JPH0335115A - 移動体用航法装置及び方位計 - 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〕 この発明は、車両などの移動体の位置を地図などと共に
表示器上に表示して快適な走行を支援するような移動体
用航法装置及び方位計に適用し、基本技術となる自立航
法特に推測航法の部分において、より正確な走行方位を
得、その結果として各検出手段のより正確な自動補正な
どを行い、また移動体の現在位置をより正確に推定し演
算・表示するための移動体航法装置及び方位計に関する
ものであり、特に移動体の絶対方位と角速度を検出し、
角速度に基づいて絶対方位を補正する段階を有するもの
に関する。

〔従来の技術〕

移動体の走行軌跡を求める試みは、古くから行われてい
る。このうち、センサだけにより自立的に自分自身の位
置を検出する方式は、自立航法と言われる。自立航法は
、移動体に装着した距離センサ及び方位センサの測定量
から走行軌跡を求め、出発地点にこの軌跡を加えること
により現在位置を知ることを原理としている。このセン
サだけによる航法は、特、に推測航法と呼ばれている。

推測航法は移動体が進んだ微小距離ΔＬとそのときの移
動体方位Ωを検出し、元の位置Ｐ、−１にベクトル加算
して新しい位置ｐ、を求める計算を繰返すものである０
元の位置と新しい位置の間の関係は、例えば次式で近似
的に求められる。

ＸＪ”ＸＪ−１＋ΔＬ−慟Ω ＹＪ”Ｙ、−直＋ΔＬ　°−Ω 絶対方位計としては地磁気センサが最もよく使用される
が、それで得られるｔｌ！！ｍ気方位は周辺構造物、周
辺妨害波、近接車両、地磁気偏角・伏角などの影響で数
十％の誤差となることも多々ある。

又、電気軌道の突入電流による磁界のような強力な妨害
磁界により車体が着磁することもある。その他の絶対方
位計としては、複数の人工衛星からの電波のドフブラ効
果を利用するものがある。しかし、このセンサは大気の
乱れなどの影響や衛星の配置状態の影響で検出精度が変
化するといった問題点がある。又、角速度センサとして
は、いわゆるレートジャイロと左右車輪の回転差を求め
る差動オドメータがある。角速度センサ（回転角センサ
）は短距離走行時は精度が良いが、中・長距離走行では
絶対方位誤差が累積するという性質を持っている。第２
図は地磁気方位センサと差動オドメータの角度検出の累
積誤差を示している。又、差動オドメータによる角速度
センサ（回転角センサ）はタイヤの摩耗、タイヤの空気
圧、積載物重量、積載物バランス、道路バンクなどの影
響がある。

このように、センサよりの検出データはセンサの外界や
車両の状態、経時変化などの影響で性質が変化するので
、良好な使い勝手を維持するため即ち連続的運転を継続
するために何らかの補正を自動的に行う必要がある。そ
のため、センサデータの加工（処理）方法、複数種のセ
ンサを設けてそれぞれのデータを使い分ける方法、着磁
の影響を補正するための地磁気センサの駆動条件の修正
あるいは修正データの補正方法などが多数提案されてい
る。センサデータの加工（処理〉方法の例としては、特
公昭６３−５２６８３号公報（地磁気方位データの平均
化処理）や特開昭６２−８５８１５号公報（地磁気方位
の擾乱検出）があり、絶対方位計とし角速度センサを組
合せて用いることによって両方からのデータを使い分け
、より高い精度で方位推定するものの例としては、特公
昭６１−５１２４４号公報や特開昭６２−８５８１５号
公報（地磁気方位の擾乱度に応じて地磁気方位と車輪回
転角の使い分は係数変更）がある、又、着磁の影響を補
償するために地磁気センサデータを補正（あるいはセン
サの駆動条件を修正）する方法の例としては、角速度セ
ンサで得られた車両の回転角と地磁気センサで得られた
方位ベクトルの先端座標から車体着磁後の方位ベクトル
支点（方位円中心）を算出する方法で最近のものの例と
して特開昭６１−２６９０１４号公報（中心推定）が提
案されている。地磁気センサ方位の変化と回転角センサ
の方位変化の差に基づいて地磁気方位ベクトル支点を補
正したり、回転角センサの角度誤差を補正するものの例
としては、特開昭５９−１０４５１０号公報（誤差一定
値以上では前回方位に磁気変分を、以下では回転角変分
を加減算）や特開昭５９−２１８９１４号公報（センサ
の相互補正）がある、マツプマツチングでのリセフト量
がセンサの誤差によるところが多いことに着目しての走
行距離センサの較正方法の例としては、技術発表、　５
ＡＮＥ８７−４７住電、車輪走行距離誤差補正）がある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記した従来のものでは、絶対方位検出手段
及び角速度検出手段を用いたもので比較的高い精度が期
待されるものでさえ、絶対方位検出手段が検出した絶対
方位に様々な外乱が含まれることに対して無防備であっ
た。特に、゛比較的長い区間例えば数百メートルにわた
って偏った外乱がある場合、絶対方位検出手段として地
磁気方位センサを使用している場合、あるいは鉄橋を渡
るときや高架道路を走行する場合などの多くの場合にお
いて耐性がないため、大きく誤った方位を検出してしま
い、特にマツプマツチングと併用している場合にとんで
もない道路にマツチングしてしまい、実際とは異った位
置を推定してしまうことがしばしば起きるという課題が
あった。

この発明は上記のような課題を解決するために威された
ものであり、偏った外乱による悪影響を最小限に押える
ことにより、方位ひいては位置の推定精度を飛躍的に向
上することができる移動体用航法装置及び方位計を得る
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明における移動体用航法装置及び方位計は、絶対
方位ωと前回標本化した方位Ωｊ、に角速度φに基づく
角度変化ΔΦを加えたちのΩｊ１＋ΔΦとの離隔角度に
応じて離隔を制限あるいは抑制するように絶対方位ωを
補正するようにした方位標本化手段を設けたものである
。

〔作　用〕

この発明における方位標本化手段は、絶対方位ωと前回
に標本化した方位に角速度に基づく角度変化を加算した
方位との離隔角度に応じてこの離隔を制限あるいは抑制
するように絶対方位ωを補正しており、地磁気方位、角
速度、移動体速度に乱れを生じても方位ずれ及び位置ず
れは最小限に抑制される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図はこの実施例による移動体用航法装置の構成を示し、
１は移動体が向いている絶対方位を検出する絶対方位検
出手段であって、例えばフラックスゲート形の地磁気方
位センサ及び該センサのアナログ信号出力をデジタル信
号に変換するＡ／Ｄコンバータで構成されている。２は
移動体の旋回の角速度を検出する角速度検出手段であっ
て、例えば移動体の左・右輪に取付けられた二つの車輪
回転角センサとコンピュータで制御された二つのカウン
タとプログラム付きのコンビエータとで構成されたいわ
ゆる差動オドメータである。

３はこの発明の特徴的手段である方位標本化手段であり
、前回に標本化した方位Ωｊ−１と角速度検出手段２で
検出した移動体の旋回の角速度φに基づく角度変化δ命
との和の値に応じて、絶対方位検出手段ｌで検出した絶
対方位ωを補正し、また任意の演算を行って移動体が向
く方位Ωｊを演算し標本化する。方位標本化手段３はコ
ンピュータプログラムにより構成されている。４は移動
体の走行速度を検出し、移動体の移動距離ΔＬを標本化
する距離標本化手段であり、例えば車速センサ、コンピ
ュータで制御されたカウンタ及びコンピュータプログラ
ムで構成されているが、角速度検出手段２における両車
輪の回転角の平均から速度を演算する手段で構成しても
よい、５は少なくとも方位標本化手段３で標本化された
方位Ω、及び距離標本化手段４で標本化された移動体の
移動距離Δ１．に基づき、移動体の現在位置を演算する
位置演算手段であって、コンピュータプログラムで構成
されており、その位置出力にＪ＋　ＹＪは表示機などに
提供される。

次に、上記構成の動作を説明する。距離標本化手段４は
、移動体が所定時間走行する度にどれだけの距離ΔＬ移
動したかを標本化する。絶対方位検出手段ｌは、移動体
が向いている絶対方位ωを検出する。角速度検出手段２
は、移動体の旋回の角速度φを検出する。方位標本化手
段３は、前回に標本化した方位Ω１．と角速度検出手段
２で検出した移動体の旋回の角速度φに基づく角度変化
δφとの和の値に応じて、絶対方位ωの補正のための所
定のアルゴリズム演算を実行し、絶対方位検出手段ｌで
検出した絶対方位ωを補正しく補正後の絶対方位をＪと
する。）、またそれを用いて任意の演算を行って移動体
が向く方位Ωノを推定し、出力する。そして、例えば、
補正後の絶対方位ｄを標本化した方位Ω１として出力す
る０位置演算手段５は、方位標本化手段３が演算した移
動体の方向Ｑｊと距離標本化手段４が検出した移動距離
ΔＬに基づいて、次式のような移動体の位置ｘｊ、　Ｙ
、を演算し、現在位置・方位マークを道路地図などと共
に表示機上に表示する。

Ｘｊ”ｘＪ−１＋ΔＬ−慟Ωｊ（１） Ｙｊ−”Ｙ、−、＋ΔＬ−幽Ωｊ　　　　　　　　伐）
上記説明の一連のアルゴリズムは、例えば第３図に示す
ような処理手順のコンピュータプログラムを組込んだコ
ンピュータで演算される。まず、第３園内において、ス
テップ１０では車速パルスカウンタのカウント値ＰＬを
リードし、ステップ１１ではΔＬ−ｋｌ（定数）ＸＰＬ
により移動距離ΔＬを演算し、ステップ１２では左右車
輪パルスカウンタからカウント値Ｐ、、　ＰＬをリード
し、ステップ１３ではδ番−ｋｌ　（定数）　Ｘ　（Ｐ
ｒ−Ｐｊ）により１秒毎処理における角速度に基づく角
度変化δφを演軍する。ステップ１４では、地磁気セン
サのＡ／Ｄ変換出力値ｕ、ｖをリードする。ステップ１
５ではω−ｔａａ’−かり絶対方位ωを演算し、ステ、
プ１６では第３図（印に示すサブルーチンのようにω゛
補正行う、ステップ１７ではωの補正値ｄその他に基づ
く任意の処理により方位Ω１を演算し、ステップ１８で
は次回のω補正のためにΩ、をΩｊ−１として前回方位
を保持する。ステップ１９では式（１１，（２１によっ
てｘｊ、　ｙｊを演算し、ステップ２０では各パルスカ
ウンタのカウント値Ｐ、、Ｐ□ＰＬを零にする。このフ
ローは１秒毎に行われる。

一方、第３図（印のステップ３０では絶対方位ω、とΩ
ｊ−＋　　＋δ番±Ｍとを比較する０Ｍは絶対方位Ｑｊ
と方位Ωト１に角速度φに基づく角度変化６番を加えた
ものΩ、−１＋δφとの離隔角度の制限値であり、Ｑｊ
くΩ、−１＋δ◆−Ｍの場合にはステップ３１でｄ、−
Ωｊ−１＋６番−Ｍとし、Ωｊ−１＋δ４−ｙ１＜ω、
くΩｉ−＋　　＋δ↓十Ｍの場合にはステップ３２で６
／ｊ＝ω、とし、ω、〉Ωｊ−ｔ＋δ番十Ｍの場合には
ステップ３３でＩＡ／Ｊ＝Ωｊ−１＋δΦ十Ｍとする。

即ち、離隔角度が所定値以上の場合には絶対方位ωをΩ
ｊ−１千δφ十ＭあるいはΩ、−１＋６４１−Ｍとする
。なお、１秒毎の６番を積分したものをΔΦとする。

以上の作用・動作の結果、絶対方位ωは、前回に方位標
本化手段３が標本化した方位Ωｊ−１に短距離ΔＬ移動
毎の角度変化δφを加えた値に基づいて、方位Ωト、に
移動体の角速度検出手段２の検出に基づいた方位変化６
番を加えた方位（Ω、−１＋δφ）と絶対方位検出手段
ｌの検出に基づく絶対方位ωの離隔を制限あるいは抑制
するように補正される。その結果、第４図に示すように
、比較的に長い区間に渡って偏った地磁気外乱がある場
所を通過しても最小限の位置ずれがあるだけであり、例
えばマツプマツチング処理にとっては全く問題がない方
位を標本化し、位置の演算結果を提供する。

なお、上記実施例では第３図の処理手順内で示した離隔
の制限値Ｍをある一定の可変定数としたが、離隔角度に
応じて離隔が大きいときは係数が小さい値となるような
補正係数Ｔを乗じて絶対方位ωを補正してもよい０例え
ば、離隔角度に補正係数γを乗じた値をΩｊ−１＋ΔΦ
に加算あるいは減算したものを補正絶対方位ｄとする。

又、絶対方位検出手段ｌにより検出された地磁気方位ω
と角速度検出手段２により検出された角速度δφの乱れ
具合などにより、両者の有する角度ないしは方位情報が
適当な配分で使い分けられて移動体の方位Ω１として出
力するようにしてもよい、又、当然のことながら、移動
体の着磁による悪影響回避のための地磁気方位検出手段
の補正処理や角速度検出手段２の累積誤差の原因となる
定常的な誤差を減らすための補正処理などを併用しても
よい。

又、絶対方位検出手段１は地磁気方位センサを用いるも
の以外のものであってもよいし、角速度検出手段２は差
動オ゛ドメータを用いるもの以外のものであってもよい
、そして、第３図の処理手順内で示した離隔の制限値Ｍ
は、例えば直線走行中は小さな値とし、旋回中は大きな
値にするとか、直進中、ｉｉ！国中あるいは初期方位決
定時のそれぞれにおいて、制限値Ｍを角度変化δφある
いはその移動平均の関数にするとか、絶対方位の乱れ例
えばその変化分の実効値の関数にするといった可変定数
にして離隔を抑制するようにすると、位置特定性能が飛
躍的に向上することをコンピュータシュミレーションに
より確認することができる。又、角度検出手段２に差動
オドメータを用いた場合、移動体の停止時に絶対方位の
ある程度以上の変化があったとき（ターンテーブルやフ
ェリーでの方向変化時等）や車輪がスリソプしたとき、
あるいはシステムの起動時などにおいて、補正する以前
の絶対方位ωを移動体の方位Ωｊとして使用するといっ
た例外処理を併用すべきことは言うまでもない、又、こ
の発明の特徴的部分（絶対方位検出手段ｌ、角速度検出
手段２及び方位標本化手段３）が外乱に強く、精度の良
い方位計を構成し、特にその方位補正方法に特徴がある
ことは上記説明で明らかである。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、角速度検出手段の検出
結果δΦは短距離ΔＬの移動においては極めて高精度を
期待できる長所と、絶対方位検出手段の検出結果ωは移
動体が移動しても誤差が累積しない長所を利用して、絶
対方位ωを、前回に標本化した移動体の方位Ωｊ−１と
角速度検出手段の検出結果に基づく方位変化ΔΦの和の
方位Ω、−１＋ΔΦからの離隔を制限するかあるいは抑
制するよう補正し、それを標本化方位とするかさらに高
次元の処理をし、方位Ω、を標本化するようにしたので
、絶対方位検出手段の最大の欠点である、はとんどの常
時において無視することができない外乱の影響を最小限
に押えることができ、また比較的に長い区間に渡って偏
った外乱（例えば地磁気外乱）のある場所を通過しても
ほとんど方位ずれを生ぜず、位置ずれもなく精度の高い
移動体用航法装置及び方位計が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による移動体用航法装置の構成国、第
２図は絶対方位検出手段と角速度検出手段における角度
検出の累積誤差の性質の違いの説明図、第３図はこの発
明による移動体用航法装置のコンピュータにプログラム
されたアルゴリズムのフローチャート、第４図はこの発
明により改善された移動体の軌跡を示す図である。 ｌ・・・絶対方位検出手段、２・・・角速度検出手段、
３・・・方位標本化手段、４・・・距離標本化手段、５
・・・位置演算手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動体の移動速度を検出し所定の期間にどれたけ
   の距離を移動したかを標本化する距離標本化手段と、少
   なくとも移動距離ΔＬの標本化に同期して移動体の絶対
   方位ωを検出する絶対方位検出手段と、少なくとも移動
   距離ΔＬの標本化に同期して移動体の角速度φを検出す
   る角速度検出手段と、少なくとも角速度検出手段が検出
   した角速度φ及び絶対方位検出手段の検出した絶対方位
   ωに基づいて移動体が向いている方位Ω＿ｊを演算し標
   本化する方位標本化手段と、少なくとも移動距離ΔＬ及
   び方位Ω＿ｊに基づき、移動体の現在位置を演算する移
   動体位置演算手段を備えた移動体用航法装置において、
   方位標本化手段は、絶対方位ωと前回標本化した方位Ω
   ＿ｊ＿−＿１に角速度φに基づく角度変化ΔΦを加えた
   ものΩ＿ｊ＿−＿１＋ΔΦとの離隔角度に応じて離隔を
   制限あるいは抑制するように絶対方位ωを補正するよう
   にしたことを特徴とする移動体用航法装置。
2. （２）移動体の絶対方位ωを検出する絶対方位検出手段
   と、移動体の角速度φを検出する角速度検出手段と、少
   なくとも角速度検出手段が検出した角速度φ及び絶対方
   位検出手段が検出した絶対方位ωに基づいて移動体が向
   いている方位Ω＿ｊを演算し標本化する方位標本化手段
   を備えた方位計において、方位標本化手段は、絶対方位
   ωと前回標本化した方位Ω＿ｊ＿−＿１に角速度φに基
   づく角度変化ΔΦを加えたものΩ＿ｊ＿−＿１＋ΔΦと
   の離隔角度に応じて離隔を制限あるいは抑制するように
   絶対方位ωを補正するようにしたことを特徴とする方位
   計。