JPH03206913A - 方位検出装置 - 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、地磁気センサと、移動体の移動方向を検出し
て旋回角速度を知る光ファイバジャイロする。

第２図は、車両に適用された本発明の方位検出装置の一
実施例を示すブロソク図であり、・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、 ・光ファイバジャイロ４３（このセンサは、旋回角速度
センサとして利用される）、 ・半導体光源の注入電流■を測定する注入電流測定回路
４５、 ・道路地図データを格納した道路地図メモリ２、・光フ
ァイバジャイロ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ィス
プレイ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 とから構戊されている。

上記ロケータ１は、例えば、車速センサ４１からの出力
ハ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、光ファイバジャ
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。

上記光ファイバジャイロ４３の内部構成を第３図に示す
。光ファイバジャイロ４３の半導体光源を含む光源ドラ
イブ回路４３１の出力側に、参照用抵抗器４３３を介し
てレーザダイオード４３２が接続され、レーザダイオー
ド４３２の照射光線は光ファイバ本体４３４を通り、受
光ダイオード４３５に入射される。受光ダイオード４３
５には、旋回角速度を干渉光の位相変化として算出する
処理回路４３６が接続されている。さらに、レーザダイ
オード４３２の発光出力を一定とするため、光源ドライ
ブ回路４３１に設けた第２の受光ダイオード４３７で光
量をモニタしている。そして、参照用抵抗器４３３の両
端電圧は、注入電流測定回路４５内蔵の電圧測定器によ
り測定される構成となっている。

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、
カセットテーブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＩＣメモリ、ＤＡＴ等
が使用可能である。

上記ディスプレイ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、ディスプレイ
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に取り込んた各セ
ンサ出力データに基づいて、車両の位置をディスプレイ
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４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、使用される光ファイバジャ
イロの特性や地磁気センサの性能等により適宜設定され
る。

まず、ステップ■において、光ファイバジャイロ４３の
出力データΔθＧと地磁気センサ４２の出力データをθ
Ｈを取り込む。

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、比較的短期間の光フ
ァイバジャイロ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。すなわち光ファイバ
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　＋　Δ　θ６ 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１θ０−くθ〉１か基準値ｅより少
なければ直線走行中と判断てきる。

このほかに、マップマッチング手法により判断してもよ
い。

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θ６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■に進む。

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（ステップ■）、センサ出力データΔθ６　θＨを
バッファメモリ３の第ｎ番地に記憶し（ステップ■；以
下、第ｎ番地に記憶されたデータをΔθＧｎ　、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。

ステップ■では、過去ｍ回で集められたデΔθ’　ｎ　
（ｔｒ１〜■）を用いて平均値、タ ｎ一厘 くΔθ’　＞　−　（１／ｍ）　　Σ　ΔθＧ　ｎ，ｎ
＝１ 分散値、　　　　ｎ１ σ’　２　−　（１／ｍ）　　Σ　（ΔθＧｎ−くθＧ
〉）２ｎ＝１ を求める。

ステップ■では、過去ｍ回で集められたデータθＨｎ　
（ｎ−１〜ｍ〉を用いて平均値、ｎ一■ くθ’　＞　−　（１／ｍ）Σ　θ｝ｉｎｎ＝１ 分散値、 ｎ一回 σＨ　２　　−　（１／Ｉ）　　Σ ｒｒｌ （θＨｎ　　＜θＨ 〉） を求める。

上記のようにして求めた分散値σＨ２，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。

次に、光ファイバジャイロ４３の出力データΔθＧのオ
フセットを求める。第５図は光ファイバジャイロ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が現れ、光ファイバ
ジャイロ４３の温度Ｔの変動に応じて変動していく様子
を示している。したがって、車両停止時の温度をＴｏと
すると、オフセットはＯ（Ｔｏ）＝０を満たす関数形ｏ
　（Ｔ）で表わされる。

以下、関数形ｏ　（Ｔ）を決定する方法を説明する。

１つの方法によれば、予め光ファイバジャイロ４３を恒
温層で温度試験し、その時の光ファイバジャイロ４３の
オフセット量そのものを温度との関連で求めておく。さ
らに、上記温度は、注入電流測定回路４５で測定した注
入電流Ｉの値から換算する。これは、レーザダイオード
４３２の出力変動要因は主として周囲温度に基づくもの
であり、処理回路４６において、常にレーザダイオード
４３２の出力が一定となるように電流Ｉの制御がなされ
ているからである。したがって、オフセットを注入電流
Ｉの関数ｏ　（１）として下表のように、メモリのテー
ブルに記憶することができる。

第１表 上記テーブルを使えば、走行中随時テーブルを検索して
、オフセット値を決定することができる。

もし、注入電流測定回路４５で測定した電流が上記テー
ブルの電流にないときは、次式に従ってオフセット値を
推定することができる。

ｏ（Ｉ）　＝Ｑ（Ｉｋ）　　　ｏ（ｌｋ−１）　（１　
　１１　１）Ｔｋ−Ｔｋ−１ ＋　　ｏ　（Ｉｋ｛） なお、メモリに余裕があるならば、もっと細かい電流ご
とに上記テーブルを作れば、前式のような直線て内挿す
る方法を使わなくとも、直接オフセット値を得ることが
できる。

また、オフセットの変化が電流に対して単純な直線に近
い形で変化するものならば、上記テーブルの電流の数を
もっと減らして粗いテーブルとしてもよい。この時、上
記式を使って内挿していけばよい。

また、他の方法では、予め光ファイバジャイロ４３を温
度変動試験し、温度に応じたオフセットの変化率α（Ｔ
）を、式 α（Ｔ）＝　（　ｄＶ／　ｄＴ）Ｔ の形で測定し、上記と同じように電流との換算を行い、
テーブルに記憶しておき、走行中の光ファイバジャイロ
４３のオフセットを、式 ｏ　（Ｉｎ＞−　ｏ　（Ｉｎ−１）十ａ　（Ｉｎ）　（
　Ｉ　ｎ　−　Ｉ　ｎ−１　）で累積的に求めていく。

たたし初期値Ｑ（１０）は車両の停止時に対応するから
Ｏである。

上記の方法の利点は、光ファイバジャイロ４３に新たな
温度計を設置しなくとも、既に設けられている発光出力
制御系の制御量を利用して光ファイバジャイロ４３のオ
フセット量を求め、オフセットを正確に算出できること
にある。

なお上記実施例では、テーブルに記憶された光ファイバ
ジャイロ４３のオフセット変化率α（１）からオフセッ
ト量を累積的に求めることにしたが、恒温層で温度試験
した光ファイバジャイロ４３のオフセット量そのものを
、温度あるいは温度と対応付けられた注入電流Ｉ値との
関連でテーブルに記憶しておき、走行中随時テーブルを
検索して、オフセット値を決定してもよい。

上記のようにして求めたｏ　（Ｉｎ）を用いて、σ２−
（σ’　＋　ｏ　（Ｉｎ））　２により見掛けのノイズ
成分σを計算する。

ステップ■では分散値σ２，σＨ２を考慮にいれた推定
方位を次式に基づいて計算する。

θｉ　　−　　（１−Ｋｉ　　）　　（θｉ−１　　＋
ΔθＧｌ）＋Ｋｉ　　θ｝Ｉ　　１ ここに、θｉは今回に求める推定方位、θｉ−１は前回
に求めた方位てある。ΔθＧｔ，θＨ　ｉ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，θＨ　ｍを使用し
てもよいし上記平均値くΔθ６〉〈θＨ〉を使用しても
よい。Ｋ１は○＜Ｋｉ＜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　−　σ２＋Ｋｉ−１　σＨｚ σ２　＋σＨ２＋Ｋｉ−Ｌ　　σＨ２ として求められる。

以上のようにして、特に光ファイバジャイロ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
Ｋ１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を求メ（ステップ＠）、初期状
態に戻る（ステップ＠）。

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。

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ップマッチング方式を採
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．θ１ｎを用いて平均値、分
散値を求めていたが、光ファイバジャイロ、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
確な方位を簡単に推定できるようになる。

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か可能である。

〈発明の効果〉 また、本発明の方位検出装置によれば、光ファイハジャ
イロに新たな温度計を設置しなくとも、既に設けられて
いる発光出力制御系の制御量を利用して光ファイバジャ
イロのオフセット量を求め、地磁気センサの出力データ
θＨおよび光ファイバジャイロの出力データΔθＧに含
まれるノイズ成分と、上記算出されたオフセットとを用
いることにより、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る。

また、地磁気センサの出力データθ８および光ファイバ
ジャイロの出力データΔθ６に含まれるノイズ成分を実
航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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方位検出装置を示す機能ブロック図、 第２図は方位検出装置のハードウエア構成を示すブロッ
ク図、 第３図は光ファイバジャイロの内部構成図、第４図は方
位検出手順を示すフローチャート、第５図はオフセット
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、１５・・・オフセット算出
手段、４２・・・地磁気センサ、４３・・・光ファイバ
ジャイロ、４５・・・注入電流測定回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地磁気センサの方位データ、および光ファイバジャ
   イロ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、 光ファイバジャイロのオフセット値を、光 ファイバジャイロの半導体光源の注入電流Ｉの関数値ο
   （ I ）として算出するオフセット算出手段と、 地磁気センサの出力データθ＾Ｈのノイズ成分σ＾Ｈを
   保有するとともに、光ファイバジャイロの出力データΔ
   θ＾Ｇのノイズ成分σ＾Ｇを保有し、上記算出されたオ
   フセット値ο（ I ）を用いて光ファイバジャイロの出
   力データ Δθ＾Ｇの見掛けのノイズ成分σを次式により計算する
   ノイズ算出手段と、 σ＝σ＾Ｇ＋ο（ I ） 上記ノイズ成分σ＾Ｈ、σを用いてカルマンフィルタゲ
   インにを算出するフィルタゲイン算出手段と、 地磁気センサの方位データθ＾Ｈ、および光ファイバジ
   ャイロの出力Δθ＾Ｇに、上記カルマンフィルタゲイン
   に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、および光ファイバジャ
   イロの出力データΔθ＾Ｇに含まれるノイズ成分σ＾Ｇ
   を実際の航行データに基づいて算出する請求項１記載の
   方位検出装置。