JPH03188318A - Azimuth detector - Google Patents

Azimuth detector

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JPH03188318A
JPH03188318A JP32985389A JP32985389A JPH03188318A JP H03188318 A JPH03188318 A JP H03188318A JP 32985389 A JP32985389 A JP 32985389A JP 32985389 A JP32985389 A JP 32985389A JP H03188318 A JPH03188318 A JP H03188318A
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JP
Japan
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angular velocity
azimuth
data
sensor
velocity sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP32985389A
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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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Priority to JP32985389A priority Critical patent/JPH03188318A/en
Publication of JPH03188318A publication Critical patent/JPH03188318A/en
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Abstract

PURPOSE:To accurately calculate an estimated azimuth by estimating the offset value of a revolving angular velocity sensor on the basis of the offset value at the stop time of a moving body and the period from stop to stop and using the noise components of a gesmagnetism sensor and the revolving angular velocity sensor and the estimated value. CONSTITUTION:The noises sigmaH, sigmaG the azimuth data thetaH of a gesmagnetism sensor and the output data DELTAthetaG of a revolving angular velocity sensor are stored by a noise calculation means 12 and the offset value o(t) of the revolving angular velocity sensor is embodied on the basis of the actually measured offset value at the stop time of a moving body and the period from stop to the next stop. Then, an apparent noise component is calculated according to formula. The measured noise component is supplied to a filter gain calculation means 13 to calculate a Karman filter gain K. Predetermined weighting processing is applied by a Karman filter means 11 to output an estimated azimuth theta.

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ΔJ
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、Δyを加算することにより、現在の位置出力デー
タ(Px、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。
<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), It is equipped with a processing device that performs the necessary processing on the output signals from both sensors, and is equipped with a processing device that performs the necessary processing on the output signals from both sensors. Dead Reckoning has been proposed to obtain current position data of a moving object using an angular velocity sensor. This method uses, for example, ΔJ
By calculating the east-west direction component ΔX (-ΔJXcosθ) and the north-south direction component Δy (-ΔJXsinθ) of This method calculates the current position output data (Px, Py), but it has the disadvantage 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がある。した
がって、このような磁界の乱れを含んだ地磁気センサ出
力データを的確に検出して排除しなければ、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 due to the influence of strong electromagnetic fields from the outside, errors may occur again. Therefore, unless the geomagnetic sensor output data containing such magnetic field disturbances is accurately detected and eliminated, the correct orientation cannot be determined.

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、直線走行中でセンサ
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す
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、オフセット値、およびその時間変化特性は、温
度や湿度、旋回角速度センサの種類によって異なる。ま
た、同種の旋回角速度センサであっても固体差を反映す
る。
Furthermore, the offset value and its time change characteristics vary depending on the temperature, humidity, and type of turning angular velocity sensor. Further, even if the same type of turning angular velocity sensor is used, individual differences are reflected.

さらに、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
。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
Furthermore, this offset output cannot be detected as random noise in the turning angular velocity sensor output data. 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.
This is because the average value does not become zero in the offset output.

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が望まれる。
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、実際に使わ
れている旋回角速度センサに生じる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. When determining the reliability of the output data of the turning angular velocity sensor mentioned above, the reliability is determined by including the offset deviation that occurs in the turning angular velocity sensor actually used, and the current orientation of the moving object is accurately determined. The object of the present invention is to provide a direction detection device that can estimate the direction of the direction.

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
を移動体停止時の実測オフセット値と、停止時から次の
停止時までに計測した期間とに基づき、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θ8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o 
(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 %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、地磁気センサの出力から求めた
方位データθ”、および旋回角速度センサの出力から求
めた方位データθ6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 of the turning angular velocity sensor is calculated as a function of time o
(t), the offset value prediction means 15 stores the noise component σH of the output data θ8 of the geomagnetic sensor, and also stores the noise component σG of the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor, and stores the noise component σG of the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor,
(t) to calculate the apparent noise component of the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor using the formula % formula % ()); and a filter gain calculation unit 12 that calculates the Kalman filter gain K using the noise component. Means 13, the above-mentioned Kalman filter gain K is applied to the azimuth data θ” obtained from the output of the geomagnetic sensor and the azimuth data θ6 obtained from the output of the turning angular velocity sensor.
The apparatus includes an azimuth estimating means 11 that calculates the current estimated azimuth θ of the moving body by performing weighting processing based on .

なお、ノイズ算出手段が地磁気センサの出力データθH
に含まれるノイズ成分σ1、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 θH of the geomagnetic sensor.
The noise component σ1 included in the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor and the noise component σG included in the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor may be calculated based on travel data.

く作用〉 地磁気センサの方位データθH1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。
Effect> The orientation data θH1 of the geomagnetic sensor and the orientation data θG obtained from the output of the turning angular velocity sensor are expressed as follows, including random noise and offset.

θH−θ+V θG−〇+Δθ’+W+o(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O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−〇+Δθ′+W+o(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 O. 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θH1旋回角速度センサの出力データ
ΔθGのノイズσH1σGを記憶しておき、オフセット
0(t)を、移動体停止時の実測オフセット値と、停止
から次の停止までの期間とに基づき具体化する。
According to the orientation detection device of the present invention, the noise calculating means 12 stores the noise σH1σG of the output data θH1 of the geomagnetic sensor and the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor as the random noise components v and W, and offsets 0 ( t) is specified based on the actually measured offset value when the moving body stops and the period from one stop to the next stop.

すなわち、オフセット値は移動体が停止したときに実測
することができるので、上記関数□(1)は1−0で一
定値A1とおける。また、停止から次の停止までの期間
をTとし、今回の停止時の実測オフセット値をA2とす
るとo (T)−A2とおける。このことは、関数0(
t)に境界条件を与えることを意味する。関数形0(t
)を理論または実測により仮定できれば、これにより、
実際に用いられている旋回角速度センサのオフセット特
性を正確に反映するオフセット関数0(t)を求めるこ
とができる。
That is, since the offset value can be actually measured when the moving object stops, the above function □(1) can be set to a constant value A1 of 1-0. Further, if the period from one stop to the next stop is T, and the actually measured offset value at the time of this stop is A2, then o (T) - A2 can be obtained. This means that the function 0 (
t) means giving boundary conditions to Functional form 0(t
) can be assumed by theory or actual measurement, then
It is possible to obtain an offset function 0(t) that accurately reflects the offset characteristics of the turning angular velocity sensor actually used.

そして、式(σG+o(t))2により見掛けのノイズ
成分を計算する。これにより、各センサの出力データθ
H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。沖!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。
Then, the apparent noise component is calculated using the formula (σG+o(t))2. As a result, the output data of each sensor θ
In addition to the reliability of H, the reliability of ΔθG can be evaluated including the offset. Off the coast! The determined 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、オフセット値の変化
に応じた重み付けを行うことができるので、旋回角速度
センサのオフセット特性に応じた、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 the offset value, so it is possible to accurately estimate the orientation of the moving body according to the offset characteristics of the turning angular velocity sensor.

また、ノイズ算出手段がノイズ成分σHσGを走行デー
タに基づき収集するものであれば、実際の走行条件に応
じたσ8 σ6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。
Furthermore, if the noise calculation means collects the noise component σHσG based on driving data, it is possible to evaluate σ8 and σ6 according to the actual driving conditions in real time, further improving the reliability of the estimated heading. I can do it.

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 embodiments.

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からの出力
パルス信号の数をカウンタでカウントするこ六により車
輪の回転数を得、カウンタか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, for example, counting the number of output pulse signals from the vehicle speed sensor 41 with a counter. The mileage output data per unit time is calculated by multiplying by a predetermined constant indicating the distance of
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の出カデータ
ΔθGと地磁気センサ42の出力データをθ8を取り込
む。
First, in step (2), output data ΔθG of the gyro 43 and output data θ8 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1θ6−く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 1θ6 - θ>1 between this value and, for example, the average value of several past estimated headings θ>1 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 θ”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ΔθG n1θHn
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 you are traveling in a straight line, increment the counter n by 1 (Step ■), and store the sensor output data ΔθG θ'' in the nth address of the buffer memory 3 (Step ■); Hereinafter, the data stored in the nth address will be incremented by ΔθG. n1θHn
), determine 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 (n−ト1)を用いて平均値、−1 〈Δθ’  > = (1/m)  Σ ΔθG  n
  。
In step ■, data Δθ' collected in the past m times is
Average value using n (n-t1), -1 〈Δθ'> = (1/m) Σ ΔθG n
.

n雪1 分散値、    。、。n snow 1 Variance value,     . ,.

σG  2 − (1/at)  Σ  (ΔθG n
−〈θG〉)2ri を求める。
σG 2 − (1/at) Σ (ΔθG n
−〈θG〉)2ri is calculated.

ステップ■では、過去m回で集められたデータθ’ n
 (n−ト1)を用いて平均値、n−m 〈θ’  > −(1/a+)  Σ θHnr1 分散値、 −m σ” = (1/+)  Σ (θHn  <θH〉)
2n=1 を求める。
In step ■, data θ' n collected in the past m times
(n-t1), average value, nm 〈θ'> −(1/a+) Σ θHnr1 Variance value, −m σ” = (1/+) Σ (θHn <θH>)
Find 2n=1.

上記のようにして求めた分散値σG2 σH2はセンサ
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 sensor output data 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。もし、オフセットの関数形o 
(t)を時間の一次関数αtと仮定すれば、オフセット
補正値Aを前の発進時tlから停車時t2までに要した
時間T−t2−tlで割ることによりオフセットの時間
変化率αを求めることができる。
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. If the functional form o of the offset
Assuming that (t) is a linear function αt of time, the time rate of change α of the offset is calculated by dividing the offset correction value A by the time T-t2-tl required from the previous start time tl to the stop time t2. be able to.

上記時間変化率αは、停車、発進を繰り返すごとに求ま
るので、その都度αを更新していけばよい。これによっ
て、温度等によるオフセットのドリフト分を各時点に応
じて正確に評価することができる。
The above-mentioned time rate of change α is determined each time the vehicle stops and starts, so it is sufficient to update α each time. With this, it is possible to accurately evaluate offset drift due to temperature or the like at each point in time.

上記のように関数形o (t)を時間の一次関数αtと
仮定したのは、オフセット値が第4図に示すように、時
間とともに増加することが多いので一次関数で十分近似
できると考えたからであるが、−次間数に限られるもの
でなく、旋回角速度センサの特性や実測データに応じて
最適な関数を決定すればよい。例えば、o (t)の形
として、二次関数αt2、指数関数α(e’−1)等を
仮定してもよい。
The reason why we assumed the function form o (t) to be a linear function αt of time as described above is because we thought that the offset value often increases with time, as shown in Figure 4, so it can be sufficiently approximated by a linear function. However, the function is not limited to the number of -order intervals, and the optimum function may be determined according to the characteristics of the turning angular velocity sensor and actual measurement data. For example, a quadratic function αt2, an exponential function α(e'-1), etc. may be assumed as the form of o(t).

そこで、前回求めたオフセットの時間変化率αを用いて
、次式 %式%) により見掛けの分散値を計算する。
Therefore, using the time change rate α of the offset previously determined, the apparent variance value is calculated using the following formula (% formula %).

なおこの実施例では、データΔθGのサンプリングは時
間Δtごととしており、ステップ[株]において、Δt
ごとに増加するオフセット増加率α′−α/Δtを用い
て (σ6+α′n)2 で計算している。以後この見掛けの分散値をジャイロ4
3の出力データΔθGの分散値と見なすことにし、改め
てσG2とおく。
In this embodiment, the data ΔθG is sampled every time Δt, and in step [stock], Δt
It is calculated as (σ6+α'n)2 using the offset increase rate α'-α/Δt that increases with each shift. From now on, this apparent variance value will be calculated as Gyro 4.
It is assumed to be the dispersion value of the output data ΔθG of No. 3, and it is set as σG2 again.

ステップ■では分散値σ62.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 σ62. The estimated orientation taking σH2 into consideration is calculated based on the following equation.

θi −(1−Ki )  (θi−1+Δθ’i)+
Ki θH1 ここに、θiは今回の割り込みで求める推定方位、θi
−1は前回に求めた方位である。ΔθGi。
θi − (1−Ki ) (θi−1+Δθ'i)+
Ki θH1 Here, θi is the estimated direction obtained by this interruption, θi
-1 is the direction found last time. ΔθGi.

θHi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ΔθG m、
θHrt、を使用してもよいし上記平均値くΔθ’><
θ”〉を使用してもよい。K1は0<Ki<1なる変数
であって、カルマンゲインと呼ばれる。Klは前回に求
めたカルマンゲインK i−1を使って、 σG 2 +σG2+K1−1  σH2として求めら
れる。
θHi is the output data of the sensor used when calculating the estimated direction this time, for example, the latest data ΔθG m,
θHrt, or the above average value Δθ'><
K1 is a variable with 0<Ki<1 and is called the Kalman gain.Kl is calculated using the previously calculated Kalman gain K i-1, σG 2 +σG2+K1-1 σH2 It is required as.

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Ki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θlを求め(ステップ@)、初期状態に戻る(
ステップ@)。
As described above, the Kalman gain Ki 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 θl is determined (step @), and the initial state is return(
Step @).

この方位θl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 θl 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ΔθG n。
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 ΔθG n 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。
Although the average value and the variance value are obtained using θHn, it is also possible to store a certain value in advance according to the characteristics of the turning angular velocity sensor and the geomagnetic sensor and calculate using only that value. 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.

〈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、移動体停止時の実測オフ
セット値と、停止時から停止時までに計測した期間とに
基づき、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と、上
記予測されたオフセットo (t)とを用いて、旋回角
速度センサの実際のオフセット特性を反映した移動体の
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 azimuth detection device of the present invention, the offset value of the turning angular velocity sensor can be determined based on the actually measured offset value when the moving body is stopped and the period measured from the time when the moving body is stopped. Based on the noise component included in the output data θH of the geomagnetic sensor and the output data ΔθG of the turning angular velocity sensor, and the predicted offset o (t), It is possible to estimate an accurate orientation of the moving object that reflects the actual offset characteristics of the turning angular velocity sensor, and to accurately determine the position of the moving object during movement based on the orientation.

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. It is a graph showing a time change of an offset value. 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、移動 体停止時の実測オフセット値と、停止時から次の停止時
までに計測した期間とに基づき、時間の関数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 of time o(t) based on the actually measured offset value when the moving object is stopped and the period measured from the time of stop to the time of the next stop. , the noise component σ^H of the output data θ^H of the geomagnetic sensor is stored, and the output data Δθ of the turning angular velocity sensor is stored.
Noise calculation means that stores the noise component σ^G of ^G and calculates the apparent noise component of the output data Δθ^G of the turning angular velocity sensor using the following equation using the predicted offset o(t); σ^G+o(t))^2 A filter gain calculation means that calculates the Kalman filter gain K using the above noise component, azimuth data θ^H obtained from the output of the geomagnetic sensor, and azimuth obtained from 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 object by subjecting the 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 (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002333321A (en) * 2001-05-07 2002-11-22 Pioneer Electronic Corp Method and apparatus for detecting angular velocity, method and apparatus for detecting angle, navigation system and computer program

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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