JP3321096B2 - Vehicle position measuring device and speed measuring device - Google Patents

Vehicle position measuring device and speed measuring device

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JP3321096B2
JP3321096B2 JP19935298A JP19935298A JP3321096B2 JP 3321096 B2 JP3321096 B2 JP 3321096B2 JP 19935298 A JP19935298 A JP 19935298A JP 19935298 A JP19935298 A JP 19935298A JP 3321096 B2 JP3321096 B2 JP 3321096B2
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vehicle
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speed
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忠富 石上
文夫 上田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、GPS(Glo
bal Positioning System)受信
機の観測情報と、車両搭載センサの計測情報を用いて、
車両の進行方位と現在位置および速度等を計算する複合
航法を備えた車両位置計測装置および速度計測装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a GPS (Glo
bal Positioning System) using the observation information of the receiver and the measurement information of the onboard sensor,
The present invention relates to a vehicle position measuring device and a speed measuring device provided with a compound navigation for calculating a traveling direction of a vehicle, a current position, a speed, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の車両位置計測装置について説明す
る。図11は、例えば特開平8−68655号公報に示
された従来の車両位置計測装置の構成を示すブロック図
である。図において、1は距離センサ、2はGPS受信
機、3は相対方位センサであり、5は距離センサ1と相
対方位センサ3の出力信号をもとに相対軌跡を演算する
相対軌跡演算部、6は距離センサ1と相対方位センサ3
の出力信号をもとに絶対軌跡を演算する絶対軌跡演算
部、7は距離センサ1の距離係数、相対方位センサ3の
オフセット、絶対位置、および絶対方位の各補正を行う
カルマンフィルタである。なお、この相対軌跡演算部
5、絶対軌跡演算部6およびカルマンフィルタ7はマイ
クロコンピュータによる演算処理にて実現されている。
2. Description of the Related Art A conventional vehicle position measuring device will be described. FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional vehicle position measuring device disclosed in, for example, JP-A-8-68655. In the figure, 1 is a distance sensor, 2 is a GPS receiver, 3 is a relative azimuth sensor, 5 is a relative trajectory calculation unit for calculating a relative trajectory based on output signals of the distance sensor 1 and the relative azimuth sensor 3, 6 Is a distance sensor 1 and a relative direction sensor 3
An absolute trajectory calculation unit 7 that calculates an absolute trajectory based on the output signal of the above-mentioned is a Kalman filter that performs each correction of the distance coefficient of the distance sensor 1, the offset of the relative azimuth sensor 3, the absolute position, and the absolute azimuth. The relative trajectory calculation unit 5, the absolute trajectory calculation unit 6, and the Kalman filter 7 are realized by calculation processing by a microcomputer.

【0003】以下、これら相対軌跡演算部5、絶対軌跡
演算部6およびカルマンフィルタ7の処理手順について
説明する。ここで、図12はメインルーチンの演算処理
を示すフローチャート、図13は方位変化と移動距離の
演算処理を示すフローチャートであり、図14は相対軌
跡演算部5の演算処理を示すフローチャート、図15は
絶対軌跡演算部6における絶対方位および絶対位置の演
算処理を示すフローチャートである。また、図16は推
測航法とGPS航法を複合化するためのカルマンフィル
タ7の演算処理を示すフローチャートである。
The processing procedure of the relative trajectory calculator 5, the absolute trajectory calculator 6, and the Kalman filter 7 will be described below. Here, FIG. 12 is a flowchart showing the calculation processing of the main routine, FIG. 13 is a flowchart showing the calculation processing of the azimuth change and the moving distance, FIG. 6 is a flowchart showing a calculation process of an absolute azimuth and an absolute position in an absolute trajectory calculation unit 6; FIG. 16 is a flowchart showing a calculation process of the Kalman filter 7 for combining dead reckoning navigation and GPS navigation.

【0004】まず、図12に示したメインルーチンのス
テップST1201において、車両の方位変化と移動距
離の演算を行う。その処理の詳細を図13に示す。この
方位変化と移動距離の演算処理では、ステップST13
01においてまず、相対方位センサ3から車両の方位変
化を求める。次にステップST1302において、オフ
セット補正量に前回からの移動距離Lを乗算したものを
方位変化から減算することにより、方位変化のオフセッ
ト補正を行う。次にステップST1303において、距
離センサ1からの信号(車輪センサパルス)に距離係数
を乗算して移動距離を算出する。
First, in step ST1201 of the main routine shown in FIG. 12, a change in the direction of the vehicle and a calculation of a moving distance are performed. FIG. 13 shows details of the processing. In this azimuth change and movement distance calculation processing, step ST13
At 01, first, a change in the direction of the vehicle is obtained from the relative direction sensor 3. Next, in step ST1302, the offset correction of the azimuth change is performed by subtracting the product of the offset correction amount and the moving distance L from the previous time from the azimuth change. Next, in step ST1303, a movement distance is calculated by multiplying a signal (wheel sensor pulse) from the distance sensor 1 by a distance coefficient.

【0005】次に、図12に示したメインルーチンのス
テップST1202において、相対軌跡演算処理を行
う。その処理の詳細を図14に示す。この相対軌跡演算
処理では、ステップST1401においてまず、方位変
化をもとに相対方位の更新を行う。この更新はそれまで
の相対方位に方位変化を加算することによって行う。次
にステップST1402において、この更新された相対
方位、および図13のステップST1303にて求めた
移動距離により相対位置座標を更新する。この更新は移
動距離に対する相対方位のX,Y成分をそれまでの相対
位置座標に加算することによって行う。
Next, in step ST1202 of the main routine shown in FIG. 12, a relative trajectory calculation process is performed. FIG. 14 shows the details of the processing. In the relative trajectory calculation processing, first, in step ST1401, the relative azimuth is updated based on the azimuth change. This update is performed by adding the azimuth change to the previous relative azimuth. Next, in step ST1402, the relative position coordinates are updated using the updated relative orientation and the moving distance obtained in step ST1303 in FIG. This update is performed by adding the X and Y components of the relative azimuth with respect to the moving distance to the relative position coordinates up to that time.

【0006】次に、図12に示したメインルーチンのス
テップST1203において、絶対方位・絶対位置の演
算処理を行う。その処理の詳細を図15に示す。この絶
対方位・絶対位置の演算処理では、ステップST150
1においてまず、方位変化をもとに絶対方位を更新す
る。この更新はそれまでの絶対方位に方位変化を加算す
ることによって行う。次にステップST1502におい
て、この更新された絶対方位、および図13のステップ
ST1303にて求められた移動距離によって絶対位置
座標の更新を行う。この絶対位置座標の更新は移動距離
に対する絶対方位のX,Y成分をそれまでの絶対位置座
標に加算することによって行う。図12に示すメインル
ーチンのステップST1203において更新された絶対
方位と絶対位置は、当該メインルーチンの次のステップ
ST1204において、GPS受信機2の観測情報との
複合化処理に利用される。
Next, in step ST1203 of the main routine shown in FIG. 12, arithmetic processing of absolute azimuth and absolute position is performed. FIG. 15 shows details of the processing. In this absolute azimuth / absolute position calculation processing, step ST150
In step 1, first, the absolute azimuth is updated based on the azimuth change. This update is performed by adding the azimuth change to the previous absolute azimuth. Next, in step ST1502, the absolute position coordinates are updated based on the updated absolute azimuth and the moving distance obtained in step ST1303 in FIG. The updating of the absolute position coordinates is performed by adding the X and Y components of the absolute azimuth with respect to the moving distance to the absolute position coordinates up to that time. The absolute azimuth and the absolute position updated in step ST1203 of the main routine shown in FIG. 12 are used in a process of combining with the observation information of the GPS receiver 2 in step ST1204 following the main routine.

【0007】このGPS受信機2の観測情報との複合化
処理を行う、メインルーチンのステップST1204の
処理の詳細を図16に示す。この図16はカルマンフィ
ルタ7の演算手順を示したものであるが、ここでは推測
航法とGPS航法とを複合化するためのカルマンフィル
タについて先に説明しておく。
FIG. 16 shows the details of the processing in step ST1204 of the main routine for performing the compounding processing with the observation information of the GPS receiver 2. FIG. 16 shows the calculation procedure of the Kalman filter 7. Here, the Kalman filter for combining dead reckoning navigation and GPS navigation will be described first.

【0008】カルマンフィルタは信号生成過程と観測過
程に分けられる。線形システムで表されるシステムの状
態X(t)に対して、観測行列Hで関係付けられるシス
テムの状態X(t)の一部が観測できる場合に、フィル
タはシステムの状態X(t)の最適な推定値を与える。
ここで、信号生成過程で発生するシステム雑音をωと
し、観測過程において発生する観測雑音をvとする。こ
のカルマンフィルタの入力は観測値Y(t)であり、出
力はシステムの状態X(t)の最適推定値である。な
お、時刻tにおいて、その時刻tまでの情報を用いた状
態ベクトルの推定量X(t|t)は、次式(1)により
求められる。
The Kalman filter is divided into a signal generation process and an observation process. When a part of the state X (t) of the system related by the observation matrix H can be observed with respect to the state X (t) of the system represented by the linear system, the filter determines the state X (t) of the system. Give the best estimate.
Here, system noise generated in the signal generation process is denoted by ω, and observation noise generated in the observation process is denoted by v. The input of this Kalman filter is the observed value Y (t) and the output is the optimal estimate of the state X (t) of the system. At the time t, the estimated amount X (t | t) of the state vector using the information up to the time t is obtained by the following equation (1).

【0009】 X(t|t)=X(t|t−1)+K(t){Y(t)−HX(t|t−1)} ・・・(1)X (t | t) = X (t | t-1) + K (t) {Y (t) -HX (t | t-1)} (1)

【0010】ここで、上記式(1)において、X(t|
t−1)は時刻t−1における時刻tでの状態ベクトル
の予測量、K(t)はカルマンゲインであり、それら
は、次式(2)および式(3)によってそれぞれ表され
る。
Here, in the above equation (1), X (t |
t-1) is the predicted amount of the state vector at time t-1 at time t-1, and K (t) is the Kalman gain, which are expressed by the following equations (2) and (3), respectively.

【0011】 X(t|t−1)=FX(t|t−1) ・・・(2) K(t)=Σ(t|t−1)H{HΣ(t|t−1)H+Σ}−1 ・・・(3)X (t | t−1) = FX (t | t−1) (2) K (t) = Σ (t | t−1) HT{HΣ (t | t-1) HT+ ΣV}-1  ... (3)

【0012】また、上記式(2)、式(3)において、
Σ(t−1|t−1)は時刻t−1におけるシステムの
状態Xの誤差共分散であり、Σ(t|t−1)は時刻t
−1における時刻tでの誤差共分散の予測量である。そ
して、Σは観測過程で発生する観測雑音vの分散であ
り、誤差共分散の予測量Σ(t|t−1)、およびシス
テムの状態Xの誤差共分散Σ(t−1|t−1)は、次
式(4)および式(5)によって表される。
In the above equations (2) and (3),
Σ (t−1 | t−1) is the error covariance of the state X of the system at time t−1, and Σ (t | t−1) is the time t
The amount of error covariance prediction at time t at −1. Then, sigma V is the variance of the measurement noise v generated in the observation process, the prediction of error covariance Σ (t | t-1) , and the state X of the system error covariance Σ (t-1 | t- 1) is represented by the following equations (4) and (5).

【0013】 Σ(t|t−1)=FX(t−1|t−1)F+Σ ・・・(4) Σ(t−1|t−1)={I−K(t−1)H}Σ(t−1|t−2) ・・・(5)Σ (t | t−1) = FX (t−1 | t−1) FT+ ΣW  (4) {(t-1 | t-1) = {I−K (t−1) H}} (t−1 | t−2) (5)

【0014】ここで、上記式(4)において、Σは信
号過程で発生するシステム雑音ωの分散であり、式
(5)において、Iは単位行列である。さらに、式
(3)、および式(4)において、添字のは転置行列
を意味し、−1は逆行列を意味している。なお、システ
ム雑音ωおよび観測雑音vは平均0の白色ガウス雑音で
あり、互いに無相関である。
Here, in the above equation (4), W W is the variance of the system noise ω generated in the signal process, and in the equation (5), I is a unit matrix. Further, in Expressions (3) and (4), the suffix T indicates a transposed matrix, and -1 indicates an inverse matrix. Note that the system noise ω and the observation noise v are white Gaussian noise with an average of 0, and are uncorrelated with each other.

【0015】このようなカルマンフィルタは、まずシス
テムの状態Xと誤差共分散Σの初期値に適当な誤差を与
えてやり、新しい観測が行われる度に、以上の計算を繰
り返し行うものである。ここで、まず上記信号生成過程
の定義について説明する。カルマンフィルタは推測航法
の誤差の補正を目的としているので、状態ベクトルの推
定量Xの行列要素として、オフセット誤差、絶対方位誤
差、距離係数誤差、絶対位置北方向誤差、および絶対位
置東方向誤差の5つを定義する。これらの誤差値の時間
的な変化を与えるものが状態遷移行列Fである。
Such a Kalman filter first gives an appropriate error to the state X of the system and the initial value of the error covariance 、, and repeats the above calculation every time a new observation is performed. Here, the definition of the signal generation process will be described first. Since the Kalman filter aims to correct errors in dead reckoning, the matrix elements of the estimated amount X of the state vector include five elements of an offset error, an absolute azimuth error, a distance coefficient error, an absolute position northward error, and an absolute position eastward error. Define one. A state transition matrix F gives a temporal change of these error values.

【0016】オフセット誤差εGは確定的な変化はな
く、前回の誤差にノイズが付加されたものとして、次式
(6)によって表される。
The offset error εG has no definite change, and is expressed by the following equation (6) assuming that noise is added to the previous error.

【0017】 εG=εGt−1+ω ・・・(6)ΕG t = εG t−1 + ω 0 (6)

【0018】絶対方位誤差εAは、前回のオフセット誤
差に前回からの経過時間をかけて求める方位誤差とノイ
ズが付加されるものとして、次式(7)によって表され
る。
The absolute azimuth error εA is represented by the following equation (7) assuming that the azimuth error and noise obtained by multiplying the previous offset error by the elapsed time from the previous time are added.

【0019】 εA=T×εGt−1+εAt−1+ω ・・・(7)ΕA t = T × εG t−1 + εA t−1 + ω 1 (7)

【0020】距離係数誤差εKは確定的な変化はなく、
前回の誤差にノイズが付加されたものとして、次式
(8)によって表される。
The distance coefficient error εK has no definite change,
Assuming that noise is added to the previous error, it is expressed by the following equation (8).

【0021】 εK=εKt−1+ω ・・・(8)ΕK t = εK t−1 + ω 2 (8)

【0022】絶対位置北方向誤差εY、および絶対位置
東方向誤差εXは、前回の誤差に方位誤差、距離誤差に
よって生じる誤差が付加されるものとして、次式(9)
および式(10)によって表される。なお、これらの式
(9)および式(10)において、Atは真の絶対方
位、Lは前回からの移動距離、tは前回からの経過時間
である。
The absolute position northward error εY and the absolute position eastward error εX are obtained by adding an error caused by an azimuth error and a distance error to the previous error, as follows:
And by equation (10). In these equations (9) and (10), At is the true absolute azimuth, L is the moving distance from the previous time, and t is the elapsed time from the previous time.

【0023】 εY=L×sin(A+εAt−1+εGt−1×t/2) (1+εKt−1)−L×sin(A)+εYt−1 ・・・(9) εX=L×cos(A+εAt−1+εGt−1×t/2) (1+εKt−1)−L×cos(A)+εXt−1 ・・・(10)ΕYt= L × sin (At+ ΕAt-1+ ΕGt-1× t / 2) (1 + εKt-1) −L × sin (At) + ΕYt-1  ... (9) εXt= L × cos (At+ ΕAt-1+ ΕGt-1× t / 2) (1 + εKt-1) -L × cos (At) + ΕXt-1  ... (10)

【0024】式(9)、式(10)を状態量で偏微分し
て線形化すると、信号生成過程は、次式(11)〜式
(15)によって表される。
When the equations (9) and (10) are partially differentiated by the state quantity and linearized, the signal generation process is represented by the following equations (11) to (15).

【0025】 [0025]

【0026】なお、上記式(13)において、Aは真の
絶対方位Aにセンサ誤差が加わったものであり、後述
するように方位変化から求められる。また、式(15)
において、ωはオフセット雑音(温度ドリフト等によ
るオフセット変動分)、ωは絶対方位雑音(ジャイロ
のスケールファクタ誤差)、ωは距離係数雑音(経年
変化)、ω、ωは絶対位置雑音を意味する。
[0026] In the above formula (13), A are those applied is sensor error to the true absolute direction A t, it is determined from the orientation change as described below. Equation (15)
, Ω 0 is offset noise (offset variation due to temperature drift or the like), ω 1 is absolute azimuth noise (gyro scale factor error), ω 2 is distance coefficient noise (aging), ω 3 and ω 4 are absolute positions. Means noise.

【0027】次に観測過程について説明する。観測値は
推測航法とGPS航法の各出力の差により求める。それ
ぞれの出力には誤差が含まれるため、推測航法の誤差と
GPS観測情報の誤差の和が観測値として得られる。こ
の観測値Yとシステムの状態Xを関連付け、以下に示し
た式(16)〜式(19)のように定義する。
Next, the observation process will be described. Observed values are obtained from the difference between each output of dead reckoning navigation and GPS navigation. Since each output includes an error, the sum of the error in dead reckoning and the error in GPS observation information is obtained as an observation value. The observed value Y is associated with the system state X, and defined as in the following equations (16) to (19).

【0028】 [0028]

【0029】なお、上記式(17)および式(19)の
行列の要素において、添字DRtは距離センサ1、相対
方位センサ3からの出力信号に基づいて、時刻tに推測
航法にて求められた値を意味し、添字GPStは時刻t
にGPS受信機2から出力される値を意味する。
Incidentally, in the elements of the matrices of the above formulas (17) and (19), the subscript DRt was obtained by dead reckoning at time t based on the output signals from the distance sensor 1 and the relative azimuth sensor 3. Subscript GPSt indicates time t
Means a value output from the GPS receiver 2.

【0030】なお、上記式(17)に示した、観測値Y
の行列要素(εADRt−εA PSt)は、推測航
法によって求められた絶対方位とGPS受信機2から出
力される方位との差である。すなわち、推測航法により
求められた絶対方位には真の絶対方位とその誤差εA
DRtが含まれており、またGPS受信機2から出力さ
れる方位も真の絶対方位とその誤差εAGPStが含ま
れていることから、それらの差を取ることにより求めら
れるものである。
The observed value Y shown in the above equation (17)
t matrix elements (εA DRt -εA G PSt) is the difference between the azimuth output absolute obtained by dead reckoning heading and from the GPS receiver 2. That is, the absolute azimuth obtained by dead reckoning navigation includes the true absolute azimuth and its error εA.
DRt is included, and since the azimuth output from the GPS receiver 2 also includes the true absolute azimuth and the error εA GPSt thereof, the azimuth can be obtained by taking the difference between them.

【0031】また、上記式(17)に示した、観測値Y
の行列要素(εKDRt−εK PSt)は、推測航
法により求められる速度とGPS受信機2から出力され
る速度の差から求まる距離係数誤差で、(推測航法によ
る速度−GPS受信機による速度)/(推測航法による
速度)で求められる。さらに、当該観測値Yの行列要
素(εYDRt−εYGPSt)は推測航法により求め
られる絶対位置のY成分とGPS受信機2から出力され
る位置のY成分の誤差の差であり、行列要素(εX
DRt−εXGPSt)は位置のX成分の誤差の差であ
る。
Further, the observed value Y shown in the above equation (17) is obtained.
The matrix element of t (εK DRt −εK G PSt ) is a distance coefficient error obtained from a difference between the speed obtained by dead reckoning navigation and the speed output from the GPS receiver 2, and is expressed as (speed by dead reckoning navigation−speed by GPS receiver). ) / (Speed by dead reckoning). Furthermore, the matrix element of the observed value Y t (εY DRt -εY GPSt) is the difference of the errors of the Y component of the position output from the Y component and the GPS receiver 2 of the absolute position obtained by dead reckoning, matrix elements (ΕX
DRt- [ epsilon] XGPSt ) is the difference between the errors in the X component of the position.

【0032】さらに、観測過程で発生する雑音vはGP
S受信機2の観測雑音であり、上記式(19)に示す観
測雑音vの各行列要素は、以下のように求められてい
る。まず、ドップラー周波数の計測誤差とHDOP(H
orizontal Dilution of Pre
cision)の関係により、速度精度がドップラー周
波数の計測誤差×HDOPで求められ、得られた速度精
度と車両の速度から方位精度がtan−1(速度精度/
車両の速度)で求められる。そして、その方位精度と速
度精度をそれぞれ2乗することで、行列要素(−εA
GPSt)と行列要素(−εKGPSt)がそれぞれ求
められる。また、GPS受信機2における擬似距離の計
算誤差UERE(User Equivalent R
anging Error)とHDOPの関係から、U
ERE×HDOPで測位精度が求められ、行列要素(−
εYGPSt)と行列要素(−εXGPSt)は、この
測位精度を2乗することによってそれぞれ求められる。
Further, the noise v generated in the observation process is GP
Each matrix element of the observation noise v, which is the observation noise of the S receiver 2 and is shown in the above equation (19), is obtained as follows. First, the measurement error of the Doppler frequency and the HDOP (H
origination Dilution of Pre
The speed accuracy is obtained by the Doppler frequency measurement error × HDOP, and the azimuth accuracy is tan −1 (speed accuracy /
Vehicle speed). Then, the azimuth accuracy and the speed accuracy are each squared to obtain a matrix element (−εA
GPSt ) and a matrix element (−εK GPSt ) are obtained. In addition, the calculation error EURE (User Equivalent R) of the pseudorange in the GPS receiver 2 is performed.
aging error) and HDOP, U
The positioning accuracy is obtained by ERE × HDOP, and the matrix element (−
The εY GPSt ) and the matrix element (−εX GPSt ) are obtained by squaring this positioning accuracy.

【0033】次に、カルマンフィルタ7の処理手順を図
16のフローチャートにしたがって説明する。まず、ス
テップST1601において、前回の測位または予測計
算からT1秒経過したか否かを判定する。ここで、GP
S受信機2で2次元あるいは3次元測位が行われる度
に、ステップST1603からステップST1609で
推測航法の誤差を補正するための処理を行うが、GPS
受信機2で2次元あるいは3次元測位できない場合には
誤差が大きくなる。このステップST1601は、それ
に対応した誤差の予測計算をステップST1610、ス
テップST1611において定期的に行うために設けら
れている。
Next, the processing procedure of the Kalman filter 7 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step ST1601, it is determined whether or not T1 seconds have elapsed since the last positioning or prediction calculation. Where GP
Every time two-dimensional or three-dimensional positioning is performed by the S receiver 2, a process for correcting an error in dead reckoning is performed in steps ST1603 to ST1609.
If two-dimensional or three-dimensional positioning cannot be performed by the receiver 2, the error increases. This step ST1601 is provided for performing the prediction calculation of the error corresponding thereto periodically in steps ST1610 and ST1611.

【0034】すなわち、このステップST1601の判
定結果がYesであれば、ステップST1610に分岐
して、上記式(14)による状態遷移行列Fの計算を行
う。次にステップST1611において、その得られた
状態遷移行列Fをもとに誤差共分散行列Σの予測計算を
行い、この図16に示す処理を一旦終了する。なお、ス
テップST1601の判定結果がNoであれば、ステッ
プST1602においてGPS受信機2からのGPS観
測情報があるか否かの判定を行う。その結果、GPS受
信機2からのGPS観測情報がなければ、そのままこの
図16に示す処理を一旦終了する。
That is, if the determination result in step ST1601 is Yes, the process branches to step ST1610 to calculate the state transition matrix F by the above equation (14). Next, in step ST1611, a prediction calculation of the error covariance matrix Σ is performed based on the obtained state transition matrix F, and the processing shown in FIG. 16 is temporarily terminated. If the determination result in step ST1601 is No, it is determined in step ST1602 whether or not there is GPS observation information from the GPS receiver 2. As a result, if there is no GPS observation information from the GPS receiver 2, the processing shown in FIG.

【0035】一方、GPS受信機2からのGPS観測情
報があると、ステップST1603以降のカルマンフィ
ルタの演算処理に進む。このカルマンフィルタの演算処
理では、まずステップST1603において観測値Yの
計算を行う。このステップST1603による観測値Y
の計算は、GPS受信機2からの出力される速度、位
置、および方位に関するGPS観測情報と、推測航法に
おけるメインルーチンのステップST1203にて求め
られた絶対方位および絶対位置と、図示していない速度
演算処理によって距離センサ1の出力信号から求めた車
両の速度とを用いて、上記式(16)より観測値Yを計
算するものであり、あわせて観測過程で発生する観測雑
音vを、GPS受信機2の観測情報等をもとに計算す
る。
On the other hand, when there is GPS observation information from the GPS receiver 2, the process proceeds to the Kalman filter calculation process after step ST1603. In the Kalman filter calculation process, first, in step ST1603, the observation value Y is calculated. Observed value Y in step ST1603
Is calculated from the GPS observation information on the speed, position, and direction output from the GPS receiver 2, the absolute direction and absolute position obtained in step ST1203 of the main routine in dead reckoning, and the speed not shown. The observation value Y is calculated from the above equation (16) using the speed of the vehicle obtained from the output signal of the distance sensor 1 by the arithmetic processing, and the observation noise v generated in the observation process is also received by GPS. The calculation is performed based on the observation information of the aircraft 2.

【0036】次にステップST1604において、状態
遷移行列Fの計算を行う。この計算処理は、前回の状態
遷移行列Fの計算時点からの移動距離L、経過時間t、
および図15のステップST1501で求めた絶対方位
Aから、上記式(14)を用いて状態遷移行列Fを求め
るものである。
Next, in step ST1604, a state transition matrix F is calculated. This calculation processing includes a movement distance L, an elapsed time t,
A state transition matrix F is obtained from the absolute azimuth A obtained in step ST1501 of FIG. 15 by using the above equation (14).

【0037】以下、このステップST1603、ステッ
プST1604で計算した観測値Yおよび状態遷移行列
Fをもとに、式(1)、式(2)、式(3)、および式
(4)、式(5)の計算を行って、状態ベクトルの推定
量Xを求める。すなわち、まずステップST1605に
おいて、誤差共分散行列Σの予測計算を行い、次にステ
ップST1606において、カルマンゲインKの計算を
行う。その後ステップST1607において、誤差共分
散行列Σの計算を行い、さらにステップST1608に
おいて、カルマンゲインKおよび観測値Yに基づいて状
態ベクトルの推定量Xを求める。なお、この状態ベクト
ルの推定量Xはオフセット誤差、絶対方位誤差、距離係
数誤差、絶対位置北方向誤差、絶対位置東方向誤差を表
している。
Hereinafter, based on the observation value Y and the state transition matrix F calculated in steps ST1603 and ST1604, the equations (1), (2), (3), (4), and ( The calculation of 5) is performed to obtain the estimated amount X of the state vector. That is, first, in step ST1605, the prediction calculation of the error covariance matrix 行 い is performed, and then, in step ST1606, the Kalman gain K is calculated. Then, in step ST1607, the error covariance matrix 計算 is calculated. In step ST1608, the estimated amount X of the state vector is obtained based on the Kalman gain K and the observed value Y. The estimated amount X of the state vector represents an offset error, an absolute azimuth error, a distance coefficient error, an absolute position northward error, and an absolute position eastward error.

【0038】そして、ステップST1609において、
これらの計算により推測航法の誤差の補正、すなわち、
相対方位センサ3のオフセット補正、距離センサ1の距
離係数補正、絶対方位補正、絶対位置補正を行った後、
この一連の処理を一旦終了する。なお、上記相対方位セ
ンサ3のオフセット補正量は、それまでのオフセット補
正量からオフセット誤差εGを減算することによって、
距離センサ1の距離係数は、距離係数誤差εKを1から
差し引いたものをそれまでの距離係数に乗算することに
よって修正される。また、絶対方位は、それまでの絶対
方位から絶対方位誤差εAを減算することによって、絶
対位置は、それまでの絶対方位のX成分あるいはY成分
より、絶対位置東方向誤差εXまたは絶対位置北方向誤
差εYを減算することによって修正される。
Then, in step ST1609,
These calculations correct the dead reckoning error, that is,
After performing the offset correction of the relative direction sensor 3, the distance coefficient correction of the distance sensor 1, the absolute direction correction, and the absolute position correction,
This series of processing ends once. The offset correction amount of the relative azimuth sensor 3 is obtained by subtracting the offset error εG from the offset correction amount up to that time.
The distance coefficient of the distance sensor 1 is corrected by multiplying the distance coefficient by subtracting the distance coefficient error εK from 1 and multiplying the obtained distance coefficient. In addition, the absolute azimuth is obtained by subtracting the absolute azimuth error εA from the previous absolute azimuth, and the absolute position is obtained by subtracting the absolute position eastward error εX or the absolute position northward from the X component or Y component of the previous absolute azimuth. It is corrected by subtracting the error εY.

【0039】そして、以上の処理をGPS受信機2から
のGPS観測情報が有る度に繰り返し行って、上記誤差
修正を行うものである。
The above processing is repeated each time there is GPS observation information from the GPS receiver 2 to correct the error.

【0040】また、上記式(15)で表した、信号生成
過程で発生するシステム雑音ωの行列の各要素、すなわ
ち、オフセット雑音ω、絶対方位雑音ω、距離係数
雑音ω、絶対位置雑音ω、ωは、それぞれ次のよ
うに求められる。まず、オフセット雑音ωと絶対方位
雑音ωには規定値を設定し、その後、車両の挙動状態
に応じて発生する所定の誤差発生要因毎の誤差分散の総
和として、絶対方位雑音ωを再計算する。また、絶対
位置雑音ω、ωについては、誤差共分散行列Σの要
素が所定値以下の場合にのみ、絶対方位誤差による位置
誤差の発生量の大きさをX,Y軸に分割した値をもとに
計算する。
Each element of the matrix of the system noise ω generated in the signal generation process represented by the above equation (15), ie, offset noise ω 0 , absolute azimuth noise ω 1 , distance coefficient noise ω 2 , absolute position The noises ω 3 and ω 4 are respectively obtained as follows. First, specified values are set for the offset noise ω 0 and the absolute azimuth noise ω 1 , and thereafter, the absolute azimuth noise ω 1 is calculated as a sum of error variances for each predetermined error generation factor generated according to the behavior state of the vehicle. Recalculate. For the absolute position noises ω 3 and ω 4 , a value obtained by dividing the magnitude of the position error generation amount due to the absolute azimuth error into the X and Y axes only when the element of the error covariance matrix の is equal to or smaller than a predetermined value Is calculated based on

【0041】このように、上記特開平8−68655号
公報に示された従来の車両位置計測装置は、カルマンフ
ィルタ7にてオフセット誤差、距離係数誤差、絶対方位
誤差、絶対位置誤差を求めて推測航法におけるそれぞれ
の補正を行うものである。そして、カルマンフィルタ7
におけるシステム誤差と観測誤差の精度に応じて、カル
マンフィルタ7で求めるオフセット誤差、距離係数誤
差、絶対方位誤差、絶対位置誤差の精度が決まる。
As described above, in the conventional vehicle position measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-68655, dead-reckoning navigation is performed by obtaining the offset error, the distance coefficient error, the absolute azimuth error, and the absolute position error using the Kalman filter 7. Is performed for each correction. And the Kalman filter 7
The accuracy of the offset error, distance coefficient error, absolute azimuth error, and absolute position error determined by the Kalman filter 7 is determined in accordance with the accuracy of the system error and the observation error in.

【0042】[0042]

【発明が解決しようとする課題】従来の車両位置計測装
置は以上のように構成されているので、観測誤差がHD
OPとUEREに基づいて計算されるが、それらはユー
ザが測位精度を推定するための指標であるので、その時
々の誤差を直接表すことができず、観測誤差を精度高く
設定できない課題があった。またシステム誤差に関して
は、オフセット雑音ωと絶対方位雑音ωには規定値
を設定し、車両の挙動状態に応じて発生する所定の誤差
発生要因毎の誤差分散の総和として絶対方位雑音ω
再計算するため、オフセット誤差に追従せず、また絶対
方位雑音ωを精度高く設定できないという課題があっ
た。また絶対位置雑音ω、ωについては、誤差共分
散行列の方位誤差に関する要素が所定値以下の場合のみ
に、精度が低い絶対方位誤差からX,Y軸に分割した値
として位置誤差を計算するため、位置誤差を精度高く検
出できないという課題もあった。
Since the conventional vehicle position measuring device is constructed as described above, the observation error is high.
Although it is calculated based on the OP and the UERE, since these are indexes for estimating the positioning accuracy by the user, there is a problem that the error at that time cannot be directly expressed and the observation error cannot be set with high accuracy. . For the addition system errors, set the specified value to the absolute azimuth noise omega 1 and offset noise omega 0, the absolute azimuth noise as the sum of error variance for each predetermined error generation factor generated according to the behavior state of the vehicle omega 1 the to recalculate not follow the offset error, also there is a problem that can not be set absolute azimuth noise omega 1 accurately. For the absolute position noises ω 3 and ω 4 , the position error is calculated as a value obtained by dividing the absolute azimuth error with low precision into the X and Y axes only when the element relating to the azimuth error of the error covariance matrix is equal to or less than a predetermined value. Therefore, there is a problem that the position error cannot be detected with high accuracy.

【0043】また、オフセット誤差、距離係数誤差、絶
対方位誤差、絶対位置誤差を、状態ベクトルの行列要素
として同時に計算するため、システム誤差と観測誤差の
どれか一つの行列要素が不正確だった場合には、状態ベ
クトルの他の行列要素もカルマンゲインKで決まる量だ
け値に反映されて誤差を生じるため、このカルマンフィ
ルタ7では、各誤差の特徴に合わせた検出および設定が
できないという課題があった。
In addition, since the offset error, the distance coefficient error, the absolute azimuth error, and the absolute position error are simultaneously calculated as the matrix elements of the state vector, if any one of the matrix errors of the system error and the observation error is incorrect, Has a problem that the Kalman filter 7 cannot perform detection and setting in accordance with the characteristics of each error, because other matrix elements of the state vector are reflected in the value by an amount determined by the Kalman gain K, and an error occurs. .

【0044】さらには、GPS受信機2で観測された速
度情報は低速走行時に精度が低下することがあるが、こ
れに関する対策が距離係数誤差の計算で示されておら
ず、また、GPS受信機2で観測された速度情報の分散
は、距離センサ1の出力信号から計算した速度の分散よ
り大きいので、計算される距離係数誤差の分散が大きく
なると思われる。また、相対方位センサ3に関しては、
オフセット誤差のみ補正対象となっているが、相対方位
センサ3としてジャイロを使用する場合には、標準値に
対して最大で約±20%も変動し得るスケールファクタ
に関して考慮する必要があるが、従来の車両位置計測装
置ではそれについての考慮がなされていないため、スケ
ールファクタ誤差が原因となって生じた方位誤差も、オ
フセット誤差として誤って補正してしまうなどの課題が
あった。
Further, the accuracy of the speed information observed by the GPS receiver 2 may be reduced when the vehicle is traveling at a low speed. However, no countermeasure for this is shown in the calculation of the distance coefficient error. Since the variance of the speed information observed in 2 is larger than the variance of the speed calculated from the output signal of the distance sensor 1, it is considered that the variance of the calculated distance coefficient error increases. As for the relative direction sensor 3,
Although only the offset error is to be corrected, when a gyro is used as the relative direction sensor 3, it is necessary to consider a scale factor that can vary up to about ± 20% with respect to a standard value. Since the vehicle position measuring device does not take this into account, there has been a problem that an azimuth error caused by a scale factor error is erroneously corrected as an offset error.

【0045】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、GPS航法と自律航法の複合化に
際しては、一つの計算方法で、GPS受信機の観測情報
と車両搭載センサの計測情報から車両の現在位置と進行
方位を同時に計算することができ、さらに、GPS受信
機の観測情報の誤差を精度高く検出できなくとも、車両
の現在位置と進行方位を精度高く計算できる車両位置計
測装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems. When the GPS navigation and the autonomous navigation are combined, a single calculation method is used to measure the observation information of the GPS receiver and the measurement of the sensor mounted on the vehicle. Vehicle position measurement that can simultaneously calculate the current position and heading of the vehicle from the information, and can calculate the current position and heading of the vehicle with high accuracy even if errors in the observation information of the GPS receiver cannot be detected with high accuracy. The aim is to obtain a device.

【0046】また、この発明は、車両の進行方位の方位
誤差を検出したら、その方位誤差を確実に修正できる車
両位置計測装置を得ることを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a vehicle position measuring device capable of reliably correcting the azimuth error when the azimuth error of the traveling azimuth of the vehicle is detected.

【0047】また、この発明は、車両搭載センサの方位
計測手段として相対方位センサを用い、その相対方位セ
ンサのオフセットにドリフトが生じたことを検出した場
合にも、車両の進行方位にドリフトの影響で方位誤差を
生じることのない車両位置計測装置を得ることを目的と
する。
Further, the present invention uses a relative direction sensor as a direction measuring means of a vehicle-mounted sensor, and detects the influence of the drift on the traveling direction of the vehicle even when it detects that a drift has occurred in the offset of the relative direction sensor. It is an object of the present invention to obtain a vehicle position measuring device that does not cause an azimuth error.

【0048】また、この発明は、車両の速度を計測する
手段として距離センサを用い、その距離センサの出力信
号から計算した車両の速度に誤差がある場合には、車両
の走行中に誤差を素早く補正できる速度計測装置を得る
ことを目的とし、さらに、より安定した補正が行える速
度計測装置を得ることを目的とする。
Further, the present invention uses a distance sensor as a means for measuring the speed of the vehicle, and when there is an error in the speed of the vehicle calculated from the output signal of the distance sensor, the error is quickly detected during the running of the vehicle. It is an object of the present invention to obtain a speed measuring device capable of performing correction, and further to obtain a speed measuring device capable of performing more stable correction.

【0049】また、この発明は、車両搭載センサの方位
計測手段として相対方位センサを用い、その相対方位セ
ンサのオフセットとスケールファクタに誤差がある場合
には、一つの計算方法で、誤差を素早く補正できる車両
位置計測装置を得ることを目的とし、さらに、より正確
な補正が行える車両位置計測装置を得ることを目的とす
る。
Further, the present invention uses a relative direction sensor as a direction measuring means of a vehicle-mounted sensor, and when there is an error in the offset and scale factor of the relative direction sensor, the error is quickly corrected by one calculation method. Another object of the present invention is to provide a vehicle position measuring device capable of performing more accurate correction.

【0050】また、この発明は、相対方位センサのオフ
セット誤差に起因する方位誤差は時間とともに増大する
が、スケールファクタ誤差に起因する方位誤差は旋回角
に応じて生じるという特徴に合わせた補正ができる車両
位置計測装置を得ることを目的とする。
Further, according to the present invention, the azimuth error caused by the offset error of the relative azimuth sensor increases with time, but the azimuth error caused by the scale factor error occurs according to the turning angle. An object is to obtain a vehicle position measuring device.

【0051】[0051]

【課題を解決するための手段】この発明に係る車両位置
計測装置は、位置・方位計算手段において、方位変化計
算手段が、相対方位センサの出力する車両の方位変化に
応じた信号から計算した車両の単位時間毎の方位変化
と、距離計算手段が、距離センサの出力する車両の移動
距離に応じた信号から計算した車両の単位時間毎の移動
距離より、車両の位置情報と方位情報を計算するシステ
ムモデルと、GPS受信機が衛星を利用して観測した車
両の位置情報と上記システムモデルにおける位置情報と
の関係を表した観測モデルに基づいて、状態ベクトルの
行列要素にシステムモデルの位置情報と方位情報を設定
し、観測値にはGPS受信機で観測した位置情報を設定
したカルマンフィルタを用いて、状態ベクトルの行列要
素である進行方位の修正量が所定値以下になるようにカ
ルマンゲインを調整して状態ベクトルの計算を行うよう
にしたものである。
In a vehicle position measuring apparatus according to the present invention, in a position / azimuth calculating means, a azimuth change calculating means calculates a vehicle calculated from a signal output from a relative azimuth sensor according to a azimuth change of the vehicle. And the distance calculating means calculates the position information and the direction information of the vehicle from the moving distance per unit time of the vehicle calculated from the signal output from the distance sensor according to the moving distance of the vehicle. Based on the system model and an observation model representing the relationship between the position information of the vehicle observed by the GPS receiver using the satellite and the position information in the system model, the position information of the system model is added to the matrix element of the state vector. The azimuth information is set, and a Kalman filter in which the position information observed by the GPS receiver is set is used as the observation value. Positive amount is obtained to perform the calculation of the state vector by adjusting the Kalman gain to be equal to or less than the predetermined value.

【0052】この発明に係る車両位置計測装置は、位置
・方位計算手段が、カルマンフィルタにおけるシステム
誤差の行列要素に少なくとも方位誤差を設定し、当該方
位誤差に基づいて、状態ベクトルの要素である進行方位
の修正量を制限するための所定値の計算を行うようにし
たものである。
In the vehicle position measuring apparatus according to the present invention, the position / azimuth calculating means sets at least an azimuth error in a matrix element of a system error in the Kalman filter and, based on the azimuth error, a traveling azimuth which is an element of a state vector. The calculation of a predetermined value for limiting the amount of correction is performed.

【0053】この発明に係る車両位置計測装置は、方位
変化計算手段において、相対方位センサの出力信号から
検出した当該出力信号のオフセットを、出力信号から差
し引いた後でスケールファクタを乗算し、車両の単位時
間毎の方位変化を計算するとともに、オフセット更新時
にはその履歴からドリフトを計算するようにし、また位
置・方位計算手段が、このオフセットのドリフトに基づ
いて状態ベクトルの行列要素である進行方位の修正量を
制限するための所定値の計算も行うようにしたものであ
る。
In the vehicle position measuring device according to the present invention, the azimuth change calculating means multiplies the offset of the output signal detected from the output signal of the relative azimuth sensor by the scale factor after subtracting the offset from the output signal, and In addition to calculating the azimuth change for each unit time, the drift is calculated from the history when the offset is updated, and the position / azimuth calculation means corrects the traveling azimuth which is a matrix element of the state vector based on the drift of the offset. The calculation of a predetermined value for limiting the amount is also performed.

【0054】この発明に係る速度計測装置は、速度計算
手段において、距離センサの出力信号とスケールファク
タおよび加速度から速度を計算するシステムモデルと、
GPS受信機で観測した速度情報とシステムモデルにお
ける速度情報の関係を表した観測モデルに基づいて、状
態ベクトルの行列要素にシステムモデルの速度とスケー
ルファクタを設定し、観測値にはGPS受信機で観測し
た速度情報を設定したカルマンフィルタを用いて、所定
時間における距離センサの出力信号とGPS受信機で観
測した速度情報の、それぞれの変化率の差異が所定値以
下である場合にのみ状態ベクトルの計算を行うようにし
たものである。
In the speed measuring device according to the present invention, in the speed calculating means, a system model for calculating the speed from the output signal of the distance sensor, the scale factor and the acceleration,
Based on the observation model showing the relationship between the speed information observed by the GPS receiver and the speed information in the system model, the speed and scale factor of the system model are set in the matrix element of the state vector, and the observed value is set by the GPS receiver. Using a Kalman filter that sets the observed velocity information, the state vector is calculated only when the difference between the rate of change of the output signal of the distance sensor and the velocity information observed by the GPS receiver at a predetermined time is less than a predetermined value. Is performed.

【0055】この発明に係る速度計測装置は、カルマン
フィルタで所定回数計算した距離センサのスケールファ
クタの標準偏差が平均値に対して所定値以下の比率にな
った場合に、速度計算手段にて距離センサのスケールフ
ァクタを補正するようにしたものである。
The speed measuring device according to the present invention is characterized in that when the standard deviation of the scale factor of the distance sensor calculated by the Kalman filter a predetermined number of times becomes a ratio equal to or less than a predetermined value with respect to the average value, the distance calculating means uses the distance sensor. Is corrected.

【0056】[0056]

【0057】この発明に係る車両位置計測装置は、方位
変化計算手段において、相対方位センサの出力信号から
オフセット検出手段の検出したオフセットを差し引いた
値にスケールファクタを乗算して車両の単位時間毎の方
位変化を計算し、さらにその方位変化を積算した方位を
計算するシステムモデルと、このシステムモデルにおけ
る方位情報とGPS受信機で観測した方位情報の関係を
表した観測モデルとに基づいて、状態ベクトルの行列要
素にシステムモデルのオフセットとスケールファクタお
よび方位変化を積算した方位を設定し、観測値にはGP
S受信機で観測した方位情報を設定したカルマンフィル
タを用いて状態ベクトルを計算するようにし、さらに、
位置・方位計算手段において、GPS受信機で観測した
位置情報と、方位変化計算手段および距離・速度計算手
段で計算した車両の移動距離と方位変化をもとに、当該
車両の現在位置と進行方位を計算する車両位置計測装置
において、オフセット検出手段によって相対方位センサ
のオフセットが検出されると、当該相対方位センサのオ
フセットと位置・方位計算手段で計算した進行方位を初
期値として、カルマンフィルタにおける状態ベクトルの
スケールファクタ以外の行列要素の初期化を、方位変化
計算手段にて行うようにしたものである。
[0057] The vehicle position measuring apparatus according to the present invention, orientation
In the change calculation means, from the output signal of the relative direction sensor
The offset detected by the offset detection means has been subtracted.
Multiply the value by the scale factor to calculate the vehicle
Calculate the position change, and then add the azimuth change
The system model to be calculated and the
Between the azimuth information and the azimuth information observed by the GPS receiver.
Based on the represented observation model,
The offset and scale factor of the system model
Set the azimuth obtained by integrating the azimuth and azimuth change.
Kalman fill with azimuth information observed by S receiver
To calculate the state vector using
Observed by GPS receiver in position / azimuth calculation means
Position information, direction change calculation means and distance / speed calculation
Based on the vehicle's travel distance and azimuth change calculated in steps,
Vehicle position measurement device that calculates the current position and heading of the vehicle
When the offset of the relative azimuth sensor is detected by the offset detecting means , the offset of the relative azimuth sensor and the traveling azimuth calculated by the position / azimuth calculating means are used as initial values, and matrix elements other than the scale factor of the state vector in the Kalman filter are used. Is initialized by the azimuth change calculating means.

【0058】この発明に係る車両位置計測装置は、方位
変化計算手段において、相対方位センサの出力信号から
オフセット検出手段の検出したオフセットを差し引いた
値にスケールファクタを乗算して車両の単位時間毎の方
位変化を計算し、さらにその方位変化を積算した方位を
計算するシステムモデルと、このシステムモデルにおけ
る方位情報とGPS受信機で観測した方位情報の関係を
表した観測モデルとに基づいて、状態ベクトルの行列要
素にシステムモデルのオフセットとスケールファクタお
よび方位変化を積算した方位を設定し、観測値にはGP
S受信機で観測した方位情報を設定したカルマンフィル
タを用いて状態ベクトルを計算するようにし、さらに、
位置・方位計算手段において、GPS受信機で観測した
位置情報と、方位変化計算手段および距離・速度計算手
段で計算した車両の移動距離と方位変化をもとに、当該
車両の現在位置と進行方位を計算する車両位置計測装置
において、方位変化が所定値以下の場合にカルマンフィ
ルタでスケールファクタが所定値以上補正されることの
ないように、方位変化計算手段がカルマンゲインを調整
して状態ベクトルの計算を行うようにしたものである。
In the vehicle position measuring device according to the present invention, the azimuth change calculating means uses the output signal of the relative azimuth sensor as a signal.
The offset detected by the offset detection means has been subtracted.
Multiply the value by the scale factor to calculate the vehicle
Calculate the position change, and then add the azimuth change
The system model to be calculated and the
Between the azimuth information and the azimuth information observed by the GPS receiver.
Based on the represented observation model,
The offset and scale factor of the system model
Set the azimuth obtained by integrating the azimuth and azimuth change.
Kalman fill with azimuth information observed by S receiver
To calculate the state vector using
Observed by GPS receiver in position / azimuth calculation means
Position information, direction change calculation means and distance / speed calculation
Based on the vehicle's travel distance and azimuth change calculated in steps,
Vehicle position measurement device that calculates the current position and heading of the vehicle
Wherein the azimuth change calculating means adjusts the Kalman gain to calculate the state vector so that the scale factor is not corrected by the predetermined value or more by the Kalman filter when the azimuth change is equal to or less than the predetermined value. is there.

【0059】この発明に係る車両位置計測装置は、方位
変化計算手段において、相対方位センサの出力信号から
オフセット検出手段の検出したオフセットを差し引いた
値にスケールファクタを乗算して車両の単位時間毎の方
位変化を計算し、さらにその方位変化を積算した方位を
計算するシステムモデルと、このシステムモデルにおけ
る方位情報とGPS受信機で観測した方位情報の関係を
表した観測モデルとに基づいて、状態ベクトルの行列要
素にシステムモデルのオフセットとスケールファクタお
よび方位変化を積算した方位を設定し、観測値にはGP
S受信機で観測した方位情報を設定したカルマンフィル
タを用いて状態ベクトルを計算するようにし、さらに、
位置・方位計算手段において、GPS受信機で観測した
位置情報と、方位変化計算手段および距離・速度計算手
段で計算した車両の移動距離と方位変化をもとに、当該
車両の現在位置と進行方位を計算する車両位置計測装置
において、車両の進行方位が所定時間内に所定値以上変
化した直後では、その後所定時間が経過するまで、カル
マンフィルタでオフセットが所定値以上補正されること
のないように、方位変化計算手段がカルマンゲインを調
整して状態ベクトルの計算を行うようにしたものであ
る。
In the vehicle position measuring device according to the present invention, the azimuth change calculating means uses the output signal of the relative azimuth sensor as the
The offset detected by the offset detection means has been subtracted.
Multiply the value by the scale factor to calculate the vehicle
Calculate the position change, and then add the azimuth change
The system model to be calculated and the
Between the azimuth information and the azimuth information observed by the GPS receiver.
Based on the represented observation model,
The offset and scale factor of the system model
Set the azimuth obtained by integrating the azimuth and azimuth change.
Kalman fill with azimuth information observed by S receiver
To calculate the state vector using
Observed by GPS receiver in position / azimuth calculation means
Position information, direction change calculation means and distance / speed calculation
Based on the vehicle's travel distance and azimuth change calculated in steps,
Vehicle position measurement device that calculates the current position and heading of the vehicle
, The heading of the vehicle changes by a predetermined value or more within a predetermined time.
Immediately after the conversion , the azimuth change calculation means adjusts the Kalman gain to calculate the state vector so that the offset is not corrected by the Kalman filter by a predetermined value or more until a predetermined time elapses thereafter. It is.

【0060】[0060]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による車
両位置計測装置の構成を示すブロック図である。図にお
いて、1は車両の移動距離を検出して、その移動距離に
応じたパルス信号を出力する距離センサである。2は衛
星からの電波を受信するGPSアンテナが接続され、当
該アンテナにて受信した衛星からの電波より、車両の現
在位置、速度、進行方位などを観測するGPS受信機で
あり、この実施の形態1では少なくとも車両の現在位置
を計測して位置データを出力するものが用いられる。3
は車両の方位変化を検出して、それに応じた信号を出力
する相対方位センサであり、この実施の形態1ではジャ
イロを用いて車両のヨーレートに応じた角速度信号を出
力するものが用いられる。4はあらかじめメモリに記憶
されている制御プログラムにしたがって、車両の進行方
位と現在位置を演算するコンピュータを含む信号処理器
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a vehicle position measuring device according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a distance sensor that detects a moving distance of a vehicle and outputs a pulse signal according to the moving distance. Reference numeral 2 denotes a GPS receiver to which a GPS antenna for receiving a radio wave from a satellite is connected and which observes the current position, speed, heading and the like of the vehicle from the radio wave from the satellite received by the antenna. In No. 1, a device that measures at least the current position of the vehicle and outputs position data is used. 3
Is a relative azimuth sensor that detects a change in the azimuth of the vehicle and outputs a signal corresponding to the change. In the first embodiment, a sensor that outputs an angular velocity signal according to the yaw rate of the vehicle using a gyro is used. Reference numeral 4 denotes a signal processor including a computer for calculating the traveling direction and the current position of the vehicle according to a control program stored in a memory in advance.

【0061】上記信号処理器4内において、41は距離
センサ1の出力信号から車両の単位時間毎の移動距離を
計算するための距離・速度計算手段であり、この実施の
形態1においては、単位時間毎の移動距離と速度とを計
算する距離・速度計算手段が用いられている。42は相
対方位センサ3の出力信号のオフセットを検出するオフ
セット検出手段であり、43は相対方位センサ3の出力
信号から車両の単位時間毎の方位変化を計算する方位変
化計算手段である。
In the signal processor 4, reference numeral 41 denotes distance / speed calculating means for calculating the moving distance of the vehicle per unit time from the output signal of the distance sensor 1. Distance / speed calculating means for calculating a moving distance and a speed for each time is used. Reference numeral 42 denotes an offset detecting means for detecting an offset of the output signal of the relative azimuth sensor 3, and reference numeral 43 denotes an azimuth change calculating means for calculating a azimuth change of the vehicle per unit time from the output signal of the relative azimuth sensor 3.

【0062】また、44は車両の位置と方位を計算する
位置・方位計算手段である。なお、この実施の形態1で
は、当該位置・方位計算手段44として、距離・速度計
算手段41と方位変化計算手段43で計算した車両の単
位時間毎の移動距離と方位変化に基づいて車両の位置情
報と方位情報を計算するシステムモデルと、GPS受信
機2で観測した位置情報とこのシステムモデルにおける
位置情報の関係を表した観測モデルとから、状態ベクト
ルの行列要素に上記システムモデルの位置情報と方位情
報を設定し、観測値にはGPS受信機2で観測した位置
情報を設定したカルマンフィルタを用いて、そのカルマ
ンゲインを状態ベクトルの要素である進行方位の修正量
が所定値以下になるように調整して状態ベクトルを計算
するものが用いられている。
Reference numeral 44 denotes position / direction calculation means for calculating the position and direction of the vehicle. In the first embodiment, the position / azimuth calculating means 44 is based on the moving distance of the vehicle per unit time and the azimuth change calculated by the distance / speed calculating means 41 and the azimuth change calculating means 43. From a system model for calculating information and azimuth information, and an observation model representing the relationship between position information observed by the GPS receiver 2 and position information in this system model, the position information of the system model is added to the matrix element of the state vector. The azimuth information is set, and a Kalman filter in which the position information observed by the GPS receiver 2 is set is used as the observation value, and the Kalman gain is adjusted so that the correction amount of the traveling azimuth which is an element of the state vector is equal to or less than a predetermined value. One that adjusts to calculate a state vector is used.

【0063】次に信号処理器4の各手段の動作について
説明する。ここで、図2はメインルーチンの処理内容を
示すフローチャートであり、図3は所定時間Δt毎に実
行される第1の割込処理の内容を示すフローチャート、
図4は距離センサ1から信号が出力されたときに実行さ
れる第2の割込処理の内容を示すフローチャート、図5
はGPS受信機2から観測周期毎に出力されるGPS観
測情報を受信するための第3の割込処理の内容を示すフ
ローチャートである。また、図6は位置・方位計算手段
44における演算処理の内容を示すフローチャートであ
る。
Next, the operation of each means of the signal processor 4 will be described. Here, FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of the main routine, and FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the first interrupt processing executed every predetermined time Δt.
FIG. 4 is a flowchart showing the content of a second interrupt process executed when a signal is output from the distance sensor 1, and FIG.
Is a flowchart showing the contents of a third interrupt process for receiving GPS observation information output from the GPS receiver 2 in each observation cycle. FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the arithmetic processing in the position / azimuth calculating means 44.

【0064】図2に示したメインルーチンは、信号処理
器4を構成する距離・速度計算手段41、オフセット検
出手段42、方位変化計算手段43、および位置・方位
計算手段44などのすべての手段の動作を管理する。ま
ず、そのステップST201において、すべての処理を
初期化する。次にステップST202に進み、処理開始
タイミングか否かを処理開始フラグを参照して判断す
る。この処理開始フラグがセットされていれば、処理開
始タイミングであるとしてステップST203に分岐
し、当該フラグがクリアされていれば、処理開始タイミ
ングでないとしてこの処理開始フラグがセットされるま
で待機する。
The main routine shown in FIG. 2 is executed by all means such as the distance / speed calculating means 41, offset detecting means 42, azimuth change calculating means 43, and position / azimuth calculating means 44 which constitute the signal processor 4. Manage behavior. First, in step ST201, all processes are initialized. Next, the process proceeds to step ST202, and it is determined whether or not it is the processing start timing with reference to the processing start flag. If the processing start flag has been set, it is determined that the processing start timing has been reached, and the process branches to step ST203. If the flag has been cleared, it is determined that the processing has not been started, and the process waits until this processing start flag is set.

【0065】ステップST203では、次回の処理のた
めにその処理開始フラグをクリアする。次にステップS
T204に進み、距離・速度計算手段41において、図
4に示す第2の割込処理で所定時間Δt毎にカウントし
た距離センサ1の出力信号のカウント値ΔNから、当
該車両の移動距離Δdと速度VelDRiを、次式
(20)、式(21)にて計算するとともに、次回の処
理のために出力信号のカウント値ΔNを0にする。な
お、この式(20)および式(21)中のSF
N→d)iは、距離センサ1の出力信号を距離に変換す
るためのスケールファクタである。
In step ST203, the processing start flag is cleared for the next processing. Next, step S
Proceeds to T204, the distance and speed calculating means 41, from the count value .DELTA.N i of the second output signal of the distance sensor 1 which is counted for each predetermined time Δt in the interrupt process shown in FIG. 4, the moving distance [Delta] d i of the vehicle And the speed Vel DRi are calculated by the following equations (20) and (21), and the count value ΔN i of the output signal is set to 0 for the next processing. It should be noted that SF (in formulas (20) and (21))
N → d) i is a scale factor for converting an output signal of the distance sensor 1 into a distance.

【0066】 Δd=Δdi−1+ΔN×SF(N→d)i ・・・(20) VelDRi=|ΔN×SF(N→d)i|/Δt ・・・(21)Δd i = Δd i−1 + ΔN i × SF (N → d) i (20) Vel DRi = | ΔN i × SF (N → d) i | / Δt (21)

【0067】次にステップST205において、上記ス
テップST204で計算された速度VelDRiが0
(停車中)の時には、オフセット検出手段42にて、停
車中における所定時間分以上の相対方位センサ3の出力
信号ωsgを平均したものを出力信号のオフセットω
ofiとする。次にステップST206において、方位
変化計算手段43が次式(22)によって、所定時間Δ
t毎に計測した相対方位センサ2の出力信号ωsgから
方位変化Δθを計算する。なお、この式(22)中の
ωofiとSF(ω→φ)iは、出力信号のオフセット
と出力信号を方位に変換するためのスケールファクタで
ある。
Next, in step ST205, the speed Vel DRi calculated in step ST204 becomes 0.
When the vehicle is stopped, the average of the output signals ω sg of the relative azimuth sensor 3 for a predetermined time or more while the vehicle is stopped is calculated by the offset detection means 42 as the offset ω of the output signal.
of . Next, in step ST206, the azimuth change calculating means 43 calculates the predetermined time Δ
The azimuth change Δθ i is calculated from the output signal ω sg of the relative azimuth sensor 2 measured every t. Note that ω offi and SF (ω → φ) i in the equation (22) are an offset of an output signal and a scale factor for converting the output signal into an azimuth.

【0068】 Δθ=Δθi−1+(ωsgi−ωofi)×SF(ω→φ)i×Δt ・・・(22)Δθ i = Δθ i−1 + (ω sgi −ω offi ) × SF (ω → φ) i × Δt (22)

【0069】次にステップST207において、GPS
受信機2からのGPS観測情報の受信が完了したか否か
をGPS観測情報受信フラグを参照して判断する。その
結果、GPS観測情報受信フラグがセットされていれ
ば、GPS受信機2からのGPS観測情報の受信が完了
したものとしてステップST208へ分岐し、当該フラ
グがクリアされていれば処理をステップST202へ戻
す。ステップST208では、次回の処理のためにその
GPS観測情報受信フラグをクリアする。
Next, in step ST207, the GPS
It is determined whether or not the reception of the GPS observation information from the receiver 2 has been completed with reference to the GPS observation information reception flag. As a result, if the GPS observation information reception flag is set, it is determined that the reception of the GPS observation information from the GPS receiver 2 has been completed, and the process branches to step ST208. If the flag is cleared, the process proceeds to step ST202. return. In step ST208, the GPS observation information reception flag is cleared for the next processing.

【0070】次にステップST209に進み、位置・方
位計算手段44によって、位置方位計測処理を実行し、
後述する計算式(カルマンフィルタ)を用いて車両の現
在位置(λ,φ)と進行方位θを計算する。次に
ステップST210において、このステップST209
で計算した車両の現在位置(λ,φ)および進行方
位θと、前記ステップST204で計算した速度Ve
DRiとを出力する。次にステップST211におい
て、GPS受信機2からGPS観測情報を受信する間の
移動距離Δdと方位変化Δθを0にした後、処理を
ステップST202に戻す。
Next, proceeding to step ST209, the position / azimuth calculating means 44 executes a position / azimuth measuring process,
The current position (λ i , φ i ) and traveling direction θ i of the vehicle are calculated using a calculation formula (Kalman filter) described later. Next, in step ST210, this step ST209
Current position (λ i , φ i ) and traveling direction θ i calculated in step ST204, and the velocity Ve calculated in step ST204.
1 DRi . In step ST 211, after the moving distance [Delta] d i and the azimuth change [Delta] [theta] i between receiving GPS observation information from the GPS receiver 2 to 0, the process returns to step ST 202.

【0071】次に、第1の割込処理について説明する。
図3に示した第1の割込処理は、所定時間Δt毎に起動
され、そのステップST301において処理開始タイミ
ングを示す処理開始フラグをセットして、この第1の割
込処理を終了する。
Next, the first interrupt processing will be described.
The first interrupt process shown in FIG. 3 is started at predetermined time intervals Δt, and in step ST301, a process start flag indicating a process start timing is set, and the first interrupt process is terminated.

【0072】次に、第2の割込処理について説明する。
図4に示した第2の割込処理は、距離センサ1より信号
が出力される度に起動され、そのステップST401に
おいて距離センサ1の出力信号をカウントしている距離
センサ信号カウンタのカウンタ値をインクリメントし
て、この第2の割込処理を終了する。
Next, the second interrupt processing will be described.
The second interrupt processing shown in FIG. 4 is started each time a signal is output from the distance sensor 1, and in step ST401, the counter value of the distance sensor signal counter counting the output signal of the distance sensor 1 is changed. The value is incremented, and the second interrupt processing ends.

【0073】次に、第3の割込処理について説明する。
図5に示したこの第3の割込処理では、まずステップS
T501において、GPS受信機2から観測周期毎に出
力されるGPS観測情報を受信した後、それを記憶す
る。次にステップST502において、すべてのGPS
観測情報の受信が完了したか否かを判定し、受信が完了
していればステップST503へ分岐し、完了していな
ければ当該第3の割込処理を終了する。ステップST5
03では、すべてのGPS観測情報の受信が完了したも
のとして、GPS観測信号受信フラグをセットし、この
第3の割込処理を終了する。
Next, the third interrupt processing will be described.
In the third interrupt processing shown in FIG.
At T501, after receiving the GPS observation information output from the GPS receiver 2 for each observation cycle, the GPS observation information is stored. Next, in step ST502, all GPS
It is determined whether or not the reception of the observation information has been completed. If the reception has been completed, the process branches to step ST503, and if not, the third interrupt processing ends. Step ST5
At 03, it is determined that all the GPS observation information has been received, the GPS observation signal reception flag is set, and the third interrupt processing ends.

【0074】次に、位置・方位計算手段44の動作につ
いて説明する。位置・方位計算手段44は、距離・速度
計算手段41で単位時間Δt毎に計算した車両の移動距
離Δdと、方位変化計算手段43で単位時間Δt毎に
計算した車両の方位変化Δθから、次式(23)〜式
(28)を用いて、車両の現在位置(λ,φ)と進
行方位θを計算するシステムモデルを求める。
Next, the operation of the position / azimuth calculation means 44 will be described. Position and orientation calculation unit 44, distance and speed calculation means 41 moving distance of the vehicle calculated for each unit time Δt by [Delta] d i, of the vehicle calculated for each azimuthal variation calculation means 43 the unit time Δt from the azimuth change [Delta] [theta] i A system model for calculating the current position (λ i , φ i ) and the traveling direction θ i of the vehicle is calculated using the following equations (23) to (28).

【0075】 λ=λi−1+Δd×sin{θi−1+Δθ}×SFd→λ+δλ ・・・(23) φ=φi−1+Δd×cos{θi−1+Δθ}×SFd→φ+δφ ・・・(24) δλ={δΔd×sinθ+δΔθ×Δd×cosθ} ×SFd→λ ・・・(25) δφ={δΔd×cosθ−δΔθ×Δd×sinθ} ×SFd→φ ・・・(26) sin{θi−1+Δθ} =cosθi−1×sinΔθ+sinθi−1×cosΔθ ・・・(27) cos{θi−1+Δθ} =cosθi−1×cosΔθ−sinθi−1×sinΔθ ・・・(28)Λi= Λi-1+ Δdi× sin {θi-1+ Δθi} × SFd → λ+ Δλi  ... (23) φi= Φi-1+ Δdi× cos {θi-1+ Δθi} × SFd → φ+ Δφi  ... (24) δλi= {ΔΔdi× sin θi+ ΔΔθi× Δdi× cos θi} × SFd → λ ... (25) δφi= {ΔΔdi× cos θi−δΔθi× Δdi× sin θi} × SFd → φ ... (26) sin {θi-1+ Δθi} = Cosθi-1× sinΔθi+ Sin θi-1× cosΔθi  ... (27) cos {θi-1+ Δθi} = Cosθi-1× cosΔθi−sin θi-1× sinΔθi  ... (28)

【0076】また、GPS受信機2で観測した位置情報
(λGi,φGi)と上記システムモデルの車両位置
(λ,φ)との関係を、次式(29)および式(3
0)で表す観測モデルを求める。
The relationship between the position information (λ Gi , φ Gi ) observed by the GPS receiver 2 and the vehicle position (λ i , φ i ) of the system model is expressed by the following equations (29) and (3).
Obtain an observation model represented by 0).

【0077】 λGi=λ+δλGi ・・・(29) φGi=φ+δφGi ・・・(30)Λ Gi = λ i + δλ Gi (29) φ Gi = φ i + δφ Gi (30)

【0078】なお、上記式(23)〜式(29)と、式
(29)および式(30)において、iは離散時刻、λ
i−1とφi−1は離散時刻i−1における車両位置の
経度と緯度、θi−1は離散時刻i−1における車両の
進行方位であり、SFd→λとSFd→φは経度または
緯度方向の移動量(距離)の単位を経度または緯度の単
位へ変換するための係数である。δλとδφは車両
位置の経度誤差と緯度誤差、δΔθとδΔdは方位
変化Δθと移動距離Δdの誤差であり、δλGi
δφGiはGPS受信機で観測した位置情報(λGi
φGi)の誤差である。
In the above equations (23) to (29), (29) and (30), i is a discrete time, λ
i-1 and φ i-1 are the longitude and latitude of the vehicle position at discrete time i-1, θ i-1 is the heading of the vehicle at discrete time i-1, and SF d → λ and SF d → φ are This is a coefficient for converting the unit of the moving amount (distance) in the longitude or latitude direction into the unit of longitude or latitude. [delta] [lambda] i and .delta..phi i longitude error and latitude errors in the vehicle position, δΔθ i and Derutaderutad i is the error of the moving distance [Delta] d i and orientation change [Delta] [theta] i, the position information [delta] [lambda] Gi and .delta..phi Gi is observed by the GPS receiver ( λ Gi ,
φ Gi ).

【0079】次に、これらのシステムモデルと観測モデ
ルに基づいて、次式(31)〜式(35)による状態方
程式と、式(36)〜式(39)による観測方程式、お
よび式(40)〜式(44)によるカルマンフィルタ方
程式により、車両の現在位置(λ,φ)と進行方位
θを計算する。
Next, based on the system model and the observation model, a state equation based on the following equations (31) to (35), an observation equation based on the equations (36) to (39), and an equation (40) -The current position (λ i , φ i ) and the heading θ i of the vehicle are calculated by the Kalman filter equation according to equation (44).

【0080】 [0080]

【0081】 [0081]

【0082】 xi|i=xi|i−1+K{y−(Hxi|i−1+v)} ・・・(40) xi+1|i=Fi|i+G ・・・(41) K=Σi|i−1[HΣi|i−1+Σvi]−1 ・・・(42) Σi|i=Σi|i−1−KHΣi|i−1 ・・・(43) Σi+1|i=FΣi|i +GΣwi ・・・(44)Xi | i= Xi | i-1+ Ki{yi− (Hxi | i-1+ Vi)} ・ ・ ・ (40) xi + 1 | i= Fixi | i+ Giwi ... (41) Ki= Σi | i-1HT[HΣi | i-1HT+ Σvi]-1  ... (42) Σi | i= Σi | i-1-Kii | i-1  ... (43) Σi + 1 | i= FiΣi | iFi T+ GiΣwiGi T  ... (44)

【0083】なお、上記式(31)〜式(35)と、式
(36)〜式(39)において、x は離散時刻iにお
ける状態ベトクル、Fは同じく離散時刻iにおける状
態遷移行列、Gは同じく駆動行列、wは同じくシス
テム雑音、yは同じく観測値、vは同じく観測雑音
であり、Hは観測行列である。また、上記式(40)〜
式(44)において、xi|iは離散時刻iにおける状
態ベクトルの推定量、xi+1|iは離散時刻iにおけ
る離散時刻i+1の状態ベクトルの予測量であり、K
はカルマンゲイン、Σi|iは離散時刻iにおける状態
ベクトルの共分散行列の推定量、Σi+1|iは離散時
刻iにおける離散時刻i+1の共分散行列の予測量、Σ
viは観測誤差の共分散行列、Σwiはシステム誤差の
共分散行列であるが、行列の各要素は行列式を計算すれ
ば求まるものなので、説明を省略する。
Note that the above equations (31) to (35) and
In (36) to (39), x iAt discrete time i
Opening vector, FiIs also the state at discrete time i
State transition matrix, GiIs also the driving matrix, wiIs also a cis
System noise, yiIs also the observed value, viIs also the observation noise
And H is the observation matrix. In addition, the above equations (40) to
In equation (44), xi | iIs the state at discrete time i
State vector estimator, xi + 1 | iIs at discrete time i
Of the state vector at discrete time i + 1i
Is Kalman gain, Σi | iIs the state at discrete time i
Estimator of the covariance matrix of the vector, Σi + 1 | iIs discrete time
The predicted amount of the covariance matrix at discrete time i + 1 at time i, Σ
viIs the covariance matrix of the observation error, ΣwiIs the system error
Is a covariance matrix, but each element of the matrix is
Since it can be found, the description is omitted.

【0084】次に、図6のフローチャートにしたがっ
て、位置・方位計算手段44の演算処理の内容について
説明する。まずステップST601において、距離・速
度計算手段41で計算した車両の速度VelDRiが0
より大きいか否かを判定する。その結果、速度Vel
DR が0ならば停車中と判断して処理を終了し、0よ
り大きければ走行中と判断してステップST602へ進
む。ステップST602では、GPS受信機2によって
2次元あるいは3次元測位が行われており、かつ前回カ
ルマンフィルタによって車両の現在位置(λ,φ
と進行方位θを計算してから所定距離以上移動したか
否かを判定する。このステップST602による判定結
果がYesであればステップST603に分岐し、逆に
判定結果がNoであればステップST605に分岐す
る。
Next, the contents of the arithmetic processing of the position / azimuth calculating means 44 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step ST601, the vehicle speed Vel DRi calculated by the distance / speed calculation means 41 is 0.
It is determined whether it is greater than. As a result, the speed Vel
DR i is completed and the process is determined to 0, the vehicle is stopped, the process proceeds to determine the traveling greater than 0 to step ST 602. In step ST602, two-dimensional or three-dimensional positioning is performed by the GPS receiver 2, and the current position (λ i , φ i ) of the vehicle is determined by the previous Kalman filter.
And the traveling azimuth θ i are calculated, and it is determined whether or not the vehicle has moved a predetermined distance or more. If the determination result in step ST602 is Yes, the process branches to step ST603, and if the determination result is No, the process branches to step ST605.

【0085】ステップST603では観測誤差の評価を
行う。すなわち、所定区間分にわたってGPS受信機2
で観測した位置情報(λGi,φGi)の分散と標準偏
差を計算して、緯度λGiと経度φGiの標準偏差を観
測誤差vの行列要素とするとともに、緯度λGiと経
度φGi標準偏差から観測誤差の共分散行列Σviを計
算する。次にステップST604においてシステム誤差
の評価を行う。すなわち、距離センサ1の出力信号の最
小間隔(距離分解能)から距離誤差δΔdを計算し、
また、所定区間におけるGPS航跡と車両位置の走行軌
跡の両者の移動方向の差を方位誤差δΔθとして計算
する。このステップST604の処理が終了すると、処
理をステップST606に進める。一方、ステップST
605では、カルマンゲインKを0にした後、処理を
ステップST606に進める。
At step ST603, an observation error is evaluated. That is, the GPS receiver 2 over a predetermined section
In the observation position information (λ Gi, φ Gi) by calculating the variance and standard deviation of, as well as the standard deviation of latitude lambda Gi and longitude phi Gi and matrix elements of the observation error v i, latitude lambda Gi and longitude phi A covariance matrix 観測 vi of the observation error is calculated from the Gi standard deviation. Next, in step ST604, the system error is evaluated. That is, to calculate the distance error Derutaderutad i from the distance minimum interval of the output signal of the sensor 1 (axial resolution),
Moreover, calculating the difference in the direction of movement of both the travel locus of the GPS track and the vehicle position at a given interval as a direction error δΔθ i. When the process of step ST604 ends, the process proceeds to step ST606. On the other hand, step ST
In 605, after the Kalman gain K i to 0, the process proceeds to step ST606.

【0086】ステップST606では、GPS受信機2
で観測した位置情報(λGi,φ )を観測値y
して、上記式(31)〜式(35)、式(36)〜式
(39)、および式(40)〜式(44)にしたがって
状態ベクトルの推定量xi|iを計算する。なお、状態
ベクトルの行列要素である進行方位θの修正量が所定
値より大きい場合には、修正量が所定値以下になるま
で、カルマンゲインKの行列の全要素を小さ目に調整
して、状態ベクトルの推定量xi|iを計算し直す。次
にステップST607において、式(31)〜式(3
5)を用いて状態遷移行列Fの計算を行い、さらにス
テップST608において、式(31)〜式(35)を
用いて駆動行列Gの計算を行う。次にステップST6
09において、式(40)〜式(44)にしたがって状
態ベクトルの予測量xi+1|iを計算する。
In step ST606, the GPS receiver 2
Using the position information (λ Gi , φ G i ) observed in the above as the observed value y i , the above equations (31) to (35), (36) to (39), and (40) to (44) ) Is calculated according to the state vector estimator xi | i . When the correction amount of the traveling azimuth θ i which is a matrix element of the state vector is larger than a predetermined value, all the elements of the matrix of the Kalman gain K i are adjusted to a small value until the correction amount becomes equal to or smaller than the predetermined value. , The state vector estimator x i | i is recalculated. Next, in step ST607, equations (31) to (3)
The state transition matrix F i is calculated using 5), and in step ST608, the driving matrix G i is calculated using Expressions (31) to (35). Next, step ST6
In 09, the predicted amount x i + 1 | i of the state vector is calculated according to the equations (40) to (44).

【0087】次にステップST610に進み、上記ステ
ップST602の場合と同様に、GPS受信機2で2次
元あるいは3次元測位が行われており、かつ前回カルマ
ンフィルタによって現在位置(λ,φ)と進行方位
θを計算してから所定距離以上移動したか否かを判定
する。このステップST610による判定結果がYes
であればステップST611に分岐し、逆に判定結果が
Noであれば当該位置・方位計算手段44による演算処
理を終了する。
Next, proceeding to step ST610, as in the case of step ST602, two-dimensional or three-dimensional positioning is performed by the GPS receiver 2, and the current position (λ i , φ i ) is determined by the previous Kalman filter. After calculating the traveling azimuth θ i , it is determined whether or not the vehicle has moved a predetermined distance or more. If the determination result in step ST610 is Yes
If so, the process branches to step ST611, and if the determination result is No, the calculation processing by the position / azimuth calculation means 44 ends.

【0088】ステップST611では、上記式(43)
を用いて誤差共分散の推定量Σi| の計算を行い、さ
らにステップST612に進んで、式(44)を用いて
誤差共分散の予測量Σi+1|iを計算する。次にステ
ップST613において、式(42)を用いてカルマン
ゲインKを計算した後、この位置・方位計算手段44
による演算処理を終了する。
In step ST611, the above equation (43) is obtained.
Is used to calculate the estimated amount 誤差i | i of the error covariance, and further proceeds to step ST612 to calculate the estimated amount 誤差i + 1 | i of the error covariance using equation (44). In step ST 613, after calculating the Kalman gain K i using equation (42), the position and orientation calculation unit 44
The arithmetic processing according to is terminated.

【0089】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、相対方位センサ3の出力信号から方位変化計算手段
43の計算した車両の単位時間毎の方位変化と、距離セ
ンサ1の出力信号から距離・速度計算手段41の計算し
た車両の単位時間毎の移動距離から、車両の位置情報と
方位情報を計算するシステムモデルと、GPS受信機2
が観測した車両の位置情報とシステムモデルにおける位
置情報との関係を表した観測モデルに基づいて、状態ベ
クトルの行列要素に上記システムモデルの位置情報と方
位情報を設定し、観測値にはGPS受信機2で観測した
位置情報を設定したカルマンフィルタを用いて、状態ベ
クトルの行列要素である進行方位の修正量が所定値以下
になるようにカルマンゲインを調整して、位置・方位計
算手段44が状態ベクトルの計算を行うように構成した
ので、GPS航法と自律航法の複合化に際して、一つの
計算方法で、GPS受信機2の観測情報と車両搭載セン
サ1,3の計測情報から、車両の現在位置と進行方位を
同時に計算することが可能となり、仮に、カルマンフィ
ルタにおける観測誤差が一時的に不正確になっても、車
両の現在位置と進行方位の精度が直ちに低下するような
ことはなくなって、車両の現在位置と進行方位の信頼性
が向上し、さらに、GPS受信機2の観測情報の誤差を
高い精度で検出できなくとも、車両の現在位置と進行方
位を精度よく計算できる車両位置計測装置を実現するこ
とができるという効果が得られる。
As described above, according to the first embodiment, the azimuth change of the vehicle per unit time calculated by the azimuth change calculating means 43 from the output signal of the relative azimuth sensor 3 and the output signal of the distance sensor 1 A system model for calculating position information and azimuth information of the vehicle from the moving distance of the vehicle per unit time calculated by the distance / speed calculating means 41, and a GPS receiver 2
Sets the position information and azimuth information of the system model in the matrix element of the state vector based on the observation model representing the relationship between the position information of the observed vehicle and the position information in the system model. The Kalman gain is adjusted so that the correction amount of the traveling direction, which is a matrix element of the state vector, is equal to or less than a predetermined value by using a Kalman filter in which the position information observed by the aircraft 2 is set. Since the calculation of the vector is performed, when the GPS navigation and the autonomous navigation are combined, the current position of the vehicle is obtained from the observation information of the GPS receiver 2 and the measurement information of the onboard sensors 1 and 3 by one calculation method. And the heading can be calculated at the same time, and even if the observation error in the Kalman filter temporarily becomes inaccurate, The accuracy of the azimuth does not immediately decrease, the reliability of the current position and the traveling azimuth of the vehicle is improved, and even if the error of the observation information of the GPS receiver 2 cannot be detected with high accuracy, An effect is obtained that a vehicle position measuring device capable of accurately calculating the current position and the traveling direction can be realized.

【0090】実施の形態2.上記実施の形態1に示した
位置・方位計算手段44を、カルマンフィルタにおける
システム誤差の行列要素に少なくとも方位誤差を設定
し、進行方向の修正量を制限するための所定値を、その
方位誤差に基づいて計算するものとしてもよい。この発
明の実施の形態2はそのような車両位置計測装置に関す
るものであり、その構成は図1に示した上記実施の形態
1の場合と同様であるため、その図示および説明は割愛
する。
Embodiment 2 The position / azimuth calculating means 44 shown in the first embodiment is configured to set at least an azimuth error in a matrix element of a system error in the Kalman filter, and to determine a predetermined value for limiting the correction amount in the traveling direction based on the azimuth error. May be calculated. The second embodiment of the present invention relates to such a vehicle position measuring device, and its configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and therefore, its illustration and description are omitted.

【0091】この発明の実施の形態2による車両位置計
測装置は、図6のフローチャートに示した位置・方位計
算手段44による計測動作の、ステップST606にお
ける状態ベクトルの推定動作だけが、実施の形態1のそ
れと異なる他は実施の形態1と同一であるので、以下で
は、この実施の形態2におけるステップST606の動
作についてのみ説明する。
The vehicle position measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment only in the state vector estimating operation in step ST606 of the measuring operation by position / azimuth calculating means 44 shown in the flowchart of FIG. Since the other points are the same as those of the first embodiment, only the operation of step ST606 in the second embodiment will be described below.

【0092】この実施の形態2のステップST606で
も実施の形態1の場合と同様に、GPS受信機2にて観
測された位置情報(λGi,φGi)を観測値yとし
て、上記式(31)〜式(35)、式(36)〜式(3
9)、および式(40)〜式(44)にしたがって状態
ベクトルの推定量xi|iの計算を行い、状態ベクトル
の行列要素である進行方位θの修正量が所定値より大
きい場合には、当該修正量が所定値以下になるまで、カ
ルマンゲインKの行列の全要素を小さ目に調整して、
状態ベクトルの推定量xi|iを計算し直す。なお、そ
のとき進行方位θの修正量を制限するための所定値
は、ステップST604で求めた方位誤差δΔθに所
定の係数を乗算することによって求める。
In the step ST606 of the second embodiment, similarly to the first embodiment, the position information (λ Gi , φ Gi ) observed by the GPS receiver 2 is set as the observed value y i , and 31) to Equation (35), Equations (36) to Equation (3)
9) and calculation of the estimated amount x i | i of the state vector according to the equations (40) to (44), and when the correction amount of the traveling direction θ i which is a matrix element of the state vector is larger than a predetermined value. Adjusts all the elements of the matrix of Kalman gain K i to a small value until the correction amount becomes equal to or less than a predetermined value,
Recalculate the estimated amount x i | i of the state vector. At this time, the predetermined value for limiting the correction amount of the traveling azimuth θ i is obtained by multiplying the azimuth error δΔθ i obtained in step ST604 by a predetermined coefficient.

【0093】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、実施の形態1の位置・方位計算手段44のカルマン
フィルタにおけるシステム誤差の行列要素に、少なくと
も方位誤差を設定し、その方位誤差に基づいて、状態ベ
クトルの要素である進行方位の修正量を制限するための
所定値の計算を行うように構成したので、車両の進行方
位の方位誤差を検出した場合、その方位誤差を確実に修
正でき、車両の現在位置と進行方位を精度よく求めるこ
とができる車両位置計測装置が実現できるという効果が
得られる。
As described above, according to the second embodiment, at least the azimuth error is set to the matrix element of the system error in the Kalman filter of the position / azimuth calculation means 44 of the first embodiment, and the azimuth error is set. Therefore, since the calculation of a predetermined value for limiting the correction amount of the heading direction, which is an element of the state vector, is performed, when the heading error of the heading direction of the vehicle is detected, the heading error can be corrected reliably. Thus, an effect is obtained that a vehicle position measuring device that can accurately determine the current position and the traveling direction of the vehicle can be realized.

【0094】実施の形態3.上記実施の形態1に示した
位置・方位計算手段44を、相対方位センサ3のオフセ
ットのドリフトの大きさに基づいて、進行方向の修正量
を制限するための所定値を計算するものとしてもよい。
この発明の実施の形態3はそのような車両位置計測装置
に関するものであり、その構成は図1に示した上記実施
の形態1の場合と同様であるため、その図示および説明
は割愛する。
Embodiment 3 The position / azimuth calculating means 44 shown in the first embodiment may calculate a predetermined value for limiting the correction amount in the traveling direction based on the magnitude of the drift of the offset of the relative azimuth sensor 3. .
The third embodiment of the present invention relates to such a vehicle position measuring device, and its configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and therefore, its illustration and description are omitted.

【0095】この発明の実施の形態3による車両位置計
測装置は、図2に示したメインルーチンのオフセット検
出手段42によるステップST205の演算処理と、図
6に示した位置・方位計算手段44による計測動作のス
テップST606の推定動作だけが、実施の形態1のそ
れと異なる他は実施の形態1と同一であるので、以下で
は、この実施の形態3におけるステップST205の演
算処理とステップST606の推定動作についてのみ説
明する。
The vehicle position measuring device according to the third embodiment of the present invention includes the calculation processing of step ST205 by offset detecting means 42 of the main routine shown in FIG. 2 and the measurement by position / azimuth calculating means 44 shown in FIG. Only the estimation operation of step ST606 of the operation is the same as that of the first embodiment except that it is different from that of the first embodiment. Hereinafter, the calculation process of step ST205 and the estimation operation of step ST606 in the third embodiment will be described below. I will explain only.

【0096】この実施の形態3におけるステップST2
05においても、実施の形態1の場合と同様に、ステッ
プST204で計算された速度VelDRiが0(停車
中)の時には、オフセット検出手段42にて、停車中に
おける所定時間分以上の相対方位センサ3の出力信号ω
sgを平均したものを出力信号のオフセットωofi
する。なお、そのときオフセットωofiの変化量をオ
フセットωofiの更新に要した時間で除算したものを
オフセットのドリフトとして算出する。
Step ST2 in the third embodiment
Similarly to the first embodiment, when the speed Vel DRi calculated in step ST204 is 0 (stopped), the offset detection unit 42 detects the relative azimuth sensor for a predetermined time or more during stoppage. 3 output signal ω
an average of the sg and offset ω ofi of the output signal. Incidentally, to calculate those by dividing the amount of change in the time offset omega OFI as time for updating the offset omega OFI as a drift of the offset.

【0097】また、この実施の形態3におけるステップ
ST606でも、実施の形態1の場合と同様に、GPS
受信機2で観測された位置情報(λGi,φGi)を観
測値yとして、上記式(31)〜式(35)、式(3
6)〜式(39)、および式(40)〜式(44)にし
たがって状態ベクトルの推定量xi|iの計算を行い、
状態ベクトルの行列要素である進行方位θの修正量が
所定値より大きい場合には、当該修正量が所定値以下に
なるまで、カルマンゲインKの行列のすべての要素を
小さ目に調整して、状態ベクトルの推定量xi|iを計
算し直す。なお、そのとき進行方位θの修正量を制限
するための所定値は、上記ステップST205で求めた
ドリフトに所定の係数を乗算することによって求める。
Also, in step ST606 in the third embodiment, the GPS
The position information (λ Gi , φ Gi ) observed by the receiver 2 is defined as the observed value y i , and the above equations (31) to (35) and (3)
6) to (39) and (40) to (44), the state vector estimator x i | i is calculated,
When the correction amount of the traveling azimuth θ i , which is a matrix element of the state vector, is larger than a predetermined value, all the elements of the matrix of the Kalman gain K i are adjusted to a small value until the correction amount becomes equal to or smaller than the predetermined value. , The state vector estimator x i | i is recalculated. The predetermined value for limiting the correction amount of heading theta i that time is obtained by multiplying a predetermined coefficient to drift obtained in step ST205.

【0098】以上のように、この実施の形態3によれ
ば、方位変化計算手段43にて、相対方位センサ3の出
力信号のオフセットを出力信号から差し引いた後でスケ
ールファクタを乗算し、車両の単位時間毎の方位変化を
計算するとともに、オフセット更新時にはその履歴から
ドリフトを計算し、また位置・方位計算手段44では、
状態ベクトルの行列要素である進行方位の修正量を制限
するための所定値の計算を、そのオフセットのドリフト
に基づいて行うように構成したので、ドリフトの影響で
進行方位に誤差を生じることなく車両の現在位置と進行
方位を精度よく求めることができる車両位置計測装置が
実現できるという効果が得られる。
As described above, according to the third embodiment, the azimuth change calculating means 43 multiplies the scale factor by subtracting the offset of the output signal of the relative azimuth sensor 3 from the output signal, and multiplies by the scale factor. In addition to calculating the azimuth change for each unit time, the drift is calculated from the history when the offset is updated.
Since the calculation of the predetermined value for limiting the correction amount of the heading, which is a matrix element of the state vector, is performed based on the drift of the offset, the vehicle does not generate an error in the heading due to the drift. The present invention has the effect of realizing a vehicle position measuring device that can accurately determine the current position and traveling direction of the vehicle.

【0099】実施の形態4.当該実施の形態4は速度計
測装置に関するものであり、その装置構成を図7のブロ
ック図に示す。図において、1は車両の移動距離に応じ
たパルス信号を出力する距離センサである。2はアンテ
ナで受信された衛星からの電波より、車両の現在位置、
速度、進行方位などを観測するGPS受信機で、この実
施の形態4では少なくとも車両の速度データを出力する
ものが用いられている。4はあらかじめメモリに記憶さ
れている制御プログラムにしたがって、車両の速度を演
算するコンピュータを含む信号処理器である。
Embodiment 4 The fourth embodiment relates to a speed measurement device, and the configuration of the device is shown in a block diagram of FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a distance sensor that outputs a pulse signal according to a moving distance of a vehicle. 2 is the current position of the vehicle based on the radio wave from the satellite received by the antenna,
In the fourth embodiment, a GPS receiver for observing speed, traveling direction, and the like, which outputs at least vehicle speed data, is used. Reference numeral 4 denotes a signal processor including a computer for calculating the speed of the vehicle according to a control program stored in a memory in advance.

【0100】また、この信号処理器4内において、45
は車両の速度を計算するとともに、距離センサ1の出力
信号を距離に変換するスケールファクタを計算する速度
計算手段である。なお、この実施の形態4では、当該速
度計算手段45として、距離センサ1の出力信号とスケ
ールファクタおよび加速度から速度を計算するシステム
モデルと、GPS受信機2で観測した速度情報と上記シ
ステムモデルにおける速度情報との関係を表した観測モ
デルとに基づいて、状態ベクトルの行列要素に上記シス
テムモデルの速度とスケールファクタを設定し、観測値
にはGPS受信機2で観測した速度情報を設定したカル
マンフィルタを用いて、所定時間における距離センサ1
の出力信号とGPS受信機2で観測した速度情報のそれ
ぞれの変化率の差が所定値以下である場合にのみ、状態
ベクトルを計算するものが用いられている。
In the signal processor 4, 45
Is a speed calculating means for calculating a speed of the vehicle and a scale factor for converting an output signal of the distance sensor 1 into a distance. In the fourth embodiment, as the speed calculating means 45, a system model for calculating the speed from the output signal of the distance sensor 1, the scale factor, and the acceleration, the speed information observed by the GPS receiver 2, and the speed in the system model A Kalman filter that sets the speed and scale factor of the system model in matrix elements of the state vector based on an observation model representing the relationship with the speed information, and sets the speed information observed by the GPS receiver 2 in the observation value Using the distance sensor 1 at a predetermined time
Is used to calculate the state vector only when the difference between the output signal of the GPS receiver 2 and the rate of change of the speed information observed by the GPS receiver 2 is equal to or smaller than a predetermined value.

【0101】次に、この信号処理器4内の速度計算手段
45の動作について説明する。ここで、図8は速度計算
手段45による処理のメインルーチンの内容を示すフロ
ーチャートである。その他に、所定時間Δt毎に行う第
1の割込処理、距離センサ1から信号が出力されたとき
に行う第2の割込処理、およびGPS受信機2から観測
周期毎に出力されたGPS観測情報を受信する第3の割
込処理の処理があるが、それらは実施の形態1で説明し
たものと同一であるので、ここではその説明を省略す
る。
Next, the operation of the speed calculation means 45 in the signal processor 4 will be described. Here, FIG. 8 is a flowchart showing the contents of the main routine of the processing by the speed calculation means 45. In addition, a first interrupt process performed every predetermined time Δt, a second interrupt process performed when a signal is output from the distance sensor 1, and a GPS observation output from the GPS receiver 2 at each observation cycle Although there is a third interrupt process for receiving information, these processes are the same as those described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.

【0102】図8のフローチャートに示したメインルー
チンは、信号処理器4の速度計算手段45の動作を管理
するものである。まずステップST801において、す
べての処理を初期化する。次にステップST802にお
いて、処理開始タイミングか否かを処理開始フラグを参
照して判断する。その結果、処理開始フラグがセットさ
れていれば、処理開始タイミングであるとしてステップ
ST803へ進み、クリアされていれば、処理開始タイ
ミングではないとしてこの処理開始フラグがセットされ
るまで待機する。
The main routine shown in the flowchart of FIG. 8 manages the operation of the speed calculation means 45 of the signal processor 4. First, in step ST801, all processes are initialized. Next, in step ST802, it is determined whether or not it is processing start timing with reference to the processing start flag. As a result, if the processing start flag is set, it is determined that it is processing start timing, and the process proceeds to step ST803. If it is cleared, it is determined that it is not processing start timing, and the process waits until this processing start flag is set.

【0103】ステップST803では、次回の処理のた
めに当該処理開始フラグをクリアする。次にステップS
T804において、第2の割込処理によって所定時間Δ
t毎にカウントした距離センサ1の出力信号カウント値
ΔNから、速度VelDR を上記式(20)と式
(21)を用いて計算した後、次回の処理のために、上
記出力信号カウント値ΔNを0にする。次にステップ
ST805において、GPS受信機2からのGPS観測
情報の受信が完了したか否かをGPS観測情報受信フラ
グを参照して判断する。その結果、GPS観測情報受信
フラグがセットされていれば、GPS受信機2からのG
PS観測情報の受信が完了したものとしてステップST
806へ進み、GPS観測情報受信フラグがクリアされ
ていればステップST802へ戻る。ステップST80
6では、次回の処理のために当該GPS観測情報受信フ
ラグをクリアする。
In step ST803, the processing start flag is cleared for the next processing. Next, step S
In T804, a predetermined time Δ
From the output signal count value ΔN i of the distance sensor 1 counted for each t, the velocity Vel DR i is calculated using the above equations (20) and (21), and then the output signal count is calculated for the next processing. The value ΔN i is set to 0. Next, in step ST805, it is determined whether or not the reception of the GPS observation information from the GPS receiver 2 has been completed with reference to the GPS observation information reception flag. As a result, if the GPS observation information reception flag is set, the GPS
Step ST assumes that the reception of PS observation information has been completed.
The process proceeds to 806, and if the GPS observation information reception flag has been cleared, the process returns to step ST802. Step ST80
In step 6, the GPS observation information reception flag is cleared for the next processing.

【0104】以下のステップST807からステップS
T818までの処理は、距離センサ1のスケールファク
タSF(N→d)iを補正するための処理であり、所定
時間における、距離センサ1の出力信号とGPS受信機
2で観測した速度情報Vel GPSiのそれぞれの変化
率の差異が所定値以下あった場合に、後述する計算式
(カルマンフィルタ)によって車両の速度VelDRi
とスケールファクタSF (N→d)iを計算する。
The following steps ST807 to S
The processing up to T818 is based on the scale factor of the distance sensor 1.
TA SF(N → d) iIs a process for correcting
Output signal of distance sensor 1 and GPS receiver in time
Speed information Vel observed in 2 GPSiEach change of
When the difference of the rate is less than or equal to a predetermined value, the calculation formula described later
(Vehicle speed Vel) by (Kalman filter)DRi
And scale factor SF (N → d) iIs calculated.

【0105】ここで、この実施の形態4におけるカルマ
ンフィルタを説明しておく。距離センサ1の出力信号カ
ウント値ΔNiとスケールファクタSF(N→d)
から、次式(45)および式(46)で速度Vel
DRiを計算するシステムモデルを求め、GPS受信機
2で観測した速度情報VelGPSiと上記システムモ
デルの速度VelDRiの関係を、次式(47)で表す
観測モデルで求める。
Here, the Kalman filter according to the fourth embodiment will be described. From the output signal count value ΔNi of the distance sensor 1 and the scale factor SF (N → d) i , the velocity Vel is calculated by the following equations (45) and (46).
A system model for calculating DRi is obtained, and the relationship between the speed information Vel GPSi observed by the GPS receiver 2 and the speed Vel DRi of the system model is obtained by an observation model represented by the following equation (47).

【0106】 SF(N→d)i=SF(N→d)i−1 ・・・(45) VelDRi=VelDRi−1+(ΔN−ΔNi−1) /ΔT×SF(N→d)i−1 ・・・(46)[0106] SF(N → d) i= SF(N → d) i-1 ... (45) VelDRi= VelDRi-1+ (ΔNi−ΔNi-1) / ΔT × SF(N → d) i-1  ... (46)

【0107】 VelGPSi=VelDRi+δVelGPSi ・・・(47)Vel GPSi = Vel DRi + δVel GPSi (47)

【0108】なお、上記式(45)および式(46)
と、式(47)において、iは離散時刻、ΔTは所定時
間、SF(N→d)iは離散時刻iにおける距離センサ
1のスケールファクタ、VelDRiは距離センサ1の
出力信号から計算した速度、VelGPSiはGPS受
信機2で観測した速度、ΔNは離散時刻i−1から離
散時刻iの間の距離センサ1の出力信号カウント値、δ
VelGPSiはVel GPSiに含まれる誤差であ
る。
It should be noted that the above equations (45) and (46)
In equation (47), i is a discrete time, ΔT is a predetermined time
Between, SF(N → d) iIs the distance sensor at discrete time i
Vel scale factor of 1DRiIs the distance sensor 1
Vel calculated from output signal, VelGPSiIs a GPS receiver
Velocity, ΔN observed by transceiver 2iIs separated from discrete time i-1
Output signal count value of distance sensor 1 during scattered time i, δ
VelGPSiIs Vel GPSiIs the error contained in
You.

【0109】次に、上記システムモデルと観測モデルと
に基づいて、次式(48)〜式(50)による状態方程
式と、式(51)〜式(54)による観測方程式、およ
び式(55)〜式(59)に示したカルマンフィルタ方
程式により、車両の速度VelDRiと距離センサ1の
スケールファクタSF(N→d)iをそれぞれ計算す
る。
Next, based on the system model and the observation model, a state equation based on the following equations (48) to (50), an observation equation based on the equations (51) to (54), and an equation (55) -The vehicle speed Vel DRi and the scale factor SF (N → d) i of the distance sensor 1 are calculated by the Kalman filter equation shown in Expression (59).

【0110】 [0110]

【0111】 y= H・x+v ・・・(51) y=VelGPSi ・・・(52) H=[0,1] ・・・(53) v=δVelGPSi ・・・(54)[0111] y i = H · x i + v i ··· (51) y i = Vel GPSi ··· (52) H = [0,1] ··· (53) v i = δVel GPSi ··· (54)

【0112】 xi|i=xi|i−1+K{y−(Hxi|i−1+v)} ・・・(55) xi+1|i=Fi|i ・・・(56) K=Σi|i−1[HΣi|i−1+σvi ]−1 ・・・(57) Σi|i=Σi|i−1−KHΣi|i−1 ・・・(58) Σi+1|i=FΣi|i ・・・(59)Xi | i= Xi | i-1+ Ki{yi− (Hxi | i-1+ Vi)} ・ ・ ・ (55) xi + 1 | i= Fixi | i ... (56) Ki= Σi | i-1HT[HΣi | i-1HT+ Σvi 2]-1  ... (57) Σi | i= Σi | i-1-Kii | i-1 ... (58) Σi + 1 | i= FIΣi | iFI T ... (59)

【0113】なお、上記式(48)〜式(50)と式
(51)〜式(54)において、xは離散時刻iにお
ける状態ベトクル、Fは同じく離散時刻iにおける状
態遷移行列、yは同じく観測値、vは同じく観測雑
音であり、Hは観測行列である。また、上記式(55)
〜式(59)において、xi|iは離散時刻iにおける
状態ベクトルの推定量、xi+1|iは離散時刻iにお
ける離散時刻i+1の状態ベクトルの予測量、Kはカ
ルマンゲイン、Σi|iは離散時刻iにおける状態ベク
トルの共分散行列の推定量、Σi+1|iは離散時刻i
における離散時刻i+1の共分散行列の予測量、σvi
は観測誤差の分散であるが、行列の各要素は行列式を
計算すれば求まるものなので、その説明を省略する。
In the above equations (48) to (50) and (51) to (54), x i is a state vector at discrete time i, F i is a state transition matrix at discrete time i, y i is also observed value, v i is the same observation noise, H is the observation matrix. In addition, the above equation (55)
In Expression (59), x i | i is the estimated amount of the state vector at discrete time i, x i + 1 | i is the predicted amount of the state vector at discrete time i + 1 at discrete time i, K i is the Kalman gain, Σ i | i is the estimator of the covariance matrix of the state vector at discrete time i, and Σ i + 1 | i is discrete time i
Prediction amount of the covariance matrix at discrete time i + 1 in σ vi
Reference numeral 2 denotes the variance of the observation error. Since each element of the matrix can be obtained by calculating the determinant, the description thereof is omitted.

【0114】すなわち、図8に示すメインルーチンのス
テップST807では、GPS受信機2が2次元あるい
は3次元測位を行っているか否かを判定する。その結
果、測位中であればステップST808に分岐し、非測
位中ならばそのままステップST819に分岐する。ス
テップST808においては、GPS受信機2の速度V
elGPSiと距離センサ1の出力信号カウント値ΔN
iのそれぞれの変化率を、次式(60)および式(6
1)を用いて求める。
That is, in step ST807 of the main routine shown in FIG. 8, it is determined whether or not the GPS receiver 2 is performing two-dimensional or three-dimensional positioning. As a result, if positioning is in progress, the process branches to step ST808, and if non-positioning is in progress, the process branches to step ST819. In step ST808, the speed V of the GPS receiver 2 is
el GPSi and output signal count value ΔN of distance sensor 1
i is calculated by the following equation (60) and equation (6).
Determined using 1).

【0115】 RatioGPSi=VelGPSi/VelGPS(i−1)−1 ・・・(60) RatioDRi=ΔN/ΔNi−1−1 ・・(61)Ratio GPSi = Vel GPSi / Vel GPS (i−1) −1 (60) Ratio DRi = ΔN i / ΔN i−1 −1 (61)

【0116】そして、連続する所定時間Tにおける、そ
れぞれの変化率の勾配を、次式(62)〜式(64)に
よって計算し、その変化率の勾配の差異にGPS受信機
2の速度VelGPSiを乗じたものを観測誤差δVe
GPSiとして求める。
Then, the gradients of the respective rates of change during the continuous predetermined time T are calculated by the following equations (62) to (64), and the difference in the rates of change is expressed by the speed Vel GPSi of the GPS receiver 2. Multiplied by the observation error δVe
1 Determine as GPSi .

【0117】 [0117]

【0118】なお、上記式(60)および式(61)
と、式(62)〜式(64)において、Ratio
GPSiはGPS受信機2の速度の変化率、Ratio
DRiは距離センサ1の出力信号カウント値の変化率で
あり、MRatioGPSはGPS受信機2の速度の変
化率RatioGPSiの平均値、MRatioDR
距離センサ1の出力信号カウント値の変化率Ratio
DRiの平均値である。また、LampRatio
GPSはGPS受信機2の速度の変化率の勾配であり、
LampRatioDRは距離センサ1の出力信号の変
化率の勾配である。
The above equations (60) and (61)
And in Equations (62) to (64), Ratio
GPSi is the rate of change of the speed of the GPS receiver 2, Ratio
DRi is the rate of change of the output signal count value of the distance sensor 1, Mratio GPS is an average value of the rate of change Ratio GPSI speed of the GPS receiver 2, Mratio DR rate of change of the output signal count value of the distance sensors 1 Ratio
This is the average value of DRi . Also, LampRatio
GPS is the gradient of the rate of change of the speed of the GPS receiver 2,
LampRatio DR is the gradient of the rate of change of the output signal of the distance sensor 1.

【0119】次にステップST809において、GPS
受信機2の速度の変化率勾配と距離センサ1の出力信号
の変化率勾配との差異が所定値未満であるか否かの判定
を行う。その結果、それら両者の差異が所定値未満であ
れば、直接ステップST811に分岐する。一方、それ
ら両者の差異が所定値以上であれば、ステップST81
0に分岐して、カルマンゲインの行列のすべての要素を
0にクリアした後、ステップST811へ進む。
Next, in step ST809, the GPS
It is determined whether or not the difference between the rate-of-change gradient of the receiver 2 and the rate-of-change gradient of the output signal of the distance sensor 1 is less than a predetermined value. As a result, if the difference between them is less than the predetermined value, the flow directly branches to step ST811. On the other hand, if the difference between them is equal to or larger than the predetermined value, step ST81
After branching to 0 and clearing all elements of the Kalman gain matrix to 0, the process proceeds to step ST811.

【0120】なお、このステップST811からステッ
プST813までの演算処理においては、上記式(4
8)〜式(50)、式(51)〜式(54)、および式
(55)〜式(59)にしたがって、状態遷移行列F
および状態ベクトルの推定量x i|iと予測量x
i+1|iの計算を行う。すなわち、ステップST81
1では状態遷移行列の推定が行われ、ステップST81
2では状態ベクトルの推定が、ステップST813では
状態ベクトルの予測が行われる。なお、前述のように、
GPS受信機2の速度の変化率勾配と距離センサ1の出
力信号の変化率勾配との差異が所定値以上であった場合
には、ステップST810でカルマンゲインの0クリア
を行ってからステップST811へ進むので、それら各
変化率勾配の差異が所定値以上の場合には、予測量x
i+1|iがそのまま推定量xi|iになる。
Step ST811 is followed by step ST811.
In the calculation processing up to step ST813, the above equation (4)
8) to Expression (50), Expression (51) to Expression (54), and Expression
According to (55) -Equation (59), the state transition matrix Fi
And state vector estimator x i | iAnd predicted quantity x
i + 1 | iIs calculated. That is, step ST81
In step 1, a state transition matrix is estimated, and step ST81 is performed.
In step 2, the state vector is estimated, and in step ST813,
State vector prediction is performed. As mentioned above,
The rate of change of the speed of the GPS receiver 2 and the output of the distance sensor 1
When the difference from the change rate gradient of the force signal is more than a predetermined value
In step ST810, the Kalman gain is cleared to 0.
And then the process proceeds to step ST811.
If the difference in the change rate gradient is equal to or greater than a predetermined value, the predicted amount x
i + 1 | iIs the estimated quantity xi | ibecome.

【0121】次にステップST814において、再度G
PS受信機2の速度の変化率勾配と距離センサ1の出力
信号の変化率勾配との差異が所定値未満であるか否かを
判定する。その結果、それら両変化率勾配の差異が所定
値未満であれば、そのまま直接ステップST819に分
岐する。一方、両変化率勾配の差異が所定値以上であれ
ば、ステップST815に分岐する。
Next, in step ST814, G
It is determined whether or not the difference between the rate-of-change gradient of the PS receiver 2 and the rate-of-change gradient of the output signal of the distance sensor 1 is less than a predetermined value. As a result, if the difference between the two change rate gradients is less than the predetermined value, the process directly branches to step ST819. On the other hand, if the difference between the two change rate gradients is equal to or larger than the predetermined value, the process branches to step ST815.

【0122】なお、このステップST815からステッ
プST817までの演算処理においては、上記式(4
8)〜式(50)、式(51)〜式(54)、および式
(55)〜式(59)にしたがって、誤差共分散の推定
量Σi|iと予測量Σi+1| 、およびカルマンゲイ
ンKを計算する。すなわち、ステップST815では
誤差共分散の推定が、ステップST516では誤差共分
散の予測がそれぞれ行われ、ステップST817ではカ
ルマンゲインが計算される。
In the arithmetic processing from step ST815 to step ST817, the above equation (4)
8) to Eq. (50), Eqs. (51) to Eq. (54), and Eqs. (55) to Eq. (59), the estimated amount 誤差i | i and the estimated amount Σ i + 1 | i of the error covariance, and to calculate the Kalman gain K i. That is, the error covariance is estimated in step ST815, the error covariance is predicted in step ST516, and the Kalman gain is calculated in step ST817.

【0123】次にステップST818において、カルマ
ンフィルタで計算したスケールファクタSF
(N→d)iの値が正常範囲ならば、それによって距離
センサ1のスケールファクタSF(N→d)iを更新す
る。次にステップST819において、速度データを出
力した後、処理をステップST802へ戻す。
Next, in step ST818, the scale factor SF calculated by the Kalman filter is used.
If the value of (N → d) i is within the normal range, the scale factor SF (N → d) i of the distance sensor 1 is updated accordingly. Next, in step ST819, after outputting the speed data, the process returns to step ST802.

【0124】以上のように、この実施の形態4によれ
ば、距離センサ1の出力信号、スケールファクタ、加速
度などから速度を計算するシステムモデルと、GPS受
信機2で観測した速度情報と上記システムモデルにおけ
る速度情報の関係を表した観測モデルに基づいて、速度
計算手段45が、状態ベクトルの行列要素にシステムモ
デルの速度とスケールファクタを設定し、観測値にはG
PS受信機2で観測した速度情報を設定したカルマンフ
ィルタを用いて、所定時間における距離センサ1の出力
信号とGPS受信機2で観測した速度情報の、それぞれ
の変化率の差異が所定値以下である場合にのみ状態ベク
トルの計算を行うように構成したので、GPS受信機2
で観測した速度情報の誤差を即座に判定して、その誤差
が小さいときにカルマンフィルタにて距離センサの出力
信号を距離に変換するスケールファクタを計算すること
ができ、距離センサ1から計測する移動距離および速度
を素早く高精度の状態にすることが可能となるため、距
離センサ1の出力信号から計算した車両の速度に誤差が
ある場合でも、車両の走行中に素早く誤差の補正が行え
る速度計測装置を実現することができる効果が得られ
る。
As described above, according to the fourth embodiment, the system model for calculating the speed from the output signal of the distance sensor 1, the scale factor, the acceleration, etc., the speed information observed by the GPS receiver 2, and the above system Based on the observation model representing the relationship of the velocity information in the model, the velocity calculation means 45 sets the velocity and scale factor of the system model in the matrix element of the state vector, and G
Using a Kalman filter in which the speed information observed by the PS receiver 2 is set, the difference between the rate of change of the output signal of the distance sensor 1 and the rate of change of the speed information observed by the GPS receiver 2 at a predetermined time is equal to or less than a predetermined value. Since the calculation of the state vector is performed only in the case, the GPS receiver 2
An error in the speed information observed in step (1) is immediately determined, and when the error is small, a scale factor for converting the output signal of the distance sensor into a distance can be calculated by the Kalman filter. And a speed measuring device capable of quickly correcting the error while the vehicle is running, even if the speed of the vehicle calculated from the output signal of the distance sensor 1 has an error because the speed and the speed can be quickly and accurately set. Is obtained.

【0125】実施の形態5.上記実施の形態4に示した
速度計算手段45を、カルマンフィルタで所定回数計算
した距離センサ1のスケールファクタの標準偏差が平均
値に対して所定値以下の比率になった場合に、当該距離
センサ1のスケールファクタを補正するものとしてもよ
い。この発明の実施の形態5はそのような速度検出装置
に関するものであり、その構成は図7に示した上記実施
の形態4の場合と同様であるため、その図示および説明
は割愛する。
Embodiment 5 FIG. When the standard deviation of the scale factor of the distance sensor 1 calculated by the Kalman filter a predetermined number of times is less than a predetermined value with respect to the average value, the speed calculation unit 45 described in the fourth embodiment is used. May be corrected. The fifth embodiment of the present invention relates to such a speed detecting device, and its configuration is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG. 7, so that its illustration and description are omitted.

【0126】また、この発明の実施の形態5による速度
計測装置は、図8に示したメインルーチンの速度計算手
段45によるステップST818の演算処理だけが、実
施の形態4のそれと異なる他は実施の形態4と同一であ
るので、以下では、この実施の形態5におけるステップ
ST818の演算処理についてのみ説明する。
The speed measuring device according to the fifth embodiment of the present invention is different from the speed measuring device 45 of the fourth embodiment only in the arithmetic processing of step ST818 by the speed calculating means 45 of the main routine shown in FIG. Since it is the same as the fourth embodiment, only the calculation processing of step ST818 in the fifth embodiment will be described below.

【0127】このステップST818においては、まず
状態ベクトルの推定量xi|iの計算を所定回数以上計
算した時に、最新の所定回数分の状態ベクトルの推定量
|iの行列要素である、スケールファクタSF
(N→d)iの平均値と標準偏差とを計算する。そし
て、平均値に対する標準偏差の比率が所定値以下の場合
に、距離センサ1のスケールファクタSF(N→d)i
の更新を行う。
In this step ST818, first, when the estimation of the state vector estimation amount x i | i is calculated a predetermined number of times or more, it is the matrix element of the latest predetermined number of state vector estimation amounts x i | i . Scale factor SF
(N → d) Calculate the average value and standard deviation of i . When the ratio of the standard deviation to the average value is equal to or smaller than a predetermined value, the scale factor SF (N → d) i of the distance sensor 1
Update.

【0128】以上のように、この実施の形態5によれ
ば、カルマンフィルタで所定回数計算した距離センサの
スケールファクタの標準偏差が、平均値に対して所定値
以下の比率になった場合に、速度計算手段45にて距離
センサ1のスケールファクタを補正するように構成した
ので、カルマンフィルタで計算した距離センサ1のスケ
ールファクタの分散が小さいときに、距離センサ1のス
ケールファクタが補正され、より安定した補正が行える
ようになって、距離センサ1から移動距離および速度を
安定して求めることが可能な速度計測装置が実現できる
という効果が得られる。
As described above, according to the fifth embodiment, when the standard deviation of the scale factor of the distance sensor calculated by the Kalman filter a predetermined number of times becomes a ratio equal to or smaller than the predetermined value with respect to the average value, the speed is reduced. Since the calculation unit 45 is configured to correct the scale factor of the distance sensor 1, when the variance of the scale factor of the distance sensor 1 calculated by the Kalman filter is small, the scale factor of the distance sensor 1 is corrected, and the calculation is more stable. Since the correction can be performed, an effect is obtained that a speed measuring device capable of stably obtaining the moving distance and the speed from the distance sensor 1 can be realized.

【0129】実施の形態6.当該実施の形態6は車両位
置計測装置に関するものであり、その装置構成を図9の
ブロック図に示す。図において、1は車両の移動距離に
応じたパルス信号を出力する距離センサである。2はア
ンテナで受信された衛星からの電波より、車両の現在位
置と進行方向などを観測するGPS受信機であり、この
実施の形態6では少なくとも車両の位置データと方位デ
ータを出力するものが用いられている。3は車両の方位
変化に応じた信号を出力する相対方位センサであり、こ
の実施の形態6ではジャイロを用いて車両のヨーレート
に応じた角速度信号を出力するものが用いられている。
4はあらかじめメモリに記憶されている制御プログラム
にしたがって、車両の進行方位と現在位置とを演算する
コンピュータを含む信号処理器である。
Embodiment 6 FIG. The sixth embodiment relates to a vehicle position measuring device, and the configuration of the device is shown in a block diagram of FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a distance sensor that outputs a pulse signal according to a moving distance of a vehicle. Numeral 2 denotes a GPS receiver for observing the current position and the traveling direction of the vehicle from a radio wave from a satellite received by an antenna. In this sixth embodiment, a GPS receiver which outputs at least the position data and the direction data of the vehicle is used. Have been. Reference numeral 3 denotes a relative azimuth sensor that outputs a signal corresponding to a change in the azimuth of the vehicle. In the sixth embodiment, a gyro is used to output an angular velocity signal corresponding to the yaw rate of the vehicle.
Reference numeral 4 denotes a signal processor including a computer that calculates the traveling direction and the current position of the vehicle according to a control program stored in a memory in advance.

【0130】また、この信号処理器4内において、42
は後述する距離・速度計算手段によって計算された速度
が0のときに、相対方位センサ3の出力信号から当該出
力信号のオフセットを検出するオフセット検出手段であ
る。43は相対方位センサ3の出力信号から車両の単位
時間毎の方位変化を計算するとともに、相対方位センサ
3のオフセットと出力信号を角度に変換するスケールフ
ァクタを補正する方位変化計算手段である。44は車両
の位置と方位を計算する位置・方位計算手段であり、4
6は距離センサ1の出力信号から車両の単位時間毎の移
動距離と速度を計算する距離・速度計算手段である。
In the signal processor 4, 42
Is an offset detecting means for detecting an offset of the output signal from the relative azimuth sensor 3 when the speed calculated by the distance / speed calculating means described later is 0. Reference numeral 43 denotes an azimuth change calculating means for calculating the azimuth change of the vehicle per unit time from the output signal of the relative azimuth sensor 3 and correcting the offset of the relative azimuth sensor 3 and a scale factor for converting the output signal into an angle. 44 is a position / azimuth calculating means for calculating the position and azimuth of the vehicle;
Reference numeral 6 denotes a distance / speed calculating means for calculating the moving distance and speed of the vehicle per unit time from the output signal of the distance sensor 1.

【0131】なお、上記方位変化計算手段43として、
この実施の形態6では、相対方位センサ3の出力信号か
らオフセット検出手段42の検出したオフセットを差し
引いた後、それにスケールファクタを乗算して車両の単
位時間毎の方位変化を計算し、さらにその方位変化を積
算した方位を計算するシステムモデルと、GPS受信機
2で観測した方位情報と前記システムモデルにおける方
位情報の関係を表した観測モデルとに基づいて、状態ベ
クトルの行列要素にシステムモデルのオフセットとスケ
ールファクタおよび方位変化を積算した方位を設定し、
観測値にはGPS受信機2で観測した方位情報を設定し
たカルマンフィルタを用いて状態ベクトルを計算するも
のが用いられている。
The azimuth change calculating means 43 includes:
In the sixth embodiment, after the offset detected by the offset detecting means 42 is subtracted from the output signal of the relative direction sensor 3, the change in the direction of the vehicle per unit time is calculated by multiplying the result by the scale factor. Based on a system model for calculating the direction in which the change is integrated, and an observation model representing the relationship between the direction information observed by the GPS receiver 2 and the direction information in the system model, an offset of the system model is added to the matrix element of the state vector. And the azimuth obtained by integrating the scale factor and azimuth change,
As the observed value, one that calculates a state vector using a Kalman filter in which azimuth information observed by the GPS receiver 2 is set is used.

【0132】また、この実施の形態6においては、位置
・方位計算手段44として、GPS受信機2で観測した
位置情報と、方位変化計算手段43で計算した車両の移
動距離、および距離・速度計算手段46で計算した車両
の方位変化をもとに、当該車両の現在位置と進行方位を
計算するものが用いられている。さらに、距離・速度計
算手段46としては、図1に示した実施の形態1におい
て距離計算手段として用いられた距離・速度計算手段4
1と同等のものが用いられている。
In the sixth embodiment, the position / azimuth calculating means 44 includes the position information observed by the GPS receiver 2, the moving distance of the vehicle calculated by the azimuth change calculating means 43, and the distance / speed calculation. On the basis of the change in the heading of the vehicle calculated by the means 46, one that calculates the current position and the traveling heading of the vehicle is used. Further, as the distance / speed calculating means 46, the distance / speed calculating means 4 used as the distance calculating means in the first embodiment shown in FIG.
1 is used.

【0133】次に信号処理器4の各手段の動作について
説明する。ここで、図10は相対方位センサ3の出力信
号から車両の方位変化を計算するとともに、相対方位セ
ンサ3のオフセットと出力信号を角度に変換するスケー
ルファクタを補正する、方位変化計算手段43の処理内
容を示すフローチャートである。
Next, the operation of each means of the signal processor 4 will be described. Here, FIG. 10 shows a process of the azimuth change calculating means 43 for calculating the azimuth change of the vehicle from the output signal of the relative azimuth sensor 3 and correcting the offset of the relative azimuth sensor 3 and the scale factor for converting the output signal into an angle. It is a flowchart which shows the content.

【0134】なお、この実施の形態6では、所定時間Δ
t毎に行う第1の割込処理、距離センサ1から信号が出
力されたときに行う第2の割込処理、およびGPS受信
機2から観測周期毎に出力されたGPS観測情報を受信
する第3の割込処理は、図3〜図5の各フローチャート
に示した実施の形態1の場合と同一である。また、図2
に示すメインルーチンも、そのステップST206によ
る方位変化計算処理だけが、実施の形態1の場合と異な
るものである。したがって、以下ではその方位変化計算
処理以外の動作処理については、説明を省略する。
In the sixth embodiment, the predetermined time Δ
a first interrupt process performed for each t, a second interrupt process performed when a signal is output from the distance sensor 1, and a second interrupt process for receiving GPS observation information output from the GPS receiver 2 for each observation cycle. The interrupt processing of No. 3 is the same as that of the first embodiment shown in the flowcharts of FIGS. FIG.
Is different from the first embodiment only in the azimuth change calculation process in step ST206. Therefore, the description of the operation processing other than the azimuth change calculation processing will be omitted below.

【0135】図10に示すフローチャートでは、まずス
テップST1001において、所定時間Δt毎に計測し
た相対方位センサ3の出力信号ωsgiから、式(2
2)を用いて方位変化Δθの計算を行う。以下、ステ
ップST1002からステップST1016において、
後述するカルマンフィルタにより、相対方位センサ3の
出力から計算した所定時間Δt毎の相対方位Δθを積
算した方位ΣΔθと、GPS受信機2で観測した方位
情報θGiとを比較し、相対方位センサ3のオフセット
ωofiとスケールファクタSFgryiを補正する。
In the flowchart shown in FIG. 10, first, in step ST1001, the output signal ω sgi of the relative azimuth sensor 3 measured at every predetermined time Δt is calculated by the equation (2).
The azimuth change Δθ i is calculated using 2). Hereinafter, in steps ST1002 to ST1016,
The azimuth ΣΔθ i obtained by integrating the relative azimuth Δθ i for each predetermined time Δt calculated from the output of the relative azimuth sensor 3 with the azimuth information θ Gi observed by the GPS receiver 2 is compared with the Kalman filter described later. The offset ω offi of 3 and the scale factor SF gryi are corrected.

【0136】ここで、この実施の形態6におけるカルマ
ンフィルタを説明しておく。この実施の形態6における
カルマンフィルタでは、次式(65)〜式(67)によ
って、相対方位センサ3の出力信号ωsgiとオフセッ
トωofiおよびスケールファクタSFgyriから方
位変化を計算して積算するシステムモデルを求め、GP
S受信機2で観測した方位情報と上記システムモデルと
の方位の関係を、次式(68)で表す観測モデルを求め
る。
Here, the Kalman filter according to the sixth embodiment will be described. System Model In the Kalman filter in the sixth embodiment, which by the following equation (65) to (67), is integrated to calculate the heading variation from the relative direction sensor 3 output signals omega sgi offset omega OFI and scale factor SF Gyri , GP
An observation model that expresses the relationship between the azimuth information observed by the S receiver 2 and the azimuth with the system model is expressed by the following equation (68).

【0137】 ΣΔθ=ΣΔθi−1+(ωsgi−ωofi)×SFgyri×ΔT +δωofi×SFgyri×ΔT +(ωsgi−ωofi)×δSFgyri×ΔT ・・・(65) ωofi=ωofi−1+δωofi ・・・(66) SFgyri=SFgyri−1+δSFgyri ・・・(67)[0137] ΣΔθ i = ΣΔθ i-1 + (ω sgi -ω ofi) × SF gyri × ΔT + δω ofi × SF gyri × ΔT + (ω sgi -ω ofi) × δSF gyri × ΔT ··· (65) ω ofi = ω ofi-1 + δω ofi ··· (66) SF gyri = SF gyri-1 + δSF gyri ··· (67)

【0138】 θGi=ΣΔθ+δθGi ・・・(68)Θ Gi = ΣΔθ i + δθ Gi (68)

【0139】なお、上記式(65)〜式(67)および
式(68)において、iは離散時刻、Δtは所定時間、
ωsgiは離散時刻iにおける相対方位センサ3の出力
信号、ωofiは同じく離散時刻iにおけるオフセッ
ト、SFgyriは同じくスケールファクタであり、δ
ωofiはオフセット誤差、δSFgyriはスケール
ファクタ誤差、ΣΔθは積算方位、θGiはGPS受
信機2で観測した方位情報、δθGiは方位情報θGi
の誤差である。
In the equations (65) to (67) and (68), i is a discrete time, Δt is a predetermined time,
ω sgi is the output signal of the relative orientation sensor 3 at the discrete time i, ω offi is the offset at the discrete time i, SF gyr is the scale factor, δ
omega OFI is offset error, δSF gyri scale factor error, ΣΔθ i is integrated heading, theta Gi azimuth information observed by the GPS receiver 2, .delta..theta Gi azimuth information theta Gi
Is the error of

【0140】その後、上記システムモデルと観測モデル
とに基づいて、次式(69)〜式(73)で表す状態方
程式と、式(74)〜式(77)で表す観測方程式と、
式(78)〜式(82)のカルマンフィルタ方程式をそ
れぞれたてて、相対方位センサ3のオフセットωofi
とスケールファクタSFgyriを計算する。
Thereafter, based on the system model and the observation model, a state equation represented by the following equations (69) to (73), an observation equation represented by the following equations (74) to (77):
The Kalman filter equations of Expressions (78) to (82) are respectively set, and the offset ω offi of the relative direction sensor 3 is set .
And the scale factor SF gyr is calculated.

【0141】 [0141]

【0142】 y=Hx+v ・・・(74) y=θGi ・・・(75) v=δθGi ・・・(76) H=[1 0 0] ・・・(77)[0142] y i = Hx i + v i ··· (74) y i = θ Gi ··· (75) v i = δθ Gi ··· (76) H = [1 0 0] ··· (77 )

【0143】 xi|i=xi|i−1+K{y−(Hxi|i−1+v)} ・・・(78) xi+1|i=Fi|i+1+Gw ・・・(79) K=Σi|i−1[HΣi|i−1+σvi ]−1 ・・・(80) Σi|i=Σi|i−1−KHΣi|i−1 ・・・(81) Σi+1|1=FΣi|i +GΣwi ・・・(82)Xi | i= Xi | i-1+ Ki{Yi− (Hxi | i-1+ V)} (78) xi + 1 | i= Fixi | i + 1+ Giw ... (79) Ki= Σi | i-1HT[HΣi | i-1HT+ Σvi 2]-1  ... (80) Σi | i= Σi | i-1-Kii | i-1 ... (81) Σi + 1 | 1= FiΣi | iFi T+ GiΣwiGi T ... (82)

【0144】なお、上記式(69)〜式(73)と式
(74)〜式(77)において、xは離散時刻iにお
ける状態ベトクル、Fは同じく離散時刻iにおける状
態遷移行列、Gは同じく駆動行列、wは同じくシス
テム雑音、yは同じく観測信号、vは同じく観測雑
音であり、Hは観測行列である。また、式(78)〜式
(82)において、xi|iは離散時刻iにおける状態
ベクトルの推定量、x +1|iは離散時刻iにおける
離散時刻i+1の状態ベクトルの予測量、Kはカルマ
ンゲイン、Σi|iは離散時刻iにおける共分散行列の
推定量、Σi+1 |iは離散時刻iにおける離散時刻i
+1の共分散行列の予測量、Σwiはシステム誤差w
の共分散行列、σvi は観測誤差vの分散である
が、行列の各要素は行列式を計算すれば求まるものなの
で、説明を省略する。
In the above equations (69) to (73) and (74) to (77), x i is a state vector at discrete time i, F i is a state transition matrix at discrete time i, G i is likewise driven matrix, w i is the same system noise, y i is also observed signal, v i is also the observation noise, H is an observation matrix. Further, in the equation (78) to Formula (82), x i | i is the estimated amount of the state vector at discrete time i, x i +1 | i is the predicted amount of the state vector of the discrete time i + 1 at discrete time i, K i Is the Kalman gain, Σ i | i is the estimator of the covariance matrix at discrete time i, Σ i + 1 | i is the discrete time i at discrete time i
The predicted amount of the covariance matrix of +1, w wi is the system error w i
Covariance matrix of, sigma vi 2 is the variance of the measurement error v i, since each element of the matrix such that obtained by calculating a determinant, the description thereof is omitted.

【0145】図10のステップST1002において、
GPS受信機2からのGPS観測情報の受信が完了した
か否かをGPS観測情報受信フラグを参照して判断す
る。その結果、GPS観測情報受信フラグがセットされ
ていれば、GPS受信機2からのGPS観測情報の受信
が完了したものとしてステップST1003へ分岐し、
当該フラグがクリアされていればそのまま処理を終了す
る。ステップST1003では、距離センサ1で求めた
速度VelDRiが0より大きいか否かを判定する。判
定の結果、速度VelDRiが0であれば車両が停車中
であるとしてステップST1004に分岐し、状態ベク
トルの行列要素であるオフセットωofiと方位ΣΔθ
の初期化を行った後、処理を終了する。なお、初期値
としては、位置・方位計算手段44で計算した進行方位
θと、オフセット検出手段42がこの停車中に相対方
位センサ3から検出したオフセットωofiを用いる。
In Step ST1002 of FIG.
It is determined whether or not the reception of the GPS observation information from the GPS receiver 2 has been completed with reference to the GPS observation information reception flag. As a result, if the GPS observation information reception flag is set, it is determined that the reception of the GPS observation information from the GPS receiver 2 has been completed, and the process branches to step ST1003.
If the flag has been cleared, the process ends. In step ST1003, it is determined whether or not the speed Vel DRi obtained by the distance sensor 1 is larger than 0. If the result of the determination is that the speed Vel DRi is 0, it is determined that the vehicle is stopped and the process branches to step ST1004, where the offset ω offi , which is a matrix element of the state vector, and the direction ΣΔθ
After the initialization of i , the process ends. As the initial values, the traveling direction θ i calculated by the position / direction calculation unit 44 and the offset ω offi detected by the offset detection unit 42 from the relative direction sensor 3 during the stop are used.

【0146】一方、速度VelDRiが0より大きけれ
ば、車両が走行中であるとしてステップST1005に
進む。ステップST1005では、GPS受信機2が2
次元あるいは3次元測位をしているか否かを判定する。
判定の結果、GPS受信機2が測位中であればステップ
ST1006に分岐し、測位中でなければそのまま処理
を終了する。ステップST1006では、GPS受信機
2での2次元あるいは3次元測位を継続している時間が
所定時間以上であるか否かを判定する。判定の結果、当
該継続時間が所定時間以上であればステップST100
7に分岐し、所定時間未満であれば、ステップST10
07〜ステップST1009をスキップして、直接ステ
ップST1010へ進む。
On the other hand, if the speed Vel DRi is greater than 0, it is determined that the vehicle is traveling and the flow proceeds to step ST1005. In step ST1005, the GPS receiver 2
It is determined whether three-dimensional or three-dimensional positioning is being performed.
If the result of determination is that the GPS receiver 2 is performing positioning, the process branches to step ST1006, and if positioning is not in progress, the process ends as it is. In step ST1006, it is determined whether or not the time during which the two-dimensional or three-dimensional positioning in the GPS receiver 2 is continued is equal to or longer than a predetermined time. If the result of determination is that the continuation time is equal to or longer than the predetermined time, step ST100
7 and if it is less than the predetermined time, step ST10
It skips from 07 to step ST1009 and proceeds directly to step ST1010.

【0147】ステップST1007では、GPS受信機
2で観測した方位情報θGiから、位置・方位計算手段
44で計算した進行方位θを差し引いた値δθGi
観測誤差vとし、所定時間における当該観測誤差v
の分散を観測誤差の分散σ とする。次にステップ
ST1008において、次式(83)にしたがって、シ
ステム誤差wの要素であるオフセット誤差δωofi
の計算を行う。
[0147] In step ST 1007, and from the azimuth information theta Gi observed by the GPS receiver 2, the value .delta..theta Gi obtained by subtracting the traveling direction theta i calculated by the position and direction calculating unit 44 and the observed error v i, the at predetermined time observation error v i
To the dispersion and dispersion σ v i 2 of the observation error. Next, in step ST1008, according to the following equation (83), an offset error δω offi which is an element of the system error w i.
Is calculated.

【0148】 δωofi=x21−(ωof−stp+Lampωof×Δtrun) ・・・(83) Δω of = x 21 − (ω of−stp + Lampω of × Δt run ) (83)

【0149】なお、この式(83)において、δω
ofiはオフセット誤差、x21は状態ベクトルの要素
であるオフセット、ωof−stpはオフセット検出手
段42で検出したオフセット、Lampωofはオフセ
ット検出手段42で検出したオフセットの勾配(ドリフ
ト)、Δtrunはオフセット検出後の経過時間であ
る。
Note that in this equation (83), δω
ofi is offset error, the offset x 21 are elements of the state vector, omega of-stp offset detected by the offset detection unit 42, Lampomega of the slope of the offset detected by the offset detection unit 42 (drift), Delta] t the run is This is the elapsed time after offset detection.

【0150】また、所定時間内に車両の進行方位が所定
値以上変化した場合において、車両の進行方位と状態ベ
クトルの行列要素である方位の両方の方位変化の差を、
相対方位センサ3の方位変化を、図示していないステッ
プで別途積算した角度で除算した値に、状態ベクトルの
要素であるスケールファクタと所定係数を乗算した値を
スケールファクタ誤差δSFgyriとする。そして、
所定時間におけるオフセット誤差δωofiとスケール
ファクタ誤差δSFgyriの分散を求め、システム誤
差の共分散行列Σwiを計算する。
When the heading of the vehicle changes by a predetermined value or more within a predetermined time, the difference between the heading change of the heading of the vehicle and the heading change of the heading which is a matrix element of the state vector is calculated as:
The orientation change of the relative direction sensor 3, a value obtained by dividing an angle obtained by integrating separately in steps not shown, the value obtained by multiplying the scale factor by a predetermined coefficient which is an element of the state vector and the scale factor error δSF gyri. And
Obtains the variance of the offset error [delta] [omega OFI and scale factor error δSF gyri at a given time, calculating the covariance matrix sigma wi system error.

【0151】次のステップST1009〜ステップST
1015では、上記式(69)〜式(73)、式(7
4)〜式(77)および式(78)〜式(82)にした
がって、状態ベクトルの推定量xi|i、状態遷移行列
、駆動行列G、状態ベクトルの予測量x
i+1|i、誤差共分散の推定量Σi|iと予測量Σ
i+1|i、およびカルマンゲインKを計算する。す
なわち、ステップST1009にて状態ベクトルの推
定、ステップST1010にて状態遷移行列の計算、ス
テップST1011にて駆動行列の計算、ステップST
1012にて状態ベクトルの予測、ステップST101
3にて誤差共分散の推定、ステップST1014にて誤
差共分散の予測、ステップST1015にてカルマンゲ
インの計算を行う。
Next, steps ST1009 to ST100
In 1015, the above equations (69) to (73) and (7)
4) to Eq. (77) and Eqs. (78) to Eq. (82), the estimated amount x i | i of the state vector, the state transition matrix F i , the driving matrix G i , and the predicted amount x of the state vector
i + 1 | i , the estimated amount of the error covariance { i | i and the predicted amount}
i + 1 | i and the Kalman gain K i are calculated. That is, in step ST1009, a state vector is estimated, in step ST1010, a state transition matrix is calculated, in step ST1011, a driving matrix is calculated, and in step ST1011.
Prediction of state vector at 1012, step ST101
3, the estimation of the error covariance is performed in step ST1014, and the calculation of the Kalman gain is performed in step ST1015.

【0152】次にステップST1016において、上記
ステップST1009で求めた状態ベクトルの推定量x
i|iに基づいて、相対方位センサ3のオフセットω
ofiとスケールファクタSFgyriを更新し、当該
方向変化の計算処理を終了する。
Next, in step ST1016, the estimated amount x of the state vector obtained in step ST1009 is set.
i | , offset ω of relative orientation sensor 3 based on i
Update the ofi and scale factor SF gyri, it ends the calculation process of the direction change.

【0153】以上のように、この実施の形態6によれ
ば、相対方位センサ3の出力信号からオフセット検出手
段42の検出したオフセットを差し引いた値にスケール
ファクタを乗算して車両の単位時間毎の方位変化を計算
し、さらにその方位変化を積算した方位を計算するシス
テムモデルと、このシステムモデルにおける方位情報と
GPS受信機2で観測した方位情報の関係を表した観測
モデルとに基づいて、状態ベクトルの行列要素にシステ
ムモデルのオフセットとスケールファクタおよび方位変
化を積算した方位を設定し、観測値にはGPS受信機2
で観測した方位情報を設定したカルマンフィルタを用い
て、方位変化計算手段43にて状態ベクトルの計算を行
い、GPS受信機2で観測した位置情報と、方位変化計
算手段43および距離・速度計算手段46で計算した車
両の移動距離と方位変化をもとに、位置・方位計算手段
44にて当該車両の現在位置と進行方位の計算を行うよ
うに構成したので、オフセット検出手段42にて相対方
位センサ3のオフセットが検出されると、方位変化計算
手段43によって、当該相対方位センサ3のオフセット
と位置・方位計算手段44の計算した進行方位を初期値
として、カルマンフィルタにおける状態ベクトルのスケ
ールファクタ以外の行列要素の初期化が行われるため、
相対方位センサ3のオフセットとスケールファクタに誤
差がある場合にも、一つの計算方法で誤差を素早く補正
することが可能となり、それぞれの誤差を補正して、相
対方位センサ3から方位変化を精度よく求めることがで
きる車両位置計測装置が実現できるという効果が得られ
る。
As described above, according to the sixth embodiment, the value obtained by subtracting the offset detected by the offset detection means 42 from the output signal of the relative direction sensor 3 is multiplied by the scale factor, and The state is calculated based on a system model that calculates the azimuth change and further calculates the azimuth obtained by integrating the azimuth change, and an observation model representing the relationship between the azimuth information in the system model and the azimuth information observed by the GPS receiver 2. The azimuth obtained by integrating the offset, scale factor, and azimuth change of the system model is set in the matrix element of the vector, and the GPS receiver 2 is used as the observation value.
The state vector is calculated by the azimuth change calculating means 43 using the Kalman filter in which the azimuth information observed in the step is set, and the position information observed by the GPS receiver 2 and the azimuth change calculating means 43 and the distance / speed calculating means 46 are calculated. The position / azimuth calculating means 44 calculates the current position and the heading of the vehicle based on the movement distance and the azimuth change of the vehicle calculated in the above. When the offset of 3 is detected, the azimuth change calculating means 43 uses the offset of the relative azimuth sensor 3 and the traveling azimuth calculated by the position / azimuth calculating means 44 as initial values to obtain a matrix other than the scale factor of the state vector in the Kalman filter. Because the element is initialized,
Even when there is an error in the offset and scale factor of the relative direction sensor 3, it is possible to quickly correct the error by one calculation method, correct each error, and accurately change the direction from the relative direction sensor 3. An effect is obtained that a vehicle position measuring device that can be obtained can be realized.

【0154】実施の形態7.上記実施の形態6に示した
方位変化計算手段43を、相対方位センサ3のオフセッ
トをオフセット検出手段42が検出した場合に、そのオ
フセットと位置・方位計算手段44で求めた進行方向を
初期値として、カルマンフィルタにおける状態ベクトル
のスケールファクタ以外の行列要素を初期化するものと
してもよい。この発明の実施の形態7はそのような車両
位置計測装置に関するものであり、その構成は図9に示
した上記実施の形態6の場合と同様であるため、その図
示および説明は割愛する。
Embodiment 7 FIG. The azimuth change calculating means 43 shown in the sixth embodiment is set such that when the offset of the relative azimuth sensor 3 is detected by the offset detecting means 42, the offset and the traveling direction obtained by the position / azimuth calculating means 44 are used as initial values. , A matrix element other than the scale factor of the state vector in the Kalman filter may be initialized. The seventh embodiment of the present invention relates to such a vehicle position measuring device, and its configuration is the same as that of the sixth embodiment shown in FIG. 9, so that illustration and description thereof are omitted.

【0155】この発明の実施の形態7による車両位置計
測装置は、図10に示した方位変化計算手段43による
方位変化計算処理のフローチャートにおける、ステップ
ST1009の状態ベクトルの推定動作だけが、実施の
形態6のそれと異なる他は実施の形態6と同一であるの
で、以下では、この実施の形態7におけるステップST
1009の状態ベクトル推定動作についてのみ説明す
る。
In the vehicle position measuring apparatus according to the seventh embodiment of the present invention, only the state vector estimating operation of step ST1009 in the flowchart of the azimuth change calculation process by azimuth change calculation means 43 shown in FIG. 6 is the same as that of the sixth embodiment except for the steps ST6 and ST6 in the seventh embodiment.
Only the state vector estimation operation of 1009 will be described.

【0156】この実施の形態7におけるステップST1
009においては、ステップST1001で計算した方
位変化Δθiが所定値以下の場合に、カルマンフィルタ
でスケールファクタSFgyriが所定値以上補正され
ることのないようにそのカルマンゲインKを調整し
て、上記式(69)〜式(73)、式(74)〜式(7
7)、および式(78)〜式(82)にしたがって、状
態ベクトルxi|iの推定量を計算する。
Step ST1 in Embodiment 7
In 009, when the azimuth change Δθi calculated in step ST1001 is equal to or less than a predetermined value, the Kalman gain K i is adjusted so that the scale factor SF gyr is not corrected to a predetermined value or more by the Kalman filter. (69) to Expression (73), Expressions (74) to Expression (7)
7) and calculate the estimated amount of the state vector xi | i according to equations (78) to (82).

【0157】以上のように、この実施の形態7によれ
ば、方位変化計算手段43にて計算した方位変化が所定
値以下の場合には、カルマンフィルタでスケールファク
タが所定値以上補正されないように、カルマンゲインを
調整して状態ベクトルの計算を行うように構成したの
で、オフセットとスケールファクタがカルマンフィルタ
によって、相対方位センサ3のオフセット誤差に起因す
る方位誤差は時間とともに増大するが、スケールファク
タ誤差に起因する方位誤差は旋回角に応じて生じるとい
う特徴に応じて計算が行われるため、それぞれの誤差の
特徴に合わせた補正を行うことができ、相対方位センサ
3から計算する方位変化を精度よく求めることができる
車両位置計測装置が実現できるという効果が得られる。
As described above, according to the seventh embodiment, when the azimuth change calculated by the azimuth change calculating means 43 is equal to or smaller than the predetermined value, the Kalman filter is not used to correct the scale factor equal to or larger than the predetermined value. Since the state vector is calculated by adjusting the Kalman gain, the azimuth error caused by the offset error of the relative azimuth sensor 3 increases with time due to the Kalman filter, but the offset and the scale factor increase due to the scale factor error. Since the azimuth error is calculated in accordance with the characteristic that the azimuth error occurs in accordance with the turning angle, it is possible to perform correction in accordance with the characteristic of each error, and to accurately obtain the azimuth change calculated from the relative azimuth sensor 3. An effect is obtained that a vehicle position measuring device capable of performing the operation can be realized.

【0158】実施の形態8.上記実施の形態6に示した
方位変化計算手段43を、所定時間内に車両の進行方向
が所定値以上変化した場合には、所定時間が経過するま
でカルマンフィルタでオフセットが所定値以上補正され
ないように、カルマンゲインを調整して状態ベクトルを
計算するものとしてもよい。この発明の実施の形態8は
そのような車両位置計測装置に関するものであり、その
構成は図9に示した上記実施の形態6の場合と同様であ
るため、その図示および説明は割愛する。
Embodiment 8 FIG. When the traveling direction of the vehicle changes by a predetermined value or more within a predetermined time, the azimuth change calculating means 43 shown in the above-described sixth embodiment is designed to prevent the Kalman filter from correcting the offset by a predetermined value or more until the predetermined time elapses. , The state vector may be calculated by adjusting the Kalman gain. The eighth embodiment of the present invention relates to such a vehicle position measuring device, and its configuration is the same as that of the sixth embodiment shown in FIG. 9, so that illustration and description thereof are omitted.

【0159】この発明の実施の形態8による車両位置計
測装置は、図10に示した方位変化計算手段43による
方位変化計算処理における、ステップST1009の状
態ベクトルの推定動作だけが、実施の形態6のそれと異
なる他は実施の形態6と同一であるので、以下では、こ
の実施の形態8におけるステップST1009の状態ベ
クトル推定動作についてのみ説明する。
In the vehicle position measuring apparatus according to the eighth embodiment of the present invention, only the operation of estimating the state vector in step ST1009 in the azimuth change calculating process by azimuth change calculating means 43 shown in FIG. Since the other points are the same as those of the sixth embodiment, only the state vector estimating operation of step ST1009 in the eighth embodiment will be described below.

【0160】この実施の形態8におけるステップST1
009においては、位置・方位計算手段44で計算した
車両の進行方位θiが所定時間内に所定値以上変化した
場合には、その後所定の時間が経過するまでカルマンフ
ィルタによってオフセットが所定値以上補正されること
のないように、そのカルマンゲインKiを調整して、上
記式(69)〜式(73)、式(74)〜式(77)、
および式(78)〜式(82)にしたがって状態ベクト
ルxi|iの推定量を計算する。
Step ST1 in Embodiment 8
In 009, when the traveling direction θi of the vehicle calculated by the position / azimuth calculating means 44 changes by a predetermined value or more within a predetermined time, the offset is corrected by a Kalman filter by a predetermined value or more until the predetermined time elapses thereafter. By adjusting the Kalman gain Ki so as not to cause this, the above equations (69) to (73), equations (74) to (77),
And estimating the state vector xi | i according to the equations (78) to (82).

【0161】以上のように、この実施の形態8によれ
ば、車両の進行方位が所定時間内に所定値以上変化した
直後には、その後所定時間が経過するまで、カルマンフ
ィルタでオフセットが所定値以上補正されないように、
カルマンゲインを方位変化計算手段43で調整して状態
ベクトルの計算を行うように構成したので、それぞれの
誤差の特徴に合わせた補正を行うことができ、方位変化
を精度よく求めることができる車両位置計測装置が実現
できるという効果が得られる。
As described above, according to the eighth embodiment, immediately after the heading of the vehicle has changed by a predetermined value or more within a predetermined time, the offset by the Kalman filter is equal to or more than a predetermined value until the predetermined time elapses thereafter. So that it is not corrected
Since the state vector is calculated by adjusting the Kalman gain by the azimuth change calculating means 43, it is possible to perform correction according to the characteristics of each error, and to accurately determine the azimuth change in the vehicle position. The effect that a measuring device can be realized is obtained.

【0162】実施の形態9.上記実施の形態1では、位
置・方位計算手段44において、単位時間毎の方位変化
と移動距離、およびGPS受信機2で観測した位置情報
をカルマンフィルタで処理して、車両の位置情報と方位
情報を計算する際に、状態ベクトルの要素である進行方
位の修正量が所定値以下になるように、カルマンゲイン
を調整して状態ベクトルを計算するものとして説明した
が、さらに、位置の修正量も所定値以下になるようにカ
ルマンゲインを調整して状態ベクトルを計算するように
してもよい。また、GPS受信機2で観測した方位を観
測値とするカルマンフィルタを用いてもよい。
Embodiment 9 FIG. In the first embodiment, the position / azimuth calculating means 44 processes the azimuth change and the moving distance per unit time, and the position information observed by the GPS receiver 2 with the Kalman filter, and calculates the position information and the azimuth information of the vehicle. In the calculation, it has been described that the state vector is calculated by adjusting the Kalman gain so that the correction amount of the traveling azimuth which is an element of the state vector is equal to or less than a predetermined value. The state vector may be calculated by adjusting the Kalman gain so as to be equal to or less than the value. Further, a Kalman filter that uses the azimuth observed by the GPS receiver 2 as an observation value may be used.

【0163】実施の形態10.上記実施の形態4では、
速度計算手段45において、カルマンフィルタで距離セ
ンサ1のスケールファクタを補正するものとして説明し
たが、所定時間における距離センサ1の出力信号と、G
PS受信機2で観測した速度情報の両変化率の差異が所
定値以下であれば、その時の距離センサ1から計算した
速度とGPS受信機2で観測した速度情報の比あるいは
差を、ローパスフィルタに通した結果に基づいてスケー
ルファクタを補正するようにしてもよい。
Embodiment 10 FIG. In Embodiment 4 described above,
In the speed calculation means 45, it has been described that the scale factor of the distance sensor 1 is corrected by the Kalman filter.
If the difference between the rates of change of the speed information observed by the PS receiver 2 is equal to or less than a predetermined value, the ratio or difference between the speed calculated from the distance sensor 1 and the speed information observed by the GPS receiver 2 at that time is determined by a low-pass filter. The scale factor may be corrected on the basis of the result passed through.

【0164】実施の形態11.上記実施の形態7では、
方位変化計算手段43において、相対方位センサ3から
計算した方位変化が所定値以下のときに、カルマンフィ
ルタで相対方位センサのスケールファクタが所定値以上
補正されないように、カルマンゲインを調整して状態ベ
クトルを計算するものとして説明したが、車両がほぼ直
進走行である状態を示すものであれば、それを相対方位
センサ3から計算した方位変化の代わりに用いてもよ
い。
Embodiment 11 FIG. In the seventh embodiment,
When the azimuth change calculated by the relative azimuth sensor 3 is equal to or less than a predetermined value, the azimuth change calculating means 43 adjusts the Kalman gain so that the scale factor of the relative azimuth sensor is not corrected to a predetermined value or more by the Kalman filter. The calculation has been described. However, as long as it indicates a state in which the vehicle is traveling substantially straight, the change may be used instead of the azimuth change calculated from the relative azimuth sensor 3.

【0165】実施の形態12.上記実施の形態8では、
方位変化計算手段43において、車両の進行方位が所定
時間内に所定値以上変化した直後において、その後所定
時間が経過するまで、カルマンフィルタで相対方位セン
サのオフセットが所定値以上補正されないように、カル
マンゲインを調整して状態ベクトルを計算するものとし
て説明したが、所定時間内に車両が右左折あるいは、所
定角度以上旋回したことを示すものであれば、それを車
両の進行方位の代わりに用いてもよい。
Embodiment 12 FIG. In Embodiment 8 described above,
Immediately after the heading of the vehicle changes by a predetermined value or more within a predetermined time in the heading change calculating means 43, the Kalman gain is adjusted so that the offset of the relative heading sensor is not corrected by the predetermined value by the Kalman filter until the predetermined time elapses thereafter. Has been described as calculating the state vector, but if it indicates that the vehicle has turned right or left within a predetermined time or turned a predetermined angle or more, it may be used instead of the traveling direction of the vehicle. Good.

【0166】[0166]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、GP
S航法と自律航法の複合化に際して、GPS受信機の観
測情報と車両搭載センサの計測情報から、カルマンフィ
ルタにて車両の現在位置と進行方位を同時に計算すると
ともに、進行方位があらかじめ定めた所定値以上修正さ
れないように、カルマンゲインを調整して計算するよう
に構成したので、仮に、カルマンフィルタにおける観測
誤差が一時的に不正確になった場合でも、車両の現在位
置と進行方位の精度が直ちに低下するようなことはなく
なり、車両の現在位置と進行方位の信頼性を向上させる
ことのできる車両位置計測装置が得られる効果がある。
As described above, according to the present invention, the GP
When combining S navigation and autonomous navigation, the current position and heading of the vehicle are calculated simultaneously by the Kalman filter from the observation information of the GPS receiver and the measurement information of the onboard sensors, and the heading is equal to or greater than a predetermined value. Since the calculation is performed by adjusting the Kalman gain so as not to be corrected, even if the observation error in the Kalman filter becomes temporarily inaccurate, the accuracy of the current position and the traveling direction of the vehicle immediately decreases. Such a situation is eliminated, and there is an effect that a vehicle position measuring device that can improve the reliability of the current position and the traveling direction of the vehicle can be obtained.

【0167】この発明によれば、さらに、カルマンフィ
ルタにおけるシステム誤差の行列要素に少なくとも方位
誤差を設定し、進行方位の修正量を制限するための所定
値をこの方位誤差に基づいて計算するように構成したの
で、車両の進行方位の誤差を修正することができ、車両
の現在位置と進行方位を精度よく求めることが可能とな
る効果がある。
According to the present invention, at least an azimuth error is set in the matrix element of the system error in the Kalman filter, and a predetermined value for limiting the correction amount of the traveling azimuth is calculated based on the azimuth error. Therefore, the error of the traveling direction of the vehicle can be corrected, and the present position and the traveling direction of the vehicle can be accurately obtained.

【0168】この発明によれば、相対方位センサのオフ
セットのドリフトの大きさに基づいて、進行方位の修正
量を制限するための所定値を計算するように構成したの
で、ドリフトの影響で進行方位に誤差を生じないよう
に、車両の現在位置と進行方位を精度よく求めることが
可能となる効果がある。
According to the present invention, since the predetermined value for limiting the correction amount of the traveling direction is calculated based on the magnitude of the offset drift of the relative direction sensor, the traveling direction is affected by the drift. Therefore, there is an effect that the current position and the traveling direction of the vehicle can be accurately obtained so that no error occurs.

【0169】この発明によれば、所定時間における距離
センサの出力信号とGPS受信機で観測した速度情報の
それぞれの変化率の差異を判定して、その差異が所定値
よりも小さいときにのみ、速度計算手段で状態ベクトル
を計算するように構成したので、距離センサの出力信号
から計算した車両の速度に誤差がある場合に、その誤差
を素早く高精度で補正することが可能な速度計測装置が
得られる効果がある。
According to the present invention, the difference between the rate of change of the output signal of the distance sensor and the rate of change of the speed information observed by the GPS receiver at the predetermined time is determined, and only when the difference is smaller than the predetermined value, Since the speed calculation means is configured to calculate the state vector, when there is an error in the speed of the vehicle calculated from the output signal of the distance sensor, a speed measurement device capable of quickly and accurately correcting the error is provided. There is an effect that can be obtained.

【0170】この発明によれば、カルマンフィルタにて
計算した距離センサのスケールファクタの分散が小さい
ときに、距離センサのスケールファクタの補正を行うよ
うに構成したので、距離センサの出力信号から計算した
車両の速度の誤差を、より安定に補正することができる
効果がある。
According to the present invention, since the scale factor of the distance sensor is corrected when the variance of the scale factor of the distance sensor calculated by the Kalman filter is small, the vehicle calculated from the output signal of the distance sensor is corrected. The speed error can be more stably corrected.

【0171】[0171]

【0172】この発明によれば、相対方位センサのオフ
セットとスケールファクタとをカルマンフィルタで計算
し、GPS受信機で観測した位置情報と、方位変化計算
手段および距離・速度計算手段で計算した車両の移動距
離と方位変化から、車両の現在位置と進行方向を計算す
ると共に、検出された相対方位センサのオフセットと車
両の進行方位を初期値として、カルマンフィルタにおけ
る状態ベクトルのスケールファクタ以外の行列要素の初
期化を行うように構成したので、相対位置センサのオフ
セットとスケールファクタに誤差がある場合に、一つの
計算方法でその誤差を素早く補正して相対方位センサか
ら方位変化を精度よく求めることができると共に、相対
位置センサのオフセットとスケールファクタの誤差の補
正を、より正確に行うことができるという効果が得られ
る。
According to the present invention, the relative azimuth sensor is turned off.
Calculate set and scale factor with Kalman filter
And the position information observed by the GPS receiver and the azimuth change calculation
Moving distance of vehicle calculated by means and distance / speed calculating means
Calculates the current position and heading of the vehicle from separation and heading changes
In addition, since the detected offset of the relative direction sensor and the traveling direction of the vehicle are used as initial values, matrix elements other than the scale factor of the state vector in the Kalman filter are initialized, so that the relative position sensor is turned off.
If there is an error between the set and the scale factor,
Correct the error quickly by the calculation method and use the relative orientation sensor
Thus, it is possible to obtain the effect that the azimuth change can be obtained with high accuracy, and the offset of the relative position sensor and the error of the scale factor can be corrected more accurately.

【0173】この発明によれば、相対方位センサのオフ
セットとスケールファクタとをカルマンフィルタで計算
し、GPS受信機で観測した位置情報と、方位変化計算
手段および距離・速度計算手段で計算した車両の移動距
離と方位変化から、車両の現在位置と進行方向を計算す
ると共に、方位変化計算手段で計算した方位変化が所定
値以下の場合にスケールファクタが所定値以上補正され
ないように、カルマンゲインを調整して状態ベクトルを
計算するように構成したので、相対位置センサのオフセ
ットとスケールファクタに誤差がある場合に、一つの計
算方法でその誤差を素早く補正して相対方位センサから
方位変化を精度よく求めることができると共に、相対方
位センサのオフセット誤差に起因する方位誤差は時間と
ともに増大するが、スケールファクタ誤差に起因する方
位誤差は旋回角に応じて生じるという特徴に合わせて補
正を行うことができるという効果が得られる。
According to the present invention, the relative azimuth sensor is turned off.
Calculate set and scale factor with Kalman filter
And the position information observed by the GPS receiver and the azimuth change calculation
Moving distance of vehicle calculated by means and distance / speed calculating means
Calculates the current position and heading of the vehicle from separation and heading changes
Rutotomoni, as the scale factor is not corrected more than a predetermined value when the azimuth change calculated by the orientation change calculation means is equal to or less than the predetermined value, since it is configured to calculate the state vector by adjusting the Kalman gain, relative position sensors Of the office
If there is an error between the
Error is quickly corrected by the
The azimuth change can be obtained with high accuracy, and the azimuth error caused by the offset error of the relative azimuth sensor increases with time, but the azimuth error caused by the scale factor error occurs according to the turning angle. Is obtained.

【0174】この発明によれば、相対方位センサのオフ
セットとスケールファクタとをカルマンフィルタで計算
し、GPS受信機で観測した位置情報と、方位変化計算
手段および距離・速度計算手段で計算した車両の移動距
離と方位変化から、車両の現在位置と進行方向を計算す
ると共に、車両の進行方位が所定時間内に所定値以上変
化した後、所定時間が経過するまで、オフセットが所定
値以上補正されないように、カルマンゲインを調整して
状態ベクトルを計算するように構成したので、相対位置
センサのオフセットとスケールファクタに誤差がある場
合に、一つの計算方法でその誤差を素早く補正して相対
方位センサから方位変化を精度よく求めることができる
と共に、相対方位センサのオフセット誤差に起因する方
位誤差は時間とともに増大するが、スケールファクタ誤
差に起因する方位誤差は旋回角に応じて生じるという特
徴に合わせて補正を行うことができるという効果が得ら
れる。
According to the present invention, the relative azimuth sensor is turned off.
Calculate set and scale factor with Kalman filter
And the position information observed by the GPS receiver and the azimuth change calculation
Moving distance of vehicle calculated by means and distance / speed calculating means
Calculates the current position and heading of the vehicle from separation and heading changes
In addition, after the heading of the vehicle has changed by a predetermined value or more within a predetermined time, the state vector is calculated by adjusting the Kalman gain so that the offset is not corrected by the predetermined value until the predetermined time elapses. The relative position
If there is an error in the offset and scale factor of the sensor
In one case, one calculation method can quickly correct the error and
Direction change can be obtained accurately from the direction sensor
At the same time, the azimuth error caused by the offset error of the relative azimuth sensor increases with time, but the azimuth error caused by the scale factor error can be corrected according to the characteristic that it occurs according to the turning angle. Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1による車両位置計測
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a vehicle position measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 実施の形態1および実施の形態3におけるメ
インルーチンの処理内容を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing processing contents of a main routine in the first and third embodiments.

【図3】 実施の形態1における第1の割込処理の内容
を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of a first interrupt process according to the first embodiment.

【図4】 実施の形態1における第2の割込処理の内容
を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing the contents of a second interrupt process according to the first embodiment.

【図5】 実施の形態1における第3の割込処理の内容
を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing the contents of a third interrupt process according to the first embodiment.

【図6】 実施の形態1から実施の形態3における位置
・方位計算手段の処理内容を示すフローチャートであ
る。
FIG. 6 is a flowchart showing processing contents of a position / azimuth calculation means in the first to third embodiments.

【図7】 この発明の実施の形態4による速度計測装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a speed measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 実施の形態4および実施の形態5におけるメ
インルーチンの処理内容を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing processing contents of a main routine in the fourth and fifth embodiments.

【図9】 この発明の実施の形態6による車両位置計測
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a vehicle position measuring device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】 実施の形態6から実施の形態8における方
位変化計算手段の処理内容を示すフローチャートであ
る。
FIG. 10 is a flowchart showing processing contents of an azimuth change calculating unit according to the sixth to eighth embodiments.

【図11】 従来の車両位置計測装置の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional vehicle position measuring device.

【図12】 従来の車両位置計測装置における推測航法
のメインルーチンの演算処理を示すフローチャートであ
る。
FIG. 12 is a flowchart showing a calculation process of a main routine of dead reckoning in the conventional vehicle position measuring device.

【図13】 従来の車両位置計測装置における方位変化
量と移動距離の演算処理を示すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing a calculation process of an azimuth change amount and a moving distance in a conventional vehicle position measuring device.

【図14】 従来の車両位置計測装置における相対軌跡
演算処理を示すフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart showing a relative trajectory calculation process in a conventional vehicle position measuring device.

【図15】 従来の車両位置計測装置における絶対方位
および絶対位置の演算処理を示すフローチャートであ
る。
FIG. 15 is a flowchart showing a calculation process of an absolute azimuth and an absolute position in a conventional vehicle position measuring device.

【図16】 従来の車両位置計測装置における推測航法
とGPS航法を複合化するためのカルマンフィルタの演
算処理を示すフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing a Kalman filter calculation process for combining dead reckoning navigation and GPS navigation in a conventional vehicle position measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 距離センサ、2 GPS受信機、3 相対方位セン
サ、41 距離・速度計算手段(距離計算手段)、42
オフセット検出手段、43 方位変化計算手段、44
位置・方位計算手段、45 速度計算手段、46 距
離・速度計算手段。
Reference Signs List 1 distance sensor, 2 GPS receiver, 3 relative direction sensor, 41 distance / speed calculation means (distance calculation means), 42
Offset detecting means, 43 azimuth change calculating means, 44
Position / azimuth calculation means, 45 speed calculation means, 46 distance / speed calculation means.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−34379(JP,A) 特開 平6−288776(JP,A) 特開 平7−239236(JP,A) 特開 平7−301541(JP,A) 特開 平8−68849(JP,A) 特開 平9−14962(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 21/00 - 21/36 G01C 22/00 G01C 19/00 - 19/72 Continuation of front page (56) References JP-A-6-34379 (JP, A) JP-A-6-288776 (JP, A) JP-A-7-239236 (JP, A) JP-A-7-301541 (JP) , A) JP-A-8-68849 (JP, A) JP-A-9-14962 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 21/00-21/36 G01C 22/00 G01C 19/00-19/72

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 衛星を利用して少なくとも車両の現在位
置を観測するGPS受信機と、 前記車両の方位変化に応じた信号を出力する相対方位セ
ンサと、 前記車両の移動距離に応じた信号を出力する距離センサ
と、 前記相対方位センサの出力信号から前記車両の単位時間
毎の方位変化を計算する方位変化計算手段と、 前記距離センサの出力信号から前記車両の単位時間毎の
移動距離を計算する距離計算手段と、 前記方位変化計算手段および前記距離計算手段にて計算
した単位時間毎の方位変化と移動距離から、前記車両の
位置情報と方位情報を計算するシステムモデルと、前記
GPS受信機で観測した位置情報と前記システムモデル
における位置情報の関係を表した観測モデルとに基づい
て、状態ベクトルの行列要素に前記システムモデルの位
置情報と方位情報を設定し、観測値には前記GPS受信
機で観測した位置情報を設定したカルマンフィルタを用
いて、前記状態ベクトルの要素である進行方位の修正量
が所定値以下になるように前記カルマンフィルタのカル
マンゲインを調整し、前記状態ベクトルを計算する位置
・方位計算手段とを備えた車両位置計測装置。
1. A GPS receiver for observing at least a current position of a vehicle using a satellite, a relative direction sensor for outputting a signal corresponding to a change in direction of the vehicle, and a signal corresponding to a moving distance of the vehicle. A distance sensor to be output; an azimuth change calculating means for calculating an azimuth change of the vehicle per unit time from an output signal of the relative azimuth sensor; and a movement distance of the vehicle per unit time from the output signal of the distance sensor. A distance calculation unit, a system model for calculating the position information and the azimuth information of the vehicle from the azimuth change and the movement distance per unit time calculated by the azimuth change calculation unit and the distance calculation unit, and the GPS receiver Based on the position information observed in and an observation model representing the relationship between the position information in the system model, the matrix element of the state vector Position information and azimuth information, and using the Kalman filter in which the position information observed by the GPS receiver is set as the observation value, so that the correction amount of the traveling azimuth which is an element of the state vector is equal to or less than a predetermined value. A vehicle position measuring device comprising: a position / azimuth calculating means for adjusting a Kalman gain of the Kalman filter and calculating the state vector.
【請求項2】 位置・方位計算手段が、カルマンフィル
タにおけるシステム誤差の行列要素に少なくとも方位誤
差を設定し、状態ベクトルの行列要素である進行方位の
修正量を所定値以下になるようにカルマンゲインを調整
する際に、当該所定値を前記方位誤差に基づいて計算す
るものであることを特徴とする請求項1記載の車両位置
計測装置。
2. A position / azimuth calculation means sets at least an azimuth error in a matrix element of a system error in a Kalman filter, and adjusts a Kalman gain so that a correction amount of a traveling azimuth, which is a matrix element of a state vector, becomes a predetermined value or less. 2. The vehicle position measuring device according to claim 1, wherein, when adjusting, the predetermined value is calculated based on the azimuth error.
【請求項3】 方位変化計算手段が、相対方位センサの
出力信号から、当該出力信号より検出したその出力信号
のオフセットを差し引いた後、それにスケールファクタ
を乗算して車両の単位時間毎の方位変化を計算するとと
もに、オフセット更新時にはその履歴からドリフトを計
算するものであり、 位置・方位計算手段が、状態ベクトルの行列要素である
進行方位の修正量を所定値以下になるようにカルマンゲ
インを調整する際に、状態ベクトルの行列要素である前
記車両の進行方位の修正量を制限するための所定値を、
前記方位変化計算手段の計算したオフセットのドリフト
に基づいて計算するものであることを特徴とする請求項
1記載の車両位置計測装置。
3. An azimuth change calculating means subtracts an offset of the output signal detected from the relative azimuth sensor from the output signal of the relative azimuth sensor, and multiplies the result by a scale factor to change the azimuth of the vehicle per unit time. And at the time of updating the offset, the drift is calculated from the history.The position / azimuth calculating means adjusts the Kalman gain so that the correction amount of the traveling azimuth, which is a matrix element of the state vector, becomes a predetermined value or less. When doing, a predetermined value for limiting the correction amount of the traveling direction of the vehicle, which is a matrix element of the state vector,
2. The vehicle position measuring device according to claim 1, wherein the calculation is performed based on the offset drift calculated by the direction change calculating unit.
【請求項4】 衛星を利用して少なくとも車両の速度を
観測するGPS受信機と、 前記車両の移動距離に応じた信号を出力する距離センサ
と、 前記距離センサの出力信号とスケールファクタおよび加
速度から速度を計算するシステムモデルと、前記GPS
受信機で観測した速度情報と前記システムモデルにおけ
る速度情報の関係を表した観測モデルとに基づいて、状
態ベクトルの行列要素に前記システムモデルの速度とス
ケールファクタを設定し、観測値には前記GPS受信機
で観測した速度情報を設定したカルマンフィルタを用い
て、所定時間における前記距離センサの出力信号と前記
GPS受信機で観測した速度情報のそれぞれの変化率の
差が所定値以下である場合にのみ、前記状態ベクトルを
計算する速度計算手段とを備えた速度計測装置。
4. A GPS receiver for observing at least the speed of a vehicle using a satellite, a distance sensor for outputting a signal corresponding to a moving distance of the vehicle, and an output signal of the distance sensor and a scale factor and acceleration. A system model for calculating speed, and the GPS
Based on the speed information observed by the receiver and the observation model representing the relationship between the speed information in the system model, the speed and scale factor of the system model are set in the matrix element of the state vector, and the GPS value is used as the observed value. Using a Kalman filter that sets the speed information observed by the receiver, only when the difference between the output signal of the distance sensor and the rate of change of the speed information observed by the GPS receiver at a predetermined time is equal to or less than a predetermined value. And a speed calculating means for calculating the state vector.
【請求項5】 速度計算手段が、カルマンフィルタで所
定回数計算した距離センサのスケールファクタの標準偏
差が平均値に対して所定値以下の比率になった場合に、
前記距離センサのスケールファクタを補正するものであ
ることを特徴とする請求項4記載の速度計測装置。
5. When the standard deviation of the scale factor of the distance sensor calculated by the Kalman filter a predetermined number of times is less than a predetermined value with respect to the average value,
The speed measuring device according to claim 4, wherein the scale factor of the distance sensor is corrected.
【請求項6】 衛星を利用して少なくとも車両の現在位
置と進行方位を観測するGPS受信機と、 前記車両の移動距離に応じた信号を出力する距離センサ
と、 前記車両の方位変化に応じた信号を出力する相対方位セ
ンサと、 前記距離センサの出力信号から前記車両の単位時間毎の
移動距離と速度を計算する距離・速度計算手段と、 前記距離・速度計算手段で計算した速度が0のときに、
前記相対方位センサの出力信号から当該出力信号のオフ
セットを検出するオフセット検出手段と、 前記相対方位センサの出力信号から前記オフセット検出
手段の検出したオフセットを差し引いた後、それにスケ
ールファクタを乗算して前記車両の単位時間毎の方位変
化を計算し、当該方位変化を積算した方位を計算するシ
ステムモデルと、前記GPS受信機で観測した方位情報
と前記システムモデルにおける方位情報の関係を表した
観測モデルとに基づいて、状態ベクトルの行列要素に前
記システムモデルのオフセットとスケールファクタおよ
び方位変化を積算した方位を設定し、観測値には前記G
PS受信機で観測した方位情報を設定したカルマンフィ
ルタを用いて前記状態ベクトルを計算する方位変化計算
手段と、 前記GPS受信機で観測した位置情報と、前記方位変化
計算手段および前記距離・速度計算手段で計算した前記
車両の移動距離および方位変化をもとに、当該車両の現
在位置と進行方位を計算する位置・方位計算手段とを備
前記方位変化計算手段は、前記オフセット検出手段によ
って相対方位センサのオフセットが検出されると、該オ
フセット検出手段の検出したオフセットと前記位置・方
位計算手段が計算した車両の進行方位とを初期値とし
て、前記カルマンフィルタにおける状態ベクトルのスケ
ールファクタ以外の行列要素を初期化する 車両位置計測
装置。
6. At least the current position of the vehicle using a satellite
GPS receiver for observing the position and heading, and a distance sensor for outputting a signal according to the travel distance of the vehicle
And a relative heading section for outputting a signal corresponding to a heading change of the vehicle.
From the output signal of the distance sensor for each unit time of the vehicle.
Distance / speed calculating means for calculating a moving distance and a speed, and when the speed calculated by the distance / speed calculating means is 0,
OFF of the output signal from the output signal of the relative direction sensor
Offset detection means for detecting a set, and the offset detection from an output signal of the relative orientation sensor
After subtracting the offset detected by the means,
The vehicle's heading per unit time
Calculation, ThisA system for calculating the azimuth by integrating the azimuth change
Stem model and bearing information observed by the GPS receiver
And the relationship between the orientation information in the system model
Based on the observation model
Offset and scale factors and
And the azimuth obtained by integrating the azimuth change.
Karman filter set with azimuth information observed by PS receiver
Azimuth change calculation for calculating the state vector using
Means, position information observed by the GPS receiver, and the azimuth change
The calculating means and the distance / speed calculating means
Based on the moving distance and direction change of the vehicle, the current
A position / azimuth calculation means for calculating the current position and the heading is provided.
e, The azimuth change calculating means may include an offset detecting means.
When the offset of the relative bearing sensor is detected by the
Offset and the position / direction detected by the offset detection means
The heading of the vehicle calculated by the position calculation means and the initial value
The state vector scale in the Kalman filter
Initialize matrix elements other than the rule factor Vehicle position measurement
apparatus.
【請求項7】 衛星を利用して少なくとも車両の現在位
置と進行方位を観測するGPS受信機と、 前記車両の移動距離に応じた信号を出力する距離センサ
と、 前記車両の方位変化に応じた信号を出力する相対方位セ
ンサと、 前記距離センサの出力信号から前記車両の単位時間毎の
移動距離と速度を計算する距離・速度計算手段と、 前記距離・速度計算手段で計算した速度が0のときに、
前記相対方位センサの出力信号から当該出力信号のオフ
セットを検出するオフセット検出手段と、 前記相対方位センサの出力信号から前記オフセット検出
手段の検出したオフセットを差し引いた後、それにスケ
ールファクタを乗算して前記車両の単位時間毎の方位変
化を計算し、当該方位変化を積算した方位を計算するシ
ステムモデルと、前記GPS受信機で観測した方位情報
と前記システムモデルにおける方位情報の関係を表した
観測モデルとに基づいて、状態ベクトルの行列要素に前
記システムモデルのオフセットとスケールファクタおよ
び方位変化を積算した方位を設定し、観測値には前記G
PS受信機で観測した方位情報を設定したカルマンフィ
ルタを用いて前記状態ベクトルを計算する方位変化計算
手段と、 前記GPS受信機で観測した位置情報と、前記方位変化
計算手段および前記距離・速度計算手段で計算した前記
車両の移動距離および方位変化をもとに、当該車両の現
在位置と進行方位を計算する位置・方位計算手段とを備
前記方位変化計算手段は、前記方位変化が所定値以下で
あると、前記カルマンフィルタでスケールファクタが所
定値以上に補正されないようにそのカルマンゲインを調
整して、前記状態ベクトルを計算する 車両位置計測装
置。
7. At least the current position of the vehicle using a satellite
GPS receiver for observing the position and heading, and a distance sensor for outputting a signal according to the travel distance of the vehicle
And a relative heading section for outputting a signal corresponding to a heading change of the vehicle.
From the output signal of the distance sensor for each unit time of the vehicle.
Distance / speed calculating means for calculating a moving distance and a speed, and when the speed calculated by the distance / speed calculating means is 0,
OFF of the output signal from the output signal of the relative direction sensor
Offset detection means for detecting a set, and the offset detection from an output signal of the relative orientation sensor
After subtracting the offset detected by the means,
The vehicle's heading per unit time
Calculation, ThisA system for calculating the azimuth by integrating the azimuth change
Stem model and bearing information observed by the GPS receiver
And the relationship between the orientation information in the system model
Based on the observation model
Offset and scale factors and
And the azimuth obtained by integrating the azimuth change.
Karman filter set with azimuth information observed by PS receiver
Azimuth change calculation for calculating the state vector using
Means, position information observed by the GPS receiver, and the azimuth change
The calculating means and the distance / speed calculating means
Based on the moving distance and direction change of the vehicle, the current
A position / azimuth calculation means for calculating the current position and the heading is provided.
e, The azimuth change calculating means may determine that the azimuth change is equal to or less than a predetermined value.
If there is a scale factor in the Kalman filter
Adjust the Kalman gain so that it is not corrected beyond the set value.
And calculate the state vector Vehicle position measurement equipment
Place.
【請求項8】 衛星を利用して少なくとも車両の現在位
置と進行方位を観測するGPS受信機と、 前記車両の移動距離に応じた信号を出力する距離センサ
と、 前記車両の方位変化に応じた信号を出力する相対方位セ
ンサと、 前記距離センサの出力信号から前記車両の単位時間毎の
移動距離と速度を計算する距離・速度計算手段と、 前記距離・速度計算手段で計算した速度が0のときに、
前記相対方位センサの出力信号から当該出力信号のオフ
セットを検出するオフセット検出手段と、 前記相対方位センサの出力信号から前記オフセット検出
手段の検出したオフセットを差し引いた後、それにスケ
ールファクタを乗算して前記車両の単位時間毎の方位変
化を計算し、当該方位変化を積算した方位を計算するシ
ステムモデルと、前記GPS受信機で観測した方位情報
と前記システムモデルにおける方位情報の関係を表した
観測モデルとに基づいて、状態ベクトルの行列要素に前
記システムモデルのオフセットとスケールファクタおよ
び方位変化を積算した方位を設定し、観測値には前記G
PS受信機で観測した方位情報を設定したカルマンフィ
ルタを用いて前記状態ベクトルを計算する方位変化計算
手段と、 前記GPS受信機で観測した位置情報と、前記方位変化
計算手段および前記距離・速度計算手段で計算した前記
車両の移動距離および方位変化をもとに、当該車両の現
在位置と進行方位を計算する位置・方位計算手段とを備
前記方位変化計算手段は、前記車両の進行方位が所定時
間内に所定値以上変化した直後において、その後所定時
間が経過するまで、前記カルマンフィルタでオフセット
が所定値以上補正されないようにそのカルマンゲインを
調整して、前記状態ベクトルを計算する 車両位置計測装
置。
8. At least the current position of the vehicle using a satellite
GPS receiver for observing the position and heading, and a distance sensor for outputting a signal according to the travel distance of the vehicle
And a relative heading section for outputting a signal corresponding to a heading change of the vehicle.
From the output signal of the distance sensor for each unit time of the vehicle.
Distance / speed calculating means for calculating a moving distance and a speed, and when the speed calculated by the distance / speed calculating means is 0,
OFF of the output signal from the output signal of the relative direction sensor
Offset detection means for detecting a set, and the offset detection from an output signal of the relative orientation sensor
After subtracting the offset detected by the means,
The vehicle's heading per unit time
Calculation, ThisA system for calculating the azimuth by integrating the azimuth change
Stem model and bearing information observed by the GPS receiver
And the relationship between the orientation information in the system model
Based on the observation model
Offset and scale factors and
And the azimuth obtained by integrating the azimuth change.
Karman filter set with azimuth information observed by PS receiver
Azimuth change calculation for calculating the state vector using
Means, position information observed by the GPS receiver, and the azimuth change
The calculating means and the distance / speed calculating means
Based on the moving distance and direction change of the vehicle, the current
A position / azimuth calculation means for calculating the current position and the heading is provided.
e, The azimuth change calculating means determines that the traveling azimuth of the vehicle is a predetermined direction.
Immediately after a change of a predetermined value or more within
Until the time elapses, offset by the Kalman filter
Kalman gain is adjusted so that
Adjust and calculate the state vector Vehicle position measurement equipment
Place.
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