JP5787896B2 - 慣性測定ユニット（ｉｍｕ）のための空間的方向付け判断 - Google Patents

慣性測定ユニット（ｉｍｕ）のための空間的方向付け判断 Download PDF

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Description

本明細書で開示する主題は、慣性測定ユニット(IMU)の空間的方向付けを判断することに関する。
ナビゲーションエイドは貿易および旅行のために長い間重要であった。数百年または数千年の間、旅行者は、所与の目的地までの道のりを知るために、紙の地図または親切な他人の言葉による指示に頼らなければならなかった。対照的に、電子ナビゲーションエイドが過去数十年にわたって開発されてきた。電子ナビゲーションエイドは、それらの当初のサイズ、費用、および複雑さのために、当初は、主に軍、他の政府事業体、および遠洋定期船や飛行機などの大規模運輸業者によって使用された。しかしながら、最近では、いくつかの電子ナビゲーションエイドは、より小さく、より安価に、より使いやすくなった。したがって、それらは、より幅広い人々にとって利用可能になった。
従来のナビゲーションエイドに比較して、電子ナビゲーションエイドは、それらのナビゲーション情報をより容易に最新状態に保つこと、より大量のナビゲーション情報を提示すること、以前は不可能であった追加の特徴を提供することなどを行い得る。たとえば、現代のナビゲーションエイドは、限定はしないが、概略的な指示を与えること、起点と目的地との間の進路をプロットすること、マップを表示すること、いわゆるターンバイターン指示を提示すること、進行した経路を記録すること、それらの組合せなどを含み得る、多くのナビゲーション関係特徴のうちのいずれかを提示することが可能であり得る。
電子ナビゲーションエイドの例示的なタイプは衛星測位システム(SPS)と慣性航法システム(INS)とを併用する。時々SPS-INSナビゲーションシステムと呼ばれる、このタイプの電子ナビゲーションエイドはIMUを使用する。そのようなSPS-INSナビゲーションシステムを動作させるために、IMUの空間的方向付けが、地球中心地球固定(ECEF)座標フレームに関してあるレベルの精度まで判断される。
上記のように、いくつかのナビゲーションエイドは、個人が携帯することが可能ないくつかのデバイスを含む、比較的小さいパッケージ中に実装される。そのようなポータブルデバイスは、多くの人々に入手可能と思われるように十分に安価にされ得る。残念ながら、ナビゲーションエイド関係特徴を有するデバイスのために実装されているサイズおよびコストの削減は、芳しくない結果をもたらし得る。より具体的には、そのようなデバイスは、概して、IMUの十分に正確な空間的方向付けを判断する能力が劣り得る。したがって、いくつかの状況では、SPS-INSナビゲーションシステムをもつそのようなデバイスを使用することが困難であるか、煩わしいか、さらには不可能であり得る。
例示的な一実装形態では、第1のビークルベース方向を識別し、第1のビークルベース方向を地球ベース座標フレームに変換可能な第1の方向に関連付ける方法を提供する。第1の方向に少なくとも部分的に基づいてIMUの空間的方向付けを判断する。ただし、これは例示的な実装形態にすぎず、本明細書では他の実施形態について説明し、他の実施形態が請求する主題から逸脱することなく採用され得ることを諒解されたい。
以下の図を参照しながら非限定的で非網羅的な特徴について説明し、様々な図の全体を通して、同様の参照番号は同様の部分を指す。
一実装形態による、SPS-INSナビゲーションシステムが慣性測定ユニット(IMU)とSPSユニット(SPSU)とを用いて実装され得る例示的な環境のブロック図である。 一実装形態による、例示的なIMUと例示的なSPSUとを含むブロック図を示す。 一実装形態による、ECEF座標フレームとカーディナル方向ベース座標フレームとの間の例示的な関係をグラフで示す。 一実装形態による、カーディナル方向ベース座標フレームとビークルベース座標フレームとの間の例示的な関係をグラフで示す。 一実装形態による、ビークルの典型的な構造態様に起因するビークル移動の例示的な潜在的ビークルベース方向をグラフで示す。 一実装形態による、ビークルベース方向の2つの例示的なタイプと、そのようなビークルベース方向と相関し得る、得られるビークル関係移動データの2つの例示的なタイプとをグラフで示す。 一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための例示的な機構を示す概略ブロック図である。 一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための例示的な方法を示す流れ図である。 一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための別の例示的な機構を示すブロック図である。 一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための別の例示的な機構を示すブロック図である。 一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための別の例示的な機構を示すブロック図である。 IMUの空間的方向付けを判断するための1つまたは複数の態様を実装し得る、一実装形態による、例示的なデバイスを示す概略図である。
本明細書全体にわたる「一例」、「1つの特徴」、「例」、「1つの特徴」などという言及は、特定の特徴および/または例に関連して説明するその特徴、構造、特性などが、請求する主題の少なくとも1つの特徴および/または例に関係することを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な箇所における「一例では」、「例」、「1つの特徴では」、「特徴」等々などの句の出現は、必ずしもすべてが同じ特徴および/または例を指すわけではない。さらに、それらの特定の特徴、構造、特性などを組み合わせて1つまたは複数の例および/または特徴にすることができる。
上記のように、IMUの空間的方向付けは、SPS-INSナビゲーションシステム中の複合INS-SPSナビゲーションを可能にするためにECEF座標フレームに関して判断され得る。IMUの空間的方向付けは、重力と地球の自転とに関係する2つのベクトルを用いて判断され得る。前者は、加速度計を用いて検出可能であり得、後者は、比較的高品質のジャイロスコープを用いて検出可能であり得る。しかしながら、ナビゲーションエイドをよりコンパクトでより費用のかからないものにすることを可能にする、現在使用されている技術の1つは、微小電子機械システム(MEMS)センサに関係する。残念ながら、そのようなMEMSセンサに固有の雑音は、地球の自転のより高精度の測定をしのぐ。したがって、地球の自転は、現在のMEMSセンサを用いて検出可能でないことがある。
IMUの空間的方向付けを判断するための別の可能な手法として、IMUセンサフレームを、それが結合されるビークルの物理構造に物理的に整合させることができる。これにより、IMUセンサフレームによって検出された前方加速度と、(たとえば、SPSなど、別のナビゲーション装置および/またはシステムを介して与えられる速度データに基づき得る)前方速度情報とを対応付けることが可能になる。残念ながら、これには、IMUを格納するデバイスをビークルの特定の所定の位置に固定する必要があり得る。これは、ビークルと一体化されるナビゲーションエイドに対しては許容できる手法であり得るが、ナビゲーションエイド特徴を提示するポータブルデバイスに対しては、実現可能であるとしても、はるかに許容できない。ユーザは、降りるときに常にビークルからそれを取り外す可能性があるので、ナビゲーションに加えて多くの他の特徴(たとえば、通信など)を含む移動局に対しては、特に許容できない。
しかしながら、SPS-INSナビゲーションシステムを開始するのに、通常は近似整合で十分であることが実験から明らかになっている。開始後、SPSからの情報を使用して複合SPS-INSナビゲーションの間に整合角の改善値が解決され得る。IMUの空間的方向付けの判断は、ECEF座標フレーム中で知られているベクトル量がIMUによって測定され得る場合、IMUとECEFフレームとの間の空間関係を導出するために、これらのベクトル量が使用され得るという原理に基づき得る。
たとえば、MEMS IMUシステムの場合、これは、静止期間の間、可観測量は重力であるので、静止システム上で完全整合を実行することが不可能であり得ることを意味する。これにより1つの自由度が未決定にされる。一方、移動プラットフォーム上で測定される重力は、ホストプラットフォームの偶発的な加速度によって劣化した精度を有する。これにより、システムが静止している間に重力を測定し、次いで非ゼロSPS速度に対するIMUの空間的方向付けを判断することによって解決され得る固有の矛盾が生じる。この手法の欠点は、第1に、重力方向とSPS速度方向とが、時間と空間とによって分離されているので同じ整合に正確に対応しないことと、第2に、この手法が機能するように、IMUの選択された軸が、知られている方法で依然としてSPS速度方向と物理的に整合されることとの2つである。
一方、いくつかの例示的な実装形態の場合、ビークルに関して、またはECEFフレームに関して、ナビゲーションセッションの最初における定常状態またはIMU軸の特定の整合についての仮定の必要がない。代わりに、(たとえば、SPSなどのナビゲーション関係装置および/またはシステムを使用して)ビークル速度が測定されている間、IMUの物理整合、および/またはIMUを格納するデバイスの物理整合がビークルに関して一定に維持され得る。いくつかの例示的な実装形態は、地球ベース座標系において既知であるか、少なくとも地球ベース座標系に変換可能である、IMU座標系中のベクトルを測定することに基づく。たとえば、1つまたは複数のビークルベース方向を識別するために、ビークル関係移動データが1つまたは複数の測定加速度と相関させられ得る。そのようなビークルベース方向は、地球ベース座標フレームに変換可能な方向に関連付けられ得る。
図1は、一実装形態による、SPS-INSナビゲーションシステムがIMU102とSPSU104とを用いて実装され得る例示的な環境100のブロック図である。図示のように、例示的な環境100は、IMU102と、SPSU104と、移動局106と、マウント108と、ビークル110と、衛星112と、ナビゲーションアイコン114とを含む。一例では、移動局106は、IMU102とSPSU104とを含み得る。移動局106は、マウント108に着脱自在に固定され得る。マウント108は、ビークル110に固定式に固定され得る。ビークル110は、ナビゲーションアイコン114によって示されるように、地球の周りを移動したり、地球上を移動したり、地球を横切って移動したりなどすることが可能である。ナビゲーションは、少なくともSPSU104に関連して、1つまたは複数の衛星112を含むSPSによって可能にされ得る。
移動局106は、代替的に、IMU102および/またはSPSU104に(たとえば、物理的に取り付けられるか、またはワイヤレスに結合される別個のモジュールとして)(着脱自在にまたは永続的に)結合され得る。移動局106は、ナビゲーションエイド関係の特徴を含むあらゆるポータブルデバイスを含み得る。移動局106は、ほんの数例を挙げると、スマートフォン、モバイルフォン、モバイル端末、携帯情報端末(PDA)、個人情報マネージャ(PIM)、パーソナルナビゲーションデバイス(PND)、いわゆるネットブック、ラップトップまたはノートブックコンピュータ、エンターテインメント器具(たとえば、メディアプレーヤ、ゲーム機など)、専用ナビゲーションデバイス、それらの何らかの組合せなどとして実現され得る。本明細書では、IMU102とSPSU104とを含む、ワイヤレス通信および/またはナビゲーション信号を受信し、ナビゲーション特徴を提示することが可能であり得る汎用デバイスについて、特に図12を参照しながら以下で説明する。
例示的な実装形態では、マウント108は、ビークル110に固定式に(ただし、永続的に、または着脱自在に)取り付けられ得る。マウント108は、それに移動局106を受け、固定するように適合され得る。したがって、移動局106は、マウント108を介してビークル110との固定関係で固定される。この構成により、好都合には、移動局106が運動している間それをビークル110に対して依然として固定したまま、移動局106をユーザと一緒に持ち運ぶことが可能になる。代替的に、移動局106は、(たとえば、移動局106をビークル110に直接結合する何らかの他の機構を使用すること、手動で移動局106を所定の位置に保つことなどによって)マウント108を使用せずにビークル110に対して一定の物理整合に維持され得る。
本明細書で説明する例示的な実装形態は、様々なSPSとともに使用され得る。例としては、限定はしないが、米国の全地球位置測定システム(GPS)、ロシアのGlonassシステム、欧州のGalileoシステム、衛星システムの組合せからの衛星を使用する任意のシステム、将来開発される任意の衛星システムなどがある。さらに、本明細書で説明する実装形態は、スードライト(pseudolite)、または衛星とスードライトの組合せを利用する位置判断システムとともに使用され得る。スードライトは、通常は、GPS時刻と同期され得る、擬似ランダム雑音(PRN)コードまたは、Lバンド(または他の周波数)キャリア信号上で変調された(たとえば、GPSまたはCDMAセルラー信号に類似した)他のレンジングコードをブロードキャストする地上送信機である。そのような送信機それぞれには、リモート受信機による識別を可能にするように一意のPNコードが割り当てられ得る。スードライトは、トンネル、鉱山、建築物、ビルの谷間または他の囲まれたエリア内など、周回軌道衛星からのGPS信号が利用できないことがある状況において得に有用である。スードライトの別の実装形態はラジオビーコンとして知られている。本明細書で使用する「衛星」という用語は、スードライト、スードライトの等価物、および同様のおよび/または類似の技術を含むものとする。本明細書で使用する「SPS信号」という用語は、スードライトまたはスードライトの等価物からのSPS様の信号を含むものとする。
図2に、一実装形態による、例示的なIMU102と例示的なSPSU104とを含むブロック図200を示す。一例では、IMU102は、少なくとも1つの加速度計202と少なくとも1つのジャイロスコープ204とを含み得る。図示のように、IMU102は、3つの加速度計202(1)、202(2)、および202(3)と、3つのジャイロスコープ204(1)、204(2)、および204(3)とを含む。しかしながら、所与のIMU102は、より多いまたはより少ない加速度計202および/またはジャイロスコープ204を含み得る。
図示のように、各加速度計202(1)、202(2)、および202(3)は、それぞれの加速度206(1)、206(2)、および206(3)を測定し、与える。同様に、各ジャイロスコープ204(1)、204(2)、および204(3)は、それぞれの回転208(1)、208(2)、および208(3)を測定し、与える。また、衛星システムから受信したおよび/または衛星システムと交換した信号を介して、SPSU104は、SPSデータを与え得る。たとえば、SPSU104は、位置データ210および/または速度データ212を与えることが可能であり得る。位置210が与えられる(ただし、速度212は与えられない)場合、位置210の経時的変化は、SPS位置データから導出される、または場合によってはSPS位置データに基づく速度212を計算するために使用され得る。
概して、センサ(たとえば、加速度計202、ジャイロスコープ204など)は、ポータブルデバイス自体の中に含まれていることも、または、代わりにそのようなポータブルデバイスと通信していることもある。たとえば、そのようなセンサは、移動を測定するためにポータブル電子デバイスに結合され得るモジュール内に含まれていることがある。そのようなモジュールは、たとえば、ポータブル電子デバイスに着脱自在に結合され得る別の電子デバイスを含み得る。
加速度計は、重力方向または任意の他のもの、たとえば、加速度計が受ける直線力を感知するために使用され得る。ジャイロスコープは、針路の変化を含む、回転情報を測定するために利用され得る。ジャイロスコープは、たとえば、曲がった道路または平坦でない道路の上を運転することによる回転を検出し得る。
特定の実装形態が、加速度計とジャイロスコープ(「ジャイロ」)の両方を採用する場合、6つの可観測性次元(x、y、z、ω、φ、ψ)が与えられ得る。加速度計は、直線運動(たとえば、水平面などの平面における平行移動)を感知し得る。平行移動は、少なくとも2つの次元に関して測定され得る。そのような加速度計は、オブジェクトの傾き(ロールまたはピッチ)の測度をも提示し得る。したがって、単一の3D加速度計を用いて、デカルト座標空間(x、y、z)におけるオブジェクトの運動が感知され得、重力方向は、オブジェクトのロール(ω)およびピッチ(φ)を推定するために感知され得る。加速度計は、オブジェクトの直線運動と傾きとを容易に区別することができないことがあるので、(x、y、z)座標の周りの回転、すなわち、方位または針路と呼ばれることがある、ロール(ω)および/またはピッチ(φ)および/またはヨー(ψ)を測定するために、ジャイロスコープが使用され得る。線形加速度計および角加速度計、ジャイロスコープなどは、適切な程度の可観測性を与えるためにポータブル電子デバイスに統合され得る。
いくつかの加速度計は、大きさおよび/または方向を与え得、他のものは、単に、大きさなしに移動の指示を与え得る。加速度計は、しばしばデカルト座標(x、y、z)で参照される、1つの直線方向、2つの直線方向、または3つの直線方向に関するラインに沿った直線移動を測定し得る。たとえば、1次元加速度計は、x次元に沿った直線移動を示すための測定を与え得る。2次元加速度計は、x次元とy次元の両方に沿った、平面における直線移動を示すための測定を与え得、3次元加速度計は、x次元とy次元とz次元とに沿った、3次元空間における直線移動を示すための測定を与え得る。単に例として、3次元加速度計は、1次元加速度計と組み合わせられた2次元加速度計を含み得、または、3次元加速度計は、3つの1次元加速度計を含み得る。
測定された加速度は、(たとえば、大きさおよび方向を有する、および/または大きさおよび方向に関連する)ベクトル形態で表され得るか、あるいは測定された加速度は、スカラー値、一連のスカラー値、時間変動関数、それらの何らかの組合せなどとして表され得る。概して、加速度計は、運動を検出し、そのような加速度計の1次元、2次元、または3次元に沿っった直線移動を示す情報を生成するための検知手段を含み得る。代替的に、非デカルト座標系が使用され得る。特定の実装形態では、座標系は、相互に直交する次元を定義し得る。請求する主題から逸脱することなく記載の実装形態において、上記で説明した例とは異なる加速度計が代替的に採用され得ることに留意されたい。
ジャイロスコープは、回転を測定し、そのような回転運動を、ほんの数例を挙げると、スカラー値、一連のスカラー値、時間変動関数、ベクトルなどで表し得る。ジャイロスコープは、1次元、2次元、または3次元の周りの回転運動(たとえば、ベクトル)を測定し得る。特定の一実装形態では、ジャイロスコープ回転は、座標(ω、φ、ψ)に関して測定され得、ここで、タウ(ω)は、z次元の周りのヨーまたは回転を表し、ファイ(φ)は、x次元の周りのロールまたは回転を表し、プサイ(ψ)は、y次元の周りのピッチまたは回転を表す。例示的な実装形態では、ジャイロスコープは、第1の次元の周りの回転運動を示す測定を与えるために1次元ジャイロスコープを含み得る。別の例示的な実装形態では、ジャイロスコープは、第1の次元および第2の次元の周りの回転運動を示す測定を与えるために2次元ジャイロスコープを含み得る。同様に、別の例示的な実装形態では、ジャイロスコープは、第1の次元、第2の次元、および第3の次元の周りの回転運動を示す測定を与えるために3次元ジャイロスコープを含み得る。
そのような3次元ジャイロスコープは、例として、1次元ジャイロスコープと組み合わせられた2次元ジャイロスコープを含み得、または、3次元ジャイロスコープは、3つの1次元ジャイロスコープを含み得る。回転運動は、ほんの数例を挙げると、3つのスカラー値、一連のスカラー値、ベクトル形態の時間変動関数などによって表され得る。特定の実装形態では、ジャイロスコープは、運動を検出し、ジャイロスコープの1次元、2次元、または3次元の周りの回転(たとえば、角)移動を示す情報を生成するための感知機構を含み得る。請求する主題から逸脱することなく記載の実装形態において、上記で説明した例とは異なるジャイロスコープが代替的に採用され得ることに留意されたい。
単一の(たとえば、1-D)加速度計は加速度を測定し得、単一の(たとえば、1-D)ジャイロスコープは、たとえば、傾きまたはロールなどの回転運動を測定し得る。また、加速度ならびに角運動を感知するために、2つの別個の加速度計、2つの別個のジャイロスコープ、または加速度計とジャイロスコープの組合せをポータブル電子デバイスに統合することが使用され得る。別の例では、(たとえば、3つの1-D加速度計およびジャイロスコープを含む)3次元加速度計および3次元ジャイロスコープは、6つの可観測性次元(x、y、x、ω、φ、ψ)を与える。より少数の次元の加速度および/または回転運動を感知するために減少された次元センサが使用され得る。たとえば、2次元加速度計および2次元ジャイロスコープが、4つの可観測性次元(x、y、ω、φ)を与え得る。本明細書で説明するいくつかの例示的な実装形態は、加速度データ206を取得するための、1つまたは複数の次元の少なくとも1つの加速度計202と、回転データ208を取得するための、1つまたは複数の次元の少なくとも1つのジャイロスコープ204とを実装し得る。
特に図3〜図6を参照しながら、異なる座標系または座標フレームについて説明する。上記で説明したように、IMUによって測定可能な方向は、地球ベース座標フレームに関してIMUの空間的方向付けを判断するために、地球ベース座標フレームに変換され得る。全体的な変換を達成するために、1つまたは複数の中間変換が採用され得る。いくつかの例示的な実装形態では、IMU座標フレームから地球ベース座標フレームへの変換は、一連の(たとえば、3回の)回転を使用して達成される。複数の座標系の各々は、次から次へと変換され得る。
IMU座標フレームから地球ベース座標フレームに転換するために、たとえば、変換行列が使用され得る。したがって、変換行列
Figure 0005787896
は、少なくとも概算的に、IMU座標フレームとECEFフレームとの間で判断され得る。この回転行列は、以下の式(1)で示すように、一連の回転として構成され得る。
Figure 0005787896
変数「RCU」は、右方向、地表針路、および上方向を表す。変数「ENU」は、東方向、北方向、および上方向を表す。本明細書で使用する、「地球ベース座標フレーム」は、ECEFを指すことがある。「カーディナル方向ベース座標フレーム」は、たとえばENU系など、カーディナル方向を利用する座標フレームを指すことがある。「ビークルベース座標フレーム」は、たとえばRCU系など、ビークルが一般に移動することができる方向を利用する座標フレームを指すことがある。
したがって、式(1)を含む例示的な実装形態の場合、変換は、IMUからRCUに、RCUからENUに、およびENUからECEFに進み得る。RCU座標系は、RCUで知られているベクトルがIMUフレーム中で測定され得るように、好都合に選択され得る。これにより、
Figure 0005787896
と
Figure 0005787896
の両方が、たとえば、SPSからのデータを使用してアクセス可能または取得可能になり得るので、ECEFフレームへのそれらの変換が可能になる。
図3に、一実装形態による、ECEF座標フレームとカーディナル方向ベース座標フレームとの間の例示的な関係300をグラフで示す。言い換えれば、図3に、ECEF座標フレームとENU座標フレームとの間の例示的な関係を示し得る。関係300は、地球を表す球体を含むように示されている。地球は、3つの軸XECEF、YECEF、およびZECEFを有するものとして示されている。参照のために、グリニッジ子午線も示されている。これらの軸は、ECEFを表し得る。
ENU、一例として、カーディナル方向ベース座標フレームも3つの軸を含む。たとえば、これらの3つの軸および方向は、東(E)、北(N)、および上(U)であり得る。ENUおよびECEFフレームは、本明細書で以下に説明する例示的な数学的実装形態において同心であるので、図3はわずかに不正確であることに留意されたい。言い換えれば、2つのフレーム間に平行移動は存在せず、したがって、変換は、平行移動なしに回転を使用して達成され得る。回転
Figure 0005787896
は、たとえば、式(2)に示すようにSPSソリューションから入手可能な、測地座標の緯度φと経度λとに依存し得る。
Figure 0005787896
図4に、一実装形態による、カーディナル方向ベース座標フレームとビークルベース座標フレームとの間の例示的な関係400をグラフで示す。言い換えれば、図4に、ENU座標フレームとRCU座標フレームとの間の例示的な関係を示し得る。(図3の)関係300からのENU座標フレームも、関係400の一部として示されている。RCU、一例として、ビークル方向ベース座標フレームも3つの軸を含む。たとえば、これらの3つの軸および方向は、右(R)402、地表針路(C)404、および上(U)406であり得る。これらの3つのRCU軸および方向は、ビークル110に関して定義され得る。
RCU座標系は、北(N)軸がSPS速度の水平成分の方向(たとえば、地表針路(C)方向404)を指すように、ENUフレームを上(U)軸406を中心に回転することによってENUフレームから構成され得る。SPS速度成分は、だいたいビークルの前方軸の方向を指すので、これにより、座標系変換が可能になる。本明細書で説明する複数の例示的な実装形態は、SPS導出データ、SPS関係位置データ、および/またはSPS関係速度データを指す。ただし、そのようなデータが、SPSソースの代わりに、またはそれに加えて、異なるソースから取得され得ることを理解されたい。たとえば、位置データおよび/または速度データは、様々なナビゲーション関係装置および/またはシステムから導出あるいは取得され得る。
回転
Figure 0005787896
は、式(3)〜式(7)に示すように、SPSデータから導出される速度を使用して計算され得る。
Figure 0005787896
Figure 0005787896
ただし、SPS速度
Figure 0005787896
の東成分と北成分とを使用する。
例示的な実装形態では、水平SPS速度が0よりも大きい点が、この分析で考察され得る。これは、以下で導入される最小速度条件を使用して達成され得る。
行列
Figure 0005787896
はまだ確認されていなく、したがって、
Figure 0005787896
は、上記の式(1)を使用して計算され得る。図5および図6に、行列
Figure 0005787896
を確認することに関係する概念を示す。
図5に、一実装形態による、ビークル110の典型的な構造態様に起因するビークル移動の例示的な潜在的ビークルベース方向502をグラフで示す。ビークルが移動する可能性がある方向は、ビークルの典型的な構造態様によって制約されることに留意されたい。たとえば、ビークルは、ビークルがどのように推進されるかを制約する複数の軸を有し得る。したがって、ビークルは、めったに横に移動しない(たとえば、スライドしない)。移動局が、移動しているビークルに対して固定されているIMUに関連する場合、これらのビークル関係移動制約が、IMUセンサフレームに効果的に伝達され得る。
ビークル110は、図示のRCU座標フレームなどのビークルベース座標フレーム中で動作すると見なされ得る。上(U)方向406は、重力方向に対して実質的に平行に延び続け得る。2つの方向(たとえば、上および重力)が、いくつかの理由で同じでないことがあることを理解されたい。単に例として、ビークルは、上に、下に、および地球の傾斜部分を横切って進行するので、上方向が、重力方向に対して平行でないことがある。とはいえ、上(U)方向406は、やはり、重力方向に対して実質的に平行であると見なされ得る。
例示的な実装形態について、図5に、2つのビークルベース方向502を示してある。1つの例示的なビークルベース方向502は、地表針路(C)方向404に対応し得る。別の例示的なビークルベース方向502は、右(R)方向402に対応し得る。これらの2つのビークルベース方向502は、IMUの方向付けの判断を可能にするために、他のデータに相関させられ得る。相関演算を特に図6を参照しながら以下で紹介し、その後にさらに説明する。
図6に、一実装形態による、ビークルベース方向の2つの例示的なタイプと、そのようなビークルベース方向と相関し得る、得られるビークル関係移動データの2つの例示的なタイプとをグラフで示す。図示のように、IMU座標フレームに関係する、左右方向602と、前後方向604と、上下方向606との3つの方向が存在する。上記のように、上下方向606は、(図4および図5の)上(U)方向406に対応し得る。
いくつかの例示的な実装形態では、(図5の)ビークルベース方向502のための例示的な対応する方向は、限定はしないが、左右方向602と前後方向604とを含む。より詳細には、左右方向602は、(図4および図5の)右(R)方向402に対応し得、前後方向604は、(図4および図5の)地表針路(C)方向404に対応し得る。識別されたビークル方向(たとえば、602、604、および/または606)をビークルベース方向(たとえば、402、404、406、および/または502)に関連付けることによって、IMU測定に関連する方向が、RCU座標フレーム中に効果的に実現され得る。左右方向602、前後方向604、および/または上下方向606は、たとえば、IMUを通して取得される測定を使用して識別され得る。そのような測定は、ほんの数例を挙げると、加速度、回転などであり得る。
そのような方向を識別するために、1つまたは複数の相関指示が確認および分析され得る。例示的な実装形態では、前後方向604は、IMUによって測定される加速度とSPSデータから取得される速度データから導出される加速度608との間および/またはそれらの中の1つまたは複数の相関演算に起因する、少なくとも1つの相関指示に基づいて識別され得る。SPSデータは、たとえば、(図2の)位置データ210および/または(たとえば、直接)速度データ212を含み得る。別の例示的な実装形態では、左右方向602は、IMUによって測定される加速度と回転データ610の間および/またはそれらの中の1つまたは複数の相関演算に起因する、少なくとも1つの相関指示に基づいて識別され得る。回転データ610は、たとえば、(たとえば、IMUの一部として含まれ得る)ジャイロスコープによって測定される回転データ208から、または、異なるソースを介して別様に測定または取得されるデータから導出され得る。回転データ610は、上下方向606に対応する軸の周りの1つまたは複数の回転612(および/またはその一部分)を反映し得る。
図7は、一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための例示的な機構700を示すブロック図である。図示のように、機構700は、ビークル関係移動データ702と、1つまたは複数の相関ユニット704と、少なくとも1つの関連付けユニット706と、第1の方向708と、少なくとも1つの判断ユニット710と、空間的方向付け712とを含む。機構700は、第1の加速度206-1と第2の加速度206-2とをも含む。
いくつかの例示的な実装形態の場合、相関ユニット704は、ビークル関係移動データ702と第1の加速度206-1または第2の加速度206-2のうちの少なくとも1つとに関係する1つまたは複数の相関演算を実行するためのものである。第1の加速度206-1および第2の加速度206-2は、IMUによって測定される(図2の)加速度206(1)、206(2)、および/または206(3)のうちの1つまたは複数に対応し得る。言い換えれば、例示的な実装形態では、第1の加速度206-1および/または第2の加速度206-2は、(図1、図2、および図12の)IMU102の(図2の)1つまたは複数の加速度計202によって測定される加速度206のうちの1つまたはその組合せに等しくなるか、それから導出されるかなどし得る。第1の加速度206-1および第2の加速度206-2の各々は、その加速度の(機構700の破線で示す)方向を含むか、またはそれに関連し得る。ビークル関係移動データ702の例には、限定はしないが、SPS導出加速度608、回転データ610などがあり得る。相関演算は、少なくとも1つの相関指示を生じ得る。
ビークルベース方向502は、1つまたは複数の相関演算に基づいて(たとえば、少なくとも1つの相関指示に基づいて)識別され得る。上記のように、ビークルベース方向502の例には、限定はしないが、前後方向604および左右方向602があり得る。関連付けユニット706は、識別されたビークルベース方向502を第1の方向708に関連付け得る。言い換えれば、1つまたは複数の相関演算に基づいて、第1の方向708は、第1の加速度206-1または第2の加速度206-2に関連する方向のうちの少なくとも1つに関連付けられ得る。
第1の方向708は、ビークルベース座標フレーム(たとえば、RCU)中の方向のうちの1つに対応し得る。したがって、第1の加速度206-1または第2の加速度206-2に関連する方向のうちの1つは、たとえば、1つまたは複数の相関演算に基づいて右(R)方向402または地表針路(C)方向404に関連付けられ得る。判断ユニット710は、第1の方向708に少なくとも部分的に基づいて(図1、図2、および図12の)IMU102の空間的方向付け712を判断し得る。この判断は、1つまたは複数の変換を伴い得る。式(1)の回転行列は、たとえば、空間的方向付け712を判断するために使用され得る。
本明細書では、いくつかの例示的な態様のより詳細な説明について、特に図9〜図11の機構900を参照しながら以下で説明する。機構900は、1つのビークルベース方向502を識別するために、第1の加速度206-1または第2の加速度206-2のうちの一方がどのように使用され得るかと、別のビークルベース方向502を識別するために、第1の加速度206-1または第2の加速度206-2のうちの他方がどのように使用され得るかとについて説明する。この例示的な方法では、左右方向602と前後方向604とが識別され得る。機構900はまた、重力方向に対して実質的に平行であり得る上下方向が、第3の加速度206-3を使用してどのように識別され得るかについて説明する。ビークルベース座標フレーム(たとえば、RCU)の複数の方向が実質的に直交し得ることに留意されたい。3つの方向が直交する場合、第3の方向は、第1および第2の方向から発見され得る。したがって、上下方向606が識別されている場合、左右方向602または前後方向604のうちの一方が他方から発見され得る。
図8は、一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための例示的な方法を示す流れ図800である。図示のように、流れ図800は、6つの演算ブロック802、804、804a、804b、806、および808を含む。演算802〜808(804aおよび804bを含む)は、特定の順序で図示および説明されているが、方法は、請求する主題から逸脱することなく代替方法で実行され得ることを理解されたい。
いくつかの例示的な実装形態の場合、演算802において、IMUを使用して1つまたは複数の加速度を測定する。演算804において、ビークル関係移動データと、第1の加速度または第2の加速度のうちの少なくとも1つとに関係する1つまたは複数の相関演算に基づいて第1のビークルベース方向を識別する。
演算806において、第1のビークルベース方向を地球ベース座標フレームに変換可能な第1の方向に関連付ける。演算808において、第1の方向に基づいて地球ベース座標フレームに関してIMUの空間的方向付けを判断する。
空間的方向付けは、それを判断するデバイスによっておよび/または別のデバイスによって利用され得る。空間的方向付けは、たとえば、ワイヤードリンク(たとえば、直接接続、ケーブルなど)またはワイヤレスリンク(たとえば、赤外線、Wi-Fi、Bluetooth(登録商標)、セルラー技術など)を使用して別のデバイスに通信され得る。IMUの判断された空間的方向付けは、たとえば、SPS-INSまたは他のナビゲーション技術によって実行されるナビゲーションに適用され得る。
第1のビークルベース方向を識別する演算(804)は、演算804aおよび/または演算804bを使用して実装され得る。演算804aにおいて、前後方向を識別するために、SPS導出加速度と、第1の加速度または第2の加速度のうちの少なくとも1つとに関係する1つまたは複数の相関演算を実行する。演算804bにおいて、左右方向を識別するために、回転データと、第1の加速度または第2の加速度のうちの少なくとも1つとに関係する1つまたは複数の相関演算を実行する。
図9、図10、および図11は、一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための別の例示的な機構900を示すブロック図である。機構900は、図9、図10、および図11にわたって分散される。機構900は、たとえば、第1の加速度206-1と、第2の加速度206-2と、第3の加速度206-3との3つの加速度を使用して実装され得る。
図示のように、図9中の機構900Aは、加速度比較ユニット902と(重力)方向識別ユニット904とを含む。いくつかの例示的な実装形態の場合、加速度206が加速度比較ユニット902に供給され得る。特に、未加工の測定された加速度206が加速度比較ユニット902に供給される場合、加速度比較ユニット902は、加速度206を処理し得る。たとえば、経時的な複数の加速度が、1つまたは複数の方法でフィルタ処理され得る。たとえば、加速度は経時的に平均化され得る。とにかく、加速度比較ユニット902は、どの加速度が最も強いかを確認するために、複数の加速度を比較し得る。最も強い加速度が、第3の加速度206-3として出力され得る。
方向識別ユニット904は、第3の加速度206-3を取得し、含まれるかまたはそれに少なくとも関連する方向を確認する。(最も強い)第3の加速度206-3の方向は、上下方向606であることが識別される。重力が最も強い加速度を生成するので、上下方向606は、重力方向に対して少なくとも実質的に平行である。上下方向606は、図11において適用される。
最も強い加速度ではない加速度は、加速度比較ユニット902によって、第1の加速度206-1および/または第2の加速度206-2として出力され得る。第1の加速度206-1および第2の加速度206-2は、図10において適用される。機構900はまた、ビークル関係移動データ702を適用する。例として、ビークル関係移動データ702は、SPS導出加速度608、回転データ610などを含み得る。ビークル関係移動データ702は、図10において適用される。
図示のように、図10中の機構900Bは、相関ユニット704aと、相関ユニット704bと、ビークルベース方向識別ユニット1002とを含む。第1の加速度206-1と、第2の加速度206-2と、SPS導出加速度608と、回転データ610とが図9から与えられる。いくつかの例示的な実装形態の場合、第1の加速度206-1および/または第2の加速度206-2が、相関ユニット704aと相関ユニット704bとに供給され得る。相関ユニット704aは、SPS導出加速度608と第1の加速度206-1および/または第2の加速度206-2との間および/またはそれらの中の1つまたは複数の相関演算を実行し得る。相関演算は、少なくとも1つの相関指示を生成し得る。SPS導出加速度608に関係する少なくとも1つの相関指示に基づいて、前後方向604が、ビークルベース方向識別ユニット1002によって識別され得る。たとえば、前後方向604の方向は、第1の加速度206-1に関連する方向と第2の加速度206-2に関連する方向との間で選択され得る。たとえば、SPS導出加速度608とのより高い相関を有する第1の加速度206-1または第2の加速度206-2に関連する方向が、前後方向604として識別され得る。
相関ユニット704bは、回転データ610と第1の加速度206-1および/または第2の加速度206-2との間および/またはそれらの中の1つまたは複数の相関演算を実行し得る。相関演算は、少なくとも1つの相関指示を生成し得る。回転データ610に関係する少なくとも1つの相関指示に基づいて、左右方向602が、ビークルベース方向識別ユニット1002によって識別され得る。たとえば、左右後方向602の方向は、第1の加速度206-1に関連する方向と第2の加速度206-2に関連する方向との間で選択され得る。たとえば、回転データ610とのより高い相関を有する第1の加速度206-1または第2の加速度206-2に関連する方向が、左右方向602として識別され得る。
左右方向602および/または前後方向604の識別は、ビークルベース方向識別ユニット1002による追加の分析を含み得る。たとえば、少なくとも1つの相関指示は、方向が識別される前に満たされるべき(たとえば、等しくなるか、超えるべき)所定のしきい値と比較され得る。また、方向が識別される前に2つの相関指示の間に所定のしきい値幅または差があることを保証する(たとえば、一方の相関指示が他方よりも十分に大きいことを保証する)しきい値演算が実装され得る。さらに、異なる相関演算が一貫した結果を与えることが確認され得る。請求する主題から逸脱することなく、相関指示の他の分析が、方向を識別するより前に代替的に実装され得る。本明細書では、分析のより詳細な例について、例示的な数学的説明と併せて以下で説明する。また、上記のように、上下方向606が識別された後、左右方向602または前後方向604のうちの一方の識別により、直交性の原理(たとえば、右手の法則)を使用して他方を識別することが可能になる。
図示のように、(図9の)機構900Aは、上下方向606を識別し、(図9Bの)機構900Bは、左右方向602と前後方向604とを識別する。これらの識別された方向は、IMU座標フレームに対応すると見なされ得る。したがって、これらの3つの識別された方向は、ビークルベース座標フレーム(たとえば、RCU座標フレーム)中の方向を地球ベース座標フレームに変換可能な方向に関連付けるために、ビークルベース座標フレーム中の方向に関連付けられ得る。機構900Bからの左右方向602と前後方向604とが適用される例示的な関連付けを図11に示す。
図示のように、図11中の機構900Cは、関連付けユニット706a、706b、および706cを含む。上下方向606が図9から与えられる。左右方向602と前後方向604とが図10から与えられる。いくつかの例示的な実装形態の場合、概して、関連付けユニット706は、それぞれのビークルベース方向を、地球ベース座標フレームに変換可能なそれぞれの方向に関連付け得る。より詳細には、関連付けユニット706aは、左右方向602を右(R)方向402に関連付け得る。関連付けユニット706bは、前後方向604を地表針路(C)方向404に関連付け得る。関連付けユニット706cは、上下方向606を上(U)方向406に関連付け得る。
右(R)方向402、地表針路(C)方向404、および上(U)方向406は、地球ベース座標フレームに変換され得るビークルベース座標フレーム中の方向である。これらの方向は、たとえば、1つまたは複数の回転行列を使用して変換され得る。限定ではなく例として、ビークルベース座標フレーム中の方向は、カーディナル方向ベース座標フレーム中の方向に変換され得る。カーディナル方向ベース座標フレーム中の方向は、地球ベース座標フレームに変換され得る。
本明細書では、比較的数学的観点から、複数の例示的な実装形態についてさらに以下で説明する。数学的に説明される第1の例示的な実装形態では、IMUによって測定される加速度が分析され、それらの固有ベクトルが計算される。固有ベクトルの方向は、ビークルベース方向を識別するために使用される。以下で数学的に説明される第2の例示的な実装形態では、2次元固有ベクトル手法が実装される。以下で数学的に説明される第3の例示的な実装形態では、2次元相関手法が実装される。後者の2つの例示的な実装形態は、重力方向に少なくとも実質的に直交する平面上に加速度を投影する。本明細書の上記で説明したように、重力方向は、(たとえば、ビークルが進行し得る傾きのために)正確に取得されないことがある。請求する主題から逸脱することなく、他の手法が代替的に実装され得る。
第1の数学的に説明される例示的な実装形態では、6つの例示的な演算が実装され得る。最初に、重力方向が、測定された加速度を平均化することによって判断され得る。第2に、上下方向と前後方向と横方向とが、加速度固有ベクトルを発見することによって全体的なグループとして発見され得る。第3に、上方向が、上下固有ベクトルを重力方向にマッチングし、対応する単位ベクトルを構成することによって識別され得る。第4に、「右」方向が、Zジャイロデータ(たとえば、上ジャイロスコープデータ)を左右軸沿いの加速度計測定値と相関させることによって、左右軸沿いに識別され得る。対応する単位ベクトルも構成され得る。
第5に、前方方向が、前後軸沿いのIMU加速度をSPS速度方向沿いのSPS導出加速度と相関させることによって識別され得る。対応する単位ベクトルも構成され得る。第6に、ビークルとECEF座標系の間の回転行列が、単位ベクトルを使用して構成され得る。請求する主題から逸脱することなく、6つすべての演算よりも少ない数の演算が実装され得ることに留意されたい。また、請求する主題から逸脱することなく、演算が異なる順序で実装され得る。
第1の演算では、重力に対応する加速度がRCUフレーム中で上方を指すので、重力方向は、IMUを(部分的に)方向付けするために使用され得るので、正規化後に、重力方向は、RCUフレーム中で上向きの軸を表す。加速度計によって取得される重力の測定はビークルの偶発的な加速によって妨害されるが、ビークル加速度は経時的に平均する可能性がある。この仮定が完全には正しくないとしても、生じ得る水平整合誤差は、IMUを正常に初期化するために許容できる。IMUデータをIMUフレームから不整合フレームに様々な量だけ回転した不整合研究によれば、SPSデータを用いる複合ナビゲーションが開始された後にIMUを正常に方向付けするために、たとえば、10度程度の初期IMU方位誤差(orientation error)が許容され得る。
上記の仮定によれば、IMUセンサフレーム中で測定される平均加速度ベクトルdは、以下の式(8)に示すように、重力と反対の上方を指す。
Figure 0005787896
ここで、nは、適切に選択されるサンプルサイズである。回転の効果を最小限に抑えるために、ジャイロの示度が経験的なしきい値を下回るデータポイントが、以下の式(9)に従って検討され得る。
Figure 0005787896
実際の実装形態では、dの長さは後続の計算において特に重要ではないので、式(8)のnによる除算は省略され得る。
第1の演算のためのこの例示的な手法は、ビークルが動いているか、またはこれらの測定中にビークルが偶然静止している場合に機能する。実際は、静止期間中にこのようにしてdベクトルを取得することが、初期静止整合のための従来の方法である、ロール角およびピッチ角を判断することと効果的に類似するので、この手法は、ビークルが静止している場合により良く機能し得る。
第2の演算では、ビークル軸方向が確認され得る。ロードビークルでは、測定される加速度の水平成分は、そのようなビークルの機械的構造によって、平均の意味では、たいてい横および前方ビークル機体軸の方向を指すことがわかる。ビークル速度の変化は前後方向に現れる。回転による求心加速度と、ロールによる重力成分とは、左右(たとえば、横)方向に現れる。加速度のこれらの支配的な空間的方向は、たとえば、固有ベクトル方法を使用して確認され得る。
まず、測定された加速度ベクトルの外積が各元期(epoch)iに対して計算され得る。
Figure 0005787896
次いで、好適なサンプルサイズn、たとえばn=60について平均化される。
Figure 0005787896
実際の実装形態では、行列要素の絶対値は後続の計算において特に重要ではないので、nによる除算は省略され得る。代わりに、それらの相対値が使用され得る。
低速度に起因する方向不確実性を最小限に抑えるために、SPS速度が経験的に判断されるしきい値を上回るデータポイントが、以下の式(12)および式(13)を使用して検討され得る。
Figure 0005787896
Figure 0005787896
式(14)中の以下の値を求めた後、
A・ek=λk・ek , k=0, 1, 2,(14)
固有ベクトルe0、e1、e2およびそれらの対応する固有値λ0、λ1、λ2が検討され得る。これらの固有ベクトルは、|λ0|≦|λ1|≦|λ2|のように順序付けされ、命名される。本明細書では、これらは、時々、それぞれ第1の加速度、第2の加速度、および第3の加速度と呼ばれることもある。
第3の演算では、(たとえば、上下方向606の例である)上下単位ベクトルが識別され得る。最大固有値に対応する固有ベクトルは、それの符号の他に、重力方向を与える。e2の符号は、dが、以下の式(15)および式(16)を使用して上方を指すことを知ることで調整される。
e2・d>0の場合、u=e2(15)
e2・d<0の場合、u=-e2(16)
ここで、uは、上下を指す単位ベクトルである。
第4の演算では、(たとえば、左右方向602の例である)右向き単位ベクトルが識別され得る。垂直ジャイロ成分が、横加速度と大きく相関させられ得ることがわかる。これは、ビークルの横機体軸を選択するために使用され得る。第2の演算を見るとわかるように、e0およびe1のうちの1つが横方向にある。2つの水平単位ベクトルe0およびe1に対応する2つの候補が準備される。これらの2つの候補を識別し、それらの間で選択するために1つまたは複数の相関演算が実行され得る。たとえば、より良い相関を与える候補が選択され得る。
垂直ジャイロ成分および2つの潜在的IMU加速度は、式(17)〜式(21)において以下のように確認され得る。
ωu,i=u・ωi(17)
aIMU,f,0,i=e0・ai(18)
aIMU,f,1,i = e1・a1(19)
ただし、
Figure 0005787896
次いで、以下の式(22)〜式(28)を使用して、2つの例示的な相関指示が確認され得る。
c0,0=Corr(aIMU,f,0,i,-ωu,i)i=0,…,n-1(22)
c0,1=Corr(aIMU,f,1,i,-ωu,i)i=0,…,n-1(23)
上式で、
Figure 0005787896
ただし、
Figure 0005787896
および
Figure 0005787896
式(22)および式(23)中のωu,iの前の負号は、ジャイロレートと右向き加速度が180度位相がずれていることを表す。絶対値がより大きい(たとえば、相関指示の例である)相関係数は、左右方向としてe0ベクトルまたはe1ベクトルを選択するために使用され得、それの符号は方向を決定し得る。式(29)〜式(32)に示すように、方向を識別するために相関係数に対して以下の分析を実行し得る。
|c0,0|<0.5かつ|c0,1|<0.5の場合、決定的でない(inconclusive)(29)
それ以外の場合、
||c0.0|-|c0,1||<0.2の場合、決定的でない(30)
それ以外の場合、
|c0.0|<|c0.1|の場合、er=e1,cr=c0,1(31)
それ以外の場合、er=e0,cr=c0,0(32)
式(29)は、選択された方向の相関指示が十分に強いことを保証する。0.5以外の(0.5よりも大きいか、0.5よりも小さい)値が代替的に使用され得る。式(30)は、2つの相関指示間の差が十分に強いことを保証する。0.2以外の(0.2よりも大きいか、0.2よりも小さい)値が代替的に使用され得る。相関演算および/または得られた相関指示の他の分析が代替的に実装され得ることに留意されたい。
式(33)に示すように、r0のベクトルが判断され得る。
r0=sign(cr)・er(33)
上記のように、3つの方向間の少なくとも実質的な直交性に基づいて第3の(たとえば、この場合、前向き(forward pointing))単位ベクトルが取得され得る。たとえば、前向き単位ベクトルは、uとr0とのクロス乗積によって取得され得る。
f0=u×r0(34)
第5の演算では、前方単位ベクトル(forward unit vector)(たとえば、前後方向604の例)が識別され得る。ビークルの機械的構造(build)により、水平速度は、回転(turn)している間を除いて、一般に、ビークルの前方方向を指す。したがって、それの時間微分である前方加速度は、IMUフレーム中で測定される前方加速度と大きく相関させられる。上記の第2の演算に示すように、e0およびe1のうちの1つが前後方向にある。どちらであるかを確認するために、1つまたは複数の相関演算が実行され得る。たとえば、それぞれ、SPSベースの速度から計算された前方加速度と、e0およびe1の方向の前方加速度との間の相関から導出される少なくとも1つの相関指示が計算され得る。前方軸を識別し、選択するために、より高い相関値が使用され得る。
SPS加速度は、式(35)および式(36)から計算され得る。
Figure 0005787896
ここで、Δtは、元期iと元期i-1の間の時間差である。
一方、前方IMU加速度候補は、式(37)および式(38)に示すように、それぞれ、測定された加速度ベクトルを水平固有ベクトルに投影することによって確認され得る。
aIMU,f,0,i=e0・ai(37)
aIMU,f,1,i=e1・ai,(38)
ここで、i=0、...、n-1についてi番目の測定値は、回転(turn)の効果を最小限に抑えるために、ジャイロの示度が選択されたしきい値よりも小さく、SPS速度が、より良い加速度精度を与えるのに十分大きいように選択され得る。これらの例示的な制約は、式(39)を用いて実施され得る。
ai,aSPS,f,i ∀i ||ωi|| < ωしきい値, vSPS,f,i > vしきい値(39)
SPS速度は、各元期iにマッチングされ得る。ジャイロしきい値は経験的に判断され得る。たとえば、ジャイロしきい値は、式(40)に示すように判断され得る。
ωしきい値=50/s(40)
さらに、少なくとも1つの相関指示を確認することによって1つまたは複数の相関演算が実行され得る。たとえば、式(41)および式(42)に示すように、(たとえば、相関指示の例である)相関係数が計算され得る。
c1,0=Corr(aIMU,f,0,i,aSPS,f,i)i=0,…,n-1(41)
c1,1=Corr(aIMU,f,1,i,aSPS,f,i)i=0,…,n-1(42)
e0ベクトルまたはe1ベクトルを選択するためにより高いck係数が使用され得、それの符号が方向を決定し得る。相関しきい値は、1つまたは複数の相関演算の相関分析の一部として適用され得る。例示的な分析が以下の式(43)〜式(47)において行われ、第4の演算に関して上記で説明されている。
|c1,0|<0.5かつ|c1,1|<0.5の場合、決定的でない(43)
それ以外の場合、
||c1,0|-|c1,1||<0.2の場合、決定的でない(44)
それ以外の場合、
|c1,0|<|c1,1|の場合、ef=e1,cf=c1,1(45)
それ以外の場合、ef=e0,cf=c1,0(46)
このしきい値処理(thresholding)分析から、前方単位ベクトルが式(47)に示すように識別され得る。
f1=sign(cf)・ef(47)
1つまたは複数の直接相関演算なしに第3の(たとえば、右向き)単位ベクトルを取得する必要がある場合、右手の法則ルールが、上方向とのそれらの直交性により採用され得る。したがって、右向き単位ベクトルは、式(48)に示すように、uとf1とのクロス乗積によって取得され得る。
r1=f1×u(48)
第6の演算では、IMUフレームとECEFフレームとの間の回転行列が判断され得る。第4の演算と第5の演算とは無矛盾な結果を与え得る。言い換えれば、以下の式(49)および式(50)が、通常、真である。
r1=r0(49)
f1=f0(50)
ここで、以下が式(51)および式(52)において定義され得る。
r=r1=r0(51)
f=f1=f0(52)
式(49)と式(50)とにおける相等性(equality)は、数値の不正確さにより、数値的に評価され得ないが、これらの相等性は、erとefとが異なるekベクトル(たとえば、k=0または1)を選択することを検証するために使用され得る。
第4の演算と第5の演算の両方が結果を与えるが、これらの結果が矛盾する場合(たとえば、erとefの両方が同じek(k=0または1)を選択する場合)、n個の測定値の新しいセットに対する整合判断が繰り返され得る。第4の演算と第5の演算のうちの一方が失敗するか、または決定的でない結果を与える場合(たとえば、相関係数の値が近すぎるか、または両方とも低すぎる場合)、他の演算によって導出された軸が使用され得る。たとえば、第4の演算が失敗すると、以下のようになる。
r=r1(53)
f=f1(54)
第4の演算と第5の演算の両方が失敗すると、n個の測定値の新しいセットに対する整合判断が繰り返され得る。
右向き単位ベクトルrと前向き単位ベクトルfとが利用可能になると、(第3の演算において識別される)上向き単位ベクトルuを使用して、これらの単位ベクトルをRCUなどのビークルベース座標系の基底ベクトルに関連付けることによって、座標系を完成し得る。したがって、回転行列
Figure 0005787896
が、式(55)に示すように構成され得る。
Figure 0005787896
これは、r、f、およびuが、IMU系で表される系RCUの3つの基底ベクトルであるからである。最後に、IMU系からECEF系への変換が、1つまたは複数の回転をもつ以下の式(56)を使用して達成され得る。
Figure 0005787896
第2の数学的に説明される例示的な実装形態の場合、2次元固有ベクトル手法が採用される。より詳細には、r単位ベクトルとf単位ベクトルとを判断するこの手法は、2次元固有ベクトル解を含み得る。全3次元加速度を使用して固有ベクトルトリプレットe0、e1、e2を確認する代わりに、加速度を水平面上に投影した後に水平固有ベクトルペアe0、e1が確認され得る。水平面は、垂直dベクトルを使用して、それに少なくとも実質的に直交する平面を確認することによって判断され得る。
この手法は以下の演算を含み得る。最初に、重力方向が、測定された加速度を平均することによって取得され得る。第2に、水平面が、垂直方向に実質的に直交する面であることが確認され得る。第3に、前後方向および左右方向が、水平面上に投影される加速度から固有ベクトルを見つけることによってグループとして識別され得る。残りの演算は、前後方向と左右(横)方向とを個別に識別する3次元固有ベクトル手法について上記で説明した演算と同じで有り得る。
第3の数学的に説明される例示的な実装形態の場合、固有ベクトルを含む必要がない2次元相関手法が採用される。より詳細には、この手法は、固有ベクトルの関与なしに、直接水平面上に投影される加速度から前後方向と左右方向とを識別することを伴い得る。この「2次元相関」は、投影された加速度と計算されたSPS加速度との間の相関が最も高い水平面内の方向を確認するために使用され得る。これは、前後方向を識別するために使用され得る。同様に、垂直ジャイロ成分との相関が左右(横)方向を識別し得る。この2次元相関手法の例示的な変形形態では、前方方向と横方向とが水平面内で直交するという制約とともに、これらの2つ方向を同時に与えるために、これらの2つ相関演算が組み合わせられ得る。
図12は、一実装形態による、IMUの空間的方向付けを判断するための1つまたは複数の態様を実装し得る例示的なデバイス1200を示す概略図である。図示のように、デバイス1200は、少なくとも1つのプロセッサ1202と、1つまたは複数のメモリ1204と、少なくとも1つの通信インターフェース1206と、他のセンサ1208と、少なくとも1つの電源1210とを含む。メモリ1204は、命令1212を含むものとして示されている。デバイス1200はまた、IMU102とSPSU104とを含むものとして示されている。IMU102は、1つまたは複数の加速度計202と、1つまたは複数のジャイロスコープ204とを含むものとして示されている。ただし、デバイス1200は、代替的に、より多い構成要素、より少ない構成要素、および/または図示されている構成要素とは異なる構成要素を含み得る。
いくつかの例示的な実装形態の場合、デバイス1200は、電子デバイスを含むおよび/または備えることがある。デバイス1200の例は、限定はしないが、(図1の)移動局106、ポータブル電子デバイス、コンピュータ、モバイルインターネットデバイス(MID)、エンターテインメントデバイス、少なくとも1つのプロセッサおよび/またはメモリを有する任意の電子デバイス、それらの何らかの組合せなどを含み得る。電源1210は、デバイス1200の構成要素および/または回路に電力を供給し得る。電源1210は、バッテリーなどのポータブル電源、または車、家屋、または他の建築物のコンセントなどの固定電源であり得る。電源1210は、デバイス1210と一体化されても、別個のものであってもよい。
プロセッサ1202は、1つまたは複数の処理ユニットを含み得る。メモリ1204は、測定された加速度、回転などを含み得る。メモリ1204は、操作されるものとして本明細書で説明した変数、パラメータなどの物理バージョンをも記憶し得る。メモリ1204はまた、プロセッサ1202によって実行可能であり得る命令1212(たとえば、プログラム、アプリケーションなど、またはその一部分、プロセッサ実行可能命令、コード、それらの何らかの組合せなど)を記憶するために利用され得る。1つまたは複数のプロセッサ1202によるそのような命令1212の実行は、デバイス1200を専用コンピューティングデバイス、装置、プラットフォーム、それらの何らかの組合せなどへ変え得る。
通信インターフェース1206は、デバイス1200と人間オペレータおよび/または他のデバイスとの間のインターフェースを与え得る。したがって、通信インターフェース1206は、スクリーン、スピーカー、キー、または他の人間入出力デバイスを含み得る。通信インターフェース1206は、ワイヤレスおよび/またはワイヤード信号を通信するためにトランシーバ、無線、アンテナ、ワイヤードインターフェース装置、それらの何らかの組合せなどを含み得る。通信インターフェース1206は、デバイス1200の他の構成要素間および/またはそれらの間のバスまたは他の相互接続としても働き得る。存在する場合は、他のセンサ1208は、他のパラメータを測定することが可能な1つまたは複数の他のいろいろなセンサを含み得る。他のセンサ1208は、ほんの数例を挙げると、磁力計、コンパスなどを含み得る。
本明細書で説明した方法は、特定の特徴および/または例に従って適用例に応じて様々な手段によって実装され得る。たとえば、そのような方法は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ディスクリート/固定論理回路、それらの組合せなどで実装され得る。ハードウェアおよび/または論理回路実装の場合、たとえば、処理ユニットは、ほんの数例を挙げると、1つまたは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、デジタル信号処理デバイス(DSP)、プログラマブル論理デバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明した機能を実行するように設計された他のデバイスまたはユニット、および/あるいはそれらの組合せ内で実装され得る。
ファームウェアおよび/またはソフトウェア実装の場合、本方法は、本明細書で説明した命令を有するモジュール(たとえば、手順、機能など)を用いて実装され得る。命令を有形に実施するいずれの機械可読媒体も、本明細書で説明した方法を実装する際に使用され得る。たとえば、ソフトウェアコードは、メモリに記憶され、プロセッサによって実行され得る。メモリは、プロセッサの内部またはプロセッサの外部に実装され得る。本明細書で使用する「メモリ」という用語は、長期メモリ、短期メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、または他のメモリのいずれかのタイプを指し、メモリの特定のタイプまたはメモリの数、あるいはメモリが記憶される媒体のタイプに限定されない。
1つまたは複数の例示的な実装形態では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ディスクリート/固定論理回路、それらの組合せなどで実装され得る。ソフトウェアで実装した場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして物理的コンピュータ可読媒体上に記憶され得る。コンピュータ可読媒体は物理的コンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な物理的媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、あるいは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、もしくは命令またはデータ構造の形の所望のプログラムコードを記憶するために使用され得、コンピュータおよび/またはコンピュータのプロセッサによってアクセスされ得る任意の他の媒体を含むことができる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フレキシブルディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。
また、コンピュータ命令/コードは、送信機から受信機に物理的伝送媒体上で信号を介して送信され得る。たとえば、ソフトウェアは、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術の物理的構成要素を使用してウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信され得る。上記の組合せも物理的伝送媒体の範囲内に含めるべきである。
この発明を実施するための形態のいくつかの部分は、特定の装置または特殊目的コンピューティングデバイスまたはプラットフォームのメモリ内に記憶される2値デジタル信号に対する演算のアルゴリズムまたは記号表現に関して提示する。この特定の明細書のコンテキストでは、特定の装置などの用語は、プログラムソフトウェアからの命令に従って特定の関数を実行するようにプログラムされた後の汎用コンピュータを含む。アルゴリズムの説明または記号表現は、信号処理または関連技術において当業者が、それらの仕事の本質を他の当業者に伝達するために使用する技法の例である。アルゴリズムは、本明細書では、また一般に、所望の結果をもたらす自己無撞着な一連の演算または同様の信号処理であると考えられる。このコンテキストでは、演算または処理は物理量の物理操作に関係する。必ずしもそうとは限らないが、一般に、そのような量は、格納、転送、組合せ、比較、または他の操作が可能な、電気信号および/または磁気信号の形態をとる。
主に一般的な用法という理由で、そのような信号をビット、データ、値、要素、記号、文字、変数、項、数、数字などと呼ぶことは時々便利であることがわかっている。ただし、これらおよび同様の用語はすべて、適切な物理量に関連すべきものであり、便利なラベルにすぎないことを理解されたい。別段に明記されていない限り、上記の説明から明らかなように、本明細書全体にわたって、「処理する」、「算出する」、「計算する」、「判断する」、「確認する」、「識別する」、「関連付ける」、「測定する」、「実行する」などの用語を利用する説明は、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスなど、特定の装置のアクションまたはプロセスを指すことを諒解されたい。したがって、本明細書のコンテキストで、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスは、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスのメモリ、レジスタ、または他の情報記憶デバイス、送信デバイス、あるいはディスプレイデバイス内の電子的、電気的、および/または磁気的な物理量として一般に表される信号を操作または変換することが可能である。
現在例示的な特徴と考えられていることを例示し説明したが、請求する主題を逸脱することなく、他の様々な変形を行うことができ、均等物を代用することができることが、当業者には理解されよう。さらに、本明細書に記載の中心概念から逸脱することなく、請求する主題の教示に特定の状況を適合させるために多くの変更を行い得る。したがって、請求する主題は、開示された特定の例に限定されず、そのような請求する主題は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入るすべての態様、およびその均等物をも含むものとする。
100 環境
102 IMU
104 SPSU
106 移動局
108 マウント
110 ビークル
112 衛星
114 ナビゲーションアイコン
202 加速度計
202(1) 加速度計
202(2) 加速度計
202(3) 加速度計
204 ジャイロスコープ
204(1) ジャイロスコープ
204(2) ジャイロスコープ
204(3) ジャイロスコープ
206 加速度データ
206(1) 加速度
206(2) 加速度
206(3) 加速度
206-1 第1の加速度
206-2 第2の加速度
208 回転データ
208(1) 回転
208(2) 回転
208(3) 回転
210 位置データ
210 位置
212 速度データ
212 速度
300 関係
400 関係
402 右(R)
404 地表針路(C)
406 上(U)
406 上(U)軸
406 上(U)方向
502 潜在的ビークルベース方向
502 ビークルベース方向
602 左右方向
604 前後方向
606 上下方向
608 加速度
608 SPS導出加速度
610 回転データ
612 回転
700 機構
702 ビークル関係移動データ
704 相関ユニット
706 関連付けユニット
708 第1の方向
710 判断ユニット
712 空間的方向付け

Claims (30)

  1. ビークル内またはビークル上に設置された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の空間的方向付けを識別するための方法であって、前記方法は、
    １つまたは複数のプロセッサが、
    １つまたは複数の衛星測位システム（ＳＰＳ）によって測定される速度データ、あるいは１つまたは複数の衛星測位システム（ＳＰＳ）によって獲得された測定値から導出される速度データと、
    ＳＰＳ導出加速度と、
    １つまたは複数のＳＰＳから獲得される測地座標系における前記ビークルの位置に対応する測地データと、
    前記ＩＭＵのそれぞれの回転を測定するように各々が配置された１つまたは複数のジャイロスコープから獲得されるか、あるいは導出される回転データと
    を含む、前記ビークルに関するビークル関係移動データを取得するステップと、
    前記１つまたは複数のプロセッサが、少なくとも第１のＩＭＵ導出加速度及び第２のＩＭＵ導出加速度を取得するステップであって、前記ＩＭＵ導出加速度のそれぞれは、前記ＩＭＵによって測定されるか、あるいは前記ＩＭＵによって獲得された測定値から導出されると共に、ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの“前後”方向の加速度または前記ビークルの“左右”方向の加速度に対応し、前記ＩＭＵは前記ビークル上または前記ビークル内に位置している、ステップと、
    １つまたは複数の相関ユニットが、前記ビークル関係移動データと、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数とに関して、１つまたは複数の演算を実行し、前記ＳＰＳ導出加速度と、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数との間のそれぞれの第１の相関、及び前記回転データと、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数との間のそれぞれの第２の相関を計算するステップと、
    １つまたは複数の方向識別ユニットが、前記ＳＰＳ導出加速度とのより高い相関を有する前記第１のＩＭＵ導出加速度または前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つの方向を、前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“前後”方向として識別すると共に、前記回転データとのより高い相関を有する前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つの方向を、前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“左右”方向として識別するステップと、
    座標変換ユニットが、前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“前後”方向及び前記ビークルの前記“左右”方向を、前記ビークル関係移動データに含まれる前記速度データと前記測地データに基づいて、地球固定座標系における前記ビークルの“前後”方向及び前記ビークルの“左右”方向に変換するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記ＩＭＵ導出加速度が、第３のＩＭＵ導出加速度を更に含むと共に、
    前記第１のＩＭＵ導出加速度、前記第２のＩＭＵ導出加速度、及び前記第３のＩＭＵ導出加速度が、実質的に直交する
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. ３つの前記ＩＭＵ導出加速度のうちの最も弱い２つを、前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度として識別するステップを更に含む
    ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. ３つの前記ＩＭＵ導出加速度のうちの最も強い１つを、重力による加速度として識別するステップを更に含む
    ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記速度データが、第１のＳＰＳベース座標系における前記ビークルの移動量に対応する
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記ＳＰＳ導出加速度及び前記ＩＭＵ導出加速度が、線形の加速度である
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記測地データに基づいて、第１の変換行列を計算するステップを更に含み、
    前記第１の変換行列が、右−地表針路−上（ＲＣＵ）ベース座標系と地球固定座標系との間で変換を行うために使用可能である
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記ビークル関係移動データに基づいて、第２の変換行列を計算するステップを更に含み、
    前記第２の変換行列が、前記ＩＭＵベース座標系と前記ＲＣＵベース座標系との間で変換を行うために使用可能である
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 前記ＩＭＵによる測定の間、前記ＩＭＵの位置及び方向付けが前記ビークルと比較して一定であるように、前記ＩＭＵによる測定の間、前記ＩＭＵが、前記ビークルに直接的あるいは間接的に、取り外し可能に固定される
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つあるいは両方の空間的方向が、前記ＩＭＵ導出加速度の固有ベクトルの方向を使用して導出される
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
  11. ビークル内またはビークル上に設置された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の空間的方向付けを識別するために１つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記命令が、前記１つまたは複数のプロセッサによって実行された場合に、前記１つまたは複数のプロセッサに、
    １つまたは複数の衛星測位システム（ＳＰＳ）によって測定される速度データ、あるいは１つまたは複数の衛星測位システム（ＳＰＳ）によって獲得された測定値から導出される速度データと、
    ＳＰＳ導出加速度と、
    １つまたは複数のＳＰＳから獲得される測地座標系における前記ビークルの位置に対応する測地データと、
    前記ＩＭＵのそれぞれの回転を測定するように各々が配置された１つまたは複数のジャイロスコープから獲得されるか、あるいは導出される回転データと
    を含む、前記ビークルに関するビークル関係移動データを取得するステップと、
    少なくとも第１のＩＭＵ導出加速度及び第２のＩＭＵ導出加速度を取得するステップであって、前記ＩＭＵ導出加速度のそれぞれは、前記ＩＭＵによって測定されるか、あるいは前記ＩＭＵによって獲得された測定値から導出されると共に、ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの“前後”方向の加速度または前記ビークルの“左右”方向の加速度に対応し、前記ＩＭＵは前記ビークル上または前記ビークル内に位置している、ステップと、
    前記ビークル関係移動データと、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数とに関して、１つまたは複数の演算を実行し、前記ＳＰＳ導出加速度と、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数との間のそれぞれの第１の相関、及び前記回転データと、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数との間のそれぞれの第２の相関を計算するステップと、
    前記ＳＰＳ導出加速度とのより高い相関を有する前記第１のＩＭＵ導出加速度または前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つの方向を、前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“前後”方向として識別すると共に、前記回転データとのより高い相関を有する前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つの方向を、前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“左右”方向として識別するステップと、
    前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“前後”方向及び前記ビークルの前記“左右”方向を、前記ビークル関係移動データに含まれる前記速度データと前記測地データに基づいて、地球固定座標系における前記ビークルの“前後”方向及び前記ビークルの“左右”方向に変換するステップと
    を実行させることができることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  12. 前記ＩＭＵ導出加速度が、第３のＩＭＵ導出加速度を更に含むと共に、
    前記第１のＩＭＵ導出加速度、前記第２のＩＭＵ導出加速度、及び前記第３のＩＭＵ導出加速度が、実質的に直交する
    ことを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  13. 前記命令が、実行された場合に、前記１つまたは複数のプロセッサに、３つの前記ＩＭＵ導出加速度のうちの最も弱い２つを、前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度として識別するステップを更に実行させることができる
    ことを特徴とする請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  14. 前記命令が、実行された場合に、前記１つまたは複数のプロセッサに、３つの前記ＩＭＵ導出加速度のうちの最も強い１つを、重力による加速度として識別するステップを更に実行させることができる
    ことを特徴とする請求項１３に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  15. 前記速度データが、第１のＳＰＳベース座標系における前記ビークルの移動量に対応する
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  16. 前記ＳＰＳ導出加速度及び前記ＩＭＵ導出加速度が、線形の加速度である
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  17. 前記命令が、実行された場合に、前記１つまたは複数のプロセッサに、前記測地データに基づいて、第１の変換行列を計算するステップを更に実行させることができ、
    前記第１の変換行列が、右−地表針路−上（ＲＣＵ）ベース座標系と地球固定座標系との間で変換を行うために使用可能である
    ことを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  18. 前記命令が、実行された場合に、前記１つまたは複数のプロセッサに、前記ビークル関係移動データに基づいて、第２の変換行列を計算するステップを更に実行させることができ、
    前記第２の変換行列が、前記ＩＭＵベース座標系と前記ＲＣＵベース座標系との間で変換を行うために使用可能である
    ことを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  19. 前記ＩＭＵによる測定の間、前記ＩＭＵの位置及び方向付けが前記ビークルと比較して一定であるように、前記ＩＭＵによる測定の間、前記ＩＭＵが、前記ビークルに直接的あるいは間接的に、取り外し可能に固定される
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  20. 前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つあるいは両方の空間的方向が、前記ＩＭＵ導出加速度の固有ベクトルの方向を使用して導出される
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  21. ビークル内またはビークル上に設置された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の空間的方向付けを識別するためのデバイスであって、
    １つまたは複数の衛星測位システム（ＳＰＳ）によって測定される速度データ、あるいは１つまたは複数の衛星測位システム（ＳＰＳ）によって獲得された測定値から導出される速度データと、
    ＳＰＳ導出加速度と、
    １つまたは複数のＳＰＳから獲得される測地座標系における前記ビークルの位置に対応する測地データと、
    前記ＩＭＵのそれぞれの回転を測定するように各々が配置された１つまたは複数のジャイロスコープから獲得されるか、あるいは導出される回転データと
    を含む、前記ビークルに関するビークル関係移動データを取得するための手段と、
    少なくとも第１のＩＭＵ導出加速度及び第２のＩＭＵ導出加速度を取得するための手段であって、前記ＩＭＵ導出加速度のそれぞれは、前記ＩＭＵによって測定されるか、あるいは前記ＩＭＵによって獲得された測定値から導出されると共に、ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの“前後”方向の加速度または前記ビークルの“左右”方向の加速度に対応し、前記ＩＭＵは前記ビークル上または前記ビークル内に位置している、手段と、
    前記ビークル関係移動データと、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数とに関して、１つまたは複数の演算を実行し、前記ＳＰＳ導出加速度と、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数との間のそれぞれの第１の相関、及び前記回転データと、前記ＩＭＵ導出加速度のうちの１つまたは複数との間のそれぞれの第２の相関を計算するための手段と、
    前記ＳＰＳ導出加速度とのより高い相関を有する前記第１のＩＭＵ導出加速度または前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つの方向を、前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“前後”方向として識別すると共に、前記回転データとのより高い相関を有する前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つの方向を、前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“左右”方向として識別するための手段と、
    前記ＩＭＵベース座標系における前記ビークルの前記“前後”方向及び前記ビークルの前記“左右”方向を、前記ビークル関係移動データに含まれる前記速度データと前記測地データに基づいて、地球固定座標系における前記ビークルの“前後”方向及び前記ビークルの“左右”方向に変換するための手段と
    を備えることを特徴とするデバイス。
  22. 前記ＩＭＵ導出加速度が、第３のＩＭＵ導出加速度を更に含むと共に、
    前記第１のＩＭＵ導出加速度、前記第２のＩＭＵ導出加速度、及び前記第３のＩＭＵ導出加速度が、実質的に直交する
    ことを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
  23. ３つの前記ＩＭＵ導出加速度のうちの最も弱い２つを、前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度として識別するための手段を更に備える
    ことを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
  24. ３つの前記ＩＭＵ導出加速度のうちの最も強い１つを、重力による加速度として識別するための手段を更に備える
    ことを特徴とする請求項２３に記載のデバイス。
  25. 前記速度データが、第１のＳＰＳベース座標系における前記ビークルの移動量に対応する
    ことを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載のデバイス。
  26. 前記ＳＰＳ導出加速度及び前記ＩＭＵ導出加速度が、線形の加速度である
    ことを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載のデバイス。
  27. 前記測地データに基づいて、第１の変換行列を計算するための手段を更に備え、
    前記第１の変換行列が、右−地表針路−上（ＲＣＵ）ベース座標系と地球固定座標系との間で変換を行うために使用可能である
    ことを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
  28. 前記ビークル関係移動データに基づいて、第２の変換行列を計算するための手段を更に備え、
    前記第２の変換行列が、前記ＩＭＵベース座標系と前記ＲＣＵベース座標系との間で変換を行うために使用可能である
    ことを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。
  29. 前記ＩＭＵによる測定の間、前記ＩＭＵの位置及び方向付けが前記ビークルと比較して一定であるように、前記ＩＭＵによる測定の間、前記ＩＭＵが、前記ビークルに直接的あるいは間接的に、取り外し可能に固定される
    ことを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載のデバイス。
  30. 前記第１のＩＭＵ導出加速度及び前記第２のＩＭＵ導出加速度のうちの１つあるいは両方の空間的方向が、前記ＩＭＵ導出加速度の固有ベクトルの方向を使用して導出される
    ことを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載のデバイス。
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