JP2008014721A

JP2008014721A - 姿勢算出装置、および、姿勢算出方法

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Publication number: JP2008014721A
Application number: JP2006184798A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Hatsumoto; 慎太郎初本; Makoto Tanigawara; 誠谷川原
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】予備のＧＰＳを含めた３台以上のＧＰＳ受信機を有し、各々のＧＰＳ受信機のアンテナから位置情報を受信し、受信した位置情報から物体の姿勢を算出する姿勢算出装置で、高精度の姿勢算出をおこなう。
【解決手段】３台以上のＧＰＳ受信機から姿勢を算出するＧＰＳ受信機の組合せを、予め固定で決めることなく、ＧＰＳ受信機のアンテナ間の基線長が長い組合せを常時監視する。そして、各々のＧＰＳ受信機の組合せからアンテナ間の基線長が最も長い２台のＧＰＳ受信機を選択し、その２台から出力される情報情報を姿勢算出に用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、姿勢算出装置、および、姿勢算出方法に係り、船舶や車両などの移動体でＧＰＳ（Global Positioning System）の位置情報を利用して、高精度の姿勢算出をおこなうのに好適な姿勢算出装置、および、姿勢算出方法に関する。

絶対姿勢算出は、絶対座標を用いて物体の姿勢を算出する方法である。また、ＧＰＳ測量は、複数のＧＰＳ衛星によって測量をおこなうシステムであり、ＧＰＳ測量を絶対姿勢算出について利用できる。ＧＰＳ測量については、以下の非特許文献１に記載がある。また、ＧＰＳを利用した移動体の姿勢算出については、以下の特許文献１に記載がある。

特開平９−１８９５６４号公報佐田達典著，「ＧＰＳ測量技術」，オーム社，２００３年１０月，p. 56-60

従来、ＧＰＳを利用した絶対姿勢算出は、ヨー角の検出は２個のＧＰＳから算出し、ロール角、ピッチ角、ヨー角の検出は、３個のＧＰＳから算出している。ただし、そのうちのＧＰＳの位置検出が１台でも欠けると、検出不可能となっている。これを回避するために、予備のＧＰＳを搭載し、位置検出が欠けたＧＰＳのバックアップで利用することは考えられるが、姿勢算出のための計算に使用するＧＰＳの組合せは予め決められた組合わせでおこなっている。

一般に、姿勢算出する場合には、基線長が長いほど精度の良い姿勢検出が可能である。しかしながら、従来のＧＰＳを利用した姿勢算出では、動的に位置を検出するためのＧＰＳを切り替えて使用するものではなかった。そのために、姿勢算出のためのＧＰＳの組合せがより良い精度が算出できる組合せがあるにも関わらず、姿勢算出のための計算に使用するＧＰＳの組合せは予め決められた組合わせでおこなっているために、精度が悪い結果しか得られていない場合がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、予備のＧＰＳ受信機を含めた３台以上のＧＰＳ受信機から姿勢を算出するＧＰＳ受信機の組合せを、予め固定で決めることなく、基線長が長い組合せを常時監視・選択して姿勢算出に用いることにより、高精度の姿勢算出をおこなう姿勢算出装置を提供することにある。

本発明の姿勢算出装置は、３台以上のＧＰＳ受信機を有し、各々のＧＰＳ受信機のアンテナから位置情報を受信し、受信した位置情報から物体の姿勢を算出する姿勢算出装置である。そして、３台以上のＧＰＳ受信機から姿勢を算出するＧＰＳ受信機の組合せを、予め固定で決めることなく、アンテナ間の基線長が長い組合せを常時監視して、アンテナ間の基線長が最も長い２台のＧＰＳ受信機を姿勢算出に用いる。

これにより、利用できるＧＰＳ受信機のシステム構成で精度が最良の組合せで姿勢算出をおこなうことができる。また、３台以上のＧＰＳ受信機を有しているので、ひの内の一部のＧＰＳ受信機が位置検出が不能になった場合でも、冗長性を有するので、正常に動作するＧＰＳ受信機により、姿勢算出が可能である。

本発明によれば、予備のＧＰＳ受信機を含めた３台以上のＧＰＳ受信機から姿勢を算出するＧＰＳ受信機の組合せを、予め固定で決めることなく、基線長が長い組合せを常時監視・選択して姿勢算出に用いることにより、高精度の姿勢算出をおこなう姿勢算出装置を提供することができる。

以下、図１ないし図４を用いて本発明に係る一実施形態を説明する。

先ず、図１および図２を用いて本発明の姿勢算出の原理について説明する。
図１は、船舶にＧＰＳ受信機を配したときのイメージ図である。
図２は、４台のＧＰＳ受信機を搭載した姿勢算出方法を説明するための図である。

本発明の姿勢算出には、図１に示されるように３台以上のＧＰＳ受信機を用いる。各々のＧＰＳ受信機には、ＧＰＳアンテナを持っており、ＧＰＳアンテナ間の長さが姿勢算出の基線長になる。一般的な原理としては、基線長が長ければ長いほど、姿勢算出の精度は高くなる。

以下、図２により本発明の姿勢算出の具体例を説明する。

、姿勢算出対象物１０１には４台のＧＰＳアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを搭載している。各ＧＰＳアンテナ間の基線長はα，β，γ，δ，εとする。

基線長の長さは、β＞α＞δ＝ε＞γという関係にある。

ＧＰＳ受信機の測位情報を常に監視しつづけ、姿勢算出をおこなう際には、上記の基線長の長い組合せを優先で姿勢算出をおこなう。

すなわち、ＧＰＳ受信機Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが測位可能な状態であれば、基線長が最も長いβであるＧＰＳ受信機ＡとＧＰＳ受信機Ｃを利用して姿勢算出をおこなう。

ここで、ＧＰＳ受信機Ａが測位不能状態になった場合、基線長が次に長いのは、αとなるので、ＧＰＳ受信機ＢとＧＰＳ受信機Ｂを利用して姿勢算出をおこなう。

このように、常に、測位状態と基線長が長い組合せを監視しながら、基線長の長い組合せでの姿勢算出をおこなう。

次に、図３を用いて本発明の一実施形態に係る姿勢算出装置の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る姿勢算出装置の構成図である。

本実施形態の姿勢算出装置は、図３に示されるように、ＧＰＳ受信機１０１、メディアコンバータ（ＭＣ）２００、ＨＵＢ３００、コントローラ４００よりなる。

ＧＰＳ受信機１０１は、各々のアンテナを基準位置とした（緯度,経度,高さ）の三次元座標を計測し、その出力を、例えば、ＲＳ２３２Ｃなどのシリアルインタフェースにより、メディアコンバータ２００に伝える。メディアコンバータ２００は、ＬＡＮ用のプロトコルに変換し、ＨＵＢ３００を介して、データをコントローラ４００に送信する。

コントローラ４００は、通常のパソコン、サーバなどの計算機により実現され、例えば、図３に示されるように、ＣＰＵ４０１、メインメモリ４０２、表示インタフェース４０３、通信インタフェース４０４、ＨＤＤ４０５が、内部バスにより結合された構成である。

通信インタフェース４０４は、ＬＡＮのプロトコルによりデータを送受信するインタフェースである。表示インタフェースには、管理モニタ５００が接続されている。

また、ＨＤＤ４０５には、姿勢算出プログラムが格納されており、ＣＰＵ４０１は、これをメインメモリ４０２上に読み出し、実行する。

次に、図４を用いて本発明の一実施形態に係る姿勢算出の処理について説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る姿勢算出の処理を示すフローチャートである。

先ず、コントローラは、ＧＰＳ受信機Ａ,Ｂ,…が算出した位置情報を受信する（Ｓ１００）。

次に、位置情報により、各々のＧＰＳ受信機のアンテナ間の基線長を求める（Ｓ１０１）。また、通常、ＧＰＳ受信機のアンテナ間の相対距離は、固定されているので、固定で基線長を持つようにしてもよい。

そして、測定されたＧＰＳ受信機の組み合わせで、基線長が一番長い組合せのＧＰＳ受信機の組合せを求める（Ｓ１０２）
最後に、選択された２台のＧＰＳ受信機の位置情報により、姿勢計算をおこなう（Ｓ１０３）。

船舶にＧＰＳ受信機を配したときのイメージ図である。４台のＧＰＳ受信機を搭載した姿勢算出方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る姿勢算出装置の構成図である。本発明の一実施形態に係る姿勢算出の処理を示すフローチャートである。

Claims

３台以上のＧＰＳ受信機を有し、各々のＧＰＳ受信機のアンテナから位置情報を受信し、受信した位置情報から物体の姿勢を算出する姿勢算出装置において、
前記ＧＰＳ受信機の内で、ＧＰＳ受信機のアンテナ間の基線長が最も長い２台のＧＰＳ受信機を選択し、その選択された２台のＧＰＳ受信機の受信した位置情報により、姿勢を算出する姿勢算出装置。
３台以上のＧＰＳ受信機を有し、各々のＧＰＳ受信機のアンテナから位置情報を受信し、受信した位置情報から物体の姿勢を算出する姿勢算出装置の姿勢算出方法において、
位置情報を出力しているＧＰＳ受信機のアンテナ間の基線長を求めるステップと、
前記基線長の距離を比較するステップと、
前記基線長の最大となる２台のＧＰＳ受信機を選択するステップと、
前記選択された２台のＧＰＳ受信機の出力した位置情報により、物体の姿勢を算出するステップとを有することを特徴とする姿勢算出方法。