位置関係を考慮した測位位置の補正が行われるため、測位位置の補正精度を高めることが可能になる。また、予測誤差範囲との相対的な位置関係を考慮しながら補正後の測位位置が予測誤差範囲の外縁上あるいはその内部に含まれるように測位位置の補正が行われるため、無条件に予測誤差範囲の中心位置に測位位置を補正する場合に比べて、測位誤差の精度を高めることが可能になる。特に、実際の測位位置側に偏位した位置に測位位置の補正を行うことにより、実際の測位位置を確実に補正後の測位位置に反映させることができ、誤差の拡大を防止することができる。

また、ＧＰＳ受信機２からは、測位位置とともにこの測位位置が移動する速度および進行角が出力されており、速度および進行角に基づいて予測誤差範囲が設定されている。一般に、ＧＰＳ受信機２が出力する速度と進行角の精度は測位位置精度に比べて高いため、この速度と進行角を用いて予測誤差範囲を設定することにより、今回の測位位置が含まれるであろう予測誤差範囲を正確に設定することができる。

また、予測誤差範囲は、ＧＰＳ受信機２から出力された前回の進行角に対して、前回の速度に基づいて設定される進行角の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした周方向の幅が設定されている。一般に速度が大きい場合には今回の測位タイミングにおける進行角の変化のばらつきの程度は小さいと考えられ、速度が小さい場合には速度の変化のばらつきの程度は大きいと考えられる。したがって、速度に基づいて設定される進行角の可変範囲を加味することにより、予測誤差範囲の周方向の幅を精度よく設定することが可能になる。

また、予測誤差範囲は、ＧＰＳ受信機２から出力された前回の速度に対して、前回の速度に基づいて設定される速度の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした径方向の幅が設定されている。一般に速度が大きい場合には今回の測位タイミングにおける速度の変化のばらつきの程度は小さいと考えられるが、速度が小さい場合には速度の変化のばらつきの程度は大きいと考えられる。したがって、速度に基づいて設定される速度の可変範囲を加味することにより、予測誤差範囲の半径方向の幅を精度よく設定することが可能になる。

また、進行角の可変範囲は、ＧＰＳ受信機２から出力される速度と進行角の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果に基づいて設定され、速度の可変範囲は、ＧＰＳ受信機２から出力される速度と速度の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果に基づいて設定されている。これにより、正確な進行角あるいは速度の可変範囲を用いることができるため、予測誤差範囲の精度を高めることができ、測位位置の補正精度をさらに高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、予測誤差範囲を（１）式から（４）式を用いて計算したが、この予測誤差範囲の大きさを測位環境に応じて可変に設定するようにしてもよい。例えば、測位環境に対応するパラメータαを（１）式等に含まれる（予測加速度最小値）、（予測加速度最大値）、（予測角速度最小値）、（予測角速度最大値）に乗算して、これらの値を修正するようにしてもよい。これにより、測位環境に対応した予測誤差範囲を設定することができるため、測位環境に応じた測位位置の適切な補正を行うことができる。特に、測位環境が良好なときに、上述したパラメータαの値を大きく設定して予測誤差範囲を大きく設定することにより、測位環境が良好でＧＰＳ測位位置の精度が高い場合に、補正せずにＧＰＳ測位位置を使用する機会が増え、累積誤差を少なくすることができる。

〔第２の実施形態〕
ところで、上述した第１の実施形態のナビゲーション装置では、前回の測位タイミングにおける車両の進行方向に基づいて今回の測位タイミングに対応する予測誤差範囲の向き（図２や図３に示す中心方向）を設定している。しかし、ワインディング路のように車両の進行方向の変化が大きく、車両が円運動の動きを示しているような場合には、前回の測位タイミングにおける車両の進行角と今回の測位タイミングにおける車両の進行角とが異なるため、この進行角の変化量を考慮して予測誤差範囲の向きを補正することが望ましい。

図７は、第２の実施形態のナビゲーション装置の構成を示す図である。図７に示す本実施形態のナビゲーション装置は、図１に示した第１の実施形態のナビゲーション装置に対して、ナビゲーションコントローラ１Ａ内のＧＰＳ処理部１０Ａに予測誤差範囲補正手段としての誤差範囲補正部１８を追加した点が異なっている。この誤差範囲補正部１８は、前回以前の複数回の測位タイミングにおける進行角の値に基づいて、今回の測位タイミングに対応して設定される予測誤差範囲の向き（中心方向）を補正する。

図８は、前回および前々回の測位タイミングにおける進行角を用いて予測誤差範囲の向きを補正する場合の補正量の説明図である。図８において、前回の測位タイミングに対応する測位位置をＰ₀（Ｘ₀，Ｙ₀）、進行角をθ₀、今回の測位タイミングに対応する測位位置をＰ₁（Ｘ₁，Ｙ₁）、進行角をθ₁とすると、測位位置Ｐ₀からＰ₁まで車両が進行した場合の正しい進行角θは、以下の式で計算することができる。なお、Ｒは車両が半径一定の円運動をするものと仮定したときの半径を示している。

θ＝tan^-1（（cosθ₀−cosθ₁）／（sinθ₁−sinθ₀）） …（５）
しかし、実際には今回の測位タイミングにおける進行角θはわからないため、前回の測位タイミングにおける進行角θ₀と前々回の測位タイミングにおける進行角θ_-1の差（θ₀−θ_-1）を角速度として利用して、今回の測位タイミングにおける進行角θ₁ を以下のように予測するものとする。

θ₁ ＝θ₀＋（θ₀−θ_-1）
したがって、このθ₁を用いて（５）式は以下の式のように変形することができる。

θ＝tan^-1（（cosθ₀−cos（θ₀＋（θ₀−θ_-1）））
／（sin（θ₀＋（θ₀−θ_-1））−sinθ₀）） …（６）
このようにして前回と前々回の進行角に基づいて前回の測位位置から今回の測位位置に車両が進行した場合の正しい進行角θを予測することができる。誤差範囲補正部１８は、この予測した進行角θと前回の進行角θ₀との差分（θ−θ₀）だけ図２、図３、図６に示した予測誤差範囲の中心方向をずらす補正、すなわち予測誤差範囲の中心方向を予測した進行角θと一致させる補正を行う。

このように、第２の実施形態のナビゲーション装置では、ワインディング路のように車両の進行方向の大きく変化する場所を走行する場合にその進行方向の変化分を考慮して予測誤差範囲の向きを調整して測位位置の補正を行うことができるため、さらに測位位置の補正精度を高めることが可能になる。特に、進行角の前回と前々回の値に基づいて予測誤差範囲の補正を行うことにより、少ない演算量で補正を行うことができ、処理の負担を軽減することができる。

また、測位位置の補正を行おうとしているタイミングにおける車両の進行方向を予測し、この予測された進行方向にあわせて予測誤差範囲の配置を調整することにより、より実情に即した測位位置の補正が可能になる。さらに、進行角の変化が大きい場合には予測誤差範囲の配置の調整量を大きく、反対に進行角の変化が小さい場合には予測誤差範囲の配置の調整量を小さく設定することができるため、道路形状に合わせた測位位置の補正が可能になる。

なお、誤差範囲補正部１８は、測位位置が移動する差異の進行角の変化量（θ₀−θ_-1）が基準値よりも大きいときに予測誤差範囲の向きの補正を行い、この変化量が基準値以下のときには予測誤差範囲の向きの補正を行わないようにしてもよい。これにより、進行角の変化が小さい場合の処理の負担を軽減することができる。

第１の実施形態のナビゲーション装置の構成を示す図である。 本実施形態で設定される予測誤差範囲の説明図である。 本実施形態で設定される予測誤差範囲の説明図である。 予測加速度の実験結果を示す図である。 予測角速度の実験結果を示す図である。 位置補正部によって行われる測位位置の補正処理の具体例を示す図である。 第２の実施形態のナビゲーション装置の構成を示す図である。 前回および前々回の測位タイミングにおける進行角を用いて予測誤差範囲の向きを補正する場合の補正量の説明図である。

符号の説明

１ ナビゲーションコントローラ
２ ＧＰＳ受信機
３ 自律航法センサ
４ ディスプレイ装置
１０ ＧＰＳ処理部
１２ 誤差範囲設定部
１４ 相対位置判定部
１６ 位置補正部
１８ 誤差範囲補正部
２０ 車両位置計算部
３０ 地図ＤＢ（データベース）
４０ マップマッチング処理部
５０ 描画部
６０ 表示処理部

Claims (17)

1. 複数のＧＰＳ衛星から送信される電波を受信して測位位置を出力するＧＰＳ受信機と、
   前記ＧＰＳ受信機による今回の測位タイミングにおける測位位置が含まれる予測誤差範囲を設定する誤差範囲設定手段と、
   今回の測位タイミングにおいて前記ＧＰＳ受信機から出力された実際の測位位置が前記予測誤差範囲に含まれるときに前記実際の測位位置を用い、前記実際の測位位置が前記予測誤差範囲に含まれないときに、前記実際の測位位置と前記予測誤差範囲との相対的な位置関係に基づいて測位位置の補正を行う位置補正手段と、
   を備えることを特徴とするナビゲーション装置。
2. 請求項１において、
   前記位置補正手段は、補正後の測位位置が前記予測誤差範囲に含まれる位置に測位位置の補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
3. 請求項２において、
   前記位置補正手段は、補正後の測位位置が前記予測誤差範囲内であって、前記実際の測位位置側に偏位した位置に測位位置の補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
4. 請求項１において、
   前記位置補正手段は、補正後の測位位置が前記予測誤差範囲の外縁上に位置するように測位位置の補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
5. 請求項４において、
   前記位置補正手段は、補正後の測位位置が前記予測誤差範囲の外縁上であって、前記実際の測位位置側に偏位した位置に測位位置の補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記ＧＰＳ受信機は、測位位置とともにこの測位位置が移動する速度および進行角を出力し、
   前記誤差範囲設定手段は、前記速度および前記進行角に基づいて前記予測誤差範囲を設定することを特徴とするナビゲーション装置。
7. 請求項６において、
   前記予測誤差範囲は、前記ＧＰＳ受信機から出力された前回の進行角に対して、前回の速度に基づいて設定される進行角の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした周方向の幅が設定されることを特徴とするナビゲーション装置。
8. 請求項６において、
   前記予測誤差範囲は、前記ＧＰＳ受信機から出力された前回の速度に対して、前回の速度に基づいて設定される速度の可変範囲を加味して、前回の測位位置を中心とした径方向の幅が設定されることを特徴とするナビゲーション装置。
9. 請求項７において、
   前記進行角の可変範囲は、前記ＧＰＳ受信機から出力される速度と進行角の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果に基づいて設定されることを特徴とするナビゲーション装置。
10. 請求項８において、
    前記速度の可変範囲は、前記ＧＰＳ受信機から出力される速度と速度の変動範囲との関係を実際に車両を用いて測定して得られた結果に基づいて設定されることを特徴とするナビゲーション装置。
11. 請求項９または１０において、
    前記予測誤差範囲の大きさは、測位環境に応じて可変に設定されることを特徴とするナビゲーション装置。
12. 請求項１１において、
    前記測位環境が良好なときに、前記予測誤差範囲が大きく設定されることを特徴とするナビゲーション装置。
13. 請求項６において、
    前記測位位置が移動する進行角の前回以前の複数回の値に基づいて、前記誤差範囲設定手段によって設定される予測誤差範囲の向きを補正する予測誤差範囲補正手段をさらに備えることを特徴とするナビゲーション装置。
14. 請求項１３において、
    前記予測誤差範囲補正手段は、前記測位位置が移動する進行角の前回と前々回の値に基づいて前記予測誤差範囲の向きの補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
15. 請求項１４において、
    前記予測誤差範囲補正手段は、前記測位位置が移動する進行角の前回と前々回の値に基づいて、測位タイミングが前回から今回に推移する際に前記測位位置が移動する向きを計算し、この計算された向きが中央となるように前記予測誤差範囲の向きの補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
16. 請求項１３において、
    前記予測誤差範囲補正手段は、前記進行角の変化量を考慮して前記予測誤差範囲の向きの補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
17. 請求項１３〜１６のいずれかにおいて、
    前記予測誤差範囲補正手段は、前記測位位置が移動する進行角の変化が基準値よりも大きいときに前記予測誤差範囲の向きの補正を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
    

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