JP2009041932A - Mobile object positioning apparatus - Google Patents

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Kiyomi Eimiya
清美 永宮
Akihiro Ueda
晃宏 上田
Naoto Hasegawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a position of a mobile object by using a proper error variance in response to a reception condition of a satellite radio wave. <P>SOLUTION: A mobile object positioning apparatus of the invention comprises: an inertial navigation positioning means for obtaining the position of the mobile object by an inertial navigation; a satellite navigation positioning means for obtaining the position of the mobile object by a satellite navigation; a state quantity estimating means for considering an observation quantity as a relationship between positioning results of the inertial navigation positioning means and the satellite navigation positioning means, considering a state quantity as a correction parameter used in the inertial navigation positioning means, using the error variation of the positioning result of the satellite navigation positioning means, and estimating the state quantity; a means for reflecting the state quantity estimated by the state quantity estimating means to positioning in the inertial navigation positioning means; and a correcting means for correcting the error variance in response to the reception condition of the satellite radio wave received by the mobile object. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置に関する。   The present invention relates to a positioning device for a moving body that is mounted on a moving body and measures the position of the moving body.

従来から、衛星航法(GPS)から得た位置の誤差分散と、慣性航法(自立航法:INS)から得た位置の誤差分散とを導出し、両者の逆比に対応する比例配分係数に応じてGPS位置情報とINS位置情報とを統合する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, position error variance obtained from satellite navigation (GPS) and position error variance obtained from inertial navigation (self-contained navigation: INS) are derived, and the proportional distribution coefficient corresponding to the inverse ratio of both is derived. A technique for integrating GPS position information and INS position information is known (see, for example, Patent Document 1).

また、上記の特許文献1では、単にGPS位置情報とINS位置情報とを最終段で結合させるものであるが、より緊密に衛星航法と慣性航法とを併用するGPS/INS協調測位により、車両位置を測位する車両位置測位装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2には、慣性航法装置のドリフトの補正方法や衛星航法装置のオフセットの補正方法が開示されている。
特開平9−72746号公報 特開平1−316607号公報
Further, in the above-mentioned Patent Document 1, the GPS position information and the INS position information are simply combined at the final stage, but the vehicle position is more closely coordinated by GPS / INS coordinated positioning using both satellite navigation and inertial navigation. There is also known a vehicle position measurement device that measures the position of the vehicle (see, for example, Patent Document 2). Patent Document 2 discloses a drift correction method for an inertial navigation device and an offset correction method for a satellite navigation device.
JP-A-9-72746 JP-A-1-316607

ところで、GPS/INS協調測位を用いて移動体位置を測位する場合、衛星航法で測位される移動体位置の誤差分散を用いて、慣性航法装置のドリフト等のような、補正パラメータを推定し補正することが有用である。   By the way, when positioning a moving body position using GPS / INS coordinated positioning, correction parameters such as drift of an inertial navigation apparatus are estimated and corrected using error variance of the moving body position measured by satellite navigation. It is useful to do.

しかしながら、衛星航法で測位される移動体位置の誤差分散をそのまま用いる場合(即ち補正せずに用いる場合)、移動体で受信される衛星電波の受信状態によっては不適切な誤差分散を用いることになり、その結果、測位精度が悪化する虞がある。   However, when the error variance of the mobile object position measured by satellite navigation is used as it is (that is, when it is used without correction), an inappropriate error variance is used depending on the reception state of the satellite radio wave received by the mobile object. As a result, the positioning accuracy may deteriorate.

そこで、本発明は、移動体で受信される衛星電波の受信状態に応じた適切な誤差分散を用いて移動体の位置を測位することができる移動体用測位装置の提供を目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a mobile positioning device that can measure the position of a mobile body using an appropriate error variance according to the reception state of satellite radio waves received by the mobile body.

上記目的を達成するため、第1の発明は、移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
慣性航法により前記移動体の位置を測位する慣性航法測位手段と、
衛星航法により前記移動体の位置を測位する衛星航法測位手段と、
前記衛星航法測位手段の測位結果と前記慣性航法測位手段の測位結果との関係を観測量とし、前記慣性航法測位手段で用いられる補正パラメータを状態量として、前記衛星航法測位手段の測位結果の誤差分散を用いて、前記状態量を推定する状態量推定手段と、
前記状態量推定手段により推定された状態量を前記慣性航法測位手段の測位に反映させる手段と、
前記移動体で受信される衛星電波の受信状態に応じて前記誤差分散を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a positioning device for a moving body that is mounted on a moving body and measures the position of the moving body.
Inertial navigation positioning means for positioning the position of the moving body by inertial navigation;
Satellite navigation positioning means for positioning the position of the moving body by satellite navigation;
The relationship between the positioning result of the satellite navigation positioning means and the positioning result of the inertial navigation positioning means is an observation amount, the correction parameter used in the inertial navigation positioning means is a state quantity, and the error of the positioning result of the satellite navigation positioning means State quantity estimation means for estimating the state quantity using variance;
Means for reflecting the state quantity estimated by the state quantity estimating means in the positioning of the inertial navigation positioning means;
And correction means for correcting the error variance according to a reception state of satellite radio waves received by the mobile body.

第2の発明は、第1の発明に係る移動体用測位装置において、
前記補正手段は、所定数以上の衛星が捕捉された場合には、前記誤差分散を補正せず、所定数未満の衛星が捕捉された場合に、前記誤差分散を補正することを特徴とする。
2nd invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 1st invention,
The correction means does not correct the error variance when a predetermined number or more of satellites are captured, and corrects the error variance when less than a predetermined number of satellites are captured.

第3の発明は、第1又は2の発明に係る移動体用測位装置において、
前記補正手段は、所定数以上の衛星が捕捉された観測周期に対応した周期で前記慣性航法測位手段により測位される前記移動体の位置を基点として、その後の前記移動体の位置を推定する移動体位置推定手段を備え、前記移動体位置推定手段により推定された前記移動体の推定位置を、該推定位置に対応する周期で前記慣性航法測位手段により測位される前記移動体の測位位置と比較し、当該比較結果に基づいて、前記誤差分散を補正することを特徴とする。
3rd invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 1st or 2nd invention,
The correction means uses the position of the moving body measured by the inertial navigation positioning means at a period corresponding to an observation period in which a predetermined number or more of satellites are captured as a base point for movement to estimate the position of the subsequent moving body Comparing the estimated position of the moving object estimated by the moving object position estimating means with the positioning position of the moving object measured by the inertial navigation positioning means at a period corresponding to the estimated position. The error variance is corrected based on the comparison result.

第4の発明は、第3の発明に係る移動体用測位装置において、
前記移動体位置推定手段は、所定数未満の衛星が捕捉された観測周期に対応した周期の前記移動体の位置を推定することを特徴とする。
4th invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 3rd invention,
The mobile object position estimating means estimates the position of the mobile object having a period corresponding to an observation period in which less than a predetermined number of satellites are captured.

第5の発明は、第3又は4の発明に係る移動体用測位装置において、
前記補正手段は、少なくとも2つの直交する方向成分で前記推定位置と前記測位位置との差分を導出し、該導出した各方向成分の差分に基づいて、対応する各方向成分に係る前記誤差分散を補正することを特徴とする。
5th invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 3rd or 4th invention,
The correction means derives a difference between the estimated position and the positioning position using at least two orthogonal direction components, and based on the derived difference between the direction components, the error variance relating to each corresponding direction component is calculated. It is characterized by correcting.

第6の発明は、第5の発明に係る移動体用測位装置において、
前記補正手段は、前記導出した差分が大きい場合には、前記導出した差分が小さい場合に比べて高い増加割合で、前記誤差分散が増加する方向に前記誤差分散を補正することを特徴とする。
6th invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 5th invention,
The correction means corrects the error variance in a direction in which the error variance increases at a higher rate when the derived difference is large than when the derived difference is small.

第7の発明は、第1〜6のうちのいずれかの発明に係る移動体用測位装置において、
前記補正手段は、衛星電波の受信結果に基づいて、少なくとも2つの直交する方向で衛星電波の受信状態を表す指標値を導出し、該導出した各方向成分の指標値に基づいて、対応する各方向成分に係る前記誤差分散を補正することを特徴とする。
7th invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on any invention among the 1st-6th,
The correction means derives an index value indicating the reception state of the satellite radio wave in at least two orthogonal directions based on the reception result of the satellite radio wave, and corresponding each of the corresponding values based on the derived index value of each direction component The error variance related to the direction component is corrected.

第8の発明は、第7の発明に係る移動体用測位装置において、
前記指標値は、各方向を基準とした所定範囲内に存在する衛星数、及び、前記移動体における各衛星からの衛星電波の受信強度に基づくことを特徴とする。
An eighth invention is the positioning device for a moving body according to the seventh invention,
The index value is based on the number of satellites existing within a predetermined range with respect to each direction and the reception intensity of satellite radio waves from each satellite in the mobile body.

本発明によれば、移動体で受信される衛星電波の受信状態に応じた適切な誤差分散を用いて移動体の位置を測位することができる移動体用測位装置が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positioning apparatus for moving bodies which can position the position of a moving body using the suitable error dispersion | distribution according to the reception state of the satellite electromagnetic wave received with a moving body is obtained.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明による移動体用測位装置の一実施例を含む車両位置測位システム100を示すシステム構成図である。   FIG. 1 is a system configuration diagram showing a vehicle positioning system 100 including an embodiment of a mobile positioning apparatus according to the present invention.

尚、以下では、移動体としての車両の位置を適切に測位する車両位置測位システムを例示するが、本発明は、車両以外の如何なる移動体にも適用可能である。その他の移動体としては、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末等がありうる。   In the following, a vehicle position positioning system that appropriately measures the position of a vehicle as a moving body will be exemplified, but the present invention is applicable to any moving body other than a vehicle. Other mobile objects may include motorcycles, railways, ships, aircraft, hawk lifts, robots, and information terminals such as mobile phones that move as people move.

車両位置測位システム100は、主要な構成要素として、衛星航法測位装置110と、慣性航法測位装置200と、カルマンフィルタ(状態推定器)120と、車両モデル130と、誤差分散補正部140とを含む。   The vehicle position positioning system 100 includes a satellite navigation positioning device 110, an inertial navigation positioning device 200, a Kalman filter (state estimator) 120, a vehicle model 130, and an error variance correction unit 140 as main components.

衛星航法測位装置110は、主たる構成要素としてGPS受信機及びGPSアンテナ(図示せず)を備える。衛星航法測位装置110のGPS受信機は、GPSアンテナを介して入力される衛星信号に基づいて、車両位置及び車両速度を測位する。車両位置及び車両速度は、いわゆる単独測位法で測位されてもよい。尚、ここでは、車両位置及び車両速度は、緯度、経度及び高度の座標系(llhとNED)で求められるものとする。また、GPS受信機は、測位過程で車両位置及び車両速度の誤差分散を算出する。誤差分散は、緯度、経度及び高度の成分毎に導出される。誤差分散の算出方法は、任意の適切な方法が採用されてよい。衛星航法測位装置110により算出される誤差分散は、測位周期毎に、誤差分散補正部140に入力される。   The satellite navigation positioning device 110 includes a GPS receiver and a GPS antenna (not shown) as main components. The GPS receiver of the satellite navigation positioning device 110 measures the vehicle position and vehicle speed based on the satellite signal input via the GPS antenna. The vehicle position and the vehicle speed may be measured by a so-called single positioning method. Here, it is assumed that the vehicle position and the vehicle speed are obtained by a latitude, longitude, and altitude coordinate system (llh and NED). In addition, the GPS receiver calculates an error variance of the vehicle position and the vehicle speed in the positioning process. The error variance is derived for each component of latitude, longitude, and altitude. Any appropriate method may be adopted as a method for calculating the error variance. The error variance calculated by the satellite navigation positioning device 110 is input to the error variance correction unit 140 for each positioning cycle.

慣性航法測位装置200は、図1に示すように、3軸加速度センサ及び3軸角速度センサを含むIMU(慣性測定ユニット)202の出力信号に基づいて、車両位置、速度や車両姿勢(方位角)を算出する。慣性航法による車両位置の測位方法は、多種多様でありえ、如何なる方法であってもよい。例えば車両位置は、加速度センサの出力値に、姿勢変換、重力補正、コリオリ力補正を行って2回積分し、当該2回積分により得られる移動距離を、車両位置の前回値(車両位置測位システム100の最終的な測位結果の前回値のフィードバック)に積算することで導出されてよい。尚、ここでは、慣性航法測位装置200においても、車両位置及び車両速度は、緯度、経度及び高度の座標系(NED)で求められるものとする。慣性航法測位装置200により測位される車両位置及び車両速度(INS仮測位結果)は、測位周期毎に、衛星航法測位装置110により測位される車両位置及び車両速度(GPS測位結果)との差分値が取られ、当該差分値がカルマンフィルタ120に入力される。即ち、車両位置の差及び車両速度の差が、観測量zとしてカルマンフィルタ120に入力される。この際、GPS測位結果及びINS仮測位結果は、時間的に同期した態様で差分が取られる(例えばGPS時刻を基準として同期させて差分が取られる)。   As shown in FIG. 1, the inertial navigation positioning device 200 is based on an output signal of an IMU (inertial measurement unit) 202 including a triaxial acceleration sensor and a triaxial angular velocity sensor, and the vehicle position, speed, and vehicle attitude (azimuth angle). Is calculated. The vehicle position positioning method by inertial navigation can be various and any method can be used. For example, the vehicle position is obtained by integrating the output value of the acceleration sensor twice by performing posture conversion, gravity correction, and Coriolis force correction, and the moving distance obtained by the two-time integration is calculated as the previous value of the vehicle position (vehicle position positioning system). It may be derived by adding up to the previous value feedback of 100 final positioning results. Here, also in the inertial navigation positioning apparatus 200, the vehicle position and the vehicle speed are obtained by a coordinate system (NED) of latitude, longitude, and altitude. The vehicle position and vehicle speed (INS temporary positioning result) measured by the inertial navigation positioning device 200 are the difference values between the vehicle position and vehicle speed (GPS positioning result) measured by the satellite navigation positioning device 110 for each positioning cycle. And the difference value is input to the Kalman filter 120. That is, the difference in vehicle position and the difference in vehicle speed are input to the Kalman filter 120 as the observation amount z. At this time, the GPS positioning result and the INS temporary positioning result are differenced in a time-synchronized manner (for example, the difference is taken in synchronization with GPS time as a reference).

カルマンフィルタ120は、GPS測位結果及びINS仮測位結果の差分値を入力として、GPS測位結果及びINS仮測位結果のそれぞれの信頼性により確率的に最も正しい値になるように、状態量であるINS補正値ηを推定する。INS補正値ηは、車両位置及び速度に関する補正値に加えて、車両姿勢、加速度センサ及び角速度センサのバイアス、ドリフトに関する補正値を含んでよい。カルマンフィルタ120では、例えば、以下のようにして、INS補正値ηが推定される。状態方程式は、以下のように設定される。
η(t)=F・η(tn−1)+G・u(tn−1)+Γ・w(tn−1
ここで、η(t)は、時刻t=tでの状態変数を表わし、また、u(tn−1)及びw(tn−1)は、それぞれ、時刻t=tn−1での既知入力及び外乱(システム雑音:正規性白色雑音)である。η(t)は、慣性航法測位装置200で推定される車両推定位置r(INS)及び車両推定速度V(INS)のそれぞれの誤差δr(INS)及びδv(INS)、慣性航法測位装置200で推定される車両の姿勢の誤差δε(INS)、IMU202の角速度センサのバイアス誤差δb、IMU202の加速度センサのドリフト誤差δd、及び、車両のタイヤの半径誤差δs等を含んでよい。
The Kalman filter 120 receives the difference value between the GPS positioning result and the INS temporary positioning result as an input, and corrects the INS correction that is the state quantity so as to be the most probable value depending on the reliability of the GPS positioning result and the INS temporary positioning result. Estimate the value η. The INS correction value η may include correction values related to vehicle attitude, bias of the acceleration sensor and angular velocity sensor, and drift, in addition to correction values related to the vehicle position and speed. In the Kalman filter 120, for example, the INS correction value η is estimated as follows. The state equation is set as follows.
η (t n ) = F · η (t n−1 ) + G · u (t n−1 ) + Γ · w (t n−1 )
Here, η (t n ) represents a state variable at time t = t n , and u (t n−1 ) and w (t n−1 ) respectively represent time t = t n−1. Are known inputs and disturbances (system noise: normal white noise). η (t n ) represents errors δr (INS) and δv (INS) of the vehicle estimated position r (INS) and the vehicle estimated speed V (INS) estimated by the inertial navigation positioning device 200, and the inertial navigation positioning device 200. The vehicle posture error δε (INS) estimated by the above equation, the IMU 202 angular velocity sensor bias error δb, the IMU 202 acceleration sensor drift error δd, the vehicle tire radius error δs, and the like may be included.

また、観測方程式は、次のように設定される。
z(t)=H(t)・η(t)+v(t
観測量z(t)は、時刻t=tn−1でのGPS測位結果及びINS仮測位結果の差分値である。H(t)は観測行列であり、v(t)は観測雑音である。
The observation equation is set as follows.
z (t n ) = H (t n ) · η (t n ) + v (t n )
The observation amount z (t n ) is a difference value between the GPS positioning result and the INS temporary positioning result at time t = t n−1 . H (t n ) is an observation matrix, and v (t n ) is an observation noise.

車両モデル130は、車載の各種センサの出力を入力として、車両の位置を推定するモデルである。この種の車両モデルの構築方法は、種々提案されており、如何なる方法であってもよい。図示の車両モデル130は、車輪速センサ132の出力を入力として、位置が既知の基点(後述)からの車両の移動量を推定して車両の位置を推定するモデルである。尚、ここでは、車両モデル130においても、推定車両位置は、緯度、経度及び高度の座標系(NED)で求められるものとする。車両の移動量が、例えばWGS84に基づく地球固定座標系等のような他の座標系で算出されている場合、当該移動量を座標変換し、当該座標変換した移動量を、経度及び高度の座標系の基点に積算することで、経度及び高度の座標系の推定車両位置を算出することができる。車両モデル130により推定された車両位置は、誤差分散補正部140に入力される。   The vehicle model 130 is a model that estimates the position of the vehicle using outputs from various on-vehicle sensors as inputs. Various methods for constructing this type of vehicle model have been proposed, and any method may be used. The illustrated vehicle model 130 is a model that estimates the position of the vehicle by estimating the amount of movement of the vehicle from a base point (described later) whose position is known, using the output of the wheel speed sensor 132 as an input. Here, also in the vehicle model 130, it is assumed that the estimated vehicle position is obtained by a coordinate system (NED) of latitude, longitude, and altitude. When the movement amount of the vehicle is calculated in another coordinate system such as a fixed earth coordinate system based on WGS84, for example, the movement amount is converted into coordinates, and the converted movement amount is converted into longitude and altitude coordinates. By integrating the base point of the system, the estimated vehicle position in the longitude and altitude coordinate system can be calculated. The vehicle position estimated by the vehicle model 130 is input to the error variance correction unit 140.

誤差分散補正部140は、車両で受信される衛星電波の受信状態に応じて、衛星航法測位装置110から入力される誤差分散を補正する。誤差分散補正部140は、補正した誤差分散をカルマンフィルタ120に入力する。カルマンフィルタ120では、誤差分散補正部140から入力される誤差分散が観測ノイズの分散として用いられて、状態量(INS補正値η)が推定される。誤差分散補正部140の誤差分散補正処理については、後に詳説する。   The error variance correction unit 140 corrects the error variance input from the satellite navigation positioning device 110 according to the reception state of the satellite radio wave received by the vehicle. The error variance correction unit 140 inputs the corrected error variance to the Kalman filter 120. In the Kalman filter 120, the error variance input from the error variance correction unit 140 is used as the variance of the observation noise, and the state quantity (INS correction value η) is estimated. The error variance correction process of the error variance correction unit 140 will be described in detail later.

図2は、本実施例の車両位置測位システム100により実現される測位演算処理を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing a positioning calculation process realized by the vehicle positioning system 100 of the present embodiment.

ステップ300では、IMU202の出力値(例えば3軸方向の加速度、及び、3軸まわりの角速度)がサンプリングされる。IMU202の出力値は、後述のステップ350のカルマンフィルタ120により推定されるINS補正値ηに基づいて補正を受けてよい。即ち、IMU202の出力値のバイアスやドリフトの誤差が補正されてよい。   In step 300, the output value of the IMU 202 (eg, acceleration in the three-axis direction and angular velocity about the three axes) is sampled. The output value of the IMU 202 may be corrected based on the INS correction value η estimated by the Kalman filter 120 in step 350 described later. That is, the bias or drift error of the output value of the IMU 202 may be corrected.

ステップ310では、慣性航法測位装置200において、上記ステップ300で得られるIMUの出力値に基づいて、車両推定位置及び車両推定速度、姿勢等が導出される。   In step 310, the inertial navigation positioning apparatus 200 derives the estimated vehicle position, estimated vehicle speed, posture, and the like based on the output value of the IMU obtained in step 300.

ステップ320では、カルマンフィルタ120においてカルマンフィルタ120の時間更新が実行される。カルマンフィルタ120の時間更新は、例えば以下のように表される。
η(t(−)=η(tn−1(+)+u(tn−1
P(t(−)=F・P(tn−1(+)・F+Γ・Q(tn−1)・Γ
尚、Pは、予測・推定誤差の共分散行列であり、Qは、外乱wの共分散行列(正定値対称行列)である。尚、符号(+)及び(−)は更新前後を表す。
In step 320, the Kalman filter 120 performs time update of the Kalman filter 120. The time update of the Kalman filter 120 is expressed as follows, for example.
η (t n ) (−) = η (t n−1 ) (+) + u (t n−1 )
P (t n ) (−) = F · P (t n−1 ) (+) · F T + Γ · Q (t n−1 ) · Γ T
P is a covariance matrix of prediction / estimation errors, and Q is a covariance matrix (positive definite symmetric matrix) of disturbance w. Symbols (+) and (-) represent before and after the update.

ステップ330では、今回周期(t)の観測量z(t)に基づいて観測行列H(t)が演算される。 In step 330, an observation matrix H (t n ) is calculated based on the observation amount z (t n ) of the current cycle (t n ).

ステップ340では、カルマンゲインKが以下のように演算される。
K(t)=P(t(−)・H(t)・(H(t)・P(t(−)・H(t)+R(t))−1
ここで、R(t)は、観測ノイズの分散行列である。R(t)は、誤差分散補正部140で生成され、次の通りである。
R(t)=M(t)・W(t
ここで、M(t)は、非対角成分がゼロの分散更新用行列であり、デフォルトは単位行列である。分散更新用行列M(t)の対角成分は、分散更新用ゲインであり、これについては後に詳説する。W(t)は、非対角成分がゼロの行列であり、対角成分には、衛星航法測位装置110により算出される誤差分散の各成分(緯度成分、経度成分、高度成分)が代入される。
In step 340, the Kalman gain Kk is calculated as follows.
K (t n) = P ( t n) (-) · H T (t n) · (H (t n) · P (t n) (-) · H T (t n) + R (t n)) -1
Here, R (t n ) is a dispersion matrix of observation noise. R (t n ) is generated by the error variance correction unit 140 and is as follows.
R (t n ) = M k (t n ) · W k (t n )
Here, M k (t n ) is a distributed update matrix with zero off-diagonal components, and the default is a unit matrix. The diagonal component of the distributed update matrix M k (t n ) is the distributed update gain, which will be described in detail later. W k (t n ) is a matrix with zero off-diagonal components, and each component of error variance (latitude component, longitude component, altitude component) calculated by the satellite navigation positioning device 110 is included in the diagonal component. Assigned.

ステップ350では、上記のステップ340で得られるカルマンゲインK(t)に基づいて、状態量η(t)が以下のように算出される。
η(t(+)=η(t(−)+K(t)・(z(t)−H(t)・η(t(−)
ステップ360では、上記のステップ350で導出された状態量η(t)に基づいて、誤差補正が実行される。即ち、IMU202の出力値のバイアス及びドリフト補正が実行され、慣性航法測位装置200において車両推定位置r(INS)及び車両推定速度V(INS)、姿勢の補正が実行される。その結果、誤差補正後の車両推定位置等が最終的な今回周期の測位結果(GPS/INS協調測位結果)として得られる。尚、上記のステップ300乃至370の処理は、その周期のIMU202の出力値に基づいて、例えば状態量η(t)が収束するまで繰り返し実行されてもよい。また、車輪速センサ132のスケーリングファクタ(車両モデル)についても、状態量η(t)に含まれるタイヤ半径誤差δsの推定値に基づいて、補正されてよい。
In step 350, based on the Kalman gain K (t n ) obtained in step 340, the state quantity η (t n ) is calculated as follows.
η (t n ) (+) = η (t n ) (−) + K (t n ) · (z (t n ) −H (t n ) · η (t n ) (−) )
In step 360, error correction is performed based on the state quantity η (t n ) derived in step 350 described above. That is, bias correction and drift correction of the output value of the IMU 202 are performed, and the inertial navigation positioning device 200 corrects the estimated vehicle position r (INS), estimated vehicle speed V (INS), and attitude. As a result, the estimated vehicle position and the like after error correction are obtained as the final positioning result (GPS / INS cooperative positioning result) of the current cycle. Note that the processing in steps 300 to 370 described above may be repeatedly executed based on the output value of the IMU 202 in that cycle until, for example, the state quantity η (t n ) converges. Also, the scaling factor (vehicle model) of the wheel speed sensor 132 may be corrected based on the estimated value of the tire radius error δs included in the state quantity η (t n ).

ステップ370では、上記のステップ340で得られるカルマンゲインK(t)に基づいて、共分散行列Pが以下のように更新される。
P(t(+)=P(t(−)−K(t)・H(t)・P(t(−)
図3は、本実施例の車両位置測位システム100により実現される主要処理を示すフローチャートである。
In step 370, the covariance matrix P is updated as follows based on the Kalman gain K (t n ) obtained in step 340 above.
P (t n ) (+) = P (t n ) (−) −K (t n ) · H (t n ) · P (t n ) (−)
FIG. 3 is a flowchart showing the main processing realized by the vehicle positioning system 100 of the present embodiment.

ステップ400では、誤差分散補正部140において、衛星航法測位装置110のGPS受信機で受信される衛星数(捕捉衛星数)が所定数以上か否かが判定される。所定数は、衛星航法測位装置110による測位に必要な最小限の衛星数よりも十分大きい数であり、例えば8〜10の範囲内の数であってよい。なお、地図データ等に基づいて、車両が、交差点や低層市街地のような電波障害物が周囲に存在しない領域に存在すると判断できる場合に、捕捉衛星数が所定数以上であると推定してもよい。或いは、逆に、車両が、高層ビル等が林立する地域に存在すると判断できる場合に、捕捉衛星数が所定数未満であると推定してもよい。捕捉衛星数が所定数以上である場合には、ステップ402に進む。捕捉衛星数が所定数未満の場合には、ステップ408に進む。尚、捕捉衛星数が所定数未満の場合でも、捕捉衛星数が衛星航法測位装置110の測位に必要な最小衛星数(例えば4)より少ない場合には、今回周期の誤差分散が得られないので、今回周期の処理は終了する。他言すると、捕捉衛星数が所定数未満であって、捕捉衛星数が衛星航法測位装置110の測位に必要な最小衛星数と同じ若しくはそれ以上の場合に、ステップ408に進む。   In step 400, the error variance correction unit 140 determines whether the number of satellites (captured satellites) received by the GPS receiver of the satellite navigation positioning device 110 is equal to or greater than a predetermined number. The predetermined number is a number sufficiently larger than the minimum number of satellites necessary for positioning by the satellite navigation positioning device 110, and may be a number in the range of 8 to 10, for example. Even if it can be determined that the vehicle is present in an area where there are no radio wave obstacles such as intersections or low-rise urban areas based on map data, the number of captured satellites is estimated to be greater than or equal to a predetermined number. Good. Or conversely, when it can be determined that the vehicle exists in an area where a high-rise building or the like stands, the number of captured satellites may be estimated to be less than a predetermined number. If the number of captured satellites is equal to or greater than the predetermined number, the process proceeds to step 402. If the number of captured satellites is less than the predetermined number, the process proceeds to step 408. Even if the number of captured satellites is less than the predetermined number, if the number of captured satellites is less than the minimum number of satellites (for example, 4) required for positioning by the satellite navigation positioning device 110, the error variance of the current cycle cannot be obtained. This cycle of processing ends. In other words, if the number of captured satellites is less than the predetermined number and the number of captured satellites is equal to or greater than the minimum number of satellites necessary for positioning by the satellite navigation positioning device 110, the process proceeds to step 408.

ステップ402では、誤差分散補正部140において、今回周期のフラグFlagがオンにセットされる。   In Step 402, the error variance correction unit 140 sets the flag Flag for the current cycle to ON.

ステップ404では、前回周期のフラグFlag_oldがオフであった場合には、誤差分散補正部140において、今回周期(t)の分散更新用行列M(t)が単位行列にリセットされる。この場合、観測ノイズの分散行列R(t)は、今回周期で衛星航法測位装置110から入力される誤差分散に基づく行列W(t)となる。即ち、今回周期で衛星航法測位装置110から入力される誤差分散は実質的に補正されない。 In step 404, when the flag Flag_old of the previous cycle is OFF, the error variance correction unit 140 resets the variance update matrix M k (t n ) of the current cycle (t n ) to a unit matrix. In this case, the observation noise variance matrix R (t n ) is a matrix W k (t n ) based on the error variance input from the satellite navigation positioning device 110 in the current cycle. That is, the error variance input from the satellite navigation positioning device 110 in the current cycle is not substantially corrected.

ステップ406では、慣性航法測位装置200及びカルマンフィルタ120において、上述の図2の測位演算処理に従って、上記のステップ404で生成された分散更新用行列M(t)を用いて、車両位置が測位される。即ち、今回周期で衛星航法測位装置110から入力される誤差分散に基づく行列W(t)を観測ノイズの分散行列R(t)として、車両位置が測位される。この結果得られる車両位置(GPS/INS協調測位結果)は、今後の測位の基点として用いられる。ここで、複数周期継続して捕捉衛星数が所定数以上存在する場合、衛星航法測位装置110から入力される誤差分散が最小(極小)となる周期で測位された車両位置が基点として用いられてもよい。例えば、交差点通過時の車速と交差点の地図データ(交差点の大きさ等を示す地図データ)から、交差点通過に要する時間を予測し、当該予測される通過時間分のバッファを作成する。そして、予測通過時間中の各周期で衛星航法測位装置110から入力される誤差分散(車両位置の誤差分散)と、予測通過時間中の各周期で得られるGPS/INS協調測位結果を随時保存し、誤差分散に関してはフィルタリングする。そして、交差点終盤に車両が差し掛かったと判断(GPS/INS協調測位結果と地図データとの比較等により判断)した場合に、バッファ内から誤差分散が最小となる周期に係るGPS/INS協調測位結果を抽出し、それを基点としてもよい。 In step 406, in the inertial navigation positioning device 200 and the Kalman filter 120, the vehicle position is determined using the distributed update matrix M k (t n ) generated in step 404 according to the positioning calculation process in FIG. Is done. That is, the vehicle position is measured using the matrix W k (t n ) based on the error variance input from the satellite navigation positioning device 110 in the current cycle as the observation noise variance matrix R (t n ). The vehicle position obtained as a result (GPS / INS cooperative positioning result) is used as a base point for future positioning. Here, when there are more than a predetermined number of captured satellites continuously for a plurality of cycles, the vehicle position measured with a cycle in which the error variance input from the satellite navigation positioning device 110 is minimized (minimum) is used as a base point. Also good. For example, the time required for passing the intersection is predicted from the vehicle speed at the time of passing the intersection and the map data of the intersection (map data indicating the size of the intersection, etc.), and a buffer corresponding to the predicted passing time is created. Then, the error variance (vehicle position error variance) input from the satellite navigation positioning device 110 in each cycle during the predicted transit time and the GPS / INS cooperative positioning result obtained in each cycle during the forecast transit time are saved as needed. The error variance is filtered. When it is determined that the vehicle has reached the end of the intersection (by comparing the GPS / INS coordinated positioning result with the map data, etc.), the GPS / INS coordinated positioning result related to the cycle in which the error variance is minimized from the buffer. It may be extracted and used as a base point.

ステップ408では、誤差分散補正部140において、今回周期のフラグFlagがオフにセットされる。   In step 408, the error flag correction unit 140 sets the flag for the current cycle to OFF.

ステップ410では、誤差分散補正部140において、今回周期で衛星航法測位装置110から入力される誤差分散W(t)に、分散更新用行列M(t)を乗じて、観測ノイズの分散行列R(t)が生成される。即ち、今回周期で衛星航法測位装置110から入力される誤差分散が実質的に補正される。そして、慣性航法測位装置200及びカルマンフィルタ120において、誤差分散補正部140で生成された観測ノイズの分散行列R(t)を用いて、上述の図2の測位演算処理に従って、車両位置が測位される。即ち、今回周期で衛星航法測位装置110から入力される誤差分散に、分散更新用行列M(t)を乗じて得られる行列を観測ノイズの分散行列R(t)として、車両位置(GPS/INS協調測位結果)が測位される。 In step 410, the error variance correction unit 140 multiplies the error variance W k (t n ) input from the satellite navigation positioning device 110 in the current cycle by the variance update matrix M k (t n ) to reduce the observation noise. A variance matrix R (t n ) is generated. That is, the error variance input from the satellite navigation positioning device 110 in the current cycle is substantially corrected. Then, in the inertial navigation positioning device 200 and the Kalman filter 120, the vehicle position is measured according to the positioning calculation process of FIG. 2 described above, using the observation noise variance matrix R (t n ) generated by the error variance correction unit 140. The That is, a matrix obtained by multiplying the error variance input from the satellite navigation positioning device 110 in the current cycle by the variance update matrix M k (t n ) is used as the observation noise variance matrix R (t n ), and the vehicle position ( GPS / INS cooperative positioning result) is measured.

ステップ412では、前回周期のフラグFlag_oldがオンであった場合には、誤差分散補正部140において、前回周期にてステップ406で得られる車両位置(GPS/INS協調測位結果)が基点に設定される。   In step 412, when the flag Flag_old in the previous cycle is on, the error variance correction unit 140 sets the vehicle position (GPS / INS cooperative positioning result) obtained in step 406 in the previous cycle as a base point. .

ステップ414では、誤差分散補正部140において、上記のステップ404又は410で得られるGPS/INS協調測位結果と共に基点に関する情報が、車両モデル130に供給され、或いは、車両モデル130がアクセス可能なメモリに保存される。また、フラグFlag_oldが更新される。即ち、次回周期の処理に備えて、フラグFlag_old=今回周期のフラグFlagとして更新される。   In step 414, the error variance correction unit 140 supplies the information about the base point together with the GPS / INS coordinated positioning result obtained in step 404 or 410 to the vehicle model 130, or in a memory accessible by the vehicle model 130. Saved. In addition, the flag Flag_old is updated. That is, in preparation for the next cycle processing, the flag Flag_old is updated as the flag Flag of the current cycle.

ステップ416では、誤差分散補正部140において、今回周期のフラグFlagがオンであるか否かが判定される。今回周期のフラグFlagがオンである場合、即ち今回周期の捕捉衛星数が所定数以上である場合には、今回周期の処理は終了する。この場合、上記のステップ404で得られた車両位置が、最終的な今回周期の測位結果(GPS/INS協調測位結果)として、例えばナビゲーション装置(図示せず)に供給される。一方、今回周期のフラグFlagがオフである場合、即ち今回周期の捕捉衛星数が所定数未満である場合には、ステップ418に進む。   In step 416, the error variance correction unit 140 determines whether or not the flag Flag for the current cycle is on. If the flag for the current cycle is on, that is, if the number of captured satellites for the current cycle is greater than or equal to a predetermined number, the processing for the current cycle ends. In this case, the vehicle position obtained in step 404 is supplied to, for example, a navigation device (not shown) as a final positioning result (GPS / INS cooperative positioning result) of the current cycle. On the other hand, when the flag for the current cycle is OFF, that is, when the number of captured satellites for the current cycle is less than the predetermined number, the process proceeds to step 418.

ステップ418では、車両モデル130において、上記のステップ412で設定された基点を用いて、車両位置が推定される。例えば、基点の位置(既知)と、基点からの移動量及び方向に基づいて、今回周期の車両位置が推定される。車両位置の推定には、車両モデル130に代えて若しくは加えて、ナビゲーション装置の地図データ、車載カメラの撮像データ、車車間通信で得られるデータ、路側に設置される各種設備(インフラ)から得られるデータ等が用いられてもよい。   In step 418, in the vehicle model 130, the vehicle position is estimated using the base point set in step 412 above. For example, the vehicle position in the current cycle is estimated based on the position (known) of the base point and the amount and direction of movement from the base point. For estimation of the vehicle position, instead of or in addition to the vehicle model 130, it is obtained from map data of the navigation device, imaging data of the in-vehicle camera, data obtained by inter-vehicle communication, and various facilities (infrastructure) installed on the roadside. Data or the like may be used.

ステップ420では、誤差分散補正部140において、上記のステップ410で得られるGPS/INS協調測位結果と、上記のステップ418で得られる推定車両位置との緯度成分の差分abs(dφ)及び経度成分の差分abs(dλ)が演算される。また、これに加えて、高度成分の差分(dh)が演算されてもよい。   In Step 420, the error variance correction unit 140 calculates the difference abs (dφ) and the longitude component of the latitude component between the GPS / INS cooperative positioning result obtained in Step 410 and the estimated vehicle position obtained in Step 418. The difference abs (dλ) is calculated. In addition to this, a difference (dh) between altitude components may be calculated.

ステップ422では、誤差分散補正部140において、分散更新用行列M(t)が、上記ステップ420で得られた差分abs(dφ)及び横方向の差分abs(dλ)に応じて、設定される。例えば、車両位置((車両位置の誤差分散)に関する分散更新用行列M(t)の対角成分、即ち分散更新用ゲインは、(1+Kφ・abs(dφ)、1+Kλ・abs(dλ)、1+K・abs(dh))とされる。尚、上記のステップ420で、高度成分の差分(dh)が演算されない場合には、分散更新用ゲインは、(1+Kφ・abs(dφ)、1+Kλ・abs(dλ)、1)とされてよい。ここで、Kφ、Kλ及びKは、所定の係数(ゲイン)を表し、固定値であってもよいし、可変値であってもよい。このようにして得られた分散更新用ゲインは、上記のステップ410の処理に反映される。この結果、誤差補正後の車両推定位置等が最終的な今回周期の測位結果(GPS/INS協調測位結果)として得られる。尚、上記のステップ410,420及び422の処理は、その周期の観測量z及び誤差分散に基づいて、例えば各差分(ひいては分散更新用ゲイン)が収束するまで繰り返し実行されてもよい。このようにして得られた最終的な今回周期の測位結果(GPS/INS協調測位結果)は、例えばナビゲーション装置(図示せず)に供給される。 In step 422, the variance update matrix M k (t n ) is set in the error variance correction unit 140 according to the difference abs (dφ) and the lateral difference abs (dλ) obtained in step 420. The For example, the diagonal component of the dispersion update matrix M k (t n ) relating to the vehicle position ((error dispersion of vehicle position), that is, the dispersion update gain is (1 + K φ · abs (dφ), 1 + K λ · abs ( 1 + K h · abs (dh)) If the difference (dh) in the altitude component is not calculated in the above step 420, the variance update gain is (1 + K φ · abs (dφ)). 1 + K λ · abs (dλ), 1) where K φ , K λ and K h represent predetermined coefficients (gains), which may be fixed values or variable values. The dispersion updating gain obtained in this way is reflected in the processing of step 410. As a result, the estimated vehicle position after error correction is the final positioning result of this cycle ( GPS / INS cooperative positioning result) The processing in steps 410, 420, and 422 may be repeatedly executed based on the observed amount z and error variance of the cycle until, for example, each difference (and thus the variance update gain) converges. The obtained positioning result (GPS / INS cooperative positioning result) in the final cycle is supplied to a navigation device (not shown), for example.

図4は、図3の処理が実行される典型的な場面の一例を示し、車両の移動する道路環境を概略的に示す平面図である。尚、図4において、黒丸マークは、基点(図3のステップ406,412参照)を表し、×マークは、車両モデル130により基点を元に推定された推定車両位置(図3のステップ418参照)を表し、黒三角マークは、GPS/INS協調測位結果(図3のステップ410参照)を表す。図4に示す道路環境では、交差点の各角に高層なビルが林立している。ここでは、交差点内に車両が位置(図の実線の位置)するときに捕捉衛星数が所定数以上となり、それに伴い、基点が演算・設定され、車両が交差点を通過した後(図の点線の位置以降)、捕捉衛星数が所定数未満となることとする。また、図4の上下方向を緯度方向(実質的に南北方向に対応)とし、図4の左右方向を経度方向(実質的に東西方向に対応)とする。また、図4には、対比用に、本実施例により補正される誤差分散を表す領域と、補正されない誤差分散を表す領域とが模式的に楕円形領域で示されている。   FIG. 4 is a plan view schematically showing a road environment in which a vehicle moves, showing an example of a typical scene in which the process of FIG. 3 is executed. In FIG. 4, a black circle mark represents a base point (see steps 406 and 412 in FIG. 3), and a cross mark represents an estimated vehicle position estimated based on the base point by the vehicle model 130 (see step 418 in FIG. 3). The black triangle mark represents the GPS / INS cooperative positioning result (see step 410 in FIG. 3). In the road environment shown in FIG. 4, high-rise buildings stand at each corner of the intersection. Here, when the vehicle is located at the intersection (the position of the solid line in the figure), the number of captured satellites exceeds a predetermined number, and accordingly, the base point is calculated and set, and after the vehicle passes the intersection (the dotted line in the figure) After the position), the number of captured satellites will be less than a predetermined number. Also, the vertical direction in FIG. 4 is the latitude direction (substantially corresponding to the north-south direction), and the left-right direction in FIG. 4 is the longitude direction (substantially corresponding to the east-west direction). Further, in FIG. 4, for comparison, a region representing the error variance corrected by the present embodiment and a region representing the error variance not corrected are schematically shown as elliptical regions.

図4の例では、車両が交差点を通過した後、GPS/INS協調測位結果と推定車両位置の差分が徐々に大きくなり、この際、経度成分の差分abs(dλ)が、緯度成分の差分abs(dφ)よりも大きくなっている。かかる場合、本実施例では、経度成分に係る分散更新用ゲインの方が、緯度成分に係る分散更新用ゲインよりも大きく補正される。即ち、経度成分に係る分散更新用ゲインの補正割合が、緯度成分に係る分散更新用ゲインの補正割合よりも大きくなる。従って、仮にKφ及びKλが同一の値の場合、経度成分に係る分散更新用ゲインの方が、緯度成分に係る分散更新用ゲインよりも大きくなる。このように、本実施例によれば、GPS/INS協調測位結果と推定車両位置の差分を、緯度方向及び経度方向(選択的に高度方向)に分解することで、その各方向の差分に基づいて、衛星航法測位装置110から入力される誤差分散(車両位置の誤差分散)を適切な値へと補正することができる。 In the example of FIG. 4, after the vehicle passes the intersection, the difference between the GPS / INS cooperative positioning result and the estimated vehicle position gradually increases. At this time, the difference abs (dλ) of the longitude component becomes the difference abs of the latitude component. It is larger than (dφ). In this case, in this embodiment, the dispersion update gain related to the longitude component is corrected to be larger than the dispersion update gain related to the latitude component. That is, the correction ratio of the dispersion update gain related to the longitude component is larger than the correction ratio of the dispersion update gain related to the latitude component. Therefore, if K φ and K λ have the same value, the dispersion update gain related to the longitude component is larger than the dispersion update gain related to the latitude component. As described above, according to the present embodiment, the difference between the GPS / INS coordinated positioning result and the estimated vehicle position is decomposed into the latitude direction and the longitude direction (alternatively the altitude direction), and based on the difference between the directions. Thus, the error variance (vehicle location error variance) input from the satellite navigation positioning device 110 can be corrected to an appropriate value.

尚、本実施例では、上述の如く、GPS/INS協調測位結果と推定車両位置の差分を、緯度方向及び経度方向(選択的に高度方向)に分解しているが、任意の2方向以上の方向に分解してもよい。例えば、GPS/INS協調測位結果と推定車両位置の差分は、車両の進行方向(若しくは前後方向)と横方向に分解されてもよい。即ち、GPS/INS協調測位結果及び推定車両位置が、例えばWGS84に基づく地球固定座標系で算出されている場合、車両の進行方向の差分abs(dx)、及び、横方向の差分abs(dy)が、緯度成分の差分abs(dφ)及び経度成分の差分abs(dλ)に代えて演算されてもよい。同様に、車両の上下方向の差分abs(dz)が、高度成分の差分(dh)に代えて演算されてもよい。   In this embodiment, as described above, the difference between the GPS / INS cooperative positioning result and the estimated vehicle position is decomposed into the latitude direction and the longitude direction (altitude direction selectively). You may disassemble in the direction. For example, the difference between the GPS / INS cooperative positioning result and the estimated vehicle position may be decomposed in the vehicle traveling direction (or front-rear direction) and the lateral direction. That is, when the GPS / INS coordinated positioning result and the estimated vehicle position are calculated in, for example, a fixed earth coordinate system based on WGS84, the difference abs (dx) in the traveling direction of the vehicle and the difference abs (dy) in the lateral direction May be calculated instead of the difference abs (dφ) of the latitude component and the difference abs (dλ) of the longitude component. Similarly, the difference abs (dz) in the vertical direction of the vehicle may be calculated instead of the difference (dh) in the altitude component.

図5は、誤差分散補正部140による上述の分散更新用ゲインの係数Kφ、Kλの可変設定処理の一例を示すフローチャートである。図6は、図5の説明図であり、緯度方向と経度方向の距離閾値を示す。 FIG. 5 is a flowchart showing an example of the variable setting process of the above-described variance update gain coefficients K φ and K λ by the error variance correction unit 140. FIG. 6 is an explanatory diagram of FIG. 5 and shows distance threshold values in the latitude direction and the longitude direction.

図5を参照するに、ステップ500では、衛星航法測位装置110で受信される各GPS衛星の電波強度及び衛星位置に関する情報に基づいて、電波強度が所定閾値以上であり、且つ、緯度方向の位置が所定閾値距離(緯度方向閾値距離)内であるGPS衛星の個数C1が算出される。尚、衛星位置に関する情報は、航法メッセージに含まれる衛星軌道情報(エフェメリスやアルマナク)に基づくものであってよい。ここで、緯度方向閾値距離は、図6にて示すように、緯度方向を基準として一定の幅を有する距離(範囲)であってよい。   Referring to FIG. 5, in step 500, the radio field intensity is equal to or greater than a predetermined threshold based on the information on the radio field intensity and satellite position of each GPS satellite received by the satellite navigation positioning device 110, and the position in the latitude direction The number C1 of GPS satellites within the predetermined threshold distance (latitude direction threshold distance) is calculated. The information on the satellite position may be based on satellite orbit information (ephemeris or almanac) included in the navigation message. Here, the latitude threshold distance may be a distance (range) having a certain width with reference to the latitude direction, as shown in FIG.

ステップ502では、同様に、衛星航法測位装置110で受信される各GPS衛星の電波強度及び衛星位置に関する情報に基づいて、電波強度が所定閾値以上であり、且つ、経度方向の位置が所定閾値距離範囲内であるGPS衛星の個数C2が算出される。ここで、経度方向閾値距離は、図6にて示すように、経度方向を基準として一定の幅を有する距離(範囲)であってよい。   In step 502, similarly, based on the information on the radio wave intensity and the satellite position of each GPS satellite received by the satellite navigation positioning device 110, the radio wave intensity is equal to or greater than a predetermined threshold, and the position in the longitude direction is a predetermined threshold distance. The number C2 of GPS satellites within the range is calculated. Here, as shown in FIG. 6, the longitude direction threshold distance may be a distance (range) having a certain width with respect to the longitude direction.

ステップ504では、上記のステップ500で算出された衛星個数C1と上記のステップ502で算出された衛星個数C2が比較され、C1−C2が所定の衛星個数閾値より大きい場合には、ステップ506に進む。尚、衛星個数閾値は、例えば5以上の比較的有意な差を表すものであってもよい。   In step 504, the number of satellites C1 calculated in step 500 is compared with the number of satellites C2 calculated in step 502. If C1-C2 is larger than the predetermined satellite number threshold, the process proceeds to step 506. . Note that the satellite number threshold value may represent a relatively significant difference of, for example, 5 or more.

ステップ506では、C1−C2が所定の衛星個数閾値より大きいので、緯度方向に電波状況が良好であると判断する。   In step 506, since C1-C2 is larger than a predetermined satellite number threshold value, it is determined that the radio wave condition is good in the latitude direction.

ステップ508では、緯度方向に電波状況が良好であるので、緯度方向に係る分散更新用ゲインの係数Kφを小さく設定し、緯度方向に係る誤差分散(車両位置の誤差分散)の補正割合が小さくされる。これは、仮に同じ測位分散σを持ったGPS衛星がN個観測可能であったときのトータルの位置分散はσ/(N−1)で表せ、Nが大きいほど分散が小さくなるからである。即ち、例えば緯度方向で観測可能なGPS衛星の数が、経度方向で観測可能なGPS衛星の数よりも多い場合には、緯度方向の位置分散が小さくなる。 In step 508, the radio wave condition in the latitudinal direction is good, and set small coefficient K phi of distributed update gain according to the latitudinal direction, the correction ratio of the error variance of the latitudinal direction (the error variance of the vehicle position) is small Is done. This is because the total position dispersion when N GPS satellites having the same positioning dispersion σ 2 can be observed can be expressed by σ 2 / (N−1), and the dispersion decreases as N increases. is there. That is, for example, when the number of GPS satellites that can be observed in the latitude direction is larger than the number of GPS satellites that can be observed in the longitude direction, the positional dispersion in the latitude direction becomes small.

尚、図5のフローチャートは、緯度方向に係る誤差分散の補正割合を小さくする処理に関するものであるが、経度方向に係る誤差分散の補正割合を小さくする処理についても同様である。即ち、C2−C1が所定の衛星個数閾値より大きい場合には、経度方向に電波状況が良好であると判断し、経度方向に係る分散更新用ゲインの係数Kλを小さく設定し、経度方向に係る誤差分散(車両位置の誤差分散)の補正割合が小さくすればよい。尚、|C1−C2|が衛星個数閾値より小さい場合には、各分散更新用ゲインの係数Kφ、Kλは、所定のデフォルト値に維持されてもよい。 Note that the flowchart of FIG. 5 relates to the process of reducing the correction ratio of the error variance in the latitude direction, but the same applies to the process of reducing the correction ratio of the error variance in the longitude direction. That is, when C2-C1 is greater than the predetermined satellite number threshold, determines that the radio wave condition in the longitudinal direction is good, and set small coefficient K lambda of distributed update gain according to the longitude, the longitude The correction ratio of the error variance (vehicle position error variance) may be reduced. If | C1-C2 | is smaller than the satellite number threshold value, the coefficients K φ and K λ of the dispersion updating gains may be maintained at predetermined default values.

尚、図5に示す処理は、上述の図3の処理のステップ422で用いる分散更新用ゲインの係数Kφ、Kλの設定方法に関するものであるが、上述の図3の処理とは独立して実現されてもよい。例えば、分散更新用ゲインを、(1+Kφ、1+Kλ、1+K)とし、差分abs(dφ)等を演算しないこととしてもよい。この場合、例えば緯度方向に電波状況が良好である場合に、分散更新用ゲインの係数Kφを小さく設定することで(例えば係数Kφをゼロにすることで)、緯度方向に係る誤差分散の補正割合を小さくしてよい。 The processing shown in FIG. 5 relates to a method for setting the coefficients K φ and K λ of the dispersion updating gain used in step 422 of the above-described processing of FIG. 3, but is independent of the processing of FIG. May be realized. For example, the variance update gain may be (1 + K φ , 1 + K λ , 1 + K h ), and the difference abs (dφ) or the like may not be calculated. In this case, for example, when the radio wave condition is good in the latitude direction, by setting the coefficient K φ of the dispersion updating gain to be small (for example, by setting the coefficient K φ to zero), the error variance in the latitude direction can be reduced. The correction ratio may be reduced.

尚、上述の実施例においては、添付の特許請求の範囲の「補正手段」は、誤差分散補正部140及び車両モデル130により実現され、同特許請求の範囲の「移動体位置推定手段」は、車両モデル130により実現されている。   In the above-described embodiment, the “correction means” in the appended claims is realized by the error variance correction unit 140 and the vehicle model 130, and the “moving body position estimation means” in the claims is: This is realized by the vehicle model 130.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

例えば、上述の実施例では、GPSに本発明が適用された例を示したが、本発明は、GPS以下の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS(Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to the GPS has been shown. However, the present invention can also be applied to a satellite system below the GPS, for example, another GNSS (Global Navigation Satellite System) such as Galileo. is there.

本発明による移動体用測位装置の一実施例を含む車両位置測位システム100を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a vehicle positioning system 100 including an embodiment of a mobile positioning device according to the present invention. 本実施例の車両位置測位システム100により実現される測位演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the positioning calculation process implement | achieved by the vehicle position positioning system 100 of a present Example. 本実施例の車両位置測位システム100により実現される主要処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the main processes implement | achieved by the vehicle position positioning system 100 of a present Example. 図3の処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process of FIG. 誤差分散補正部140による分散更新用ゲインの係数Kφ、Kλの可変設定処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a variable setting process of variance updating gain coefficients K φ and K λ by an error variance correction unit 140. 図5の処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100 車両位置測位システム
110 衛星航法測位装置
120 カルマンフィルタ
130 車両モデル
140 誤差分散補正部
200 慣性航法測位装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Vehicle positioning system 110 Satellite navigation positioning apparatus 120 Kalman filter 130 Vehicle model 140 Error dispersion correction part 200 Inertial navigation positioning apparatus

Claims (8)

移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
慣性航法により前記移動体の位置を測位する慣性航法測位手段と、
衛星航法により前記移動体の位置を測位する衛星航法測位手段と、
前記衛星航法測位手段の測位結果と前記慣性航法測位手段の測位結果との関係を観測量とし、前記慣性航法測位手段で用いられる補正パラメータを状態量として、前記衛星航法測位手段の測位結果の誤差分散を用いて、前記状態量を推定する状態量推定手段と、
前記状態量推定手段により推定された状態量を前記慣性航法測位手段の測位に反映させる手段と、
前記移動体で受信される衛星電波の受信状態に応じて前記誤差分散を補正する補正手段とを備えることを特徴とする、移動体用測位装置。
In a mobile positioning device that is mounted on a mobile body and measures the position of the mobile body,
Inertial navigation positioning means for positioning the position of the moving body by inertial navigation;
Satellite navigation positioning means for positioning the position of the moving body by satellite navigation;
The relationship between the positioning result of the satellite navigation positioning means and the positioning result of the inertial navigation positioning means is an observation amount, the correction parameter used in the inertial navigation positioning means is a state quantity, and the error of the positioning result of the satellite navigation positioning means State quantity estimation means for estimating the state quantity using variance;
Means for reflecting the state quantity estimated by the state quantity estimating means in the positioning of the inertial navigation positioning means;
A mobile positioning apparatus comprising: correction means for correcting the error variance according to a reception state of satellite radio waves received by the mobile body.
前記補正手段は、所定数以上の衛星が捕捉された場合には、前記誤差分散を補正せず、所定数未満の衛星が捕捉された場合に、前記誤差分散を補正する、請求項1に記載の移動体用測位装置。   The correction means does not correct the error variance when a predetermined number or more of satellites are acquired, and corrects the error variance when less than a predetermined number of satellites are acquired. Positioning device for mobile objects. 前記補正手段は、所定数以上の衛星が捕捉された観測周期に対応した周期で前記慣性航法測位手段により測位される前記移動体の位置を基点として、その後の前記移動体の位置を推定する移動体位置推定手段を備え、前記移動体位置推定手段により推定された前記移動体の推定位置を、該推定位置に対応する周期で前記慣性航法測位手段により測位される前記移動体の測位位置と比較し、当該比較結果に基づいて、前記誤差分散を補正する、請求項1又は2に記載の移動体用測位装置。   The correction means uses the position of the moving body measured by the inertial navigation positioning means at a period corresponding to an observation period in which a predetermined number or more of satellites are captured as a base point for movement to estimate the position of the subsequent moving body Comparing the estimated position of the moving object estimated by the moving object position estimating means with the positioning position of the moving object measured by the inertial navigation positioning means at a period corresponding to the estimated position. The mobile positioning device according to claim 1, wherein the error variance is corrected based on the comparison result. 前記移動体位置推定手段は、所定数未満の衛星が捕捉された観測周期に対応した周期の前記移動体の位置を推定する、請求項3に記載の移動体用測位装置。   The said mobile body position estimation means is a positioning apparatus for mobile bodies of Claim 3 which estimates the position of the said mobile body of the period corresponding to the observation period when less than the predetermined number of satellites were acquired. 前記補正手段は、少なくとも2つの直交する方向成分で前記推定位置と前記測位位置との差分を導出し、該導出した各方向成分の差分に基づいて、対応する各方向成分に係る前記誤差分散を補正する、請求項3又は4に記載の移動体用測位装置。   The correction means derives a difference between the estimated position and the positioning position using at least two orthogonal direction components, and based on the derived difference between the direction components, the error variance relating to each corresponding direction component is calculated. The mobile positioning device according to claim 3 or 4, wherein correction is performed. 前記補正手段は、前記導出した差分が大きい場合には、前記導出した差分が小さい場合に比べて高い増加割合で、前記誤差分散が増加する方向に前記誤差分散を補正する、請求項5に記載の移動体用測位装置。   The correction means corrects the error variance in a direction in which the error variance increases at a higher rate when the derived difference is large than when the derived difference is small. Positioning device for mobile objects. 前記補正手段は、衛星電波の受信結果に基づいて、少なくとも2つの直交する方向で衛星電波の受信状態を表す指標値を導出し、該導出した各方向成分の指標値に基づいて、対応する各方向成分に係る前記誤差分散を補正する、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載の移動体用測位装置。   The correction means derives an index value indicating the reception state of the satellite radio wave in at least two orthogonal directions based on the reception result of the satellite radio wave, and corresponding each of the corresponding values based on the derived index value of each direction component The positioning device for a moving body according to any one of claims 1 to 6, wherein the error variance related to the direction component is corrected. 前記指標値は、各方向を基準とした所定範囲内に存在する衛星数、及び、前記移動体における各衛星からの衛星電波の受信強度に基づく、請求項7に記載の移動体用測位装置。   8. The mobile positioning apparatus according to claim 7, wherein the index value is based on the number of satellites existing within a predetermined range with respect to each direction and the reception intensity of satellite radio waves from each satellite in the mobile body.
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