JP5118177B2 - Moving body high-accuracy speed measuring apparatus and method - Google Patents

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Description

本発明は、移動体高精度速度計測装置及び方法に関する。   The present invention relates to a moving body high-accuracy speed measuring apparatus and method.

近年、地球上の位置を測定するシステムとして、GPS(Global Positioning System)と呼ばれる全地球測位システムが知られている。GPSシステムでは、GPS受信機が地球の上空にある人工衛星から電波を受信し、受信した電波の時刻差から現在位置を即座に測定する。このようなGPS受信機を使用すれば、移動体の速度を計測することができる。   In recent years, a global positioning system called GPS (Global Positioning System) is known as a system for measuring a position on the earth. In the GPS system, a GPS receiver receives radio waves from an artificial satellite over the earth, and immediately measures the current position from the time difference of the received radio waves. If such a GPS receiver is used, the speed of the moving body can be measured.

GPS受信機を使用した移動体の速度を計測する方法には、(1)GPS受信機が算出した位置情報を微分することで速度を得る方法や、(2)衛星の移動と移動体の移動とによるGPS搬送波のドップラーシフト量からドップラー速度を算出する方法等がある。通常、(1)の方法は、単独測位時の位置精度は十数m、DGPS(Differential GPS)使用時で数十cm程度であることから、良質な精度がでない。   The method of measuring the speed of a moving object using a GPS receiver includes (1) a method of obtaining speed by differentiating position information calculated by the GPS receiver, and (2) movement of a satellite and movement of the moving object. There is a method for calculating the Doppler speed from the Doppler shift amount of the GPS carrier wave. Normally, the method (1) has a high accuracy because the position accuracy at the time of independent positioning is about several tens of meters and about several tens of centimeters when using DGPS (Differential GPS).

(2)の方法は、高精度な速度計測が可能であるが、計測のための条件が限定されている。例えば、木々やビル群等によってGPS衛星からの信号が反射されてマルチパスの影響を受けた際、受信機内部のPLL(PLL:Phase−locked loop 位相同期回路)のロックが外れてしまうことにより、速度出力に大きなノイズが重畳するので、マルチパスの影響が大きい場所では高精度な速度計測が望めない。また、(2)の方法は、衛星信号の瞬断時は速度計測をすることができない。   Although the method (2) enables high-accuracy speed measurement, the conditions for measurement are limited. For example, when a signal from a GPS satellite is reflected by trees, buildings, etc. and affected by multipath, the PLL (PLL: Phase-locked loop phase synchronization circuit) in the receiver is unlocked. Because large noise is superimposed on the speed output, high-accuracy speed measurement cannot be expected in a place where the influence of multipath is large. Also, the method (2) cannot measure the speed when the satellite signal is momentarily interrupted.

例えば、図7は、公道において移動する車の速度を、GPS受信機からのドップラー速度によって示す図である。図7に示すように木立の影響により速度出力はノイズ量が増し、さらに高架橋等を通過するとGPSからの衛星信号が途絶えてしまうため、速度出力はゼロとなってしまう。以上から公道のような様々な電波障害が起こる状況下において、ドップラー速度のみを利用して高精度に速度を計測することは、難しかった。   For example, FIG. 7 is a diagram showing the speed of a car moving on a public road by the Doppler speed from a GPS receiver. As shown in FIG. 7, the speed output becomes zero due to the influence of trees, and the satellite signal from the GPS is interrupted when passing through a viaduct or the like, so the speed output becomes zero. From the above, it has been difficult to measure the speed with high accuracy using only the Doppler speed in the situation where various radio disturbances such as public roads occur.

このような問題に対して、例えば、特許文献1に開示された速度計測装置は、GPSによるドップラー速度と、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)による速度とをカルマンフィルタで融合し、DOP(衛星精度指標)を使用することでGPS信号の良否を判定し、ドップラー速度を出力するか、IMUによる速度を出力するかを切り替えることで高精度な速度を出力している。   To deal with such a problem, for example, the speed measurement device disclosed in Patent Document 1 fuses the Doppler velocity by GPS and the velocity by an IMU (Internal Measurement Unit) using a Kalman filter, and then DOP (satellite). The accuracy of the GPS signal is used to determine whether the GPS signal is good or not, and a high-accuracy speed is output by switching between outputting a Doppler speed or outputting an IMU speed.

特開2008−175730号公報JP 2008-175730 A

しかしながら、DOP値は、あくまで衛星の配置状況(幾何学的配置)による精度指標であり、マルチパスの影響を判定しうる指標ではない。また、DOPとドップラー速度との相関性は小さく、ドップラー速度の精度指標としての信頼性は小さい。さらに、DOP値は衛星配置状況から算出されるので、DOPの変化は、瞬時ではない。このため、特許文献1に開示された速度計測装置は、ビル群や木立等によるマルチパスの影響が多大に考えられる場所において、マルチパス等によるドップラー速度の瞬時ノイズを判別することはできない。   However, the DOP value is merely an accuracy index based on the arrangement status (geometric arrangement) of the satellite, and is not an index that can determine the influence of multipath. Further, the correlation between DOP and the Doppler speed is small, and the reliability as an accuracy index of the Doppler speed is small. Furthermore, since the DOP value is calculated from the satellite arrangement status, the DOP change is not instantaneous. For this reason, the speed measurement device disclosed in Patent Document 1 cannot determine instantaneous noise of Doppler speed due to multipath or the like in a place where the influence of multipath due to a building group or a tree stand is greatly considered.

そこで、GPS受信機から得られるドップラー速度情報の良否を判定し、高精度及び高信頼の速度をリアルタイムに出力する装置及び方法が求められている。   Accordingly, there is a need for an apparatus and a method for determining whether Doppler speed information obtained from a GPS receiver is good or not and outputting a highly accurate and reliable speed in real time.

本発明は、GPS受信機から得られるドップラー速度情報の良否を判定し、高精度及び高信頼の速度をリアルタイムに出力する移動体高精度速度計測装置及び方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a moving body high-accuracy speed measuring apparatus and method for determining whether Doppler speed information obtained from a GPS receiver is good or not and outputting high-accuracy and high-reliability speed in real time.

本発明では、以下のような解決手段を提供する。   The present invention provides the following solutions.

(1) 移動体の速度を計測する移動体高精度速度計測装置であって、IMUを使用して前記移動体の加速度及び角速度を計測する加速度計測手段と、前記加速度計測手段によって計測された前記移動体の加速度及び角速度からストラップダウン演算により速度を算出し、算出した速度に基づいてリアルタイム補間速度を算出するストラップダウンナビゲータ手段と、GPS受信機を使用してGPS搬送波のドップラーシフト量から前記移動体のドップラー速度を測定する速度測定手段と、前記速度測定手段によって測定された前記ドップラー速度から算出した加速度と、前記加速度計測手段によって計測された加速度との差分を算出し、算出した差分に基づいて係数を算出する良否係数算出手段と、前記良否係数算出手段によって前記係数が算出されるための時間だけ、前記速度測定手段によって測定された前記ドップラー速度を演算に用いる時間を遅延させる遅延処理手段と、前記遅延処理手段によって遅延させた前記ドップラー速度と、前記ストラップダウンナビゲータ手段からフィードバックさせた前記リアルタイム補間速度との同期化を行い、同期化された前記ドップラー速度と前記リアルタイム補間速度との誤差量を算出する同期化処理手段と、前記同期化処理手段によって算出された前記誤差量に、前記良否係数算出手段によって算出された前記係数を乗算する良否係数乗算手段と、前記良否係数乗算手段によって前記係数が乗算された誤差量から前記リアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算するカルマンフィルタ手段と、を備え、前記ストラップダウンナビゲータ手段は、前記ストラップダウン演算により算出された速度に、前記カルマンフィルタ手段によって推定演算された前記調整量を融合して前記リアルタイム補間速度を算出する、移動体高精度速度計測装置。   (1) A moving body high-accuracy speed measuring device that measures the speed of a moving body, the acceleration measuring means for measuring the acceleration and angular velocity of the moving body using an IMU, and the movement measured by the acceleration measuring means. The mobile body calculates the speed by the strapdown calculation from the acceleration and angular velocity of the body, calculates the real-time interpolation speed based on the calculated speed, and the moving body from the Doppler shift amount of the GPS carrier using the GPS receiver. A difference between a speed measuring means for measuring the Doppler speed, an acceleration calculated from the Doppler speed measured by the speed measuring means, and an acceleration measured by the acceleration measuring means, and based on the calculated difference A pass / fail coefficient calculating means for calculating a coefficient, and the coefficient by the pass / fail coefficient calculating means. Delay processing means for delaying the time to use the Doppler speed measured by the speed measuring means for calculation by the time for calculation, the Doppler speed delayed by the delay processing means, and the strapdown navigator means The synchronization processing means that performs synchronization with the real-time interpolation speed fed back from and calculates an error amount between the synchronized Doppler speed and the real-time interpolation speed, and the synchronization processing means that is calculated by the synchronization processing means A pass / fail coefficient multiplying unit for multiplying the error amount by the coefficient calculated by the pass / fail coefficient calculating unit, and an adjustment amount for the real-time interpolation speed based on the error amount multiplied by the coefficient by the pass / fail coefficient multiplying unit by a Kalman filter. Kalman filter means for performing an estimation calculation The strapdown navigator means calculates the real-time interpolation speed by combining the speed calculated by the strapdown calculation with the adjustment amount estimated by the Kalman filter means, and calculates the real-time interpolation speed.

(1)の構成によれば、本発明に係る移動体高精度速度計測装置は、IMUを使用して移動体の加速度及び角速度を計測し、計測した移動体の加速度及び角速度からストラップダウン演算により速度を算出し、算出した速度に基づいてリアルタイム補間速度を算出する。次に、移動体高精度速度計測装置は、GPS受信機を使用してGPS搬送波のドップラーシフト量から移動体のドップラー速度を測定し、測定したドップラー速度から算出した加速度と、計測した加速度との差分を算出し、算出した差分に基づいて係数を算出する。次に、移動体高精度速度計測装置は、係数が算出されるための時間だけ、測定したドップラー速度を演算に用いる時間を遅延させ、遅延させたドップラー速度と、フィードバックさせたリアルタイム補間速度との同期化を行い、同期化されたドップラー速度とリアルタイム補間速度との誤差量を算出する。次に、移動体高精度速度計測装置は、算出した誤差量に、算出した係数を乗算し、係数を乗算した誤差量からリアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算する。そして、移動体高精度速度計測装置は、ストラップダウン演算により算出された速度に、カルマンフィルタによって推定演算された調整量を融合してリアルタイム補間速度を算出する。   According to the configuration of (1), the moving body high-accuracy speed measuring apparatus according to the present invention measures the acceleration and angular velocity of the moving body using the IMU, and calculates the speed by strapdown calculation from the measured acceleration and angular velocity of the moving body. And real-time interpolation speed is calculated based on the calculated speed. Next, the mobile high-accuracy speed measuring device measures the Doppler speed of the mobile body from the Doppler shift amount of the GPS carrier using a GPS receiver, and the difference between the acceleration calculated from the measured Doppler speed and the measured acceleration And a coefficient is calculated based on the calculated difference. Next, the mobile high-accuracy speed measurement device delays the time to use the measured Doppler speed for calculation by the time for calculating the coefficient, and synchronizes the delayed Doppler speed with the fed back real-time interpolation speed. The error amount between the synchronized Doppler speed and the real-time interpolation speed is calculated. Next, the mobile high-accuracy speed measuring device multiplies the calculated error amount by the calculated coefficient, and estimates and calculates an adjustment amount for the real-time interpolation speed from the error amount by multiplying the coefficient by the Kalman filter. Then, the moving body high-accuracy speed measurement device calculates the real-time interpolation speed by combining the speed calculated by the strapdown calculation with the adjustment amount estimated by the Kalman filter.

すなわち、移動体高精度速度計測装置は、GPS受信機を使用して得られたドップラー速度による加速度を、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)によって計測された加速度によって良否判定して良否判定係数を算出し、ストラップダウン演算によって算出された速度に基づいて算出されたリアルタイム補間速度をフィードバックさせて、算出されたドップラー速度とフィードバックさせたリアルタイム補間速度との誤差量に良否判定係数を乗算した調整された誤差量を算出し、調整された誤差量からリアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算し、ストラップダウン演算により算出された速度に、カルマンフィルタによって推定演算された調整量を融合してリアルタイム補間速度を算出する。よって、移動体高精度速度計測装置は、カルマンフィルタに入力する誤差量を調整することで、GPS受信機から算出されるドップラー速度のノイズ量を小さくし、リアルタイムに速度を算出することができる。したがって、移動体高精度速度計測装置は、木々やビル群等によってGPS衛星からの信号が反射されてマルチパスが発生する状況下であっても、高精度及び高信頼の速度をリアルタイムに出力することができる。   That is, the mobile high-accuracy speed measuring device determines whether the acceleration due to the Doppler velocity obtained by using the GPS receiver is good or bad by the acceleration measured by an IMU (Inertial Measurement Unit), and determines the pass / fail determination coefficient. It is calculated by feeding back the real-time interpolation speed calculated based on the speed calculated by the strapdown calculation and multiplying the error amount between the calculated Doppler speed and the fed back real-time interpolation speed by the pass / fail judgment coefficient. The error amount is calculated, the adjustment amount for the real-time interpolation speed is estimated by the Kalman filter from the adjusted error amount, and the adjustment amount estimated by the Kalman filter is merged with the speed calculated by the strapdown operation. Calculate the time interpolation speed. Therefore, the mobile high-accuracy speed measurement device can reduce the noise amount of the Doppler velocity calculated from the GPS receiver by adjusting the error amount input to the Kalman filter, and can calculate the velocity in real time. Therefore, the mobile high-accuracy speed measurement device outputs high-accuracy and high-reliability speed in real time even under the situation where signals from GPS satellites are reflected by trees, buildings, etc. and multipath occurs. Can do.

(2) IMUとGPS受信機と備え、移動体の速度を計測する移動体高精度速度計測装置が実行する方法であって、前記IMUを使用して前記移動体の加速度及び角速度を計測する加速度計測ステップと、計測された前記移動体の加速度及び角速度からストラップダウン演算によりリアルタイム補間速度を算出するストラップダウンナビゲータステップと、前記GPS受信機を使用してGPS搬送波のドップラーシフト量から前記移動体のドップラー速度を測定する速度測定ステップと、測定された前記ドップラー速度から算出した加速度と、計測された加速度との差分を算出し、算出した差分に基づいて係数を算出する良否係数算出ステップと、前記係数が算出されるための時間だけ、前記ドップラー速度を演算に用いる時間を遅延させる遅延処理ステップと、遅延させた前記ドップラー速度と、前記ストラップダウンナビゲータステップからフィードバックさせた前記リアルタイム補間速度との同期化を行い、同期化された前記ドップラー速度と前記リアルタイム補間速度との誤差量を算出する同期化処理ステップと、算出された前記誤差量に、算出された前記係数を乗算する良否係数乗算ステップと、前記係数が乗算された誤差量から前記リアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算するカルマンフィルタステップと、を含み、前記ストラップダウンナビゲータステップは、前記ストラップダウン演算により算出された速度に、前記カルマンフィルタステップによって推定演算された前記調整量を融合して前記リアルタイム補間速度を算出する、方法。   (2) A method executed by a mobile high-accuracy speed measuring device that includes an IMU and a GPS receiver and measures the speed of the mobile body, and measures acceleration and angular velocity of the mobile body using the IMU. A step-down navigator step for calculating a real-time interpolation speed from the measured acceleration and angular velocity of the moving body by a strap-down operation; A speed measurement step for measuring speed; a difference between the acceleration calculated from the measured Doppler speed and the measured acceleration; and a quality coefficient calculation step for calculating a coefficient based on the calculated difference; and the coefficient The time for calculating the Doppler speed is delayed by the time for calculating A delay processing step, the delayed Doppler speed, and the real-time interpolation speed fed back from the strapdown navigator step are synchronized, and an error amount between the synchronized Doppler speed and the real-time interpolation speed is calculated. A synchronization processing step to calculate, a pass / fail coefficient multiplication step to multiply the calculated error amount by the calculated coefficient, and an adjustment amount for the real-time interpolation speed from the error amount multiplied by the coefficient by a Kalman filter. A Kalman filter step for performing an estimation calculation, wherein the strapdown navigator step calculates the real-time interpolation speed by merging the adjustment amount estimated by the Kalman filter step with the speed calculated by the strapdown calculation. The way.

したがって、(2)に係る方法は、(1)と同様に、木々やビル群等によってGPS衛星からの信号が反射されてマルチパスが発生する状況下であっても、高精度及び高信頼の速度をリアルタイムに出力することができる。   Therefore, as in (1), the method according to (2) is highly accurate and reliable even under the situation where signals from GPS satellites are reflected by trees, buildings, etc. and multipath occurs. The speed can be output in real time.

本発明に係る移動体高精度速度計測装置は、GPS受信機から得られるドップラー速度情報の良否を判定し、リアルタイムに高精度な速度を出力することができる。特に、木々やビル群等によってGPS衛星からの信号が反射されてマルチパスが発生するようなところであっても、移動体高精度速度計測装置は、GPS受信機から得られるドップラー速度からノイズの影響を小さくして、移動体の高精度な速度をリアルタイムに出力することができる。その結果、移動体高精度速度計測装置は、公道であっても移動体の高精度な速度を安定して出力することができる。さらに、衛星信号瞬断時であっても、移動体高精度速度計測装置は、IMUを使用して補間して、高精度な速度を安定して出力することができる。また、移動体高精度速度計測装置は、リアルタイム出力が可能なため、他センサとの同時計測時に同期処理が不要であり、また出力遅れが問題となる車両制動試験等においても2次処理を行う必要がなく、移動体高精度速度計測装置の原信号を利用可能である。   The moving body high-accuracy speed measuring apparatus according to the present invention can determine whether the Doppler speed information obtained from the GPS receiver is good or not, and can output a high-accuracy speed in real time. In particular, even when a signal from a GPS satellite is reflected by trees, buildings, etc. and a multipath is generated, the mobile high-accuracy speed measuring device is affected by noise from the Doppler speed obtained from the GPS receiver. It is possible to output the moving body with high accuracy speed in real time. As a result, the moving body high-precision speed measuring device can stably output the high-speed speed of the moving body even on a public road. Furthermore, even when the satellite signal is momentarily interrupted, the mobile high-accuracy speed measuring apparatus can interpolate using the IMU and stably output a high-accuracy speed. In addition, since the mobile high-accuracy speed measuring device is capable of real-time output, there is no need for synchronization processing at the time of simultaneous measurement with other sensors, and secondary processing is also required in vehicle braking tests where output delay is a problem. The original signal of the mobile high-accuracy speed measuring device can be used.

本発明の一実施形態である移動体高精度速度計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the mobile body high precision speed measuring device which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the mobile body high precision speed measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置における処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content in the moving body high-accuracy speed measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置によって出力されるリアルタイム補間速度と、GPS受信機によるドップラー速度とを示す図である。It is a figure which shows the real-time interpolation speed output by the moving body high-accuracy speed measuring device which concerns on one Embodiment of this invention, and the Doppler speed by a GPS receiver. 本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置によって出力されるリアルタイム補間速度の立ち上がりと、GPS受信機から出力されるドップラー速度の立ち上がりとを示す図である。It is a figure which shows the rise of the real-time interpolation speed output by the moving body high-accuracy speed measuring device which concerns on one Embodiment of this invention, and the rise of the Doppler speed output from a GPS receiver. 本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置によって出力されるリアルタイム補間速度と、GPS受信機から出力されるドップラー速度と、光学式速度計測装置から出力される速度とを示す図である。It is a figure which shows the real-time interpolation speed output by the mobile body high precision speed measuring device which concerns on one Embodiment of this invention, the Doppler speed output from a GPS receiver, and the speed output from an optical speed measuring device. . 公道において移動する車の速度を、GPS受信機からのドップラー速度によって示す図である。It is a figure which shows the speed of the vehicle which moves on a public road by the Doppler speed from a GPS receiver.

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態である移動体高精度速度計測装置10の構成を示すブロック図である。移動体高精度速度計測装置10は、加速度計測部11と、ストラップダウンナビゲータ部12と、速度測定部13と、良否係数算出部14と、遅延処理部15と、同期化処理部16と、良否係数乗算部17と、カルマンフィルタ部18とを備える。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a mobile high-accuracy speed measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The moving body high-accuracy speed measurement device 10 includes an acceleration measurement unit 11, a strapdown navigator unit 12, a speed measurement unit 13, a quality coefficient calculation unit 14, a delay processing unit 15, a synchronization processing unit 16, and a quality coefficient. A multiplication unit 17 and a Kalman filter unit 18 are provided.

加速度計測部11は、IMU102を使用して移動体の加速度及び角速度を計測する。IMU102は、3軸のジャイロと3方向の加速度計から構成され、3次元の角速度と加速度とを求める。なお、IMU102は、計測の信頼性向上のために、さらに複数のセンサを搭載してもよい。   The acceleration measuring unit 11 uses the IMU 102 to measure the acceleration and angular velocity of the moving object. The IMU 102 is composed of a three-axis gyro and a three-direction accelerometer, and obtains a three-dimensional angular velocity and acceleration. The IMU 102 may further include a plurality of sensors in order to improve measurement reliability.

ストラップダウンナビゲータ部12(自律航法アルゴリズム)は、加速度計測部11によって計測された移動体の加速度及び角速度からストラップダウン演算により速度を算出し、算出した速度に、後述するカルマンフィルタ部18によって推定演算された調整量を融合してリアルタイム補間速度を算出し、算出したリアルタイム補間速度を出力すると共に、カルマンフィルタ部18へフィードバックさせる。   The strapdown navigator unit 12 (autonomous navigation algorithm) calculates the speed by the strapdown calculation from the acceleration and angular velocity of the moving body measured by the acceleration measurement unit 11, and the calculated speed is estimated and calculated by the Kalman filter unit 18 described later. The real-time interpolation speed is calculated by fusing the adjustment amounts, and the calculated real-time interpolation speed is output and fed back to the Kalman filter unit 18.

速度測定部13は、GPS受信機101を使用してGPS搬送波のドップラーシフト量から移動体のドップラー速度を測定する。例えば、GPS受信機101とGPS衛星との距離が、遠ざかる又は近づくと、GPS受信機101が受信する搬送波の位相は、連続的に変化し、周波数が低くなったり高くなったりする。速度測定部13は、この周波数の変化量からGPS受信機101が出力するドップラー速度を取得する。   The speed measurement unit 13 uses the GPS receiver 101 to measure the Doppler speed of the moving body from the Doppler shift amount of the GPS carrier wave. For example, when the distance between the GPS receiver 101 and the GPS satellite increases or decreases, the phase of the carrier wave received by the GPS receiver 101 continuously changes, and the frequency decreases or increases. The speed measurement unit 13 acquires the Doppler speed output from the GPS receiver 101 from the amount of change in frequency.

良否係数算出部14は、速度測定部13によって測定されたドップラー速度から算出した加速度と、加速度計測部11によって計測された加速度との差分を算出し、算出した差分に基づいて係数(図1におけるβ)を算出する。例えば、良否係数算出部14は、座標変換処理部(図示せず)によって、IMU102によって計測された加速度を、ストラップダウンナビゲータ部12により演算された現在の姿勢角に基づき座標変換し、GPS受信機101が出力したドップラー速度と同座標系の加速度に変換する。そして、良否係数算出部14は、ドップラー速度を微分した加速度と、座標変換した加速度との差分を算出し、算出した差分を二乗し、二乗した差分についてエンベロープ処理を行う。次に、良否係数算出部14は、エンベロープ処理を行った後の差分を示す関数の逆関数を求め、求めた逆関数に基づいて、係数を算出する。すなわち、良否係数算出部14は、求めた逆関数に基づいて、ドップラー速度がノイズを含んでいないと判断した場合に良判定を行い、ノイズを含んでいると判断した場合に否判定を行い、判定を数値化した良否係数を算出する。例えば、良否係数=1−速度変動判定−α×ドップラー精度指標、により良否係数を算出してもよい。ここで、速度変動判定はドップラー速度がノイズを含むと判定された割合、αは所定の値、ドップラー速度精度指標はGPS衛星の配置に関する指標や、観測衛星数等のGPS受信機から得られる情報に基づいて統計的に算出した指標である。このように算出された良否係数は、カルマンフィルタ部18に入力する誤差量を調整する係数である。   The pass / fail coefficient calculation unit 14 calculates the difference between the acceleration calculated from the Doppler velocity measured by the speed measurement unit 13 and the acceleration measured by the acceleration measurement unit 11, and based on the calculated difference (in FIG. 1) β) is calculated. For example, the pass / fail coefficient calculation unit 14 converts the acceleration measured by the IMU 102 by a coordinate conversion processing unit (not shown) based on the current posture angle calculated by the strapdown navigator unit 12, and receives the GPS receiver. 101 converts the Doppler velocity output to the acceleration in the same coordinate system. Then, the pass / fail coefficient calculation unit 14 calculates the difference between the acceleration obtained by differentiating the Doppler velocity and the coordinate-converted acceleration, squares the calculated difference, and performs envelope processing on the squared difference. Next, the pass / fail coefficient calculation unit 14 obtains an inverse function of the function indicating the difference after the envelope processing, and calculates a coefficient based on the obtained inverse function. That is, the pass / fail coefficient calculation unit 14 performs a pass determination when it is determined that the Doppler speed does not include noise based on the obtained inverse function, and performs a determination when it is determined that the Doppler speed includes noise. A pass / fail coefficient is obtained by quantifying the judgment. For example, the pass / fail coefficient may be calculated by: pass / fail coefficient = 1−speed fluctuation determination−α × Doppler accuracy index. Here, the speed fluctuation determination is the ratio at which the Doppler speed is determined to include noise, α is a predetermined value, the Doppler speed accuracy index is an information related to the positioning of the GPS satellites, information obtained from the GPS receiver such as the number of observation satellites This is a statistically calculated index based on The pass / fail coefficient calculated in this way is a coefficient for adjusting an error amount input to the Kalman filter unit 18.

遅延処理部15は、良否係数算出部14によって係数が算出されるための時間だけ、速度測定部13によって測定されたドップラー速度を演算に用いる時間を遅延させる。すなわち、遅延処理部15は、後述する、ドップラー速度による誤差量を算出するための演算を、良否係数算出部14によって係数が算出される時間だけ遅延させる。   The delay processing unit 15 delays the time for which the Doppler speed measured by the speed measurement unit 13 is used for calculation by the time for which the coefficient is calculated by the pass / fail coefficient calculation unit 14. That is, the delay processing unit 15 delays an operation for calculating an error amount based on the Doppler speed, which will be described later, by a time during which the coefficient is calculated by the pass / fail coefficient calculation unit 14.

同期化処理部16は、遅延処理部15によって遅延させたドップラー速度と、ストラップダウンナビゲータ部12からフィードバックさせたリアルタイム補間速度との同期化を行い、同期化されたドップラー速度とリアルタイム補間速度との誤差量(図1におけるδx)を算出する。   The synchronization processing unit 16 synchronizes the Doppler speed delayed by the delay processing unit 15 with the real-time interpolation speed fed back from the strapdown navigator unit 12, and the synchronized Doppler speed and real-time interpolation speed are The error amount (δx in FIG. 1) is calculated.

良否係数乗算部17は、同期化処理部16によって算出された誤差量に、良否係数算出部14によって算出された係数を乗算する。   The pass / fail coefficient multiplier 17 multiplies the error amount calculated by the synchronization processor 16 by the coefficient calculated by the pass / fail coefficient calculator 14.

カルマンフィルタ部18は、良否係数乗算部17によって係数が乗算された誤差量からリアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算する。例えば、カルマンフィルタ部18は、入力された誤差量と、1ステップ前の推定演算し記憶した調整量とから、今回の調整量(ろ波推定値)を算出する反復推定器(反復推定型フィルタ)である。   The Kalman filter unit 18 uses the Kalman filter to estimate and adjust the adjustment amount for the real-time interpolation speed from the error amount multiplied by the coefficient by the pass / fail coefficient multiplying unit 17. For example, the Kalman filter unit 18 calculates the current adjustment amount (filtered estimation value) from the input error amount and the adjustment amount that is estimated and stored one step before, and is an iterative estimator (iterative estimation filter). It is.

このように、移動体高精度速度計測装置10は、速度測定部13によって測定されたドップラー速度とフィードバックされたリアルタイム補間速度とを同期させて算出した誤差量にドップラー速度の良否係数を乗算し、乗算して調整した誤差量からカルマンフィルタ部18によって推定演算された調整量と、加速度計測部11によって計測された加速度及び角速度からストラップダウン演算により算出された速度と、を融合してリアルタイム補間速度を算出し、算出したリアルタイム補間速度を出力すると共にフィードバックさせる。   As described above, the mobile high-accuracy speed measuring apparatus 10 multiplies the error amount calculated by synchronizing the Doppler speed measured by the speed measuring unit 13 and the fed back real-time interpolation speed by the pass / fail coefficient of the Doppler speed, The real-time interpolation speed is calculated by fusing the adjustment amount estimated by the Kalman filter unit 18 from the adjusted error amount and the speed calculated by the strapdown calculation from the acceleration and angular velocity measured by the acceleration measurement unit 11. Then, the calculated real-time interpolation speed is output and fed back.

図2は、本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置10のハードウェア構成の一例を示す図である。移動体高精度速度計測装置10は、CPU(Central Processing Unit)1010、バスライン1005、通信I/F1040、メモリ1050、表示器1022、GPS受信機101及びIMU102を備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the moving body high-accuracy speed measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The mobile high-accuracy speed measuring apparatus 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 1010, a bus line 1005, a communication I / F 1040, a memory 1050, a display 1022, a GPS receiver 101, and an IMU 102.

CPU1010は、移動体高精度速度計測装置10を統括的に制御する部分であり、メモリ1050に記憶された各種プログラムを適宜読み出して実行することにより、上述したハードウェアと協働し、本発明に係る各種機能を実現している。   The CPU 1010 is a part that controls the mobile high-accuracy speed measuring device 10 in an integrated manner, and by reading and executing various programs stored in the memory 1050 as appropriate, the CPU 1010 cooperates with the hardware described above, and relates to the present invention. Various functions are realized.

メモリ1050は、適宜読み出して実行されるプログラムを記憶し、プログラムの実行によって作成される種々の情報を記憶する。例えば、メモリ1050は、ストラップダウンナビゲータ部12によってフィードバックされるリアルタイム補間速度や、カルマンフィルタ部18によって推定演算される調整量等を記憶する。   The memory 1050 stores a program that is read and executed as appropriate, and stores various information created by the execution of the program. For example, the memory 1050 stores a real-time interpolation speed fed back by the strapdown navigator unit 12, an adjustment amount estimated by the Kalman filter unit 18, and the like.

ここで、表示器1022は、移動体高精度速度計測装置10による演算処理結果、例えば、算出したリアルタイム補間速度や、算出過程のドップラー速度等を表示したりするものであり、液晶表示装置(LCD)等のディスプレイ装置を含む。   Here, the display unit 1022 displays a calculation processing result by the mobile high-accuracy speed measuring device 10, for example, a calculated real-time interpolation speed, a Doppler speed in the calculation process, and the like, and is a liquid crystal display (LCD). Display devices.

また、通信I/F1040は、移動体高精度速度計測装置10を専用ネットワークを介してホストコンピュータ等と接続できるようにするためのネットワーク・アダプタである。通信I/F1040は、ホストコンピュータ等に、算出されたリアルタイム補間速度を出力するための接続インターフェースである。   The communication I / F 1040 is a network adapter that enables the mobile high-accuracy speed measuring apparatus 10 to be connected to a host computer or the like via a dedicated network. The communication I / F 1040 is a connection interface for outputting the calculated real-time interpolation speed to a host computer or the like.

GPS受信機101は、無線通信に必要なアンテナ及びアンテナ信号処理回路等を含んで構成される。GPS受信機101は、複数のGPS衛星から電波を受信し、受信したGPS搬送波のドップラーシフト量からドップラー速度を算出し、出力する。   The GPS receiver 101 includes an antenna and an antenna signal processing circuit necessary for wireless communication. The GPS receiver 101 receives radio waves from a plurality of GPS satellites, calculates a Doppler speed from the received Doppler shift amount of the GPS carrier wave, and outputs the Doppler speed.

IMU102は、移動体の加速度及び角速度を計測し出力する。IMU102は、慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)であって、3軸のジャイロと3方向の加速度計によって、運動を司る3軸の角度(又は角速度)と加速度とを検出する。   The IMU 102 measures and outputs the acceleration and angular velocity of the moving body. The IMU 102 is an inertial measurement unit (IMU), and detects a three-axis angle (or angular velocity) and acceleration that control motion by a three-axis gyro and a three-direction accelerometer.

図3は、本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置10における処理内容を示すフローチャートである。なお、本処理は、例えば、プログラム開始指令を受け付けて開始し、プログラム終了指令により終了する。   FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents in the moving body high-accuracy speed measuring apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. Note that this process starts, for example, upon receiving a program start command and ends with a program end command.

ステップS101において、CPU1010は、ストラップダウンナビゲータ部12の初期設定(初期速度、初期位置、初期姿勢角)、カルマンフィルタ部18の初期設定(誤差共分散行列の初期化)を行う。その後、CPU1010は、処理をステップS102に移す。   In step S101, the CPU 1010 performs initial setting (initial speed, initial position, initial attitude angle) of the strapdown navigator unit 12, and initial setting of the Kalman filter unit 18 (initialization of an error covariance matrix). Thereafter, the CPU 1010 advances the processing to step S102.

ステップS102において、CPU1010(加速度計測部11)は、IMU102によって加速度及び角速度を計測する。その後、CPU1010は、処理をステップS103に移す。   In step S <b> 102, the CPU 1010 (acceleration measurement unit 11) measures acceleration and angular velocity using the IMU 102. Thereafter, the CPU 1010 advances the processing to step S103.

ステップS103において、CPU1010(ストラップダウンナビゲータ部12)は、ステップS102において計測された加速度及び角速度からストラップダウン演算により速度を算出し、カルマンフィルタ部18からの調整量を融合させて、リアルタイム補間速度を算出し、出力すると共にフィードバックさせる。その後、CPU1010は、処理をステップS104に移す。   In step S103, the CPU 1010 (strap down navigator unit 12) calculates a speed by strapdown calculation from the acceleration and angular velocity measured in step S102, and fuses the adjustment amount from the Kalman filter unit 18 to calculate a real-time interpolation speed. Output and feed back. Thereafter, the CPU 1010 advances the processing to step S104.

ステップS104において、CPU1010(速度測定部13)は、GPS受信機101が出力したドップラー速度を取得する。より具体的には、CPU1010は、GPS受信機101が受信したGPS搬送波のドップラーシフト量から算出したドップラー速度を取得する。その後、CPU1010は、処理をステップS105に移す。   In step S <b> 104, the CPU 1010 (speed measurement unit 13) acquires the Doppler speed output from the GPS receiver 101. More specifically, the CPU 1010 acquires the Doppler speed calculated from the Doppler shift amount of the GPS carrier wave received by the GPS receiver 101. Thereafter, the CPU 1010 advances the processing to step S105.

ステップS105において、CPU1010(良否係数算出部14)は、ドップラー速度から良否係数を算出する。より具体的には、CPU1010は、ステップS103において算出したドップラー速度を微分した加速度と、IMU102が計測した加速度との差分を算出し、算出した差分を二乗し、二乗した差分についてエンベロープ処理を行う。そして、CPU1010は、エンベロープ処理を行った後の差分を示す関数の逆関数を求め、求めた逆関数に基づいて、ドップラー速度の信頼性(ドップラー速度がノイズを含んでいないと判定した場合に良、ノイズを含んでいると判定した場合に否)に対する判定の結果を示す良否係数(β)を算出する。その後、CPU1010は、処理をステップS106に移す。   In step S105, the CPU 1010 (the pass / fail coefficient calculation unit 14) calculates the pass / fail coefficient from the Doppler speed. More specifically, the CPU 1010 calculates a difference between the acceleration obtained by differentiating the Doppler velocity calculated in step S103 and the acceleration measured by the IMU 102, squares the calculated difference, and performs envelope processing on the squared difference. Then, the CPU 1010 obtains an inverse function of the function indicating the difference after performing the envelope process, and determines that the reliability of the Doppler speed (the Doppler speed does not include noise) based on the obtained inverse function. Then, a pass / fail coefficient (β) indicating the result of the determination for NO) is calculated. Thereafter, the CPU 1010 advances the process to step S106.

ステップS106において、CPU1010(遅延処理部15、同期化処理部16)は、フィードバックされたリアルタイム補間速度と、ドップラー速度とを同期させ、誤差量を算出する。より具体的には、CPU1010は、ステップS104において算出されたドップラー速度による誤差量を算出するための演算を、ステップS105において良否係数が算出される時間だけ遅延させ、遅延させたドップラー速度とフィードバックされたリアルタイム補間速度とを同期させて誤差量(δx)を算出する。その後、CPU1010は、処理をステップS107に移す。   In step S106, the CPU 1010 (delay processing unit 15, synchronization processing unit 16) synchronizes the fed back real-time interpolation speed with the Doppler speed, and calculates an error amount. More specifically, the CPU 1010 delays the calculation for calculating the error amount based on the Doppler speed calculated in Step S104 by the time during which the pass / fail coefficient is calculated in Step S105, and is fed back to the delayed Doppler speed. The error amount (δx) is calculated in synchronization with the real-time interpolation speed. Thereafter, the CPU 1010 shifts the processing to step S107.

ステップS107において、CPU1010(良否係数乗算部17)は、誤差量に良否係数を乗算する。より具体的には、CPU1010は、ステップS106において算出した誤差量(δx)に、ステップS105において算出した良否係数(β)を乗算して、調整された誤差量(βδx)を算出する。その後、CPU1010は、処理をステップS108に移す。   In step S107, the CPU 1010 (the pass / fail coefficient multiplying unit 17) multiplies the error amount by the pass / fail coefficient. More specifically, the CPU 1010 calculates the adjusted error amount (βδx) by multiplying the error amount (δx) calculated in step S106 by the pass / fail coefficient (β) calculated in step S105. Thereafter, the CPU 1010 advances the processing to step S108.

ステップS108において、CPU1010(カルマンフィルタ部18)は、調整された誤差量(βδx)からリアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算する。その後、CPU1010は、処理をステップS102に移す。   In step S108, the CPU 1010 (Kalman filter unit 18) estimates and calculates an adjustment amount for the real-time interpolation speed from the adjusted error amount (βδx) using the Kalman filter. Thereafter, the CPU 1010 advances the processing to step S102.

図4は、本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置10によって出力されるリアルタイム補間速度と、GPS受信機101によるドップラー速度とを示す図である。図4(a)は、縦軸を速度とし横軸を時間としたグラフに、GPS受信機101によるドップラー速度を表した図である。同様に、図4(b)は、縦軸を速度とし横軸を時間としたグラフに、移動体高精度速度計測装置10によって出力されるリアルタイム補間速度を表した図である。   FIG. 4 is a diagram showing a real-time interpolation speed output by the moving body high-accuracy speed measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention and a Doppler speed by the GPS receiver 101. FIG. 4A is a graph showing the Doppler velocity by the GPS receiver 101 in a graph in which the vertical axis represents speed and the horizontal axis represents time. Similarly, FIG. 4B is a graph showing the real-time interpolation speed output by the mobile high-accuracy speed measuring device 10 on a graph with the vertical axis representing speed and the horizontal axis representing time.

図4(a)に示すように、木々やビル群等によってGPS衛星からの信号が反射されてマルチパスが発生する場合、GPS受信機101によるドップラー速度は、マルチパスによるノイズによる速度を含んで出力される。一方、図4(b)に示すように、GPS受信機101によるドップラー速度がマルチパスによるノイズを含んでいても、移動体高精度速度計測装置10は、ノイズの影響を小さくし、非常に滑らかな波形によって移動体の速度を出力する。   As shown in FIG. 4A, when a signal from a GPS satellite is reflected by trees, buildings, etc. and a multipath is generated, the Doppler speed by the GPS receiver 101 includes a speed due to noise due to the multipath. Is output. On the other hand, as shown in FIG. 4B, even if the Doppler velocity by the GPS receiver 101 includes noise due to multipath, the mobile high-precision velocity measuring device 10 reduces the influence of noise and is extremely smooth. The speed of the moving object is output according to the waveform.

図5は、本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置10によって出力されるリアルタイム補間速度の立ち上がりと、GPS受信機101から出力されるドップラー速度の立ち上がりとを示す図である。図5(a)は、移動体高精度速度計測装置10が出力した速度と、GPS受信機101によるドップラー速度と、ドップラー速度を1Hzのローパス処理をした速度との比較を示す図である。図5(b)は、図5(a)の一部(破線による円によって囲まれた部分)を拡大した図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating the rise of the real-time interpolation speed output by the mobile high-accuracy speed measurement device 10 according to the embodiment of the present invention and the rise of the Doppler speed output from the GPS receiver 101. FIG. 5A is a diagram showing a comparison between the speed output by the mobile high-accuracy speed measuring device 10, the Doppler speed by the GPS receiver 101, and the speed obtained by performing low-pass processing of 1 Hz on the Doppler speed. FIG. 5B is an enlarged view of a part of FIG. 5A (a part surrounded by a broken line circle).

図5(b)に示すように、マルチパスによるノイズを含むドップラー速度と、マルチパスによるノイズを含むドップラー速度をローパス処理によってノイズ除去した速度とに比較して、移動体高精度速度計測装置10が出力する速度は、ノイズ除去のための演算による出力遅れを小さくして、リアルタイム性を実現している。   As shown in FIG. 5B, the moving body high-accuracy speed measurement device 10 compares the Doppler speed including noise due to multipath and the speed obtained by removing noise from the Doppler speed including noise due to multipath by low-pass processing. The output speed realizes real-time performance by reducing the output delay due to the calculation for noise removal.

図6は、本発明の一実施形態に係る移動体高精度速度計測装置10によって出力されるリアルタイム補間速度と、GPS受信機101から出力されるドップラー速度と、光学式速度計測装置から出力される速度とを示す図である。ここで、光学式速度計測装置は、路面の不規則な模様から、特定の間隔(例えば、2.3mm)によるクシ型構造の特殊受光素子によって特定の間隔の反射ムラだけを抽出し、抽出した反射ムラの計数値に特定の間隔をかけて算出した高精度の速度を出力する。   FIG. 6 shows a real-time interpolation speed output by the mobile high-accuracy speed measurement apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, a Doppler speed output from the GPS receiver 101, and a speed output from the optical speed measurement apparatus. FIG. Here, the optical speed measurement device extracts and extracts only the irregular reflection at a specific interval from the irregular pattern on the road surface by a special light receiving element having a comb-like structure with a specific interval (for example, 2.3 mm). A high-accuracy speed calculated by multiplying the count value of the uneven reflection by a specific interval is output.

図6が示すように、移動体高精度速度計測装置10は、マルチパスによるノイズを含むドップラー速度におけるノイズの影響を小さくし、リアルタイムに移動体の速度を出力し、出力した速度は、光学式速度計測装置による高精度の速度と同様である。   As shown in FIG. 6, the moving body high-accuracy speed measuring apparatus 10 reduces the influence of noise in the Doppler speed including noise due to multipath, outputs the speed of the moving body in real time, and the output speed is an optical speed. It is the same as the high-precision speed by the measuring device.

本実施形態によれば、移動体高精度速度計測装置10は、IMU102を使用して移動体の加速度及び角速度を計測し、計測した移動体の加速度及び角速度からストラップダウン演算により速度を算出し、算出した速度に基づいてリアルタイム補間速度を算出する。次に、移動体高精度速度計測装置10は、GPS受信機101を使用してGPS搬送波のドップラーシフト量から移動体のドップラー速度を測定し、測定したドップラー速度から算出した加速度と、計測した加速度との差分を算出し、算出した差分に基づいて係数を算出する。次に、移動体高精度速度計測装置10は、係数が算出されるための時間だけ、測定したドップラー速度を演算に用いる時間を遅延させ、遅延させたドップラー速度と、フィードバックさせたリアルタイム補間速度との同期化を行い、同期化されたドップラー速度とリアルタイム補間速度との誤差量を算出する。次に、移動体高精度速度計測装置10は、算出した誤差量に、算出した係数を乗算し、係数を乗算した誤差量からリアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算する。そして、移動体高精度速度計測装置10は、ストラップダウン演算により算出した速度に、カルマンフィルタによって推定演算された調整量を融合してリアルタイム補間速度を算出し、算出したリアルタイム補間速度を出力すると共にフィードバックさせる。したがって、移動体高精度速度計測装置10は、木々やビル群等によってGPS衛星からの信号が反射されてマルチパスが発生する状況下であっても、高精度及び高信頼の速度をリアルタイムに出力することができる。   According to this embodiment, the moving body high-accuracy speed measuring apparatus 10 measures the acceleration and angular velocity of the moving body using the IMU 102, calculates the speed by strapdown calculation from the measured acceleration and angular velocity of the moving body, and calculates A real-time interpolation speed is calculated based on the obtained speed. Next, the moving body high-accuracy speed measuring apparatus 10 measures the Doppler speed of the moving body from the Doppler shift amount of the GPS carrier using the GPS receiver 101, and calculates the acceleration calculated from the measured Doppler speed, And a coefficient is calculated based on the calculated difference. Next, the moving body high-accuracy speed measuring apparatus 10 delays the time to use the measured Doppler speed for calculation by the time for which the coefficient is calculated, and the delayed Doppler speed and the fed back real-time interpolation speed are calculated. Synchronization is performed, and an error amount between the synchronized Doppler speed and the real-time interpolation speed is calculated. Next, the mobile high-accuracy speed measuring apparatus 10 multiplies the calculated error amount by the calculated coefficient, and estimates and calculates an adjustment amount for the real-time interpolation speed from the error amount by multiplying the coefficient by the Kalman filter. The moving body high-accuracy speed measuring device 10 calculates the real-time interpolation speed by combining the speed calculated by the strap-down calculation with the adjustment amount estimated by the Kalman filter, outputs the calculated real-time interpolation speed, and feeds it back. . Therefore, the mobile high-accuracy speed measuring device 10 outputs high-accuracy and high-reliability speed in real time even in a situation where signals from GPS satellites are reflected by trees, buildings, etc. and multipath occurs. be able to.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to embodiment mentioned above. The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.

10 移動体高精度速度計測装置
11 加速度計測部
12 ストラップダウンナビゲータ部
13 速度測定部
14 良否係数算出部
15 遅延処理部
16 同期化処理部
17 良否係数乗算部
18 カルマンフィルタ部
101 GPS受信機
102 IMU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mobile body high-accuracy speed measurement apparatus 11 Acceleration measurement part 12 Strapdown navigator part 13 Speed measurement part 14 Pass / fail coefficient calculation part 15 Delay process part 16 Synchronization process part 17 Pass / fail coefficient multiplication part 18 Kalman filter part 101 GPS receiver 102 IMU

Claims (2)

移動体の速度を計測する移動体高精度速度計測装置であって、
IMUを使用して前記移動体の加速度及び角速度を計測する加速度計測手段と、
前記加速度計測手段によって計測された前記移動体の加速度及び角速度からストラップダウン演算により速度を算出し、算出した速度に基づいてリアルタイム補間速度を算出するストラップダウンナビゲータ手段と、
GPS受信機を使用してGPS搬送波のドップラーシフト量から前記移動体のドップラー速度を測定する速度測定手段と、
前記速度測定手段によって測定された前記ドップラー速度から算出した加速度と、前記加速度計測手段によって計測された加速度との差分を算出し、算出した差分に基づいて係数を算出する良否係数算出手段と、
前記良否係数算出手段によって前記係数が算出されるための時間だけ、前記速度測定手段によって測定された前記ドップラー速度を演算に用いる時間を遅延させる遅延処理手段と、
前記遅延処理手段によって遅延させた前記ドップラー速度と、前記ストラップダウンナビゲータ手段からフィードバックさせた前記リアルタイム補間速度との同期化を行い、同期化された前記ドップラー速度と前記リアルタイム補間速度との誤差量を算出する同期化処理手段と、
前記同期化処理手段によって算出された前記誤差量に、前記良否係数算出手段によって算出された前記係数を乗算する良否係数乗算手段と、
前記良否係数乗算手段によって前記係数が乗算された誤差量から前記リアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算するカルマンフィルタ手段と、
を備え、
前記ストラップダウンナビゲータ手段は、前記ストラップダウン演算により算出された速度に、前記カルマンフィルタ手段によって推定演算された前記調整量を融合して前記リアルタイム補間速度を算出する、移動体高精度速度計測装置。
A moving body high-accuracy speed measuring device that measures the speed of a moving body,
Acceleration measuring means for measuring acceleration and angular velocity of the moving body using an IMU;
Strapdown navigator means for calculating a speed by strapdown calculation from the acceleration and angular velocity of the moving body measured by the acceleration measuring means, and calculating a real-time interpolation speed based on the calculated speed;
Speed measuring means for measuring the Doppler speed of the mobile body from the Doppler shift amount of the GPS carrier using a GPS receiver;
A pass / fail coefficient calculating means for calculating a difference between the acceleration calculated from the Doppler velocity measured by the speed measuring means and the acceleration measured by the acceleration measuring means, and calculating a coefficient based on the calculated difference;
A delay processing means for delaying a time to use the Doppler speed measured by the speed measuring means for calculation by a time for the coefficient to be calculated by the pass / fail coefficient calculating means;
The Doppler speed delayed by the delay processing means is synchronized with the real-time interpolation speed fed back from the strapdown navigator means, and an error amount between the synchronized Doppler speed and the real-time interpolation speed is obtained. Synchronization processing means for calculating;
Pass / fail coefficient multiplying means for multiplying the error amount calculated by the synchronization processing means by the coefficient calculated by the pass / fail coefficient calculating means;
Kalman filter means for estimating and calculating an adjustment amount for the real-time interpolation speed from an error amount multiplied by the coefficient by the pass / fail coefficient multiplying means by a Kalman filter;
With
The strap down navigator means calculates the real-time interpolation speed by combining the speed calculated by the strap down calculation and the adjustment amount estimated by the Kalman filter means to calculate the real-time interpolation speed.
IMUとGPS受信機と備え、移動体の速度を計測する移動体高精度速度計測装置が実行する方法であって、
前記IMUを使用して前記移動体の加速度及び角速度を計測する加速度計測ステップと、
計測された前記移動体の加速度及び角速度からストラップダウン演算により速度を算出し、算出した速度に基づいてリアルタイム補間速度を算出するストラップダウンナビゲータステップと、
前記GPS受信機を使用してGPS搬送波のドップラーシフト量から前記移動体のドップラー速度を測定する速度測定ステップと、
測定された前記ドップラー速度から算出した加速度と、計測された加速度との差分を算出し、算出した差分に基づいて係数を算出する良否係数算出ステップと、
前記係数が算出されるための時間だけ、前記ドップラー速度を演算に用いる時間を遅延させる遅延処理ステップと、
遅延させた前記ドップラー速度と、前記ストラップダウンナビゲータステップからフィードバックさせた前記リアルタイム補間速度との同期化を行い、同期化された前記ドップラー速度と前記リアルタイム補間速度との誤差量を算出する同期化処理ステップと、
算出された前記誤差量に、算出された前記係数を乗算する良否係数乗算ステップと、
前記係数が乗算された誤差量から前記リアルタイム補間速度に対する調整量を、カルマンフィルタによって推定演算するカルマンフィルタステップと、を含み、
前記ストラップダウンナビゲータステップは、前記ストラップダウン演算により算出された速度に、前記カルマンフィルタステップによって推定演算された前記調整量を融合して前記リアルタイム補間速度を算出する、方法。
A method that a mobile high-accuracy speed measurement device that includes an IMU and a GPS receiver and measures the speed of a mobile body executes the method,
An acceleration measurement step of measuring acceleration and angular velocity of the moving body using the IMU;
A strapdown navigator step that calculates a speed by a strapdown calculation from the measured acceleration and angular velocity of the moving body, and calculates a real-time interpolation speed based on the calculated speed;
A speed measurement step of measuring the Doppler speed of the mobile body from the Doppler shift amount of the GPS carrier using the GPS receiver;
A pass / fail coefficient calculation step of calculating a difference between the acceleration calculated from the measured Doppler velocity and the measured acceleration, and calculating a coefficient based on the calculated difference;
A delay processing step of delaying the time to use the Doppler speed for calculation by the time for calculating the coefficient;
Synchronization processing for synchronizing the delayed Doppler speed with the real-time interpolation speed fed back from the strapdown navigator step and calculating an error amount between the synchronized Doppler speed and the real-time interpolation speed Steps,
A pass / fail coefficient multiplication step of multiplying the calculated error amount by the calculated coefficient;
A Kalman filter step for estimating an adjustment amount for the real-time interpolation speed from an error amount multiplied by the coefficient by a Kalman filter,
The strapdown navigator step calculates the real-time interpolation speed by fusing the adjustment amount estimated and calculated by the Kalman filter step with the speed calculated by the strapdown calculation.
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