JPH04121618A - 移動体ナビゲーション装置 - 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、衛ヱ航法システムの構成要素である衛星（例
えば、Ｇ　）〕Ｓ衛星等）からの信号を用いた移動体ナ
ビゲーション装置に関する。

［従来の技術］ 移動体の位置を測定するシステム（測位システム）であ
る移動体ナビゲーション装置は、次に説明する自立航法
システムと電波航法システムに分けられる。

電波航法システムは、ビーコン、ＧＰＳ等の外部インフ
ラからの外部情報により、自己位置を決定する。

一方、自立航法システムは、外部インフラに頼らず、移
動体に搭載されたセンサ出力で自己位置を決定する方式
である。

一般には、速度を積分して求まる距離と、移動体の回転
角度、または、その方位より自己位置を決定する。

使用するセンサは、速度を測定する車輪速センサ、角度
を測定する舵角センサ・光フアイバジャイロ・メカジャ
イロ、方位を測定する地磁気センサなどである。

さらに、自動車ナビゲーションでは、測位データと地図
データを比較し、測位結果を道路に強制的に一致させる
ことで、測位精度を向上させるマツプマツチングがなさ
れる。

また、電波航法システムは、ＧＰＳ衛星・ロランＣ・オ
メガといったシステムが出す電波信号を受信・解析し、
自己位置を決定する方式である。

ＧＰＳは、米国が開発をしている全世界測位システムで
、軌道高度２０，０００ｋｍの測位専用衛星からの信号
を３信号以上受信し、衛星と受信者の距離を測定するこ
とで自己位置を決定する方式である。

ＧＰＳにおいて、一般民間に解放されているコード（Ｃ
／Ａコードと呼ばれる）を使用して、従来から、測位誤
差１００ｍ以下で自己位置を測定することが行なわれて
いた。このコードには、原子時計からの時刻情報、衛星
の番号、軌道上の位置情報などが盛り込まれている。

これらの情報より、ＧＰＳ衛星からの信号を受信する側
が正確な時計を有しない場合でも、３個のＧＰＳ衛星か
らの信号が受信できれば、海面高度での移動体の位置情
報（２次元位置、即ち、緯度、経度）がわかり、４個の
ＧＰＳ衛星からの信号が受信できれば、海面からの高さ
を含めた位置情報（３次元位置、即ち、緯度、経度、高
Ｊ！ｉ）が求められる。

以下では、従来技術に係るこの位置情報をＣ／Ａコード
からもとめた位置情報と呼び、他の方法でもとめられた
位置情報と区別する さらに、ＧＰＳ信号の周波数変化を解析すれば、移動体
の速度と進んでいる方向（速度ベクトル）を計算できる
。

なお、本発明は、位置情報を従来技術のように求めるの
ではなく、上記の速度ベクトルを積分して、位置情報を
求めるものである。

また、ロランＣやオメガを使ったシステムの測位誤差は
、ＧＰＳより１〜２桁程度悪いため、地上移動体ナビゲ
ーションには適さず、主に、海上移動体の位置評定に使
用される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、位置精度の面で問題があった。

この原因は、自立航法システムと電波航法システムとで
異なる。

自立航法システムでは、初期位置に各センサで測定され
る速度・角度・方位情報を積算することで、自己位置を
計算するため、わずかな測定誤差でも積もり積もって、
大きな測位誤差になるためである。

また、マツプマツチングを使用しても、マツプマツチン
グが適用しにくい直線道路・緩やかに曲がるカーブ・複
雑に入り組んだ路地等では、距離や角度の測定誤差によ
り誤りを起こす場合がある。

一方、電波航法システムでも、使用するシステムに応じ
た位置精度限界が存在し、例えば、ＧＰＳシステムで測
位したときは約５０〜１００ｍの誤差が生ずる。

また、マツプマツチングにおいてＹ字路で分岐したとき
、角度センサ・方位センサの誤差により、誤った道路を
選択する問題があった。

また、マツプマツチングにおいて測位誤差が発生した場
合、その原因がセンサの誤差によるものか、あるいは地
図に記載されていない道を走行しているのかを判別する
のが困難であった。

また、自立航法に使用するセンサは種々の誤差を有して
いる。

例えば、地磁気センサは車体の消磁などによって乱れや
すい。ジャイロは温度変化により測定値が変化する。車
速センサはスリップにより誤差が発生する。しかも、こ
れらのセンサは独立で、かつその測定値を互いに補正す
る手段がないため、センサの誤差補正方法に課題があっ
た。

本発明の第１の目的は、測位誤差の少ない移動体ナビゲ
ーション装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、道路地図に記載されていない道
路の走行の有無の判別が行なえる移動体ナビゲーション
装置を提供することである。

本発明の第３の目的は、正しく動作しているセンサを選
択できる移動体ナビゲーション装置を提供することであ
る。

本発明の第４の目的は、センサの補正をすることができ
る移動体ナビゲーション装置を虚供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的を達成するため、ＧＰＳ　（グローバル
ポジショニングシステム、ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏ
ｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの信号によりＧＰＳ
衛星と移動体間の距離および距離変化率を求める手段と
、上記の得られた距離および距離変化率より、移動体の
速度、進む方向（以下、両者をまとめて速度ベクトルと
呼ぶ）を求めるベクトル検出手段と、得られた第１の速
度ベクトルを積分することで移動体の第１の位置情報を
決定する位置決定手段とを有することとしたものである
。

ここで、速度ベクトルを積分して得られた相対位置情報
データを、初期位置に、付は加えることで自己位置を計
算し、ナビゲーションを行うものである。

第２の目的を達成するために、ＧＰＳ衛星からの信号に
よりＧＰＳ衛星と移動体間の距離およびｆｆ１２　Ｍ変
化率を求める手段と、上記の得られた距離および距離変
化率より、移動体の速度、進む方向を求めるベクトル検
出手段と、得られた第１の速度ベクトルを積分すること
で移動体の第１の位置情報を決定する位置決定手段と、
地図情執を有する地図メモリと、マツプマツチングする
手段と、第１の速度ベクトルにより、道路地図に記載さ
れていないｆｉ路の走行の有無を判別し、自己位置を決
定する手段とを有することとしたものである。

第３の目的を達成するために、ＧＰＳ衛星からの信号に
よりＧＰＳ衛星と移動体間の距離および距離変化率を求
める手段と、上記の得られた距離および距離変化率より
、移動体の速度、進む方向を求めるベクトル検出手段と
、得られた第１の速度ベクトルを積分することで移動体
の第１の位置情報を決定する位置決定手段と、速度検出
手段と、方位検出手段と、これらの検出手段の出力と第
１の速度ベクトルとから正しい検出手段を選ぶ選択手段
とを有することとしたものである。

第４の目的を達成するために、ＧＰＳ衛星からの信号に
よりＧＰＳ衛星と移動体間の距離および距離変化率を求
める手段と、上記の得られた距離および距離変化率より
、移動体の速度、進む方向を求めるベクトル検出手段と
、得られた第１の速度ベクトルを積分することで移動体
の第１の位置情報を決定する位置決定手段と、方位検出
手段と、上記第１の速度ベクトルにより、上記の方位検
出手段の補正を行う手段を有することとしたものである
。

［作　用コ ＧＰＳ衛星からの信号によりＧＰＳ衛星と移動体間の距
離および距離変化率を求める手段により得られた距離お
よび距離変化率から、ベクトル検出手段は、移動体の速
度、進む方向を求め、位置決定手段は、得られた第１の
速度ベクトルを積分し、得られた相対位置情報データを
、初期位置に付は加えることで自己位置を計算し、ナビ
ゲーションを行うものである。

さらに、地図情報を有する地図メモリと、マツプマツチ
ングする手段と、第１の速度ベクトルにより、道路地図
に記載されていない道路の走行の有無を判別し、自己位
置を決定する手段とを有する場合には、第１の速度ベク
トルと、マツプマツチングにより決定される現在走行中
の道路の接線方向ベクトルとの比較を行い、両者が一致
したときは正しく測位を行っていると判別し、一致しな
い場合には正しい道路選択を、たとえば以下の様に行う
。

近接した道路やその測位点前後で一致する点があるか否
かを捜し、一致点に強制的にマツプマツチングさせる。

現在走行中と判断された道路からある決められた範囲内
の道路と、一致しないときは、地図に記載されていない
道路と判別する。さらに、地図に記載されていない道路
をマツプマツチング無しに走行中、ナビゲーション装置
で測定される自己位置を中心としである決められた範囲
に記載された道路の接線ベクトルと、第１の速度ベクト
ルが一致したときは、強制的に現在位置を道路上に移動
するマツプマツチングを行うようにする。

また、速度検出手段と、方位検出手段と、第の速度ベク
トルと、これらの検出手段の出方とｔｌの速度ベクトル
とから正しい検出手段を選ぶｊ択手段とを有する場合は
、出方の変化を時間的番。

調べて、正常な検出手段を選び出し、測位を行デもので
ある。

また、方位検出手段と、上記第１の速度ベクトルにより
、上記の方位検出手段の補正を行う手ｇを有する場合は
、ジャイロの零点ドリフトの補正、地磁気センサの補正
を第１の速度ベクトルの万代情報で行うものである。

（以下余白） Ｅ実施例コ 以下図面を参照して、この発明の一実施例について説明
する。

第１図は、本発明を適用した移動体ナビゲーション装置
の一構成例である。

ＧＰＳ衛星と移動体（例えば、自動車）間の距離および
距離変化率を求める手段であり、かつ、ベクトル検出手
段であるＧＰＳ受信装置１が備えられ、ＧＰＳ衛星から
の信号により直接求められる移動体の位置（Ｃ／Ａコー
ドからもとめた位置情報）と第１の速度ベクトルである
速度ベクトル情報を出力する。

さらに、自立航法システムのセンサとして、移動体が回
転した角度を測定する方位検出手段であるジャイロ８お
よび舵角センサ６、移動体の速度を測定し、それを積算
することで距離を測定する速度検出手段である車輪速セ
ンサ５、移動体の向いている方位を測定する方位検出手
段である地磁気センサ７が備えられている。

これらの自立航法システムのセンサの出力より演算部４
は、第２の速度ベクトルおよび第２の位置情報を求める
。

さらに、以上のセンサ出力とマツプマツチングにより自
己位置を決定する位置決定手段であり、かつ、マツプマ
ツチングを行う手段であるナビゲーション演算部４、道
路地図などの諸情報を記憶する地図メモリ３、現在位置
を表示する表示装置であるデイスプレィ２を有する。

演算部４は、第１．２の速度ベクトル、第１．２の位置
情報を併用して、移動体の位置情報を決定する手段でも
ある。

また、速度検出手段や方位検出手段の出方と第１の速度
ベクトルとから正しい検出手段または出力を選ぶ選択手
段でもある。

また、第１の速度ベクトルにより、道路地図に記載され
ていない道路の走行の有無を判別し、自己位置を決定す
る手段でもある。

また、方位検出手段と第１の速度ベクトルにより、方位
検出手段の補正を行なう手段でもある。

まず、ナビゲーション開始時の初期位置設定を第７図を
用いて説明する。

まず、電源立ち上げ後（Ｓｌ）　、このナビゲーション
システムの電源切断前に測位した位置のデータが、メモ
リに有るかどうかを調べる（Ｓ２）。

メモリにある場合はこれをロードし、この位置をを初期
位置とする（Ｓ３）。

このデータが無い場合、あるいは、正確でない場合には
、ＧＰＳ信号が受信可能かどうが調べる（Ｓ６）。ＧＰ
Ｓ信号が受信可能な時は、ｃｐｓ受信装置１で測位され
た位置情報により初期位置を決定する（Ｓ７）。

さらに、ＧＰＳ信号が受信できない場合には。

デイスプレィ２に表示された地図を参照して、利用者が
手入力で初期位置を決定する（Ｓ９）。このようにして
決定された初期位置を含む地図を、地図メモリ３から読
みだし、デイスプレィ上に表示すると共に、その地図上
に現在位置を示すマークを点灯させる。

ここで利用者が初期位置と現在位置が異なるがどうか判
断しくＳ４、Ｓ８）、異なると判断したときは、再度利
用者は、手入力で初期位置を決定する（Ｓ９）。

このようにして初期位置が決定された後、ナビゲーショ
ンが開始される。

ＧＰＳ受信装置１は、次の方式によりＣ／Ａコードから
もとめた位置情報、速度ベクトルを計算する。まず、４
つのＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置の擬似距離（ρ１、ρ
２、ρ３、ρ４）を測定すると共に、ドツプラ効果によ
りＧＰＳ信号が周波数シフトした量（ドツプラシフト量
）を測定し、この量から４つのＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信
装置の擬似距離変化率（ρ１、ρ２、ρ３．ρ４）を求
める。

さらに、ＧＰＳ衛星の軌道情報や下記未知パラメータで
表現される８行８列のマドリスクＨを計算する。このと
き移動体の３次元位置を（Ｘ。

ｙ、ｚ）、速度ベクトルを（Ｘ、Ｙ、Ｚ）　　ＧＰＳ衛
星とＧＰＳ受信装置１−間の時計誤差をＢ、時計誤差変
化率をＢとする。

ＧＰＳ受信装Ｎ１の初期位置、速度を仮定すると、初期
位置、速度からの偏差δに対して、次のような、移動体
の速度ベクトル（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に関する線形方程式が成
り立つ。

δ［ρ］　＝　［ＩＩ　］δ［Ｕ］ ここで ［Ｕ］　＝　［Ｘ、　Ｙ、　Ｚ、　Ｂ、大、＋、シ、市
ＧＰＳ受信装置１の初期位置、速度より、収束演算を行
えば、移動体の速度ベクトルが計算される。

次に、Ｃ／Ａコードから求めた位置情報・速度ベクトル
を測定するＧＰＳ受信装置１の構成と動作原理を、第２
図を用いて説明する。

ＧＰＳ受信装置１は、アンテナ１７と、高周波部３９と
、逆スペクｉ〜ラム拡散部４０と、デジタル信号処理部
４１と、演算部３８とを有する。

ＧＰＳ衛星から送信される、中心周波数１５７５．４２
Ｍ１１□のスペクトラム拡散信号は、アンテナ１７で捕
らえられ、高周波部３９に送られる。

高周波部３９では、この信号を低雑音アンプ１８にて増
幅し、基準発振器２２（例えば発振周波数が６５．４７
２Ｍ１１□）で周波数管理される第１局部発振器２０で
作成した搬送波（例えば発振周波数１５０９．９４８Ｍ
Ｈ，）によりミキサ１９でダウンコンバージョンし、第
１中間周波信号を得る。さらに不要な雑音信号を帯域通
過フィルタ２１（例えば通過帯域幅約２Ｍ１１□）で除
去し、逆スペクトラム拡散部４０に送る。

逆スペクトラム拡散部４０では、ＰＮ符号ＮＣＯ２５と
ＰＮ符号発生器２４により、受信すべきＧＰＳ衛星信号
のＰＮ符号（擬似雑音信号）と同じパターンで、かつ同
位相のＰＮ符号で、高周波部３９から送られるスペクト
ラム拡散信号をミキサ２３で逆拡散する。逆拡散された
信号を２分岐し、基準発振器２２の出力と、この出力に
対して、９０″ハイブリツド２７を作用させることによ
り、位相差を９０’持たせた出力との２つの信号と、ミ
キサ２６ａ、ｂで混合して、周波数変換（ダウンコンバ
ージョン）し、位相が９０°相異なる中間周波信号を得
る（それぞれ■信号、Ｑ信号と呼ばれる）。

さらに、Ａ／Ｄ変換器３０ａ、ｂの前に設けられた低域
通過フィルタ２８ａ、ｂで、Ａ／Ｄ変換器のサンプリン
グ周波数の１／２以上の周波数成分である折り返し信号
を除去する。

この信号にはドツプラ効果により約±４に１１□の周波
数変動があり、また基準発振器の周波数変動を考慮する
と、低域通過フィルタ３４ａ、ｂの遮断周波数を約５〜
７に１１□に選ぶと良い。

さらに、Ａ／Ｄ変換器でこの信号を（例えば基準発振器
信号を分周器３１で４０９６分周した１５．９８３７５
ＭＨ□のサンプリング信号で）ディジタル信号に変換し
、ディジタル信号処理部４１に送る。

ディジタル信号処理部４１では、ディジタル発振器で構
成される第３局部発振器３３から出力される搬送波信号
とＡ／Ｄ変換された入力信号を、ミキサ３２ａ、ｂで混
合し、ダウンコンバージョンされた信号を得る。

さらに、低域通過フィルタ３４ａ、ｂで不要な雑音を除
去し、航法データを含む信号を得る。

検波器３５は、入力信号の自乗和、つまり振幅を計算し
、その結果を演算部３８に送る。

演算部３８は、この振幅が最大になるようにＰＮ符号Ｎ
ＧＯ２５を制御する６さらにＰＮ符号の位相ずれを擬似
距離計測カウンタ２９で測定することで擬似距離を測定
し、演算部３８にその測定結果を送る。

また、データ復調器３６は、例えばコスタス復調器やＴ
ＡＮ形式復調器で構成され、希望とするデータを含んだ
信号から搬送波を再生し、これを入力信号と比較するこ
とでデータ信号を復調し。

演算部３８に送る。

さらに、周波数カウンタ３７は、再生された搬送波の周
波数をカウントすることでドツプラ周波数変動を測定す
る。その測定値は演算部３８に送られ、上述の処理を施
す事により位置と速度ベクトルが演算部で計算され、外
部に出力される。

次に、ナビゲーション方式について説明する。

ナビゲーションは、次の５通りの方法で行われる。

第１の方法は、ＧＰＳ受信装置１から出力されるＣ／Ａ
コードから求めた位置情報・速度ベクトル情報でナビゲ
ーションを行うものである。

このときのナビゲーション装置は、ＧＰＳ受信装置１の
他にデイスプレィ２・地図メモリ３・ナビゲーション演
算部４とを有する。

次にその動作を説明する。

第７図で説明したように、初期位置が設定された後、Ｇ
ＰＳ受信装置１で測位されたＣ／Ａコードから求めた位
置をデイスプレィ上に表示された地図に示し、ナビゲー
ションを行うが、この測位精度はＬｏｏｍ以下程度であ
るため、１０ｍ程度の誤差で自己位置を決定するには困
難が生ずる。

このためＧＰＳ受信装置１から同時に出力される速度ベ
クトルを併用してナビゲーションを行う。

この過程を第３図を用いて説明する。

ここでＸ軸の正の方向を東、Ｙ軸の正の方向を北とし、
初期位置を（ｘ、　ｙ）　　現在位置を（ｘ’　、　ｙ
’　）とする。また、ＧＰＳ受信装置から得られる速度
ベクトルは、単位時間当りに進んだ距ａ　Ａ　ｉと、方
位で表される。但し、ここではＸ軸と移動体の進行方位
がなす角度をθｉとした。

このとき単位時間当り移動体がＸ、Ｙ軸方向にそれぞれ
進んだ距離Ｘｉ、Ｙｉは、次式で表される。

Ｘ１＝Ａｉ　　−ｃｏｓ　　θ　１ Ｙｉ＝Ａｉ　　−５ｉｎａｉ 現在位置（ｘ’　、ｙ’　）は、初期位置（ｘ、ｙ）に
Ｘ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ単位時間当り進んだ距離を、
ナビゲーションを開始した時刻から現時刻にわたって積
分することで計算できる。よって現在位置（ｘ’　、ｙ
’　）は次式で与え・られる。

ｘ’　＝ｘ＋ΣＸｉ Ｙ’　＝Ｙ十ΣＹｉ 以上の手法により精度良（現在位置が求められる。

また、以上の手法にて計算された現在位置に、マツプマ
ツチングを適用すると、さらに精度良く自己位置を決定
できる。

こ）場合は、ＧＰＳ受信装置から出力される速度ベクト
ル情報をマツプマツチングに取り込むことにより、走行
している道路の判定誤りをなくし、かつ地図メモリに記
載されている道路を走行しているか否かを判断すること
により、精度の高いナビゲーションが行われる。

続いて第２の方法を説明する。

これはＧＰＳ受信装置１の速度ベクトル情報から、ナビ
ゲーション演算部４により計算される現在位置情報と、
ＧＰＳ受信装Ｍ１より出力されるＣ／Ａコードから求め
た現在位置情報を併用し。

自己位置を決定するものである。

このときのナビゲーション装置は、ＧＰＳ受信装ｗ１の
他にデイスプレィ２・地図メモリ３・ナビゲーション演
算部４とを有する。

まず、両者より測定される現在位置情報を比較する。

通常は、速度ベクトルより求まる現在位置情報とマツプ
マツチングを併用することにより自己位置を決定する、
あるいは速度ベクトルより求まる現在位置情報とＧＰＳ
受信装置より出力されるＣ／Ａコードから求めた現在位
置情報を平均化し、さらにマツプマツチングを併用する
ことにより自己位置を決定する。

このとき、ＧＰＳ受信装置から出力されるＣ／Ａコード
から求めた現在位置とシステムで設定されるある誤差範
囲量を加えた値を、速度ベクトルより求まる現在位置が
戴える場合には、速度ベクトルより求まる現在位置情報
の初期値をＧＰＳ受信装置１から出力されるＣ／Ａコー
ドから求めた現在位置情報を利用して補正する。

さらに、ＧＰＳ衛星からの信号が遮断される等のことが
あり、速度ベクトルによる現在位置の決定値が信頼でき
ない場合には、ＧＰＳ受信装！ｔ１から出力される現在
位置情報を初期位置情報として現在位置を演算する。

この結果、ＧＰＳ受信装置から出力されるＣ／Ａコート
から求めた位置と速度ベクトルの２つの情報を併用して
、測位が行われるため、他の航法センサが無くても精度
の高い測位が可能になる。

続いて、第３の方法を説明する。

これはＧＰＳ受信装置１から構成される装置情報・速度
ベクトル情報と、自立航法システムで測定・出力される
距離・回転角度・方位情報を併用して測位を行うもので
ある。

このときのナビゲーション装置は、ＧＰＳ受信装置１の
他に、デイスプレィ２・地図メモリ３・ナビゲーション
演算部４・車輪速センサ５・舵角センサ６・地磁気セン
サ７・ジャイロ８とを有する。

演算部４は、速度検出手段や方位検出手段の出力と第１
の速度ベクトルとから正しい検出手段または出力を選ぶ
選択手段である。

次に、その動作の詳細を、第８図を用いて説明する。

３個以上のＧＰＳ衛星が可視範囲にあり、ＧＰＳ受信装
置１による測位が可能かどうが調べる（Ｓ　１２）。可
能なときは、両者からデータの取り込みを行う（Ｓ１３
）。

ＧＳＰ信号が受信不可の場合は、自立航法システムのセ
ンサよりデータを取り込み（Ｓ　２０）、得られた距離
・回転角度・方位情報を出力する（Ｓ２２）。

さらに、いずれか一方の測定値が直前の測定値と比較し
て、システムで決められた一定量を越えて変化している
かどうかで、使用可否を判断しくＳ１４，５１５）、変
化している場合には、その測定値を偽と判定し、もう一
方のセンサ出力データを使用してナビゲーションを行う
（Ｓ２０゜５２２）。両者の測定値ともシステムで決め
られた一定値以内であればいずれかの測定値を選択する
か、両者の平均を計算してナビゲーションを行う（Ｓ１
６）。

これらのデータに基づき、自己位置を演算する（Ｓ１７
）。移動体の自己位置決定手法は、上記第３図を使用し
て説明した方法と同一である。

また１本方法に、さらに、マツプマツチングを適用すれ
ば（８１８）、さらに、精度よく自己位置を決定できる
。

ＧＰＳ受信装置から出力される速度ベクトル情報と自立
航法システムの各センサから出力される速度・方位情報
を併用してナビゲーションを行うことにより、さらに精
度の高い測位が行われる。

次に、第４の方法を説明する。

このときのナビゲーション装置は、ＧＰＳ受信装置１の
他に、デイスプレィ２・地図メモリ３・ナビゲーション
演算部４・車輪速センサ５・舵角センサ６・地磁気セン
サ７・ジャイロ８とを有する。

ＧＰＳ受信装置１から出力される速度ベクトル情報と、
自立航法システムで測定・出力される速度情報を比較し
、砂利道や雨などで道路が滑り易くなるスリヅプ率が大
きくなると判断されたときは、自立航法システムからの
情報をストップし、ＧＰＳ受信装置から出力される速度
ベクトル情報と位置情報でナビゲーションを行う。

次に、第５の方法を説明する。

これは、第１の速度ベクトル、第２の速度ベクトル、第
２の位置情報に加えて、ＧＰＳ受信装置から直接得られ
る位置情報を利用するものである。

このときのナビゲーション装置は、ｃｐｓ受信装置１の
他に、デイスプレィ２・地図メモリ３・ナビゲーション
演算部４・車輪速センサ５・舵角センサ６・地磁気セン
サ７・ジャイロ８とを有する。

直線道路や緩やかなカーブのある道路を走行し、ｃｐｓ
受信装置１から出力される速度ベクトル情報や、自立航
法システムで測定・出力される距離・回転角度・方位情
報を用いてナビゲーションを行う場合、マツプマツチン
グを適用すれば、必ず移動体は道路上にあるものと判断
し、強制的に自己位置合わせを行うためナビゲーション
結果が道路から外れることは無い。

しかし、このような道路においては、道路進行方向に対
するマツプマツチングは適用できないため、距離誤差が
発生し、このような道路を長距離走行するとマツプマツ
チングで補正できないほど大きい誤差になる。

そこで、このような場合は、ｃｐｓ受信装置１から構成
される装置情報で、定期的に道路進行方向に対する補正
を行い、ナビゲーションを継続する。

次に、自立航法システムのセンサ誤差の補正方法につい
て説明する。

システム全体の構成は、第１図に示したものである。

これらの自立航法センサは、次の原因によりセンサ特有
の誤差が発生する。

車輪速センサ５および舵角センサ６では、路面とタイヤ
のスリップにより速度及び移動体の回転角度測定に誤差
が発生する。

地磁気センサ７では、周囲物体や車体が保持する磁気の
影響により、方位測定に誤差が発生する。

ジャイロ８では、零点ドリフトと呼ばれ、無人力時にド
リフトする現象と入力時の測定誤差であるスケールファ
クタにより誤差が発生する。

これら誤差をｃｐｓ受信装置１から出力される速度ベク
トルで補正する。

以下その詳細を説明する。

ｃｐｓ受信装置１から出力される速度ベクトルを速度情
報と方位情報に分離する。

移動体の実際の速度は、車輪速センサ５で測定した速度
とタイヤと路面間のスリップ率を乗算することで求まる
が、スリップ率は路面やタイヤの状態・タイヤにかかる
重量などの条件で変化する。

そこでｃｐｓ受信装置１から出力される速度ベクトルよ
り絶対車速が求まることを利用してスリップ率を求め、
車輪速センサ５の補正を行う。

スリップ率は、ｃｐｓ受信装置１で測定される速度を車
輪速センサ５で測定した速度で割ることで計算される。

このスリップ率と車輪速センサ出力を乗算し、得られる
速度を基にナビゲーションを行う。

このように、計算値を車輪速センサにフィードバックす
ることで、距離測定精度が向上するように働く。

一方、スリップ率を、ブレーキを最大制動にするようア
ンチスキッド制御する制御部を有するアンチロックブレ
ーキシステムや、発進時のタイヤの空転を防止し、コー
ナリング走行時に安定性が向上するように制御するトラ
クションコントロールシステムに送ることで、移動体の
走行安定性と応答性が向上し、安全な走行に寄与する。

さらに、移動体の進行方向を検出するセンサの補正方法
について説明する。

地磁気センサ７の補正はＧ　Ｐ　Ｓ受信装置１から出力
される移動体の進行方向情報により行う。両者の測定結
果から得られる進行方向が一致するように地磁気センサ
７をオフセットすることで補正がなされる。

また、補正は周囲建物や物体により地磁気が乱れていな
いような場所で行うのが望ましい。

また、ジャイロ８の補正も同様にｃｐｓ受信装置１から
出力される移動体の進行方向情報で行う。

補正方法は上述の手段と全く同一で、ジャイロ８で測定
した移動体の進行方位とｃｐｓ受信装置１から得られる
進行方位が一致するようにジャイロ８をオフセットする
ことで成される。

以上の補正は、移動体の速度および進行方向が一定の時
に行うのが望ましい。

以上のように、ＧＰＳ受信装置から出力される速度ベク
トル情報で自立航法システムの車輪速センサ５・舵角セ
ンサ６・地磁気センサ７・ジャイロ８の補正が行われる
ため、誤差の少ないセンサ出力が得られるようになる。

これによりナビゲーションの精度も高くなる。

次に、ＧＰＳ受信装置１から出力される速度ベクトルで
マツプマツチングを行い、ナビゲーションする方式につ
いて説明する。

まず、第４図に示すような鋭角なＹ分岐が存在する道路
のナビゲーションにマツプマツチングを適用すると、実
際には上側の道路を走行して現在位置１１に到達した場
合でも、舵角センサ６・地磁気センサ７・ジャイロ８の
走行方位測定誤差のため、誤って下側の道路を走行し、
現在位置１２に到達したと誤判定する場合がある。この
場合にはＧＰＳ受信装置１から出力される移動体の進行
方向と地図メモリ３に記載された道路の進行方向が一致
する道路を、現在走行している道路と判断して、マツプ
マツチングを行う。

また、第５図に示す地図メモリ３に記載されていない道
路の判定方法について、第９図を参照して説明する。

マツプマツチングを使用してナビゲーションを開始する
（Ｓ３１）と、まず、地図データの入力（Ｓ３２）と自
己位置データの入力を行う（Ｓ３３）。

次に、道路接線方向と移動体の進行方向が一致するかど
うか調べる（Ｓ３４）。

一致する時はそのまま、マツプマツチングを継続する（
８３５）。

地図メモリ３に記載された道路から地図メモリに記載さ
れていない道路に移ると移動体の進行方向と道路の接線
方向が一致しなくなる。

一致しないと判断されたときは、現在地点を中心とした
ある決められた範囲内の周囲道路で、移動体の進行方向
と道路の接線方向が一致した道路が無いかを捜す（Ｓ３
８）。

ここでの現在地点とは、マツプマツチングにより測位さ
れた地点、あるいはＧ　Ｐ　Ｓ受信装置１にて測位され
た地点である。

ここでも一致する道路がなく、かつ地図メモリに記載さ
れた道路よりある決められた距離以上前れたと判断され
たときは、地図メモリに記載されていない道路と判断す
る。その後は、ＧＰＳ受信装置及び自立航法システムで
マツプマツチング無しにナビゲーションを継続する（Ｓ
４０）。

上記の８３５．Ｓ３９．Ｓ４０で位置が決定されると、
これを出しく５３６）、マツプマツチング演算を終了す
る（Ｓ３７）。

さらに、地図メモリに記載されていない道路から、地図
メモリに記載されている道路に出る場合のマツプマツチ
ングの手法を、第６図を用いて説明する。

地図メモリに記載されていない道路の走行時は、ＧＰＳ
受信装置より出力される位置情報と速度ベクトル及び自
立航法システムでマツプマツチング無しにナビゲーショ
ンする。

しかし、常にＧＰＳ受信装置より得られる移動体の進行
方向と、現在位置からある範囲以内の地図メモリに記載
された道路の接線方向が一致するか否かを調べる。ここ
でＧＰＳ受信装置より得られる移動体の進行方向と地図
メモリに記載された道路の接線方向とがある誤差以内で
一致したときは、強制的に移動体の現在位置を地図メモ
リに記載された道路に一致させ、その後は、ＧＰＳ受信
装置および自立航法システムより出力されるセンサデー
タとマツプマツチングにより、ナビゲーションを継続す
る。

なお、本実施例は、衛星航法システムのうち米国により
開発が進められているＧＰＳ衛星を用いたものについて
説明をしてきたが、本発明は、これに限られるものでは
なく、例えば、ソ連により開発が進められているＧＬＯ
ＮＡＳＳシステムによっても本発明を実施することがで
きる。

そして、本発明と同様の効果を得ることができる。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

第１の速度ベクトルを用いているので、測位誤差の少な
い移動体ナビゲーション装置を提供することができる。

また、第１の速度ベクトルとマツプマツチングを利用し
ているために、道路地図に記載されていない道路の走行
の有無の判別が行なえる移動体ナビゲーション装置を提
供することができる。

また、第１の速度ベクトルと自立航法システムのセンサ
を併用しているために、正しく動作しているセンサを選
択できる移動体ナビゲーション装置を提供することがで
きる。

さらに、センサの補正をすることができる移動体ナビゲ
ーション装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は移動体ナビゲーション装置の構成図、第２図は
ＧＰＳ受信装置の構成図、第３図はナビゲーション動作
の説明図、第４図、第５図、第６図は、マツプマツチン
グの動作の説明図、第７図はナビゲーション初期位置設
定アルゴリズムの説明図、第８図はナビゲーションアル
ゴリズムの説明図、第９図はマツプマツチングのアルゴ
リズムを説明した説明図である。 １・・・ＧＰＳ受信装置、２・・・デイスプレィ、３・
・・地図メモリ、４・・・ナビゲーション演算部、５・
・・車輪速センサ、６・・・舵角センサ、７・・・地磁
気センサ、８・・・ジャイロ、９・・・速度ベクトル、
１０・・・初期位置、１１・・・現在位置、１２・・・
誤判定された現在位置、］３・・・地図メモリに記載さ
れている道路、１４・・・地図メモリに記載されていな
い道路、１５・・・ＧＰＳ受信装置より出力される速度
ベクトル、１６・・・マツプマツチングを行った軌跡、
１７・・・アンテナ、１８・・・低雑音アンプ、１９・
・・ミキサ、２０・・・第１局部発振器、２１・・・帯
域通過フィルタ、２２・・・基準発振器、２３・・・ミ
キサ、２４・・・ＰＮ符号発生器、２５　・Ｐ　Ｎ符号
ＮＣ０１２６ａ、ｂ−ミキサ、２７・・・９０″ハイブ
リツド、２８ａ、ｂ・・・低域通過フィルタ、２９・・
・擬似距離計測カウンタ、３０ａ、ｂ・・・Ａ／Ｄ変換
器、３１・・・分周器。 ３２ａ、ｂ・・・ミキサ、３３・・・第３局部発振器、
３４ａ、ｂ・・・低域通過フィルタ、３５・・・検波器
、３６・・・データ復調器、３７・・・周波数カウンタ
、３８・・・演算部、３９・・・高周波部、４０・・・
逆スペクトラム拡散部、４１・・・ディジタル信号処理
部。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．ＧＰＳ（グローバルポジシヨニングシステム、Ｇｌ
   ｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）衛
   星からの信号によりＧＰＳ衛星と移動体間の距離および
   距離変化率を求める手段と、 上記の得られた距離および距離変化率より、移動体の速
   度、進む方向（以下、両者をまとめて速度ベクトルと呼
   ぶ）を求めるベクトル検出手段と、 得られた第１の速度ベクトルを積分することで移動体の
   第１の位置情報を決定する位置決定手段とを有すること
   を特徴とする移動体ナビゲーション装置。
2. ２．請求項１記載の移動体ナビゲーシヨン装置において
   、 方位検出手段と、速度検出手段と、この二つの検出手段
   の出力から、第２の速度ベクトルと第２の位置情報を求
   める手段と、上記の第１の速度ベクトル、第１の位置情
   報と併用して、移動体の位置情報を決定する手段とを有
   することを特徴とする移動体ナビゲーシヨン装置。
3. ３．請求項１または２記載の移動体ナビゲーシヨン装置
   において、 地図情報を有する地図メモリと、地図情報と第１の速度
   ベクトルと第１の位置情報より、マップマッチングを行
   う手段とを有することを特徴とする移動体ナビゲーシヨ
   ン装置。
4. ４．請求項１、２または３記載の移動体ナビゲーション
   装置において、 速度検出手段と、方位検出手段と、これらの検出手段の
   出力と第１の速度ベクトルとから正しい検出手段を選ぶ
   選択手段とを有し、上記選択手段は、出力の変化を時間
   的に調べて、正常な検出手段を選ぶことを特徴とする移
   動体ナビゲーシヨン装置。
5. ５．請求項１または２記載の移動体ナビゲーション装置
   において、 位置情報を表示する表示装置と、地図情報を有する地図
   メモリと、方位検出手段と、速度検出手段とを有するこ
   とを特徴とする移動体ナビゲーション装置。
6. ６．請求項１または３記載の移動体ナビゲーシヨン装置
   において、 速度検出手段と、方位検出手段と、第１の速度ベクトル
   と上記検出手段の出力とから正しい出力を選ぶ選択手段
   とを有し、上記選択手段は、出力の変化を時間的に調べ
   て、正しいデータを決定することを特徴とする移動体ナ
   ビゲーション装置。
7. ７．請求項１、２、４または６記載の移動体ナビゲーシ
   ョン装置において、 地図情報を有する地図メモリと、マップマッチングする
   手段と、第１の速度ベクトルにより、道路地図に記載さ
   れていない道路の走行の有無を判別し、自己位置を決定
   する手段を有することを特徴とする移動体ナビゲーショ
   ン装置。
8. ８．請求項１、３、５または７記載の移動体ナビゲーシ
   ヨン装置において、 方位検出手段と、上記第１の速度ベクトルにより、上記
   の方位検出手段の補正を行う手段とを有することを特徴
   とする移動体ナビゲーション装置。
9. ９．請求項１、３、５、７または８記載の移動体ナビゲ
   ーション装置において、 速度検出手段と、上記第１の速度ベクトルと、上記速度
   検出手段が求めた速度とを比較し、タイヤのスリップ率
   を測定する手段とを有する移動体ナビゲーション装置。
10. １０．請求項１、３、５または７記載の移動体ナビゲー
    ション装置において、 速度検出手段と、方位検出手段と、これらの出力から第
    ２の位置情報を求める手段と、正しいデータを決定する
    ために、第１の位置情報を基準にして第２の位置情報を
    比較する手段とを有することを特徴とする移動体ナビゲ
    ーション装置。
11. １１．ＧＰＳ衛星からの信号によりＧＰＳ衛星と移動体
    間の距離および距離変化率を求めること、上記の得られ
    た距離および距離変化率より、移動体の速度、進む方向
    を求めること、 得られた第１の速度ベクトルを積分することで移動体の
    第１の位置情報を決定することよりなる移動体ナビゲー
    シヨン方法。
12. １２．請求項１１記載の移動体ナビゲーション方法にお
    いて、 方位検出手段により方位を検出すること、 速度検出手段により速度を検出すること、 この二つの出力から、第２の速度ベクトルと第２の位置
    情報を求めること、 上記の第１の速度ベクトル、第１の位置情報と併用して
    、移動体の位置情報を決定することよりなる移動体ナビ
    ゲーション方法。
13. １３．請求項９記載の移動体ナビゲーシヨン装置と、得
    られたスリップ率に基づいてアンチスキッド制御を行な
    う制御部とを有するアンチロックブレーキシステム。