JP5295016B2 - 全地球測位システム及び推測航法（ｇｐｓ＆ｄｒ）一体型ナビゲーションシステム、及び、移動体のナビゲーション情報を提供するための方法 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２００８年７月２日に出願された全地球測位システム及び推測航法（ＧＰＳ＆ＤＲ）一体化ナビゲーションシステムという、米国仮出願第６１／１３３，７４３号に対する優先権を主張するものであり、本明細書にその全体を引用・参照する。

発明の分野
本発明は、ナビゲーションシステムに関し、特に、全地球測位システム及び推測航法（ＧＰＳ＆ＤＲ）一体型ナビゲーションシステムに関する。

全地球測位システム（ＧＰＳ）は、地球全体を網羅し且つ比較的高い精度を有するという利点があることから、車両ナビゲーションに広く利用され、衛星信号に基づき車両の絶対位置を提供している。しかしながら、衛星信号が高層ビル、樹木、トンネルによって遮られたり、衛星信号が著しく妨害されたりする都市部では、ＧＰＳによる連続的ナビゲーションを実現するのは、不可能なことがある。

定位センサ（例えば、ジャイロスコープ、マイルメータ等）で主に構成される推測航法（ＤＲ）ナビゲーションシステムは、自己完結型の自律的な高サンプリングレート・ナビゲーションシステムである。しかしながら、車両の現在の絶対位置は、ＤＲナビゲーションシステムにおいて、現在算出された相対変位を以前の絶対測位点に加味することによって決定されるため、ＤＲナビゲーションシステムの誤差は、時間と共に累積し得る。

本発明は、全地球測位システム及び推測航法（ＧＰＳ＆ＤＲ）一体型ナビゲーションシステムを提供する。ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムには、移動体に結合され前記移動体のＧＰＳナビゲーション情報を定期的に生成するためのＧＰＳ受信機と、前記移動体に結合され前記移動体のＤＲナビゲーション情報を定期的に算出するためのＤＲシステムと、前記ＧＰＳ受信機及び前記ＤＲシステムに結合され前記移動体のナビゲーション情報を定期的に算出するためのフィルタと、が含まれる。前記フィルタは、前記ＧＰＳナビゲーション情報の加重値及び前記ＤＲナビゲーション情報の加重値に従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報及び前記ＤＲナビゲーション情報を統合することによって観測情報を算出し、また、前記観測情報を複数の先行サイクルからの先行ナビゲーション情報と統合することによって、現在のナビゲーション情報を算出する。

他の実施形態において、本発明は、移動体のナビゲーション情報を提供するための方法を提供する。本方法には、ＧＰＳ受信機によって前記移動体のＧＰＳナビゲーション情報を生成する段階と、ＤＲシステムによって前記移動体のＤＲナビゲーション情報を算出する段階と、フィルタにおいて、前記ＧＰＳナビゲーション情報の加重値及び前記ＤＲナビゲーション情報の加重値に従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報及び前記ＤＲナビゲーション情報を統合することによって観測情報を算出する段階と、前記フィルタにおいて、前記観測情報を複数の先行サイクルからの先行ナビゲーション情報と統合することによって、現在のナビゲーション情報を算出する段階と、が含まれる。

請求対象主題の実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明の進行と共に、また、図面を参照すると、明らかになるが、図面では、同様な数字は、同様な要素を示す。

本発明の一実施形態による全地球測位システム及び推測航法（ＧＰＳ＆ＤＲ）一体型ナビゲーションシステムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態によりＤＲシステムの基準位置及び方位を更新するフローチャートである。 本発明の一実施形態によりジャイロスコープのパラメータ値を推定するフローチャートである。 本発明の一実施形態によりマイルメータのパラメータ値を推定するフローチャートである。 ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムによって実施される動作のフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について詳細に述べる。本発明は、実施形態と共に述べるが、本発明をこれらの実施形態に限定しようとするものでは無いことを理解されたい。反対に、本発明は、他の選択肢、変更点、及び等価物を網羅しようとするものであり、これらは、添付の請求項によって規定される本発明の精神及び範囲内に含み得る。

更に、本発明の以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な細目が記載されている。しかしながら、当業者は、これら特定の細目が無くとも、本発明を実践できると認識されるであろう。他の例では、公知の方法、手順、構成要素、及び回路については、本発明の態様を不必要に不明瞭にしないために、詳細には記述していない。

図１は、本発明の一実施形態によるＧＰＳ＆ＤＲ（全地球測位システム＆推測航法）一体型ナビゲーションシステム１００のブロック図を示す。ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００は、単一のナビゲーションシステム、例えば、単一のＧＰＳナビゲーションシステム又は単一のＤＲナビゲーションシステムよりも正確なナビゲーション能力を提供し得る。

一実施形態において、ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００には、衛星信号を受信し、また衛星信号に従ってＧＰＳナビゲーション情報１１６を生成するためのＧＰＳ受信機１０２を含み得る。各衛星信号は、対応するナビゲーション衛星から生成される。一実施形態において、ＧＰＳナビゲーション情報１１６には、移動体（例えば、車両）の位置、方位、線速度（Ｖ_ＧＰＳ）、及び角速度（Ｗ_ＧＰＳ）が含まれる。地球用の標準座標系において、車両の位置は、経度成分及び緯度成分を含む。

ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００には、更に、車両の移動情報を測定し、また、車両の移動情報を車両の基準位置及び方位と統合することによって、車両のＤＲナビゲーション情報を提供するための推測航法（ＤＲ）システム１０８を含み得る。車両の移動情報には、車両の線速度及び角速度が含まれる。ＤＲナビゲーション情報には、車両の位置、方位、及び移動情報が含まれる。ＤＲシステム１０８における車両の基準位置及び方位は、受信した衛星信号が信頼できると判断されると、ＧＰＳ受信機１０２から生成された位置及び方位で定期的に更新することが可能であり、また、受信した衛星信号が信頼できないと判断されると、ＤＲシステム１０８によって算出され以前記憶された位置及び方位で定期的に更新することができる。

ＤＲシステム１０８には、車両の線速度Ｖ_ＤＲ１２８を測定するためのマイルメータ１１０と、車両の角速度Ｗ_ＤＲ１３０を測定するためのジャイロスコープ１１２と、車両の移動情報を車両の基準位置及び方位と統合することによって、車両の位置及び方位を算出するための推測航法（ＤＲ）モジュール１１４と、が含まれる。マイルメータ１１０及びジャイロスコープ１１２によってそれぞれ測定される線速度Ｖ_ＤＲ１２８及び角速度Ｗ_ＤＲ１３０は、実際の値に対してずれがあり得るため、マイルメータ１１０及びジャイロスコープ１１２は、それぞれ線速度Ｖ_ＤＲ１２８及び角速度Ｗ_ＤＲ１３０のずれを低減する必要がある。

一実施形態において、マイルメータ１１０及びジャイロスコープ１１２のパラメータは、それぞれ線速度Ｖ_ＤＲ１２８及び角速度Ｗ_ＤＲ１３０のずれを低減するために用い得る。ジャイロスコープ１１２のパラメータには、これらに限定するものではないが、ジャイロスコープ１１２のゼロ点ドリフト及び目盛係数を含み得る。マイルメータ１１０のパラメータには、これらに限定するものではないが、車両のタイヤ１周当りのパルス数、タイヤのころがり半径、線速度で除したタイヤのころがり半径を表す比例係数、及びタイヤのころがり半径の静的誤差を含み得る。しかしながら、マイルメータ１１０及びジャイロスコープ１１２のパラメータは、時間と共に継続的に変動し得る。従って、マイルメータ１１０及びジャイロスコープ１１２には、各々、マイルメータ１１０及びジャイロスコープ１１２の現在のパラメータ値を定期的に推定するためのカルマンフィルタ１４０、１４２を含み得る。実際の値に関するずれを低減した後、線速度Ｖ_ＤＲ１２８及び角速度Ｗ_ＤＲ１３０は、ＤＲモジュール１１４に出力され、その後の動作に供し得る。

一実施形態において、角速度１３０は、マイルメータ１１０のパラメータ値を推定するための条件が満たされているかどうか判断するために、マイルメータ１１０に出力し得る。他の実施形態において、線速度１２８は、ジャイロスコープ１１２のパラメータ値を推定するための条件が満たされているかどうか判断するために、ジャイロスコープ１１２に出力し得る。

他の選択肢としての一実施形態において、ＧＰＳナビゲーション情報１１６内の雑音を低減するために、追加のフィルタ（例えば、カルマンフィルタ）１４４をＧＰＳ受信機１０２とＤＲシステム１０８との間に結合し得る。更に、カルマンフィルタ１４４は、衛星信号の搬送波対雑音比（ＣＮ０）及びＧＰＳ受信機１０２から出力された車両の線速度Ｖ_ＧＰＳに基づき、ＧＰＳ受信機１０２において受信された衛星信号が、信頼できるかどうか判断し得る。所定のしきい値、例えば、３０ｄＢ−Ｈｚを超える搬送波対雑音比を有する衛星信号の数が、所定の値、例えば、３より大きく、また、線速度Ｖ_ＧＰＳの平均値が、所定のしきい値、例えば、６ｍ／ｓより大きいと、受信した衛星信号は、信頼できると判断し得る。そうでない場合、受信した衛星信号は、信頼できないと判断し得る。

ＧＰＳ受信機１０２において受信された衛星信号が信頼できる場合、受信衛星信号により算出されたＧＰＳナビゲーション情報は、信頼できると判断し得る。カルマンフィルタ１４４は、ＧＰＳナビゲーション情報１１６の雑音を低減することができ、また、ＤＲモジュール１１４に記憶された基準位置及び方位を更新するために、修正済みＧＰＳナビゲーション情報に示された車両の位置及び方位１２６をＤＲモジュール１１４に送ることができる。

カルマンフィルタ１４４は、更に、ＧＰＳナビゲーション情報１１６に示された線速度Ｖ_ＧＰＳ及び角速度Ｗ_ＧＰＳをマイルメータ１１０及びジャイロスコープ１１２へパラメータ推定のために出力し得る。

ＤＲモジュール１１４は、マイルメータ１１０から線速度１２８を、また、ジャイロスコープ１１２から角速度１３０を受信し得る。ＤＲモジュール１１４は、線速度１２８及び角速度１３０をＤＲモジュール１１４に記憶された基準位置及び方位と統合することによって、車両の現在位置及び方位を算出し得る。上述したように、ＤＲモジュール１１４に記憶された基準位置及び方位は、ＧＰＳナビゲーション情報１１６が信頼できる場合、ＧＰＳナビゲーション情報１１６に示された位置及び方位１２６によって更新し得る。

一実施形態では、車両位置は、地球の標準座標系に基づき、経度成分及び緯度成分によって定義される。位置は、経度成分及び緯度成分を計算することによって得られる。経度成分及び緯度成分は、式（１）に従って、線速度Ｖ_ＤＲ並びに基準位置の経度及び緯度成分に基づき、計算し得る。

ここで、ｎｅｗＬｏｎは、現在位置の経度成分を表す。ｎｅｗＬａｔは、現在位置の緯度成分を表す。ｏｌｄＬｏｎは、基準位置の経度成分を表す。ｏｌｄＬａｔは、基準位置の緯度成分を表す。Ｖ_ＤＲ＿Ｅは、線速度Ｖ_ＤＲの東向きの成分を表す。Ｖ_ＤＲ＿Ｎは、線速度Ｖ_ＤＲの北向きの成分を表す。Ｔは、線速度の単位間隔、例えば、１ｓを表す。Ｒは、基準位置から地球の標準座標系の原点までの距離を表す。

車両の方位は、式（２）により算出し得る。
ｎｅｗＯｒｉ＝ｏｌｄＯｒｉ＋Ｗ_ＤＲ＊Ｔ・・・（２）
ここで、ｎｅｗＯｒｉは、現在の方位を表す。ｏｌｄＯｒｉは、基準方位を表す。Ｔは、角速度の単位間隔、例えば、１ｓを表す。

ＧＰＳナビゲーション情報を利用できない場合、基準位置及び方位は、算出した位置及び方位で更新し得る。そして、ＤＲモジュール１１４は、更新した基準位置及び方位に基づき、次の位置及び方位を算出できる。

更に、ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００には、ＧＰＳ受信機１０２及びＤＲシステム１０８に結合されたフィルタ（例えば、カルマンフィルタ）１０６を含み得る。カルマンフィルタ１０６は、ＧＰＳナビゲーション情報１１６の加重値（略して、ＧＰＳ加重値）及びＤＲナビゲーション情報１３２の加重値（略して、ＤＲ加重値）に従って、ＧＰＳナビゲーション情報１１６をＤＲナビゲーション情報１３２と統合することによって、観測情報を定期的に取得し得る。カルマンフィルタ１０６は、更に、前記観測情報を複数の先行サイクルからの先行ナビゲーション情報と統合することによって、現在のナビゲーション情報を定期的に算出し得る。そして、車両のナビゲーション情報１４６は、表示装置画面１４８に表示し得る。

一実施形態において、ＧＰＳ加重値及びＤＲ加重値は、加重モジュール１０４によって算出し得る。加重モジュール１０４は、衛星信号の位置精度劣化度（ＰＤＯＰ）及び衛星信号の搬送波対雑音比（ＣＮ０）をＧＰＳ受信機１０２から受け取り、ＰＤＯＰ及びＣＮ０に従って、ＧＰＳ加重値及びＤＲ加重値を生成する。

ＣＮ０＞３０ｄｂ−ｈｚの衛星信号の数が、所定値（例えば、３）より小さくなければ、ＧＰＳ加重値及びＤＲ加重値は、ＰＤＯＰによって決定し得る。この条件において、ＧＰＳ加重値及びＤＲ加重値は、式（３）によって与えられる。

ここで、β_１は、ＧＰＳ加重値を表し、β_２は、ＤＲ加重値を表す。

ＣＮ０＞３０ｄＢ−Ｈｚの衛星信号の数が、所定値（例えば、３）より小さければ、ＧＰＳ加重値及びＤＲ加重値は、式（４）によって与えられる。

利点として、ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００は、ＤＲシステム１０８の短期的安定性とＧＰＳ受信機１０２の長期的安定性とを、２つのシステムの統合を通して組み合わせる。ＧＰＳ受信機１０２は、衛星信号をリアルタイムに受信可能であり、また、ＧＰＳナビゲーション情報の誤差は、時間と共に蓄積されないことから、受信した衛星信号が信頼できる場合、ＧＰＳ受信機１０２によって決定された移動体（例えば、車両）の位置及び方位は、比較的高い精度を有し得る。従って、受信衛星信号が信頼できる場合、ＧＰＳナビゲーション情報１１６は、ＤＲシステム１０８の基準位置及び方位を更新するために用い得る。その結果、ＤＲシステム１０８の蓄積誤差は、基準位置及び方位を定期的に更新することによって、低減又は解消し得る。

更に、ＧＰＳ受信機１０２では、幾つかの不確定な条件の下では（例えば、車両が物体の前で停止した場合や衛星信号が信頼できない場合）、確率的誤差が起こり得る。ＤＲシステム１０８によって連続的に推測される移動体（例えば、車両）の位置及び方位は、短期的に比較的高い精度を有することから、ＧＰＳナビゲーション情報１１６の確率的誤差は、相対的に小さいＧＰＳ加重値及び相対的に大きいＤＲ加重値を設定して、ＧＰＳナビゲーション情報１１６及びＤＲ測位情報１３２を統合することによって、補償できる。その結果、ＧＰＳナビゲーション情報１１６の確率的誤差を補償すると、ＧＰＳナビゲーション追跡プロセスを円滑化し得る。従って、ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００は、衛星信号の追跡／受信の精度を高め、信頼度を向上し、また能力を改善するという利点を提供し得る。

図２は、本発明の一実施形態によるＤＲシステムの基準位置及び方位（例えば、図１におけるＤＲシステム１０８の基準位置及び方位）を更新するフローチャート２００を示す。図２について、図１と組み合わせて述べる。

ブロック２０２において、ＧＰＳ受信機１０２は、衛星信号に従って、ＧＰＳナビゲーション情報１１６を生成する。ブロック２０４において、カルマンフィルタ１４４は、ＧＰＳナビゲーション情報１１６の雑音を低減する。ブロック２０６において、カルマンフィルタ１４４は、ＧＰＳ受信機１０２によって測定された衛星信号の搬送波対雑音比（ＣＮ０）及び車両の線速度Ｖ_ＧＰＳに従って、受信衛星信号の信頼性を求める。

或る時間間隔、例えば、９０秒間の線速度（Ｖ_ＧＰＳ）の平均値（Ｖ_{ＧＰＳ＿ＡＶＥＲ}）が、所定の値Ｖ_ＰＲＥ、例えば、６ｍ／ｓより大きく、また、所定のしきい値、例えば、３０ｄＢ−Ｈｚより大きい搬送波対雑音比を有する衛星信号の数が、所定値、例えば、３より大きい場合、受信衛星信号は、信頼できると判断し得る。そして、ＤＲシステム１０８の基準位置及び方位は、ブロック２０８において、カルマンフィルタ１４４によって修正されるＧＰＳナビゲーション情報で更新し得る。

その時間間隔における線速度（Ｖ_ＧＰＳ）の平均値（Ｖ_{ＧＰＳ＿ＡＶＥＲ}）が、所定の速度Ｖ_ＰＲＥ、例えば、６ｍ／ｓより大きくないか、又は所定のしきい値、例えば、３０ｄＢ−Ｈｚより大きい搬送波対雑音比を有する衛星信号の数が、所定値Ｎ_ＰＲＥ、例えば、３以下の場合、受信衛星信号は、信頼できないと判断し得る。そして、ＤＲシステム１０８の基準位置及び方位は、ブロック２１０において、先行サイクルからの先行ＤＲナビゲーション情報で更新し得る。

ブロック２１２において、ＤＲシステム１０８は、複数の運動センサによって移動体の移動情報を測定可能であり、また、移動情報を基準位置及び方位と統合することによってＤＲナビゲーション情報を算出できる。

図示するように、ＤＲシステム１０８において推測航法中に時間と共に蓄積される誤差は、ＤＲシステム１０８の基準位置及び方位を定期的に更新することによって、時宜矯正し得る。結果的に、衛星信号が信頼できないと判断された場合、車両位置は、最新の信頼できるＧＰＳナビゲーション情報によって更新された基準位置及び方位に基づき、ＤＲシステム１０８によって算出し得る。その結果、ＧＰＳ受信機１０２とＤＲシステム１０８との間の円滑な切り替えを達成し得る。

図３は、本発明の一実施形態によるジャイロスコープ（例えば、図１のＤＲシステム１０８におけるジャイロスコープ１１２）のパラメータ値を推定するためのフローチャート３００を示す。上述したように、ジャイロスコープ１１２のパラメータは、ジャイロスコープ１１２によって測定される角速度のずれを低減するために用い得る。ジャイロスコープ１１２のパラメータには、これらに限定するものではないが、ジャイロスコープ１１２のゼロ点ドリフト及び目盛係数を含み得る。ジャイロスコープ１１２のパラメータは、例えば、線源偏光度（a source degree of polarization）の影響に起因して、時間と共に継続的に変動することから、ジャイロスコープ１１２の現在のパラメータ値は、ナビゲーションプロセス中に定期的に評価する必要がある。図３について、図１と組み合わせて述べる。

ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００の電源を入れると、ＧＰＳ受信機１０２は、動作を開始し得る。ブロック３０２において、初期ゼロ点ドリフトＢ_{ＧＹＲＯ＿０}及び初期目盛係数Ｓ_{ＧＹＲＯ＿０}を含むジャイロスコープ１１２の初期パラメータが、ジャイロスコープ１１２に含まれる記憶ユニット（図１には図示せず）から読み出される。他の実施形態において、記憶ユニットは、ジャイロスコープ１１２の外部に構成し得る。ブロック３０４において、ジャイロスコープ１１２は、ＧＰＳ受信機１０２から線速度（Ｖ_ＧＰＳ）及び角速度（Ｗ_ＧＰＳ）を受信する。ブロック３０６において、車両等の移動体の角速度Ｗ_ＧＹＲＯは、ジャイロスコープ１１２によって測定され、そして、角速度は、初期ゼロ点ドリフトＢ_{ＧＹＲＯ＿０}で式（５）により修正し得る。
Ｗ_ＧＹＲＯ＝Ｗ_ＧＹＲＯ＋Ｂ_{ＧＹＲＯ＿０}・・・（５）

ブロック３０８において、Ｖ_ＧＰＳが所定のしきい値Ｖ_ＰＲＥ１より小さく、これが、車両が停止していることを示す場合、又はＶ_ＧＰＳが所定のしきい値Ｖ_ＰＲＥ２より大きく、また、Ｗ_ＧＰＳの絶対値が所定のしきい値Ｗ_ＰＲＥより小さく、これが、車両が直進していることを示す場合、ブロック３０６で修正された車両の角速度Ｗ_ＧＹＲＯは、適格であると見なされ、今後の計算のために記憶ユニット（図１には図示せず）に記憶される。ブロック３１０において、記憶ユニットに記憶されている適格なＷ_ＧＹＲＯの数が、所定のしきい値Ｎ_ＰＲＥより小さくない場合、ゼロ点ドリフトの一次オフセットは、ブロック３１２で記憶ユニットに記憶された適格なＷ_ＧＹＲＯで計算される。ゼロ点ドリフトの一次オフセットは、式（６）によって与えられる。
ｄｅｌｔａＢ１＝−ｍｅａｎ（Ｗ_ＧＹＲＯ）・・・（６）
ｄｅｌｔａＢ１は、ジャイロスコープ１１２のゼロ点ドリフトの一次オフセットを表す。関数ｍｅａｎ（）は、適格なＷ_ＧＹＲＯの平均値を計算するために用いる。一実施形態において、Ｎ_ＰＲＥの値は、５０であり得る。ゼロ点ドリフトの一次オフセットｄｅｌｔａＢ１を計算した後、記憶ユニットは、適格なＷ_ＧＹＲＯのうち最も初期の角速度Ｗ_ＧＹＲＯを選択して、それを削除してよい。

ブロック３０８において、Ｖ_ＧＰＳが所定のしきい値Ｖ_ＰＲＥ１より小さくなく、且つ、所定のしきい値Ｖ_ＰＲＥ２より大きくなく、もしくはＷ_ＧＰＳの絶対値が所定のしきい値Ｗ_ＰＲＥより小さくない場合、又は、ブロック３１０において、適格なＷ_ＧＹＲＯの数が所定のしきい値Ｎ_ＰＲＥより小さくない場合、フローチャート３００は、ブロック３０４に戻る。

ブロック３１４において、ブロック３０６で修正された車両の角速度Ｗ_ＧＹＲＯは、式（７）によりｄｅｌｔａＢ１で２度目の修正を行い得る。
Ｗ_ＧＹＲＯ＝Ｗ_ＧＹＲＯ＋ｄｅｌｔａＢ１・・・（７）

ブロック３１６において、ＧＰＳ受信機１０２から出力された角速度Ｗ_ＧＰＳ、ブロック３１４で修正された角速度Ｗ_ＧＹＲＯ、及び初期の目盛係数Ｓ_ＧＹＲＯ０は、ジャイロスコープ１１２のパラメータ値を推定するために、ジャイロスコープ１１２のカルマンフィルタ１４２に送られる。一実施形態において、カルマンフィルタ１４２は、ゼロ点ドリフトの二次オフセット値ｄｅｌｔａＢ２及び現在の目盛係数Ｓ_ＧＹＲＯを推定し得る。

ブロック３１８において、ジャイロスコープ１１２の現在のゼロ点ドリフトＢ_ＧＹＲＯは、ゼロ点ドリフトの一次オフセットｄｅｌｔａＢ１、ゼロ点ドリフトの二次オフセットｄｅｌｔａＢ２、及び初期のゼロ点ドリフトＢ_ＧＹＲＯ０により式（８）に従って算出し得る。
Ｂ_ＧＹＲＯ＝Ｂ_ＧＹＲＯ＋ｄｅｌｔａＢ１＋ｄｅｌｔａＢ２・・・（８）

ブロック３２０において、車両の角速度Ｗ_ＧＹＲＯは、ブロック３１６で推定された現在の目盛係数Ｓ_ＧＹＲＯ、及びブロック３１８で算出されたＢ_ＧＹＲＯに基づき、式（９）に従って３度目の修正を行い得る。
Ｗ_ＧＹＲＯ＝Ｓ_ＧＹＲＯ＊Ｗ_ＧＹＲＯ＋Ｂ_ＧＹＲＯ・・・（９）

そして、一実施形態では、Ｗ_ＧＹＲＯは、車両の測定角速度Ｗ_ＤＲ１３０として、ＤＲナビゲーション情報を算出するためにＤＲモジュール１１４に送られ、また、マイルメータ１１０のパラメータ推定を制御するためにマイルメータ１１０に送ることができる。

更に、ブロック３１６で現在の目盛係数Ｓ_ＧＹＲＯを推定し、また、ブロック３１８でジャイロスコープ１１２の現在のゼロ点ドリフトＢ_ＧＹＲＯを計算した後、記憶ユニットに記憶された初期のゼロ点ドリフトＢ_{ＧＹＲＯ＿０}及び初期の目盛係数Ｓ_{ＧＹＲＯ＿０}を含むジャイロスコープ１１２の初期パラメータは、ブロック３２２において、所定の時間間隔、例えば、３０分毎に、それぞれＢ_ＧＹＲＯ及びＳ_ＧＹＲＯで更新し得る。

図４は、本発明の一実施形態によるマイルメータ（例えば、図１のＤＲシステム１０８におけるマイルメータ１１０）のパラメータ値を推定するフローチャート４００を示す。上述したように、マイルメータ１１０のパラメータは、マイルメータ１１０によって測定された線速度のずれを低減するために用い得る。マイルメータ１１０のパラメータには、これらに限定するものではないが、タイヤ１周当りのパルス数、タイヤのころがり半径、線速度で除したタイヤのころがり半径を表す比例係数、及びタイヤのころがり半径の静的誤差、を含み得る。マイルメータ１１０のパラメータは、例えば、車両走行中のタイヤの磨耗に起因して、時間と共に継続的に変動することから、マイルメータ１１０の現在のパラメータ値は、ナビゲーションプロセス中に定期的に評価する必要がある。図４について、図１と組み合わせて述べる。

ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００の電源を入れると、ＧＰＳ受信機１０２が、動作し始める。ブロック４０２において、マイルメータ１１０の初期パラメータ、例えば、タイヤ１周当りのパルス数Ｋ_ＯＤＯ０、タイヤの初期のころがり半径Ｒ_ＯＤＯ０、初期の比例係数Ｃ_ＯＤＯ０、及びタイヤのころがり半径の初期の静的誤差ｄｅｌｔａＲ０等が、マイルメータ１１０に含まれる記憶ユニット（図１には図示せず）から読み出される。一実施形態において、記憶ユニットは、マイルメータ１１０の外部に構成し得る。ブロック４０４において、マイルメータ１１０は、ＧＰＳ受信機１０２から線速度（Ｖ_ＧＰＳ）及び角速度（Ｗ_ＧＰＳ）を受信し、また、ジャイロスコープ１１２から現在の角速度（Ｗ_ＤＲ）１３０を受信する。ブロック４０６において、単位間隔当りのパルス数が、マイルメータ１１０によってカウントされ、そして、車両等の移動体の線速度を、単位間隔当りのカウントパルス数、タイヤ１周当りのパルス数Ｋ_ＯＤＯ０、及びタイヤの初期のころがり半径Ｒ_ＯＤＯ０に基づき、式（１０）によって計算し得る。
Ｖ_ＯＤＯ＝Ｋ_ＯＤＯ／Ｋ_ＯＤＯ０＊２π＊Ｒ_ＯＤＯ０・・・（１０）
Ｖ_ＯＤＯは、マイルメータ１１０によって測定された現在の車両の線速度を表す。Ｋ_ＯＤＯは、単位間隔当りのカウントパルス総数を表す。

ブロック４０８において、Ｖ_ＧＰＳが所定のしきい値Ｖ_ＰＲＥより大きく、且つ、Ｗ_ＤＲ１３０が所定のしきい値Ｗ_ＰＲＥより小さく、これが、車両が通常の条件下で走行していることを示す場合、Ｖ_ＯＤＯは、次のブロック４１０におけるマイルメータ１１０のパラメータ値の推定に対して信頼できる。ブロック４０８において、Ｖ_ＧＰＳが所定のしきい値Ｖ_ＰＲＥより大きくなく、又はＷ_ＤＲ１３０が所定のしきい値Ｗ_ＰＲＥより小さくなく、これが、車両が異常な条件下で走行していることを示す場合、フローチャート４００は、ブロック４０４に戻る。

ブロック４１０において、ＧＰＳ受信機１０２によって測定された線速度Ｖ_ＧＰＳ、ブロック４０６でマイルメータ１１０によって測定された線速度Ｖ_ＯＤＯ、初期の比例係数Ｃ_ＯＤＯ０、及びタイヤのころがり半径の初期の静的誤差ｄｅｌｔａＲ０は、マイルメータ１１０のパラメータ値を推定するために、マイルメータ１１０に含まれるカルマンフィルタ１４０に送られる。一実施形態において、カルマンフィルタ１４０は、現在の比例係数Ｃ_ＯＤＯ及びタイヤのころがり半径の現在の静的誤差ｄｅｌｔａＲの値を推定し得る。

ブロック４１２において、タイヤの現在のころがり半径は、式（１１）によって計算し得る。
Ｒ_ＯＤＯ＝Ｃ_ＯＤＯ＊Ｖ_ＯＤＯ＋Ｒ_ＯＤＯ０＋ｄｅｌｔａＲ・・・（１１）
Ｒ_ＯＤＯは、タイヤの現在のころがり半径を表す。Ｃ_ＯＤＯは、現在の比例係数を表す。ｄｅｌｔａＲは、タイヤのころがり半径の現在の静的誤差を表す。Ｖ_ＯＤＯは、マイルメータ１１０によって測定された車両の線速度を表す。Ｒ_ＯＤＯ０は、タイヤの初期のころがり半径を表す。

ブロック４１４において、マイルメータ１１０によって算出された線速度は、タイヤの現在のころがり半径Ｒ_ＯＤＯ、単位間隔当りのパルス数Ｋ_ＯＤＯ、及びタイヤ１周当りのパルス数Ｋ_ＯＤＯ０に基づき式（１２）によって修正される。
Ｖ_ＯＤＯ＝２π＊Ｒ_ＯＤＯ＊Ｋ_ＯＤＯ／Ｋ_ＯＤＯ０・・・（１２）
次に、Ｖ_ＯＤＯは、車両の測定線速度Ｖ_ＤＲ１２８として、推測航法のためにＤＲモジュール１１４に送ることができる。

更に、ブロック４１０でＣ_ＯＤＯ及びｄｅｌｔａＲの値を推定し、また、ブロック４１２でＲ_ＯＤＯを計算した後、初期パラメータ、例えば、記憶ユニットに記憶されたマイルメータ１１０のＣ_ＯＤＯ０、ｄｅｌｔａＲ０、及びＲ_ＯＤＯ０は、ブロック４１６において、所定の時間間隔、例えば、３０分毎に、それぞれＣ_ＯＤＯ、ｄｅｌｔａＲ、及びＲ_ＯＤＯで更新し得る。

図５は、ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム（例えば、図１のＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００）によって実施される動作のフローチャート５００を示す。図５について、図１及び図２と組み合わせて述べる。

ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００の電源を入れると、ＧＰＳ受信機１０２は、ブロック５０２において、複数の衛星信号に従って、ＧＰＳナビゲーション情報１１６を生成し始める。ブロック５０４において、カルマンフィルタ１４４は、ＧＰＳナビゲーション情報１１６内の雑音を低減し得る。ブロック５０６において、カルマンフィルタ１４４は、ＧＰＳ受信機１０２によって測定された衛星信号の搬送波対雑音比（ＣＮ０）及び車両の線速度Ｖ_ＧＰＳに従って、受信衛星信号の信頼性を判断し得る。

時間間隔、例えば、９０秒間の線速度（Ｖ_ＧＰＳ）の平均値（Ｖ_{ＧＰＳ＿ＡＶＥＲ}）が、所定の速度Ｖ_ＰＲＥ、例えば、６ｍ／ｓより大きく、また、所定のしきい値、例えば、３０ｄｂ−ｈｚより大きい搬送波対雑音比を有する衛星信号の数が、所定の値、例えば、３より大きい場合、受信衛星信号は、信頼できると判断し得る。そして、ブロック５０８において、ＤＲシステム１０８の基準位置及び方位は、カルマンフィルタ１４４によって修正されたＧＰＳナビゲーション情報で更新し得る。

時間間隔中の線速度（Ｖ_ＧＰＳ）の平均値（Ｖ_{ＧＰＳ＿ＡＶＥＲ}）が、所定の速度Ｖ_ＰＲＥ、例えば、６ｍ／ｓ以下であり、また、所定のしきい値、例えば、３０ｄｂ−ｈｚより大きい搬送波対雑音比を有する衛星信号の数が、所定の値Ｎ_ＰＲＥ、例えば、３以下の場合、受信衛星信号は、信頼できないと判断し得る。そして、ＤＲシステム１０８の基準位置及び方位は、ブロック５１０において、先行サイクルからの先行ＤＲナビゲーション情報で更新し得る。

ブロック５１２において、ＤＲシステム１０８は、複数の運動センサによって移動体の移動情報を測定し、また、移動情報を基準位置及び方位と統合することによってＤＲナビゲーション情報１３２を算出し得る。

ブロック５１４において、ＧＰＳナビゲーション情報１１６の加重値及びＤＲナビゲーション情報１３２の加重値は、加重モジュール１０４によって算出される。ブロック５１６において、カルマンフィルタ１０６は、ＧＰＳナビゲーション情報１１６の加重値及びＤＲナビゲーション情報１３２の加重値に従って、ＧＰＳナビゲーション情報１１６をＤＲナビゲーション情報１３２と統合することによって、観測情報を得ることができる。更にブロック５１８において、カルマンフィルタ１０６は、観測情報を複数の先行サイクルからの先行ナビゲーション情報と統合することによって、現在のナビゲーション情報を算出し得る。

従って、ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００には、複数の衛星信号によって移動体のＧＰＳナビゲーション情報を生成するためのＧＰＳ受信機１０２と、移動体の移動情報を基準位置及び方位と統合することによって、移動体のＤＲナビゲーション情報を算出するためのＤＲシステム１０８と、が含まれる。ＤＲシステム１０８の基準位置及び方位は、衛星信号が信頼できると判断された場合、ＧＰＳナビゲーション情報で更新することができ、また、衛星信号が信頼できないと判断された場合、先行サイクルからの先行ＤＲナビゲーション情報で更新し得る。更に、移動体の移動情報は、複数の運動センサによって測定し得る。ＧＰＳ受信機１０２によって生成される線速度及び角速度は、運動センサのパラメータを推定し、また、測定された移動情報をそれらのパラメータに基づき修正するために、ＤＲシステム１０８に入力し得る。結果として、ＧＰＳ信号が信頼できないと判断された場合、ＤＲシステム１０８の最新のパラメータが、ＧＰＳナビゲーションシステムとＤＲナビゲーションシステムとの間の円滑な切り替えのために用いられる。

ＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステム１００には、更に、ＧＰＳナビゲーション情報の加重値及びＤＲナビゲーション情報の加重値に従って、ＧＰＳナビゲーション情報とＤＲナビゲーション情報とを統合することによって、移動体のナビゲーション情報を算出するためのカルマンフィルタ１０６が含まれる。加重モジュール１０４は、衛星信号の位置精度劣化度及び搬送波対雑音比に基づき、ＧＰＳナビゲーション情報の加重値及びＤＲナビゲーション情報の加重値を算出し得る。

上記説明及び図面は、本発明の実施形態を表すが、これらにおいて、添付の請求項に規定された本発明の原理の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な追加、修正及び置換を行い得ることを理解されたい。当業者は、本発明が、形状、構造、配置、大きさ、材質、元素、及び成分の多くの変更と共に用いられ、また、別の状況では、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境及び動作要件に特に適合した本発明の実践に用い得ることを認識されたい。従って、ここに開示した実施形態は、全ての点において例示的であって限定的でないと見なすべきものであり、本発明の範囲は、添付の請求項及びそれらの正当な等価物によって示され、上記説明に限定されるものではない。

１０２ ＧＰＳ受信機
１０４ 加重モジュール
１０６ カルマンフィルタ
１１０ マイルメータ
１１２ ジャイロスコープ
１１４ 推測航法モジュール
１１６ ＧＰＳナビゲーション情報
１２６ 位置及び方位
１３２ ＤＲナビゲーション情報
１４０ カルマンフィルタ
１４２ カルマンフィルタ
１４４ カルマンフィルタ
１４８ 表示画面

Claims (14)

1. 全地球測位システム及び推測航法（ＧＰＳ＆ＤＲ）一体型ナビゲーションシステムであって、
   移動体に結合されたＧＰＳ受信機であって、前記ＧＰＳ受信機によって受信された衛星信号に従って前記移動体のＧＰＳナビゲーション情報を定期的に算出する前記ＧＰＳ受信機と、
   前記移動体に結合されたＤＲシステムであって、前記移動体の移動情報を前記ＤＲシステムからの基準位置及び方位と統合することによって、前記移動体のＤＲナビゲーション情報を定期的に算出する前記ＤＲシステムと、
   前記ＧＰＳ受信機及び前記ＤＲシステムに結合され、前記移動体のナビゲーション情報を定期的に算出するフィルタと、が含まれ、
   前記フィルタは、前記ＧＰＳナビゲーション情報の加重値（β_１）及び前記ＤＲナビゲーション情報の加重値（β_２）に従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報及び前記ＤＲナビゲーション情報を統合することによって観測情報を取得し、また、前記フィルタは、前記観測情報を複数の先行サイクルからの先行ナビゲーション情報と統合することによって、現在のナビゲーション情報を算出し、
   前記ＧＰＳ受信機に結合された加重モジュールであって、前記ＧＰＳナビゲーション情報の前記加重値及び前記ＤＲナビゲーション情報の前記加重値を前記ＧＰＳナビゲーション情報のみに従って算出する前記加重モジュールが含まれ、
   前記加重モジュールは、所定の第１しきい値より大きい搬送波対雑音比を有する前記衛星信号の数が、所定の第２しきい値より小さくない場合、前記衛星信号の位置精度劣化度（ＰＤＯＰ）及び以下の式に従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報の前記加重値及び前記ＤＲナビゲーション情報の前記加重値を計算し、
   

   

   前記加重モジュールは、所定の第１しきい値より大きい搬送波対雑音比を有する前記衛星信号の数が、所定の第２しきい値より小さい場合、前記ＧＰＳナビゲーション情報の前記加重値に「０」を設定し、また、前記ＤＲナビゲーション情報の前記加重値に「１」を設定する、システム。
2. 請求項１に記載のＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムであって、更に、前記ＧＰＳ受信機に結合され前記ＧＰＳナビゲーション情報内の雑音を低減するためのフィルタが含まれるシステム。
3. 請求項１に記載のＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムであって、
   前記ＧＰＳ受信機によって測定された前記移動体の線速度の平均値が、所定の第１しきい値より大きく、また、所定の第２しきい値より大きい搬送波対雑音比を有する前記衛星信号の数が、所定の第３しきい値より大きい場合、前記基準位置及び方位は、前記ＧＰＳナビゲーション情報に従い更新されるシステム。
4. 請求項１に記載のＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムであって、更に、
   前記移動体に結合され前記移動体の角速度を測定するためのジャイロスコープと、
   前記移動体に結合され前記移動体の線速度を測定するためのマイルメータと、が含まれ、
   前記移動体の前記移動情報には、前記角速度及び前記線速度が含まれるシステム。
5. 請求項４に記載のＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムであって、前記ジャイロスコープには、
   前記ジャイロスコープによって測定された前記角速度及び前記ＧＰＳ受信機によって測定された角速度に従って、前記ジャイロスコープのパラメータ値を推定するためのフィルタが含まれ、
   前記ジャイロスコープは、前記パラメータの前記推定値に従って前記角速度のずれを低減するシステム。
6. 請求項４に記載のＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムであって、前記マイルメータには、
   前記マイルメータによって測定された前記線速度及び前記ＧＰＳ受信機によって測定された線速度に従って、前記マイルメータのパラメータ値を推定するためのフィルタが含まれ、
   前記マイルメータは、前記パラメータの前記推定値に従って前記線速度のずれを低減するシステム。
7. 請求項１に記載のＧＰＳ＆ＤＲ一体型ナビゲーションシステムであって、更に、前記フィルタからの前記移動体の前記ナビゲーション情報を表示するための表示画面が含まれるシステム。
8. 移動体のナビゲーション情報を提供するための方法であって、
   ＧＰＳ受信機において、前記ＧＰＳ受信機によって受信された衛星信号に従って前記移動体のＧＰＳナビゲーション情報を算出する段階と、
   ＤＲシステムにおいて、前記移動体の移動情報を基準位置及び方位と統合することによって、前記移動体のＤＲナビゲーション情報を算出する段階と、
   フィルタにおいて、前記ＧＰＳナビゲーション情報の加重値（β_１）及び前記ＤＲナビゲーション情報の加重値（β_２）に従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報及び前記ＤＲナビゲーション情報を統合することによって観測情報を得る段階と、
   前記フィルタにおいて、前記観測情報を複数の先行サイクルからの先行ナビゲーション情報と統合することによって、現在のナビゲーション情報を算出する段階と、
   加重モジュールによって、前記ＧＰＳナビゲーション情報のみに従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報の前記加重値及び前記ＤＲナビゲーション情報の前記加重値を算出する段階と、が含まれる方法であって、
   前記加重モジュールによって、前記衛星信号の位置精度劣化度及び前記衛星信号の搬送波対雑音比に従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報の前記加重値及び前記ＤＲナビゲーション情報の前記加重値が計算され、
   前記加重モジュールによって、所定の第１しきい値より大きい搬送波対雑音比を有する前記衛星信号の数が、所定の第２しきい値より小さくない場合、前記衛星信号の位置精度劣化度（ＰＤＯＰ）及び以下の式に従って、前記ＧＰＳナビゲーション情報の前記加重値及び前記ＤＲナビゲーション情報の前記加重値が計算され、
   

   

   前記加重モジュールによって、所定の第１しきい値より大きい搬送波対雑音比を有する前記衛星信号の数が、所定の第２しきい値より小さい場合、前記ＧＰＳナビゲーション情報の前記加重値に「０」が設定され、また、前記ＤＲナビゲーション情報の前記加重値に「１」が設定される、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、更に、フィルタによって前記ＧＰＳナビゲーション情報内の雑音を低減する段階が含まれる方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、更に、
    前記ＧＰＳ受信機によって測定された前記移動体の線速度の平均値が、所定の第１しきい値より大きく、また、所定の第２しきい値より大きい搬送波対雑音比を有する前記衛星信号の数が、所定の値より大きい場合、前記ＧＰＳナビゲーション情報に従って、前記基準位置及び方位を更新する段階が含まれる方法。
11. 請求項８に記載の方法であって、更に、
    ジャイロスコープによって前記移動体の角速度を測定する段階と、
    マイルメータによって前記移動体の線速度を測定する段階と、が含まれ、
    前記移動体の前記移動情報には、前記角速度及び前記線速度が含まれる方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、更に、
    前記ジャイロスコープによって測定された前記角速度及び前記ＧＰＳナビゲーション情報に示された角速度に従って、前記ジャイロスコープのパラメータ値を推定する段階と、
    前記推定されたパラメータに従って、前記角速度のずれを低減する段階と、が含まれる方法。
13. 請求項１１に記載の方法であって、更に、
    前記マイルメータによって測定された前記線速度及び前記ＧＰＳナビゲーション情報に示された線速度に従って、前記マイルメータのパラメータ値を推定する段階と、
    前記推定されたパラメータに従って、前記線速度のずれを低減する段階と、が含まれる方法。
14. 請求項８に記載の方法であって、更に、前記移動体の前記ナビゲーション情報を表示画面に表示する段階が含まれる方法。

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