JP3875714B2 - Moving body acceleration / distance estimation circuit, moving body positioning device, and moving body positioning method - Google Patents

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Description

この発明は移動体の加速度と衛星を用いた移動体の測位情報に基づいて、正確な移動体の移動位置を得るための移動体測位装置及び移動体測位方法に関するものである。   The present invention relates to a moving body positioning apparatus and a moving body positioning method for obtaining an accurate moving position of a moving body based on the acceleration of the moving body and positioning information of the moving body using a satellite.

従来の移動体位置推定においては、IMU(Inertial Measurement Unit)と呼ばれる移動体自体に搭載した加速度検出器等を基に、移動体の移動を積算して移動体の位置を慣性航法計算で求めるINS(Inertial Navigation System)航法と呼ばれる航法があった。
また、測位衛星からの測位信号を基に測位信号の伝播時間差により移動体の位置を測位航法計算するGPS(Global Positioning System)航法と呼ばれる航法があった。
また、複合航法として、INS航法とGPS航法とから得られるそれぞれの位置情報を入力し、入力の時間的な差分をもとに補正用の誤差推定値や状態推定値を演算して出力するカルマンフィルタを用いて、この出力をINS航法に入力する構成も知られている。この帰還量に基づいて、INS航法演算部は、他の航法の位置情報や速度情報が入力されるので、他の位置情報の影響を受ける。そしてその場合、一般的には、この複合航法の出力を移動体の移動した位置として用いている。
In conventional mobile body position estimation, an INS that calculates the position of a mobile body by inertial navigation calculation by integrating the movement of the mobile body based on an acceleration detector or the like mounted on the mobile body itself called an IMU (Inertial Measurement Unit) (Inertial Navigation System) There was a navigation called navigation.
In addition, there is a navigation called GPS (Global Positioning System) navigation in which the position of a moving body is calculated by positioning navigation based on the propagation time difference of the positioning signal based on the positioning signal from the positioning satellite.
Also, as the composite navigation, Kalman filter that inputs position information obtained from INS navigation and GPS navigation and calculates and outputs an error estimation value and a state estimation value for correction based on the input time difference. A configuration is also known in which this output is input to the INS navigation using. Based on the feedback amount, the INS navigation calculation unit is influenced by other position information because position information and speed information of another navigation are input. In that case, generally, the output of this composite navigation is used as the position where the moving body has moved.

カルマンフィルタの動作としては、微分等の演算処理をして、上記二つの航法が出力する位置と速度情報からなる航法状態量の差や各種センサの誤差を実時間で推定出力するので、カルマンフィルタの出力は、INS航法に帰還され、その航法の補正入力に使用する。上記複合航法において、カルマンフィルタの入出力については、疎結合あるいは密結合と呼ばれる構成がある。疎結合とは、INS航法の出力である速度と位置、GPS航法からの速度と位置との両者を入力とし、カルマンフィルタの出力をINS航法に帰還する構成をいう。密結合とは、GPS航法に関してはGPS航法からの位置出力を入力するのではなくGPS航法の入力側の信号をカルマンフィルタに入力する構成をいう。   As the operation of the Kalman filter, calculation processing such as differentiation is performed, and the difference between the navigation state quantities consisting of the position and speed information output by the above two navigations and the errors of various sensors are estimated and output in real time. Is returned to the INS navigation and used for correction input of the navigation. In the above-described compound navigation, the input / output of the Kalman filter has a configuration called loose coupling or tight coupling. Loose coupling refers to a configuration in which both the speed and position, which are outputs of INS navigation, and the speed and position from GPS navigation are input, and the output of the Kalman filter is fed back to INS navigation. Tight coupling refers to a configuration in which a GPS navigation input signal is input to a Kalman filter instead of a position output from GPS navigation.

なお、GPSの位置情報は、未だ精度が高いとは云えず、正確に座標値が既知である、複数の基準点におけるGPS信号の誤差量を基に、測定点の誤差量を補正するDGPS(Differential Global Positioning System)が知られている。そして複数の基準点における誤差量から、特定の基準点を中心としたある範囲において、その基準点からある距離離れた測定点における誤差量を知る方式が非特許文献1に示されている。
特表2003−509671号公報 特表2000−502802号公報 特開2001−264409号公報 特開2002−196060号公報 米国特許第6311129号明細書 RTK Networks based on Geo++ GNSMART (登録商標)- Concepts, Implementation, Results (Gerhard Wuebbena, Andreas Bagge, Martin Schmitz) International Technical Meeting, ION GPS-01, Sept. 11-14, 2001)
Note that the GPS position information is not yet highly accurate, and the DGPS (correcting the error amount of the measurement point based on the error amount of the GPS signal at a plurality of reference points whose coordinate values are accurately known). Differential Global Positioning System) is known. Non-Patent Document 1 discloses a method of knowing an error amount at a measurement point a certain distance away from a reference point in a certain range centered on a specific reference point from an error amount at a plurality of reference points.
Japanese translation of PCT publication No. 2003-509671 Special Table 2000-502802 JP 2001-264409 A JP 2002-196060 A US Pat. No. 6,311,129 RTK Networks based on Geo ++ GNSMART®-Concepts, Implementation, Results (Gerhard Wuebbena, Andreas Bagge, Martin Schmitz) International Technical Meeting, ION GPS-01, Sept. 11-14, 2001)

従来の移動体の位置推定装置は上記のように構成されており、IMUの加速度検出を基に入力を行い、位置情報を得るINS航法の出力は、IMUで得られる加速度の値が正確とは云い難いので、INS航法の出力である位置情報の精度は正確であるとは云い難い。
また、GPS航法による場合は、GPS航法で得られる位置情報に種々の誤差要因を含んでいるため、GPS航法による出力位置の精度も正確ではない。
また、INS航法の出力位置を、カルマンフィルタを介して補正するためにGPS航法を複合して用いる複合航法があるが、GPS航法で得られる位置情報も種々の誤差要因を含んでいるので、GPS航法で得られる位置情報で補正しても、その精度も必ずしも正確ではない。
The conventional mobile position estimation apparatus is configured as described above, and the input of INS navigation that obtains position information by inputting based on IMU acceleration detection indicates that the acceleration value obtained by the IMU is accurate. Therefore, it is difficult to say that the accuracy of the position information that is the output of the INS navigation is accurate.
In the case of GPS navigation, since the position information obtained by GPS navigation includes various error factors, the accuracy of the output position by GPS navigation is not accurate.
In addition, there is a composite navigation that uses GPS navigation in combination to correct the output position of INS navigation via a Kalman filter. However, since the position information obtained by GPS navigation also includes various error factors, GPS navigation is used. Even if it correct | amends with the positional information obtained by (3), the precision is not necessarily exact.

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、慣性航法における加速度信号を含む距離情報の入力側の正確度を高めて、演算された移動体の航法位置を正確な値とする。また、測位航法における入力側の擬似距離の正確度を高め、更に帰還情報の質を高めて、結果的により正しい位置情報を得ることを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and improves the accuracy of the input side of the distance information including the acceleration signal in the inertial navigation so that the calculated navigation position of the moving body is an accurate value. Another object of the present invention is to improve the accuracy of the pseudo distance on the input side in positioning navigation, further improve the quality of feedback information, and obtain more accurate position information as a result.

この発明による移動体測位装置は、測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部と、状態推定値を出力するカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、このドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力したこの搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めたこの擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部とを備えて、
上記測位航法部は、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値を入力として、測位航法速度と測位航法位置を求めてこれらの測位航法速度と測位航法位置を出力し、
上記カルマンフィルタは、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値と、測位航法部が出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部が出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、状態推定値を演算して求めるようにした。
A mobile positioning device according to the present invention receives information from a positioning satellite, obtains a plurality of pseudo-ranges from the positioning satellite to the mobile body and a navigation calendar of the positioning satellite, and also uses a positioning navigation to determine a positioning navigation speed and a positioning navigation position. In a positioning device that obtains the navigation position of a moving body by a positioning navigation unit that outputs, an inertial navigation unit that outputs inertial navigation speed and inertial navigation position by inertial navigation, and a Kalman filter that outputs state estimation values,
The Doppler observation value between the positioning satellite and the moving body, which has been error-corrected with the wide area correction information, is input, and the relative speed between the positioning satellite and the moving body is calculated based on the navigation calendar and the state estimation value output by the Kalman filter. The Doppler estimated value between the positioning satellite and the moving object is obtained, the Doppler estimated value is compared with the error-corrected Doppler observed value, and a predetermined pseudo distance is calculated from the plurality of pseudo distances based on the comparison result. A satellite information selection unit that selects and outputs as a selected pseudorange;
The carrier phase information obtained from the signal received from the positioning satellite is input, and the input carrier phase information, the selected pseudo-range output from the satellite information selection unit, and the state estimation value output from the Kalman filter are calculated and simulated. A pseudo-distance estimation unit that obtains a distance estimate and outputs the pseudo-range estimate obtained;
The positioning navigation unit receives the pseudo-range estimation value output from the pseudo-range estimation unit as an input, obtains the positioning navigation speed and the positioning navigation position, and outputs the positioning navigation speed and the positioning navigation position.
The Kalman filter includes the pseudo-range estimation value output from the pseudo-range estimation unit, the positioning navigation speed output from the positioning navigation unit, the positioning navigation position, the inertial navigation speed output from the inertial navigation unit, and the inertial navigation position. Was used as an input to calculate the estimated state value.

この構成または方法によれば、入力側の速度検出を含む加速度信号の信号精度を高めて、または正しい測位衛星による精度を上げた情報により、正確な慣性航法演算または測位航法演算に基づいた位置が得られる効果がある。   According to this configuration or method, the position based on the accurate inertial navigation calculation or the positioning navigation calculation can be determined based on the information obtained by increasing the signal accuracy of the acceleration signal including speed detection on the input side or by increasing the accuracy by the correct positioning satellite. There is an effect to be obtained.

実施の形態1.
この実施の形態における移動体測位装置全体の概略構成図を図1に示す。移動体測位装置は、移動体に搭載されるものである。なお、図1以降の図において、黒丸は、結線結合点を示している。白丸は、加算器を示している。線は、信号(信号線)を示している。線先の矢印は、その線が示す信号の出力先を示している。加算器に入力される信号にマイナス記号(−)がある場合は、その信号値を減算することを示している。また図2は、SF(スケールファクタ)・速度推定部24と加速度推定部25の詳細構成を示す図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the entire mobile body positioning device in this embodiment. The mobile body positioning device is mounted on the mobile body. In FIG. 1 and subsequent figures, black circles indicate connection points. White circles indicate adders. Lines indicate signals (signal lines). The arrow at the line end indicates the output destination of the signal indicated by the line. If the signal input to the adder has a minus sign (-), it indicates that the signal value is subtracted. FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the SF (scale factor) / speed estimation unit 24 and the acceleration estimation unit 25.

図1において、移動体測位装置は、衛星測位航法系(GPS航法系)と慣性航法系(INS航法系)とカルマンフィルタ16から構成される。ここで衛星測位航法とは、測位衛星と移動体との距離、正確には測位衛星と移動体に載せた受信機(GPS部11)との距離を電波の伝搬時間で測定して、測位計算を行うものである。そしてその結果、測位衛星からの信号受信で得られる擬似距離情報に基づいてGPS航法部での演算結果として移動体位置を出力する。また、カルマンフィルタにこのGPS航法位置の他に、GPS航法部で得た速度をあわせてGPS航法状態量として出力する。   In FIG. 1, the mobile body positioning device includes a satellite positioning navigation system (GPS navigation system), an inertial navigation system (INS navigation system), and a Kalman filter 16. Here, the satellite positioning navigation is a positioning calculation by measuring the distance between the positioning satellite and the moving body, more precisely, the distance between the positioning satellite and the receiver (GPS unit 11) mounted on the moving body by the propagation time of the radio wave. Is to do. As a result, the position of the moving body is output as the calculation result in the GPS navigation unit based on the pseudorange information obtained by receiving the signal from the positioning satellite. In addition to the GPS navigation position, the Kalman filter, in addition to the speed obtained by the GPS navigation unit, is output as a GPS navigation state quantity.

また慣性航法は、移動体に搭載した加速度検出器や車輪の車速(回転)パルスを検出する車速検出部(移動体速度検出部)(VMS部)、更に移動体の進行方向を示すForward/Reverse(F/R)検出部等による入力を用いて、移動体の移動距離を示す距離推定値や加速度推定値を出力する加速度推定部を持ち、この出力により航法演算してINS航法位置を出力する。このように、安定で正しいSFを用いて、アライメントにより補正された加速度、距離情報により、INS航法部に対して正しい情報入力ができる。またGPS航法部と同様にカルマンフィルタに対して、INS航法部で関連して計算した速度や加速度からなる、INS航法状態量を出力する。   In addition, the inertial navigation includes an acceleration detector mounted on a moving body, a vehicle speed detecting section (moving body speed detecting section) (VMS section) for detecting vehicle speed (rotation) pulses of wheels, and Forward / Reverse indicating the traveling direction of the moving body. (F / R) Using an input from a detection unit or the like, an acceleration estimation unit that outputs a distance estimation value or an acceleration estimation value indicating a moving distance of the moving body is provided, and a navigation calculation is performed based on this output to output an INS navigation position. . Thus, using the stable and correct SF, correct information can be input to the INS navigation unit based on the acceleration and distance information corrected by the alignment. Similarly to the GPS navigation unit, an INS navigation state quantity composed of speed and acceleration calculated in association with the INS navigation unit is output to the Kalman filter.

衛星測位航法系(GPS航法系)として、以下の要素がある。先ずGPS衛星や準天頂衛星等の測位用の衛星からの信号を受信して擬似距離、ドップラ偏位等の観測量を得るGPS部11がある。このGPS部11から観測量のうち、擬似距離を入力とすると共に、複数の電子基準点に基づく位置誤差信号を広域補正情報として入力し、所定の補正情報を選択して擬似距離を補正し、補正後擬似距離を時系列に出力するDGPS(Differential Global Positioning System)部12が次にある。更に、DGPS部12から時系列で得られる補正後擬似距離を含む観測量12aを入力とし、これらの情報がマルチパスによるものであるかどうかを判定し、マルチパスであると判定した場合はその補正後擬似距離を廃棄し、マルチパスではなくて正しいパスによる信号であると判断した場合はその補正後擬似距離を出力することにより正しいパスによる信号を選択して選択擬似距離13aとして出力する衛星情報選択部13がある。   The satellite positioning navigation system (GPS navigation system) has the following elements. First, there is a GPS unit 11 that receives signals from positioning satellites such as GPS satellites and quasi-zenith satellites and obtains observation amounts such as pseudoranges and Doppler excursions. Among the observed quantities from the GPS unit 11, a pseudo distance is input, and a position error signal based on a plurality of electronic reference points is input as wide area correction information, and predetermined correction information is selected to correct the pseudo distance. Next, there is a DGPS (Differential Global Positioning System) unit 12 for outputting the corrected pseudoranges in time series. Furthermore, when the observation amount 12a including the corrected pseudo distance obtained in time series from the DGPS unit 12 is input, it is determined whether or not the information is based on multipath. A satellite that discards the corrected pseudorange and determines that the signal is based on the correct path instead of the multipath, and outputs the selected pseudorange 13a by selecting the correct path signal by outputting the corrected pseudorange. There is an information selector 13.

更に、この正しいパスであると判断された選択擬似距離13aを入力とし、各種の他の信号で補正して更に正しいと判断される擬似距離推定値14aを出力する擬似距離推定部14がある。
こうしてDGPS部、衛星情報選択部、擬似距離推定部を組合わせることによって、GPS航法部に対して正しい擬似距離のみが選択されて入力される。この擬似距離推定値14aを入力とし、この入力を用いて位置計算して衛星測位航法による位置(GPS航法位置)や関連速度からなるINS航法状態量15aを出力するGPS航法部(衛星測位航法部)15がある。
Further, there is a pseudo distance estimation unit 14 that receives the selected pseudo distance 13a determined to be a correct path, outputs a pseudo distance estimation value 14a that is determined to be more correct after being corrected with various other signals.
Thus, by combining the DGPS unit, the satellite information selection unit, and the pseudo distance estimation unit, only the correct pseudo distance is selected and input to the GPS navigation unit. A GPS navigation unit (satellite positioning navigation unit) that receives the pseudo-range estimation value 14a as input and outputs an INS navigation state quantity 15a composed of a position (GPS navigation position) by satellite positioning navigation and a related speed by using this input. 15).

またINS慣性航法系(INS航法系)として、移動体の角加速度や上下左右方向の加速度及び進行方向(距離方向)の加速度を検出するIMU部21と、移動体の前方向進行または後方向進行を検出するF/R部22と、移動体の移動量に応じて発生するパルス信号(車速パルス)を検出する車速検出部23(移動体速度検出部)と、車速検出部23から出力される車速検出信号としての、単位時間当たりの車速パルス数にスケールファクタ(SF)を乗算して移動体速度推定値24aを出力するSF(スケールファクタ)・速度推定部24がある。
SF・速度推定部24は、移動体の速度が推定可能かどうかの条件に基づいて、GPS航法部15からの出力であるGPS航法状態量(位置、速度)15aの座標変換値とINS航法部26からの出力であるINS航法状態量(位置、速度)26aの座標変換値とで得られる量から、より品質のよい出力を選択してスケールファクタを補正する。
In addition, as an INS inertial navigation system (INS navigation system), an IMU unit 21 that detects the angular acceleration of the moving body, the acceleration in the vertical and horizontal directions, and the acceleration in the traveling direction (distance direction), the forward traveling or the backward traveling of the moving body. Output from the F / R unit 22 for detecting the vehicle, a vehicle speed detection unit 23 (moving body speed detection unit) for detecting a pulse signal (vehicle speed pulse) generated according to the amount of movement of the moving body, and the vehicle speed detection unit 23. There is an SF (scale factor) / speed estimation unit 24 that multiplies the number of vehicle speed pulses per unit time as a vehicle speed detection signal by a scale factor (SF) and outputs a moving body speed estimation value 24a.
The SF / speed estimator 24 calculates the coordinate conversion value of the GPS navigation state quantity (position, speed) 15a, which is an output from the GPS navigation unit 15, and the INS navigation unit, based on whether or not the speed of the moving object can be estimated. From the quantity obtained from the coordinate conversion value of the INS navigation state quantity (position, speed) 26a, which is the output from 26, an output with higher quality is selected and the scale factor is corrected.

INS航法系では更に、IMU部21から得られる進行方向加速度を、上記の移動体速度推定値24aで補正し、更に後に詳述するアライメント補正して、補正後の推定加速度を出力し、また後に詳述する演算をして距離推定値45a、47aを出力する加速度推定部25と、この推定加速度25aを更にカルマンフィルタ出力の誤差推定値16bとの差をとって入力とし、また加速度推定部25からの上記距離推定値と、カルマンフィルタ16からの状態推定値16cとをも入力として、INS航法位置を計算して出力するINS航法部26がある。   Further, in the INS navigation system, the traveling direction acceleration obtained from the IMU unit 21 is corrected with the above-mentioned moving body speed estimated value 24a, and further, alignment correction described in detail later is performed, and the corrected estimated acceleration is output. The acceleration estimation unit 25 that outputs the distance estimation values 45a and 47a by calculating in detail, and the estimated acceleration 25a is further inputted as the difference between the error estimation value 16b of the Kalman filter output, and from the acceleration estimation unit 25 The INS navigation unit 26 calculates and outputs the INS navigation position using the distance estimation value and the state estimation value 16c from the Kalman filter 16 as inputs.

また、この両航法部の出力であるGPS航法状態量15aとINS航法状態量26aと、擬似距離推定部14から出力される擬似距離推定値14aと航法暦11aとを入力として、INS航法部26側への帰還出力となる誤差推定値16b、状態推定値16cを出力し、GPS航法側の擬似距離推定部14と衛星情報選択部13とへの帰還出力となる状態推定値16aを出力するカルマンフィルタ16がある。
カルマンフィルタ16は、擬似距離推定値14aを用いた密結合と、GPS航法部15とINS航法部26からのそれぞれの出力であるGPS航法状態量とINS航法状態量とを入力とする疎結合とを併用しており、航法状態量の差や各種センサの誤差を実時間で推定出力する際に、より詳しい情報を入力し、従ってより正しい誤差を推定して出力する。
なお図1では、GPS航法部15が出力する航法状態量15aの一部であるGPS航法位置と、INS航法部26が出力する航法状態量26aの一部であるINS航法位置とは、後段で適宜利用されるが、本実施の形態における構成と動作には関係しないので、ここでは説明を省略する。
In addition, the INS navigation unit 26 receives the GPS navigation state quantity 15a and the INS navigation state quantity 26a, the pseudo distance estimation value 14a output from the pseudo distance estimation unit 14 and the navigation calendar 11a as outputs of both navigation units. Kalman filter that outputs an error estimation value 16b and a state estimation value 16c that are feedback outputs to the side, and outputs a state estimation value 16a that is a feedback output to the pseudorange estimation unit 14 and the satellite information selection unit 13 on the GPS navigation side There are 16.
The Kalman filter 16 performs tight coupling using the pseudo-range estimation value 14a and loose coupling using the GPS navigation state quantity and the INS navigation state quantity as inputs from the GPS navigation unit 15 and the INS navigation unit 26, respectively. They are also used together, and when estimating and outputting differences in navigation state quantities and errors of various sensors in real time, more detailed information is input, and therefore more accurate errors are estimated and output.
In FIG. 1, the GPS navigation position that is a part of the navigation state quantity 15a output from the GPS navigation unit 15 and the INS navigation position that is a part of the navigation state quantity 26a output from the INS navigation part 26 are shown in the latter part. Although used as appropriate, the description is omitted here because it is not related to the configuration and operation of the present embodiment.

図2により、移動体加速度・距離推定回路、つまりSF・速度推定部24と加速度推定部25の詳細構成を説明する。
車速検出部23は、移動体の速度(車速)相当を検出する要素である。これはディジタル信号であってもよく、アナログ信号であってもよい。例えばタイヤが一回転するたびにパルス発生させ、この発生パルスを送信する。従って単位時間当たりの車速パルスを数えれば、車の現在速度相当が判る。もっと云えば、車速パルスはタイヤが回転するたびにそれを検出しているなら、それをタイヤ周囲長に相当する換算係数で乗算すれば、時間当たりのパルス数なので、速度が判る。このときF/R部22からの前方向進行か、後方向進行かの信号により、進行方向を判別する。SF・速度推定部24は、車速パルスをSF計算回路51に入力する。ところでこの単位時間当たりの車速パルス数から速度への換算係数であるスケールファクタは、後に述べるように変動する。従って変動に追従して更新し、この更新したスケールファクタで速度を推定しなければならない。これに対応して、スケールファクタが更新可能かどうかを判定する推定可否判定回路52がある。この条件については、動作説明の部分で記述する。
The detailed configuration of the moving body acceleration / distance estimation circuit, that is, the SF / speed estimation unit 24 and the acceleration estimation unit 25 will be described with reference to FIG.
The vehicle speed detector 23 is an element that detects the speed (vehicle speed) of the moving body. This may be a digital signal or an analog signal. For example, a pulse is generated each time the tire rotates, and this generated pulse is transmitted. Therefore, if the vehicle speed pulses per unit time are counted, the vehicle's current speed equivalent can be determined. More specifically, if the vehicle speed pulse is detected every time the tire rotates, the speed can be determined by multiplying it by a conversion factor corresponding to the tire circumference, because it is the number of pulses per hour. At this time, the traveling direction is discriminated based on a forward or backward signal from the F / R unit 22. The SF / speed estimation unit 24 inputs the vehicle speed pulse to the SF calculation circuit 51. By the way, the scale factor, which is a conversion factor from the number of vehicle speed pulses per unit time to the speed, varies as described later. Therefore, it is necessary to update following the fluctuation, and to estimate the speed with the updated scale factor. Corresponding to this, there is an estimation availability determination circuit 52 that determines whether or not the scale factor can be updated. This condition will be described in the explanation of operation.

この推定可否判定回路52により更新が可能と判断すると、スケールファクタ更新用の入力として、GPS航法系とINS航法系のどちらが適当かを入力切替え(または選択)指示としてカルマンフィルタ53に出力する。この場合の位置に関する状態量としては、GPS航法とINS航法共に地球座標系で表現されるが、移動体の座標系はこれとは異なる。従ってこの両者の座標系を変換する必要があり、座標変換回路54,55がこれを行う。そしてSF計算回路51は、車速検出部23からの車速パルスと、演算ループを構成するカルマンフィルタ53からの出力を入力とし、スケールファクタを更新・保持して、以後、車速パルスを乗算して移動体速度推定値24aを出力する。   If it is determined by the estimation availability determination circuit 52 that the update is possible, the input for scale factor update is output to the Kalman filter 53 as an input switching (or selection) instruction as to which of the GPS navigation system and the INS navigation system is appropriate. The state quantity related to the position in this case is expressed in the earth coordinate system for both GPS navigation and INS navigation, but the coordinate system of the moving body is different from this. Therefore, it is necessary to convert both coordinate systems, and the coordinate conversion circuits 54 and 55 do this. The SF calculation circuit 51 receives the vehicle speed pulse from the vehicle speed detector 23 and the output from the Kalman filter 53 constituting the calculation loop, updates and holds the scale factor, and then multiplies the vehicle speed pulse to multiply the mobile object. The speed estimated value 24a is output.

一方、加速度推定部25は、先ずIMU部21から進行方向加速度21aを含む各種の検出した加速度信号を入力する。図2においては、図1においては詳しく表示されていないが、IMU部21で得られる進行方向加速度の傾斜センサ等の傾斜検出器41による傾斜補正も示している。傾斜検出器41は、移動体が傾いていることを検出するもので、図2で出力の補正量41aとは、この検出した傾斜量から重力加速度のX軸方向、つまり進行方向加速度に換算して加減算すべき加速度補正量を出力する。
IMU部21から得られるIMU進行方向加速度21aをこの傾斜補正量41aで加速度補正をして、進行方向加速度21bとし、進行方向加速度21bを加速度推定部25に入力する。
なお図4は、本実施の形態における移動体測位装置と入力の関係も示していて、この場合は自動車である移動体に搭載したGPS受信機により、GPS衛星から擬似距離、ドップラ偏位等の情報を受信し、GPS航法部でGPS航法距離を得る。なおこの際、GPS衛星と移動体との間の上層に、図示していない電離層や対流圏があって、それらの変動が擬似距離の誤差要因になる。そして車に搭載したIMU部により加速度を検出し、また車速検出器により車速パルスを検出して、これらからINS航法部で進行方向に移動した位置を得る。
On the other hand, the acceleration estimation unit 25 first inputs various detected acceleration signals including the traveling direction acceleration 21 a from the IMU unit 21. In FIG. 2, although not shown in detail in FIG. 1, inclination correction by an inclination detector 41 such as an inclination sensor of the traveling direction acceleration obtained by the IMU unit 21 is also shown. The tilt detector 41 detects that the moving body is tilted. In FIG. 2, the output correction amount 41a is converted from the detected tilt amount into the X-axis direction of gravity acceleration, that is, the traveling direction acceleration. To output the acceleration correction amount to be added or subtracted.
The IMU traveling direction acceleration 21a obtained from the IMU unit 21 is corrected with the inclination correction amount 41a to obtain the traveling direction acceleration 21b, and the traveling direction acceleration 21b is input to the acceleration estimation unit 25.
FIG. 4 also shows the relationship between the mobile body positioning device and the input in this embodiment. In this case, the GPS receiver mounted on the mobile body, which is an automobile, causes the pseudorange, Doppler deviation, etc. from the GPS satellite. The information is received, and the GPS navigation distance is obtained by the GPS navigation unit. At this time, there are an ionosphere and a troposphere (not shown) in the upper layer between the GPS satellite and the moving body, and these fluctuations become an error factor of the pseudorange. Then, the acceleration is detected by the IMU unit mounted on the vehicle, the vehicle speed pulse is detected by the vehicle speed detector, and the position moved in the traveling direction by the INS navigation unit is obtained therefrom.

図2に戻って、進行方向加速度21bにも未だ変動要因がある。そのうちの、静止アライメント補正のための構成を説明する。
先ず静止アライメントを行うためには、静止状態での値を測定しなければならない。しかし最初に静止時にアライメントを行ってバイアス値を得ても、その後に車が受ける加速度変化や、センサの特性変化によって、その値が変化する。従って正しいと考えられる静止アライメントを時々刻々行って、進行方向加速度信号をバイアス値で補正しなければ、正しい進行方向加速度とはならない。本実施の形態では、走行中の僅かな安定期間を検出して、この僅かな期間に静止アライメントを行い、加速度信号に含まれるバイアス値を検出または測定して、その検出したバイアス値で進行方法加速度を補正する。
先ず、静止条件を判定する静止判定回路42を設けて、この判定回路が複数の静止であると判定できる情報の一致により静止と判定した時のみ、静止アライメント検出回路43が加速度信号に含まれるバイアス値を検出する。そして、次に更新するまでそのバイアス値を保持する。こうして加速度推定部25は、IMU部21から得られる進行方向加速度を傾斜検出器41が補正値41aとして出力する補正量で補正した進行方向加速度21bを入力とし、上記静止アライメント検出回路43が保持するバイアス値で補正して、更に後で述べる移動アライメントによる補正量でも補正して、推定加速度25aとして出力する。
Returning to FIG. 2, there is still a variation factor in the traveling direction acceleration 21b. Of these, a configuration for stationary alignment correction will be described.
First, in order to perform stationary alignment, the value in a stationary state must be measured. However, even if the alignment is first obtained at rest and the bias value is obtained, the value changes depending on the acceleration change received by the car and the sensor characteristic change thereafter. Therefore, unless the stationary alignment considered to be correct is performed every moment and the traveling direction acceleration signal is corrected with the bias value, the traveling direction acceleration is not correct. In the present embodiment, a slight stable period during traveling is detected, stationary alignment is performed during this small period, a bias value included in the acceleration signal is detected or measured, and the traveling method is performed using the detected bias value. Correct the acceleration.
First, a stationary determination circuit 42 for determining a stationary condition is provided, and the stationary alignment detection circuit 43 includes a bias included in the acceleration signal only when it is determined that the stationary circuit is stationary due to coincidence of information that can be determined to be a plurality of stationary. Detect value. The bias value is held until the next update. In this way, the acceleration estimation unit 25 receives the traveling direction acceleration 21b obtained by correcting the traveling direction acceleration obtained from the IMU unit 21 with the correction amount output by the inclination detector 41 as the correction value 41a, and is held by the stationary alignment detection circuit 43. It corrects with a bias value, and also correct | amends also with the correction amount by the movement alignment mentioned later, and outputs it as the estimated acceleration 25a.

また加速度推定部25は、(IMU)距離推定値を出力するためのIMU側の積分器44,45と、(VMS)(VMSは移動体速度推定値側を意味する)距離推定値を出力するための積分器47と、これら2つの距離推定値と更にIMU側、VMS側の2つの速度を時系列入力として加速度誤差推定値73aと速度誤差推定値76aを出力する移動アライメント検出回路46を持つ。   Further, the acceleration estimation unit 25 outputs (IMU) integrators 44 and 45 on the side for outputting a distance estimation value, and (VMS) (VMS means a moving body speed estimation value side) distance estimation value. And a moving alignment detection circuit 46 that outputs an acceleration error estimated value 73a and a speed error estimated value 76a by using these two distance estimated values and two speeds on the IMU side and the VMS side as time series inputs. .

図3は、SF・速度推定部24と加速度推定部25の機能と動作を示すフロー図である。図2と図3を用いて移動体に載せたIMUや車速検出で得られた加速度や速度から、進行方向の補正後加速度を得るまでの動作を説明する。
さて図2、図3において、SF・速度推定部24内の推定可否判定回路52は、図3のS201で、GPS航法状態量15aとINS航法状態量26aとの座標変換回路54,55により座標系を移動体の座標系に変換した距離相当の値と、検出車速度推定値24aとを監視し、移動体が一定速度以上で走行中であり、かつ加速度入力が少ないかまたは速度変動が少ない安定走行をしていて、情報品質が良くて距離計算が可能、という条件をみたした場合、スケールファクタ(SF)の推定が可能と判断する。スケールファクタは、上記で述べたように車速パルス数から距離に換算する際に使用する換算係数であるが、この値は例えば移動体が受ける加速度変動等、移動体である車の挙動で変動している。従って上記の安定走行条件を満足するときに変動が少ないとして、係数の更新を行う。
FIG. 3 is a flowchart showing the functions and operations of the SF / speed estimation unit 24 and the acceleration estimation unit 25. The operation until the corrected acceleration in the traveling direction is obtained from the acceleration and speed obtained by the IMU mounted on the moving body and the vehicle speed detection will be described with reference to FIGS.
2 and 3, the estimation possibility determination circuit 52 in the SF / speed estimation unit 24 is coordinated by the coordinate conversion circuits 54 and 55 of the GPS navigation state quantity 15a and the INS navigation state quantity 26a in S201 of FIG. The value corresponding to the distance obtained by converting the system into the coordinate system of the moving body and the detected vehicle speed estimated value 24a are monitored, the moving body is traveling at a certain speed or more, and the acceleration input is small or the speed fluctuation is small. If the condition is that the vehicle is traveling stably, the information quality is good, and the distance can be calculated, it is determined that the scale factor (SF) can be estimated. As described above, the scale factor is a conversion coefficient used when converting the number of vehicle speed pulses into the distance, but this value varies depending on the behavior of the vehicle that is the moving body, such as the acceleration fluctuation that the moving body receives. ing. Therefore, the coefficient is updated on the assumption that the fluctuation is small when the above stable running condition is satisfied.

安定条件の判定を一つの入力のみで判定すると、誤判定の可能性があるが、しかし全ての条件を満たさなくても、代表的な複数の監視対象入力が安定走行条件を示していれば、推定可否判定回路52は、S202でスケールファクタ(SF)の更新制御の信号をSF・速度推定部24の内部カルマンフィルタ53に出す。そして更にGPS航法状態量15aの変換値か、INS航法状態量26aの変換値かのいずれを用いてスケールファクタ(SF)の更新をするかを示す、選択用の入力切替信号を出力する。
このSF計算回路51はS203で、INS航法状態量の変換値か、GPS航法状態量の変換値か、を設定されたカルマンフィルタ53と閉ループを構成して、スケールファクタ(SF)の更新値を計算する。その後、このSFの更新値を保持して、車速検出部23で得られた単位時間当たりの車速パルスの数に基づいてそれを保持している係数で係数倍し、S204で移動体速度推定値24aを加速度推定部25、推定可否判定回路52、内部カルマンフィルタ53に向けて出力する。
このSFの変動に追従して安定なSFの値を更新することは、移動体の位置計算精度向上に大いに寄与する。
If the determination of the stable condition is determined with only one input, there is a possibility of an erroneous determination, but even if not all the conditions are satisfied, if a plurality of representative monitoring target inputs indicate the stable driving condition, The estimability determination circuit 52 outputs a scale factor (SF) update control signal to the internal Kalman filter 53 of the SF / speed estimator 24 in S202. Further, an input switching signal for selection indicating whether to update the scale factor (SF) by using either the converted value of the GPS navigation state quantity 15a or the converted value of the INS navigation state quantity 26a is output.
In S203, the SF calculation circuit 51 forms a closed loop with a Kalman filter 53 in which the conversion value of the INS navigation state quantity or the conversion value of the GPS navigation state quantity is set, and calculates the update value of the scale factor (SF). To do. Thereafter, the updated value of this SF is held, and based on the number of vehicle speed pulses per unit time obtained by the vehicle speed detection unit 23, the coefficient is multiplied by a coefficient, and in S204, the moving body speed estimated value is obtained. 24 a is output to the acceleration estimation unit 25, the estimation availability determination circuit 52, and the internal Kalman filter 53.
Updating the stable SF value following this SF variation greatly contributes to improving the position calculation accuracy of the moving object.

一方、加速度推定部25側では、静止判定回路42がS211で、これは車速検出部23からの車速パルスがほとんど出ていないということであるが、移動体速度推定値24aがしきい値以下であり、更に座標変換回路54で換算したGPS航法状態量からも移動していないという複数の静止情報に基づいて、移動体の静止状態を判定している。
図5は静止アライメント検出回路43の詳細を示す構成図である。静止判定回路42がその入力信号を調べて、上記で述べた静止状態と判定すると、更新の起動がかかる。更にS212aで、IMU進行方向加速度21bを標準偏差計算回路62で標準偏差を求めて、遅延回路63,64によるそれらの時系列信号により計算可否判定回路65でアライメント計算が可能な状態を検出する。
こうして静止アライメントが計算可能と判定すると、静止アライメント計算回路66が補正後のIMU進行方向加速度21bから低域フィルタを用いてバイアス値43aを測定する。つまりS212bで、静止アライメント検出回路43の出力から補正量としてのバイアス値が得られる。
この例では、静止アライメントを行う条件として、車速パルスがほとんど出ていない、航法状態量が変化していない、アライメントが計算可能、の上記3つの条件の組合わせを説明した。しかし、SFの更新時もそうであるが、更新条件を満足するかどうかを監視する入力としては、種々のバリエーションがあり、他の適切な監視入力を採用してもよい。
On the other hand, on the acceleration estimation unit 25 side, the stationary determination circuit 42 is S211, which means that the vehicle speed pulse from the vehicle speed detection unit 23 is hardly output, but the moving body speed estimation value 24a is below the threshold value. In addition, the stationary state of the moving object is determined based on a plurality of stationary information indicating that the vehicle has not moved even from the GPS navigation state quantity converted by the coordinate conversion circuit 54.
FIG. 5 is a block diagram showing details of the stationary alignment detection circuit 43. When the stationary determination circuit 42 checks the input signal and determines that it is in the stationary state described above, the update is activated. Further, in S212a, the standard deviation of the IMU traveling direction acceleration 21b is obtained by the standard deviation calculation circuit 62, and a state in which the calculation can be performed by the calculation possibility determination circuit 65 is detected by those time series signals by the delay circuits 63 and 64.
When it is determined that the static alignment can be calculated in this manner, the static alignment calculation circuit 66 measures the bias value 43a using the low-pass filter from the corrected IMU traveling direction acceleration 21b. That is, in S212b, a bias value as a correction amount is obtained from the output of the stationary alignment detection circuit 43.
In this example, as a condition for performing the stationary alignment, the combination of the above three conditions in which the vehicle speed pulse is hardly output, the navigation state quantity is not changed, and the alignment can be calculated has been described. However, as is the case when the SF is updated, there are various variations as inputs for monitoring whether or not the update condition is satisfied, and other appropriate monitoring inputs may be adopted.

例えば図6は横軸が時間を示し、縦軸が加速度を示す実測値の例である。図の変動が多い実線は進行方向加速度の実測値を示しており、実測加速度は時間的に絶えず変動している。そして中央部分に横方向に水平な線は静止アライメント検出回路43が保持している静止時加速度、つまりバイアス値を示している。図のA点のわずかな時間軸方向に安定な期間で静止判定回路42による静止判定が行われて、その後に丸く囲んだ部分に示されるように、静止アライメント検出回路43で静止時加速度の値が補正されてステップ状に更新されている。
このように静止アライメントが計算可能時に、絶えず静止アライメント検出回路43によるバイアスの検出と進行方向加速度の補正を更新し、更新した値が保持される。そして移動体の移動に伴う各種の車の状態変動に追従して、適切に静止アライメントによる補正が行われる。
For example, FIG. 6 is an example of an actual measurement value in which the horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates acceleration. The solid line with many fluctuations in the figure indicates the measured value of the acceleration in the traveling direction, and the measured acceleration constantly fluctuates with time. A horizontal line horizontally in the center indicates the stationary acceleration, that is, the bias value, held by the stationary alignment detection circuit 43. The stillness determination circuit 42 performs a stillness determination in a slight time axis direction at a point A in the figure, and then, as shown in a circled portion, the stationary alignment detection circuit 43 determines the acceleration value at rest. Has been corrected and updated in steps.
As described above, when the static alignment can be calculated, the detection of the bias and the correction of the traveling direction acceleration by the static alignment detection circuit 43 are continuously updated, and the updated value is held. And the correction | amendment by stationary alignment is performed appropriately following the state change of various vehicles accompanying the movement of a moving body.

更に積分器44と、図7にその詳細構成を示す移動アライメント検出回路46によるS213aの移動アライメントの検出と、S213bでの処理により、S214で速度推定値を出力する。
移動アライメント検出回路46は、まず検出車速度推定値24aをサンプル/ホールド回路71でサンプルホールドする。そしてそのサンプルホールド値と、IMU側からの進行方向加速度21bを更に静止アライメントを行って得たバイアス値で補正した加速度を積分した積分器44との差分を、遅延回路72を用いて微分して、加速度誤差推定回路73を用いて加速度誤差推定値73aとして出力する。また検出車速度推定値24aを積分器47で積分した移動距離と積分器45による距離との差分を、サンプル/ホールド回路74と遅延回路75とを用い、速度誤差推定回路76で推定して、速度誤差推定値76aを得る。
即ち図7の加速度誤差推定回路73と、速度誤差推定回路76が行う推定演算は、例えば過去の4点から最新の点まで、それらのサンプルの二乗平均値を求める。例えば速度誤差推定回路76が行う演算は、図8でいえば横軸で1ないし5で示す5点のサンプル値を得て、点1から点5までを順次線でつないだ折れ線ではなくて、一次回帰線である一直線の太線で近似していることである。この加速度推定部25で得られる検出車速度推定値とIMU側からの加速度による距離積算値との差を時系列で5点、サンプルしている。そしてこの5点を一次回帰線で近似したものを、時間を変えて順に図8(a)ないし(d)に示す。図8(a)ないし(d)の一直線の傾斜が加速度推定部25の出力である速度推定値であり、図2でいえば、速度誤差推定回路76からの出力76aと積分器44との差である。加速度誤差推定回路73による演算も、上記の速度誤差推定回路76と同様な演算を行う。
Further, the speed estimation value is output in S214 by detecting the movement alignment in S213a by the integrator 44 and the movement alignment detection circuit 46 whose detailed configuration is shown in FIG. 7 and the processing in S213b.
The movement alignment detection circuit 46 first samples and holds the detected vehicle speed estimated value 24 a by the sample / hold circuit 71. Then, the delay circuit 72 is used to differentiate the difference between the sample hold value and the integrator 44 obtained by integrating the acceleration corrected by the bias value obtained by further performing stationary alignment on the traveling direction acceleration 21b from the IMU side. The acceleration error estimation circuit 73 is used to output an acceleration error estimation value 73a. Further, the difference between the moving distance obtained by integrating the detected vehicle speed estimated value 24a by the integrator 47 and the distance by the integrator 45 is estimated by the speed error estimating circuit 76 using the sample / hold circuit 74 and the delay circuit 75, A speed error estimated value 76a is obtained.
That is, the estimation calculation performed by the acceleration error estimation circuit 73 and the speed error estimation circuit 76 in FIG. 7 obtains, for example, the mean square value of those samples from the past four points to the latest point. For example, the calculation performed by the speed error estimating circuit 76 is not a polygonal line obtained by obtaining sample values of 5 points indicated by 1 to 5 on the horizontal axis in FIG. It is approximating with a straight thick line which is a linear regression line. The difference between the detected vehicle speed estimated value obtained by the acceleration estimating unit 25 and the distance integrated value by the acceleration from the IMU side is sampled at five points in time series. And what approximated these 5 points | pieces by the primary regression line is shown to Fig.8 (a) thru | or (d) in order by changing time. 8A to 8D is a speed estimated value that is an output of the acceleration estimating unit 25. In FIG. 2, the difference between the output 76a from the speed error estimating circuit 76 and the integrator 44 is the same. It is. The calculation by the acceleration error estimation circuit 73 is the same as that by the speed error estimation circuit 76 described above.

こうして加速度推定部25は、IMUからの補正された加速度入力と移動体速度推定値も用いてS215で二つの距離推定値、即ち(IMU)距離推定値45a、(VMS)距離推定値47aを出力する。このSF・速度推定部24と加速度推定部25とで加速度・距離推定回路を構成する。
INS航法部26は、速度推定値25bが入力として加わることもあるが、加速度推定部25からの二つの距離推定値45a、47aと、同じく加速度推定部25の加速度出力をカルマンフィルタ16の誤差推定値で補正した加速度と、を入力とする。勿論、進行方向加速度以外の角加速度も、IMU部21から、カルマンフィルタの出力である誤差推定値16bで帰還補正をした後、INS航法部26に入力して、航法演算に用いられる。
INS航法部としては、一般的な構成であるので、その動作詳細を述べることは省く。ただ、入力として、より正しいと考えられる加速度推定値と、距離推定値とを用いてINS航法位置情報を得る。
Thus, the acceleration estimation unit 25 outputs two distance estimated values, that is, (IMU) distance estimated value 45a and (VMS) distance estimated value 47a in S215 using the corrected acceleration input from the IMU and the moving body speed estimated value. To do. The SF / speed estimation unit 24 and the acceleration estimation unit 25 constitute an acceleration / distance estimation circuit.
The INS navigation unit 26 may receive the speed estimation value 25b as an input, but the two distance estimation values 45a and 47a from the acceleration estimation unit 25 and the acceleration output of the acceleration estimation unit 25 are also error estimation values of the Kalman filter 16. The acceleration corrected in step 1 is used as an input. Of course, the angular acceleration other than the traveling direction acceleration is also input to the INS navigation unit 26 after being feedback-corrected from the IMU unit 21 with the error estimated value 16b, which is the output of the Kalman filter, and used for the navigation calculation.
Since the INS navigation unit has a general configuration, detailed description of its operation is omitted. However, INS navigation position information is obtained using an estimated acceleration value and a distance estimate value that are considered to be more correct as inputs.

GPS系の動作を説明する。
GPSは、よく知られているように全地球上を覆域とする衛星を利用した測位システムであり、この目的のための衛星群がGPS衛星と呼ばれる。しかしその位置が必ずしも天頂真上近くにあるとは限らないので、準天頂衛星と呼ばれる3つの衛星からなる衛星群を利用することもできる。
準天頂衛星に関して説明する。準天頂衛星は、赤道面から約45度の傾斜角になるように地球の自転に合わせて1日に1周回している。なお、赤道面からの傾斜角は、設計により任意に設定してよい。また、一例として昇交点赤経(赤道面との交点)において120度ずつ離れるように3機が配置されている。地表面上に投影される準天頂衛星軌道の軌跡は、地上を固定して考えた場合に、準天頂衛星は「8の字」または「涙滴型」を描くように周回している。3機の準天頂衛星は、軌道面を異にするが8時間ごとに交代(会合)することにより、切れ目なく日本上空に位置している。また、地域を日本で考えた場合、仰角が70度以上の準天頂衛星が常に存在することになる。切れ目なく日本上空に位置しているため、仰角が70度以上の準天頂衛星が常に存在し、受信者が地上で準天頂衛星から電波を受ける際、ビルの谷間でも電波を遮られることが少ない。
The operation of the GPS system will be described.
As is well known, GPS is a positioning system using satellites that cover the entire earth, and a group of satellites for this purpose is called a GPS satellite. However, since the position is not always near the zenith, a group of three satellites called quasi-zenith satellites can be used.
The quasi-zenith satellite will be explained. The quasi-zenith satellite orbits once a day according to the rotation of the earth so as to have an inclination angle of about 45 degrees from the equator plane. Note that the inclination angle from the equator plane may be arbitrarily set depending on the design. In addition, as an example, three aircraft are arranged so as to be 120 degrees apart at the ascending intersection eclipse (intersection with the equator plane). The locus of the quasi-zenith satellite orbit projected onto the ground surface is orbiting so that the quasi-zenith satellite draws an “eight-letter shape” or “tears drop shape” when the ground is fixed. The three quasi-zenith satellites have different orbital planes, but they change over every 8 hours (meetings), so they are located above Japan without a break. Also, when considering the region in Japan, there will always be a quasi-zenith satellite with an elevation angle of 70 degrees or more. Because it is located above Japan without a break, there is always a quasi-zenith satellite with an elevation angle of 70 degrees or more, and when a receiver receives a radio wave from the quasi-zenith satellite on the ground, it is less likely to be blocked in the valleys of the building. .

本実施の形態においては、更に後段における処理の必要上、DGPS方式を使用して、衛星軌道誤差や、電離層遅延誤差の影響を除いて、補正後擬似距離12a、つまり更に精密な擬似距離、ドップラ観測値を得ることができる。図4は、測位衛星が出す信号から得られる代表的な情報の種類、即ち測定点までの擬似距離、ドップラ偏位、アルマナック/エフェメリスといった航法値も記載している。
GPS受信部11は、詳細データとして上に述べた擬似距離と、ドップラ偏位、搬送波位相の信号を観測量12aとして出す。また品質情報も出す。
また、従来のDGPSは、あらかじめ位置の確定している基準局における誤差量を求めるが、誤差量は、電離層遅延、対流圏遅延、衛星軌道誤差の和となる。しかし、電離層遅延、対流圏遅延、衛星軌道誤差等は、基線長に依存して値が大きくなり、基準点からの距離が大きくなると、即ち移動体が基準点から離れれば離れるほど、測位精度が劣化するなどの問題があった。
In the present embodiment, the DGPS method is used to eliminate the influence of satellite orbit error and ionospheric delay error because of the necessity of processing in the subsequent stage, and the corrected pseudo distance 12a, that is, a more precise pseudo distance, Doppler Observed values can be obtained. FIG. 4 also describes typical types of information obtained from signals emitted from positioning satellites, that is, navigation values such as pseudoranges to measurement points, Doppler excursions, almanac / ephemeris.
The GPS receiving unit 11 outputs the pseudo distance, the Doppler shift, and the carrier phase signal described above as detailed data as the observation amount 12a. It also provides quality information.
Further, the conventional DGPS obtains an error amount at a reference station whose position is determined in advance, and the error amount is the sum of ionospheric delay, troposphere delay, and satellite orbit error. However, ionospheric delay, tropospheric delay, satellite orbit error, etc., increase in value depending on the baseline length, and as the distance from the reference point increases, that is, the farther the moving body is from the reference point, the worse the positioning accuracy. There was a problem such as.

図9(a)は、非特許文献1に示されたDGPS方式における誤差分布を多平面近似した誤差説明図であり、図9(b)はある誤差平面における測定点での誤差を説明する図である。複数の基準点の観測情報から位置に依存する誤差成分を推定し、誤差成分を各基準点の周りに線形近似した誤差平面を示す。図において、複数の電子基準点からの情報があると、座標値X1,Y1における測定点Sにおいて、R3平面で近似したR3内の基準点における誤差e3に対して、その基準点から測定点までの距離に比例した面上の誤差ベクトル量Δeを加えたe3+Δeを求めることができる。これは上記従来のDGPSが単にeのみを求めるのに対し、Δeだけ更に誤差を補正ができる。
本実施の形態においては、DGPS部12が上記の複数の基準点情報としての広域補正情報を得て、上記の演算でe3+Δeを求める。即ちこの演算で得た誤差による木目細かい擬似距離の補正を行って、更に精度の高い距離情報としての、補正後擬似距離12aを得る。そして移動体は順に目的地に向かって移動するので、その移動経路に沿って図9(a)の、例えばR1,R3,R4と順々に、近似平面を選択して行くことで、常に精度の高い補正後擬似距離12aが求められる。
なお、DGPS部では、後に説明するドップラ偏位も、通常のGPS部出力による値よりも木目細かい誤差補正がされ、従ってより正しい値が出力される。
FIG. 9A is an error explanatory diagram obtained by approximating the error distribution in the DGPS method shown in Non-Patent Document 1 by multi-plane approximation, and FIG. 9B is a diagram illustrating an error at a measurement point on a certain error plane. It is. An error plane that estimates a position-dependent error component from observation information of a plurality of reference points and linearly approximates the error component around each reference point is shown. In the figure, if there is information from a plurality of electronic reference points, at the measurement point S at the coordinate values X1, Y1, with respect to the error e3 at the reference point in R3 approximated by the R3 plane, from the reference point to the measurement point. E3 + Δe can be obtained by adding the error vector amount Δe on the surface proportional to the distance. This is because the above-mentioned conventional DGPS simply calculates only e, but the error can be further corrected by Δe.
In the present embodiment, the DGPS unit 12 obtains the wide area correction information as the plurality of reference point information, and obtains e3 + Δe by the above calculation. That is, the fine pseudo-range is corrected by the error obtained by this calculation, and the post-correction pseudo-distance 12a is obtained as more accurate distance information. Since the moving body moves toward the destination in order, the approximate plane is selected in order of R1, R3, and R4 in FIG. A corrected pseudorange 12a having a high value is obtained.
In the DGPS unit, the Doppler deviation, which will be described later, is also corrected more finely than the value obtained by the normal GPS unit output, and therefore a more correct value is output.

次にマルチパスの説明をする。図10は衛星から到来する電波の経路を示したもので、直接信号Vseと記載の直接受信される経路と、マルチパス信号と記載の周囲の建物などによって反射して到達する経路が示してある。このように反射して到達する信号をマルチパスと呼ぶ。マルチパスは伝搬経路が通常の経路よりも長くなるため、測位計算結果にオフセットが発生する原因となる。この図は、マルチパスだけが受信される条件になっている。このようにマルチパスが主に受信される場合を識別し、その信号成分を除去することで、測位精度が向上する。
衛星から到来する電波の搬送波周波数が、発信源である衛星の運動と受信側の運動によって変化する、いわゆるドップラ偏位は両者の移動速度の伝搬方向成分から算出可能である。衛星の運動によるドップラ量は、直接信号とマルチパス信号の両者に共通であり、これをVseとする。受信側の移動体の移動速度を図中のVrとすると、直接信号とマルチパス信号に発生するドップラ量は、図示されているように、それぞれVreとVre’になる。図のケースでは受信側の移動速度によるドップラ量は、絶対値だけでなく符号も異なっている事がわかる。
航法暦11aによって測位衛星の座標と移動速度を計算することが可能である。また一般的な測位衛星は遠方にあるため、測位装置の概略位置と概略速度がわかれば、ドップラ量を予測することが可能である。従って、このドップラ予測量と、実際に受信された信号のドップラ量を比較することで、マルチパスの影響を推定することが可能になる。
Next, multipath will be described. FIG. 10 shows a path of a radio wave coming from a satellite, and shows a directly received path described as a direct signal Vse, and a path reflected and reached by a surrounding building described as a multipath signal. . A signal that arrives after reflection in this way is called a multipath. In multipath, the propagation path is longer than the normal path, which causes an offset in the positioning calculation result. In this figure, only the multipath is received. Thus, the positioning accuracy is improved by identifying the case where multipath is mainly received and removing the signal component.
The so-called Doppler deviation, in which the carrier frequency of the radio wave coming from the satellite changes depending on the movement of the satellite as the transmission source and the movement on the receiving side, can be calculated from the propagation direction components of the movement speeds of both. The Doppler amount due to the movement of the satellite is common to both the direct signal and the multipath signal, and this is Vse. Assuming that the moving speed of the moving body on the receiving side is Vr in the figure, the Doppler amounts generated in the direct signal and the multipath signal are Vre and Vre ′, respectively, as shown. In the case of the figure, it can be seen that the amount of Doppler depending on the moving speed on the receiving side differs not only in absolute value but also in sign.
It is possible to calculate the positioning satellite's coordinates and moving speed by the navigation calendar 11a. Further, since a general positioning satellite is far away, if the approximate position and approximate speed of the positioning device are known, the Doppler amount can be predicted. Therefore, the effect of multipath can be estimated by comparing the Doppler prediction amount with the Doppler amount of the actually received signal.

図11は衛星からのDGPS部12を経由した信号から、マルチパスによる信号であると考えられる信号を除去する衛星情報選択部13の詳細構成を示す図である。
また図12はその選択機能と動作を示すフロー図である。図12及び図1において、DGPS部12の出力である観測量12aは、補正後擬似距離と広域補正情報で補正されたドップラ観測値を含んでいる。
ここで衛星情報選択とは、マルチパスで受信されていると判定される擬似距離を、誤りを含むデータとして演算対象データから削除し、直接信号による擬似距離の情報を選択することである。この目的のためにGPS信号のドップラ量を推定し、実際の観測値と比較して、マルチパスかどうかを判定する。例えば観測値が推定値と大きく異なる場合は、マルチパスによる観測値であると判定できる。そしてこの判定結果を用いて、マルチパスであると判定された測位衛星からの信号は廃棄し、直接信号である正しい信号のみを選択して後段に出力する。
FIG. 11 is a diagram showing a detailed configuration of the satellite information selection unit 13 that removes a signal considered to be a multipath signal from a signal from the satellite via the DGPS unit 12.
FIG. 12 is a flowchart showing the selection function and operation. In FIG. 12 and FIG. 1, the observation amount 12a that is the output of the DGPS unit 12 includes the corrected pseudorange and the Doppler observation value corrected with the wide area correction information.
Here, the satellite information selection is to delete the pseudorange determined to be received by multipath from the calculation target data as data including an error, and to select the pseudorange information based on the direct signal. For this purpose, the Doppler amount of the GPS signal is estimated and compared with the actual observation value to determine whether it is multipath. For example, when the observed value is significantly different from the estimated value, it can be determined that the observed value is based on multipath. Then, using this determination result, signals from positioning satellites determined to be multipath are discarded, and only correct signals that are direct signals are selected and output to the subsequent stage.

先ずGPS信号を受信して、その中に含まれる航法暦11aに基づいて、衛星位置計算回路83はステップS301で、衛星の位置計算をする。更にカルマンフィルタ16からの出力である位置状態量のうち、位置情報から移動体の位置を知り、両者の差を求め、これを基にS302で視線ベクタ計算回路84が視線ベクタを計算する。
航法暦11aからは衛星速度計算回路82により求めた衛星の速度と、カルマンフィルタからの状態推定値16aのうち速度を示す値とを比較して測位衛星と移動体間の相対速度差から仮のドップラ量が得られる。これを内積回路85で視線ベクタ成分のドップラ推定値81aが得られる。つまり進行方向に換算してのドップラ値が得られる。
First, the GPS signal is received, and the satellite position calculation circuit 83 calculates the position of the satellite in step S301 based on the navigation calendar 11a included therein. Further, among the position state quantities output from the Kalman filter 16, the position of the moving body is obtained from the position information, and the difference between the two is obtained. Based on this, the line-of-sight vector calculation circuit 84 calculates the line-of-sight vector in S302.
From the navigation calendar 11a, the velocity of the satellite obtained by the satellite velocity calculation circuit 82 is compared with the value indicating the velocity in the state estimated value 16a from the Kalman filter, and a temporary Doppler is calculated from the relative velocity difference between the positioning satellite and the moving body. A quantity is obtained. The dot product estimated value 81a of the line-of-sight vector component is obtained by the inner product circuit 85. That is, the Doppler value converted in the traveling direction is obtained.

マルチパス判定回路86は、上記で得られた進行方向に対するドップラ推定値81aと、DGPS信号から得られる誤差補正された精密なドップラ観測値(12a)との差を絶対値回路87で絶対値をS304で得る。また先のカルマンフィルタ16が出力する位置状態量のうち、移動体速度の視線ベクタ成分を内積回路88で求める。視線ベクタ成分の絶対値を絶対値回路89で得て、この値と先のドップラ差の絶対値とを、所定の条件で比較する。更にS305aで判定回路90により比較判定する。
マルチパスであることの判定基準は、視線ベクタ成分の絶対値差が大きいことである。この差が所定値以上であればマルチパス判定回路86は廃棄の選択制御信号86aを出し、それに基づいて選択回路91はS311で、マルチパスであるとしてその擬似距離は廃棄する。
こうしてS306において、衛星情報選択部13からは、正しいと考えられる擬似距離及び関連情報のみが次段の擬似距離推定部14に選択擬似距離13aとして出力される。即ちDGPS部12による広域補正情報により補正したドップラ観測値により、マルチパス判定が正しく行える。
上記の選択が正しく行われるためには、DGPS部12からの補正されたドップラ値を用いることが必須である。つまり単にGPS部出力のドップラ値では不正確な値しか得られないが、DGPS部12を経由して広域補正情報により補正された補正後擬似距離12aに含まれるドップラ観測値を用いることで正しい選択ができる。
The multipath determination circuit 86 calculates the difference between the Doppler estimated value 81a for the traveling direction obtained above and the accurate error-corrected Doppler observation value (12a) obtained from the DGPS signal by the absolute value circuit 87. Obtained in S304. Of the position state quantities output by the previous Kalman filter 16, the gaze vector component of the moving body speed is obtained by the inner product circuit 88. The absolute value of the line-of-sight vector component is obtained by the absolute value circuit 89, and this value is compared with the absolute value of the previous Doppler difference under a predetermined condition. In S305a, the determination circuit 90 makes a comparison determination.
The criterion for determining multipath is that the absolute value difference between the line-of-sight vector components is large. If this difference is greater than or equal to a predetermined value, the multipath determination circuit 86 issues a discard selection control signal 86a, and based on this, the selection circuit 91 discards the pseudo distance as being multipath in S311.
Thus, in S306, only the pseudo distance and related information that are considered to be correct are output from the satellite information selection unit 13 to the next stage pseudo distance estimation unit 14 as the selected pseudo distance 13a. That is, the multipath determination can be correctly performed based on the Doppler observation value corrected by the wide area correction information by the DGPS unit 12.
In order for the above selection to be performed correctly, it is essential to use the corrected Doppler value from the DGPS unit 12. In other words, the GPS unit output Doppler value can only obtain an inaccurate value, but the correct selection can be made by using the Doppler observation value included in the corrected pseudorange 12a corrected by the wide area correction information via the DGPS unit 12. Can do.

図13(a)は擬似距離推定部14の詳細構成を示す図であり、図14は擬似距離推定部14の機能と動作を示すフロー図である。
擬似距離の観測量にはGPS受信機の時計誤差の影響が含まれる。図13(a)において、GPS航法部15での演算結果から得られる時計誤差推定値15bにより擬似距離換算回路101が時計誤差分を距離値に換算し、この値で前段からの選択擬似距離13aを補正して、S401で、受信機時計誤差を除去する。
擬似距離平滑計算の動作を図13(b)に示す詳細構成図に基づいて説明する。GPS部11から出力され、DGPS部12で誤差補正されて出力される搬送波位相12bの観測量を、遅延回路121と減算器で差分をとって搬送波位相の変動分を得て、適応計算回路122への入力とする。適応計算回路122はS402で、この搬送波位相の変動分と、先に述べた時計誤差換算による補正を受けた選択擬似距離と、カルマンフィルタ出力の状態推定値16aとで時間系列の重み付けして適応計算し、乗算回路123の乗数Kを制御する。
一方S403では、搬送波位相の変動分と遅延回路124とを加算して擬似距離予測値を得る。S404で、この擬似距離予測値と先に補正して得ている擬似距離との差分を、適応計算回路122の出力指示であるK倍して乗算回路123が出力し、先の擬似距離予測値と加算して、擬似距離平滑計算回路102の出力である擬似距離平滑値102aとする。
即ち品質の優れた搬送波位相観測量を用いて擬似距離観測量に含まれる雑音を除去する。二つをそれぞれ重み付けして加算して、移動体の挙動や擬似距離の変化に応じて平滑定数Kを時系列で適応変化させて、雑音除去特性を高めている。
FIG. 13A is a diagram showing a detailed configuration of the pseudo distance estimation unit 14, and FIG. 14 is a flowchart showing functions and operations of the pseudo distance estimation unit 14.
The observation amount of the pseudo distance includes the influence of the clock error of the GPS receiver. In FIG. 13A, the pseudo distance conversion circuit 101 converts the clock error amount into a distance value by the clock error estimated value 15b obtained from the calculation result in the GPS navigation unit 15, and the selected pseudo distance 13a from the previous stage is converted by this value. In step S401, the receiver clock error is removed.
The operation of the pseudo distance smoothing calculation will be described based on the detailed configuration diagram shown in FIG. The difference in the carrier phase 12b output from the GPS unit 11 and error-corrected by the DGPS unit 12 is output by the difference between the delay circuit 121 and the subtractor to obtain the fluctuation amount of the carrier phase, and the adaptive calculation circuit 122 As input. In S402, the adaptive calculation circuit 122 weights the time series using the carrier phase fluctuation, the selected pseudo-range corrected by the above-described clock error conversion, and the Kalman filter output state estimation value 16a to perform adaptive calculation. The multiplier K of the multiplication circuit 123 is controlled.
On the other hand, in S403, the pseudo-range prediction value is obtained by adding the fluctuation amount of the carrier wave phase and the delay circuit 124. In S404, the difference between the pseudo distance predicted value and the pseudo distance previously corrected is multiplied by K, which is an output instruction of the adaptive calculation circuit 122, and the multiplier circuit 123 outputs the difference. To obtain a pseudo distance smoothing value 102a which is an output of the pseudo distance smoothing calculation circuit 102.
That is, the noise contained in the pseudorange observation is removed using the carrier phase observation with excellent quality. The two are weighted and added, and the smoothing constant K is adaptively changed in time series in accordance with changes in the behavior of the moving object and the pseudorange, thereby improving the noise removal characteristics.

ここで図13(a)に戻って、入力の航法暦を用いて衛星位置計算回路103が計算した衛星位置と、状態推定値16aのうちの移動体位置との差分を計算し、絶対値回路105へ出力する。また衛星位置計算回路103の出力から仰角計算回路104により擬似距離の情報を得ている測位衛星への仰角を求め、S405で、重み付け回路106と推定計算回路108により、未だ除去されていない対流圏誤差を推定する。同時にGPS部11からの擬似距離品質情報から、重み付け回路107と推定計算回路109により、未除去のマルチパス誤差等による位置誤差を推定する。これらの合計推定誤差と、先の比較した差分とを乗算回路110で乗算し、推定計算回路111で過去の値を二乗平均計算して補正値111aを得る。
擬似距離推定部14はS406で、最終的にこの補正値111aで補正した擬似距離推定値14aを出力し、GPS航法部15への入力とする。
なお、この場合も搬送波位相と擬似距離は、GPS部11からの値を用いたのでは誤った擬似距離推定値となることもある。DGPS部12を経由して誤差補正された値を用いて、はじめて正しい擬似距離推定値14aが得られる。
Returning to FIG. 13A, the difference between the satellite position calculated by the satellite position calculation circuit 103 using the input navigational calendar and the moving body position in the state estimated value 16a is calculated, and the absolute value circuit. To 105. In addition, the elevation angle to the positioning satellite from which the pseudo-range information is obtained by the elevation angle calculation circuit 104 is obtained from the output of the satellite position calculation circuit 103, and the tropospheric error that has not yet been removed by the weighting circuit 106 and the estimation calculation circuit 108 in S405. Is estimated. At the same time, a position error due to an unremoved multipath error or the like is estimated by the weighting circuit 107 and the estimation calculation circuit 109 from the pseudo distance quality information from the GPS unit 11. The total estimation error and the previously compared difference are multiplied by the multiplication circuit 110, and the estimation calculation circuit 111 calculates the mean value of the past to obtain a correction value 111a.
In step S406, the pseudo distance estimation unit 14 finally outputs the pseudo distance estimation value 14a corrected with the correction value 111a, which is used as an input to the GPS navigation unit 15.
In this case as well, the carrier phase and pseudorange may be false pseudorange estimates if values from the GPS unit 11 are used. The correct pseudo-range estimated value 14a is obtained for the first time using the error-corrected value via the DGPS unit 12.

GPS航法部15の構成はよく知られているので、その動作を特に詳述はしない。入力として補正がされた擬似距離推定値14aが用いられるので、得られるGPS航法位置としてより正しい値が得られる。
カルマンフィルタ16の入力として、疎結合ではINS航法部26からのINS航法位置とGPS航法部15からのGPS航法位置が用いられるが、本実施の形態では、更に擬似距離推定部14からのドップラ値も含む擬似距離推定値14aも用いられる密結合としている。
カルマンフィルタ16の帰還出力は状態推定値16cとしてINS航法部26への入力と、誤差推定値16bによる加速度補正とに用いられ、またGPS系に対しては状態推定値16aとして擬似距離推定部14と衛星情報選択部13に出力される。
Since the configuration of the GPS navigation unit 15 is well known, its operation will not be described in detail. Since the corrected pseudo-range estimated value 14a is used as an input, a more correct value can be obtained as the obtained GPS navigation position.
As an input to the Kalman filter 16, in the loose coupling, the INS navigation position from the INS navigation unit 26 and the GPS navigation position from the GPS navigation unit 15 are used. In this embodiment, the Doppler value from the pseudo-range estimation unit 14 is also used. The pseudo-range estimated value 14a including the close coupling is also used.
The feedback output of the Kalman filter 16 is used as an estimated state value 16c for input to the INS navigation unit 26 and acceleration correction using the estimated error value 16b. For the GPS system, the estimated value 16a is used as the estimated state value 16a. It is output to the satellite information selection unit 13.

こうしてINS系に対しては、安定入力が得られる場合に、誤差を少なくした状態でスケールファクタ(SF)を求めて更新し、その値を次の更新時まで保持して、また静止アライメントが行える状態を検出してバイアス値を更新し、移動アライメントを帰還量から正しいと思われる値を推定して、それらを用いて加速度誤差を補正して正しい加速度入力としている。即ち、車速パルス入力が所定の安定した入力状態である場合に、スケールファクタ補正し、同じく静止していることが明らかな場合にのみ、加速度信号に含まれるバイアス値を測定して、その測定したバイアス値で入力の加速度信号を補正する加速度・距離推定回路を用いて、航法計算の精度を高めている。
またGPS系に対しては、複数の電子基準点による広域補正情報を含んだDGPS部で擬似距離誤差を補正し、マルチパスの影響を除き、搬送波位相や時計誤差推定や過去サンプルの二乗平均計算による値推定と残存誤差除去により入力情報の質を高め、更にそれ自体、擬似距離推定部からの擬似距離推定値を併用して推定精度を高めたカルマンフィルタと一体となった擬似距離推定を行い、航法計算の精度を高めている。
Thus, for a INS system, when a stable input is obtained, the scale factor (SF) is obtained and updated with a reduced error, and the value is held until the next update, and still alignment can be performed. The state is detected, the bias value is updated, the movement alignment is estimated from the feedback amount, and a value that seems to be correct is estimated, and the acceleration error is corrected using these values to obtain a correct acceleration input. That is, when the vehicle speed pulse input is in a predetermined stable input state, the bias factor included in the acceleration signal is measured only when the scale factor is corrected and it is clear that the vehicle is still still. The accuracy of navigation calculation is improved by using an acceleration / distance estimation circuit that corrects the input acceleration signal with a bias value.
For the GPS system, the pseudorange error is corrected by the DGPS unit including wide area correction information from a plurality of electronic reference points, the influence of multipath is excluded, the carrier phase and clock error estimation, and the root mean square calculation of past samples Improve the quality of the input information by value estimation and residual error removal by itself, and also perform pseudo-range estimation integrated with the Kalman filter, which itself uses the pseudo-range estimation value from the pseudo-range estimation unit to improve estimation accuracy, The accuracy of navigation calculation is increased.

上記説明では、各構成要素はハードウェアであるとして説明したが、各構成要素は同一の機能を持つソフトウェアのプログラムをROMまたは不揮発性RAMに組み込み、マイクロプロセッサでそれらを読み出して図3、図12、図14に示す機能を実行するようにした構成としてもよい。その場合は、各フロー図におけるステップSの機能が、対応する構成図中の要素の機能と同様の動作をする。またGPS航法部15とINS航法部も、他の要素と同様にプログラムを組み込んで、ソフトウェアで機能を得るようにしてもよい。
また、上記の各構成要素を、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもかまわない。
In the above description, each component has been described as hardware. However, each component incorporates a software program having the same function in a ROM or a nonvolatile RAM, and reads them out by a microprocessor, as shown in FIGS. The configuration shown in FIG. 14 may be executed. In that case, the function of step S in each flowchart is the same as the function of the element in the corresponding configuration diagram. In addition, the GPS navigation unit 15 and the INS navigation unit may have a function by software by incorporating a program in the same manner as other elements.
Each of the above components may be realized by a combination of hardware and software.

この発明の実施の形態1における移動体測位装置の構成図である。It is a block diagram of the mobile body positioning apparatus in Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1におけるスケールファクタ・速度推定部と加速度誤差推定部の詳細構成図である。3 is a detailed configuration diagram of a scale factor / speed estimation unit and an acceleration error estimation unit in the first embodiment. FIG. 実施の形態1におけるスケールファクタ・速度推定部と加速度誤差推定部の機能と動作を示すフロー図である。6 is a flowchart showing functions and operations of a scale factor / speed estimation unit and an acceleration error estimation unit according to Embodiment 1. FIG. 移動体が受ける加速度を説明する図である。It is a figure explaining the acceleration which a mobile body receives. 実施の形態1における静止アライメント検出回路の詳細構成図である。3 is a detailed configuration diagram of a stationary alignment detection circuit according to Embodiment 1. FIG. 実加速度データと静止アライメント検出回路により得られる静止加速度値(バイアス値)の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a static acceleration value (bias value) obtained by real acceleration data and a static alignment detection circuit. 実施の形態1における移動アライメント検出回路の詳細構成図である。2 is a detailed configuration diagram of a movement alignment detection circuit according to Embodiment 1. FIG. 移動アライメント検出回路により得られる傾斜係数の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the inclination coefficient obtained by a movement alignment detection circuit. DGPS方式における誤差分布を多平面近似した誤差説明図である。It is error explanatory drawing which approximated the error distribution in a DGPS system in many planes. マルチパスとマルチパスによる影響を説明する図である。It is a figure explaining the influence by multipath and multipath. 実施の形態1における衛星情報選択部の詳細構成図である。3 is a detailed configuration diagram of a satellite information selection unit in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における衛星情報選択部の機能と動作を示すフロー図である。3 is a flowchart showing functions and operations of a satellite information selection unit in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における擬似距離推定部の詳細構成図である。3 is a detailed configuration diagram of a pseudo distance estimation unit according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における擬似距離推定部の機能と動作を示すフロー図である。FIG. 6 is a flowchart showing functions and operations of a pseudo distance estimation unit in the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

12 DGPS部、13 衛星情報選択部、14 擬似距離推定部、15 GPS航法部、16 カルマンフィルタ、24 スケールファクタ(SF)・速度推定部、25 加速度推定部、26 INS航法部、42 静止判定回路、43 静止アライメント検出回路、46 移動アライメント検出回路、51 SF計算回路、52 推定可否判定回路、53 カルマンフィルタ、81 ドップラ推定回路、86 マルチパス判定回路、91 選択回路、102 擬似距離平滑計算回路、S201 SF推定可能判定ステップ、S202 計算用入力切替設定ステップ、S203 SF更新ステップ、S204 移動体速度推定値計算ステップ、S211 静止判定ステップ、S212a 静止アライメント検出ステップ、S212b 静止アライメントによる補正ステップ、S213a 移動アライメント検出ステップ、S213b 移動アライメントによる処理ステップ、S214 速度推定値計算ステップ、S215 距離推定値計算ステップ、S301 衛星位置計算ステップ、S302 視線ベクタ計算ステップ、S303 ドップラ推定値計算ステップ、S304 ドップラ推定値とドップラ観測値との差検出ステップ、S305a 推定値と観測値間の差と、移動体速度の視線ベクタ成分との比較ステップ、305b 比較結果が所定値以内にあるかを判定するステップ、S306 正規パスとして擬似距離を出力するステップ、S311 マルチパスとしてデータ廃棄ステップ、S401 搬送波位相変動計算ステップ、S402 位相変動と時計誤差補正後の擬似距離とカルマンフィルタからの状態推定値とによる適応計算ステップ、S403 遅延出力と位相変動とによる擬似距離予測値計算ステップ、S404 擬似距離予測値と擬似距離入力との差の適応計算結果である乗数K倍後と、予測値との差による擬似距離平滑値取得ステップ、S405,S406 擬似距離平滑値と推定計算結果との差による擬似距離推定値取得ステップ。   12 DGPS section, 13 satellite information selection section, 14 pseudorange estimation section, 15 GPS navigation section, 16 Kalman filter, 24 scale factor (SF) / speed estimation section, 25 acceleration estimation section, 26 INS navigation section, 42 stationary determination circuit, 43 stationary alignment detection circuit, 46 moving alignment detection circuit, 51 SF calculation circuit, 52 estimation possibility determination circuit, 53 Kalman filter, 81 Doppler estimation circuit, 86 multipath determination circuit, 91 selection circuit, 102 pseudo distance smoothing calculation circuit, S201 SF Estimable determination step, S202 calculation input switching setting step, S203 SF update step, S204 moving body speed estimation value calculation step, S211 stationary determination step, S212a stationary alignment detection step, S212b by stationary alignment Correction step, S213a Movement alignment detection step, S213b Movement alignment processing step, S214 Speed estimation value calculation step, S215 Distance estimation value calculation step, S301 Satellite position calculation step, S302 Line-of-sight vector calculation step, S303 Doppler estimation value calculation step, S304 Step of detecting difference between Doppler estimated value and Doppler observed value, S305a Step of comparing difference between estimated value and observed value and line-of-sight vector component of moving body speed, 305b Step of determining whether comparison result is within predetermined value S306 Step of outputting pseudo distance as normal path, S311 Data discarding step as multipath, S401 Carrier phase fluctuation calculation step, S402 Pseudo distance and Kalman filter after phase fluctuation and clock error correction Step S403, an adaptive calculation step based on the state estimation value, S403, a pseudo-range prediction value calculation step based on the delay output and the phase fluctuation, S404, and a prediction after the multiplier K times that is an adaptive calculation result of the difference between the pseudo-range prediction value and the pseudo-range input. A pseudo-range smooth value acquisition step based on a difference from the value, and a pseudo-range estimated value acquisition step based on a difference between the pseudo-range smooth value and the estimation calculation result.

Claims (3)

測位航法により測位航法速度と測位航法位置とを出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置とを出力する慣性航法部とにより移動体の航法位置を求める測位装置に用いられる移動体加速度・距離推定回路において、
1)
1−1)移動体の移動に伴い得られる移動体速度検出信号を入力すると共に、上記移動体速度検出信号から移動体速度に換算する係数をスケールファクタとして得るスケールファクタ計算回路と、
1−2)複数の所定条件を満たす場合に、測位航法部の出力である上記測位航法速度と上記測位航法位置とからなる情報と、慣性航法部の出力である上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とからなる情報との少なくともいずれかの情報を選択し、該選択した航法の情報と上記スケールファクタ計算回路出力とを入力として上記スケールファクタ計算回路へ出力するカルマンフィルタと、を備えて、
該カルマンフィルタと上記スケールファクタ計算回路とで閉ループを構成して、上記スケールファクタ計算回路は該カルマンフィルタからの出力を入力とし上記スケールファクタを更新して、更新した上記スケールファクタに基づき上記移動体速度検出信号を調整して移動体速度推定値を出力するスケールファクタ・速度推定部と、
2)
2−1)移動体の進行方向加速度信号を入力すると共に、移動体の静止を検出する複数の信号により移動体の静止を判定して、該静止判定時に上記進行方向加速度信号に含まれるバイアス値を検出する静止アライメント検出回路と、
2−2)該静止アライメント検出回路の出力で上記バイアス値を補正した進行方向加速度信号を積分した値と、上記移動体速度推定値との差の微分を入力として、この微分入力の平均値を求めて、上記進行方向加速度信号を更に補正して移動体の推定加速度を得るために上記求めた入力の平均値を帰還出力する加速度誤差推定回路と、上記更に補正した進行方向加速度信号を積分した値と、上記移動体速度推定値を積分した値との差の微分を入力として、この微分入力の平均値を求めて、上記進行方向加速度信号を積分した値を更に補正して速度推定値を得るために上記求めた入力の平均値を帰還出力する速度誤差推定回路と、を持つ移動アライメント検出回路と、を備えて、
上記移動アライメント検出回路から出力された上記移動体の推定加速度と、速度推定値を積分した距離推定値と、を出力する加速度推定部と、
を備えたことを特徴とする移動体加速度・距離推定回路。
Used in a positioning device that determines the navigation position of a moving object with a positioning navigation unit that outputs positioning navigation speed and positioning navigation position by positioning navigation, and an inertial navigation unit that outputs inertial navigation speed and inertial navigation position by inertial navigation In the mobile object acceleration / distance estimation circuit,
1)
1-1) A scale factor calculation circuit that inputs a moving body speed detection signal obtained along with the movement of the moving body and obtains a coefficient for converting the moving body speed detection signal into the moving body speed as a scale factor;
1-2) When a plurality of predetermined conditions are satisfied, information including the positioning navigation speed and the positioning navigation position, which are outputs from the positioning navigation section, and the inertial navigation speed and the inertial navigation, which are outputs from the inertial navigation section. A Kalman filter that selects at least one of the information including the position and outputs the selected navigation information and the scale factor calculation circuit output to the scale factor calculation circuit,
The Kalman filter and the scale factor calculation circuit constitute a closed loop. The scale factor calculation circuit receives the output from the Kalman filter as an input, updates the scale factor, and detects the moving body speed based on the updated scale factor. A scale factor / speed estimation unit that adjusts the signal and outputs a moving body speed estimation value;
2)
2-1) A moving body acceleration signal is input, and the moving body is determined to be stationary based on a plurality of signals for detecting the stationary state of the moving body, and the bias value included in the traveling direction acceleration signal when the stationary state is determined. A static alignment detection circuit for detecting
2-2) Using the differential of the difference between the moving body speed estimated value and the value obtained by integrating the traveling direction acceleration signal with the bias value corrected by the output of the stationary alignment detection circuit as an input, the average value of the differential input is In order to further correct the traveling direction acceleration signal and obtain the estimated acceleration of the moving body, an acceleration error estimation circuit that feedback-outputs the average value of the calculated input and the further corrected traveling direction acceleration signal are integrated. The derivative of the difference between the value and the value obtained by integrating the moving body speed estimated value is input, an average value of the differential input is obtained, and the value obtained by integrating the traveling direction acceleration signal is further corrected to obtain the speed estimated value. A speed error estimation circuit that feedback-outputs the average value of the obtained input to obtain, and a movement alignment detection circuit having ,
An acceleration estimation unit that outputs the estimated acceleration of the moving object output from the movement alignment detection circuit and a distance estimation value obtained by integrating the speed estimation value ;
A moving body acceleration / distance estimation circuit comprising:
測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部とにより移動体の航法位置を求める測位装置において、
1)
1−1)移動体の移動に伴い得られる移動体速度検出信号を入力すると共に、上記移動体速度検出信号から移動体速度に換算する係数をスケールファクタとして得るスケールファクタ計算回路と、
1−2)複数の所定条件を満たす場合に、測位航法部の出力である上記測位航法速度と上記測位航法位置とからなる情報と、慣性航法部の出力である上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とからなる情報との少なくともいずれかの情報を選択し、該選択した航法の情報と上記スケールファクタ計算回路出力とを入力として上記スケールファクタ計算回路へ出力する第1のカルマンフィルタと、を備えて、
該第1のカルマンフィルタと上記スケールファクタ計算回路とで閉ループを構成して、上記スケールファクタ計算回路は該第1のカルマンフィルタからの出力を入力とし上記スケールファクタを更新して、更新した上記スケールファクタに基づき上記移動体速度検出信号を調整して移動体速度推定値を出力するスケールファクタ・速度推定部と、
2)
2−1)移動体の進行方向加速度信号を入力すると共に、移動体の静止を検出する複数の信号により移動体の静止を判定して、該静止判定時に上記進行方向加速度信号に含まれるバイアス値を検出する静止アライメント検出回路と、
2−2)該静止アライメント検出回路の出力で上記バイアス値を補正した進行方向加速度信号を積分した値と、上記移動体速度推定値との差の微分を入力として、この微分入力の平均値を求めて、上記進行方向可速度信号を更に補正して移動体の推定加速度を得るために上記求めた入力の平均値を帰還出力する加速度誤差推定回路と、上記更に補正した進行方向可速度信号を積分した値と、上記移動体速度推定値を積分した値との差の微分を入力として、この微分入力の平均値を求めて、上記進行方向加速度信号を積分した値を更に補正して速度推定値を得るために上記求めた入力の平均値を帰還出力する速度誤差推定回路と、を持つ移動体アライメント回路と、を備えて、
上記移動アライメント検出回路から出力される上記移動体の推定加速度と、速度推定値を積分した距離推定値と、を出力する加速度推定部と、
3)測位航法部の出力である上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部の出力である上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、該入力に基づいて誤差推定値を演算し、該誤差推定値を出力する第2のカルマンフィルタとを備え、
上記慣性航法部は、加速度推定部が出力する上記移動体の推定加速度と上記移動体の距離推定値と、上記第2のカルマンフィルタが出力する上記誤差推定値とを入力し、上記移動体の推定加速度と上記移動体の距離推定値と上記誤差推定値とで移動体の慣性航法速度と慣性航法位置を演算で求め、求めた該慣性航法速度と慣性航法位置を出力することを特徴とする移動体測位装置。
In a positioning device that obtains the navigation position of a moving object by a positioning navigation unit that outputs a positioning navigation speed and a positioning navigation position by positioning navigation, and an inertial navigation unit that outputs an inertial navigation speed and inertial navigation position by inertial navigation.
1)
1-1) A scale factor calculation circuit that inputs a moving body speed detection signal obtained along with the movement of the moving body and obtains a coefficient for converting the moving body speed detection signal into the moving body speed as a scale factor;
1-2) When a plurality of predetermined conditions are satisfied, information including the positioning navigation speed and the positioning navigation position, which are outputs from the positioning navigation section, and the inertial navigation speed and the inertial navigation, which are outputs from the inertial navigation section. A first Kalman filter that selects at least one of the information consisting of the position and outputs the selected navigation information and the scale factor calculation circuit output to the scale factor calculation circuit; ,
The first Kalman filter and the scale factor calculation circuit constitute a closed loop, and the scale factor calculation circuit receives the output from the first Kalman filter as an input and updates the scale factor to obtain the updated scale factor. A scale factor / speed estimation unit that adjusts the mobile body speed detection signal based on the output and outputs a mobile body speed estimation value;
2)
2-1) A moving body acceleration signal is input, and the moving body is determined to be stationary based on a plurality of signals for detecting the stationary state of the moving body, and the bias value included in the traveling direction acceleration signal when the stationary state is determined. A static alignment detection circuit for detecting
2-2) Using the differential of the difference between the moving body speed estimated value and the value obtained by integrating the traveling direction acceleration signal with the bias value corrected by the output of the stationary alignment detection circuit as an input, the average value of the differential input is In order to further correct the traveling direction speed signal and obtain the estimated acceleration of the moving body, an acceleration error estimation circuit that feedback-outputs the average value of the obtained input, and the further corrected traveling direction speed signal Taking the derivative of the difference between the integrated value and the value obtained by integrating the moving body speed estimated value as an input, the average value of this differential input is obtained, and the value obtained by integrating the traveling direction acceleration signal is further corrected to estimate the speed. A moving body alignment circuit having a speed error estimation circuit that feedback-outputs the average value of the obtained input to obtain a value ,
An acceleration estimating unit that outputs the estimated acceleration of the moving object outputted from the mobile alignment detection circuit, the distance estimate obtained by integrating the velocity estimate, and
3) The positioning navigation speed and positioning navigation position, which are outputs of the positioning navigation section, and the inertial navigation speed and inertial navigation position, which are outputs of the inertial navigation section, are input, and an error estimation value is calculated based on the inputs. A second Kalman filter that calculates and outputs the estimated error value,
The inertial navigation unit inputs the estimated acceleration of the moving object output from the acceleration estimating unit, the estimated distance value of the moving object, and the estimated error value output from the second Kalman filter, and estimates the moving object. A movement characterized in that an inertial navigation speed and an inertial navigation position of a moving object are obtained by calculation based on an acceleration, a distance estimated value of the moving object, and an error estimated value, and the obtained inertial navigation speed and inertial navigation position are output. Body positioning device.
測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法演算ステップと、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法演算ステップとにより移動体の航法位置を求める測位方法において、
移動体の移動に伴い得られる移動体速度検出信号を入力するステップと、
上記移動体速度検出信号から移動体速度に換算する係数をスケールファクタとして得るスケールファクタ計算ステップと、複数の所定条件を満たす場合に、測位航法ステップの出力である上記測位航法速度と上記測位航法位置とからなる情報と、慣性航法ステップの出力である上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とからなる情報との少なくともいずれかの情報を選択し、該選択した航法の情報と上記スケールファクタ計算ステップ出力とを入力として上記スケールファクタ計算ステップへ出力する第1のカルマンフィルタ演算ステップと、を備えて、該第1のカルマンフィルタ演算ステップと上記スケールファクタ計算ステップとで閉ループを構成して、上記スケールファクタ計算ステップは該第1のカルマンフィルタ演算ステップからの出力を入力とし上記スケールファクタを更新して、更新した上記スケールファクタに基づき上記移動体速度検出信号を調整して移動体速度推定値を出力するスケールファクタ・速度推定ステップと、
移動体の進行方向加速度信号を入力するステップと、
移動体の静止を検出する複数の信号により移動体の静止を判定して、該静止判定時に上記進行方向加速度信号に含まれるバイアス値を検出する静止アライメント検出ステップと、
静止アライメント検出ステップで得られる上記バイアス値を補正した進行方向加速度信号を積分した値と、上記移動体速度推定値との差の微分を入力として、この微分入力の平均値を求めて、上記進行方向加速度信号を更に補正して移動体の推定加速度を得るために上記求めた入力の平均値を帰還出力する加速度誤差推定ステップと、上記更に補正した進行方向加速度信号を積分した値と、上記移動体速度推定値を積分した値との差の微分を入力として、この微分入力の平均値を求めて、上記進行方向加速度信号を積分した値を更に補正して速度推定値を得るために上記求めた入力の平均値を帰還出力する速度誤差推定ステップを含んで、該速度誤差推定ステップによる補正により上記移動体の推定加速度と、速度推定値を積分した距離推定値とを出力する移動アライメント検出ステップと、
上記移動アライメント検出ステップで出力される移動体の推定加速度と、上記移動体の速度推定値を積分して距離推定値とを出力する加速度推定ステップと、
測位航法ステップの出力である上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法ステップの出力である上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力し、該入力を演算して誤差推定値を求め、求めた該誤差推定値を出力する第2のカルマンフィルタ演算ステップとを備えて、
上記慣性航法演算ステップは、上記加速度推定ステップが出力する上記推定加速度と上記距離推定値と、上記第2のカルマンフィルタ演算ステップが出力する上記誤差推定値とを入力し、該推定加速度と距離推定値と誤差推定値とで移動体の慣性航法速度と慣性航法位置を演算で求めて、求めた該慣性航法速度と慣性航法位置を出力するステップとしたことを特徴とする移動体測位方法。
In a positioning method for determining a navigation position of a moving body by a positioning navigation calculation step that outputs a positioning navigation speed and a positioning navigation position by positioning navigation, and an inertial navigation calculation step that outputs an inertial navigation speed and inertial navigation position by inertial navigation,
Inputting a moving body speed detection signal obtained as the moving body moves;
A scale factor calculation step for obtaining a coefficient for converting the moving body speed detection signal to the moving body speed as a scale factor, and the positioning navigation speed and the positioning navigation position that are outputs of the positioning navigation step when a plurality of predetermined conditions are satisfied. And at least one of the information consisting of the inertial navigation speed and the inertial navigation position, which is the output of the inertial navigation step, and the selected navigation information and the scale factor calculation step output And a first Kalman filter calculation step that outputs to the scale factor calculation step, and the first Kalman filter calculation step and the scale factor calculation step constitute a closed loop, and the scale factor calculation step From the first Kalman filter computation step Update the an input force above scale factor, and the scale factor and speed estimation step of outputting the mobile speed estimation value by adjusting the mobile speed detection signal on the basis of the updated the scale factor,
Inputting a moving direction acceleration signal of the moving object;
A stationary alignment detection step of determining stationary of the moving body based on a plurality of signals for detecting stationary of the moving body, and detecting a bias value included in the traveling direction acceleration signal at the time of the stationary determination ;
Using the difference between the value obtained by integrating the traveling direction acceleration signal corrected in the bias value obtained in the stationary alignment detection step and the estimated moving body speed as an input, the average value of the differential input is obtained, An acceleration error estimating step of feedback-outputting the average value of the obtained input for further correcting the traveling direction acceleration signal to obtain the estimated acceleration of the moving body, a value obtained by integrating the further corrected traveling direction acceleration signal, In order to obtain an estimated speed value by further correcting the value obtained by integrating the traveling direction acceleration signal by obtaining an average value of the differential input with the derivative of the difference from the value obtained by integrating the moving body speed estimated value as an input. A speed error estimation step that feedback-outputs the average value of the obtained inputs, and a distance estimation that integrates the estimated acceleration of the moving object and the speed estimation value by correction by the speed error estimation step. And moving the alignment detection step of outputting a value,
An acceleration estimation step for outputting an estimated acceleration of the moving object output in the moving alignment detection step and a distance estimation value by integrating the speed estimation value of the moving object ;
Input the positioning navigation speed and positioning navigation position, which are the outputs of the positioning navigation step, and the inertial navigation speed and inertial navigation position, which are the outputs of the inertial navigation step, and calculate the error estimates by calculating the inputs. And a second Kalman filter calculation step for outputting the obtained error estimated value,
In the inertial navigation calculation step, the estimated acceleration output from the acceleration estimation step, the distance estimation value, and the error estimation value output from the second Kalman filter calculation step are input, and the estimated acceleration and distance estimation value are input. And a step of outputting the obtained inertial navigation speed and inertial navigation position by calculating the inertial navigation speed and inertial navigation position of the mobile object by calculation using the error estimation value and the error estimation value.
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