JP2009236532A - Method for geolocation, program, and apparatus for geolocation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジャイロセンサ及び加速度センサが一体的に構成された慣性航法用センサが
固定された移動体の現在位置を、前記慣性航法用センサの検出結果を用いて測位する測位
方法等に関する。
The present invention relates to a positioning method for positioning a current position of a moving body to which an inertial navigation sensor, in which a gyro sensor and an acceleration sensor are integrally configured, is fixed, using a detection result of the inertial navigation sensor.
人工衛星を利用した測位システムとしては、GPS(Global Positioning System)が
広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された測位装置に利
用されている。GPSでは、自機の位置を示す3次元の座標値と、時計誤差との4つのパ
ラメータの値を、複数のGPS衛星の位置や各GPS衛星から自機までの擬似距離等の情
報に基づいて求める測位演算を行うことで、自機の現在位置を測位する。
As a positioning system using an artificial satellite, a GPS (Global Positioning System) is widely known, and is used in a positioning device built in a mobile phone, a car navigation device, or the like. In GPS, the values of four parameters, the three-dimensional coordinate value indicating the position of the aircraft and the clock error, are calculated based on information such as the positions of a plurality of GPS satellites and the pseudoranges from each GPS satellite to the aircraft. The current position of the aircraft is measured by performing the required positioning calculation.
しかし、トンネル内や屋内等、GPS衛星信号を受信することができない環境では、G
PSによる測位を行うことができないため、ジャイロセンサや加速度センサ等の慣性航法
用センサの検出結果を用いた慣性航法演算処理を行って現在位置を測位する技術が広く用
いられている(例えば、特許文献1)。
Since positioning by PS cannot be performed, a technique for positioning the current position by performing inertial navigation calculation processing using detection results of inertial navigation sensors such as a gyro sensor and an acceleration sensor is widely used (for example, patents) Reference 1).
ところで、慣性航法用センサであるジャイロセンサや加速度センサの検出結果は、種々
の誤差要因に起因する誤差を内在しているため、必ずしも移動体の正しい運動状態や移動
状態を示しているとは限らない。例えば、走行路面の傾斜や、加速度センサの取付傾斜の
ため、加速度センサにより検出される加速度には重力加速度の成分が含まれる。
By the way, the detection results of the gyro sensor and the acceleration sensor, which are inertial navigation sensors, contain errors due to various error factors, and therefore do not always indicate the correct motion state or movement state of the moving body. Absent. For example, a gravitational acceleration component is included in the acceleration detected by the acceleration sensor due to the inclination of the traveling road surface and the attachment inclination of the acceleration sensor.
また、ジャイロセンサにより検出される角速度にも誤差が含まれるため、角速度を積分
することで得られる姿勢角には、角速度による誤差が蓄積される。このように不正確な慣
性航法用センサの検出結果を基に慣性航法演算処理を行ったのでは、移動体の正確な位置
を求めることができないという問題がある。
Further, since the angular velocity detected by the gyro sensor includes an error, an error due to the angular velocity is accumulated in the posture angle obtained by integrating the angular velocity. If the inertial navigation calculation process is performed based on the detection result of the inaccurate inertial navigation sensor as described above, there is a problem that the accurate position of the moving body cannot be obtained.
本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、慣性
航法用センサの検出結果に含まれる誤差を補正するための新たな手法を提案し、より正確
な現在位置の測位を実現することにある。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to propose a new method for correcting an error included in the detection result of the inertial navigation sensor, and to provide a more accurate method. It is to realize the positioning of the current position.
以上の課題を解決するための第1の発明は、ジャイロセンサ及び加速度センサが一体的
に構成された慣性航法用センサが固定された移動体の現在位置を、前記慣性航法用センサ
の検出結果を用いて測位する測位方法であって、前記ジャイロセンサの検出結果を積分す
ることで、地球に対する前記慣性航法用センサの絶対姿勢の推定値である推定絶対姿勢を
算出することと、前記移動体自身を基準とした座標系である移動体座標系と基準座標系と
の座標変換行列を、前記推定絶対姿勢に基づいて算出することと、前記座標変換行列を用
いて、前記加速度センサの検出結果を前記基準座標系に変換するとともに重力加速度の成
分を減算することで前記基準座標系における前記移動体の移動ベクトルを算出することと
、前記移動ベクトルを用いて現在位置を測位することと、を含む測位方法である。
According to a first aspect of the present invention for solving the above problems, the current position of a moving body to which an inertial navigation sensor in which a gyro sensor and an acceleration sensor are integrally formed is fixed, and a detection result of the inertial navigation sensor is obtained. A positioning method that uses the gyro sensor to integrate the detection result to calculate an estimated absolute attitude that is an estimated value of the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth; A coordinate transformation matrix between a moving body coordinate system and a reference coordinate system, which is a coordinate system based on the reference coordinate system, based on the estimated absolute posture, and using the coordinate transformation matrix, the detection result of the acceleration sensor is calculated Calculating the movement vector of the moving body in the reference coordinate system by converting to the reference coordinate system and subtracting the gravitational acceleration component; and using the movement vector The method comprising positioning a position, a positioning method comprising.
また、他の発明として、ジャイロセンサ及び加速度センサが一体的に構成された慣性航
法用センサが固定された移動体の現在位置を、前記慣性航法用センサの検出結果を用いて
コンピュータに測位計算させるためのプログラムであって、前記ジャイロセンサの検出結
果を積分することで、地球に対する前記慣性航法用センサの絶対姿勢の推定値である推定
絶対姿勢を算出することと、前記移動体自身を基準とした座標系である移動体座標系と基
準座標系との座標変換行列を、前記推定絶対姿勢に基づいて算出することと、前記座標変
換行列を用いて、前記加速度センサの検出結果を前記基準座標系に変換するとともに重力
加速度の成分を減算することで前記基準座標系における前記移動体の移動ベクトルを算出
することと、前記移動ベクトルを用いて現在位置を測位することと、を前記コンピュータ
に実行させるためのプログラムを構成してもよい。
According to another aspect of the present invention, a computer calculates a position of a current position of a moving body to which an inertial navigation sensor, in which a gyro sensor and an acceleration sensor are integrated, is fixed, using a detection result of the inertial navigation sensor. For calculating an estimated absolute attitude, which is an estimated value of the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth, by integrating the detection results of the gyro sensor, and based on the moving body itself Calculating a coordinate transformation matrix between the moving body coordinate system and the reference coordinate system, which is a coordinate system, based on the estimated absolute posture, and using the coordinate transformation matrix, the detection result of the acceleration sensor is calculated as the reference coordinate Calculating a movement vector of the moving body in the reference coordinate system by converting into a system and subtracting a gravitational acceleration component; and And to measure the current position by using, may also constitute a program for causing the computer to perform.
さらに、他の発明として、ジャイロセンサ及び加速度センサが一体的に構成された慣性
航法用センサが固定された移動体の現在位置を、前記慣性航法用センサの検出結果を用い
て測位する測位装置であって、前記ジャイロセンサの検出結果を積分することで、地球に
対する前記慣性航法用センサの絶対姿勢の推定値である推定絶対姿勢を算出する絶対姿勢
推定部と、前記移動体自身を基準とした座標系である移動体座標系と基準座標系との座標
変換行列を、前記推定絶対姿勢に基づいて算出する行列算出部と、前記座標変換行列を用
いて、前記加速度センサの検出結果を前記基準座標系に変換するとともに重力加速度の成
分を減算することで前記基準座標系における前記移動体の移動ベクトルを算出する移動ベ
クトル算出部と、前記移動ベクトルを用いて現在位置を測位する測位部と、を備えた測位
装置を構成してもよい。
Furthermore, as another invention, there is provided a positioning device for positioning a current position of a moving body to which an inertial navigation sensor, in which a gyro sensor and an acceleration sensor are integrally formed, is fixed, using a detection result of the inertial navigation sensor. Then, by integrating the detection result of the gyro sensor, an absolute posture estimation unit that calculates an estimated absolute posture that is an estimated value of the absolute posture of the inertial navigation sensor with respect to the earth, and the moving body itself as a reference A matrix calculation unit that calculates a coordinate transformation matrix between a moving body coordinate system, which is a coordinate system, and a reference coordinate system based on the estimated absolute attitude; and the detection result of the acceleration sensor using the coordinate transformation matrix A movement vector calculation unit for calculating a movement vector of the moving body in the reference coordinate system by converting to a coordinate system and subtracting a gravitational acceleration component; A positioning unit for positioning a current position using the Le, may constitute a positioning device provided with a.
この第1の発明等によれば、ジャイロセンサの検出結果を積分することで、地球に対す
る慣性航法用センサの絶対姿勢の推定値である推定絶対姿勢が算出される。そして、移動
体座標系と基準座標系との座標変換行列が推定絶対姿勢に基づいて算出され、当該座標変
換行列を用いて、加速度センサの検出結果が基準座標系に変換されるとともに、重力加速
度の成分が減算されることで、基準座標系における移動体の移動ベクトルが算出される。
そして、この移動ベクトルを用いて現在位置が測位される。
According to the first aspect of the present invention, the estimated absolute attitude, which is an estimated value of the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth, is calculated by integrating the detection results of the gyro sensor. Then, a coordinate transformation matrix between the moving body coordinate system and the reference coordinate system is calculated based on the estimated absolute posture, and using the coordinate transformation matrix, the detection result of the acceleration sensor is converted to the reference coordinate system, and the gravitational acceleration is calculated. Is subtracted, the movement vector of the moving body in the reference coordinate system is calculated.
Then, the current position is measured using this movement vector.
加速度センサにより検出される加速度は、移動体自身を基準とする移動体座標系におけ
る加速度であるため、重力に起因する誤差を補正するためには、基準座標系における加速
度に変換する必要がある。そこで、第1の発明では、慣性航法用センサの推定絶対姿勢を
基に座標変換行列を算出し、この座標変換行列を用いて、加速度センサにより検出された
加速度を基準座標系における加速度に変換するとともに、この変換後の加速度から重力加
速度を減算することにしている。これにより、地球の重力に起因する誤差が補正された加
速度を得ることができ、その結果、より正確な現在位置の測位を実現し得る。
Since the acceleration detected by the acceleration sensor is an acceleration in a moving body coordinate system based on the moving body itself, it is necessary to convert the acceleration into an acceleration in the reference coordinate system in order to correct an error caused by gravity. Therefore, in the first invention, a coordinate conversion matrix is calculated based on the estimated absolute attitude of the inertial navigation sensor, and the acceleration detected by the acceleration sensor is converted into an acceleration in the reference coordinate system using the coordinate conversion matrix. At the same time, the gravitational acceleration is subtracted from the converted acceleration. As a result, it is possible to obtain an acceleration in which an error due to the gravity of the earth is corrected, and as a result, more accurate positioning of the current position can be realized.
また、第2の発明として、第1の発明の測位方法であって、前記移動体が停止中又は等
速走行中であることを検出することと、前記移動体が停止中又は等速走行中であることが
検出された場合に、前記加速度センサの検出結果に表れる重力加速度の成分に基づいて、
地球に対する前記慣性航法用センサの絶対姿勢を算出することと、前記算出された絶対姿
勢で前記推定絶対姿勢を補正することと、を含む測位方法を構成してもよい。
Further, as a second invention, the positioning method according to the first invention, wherein it is detected that the moving body is stopped or traveling at a constant speed, and the moving body is stopped or traveling at a constant speed. Is detected based on the component of gravitational acceleration that appears in the detection result of the acceleration sensor,
You may comprise the positioning method including calculating the absolute attitude | position of the said sensor for inertial navigation with respect to the earth, and correct | amending the said estimated absolute attitude | position with the calculated absolute attitude | position.
この第2の発明によれば、移動体が停止中又は等速走行中であることが検出された場合
に、加速度センサの検出結果に表れる重力加速度の成分に基づいて地球に対する慣性航法
用センサの絶対姿勢が算出され、この算出された絶対姿勢で推定絶対姿勢が補正される。
According to the second aspect of the invention, when it is detected that the moving body is stopped or traveling at a constant speed, the inertial navigation sensor for the earth is detected based on the gravitational acceleration component that appears in the detection result of the acceleration sensor. An absolute posture is calculated, and the estimated absolute posture is corrected with the calculated absolute posture.
詳細は後述するが、移動体が停止中又は等速走行中である場合は、加速度センサの検出
結果には重力加速度の成分しか含まれないため、加速度センサの検出結果と、基準座標系
から移動体座標系への変換行列(変換式)とを用いることで、地球に対する慣性航法用セ
ンサの絶対姿勢を算出することができる。そして、この算出した絶対姿勢を用いて、ジャ
イロセンサの検出結果を積分して求めている推定絶対姿勢を補正することで、推定絶対姿
勢に含まれる誤差を適切に補正することが可能となる。
Although the details will be described later, when the moving body is stopped or traveling at a constant speed, the acceleration sensor detection result includes only the gravitational acceleration component, and therefore the acceleration sensor detection result and the moving from the reference coordinate system. By using a conversion matrix (conversion formula) to the body coordinate system, the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth can be calculated. Then, by correcting the estimated absolute posture obtained by integrating the gyro sensor detection results using the calculated absolute posture, it is possible to appropriately correct an error included in the estimated absolute posture.
また、第3の発明として、第1又は第2の発明の測位方法であって、測位用衛星から発
信されている測位用信号に基づく所定の測位演算を行って現在位置を断続的に測位するこ
とと、前記測位演算の測位結果から所定期間における前記移動体の水平方向の移動距離を
算出することと、外気圧を検出する気圧センサの検出結果に基づいて、前記所定期間と同
一の期間における前記移動体の高度方向の移動距離を算出することと、前記水平方向の移
動距離と前記高度方向の移動距離とに基づいて、前記移動体が位置する路面の傾斜角を算
出することと、前記加速度センサにより検出された加速度と、前記移動体の姿勢と同一の
姿勢になるように前記移動体に設置された第2の加速度センサにより検出された加速度と
、重力加速度とを用いて、前記慣性航法用センサの前記移動体に対する取付傾斜角を算出
することと、前記路面の傾斜角と前記慣性航法用センサの前記移動体に対する取付傾斜角
とを用いて、前記慣性航法用センサのピッチ角を算出することと、前記慣性航法用センサ
のピッチ角を用いた所定の推定演算を行って前記推定絶対姿勢に含まれる誤差を推定して
前記推定絶対姿勢を補正することと、を含む測位方法を構成してもよい。
The third invention is the positioning method of the first or second invention, wherein the current position is intermittently measured by performing a predetermined positioning calculation based on a positioning signal transmitted from a positioning satellite. And calculating the horizontal movement distance of the moving body in a predetermined period from the positioning result of the positioning calculation, and in the same period as the predetermined period based on the detection result of the atmospheric pressure sensor for detecting the external atmospheric pressure. Calculating a moving distance in the altitude direction of the moving body, calculating an inclination angle of a road surface on which the moving body is located based on the moving distance in the horizontal direction and the moving distance in the altitude direction; Using the acceleration detected by the acceleration sensor, the acceleration detected by the second acceleration sensor installed on the moving body so as to have the same posture as the moving body, and the gravitational acceleration, A pitch angle of the inertial navigation sensor using the inclination angle of the road surface and the inclination angle of the inertial navigation sensor with respect to the movable body. And a correction method for estimating the error by including a predetermined estimation operation using a pitch angle of the inertial navigation sensor to estimate an error included in the estimated absolute attitude. May be configured.
この第3の発明によれば、測位用信号に基づく測位演算の測位結果から算出した移動体
の水平方向の移動距離と、気圧センサの検出結果を基に算出した移動体の高度方向の移動
距離とに基づいて、移動体が位置する路面の傾斜角が算出される。また、加速度センサに
より検出された加速度と、移動体と同一の姿勢になるように移動体に設置された第2の加
速度センサにより検出された加速度と、重力加速度とを用いて、慣性航法用センサの移動
体に対する取付傾斜角が算出され、路面の傾斜角と慣性航法用センサの移動体に対する取
付傾斜角とを用いて、慣性航法用センサのピッチ角が算出される。そして、算出された慣
性航法用センサのピッチ角を用いた所定の推定演算が行われて推定絶対姿勢に含まれる誤
差が推定されて推定絶対姿勢が補正される。
According to the third aspect of the invention, the moving distance in the horizontal direction of the moving object calculated from the positioning result of the positioning calculation based on the positioning signal and the moving distance in the altitude direction of the moving object calculated based on the detection result of the atmospheric pressure sensor. Based on the above, the inclination angle of the road surface on which the moving body is located is calculated. An inertial navigation sensor using the acceleration detected by the acceleration sensor, the acceleration detected by the second acceleration sensor installed on the moving body so as to have the same posture as the moving body, and the gravitational acceleration. The tilt angle of the inertial navigation sensor is calculated using the inclination angle of the road surface and the tilt angle of the inertial navigation sensor with respect to the mobile object. Then, a predetermined estimation operation using the calculated pitch angle of the inertial navigation sensor is performed, an error included in the estimated absolute attitude is estimated, and the estimated absolute attitude is corrected.
加速度センサの検出結果には、移動体に対する慣性航法用センサの取付傾斜角に起因す
る重力加速度の成分が含まれる。例えば、慣性航法用センサを内蔵した測位装置としてナ
ビゲーション装置を想定した場合、ナビゲーション装置は移動体に対して斜めに配置され
る場合があるため、加速度センサにより検出される加速度そのままを移動体の真の加速度
とすることはできない。
The detection result of the acceleration sensor includes a component of gravitational acceleration caused by the inclination angle of attachment of the inertial navigation sensor to the moving body. For example, when a navigation device is assumed as a positioning device with a built-in inertial navigation sensor, the navigation device may be arranged obliquely with respect to the moving body. Therefore, the acceleration detected by the acceleration sensor is used as it is. The acceleration cannot be made.
そこで、第3の発明では、慣性航法用センサの移動体に対する取付傾斜角を算出した上
で、慣性航法用センサの正しいピッチ角を用いた推定演算を行って推定絶対姿勢に含まれ
る誤差を推定して推定絶対姿勢を補正することにしている。この補正後の推定絶対姿勢は
、取付傾斜角を考慮した慣性航法用センサの正確な姿勢であると考えられるため、この正
確な姿勢を基に算出される座標変換行列もまた正確なものとなる。ゆえに、第1の発明と
相まって、限りなく真値に近い移動体の加速度を求めることが可能となる。
Therefore, in the third invention, after calculating the mounting inclination angle of the inertial navigation sensor with respect to the moving body, an estimation calculation using the correct pitch angle of the inertial navigation sensor is performed to estimate an error included in the estimated absolute posture. Thus, the estimated absolute posture is corrected. Since the estimated absolute posture after correction is considered to be an accurate posture of the inertial navigation sensor in consideration of the mounting inclination angle, the coordinate transformation matrix calculated based on this accurate posture is also accurate. . Therefore, coupled with the first invention, it is possible to obtain the acceleration of the moving body that is as close as possible to the true value.
以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態の一例を説明する。尚、以下では、測
位装置として、移動体の一種である自動車に搭載されるカーナビゲーション装置を例に挙
げ、測位システムとしてGPS(Global Positioning System)を用いた場合について説
明するが、本発明を適用可能な実施形態がこれらに限定されるわけではない。
Hereinafter, an example of an embodiment suitable for the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, a car navigation device mounted on an automobile, which is a kind of mobile body, will be described as an example of a positioning device, and a case where a GPS (Global Positioning System) is used as a positioning system will be described. Possible embodiments are not limited to these.
1.機能構成
図1は、本実施形態におけるカーナビゲーション装置1の機能構成を示すブロック図で
ある。カーナビゲーション装置1は、GPSアンテナ10と、GPS受信部20と、ホス
トCPU(Central Processing Unit)30と、操作部40と、表示部50と、慣性航法
用センサ60と、気圧センサ70と、ROM(Read Only Memory)80と、RAM(Rand
om Access Memory)90とを備えて構成される。
1. Functional Configuration FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a car navigation apparatus 1 in the present embodiment. The car navigation device 1 includes a
om Access Memory) 90.
GPSアンテナ10は、GPS衛星から発信されているGPS衛星信号を含むRF(Ra
dio Frequency)信号を受信するアンテナであり、受信した信号をGPS受信部20に出
力する。尚、GPS衛星信号は、衛星毎に異なる拡散符号の一種であるPRN(Pseudo R
andom Noise)コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された1.57542[G
Hz]の通信信号である。PRNコードは、コード長1023チップを1PNフレームと
する繰返し周期1msの擬似ランダム雑音符号である。
The
dio Frequency) is an antenna that receives a signal, and outputs the received signal to the
andom noise) code 1.57542 [G modulated directly by spread spectrum system
Hz] communication signal. The PRN code is a pseudo-random noise code having a repetition period of 1 ms with a code length of 1023 chips as one PN frame.
GPS受信部20は、GPSアンテナ10から出力された信号に基づいてカーナビゲー
ション装置1の現在位置を測位する測位回路であり、いわゆるGPS受信機に相当する機
能ブロックである。GPS受信部20は、RF(Radio Frequency)受信回路部21と、
ベースバンド処理回路部23とを備えて構成される。尚、RF受信回路部21と、ベース
バンド処理回路部23とは、それぞれ別のLSI(Large Scale Integration)として製
造することも、1チップとして製造することも可能である。
The
And a baseband
RF受信回路部21は、RF信号の処理回路ブロックであり、所定の局部発振信号を分
周或いは逓倍することで、RF信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振
信号を、GPSアンテナ10から出力されたRF信号に乗算することで、RF信号を中間
周波数の信号(以下、「IF(Intermediate Frequency)信号」と称す。)にダウンコン
バートし、IF信号を増幅等した後、A/D変換器でデジタル信号に変換して、ベースバ
ンド処理回路部23に出力する。
The RF
ベースバンド処理回路部23は、RF受信回路部21から出力されたIF信号に対して
相関処理等を行ってGPS衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや
時刻情報等を取り出して測位演算を行う回路部である。ベースバンド処理回路部23は、
プロセッサとしてのCPUと、メモリとしてのROM及びRAMとを備えて構成される。
尚、測位演算としては、例えば最小二乗法を用いた測位演算等の公知の手法を適用するこ
とができる。
The baseband
It comprises a CPU as a processor and ROM and RAM as memories.
As the positioning calculation, for example, a known technique such as positioning calculation using the least square method can be applied.
ホストCPU30は、ROM80に記憶されているシステムプログラム等の各種プログ
ラムに従ってカーナビゲーション装置1の各部を統括的に制御するプロセッサである。特
に本実施形態では、ホストCPU30は、測位プログラム803に従って、ナビゲーショ
ン画面に表示させる位置である出力位置を決定する。そして、ナビゲーションプログラム
801に従って、出力位置をプロットしたナビゲーション画面を生成して、表示部50に
表示させる。尚、ナビゲーション画面に表示させる位置としては、出力位置を更にマップ
マッチングすることで、出力位置に最近接する道路上にプロットすることが好適である。
The
操作部40は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であ
り、押下されたアイコンやボタンの信号をホストCPU30に出力する。この操作部40
の操作により、目的地の入力や、ナビゲーション画面の表示要求等の各種指示入力がなさ
れる。
The
With this operation, various instructions such as a destination input and a navigation screen display request are input.
表示部50は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成され、ホストCPU3
0から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部50には、
ナビゲーション画面等が表示される。
The
It is a display device that performs various displays based on display signals input from zero. The
A navigation screen or the like is displayed.
慣性航法用センサ60は、慣性航法演算処理に使用するセンサであり、カーナビ用ジャ
イロセンサ61及びカーナビ用加速度センサ63が一体化(パッケージ化)されて、カー
ナビゲーション装置1の本体に内蔵・固定されている。
The
カーナビ用ジャイロセンサ61は、直交3軸それぞれの軸周りの角速度を検出すること
でカーナビゲーション装置1の回転を検出するセンサ(角速度センサ)であり、検出した
3軸の角速度をホストCPU30に出力する。
The car
カーナビ用加速度センサ63は、直交3軸それぞれの軸方向の加速度を検出することで
カーナビゲーション装置1の移動状態を検出するセンサであり、検出した3軸の加速度を
ホストCPU30に出力する。
The car
気圧センサ70は、カーナビゲーション装置1の外気圧を検出するセンサであり、検出
した外気圧をホストCPU30に出力する。
The
ROM80は、読み出し専用の記憶装置であり、ホストCPU30がカーナビゲーショ
ン装置1を制御するためのシステムプログラムや、ナビゲーション機能を実現するための
各種プログラムやデータ等を記憶している。
The
RAM90は、読み書き可能な記憶装置であり、ホストCPU30により実行されるシ
ステムプログラム、各種処理プログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時
的に記憶するワークエリアを形成している。
The
また、カーナビゲーション装置1とは別に、自動車には加速度センサ100が搭載され
ており、その検出結果がホストCPU30に出力されるように構成されている。加速度セ
ンサ100は、自動車の移動状態を検出する直交3軸のセンサであり、車体の揺れ制御等
のためのサスペンション制御や前輪及び後輪のトルク配分制御、ABS(Anti-lock Brak
e System)制御等を行うために使用され、自動車の制御のために予め自動車に設置されて
いるものである。
In addition to the car navigation apparatus 1, the automobile is equipped with an
e System) is used to perform control and the like, and is preinstalled in the automobile for controlling the automobile.
ここで、本実施形態で使用する座標系等について説明する。図2に示すように、自動車
の進行方向を「Xb軸」(直進方向を正方向)、Xb軸正方向に向かって左右方向を「Yb
軸」(右方向を正方向)、Xb軸に対する高さ方向を「Zb軸」(下方向を正方向)とする
右手系直交座標系を「移動体座標系」と定義する。また、北方向を「Xn軸」、東方向を
「Yn軸」、地球による重力方向を「Zn軸」とする右手系直交座標系を「基準座標系」と
定義する。
Here, a coordinate system and the like used in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the traveling direction of the vehicle is “X b axis” (the straight traveling direction is the positive direction), and the left and right direction toward the X b axis positive direction is “Y b
Axis "(the right forward direction)," Z b axis "a right-handed orthogonal coordinate system (the downward direction the positive direction) and the height direction with respect to X b-axis is defined as a" mobile coordinate system ". Further, a right-handed orthogonal coordinate system in which the north direction is “X n axis”, the east direction is “Y n axis”, and the gravity direction by the earth is “Z n axis” is defined as “reference coordinate system”.
また、自動車に対する慣性航法用センサ60の傾斜及び傾斜角のことを、それぞれ「取
付傾斜」及び「取付傾斜角」と称する。また、地球に対する慣性航法用センサ60の姿勢
及び姿勢角のことを、それぞれ「絶対姿勢」及び「絶対姿勢角」と称し、Xb軸周りの回
転角「φ」を「絶対ロール角」、Yb軸周りの回転角「θ」を「絶対ピッチ角」、Zb軸周
りの回転角「ψ」を「絶対ヨー角」とそれぞれ称する。さらに、カーナビ用ジャイロセン
サ61の検出結果を積分することで得られる地球に対する慣性航法用センサ60の絶対姿
勢及び絶対姿勢角のことを、それぞれ「推定絶対姿勢」及び「推定絶対姿勢角」と称する
。
In addition, the inclination and the inclination angle of the
自動車の傾斜及び慣性航法用センサ60の傾斜に起因して、カーナビ用加速度センサ6
3により検出される加速度には重力加速度の成分が含まれるため、この重力成分を除去し
なければ、自動車の正確な加速度を求めることができない。そこで、本実施形態では、移
動体座標系から基準座標系への座標変換行列を、推定絶対姿勢に基づいて算出する。そし
て、算出した座標変換行列を用いて、カーナビ用加速度センサ63の検出結果を基準座標
系に変換するとともに、重力加速度の成分を減算することで、地球座標系における自動車
の加速度を求める。
Due to the inclination of the vehicle and the inclination of the
Since the acceleration detected by 3 includes a gravitational acceleration component, the accurate acceleration of the automobile cannot be obtained unless this gravitational component is removed. Therefore, in this embodiment, a coordinate transformation matrix from the moving body coordinate system to the reference coordinate system is calculated based on the estimated absolute posture. Then, using the calculated coordinate conversion matrix, the detection result of the car
しかし、カーナビ用ジャイロセンサ61により検出される角速度は誤差を含んでいるた
め、カーナビ用ジャイロセンサ61の検出結果を積分することで得られる推定絶対姿勢は
、必ずしも絶対姿勢と一致するとは限らない。この問題を解決するため、本実施形態では
、自動車が走行している路面(以下、「走行路面」と称す。)の傾斜角及び取付傾斜角を
算出し、これらを基に慣性航法用センサ60の絶対ピッチ角を算出する。そして、算出し
た絶対ピッチ角を観測値として用いたカルマンフィルタ処理(推定演算)を行うことで推
定絶対姿勢に含まれる誤差を推定して、推定絶対姿勢を補正する。
However, since the angular velocity detected by the car
図3は、取付傾斜角算出の原理を説明するための図である。ここでは、取付傾斜角を「
α」、走行路面の傾斜角を「β」として説明する。自動車が停止している状態では、カー
ナビ用加速度センサ63及び加速度センサ100により検出される自動車の進行方向(X
b軸方向)に対する加速度は、重力加速度の進行方向に対する成分のみである。
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of calculating the mounting inclination angle. Here, the mounting inclination angle is
The description will be made assuming that “α” and the inclination angle of the road surface are “β”. In a state where the automobile is stopped, the traveling direction of the automobile detected by the car
The acceleration with respect to the ( b- axis direction) is only the component with respect to the direction of gravity acceleration.
具体的には、重力加速度を「g」とすると、カーナビ用加速度センサ63及び加速度セ
ンサ100により検出されるXb軸方向の加速度「ax1」及び「ax2」は、それぞれ次式
(1)及び(2)で与えられる。
式(1)及び(2)から「β」を消去することで、取付傾斜角「α」は、次式(3)の
ように算出される。
2.データ構成
図4は、ROM80に格納されたデータの一例を示す図である。ROM80には、ホス
トCPU30により読み出され、ナビゲーション処理として実行されるナビゲーションプ
ログラム801と、測位処理(図7参照)として実行される測位プログラム803と、ナ
ビゲーション画面を生成するための地図情報のデータである地図データ805とが記憶さ
れている。また、測位プログラム803には、推定絶対姿勢補正処理(図8参照)として
実行される推定絶対姿勢補正プログラム8031がサブルーチンとして含まれている。
2. Data Configuration FIG. 4 is a diagram illustrating an example of data stored in the
ナビゲーション処理とは、ホストCPU30が、地図データ805に記憶されている地
図情報を用いて、測位処理により決定した出力位置を道路上に補正するマップマッチング
処理を行うとともに、補正後の位置をプロットしたナビゲーション画面を生成して、表示
部50に表示させる処理である。尚、マップマッチング処理については公知であるため、
詳細な説明を省略する。
In the navigation processing, the
Detailed description is omitted.
測位処理とは、ホストCPU30が、GPSによる測位が可能である場合は、GPS測
位処理を行って現在位置を測位し、GPSによる測位が不可能である場合は、慣性航法演
算処理を行って現在位置を測位する処理である。測位処理については、フローチャートを
用いて詳細に後述する。
With the positioning process, the
推定絶対姿勢補正処理とは、ホストCPU30が、取付傾斜角を考慮したカルマンフィ
ルタ処理を行って推定絶対姿勢に含まれる誤差を推定して、推定絶対姿勢を補正する処理
である。取付傾斜角は、自動車の停止時に、カーナビ用加速度センサ63及び加速度セン
サ100の検出結果を用いて算出する。推定絶対姿勢補正処理についても、フローチャー
トを用いて詳細に後述する。
The estimated absolute attitude correction process is a process in which the
図5は、RAM90に格納されるデータの一例を示す図である。RAM90には、計測
履歴データ901と、補正用絶対姿勢角データ903と、取付傾斜角データ905とが記
憶される。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of data stored in the
図6は、計測履歴データ901のデータ構成の一例を示す図である。計測履歴データ9
01には、各時刻9011毎に、カーナビ用ジャイロセンサ61により検出された3軸の
角速度9012と、カーナビ用加速度センサ63により検出された3軸の加速度9013
と、気圧センサ70により検出された外気圧9014と、角速度9012を積分すること
で得られる推定絶対姿勢角9015と、GPS測位処理又は慣性航法演算処理により求め
られた速度9017と、GPS測位処理により求められたGPS測位位置9018と、慣
性航法演算処理により求められた慣性航法演算位置9019とが対応付けて記憶される。
計測履歴データ901は、測位処理においてホストCPU30により更新される。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the data configuration of the
01 includes a triaxial
And an estimated
The
補正用絶対姿勢角データ903は、カーナビ用加速度センサ63の検出結果と重力加速
度とに基づいて算出される絶対姿勢角のデータであり、推定絶対姿勢を補正するために使
用される。補正用絶対姿勢角データ903は、推定絶対姿勢補正処理においてホストCP
U30により更新される。
The correction absolute
Updated by U30.
取付傾斜角データ905は、取付傾斜角「α」のデータであり、推定絶対姿勢補正処理
においてホストCPU30により更新される。
The attachment
3.処理の流れ
図7は、ホストCPU30によりROM80に記憶されている測位プログラム803が
読み出されて実行されることで、カーナビゲーション装置1において実行される測位処理
の流れを示すフローチャートである。
3. Processing Flow FIG. 7 is a flowchart showing a flow of positioning processing executed in the car navigation device 1 by the
測位処理は、ホストCPU30が、操作部40に測位開始指示の操作がなされたことを
検出した場合に実行を開始する処理である。尚、カーナビゲーション装置1の電源のON
/OFFとGPSの起動/停止とを連動させ、カーナビゲーション装置1の電源投入操作
を検出した場合に測位処理の実行を開始させることにしてもよい。
The positioning process is a process of starting execution when the
/ OFF and GPS activation / stop may be linked to start the positioning process when a power-on operation of the car navigation device 1 is detected.
また、特に説明しないが、以下の測位処理の実行中は、GPSアンテナ10によるRF
信号の受信や、RF受信回路部21によるIF信号へのダウンコンバート、ベースバンド
処理回路部23によるGPS衛星信号の捕捉・追尾等が随時行われている状態にあるもの
とする。また、カーナビ用ジャイロセンサ61、カーナビ用加速度センサ63及び気圧セ
ンサ70の検出結果に従って、ホストCPU30により、RAM90の計測履歴データ9
01は随時更新されるものとする。
Further, although not specifically described, the RF by the
It is assumed that signal reception, down-conversion to an IF signal by the RF
01 is updated as needed.
先ず、ホストCPU30は、GPSによる測位が可能であるか否かを判定する(ステッ
プA1)。具体的には、3次元測位(高度を含む測位)の場合は、ベースバンド処理回路
部23が現在捕捉しているGPS衛星(以下、「捕捉衛星」と称す。)の数が「4個以上
」である場合に、GPSによる測位が可能であると判定する。また、2次元測位(高度を
含まない測位)の場合は、捕捉衛星の数が「3個以上」である場合に、GPSによる測位
が可能であると判定する。
First, the
そして、GPSによる測位が可能であると判定した場合は(ステップA1;Yes)、
ホストCPU30は、GPS測位処理を行う(ステップA3)。具体的には、ホストCP
U30は、ベースバンド処理回路部23のCPUに、捕捉衛星の衛星情報及び時刻情報を
基に、例えば最小二乗法を用いた測位演算を実行させて、カーナビゲーション装置1の速
度及び位置を算出する。そして、算出した速度及び位置(GPS測位位置)を、RAM9
0の計測履歴データ901に記憶させる。
If it is determined that GPS positioning is possible (step A1; Yes),
The
U30 causes the CPU of the baseband
0
その後、ホストCPU30は、GPS測位処理で求めたGPS測位位置を出力位置に決
定して(ステップA5)、ステップA17へと処理を移行する。
Thereafter, the
一方、ステップA1においてGPSによる測位が不可能であると判定した場合は(ステ
ップA1;No)、ホストCPU30は、RAM90の計測履歴データ901に記憶され
ている最新の推定絶対姿勢角を用いて、移動体座標系から基準座標系への座標変換行列「
Cn b」を算出する(ステップA7)。座標変換行列は「Cn b」は、絶対ピッチ角「θ」、
絶対ロール角「φ」及び絶対ヨー角「ψ」を変数とする三角関数を成分として含む3×3
の公知の行列である。
On the other hand, when it is determined in step A1 that GPS positioning is impossible (step A1; No), the
C n b ”is calculated (step A7). The coordinate transformation matrix “C n b ” is the absolute pitch angle “θ”,
3 × 3 including trigonometric functions with absolute roll angle “φ” and absolute yaw angle “ψ” as variables
This is a known matrix.
そして、ホストCPU30は、ステップA7で算出した座標変換行列「Cn b」と、カー
ナビ用加速度センサ63の検出結果とを用いて、次式(4)に従って基準座標系における
自動車の加速度を算出する(ステップA9)。
動車の加速度ベクトル、移動体座標系における自動車の加速度ベクトル、基準座標系にお
ける重力加速度ベクトルをそれぞれ示している。
Then, the
その後、ホストCPU30は、ステップA9で算出した加速度を基に自動車の速度(単
なる速度ではなく方向を含んだ速度であるため、移動ベクトルと言える。)を算出し(ス
テップA11)、RAM90の計測履歴データ901に記憶させる。そして、算出した速
度と、前回(1時刻前)の出力位置とを用いて自動車の位置を算出して慣性航法演算位置
とし(ステップA13)、RAM90の計測履歴データ901に記憶させる。そして、算
出した慣性航法演算位置を出力位置に決定する(ステップA15)。
Thereafter, the
次いで、ホストCPU30は、カーナビ用ジャイロセンサ61の検出結果を積分するこ
とにより推定絶対姿勢角を算出し(ステップA17)、RAM90の計測履歴データ90
1に記憶させる。そして、ROM80に記憶されている推定絶対姿勢補正プログラム80
31を読み出して実行することで、ステップA17で算出した推定絶対姿勢角を補正する
推定絶対姿勢補正処理を行う(ステップA19)。
Next, the
1 is stored. Then, the estimated absolute
By reading and executing 31, an estimated absolute posture correction process for correcting the estimated absolute posture angle calculated in step A 17 is performed (step A 19).
推定絶対姿勢補正処理を行った後、ホストCPU30は、処理を終了するか否かを判定
し(ステップA21)、まだ終了しないと判定した場合は(ステップA21;No)、ス
テップA1に戻る。また、終了すると判定した場合は(ステップA21;Yes)、測位
処理を終了する。
After performing the estimated absolute posture correction process, the
図8は、推定絶対姿勢補正処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストCPU30は、自動車が停止中又は等速走行中であるか否かを判定する(
ステップB1)。自動車が停止しているか否かの判定は、例えばカーナビ用ジャイロセン
サ61の出力値である角速度の分散値が所定の閾値以下であるか否かを判定することで行
う。また、自動車が等速走行中であるか否かを判定は、例えばカーナビ用加速度センサ6
3の出力値である加速度の分散値が所定の閾値以下であるか否かを判定することで行う。
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the estimated absolute posture correction process.
First, the
Step B1). The determination as to whether or not the vehicle is stopped is made by determining whether or not the variance value of the angular velocity that is the output value of the car
This is performed by determining whether or not the acceleration variance value, which is the output value of 3, is less than or equal to a predetermined threshold value.
ステップB1において自動車が停止中又は等速走行中であると判定した場合は(ステッ
プB1;Yes)、ホストCPU30は、自動車が停止中であるか否かを判定する(ステ
ップB3)。そして、停止中ではない、すなわち等速走行中であると判定した場合は(ス
テップB3;No)、ステップB7へと処理を移行する。
When it is determined in step B1 that the vehicle is stopped or traveling at a constant speed (step B1; Yes), the
また、自動車が停止中であると判定した場合は(ステップB3;Yes)、ホストCP
U30は、カーナビ用加速度センサ63により検出されたXb軸方向の加速度「ax1」と
、加速度センサ100により検出されたXb軸方向の加速度「ax2」とを用いて、式(3
)に従って取付傾斜角「α」を算出する(ステップB5)。そして、算出した取付傾斜角
「α」で、RAM90の取付傾斜角データ905を更新する。
If it is determined that the vehicle is stopped (step B3; Yes), the host CP
U30 uses the acceleration “a x1 ” in the Xb- axis direction detected by the car
) To calculate the mounting inclination angle “α” (step B5). Then, the attachment
次いで、ホストCPU30は、カーナビ用加速度センサ63の検出結果を用いて、慣性
航法用センサ60の絶対ピッチ角「θ」及び絶対ロール角「φ」を算出し(ステップB7
)、RAM90の補正用絶対姿勢角データ903に記憶させる。
Next, the
), The absolute posture angle data for
詳細に説明すると、カーナビ用加速度センサ63により検出された移動体座標系におけ
る自動車の加速度ベクトルをベクトル表記の「ab」、基準座標系から移動体座標系への
座標変換行列を「Cb n」、基準座標系における重力加速度ベクトルをベクトル表記の「g
n」とすると、次式(5)が成立する。
n ", the following equation (5) is established.
式(5)を3次元の各成分「(ax,ay,az)」について展開すると、次式(6−1
)〜(6−3)のようになる。
) To (6-3).
そして、式(6−1)〜(6−3)から、絶対ピッチ角「θ」及び絶対ロール角「φ」
は、次式(7−1)及び(7−2)のように求められる。
Is obtained by the following equations (7-1) and (7-2).
次いで、ホストCPU30は、ステップB7で算出した絶対ピッチ角「θ」及び絶対ロ
ール角「φ」を観測値とするカルマンフィルタ処理を行って、ステップA17で算出して
計測履歴データ901に記憶させた推定絶対姿勢角を補正する(ステップB9)。具体的
には、推定絶対姿勢角に含まれる誤差を状態ベクトルとし、絶対ピッチ角「θ」及び絶対
ロール角「φ」を外部観測量として、カルマンフィルタの理論に基づく推定演算を行う。
そして、推定された誤差を、カーナビ用ジャイロセンサ61の検出結果を基に算出した推
定絶対姿勢角に加算することで、推定絶対姿勢角を補正する。
Next, the
Then, the estimated absolute posture angle is corrected by adding the estimated error to the estimated absolute posture angle calculated based on the detection result of the car
一方、ステップB1において自動車が停止中でも等速走行中でもないと判定した場合は
(ステップB1;No)、ホストCPU30は、今回の測位タイミングがGPS測位であ
るか否かを判定する(ステップB11)。そして、今回の測位タイミングがGPS測位で
あると判定した場合は(ステップB11;Yes)、前回の測位タイミングもGPS測位
であったか否かを判定する(ステップB13)。
On the other hand, when it is determined in step B1 that the vehicle is not stopped or traveling at a constant speed (step B1; No), the
そして、前回の測位タイミングもGPS測位であったと判定した場合は(ステップB1
3;Yes)、ホストCPU30は、RAM90の計測履歴データ901に記憶されてい
る前回のGPS測位位置と今回のGPS測位位置とから、前回の測位タイミングと今回の
測位タイミング間における自動車の水平方向の移動距離を算出する(ステップB15)。
また、ホストCPU30は、気圧センサ70の検出結果に基づいて、前回の測位タイミン
グと今回の測位タイミング間における自動車の高度方向の移動距離を算出する(ステップ
B17)。
If it is determined that the previous positioning timing is also GPS positioning (step B1
3) Yes, the
Further, the
次いで、ホストCPU30は、ステップB15で算出した水平方向の移動距離と、ステ
ップB17で算出した高度方向の移動距離とを用いて、走行路面の傾斜角「β」を算出す
る(ステップB19)。そして、RAM90の取付傾斜角データ905に記憶されている
取付傾斜角「α」を加味することで絶対ピッチ角「θ」を算出し(ステップB21)、R
AM90の補正用絶対姿勢角データ903を更新する。
Next, the
The correction absolute
そして、ホストCPU30は、ステップB21で算出した絶対ピッチ角「θ」を観測値
とするカルマンフィルタ処理を行って、ステップA17で算出して計測履歴データ901
に記憶させた推定絶対姿勢角を補正する(ステップB23)。具体的には、推定絶対姿勢
角に含まれる誤差を状態ベクトルとし、絶対ピッチ角「θ」を外部観測量として、カルマ
ンフィルタの理論に基づく推定演算を行う。そして、推定された誤差を、カーナビ用ジャ
イロセンサ61の検出結果を基に算出した推定絶対姿勢角に加算することで、推定絶対姿
勢角を補正する。
Then, the
The estimated absolute attitude angle stored in (1) is corrected (step B23). Specifically, an estimation calculation based on the theory of the Kalman filter is performed using an error included in the estimated absolute attitude angle as a state vector and an absolute pitch angle “θ” as an external observation amount. Then, the estimated absolute posture angle is corrected by adding the estimated error to the estimated absolute posture angle calculated based on the detection result of the car
ステップB9又はB23において推定絶対姿勢角の補正を行った後、ホストCPU30
は、推定絶対姿勢補正処理を終了する。また、ステップB11において今回の測位タイミ
ングがGPS測位ではないと判定した場合(ステップB11;No)、又は、ステップB
13において前回の測位タイミングがGPS測位ではなかったと判定した場合にも(ステ
ップB13;No)、ホストCPU30は、推定絶対姿勢補正処理を終了する。
After correcting the estimated absolute attitude angle in step B9 or B23, the
Ends the estimated absolute posture correction process. If it is determined in step B11 that the current positioning timing is not GPS positioning (step B11; No), or step B11
Even when it is determined in step 13 that the previous positioning timing is not GPS positioning (step B13; No), the
3.作用効果
本実施形態によれば、カーナビゲーション装置1において、カーナビ用ジャイロセンサ
61の検出結果を積分することで、地球に対する慣性航法用センサ60の絶対姿勢の推定
値である推定絶対姿勢が算出される。そして、移動体座標系と基準座標系との座標変換行
列が推定絶対姿勢に基づいて算出され、当該座標変換行列を用いて、カーナビ用加速度セ
ンサ63の検出結果が基準座標系に変換されるとともに、重力加速度の成分が減算される
ことで、基準座標系における自動車の移動ベクトルが算出される。そして、この移動ベク
トルを用いて現在位置が測位される。
3. Effects According to the present embodiment, in the car navigation device 1, the estimated absolute attitude, which is an estimated value of the absolute attitude of the
カーナビ用加速度センサ63により検出される加速度は、自動車自身を基準とする移動
体座標系における加速度であるため、重力加速度の影響を補正するためには、基準座標系
における加速度に変換する必要がある。そこで、本実施形態では、慣性航法用センサ60
の推定絶対姿勢を基に座標変換行列を算出し、この座標変換行列を用いて、カーナビ用加
速度センサ61により検出された加速度を基準座標系における加速度に変換するとともに
、この変換後の加速度から重力加速度を減算することにしている。これにより、地球の重
力に起因する成分が補正された加速度を得ることが可能となり、その結果、より正確な現
在位置の測位を実現し得る。
Since the acceleration detected by the car
The coordinate transformation matrix is calculated based on the estimated absolute posture of the vehicle, and the acceleration detected by the car
4.変形例
4−1.電子機器
本発明は、測位装置を備えた電子機器であれば何れの電子機器にも適用可能である。例
えば、ノート型パソコンやPDA(Personal Digital Assistant)等についても同様に適
用可能である。
4). Modified example 4-1. Electronic Device The present invention can be applied to any electronic device provided that it has a positioning device. For example, the present invention can be similarly applied to a notebook personal computer, a PDA (Personal Digital Assistant), and the like.
4−2.移動体
また、移動体は必ずしも自動車に限られるわけではなく、バスや電車等の移動体につい
ても同様に適用可能である。
4-2. Mobile Object The mobile object is not necessarily limited to an automobile, and can be similarly applied to mobile objects such as buses and trains.
4−3.衛星測位システム
上述した実施形態では、衛星測位システムとしてGPSを例に挙げて説明したが、WA
AS(Wide Area Augmentation System)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)
、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO等の他の衛
星測位システムであってもよい。
4-3. Satellite positioning system In the above-described embodiment, the GPS has been described as an example of the satellite positioning system.
AS (Wide Area Augmentation System), QZSS (Quasi Zenith Satellite System)
Other satellite positioning systems such as GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) and GALILEO may be used.
4−4.処理の分化
ホストCPU30が行う処理の一部又は全部を、ベースバンド処理回路部23のCPU
が行うことにしてもよい。具体的には、例えばベースバンド処理回路部23のCPUが測
位処理を行う。そして、ホストCPU30が、測位処理により求められた出力位置に対し
てマップマッチング処理等を行ってナビゲーション画面を生成し、生成したナビゲーショ
ン画面を表示部50に表示させるナビゲーション処理を行う。また、ナビゲーション処理
も含めてホストCPU30が行う処理の全部をCPUが行うこととしてもよい。
4-4. Differentiation of processing Part or all of the processing performed by the
You may decide to do. Specifically, for example, the CPU of the baseband
4−5.走行路面の傾斜角の算出
上述した実施形態では、GPSの測位結果から求められる自動車の水平方向の移動距離
と、気圧センサ70の検出結果から求められる自動車の高度方向の移動距離とに基づいて
、走行路面の傾斜角「β」を算出するものとして説明したが、気圧センサ70の検出結果
を用いずに、GPSの測位結果のみから走行路面の傾斜角「β」を算出することとしても
よい。
4-5. Calculation of the inclination angle of the traveling road surface In the embodiment described above, based on the moving distance in the horizontal direction of the vehicle determined from the GPS positioning result and the moving distance in the height direction of the vehicle determined from the detection result of the
すなわち、3次元測位では、自動車の緯度、経度及び高度を求めることができるため、
緯度及び経度の変化から求められる水平方向の移動距離と、高度の変化から求められる高
度方向の移動距離とを用いることで、走行路面の傾斜角「β」を算出することができる。
この場合は、カーナビゲーション装置1に気圧センサ70を設ける必要はない。
In other words, in 3D positioning, the latitude, longitude and altitude of the car can be obtained.
The inclination angle “β” of the traveling road surface can be calculated by using the horizontal movement distance obtained from the change in latitude and longitude and the movement distance in the altitude direction obtained from the change in altitude.
In this case, it is not necessary to provide the
また、上述した実施形態では、1時刻間の移動距離に基づいて路面の傾斜角「β」を算
出するものとして説明したが、これを所定期間(例えば10時刻分)の移動距離に基づい
て算出することとしてもよいことは勿論である。
In the above-described embodiment, the road surface inclination angle “β” is calculated based on the travel distance during one time. However, this is calculated based on the travel distance for a predetermined period (for example, 10 hours). Of course, it is also possible to do.
4−6.推定絶対姿勢の補正
上述した実施形態では、カルマンフィルタ処理を行って推定絶対姿勢角に含まれる誤差
を推定することで、推定絶対姿勢の補正を行うものとして説明したが、次のようにしても
よい。すなわち、図8の推定絶対姿勢補正処理のステップB9において、カルマンフィル
タ処理を行わずに、推定絶対姿勢角に含まれる絶対ピッチ角及び絶対ロール角を、ステッ
プB7で算出した絶対ピッチ角「θ」及び絶対ロール角「φ」にそれぞれ置き換える処理
を行う。また、ステップB23においても同様にカルマンフィルタ処理を行わず、推定絶
対姿勢角に含まれる絶対ピッチ角を、ステップB21で算出した絶対ピッチ角「θ」に置
き換える処理を行う。
4-6. Correction of Estimated Absolute Posture In the above-described embodiment, it has been described that the estimated absolute posture is corrected by performing the Kalman filter process to estimate the error included in the estimated absolute posture angle. However, the following may be performed. . That is, in step B9 of the estimated absolute posture correction process of FIG. 8, without performing Kalman filter processing, the absolute pitch angle and the absolute roll angle included in the estimated absolute posture angle are calculated using the absolute pitch angle “θ” calculated in step B7 and A process of replacing each with an absolute roll angle “φ” is performed. Similarly, in step B23, the Kalman filter process is not performed, and the absolute pitch angle included in the estimated absolute posture angle is replaced with the absolute pitch angle “θ” calculated in step B21.
1 カーナビゲーション装置、 10 GPSアンテナ、 20 GPS受信部、
21 RF受信回路部、 23 ベースバンド処理回路部、 30 ホストCPU、
40 操作部、 50 表示部、 60 慣性航法用センサ、
61 カーナビ用ジャイロセンサ、 63 カーナビ用加速度センサ、
70 気圧センサ、 80 ROM、 90 RAM、 100 加速度センサ
1 car navigation device, 10 GPS antenna, 20 GPS receiver,
21 RF receiving circuit section, 23 baseband processing circuit section, 30 host CPU,
40 operation units, 50 display units, 60 inertial navigation sensors,
61 Gyro sensor for car navigation, 63 Acceleration sensor for car navigation,
70 barometric pressure sensor, 80 ROM, 90 RAM, 100 acceleration sensor
Claims (5)
移動体の現在位置を、前記慣性航法用センサの検出結果を用いて測位する測位方法であっ
て、
前記ジャイロセンサの検出結果を積分することで、地球に対する前記慣性航法用センサ
の絶対姿勢の推定値である推定絶対姿勢を算出することと、
前記移動体自身を基準とした座標系である移動体座標系と基準座標系との座標変換行列
を、前記推定絶対姿勢に基づいて算出することと、
前記座標変換行列を用いて、前記加速度センサの検出結果を前記基準座標系に変換する
とともに重力加速度の成分を減算することで前記基準座標系における前記移動体の移動ベ
クトルを算出することと、
前記移動ベクトルを用いて現在位置を測位することと、
を含む測位方法。 A positioning method for positioning a current position of a moving body to which an inertial navigation sensor, in which a gyro sensor and an acceleration sensor are integrally configured, is fixed, using a detection result of the inertial navigation sensor,
Calculating an estimated absolute attitude that is an estimated value of the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth by integrating the detection result of the gyro sensor;
Calculating a coordinate transformation matrix between a moving body coordinate system and a reference coordinate system, which is a coordinate system based on the moving body itself, based on the estimated absolute attitude;
Using the coordinate transformation matrix to convert a detection result of the acceleration sensor into the reference coordinate system and subtracting a gravitational acceleration component to calculate a movement vector of the moving body in the reference coordinate system;
Positioning the current position using the movement vector;
Positioning method including.
前記移動体が停止中又は等速走行中であることが検出された場合に、前記加速度センサ
の検出結果に表れる重力加速度の成分に基づいて、地球に対する前記慣性航法用センサの
絶対姿勢を算出することと、
前記算出された絶対姿勢で前記推定絶対姿勢を補正することと、
を含む請求項1に記載の測位方法。 Detecting that the moving body is stopped or traveling at a constant speed;
When it is detected that the moving body is stopped or traveling at a constant speed, the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth is calculated based on a gravitational acceleration component appearing in the detection result of the acceleration sensor. And
Correcting the estimated absolute posture with the calculated absolute posture;
The positioning method according to claim 1, comprising:
断続的に測位することと、
前記測位演算の測位結果から所定期間における前記移動体の水平方向の移動距離を算出
することと、
外気圧を検出する気圧センサの検出結果に基づいて、前記所定期間と同一の期間におけ
る前記移動体の高度方向の移動距離を算出することと、
前記水平方向の移動距離と前記高度方向の移動距離とに基づいて、前記移動体が位置す
る路面の傾斜角を算出することと、
前記加速度センサにより検出された加速度と、前記移動体の姿勢と同一の姿勢になるよ
うに前記移動体に設置された第2の加速度センサにより検出された加速度と、重力加速度
とを用いて、前記慣性航法用センサの前記移動体に対する取付傾斜角を算出することと、
前記路面の傾斜角と前記慣性航法用センサの前記移動体に対する取付傾斜角とを用いて
、前記慣性航法用センサのピッチ角を算出することと、
前記慣性航法用センサのピッチ角を用いた所定の推定演算を行って前記推定絶対姿勢に
含まれる誤差を推定して前記推定絶対姿勢を補正することと、
を含む請求項1又は2に記載の測位方法。 Performing a predetermined positioning calculation based on a positioning signal transmitted from a positioning satellite, and intermittently positioning the current position;
Calculating a horizontal movement distance of the moving body in a predetermined period from a positioning result of the positioning calculation;
Calculating a moving distance in the altitude direction of the moving body in the same period as the predetermined period based on a detection result of an atmospheric pressure sensor that detects an external atmospheric pressure;
Calculating an inclination angle of a road surface on which the moving body is located based on the horizontal moving distance and the altitude moving distance;
Using the acceleration detected by the acceleration sensor, the acceleration detected by the second acceleration sensor installed on the moving body so as to have the same posture as the posture of the moving body, and the gravitational acceleration, Calculating an inclination angle of attachment of the inertial navigation sensor to the moving body;
Calculating a pitch angle of the inertial navigation sensor using an inclination angle of the road surface and an attachment inclination angle of the inertial navigation sensor with respect to the moving body;
Performing a predetermined estimation calculation using a pitch angle of the inertial navigation sensor to estimate an error included in the estimated absolute attitude and correcting the estimated absolute attitude;
The positioning method according to claim 1 or 2, comprising:
移動体の現在位置を、前記慣性航法用センサの検出結果を用いてコンピュータに測位計算
させるためのプログラムであって、
前記ジャイロセンサの検出結果を積分することで、地球に対する前記慣性航法用センサ
の絶対姿勢の推定値である推定絶対姿勢を算出することと、
前記移動体自身を基準とした座標系である移動体座標系と基準座標系との座標変換行列
を、前記推定絶対姿勢に基づいて算出することと、
前記座標変換行列を用いて、前記加速度センサの検出結果を前記基準座標系に変換する
とともに重力加速度の成分を減算することで前記基準座標系における前記移動体の移動ベ
クトルを算出することと、
前記移動ベクトルを用いて現在位置を測位することと、
を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to calculate a position of a current position of a moving body to which an inertial navigation sensor, in which a gyro sensor and an acceleration sensor are integrally configured, is fixed, using a detection result of the inertial navigation sensor,
Calculating an estimated absolute attitude that is an estimated value of the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth by integrating the detection result of the gyro sensor;
Calculating a coordinate transformation matrix between a moving body coordinate system and a reference coordinate system, which is a coordinate system based on the moving body itself, based on the estimated absolute attitude;
Using the coordinate transformation matrix to convert a detection result of the acceleration sensor into the reference coordinate system and subtracting a gravitational acceleration component to calculate a movement vector of the moving body in the reference coordinate system;
Positioning the current position using the movement vector;
For causing the computer to execute.
移動体の現在位置を、前記慣性航法用センサの検出結果を用いて測位する測位装置であっ
て、
前記ジャイロセンサの検出結果を積分することで、地球に対する前記慣性航法用センサ
の絶対姿勢の推定値である推定絶対姿勢を算出する絶対姿勢推定部と、
前記移動体自身を基準とした座標系である移動体座標系と基準座標系との座標変換行列
を、前記推定絶対姿勢に基づいて算出する行列算出部と、
前記座標変換行列を用いて、前記加速度センサの検出結果を前記基準座標系に変換する
とともに重力加速度の成分を減算することで前記基準座標系における前記移動体の移動ベ
クトルを算出する移動ベクトル算出部と、
前記移動ベクトルを用いて現在位置を測位する測位部と、
を備えた測位装置。 A positioning device for positioning a current position of a moving body to which an inertial navigation sensor, in which a gyro sensor and an acceleration sensor are integrally configured, is fixed, using a detection result of the inertial navigation sensor,
An absolute attitude estimation unit that calculates an estimated absolute attitude that is an estimated value of the absolute attitude of the inertial navigation sensor with respect to the earth by integrating the detection result of the gyro sensor;
A matrix calculation unit that calculates a coordinate transformation matrix between a moving body coordinate system and a reference coordinate system, which is a coordinate system based on the moving body itself, based on the estimated absolute attitude;
Using the coordinate transformation matrix, a movement vector calculation unit that converts the detection result of the acceleration sensor into the reference coordinate system and calculates a movement vector of the moving body in the reference coordinate system by subtracting a gravitational acceleration component. When,
A positioning unit for positioning the current position using the movement vector;
Positioning device equipped with.
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