JP4775478B2 - 位置算出方法及び位置算出装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態における位置算出システム1(位置算出装置)の機能構成を示す図である。位置算出システム1は、処理部10と、入力部20と、表示部30と、通信部40と、IMU(Inertial Measurement Unit)50と、第1スロット60と、第2スロット70とを備えて構成されるコンピューターシステムである。処理部10と、入力部20と、表示部30と、通信部40とは、第1データバス80を介して接続されている。また、処理部10と、IMU50と、第1スロット60と、第2スロット70とは、第2データバス90を介して接続されている。
図2は、位置算出システム1が行う組込ユニットの認識処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、第1スロット60にGPSユニット100が、第2スロット70に方位センサーユニット110がそれぞれ組み込まれた場合を例に挙げて説明する。図の左側にスロット用制御部15が行う処理の流れを、図の中央にGPSユニット100の組込時用処理部101が行う処理の流れを、図の右側に方位センサーユニット110の組込時用処理部111が行う処理の流れをそれぞれ示している。
先ず、GPA17は、位置の変化量及び速度を成分とする次式(1)で表される状態ベクトル「X1」を設定する(ステップK1)。
先ず、GPA17は、IMU用位置算出部11から今回取得したIMU演算結果に含まれる速度と、IMU用位置算出部11から前回取得したIMU演算結果に含まれる速度との差を、速度の変化量「Δv1」として算出する(ステップL1)。
先ず、GPA17は、ステップD1で設定した観測値テーブルを参照し、当該補正タイミングにおいて観測値とするパラメーターの値が設定された観測ベクトル「Z1」を生成する(ステップM1)。本実施形態では、GPSユニット100により算出された位置及び速度を用いて、次式(4)に示すような観測ベクトル「Z1」を生成する。
先ず、IMU用位置算出部11は、慣性航法演算処理で得られた位置及び速度を成分とする状態ベクトル「X2」を設定する(ステップN1)。すなわち、次式(9)に示すような状態ベクトル「X2」を設定する。
先ず、IMU用位置算出部11は、IMU50から取得した角速度を時間積分して姿勢角を算出する(ステップP1)。
先ず、IMU用位置算出部11は、GPA17から取得したGPA演算結果に含まれる位置及び速度と、IMU予測処理のステップP9で予測された状態ベクトルに含まれる位置及び速度の予測値「X− 2」との差分をそれぞれ算出して、観測ベクトル「Z2」を生成する(ステップQ1)。すなわち、次式(10)に示すような観測ベクトル「Z2」を生成する。
位置算出装置の一種である位置算出システム1には、加速度センサー51及びジャイロセンサー53を具備したIMU50が備えられている。また、位置算出システム1には、ユニット組み込み部である第1スロット60及び第2スロット70が備えられており、位置算出に利用可能な物理的事象を検出するセンサーユニットの一種として、GPSユニット100又は方位センサーユニット110が組み込み可能に構成されている。
4−1.組込ユニットの組合せ
上述した実施形態では、第1スロット60にGPSユニット100が、第2スロット70に方位センサーユニット110がそれぞれ組み込まれた場合を例に挙げて説明した。しかし、GPSユニット100のみが組み込まれた場合や、方位センサーユニット110のみが組み込まれた場合についても同様に処理を行うことができる。以下、それぞれの場合について具体的に説明する。
(A)認識処理
図2の認識処理において、スロット用制御部15は、第1スロット60又は第2スロット70にユニットが組み込まれたことを検出すると、当該スロットにユニット情報の問い合わせを行う。そして、GPSユニット100からのユニット情報の通知を受けて、組込ユニットがGPSユニット100であることを認識する。
図3及び図4の位置算出処理において、GPSユニット100のみが組み込まれた場合は、スロット用制御部15は、ステップF5〜F8の処理を行わない。すなわち、方位センサーユニット110が組み込まれておらず、方位情報を取得することができないため、方位センサー初期化情報出力、角速度算出処理及び角速度出力の各ステップは実行しない。これに伴い、IMU用位置算出部11は、ステップE3及びE5の処理を行わず、IMU50も、ステップG3の処理を行わない。また、この場合は、方位センサーの較正に係る処理(ステップF15、ステップJ5)も実行しない。
(A)認識処理
図2の認識処理において、スロット用制御部15は、第1スロット60又は第2スロット70にユニットが組み込まれたことを検出すると、当該スロットにユニット情報の問い合わせを行う。そして、方位センサーユニット110からのユニット情報の通知を受けて、組込ユニットが方位センサーユニット110であることを認識する。
図3及び図4の位置算出処理において、方位センサーユニット110のみが組み込まれた場合は、スロット用制御部15は、ステップF3、F9、F11の処理を行わない。すなわち、GPSユニット100が組み込まれていないため、GPSユニット100の初期化情報出力、GPSユニット100の較正基準情報の算出及び出力は行わない。また、この場合は、GPSユニット100から位置及び速度の演算結果を取得することができない。そのため、GPA17は、IMU位置算出部11から取得したIMU演算結果を用いて位置及び速度を算出する。
また、各スロットに組み込み可能なユニットは、これらのユニットに限られるわけではない。例えば、位置算出に利用可能な物理的事象を検出可能なセンサーユニットとして、速度センサーユニットや加速度センサーユニット、ジャイロセンサーユニット等のセンサーユニットを組み込むことも可能である。また、RFID(Radio Frequency IDentification)を用いて位置を検出するユニット(位置検出ユニット)を組み込むことも可能である。
上述した実施形態では、GPA17が実行するGPA位置統合処理において、IMU50の計測結果を利用して位置及び速度を予測し、GPSユニット100の計測結果を観測値として利用して予測値を補正するものとして説明した。この関係を逆転させて、例えば、GPSユニット100の計測結果を利用して位置及び速度を予測し、IMU50の計測結果を観測値として利用して予測値を補正することとしてもよい。
第1補正タイミング又は第2補正タイミングが到来したか否かを判定し、第1補正タイミングが到来したと判定した場合は第1GPA補正処理を、第2補正タイミングが到来したと判定した場合は第2GPA補正処理をそれぞれ実行する。第1GPA補正処理では、図14の観測値テーブルに従って、第1GPSユニットから取得した位置及び速度を成分とする観測ベクトルを用いて補正演算を行う。また、第2GPA補正処理では、第2GPSユニットから取得した位置を観測値として用いて補正演算を行う。
上述した実施形態では、IMU50内部で記憶しているバイアス及びスケールファクターを、IMU用位置算出部11により算出されたバイアス及びスケールファクターに更新することで、IMU50の較正を行うものとして説明したが、この処理を次のようにしてもよい。
上述した実施形態では、カルマンフィルター処理によって位置を算出する例を説明したが、使用するフィルターとして、Particleフィルター(粒子フィルター)、Sigmaポイントフィルター(シグマポイントフィルター)、最小二乗法によるフィルター等を採用し、これらのフィルターを用いたフィルター処理を行って位置を算出することにしてもよい。
また、上述した実施形態では、衛星位置算出ユニットとしてGPSユニットを例に挙げて説明したが、WAAS(Wide Area Augmentation System)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO等の他の衛星位置算出システムを利用した衛星位置算出ユニットであってもよい。
13 スロット用I/F部、 15 スロット用制御部、
17 位置情報統合処理部(GPA)、 20 入力部、 30 表示部、
40 通信部、 50 IMU、 60 第1スロット、 70 第2スロット、
80 第1バス、 90 第2バス、 100 GPSユニット、
110 方位センサーユニット
Claims (3)
- 慣性計測ユニットを備え、更に、位置算出に利用可能な物理的事象を検出するセンサーユニットであって、検出して出力するデータの種別及び出力時間間隔が通知可能に定められた複数種類のセンサーユニットのうちの任意のセンサーユニットを組み込み可能に構成された位置算出装置が行う位置算出方法であって、
前記センサーユニットが組み込まれている場合に、当該センサーユニットが検出して出力するデータの種別及び出力時間間隔を当該センサーユニットから取得することで当該センサーユニットを認識することと、
前記センサーユニットが組み込まれていない場合に、前記慣性計測ユニットの出力を用いて位置を算出することと、
前記センサーユニットが組み込まれている場合に、カルマンフィルターを利用して前記慣性計測ユニットの出力に基づき位置を算出することと、
前記センサーユニットが組み込まれている場合に、前記取得された出力時間間隔で、前記センサーユニットの出力値を前記取得されたデータの種別に対応する観測値として前記カルマンフィルターの補正処理を行うことと、
を含む位置算出方法。 - 前記センサーユニットには、位置算出用衛星からの衛星信号を用いて位置及び速度を算出する衛星位置算出ユニットと、速度センサーユニットとが少なくともあり、
前記補正処理を行うことは、前記衛星位置算出ユニットが組み込まれている場合には、当該衛星位置算出ユニットが算出する位置及び速度を観測値として前記カルマンフィルターの補正処理を行い、前記速度センサーユニットが組み込まれている場合には、当該センサーユニットが検出する速度を観測値として前記カルマンフィルターの補正処理を行うことである、
請求項1に記載の位置算出方法。 - 慣性計測ユニットと、
位置算出に利用可能な物理的事象を検出するセンサーユニットであって、検出して出力するデータの種別及び出力時間間隔が通知可能に定められた複数種類のセンサーユニットのうちの任意のセンサーユニットを組み込み可能な組み込み部と、
前記センサーユニットが組み込まれた場合に、当該センサーユニットが検出して出力するデータの種別及び出力時間間隔を当該センサーユニットから取得することで組み込まれたセンサーユニットを認識する認識部と、
前記組み込み部にセンサーユニットが組み込まれていない場合には、前記慣性計測ユニットの出力を用いて位置を算出し、前記組み込み部にセンサーユニットが組み込まれた場合には、カルマンフィルターを利用して前記慣性計測ユニットの出力に基づき位置を算出するとともに、前記取得された出力時間間隔で、前記センサーユニットの出力値を前記取得されたデータの種別に対応する観測値として当該カルマンフィルターの補正処理を行う位置算出部と、
を備えた位置算出装置。
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