JP4450203B2

JP4450203B2 - カーナビゲーション装置

Info

Publication number: JP4450203B2
Application number: JP2004317448A
Authority: JP
Inventors: 猛半谷
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2024-11-01
Also published as: JP2006126101A

Description

本発明は、カーナビゲーション装置の技術分野に属し、より詳細には、衛星測位システム及び慣性航法システムから得られた自車の推定位置と地図データベースとのマップマッチングの精度を高める技術に関する。

現在主流のカーナビゲーション装置は、絶対位置を測位する衛星測位システムと相対位置を測位する慣性航法システムを併用して得られた自車の推定位置と、地図データベースとのマップマッチングの結果から自車位置を推定する機能を備えている。また、衛星測位システムでの測位結果は、慣性航法システムのセンサーの教師信号として利用されているものもある。

例えば、図３は従来のカーナビゲーション装置の測位システムの構成を説明するためのブロック図である。本図のカーナビゲーション装置２０では、地磁気センサーやジャイロセンサーなどの角度センサー１と車速パルス、加速度センサーなどの速度センサー２を利用して車両の相対方位と距離の走行軌跡を求めて自車の相対位置を推測する慣性航法システム３と、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信して自車の絶対位置（緯度，経度）を求める衛星測位システム（衛星航法システム）４とを併用し、これらから得られた角度情報、速度情報及び衛星測位情報に基づいて位置算出部５にて自車の推定位置Ａ１を算出し、マップマッチング部６で前記推定位置Ａ１と地図データベース７の道路情報Ａ２とのマップマッチングにより自車位置ＶＰの推定を行っている。

また、前記マップマッチング部６で前記衛星測位システム４及び慣性航法システム３から得られた自車の推定位置Ａ１と地図データベース７のマップマッチングの結果（マッチング度Ａ３）は、補正値学習部８にフィードバックされて前記角度センサー１、速度センサー２に対する補正値Ａ４の学習を行い、前記慣性航法システム１の精度を高める学習機能を備えている。

図３のカーナビゲーション装置２０における前記地図データベース７は、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ−Ｒ，ＨＤＤなどの記憶媒体に記憶された法定速度、車線幅、車線数などの道路地図情報のデータベースである。

なお、上記慣性航法システムの精度を高める学習機能に関する公知文献として、下記［特許文献１］に記載されたナビゲーション装置では、前記慣性航法システム３の学習に上記と同様に地図データベース７とのマップマッチングの結果（マッチング度Ａ３）が利用されているが、その学習の特徴は、慣性航法システム３のセンサー誤差要因（温度、温度変化など）を測定するための図示されない新たな誤差要因測定部を用いて、それらの値とマップマッチング処理の結果をニューラルネットに入力し、慣性航法システム３の角度センサー１の補正値を求めることで学習を行っている点にある。

ところで、前記衛星測位システム４を利用した測位では、衛星からの信号が障害物に反射して起きるマルチパスが測位精度に大きく影響することが知られている。そして、前記衛星測位システム４の測位結果を前記慣性航法システム３の教師信号として利用している関係から、前記慣性航法システム３での測位も影響を受け、現在位置ＶＰ推定の精度が悪くなる。これを解決するために従来は以下の手段を講じている。
（イ）衛星測位システム４のフィルター強度を強くする。
（ロ）衛星測位システム４の測位結果が、前回の測位結果と大きく異なるときは使用しない。
（ハ）［特許文献１］のナビゲーション装置では、前記衛星測位システム４と前記慣性航法システム３の測位情報を前記地図データベース７とマップマッチングした結果から得られた推定位置Ａ１の位置誤差を推定し、それを基にニューラルネットを使用して、現在位置ＶＰの位置誤差を低減させる（衛星測位システム４と慣性航法システム３で求めた推定位置Ａ１にかけるカルマンフィルターのモデルの補正をする。）ように構成した技術が開示されている。即ち、図３において、前記補正値学習部８の学習結果に対して前記衛星測位システム４のフィルター係数を調整するために、調整信号Ａ５をフィルター設定部９に出力し、該フィルター設定部９では前記調整信号Ａ５を基に調整したフィルター係数Ａ６を前記衛星測位システム４に送ってカルマンフィルターのモデルの補正を行っている。

特開平０５−０６６７１３号公報

上記衛星測位システム４における測位誤差に対する（イ）、（ロ）、（ハ）の従来技術では、以下のような課題がある。

（１）（イ）のように衛星測位システムのフィルター強度を強くすると、微小な変化が検知できなくなる。逆に、フィルター強度を弱くすると、マルチパスなどの影響により大きな誤差を生じることがある。

（２）（ロ）のように衛星測位システムの測位結果を利用しないと、その間、慣性航法システムのみになるので、誤差が蓄積されていって精度が悪くなる。

（３）（ハ）の［特許文献１］では、地図データベース７と衛星測位システム４及び慣性航法システム３から得られた自車の推定位置Ａ１とのマップマッチングの結果Ａ３を基にフィルター強度を調整するために調整が遅れる（誤差を感知してから誤差の低減をしようとする後手の対策となる。）。また、調整前の衛星測位システム４の誤差の大きな測位結果を使用したマップマッチングをしてしまう可能性があり、現在位置ＶＰの精度も悪くなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、衛星測位システムのフィルター強度を状況に合わせて動的に調整して測位誤差を低減し、位置精度の高いカーナビゲーション装置を提供することを目的とする。

本発明は、衛星測位システム４及び慣性航法システム３から得られた自車の推定位置Ｂ１と地図データベース１５とのマップマッチングの結果から自車位置ＶＰを推定する機能を備えるカーナビゲーション装置１０において、
前記衛星測位システム４におけるフィルターの測位誤差の起き易さを示すフィルター係数情報Ｂ２´を地図上の複数に区分けされた各区域と対応するように前記地図データベース１５とリンクさせて書き換え可能な記憶媒体に記憶してなるデータベース１６を備え、
前記衛星測位システム４による測位時に、測位位置の区域の前記フィルター係数情報Ｂ２´を前記データベース１６から読み取り、そのフィルター係数情報Ｂ２´に応じて前記衛星測位システム４のフィルター強度を変更する衛星測位システム４のフィルター強度調整手段と、
マップマッチング結果の自車推定位置ＶＰと前記衛星測位システム４での測位位置との誤差を算出し、その誤差の大きさが所定の許容範囲ＭＩＮ〜ＭＡＸを越えている場合には、当該測位位置の区域の当該フィルター係数情報Ｂ２´が不適と判定して、前記データベース１６における当該区域のフィルター係数情報Ｂ２´を前記誤差の大きさに応じて書き換えるフィルター係数情報変更手段と、を備えることを特徴とするカーナビゲーション装置１０を提供することにより、上記課題を解決する。

ここに、衛星測位システム４のフィルターは測定時直近の複数個の測位結果の平均値を出力する簡単な平均値フィルターやフィードバックの形式をとったカルマンフィルターを典型として、何らかの原因で突然に従前とかけ離れた測位結果を出力しないように抑制する作用を有するフィルターであり、衛星測位システム４の精度の悪い状況下（大きな測位誤差が起き易い状況下）ではフィルター強度を強くして測位結果の変化を鈍くし、精度の良い状況下（測位誤差が起きにくい状況下）ではフィルター強度を弱くして測位結果がそのまま出力されるようにする。

また、上記フィルター係数情報Ｂ２´は、衛星測位システム４における地図データベース１５の地図上の任意に区切られた区域に対応してそれぞれ付されるフィルター強度の係数データである。

本発明に係るカーナビゲーション装置は、上記のように構成されているため、
（１）衛星測位システムの測位誤差を低減して利用率を上げることが可能となり、慣性航法システムとのハイブリッドシステムの場合、慣性航法システムを安価なセンサーで構築することが可能となる。
（２）衛星測位システムに特別なハードウエアを使用することなく、衛星測位システムの精度を上げることができる。それにより、衛星測位システムを慣性航法システムの教師信号として利用するシステムにおいて、教師信号の精度が上がることになり、慣性航法システムの精度も上がる。
（３）ユーザー毎に異なる使用状況（衛星測位システム用のアンテナの位置、車両形状など）に対応して、衛星測位システムのフィルター強度を容易に最適化できる。

本発明に係るカーナビゲーション装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、従来技術を説明する図３のカーナビゲーション装置２０におけるものと同等部については同符号にて表し、且つ、従来技術と同等であるカーナビゲーション装置のマップ表示手段、音声ガイド手段、システム制御手段などの基本的説明は省略し、専ら衛星測位システムのフィルター係数の調整について述べる。

図１は本発明に係るカーナビゲーション装置における測位システムを説明するためのブロック図である。図２は本発明に係るカーナビゲーション装置における衛星測位システムのフィルター強度調整とフィルター係数情報変更の簡易フローチャートである。

図１または図２において、カーナビゲーション装置１０は、衛星測位システム４及び慣性航法システム３から得られた自車の推定位置Ｂ１と地図データベース１５とのマップマッチングの結果から前記慣性航法システム３の精度を高める学習機能を備える構成であり、特に、前記衛星測位システム４におけるフィルターの測位誤差の起き易さを示すフィルター係数情報Ｂ２´を地図上の複数に区分けされた各区域（エリア）と対応するように前記地図データベース１５とリンクさせて書き換え可能な記憶媒体に記憶してなるデータベース１６を備え、前記衛星測位システム４による測位時に、測位位置の区域の前記フィルター係数情報Ｂ２´を前記データベース１６から読み取り、そのフィルター係数情報Ｂ２´に応じて前記衛星測位システム４のフィルター強度を変更する衛星測位システム４のフィルター強度調整手段と、マップマッチング結果の自車推定位置ＶＰと前記衛星測位システム４での測位位置ＶＰ´との誤差を算出し、その誤差の大きさが所定の許容範囲ＭＩＮ〜ＭＡＸを越えている場合には、当該測位位置の区域の当該フィルター係数情報Ｂ２´が不適と判定して、前記データベース１６における当該区域のフィルター係数情報Ｂ２´を、誤差＞ＭＡＸならば強い値に変更し、誤差＜ＭＩＮならば弱い値に変更するように前記誤差の大きさに応じて書き換えるフィルター係数情報変更手段と、を備えることを特徴とする。

なお、図１のカーナビゲーション装置１０では、上記フィルター係数情報Ｂ２´のデータベース１６は、ハードディスクドライバ（ＨＤＤ）、フラッシュＲＯＭ、或いはＤＶＤ−ＲＷなどの書き換え可能な記憶媒体に地図データベース１５を記憶させるとともに、これとリンクして前記フィルター係数情報Ｂ２´のデータベース１６を記憶させて１つのデータベース１７を構築しているが、前記地図データベース１５を書き換え不可の記憶媒体であるＤＶＤ−ＲやＣＤ−Ｒに記憶し、前記フィルター係数情報Ｂ２´のデータベース１６は書き換え可能な記憶媒体に別個に記憶して互いにリンクさせる構成としてもよい（従来技術における地図データベース７にはフィルター係数情報Ｂ２´を含んでいないし、リンクもされていない）。

前記フィルター係数情報Ｂ２´のデータベース１６には、予め前記地図データベース１５の地図上の複数に区分けされた各区域（周辺環境、周辺建築物の密集度合いや高さなどを基にした、マルチパスの発生程度の大小で区分したエリア）と対応するようにリンクしてフィルター係数情報Ｂ２´が保存される。

なお、図１のマップマッチング部６では、マッチング結果の自車推定位置ＶＰをフィルター係数読み書き部１４へ送り、このフィルター係数読み書き部１４では、自車推定位置ＶＰを基にデータベース１６から当該区域のフィルター係数Ｂ２′を読み込んでフィルター設定部１９へ送信する。

補正値学習部８では、センサー情報とマップマッチングの結果（マッチング度Ｂ３）からセンサー１，２に対する補正値の学習を行い、補正値Ｂ４を調整する。また、学習結果に対して衛星測位システム４のフィルター係数を調整するために、調整信号Ｂ５（マップマッチング結果の自車推定位置ＶＰと前記衛星測位システム４での測位位置ＶＰ´との誤差に相当する。）をフィルター設定部１９へ送信する。

前記フィルター設定部１９では、前記補正値学習部８から出される調整信号Ｂ５と前記フィルター係数読み出し部１４からのフィルター係数Ｂ２′を基に、衛星測位システム４のフィルター係数を調整し、調整後のフィルター係数Ｂ６を衛星測位システム４ヘ送る。また、補正値学習部８での学習レベルに応じた調整後のフィルター係数Ｂ６′を同様に作成してデータベース１６の書き換えを行う。

例えば、前記調整後のフィルター係数Ｂ６、Ｂ６′は以下のようなアルゴリズムで算出する。
Ｂ６（１）＝Ｂ６（０）−Ｂ５×（Ｂ６（０）−Ｂ２′）
ここで、Ｂ６（０）は調整前のフィルター係数、Ｂ６（１）は調整後のフィルター係数である。
Ｂ６′＝Ｂ６（０）−（Ｂ５／α）×（Ｂ６（０）−Ｂ２′）
ここで、αは学習レベルに比例する定数である。学習レベルが高い場合にはα＝１となりＢ６´＝Ｂ６（１）となる。

上記構成により、衛星測位システム４において、常に適正な強度のフィルターが使用されることになり、従来技術の課題の（１）と（２）を解決することができる。また、衛星測位システム４で大きな誤差を生じる前に、フィルター強度を強くすることができるため、課題（３）が解決されることになる。

なお、以上に説明したフィルター強度調整手段とフィルター係数情報変更手段は、カーナビゲーション装置１０の制御部（コンピュータによるシステムのソフト制御）が実行する図２の衛星測位システム４のソフト制御のフローチャートのようになる。

また、上記のナビゲーション装置１０の機能は、プログラムによりコンピュータに実現させるようにしてもよい。このプログラムは、記録媒体から読み取られてコンピュータに取り込まれてもよいし、通信ネットワークを介して伝送されてコンピュータに取り込まれてもよい。

本発明に係るカーナビゲーション装置における測位システムを説明するためのブロック図である。本発明に係るカーナビゲーション装置における衛星測位システムのフィルター強度調整とフィルター係数情報変更の簡易フローチャートである。公知技術のカーナビゲーション装置の測位システムの構成を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１角度センサー
２速度センサー
３慣性航法システム
４衛星測位システム（衛星航法システム）
５位置算出部
６マップマッチング部
７、１５地図データベース
８補正値学習部
９、１９フィルター設定部
１０、２０カーナビゲーション装置
１４フィルター係数読み書き部
１６フィルター係数情報のデータベース
１７データベース
Ａ１，Ｂ１推定位置
Ａ２，Ｂ２道路情報
Ａ３，Ｂ３マッチング度
Ａ４，Ｂ４補正値
Ａ５，Ｂ５調整信号
Ａ６，Ｂ６調整後のフィルター係数
Ｂ６´ 学習レベルに応じた調整後のフィルター係数
ＶＰ自車推定位置
ＶＰ´ 衛星測位システムでの測位位置
ＭＩＮ〜ＭＡＸ誤差の所定の許容範囲

Claims

衛星測位システム及び慣性航法システムから得られた自車の推定位置と地図データベースとのマップマッチングの結果から自車位置を推定する機能を備えるカーナビゲーション装置において、
前記衛星測位システムにおけるフィルターの測位誤差の起き易さを示すフィルター係数情報を地図上の複数に区分けされた各区域と対応するように前記地図データベースとリンクさせて書き換え可能な記憶媒体に記憶してなるデータベースを備え、
前記衛星測位システムによる測位時に、測位位置の区域の前記フィルター係数情報を前記データベースから読み取り、そのフィルター係数情報に応じて前記衛星測位システムのフィルター強度を変更する衛星測位システムのフィルター強度調整手段と、
マップマッチング結果の自車推定位置と前記衛星測位システムでの測位位置との誤差を算出し、その誤差の大きさが所定の許容範囲を越えている場合には、当該測位位置の区域の当該フィルター係数情報が不適と判定して、前記データベースにおける当該区域のフィルター係数情報を前記誤差の大きさに応じて書き換えるフィルター係数情報変更手段と、を備えることを特徴とするカーナビゲーション装置。