JP2019082328A - Position estimation device - Google Patents

Position estimation device Download PDF

Info

Publication number
JP2019082328A
JP2019082328A JP2016026497A JP2016026497A JP2019082328A JP 2019082328 A JP2019082328 A JP 2019082328A JP 2016026497 A JP2016026497 A JP 2016026497A JP 2016026497 A JP2016026497 A JP 2016026497A JP 2019082328 A JP2019082328 A JP 2019082328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
abnormality
model
error
internal model
position estimation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016026497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
幹雄 板東
Mikio Bando
幹雄 板東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2016026497A priority Critical patent/JP2019082328A/en
Priority to PCT/JP2016/076223 priority patent/WO2017141469A1/en
Publication of JP2019082328A publication Critical patent/JP2019082328A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

To enable output of a stable position estimation result when an error occurs in an internal model, and detect an abnormality of the position estimation result within the range of a set error even when an error occurs in an external model for a long time, so as to notify a user of the abnormality.SOLUTION: A position estimation device includes: model abnormality determination means for determining that there is an abnormality in an internal model; internal model error calculation means for calculating an error when there is an abnormality in the internal model; and system abnormality notification means for determining a possibility of deviation of a position output by the position estimation device on the basis of the abnormality states of the internal model and the external model and outputting the possibility as an abnormality of the system state. The position estimation device notifies a user of the possibility of deviation of the output position by the system abnormality notification means when the abnormality is determined by the model abnormality determination means or observation abnormality determination means.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、位置推定装置に関する。   The present invention relates to a position estimation device.

位置推定装置は、全地球航法衛星システム(GNSS)や慣性計測装置(IMU)、車輪速度計等を用いて、車両の位置を推定する装置のことである。GNSS等のように直接位置を算出する機器から出力される位置データを、所望の座標系における位置に変換する際に用いる数式を外部モデルと呼ぶ。また、移動体の位置を、速度、姿勢、加速度、角速度などの関連する運動パラメータから順次推定する数式を内部モデルと呼ぶ。   The position estimation device is a device that estimates the position of a vehicle using a global navigation satellite system (GNSS), an inertial measurement unit (IMU), a wheel speed meter, and the like. A mathematical expression used when converting position data output from a device that directly calculates a position, such as GNSS, to a position in a desired coordinate system is called an external model. Also, an equation that sequentially estimates the position of the moving body from related motion parameters such as velocity, attitude, acceleration, and angular velocity is called an internal model.

従来では、内部モデルを用いて算出した位置を、カルマンフィルタなどに代表される確率フィルタを用いて、外部モデルにて算出された位置へ徐々に修正する手法を数多くみることができる。この確率フィルタを用いた位置修正方法は、内部モデル、外部モデルから推定される誤差を考慮して、位置を修正するため、確率的に最も存在する可能性の高い位置を算出できることが長所である。しかし、外部モデルによって出力された位置が実際の位置と大きく異なる、所謂外れ値が存在する場合には、フィルタからの出力結果が外れ値に影響されて大きな誤差を持つようになる。このような外れ値を除去するために、χ2検定や、マハラノビス距離による外れ値検出、除去が行われる。このような外れ値除去手法では、内部モデルで算出した位置と、その分散値から、外部モデルが算出した位置の存在確率を算出し、確率の低い位置を外れ値として検出する。   Conventionally, many methods can be seen to gradually correct the position calculated using the internal model to the position calculated by the external model using a probability filter represented by a Kalman filter or the like. Since the position correction method using this probability filter corrects the position in consideration of the errors estimated from the internal model and the external model, it is advantageous to be able to calculate the position that is most likely to exist in probability. . However, when there is a so-called outlier in which the position output by the external model is significantly different from the actual position, the output result from the filter is affected by the outlier and has a large error. In order to remove such outliers, χ 2 test and outlier detection and removal by Mahalanobis distance are performed. In such an outlier removal method, the existence probability of the position calculated by the external model is calculated from the position calculated by the internal model and the variance value thereof, and the position with low probability is detected as the outlier.

特開2014−228495号公報JP, 2014-228495, A

従来の外れ値除去手法は内部モデルでの見積もり誤差を信用して判断する仕組みになっている。そのため、内部モデルにて見積もられた誤差が過小であった場合や、数式として表わすことができていない現象がある場合には、内部モデルの出力する誤差が小さく、外部モデルが算出する位置の多くを全て外れ値として除去してしまうという問題があった。このような内部モデルの誤差をモデル化誤差と呼ぶことにする。   The conventional outlier removal method has a mechanism to trust and judge the estimation error in the internal model. Therefore, when the error estimated by the internal model is too small or when there is a phenomenon that can not be expressed as a mathematical expression, the error output by the internal model is small, and the position calculated by the external model is There is a problem that many are all removed as outliers. Such an error of the internal model is called a modeling error.

このようなモデル化誤差が存在する場合、従来は文献1に開示されているような、確率フィルタにおいて、常に外部モデルの算出位置をフィルタ内に取り込むという手法があった。しかし、この手法は、外部モデルにて、算出されるべき位置がしばらくの間大きな誤差を含んでいた場合に、推定する位置が大きくずれていくことになる。その際に、推定位置がずれている可能性をユーザーに報知することができれば、ユーザーにて対処可能であるが、従来の手法では、推定位置がずれている可能性ことを認識できず、ユーザーに対して的確に知らせるこということもできないという問題があった。そのため、位置推定装置内でのエラーが発生しても、ユーザーがエラーかどうかの判断をすることができなかった。   When such a modeling error exists, there has conventionally been a method disclosed in the literature 1 in which the calculated position of the external model is always taken into the filter in the stochastic filter. However, in this method, if the position to be calculated in the external model contains a large error for a while, the position to be estimated is largely shifted. At that time, if it is possible to notify the user of the possibility that the estimated position is deviated, it is possible for the user to cope with it, but the conventional method can not recognize the possibility of the estimated position being displaced. There was a problem that it was not possible to say properly to inform Therefore, even if an error occurs in the position estimation device, the user can not determine whether it is an error.

上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。   The features of the present invention for solving the above problems are, for example, as follows.

物体の運動パラメータから物体の位置を更新する内部モデル演算手段と、 物体の位置を計測する位置計測手段から物体の位置そのものを計算する外部モデル演算手段と、内部モデルが算出する誤差分散値を基に外部モデルが算出する位置の外れ値を判断する観測異常判断手段の結果を用いて、確率フィルタにより内部モデルの出力位置を修正する確率フィルタ計算手段と、を有する位置推定装置であって、内部モデルに異常があることを判断するモデル異常判断手段と、内部モデルに異常がある場合にその誤差を計算する内部モデル誤差算出手段と、内部モデルおよび外部モデルの異常の状態から、位置推定装置が出力する位置が破たんする可能性を判断し、システム状態の異常として出力するシステム異常報知手段と、を有し、モデル異常判断手段で異常、および、観測異常判断手段で異常と判断した場合に、システム異常報知手段により、出力位置が破たんする可能性を報知する位置推定装置。   Internal model computing means for updating the position of the object from motion parameters of the object, External model computing means for calculating the position itself of the object from position measuring means for measuring the position of the object, Error variance values calculated by the internal model A position estimation device having a probability filter calculation means for correcting the output position of the internal model by the probability filter using the result of the observation abnormality judgment means for judging the outliers of the position calculated by the external model; The position estimation device is based on the model abnormality judging means for judging that there is an abnormality in the model, the internal model error calculating means for calculating the error when there is an abnormality in the internal model, and the state of abnormality of the internal model and the external model. A system abnormality notification unit that determines the possibility of breakage of the output position and outputs the abnormality as a system state abnormality; A position estimation apparatus which reports the possibility of breakage of an output position by means of a system abnormality notifying means when the judging means judges that the abnormality is abnormal and the observation abnormality judging means judges that it is abnormal.

本発明により、内部モデルに誤差が生じている場合に安定した位置推定結果を出力できるようになり、外部モデルに長時間の誤差が生じている場合でも、位置推定結果の異常を設定した誤差の範囲内で検知して、ユーザーに対して報知することが可能となる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。   According to the present invention, it is possible to output a stable position estimation result when an error occurs in the internal model, and even when an error occurs for a long time in the external model, the error in which the abnormality of the position estimation result is set It is possible to detect within the range and to notify the user. Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the description of the embodiments below.

位置推定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a position estimation apparatus. 位置推定装置の処理フローを示した図である。It is a figure showing the processing flow of a position estimating device. 一時記憶領域のデータ構成を示した図である。It is a figure showing data composition of a temporary storage area. 観測異常判断手段の処理フローを示した図である。It is the figure which showed the processing flow of the observation abnormality judgment means. 確率フィルタ計算手段の処理フローを示した図である。It is the figure which showed the processing flow of the probability filter calculation means. モデル異常判断手段の処理フローを示した図である。It is the figure which showed the processing flow of the model abnormality judgment means. 時間順方向の誤差系列のイメージを示した図である。It is the figure which showed the image of the error series of time forward direction. 時間逆方向の誤差系列のイメージを示した図である。It is the figure which showed the image of the error series of time reverse direction. 誤差系列データテーブルのデータ構成を示した図である。It is a figure showing data composition of an error series data table. 内部モデル誤差算出手段の処理フローを示した図である。It is the figure which showed the processing flow of the internal model error calculation means. システム異常報知手段の処理フローを示した図である。It is the figure which showed the processing flow of the system abnormality alerting means.

以下、位置推定装置の異常状態を通知するための処理について説明する。   Hereinafter, processing for notifying an abnormal state of the position estimation device will be described.

本発明は、自己の位置を推定する装置に関するもので、車両をはじめとする移動体の移動軌跡や走行制御に用いるものである。本発明では、確率フィルタを用いた位置推定装置において、外部モデルに異常がないサンプルを抜き出し、内部モデルの異常を判断することで、モデル化誤差を検知し、モデル化誤差に由来する内部モデルの誤差分散を車両状態毎に学習する。この誤差分散値を用いて、外れ値判定をすることで、外部モデルの外れ値が適切に判断できるようになる。   The present invention relates to an apparatus for estimating the position of oneself, and is used for the movement trajectory and travel control of a moving object such as a vehicle. In the present invention, in a position estimation apparatus using a stochastic filter, a sample having no abnormality in an external model is extracted, and an abnormality in the internal model is judged to detect a modeling error, and an internal model derived from the modeling error is detected. The error variance is learned for each vehicle state. By performing outlier determination using this error variance value, it becomes possible to appropriately determine the outliers of the external model.

従来は、外部モデルにて、算出されるべき位置がしばらくの間大きな誤差を含んでいた場合に、推定する位置が大きくずれていくことになる。その際に、推定位置がずれている可能性をユーザーに報知することができれば、ユーザーにて対処可能であるが、従来の手法では、推定位置がずれている可能性ことを認識できず、ユーザーに対して的確に知らせるこということもできないという問題があった。そこで、確率フィルタを用いた位置推定装置において、外部モデルに異常がないサンプルを抜き出し、内部モデルの異常を判断することで、モデル化誤差を検知し、モデル化誤差に由来する内部モデルの誤差分散を車両状態毎に学習する。この誤差分散値を用いて、外れ値判定をすることで、外部モデルの外れ値が適切に判断できるようになる。   Conventionally, in the external model, when the position to be calculated includes a large error for a while, the position to be estimated is largely shifted. At that time, if it is possible to notify the user of the possibility that the estimated position is deviated, it is possible for the user to cope with it, but the conventional method can not recognize the possibility of the estimated position being displaced. There was a problem that it was not possible to say properly to inform Therefore, in a position estimation apparatus using a probability filter, a model error is detected by extracting a sample having no abnormality in the external model and judging an abnormality in the internal model, and error dispersion of the internal model derived from the modeling error Learn for each vehicle state. By performing outlier determination using this error variance value, it becomes possible to appropriately determine the outliers of the external model.

本発明の特徴として、例えば下記が挙げられる。   The features of the present invention include, for example, the following.

観測異常判断手段は、マハラノビス距離による外れ値判定に用いる誤差分散に、内部モデル誤差算出手段により算出された内部モデルのモデル化誤差の誤差分散を加味して、外れ値判定をする位置推定装置。   The observation abnormality judging means judges the outliers by adding the error dispersion of the modeling error of the internal model calculated by the internal model error calculating means to the error dispersion used for the outlier judgment by the Mahalanobis distance.

モデル異常判断手段は、外部モデルが出力する位置を端点として、内部モデルによる位置の更新によって算出できる外部モデルとの差分の系列を、時間的に順方向と逆方向で同じ系列となるかを判断する位置推定装置。   The model abnormality judging means judges, using the position outputted by the external model as an end point, whether the series of differences from the external model that can be calculated by updating the position by the internal model will be the same series in the forward and reverse directions in time. Position estimation device.

内部モデルのモデル化誤差を外部モデルが算出する位置と位置推定装置の推定位置との差分から計算する位置推定装置。   A position estimation device for calculating a modeling error of an internal model from a difference between a position calculated by an external model and an estimated position of a position estimation device.

システム異常報知手段は、外部モデルの異常か、内部モデルの異常かを判断し、外部モデルの異常の場合は位置推定装置以外のシステム異常、内部モデルの異常の場合は、位置推定装置のシステム異常が発生している可能性があることを、システム状態として出力する位置推定装置。   The system abnormality notifying means determines whether the external model is abnormal or the internal model is abnormal. If the external model is abnormal, the system abnormality other than the position estimation device, or if the internal model is abnormal, the system abnormality of the position estimation device A position estimation device that outputs, as a system state, that there is a possibility that is occurring.

図1に本発明の代表的な構成例を示す。実施例1では、例として、外部モデルには位置計測手段101で得られた位置を用い、姿勢計測手段102と速度計測手段103と加速度計測手段104および角速度計測手段105により、内部モデルを計算するような位置推定装置106を考える。また、実施例1における位置推定装置106は、地上を走行する車両に搭載されていることを前提としている。   FIG. 1 shows a typical configuration example of the present invention. In the first embodiment, as an example, using the position obtained by the position measuring unit 101 as the external model, the posture measuring unit 102, the velocity measuring unit 103, the acceleration measuring unit 104, and the angular velocity measuring unit 105 calculate the internal model. Consider such a position estimation device 106. The position estimation device 106 in the first embodiment is premised to be mounted on a vehicle traveling on the ground.

位置推定装置106には、位置計測手段101が持つ座標系で出力した位置を、位置推定装置106が出力すべき座標系へ変換する外部モデル演算手段107と、姿勢計測手段102と速度計測手段103と加速度計測手段104および角速度計測手段105のそれぞれから得られる車両の運動パラメータから位置の更新を算出する内部モデル演算手段108と、内部モデルから得られた位置と外部モデルから得られた位置から、位置計測手段が出力する位置における外れ値の有無を判断する観測異常判断手段109と、カルマンフィルタ等を用いて、最も存在確率の高い点を求める位置として算出する確率フィルタ計算手段110と、内部モデルにおいてモデル化誤差の有無を判断するモデル異常判断手段111と、内部モデルの異常を逐次判断するために必要なデータが保存されている誤差系列データテーブル112と、内部モデルのモデル化誤差を学習する内部モデル誤差算出手段113と、外部モデルの異常状態および内部モデルの異常状態から、位置推定結果が信用できなくなるかどうかを判断し、信用できなくなる可能性がる場合に、その旨を報知するシステム異常報知手段114と、位置推定装置106内における各算出手段からの出力値を一時的に記憶する一時記憶領域115が備わっている。   The position estimation unit 106 includes an external model calculation unit 107 that converts the position output in the coordinate system of the position measurement unit 101 into a coordinate system to be output by the position estimation unit 106, an attitude measurement unit 102, and a speed measurement unit 103. And internal model computing means 108 for calculating the update of the position from the motion parameters of the vehicle obtained from each of the acceleration measuring means 104 and the angular velocity measuring means 105, and the position obtained from the internal model and the position obtained from the external model In the internal model, an observation abnormality judgment unit 109 which judges the presence or absence of an outlier at the position outputted by the position measurement unit, a probability filter calculation unit 110 which calculates a point having the highest existence probability using the Kalman filter etc. Model abnormality judgment means 111 which judges the presence or absence of modeling error, and the abnormality of the internal model Position from the error series data table 112 in which data necessary to make a judgment is stored, the internal model error calculation means 113 for learning the modeling error of the internal model, the abnormal state of the external model and the abnormal state of the internal model It is judged whether the estimation result can not be trusted, and if there is a possibility that it can not be trusted, the system abnormality notification means 114 for notifying that effect and the output value from each calculation means in the position estimation device 106 are temporarily used. There is provided a temporary storage area 115 for storing data.

上述の構成をもつ位置推定装置106における処理フローを図2に示す。   A process flow in the position estimation device 106 having the above-described configuration is shown in FIG.

まず、ステップ201にて、ある一定周期でデータを出力する計測手段から位置・速度・姿勢などの運動パラメータを取得する。計測手段とその運動パラメータは、上述の、位置計測手段101から位置および位置計測フラグ、姿勢計測手段102から姿勢および姿勢計測フラグ、速度計測手段103から速度および速度計測フラグ、加速度計測手段104から加速度および加速度計測フラグ、角速度計測手段105から角速度および角速度計測フラグである。各計測手段から出力される計測フラグは、そのサンプル回にて計測手段から情報が出力されているかどうかを示すフラグであり、「1」なら出力有、「0」なら出力無である。各計測手段は時間同期がとれているものとする。ただし、計測手段から、各運動パラメータおよび、位置の情報を取得すると、ステップ202へ移行する。ステップ202では、外部モデル演算手段107において、外部モデルにより、位置計測手段101から取得した位置を、位置推定装置106が出力する位置へ座標変換し、一時記憶領域115へ記録する。また、取得フラグおよび各計測手段が出力もしくは事前に設定された誤差分散値は、一時記憶領域115に記憶される。図3に一時記憶領域115のデータ構成を示す。
もし、位置計測手段101からの出力がない場合は、外部モデル出力の取得フラグに0を設定し、その他の処理はスキップする。座標変換は以下の(式1)から求める。
First, in step 201, motion parameters such as position, velocity, and posture are acquired from measurement means for outputting data at a predetermined constant cycle. The measuring means and its motion parameters are the position and position measuring flags from the position measuring means 101, the attitude and posture measuring flags from the attitude measuring means 102, the velocity and speed measuring flags from the speed measuring means 103, and the acceleration from the acceleration measuring means 104 described above. And an acceleration measurement flag and an angular velocity measurement flag from the angular velocity measurement means 105. The measurement flag output from each measurement means is a flag indicating whether or not the information is output from the measurement means at the sample times, and if it is "1", the output is present, and if it is "0", the output is absent. It is assumed that each measuring means is synchronized in time. However, when information on each motion parameter and position is acquired from the measuring means, the process proceeds to step 202. In step 202, the external model calculation unit 107 coordinates-converts the position acquired from the position measurement unit 101 to a position output by the position estimation unit 106 by the external model, and records the coordinate in the temporary storage area 115. In addition, the acquisition flag and the error variance value which is output or set in advance by each measuring unit are stored in the temporary storage area 115. The data configuration of the temporary storage area 115 is shown in FIG.
If there is no output from the position measurement means 101, 0 is set to the acquisition flag of the external model output, and the other processing is skipped. Coordinate conversion is obtained from the following (Equation 1).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ここで、(式100)は、座標変換後の外部モデル出力値であり、(式101)は位置計測手段101からの出力、(式1)のlは位置計測手段101と位置推定装置106が出力する位置までを表わすベクトルである。(式1)のRiは位置計測手段101から出力される第i番目の位置を位置推定装置106が出力する座標系に変換する行列である。また、Rは車両座標で表わされた位置計測手段101と位置推定装置106が出力する位置までを表わすベクトルを位置推定装置106が出力する座標系に変換する行列であり、姿勢計測手段102もしくは内部モデル演算手段108にて、車両の姿勢が取得できる場合は、その値を用いることができる。また、設計などにより規定された値が存在するなら、その値を用いてもよい。 Here, (Equation 100) is an external model output value after coordinate conversion, (Equation 101) is an output from the position measurement means 101, and l in (Equation 1) is the position measurement means 101 and the position estimation device 106. It is a vector that represents up to the output position. R i in (Expression 1) is a matrix for converting the i-th position output from the position measurement means 101 into a coordinate system output by the position estimation device 106. Further, R is a matrix for converting a vector representing the position measurement means 101 represented by the vehicle coordinates and the position outputted by the position estimation device 106 into a coordinate system outputted by the position estimation device 106. When the attitude of the vehicle can be acquired by the internal model calculation means 108, that value can be used. In addition, if there is a value specified by design or the like, that value may be used.

例えば、位置計測手段101としてGNSSを用いる場合を考える。GNSSが得られる位置はGNSSアンテナの位置であり、車両に備え付けられた位置推定装置106と、同じ車両上かつ位置推定装置106とは異なった位置に備えたけられたGNSSアンテナに対して、以下のように位置を変換することができる。   For example, the case where GNSS is used as the position measurement means 101 is considered. The position where the GNSS is obtained is the position of the GNSS antenna, and for the GNSS antenna provided on the vehicle and the GNSS antenna provided on the same vehicle but at a different position from the position estimation device 106, So you can convert the position.

GNSSから得られる座標系を絶対座標(東をx軸、北をy軸、地平面垂直方向をz軸とした座標系)と呼び、車両に固定された座標系を車両座標系(車体軸の進行方向をx軸、後車輪軸と平行に車体左方向にy軸、xy平面に対して、垂直車体上方向に)と呼ぶことにする。GNSSアンテナと位置推定装置の位置との差分lは車両座標系で表わされる。   A coordinate system obtained from GNSS is called an absolute coordinate (a coordinate system in which the east is x axis, the north is y axis, and the ground plane vertical direction is z axis), and the coordinate system fixed to the vehicle is a vehicle coordinate system The traveling direction is referred to as x-axis, y-axis parallel to the rear wheel axis in the left direction of the vehicle, y-plane perpendicular to the xy plane). The difference l between the GNSS antenna and the position estimation device is represented in the vehicle coordinate system.

今、車両の姿勢θがロール角、ピッチ角、ヨー角それぞれ、(式200)であったとする。GNSSから得られた絶対座標で表わされたGNSSアンテナ位置を(式201)とし、車両座標系で表わされたGNSSアンテナと位置推定装置の出力すべき位置までを位置推定装置が出力する座標系で表わしたベクトルが(式202)であったとすると、位置推定装置106の位置を絶対座標で表わすと、以下の(式2)となる。   Now, it is assumed that the posture θ of the vehicle is (Expression 200) for each of the roll angle, the pitch angle, and the yaw angle. Coordinates that the position estimation device outputs up to the position where the GNSS antenna represented by the vehicle coordinate system and the position estimation device should be output, with the GNSS antenna position represented by absolute coordinates obtained from GNSS as (Expression 201) Assuming that the vector represented by the system is (Expression 202), the position of the position estimation device 106 is represented by absolute coordinates, and the following (Expression 2) is obtained.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ただし、(式2)のRθは車両座標系から絶対座標系へ変換する行列は、以下の(式3)のように表わされる。 However, a matrix for converting R θ in (Equation 2) from the vehicle coordinate system to the absolute coordinate system is expressed as in (Equation 3) below.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

次にステップ203にて、位置推定装置が出力する位置を、姿勢や速度等の情報を用いて、更新する内部モデルの計算をする。実施例1での内部モデルは、姿勢計測手段102、速度計測手段103、加速度計測手段104および角速度計測手段105から位置の更新を計算する。位置の更新は、例えば以下の(式4)のように計算できる。   Next, at step 203, the internal model to be updated is calculated using the information such as the posture and velocity, etc., of the position output by the position estimation device. The internal model in the first embodiment calculates the position update from the posture measurement unit 102, the velocity measurement unit 103, the acceleration measurement unit 104, and the angular velocity measurement unit 105. The update of the position can be calculated, for example, as the following (Equation 4).

姿勢計測手段102から得られた車両の姿勢θにより、車両座標系から絶対座標系への変換行列Rθが決まった場合、 When the transformation matrix R θ from the vehicle coordinate system to the absolute coordinate system is determined by the attitude θ of the vehicle obtained from the attitude measurement means 102,

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ただし、(式4)のWは予測誤差分散値と呼び、各計測手段からの誤差の標準偏差から求まる共分散行列である。   However, W in (Equation 4) is called a prediction error variance value, and is a covariance matrix obtained from the standard deviation of the error from each measurement means.

また、加速度や角速度がなくとも、上記の位置更新は計算可能であり、その場合は、以下の(式5)のように計算できる。   Further, even if there is no acceleration or angular velocity, the above-described position update can be calculated, and in that case, it can be calculated as in the following (Equation 5).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

また、内部モデル演算手段では、車両状態を算出する。   Further, the internal model calculation means calculates the vehicle state.

車両状態は、内部モデルに使用する各計測手段からの出力値により自動的に決定する。各計測手段からの出力値を変数に持つ関数から、車両状態(式600)である確率(式601)は、以下の(式6)のように表わされる。   The vehicle state is automatically determined by the output value from each measuring means used for the internal model. From the function having the output value from each measurement means as a variable, the probability (formula 601) of the vehicle state (formula 600) is expressed as follows (formula 6).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

関数(式602)は、事前に決められているものとする。また、入力値と出力値から機械学習を用いて、逐次学習してもよい。   The function (Expression 602) is assumed to be predetermined. Alternatively, machine learning may be used sequentially from input values and output values to perform learning.

上述のステップ202およびステップ203の処理の順序は、逆転しても後の処理には影響しないため、逆転してもよい。   The order of the processing of the above-described step 202 and step 203 may be reversed because reversing does not affect subsequent processing.

次にステップ204にて、観測異常判断手段109にて、外部モデル演算手段107からの出力における異常の有無を判断する。観測値の異常は、χ2乗検定等により実施する。   Next, in step 204, the observation abnormality determination unit 109 determines the presence or absence of an abnormality in the output from the external model calculation unit 107. Abnormality of the observation value is implemented by Chi-square test or the like.

図4にχ2乗検定のフローを示す。   FIG. 4 shows the flow of the chi-square test.

まず、ステップ401にて、一時記憶領域115の外部モデル出力の取得フラグをチェックし、外部モデルからの出力が存在するかを判断する。外部モデルからの出力がある場合は、ステップ402に移行し、無い場合は観測異常判断手段109の処理を終了する。   First, in step 401, the acquisition flag of the external model output of the temporary storage area 115 is checked to determine whether there is an output from the external model. If there is an output from the external model, the process proceeds to step 402, and if not, the processing of the observation abnormality judging unit 109 is ended.

次に、ステップ402にて、内部モデルが出力する位置、分散値および車両状態を一時記憶領域115より取得する。   Next, in step 402, the position, variance value, and vehicle state output by the internal model are acquired from the temporary storage area 115.

次に、ステップ403にて、一時記憶領域115に記憶された内部モデルが計算した予測誤差分散値に、内部モデルのモデル化誤差分散値を足し合わせる。内部モデルのモデル化誤差分散値の算出は後述するが、初期値としては事前に実測などにより得られた規定値が入力されているものとする。   Next, in step 403, the modeling error variance value of the internal model is added to the prediction error variance value calculated by the internal model stored in the temporary storage area 115. Although calculation of the modeling error variance value of the internal model will be described later, it is assumed that a specified value obtained in advance by actual measurement or the like is input as the initial value.

次に、ステップ404にて、対象となる外部モデル出力値のマハラノビス距離を計算する。マハラノビス距離dは以下の(式7)により求めることができる。   Next, in step 404, the Mahalanobis distance of the target external model output value is calculated. The Mahalanobis distance d can be obtained by the following (Equation 7).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ただし、外部モデル出力値を(式700)とし、ステップ302にて取得した内部モデルの出力する位置を(式701)、内部モデルの出力する誤差の分散値をΣと表わしている。   However, assuming that the external model output value is (Equation 700), the position at which the internal model obtained in step 302 is output is (Equation 701), and the variance of the error output by the internal model is represented by Σ.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

次に、ステップ405にて、χ2乗分布から、外部モデル出力値の発生確率から求めた閾値とマハラノビス距離を比較する。マハラノビス距離dの2乗は、χ2乗分布に従うため、χ2乗分布から任意の発生確率pに対する値を求めて、閾値を決定する。閾値は常時計算してもよいし、事前に固定した値でもよい。この閾値よりも、マハラノビス距離が閾値より小さい場合は、ステップ406へ進み、観測値使用可否フラグを1に設定する。マハラノビス距離が閾値より大きい場合は、ステップ407へ進み、観測値使用可否フラグを0に設定する。   Next, at step 405, the Mahalanobis distance is compared with the threshold value obtained from the occurrence probability of the external model output value from the chi-squared distribution. Since the square of the Mahalanobis distance d follows a chi-squared distribution, a value for an arbitrary occurrence probability p is obtained from the chi-square distribution to determine a threshold. The threshold may be constantly calculated or may be a fixed value in advance. If the Mahalanobis distance is smaller than the threshold value than the threshold value, the process proceeds to step 406 and the observation value availability flag is set to 1. If the Mahalanobis distance is greater than the threshold value, the process proceeds to step 407, where the observation value availability flag is set to 0.

次に、ステップ408にて、一時記憶領域115に設定されている取得フラグの値に、観測値使用可否フラグの値をかけ合わせて、値を更新し、観測異常判断手段109の処理を終了する。   Next, in step 408, the value of the acquisition flag set in the temporary storage area 115 is multiplied by the value of the observation value availability flag to update the value, and the processing of the observation abnormality determination unit 109 is ended. .

ステップ204の観測異常判断手段109が終われば、ステップ205に進み、確率フィルタ計算手段110において、位置推定装置106から出力する推定位置および、推定した位置の誤差分散値を計算する。確率フィルタの代表的な方法としてカルマンフィルタや、パーティクルフィルタなどを挙げることができる。実施例1では、外部モデル演算手段107および内部モデル演算手段108において計算したそれぞれのモデルの誤差分散から、カルマンフィルタにより推定位置および誤差分散値を求める。   When the observation abnormality judging means 109 of step 204 is finished, the process proceeds to step 205, where the probability filter calculating means 110 calculates an estimated position to be output from the position estimation device 106 and an error variance value of the estimated position. A Kalman filter, a particle filter, etc. can be mentioned as a typical method of a probability filter. In the first embodiment, an estimated position and an error variance value are determined by the Kalman filter from the error variances of the respective models calculated by the external model computing means 107 and the internal model computing means 108.

図5に確率フィルタ計算手段110の処理フローを示す。   FIG. 5 shows the process flow of the probability filter calculation means 110.

ステップ501にて、一時記憶領域115に保存された、外部モデルおよび内部モデル演算手段の出力値から、位置、および分散値を取得する。また、外部モデルにおいては、取得フラグを、内部モデルにおいては車両状態を同じく取得する。   In step 501, the position and the variance are acquired from the output values of the external model and the internal model computing means stored in the temporary storage area 115. In the external model, the acquisition flag is acquired, and in the internal model, the vehicle state is acquired as well.

次にステップ502にて、外部モデルの取得フラグが1かどうかを判断する。取得フラグが1の場合は、ステップ503に移行する。取得フラグが0の場合はステップ504へ移行する。ステップ503では、外部モデル出力値が存在し、かつ外れ値でもないため、外部モデルの誤差分散値を設定し、ステップ505へ移行する。ステップ504では、外部モデル出力値が存在しない、もしくは外れ値であったため、外部モデルの誤差分散値に予め決められた極大値を設定する。また、外部モデル演算手段107が出力した位置を内部モデル演算手段108が出力した値と同じ値に設定する。   Next, in step 502, it is determined whether the acquisition flag of the external model is one. If the acquisition flag is 1, the process moves to step 503. If the acquisition flag is 0, the process proceeds to step 504. In step 503, since the external model output value exists and is not an outlier, the error variance value of the external model is set, and the process proceeds to step 505. In step 504, since the external model output value does not exist or is an outlier, a predetermined maximum value is set as the error variance value of the external model. Also, the position output from the external model calculation means 107 is set to the same value as the value output from the internal model calculation means 108.

次にステップ505にて、カルマンフィルタにおけるイノベーションvを計算する。イノベーションvは外部モデル演算手段107が出力した位置Xおよび内部モデル演算手段108が出力した更新位置xから以下の(式8)のように求まる。   Next, at step 505, the innovation v in the Kalman filter is calculated. The innovation v is obtained from the position X output from the external model calculation means 107 and the updated position x output from the internal model calculation means 108 as shown in the following (Equation 8).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

次にステップ506に移行し、カルマンゲインKを計算する。カルマンゲインKは、以下の(式9)のように求めることができる。   Next, in step 506, the Kalman gain K is calculated. The Karman gain K can be obtained as in the following (Equation 9).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

次にステップ507にて、推定位置を計算する。推定位置は、以下の(式10)のように計算できる。   Next, at step 507, the estimated position is calculated. The estimated position can be calculated as (Equation 10) below.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

次にステップ508にて、推定誤差分散を計算する。推定誤差分散は以下の(式11)のように計算できる。   Next, at step 508, the estimated error variance is calculated. The estimated error variance can be calculated as (Equation 11) below.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

最後にステップ509にて、計算した推定位置、推定誤差分散、イノベーション値を一時記憶領域115に記録し、推定位置を位置推定装置106から出力し、確率フィルタ計算手段110の処理を終了する。   Finally, in step 509, the calculated estimated position, estimated error variance, and innovation value are recorded in the temporary storage area 115, and the estimated position is output from the position estimation device 106, and the processing of the probability filter calculation means 110 is ended.

確率フィルタ計算手段110の処理が終了すれば、ステップ207に移行し、モデル異常判断手段111において、内部モデルにおける異常の有無を判断する。この異常判断は、外部モデルの各サンプル時における内部モデルとの差分の自己相関を算出し、これまでの自己相関との信号の差異を時系列信号と考え、独立成分分析などを用い、独立性がある場合にはこれまでの信号と異なると言えるため、異常が存在すると判断する。   When the process of the probability filter calculation means 110 is completed, the process proceeds to step 207, where the model abnormality judgment means 111 judges the presence or absence of abnormality in the internal model. In this anomaly judgment, the autocorrelation of the difference with the internal model at each sample time of the external model is calculated, and the signal difference from the autocorrelation so far is considered as a time series signal, and independent component analysis etc. If it is determined that there is an abnormality, it is determined that there is an abnormality because it is different from the previous signal.

具体的な処理フローを図6に示す。   A specific processing flow is shown in FIG.

まず、ステップ601にて、一時記憶領域115から外部モデルからの出力値および内部モデルからの出力値を取得する。次にステップ602にて、内部モデルによる位置の1サンプル毎の移動量を積算した移動量を計算する。この計算は、前回に外部モデルからの値を取得したサンプルからの積算であり、以下の(式12)のように表わされる。   First, at step 601, the output value from the external model and the output value from the internal model are acquired from the temporary storage area 115. Next, at step 602, the amount of movement is calculated by integrating the amount of movement of each position of the internal model. This calculation is an integration from the sample in which the value from the external model was acquired last time, and is expressed as in (Expression 12) below.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ここで、dxはサンプル時における移動量であり、(式12)の左辺は前回に外部モデルからの値を取得したサンプルからのt回分の積算である。計算した回転量および移動量にて、誤差系列データテーブル112を更新する。   Here, dx is the amount of movement at the time of sampling, and the left side of (Expression 12) is an integration of t times from the sample for which the value from the external model was previously obtained. The error series data table 112 is updated with the calculated rotation amount and movement amount.

次にステップ603に移行し、外部モデルの取得フラグが1かをチェックする。外部モデルの出力値が使用可能、つまり、外部モデル取得フラグが1の場合は、ステップ604へ移行する。外部モデルの出力値が使用不可の場合、つまり、外部モデル取得フラグが0の場合は、ステップ608へ移行する。   Next, the process proceeds to step 603, where it is checked whether the acquisition flag of the external model is one. If the output value of the external model is available, that is, if the external model acquisition flag is 1, the process proceeds to step 604. If the output value of the external model is not usable, that is, if the external model acquisition flag is 0, the process proceeds to step 608.

ステップ604では、時間順方向と逆方向それぞれに対して、誤差系列を計算する。誤差系列とは、外部モデルの出力する値と、内部モデルによって積算した移動量による値の差分のことである。内部モデルによって積算した移動量の始点を時間的に現在の時間に近い方を採った場合、時間逆方向であり、遠い方を採った場合、時間順方向と定義する。図7、図8に時間順方向および時間逆方向の誤差系列の例を示す。   In step 604, an error sequence is calculated for each of the time forward direction and the reverse direction. The error series is the difference between the value output from the external model and the value according to the movement amount integrated by the internal model. When the starting point of the movement amount integrated by the internal model is closer to the current time in time, it is reverse in time, and when it is farther away, it is defined as forward in time. 7 and 8 show examples of time forward and backward error sequences.

時間順方向の誤差系列は、始点となる外部モデルの出力値701から内部モデル出力値の積算によって得られたベクトル702を足し合わせた位置と、次の外部モデルの出力位置703との差分704によって求めた値の系列である。この時間順方向の誤差系列は以下の(式13)のように計算できる。   The error sequence in the time forward direction is determined by the difference 704 between the position obtained by adding the vector 702 obtained by integrating the internal model output value from the output value 701 of the external model as the start point and the output position 703 of the next external model. It is a series of found values. This time forward error sequence can be calculated as (Equation 13) below.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ここで、Rは始点における回転を表わす行列であり、姿勢計測手段102もしくは内部モデル演算手段108にて、車両の姿勢が取得できる場合は、その値を用いる。   Here, R is a matrix representing the rotation at the starting point, and when the attitude of the vehicle can be acquired by the attitude measurement means 102 or the internal model calculation means 108, that value is used.

また、同様に時間逆方向の誤差系列は、始点となる外部モデルの出力値801から内部モデル出力値を時間に対して逆に積算することによって得られたベクトル802を引いた位置と、一つ前の外部モデルの出力位置803との差分804によって求めた値の系列である。この時間逆方向の誤差系列は以下の(式14)のように計算できる。   Similarly, the error sequence in the time reverse direction is a position obtained by subtracting the vector 802 obtained by integrating the internal model output value with respect to time from the output value 801 of the external model as the starting point, and It is a series of values obtained by the difference 804 with the output position 803 of the previous external model. This time-reversed error sequence can be calculated as in (Equation 14) below.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

この計算によって、得られた誤差系列を誤差系列データテーブルへ設定する。誤差系列データテーブルの例を図9に示す。誤差系列データは最大m個のデータを時間順に格納できるリングバッファ式のテーブルである。図9では説明のために全ての時刻サンプルを表記しているが、実際に格納されているデータは、外部モデル取得フラグが1の時のみである。   The error series obtained by this calculation is set in the error series data table. An example of the error series data table is shown in FIG. The error series data is a ring buffer type table capable of storing up to m pieces of data in time order. Although all time samples are shown in FIG. 9 for the sake of explanation, the data actually stored is only when the external model acquisition flag is 1.

次にステップ605にて、時間順方向、逆方向それぞれにおいて作成したm個の誤差系列から、自己共分散行列を計算し、固有ベクトルを求め、時間順方向、時間逆方向の固有ベクトルが成す角を計算する。   Next, in step 605, the autocovariance matrix is calculated from the m error sequences created in each of the time forward direction and the reverse direction, the eigenvectors are determined, and the angle formed by the eigenvectors in the time forward direction and the time reverse direction is calculated. Do.

誤差系列の自己相関散行列は以下の(式15)のようにして求める。   The autocorrelation variance matrix of the error sequence is obtained as in the following (Equation 15).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

上式で求めた時間順方向、逆方向それぞれの自己相関行列の固有ベクトルがbf、brと表わされるとすると、二つの自己相関行列の固有ベクトルが成す角は、以下の(式16)のように計算できる。   Assuming that the eigenvectors of the autocorrelation matrix in the time forward direction and the reverse direction obtained by the above equation are represented as bf and br, the angle formed by the eigenvectors of the two autocorrelation matrices is calculated as in the following (Equation 16) it can.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

次にステップ606において、時間順方向、逆方向の誤差系列データが同一のものであるかを判断する。モデル化誤差が存在する場合には、経時的に誤差が姿勢・速度に蓄積するため、時間順方向、逆方向の誤差系列データに差異が生じる。そこで、ステップ605にて計算した二つの自己相関行列の固有ベクトルが成す角(式16)の左辺が閾値よりも大きいかを比較する。固有ベクトルの成す角(式16)の左辺が閾値よりも大きい場合は、時間順方向、逆方向の誤差系列データに差異が生じていると考えることができ、内部モデルに異常があるとしてステップ607に移行する。また、固有ベクトルの成す角(式16)の左辺が閾値よりも小さい場合は、時間順方向、逆方向の誤差系列データに差異がないと考えることができ、内部モデルに異常はないので、ステップ608に移行する。   Next, in step 606, it is determined whether the time series forward and backward error series data are identical. If there is a modeling error, the error accumulates in the posture and velocity over time, so that there is a difference between the time-sequential and backward error series data. Therefore, it is compared whether the left side of the angle (equation 16) formed by the eigenvectors of the two autocorrelation matrices calculated in step 605 is larger than the threshold. If the left side of the angle (Equation 16) formed by the eigenvectors is larger than the threshold, it can be considered that there is a difference between the error series data in the time forward direction and the reverse direction. Transition. If the left side of the angle (Equation 16) formed by the eigenvectors is smaller than the threshold, it can be considered that there is no difference in the error series data in the time forward direction and the reverse direction, and there is no abnormality in the internal model. Migrate to

ステップ607では、内部モデルにおける異常の有無を示すモデル異常フラグを1に設定し、出力して、処理を終了する。   In step 607, a model abnormality flag indicating the presence or absence of an abnormality in the internal model is set to 1, and output, and the process ends.

ステップ608では、モデル異常フラグを0に設定し、出力して処理を終了する。   At step 608, the model abnormality flag is set to 0, and the process is terminated.

ステップ206においてモデル異常フラグを設定し終えれば、次にステップ207において、モデル異常フラグによって処理を変更する。モデル異常フラグが1に設定されていれば、内部モデル誤差を算出するためにステップ208へ移行する。モデル異常フラグが0に設定されていれば、システム異常を報知するかどうかを判断するためにステップ209へ移行する。   When the setting of the model abnormality flag is completed in step 206, next, in step 207, the process is changed according to the model abnormality flag. If the model abnormality flag is set to 1, the process proceeds to step 208 to calculate an internal model error. If the model abnormality flag is set to 0, the process proceeds to step 209 to determine whether to notify of a system abnormality.

ステップ208では、内部モデル誤差算出手段113において、内部モデルのモデル化誤差を算出する。図10に内部モデルのモデル化誤差を算出する処理フローを示す。   At step 208, the internal model error calculation means 113 calculates a modeling error of the internal model. FIG. 10 shows a processing flow for calculating the modeling error of the internal model.

まず、ステップ1001において、一時記憶領域115から、計算に必要な情報を取得する。計算に必要な情報は、外部モデル取得フラグと、内部モデル演算手段108にて計算される推定位置、現在の車両状態、速度、加速度、姿勢、角速度、確率フィルタ計算手段110において計算されるイノベーション、および内部モデル誤差算出段で更新をかける全ての車両状態である。   First, in step 1001, information necessary for calculation is acquired from the temporary storage area 115. Information necessary for calculation includes an external model acquisition flag, an estimated position calculated by the internal model calculation means 108, current vehicle state, speed, acceleration, attitude, angular velocity, innovation calculated in the probability filter calculation means 110, And all vehicle states updated in the internal model error calculation stage.

次にステップ1002にて、外部モデル取得フラグをチェックする。外部モデル取得フラグが1の場合は、ステップ1003へ進む。外部モデル取得フラグが0の場合は、モデル化誤差の算出ができないため、ステップ1007へ進み、モデル化誤差算出不能フラグを1とする。モデル化誤差算出不能フラグは初期値として0が設定されており、毎起動ごとに初期化されているものとする。   Next, at step 1002, the external model acquisition flag is checked. If the external model acquisition flag is 1, the process proceeds to step 1003. If the external model acquisition flag is 0, the modeling error can not be calculated, so the process proceeds to step 1007 and the modeling error calculation impossible flag is set to 1. The modeling error calculation impossible flag is set to 0 as an initial value, and it is assumed that it is initialized every start.

ステップ1003にて、ステップ1001で取得した現在の車両状態における、モデル化誤差の平均値を更新する。モデル化誤差の平均値は、確率フィルタ計算手段110で計算したイノベーションvの平均値と等しいので、ステップ1001で取得した現在の車両状態の平均値E[v]から、以下の(式17)のように計算すればよい。   At step 1003, the average value of modeling errors in the current vehicle state acquired at step 1001 is updated. Since the average value of the modeling error is equal to the average value of the innovation v calculated by the probability filter calculation means 110, the following equation (17) can be obtained from the average value E [v] of the current vehicle state acquired in step 1001: You can calculate as follows.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ただし、Nは各車両状態に保存されているサンプル数である。   Where N is the number of samples stored in each vehicle state.

次にステップ1004にて、ステップ1001で取得した現在の車両状態におけるモデル化誤差の分散値E[v2]を更新する。確率フィルタ計算手段110で計算したイノベーションの値から、以下の(式18)のように逐次求めればよい。 Next, in step 1004, the variance value E [v 2 ] of the modeling error in the current vehicle state acquired in step 1001 is updated. From the value of the innovation calculated by the probability filter calculation means 110, it may be obtained sequentially as in the following (Expression 18).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

次にステップ1005では、ステップ1003およびステップ1004にて計算したモデル化誤差の平均値および分散値を一時記憶領域115へ上書き更新する。   Next, in step 1005, the average value and the variance value of the modeling error calculated in step 1003 and step 1004 are overwritten and updated in the temporary storage area 115.

最後に、ステップ1006にて、車両状態の遷移確率(式19)を更新する。ある時刻における車両状態(式190)から次のサンプル時における車両状態(式191)への各車両状態への遷移確率(式19)を以下の(式19)のように計算する。   Finally, in step 1006, the transition probability of the vehicle state (equation 19) is updated. The transition probability (Equation 19) to each vehicle state from the vehicle state (Equation 190) at a certain time to the vehicle state (Equation 191) at the next sample time is calculated as in (Equation 19) below.

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

Figure 2019082328
Figure 2019082328

ただし、遷移確率(式19)は以下の(式20)のような行列で表わされる。   However, the transition probability (equation 19) is expressed by a matrix such as the following (equation 20).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

車両状態の遷移確率は、上式をそのまま用いた場合は、値が安定しない場合も多いので、確率勾配法などを用いて、徐々に収束させるような手法をとってもよい。   When the above equation is used as it is, the transition probability of the vehicle state may not be stable in many cases. Therefore, a method of gradually converging using a probability gradient method or the like may be employed.

このとき、ある状態からある状態までの遷移確率が両方向とも、閾値よりも高い場合は、車両状態に安定性が無いため、一つの車両状態へと融合する。このとき、各車両状態に設定されたモデル化誤差平均値とモデル化誤差分散値をそれぞれのサンプル数を用いて、更新する。   At this time, when the transition probability from a certain state to a certain state is higher than the threshold value in both directions, the vehicle state is not stable, and therefore, it merges into one vehicle state. At this time, the modeling error average value and the modeling error dispersion value set for each vehicle state are updated using the respective sample numbers.

ステップ1006もしくはステップ1007が終了すれば、内部モデル誤差算出手段113の処理を終了する。   When step 1006 or step 1007 ends, the processing of the internal model error calculation means 113 ends.

次に、ステップ209にて、モデル化誤差算出不能フラグをチェックする。モデル化誤差算出不能フラグが0であった場合は、モデル化誤差の設定が完了しているので、処理を終了する。モデル化誤差算出不能フラグが1の場合は、システムの異常を判断するため、システム異常報知手段114を起動する。   Next, at step 209, a modeling error calculation impossible flag is checked. When the modeling error calculation impossible flag is 0, since the setting of the modeling error is completed, the process is ended. When the modeling error calculation impossible flag is 1, the system abnormality notification unit 114 is activated to determine the abnormality of the system.

システム異常報知手段114が起動せず、内部モデル誤差算出手段113の処理が終了した場合は、位置推定装置106の処理を終了し、次の起動時における処理に備える。   When the system abnormality notification unit 114 is not activated and the processing of the internal model error calculation unit 113 is completed, the processing of the position estimation device 106 is ended to prepare for the processing at the next activation.

一方で、位置推定装置106の処理フロー中のステップ207において、モデル異常が認められない場合、つまり、モデル異常フラグが「0」の場合、もしくは、モデル化誤差の算出ができなかった場合は、ステップ210に移行する。   On the other hand, if no model abnormality is found in step 207 in the processing flow of the position estimation device 106, that is, if the model abnormality flag is "0" or the modeling error can not be calculated, It transfers to step 210.

ステップ210では、システム異常報知手段114において、ある一定の時間内にシステムに悪影響が出るような推定位置誤差が生じる可能性を判断し、システムに悪影響が出る場合は、その旨をシステム状態として出力する。   In step 210, the system error notification means 114 determines the possibility of occurrence of an estimated position error that may adversely affect the system within a certain period of time. If the system is adversely affected, the system status is output as that effect. Do.

図11にシステム異常報知手段114の処理フローを示す。   FIG. 11 shows the process flow of the system abnormality notifying means 114.

まず、ステップ1101にて、一時記憶領域115から現在の車両状態、内部モデルが算出した誤差分散値、現在の車両状x態の確率から最も高い車両状態に対応するモデル化誤差分散値を取得する。   First, in step 1101, from the temporary storage area 115, obtain the modeling error variance value corresponding to the highest vehicle state from the current vehicle state, the error variance value calculated by the internal model, and the probability of the current vehicle-like x state .

次にステップ1102において、ステップ1101にて取得した、内部モデルの誤差分散値にモデル化誤差分散値を足し合わせた分散値から計算できる見積もり誤差dが閾値を超えるまでの最小時間を計算する。見積もり誤差は以下の(式21)のようにして計算することができる。   Next, in step 1102, the minimum time until the estimated error d which can be calculated from the dispersion value obtained by adding the modeling error dispersion value to the error dispersion value of the internal model acquired in step 1101 is calculated. The estimation error can be calculated as in the following (Equation 21).

Figure 2019082328
Figure 2019082328

上式の右辺は楕円形の方程式を表わしており、その長軸が時間単位に伸びる量が誤差分散値Σにより、決定する。よって、見積もり誤差の閾値を時間単位に長軸が伸びる量で割れば見積もり誤差が閾値を超えるまでの最小時間を求めることができる。   The right side of the above equation represents an elliptic equation, and the amount by which the major axis extends in time units is determined by the error variance value Σ. Therefore, the minimum time until the estimation error exceeds the threshold can be determined by dividing the estimation error threshold by the amount by which the major axis extends in time units.

また、この閾値までの時間は、設計時に決定し、固定値を与える場合は、このステップは不要である。   Also, the time to this threshold is determined at design time, and this step is unnecessary if a fixed value is given.

次にステップ1103にて、見積もり誤差が閾値を超えるまでの時間が、閾値以下であるかを判断する。閾値以下の場合は、システム異常とはいえないため、報知する情報は無く、システム異常報知手段114の処理を終了する。   Next, in step 1103, it is determined whether the time until the estimated error exceeds the threshold is equal to or less than the threshold. If it is less than the threshold value, it is not a system abnormality, and there is no information to be notified, and the processing of the system abnormality notification unit 114 is ended.

見積もり誤差が閾値を超えるまでの時間が、閾値より大きい場合は、ステップ1104に移行し、モデル化誤差算出不能フラグが「1」であるかを判断する。これは、内部モデル誤差算出手段113の処理ステップ1002にて、外部モデルを取得しておらず、内部モデルに異常があるにも関わらず、その誤差が算出できなかった場合に「1」となる。   If the time until the estimation error exceeds the threshold is larger than the threshold, the process proceeds to step 1104 and it is determined whether the modeling error calculation impossible flag is “1”. This is “1” when the external model is not acquired at the processing step 1002 of the internal model error calculation means 113 and the error can not be calculated although there is an abnormality in the internal model. .

モデル化誤差が算出不能であった場合は、ステップ1105に移行する。この場合は、位置推定装置106のシステム自体が異常値を出力する可能性があるため、位置推定装置106のシステム異常として、位置推定装置106の外部へシステム状態を出力する。   If the modeling error can not be calculated, the process proceeds to step 1105. In this case, since the system itself of the position estimation device 106 may output an abnormal value, the system state is output to the outside of the position estimation device 106 as a system abnormality of the position estimation device 106.

モデル化誤差が算出可能であった場合は、位置推定装置106は正常な動作をしているため、外部のシステム(位置計測手段101)の異常である可能性がある。そのため、位置推定装置106以外のシステム異常として、外部へシステム状態を出力する。   If the modeling error can be calculated, since the position estimation device 106 is operating normally, there is a possibility that the external system (position measurement means 101) is abnormal. Therefore, the system state is output to the outside as a system abnormality other than the position estimation device 106.

外部へのシステム状態の出力が終了すれば、システム異常報知手段114の処理を終了する。システム異常報知手段114の処理が終了した場合は、位置推定装置106の処理を終了し、次の起動時における処理に備える。   When the output of the system state to the outside is completed, the processing of the system abnormality notifying unit 114 is ended. When the processing of the system abnormality notification unit 114 is completed, the processing of the position estimation device 106 is ended to prepare for the processing at the next activation.

以上の一連の動作により、システム異常報知手段114から位置推定装置106の異常状態が出力できるようになり、ユーザーは位置推定装置106の異常か、外部システムの異常かを判断できるようになる。   By the above series of operations, the abnormal state of the position estimation device 106 can be output from the system abnormality notification unit 114, and the user can determine whether the position estimation device 106 is abnormal or the external system is abnormal.

モデル異常判断手段111において用いる、異常値の判断手法は様々であり、実施例1で用いたのとは別の手法を用いることも可能である。例えば、この独立性判断の他に、内部モデルと外部モデルとの差分がある閾値以上であった場合に異常と判断するような処理でも、異常値を判断することが可能である。ただし、閾値の設定には十分な経験による設定が必要となる。   There are various judgment methods of the abnormal value used in the model abnormality judging means 111, and it is also possible to use a method different from that used in the first embodiment. For example, in addition to the independence determination, it is possible to determine an abnormal value even in processing in which it is determined as abnormal when the difference between the internal model and the external model is equal to or more than a threshold. However, setting of the threshold value requires setting based on sufficient experience.

101 位置計測手段、102 姿勢計測手段、103 速度計測手段、104加速度計測手段、105角速度計測手段、106 位置推定装置、107 外部モデル演算手段、108 内部モデル演算手段、109 観測異常判断手段、110 確率フィルタ計算手段、111 モデル異常判断手段、112誤差系列データテーブル、113 内部モデル誤差算出手段、114 システム異常報知手段、115一時記憶領域 Reference Signs List 101 position measuring means, 102 attitude measuring means, 103 velocity measuring means, 104 acceleration measuring means, 105 angular velocity measuring means, 106 position estimating device, 107 external model calculating means, 108 internal model calculating means, 109 observation abnormality judging means, 110 probability Filter calculation means, 111 model abnormality determination means, 112 error series data table, 113 internal model error calculation means, 114 system abnormality notification means, 115 temporary storage area

Claims (5)

物体の運動パラメータから物体の位置を更新する内部モデル演算手段と、
物体の位置を計測する位置計測手段から物体の位置そのものを計算する外部モデル演算手段と、
内部モデルが算出する誤差分散値を基に前記外部モデルが算出する位置の外れ値を判断する観測異常判断手段の結果を用いて、確率フィルタにより前記内部モデルの出力位置を修正する確率フィルタ計算手段と、を有する位置推定装置であって、
前記内部モデルに異常があることを判断するモデル異常判断手段と、
前記内部モデルに異常がある場合にその誤差を計算する内部モデル誤差算出手段と、
前記内部モデルおよび前記外部モデルの異常の状態から、前記位置推定装置が出力する位置が破たんする可能性を判断し、システム状態の異常として出力するシステム異常報知手段と、を有し、
前記モデル異常判断手段で異常、および、前記観測異常判断手段で異常と判断した場合に、前記システム異常報知手段により、出力位置が破たんする可能性を報知する位置推定装置。
Internal model computing means for updating the position of the object from the motion parameters of the object;
External model computing means for calculating the position itself of the object from position measuring means for measuring the position of the object;
Stochastic filter calculation means for correcting the output position of the internal model by a probability filter using the result of the observation abnormality judgment means for judging the outliers of the position calculated by the external model based on the error variance value calculated by the internal model A position estimation device having
Model abnormality judging means for judging that the internal model is abnormal;
Internal model error calculation means for calculating an error of the internal model when there is an abnormality;
System abnormality notification means for judging the possibility of breakage of the position output by the position estimation device from the state of abnormality of the internal model and the external model, and outputting as abnormality of the system state,
A position estimation device which reports the possibility that the output position is broken by the system abnormality notifying means when the model abnormality judging means judges that the abnormality is made and the observation abnormality judging means makes the abnormality.
請求項1の位置推定装置において、
前記観測異常判断手段は、マハラノビス距離による外れ値判定に用いる誤差分散に、前記内部モデル誤差算出手段により算出された前記内部モデルのモデル化誤差の誤差分散を加味して、外れ値判定をする位置推定装置。
In the position estimation device of claim 1,
The position where the observation abnormality determination means performs outlier determination by adding the error dispersion of the modeling error of the internal model calculated by the internal model error calculation means to the error dispersion used for outlier determination based on Mahalanobis distance Estimator.
請求項1の位置推定装置において、
前記モデル異常判断手段は、前記外部モデルが出力する位置を端点として、前記内部モデルによる位置の更新によって算出できる前記外部モデルとの差分の系列を、時間的に順方向と逆方向で同じ系列となるかを判断する位置推定装置。
In the position estimation device of claim 1,
The model abnormality judging means sets a series of differences with the external model, which can be calculated by updating the position by the internal model, with the same series in a forward direction and a reverse direction, with the position output by the external model as an end point. A position estimation device that determines whether
請求項1の位置推定装置において、
前記内部モデルのモデル化誤差を前記外部モデルが算出する位置と位置推定装置の推定位置との差分から計算するこ位置推定装置。
In the position estimation device of claim 1,
A position estimation apparatus which calculates the modeling error of the internal model from the difference between the position calculated by the external model and the estimated position of the position estimation apparatus.
請求項1の位置推定装置において、
前記システム異常報知手段は、前記外部モデルの異常か、前記内部モデルの異常かを判断し、前記外部モデルの異常の場合は前記位置推定装置以外のシステム異常、前記内部モデルの異常の場合は、前記位置推定装置のシステム異常が発生している可能性があることを、システム状態として出力する位置推定装置。
In the position estimation device of claim 1,
The system abnormality notifying means determines whether the external model is abnormal or the internal model is abnormal. If the external model is abnormal, the system abnormality other than the position estimation device or the internal model is abnormal A position estimation device that outputs that there is a possibility that a system abnormality of the position estimation device has occurred as a system state.
JP2016026497A 2016-02-16 2016-02-16 Position estimation device Pending JP2019082328A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016026497A JP2019082328A (en) 2016-02-16 2016-02-16 Position estimation device
PCT/JP2016/076223 WO2017141469A1 (en) 2016-02-16 2016-09-07 Position estimation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016026497A JP2019082328A (en) 2016-02-16 2016-02-16 Position estimation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019082328A true JP2019082328A (en) 2019-05-30

Family

ID=59625700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016026497A Pending JP2019082328A (en) 2016-02-16 2016-02-16 Position estimation device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2019082328A (en)
WO (1) WO2017141469A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021018112A (en) * 2019-07-18 2021-02-15 株式会社豊田中央研究所 Self position estimation device

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3078398B1 (en) * 2018-02-27 2020-08-07 Renault Sas METHOD FOR ESTIMATING THE POSITION OF A VEHICLE ON A MAP
FR3078399B1 (en) * 2018-02-27 2020-09-18 Renault Sas PROCESS FOR SELECTING A RESTRICTED ASSEMBLY OR WITHOUT ASSUMPTIONS OF POSSIBLE POSITIONS OF A VEHICLE
JP6746037B2 (en) * 2018-04-24 2020-08-26 三菱電機株式会社 Attack detection device, attack detection program, and attack detection method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5906655A (en) * 1997-04-02 1999-05-25 Caterpillar Inc. Method for monitoring integrity of an integrated GPS and INU system
JP3705187B2 (en) * 2001-11-12 2005-10-12 株式会社デンソー Navigation device
FR2866423B1 (en) * 2004-02-13 2006-05-05 Thales Sa DEVICE FOR MONITORING THE INTEGRITY OF THE INFORMATION DELIVERED BY AN INS / GNSS HYBRID SYSTEM
JP5222814B2 (en) * 2009-09-04 2013-06-26 クラリオン株式会社 Positioning method and apparatus
JP2012207919A (en) * 2011-03-29 2012-10-25 Toyota Central R&D Labs Inc Abnormal value determination device, positioning device, and program
JP2012215491A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Seiko Epson Corp Position calculation method and position calculation device
JP6260983B2 (en) * 2013-05-24 2018-01-17 株式会社Ihi Self-position estimation apparatus and method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021018112A (en) * 2019-07-18 2021-02-15 株式会社豊田中央研究所 Self position estimation device
JP7028223B2 (en) 2019-07-18 2022-03-02 株式会社豊田中央研究所 Self-position estimator

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017141469A1 (en) 2017-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1760431B1 (en) Inertial navigation system with a plurality of Kalman filters and vehicle equipped with such a system
CN112285676B (en) Laser radar and IMU external parameter calibration method and device
JP6936037B2 (en) Navigation system and error correction method
US20150153460A1 (en) Sequential Estimation in a Real-Time Positioning or Navigation System Using Historical States
EP3852065A1 (en) Data processing method and apparatus
JP2012173190A (en) Positioning system and positioning method
JP2019082328A (en) Position estimation device
WO2013084987A1 (en) Position output device using satellite navigation system
US10197396B2 (en) Always on compass calibration system and methods
EP4220086A1 (en) Combined navigation system initialization method and apparatus, medium, and electronic device
CN114136315B (en) Monocular vision-based auxiliary inertial integrated navigation method and system
CN110440797A (en) Vehicle attitude estimation method and system
WO2022179602A1 (en) Navigation information processing method and apparatus, electronic device, and storage medium
US10670405B2 (en) Inertial measurement unit management with reduced rotational drift
CN116718153B (en) Deformation monitoring method and system based on GNSS and INS
CN105526947B (en) Method for detecting attitude fault based on magnetometer measurement value
CN112461258A (en) Parameter correction method and device
CN115727871A (en) Track quality detection method and device, electronic equipment and storage medium
CN115037703B (en) Data processing method, apparatus, computer storage medium and computer program product
JP2020165945A (en) Self-position estimating method and self-position estimating device
WO2005103599A1 (en) Alignment of a flicht vehicle based on recursive matrix inversion
CN109521226B (en) Speed calculation method, system, electronic equipment and readable storage medium
CN117590441B (en) Integrity protection level calculation method and related equipment
CN108519100A (en) For the method for estimating step length, cloud system, equipment and computer program product
CN111625755B (en) Data processing method, device, server, terminal and readable storage medium