JPH05503775A - 統合されたビークル位置特定及び航法システム、装置及び方法 - 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】

統合されたビークル位置特定及び航法システム、装置及び方法主型２背景 １、＆咀二盆団 本発明は位置特定システムに関し、より具体的には惑星の地表上にある、または 地表付近にある自律ビークルの地上位置を決定するための位置特定装置及び方法 に関する。 ２・鼠ｌ迭術 現在、アメリカ合衆国（Ｕ、　Ｓ、　）を含む若干の国の政府が、包括的にグロ ーバル位置特定システム（ＧＰＳ）と呼（；

【れる地上位置決定システムを開発 中である。ＧＰＳでは複数の衛星が惑星地球の周囲の軌道上に配置される。ＧＰ Ｓ衛星は電磁信号を送信するように設計されている。これらの電磁信号から地表 の、または地表付近のどの受信機も絶対地上位置（地球の中心に対する位置）を 最終的に決定することができる。 Ｕ、　Ｓ、政府はそノｃｐｓを”ＮＡＶＳＴＡＲ”と命名した。Ｕ、　Ｓ、政府 ハＮＡＶＳＴＡＲｃｐｓノ運用は１９９３年になるであろうと宣言している。更 にソビエト社会主義共和国連邦（Ｕ、Ｓ、Ｓ、Ｒ，）政府は、実質的にＮＡＶＳ ＴＡＲＧＰＳと同一の“ＧＬＯＮ、ＡＳＳ”を現在開発中である。 ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳでは、任意の時点に、６つの各軌道内に４個のＧＰＳ衛星 が存在し、２１個の周回叶Ｓ衛星を機能させ、３個のＧＰＳ衛星を予備にすると いう構想である。３つの叶Ｓ衛星軌道は、地球に対して相互に直交する面を有し ている。ＧＰＳ衛星軌道は、極軌道でも赤道軌道でもない。更に、ＧＰＳ衛星は １２時間で１同地球を周回する。 ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳを使用すると、任意の地球上の受信機に対する周回中のＧ ＰＳ衛星の相対位置を電磁信号から決定することができる。この相対位置は一般 に“擬似距離″と呼ばれている。更に、この相対位置は２つの方法によって計算 することかできる。 １つの方法は、発射される電磁信号の送信と受信との間の伝播時間遅延を測定す ることである。ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳでは、電磁信号は、信号がＧＰＳ衛星から 送信される時刻で連続的に符号化される。時間遅延を導出するために受信時刻に 注目し、符号化された送信時刻を減算することが可能であるのは説明の要はある まい。計算された時間遅延と、大気中の電磁波の走行速度の知識とから、擬似距 離を正確に導出することができる。上述の方法を使用して計算された擬似距離を 、本明細書では“実際の”擬似距離と呼ぶ。 別の方法は、周回衛星から送信される電磁信号内に符号化される衛星位置データ を含む。ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの衛星位置データに関する暦データは公的に入手 できる。電磁信号内に符号化されているデータに関してこの暦データを参照する ことによって擬似距離を正確に導出することができる。上述の方法を使用して計 算された擬似距離を、本明細書では“推定”擬似距離と呼ぶ。 しかし、推定擬似距離を導出する従来方法において、衛星位置データがＧＰＳ衛 星において１時間に１回毎正時だけにしか更新されないことに注意すべきである 。従って更新された衛星位置データを使用して新しい推定擬似距離を計算する場 合の推定擬似距離の精度は、次の正時まで各正時からの時間と共に低下する。 更に、少なくとも３個の周回ＧＰＳ衛星の相対位置を知ることによって、任意の 地球受信機の絶対地上位置（即ち、経度、緯度、及び地球の中心に対する高度） を三角法を含む簡単な幾何学理論によって計算することができる。地上位置推定 の精度は、部分的に、サンプルされる周回ＧＰＳ衛星の数に依存する。より多く のＧＰＳ衛星を計算に使用すれば、地上位置推定の精度を高めることができる。 普通は、地球受信機と種々のＧＰＳ衛星との間の回路時計の差がもたらす誤差ゆ えに、４個のＧＰＳ衛星をサンプルして各地上位置推定を決定する。時計差は数 ミリ秒であり得る。もし地球受信機の時計がＧＰＳ衛星の時計と同期していれば 、地球受信機の位置を正確に決定するためには３個のＧＰＳ衛星をサンプルすれ ば十分であろう。 ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳでは、電磁信号は全てのＧＰＳ衛星から単一の搬送波周波 数で連続的に送信される。しかし各ＧＰＳ衛星は異なる変調計画を有しており、 それによって信号を区別することができる。ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳでは、搬送波 周波数は各ＧＰＳ衛星に独特な擬似ランダム信号を使用して変調される。従って 、搬送波周波数を解号すればＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ内の周回ＧＰＳ衛星を識別す ることができる。 更に、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳは、擬似ランダム数（ＰＲＮ）信号を使用する２つ の搬送波変調モードを考えている。“粗／収集”（Ｃ／Ａ）モードと呼ばれる一 方のモードでは、ＰＲＮ信号は１．０２３　ＭＨｚのチップレートを有するゴー ルドコードン−ケンスである。ゴールドコードン−ケンスは公知の普通の擬似ラ ンダムシーケンスである。チップはこの擬似ランダムコードの１つの個々のパル スである。擬似ランダムシーケンスのチップレートはシーケンス内でチップが生 成されるレートである。従って、チップレートはコード繰り返しレートをそのコ ード内のメンバーの数で除したものに等しい。従って、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの “粗／収集゛モードでは、各ゴールドコードン−ケンス内には１．０２３チツプ が存在し、シーケンスは１ミリ秒に１回繰り返される。４個の周回ＧＰＳ衛星か らの１．０２３　ＭＨｚのゴールドコードシーケンスを使用することによって、 地球受信機の地上位置をほぼ６０乃至３００メートルの精度で決定することがで きる。 ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳにおける第２の変調モードは一般に“精密”または“保護 ”　（Ｐ）モードと呼ばれるものである。Ｐモードでは擬似ランダムコードは１ ０．２３　ＭＨｚのチップレートを有している。更にＰモードシーケンスは極め て長く、シーケンスは２６７日に１回しか繰り返されない。その結果、任意の地 球受信機の地上位置をほぼ１６乃至３０メートルの精度で決定することができる 。 しかしながらＰモートン−ケンスは機密扱いされ、合衆国政府から公式に入手す ることはできない。換言すれば、Ｐモードは合衆国政府によって承認された地球 受信機だけが使用するようになっているのである。 異なる周回ＧＰＳ衛星からの種々のＣ／Ａ信号を地球受信機が区別するために、 地球受信機は通常、ゴールドコードシーケンスを局部的に生成するための複数の 異なるゴールドコード源を含んでいる。局部的に導出されるゴールドコードン− ケンスは、各ＧＰＳ衛星からの独特なゴールドコードン−ケンスに対応する。 局部的に導出された各ゴールドコードシーケンスと送信されたゴールドコードン −ケンスとは、１ミリ秒のゴールドコードシーケンス周期にわたって互いに相互 相関される。局部的に導出されるゴールドコードン−ケンスの位相は、最大の相 互相関関数が得られるまでチップ毎に、次いでチップ内で変化する。１．０２３ ビツトの長さを有する２つのゴールドコードシーケンスの相互相関は、他の何れ の組合わせのゴールドコードシーケンスの相互相関関数よりも約１６倍も大きい から、局部的に導出されるゴールドコードシーケンスをＧＰＳ衛星の１つが送信 した同一ゴールドコードシーケンスにロックさせることは比較的容易である。 地球受信機の視野内の少なくとも４個のＧＰＳ衛星からのゴールドコードシーケ ンスは、このようにして、局部的に導出された各ゴールドコードシーケンスに順 次に応答する単一の信号チャネルを使用することによって、または代替として、 異なるゴールドコードン−ケンスに同時に応答する並列チャネルを使用すること によって分離される。４つの局部的に導出されたゴールドコードシーケンスを地 球受信機の視野内の４個のＧＰＳ衛星から受信したゴールドコードン−ケンスに 同相にロックさせると、地球受信機の相対位置を約６０乃至３００メートルの精 度で決定できる。 上述のＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの近似推定は（１）地球受信機が実際に応答してい る信号を送信中のＧＰＳ衛星の数、（２）受信信号の可変振幅、及び（３）異な るＧＰＳ衛星からの受信信号間の相互相関ピークの大きさによって影響を受ける 。 地球受信機は同時に複数のＰＲＮ信号を受信するから、若干のコードが対立する 共通時間間隔が存在する。換言すれば、対立する受信信号間の相互相関のために 受信した各ＰＲＮの到着時刻の測定をコードが劣化させるのである。 各ＰＲＮ毎の到着時刻の測定は、受信したＰＲＮ信号のゴールドコードシーケン スと局部的に導出したＰＲＮ信号のゴールドコードシーケンスとの間の相互相関 のピーク振幅の時刻の決定によって行われる。局部的に導出したＰＲＮ信号が受 信した・ＰＲＮ信号信号型畳されると、それによってそれらの相互相関の平均時 間が増加し、平均雑音寄与が減少する。しかし、受信したＰＲＮ信号信号和互相 関誤差が周期的であるために、平均時間の増加は、誤差信号及び受信したＰＲＮ 間の相互相関値の両者に同様な増加をもたらす。従って、ＰＲＮ信号の到着時刻 に関連する誤差が相互相関によって減少することはない。 ＧＰＳに加えて、ビークルの位置推定をめるために航法システムに慣性システム を使用することが従来から知られている。慣性参照ユニット（ＩＲＵ）は、ジャ イロスコープまたはジャイ岨こよって安定化された参照座標フレーム内の加速度 計から出力測定を入手する。　ＩＲＵは、例えばレーザ、機械式、または光ファ イバを含む幾つかの型であることができる。ＩＲＩＪを使用する無支援航法シス テムでは加速度計によって測定された出力（地球の重力の効果に対して補正され ている）は航法数式内に統合され、ビークルの位置及び速度がめられる。 ＩＲＵの計器測定は、プラットフォーム装置に依存して、参照座標フレームでは なく異なる直角座標フレーム内に指定することができる。近地球航法に最も一般 的に使用されている参照航法は局部水準フレーム（東・北・垂直）である。幾つ かのジンバル付きプラットフォーム装置が上述の参照航法フレームと共に存在し ている。 ジンバル付き局部水準・北探索ＩＲＵでは、ジャイロスコープ及び加速度計はプ ラットフォーム上に取り付けられ、このプラットフォームにはその水準及び北を 指す方位を維持するようなトルクが与えられている。このプラットフォームが参 照面である。これに対して、ジンバル付き局部水準・方位漂動ＩＲＵではプラッ トフォームは水平に保たれるが、垂直軸を中心とするトルクは与えられない。 更に、ストラップダウンＩＲＵでは、ジャイロスコープ及び加速度計はビークル 本体に直接取り付けられる。これらは慣性空間に対するビークルの線形及び角度 運動を測定する。この運動はビークル座標で表される。従って、ストラップダウ ンＩＲＵでは、参照航法フレームに対する高度を先ず計算する必要がある。次い で計算された高度を使用して加速度計測定を参照フレームに変換する。ストラッ プダウンＩＲＵの加速度計データを参照フレームに補性した後の前述の航法式の 解はジンバル付きＩＲＵ及びストラップダウンＩＲＵの両者において同一である 。 ストラップダウンＩＲＩＪでは、加速度計測定を分解するために要求される高度 計算は通常高速で遂行される。これらの計算は、コンピュータのバイトサイズ及 び使用可能な処理能力に限界があることから数値誤差を生し易い。これらの計算 誤差はセンサループ、データ転送速度、及びサンプリング時点におけるセンサ出 力の分解能及び大きさに依存する。 しかし、重要な便益はジンバル付きＩＲＵを使用してではなく、ストラップダウ ンＩＲＵを使用してもたらされる。ストラップダウンＩＲＵはより安価である。 更にストラップダウンＩＲＵは一般的に物理寸法が小さい。従ってＩＲＵは、そ の寸法及び価格の節約を実現する潜在能力から、ストラップダウンＩＲＬＩが軍 用及び商用の両応用にとって魅力的である。 ＩＲＵを使用する航法システムの性能は主としてＩＲＵ内の種々の構成センサが 関与する誤差によって制限される。ジャイロスコープは漂動する。加速度計は本 質的にバイアスされている。更に不適切な倍率及び不適切なＩＲＵ整列角が誤差 に関与する。典型的にはそれまでの誤差が、ビークルの任務の進行につれて時間 と共に累積されるビークルの位置、速度、及び高度の推定に不正確さをもたらす 。誤差はある程度まではユーザダイナミックスに依存する。 もしあるビークルが極めて正確な航法システムを要求すれば、その要求を満足す るために高精度ジャイロスコープ及び加速度計を使用することは可能である。 しかし、このような高精度機器はビークルの複雑さと価格とを増大させる。 自律ビークル航法も公知である。“自律“とは人手によらない、または機械制御 されることを意味する。しかしながら、従来の自律システムはよく見ても初歩的 である。 視覚検知に基づく位置特定に頼る自律システムが存在している。例えば、視覚を ベースとする位置特定がＩＥＥＥ、　ＣＨ２５５５−１／８８１００００１０９ １２＄０１．００．１９８８に所載のＲ，テリー・ダンレーの論文４自律陸上ビ ークルのための障害物回避認知処理“に記載のマーチンマリエツタ自律陸上ビー クル内に使用されている。 視覚をベースとする若干の位置特定システムは、点から点へ航行するために例え ば工場の床上の固定案内線またはマークを使用する。他の位置特定システムは複 雑なハードウェア及びソフトウェアによるパターン認識を含む。“非天測位置推 測法“と呼ばれる更に他のシステムでは、既知の出発点に対するビークルの位置 を追尾することによって航行する。この追尾は、ビークルが走行した距離を測定 し、出発点からのビークルの方向を監視することによって遂行される。従来の自 律航法システムは種々の欠点及び制限を受け易い。例えば、もしビークル上の航 法システムがそのビークルが何処に位置しているのかを認識し損なうか、または ビークルが辿った足跡を見失うか、またはビークルの出発点を誤計算すれば、航 法システムはビークルをその最終行先へ到達させるように正確に導くことができ なくなる。 更に、従来の自律航法システムでは、ビークルの位置推定の誤差が時間と共に累 積される傾向を有しており、航法システムは時間を費やす初期化を屡々行う必要 がある。最後に、従来の航法システムはビークルの経路に沿ってパターンまたは マーカーを配置する必要がある。このパターンまたはマーカーの配置も時間を費 やし、高価であり、小さい制御された領域へのこれらの航法システムの適用能力 を制限する。 主咀Ｏ概！ 本発明はビークル位置特定システムであり、明細書全体を通して使用されている システムとは、装置、方法、または装置及び方法の両者の組合せを意味している 。本発明は、従来のビークル位置決定の技術の多くの眼界を打破する。 本発明は、自律ビークルのための如何なる航法システムをも支援するために使用 可能である。自律ビークルは静止していてもまたは移動していても差し支えない 。更に、自律ビークルは地表にあっても、または地表付近にあっても差し支えな い。換言すれば、本発明は如何なる地上ビークルをも極めて正確且つ高速に追尾 する。 本発明は、ＩＲＩＩ及びＧＰＳの従来の能力を、費用に対して最も効率的に組合 せて大幅に向上させ、地上ビークルの極めて正確な位置推定を提供することを意 図している。そのようにするに当たって本発明は、優れた位置特定能力を、従っ て柔軟な自律航法能力を考虜に入れた装置及び方法を含む多くの新しく且つ創意 に富むシステムを使用する。 本発明は更に、地表の、または地表付近のビークルの位置推定を決定するために ３つの独立したサブシステムの新しく且つ創意に富む組合せをも含む。１つのサ ブシステムは、例えばＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳのようにＧＰＳを使用する第１位置 特定システムである。この第１位置特定システムはビークルの第１位置推定を計 算する。 別のサブシステムは、１Ｒｔｌ及びビークルの走行距離計を使用する第２位置特 定システムである。この第２位置特定システムは第２位置推定を計算する。最後 のサブシステムは、上記２つのサブシステムからの第１及び第２位置推定に基づ いてより正確なビークルの第３位置推定を計算する処理システムである。 本発明は星座効果方法を含む。星座効果方法は、ビークルの視野内のＧＰＳの大 きい群から最適衛星星座を選択し、ＧＰＳから導出する第１位置推定の精度を向 上させる。 本発明は、ＧＰＳ及びＩＲＵの両者または何れか一方から得た位置特定用データ 内の雑音及び誤差を補償する差動修正技術／方法を提供することによって、ビー クル位置推定の精度を高める。好ましい実施例では、参照点として働くベースス テーションが差動修正技術／方法を遂行することができ、また得られたデータを ビークルへ中継することができる。ビークルはベースステーションから受信した データを使用してビークルの位置推定の精度を高めることができる。 本発明は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳデータの精度を高めるために、放物線 バイアス技術を含む。放物線バイアスは各ＧＰＳ衛星毎に導出され、そのＧＰＳ 衛星のための実際の擬似距離を向上させる。放物線バイアス技術では、放物線モ デルが実際の擬似距離に関して作成され、この放物線モデルから放物線バイアス が補性される。 本発明は、ＧＰＳ衛星から受信した叶Ｓデータの精度を高めるために、ベース残 留バイアス技術を含む。ベース残留バイアスは、ビークル上のＭＰＳからの第１ 位置推定を変更するために導出される。ベース残留バイアスは、ベースステーシ ョンの既知の位置とその推定された位置との実効的な差である空間的なバイアス である。 本発明は、新しい衛星位置予測方法を含む。この方法によって、本発明はＧＰＳ 衛星の将来位置を予測することができる。その結果、位置特定システムの精度及 び性能が更に高められる。 本発明は、ＧＰＳから最終的に導出される第１位置推定の精度を向上させるため に重み付き経路履歴技術を含む。重み付き経路履歴技術は、先行第１位置推定を 使用してビークル経路モデルを導出し、このモデルによって将来の第１位置推定 の有効性を試験する。重み付き経路履歴技術を使用することによって第１位置推 定の漂動が減少し、偽の位置計算を行わない特性が向上する。 本発明は更に、ＧＰＳの任意のＧＰＳ衛星から受信したデータの反選択可用性を も提供する。反選択可用性技術は任意のＧＰＳから受信した偽の位置特定用デー タを検出（２、修正する。（１）ｔｌ、ｓ、及びＵ、　Ｓ、　Ｓ、　Ｒ，のそれ ぞれの政府によって故意に改悪されたり、または（２）技術的な誤動作のために 、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳまたはＧＬＯＮＡｓｓ　ＧＰＳから偽のデータを受信す ることがあり得る。 当業者ならば添付図面を参照しての以下の詳細な説明から、本発明のさらなる特 色及び長所が明白になるであろう。説明には何等かの付加的な特色及び長所も含 まれていよう。 図面の簡単な説明 請求の範囲に限定されている本発明は本文及び以下の図面を参照すると理解し易 いであろう。 図１は本発明の好ましい実施例の高水準ブロック線図１００を示し、図ＩＡは６ つの軌道面１７４−１８４内に配分された２１個の機能ＧＰＳ衛星１３０−１７ ０と、３個の予備ｃｐｓ衛星（図示してない）とからなるＮＡＢＳＴＡＲＧＰＳ 内の機能ＧＰＳ衛星の高水準ブロック線図１０ＯＡであり、図２はＮＡＢＳＴＡ ＲＧＰＳの４個のＧＰＳ衛星に関する４つの連立航法方程式を示す図であって、 これらの方程式はＧＰＳ衛星２００−２０６とビークル１０２との間の時計バイ アスＣ６を含み、 図３は本発明を実現し、実施できる典型的な自律作業現場の高水準プロ、ツク線 図３００であり、 図４は本発明のナビゲータ４０６、ビークルＶＰＳアーキテクチャ１０００、及 びビークル制御装置４０８の開の相互関係の高水準ブロック線図４００であり、 図５は本発明による自律制御システム内の種々の要素の脈絡と、それらの相互関 係とを示す高水準ブロック線図５００であり、図６はビークル１０２の位置を正 確に決定するために、ＧＰＳ衛星星座２００．２０２．２０４及び２０６を含み 、また擬似衛星１０５及びベースステーション１８８と共に使用される多分ＮＡ ＢＳＴＡＲＧＰＳであるＧＰＳの動作の高水準プロ、ツク線図６００であり、 図７は好ましい実施例のＧＰＳ処理システムの電気的アーキテクチャ／ノ＼−ド ウエア７００を示す低水準ブロック線図であり、図８は好ましい実施例の図７に 示すようなＧＰＳ処理システム７００におけるソフトウェアの機能を示す低水準 流れ図８００であり、図９は好ましい実施例では走行距離計９０２及び慣性参照 ユニット（１Ｒｔｌ）　９０４を含むＭＰＳのアーキテクチャ／ハードウェア９ ００を示す中間水準ブロック線図であり、 図１０は好ましい実施例におけるｖＰＳの■ＰＳアーキテクチャ／ノ八−ビード ウェア１０００す中間水準ブロック線図であり、図１１は図１ＯのｖＰＳアーキ テクチャ１０００の低水準ブロック線図１１００であり、 図１２は図１ＯのＶＰＳ主（＋１０）プロセッサ１００２の中間水準ブロック線 図１２００であって、■ＰＳカルマンフィルタ１２０２及び重み付きコンバイナ １２００を示し、 図１２Ａは好ましい実施例のスーパーカルマンフィルタ１２００Ａの高水準ブロ ック線図であり、 図１３は本発明の好ましい実施例において第１位置推定の精度を改善するための 星座効果方法の流れ図１３００であり、図１４は４つのＧＰＳ衛星（図示してな い）のＧＰＳ衛星星座に関する一組の計算された推定擬似距離１４０　＝１．１ ４０６．１４０８、及び１４１０を示す座標系１４０２上の極プロット１４００ であって、陰影領域１４１２は擬似距離１４０６及び１．４０８を生じさせたＧ ＰＳ衛星を顧慮した時のビークルの考え得る位置推定を示し、 図１５は好ましい実施例の原形バイアス技術の流れ図１５００であり、図１６は 好ましい実施例の放物線バイアス技術の流れ図１６００であり、図１７は好まし い実施例のベース残留バイアス技術の流れ図１７００であり、図１７Ａは、好ま しい実施例のベース相関器バイアス技術の流れ図１７０ＯＡであり、 図１８は将来衛星位置の予測のための好ましい実施例における方法の流れ図１８ ００であり、 図１９は本発明の重み付き経路履歴技術の流れ図１９００であり、図２０はビー クル１０２の第１位置推定の高水準図形表示２０００であって図１９に示す重み 付き経路履歴方法は第１位置推定２０１０がビークル経路と全く一致しないため にそれを排除するであろうことを示し、１１Ｄ２ＯＡは図１９及び図２０に示す 重み付き経路履歴技術を実現するための方法の高水準流れ図２０００Ａであり、 図２１は本発明の反選択可用性技術の流れ図であり、図２２は本発明によるノー ド及びセグメントを使用するビークルルート限定の図２２００であり、 図２３はポスチュア及び関係付けられた円が如何にして目標点からめられるかを 図式的に示す図２３００であり、 図２４は最初のクロソイドセグメントの符号を如何にして決定するかを示す図２ ４００であり、 図２５は最後のクロソイドセグメントの符号を如何にして決定するかを示す図２ ５００であり、 図２６はクロソイド曲線を図式的に示す図２６００であり、図２７は近似フレネ ル積分を計算するための数値的方法の流れ図２７００であり、 図２８は経路の再計画を示す図２８００であり、図２９は二次、三次、及び四次 のＢスプライン曲線の図２９００であり、図３０は本発明のポスチュア・リング バッファの実施例を示す図３０００であり、 図３１は本発明の好ましい実施例の経路追尾制御アーキテクチャ／ハードウニあ り一 アの高水準ブロック線図３１００であり、図３２は舵取り計画サイクルにおける 関連ポスチュアを示す図３２００であり図３３は曲率を含む誤差ベクトルを如何 に計算するかを示す図３４００であり図３４は曲率を含む誤差ベクトルを、包含 されたビークル経路を用いて如何に計算するかを示す図３４００であり、 図３５は本発明のナビゲータ４０６の脈絡図３５００であり、図３６は本発明の 経路追尾構造の脈絡図３６００であり、図３７Ａ−３７Ｄはそれぞれナビゲータ ４０６のデータ流概要３７００Ａ−３７００Ｄであり、 図３８Ａはビークル搭載スキャナ４０４の図３８００Ｂであり、図３８Ｂは障害 物４００２に対する自律ビークル走査１０２を示す図３８００Ｂであり、 図３９は本発明のレーザ走査システムにおける選択された走査線３９０４及び３ ９０６の図３９００であり、 図４０は障害物４００２を回避する自律ビークル１０２を示す図４０００であり 、 図４１は本発明の好ましい実施例による障害物処理の図４１００であり、図４２ は本発明の好ましい実施例における障害物検出に使用されるレーザスキャナシス テムの中間水準ブロック線図４２００であり、図４３は本発明の自律採鉱用ビー クルのための制御システムの中間水準ブロツ゛り線図４３００であり、 図４４は図４３の制御システムの動作モード間の遷移を示す状態図４４００であ り、 図４５は好ましい実施例の遠視線遠隔制御システムの高水準ブロック線図４５目 次 Ｂ、ルート計画／経路生成 １．序 ａ、クロ゛ノイド経路セグメント ｂ、ビークル経路モデル化 Ｃ，クロソイド曲線 ｄ、ポスチュア連続経路の生成 （１）従来の方法 （２）点のノーケンスからの経路生成 （３）経路のクロソイド再計画 （４）概要 （５）Ｂスプライン ２、ルート作成及び記憶 ａ、序 す、ルート限定 Ｃ，ナビゲータルート用法 Ｃ０経路追尾 １、序 ２、検討 ａ、グローバル位置フィードバック ｂ１分離舵取り及び駆動制御 ３、実施例 ａ、追尾制御構造 す、５次法 Ｃ１待ち時間及び低速システム ｄ、ビークル・大地相互作用（ＶＧＩ）ｅ、検知及び作動タイミング ｆ、予見 ｇ、最適制御法 り、結論 り、障害物処理 １、序 ２、障害物の検出 ａ、隙間検査 す、濾波及び縁検出 Ｃ１障害物抽出 （１）道路の発見 （２９道路高さのモデル化 （３）しきい値設定 （４）プロップ抽出 （５）応用 ３、障害物の回避 ４、経路への復帰 ５、スキャナシステム ａ、序 す、レーサスキャナ Ｃ，スキャナシステムインタフェース ｄ、スキャナシステムバッファ回路 Ｅ、ビークル制御システム ■、序 ２、ビークル管理者（モード） ３５作動可能モード ３、速度制御 ４、舵取り制御 ａ、舵取りモデル ｂ、経路表現 Ｃ，ポスチュア定義 ｄ１位置情報 ｅ、ＶＰＳ短定義 ｆ、舵取り法 ５、モニタ／補助 ６、安全システム ａ、序 す、遮断制御 ７、バスアーキテクチャ Ｆ１機能記述／方法 １、ナビゲータ ａ、主 す、モニタＶＥＩ（ステータス Ｃ，スキャナ ｄ６　コンソール及びコンソールパーザｇ、　ｖｐｓ位置 Ｊ、ナビゲータ共用（グローバル）メモリに、流れ図 ■一定畏 以下のアルファべ、川・順の定義リストは、本発明を理解し易（するためのもの である。 （１）　“絶対値Ｗ”　（Ａｂｓｏｔ＋ｒｔｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ）本明細書に おいては、地球の中心に対する位置のことである。一般的に絶対位置は、何れも 地表または地表付近にあるビークルまたはベースステーションに関連していよう 。本発明の好ましい実施例においては、第１、第２、及び第３位置推定は全て絶 対位置である。 （２）“実際の擬似距離”　（Ａｃｔｕａｌ　ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅ　）とは 、（１）参照点と（２）地上位置決定システムの源との間の距離の近似を意味す る。本明細書では実際の擬似距離とは、通常、（１）地球受信機と（２）ＧＰＳ 衛星及び擬似衛星の両方または何れか一方との間の距離のことを言う。実際の擬 似距離は、ＧＰＳ衛星及び擬似衛星の両方または何れか一方から発せられる電磁 信号の送信と受信との間の伝播時間遅延を最初に測定することによって近似され る。実際の擬似距離は、計算された時間遅延に光速、即ぢ２．９９７９２４５８ ９８　本１０’　ｍ／ｓを乗することによって容易に計算できる。 （３）“反選択可用性”　（Ａｎｔｉ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ａｖａｉｌａｂｉ ｌｉｔｙ）とは、変調の粗／収集（Ｃ／Ａ）モードにお（ブる改悪されたＧＰＳ データを検出し、補償するための方法／技術／処理過程のことである。 （４）“自律″　（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　）は、本明細書においては、その普 通の意味で使用される。これは、完全に自動的であるか、または実質的に自動的 であるか、または動作に殆ど人間が関与しないかの何れかであるような動作を言 う。一般に自律ビークルとは、運転に人手を要さないビークルか、または操縦士 もしくは副操縦士を必要とせずに動作するビークルを意味する。しかしながら、 自律ビークルは自動的に駆動または他の方法で作動せしめられてもよく、１人ま たは複数の乗客を乗せていてもよい。 （５）ｍベース相関器バイアス”　（Ｂａ５ｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ　ｂｉａ ｓ　）は、図１７Ａの流れ図１７００Ａに従って導出される空間バイアスを意味 する。 （６）“ベース相関器バイアス技術”　（Ｂａ５ｅ　ｃｏｒｒｅｌａｊｏｒ　ｂ ｉａｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　）は、ベース相関器バイアスを計算するための方 法／処理過程を意味する。 （７）“ベース推定位置”　（Ｂａ５ｅ　ｅｓｔｉｍａｔｅｄ　ｐｏｓｉｔｉｏ ｎ）または“ＢＥＰ”は、ビークルに対するベースステーションの相対位置のこ とである。ＢＥＰは、本明細書のＩｌ、Ｆ、２．ｄ、　ｒベース相関器バイアス 技術」において使用される。 （８）“ベース既知位置”　（Ｂａ５ｅ　ｋｎｏｗｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ）また は’　１３ＫＰ”は、既知のベースステーション（参照点として使用される）の 絶対位置である。ＢＫＰは何等かの正確な位置特定システムから導出されたそれ 自身の推定であることができる。ＢＫＰは、何等かの他の位置推定よりも正確な ベースステーションの絶対位置であると見做される。 （９）”ベース位置推定’　（Ｂａ５ｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｅｓｔｉｍａｔｅ 　）は、ホスト処理システム内のＧＰＳ処理システムから導出されたベースステ ーションの絶対位置推定を意味する。ベース位置推定はビークル上のＧＰＳ処理 システムによって導出された第１位置推定と実質的に同一である。ベース位置推 定は、本明細書のＩ　１．　Ｆ、　２．　ｃ。 ｒベース残留バイアス技術」において計算される。 （１０）“ベース残留バイアス”　（Ｂａ５ｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌｓ　ｂｉａｓ ）は、ベースステーションのベース既知位置（ＢＫＰ）とホスト処理システムに よって計算されるベースステーションの位置推定との実効差である空間バイアス を意味する。 （１１）’ベース残留バイアス技術”　（Ｂａ５ｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌｓ　ｂｉ ａｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）はベース残留バイアスを導出する方法を言う。 （１２）“バイアス”（Ｂｉａｓ）とは、２つの測定の差、通常は位置推定の差 （空間バイアス）、またはクロックレートの差（時計バイアス）のことである。 通常、一方の測定の方が別の測定より正確であることが知られているから、バイ アスは“誤差゛と呼ばれることが多い。 （＋３）”時計バイアス”　（Ｃ１ｏｃｋ　ｂｉａｓ　）とは、（１）ＧＰＳ衛 星及び擬似衛星の両者または何れか一方の送信回路と（２）地球受信機の受信回 路との間の時計時刻の差を意味する。空間バイアスの計算において時計バイアス を使用する場合、時計バイアスには光速、即ち２．９９８　傘１０’　ｍ／ｓが 乗ぜられる。従って、時計バイアスは長さの単位に変換されるのである。 （１４）“星座”　（Ｃｏｎ５ｔｅｌｌａｔｉｏｎ）は、地表の、または地表付 近の点の絶対位置推定を導出するために使用される信号を発するＧＰＳ衛星及び 擬似衛星の両者または何れか一方からなる群のことである。後述する“最適星座 ”を参照されたい。 （１５）”星座効果法’　（Ｃｏｎ５ｔｅｌｌａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｍｅ ｔｈｏｄ）は、ビークルの視野内のＧＰＳ衛星の大きい群から叶Ｓ衛星の最適星 座を選択する技術または処理過程を意味する。 （１６）”データ無線’　（Ｄａｔａ　ｒａｄｉｏ　）は、無線周波数（ＲＦ　 ）において通信するための送信機、受信機、送受信機、またはそれらの任意組合 せを言う。 （１７）”地球受信機”　（Ｂａｒｔｈ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　）は、ＧＰＳ衛星 及び擬似衛星の両者または何れか一方から信号を受信し、処理する何等かの装置 またはデバイス、またはそれらの何等かの部分のことである。地球受信機は地表 に、または地表付近に位置決めすることができる。更に地球受信機は、例えばビ ークルまたはベースステーションの形状をとることができる。 （１，８）”推定擬似距離’　（Ｅｓｔｉｍａｔｅｄ　ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅ ）とは、（１）参照点と（２）地上位置決定システムの源との間の距離の近似の ことである。本明細書では実際の擬似距離とは、通常（１）地球受信機と（２） ＧＰＳ衛星及び擬似衛星の両者または何れか一方との間の距離の近似のことであ る。推定擬似距離は、ＧＰＳ衛星及び擬似衛星の両者または何れか一方から送信 される電磁信号上に符号化されているＧＰＳデータから計算される。ＮＡＶＳＴ ＡＲＧＰＳのＧＰＳデータから推定擬似距離を計算するための公式を載せた暦を 公的に入手することができる。 （１９）’第２位置推定’　（Ｆｉｒｓｔ　ｐｏｓｉＨｏｎ　ｅｓｔｉｍａｔｅ ）または“ＦＰＥ”または“ＦＰＥ　（ｉ）”は、どのような形状であっても、 ＧＰＳから出力される何れかのビークルの推定絶対位置のことである。本発明で は、第１位置推定及び第２位置推定は独立的に導出される。爾後にこれらの推定 は組合わされ、濾波されて第３の位置推定が導出される。従って、第１位置推定 の精度は第３位置推定の精度に影゛　饗する。 （２０）“ＧＬＯＮＡＳＳ　ＧＰＳ”は、Ｕ、　Ｓ、　Ｓ、　Ｒ，によって設計 され、現在開発中のＧＰＳである。 （２１）”グローバル位置特定システム”　（Ｇｌｏｂａｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ）またはＧＰＳ”は、１つの型の地上位置決定システムで ある。ＧＰＳでは、複数の衛星か惑星地球を回る軌道内に配置される。叶Ｓ衛星 は電磁信号を送信するように設計されている。これらの電磁信号から、地表上の 、または地表付近の如何なる受信機もこの絶対地上位置（地球の中心に対する位 置）を最終的に決定することカテきる。Ｕ、、Ｓ、政府は、ソ（７）　ＧＰＳを ”　ＮＡＶＳＴＡＲ”と命名した。Ｕ、　Ｓ、　Ｓ、　Ｒ，政府は、そのＧＰＳ を“ＧＬＯＮＡＳＳ”と命名している。 （２２）’ＧＰＳデータ’　（ＧＰＳ　ｄａｔａ　）とは、ＧＰＳのｃｐｓ衛星 から送信される信号上に符号化されている全てのデータのことである。ＧＰＳデ ータは、例えば天体暦データ及び時刻データを含む。 （２３）”ＧＰＳ処理システム’　（ＧＰＳ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔ ｅｍ）は、地上位置決定システムから信号を受信し、受信した信号からビークル の第１位置推定を導出するための本発明のシステムである。好ましい実施例では 、ＧＰＳ処理システムはＧＰＳのＧＰＳ衛星及び擬似衛星の両者または何れか一 方から電磁信号を受信する。 （２４）”ホスト処理システム”　（Ｈｏ５ｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓ ｔｅｍ　）は、ビークルの位置推定の精度を高める方法及び技術を遂行するため にベースステーションにおいて作動するコンピュータシステムである。これらの 方法及び技術から導出したデータはビークルへ送信されるので、ビークルは第１ １第２、及び第３位置推定を計算する際にこのデータを使用することができる。 好ましい実施例では、ホスト処理システムのアーキテクチャ／ハードウェアはＶ ＰＳのアーキテクチャ／ハードウェアと実質的に同一である。 （２５）“慣性参、Ｆ！ｆ３．．．：Ｌ　＝　ット’　（Ｉｎｅｒｔｉａ！　ｒ ｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｕｎｉｔ）または’　１ｉｔｕ”は通常はビークルに搭載さ れ、ビークルの第２位置推定の導出を支援するシステムである。ＩＲＵは、ジャ イロスコープまたはジャイロによって安定化されている参照座標フレーム内の加 速度計から此方（５ｐｅｃｉｆｉｃ−ｆｏｒｃｅ　）測定を入手する。 ＩＲＵは、レーサ型ま５　たは機械型であって差し支えない。ＩＲＵを使用する 無支援航法システムでは、加速度計によって測定された此方（地球重力の効果に 関して補正済）は航法数式に統合されてビークルの位置及び速度を発生する。好 ましい実施例では、ＩＲＵはＭＰＳの部分である。 （２６）“カルマンフィルタ”　（Ｋａｌｍａｎ　ｆｉｌｔｅｒ）は、その普通 の意味で使用される。これは、データ内の雑音または誤りを濾波して排除するた めのソフトウェアプログラムのことである。好ましい実施例では、第１位置推定 の精度を高めるべく雑音または誤りを濾波して排除するためにＧＰＳ処理システ ムにおいてＧＰＳカルマンフィルタが使用されている。また第２位置推定の精度 を高めるべく雑音または誤りを濾波して排除するためにｖＰＳにおいてｖＰＳカ ルマンフィルタが使用されている。 （２７）’移動体位置特定システム”　（Ｍｏｔｉｏｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎ ｇ　ｓｙｓｔｅｍ）または“ＭＰＳ”は、少なくともＩＲＵと、ビークル走行距 離計とを備えている。好ましい実施例では、ＭＰＳは地表の、または地表付近の 如何なるビークルの第２位置推定をも導出する。更に、ベースステーションは本 質的に静止しているから、ベースステーションにＭＰＳは必要ではナイ。 （２８）”最適星座”　（Ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）は空 間におけるＧＰＳ衛星の相対位置が、地表の、または地表付近の点の最も正確な 推定を導出する優れた三角測量を提供するような衛星星座を意味する。 （２９）“原形バイアス°　（Ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｂｉａｓ）は、実際の擬似距 離から、推定擬似距離と（長さの単位での）時計バイアスとを減算することによ って計算される空間バイアスを意味する。時計バイアスは、それらに光速、即ち ２．９９７９２４５８９８＊　１０’　ｍ／ｓを乗することによって長さの単位 に変換されている。 （３０）’原形バイアス技術”　（Ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｂｉａｓ　ｔｅｃｈｎｉ ｑｕｅ）は、原形バイアスを計算する方法である。 （３１）“ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ”は、Ｕ、　Ｓ、政府によって設計され、現在 開発中のＧＰＳである。 （３２）’航法システム”　（Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）は、地表 の、または地表付近の如何なるビークルをも案内する何等かのシステム及び方法 の両者または何れか一方を言う。航法システムはビークルに搭載できる。本発明 のＶＰＳは、ビークルの航法システムに極めて正確な第３位置推定を供給できる ので、それによって航法システムはビークルを精密に案内することができる。 （３３）’放物線バイアス”　（Ｐａｒａｂｏｌｉｃ　ｂｉａｓ　）は、各観測 されたＧＰＳ衛星の実際の擬似距離に関する放物線モデルを作成し、これらの放 物線モデルから複数の値を補作することによって計算される空間バイアスである 。好ましい実施例では、放物線バイアスは、実際の擬似距離、マイナス作成され た放物線モデルから補作した値、マイナス時計バイアス（光速を乗することによ って長さの単位）である。 （３４）”放物線バイアス技術’　（Ｐａｒａｂｏｌｉｃ　ｂｉａｓ　ｔｅｃｈ ｎｉｑｕｅ　）は、使用されるｇ　ｃｐｓ衛星に関して放物線バイアスを計算す るための方法である。 （３５）”好ましい実施例”　（Ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ　ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ　 ）は、本発明を実現する最良モードのことである。好ましい実施例は単に例示に 過ぎない。本発明は、好ましい実施例によって限定されるものと解釈すべきでは ない。 （３６）“擬似衛星”　（Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ　）はＧＰＳ衛星に似せた地表 または地表付近の放射装置である。好ましい実施例では、ＧＰＳ衛星からの電磁 信号に類似した電磁信号が陸上基地擬似衛星がら送信される。ＧＰＳ衛星に似せ るために１またはそれ以上の擬似衛星を使用して第１位置推定の計算を向上させ ることができる。 （３７）’擬似衛星デーダ　（Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ　ｄａｔａ）は、擬似衛星 から受信する信号とに符号化されている全てのデータを意味する。擬似衛星デー タは多くの点でＧＰＳデータに類似し、同じような情報を含む。 （３８）“擬似距離”　（Ｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅ）は、地上位置決定システム の源と地表または地表付近の点との間の距離である。好ましい実施例では、これ らの源はＧＰＳ衛星及び擬似衛星の両者または何れか一方であることができる。 地上位置決定システムは、擬似衛星（もし使用すれば）と共に使用されるＧＰＳ であることかできる。更に、地表または地表付近の点は、ベースステーション及 びビークルの両方または何れか一方であることかできる。 （３９）”衛星位置予測法”　（５ａｔｅｌｌｉＴｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐｒ ｅｄｉｃｔｏｒ　）は、ＧＰＳ衛星の将来位置を決定する方法である。この方法 によって早目に最適星座を選択することが可能になる。 （４０）”第２位置推定”　（５ｅｃｏｎｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｅｓｔｉｍａ ｔｅ　）または“ｓｐε”は、どのような形状であっても、ＭＰＳから出力され る何れかのビークルの推定絶対位置のことである。第２位置推定は、少なくとも ＩＲＵからの位置情報を含む。第２位置推定は、ビークル上に位置しているビー クル走行距離計からの位置情報を含むことができる。 （４１）“空間バイアス°　（５ｐａｔｉａｌ　ｂｉａｓ　）は、二次元または 三次元空間における位置の近似に関連するバイアスのことである。空間バイアス は、位置推定の精度を高めるために位置推定をオフセットさせるのに使用される 。空間バイアスは、本発明の複数の異なる方法で計算することができる。これら の方法に含まれるのは、例えば、原形バイアス技術１５００　（ｆｌ、Ｆ、２． ａ、）　、放物線バイアス技術１６００　（Ｉｌ、Ｆ、２．ｂ、）　、ベース残 留バイアス技術１７００　（Ｉｌ、Ｆ、２．ｃ、）、及びベース相関器バイアス 技術１７００　Ａ　（１１，Ｆ、２．ｄ、）である。 （４２）“システム”　（Ｓｙｓｔｅｍ　）は、装置、方法、または装置と方法 の両者の組合せを意味するために簡略化の目的で使用される。更に、これはソフ トウェア、ハードウェア、またはハードウェアとソフトウェアの両者の組合せを も含むことかできる。 （４３）”位置決定システム”　（Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉ ｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）は、源と受信機との間の相対距離を推定するために信号の 受信機が使用することができる信号を発する源を有する何等かのシステムを意味 する。信号は、例えば、電磁波、衝撃波、及び音響波の全てまたは何れかの形状 であることができる。 （４４）”地上位置決定システム”　（Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　ｐｏｓｉｔｉ ｏｎ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｓ）・ｓｔｅｍ）は、地球受信機の地上位置 を最終的に推定するために使用できる何等かの位置決定システムを意味する。信 号は、例えば、電磁波、衝撃波、及び音響波の全てまたは何れかの形状であるこ とができる。好ましい実施例では、地上位置決定システムはＮＡＶＳＴＡＲＧＰ Ｓである。 （４５）“第３位置推定”　（Ｔｈ１ｒｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｅｓｔｉｍａ［ ｅ）またはＴＰＥ”は、どのような形状においても、ｖＰＳから出力される何れ かのビークルの推定絶対位置のことである。第３位置推定は、第１及び第２位置 推定よりも正確なビークル位置の位置推定である。第３位置は、ｖＰＳ処理シス テムによって第１及び第２位置推定から導出される。 （４６）“ビークル”　（Ｖｅｈｉｃｌｅ）とは、物理的な物を輸送するための 何等かの運搬装置のことである。ビークルは、採鉱用トラック、建設用トラック 、農業用トラクタ、自動車、船、ボート、列車、気球、ミサイル、または航空機 の形状をとることができる。好ましい実施例では、キャタピラ社の７８５オフハ イウエイトラツクが使用されている。 （４７）”ビークル位置特定システム’　（Ｖｅｈｉｃｌｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　）または“ＶＰＳ”は、何れかのビークルの位置推定を 導出するための本発明のシステムである。ＶＰＳからの位置推定は極めて正確で あり、ビークルを正確に案内するために如何なるビークル上の航法システムも使 用することができる。好ましい実施例では、ｖＰＳからの位置推定を第３位置推 定と呼ぶ。 （４８）’ＶＰＳ処理システム”　（ＶＰＳ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔ ｅｍ）は、ｖｐｓの処理システムを意味する。ｖＰＳ処理システムは、第１及び 第２位置推定から第３位置推定を導出する。アーキテクチャは図１０及び１１に 示されている。 （＝１．９）”重み付きコンバイナ’　（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ　ｃｏｍｂｉｎｅｒ ）は、データを処理する特定のソフトウェアプログラムのことである。入力され たデータは、そのデータの推定精度と、そのデータを集めるために使用された技 術とに基づいて所定の重み付は係数か割り当てられる。例えば、好ましい実施例 では、ＧＰＳ信号７１６の第１位置推定は、ＩＲＵ信号９１０の第２位置推定よ りも重い重み付けがなされる（前者の方が本質的により正確であるから）。更に 、ＩＲＬＩによって測定された速度はＧＰＳ処理システムによって測定された速 度よりも重い重み付けがなされる（前者の方が本質的により正確であるから）。 好ましい実施例では、ＧＰＳ処理システムによって測定された速度は最後まで使 用されないが、他の実施において使用することは可能である。 （５０）“重み付き経路履歴技術”　（ＷｅｉｇＭｅｄ　ｐａｔｈ　ｈｉｓｊｏ ｒｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）はＧＰＳ処理システムから出力される第１位置推定 の精度を高めるための方法または処理過程である。この技術は、将来の第１位置 推定の有効性を試験するためのビークル経路モデルを導出するために、それまで の第１位置推定を使用する。重み付き経路履歴技術を使用することにより、第１ 位置推定の漂動が減少し、偽位置を計算しない免除特性か高められる。 目、ヨ錘９咲 図１は、本発明の好ましい実施例の高水準ブロック線図１００を示す。地表の、 または地表付近のビークル１０２の正確な自律動作を得るために、本発明はビー クル位置特定システム（ＶＰＳ）１０００と、航法システム１０２２とを含む。 これらの両システムは装置、方法、及び技術を含み、これらは−緒に統合すると 人手によらないビークルの高度に正確な制御を提供する。 Ａ、ビークル位置特定システム（ＶＰＳ）規定された経路に沿って自律ビークル １０２を案内するタスクは、特に、ある参照点に対するビークルの現位置の正確 な推定を必要とする。一旦現位置が知れれば、ビークル１０２はその次の行先へ 進むように命令される。 本発明のＶＰＳｌｏｏＯを使用すると、ビークル１０２の位置推定を極めて精密 に決定することができる。ＶＰＳｌｏｏＯは、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳまたはＧＬ ＯＮＡＳＳ　ＧＰＳのようなＧＰＳのＧＰＳ衛星１０４からＧＰＳデータを受信 する。 好ましい実施例では、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳを使用している。図Ｉ　Ａｔ、：、 　ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳを示す。ＧＰＳ衛星１３０−１６８は６つの軌道１．７ ４−１８４内で地球１７２を周回している。 図１に戻って、ｖｐｓｉｏｏｏは、１または複数の擬似衛星１０５からの擬似衛 星データをも受信できる。本明細書においては、“擬似衛星”とは地表の、また は地表付近のＧＰＳ衛星に似せた放射装置を意味する。 ＧＰＳデータ及び擬似衛星データの両方または何れか一方から、ＶＰＳｌｏｏＯ はビークル１０２の正確な位置の推定を導出する。ＧＰＳデータ及び擬似衛星デ ータの両方または何れか一方は、ビークル位置推定の精度を向上させるための本 発明の種々の創意に富む技術及び方法によって、大幅に改善される。 詳述すれば、好ましい実施例ノＶＰＳＩ　０００ハ、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ　１ ０４　カラ（Ｄ、及び移動体位置特定システム９００からのＧＰＳデータを組入 れた位置特定システムである。好ましい実施例では、移動体位置特定システム９ ００は慣性弁、昭ユニｙト（ＩＲＩＪ）　９０４及びビークル走行距離計９０２ の両方または何れか一方を備えている。ＩＲＵ　９０４は、１またはそれ以上の レーザジャイロスコープ１０６と、ｌまたはそれ以上の加速度計１０８とを含み 、これらは位置、速度、横揺れ、縦揺れ及び偏揺れデータを発生させるために使 用できる。ビークル走行距離計９０２は、ビークル弓０２が走行した距離に関す るデータを発生する。 ビークル１０２の第１位置推定は、ＧＰＳ衛星１４０から受信したＧＰＳデータ 及びＩまたは複数の擬似衛星１０５から受信した擬似衛星データから、ＧＰＳ処 理システム７００によって導出される。第１位置推定の精度を高めるために、本 発明は以下に説明する複数の方法を実現する。更に、ＩＲＵ　９０４及びビーク ル走行距離計９０２の両方または何れか一方を備えた移動体位置特定システム９ ００のＭＰＳ相互通信プロセッザ９０６によって第２位置推定を導出する。 矢印１１２及び１１４によってそれぞれ示しであるように、第１位置推定及び第 ２位置推定は、ＶＰＳ処理システム１１６によって組合わされ、濾波される。出 力矢印１１８によって示される結果が、より正確な第３位置推定である。 Ｂ、航法システム 航法システム１０２２は、ＶＰＳｌｏｏＯから第３位置推定を受信する。航法シ ステム１０２２はこの精密な第３位置推定を使用してビークル１０２を正確に航 行させる。航法システム１０２２の主目的は、事前に確立された、または動的に 生成される経路に沿う点間でビークル１０２を案内することである。 好ましい実施例では、航法システム１０２２はビークル１０２自体上に位置決め されている。換言すれば、それは本質的に“搭載“システムである。更に、航法 システム１０２２は、既存ビークル１０２に事後設置するように設計することか できる。 航法システム１．０２２がビークル１０２を案内して事前に確立された、または 動的に生成される経路を辿らせることを可能にするために、種々のモデル、即ち 概念的表現か生成され、使用される。例えば、線及び弧を使用して目標点間にビ ークル経路を確立することができる。ビークル１０２が航行する実際の経路をモ デル化するために、数学的Ｂスプラインまたはクロソイド（ｃｌｏｌｈｏｉｄ　 ）曲線を使用することができる。これらの数学的曲線に関しては後に詳述する。 上記モデル化、即ち表現技術の使用か、データ通信、記憶、及びビークル１０２ の取り扱いを向上させる。更に、これらの技術か制御及び通信の階層を提供する ので、監視タスクを簡易化することかできる。階層制御体系に存在する制御のレ ベルが高いほど、タスクは簡易化され、また命令はコンパクトになる。 航法システム１０２２は、ビークル１０２を移動させ、停止させ、舵取りするた めに要求される必要物理動作を遂行するために、ブレーキ、舵取り装置、及び機 関及び伝動装置のようなビークルの機械的システムの制御をも行う。 また航法システム１０２２は、所望の位置に対するビークル１．０２の実際の位 置を検査し、所望の位置に従ってビークル制御を修正する。航法システム１０２ ２は、この検査能力を向上させるために、多重状態モデルを走らせることができ る。更に航法システム１０２２は、システム自体及びビークル成分内の誤りまた は障害を検査する。もし誤りまたは障害が検出されれば、航法システム１０２２ はビークル１０２を完全に停止せしめることによってフェールセーフ運転停止を 遂行することができる。 更に航法システム１０２２は、ビークル１０２を制御するための異なるモードを 提供する。これらには、（１）ビークル１０２の航行が航法システム１０２２に よって自動的に処理される完全自律モードと、（２）遠隔の操作員（図示してな い）がビークル１０２の方向及び運動等を制御できるテレモード、または遠隔制 御モードと、（３）ビークル１０２内に座している操作員がビークル１０２の制 御を行い、それを手動で駆動することができる手動モードとが含まれる。 自律モードでは、もしビークル１．０２が制御下になければ、障害物が特性に甚 大な損傷をもたらし、生命に重大な危害をを与えかねないので、障害物の検出は 臨界的である。航法システム＋０２２は効率的に障害物を検出することができる ・　。巨礫、動物、人々、樹木、または他の障害物が突然ビークル１０２の経路 内に侵入するかも知れない。航法システム１０２はこれらの障害物を検出するこ とができ、ビークル１０２を停止させるか、または障害物を廻る経路を計画し、 その経路が安全であると考えられるとビークル１０２を元のルートに戻す。 所望のルートを正確に追尾することか航法システム１０２２の別の機能である。 航法システム１０２２の機能及びアーキテクチャは、約３０マイル／時（ｍｐｈ ）までの速度でビークル経路を実時間追尾するように設計されている。 Ｃ，ベースステー／コン 本発明は、ペースステーノヨン１８８にホスト処理システム１８６を備えること ができる。ホスト処理システム１８６は、ｖｐｓｉｏｏｏ及び航法／ステｌえ１ ０２２の両方に関する機能を遂行する。 ＶＰＳｌｏｏＯに関してホスト処理システム１８６は、矢印１９０及び１９２に よってそれぞれ示しであるように、ＧＰＳデータ及び擬似衛星データの両方また は何れか一方を受信する。実際には、後述するようにビークル位置推定の精度を 改善するために、ベースステーソヨン１．８８と同様にホスト処理システム１８ ６は既知の参照点として働く。 ホスト処理システム１８６はビークル位置推定の精度を向上させるための種々の 方法を実現する。前述の衛星位置予測法（Ｉｌ、Ｇ、参照）もホスト処理システ ム１８６によって実現される。ホスト処理システム１８６は、ビークル１０２に よって観測される同一衛星星座を認識するであろう。 ＧＰＳデータ及び擬似衛星データの両方または何れか一方に対して計算が遂行さ れてバイアスか導出される。本明細書においては″バイアス”とは、２つの測定 の間の差のことであり、通常は位置推定間の差（空間バイアス）またはクロノク レートの差（時計バイアス）である。通常は一方の測定の方が別の測定よりも正 確であることが知られているから、バイアスを″誤差”と呼ぶことが多い。 空間バイアスを計算するために、ホスト処理システム１８６は多くの方法を実現 する。これらの方法には、例えば、原形バイアス技術１５００　（Ｉｌ、Ｆ、２ ．ａ、）、放物線バイアス技術１６００　（Ｉｌ、Ｆ、２．ｂ、）　、ベース残 留バイアス技術（ＩＩ。 Ｆ、２．ｃ、）、及びベース相関器バイアス技術（Ｉｌ、Ｆ、２．ｄ、）か含ま れる。 前述の差動修正技術はデータ誤差を補償する。換言すれば、ホスト処理システム １．８６において計算されたバイアスはデータ誤差を表す。矢印１９４によって 示すように、バイアスはビークル１０２のＧＰＳ処理システム７００へ送信され るｏＧＰＳ処理システム７００はこれらのバイアスを使用してビークル位置推定 内の誤差を排除する。 ホスト処理システム１８６は、本発明の航法システム１０２２に関する機能をも 提供する。矢印１９６によって示しであるように、ポスト処理システム１８６は 、航法システム１０２２の最高水準の制御として働く。それは、人間の運行管理 係が達成するのと殆と同一の結果をもたらすようにビークル１０２のスケシュＩ Ｊング及び運行管理を処理する。従って、ホスト処理システム１８６は、ビーク ル１０２の作業サイクルを決定することができる。 ホスト処理システム１．８６は、ビークル１０２に指定された経路を通って現位 置から将来位置まで進行するように命令するので、ビークル１０２はその作業目 的を達成することができる。ホスト処理システム１８６は、普通に行われている ようにルートに沿う各点をリストするのではなく、名前によってビークルルート を指定することができる。従って、ビークル搭載航法システム１０２２は名付け られたビークルルートを表引きし、名付けられたビークルルートを名付けられた ビークルルートに沿うノード及びセグメントの集合に翻訳する。 以下に特に図７乃至２１を参照してｖｐｓ　ｉ　ｏ　ｏ　ｏに関して説明する。 図１０及び１１はＶＰＳｌｏｏＯのアーキテクチャ／ハードウェアを示す。ｖｐ ｓｉｏｏｏは地表の、または地表付近の移動または静止ビークル１０２の極めて 正確な位置決定システムである。 ｖｐｓｉｏｏｏが、それぞれ図７及び９に示すＧＰＳ処理システム７００及びＭ ＰＳ９００を含んでいることを思い出されたい。またＭＰＳ９００が、共に図９ に示されているＩＲＵ９０４とビークル走行距離計９０２とを含んでいることも 思い出されたい。実際には、極めて効果的な位置決定システムを得るために、こ れらのシステムは本発明によって向上せしめられている。 図７を参照する。ＧＰＳ処理システム７００は、ＧＰＳ受信機７０６に接続され るアンテナ７０２を含んでいる。アンテナ７０２の視野内のＧＰＳ衛星１０４が 、図２及び３に示すように複数のＧＰＳ衛星２００−２０６からなっている場合 には、ＧＰＳ受信機７０６はそれらの各ＧＰＳデータを、アンテナ７０２の視野 内グ　スｔはそれ以上の何れかの擬似衛星１０５からの擬似衛星データと共に読 み取る。好ましい実施例では、ＧＰＳ受信機７０６はビークル＋０２の第２位置 推定ｙ＝　ＧＰＳデータ及び擬似衛星データの両方または何れか一方から計算す る責を負っている。 第１位置方法の精度を高めるために、衛星位置予測方法１．８００　（＋１．Ｇ 、参照）がＧＰＳ処理システム７００のＧＰＳプロセッサ７１０によって実現さ れる。衛星位置予測方法１８００は現時点における、または何れかの将来時点に おける如何なるＧＰＳ衛星の位置をも予測する。 衛星位置情報を使用すれば、ＧＰＳ処理システム７００は最適ＧＰＳ衛星星座を 決定でき、星座効果方法１３００　（ＩＩＦ、参照）を使用することによって認 識することができる。好ましい実施例では、星座効果方法１３００もＧＰＳプロ セッサ７１０によって実現されている。星座効果方法１３００に従えば、ＧＰＳ 衛星２００−２０６及び１または複数の擬似衛星１０５からなるデータ源から最 良の星座が選択される。 ＧＰＳプロセッサ７０６は、最良星座及び幾何学／三角法に基づいでビー−クル Ｊ０２の第１位置推定を計算する。第１位置推定の精度は、部分的に、計算に用 いられるＧＰＳ衛星の数に依存する。使用される付加的な各ＧＰＳ衛星は第１位 置推定の精度を向上させるこ七ができる。計算の後に、ビークル１０２の第１位 置推定は図１ＯのｙＰＳ生プロセッサ１００２へ送信される。 図９を参照する。ＩＲＩＪ　９０４は、位置、速度、横揺れ、縦揺れ、偏揺れデ ータを発生するレーザジャイ”ロスコープ及び加速度計を備えている。ＩＲｔＪ 　９０４は、この情報をビークル１０２の第２位置推定内へ組合わせる。ビーク ル１０２が走行した距離を測定するために走行距離計９０２を組込むことができ る。図１０に示すように、Ｉｔ？υ９０４及び走行距離計９０２からのデータも ＭＰＳ相互通信プクセッサ９０６を介してＶＰＳ主プ０セッサ１００２へ送信さ れる。 ｖｐｓ主ブＯ（？）ｔ　１００２ハ、ＭＰＳ　９００　（ＩＲＩＪ　９０４及び 多分走行距離計９０２）からの第２位置推定と、ＧＰＳ処理システム７００から の第１位置推定とを組合わせて、より正確な第３位置推定を生成する。 ＶＰＳｌｏｏＯは、ビークルを″漂動”させる恐れのある誤りの、または（為の 第３位置推定を排除する方法をも実現する。この方法は重み付き経路履歴方法（ Ｉｔ、Ｈ１参、昭）と呼ばれる。本質的に、ビークル＋０２の経路履歴は、ビー クルｌ。 ２の位置の将来推定の精度を統計的に決定するために使用される。 図１及び３を参照する。ペースステーション１８８は、〜’ＰＳ１００Ｏのため の地理的近似参照点を提供する。ベースステーション１８８は、ホスト処理７′ ステム１８６を含む。好ましい実施例では、ポスト処理システム１８６はＧＰＳ 処理システム７００と類似のアーキテクチャを備え、同一機能を遂行する。しが し、ホスト処理システム７００は、第１位置推定の精度を向上させるための付加 的な機能を遂行する。 衛星位置予測方法１．８００　（Ｉｌ、Ｇ、）は、上述のようにＧＰＳ処理シス テム７゜Ｏに加えてホスト処理システム１８６によって実現される。従ってポス ト処理システム１８６は、ビークル１０２が観測したものと同一の、またはより 大きい星座内に同−ＧＰＳ衛星を含むＧＰＳ衛星星座を認識する。 ＧＰＳデータ及び擬似衛星データの両方または何れが一方に対して計算が遂行さ れ、空間バイアス及び時計バイアスを含むバイアスが導出される。空間バイアス を計算するために、ホスト処理システム１８６は種々の方法を実現する。図１５ は原形バイアス技術１５００　（ＩＩＰ、２．ａ、）を示す。図１６は放物線バ イアス技術１６００　（Ｉｌ、Ｆ、２．ｂ、）を示す。図１７はベース残留バイ アス技術＋７００　（１１、Ｆ、　２．　ｃ、）を示す。図１７　Ａ　ｌｔベベ ー相関器バイ７７、技術１７００Ａ　（Ｉｌ、Ｆ。 ２４ｄ、ンを示す。 矢印１９４て示すように、空間バイアス及び時計バイアスはビルクル１０２＋７ ）ＧＰＳ処理システム７００へ送信される。ＧＰＳ処理システム７００はこれら のバイアスを使用してビークル位置推定内の誤差を排除する。 Ｂ、　ＧＰＳ処理システム ＧＰＳ処理システム７００は、地上位置決定システムからのビークル位置データ を使用してビークルｆ０２の第１位置推定を導出する。好ましい実施例では、地 上位置決定システムは、現在Ｕ、　Ｓ、政府が開発中のＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ及 び地球をベースとする擬似衛星の両方または何れが一方からなる。 １、　、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ 図ＩＡに示すように、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳは、現在では６つの軌道１７４−１ ８４内に２４個の人工電子ＧＰＳ衛星１３２−１７０を企図している。現在考え られているところでは、ｃｐｓ衛星１３２−１７０は約１４．０００マイルの高 度で、１日に２回地球＋７２を周回する。後述するように、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰ ＳのＣモードを使用すると天候、時刻には関係なく、また地球１７２の殆どの領 域において１５メートル以内で地上位置を決定することが可能である。 本明細書を提出した日現在で、地球１７２を回る軌道内には６個の実験用ＧＰＳ 衛星と、７個の動作中のＧＰＳ衛星とか存在することが知られている。更に、幾 つかの製造業者が、図７のＧＰＳ受信機７０６のようなＧＰｓ受信機を設計また は、製　・道中であることが知られている。ＧＰＳ衛星は次々に開発されて機能 しており、位置追尾のために毎日使用できる実験用ＧＰＳ衛星が３個またはそれ 以上である時間は増加している。 更に、実験用ＧＰＳ衛星は（及び他の全ては、一旦展開すると）正確に予測可能 である。ビークル１０２上のＧＰＳ受信機に対するこれらのＧＰＳ衛星の相対位 置、即ち“擬似距離′は、電磁信号から２つの方法によって決定できる。 １つの方法は、発射される電磁信号の送信と受信との間の伝播時間遅延を測定す ることである。ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳでは、電磁信号は、それらの信号がＧＰｓ 衛星から送信される時刻で連続的に符号化されている。受信時刻に注目して、符 号化された送信時刻を差し引くことによって時間遅延を導出できることは言うま でもない。計算された時間遅延と、大気中の電磁波の走行速度とから、擬似距離 を正確に導出することかできる。上記方法を使用して計算された擬似距離を、本 明細書では“実際の”擬似距離と呼ぶ。 別の方法は、周回するＧＰＳ衛星から送信される電磁信号内に符号化されている 衛星位置データを包含する。ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳのＧＰＳ衛星の位置データに 関する暦データが公的に入手できる。もし受信機位置が知られていれば、電磁信 号内に符号化されているデータに関するこの暦データを参照することによって、 擬似距離の正確な導出が可能である。この方法を使用して計算された擬似距離を 、本明細書ては”推定“擬似距離と呼ぶ。 しかしながら、推定擬似距離を導出する従来の方法においては、衛星位置データ がＧＰＳ衛星において電圧時に１回だけしか更新されないことに注目すべきであ る。従って、更新された衛星位置データを使用して新しい擬似距離を計算する場 合には、擬似距離の精度は次の正時までは各正時からの時間と共に低下する。 再び図ＩＡを参照する。この図には完全に機能しているＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの 構成の概要が示されている。２４個の各ＧＰＳ衛星１３２−１７０は電磁信号を 送信し、これらの電磁信号はビークル１０２の絶対地上位置（即ち、地球１７２ の中心に対する緯度、経度、及び高度）を決定るために使用することができる。 具体的に言えば、少なくとも３個の周回ＧＰＳ衛星１３２−１７０の相対位置を 知ることによって、三角法を含む簡単な幾何学理論を使用してビークル１０２の 絶対地上位置を計算することができる。この地上位置推定の精度は、部分的に、 ビークル１０２かサンプルする周回ＧＰＳ衛星１３２ｉ７０の数に依存する。よ り多くのＧＰＳ衛星１３２−１７０のサンプリングを計算に入れれば、地上位置 推定の精度は向上する。ビークル１０２の回路と種々のＧＰＳ衛星１３２−１７ ０との間の回路時計差が誤差をもたらすので、伝統的に、３個ではなく４個のＧ ＰＳ衛星をサンプルして各地上位置推定を決定している。 ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ　テハ、電磁信号は全テノＧＰＳ衛Ｍ　ｌ　３２−１７０ から単一の搬送波周波数で連続的に送信される。しかし、各ＧＰＳ衛星１．３１ １７０は異なる変調計画を有し、それによって電磁信号を区別できるようになっ ている。ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳでは、搬送波周波数は、各ＧＰＳ衛星に独特な擬 似２進コ一ド信号（データビット流）を使用して変調されている。この擬似２進 コ一ド信号が搬送波周波数を２相変調するために使用される。従って搬送波周波 数を復調すればＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ内の周回ＧＰＳ衛星を識別することができ る。 更にＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳには、擬似ランダム数（ＰＲＮ）信号を使用する２つ の搬送波変調モードが含まれる。゛ＩＩ／収集”　（Ｃ／Ａ）モードと呼ぶ一方 のモードでは、ＰＲＮ信号は１．０２３　Ｍ）ｌｚのチップレートを有するゴー ルドコードン−ケンスである。ゴールドコードノーケンスは当分野では周知の、 普通の擬似ランダムンーケンスである。擬似ランダムコードシーケンスのチップ レートは、シーケンス内にチップが生成されるレートである。従って、チンプレ ートは、コード繰り返しレートをそのコード内のメンバーの数で除した値に等し い。従って、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの粗／収集モードでは、各ゴールドコードシ ーケンス内に１．．０２３チツプが存在し、シーケンスは１ミリ秒毎に繰り返さ れる。４個の周回ＧＰＳ衛星からの１．０２３　ＭＨｚのゴールドコードノーケ ンスを使用すると、ビークル１０２の地上位置を６０乃至３００メートル以内の 近似精度で決定することができる。 ＮＪＶＳＴＡＲＧＰＳの第２の変調モードは、一般に“精密”または“保護“　 （Ｐ）モードと呼ばれている。Ｐモードでは、擬似ランダムコ・−ドは１０．２ ３　Ｍｔｌｚのチップレートを有している。更に、Ｐモードシーケンスは極めて 長く、シー１０　ケンスは２６７日に１回以上繰り返すことはない。その結果、 ビークル１０２の地上位置を１６乃至３０メートルの近似精度で決定することが できる。 しかしながら、Ｐモートン−ケンスは機密扱いされており、合衆国政府によって 一般には利用できないようになっている。換言すれば、Ｐモードは合衆国政府に よって承認された地球受信機だけが使用するようになっているのである。 地球受信機が、異なる周回間Ｓ衛星からの種々のＣ／Ａ信号を区別できるように するために、通常は地球受信機は局部的に生成されるゴールドコードシーケンス のための複数の異なるゴールドコード源を含んでいる。局部的に導出される各ゴ ールドコードシーケンスは、各ＧＰＳ衛星からの各独特なゴールドコードン−ケ ンスに対応する。 局部的に導出されたゴールドコードシーケンスと、送信されたゴールドコードノ ーケンスとは、１ミリ秒のゴールドコードシーケンス周期にわたって互いに相互 相関される。局部的に導出されるゴールドコードシーケンスの位相は、最大の相 互相関関数か得られるまてチップ毎に、欠いてチップ内で変化する。　ｌ、　０ ２３ビツトの長さを有する２つのゴールドコードシーケンスの相互相関は、他の 如何なるゴールドコードン−ケンスの組合わせの相互相関関数よりほぼ１６倍は 大きいから、局部的に導出されたコールドコードン−ケンスをＧＰＳ衛星の１つ から送信された同一ゴールドコードノーケンスにロックすることは比較的容易で ある。 地球受信機の視野内の少なくとも４個のＧＰＳ衛星からのゴールドコードシーケ ンスは、このようにして、局部的に導出された各ゴールドコードシーケンスに順 次に応答する単一のチャネルを使用するか、または代替として、異なるゴールド コードン−ケンスに同時に応答する並列チャネルを使用することによって分離さ れる。４つのゴールドコードン−ケンスを地球受信機の視野内の４個の叶Ｓ衛星 から受信したゴールドコードン−ケンスと同相にロックした後は、地球受信機の 相対位置は約６０乃至３００メートルの精度で決定できる。 ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの上記近似精度は、（１）地球受信機が実際に応答する信 号を送信中のＧＰＳ衛星の数と、（２）受信信号の可変振幅と、（３）異なるＧ ＰＳ衛星から受信した信号間の相互相関ピークの大きさとによって影響を受ける 。 図７を参照する。叶Ｓ処理システム７００はＧＰＳ衛星１３２−１７０からのＧ ＰＳデータ及び１または複数の擬似衛星１０５からの擬似衛星データを処理する 。 更に、ＧＰＳ受信機７０６は種々のｃｐｓ衛星１３２−１７０からのＣ／Ａ信号 を解号する。 図２に、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ　０４個＋７）　ＧＰＳ衛星２００−２０６ｉ、 ：関する航法方程式２１２を示す。４個の叶Ｓ衛星２００．２０２．２０４及び ２０６はそれぞれ擬似距離ＲＯ，Ｒ２、Ｒ４、及びＲ６を有し、ビークル１０２ によって認識されたＧＰＳ衛星１３２−１７０の現星座を構成している。 航法方程式２１２は、ＧＰＳ衛星２００−２０６とビークル１０２との間の時計 バイアスＣ６を含む。航法方程式２１２は擬似距離Ｒ，Ｏ，Ｒ２、Ｒ４、及びＲ ６を使用してビークル１０２の経度及び緯度を計算するために使用される。 記述ブロック２０８内に示すように、各ＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び ′　２０６は、タイミングデータ（ＧＰＳ時刻）と天体暦データとを含むＧＰＳ データを送信する。当分野では周知の航法方程式２＋２と、上記タイミングデー タとを使用すれば、ＧＰＳ処理システム７００は擬似距離ＲＯ１Ｒ２、Ｒ４、及 びＲ６（実際の擬似距離と呼ぶ）を推定することができる。更に、上記天体暦デ ータと地球１７２上の暦データを使用すれば、ＧＰＳ処理システムは擬似距離Ｒ Ｏ１Ｒ２、Ｒ４、及びＲ６（推定擬似距離と呼ぶ）を推定することかできる。 図６に、動作中の代表的なＧＰＳ星座を示す。４個のＧＰＳ衛星２００．２０２ ．２０４及び２０６はＧＰＳデータを送信する。ビークル１０２及びベースステ ーション１８８の両者は、これらの各ＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２ ０６からのこれらの信号を、それぞれＧＰＳアンテナ３１２及び３１６で受信す る。好ましい実施例では、Ｃ／Ａコード及び搬送波周波数の両者がＧＰＳアンテ ナ３１２及び３１６で受信され、処理される。 図６には、４個のＧＰＳ衛星の他に、擬似衛星１０５が示されている。図６に示 すように、１または複数の擬似衛星１０５はどのような鉄杭の境界の周囲に戦略 的に配置することもでき、またＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６に 似せることかできる。この配列は、高い鉄杭壁のような地形的な特色のために採 鉱ビークルがＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６の１またはそれ以上 の視界から消えるような鉄杭、空洞等のような状況に極めて有用とすることがで きる。大地をベースとするｌまたは複数の擬似衛星１０５は付加的な測距信号を 供給し、従って本発明における位置決め能力の可用性（利用可能度）及び精度を 改善することができる。 ｌまたは複数の擬似衛星１０５はＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６ と同期されており、ＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６の信号構造と は異なってはいるが両立可能な信号構造を有している。更に、ビークル１０２と １または複数の擬似衛星１０５との間の距離（レンジ）は、ビークル１０２とＧ ＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６の１つとの間の距離と同様に計算さ れる。１または複数の擬似衛星１０５を使用すれば、測距誤差は選択可用性も、 電離層誤差も含まない。しかし対流圏誤差、擬似衛星時計誤差、及び多重経路誤 差のような他の誤差は４酌しなければならない。 深い露天掘り採鉱作業では、鉄杭内のビークル１０２からの空の視界は、鉄杭壁 によって制限されることがあり得る。そのため叶Ｓ処理システム７００の視界内 には、第１位置推定を適切に導出するのに十分な数のＧＰＳ衛星は存在しないか も知れない。このような場合、本発明では、Ｉまたはそれ以上の擬似衛星１０５ 山の縁に、または他の場所に配置することができる。１または複数の擬似衛星１ ０５は、正確な第１位置推定を得るために何れかの可視ＧＰＳ衛星と共に使用す ることができる。 ＧＰＳ衛星を支援するために、またはＧＰＳ衛星から叶Ｓデータを受信する必要 を完全に排除するような他の形状の二次的な源も実現可能である。更に、レーザ 走査技術を利用して二次的な参照源からビークル１０２までの局所化された測距 データを得ることができる。 通信チャネル６１８は、ベースステーション１８８とビークル１０２との間の通 信リンクを表す。好ましい実施例では、通信チャネル６１８は送受信機であるデ ータ無線機６２０及び６２２によって確立された電磁リンクからなっている。 通信チャネル６１８は、ベースステーション１８８とビークル１０２との間のデ ータ転送に使用される。他の形状の通信媒体も使用できる。例えば、レーザ走査 技術を利用してベースステーション１８８からビークル１０２へ情報を輸送する ことかできる。 データ無線機６２０及び６２２は、それぞれベースステーション１８８及びビー クル１０２に配置されている。無線機６２０及び６２２は、ベースステーション １８８とビークル１０２との間のデータ交換の責を負う。データ交換の型に関し ては後述する。 好ましい実施例においてデータ無線機６２０及び６２２として適切に機能する無 線送受信機は、カナダ国モントリオールのＤａｔａｒａｄｉｏ　Ｌｔｄ、からモ デルＤＲ−４８００８２として市販されている。 図７に、ＧＰＳ処理システム７００の好ましい実施例を示す。ビークル１０２上 のＧＰＳ処理システム７００は叶Ｓアンテナ７０２を含む。好ましい実施例では 、ＧＰＳアンテナ７０２は電磁放射の無線スペクトルを受け入れる。しかし、本 発明はＧＰＳ衛星１３２−１７０がデータを符号化することができる如何なる信 号をも受信することを企図するものである。好ましい実施例では、ＧＰＳアンテ ナ７０２は、マサチュセソツ州リトルトンのＣｈｕ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｅｓ　Ｉ ｎｃ、からモデルＣＡ３２２４として市販されているアンテナである。 ＧＰＳアンテナ７０２は前置増幅器７０４に結合されているので、ＧＰＳアンテ ナ７０２が受信ｊ５た信号は前置増幅器７０４へ伝送することができる。本明細 書では゛結合′とは、通信を確立するための何等かのシステム及び方法を意味ｊ ５ている。結合システム及び方法は、例えば電子、光学、音響その他の技術の全 てまたは何れかを含むが、詳細な説明は省略する。好ま１．い実施例では、結合 は一般に電子式であり、数多くの工業標準の電子インタフェースの何れか１つを 考えている。 前置増幅器７０４はＧＰＳアンテナ７０２から受信したＧＰＳデータを増幅し、 それを処理し、解号できるように変換する。本発明は、受信信号を増幅できる何 等かの方法を企図（７ている。好まし、い実施例では、前置増幅器′１０４は、 カリフォルニア州すンタクララのＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｉｎ ｃ、　（５Ｔｅｌ　）から市販されでいるモデル５３００．／リーズＧＰＳ　Ｒ Ｆ、／ＩＦテある。前置増幅器７０４は、ＧＰＳ受信機７゜６に結合されている 。ＧＰＳ受信機７０６は、ＧＰＳアンテナ７０２の視界内のＧＰＳ衛星２００． ２０２．２０４及び２０６から送られたＧＰＳデータを処理する。各ｃｐｓ受信 機７０６は、ＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６毎の実際の擬似距離 を別算する。本明細書では実際の擬似距離は、Ｇｌ］Ｓ衛星からの電磁信号の送 信と、ＧＰＳ処理システム７００による電磁信号の受信との間の時間遅延から導 出された擬似距離の推定ＲＯ，Ｒ２、Ｒ４及びＲ６として定義されている。更に 好ましい実施例ではＧＰＳ受イ言機７０６は、ＧＰＳ衛星２００．２０２．２０ ４及び２０６に関する実際の擬似距離の全てを並列に処理できる。 本発明の好ましい実施例では、ＧＰＳ受信機７０６は、４個またはそれ以」二の ＧＰＳ衛星が見えている時にこのデータを生成する。本明細書のＩｌ、Ｆ、２． において説明する差動修正技術を使用すれば、ＧＰＳ処理システム７００は、４ 個のＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６の最適星座が見える時には約 ２５メートルの精度で第１位置推定を（ＧＰＳプロセッサ７１．０において）計 算することかできる。視界内に５個のＧＰＳ衛星の最適星座かある時には（図示 してない）、約１５メートルの精度で第１位置推定を計算することかできる。“ 最適”星座とは、空間内のＧＰＳ衛星の相対位置が周知の優れた三角測量能力を 提供するような星座のことである。 好ましい実施例では、ＧＰＳ受信機７０６は実際の擬似距離と、現在サンプル中 のＧＰＳ衛星１３１−１７０の数とを出力する。一連の第１位置推定のために見 えているＧＰＳ衛星１３１−１７０の数が４個より少ない場合には、好ましい実 施例のｖｐｓ重み付きコンパ・ｒす１２０４　（図１２及びその説明参照）は、 ＧＰＳ処理システム７００（具体的にはＧＰＳプロセソザ７１ｏ）から受信した 第１位置推定を第３位置推定の計算には使用しない。 好ましい実施例のＧＰＳ受信機７０６は、５ｔａｎｆｏｒｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｉｎｃ、製モデル５３０５−ＮＳＩ受信機からなる。し かし、実際の擬似距離と、サンプル中のＧＰＳ衛星の数とを出力できる如何なる 受信機を使用しても差し支えない。 好ましい実施例に使用されでいる受信機の型のために、ＧＰｓ受信機７０６はＧ ＰＳ相互通信プロセッサ７０８に結合されている。好ましい実施例では、相互通 信プロセッサ７０８はＵ、　Ｓ、　Ａ、イリノイ州ショームバーグのＭｏｔｏｒ ｏｌａ　Ｉｎｃ、がら市販されている６８０００マイクロプロセツサである。以 下に説明する目的と同一の目的を遂行するために、如何なるプロセッサも単独で 、または叶Ｓ受信機７０６と組合せて使用することができる。 ＧＰＳ相互通信プロセッサ７０８は更に、ＧＰＳプロセッサ７１０及びＧＰＳコ ンソール１７１２に結合されている。ＧＰＳ相互通信プロセッサ７０８は、これ ら３つの装置間のデータ交換を調製する。即ち、ＧＰＳ相互通信プロセッサ７０ ８は、ＧＰＳ受信機７０６から受信した擬似距離データをＧＰＳプロセッサ７１ ０へ渡す。 擬似距離は、例えばＧＰＳ受信機７０６が計算した実際の擬似距離と、ＧＰＳ受 信機７０６が現在見テイルＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６１７） 数と、各ＧＰＳ衛星２００．２０２．２０４及び２０６毎１：　ＧＰＳブｏ　セ ッサ７１０が推定擬似距離を計算するために必要な他のＧＰＳデータとを含む。 ＧＰＳ相互通信プロセッサ７０８は、ＧＰＳ受信機７０６及びＧＰＳプロセッサ ７１０に関するステータス情報もＧＰＳコンソール１７１２へ中継する。 ＧＰＳ相互通信プロセッサ７０８は、上記情報をＧＰＳプロセッサ７１０へ伝送 する。好ましい実施例では、ＧＰＳプロセッサ７１０はＭｏｊｏｒｏｌａ　Ｉｎ ｃ、から市販されている６８０２０マイクロプロセツサからなる。図８はＧＰＳ プロセッサ７１０内のソフトウェアの機能を示す低水準流れ図８００である。 ＧＰＳプロセッサ７１０は受信（またデータを処理するために、例えば図８に示 すＧＰＳカルマンフィルタ８０２を含む多くのアルゴリズム及び方法を使用する 。カルマンフィルタ８０２は当分野では公知である。好ましい実施例では、ＧＰ Ｓカルマンフィルタ８０２はＧＰＳプロセッサ７１０のソフトウェア内のモジュ ールである。 カルマンフィルタ８０２の機能は、部分的に、擬似距離データに付随する雑音を 濾波しで排除することである。この雑音には、例えば電離層、時計及び受信機　 ・の全でまたは何れかの雑音が含まれる。ベースステーション１８８に配置され ているホスト処理システム１８６のＧＰＳカルマンフィルタ８０２は、第１位置 推定の精度を向上させるために（本明細書の＋　＋、　Ｆ、　２．参照）ビーク ル１０２へ伝送される空間バイアス及び時計バイアスを計算する。これに対して ビークル１０２内のＧＰＳカルマンフィルタ８０２は、ベースステーション１８ Ｂから受信する空間バイアス及び時計バイアスを叫酌する。 ＧＰＳカルマンフィルタ８０２は、半適応的に機能する。換言すれば、ＧＰＳカ ルマンフィルタ８０２はビークル１０２の速度に依存して、受は入れ可能なデー タ動揺のしきい値を自動的に変更する。本明細書では”動揺”とは、正規のコー スからのずれを意味する。ＧＰＳカルマンフィルタ８０２の半適応的な機能が、 本発明の応答及び精度を最適化する。 要約すれば、ビークル１０２かその速度を指定された量だけ増加させると、ＧＰ Ｓカルマンフィルタ８０２はその受け入れ可能なデータ動揺のしきい値を上昇さ せる。同様に、ビークル１０２かその速度を指定された量だけ減少させると、Ｇ ＰＳカルマンフィルタ８０２はその受け入れ可能なデータ動揺のしきい値を低下 させる。本発明のこの自動最適化技術は、移動及び静止の両状態の下で最高度の 精度を提供する。 本発明の最良モードでは、ＧＰＳカルマンフィルタ８０２のしきい値は連続的に 、または極めて微小な離散した間隔て変化するのではない。そうではなく、これ らの間隔はより大きく離散した間隔であり、従って、連続的に変化するフィルタ より精度は低ドする。しかし、本発明のカルマンフィルタ８０２は連続的に変化 するフィルタより実現か容易であり、低価格であり、計算時間が少なくて済む。 しかしなが呟連続的に変化するフィルタを使用することは可能であり、またその ことも本発明に含まれていることを理解すべきである。 動作させるためには、システムの始動時にＧＰＳカルマンフィルタ８０２に初期 値を与えなければならない。この初期値とＧＰＳ受信機７０６が収集したＧＰＳ データとから、ＧＰＳカルマンフィルタ８０２は現在の状態（第１位置推定と、 北進、東進のためのビークル速度及び高度とを含む）を補性する。ＧＰＳカルマ ンフィルタ８０２は循環的に動作する。換言すれば、補性された現在の状態か次 の繰り返しのための初期値であると見做されるのである。これは新しい叶Ｓデー タ（更新）と組合わされ／″濾波れて新しい現在の状態が導出される。 ＧＰＳデータを使用する方法は、制御ファイル８２０と呼ばれる演鐸的に保管さ れたファイルに依存する。制御ファイル８２０は、（１）雑音しきい値、（２） 応答の速さ、（３）ビークル位置及び速度の初期状態、（４）ＧＰＳカルマンフ ィルタ８０２のリセットが行われる前のずれの程度、（５）許容される不良測定 の数、及び（６）測定に割り当てられた時間の全てまたは何れかを決定する。 次いで叶Ｓプロセッサ７１０は上述の現在の状態と、時計バイアス及び空間バイ アスを含む何等かのバイアスとを使用して、推定擬似距離と、第１位置推定と、 ビークル速度（ドツプラ偏移）とを計算する。しかし、ビークル速度を導出する ために搬送波周波数ではなく　Ｃ／ＡコードがＧＰＳ受信機７０６によって使用 される場合には、ＧＰＳプロセッサ７１０は計算した速度データを破棄する。ビ ークル速度を破棄する理由は、Ｃ／Ａコードから導出した場合には十分な精度が 得られないことが実験から分かっているからである。 搬送波周波数から導出されるビークル速度（ドツプラ偏移）はＣ／Ａコードから 導出される速度よりも遥かに正確である。好ましい実施例では、図１０に示すよ うに第１推定位置（及び、もし搬送波周波数から導出されれば、ビークル速度） はＧＰＳ信号７１６上に符号化され、ＶＰＳ主プロセッサ１００２へ送られる。 前述のように、ＧＰＳプロセッサ７１０は搬送波周波数及びＣ／Ａコードの両方 を解析する。Ｃ／Ａコードから解号されるデータとは異なり、データはＧＰＳ受 信機７０６によって搬送波周波数からほぼ５０　Ｈ２で（Ｃ／Ａコードを解号す る場合の約２ｔｌｚではなく）検索することができる。この増大した速さによっ て、本発明は少ない誤差で、より精密な位置及び速度を決定することができる。 図８には好ましい実施例におけるＧＰＳプロセッサ７１０の他の機能が示されて いる。しかし本発明は、ＧＰＳデータを処理して擬似距離を決定できる如何なる 方法をも意図するものである。流れ図ブロック８１６に示すように、コンソール 機能ｉ；！　ＧＰＳコンソール２の動作を制御する。好ましい実施例のコンソー ル機能は、ユーザインタフェースをフィルタ内に設けることによってＧＰＳカル マンフィルタ８０２の動作を統制する。 ｖｐｓ通信機能８１８はＶＰＳｌ、　０００へ導かれるＧＰＳカルマンフィルタ ８０２の出力を制御する。流れ図ブロック８０５に示すように、ＧＰＳカルマン フィルタ８０２はＧＰＳ受信機７０Ｇからのデータを要求し、解号する。このデ ータは流れ図ブロック８０４に示すようにＩＰＲＯＴＯ機能８０４を通して導か れる。 図示のように、ＩＰＲＯＴＯ機能８０４はＧＰＳ相互通信プロセッサ７０８内に 常駐し、ＧＰＳ相互通信プロセッサ７０８に関連するタスクを実行する。好まし い実施例では、ｌＰＩ’ｌ０ＴＯ機能８０４はＸｙｃｏｍ　Ｉｎｃ、から市販さ れているモデルＸＶＭＥ−０８１である。 直れ図ブロック８１．０に示すように、通信チャネル６１８を通して伝達された データはＩＰＲＯＴＯ機能８０４へ供給される。このデータの大部分は、最終的 にはＧＰＳカルマンフィルタ８０２を行先とする。流れ図ブロック８０８に示す 通信管理者機能は、ＩＰＲＯＴＯ機能から到来するデータを調整する。通信管理 者機能８０８は、流れ図ブロック８１２に示すＩＣＣ機能から受信するデータも 調整する。図示のようにＩＣＣ機能８１２は、データ無線機７１４（ＧＰＳ相互 通信プロセッサ７２０を介して）とＧＰＳデータ収集装置７１８との間のデータ 交換を行う。 ＧＰＳコンソール７１２は当分野においては周知である。所望の機能を提供する 多くの型の装置が市販されている。このような１つの装置は、マサチュセッッ州 メイナードのＤｉｇｉｔａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｊ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎか らモデルＶＴ２２０として市販されているものである。ＧＰＳコンソール７１２ は、ＧＰＳ相互通信プロセッサ７０８及びＧＰＳプロセッサ７１０に関するプロ セッサ活動データを表示する。 ＧＰＳプロセッサ７１０は、ＧＰＳコンソール７２２とＧＰＳ通信インタフェー スプロセッサ７２０とに結合されている。ＧＰＳコンソール７２２は当分野にお いては周知である。所望の機能を提供する多くの型の装置が市販されている。こ のような装置の１つは、マサチュセソッ州メイナードのＤｉｇｉｔａｌεｑｕｉ ｐｍｅｎｔ　ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからモデルＶＴ２２０として市販されてい るものである。ＧＰＳコンソール７２２はユーザインタフェースとして作動し、 それを通してＧＰＳプロセッサ７１０を作動させ、監視することができる。 ＧＰＳ通信インタフェースプロセッサ７２０は、本質的にはＩ１０ボードである 。 これは、データ無線機７１４とＧＰＳデータ収集装置７１８とに結合されている 。 ＧＰＳ通信インタフェースプロセッサ７２０は、ＧＰＳプロセッサ７１０と、デ ータ無線機７１４及びＧＰＳデータ収集装置７１８の両者との間のデータ交換を 調整する。好ましい実施例のＧＰＳ通信インタフェースプロセッサ７２０は、Ｍ ｏｔｏｒｏｌａＩｎｃ、、　ｔＪ、ｓ、Ａ、から市販されているモデルＭＶＭＥ ３３１である。 データ無線機７１４は、ベースステーション１８８に搭載されているデータ無線 機７１４に類似したビークル１０２に搭載されているデータ無線機（図６参照） を介してＧＰＳプロセッサ７１０（ＧＰＳ通信インタフェースプロセッサ７２０ を介して）間に通信リンクを確立する。好ましい実施例では、データ無線機７１ ４はＲＦ周波数を使用して９６００ボーで同期して通信する。ベースステーショ ン１゛　８８に搭載されているデータ無線機７１．４は、ビークル１０２に搭載 のデータ無線機７１４に対して各衛星毎の空間バイアス及び時計バイアスの量を ２Ｈｚのレート（毎秒２回）で周期的に更新する手段を提供する。ベースステー ション１８８による空間バイアス及び時計バイアスの計算に関しては後述する。 ＧＰＳデータ収集装置７１８は、卓上型コンピュータのような種々の一般的な電 子処理及び記憶装置の何れかであることができる。Ｕ、　Ｓ、　Ａ、フロリダ州 ボカレイトンのＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｍａｃｈｉｎ ｅｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　（ＩＢＭ）製のどのパーソナルコンピュータ（ ＰＣ’）ででも実現できる。 Ｃ８移動体位置特定システム（ＭＰＳ）好ましい実施例のＭＰＳ９００を図９に 示す。ＭＰＳ　９００は、ビークル１０２の第２位置推定を導出する。通常、こ の第２位置推定は第１位置推定と組合わされ、濾波されてより正確な第３位置推 定が導出される。しかしながら、第１位置推定が明らかに不正確であると考えら れる若干の場合には、この第２位置推定を第３位置推定として排他的に使用でき る。 ＭＰＳ　９００の場合、好ましい実施例は走行距離計９０２及びＩＲＵ９０４を 組合せる構想である。しかし、走行距離計９０２を用いずに、ＩＲＬＩ　９０４ を使用することが可能である。走行距離計及びＩＲＵ９０４はＭＰＳ相互通信プ ロセッサ９０６に結合され、それによってＭＰＳ９００が構成されている。ＩＲ Ｕ及び走行距離計は周知であり、それぞれミネソタ州ミネアポリスのＨｏｎｅｙ ｗｅｌｌ　Ｉｎｃ、からモデルＨＧ１０５０−３ＲＤＩ、及びイリノイ州ペオリ アのＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ　ｂ＋ｃ、から部品番号７Ｔ６３３７として市販さ れている。 ＩＲＵ　９０４は、周知設計のリングレーザジャイロスコープ及び加速度計を具 備する。好ましい実施例に使用されているＪＲ［Ｊ９０４は、航空機の位置を決 定するためにボーイング７６７機に使用されているシステムの複製であるが、７ ６７機に対してビークル！、　０２が呈する小さいダイナミックス（例えば、速 度）を叫酌するためにＩＲＵ９０４には変更か加えられている。 ＩＲＵ　９０４は、ビークル位置を５　ｔ（ｚで、速度を１０　Ｈｚで、横揺れ を５０　Ｈｚで、縦揺れを５Ｏｆ（ｚで、そして偏揺れデータを５０１（ｚで出 力することかできる。更に好ましい実施例では、ビークル走行距離計９０２は、 ビークル１０２が走行した距離を２０　Ｈｚで出力することができる。 ＩＲｔＪ　９０４のレーザジャイロスコープを適切に機能させるためには、初め にビークル１０２の高度の推定を与えなければならない。このデータを基線位置 推定として使用し、次いで所定の較正と地球１７２の回転に伴う力とを使用して ジャイロスコープはビークル１０２の現位置の推定を決定する。 次いで１ＲＵ９０４は、この情報とＩ［ｌＵ　９０４加速度計が取得したデータ とを組合せてビークルの現位置のより正確な第２位置推定を生成する。ＩＲＵ　 ９０４からの第２位置推定及びビークル走行距離計９０２からのデータは、図９ の矢印９１Ｏ及び９０８によってそれぞれ示されているように、ＭＰＳ相互通信 プロセッサ９０Ｇへ伝送される。 構成部品の精密度の欠如のためにＩＲ［Ｊ９０４はビークル１０２の誤りの第２ 位置推定を供給する恐れがあることが実験により判明している。詳述すれば、好 ましい実施例では動作中のＩＲＵ９０４の方向出力が、方向比から反時計方向に 漂動することが観測された。この漂動はビークル１０２が、従ってＩＲＵ９０４ が走行する方向に依存する。 更にこの漂動は］ＲＵｉ動方程式によって定義することができる。　ＩＲＵ漂動 方程式は、重み付き経路覆歴技術（１１，Ｈ，）に関して説明する経路方程式の 作成、または放物線バイアス技術（Ｉｌ、Ｆ、２．ｂ、）に関して説明する放物 線方程式の作成に類似して導出することができる。導出後、ＩＲＬｌｆｉ動方程 式を使用してより正確な第２位置推定を補性することができる。 好ましい実施例では、相互通信プロセッサ１００２はＭｏｔｏｒｏｌａ　Ｉｎｃ 、から市販されている６８０００マイクロプロセツサからなっている。相互通信 プロセッサ１００２は、ＭＰＳ　９００とＶＰＳ　１０００との間のデータの交 換を調整する。上述したような機能と同一機能を有する如何なるプロセッサも使 用可能である。 Ｄ、ビークル位置、定システム（ＶＰＳ）図１０に、ＶＰＳｌ、ＯＯＯのアーキ テクチャの好ましい実施例を示す。図１１はＧＰＳ処理システム７００と１ＩＩ ＰＳ９００とに接続されているＶＰＳ　］、　０００の詳細図である。 ＧＰＳ処理処理システムフシ０ＭＰＳ９００は、独立的にＶＰＳ主プロセッサ１ ００２に結合されている。この独立的な結合が、本発明の重要な新規特色である 。これらが独立しているために、一方のシステムが障害を起こしても他方のシス テムが作動不能になることはない。例えば、ＧＰＳ処理処理システムフシ０動し なくても、データは）ＩＩＰＳ９００によって、従ってＶＰＳ　１０００によっ て収集され、処理される。ＧＰＳ処理システム７００及びＭＰＳ９００は、図示 のように信号７１６．９０８、及び９１０をＶＰＳ主プロセッサ１００２へ伝送 する。これらの信号は、位置、速度、時刻、縦揺れ、横揺れ、偏揺れ、及び距離 を含む（図７及び９、並びにそれらの説明を参照されたい）。 ■ＰＳ主プロセッサ１００２は、ＶＰＳ　Ｉ１０プロセッサ１００４に結合され ている。ｖＰＳ主プロセッサ１００２は、図示のように信号１００８をＶＰＳ　 Ｉ１０プロセッサ１００４へ伝送する。この信号１００８は第３位置推定からな る。第３位置推定は上記針Ｓ、　ＩＲＵ及び走行距離計から、具体的にはビーク ル１０２の第１及び第２位置推定から導出されたものである。 本発明は、矢印７１６．９０８及び９１０によって示されている信号を、ｖＰＳ 主プロセンサ１００２がＧＰＳ処理システム７００及びＭＰＳ９００から受信し 、それらをＶＰＳ　Ｉ１０プロセッサ１００４へ転送できるような何等かのシス テム及び方法を企図している。ｖｐｓ主プロセッサ１００２はＭｏｔｏｒｏｌａ 　Ｉｎｃ、、　Ｕ、Ｓ、Ａ、から市販されている６８０２０マイクロプロセツサ である。 図１２は、図１０のＶＰＳ主プロセッサ１００２の中間水準ブロック線図１２０ ０であって、ｖＰＳカルマンフィルタ１２０２と重み付きコンバイナ１２００と を示す。図示のように、ＧＰＳ信号７１６及び走行距離計信号９０８は重み付き コンバイナ１２００へ直接伝送される。ＩＲＵ信号９１０はｖＰＳカルマンフィ ルタ１２０２へ伝送される。好ましい実施例では、ＧＰＳ信号７１６は２　Ｈｚ のレートで伝送される。走行距離計信号９０８は２０　Ｈｚのレートで伝送され る。更に、第２位置推定を含むＩＲＵ信号９１０は５０　ｔｌｚのレートで伝送 される。 ｖＰＳカルマンフィルタ１２０２は、データからの外来雑音を濾波し、処理済の データを重み付きコンバイナ１２０４へ出力する。更にＶＰＳカルマンフィルタ １２０２は、矢印１２０８で示すように、重み付きコンバイナ１２０４からの信 号を受信する。この信号はｖＰＳカルマンフィルタ１２０２を新しい位置情報で リセットするために使用される。 重み付きコンバイナ１２０４はこれらの信号を処理し、使用されているデータ収 集技術の推定される精度に基ついて、各データに所定の重み付は係数を与える。 即ち、好ましい実施例では、ＧＰＳ信号７１６の第１位置推定はＩＲＵ信号９１ ０の第２位置推定よりも重い重みが付けられる。ごのような重み付けをする理由 は、第１位置推定は１ＲＵ９０４からの第２位置推定よりも本質的に正確だから である。 しかしながら、速度はＩＲＩＪによっ゛Ｃ決定されたものの方がより正確であり 得る。従ってＩＲＩＪ信号９１０の速度成分は、ＧＰＳ信号７１６の速度成分よ りも大きい重み付けをすることができる。本発明の好ましい実施例では、ＧＰＳ 信号７１６の速度成分は排除して、ＩＲＵ信号９１０の速度成分を使用している 。 重ろ付きコンバイナ１２０４は、２０　Ｈｚで出力１２０６を生成する。出力１ ２０６は計算済の全てのデータを含み、２つの位置、即ち矢印１２０８で示され ているように■ＰＳカルマンフィルタ１２０２と、矢印１００８で示されている ようにＶＰＳ　Ｉ１０プロセッサ１００４とへ送られる。出力１２０６はＧＰＳ 衛星に関する時刻情報を含む。更に出力１２０６は、ビークルの位置、速度、偏 揺れ、縦揺れ、及び横揺れに関する情報をも含む。最後に、■ＰＳ出力１２０６ がビークル１０２の第３位置推定を構成していることに注目されたい。 重み付きコンバイナ１２０４からの矢印１０１８で示す別の出力は、ビークル１ ０２の速度に関するデータだけを含む。速度データはｖＰＳ主プロセッサ１００ ２からＧＰＳ処理システム７００へ送られる。この速度データは、後述するよう に第１位置推定の精度を向上させるために使用される。 本発明は、信号７１６．９０８、及び９】０を上述の処理過程の諸段階に従って ｖＰＳ主プロセッサ１００２において処理できるような何等かのシステム及び方 法を企図している。好ましい実施例では、ｖＰＳ主プロセッサ１００２は、Ｍｏ ｔｏｒ。 Ｉａ　Ｉｎｃ、、　ｔｌ、ｓ、、Ａ、から市販されている６８０２０マイクロプ ロセツサである。 図１２Ａに本発明のスーパーカルマンフィルタ１２００Ａを示ス。スーパーカル マンフィルタｌ　２０　ＯＡは、ビークル１０２の位置推定の精度を向上させる ためにデータを処理するシステム及び方法である。即ち、スーパーカルマンフィ ルタは第１位置推定の精度を直接的に向上させる。従って、第３位置推定の精度 は間接的に向上される。好ましい実施例では、スーパーカルマンフィルタ１２０ ０Ａは、図７のＧＰＳ処理システム７００及び図１０のｖｐｓ　ｉ　ｏ　ｏ　ｏ のアーキテクチャ内のソフトウェアを構成している。スーパーカルマンフィルタ １２０ＯＡは、例えば集積回路、光学フィルタ等内のハードウェア内に構築する ことも可能である。 矢印１２１０で示すように、ＧＰＳカルマンフィルタ８０２は地上位置決定シス テムから、例えばＧＰＳデータ及び擬似衛星データの両方または何れか一方を含 むことができる第１データを受信する。ＧＰＳカルマンフィルタ８０２はこれら のデータを操作して、矢印７１６で示すように第１位置推定（ＦＰＥ）を出力す る。 矢印９１０で示すように、ｖＰＳカルマンフィルタ１２０２は、ＭＰＳ　９００ からＭＰＳデータを受信する。■ＰＳカルマンフィルタはＭＰＳデータを操作し て第２位置推定（５ＰＥ）を出ツノする。 重み付きコンバイナ１２０４は、矢印７１６及びＩ２１０で示すようにＦＰＥ及 びＳＰＥをそれぞれ受信する。重み付きコンバイナ１２０４は、ビークル１０２ の速度１０１８を叶Ｓカルマンフィルタ８０２へ出力する。ＧＰＳカルマンフィ ルタ８０２は、ビークルのビークル速度１０１８に従って矢印７１６のＦＰＥの 精度を向上させるように適合させる。 ＧＰＳカルマンフィルタ８０２は、離散した時間間隔に適合するように、または 連続的に適合するように設計することができる。好ましい実施例では、ＧＰＳカ ルマンフィルタ８０２は、価格と性能との兼ね合いから離散した時間間隔に適合 させである。 正確な地上位置決定システムを得るためには、１つのカルマンフィルタ（図示し てない）だけを実現すればよいと考えられる。詳述すれば、第３位置推定を導出 する唯一のカルマンフィルタに接続されたＧＰＳ処理システム７００及びＭＰＳ 　９００（走行距離計９０２及び１ＲＬＩ９０４の両方または何れか一方を有す る）を有することが可能である。しかしながら、このような構成は好ましい実施 例としての全ての好ましい特性を備えてはいないであろう。 図１２及び１２Ａのスーパーカルマンフィルタは、単一のカルマンフィルタ及び 分離したカルマンフィルタの両方の都合のよい特性を有している。図示のように 構成されたＧＰＳカルマンフィルタ７１０及びＶＰＳカルマンフィルタ１２０２ は連続的にデータを交換し、それによって第１及び第２位置推定の制度を向上さ せる。従って第３位置推定の精度が向上する。ある意味で、単一のカルマン濾波 システムは、第３位置推定の最終出力と人力中の位置データとの間に常駐してい るのである。 別の意味では、ＧＰＳカルマンフィルタ７１０及びＶＰＳカルマンフィルタ１２ ０２は完全に分離した独立フィルタとして動作する。例えば、もしＧＰＳデータ またはＭＰＳデータの何れかが劣化していれば、劣化していないデータの精度に 影響を与えることなく重み付きコンバイナ１２０４を介して劣化しこデータの全 体または一部が無視される。単一カルマンフィルタを使用するシステムでは、も しＧＰＳデータまたはＭＰＳデータの何れかが劣化していれば、最終出力即ち第 ３位置推定は実質的に不正確になるであろう。 図１０に戻って、ＶＰＳ　Ｉ１０プロセッサ１００４はＶＰＳ通信インタフェー スプロセッサ１０２０に結合されている。通信インタフェースプロセッサ１０２ ０は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ　Ｉｎｃ、、　Ｕ、Ｓ、Ａ、から市販されているＭＶＭ Ｅ３３１プロセッサである。以下に説明する目的と同し目的を達成する如何なる プロセッサも使用可能である。 好ましい実施例では、ｖＰＳ通信インタフェースプロセッサ１０２０は３つの異 なる装置、即ち（１）、ＶＰＳコンソール１０１２、（２）データ収集装置１０ １４、及び（３）航法システム１０２２に結合されている。ｖＰＳ通信インタフ ェースプロセッサ１０２０は出力１０１６内に含まれている第３位置推定を含む データを上記３つの装置へ２０　Ｈｚのレートで転送する。 ｖＰＳコンソールｌ０１２は当分野では周知であり、ミネソタ州ミネアポリスの Ｄｉｇｉｔａ！　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからモデルＶＴ ２２０として市販されている。この■ＰＳコンソール１０１２はＶＰＳ　Ｉ１０ プロセッサ１００４の現ステータスを表示するために使用される。 ｖＰＳデータ収集装置１０１４は、例えば卓上型ＰＣのような、数多く市販され ている電子式処理及び記憶装置の何れかであって差し支えない。カリフォルニア 州りバーティノのＡｐｐｔｅ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒから市販されているどのＭａｃ ｉｎｔｏｓｈ　ＰＣもこの目的のために使用することができる。 航法システム１０２２は、ビークル１０２の航行に関連付けられた機能を備えて いる。ＶＰＳｌｏｏＯは第３位置推定を航法システム１０２２へ伝送するので、 航法システム１０２２は自律ビークル１０２を正確且つ安全に案内することがで きる。 Ｅ、ベースステーション 図７を参照する。ベースステーション１８８に配置されているホスト処理システ ム１８６は、図７のＧＰＳ処理システム７００を具備する。ベースステーション ＋８８に配置されているホスト処理システム１８６の目的は、（１）ビークル１ ０２の動作の監視、（２）空間バイアス（ｉｌ、Ｆ、２．の差動バイアス技術参 照）の生成を可能にする地上参照点の提供、及び（３）必要に応して他の情報を 高速データ通信チャネル６１８を通してビークル１０２へ供給することである。 好ま［７い実施例では、ベースステーション１８８はビークル１０２に近接して 、好ましくは２０マイル以内に、配置される。この地理的に近接した関係のため にベースステーション１８８とビークル１０２との間に効果的な無線通信が確立 される。またこれは、ビークル１０２が受信した衛星送信とベースステーション １８８が受信した衛星送信とを比較するための正確な参照点をも提供する。 正確な空間バイアスを計算するためには、地理的に近接した参照点が必要である 。空間バイアス及び時計バイアスは、実質的に、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳ及びＧＰ Ｓ処理システム７００に固有の共通モード雑音である。空間バイアス及び時計バ イアスは一旦ベースステーション１８８において計算されると、図７に示すよう にデータ無線機７１４を使用してビークル１０２へ送られる。空間バイアスは、 後述する種々の方法を使用して計算される。 本発明の好ましい実施例では、ベースステーション１８８のホスト処理システム １８６はビークル１０２の自律活動をも調整し、またＶＰＳｌ、　ＯＯＯと人間 の監視者とをインタフェースする。 Ｆ、衛星をベースとする精度改善 本発明は、複数の差動修正技術を介してビークル１０２の位置推定の精度を改善 する。これらの差動バイアス技術は第１、第２、及び第３位置推定を向上させる ために使用される。 これらの差動修正技術の幾つかは、擬似距離ＲＯ１Ｒ２、Ｒ４、及びＲ，６（実 際の擬似距離、及び推定擬似距離の両方）の計算内の誤差（雑音または妨害）を 直接除去するように設計されている。これらの誤差を除去すると精密な第１位置 推定が得られ、これはＧＰＳ処理システム７００からＶＰＳｌｏｏＯへ出力され 、そして最終的にはより精密な第３位置推定がｖｐｓｉｏｏｏから航法システム １０２２へ出力される。 好ましい実施例では、ベースステーション１８８のホスト処理システム１８６が 、これらの差動技術を実行し、結果をビークル１０２へ転送する責を負っている 。′差動”なる語は、ベースステーション１８８及びビークル１０２が、独立し てはいるが仮想的には同一のＧＰＳ処理システム７００を使用するから使用して いるのである。更に、ベースステーション１８８は静止し、その絶対位置が既知 であるから、電子的誤差（雑音または妨害）及び誤差を誘起する他の現象を測定 するための参照点として役立つ。 １、星座効果 図１３は本発明の好ましい実施例における第１位置推定の精度を改善するための 星座効果方法の流れ図１３００である。この方法は、ビークル１０２に搭載され ているＧＰＳ処理システム７００内に実現することができる。代替として、この 方法をベースステーション１８８のホスト処理システム１８６内に実現しても差 し支えない。後者の場合には、この方法によって決定された情報を爾後にビーク ル＋０２へ伝送して第１位置推定を適切に向上せしめることになろう。 流れ図１３００は、ＧＰＳアンテナ７０２の視界内の最良衛星星座を選択する方 法を示す。ビークル１０２にとっては、ＧＰＳ衛星１３２−１７０の多くがＧＰ Ｓアンテナ７０２の視界内に存在していよう。任意数（好ましい実施例では少な くとも４個）の衛星が特定星座を形成するように、これらの衛星の部分集合だけ が選択される。 本質的に、地理学的な考察に基づいて“最良”または“最適”星座が選択される 。ＧＰＳアンテナ及びビークルの企図された経路の視界内のＧＰＳ衛星１３２− １７０の空間内の位置が後述するようにして語酌される。 流れ図１３００は流れ図ブロック１３０２から開始される。流れ図１３０４にお いて、視界内の、及びＧＰＳアンテナ７０２に対する各ＧＰＳ衛星の推定擬似距 離が計算される。本明細書では、推定擬似距離は、暦データと衛星からの天体暦 とから導出された推定擬似距離として定義されている。暦データとは、１日の特 定時刻におけるＧＰＳ衛星１３２−１７０の空間における位置を記憶している事 前に記録されたデータのことである。 ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの場合、暦データは複数の変数を有する方程式の形状であ る。これらの暦方程式はＵ、　Ｓ、政府から公式に入手可能である。若干の変数 はＧＰＳ衛星１３２−１７０を識別する。さらなる必須入力には、推定擬似距離 か決定される時刻、及び地球上の関連点の既知位置とが３まれる。 各ＧＰＳ衛星に関連する推定擬似距離を決定するために、以下の情報かこれらの 暦方程式内に挿入される。即ち、（１）ＧＰＳ衛星を識別するパラメタ（これら はＧＰＳ衛星からのＧＰＳデータ内に符号化されている）と、（２）現在の時刻 と、そして（３）ベースステーション１８８の既知の位置である。 次に、流れ図ブロック１３０６において、極座標を使用して推定擬似距離が作図 される。図１４は極座標系１４０２上の作図１４００であって、４個のＧＰＳ衛 星（図示してない）のＧＰＳ衛星星座に関係付けられた推定擬似距離円１４０４ ．１４０６．１４０８、及び１４１０の集合を示している。推定擬似距離円１４ ０４．１４０６．１４０８、及び１４１Ｏは、掻回１４００の中心１４１２にお いて交差するように描かれている。図示のようにこの座標系１４０２は、方向比 からの方位を反映している。 ＧＰＳ衛星とＧＰＳアンテナとの間の相対距離も、推定擬似距離円１４０４．１ ４０６．１４０８、及び１４１０の寸法によって掻回１４００内に表されている 。 即ち、例えば、推定擬似距離円１４０６によって表されているＧＰＳ衛星は、推 定擬似距離円１４０８によって表されているＧＰＳ衛星より更に遠くにある。 図」４を参照する。陰影を付けた長円領域１４１２は、推定擬似距離円１４０６ 及び１４０８を生しさせたＧＰＳ衛星（図示してない）を考慮した時のビークル １０２の考え得る位置を示している。長円表現内の重要なパラメタは、地理学的 アクセス係数比（ＧＲＡｉ’　）と呼ばれる長円の半長アクセスと半短アクセス との比である。ＧＲＡＦは次の流れ図ブロック１３０８において計算する予定で ある。 流れ図ブロック１３０８を参照する。ＧＲＡＦは長アクセスの角度と共に重み付 は係数を計算するために使用され、後述するようにこの重み付は係数はＧＰＳ処 理システム７００がより正確な第１位置推定を計算するのを最終的に援助する。 流れ図ブロック１３１２に示すように、ビークル１０２に搭載のＧＰＳ処理シス テム７００内のＧＰＳカルマンフィルタ８０２は、図１４に示す推定長円の形状 とビークル１０２の計算された北東向きの座標とを受け入れるために変更される 。 更に、矢印１３１４で示すように、中心１４１２の推定位置を絶えず向上させる ように上述の手順が絶えず繰り返される。流れ図ブロック１３１６において、ビ ークルの所望経路のための最適衛星星座が決定される。この最適星座は、ビーク ルの所望経路に直角な方向において最小の誤差を与えるような星座であろう。 流れ図ブロック１３１８に示すように、最適衛星星座はデータ無線機７’１４を 介してビークル１０２へ送信される。ビークル１０２はこの最適衛星星座を使用 して第１位置推定を計算する。 図１５を参照する。流れ図１５００は当分野では周知の原形バイアス技術を示す 。原形バイアス技術は、第３位置推定を限定するに当たって最終的に関与する第 １位置推定の精度を向上させるために、空間バイアスを計算するための方法であ る。以下に説明する原形バイアス技術は、空間バイアス（原形バイアス）を決定 するための参照点としてベースステーション１８８の既知の位置を使用する。 原形バイアス技術は、ビークル１０２に搭載のＧＰＳ処理システム７００内に実 現することができる。更に原形バイアス技術は、ベースステーション１８８に搭 載のホスト処理システム１８６内に実現することもできる。後者の方式において は、好ましい実施例方法によって決定された情報か爾後にビークル１０２へ通信 されて第１位置推定を適切に向上させることになろう。更に、好ましい実施例は 後者の方式を採用し、ベースステーション１８８に搭載のホスト処理システム１ ８６内に実現している。 図１５に示すように原形バイアス技術は、流れ図ブロック１５０２から開始され る。流れ図ブロック１５０４に示すように、叶Ｓアンテナ７０２の視界内の各Ｇ ＰＳ衛星の実際の擬似距離（ベース実際の擬似距離）及び推定擬似距離（ベース 推定擬似距＠）はベースステージ３ン１８８に搭載のホスト処理システム１８６ 内で計算される。ベース実際の擬似距離はベース推定擬似距離とは独立的に計算 される。ベース実際の擬似距離は、ホスト処理システム１８６内の叶Ｓ受信機７ ０６によって計算される。更に、ベース推定擬似距離はＧＰＳプロセッサ７１０ によって計算される。 ベース実際の擬似距離は、ＧＰＳ衛星（または擬似衛星）からの電磁信号の送信 と、ベースステーション１８８に搭載のホスト処理システム１８６における受信 との間の伝播時間経過を測定することによって計算される。電磁信号は送信時刻 を符号化している。更に、ＧＰＳ受信機７０６は受信時刻を記録する。これらの 電磁信号が光速、即ち２．９９７９２４５８９８　市１０’　ｍ／ｓで走行ずも のとすれば、各衛星の実際の擬似距離は、伝播時間経過に光速（適切な単位の） を乗することによって決定することができる。 ベース推定擬似距離は、（１）暦データ（ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳでは、暦方程式 ）と、（２）ＧＰＳ衛星からの電磁信号の送信時刻と、（３）ベースステーショ ン１８８の既知の位置（ベース既知位置）とから計算される。送信時刻と、ベー ス既知位置（ＢＫＰ）とが暦方程式内に代入されて、ある衛星のための推定擬似 距離が導出される。 流れ図ブロック１６０４に示すようにホスト処理システム１８６の回路時計と、 認識されたＧＰＳ衛星の回路時計との間の時計バイアス（ベース時計バイアス） も計算される。好ましい実施例では、全ての衛星に関して１つのベース時計バイ アスが計算される。ベース時計バイアスは、所定の時間にわたって衛星及びホス ト処理システム１８８のクロックパルスを計数することによって計算される。次 いでこれらのパルスが比較され、差がめられる。次にこの差に光速、即ち２．９ ９８　ｔ　１０”　ｍ／ｓが乗ぜられ、時計バイアスが長さの単位に変換される 。しかし、本発明にはベース時計バイアスを計算し、表現する如何なる方法も組 入れることが可能であることを理解すべきである。 流れ図ブロック１５０８に示すように空間バイアス（原形バイアス）は、ベース 実際の擬似距離から、ベース推定擬似距離とベース時計バイアス（長さの単位） とを差し引くことによって計算される。原形バイアスは、大気状態、受信機誤差 等のような多くの異なる効果によってもたらされる。ビークル１０２の実際の位 置は未知であるから、ビークル１０２を参照点として使用して原形バイアスの計 算を遂行することはできないことに注目すべきである。しがし、原形バイアスの 計算をビークル１０２において遂行することはできる。 流れ図ブロック１５１０に示すように、ホスト処理システム１８８内のＧＰＳ力 ルマンフルタ８０２は原形バイアスを用いて更新される。更に矢印１５１２で示 すように、原形バイアスを計算する処理過程は連続的に遂行され、導出された原 形バイアスはＧＰＳ力ルマンフルタ８０２の繰り返し更新に使用される。 ビークル１０２はベースステーション１８８に近接しているから、擬似距離計算 における誤差は同一と見做される。従って、流れ図ブロック１５０８に示すよう にして決定された原形バイアスも、ビークル１０２のＧＰＳ処理システム７００ によって生成された実際の擬似距離を変更するために使用される。従って、流れ 図ブロック１５１４に示すように、原形バイアスはデータ無線機６２０及び６２ ２を使用してベースステーション１８８からビークル１０２へ送信される。 原形バイアスはビークル１０２内のＧＰＳカルマンフルタ８０２を更ｉするため に使用される。ＧＰＳ力ルマンフルタ８０２を更新することにより、より正確な 第１位置推定が得られる。 ｂ、放物線バイアス技術 ＧＰＳ衛星１３２−１７０が空に昇り、沈むニつれて各ＧＰＳ衛星１３２−１７ ０が形成する経路を地表または地表付近において擬似距離で追尾すると放物線を 辿る。従って、天空中の各ＧＰＳ衛星の経路を表す放物線関数を導出することが できる。これは、好ましい実施例におけるベースステーション＋８８に搭載のホ スト処理システム１８６において遂行される放物線バイアス技術の要諦を説明し ている。しかし放物線バイアス技術はビークル！０２において遂行することがで きることに注目すべきである。 図１６の流れ図１６００は放物線バイアス技術を示す。放物線関数（モデル）は 、ベースステーション１８８においてＧＰＳアンテナ７０２の視界内の各ＧＰＳ 衛星衛星数算される。 流れ図１６００は流れ図ブロック１６０２から開始される。流れ図ブロック１６ ０４に示すように、時刻ｔ（Ω）に、前述のようにＧＰＳ受信機７０６を使用し てＧＰＳアンテナ７０２の視界内の各ＧＰＳ衛星衛星数際の擬似距離がベースス テーション１８８において決定される。流れ図ブロック１６０６に示すように、 これらの（各ＧＰＳ衛星衛星数実際の擬似距離は各ＧＰＳ衛星衛星数物線最良適 合モデル内に組入れられる。即ち、流れ図ブロック１６０６において、各ＧＰＳ 衛星衛星数物線モデルに１つの点が付加される。 流れ図ブロック１６０８に示すように、各ＧＰＳ衛星衛星数物線関数を推定する ために十分な点が放物線モデル上で決定されたか否かの試験が行われる。収集さ れた点の数は特定の統計Ｒ′値を決定する。好ましい実施例では、Ｒ２値は次の ようにして計算される。 Ｒ”＝和２（推定擬似距離（１）−推定擬似距離の平均）／和！（実際の擬似距 離（１）−実際の擬似距離の平均） 上記標準統計方程式は当分野では公知である。この方程式に関するさらなる考察 はＤｒａｐｅｒ、　Ａ　ｔｉｅｄ　Ｒｅ　ｒｅｓｓｉｏｎ　Ａｎａ！　ｓｉｓ、 　１９６６　ｅｄｉｔｉｏｎを参照されたい。Ｎを計算された推定及び実際の両 擬似距離の数を定義することによって、及び方程式を数学的に展開することによ って、より使用可能な形状の以下の方程式を容易に導出することができる。 Ｒ’＝Ｎ車和（全推定擬似距離の自乗）−２市和（推定擬似距離）中和（実際の 擬似距離）十和（実際の擬似距離）’／Ｎ本和（全実際の擬似距離の自乗）−和 （実際の擬似距離） 流れ図ブロック＋６０８に示すように、好ましい実施例では、もしこのＲ２値が ０．９８よりも大きければ、この放物線モデルはＧＰＳ衛屋の将来経路を推定す るのに十分に正確であるものと見做される。もしＲ２値か０．９８よりも小さい かまたは等しければ、放物線モデル上のさらなる点を計算しなければならない。 これらの点は、ＧＰＳ受信機７０６によって連続的に計算されている擬似距離デ ータを組入れることによって計算される。 流れ図ブロック１６１Ｏに示すようにＮ値がインクリメントされ、流れ図ブロッ ク１６０４に示す擬似距離を計算する時刻が増加したことを示す。ＧＰＳ受信機 ７０６は各ＧＰＳ衛星衛星数際の擬似距離を２Ｈｚで（１秒間に２回）出力する から、各Ｎインクリメントはほぼ０．５秒を表しているべきである。 Ｒ′値を０．９８よりも大きくするような十分なデータが収集されていれば、流 れ図ブロック１６１２に示すように、この放物線モデルは各衛星軌道経路を表す のに十分に正確であると見做される。流れ図ブロック１６１４に示すように、こ れで放物線モデルは完璧であり、モデル上の将来点を補性することができる。 流れ図ブロック１６Ｉ４に示すように、時刻Ｔ（ｎ＋１）における各放物線モデ ル上の軌跡点が計算される。軌跡点とは、時刻Ｔ（ｎ＋１）におけるＧＰＳ衛星 の予測される実際の擬似距離のことである。一旦この軌跡点が計算されれば、流 れ図ブロック１６１６に示すように、その軌跡点に関する距離（ＧＰＳアンテナ ７０２とＧＰＳ衛星との間の距離）が計算される。 流れ図ブロック１６１８において、好ましい実施例では現時刻である時刻Ｔ（ｎ ＋１）における実際の擬似距離が計算される。これらの実際の擬似距離は前述の ようにＧＰＳ受信機７０６によって計算される。時刻Ｔ（ｎ＋１）におけるこれ らの実際の擬似距離は、流れ図ブロック１６００の次の繰り返しにおいて放物線 最良適合モデル内に組入れられる。 流れ図ブロック１６２０に示すように、時刻Ｔ（ｎ＋１．）に計算された各衛星 毎の実際の擬似距離及びベース時計バイアス（長さの単位）が、軌跡点距離から 差し引かれて各衛星毎の放物線バイアスが生成される。 次いで流れ図ブロック１６２４に示すように、これらの放物線バイアスはデータ 無線機７１４を介してビークル１０２のＧＰＳ処理システム７００へ転送される 。ビークル１０２のＧＰＳ処理システム７００はこれらの放物線バイアスを使用 して実際の擬似距離（ビークル実際の擬似距離）の精度を向上させ、それによっ て第１位置推定の精度を向上させる。 Ｃ，ベース残留バイアス技術 図１７にベース残留バイアス技術を実現するための流れ図１７００を示す。好ま しい実施例では、ベース残留バイアス技術はベースステーション１８８に搭載さ れているホスト処理システム１８６において遂行される。ベース残留バイアスは 、ベースステーション１８８において計算された後にビークル１０２のＧＰＳ処 理システム７００へ転送される。ビークル１０２の叶Ｓ処理システム７００はこ のベース残留バイアスを使用して第１位置推定の精度を向上させる。 本明細書ではベース残留バイアスとは、ベースステーション１８８のベース既知 位置とベースステーション１８８の位置推定（もしビークル１０２によって計算 されれば、第１位置推定）との差であり、これはベースステーション１８８のホ スト処理システム１８６によって計算される。これが如何に機能するかを説明す るために、ベースステーション１８８がメープル通りとエルム通りの角に位置し ているものとする。またベースステーション１８８０ＧＰＳ処理システム７００ は、ベースステーション１８８がベース既知位置（エルム通つとメープル通りと の角）の真南４マイルの処にあると推定しているものとする。ベース残留バイア スが、真南の方向４マイルに等しい距離であることは明白である。 ビークル１０２のＧＰＳ処理システム７００はベースステーション１８８のＧＰ Ｓ処理システム７００と同一であるから、計算内のこの４マイル誤差はビークル １０２及びベースステーション１８８において発生するものと考えることができ る。そこでビークル１０２はこの情報をそのＧＰＳプロセッサ７１０において使 用することができる。実際に、ビークル】０２のＧＰＳプロセッサはデータ内の ４マイル真南の誤差を訂酌してその第１位置推定を変更する。 以下に図１７を参照してベース残留バイアス技術の原理体系の詳細を説明する。 流れ図ブロック１７０４において、ベースステーション１８Ｂの正確な極座標ｘ Ｏ１ｙＯ，ｚｏがベース既知位置から得られる。 流れ図ブロック１７０６において、ベース実際の擬似距離、ベース推定擬似距離 、及びベース時計バイアスがベースステーション１８８のホスト処理システム１ ８６によって計算される。もしビークル１０２のＧＰＳ受信機７０６がＧＰＳ衛 星の特定星座（図示してない）からのデータを読取るように構成されていれば、 ベースステーション１８８のＧＰＳ受信機７０６は同一衛星星座を使用すること になろう。 流れ図ブロック１７０８に示すように、ベースステーション１８８の位置推定（ ベース位置推定）が計算される。好ましい実施例では、このベース位置推定はビ ークル１０２における第１位置推定と同一の方法で計算される。 次に流れ図ブロック１７１ｏにおいて、ベース位置推定がベース既知位置と比較 される。ベース位置推定とベース既知位置（エルム通りとメープル通りとの角） との差（例えば上側では４マイル）を（もしあれば）、本明細書ではベース残留 バイアスと呼ぶ。 流れ図ブロック１７１２に示すように、ベース残留バイアスはデータ無線機７１ ４によってビークル１０２へ送信される。ベース残留バイアスは、ビークル１０ ２のＧＰＳプロセッサ７１０において処理されて第１位置推定の精度が向上され る。 ｄ、　サ７ス相関器バイアス技術 図１７Ａは、ビークル１．０２の第１位置推定の精度を改善するために本発明に 使用されるベース相関器技術の高水準流れ図１７００Ａである。要約すれば、本 技術は参照点の既知の位置を精度向上の方策として使用する。好ましい実施例で は、ベースステーション１８８を参照点として働かせる。以下に図６を参照して 流れ図１．７００　Ａの原理を説明する。 ベース相関器技術では、流れ図ブロック１７ｏ５に示すように、先ず空間バイ゛ 　アス（ベース空間バイアス）及び時計バイアス（ベース時計バイアス）が図６ のベースステーション１８８のホスト処理システム＋８６によって計算される。 ベース空間バイアスは、上述の原形バイアス及び放物線バイアスを含む、しかし これらに限定されない何等かの空間誤差計算であることができる。 即ち原形バイアスは、実際の擬似距離（ベース実際の擬似距離）から推定擬似距 離（ベース推定擬似距Ｍ）及びベース時計バイアスを差し引くことによって計算 されることを思い出されたい。ベース推定擬似距離は、（１）暦データと、（２ ）衛星信号の送信の時刻と、（３）ベースステーション１８８の既知位置（ベー ス既知位置）とから決定される。ベース時計バイアスは、ＧＰＳ衛星及び擬似衛 星の両方または何れか一方の送信回路と、ベースステーション＋８８の受信回路 との時計時刻の差である。ベース時計バイアスは、それらに光速を乗することに よって長さの単位で表される。ベース実際の擬似距離は、ＧＰＳ衛星及び擬似衛 星の両方または何れか一方からベースステーション１８Ｂへ送られる電磁信号の 送信と受信との間の伝播時間遅延から決定される。 更に、放物線バイアスは、観測された各ＧＰＳ衛星のベース実際の擬似距離のた めの放物線モデルを作成し、これらの放物線モデルから値を補性することによっ て計算される。好ましい実施例では放物線バイアスは、ベース実際の擬似距離、 マイナス作成された放物線モデルから補性された値、マイナスペース時計バイア ス（長さの単位）である。 流れ図ブロック１７０９に示すように、ベースステーション１８８は通信チャネ ル６１８を通してビークル１０２へ、ベース実際の擬似距離と、ベース推定擬似 距離ど、ベース空間バイアスと、ベース時計バイアスと、ベースステーション１ ８８のベース既知位置とを転送する。推定自体を極めて正確にするために、ベー ス既知位置は、本発明の新規なシステム及び方法、または何等かの普通のシステ ム及び方法を含む、しかしこれらに限定されることがない適切な手段によって決 定することができる。ビークル１０２が上記情報をベースステーション１８８か ら受信した後に、ビークル１０２のＧＰＳプロセッサ７１０はこの情報を、それ 自身の空間バイアス（ビークル空間バイアス）の計算に使用する。 ビークル１０２か流れ図ブロック１７１３においてビークル空間バイアスを導出 するための計算を遂行する前にそのＧＰＳ受信機７０６は、それ自身の実際の擬 似距離（ビークル実際の擬似距離）と、それ自身の推定擬似距離（ビークル推定 擬似距離）と、それ自身の時計バイアス（ビークル時計バイアス）とを計算する 。ビークルＧＰＳプロセッサ７１０はビークル実際の擬似距離から、ビークル推 定擬似距離と、ビークル時計バイアスと、流れ図ブロック１７０９においてベー スステーション１．８８から送られたベース空間バイアスとを差し引く。その結 果がビークル＋０２におけるビークル空間バイアスのより正確な計算である。 次いで流れ図ブロックｌ７１７に示すように、ビークル空間バイアスを使用して ビークル１０２の第１位置推定（ＦＰＥ）をより正確に変更する。ＦＰＥがビー クル１０２の絶対位置（地球１７２の中心に対する）の推定であることに注意す べきである。 流れ図ブロック１７２１から始めて、ビークル１０２のＦＰＥを改善するために 繰り返し方法が設けられている。この方法は、ベースステーションを一種の相関 器として使用することを企図している。好ましい実施例では、この方法をＧＰＳ カルマンフィルタ８０２によって実現している。 流れ図ブロック１７２１において、ビークル１０２に対するベースステーション １８８の推定相対位ａ　（ＨＢＥ）が決定される。ＦＰＥの初期状態は、ｉを繰 り返しに対応する正の整数値として、ＦＰＥ（ｉ）の現在の値を取る。従って、 この方法が流れ図ブロック１７１７からブロック１７２１へ進むと、ＦＰＥ（ｉ 　）の現在の値はＦＰＥ（０）になる。 更に流れ図ブロック】７２５において、ビークル］０２は次に、ベースステーシ ョン１８８からビークル１０２に転送されたベース実際の擬似距離と、ベース推 定擬似距離と、ベース空間バイアスと、ベース時計バイアスとを使用して、ベー スステーション１８８の推定位置（ベース推定位ａ　；　ＢＥＰ　）を計算する 。このＢＥＰが絶対位置（地球１７２の中心に対する）であることに注意すべき である。 ＦＰＥからＢＥＰを差し引くことによって、ビークル１０２に対するベースステ ーションｉ８の推定相対位置（ＨＢＥ）が決定される。 流れ図ブロック１７２５に示すように、ＨＢＡが決定される。ＨＢＡはビークル １０２に対するベースステーション１８８の別の推定相対位置である。しかしＨ ＢＩＥとは異なり、Ｉ（ＯＡはＦＰＥからベース既知位置（ＢＫＰ）を差し引く ことによって計算される。従って１（ＢＥと）ＩＢＡとは、前者がＧＰＳデータ 及び疑似衛星データの両方または何れか一方を使用して計算されるのに対して、 後者は既知データを使用して計算される点が異なる。 次に流れ図ブロック１７２９において、１（ＢＥからＨＢＡを減算することによ ってオフセットが計算される。好ましい実施例では、このオフセットは、二次元 直交座標系内のベクトルである。ビークル１０２とベースステーション１８８と の高度差を鼾酌する場合には三次元ベクトルを実現できることも考えられる。 流れ図ブロック１７３月こおいて、古いＦＰＥからオフセットを差し引くことに よって新し、いＦＰＥ（ｉ　）が計算される。換言すれば、オフセットはバイア スとして使用され、ＦＰＥ（ｉ）の精度を向上させるためにＦＰＥ（ｉ）から差 し引かれる。 流れ図ブロック１７３７において、オフセットが所定のしきい値と比較される。 好ましい実施例では、各ベクトル成分は対応するしきい値を有している。もし全 ての成分がそれらの対応する所定のしきい値よりも小さくなければ、戻り矢印ｊ ７３９で示すように流れ図１．７００Ａは再び流れ図ブロック１７２１を開始す る。この場合正の整数ｉが１だけ増加され、その繰り返しが別の繰り返してあり 、異なるＦＰＥ（ｉ）であることを指示する。本発明は所定のしきい値に達する か、またはそれを超えるまで循環的に、またはループ状に動作する。 オフセットが最終的に所定のしきい値に達すると、流れ図ブロック１７４３に示 すようにＦＰＥはＦＰＥ（ｉ）の現状態を取る。以上のように、ベース相関器バ イアス技術は高精度のＦＰＥをもたらす。 Ｇ、新里位ｌ工應籏１ 本発明は、ベースステーション１８８及びビークル１０２の両方または何れか一 方の既知の絶対位置に対するＧＰＳ衛星１３２−１７０の将来位置を予測するこ とができる。将来位置は、ホスト処理システム１８８及びＶＰＳｌｏｏＯの両方 または何れか一方のＧＰＳプロセッサ７１０によって計算された推定擬似距離に 基つく。更に、この計算はベースステーション１８８及びビークル１０２の両方 または何れか一方において遂行し、必要ならば、何処へでも転送することかてき る。 ＧＰＳ衛星１．３２−１７０の将来位置を予測することによって、十分事前にビ ークル１０２のための最適衛星星座を決定することができる。従って本発明は、 衛星の可用性及び非可用性を体系的に予測することができる。また本発明によれ ばビークル＋０２の動作、サービス、及び保守に関する将来計画が可能になる。 図１８の流れ図１８００は本発明の星座位置予測方法を示す。流れ図ブロック１ ８０４において、特定のＧＰＳ衛星に関して、今までには示さなかった灸くの理 由の何れかのために、将来データ及び時刻か入手または選択される。 流れ図ブロック１８０６に示すように、将来データ及び時刻を取得した後に。 ベースステーション＋８８及びビークル１０２の両方または何れか一方の位置が 決定される。好ましい実施例では、ベースステーション１８８を参照点として使 用する。ベースステーション１８８の位置はベース既知位置またはベース位置推 定（両者共ベース残留技術に関して説明済）であってよい。好ましい実施例では ベース既知位置を使用し、以下の説明はこれに基づく。 次に流れ図ブロック１８０８に示すように、暦データを参照する。本明細書の初 めの部分で説明したように、ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの暦データは暦方程式の形状 である。衛星の識別と、将来データ及び時刻と、ベース既知位置とを暦方程式内 に入力することによって、どの衛星の将来位置も決定することができる。 暦方程式を使用してベースステーション１８８に対する衛星の将来位置を決定す る場合の将来位置は、流れ図ブロック１８０８に示すように直交ＸＹＺ座標であ る。最後に、好ましい実施例では流れ図ブロック１８１０において、ＸＹＺ座標 とベースステーション１８８の位置とから衛星の緯度、経度、高度及び方位が計 算される。 衛星の将来位置の計算から、最適衛星星座を決定することができる。ベースステ ーション］、　８８を参照点として使用して決定された最適衛星星座は、もしビ ークル＋０２がベースステーション１８８に近接していれば、ビークル１０２へ 転送することができる。 ８１重み付き経路履歴 本発明の重み付き経路履歴技術は、ＧＰＳ処理処理システムフケ０導出するビー クル１０２の第１位置推定の精度を改善する。重み付き経路履歴技術は、ＶＰＳ 　１０００によって導出する第３位置推定の精度を改善するために以下に記述す るのと同しようにして実現することかできる。重み付き経路履歴技術を図１９及 び２０に示す。 めに、先行第１位置推定を使用してビークル経路モデルを導出する。重み付き経 路履歴技術を使用することによって、第１位置推定の漂動が減少し、偽の位置計 算を行わない免除特性が向上する。本明細書で使用する“漂動”とは、ＧＰＳ処 理処理システムフケ０ビークル１０２の実際の経路からずれた誤りのビークル位 置を推定する傾向のことである。 図１９を参照する。重み付き経路履歴流れ図は流れ図ブロック１９０２から開始 される。流れ図ブ０ツク１９０４に示すように、ビークル１０２の第１位置推定 がＧＰＳ処理処理システムフケ０って計算され、記録される。第１位置推定は時 刻に関連して記録される。図２０に示すように、ビークル１０２の第１位置推定 　１００２．２００４．２００６．２００８．２０１０．及び２０１２は図２０ ０に作図され、最終的にビークル経路２０２２を導出する。 流れ図ブロック１９０６においては、第１位置推定を使用してビークル１０２の 経路に最良適合する経路方程式が処理／導出される。換言すれば、第１位置推定 が時間に関して累積され、正確な“経路方程式”が導出されるのである。好まし い実施例では、経路方程式は二次（放物線）方程式である。しかし、曲折するビ ークル経路及びビークル転回に関して、三次（数学的変曲を有する）方程式も含 まれることを理解すべきである。更に、本発明の実施例は、無限数の異なるビー クル経路を写図するために、どのような型の方程式の組合わせをも使用すること ができる。 流れ図ブロック１９０８において、経路方程式及び第１位置推定に関する統計Ｒ ２値が計算され、数値的しきい値と比較される。好ましい実施例では、このしき い値は０．９８に設定されている。統計Ｒ２値に関しては本明細書において既に 説明済である。図１９の重み付き経路履歴技術に関しては、Ｒ′値は、これまで にめられた第１位置推定の数を反映し、従って経路方程式からの将来予測の統計 的精度を表す。 もしＲ２値か０．９８より大きいか、または等しければ、流れ図ブロック１９１ ０において新経路方程式を導出すべきか否かを決定する試験か遂行される。換言 って頼るべきではないか否かの決定が行われるのである。 好ましい実施例では、第１位置推定の数が計数され、しきい値２０と比較される 。どのようなしきい値数を事前選択しても差し支えない。もし２０より多くの第 １位置推定を計数すれば、流れ図はブロック１９１４へ移動する。流れ図ブロッ ク１９Ｉ４は、流れ図１９００の次の繰り返し中に、新しい経路方程式を流れ図 ブロック１９０６から開始させることを指示する。 もし２０より少ないか、または等しい第１位置推定が計算され、収集されていれ ば、流れ図ブロック１９０６の現経路方程式はそのまま使用され、流れ図１９０ ０の次の繰り返し中に再び検討される。更に、流れ図ブロック１９１２に示すよ うに第１位置推定がＧＰＳ処理処理システムフケ０って出力される。 図２０に検討中のシナリオを図式的に示す。ビークル１０２の第１位置推定２０ １０は、経路方程式の最良適合予測２００６とは極端に異なっている。従っ−ご 経路方程式のＲ２値が所定のしきい値より大きいか、または等しい限り、及び十 分な位置推定がサンプルされている限り、第１位置推定２０１０は最良適合予測 ２００６によって置換される。 線２０１４及び２０１６は、第１位置推定の許容範囲を示す。これらの線２０１ ４及び２０１６は、Ｒ２値の物理的表示を表す。従って、ＧＰＳ処理処理システ ムフケ０線２０１６の広がりの外側の第１位置推定２０１Ｏの代わりに、最良適 合予測２００６を航法システム１０２２へ出力する。 図２０Ａは、図１９及び２０で説明した重み付き経路履歴技術を実現する方法の 高水準流れ図２０００Ａである。図示のようにこの方法は、鋭い角、交差、及び 何等かの極端な非線形経路の全てまたは何れかを有するビークル走行経路を受け 入れる。この方法は、ＧＰＳ処理処理システムフケ０力するビークル１０２の第 １位置推定（ＦＰＥ）の精度を向上させる。 好ましい実施例は、ソフトウェアによって図２０Ａの新規な原理体系を実現する 。このソフトウェアは、ビークル１０２及びベースステーション１８８の両方ま たは何れか一方のＧＰＳ処理システム７００のＧＰＳプロセッサ７１０内に位置 させることかできる。 流れ図２０００Ａは、流れ図ブロック２００１から開始され、流れ図ブロック２ ０１９で終る。流れ図ブロック２００５に示すように、図７及び８で説明したＧ ＰＳ処理システム７００は、本明細書で説明済のバイアス技術の何れかを使用し て第１位置推定を計算する。好ましい実施例では、図２０Ａの方法に採用される バイアス技術は、例えば図１５の原形バイアス技術及び図１６の放物線バイアス 技術を含む。 流れ図ブロック２００９において、ビークル１０２が鋭い角、交差、または不規 則な経路に接近中か、またはその中にあるか否かの決定が行われる。この質問に 答えるために必要な情報は、図４のナビゲータ４０６からＧＰＳプロセッサ７１ ０に供給することができる。もしこの質問に対する答えが否であれば、流れ図２ ００ＯＡは矢印２０１３で示すように進められる。そうでなければ、即ちもしこ の質問への答えが肯定ならば、流れ図２０００Ａは矢印２０２１で示すように進 む。これらの両道路に関して以下に説明する。 ビークル１０２が極端な非線形経路に接近中でも、その中に位置してもいなけれ ば、流れ図２０００Ａは流れ図ブロック２０１５を開始する。流れ図ブロック２ ０１５においてＧＰＳプロセッサ７１０は、１またはそれ以上のバイアス技術を 使用して導出した第１位置推定をＶＰＳｌｏｏＯへ出力する。図１Ｏ及び］１に おいて説明済のＶＰＳ　１．　ＯＯＯが、ＧＰＳ処理システム７００から送られ た第１位置推定を部分的に使用してビークル１０２の第３位置推定を計算するこ とを思い出されたい。 ビークル１０２が極端な非線形経路に接近中である場合には、流れ図２００ＯＡ は流れ図ブロック２０２３を開始する。流れ図ブロック２０２３では、最終的に より線形な経路か後続するまで、バイアス技術は一時的に放棄される。流れ図ブ ロック２０２７に示すように、ＧＰＳプロセッサ７１０はバイアス技術に無関係 にビークル１０２の第１位置推定を計算する。 次に流れ図は流れ図ブロック２０３１へ進む。ビークル１０２が比較的線形の経 路に接近中か、またはその中にあるか否かの決定か行われる。もし肯定であれば 、流れ図２０００Ａは戻り矢印２０３３によって示されているように流れ図ブロ ック２００５へ戻される。流れ図ブロック２００５においては、先に終了させら れた何れかのバイアス技術が再び使用される。 図１６の放物線バイアス技術の場合には、観測される各ＧＰＳ衛星毎に新しい最 良適合放物線モデルが作成される。観測される各ＧＰＳ衛星毎に実際の擬似距離 がある時間周期に対して決定され、各ＧＰＳ衛星毎の放物線モデルが作成される ことを思い出されたい。放物線モデルの精度があるしきい値より大きくなるまで は、これらのモデルは使用されない。本発明では、統計ＲＩ値が０．９９より大 きくなるまでは放物線モデルは使用されない。 一方、もしビークル１０２が比較的線形の経路に接近中でもなく、またその中に 位置してもいなければ、流れ図２０００Ａは前述の流れ図ブロック２０１５へ移 動する。しかしこの点でＶＰＳ　１０００へ送信される第１位置推定が如何なる バイアス技術も使用されずに導出されたものであることに注目すべきである。 ■１反選択可用性 Ｕ、　Ｓ、政府（ＮＡＶＳＴＡＲＧＰＳの運用者）が、時々、時計パラメタ及び 天体層パラメタの両方または何れか一方を変更することによって、ＧＰＳ衛星１ ３２１７０から送信されるＧＰＳデータ内に誤差を導入させるものと信じられる 。換言すれば、Ｕ。 Ｓ、政府はＧＰＳデータの可用性を選択的に変更できるのである。例えば、この ような操作は国家非常時に行われるであろう。それでもＵ、　Ｓ、政府はＮＡＶ ＳＴＡＲＧＰＳを使用できるのである。何故ならば、Ｕ、　Ｓ、政府はＰモード と呼ばれる他の異質の型の擬似ランダムコードを使用するからである。従って、 Ｕ、　Ｓ、政府はＣ／Ａモードを弱体化することができる。このような弱体化に よって、ＧＰＳ受信機７０６は不゛正確な実際の、及び推定擬似距離を、従って 不正確な第１位置推定を計算してしまうようになる。本発明の文選択可用性技術 は、ＧＰＳデータの何等かの誤導入を検出し、補償する方策である。 図２１に、文選択可用性技術の流れ図２１００を示す。好ましい実施例では、文 選択可用性技術はホスト処理システム１８６のＧＰＳプロセッサ７１０内で遂行 されている。しかしこの技術は、ビークル１０２のＧＰＳプロセンサ７１０内で 実現することが可能である。流れ図２１００は、流れ図ブロック２１０２て開始 され、流れ図ブロツク２１１８で終了する。 流れ図ブロック２１０４において、ＧＰＳアンテナ７０２の視界内のＧＰＳ衛星 の推定擬似距離（予測推定擬似距離；０ｉｉ）が、古い暦データを使用すること によって予測される。古い暦データとは、先にＧＰＳ受信機７０６によって記録 され、またＧＰＳプロセッサ７１０か現在受信したＧＰＳデータには関わりなく 予測推定擬似距離を計算するのを可能にするＧＰＳデータ、またはその一部のこ とである。ある意味では、この古い暦データは現在受信したＧＰＳデータの完全 性を調べるのに使用されるのである。好ましい実施例では、この古い暦データは ＧＰＳ受信機７０６によって受信された先行天体層である。 更に流れ図ブロック２１０４において、ＧＰＳ衛星によって送信中の現天体暦デ ータ（ＧＰＳデータの部分集合）と、ベースステーション１８８のベース既知位 置とを使用して、ＧＰＳ衛星の現推定擬似距離（“ＮｉＪ”）が通常のように計 算される。 流れ図ブロック２１０６において、予測推定擬似距離（暦を使用）と、現推定擬 似距Ｎ（最新天体層を使用）とが比較される。流れ図ブロック２１０６に示すよ うに、予測推定擬似距離と現推定擬似距離のユークリッドノルムか計算され、所 定のしきい値と比較される。 もしユークリッドノルムが所定のしきい値よりも大きければ、流れ図ブロック２ １０８に示すように天体暦データは信頼できないものとされる。従って、流れ図 ブロック２１０８に示すように、ベースステーション１８８の位置推定を計算す る代わりに最新の有効暦データが使用される。次いで流れ図２１００は流れ図ブ ロック２１１Ｏへ進められる。 もしユークリッドノルムか所定のしきい値よりも小さければ、その天体暦データ は適切であるものとされ、渡れ図２１００は流れ図ブロック２】］０へ進められ る。 次に流れ図ブロック２１１０に示すように、現時刻と、現在受信したＧＰＳデー タか、または古い暦データの何れか（流れ図ブロック２１０６において決定）と を使用してベースステーション１８８のベース位置推定が計算される。 流れ図ブロック２１１２においてこのベース位置推定が予測値と比較される。 換言すれば、ベースステーション１８８の所在（ベース既知位置）は既知である から、文選択可用性技術を使用したベース位置推定の精度は、所定のしきい値に 対して容易に調べることができるのである。 もし精度が所定のしきい値内にあれば、流れ図ブロック２１１６に示すようにそ のＧＰＳデータが適切であるという指示がビークル１０２へ送られる。その結果 ベースステーション１８８は第１位置推定を計算するのに必要な情報をビークル １０２へ転送する。転送される情報は、例えばベース時計バイアス、空間バイア ス（原形バイアス、放物線バイアス、ベース残留バイアス）、ベース推定擬似距 離、及びベース実際の擬似距離の全てまたは何れかを含むことができる。 もし計算されたベースステーション１８８が所定のしきい値内になければ、流れ 図ブロック２１１４に示すように、推定ベース位置が所定のしきい値内に入るよ うにベース時計バイアス及びベース空間バイアスの両方または何れか一方が操作 される。そこで、流れ図ブロック２１１６に示すようにベース推定位置を受け入 れ可能なしきい値内に移動させるのに必要なベース時計バイアスがビークルＩ０ ２へ送られるのである。 Ｊ、探査 ビークル１０２の位置推定及び航路の決定に加えて、本発明は地球１７２の表面 の探査を実時間で達成する別の実施例に使用することができる。即ち、本発明の 技術及び方法を使用して地球１７２上の如何なる点の位置も計算することができ る。 Ｋ９図形表現 本発明は、ホスト処理システム１８８のユーザインタフェース（図示してない） 上に図形画像を生成をさせる。図形画像によって、ベースステーション１８８に 搭乗するユーザは、ビークル１０２、及び本発明を使用して航行中の任意の他の ビークルの経路を視ることができる。好ましい実施例では、もし望むならば、図 形画像を市販のビデオ表示装置上に表示させ、画面を普通のプリンタによって印 刷させることができる。 ＩＶ、航汰乞各土ム Ａ、概要 自律航法システムの実現を検討する際に、点Ａから点Ｂまでの航行を成功させる ためには、自律システムが答えることができなければならない若干の基本的な質 問が存在する。最初の質問は、゛今我々（ビークル）は何処にいるのか９′であ る。この最初の質問には、区分Ｉ＋、において説明した本発明の位置特定システ ム部分が答える。 次の、第２の質問は、゛我々は何処へ行くのか、そしてどのようにしてそこへ行 くのか？゛である。この第２の質問は、本区分（ＩＩｌ、　）において説明する 本発明の航法システム部分の領域に入る。 さらなる（第３の）質問は、“どのようにして我々はビークルを実際に物理的に 運動させるのか、そのようにするためには例えばどのアクチュエータが含まれる のか（舵取り、速度、制動、等々）？”である。これも以下に説明する航法シス テムのビークル制御サブシステムの領域である。 上述のように、例えば採鉱用ビークルの自律航行は、従来の航行よりも優れた若 干の長所を提供する。就中、優れた生産性を提供するのはビークルの終日、即ち ２４時間運転である。危険な作業環境、または低視程の作業環境が提示する諸問 題は、自律システムか解決するのに特に適した問題である。 例えば、低視程のために年間２００日は作業不可能な採鉱現場が存在する。産業 公害または核公害によって汚染されているために人の生命にとって危険であるか も知れない他の領域も存在する。ある領域は、人間がそこで働くには極めて苛酷 であるか、または実行不能な程遠力、または荒廃しているかも知れない。不発明 の応用は、地球外動作、例えば必要ＧＰＳ衛星が月の軌道内に配置されているこ とを条件に、月における採鉱を予見的に含むことができる。 図３に示すように、本発明の典型的な応用は採鉱現場における採鉱車の航行に関 し、この現場には基本的な３つの作業領域、即ち積荷現場、輸送路、及びダンプ 現場か存在する。積荷現場では、運搬車は種々の方法の何れかで、例えば直接制 御または遠隔制御の何れかによって制御される手動ショベル、または自律ショベ ルによって鉱石を積荷することができる。次いで運搬車は輸送路と呼ばれる領域 を走行しなければならない。輸送路は数百メートル程度しかない場合も、数キロ メートルに達する場合もある。輸送路の終りがダンプ現場であり、鉱石は例えば 粉砕、またはその他に精製するために運搬車からダンプされる。本発明は、運搬 車を輸送路に沿って制御するために自律位置特定及び航法を使用する。自律航行 する燃料補給ビークル及び保守ビークルも考えられる。 図４及び５を参照する。ＡＭＴ　（自律採鉱トラック）の航行は、幾つかのシス テム、装置及び機能の全てまたは何れかを包含する。上記総合ＡＭＴシステムの サブシステムＶＰＳ１００Ｏは、例えばビークルが北及び東位置を含む何処に位 置しているかを指示する位置データを出力する。 図４及び５を参照する。ｖＰＳからのデータ出力はナビゲータ４０６によって受 信される。ナビゲータは、ビークルが何処へ行きたいのか（ルートデータから） 、及びどのようにしてそこへ到達するかを決定し、舵取り及び速度命令からなる データをビークル制御機能ブロック４０８へ出力してビークルを運動させる。 次いでビークル制御ブロックは低水準命令を、ガバナ、ブレーキ、及び伝導装置 のような種々のビークル１０２システムへ出ノＪする。ビークルが行先へ向かっ て運動すると、ビークル制御ブロック及びｖＰＳは、例えばビークルのシステム の障害状態、現速度等々を表すフィードバック情報をビークルから受信する。 航法は予期せざる障害物に対処する障害物処理（検出及び回避）能力をも含んで いなければならない。走査システム４０４は、ビークルの予定の道筋内の障害物 、及び側から接近するかも知れない障害物を検出して、これらのナビゲータに通 知する。 次いでナビゲータは、障害物を回避するための動作が必要か否かを決定すること を要求されるかも知れない。もし動作が要求されれば、ナビゲータはどのように し−Ｃ障害物を回避するかを決定する。またナビゲータは、障害物を回避した後 に、とのようにしてビークルをその行先に向かう経路に戻すかを決定する。 脈絡図と名付けた図３５、及び図３７Ａ−３７Ｄを参、照する。数字入りの円で 示されている定義を以下に示す。 ５０２、ホスト命令＆照会 ホストによってビークル管理者に与えられる命令。これらの命令は幾つかの型で あり得る。 開始／′終了。 供給パラメタ。 緊急時動作、及び 指令。 照会はナビゲータの種々の部分のステータスに関して間合わせる。 ５０４、ホストへの返答・ これらは、ホストによってなされた照会に対する応答である。 ４３２６　位置データ： これは、ｖＰＳによって供給されるストリーム化された情報である。 ４１６、距離データ これは、線レーザスキャナからの距離データである。 ４３２、ＶＰＳ制御。 これらは、ｖＰＳの始動、停止、及びモード間の切り換えを行うために与えられ る命令である。 ４１６、スキャナ制御に れらは、レーサスキャナに運動を開始させ、速度パターンを追随させるように設 定するために送られる命令である。 ４２０、舵取り＆速度命令・ これらは、舵取り及び速度を制御するためにビークルに与えられる命令である。 これらの命令は、２−５Ｈｚのレートで供給される。 図５を参照する。前述のように本発明の好ましい実施例では、ｖＰＳ及びナビゲ ータは共にビークル上に配置され、以下に説明するようにベースステーション１ ８８と通信してホスト処理システム１８６から高水準ＧＰＳ位置情報及び指令を 受信する。システムはベースステーション及びビークル上においてＧＰＳ衛星２ ００−２０６からのＧＰＳ位置情報を収集するので、共通モード誤差は除去され 、位置決め精度を向上させることかできる。 本発明の代替実施例では、ｖＰＳ及びナビゲータの部分をベースステーションに 配置することができる。 ベースステーションに配置されているホストは、例えば点Ａから点Ｂへ行くこと をナビゲータに通知することができ、使用する固定ルートの集合の中の１つを指 示することができる。またホストは、効率の最大化、衝突回避、誤り状態の検出 等々を達成するためのビークル及び機器の調整のような他の典型的なタスク指名 及びスケジューリングをも処理する。またホストは、人間の管理者のための操作 インタフェースを有している。 通信の隘路と、ぞれによりもたらされる性能及び応答性の劣化を回避するために は、ホストをベースステーションに配置し、ナビゲータをビークルに配置するこ とが望ましいことが分かった。ホストは比較的高水準の命令及び簡易化されたデ ータをナビゲータへ送るから、比較的狭い通信帯域幅で済む。しかしながら、本 発明のために広帯域通信が使用可能である場合には、これが要因にはならないか も知れない。 本発明のシステムの諸要素の特定位置を決定する別の要因は、自律航法の時間臨 界塵である。あるルートを辿る際に容認できない程の不正確さを回避するために 、航法システムはその絶対位置と相対位置とを絶えず検査していなければならな い。位置検査に必要な周波数はビークルの速度と共に増加し、ビークル速度が比 較的中庸であってさえも通信速度が制限要因になり始める。 しかし、ビークルの最大速度が主たる考察要因ではなく、高度のルート追随精度 が臨界的ではない両方または何れか一方の応用においては、この通信要因は重要 ではないかも知れない。例えば、広々と開けた平坦な土地を比較的直線の経路に 沿って急いで溝切るような場合には、曲がりくねった山道に沿って走行する場合 のように走行中に屡々位置を検査する必要はあるまい。 概念的には、本発明の航法の面は、任意に以下の主要機能に分割することができ る。 ルート計画／経路生成： 経路追尾；及び 障害物処理。 本発明の機能を以下に説明する。 本発明による自律ビークル航法は、概念的には、別個に解決される２つの副問題 、即ち経路生成と、経路追尾とからなる。 経路生成は高水準プランナからの中間目標を使用して、ビークル１０２が辿る詳 しい経路を生成する。これらの計画の狂言の簡易さと、それらを実行できる容易 さとの間には明白なトレードオフが存在する。例えば簡単な計画は、経路を直線 と円曲線に分解することである。しかしながら、セグメントの遷移点における曲 率が不連続であり瞬時加速を必要とするために、簡単にこれらの経路を精密に追 尾することはできない。 経路生成に続いて、経路追尾は入力として生成された詳細な経路を入手し、可能 な限り精密にその経路を辿るようにビークル１０２を制御する。所要の舵取り運 動を正確に達成することに失敗すると、安定なオフセット誤差を生じてしまうの で、単に事前に作成された舵取り命令のリストに従うだけでは不十分である。 誤差は長期運転中に累積する。グローバル位置フィードバンク４３２は、理想的 アクチュエータに対する不足分を補償するために使用することができる。従来の ビークル制御計画とは異なり、位置の時間履歴（軌跡）をビークル１０２に対し て指定された計画の中に暗示するような方法が本発明のために開発された。 これらの方法は、舵取り運動が時間から切り離されていること、即ち舵取り運動 を指定された経路の幾何学的性質に直接関係付け、ビークル１０２の速度を独立 パラメタとしていることから、“経路”追尾と適切に命名されている。 さて、図３を参照する。自律ビークル１０２は、ホスト処理システム１８６の指 令の下に、ダンプ現場３２２まて輸送セグメント３２０を走行し、その積荷をダ ンプした後に、別の輸送セグメントをサービスショップ３２４まで走行すること を要求されるかも知れない。ホスト処理システム１８６はビークル１０２の行先 を決定するが、これは“サイクル計画“と呼ばれる。どのルートを通って所望の 行先へ行くかの決定は、“ルート計画”によって達成されなければならない。 “ルート計画”とは、どの経路セグメントを通って所望の行先へ行くかを決定す ることである。一般に、ルートは２つの限定された位置間の点の集合の高水準抽 象、または表現と考えることができる。誰かが運転手に対して“メイン州ロブス タ−から国道９５号線を南にとりフロリダ州マイアミまで行け”と指令したもの とすれば、運転手がその指令を一連の操作（これらの操作は、車即ちビークル１ ０２を始動させ、ブレーキ４４０６をゆるめ、伝導装置４６１０を係合させ、公 示された制限速度まで加速し、舵取りハンドル４９１Ｏを口し、障害物を避ける 等々を含むであろう）に変換するであろうが、それと全く同じことを本発明の自 律航法システムは遂行するのである。本発明のシステムにおいて使用する“ルー ト“とは、走行の始まりと終りとの間の連続“セグメント″のシーケンスのこと である。 自律ビークル１０２はシーケンスのどの位置からでも始めることができ、またル ートを何れの方向にも走行することができる。″セグメント”は、“ノード“間 の経路である。“ノード”はある経路上で決定を必要とする″ポスチュア”　（ ｐｏｓｔｕｒｅ　）である。ノードの例は、積荷現場３３１８、ダンプ現場３２ ２、及び交差点３２６である。 セグメントには種々の型がある。例えば、線形セグメントと円形セグメントとが ある。線形セグメント（線）は、２つのノードによって限定される。円形セグメ ント（弧）は、３つのノードによって限定される。 ゛ボスチュア”は、例えばルート経路、及びノードの部分をモデル化するために 使用される。ポスチュアは、位置、ヘッディング（進行方位）、曲率、最大速度 、及び経路上の所与の点に関する情報からなることができる。 ″経路”は、連続するポスチュアのシーケンスである。 従っであるセグメントはノード間の連続するポスチュアのシーケンスである。 全てのセグメントはそれらに関連するある速度を有しており、この速度はビーク ル１０２がそのセグメントを走行する時の最大速度を指定する。他の要求を満た すために、もし必要ならば、ナビゲータ４０６はより遅い速度を命令することが できる。 経路セグメントを限定するにはどのポスチコアが必要であるかを解析的、実験的 、または両者の組合せによって決定することを、本発明では″経路計画“と呼ぶ 。説明の全範囲にわたって上述の連続するルートのシーケンスを゛サイクル”と 呼び、ビークル１０２の作業目標はその“サイクル”を決定する。 従ってルートを限定するためには、先ずノードとセグメントとを限定しなければ ならない。次にノードとセグメントとを順序付けなければならない。最後に、ル ートの順序付けられた集合の何処から始めるのか、及び順序付けられた集合をど の方向に進むのかを指定することによって、ルートを限定しなければならない（ 本発明のこれらの概念を示す図２２を参照されたい）。 ルートを限定する上述の方法は、本発明ではメモリ効率のために開発された。 またこれは、ノード及びセグメントの指定された集合で多くのルートを限定する ための便利な方策でもある。 本発明の実際の例では、多くの交差する道路３２６が存在するような現場が想像 される。ルートプログラマは、交差点にノードを限定し、交差点間の道路を限定 するためにセグメントを限定するであろう。従って、ルートは道路及び交差点に よって決定されるであろう。しかしながら、交差点及び道路の固定された集合を 用いて、点Ａから点Ｂまで行くには多くの道（多くのルート）が存在しよう。 本発明の経路追尾方法（以下に説明する）はビークルを舵取りするためにルート 曲率を使用する。線と弧を使用するルート限定方法は、連続する曲率を与えない 。クロソイド（ｃｌｏｔｈｏｉｄ　）曲線はルートを限定するための別の方法で ある。 本発明者によって開発された別のルート限定方法は、駆動されたデータにＢスプ ラインを適合させる。Ｂスプラインは連続的な曲率を与え、従って追尾性能を向 上させる。更に、Ｂスプラインは自由形状の湾曲であるから、ルートは単一のＢ スプライン曲線によって限定することができる。自由形状の湾曲を使用すること によって、ルートを、ルート上でビークルを駆動することによって収集されるデ ータに適合させるためのより確固たる方法（半自動）が本発明によって得られる 。 図４及び２２を参照する。動作中に、ベースステーション１８８のホスト処理シ ステム１８６は、識別されたビークル１０２に対してその現位置からルートＮを 取るように命令する。ナビゲータ４０６は“ルートｌ“を、各々が“公示された ゛または関係付けられた最大速度限界を有することができる一連のセグメントに 翻訳することによって経路を生成する（これらのセグメントが一緒になってビー クルに辿らせるための生成された経路を形成する）ように機能する。。ルートを 指定し、この方向の高水準命令を有する自律ビークル１０２に命令することによ って、本発明では方向を与える場合に要求される実大なデータ及び非効率を回避 している。 ナビゲータ４０６は、ルートを一連の個々の点の集合としてではなく、経路セグ メントのリンクされたリストとして記憶する。これらのセグメントは、限定され た位置即ちノード間の点の集合の抽象でもある。 次いでリンカは柔軟性及び効率を膳酌しながら所与の経路セグメントを取り、制 御点のリンクされたリストを生成する。図２２に示すように、経路セグメントは 異なるルートによって共用される。 経路セグメントは、弧、線及びポスチュアの集合として、ＴＡＲＧＡ　５３０２ と呼ぶメモリ内に記憶される。例えば、本発明の１実施例では、解析的生成プロ グラム機能がこれらの弧、線及びポスチュアを使用して経路を生成する。本発明 の別の実施例では、上述のように、ルートの数学的表現としてＢスプラインを使 用する。 本発明の別の実施例では、経路セグメントを生成するために“クロソイド”曲線 を使用する。これらに関して以下に説明する。 ａ、クロソイド経路セグメント 上述したように、本発明が関与し解決しようとする航法問題の部分は、実際には ２つの副問題、即ち経路計画及び経路生成である。本発明はこれらを別々に解決 する。 経路計画はある経路最適化機能を使用して副目標の集合から開始され、ビークル １０２が取得しなければならない“目的点の順序付けられたシーケンスを生成す る。 経路生成の難題は（経路計画の）目的点から、自律ビークル１０２が容易に辿る のに十分に滑らかな連続した、衝突を生じない経路３３１２を生成することであ る。例えば、簡単な計画は経路３３１２を直線と円形曲線とに分解することであ る。次いで経路３３１２はビークル１０２を所望の経路上に保つためにビークル のアクチュエータに供給される明示指令のシーケンスに変換される。これらの計 画の表現の簡易さと、それらが実行できる容易さとの間には明確なトレードオフ が存在することに注目すべきである。 自律ビークル１０２が指定された経路３３１２を追尾する能力は、経路の特性に 依存する。生成される経路３３１２の曲率が連続していること、及び曲率の変化 率（鋭さ）は、これらのパラメタがビークル１０２を所望の経路３３１２上に留 まらせるために必要な舵取り運動を指令するものであるから特に重要である。 曲率が不連続であると、それらは無限の加速を要求するので追随することは不可 能になる。経路の線形の鋭さはほぼ一定速度の舵取りに等しいから、若干の自律 ビークル形態の場合には、経路の鋭さが線形である範囲が舵取り運動によってビ ークルを所望の経路３３１２上に留める見込みがある範囲である。 本発明が使用する１方法は、直線及び円弧のシーケンスとして経路を組立てるこ とである。この方法は、弧が接し合う所で曲率に不連続をもたらす欠点がある。 本発明の別の方法は、目的点間に経路を当てはめる多項式スプラインを使用する ことである。スプラインは曲率の連続性は保証するが、鋭さの線形性は保証しな い。 必須曲率を追尾することかできなければ、所望の経路３３１２から安定したオフ セット誤差がもたらされる。これらの誤差は、位置３３１４上のフィードバック ループを閉じることによって補償することかできる。これは、アクチュエータの 応答が十分に高速であって追尾誤差が無視てき、また工場の床のように位置検知 が正確であることを保証するようなシナリオにおいては十分である。しかし、も し経路が本質的に追尾が容易であれば、経路追尾はより簡単である。 本発明の方法は、目的点のシーケンスを通過している明示経路を生成する。本発 明の導関数法は、追尾誤差が大きくなるか、または所望経路が変化する場合には 経路の部分を動的に再計画する。 ｂ、ビークル経路モデル化 どのような経路も、位置座標（ｘ（ｓ）、　ｙ（ｓ）　）　３３０４によって経 路長（ｓ）の関数としてパラメタ化することができる。即ち、位置座標Ｘ及びｙ は経路長Ｓの明示関数として書くことができる。ヘッディング（ｏ（ｓ））３３ １８及び曲率（ｃ（ｓ））３３１６は以下のように導出することができる。 ｏ（ｓ）　＝　ｄｙ（ｓ）／ｄｘ（ｓ）　（式１）ｃ（ｓ）　＝　ｄｏ（ｓ）／ ｄｓ　（式２）これらのパラメタの４部分、ｐ　＝　（ｘ、ｙ、ｏ、ｃ　）は任 意点における自律ビークル１０２の状態を時刻で記述するポスチュア３３１４で ある。 Ｃ，クロソイド曲線 本発明の１実施例にはクロソイド曲線が使用されている。これらはポスチュア連 続である曲線の群であり、それらの曲率が曲線の長さと共に線形に変化すること が特徴である。 ｃ（ｓ）　＝　ｋｓ　＋Ｃ＋　（式３）ここにｋは曲線の曲率の変化率（鋭さ） であり、下添え字ｉは初期状態を表す。 クロソイド曲線セグメント２００２を図２６に示す。 初期ポスチュア、クロソイドセグメントの鋭さ及びそのセグメントに沿う距離を 与えれば、任意点における位置、配向、及び曲率は以下のように計算することが できる。 θ（Ｓ）＝θ：　＋ｆ：　ｃ　ｃξ）ｄξ−（ｋ／２）ｓ”　＋　Ｃ，＋θ１　 （式４）％式％ ＋θ、ｌｄξ＋ｘ、　（式５） ｙ（ｓ）　＝　Ｙ：　＋ｆ：　ｓｉｎθ　（ξ）　ｄ　ξ−ｆ：Ｊ　ｓｉｎ　Ｉ 　（ｋ／２）　ξ２　＋　ｃ、　ξ＋θ、ｌｄξ＋ｙ、　（式６） ｄ、ポスチュア連続経路の生成 実際の航行における諸問題は、単一のクロソイドセグメントでは満足させること ができないような距離及び複雑さを有する複合経路を必要とすることである。 殆どの経路は、複数の目的点を通過する多重セグメントを必要とする。 （１）従来の方法 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ　ｓ　ＩＥｃＯＮ、　１９８５．　ＭＩＴ　Ｐｒｅｓｓ、　 １９８５に所載のホンボウらの論文“自己制御ビークルの自動案内システム・命 令システム及び制御アルゴリズム”は、目的点のシーケンスから接続された直線 及び円弧からなる連続経路を生成する方法を提唱している。弧及び直線のみから なる経路は計算は容易であるが、上述したようにこのような計画はセグメントの 遷移において不連続を残す。 Ｒｂｏｂｏｔｉｃｓ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ：　Ｔｈｅ　ｔｈｉｒｄ　Ｉｎｔｅｒｎ ａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍ　ｏｓｉｕｍ、　ｌ５ＩＲ，Ｇｏｕ魔奄■浮■B Ｆｒａｎｃｅ、　１９８６に所載のカナヤマらの論文“移動ロボットのための軌 跡生成”は、ポスチュア間にクロソイド曲線と直線の遷移とを対にして使用して いる。直線遷移の制約は、閉じた形状の解を有していない式（７）及び（８）内 の積分によるものである。カナヤマはこの問題を、ｃｌ−０を要求することによ って簡易化している。また参照フレームを初期配向の量、ｏｌ−０だｌプ回転さ せることによって、簡単な近似 ｆ呂ｓｉｎ　（ｋξ”）ｄξ か残る。 カナヤマの方法は、若干の点においてより鋭く、必要以上にコンパクトな経路を もたらし、制御に不都合な結果となる。更に、再計画されるセグメントが非曲線 区分を含むことが保証されていないので、直線遷移に対しては経路の局部的再計 画を予め除外することが要求される。 ２、点のシーケンスからの経路生成 点のシーケンスから独特なポスチュア連続経路を生成するための本発明の２段階 方法を以下に説明する。 図２３．２４、及び２５を参照する。第１段階は、目的点から独特なポスチュア ２３０２．２３０４．２３０６．２３０８．２３１０のノーケンスを導出するこ とである。第２段階は、これらのポスチュアをクロソイドセグメントで補間する ことである。開始位置２４０２及び終り位ｆｉ２４０４においてヘッディング及 び曲率を仮定する。開始ポスチュア２４０２及び終りポスチュア２４０４を、そ れぞれＰｌ及びＰ、とする。 ４つの式、式２、式４、式５及び式６を１つのクロソイド曲線の２つのパラメタ （鋭さｋ及び長さＳ）だけで同時に満足させることはできないから、２つのボス チュアを１つのクロソイド曲線セグメントで接続できるとは限らない。 ４つの式、式２、式４、式５及び式６を満足させるためには、少なくとも２つの クロソイド曲線セグメントを必要とする。しかし、もしに１及びに、が同一符号 を有していれば、２つのクロソイドセグメントでは一般的な問題は解くことはで きず、殆どの場合それらの間に第３のセグメントが必要になる。１対の隣接する 関連ポスチュアを接続する一組の十分なりロソイドは、３つのクロソイドセグメ ント（ｋ、ｓ、）、（−に、ｓ、）、（ｋｌｓｌ）の集合である。下添え字は、 Ｐｌからのクロソイドセグメントの順位である。この組合せは、以下の理由から 妥当であると考えられる。 １、最初と最後のクロソイドセグメントのためのｋの符号が同一であること。 ２、第２のクロソイドセグメントのためのｋの大きさが等しく、符号が最初と最 後のクロソイドセグメントの符号とは反対であること。これにより、最初と最後 のクロソイドセグメントの符号が曲線位置要求を満足しているとしても、ｓｌ、 Ｓ！　、Ｓｒを変化させることによって開始及び終り曲率間の曲率変化を３つの クロソイドセグメントの曲線で満足させることができる。 ３、組合せ内には４つの変数、ｋｌｓｌ、ｓ７、ｓＩが存在すること。開始及び 終りポスチュア間の数学的関係を記述する以下の４つの式を満足させる独特な解 を見出すことが可能である。 Ｃ＋　＝　Ｃ＋　＋　ｋ（Ｓ、　−３ｔ＋Ｓｚ　）　（式７）％式％） ＋　ｋ／２（ｓ、ｌ　−ｓ、Ｉ　＋ｓ３’　）　（式８）Ｌ　＝　Ｌ　＋　１０ 　Ｃ［ｌＳθ１（ξ）ｄξ＋ｆ呂ｃｏｓθ２（ξ）ｄξ十ｆ言ｃｏｓθバξ）ｄ ξ　（式９） ％式％（） ＋／：　Ｓｌｎθ、（ξ）　ｄ　ξ　（式１０）ここに、 θＩ（ξ）＝０１＋ｃ１　ξ＋（ｋ／２）ξ１′、θｌ（ξ）−θ：　＋　ＣＩ 　Ｓｔ　＋　（ｋ／２）ｓｒ”　”　（Ｃ＋　＋　ｋｓ＋）ξ−（ｋ／２）５才 、θ３（ξ）＝θ１＋　ｃ、　（ｃ　６ｓ＋）　＋　ｋ（５Ｉ３２）　十に／２ 　（Ｓｔ”　ｓ！？）＋　［ｃ、　＋　ｋ（５１Ｓｔ　）ｌ　ξ＋（ｋ／２）５ 才である。 図２７に示す方法を参照する。上記式９及び１０は閉じた形状の解が存在しない フレネル積分を含むから、ｋ％ｓ１、ｓｒ及びＳ、の値が計算される。 この方法から得られる経路は、他の方法に比して以下のような長所を有している 。 ９　この方法は、点の任意のシーケンスから進められる。普通は目標を点を発展 させた列として配置しである探査計画ではポスチュアの生成は不可欠である。こ の方法によって生成された経路が全ての目的点を通過するのに対して、カナヤマ の方法及び透性は、これらの方法がポスチュアのシーケンスから出発しているた めに、多くの点に近接しているに過ぎない。 且　この方法は、経路に沿う位置、ヘッディング及び曲率の連続性を保証する。 更に、鋭さは区分的に一定である。 ｇ　この方法によって生成される経路は、道筋の諸点を直線で接続することによ って形成される鋭角の外側を常に通る。得られた経路は、一般にこれらの角度の 内側に存在する障害物の周囲を補間するのに特に有用である。 これに対して、カナヤマの経路は常に角の内側にある。 ３、経路のクロソイド再言セ頁 クロソイド再計画は、始めに経路を取得するか、または本発明による正常航行を 通してビークル１０２を所望経路３３１２へ戻るように案内するかの何れかのた めに行われる。 予め指定された経路を追尾する際に、大きい修正を行おうとして突然に加速する のを回避するために、本発明は現位置から所望経路３３１２へ滑らかに収束する 新経路を生成する経路プランナを使用する。再計画は２つの副問題に分解される 。 ■、全企図た経路３３０８への収束点の決定。 ２、現位置３３０２から収束点３３０８までの経路の計画。 本発明による経路再計画を図式的に示す図２８を参照する。予め指定された経路 は、ポスチュア（ｋ、ｓ）ｆｆｉ（ｍ＝１．、、、、ｎ）　２８０４−２８１０ と、ボスチュアＰ。 （セグメント（ｋ、ｓ）、の終りに位置する）との間の補間２８０４からなる。 ビークル１０２が、Ｐ４とＰｏｌとの間の経路からずれているものとすれば、再 計画された経路２８１６が収束するボスチュア３３４としてＰ　、、＋２が選択 される。Ｐ１＋２までの距離は可変である。 ２つの曲線からなる曲線がポスチュア（現ポスチュア及び収束ポスチュアとして 選択されたポスチュア）に適合され、４つの支配的ポスチュア式、式７、式８、 式９、式１０を満足する再計画された経路２８１６が得られる。もし、経路を再 計画するのか否かを決定するしきい値が各クロソイド曲線セグメント（ｋ、ｓ） 、の長さよりも遥かに小さければ、既知（（ｋ、に＋ｌ＋　ＳｉＪ、（ｋｉ＋− ２，５ｉｆ２））からの小さい動揺を使用して新しいポスチュア連続経路（（ｋ ”　ｈ＋１．　Ｓ＞や、）、（ｋ″に＋４＋　Ｓ’、や２））を見出すことがで きる。再計画された経路２８１６は元の経路３３１２から極めて遠いとは考えら れないから、２つのクロソイドセグメントを使用するこ本発明による自律ビーク ル１０２のための連続経路の生成は、得られる経路がポスチュア連続であるだ； プではなく、曲線に沿う線形曲率が経路に沿ってほぼ線形に変化する舵取り角を もたらし、経路追尾を容易ならしめるので、経路生成にクロソイドセグメントを 使用することができるのである。 本発明の方策は以下のようである。先ず、目的点を使用してポスチュアのシーケ ンスをめる。次いで、各隣接ポスチュアを３つのクロソイド曲線セグメントを使 用して接続する。 本方法は、弧及び０曲率クロソイドを使用する場合のように目的点の事前処理を 必要としないという付加的な長所が得られる。更に、生成された経路のジオメト リは、道筋の諸点を直線で接続することによって形成される鋭角の外側を常に通 る。これらは、普通は角の内側に存在する障害物の周囲を補間するのに特に有用 である。 記憶した弧、線及びポスチュアの集合、クロソイド曲線、Ｂスプライン等から、 ｖｐｓポスチュアブロックを用いである経路に沿う諸点が生成される。 以上のような本発明のルート処理の長所は、ホストとビークルとの間に要求され る帯域幅が減少することに加えて、記憶するデータを減少させるためにに要求さ れるデータ圧縮が行われること、及び経路を滑らかにするように機能することＢ スプラインは、多項式の係数を指定することによって一連の点の形状を記述する 手段として数学的に、及びコンピュータグラフィックスの分野では周知であるに ューヨーク州ニューヨークのマグロウヒル・ブック・カンパニから刊行されてい るＤａｖｉｄ　Ｆ、　Ｒｏｇｅｒｓ及びＪ、　Ａｌａｎ　Ａｄａｍｓ著゛コンピ ュータグラフィックスのための数学的要素”　１．４４−１５５頁を参照された い）。この曲線近似関数はＮ次の多項式である（Ｎはユーザが指定し、曲線の所 望の形状に依存する）。Ｂスジ５１２曲線は如何なる次数であってもよく、曲線 近似関数マイナス１の次数に連続する。 Ｂスプラインは本発明の実施例に使用されている。Ｂスプラインは、少数の係数 によって任意長の経路を記述でき、記憶するデータ量を減少させるので、本発明 における経路生成には十分に役立つのである。曲線近似関数の次数が十分に高い （３またはそれよりも大きい）ものとすれば生成される経路は曲率が滑らかであ り、本発明の上述の実施例が本質的に容易に追尾できる経路か得られる。 図２９にＢスジ５１２曲線の例を示す。 ２、土二上作店図Ｍ昌慣 ａ、庄 本発明の１実施例においては、現場３００のためのルートを作成するために、人 がビークル１０２を作業現場３００の道路系上を駆動している間に、先ずＶＰＳ ｉｏｏｏからデータを収集して記憶する。次いでノード及びセグメントを記憶さ れた駆動されたデータに当てはめ、上述の手順毎のルートに編成する。 ルートデータを記憶された駆動されたデータに図式的に当てはめ、更にルート（ 即ち、速度、シーケンス、出発点、走行方向）を限定するために、ＡＰＯＬＬＯ コンピュータ（現カリフォルニア州パロアルトのＨＥＷＬＥＴＴ−ＰＡＣＫＡＲ Ｄ）ワークステーション上での応用か開発された。このＡＰＯＬＬＯと同等など のようなグラフィックスワークステーションも使用可能である。 現場のためのルートが限定されると、そのルートデータは永久記憶装置へ書き込 まれる。本発明の１実施例で使用した記憶装置は、付属読み取り装置／書き込み 装置を有するバブルメモリカートリッジである。バブルメモリ装置５３０２は恒 久性であり、電力が切り離された時にデータを保持する。ＡＰＯＬＬＯ応用はカ ートリッジ５３０２ヘデータを書き込むことができ、カートリッジ５３０２から データを読み取ることができる。 先に暗に示したように、本発明においてはルートは予め限定することも、または 動的に生成することも可能である。 採鉱応用では、一般的に、現場３００が探査され、道路は予め計画され、注意深 く設計され、そして建設される。次いで航法システムによって使用されるルート が、手動で作成された（その航法システムによって使用されるように特別に作成 された）コンピュータデータベースから、または代替として、上述のようにビー クルを現場の実際のルート上で物理的に駆動してルートを学習させるの何れかに よって入手される。学習方法では、所与のルートを数回走行させることができる 。次いでデータの変動（例えば運転手のハンドルの切り方による）が平均化され 、滑らかな最良適合が開発される。 ｂ、ルート限定 本発明の１実施例では、ルートを限定するために以下の方法を使用している。 ルートを構築するノード及びセグメントを限定。ノード及びセグメントデータを “ルートデータ”アレイと呼ぶアレイ内に配置する。アレイ内の各記録は以下の 情報を含む。 】、項目の型（即ち、ノード、線形セグメント、円形セグメント、ルートマーカ の終り） ２、もしノード項目であれば、そのノードの北及び東座標を限定そうではなく、 もし線形セグメントであれば、そのセグメントに沿う速度を限定 そうではなく、もし円形セグメント項目であれば、中心の北及び東座標、半径、 円が走る方向（即ち、時計方向または反時計方向）、及びそのセグメントに沿う 速度を限定そうではなく、もしルートマーカであれば、他の情報は存在しない。 ２、ノード及びセグメントデータを一緒にしてシーケンスにリンクする。これら のシーケンスは、単なるルートデータアレイ内への索引のアレイである。 各シーケンスはルートマーカの終りで始まり、ノードが後続し、次いでシーケン スの残余は、そのシーケンスが別のルートマーカの終りによって終了させられる まで、セグメントとノードとの間を交番しなければならない。シーケンスの例は 以下のようであろう。 ■、６．３．４．７．９．１０．２３．７８．１但し、これらの整数はルートデ ータへの索引である。 ３、最後に、シーケンスアレイへの索引と、シーケンスを通して正方向に索引付 けるか負正方向に索引付けるかを指定することによってルー］・を限定。索引及 び索引方向を“ルートスペック“アレイと呼ぶアレイ内に配置する。ルートスペ ックアレイ内の項目は以下のようであり得る。 ６．１　この仕様は、ノード６で始まり、正方向に索引付けられたルートを限定 する。 ７８、−１　この仕様は、ノード７８で始まり、負方向に索引付けられたルート を限定する。 ユーザは、単にビークルに、ルートスペックアレイ内のどの項目をルートとして 使用するかを通知するだけである。 ４、上記データを、段階１−３において限定した順番に記憶装置内に記憶。 Ｃ，ナビゲータルート用法 以下の説明は、本発明の上記方法から限定されたルートをナビゲータ４０６がど のように使用するかに関する。 ナビゲータ４０６は給電されると、ルート情報を記憶装置５３０２から読み取り 、それを既存の構文内のＲＡＭに記憶する。 次に、操作員はビークル１０２が辿るルートを指定する。この場合も、ルートは ルートスペックアレイ内へ、の索引である。 ナビゲータ４０６は、全てのシステムが自動動作の準備が整ったことを決定する と、メツセージをｖｐｓポスチュアタスク５３２４へ送って係合することを通知 する。 ｖｐｓポスチュアタスク５３２４は、ビークル１０２の現位置２８１２に最も近 いルートに沿う位置を決定する。ルートに最も近い位置２８４の探索は以下のよ うに進められる。 １、ポインタを、そのルート内の最初のセグメントにセットする。 ２、ビークル位置からそのセグメントまでの垂直距離を決定する。 ３゜ポインタを、そのルート内の次のセグメントに移動させる。 ４、ビークル位置から次のセグメントまでの垂直距離を決定する。 ５、ルートマーカ２２１８の終りに達するまで段階３及び４を繰り返す。 ６、ビークル位置からそのルートの端点２２１８までの距離を決定する。 ７、ポインタを、最も近い距離であったルートセグメントにセットし、その最も 近い距離の座標を記憶する。 次いでｖｐｓボスチュアタスク５３２４は、ルートのこの記述（線、弧及び速度 ）を使用して、１メートル間隔でポスチュアを生成する。タスク５３２４は、ポ スチュアの予め限定された距離プラス安全余裕度を生成し、ポスチュアをバッフ ァ３０００内に配置する。所与のポスチュアから１メートルであるポスチュアを 生成するために、ｖｐｓポスチュアタスク５３２４は以下の手順を使用する。 １、所与のポスチュアを生成したセグメントの型を決定する。 ２、セグメントの型に関する適切な公式を使用してセグメント長のメートル当た りの北及び東の変化を決定する。 ３、メートル当たりの北及び東の変化を最後の所与のポスチュアに付加する。 ４、もし生成したポスチュアが現セグメントの端から離れていれば、ポインタを 次のセグメントにセットし、段階２及び３を繰り返す。そうでなければ、生成し たポスチュアを戻す。 次いでｖｐｓポスチュアタスク５３２４は、追尾の準備が整ったことをエグゼク ティブ５３１６へ通知する。 自律ビークル１０２がバッファ３０００内のポスチュアに沿って移動するにつれ て、安全余裕度３００６が枯渇して（る。安全余裕度が指定された量以下になる と、ＶｐＳポスチュアタスク５３２４はポスチュアの別の安全余裕度３００６を 生成し、それらを現バッファ３０００へ追加する。ｖｐｓボスチュアタスク５３ ２４は、ビークル！０２の現位置２８１２を監視しバッファ３０００内のポイン タ３００２を最寄りのボスチュアへ移動させることによってボスチュアバッファ ３０００を枯渇させる。ボスチュアバッファ３０００は時計方向に進行するリン グとして構成されている（図３０のポスチュア・リングバッファ参照）。即ち、 ポスチュアは、ビークルの走行方向がポスチュア・リングバッファ３０００の時 計方向進行に対応するようにリング内に配置されるのである。従って、ビークル １０２が運動するにつれて、バッファ３０００内の最寄りのポスチュアを指すポ インタ３００２は時計方向に移動して行く。ポインタ３００２が時計方向に移動 すると、ポスチュアの背後（ポインタの反時計方向）のリング内のメモリは自由 に重ね書きされるようになる。 段階７　（上述の探索ルーチンの）はルートマーカ２２１８の終りがリセットさ れるまで登録され、その時点になるとｖｐｓポスチュアタスク５３２４はポスチ ュアの生成を終らせ、ルートの終りに達したことをエグゼクティブ５３１６へ通 知する。 前述のように、経路は連続“ポスチュア゛のシリーズ、またはシーケンスである 。ポスチュアはトラック上に載っているのに必要な速度と舵取り角を含む。ポス チュアは、経度、緯度、ヘッディング、曲率（１／転回半径）、最大速度、及び 次のボスチュア情報までの距離を含むことができる。 ３、ポスチュア生成 本発明の追尾方法は、追尾するルートに関するある情報を必要とする。この情報 は、“ポスチュア”３３１４と呼ばれるパケット内に含まれている。単一のボス チュア３３１４は、ルート上の指定された位置（１ｏｃａｔｉｏｎ　）に関する 位置（即ち、北及び東座標）、ヘッディング、及び曲率を含むことができる。従 って、本発明によればルート仕様からボスチュアデータを発生する方策が必要で ある。 ナビゲータタスク（以下に説明）の中には、ルート情報を読み取り、追尾方法が 使用するルートに沿う間隔（例えば１メートル）でボスチュアを発生するタスク がある。本発明の１実施例では、各ポスチュアはメモリの３６バイトを必要とし 、これは、ルートの１キロメートル毎に約３６ｋになる。メモリに対する要求を 低減させるために、ナビゲータはボスチュアデータを緩衝する。 ポスチュアを発生するタスクは、ビークル１０２の現位置を読み取り、ルート上 で現位置に最も近い点を見出し、次いでビークル１０２の前方に指定された数の ポスチュアを生成する。生成するポスチュアの数は、ビークル１０２の最大停止 距離に依存する。即ちバッファ３０００内には、ビークル１０２を停止点まで案 内するために十分なポスチュアが常に存在すべきなのである。 しかし本発明によるルート限定のためのＢスプライン方法では、追尾方法がＢス プライン曲線からポスチュア情報を直接発生することができるので、ボスチュア バッファは必要としない。 経路追尾または追随は、本発明によるビークル航行の臨界的な面である。本発明 の技術は、正確な自律ビークル経路３３１２を追随させるために位置をベースと する航行（普通の航行システムに使用されている視覚をベースとする航行ではな い）を使用する。また本発明は、舵取り角３１１６とビークル速度３１１８とを 別々に制御することが新機軸である。図３６に本発明の経路追尾システム３１０ ２を図式的に示す。 指定された経路を本発明による自律ビークル１０２に追尾させるためには、ビー クルサーボ制御装置のための参照された入力を生成する必要がある。即ち、経路 追尾は、現在のずれた位置から前方の参照された経路へ戻るために、次の時間間 隔のための参照された舵取り角と参照速度とをめる問題と考えることができる。 一般的に言えば、経路追尾は、所与の経路を辿るのに必要な自律ビークル命令（ 速度、舵取り角〕を決定することである。予め指定された舵取り角、駆動輪速度 値及び誤差成分が与えられれば、命令舵取り及び駆動入力は本発明により計算追 尾すべき経路は直交座標で指定される。もし制御計画が参照舵取り命令に対する サーボ制御だけからなっていれば、ビークル位置及びヘッディング誤差は累積す る。位置及びヘッディングは舵取り及び駆動の全履歴を積分することによって得 られる。従って、ビークル位置３３０４及びヘンディング３３１８は直交空間で フィードバックする必要がある。 従って、サーボ制御装置への参照された入力は、位置付けされたフィードバンク ３１１４．（図３６に示すように）に基ついて実時間で生成される。 ｂ６分離舵取り及び駆動制御 舵取り及び駆動参照入力は、本発明ではそれぞれ所与の経路及びビークル速度か ら計算される。これは経路追尾と、例えば衝突回避のような本発明の他のモジュ ールとの統合を容易ならしめる。 ３、束量ぽ１ ビークル自律の難題の１つは、指定された経路を追尾するために要求される舵取 り人力を決定することびある４、普通に舵取りされるビークルの場合、本発明で は所望の経路及びその経路に沿う所望の速度は別々に追尾することができ、舵取 りの制御の１つに対する問題が減少する。（この説明では、位置の時間履歴であ る軌跡に対して、経路とは時間には無関係な幾何学的曲線のことを言う。）舵取 り角は所望の経路３３１２及び検知されたビークル位置から計画される。 これらの角は舵取り制御装置３１０４を介してビークルに命令される。 図３１の機能ブロック線図は、本発明による追尾制御構造を示す。 運動学的舵取り計画では、位置、ヘンディング及び曲率の誤差は、アクチュエー タ飽和、コンプライアンス、何等かの摩擦または質員項を考慮することなく、誤 差のジオメトリに基づいて低減される。良好な性能を得るために、経路上の予見 距離及び曲率の選択のような調整を要する値が経験的な試行及びシミュレーノヨ ンを通して選択される。 手動駆動ビークルでは、予見距離は、駆動中に運転手が見るビークルの前方の距 離３３１Ｏである。本発明における予見距離は、それまでに位置、△、ンディン グ及び曲率の誤差を０に低下させようとする距離である。この距離は普通の、ま たは自律ビークルの速度と共に変化する。 予見距離を変化させると、コースの変化を遂行するために舵取り調整を行わなけ ればならない程度が変化する。予見距離に関しては後に詳述する。 しかし、実際のビークルは運動学的に理想化されたものとは異なり、それらの制 御応答も相応に異なる。ビークルの速度、質量及び経路状態が変化すると、実際 のビークル応答は運動学的理想からより一層異なってくる。従って、一般的に運 動学的理想は一定の状態を有する低速度においてのみ有効である。 本発明の実施例は、こわさ、質量及び滑り角に関する考えを含むモデルを使用す る。制御問題は線形二次最適追尾問題として定型化され、位置、ヘッディング及 び曲率の誤差はビークル制御モデルに基づいて最小化される。 最適経路及び制御は、現誤差を最適制御問題への初期条件として使用して所望の 経路及び現在検知されているビークル位置から計算される。最適経路の初期部分 に沿う幾つかの計算された舵取り角が、次の検知時間間隔のための低レベル舵取 り制御装置への参照として使用される。 この予告最適舵取り計画は、所与の性能指標に対して安定性と最適性とを保証す る長所を有している。本発明のこの最適予告制御方法が、自律ビークルの舵取り 計画の中枢である。 再度図３１を参照する。舵取り制御３１０４の内側ループ３１１６は１０ミリ秒 程度で実行され、一方外側ルーブ３１１４は０．２５−０．５秒のレートで閉じ られる。 ループを位置で閉しるために以下の手順が使用される。現位ａ（ｐｍ、ｈ）３２ １Ｏを検知すると、現時間間隔の終り（Ｐ＝に＋＋　）　３２１６におけるポス チュアが予測される。 次いで次の時間間隔の終り（Ｐ−や、）３２１８における所望のボスチュアカく 計算され、（旦−、ｈ、Ｊ　３２１６と（Ｐｄ１＋、）３２１８との間の参照さ れた舵取り角が決定される。 重要なのは、上述のように、本発明のこれらのビークル及び経路技術が舵取り制 御をビークルにおける速度制御から切り離していることである。 ｂ、盈久迭 詳細は後述する図５３のナビゲータタスク図には、トラ・ツカ５３０６と呼メｑ 機能ブロックが示されている。トラッカ５３０Ｇは所望の、または正確な経路に 戻す滑らかな経路を構成するように動作する。本発明の１実施例では、前述のよ うに、５次法（ｑ旧ｎｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　）が使用される。これは舵取り命 令のための誤差空間内に５次曲線を含む。 本発明の５次多項式法は、ある予見距離３３１０内で所望経路に収束する単純な 連続経路を再計画し、次の時間間隔に辿るべき再計画された経路２８１６の部分 に対応する舵取り角を計算する。 もし所望経路を位置の連続関数として考え、またビークルが現在Ｐ、３３２０に あるものとすれば誤差ベクトルを計算することができる（図３３）。この誤差ベ クトルは、Ｐ６に対する経路までの横方向距離の誤差（ｅＯ）３３２２と、ヘッ ディングの誤差（Ｂ、）３３２２と、曲率の誤差（ｙ。）３４０４とを表す。 もしビークルを距離Ｌ３３１．Ｏ（参照経路に沿って測定）以内で指定された経 路に戻すのであれば、初期誤差及びＰＬにおけるＯ誤差に対応する６つの境界条 件を示すことができる。 ε　（Ｐ６）＝Ｃ。１　ε　（Ｐｌ、）”０β（Ｐ。）−ε、：　β（ＰＬ　） ＝０γ（Ｐ、）＝Ｃ。；　γ（Ｐｔ　）　−〇　（式１１）５次多項式は、再計 画された経路（誤差空間における）を以下のように記述するように構成Ｖること かできる。 ε（ｓ）　＝　ａｏ　＋　ａ、、ｓ＋　ａｓｓ２＋　ａ、ｓ’　＋　ａ、ｓ’　 ＋　ａ、ｓ’　（式１２）ここに、Ｓは［０，Ｌ］の集合内にある。 ｅ　（ｓ）のための式は、ＰＯ３３０４からＰＯ３３０４までの再計画された経 路２８１６に沿う誤差を与える。２次導関数は経路曲率を記述し、曲率自体は所 望経路３３１２へ戻すようにビ・−クルを案内する舵取り命令を計算するために 使用される。再計画された経路２８１６からの舵取り角（または誤差空間）の変 動は誤差関数ｅ　（ｓ）の２次導関数から計算される。次いで、新経路に沿う曲 率を次のように計算することができる。 Ｃ，、、＝Ｃ０１，（Ｓ）峠ｄ２　ε（ｓ）　／ｄｓ”　（式１３）新経路に沿 う参、照舵取り角３１１２は曲率から変換することができる。この手順は計画間 隔毎に実行されるから、参照経路３１１２へ戻る新経路は全て不要である。次の 時間間隔のための舵取り角だけが新経路上の点の曲率から計算され、これは次の 時間間隔中に達成できる。 予見距離Ｌ　３３１０は、如何に早くビークルを舵取りして所望経路−・収束さ せるかを調整するのに使用できるパラメタである。更に、もしＬ　３３　］、　 ０をビークル速度に比例して選択すれば、より良好な性能が得られる。何故なら ば、Ｌ３３ＩＯが小さい値の場合にはビークルは経路３３１２を中心として振動 し、またＬ３３１０が大きい値の場合には５次多項式によって導入される変化が 十分に小さくなって追尾性能を貧弱にするからである。 ６つの境界条件、即ちｅ、。−現位置における位置の誤差（距離）及び（予見） と、ｅ、−ヘッディングの誤差及びｅ、１（予見）と、ｅ　ｃ、−曲率の誤差及 びし。 （予見）とを使用しているから、５次曲線が必要なのである。これは舵取り角３ １１２を生成するために使用される。 経路追尾計画は、一般に、指定された経路が本質的に追尾が容易である場合によ り良好な追尾を遂行することを思い出されたい。これは、舵取りアクチュエータ がビークルの速度に比して緩速である場合に特に言えることである。 舵取り応答、舵取りバックラッシュ、ビークル速度、サンプリング、及び計画時 間間隔のような他のビークル特性が、ビークル性能に重大な影響を与える。予測 されるように、もし検知及び計画時間間隔を一定に保つのであれば、ビークルの 速度が大きいほどより高速でより正確なアクチュエータが必要である。 一般的に言えば、５次多項式方法の長所は、それが簡単であり、且つ参照舵取り 角を極めて容易に計算できることである。しかしながら、制御計画にビークル特 性（質量、慣性、時間遅延、ビークルと大地間の相互作用等々）を考慮に入れて いないので、安定度及び収束は保証されない。 パラメタＬ３３１０（予見距離）はビークルの応答を変更するように調整可能で あり、またＬ３３１０の値は、試行錯誤に基づいて選択することができる。この 計画により、本明細書の作成時には、約２８　Ｋｍ／時までの速度において良好 な結果を得ている。 本発明のトラッカによって使用される方法は以下の通りである。 （］）位置の状態を平均化または評価の何れかによって次の位置を推定し、（２ ）上記何れかの推定方法を使用して遅延を補償し、（３）異なる速度において動 的予見−５次法の係数、予見距離を変更する。 仁待も時間及び低速システムｔｆ 本発明の別の経路追尾実施例は、ビークル応答特性を改善するために種々の補償 技術を使用している。これは、改善された追尾性能を実現するために５次多項式 方法と共に使用される。 若干のビークル応答特性は、ビークル制御命令の待ち時間と、遅いシステム応答 と、ビークル・大地相互作用（ＶＧＩ）（滑り角及びアンプ／オーバステア）を 含むビークル動的特性とを含む。 本発明の１実施例においては、時間遅延を減少させるようにビークル制御ハード ウェアを変更し、現存する遅延を補償するように制御命令を十分に早めにセット する方法を使用することによって、ビークル制御命令の待ち時間を補償している 。 ビークルの位置を検知する時刻と、命令を発行する時刻との間の時間遅れを短縮 させると予測誤差が減少するが、この減少は舵取り角を計画するために要求され ることであり、より良好な追尾性能がもたらされる。 速度と共に予見距離を変化させることも、定予見距離に比して追尾性能を改善す る。 追尾方法は、直列リンクを通してビークル制御システムへ舵取り及び速度命令を 出力する。ビークル制御システムは、タスク間通信に関してメールボックス待ち 行列を頼りにするマルチプロセッサ、多重タスキングシステムである。 このメールボックス待ち行列は２つの型の待ち行列、即ち高性能待ち行列と、オ ーバフロー待ち行列とからなる。追尾タスクからの高データ流レート中、高性能 待ち行列はオーバフロー待ち行列内へこぼれ、タスク間通信の性能を劣化させる 。これは追尾タスクと、実際の舵取りアクチュエータ命令との間の合計待ち時間 を秒のオーダーにする可能性がある。 舵取りダイナミックスは１次遅れシステムとしてモデル化することができる。 これは、所望の最終値の約６３％に到達するまでの１次遅れ応答に対する１時定 数に等価な期間を要する。大きい時定数を有する低速システムの場合には、応答 時間が重大となり得ることは明白であろう。 待ち時間及び応答問題を解消するために、ハードウェアを、ビークルの舵取りを 制御するための追尾方法と、純時間遅延及び貧弱な応答を補償するために考案さ れた新しい制御計画とに密接に関係付けて使用するように調整することができる 。 残余の遅延（追尾方法の処理時間及び追尾システム内のタスク間通信に起因する 遅延）を補償するために、本発明では何等かの遅延に反作用するように早めに速 度及び舵取り命令を送る方法を使用する。この方法は以下のように実行すること ができる。 現位置Ｐ、。１５．、を検知 （初期化：　Ｐ、、＋、＋１＝　Ｐ　［０］　−Ｐ　［１］　＝！、、、、＝　 Ｐ　［ｄ　１ｎｄｅｘ＋１　］）予測位置と検知位置との間の誤差を計算：時間 間隔の始めの位置に対応する経路上の位置を計算：　Ｐ、、を入手　・（Ｐ　［ ｄ　１ｎｄｅｘ　］　、Ｐ、、）初期条件を入手、誤差（０）　＝　Ｐ　［ｄ　 １ｎｄｅｘコーＰ０゜誤差空間［１］における５次多項式曲線を計算計画時間間 隔の終りにおける位置を予測：ｄｅｓｐｏｓ　（Ｐ、、、ｃ３．　、　Ｐ　＋　 ｄ　１ｎｄｅｘ÷１）Ｐ　［ｄ　１ｎｄｅｘ＋１　］　＋＝誤差（ｄｓ　）を入 手例えば、２計画間隔程度の（２５０ｍ５ｅｃのオーダーの）時間遅延を有する システムを補償するためには、変数ｄ　１ｎｄｅｘを２゜Ｏにセットする。 追尾性能は、補償指標（ｄｉｎｄｅｘ）がシステムに固有の遅延に整合するよう に増加するにつれて改善される。 ｄ、ビークル・大地相互作用（ＶＧＴ）：舵取り角及びビークル速度に関する参 照命令は、変化する角速度とビークル車輪の加速をもたらす。 ＶＧＩは、舵取りされた車輪角及び車輪角速度を与えるとビークルがどのように 運動するかを記述する。主たるＶＧＩ現象は滑り角及びアンプ／オーバステア特 性であって、これらはタイヤ／道路接触領域ジオメトリに基づき、タイヤの弾性 変形によって影響を受ける。これらの現象は、運動学的に計算されたものに比し てより大きい舵取り角を要求する。 ｅ、検知　び−動タイミング 本発明においては実際の経路追尾はディジタルプロセッサによって制御されるか ら、離散した時間間隔か使用される。これは舵取り計画に必要な計算時間（１６ ｍｓｅｃのオーダーであり得る）よりも遥かに長い位置検知時間間隔（０，２５ Ｓｅａのオーダーであり得る）によって支配される。 時には、特に離散した時間間隔が長い場合には、ビークル位置の予測が貧弱とな って追尾方法の性能が劣化することが起こり得る。 作動タイミング 本発明の補償方法は、離散した時間間隔を短縮することによって次のビークル位 置の予測の誤差を減少させるのに役立つ。この方法では、ビークル位置は、計画 間隔（２５０ｍ５ｅｃ　）の終りにではなく、計算間隔（１６ｍ５ｅｃ）の終り に対して予測される。この方法は以下のように実行される。 現位置Ｐ、９、工、Ｉを検知 （初期化：　Ｐ＋ｃｔｕａｌ＝　Ｐ　［０］　＝　Ｐ　［１］　−、、、、−Ｐ 　［ｄ　１ｎｄｅｘ＋１コ）＝Ｐ１．。＋、ｋ＋１ 予測位置と検知位置との間の誤差を計算：時間間隔の始めの位置に対応する経路 上の位置を計算。 Ｐ　、、　（Ｐ　［ｄ　１ｎｄｅｘ　］　、Ｐ、、）を入手初期条件を入手・誤 差（０）　＝　Ｐ　［ｄ　１ｎｄｅｘ　］　−Ｐｅａ誤差空間における５次多項 式曲線を計算誤差空間［１］における５次多項式曲線を計算計画時間間隔の終り における位置を予測ｄｅｓｐｏｓ　（Ｐｅｎ　、ｄ、　、　Ｐ　＋　ｄ　１ｎｄ ｅｘ＋１　）Ｐ　［ｄ　１ｎｄｅｘ＋１　］　＋−誤差（ｄｓ　）を入手次の検 知時刻における位置を予測。 Ｐ＋ｃ＋、、１．に＋１＝Ｐ［０］　＋（Ｐ［ｌ］−Ｐ［ＯＦ）＊　（ｄｔ計画 −ｄｔ計算／ｄｔ計画） ｆ−ヱ恩 人の運転手が駆動する場合には、異なる予見距離３３１０を使用する。低速時に は運転手はビークルに比較的近い道路上の点を見ているのが普通であり、この点 は一般にビークルより前方である。速度が大きくなるにつれて参照点は更に前方 になり、その結果舵取り修正はより小さくなる。 従って、自律応用において予見距離を速度と共に変化させることは追尾性能を改 善するのを論理的に援助する。 所望の舵取り角は、参照経路３３１２からの舵取り角と、追尾誤差を修正するた めに５次法を用いて計算された舵取り角３１１２とからなることができる。これ らの舵取り角は加算されて以下の式（１）に示すようなビークル舵取り命令がた とえ手動駆動における予見が参照及び誤差補償舵取り角の両方に影響を及はすと しても、自律計画における予見はΦ３１、。、だけにしか影響を与えないことに 注目されたい。予見値を短くすれば大きい舵取り修正がもたらされるから、予見 距離は誤差フィードバックシステムにおける利得と解釈することができる。 予見距離（Ｌ）を速度（Ｖ）に伴って変化させる任意モデルは以下の式（２）に 示すように３つのパラメタ、■＋ｅｌ　、Ｌ＋ａｌ　、及び勾配を用いて表され る。 し＝勾配＊（■−Ｖ、、ｌ　）　＋　Ｌ、、１ここに、■はビークルの速度であ り、ＬはＬやｉｎ＝　１０乃至り、ａｘ＝　３０とすへＶ、・横方向速度 きである。追尾性能は本発明の変化する予見距離３３１Ｏによって改善される。 ｇ６最適制雌法 前述のように、本発明の実施例は、こわさ、質量及び滑り角に関する考えを含む モデルを使用する。 制御問題は、位置、ヘッディング、及び曲率の誤差がビークル制御モデルに基づ いて最小化される線形２次最適追尾問題として処理される。最適経路及び制御は 、現在の誤差を最適制御問題に対する初期条件として用いて所望経路３３Ｉ２及 び現検知ビークル位置３３０４から計算される。 追適経路の初期部分に沿う幾つかの計算された舵取り角が、次の検知時間間隔の ための低レベル舵取りコントローラへの参照として使用される。この予測最適舵 取り制御は、所与の性能指標に対する安定性及び最適性を保証する長所を有して いる。本発明による最適予測制御方法は自律ビークル１０２の舵取り計画に適用 可能である。 モデルは標準の時間短縮された、または自転車モデル（図示してない）、または ビークルの近似から導出される。ビークル運動を記述する方程式は、前述したＶ ＧＩを表す項を含む。これらの方程式は状態変数を使用する。 Ｘ　−［ｘ、ｙ、θ、　白コ ここにＸ及びｙはビークルのグローバル位置を表し、０はビークルのヘッディン グ３３１８であり、０はヘッディングの変化のし・−トである。 これらの変数を使用する方程式は以下に通りである。 ｘ＋　＝　Ｘ３５ｉｎ（Ｘ＜）→−Ｖ、　ＣＯ５（Ｘ４）ｙ、　＝ｘｓ　Ｃ０５ （Ｘ４）＋　Ｖ＋　ｓｉｎ　（Ｘ４）ｘｘ−［（Ｃ，Ｆ＋ｃ、Ｒ）／ｍＶ　、　 ｌ　ｘ３＋　（（ｂＣ，Ｒ＋　ａＣ，Ｆ）／ｖ、　ｌ　−Ｖ、］ｘｘ文４”Ｘｌ ＊ｉ　＝　！（ｂｃ　、ｔＲ＋ａＣ，ａＦ　）／　ｌｖ、ｌ　Ｘ３−　Ｃｆ（ａ ２ｃ、Ｆ＋ｂ”Ｃ、、）　ｌ　／　ＩＶ、　）　Ｘ。 ＋　ｆ（ａＣ、Ｆ／’Ｉ）　＋　１１ ｕ１−δ　Ｃ＝　［ｍＬ／Ｄ 但し、 ■。ニ一定前進速度 δ　：舵取り角 α、　滑り角 ■４．前輪の速度 ＦＦ　前輪と大地との間の横方向力 九　後輪と大地との間の横方向力 ｍ　ビークル質量 Ｉ　ビークル慣性モーメント ＣつＦ　Ｃ，Ｒ：前及び後タイヤコーナリングこわさ最適制御理論の分野では、 システム内の選択されたパラメタを最小化するために使用される費用関数を選択 しなければならないことは周知である。この問題に使用される費用関数は以下の ようにして選択された。 Ｊｍ−ｑｒ　／２　Ｃ（ＸＩ（ｔｒ　）　−Ｌ　（ｔｒ　）　］　’＋　［Ｘ２ （ｔｒ　）−Ｙａ　（ｔｒ　）ｌ　”］刊／２　Ｇ：　［Ｒ＋　ｌｕ、　（ｔ） 　Ｉ　’　＋　ｔｘｔ（ｔ　）−Ｌ　（ｔ　）Ｉ　’状態方程式（１４）及び費 用関数（１５）を用いて最適制御問題を解くには若干の問題が存在する。 １、システムは非線形である。通常、非線形がもたらす２点境界値問題は解析的 解を持たない。一方、数値的解の計算には長時間を要する。 ２、得られる最適制御問題は自由最終時間問題である。一般に、固定最終時間問 題を解く方が、自由最終時間問題を解くよりも簡単である。 ３゜積分（上記費用関数内の）内の第１項は制御入力の時間導関数であり、通常 は最適制御問題の２次費用関数内には存在ない。しかし、舵取りの時間レート変 化は、それが遠心力（ビークルの横方向加速に起因する）の変化の時間レートに 直接関係付けられていることから、滑らかな経路追尾にとって極めて重要である 。 舵取り角が、図５１に示すように経路の曲率に依存することに注目されたい。 １記３つの問題を解消し、得られる最適制御問題を処理し易くするために以下の 方策が適用される。 １、（１４）の第１及び第２式内の正弦関数がシステムを非線形にしているから 、現ビークル位置に対する経路の対応点の正接方法に平行な軸を有する新しい座 標系を使用する。費用関数では、偏差は横方向においてのみ考慮される。これら ２つの近似は、システム方程式内の非線形を排除するだけではなく、処理する式 の数を減少させ、（１４）の第１式は不要になる。（“座標系”参照）。 ２、自由最終時間ｔ、を有するこの問題は、前方距離に対する運動の式内へ微分 を書き込むことによって、独立変数の固定最終値を有する問題に変換することが できる。この目的のために、非次元独立変数Ｓを次のように定義する。 Ｈ−ｓ／ｓ＋　’　ｄ＝／ｄ＋　＝　；１５−Ｖ、　’　Ｖ　’／５ｃＳｒ　＝ ａｃｃｅ１３、上述した第３の問題を解くために、新しい状態ベクトル及び制御 入力を以下のように定義する。 Ｘ　＋＋ｅｗ−１：Ｘ、、ａ　、Ｕ、、、　〕”　、Ｕ、、、　−〇　ａｌ□こ こに、Ｘ　、、、は以下を満足する６Ｉｌｌ　ＩＩ Ａ　ＩＡＩＢＩＢＩＯＩ ｎｅｗ＝　ｌ　ｏｌｄ　ｌ　ｏｌｄｌ　ｎｅｗ＝Ｉ　ｌ＋−−−−−−−−−− −−１１−−−−１１０１Ｏｔ　Ｉｌｌ ここに、Ａｏｌｄ及びＢａ１ｄは古いシステムマトリクス及び古い入力マトリク スを表す。 次いで、状態変数及び制御入力は次の用に定義される。 ｌ−Ｃξ、Ｖｌ、θ２　白、δ　〕Ｔ、ｕ＝Ａ　（式１６）これは、以下のよう にシステム方程式を満足する。 ｄｔ　／ｄｓ　＝ＺＩ’　＝（２ｚ＋　ｖ、　Ｌ）　ａｄＶ　１　／ｄｓ　＝ｌ ｔ’　−（ｔ（ｃ　Ｆ＋Ｃｗ　）／ｍＶ、）Ｚ２＋　［（ｂｃ　Ｒ＋ａｃ　Ｆ） ／　Ｖ、−Ｖ、　ｌ　Ｚ４＋（ＣＦ　／ｍ）Ｘｓ　：ｌ　σ ｄθ／ｄ藍＝Ｌ’　＝Ｌσ ｄ６　／’　ｉ　−Ｚｓ’　−ＣＩ（ｂｅ　ｍＲｃｘＣ、ｔＦ）／　ＩＶＬ　Ｉ 　Ｚ２−　Ｉ（ａ”ｃ、Ｆ＋ｂｌｃ　、Ｒ）、／ｎ、　ｌ　Ｚｔ＋（ａｃ　Ｆ　 ／Ｉ）Ｚ＋　］　ａｄδ／ｄｓ　＝＝２ｓ’　＝　ｕａ　（式！７）新しい費用 関数は次のようになる。 Ｌ（Ｚ、５）−ｑ、　／２　［Ｚ（１）−ξ、　（１）　：ｌ　”＋１／２１０ 　［ＩＬ＋ｕ”（ｓ）　＋　［Ｚ＋（ｓ）−ξａ　（ｓＮ　”）ｄ　ｉ　（式１ ８）上述の得られたシステム方程式（１７）及び費用関数（１８）を用いた舵取 り計画は、以下のようにして線形２次追尾問題として解くことができる。システ ム方程式及び費用関数を以下のように記述するものとする。 文＝ＡＸ＋ＢＵ　、　ｔ　＞ｔｏ　（式１９）％式％（１１） （）］ ＋Ｕ　”　（ｔ）Ｒ（ｔ）Ｕ（ｔ）　ｌ　ｄｔ　（、式２０）また、Ｑ／≧、ｏ 、Ｑ≧、ｏ、Ｒ２Ｏ は全て対称に選択される。従って得られた方程式は以下の通りである。 −Ｐ＝Ａ”Ｐ＋ＰＡ−ＰＢＲ−’ＢＴＰ＋Ｑ、Ｐ（ｔ、）＝ＱＩ　（式２１）ｋ （ｔ）＝　Ｒ−’　Ｂ”　Ｐ（ｔ）　（式２２）−ｖ−（Ａ−ＢＫ）”Ｖ＋ＱＸ ｄ、Ｖ（ｔｌ）＝Ｘ、１（ｔｌ）　（式２３）Ｕ　＝　−ＫＸ＋　Ｒ−’　Ｂ” 　ｖ　（式２４）従って、ｒｉｃｃａｔｉ方程式（２１）を先ず解き、ｒｉｃｃ ａｔｉ方程式の結果から利得を計算し、そして所望の経路によって駆動される強 制関数を式（２３）を解くことによって計算する。次いで、式（１９）及び（２ ４）を解くことによって制御及び状態をめる。 Ｒｉｃｃａｔｉ方程式を解くために、マツクファーレン・ポッタ積分法を試みた 。この方法は時間不変問題の安定状態解に対して極めて効果的であることが知ら れている。予測距離はかなり長く、解の初期部分を使用するから、この方法は計 算時間を短縮するのに良いものと考えられる。 従って、予測距離が長く、解の初期部分だけを使用するので、式（２３）を以下 の式（２５）に変形してそれを解く。 （Ａ　ＢＫ　）”　ｖ　＋ＱＸａ　＝０　（式２５）追尾性能は、本発明により ビークル及び制御システムマトリクスを研究し、理解することによって、及びこ の理解の下に補償方法を設計することによって改善された。 追尾方法の性能の劣化には、ビークル制御命令の待ち時間、遅いシステム応答、 及びビークルの動的特性が関与しているのである。これらの各効果に反作用させ ることが可能である。 有力な効果であるビークル命令の待ち時間は、ビークル制御ハードウェアを変更 することによって、及び制御命令を十分に前床にセットして遅延を補償する方法 を使用することによって成功裏に補償することができる。ビークル位置を検知す る時点と、命令を発行する時点との間の時間遅れを減少させると、予測誤差が減 少する。これは舵取り角を計画するために必要なことであり、これによって良好 な追尾性能がもたらされる。 速度に伴って予見距離を変化させることも、予見距離を一定にする場合に比して 追尾性能を改善する。 一般的に言えば経路追尾はコースに留まることの関数である。上述したように本 発明の経路追尾において検討した若干の要因は、距離、ヘッディング及び曲率の 誤差と、処理遅延、アクチュエータへのビークル応答の遅延等を含むシステム内 の遅延と、動的な予見距離と、重み付き経路履歴と、補性とである。 障害物処理は、少なくとも３つの主要機能、即ち障害物４００２の検出と、障害 物４００２の回避と、経路３３Ｉ２への復帰とを含む。経路への復帰機能は上述 の経路生成及び追尾に類似する。 ビークル１０２の航行を成功させるためには、経路追尾（追随）の他に、ビーク ル１０２がその経路内の障害物４００２を検出し、衝突が発生する前に障害物を 回避するためにビークルが停止するか、または他の回避動作を起こすことができ るようにすることか要求される。 本発明の１実施例では、単一線赤外レーザスキャナ４０４（図３８参照）を、走 査か水平（図示してない）に行われるような形態で使用している。走査線３８１ ０は大地と接しないから、距離データの何等かの不連続が環境内の物体４００２ を表すしていることになる。 参照経路３３１２が使用可能であり、この参照経路に対するビークルの位置は既 知であるから、危険物体４００２に関しては距離データ及び参照経路３３１２を 画している領域だけが処理される。この領域、または境界ゾーンの外側の物体は 無視される。境界ゾーンの幅（図示してない）は、ビークル幅プラスある選択さ れた安全緩衝に等しくして追尾及び位置特定誤差のための余裕を見込んでいる。 この方法はその有用性に限界があり、“隙間検査”と呼ぶ。 本発明の最も簡単な例ではレーザ４０４を単一線走査で使用し、視野を規則的な 角度間隔でレーザ走査して連続距離測定に成功している。これもまた簡易化のた めに、これらの走査を規則的な時間間隔で開始することができる。“隙間検査“ なる語はこの方法を記述するために使用しているのである。本発明のこのバージ ョンにおけるこの方法は、二次元データのみを処理することに制限される。 この型の障害物検出方法は、視野全体をスキャナ４０４が走査するに当たって連 続距離測定を規則正しい角度間隔で行う単一線走査モードを使用して経路３３１ ２が支障があるか否かを見る検査に制限される。何等かの障害物４００２の存在 を特定するか、またはもし経路に支障があればその周囲に経路を作成するような 如何なる方法も含まない。この型の方法は、工場の床のような極めて厳密に制御 された環境を除いて、特に有用な障害物検出方法であるとは考えられない。 ｂ、−彼及び縁検出計画 本発明の第２の障害物検出は、走査３８１Ｏがビークル１０２の前方のある距離 で大地に接するような多重線スキャナ３８０４　（図３８参照）を使用する。走 査線が大地と接するので、距離データの不連続は最早危険物体４００２を表して はいない。例えば、丘及び急傾斜した道路または路頂のような口然物の輪郭が距 離データに不連続をもたらし得る。本発明のこの技術は、危険物体４００２及び 自然物体（図示してない）からの距離データを識別することができる。 本発明のこの実施例では、処理されるデータの量を減少させるため濾波計画かに 使用され、また使用されるスキャナ構成とは無関係である。境界ゾーンの縁は距 離データを、各距離値が行番号３９０８及び列番号３９１０　（マトリクス表現 ）によって検索される画像面表現３９０Ｇ　（図３９参照）に転送することによ って見出される。 距離画像表現３９００内で使用可能な比較的少数の走査線を選択することによっ て処理される負荷は最小化される。これらの走査線はビークル速度によって選択 され、ビークルの停止距離及びそれを越える点に集中される。連続するデータフ レームから選択される走査線は重複することができる。 この方法では、もしビークル１０２が高速で運動していれば、選択される走査線 ３９０６はビークルの前方（距離画像表現３９００の上方）〜離れる。これに対 してビークルがゆっくり走行している場合には、選択走査線３９０６はビークル に近づく　（距離画像表現３９００の下方に接近する）。 各走査線はデータの多くの絵素からなる。各絵素はそれに関連する２つのパラメ タを有している。第１に、絵素の実際の値はスキャナ３８０４から戻される距離 値である。第２に、走査線上の絵素の位置は、その距離が記録された時のビーク ル中心線に対する角度の指示を与える。これは円筒座標フレーム（Ｒ、シータ、 Ｚ）記述に対応する。 円筒記述及びビークル１０２に対する既知のスキャナ位置を与えれば、距離値は 直交座標（Ｘ、　Ｙ　ＳＺ　）系に変換することができる。その結果が道路輪郭 記述であり、これはビークル経路３８１２内に危険な物体４００２が存在するか 否かを決定し、一方で典型的な道路内の自然の丘及び谷に起因する効果を無視す る新しい濾波計画に使用することができる。 スキャナデータか直交座標に変換された後、データは、走査のどの部分か実際に 道路３３１２上にあり、走査線のどの部分がビークル経路の外側にある（従って 、安全に無視できる）かを決定するために処理される。ビークル位置及び境界の 幅（ビークル幅プラスある安全余裕度に等しい）を与えることによって、ビーク ル経路の何れの側の境界の座標をも決定することができる。境界の座標は、現走 査線上の各絵素の座標と比較することができる。境界の外側の座標を有する絵素 は無視される。 濾波計画は、先に検知された道路輪郭から道路輪郭の予測を構築する。この予測 は、典型的な補装された道路を十分に記述することが見出された３つのパラメタ に基ついている。 ９　路項　道路断面（道路の中心線に垂直な）の曲率。 ９　道路傾斜、道路輪郭（道路の中心線に垂直な）の゛傾き′。 ９　道路高さ　ビークル！０２の４つのタイヤの位置によって記述される参照面 上の道路中心線の高さ。 路頂及び道路傾斜の予測イ１Δは、先に検知したスキャナデータに対して標準の 最小自乗カルマン濾波技術を遂行することに１よって決定される。カルマンフィ ルタは、基本的には、先行データから決定された値に基ついてこれら２つのパラ メタのラソニング平均の型を保つ。 本発明によれば、特定走査に対する道路高さは２つの類似した方法の一方によっ て決定することができる。 第１は、現走査線内の各絵素における道路高さを平均して当該走査線の特性高さ を決定する方法である。 第２の方法は、路頂及び傾斜予測を決定する時に使用したものと類似の標準カル マンフィルタを使用して道路高さを濾波することである。 これら３つのパラメタを使用して、予測される道路輪郭を記述する２次方程式を 決定することができる。この予測輪郭は実際の道路輪郭と比較される。両者間に 所定のしきい値を超える何等かの偏差があれば、それらは危険をもたらす物体で あるものと見做される。 本発明のこの計画は、検出される物体４００２が道路の幅に比して小さいものと 仮定すれば実行可能である。これらを平均化する、または最小自乗法を使用すれ ば、物体に起因する効果は自然の道路データに比して無視できる。 このｐ波計画は、選択された距離データを簡単な７点重み付は関数を用いて畳み 込む極めて簡単な縁検出法をも含む。 Ｃ０障害物抽出 本発明の付加的な技術は、多重線スキャナ３８０４からの物体に関する距離画像 表現３９００全体を処理する。本発明のこの方法は３つの目標を達成する。 １、何も存在しない場合には障害物４００２は検出しない。 ２、障害物が存在する場合には障害物４００２を検出する。 ３、障害物が存在する場合には正しい障害物４００２を検出する。 障害物抽出は、プロップ（ｂｌａｂ　）抽出を使用する障害物検出である。プロ ップ抽出は、コンピュータグラフィックスの分野では周知である。障害物は類似 絵素をプロップと呼ぶ群にクラスタ化することによって見出される。障害物抽出 の目標は、障害物を個々の絵素としてではなくユニットとして記憶し、処理する ことである。 本発明の障害物抽出は、画像面３９０１内で以下の諸段階を遂行することによっ て行われる。 １、ビークル経路を画像面３９０１内へ投影する。 ２、距離データを高さデータに変換する。 ３、道路の中心の高さくこれは各行における予測された道路高さを表す）に曲線 を当てはめる。 ４、実際の道路高さと高さ予測とを比較する。 ５、障害物（実際の道路高さと予測された道路高さとの差がしきい値を超えたこ とによって指示される）を抽出する。 （１）道路の発見 使用可能な全てのデータを処理するために、画像はスキャナ３８０４のフレーム レートで処理しなければならない。この理由から、障害物検出法における殆どの 計算は画像面３９０１内において行われる。経路を画像内に投影することによっ て画像の大部分は無視することができ、多くの不要計算が回避される。 ビークル経路３８Ｉ２が規則的な間隔で指定されているものとすれば、現ビーク ル位置を使用してスキャナの前方の経路セグメント線３９０２を探知することか できる。この経路３８１２は、道路または境界縁３９０２に対応する点を画像面 ３９０１（図３９参照）内へ投影することによって、実際の座標から画像座標へ 変換される。 間隙の間を補間するために３次スプラインが使用される。即ち、行３９０２の中 心及び縁が画像面３９０１内の各行３９０８毎に見出される。道路縁３９０２間 で孤立している絵素は距離から高さデータへ（円筒座標から直交座標へ）変換さ れる。域外の絵素は破棄され、それ以上処理されることはない。 （２）道路高さのモデル化 画像面３９０１内の全ての行３９０８の道路の中心が分かると、これらの各点毎 の高さを決定することができる。３次最小自乗曲線がこれらのデータに当てはめ られる。 これは、道路の一般的な傾向（上り、下がり坂）をモデル化し、また道路の中心 に横たわる雑音及び小さい物体の効果を濾波して除去する効果を宵する。、（３ ）しきい値設定 障害物は、高さしきい値を使用することによって探知することができる。周囲の 地形が平坦であるとは限らないから、直線的な高さしきい値は無意味である。 従ってこのしきい値は、所与の絵素の行番号３９０８における３次適合によって 予測される予測高さに対して参照される。 このようにすると、丘は高さ予測と実際の高さとが極めて精密に整合するから障 害物とは見做されない。一方実障害物４００２は予測道路高さを殆ど反映せず（ 最小自乗適合のために）、従ってしきい値設定によって容易に見出だされる。 このしきい値設定の結果は、“プロップ抽出”に適する２値画像（図示してない ）である。２値画像は、何処に物体があるのかを、または物体が画像内には存在 しないことだけを指示する。 （４）プロップ抽出 プロップ抽出は、セットされた隣接絵素（障害物４００２が存在することを指示 ）を−緒にクラスタ化し、それらをユニットとして処理することによって作業す る。２′つの絵素は、もしそれらが １、同一列３９１Ｏ内にあり、連続行番号３９０８を有しでいる２、同一行３９ ０８内にあり、連続列番号３９１０を有しでいるの何れかである場合に隣接して いると言う。 絵素を一緒にプロップ内にグループ化することによって、障害物４００２を全ユ ニットとして処理することができ、さらなる処理に適するものとなる。 （５）疫里 抽出されたプロップを使用する１つの方策は、それらを別のプログラムへの入力 として転送することである。例えば、物体４００２は座標内ヘバーズし、グロー バル目的写図４００４　（図４０参照）を累積するために使用することができる 。この写図４００２は別のプログラムへ渡され、衝突回避または経路計画を行う ために使用される。 （６）障害物の回避 本発明がビークル１０２の経路内に障害物４００２を検出すると（図４０参照） 、その物体との衝突を回避しなければならない。障害物回避問題に関して若干の 仮定を行う。 ■、障害物環境は、凸多角形または凸線によって表すことかできる障害物４００ ２が散在している。 ２、航行方法は、未処理レーザ距離データから、またはプロップ抽出を通して処 理済のデータから入手できるビークル１０２の位置から見ることができる障害物 の全ての面を表すローカル写図の形状のローカル環境情報へのアクセスだけを有 している。 ３、ビークル１０２は普通に舵取りされる型であり、その速度及び加速度に対す る制約と、その舵取り角及び舵取り角の変化のレートに対する制約とを有してい る。 障害物回避問題を処理するために、本発明はそれを２つの副問題に分割する。 第１は、何等かの障害物が途上に存在するか否かを決定し、もし存在すれば、ビ ークルはどちら側を通り抜けるべきかを決定することである。次にビークル１０ ２を障害物４００２を廻って導く副目標４００６を選択し、所望の経路に戻す高 いレベルの目標４００８に向けて導く。 第２は、副目標４００６を選択した後に、障害物４００２を避けるように舵取り しながらビークル１０２を副目標４００６に向けて駆動する舵取り決定を行うこ とである。本発明の副目標選択方法及び舵取り決定方法がこれら２つの副問題を 解決する。 上に列挙した仮定は以下の処理過程において管理される。 障害物探知はレーサ距離スキャナ３８０４または４０４から得られる。スキャナ ３８０４または４０４が生成した距離データは、ビークル位置から見ることがで きる障害物の部分をモデル化する多角面のリストを作成するために処理される。 新しい距離データが使用可能になる度に、副目標選択方法が実行されて副目標４ ００６を生成し、舵取り決定方法のための安全航行の領域（自由空間４０１０） を決定する。副目標選択方法を実行することができる頻度は、スキャナ３８０４ または４０４がデータを収集できるレートに依存する。達成可能なビークル速度 自体は、この実行頻度に依存する。 舵取り決定方法に関しては、滑らかな経路を生成するためにより高いサンプリン グレートが望ましい。従って、舵取り決定方法は副目標方法よりも屡々実行され る。 副目標方法の基本的流れは以下の通りである。 ｌ　最後の初期副目標、副目標、及び自由空間を保管せよ、目標遮蔽フラグを真 にセットせよ ２　もし最終目標が可視であれば 直接目標を生成せよ もし直接目標が可視であれば 目標遮蔽フラグを偽にセットせよ ３　そうでなければ 初期副目標を生成せよ 副目標を初期副目標にセットせよ 最新副目標が可視になるまで副目標を繰り返し生成せよ。もし副目標が実行可能 でなければ、中止せよ ４　もし目標遮蔽フラグが真であれば 古い初期副目標、副目標、及び自由空間を復元せよ５　そうでなければ 自由空間を生成せよ もし自由空間が安全でなければ 古い初期副目標、副目標、及び自由空間を復元せよ副目標方法、先ず（上記段階 １）、先行繰り返しから生成された初期副目標、副目標、及び自由空間を保管す る。これは、新たに生成された副目標が安全ではない場合に、古い副目標を追求 し続けることを可能ならしめる。 次に（」−記段階２）最終目標が可視である場合には、どの障害物４００２にも 関連がない直接目標を生成することを試みる。最終目標がローカル写図内で可視 ではあっても、スギャナ範囲（距離的に、及び角度的に）の外側の障害物はロー カル写図内には表されていないから、必ずしもこれが障害物が最終目標を遮って いないことを意味するものではない。従って直接目標を生成する場合には、ロー カル写図内には存在していない障害物４００２上に、またはその背後に副目標を 配置することがないように、スキャナ３８０４または４０４によってカバーされ る円錐領域内に目標を位置定めするようにする。 次の段階（上記段階３）は、ローカル写図内において最終目標が障害物４００２ によ、って遮られているような状況を処理する。この場合、最終目標への視線を 遮っている障害物４００２が先ず決定される。 流れ図を遮っている障害物が与えられると、それを廻って進む２つの道が考えら れる。もし障害物の両縁がスキャナ３８０４または４０４の範囲内にあれば、ビ ークル１０２から縁までと、縁から最終距離までの距離の合計が最小になる方の 縁を廻って進むように選択することができる。も［、障害物４００２の一方の縁 だけが範囲内にあれば、その縁を廻って進むことが選択される。もし縁が見えな ければ、常に左縁を廻って進むことが独断的に選択される。廻って進む縁が決定 されると、ビークルの大きさに比例する距離だけ縁から離して初期副目標が配置 される。 この変位のために、得られた副目標が他の障害物４００２によって遮られるかも 知れない。これは、今生成された副目標への視線を遮っている障害物上に副目標 を繰り返して生成することを要求する。この繰り返し処理過程は、ビークルＩ０ ２か見ることができる副目標が生成されるまで続行される。このように（７て生 成された各副目樟は実行可能性か検査される。実行可能性とは、ビークルが通過 するには小さ過ぎる２つの障害物４００２間の間隙に向かって副目標がビークル １０２を導かないことを意味する。このような状態が検出されると、ビークル１ ０２は停止することになろう。 第２段階（上記段階２）において生成された直接目標が、ビークル１０２からは 不明瞭である可能性がある。もしこれが事実であれば、先行繰り返しから古い副 目標が復元され、次（上記段階４）において使用される。 最終段階（上記段階５）では、可視側目標のための自由空間４０１．０（これは 障害物を含まない三角形領域である）が生成される。この自由空間４０１０が生 成されると、副目標及び自由空間４０１０の安全性を決定することができる。新 しい副目標及び自由空間４０１Ｏが安全でない場合には、古い副目標及び自由空 間が再び復元される。そうでない場合には、新しい副目標及び自由空間が使用さ れる。 本発明の舵取り決定方法は、２つの主要成分、即ち状態制約から制御制約への移 行と、所望制御ベクトルの決定とからなる。 制御制約及び所望制御ベクトルが計算されると、当分野では周知の最適化技術を 使用して制御ベクトルを決定することができる。 ４、狂絡二９復帰 本発明は、図４０に図式的に示すように、物体４００２を回避した後のビークル １０２が参照経路を再取得するように検出した物体４００２を廻る安全な経路を プロットし、航行させる方法を含む。 図３８及び４２を参照する。本発明はレーザスキャナシステム４０４をも含む。 スキャナ４０４は、前述のようにビークル１０２経路内にランダムに突然出現す る障害物４００２　（図４０参照）を見出すために使用される。 これらの障害物４００２の源は変化するものであり、特定の作業現場に大きく依 存する。これらは、落下した木及び枝、巨礫、移動中のまたは駐止中のビークル 、及び人々を含むであろう。 スキャナ４０４は、自律ビークル１０２に必須条件として外部世界を検出し、処 理する能力を与える。 ｂ、レーザスキャナ レーザスキャナシステム４０４の主要成分を図４２に示す。 レーザ距離ファインダ３８０４は、距離ファインダユニット３８０４　ｒ：、最 寄りの物体４００２との間の距離を測定するために赤外ビーム３８１０を使用す る。短いパルスがユニット３８０４から送信され、ビーム３８１ｏが物体４００ ２から反射して戻るのに要する時間が距離を与える。 距離ファインダ４０４からのビーム３８１０は回転鏡４２２２によって反射され 、距離ファインダ４０４に３６０°世界の視野を与える。鏡の回転は電動機４２ ０６によって達成される。電動機速度は、標準のＲ３２３２Ｃ直列リンク４２２ ４を通して電動機増幅器／制御装置４２２０と通信する端末４２１Ｏによって制 御される。レーザ発射と鏡の角位置との同期はエンコーダを用いて行われる。 レーザ距離ファインダ４０４からの線４２２６上の距離データはイシ峙７エース 回路４２２８によって受けられ、差動的にバッファ回路４２１４へ伝送される。 データの個々の片々は、鏡４２２２が完全１回転するまでバッファ回路４２１４ によって収集される。このデータ集合が１走査を構成する。ある走査が完了する とバッファ回路４２１４はプロセッサ４２１２に通知し、その走査全体のデータ はプロセッサ４２１２へ転送されて処理される。 Ｃ，スキャナンステムインタフェース インタフェース回路４２２８は３つの機能を有している。 第１に、それは安全モニタとして動作する。電動機４２０６とＭ４２２２との間 の駆動ベルト４２３０か切断した等によって、鏡４２２２か回転を停止する状況 が発生するかも知れない。この状態の丁でもレーザ４２０４は発射１−続けるか 、鏡４２２２が静止しているのでそれは単一の点に発射することになる（レーザ ビームを直接見ることは誰にとっても危険である）。しかし、インタフェース回 路４２２８は、鏡４２２２の角速度が毎秒回転数の半分以下に低下したことを検 知し、もしこのような状態が発生すればレーザ４２０４を作動不能にする。 第２の機能は、３６０’走査領域の一部分にわたってレーザ４２０４の発射を不 能にすることである。典型的には、レーザスキャナユニット４０４はビークル１ ０２の前部に取り付けられており、関心のある視野はビークルの前方１８０″の 範囲であろう。ビークル自体も３６０°走査領域の後方部分を遮るであろう。こ の場合回路・鷹？１！８はレーヘデ４２０４力縫−クル内に発射することを阻止 し、ビークルの前方領域の距離デ・−夕を受（二する間のし・・・−ザダ・イオ ードの寿命を伸ばす。レーザ距離ファイソダ４２０４の動作の可能化及び不能化 は、鏡ハウジング４２２２付近に取り付けられている２つの七′、／す（図示し てない）を介して行われる。 試験の目的に２１シては、または３６０′″走査が望すれる応用に対しては、不 能化機能はＤＩＰスイッチによって遮断することができる。 回路４２２８の第、３の機能（）、（Ｐ可を、／ングルエンデッドと差動形状と の間で変換することである。レーデユニツト４２０４からのＴＴＬ信号は差動的 にバラ−フッ回路４２１４へ伝送され、バッファ回路４２１４から差動伝送され た信号はＴＴＬレベルに変換される。これは、２つの回路を接続しているケーブ ル４２２６における雑音劣化を防ぐ。 ｄ、各土１九と五オ在びユニー二回路 バッファ回路４２１４の機能は、レーザ４０４の発射と鏡４２２２の角位置とを 同期させて完全１回転にわたってデータを収集し、走査をコンピュータ４２１４ へ伝送し、て処理させることである。 ！４２２２の角位置はエンコーダ４２０８から送られる信号によって決定するこ とかできる。バッファ回路４２１４はエンコーダ４２０８からの２つの信号、即 ちＺ及びＡチャネルを使用する。 Ｚチャネルはエンコーダ標識であ・って、エンコーダ４２０８の各回転毎に１回 表明され、走査領域の始まりを信号するために使用される。 Ａチャネルはエンコーダ４２０８の２線直交出ツノの一方の線であり、エンコー ダの各回転毎に１０００パルスを発生する。このチャネルはレーザの発射をトリ ガするために使用される。 走査フィールドをエンコーダ信号に完全に同期させるためには、１つの別の信号 か必要である。エンコーダ／電動機４２０６と鏡４２２２との間には２・１の歯 車比が存在する。エンコーダ４２０８が２回転すると鏡４２２２は１回転する。 これは、鏡４２２２が１回転する毎に２Ｚチヤネルパルスと、２００ＯＡチャネ ルパルスとに変換するが、走査の第１の半分の始まりと第２の半分の始まりとを 区別することはできない。 走査フィールドを完全に同期させるためにインタフェース回路４２２２が生成す るＤＢ　（不感帯）信号を使用する。走査の後半におけるレーザ４２０４の発射 を不能にするために使用されるＤＢ信号によって、走査の前半と後半とを区別す ることができる。Ｚ及びＤＢ信号は一緒になって走査領域の始まりを信号する。 完全１走査中のデータを収集するバッファ回路４２１４の第２のタスクは、エン コーダ４２０８のＡチャネルを通して達成される。チャネルの２０００パルスは 回路基盤４２２８上のＤＩＰスイッチ（図示してない）によって選択された２、 ４．８または１６までに分割することができる。これにより走査当たりのデ・− 夕点の数を１０００．５００．２５０及び１２５の間で変化させることができる 。分割された信号は適切な角度間隔てレーザ距離フフインダ４２０４をトリガし 、また得られた距離データをメモリ４２１４内に記憶させるために使用される。 事象のシーケンスは以下の通りである。分割されたＡ信号野立ち上がり縁で１ク ロツクサイクルのＷ（書き込み）が表明される。この時点には先行Ｔ（レーザト リガ）からのデータが使用可能であり、メモリ４２１４内に記憶されている。 Ｔは次のクロックサイクルに表明され、レーザをトリガし、得られた距離データ をメモリ入力バス４２２６上に配置する。このデータは次のＷパルスで書き込ま れ、サイクルを繰り返す。 バッファ回路４２１４の最終タスクは、走査データをコンピュータ４２１２へ伝 送して処理させることである。完了した走査はＺ及びＤＢ信号によって信号され る（ある走査の始まりは先行走査の終りでもある）。走査が完了すると割り込み 要求線が表明され、鏡４２２２が半回転を行ってしまうか、またはプロセッサ・ １２１２が割り込みを承認するまで表明され続ける。第１の場合には鏡４２２２ の半回転は次のＺパルスによって信号され、タイムアウト状態を指示する。プロ セッサ４２１２は承認に失敗し、データは失われる。 通常の場合には割り込みは承認される。承認を受信すると、ＳＴＲ（データスト ローブ）か表明され、　ＩＢＦ　（入カバッファ一杯）を受信するまで保持され る。この時間中、データはデータバス４２３０上に供給され、コンピュータ４２ １２による準備が整う。データはＩＯＦが表明されるまでバス４２３０上で有効 であり、ＩＢＦが表明されるとＳＴＲの表明は取り消され、データはバス４２３ ０から除去される。プロセッサ４２１２がＳＴＲの表明取り消しを検出すると、 ＩＢＦの表明を取り消す。これによりデータの次の片の間ＳＴＲを表明させ、サ イクルを繰り返す。 走査データは収集され、２つのメモリバンク４２１４内に記憶される。これは共 用メモリ、及び走査記憶と走査伝送との間の同期問題を回避する。・新しい走査 のデータは一方のバンク内に記憶され、先行走査は他方のバンクから伝送される バッファ回路４２１４は、プロセッサ４２１２がレーザ発見と鏡位置とを同期さ せる責任、及びデータの個々の片々を収集する責任から解放する。プロセッサ４ ２１２はデ〜りを走査サイズの塊として受信するので、ＣＰＵ時間をより効率的 に使用できる。プロセッサ４２１２はその時間をデータの処理に費やし、データ の収集に費やすことはない。 図４３を参照する。ビークル制御は、４つの低水準機能ブロックからなる。 第１は“ビークル管理者”　（４３０２）と呼ばれる。第２は“速度制御“　（ ４３０４）と呼ばれる。第３は“舵取り制御”（４３０６）と呼ばれる。第４は “モニタ／補助制御“　（２つの分離したブロフク４３１０及び４３０８として 示す）と呼ばれる。これらに関して以下に説明する。 これらは全て高速直列データバス４３１４に結ばれている。バス４３１４は、デ ータ衝突検出・パケットパッシングシステムである。 これらの各機能ブロックは、個別にマイクロプロセッサ（例えば１ＪＯｊＯｒｏ Ｉａ　６８０００１６ヒントシリーズ）を有している。これらの各マイクロプロ セッサはバス４３１・１を通して他のマイクロプロセッサに話しかけ、他のマイ クロプロセッサを聴く。 各機能ブロックはある程度特定の機能を有し、ビークル管理者４３ｏ２は通信ハ ブとして機能する。ビークル管理者４３ｏ２それビークル管理者４３ｏ２は、Ｒ ５−４２２，９６００ボ一直列リンク４３１６を介してナビゲータ４０６ヘメセ ツセージを送り、それからメツセージを受信する。またビークル管理者４３ｏ２ はＦＭ無線通信リンク４３１８を介して遠隔制御、または“テレ”パネル４１０ を聴取して送信する。 ２、ビークル管理者（モード） 前述のように、ビークル管理者４３０２は、遠隔制御パネル４１０及びナビゲー タ４０６から命令を受信する。次いでビークル管理者４３ｏ２は、ビークル１０ ２を“Ａ”　（自律）、“Ｍ“　（手動）、“Ｔ”　（テレ）、またはＲ”　（ 作動可能）のどの二二上にすべきかを決定する。 ３１作動可能モード 状態（モード）、及びビークル１０２をどのようにして状態間で変化させるかを 示す図４４を参照する。ナビゲータ４０６はそれ自身のモードを設定することは できない。ビークル１０２が、例えばテレから自律へ変化することができないこ とに注目されたい。この場合には、先ず作動可能モード４４０４を通過しなけれ ばならない。 作動可能モード４４０４は、ビークル１０２を既知状態に停止せしめる。これは 、例えばビークル１０２が移動している間に自律モード４４０８からテレモード ４４０６へ滑らかに移行させることは困難であるからである。テレ制御パネル操 縦かん４５０２．４５０４は、制御が切り換えられた時に正面位置になければな らない。 テレモード４４０６から自律モード４４０８へ進む場合、ナビゲータ４０６を初 期化しなければならないという配慮が存在する。例えば、ある有限の時間を要す る制御を行う前にルートに対して何処にいるのかを決定しなければならない。 さもなければ、この時間の間ビークル１０２は制御されずに駆動されることにな りかねない。 ｂ、テレモード テレ操作モード、遠隔制御モード、または無線制御モードとも呼ばれるテレ制御 モードは、ビークル１０２を視界内に保ちつつ遠隔位置からビークル１０２を制 御する方策を提供する。 ショップ職員はテレ操作モード４４０６を使用して、ビークル１０２を例えばヤ ードへ移動させよう。有利なことには、シブベルまたはローダ−操作員がこのモ ードを使用してビークルを積荷または荷降ろし位置へ操縦し、自律モード４４０ ８が制御を再開する位置までビークルを移動させるためにも使用される。 テレ操作モード４４０６においては、自律作業現場３００の各ビークル１０２は 無線制御パネル４１０上で選択されたそれ自身の独特な識別コードを有しており 、正しいビークルだけとの通信及び制御が行われるようになっている。ビークル １０２は、その独特な識別コードが送信された時だけテレ操作命令４３１８に応 答する。手動モード４４０２とテレモード４４ｏ６との間のようなモード間の何 等かの対立は、明白な安全上の理由から手動モード４４ｏ２を選択することによ って解消されよう。 ビークル］０２はテレモード４４０６によって既知ルートから外れて操縦できる としても、ナビゲータ４０６はテレモード４４０６で操作中のビークル］０２が 何処にいるかを記憶している。 Ｃ１手動モード 手動制御モード４４０２は、ビークル１０２が例えば修理ショップ、設備ヤード 等の地域に極めて接近して操縦されている場合、または修理または保守のために 制御サブシステムを解除する必要がある場合に要求されよう。 この制御モードは操作員が手動制御器の何れかを動作させると呼び出されるよう に実現することができる。例えば、ブレーキ４７０８を踏む、シフトレバ−をあ る所定の自律モード位置から移動させる、または操舵ハンドル４９１ｏを握るの ような簡単な動作が、手動制御モード４４０２を希望していることとして直ちに 制御システムに伝えられ、システムは直ちに手動モードへ移る。 手動モード中、自律システムはビークルの運動を絶えず監視し、ビークル位置の 更新された記録を維持するので、自律モードを望む場合、及び自律モードが望ま れれば、より迅速に且つより効率的に移行することができる。 自律モード４４０８を再度望む場合には、操作員は例えばスイッチまたはレバー を自律制御モードへ物理的に移動させることによって自律モード４４０８に係合 させるような確実な動作を起こす。もし望むならば、ビークル１０２をそのまま の状態にする機会を操作員に与えるために、時間遅延を組み入れることが好まし い。時間遅延の終りに、システムは点灯、警笛等のような幾つかの水準の警告を 与えて、ビークル１０２の自律モードへの移行が迫っていることを指示する。 ｄ、自律モード 自律モード４４０８は作動可能モード４４０４から入る。自律モード４４０８で は、ビークル１０２は自律航行システムの制御下に入る。 このモードでは、ビークル制御システムは上述のようにビークル管理者４３０２ を通してナビゲータ４０６からメツセージを受信する。上述のようにビークル管 理者４３０２は、基本的には、残余の制御のための通信及び命令ハブである。 ビークル管理者４３０２、及び他の機能制御ブロックは全て遮断回路４３１２と 通信する。遮断回路４３１２に関しては後述する。 ３、速度制御 速度制御ザブシステム４３０２は、速度制御解析器と、機関４６１４のための閉 じたループ制御４８００と、伝導装置４７００及びブレーキ５０００と、速度制 御システムの実時間シミュレーションモデルと、独立したビークル遮断システム ４３１２に結ばれているモニタ４３１０とを含むように編成されている。これは ビークル１０２上の生産システムと並列に配置されるように設計されている。 速度制御機能ブロック４３０４は、３つの基本的機能を処理する。速度制御機能 ブロック４３０４は、機関４６１４のガバナを制御する。速度制御機能ブロック ４３０４は、ブレーキシステム４６０６を制御する。また速度制御機能ブロック ４３０４は、生産伝導装置制御ブロック４６１６を介して伝導装置４６１０を制 御する。 生産伝導装置制御ブロック４６１６は、図４８に示す生産システム上への自律シ ステムの並列後設機能として速度制御ブロック４３０４によってインタフェース される。生産伝導装置制御ブロック４６１６は、マイクロプロセッサをベースと するシステムであって、主として速度及びそれに相応する歯車入れ換えを監視す る。 自律システム速度制御ブロック４３０４は、所望する最大歯車比を伝導装置制御 ブロック４６１６へ送り込む。例えば、もしビークル１０２を１５　ｍｐｈで進 行させるのであれば、最大歯車比は第３歯車比（サード）であろう。生産伝導装 置制御ブロック４６１６は、その歯車比を適切に得るために必要な入れ換えの全 てを制御する。 ガバナ４６２６　（図４６）は機関４６１６に送給される燃料の量を制御する。 従ってガバナ４６２６は機関速度を制御する。自律システムは、伝導装置システ ムに関して説明したように、生産ガバナ制御システムと並列に後設することがで きる。 ブレーキシステムを図４７及び図５０に示す。この場合も自律システムを生産ブ レーキシステムに後設することができる。 以下に図４６．４８．４７．５０及び４９に示すビークルシステムを説明する。 これらのシステムはビークル駆動列４６００及び舵取り４９００システムに関す る。 図４６を参照する。ガバナ４６２６は機関速度４２２２を制御し、機関はビーク ル速度４６２４を制御する。機関動力は駆動列４６００を通して駆動輪へ伝達さ れる。駆動列４６００は以下のものからなる。 トルクコンバータ４６１２ 伝導装置４６１０ 最終駆動装置４６０８ ブレーキシステム４６０６ 車輪４６０４ これらのシステムの機能は当分野では周知である。 自律制御を遂行するために、幾つかのキーシステムが本発明により変更された。 主システムは速度制御システム（機関速度、伝導装置、ビークル速度、及びブレ ーキ）及び舵取りシステムであった。各キーシステムは安全尺度として手動無効 化能力を有するように設計されている。如何なる場合でも、もしビークルが自律 的に操作されており、操作員がビークル機能の何れか１つの制御を取り上げるも のとすれば、制御は自動的に操作員に戻される。 システムには、作動させると全ての電子的に制御されているシステムを作動不能 にしてビークル１０２を手動制御４４０２に戻す非常時無効化ボタン（図示して ない、　゛パニック゛　ボタンとも呼ぶ）をも備えている。 システムは、若干のキーシステムを作動させるためのキ一部分である空気圧をも 検知する。もしこの圧力がある所定のしきい値を下回れば、それは問題が存在す るものと見做され、ビークル制御システムは手動制御４４０２へ復帰し、そして ビークル＋０２は停止する。 図４８は機関速度を制御するために使用されるシステムを示す。このシステムは 、機関速度４６２２の電子制御を無効にするために手動操作できるペダル４８０ ６と並列に、空気圧を調整する電子制御弁４８０８及び４８１２を使用している 。圧力センサ４８０２及び機関速度センサ４６２２は電子速度制御システム４３ ０４のための必要フィードバックを供給する。 またビークル速度を制御するためには伝導装置制御４６１６も必要である。基本 的制御システムは、この目的のために使用される特定ビークル上で容易に使用可 能である。 ビークル速度を調整する手段として機関速度４６２２を制御するのに加えて、ビ ークルサービスブレーキ４６０６を制御することも必要である。このシステムは 図４７に示されており、ビークル１０２の正常停止または低速化を遂行するため に必要である。このシステムは、制動ツノを調整するために手動操作ペダル４７ ０８及びレターダレパー４７１０の両方または何れか一方と並列に、電子制御空 気弁４７１２及び４７１Ｇを使用している。これらの２つの手動入力を作動させ ると、電子制御システムが無効になる。圧力センサ４７０２及びビークル速度セ ンサ４６２４は、制動力を調整するための必要フィードバックを供給する。 つやや高く、１７８°程度である。 ビ・−クルを自律的に操作するためにはビークル舵取りの制御も必要である。こ の機能を遂行するシステムを図４９に示す。このシステムは、ビークル舵取りリ ンケージに取り付けられている流体圧シリンダ４９１４及び４９１６に流れを供 給するように電子的に作動可能なＲｅｘｒｏｔ１１比例流体圧弁４９１２を備え でいる。 システムは、電子制御システムに並列な手動操作可能なハンドメータリングユニ ット、即ちＨＭＵをも備えている。手動システムは、安全のためにもし必要であ れば、零子システムを無効にすることができる。またシステムはＨＭＵ上にスイ ッチ４９２０を設けてあり、手動舵取りハンドル４９１Ｏが中心位置とは異なる ことを検出する。ハンドル４９１０が中心にない場合にはシステムは、システム が手動で（４４０２）操作されつつあるものと見做してビークル１０２の自律制 御を作動不能にする。 ビークル駐車ブレーキの電子制御も付加的な安全機能として含まれている。この システムを図５０に示す。自律制御下で適切に操作させるために、駐車ブレーキ は手動で゛オシ位置に配置される。ビークルがステータスモード（手動４４０２ 、作動可能４４０４、及び自律４４０８）によって進行中は、駐車ブレーキは空 気圧弁５００８を電子的に制御することによって自動的に解放される。このシス ２０　テムは、ブレーキレバー解放弁５０Ｊ６及び非常時ブレーキレバー５０１ ４からなる手動システムと並列である。 問題に遭遇すると、ビークル１０２は自動的に手動制御下に入る。駐車ブレーキ の手動設定は通常は゛オシであるから、これが駐車ブレーキを作動させ、可能な 限り迅速にビークル１０２を停止させる。 ４、舵取り制御 再び図４３を参照する。舵取り制御機能ブロック４３０６は、ビークルの車輪の 舵取り角を制御する責を負っている。舵取り制御機能ブロック４３０６は弁４９ １２へ命令を送って舵取り角を制御し、タイロンビシステム上に取り付けられて いるレゾルバ（図示してない）から情報を受けているので、実際の車輪の角度が どれ程であるかを知っている。 舵取り角は０．５°程度の精度で制御することができ、レゾルバの精度はそれよ 勿論ビークル１０２は、望むならばビークル上に何等の手動舵取りシステムもビ ークル１０２の有効寿命のある時期にレゾルバの調整が狂うかも知れない。 もしこのようなことになれば、ビークルは経路３３１２を正しく追尾することは できなくなる。 しかし、ナビゲータ４０６は、ビークル１０２が所望経路３３１２からどれ程離 れたかを決定するために絶えずビークル＋０２を監視している（ビークル１０２ は常に所望経路３８１２からある程度外れており、システ１１は絶えず修正して いる）。もしビークル１０２が、例えば数メートルのようにある距離以上に所望 経路３３１２から離れれば、ナビゲータ４０６は安全上の予防措置としてビーク ルを停止させる。 舵取り制御システム４３０Ｇ自体も、レゾルバが正確であることを保証するため と、受信した舵取り命令４２０が雑音または他の誤差源によって劣化していなか ったこととを常に検査している。システムの付加的な検査として舵取りシミュレ ーションモデルも実現することができる。 自律舵取りシステム４９００は、手動舵取りシステムと並列に実現するように設 計することができ、また速度制御システムと同様な技法でビークル１０２に後か ら設置することもできる。 図４９に示すように、既存の、または生産手動舵取りシステムは、ハンドメータ リングユニットＩ（Ｍ０４９１８を回転させる手動舵取りハンドル４９１０を有 している。ＨＭυ４９１Ｂは、車輪（図示してない）を回転させる舵取りシリン ダ４９１４．４９１６への流体圧用流体の流れを制御する弁４９１２を制御する 。 ＨＭＵ　４９１８上のスイッチ４９２０は、舵取りハンドル４９１０の位置が中 心から離れたことを、舵取りが手動制御に変化したことの指示と１−で検出する 。キャブに搭乗している操作員は単に舵取りハンドル４９１０を回転させるたけ で自律舵取り制御４４０８を作動不能にすることができる。 自律舵取り制御１４４０８の下では、自律舵取り制御が車輪をどの位置まで回転 させようともキャブ内の手動舵取りハンドル４９１Ｏは中心に位置している。舵 取りハンドル４９１Ｏと車輪自体との間には機械的リンケージは存在しない。 設けずに製造することかできる。ビークルを手動で駆動するためにはテレパネル ５４１０を使用することができ、または例えばある種のテレパネルをビークル１ ０２の側内に装着し、近接した仕事場内で無線リンクを使用することなく制御す ることもできる。このような状況では操作員のために折り畳み式の補助席が設け られよう。 開発された舵取りモデルを説明しておくことは本発明の理解を容易にするであろ う。 ａ、舵取りモデル 舵取りプランナのための基準は、図５．１に示す三輪車舵取りモデルである。 このモデルによればビークルの速度には無関係に所要舵角を計算することができ る。 Φ＝　ｔａｎ−’　ＬＣ経路 このモデルを使用するためには、所望の経路３３１２は、追随すべき経路の曲率 を含んでいなければならない。曲率は曲線のその点における瞬時曲率半径の逆ｆ （ｓ）　ｌ　ｐ　：位置曲線 ｆ’（ｓ）　ｔｐ　曲線才たはヘッドに対する正接ｆ’（ｓン　１ｐ　その点に おける曲率これは、その点における２次経路導関数にも等しい。 図２２−３４を参照する。経路３３１２を追尾中の自律ビークル１０２の応答は 、部分的に、経路３３１２の特性に依存する。具体的には、経路３３１２の曲率 の連続性及び曲率の変化のレート（鋭さ）が特に重要である。何故ならば、ビー クル１０２を所望の経路３３１２上に保つ上で、理想化された舵取り運動がこれ らのパラメタによって支配されるからである。経路が弧及び線のシーケンスとし て指定されている場合には、異なる半径の２つの弧が接続される点において曲率 が不連続になる。曲率の不連続は舵取りハンドルを無限に加速する必要があるか ら、厄介な問題である。非０速度で、このような遷移点を通って走行するビーク ルは、所望経路３３Ｉ２に沿ってオフセット誤差をもたらす。 一般に、そして図３３に示すように、もしポスチュア３３１４が４つのパラメタ 、即ち位置３３２０、ヘッディング３３１８、及び曲率３３１６　（ｘ、ｙ、０ 、Ｃ）として望まれるのであれば、経路３８１２はポスチュア連続であることが 要求される。更に、ビークル１０２を所望経路３３１２上に保持しそうな舵取り 運動の程度は、経路の鋭さの直線性に相関する（何故ならば、経路に沿う線形曲 率とは、経路に沿って運動中の線形舵取り速度を意味するからである）。 若干のスプライン曲線はポスチュア連続性を保証する。しかしながら、これらの スプライン曲線は曲線に沿う曲率の線形勾配を保証しない。クロソイド曲線はそ れらの曲率が曲線に沿う距離と共に線形に変化する“良好な”特性を有している 。（ａ）弧及び直線、または（ｂ）クロソイドセグメントからなる経路が開発さ れている。 曲率に不連続を有する経路はより大きい安定した状態の追尾誤差をもたらす。 これは特に、アクチュエータか低速の場合に生じ易い。 経路表現は、所望経路３３１２を駆動するために必要な舵角３１１２（図３１参 照）を計算するための十分な情報を含んでいな（ブればならない。即ち、少なく とも位置、ヘッディング、曲率及び速度を含んでいなければならない。所望経路 ３３１２上の位置はポスチュア３３Ｉ４として定義されており、本発明ではポス チュアの構造は次のように与えられる。 北　：　所望の北座標 東　：　所望の東座標 ヘッディング：　所望のヘッディング 曲率　：　所望の曲率 速度　・　所望の対地速度 距離　：　源ポスチュアと先行ポスチュアとの間の距離ｄ３位置情報 位置情報３３２２はＶＰＳｌｏｏＯから入手され、例えば７１バイトのデータで ある。所望経路３３１２を追尾するために使用される情報の構造は７１バイトＶ ＰＳ出力の部分集合であり、以下に示すｖＰｓ短定義によって与えられる。 ｅ、ＶＰＳ短定義 時刻　：　ｇｐｓ時刻 北　：　ｗｇｓ８４偏北距離 東　＋　ｗｇｓ８４偏東距離 ヘッディング：　ビークルが運動している羅針盤方向曲率　、　他の変数から計 算される Ｎ速度　：　比速度 Ｅ速度　：　東速度 偏揺れ速度　・　ヘッディングの変化のレートＧ速度　：　対地速度 走行した距離 ｆ、舵取り法 舵取りプランナは所望経路３３１２を追尾するために必要な舵角を計算する。 もしビークル１０２が所望経路３３１２上にあれば、舵角は経路上　Φ舵−ｆ　 （Ｃ＜所望＞）　＝　ｔａｎ−Ｊ、Ｃである。 もしヒークル１０２が所望経路３３１２から外れていれば、舵角は経路外　Φ舵 −ｆ（Ｃ＜所望〉＋Ｃく誤差〉）である。 Ｃく誤差〉を計算するために使用される本発明の方法は、５次法である。５次法 は、所望経路３３１２に戻す滑らかな経路を限定する誤差空間内の５次多項式で ある。多項式の次数は必要データ、即ちＣく誤差〉及び既知の端制約によって限 定される。 誤差空間内の５次多項式 ％式％ 誤差（０）位置＝現所望位置−現実際の位置誤差゛（０）ヘッディング＝現所望 ヘッディング−現実際のヘッディング誤差′（０）曲率＝現所望曲業位置曲率− 現実際の曲率５＝Ｌ（Ｌ＝予見距離）において 誤差（シ）位置＝０ 誤差（Ｌ）ヘッディング＝０ 誤差（Ｌ）曲率＝０ 多項式誤差の係数はし、即ち誤差がＯになる距離の関数である。 誤差（０）　−ａ。 誤差’（０）＝　ａｔ 誤差”（０）−２ａｔ 誤差（Ｌ）　＝　ａａ　＋ａ＋Ｌ＋ａ、ｔＬ”　＋ａ３Ｌ’　＋ａ４Ｌ’　＋ａ ＝Ｌ’誤差’（Ｌ）＝　ａｌ　Ｌ＋２ａｚ　Ｌ＋３ａｚ　Ｌ’　＋４ａ＋　Ｌ’ 　＋５　ａｓＬ”誤差”（Ｌ）＝　２ａｔ＋６ａ３　Ｌ＋１２ａ＋Ｌ”　＋２０ 　ａ５　Ｌ’これら５つの方程式は係数ａ０、ａｌ　、、、　３．５について記 号的に解かれる。次いで各係数は、境界条件のどの合理的集合についても容易に 決定することができる多項式の係数が決定されると、誤差”（Ｓ）をあるピック ド（ｐｉｃｋｅｄ）　ｓについて評価することができる。このピックドＳはｓ＝ ０から所望経路に沿う距離に対応ｊ５、現在次のように定義されている。 ｓくピックド〉二対地速度＊計画間隔 補正項を得るために。 Ｃく誤差〉−誤差”く（ｓビックド）曲率〉新しい舵角を得るために： Φ舵＝　ｔａｎ−’　Ｃ（Ｃ＜所望＞＋Ｃ＜＜誤差〉＠ビックド〉）Ｌ〕この計 算は、現在は０．２５秒である各計画間隔（ｄｔ計画）に遂行される。 ５、モニタ／′補助 図４３を参照する。モニタ／補助機能ブロック４３０８及び４３１ｏは、ビーク ル制御システムの他のブロックが遂行しない若干の雑機能を処理する。例えば機 関４６１６の始動及び停止、警笛の吹鳴、ベッドの昇降、駐車ブレーキオンまた はオフの設定等がその機能である。 またモニタブロック４３１Ｏは、バス４３１４上の他の機能ブロックが送受する 命令を検査して、それらが有効か否かを調べる。もし誤差が検出されれば、モニ タブロック４３１０はそれを遮断回路ブロック４３１２へ通知し、システムは後 述するように遮断されることになる。 遮断回路４３１２を含む安全システム（図４３及び５２参、照）は、種々の誤差 状態が検出されると駐車ブＬノーキをオンに設定することによってビークル＋０ ２を停止させるように動作する。これによりビークル１０２は、可能な最短距離 で安全停止するようになる。 駐車ブレーキは、通常は“セ・ソドまたは“オン′であるよっに設計され、電子 回路がそれを解放するように動作するから、電子制御システムが故障するとアク チュエータ５００６への電源５２１６が遮断され、弁を作動させる電力が供給さ れなくなるので駐車ブレーキは“セット”と呼ばれるその通常位置へ戻される幾 つかの誤った命令を受信した時、または速度及び舵取りの両方または何れか一方 のンミュレーションモデルとビークルセンサ出力４６２２及び４６２４とが受け 入れ難い許容差を呈した時が、システムを遮断せしめる状態の例である。遮断シ ステム４３１２は他の自律制御サブシステムから独立し、分離したサブシステム である（図４３及び５２参照）。 ｂ、遮断制御 他のビークル制御システム機能ブロックの出力に接続されている安全システム遮 断回路４３１２（図４３）の詳細を図５２に示す。 これはフェールセーフ型の設計である。これはマイクロプロセッサを全く含んで いない。これは全てハードワイヤード離散論理である。 ビークル制御システム４３１２設計の特色は、全ての機能ブロックが直列バス４ ３Ｉ４上の他の機能ブロックの出力内の誤りを検出できることである。従っても しこれらの機能ブロックの１つが、別の機能ブロックが正しく機能していないこ とを検知すれば、それは遮断回路４３１２へ信号を送ってシステムを遮断させる ことができる。 例えば、速度及び舵取りブロックは各々受信した命令（ビークル管理者４３０２ から受信）を調べて、命令が有効であることを確認している。また告げられたこ と、即ち命令が要求していることか実行されているか否かを確認することも所定 の機能である。もし否であれば、これらはシステムを遮断させる。 安全システムは、パニック停止５２０８、ブレーキペダル５２０２及び舵取りハ ンドル５２０６のスイッチを含む無効化用手動スイッチを含んでいる。 ７、バスアーキテクチャ ビークル制御システム機能ユニット４３０２．４３０４．４３０６．４３ｏ８、 及び４３ＩＯを相互接続しているバス４３１４は、データバケント衝突検出計画 を使用するリング構造で実現された直列データ型である。 Ｆ、川かＬ乙哀迭 ｌ、以下は、［゛タスク図」と名付けられた図５３に示すナビゲータ４０６の説 明である。各タスク図を以下に説明する。 ａ、主（エグセクティブ） 図５３の中心は“主”　（エグゼクティブ）５３１６と名付けたタスクである。 このタスク５３１６はタスク間通信を調整し、またナビゲータ４０６のために行 われる高水準決定を遂行する。タスク５３１６が行う主な決定の１つは、システ ム内の他のタスクから受信したメツセージに基づいて、トラッカ５３０６を何時 （非）係合させるかというものである。 ｂ、モニタＶＥＨステータス このタスク５３０８は、“主″タスク５３１６の右上に示されている。これはビ ークルポート５３２６を読み取り、ビークルモード変化及びナビゲータ・ビーク ル通信状態をエグセクティブ待ち行列５３２８を介して“主”５３１６へ報告す る。更にビークル！、　０２のステータスはグローバルメモリ構造５４００　（ 図５４参照）に書き込まれる。 Ｃ，スキャナ 図５３のタスク図の右下角には、障害物検出システム４０４からのデータを“主 ”５３１６へ通信するために設けられたスキャナタスク５３ｎｌＯが示されてい る。 ｄ、コンソール及びコンソールパーザ コンソール５３１２及びコンソールパーザ５３１４は、図５３のタスク図には“ 主”タスク５３１６の真下に示されている。これらのタスクはシステムの開発中 にデバッグ用ツールとして開発されたものである。これらは、端末５３０２から のユーザ入力に従ってナビゲータ４０６状態を表示し、処理する。コンソールパ ーザタスク５３１４は、トラッカパラメタをセットするためにも使用される。 ｅ、指令入手 このタスク５３２０は、図５３のタスク図の左上角に示されている。これは、ホ ストナビゲータインタフェース５３３０の一部である。ホスト処理システム１８ ６からのメツセージはこのタスク５３２０によって受信され、解号される。次い で、メソセージに依存して、メツセージは“主”タスク５３１６か、または別の タスクの何れかへ通信される。次いでこの別のタスクは適切な応答をナビゲータ ４０６からホスト処理システム１８６へ送る。 ｆ、ホストへのメツセージ “主″タスク５３１６の左上に示されているこのタスク５３１８は、ナビゲータ ４０６からのメツセージを定型化し、それらをホスト処理システム１８６へ通こ のタスク５３２２は、図５３のタスク図の左側に示されている。■ＰＳ位置タス ク５３２２はＶＰＳ　Ｉ　ＯＯＯからの（２０Ｈｚ）出力を読み取る。このデー タは正しさく例えば“検査合計”について）を検査し、もし正しければそれをグ ローノくルメモリ構造５４００、位置バッファ（ＶＰＳ位置位置付列）５３２２ 内へ配置する。このタスクは、位置障害が発生するとメツセージを“主“５３１ ６へ送る。 ｈ、　ＶＰＳポスチュア このタスク５３２４は、図５３のタスク図の左下角に示されている。ビークルか 追尾中は、このタスクはボスチュアバッファ（ｖｐｓ−ボスチュアー待ち行列） ５３３４を維持する。このタスク（５３２４）はビークルの位置を監視し、走行 方向における現ビークル位置からほぼ５０ポスチユアを、ボスチュアノく・ソフ ァ（３０００）内に維持する。 ｇ、トラッカ 図５３のタスク図の右上角に示されているこのタスク５３０６は、現位置５３３ ２及びボスチュアバッファ５３３４を読み取る。読み取った情報に基つき、タス ク５３０６は舵取り及び速度修正４２０を計算する。このタスク５３０６はそれ らをビークル！、　０２へ送り、それによってビークルのコースを制御する。 ｊ、ナビゲータ共用（グローバル）メモリナビゲータタスク５３００に関して説 明したように、ナビゲータ４０６は、種々のタスクか読み書きするグローバルメ モリ構造５４００を有しでいる。このメモリ構造５４００を図５４に示す。 図５４では、タスクは、中に特定タスクを書き入れた長円で示されている。メモ リ５４００は図５４の中央部に箱の積み重ねとし、て示されている。非保護メモ リは箱の積み重ね内に単一の箱として示されている。セマフォー保護されたメモ リは積み重ねられた箱内の箱として示されている。 矢印はタスクとメモリとの間のデータ転送方向を指し示している。従って、タス クからメモリー・の書き込みは、そのタスクから当該メモリを指し示す矢印を存 する線で示される。同様に、タスクによるメモリからの読み出しは、メモリから 当該タスクを指し示す矢印を有する線で示される。タスクとメモリとの間に双方 向データ転送が存在する場合には、線の両端に矢印が付けられている。 ｋ　主（エグセクティブ）流れ図 図５５及び５６Ａ−５６Ｄはナビゲータ主またはエグゼクティブタスク５３１６ の流れ図である。 先ず図５５を参照する。これは主またはエグゼクティブタスク流の・一般的な構 造を示す図である。以下にナビゲータエグゼクティブタスク５３１６に関連する 幾つかの流れ図を説明する。 図５５はエグゼクティブ流れ図であって５つのブロック、即ち開始ブロックであ るブロック５５０２と、ナビゲータを初期化するブロック５５０４と、未処理エ グゼクティブ決定であるブロック５５０６と、状態に基づく動作であるブロック ５５１０とを示している。 図５５は、ナビゲータ４０６に電力が投入された（′ｌＩｌ源スイッチをオンに した）時に、エグセクティブタスク５３１６がその機能をどのように実行するか を記述している。電力が投入されると、エグゼクティブタスク５３１．６（また はエグゼクティブ）は開始ブロック５５０２から開始され、直ち５５０４に進ん でナビゲータを初期化し、エグゼクティブ５３１６はナビゲータ４０６を既知の 初期状態にする。ついでエグゼクティブは未処理エグセクティブ待ち行列５５０ ６へ進み、複数の原始からそのメツセージ待ち行列５３２日へメツセージが到着 するのを待機する。例えば、典型的なメツセージはホスト処理システム１８６か らの情報に関する問い合わせであり得る。 エグゼクティブ待ち行列５３２８にメツセージを受信すると、エグゼクティブ５ ３１６はエグゼクティブ決定ブロック５５０８へ進む。このブロックではエグゼ クティブ５３１６は既知の技法によって一連のステータスフラグをセットする。 これらのフラグはナビゲータ４０６を既知の状態、具体的にはメツセージ受信済 にする。 ステータスフラグが適切にセットされると、エグゼクティブ５３１６は状態に基 づく動作５５１０へ進み、受信した指令の型に従って必要動作が遂行される。 今度は図５６−５６Ｄを参照する。これらの図は、図５５の一般的構造図に示し た“エグセクティブ決定ブロック５５０８の流れを示す。 エグセクティブタスク５３１６が開始できる種々の応答の詳細を以下に説明する 。エグセクティブ待ち行列５３２８内に予測される既知のメツセージの集合が存 在する。これらのメソセージの詳細を図５６Ａ−５６Ｄに示す。 図５６Ａは、図５６Ａ−５６０の編成図である。図５６Ａ−５６Ｄは、エグゼク ティブ５３１６が種々のメツセージに対して応答するために使用される手順の詳 細を記述している。 図５６Ａを参照して、特定のメツセージに対するエグセクティブ５３１６の動作 を説明する。エグセクティブ待ち行列５３２８へのメツセージを受信すると、プ ログラムはブロック５５０６を去ってブロック５６０２へ進み、エグセクティブ ５３１６はそのメソセージが゛新ルート指令°か否かを決定する。もしそのメソ セージが゛新ルート指令゛であれば、エグセクティブ５３１６は゛新ルート指令 ′に基づく動作ブロック５６０４へ進む。　゛新ルート指令゛　メソセージに特 定の動作か成功裏に完了すると、エグセクティブ５３１６は状態ブロックに基づ く動作５５１０へ進む。この動作か完了すると、エグゼクティブ５３１６は未処 理エグゼクティブ待ち行列ブロック５５０６へ戻り、別のメツセージを待機する 。 もしブロック５６０２内の初期メツセージが゛新ルート指令′でなければ、エグ ゼクティブ５３１６はブロック５６０６へ進んでメツセージが゛速度変更指令′ であるか否かを決定する。 ゛速度変更指令°、　“ＶＥＨ応答゛、　”　ＶＥＩ（無応答゛及び゛ＶＥＨ検 査合計誤り゛のようなメツセージに対する応答は、　゛新ルート指令°に関して 記述した手順と類似手順を辿る。しかしながら、　１１．゛　に基づく動作１０ ５６０４乃至５６２０において遂行される動作は異なる考え得るメツセージごと に異なる。有効メツセージの種々の型、及びその要約記述は以下の通りである。 「新ルート指令」　：ビークルが追随するルート番号をセットせよ。 「速度変更指令」　：ルートの特定部分をビークルが走行するこができる最大可 能な速度を命令せよ。 ｒ　ＶＥＨ応答」　：ビークルは適切に命令に応答しつつあり、ナビゲータステ ータスフラグを「健全」にセットせよ。 ｒ　ＶＥＨ無応答」　、ビークルは命令に応答しておらず、ビークルを停止させ よ。 ｒ　ＶＥＨ検査合計誤り」　：ビークルはデータを正しく送信／受信しておらず 、ビークルを停止させよ。 「テレ」、「手動」、「作動可能」、または「自律」　：ビークルのモードを「 正しい順序で」にセットせよ。 ｒ　ｖｐｓタイムアウトＪ：ＶＰＳはデータを送信しておらず、ビークルを停止 させよ。 ｒ　ｖｐｓ検査合計誤りＪ　：　ＶＰＳは誤転送されたデータを送信しており、 ビークルを停止させよ。 ｒ　ｖｐｓボスチュア作動可能」　：経路ポスチュアの生成作動可能。 ｒ　ｖｐｓ位置作動可能Ｊ：ＶＰＳデータは使用可能。 ｒ　ｖｐｓ位置整列Ｊ：ＶＰＳは初期化中、ビークルを運動させるな。 「ルートの終り」　：ビークルは現ルートの終りに接近しつつあり、到達しだな らばホスト処理システムに通知せよ。 ［走査作動可能Ｊ　・走査システムは経路内の物体の探査作動可能。 「走査無妨害」　：ビークル経路上に物体は検出されず、正常に続行せよ。 「走査障害物」　：ビークル経路上に物体を検出、ビークルを停止させよ。 「トラッカコース外」　・ビークルは所望経路を許容差以内で追随しておらず、 ビークルを停止させよ。 「トラッカルートの終り」　トラッカは経路の終りに到達した、ビークルを停止 させよ。 ｒトラッカ停止」　、追尾タスクがビークルを停止させたことをナビゲータに通 知せよ。 ′テレ゛、　゛手動゛、　゛作動可能゛、及び″自律゛に対する応答は、これら のメツセージが互いに関係付けられていて、特定の順序に基づいて動作しなけれ ばならないからや＼異なっている。これは既に説明済である。これらのメツセー ジのためのプログラム流を図５６Ａ及び５６Ｂに示し、ブロック５６２２−５６ ３０について説明する。 爾後に見込まれるメ、セージに対する応答は、は図５６Ｂ乃至５６Ｄのブロック ５６３２乃至５６７８に示されている。これらの応答はメツセージ′新ルート指 令°　に関して説明したものと類似している。 もし受信したメツセージが予測したメツセージの１つではないか、またはそのメ ゾセージが誤転送されたものであれば、エグゼクティブ５３１６はブロック５６ ８０に導かれ、そこでホスト処理システム１８６は問題を知らされる。次いでエ グゼクティブ５３１６はエグセクティブ待ち行列５５０６へ戻り、待ち行列内の 次のメツセージに応答する。 図５７Ａ乃至５７Ｒは、エグゼクティブ５３１Ｇが特定のメツセージに応答する ために使用する特定手順を示す。例えば、図５７Ａはエグゼクティブ５３１６が ゛新ルート指令゛　メツセージに如何に応答するかの詳細を示す。このメツセー ジかエグセクティブ待ち行列５３２８内に到着すると、エグゼクティブ５３１６ は流れ図ブロック５７０２へ進んでメツセージが何であるか（この場合には“新 ルート指令°）を決定する。もしメツセージが゛新ルート指令゛であれば、エグ セクティブ５３１６は流れ図ブロック５７０５へ進み、メツセージに応答する。 そうでなければ、流れ図ブロック５７０４へ進んでそれが有効（他の考え得るメ ツセージの１つ）であるのか、または無効であるのかを決定する。 メツセージが“新ルート指令゛であることが分かると、エグゼクティブ５３１６ は図５７Ａに示されている処理過程を辿ってそのメツセージに応答する。この処 理過程はブロック５７０６乃至５７１４によって示されている。この手順では（ そして他の指令に対する応答では）、エグゼクティブ５３１６はナビゲータ４０ ６内の異なるタスクの状態を検査し、これらの状態に対して既知の、所定技法で 応答する。 この応答の効果は、一連のステータスフラグをセットすることであり、これによ ってエグセクティブ５３１６が状態に基づく動作５５１０に到達した時にナビゲ ータ４０６内の他のタスクによる爾後の応答が遂行される。ブロック５５１Ｏ内 に実現されている実際の手順を図５８に示す。 他の有効メツセージに対するエグゼクティブ５３１６の応答は、　゛新ルート指 令°において説明した手順に類似している。指令に対する各応答の効果は、先ず フラグの集合を変化させ、それによってナビゲータ４０６の状態に影響を与える ことである。特定のフラグ集合は、特定の指令に依存する。ナビゲータ４０６は 、エグゼクティブ５３１６が「状態に基づく動作」ブロック５５１０まで移動し た時に、これらのフラグの変化に応答する。 図５８Ａ−５８Ｃは、　゛状態に基づく動作“ブロック５５１０の流れを示す。 状態に基づく動作ブロック５５１０を図５８Ａ−５８Ｃに示す。図５８は図５８ Ａ−５８Ｃの相互関係を示し、これらの３つの各図は状態に基づく動作ブロック ５５１０の部分を示す。 エグゼクティブタスク５３１６が特定のエグゼクティブメッセージに応答して適 切なフラグをセットすると、エグセクティブ５３１６は適切なタスクまたはエン ティティに対してメツセージを送るようになる。これらのタスクまたはエンティ ティはエグゼクティブメッセージの結果としてナビゲータ４０６システムに対す る変化を知らされなければならない。 例えば、エグゼクティブタスク５３１６がエグゼクティブ決定５５０８を去ると 先ず状態に基づく動作ブロック５５１０に入り、ビークルが自律モードに対して 作動可能である（例えば、ｖＰＳが作動可能であり、ビークルが適切に通信し、 適切なルートが命令されており、そしてビークルが自律モードで作動可能である ）というようなステータスがセットされているか否かを検査する。ブロック５８ ０２を参照されたい。もしこれらの条件の１またはそれ以上が満足されなければ 、エグゼクティブは別の有効メツセージを待機するように戻る。もしこれらの全 ての条件が満たされれば、エグセクティブ５３１６は、経路生成器５８０４が作 動中であるか否かを検査する。もし作動中であれば、エグセクテイブ５３１６は 自律動作のために必要な他のシステムを開始させる。 もし経路生成システムが作動中ではなければ、エグゼクティブ５３１６タスクは 経路生成器を始動させるためにメツセージ°■ＰＳポスチュア係含゛をＶｐｓポ スチュア待ち行列５３３４へ送る。次いでエグゼクティブタスクは未処理エグセ クティブ待ち行列５５０６へ戻り、ビークル１０２の適切な動作を保証するため に別の指令を待機する。 特表千５−５０３７７５　（５９） 品三三ヨヨ６ １００２へ ＝臣＝目１２Ａ ＝ミ至巨１８ ＝ミ巨目１９ （○）受１丁入Ａ」１艷 （Ｘ）　受す入れ７Ｆ−能 λ江用 （○）受←ｉ）Ｘ、パし１弁邑 （Ｘ）侵すλ匹工熊 目至巨目２５ １１　長平５−５０Ｊ７“ン５　（６６）算　；巨巨目２９ ＝巨二＝３１ １５表千５−５０３７７５　（８７） に競 ＝ミ巨目３４ 〜 ＝巨＝目３５ カビシフ１−フ濠、中約 ：Ｇ＄ｆｉｃｑ引匈は・ｒヒｒ−タアーヤ〒２チマ内）く走義之れヱ）Ｘる全デ ー７走乞夕１？丁ロニとでＪらる。づＬに〆喝七椅′で起−７，シ＼る日ｔｙｅ にＪよ、そ札爪剥制御込ツータか、そノしｐぐ京０可ｌ；イ！！甲ごルマＡ１１ ＦＪロメセ、ｘｐ＜乍ｎハら＋％ら込ｆ乙いる力−−二凸雫六プブ中に示し７ノ うる・このリスト肉Ｃ；便’ｆｌ　’（１１”−／？　Ｌ＼唖Ｅ１鱈トはソスト ○ｙ（す１ブ一巻≧ｊ＋Ｌ？、い゛る。 ・、３２　イＬＷｆ”−ｙ（−ｊｌ（０）Ｊ　ｏ　ｖｐ５−＞ｐ（＝［しＰ５八 ０２−１Ｆ） ４１６　スや↑ブーガータ（丈１１１ｋ（０）Ｊ　Ｏλ〒ｖ針＋ＳＩＯ朝御／ テータ舅腎、　フィトＩしくＤＦＤ回）　データ未九万句３６４１１、ｔｆｆＦ ［鼾〔庁１噌）Ｃｐｘ（２）］　ｏ　ＰＨ−庸に籾ｄ２０　じ−７ｖｅｒｒ’？ 　ＥＶＣ（２）Ｅ　ＣＳＰ−＋ビー７シシ父Ａ　ｌｊＪ”ｌＶ？スフ幣１ｍ）’ （ＴＣ（ｚ）”）　ｏ　７Ｃ＋β−ｕｆｆ／―卿ｌ デーフリ化　フイトレ（ＤＦＤロゴ）　Ｙ−７’眠＆う「６口４１０４　むＴＬ ４（Ｆｔ奮型ｐぷ１ｇ）［０Ｄ（２）１　ｏ　（：Ｃ−？／、ｌ“で１１３６＋ ６　ビーク１し１ｇｌ＋マ即ス了−タス〔ＶＣＧυ］　Ｏｓｐ＋／ｉビｆ−ｐ又 許タズ／３７１４　ｍ讐１【４凸友；漉ｉ−〔ＱＤ（２）コ　ｃ　ｃｃ→ＴＣブ ータフ範　クイ−しくＤＦＤ（ｆＪ）　Ｉｎ／−づ　廃札ガ句 ３７２４　＠ｆ＊倹５＜Ｎ外Ｃｆｍ］　ＣＯＤ＋　スーツず一票（５２＋５６＋ −５７７ ３７２８ｊｆＥＪｊｉ：１１０　ＰＩＦ←ｒＯＤ（２）］　ＣＳＩＯ＋ＥＣ＝ｔ Ｌ−ｆ数譚） ３６１８　ｐ間ステータス〔Ｐ已（２）Ｉ　Ｄ　ｐＭＪすＤζ７ズシクズ／ｓ７ ：ｕ　、％ｌ＋／Ｑスｙ−ｐｚ（ｏｏ（ｚ）ｌ　ｏ　ｓ＋ｏ＋７ｗｙ−ｙスｙ− １ｘ／叫汚枳（ｌ跋） ：！ＡＭ　ＰＭイ別外（、ＰＭ（２）Ｊ　ＣＰＭ　−ｐＥＣＥＣクイ−ｆｉ　コ ニ　＋：　：Ｇ：ｔ’）；　４ａ戊界琺Ｊ止（這酪縁 よ匹つ ｔ、Ｖ長平５−５０３７７５　（７Ｑ）ぶ辺Ω ＝＝コ＝４７ ＝巨＝至４９ ＝巨＝目５゜ ＝至”Ｅ３５７Ｂ ＝三三ミヨ５７Ｇ ）＝ｐ 釘１−ガコ ５′７０１、〔ｉ−；コ ＝巨Ｅ９５７Ｍ ＝＝巨目５７Ｎ ＝巨巨目５８ 皿以込 品＝ミョ５８Ａ ■　■　■ ■α度 ！−杓−！ 統合されたビークル位置　定及び航法システム、装置及び方法自律ビークル（１ ０２，３１０）を位置特定し、航行させるシステム及び方法が、ビークル（１０ ２，３１Ｏ）に位置間の走行を可能にする。ビークル（１０２，３１Ｏ）の第１ 位置推定（１１２）はグローバル位置特定システム（１００Ａ）の衛星（１３２ −１７０，２００−２０６）及び１または複数の擬似衛星（１０５）の両方また は何れか一方から導出される。１または複数の擬似衛星（１０５）は衛星（１３ ２−１７０，２０（１２０６）がビークル（１０２，３１０）の視野内に存在し ない場合に排他的に使用することができる。第２位置推定（１１４）は慣性参照 ユニット（９０４）及びビークル走行距離計（９０２）の両方または何れか一方 から導出される。第１及び第２位置推定が組み合わされ、濾波されて第３位置推 定（１１８）が導出される。ビークル（１０２，３１０）の航行は位置情報（４ １４Ｌ障害物検出及び回避データ（４，１６Ｌ及び搭載ビークルデータ（９０８ ，９１０）を使用してめられる・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．地表上の、または地表付近のビークル（１０２）の地上位置を推定するシス テムであって、 （ａ）地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）から の第１信号（１１０）に基づいてビークル（１０２）の第１位置推定（７１６） を生成するようになっている第１位置特定システム（７００）と、（ｂ）上記ビ ークル（１０２）上に取り付けられている慣性参照装置（９０４）及びビークル 走行距離計（９０２）から入手した第２信号（９０８、９１０）に基づいて上記 ビークル（１０２）の第２位置推定（９０８、９１０）を生成するようになって いる第２位置特定システム（９００）と、（ｃ）上記第１位置推定（７１６）及 び上記第２位置推定（９０８、９１０）から上記ビークル（１０２）の第３位置 推定を計算するようになっている処理システム（１００２、１００４、１０２０ ）とを具備することを特徴とするシステム（１０００）。 ２．上記地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）が 上記第１信号（１１０）を送信するための少なくとも１つの源を有し、上記少な くとも１つの源が、 （ａ）少なくとも４個の軌道周回衛星（１３２−１７０、２００−２０６）を有 するグローバル位置特定システム（１００）、（ｂ）少なくとも１つの擬似衛衛 星（１０５）、（ｃ）少なくとも１個の軌道周回衛星（１３２−１７０、２００ −２０６）及び少なくとも１つの擬似衛星（１０５）を有するグローバル位置特 定システム（１００） の何れか１つからなる請求項１に記載のシステム。 ３．上記衛星（１３２−１７０、２００−２０６）がＮＡＶＳＴＡＲグローバル 位置特定システムの一部である請求項２に記載のシステム。 ４．上記ビークル（１０２）が採鉱用トラック（１０２）からなる請求項１に記 載のシステム。 ５．上記第１位置特定システム（７００）が上記第１信号（１１０）を受信する ために上記地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５） と通信する請求項１に記載のシステム。 ６．上記第２位置特定システム（９００）が、上記慣性参照装置（９０４）及び 上記ビークル走行距離計（９０２）からビークルデータを受信する通信プロセッ サ（９０６）を具備し、上記相互通信プロセッサ（９０６）が上記ビークルデー タを処理し、また上記相互通信プロセッサ（９０６）が上記第２位置推定（９０ ８、９１０）を上記処理システム（１００２、１００４、１０２０）へ送信する 請求項１に記載のシステム。 ７．上記慣性参照装置（９０４）がジャイロスコープを具備する請求項１に記載 のシステム。 ８．上記慣性参照装置（９０４）が加速度計を具備する請求項１に記載のシステ ム。 ９．上記慣性参照装置（９０４）が“ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ”ＨＧ１０５０−ＳＲ ０１からなる請求項１に記載のシステム。 １０．上記ビークル走行距離計（９０２）が“ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ”７Ｔ６ ３３７からなる請求項１に記載のシステム。 １１．上記処理システム（１００２、１００４、１０２０）が上記第１位置特定 システム（７００）と上記第２位置特定システム（９００）とに結合されている 主プロセッサ（１００２）を具備し、上記主プロセッサ（１００２）は上記第１ 位置推定（７１６）と上記第２位置推定（９０８、９１０）とをそれぞれ受信す るようになっており、また上記主プロセッサ（１００２）は上記第１位置推定（ ７１６）と上記第２位置推定（９０８、９１０）とから上記第３位置推定を計算 する請求項１に記載のシステム。 １２．上記第１位置特定システム（７００）がビークル（１０２）付近に位置定 めされた既知の位置に参照受信機（３１６）をも具備し、上記参照受信機（３１ ６）は上記地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５） から上記第１信号（１１０）を受信し、また上記参照受信機（３１６）は空間バ イアスを計算する請求項２に記載のシステム。 １３．上記第１位置特定システム（７００）が、（ａ）上記第１信号（１１０） を受信するためのアンテナ（７０２）と、（ｂ）上記アンテナ（７０２）に結合 され、上記第１信号（１１０）を増幅するための前置増幅器（７０４）と、 （ｃ）上記前置増幅器に結合され、現在観測中の上記源（１０５、１３２−１７ ０、２００−２０６）を追尾し、且つ上記源（１０５、１３２−１７０、２００ −２０６）の実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を測定する第１受信機 （７０６）と、 （ｄ）上記第１受信機（７０６）に結合され、上記第１受信機（７０６）から上 記実際の擬似距離を受信して上記実際の擬似距離及びステータス情報を分配する 相互通信プロセッサ（７０８）と、（ｅ）上記相互通信プロセッサ（７０８）に 結合され、上記実際の擬似距離から上記第１位置推定（７１６）を計算するＧＰ Ｓプロセッサ（７１０）とを具備する請求項２に記載のシステム。 １４．上記第１信号（１１０）が擬似ランダムコードシーケンスによって変調さ れている請求項２に記載のシステム。 １５．上記少なくとも１つの源（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）が 同一搬送波周波数である請求項２に記載のシステム。 １６．上記グローバル位置特定システム（１００）がＮＡＶＳＴＡＲ　ＧＰＳか らなる請求項２に記載のシステム。 １７．上記相互通信プロセッサ（９０６）が“ＭＯＴＯＲＯＬＡ”６８０００マ イクロプロセッサからなる請求項６に記載のシステム。 １８．上記主プロセッサ（１００２）に結合され、上記上記第３位置推定を分配 するプロセッサ手段（１００４、１０２０）をも具備する請求項１１に記載のシ ステム。 １９．上記主プロセッサ（１００２）が、上記慣性参照装置（９０４）からのデ ータを濾波するための第２カルマンフィルタ（１２０２）を含むソフトウエアを 具備する請求項１１に記載のシステム。 ２０．上記空間バイアスが、実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）から推 定擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）と、ベース時計バイアスとを減算するこ とによって計算される原形バイアスを含む請求項１２に記載のシステム。 ２１．上記空間バイアスが、実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）から放 物線モデル上の関連値と、時計バイアスとを減算することによって計算される放 物線バイアスを含み、上記放物線モデルは先行の実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、 Ｒ４、Ｒ６）から時間周期にわたって構築され、上記時計バイアスは上記第１位 置特定システムの回路と、上記地上位置決定システムとの間のクロックレートの 差である請求項１２に記載のシステム。 ２２．上記空間バイアスが、上記参照受信機（３１６）の推定位置と、上記参照 受信機（３１６）の既知位置との間の差を導出することによって計算されるベー ス残留バイアスを含み、上記推定位置は上記源（１３２−１７０、２００−２０ ６、１０５）の星座から導出され、上記星座は上記ビークル（１０２）の上記第 １位置推定（７１６）を導出するために上記ビークル（１０２）の上記第１位置 特定システム（７００）によって使用される請求項１２に記載のシステム。 ２３．上記参照受信機（３１６）が、上記ビークル（１０２）と通信して上記空 間バイアスを上記ビークル（１０２）へ通信する第１送受信機（７１４）をも具 備し、上記第１位置特定システム（７００）が、上記空間バイアスを受信するた めに上記ビークル（１０２）に位置定めされている第２送受信機（７１４）をも 具備する請求項１２に記載のシステム。 ２４．上記相互通信プロセッサ（７０８）に結合され、上記ステータス情報を表 示する第１コンソール（７１２）をも具備する請求項１３に記載のシステム。 ２５．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）が“ＭＯＴＯＲＯＬＡ”６８０２０マイ クロプロセッサである請求項１３に記載のシステム。 ２６．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）がマイクロプロセッサである請求項１３ に記載のシステム。 ２７．上記前置増幅器（７０４）が“ＳＴＥＬ”５３０５からなる請求項１３に 記載のシステム。 ２８．上記少なくとも１つの源の各々に対応する上記実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ ２、Ｒ４、Ｒ６）が、上記第１受信機（７０６）によって並列に計算される請求 項１３に記載のシステム。 ２９．もし上記第１受信機（７０６）によって観測される上記軌道周回衛星（１ ３２−１７０、２００−２０６）が４個よりも少なければ、上記第１受信機（７ ０６）は土記実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を決定しない請求項１ ３に記載のシステム。 ３０．上記第１受信機（７０６）が“ＳＴＥＬ”５３０５からなる請求項１３に 記載のシステム。 ３１．上記相互通信プロセッサ（９０６）がマイクロプロセッサである請求項１ ３に記載のシステム。 ３２．上記相互通信プロセッサ（９０６）が“ＭＯＴＯＲＯＬＡ”６８０００マ イグロプロセッサである請求項１３に記載のシステム。 ３３．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）が上記第１信号（１１０）を濾波するた めの第１カルマンフィルタ（８０２）を具備する請求項１３に記載のシステム。 ３４．（ａ）上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）に結合され、上記第１位置推定の 交換を調製する通信インタフェースプロセッサ（７２０）と、（ｂ）上記通信イ ンタフェースプロセッサ（７２０）に結合され、電磁エネルギ（６１８）によっ て上記第１位置推定（７１６）を分配する送受信機（７１４）と、 （ｃ）上記通信インタフェースプロセッサ（７２０）に結合され、ある時間周期 にわたって上記第１位置推定（７１６）を記録するデータ収集装置（７１８）と をも具備する請求項１３に記載のシステム。 ３５．上記プロセッサ手段（１００４、１０２０）に結合され、ある時間周期に わたって第３位置推定を記憶するデータ収集装置（７１８）をも具備する請求項 １８に記載のシステム。 ３６．上記プロセッサ手段（１００４、１０２０）の現ステータスを表示するた めのコンソール（７２２）をも具備する請求項１８に記載のシステム。 ３７．上記主プロセッサ（１００２）が、上記第１カルマンフィルタ（８０２） の出力に結合されている重み付きコンバイナ（１２０４）をも含むソフトウエア を含む請求項２０に記載のシステム。 ３８．上記第１送受信機（７１４）と上記第２送受信機（７１４）とが、無線周 波数のある搬送波を有する電磁エネルギ（６１８）によって通信する請求項２４ に記載のシステム。 ３９．上記第１カルマンフィルタ（８０２）が、上記ビークル（１０２）の速度 に依存してその受け入れ可能なデータ動揺を変更する請求項２４に記載のシステ ム。 ４０．上記第３位置推定を絶えず計算するようになっている上記処理システム（ １００２、１００４、１０２０）がビークル速度データ（１０１８）を上記第１ 位置特定システム（７００）の上記第１カルマンフィルタ（８０２）へ通信し上 記第１カルマンフィルタ（８０２）は上記ビークル速度データを使用することに よって上記第１位置特定システム（７００）の上記第１位置推定（７１６）の精 度を向上させる請求項３６に記載のシステム。 ４１．上記第１カルマンフィルタ（８０２）が、上記データ動揺のしきい値を離 散した間隔で調製する請求項３９に記載のシステム。 ４２．上記第１カルマンフィルタ（８０２）が、上記受け入れ可能なデータ動揺 のしきい値を連続的に調整する請求項３９に記載のシステム。 ４３．ビークル（１０２）の地上位置を推定するシステムであって、（ａ）地上 位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）から信号を受信 してこれらの信号を転送する第１受信機手段（３１６、７０２、７０４、７０６ ）と、 （ｂ）上記第１受信機手段（３１６、７０２、７０４、７０６）に結合され、上 記信号を処理して上記第１受信機手段（３１６、７０２、７０４、７０６）の第 １推定位置を決定し、且つ空間バイアスを決定する第１プロセッサ手段（７０８ 、７１０）と、 （ｃ）上記第１プロセッサ手段（７０８、７１０）からの上記空間バイアスを通 信する手段（６１８、６２０、６２２、７１４、７２０）と、（ｄ）上記第１受 信機手段（３１６、７０２、７０４、７０６）に比較的近接している上記ビーク ル（１０２）上に位置定めされ、上記空間バイアスと、上記信号とを受信する第 ２受信機手段（６２２、７１４、７２０）と、（ｅ）上記第２受信機手段（６２ ２、７１４、７２０）に結合され、上記空間バイアス及び上記信号を処理して上 記第２受信機手段（６２２、７１４、７２０）の第２推定位置を正確に決定する 第２プロセッサ手段（７０８、７１０）とを具備することを特徴とするシステム 。 ４４．上記地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５） が、少なくとも４個の軌道周回衛星（１３２−１７０、２００−２０６）を有す るグローバル位置特定システム（１００）、少なくとも１つの擬似衛衛星（１０ ５）、少なくとも１個の軌道周回衛星（１３２−１７０、２００−２０６）と少 なくとも１つの上記擬似衛星（１０５）の両方を有する上記両グローバル位置特 定システム（１００）の何れか１つからなる請求項４３に記載のシステム。 ４５．上記第１受信機手段（７０６）がベースステーション（１８８）上に位置 している請求項４３に記載のシステム。 ４６．上記第２受信機手段（６２２）が採鉱用トラック（１０２）上に位置して いる請求項４３に記載のシステム。 ４７．上記通信手段（６１８、６２０、６２２）が無線周波数の搬送波（６１８ ）を使用する請求項４３に記載のシステム。 ４８．上記通信手段（６１８、６２０、６２２）が赤外周波数の搬送波（６１８ ）を使用する請求項４３に記載のシステム。 ４９．上記通信手段（６１８、６２０、６２２）が上記地上位置決定システム（ １３２−１７０、２００−２０６、１０５）のトランスポンダと共に動作して上 記信号を受信する請求項４３に記載のシステム。 ５０．上記空間バイアスが、上記信号信号から導出された上記第１推定位置と、 上記第１受信機手段（３１６、７０２、７０４、７０６）の上記既知の位置との 間の差から計算される請求項４３に記載のシステム。 ５１．上記第１及び第２受信機手段（３１６、６２２、７０２、７０４、７０６ ）が、 （１）上記信号を受信するためのアンテナ（７０２）と、（２）上記アンテナ（ ７０２）に結合され、上記信号（１１０）を増幅するための前置増幅器（７０４ ）と、 （３）上記前置増幅器に（７０４）に結合されている受信機（７０６）とを具備 する請求項４３に記載のシステム。 ５２．上記第１及び第２プロセッサ手段（７０８、７１０）が、（１）上記第１ 及び第２受信機手段（３１６、６２２、７０２、７０４、７０６）に結合されて いる相互通信プロセッサ（７０８）と、（２）上記相互通信プロセッサ（７０８ ）に結合されているＧＰＳプロセッサ（７１０）と、 （３）上記相互通信プロセッサ（７０８）に結合されている第１コンソール（７ １２）と、 （４）上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）に結合されている第２コンソール（７２ ２）と、 （５）上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）に結合されている通信インタフェースプ ロフェッサ（７２０）と、 （６）上記通信インタフェースプロフェッサ（７２０）に結合されている送受信 機（７１４）と、 （７）上記通信インタフェースプロフェッサ（７２０）に結合されているデータ 収集装置（７１８）と を具備する請求項４３に記載のシステム。 ５３．第１位置特定システム（７００）からの第１信号（１１０）及び第２位置 特定システム（９００）からの第２信号を処理するシステム（１０００）であっ て、上記システムが、第１位置特定システム（７００）からのビークル（１０２ ）の第１位置推定（７１６）と、第２位置特定システム（９００）からの上記ビ ークル（１０２）の第２位置推定（９０８、９１０）とを受信して上記第１位置 推定（７１６）と上記第２位置推定（９０８、９１０）とから第３位置推定を計 算する主プロセッサ（１００２）を具備することを特徴とするシステム（１００ ０）。 ５４．上記主プロセッサ（１００２）に結合され、上記第３位置推定を分配する プロセッサ手段（１００４、１０２０）をも具備する請求項５３に記載のシステ ム。 ５５．上記第１位置特定システム（７００）が上記第１信号を送信する少なくと も１つの源を有する地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、 １０５）を具備し、上記少なくとも１つの源が、少なくとも４個の軌道周回衛星 （１３２−１７０、２００−２０６）を有するグローバル位置特定システム（１ ００）、少なくとも１つの擬似衛衛星（１０５）、少なくとも１個の軌道周回衛 星（１３２−１７０、２００−２０６）と少なくとも１つの上記擬似衛星（１０ ５）の両方を有する上記両グローバル位置特定システム（１００）の何れか１つ からなる請求項５３に記載のシステム。 ５６．上記第２位置特定システム（９００）が、上記ビークル（１０２）上に取 り付けられている慣性参照装置（９０４）、ビークル走行距離計（９０２）、及 び上記慣性参照装置（９０４）及びビークル走行距離計（９０２）の両方の何れ か１つからなる請求項５３に記載のシステム。 ５７．上記主プロセッサ（１００４）が、カルマンフィルタ（１２０２）及び重 み付きコンパイナ（１２０４）を具備するソフトウエアを含む請求項５３に記載 のシステム。 ５８．上記主プロセッサ（１００４）が、ビークル速度データ１０１８）を上記 第１位置特定システム（７００）へ送信する請求項５３に記載のシステム。 ５９．上記通信インタフェースプロセッサ（１０２０）がビークルナビゲータ（ １０２２）に結合されている請求項５４に記載のシステム。 ６０．上記プロセッサ手段（１００４、１０２０）に結合されているデータ収集 器（１０１４）をも具備する請求項５４に記載のシステム。 ６１．上記プロセッサ（１００４、１０２０）に結合されているコンソール（１ ０１２）をも具備する請求項５４に記載のシステム。 ６２．上記慣性参照装置（９０４）が、ジャイロスコープ、加速度計、及びジャ イロスコープと加速度計の両方の何れか１つをも具備する請求項５６に記載のシ ステム。 ６３．地上位置の正確な推定を達成するために、グローバル位置特定システム（ １００）の観測可能な衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の集合内のどの 衛星（１３２−１７０、２００−２０６）をサンプルするかを決定するシステム であって、 （ａ）地上位置に対する観測可能な衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の 相対位置を予測し、また上記地上位置と通信する第１手段（７０６、７１０）と 、 （ｂ）上記第１手段に応答し、上記衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の 最良星座を選択する第２手段（７１０）と、（ｃ）上記第１手段と上記第２手段 とに応答し、上記最良星座からの信号だけを認識する第３手段（７１０）と を具備することを特徴とするシステム。 ６４．上記第１手段（７０６、７１０）が暦データを具備する請求項６３に記載 のシステム。 ６５．上記第２手段（７１０）が、上記地上位置に対する上記衛星（１３２−１ ７０、２００−２０６）のジオメトリに基づいて最良星座を選択する請求項６３ に記載のシステム。 ６６．グローバル位置特定システム（１００）から導出された擬似距離（Ｒ０、 Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づいて地上位置推定の精度を改善するために放物線モデ ルを使用するシステムであって、 （ａ）参照アンテナと上記参照アンテナの視野内の衛星（１３２−１７０、２０ ０−２０６）との間の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）をある時間周期にわ たって時間的に連続して決定する第１手段（７１０）と、（ｂ）上記第１手段に 応答し、上記擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づいて上記各衛星（１３ ２−１７０、２００−２０６）毎に放物線モデルを作成する第２手段（７１０） と、 （ｃ）上記第１手段と上記第２手段とに応答し、上記放物線最良適合モデルから 補外した上記擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）と上記時間周期後に導出した 将来擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）との間の空間バイアスを計算する第３ 手段（７１０）と を具備することを特徴とするシステム。 ６７．上記放物線モデルは、統計Ｒ自乗値が０．９８かまたはそれより大きいこ とに基づいて上記第２手段（７１０）によって上記擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４ 、Ｒ６）から作成される請求項６６に記載のシステム。 ６８．グローバル位置特定システム（１００）から導出された擬似距離（Ｒ０、 Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づいて地上位置推定の精度を改善するシステムであって 、 （ａ）既知の位置にある参照アンテナ（３１６）の視野内の衛星（１３２−１７ ０、２００−２０６）の参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を計 算する第１手段（７０６）と、 （ｂ）上記第１手段（７０６）に応答し、上記参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ ２、Ｒ４、Ｒ６）を使用して上記参照アンテナ（３１６）の推定位置を計算する 第２手段（７１０）と、 （ｃ）上記第２手段（７１０）に応答し、上記惟定位置と上記既知の位置とを比 較して空間バイアスを導出する第３手段（７１０）とを具備することを特徴とす るシステム。 ６９．グローバル位置特定システム（１００）から導出されたユーザ擬似距離（ Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づいて地上位置推定の精度を改善するシステムで あって、 （ａ）既知の位置にある参照アンテナ（３１６）の視野内の衛星（１３２−１７ ０、２００−２０６）の参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を計 算する第１手段（７０６）と、 （ｂ）上記第１手段（７０６）に応答し、ユーザアンテナ（３１２）の視野内の 衛星（１３２−１７０、２００−２０６）のユーザ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４ 、Ｒ６）を計算する第２手段（７１０）と、（ｃ）上記第２手段（７１０）に応 答し、上記参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を使用して上記参 照アンテナ（３１６）の推定位置を計算する第３手段（７１０）と、 （ｄ）上記第３手段（７１０）に応答し、上記推定位置と上記既知の位置とを比 較する第４手段（７１０）と、 （ｅ）上記第４手段（７１０）に応答し、空間バイアスを上記ユーザアンテナ（ ３１２）へ送信する第５手段（７１４、７２０）と、（ｆ）上記第５手段（７１ ４、７２０）に応答し、上記空間バイアスを使用して上記将来ユーザ擬似距離（ Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を変更する第６手段（７１０）と を具備することを特徴とするシステム。 ７０．地上参照点に対する軌道周回衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の 相対位置を推定するシステムであって、（ａ）衛星の位置を推定するデータと時 刻とを入手する第１手段（７１０）と、 （ｂ）上記第１手段（７１０）に応答し、上記参照点の緯度及び経度を決定する 第２手段（７１０）と、 （ｃ）上記第２手段（７１０）に応答し、上記データと時刻とに基づいて暦デー タから上記衛星の直交座標を入手する第３手段（７１０）と、（ｄ）上記第３手 段（７１０）に応答し、上記直交座標から上記参照点に対する上記衛星の緯度、 経度、仰角、及び方位を計算する第４手段（７１０）とを具備することを特徴と するシステム。 ７１．地上参照点に対する軌道周回衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の 相対位置を推定するシステムであって、（ａ）衛星の位置を推定するデータと時 刻とを入手する第１手段（７１０）と、 （ｂ）上記第１手段（７１０）に応答し、上記参照点の緯度及び経度を決定する 第２手段（７１０）と、 （ｃ）上記第２手段（７１０）に応答し、上記データと時刻とに基づいて暦デー タから上記衛星の准定位置を入手する第３手段（７１０）と、（ｄ）上記第３手 段（７１０）に応答し、上記推定位置から上記参照点に対する上記衛星の緯度、 経度、仰角、及び方位を計算する第４手段（７１０）とを具備することを特徴と するシステム。 ７２．ビークル位置特定システム（１０００）から導出した擬似距離（Ｒ０、Ｒ ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づき、先行位置推定を斟酌することによって位置推定の精 度を改善するシステムであって、 （ａ）第１位置推定（７１６）を導出する第１手段（７００、９００）と、（ｂ ）上記第１手段（７００、９００）に応答し、上記第１位置推定（７１６）を最 良適合アルゴリズムに組み入れる第２手段（７００、９００）と、（ｄ）上記第 ２手段（７００、９００）に応答し、上記最良適合アルゴリズムから第２位置推 定（９０８、９１０）を補外する第３手段（７００、９００）と、 （ｅ）上記第３手段（７００、９００）に応答し、もし上記第２位置推定（９０ ８、９１０）がより正確であれば、上記第１手段（７００、９００）によって導 出される特定の第１位置推定（７１６）を上記第２位置推定（９０８、９１０） によって置換する第４手段（７００、９００）とを具備することを特徴とするシ ステム。 ７３．グローバル位置特定システム（１００）の軌道周回衛星（１３２−１７０ 、２００−２０６）から改悪された天体層データを検出するシステムであって（ ａ）参照アンテナと交信する上記衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の第 １位置を暦データを使用して計算する第１手段（７００、７１０）と、（ｂ）上 記衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の第２位置を天体層を使用して計算 する第２手段（７００、７１０）と、（ｃ）上記第１及び第２手段（７００、７ １０）に応答し、上記第１位置と上記第２位置の差を予め選択されたしきい値に 対して比較する第３手段（７００、７１０）と、 （ｄ）上記第３手段（７００、７１０）に応答し、もし上記差が上記予め選択さ れたしきい値よりも大きければ上記暦データを採用し、そうでなければ上記天体 層データを採用する第４手段（７００、７１０）とを具備することを特徴とする システム。 ７４．（ｅ）上記第４手段（７００、７１０）に応答し、段階（ｄ）において採 用された上記天体層または暦データから上記参照アンテナの参照アンテナ位置を 導出する第５手段（７００、７１０）と、（ｆ）上記第５手段（７００、７１０ ）に応答し、上記参照アンテナ位置と上記参照アンテナの既知の位置とを比較し て空間バイアス及びクロックタイム差を導出する第６手段（７００、７１０）と をも具備する請求項７３に記載のシステム。 ７５．上記第５手段（７００、７１０）に応答し、上記空間バイアス及びクロッ クタイム差を付近のビークル送る第７手段（７１４、７２０）とをも具備する請 求項７４に記載のシステム。 ７６．信号源（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）を有する地上位置決 定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）からの信号を処理する システムであって、 （ａ）信号を受信し、増幅する第１手段（７０２、７０４）と、（ｂ）現在観測 されている上記信号源（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）の数と、上 記源（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ ４、Ｒ６）とを含む上記信号からのデータを決定する第２手段（７０６）と、 （ｃ）上記第２手段（７０６）に応答し、上記データを受信して上記データから 上記第１手段（７０２、７０４）の地上位置推定を計算する第３手段（７０８、 ７１０）と を具備することを特徴とするシステム（７００）。 ７７．信号源（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）を有する地上位置決 定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）からの信号を処理する システムであって、 （ａ）上記信号を受信するためのアンテナ（７０２）と、（ｂ）上記アンテナ（ ７０２）に結合され、上記信号を増幅するための前置増幅器（７０４）と、 （ｃ）上記前置増幅器（７０４）に結合され、現在観測中の上記信号源（１３２ −１７０、２００−２０６、１０５）と、上記源（１３２−１７０、２００−２ ０６、１０５）の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）とを含むデータを決定す る受信機（７０６）と、 （ｄ）上記受信機（７０６）に結合され、上記受信機（７０６）から上記データ を受信し、ステータス情報を決定し、そして上記データ及び上記ステータス情報 を分配する相互通信プロセッサ（７０８）と、（ｅ）上記相互通信プロセッサ（ ７０８）に結合され、上記データから上記アンテナ（７０２）の位置推定を計算 する６ＰＳプロセッサ（７１０）とを具備することを特徴とするシステム（７０ ０）。 ７８．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）が、（ａ）カルマンフィルタ機能（８０ ２）と、（ｂ）通信管理者機能（８０８）と、 （ｃ）ＩＣＣ機能（８１２）と、 （ｄ）ＧＰＳ生で−た出力機能（８１４）と、（ｅ）無線リンクデータデニコー ダ機能（８１０）と、（ｆ）コンソール機能（８１６）と、 （ｇ）ＶＰＳ通信機能（８１８）と を実現するソフトウエアを具備する請求項７７に記載のシステム（７００）。 ７９．上記相互通信プロセッサに結合されているコンソール（７１２）をも具備 する請求項７７に記載のシステム（７００）。 ８０．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）に結合されているコンソール（７２２） をも具備する請求項７７に記載のシステム（７００）。 ８１．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）に結合されている通信インタフェースプ ロセッサ（７２０）をも具備する請求項７７に記載のシステム（７００）。 ８２．上記通信インタフェースプロセッサ（７２０）に結合されている送受信機 （７１４）をも具備する請求項８１に記載のシステム（７００）。 ８３．上記通信インタフェースプロセッサ（７２０）に結合されているデータ収 集装置（７１８）をも具備する請求項８１に記載のシステム（７００）。 ８４．ビークル（１０２）の位置推定の精度を向上させるためにデータを処理す るシステムであって、 （ａ）第１位置システム（７００）からの第１データを受信してビークルの第１ 位置推定（７１６）を出力し、また上記第１位置推定（７１６）の精度を向上さ せるために上記ビークルのビークル速度（１０１８）に拠るようになっている第 １カルマンフィルタ（８０２）と、（ｂ）第２位置システム（９００）からの第 ２データ（９１０）を受信してビークルの第２位置推定を出力する第２カルマン フィルタ（１２０２）と、（ｃ）上記濾波された第１データ（７１６）及び上記 濾波された第２データ（９１０）を受信し、上記ビークル（１０２）の上記ビー クル速度１０１８）を上記第１カルマンフィルタ機能（８０２）へ出力する重み 付きコンバイナ（１２０４）と を具備することを特徴とするシステム。 ８５．上記第１カルマンフィルタ機能（８０２）の適応が、離散した時間間隔で 発生する請求項８４に記載のシステム。 ８６．上記第１カルマンフィルタ機能（８０２）の適応が、連続的に発生する請 求項８４に記載のシステム。 ８７．第１位置特定システム（７００）が地上位置決定システム（１３２−１７ ０、２００−２０６、１０５）から受信した信号に基づいてビークル（１０２） の第１位置推定（７１６）を決定し、第２位置特定システム（９００）がビーク ル（１０２）上に取り付けられた慣性参照装置（９０４）及びビークル走行距離 計（９０２）に基づいて第２位置推定（９０８、９１０）を決定し、上記第１位 置特定システム（７００）及び上記第２位置特定システム（９００）に結合され ている処理システム（１００２、１００４、１０２０）が上記第１及び第２位置 推定（９０８、９１０）に基づいてより正確な第３位置推定を導出するようにな っているビークル（１０２）の地上位置を推定する方法であって、（１）地上位 置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）からの第１信号に 基づいてビークル（１０２）の第１位置推定（７１６）を決定する段階と、 （２）ビークル（１０２）上に取り付けられた慣性参照装置（９０４）及びビー クル走行距離計（９０２）から入手した第２信号に基づいてビークル（１０２） の第２位置推定（９０８、９１０）を決定する段階と、（３）上記第１位置推定 （７１６）及び第２位置推定（９０８、９１０）を処理してより正確な第３位置 推定を導出する段階とを具備することを特徴とする方法。 ８８．上記第３位置推定をビークルナビゲータ（１０２２）へ転送する段階をも 具備する請求項８７に記載の方法。 ８９．地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）の空 間バイアスを決定するために参照位置を使用し、この地上位置決定システム（１ ３２−１７０、２００−２０６、１０５）を使用してビークル（１０２）の位置 を推定する方法であって、 （１）地上位置決定システム（１３２−１７０、２００−２０６、１０５）から 送信される信号を参照位置において受信する段階と、（２）上記信号を処理して 空間バイアスを決定する段階と、（３）上記空間バイアスを上記参照位置からビ ークル位置へ通信する段階と、（４）上記空間バイアスを上記ビークル位置にお いて処理して上記ビークル位置の推定を正確に決定する段階と を具備することを特徴とする方法。 ９０．地上位置の正確な推定を達成するために、グローバル位置特定システム（ １００）の衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の星座内のどの衛星（１３ ２−１７０、２００−２０６）をサンプルするかを決定する方法であって、（１ ）層内のデータに基づいて地上位置に対する上記衛星（１３２−１７０、２００ −２０６）の相対位置を予測する段階（１３０４、１３０６）と、（２）上記地 上位置に対する上記衛星（１３２−１７０、２００−２０６）のジオメトリに基 づいて上記衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の最良星座を選択する段階 （１３１２）と、 （３）上記最良星座からの信号だけを認識する（１３１４）段階）とを具備する ことを特徴とする方法（１３００）。 ９１．グローバル位置特定システム（１００）の衛星から導出された実際の擬似 距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づいて地上位置推定の精度を改善するため に放物線モデルを使用する方法であって、（１）参照アンテナの視野内の衛星（ １３２−１７０、２００−２０６）の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を、 予め選択された統計Ｒ２値と共に上記実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６ ）に基づいて放物線モデルが作成可能になる時点まで計算する段階と、 （２）上記放物線モデルから将来時点における上記衛星（１３２−１７０、２０ ０−２０６）の推定擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を補外する段階と、（ ３）上記実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）と上記推定擬似距離（Ｒ０ 、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）との間の空間バイアスを計算する段階と、（４）上記空間 バイアスを使用して地上位置推定の精度を向上させる段階とを具備することを特 徴とする方法（１６００）。 ９２．グローバル位置特定システム（１００）の衛星（１３２−１７０、２００ −２０６）から導出された擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づいて地上 位置推定の精度を改善する方法であって、（１）参照アンテナ（３１６）の既知 の位置を入手する段階（１７０６）と、（２）上記参照アンテナ（３１２）の視 野内の衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の参照アンテナ擬似距離（Ｒ０ 、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を計算する段階（１７０６）と、 （３）上記参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を使用して上記参 照アンテナ（３１６）の推定位置を計算する段階（１７０８）と、（４）上記推 定位置と上記既知の位置とを比較して空間バイアスを率出する段階（１７１０） と、 （５）上記空間バイアスを使用して地上位置推定の精度を向上させる段階（１７ １２）と を具備することを特徴とする方法（１７００）。 ９３．グローバル位置特定システム（１００）の衛星（１３２−１７０、２０９ −２０６）から導出された擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）に基づいてユー ザアンテナ（３１２）の地上位置推定の精度を改善する方法であって、（１）参 照アンテナ（３１２）の既知の位置を入手する段階（１７０４）と、（２）上記 参照アンテナ（３１６）と交信中の衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の 参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を計算する段階（１７０６） と、 （３）上記ユーザアンテナ（３１２）と交信中の衛星（１３２−１７０、２００ −２０６）の現ユーザ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を計算する段階と、 （４）上記参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を使用して上記参 照アンテナ（３１６）の准定位置を計算する段階（１７０８）と、（５）上記推 定位置と上記既知の位置とを比較してベース残留バイアスを導出する段階と、 （６）上記ベース残留バイアスを上記ユーザアンテナ（３１２）へ送信する段階 と、 （７）上記ベース残留バイアスを使用して上記将来ユーザ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２ 、Ｒ４、Ｒ６）を計算する段階と を具備するごとを特徴とする方法（１７００）。 ９４．地上参照点に対する軌道周回衛星（１３２−１７０、２００−２０６）の 相対位置を推定する方法であって、 （１）衛星の位置を推定するデータと時刻とを入手する段階（１８０４）と、（ ２）上記データ及び上記時刻に基づき、暦データ（７０６）から参照点の視野内 の衛星の推定擬似距離を計算する段階（１８０８）と、（３）上記擬似距離から 上記参照点の絶対位置を決定する段階（１８０６）と、 （４）上記参照点の絶対位置、上記日付、及び上記時刻から上記参照点に対ずる 上記衛星の位置を計算する段階（１８１２）とを具備することを特徴とする方法 （１８００）。 ９５．最良適合アルゴリズムを介して先行位置推定を斟酌することによってビー クル位置特定システム（１０００）に基づいてビークル（１０２）の位置推定の 精度を改善する方法であって、 （１）ビークル位置特定システム（１０００）を使用して位置を計算する段階（ １９０４）と、 （２）上記位置を最良適合アルゴリズムに組み入れる段階（１９０６）と、（３ ）上記最良適合アルゴリズムの統計Ｒ２値が予め選択されたしきい値より大きい かまたは等しくなるまで上記段階（１）及び（２）を繰り返す段階（１９０８） と、 （４）上記最良適合アルゴリズムから推定爾後位置を補外する段階（１９１６） と、 （５）上記ビークル位置特定システム（１０００）によって計算された爾後位置 を、上記最良適合アルゴリズムから補外された推定爾後位置で置換する段階（１ ９１６）と を具備することを特徴とする方法（１９００）。 ９６．最良適合アルゴリズムを介して先行位置推定を斟酌することによってビー クル位置特定システム（１０００）に基づいてビークル（１０２）の位置推定の 精度を改善する方法であって、 （１）ビークル位置特定システム（１０００）を使用して位置を計算する段階（ １９０４）と、 （２）上記位置を最良適合アルゴリズムに組み入れる段階（１９０６）と、（３ ）上記最良適合アルゴリズムから推定爾後位置を補外する段階（１９１６）と、 （４）上記ビークル位置特定システム（１０００）によって計算された爾後位置 を、上記最良適合アルゴリズムから補外された推定爾後位置によって置換する段 階（１９１６）と を具備することを特徴とする方法（１９００）。 ９７．上記推定爾後位置をビークルナビゲータ（４３２、１０２２）へ出力する 段階（１９１２）をも具備する請求項９６に記載の方法。 ９８．グローバル位置特定システム（１００）の軌道周回衛星（１３２−１７０ 、２００−２０６）から汚された天体層データを検出する方法であって、（１） 古い暦データ、現データ、及び現時刻を使用して、参照アンテナの視野内の衛星 （１３２−１７０、２００−２０６）の第１推定擬似距離を予測する段階（２１ ０４）と、 （２）現天体層データ、現データ、及び現時刻を使用して、上記衛星（１３２− １７０、２００−２０６）の第２推定擬似距離を計算する段階（２１０４）と、 （３）上記第１推定擬似距離と上記第２推定擬似距離の差を予め選択されたしき い値に対して比較する段階（２１０６）と、（４）もし上記差が上記予め選択さ れたしきい値よりも大きければ上記古い暦データを採用し（２１０８）、そうで なければ上記天体層データを採用し（２１１０）て将来擬似距離を決定する段階 とを具備することを特徴とする方法（２１００）。 ９９．第１位置特定システム（７００）を第１カルマンフィルタに結合し、第２ 位置特定システム（９００）を第２カルマンフィルタ（１２０２）に結合し、そ して第１及び第２カルマンフィルタ（８０２、１２０２）を重み付きコンパイナ （１２０４）に結合してビークル（１０２）の位置推定の精度を向上させるよう にしたデータ処理方法であって、 （１）第２位置特定システム（９００）からの第２データ（９１０）を第２カル マンフィルタ（１２０２）へ送信する段階と、（２）上記第２カルマンフィルタ （１２０２）から第２位置推定を重み付きコンパイナ（１２０４）へ出力する段 階と、（３）上記重み付きコンパイナ（１２０４）から上記ビークル（１０２） のビークル速度（１０１８）を第１カルマンフィルタ（８０２）へ出力する段階 と、（４）上記ビークル速度（１０１８）に拠って上記第１カルマンフィルタ（ ８０２）を適合させ、上記第１カルマンフィルタ（８０２）から出力される第１ 位置推定（７１６）の精度を向上させる段階とを具備することを特徴とする方法 。 １００．段階（３）が、重み付きデータ（１２０６）を上記第２カルマンフィル タ（１２０２）へ出力して上記第２位置推定の精度を向上させる段階をも具備す る請求項９９に記載の方法。 １０１．段階（３）が、重み付きデータ（１２０６）をビークルナビゲータ（４ ０６、１０２２）へ出力する段階をも具備する請求項９９に記載の方法。 １０２．段階（３）が、重み付きデータ（１２０６）をデータ収集器（１０１４ ）へ出力する段階をも具備する請求項９９に記載の方法。 １０３．段階（３）が、重み付きデータ（１２０６）をコンソール（１０１２） へ出力する段階をも具備する請求項９９に記載の方法。 １０４．ビークルの位置推定を計算する方法であって、（１）参照点として働く ベースステーションからビークルヘ、地上位置決定システムの各源毎のベース実 際の擬似距離、ベース推定擬似距離、ベース時計バイアス、及びベース空間バイ アスと、ベース既知位置とを転送する段階と、（２）上記ベース空間バイアスを 使用してビークル空間バイアスをオフセットさせる段階と、 （３）上記データを使用して第１位置推定及びベース推定位置を計算する段階と 、 （４）上記第１位置推定から上記ベース推定位置を減算して上記ベースステーシ ョンに対する上記ビークルの相対位置ＨＢＥを導出する段階と、（５）上記第１ 位置推定から上記ベース既知位置を減算して上記ベースステーションに対する上 記ビークルの相対位置ＨＢＡを導出する段階と、（６）ＨＢＡとＨＢＥとの差か らオフセットを導出する段階と、（７）上記オフセットを予め選択されたしきい 値と比較する段階と、（８）もし上記オフセットが上記予め選択されたしきい値 よりも小さければ第１位置推定をビークルに使用させる段階と、（９）もし上記 オフセットが上記予め選択されたしきい値よりも小さくなければ、上記オフセッ トが上記予め選択されたしきい値よりも小さくなるまで段階（４）乃至（８）を 繰り返し反復させる段階とを具備することを特徴とする方法。 １０５．空間バイアス技術を実現する方法であって、（１）空間バイアス技術を 使用してビークルの位置推定を計算する段階と、（２）もし上記ビークルが急激 な非線形経路に接近していれば、上記空間バイアス技術の使用を中止する段階と 、 （３）上記ビークルが比較的線形の経路に接近するまで空間バイアスを使用せず に上記位置推定を計算する段階と を具備することを特徴とする方法。 １０６．ビークルを所定の経路に沿って自律的に航行させるためのコンピュータ をベースとするシステムであって、 （１）（ａ）地上位置決定システム（２００−２０６、６２４）からの第１信号 （１１０）に基づいて上記ビークル（３１０）の第１位置推定（７１６）を供給 するようになっている第１位置特定システム（７００）と、（ｂ）上記ビークル （３１０）上に取り付けられている慣性参照ユニット（９０４）及びビークル走 行距離計（９０２）から入手した第２信号（９０８、９１０）に基づいて上記ビ ークル（３１０）の第２位置推定（９０８、９１０）を供給するようになってい る第２位置特定システム（９００）と、（ｃ）上記第１位置推定（７１６）及び 上記第２位置推定（９０８、９１０）から上記ビークル（３１０）の第３位置推 定を計算するようになっている処理システム（１００２、１００４、１０２０） とを備えた上記ビークル（３１０）の位置を決定する第１手段（１０００）と、 （２）上記ビークル（３１０）に上記所定の経路を追随せしめる第２手段（５３ ０６）と、 （３）上記所定の経路を追随中の上記ビークル（３１０）に障害物を検出し、回 避せしめる第３手段（４１５０）とを具備することを特徴とするシステム。 １０７．上記地上位置決定システム（２００−２０６、６２４）が上記第１信号 （１１０）を送信する少なくとも１つの源を有し、上記少なくとも１つの源が、 １またはそれ以上の擬似衛星（６２４）、少なくとも１つの軌道周回衛星（２０ ０−２０６）を有するグローバル位置特定システム（２００−２０６）、及び上 記グローバル位置特定システム（２００−２０６）と上記１またはそれ以上の擬 似衛星（６２４）の両方の何れか１つからなる請求項１０６に記載のシステム。 １０８．上記ビークル（３１０）が採鉱用トラック（３１０）からなる請求項１ ０６に記載のシステム。 １０９．第１位置特定システム（７００）が上記地上位置決定システム（２００ −２０６、６２４）と通信して上記第１信号（１１０）を受信する請求項１０６ に記載のシステム。 １１０．上記第２位置特定システム（９００）が上記慣性参照ユニット（９０４ ）及びビークル走行距離計（９０２）からビークルデータを受信する相互通信プ ロセッサ（９０６）からなり、上記相互通信プロセッサ（９０６）は上記ビーク ルデータを処理し、また上記第２位置推定（９０８、９１０）を上記処理システ ム（１００２、１００４、１０２０）へ送信する請求項１０６に記載のシステム 。 １１１．上記慣性参照ユニット（９０４）がジャイロスコープからなる請求項１ ０６に記載のシステム。 １１２．上記慣性参照ユニット（９０４）が加速度計からなる請求項１０６に記 載のシステム。 １１３．上記処理システム（１００２、１００４、１０２０）が、上記第１位置 特定システム（７００）と上記第２位置特定システム（９００）とに結合され、 上記第１位置推定（７１６）と上記第２位置推定（９０８、９１０）とをそれぞ れ受信するようになっている１／０プロセッサ（１００２）と、土記１／０プロ セッサ（１００２）に結合され、上記第１位置推定（７１６）と上記第２位置推 定（９０８、９１０）とから上記第３位置推定を計算する主プロセッサ（１００ ４）と、 上記主プロセッサ（１００４）に緒合され、上記第３位置推定を分配する通信イ ンタフェースプロセッサ（１０２０）とを具備する請求項１０６に記載のシステ ム。 １１４．上記第１位置特定システム（７００）がビークル（３１０）付近の既知 の位置に位置する参照受信機（３１６）をも具備し、上記参照受信機（３１６） は上記地上位置決定システム（２００−２０６、６２４）から上記第１信号（１ １０）を受信し、差動バイアスを計算する請求項１０７に記載のシステム。 １１５．上記第１位置特定システム（７００）が、（ａ）上記第１信号（１１０ ）を受信するためのアンテナ（７０２）と、（ｂ）上記アンテナ（７０２）に結 合され、上記第１信号（１１０）を増幅するための前置増幅器（７０４）と、 （ｃ）上記前置増幅器に結合され、現在観測中の上記源（２００−２０６、６２ ４）を追尾し、上記鼠（２００−２０６、６２４）の実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ ２、Ｒ４、Ｒ６）を導出する第１受信機（７０６）と、（ｄ）上記第１受信機（ ７０６）に結合され、上記第１受信機（７０６）から上記実際の擬似距離を受信 し、上記実際の擬似距離及びステータス情報を分配する相互通信プロセッサ（７ ０８）と、（ｅ）上記相互通信プロセッサ（７０８）に結合され、上記実際の擬 似距離から上記第１位置推定（７１６）を計算するＧＰＳプロセッサ（７１０） とを具備する請求項１０７に記載のシステム。 １１６．上記第１信号（１１０）が擬似ランダムコードシーケンスによって変調 されている請求項１０７に記載のシステム。 １１７．上記少なくとも１つの源（２００−２０６、６２４）の各々からの上記 第１信号（１１０）が同一搬送波周波数においてである請求項１０７に記載のシ ステム。 １１８．上記グローバル位置特定システム（２００−２０６）がＮＡＶＳＴＡＲ 　ＧＰＳからなる請求項１０７に記載のシステム。 １１９．上記通信インタフェースプロセッサ（１０２０）に結合され、ある時間 周期にわたって第３位置推定を記憶するデータ収集器（７１８）をも具備する請 求項１１３に記載のシステム。 １２０．上記通信インタフェースプロセッサ（１０２０）の源ステータスを表示 するコンソール（７２２）をも具備する請求項１１３に記載のシステム。 １２１．上記主プロセッサ（１００４）が、上記慣性参照ユニット（９０４）か らのデータを濾波する第２カルマンフィルタ（１２０２）を含むソフトウエアを も具備する請求項１１３に記載のシステム。 １２２．上記差動バイアスが、実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）から 推定擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）及びベース時計バイアスを減算するこ とによって計算された原形バイアスからなる請求項１１４に記載のシステム。 １２３．上記差動バイアスが、先行実際の擬似距離からある時間周期にわたって 作成された放物線モデルを使用することによって計算された放物線バイアスから なる請求項１１４に記載のシステム。 １２４．上記差動バイアスが上記参照受信機（３１６）の推定位置と上記参照受 信機（３１６）の上記既知の位置との間の差を導出することによって計算され、 上記准定位置は上記源（２００−２０６、６２４）の星座から導出され、上記星 座は上記ビークル（３１０）の上記第１位置推定（７１６）を導出するために上 記ビークル（３１０）の上記第１位置特定システム（７００）によって使用され る請求項１１４に記載のシステム。 １２５．上記参照受信機（３１６）が上記ビークル（３１０）と通信する第１チ ータ無線機（７１４）をも具備し、上記第１データ無線機（７１４）は上記差動 バイアスを上記ビークル（３１０）へ通信し、また上記第１位置特定システム（ ７００）が上記差動バイアスを受信するために上記ビークル（３１０）に位置定 めされている第２データ無線機（７１４）をも具備する請求項１１４に記載のシ ステム。 １２６．上記相互通信プロセッサ（７０８）に結合され、上記ステータス情報を 表示する第１コンソール（７１２）をも具備する請求項１１５に記載のシステム 。 １２７．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）がマイクロプロセッサてある請求項１ １５に記載のシステム。 １２８．上記少なくとも１つの源の各々に対応する実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２ 、Ｒ４、Ｒ６）が、上記第１受信機（７０６）によって並列に計算される請求項 １１５に記載のシステム。 １２９．上記相互通信プロセッサ（９０６）がマイクロプロセッサである請求項 １１５に記載のシステム。 １３０．上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）が、上記第１信号（１１０）を濾波す る第１カルマンフィルタ（８０２）を具備する請求項１１５に記載のシステム。 １３１．（ａ）上記ＧＰＳプロセッサ（７１０）に結合され、上記第１位置推定 の交換を調整する通信インタフェースプロセッサ（７２０）と、（ｂ）上記通信 インタフェースプロセッサ（７２０）に結合され、電磁エネルギ（６１８）によ って上記第１位置推定（７１６）を分配するデータ無線機（７１４）と、 （ｃ）上記通信インタフェースプロセッサ（７２０）に結合され、ある時間周期 にわたって上記第１位置推定（７１６）を記録するデータ収集装置（７１８）と をも具備する請求項１１５に記載のシステム。 １３２．上記主プロセッサ（１００４）が、上記第２カルマンフィルタ（８０２ ）の出力に結合されている重み付きコンバイナ（１２０４）をも具備するソフト ウエアを含む請求項１２１に記載のシステム。 １３３．上記第１データ無線機（７１４）及び上記第２データ無線機（７１４） が、無線周波数の搬送波を用いた電磁エネルギ（６１８）によって通信する請求 項１２５に記載のシステム。 １３４．上記第１カルマンフィルタ（８０２）が、上記ビークル（３１０）の速 度に依存してその受け入れ可能なデータ動揺を変更する請求項１３０に記載のシ ステム。 １３５．上記第３位置推定を計算するようになっている上記処理システム（１０ ０２、１００４、１０２０）がビークル速度データ（１０１８）を上記第１位置 特定システム（７００）の上記第１カルマンフィルタ（８０２）へ絶えず通信し 、上記第１カルマンフィルタ（８０２）は上記ビークル速度データを使用するこ とにより上記第１位置特定システム（７００）の上記第１位置推定（７１６）の 精度を向上させる請求項１３０に記載のシステム。 １３６．上記第１カルマンフィルタ（８０２）が上記データ動揺のしきい値を離 散した間隔で調整する請求項１３０に記載のシステム。 １３７．上記第１カルマンフィルタ（８０２）が上記データ動揺のしきい値を連 続的に調整する請求項１３０に記載のシステム。 １３８．所定の経路に沿ってビークル（３１０）を自律的に航行させるためのコ ンピュータをベースとする方法であって、（ａ）地上位置決定システム（２００ −２０６、６２４）、慣性参照ユニット（９０４）、及びビークル走行距離計（ ９０２）を使用して上記ビークル（３１０）の位置を決定する段階と、 （ｂ）上記位置に基づいて上記ビークル（３１０）に上記所定の経路を追尾せし める段階（５３０６）と、 （ｃ）上記所定の経路を追尾中の上記ビークル（３１０）に障害物を検出し、回 避せしめる段階（４１５０）と を具備することを特徴とする方法。 １３９．上記段階（ａ）が、 （ａ）上記地上位置決定システム（２００−２０６、６２４）からの第１信号（ １１０）に基づいて上記ビークル（３１０）の第１位置推定（７１６）を導出す る段階と、 （ｂ）上記ビークル（３１０）上に取り付けられている上記慣性参照ユニット（ ９０４）及び上記ビークル走行距離計（９０２）から入手した第２信号（９０８ 、９１０）に基づいて上記ビークル（３１０）の第２位置推定（９０８、９１０ ）を導出する段階と、 （ｃ）上記第１位置推定（７１６）及び上記第２位置推定（９０８、９１０）か ら上記ビークル（３１０）の上記位置を導出する段階とを具備する請求項１３８ に記載の方法。 １４０．上記段階（ａ）が、 （ａ）上記地上位置決定システム（２００−２０６、６２４）からの信号を参照 位置において受信する段階と、 （ｂ）上記信号を上記参照位置において処理して差動バイアスを決定する段階と 、 （ｃ）上記差動バイアスを上記参照位置から上記ビークルへ通信する段階と、（ ｄ）上記差動バイアスを上記ビークルにおいて処理して上記位置を正碑に決定す る段階と を具備する請求項１３８に記載の方法。 １４１．上記段階（ａ）が、 （ａ）上記位置に対する上記地上位置決定システムの衛星（２００−２０６）の 相対位置を層内のデータに基づいて予測する段階（１３０４、１３０６）と、（ ｂ）上記位置に対する上記衛星（２００−２０６〕のジオメトリに基づいて上記 衛星（２００−２０６）の最良星座を選択する段階（１３１２）と、（ｃ）上記 最良星座からの信号だけを認識する段階（１３１４）とを具備する請求項１３８ に記載の方法。 １４２．上記段階（ａ）が、 （１）先行第１位置推定を最良適合アルゴリズム内へ組み入れる段階（１９０６ ）と、 （２）上記最良適合アルゴリズムの統計Ｒ自乗値が予め選択された０．９８より も大きいかまたは等しくなるまで上記最良適合アルゴリズムを監視する段階（１ ９０８）と、 （３）上記最良適合アルゴリズムから上記第１位置推定を補外する段階（１９１ ６）と を具備する請求項１３９に記載の方法。 １４３．上記段階（ａ）が、 （１）暦データを使用して上記地上位置決定システムの衛星（２００−２０６） の実際の擬似距離を導出する段階（２１０４）と、（２）天体層データを使用し て上記衛星（２００−２０６）の推定擬似距離を計算する段階（２１０４）と、 （３）上記実際の擬似距離と上記推定擬似距離との間の差を予め選択されたしき い値に対して比較する段階（２１０６）と、（４）もし上記差が上記予め選択さ れたしきい値よりも大きければ上記推定擬似距離を採用し（２１０８）、そうで なければ上記実際の擬似距離を採用する（２１１０）段階と、 （５）上記段階（４）において採用された擬似距離を使用して上記第１位置推定 を計算する段階と を具備する請求項１３９に記載の方法。 １４４．（１）上記第２信号（９０８、９１０）（１０１０）を第２カルマンフ ィルタ（１２０２）へ送信する段階と、（２）上記第２位置推定を上記第２カル マンフィルタ（１２０２）から重み付きコンバイナ（１２０４）へ出力する段階 と、（３）上記ビークル（１０２）のビークル速度（１０１８）を上記重み付き コンバイナ（１２０４）から上記第１位置特定システムの第１カルマンフィルタ （８０２）へ出力する段階と、 （４）上記第１カルマンフィルタ（８０２）を上記ビークル速度（１０１８）に 拠って適合させ、上記第１カルマンフィルタ（８０２）から出力される上記第１ 位置推定（１００６）の精度を向上させる段階とをも具備する請求項１３９に記 載の方法。 １４５．上記段階（３）が、重み付きデータ（１２０６）を上記第２カルマンフ ィルタ（１２０２）へ出力し、上記第２位置推定の精度を向上させる段階をも具 備する請求項１４４に記載の方法。 １４６．上記段階（３）が、重み付きデータ（１０１６）をビークルナビゲータ （４０６、１０２２）へ出力する段階をも具備する請求項１４４に記載の方法。 １４７．上記段階（３）が、重み付きデータ（１０１６）をデータ収集器（１０ １４）へ出力する段階をも具備する請求項１４４に記載の方法。 １４８．上記段階（３）が、重み付きデータ（１０１６）をコンソール（１０１ ２）へ出力する段階をも具備する請求項１４４に記載の方法。 １４９．上記段階（ｂ）が、 （１）上記参照位置（３１６）の既知の位置を入手する段階（１７０６）と、（ ２）上記参照位置（３１６）の視野内の上記地上位置決定システムの源（２００ −２０６、６２４）の参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を計算 する段階（１７０６）と、 （３）上記参照アンテナ擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を使用して上記参 照位置（３１６）の推定位置を導出する段階（１７０８）と、（４）上記推定位 置と上記正しい位置とを比較して上記差動バイアスを導出する段階（１７１０） と を具偏する請求項１４０に記載の方法。 １５０．上記段階（ｂ）が、 （１）予め選択された統計Ｒ２値を有する上記実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ ４、Ｒ６）に基づいて放物線モデルを作成できるようになる時点まで、上記参照 アンテナ（３１６）の視野内の上記地上位置特定決定システムの源（２００−２ ０６、６２４）の実際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を上記参照点にお いて計算する段階と、 （２）将来時点における上記源（２００−２０６、６２４）の推定擬似距離（Ｒ ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）を上記放物線モデルから補外する段階と、（３）上記実 際の擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６）と上記推定擬似距離（Ｒ０、Ｒ２、Ｒ ４、Ｒ６）とを比較することによって差動バイアスを計算する段階と を含む請求項１４０に記載の方法。 １５１．全ての運動を参照することができる瞬時中心を有する、例えば普通に舵 取りされ、関節結合され、全方向性の、またはスキッド舵取りされ、オーバース テアまたはアンダーステアの何れかの特性を呈する型の、表面をベースとするビ ークル（３１０）の自律運転と共に使用する航法システムであって、（１）ビー クル（３１０）の動的効果の中の待ち時間効果を、フィードフォワード補償を使 用して補償する第１手段（５３０６）と、（２）ビークル（３１０）の他の動的 効果を、フィードバック補償を使用して補償する第２手段（５３０６）と を具備することを特徴とする航法システム（４０６）。 １５２．上記第１手段（５３０６）が上記フィードフォワード補償のために早目 の舵取り命令を使用する手段（５３０６）を具備する請求項４９に記載の航法シ ステム（４０６）。 １５３．上記早目の舵取り命令を使用するための手段（５３０６）が上記待ち時 間効果の予め選択された数の時定数を使用して上記早目の舵取り命令を進める請 求項１５２に記載の航法システム（４０６）。 １５４．上記第２手段（５３０６）が上記フィードバック補償のための５次多項 式を使用するための手段（５３０６）を具備する請求項１５４に記載の航法シス テム（４０６）。 １５５．上記５次多項式を使用する手段（５３０６）がある予見距離（３３１０ ）において所望経路に収束する簡単な連続経路を再計画する手段（５３０６）を 具備する請求項１５４に記載の航法システム（４０６）。 １５６．上記再計画手段（５３０６）がビークル速度依存予見距離（３３１０） において上記所望経路へ収束させる手段（５３０６）を具備する請求項１５５に 記載の航法システム（４０６）。 １５７．全ての運動を参照することができる瞬時中心を有する、例えば普通に舵 取りされ、関節結合され、全方向性の、またはスキッド舵取りされ、オーバース テアまたはアンダーステアの何れかの特性を呈する型の表面をベースとするビー クル（３１０）の自律運転と共に使用する航法であって、（１）ビークル（３１ ０）の動的効果の中の待ち時間効果を、フィードフォワード補償を使用して補償 する段階（５３０６）と、（２）ビークル（３王０）の他の動的効果を、フィー ドバック補償を使用して補償する段階（５３０６）と を具備することを特徴とする航法（４０６）。 １５８．上記フィードフォワード補償を使用して補償する段階（５３０６）が（ ａ）上記フィードフォワード補償のための早目の舵取り命令を使用する段階（５ ３０６） を具備する請求項１５７に記載の航法（４０６）。 １５９．上記早目の舵取り命令を使用する段階（５３０６）が、（ｉ）上記待ち 時間効果の予め選択された数の時定数を使用して上記早目の舵取り命令を進める 段階（５３０６） を具備する請求項１５８に記載の航法（４０６）。 １６０．上記フィードバック補償を使用する補償段階（５３０６）が、（ａ）上 記フィードバック補償のための５次多項式を使用する段階（５３０６） を具備する請求項１５７に記載の航法（４０６）。 １６１．上記５次多項式を使用する段階（５３０６）が、（ｉ）ある予見距離（ ３３１０）において所望経路（３３１２）に収束する簡単な連続経路を再計画す る段階（５３０６）を具備する請求項１６０に記載の航法（４０６）。 １６２．上記再計画段階（５３０６）が、ビークル速度依存予見距離（３３１０ ）において上記所望経路（３３１２）へ収束させる段階（５３０６） を具備する請求項１６１に記載の航法（４０６）。 １６３．自律航行する表面をベースとするビークル（３１０）において、上記ビ ークル（３１０）を制御するシステムが、（１）ビークル航法システム（４０６ ）または遠隔制御パネル（４１０）の何れかからの命令に応答して、上記ビーク ルを制御するシステムを管理する第１手段（４３０２）と、 （２）上記第１手段（４３０２）からの命令に応答して上記ビークル（３１０） の速度を制御する第２手段（４３０４）と、（３）上記第１手段（４３０２）か らの命令に応答して上記ビークル（３１０）の舵取りを制御する第３手段（４３ ０６）と、（４）上記第１手段（４３０２）からの命令に応答して上記ビークル （３１０）の補助機能を制御する第４手段（４３０８）と、（５）上記第１手段 （４３０２）からの命令に応答して上記ビークルのステータス及び上記第１手段 （４３０２）乃至第４手段（４３０８）の動作を監視する第５手段（４３１０） と、 （６）上記第１手段（４３０２）乃至第５手段（４３１０）を相互接続する第１ バス手段（４３１４）と、 （７）上記第１手段（４３０２）乃至第５手段（４３１０）に接続され、上記第 １手段（４３０２）乃至第５手段（４３１０）の何れかにおける誤り状態に応答 して上記ビークル（３１０）を運転停止せしめる遮断手段（４３１２）とを具備 することを特徴とするシステム。 １６４．自律航行する表面をベースとするビークル（３１０）において、上記ビ ークル（３１０）を制御する方法が、（１）ビークル航法システム（４０６）ま たは遠隔制御パネル（４１０）の何れかからの命令に応答して、上記ビークルサ ブシステムを高水準制御する段階（４３０２）と、 （２）上記ビークルサブシステムを高水準制御する段階（４３０２）に応答して 上記ビークル（３１０）の速度を制御する段階（４３０４）と、（３）上記ビー クルサブシステムを高水準制御する段階（４３０２）に応答して上記ビークル（ ３１０）の舵取りを制御する段階（４３０６）と、（４）上記ビークルサブシス テムを高水準制御する段階（４３０２）に応答して上記ビークル（３１０）の補 助機能を制御する段階（４３０８）と、（５）上記ビークルサブシステムを高水 準制御する段階（４３０２）に応答して上記ビークルのステータス及び上記段階 （４３０２）乃至段階（４３０８）の動作を監視する段階（４３１０）と、（６ ）上記段階（１）乃至（５）の何れかにおける誤り状態に応答して上記ビークル （３１０）を運転停止せしめる段階（４３１２）とを具備することを特徴とする 方法。 １６５．表面をベースとするビークル（３１０）のための遠隔運転システムであ って、 （１）上記ビークル（３１０）の速度（４５０２）、舵取り（４５０４）、警笛 、ベッド昇降、及び動作モードの如きものを制御するための手動制御をシステム のユーザに提供する制御パネル手段（４１０）と、（２）上記制御パネル手段（ ４１０）と通信するように接続され、ビークル遠隔無線送受信機手段へ信号を送 信し、また該送受信機手段から信号を受信する第１遠隔無線送受信機手段（４５ ０２）と、（３）速度、舵取り、警笛、ベッド昇降、及び動作モードを遂行する ようなビークル搭載サブシステム（４３０２）と通信するように接続され、上記 第１遠隔無線送受信機手段（４５０２）へ信号を送信し、また該送受信機手段か ら信号を受信する上記ビークル遠隔無線送受信機手段と、（４）上記システム（ ４４０６）による通信及び制御が意図したビークル（３１０）に限って遂行され るように、制御すべきビークル（３１０）を独特に識別する識別手段と を具備することを特徴とする遠隔運転システム（４４０６）。 １６６．表面をベースとするビークル（３１０）のための遠隔運転方法であって 、 （１）上記ビークル（３１０）の速度（４５０２）、舵取り（４５０４）、警笛 、ベッド昇降、及び動作モードの如きものを制御するための手動制御（４１０） をシステムのユーザに提供する段階（４４０６）と、（２）上記方法（４４０６ ）による通信及び制御が意図したビークル（３１０）に限って遂行されるように 、制御すべきビークル（３１０）を独特に識別する段階と （３）上記手動制御（４１０）及び意図したビークル（３１０）のビークル搭載 サブシステム（４３０２）と通信するように接続されている１対の遠隔無線送受 信機手段の間で速度、舵取り、警笛、ベッド昇降、及び動作モードを遂行させる ような信号を送受信する段階と を具備することを特徴とする遠隔運転方法（４４０６）。 １６７．表面をベースとするビークルの制御システムであって、（１）上記ビー クル（３１０）の手動操作を提供する手段（４４０２）と、（２）上記ビークル （３１０）の遠隔操作を提供する手段（４４０６）と、（３）上記ビークル（３ １０）の自律操作を提供する手段（４４０８）と、（４）上記ビークル（３１０ ）を手動操作、遠隔操作、及び自律操作の間で順番に遷移せしめる手段（４４０ ４）とを具備することを特徴とするシステム。 １６８．表面をベースとするビークルの制御方法であって、（１）上記ビークル （３１０）の手動操作を提供する段階（４４０２）と、（２）上記ビークル（３ １０）の遠隔操作を提供する段階（４４０６）と、（３）上記ビークル（３１０ ）の自律操作を提供する段階（４４０８）と、（４）上記ビークル（３１０）を 手動操作、遠隔操作、及び自律操作の脚で順番に遷移せしめる段階（４４０４） とを具備することを特徴とする方法。 １６９．全ての運動を参照することができる瞬時中心を有する、例えば普通に舵 取りされ、関節結合され、全方向性の、またはスキッド舵取りされ、オーバース テアまたはアンダーステアの何れかの特性を呈する型の表面をベースとするビー クル（３１０）の自律運転と共に使用して所定の経路（３３１２）を追尾させる 航法であって、 （１）上記所定の経路（３３１２）の参照経路曲率、最大速度、所望のヘッディ ング、及び所望のビークル位置座標からなる所与のポスチュアを表（３０１０） から検索する段階（３６２２）と、（２）上記参照経路曲率から参照舵取り角を 決定する段階（５３０６）と、（３）ポスチェア誤差を決定する段階（５３０６ ）と、（４）上記段階（２）の参照舵取り角及び上記段階（３）のポスチュア誤 差から所望の舵取り角を決定する段階（５３０６）と、（５）上記段階（４）の 所望の舵取り角を使用してビークル（３１０）を所定の経路（３３１２）に向け て導く段階（５３０６）と、（６）上記段階（２）−（５）には無関係に上記最 大速度より小さい命令された速度を決定する段階（５３０６）と、（７）上記段 階（６）の命令された速度を使用して、もし必要ならばビークル（３１０）を停 止させることを含むビークル（３１０）の速度を制御する段階（５３０６）と を具備することを特徴とする方法（４０６）。 １７０．上記段階（４）の所望の舵取り角の逆数を参照することにより上記段階 （１）の最大速度を変更することによって転回中の横方向加速度を安全に制御す る段階をも具備する請求項１６９に記載の方法（４０６）。 １７１．実際のビークル速度及び指定された最大ビークル減速度からビークル停 止距離を決定する段階と、 上記ビークル停止距離よりも大きい距離において距離データを使用して物体（４ ００２）の検出を遂行する段階（４１５０）と、上記物体（４００２）までの距 離に従って上記命令された速度を変更し、それによって上記物体（４００２）に 接触する前にビークル（３１０）を停止可能ならしめる段階（４１５０）と をも具備する請求項１６９に記載の方法（４０６）。 １７２．上記命令された速度を決定する段階が、（ａ）ホストコンピュータ（４ ０２）またはビークル障害物検出システム（４１５０）によって命令された速度 設定点を監視する段階と、（ｂ）最小の設定点を選択する段階と を具備する請求項１６９に記載の方法（４０６）。 １７３．全ての運動を参照することができる瞬時中心を有する、即ち、普通に舵 取りされ、関節結合され、全方向性の、またはスキッド舵取りされ、オーバース テアまたはアンダーステアの何れかの特性を呈する型の表面をベースとするビー クル（３１０）の自律運転と共に使用して所定の経路（３３１２）を追尾させる 航法システムであって、 （１）上記所定の経路（３３１２）の参照経路曲率、最大速度、所望のヘッディ ング、及び所望のビークル位置座標からなる所与のポスチュアを表（３０１０） から検索する手段（５３０６）と、（２）上記参照経路曲率から参照舵取り角を 決定する手段（５３０６）と、（３）ポスチュア誤差を決定する手段（５３０６ ）と、（４）上記参照舵取り角及び上記ポスチュア誤差から所望の舵取り角を決 定する手段（５３０６）と、 （５）上記所望の舵取り角を使用してビークル（３１０）を所定の経路（３３１ ２）に向けて導く手段（５３０６）と、（６）上記（２）−（５）の手段には無 関係に上記最大速度より小さい命令された速度を決定する手段（５３０６）と、 （７）上記命令された速度を使用して、もし必要ならばビークル（３１０）を停 止させることを含むビークル（３１０）の速度を制御する手段（５３０６）と を具備することを特徴とするシステム（４０６）。 １７４．（８）所望の舵取り角の逆数を参照することにより上記最大速度を変更 することによって転回中の横方向加速度を安全に制御する手段をも具備する請求 項１７３に記載のシステム（４０６）。 １７５．（８）実際のビークル速度及び指定された最大ピークル減速度からビー クル停止距離を決定する手段と、 （９）上記ビークル停止距離よりも大きい距離において距離データを使用して物 体（４００２）の検出を遂行する手段（４１５０）と、（１０）上記物体（４０ ０２）までの距離に従って上記命令された速度を変更し、それによって上記物体 （４００２）に接触する前にビークル（３１０）を停止可能ならしめる手段と をも具備する請求項１７３に記載のシステム（４０６）。 １７６．上記命令された速度を決定する手段が、（ａ）ホストコンピュータ（４ ０２）またはビークル障害物検出システム（４１５０）によって命令された速度 設定点を監視する手段と、（ｂ）最小の設定点を選択する手段と を具備する請求項１７３に記載のシステム（４０６）。 １７７．全ての運動を参照することができる瞬時中心を有する、即ち、普通に舵 取りされ、関節結合され、全方向性の、またはスキッド舵取りされ、オーバース テアまたはアンダーステアの何れかの特性を呈する型の表面をベースとするビー クル（３１０）の自律運転と共に使用してビークル（３１０）に所定のルート（ ３３１２）上を走行させる航法であって、（１）ルート（３３１２）上でビーク ル（３１０）を手動で駆動させて駆動データを収集する段階と、 （２）上記駆動データを平滑して矛盾のない経路を構成する平滑化データを生成 する段階と、 （３）上記矛盾のない経路を構成する平滑化データを使用してビーグル（３１０ ）に上記ルート上を航行せしめる段階とを具備することを特徴とする方法（４０ ６）。 １７８．上記駆動データを平滑する段階が、上記駆動データに積分関数を遂行し 、それによって測定されたビークル位置、ヘッディング、及び曲率がルート（３ ３１２）に沿って矛盾がないように駆動データを平滑する段階 をも具備する請求項１７７に記載の方法（４０６）。 １７９．全ての運動を参照することができる瞬時中心を有する、即ち、普通に舵 取りされ、関節結合され、全方向性の、またはスキッド舵取りされ、オーバース テアまたはアンダーステアの何れかの特性を呈する型の表面をベースとするビー クル（３１０）の自律運転と共に使用してビークル（３１０）に所定のルート（ ３３１２）上を走行させる航法システムであって、（１）ルート上でビークルを 手動で駆動させて駆動データを収集する手段と、（２）上記駆動データを平滑し て矛盾のない経路を構成する平滑化データを生成する手段と、 （３）上記矛盾のない経路を構成する平滑化データを使用してビークル（３１０ ）に上記ルート（３３１２）上を航行せしめる手段（５３０６）とを具備するこ とを特徴とするシステム（４０６）。 １８０．上記駆動データを平滑する手段が、（ａ）上記駆動データに積分関数を 遂行し、それによって測定されたビークル位置、ヘッディング、及び曲率がルー ト（３３１２）に沿って矛盾がないように駆動データを平滑する手段 をも具備する請求項１７９に記載のシステム（４０６）。 １８１．表面をベースとする自律ビークル（３１０）に所望の経路（３３１２） を追尾させる方法であって、 （１）緯度、経度、ヘッディング、曲率、最大速度、及び次のポスチュアを含む 経路上の特定の位置に関する情報のパケットである参照ポスチュア（３２０２、 ３２１４、３２２０）を所望の経路（３３１２）に沿う規則的な単位距離におい て決定する段階と、 （２）上記参照ポスチュア（３２０２、３２１４、３２２０）に基づいて実際の ビークルポスチュア（３２１０、３２１２、３２１８）を決定する段階と、（３ ）上記実際のビークルポスチュア（３２１０、３２１２、３２１８）に基づいて 現計画時間間隔に対応する将来時点において予測されるビークルポスチュア（３ ２１６）を決定する段階と、 （４）次の計画時間間隔の終りにおける所望のボスチュア（３２０４、３２１２ 、３２１８）を決定する段階と、 （５）上記予測されるビークルポスチュア（３２１６）及び上記所望のボスチュ ア（３２１２、３２１８）から舵取り角（３１１２）を決定する段階と、（６） 決定された舵取り角（３２０６、３２０８）に舵を切るようにビークル（３１０ ）に命令する段階と、 （７）段階（２）乃至（６）を繰り返す段階とを具備することを特徴とする方法 （５３０６）。 １８２．表面をベースとする自律ビークル（３１０）に所望の経路（３３１２） を追尾させるシステムであって、 （１）緯度、経度、ヘッディング、曲率、最大速度、及び次のポスチュアを含む 経路上の特定の位置に関する情報のバケットである参照ポスチュア（３２０２、 ３２１４、３２２０）を所望の経路（３３１２）に沿う規則的な単位距離におい て決定する手段と、 （２）上記参照ポスチュア（３２０２、３２１４、３２２０）に基づいて実際の ビークルポスチュア（３２１０、３２１２、３２１８）を決定する手段と、（３ ）上記実際のビークルポスチュア（３２１０、３２１２、３２１８）に基づいて 現計画時間間隔に対応する将来時点において予測されるビークルポスチュア（３ ２１６）を決定する手段と、 （４）次の計画時間間隔の終りにおける所望のポスチュア（３２０４、３２１２ 、３２１８）を決定する手段と、 （５）上記予測されるビークルポスチュア（３２１６）及び上記所望のボスチュ ア（３２１２、３２１８）から舵取り角（３１１２）を決定する手段と、（６） 決定された舵取り角（３２０６、３２０８）に舵を切るようにビークル（３１０ ）に命令する手段と、 を具備することを特徴とするシステム（５３０６）。 １８３．ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可能なら しめるためのビークル（３１０）用システムであって、ビークル命令を実行して 上記ビークル（３１０）に上記子め設定された経路（３３１２）を追随すること を試みさせる手段と、上記予め設定された経路（３３１２）を追随する際の誤差 を周期的に計算する手段と、 上記計算された誤差に応答し、上記計算された誤差を減少させるように上記ビー クル命令を調整し、それによって上記ビークル（３１０）に予め設定された経路 （３３１２）を高精度で追尾させる手段を具備することを特徴とするシステム（ ５３０６）。 １８４．上記ビークル命令が分離した舵取り及び速度制御面からなり、上記ビー クル命令を実行する手段が上記ビークル（３１０）に上記予め設定された経路（ ３３１２）を追随することを試みさせるようになっているシステムであって、上 記舵取り表面を実行する手段（３１０２、３１０４、３１１０）と、上記速度制 御面を実行し、それによって上記ビークル（３１０）の舵取り及び速度制御を減 結合した手段（３１０６、３１０８、３１１０）と、を具備する請求項１８３に 記載のビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可能ならし めるためのビークル（３１０）用システム（５３０６）。 １８５．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ヒークル命令を調整する手段が、５次多項式を使用して上記予め設定された 経路（３３１２）へ戻る滑らかな経路を構築する手段を含み、それによって上記 ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を高精度で追尾させるよ うにした請求項１８３に記載のビークル（３１０）に予め設定された経路（３３ １２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０）用システム（５３０６） 。 １８６．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する手段が、５次多項式を使用して上記予め設定された 経路（３３１２）へ戻る滑らかな経路を構築する手段と、ビークル制御命令の待 ち時間、遅いシステム応答、及びビークル・大地相互作用、滑り角、及びアンダ ー／オーバーステアリング′を含むピークルダイナミックスを含むビークル応答 特性を補償する手段とを含む請求項１８３に記載のビークル（３１０）に予め設 定された経路（３３１２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０）用シ ステム（５３０６）。 １８７．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する手段が、上記システムの検知及び作動タイミング特 性を補償する手段をも含む請求項１８６に記載のビークル（３１０）に予め設定 された経路（３３１２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０）用シス テム（５３０６）。 １８８．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する手段が、ビークル（３１０）の走行速度に基づいて 予見距離（３３１０）を変化させる手段をも含む請求項１８６に記載のビークル （３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可能ならしめるためのビー クル（３１０）用システム（５３０６）。 １８９．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する手段が、最適制御システムを使用してビークルの制 御を調整する手段をも含む請求項１８６に記載のビークル（３１０）に予め設定 された経路（３３１２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０）用シス テム（５３０６）。 １９０．ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可能なら しめるためのビークル（３１０）用方法であって、（１）ビークル命令を実行し て上記ビークル（３１０）に上記予め設定された経路（３３１２）を追随するこ とを試みさせる段階と、（２）上記予め設定された経路（３３１２）を追随する 際の誤差を周期的に計算する段階と、 （３）上記計算された誤差に応答し、上記計算された誤差を減少させるように上 記ビークル命令を調整する段階と を具備し、それによって上記ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１ ２）を高精度で追尾させることを特徴とする方法（５３０６）。 １９１．上記ビークル命令が分離した舵取り及び速度制御面からなり、上記ビー クル命令を実行する段階が上記ビークル（３１０）に上記予め設定された経路（ ３３１２）を追随することを試みさせるようになっており、（ａ）上記舵取り制 御面を実行する段階（３１０２、３１０４、３１１０）と、 （ｂ）上記速度制御面を実行する段階（３１０６、３１０８、３１１０）とを具 備し、 それによって上記ビークル（３１０）の舵取り及び速度制御を減結合した請求項 １９０に記載のビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可 能ならしめるためのビークル（３１０）用方法（５３０６）。 １９２．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する段階が、（ａ）５次多項式を使用して上記予め設定 された経路（３３１２）へ戻る滑らかな経路を構築する段階を含み、 それによって上記ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を高精 度で追尾させるようにした請求項１８３に記載のビークル（３１０）に予め設定 された経路（３３１２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０）用方法 （５３０６）。 １９３．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する段階が、（ａ）５次多項式を使用して上記予め設定 された経路（３３１２）へ戻る滑らかな経路を構築する段階と、 （ｂ）ビークル制御命令の待ち時間と、遅いシステム応答と、ビークル・大地相 互作用、滑り角、及びアンダー／オーバーステアリングを含むビークルダイナミ ックスとを含むビークル応答特性を補償する段階とを含む請求項１９０に記載の ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可能ならしめるた めのビークル（３１０）用方法（５３０６）。 １９４．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する段階が、（ｃ）上記システムの検知及び作動タイミ ング特性を補償する段階をも含む請求項１９３に記載のビークル（３１０）に予 め設定された経路（３３１２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０） 用方法（５３０６）。 １９５．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する段階が、（ｃ）ビークル（３１０）の走行速度に基 づいて予見距離（３３１０）を変化させる段階 をも含む請求項１８６に記載のビークル（３１０）に予め設定された経路（３３ １２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０）用方法（５３０６）。 １９６．上記計算された誤差に応答して上記計算された誤差を減少させるように 上記ビークル命令を調整する段階が、（ｃ）最適制御システムを使用してビーク ル（３１０）の制御を調整する段階 をも含む請求項１９３に記載のビークル（３１０）に予め設定された経路（３３ １２）を追尾可能ならしめるためのビークル（３１０）用方法（５３０６）。 １９７．ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可能なら しめるためのビークル（３１０）用システムであって、監視システムからの所望 の経路入力及び位置特定システム（１０００）からの検知されたビークル位置入 力（３１１４）に基づいて、所望の舵取り角（３１１２）を出力することによっ て舵取りを計画する手段（３１０２）と、上記舵取り計画手段（３１０２）の出 力及び上記ビークルの舵取りシステム（３１１０）からのフィードバック（３１ １６）に応答して舵取りサーボ命令を上記ビークルの上記舵取りシステム（３１ ０４）へ出力することによって上記ビークル（３１０）の舵取りを制御する手段 （３１０４）と、上記監視システムからの所望の速度入力に基づいて所望の速度 信号を出力することによって速度を設定する手段（３１０６）と、上記速度設定 手段（３１０６）の出力及びビークル速度システム（３１１０）からのフィード バックに応答して速度命令を上記ビークル速度システム（３１１０）へ出力する ことによって上記ビークル（３１０）の速度を制御する手段（３１０８）と を具備し、それによって経路追尾制御構造（３１００）を実現しているシステム （５３０６）。 １９８．ビークル（３１０）に予め設定された経路（３３１２）を追尾可能なら しめるためのビークル（３１０）用システム（５３０６）を作動させる方法であ って、 （１）監視システムからの所望の経路入力及び位置特定システム（１０００）か らの検知されたビークル位置入力（３１１４）に基づいて、所望の舵取り角（３ １１２）を出力することによって舵取りを計画する段階（３１０２）と、（２） 上記舵取り計画段階（３１０２）の出力及び上記ビークルの舵取りシステム（３ １１０）からのフィードバック（３１１６）に応答して舵取りサーボ命令を上記 ビークルの上記舵取りシステム（３１０４）へ出力することによって上記ビーク ル（３１０）の舵取りを制御する段階（３１０４）と、（３）上記監視システム からの所望の速度入力に基づいて所望の速度信号を出力することによって速度を 設定する段階（３１０６）と、（４）上記速度設定段階（３１０６）の出力及び ビークル速度システム（３１１０）からのフィードバックに応答して速度命令を 上記ビークル速度システム（３１１０）へ出力することによって上記ビークル（ ３１０）の速度を制御する段階（３１０８）と を具備し、それによって経路追尾制御構造（３１００）を実現した方法。 １９９．追尾させる一連の経路を生成することによってビークル（３１０）に所 定のルート（３３１２）を走行可能ならしめるシステム（４０６）において、上 記経路を生成するシステムが、 所定のルート（３３１２）上の開始点及び終了点を表すルートデータを記憶する 手段と、 各所定のルート（３３１２）毎の圧縮された経路データの集合を記憶する手段と 、 所定のルート（３３１２）に関連する圧縮された経路データの集合を連続的に検 索する手段と、 上記各圧縮された経路データの集合から連続経路を連続的に生成する手段とを具 備することを特徴とするシステム。 ２００．上記端所定のルート（３３１２）毎の圧縮された経路データがノード（ ２２０２）、線（２２０４）、及び弧（２２１０）からなり、上記各圧縮された 経路データの集合から経路を連続的に生成する手段が一連のノードを選択する手 段と、線、弧または両方を使用して上記一連のノードを接続する手段と、上記接 続されたノードに沿う点の集合をコンパイルする手段とを含む請求項１９９に記 載の経路を生成するシステム。 ２０１．上記各所定のルート毎の圧縮された経路データがＢスプラインからなる 請求項１９９に記載の経路を生成するシステム。 ２０２．上記各所定のルート毎の圧縮された経路データがクロソイド曲線（２６ ０２）からなる請求項１９９に記載の経路を生成するシステム。 ２０３．追尾させる一連の経路を生成することによってビークル（３１０）に所 定のルート（３３１２）を走行可能ならしめるシステム（４０６）において、上 記経路を生成する方法が、 （１）所定のルート（３３１２）上の開始点及び終了点を表すルートデータを記 憶する段階と、 （２）各所定のルート（３３１２）毎の圧縮された経路データの集合を記憶する 段階と、 （３）所定のルート（３３１２）に関連する圧縮された経路データの集合を連続 的に検索する段階と、 （４）上記各圧縮された経路データの集合から連続経路を連続的に生成する段階 と を具備することを特徴とする方法。 ２０４．上記段階（２）において記憶される上記各所定のルート毎の圧縮された 経路データがノード（２２０２）、線（２２０４）、及び弧（２２１０）からな り、上記各圧縮された経路データの集合から連続経路を連続的に生成する段階が 、 （ａ）一連のノードを選択する段階と、（ｂ）線、弧または両方を使用して上記 一連のノードを接続する段階と、（ｃ）上記接続されたノードに沿う点の集合を コンパイルする段階とを含む請求項２０３に記載の経路を生成する方法。 ２０５．上記段階（２）において記憶される上記各所定のルート毎の圧縮された 経路データがＢスプラインからなる請求項２０３に記載の経路を生成する方法。 ２０６．上記段階（２）において記憶される上記各所定のルート毎の圧縮された 経路データがクロソイド曲線（２６０２）からなる請求項２０３に記載の経路を 生成する方法。 ２０７．自律的に航行する地上ビークル（３１０）を制御するタスク向きシステ ム（４０６）において、タスク間の通信を容易ならしめるためのメモリシステム （５４００）が、 （１）ルートデータを記憶する第１メモリ手段（５４０２）と、（２）ビークル 識別データを記憶する第２メモリ手段（５４０４）と、（３）実行フラグデータ を記憶する第３メモリ手段（５４０６）と、（４）ステータスデータを記憶する 第４メモリ手段（５４０８）と、（５）リングバッファデータを記憶する第５メ モリ手段（５４１０）と、（６）位置データを記憶する第６メモリ手段（５４１ ２）と、（７）現ルートデータを記憶する第７メモリ手段（５４１４）と、（８ ）現ビークルステータスデータを記憶する第８メモリ手段（５４１６）と、 （９）現速度ファクタデータを記憶する第９メモリ手段（５４１８）と、（１０ ）トラッカパラメタデータを記憶する第１０メモリ手段（５４２０）と、 を具備することを特徴とするメモリシステム（５４００）。 ２０８．上記第４メモリ手段（５４０８）、上記第５メモリ手段（５４１０）、 上記第６メモリ手段（５４１２）、上記第７メモリ手段（５４１４）、上記第８ メモリ手段（５４１６）、及び上記第９メモリ手段（５４１８）がそれぞれ、関 連メモリ手段を望ましくないアクセスから保護するためのセマフォー手段をも具 備する請求項２０７に記載のメモリシステム（５４００）。 ２０９．自律的に航行する地上ビークル（３１０）を制御するタスク向きシステ ム（４０６）において、タスク間の通信を容易ならしめるためのメモリ記憶方法 （５４００）が、 （１）ルートデータを記憶する段階（５４０２）と、（２）ビークル識別データ を記憶する段階（５４０４）と、（３）実行フラグデータを記憶する段階（５４ ０６）と、（４）ステータスデータを記憶する段階（５４０８）と、（５）リン グバッファデータを記憶する段階（５４１０）と、（６）位置データを記憶する 段階（５４１２）と、（７）現ルートデータを記憶する段階（５４１４）と、（ ８）現ビークルステータスデータを記憶する段階（５４１６）と、（９）現速度 ファクタデータを記憶する段階（５４１８）と、（１０）トラッカパラメタデー タを記憶する段階（５４２０）と、（１１）ステータスデータ、リングバッファ データ、位置データ、現ルートデータ、現ビークルステータスデータ、現速度フ ァクタデータ、及びトラッカパラメタデータを望ましくないアクセスから保護す る段階とを具備することを特徴とするメモリ記憶方法（５４００）。 ２１０．自律航法システム（４０６）の作動方法であって、（１）上記システム （４０６）を初期化する段階（５５０４）と、（２）メッセージがメッセージ待 ち行列（５３２８）に到着するのを待機する段階（５５０６）と、 （３）メッセージを受信すると、上記システム（４０６）を上記メッセージに対 して特定の既知状態に置く一連のステータスフラグを決定し、設定する段階（５ ５０８）と、 （４）上記メッセージに従って適切な動作を遂行する段階（５５１０）と、（５ ）段階（２）に戻す段階と を具備することを特徴とする方法。 ２１１．上記一連のフラグを決定し、設定する段階（５５０８）が、（ａ）受信 したメッセージが新しいルート指令メッセージであるか否かを決定し、もし真で あれば段階（４）においてビークルが追随するためのルート番号を設定する段階 （５６０４）と、 （ｂ）受信したメッセージが速度変更指令メッセージであるか否かを決定し（５ ６０６）、もし真であれば段階（４）においてビークルのための最大速度を命令 する段階（５６０８）と、 （ｃ）受信したメッセージがビークル応答メッセージであるか否かを決定し（５ ６１０）、もし真であれば段階（４）においてステータスフラグを健全に設定す る段階（５６１２）と、 （ｄ）受信したメッセージがビークル無応答メッセージであるか否かを決定し（ ５６１４）、もし真であれば段階（４）においてステータスフラグを非健全に設 定する段階（５６１６）と、 （ｅ）受信したメッセージがビークル検査合計誤りメッセージであるか否かを決 定し（５６１８）、もし真であれば段階（４）においてステータスフラグを非健 全に設定する段階（５６２０）と、（ｆ）受信したメッセージがテレモードメッ セージであるか否かを決定し（５６２２）、もし真であれば段階（４）において ビークルをテレ動作モードに設定する段階（５６２４）と、 （ｇ）受信したメッセージが手動モードメッセージであるか否かを決定し（５６ ２６）、もし真であれば段階（４）においてビークルを手動動作モードに設定す る段階（５６２４）と、 （ｈ）受信したメッセージが自律モードメッセージであるか否かを決定し（５６ ２８）、もし真であれば段階（４）においてビークルを自律動作モードに設定す る段階（５６２４）と、 （ｉ）受信したメッセージが作動可能モートメッセージであるか否かを決定し（ ５６３０）、もし真であれば段階（４）においてビークルを作動可能動作モード に設定する段階（５６２４）と、 （ｊ）受信したメッセージがＶＰＳタイムアウトメッセージであるか否かを決定 し（５６３２）、もし真であれば段階（４）においてビークルを緊急停止に導く 段階（５６３４）と、 （ｋ）受信したメッセージがＶＰＳ検査合計誤りメッセージであるか否かを決定 し（５６３６）、もし真であれば段階（４）においてビークルを緊急停止に導く 段階（５６３８）と、 （１）受信したメッセージがＶＰＳポスチュア作動可能メッセージであるか否か を決定し（５６４０）、もし真であれば段階（４）においてＶＰＳ−ポスチュア ー作動可能フラグを真に設定する段階（５６４２）と、（ｍ）受信したメッセー ジがＶＰＳ位置作動可能メッセージであるか否かを決定し（５６４４）、もし真 であれば段階（４）においてＶＰＳ−位置−作動可能フラグを真に設定する段階 （５６４６）と、（ｎ）受信したメッセージがＶＰＳ位置整列メッセージである か否かを決定し（５６４８）、もし真であれば段階（４）においてＶＰＳが初期 化を完了するまで待機する段階（５６５０）と、 （ｏ）受信したメッセージがルートの終りメッセージであるか否かを決定し（５ ６５２）、もし真であれば段階（４）においてホストコンピュータに通知する段 階（５６５４）と、 （ｐ）受信したメッセージが走査作動可能メッセージであるか否かを決定し（５ ６５６）、もし真であれば段階（４）においてビークルの前方の物体の走査を開 始する段階（５６５８）と、 （ｑ）受信したメッセージが走査無妨害メッセージであるか否かを決定し（５６ ６０）、もし真であれば段階（４）において物体が検出されなかったことを指示 する段階（５６６２）と、 （ｒ）受信したメッセージが走査障害物メッセージであるか否かを決定し（５６ ６４）、もし真であれば段階（４）においてビークルの前方に障害物が検出され たことを指示する段階（５６６６）と、（ｓ）受信したメッセージがトラッカコ ース外メッセージであるか否かを決定し（５６６８）、もし真であれば段階（４ ）においてビークルが所望経路を許容差以内で追随しておらず、ビークルを停止 させることを指示する段階（５６７０）と、 （ｔ）受信したメッセージがトラッカルートの終りメッセージであるか否かを決 定し（５６７２）、もし真であれば段階（４）においてビークルがルートの終り に到着し、ビークルを停止させることを指示する段階（５６７４）と、（Ｖ）受 信したメッセージがトラッカ停止メッセージであるか否かを決定し（５６７６） 、もし真であれば段階（４）においてトラッカがビークルを停止させたことを指 示する段階（５６７８）と、（ｗ）受信したメッセージが上記メッセージの１つ ではないか否かを決定し（５６７６）、もし真であれば段階（４）において誤り 状態をホストコンピュータへ通知する段階（５６８０）と からなる請求項２１０に記載の方法。 ２１２．自律航法システムであって、 （１）上記システム（４０６）を初期化する手段（５５０４）と、（２）メッセ ージを受信すると作動して上記システム（４０６）をメッセージに対して特定の 既知の状態に置く一連のステータスフラグを決定する手段（５５０８）及び設定 する手段（５５０８）を具備し、メッセージ待ち行列（５３２８）にメッセージ が到着するのを待機する手段（５５０６）と、（３）上記メッセージに従って適 切な動作を遂行する手段（５５１０）と、を具備する自律航法システム（４０６ ）。 ２１３．上記メッセージを待機する手段（５５０６）が、（ａ）受信したメッセ ージが新しいルート指令メッセージであるか否かを決定し、もし真であれば上記 手段（５５１０）にビークルが追随するためのルート番号を設定させること（５ ６０４）を遂行する手段（５６０２）と、（ｂ）受信したメッセージが速度変更 指令メッセージであるか否かを決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）に ビークルのための最大速度を命令させること（５６０８）を遂行する手段（５６ ０６）と、（ｃ）受信したメッセージがビークル応答メッセージであるか否かを 決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にステータスフラグを健全に設定 させること（５６１２）を遂行する手段（５６１０）と、する段階（５６１２） と、 （ｄ）受信したメッセージがビークル無応答メッセージであるか否かを決定し、 もし真であれば上記手段（５５１０）にステータスフラグを非健全に設定させる こと（５６１６）を遂行する手段（５６１４）と、（ｅ）受信したメッセージが ビークル検査合計誤りメッセージであるか否かを決定し、もし真であれば上記手 段（５５１０）にステータスフラグを非健全に設定させること（５６２０）を遂 行する手段（５６１８）と、（ｆ）受信したメッセージがテレモードメッセージ であるか否かを決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にビークルをテレ 動作モードに設定させること（５６２４）を遂行する手段（５６２２）と、（ｇ ）受信したメッセージが手動モードメッセージであるか否かを決定し、もし真で あれば上記手段（５５１０）にビークルを手動動作モードに設定させること（５ ６２４）を遂行する手段（５６２６）と、（ｈ）受信したメッセージが自律モー ドメッセージであるか否かを決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にビ ークルを自律動作モードに設定させること（５６２４）を遂行する手段（５６２ ８）と、（ｉ）受信したメッセージが作動可能モードメッセージであるか否かを 決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にビークルを作動可能動作モード に設定させること（５６２４）を遂行する手段（５６３０）と、（ｊ）受信した メッセージがＶＰＳタイムアウトメッセージであるか否かを決定し、もし真であ れば上記手段（５５１０）にビークルを緊急停止に導かせること（５６３４）を 遂行する手段（５６３２）と、（ｋ）受信したメッセージがＶＰＳ検査合計誤り メッセージであるか否かを決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にビー クルを緊急停止に導かせること（５６３８）を遂行する手段（５６３６）と、（ １）受信したメッセージがＶＰＳポスチュア作動可能メッセージであるか否かを 決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にＶＰＳ−ポスチュアー作動可能 フラグを真に設定させること（５６４２）を遂行する手段（５６４０）と、（ｍ ）受信したメッセージがＶＰＳ位置作動可能メッセージであるか否かを決定し、 もし真であれば上記手段（５５１０）にＶＰＳ−位置−作動可能フラグを真に設 定させること（５６４６）を遂行する手段（５６４４）と、（ｎ）受信したメッ セージがＶＰＳ位置整列メッセージであるか否かを決定し、もし真であれば上記 手段（５５１０）にＶＰＳが初期化を完了するまで待機させること（５６５０） を遂行する手段（５６４８）と、（ｏ）受信したメッセージがルートの終りメッ セージであるか否かを決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にホストコ ンピュータに通知させること（５６５４）を遂行する手段（５６５２）と、（ｐ ）受信したメッセージが走査作動可能メッセージであるか否かを決定し、もし真 であれば上記手段（５５１０）にビークルの前方の物体の走査を開始させること （５６５８）を遂行する手段（５６５６）と、（ｑ）受信したメッセージが走査 無妨害メッセージであるか否かを決定し、もし真であれば上記手段（５５１０） に物体が検出されなかったことを指示させること（５６６２）を遂行する手段（ ５６６０）と、（ｒ）受信したメッセージが走査障害物メッセージであるか否か を決定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にビークルの前方に障害物が検 出されたことを指示させること（５６６６）を遂行する手段（５６６４）と、（ ｓ）受信したメッセージがトラッカコース外メッセージであるか否かを決定し、 もし真であれば上記手段（５５１０）にビークルが所望経路を許容差以内で追随 しておらず、ビークルを停止させることを指示させること（５６７０）を遂行す る手段（５６６８）と、 する段階（５６７０）と、 （ｔ）受信したメッセージがトラッカルートの終りメッセージであるか否かを決 定し、もし真であれば上記手段（５５１０）にビークルがルートの終りに到着し 、ビークルを停止させることを指示させること（５６７４）を遂行する手段（５ ６７２）と、 （ｖ）受信したメッセージがトラッカ停止メッセージであるか否かを決定し、も し真であれば上記手段（５５１０）にトラッカがビークルを停止させたことを指 示させること（５６７８）を遂行する手段（５６７６）と、（ｗ）受信したメッ セージが上記メッセージの１つではないか否かを決定し、もし真であれば上記手 段（５５１０）に誤り状態をホストコンピュータへ通知させること（５６８０） を遂行する手段（５６７６）とをも具備する請求項２１２に記載のシステム（４ ０６）。 ２１４．自律的に航行する地上ビークル（３１０）のためのマルチタスク航法シ ステムであって、 （１）高水準決定を遂行する手段を含み、タスク間通信を調整する主タスク手段 （５３１６）と、 （２）上記主タスク手段（５３１６）ヘビークルモード変化を報告する手段とシ ステム対ビークル通信状態を報告する手段、及びビークルステータスメッセージ をグローバルメモリ構造（５４００）へ書き込む手段を含み、上記ビークル（３ １０）への通信ポート（５３２６）を読み取るモニタビークルステータスタスタ 手段（５３０８）と、 （３）障害物検出システム（４０４）からのデータを上記主タスク手段（５３１ ６）へ供給するスキャナタスク手段（５３１０）と、（４）ホスト（４０２）か らのメッセージを受信する手段と解号する手段、及び受信し解号したメッセージ を別のタスク手段へ通信する手段を含み、システム（４０６）をホスト（４０２ ）ヘインタフェースする指令入手タスク手段（５３２０）と、 （５）システムから上記ホストヘのメッセージを形成する手段と通信する手段を 含み、システム（４０６）をホスト（４０２）ヘインタフェースするホストヘの メッージタスク手段（５３１８）と、（６）ビークル位置特定システム（１００ ０）からの出力を読み込む手段、この出力の正しさを検査する検査合計手段、検 査した出力をグローバルメモリ構造（５４００）内の位置バッファ（５４１２） 内に配置する書き込み手段、及び位置障害が発生するとメッセージを主タスク手 段（５３１６）へ送る障害指示手段を含み、ビークル位置特定システム（１００ ０）をシステム（４０６）ヘインタフェースするＶＰＳ位置タスク手段（５３２ ２）と、（７）複数のポスチュアをグローバルメモリ構造（５４００）のポスチ ュアバッフア（５４１０）内に維持する手段を含み、ビークル（３１０）が追尾 中にビークルの位置を監視するＶＰＳポスチュアタスク手段（５３２４）と、（ ８）グローバルメモリ構造（５４００）の位置バッファ（５４１２）からの位置 情報を読み込む手段、グローバルメモリ構造（５４００）のポスチュアパッファ （５４１０）からのポスチュア情報を読み込む手段、及び舵取り及び速度修正を ビークル（３１０）へ送ってビークルのコースを制御する手段を含み、上記ビー クル（３１０）の舵取り及び速度修正を計算するトラッカタスク手段（５３０６ ）と を具備することを特徴とするシステム（４０６）。 ２１５．自律的に航行する地上ビークル（３１０）のためのマルチタスク航法シ ステムを作動させる方法であって、 （１）タスク間通信を調整する段階（５３１６）と、（２）高水準決定を遂行す る段階（５３１６）と、（３）上記ビークル（３１０）への通信ポート（５３２ ６）を読み取る段階（５３０８）と、 （４）ビークルモード変化を主タスク手段（５３１６）へ報告する段階（５３０ ８）と、 （５）システム対ビークル通信状態を主タスク手段（５３１６）へ報告する段階 （５３０８）と、 （６）ビークルステータスメッセージをグローバルメモリ構造（５４００）へ書 き込む段階（５３０８）と、 （７）障害物検出システム（４０４）からのデータを上記主タスク手段（５３１ ６）へ供給する段階（５３１０）と、（８）ホスト（４０２）からのメッセージ を受信して解号し、受信し解号したメッセージを別のタスク手段へ通信すること によってシステム（４０６）をホスト（４Ｇ２）ヘインタフェースする段階（５ ３２０）と、（９）システム（４０６）から上記ホスト（４０２）へのメッセー ジを形成して通信することによってシステム（４０６）を上記ホスト（４０２） ヘインタフェースする段階（５３１８）と、 （１０）ビークル位置特定システム（１０００）からの出力を読み込み、この出 力の正しさを検査合計検査し、検査した出力をグローバルメモリ構造（５４００ ）内の位置パッフ了（５４１２）内に書き込み、そして位置障害が発生するとメ ッセージを主タスク（５３１６）へ送ることによって、ビークル位置特定システ ム（１０００）をシステム（４０６）ヘインタフェースする段階（５３２２）と 、 （１１）複数のポスチュアをグローバルメモリ構造（５４００）のポスチュアバ ッファ（５４１０）内に維持することによってビークル（３１０）が追尾中にビ ークルの位置を監視する段階（５３２４）と、（１２）グローバルメモリ構造（ ５４００）の位置バッファ（５４１２）から位置情報を読み込み、グローバルメ モリ構造（５４００）のポスチュアバッファ（５４１０）からポスチュア情報を 読み込み、そして舵取り及び速度修正を計算しビークル（３１０）へ送ってビー クルのコースを制御することによって上記ビークル（３１０）の舵取り及び速度 修正を計算する段階（５３０６）とを具備することを特徴とする方法。 ２１６．ビークル（３１０）と共に使用し、画像面（３９００）内にビークル（ ３１０）の前方の道路（３３１２）の道路像を投影するコンピュータをベースと する方法であって、 （１）記憶された道路データから道路（３３１２）の縁点を計算する段階と、（ ２）上記縁点を画像面（３９００）に投影する段階と、（３）距離データの走査 線（３９０４）の左縁点（３９０２）及び右縁点（３９０２）（これらの諸点は 道路（３３１２）の左及び右縁に対応する）を決定する段階と を具備することを特徴とする方法（４１５０）。 ２１７．（４）上記左縁点（３９０２）と上記有縁点（３９０２）との間の障害 物（４００２）を検出する段階 をも具備する請求項２１６に記載のコンピュータをベースとする方法（４１５０ ）。 ２１８．（４）上記左縁点（３９０２）と上記有縁点（３９０２）との間の不連 続を検出する段階 をも具備する請求項２１６に記載のコンピュータをベースとする方法（４１５０ ）。 ２１９．（４）上記左縁点（３９０２）と上記右縁点（３９０２）との間に定数 または少なくとも１次の多項式の何れかを有する走査線データを適合させる段階 をも具備する請求項２１６に記載のコンピュータをベースとする方法（４１５０ ）。 ２２０．（新）（５）上記多項式の第１係数で路頂を、上記多項式の第２係数で 道路の傾斜を、そして上記多項式の第３係数で道路の高さを推定する段階と、（ ６）段階（５）の道路傾斜、路頂、及び高さの推定から推定道路輪郭を構築する 段階と、 （７）推定輪郭と実際に測定された輪郭とを比較して障害物（４００２）を検出 する段階と をも具備する請求項２１９に記載のコンピュータをベースとする方法（４１５０ ）。 ２２１．ビークル（３１０）と共に使用し、画像面（３９００）内にビークル（ ３１０）の前方の道路（３３１２）の道路縁を投影するコンピュータをベースと するシステムであって、 （１）記憶された道路データから道路（３３１２）の縁点を計算する手段と、（ ２）上記緑点を画像面（３９００）に投影する手段と、（３）距離データの走査 線（３９０４）の左縁点（３９０２）及び右縁点（３９０２）（これらの諸点は 道路（３３１２）の左及び右縁に対応する）を決定する手段と を具備することを特徴とするシステム（４１５０）。 ２２２．（４）上記左縁点（３９０２）と上記右縁点（３９０２）との間の障害 物（４００２）を検出する手段 をも具備する請求項２２１に記載のコンピュータをベースとするシステム（４１ ５０）。 ２２３．（４）上記左縁点（３９０２）と上記右縁点（３９０２）との間の不連 続を検出する手段 をも具備する請求項２２１に記載のコンピュータをベースとするシステム（４１ ５０）。 ２２４、（４）上記左接点（３９０２）と上記右縁点（３９０２）との間に定数 または少なくとも１次の多項式の何れかを有する走査線データを適合させる手段 をも具備する請求項２２１に記載のコンピュータをベースとするシステム（４１ ５０）。 ２２５．（５）上記多項式の第１係数で路頂を、上記多項式の第２係数で進路の 傾斜を、そして上記多項式の第３係数で道路の高さを推定する手段と、（６）段 階（５）の道路傾斜、路頂、及び高さの推定から推定道路輪郭を構築する手段と 、 （７）推定輪郭と実際に測定された輪郭とを比較して障害物（４００２）を検出 する手段と をも具備する請求項２２４に記載のコンピュータをベースとするシステム（４１ ５０）。 ２２６．地上をベースとするビークル（３１０）と共に使用するようになってい て、物体（４００２）を検出するコンピュータをベースとする方法であって、（ １）ビークル（３１０）の停止距離を決定する段階と、（２）上記停止距離より も遠方の複数の走査線からなる画像（３９００）の１またはそれ以上の走査線（ ３９０４）を選択する段階と、（３）道路（３３１２）の左及び右縁点（３９０ ２）を上記画像（３９００）上に投影する段階と、 （４）上記段階（２）において選択された走査線（３９０４）から上記左と右の 縁点（３９０２）間の距離データを処理して障害物（４００２）を検出する段階 と を具備することを特徴とする方法（４１５０）。 ２２７．地上をベースとするビークル（３１０）と共に使用するようになってい て、物体（４００２）を検出するコンピュータをベースとするシステムであって 、 （１）ビークル（３１０）の停止距離を決定する手段と、（２）上記停止距離よ りも遠方の複数の走査線からなる画像（３９００）の１またはそれ以上の走査線 （３９０４）を選択する手段と、（３）道路（３３１２）の左及び右縁点（３９ ０２）を上記画像（３９００）上に投影する手段と、 （４）上記（２）において選択された走査線（３９０４）から上記左と右の縁点 （３９０２）間の距離データを処理して障害物（４００２）を検出する手段と を具備することを特徴とするシステム（４１５０）。 ２２８．地上をベースとするビークル（３１０）と共に使用するようになってい て、物体（４００２）を検出するコンピュータをベースとする方法であって、（ １）記憶された道路データから道路（３３１２）の縁点を見出す段階と、（２） 上記縁点を走査線３９０４）で作られた道路画像（３９００）上に投影する段階 と、 （３）上記画像内の各走査線の左縁点（３９０２）及び右縁点（３９０２）を決 定する段階と、 （４）上記左と右の縁点（３９０２）間の走査線データを処理することによって 道路高さをモデル化する段階と、 （５）段階（４）のモデル化した道路高さと予測した道路高さとを比較して障害 物（４００２）を表す偏差を検出する段階とを具備することを特徴とする方法（ ４１５０）。 ２２９．上記道路高さをモデル化する段階が、（ａ）各走査線毎に上記道路（３ ３１２）の中心点を見出す段階と、（ｂ）上記中心点の高さを決定する段階と、 （ｃ）上記中心点に３次プロファイルを適合させる段階と、（ｄ）高さデータに しきい値設定を遂行する段階とを具備する請求項２２８に記載の物体（４００２ ）を検出するコンピュータをベースとする方法（４１５０）。 ２３０．地上をベースとするビークル（３１０）と共に使用するようになってい て、物体（４００２）を検出するコンピュータをベースとするシステムであって 、 （１）記憶された道路データから道路（３３１２）の縁点を見出す手段と、（２ ）上記縁点を走査線３９０４）で作られた道路画像（３９００）上に投影する手 段と、 （３）上記画像内の各走査線の左縁点（３９０２）及び有縁点（３９０２）を決 定する手段と、 （４）上記左と右の縁点（３９０２）間の走査線データを処理することによって 道路高さをモデル化する手段と、 （５）（４）からのモデル化した進路高さと予測した道路高さとを比較して障害 物（４００２）を表す偏差を検出する手段とを具備することを特徴とするシステ ム（４１５０）。 ２３１．上記道路高さをモデル化する手段が、（ａ）各走査線毎に上記道路（３ ３１２）の中心点を見出す手段と、（ｂ）上記中心点の高さを決定する手段と、 （ｃ）上記中心点に３次プロファイルを適合させる手段と、（ｄ）高さデータに しきい値設定を遂行する手段とを具備する請求項２３０に記載の物体（４００２ ）を検出するコンピュータをベースとするシステム（４１５０）。 ２３２．地上をベースとするビークル（３１０）上のハウジング（４０４）内に おいて使用する障害物走査システムであって、３６０度回転可能な鏡（４２２２ ）と、滑車／ベルト配列（４２３０）によって上記鏡（４２２２）に接続されて いる電動機（４２０６）と、 上記電動機に作動的に接続されている位置エンコーダ（４２０８）と、エネルギ のビームを出力し、上記鏡上で反対することによって戻される上記エネルギのビ ームの部分を受信するように配向されている距離探知機（４２０４）と、 上記電動機、上記エンコーダ及び上記距離探知機を、団々に収納されているイン タフェース（４２１４）、電源（４２１６、４２１８、４２２０）及び制御回路 （４２１０、４２１２、４２２０、４２２４、４２３０）に接続しているバス（ ４２２６）と、 上記鏡（４２２２）が回転している時だけ上記距離探知機（４２０４）を作動さ せるようにする手段と を具備することを特徴とする障害物走査システム（４１５０）。 ２３３．地上をベースとするビークル（３１０）上のハウジング（４０４）内に おいて使用する障害物走査システムであって、エネルギのビームを完全な３６０ 度までにわたって反射させる回転可能な反射手段（４２２２）と、 上記反射手段（４２２２）に接続され、上記反射手段を３６０度にわたって回転 させる回転手段（４２０６）と、 上記回転手段（４２０６）に作動的に接続され、上記回転手段（４２０６）の位 置を指示する位置符号化手段（４２０８）と、エネルギのビームを出力し、上記 反射手段（４２２２）上で反射することによって戻される上記エネルギのビーム の部分を受信する距離探知手段（４２０４）と、 上記回転手段（４２０６）、上記符号化手段（４２０８）及び上記距離探知手段 （４２０４）を、インタフェース、電源（４２１６、４２１８、４２２０）及び 制御手段（４２１０、４２１２、４２２０、４２２４、４２３０）に接続してい るバス手段（４２２６）と、 上記反射手段（４２２２）が回転している時だけ上記距離探知手段（４２０４） を作動させるようにする手段と を具備することを特徴とする障害物走査システム（４１５０）。 ２３４．地上をベースとするビークル（３１０）上のハウジング（４０４）内に おいて使用する障害物走査方法であって、エネルギのビームを完全な３６０度ま でにわたって回転可能に走査させる段階と、上記エネルギのビームの回転の位置 を指示する段階と、障害物（４００２）から反射して戻る上記障害物（４００２ ）の距離を表す上記エネルギのビームの部分を受信する段階と、上記回転の位置 及び上記距離を表す反射部分に基づいて、上記ビークル（３１０）の走行方向内 に何等かの障害物が存在するか否かを決定する段階と、回転が発生している時だ けエネルギのビームが放出されるようにする段階とを具備することを特徴とする 障害物走査方法（４１５０）。 ２３５．地上をベースとするビークル（３１０）のための自動障害物処理システ ムであって、 上記ビークル（３１０）上に取り付けられ、上記ビークル（３１０）の経路（３ ３１２）内の障害物（４００２）を自動的に検出する手段（４０４）と、上記ビ ークル（３１０）に上記障害物（４００２）を自動的に回避せしめる手段と を具備することを特徴とする自動障害物処理システム（４１５０）。 ２３６．上記障害物検出手段（４０４）が、上記ビークル（３１０）の上記経路 （３３１２）に沿うある距離にエネルギを送信する手段（４２２２）と、 潜在的障害物（４００２）から反射して戻る上記送信されたエネルギの部分を受 信する手段（４２２２）と、 反射して戻された上記部分を処理し、それによって実際の障害物（４００２）を 検出する手段（４２１２）と を具備する請求項１９６に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２３７．上記送信されるエネルギが本質的に電磁エネルギである請求項２３６に 記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２３８．上記送信されるエネルギが赤外スペクトル内の電磁放射である請求項２ ３７に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２３９．上記赤外スペクトル内で送信される電磁放射のエネルギがレーザによっ て生成される請求項２３８に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４０．上記送信されるエネルギが本質的に音響エネルギである請求項２３６に 記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４１．上記送信手段（４２２２）が単一の走査線で上記経路を走査する手段を 具備する請求項２３５に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４２．上記単一の走査線が上記ビークル（３１０）の前方の大地に接触しない 請求項２４１に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４３．上記送信手段（４２２２）が多重線で上記経路を走査する手段（３８０ ４）を具備する請求項２３６に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４４．上記反射して戻された部分を処理する手段（４２１２）が、上記部分を 濾波し、危険をもたらす恐れがある障害物と道路特色の予測される変化を含む自 然物体とを区別する手段 を具備する請求項２３６に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４５．上記部分を濾波する手段が、 上記ビークル（３１０）の速度に基づいて濾波すべき部分を変化させる手段を具 備する請求項２４４に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４６．上記反射して戻された部分を処理する手段（４２１２）が、土記反射し て戻された部分に基づいて距離データを生成する手段と、上記反射して戻された 部分と走査サイクル中の位置を表す走査データとに基づいて角位置データを生成 する手段と、 上記距離データと上記角位置データとに基づいて円筒座標データを生成する手段 と、 上記円筒座標データを直交座標データに変換して上記ビークル経路（３３１２） の道路輪郭を生成し、それによって画像データをフレーム内にコンパイルし、危 険をもたらす恐れがある障害物と自然物体とを区別する手段とを具備する請求項 ２３６に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４７．上記反射して戻された部分を処理する手段（４２１２）が、先に記憶さ れている予測される道路輪郭と上記生成された進路輪郭とを比較する手段と、 上記比較手段に応答し、上記比較手段が予め設定されたしきい値を超える差を見 出すと障害物（４００２）の検出を信号する手段とをも具備する請求項２４６に 記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４８．上記反射して戻された部分を処理する手段（４２１２）が、画像データ の全フレームに対してブロッブ抽出を遂行する手段をも具備する請求項２４６に 記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２４９．上記ブロッブ抽出を遂行する手段が、生成したデータを高さデータに基 づいて群内にクラスタ化する手段と、予測される道路高さと上記クラスタ化され たデータとを比較する手段と、上記手段が予め設定されたしきい値を超える差を 見出すと障害物（４００２）の検出を指示する手段と を具備する請求項２４８に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２５０．上記プロップ抽出を遂行する手段が、検出された障害物（４００２）に 基づいてグローバル障害物写図（４００４）を累積し、上記グローバル障害物写 図（４００４）をビークル経路（３３１２）を計画するのに使用する手段 をも具備する請求項２４９に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２５１．上記反射して戻された部分を処理する手段（４２１２）が、処理負荷を 最小にするために上記反射して戻された部分から生成したデータの比較的少量を 選択する手段 をも具備し、上記選択されるデータは上記ビークルの停止距離の及び該停止距離 よりも遠方の所望ビークル経路内に横たわる領域に関連し、上記領域の選択は上 記ビークル速度によっ影響を受ける請求項２４６に記載の障害物処理システム（ ４１５０）。 ２５２．上記送信手段（４２２２）が境界ゾーン内の土記経路を走査する手段を 具備し、上記境界ゾーンの幅は上記ビークル（３１０）の幅プラス安全余裕度に 等しく、上記境界ゾーンは上記ビークルの最小停止距離に等しい距離から上記ビ ークル（３１０）の前方に、及び上記送信手段の最大距離よりも短いかまたは等 しい距離まで伸びている請求項２３６に記載の障害物処理システム（４１５０） 。 ２５３．上記境界ゾーンの幅が上記ビークル経路の幅に従って決定され、少なく とも上記境界ゾーンの長さが上記ビークルの速度及び停止距離の変化と共に変化 する請求項２５２に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２５４．上記境界ゾーンの縁が上記距離データを画像面表現（３９００）に転送 することによって見出される請求項２５２に記載の障害物処理システム（４１５ ０）。 ２５５．上記ビークル（３１０）に上記障害物（４００２）を自動的に回避せし める手段が、 もし接触が切迫していれば、上記障害物（４００２）の何れかとの接触が行われ る前に上記ビークル（３１０）を直ちに停止させる手段と、上記障害物（４００ ２）を廻る経路を計画する手段と、上記ビークル（３１０）に上記障害物（４０ ０２）を廻るように計画された経路を追随せしめる手段と を具備する請求項２３５に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２５６．上記障害物（４００２）を廻る経路を計画する手段が、上記ビークル（ ３１０）が上記障害物（４００２）の何れの側を通過すべきかを決定する手段と 、 高水準の目標に導く副目標を選択する手段とを具備し、上記副目標は上記障害物 を廻る経路を限定する複数の点を表し、上記高水準の目標は上記ビークル（３１ ０）が上記障害物（４００２）を回避した後の元の経路への戻りである請求項２ ５４に記載の障害物処理システム（４１５０）。 ２５７．地上をベースとするビークル（３１０）のための自動障害物処理方法で あって、 上記ビークル（３１０）の経路（３３１２）内の障害物（４００２）を自動的に 検出する段階と、 上記ビークル（３１０）に上記障害物（４００２）を自動的に回避せしめる段階 と を具備することを特徴とする自動障害物処理方法（４１５０）。 ２５８．上記障害物（４００２）検出段階が、上記ビークル（３１０）の上記経 路（３３１２）に沿うある距離にエネルギを送信する段階と、 潜在的障害物（４００２）から反射して戻る上記送信されたエネルギの部分を受 信する段階と、 反射して戻された上記部分を処理し、それによって実際の障害物（４００２）を 検出する段階と を具備する請求項２５７に記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２５９．上記送信されるエネルギが本質的に電磁エネルギである請求項２５８に 記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２６０．上記送信されるエネルギが赤外スペクトル内の電磁放射である請求項２ ５９に記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２６１．上記赤外スペクトル内で送信される電磁放射のエネルギがレーザによっ て生成される請求項２６０に記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２６２．上記送信されるエネルギが本質的に音響エネルギである請求項２５８に 記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２６３．上記送信段階が、 単一の走査線で上記経路を走査する段階を具備する請求項２５８に記載の障害物 処理方法（４１５０）。 ２６４．上記単一の走査線が上記ビークル（３１０）の前方の大地に接触しない 請求項２６３に記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２６５．上記送信段階が、 多重線で上記経路を走査する段階 を具備する請求項２５８に記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２６６．上記反射して戻された部分を処理する段階が、上記部分を濾波し，危険 をもたらす恐れがある障害物（４００２）と道路特色の予測される変化を含む自 然物体とを区別する段階を具備する請求項２５８に記載の障害物処理方法（４１ ５０）。 ２６７．上記部分を濾波する段階が、 上記ビークル（３１０）の速度に基づいて濾波すべき部分を変化させる段階を具 備する請求項２６６に記載の障害物処理方法（４１５０）。 ２６８．上記反射して戻された部分を処理する段階が、上記反射して戻された部 分に基づいて距離データを生成する段階と、上記反射して戻された部分と走査サ イクル中の位置を表す走査データとに基づいて角位置データを生成する段階と、 上記距離データと上記角位置データとに基づいて円筒座標データを生成する段階 と、 上記円筒座標データを直交座標データに変換して上記ビークル経路（３３１２） の道路輪郭を生成し、それによって画像データをフレーム内にコンパイルし、危 険をもたらす恐れがある障物と自然物体とを区別する段階とを具備する請求項２ ５８に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２６９．上記反射して戻された部分を処理する段階が、先に記憶されている予測 される進路輪郭と上記生成された道路輪郭とを比較する段階と、 上記比較段階に応答し、上記比較段階が予め設定されたしきい値を超える差を見 出すと障物（４００２）の検出を信号する段階とをも具備する請求項２６８に記 載の障物処理方法（４１５０）。 ２７０．上記反射して戻された部分を処理する段階が、画像データの全フレーム に対してブロッブ抽出を遂行する段階をも具備する請求項２６８に記載の障物処 理方法（４１５０）。 ２７１．上記ブロッブ抽出を遂行する段階が、生成したデータを高さチータに基 づいて群内にクラスタ化する段階と、予測される道路高さと上記クラスタ化され たデータとを比較する段階と、上記手段が予め設定されたしきい値を超える差を 見出すと障物（４００２）の検出を指示する段階と を具備する請求項２７０に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２７２．上記プロップ抽出を遂行する段階が、検出された障物（４００２）に基 づいてグローバル障物写図（４００４）を累積し、上記グローバル障物写図（４ ００４）をビークル経路（３３１２）を計画するのに使用する段階 をも具備する請求項２７１に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２７３．上記反射して戻された部分を処理する段階が、処理負荷を最小にするた めに上記反射して戻された部分から生成したデータの比較的少量を選択する段階 をも具備し、上記選択されるデータは上記ビークルの停止距離の及び該停止距離 よりも遠方の所望ビークル経路内に横たわる領域に関連し、上記領域の選択は上 記ビークル速度によって影響を受ける請求項２６８に記載の障物処理方法（４１ ５０）。 ２７４．上記送信段階が、 境界ゾーン内の上記経路を走査する段階を具備し、上記境界ゾーンの幅は上記ビ ークル（３１０）の幅プラス安全余裕度に等しく、上記境界ゾーンは土記ビーク ルの最小停止距離に等しい距離から上記ビークル（３１０）の前方に、及び上記 送信手段の最大距離よりも短いかまたは等しい距離まで伸びている請求項２５８ に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２７５．上記境界ゾーンの幅が上記ビークル経路の幅に従って決定され、少なく とも上記境界ゾーンの長さが上記ビークルの速度及び停止距離の変化と共に変化 する請求項２７４に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２７６．上記境界ゾーンの縁が上記距離データを画像面表現（３９００）に転送 することによって見出される請求項２７４に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２７７．上記ビークル（３１０）に上記障物（４００２）を自動的に回避せしめ る段階が、 もし接触が切迫していれば、上記障物（４００２）の何れかとの接触が行われる 前に上記ビークル（３１０）を直ちに停止させる段階と、上記障物（４００２） を廻る経路を計画する段階と、上記ビークル（３１０）に上記障物（４００２） を廻るように計画された経路を追随せしめる段階と を具備する請求項２５７に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２７８．上記障物（４００２）を廻る経路を計画する段階が、上記ビークル（３ １０）が上記障物（４００２）の何れの側を通過すべきかを決定する段階と、 高水準の目標に導く副目標を選択する段階とを具備し、上記副目標は上記障物を 廻る経路を限定する複数の点を表し、上記高水準の目標は上記ビークル（３１０ ）が上記障物（４００２）を回避した後の元の経路への戻りである請求項２７７ に記載の障物処理方法（４１５０）。 ２７９．ビークル（３１０）の経路（３３１２）内の障物（４００２）を検出す る走査システム（４０４）であって、上記ビークル（３１０）上に取り付けられ ている エネルギのビームを生成する手段（４２２２）と、上記ビークルに対する所望角 度範囲にわたり複数のサイクルで上記エネルギのビームを走査させる手段（４２ ０６）と、上記ビークルと上記ビークルの経路内の物体との間の距離を測定する ために、反射エネルギを検出する手段（４２２２）と、上記各走査サイクル中に 、上記検出された反射エネルギに関連する情報を記憶する手段（４２１２、４２ １４、４２２６、４２２８、４２３０）と、上記各走査サイクル中に記憶された 関連情報を処理することによって上記検出された反射エネルギが走行した距離を 計算する手段（４２１２）とを含む手段（４２１２、４２１４、４２２２、４２ ２８）とを具備することを特徴とする走査システム（４０４）。 ２８０．もし上記ビークルに対する所望角度範囲にわたり複数のサイクルでエネ ルギのビームを走査させる上記手段（４２０６）の動作が実質的に損なわれれば 、エネルギのビームを生成する上記手段（４２２２）を作動不能にする手段（４ ２２８）をも具備する請求項２７９に記載の走査システム（４０４）。 ２８１．上記ビークルと上記ビークルの経路内の物体との間の距離を測定する手 段（４２１２、４２１４、４２２２、４２２８）が、上記ビークルに対する所望 角度範囲にわたり複数のサイクルでエネルギのビームを走査させる上記手段（４ ２０６）の実質的な損傷を検出する手段（４２２８） をも具備する請求項２７９に記載の走査システム（４０４）。 ２８２．合計視野の一部だけを走査するように上記走査サイクルの一部の間上記 エネルギのビームを生成する手段（４２２２）を作動不能にし、転送されるデー タの総量を最小化する手段（４２２８）をも具備する請求項２７９に記載の走査 システム（４０４）。 ２８３．単位時間当たりの走査の数で走査サイクルを変化させる手段をも具備す る請求項２７９に記載の走査システム（４０４）。 ２８４．走査当たりの距離測定を変化させ、それによってスキャナ解像力を変化 させる手段（４２１０） をも具備する請求項２７９に記載の走査システム（４０４）。 ２８５．上記検出された反射エネルギに関連する情報を記憶する上記手段（４２ １２、４２１４、４２２６、４２２８、４２３０）が、信号をＴＴＬから差動型 信号に変換する手段（４２２８）と、上記差動型信号を一時記憶バッファ（４２ １４）へ送信する手段（４２２６）と、 上記差動型信号を上記一時記憶バッファ（４２１４）からホスト処理システム（ ４２１２）へ送信する手段（４２３０）とをも具備する請求項２７９に記載の走 査システム（４０４）。 ２８６．ビークル（３１０）上に取り付げられているスキャナ（４０４）を使用 してビークル（３１０）の経路（３３１２）内の障害物（４００２）を検出する 走査方法であって、 （１）エネルギのビームを生成する段階と、（２）上記ビークルに対する所望角 度範囲にわたり複数のサイクルで上記エネルギのビームを走査させる段階と、 （３）上記ビークルと上記ビークルの経路内の物体との間の距離を測定するため に、 （ａ）反射エネルギを検出する段階と、（ｂ）上記各走査サイクル中に、上記検 出された反射エネルギに関連する情報を記憶する段階と、 （ｃ）上記各走査サイクル中に記憶された関連情報を処理することによって上記 検出された反射エネルギが走行した距離を計算する段階とを含む段階と を具備することを特徴とする走査方法（４１５０）。 ２８７．（４）もし上記ビークルに対する所望角度範囲にわたり複数のサイクル でエネルギのビームを走査させる上記段階の動作が実質的に損なわれれば、エネ ルギのビームを生成する上記段階を作動不能にする段階をも具備する請求項２８ ６に記載の走査方法（４１５０）。 ２８８．上記ビークル（３１０）と上記ビークル（３１０）の経路内の物体（４ ００２）との間の距離を測定する段階が、（ａ）上記ビークルに対する所望角度 範囲にわたり複数のサイクルてエネルギのビームを走査させる上記段階の実質的 な損傷を検出する段階をも具備する請求項２８６に記載の走査方法（４１５０） 。 ２８９．（ａ）合計視野の一部だけを走査するように上記走査サイクルの一部の 間上記エネルギのビームを生成する段階を作動不能にし、転送されるデータの総 量を最小化する段階 をも具備する請求項２８６に記載の走査方法（４１５０）。 ２９０．（ａ）単位時間当たりの走査の数で走査サイクルを変化させる段階をも 具備する請求項２８６に記載の走査方法（４１５０）。 ２９１．（ａ）走査当たりの距離測定を変化させ、それによってスキャナ解像力 を変化させる段階 をも具備する請求項２８６に記載の走査方法（４１５０）。 ２９２．上記検出された反射エネルギに関連する情報を記博する上記段階が、（ ａ）信号をＴＴＬから差動型信号に変換する段階と、（ｂ）上記差動型信号を一 時記憶バッファ（４２１４）へ送信する段階と、（ｃ）土記差動型信号を上記一 時記憶バッファ（４２１４）からホスト処理システム（４２１２）へ送信する段 階とをも具備する請求項２８６に記載の走査システム（４１５０）。 ２９３．ビークル（３１０）上のハウジング（４０４）内において使用する障害 物走査システムであって、 回転可能な鏡（４２２２）と、 滑車／ベルト配列（４２３０）によって、上記鏡（４２２２）に接続されている 電動機（４２０６）と、 上記電動機に作動的に接続されている位置エンコーダ（４２０８）と、エネルギ のビームを出力し、上記鏡（４２２２）上で反射することによって戻される上記 エネルギのビームの部分を受信するように配向されている距離探知機（４２０４ ）と、 上記電動機（４２０６）、上記エンコーダ（４２０８）及び上記距離探知機（４ ２０４）を、インタフェース（４２１４）、電源（４２１６、４２１８、４２２ ０）及び制御回路（４２１０、４２１２、４２２０、４２２４、４２３０）に接 続しているバス（４２２６）と を具備することを特徴とする障害物走査システム（４１５０）。 ２９４．ビークル（３１０）上のハウジング（４０４）内において使用する障害 物走査方法であって、 滑車／ベルト配列（４２３０）によって鏡（４２２２）に接続されている電動機 （４２０６）を使用して上記鏡（４２２２）を回転させる段階と、上記電動機（ ４２０６）に作動的に接続されている位置エンコーダ（４２０８）を使用して上 記電動機（４２０６）の回転位置を符号化する段階と、エネルギのビームを出力 し、上記鏡（４２２２）土で反射することによって戻される上記エネルギのビー ムの部分を受信するように配向されている距離探知機（４２０４）を使用して距 離データを決定する段階と、バス（４２２６）を使用して上記電動機（４２０６ ）、上記エンコーダ（４２０８）及び上記距離探知機（４２０４）を、インタフ ェース（４２１４）、電源（４２１６、４２１８、４２２０）及び制御回路（４ ２１０、４２１２、４２２０、４２２４、４２３０）に接続する段階とを具備す ることを特徴とする障害物走査方法（４１５０）。 ２９５．ビークル（３１０）をルート（３３１２）に沿って航行させるシステム であって、 所定のルートを表すルートデータを記憶する手段と、各所定のルート毎に経路デ ータを記憶する手段と、上記ビークル（３１０）を走行させるための所定ルート を選択する手段と、選択された所定ルートを表すルートデータを検索する手段と 、検索されたルートデータに関する経路データを検索する手段と、検索された経 路データから経路を生成する手段と、生成された経路にビークル命令を関連付け る手段（５３０６）と、関連付けられたビークル命令を実行し、生成された経路 を上記ビークルが追随することを試みさせる手段（５３０６）と、生成された経 路を追随する際の誤差を周期的に計算する手段（５３０６）と、計算された誤差 に応答し、関連付けられたビークル命令の実行を調整して上記計算された誤差を 減少させ、上記ビークルに生成された経路を高精度で追尾させる手段（５３０６ ）と、 ビークルの走行方向の障害物を検出する手段（４１５０）と、上記障害物との衝 突を防止するために上記ビークルを停止させる手段ど、上記障害物を廻る経路を 生成する手段とを含む上記障害物との衝突を回避する手段（４１５０）と、 を具備し、それによってビークルをルートに沿って安全に且つ効率的に航行させ るための自律システム（４０６）を実現したことを特徴とするシステム（４０６ ）。 ２９６．生成された経路を追随する際の誤差を周期的に計算する上記手段（５３ ０６）が、 上記ビークルの実際の位置（３２１０、３２１２、３２１８）を決定する手段と 、 上記ビークルの所望の位置（３２０４）を決定する手段と、上記実際の位置（３ ２１０、３２１２、３２１８）と上記所望の位置（３２０４）とを比較し、それ によって上記生成された経路を追随する際の誤差を計算する手段と を具備する請求項１９３に記載のビークル（３１０）をルート（３３１２）に沿 って航行させるシステム（４０６）。 ２９７．計算された誤差に応答し、関連付けられたビークル命令の実行を調整し て上記計算された誤差を減少させ、上記ビークルに生成された経路を高精度で追 尾させる上記手段が、 修正舵取り角を動的に決定し、上記修正舵取り角によって上記ビークルに実際の 位置（３２１０、３２１２、３２１８）から所望の位置（３２０４）へ舵を切ら せる手段（３１０２、３１０４、３１１０）を具備する請求項１９３に記載のビ ークル（３１０）をルート（３３１２）に沿って航行させるシステム（４０６） 。 ２９８．ビークル（３１０）をルート（３３１２）に沿って航行させる方法であ って、 （１）所定のルートを表すルートデータを記憶する段階と、（２）各所定のルー ト毎に経路データを記憶する段階と、（３）上記ビークル（３１０）を走行させ るための所定ルートを選択する段階と、 （４）選択された所定ルートを表すルートデータを検索する段階と、（５）検索 されたルートデータに関する経路データを検索する段階と、（６）検索された経 路データから経路を生成する段階と、（７）生成された経路にビークル命令を関 連付ける段階（５３０６）と、（８）関連付けられたビークル命令を実行し、生 成された経路を上記ビークルが追随することを試みさせる段階（５３０６）と、 （９）生成された経路を追随する際の誤差を周期的に計算する段階（５３０６） と、 （１０）計算された誤差に応答し、関連付けられたビークル命令の実行を調整し て上記計算された誤差を減少させ、上記ビークルに生成された経路を高精度で追 尾させる段階（５３０６）と、 （１１）ビークルの走行方向の障害物を検出する段階（４１５０）と、（１２） （ａ）上記障害物（４００２）との衝突を防止するために上記ビークルを停止さ せる段階、 （ｂ）上記障害物（４００２）を廻る経路を生成する段階、または、 （ｃ）（ａ）及び（ｂ）の両方を遂行する段階を含む上記障害物との衝突を回避 する段階（４１５０）と、を具備し、それによってビークル（３１０）をルート に沿って安全に且つ効率的に航行させるための自律方法（４０６）を実現したこ とを特徴とする方法（４０６）。 ２９９．生成された経路を追随する際の誤差を周期的に計算する上記段階（５３ ０６）が、 （ａ）上記ビークルの実際の位置（３２１０、３２１２、３２１８）を決定する 段階と、 （ｂ）上記ビークルの所望の位置（３２０４）を決定する段階と、（ｃ）上記実 際の位置（３２１０、３２１２、３２１８）と上記所望の位置（３２０４）とを 比較し、それによって上記生成された経路を追随する際の誤差を計算する段階と を具備する請求項２９８に記載のビークル（３１０）をルート（３３１２）に沿 って航行させる方法（４０６）。 ３００．計算された誤差に応答し、関連付けられたビークル命令の実行を調整し て上記計算された誤差を減少させ、上記ビークルに生成された経路を高精度で追 尾させる上記方法が、 （ａ）修正舵取り角を動的に決定し、上記修正舵取り角によって上記ビークルに 実際の位置（３２１０、３２１２、３２１８）から所望の位置（３２０４）へ舵 を切らせる段階 を具備する請求項２９８に記載のビークル（３１０）をルート（３３１２）に沿 って航行させる方法（４０６）。