JP2021021565A - Position estimation device, position estimation method and navigation body - Google Patents

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Abstract

To provide a position estimation device capable of improving the position estimation accuracy without using GPS even when navigating on flat terrain.SOLUTION: A position estimation device includes: a storage unit that stores actual sensor information and a position calculation result for each time when a specified timing is reached, which are respectively output from a sensor of the navigation body and the inertial navigation system, and map information in which reference sensor information is associated with position coordinates to identify the position by collating with the actual sensor information; a candidate route generation unit that generates multiple candidate routes that indicate time series of estimated positions based on the position calculation results at each of the multiple specified timings, including the time when the current position is estimated; an evaluation value calculation unit that calculates an evaluation value based on time series of the reference sensor information obtained based on the map information and time series of the actual sensor information at each of the plurality of estimated positions of the plurality of candidate routes; and a position identification unit that identifies the self-position based on the evaluation value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、航走体の位置推定技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for estimating the position of a navigation body.

慣性航法装置(INS:Inertial Navigation System)は、慣性力の積分に基づいて自己位置を推定するが、慣性航法装置のみでの推定位置は、積分誤差のために真の位置から次第にずれていく。このため、従来から、慣性航法装置およびGPS(Global Positioning System)を用いて現在の自己位置を推定する方法が知られている(例えば特許文献1〜2)。しかし、GPSを用いる場合には、GPS信号が届かない例えば水中など領域を航走する場合や、GPS信号の受信が妨害されるような場合など、GPSが利用できない場合もある。 The inertial navigation system (INS) estimates its own position based on the integral of the inertial force, but the estimated position of the inertial navigation system alone gradually deviates from the true position due to the integration error. For this reason, conventionally, a method of estimating the current self-position using an inertial navigation system and a GPS (Global Positioning System) has been known (for example, Patent Documents 1 and 2). However, when GPS is used, GPS may not be available when the GPS signal does not reach, for example, when navigating in an area such as underwater, or when the reception of the GPS signal is obstructed.

このような場合には、慣性航法装置およびマップマッチング技術を用いて自己位置を推定する手法の適用が考えられる(例えば特許文献3)。マップマッチング技術では、走領域の各位置(座標)における高度や重力ポテンシャル、風景等の外部環境情報を予め記録した(関連付けた)地図を用意しておく。そして、実際の位置において高度計、重力計、カメラ等のセンサ(計測器)を使用して検出した情報と地図情報とを照合(マッチング)し、自己位置を推定する。この地図は、事前に利用可能に用意しておくので、GPS等の外部信号が使用できない場合でも、現地においてセンサを用いて検出した検出情報と地図情報との照合結果によって、慣性航法装置で算出された位置(INS位置)の算出結果(推定結果)を補正し、自己位置の推定精度を高めることが可能となる。 In such a case, it is conceivable to apply a method of estimating the self-position using an inertial navigation system and a map matching technique (for example, Patent Document 3). In the map matching technology, a map in which external environmental information such as altitude, gravitational potential, and landscape at each position (coordinates) of the running area is recorded (associated) in advance is prepared. Then, at the actual position, the information detected by using a sensor (measuring instrument) such as an altimeter, a gravimeter, or a camera is collated (matched) with the map information to estimate the self-position. Since this map is prepared so that it can be used in advance, even if an external signal such as GPS cannot be used, it is calculated by the inertial navigation system based on the collation result between the detection information detected by the sensor at the site and the map information. It is possible to correct the calculation result (estimation result) of the calculated position (INS position) and improve the estimation accuracy of the self-position.

特開2001−91294号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-91294 特開平9−119843号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-119843 特開2006−78286号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-78286

上述したように、マップマッチング技術では地図上の情報(参照情報)と、現地での自己推定時におけるセンサによる計測値等(検出情報)とを照合して自己位置を推定するが、参照情報あるいは検出情報の変化が乏しい領域(平坦な地形等)を航走する場合には、その近傍領域のどの位置にいるかの判別は困難である。そればかりか、マップマッチングによる結果が、上記の平坦な地形を航走しているなどの理由でずれた位置を示す場合もあり、このような場合に慣性航法装置による推定位置をマップマッチングの結果で補正すると、逆に誤差の拡大の要因にもなり得る。このような課題に対して、分解能の高いセンサを用いることで、微小な差異も判別してマップマッチングを行うことも考えられるが、コストが多大となる。 As described above, in the map matching technology, the self-position is estimated by collating the information on the map (reference information) with the measured value etc. (detection information) by the sensor at the time of self-estimation at the site. When navigating in an area where the change in detection information is scarce (flat terrain, etc.), it is difficult to determine which position in the nearby area. Not only that, the result of map matching may indicate a displaced position due to the above-mentioned flat terrain, etc. In such a case, the estimated position by the inertial navigation system is the result of map matching. If it is corrected with, it can also be a factor of increasing the error. To solve such a problem, it is conceivable to discriminate minute differences and perform map matching by using a sensor with high resolution, but the cost becomes large.

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、GPSを用いることなく、平坦な地形を航走する場合であっても位置の推定精度を高めることが可能な位置推定装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention provides a position estimation device capable of improving the position estimation accuracy even when navigating on flat terrain without using GPS. The purpose is.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る位置推定装置は、
航走体の現在位置を推定する位置推定装置であって、
前記航走体が有するセンサおよび慣性航法装置からそれぞれ出力される規定タイミングの到来時毎の実センサ情報および位置算出結果を記憶するよう構成される第1記憶部と、
前記実センサ情報との照合により位置特定を行うための参照センサ情報が位置座標に関連付けられた地図情報を記憶するよう構成される第2記憶部と、
前記現在位置の推定時を含む複数回の前記規定タイミングの到来時の各々における前記位置算出結果に基づく推定位置の時系列をそれぞれ示す複数の候補経路を生成するよう構成される候補経路生成部と、
前記複数の候補経路がそれぞれ有する複数の前記推定位置の各々における、前記地図情報に基づいて得られる前記参照センサ情報の時系列および前記実センサ情報の時系列に基づいて、前記複数の候補経路の各々の確からしさの評価値を算出するよう構成される評価値算出部と、
前記複数の候補経路の各々の前記評価値に基づいて前記現在位置を特定するよう構成される位置特定部と、を備える。
(1) The position estimation device according to at least one embodiment of the present invention is
It is a position estimation device that estimates the current position of the navigation body.
A first storage unit configured to store the actual sensor information and the position calculation result for each arrival of the specified timing output from the sensor and the inertial navigation system of the navigation body, respectively.
A second storage unit configured to store the map information associated with the position coordinates by the reference sensor information for specifying the position by collating with the actual sensor information.
A candidate route generation unit configured to generate a plurality of candidate routes indicating a time series of estimated positions based on the position calculation results at each of a plurality of times when the specified timing is reached, including the time of estimating the current position. ,
Based on the time series of the reference sensor information obtained based on the map information and the time series of the actual sensor information at each of the plurality of estimated positions each of the plurality of candidate routes, the plurality of candidate routes An evaluation value calculation unit configured to calculate the evaluation value of each certainty,
A position specifying unit configured to specify the current position based on the evaluation value of each of the plurality of candidate routes is provided.

上記(1)の構成によれば、航走体が通過した可能性のある複数の候補経路を、慣性航法による位置算出結果から得られる規定タイミングの到来時毎の複数の候補位置のいずれかを選択して時系列で並べるなどして生成する。こうして生成した各候補経路を地図情報と照合することで、各候補経路を航走体が通過した場合に得られるはずのセンサ情報(参照センサ情報)の時系列を得ると共に、この参照センサ情報の時系列と推定時刻などの規定タイミングを同じくする実センサ情報の時系列とを比較することで、誤差列を算出するなどして、各候補経路の確からしさを評価する。そして、この評価値が最も高い候補経路に含まれる最新の位置を現在位置とするなどして、現在位置を特定(推定)する。 According to the configuration of (1) above, one of the plurality of candidate routes at each time when the specified timing obtained from the position calculation result by the inertial navigation is obtained for the plurality of candidate routes that the navigating body may have passed. Generate by selecting and arranging in chronological order. By collating each candidate route generated in this way with the map information, a time series of sensor information (reference sensor information) that should be obtained when the vehicle passes through each candidate route is obtained, and the reference sensor information is obtained. The certainty of each candidate route is evaluated by calculating an error sequence by comparing the time series with the time series of actual sensor information having the same specified timing such as the estimated time. Then, the current position is specified (estimated) by setting the latest position included in the candidate route having the highest evaluation value as the current position.

換言すれば、航走体の現在位置を、実際に測定等により検出された複数の規定タイミングの到来時における実センサ情報を期待値として、現在位置の推定時の参照センサ情報の一致度のみならず、さらに1回以上遡った規定タイミングの到来時おける参照センサ情報との一致度を考慮して、実センサ情報の時系列と一致度の高い候補経路に基づいて航走体7の現在位置を推定する。このように、慣性航法に基づいて生成した複数の候補経路の各位置に対応した実センサ情報と参照センサ情報との比較を通して、候補経路の全体と地図情報とのマッチングを行うことで、GPSを用いることなく、航走体の現在位置を適切に推定することができる。 In other words, if the current position of the navigating body is the expected value of the actual sensor information at the time when a plurality of specified timings actually detected by measurement or the like arrives, and only the degree of agreement of the reference sensor information at the time of estimating the current position is sufficient. However, in consideration of the degree of coincidence with the reference sensor information at the time of the arrival of the specified timing that goes back one or more times, the current position of the navigation body 7 is determined based on the candidate route having a high degree of coincidence with the time series of the actual sensor information. presume. In this way, GPS is obtained by matching the entire candidate route with the map information by comparing the actual sensor information corresponding to each position of the plurality of candidate routes generated based on inertial navigation with the reference sensor information. The current position of the navigator can be estimated appropriately without using it.

また、慣性航法による位置算出結果(後述するINS位置)をマップマッチング技術により補正する場合には、地図情報(参照センサ情報)とセンサによる検出情報とを照合して自己位置を推定するが、参照センサ情報の変化が乏しい(平坦な地形等)領域を航走する場合、その照合による位置の絞り込みは困難であるが、上述したように候補経路の生成を通して推定を行うことで、平坦な地形等の領域に途中から航走体が進入したとしても、わずかな起伏を検出可能な高精度の計測器を用いることなく、より高い精度で現在位置を推定することができる。 In addition, when the position calculation result by inertial navigation (INS position described later) is corrected by the map matching technique, the self-position is estimated by collating the map information (reference sensor information) with the detection information by the sensor. When navigating in an area where there is little change in sensor information (flat terrain, etc.), it is difficult to narrow down the position by collation, but as described above, by estimating through the generation of candidate routes, flat terrain, etc. Even if the navigator enters the region from the middle, the current position can be estimated with higher accuracy without using a high-precision measuring instrument that can detect slight undulations.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記評価値算出部は、
前記候補経路の前記参照センサ情報の時系列を取得する第1取得部と、
前記候補経路の前記実センサ情報の時系列を取得する第2取得部と、
取得された前記参照センサ情報の時系列と前記実センサ情報の時系列との比較に基づいて算出される誤差の時系列である誤差列を算出する誤差列算出部と、
前記誤差列に基づいて前記評価値を算出する評価部と、を有する。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The evaluation value calculation unit
The first acquisition unit that acquires the time series of the reference sensor information of the candidate route, and
A second acquisition unit that acquires the time series of the actual sensor information of the candidate route, and
An error sequence calculation unit that calculates an error sequence that is a time series of errors calculated based on a comparison between the acquired time series of the reference sensor information and the time series of the actual sensor information.
It has an evaluation unit that calculates the evaluation value based on the error sequence.

上記(2)の構成によれば、複数の候補経路について、それぞれ、候補経路を航走体が通った場合の参照センサ情報の時系列を地図情報に基づいて取得し、実際の計測等の検出により得られた実センサ情報の時系列と比較することで誤差列を算出する。そして、各候補経路の評価値を、航走体の航走時に実際に検出された実センサ情報の時系列との比較により得られる誤差列に基づいて算出する。これによって、誤差列における誤差が小さいほど評価値が高くなるなど、実センサ情報の時系列との比較に基づく誤差に応じて、評価値を適切に算出することができる。よって、実際の実センサ情報の時系列に合うような確度の高い候補経路を選択することができ、現在位置を適切に推定することができる。 According to the configuration of (2) above, for each of the plurality of candidate routes, the time series of the reference sensor information when the navigating body passes through the candidate routes is acquired based on the map information, and the actual measurement or the like is detected. The error sequence is calculated by comparing with the time series of the actual sensor information obtained by. Then, the evaluation value of each candidate route is calculated based on the error sequence obtained by comparing the actual sensor information actually detected during the navigation of the vehicle with the time series. As a result, the evaluation value can be appropriately calculated according to the error based on the comparison of the actual sensor information with the time series, such that the smaller the error in the error sequence, the higher the evaluation value. Therefore, it is possible to select a highly accurate candidate route that matches the time series of the actual actual sensor information, and it is possible to appropriately estimate the current position.

(3)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(2)の構成において、
前記候補経路生成部は、
前記現在位置の候補となる複数の候補位置を取得する候補位置取得部と、
前記複数の候補位置の各々から、規定回数前までの前記規定タイミングの到来時の各々における前記推定位置をそれぞれ算出することにより、前記複数の候補経路を算出する候補経路算出部と、を有する。
(3) In some embodiments, in the configurations (1) and (2) above,
The candidate route generation unit
A candidate position acquisition unit that acquires a plurality of candidate positions that are candidates for the current position,
It has a candidate route calculation unit that calculates the plurality of candidate routes by calculating the estimated positions at each of the predetermined timings up to the specified number of times before each of the plurality of candidate positions.

上記(3)の構成によれば、例えば慣性航法装置により得られる推定位置の範囲にある複数の候補位置の各々について、それぞれ、例えば状態遷移行列などを用いて、過去の規定タイミングの到来時の位置を遡るようにすることにより、複数の候補位置の各々に対応した複数の候補経路を算出する。これによって、複数の適切な候補経路を生成することができる。 According to the configuration of (3) above, for each of the plurality of candidate positions in the range of the estimated positions obtained by the inertial navigation system, for example, using a state transition matrix or the like, when the specified timing in the past arrives. By tracing back the position, a plurality of candidate routes corresponding to each of the plurality of candidate positions are calculated. This makes it possible to generate a plurality of suitable candidate routes.

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(2)の構成において、
前記候補経路生成部は、
前記候補経路を取得する候補経路取得部と、
取得された前記候補経路に基づいて、新たな前記候補経路を算出する生成部と、を有する。
(4) In some embodiments, in the configurations (1) and (2) above,
The candidate route generation unit
A candidate route acquisition unit for acquiring the candidate route and
It has a generation unit that calculates a new candidate route based on the acquired candidate route.

上記(4)の構成によれば、入力されるなどして取得した候補経路に基づいて、例えば誤差が小さくなるような新たな候補経路を算出する。これによって、複数の候補経路を適切に生成することができる。 According to the configuration of (4) above, a new candidate route with a small error is calculated based on the candidate route obtained by inputting or the like. As a result, a plurality of candidate routes can be appropriately generated.

(5)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(2)の構成において、
前記候補経路生成部は、
前記複数回の前記規定タイミングの到来時の各々において、それぞれ、所定数の前記推定位置を抽出する候推定位置抽出部と、
抽出された各々の前記規定タイミングの到来時毎の前記所定数の推定位置を総当たりで組み合わせることで、前記複数の候補経路を生成する組合せ部と、を有する。
(5) In some embodiments, in the configurations (1) and (2) above,
The candidate route generation unit
A weather estimation position extraction unit that extracts a predetermined number of the estimated positions at each of the plurality of times when the specified timing arrives,
It has a combination unit that generates the plurality of candidate routes by brute force combining the predetermined number of estimated positions for each of the extracted predetermined timings at the time of arrival.

上記(5)の構成によれば、例えば複数の規定タイミングの到来時の各々における航走体の位置として可能性のある全ての推定位置を抽出すると共に、抽出した各規定タイミングの到来時毎の複数の推定位置同士の総当たりにより候補経路Rsを生成することで、想定される全ての候補経路Rsを網羅的に生成することもできる。 According to the configuration of (5) above, for example, all the estimated positions that are possible as the positions of the navigating body at each of the arrival of the plurality of specified timings are extracted, and each of the extracted specified timings is extracted at each time of arrival. By generating candidate routes Rs by brute force between a plurality of estimated positions, it is possible to comprehensively generate all expected candidate routes Rs.

(6)本発明の少なくとも一実施形態に係る航走体は、
慣性航法により航走体の位置を算出する慣性航法装置と、
少なくとも1つのセンサと、
前記慣性航走装置による位置算出結果、および前記少なくとも1つのセンサにより検出された検出情報である実センサ情報に基づいて、前記航走体の現在位置を推定する上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の位置推定装置と、
前記位置推定装置によって推定された前記現在位置に基づいて前記航走体の航走を制御する航走制御装置と、を備える。
上記(6)の構成によれば、上記(1)と同様の効果を奏する。
(6) The navigating body according to at least one embodiment of the present invention is
Inertial navigation system that calculates the position of the navigating body by inertial navigation,
With at least one sensor
The above (1) to (5) for estimating the current position of the traveling body based on the position calculation result by the inertial navigation device and the actual sensor information which is the detection information detected by the at least one sensor. The position estimation device according to any one of the items and
A navigation control device for controlling the navigation of the navigation body based on the current position estimated by the position estimation device is provided.
According to the configuration of (6) above, the same effect as that of (1) above is obtained.

(7)本発明の少なくとも一実施形態に係る位置推定方法は、
航走体の現在位置を推定する位置推定方法であって、
前記航走体が有するセンサおよび慣性航法装置からそれぞれ出力される規定タイミングの到来時毎の実センサ情報および位置算出結果を記憶する第1記憶ステップと、
前記実センサ情報との照合により位置特定を行うための参照センサ情報が位置座標に関連付けられた地図情報を記憶する第2記憶ステップと、
前記現在位置の推定時を含む複数回の前記規定タイミングの到来時の各々における前記位置算出結果に基づく推定位置の時系列をそれぞれ示す複数の候補経路を生成する候補経路生成ステップと、
前記複数の候補経路がそれぞれ有する複数の前記推定位置の各々における、前記地図情報に基づいて得られる前記参照センサ情報の時系列および前記実センサ情報の時系列に基づいて、前記複数の候補経路の各々の確からしさの評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記複数の候補経路の各々の前記評価値に基づいて前記現在位置を特定する位置特定ステップと、を備える。
上記(7)の構成によれば、上記(1)と同様の効果を奏する。
(7) The position estimation method according to at least one embodiment of the present invention is
It is a position estimation method that estimates the current position of the navigation body.
The first storage step for storing the actual sensor information and the position calculation result for each arrival of the specified timing output from the sensor and the inertial navigation system of the navigation body, respectively.
The second storage step of storing the map information in which the reference sensor information for identifying the position by collating with the actual sensor information is associated with the position coordinates, and
A candidate route generation step for generating a plurality of candidate routes indicating a time series of estimated positions based on the position calculation result at each of a plurality of times when the specified timing arrives, including the time of estimating the current position, and
Based on the time series of the reference sensor information obtained based on the map information and the time series of the actual sensor information at each of the plurality of estimated positions each of the plurality of candidate routes, the plurality of candidate routes Evaluation value calculation step to calculate the evaluation value of each certainty, and
A position specifying step for specifying the current position based on the evaluation value of each of the plurality of candidate routes is provided.
According to the configuration of (7) above, the same effect as that of (1) above is obtained.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、GPSを用いることなく、平坦な地形を航走する場合であっても位置の推定精度を高めることが可能な位置推定装置が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a position estimation device capable of improving the position estimation accuracy even when navigating on flat terrain without using GPS.

本発明の一実施形態に係る位置推定装置の機能を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic function of the position estimation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る位置推定装置を備える航走体の航走時の状況を示す図である。It is a figure which shows the state at the time of traveling of the navigation body provided with the position estimation device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る候補経路生成部の機能を示すブロック図であり、候補位置に基づいて候補経路を生成する。It is a block diagram which shows the function of the candidate route generation part which concerns on one Embodiment of this invention, and generates a candidate route based on a candidate position. 本発明の一実施形態に係る候補経路生成部の機能を示すブロック図であり、候補経路に基づいて新たな候補経路を生成する。It is a block diagram which shows the function of the candidate route generation part which concerns on one Embodiment of this invention, and generates a new candidate route based on a candidate route. 本発明の一実施形態に係る候補経路生成部の機能を示すブロック図であり、推定位置の総当たりにより新たな候補経路を生成する。It is a block diagram which shows the function of the candidate route generation part which concerns on one Embodiment of this invention, and generates a new candidate route by brute force of an estimated position. 本発明の一実施形態に係る位置推定方法を示す図である。It is a figure which shows the position estimation method which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely explanatory examples. Absent.
For example, expressions that represent relative or absolute arrangements such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric" or "coaxial" are exact. Not only does it represent such an arrangement, but it also represents a state of relative displacement with tolerances or angles and distances to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "same", "equal", and "homogeneous" that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the state of existence.
For example, an expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or chamfering within a range in which the same effect can be obtained. The shape including the part and the like shall also be represented.
On the other hand, the expressions "equipped", "equipped", "equipped", "included", or "have" one component are not exclusive expressions that exclude the existence of other components.

図1は、本発明の一実施形態に係る位置推定装置1の機能を概略的に示す図である。また、図2は、本発明の一実施形態に係る位置推定装置1を備える航走体7の航走時の状況を示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the function of the position estimation device 1 according to the embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a diagram showing a state at the time of traveling of the navigation body 7 including the position estimation device 1 according to the embodiment of the present invention.

位置推定装置1は、所望の航路を無人または有人で航走可能な航走体7の現在位置Pcを推定するための装置である。航走体7は、例えば潜水艦、自律型無人潜水機(AUV:Autonomou Underwater Vehicle)、空中を飛翔する飛翔体などである。図1に示すように、航走体7は、上記の位置推定装置1と、慣性航法により航走体7の位置を算出する慣性航法装置8(INS:Inertial Navigation System)と、例えば高度計や重力計、周辺の風景を撮影可能なカメラが有する撮像センサ(例えばCMOSセンサ)など、マップマッチングによる現在位置Pcの推定(補正)に利用可能な、例えば高度や重力、周辺の風景などの少なくとも1種類の外部環境情報を検出するための少なくとも1種類(図1では複数種類)のセンサ7sと、航走体7の航走を制御する航走制御装置9と、を備える。 The position estimation device 1 is a device for estimating the current position Pc of the navigation body 7 capable of navigating the desired route unmanned or manned. The navigation body 7 is, for example, a submarine, an autonomous underwater vehicle (AUV: Autonomous Underwater Vehicle), a flying body flying in the air, or the like. As shown in FIG. 1, the navigation body 7 includes the above-mentioned position estimation device 1, an inertial navigation system 8 (INS: Inertial Navigation System) that calculates the position of the navigation body 7 by inertial navigation, and, for example, an altimeter or gravity. At least one type that can be used to estimate (correct) the current position Pc by map matching, such as an altimeter, an image sensor (for example, a CMOS sensor) that a camera capable of photographing the surrounding landscape, for example, altitude, gravity, and surrounding landscape. It is provided with at least one type of sensor 7s (a plurality of types in FIG. 1) for detecting the external environment information of the vehicle, and a navigation control device 9 for controlling the navigation of the navigation body 7.

この航走体7においては、図2に示すように、例えば周期的などの規定タイミングが到来した際の慣性航法装置8による位置算出結果(以下、INS位置Pb)、および航走体7が備える1以上のセンサ7sの少なくとも一部(図1では全部)によるセンシング対象(高度、重量など)の検出結果が蓄積される。そして、位置推定装置1は、規定タイミングが到来する度に、上記の蓄積された慣性航法装置8による位置算出結果、および少なくとも1つのセンサ7sによる検出結果を用いて、その際の航走体7の位置である現在位置Pcの推定を実行するように構成される。また、航走制御装置9は、位置推定装置1から得られる現在位置Pcを確認しながら、予め定められた航路(既定航路)などを航走体7が航走するように航走を制御する。 As shown in FIG. 2, the navigation body 7 includes, for example, a position calculation result (hereinafter, INS position Pb) by the inertial navigation system 8 when a periodic predetermined timing arrives, and the navigation body 7. The detection results of the sensing target (altitude, weight, etc.) by at least a part (all in FIG. 1) of one or more sensors 7s are accumulated. Then, each time the predetermined timing arrives, the position estimation device 1 uses the position calculation result by the accumulated inertial navigation system 8 and the detection result by at least one sensor 7s, and the navigation body 7 at that time is used. It is configured to perform an estimation of the current position Pc, which is the position of. Further, the navigation control device 9 controls the navigation so that the navigation body 7 navigates a predetermined route (default route) or the like while checking the current position Pc obtained from the position estimation device 1. ..

図1〜図2に示す実施形態では、航走体7はAUVであり、水中を無人で潜水航走する。なお、航走体7は人が操縦しても良く、この場合には既定航路を航走しても良いし、現在位置Pcを確認しながら任意の航路を航走しても良い。また、慣性航法装置8は、上記のセンサ7sの検出結果を利用して位置の算出を行っても良い。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the navigating body 7 is an AUV and underwater dives unmanned. The navigation body 7 may be operated by a person. In this case, the navigation body 7 may be navigated on a default route, or may be navigated on an arbitrary route while checking the current position Pc. Further, the inertial navigation system 8 may calculate the position by using the detection result of the sensor 7s.

以下、位置推定装置1について、詳細に説明する。
図1に示すように、位置推定装置1は、第1記憶部2aと、第2記憶部2bと、候補経路生成部3と、評価値算出部4と、位置特定部5と、を備える。位置推定装置1が備える上記の機能部について、それぞれ説明する。
Hereinafter, the position estimation device 1 will be described in detail.
As shown in FIG. 1, the position estimation device 1 includes a first storage unit 2a, a second storage unit 2b, a candidate route generation unit 3, an evaluation value calculation unit 4, and a position identification unit 5. The above-mentioned functional parts included in the position estimation device 1 will be described respectively.

なお、位置推定装置1は、コンピュータで構成されても良く、図示しないCPU(プロセッサ)や、ROMやRAMといったメモリや外部記憶装置などとなる記憶装置mを備えている。そして、メモリ(主記憶装置)にロードされたプログラム(位置推定プログラム)の命令に従ってCPUが動作(データの演算など)することで、位置推定装置1が備える上記の各機能部を実現する。換言すれば、上記の位置推定プログラムは、コンピュータに後述する各機能部を実現させるためのソフトウェアであり、コンピュータによる読み込みが可能な記憶媒体に記憶されても良い。 The position estimation device 1 may be configured by a computer, and includes a CPU (processor) (not shown), a storage device m such as a memory such as a ROM or RAM, or an external storage device. Then, the CPU operates (data calculation, etc.) according to the instructions of the program (position estimation program) loaded in the memory (main storage device) to realize each of the above-mentioned functional units included in the position estimation device 1. In other words, the above-mentioned position estimation program is software for realizing each functional unit described later in a computer, and may be stored in a storage medium that can be read by the computer.

第1記憶部2aは、航走体7が有する1以上のセンサ7sおよび慣性航法装置8からそれぞれ出力される、規定タイミングの到来時毎のセンサ7sによる検出情報(以下、実センサ情報St)および慣性航法装置8による航走体7の位置の算出結果を記憶するよう構成される記憶部である。規定タイミングは例えば周期的なタイミングであり、図2に示すように、規定タイミングが到来する度に、その到来時におけるセンサ7sによるセンシング対象の検出結果(検出値など)である検出情報が実センサ情報Stとして第1記憶部2aに記憶される。例えば、航走体7が複数種類のセンサ7sを備える場合には、規定タイミングの到来時毎の実センサ情報Stは、航走体7が備える全てのセンサ7sによる複数種類の検出情報を含んでも良いし、全てのセンサ7sの少なくとも一部のセンサ7sによる1種類以上の検出情報を含んでも良い。同様に、規定タイミングが到来する度に、その到来時における慣性航法装置8によるINS位置Pb(位置算出結果)が第1記憶部2aに記憶される。 The first storage unit 2a includes detection information (hereinafter, actual sensor information St) by the sensors 7s at each time when the specified timing arrives, which are output from one or more sensors 7s and the inertial navigation system 8 of the navigation body 7, respectively. It is a storage unit configured to store the calculation result of the position of the navigation body 7 by the inertial navigation system 8. The specified timing is, for example, a periodic timing, and as shown in FIG. 2, each time the specified timing arrives, the detection information that is the detection result (detection value, etc.) of the sensing target by the sensor 7s at the time of arrival is the actual sensor. It is stored in the first storage unit 2a as information St. For example, when the navigation body 7 includes a plurality of types of sensors 7s, the actual sensor information St for each arrival of the specified timing may include a plurality of types of detection information by all the sensors 7s included in the navigation body 7. Alternatively, it may include one or more types of detection information by at least a part of all the sensors 7s. Similarly, each time the specified timing arrives, the INS position Pb (position calculation result) by the inertial navigation system 8 at that time is stored in the first storage unit 2a.

また、第1記憶部2aには、最新のものから規定回数Nの前までの各規定タイミングの到来時における実センサ情報StおよびINS位置Pbが、時系列が分かるような状態で記憶される。具体的には、各実センサ情報Stが、検出時刻、あるいは規定タイミングの到来時を識別するための序数などの識別情報が時系列情報Tと共に記憶されても良い。また、上記の規定回数Nは、航走体7が自己位置の推定を開始してから到来した規定タイミングの到来数よりも少ない数である。図1に示す実施形態では、第1記憶部2aは、位置推定装置1が備える記憶装置mの既定の記憶領域に形成されており、外部情報取得部6が、規定タイミングが到来する度に、最新の実センサ情報StおよびINS位置Pbを取得して、時系列情報Tと共に第1記憶部2aに記憶するようになっている。 Further, in the first storage unit 2a, the actual sensor information St and the INS position Pb at the time of arrival of each specified timing from the latest one to before the specified number of times N are stored in a state in which the time series can be known. Specifically, each actual sensor information St may store identification information such as an ordinal number for identifying the detection time or the arrival time of the specified timing together with the time series information T. Further, the above-mentioned specified number of times N is a number smaller than the number of arrivals of the specified timing that has arrived since the navigating body 7 started estimating the self-position. In the embodiment shown in FIG. 1, the first storage unit 2a is formed in a predetermined storage area of the storage device m included in the position estimation device 1, and the external information acquisition unit 6 is formed every time a predetermined timing arrives. The latest actual sensor information St and INS position Pb are acquired and stored in the first storage unit 2a together with the time series information T.

第2記憶部2bは、上述した各実センサ情報Stとの照合により位置特定を行うための参照センサ情報Srが位置座標に関連付けられた地図情報Mを記憶するよう構成される記憶部である。参照センサ情報Srは、1種類以上の外部環境情報を事前に検出した検出情報である。また、地図情報Mは、航走体7の航路を含む所定地域に仮想的に設定した座標系(2次元または3次元)の各座標に参照センサ情報Srを関連付けた情報である。つまり、地図情報Mの任意の座標を参照すれば、その座標で得られるべき高度や重力といった外部環境情報がわかる。よって、航走体7のセンサ7sで検出するセンシング対象と同種類の外部環境情報が参照センサ情報Srに含まれるのを前提に、実センサ情報Stと地図情報Mの参照センサ情報Srとを照合する(マップマッチング)ことで、自己位置の特定(推定)が可能である。すなわち、実センサ情報Stと一致すると言えるような参照センサ情報Srを有する地図情報M上の座標が自己位置である可能性が高い。図1に示す実施形態では、第2記憶部2bは、位置推定装置1が備える記憶装置mの既定の記憶領域に形成されている。 The second storage unit 2b is a storage unit configured to store the map information M associated with the position coordinates by the reference sensor information Sr for specifying the position by collating with the above-mentioned actual sensor information St. The reference sensor information Sr is detection information obtained by detecting one or more types of external environment information in advance. Further, the map information M is information in which the reference sensor information Sr is associated with each coordinate of the coordinate system (two-dimensional or three-dimensional) virtually set in a predetermined area including the route of the navigation body 7. That is, by referring to arbitrary coordinates of the map information M, external environment information such as altitude and gravity that should be obtained at those coordinates can be known. Therefore, the actual sensor information St and the reference sensor information Sr of the map information M are collated on the assumption that the reference sensor information Sr includes the same type of external environment information as the sensing target detected by the sensor 7s of the navigation body 7. By doing (map matching), it is possible to identify (estimate) the self-position. That is, there is a high possibility that the coordinates on the map information M having the reference sensor information Sr that can be said to match the actual sensor information St are self-positions. In the embodiment shown in FIG. 1, the second storage unit 2b is formed in a predetermined storage area of the storage device m included in the position estimation device 1.

候補経路生成部3は、現在位置Pcの推定時を含む複数回(2以上)の規定タイミングの到来時の各々における、慣性航法装置8の位置算出結果に基づく推定位置Peの時系列をそれぞれ示す複数の候補経路Rsを生成するよう構成される機能部である。候補経路Rsは、現在位置Pcの候補位置Psおよび、現在位置Pcの推定時から規定回数Nだけ前の各規定タイミングの到来時における航走体7の推定位置Peを含む。つまり、候補経路Rsは、上記の複数回(N+1回)の規定タイミングの到来時の各々における推定位置Peの時系列が分かる情報である。 The candidate route generation unit 3 indicates a time series of the estimated position Pe based on the position calculation result of the inertial navigation system 8 at each of a plurality of (two or more) predetermined timings including the time of estimating the current position Pc. It is a functional unit configured to generate a plurality of candidate routes Rs. The candidate route Rs includes the candidate position Ps of the current position Pc and the estimated position Pe of the navigation body 7 at the time of arrival of each specified timing N times before the estimated time of the current position Pc. That is, the candidate paths Rs are information that shows the time series of the estimated position Pe at each of the above-mentioned multiple times (N + 1 times) of the predetermined timings.

慣性航法装置8(慣性航法)により算出される位置には積分誤差があるため、航走体7の実際の位置は、INS位置Pbおよびその積分誤差を考慮した範囲内のいずれかの座標である可能性がある。つまり、慣性航法装置8による位置算出結果に基づいて、INS位置Pbに加えて、INS位置Pbを中心とした誤差半径の円(図2の破線円)で囲われるような誤差範囲Aeの内側にある複数の推定位置Peが得られる。よって、各候補経路Rsは、複数の規定タイミングの到来時の各々における誤差範囲Aeから1つずつ選択された位置座標を時系列で並べることで、候補経路Rsが生成可能である。 Since there is an integration error in the position calculated by the inertial navigation system 8 (inertial navigation), the actual position of the navigating body 7 is any coordinate within the range considering the INS position Pb and its integration error. there is a possibility. That is, based on the position calculation result by the inertial navigation system 8, in addition to the INS position Pb, inside the error range Ae surrounded by a circle with an error radius centered on the INS position Pb (broken line circle in FIG. 2). A plurality of estimated positions Pe are obtained. Therefore, for each candidate route Rs, the candidate route Rs can be generated by arranging the position coordinates selected one by one from the error range Ae at each of the arrival of the plurality of specified timings in chronological order.

そして、後述するように、複数の候補経路Rsの中から1つの候補経路Rsが最も確からしいものとして選択されると共に、選択された候補経路Rsにおける候補位置Ps(時系列で最新の位置)が現在位置Pcとして推定される。この複数の候補経路Rsの具体的な生成手法については後述する。なお、上記の誤差半径は、慣性航法装置8の仕様(カタログスペックなど)に基づいて定めても良い。また、図2のtiは、規定タイミングのi番目の到来時(推定時刻など)を示すが、上記の積分誤差は推定回数が増えるほど大きくなり、誤差範囲Ae(破線円の面積)は時間の経過(t<t<t)と共に大きくなる。 Then, as will be described later, one candidate route Rs is selected as the most probable one from the plurality of candidate routes Rs, and the candidate position Ps (latest position in time series) in the selected candidate route Rs is set. Estimated as the current position Pc. A specific method for generating the plurality of candidate paths Rs will be described later. The above error radius may be determined based on the specifications (catalog specifications, etc.) of the inertial navigation system 8. Further, ti in FIG. 2 indicates the time when the i-th arrival of the specified timing (estimated time, etc.) is reached, but the above integration error increases as the number of estimations increases, and the error range Ae (area of a broken line circle) is the time. It increases with the passage of time (t 1 <t 2 <t 3 ).

評価値算出部4は、複数の候補経路Rsがそれぞれ有する複数の推定位置Peの各々における、上記の地図情報Mに基づく参照センサ情報Srの時系列(以下、参照センサ時系列Cr)および実センサ情報Stの時系列(以下、実センサ時系列Ct)に基づいて、複数の候補経路Rsの各々の確からしさの評価値Vを算出するよう構成される機能部である。より具体的には、幾つかの実施形態では、図1に示すように、評価値算出部4は、入力などされた候補経路Rsの参照センサ時系列Crを取得する第1取得部41と、この候補経路Rsの実センサ時系列Ctを取得する第2取得部42と、第1取得部41および第2取得部42によってそれぞれ取得された参照センサ時系列Crと実センサ時系列Ctとの比較に基づいて算出される誤差Eの時系列である誤差列Ceを算出する誤差列算出部43と、この誤差列算出部43によって算出された誤差列Ceに基づいて評価値Vを算出する評価部44と、を有しても良い。 The evaluation value calculation unit 4 is a time series (hereinafter, reference sensor time series Cr) and an actual sensor of the reference sensor information Sr based on the above map information M at each of the plurality of estimated positions Pe possessed by the plurality of candidate paths Rs. It is a functional unit configured to calculate the evaluation value V of the certainty of each of the plurality of candidate paths Rs based on the time series of the information St (hereinafter, the actual sensor time series Ct). More specifically, in some embodiments, as shown in FIG. 1, the evaluation value calculation unit 4 includes a first acquisition unit 41 that acquires the reference sensor time series Cr of the input candidate path Rs and the like. Comparison between the second acquisition unit 42 that acquires the actual sensor time series Ct of the candidate path Rs, the reference sensor time series Cr acquired by the first acquisition unit 41 and the second acquisition unit 42, and the actual sensor time series Ct, respectively. The error sequence calculation unit 43 that calculates the error sequence Ce, which is a time series of the error E calculated based on, and the evaluation unit that calculates the evaluation value V based on the error sequence Ce calculated by the error sequence calculation unit 43. 44 and may have.

既に説明した通り、各候補経路Rsは、複数回の規定タイミングの到来時の各々における推定位置Peの時系列の情報を含む。よって、任意の候補経路Rsが有する複数の推定位置Peの各々における参照センサ情報Srを地図情報Mから取得して時系列に並べることで、その候補経路Rsに対応した参照センサ時系列Crが得られる。同様に、任意の候補経路Rsが有する複数の推定位置Peの各々の推定時刻などが一致する実センサ情報Stを第1記憶部2aから取得して時系列に並べることで、その候補経路Rsに対応した実センサ時系列Ctが得られる。そして、各候補経路Rsで得られる参照センサ時系列Crと実センサ時系列Ctとを比較することで、各推定位置Pe(各規定タイミング)における誤差Eを算出し、その誤差Eを時系列に並べることで誤差列Ceが得られる。 As described above, each candidate path Rs includes time-series information of the estimated position Pe at each of a plurality of predetermined timings. Therefore, by acquiring the reference sensor information Sr at each of the plurality of estimated positions Pe possessed by the arbitrary candidate path Rs from the map information M and arranging them in time series, the reference sensor time series Cr corresponding to the candidate path Rs can be obtained. Be done. Similarly, by acquiring the actual sensor information St in which the estimated times of the plurality of estimated positions Pe of the arbitrary candidate paths Rs match from the first storage unit 2a and arranging them in chronological order, the candidate paths Rs can be set. The corresponding real sensor time series Ct is obtained. Then, by comparing the reference sensor time series Cr obtained in each candidate path Rs with the actual sensor time series Ct, an error E at each estimated position Pe (each specified timing) is calculated, and the error E is converted into a time series. By arranging them, the error sequence Ce can be obtained.

この各推定位置Peでの誤差Eは、実センサ情報Stが1種類の検出情報のみを含む場合には、候補経路Rsに含まれる各推定位置Peにおける実センサ情報Stと参照センサ情報Srとの差などの差異の演算値であっても良い。他方、実センサ情報Stが複数種類の検出情報を含む場合には、各推定位置Peでの誤差Eは、各推定位置Peにおける実センサ情報Stと参照センサ情報Srとのセンシング対象の種類毎の差異を、その種類の違いを調整するための係数で調整するなどした上で加算などした演算値であっても良い。この係数は、センシング対象の種類毎に全て同じであっても良い。 The error E at each estimated position Pe is the difference between the actual sensor information St and the reference sensor information Sr at each estimated position Pe included in the candidate path Rs when the actual sensor information St includes only one type of detection information. It may be a calculated value of a difference such as a difference. On the other hand, when the actual sensor information St includes a plurality of types of detection information, the error E at each estimated position Pe is for each type of sensing target between the actual sensor information St and the reference sensor information Sr at each estimated position Pe. The difference may be a calculated value obtained by adjusting the difference with a coefficient for adjusting the difference of the type and then adding the difference. This coefficient may be the same for each type of sensing target.

そして、評価値算出部4は、この誤差列Ceに基づいて、各候補経路Rsの評価値Vを算出する。具体的には、この評価値Vは、誤差列Ceに含まれる各推定位置Peの誤差Eを合計するなどして、算出しても良い。各推定位置Peの誤差に重み付け係数を乗算して合計しても良い。この場合、評価値Vは誤差が大きいほど大きくなるので、誤差列Ceにおける誤差Eの合計の逆数を算出するなどすることで、評価値Vの値は確からしさが高いほど大きくなるように算出されても良い。なお、逆に、評価値Vの値は確からしさが高いほど小さくなるように算出されても良い。 Then, the evaluation value calculation unit 4 calculates the evaluation value V of each candidate route Rs based on the error sequence Ce. Specifically, this evaluation value V may be calculated by summing the error E of each estimated position Pe included in the error sequence Ce. The error of each estimated position Pe may be multiplied by a weighting coefficient and summed. In this case, the evaluation value V becomes larger as the error is larger. Therefore, the value of the evaluation value V is calculated so as to be larger as the certainty is higher, by calculating the reciprocal of the total of the errors E in the error sequence Ce. You may. On the contrary, the value of the evaluation value V may be calculated so as to become smaller as the certainty is higher.

位置特定部5は、複数の候補経路Rsの各々の評価値Vに基づいて現在位置Pcを特定するよう構成される機能部である。本実施形態では、評価値Vが高い候補経路Rsほど確からしいので、複数の候補経路Rsのうちから例えば評価値Vが最も高い候補経路Rsを選択し、選択した候補経路Rsの最新の推定位置Peを現在位置Pcとして特定する。 The position specifying unit 5 is a functional unit configured to specify the current position Pc based on the evaluation value V of each of the plurality of candidate paths Rs. In the present embodiment, the candidate route Rs having a higher evaluation value V is more likely to be, so for example, the candidate route Rs having the highest evaluation value V is selected from a plurality of candidate routes Rs, and the latest estimated position of the selected candidate route Rs is selected. Pe is specified as the current position Pc.

図1に示す実施形態では、候補経路生成部3と評価値算出部4とが接続されており、候補経路生成部3が推定した複数の候補経路Rsが評価値算出部4に入力されるようになっている。評価値算出部4において、第1取得部41が、候補経路生成部3から入力される各候補経路Rsの有する複数の推定位置Peの各々に対応する参照センサ情報Srを第2記憶部2bから取得し、これらの参照センサ情報Srの時系列が分かるように記憶することで、参照センサ時系列Crを取得する。同様に、第2取得部42が、候補経路生成部3から入力される各候補経路Rsの有する複数の推定位置Peの各々に対応する実センサ情報Stを第1記憶部2aから取得し、これらの実センサ情報Stの時系列が分かるように記憶することで、実センサ時系列Ctを取得する。こうして得られた、1つの候補経路Rsについて参照センサ時系列Crおよび実センサ時系列Ctが、第1取得部41および第2取得部42に接続された誤差列算出部43に入力されて誤差列Ceが算出される。この誤差列算出部43は評価部44に接続されており、評価部44において、誤差列算出部43から入力された誤差列Ceの評価値Vが、確からしさが高いほど大きくなるように算出される。これによって、各候補経路Rsの評価値Vを適切に算出することが可能となる。 In the embodiment shown in FIG. 1, the candidate route generation unit 3 and the evaluation value calculation unit 4 are connected so that a plurality of candidate routes Rs estimated by the candidate route generation unit 3 are input to the evaluation value calculation unit 4. It has become. In the evaluation value calculation unit 4, the first acquisition unit 41 obtains the reference sensor information Sr corresponding to each of the plurality of estimated positions Pe of each candidate route Rs input from the candidate route generation unit 3 from the second storage unit 2b. The reference sensor time series Cr is acquired by acquiring and storing the reference sensor information Sr so that the time series can be understood. Similarly, the second acquisition unit 42 acquires the actual sensor information St corresponding to each of the plurality of estimated positions Pe of each candidate route Rs input from the candidate route generation unit 3 from the first storage unit 2a. The actual sensor time series Ct is acquired by storing the actual sensor information St so that the time series can be understood. The reference sensor time series Cr and the actual sensor time series Ct for one candidate path Rs thus obtained are input to the error sequence calculation unit 43 connected to the first acquisition unit 41 and the second acquisition unit 42, and the error sequence Ce is calculated. The error sequence calculation unit 43 is connected to the evaluation unit 44, and the evaluation unit 44 calculates that the evaluation value V of the error sequence Ce input from the error sequence calculation unit 43 increases as the certainty increases. To. This makes it possible to appropriately calculate the evaluation value V of each candidate route Rs.

上記の構成によれば、航走体7が通過した可能性のある複数の候補経路Rsを、慣性航法による位置算出結果から得られる規定タイミングの到来時毎の複数の候補位置のいずれかを選択して時系列で並べるなどして生成する。こうして生成した各候補経路Rsを地図情報と照合することで、各候補経路Rsを航走体7が通過した場合に得られるはずのセンサ情報の時系列(参照センサ時系列Cr)を得ると共に、この参照センサ時系列Crと推定時刻などの規定タイミングを同じくする実センサ時系列Ctとを比較することで、誤差列Ceを算出するなどして、各候補経路Rsの確からしさを評価する。そして、この評価値Vが最も高い候補経路Rsに含まれる最新の位置を現在位置とするなどして、現在位置を特定(推定)する。 According to the above configuration, a plurality of candidate routes Rs that the navigating body 7 may have passed are selected from one of a plurality of candidate positions at each arrival of the specified timing obtained from the position calculation result by inertial navigation. Then, it is generated by arranging them in chronological order. By collating each candidate route Rs generated in this way with the map information, a time series of sensor information (reference sensor time series Cr) that should be obtained when the traveling body 7 passes through each candidate route Rs is obtained, and at the same time, By comparing the reference sensor time series Cr with the actual sensor time series Ct having the same specified timing such as the estimated time, the error sequence Ce is calculated, and the certainty of each candidate path Rs is evaluated. Then, the current position is specified (estimated) by setting the latest position included in the candidate path Rs having the highest evaluation value V as the current position.

換言すれば、航走体7の現在位置Pcを、実際に測定等により検出された複数の規定タイミングの到来時における実センサ情報Stを期待値として、現在位置の推定時の参照センサ情報Srの一致度のみならず、さらに1回以上遡った規定タイミングの到来時おける参照センサ情報Srとの一致度を考慮して、実センサ情報Stの時系列と一致度の高い候補経路Rsに基づいて航走体7の現在位置Pcを推定する。このように、慣性航法に基づいて生成した複数の候補経路の各位置に対応した実センサ情報Stと参照センサ情報Srとの比較を通して、候補経路Rsの全体と地図情報Mとのマッチングを行うことで、GPSを用いることなく、航走体7の現在位置Pcを適切に推定することができる。 In other words, the current position Pc of the navigation body 7 is set as the expected value of the actual sensor information St at the time when a plurality of specified timings actually detected by measurement or the like arrives, and the reference sensor information Sr at the time of estimating the current position Considering not only the degree of coincidence but also the degree of coincidence with the reference sensor information Sr at the arrival of the specified timing that goes back one or more times, the navigation is based on the candidate route Rs having a high degree of coincidence with the time series of the actual sensor information St. The current position Pc of the running body 7 is estimated. In this way, matching the entire candidate route Rs with the map information M is performed by comparing the actual sensor information St corresponding to each position of the plurality of candidate routes generated based on the inertial navigation with the reference sensor information Sr. Therefore, the current position Pc of the navigation body 7 can be appropriately estimated without using GPS.

また、慣性航法による位置算出結果(INS位置Pb)をマップマッチング技術により補正する場合には、地図情報M(参照センサ情報Sr)とセンサ7sによる検出情報とを照合して自己位置を推定するが、参照センサ情報Srの変化が乏しい(平坦な地形等)領域を航走する場合、その照合による位置の絞り込みは困難であるが、上述したように候補経路Rsの生成を通して推定を行うことで、平坦な地形等の領域に途中から航走体7が進入したとしても、わずかな起伏を検出可能な高精度の計測器を用いることなく、より高い精度で現在位置を推定することができる。 Further, when the position calculation result (INS position Pb) by inertial navigation is corrected by the map matching technique, the self-position is estimated by collating the map information M (reference sensor information Sr) with the detection information by the sensor 7s. , When navigating in a region where the change of reference sensor information Sr is scarce (flat terrain, etc.), it is difficult to narrow down the position by collation, but as described above, estimation is performed through the generation of candidate routes Rs. Even if the navigation body 7 enters an area such as a flat terrain from the middle, the current position can be estimated with higher accuracy without using a high-precision measuring instrument capable of detecting slight undulations.

次に、上述した候補経路生成部3による複数の候補経路Rsの生成手法に関する幾つかの実施形態について、図3〜図5を用いて説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る候補経路生成部3の機能を示すブロック図であり、候補位置Psに基づいて候補経路を生成する。図4は、本発明の一実施形態に係る候補経路生成部3の機能を示すブロック図であり、候補経路Rsに基づいて新たな候補経路Rsを生成する。また、図5は、本発明の一実施形態に係る候補経路生成部3の機能を示すブロック図であり、推定位置Peの総当たりにより新たな候補経路Rsを生成する。 Next, some embodiments relating to the method of generating a plurality of candidate routes Rs by the candidate route generation unit 3 described above will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a block diagram showing a function of the candidate route generation unit 3 according to the embodiment of the present invention, and generates a candidate route based on the candidate position Ps. FIG. 4 is a block diagram showing the function of the candidate route generation unit 3 according to the embodiment of the present invention, and generates new candidate routes Rs based on the candidate route Rs. Further, FIG. 5 is a block diagram showing a function of the candidate route generation unit 3 according to the embodiment of the present invention, in which new candidate routes Rs are generated by brute force of the estimated position Pe.

幾つかの実施形態では、図3に示すように、候補経路生成部3は、現在位置Pcの候補となる複数の候補位置Psを取得する候補位置取得部31と、複数の候補位置Psの各々から、規定回数N前までの規定タイミングの到来時の各々における推定位置Peをそれぞれ算出することにより、複数の候補経路Rsを算出する候補経路算出部32と、を有しても良い。既に説明したように、慣性航法装置8による位置算出結果から、INS位置Pbを中心とした誤差範囲Aeに航走体7が存在する可能性が見いだせる。よって、候補位置取得部31は、現在位置Pcの推定時における慣性航法装置8の位置算出結果の誤差範囲Ae内に含まれる少なくとも一部の位置座標をそれぞれ候補位置Psとする。すなわち、候補位置Psは、慣性航法装置8から出力されたINS位置Pbと、記憶装置mなどに記憶された誤差の仕様に基づく誤差半径と、地図情報Mとを重ね合わせことにより得られる全ての位置座標のうちから抽出される。 In some embodiments, as shown in FIG. 3, the candidate route generation unit 3 has a candidate position acquisition unit 31 that acquires a plurality of candidate positions Ps that are candidates for the current position Pc, and each of the plurality of candidate positions Ps. Therefore, it may have a candidate route calculation unit 32 for calculating a plurality of candidate routes Rs by calculating the estimated position Pe at each time when the specified timing arrives before the specified number of times N. As described above, from the position calculation result by the inertial navigation system 8, it can be found that the navigating body 7 may exist in the error range Ae centered on the INS position Pb. Therefore, the candidate position acquisition unit 31 sets at least a part of the position coordinates included in the error range Ae of the position calculation result of the inertial navigation system 8 at the time of estimating the current position Pc as the candidate position Ps. That is, the candidate positions Ps are all obtained by superimposing the INS position Pb output from the inertial navigation system 8, the error radius based on the error specifications stored in the storage device m, and the map information M. It is extracted from the position coordinates.

また、候補経路算出部32は、候補位置取得部31によって取得された複数の候補位置Psの各々を終点とする1以上の候補経路Rsを算出する。
より具体的には、幾つかの実施形態では、候補経路Rsの生成にあたって、任意の推定位置Peから1つ前の規定タイミングの到来時における推定位置Peを算出可能な状態遷移行列Mtを用いても良い。この場合、任意の候補位置Psを初期位置として、この初期位置から状態遷移行列Mtにより規定タイミングの到来時における位置(推定位置Pe)を過去に順番に遡るようにして算出することで、候補経路Rsを生成しても良い。これによって、初期位置である候補位置Psを終点とする候補経路Rsを生成することが可能である。
Further, the candidate route calculation unit 32 calculates one or more candidate routes Rs having each of the plurality of candidate positions Ps acquired by the candidate position acquisition unit 31 as an end point.
More specifically, in some embodiments, in generating the candidate paths Rs, a state transition matrix Mt capable of calculating the estimated position Pe at the time when the predetermined timing immediately before the arbitrary estimated position Pe arrives is used. Is also good. In this case, the candidate route is calculated by using an arbitrary candidate position Ps as the initial position and calculating the position (estimated position Pe) at the arrival of the specified timing from this initial position by the state transition matrix Mt in order in the past. Rs may be generated. This makes it possible to generate candidate paths Rs whose end point is the candidate position Ps, which is the initial position.

この状態遷移行列Mtは、航走体7の位置と、その位置における速度や進行方向、航走体7の重量などの航走時の条件から次はどこにいるか(状態遷移)を算出することが可能な行列である。状態遷移行列Mtはカルマンフィルタや、MHE(Moving Horizon Estimation)であっても良い。例えば、状態遷移行列Mtの逆行列と推定位置Peとを行列演算(Mt−1×Pe)することで、その推定位置Peの1つ前の規定タイミングの到来時における位置座標を求めることが可能である。 This state transition matrix Mt can calculate where to go next (state transition) from the position of the navigation body 7, the speed and the traveling direction at that position, the weight of the navigation body 7, and other conditions during navigation. It is a possible matrix. The state transition matrix Mt may be a Kalman filter or an MHE (Moving Horizon Estimation). For example, by performing a matrix operation (Mt -1 × Pe) between the inverse matrix of the state transition matrix Mt and the estimated position Pe, it is possible to obtain the position coordinates at the time when the specified timing immediately before the estimated position Pe arrives. Is.

よって、複数の候補位置Ps(初期位置)について、それぞれ、候補位置Psおよび状態遷移行列Mtを用いて、候補位置Psから1つ前の規定タイミングの到来時における推定位置Peを求める。さらに、求めた推定位置Peおよび状態遷移行列Mtを用いて、さらに1つ前の規定タイミングの到来時における推定位置Peを求める。このような状態遷移行列Mtを用いた行列演算を規定回数Nだけ繰り返すことで、規定回数Nの前までの規定タイミングの到来時の各々における推定位置Peを求めることで、任意の候補位置Psに対応する候補経路Rsを得ることが可能となる。 Therefore, for each of the plurality of candidate positions Ps (initial positions), the estimated position Pe at the time when the predetermined timing immediately before the candidate position Ps arrives is obtained by using the candidate position Ps and the state transition matrix Mt, respectively. Further, using the obtained estimated position Pe and the state transition matrix Mt, the estimated position Pe at the time of the arrival of the immediately preceding specified timing is obtained. By repeating the matrix operation using the state transition matrix Mt for a specified number of times N, the estimated position Pe at each time when the specified timing before the specified number of times N arrives can be obtained at an arbitrary candidate position Ps. It becomes possible to obtain the corresponding candidate routes Rs.

この実施形態においては、最初に複数の候補位置Psを決めてから、候補位置Ps毎に状態遷移行列Mtを用いて候補経路Rsを生成しても良い。あるいは、慣性航法装置8による現在位置Pcの推定時における例えばINS位置Pbなど、1つの候補位置Psのみを決めて、この候補位置Psに対応する候補経路Rsを作成した後、次の候補位置Psを決めるということを終了条件が満たされるまで繰り返すことで、複数の候補経路Rsを生成しても良い。この終了条件が満たされる場合は、例えば、生成した候補経路Rsの誤差列Ceを算出し、誤差列Ceの評価値Vが閾値を下回った場合や、所定数Lの候補経路Rsを生成した場合であっても良い。また、次の候補位置Psを決定するにあたっては、後述するような所定のアルゴリズムを用いても良い。これによって、複数の適切な候補経路Rsを生成することができる。 In this embodiment, a plurality of candidate positions Ps may be first determined, and then candidate paths Rs may be generated using the state transition matrix Mt for each candidate position Ps. Alternatively, after determining only one candidate position Ps such as INS position Pb at the time of estimating the current position Pc by the inertial navigation system 8 and creating a candidate route Rs corresponding to this candidate position Ps, the next candidate position Ps A plurality of candidate paths Rs may be generated by repeating the process of determining the above until the end condition is satisfied. When this end condition is satisfied, for example, when the error sequence Ce of the generated candidate path Rs is calculated and the evaluation value V of the error sequence Ce falls below the threshold value, or when the candidate paths Rs of a predetermined number L are generated. It may be. Further, in determining the next candidate position Ps, a predetermined algorithm as described later may be used. Thereby, a plurality of suitable candidate routes Rs can be generated.

他の幾つかの実施形態では、図4に示すように、任意の候補経路Rsを初期経路から候補経路Rsの生成を開始し、上述したような終了条件が満たされるまで、所定のアルゴリズムにより次の候補経路Rsを作成し、これを繰り返すことで複数の候補経路Rsを生成しても良い。例えば、現在位置Pcの推定時のINS位置Pb、およびそこから規定回数Nだけ前の規定タイミングの到来時の各々におけるINS位置Pbの時系列を候補経路Rsの初期経路として開始しても良い。また、上記の所定のアルゴリズムとして遺伝的アルゴリズムや内点法、ニュートン法等の最適化アルゴリズムなどを用いることにより、評価値Vが最大となるように候補経路Rsを作成することが可能となる。 In some other embodiments, as shown in FIG. 4, the generation of candidate routes Rs is started from the initial route for any candidate route Rs, and the following is performed by a predetermined algorithm until the end condition as described above is satisfied. Candidate routes Rs may be created, and a plurality of candidate routes Rs may be generated by repeating this. For example, the time series of the INS position Pb at the time of estimating the current position Pc and the time series of the INS position Pb at the time when the specified timing arrives before the specified number of times N may be started as the initial route of the candidate route Rs. Further, by using an optimization algorithm such as a genetic algorithm, an interior point method, or Newton's method as the above-mentioned predetermined algorithm, it is possible to create candidate paths Rs so that the evaluation value V is maximized.

図4に示す実施形態では、候補経路生成部3は、任意の候補経路Rsを取得する候補経路取得部33と、候補経路取得部33によって取得された候補経路Rsに基づいて、新たな候補経路Rs´を算出する生成部34と、を有する。つまり、本実施形態の候補経路生成部3は、1つの候補経路Rsが入力されると、この入力された1つの候補経路Rsに対応した参照センサ時系列Crおよび実センサ時系列Ctを求めて誤差列Ceを算出すると共に、入力された1つの候補経路Rsから上記の所定のアルゴリズムを用いて、求めた誤差列Ceに基づく評価値Vが最小となるように、新たな候補経路Rs´を生成する。 In the embodiment shown in FIG. 4, the candidate route generation unit 3 has a candidate route acquisition unit 33 that acquires an arbitrary candidate route Rs, and a new candidate route based on the candidate route Rs acquired by the candidate route acquisition unit 33. It has a generation unit 34 for calculating Rs'. That is, when one candidate route Rs is input, the candidate route generation unit 3 of the present embodiment obtains the reference sensor time series Cr and the actual sensor time series Ct corresponding to the input one candidate route Rs. The error sequence Ce is calculated, and a new candidate path Rs'is created from one input candidate path Rs using the above-mentioned predetermined algorithm so that the evaluation value V based on the obtained error sequence Ce is minimized. Generate.

このような候補経路生成部3に対して初期値となる候補経路Rsを入力すれば新たな候補経路Rs´が生成できるので、生成された新たな候補経路Rs´を候補経路生成部3に再度入力するといったことを、上述したような終了条件が満たされるまで繰り返せば、複数の候補経路Rsが得られる。図4に示す実施形態では、初期経路となる候補経路RsはINS位置Pbの時系列であり、この初期経路を候補経路生成部3および評価値算出部4にそれぞれ入力し、その結果得られた新たな候補経路Rs´および評価値Vが記憶される。この際、終了条件を満たさない場合には、この生成された新たな候補経路Rs´が候補経路取得部33に入力されて、次の新たな候補経路Rsが生成された後、評価値算出部4による評価値Vが行われ、記憶される。これを終了条件が満たされるまで繰り返すことで、複数の候補経路Rsが生成される。これによって、複数の適切な候補経路Rsを生成することができる。 Since a new candidate route Rs'can be generated by inputting a candidate route Rs as an initial value to such a candidate route generation unit 3, the generated new candidate route Rs' is sent to the candidate route generation unit 3 again. A plurality of candidate routes Rs can be obtained by repeating the input and the like until the end condition as described above is satisfied. In the embodiment shown in FIG. 4, the candidate routes Rs as the initial routes are the time series of the INS position Pb, and these initial routes are input to the candidate route generation unit 3 and the evaluation value calculation unit 4, respectively, and are obtained as a result. A new candidate route Rs'and an evaluation value V are stored. At this time, if the end condition is not satisfied, the generated new candidate route Rs'is input to the candidate route acquisition unit 33, the next new candidate route Rs is generated, and then the evaluation value calculation unit. The evaluation value V according to 4 is performed and stored. By repeating this until the end condition is satisfied, a plurality of candidate routes Rs are generated. Thereby, a plurality of suitable candidate routes Rs can be generated.

その他の幾つかの実施形態では、図5に示すように、候補経路生成部3は、複数回の規定タイミングの到来時の各々において、それぞれ、慣性航法装置8の位置算出結果に基づいて得られる全ての推定位置Peのうちから所定数の推定位置Peを抽出する候推定位置抽出部35と、候推定位置抽出部35によって抽出された各々の規定タイミングの到来時の所定数の推定位置Peを総当たりで組み合わせることで、複数の候補経路Rsを生成する組合せ部36と、を有しても良い。なお、複数の候補経路Rsが有する推定位置Peの全ては慣性航法装置8による推定により求められた推定位置Peであり、全ての候補経路Rsはいずれも実際に航走体7が通過した可能性のある経路である。 In some other embodiments, as shown in FIG. 5, the candidate route generation unit 3 is obtained based on the position calculation result of the inertial navigation system 8 at each of a plurality of predetermined timings. The weather estimation position extraction unit 35 that extracts a predetermined number of estimated position Pes from all the estimated position Pes, and the predetermined number of estimated position Pes extracted by the weather estimation position extraction unit 35 at the arrival of each predetermined timing. It may have a combination unit 36 that generates a plurality of candidate paths Rs by combining them in a round-robin manner. It should be noted that all of the estimated positions Pe possessed by the plurality of candidate routes Rs are estimated positions Pe obtained by estimation by the inertial navigation system 8, and all of the candidate routes Rs may have actually passed the navigating body 7. It is a route with.

つまり、現在位置Pcの推定時および、そこから規定回数Nだけ前の各々の規定タイミングの到来時におけるINS位置Pbを中心とする誤差範囲Ae内から1以上の所定数の位置座標をそれぞれ抽出する。i番目(i=1、2、・・・、N、N+1)の規定タイミングの到来時において抽出された推定位置Peの数をniで表すと、生成される候補経路Rsの総数は、n×n×・・・×nN+1となる。この際、例えばniを、慣性航法装置8の位置算出結果に基づいて得られる全ての推定位置Peとすれば、航走体7の位置として可能性のある全ての候補経路Rsを生成される。 That is, one or more predetermined number of position coordinates are extracted from the error range Ae centered on the INS position Pb at the time of estimating the current position Pc and at the arrival of each specified timing N times earlier than the current position Pc. .. When the number of estimated position Pes extracted at the arrival of the i-th (i = 1, 2, ..., N, N + 1) specified timing is represented by ni, the total number of candidate paths Rs generated is n 1. × n 2 × ・ ・ ・ × n N + 1 . At this time, for example, if ni is all the estimated positions Pe obtained based on the position calculation result of the inertial navigation system 8, all the candidate routes Rs that are possible as the positions of the navigation body 7 are generated.

図5に示す実施形態では、候推定位置抽出部35が、複数回の規定タイミングの到来時の各々から、それぞれ所定数の推定位置Peを抽出した後、規定タイミング毎の推定位置Peのグループがどの規定タイミングでのものか判別可能なように時系列情報Tと関連付けた状態で、組合せ部36に入力するようになっている。ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、例えば、複数の規定タイミングの各々の到来時におけるINS位置Pbの時系列で構成される候補経路Rsを初期経路とし、この初期経路の任意の推定位置Peを、慣性航法装置8による誤差範囲内において、既に生成した候補経路Rsと全体として一致することがないように任意に変えることで、新たな候補経路Rsを生成しても良い。上述したような所定のアルゴリズムを用いて新たな候補経路を生成しても良い。そして、終了条件がみたされるまで、この候補経路Rsの生成を行っても良い。 In the embodiment shown in FIG. 5, after the weather estimation position extraction unit 35 extracts a predetermined number of estimated position Pes from each of the arrivals of a plurality of specified timings, a group of estimated position Pes for each specified timing is formed. It is input to the combination unit 36 in a state of being associated with the time series information T so that it can be determined at which specified timing. However, the present invention is not limited to the present embodiment. In some other embodiments, for example, a candidate path Rs composed of a time series of INS position Pb at each arrival of a plurality of specified timings is set as an initial path, and an arbitrary estimated position Pe of this initial path is set as an initial path. A new candidate route Rs may be generated by arbitrarily changing the candidate route Rs so as not to match the already generated candidate route Rs as a whole within the error range of the inertial navigation system 8. A new candidate route may be generated by using a predetermined algorithm as described above. Then, the candidate paths Rs may be generated until the end condition is satisfied.

これによって、例えば複数の規定タイミングの到来時の各々における航走体7の位置として可能性のある全ての推定位置Peを抽出ると共に、抽出した各規定タイミングの到来時毎の複数の推定位置Pe同士の総当たりにより候補経路Rsを生成することで、想定される全ての候補経路Rsを網羅的に生成することもできる。 As a result, for example, all the estimated positions Pe that are possible as the positions of the navigating body 7 at each of the arrival of the plurality of specified timings are extracted, and the plurality of estimated positions Pe at each time of the arrival of each of the extracted specified timings are extracted. By generating candidate routes Rs by brute force of each other, it is possible to comprehensively generate all expected candidate routes Rs.

以下、上述した位置推定装置1に対応した位置推定方法を、図6を用いて説明する。図6は、本発明の一実施形態に係る位置推定方法を示す図である。 Hereinafter, the position estimation method corresponding to the position estimation device 1 described above will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a position estimation method according to an embodiment of the present invention.

位置推定方法は、航走体7の現在位置Pcを推定する方法である。図6に示すように、位置推定方法は、第1記憶ステップ(S2)と、第2記憶ステップ(S1)と、候補経路生成ステップ(S4)と、評価値算出ステップ(S5)と、位置特定ステップ(S6)と、を備える。位置推定方法を図6のフローに従って説明する。なお、以下で説明するステップS2〜S6は、規定タイミングが到来する度に実行される。 The position estimation method is a method of estimating the current position Pc of the navigation body 7. As shown in FIG. 6, the position estimation method includes a first storage step (S2), a second storage step (S1), a candidate route generation step (S4), an evaluation value calculation step (S5), and a position identification. A step (S6) is provided. The position estimation method will be described according to the flow of FIG. It should be noted that steps S2 to S6 described below are executed every time the specified timing arrives.

図6のステップS1において、第2記憶ステップを実行する。第2記憶ステップは、上述した地図情報Mを記憶するステップである。本ステップは、地図情報Mを利用可能に準備するステップであり、航走体7の航走開始前など事前に第1記憶部2aに記憶する。 In step S1 of FIG. 6, the second storage step is executed. The second storage step is a step of storing the map information M described above. This step is a step of preparing the map information M so that it can be used, and stores the map information M in the first storage unit 2a in advance, such as before the start of the navigation of the navigation body 7.

図6のステップS2において、第1記憶ステップを実行する。第1記憶ステップは、規定タイミングの到来時毎の上述した実センサ情報Stおよび慣性航法装置8による位置算出結果を記憶するステップである。例えば、周期的に到来する規定タイミングの到来時に検出された実センサ情報St、および慣性航法装置8により算出されたINS位置Pbを取得し、第2記憶部2bに記憶する。 In step S2 of FIG. 6, the first storage step is executed. The first storage step is a step of storing the above-mentioned actual sensor information St and the position calculation result by the inertial navigation system 8 for each arrival of the specified timing. For example, the actual sensor information St detected at the arrival of the predetermined timing that arrives periodically and the INS position Pb calculated by the inertial navigation system 8 are acquired and stored in the second storage unit 2b.

図6のステップS4において、候補経路生成ステップを実行する。候補経路生成ステップは、上述した複数の候補経路Rsを生成するステップである。この候補経路生成ステップは、既に説明した候補経路生成部3が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。なお、候補経路生成ステップは、規定タイミングが規定回数Nよりも多く到来することで、第1記憶ステップの実行により記憶された実センサ情報Stの数が規定回数Nよりも多くなった後(ステップS3でYes)に実行される。 In step S4 of FIG. 6, the candidate route generation step is executed. The candidate route generation step is a step of generating a plurality of candidate routes Rs described above. Since this candidate route generation step is the same as the processing content executed by the candidate route generation unit 3 already described, the details will be omitted. In the candidate route generation step, since the specified timing arrives more than the specified number of times N, the number of actual sensor information St stored by the execution of the first storage step becomes larger than the specified number of times N (step). Yes) is executed in S3.

図6のステップS5において、評価値算出ステップを実行する。評価値算出ステップは、上述した複数の候補経路Rsを生成するステップである。この候補経路生成ステップは、複数の候補経路Rsがそれぞれ有する複数の推定位置Peの各々における、上記の地図情報Mに基づく参照センサ時系列Crおよび実センサ時系列Ctに基づいて、複数の候補経路Rsの各々の確からしさの評価値Vを算出するステップである。評価値算出ステップは、既に説明した評価値算出部4が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。 In step S5 of FIG. 6, the evaluation value calculation step is executed. The evaluation value calculation step is a step of generating the plurality of candidate paths Rs described above. This candidate route generation step is performed on a plurality of candidate routes based on the reference sensor time series Cr and the actual sensor time series Ct based on the map information M at each of the plurality of estimated positions Pe possessed by the plurality of candidate routes Rs. This is a step of calculating the evaluation value V of each certainty of Rs. Since the evaluation value calculation step is the same as the processing content executed by the evaluation value calculation unit 4 already described, the details will be omitted.

図6のステップS6において、位置特定ステップを実行する。位置特定ステップは、複数の候補経路Rsの各々の評価値Vに基づいて現在位置Pcを特定するステップである。この位置特定ステップは、既に説明した位置特定部5が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。 In step S6 of FIG. 6, the position specifying step is executed. The position specifying step is a step of specifying the current position Pc based on the evaluation value V of each of the plurality of candidate paths Rs. Since this position specifying step is the same as the processing content executed by the position specifying unit 5 already described, the details will be omitted.

図6に示す実施形態では、航走体7が備える記憶装置mに地図情報Mを事前に第2記憶部2bに記憶しておく。その後、航走体7の航走が開始されると、ステップS2において、規定タイミングが到来する度に、その到来時の実センサ情報StおよびINS位置Pbを第1記憶部2aに記憶する。そして、ステップS3において、実センサ情報Stの数を確認し、その数が規定回数Nを超えた場合に、ステップS4以降を実行する。 In the embodiment shown in FIG. 6, the map information M is stored in the second storage unit 2b in advance in the storage device m included in the navigation body 7. After that, when the navigation of the navigation body 7 is started, in step S2, every time the specified timing arrives, the actual sensor information St and the INS position Pb at that time are stored in the first storage unit 2a. Then, in step S3, the number of actual sensor information St is confirmed, and when the number exceeds the specified number of times N, step S4 and subsequent steps are executed.

ステップS4では、複数の候補経路Rsを生成し、ステップS5において、複数の候補経路Rsの各々の評価値Vを、各候補経路Rsの参照センサ時系列Crおよび実センサ時系列Ctに基づいて算出する。具体的には、誤差列Ceを算出し、その誤差列Ceを構成する誤差Eの合計を評価値Vとして算出しても良い。そして、ステップS6において、ステップS5で算出された複数の候補経路Rsの各々の評価値Vに基づいて現在位置Pcを特定し、航走体7の位置推定結果とする。その後、ステップS6で得られた位置推定結果が航走制御装置9に送信される。 In step S4, a plurality of candidate paths Rs are generated, and in step S5, each evaluation value V of the plurality of candidate paths Rs is calculated based on the reference sensor time series Cr and the actual sensor time series Ct of each candidate path Rs. To do. Specifically, the error sequence Ce may be calculated, and the total of the errors E constituting the error sequence Ce may be calculated as the evaluation value V. Then, in step S6, the current position Pc is specified based on the evaluation value V of each of the plurality of candidate routes Rs calculated in step S5, and the position estimation result of the navigation body 7 is used. After that, the position estimation result obtained in step S6 is transmitted to the navigation control device 9.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-described embodiment and a combination of these embodiments as appropriate.

1 位置推定装置
2a 第1記憶部
2b 第2記憶部
3 候補経路生成部
31 候補位置取得部
32 候補経路算出部
33 候補経路取得部
34 生成部
35 候推定位置抽出部
36 組合せ部
4 評価値算出部
41 第1取得部
42 第2取得部
43 誤差列算出部
44 評価部
5 位置特定部
6 外部情報取得部
7 航走体
7s センサ
8 慣性航法装置
9 航走制御装置
Ct 実センサ時系列
Cr 参照センサ時系列
Ce 誤差列
E 誤差
V 評価値
M 地図情報
Mt 状態遷移行列
N 規定回数
Rs 候補経路
Pc 現在位置
Pe 推定位置
Ps 候補位置
Pb INS位置
Ae 誤差範囲(INS)
S センサ情報
Sr 参照センサ情報
St 実センサ情報
T 時系列情報
m 記憶装置
1 Position estimation device 2a 1st storage unit 2b 2nd storage unit 3 Candidate route generation unit 31 Candidate position acquisition unit 32 Candidate route calculation unit 33 Candidate route acquisition unit 34 Generation unit 35 Generation unit 35 Sensor estimation position extraction unit 36 Combination unit 4 Evaluation value calculation Part 41 1st acquisition part 42 2nd acquisition part 43 Error sequence calculation part 44 Evaluation part 5 Position identification part 6 External information acquisition part 7 Navigation unit 7s Sensor 8 Inertial navigation system 9 Navigation control device Ct Actual sensor Time series Cr Refer to Sensor time series Ce Error sequence E Error V Evaluation value M Map information Mt State transition matrix N Specified number of times Rs Candidate path Pc Current position Pe Estimated position Ps Candidate position Pb INS Position Ae Error range (INS)
S Sensor information Sr Reference sensor information St Actual sensor information T Time series information m Storage device

Claims (7)

航走体の現在位置を推定する位置推定装置であって、
前記航走体が有するセンサおよび慣性航法装置からそれぞれ出力される規定タイミングの到来時毎の実センサ情報および位置算出結果を記憶するよう構成される第1記憶部と、
前記実センサ情報との照合により位置特定を行うための参照センサ情報が位置座標に関連付けられた地図情報を記憶するよう構成される第2記憶部と、
前記現在位置の推定時を含む複数回の前記規定タイミングの到来時の各々における前記位置算出結果に基づく推定位置の時系列をそれぞれ示す複数の候補経路を生成するよう構成される候補経路生成部と、
前記複数の候補経路がそれぞれ有する複数の前記推定位置の各々における、前記地図情報に基づいて得られる前記参照センサ情報の時系列および前記実センサ情報の時系列に基づいて、前記複数の候補経路の各々の確からしさの評価値を算出するよう構成される評価値算出部と、
前記複数の候補経路の各々の前記評価値に基づいて前記現在位置を特定するよう構成される位置特定部と、を備えることを特徴とする位置推定装置。
It is a position estimation device that estimates the current position of the navigation body.
A first storage unit configured to store the actual sensor information and the position calculation result for each arrival of the specified timing output from the sensor and the inertial navigation system of the navigation body, respectively.
A second storage unit configured to store the map information associated with the position coordinates by the reference sensor information for specifying the position by collating with the actual sensor information.
A candidate route generation unit configured to generate a plurality of candidate routes indicating a time series of estimated positions based on the position calculation results at each of a plurality of times when the specified timing is reached, including the time of estimating the current position. ,
Based on the time series of the reference sensor information obtained based on the map information and the time series of the actual sensor information at each of the plurality of estimated positions each of the plurality of candidate routes, the plurality of candidate routes An evaluation value calculation unit configured to calculate the evaluation value of each certainty,
A position estimation device including a position specifying unit configured to specify the current position based on the evaluation value of each of the plurality of candidate routes.
前記評価値算出部は、
前記候補経路の前記参照センサ情報の時系列を取得する第1取得部と、
前記候補経路の前記実センサ情報の時系列を取得する第2取得部と、
取得された前記参照センサ情報の時系列と前記実センサ情報の時系列との比較に基づいて算出される誤差の時系列である誤差列を算出する誤差列算出部と、
前記誤差列に基づいて前記評価値を算出する評価部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の位置推定装置。
The evaluation value calculation unit
The first acquisition unit that acquires the time series of the reference sensor information of the candidate route, and
A second acquisition unit that acquires the time series of the actual sensor information of the candidate route, and
An error sequence calculation unit that calculates an error sequence that is a time series of errors calculated based on a comparison between the acquired time series of the reference sensor information and the time series of the actual sensor information.
The position estimation device according to claim 1, further comprising an evaluation unit that calculates the evaluation value based on the error sequence.
前記候補経路生成部は、
前記現在位置の候補となる複数の候補位置を取得する候補位置取得部と、
前記複数の候補位置の各々から、規定回数前までの前記規定タイミングの到来時の各々における前記推定位置をそれぞれ算出することにより、前記複数の候補経路を算出する候補経路算出部と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の位置推定装置。
The candidate route generation unit
A candidate position acquisition unit that acquires a plurality of candidate positions that are candidates for the current position,
It has a candidate route calculation unit that calculates the plurality of candidate routes by calculating the estimated positions at each of the predetermined timings up to the specified number of times before each of the plurality of candidate positions. The position estimation device according to claim 1 or 2.
前記候補経路生成部は、
前記候補経路を取得する候補経路取得部と、
取得された前記候補経路に基づいて、新たな前記候補経路を算出する生成部と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の位置推定装置。
The candidate route generation unit
A candidate route acquisition unit for acquiring the candidate route and
The position estimation device according to claim 1 or 2, further comprising a generation unit that calculates a new candidate route based on the acquired candidate route.
前記候補経路生成部は、
前記複数回の前記規定タイミングの到来時の各々において、それぞれ、所定数の前記推定位置を抽出する候推定位置抽出部と、
抽出された各々の前記規定タイミングの到来時毎の前記所定数の推定位置を総当たりで組み合わせることで、前記複数の候補経路を生成する組合せ部と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の位置推定装置。
The candidate route generation unit
A weather estimation position extraction unit that extracts a predetermined number of the estimated positions at each of the plurality of times when the specified timing arrives,
Claim 1 or claim 1, further comprising a combination unit that generates the plurality of candidate routes by brute force combining the predetermined number of estimated positions for each of the extracted predetermined timings at the time of arrival. 2. The position estimation device according to 2.
慣性航法により航走体の位置を算出する慣性航法装置と、
少なくとも1つのセンサと、
前記慣性航走装置による位置算出結果、および前記少なくとも1つのセンサにより検出された検出情報である実センサ情報に基づいて、前記航走体の現在位置を推定する請求項1〜5のいずれか1項に記載の位置推定装置と、
前記位置推定装置によって推定された前記現在位置に基づいて前記航走体の航走を制御する航走制御装置と、を備えることを特徴とする航走体。
Inertial navigation system that calculates the position of the navigating body by inertial navigation,
With at least one sensor
Any one of claims 1 to 5 that estimates the current position of the traveling body based on the position calculation result by the inertial navigation device and the actual sensor information which is the detection information detected by the at least one sensor. The position estimation device described in the section and
A navigation body including a navigation control device that controls the navigation of the navigation body based on the current position estimated by the position estimation device.
航走体の現在位置を推定する位置推定方法であって、
前記航走体が有するセンサおよび慣性航法装置からそれぞれ出力される規定タイミングの到来時毎の実センサ情報および位置算出結果を記憶する第1記憶ステップと、
前記実センサ情報との照合により位置特定を行うための参照センサ情報が位置座標に関連付けられた地図情報を記憶する第2記憶ステップと、
前記現在位置の推定時を含む複数回の前記規定タイミングの到来時の各々における前記位置算出結果に基づく推定位置の時系列をそれぞれ示す複数の候補経路を生成する候補経路生成ステップと、
前記複数の候補経路がそれぞれ有する複数の前記推定位置の各々における、前記地図情報に基づいて得られる前記参照センサ情報の時系列および前記実センサ情報の時系列に基づいて、前記複数の候補経路の各々の確からしさの評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記複数の候補経路の各々の前記評価値に基づいて前記現在位置を特定する位置特定ステップと、を備えることを特徴とする位置推定方法。
It is a position estimation method that estimates the current position of the navigation body.
The first storage step for storing the actual sensor information and the position calculation result for each arrival of the specified timing output from the sensor and the inertial navigation system of the navigation body, respectively.
The second storage step of storing the map information in which the reference sensor information for identifying the position by collating with the actual sensor information is associated with the position coordinates, and
A candidate route generation step for generating a plurality of candidate routes indicating a time series of estimated positions based on the position calculation result at each of a plurality of times when the specified timing arrives, including the time of estimating the current position, and
Based on the time series of the reference sensor information obtained based on the map information and the time series of the actual sensor information at each of the plurality of estimated positions each of the plurality of candidate routes, the plurality of candidate routes Evaluation value calculation step to calculate the evaluation value of each certainty, and
A position estimation method comprising: a position specifying step for specifying the current position based on the evaluation value of each of the plurality of candidate routes.
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