JP2011013204A - ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステムを提供する。
【解決手段】ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステムが、ここに開示される。本慣性ナビゲーションシステムは、移動体の移動情報に基づいて上記移動体の位置および向きを計算するための軌道計算器と、上記軌道計算器に接続され、参照道路情報に基づいて上記移動体の位置および向きを修正するための誤差修正ユニットと、上記誤差修正ユニットに接続され、道路網の地理情報を格納し、上記道路網の地理情報に従って上記参照道路情報を提供するための記憶ユニットとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナビゲーションシステム(navigation system)に関し、更に詳しくは、ナビゲーションシステムでの位置修正のためのシステムに関する。

慣性ナビゲーションシステムは、外部参照を要することなく、移動体の位置、進行方向角度(heading angle)、速度、および他の情報を継続的に計算するための計算器および運動センサを備えたナビゲーションシステムである。慣性ナビゲーションシステムまたは密接に関連する装置を指すために使用される他の用語は、慣性ガイダンスステム(inertial guidance system)、慣性リファレンスプラットフォーム(inertial reference platform)、および他の多くの変形(variations)を含む。

慣性ナビゲーションシステムは、初めに、例えば人間オペレータやＧＰＳ衛星受信器などの他のソースから、移動体の例えば位置(position)や向き(orientation)等の初期ナビゲーション情報が供給され、その後、上記初期ナビゲーション情報に関して上記運動センサから受信される上記移動体の例えば線速度や角速度等の運動情報を積分(integrate)することにより、上記移動体の更新されたナビゲーション情報を計算する。しかしながら、例えばジャイロスコープや加速度計等の運動センサの精度誤差(accuracy error)や測定誤差(measurement error)が積分過程で蓄積される。比較的長期間の後では、蓄積誤差は、上記移動体の実際の移動と上記慣性ナビゲーションシステムにより計算される軌道との間に、もはや無視することができない相当に大きなオフセットをもたらす。

図１は、蓄積された誤差によって生じる従来の慣性ナビゲーションシステムの軌道オフセットの説明図１００を示す。線１０２は、慣性ナビゲーションシステムによって計算された移動体の軌道線(trajectory line)である。線１０４は、上記移動体の実際(real)の移動線である。

従来の慣性ナビゲーションシステムの計算器は、上記移動体の線速度および角速度を含む測定情報に従って上記移動体の軌道線を計算する。運動センサの精度誤差および測定誤差のため、上記運動センサによって測定される線速度および角速度は実際値(real value)と異なる。結果として、移動体が東から西に直進して交差点で北に曲がる場合、もし、測定された線速度が移動体の実際の線速度よりも大きければ、軌道線１０２は、実際の移動線１０４に対して西にシフトする。また、もし、測定された角速度が移動体の実際の角速度よりも小さければ、軌道線１０２の向きは、実際の移動線１０４に対して反時計周りにθ度だけ回転する。

結果として、従来の慣性ナビゲーションシステムによって計算される軌道線１０２は、移動線１０４に対して異なったものになる。軌道線１０２と移動線１０４との間の誤差は、システムの性能に影響を与える。

本発明は、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステムを提供する。本慣性ナビゲーションシステムは、移動体の移動情報に基づいて上記移動体の位置および向きを計算するための軌道計算器と、上記軌道計算器に接続され、参照道路情報に基づいて上記移動体の位置および向きを修正するための誤差修正ユニットと、上記誤差修正ユニットに接続され、道路網の地理情報を格納し、上記道路網の上記地理情報に従って上記参照道路情報を提供するための記憶ユニットとを備える。

他の実施形態では、本発明は、移動体のナビゲーション情報を生成し、上記ナビゲーション情報を修正するための方法を提供する。本方法は、移動体の移動情報に基づいて軌道計算器により上記移動体の位置および向きを計算するステップと、参照道路情報に基づいて誤差修正ユニットにより上記位置および上記向きを修正するステップと、記憶ユニットに格納された道路網の地理情報に従って上記記憶ユニットにより上記参照道路情報を提供するステップとを含む。

請求項に規定された本発明の主題の実施形態の特徴および利点は、次の図面を参照して、以下の詳細な説明を読み進めるにつれて明らかになるであろう。ここで、同様の符号は同様の要素を表している。

蓄積された誤差によって引き起こされる従来の慣性ナビゲーションシステムの軌道オフセットを示す図である。 本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステムのブロック図である。 本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステムの典型的なブロック図である。 本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づいて移動体の計算された位置を修正する動作を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づいて移動体の計算された向きを修正する動作を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づいて移動体の計算された位置を修正する動作を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステムによって実行される動作のフローチャートである。 ナビゲーション地図に基づいて慣性ナビゲーションシステムによって生成されるナビゲーション情報を修正するための方法のフローチャートである。

本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明は、その実施形態とともに説明されるが、それらは、本発明をそれらの実施形態に制限するものでないことが理解される。逆に、本発明は、代替物、変形物、および均等物に及び、それらは、添付の請求項に規定された本発明の精神および範囲に含まれる。

また、本発明の以下の詳細な説明において、多くの特定の詳細は、本発明の完全な理解のために述べられる。しかしながら、当業者であれば、本発明がこれらの特定の詳細を用いなくても実施できることを理解するであろう。他には、本発明の態様を不必要に不明確にしないように、公知の方法、手順、構成要素および回路について詳細に説明しない。

本発明は、ナビゲーション地図(navigation map)に示される参照道路情報(reference road information)に従って慣性ナビゲーションシステムの蓄積誤差を低減することによりナビゲーションシステムの精度を改善する。図２は、本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステム２００のブロック図を示す。この慣性ナビゲーションシステム２００は、他のナビゲーションシステムに統合されてもよい。例えば、慣性ナビゲーションシステム２００は、移動体を追跡するＧＰＳ(Global Position System)と共に使用されてもよく、それは、既存のナビゲーションシステムの精度および性能を改善する。

図２に示されるように、慣性ナビゲーションシステム２００は、例えば車両などの移動体の移動情報を提供するための複数の運動センサを備え、この複数の運動センサは上記移動体に接続される。この運動センサは、車両からの入力信号に基づいて該車両の角速度を測定して提供するためのジャイロスコープ２０２と、車両からの入力信号に基づいて該車両の線速度を測定して提供するためのマイル計(milemeter)２０４を含む。

また、慣性ナビゲーションシステム２００は、車両の軌道線(trajectory line)を計算し、地図記憶ユニット２１２が提供する参照道路情報に従って上記軌道線を修正するためのプロセッサ２１０を備える。一実施形態において、プロセッサ２１０は、記憶ユニット２１２に格納されたナビゲーション地図に基づいて上記参照道路情報を取得することができる。このナビゲーション地図は、道路網の地理データ(geographic data)を示す。他の実施形態では、ナビゲーション地図における道路は、始点(starting point)と終点(end point)を有する単線と見なすことができる。ナビゲーション地図は、単一道路線(single road line)の位置情報(position information)と向き情報(orientation information)を示すことができる。プロセッサ２１０において、軌道計算器２０８は、それぞれマイル計２０４およびジャイロスコープ２０２から受信される測定された線速度および角速度に基づいて車両の軌道線を計算するために使用される。

本システムが動作を開始すると、軌道計算器２０８は、以前の位置および向き(previous position and orientation)に関し、車両の受信された角速度および線速度を積分(integrating)することにより、この車両の位置および向きを周期的に更新することができる。

一実施形態において、慣性ナビゲーションシステム２００は、ＷＧＳ(World Geodetic System)を採用する。ＷＧＳは、ナビゲーションにおいて使用される標準規格である。ＷＧＳは、地球に対する標準座標フレーム(standard coordinate frame)を規定する。この地球に対する標準座標フレームでは、車両の位置は、経度成分と緯度成分から構成される。この位置は、経度成分および緯度成分をそれぞれ更新することにより更新される。経度成分および緯度成分は、数式（１）により、車両の現在の線速度と、以前の経度および緯度成分とに基づいて周期的に更新されることができる。

ここで、ｎｅｗＬｏｎは、現在位置の経度成分を表す。ｎｅｗＬａｔは、現在位置の緯度成分を表す。ｏｌｄＬｏｎは、前の位置の経度成分を表す。ｏｌｄＬａｔは、前の位置の緯度成分を表す。Ｖ_Ｅは、車両の線速度の東成分(east component)を表す。Ｖ_Ｎは、車両の線速度の北成分(north component)を表す。Ｔは、線速度の単位間隔(unit interval)を表し、例えば１ｓである。Ｒは、前の位置から地球に対する標準座標フレームの原点までの距離を表す。

車両の向きは、数式（２）に従って更新されることができる。

ここで、ｎｅｗＯｒｉは、現在の向きを表す。ｏｌｄＯｒｉは、以前の向きを表す。Ｖ_Ａは、現在、ジャイロスコープ２０２によって測定される角速度を表す。Ｔは、角速度の単位間隔であり、例えば１ｓである。

また、本システムが始動すると、車両の初期の位置と初期の向きを含む初期情報が、例えば人間オペレータやＧＰＳ衛星受信器などの他のソースから軌道計算器２０８に提供される。軌道計算器２０８は、上記初期情報に関し、受信された角速度および線速度を積分することにより、車両の最初の位置および向きを計算することができる。

結果として、軌道計算器２０８は、車両の位置および向きを周期的に更新して、表示画面２１４に軌道線を送ることにより、車両の軌道線を決定する。また、表示画面２１４は、地図記憶ユニット２１２からナビゲーション地図を取得し、軌道線をナビゲーション地図に合わせて、この車両の軌道線をナビゲーション地図上に表示させる。

また、プロセッサ２１０は、地図記憶ユニット２１２に格納されたナビゲーション地図に基づいて、軌道計算器２０８によって計算された車両の位置および向きを修正するための誤差修正ユニット２０６を更に備える。一実施形態において、誤差修正ユニット２０６は、車両が角(corner)を曲がるとき、または道路上を直進するときに、この車両の位置および向きを修正することができる。曲がり角での方向転換や道路上での直進を含む車両の移動状態をモニタするために、誤差修正ユニット２０６は、ジャイロスコープ２０２から受信される車両の角速度により、この車両の回転角(turning angle)を周期的に計算する。この回転角は、所定の時間間隔(time interval)だけ前、例えば５秒前に測定された以前の向きと現在の向きとの間の向きの差分を表す。

もし回転角が所定の範囲、例えば６０度から１２０度までの範囲内にあれば、誤差修正ユニット２０６は、車両が曲がり角を曲がっていると判断する。もし、回転角が、所定値、例えば２０度よりも小さければ、誤差修正ユニット２０６は、車両が道路上を直進していると判断する。

もし、車両が曲がり角で道路Ｒ_１に向けて方向転換すると、誤差修正ユニット２０６は、この曲がり角で計算された車両の位置を記録し、地図記憶ユニット２１２から、ナビゲーション地図に基づいて、この角の参照位置を取得する。そして、もし車両が道路Ｒ_１上での直進を維持すれば、誤差修正ユニット２０６は、車両の上記計算された位置と上記参照位置とを比較する。もし、上記計算された位置と上記参照位置との間の差分が所定の閾値Ｐ_ＴＨＲよりも大きければ、誤差修正ユニット２０６は、ナビゲーション地図に従って車両の現在位置を修正するように軌道計算器２０８に命令を発する。

もし車両が道路Ｒ_２上を直進すれば、誤差修正ユニット２０６は、軌道計算器２０８から車両の上記計算された向きを取得すると共に、地図記憶ユニット２１２からナビゲーション地図に基づいて道路Ｒ_２の参照向きを取得する。誤差修正ユニット２０６は、車両の現在の向きと道路Ｒ_２の上記参照向きとを比較する。もし、上記現在の向きと上記参照向きとの間の差分が所定の閾値Ｏ_ＴＨＲより大きければ、誤差修正ユニット２０６は、ナビゲーション地図に従って車両の現在の向きを修正するように軌道計算器２０８に命令を発する。

また、もし、車両が道路Ｒ_３上を直進し、この車両の現在の向きと道路Ｒ_３の参照向きとの間の差分が所定の閾値Ｏ_ＴＨＲよりも小さければ、誤差修正ユニット２０６は、車両の現在位置から目標の道路線までの垂直距離(vertical distance)を周期的に計算する。前述したように、ナビゲーション地図に示される各道路は単線(single line)と見なすことができる。もし、上記垂直距離が所定の閾値Ｄ_ＴＨＲよりも大きければ、誤差修正ユニット２０６は、車両の現在位置を目標道路線上の対応位置に修正するように軌道計算器２０８に命令を発する。

結果として、軌道計算器２１０は、修正された位置および向きに基づいて車両の次の位置および向きを計算することができる。

図３は、本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステム３００の典型的なブロック図を示す。図２と同じ符号が付された要素は同様の機能を有し、ここでは説明しない。図３は、図２と組み合わせて説明される。

誤差修正ユニット２０６において、回転角計算器３０２は、ジャイロスコープ２０２からの角速度に基づいて、例えば車両などの移動体の回転角(turning angle)を周期的に計算するために使用される。制御器３０４は、車両の回転角に従って車両の移動状態をモニタし、この車両の対応移動状態に従って、車両の上記計算された位置および向きを修正するように軌道計算器２０８を制御するために使用される。車両の移動状態は、曲がり角での方向転換と道路上での直進とを含むことができる。

動作中、回転角計算器３０２は、ジャイロスコープ２０２から角速度を周期的に受信して、この角速度に従って車両の回転角(turning angle)を計算することができる。より具体的には、ジャイロスコープ２０２は、周期的に車両の現在の角速度を生成して回転角計算器３０２に供給する。回転角計算器３０２は、ジャイロスコープ２０２から順次的に受信される所定数の角速度値を記憶ユニット（図示なし）に格納する。回転角計算器３０２は、数式（３）に従って車両の現在の回転角を計算する。

ここで、θは、車両の回転角を表す。Ｖ_Ａ１，Ｖ_Ａ２，．．．，Ｖ_Ａｎは、記憶ユニットに格納された角速度値を表す。Ｔ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_ｎは、それぞれ、角速度値Ｖ_Ａ１，Ｖ_Ａ２，．．．，Ｖ_Ａｎの測定の時間間隔を表す。角速度値Ｖ_Ａ１，Ｖ_Ａ２，．．．，Ｖ_Ａｎは順次的に測定される。

例えば、ジャイロスコープ２０２は、１秒ごとに車両の角速度を測定する。回転角計算器３０２は、順次的にジャイロスコープ２０２から受信される５個の角速度値Ｖ_Ａ１，Ｖ_Ａ２，Ｖ_Ａ３，Ｖ_Ａ４，Ｖ_Ａ５を格納する。そして、車両の回転角は、数式（４）に従って計算される。

車両の現在の回転角を計算した後、回転角計算器３０２は、引き続き、新たな一連の角速度値に従って次の回転角を計算する。新たな一連の角速度値を取得するために、回転角計算器３０２は、記憶ユニットから、最初に測定された角速度値、例えば数式（３）に示される角速度値Ｖ_Ａ１を削除し、そして、現在測定された新たな角速度値Ｖ_{Ａ（ｎ＋１）}を記憶ユニットに格納する。従って、次の回転角は、数式（３）により、新たな一連の角速度値Ｖ_Ａ２，Ｖ_Ａ３，Ｖ_Ａ４，．．．，Ｖ_{Ａ（ｎ＋１）}に基づいて計算される。

一実施形態において、回転角計算器３０２は、周期的に車両の回転角を生成して制御器３０４に供給する。制御器３０４は、上記回転角により、或る期間で車両が曲がり角を曲がっているか、道路上を直進しているかどうかを判断することができる。もし、回転角が所定の範囲内、例えば６０度から１２０度までの範囲内にあれば、制御器３０４は、車両が曲がり角を曲がっていると判断することができる。もし、回転角が所定の値、例えば２０度よりも小さければ、制御器３０４は、車両が道路上を直進していると判断することができる。

車両の対応移動状態に従って、制御器３０４は、軌道計算器２０８から、車両の計算された位置及び／又は向きを取得する。また、制御器３０４は、地図記憶ユニット２１２から、ナビゲーション地図に基づいて対応道路の参照位置及び／又は向きを取得することができる。その後、制御器３０４は、計算された位置および向きを参照位置および向きとそれぞれ比較して、この比較結果に従って、ナビゲーション地図に基づいて車両の計算された位置および向きを修正するように軌道計算器２０８に命令を発する。

図４は、本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づく移動体の計算された位置を修正する動作の説明図４００を示す。図４は、図２および図３と組み合わせて説明される。

図４に示されるように、線４０２および線４０６は、慣性ナビゲーションシステム２００における軌道計算器２０８によって計算された、例えば車両などの移動体の軌道線である。破線４０４は、道路Ｒ_２の道路線である。上述したように、地図記憶ユニット２１２に格納されたナビゲーション地図における道路は、始点と終点を有する単線と見なすことができる。

車両は、東から西に道路Ｒ_１上を走行して、曲がり角Ｃ_１で北に方向転換して道路Ｒ_２に入る。その後、車両は道路Ｒ_２上を直進する。曲がり角Ｃ_１を曲がった後、もしマイル計２０４によって測定された線速度が移動体の実際の線速度よりも大きければ、軌道計算器２０８によって計算された軌道線４０２は、車両の実際の軌道線である道路線４０４に対して西にシフトされる。

軌道線４０２の位置オフセットを低減させるために、誤差修正ユニット２０６は、車両の移動状態をモニタし、もし、車両が曲がり角Ｃ_１で道路Ｒ_２に方向転換して道路Ｒ_２上を直進すれば、地図記憶ユニット２１２に格納されたナビゲーション地図に基づいて車両の計算された位置を修正する。

一実施形態において、制御器３０２は、周期的に回転角計算器３０４から受信される車両の回転角に従って、この車両の移動状態をモニタする。もし、車両が曲がり角Ｃ_１で道路Ｒ_２に方向転換すれば、回転角計算器３０２から出力される回転角は、所定の範囲内、例えば６０度から１２０度までの範囲内であり得る。従って、制御器３０４は、軌道計算器２０８から車両の計算された位置Ｏ_Ｖを取得し、それを記憶ユニット（図示なし）に格納する。また、制御器３０４は、地図記憶ユニット２１２から、曲がり角Ｃ_１の位置でもある道路Ｒ_２の始点の参照位置Ｏ_ＲＥＦを取得して、それを記憶ユニットに格納する。

その後、制御器３０４は、曲がり角Ｃ_１を曲がった後の所定期間中、車両の移動状態を継続してモニタする。もし、上記所定期間で回転角計算器３０２から受信される最新(latter)の回転角が、所定値、例えば２０度よりも小さければ、制御器３０４は、車両が曲がり角Ｃ_１を曲がった後に道路Ｒ２_上を直進していると判断することができる。従って、制御器３０４は、計算された位置Ｏ_Ｖと参照位置Ｏ_ＲＥＦとを比較することができる。計算された位置Ｏ_Ｖと参照位置Ｏ_ＲＥＦの両方は記憶ユニットに予め格納されている。所定期間の後に、車両は位置Ｐ_１に到達する。

もし、計算された位置Ｏ_Ｖと参照位置Ｏ_ＲＥＦとの間の差分が所定の閾値よりも大きければ、軌道計算器２０８は、現在の位置Ｐ_１を道路線４０４上の位置Ｐ_２に修正する。一実施形態において、軌道計算器２０８は、位置Ｐ_１とＯ_Ｖとの間の距離を計算することができる。位置Ｐ_２は、位置Ｐ_２とＯ_ＲＥＦとの間の距離が位置Ｐ_１とＯ_Ｖとの間の距離と同じになるような道路線４０４上の位置として決定されることができる。軌道計算器２０８は、修正された位置Ｐ_２に基づいて車両の軌道線４０６を更新することができる。図示されるように、車両の軌道線は、マイル計２０４での蓄積誤差が存在していても、ナビゲーション地図に基づいて修正されることができる。

もし、回転角計算器３０２から受信される回転角が所定期間中に所定値よりも大きければ、制御器３０４は、車両が曲がり角Ｃ_１を曲がった後の所定期間中に道路Ｒ_２上の直線上を進んでいないと判断することができる。従って、制御器３０４は、記憶ユニットから、計算された位置Ｏ_Ｖと参照位置Ｏ_ＲＥＦを削除する。制御器３０４は、車両の移動状態を継続してモニタする。車両が別の曲がり角を曲がって、所定期間の間、直進すれば、軌道計算器２０８によって計算される車両の位置は、それに応じて修正されることができる。

図５は、本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づいて移動体の計算された向きを修正する動作を説明するための説明図５００を示す。図５は、図２および図３と組み合わせて説明される。

図５に示されるように、線５０２および線５０６は、軌道計算器２０８によって計算される軌道線である。破線５０４は、道路Ｒ_１の道路線であり、それは車両の実際の軌道線である。車両が道路Ｒ_１上を直進しているとき、道路線５０４に対する軌道線５０２の向きのオフセットは、ジャイロスコープ２０２の蓄積誤差によって引き起こされる。

軌道線５０２の向きのオフセットを減少させるために、誤差修正ユニット２０６は、車両が道路Ｒ_１上を直進しているときに、地図記憶ユニット２１２に格納されたナビゲーション地図に基づいて車両の計算された向きを修正することができる。

一実施形態において、制御器３０４は、周期的に回転角計算器３０４から受信される車両の回転角に従って車両の移動状態をモニタする。一実施形態において、制御器３０４は、車両が位置Ｏ_Ｖにいるときに、この車両の移動状態のモニタを開始する。もし、所定期間中に回転角計算器３０２によって計算された回転角が所定値よりも小さければ、制御器３０４は、車両が道路Ｒ_１上を直進していると判断することができる。従って、制御器３０４は、軌道計算器２０８から車両の計算された向きを取得すると共に、地図記憶ユニット２１２から道路線５０４の参照向きを取得する。その後、制御器３０４は、計算された向きと参照向きとを比較する。所定期間の後に、車両は位置Ｐ_１に到達する。

もし、計算された向きと参照向きとの間の向きの差分が所定の閾値Ｏ_ＴＨＲよりも大きければ、軌道計算器２０８は、車両の現在の向きを参照向きに修正する。軌道計算器２０８は、位置Ｐ_１から、上記修正された向きに基づいて車両の軌道線５０６を更新することができる。図示されるように、車両の軌道は、ジャイロスコープ２０２での蓄積誤差が存在していても、ナビゲーション地図に基づいて修正されることができる。

図６は、本発明の一実施形態による、ナビゲーション地図に基づいて移動体の計算された位置を修正する動作を説明するための説明図６００を示す。図６は、図２および図３と組み合わせて説明される。

図６に示されるように、線６０２，６０６，６０８は、軌道計算器２０８によって計算された車両の軌道線である。破線６０４は道路Ｒ_１の道路線であり、それは、車両の実際の軌道線である。車両が道路Ｒ_１上を直進しているときには、軌道線６０２と道路線６０４との間の向きの差分は所定の閾値Ｏ_ＴＨＲよりも小さい。従って、軌道線６０２の向きは修正する必要がない。しかしながら、道路線６０４に対する軌道線６０２の位置のオフセットは向きの差分によって引き起こされ、徐々に増加される。もし、位置のオフセットが増加して閾値よりも大きくなると、それは、システム２００の精度に影響を与えるかもしれない。

軌道線６０２の位置のオフセットを低減させるために、誤差修正ユニット２０６は、車両が道路Ｒ_１上を直進しているときに、地図記憶ユニット２１２に格納されたナビゲーション地図に基づいて、車両の計算された位置を修正することができる。

制御器３０４は、周期的に回転角計算器３０４から受信される車両の回転角に従って、この車両の移動状態をモニタする。一実施形態において、制御器３０４は、車両が位置Ｏ_Ｖにいるときに、この車両の回転角のモニタを開始する。所定期間中、もし、回転角計算器３０２によって計算された回転角が所定値よりも小さければ、制御器３０４は、車両が道路Ｒ_１上を直進していると判断することができる。

その後、制御器３０４は、軌道計算器２０８から車両の計算された位置を周期的に取得し、この計算された位置から道路線６０４までの垂直距離(vertical distance)を計算する。もし、車両が位置Ｐ_１にいるときの垂直距離Ｄ_１が所定の閾値Ｄ_ＴＨＲよりも大きければ、軌道計算器２０８は、車両の現在位置を道路線６０４上の位置Ｐ_２に修正する。位置Ｐ_１と位置Ｐ_２との間の線は道路線６０４に対して垂直である。

軌道計算器２０８は、修正された位置Ｐ_２に基づいて車両の軌道線６０６を更新することができる。制御器３０４は、引き続いて、計算された位置から道路線６０４までの垂直距離を計算することができる。もし、軌道線６０６上の位置Ｐ_３から道路線６０４までの垂直距離が所定の閾値Ｄ_ＴＨＲよりも大きければ、軌道計算器２０８は、車両の現在位置を道路線６０４上の位置Ｐ_４に修正する。位置Ｐ_３と位置Ｐ_４との間の線は、道路線６０４に対して垂直であることができる。図示されるように、車両の軌道線は、軌道線の向きと道路線との間の向きの差分が所定の閾値Ｏ_ＴＨＲよりも小さくても、ナビゲーション地図に基づいて修正されることができる。

図７は、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を有する慣性ナビゲーションシステム、例えば図２における慣性ナビゲーションシステム２００によって実施される動作のフローチャートを示す。図７は、図２と組み合わせて説明される。ブロック７０２において、慣性ナビゲーションシステムの電源が投入される。ブロック７０４において、軌道計算器２０８は、移動体の移動情報に基づいて、この移動体の位置および向きを計算することができる。一実施形態において、上記移動情報は、ジャイロスコープ２０２およびマイル計２０４によってそれぞれ測定される移動体の角速度および線速度を含むことができる。ブロック７０６において、地図記憶ユニット２１２は、道路網の地理情報を示すナビゲーション地図を格納し、上記ナビゲーション地図に従って参照道路情報を提供することができる。

ブロック７０８において、誤差修正ユニット２０６は、上記参照道路情報に基づいて、軌道計算器２０８によって計算された移動体の位置および向きを修正することができる。一実施形態において、誤差修正ユニット２０６は、上記移動体の異なる移動状態に従って、上記参照道路情報に示される参照位置及び／又は向きと上記移動体の計算された位置及び／又は向きとをそれぞれ比較することができる。上記移動状態は、曲がり角を曲がることと、道路上を直進することを含むことができる。誤差修正ユニット２０６は、上記比較結果に基づいて、ナビゲーション地図に従って移動体の計算された位置および向きを修正することができる。

ブロック７１０において、移動体の位置および向きは、表示画面２１４上に表示されることができる。

図８は、ナビゲーション地図に基づいて、慣性ナビゲーションシステム、例えば図２における慣性ナビゲーションシステム２００によって生成されるナビゲーション情報を修正するための方法のフローチャート８００を示す。図８は、図２および図３と組み合わせて説明される。

ブロック８０２において、回転角計算器３０２は、所定期間中の移動情報に基づいて移動体の回転角θを計算する。一実施形態において、回転角θは、ジャイロスコープ２０２から順次的に受信される所定個数の角速度値に従って計算されることができる。回転角θは、数式（５）により与えられることができる。

ここで、Ｖ_Ａ１，Ｖ_Ａ２，．．．，Ｖ_Ａｎは、所定個数の角速度値を表す。Ｔ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_ｎは、角速度値Ｖ_Ａ１，Ｖ_Ａ２，．．．，Ｖ_Ａｎを測定するための時間間隔を表す。角速度値Ｖ_Ａ１，Ｖ_Ａ２，．．．，Ｖ_Ａｎは順次的に測定される。

ブロック８０４において、もし回転角θが所定範囲（θ１，θ２）内、例えば６０度＜θ＜１２０度の範囲内であれば、それは、車両が曲がり角で道路Ｒ_１に方向転換することを示し、フローチャートはブロック８０６に進む。ブロック８０６において、制御器３０４は、軌道計算器２０８から移動体の現在位置Ｐ_１を取得し、それを記憶ユニットに格納する。また、制御器３０４は、地図記憶ユニット２１２からナビゲーション地図に基づいて対応する曲がり角の参照位置Ｐ_ＲＥＦを取得して、それを記憶ユニットに格納する。そして、制御器３０４は、移動体の移動状態のモニタを継続する。

ブロック８０８において、回転角計算器３０２は、所定期間中に移動体の次の回転角θ’を計算する。ブロック８１０において、もし、次の回転角θ’が所定の閾値θ_ＴＨＲよりも小さければ、すなわち移動体が曲がり角を曲がった後に道路Ｒ_１上を直進していることを次の回転角θ’が示せば、制御器３０４は、ブロック８１２において、上記格納された位置Ｐ_１と参照位置Ｐ_ＲＥＦとを比較する。

ブロック８１０において、もし、次の回転角θ’が所定の閾値θ_ＴＨＲよりも小さくなければ、すなわち移動体が曲がり角を曲がった後に道路Ｒ_１上の直線上を走行していないことを次の回転角θ’が示せば、フローチャート８００はブロック８０２に進む。制御器３０４は、周期的に回転角計算器３０２によって計算された移動体の回転角を判定することにより、この移動体の移動状態のモニタを継続することができる。

ブロック８１４において、もし、格納された位置Ｐ_１と参照位置Ｐ_ＲＥＦとの間の差分が所定の閾値Ｐ_ＴＨＲよりも大きければ、制御器３０４は、ブロック８１６において、移動体の現在位置を道路Ｒ_１の参照道路線上の対応位置に修正するように軌道計算器２０８に命令を発する。結果として、軌道計算器２０８の位置のオフセットは、それに応じて減少される。もし、格納された位置Ｐ_１と参照位置Ｐ_ＲＥＦとの間の差分が所定の閾値Ｐ_ＴＨＲよりも大きくなければ、フローチャート８００はブロック８０２に進む。

ブロック８０４において、もし、回転角θが所定範囲（θ１，θ２）内になければ、ブロック８１８において回転角θが判定される。ブロック８１８において、もし、回転角θが所定の閾値θ３、例えば２０度よりも小さければ、即ち、移動体が道路Ｒ２上を直進していることを回転角θが示せば、ブロック８２０において、軌道計算器２０８によって計算された向きは、参照道路情報に示される参照向きに基づいて修正されることができる。一実施形態において、制御器３０４は、軌道計算器２０８によって計算される現在の向きと道路Ｒ_２の参照向きとを比較することができる。もし、現在の向きと参照向きとの間の差分が所定の閾値よりも大きければ、制御器３０４は、移動体の向きを参照向きに修正するように軌道計算器２０８に命令を発することができる。

ブロック８２２において、軌道計算器２０８によって計算された位置は、移動体が道路Ｒ_２上を直進しているときに、参照道路情報に示される道路Ｒ_２の対応道路線に基づいて修正されることができる。一実施形態において、制御器３０４は、軌道計算器２０８によって計算される移動体の現在位置を取得し、この移動体の現在位置から道路Ｒ_２上の参照道路線までの垂直距離を計算することができる。もし、この垂直距離が所定の閾値よりも大きければ、制御器３０４は、移動体の現在位置を道路Ｒ_１上の参照道路線上の対応位置に修正するように軌道計算器２０８に命令を発することができる。

ブロック８１８において、回転角θは、所定の閾値θ３よりも小さくなければ、フローチャート８００はブロック８０２に進む。そして、制御器３０４は、周期的に回転角計算器３０２によって計算された移動体の回転角を判定することにより、この移動体の移動状態のモニタを継続することができる。

従って、本発明による実施形態は、ナビゲーション地図に基づく誤差修正機能を備えた慣性ナビゲーションシステムを提供する。この慣性ナビゲーションシステムは、移動体に接続され、上記移動体の移動情報を測定するための複数の運動センサと、上記運動センサに接続され、上記移動体の移動情報に基づいて上記移動体の位置および向きを計算するための軌道計算器と、上記軌道計算器に接続され、参照道路情報に基づいて上記移動体の位置および向きを修正するための誤差修正ユニットと、上記誤差修正ユニットに接続され、道路網の地理情報を格納し、上記道路網の地理情報に従って上記参照道路情報を提供するための記憶ユニットとを備えることができる。

蓄積誤差を低減するために、上記誤差修正ユニットは、上記移動体が曲がり角を曲がったときに、上記参照道路情報に示される曲がり角の参照位置と上記移動体の計算された位置とを比較し、上記比較の結果に従って、上記参照道路情報に基づいて上記移動体の位置を修正するように上記軌道計算器に命令を発することができる。また、上記誤差修正ユニットは、上記移動体が道路上を直進しているときに、上記参照道路情報に示される道路の参照向きと上記移動体の計算された向きとを比較し、上記比較の結果に従って上記移動体の向きを上記参照向きに修正するように上記軌道計算器に命令を発することができる。また、上記誤差修正ユニットは、上記移動体が道路上を直進しているときに、上記移動体の計算された位置から上記参照道路情報に示される道路の参照道路線までの距離を計算し、上記計算結果に従って、上記移動体の位置を上記参照道路線上の対応位置に修正するように上記軌道計算器に命令を発することができる。

上述した説明と図面は、本発明の実施形態を表すものであるが、添付の請求項に規定された本発明の原理の精神および範囲から逸脱することなく、種々の付加、変形、代替がなされることが理解されるであろう。当業者であれば、本発明は、とりわけ、本発明の原理を逸脱することなく、特定の環境および動作条件に適合する、本発明の実施において使用される、形式、構造、配置、比率、材料、素子、および構成要素、その他の多くの変形と共に使用され得ることを理解するであろう。従って、ここに開示した実施形態は、全ての点において例示的なものであって、制限的なものではないと考えるべきであり、本発明の範囲は、添付の請求項と、それらの合法的な均等物によって示され、上述の記載に限定されるものではない。

２００；慣性ナビゲーションシステム
２０２：ジャイロスコープ
２０４：マイル計
２０６：誤差修正ユニット
２０８：軌道計算器
２１０：プロセッサ
２１２：地図記憶ユニット
２１４：表示画面

Claims (18)

1. 移動体の移動情報に基づいて前記移動体の位置および向きを計算するための軌道計算器と、
   前記軌道計算器に接続され、参照道路情報に基づいて前記移動体の前記位置および前記向きを修正するための誤差修正ユニットと、
   前記誤差修正ユニットに接続され、道路網の地理情報を格納し、前記道路網の前記地理情報に従って前記参照道路情報を提供する記憶ユニットと
   を備えたナビゲーションシステム。
2. 前記移動体に接続され、前記移動体の前記移動情報を測定するための複数の運動センサを更に備えた請求項１記載のナビゲーションシステム。
3. 前記運動センサは、
   前記移動体に接続され、前記移動体の角速度を測定するためのジャイロスコープと、
   前記移動体に接続され、前記移動体の線速度を測定するためのマイル計と
   を備えた請求項２記載のナビゲーションシステム。
4. 前記記憶ユニットは、前記道路網のナビゲーション地図を格納し、前記道路網の前記ナビゲーション地図に基づいて前記参照道路情報を提供する請求項１記載のナビゲーションシステム。
5. 前記誤差修正ユニットは、
   前記移動情報に基づいて前記移動体の回転角を計算するための回転角計算器と、
   前記回転角計算器に接続され、前記移動体の前記回転角に従って前記参照道路情報に基づいて前記移動体の前記位置および前記向きを修正するための制御器と
   を備えた請求項１記載のナビゲーションシステム。
6. 前記制御器は、
   前記移動体の前記回転角が所定範囲内であれば、前記参照道路情報に示される参照位置と前記移動体の前記位置との間の差分を計算し、
   前記差分が所定の閾値よりも大きければ、前記参照道路情報に従って前記移動体の前記位置を修正するように前記軌道計算器に命令を発する機能を有する請求項５記載のナビゲーションシステム。
7. 前記制御器は、
   前記移動体の前記回転角が所定の閾値よりも小さければ、前記参照道路情報に示される参照向きと前記移動体の前記向きとの間の差分を計算し、
   前記差分が所定の閾値よりも大きければ、前記移動体の前記向きを前記参照向きに修正するように前記軌道計算器に命令を発する請求項５記載のナビゲーションシステム。
8. 前記制御器は、
   前記移動体の前記回転角が所定の閾値よりも小さければ、前記移動体の前記位置から前記参照道路情報に示される参照道路線までの距離を計算し、
   前記距離が所定の閾値よりも大きければ、前記移動体の前記位置を前記参照道路線上の対応位置に修正するように前記軌道計算器に命令を発する請求項５記載のナビゲーションシステム。
9. 前記移動体の前記位置および前記向きを表示するための表示画面を更に備えた請求項１記載のナビゲーションシステム。
10. 移動体のナビゲーション情報を生成し、前記ナビゲーション情報を修正するための方法であって、
    軌道計算器が、前記移動体の移動情報に基づいて前記移動体の位置および向きを計算するステップと、
    誤差修正ユニットが、参照道路情報に基づいて前記移動体の前記位置および前記向きを修正するステップと、
    記憶ユニットが、該記憶ユニットに格納された道路網の地理情報に従って前記参照道路情報を提供するステップと
    を含む方法。
11. 前記移動体に接続された複数の運動センサが、前記移動体の前記移動情報を測定するステップを更に含む請求項１０記載の方法。
12. 前記移動体の前記移動情報を測定するステップは、
    前記移動体に接続されたジャイロスコープが、前記移動体の角速度を測定するステップと、
    前記移動体に接続されたマイル計が、前記移動体の線速度を測定するステップと
    を含む請求項１１記載の方法。
13. 前記記憶ユニットに、前記道路網の前記地理情報を示すナビゲーション地図を格納するステップを更に含む請求項１０記載の方法。
14. 回転角計算器が、前記移動情報に基づいて前記移動体の回転角を計算するステップと、
    制御器が、前記移動体の前記回転角に従って前記参照道路情報に基づいて前記移動体の前記位置および前記向きを修正するステップと
    を更に含む請求項１０記載の方法。
15. 前記移動体の前記回転角が所定範囲内であれば、前記参照道路情報に示される参照位置と前記移動体の前記位置との間の差分を計算するステップと、
    前記差分が所定の閾値よりも大きければ、前記参照道路情報に従って前記移動体の前記位置を修正するステップと
    を更に含む請求項１４記載の方法。
16. 前記移動体の前記回転角が所定の閾値よりも小さければ、前記参照道路情報に示される参照向きと前記移動体の前記向きとの間の差分を計算するステップと、
    前記差分が所定の閾値よりも大きければ、前記移動体の前記向きを前記参照向きに修正するステップと
    を更に含む請求項１４記載の方法。
17. 前記回転角が所定の閾値よりも小さければ、前記移動体の前記位置から前記参照道路情報に示される参照道路線までの距離を計算するステップと、
    前記距離が所定の閾値よりも大きければ、前記移動体の前記位置を前記参照道路線上の対応位置に修正するステップと
    を更に含む請求項１６記載の方法。
18. 表示画面上に、前記移動体の前記位置および前記向きを表示するステップを更に含む請求項１０記載の方法。

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