JP4311854B2 - マップマッチング結果をフィードバックさせたｇｐｓレシーバ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測位演算結果の精度を高めるためにカルマンフィルタを用いるＧＰＳレシーバ及びカーナビゲーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＧＰＳレシーバでは、測位演算結果の精度を高めるためにカルマンフィルタが用いられている。カルマンフィルタは、過去の測位履歴を参照する推定フィルタである。カルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）が正しい方向に収束されていれば、ＳＡ（Selective Availability）による誤差、受信機ノイズによる誤差等のＧＰＳ測位に於いて含まれる各誤差要因による影響が軽減される。
【０００３】
図３は、従来のカーナビゲーションシステムの構成を示している。なお、図３はＧＰＳレシーバ２８で算出されるＧＰＳ測位データに対するカルマンフィルタの演算と、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ３０で実行される演算を機能ごとにブロック化して表している。ＧＰＳレシーバ２８では、所定の時間間隔（例えば１秒間隔）でＧＰＳ測位データＹ（ｔ）が算出される。ＧＰＳレシーバ２８におけるカルマンフィルタ２６は、時刻ｔにおける推定値Ｘ（ｔ）を前記数２の定義、

によって、算出する。
ここで、Ｘ（ｔ−１）は、所定の時間間隔で算出される推定値Ｘ（ｔ）の時刻ｔよりも１つ前の時刻における過去の推定値であり、ｄｅｌａｙ６で遅延されることによって得られる。
【０００４】
前記数２の右辺における第１項は推定値Ｘ（ｔ）に修正を与えるための要素である。また、Ｋ（ｔ）は、時刻ｔにおけるカルマンゲインを表しており、カルマンゲインコントロール１において算出される。カルマンゲインＫ（ｔ）は、カルマンフィルタの状態表現を定義するシステムパラメータ、状態表現に含まれる、システム雑音の分散σ_Ｖ ^２及び観測雑音の分散σ_Ｗ ^２等の諸パラメータを決定することによって算出される。
【０００５】
一方、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ３０において、ＤＲ演算部１５は、角速度センサ信号、車速パルス信号の各センサ信号に基づいてデッドレコニング（Dead reckoning）を実行する。さらに、ＤＲ演算部１５は、ＧＰＳ測位演算結果（Ｘ（ｔ））とデッドレコニング測位結果夫々に対する誤差推定値を算出し、これらの誤差推定値に基づいて夫々の測位結果の評価することで、ＧＰＳ測位演算結果とデッドレコニング測位結果とを統合した測位解を出力する。
【０００６】
マップマッチング部１６では、統合された測位解に対して、地図データベース１７から得られる情報との比較によりマップマッチングを行って、最終的な自車位置の推定結果Ｘ_０（ｔ）を出力する。通常、マップマッチング結果であるＸ_０（ｔ）は、ＧＰＳ測位演算結果よりも精度が高い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＧＰＳ測位演算において、カルマンフィルタの推定値が一度誤った方向に向かってしまうと、その誤差の蓄積が取り除かれるまでにはしばらく時間がかかることが知られている。この状況は、例えば、ＧＰＳレシーバがマルチパスの影響を受けたＧＰＳ信号を捕捉し、誤った擬似距離（ＧＰＳレシーバが測定した、ＧＰＳ衛星とＧＰＳレシーバ自身の距離）を算出し、ＧＰＳ測位演算に使用した場合に発生する。
【０００８】
自車がトンネル等を通過したことにより、ＧＰＳ信号の遮蔽が続いた場合には、ＧＰＳ測位演算の履歴が得られないため、カルマンフィルタは収束されない。そのため、その後ＧＰＳ測位が開始されても、カルマンフィルタの収束までにはしばらく時間がかかる。したがって、ＧＰＳ信号の遮蔽が続いた後の最初のＧＰＳ測位演算結果は、精度が低い。
【０００９】
本発明は、以上の問題点になされたものであり、ＧＰＳ測位演算に用いられるカルマンフィルタの収束を常に正しい方向へ導くこと、さらに、ＧＰＳ信号の遮蔽によってＧＰＳ測位が行われていない状況であってもカルマンフィルタの推定値を収束方向に導き、ＧＰＳ測位演算の精度を向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明のＧＰＳレシーバは、マップマッチング結果を入力する入力手段によって、マップマッチング結果をＧＰＳレシーバ内部に取り込む。カルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）に修正を与えるための要素として、
Ｍ（ｔ）{Ｘ_０（ｔ−１）−Ｘ（ｔ−１）}
を導入し、推定値Ｘ（ｔ）を前記数１の定義で算出する。
【００１１】
特に、交差点を曲がった場合の、マップマッチング結果が高精度になった状態で、カルマンフィルタの演算を前記数１の定義で行うことで、高精度のマップマッチング結果に基づいて、カルマンフィルタの推定値に収束方向が与えられる。
【００１２】
また、ＧＰＳ信号の遮蔽によりＧＰＳ測位データＹ（ｔ）が得られない状況に於いては、推定値Ｘ（ｔ）を、前記数３の定義で算出することで、ＧＰＳ測位データが得られない状況であっても、カルマンフィルタの推定値が収束方向に導かれる。
【００１３】
このような推定値Ｘ（ｔ）を出力するＧＰＳレシーバを搭載してカーナビゲーションシステムを構成することで、最終的な自車位置推定結果であるマップマッチング結果の精度を向上させたカーナビゲーションシステムが実現される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるカーナビゲーションシステム１００の構成を示している。なお、図１は、ＧＰＳレシーバ１２で算出されるＧＰＳ測位データに対するカルマンフィルタの演算と、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１０で実行される演算を機能ごとにブロック化して表している。また、図１において、図３で示した従来のカーナビゲーションシステムと同一である機能の部分については同一の符号を用いている。
【００１５】
ＧＰＳレシーバ１２には、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１０が算出したマップマッチング結果をフィードバックするための入力端子８が備えられている。ＧＰＳレシーバ１２は、この入力端子８から入力されるマップマッチング結果Ｘ_０（ｔ−１）を用いて、時刻ｔにおける推定値Ｘ（ｔ）を前記数１の定義、

で算出する。
前記数１の右辺には、推定値Ｘ（ｔ）を修正する要素として、
M(t)・｛X_０(t-1)-X(t-1)｝
が含まれている。この要素は、マップマッチング結果Ｘ_０（ｔ−１）に基づいて推定値Ｘ（ｔ）に対して収束方向を与える。
【００１６】
したがって、前記数１における推定値Ｘ（ｔ）は、ＧＰＳ測位データＹ（ｔ）及びマップマッチング結果Ｘ_０（ｔ−１）に基づいて収束方向が与えられることとなり、ＧＰＳ測位データにマルチパス等に起因する、誤ったデータが現れた場合に、このような誤ったデータによる誤差がカルマンフィルタの演算過程に蓄積することが防止される。
【００１７】
また、自車が交差点を曲がった直後では、マップマッチングによって、自車が進行している道路と平行な方向に対する誤差が解消され、最終的な自車位置推定結果としてのマップマッチング結果の精度が特に高まる。したがって、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１０からＧＰＳレシーバ１２に対するマップマッチング結果のフィードバックを、このようにマップマッチング結果の精度が高いと判断されるときにのみ、集中して行うようにした場合、カルマンフィルタに対して確実に修正方向を与えることができる。
【００１８】
ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１０のＤＲ演算部１５は、ＧＰＳレシーバ１２のＧＰＳ測位演算結果であるＸ（ｔ）を受け取り、また、角速度センサ、車速パルスの入力に基づいて、デッドレコニングを行う。さらに、ＤＲ演算部１５は、ＧＰＳレシーバ１２からの測位演算結果Ｘ（ｔ）とデッドレコニング測位結果夫々に対する誤差推定値を算出し、これらの誤差推定値に基づいて夫々の測位結果を評価することで、ＧＰＳ測位演算結果とデッドレコニング測位結果とを統合した測位解を出力する。
【００１９】
マップマッチング部１６では、ＤＲ演算部１５から得られる統合された測位解に対して、地図データベース１７から得られる情報との比較によりマップマッチングを行って、最終的な自車位置の推定結果としてＸ_０（ｔ）を出力する。このマップマッチング結果Ｘ_０（ｔ）は、ｄｅｌａｙ１８で遅延され、入力端子８を経由してＧＰＳレシーバ１２に対してフィードバックされる。
【００２０】
なお、上記数１において、カルマンゲインとして夫々異なる変数Ｋ´（ｔ）及びＭ（ｔ）が用いられているのは、カルマンゲインを決定する諸パラメータのうち、例えば観測雑音の分散σ_Ｗ ^２を夫々別の値とし、カルマンゲインを異なる値として算出することを表している。フィードバック信号処理部７は、カルマンゲインコントロール１´、２に対して、このような諸パラメータを与える。したがって、この場合に於けるカルマンゲインは、図３で示した従来技術におけるカルマンフィルタのカルマンゲインＫ（ｔ）と異なる値にすることもできる。
【００２１】
また、ＧＰＳレシーバ１２は、トンネル等でＧＰＳ信号が遮蔽され、ＧＰＳ測位データＹ（ｔ）が得られない状況では、カルマンフィルタの演算式を前記数３で示した定義

として、推定値Ｘ（ｔ）の算出を行う。図２は、この場合の演算のブロック図を示している。前記数３の右辺第１項の要素によって、ＧＰＳ測位データが得られない状況であっても、マップマッチング結果Ｘ_０（ｔ−１）に基づいて、推定値Ｘ（ｔ）の収束方向が与えられ続けることになる。
【００２２】
図４は、以上で説明を行ったように、カーナビゲーションシステム１００において、自車の現在の状況に応じてカルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）の定義を変更し、最終的な自車位置の推定結果Ｘ_０（ｔ）を得るまでの動作フローチャートを示している。
【００２３】
図４において、Ｓ４０１では、ＧＰＳレシーバ１２において、ＧＰＳ信号が受信されず、ＧＰＳ信号が遮蔽された状況にあるか否かが判断される。ＧＰＳ信号が遮蔽されていると判断される場合には（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、前記数３の定義でカルマンフィルタの演算が実行される（Ｓ４０２）。ＧＰＳ信号が遮蔽されていないと判断される場合には（Ｓ４０１：ＮＯ）、さらに、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１０において、自車が交差点を曲がった直後の状態であるか否かが判断される（Ｓ４０３）。交差点を曲がった直後である場合には（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１０は、ＧＰＳレシーバ１２に対してマップマッチング結果のフィードバックを行い、ＧＰＳレシーバ１２は前記数１の定義でカルマンフィルタの演算を実行する（Ｓ４０５）。
【００２４】
交差点を曲がった直後ではない場合には（Ｓ４０３：ＮＯ）、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１０からＧＰＳレシーバ１２に対してマップマッチング結果のフィードバックは行われず、この場合ＧＰＳレシーバ１２は、前記数２の定義でカルマンフィルタの演算を実行する（Ｓ４０４）。Ｓ４０６では、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１のＤＲ演算部１５において、ＧＰＳ測位演算結果Ｘ（ｔ）とデッドレコニング測位結果とを統合した測位解が算出される。さらに、マップマッチング部１６において、この統合された測位解に対してマップマッチングが行われ（Ｓ４０７）、最終的な自車位置推定結果Ｘ_０（ｔ）が得られる。
【００２５】
なお、以上で説明した、ＧＰＳレシーバ１２におけるカルマンフィルタの演算は、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）等の演算専用の素子を用いて実行される。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＧＰＳ測位演算に用いられるカルマンフィルタに、マップマッチング結果に基づく収束方向が与えられ、ＧＰＳ測位演算結果を高精度にすることが可能である。また、ＧＰＳ信号の遮蔽によりＧＰＳ測位データが得られない状況であっても、カルマンフィルタに収束方向を与え続けることができる。したがって、ＧＰＳ信号の遮蔽後、最初にＧＰＳ測位データが得られた状況にであっても、高精度なＧＰＳ測位演算結果が得られ、その後のカルマンフィルタの収束も迅速に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、ＧＰＳレシーバ及びそれを用いたカーナビゲーションシステムのブロック図である。
【図２】ＧＰＳ信号が遮蔽された状況でのカルマンフィルタの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】従来のカーナビゲーションシステムの演算過程を示すブロック図である。
【図４】本発明のカーナビゲーションシステムにおいて、最終的な自車位置の推定結果Ｘ_０（ｔ）を算出する過程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ カルマンゲインコントロール
１´ カルマンゲインコントロール
２ カルマンゲインコントロール
６ ｄｅｌａｙ
７ フィードバック信号処理部
８ 入力端子
１０ ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ
１２ ＧＰＳレシーバ
１５ ＤＲ演算部
１６ マップマッチング部
１７ 地図データベース
１８ ｄｅｌａｙ
２８ ＧＰＳレシーバ
３０ ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ
１００ カーナビゲーションシステム

Claims (7)

1. マップマッチング結果を入力する入力手段と、ＧＰＳ測位演算結果としてのカルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）を、下記数１定義で算出する演算手段を備えること、を特徴とするＧＰＳレシーバ。
   

   

   ただし、
   Ｘ_０（ｔ−１）は、マップマッチング結果。
   Ｙ（ｔ）は、カルマンフィルタ適用前のＧＰＳ測位データ。
   Ｍ（ｔ）、Ｋ´（ｔ）は、カルマンゲイン。
2. 前記演算手段は、自車が交差点を曲がった直後の状態で、カルマンフィルタの推定値を前記数１の定義で算出し、前記自車が交差点を曲がった直後の状態以外の状態では、カルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）を下記数２の定義で算出すること、を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳレシーバ。
   

   

   ただし、Ｋ（ｔ）は、カルマンゲイン。
3. 前記演算手段は、ＧＰＳ信号の遮蔽によりＧＰＳ測位データが得られない状態では、カルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）を下記数３の定義で算出すること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のＧＰＳレシーバ。
   

   
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のＧＰＳレシーバと、前記ＧＰＳレシーバに対してマップマッチング結果を遅延させてフィードバックさせる手段とを備えること、を特徴とするカーナビゲーションシステム。
5. 自車が交差点を曲がった直後の状態では、カルマンフィルタの推定値を請求項１に記載の数１の定義で算出し、前記自車が交差点を曲がった直後の状態以外の状態では、カルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）を請求項２に記載の数２の定義で算出し、該推定値Ｘ（ｔ）に基づいてマップマッチングを行って自車位置を推定すること、を特徴とするカーナビゲーションシステムにおける自車位置の推定方法。
6. ＧＰＳ信号の遮蔽によりＧＰＳ測位データが得られない状態では、カルマンフィルタの推定値Ｘ（ｔ）を請求項３に記載の数３の定義で算出すること、を特徴とする請求項５に記載のカーナビゲーションシステムにおける自車位置の推定方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の自車位置の推定方法を、カーナビゲーションシステム内部のＣＰＵにより読み取り、実行されるプログラムとして格納した記憶媒体。

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