JPH03188317A - Azimuth detector - Google Patents

Azimuth detector

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JPH03188317A
JPH03188317A JP32985289A JP32985289A JPH03188317A JP H03188317 A JPH03188317 A JP H03188317A JP 32985289 A JP32985289 A JP 32985289A JP 32985289 A JP32985289 A JP 32985289A JP H03188317 A JPH03188317 A JP H03188317A
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JP
Japan
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data
azimuth
angular velocity
sensor
velocity sensor
Prior art date
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Application number
JP32985289A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Okamoto
賢司 岡本
Shinichi Matsuzaki
伸一 松崎
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To accurately calculate an estimated azimuth by estimating the offset value of a revolving angular velocity sensor as a time function and using the noise data contained in the data of a gesmagnetism sensor and the revolving angular velocity sensor and the estimated value. CONSTITUTION:The respective noises sigmaH, sigmaG of the azimuth data thetaH of a gesmagnetism sensor and the output data DELTAthetaG of a revolving angular velocity sensor are calculated by a noise calculation means 12 to be preliminarily stored and the function form of the offset value o(t) of the azimuth data of the revolving angular velocity sensor is supposed by theory or actual measurement and an apparent noise component is calculated according to formula. The measured noise value is supplied to a filter gain calculation means 13 to calculate a Karman filter gain K. Predetermined weighting is applied by a Karman filter means 11 to output an estimated azimuth theta. Since the weighting corresponding to the change of the offset value can be performed, the azimuth of a moving body can be accurately estimated.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は方位検出装置に関し、さらに詳細にいえば、地
磁気センサを使用し、この他に移動体の移動方向を検出
して旋回角速度を知る旋回角速度センサ(例えば、光フ
アイバジャイロ、機械式ジャイロ、振動ジャイロ、ガス
レートジャイロ)を使用して移動体のヨ一方向の方位を
検出する方位検出装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to an azimuth detection device, and more specifically, it uses a geomagnetic sensor to detect the direction of movement of a moving body to determine the turning angular velocity. The present invention relates to an orientation detection device that detects the orientation of a moving body in one direction using a turning angular velocity sensor (for example, an optical fiber gyro, a mechanical gyro, a vibration gyro, or a gas rate gyro).

〈従来の技術〉 従来から、道路交通網の任意の箇所を走行している車両
、あるいは航空路を航行する航空機、海路を航行する船
舶等(以下「車両」を想定して説明を進める。車両の「
走行」、航空機、船舶の「航行」をまとめていうときは
「走行」という、)の位置を検出する方式として、距離
センサと、方位センサ(地磁気センサ、または旋回角速
度センサのいずれか1つ)と、両センサからの出力信号
に必要な処理を施す処理装置とを具備し、車両の走行に
伴なって生ずる距離変化量Δノ、および、方位θ(地磁
気センサの場合)もしくは方位変化量Δθ(旋回角速度
センサの場合)を用いて、移動体の現在位置データを得
る推測航法(DeadReckoning )が提案さ
れている。この方式は、Δノおよびθに基いて、例えば
Δノの東西方向成分ΔX(−ΔJXcosθ)および南
北方向成分Δy(−ΔJXsinθ)を算出し、従前の
位置出力データ(Px’、  Py’)に対して上記各
成分ΔX。
<Prior Art> Conventionally, the explanation will be based on the assumption that vehicles traveling at any point on a road transportation network, aircraft navigating air routes, ships navigating sea routes, etc. (hereinafter referred to as "vehicles").Vehicles of"
A distance sensor, a direction sensor (either a geomagnetic sensor or a turning angular velocity sensor) are used as a method for detecting the position of an aircraft or ship. , and a processing device that performs necessary processing on the output signals from both sensors, and is equipped with a processing device that performs necessary processing on the output signals from both sensors. Dead Reckoning has been proposed to obtain current position data of a moving object using a turning angular velocity sensor. This method calculates, for example, the east-west component ΔX (-ΔJX cos θ) and the north-south component Δy (-ΔJX sin θ) of Δ based on Δ and θ, and then calculates the east-west component ΔX (-ΔJX cos θ) and the north-south component Δy (-ΔJX sin θ) of Δ On the other hand, each of the above components ΔX.

Δyを加算することにより、現在の位置出力データ(P
x、Py)を求める方式であるが、方位センサが必然的
に有している誤差のために、得られる現在位置データに
含まれる誤差が累積されてしまうという欠点がある。
By adding Δy, the current position output data (P
This method calculates the values (x, Py), but it has the drawback that errors included in the obtained current position data are accumulated due to the errors that the orientation sensor inevitably has.

すなわち、方位センサが、地磁気を検出して移動体の絶
対方位を知る地磁気センサである場合には、地磁気方位
センサは微弱な地球磁界の強さを検出するものであり、
移動体本体が着磁してしまうとその出力データには誤差
が発生する。この誤差を打ち消すために地磁気方位セン
サの初期化処理が行われるが、車両であればその走行中
、特に踏切、電カケープル埋設場所、鉄橋、防音壁のあ
る高速道路や高層ビルの谷間を通過する時等にしばしば
外部からの強電磁界の影響を受けて車体の着磁量が変化
することにより、再度誤差が発生することかある。した
がって、このような磁界の乱れをKんだ地磁気センサ出
力データを的確に検出して一排除しなければ、正しい方
位を求めることができない。
That is, when the direction sensor is a geomagnetic sensor that detects the earth's magnetism and knows the absolute direction of the moving body, the geomagnetic direction sensor detects the strength of the weak earth's magnetic field,
If the main body of the moving body is magnetized, an error will occur in the output data. In order to cancel out this error, the geomagnetic direction sensor is initialized, but when a vehicle is driving, it must pass through railroad crossings, power cable burial sites, railway bridges, expressways with soundproof walls, and valleys between high-rise buildings. As the amount of magnetization of the vehicle body changes over time due to the influence of strong electromagnetic fields from outside, errors may occur again. Therefore, the correct orientation cannot be determined unless the geomagnetic sensor output data containing such magnetic field disturbances is accurately detected and eliminated.

一方、旋回角速度センサを使用する場合には、例えば、
方位変化が所定値以上となった時、電源(イグニション
)オン時、極低速走行時、または、山道などの悪路走行
が検出された時等には、センサの出力データにノイズが
多く現れることが知られており、これらのデータをその
まま使用すると方位検出精度が低下する。
On the other hand, when using a turning angular velocity sensor, for example,
When the direction change exceeds a predetermined value, when the power (ignition) is turned on, when driving at extremely low speeds, or when driving on rough roads such as mountain roads is detected, a lot of noise may appear in the sensor output data. is known, and if these data are used as is, the direction detection accuracy will decrease.

そこで、方位センサとして、旋回角速度センサと、地磁
気センサとの2つの方位センサを併用し、旋回角速度セ
ンサの出力データと、地磁気センサの出力データとのい
ずれかの信頼性が低下した場合に他のデータで補うよう
にした方位検出装置が考えられる。
Therefore, two orientation sensors, a turning angular velocity sensor and a geomagnetic sensor, are used together as an azimuth sensor, and if the reliability of either the output data of the turning angular velocity sensor or the output data of the geomagnetic sensor decreases, the other A direction detection device that supplements the information with data is conceivable.

この方位検出装置に適用しうる1つの方法は、旋回角速
度センサの出力データに含まれるノイズと、地磁気セン
サの出力データに含まれるノイズとを、ともに正規分布
に従うランダムノイズと考えて、カルマンフィルタの理
論を用いて、ノイズの予測値が少ないほうのデータすな
わち信頼性の多いと思われるデータに重みをおいて最終
的な方位を推定する方法である。
One method that can be applied to this direction detection device is to consider the noise included in the output data of the turning angular velocity sensor and the noise included in the output data of the geomagnetic sensor as random noise that follows a normal distribution, and use the Kalman filter theory. This is a method of estimating the final direction by giving weight to data with less predicted noise, that is, data that is considered to be more reliable.

ところが、旋回角速度センサでは、直線走行中でセンナ
出力が0であるべき時でも、温度や湿度の影響を受けて
幾らかの出力(オフセット)が発生するという傾向があ
る。このオフセット出力は、累積するという性質を有し
ているので、実際の走行方向からずれた方向を検知して
しまうことになる。
However, with turning angular velocity sensors, even when the sensor output should be zero during straight travel, there is a tendency for some output (offset) to occur due to the influence of temperature and humidity. Since this offset output has the property of accumulating, a direction deviated from the actual running direction will be detected.

しかもこのオフセット出力は、旋回角速度センサ出力デ
ータのランダムノイズとして検出することができない。
Furthermore, this offset output cannot be detected as random noise in the turning angular velocity sensor output data.

この理由は、ランダムノイズの場合、平均値が0になる
のでデータの分散値をとることにより検出できるが、オ
フセット出力では、平均値が0とならないからである。
The reason for this is that in the case of random noise, the average value is 0, so it can be detected by taking the variance value of the data, but in the case of an offset output, the average value does not become 0.

したがって、カルマンフィルタの理論を用いて、ノイズ
の少ないほうのデータすなわち信頼性の多いほうのデー
タに重みをおいて最終的な方位を推定する場合にあって
は、オフセットに対する何らかの補正処理か望まれる。
Therefore, when estimating the final orientation by weighting data with less noise, that is, data with more reliability, using the Kalman filter theory, some kind of correction processing for the offset is desired.

本発明の目的は、旋回角速度センサと地磁気センサの出
力データを取り込み、それらの値と、過去の推定方位か
ら移動体の現在の方位を算出し、もって、移動体の現在
位置を求める方位検出装置において、上記旋回角速度セ
ンサの出力データの信頼性を判定する場合、オフセット
のずれを含めた形で信頼性を判定し、移動体の現在の方
位を正確に推定することができる方位検出装置を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to obtain an azimuth detection device that captures the output data of a turning angular velocity sensor and a geomagnetic sensor, calculates the current azimuth of a moving object from those values and estimated past azimuths, and thereby determines the current position of the moving object. Provided is an azimuth detection device capable of accurately estimating the current azimuth of a moving body by determining the reliability of the output data of the turning angular velocity sensor by determining the reliability including offset deviation. It's about doing.

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明の方位検出装置は、
第1図に示すように、旋回角速度センサのオフセット値
を時間の関数o (t)として予測するオフセット値予
測手段15と、地磁気センサの出力データθHのノイズ
成分σHを記憶するとともに、旋回角速度センサの出力
データΔθGのノイズ成分σGを記憶し、上記予測され
たオフセットa (t)を用いて旋回角速度センサの出
力データΔθGの見掛けのノイズ成分を式 4式%()) により計算するノイズ算出手段12と、上記ノイズ成分
を用いてカルマンフィルタゲインKを算出するフィルタ
ゲイン算出手段13と、地磁気センサの方位データθH
、および旋回角速度センサの出力△θGに、上記カルマ
ンフィルタゲインKに基づいた重み付け処理をすること
により、移動体の現在の推定方位θを求める方位推定手
段11とを有するものである。
Means for Solving the Problems> The orientation detection device of the present invention for achieving the above objects has the following features:
As shown in FIG. 1, the offset value prediction means 15 predicts the offset value of the turning angular velocity sensor as a function of time o (t), and the turning angular velocity sensor stores the noise component σH of the output data θH of the geomagnetic sensor. Noise calculation means that stores the noise component σG of the output data ΔθG of 12, filter gain calculation means 13 for calculating the Kalman filter gain K using the noise component, and azimuth data θH of the geomagnetic sensor.
, and an azimuth estimating means 11 that calculates the current estimated azimuth θ of the moving body by subjecting the output ΔθG of the turning angular velocity sensor to weighting processing based on the above-mentioned Kalman filter gain K.

なお、ノイズ算出手段が、地磁気センサの出力データθ
“に含まれるノイズ成分σ9、および旋回角速度センサ
の出力データΔθGに含まれるノイズ成分σGを、走行
データに基づいて算出するものであってもよい。
Note that the noise calculation means uses the output data θ of the geomagnetic sensor.
The noise component σ9 included in "" and the noise component σG included in the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor may be calculated based on travel data.

〈作用〉 地磁気センサの方位データθH1および於゛向角速度セ
ンサの出力から求められる方位データθGは、それぞれ
ランダムノイズ、オフセットを含めた形で次のように表
わされる。
<Operation> The azimuth data θH1 of the geomagnetic sensor and the azimuth data θG obtained from the output of the angular velocity sensor are expressed as follows, including random noise and offset.

θH−θ+V θG■θ+Δθ’+W+0(t) ここに、V、Wは、地磁気センサ、旋回角速度センサの
出力に含まれるランダムノイズであり、それらの平均値
は0である。o (t)はオフセット値であり、時間と
ともに変化する。
θH−θ+V θG■θ+Δθ′+W+0(t) Here, V and W are random noises included in the outputs of the geomagnetic sensor and the turning angular velocity sensor, and their average value is 0. o(t) is an offset value that changes over time.

本発明の方位検出装置によれば、ノイズ算出手段12に
より、上記ランダムノイズ成分v、Wとして、地磁気セ
ンサの出力データθ”、旋回角速度センサの出力データ
ΔθGのノイズσ1.σHを記taしておき、オフセッ
ト値o (t)の関数形を理論もしくは実測により仮定
し、式 4式%()) により見掛けのノイズ成分を計算する。
According to the orientation detection device of the present invention, the noise calculation means 12 records the noise σ1.σH of the output data θ” of the geomagnetic sensor and the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor as the random noise components v and W. Then, assuming the functional form of the offset value o (t) by theory or actual measurement, the apparent noise component is calculated using equation 4 (%()).

これにより、各センサの出力データθGの信頼性ととも
に、ΔθGの信頼性をオフセット分を含めて評価するこ
とができる。測定されたノイズの値は、フィルタゲイン
算出手段13に供給され、カルマンフィルタゲインKが
算出される。
Thereby, it is possible to evaluate the reliability of the output data θG of each sensor as well as the reliability of ΔθG including the offset. The measured noise value is supplied to filter gain calculation means 13, and Kalman filter gain K is calculated.

そして、カルマンフィルタ手段11において、所定の重
み付け処理が施され推定方位θが出力される。
Then, the Kalman filter means 11 performs a predetermined weighting process and outputs the estimated orientation θ.

このようにして、ΔθGについて、オフセットの変化に
応じた重み付けを行うことができるので、より正確な移
動体の方位を推定することができる。
In this way, it is possible to weight ΔθG according to the change in offset, so it is possible to estimate the orientation of the moving object more accurately.

またノイズ算出手段が、ノイズ成分σHσHを走行デー
タに基づき収集するものであれば、実際の直線走行中の
走行条件に応じたσHσGの評価をリアルタイムで行う
ことができ、推定方位の信頼性をさらに向上させること
ができる。
In addition, if the noise calculation means collects the noise component σHσH based on driving data, it is possible to evaluate σHσG in real time according to the driving conditions during actual straight-line driving, which further improves the reliability of the estimated heading. can be improved.

なお、上記走行中のノイズ成分を測定する理由は、走行
中の振動や、移動体の動特性等に起因するノイズを含ん
でいる走行中のデータによってノイズを評価することが
好ましいからである。
The reason for measuring the noise component during running is that it is preferable to evaluate noise using data during running, which includes noise caused by vibrations during running, dynamic characteristics of the moving body, and the like.

特に、旋回による角速度成分を含まない直線走行中のデ
ータを利用することがより好ましい。
In particular, it is more preferable to use data during straight running that does not include angular velocity components due to turns.

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing examples.

第3図は、車両に適用された本発明の方位検出装置の一
実施例を示すブロック図であり、・左右両輪の回転数を
検出する車速センサ41(このセンサは、距離センサと
して利用される。)・地磁気センサ42、 ・ジャイロ43(旋回角速度を干渉光の位相変化として
読み取る光フアイバジャイロ、ピエゾエレクトリック素
子の片持ちぼり振動技術を利用して旋回角速度を検出す
る振動ジャイロ、機械式ジャイロ等から選ばれたもの。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the direction detection device of the present invention applied to a vehicle. Vehicle speed sensor 41 that detects the rotational speed of both left and right wheels (this sensor is used as a distance sensor). )・Geomagnetic sensor 42,・Gyro 43 (an optical fiber gyro that reads the turning angular velocity as a phase change of interference light, a vibrating gyro that detects the turning angular velocity using cantilever vibration technology of a piezoelectric element, a mechanical gyro, etc.) selected from.

旋回角速度センサとして利用される。)、 ・道路地図データを格納した道路地図メモリ2、・ジャ
イロ43、地磁気センサ42により検出された出力デー
タに基づいて車両の推定方位を算出するとともに、車速
センサ41のデータと合わせて車両の位置出力データを
演算しバッファメモリ3に格納するロケータ1、 ・当該読出した車両現在位置を地図に重ねてデイスプレ
ィ7に表示させるとともに、キーボード8とのインター
フェイスをとるナビゲーションコントローラ5 とから構成されている。
Used as a turning angular velocity sensor. ), ・Road map memory 2 storing road map data, ・Calculates the estimated heading of the vehicle based on the output data detected by the gyro 43 and the geomagnetic sensor 42, and also calculates the vehicle position along with the data of the vehicle speed sensor 41. It consists of a locator 1 that calculates output data and stores it in a buffer memory 3; a navigation controller 5 that displays the read vehicle current position on a display 7 overlaid on a map and interfaces with a keyboard 8;

上記ロケータ1は、例えば、車速センサ41がらの出力
パルス信号の数をカウンタでカウントすることにより車
輪の回転数を得、カウンタがら出力されるカウント出力
データに対して、乗算器により1カウント当りの距離を
示す所定の定数を乗算することにより単位時間当りの走
行距離出力データを算出するとともに、ジャイロ43か
ら車両方位の相対変化を求め、これと地磁気センサ42
の絶対方位出力データとから車両の方位出力データを算
出するものである。
The locator 1 obtains the number of wheel revolutions by counting the number of output pulse signals from the vehicle speed sensor 41 with a counter, and uses a multiplier to calculate the number of rotations per count for the count output data output from the counter. The mileage output data per unit time is calculated by multiplying by a predetermined constant indicating the distance, and the relative change in vehicle direction is obtained from the gyro 43, and this and the geomagnetic sensor 42
The vehicle's azimuth output data is calculated from the absolute azimuth output data of the vehicle.

上記道路地図メモリ2は、所定範囲にわたる道路地図デ
ータが予め格納されているものであり、半導体メモリ、
カセットテープ、CD−ROM。
The road map memory 2 stores road map data covering a predetermined range in advance, and includes a semiconductor memory,
Cassette tape, CD-ROM.

ICメモリ、DAT等が使用可能である。IC memory, DAT, etc. can be used.

上記デイスプレィ7はCRT、液晶表示器等を使用して
、車両走行中の道路地図と車両位置とを表示するもので
ある。
The display 7 uses a CRT, liquid crystal display, or the like to display a road map and the vehicle position while the vehicle is traveling.

上記ナビゲーション・コントローラ5は、図形処理プロ
セッサ、画像処理メモリ等から構成され、デイスプレィ
7上における地図の検索、縮尺切り替え、スクロール、
車両の現在位置の表示等を行わせる。
The navigation controller 5 is composed of a graphic processing processor, an image processing memory, etc., and performs map searching, scale switching, scrolling, etc. on the display 7.
The current position of the vehicle is displayed.

上記の構成の装置による車両方位検出手順について説明
する。車両走行中は、上記ロケータ1に取り込んだ各セ
ンサ出力データに基づいて、車両の位置をデイスプレィ
7上に地図とともに表示しているが、その表示中も一定
時間ごとの割り込みにより各センサの出力データを取り
込み、車両方位を更新するようにしている。この割り込
み時の車両方位検出フローを第2図に示す。なお、この
割り込みは、車両の走行距離出力データを基にして求ま
る一定の走行距離ごとに行ってもよい。上記一定時間ま
たは一定走行距離の長さは、使用されるジャイロの種類
や地磁気センサの性能等により適宜設定される。
A procedure for detecting vehicle direction using the device configured as described above will be explained. While the vehicle is running, the position of the vehicle is displayed on the display 7 together with a map based on the output data of each sensor captured by the locator 1, but even during the display, the output data of each sensor is displayed due to interruptions at regular intervals. I am trying to import the data and update the vehicle position. FIG. 2 shows the vehicle direction detection flow at the time of this interruption. Note that this interruption may be performed every fixed distance traveled, which is determined based on the distance output data of the vehicle. The length of the above-mentioned fixed time or fixed travel distance is appropriately set depending on the type of gyro used, the performance of the geomagnetic sensor, etc.

まず、ステップ■において、ジャイロ43の出力データ
ΔθGと地磁気センサ42の出力データをθHを取り込
む。
First, in step (2), output data ΔθG of the gyro 43 and output data θH of the geomagnetic sensor 42 are taken in.

次に、車両が直線走行中かどうか判定する(ステップ■
)。直線道路を走行中かどうかは、比較的短期間のジャ
イロ43の出力データに基づいて簡単な比較計算をすれ
ば十分判断可能である。すなわちジャイロ43の出力デ
ータΔθGと前回の推定方位θとを用いて、 θ6−θ+ΔθG を計算する。この値と、例えば過去何回かの推定方位の
平均値くθ〉との差1θG  <θ〉1が基準値eより
少なければ直線走行中と判断できる。
Next, determine whether the vehicle is traveling in a straight line (step ■
). Whether or not the vehicle is traveling on a straight road can be determined by simple comparative calculations based on output data from the gyro 43 over a relatively short period of time. That is, θ6−θ+ΔθG is calculated using the output data ΔθG of the gyro 43 and the previous estimated orientation θ. If the difference 1θG <θ>1 between this value and, for example, the average value θ> of several past estimated directions is less than the reference value e, it can be determined that the vehicle is traveling in a straight line.

このほかに、マツプマツチング手法により判断してもよ
い。
In addition to this, the determination may be made using a map matching method.

直線走行中でなければ、方位検出に利用するため、上記
推定方位θGを登録して(ステップ■)、割り込み継続
回数を示すカウンタnを0とおき(ステップ■)、ステ
ップ[株]に進む。
If the vehicle is not traveling in a straight line, the estimated orientation θG is registered for use in orientation detection (step ■), a counter n indicating the number of continuous interruptions is set to 0 (step ■), and the process proceeds to step [stock].

直線走行中であれば、カウンタnを1だけインクリメン
トしくステップ■)、センサ出力データΔθG θHを
バッファメモリ3の第n番地に記憶しくステップ■;以
下、第n番地に記憶されたデータをΔθ’ n 、θH
nで表わす)、nがバッファメモリ3の容量等から決ま
る最大値mに達しているかどうか判定する(ステップ■
)。最大値mに達していれば、以下の計算をするのに十
分な数のデータが集められたと判断して、ステップ■以
下に進む。最大値mに達していなければ、割り込み前の
状態に戻り、上記の処理を繰り返す。
If the vehicle is traveling in a straight line, the counter n is incremented by 1 (Step ■), and the sensor output data ΔθG θH is stored in the nth address of the buffer memory 3 (Step ■); Hereafter, the data stored in the nth address is incremented by Δθ' n, θH
(expressed as n), it is determined whether n has reached the maximum value m determined from the capacity of the buffer memory 3, etc. (step
). If the maximum value m has been reached, it is determined that a sufficient amount of data has been collected for the following calculation, and the process proceeds to step (2). If the maximum value m has not been reached, the process returns to the state before the interrupt and repeats the above process.

ステップ■では、過去m回で集められたデータΔθ’ 
n (rrl〜m)を用いて平均値、n■m くΔθ’ > −(1/m)  Σ ΔθGn。
In step ■, data Δθ' collected in the past m times is
Using n (rrl~m), calculate the average value, n■m Δθ'> −(1/m) Σ ΔθGn.

r1 分散値、    。”m σ” −(1/m)  Σ (ΔθGn−くθG〉)2
n=1 を求める。ステップ■では、過去m回で集められたデー
タθ’ n (n−1−11)を用いて平均値、11m くθ’>−(17i)Σ θHn −1 分散値、 n参m σH2−(1/i)  Σ (θ’n−<θH〉)2n
=1 を求める。
r1 variance value, . "m σ" - (1/m) Σ (ΔθGn-kuθG〉)2
Find n=1. In step ■, the data θ' n (n-1-11) collected in the past m times are used to calculate the average value, 11 m θ'>-(17i) Σ θHn -1 variance, n m σH2-( 1/i) Σ (θ'n-<θH>)2n
Find =1.

上記のようにして求めた分散値σG2 σH2は、旋回
角速度センサの出力データの、正規分布に従うランダム
ノイズの大きさに対応するものである。
The variance value σG2 σH2 obtained as described above corresponds to the magnitude of random noise in the output data of the turning angular velocity sensor that follows a normal distribution.

次に、ジャイロ43の出力データΔθGのオフセットを
求める。第4図はジャイロ43の出力データの瞬時値を
表わすグラフであり、停車時t2から次の発進時t3ま
での間にオフセット値がAからOに補正され、発進後再
びオフセットo (t)が現れ、時間tとともに増加し
ていく様子を示している。したがって、発進時t3以後
のオフセットの関数形をo (0)−0となる適当な形
に仮定し、次式 %式%()) により見掛けの分散値を計算する。
Next, the offset of the output data ΔθG of the gyro 43 is determined. FIG. 4 is a graph showing the instantaneous value of the output data of the gyro 43. The offset value is corrected from A to O between the time of stopping t2 and the next time of starting t3, and the offset value o (t) is corrected again after starting. The figure shows how it appears and increases with time t. Therefore, assuming that the functional form of the offset after the start time t3 is o (0) - 0, the apparent variance value is calculated using the following formula.

o (t)の形は、ジャイロの特性に応じて理論的また
は実験的に決定すればよい。例えば、時間とともに増加
する一次関数αt、二次関数αt2指数関数α(e’−
1)等である。
The shape of o (t) may be determined theoretically or experimentally depending on the characteristics of the gyro. For example, a linear function αt that increases with time, a quadratic function αt2 an exponential function α(e'-
1) etc.

以後この見掛けの分散値をジャイロ43の出力データΔ
θGの分散値と見なすことにし、改めてσG2とおく。
From now on, this apparent dispersion value will be used as the output data Δ of the gyro 43.
It will be regarded as the variance value of θG, and will be rewritten as σG2.

ステップ■では分散値σG2.σH2を考慮にいれた推
定方位を次式に基づいて計算する。
In step ■, the variance value σG2. The estimated orientation taking σH2 into consideration is calculated based on the following equation.

θi −(1−Ki )  (θi−1+Δθ’f)+
Ki θHt ここに、θiは今回の割り込みで求める推定方位、θj
−1は前回に求めた方位である。ΔθGH9θH+は今
回推定方位を計算するときに使用するセンサの出力デー
タであり、例えば、最新のデータΔθGm、θHmを使
用してもよいし上記平均値くΔθG〉くθ”〉を使用し
てもよい。K1はQ<Kl <1なる変数であって、カ
ルマンゲインと呼ばれる。Kiは前回に求めたカルマン
ゲインK I−1を使って、 Ki −σG2+K1−1 σ″2 σG 2 +σH2+K1−1  σH2として求めら
れる。
θi − (1−Ki ) (θi−1+Δθ′f)+
Ki θHt Here, θi is the estimated direction obtained by this interruption, θj
-1 is the direction found last time. ΔθGH9θH+ is the output data of the sensor used when calculating the estimated heading this time. For example, the latest data ΔθGm and θHm may be used, or the above average value ΔθG〉 θ”〉 may be used. .K1 is a variable with Q<Kl<1, and is called Kalman gain.Ki uses the previously calculated Kalman gain KI-1, and is expressed as Ki -σG2+K1-1 σ″2 σG 2 +σH2+K1-1 σH2 Desired.

以上のようにして、特にジャイロ43のオフセットを考
慮に入れたノイズ量に応じてカルマンゲインKjをリア
ルタイムで求め、重み付けをした結果として、新しい車
両の方位θiを求め(ステップ@)、初期状態に戻る(
ステップ@)。
As described above, the Kalman gain Kj is determined in real time according to the amount of noise that takes into account the offset of the gyro 43, and as a result of weighting, a new vehicle orientation θi is determined (step @), and the initial state is return(
Step @).

この方位θiと車速センサ41の距離データとから車両
の推定位置を算出することができる。
The estimated position of the vehicle can be calculated from this direction θi and the distance data from the vehicle speed sensor 41.

勿論この時に道路地図データと比較し、道路地図データ
との相関度を評価して車両の推定位置を補正し、車両の
現在位置を道路上に設定するマツプマツチング方式を採
用してもよい(特開昭63−148115号公報参照)
Of course, at this time, a map matching method may be adopted in which the estimated position of the vehicle is corrected by comparing it with the road map data, evaluating the degree of correlation with the road map data, and setting the current position of the vehicle on the road. (See Publication No. 63-148115)
.

以上、実施例に基づいて本発明の方位検出装置を説明し
てきたが、本発明は上記実施例に限るものではない。例
えば、上記実施例のステップ■■では、過去の走行で集
められたデータΔθGn。
Although the orientation detection device of the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in step ■■ of the above embodiment, data ΔθGn collected during past driving.

θHnを用いて平均値、分散値を求めていたが、旋回角
速度センサ、地磁気センサの特性、直線走行中の実測デ
ータに応じた一定値を予め記憶しておき、その値のみを
用いて計算してもよい。こうすることによって、制御が
簡単になるとともに、直線走行中でない場合でも正確な
方位を推定できるようになる。
The average value and variance value were calculated using θHn, but it is possible to memorize certain values in advance according to the characteristics of the turning angular velocity sensor, geomagnetic sensor, and actual measurement data while traveling in a straight line, and calculate using only those values. You can. This simplifies control and makes it possible to estimate accurate heading even when the vehicle is not traveling in a straight line.

また、車両の代わりに航空機、船舶等の移動体に適用す
ることができ、その他、本発明の要旨を変更しない範囲
内において、種々の設計変更を施すことが可能である。
Furthermore, the present invention can be applied to moving bodies such as aircraft and ships instead of vehicles, and various other design changes can be made without changing the gist of the present invention.

く計算例〉 本発明の有効性を確認するために、次のシミュレーショ
ンを行った。
Calculation Example> In order to confirm the effectiveness of the present invention, the following simulation was performed.

地磁気センサの出力がθH1旋回角速度センサの出力が
、 ΔθGn=ΔθGO+βt  ■ (ΔθG0は初期値、βは定数)の形の疑似入力を作り
、簡単のため、方位変化がない(直線走行中)と仮定し
た。したがってΔθ’o−o、  θH−一定値とおい
た。また、データの分散値σ′(2も一定値とおいた。
The output of the geomagnetic sensor is θH1 The output of the turning angular velocity sensor is ΔθGn = ΔθGO + βt ■ Create a pseudo input in the form (ΔθG0 is the initial value, β is a constant), and for simplicity, assume that there is no change in direction (running in a straight line). did. Therefore, Δθ'o−o, θH− was set as a constant value. In addition, the data variance value σ' (2 was also set as a constant value).

そして、o (t)を−次間数αtと仮定し、αの値を
種々変えながら、見掛けの分散値を計算した。
Then, assuming o (t) to be the -order number αt, the apparent variance value was calculated while varying the value of α.

(1)まず、α−0の場合、すなわちオフセットの変化
を考慮に入れないで式 %式%) により推定方位を求めた。この場合カルマン定数Kiは
σ1.σHで決まる定数となる。
(1) First, in the case of α-0, that is, the estimated heading was obtained using the formula (%) without taking into account changes in offset. In this case, the Kalman constant Ki is σ1. It is a constant determined by σH.

以上のように求めた推定方位と、上記0式の疑似入力に
従う「真の」方位との誤差が蓄積されていく傾向をグラ
フ化したのが第5図(a)である。
FIG. 5(a) is a graph showing the tendency for errors to accumulate between the estimated heading obtained as described above and the "true" heading according to the pseudo input of the above equation 0.

いずれも、オフセットにより誤差が線形に増大していく
のが判る。特に、σGが小さな場合は地磁気センサのデ
ータよりも旋回角速度センサのデータに重きを置いてい
るので、誤差の累積が顕著である。
In both cases, it can be seen that the error increases linearly with offset. In particular, when σG is small, the data from the turning angular velocity sensor is given more weight than the data from the geomagnetic sensor, so the accumulation of errors is significant.

(2)次にα≠0、すなわちオフセットを考慮に入れて
計算を行った。σHを一定とおき、αを3種類設定して
、誤差が蓄積されていく傾向をグラフ化したのが第5図
(b)である。いずれも、誤差が一定の値に収束してい
ることか判る。特に、αが大きければ、地磁気センサの
データに重きがおかれる結果、蓄積誤差は速く収束し、
αが小さければ、旋回角速度センサのデータに重きがお
かれる結果、蓄積誤差は増大しゆっくり収束する。
(2) Next, calculations were performed taking into account α≠0, that is, the offset. FIG. 5(b) is a graph showing the tendency for errors to accumulate when σH is kept constant and α is set to three types. In both cases, it can be seen that the errors have converged to a constant value. In particular, if α is large, more emphasis is placed on data from the geomagnetic sensor, and the accumulated error converges quickly.
If α is small, more emphasis is placed on the data from the turning angular velocity sensor, and as a result, the accumulated error increases and converges slowly.

以上のように、オフセットを考慮にいれた計算により、
誤差が一定値以内に収まることが判った。
As mentioned above, by calculation that takes offset into account,
It was found that the error was within a certain value.

これにより、本発明の効果が多大なものであることが立
証できた。
This proves that the effects of the present invention are significant.

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の方位検出装置によれば、旋回角
速度センサのオフセット値を時間とともに変化する関数
o (t)として予測し、地磁気センサの出力データθ
Hおよび旋回角速度センサの出力データΔθGに含まれ
るノイズ成分と、上記予測されたオフセットo (t)
とを用いて、オフセットを考慮した移動体の正確な方位
を推定することができ、上記方位に基づいて移動体の移
動中の位置を正確に求めることができる。
<Effects of the Invention> As described above, according to the orientation detection device of the present invention, the offset value of the turning angular velocity sensor is predicted as a function o (t) that changes with time, and the output data θ of the geomagnetic sensor is
H and the noise component included in the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor and the above predicted offset o (t)
Using this, it is possible to estimate the accurate orientation of the moving object in consideration of the offset, and based on the above-mentioned orientation, it is possible to accurately determine the position of the moving object while it is moving.

また、地磁気センサの出力データθHおよび旋回角速度
センサの出力データΔθGに含まれるノイズ成分を実走
行データに基づきリアルタイムで求めることにすれば、
より正確な方位を推定することができる。
Also, if the noise components included in the output data θH of the geomagnetic sensor and the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor are determined in real time based on actual driving data,
A more accurate direction can be estimated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の方位検出装置の機能ブロック図、 第2図は方位検出手順を示すフローチャート、第3図は
方位検出装置のハードウェア構成を示すブロック図、 第4図は旋回角速度センサのオフセット値の時間変化を
示すグラフ、 第5図は計算機シミュレーションの結果を示すグラフで
ある。 1・・・ロケータ、3・・・バッファメモリ、11・・
・方位推定手段、12・・・ノイズ算出手段、13・・
・フィルタゲイン算出手段、 1 5・・・オフセラ ト予測手段、 2・・・地磁気センサ、 3・・・ジャイ ロ
Figure 1 is a functional block diagram of the orientation detection device of the present invention, Figure 2 is a flowchart showing the orientation detection procedure, Figure 3 is a block diagram showing the hardware configuration of the orientation detection device, and Figure 4 is a diagram of the turning angular velocity sensor. Graph showing the change in offset value over time. FIG. 5 is a graph showing the results of computer simulation. 1... Locator, 3... Buffer memory, 11...
- Orientation estimation means, 12... Noise calculation means, 13...
- Filter gain calculation means, 1 5... Off-cerat prediction means, 2... Geomagnetic sensor, 3... Gyro

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、地磁気センサの方位データ、および旋回角速度セン
サの出力から求められる方位データを取り込み、それら
の値と過去の推定方位とから移動体の現在の推定方位を
求める方位検出装置において、 旋回角速度センサのオフセット値を、時間 とともに変化する関数o(t)として予測するオフセッ
ト値予測手段と、 地磁気センサの出力データθ^Hのノイズ成分σ^Hを
記憶するとともに、旋回角速度センサの出力データΔθ
^Gのノイズ成分σ^Gを記憶し、上記予測されたオフ
セット値o(t)を用いて旋回角速度センサの出力デー
タ Δθ^Gの見掛けのノイズ成分を次式により計算するノ
イズ算出手段と、 (σ^G+o(t))^2 上記ノイズ成分を用いてカルマンフィルタ ゲインKを算出するフィルタゲイン算出手段と、 地磁気センサの出力から求めた方位データ θ^H、および旋回角速度センサの出力から求めた方位
データθ^Gに、上記カルマンフィルタゲインKに基づ
いた重み付け処理をすることにより、移動体の現在の推
定方位θを求める方位推定手段とを有することを特徴と
する方位検出装置。 2、ノイズ算出手段が、地磁気センサの出力データθ^
Hに含まれるノイズ成分σ^H、および旋回角速度セン
サの出力データΔθ^Gに含まれるノイズ成分σ^Gを
実際の走行データに基づいて算出するものである請求項
1記載の方位検出装置。
[Claims] 1. An azimuth detection device that takes in azimuth data from a geomagnetic sensor and azimuth data obtained from the output of a turning angular velocity sensor, and calculates the current estimated azimuth of a moving body from these values and past estimated azimuths. An offset value prediction means for predicting the offset value of the turning angular velocity sensor as a function o(t) that changes with time; Output data Δθ
Noise calculating means for storing the noise component σ^G of ^G and calculating the apparent noise component of the output data Δθ^G of the turning angular velocity sensor using the following formula using the predicted offset value o(t); (σ^G+o(t))^2 A filter gain calculation means that calculates the Kalman filter gain K using the above noise component, and azimuth data θ^H obtained from the output of the geomagnetic sensor and the output of the turning angular velocity sensor. An azimuth detecting device comprising azimuth estimating means for calculating the current estimated azimuth θ of a moving body by subjecting azimuth data θ^G to weighting processing based on the Kalman filter gain K. 2. The noise calculation means uses the output data θ^ of the geomagnetic sensor
The azimuth detecting device according to claim 1, wherein the noise component σ^H included in H and the noise component σ^G included in the output data Δθ^G of the turning angular velocity sensor are calculated based on actual travel data.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6199020B1 (en) 1997-06-27 2001-03-06 Murata Manufacturing Co., Ltd. External force measuring apparatus
JP2006194822A (en) * 2005-01-17 2006-07-27 Oyo Corp Displacement monitoring method of ground or the like using acceleration sensor
JP2008544284A (en) * 2005-06-22 2008-12-04 ノースロップ グラマン ガイダンス アンド エレクトロニクス カンパニー,インコーポレーテッド Device and method for integrating continuous and discontinuous inertial instrument measurements in navigation systems.
JP2011017688A (en) * 2009-07-09 2011-01-27 Jiaotong Univ Angle measuring method and angle measuring gyro system for executing the same

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