JP3485336B2 - 乗物の位置を決定する方法及び装置 - Google Patents
乗物の位置を決定する方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に航行システムに係
り、より詳細には、３次元基準フレームにおける乗物の
位置を決定する装置及び方法に係る。
り、より詳細には、３次元基準フレームにおける乗物の
位置を決定する装置及び方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】工場や鉱山において積載荷重を運搬した
り、軍用及び宇宙の分野で偵察情報を供給したりするこ
とを含む多数の機能を果たすために自律式乗物が開発さ
れている。このような乗物に搭載する航行システムに必
要な特徴は、地表面上における又はある所定の基準フレ
ームに対する乗物の位置を決定するための位置決定シス
テムにある。従来の位置決定システムは、グローバルな
位置決定システム（ＧＰＳ）と、慣性に基づく位置決定
システムと、視覚に基づく位置決定システムと、推測航
法システムとを含む。
り、軍用及び宇宙の分野で偵察情報を供給したりするこ
とを含む多数の機能を果たすために自律式乗物が開発さ
れている。このような乗物に搭載する航行システムに必
要な特徴は、地表面上における又はある所定の基準フレ
ームに対する乗物の位置を決定するための位置決定シス
テムにある。従来の位置決定システムは、グローバルな
位置決定システム（ＧＰＳ）と、慣性に基づく位置決定
システムと、視覚に基づく位置決定システムと、推測航
法システムとを含む。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】グローバルな位置決定
システムにおいては、地球を取り巻く軌道に多数のサテ
ライトが配置される。これらのＧＰＳサテライトは、電
磁信号を送信するように設計されている。これらの電磁
信号から地表面又はその付近にある受信器の絶対位置を
決定することができる。典型的に、受信器の位置を正確
に決定するためには、地上受信器の視野内にある少なく
とも４つのＧＰＳサテライトからの信号が使用される。
システムにおいては、地球を取り巻く軌道に多数のサテ
ライトが配置される。これらのＧＰＳサテライトは、電
磁信号を送信するように設計されている。これらの電磁
信号から地表面又はその付近にある受信器の絶対位置を
決定することができる。典型的に、受信器の位置を正確
に決定するためには、地上受信器の視野内にある少なく
とも４つのＧＰＳサテライトからの信号が使用される。
【０００４】ＧＰＳの精度は、地上受信器が効果的に応
答する信号を送信するＧＰＳサテライトの個数や、受信
した信号の可変振幅によって影響される。１つ以上のＧ
ＰＳサテライトが適切に機能しないときには、位置推定
の精度が悪化する。更に、乗物が深いオープンピットの
鉱山やトンネル内で運転されているときのようにサテラ
イトからの電磁信号が遮られる場合には、グローバルな
位置決定システムの精度が低下する。
答する信号を送信するＧＰＳサテライトの個数や、受信
した信号の可変振幅によって影響される。１つ以上のＧ
ＰＳサテライトが適切に機能しないときには、位置推定
の精度が悪化する。更に、乗物が深いオープンピットの
鉱山やトンネル内で運転されているときのようにサテラ
イトからの電磁信号が遮られる場合には、グローバルな
位置決定システムの精度が低下する。
【０００５】ＧＰＳに加えて、従来技術では、航行シス
テムに慣性基準ユニット（ＩＲＵ）を用いて乗物の推定
位置を得ることが知られている。このようなＩＲＵは、
ジャイロスコープによって安定化された基準座標フレー
ム内で加速時計から比力測定値を得る。ＩＲＵは、例え
ば、レーザ、機械的又は光ファイバを含む多数の形式の
ものがある。ＩＲＵを用いた独立航行システムでは、加
速時計によって測定された比力（地球の重力の作用に対
して補正された）が航行数学方程式に合体されて、乗物
の位置及び速度が形成される。
テムに慣性基準ユニット（ＩＲＵ）を用いて乗物の推定
位置を得ることが知られている。このようなＩＲＵは、
ジャイロスコープによって安定化された基準座標フレー
ム内で加速時計から比力測定値を得る。ＩＲＵは、例え
ば、レーザ、機械的又は光ファイバを含む多数の形式の
ものがある。ＩＲＵを用いた独立航行システムでは、加
速時計によって測定された比力（地球の重力の作用に対
して補正された）が航行数学方程式に合体されて、乗物
の位置及び速度が形成される。
【０００６】ＩＲＵの計器測定値は、プラットフォーム
をいかに実施するかに基づいて基準航行フレームとは異
なる直交座標フレーム内で特定されてもよい。近地球航
行について最も一般的に使用される基準航行フレーム
は、ローカルレベルフレームである。
をいかに実施するかに基づいて基準航行フレームとは異
なる直交座標フレーム内で特定されてもよい。近地球航
行について最も一般的に使用される基準航行フレーム
は、ローカルレベルフレームである。
【０００７】ＩＲＵに関連したジャイロスコープ及び加
速時計は通常乗物本体に直接取り付けられる。これらは
慣性空間に対する乗物の直線及び角度運動を測定する。
この運動は乗物の座標に表される。それ故、基準航行フ
レームに対する乗物の高度を最初に計算する必要があ
る。次いで、計算された高度を用いて、加速時計の測定
値を基準フレームに変換する。
速時計は通常乗物本体に直接取り付けられる。これらは
慣性空間に対する乗物の直線及び角度運動を測定する。
この運動は乗物の座標に表される。それ故、基準航行フ
レームに対する乗物の高度を最初に計算する必要があ
る。次いで、計算された高度を用いて、加速時計の測定
値を基準フレームに変換する。
【０００８】ＩＲＵを用いた航行システムの性能は、Ｉ
ＲＵ内の種々の構成センサに起因するエラーによって制
限される。ジャイロスコープはドリフトする。加速時計
は固有のバイアスを有している。更に、不適切な倍率
や、不適切なＩＲＵ整列角度に起因するエラーもある。
典型的に、前者のエラーは、乗物位置、速度及び高度の
推定を不正確なものにし、これは乗物の走行が進むにつ
れて時間と共に蓄積される。これらエラーは、ある程度
は、ユーザの動きによっても左右される。
ＲＵ内の種々の構成センサに起因するエラーによって制
限される。ジャイロスコープはドリフトする。加速時計
は固有のバイアスを有している。更に、不適切な倍率
や、不適切なＩＲＵ整列角度に起因するエラーもある。
典型的に、前者のエラーは、乗物位置、速度及び高度の
推定を不正確なものにし、これは乗物の走行が進むにつ
れて時間と共に蓄積される。これらエラーは、ある程度
は、ユーザの動きによっても左右される。
【０００９】非常に正確な航行システムが乗物に必要と
される場合には、その要求を満たすために高精度のジャ
イロスコープ及び加速時計を使用することができる。し
かしながら、このような高精度の装置は複雑さを増すと
共に、乗物のコストを増大させる。
される場合には、その要求を満たすために高精度のジャ
イロスコープ及び加速時計を使用することができる。し
かしながら、このような高精度の装置は複雑さを増すと
共に、乗物のコストを増大させる。
【００１０】視覚感知に基づいて位置決定することによ
る自律式乗物航行システムも存在する。例えば、視覚に
基づく位置決定は、１９８８年、ＩＥＥＥ、ＣＨ２５５
５−１／８８／００００／０９１２に掲載されたＲテリ
ー・ダンレイ著の「自律式陸上乗物のための障害回避知
覚処理(Obstacles Avoidance Perception Processingfo
r the Autonomous Land Vehicle) 」に述べられたマー
チン・マリエッタ自律陸上乗物に使用されている。
る自律式乗物航行システムも存在する。例えば、視覚に
基づく位置決定は、１９８８年、ＩＥＥＥ、ＣＨ２５５
５−１／８８／００００／０９１２に掲載されたＲテリ
ー・ダンレイ著の「自律式陸上乗物のための障害回避知
覚処理(Obstacles Avoidance Perception Processingfo
r the Autonomous Land Vehicle) 」に述べられたマー
チン・マリエッタ自律陸上乗物に使用されている。
【００１１】視覚に基づく位置決定システムの幾つか
は、ポイントからポイントへ航行するために、例えば、
工場のフロアに固定の誘導ライン即ちマークを使用して
いる。他の位置決定システムは、複雑なハードウェア及
びソフトウェアによるパターン認識を伴う。「推測航
法」システムとして知られている更に別のシステムは、
既知のスタートポイントに対して乗物の位置を追跡する
ことにより航行する。この追跡は、乗物が走行した距離
を測定しそしてスタートポイントからの乗物の方向を監
視することによって行われる。前者の自律航行システム
は、多数の欠点及び制約がある。例えば、乗物の航行シ
ステムが、乗物がどこにいるかを確認できなかったり或
いは乗物のスタートポイントを誤って計算したりした場
合には、この航行システムは乗物を最終的な行き先へ到
達させるように正確に誘導することができない。
は、ポイントからポイントへ航行するために、例えば、
工場のフロアに固定の誘導ライン即ちマークを使用して
いる。他の位置決定システムは、複雑なハードウェア及
びソフトウェアによるパターン認識を伴う。「推測航
法」システムとして知られている更に別のシステムは、
既知のスタートポイントに対して乗物の位置を追跡する
ことにより航行する。この追跡は、乗物が走行した距離
を測定しそしてスタートポイントからの乗物の方向を監
視することによって行われる。前者の自律航行システム
は、多数の欠点及び制約がある。例えば、乗物の航行シ
ステムが、乗物がどこにいるかを確認できなかったり或
いは乗物のスタートポイントを誤って計算したりした場
合には、この航行システムは乗物を最終的な行き先へ到
達させるように正確に誘導することができない。
【００１２】更に、従来の自律式航行システムでは、乗
物の位置推定のエラーが時間と共に蓄積する傾向がある
ので、航行システムは頻繁に時間をかけて実際の位置を
更新する必要がある。推測航法システムを更新するこの
ようなシステムが、１９８８年、ＩＥＥＥ、ＣＨ２５５
５−１／８８／００００／０９８７に掲載されたインジ
ェマーＪコックス著の「ブランチェ：構成された環境の
ための自律式ロボット乗物(Blanche: An Autonomous Ro
bot Vehicle for Structured Environments)」に開示さ
れている。ここに開示された航行システムは、走行距離
計に基づく推測航法システムを更新するために、動作エ
リアに取り付けられたバーコードターゲットに関連して
乗物に取り付けられたレーザレンジファインダを使用し
ている。このようなシステムは、２次元の動作エリアに
しか使用できないという欠点がある。
物の位置推定のエラーが時間と共に蓄積する傾向がある
ので、航行システムは頻繁に時間をかけて実際の位置を
更新する必要がある。推測航法システムを更新するこの
ようなシステムが、１９８８年、ＩＥＥＥ、ＣＨ２５５
５−１／８８／００００／０９８７に掲載されたインジ
ェマーＪコックス著の「ブランチェ：構成された環境の
ための自律式ロボット乗物(Blanche: An Autonomous Ro
bot Vehicle for Structured Environments)」に開示さ
れている。ここに開示された航行システムは、走行距離
計に基づく推測航法システムを更新するために、動作エ
リアに取り付けられたバーコードターゲットに関連して
乗物に取り付けられたレーザレンジファインダを使用し
ている。このようなシステムは、２次元の動作エリアに
しか使用できないという欠点がある。
【００１３】本発明は、上記した問題の１つ以上を解消
することに向けられる。
することに向けられる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、既知の乗物位
置決めシステムの上記欠点を解消し、他の位置決めシス
テムから得られる乗物推定位置の分解能を改善するため
の効率的で且つ簡単なシステムを提供する。又、本発明
は、乗物の主たる位置決めシステムとして働くように他
の乗物位置決めシステムとは独立して使用することがで
きる。或いは、本発明は、主たる位置決めシステムが機
能しないときに乗物の位置推定を行うバックアップ位置
決めシステムとして働いてもよい。
置決めシステムの上記欠点を解消し、他の位置決めシス
テムから得られる乗物推定位置の分解能を改善するため
の効率的で且つ簡単なシステムを提供する。又、本発明
は、乗物の主たる位置決めシステムとして働くように他
の乗物位置決めシステムとは独立して使用することがで
きる。或いは、本発明は、主たる位置決めシステムが機
能しないときに乗物の位置推定を行うバックアップ位置
決めシステムとして働いてもよい。
【００１５】本発明の１つの特徴においては、３次元の
ベース基準フレーム内で乗物位置を決定する装置が提供
される。このベース基準フレームに対して所定の位置に
１つ以上のターゲットが配置される。ターゲット感知デ
バイスが、乗物に対するこれら１つ以上のターゲットの
うちの１つの位置を決定する。推定乗物位置を決定する
デバイスが設けられると共に、乗物に対するターゲット
の位置及び推定乗物位置に応答してベース基準フレーム
に対する乗物の位置を決定する乗物位置決定デバイスも
設けられる。
ベース基準フレーム内で乗物位置を決定する装置が提供
される。このベース基準フレームに対して所定の位置に
１つ以上のターゲットが配置される。ターゲット感知デ
バイスが、乗物に対するこれら１つ以上のターゲットの
うちの１つの位置を決定する。推定乗物位置を決定する
デバイスが設けられると共に、乗物に対するターゲット
の位置及び推定乗物位置に応答してベース基準フレーム
に対する乗物の位置を決定する乗物位置決定デバイスも
設けられる。
【００１６】本発明の別の特徴においては、ベース基準
フレーム内で乗物の位置を決定する方法であって、現在
乗物位置を決定し、１つ以上のターゲットに向けて電磁
エネルギーを指向して、その１つ以上のターゲットによ
り反射された電磁エネルギーを受け取り、測定ターゲッ
ト位置を決定し、乗物に対する推定ターゲット位置を計
算し、そしてベース基準フレームに対する乗物の位置を
決定するという段階を備えた方法が提供される。
フレーム内で乗物の位置を決定する方法であって、現在
乗物位置を決定し、１つ以上のターゲットに向けて電磁
エネルギーを指向して、その１つ以上のターゲットによ
り反射された電磁エネルギーを受け取り、測定ターゲッ
ト位置を決定し、乗物に対する推定ターゲット位置を計
算し、そしてベース基準フレームに対する乗物の位置を
決定するという段階を備えた方法が提供される。
【００１７】又、本発明は、添付図面及び以下の説明を
詳細に検討することにより明らかとなる別の特徴及び効
果も備えている。
詳細に検討することにより明らかとなる別の特徴及び効
果も備えている。
【００１８】
【実施例】本発明の原理を用いた乗物位置決定システム
が図１に参照番号１０で一般的に示されている。作業用
乗物１２は電磁ターゲットセンサ１４を備え、該センサ
はこれに対してターゲット１６の位置を感知するもので
ある。良好なレーダ返送を与えるコーナー反射器又は他
の形式の金属ターゲットのようなターゲット１６が使用
されるのが効果的である。これらターゲット１６は乗物
の作業エリアに配置され、そしてそれらの位置がある手
段によって測量されて、その場所に特有のベース座標系
２８内においてそれらの位置が正確に分かるようにされ
る。ターゲット１６のグローバルな座標（緯度と経度）
が分かるのが効果的である。
が図１に参照番号１０で一般的に示されている。作業用
乗物１２は電磁ターゲットセンサ１４を備え、該センサ
はこれに対してターゲット１６の位置を感知するもので
ある。良好なレーダ返送を与えるコーナー反射器又は他
の形式の金属ターゲットのようなターゲット１６が使用
されるのが効果的である。これらターゲット１６は乗物
の作業エリアに配置され、そしてそれらの位置がある手
段によって測量されて、その場所に特有のベース座標系
２８内においてそれらの位置が正確に分かるようにされ
る。ターゲット１６のグローバルな座標（緯度と経度）
が分かるのが効果的である。
【００１９】乗物位置決定システム１０は、ターゲット
センサ１４からのデータを処理することによりターゲッ
トセンサ１４に対するターゲット１６の位置を決める。
ターゲットセンサ１４からターゲット１６までの距離
と、ターゲットセンサ１４に対するターゲット１６の仰
角及び方位は、良く知られたように、ターゲットセンサ
のデータを処理することにより決定される。
センサ１４からのデータを処理することによりターゲッ
トセンサ１４に対するターゲット１６の位置を決める。
ターゲットセンサ１４からターゲット１６までの距離
と、ターゲットセンサ１４に対するターゲット１６の仰
角及び方位は、良く知られたように、ターゲットセンサ
のデータを処理することにより決定される。
【００２０】好ましい実施例においては、ターゲットセ
ンサ１４は、７７ＧＨｚの中心周波数で動作する周波数
変調連続波（ＦＭＣＷ）のミリメータ波レーダユニット
である。ターゲットセンサ１４の各アンテナ位置におい
て、約７７ＧＨｚを中心とするＲＦエネルギーが、アッ
プ傾斜部分及びダウン傾斜部分において送信される。受
信信号はこの送信信号と混合され、中間周波数（ＩＦ）
信号が生じる。レーダエネルギーがレーダの視界内にあ
る物体から反射されたときには、これら物体までの距離
がＩＦ信号の周波数に正比例する。このＩＦ信号は、Ｒ
4 フィルタ及びエイリアシング防止フィルタを通して送
られる。アップ傾斜時間及びダウン傾斜時間に対応する
ＩＦ信号の部分はデジタル化されてプロセッサに送られ
る。図２に示す各ピクセルに得られるデータは、２組の
デジタルデータで構成され、その一方は送信信号のアッ
プ傾斜に対応しそしてもう一方はダウン傾斜に対応す
る。プロセッサは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行っ
てＩＦ信号を時間ドメインから周波数ドメインへ切り換
えるためのデジタル信号プロセッサを含むのが好まし
い。ターゲットは、バックグランドに対して非常に多量
のレーダエネルギーを返送するように設計されているの
で、ＩＦ信号のいずれの傾斜部分の電力対周波数曲線に
おいてもスパイクとして現れる。このスパイクのピーク
の周波数は、アップ傾斜及びダウン傾斜のＩＦ信号から
種々のスレッシュホールド手段を経て容易に抽出するこ
とができる。ターゲットまでの距離は、２つの信号のス
レッシュホールド処理から得られた周波数を平均化しそ
して距離Ｒに対する次の式を解くことによって得ること
ができる。
ンサ１４は、７７ＧＨｚの中心周波数で動作する周波数
変調連続波（ＦＭＣＷ）のミリメータ波レーダユニット
である。ターゲットセンサ１４の各アンテナ位置におい
て、約７７ＧＨｚを中心とするＲＦエネルギーが、アッ
プ傾斜部分及びダウン傾斜部分において送信される。受
信信号はこの送信信号と混合され、中間周波数（ＩＦ）
信号が生じる。レーダエネルギーがレーダの視界内にあ
る物体から反射されたときには、これら物体までの距離
がＩＦ信号の周波数に正比例する。このＩＦ信号は、Ｒ
4 フィルタ及びエイリアシング防止フィルタを通して送
られる。アップ傾斜時間及びダウン傾斜時間に対応する
ＩＦ信号の部分はデジタル化されてプロセッサに送られ
る。図２に示す各ピクセルに得られるデータは、２組の
デジタルデータで構成され、その一方は送信信号のアッ
プ傾斜に対応しそしてもう一方はダウン傾斜に対応す
る。プロセッサは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行っ
てＩＦ信号を時間ドメインから周波数ドメインへ切り換
えるためのデジタル信号プロセッサを含むのが好まし
い。ターゲットは、バックグランドに対して非常に多量
のレーダエネルギーを返送するように設計されているの
で、ＩＦ信号のいずれの傾斜部分の電力対周波数曲線に
おいてもスパイクとして現れる。このスパイクのピーク
の周波数は、アップ傾斜及びダウン傾斜のＩＦ信号から
種々のスレッシュホールド手段を経て容易に抽出するこ
とができる。ターゲットまでの距離は、２つの信号のス
レッシュホールド処理から得られた周波数を平均化しそ
して距離Ｒに対する次の式を解くことによって得ること
ができる。
【００２１】ｆｒ＝４ＲｆｍΔｆ／Ｃ
但し、ｆｒ＝ＩＦ信号のＦＦＴをスレッシュホールド処
理することにより得られたターゲットのピーク点の周波
数、ｆｍ＝変調周波数、Δｆ＝周波数変調の範囲、Ｃ＝
光の速度。
理することにより得られたターゲットのピーク点の周波
数、ｆｍ＝変調周波数、Δｆ＝周波数変調の範囲、Ｃ＝
光の速度。
【００２２】各傾斜から得たターゲットに対する周波数
を平均化することにより、乗物の走行によって生じるド
ップラーシフトの影響が除去される。ドップラーシフト
は、片方の傾斜のみの間に生じるＩＦ信号を用いたとき
に距離について誤った結果を生じさせる。
を平均化することにより、乗物の走行によって生じるド
ップラーシフトの影響が除去される。ドップラーシフト
は、片方の傾斜のみの間に生じるＩＦ信号を用いたとき
に距離について誤った結果を生じさせる。
【００２３】ターゲットセンサ１４は、乗物１２の前方
でビームを走査する。好ましくは、このビームは、方位
が１°の巾であり、仰角において４本のビームが積み重
ねられ、８°の仰角視野を与える。しかしながら、本発
明の精神から逸脱せずにターゲットセンサ走査の正確な
構成を著しく変更してもよいことを理解されたい。
でビームを走査する。好ましくは、このビームは、方位
が１°の巾であり、仰角において４本のビームが積み重
ねられ、８°の仰角視野を与える。しかしながら、本発
明の精神から逸脱せずにターゲットセンサ走査の正確な
構成を著しく変更してもよいことを理解されたい。
【００２４】図２に示すように、ターゲットセンサ１４
は、複数の個々のピクセル２０に分離された視野１８を
有している。各ピクセル２０は、レーダの視野における
独特の方位及び仰角部分に対応する。
は、複数の個々のピクセル２０に分離された視野１８を
有している。各ピクセル２０は、レーダの視野における
独特の方位及び仰角部分に対応する。
【００２５】乗物位置決定システム１０は、ターゲット
センサ１４が特定のピクセル２０において見つけた物体
が所望のターゲットであることを照合するのが好まし
い。これは、ターゲット１６までの距離を、ターゲット
センサ１４に対するターゲット位置の推定値を用いるこ
とによって計算した予想距離と比較し、そして近傍のピ
クセル２０に見つかった他の物体の電力レベルに注目し
て、最も強い電力レベルをもつ物体をターゲット１６と
して表示することを必要とする。この段階で行うことの
できる更に別のチェックは、ターゲット１６のドップラ
ーシフトをチェックしそして乗物速度を用いてそのシフ
トが乗物の走行のみから生じたものであることを照合す
ることである。そうでない場合には、その物体が移動し
ているはずであり、ターゲット１６としては除去でき
る。
センサ１４が特定のピクセル２０において見つけた物体
が所望のターゲットであることを照合するのが好まし
い。これは、ターゲット１６までの距離を、ターゲット
センサ１４に対するターゲット位置の推定値を用いるこ
とによって計算した予想距離と比較し、そして近傍のピ
クセル２０に見つかった他の物体の電力レベルに注目し
て、最も強い電力レベルをもつ物体をターゲット１６と
して表示することを必要とする。この段階で行うことの
できる更に別のチェックは、ターゲット１６のドップラ
ーシフトをチェックしそして乗物速度を用いてそのシフ
トが乗物の走行のみから生じたものであることを照合す
ることである。そうでない場合には、その物体が移動し
ているはずであり、ターゲット１６としては除去でき
る。
【００２６】処理されているターゲットセンサ１４から
のデータの量を減少することにより処理をより効率的に
行うことができる。これは、ターゲットセンサの視野１
８に制限されたサーチエリア２２を画成することにより
行われる。この制限されたサーチエリア２２は、推定さ
れる乗物位置と、乗物位置決定システム１０に記憶され
ているターゲット１６の予め測量された位置とに応答し
て画成される。この制限されたサーチエリア２２は、タ
ーゲット１６がターゲットセンサ１４に対して位置する
ことが予想されるターゲットセンサの視野１８内のエリ
アとして選択される。処理されるデータが図２に陰影付
けされた部分２２によってグラフ的に示されている。
のデータの量を減少することにより処理をより効率的に
行うことができる。これは、ターゲットセンサの視野１
８に制限されたサーチエリア２２を画成することにより
行われる。この制限されたサーチエリア２２は、推定さ
れる乗物位置と、乗物位置決定システム１０に記憶され
ているターゲット１６の予め測量された位置とに応答し
て画成される。この制限されたサーチエリア２２は、タ
ーゲット１６がターゲットセンサ１４に対して位置する
ことが予想されるターゲットセンサの視野１８内のエリ
アとして選択される。処理されるデータが図２に陰影付
けされた部分２２によってグラフ的に示されている。
【００２７】本発明はこの厳密な形式のターゲットセン
サ１４を必要としないことが当業者に明らかであろう。
別のやり方で構成されたレーダ及びレーザスキャナから
同じ情報を得ることができる。
サ１４を必要としないことが当業者に明らかであろう。
別のやり方で構成されたレーダ及びレーザスキャナから
同じ情報を得ることができる。
【００２８】レーザスキャナの場合には、ターゲットの
位置を正確に得ることができるが、レーザスキャナは屋
外環境では良好に機能しない。本発明を屋外環境で使用
すべき場合は、雨や、雪や、埃や、霧の状態でも機能す
るセンサが必要である。電磁スペクトルのミリメータ波
長レンジのレーダを使用するのが効果的である。という
のは、雨や、雪や、埃や、霧や、その他同様の現象があ
ってもそれを貫通することができるからである。
位置を正確に得ることができるが、レーザスキャナは屋
外環境では良好に機能しない。本発明を屋外環境で使用
すべき場合は、雨や、雪や、埃や、霧の状態でも機能す
るセンサが必要である。電磁スペクトルのミリメータ波
長レンジのレーダを使用するのが効果的である。という
のは、雨や、雪や、埃や、霧や、その他同様の現象があ
ってもそれを貫通することができるからである。
【００２９】図３には、本発明に関連した３つの座標系
が示されている。３次元センサ座標系２４の原点は、タ
ーゲットセンサ１４に対して所定の位置に配置されてい
る。好ましい実施例では、センサ座標系２４の原点は、
電磁エネルギーが放出されそして受け取られるターゲッ
トセンサ１４のエリアの中心点に配置されている。
が示されている。３次元センサ座標系２４の原点は、タ
ーゲットセンサ１４に対して所定の位置に配置されてい
る。好ましい実施例では、センサ座標系２４の原点は、
電磁エネルギーが放出されそして受け取られるターゲッ
トセンサ１４のエリアの中心点に配置されている。
【００３０】３次元乗物座標系２６の原点は、乗物１２
の幾何学的中心又は重心に対して所定の位置に配置され
る。好ましい実施例では、乗物座標系２６は、乗物１２
の後車軸の中心に配置される。
の幾何学的中心又は重心に対して所定の位置に配置され
る。好ましい実施例では、乗物座標系２６は、乗物１２
の後車軸の中心に配置される。
【００３１】３次元ベース座標系２８の原点は、乗物１
２が運転されるエリアの所定の位置に配置される。セン
サ座標系、乗物座標系及びベース座標系２４、２６、２
８の正確な位置は、本発明から逸脱せずに変更すること
ができる。
２が運転されるエリアの所定の位置に配置される。セン
サ座標系、乗物座標系及びベース座標系２４、２６、２
８の正確な位置は、本発明から逸脱せずに変更すること
ができる。
【００３２】図４には、センサ座標系、乗物座標系及び
ベース座標系２４、２６及び２８が乗物１２及びターゲ
ット１６に関連してグラフ的に示されている。ベース座
標系から乗物座標系への平行移動 BＴV 及び乗物座標系
からセンサ座標系への平行移動 VＴS がグラフ的に示さ
れている。
ベース座標系２４、２６及び２８が乗物１２及びターゲ
ット１６に関連してグラフ的に示されている。ベース座
標系から乗物座標系への平行移動 BＴV 及び乗物座標系
からセンサ座標系への平行移動 VＴS がグラフ的に示さ
れている。
【００３３】ベース座標系２８における乗物座標系２６
の位置及び方向は、ベース座標系から乗物座標系への均
質変換 BＴV として表され、これはベース座標系に対す
る乗物座標系の線形変位及び角度変位の両方を含む。従
って、この均質変換は、６つのパラメータ（ＥV 、
ＮV 、ＺV 、αV 、βV 、γV ）によって表されるのが
効果的である。
の位置及び方向は、ベース座標系から乗物座標系への均
質変換 BＴV として表され、これはベース座標系に対す
る乗物座標系の線形変位及び角度変位の両方を含む。従
って、この均質変換は、６つのパラメータ（ＥV 、
ＮV 、ＺV 、αV 、βV 、γV ）によって表されるのが
効果的である。
【００３４】均質変換は、ロボット運動学及びコンピュ
ータグラフィックの分野で良く知られている。これは４
ｘ４マトリクスであって、左上コーナーに３ｘ３方向コ
サインマトリクスを含むと共に、最も右のカラムに４ｘ
１カラムベクトルを含むものである。これは、物体があ
る座標系から別の座標系へ平行移動及び回転できるよう
にする特性を有する。乗物座標系２６におけるセンサ座
標系２４の位置及び方向も、６つのパラメータによって
効果的に示された均質変換 VＴS として表すことができ
る。
ータグラフィックの分野で良く知られている。これは４
ｘ４マトリクスであって、左上コーナーに３ｘ３方向コ
サインマトリクスを含むと共に、最も右のカラムに４ｘ
１カラムベクトルを含むものである。これは、物体があ
る座標系から別の座標系へ平行移動及び回転できるよう
にする特性を有する。乗物座標系２６におけるセンサ座
標系２４の位置及び方向も、６つのパラメータによって
効果的に示された均質変換 VＴS として表すことができ
る。
【００３５】ターゲットセンサ１４に対するターゲット
１６の位置は、ターゲットセンサ１４により発生された
データに応答して乗物位置決定システム１０によって決
定される。センサ座標系２４におけるターゲット１６の
位置は、ベクトルＰS として表される。ターゲット１６
の方向はターゲットセンサ１４で容易に測定できないの
で、ターゲットの位置は変換として表されない。
１６の位置は、ターゲットセンサ１４により発生された
データに応答して乗物位置決定システム１０によって決
定される。センサ座標系２４におけるターゲット１６の
位置は、ベクトルＰS として表される。ターゲット１６
の方向はターゲットセンサ１４で容易に測定できないの
で、ターゲットの位置は変換として表されない。
【００３６】変換及びベクトルの円を完成するもう１つ
のベクトルは、ＰB である。このベクトルＰB はベース
座標フレーム内のベクトルであり、ＰB に関する情報
は、ターゲットを予め測量することにより得られ、ベー
ス座標系（ＮT 、ＥT 、ＺT ）におけるターゲット記述
で構成される。
のベクトルは、ＰB である。このベクトルＰB はベース
座標フレーム内のベクトルであり、ＰB に関する情報
は、ターゲットを予め測量することにより得られ、ベー
ス座標系（ＮT 、ＥT 、ＺT ）におけるターゲット記述
で構成される。
【００３７】２つの変換 BＴV 及び VＴS と、ベクトル
ＰB とを使用すると、ＰS についての式は、次の数１の
ように書き表される。
ＰB とを使用すると、ＰS についての式は、次の数１の
ように書き表される。
【００３８】
【数１】
【００３９】センサ座標フレームにおけるベクトルＰS
は、ターゲットセンサ１４からの処理されたデータに応
答して得られた次の数２によって形成され、ターゲット
センサ１４に対するターゲット１６の測定位置を表す。
は、ターゲットセンサ１４からの処理されたデータに応
答して得られた次の数２によって形成され、ターゲット
センサ１４に対するターゲット１６の測定位置を表す。
【００４０】
【数２】
【００４１】但し、Ｒ＝ターゲットまでの距離、
Φ＝仰角、そして
θ＝方位角。
【００４２】上記式の右辺は、ターゲットセンサ１４に
対するターゲット１６の推定位置を表す次の数３の４ｘ
１カラムベクトルに変換することができる。
対するターゲット１６の推定位置を表す次の数３の４ｘ
１カラムベクトルに変換することができる。
【００４３】
【数３】
【００４４】但し、次の数４、数５、数６及び数７の通
りである。
りである。
【００４５】
【数４】
【００４６】
【数５】
【００４７】
【数６】
【００４８】
【数７】
【００４９】図５及び６は、本発明の好ましい実施例に
組み込まれるアルゴリズムのフローチャートである。ベ
ース座標系２８における乗物の初期推定位置（ＥV 、Ｎ
V 、ＺV 、αV 、βV 、γV ）は、搭載された位置決定
システム（図示せず）によって決定される（３０）。好
ましい実施例においては、この搭載された位置決定シス
テムは、ベース座標系２８における乗物の推定位置を与
えるための慣性基準ユニット及びグローバルな位置設定
ユニットを備えている。
組み込まれるアルゴリズムのフローチャートである。ベ
ース座標系２８における乗物の初期推定位置（ＥV 、Ｎ
V 、ＺV 、αV 、βV 、γV ）は、搭載された位置決定
システム（図示せず）によって決定される（３０）。好
ましい実施例においては、この搭載された位置決定シス
テムは、ベース座標系２８における乗物の推定位置を与
えるための慣性基準ユニット及びグローバルな位置設定
ユニットを備えている。
【００５０】別の実施例においては、慣性基準ユニット
が図５のアルゴリズムに関連して使用されて乗物位置の
推定が行われる。この場合には、乗物１２は予め測量さ
れた点からスタートし、そしてターゲット１６はターゲ
ットセンサ１４から常時見えるか又は３０秒の乗物走行
時間内に見えるように配置される。予め測量された点
は、初期推定位置としてメモリに記憶される。位置及び
方向情報は、乗物が本発明により作業エリア内を走行す
るときに更新される。
が図５のアルゴリズムに関連して使用されて乗物位置の
推定が行われる。この場合には、乗物１２は予め測量さ
れた点からスタートし、そしてターゲット１６はターゲ
ットセンサ１４から常時見えるか又は３０秒の乗物走行
時間内に見えるように配置される。予め測量された点
は、初期推定位置としてメモリに記憶される。位置及び
方向情報は、乗物が本発明により作業エリア内を走行す
るときに更新される。
【００５１】別の実施例においては、簡単な低コストシ
ステムが提供され、これは乗物１２の機首方位、ピッチ
及びロール軸に設けられたレートセンサを備え、走行距
離計又は地上速度センサから地上距離測定を行う。乗物
１２は既知の点からスタートし、そしてターゲット１６
はターゲットセンサ１４から常時見えるか又は３０秒の
乗物走行時間内に見えるようにされる。予め測量された
点は、初期推定位置としてメモリに記憶される。位置及
び方向情報は、乗物が本発明により作業エリア内を走行
するときに更新される。
ステムが提供され、これは乗物１２の機首方位、ピッチ
及びロール軸に設けられたレートセンサを備え、走行距
離計又は地上速度センサから地上距離測定を行う。乗物
１２は既知の点からスタートし、そしてターゲット１６
はターゲットセンサ１４から常時見えるか又は３０秒の
乗物走行時間内に見えるようにされる。予め測量された
点は、初期推定位置としてメモリに記憶される。位置及
び方向情報は、乗物が本発明により作業エリア内を走行
するときに更新される。
【００５２】初期推定位置が得られて記憶されると（３
０）、慣性基準ユニット、レートセンサ及び走行距離計
等から増分位置変化が得られそしてメモリに記憶される
（３２）。この増分位置変化は、乗物座標系における初
期推定位置からの乗物の移動を、Ｘ、Ｙ及びＺ方向と、
乗物１２のロール、ピッチ及びヨー軸とについて表した
データを含む。慣性基準ユニット、レートセンサ及び走
行距離計等により測定されたこの増分位置変化は、好ま
しくは１ないし５秒の当該時間フレームにわたって通常
は非常に正確である。初期推定位置と増分位置変化とに
応答してベース座標系２８における乗物１２の現在推定
位置が計算されそしてメモリに記憶される。
０）、慣性基準ユニット、レートセンサ及び走行距離計
等から増分位置変化が得られそしてメモリに記憶される
（３２）。この増分位置変化は、乗物座標系における初
期推定位置からの乗物の移動を、Ｘ、Ｙ及びＺ方向と、
乗物１２のロール、ピッチ及びヨー軸とについて表した
データを含む。慣性基準ユニット、レートセンサ及び走
行距離計等により測定されたこの増分位置変化は、好ま
しくは１ないし５秒の当該時間フレームにわたって通常
は非常に正確である。初期推定位置と増分位置変化とに
応答してベース座標系２８における乗物１２の現在推定
位置が計算されそしてメモリに記憶される。
【００５３】増分位置変化は、好ましくは（Ｎ−１）個
の以前の増分位置変化と共にメモリに記憶される。ここ
で、Ｎは、好ましくは１ないし２秒巾である所定の測定
周期に得られた測定ターゲット位置の数に等しい。好ま
しい実施例では、Ｎは５ないし１０の範囲であるが、２
又はそれ以上のいかなるＮの値も本発明に関連して使用
することができる。
の以前の増分位置変化と共にメモリに記憶される。ここ
で、Ｎは、好ましくは１ないし２秒巾である所定の測定
周期に得られた測定ターゲット位置の数に等しい。好ま
しい実施例では、Ｎは５ないし１０の範囲であるが、２
又はそれ以上のいかなるＮの値も本発明に関連して使用
することができる。
【００５４】現在推定位置に応答して、ターゲットセン
サの視野１８内にあることが予想される１つ以上のター
ゲット１６が識別され（３４）、そしてベース座標系２
８における識別されたターゲットの位置ＰB （ＮT 、Ｅ
T 、ＺT ）がメモリから検索される。
サの視野１８内にあることが予想される１つ以上のター
ゲット１６が識別され（３４）、そしてベース座標系２
８における識別されたターゲットの位置ＰB （ＮT 、Ｅ
T 、ＺT ）がメモリから検索される。
【００５５】ターゲットセンサ１４に対するターゲット
１６のおおよその位置が決定され、そしてターゲットセ
ンサ１４からの処理されたデータは、ターゲット１６が
位置していると予想されるターゲットセンサの視野１８
内の制限されたサーチエリア２２に対応するデータに限
定される（３６）。ターゲットのサーチは、図２に陰影
付けされた部分で示された制限されたサーチエリア２２
内で実行される。
１６のおおよその位置が決定され、そしてターゲットセ
ンサ１４からの処理されたデータは、ターゲット１６が
位置していると予想されるターゲットセンサの視野１８
内の制限されたサーチエリア２２に対応するデータに限
定される（３６）。ターゲットのサーチは、図２に陰影
付けされた部分で示された制限されたサーチエリア２２
内で実行される。
【００５６】制限されたサーチエリア２２において反射
された電磁放射に応答してターゲットセンサ１４により
発生されたデータは良く知られたやり方で処理され（３
６）そしてセンサ座標系２４における測定ターゲット位
置ＰS がその処理されたデータに応答して上記したよう
に計算される（４０）。好ましい実施例では、この測定
ターゲット位置ＰS は、ターゲットセンサ１４に対する
ターゲット１６の測定された距離、仰角及び方位に応答
して計算される。この測定ターゲット位置は、好ましく
は（Ｎ−１）個の以前の測定ターゲット位置と共にメモ
リに記憶され、ここで、Ｎは、好ましくは１ないし２秒
の巾である所定の測定周期に得られた測定ターゲット位
置の数に等しい。好ましい実施例では、Ｎは５ないし１
０の範囲であるが、２又はそれ以上のいかなるＮの値を
本発明に関連して使用することもできる。Ｎ＝２の場合
には、上記式に対する独特の解が得られるが、これらの
式に対する解析的な解は使用されず、６つの乗物位置パ
ラメータを繰り返し解くための勾配降下方法が使用され
る。Ｎが増加するにつれて精度が向上する。というの
は、ターゲットセンサ１４からの測定エラーが平均化さ
れるからである。
された電磁放射に応答してターゲットセンサ１４により
発生されたデータは良く知られたやり方で処理され（３
６）そしてセンサ座標系２４における測定ターゲット位
置ＰS がその処理されたデータに応答して上記したよう
に計算される（４０）。好ましい実施例では、この測定
ターゲット位置ＰS は、ターゲットセンサ１４に対する
ターゲット１６の測定された距離、仰角及び方位に応答
して計算される。この測定ターゲット位置は、好ましく
は（Ｎ−１）個の以前の測定ターゲット位置と共にメモ
リに記憶され、ここで、Ｎは、好ましくは１ないし２秒
の巾である所定の測定周期に得られた測定ターゲット位
置の数に等しい。好ましい実施例では、Ｎは５ないし１
０の範囲であるが、２又はそれ以上のいかなるＮの値を
本発明に関連して使用することもできる。Ｎ＝２の場合
には、上記式に対する独特の解が得られるが、これらの
式に対する解析的な解は使用されず、６つの乗物位置パ
ラメータを繰り返し解くための勾配降下方法が使用され
る。Ｎが増加するにつれて精度が向上する。というの
は、ターゲットセンサ１４からの測定エラーが平均化さ
れるからである。
【００５７】Ｎ個の推定ターゲット位置ＰS が計算され
てメモリ４２に記憶される。好ましい実施例では、Ｎ個
の推定ターゲット位置の１つは、乗物が現在推定位置に
配置及び方向付けされる間にセンサ座標系２４における
ターゲットの位置に対応するように計算される。残りの
（Ｎ−１）の推定ターゲット位置は、乗物１２が（Ｎ−
１）の以前の乗物推定位置の各々に配置及び方向付けさ
れる間にセンサ座標系２４におけるターゲット１６の位
置に対応するように現在推定位置及び増分位置変化に応
答して計算される。
てメモリ４２に記憶される。好ましい実施例では、Ｎ個
の推定ターゲット位置の１つは、乗物が現在推定位置に
配置及び方向付けされる間にセンサ座標系２４における
ターゲットの位置に対応するように計算される。残りの
（Ｎ−１）の推定ターゲット位置は、乗物１２が（Ｎ−
１）の以前の乗物推定位置の各々に配置及び方向付けさ
れる間にセンサ座標系２４におけるターゲット１６の位
置に対応するように現在推定位置及び増分位置変化に応
答して計算される。
【００５８】目標関数Ｊは、Ｎ個の測定及び推定ターゲ
ット位置に応答して計算される。推定乗物位置を改善す
るために、センサ座標フレームにおける測定ターゲット
位置と推定ターゲット位置との間の平方エラーを表す目
標関数が形成される。このエラーは、ターゲットセンサ
１４からの最後のＮ個の読みに対して合計される。この
関数は、次の数８の通りである。
ット位置に応答して計算される。推定乗物位置を改善す
るために、センサ座標フレームにおける測定ターゲット
位置と推定ターゲット位置との間の平方エラーを表す目
標関数が形成される。このエラーは、ターゲットセンサ
１４からの最後のＮ個の読みに対して合計される。この
関数は、次の数８の通りである。
【００５９】
【数８】
【００６０】Ｊが最小エラーより小さい場合には、現在
推定位置が乗物１２の正確な推定位置であると考えら
れ、図５に示されたアルゴリズムのブロック３２へ制御
が復帰される。
推定位置が乗物１２の正確な推定位置であると考えら
れ、図５に示されたアルゴリズムのブロック３２へ制御
が復帰される。
【００６１】Ｊが最小エラーより大きい場合には、現在
推定位置が計算し直される。良く知られたように、勾配
下降方法は、測定ターゲット位置と推定ターゲット位置
との間のエラーを減少するように乗物位置の推定を変更
するのに用いられる。勾配下降方法は、各乗物パラメー
タに対するＪの部分導関数を計算して分析し、各乗物パ
ラメータに対して新たな値を決定するような繰り返しプ
ロセスを含む。
推定位置が計算し直される。良く知られたように、勾配
下降方法は、測定ターゲット位置と推定ターゲット位置
との間のエラーを減少するように乗物位置の推定を変更
するのに用いられる。勾配下降方法は、各乗物パラメー
タに対するＪの部分導関数を計算して分析し、各乗物パ
ラメータに対して新たな値を決定するような繰り返しプ
ロセスを含む。
【００６２】好ましい実施例では、システムは、Ｊの値
が最小エラーより小さくなるまで、又はＪの変化がサー
チを続けるには小さ過ぎる量になるまで繰り返す。又、
ソフトウェアにおける時間制約によっても繰り返しは終
了し、この場合に、Ｊの値が最も小さい乗物位置及び方
向が使用される。好ましい実施例では、システムは、最
後の１ないし２秒にわたって得られた読みの数を表す５
ないし１０のＮを用いて２００ミリ秒間繰り返すことが
許される。
が最小エラーより小さくなるまで、又はＪの変化がサー
チを続けるには小さ過ぎる量になるまで繰り返す。又、
ソフトウェアにおける時間制約によっても繰り返しは終
了し、この場合に、Ｊの値が最も小さい乗物位置及び方
向が使用される。好ましい実施例では、システムは、最
後の１ないし２秒にわたって得られた読みの数を表す５
ないし１０のＮを用いて２００ミリ秒間繰り返すことが
許される。
【００６３】
【発明の効果】乗物位置決定システム１０の実施例の動
作は、自律式作業用乗物のための航行システムに関連し
た二次又は一次位置決定システムとしての使用について
最も良く説明した。本発明は、３次元作業エリアで運転
されている乗物１２について最も効果的に使用される。
二次位置決定システムとして使用されるときには、一次
位置決定システムの位置の推定が、本発明により促進さ
れたときに改善される。一次位置決定システムとして使
用されるときには、正確な３次元位置推定が簡単且つ経
済的なシステムによって提供される。
作は、自律式作業用乗物のための航行システムに関連し
た二次又は一次位置決定システムとしての使用について
最も良く説明した。本発明は、３次元作業エリアで運転
されている乗物１２について最も効果的に使用される。
二次位置決定システムとして使用されるときには、一次
位置決定システムの位置の推定が、本発明により促進さ
れたときに改善される。一次位置決定システムとして使
用されるときには、正確な３次元位置推定が簡単且つ経
済的なシステムによって提供される。
【００６４】例えば、グローバルな位置決定システムや
慣性基準ユニットのような一次位置決定システムを補足
するように本発明が使用されるときには、ベース座標系
２８における乗物１２の初期推定位置がその一次位置決
定システムによって規則的な間隔で与えられる。本発明
によって形成される現在推定位置は、この一次位置決定
システムにより、位置の分解能及び精度を改善するのに
使用される。
慣性基準ユニットのような一次位置決定システムを補足
するように本発明が使用されるときには、ベース座標系
２８における乗物１２の初期推定位置がその一次位置決
定システムによって規則的な間隔で与えられる。本発明
によって形成される現在推定位置は、この一次位置決定
システムにより、位置の分解能及び精度を改善するのに
使用される。
【００６５】本発明の効果は、一次位置決定システムの
精度が低下した場合に特に明らかである。このような精
度の低下は、通常、一次位置決定システムのＧＰＳ受信
器がグローバル位置決定システムのサテライトから１つ
以上の信号を受信しないことによって生じる。これは、
サテライトの故障、電磁波障害、或いは乗物が深いオー
プンピット鉱山やトンネル内で運転されているときのよ
うにサテライトからの電磁信号が阻止されることによっ
て生じる。同様に、一次の位置決定システムが機能しな
くなった場合にも、本発明はバックアップ位置決定シス
テムとして働くことができる。
精度が低下した場合に特に明らかである。このような精
度の低下は、通常、一次位置決定システムのＧＰＳ受信
器がグローバル位置決定システムのサテライトから１つ
以上の信号を受信しないことによって生じる。これは、
サテライトの故障、電磁波障害、或いは乗物が深いオー
プンピット鉱山やトンネル内で運転されているときのよ
うにサテライトからの電磁信号が阻止されることによっ
て生じる。同様に、一次の位置決定システムが機能しな
くなった場合にも、本発明はバックアップ位置決定シス
テムとして働くことができる。
【００６６】又、本発明は、一次の位置決定システムと
しても使用される。この場合、乗物１２は、初期推定位
置として記憶された予め測量された位置において運転を
開始する。慣性基準ユニットを用いて、増分位置変化を
表すデータが形成される。或いは又、増分位置変化情報
を形成する簡単な低コストシステムであって、乗物１２
の機首方位、ピッチ及びロール軸にレートセンサを備え
ていると共に、走行距離計又は地上速度センサから地上
距離測定を行うようなシステムが含まれる。乗物１２は
予め測量された点からスタートし、ターゲット１６はタ
ーゲットセンサ１４から常時見えるようにされるか３０
秒以内の乗物走行時間で見えるようにされる。乗物が作
業エリア内を移動するときに本発明に従って現在推定位
置が更新される。
しても使用される。この場合、乗物１２は、初期推定位
置として記憶された予め測量された位置において運転を
開始する。慣性基準ユニットを用いて、増分位置変化を
表すデータが形成される。或いは又、増分位置変化情報
を形成する簡単な低コストシステムであって、乗物１２
の機首方位、ピッチ及びロール軸にレートセンサを備え
ていると共に、走行距離計又は地上速度センサから地上
距離測定を行うようなシステムが含まれる。乗物１２は
予め測量された点からスタートし、ターゲット１６はタ
ーゲットセンサ１４から常時見えるようにされるか３０
秒以内の乗物走行時間で見えるようにされる。乗物が作
業エリア内を移動するときに本発明に従って現在推定位
置が更新される。
【００６７】添付図面、上記の説明及び特許請求の範囲
を検討することにより、本発明の他の特徴、目的、効果
及び用途が明らかとなろう。
を検討することにより、本発明の他の特徴、目的、効果
及び用途が明らかとなろう。
【図１】電磁スキャナに関連して乗物を示した概略図で
ある。
ある。
【図２】本発明の実施例の一部分の機能を示す図であ
る。
る。
【図３】複数の座標系を示す図である。
【図４】複数の座標系における複数のベクトル及び変換
を示す図である。
を示す図である。
【図５】本発明の実施例に用いられるアルゴリズムのフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図６】本発明の実施例に用いられるアルゴリズムのフ
ローチャートである。
ローチャートである。
１０ 乗物位置決定システム
１２ 作業用乗物
１４ 電磁ターゲットセンサ
１６ ターゲット
１８ ターゲットセンサの視野
２０ ピクセル
２２ 制限されたサーチエリア
２４ ３次元センサ座標系
２６ ３次元乗物座標系
２８ ３次元ベース座標系
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 カール エイ ケムナー
アメリカ合衆国 イリノイ州 61614
ピオーリア ハイツ ノース プロスぺ
クト 5121
(72)発明者 ジョエル エル ピーターソン
アメリカ合衆国 イリノイ州 61611
イースト ピオーリア エラー ドライ
ヴ 1104
(72)発明者 ウィリアム イー アレン
アメリカ合衆国 イリノイ州 61614
ピオーリア ノース フラミンゴ コー
ト 6927
(72)発明者 リチャード ビー リーグ
アメリカ合衆国 イリノイ州 61604
ピオーリア ウェスト エリナー プレ
イス 820
(56)参考文献 特開 平１−145705（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−277010（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−304603（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01C 21/00
G05D 1/00 - 1/12
Claims (11)
- 【請求項１】 ３つの次元を有するベース基準フレーム
内で乗物の位置を決定する装置において、 上記３次元のベース基準フレームに対して所定の位置に
配置された１つ以上のターゲットと、 ３次元空間において上記乗物に対する上記１つ以上のタ
ーゲットのうちの１つの位置を決定する手段と、 ３次元空間において現在乗物位置を決定する手段と、 上記乗物に対する上記ターゲットの上記位置及び上記現
在乗物位置に応答して上記３次元のベース基準フレーム
に対する乗物の位置を決定するための乗物位置決定手段
と、 を備え、 乗物に対する上記１つ以上のターゲットのうちの１つの
位置を決定する上記手段は、乗物に接続されたターゲッ
トセンサ手段であって、上記１つ以上のターゲットに向
けて電磁エネルギーを指向すると共に、上記１つ以上の
ターゲットによってこのターゲットセンサ手段に向けて
反射される電磁エネルギーを受け取るためのターゲット
センサ手段と、この反射された電磁エネルギーに応答し
て上記３次元空間における乗物に対する測定ターゲット
位置を決定するためのプロセッサ手段とを、 上記ターゲットセンサ手段は、ミリメータ波レーダシス
テムを含む、 ことを特徴とする装置。。 - 【請求項２】 現在乗物位置を決定する上記手段は、初
期乗物位置を決定する手段と、乗物の３次元位置の変化
を感知するための移動感知手段とを備えており、そして
上記乗物位置決定手段は、上記現在乗物位置に応答して
現在及び以前の推定ターゲット位置を計算する手段を備
えている請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 乗物に対する上記１つ以上のターゲット
のうちの１つの位置を決定する上記手段は、乗物に接続
されたターゲットセンサ手段であって、上記１つ以上の
ターゲットに向けて電磁エネルギーを指向すると共に、
上記１つ以上のターゲットによってこのターゲットセン
サ手段に向けて反射された電磁エネルギーを受け取るた
めのターゲットセンサ手段と、この反射された電磁エネ
ルギーに応答して上記３次元空間における乗物に対する
測定ターゲット位置を決定するためのプロセッサ手段と
を備え、そして上記乗物位置決定手段は、上記推定ター
ゲット位置と測定ターゲット位置とを比較するための手
段を備えている請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 ベース基準フレーム内で乗物の位置を決
定するための装置において、 上記ベース基準フレームに対して所定の位置に配置され
た１つ以上のターゲットと、 乗物に接続されたターゲットセンサ手段であって、上記
１つ以上のターゲットに向けて電磁エネルギーを指向し
そして上記１つ以上のターゲットによりこのターゲット
センサ手段に向けて反射された電磁エネルギーを受け取
るためのターゲットセンサ手段と、 上記センサに対する測定ターゲット位置を決定するため
のターゲット位置決定手段と、 乗物に対する推定ターゲット位置を計算するための推定
手段と、 上記測定及び推定ターゲット位置に応答して乗物の位置
を決定するための計算手段と、 を備え、 上記ターゲット位置決定手段は、ミリメータ波レーダシ
ステムを備えている、 ことを特徴とする装置。。 - 【請求項５】 ベース基準フレーム内で乗物の位置を決
定するための装置において、 上記ベース基準フレームに対して所定の位置に配置され
た１つ以上のターゲットと、 乗物に接続されたターゲットセンサ手段であって、上記
１つ以上のターゲットに向けて電磁エネルギーを指向し
そして上記１つ以上のターゲットによりこのターゲット
センサ手段に向けて反射された電磁エネルギーを受け取
るためのターゲットセンサ手段と、 上記センサに対する測定ターゲット位置を決定するため
のターゲット位置決定手段と、 乗物に対する推定ターゲット位置を計算するための推定
手段と、 上記測定及び推定ターゲット位置に応答して乗物の位置
を決定するための計算手段と、 を備え、 上記ターゲットセンサ手段はセンサ信号を発生し、 そして更に、上記センサ信号を処理するためのプロセッ
サ手段と、センサに対して上記１つ以上のターゲットの
うちの１つが配置されているエリアを識別しそしてそれ
に応答して上記プロセッサ手段により実行される処理の
量を減少するためのサーチ制限手段と、 を備えている、 ことを特徴とする装置。 - 【請求項６】 ベース基準フレーム内で乗物の位置を決
定するための装置において、 乗物の位置及び向きの両方を含む現在乗物位置を得て記
憶するための位置決定手段と、 上記ベース基準フレームに対して所定の位置に配置され
た１つ以上のターゲットと、 乗物に接続され、電磁エネルギーを放出して受け取り、
それに応答してセンサ信号を発生するためのターゲット
センサ手段と、 上記センサ信号を受け取って処理し、それに応答して、
上記センサに対する現在測定ターゲット位置を計算して
記憶するためのプロセッサ手段と、 上記センサに対して上記１つ以上のターゲットのうちの
１つが配置されているエリアを識別し、それに応答し
て、上記プロセッサ手段により実行される処理の量を減
少するためのサーチ制限手段と、 上記現在乗物位置に応答して、現在推定ターゲット位置
及び以前の推定ターゲット位置を計算して記憶するため
の手段と、 上記現在及び以前の推定ターゲット位置を、上記現在及
び以前の測定ターゲット位置と比較し、それに応答し
て、平方エラーを計算する手段と、 上記現在乗物推定位置を修正することによって上記平方
エラーを最小にする手段と、 を備えたことを特徴とする装置。 - 【請求項７】 上記位置決定手段は、乗物位置の変化を
感知するための移動感知手段と、初期乗物位置を決定す
るための手段とを備えた請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 上記ターゲットセンサ手段はミリメータ
波レーダシステムを備え、初期乗物位置を決定する上記
手段はグローバルな位置決定システムを備え、そして上
記移動感知手段は慣性基準ユニットを備えている請求項
７に記載の装置。 - 【請求項９】 上記ターゲットセンサ手段はミリメータ
波レーダシステムを備え、初期乗物位置を決定する上記
手段は所定の乗物スタート位置を記憶する手段を備え、
そして上記移動感知手段はレートセンサ及び走行距離計
を備えている請求項７に記載の装置。 - 【請求項１０】 ３つの次元を有するベース基準フレー
ム内で乗物の位置を決定する方法において、ターゲットセンサから、 １つ以上のターゲットに向けて
電磁エネルギーを指向しそして上記１つ以上のターゲッ
トによって反射された電磁エネルギーを受け取り、プロセッサ手段により、 上記反射された電磁エネルギーに応答してターゲットセ
ンサに対する測定ターゲット位置を決定し、 乗物に対する推定ターゲット位置を計算し、そして上記
測定及び推定ターゲット位置に応答して上記ベース基準
フレームに対する乗物の位置を決定する、 段階を備え、 測定ターゲット位置を決定する上記段階は、上記反射さ
れた電磁エネルギーに応答してセンサ信号を発生し、上
記センサ信号を処理し、センサに対して上記１ つ以上の
ターゲットのうちの１つが配置されているエリアを識別
し、それに応答して、上記センサ信号について行われる
処理の量を減少する段階を含む、 ことを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 プロセッサ手段により、現在推定ター
ゲット位置、以前の推定ターゲット位置、現在測定ター
ゲット位置、及び以前の測定ターゲット位置を記憶する
ための段階を備え、そして乗物の位置を決定する上記段
階は、上記現在及び以前の推定ターゲット位置を上記現
在及び以前の測定ターゲット位置と比較しそしてそれに
応答して平方エラーを計算する段階を含んでいる請求項
１０に記載の方法。
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