JP2664800B2 - 車両用ナビゲーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、車両用ナビゲーション装置に関するもの
であり、特に、GPS受信機の出力する方位ベクトルデー
タを用いて自立型ナビゲーション信号入力部としての方
位センサの誤差の補正ができるようにされている車両用
ナビゲーション装置に関するものである。

［従来の技術］ 船舶、航空機、自動車等の各種の移動体に対して、複
数個の人工衛星から電波を送信して、その現在位置や移
動速度等を確認したり決定したりするために、GPS測位
装置が有用であることが注目されてきている。ここで、
GPS測位装置とは、全世界測位システム（Ｇlobal Ｐosi
tioning Ｓystem）に属する複数個の人工衛星からの電
波を受信して、移動体の現在位置、方位ベクトルおよび
速度を知ることができるようにされたものである。

従来から知られているように、このようなGPS測位装
置を用いてなされる測位操作は、通常、３個以上の人工
衛星からの電波を受信することによって行なわれるもの
である。そして、複数個の人工衛星からの電波は移動体
としての車両側で同時に受信されて、前記複数個の人工
衛星側に設けられている時計と車両側に設けられている
時計との間の差に基づいて各人工衛星からの距離が求め
られ、前記各人工衛星の位置から移動体の位置を検出す
るようにされている。

また、上記された車両のための位置検出装置として、
いわゆる自立型のものも従来から知られている。この自
立型の装置は、前述されたGPS型の装置とは異なり、人
工衛星からの電波のような外部からのデータに依存する
ことなく、自らが取得したデータのみに基づいて、自ら
の現在位置を知ることができるようにされたものであ
る。

ところで、従来の車両用ナビゲーション装置において
は、自立型ナビゲーション信号入力部の一部である方位
センサとして地磁気センサが用いられることがあるけれ
ども、車両の周囲の環境のいかんによって着磁現象を生
じることがあり、そのために車両の現在位置に誤差が含
まれてしまうという難点があった。

このような問題を解決するために、たとえば特開昭62
−261011号公報に参照されるように、GPS受信データか
ら車両の絶対位置を求め、絶対位置の逐次変化の差分
（通常、GPS受信機は、約１秒毎に絶対位置を計算す
る）から車両角度を求めて、方位センサの角度と比較し
て誤差補正する車両用ナビゲーション装置が提案されて
いる。

しかし、実際には、たとえば急カーブ路線を走行中で
の絶対位置情報から正確な車両角度を計算することはで
きず、逆に、正しい角度を示している方位センサを狂わ
してしまうおそれさえある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のこの種の装置においては、上記されたように、
自立型ナビゲーション信号入力部の一部である方位セン
サとして地磁気センサが用いられるときには、車両の周
囲の環境のいかんによって着磁現象を生じることがある
ために、車両の現在位置に誤差が含まれることがあると
いう問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、上記方位センサの誤差補正が上記制御手段
からの出力信号をフィードバックさせることによって実
行可能にされた車両用ナビゲーション装置を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る車両用ナビゲーション装置は、GPS受
信機の出力する方位ベクトルデータを入力するためのGP
Sナビゲーション信号入力部としてのGPS入力部と、車両
の現在位置およびその方位に関する自立型測位に基づく
データを入力するための自立型ナビゲーション信号入力
部としての方位センサおよび距離センサと、上記の各デ
ータを用いて車両の現在位置を知るための所定の処理を
施す制御手段とを含んでなり、 上記方位センサの誤差補正が上記制御手段からの出力
信号をフィードバックさせることによって実行されるこ
とを特徴とするものである。

［作用］ この発明においては、自立型ナビゲーション信号入力
部としての方位センサの誤差補正が、装置に含まれてい
る制御手段からの出力信号をフィードバックさせること
によって実行される。

このように、GPS衛星から受信した電波の位相遷移
（基準電波と比較電波の時間的変化、基準電波における
標準周波数からの遷移、基準電波の軌道データとの比
較）から方位ベクトルを計算することにより、移動体の
急激な方位変化に対して追従可能にする。

一般に、各GPS衛星の位置（軌道データ）は予め分か
っており、また、移動体が移動すると各衛星から受信さ
れる電波はドップラ効果により位相が遷移するので、こ
の位相遷移量から各衛星に対する移動体の移動速度が分
かる。ここで、一方の衛星を基準として他方の衛星の遷
移量を補正することにより、各衛星に対する移動速度を
電波同期をとって修正し、修正された移動速度と各衛星
の位置とから最終的な移動体の移動方位ベクトルを求め
ることができる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を概略的に示すブロッ
ク図である。この第１図において、位置推定手段（１）
は車両の現在位置を推定するためのものであって、後述
の表示制御手段（２）に接続されている。この表示制御
手段（２）は、車両の現在位置を中心とする地図データ
を後段の表示手段（４）に表示させるための作用をする
ものであって、記憶手段（３）に格納されている地図デ
ータの中から必要なものを選択して、前記の表示手段
（４）にこれを表示させる。

第２図は、上記実施例の主要部をより詳細に示すブロ
ック図である。この第２図において、GPS入力部（1
1）、方位センサ（12）および距離センサ（13）は、車
両の現在位置に関する情報を取り込むためのものであっ
て、これらの手段からの各種の情報が適当なマイクロコ
ンピュータからなるCPU（21）に加えられて、車両の現
在位置の推定がなされるものであり、これらが前記第１
図における位置推定手段（１）に対応している。なお、
前記のCPU（21）は、これと方位センサ（12）とを結ぶD
/Aコンバータ（22）とともに、第１図における表示制御
手段（２）にも対応するものである。RAM（31）は、中
間的な演算結果を表わすデータや最終的に（表示）出力
させるべきデータを読み書き可能に格納するものであ
り、また、プログラムROM（32）は、CPU（21）で適用さ
れる各種のプログラムを格納するものである。なお、こ
れらの記憶装置は前記の第１図における記憶手段（３）
に対応するものである。この第２図には示されていない
けれども、前記第１図における表示手段（４）に対応す
る表示装置を、例えば、TFT（Thin FlatTransistor）液
晶をもって構成することができる。

第３図は、上記実施例の動作に関する説明図である。
この第３図に基づいて、方位センサ（12）としての地磁
気センサが用いられたときの、所要の補正動作について
説明する。

まず、着磁がない状態では、地磁気センサは円Ａの軌
跡上にある。

即ち、測定されるべき点（xA,yA）は、地磁気センサ
の初期バイアス（CxA,CyA）を中心軸とする円の方程式
となる。

このとき、地磁気センサにより円の半径はＲと定めら
れているから、この円の方程式は次のようになる。

（xA−CxA）^２＋（yA−CyA）^２＝R² xA＝Rcosθ＋CxA yA＝Rsinθ＋CyA （１） 測定点（xB,yB）が円Ａの近傍にあるとき： 即ち、 R1²＜（xB−Cx）^２＋（yB−Cy）^２＜R2² であるときには、方位角度φをGPSから得て、円Ａの軌
道上にあると仮定する。

つまり、 GPS受信機の出力する方位ベクトルデータに基づく方位
ベクトル（xC,yC）は、 xC＝Rcosφ＋CxA yC＝Rsinφ＋CyA として算出される。

（1.1） 測定点（xB,yB）がGPS方位ベクトル（xC,yC）
と同じであるときには、地磁気センサは正常であると判
定される。

方位データとして（CxA,CyA）を中心とする半径Ｒの
円 （xB−CxA）^２＋（yB−CyA）^２＝R² として、 xB＝Rcosθ＋CxA yB＝Rsinθ＋CyA で（xB,yB）を出力する［θを出力する］。

（1.2） 測定点（xB,yB）がGPS方位ベクトル（xC,yC）
と異なるときには、地磁気センサにエラーがあると判定
して、次のような補正を施す。

測定点（xB,yB）を中心として半径Ｒの円Ｂを画定す
る。

いま、（CxB,CyB）を未知数［軌道変数］とする。

（xB−CxB′）^２＋（yB−CyB′）^２＝R² として、 CxB′＝RcosK＋xB CyB′＝RsinK＋yB ここで、GPSにより方位角φが与えられていることか
ら、Ｋ＝φ＋πとして円Ｂの１点（CxB,CyB）が求めら
れる。

∴ CxB＝Ｒ−cosφ＋xB CyB＝Ｒ−sinφ＋yB この（CxB,CyB）は、補正された地磁気センサの中心
となるものである。従って、この（CxB,CyB）を中心と
して半径Ｒの円を仮定すると、この円Ｃの方程式の軌跡
上がエラーを補正したときの地磁気センサの測定点（x
B,yB）となる。

つまり、 （xB−CxB）^２＋（yB−CyB）^２＝R² xB＝Rcosθ＋CxB yB＝Rsinθ＋CyB ダイナミックレンジの判定 （1.2.1） ０＜Ｒ＋CxB＜xmaxであり、 かつ、 ０＜Ｒ＋CyB＜ymaxであれば、 （CxB,CyB）を中心とする半径Ｒの円として次の式が得
られる。

（xB−CxB）^２＋（yB−CyB）^２＝R² xB＝Rcosθ＋CxB yB＝Rsinθ＋CyB そして、この結果として、（xB,yB）が出力される［θ
が出力される］。

（1.2.2） −Ｒ＋CxB≦0,もしくは Ｒ＋CxB≧x_max, または、 −Ｒ＋CyB≦0,もしくは Ｒ＋CyB≧y_max, であるときにはエラー表示をし、 （CxB,CyB）が CxB＝CxA,CyB＝CyA となるように外部から電圧を与える。

（２） 測定点Ｂが円Ａの近傍にないとき。

エラー表示 測定点Ｂを通る仮想測定円軌跡の中心点を求める
［（1.2）と同じ］。

CxB＝−Rcosφ＋xB CyB＝−Rsinφ＋yB CxB＝CxA,CyB＝CyAとなるように外部から電圧を与え
る。

第４図は、上記実施例の動作を説明するためのフロー
チャート図である。このフローチャート図から認められ
るように、自立型ナビゲーション信号入力部としての方
位センサに地磁気センサが用いられているとき、車両の
着磁による誤差が生じても、所要のGPSデータに基づい
て的確な補正を施すことが可能であり、より精度の高い
動作が可能にされる。

また、GPS受信機からの方位ベクトルデータを用いて
方位センサ（12）の角度誤差を補正しているので、たと
えば車両が急カーブ路線を走行中であっても常に正確な
絶対角度を求めることができ、信頼性の高い誤差補正が
実現する。

さらに、制御手段からの出力信号をフィードバックさ
せることによって誤差補正が行われるので、方位センサ
（12）の出力をマイコンで計算補正する場合とは異な
り、強い着磁があっても方位センサ（12）のダイナミッ
クレンジを超えることはない。なぜなら、着磁があって
も、方位センサ（12）の描く円の中心は、常にダイナミ
ックレンジの中心にあるからである。

［発明の効果］ 以上説明されたように、この発明に係る車両用ナビゲ
ーション装置は、GPS受信機の出力する方位ベクトルデ
ータを入力するためのGPSナビゲーション信号入力部と
してのGPS入力部と、車両の現在位置およびその方位に
関する自立型測位に基づくデータを入力するための自立
型ナビゲーション信号入力部としての方位センサおよび
距離センサと、上記の各データを用いて車両の現在位置
を知るための所定の処理を施す制御手段とを含んでな
り、 上記方位センサの誤差補正が上記制御手段からの出力
信号をフィードバックさせることによって実行されるこ
とを特徴とすることから、 自立型ナビゲーション信号入力部の一部である方位セ
ンサとして地磁気センサが用いられたとしても、車両の
周囲の環境のいかんによって生じる着磁現象に基づく、
車両の現在位置に関する誤差を的確に補正することがで
きるという効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を概略的に示すブロック
図、第２図は、上記実施例をより詳細に示すブロック
図、第３図は、上記実施例の動作に関する説明図、第４
図は、上記実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト図である。 （１）は位置推定手段、 （11）はGPS入力部、 （12）は方位センサ、 （13）は距離センサ、 （２）は表示制御手段、 （21）はCPU、 （22）はD/Aコンバータ、 （３）は記憶手段、 （31）はRAM、 （32）はプログラムROM、 （４）は表示手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】GPS受信機の出力する方位ベクトルデータ
   を入力するためのGPSナビゲーション信号入力部として
   のGPS入力部と、 車両の現在位置およびその方位に関する自立型測位に基
   づくデータを入力するための自立型ナビゲーション信号
   入力部としての方位センサおよび距離センサと、 上記の各データを用いて車両の現在位置を知るための所
   定の処理を施す制御手段と を含んでなる車両用ナビゲーション装置であって、 上記方位センサの誤差補正が上記制御手段からの出力信
   号をフィードバックさせることによって実行されること
   を特徴とする車両用ナビゲーション装置。