JPH04238221A - 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】

【０００１】

【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するとともに、
移動体の旋回角速度を知る旋回角速度センサ（例えば、
光ファイバジャイロ、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、移動体のヨー方向の
方位を検出する方位検出装置の改良に関するものである
。

【０００２】

【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
めていう場合には「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ΔＬ、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―タを得る推測航法（Ｄｅａｄ　Ｒｅｃｋｏｎｉｎ
ｇ）が提案されている。この方式は、ΔＬおよびθに基
いて、例えばΔＬの東西方向成分Δｘ（＝ΔＬ×　ｃｏ
ｓθ）および南北方向成分Δｙ（＝ΔＬ×　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、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。

【０００３】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、電力ケーブル埋設場所、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。

【０００４】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
タに誤差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。 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
にすることが考えられる。

【０００５】すなわち、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、旋回角速度
センサと地磁気センサの出力データの持っている固有の
誤差成分をそれぞれ考慮してカルマンフィルタゲインを
算出し、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た方位データに、上記カルマンフ
ィルタゲイン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を求めることが考えられる。

【０００６】しかしこの方法を用いた場合、旋回角速度
センサと地磁気センサの出力データの持っている固有の
誤差成分をいかに評価するかが問題となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、各誤差成分
を何らかの方法で評価し、それらを一定値とおけば処理
は最も簡単であるが、前述したように走行中に地磁気セ
ンサに含まれる誤差分が着磁量の変化等により急増した
りすることがあるので、一定値とおくのでは不十分であ
り、何らかの手段により誤差分をリアルタイムで正当に
見積もることが望まれる。また、旋回角速度センサの出
力データに含まれるバイアスも時間変動するので、その
変動に基づく旋回角速度センサデータの誤差も加味する
必要がある。さらに、旋回角速度センサのスケールファ
クタ（出力ゲイン）も規格値とはかけ離れてくることが
あるので考慮する必要がある。

【０００８】本件出願人は、旋回角速度センサと地磁気
センサの出力データを実測し、それぞれリアルタイムで
処理し、信頼性の多いほうのデータにより重きをおいて
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
検出装置を提案している（特願平１−３２９８５１　号
）。上記先願の方位検出装置は、専ら旋回角速度センサ
と地磁気センサの最終的な出力データに含まれる分散値
を実測し、これに基づいて処理を行うものであり、旋回
角速度センサと地磁気センサの出力データに含まれる個
別の誤差要因にまで着目したものではない。

【０００９】そこで、本発明は、地磁気センサの方位デ
ータ、および旋回角速度センサの角速度データに含まれ
ている誤差要因を個別的に分析し、評価した上でカルマ
ンフィルタゲインを算出することにより、旋回角速度セ
ンサと地磁気センサの出力データの使用割合を決定し、
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を目的としている。

【００１０】

【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、次の諸手段を含んでいる
（図１参照）。移動体停止中の旋回角速度センサの出力
に含まれているバイアス値の誤差を測定する第１の手段
（Ａ）　；第１の手段（Ａ）　により求められた移動体
停止中の旋回角速度センサの出力に含まれているバイア
ス値の誤差およびバイアス値の誤差の時間変化率に移動
体発進後の経過時間をかけたもの、並びに旋回角速度セ
ンサのスケールファクタの誤差に旋回角速度センサの出
力をかけたものに基づいて、現在の旋回角速度センサの
出力に含まれている誤差を評価する第２の手段（Ｂ）　
；移動中の所定条件下で地磁気センサの方位データから
移動体の着磁量およびその誤差を求める第３の手段（Ｃ
）　；移動中の所定条件下で地磁気センサの方位データ
から移動体の着磁量の変化およびその変化に含まれる誤
差を求める第４の手段（Ｄ）　；上記第３の手段（Ｃ）
　で求められた移動体の着磁量およびその誤差、第４の
手段（Ｄ）　で求められた着磁量のその後の変化および
その変化に含まれる誤差に基づき、現在の移動体の着磁
量およびその誤差を求める第５の手段（Ｅ）　；地磁気
センサの方位データと、旋回角速度センサの出力から求
められる方位データとの差の変化を求める第６の手段（
Ｆ）　；上記第６の手段（Ｆ）　で求められた地磁気セ
ンサの方位データと、旋回角速度センサの出力から求め
られる方位データとの差の変化および上記第５の手段（
Ｅ）　で求められた現在の移動体の着磁量の誤差に基づ
いて、地磁気センサの方位データ出力に含まれている誤
差を求める第７の手段（Ｇ）　；上記第２の手段（Ｂ）
　により求められた旋回角速度センサの出力の誤差、上
記第７の手段（Ｇ）　により求められた地磁気センサの
方位データの誤差から各センサの出力データの信頼度を
計算し、カルマンフィルタゲインを算出する第８の手段
（Ｈ）　；並びに地磁気センサの出力から求めた方位デ
ータ、および旋回角速度センサの出力から求められた方
位データに、上記カルマンフィルタゲインに基づいた重
み付け処理をすることにより、移動体の現在の推定方位
を求める第９の手段（Ｉ）　。

【００１１】

【作用】まず、第１の手段（Ａ）　により移動体停止中
の旋回角速度センサの出力に含まれているバイアス値の
誤差を求める。移動体停止中のデータを採っているのは
、停止中の旋回角速度センサの出力には、バイアス値の
みが含まれているからである。次に、第２の手段（Ｂ）
　により、第１の手段（Ａ）　で求めたバイアス値の誤
差、バイアス値の誤差の時間変化率に移動体発進後の経
過時間をかけたもの、および旋回角速度センサのスケー
ルファクタの誤差に旋回角速度センサの出力をかけたも
のに基づいて、旋回角速度センサの出力に含まれている
の誤差を求める。

【００１２】次に、第３の手段（Ｃ）　により移動中の
所定条件下で地磁気センサの方位データから移動体の着
磁量およびその誤差を求め、第４の手段（Ｄ）　により
移動中の地磁気センサの方位データから移動体の着磁量
の変化およびその誤差を求める。「移動中の所定条件下
」とは、例えばカーブ走行等、地磁気センサの方位デー
タから移動体の着磁量およびその誤差を求めることがで
きる条件をいう。第４の手段（Ｄ）　で移動体の着磁量
の変化を求めるのは、移動体が移動中に、前述した要因
（踏切通過等）で着磁量が変化することがあるからであ
る。

【００１３】次に、第５の手段（Ｅ）　により、第３の
手段（Ｃ）　で求めた移動体の着磁量およびその誤差、
第４の手段（Ｄ）　で求めた着磁量のその後の変化およ
びその誤差に基づき、現在の移動体の着磁量およびその
誤差を求める。そして第６の手段（Ｆ）　により、地磁
気センサの方位データと、旋回角速度センサの出力から
求められる方位データとの差の変化分を求める。地磁気
センサの方位データと、旋回角速度センサの出力から求
められる方位データとに差が生じることがよくあるが、
短期的には、この差は、旋回角速度センサの出力から求
められる方位データの誤差よりも、地磁気センサの方位
データに基づく誤差に起因するものと考えられるので、
地磁気センサの方位データ誤差として扱うのである。

【００１４】第７の手段（Ｇ）　では、第６の手段（Ｆ
）　で求めた地磁気センサの方位データの誤差、並びに
第５の手段（Ｅ）　で求めた着磁量の誤差に基づいて、
地磁気センサの方位データ出力に含まれている誤差を求
める。そして、第８の手段（Ｈ）　で、第２の手段（Ｂ
）　により求められた旋回角速度センサの出力の誤差、
第７の手段（Ｇ）　により求められた地磁気センサの方
位データの誤差から各センサの出力データの信頼度を計
算し、カルマンフィルタゲインを算出し、第９の手段（
Ｉ）　により、地磁気センサの出力から求めた方位デー
タ、および旋回角速度センサの出力から求めた方位デー
タに、上記カルマンフィルタゲイン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を求め
る。

【００１５】なお、本発明の方位検出装置の実施に当っ
ては、上記に説明した以外の誤差、例えばＡ／Ｄ変換時
に生じる量子化誤差等、通常考慮される種々の誤差を取
り入れてもよいことは勿論である。

【００１６】

【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。図２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、（ｉ）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。）、（ｉｉ）地磁気センサ
４２およびＡ／Ｄ変換器４２ａ、（ｉｉｉ）　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
ファイバジャイロ、ピエゾエレクトリック素子の片持ち
ば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。）およびＡ／Ｄ変換器４３ａ
、（ｉｖ）道路地図データを格納した道路地図メモリ２
、（ｖ）　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
置を演算しバッファメモリ３に格納するロケータ１、（
ｖｉ）ロケータ１につながれ、地磁気センサ４２のデー
タに含まれる着磁量およびその分散、ジャイロ４３のデ
ータに含まれるジャイロバイアス値およびその分散等を
記憶しているデータメモリ６、（ｖｉｉ）　バッファメ
モリ３から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が含
まれている。

【００１７】さらに詳述すると、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、
後述の方法により車両の方位データを算出するものであ
る。

【００１８】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。

【００１９】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制御等を行わせる。 上記データメモリ６は、ジャイロバイアス値Ｂｏ　、ジ
ャイロバイアス補正誤差ｑｏ　、ジャイロバイアス誤差
の推定変化率ε、ジャイロ出力に含まれるノイズ成分Ｎ
、ジャイロのスケールファクタの誤差（ジャイロ出力か
ら測定される旋回角と実際の旋回角との比率）Ａ、車体
の着磁量Ｍｎ　、その分散値Ｘｎ　２、着磁量変化ΔＭ
ｎ　、その分散値Ｙｎ　２　を記憶しているものであり
、これらの各値は次のようにして算出される。

【００２０】ジャイロ４３の出力データΔθＧ　、地磁
気センサ４２の出力データθＨ　は一定時間ごとにサン
プリングされているもので、前回処理から今回処理まで
の時間をΔｔとすると、サンプリング回数は時間Δｔに
比例することになる。車両停止中のジャイロ出力データ
ΔθＧ　は本来０であるが、ジャイロにバイアスが生じ
ていれば出力が現れる。このジャイロバイアス値Ｂｏ　
を推定するにあたっては、車両停止前の走行に使用して
いた値をそのまま用いることにする（勿論、停止中のジ
ャイロ出力データを集積してその平均をとってもよい）
。

【００２１】ジャイロバイアス値の誤差ｑｏ　は、ジャ
イロバイアス値Ｂｏ　がどの程度のばらつきを持ってい
るかを表わすものである。誤差ｑｏ　は、停止中のジャ
イロ出力データを多数収集して、そこに含まれている分
散を求めることにより知ることができる。ジャイロバイ
アス誤差の推定変化率εは、温度等の関数として経験的
に求められる値である。

【００２２】着磁量Ｍｎ　は、車両を実走行させてみて
、車両がカーブを曲がるときに生じる方位変化量をジャ
イロ４３の出力より求め、この方位変化量と、カーブを
曲がる前後の地磁気センサ４２の出力データとから地磁
気方位円の中心を算出し、これから求めることができる
（特開昭６３−１２８２２２　号公報参照）。着磁量Ｍ
ｎ　の分散値Ｘｎ　２　は、上記のようにカーブを曲が
るごとに求められる着磁量Ｍｎ　に含まれている分散値
である。

【００２３】着磁量変化ΔＭｎ　は、車両が走行中に大
きな磁場の変化を受けたときに着磁量の変化（地磁気方
位円の中心の移動方向とその大きさ）を記憶したもので
あり、Ｙｎ　２　はその分散値である。着磁量変化ΔＭ
ｎ　は、例えば、前回の着磁量をＭ′とし、今回の着磁
量をＭとすると、式 ΔＭｎ　＝ｋ１　＋ｋ２　Ｍ′＋ｋ３　Ｍ＋ｋ４　Ｍ′
Ｍ＋ｋ５　Ｍ′２　Ｍ２　−Ｍ により求められる。係数ｋ１　〜ｋ５　は、特定車両を
実際に着磁させた時のデータを基に算出される。分散Ｙ
ｎ　２　は、上記の方法で係数　ｋ１　〜　ｋ５　を決
めたときの残差である。

【００２４】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着磁量Ｍｎ　、
その分散値Ｘｎ　２　、着磁量変化ΔＭｎ　、その分散
値Ｙｎ　２　のデータ（割込みの回数を添字ｎで表わす
）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図３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は、使用される旋回角速度セン
サの種類や地磁気センサの性能等により適宜設定される
。

【００２５】まず、ステップ（１）　において、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θＨ　を取り込む。次に、データメモリ６に記
憶されているジャイロバイアス値Ｂｏ　、ジャイロバイ
アスの誤差ｑｏ　、ジャイロバイアス誤差の変化率ε、
ノイズ成分Ｎ、ジャイロスケールファクタの誤差Ａを読
み出す（ステップ（２）　）。

【００２６】次に、データメモリ６に記憶されている着
磁量Ｍｎ　、その分散値Ｘｎ　２　、着磁量変化ΔＭｎ
　、その分散値Ｙｎ　２　を読み出す（ステップ（３）
　）。着磁量Ｍｎ　およびその分散値Ｘｎ　２　は、カ
ーブ走行等特別の条件の時のみ求まるので、車両走行中
、常に最新の値が得られるわけではない。そこで、上記
着磁量変化ΔＭｎ　およびその分散Ｙｎ　２　を用いて
、前回の推定量と今回の推定量の重みの割合を示すカル
マンフィルタ係数αｎを使って現在の推定着磁量μｎ　
、その分散値μｖｎ２　を求める（ステップ（４）　）
。 μｎ　＝αｎ　Ｍｎ　＋（１−αｎ）（Ｍｎ−１　＋Δ
Ｍｎ）αｎ　＝（Ｙｎ　２　＋μｖｎ−１２　）／（Ｘ
ｎ２　＋Ｙｎ　２　＋μｖｎ−１２　） μｖｎ２　＝αｎ　Ｘｎ　２　 そして、読出した各データを基にして、現在の推定方位
を求める。そのためにはまず、ジャイロ４３の出力デー
タΔθＧ　の分散ｑｎ　２　を次の（Ｉ）式により求め
る（ステップ（５）　）。 ｑｎ　２　＝（ｑｏ　＋εＴ）２　Δｔ２　＋Ｎ２　Δ
ｔ＋ＡΔθ　　…（Ｉ）ここに、Ｔは前回の車両停止時
からの経過時間である。 ｑｏ　は前述のようにジャイロバイアスの誤差（量子化
誤差を含む）であり定数である。εＴはジャイロバイア
ス誤差の変化率に経過時間Ｔをかけたもので、ジャイロ
バイアスの変化（ドリフト）に起因する誤差となる。誤
差ｑｏ　とεＴとが単に足し合わされているのは、これ
らの誤差を独立の事象として考えていないからである（
もし独立と考えるのであれば、それぞれの２乗を足し合
わせればよい（特願平２−８１５８２　号明細書参照）
）。Ｎ２　は、ノイズによる分散を表わす。Δｔの２乗
が付いていないのは、ノイズ誤差Ｎが積算回数の１／２
　乗に比例するものだからである。

【００２７】Δθは、前回処理から今回処理までの旋回
角の変化であり、ＡΔθはスケールファクタの誤差に起
因して表れる旋回角の分散を表わす。Ａの値は周囲温度
等で変動するものであり、何度から何度までという温度
範囲ごとにジャイロの規格として決定されている値であ
る。したがって、その値をそのまま用いている。次に、
地磁気センサ４２の出力データθＨ　の分散ｒｎ　２は
、ｒｎ　２　＝ｒＤ　２　＋ｒＱ　２　＋ｒＬ　２　＋
（γｎ　２　−σｎ−１　２　）＋ｒμｎ　２　で求め
られる。ここに、 ｒＤ　：地磁気センサ４２の出力データ〓Ｈ　に含まれ
る誤差の定数分、 ｒＱ　：量子化誤差、 ｒＱ　＝１／（２×地磁気レベル） ｒＬ　：レベル誤差、 ｒＬ　＝０．７　×｜地磁気レベル差｜／地磁気レベル
推定値γｎ　：ジャイロ４３の出力から求められる方位
と地磁気センサ４２の方位との差 、γｎ　＝（θｎ−１　＋Δθｎ　）−θＨ　ｎ　σｎ
−１　２　：前回の推定方位θｎ−１　の分散、γｎ　
２　−σｎ−１　２　：γｎ　に含まれている分散から
前回の推定方位θｎ−１　の分散を引いたもの。今回始
めて推定方位に含まれる分散に相当する。ｒμｎ　２　
：着磁量の分散に起因する地磁気方位データの分散であ
る。

【００２８】なお、上記各種類の誤差は互いに独立して
発生するとみなし、分散ｒｎ　２　を求めるときは、各
要因に基づく分散値の和をとっている。ステップ（６）
　においては、上記ｑｎ　２　、ｒｎ　２　を使用して
、誤差を考慮に入れた推定方位θを次式に基づいて計算
する。 θｎ　＝βｎ　θＨ　ｎ　 ＋（１−βｎ　）（θｎ−１　＋ΔθＧ　ｎ　）ここに
、θｎ　は今回の割り込みで求める推定方位、θｎ−１
　は前回に求めた方位である。ΔθＧ　ｎ　，θＨ　ｎ
　は今回推定方位を計算するときに使用するセンサの出
力データである。βｎ　は０＜βｎ　＜１なる変数であ
ってカルマンゲインである。βｎ　は前回求めたカルマ
ンゲインβｎ−１　を使って、 βｎ　＝（ｑｎ　２　＋σｎ−１　２　）／（ｑｎ２＋
ｒｎ　２＋σｎ−１　２　） として求められる。

【００２９】推定方位の分散は、σｎ　２　＝βｎ　γ
ｎ　２　で求められる。以上のようにして、ジャイロバ
イアス推定値の平均と分散、その変化率の誤差、ノイズ
成分、ジャイロスケールファクタの誤差、地磁気センサ
出力に含まれる着磁量の平均と分散、その変化量の平均
と分散とを求め記憶しておき、車両の推定方位を求める
ときには、上記記憶したデータから両センサのデータに
含まれる分散をそれぞれ求め、各データに重みを付けた
推定方位を求めることができる。

【００３０】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、昭６４−５３１１
２号公報参照）。

【００３１】図４は本実施例の方位検出装置を使用して
車両の走行軌跡を求め、地図平面に表わした図である。 Ａ地点からスタートして一周してＡ地点に戻っている。 一周する間に踏切Ｂ１，Ｂ２　を通過し、曲がり角Ｄ、
鉄橋Ｃ、曲がり角Ｅを通過している。鉄橋を通過する前
後において登坂用ループＣ１，Ｃ２　を走行している。 地図に表れている道路すなわち実際の道路を実線Ｌで、
本実施例の車両位置検出装置により求められた走行軌跡
を破線Ｌ１で、前出の（Ｉ）式を使う代わりにジャイロ
スケールファクタの誤差Ａを考慮しない次式（ＩＩ）を
使って求められた走行軌跡を一点鎖線Ｌ２で表わす（な
お、特願平２−８１５８２　号明細書参照。同明細書２
２頁では、ノイズ成分Ｎを無視し、誤差ｑｏ　と誤差ε
Ｔを独立と考えた場合の式が開示されているが、本質的
には（ＩＩ）式と同じと考えてよい）。

【００３２】 　　　　　　　　ｑｎ　２　＝（ｑｏ　＋εＴ）２　Δ
ｔ２　＋Ｎ２Δｔ　　…（ＩＩ）なお、図４を見ると、
踏切Ｂ１　付近ですでに走行軌跡が離れているがこれは
初期設定方位のずれによるものと思われる。図５は、ジ
ャイロスケールファクタの誤差Ａを考慮した場合、すな
わち前出の（Ｉ）式を使った場合のジャイロの出力を累
積して求めた推定方位θと、地磁気センサに基づく方位
と、地磁気データの使用率βｎ　（カルマンゲイン）と
のグラフを示し、図６は、ジャイロスケールファクタの
誤差Ａを考慮しない場合、すなわち前出の（ＩＩ）式を
使った場合のジャイロの出力を累積して求めた推定方位
θと、地磁気センサに基づく方位と、地磁気データの使
用率βｎ　とのグラフを示す。図５，図６の横軸は、図
４の地図のＤ点−Ｅ点−Ａ点をつなぐ道路に沿った走行
距離を表わす。

【００３３】まず、図５を参照しながら図４の破線の軌
跡Ｌ１に沿った車両の走行を説明すると、車両がＤ点を
通過後、登坂用ループＣ１　を走行する時に推定方位θ
は１８０度から−１８０度までの変化を２回繰り返して
いる。すなわち、これでループＣ１　に沿って３６０度
変化（一周）したことになる。そして、鉄橋Ｃを通過す
るときには、ノイズ成分が若干増えている。次の登坂用
ループＣ２　を走行する時にも推定方位θは１８０度か
ら−１８０度までの変化を２回繰り返しループＣ２　を
一周する。Ｆ点では外因性のノイズを受けている。Ｅ点
に来ると車両の方向がほぼ直角に変わるので、推定方位
θに恒常的な変化が生じている。

【００３４】次に図６を参照しながら図４の一点鎖線の
軌跡Ｌ２と、軌跡Ｌ１との違いを説明する。図５と比べ
て、Ｅ点を通過してから後の車両の推定方位が違ってい
ることと、地磁気データの使用率βｎ　が低いこと、地
磁気センサの方位との食い違いが大きいことである。地
磁気データの使用率βｎ　が低い理由を考えてみると、
（ＩＩ）式を使った場合はジャイロスケールファクタの
誤差Ａを考慮していないので、ジャイロ出力に含まれる
誤差を実際よりも少なく評価しているからであると思わ
れる。すなわち、ジャイロ出力の信頼度を実際よりも高
く評価しすぎているので、結果的に地磁気センサの出力
に頼る割合が少ないのである。このため、地磁気センサ
の方位との食い違いが大きくなるのである。ところが、
（Ｉ）式を使った場合、ジャイロスケールファクタの誤
差Ａを考慮しているので、ジャイロ出力の信頼度を過大
には評価していないことになる。したがって、地磁気デ
ータの使用率βｎ　が高くなっている。そして、ジャイ
ロ出力の信頼度を正しく評価した結果として、地磁気セ
ンサの方位との食い違いが少なくなり、Ｅ点を通過して
からの車両の推定方位は（ＩＩ）式を使った場合よりも
正確に求まっている。このことは、図４においてＥ点−
Ａ点間の破線の軌跡Ｌ１が地図の道路Ｌと平行になって
いることから明らかである。

【００３５】したがって、ジャイロ出力の信頼度を評価
する場合、スケールファクタの誤差Ａを考慮することに
よって、検出される方位の精度は各段に向上するという
ことができる。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（Ｉ）式に含まれるノイズ成分Ｎの
項を無視して計算してもよい。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。

【００３６】

【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、旋回角速度センサと地磁気センサの出力データ
に含まれる誤差要因を個別的に分析し、評価することに
より、旋回角速度センサと地磁気センサの出力データの
使用割合を決定し、移動体の現在の方位を正確に推定す
ることができる。

【００３７】特に、ジャイロスケールファクタの誤差を
考慮することにより、ジャイロ出力の誤差の評価を適正
に行えることになる。したがって、地磁気センサのデー
タの使用率とジャイロ出力のデータとの使用率との割合
であるカルマンゲインを適正な値に設定できるようにな
り、結果的には、車両の方位をより正確に検出すること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方位検出装置の機能ブロック図である
。

【図２】方位検出装置を含む車両位置検出装置のハード
ウェア構成を示すブロック図である。

【図３】方位検出手順を示すフローチャートである。

【図４】車両の実際の走行軌跡を示す平面図である。

【図５】ジャイロスケールファクタの誤差Ａの項を考慮
した場合の走行中の方位の変化と、地磁気センサのデー
タ使用率とを表わすグラフである。

【図６】ジャイロスケールファクタの誤差Ａの項を考慮
しない場合の走行中の方位の変化と、地磁気センサのデ
ータ使用率とを表わすグラフである。

【符号の説明】

１　　ロケータ ６　　データメモリ ４２　　地磁気センサ ４３　　ジャイロ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、移動体停止中の
   旋回角速度センサの出力に含まれているバイアス値の誤
   差を測定する第１の手段（Ａ）　と、第１の手段（Ａ）
   　により求められた移動体停止中の旋回角速度センサの
   出力に含まれているバイアス値の誤差およびバイアス値
   の誤差の時間変化率に移動体発進後の経過時間をかけた
   もの、並びに旋回角速度センサのスケールファクタの誤
   差に旋回角速度センサの出力をかけたものに基づいて、
   現在の旋回角速度センサの出力に含まれている誤差を評
   価する第２の手段（Ｂ）　と、移動中の所定条件下で地
   磁気センサの方位データから移動体の着磁量およびその
   誤差を求める第３の手段（Ｃ）　と、移動中の所定条件
   下で地磁気センサの方位データから移動体の着磁量の変
   化およびその変化に含まれる誤差を求める第４の手段（
   Ｄ）　と、上記第３の手段（Ｃ）　で求められた移動体
   の着磁量およびその誤差、第４の手段（Ｄ）　で求めら
   れた着磁量のその後の変化およびその変化に含まれる誤
   差に基づき、現在の移動体の着磁量およびその誤差を求
   める第５の手段（Ｅ）　と、地磁気センサの方位データ
   と、旋回角速度センサの出力から求められる方位データ
   との差の変化を求める第６の手段（Ｆ）と、上記第６の
   手段（Ｆ）　で求められた地磁気センサの方位データと
   、旋回角速度センサの出力から求められる方位データと
   の差の変化および上記第５の手段（Ｅ）　で求められた
   現在の移動体の着磁量の誤差に基づいて、地磁気センサ
   の方位データ出力に含まれている誤差を求める第７の手
   段（Ｇ）　と、上記第２の手段（Ｂ）　により求められ
   た旋回角速度センサの出力の誤差、上記第７の手段（Ｇ
   ）　により求められた地磁気センサの方位データの誤差
   から各センサの出力データの信頼度を計算し、カルマン
   フィルタゲインを算出する第８の手段（Ｈ）　と、地磁
   気センサの出力から求めた方位データ、および旋回角速
   度センサの出力から求められた方位データに、上記カル
   マンフィルタゲイン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を求める第９の手段（
   Ｉ）　とを有することを特徴とする方位検出装置。