JP3570121B2

JP3570121B2 - ナビゲーション装置

Info

Publication number: JP3570121B2
Application number: JP31164296A
Authority: JP
Inventors: 健一中野; 和彦池田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2016-11-22
Also published as: JPH10153442A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度センサを用いて移動体の位置を算出するナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のナビゲーション装置を示す概略構成図であり、図４は従来のナビゲーション装置を示すブロック図である。図３、図４において、１１は移動体、１２は移動体１１の進行方向の加速度を非接触にて検出する加速度センサ、１３は移動体１１のヨー角動作すなわち垂直軸回りの回転角速度（ヨー角速度）を検出するジャイロセンサ、１４は複数個のＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，全地球測位システム）衛星からの電波を受信し、地球上における絶対位置を測定する衛星測位部、１５は加速度センサ１２で検出された加速度を所定微小時間だけ積分して移動体１１の移動速度を求め、求めた移動速度を更に所定微小時間だけ積分して移動距離を求める距離演算部、１６はジャイロセンサ１３で検出したヨー角速度を所定微小時間だけ積分して移動体１１の移動方位角（ヨー角）を求める方位演算部、１７は道路情報等の地図情報を記憶する記憶部、１８は距離演算部１５で演算した移動距離と方位演算部１６で演算した移動方位角と衛星測位部１４で測定した絶対位置と記憶部１７からの地図情報から移動体１１の位置を演算する位置演算部、１９は位置演算部１８で演算された位置と記憶部１７から読み出した地図情報とを操作者に表示する表示部である。
【０００３】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、その動作を説明する。図５は位置演算の概念図である。まず加速度センサ１２の出力をΔｔ時間（所定微小時間）ごとにサンプリングし、次に示す方法で移動体進行方向の移動距離を演算する。ここで、停止中すなわち時刻Δｔ×０の加速度センサ１２の出力をＡｘ（０）、時刻Δｔ×ｎでの加速度センサ１２の出力をＡｘ（ｎ）、速度をＶｎ、走行距離（移動距離）をΔＤｎとする。停止中の加速度センサ１２の出力は路面の傾斜による重力成分のみであるので、走行中の傾斜変化が無いと仮定すると、移動体１１の時刻Δｔ×ｎにおける加速度ａｘ（ｎ）は（数１）により算出される。
【０００４】
【数１】

【０００５】
この加速度ａｘ（ｎ）を用いることにより、速度Ｖｎは（数２）により、走行距離ΔＤｎは（数３）により算出される。
【０００６】
【数２】

【０００７】
【数３】

【０００８】
（数２）に示すＶ０は初期速度である。
次に、方位演算部１６は、ジャイロセンサ１３の出力をΔｔ時間ごとにサンプリングし、次に示す方法で移動方位角を算出する。ジャイロセンサ１３で検出したヨー角速度をＷｚ（ｎ）、初期方位角をθ０とすると、垂直軸回りの回転角すなわち方位角θｚｎは（数４）により算出される。
【０００９】
【数４】

【００１０】
位置演算部１８は、（数３）、（数４）から求められた移動体１１の走行距離ΔＤｎ、方位角θｚｎを用いて、図５に示すような考え方（微小時間の走行距離とそのときの方位角とからｘ、ｙ方向の微小距離を求め、その微小距離を積算するという考え方）に基づいて、次に示す演算を行うことにより、移動体１１の位置を計算することができる。すなわち、時刻Δｔ×ｎでの方位角をθｎ、時間周期Δｔで時刻Δｔ×ｎでの走行距離をΔＤｎ、移動体１１の初期位置を（ｘ０、ｙ０）とすると、時刻Δｔ×ｎでの位置（ｘｎ、ｙｎ）は（数５）、（数６）により算出される。
【００１１】
【数５】

【００１２】
【数６】

【００１３】
これにより、移動後の位置が計算される。
しかしながら、移動体１１が長時間停止せずに連続走行すると、路面の傾斜変化によるピッチ角変化のために加速度に誤差が生じ、移動速度は加速度を積分演算して求めるために移動速度誤差が累積する。そこで、停止した時点で速度Ｖｎをゼロにリセットすることで移動速度の累積誤差をキャンセルする。
【００１４】
衛星測位部１４は、ＧＰＳ衛星と呼ばれる複数個の人工衛星からの電波を受信し、各衛星との距離を求めることで、移動体１１の地球上での絶対位置を求める。また、受信した電波のドップラ変移から移動体１１の速度ＶＧＰＳを求める。速度ＶＧＰＳを用いることで、（数２）で求めた速度Ｖｎの補正を行うことができる。これを（数７）に示す。
【００１５】
【数７】

【００１６】
（数７）にて速度Ｖｎの補正を行うことにより、連続走行中に生じたピッチ角変化による誤差の累積をキャンセルすることができる。しかし、衛星測位部１４で測定された絶対位置は最大で３０ｍから１００ｍの誤差が発生する。また、ビルの陰やトンネルなどのようにＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所では、絶対位置および速度を求めることができない。
【００１７】
位置演算部１８は、（数５）、（数６）で求められた演算位置と衛星測位部１４で求められた絶対位置とから推測される現在位置（例えばそれぞれの位置の中間位置）を求め、ＣＤ−ＲＯＭ等で構成される記憶部１７に記憶された道路情報を用い、上記現在位置を最も近傍の道路上に補正する。すなわちマップマッチング処理を行う。
【００１８】
表示部１９は、位置演算部１８でマップマッチングにより求めた位置と記憶部１７に記憶された地図情報とを重ねて表示し、地図上での移動体１１の位置を操作者に対して表示する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のナビゲーション装置では、（数５）、（数６）で求められた演算位置と衛星測位部１４で求められた絶対位置とから推測される現在位置を求めるようにしているが、演算位置と絶対位置とのいずれに重きを置くべきかを判別する機能がなく、位置演算の精度が確かなものではないという問題点を有していた。
【００２０】
このナビゲーション装置では、演算位置と絶対位置との重み付けを行うことにより位置演算を高精度化することが要求されている。
【００２１】
本発明は、演算位置と絶対位置との重み付けを行うことにより位置演算の高精度化が図れるナビゲーション装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明によるナビゲーション装置は、複数のＧＰＳ衛星の電波を受信し、移動体の絶対位置、移動体の速度を測定する衛星測位部と、移動体の加速度を検出する加速度センサと、移動体のヨー角速度を検出するジャイロセンサと、加速度センサで検出した移動体の加速度から所定微小時間における移動速度および移動距離を演算する距離演算部と、ジャイロセンサで検出したヨー角速度から移動体の方位角を演算する方位演算部と、道路情報等の地図情報を記憶する記憶部と、加速度センサで検出された加速度、ジャイロセンサで検出したヨー角速度および衛星測位部で測定された移動体の速度から距離演算部の信頼度を演算する信頼度演算部と、衛星測位部で測定された移動体の絶対位置、距離演算部で演算された移動距離、方位演算部で演算された方位角、信頼度演算部で演算された信頼度および記憶部に記憶された地図情報から移動体の位置を演算する位置演算部とを有するように構成した。
【００２３】
これにより、演算位置と絶対位置との重み付けを行うことにより位置演算の高精度化が図れるナビゲーション装置が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、複数のＧＰＳ衛星の電波を受信し、移動体の絶対位置、移動体の速度を測定する衛星測位部と、移動体の加速度を検出する加速度センサと、移動体のヨー角速度を検出するジャイロセンサと、加速度センサで検出した移動体の加速度から所定微小時間における移動速度および移動距離を演算する距離演算部と、ジャイロセンサで検出したヨー角速度から移動体の方位角を演算する方位演算部と、道路情報等の地図情報を記憶する記憶部と、加速度センサで検出された加速度、ジャイロセンサで検出したヨー角速度および衛星測位部で測定された移動体の速度から距離演算部の信頼度を演算する信頼度演算部と、衛星測位部で測定された移動体の絶対位置、距離演算部で演算された移動距離、方位演算部で演算された方位角、信頼度演算部で演算された信頼度および記憶部に記憶された地図情報から移動体の位置を演算する位置演算部とを有することとしたものであり、距離演算部の信頼度、すなわち移動体の方位角および移動速度から演算された演算位置の信頼度に基づいて移動体の位置が演算されるという作用を有する。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、信頼度演算部は、加速度センサで検出された加速度とジャイロセンサで検出されたヨー角速度とから移動体が停止状態か否かを判別し、衛星測位部で測定される移動体の速度情報が消失したか否かを判別し、移動体が停止したと判別してからの経過時間である停止以降経過時間を計時し、衛星測位部で測定される移動体の速度情報が消失したと判別してからの経過時間である消失以降経過時間を計時し、停止以降経過時間および消失以降経過時間に基づいて信頼度を演算することとしたものであり、停止以降経過時間が消失以降経過時間より長いと、移動体の方位角および移動速度から演算された演算位置の信頼度は絶対位置の信頼度よりも低く、停止以降経過時間が消失以降経過時間より短いと、移動体の方位角および移動速度から演算された演算位置の信頼度は絶対位置の信頼度よりも高いという作用を有する。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、位置演算部は、距離演算部で演算された移動距離と方位演算部で演算された方位角とから演算される移動体の演算位置と、衛星測位部で測定された移動体の絶対位置とのそれぞれに信頼度に応じた重み付けを行うこととしたものであり、演算位置と絶対位置とのそれぞれの信頼度に応じて位置演算が行われるという作用を有する。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるナビゲーション装置を示すブロック図である。図１において、衛星測位部１、加速度センサ２、ジャイロセンサ３、距離演算部４、方位演算部５、記憶部６、位置演算部７、表示部８は図４の衛星測位部１４、加速度センサ１２、ジャイロセンサ１３、距離演算部１５、方位演算部１６、記憶部１７、位置演算部１８、表示部１９に対応するものであり、説明は省略する。９は衛星測位部１、加速度センサ２、ジャイロセンサ３、距離演算部４の出力信号に基づき距離演算部４の信頼度を演算する信頼度演算部である。
【００２８】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、その動作を図２を用いて説明する。図２は図１のナビゲーション装置の動作を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、信頼度演算部９は加速度センサ２およびジャイロセンサ３の出力信号から移動体が停止しているか移動しているかを判別する（Ｓ１）。移動していると判別したときは停止時からの経過時間（停止以降経過時間）ＴＳＴＯＰを計時する（Ｓ２）。ステップ１で停止していると判別したときは停止以降経過時間ＴＳＴＯＰをクリアする（ＴＳＴＯＰ＝０とする）（Ｓ３）。
【００３０】
次に、ＧＰＳ衛星の捕捉個数を判別する（Ｓ４）。捕捉個数が３個以下であると判別したときは捕捉個数が３個以下となったときからの時間、すなわち衛星測位部１から速度情報が出力されなくなった時点（速度ＶＧＰＳによる速度Ｖｎの補正が行われなくなった時点、（数７）参照）からの経過時間（消失以降経過時間）ＴＧＰＳを計時する（Ｓ５）。ステップ４で捕捉個数が３個より多いと判別したときは消失以降経過時間ＴＧＰＳをクリアする（ＴＧＰＳ＝０とする）（Ｓ６）。速度誤差は、前述したように、停止以降経過時間ＴＳＴＯＰまたは消失以降経過時間ＴＧＰＳの増加と共に増大する。そこで、経過時間ＴＳＴＯＰとＴＧＰＳとのうち小さい値の方を用いて信頼度Ｒを次のように算出する。
【００３１】
停止以降経過時間ＴＳＴＯＰ≧消失以降経過時間ＴＧＰＳの場合にはＲ＝Ｃ１×ＴＧＰＳとし、停止以降経過時間ＴＳＴＯＰ＜消失以降経過時間ＴＧＰＳの場合にはＲ＝Ｃ２×ＴＳＴＯＰとする（Ｓ７）。ここで、Ｃ１、Ｃ２は定数であり、各センサ２、３の検出精度、衛星測位部１の測定精度などによりその値が決定される。位置演算部７は信頼度Ｒを用いてマップマッチングを行う（Ｓ８）。まず閾値Ｋを用いた位置決定について説明する。
【００３２】
信頼度Ｒが閾値Ｋよりも大きいときは、距離演算部４演算の移動距離および方位演算部５演算の方位角から演算された演算位置はマップマッチングの情報として用いない。すなわち、衛星測位部１で測定された絶対位置のみからマップマッチングにより位置を決定する。
【００３３】
信頼度Ｒが閾値Ｋ以下のときは、信頼度Ｒを用いて位置を決定する。ここで時刻Δｔ×ｎにおける衛星測位部１からの絶対位置を（ＸＧＰＳ，ＹＧＰＳ）、距離演算部４および方位演算部５から求められた演算位置を（ＸＳＥＮ，ＹＳＥＮ）、推測される位置を（Ｘ，Ｙ）とすると、推測位置（Ｘ，Ｙ）は（数８）により算出される。
【００３４】
【数８】

【００３５】
（数８）において、０≦（Ｒ＋Ｃ３）≦１であり、Ｃ３は定数である。（数８）により算出した位置（Ｘ，Ｙ）を用いてマップマッチングにより移動体の位置を決定する。このように推測位置（Ｘ，Ｙ）は、絶対位置（ＸＧＰＳ，ＹＧＰＳ）と演算位置（ＸＳＥＮ，ＹＳＥＮ）とを距離演算部４の信頼度Ｒに応じて重み付けした位置である。このようにして決定された移動体の位置は記憶部６からの地図情報と共に表示部８に表示され、操作者に通知される。
【００３６】
以上のように本実施の形態によれば、移動体の位置決定を距離演算部４の信頼度に応じて行うようにしたので、位置演算の高精度化を図ることができ、より正確な位置に移動体の位置を表示することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明のナビゲーション装置によれば、距離演算部の信頼度、すなわち移動体の方位角および移動速度から演算された演算位置の信頼度に基づいて移動体の位置を演算することができるので、位置演算の高精度化を図ることができるという有利な効果が得られる。
【００３８】
また、加速度センサで検出された加速度とジャイロセンサで検出されたヨー角速度とから移動体が停止状態か否かを判別し、衛星測位部で測定される移動体の速度情報が消失したか否かを判別し、移動体が停止したと判別してからの経過時間である停止以降経過時間を計時し、衛星測位部で測定される移動体の速度情報が消失したと判別してからの経過時間である消失以降経過時間を計時することにより、停止以降経過時間と消失以降経過時間とを比較して信頼度を演算することができるので、これから位置演算精度の向上を図ることができるという有利な効果が得られる。
【００３９】
さらに、距離演算部で演算された移動距離と方位演算部で演算された方位角とから演算される移動体の演算位置と、衛星測位部で測定された移動体の絶対位置とのそれぞれに信頼度に応じた重み付けを行うことにより、演算位置と絶対位置とのそれぞれの信頼度に応じて位置演算が行われることになるので、更に位置演算精度の向上を図ることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるナビゲーション装置を示すブロック図
【図２】図１のナビゲーション装置の動作を示すフローチャート
【図３】従来のナビゲーション装置を示す概略構成図
【図４】従来のナビゲーション装置を示すブロック図
【図５】位置演算の概念図
【符号の説明】
１衛星測位部
２加速度センサ
３ジャイロセンサ
４距離演算部
５方位演算部
６記憶部
７位置演算部
８表示部
９信頼度演算部

Claims

複数のＧＰＳ衛星の電波を受信し、移動体の絶対位置および移動体の速度を測定する衛星測位部と、
移動体の加速度を検出する加速度センサと、
移動体のヨー角速度を検出するジャイロセンサと、
前記加速度センサで検出した移動体の加速度から移動速度および移動距離を演算する距離演算部と、
前記ジャイロセンサで検出したヨー角速度から移動体の方位角を演算する方位演算部と、
道路情報等の地図情報を記憶する記憶部と、
前記加速度センサで検出された加速度と前記ジャイロセンサで検出されたヨー角速度とから移動体が停止状態か否かを判別して停止状態にあった移動体が始動してから計時した停止以降経過時間と、前記衛星測位部で速度情報が得られたか否かを判別して前記速度情報が得られなくなってから計時した消失以降経過時間に基づいて前記距離演算部の信頼度を演算する信頼度演算部と、
前記信頼度演算部で算出された信頼度に基づき、前記衛星測位部で測定された移動体の絶対位置と、前記距離演算部で演算された移動距離と前記方位演算部で演算された方位角とから演算される移動体の演算位置と、前記記憶部に記憶された地図情報とから移動体の位置を演算する位置演算部とを有するナビゲーション装置。
前記位置演算部は、前記距離演算部で演算された移動距離と前記方位演算部で演算された方位角とから演算される移動体の演算位置と、前記衛星測位部で測定された移動体の絶対位置とのそれぞれに前記信頼度に応じた重み付けを行う請求項１に記載のナビゲーション装置。