JPH03191812A - オフセット補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はオフセット補正装置に関し、さらに詳細にいえ
ば、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お
いて、上記旋口角速度センサのオフセット補正を行うオ
フセット補瓜装置に関するものである。

〈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（以下
車両の「走行」、航空機の「航行」船舶の「航行」をま
とめていうときは「走行」という）する舶等の位置を検
出する方式として、距離センサと、地磁気センサと、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、車両等の走行に伴なって生ずる距離変化量Δノ
、および方位θ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
ティる。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（＝Δ）ｘ　　ｓｉｎθ）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、地磁気セ
ンサが必然的に有している方位誤差のために、得られる
現在位置データに誤差が含まれてしまうという欠点があ
る。

すなわち、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。

そこで、方位センサとして、地磁気センサとともに、旋
回角速度センサを採用し、地磁気センサの出力データの
信頼性が低下した場合に旋回角速度センサの出力データ
で補うようにしたオフセット補正装置が種々考えられて
いる。

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Ｏ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。

そこで、旋回角速度センサのオフセットを実測し、それ
を用いてオフセット補正することが行われている。オフ
セット値を求める時は、車両であれば停車中のセンナ出
力をサンプリングし、そのデータの平均値がＯからずれ
ていれば、それをオフセット値とすることにしている。

〈発明か解決しようとする課題〉 この場合、停車中であってもセンサ出力は、それに含ま
れるノイズ成分のために変動しているのであるから、平
均する時間は長いほうが精度がよい。特に、長い周期の
ノイズ成分が含まれているときは、長時間にわたって平
均するほど有効である。

第４図は旋回角速度センサにおけるオフセットを求める
測定時間と精度との一般的な関係を示すグラフであり、
測定時間が長いほど、精度が向上していることが分かる
。

しかし、実際に、車両が信号等で停車する時間は限られ
ているので、今回取得した出力値と、前回の停止中に取
得した出力値との平均をとれば、測定時間を長くしたの
と同じ効果が得られる。

一方、旋回角速度センサのオフセット値は、温度や湿度
によりドリフトすることが知られている。

そのため、長時間停止しないで走行し続けたときは、前
回の停止時に取得したオフセット値と、今回の停止時に
取得したオフセット値とは、ノイズによる変動レベル以
上に大きく異なることが予想される。この場合、前回取
得したデータとの単純な平均をとるだけでは、旋回角速
度センサの正当な評価を行うことはできない。

本発明の目的は、旋回角速度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
の方位を算出す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オフセットを正確に評価し、オ
フセット補正を行うことによって、移動体の現在の方位
を正確に推定することができるオフセット補正装置を提
供することにある。

〈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オフセット補正装
置は、旋回角速度センサのオフセット値ωを、移動体停
止時のセンサの実測出力値■と、過去のオフセット値ω
′とに基づき、式０式％（） ω＝（１−Ｋ（Ｔ）は、過去のオフセット値ω′の取得
時点からセンサの出力値Ｖの実測時点までの期間Ｔに応
じて変化する重み付け係数である。）に従って求めるオ
フセット値算出手段と、上記オフセット値算出手段によ
って求めたオフセット値ωを用いて、旋回角速度センサ
のオフセット補正を行うオフセット補正手段とを有する
ものである。

く作用〉 旋回角速度センサの出力Ｖから求められる方位データθ
６は、オフセットを含めた形で次のように表わされる。

θ６−θ＋Ｖ−ω ここに、θは前時点での推定方位、ωはオフセットであ
り、時間とともに変化する。

本発明のオフセント補正装置によれば、移動体の停止時
点でのオフセット値ωを、移動体停止時のセンサの実測
出力値Ｖと、当該停止よりも過去の時点で求めたオフセ
ット値ω′とに基づき式０式％（） に従って重み付け平均をとることにより求める。

この場合、Ｋ　（Ｔ）は、上記期間Ｔに応じて変化させ
ることとする。

すなわち、オフセットωは、時間とともにドリフトする
性質かあるので、過去に求めたオフセット値の信頼性は
、期間Ｔが長いほど、オフセットのドリフトのために低
下していくものと考える。

したがって、Ｋ　（Ｔ）を、上記期間Ｔに応じて変化さ
せることにより、両実測出力値を適当に重み付けして、
ドリフトの影響をできるだけ排除したオフセット値を求
めることが可能になる。

〈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。

第２図は、車両に適用された本発明のオフセット補正装
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ほか、車両が走行中かどうかを判
定する手段としても利用される。） ・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。

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。

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とにより車
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。

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。

ＩＣメモリ、ＤＡＴ等が使用可能である。

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。

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。

上記の構成の装置によるオフセット補正手順について説
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
定時間または一定走行距離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。このセンサの出力データを取り込む際に、ジ
ャイロ４３の出力データの中にはオフセットが含まれて
いる。

このオフセットを補正するために、車両が信号等で停車
する度にオフセット補正処理を行う。停車しているかど
うかの判断は、車速センサ４１のパルス出力に基づき行
う。

第１図は、ジャイロ４３の出力データであり、時刻ｔ１
で停車し、時刻ｔ２でオフセット補正し、時刻ｔ３で発
進し、時刻ｔ４で停止し、時刻ｔ５でオフセット補正し
、時刻ｔ６で発進している。

時刻ｔ２でのオフセット補正値はωｎ−１５時刻ｔ５で
のオフセット補正値はωｎである。

そこでまず、前回の停止時すなわち時刻ｔ２におけるオ
フセット補正値ωｎ−１と、今回停止中の現時点までの
出力データの平均値＜Ｖｎ＞を求める。

さらに、前回オフセット補正した時刻ｔ２から現在まで
の時間（以下「リセット時間」という）Ｔを用いて関数
Ｋ　（Ｔ）の値を求める。関数Ｋ　（Ｔ）は、第３図（
ａ）に示すようにＴ−０で一定値１／２をとり、０＜Ｔ
＜Ｔ＜Ｔｌでは１／２から１まで直線上に増加し、Ｔｌ
＜Ｔでは一定値１をとる関数である。

Ｔｌは、次のようにして決定される。すなわち、ジャイ
ロ４３の出力データのノイズレベルσを用い、ジャイロ
４３のオフセットが時間とともに単調に変化する関数ω
（１）であると仮定して、σ−１ω（１＞ を満たすｔをＴ１とする。

例えば、ジャイロ４３のオフセットを時間の一次関数α
ｔと仮定すると、 Ｔｌ−σ／α となる。

上記のように一次関数と仮定するのは、実際のオフセッ
トが時間とともに単調に増加または減少する関数である
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
センサの特性に応じて最適な関数を決定すればよい。例
えば、オフセットの形として、二次関数αｔ２、指数関
数α（ｅ’−１）等を仮定してもよい。αの値は、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
。したがって、個々の旋回角速度センサについて、実際
の温度等を考慮してαを決定することが望ましい。

以上の条件の下でＫを決定し、式 ％式％ に従って、新しいオフセット値ωｎを求める。

この式の意味を説明すると、まずリセット時間Ｔが非常
に小さな値をとる時、すなわち、前回にオフセット補正
してからほとんど時間を経ていない時には、 Ｋ（Ｔ）：＝：１／２ となり、 ωｎ　−（１／２）　ωｎ−１＋（１／２）　＜　Ｖｎ
　＞となる。このことは、前回にオフセット補正してか
らほとんど時間を経ていないので、前回のデータと今回
のデータの間にオフセットのドリフトはほとんどなく、
両データを均等に重み付けして平均をとればよいことを
意味している。

次に、リセット時間Ｔが非常に大きな値をとる時、すな
わち、前回にオフセット補正してから長時間を経ている
時には、 Ｋ（Ｔ）−１ 吉なり、 ＋、＋ｎ−＜Ｖｌ＞ となる。このことは、前回にオフセット補正してから長
時間を経ているので、前回のオフセット値ωｎｌはドリ
フトのため信頼できず、今回のブタのみを用いることを
意味１７ている。

では、Ｋ（Ｔ）−１とするのは、いずれの時点からにす
るかを決定するのに、上記Ｔｌを基準とする。このＴ１
は、オフセットのドリフト変化量か出力データのノイズ
レベルσに等しくなる時間である。ドリフト変化量がノ
イズレベルσを超えるまで変化してしまった場合は、前
回のデータとの平均をとるとかえって精度が落ちてしま
うと考えられるからである。なぜなら、既に述べたよう
に、本発明は、停車中にノイズ成分のために変動してい
る旋回角速度データかオフセット値を求める場合に、デ
ータを長時間にわたって平均するほど有効であることに
着目してなされたものだからである。したかって、ドリ
フト変化量が出力データのノイズレベルσを超えないこ
とを前提にして、前回のオフセット値ωｎ−１を加味（
７て、加重平均をとるのである。

Ｔｌを上記のようにして決定した結果、第３図（ｂ）に
示すように、ドリフトが大きくなればＴ１は小さくなり
、リセット時間が僅かでも前回のオフセット値を採用し
ない処理が行われる。ドリフトが小さくなればＴｌは大
きくなり、リセット時間が長くとも前回のオフセット値
の重みを考えた処理か行われる。

ノイズレベルσとして、予め一定値を予定してもよく、
旋回角速度データの実測値からその都度求めてもよい。

ノイズレベルσを実測する場合には、例えば次のように
して行う。すなわち、車両が停車中かどうか判定し、停
車中であれば、過去ｍ個のサンプリングデータＶ　ｊ（
ｉ−１−ｍ）を使用して分散値、ｌ″ｍ σ２−（１／ＩＩり　　Σ　（Ｖｉ−＜Ｖｌ　＞）　７
−１ を求めればよい。データ数ｍをいくらにとるかは、は予
め実験的に決定すればよい。

なお、上記実施例では、Ｋ　（Ｔ）は、Ｔ−０て一定値
１／２をとる関数であったか、Ｋ　（０）−１／２に限
られるものでなく、一般に０≦Ａ＜１を満たす定数Ａを
とるものであってもよい。定数Ａは実験的に定めてもよ
く、Ａか小さいほど、前回のオフセット値ωｎ−１の重
みが大きくなる。

また、Ｋ　（Ｔ）の関数形は、上記に限られるものでは
なく、例えば、Ｔ−０て一定値Ａ（０≦Ａく１）をとり
、Ｑ＜Ｔては、単調に増加ｔ、　１に漸近する関数であ
ってもよい。例えば、 Ｋ（Ｔ）−１ １＋ｅ−ａ＋ Ｋ（Ｔ）＝１−ｅ−” のような形をとってもよい。βの値は、上記Ｔ１で値Ｋ
がほとんど１に近い値をとるように決定すればよい。

以上のように（７て、オフセットレベルを求めるのに、
過去のドリフトを考慮した重みを付けて前回のオフセッ
ト値と今回のデータとの加重平均値を求めることにより
、ノイズの影響を低減することができる。

また、オフセットがノイズ１ノベルを超えてドリフトシ
た場合、今回のデータのみからオフセットレベルを求め
ることにして、ドリフトの影響を完全に排除することか
できる。

このようにして、旋回角速度センサのオフセット特性を
補正し、正確な移動体の方位を推定することかできる。

この方位と車速センサ４１の距離データとから車両の推
定位置を算出することかできる。

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）
。

以上、実施例に基づいて本発明のオフセット補正装置を
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、車両の代わりに航空機、船舶等の移動体の
角速度センサにも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。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明のオフセット補正装置によれば、
旋回角速度センサのオフセット値ωを、移動体停止時の
センサの実測出力値■と、過去のオフセット値ω　とに
、過去のオフセット値ωの取得時点からセンサの出力値
Ｖの実測時点までの期間Ｔに応じた重みを付けて算出す
ることにしたので、過去に求めたオフセット値と現在の
実測データとの信頼性を正当に評価したオフセット補正
を行うことができる。

したがって、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は旋回角速度センサの実測データおよびオフセッ
ト値を示すグラフ、 第２図は本発明のオフセット補正装置を含む車両位置検
出装置のブロック図、 第３図は重み付け係数Ｋ　（Ｔ）のグラフ、第４図はオ
フセットを算出する時間と精度との一般的な関係を示す
グラフである。 １・・・ロケータ、３・・・バッファメモリ、４３・・
・ジャイロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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用いられ るオフセット補正装置であって、 旋回角速度センサのオフセット値ωを、 移動体停止時のセンサの実測した出力値 Ｖと、過去のオフセット値ω′とに基づ き、式 ω＝（１−Ｋ（Ｔ））ω′＋Ｋ（Ｔ）Ｖ （ここに、Ｋ（Ｔ）は、過去のオフセット 値ω′の取得時点からセンサの出力値Ｖ の実測時点までの期間Ｔに応じて変化す る重み付け係数である。） に従って求めるオフセット値算出手段と、 上記オフセット値算出手段によって求 めたオフセット値ωを用いて、旋回角速 度センサのオフセット補正を行うオフセ ット補正手段とを有することを特徴とす るオフセット補正装置。 ２、Ｋ（Ｔ）が、Ｔ＝０で一定値Ａ（０≦Ａ＜１）をと
   り、０＜Ｔ＜ＴｌではＡから １まで単調に増加し、Ｔｌ＜Ｔでは一定 値１をとる関数であり、Ｔｌは、旋回角 速度センサ出力のノイズレベルと、旋回 角速度センサのオフセットのドリフト傾 向に応じて定められる定数である請求項 １記載のオフセット補正装置。