JP2812795B2 - 移動体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］ 本発明は、衛星航法システムの構成要素である衛星
（例えば、GPS衛星等）からの信号を用いた移動体ナビ
ゲーション装置に関する。

［従来の技術］ 移動体の位置を測定するシステム（測位システム）で
ある移動体ナビゲーション装置は、次に説明する自立航
法システムと電波航法システムに分けられる。

電波航法システムは、ビーコン、GPS等の外部インフ
ラからの外部情報により、自己位置を決定する。

一方、自立航法システムは、外部インフラに頼らず、
移動体に搭載されたセンサ出力で自己位置を決定する方
式である。

一般には、速度を積分して求まる距離と、移動体の回
転角度、または、その方位より自己位置を決定する。

使用するセンサは、速度を測定する車輸速センサ、角
度を測定する舵角センサ・光ファイバジャイロ・メカジ
ャイロ、方位を測定する地磁気センサなどである。

さらに、自動車ナビゲーションでは、測位データと地
図データを比較し、測位結果を道路に強制的に一致させ
ることで、測位精度を向上させるマップマッチングがな
される。

また、電波航法システムは、GPS衛星・ロランＣ・オ
メガといったシステムが出す電波信号を受信・解析し、
自己位置を決定する方式である。

GPSは、米国が開発をしている全世界測位システム
で、軌道高度20,000kmの測位専用衛星からの信号を３信
号以上受信し、衛星と受信者の距離を測定することで自
己位置を決定する方式である。

GPSにおいて、一般民間に解放されているコード（C/A
コードと呼ばれる）を使用して、従来から、測位誤差10
0m以下で自己位置を測定することが行なわれていた。こ
のコードには、原子時計からの時刻情報、衛星の番号、
軌道上の位置情報などが盛り込まれている。

これらの情報より、GPS衛星からの信号を受信する側
が正確な時計を有しない場合でも、３個のGPS衛星から
の信号が受信できれば、海面高度での移動体の位置情報
（２次元位置、即ち、緯度、経度）がわかり、４個のGP
S衛星からの信号が受信できれば、海面からの高さを含
めた位置情報（３次元位置、即ち、緯度、経度、高度）
が求められる。

以下では、従来技術に係るこの位置情報をC/Aコード
からもとめた位置情報と呼び、他の方法でもとめられた
位置情報と区別する さらに、GPS信号の周波数変化を解析すれば、移動体
の速度と進んでいる方向（速度ベクトル）を計算でき
る。

なお、本発明は、位置情報を従来技術のように求める
のではなく、上記の速度ベクトルを積分して、位置情報
を求めるものである。

また、ロランＣやオメガを使ったシステムの測位誤差
は、GPSより１〜２桁程度悪いため、地上移動体ナビゲ
ーションには適さず、主に、海上移動体の位置評定に使
用される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、位置精度の面で問題があった。

この原因は、自立航法システムと電波航法システムと
で異なる。

自立航法システムでは、初期位置に各センサで測定さ
れる速度・角度・方位情報を積算することで、自己位置
を計算するため、わずかな測定誤差でも積もり積もっ
て、大きな測位誤差になるためである。

また、マップマッチングを使用しても、マップマッチ
ングが適用しにくい直線道路・緩やかに曲がるカーブ・
複雑に入り組んだ路地等では、距離や角度の測定誤差に
より誤りを起こす場合がある。

一方、電波航法システムでも、使用するシステムに応
じた位置精度限界が存在し、例えば、GPSシステムで測
位したときは約50〜100mの誤差が生ずる。

また、マップマッチングにおいてＹ字路で分岐したと
き、角度センサ・方位センサの誤差により、誤った道路
を選択する問題があった。

また、マップマッチングにおいて測位誤差が発生した
場合、その原因がセンサの誤差によるものか、あるいは
地図に記載されていない道を走行しているのかを判別す
るのが困難であった。

また、自立航法に使用するセンサは種々の誤差を有し
ている。

例えば、地磁気センサは車体の着磁などによって乱れ
やすい。ジャイロは温度変化により測定値が変化する。
車速センサはスリップにより誤差が発生する。しかも、
これらのセンサは独立で、かつその測定値を互いに補正
する手段がないため、センサの誤差補正方法に課題があ
った。

本発明の第１の目的は、測位誤差の少ない移動体ナビ
ゲーション装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、道路地図に記載されていない
道路の走行の有無の判別が行なえる移動体ナビゲーショ
ン装置を提供することである。

本発明の第３の目的は、正しく動作しているセンサを
選択できる移動体ナビゲーション装置を提供することで
ある。

本発明の第４の目的は、センサの補正をすることがで
きる移動体ナビゲーション装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的を達成するため、GPS（グローバルポ
ジショニングシステム、Global Positioning System）
衛星からの信号とよりGPS衛星と移動体間の距離および
距離変化率を求める手段と、上記の得られた距離および
距離変化率より、移動体の速度、進む方向（以下、両者
をまとめて速度ベクトルと呼ぶ）を求めるベクトル検出
手段と、得られた第１の速度ベクトルを積分することで
移動体の第１の位置情報を決定する位置決定手段とを有
することとしたものである。

ここで、速度ベクトルを積分して得られた相対位置情
報データを、初期位置に、付け加えることで自己位置を
計算し、ナビゲーションを行うものである。

第２の目的を達成するために、GPS衛星からの信号に
よりGPS衛星と移動体間の距離および距離変化率を求め
る手段と、上記の得られた距離および距離変化率より、
移動体の速度、進む方向を求めるベクトル検出手段と、
得られた第１の速度ベクトルを積分することで移動体の
第１の位置情報を決定する位置決定手段と、地図情報を
有する地図メモリと、マップマッチングする手段と、第
１の速度ベクトルにより、道路地図に記載されていない
道路の走行の有無を判別し、自己位置を決定する手段と
を有することとしたものである。

第３の目的を達成するために、GPS衛星からの信号に
よりGPS衛星と移動体間の距離および距離変化率を求め
る手段と、上記の得られた距離および距離変化率より、
移動体の速度、進む方向を求めるベクトル検出手段と、
得られた第１の速度ベクトルを積分することで移動体の
第１の位置情報を決定する位置決定手段と、速度検出手
段と、方位検出手段と、これらの検出手段の出力と第１
の速度ベクトルとから正しい検出手段を選ぶ選択手段と
を有することとしたものである。

第４の目的を達成するために、GPS衛星からの信号に
よりGPS衛星と移動体間の距離および距離変化率を求め
る手段と、上記の得られた距離および距離変化率より、
移動体の速度、進む方向を求めるベクトル検出手段と、
得られた第１の速度ベクトルを積分することで移動体の
第１の位置情報を決定する位置決定手段と、方位検出手
段と、上記第１の速度ベクトルにより、上記の方位検出
手段の補正を行う手段を有することとしたものである。

［作 用］ GPS衛星からの信号によりGPS衛星と移動体間の距離お
よび距離変化率を求める手段により得られた距離および
距離変化率から、ベクトル検出手段は、移動体の速度、
進む方向を求め、位置決定手段は、得られた第１の速度
ベクトルを積分し、得られた相対位置情報データを、初
期位置に付け加えることで自己位置を計算し、ナビゲー
ションを行うものである。

さらに、地図情報を有する地図メモリと、マップマッ
チングする手段と、第１の速度ベクトルにより、道路地
図に記載されていない道路の走行の有無を判別し、自己
位置を決定する手段とを有する場合には、第１の速度ベ
クトルと、マップマッチングにより決定される現在走行
中の道路の接線方向ベクトルとの比較を行い、両者が一
致したときは正しく測位を行っていると判別し、一致し
ない場合には正しい道路選択を、たとえば以下の様に行
う。

近接した道路やその測位点前後で一致する点があるか
否かを捜し、一致点に強制的にマップマッチングさせ
る。

現在走行中と判断された道路からある決められた範囲
内の道路と、一致しないときは、地図に記載されていな
い道路と判別する。さらに、地図に記載されていない道
路をマップマッチング無しに走行中、ナビゲーション装
置で測定される自己位置を中心としてある決められた範
囲に記載された道路の接線ベクトルと、第１の速度ベク
トルが一致したときは、強制的に現在位置を道路上に移
動するマップマッチングを行うようにする。

また、速度検出手段と、方位検出手段と、第１の速度
ベクトルと、これらの検出手段の出力と第１の速度ベク
トルとから正しい検出手段を選ぶ選択手段とを有する場
合は、出力の変化を時間的に調べて、正常な検出手段を
選び出し、測位を行うものである。

また、方位検出手段と、上記第１の速度ベクトルによ
り、上記の方位検出手段の補正を行う手段を有する場合
は、ジャイロの零点ドリフトの補正、地磁気センサの補
正を第１の速度ベクトルの方位情報で行うものである。

［実施例］ 以下図面を参照して、この発明の一実施例について説
明する。

第１図は、本発明を適用した移動体ナビゲーション装
置の一構成例である。

GPS衛星と移動体（例えば、自動車）間の距離および
距離変化率を求める手段であり、かつ、ベクトル検出手
段であるGPS受信装置１が備えられ、GPS衛星からの信号
により直接求められる移動体の位置（C/Aコードからも
とめた位置情報）と第１の速度ベクトルである速度ベク
トル情報を出力する。

さらに、自立航法システムのセンサとして、移動体が
回転した角度を測定する方位検出手段であるジャイロ８
および舵角センサ６、移動体の速度を測定し、それを積
算することで距離を測定する速度検出手段である車輪速
センサ５、移動体の向いている方位を測定する方位検出
手段である地磁気センサ７が備えられている。

これらの自立航法システムのセンサの出力より演算部
４は、第２の速度ベクトルおよび第２の位置情報を求め
る。

さらに、以上のセンサ出力とマップマッチングにより
自己位置を決定する位置決定手段であり、かつ、マップ
マッチングを行う手段であるナビゲーション演算部４、
道路地図などの諸情報を記憶する地図メモリ３、現在位
置を表示する表示装置であるディスプレイ２を有する。

演算部４は、第１、２の速度ベクトル、第１、２の位
置情報を併用して、移動体の位置情報を決定する手段で
もある。

また、速度検出手段や方位検出手段の出力と第１の速
度ベクトルとから正しい検出手段または出力を選ぶ選択
手段でもある。

また、第１の速度ベクトルにより、道路地図に記載さ
れていない道路の走行の有無を判別し、自己位置を決定
する手段でもある。

また、方位検出手段と第１の速度ベクトルにより、方
位検出手段の補正を行なう手段でもある。

まず、ナビゲーション開始時の初期位置設定を第７図
を用いて説明する。

まず、電源立ち上げ後（S1）、このナビゲーションシ
ステムの電源切断前に測位した位置のデータが、メモリ
に有るかどうかを調べる（S2）。メモリにある場合はこ
れをロードし、この位置をを初期位置とする（S3）。

このデータが無い場合、あるいは、正確でない場合に
は、GPS信号が受信可能かどうか調べる（S6）。GPS信号
が受信可能な時は、GPS受信装置１で測位された位置情
報により初期位置を決定する（S7）。

さらに、GPS信号が受信できない場合には、ディスプ
レイ２に表示された地図を参照して、利用者が手入力で
初期位置を決定する（S9）。このようにして決定された
初期位置を含む地図を、地図メモリ３から読みだし、デ
ィスプレイ上に表示すると共に、その地図上に現在位置
を示すマークを点灯させる。

ここで利用者が初期位置と現在位置が異なるかどうか
判断し（S4、S8）、異なると判断したときは、再度利用
者は、手入力で初期位置を決定する（S9）。

このようにして初期位置が決定された後、ナビゲーシ
ョンが開始される。

GPS受信装置１は、次の方式によりC/Aコードからもと
めた位置情報、速度ベクトルを計算する。まず、４つの
GPS衛星とGPS受信装置の擬似距離（ρ１、ρ２、ρ３、
ρ４）を測定すると共に、ドップラ効果によりGPS信号
が周波数シフトした量（ドップラシフト量）を測定し、
この量から４つのGPS衛星とGPS受信装置の擬似距離変化
率（ρ１、ρ２、ρ３、ρ４）を求める。

さらに、GPS衛星の軌道情報や下記未知パラメータで
表現される８行８列のマトリクスＨを計算する。このと
き移動体の３次元位置を（X,Y,Z）、速度ベクトルを
（，，）、GPS衛星とGPS受信装置１間の時計誤差
をＢ、時計誤差変化率をとする。

GPS受信装置１の初期位置、速度を仮定すると、初期
位置、速度からの偏差δに対して、次のような、移動体
の速度ベクトル（，，）に関する線形方程式が成
り立つ。

δ［ρ］＝［Ｈ］δ［Ｕ］ ここで ［Ｕ］＝［X,Y,Z,B,，，，］ ［ρ］＝［ρ1,ρ2,ρ3,ρ4,1,2,3,４］ GPS受信装置１の初期位置、速度より、収束演算を行
えば、移動体の速度ベクトルが計算される。

次に、C/Aコードから求めた位置情報・速度ベクトル
を測定するGPS受信装置１の構成と動作原理を、第２図
を用いて説明する。

GPS受信装置１は、アンテナ17と、高周波部39と、逆
スペクトラム拡散部40と、デジタル信号処理部41と、演
算部38とを有する。

GPS衛星から送信される、中心周波数1575.42MHzのス
ペクトラム拡散信号は、アンテナ17で捕らえられ、高周
波部39に送られる。

高周波部39では、この信号を低雑音アンプ18にて増幅
し、基準発振器22（例えば発振周波数が65.472MHz）で
周波数管理される第１局部発振器20で作成した搬送波
（例えば発振周波数1509.948MHz）によりミキサ19でダ
ウンコンバージョンし、第１中間周波信号を得る。さら
に不要な雑音信号を帯域通過フィルタ21（例えば通過帯
域幅約2MHz）で除去し、逆スペクトラム拡散部40に送
る。

逆スペクトラム拡散部40では、PN符号NCO25とPN符号
発生器24により、受信すべきGPS衛星信号のPN符号（擬
似雑音信号）と同じパターンで、かつ同位相のPN符号
で、高周波部39から送られるスペクトラム拡散信号をミ
キサ23で逆拡散する。逆拡散された信号を２分岐し、基
準発振器22の出力と、この出力に対して、90゜ハイブリ
ッド27を作用させることにより、位相差を90゜持たせた
出力との２つの信号と、ミキサ26a,bで混合して、周波
数変換（ダウンコンバージョン）し、位相が90゜相異な
る中間周波信号を得る（それぞれＩ信号、Ｑ信号と呼ば
れる）。

さらに、A/D変換部30a,bの前に設けられた低域通過フ
イルタ28a,bで、A/D変換器のサンプリング周波数の1/2
以上の周波数成分である折り返し信号を除去する。

この信号にはドップラ効果により約±4KHzの周波数変
動があり、また基準発振器の周波数変動を考慮すると、
低域通過フィルタ34a,bの遮断周波数を約５〜7KHzに選
ぶと良い。

さらに、A/D変換器でこの信号を（例えば基準発振器
信号を分周器31で4096分周した15.98375MHzのサンプリ
ング信号で）ディジタル信号に変換し、ディジタル信号
処理部41に送る。

ディジタル信号処理部41では、ディジタル発振器で構
成される第３局部発振器33から出力される搬送波信号と
A/D変換された入力信号を、ミキサ32a,bで混合し、ダウ
ンコンバージョンされた信号を得る。

さらに、低域通過フィルタ34a,bで不要な雑音を除去
し、航法データを含む信号を得る。

検波器35は、入力信号の自乗和、つまり振幅を計算
し、その結果を演算部38に送る。

演算部38は、この振幅が最大になるようにPN符号NCO2
5を制御する。さらにPN符号の位相ずれを擬似距離計測
カウンタ29で測定することで擬似距離を測定し、演算部
38にその測定結果を送る。

また、データ復調器36は、例えばコスタス復調器やTA
N形式復調器で構成され、希望とするデータを含んだ信
号から搬送波を再生し、これを入力信号と比較すること
でデータ信号を復調し、演算部38に送る。

さらに、周波数カウンタ37は、再生された搬送波の周
波数をカウントすることでドップラ周波数変動を測定す
る。その測定値は演算部38に送られ、上述の処理を施す
事により位置と速度ベクトルが演算部で計算され、外部
に出力される。

次に、ナビゲーション方式について説明する。

ナビゲーションは、次の５通りの方法で行われる。

第１の方法は、GPS受信装置１から出力されるC/Aコー
ドから求めた位置情報・速度ベクトル情報でナビゲーシ
ョンを行うものである。

このときのナビゲーション装置は、GPS受信装置１の
他にディスプレイ２・地図メモリ３・ナビゲーション演
算部４とを有する。

次にその動作を説明する。

第７図で説明したように、初期位置が設定された後、
GPS受信装置１で測位されたC/Aコードから求めた位置を
ディスプレイ上に表示された地図に示し、ナビゲーショ
ンを行うが、この測位精度は100m以下程度であるため、
10m程度の誤差で自己位置を決定するには困難が生ず
る。

このためGPS受信装置１から同時に出力される速度ベ
クトルを併用してナビゲーションを行う。

この過程を第３図を用いて説明する。

ここでＸ軸の正の方向を東、Ｙ軸の正の方向を北と
し、初期位置を（X,Y）、現在位置を（Ｘ′,Y′）とす
る。また、GPS受信装置から得られる速度ベクトルは、
単位時間当りに進んだ距離Aiと、方位で表される。但
し、ここではＸ軸と移動体の進行方位がなす角度をθｉ
とした。

このとき単位時間当り移動体がＸ、Ｙ軸方向にそれぞ
れ進んだ距離Xi、Yiは、次式で表される。

Xi＝Ai・cosθｉ Yi＝Ai・sinθｉ 現在位置（Ｘ′,Y′）は、初期位置（X,Y）にＸ軸、
Ｙ軸方向にそれぞれ単位時間当り進んだ距離を、ナビゲ
ーションを開始した時刻から現時刻にわたって積分する
ことで計算できる。よって現在位置（Ｘ′,Y′）は次式
で与えられる。

Ｘ′＝Ｘ＋ΣXi Ｙ′＝Ｙ＋ΣYi 以上の手法により精度良く現在位置が求められる。

また、以上の手法にて計算された現在位置に、マップ
マッチングを適用すると、さらに精度良く自己位置を決
定できる。

この場合は、GPS受信装置から出力される速度ベクト
ル情報をマップマッチングに取り込むことにより、走行
している道路の判定誤りをなくし、かつ地図メモリに記
載されている道路を走行しているか否かを判断すること
により、精度の高いナビゲーションが行われる。

続いて第２の方法を説明する。

これはGPS受信装置１の速度ベクトル情報から、ナビ
ゲーション演算部４により計算される現在位置情報と、
GPS受信装置１より出力されるC/Aコードから求めた現在
位置情報を併用し、自己位置を決定するものである。

このときのナビゲーション装置は、GPS受信装置１の
他にディスプレイ２・地図メモリ３・ナビゲーション演
算部４とを有する。

まず、両者より測定される現在位置情報を比較する。

通常は、速度ベクトルより求まる現在位置情報とマッ
プマッチングを併用することにより自己位置を決定す
る、あるいは速度ベクトルより求まる現在位置情報とGP
S受信装置より出力されるC/Aコードから求めた現在位置
情報を平均化し、さらにマップマッチングを併用するこ
とにより自己位置を決定する。

このとき、GPS受信装置から出力されるC/Aコードから
求めた現在位置とシステムで設定されるある誤差範囲量
を加えた値を、速度ベクトルより求まる現在位置が越え
る場合には、速度ベクトルより求まる現在位置情報の初
期値をGPS受信装置１から出力されるC/Aコードから求め
た現在位置情報を利用して補正する。

さらに、GPS衛星からの信号が遮断される等のことが
あり、速度ベクトルによる現在位置の決定値が信頼でき
ない場合には、GPS受信装置１から出力される現在位置
情報を初期位置情報として現在位置を演算する。

この結果、GPS受信装置から出力されるC/Aコードから
求めた位置と速度ベクトルの２つの情報を併用して、測
位が行われるため、他の航法センサが無くとも精度の高
い測位が可能になる。

続いて、第３の方法を説明する。

これはGPS受信装置１から出力される位置情報・速度
ベクトル情報と、自立航法システムで測定・出力される
距離・回転角度・方位情報を併用して測位を行うもので
ある。

このときのナビゲーション装置は、GPS受信装置１の
他に、ディスプレイ２・地図メモリ３・ナビゲーション
演算部４・車輪速センサ５・舵角センサ６・地磁気セン
サ７・ジャイロ８とを有する。

演算部４は、速度検出手段や方位検出手段の出力と第
１の速度ベクトルとから正しい検出手段または出力を選
ぶ選択手段である。

次に、その動作の詳細を、第８図を用いて説明する。

３個以上のGPS衛星が可視範囲にあり、GPS受信装置１
による測位が可能かどうか調べる（S12）。可能なとき
は、両者からデータの取り込みを行う（S13）。

GSP信号が受信不可の場合は、自立航法システムのセ
ンサよりデータを取り込み（S20）、得られた距離・回
転角度・方位情報を出力する（S22）。

さらに、いずれか一方の測定値が直前の測定値と比較
して、システムで決められた一定量を越えて変化してい
るかどうかで、使用可否を判断し（S14,S15）、変化し
ている場合には、その測定値を偽と判定し、もう一方の
センサ出力データを使用してナビゲーションを行う（S2
0,S22）。両者の測定値ともシステムで決められた一定
値以内であればいずれかの測定値を選択するか、両者の
平均を計算してナビゲーションを行う（S16）。

これらのデータに基づき、自己位置を演算する（S1
7）。移動体の自己位置決定手法は、上記第３図を使用
して説明した方法と同一である。

また、本方法に、さらに、マップマッチングを適用す
れば（S18）、さらに、精度よく自己位置を決定でき
る。

GPS受信装置から出力される速度ベクトル情報と自立
航法システムの各センサから出力される速度・方位情報
を併用してナビゲーションを行うことにより、さらに精
度の高い測位が行われる。

次に、第４の方法を説明する。

このときのナビゲーション装置は、GPS受信装置１の
他に、ディスプレイ２・地図メモリ３・ナビゲーション
演算部４・車輪速センサ５・舵角センサ６・地磁気セン
サ７・ジャイロ８とを有する。

GPS受信装置１から出力される速度ベクトル情報と、
自立航法システムで測定・出力される速度情報を比較
し、砂利道や雨などで道路が滑り易くなるスリップ率が
大きくなると判断されたときは、自立航法システムから
の情報をストップし、GPS受信装置から出力される速度
ベクトル情報と位置情報でナビゲーションを行う。

次に、第５の方法を説明する。

これは、第１の速度ベクトル、第２の速度ベクトル、
第２の位置情報に加えて、GPS受信装置から直接得られ
る位置情報を利用するものである。

このときのナビゲーション装置は、GPS受信装置１の
他に、ディスプレイ２・地図メモリ３・ナビゲーション
演算部４・車輪速センサ５・舵角センサ６・地磁気セン
サ７・ジャイロ８とを有する。

直線道路や緩やかなカーブのある道路を走行し、GPS
受信装置１から出力される速度ベクトル情報や、自立航
法システムで測定・出力される距離・回転角度・方位情
報を用いてナビゲーションを行う場合、マップマッチン
グを適用すれば、必ず移動体は道路上にあるものと判断
し、強制的に自己位置合わせを行うためナビゲーション
結果が道路から外れることは無い。

しかし、このような道路においては、道路進行方向に
対するマップマッチングは適用できないため、距離誤差
が発生し、このような道路を長距離走行するとマップマ
ッチングで補正できないほど大きい誤差になる。

そこで、このような場合は、GPS受信装置１から出力
される位置情報で、定期的に道路進行方向に対する補正
を行い、ナビゲーションを継続する。

次に、自立航法システムのセンサ誤差の補正方法につ
いて説明する。

システム全体の構成は、第１図に示したものである。

これらの自立航法センサは、次の原因によりセンサ特
有の誤差が発生する。

車輪速センサ５および舵角センサ６では、路面とタイ
マのスリップにより速度及び移動体の回転角度測定に誤
差が発生する。

地磁気センサ７では、周囲物体や車体が保持する磁気
の影響により、方位測定に誤差が発生する。

ジャイロ８では、零点ドリフトと呼ばれ、無入力時に
ドリフトする現象と入力時の測定誤差であるスケールフ
ァクタにより誤差が発生する。

これら誤差をGPS受信装置１から出力される速度ベク
トルで補正する。

以下その詳細を説明する。

GPS受信装置１から出力される速度ベクトルを速度情
報と方位情報に分離する。

移動体の実際の速度は、車輪速センサ５で測定した速
度とタイヤと路面間のスリップ率を乗算することで求ま
るが、スリップ率は路面やタイヤの状態・タイヤにかか
る重量などの条件で変化する。

そこでGPS受信装置１から出力される速度ベクトルよ
り絶対車速が求まることを利用してスリップ率を求め、
車輪速センサ５の補正を行う。

スリップ率は、GPS受信装置１で測定される速度を車
輪速センサ５で測定した速度で割ることで計算される。

このスリップ率と車輪速センサ出力を乗算し、得られ
る速度を基にナビゲーションを行う。

このように、計算値を車輪速センサにフィードバック
することで、距離測定精度が向上するように働く。

一方、スリップ率を、ブレーキを最大制動にするよう
アンチスキッド制御する制御部を有するアンチロックブ
レーキシステムや、発進時のタイヤの空転を防止し、コ
ーナリング走行時に安定性が向上するように制御するト
ラクションコントロールシステムに送ることで、移動体
の走行安定性と応答性が向上し、安全な走行に寄与す
る。

さらに、移動体の進行方向を検出するセンサの補正方
法について説明する。

地磁気センサ７の補正はGPS受信装置１から出力され
る移動体の進行方向情報により行う。両者の測定結果か
ら得られる進行方向が一致するように地磁気センサ７を
オフセットすることで補正がなされる。

また、補正は周囲建物や物体により地磁気が乱れてい
ないような場所で行うのが望ましい。

また、ジャイロ８の補正も同様にGPS受信装置１から
出力される移動体の進行方向情報で行う。

補正方法は上述の手段と全く同一で、ジャイロ８で測
定した移動体の進行方位とGPS受信装置１から得られる
進行方位が一致するようにジャイロ８をオフセットする
ことで成される。

以上の補正は、移動体の速度および進行方向が一定の
時に行うのが望ましい。

以上のように、GPS受信装置から出力される速度ベク
トル情報で自立航法システムの車輪速センサ５・舵角セ
ンサ６・地磁気センサ７・ジャイロ８の補正が行われる
ため、誤差の少ないセンサ出力が得られるようになる。
これによりナビゲーションの精度も高くなる。

次に、GPS受信装置１から出力される速度ベクトルで
マップマッチングを行い、ナビゲーションする方式につ
いて説明する。

まず、第４図に示すような鋭角なＹ分岐が存在する道
路のナビゲーションにマップマッチングを適用すると、
実際には上側の道路を走行して現在位置11に到達した場
合でも、舵角センサ６・地磁気センサ７・ジャイロ８の
走行方位測定誤差のため、誤って下側の道路を走行し、
現在位置12に到達したと誤判定する場合がある。この場
合にはGPS受信装置１から出力される移動体の進行方向
と地図メモリ３に記載された道路の進行方向が一致する
道路を、現在走行している道路と判断して、マップマッ
チングを行う。

また、第５図に示す地図メモリ３に記載されていない
道路の判定方法について、第９図を参照して説明する。

マップマッチングを使用してナビゲーションを開始す
る（S31）と、まず、地図データの入力（S32）と自己位
置データの入力を行う（S33）。

次に、道路接線方向と移動体の進行方向が一致するか
どうか調べる（S34）。

一致する時はそのまま、マップマッチングを継続する
（S35）。

地図メモリ３に記載された道路から地図メモリに記載
されていない道路に移ると移動体の進行方向と道路の接
線方向が一致しなくなる。

一致しないと判断されたときは、現在地点を中心とし
たある決められた範囲内の周囲道路で、移動体の進行方
向と道路の接線方向が一致した道路が無いかを捜す（S3
8）。

ここでの現在地点とは、マップマッチングにより測位
された地点、あるいはGPS受信装置１にて測位された地
点である。

ここでも一致する道路がなく、かつ地図メモリに記載
された道路よりある決められた距離以上離れたと判断さ
れたときは、地図メモリに記載されていない道路と判断
する。その後は、GPS受信装置及び自立航法システムで
マップマッチング無しにナビゲーションを継続する（S4
0）。

上記のS35,S39,S40で位置が決定されると、これを出
し（S36）、マップマッチング演算を終了する（S37）。

さらに、地図メモリに記載されていない道路から、地
図メモリに記載されている道路に出る場合のマップマッ
チングの手法を、第６図を用いて説明する。

地図メモリに記載されていない道路の走行時は、GPS
受信装置より出力される位置情報と速度ベクトル及び自
立航法システムでマップマッチング無しにナビゲーショ
ンする。

しかし、常にGPS受信装置より得られる移動体の進行
方向と、現在位置からある範囲以内の地図メモリに記載
された道路の接線方向が一致するか否かを調べる。ここ
でGPS受信装置より得られる移動体の進行方向と地図メ
モリに記載された道路の接線方向とがある誤差以内で一
致したときは、強制的に移動体の現在位置を地図メモリ
に記載された道路に一致させ、その後は、GPS受信装置
および自立航法システムより出力されるセンサデータと
マップマッチングにより、ナビゲーションを継続する。

なお、本実施例は、衛星航法システムのうち米国によ
り開発が進められているGPS衛星を用いたものについて
説明をしてきたが、本発明は、これに限られるものでは
なく、例えば、ソ連により開発が進められているGLONAS
Sシステムによっても本発明を実施することができる。

そして、本発明と同様の効果を得ることができる。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。

第１の速度ベクトルを用いているので、測位誤差の少
ない移動体ナビゲーション装置を提供することができ
る。

また、第１の速度ベクトルとマップマッチングを利用
しているために、道路地図に記載されていない道路の走
行の有無の判別が行なえる移動体ナビゲーション装置を
提供することができる。

また、第１の速度ベクトルと自立航法システムのセン
サを併用しているために、正しく動作しているセンサを
選択できる移動体ナビゲーション装置を提供することが
できる。

さらに、センサの補正をすることができる移動体ナビ
ゲーション装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は移動体ナビゲーション装置の構成図、第２図は
GPS受信装置の構成図、第３図はナビゲーション動作の
説明図、第４図、第５図、第６図は、マップマッチング
の動作の説明図、第７図はナビゲーション初期位置設定
アルゴリズムの説明図、第８図はナビゲーションアルゴ
リズムの説明図、第９図はマップマッチングのアルゴリ
ズムを説明した説明図である。 １……GPS受信装置、２……ディスプレイ、３……地図
メモリ、４……ナビゲーション演算部、５……車輪速セ
ンサ、６……舵角センサ、７……地磁気センサ、８……
ジャイロ、９……速度ベクトル、10……初期位置、11…
…現在位置、12……誤判定された現在位置、13……地図
メモリに記載されている道路、14……地図メモリに記載
されていない道路、15……GPS受信装置より出力される
速度ベクトル、16……マップマッチングを行った軌跡、
17……アンテナ、18……低雑音アンプ、19……ミキサ、
20……第１局部発振器、21……帯域通過フィルタ、22…
…基準発振器、23……ミキサ、24……PN符号発生器、25
……PN符号NCO、26a,b……ミキサ、27……90゜ハイブリ
ッド、28a,b……低域通過フィルタ、29……擬似距離計
測カウンタ、30a,b……A/D変換器、31……分周器、32a,
b……ミキサ、33……第３局部発振器、34a,b……低域通
過フィルタ、35……検波器、36……データ復調器、37…
…周波数カウンタ、38……演算部、39……高周波部、40
……逆スペクトラム拡散部、41……ディジタル信号処理
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 郡司 康弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 平２−107985（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−134587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−88106（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−189414（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−248010（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−248209（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−121619（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−282323（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151861（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−94289（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−104391（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01C 21/00

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】GPS（グローバルポジショニングシステ
   ム、Global Positioning System）衛星からの信号よ
   り、GPS衛星と移動体間の距離および該GPS信号の周波数
   シフト量を求める手段と、 上記の得られた距離およびGPS信号の周波数シフト量よ
   り、移動体の速度、進む方向（以下、両者をまとめて速
   度ベクトルと呼ぶ）を求めるベクトル検出手段と、 得られた速度ベクトル（以下、第１の速度ベクトルと呼
   ぶ）に基づいて移動体の第１の位置情報を決定する位置
   決定手段とを有すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の移動体ナビゲーション装置
   において、 上記移動体の回転角度を検出する回転検出手段と、 上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、 これら二つの検出手段の出力から、第２の速度ベクトル
   と第２の位置情報を求める手段と、 上記の第１、２の速度ベクトル、第１、２の位置情報を
   併用して、移動体の位置情報を決定する手段とをさらに
   有すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の移動体ナビゲーシ
   ョン装置において、 地図情報を記憶する記憶手段と、 地図情報と第１の速度ベクトルと第１の位置情報より、
   マップマッチングを行う手段とをさらに有すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の移動体ナビゲーション装置
   において、 上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、 上記移動体の回転角度を検出する回転検出手段と、 これらの検出手段の出力と第１の速度ベクトルとに基づ
   いて、正しい検出手段を選ぶ選択手段とをさらに有し、 上記選択手段は、各出力の変化を時間的に調べて、上記
   速度検出手段、上記回転検出手段および上記ベクトル検
   出手段のうち、正常に動作しているとみなすことができ
   る検出手段を選ぶこと を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の移動体ナビゲーション装置
   において、 位置情報を表示する表示装置と、 地図情報を記憶する記憶手段と、 上記移動体の回転角度を検出する回転検出手段と、 上記移動体の速度を検出する速度検出手段とをさらに有
   すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の移動体ナビゲーション装置
   において、 上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、 上記移動体の回転角度を検出する回転検出手段と、 これらの検出手段の出力と第１の速度ベクトルとに基づ
   いて、正しい出力データを選ぶ選択手段とをさらに有
   し、 上記選択手段は、各出力の変化を時間的に調べて、速度
   および回転角度について正しいデータを決定すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
7. 【請求項７】GPS衛星からの信号に基づいて移動体の速
   度、進む方向（以下、両者をまとめて速度ベクトルと呼
   ぶ）を求めるベクトル検出手段と、 得られた前記速度ベクトルに基づいて前記移動体の位置
   情報を決定する位置決定手段とを有する移動体ナビゲー
   ション装置であって、 地図情報を記憶する記憶手段と、 マップマッチングする手段と、 上記速度ベクトルにより、道路地図に記載されていない
   道路の走行の有無を判別し、自己位置を決定する手段と
   を有すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
8. 【請求項８】GPS衛星からの信号に基づいて移動体の速
   度、進む方向（以下、両者をまとめて速度ベクトルと呼
   ぶ）を求めるベクトル検出手段と、 得られた前記速度ベクトルに基づいて前記移動体の位置
   情報を決定する位置決定手段とを有する移動体ナビゲー
   ション装置であって、 上記移動体の回転角度を検出する回転検出手段と、 上記速度ベクトルにより、上記回転検出手段の補正を行
   う手段とを有すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
9. 【請求項９】GPS衛星からの信号に基づいて移動体の速
   度、進む方向（以下、両者をまとめて速度ベクトルと呼
   ぶ）を求めるベクトル検出手段と、 得られた前記速度ベクトルに基づいて前記移動体の位置
   情報を決定する位置決定手段とを有する移動体ナビゲー
   ション装置であって、 速度検出手段と、 上記速度ベクトルと上記速度検出手段が求めた速度とを
   比較し、タイヤのスリップ率を測定する手段とを有する
   こと を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
10. 【請求項１０】請求項２記載の移動体ナビゲーション装
    置において、 上記第１、２の速度ベクトル、上記第１、２の位置情報
    を併用して上記移動体の位置情報を決定する際に、前回
    決定された位置情報と新たに決定された位置情報とを比
    較する手段をさらに有し、 前回決定された位置情報と新たに決定された位置情報と
    の差が予め定めた値より大きい場合には、該新たに決定
    された位置情報を当該移動体の位置情報として採用しな
    いこと を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
11. 【請求項１１】GPS衛星からの信号により、GPS衛星と移
    動体間の距離および該GPS信号の周波数シフト量を求
    め、 上記の得られた距離およびGPS信号の周波数シフト量よ
    り、移動体の速度、進む方向（以下、両者をまとめて第
    １の速度ベクトルと呼ぶ）を求め、 得られた第１の速度ベクトルに基づいて移動体の第１の
    位置情報を決定すること を特徴とする移動体ナビゲーション方法。
12. 【請求項１２】請求項11記載の移動体ナビゲーション方
    法において、 上記移動体の回転角度を検出し、 上記移動体の速度を検出し、 これら二つの検出値から、第２の速度ベクトルと第２の
    位置情報を求め、 上記の第１、２の速度ベクトル、第１、２の位置情報を
    併用して、上記移動体の位置情報を決定すること を特徴とする移動体ナビゲーション方法。
13. 【請求項１３】請求項９記載の移動体ナビゲーション装
    置と、 得られたスリップ率に基づいてアンチスキッド制御を行
    う制御部とを有すること を特徴とするアンチロックブレーキシステム。
14. 【請求項１４】GPS衛星からの信号に基づいて移動体の
    速度、進む方向（以下、両者をまとめて速度ベクトルと
    呼ぶ）を求めるベクトル検出手段と、 得られた前記速度ベクトルに基づいて前記移動体の位置
    情報を決定する位置決定手段とを有する移動体ナビゲー
    ション装置であって、 上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、 上記速度ベクトルにより、上記速度検出手段の補正を行
    う手段とを有すること を特徴とする移動体ナビゲーション装置。