JP3774753B2 - 校正パラメータの決定のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部分に記載の校正パラメータの決定のための方法に関する。
方位表示(Azimutanzeige)のために電子工学的なコンパスを用い、仰角あるいは高度表示

のために傾斜計を用い、及び距離表示(Entfernungsanzeige)のためにオドメータ（積算計）を用いる陸上の乗り物のナビゲーションの場合には、算定されたポジションに誤差が生じる。その理由は、
−磁北とそのときどきにナビゲーションのために用いられる地図の地図上の北との間の相違、
−コンパスあるいは傾斜計の取り付け方向と乗り物走行方向との間の幾何学的な相違、
−コンパスへの乗り物のソフトマグネティックな及びハードマグネティックな影響、
−オドメータを用いた距離測定（道のり測定）の際のスケーリング誤差
である。
前記ナビゲーションのために、乗り物走行方向が、磁気的な北システムに比べて付加的に地磁気の偏角(Deklination)に関して水平にねじられている地図上の北システムの座標において表現されて使用される。地磁気の偏角は、表から読み取ることができる。しかしながら、それには、付加的に、乗り物走行方向に対してのコンパス座標システムのねじりが重ねられている。その方向は知られていない。
陸上の乗り物では、乗り物走行方向は、乗り物シャシーに関しての幾何学的なあるいは光学的な構造によってはじめから与えられず、あるいは製造者の申告に従って容易に算定できない。それは、実際の走行方向と算定された走行方向との間の相違から経験的にだけ決定され得る。
ドイツ特許出願公開第４１２５３６９号明細書により、原動機付車両に取り付けられた以下のようなナビゲーション装置が知られている。すなわち、方位センサーとして地磁気センサーをもっているナビゲーション装置である。磁気的な環境の影響に基づくこのセンサーの志度誤差（表示誤差、Fehlanzeigen）の補償のために、付加的に獲得されるGPSナビゲーションデータとの比較が考慮に入れられている。しかしながら、それによって、座標システムの零点移動だけが校正（修正、補正）され得る。
ドイツ特許出願公開第３１４１４３９号明細書には、以下のような方位算出装置が記載されている。すなわち、当該方位算出装置の場合には、車両（乗り物）がそれに取り付けられた方位センサーによって厳密な北及び東へ方向づけられる。設定された方向づけに対する方位センサーの二成分測定信号のその際確認されたずれは、調整回路による測定信号の調整によって補整される。それとともに、方位センサーの残留磁気に基づく出力信号の品質の低下

が、同様に零点移動によって校正される。
示度精度（表示精度、Anzeigegenauigkeit）への磁気コンパスの走行方向への不完全な方向づけとハードマグネティックな及びソフトマグネティックな場との影響は、船舶航行から知られている。コンパスの偏差(Deviation)の補正のために、係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが定義され、それぞれ別々に決定される。その際、Ａは、例えば船舶縦方向に対してねじられたコンパスの据え付けによる一定の示度誤差を考慮にいれ、Ｂは船舶縦方向磁気

の影響を考慮にいれ、Ｃは船舶横方向磁気(Querschiffsmagnetismus)の影響を考慮にいれ、Ｄは軟鉄部材(Weicheisenteile)にて誘導される磁気の影響を考慮にいれ、Ｅは船舶ボディーにおける鉄質量体の分散の非対称性を考慮にいれる(A. Heine, Kompaβ ABC, Verlag Klasing + Co.,(1983), 第４３頁〜第４５頁)。影響Ｄ及びＥは一般に小さいので、それらの係数は一般に無視される。
これらの係数の決定のために、船舶が北、東、南、及び西への既知の航路に保たれ、当該既知の航路に対してのコンパス示度（コンパス表示）のそのときどきのずれが読み取られる。各係数は、選択された航路に対しての偏差値（逸脱値）の平均によって算出される。
陸上ナビゲーションの場合に地図に記入された距離に対して厳密でない距離測定によって及び上り走行によって生じる距離のずれは、船舶航行では問題にならない。しかし、陸上の乗り物の自律的なナビゲーション(autonome Navigation)のためには、上り走行あるいは下り走行の際に測定される距離を地図平面に対応する値に換算できるように、これに方向測定のための磁気コンパスに加えて距離測定のためのオドメータ及び傾斜計も装備することが必要不可欠である。
コンパス表示の校正のために、通常、円走行(Kreisfahrten)及び円中心点についての複数の定められた角度位置での測定値記録（Meβwertaufnahmen）が行われる必要がある。部分的に、水平面についての磁気的な方向示度（方向表示）の校正も傾斜センサーを用いて行われる。スイス、HeerbruggのLeica AG社によって製造されたデジタルマグネティックコンパス(DMC)では、三つの空間座標のための三つの磁場センサーのほかに、仰角(Elevation)及びバンク(Bank)のための二つの傾斜センサーも統合されている。距離測定及びそこから方向測定と共同して判明する車両のポジションは、独立に得られる衛星航法信号（ＧＰＳ）を用いて検査され得、場合によっては校正され得る。方向測定、距離測定、及びポジション測定は、互いに独立なシステムとして扱われる（１９９５年の米国、KVH Industries, Inc社の情報誌TACNAV System）。
本発明は、簡単に使用され得る方法であって、それによって、陸上の乗り物の場合に、方位、仰角、及び道のりのための組み込まれた測定器の示度（表示）についての校正値を算出することが可能であり、その結果ナビゲーションにおけるはるかに高められた精度が達成され且つＧＰＳ検査がなくされ得る方法を提供することを課題とする。
この課題は、本発明により、請求項１の特徴部分に記載された構成によって解決される。その地理学上の座標によって知られている二つの点の間の往復走行が行われると、評価のために特に有利である。
図面には、車両（乗り物）走行方向が水平面＝地図平面に対してのベクトルとして図示されている。その際、
図１は、方位（方位角）と仰角を具体的に説明し、
図２は、仰角表示への方位誤差の影響を図示する。
本発明を、以下に例示的に説明する。その際、方位測定及び仰角測定は、互いに結び合わされたシステム(DMS)において実行される。
方位及び仰角の値に由来して、車両走行方向

が水平面における単位ベクトルとして図示され、磁北(Magnetisch Nord)に関連付けられる。図１は、関連を具体的に説明する。その際、ｅ_Ｆによって実際の車両走行方向

と水平面との間の仰角角度が示されており、ａ_Ｆによって磁北と

の水平面への投影との間の方位角角度が示されている。走行した道のりｓ_Ｆとの乗法によって、一般的な表現で水平面におけるポジションがわかる。

実際には、出発点から出発して到達されたポジションは、多数の中間値

を並べることによって算出される。船舶航行では、この方法は、推測航法(Koppelnavigation)として知られている。従って、インデックスＮ及びＦを省略して、水平面における車両走行方向に沿って到達されたポジションに

が適用される。
近似される積分の別の形式が可能であり、当業者の能力の枠内にある。
仰角ｅ、方位ａ、及び道のりｓについての正しい値をもっており、出発点が知られているという前提のもとに、与えられた和の評価によって厳密なポジション報告が行われ得る、また、ａ及びｓについての地図から読み取られる値の入力によって精確なナビゲーションが行われ得る。しかし、実際には、測定器によって与えられる値は、初めに述べたように、また図２に示すように、品質が落とされている。
仰角ｅ及び方位ａはDMCの座標系において測定される。そのｘ軸は、車両走行方向に合致すべきである。図２は、ｘ軸の投影に対する車両走行方向

の投影の方位ずれΔａ_Ｆと車両走行方向における仰角ｅ_Ｆに対するｘ軸の仰角ｅの差異を示す。
本発明により、測定値a、e、sが以下の条件に従う校正された値ａ’、ｅ’、ｓ’によって置き換えられる：
ａ’＝ａ＋Ａ＋Ｂ・sin ａ＋Ｃ・cos ａ
ｅ’＝ｅ−Ａ_２
ｓ’＝ρ・ｓ
その際、パラメータ
Ａは、磁北に対する偏角(Deklination)及び方位におけるコンパス取り付け誤差を、
Ｂ、Ｃは、ハードマグネティックな及びソフトマグネティックな車両磁気を
Ａ_２は、仰角における傾斜計の取り付け誤差(Montagefehler)を
ρは、オドメータのスケール誤差を
考慮にいれる。
未知の校正パラメータは、本発明により、二つの視覚によりナビゲーションされる試験走行において算出される。当該試験走行では、出発ポジションと目標ポジションとの間での正しい値ａ’、ｅ’、及びｓ’が知られており且つ現実の値ａ、ｅ、ｓが推定される。それぞれの試験走行の際に、三つの空間座標ｘ、ｙ、ｚについての測定値に対応して十分に多数の独立の条件方程式(Bestimmungsgleichungen)が生じる。その結果、校正パラメータが一義的に決定され得、且つのちの計器でのナビゲーション走行の際に測定システムにて考慮に入れられ得る。
両方の試験走行の際に、簡単に、方向転換を行うことが特に有利である。そのとき、二つの点だけがそれらの地理学上の座標によって知られていさえすればよく、実際の経路差(Wegdifferenz)がちょうどゼロである。その結果、条件方程式の系が簡単化される。
平面でだけの車両の使用の場合、傾斜計を使用しなくてよい。それによって、校正パラメータの数が減り、条件方程式を解くことも簡単化される。この特殊化は、明らかに、発明の思想から外れていない。校正された方位を上述の形式で記述することが可能であり、且つ最も簡単な場合には二つの既知の点の間での二つの試験走行によってすべての必要不可欠な校正パラメータを算定することが可能であるという認識が本質的である。

Claims (2)

1. ナビゲーションの目的で陸上の乗り物に組み込まれていて乗り物走行方向の方位ａを与える磁気コンパスの測定値、水平線に対する乗り物走行方向の仰角ｅを与える傾斜計の測定値、及び走行した道のりｓを与えるオドメータの測定値のための校正パラメータの決定のための方法にして、乗り物の瞬間の方向ベクトルが
   

   

   ここで、Ｌ_ｊ＝水平面における乗り物走行方向、ｓ_ｊ＝二つの測定時点ｊとｊ−１との間での経路間隔
   によって与えられている前記の方法において、
   第一の試験走行が、その地理学上の座標によって知られた出発点から同様にその地理学上の座標によって知られた目標点までの視覚によるナビゲーションのもとで実行されること、
   方向変更を伴う引き続いての試験走行が、その地理学上の座標によって知られている第二の目標点への視覚によるナビゲーションのもとで行われること、
   これらの試験走行のあいだ、時点ｔ_ｊ；ｊ＝１…Ｎに対して測定値ａ_ｊ、ｅ_ｊ、ｓ_ｊが記録され、前記の既知の出発点座標及び目標点座標から対応する値ａ_ｊ’、ｅ_ｊ’、ｓ_ｊ’が算出されること、及び
   算出された方向ベクトルが測定によって算定された方向ベクトルと
   ａ’＝ａ＋Ａ＋Ｂ・sin ａ＋Ｃ・cos ａ
   ｅ’＝ｅ−Ａ_２
   ｓ’＝ρ・ｓ
   に応じて関連づけられ、そこから、
   偏角及び方位におけるコンパス取り付け誤差についての校正パラメータＡ、
   ハードマグネティックな及びソフトマグネティックな車両磁気についての校正パラメータＢ、Ｃ、
   仰角における傾斜計の取り付け誤差についての校正パラメータＡ_２、及び
   オドメータのスケール誤差についての校正パラメータρ、
   が算定されること
   を特徴とする方法。
2. 前記の第二の試験走行が第一の目標点から出発点へ戻るように行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

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