JPH06229772A - Integration sensing unit - Google Patents

Integration sensing unit

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Publication number
JPH06229772A
JPH06229772A JP1742193A JP1742193A JPH06229772A JP H06229772 A JPH06229772 A JP H06229772A JP 1742193 A JP1742193 A JP 1742193A JP 1742193 A JP1742193 A JP 1742193A JP H06229772 A JPH06229772 A JP H06229772A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
error
physical quantity
sensing device
traveling
vehicle
Prior art date
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Pending
Application number
JP1742193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Gunji
康弘 郡司
Shigeru Obo
茂 於保
Masatoshi Hoshino
雅俊 星野
Shigeru Kakumoto
繁 角本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP1742193A priority Critical patent/JPH06229772A/en
Publication of JPH06229772A publication Critical patent/JPH06229772A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enhance reliability by allowing the correction of error contained in the differentiated amount of measurements and reducing the error which is otherwise accumulated through integration. CONSTITUTION:The integration sensing unit comprises a first means, a second means, means 3 for operating the difference of output between the first and second means, and means 5 for operating the variation rate of the difference of output and estimating the error of the first means 1. The first means 1 comprises a differentiated amount measuring means 6, means 7 for correcting the error based on the amount of error estimated by an error estimating means 5, and means 8 for time integrating the signal. The error of a physical amount 9 increases through integration. In order to prevent the increase of error, the means 3 produces a difference with reference to the second means 2 and the means 5 calculates the variation rate thereof and estimates the error, and then the means 7 corrects the error of the differentiated amount of measurements.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微分量を計測しそれを
積分することにより所要量を算出する積分型センシング
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integral type sensing device which measures a differential amount and integrates it to calculate a required amount.

【0002】[0002]

【従来の技術】微分量を計測しそれを積分することによ
り所要量を算出する積分型センシング装置は、各分野に
おいて利用されている。
2. Description of the Related Art Integral type sensing devices for measuring a required amount by measuring a differential amount and integrating it are used in various fields.

【0003】以下、車載用ナビゲーション装置を例に積
分型センシング装置の従来技術の説明を行う。
The prior art of the integral type sensing device will be described below by taking an on-vehicle navigation device as an example.

【0004】従来から道路交通網の任意の個所を走行し
ている車両の位置を検出する方式としては、距離センサ
と、方位センサと、両センサからの出力信号に必要な処
理を施す処理装置とを具備し、車両の走行に伴って生ず
る距離変化量および方位変化量を積算しながら車両の現
在位置データを得る推測航法が提案されているが、距離
センサおよび方位センサが必然的に有している誤差が走
行距離に伴って累積され、得られる現在位置データに含
まれる誤差も累積されてしまうという問題がある。
Conventionally, as a method for detecting the position of a vehicle traveling at an arbitrary point in a road traffic network, a distance sensor, a direction sensor, and a processing device for performing necessary processing on output signals from both sensors. A dead reckoning navigation system has been proposed that obtains the current position data of the vehicle by integrating the distance change amount and the direction change amount that occur with the traveling of the vehicle, but the distance sensor and the direction sensor necessarily have them. There is a problem that the present error is accumulated with the traveling distance, and the error included in the obtained current position data is also accumulated.

【0005】特に、方位センサにおいては、従来から車
両の絶対方位を検出することのできる地磁気センサと、
車両の相対的方位変化を検出することのできるジャイロ
センサとを組み合わせて用いることにより、車両の走行
方位を検出しているが、各々センサ特有の誤差特性を持
っている。
In particular, in the direction sensor, a geomagnetic sensor capable of detecting the absolute direction of the vehicle, and
The traveling direction of the vehicle is detected by using it in combination with a gyro sensor capable of detecting a change in the relative direction of the vehicle, but each has its own error characteristics.

【0006】地磁気センサは、高圧線やビルディング等
の影響により磁場環境の悪い場所において短期的なノイ
ズが発生するが、長期的には正しい方位を出力する。一
方、ジャイロセンサは、磁場環境の影響は全く受けず、
短期的には正しい相対的方位変化を出力するが、長期的
にはドリフト(角速度バイアスの変動)の影響により時
間の経過とともに方位誤差が累積する。
The geomagnetic sensor produces short-term noise in a place where the magnetic field environment is bad due to the influence of high-voltage lines and buildings, but outputs a correct azimuth in the long term. On the other hand, the gyro sensor is completely unaffected by the magnetic field environment,
In the short term, the correct relative azimuth change is output, but in the long term, the azimuth error accumulates with the passage of time due to the influence of drift (variation of angular velocity bias).

【0007】このような問題点を解決する一方法とし
て、特開昭61−258112号公報に示されているセ
ンサ信号をフィルタリングする方法があり、図2を用い
て説明する。差動走行距離計20は左右の車輪の回転差
から車両回転角を検出するセンサであり、ジャイロセン
サと同様な誤差特性を持っている。コンパス22は地磁
気センサに代表される絶対方位センサであり、マップ2
1は車両に搭載されたディジタル道路データベースであ
り、現在位置が道路上に特定されている場合、センサ同
様、道路方位を車両方位として出力することができる。
As a method for solving such a problem, there is a method of filtering a sensor signal as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-258112, which will be described with reference to FIG. The differential odometer 20 is a sensor that detects the vehicle rotation angle from the rotation difference between the left and right wheels, and has the same error characteristics as a gyro sensor. The compass 22 is an absolute azimuth sensor represented by a geomagnetic sensor.
Reference numeral 1 denotes a digital road database installed in a vehicle. When the current position is specified on the road, the road direction can be output as the vehicle direction like the sensor.

【0008】コンパス22またはマップ21からの方位
と差動走行距離計20からの方位との差をとり、それに
ローパスフィルタをかけてコンパス22等(地磁気セン
サ)に含まれる高周波ノイズを除去する。その信号を差
動走行距離計20の出力から差し引くことにより、差動
走行距離計20等(ジャイロセンサ)に含まれるバイア
ス誤差を取り除く。従って、最終的に出力される方位信
号は各々のセンサの誤差成分を補正した信号が出力され
る。
The difference between the azimuth from the compass 22 or the map 21 and the azimuth from the differential odometer 20 is calculated, and a low pass filter is applied to the difference to remove high frequency noise contained in the compass 22 or the like (geomagnetic sensor). By subtracting the signal from the output of the differential odometer 20, the bias error included in the differential odometer 20 and the like (gyro sensor) is removed. Therefore, the finally output azimuth signal is a signal in which the error component of each sensor is corrected.

【0009】また、同様のフィルタリング方式で、カル
マンフィルタを適用した特開平3−188316号公報
の例もある。
There is also an example of Japanese Patent Laid-Open No. 3-188316 in which a Kalman filter is applied by a similar filtering method.

【0010】また別の解決法として、車両が道路上を走
行することを前提として、上記推測航法に基づいて得ら
れた現在位置データと、予めメモリに格納されている道
路交通網データとを比較し、現在位置データの道路から
のずれ量を累積誤差として算出し、上記現在位置データ
に対して累積誤差分の補正を行い、現在位置データを道
路データに一致させるようにした、例えば特開昭63−
148115号公報に示されるような地図マッチング方
式が提案されている。
As another solution, on the assumption that the vehicle travels on the road, the current position data obtained based on the dead reckoning is compared with the road traffic network data stored in the memory in advance. Then, the deviation amount of the current position data from the road is calculated as a cumulative error, and the current position data is corrected by the cumulative error so that the current position data matches the road data. 63-
A map matching method as disclosed in Japanese Patent No. 148115 has been proposed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記の例のような、微
分量を計測し、それを積分することにより所要量を算出
する積分型センシング装置の場合、微分量に含まれる誤
差は、積分操作により累積されるため、仮りに、その誤
差が微量であっても多大な誤差を引き起こす可能性があ
る。
In the case of the integral type sensing device which measures the differential amount and calculates the required amount by integrating the differential amount as in the above example, the error included in the differential amount is the integration operation. Therefore, even if the error is very small, a large error may occur.

【0012】その上、上記車載用ナビゲーション装置の
例の場合、フィルタリング方式においては、例えば高速
道路等の連続した構造物の上を走行する場合などは、地
磁気センサ出力にも定常的な誤差が発生するため、それ
に基づいてジャイロセンサのバイアスを精度良く補正す
ることは困難となる。
In addition, in the case of the above-mentioned on-vehicle navigation device, in the filtering method, for example, when traveling on a continuous structure such as a highway, a steady error occurs in the geomagnetic sensor output. Therefore, it is difficult to accurately correct the bias of the gyro sensor based on this.

【0013】また、地図マッチング方式においては、ド
ライバに示す最終的な表示を修正するに過ぎず、センサ
誤差発生の根本的解決にはならない。
Further, in the map matching method, the final display shown to the driver is only corrected, and it is not a fundamental solution to the occurrence of sensor error.

【0014】すなわち、例えば、方位センサにジャイロ
などの角速度を計測するレートセンサを用いる場合、計
測角速度にバイアス誤差が含まれてくると、角度誤差は
時間とともに増大する。これは最終的な角度表示を修正
しても、その後またすぐ同様な誤差が発生してしまう。
That is, for example, when a rate sensor such as a gyro is used as the azimuth sensor, if the measured angular velocity includes a bias error, the angular error increases with time. Even if the final angle display is corrected, a similar error will occur immediately after that.

【0015】また、例えば、距離センサに車輪の回転数
を周期的に計測する車速センサを用いる場合、タイヤの
空気圧変化などにより、車輪の回転数から車速を算出す
るスケールファクタが変化し、距離誤差が走行距離の増
加とともに増大する。これも上記地図マッチング方式に
より位置が修正された場合でも、その後またすぐに同様
な誤差が発生してしまう。
Further, for example, when a vehicle speed sensor for periodically measuring the number of rotations of a wheel is used as the distance sensor, a scale factor for calculating the vehicle speed from the number of rotations of the wheel is changed due to a change in tire air pressure or the like, resulting in a distance error. Increases as the mileage increases. Also in this case, even if the position is corrected by the map matching method, the same error will occur immediately thereafter.

【0016】前述のようにこの種の誤差は、車載用ナビ
ゲーション装置に限ったものではなく、センシング対象
である物理量の微分量を計測し、その後それを積分して
所要量を算出する方式においては共通の課題である。
As described above, this kind of error is not limited to the in-vehicle navigation device, but in the method of measuring the differential amount of the physical quantity to be sensed and then integrating it to calculate the required quantity. It is a common issue.

【0017】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、積分により累積する誤差をできる限り減少さ
せ、より精度の高い積分センシング装置を提供すること
を目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a more accurate integral sensing device by reducing the error accumulated by integration as much as possible.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、センシング対象である物理量を得る第1の手段を有
し、前記第1の手段は、前記物理量の微分量を計測する
計測手段と、前記微分量を積分する積分手段とを有する
積分型センシング装置において、前記物理量を得る第2
の手段と、前記第1及び第2の手段により得られた各々
の物理量の差の変化率から前記第1の手段における計測
微分量の誤差を推定する誤差推定手段と、前記誤差に基
づき前記第1の手段における計測微分量を補正する手段
とを有することとしたものである。
In order to achieve the above object, there is provided a first means for obtaining a physical quantity to be sensed, and the first means comprises a measuring means for measuring a differential quantity of the physical quantity, An integrating-type sensing device having an integrating unit that integrates the differential amount;
Means for estimating the error of the measured differential quantity in the first means from the rate of change of the difference between the physical quantities obtained by the first and second means, and the error estimating means based on the error. And means for correcting the measured differential amount in the first means.

【0019】前記物理量の差の変化率は、時間変化率で
あってもよい。
The rate of change of the physical quantity difference may be a rate of change over time.

【0020】前記誤差が前記第1の手段における計測微
分量のバイアス誤差であってもよい。
The error may be a bias error of the measured differential amount in the first means.

【0021】前記物理量の差の時間に対する変化を回帰
直線にて表し、前記回帰直線の傾きを前記第1の手段に
おける計測微分量の一定バイアス誤差としてもよい。
The change of the difference of the physical quantities with respect to time may be represented by a regression line, and the slope of the regression line may be used as a constant bias error of the measured differential amount in the first means.

【0022】前記物理量が車両の走行方位角であり、前
記第1の手段がジャイロセンサによる走行方位検出であ
り、前記第2の手段が車両に搭載された道路地図メモリ
に記憶された対応する道路方位角を走行方位角として出
力することとしてもよい。
The physical quantity is a traveling azimuth angle of the vehicle, the first means is a traveling azimuth detection by a gyro sensor, and the second means is a corresponding road stored in a road map memory mounted on the vehicle. The azimuth angle may be output as the traveling azimuth angle.

【0023】前記第2の手段が衛星信号を基に地球上の
位置及び方位を検出するGPS装置であってもよい。
The second means may be a GPS device that detects the position and direction on the earth based on satellite signals.

【0024】前記第2の手段が地球磁場を検出する地磁
気センサによる方位を検出するものであってもよい。
The second means may detect the azimuth by a geomagnetic sensor that detects the earth's magnetic field.

【0025】前記物理量が車両の走行距離であり、前記
第1の手段が車速を周期的に計測して、走行距離を検出
し、前記第2の手段が車両に搭載された道路地図メモリ
に記憶された対応する道路長を走行距離として検出し、
前記第1の手段と前記第2の手段により得られた各々の
物理量の差の走行距離による変化率から前記第1の手段
における計測微分量のスケールファクタ誤差を算出し、
前記スケールファクタ誤差に基づき前記第1の手段にお
ける計測微分量を補正するものとしてもよい。
The physical quantity is the traveling distance of the vehicle, the first means periodically measures the vehicle speed to detect the traveling distance, and the second means is stored in the road map memory mounted on the vehicle. Detected the corresponding road length as the traveled distance,
The scale factor error of the measured differential amount in the first means is calculated from the rate of change of the difference between the physical quantities obtained by the first means and the second means according to the travel distance,
The measurement differential amount in the first means may be corrected based on the scale factor error.

【0026】前記第2の手段が衛星信号を基に地球上の
位置及び方位を検出するGPS装置による走行距離検出
であってもよい。
The second means may be a traveling distance detection by a GPS device that detects the position and direction on the earth based on a satellite signal.

【0027】前記物理量が車両の走行速度であり、前記
第1の手段が車体に固定した加速度センサにより、走行
速度を検出し、前記第2の手段が車輪の回転数を周期的
に計測して走行速度を検出するものであってもよい。
The physical quantity is the traveling speed of the vehicle, the first means detects the traveling speed by an acceleration sensor fixed to the vehicle body, and the second means periodically measures the rotational speed of the wheels. It may be one that detects the traveling speed.

【0028】[0028]

【作用】以上の積分型センシング装置であれば、センシ
ング対象である物理量の変化率である微分量を計測し、
前記微分量を表す信号を積分することにより前記物理量
を得る第1の手段を備えた積分型センシング装置におい
て、前記第1の手段とは別の前記物理量を得る第2の手
段を備え、前記第1及び第2の手段により得られた各々
の物理量の差の変化率から前記第1の手段における計測
微分量の誤差を推定し、前記誤差に基づき前記第1の手
段における計測微分量を補正することができる。
With the above integral type sensing device, the differential quantity, which is the rate of change of the physical quantity to be sensed, is measured,
In an integral sensing device including a first means for obtaining the physical quantity by integrating a signal representing the differential quantity, a second means for obtaining the physical quantity, which is different from the first means, is provided. The error of the measured differential quantity in the first means is estimated from the change rate of the difference between the physical quantities obtained by the first and second means, and the measured differential quantity in the first means is corrected based on the error. be able to.

【0029】すなわち、前記物理量の差の変化率を時間
変化率とした場合、その時間変化率により計測微分量の
バイアス誤差が推定可能である。例えば、前記物理量の
差の時間に対する変化を回帰直線にて表した場合、前記
回帰直線の一定の傾きを前記第1の手段における計測微
分量の一定バイアス誤差と見ることができる。
That is, when the rate of change of the physical quantity difference is taken as the rate of change with time, the bias error of the measured differential quantity can be estimated by the rate of change with time. For example, when the change of the physical quantity difference with respect to time is represented by a regression line, a constant slope of the regression line can be regarded as a constant bias error of the measured differential amount in the first means.

【0030】前記物理量が車両の走行方位角とし、また
前記第1の手段が車体に固定したジャイロセンサにより
走行方位を検出し、前記第2の手段が車両に搭載された
道路地図メモリに記憶された対応する道路方位角を走行
方位角とする場合、あるいは、衛星信号を基に地球上の
絶対位置及び絶対方位を検出するGPS装置による走行
方位の検出かもしくは、地球磁場を検出する地磁気セン
サによる方位の検出とした場合、上記同様、走行方位角
の角速度におけるバイアス誤差を算出でき、その誤差を
補正した精度の高い走行方位角を求めることができる。
The physical quantity is the traveling azimuth of the vehicle, the first means detects the traveling azimuth by a gyro sensor fixed to the vehicle body, and the second means is stored in a road map memory mounted on the vehicle. When the corresponding road azimuth is used as the traveling azimuth, or the traveling azimuth is detected by a GPS device that detects the absolute position and absolute azimuth on the earth based on satellite signals, or by the geomagnetic sensor that detects the earth's magnetic field. When the azimuth is detected, the bias error in the angular velocity of the traveling azimuth can be calculated, and the traveling azimuth with high accuracy can be obtained by correcting the error, as in the above.

【0031】前記物理量を車両の走行距離とし、前記第
1の手段が車速を計測して、走行距離を検出し、前記第
2の手段が車両に搭載された道路地図メモリに記憶され
た対応する道路長を走行距離とする場合、あるいは、衛
星信号を基に地球上の絶対位置及び絶対方位を検出する
GPS装置で走行距離を検出する場合でも、前記第1の
手段と前記第2の手段により得られた各々の物理量の差
の走行距離による変化率から前記第1の手段における計
測微分量のスケールファクタ誤差を算出し、前記スケー
ルファクタ誤差に基づき前記第1の手段における計測微
分量を補正することが可能である。
The physical quantity is used as the traveling distance of the vehicle, the first means measures the vehicle speed to detect the traveling distance, and the second means corresponds to the stored distance in the road map memory mounted on the vehicle. Even when the road length is used as the travel distance, or when the travel distance is detected by the GPS device that detects the absolute position and absolute direction on the earth based on the satellite signal, the first means and the second means are used. The scale factor error of the measured differential amount in the first means is calculated from the obtained change rate of the difference between the respective physical quantities according to the travel distance, and the measured differential amount in the first means is corrected based on the scale factor error. It is possible.

【0032】前記物理量を車両の走行速度とし、前記第
1の手段が車体に固体した加速度センサで走行速度を検
出し、前記第2の手段が車速を計測して、走行速度を検
出する場合でも、上記と全く同様の精度改善が達成可能
である。
Even when the physical quantity is the traveling speed of the vehicle, the first means detects the traveling speed with an acceleration sensor solidly mounted on the vehicle body, and the second means measures the vehicle speed to detect the traveling speed. It is possible to achieve exactly the same accuracy improvement as described above.

【0033】[0033]

【実施例】以下、図面に基づいて本発明に係わる装置の
実施例を説明する。はじめに、図1、3により本発明に
係わる装置の原理を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of an apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the principle of the device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0034】図1は、本発明が適用された積分型センシ
ング装置の構成図である。本装置は、第1の手段1と、
第2の手段2と、第1の手段と第2の手段の出力差を演
算する出力差演算手段3と、その出力差の変化率を演算
し、その変化率により第1の手段1の誤差を推定する誤
差推定手段5とを有する。
FIG. 1 is a block diagram of an integral type sensing device to which the present invention is applied. This device comprises a first means 1,
The second means 2, the output difference calculation means 3 for calculating the output difference between the first means and the second means, the change rate of the output difference are calculated, and the error of the first means 1 is calculated by the change rate. Error estimation means 5 for estimating

【0035】第1の手段1は、対象である物理量の時間
微分量を計測する微分量計測手段6と、誤差推定手段5
の誤差推定量をもとに誤差補正する誤差補正手段7と、
微分量計測手段6と誤差補正手段7の処理を経た信号を
時間積分する時間積分手段8とを有する。以上の処理に
より対象である物理量9が得られる。
The first means 1 is a differential quantity measuring means 6 for measuring a time differential quantity of a target physical quantity and an error estimating means 5.
Error correction means 7 for correcting an error based on the error estimation amount of
It has a differential amount measuring means 6 and a time integration means 8 for time-integrating the signal processed by the error correction means 7. By the above process, the target physical quantity 9 is obtained.

【0036】すなわち、第1の手段1は微分量計測手段
6で微分量を計測し、時間積分手段8で積分することに
より対象とする物理量9を得るため、計測した微分量に
誤差が生じると対象とする物理量9の誤差は積分により
徐々に増大する。そこで、別の第2の手段2を基準にし
て差を出力差演算手段3でとり、その変化率を誤差推定
手段4で算出することにより誤差推定し、それから誤差
補正手段7で計測微分量の誤差を補正することで最終的
な対象とする物理量9の精度を向上させる。
That is, the first means 1 obtains the target physical quantity 9 by measuring the differential quantity by the differential quantity measuring means 6 and integrating it by the time integrating means 8, so that an error occurs in the measured differential quantity. The error of the target physical quantity 9 gradually increases due to integration. Therefore, the difference is calculated by the output difference calculating means 3 with another second means 2 as a reference, and the rate of change is calculated by the error estimating means 4 to estimate the error, and then the error correcting means 7 calculates the measured differential amount. By correcting the error, the accuracy of the final target physical quantity 9 is improved.

【0037】図3は、第1の手段31と第2の手段2の
信号にカルマンフィルタリング13を施して対象とする
物理量が算出する方式において、カルマンフィルタゲイ
ンを算出するために必要な誤差(ノイズ)成分を測定す
る手段に本発明を適用した構成図である。
FIG. 3 shows an error (noise) necessary for calculating the Kalman filter gain in the method of calculating the physical quantity of interest by subjecting the signals of the first means 31 and the second means 2 to Kalman filtering 13. It is a block diagram which applied this invention to the means to measure a component.

【0038】図1と同様に誤差測定手段10で算出した
変化率をもとに、第1の手段における誤差(ノイズ)成
分を測定し、それからカルマンフィルタゲイン算出手段
11でカルマンフィルタゲインを算出し、各手段から求
めた対象とする物理量に、カルマンフィルタゲインに基
づいた重み付け処理をすることにより、対象とする物理
量を所要物理量推定手段12で推定することができる。
Similar to FIG. 1, the error (noise) component in the first means is measured based on the rate of change calculated by the error measuring means 10, and the Kalman filter gain calculating means 11 calculates the Kalman filter gain. By subjecting the target physical quantity obtained from the means to a weighting process based on the Kalman filter gain, the target physical quantity can be estimated by the required physical quantity estimating means 12.

【0039】次に、具体的にカルマンフィルタ処理につ
いて説明する。
Next, the Kalman filter processing will be specifically described.

【0040】まず対象とするシステムをモデル化して立
てた状態方程式は次式のようになる
First, the equation of state established by modeling the target system is as follows:

【0041】。..

【数1】X(k+1)=AX+BU(K)+v(k) ここで、X(k)は状態ベクトルであり、所要物理量を含
む時刻kにおける推定量である。Aは状態遷移行列、B
は駆動行列、U(k)はブラント雑音、v(k)はシステム雑
音である。
## EQU1 ## X (k + 1) = AX + BU (K) + v (k) where X (k) is a state vector, which is an estimated amount at time k including the required physical amount. A is the state transition matrix, B
Is the driving matrix, U (k) is blunt noise, and v (k) is system noise.

【0042】また、各センサからの観測量と上記状態量
との間の関係を示す観測方程式は次式のようになる。
An observation equation showing the relationship between the observed amount from each sensor and the above state amount is as follows.

【0043】[0043]

【数2】Y(k)=f(x(k))+W(k) ここで、Y(K)は観測ベクトル、fは状態量との関係
を表す関数式、W(k)は観測雑音である。
## EQU00002 ## Y (k) = f (x (k)) + W (k) where Y (K) is an observation vector, f is a functional expression expressing the relationship with the state quantity, and W (k) is an observation noise. Is.

【0044】上記モデルに対してカルマンフィルタ処理
を適用する。カルマンフィルタによる最適推定値X(k|
k)は次の漸化式により求められる。なお、観測方程式が
非線形の場合は拡張カルマンフィルタのアルゴリズムを
用いる。
Kalman filtering is applied to the above model. Optimal estimate X (k |
k) is calculated by the following recurrence formula. If the observation equation is non-linear, the extended Kalman filter algorithm is used.

【0045】[0045]

【数3】X(k+1|k)=AX(k|k)+BU(k)[Equation 3] X (k + 1 | k) = AX (k | k) + BU (k)

【0046】[0046]

【数4】X(k|k)=X(k|k-1)+K(k)[Y(k)-f(X(k|k-1))][Formula 4] X (k | k) = X (k | k-1) + K (k) [Y (k) -f (X (k | k-1))]

【0047】[0047]

【数5】P(k+1|k)=AP(k|k)A'+V(k)[Equation 5] P (k + 1 | k) = AP (k | k) A '+ V (k)

【0048】[0048]

【数6】P(k|k)=P(k|k-1)-K(k)C(k)P(k|k-1)[Equation 6] P (k | k) = P (k | k-1) -K (k) C (k) P (k | k-1)

【0049】[0049]

【数7】 K(k)=P(k|k-1)C'(k)[C(k)P(k|k-1)C'(k)+W(k)]~1 ただし、添字(k|k)は時刻kでの観測値を基づいたカルマ
ンフィルタによる最適値で、(k|k-1)は時刻K-1での値か
ら時刻kでの値を状態方程式により予測したものであ
る。また、V(k)、W(k)はそれぞれシステム雑音、観測雑
音の共分散行列である。
[Equation 7] K (k) = P (k | k-1) C '(k) [C (k) P (k | k-1) C' (k) + W (k)] ~ 1 where The subscript (k | k) is the optimum value by the Kalman filter based on the observation value at time k, and (k | k-1) is the value at time k-1 predicted by the state equation from the value at time K-1. Is. Further, V (k) and W (k) are the covariance matrices of system noise and observation noise, respectively.

【0050】Pは推定誤差の共分散行列であり、カルマ
ンフィルタによる推定の精度の目安になる。kはカルマ
ンフィルタゲインであり、観測量が得られたときに計算
され、システム雑音と観測雑音の統計量を比較し、状態
方程式と観測値のどちらに重みをかけるかを決定する量
である。数4は最適推定値を計算する式である。時刻k-
1における最適推定値を用いて状態方程式に従い、時刻k
での値を予測する。この予測値と時刻kにおける観測値
のカルマンフィルタゲインkによる内分点が最適推定値
となる。なお、行列C(k)は観測方程式の線形化に用いる
f(X(k|k-1))のヤコビアンである。
P is a covariance matrix of the estimation error and serves as a measure of the accuracy of estimation by the Kalman filter. k is a Kalman filter gain, which is calculated when the observed quantity is obtained, and is a quantity that determines whether to weight the equation of state or the observed value by comparing the statistics of the system noise and the observed noise. Equation 4 is an equation for calculating the optimum estimated value. Time k-
According to the state equation using the optimal estimate in 1, time k
Predict the value at. The optimal estimated value is the internal division point of this predicted value and the Kalman filter gain k of the observed value at time k. The matrix C (k) is used to linearize the observation equation.
It is the Jacobian of f (X (k | k-1)).

【0051】以上のようなカルマンフィルタ処理におい
て、誤差測定手段10から得られたノイズ成分の大きさ
をもとに、V(k)、W(k)、もしくはPのそれに対応する
成分を適宜変更することにより、その条件で最適な重み
付けを行うカルマンフィルタゲインKを算出することが
できる。
In the above Kalman filter processing, the component corresponding to V (k), W (k) or P is appropriately changed based on the magnitude of the noise component obtained from the error measuring means 10. As a result, it is possible to calculate the Kalman filter gain K for performing optimal weighting under the conditions.

【0052】次に第1の実施例について述べる。Next, the first embodiment will be described.

【0053】図4は、図1の構成を飛行機の慣性航法装
置における飛行距離検出に適用した例である。第1の手
段45は速度センサ14を有し、速度を速度センサ14
にて計測する。第2の手段402は、ロランC等の電波
航法による位置検出手段16を有する。その第2の手段
402の位置出力から算出した飛行距離を基準にして、
速度センサ14の出力による飛行距離の時間変化をバイ
アス誤差推定手段42で調べる。さらに、バイアス誤差
推定手段42は、その時の時間変化率を後述する回帰分
析等の統計処理により算出し、それを速度センサのバイ
アス誤差とみなし、バイアス誤差補正手段41において
計測速度のバイアス誤差を補正する。従って、最終的に
出力される飛行距離15は、バイアス誤差を補正した分
だけ精度を向上させることができる。
FIG. 4 is an example in which the configuration of FIG. 1 is applied to detection of a flight distance in an inertial navigation system of an airplane. The first means 45 has a speed sensor 14,
Measure at. The second means 402 has a position detecting means 16 by radio navigation such as Loran C. Based on the flight distance calculated from the position output of the second means 402,
The bias error estimating means 42 examines the time change of the flight distance due to the output of the speed sensor 14. Further, the bias error estimation means 42 calculates the time change rate at that time by statistical processing such as regression analysis described later, regards it as the bias error of the speed sensor, and the bias error correction means 41 corrects the bias error of the measured speed. To do. Therefore, the accuracy of the finally output flight distance 15 can be improved by the amount by which the bias error is corrected.

【0054】次に第2の実施例について述べる。Next, the second embodiment will be described.

【0055】図14は、本発明が適用された車両のナビ
ゲーション装置の構成図であり、車輪の回転数に比例し
たパルス信号を出力する光電式または電磁式等のセンサ
からなる車輪の走行距離に応じた信号を発生する距離セ
ンサ601と、車両の進行方向に応じた絶対方位の信号
を出力する地磁気センサ602と、車両の走行方位に応
じてその方位または方位変化量に比例した信号を出力す
るレート式のジャイロセンサ603とを有し、これらの
出力はコントローラ604に入力されるように構成され
ている。
FIG. 14 is a block diagram of a vehicle navigation system to which the present invention is applied, showing the traveling distance of a wheel which is composed of a photoelectric or electromagnetic sensor which outputs a pulse signal proportional to the rotational speed of the wheel. A distance sensor 601 that generates a signal in accordance with the direction, a geomagnetic sensor 602 that outputs a signal in the absolute direction corresponding to the traveling direction of the vehicle, and a signal that is proportional to the direction or the amount of change in the direction according to the traveling direction of the vehicle. It has a rate type gyro sensor 603, and these outputs are configured to be input to the controller 604.

【0056】コントローラ604は、図1の際1の手段
1のうちの誤差補正手段7と時間積分手段8の機能を有
し、さらに、出力差演算手段3と、誤差推定手段5の機
能を有する。
The controller 604 has the functions of the error correction means 7 and the time integration means 8 of the means 1 of 1 in FIG. 1, and further has the functions of the output difference calculation means 3 and the error estimation means 5. .

【0057】一方、コントローラ604は、距離センサ
601からのパルス信号数をカウントして、車両の走行
距離を検出するとともに、地磁気センサ602及びジャ
イロセンサ603から出力される方位信号等によって車
両の走行方位を検出し、それらの検出結果に応じて車両
の単位走行距離毎の二次元座標上の位置を演算によって
求めるよう構成されている。
On the other hand, the controller 604 counts the number of pulse signals from the distance sensor 601 to detect the traveling distance of the vehicle, and the traveling direction of the vehicle based on the direction signals output from the geomagnetic sensor 602 and the gyro sensor 603. Is detected, and the position on the two-dimensional coordinates of each unit traveled distance of the vehicle is calculated according to the detection results.

【0058】また605は、上記コントローラ604に
よって求められた刻々変化する二次元座標上の位置デー
タに基づいて車両の現在地を刻々更新表示させるCRT
表示装置、液晶表示装置などからなる表示装置である。
A reference numeral 605 is a CRT for renewing and displaying the current position of the vehicle on the basis of the position data on the two-dimensional coordinate which is changed by the controller 604.
The display device includes a display device and a liquid crystal display device.

【0059】図5は、図1の構成を車両のナビゲーショ
ン装置における走行方位検出に適用した例である。第1
の手段501はジャイロセンサ40を有し、角速度をジ
ャイロセンサ40にて計測する。第2の手段502は、
図2の従来例と同様の地図21、地磁気センサ22と、
衛星信号を基に地球上の絶対位置及び絶対方位を検出す
るGPS装置45の3つを組み合わせ、アドレスセレク
タ(ADS SEL)23により状況に応じて最も精度
の高いセンサを選択して方位を出力する仕組みになって
いる。その第2の手段502の方位出力を基準にして、
ジャイロセンサ出力による方位の時間変化をバイアス誤
差推定手段42において調べる。その時の時間変化率を
後述する回帰分析等の統計処理により算出し、それをジ
ャイロセンサのバイアス誤差とみなし、バイアス誤差補
正手段41において計測角速度のバイアス誤差を補正す
る。従って、最終的に出力される走行方位44は、バイ
アス誤差を補正した分だけ精度を向上させることができ
る。
FIG. 5 is an example in which the configuration of FIG. 1 is applied to the detection of the traveling direction in a vehicle navigation system. First
The means 501 has the gyro sensor 40, and the angular velocity is measured by the gyro sensor 40. The second means 502 is
A map 21, a geomagnetic sensor 22 similar to the conventional example of FIG.
A GPS device 45 that detects an absolute position and an absolute azimuth on the earth based on a satellite signal is combined, and an address selector (ADS SEL) 23 selects the most accurate sensor according to the situation and outputs the azimuth. It works. Based on the azimuth output of the second means 502,
The bias error estimating means 42 examines the time change of the azimuth due to the output of the gyro sensor. The rate of change over time at that time is calculated by statistical processing such as regression analysis described later, and is regarded as the bias error of the gyro sensor, and the bias error correction means 41 corrects the bias error of the measured angular velocity. Therefore, the traveling direction 44 finally output can be improved in accuracy by the amount by which the bias error is corrected.

【0060】次に第3の実施例について述べる。Next, a third embodiment will be described.

【0061】図6は、図3の構成を車両のナビゲーショ
ン装置における走行方位検出に適用した例である。図5
同様、第1の手段601はジャイロセンサ40を有し、
角速度をジャイロセンサ40にて計測する。第2の手段
502は、図2の従来例と同様の地図21、地磁気セン
サ22と、衛星信号を基に地球上の絶対位置及び絶対方
位を検出するGPS装置545の3つの組み合わせ、A
DS SEL23により状況に応じて最も精度の高いセ
ンサを選択して方位を出力する仕組みになっている。
FIG. 6 is an example in which the configuration of FIG. 3 is applied to the detection of the traveling direction in a vehicle navigation system. Figure 5
Similarly, the first means 601 has a gyro sensor 40,
The angular velocity is measured by the gyro sensor 40. The second means 502 is three combinations of the map 21, the geomagnetic sensor 22 and the GPS device 545 for detecting the absolute position and the absolute azimuth on the earth based on the satellite signal, which are the same as those in the conventional example of FIG.
With the DS SEL 23, the most accurate sensor is selected according to the situation and the azimuth is output.

【0062】バイアス誤差補正手段642で算出した変
化率をもとに、第1の手段601における誤差(ノイ
ズ)成分を測定し、それからカルマンフィルタゲイン算
出手段611でカルマンフィルタゲインを算出し、第1
及び第2の手段601,502から求めた走行方位に、
カルマンフィルタゲインに基づいた重み付け処理を所要
物理量推定手段612ですることにより、走行方位44
を推定することができる。
Based on the rate of change calculated by the bias error correction means 642, the error (noise) component in the first means 601 is measured, and then the Kalman filter gain calculation means 611 calculates the Kalman filter gain.
And the traveling direction obtained from the second means 601 and 502,
By the weighting processing based on the Kalman filter gain by the required physical quantity estimating means 612, the traveling direction 44
Can be estimated.

【0063】次に第4の実施例について述べる。Next, a fourth embodiment will be described.

【0064】図7は、図1の構成を車両のナビゲーショ
ン装置における走行距離検出に適用した例である。第1
の手段701は、車輪の回転数を定期的にカウントする
ことにより車速相当量を計測する車速計測手段750を
有し、時間積分手段78により時間積分することにより
走行距離を算出する。第2の手段702は、地図データ
21とGPS装置545のいずれか精度の高いデータを
ADS SEL723により選択して走行距離を出力す
る仕組みになっている。その第2の手段702の距離出
力を基準にして、第1の手段701による距離出力の、
走行距離の増加に伴う変化をスケール誤差推定手段75
2により調べる。その時の距離変化率(スケールファク
タ誤差)αを後述する回帰分析等の統計処理により算出
し、第1の手段1のスケールファクタ誤差とみなす。そ
して以下の数1により
FIG. 7 is an example in which the configuration of FIG. 1 is applied to the detection of the traveling distance in a vehicle navigation system. First
The means 701 has a vehicle speed measuring means 750 that measures the vehicle speed equivalent amount by periodically counting the number of rotations of the wheels, and calculates the traveling distance by time integration by the time integration means 78. The second means 702 has a mechanism for selecting either the map data 21 or the GPS device 545 with high accuracy by the ADS SEL 723 and outputting the traveling distance. Based on the distance output of the second means 702, of the distance output of the first means 701,
The scale error estimating means 75 measures the change with the increase of the traveling distance.
Check by 2. The distance change rate (scale factor error) α at that time is calculated by statistical processing such as regression analysis described later, and is regarded as the scale factor error of the first means 1. And by the following number 1

【0065】[0065]

【数1】 車速=車速相当量×(1+α) 車速算出のためのスケール誤差を補正する。従って、最
終的に出力される走行距離54はスケール誤差を補正し
た分だけ精度を向上させることができる。
[Formula 1] Vehicle speed = Vehicle speed equivalent amount × (1 + α) Scale error for vehicle speed calculation is corrected. Therefore, the accuracy of the finally output mileage 54 can be improved by the amount by which the scale error is corrected.

【0066】次に第5の実施例について述べる。Next, the fifth embodiment will be described.

【0067】図8は、図1の構成を車両のナビゲーショ
ン装置における走行速度検出に適用した例である。第1
の手段801には加速度センサ860を適用し、加速度
を加速度センサ860にて計測する。第2の手段802
は、車輪の回転数をカウントして車速を算出する車輪速
センサ62と、衛星信号を基に地球上の移動体の速度を
検出するGPS装置545の2つを組み合わせ、ADS
SEL823により状況に応じて最も精度の高いセン
サを選択して車速を出力する仕組みになっている。その
第2の手段802の車速出力を基準にして、加速度セン
サ出力による車速の時間変化をバイアス誤差推定手段8
42において調べる。その時の時間変化率を後述する回
帰分析等統計処理により算出し、それを加速度センサの
バイアス誤差とみなし、バイアス誤差補正手段841に
より計測加速度のバイアス誤差を補正する。従って、最
終的に出力される走行速度61は、バイアス誤差を補正
した分だけ精度を向上させることができる。
FIG. 8 shows an example in which the configuration of FIG. 1 is applied to the traveling speed detection in a vehicle navigation system. First
The acceleration sensor 860 is applied to the means 801 and the acceleration is measured by the acceleration sensor 860. Second means 802
Is a combination of a wheel speed sensor 62 that counts the number of rotations of wheels and calculates a vehicle speed and a GPS device 545 that detects the speed of a moving object on the earth based on a satellite signal.
The SEL 823 is configured to select the most accurate sensor according to the situation and output the vehicle speed. Based on the vehicle speed output of the second means 802, the bias error estimating means 8 is used to determine the time change of the vehicle speed due to the acceleration sensor output.
Check at 42. The rate of change over time at that time is calculated by statistical processing such as regression analysis described later, which is regarded as the bias error of the acceleration sensor, and the bias error correction means 841 corrects the bias error of the measured acceleration. Therefore, the accuracy of the finally output traveling speed 61 can be improved by the amount by which the bias error is corrected.

【0068】以上のような例は一例に過ぎず、本発明は
積分型のセンシング装置に共通して適用できるものであ
る。
The above example is only one example, and the present invention can be commonly applied to integral type sensing devices.

【0069】次に、車両のナビゲーション装置を例にと
り、図5に示したような走行方位の精度向上を図る場合
を対象にして、本発明の動作を図9〜13のフローチャ
ートに従って説明する。
Next, the operation of the present invention will be described with reference to the flow charts of FIGS. 9 to 13 for the case of improving the accuracy of the traveling direction as shown in FIG.

【0070】システムがスタートすると、まず初期処理
が行われ(ステップ100)、キー入力により現在地が
設定されると(ステップ102)、表示装置605上に
は車両の現在地及び周辺の地図が表示される(ステップ
104)。
When the system is started, initial processing is first performed (step 100), and when the current position is set by key input (step 102), the current position of the vehicle and a map of the surrounding area are displayed on the display device 605. (Step 104).

【0071】次に、ステップ106により、ステップ1
08以下の割り込みを許可し、以下のメインループに入
ることになる。
Next, in step 106, step 1
Interrupts 08 and below are permitted, and the main loop below is entered.

【0072】このメインループでは、単位距離走行毎の
走行量を積分加算して車両現在地と地図が更新されてお
り、走行ベクトル積分割り込み処理(ステップ10
8)、方位演算割り込み処理(ステップ110)、及び
バイアス誤差演算割り込み処理(ステップ112)によ
り現在地が移動した場合(ステップ114でYes)、
車両現在地及び周辺地図が更新されるようになっている
(ステップ116)。
In this main loop, the running amount for each unit distance is integrated and added to update the vehicle current position and the map, and the running vector integration interrupt process (step 10).
8), the azimuth calculation interrupt process (step 110) and the bias error calculation interrupt process (step 112) move the current position (Yes in step 114),
The current vehicle position and the surrounding map are updated (step 116).

【0073】図10は、上記ステップ108における走
行ベクトル積分割り込み処理の処理手順を示すフローチ
ャートで、その処理は車両が所定距離ΔDを走行して車
速パルスが発生する毎に実行されている。
FIG. 10 is a flowchart showing the processing procedure of the traveling vector integration interrupt processing in step 108, which processing is executed every time the vehicle travels a predetermined distance ΔD and a vehicle speed pulse is generated.

【0074】すなわち、まずステップ200により車両
方位θが読み込まれるが、このθは、後述するステップ
110の処理により検出されて記憶されているものを読
み込むことによって行われている。
That is, first, the vehicle direction θ is read in step 200, and this θ is performed by reading the one detected and stored in the process of step 110 described later.

【0075】これにより、距離ΔDのX方向成分とY方
向成分が求められ(ステップ202)、各々の成分をX
方向積算距離とY方向積算距離とに加算し、積算距離が
更新される(ステップ204)。
As a result, the X-direction component and the Y-direction component of the distance ΔD are obtained (step 202), and each component is X-valued.
The accumulated distance is added to the direction accumulated distance and the Y direction accumulated distance to update the accumulated distance (step 204).

【0076】以上の図10の処理が行われると、上記図
9の処理で、最新のX方向積算距離とY方向積算距離で
示される座標位置が車両の現在走行位置として取り扱わ
れる。
When the above-described processing of FIG. 10 is performed, the coordinate position indicated by the latest X-direction integrated distance and Y-direction integrated distance is treated as the current traveling position of the vehicle in the processing of FIG. 9 described above.

【0077】ステップ108で使用される車両走行方位
θは、ステップ110の方位演算割り込み処理により行
われる。この処理は、所定時間Δt経過毎に行われるタ
イマー割り込み処理であり、図11のフローチャートに
より処理手順を説明する。
The vehicle traveling azimuth θ used in step 108 is determined by the azimuth calculation interrupt processing in step 110. This process is a timer interrupt process performed every time a predetermined time Δt elapses, and the process procedure will be described with reference to the flowchart of FIG. 11.

【0078】当処理に入ると、まずジャイロセンサ60
3から車両の角速度ωを読み込む(ステップ300)。
In this process, first, the gyro sensor 60
The angular velocity ω of the vehicle is read from 3 (step 300).

【0079】これは、ジャイロセンサ603からは角速
度ωに比例した電圧が出力されるので、A/D変換後、
所定の係数を乗じることによって求められる。
This is because a voltage proportional to the angular velocity ω is output from the gyro sensor 603, so after A / D conversion,
It is obtained by multiplying by a predetermined coefficient.

【0080】次にステップ302において、ジャイロセ
ンサ603のバイアス誤差を読み込む。これは、後述す
るステップ112において算出されるものであり、算出
されるまでは、バイアス誤差b=0と置く。
Next, at step 302, the bias error of the gyro sensor 603 is read. This is calculated in step 112 described later, and the bias error b = 0 is set until it is calculated.

【0081】以上、読み込まれたω、bとΔtを用い、
ステップ304の演算により前回処理時から今回処理時
までの方位変化量Δθgを算出する。その後、その他の
方位出力と306でフィルタリング後方位出力する。
As described above, using the read ω, b and Δt,
The azimuth change amount Δθg from the previous processing to the current processing is calculated by the calculation in step 304. Then, the other azimuth output and the azimuth after filtering are output at 306.

【0082】次に、ステップ112に示したバイアス誤
差演算割り込み処理の処理手順を図12、13により説
明する。
Next, the processing procedure of the bias error calculation interrupt processing shown in step 112 will be described with reference to FIGS.

【0083】図12は、比較的短時間(数十秒)の間に
ジャイロバイアス誤差を算出する処理であり、一定時間
T経過毎に起動されるタイマー割り込み処理である。
FIG. 12 shows a process for calculating a gyro bias error in a relatively short time (several tens of seconds), which is a timer interrupt process activated every time a fixed time T elapses.

【0084】まず、ステップ402において、割り込み
回数をカウントする。次に、ステップ404、406に
おいて、それぞれ地磁気センサ、ジャイロからの現時点
での出力を読み込み、地磁気センサ出力を基準にしたジ
ャイロ回転角(ジャイロ方位)により走行方位を算出す
る、ステップ408では現在位置のある道路の方位を読
み込む。ステップ410では、ジャイロ方位、道路方位
それぞれについて前回値との差をとり角速度ωとし、ま
た現時点での道路方位を基準にしたジャイロ角度差、道
路角速度を基準にしたジャイロ角速度差を、それぞれΔ
θ、Δωとして算出する。ステップ412において所定
割り込み回数N(メモリサイズ)を超えたかどうかの判
定をし、超えた場合は、メモリサイズがいっぱいになっ
たので以下の処理を行う。
First, in step 402, the number of interrupts is counted. Next, in steps 404 and 406, the current outputs from the geomagnetic sensor and the gyro are read, and the traveling azimuth is calculated based on the gyro rotation angle (gyro azimuth) based on the geomagnetic sensor output. In step 408, the current position is calculated. Read the direction of a road. In step 410, the angular velocity ω is calculated by taking the difference from the previous value for each of the gyro azimuth and the road azimuth, and the gyro angular velocity difference based on the current road azimuth and the gyro angular velocity difference based on the road angular velocity are respectively Δ.
It is calculated as θ and Δω. In step 412, it is determined whether or not the predetermined interrupt count N (memory size) has been exceeded. If the predetermined interrupt count N has been exceeded, the memory size is full and the following processing is performed.

【0085】ステップ414で前回までのデータを1つ
ずつメモリ位置をずらし、新データをN番目に入力す
る。ステップ416において、ジャイロ角速度、道路角
速度が小さい場合を選び(多きいと、曲がり角が大きい
ことを意味し、バイアス誤差ではない、スケール誤差に
よる誤差が支配的になるからである)、ステップ418
においては、Δθがある程度以上変化した場合を選ぶ
(直線の場合を除くためである)。且つまた、ステップ
420では、バイアス誤差が一方向に生じていることを
判定し(1方向でないとハンドル操作により生じた現象
を誤差と誤認する場合がある)、ステップ422におい
ては、Δωの変動幅が小さいことを判定する。大きいと
きは、ハンドル操作の可能性がある。
In step 414, the memory positions of the data up to the previous time are shifted one by one, and the new data is input to the Nth data. In step 416, the case where the gyro angular velocity and the road angular velocity are small is selected (a large number means that the turning angle is large, and the error due to the scale error, not the bias error, becomes dominant), and the step 418 is performed.
In, the case where Δθ changes to some extent or more is selected (because the case of a straight line is excluded). In addition, in step 420, it is determined that the bias error is generated in one direction (if it is not in one direction, the phenomenon caused by the steering wheel operation may be mistaken for an error), and in step 422, the fluctuation width of Δω Is determined to be small. If it is large, there is a possibility of operating the steering wheel.

【0086】以上の判定を満たした場合、ジャイロ角度
差Δθの変化量を経過時間NTで除した値をバイアス誤
差bとみなし(ステップ424)、割り込み処理を終了
する。
If the above judgment is satisfied, the value obtained by dividing the change amount of the gyro angle difference Δθ by the elapsed time NT is regarded as the bias error b (step 424) and the interrupt processing is ended.

【0087】図13は、比較的長時間(数十分)の間に
ジャイロバイアス誤差を算出する処理であり、一定時間
T経過毎に起動されるタイマー割り込み処理である。
FIG. 13 shows a process for calculating a gyro bias error for a relatively long time (tens of minutes), which is a timer interrupt process activated every time a fixed time T elapses.

【0088】ステップ502〜514は、それぞれ図1
2のステップ402〜414と同様の処理である。ステ
ップ516においては、道路角を基準にしたジャイロ角
度差Δθ(ステップ510にて算出)の長時間変化を統
計処理し、回帰直線の傾きを算出し、それをバイアス誤
差bと見なしている。そしてステップ518において、
そのバイアス誤差bの変動幅が小さい場合に、ステップ
520のように最大と最小の平均をあらためてバイアス
誤差bとしている。
Steps 502-514 are shown in FIG.
The process is the same as steps 402 to 414 in step 2. In step 516, the long-term change in the gyro angle difference Δθ (calculated in step 510) based on the road angle is statistically processed, the slope of the regression line is calculated, and this is regarded as the bias error b. Then, in step 518,
When the fluctuation range of the bias error b is small, the average of the maximum and the minimum is newly set as the bias error b as in step 520.

【0089】ステップ518以下の手順は以下の理由か
ら決定した。ジャイロバイアスを表す傾きb(図15参
照)は統計計算(回帰直線)から求めるため、ある程度
情報量がたまらないと精度良く計算できない。そこで、
N−kまで情報を蓄積して、N−kからbの計算を始め
るようにする。その後Nまで毎回増えた情報を加えて毎
回b(n)を計算してゆく。そして、時間の経過ととも
に変動するb(n)がある一定幅に収束するか否かをス
テップ518で判定し、Yesであれば、ステップ52
0で、その最大値と最小値の平均をとってジャイロバイ
アスbとする。
The procedure following step 518 was determined for the following reasons. Since the slope b (see FIG. 15) representing the gyro bias is obtained from the statistical calculation (regression line), it cannot be calculated accurately unless the amount of information is accumulated to some extent. Therefore,
Information is accumulated up to N−k, and calculation of b is started from N−k. After that, the information increased up to N is added every time, and b (n) is calculated every time. Then, in step 518, it is determined whether or not b (n), which fluctuates with time, converges to a certain width.
At 0, the maximum value and the minimum value are averaged to obtain the gyro bias b.

【0090】これは、bの算出は傾きの変動が小さい時
に行わないと逆効果になる恐れがあるからである。
This is because the calculation of b may have an adverse effect unless it is performed when the variation of the inclination is small.

【0091】以上のようなバイアス誤差演算割り込み処
理は、図3のフィルタリング方式における誤差測定手段
10の変化率算出4にもそのまま適用できる。
The bias error calculation interrupt processing as described above can be directly applied to the change rate calculation 4 of the error measuring means 10 in the filtering method of FIG.

【0092】[0092]

【発明の効果】本発明の積分型センシング装置によれ
ば、対象である物理量の微分量を計測し、その後それを
積分して対象とする量を算出する方式において、計測微
分量に含まれる誤差、例えばバイアス誤差等を推定し、
補正することが可能となり、積分によって本来累積する
はずであった誤差を小さくすることができる。
According to the integral type sensing device of the present invention, in the method of measuring the differential quantity of the target physical quantity and then integrating it to calculate the target quantity, the error included in the measured differential quantity. , Estimating the bias error etc.,
It becomes possible to correct, and the error originally supposed to be accumulated by integration can be reduced.

【0093】これにより、センサによる計測信号そのも
のの誤差を小さくできるため、例えば、車両用ナビゲー
ション装置における地図マッチング方式の誤差補正のよ
うな最終段の補正とは異なり、補正した後に同様な誤差
がまたすぐに発生するようなことはない。従って、本発
明は精度の高いセンサを用いていることと等価になり、
システム的な信頼性も向上させることができる。
As a result, since the error of the measurement signal itself by the sensor can be reduced, unlike the final stage correction such as the error correction of the map matching method in the vehicle navigation device, for example, a similar error may occur after the correction. It does not happen immediately. Therefore, the present invention is equivalent to using a highly accurate sensor,
System reliability can also be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の積分型センシング装置の原理を説明す
るブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the principle of an integral sensing device of the present invention.

【図2】車両用ナビゲーション装置の従来例を説明する
ためのブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram for explaining a conventional example of a vehicle navigation device.

【図3】本発明の積分型センシング装置(フィルタ処
理)の原理を説明するブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating the principle of the integral type sensing device (filter process) of the present invention.

【図4】図1の構成を飛行機の慣性航法装置における飛
行距離検出に適用した一実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of FIG. 1 is applied to flight distance detection in an aircraft inertial navigation system.

【図5】図1の構成を車両用ナビゲーション装置におけ
る走行方位検出に適用した一実施例を示すブロック図で
ある。
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of FIG. 1 is applied to detection of traveling direction in a vehicle navigation device.

【図6】図3の構成を車両用ナビゲーション装置におけ
る走行方位検出に適用した一実施例を示すブロック図で
ある。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of FIG. 3 is applied to detection of traveling direction in a vehicle navigation device.

【図7】図1の構成を車両用ナビゲーション装置におけ
る走行距離検出に適用した一実施例を示すブロック図で
ある。
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of FIG. 1 is applied to detection of travel distance in a vehicle navigation device.

【図8】図1の構成を車両用ナビゲーション装置におけ
る走行速度検出に適用した一実施例を示すブロック図で
ある。
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of FIG. 1 is applied to detection of traveling speed in a vehicle navigation device.

【図9】本発明を適用した車両用ナビゲーション装置の
ゼネラルフローである。
FIG. 9 is a general flow of a vehicle navigation device to which the present invention is applied.

【図10】図7中の走行ベクトル積分割り込み処理のフ
ローチャートである。
10 is a flowchart of a travel vector integration interrupt process in FIG. 7.

【図11】図7中の方位演算割り込み処理のフローチャ
ートである。
11 is a flowchart of a direction calculation interrupt process in FIG.

【図12】図7中のバイアス誤差演算割り込み処理(短
期)のフローチャートである。
12 is a flowchart of a bias error calculation interrupt process (short term) in FIG.

【図13】図7中のバイアス誤差演算割り込み処理(長
期)のフローチャートである。
13 is a flowchart of a bias error calculation interrupt process (long-term) in FIG.

【図14】本発明が適用されたナビゲーションシステム
を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a navigation system to which the present invention is applied.

【図15】バイアス誤差の求め方の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of how to obtain a bias error.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の手段 2 第2の手段 3 加算器(減算器) 5 誤差推定部 6 微分量計測部 7 誤差補正部 8 時間積分部 9 所用物理量 10 誤差測定手段 11 フィルタゲイン算出手段 12 対象とする物理量推定手段 13 カルマンフィルタ 21 地図 22 地磁気センサ 24 フィルタ 40 角速度計測部 41 バイアス誤差補正部 44 走行方位 45 GPS装置 1 1st means 2 2nd means 3 Adder (subtractor) 5 Error estimation part 6 Differential amount measurement part 7 Error correction part 8 Time integration part 9 Physical quantity 10 Error measurement means 11 Filter gain calculation means 12 Target Physical quantity estimating means 13 Kalman filter 21 Map 22 Geomagnetic sensor 24 Filter 40 Angular velocity measuring unit 41 Bias error correcting unit 44 Traveling direction 45 GPS device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角本 繁 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shigeru Kakumoto 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】センシング対象である物理量を得る第1の
手段を有し、 前記第1の手段は、前記物理量の微分量を計測する計測
手段と、 前記微分量を積分する積分手段とを有する積分型センシ
ング装置において、 前記物理量を得る第2の手段と、 前記第1及び第2の手段により得られた各々の物理量の
差の変化率から前記第1の手段における計測微分量の誤
差を推定する誤差推定手段と、前記誤差に基づき前記第
1の手段における計測微分量を補正する手段とを有する
ことを特徴とする積分型センシング装置。
1. A first means for obtaining a physical quantity to be sensed, the first means having a measuring means for measuring a differential quantity of the physical quantity and an integrating means for integrating the differential quantity. In the integral type sensing device, an error of the measured differential quantity in the first means is estimated from the second means for obtaining the physical quantity and the change rate of the difference between the respective physical quantities obtained by the first and second means. And an error estimating unit for correcting the measured differential amount in the first unit based on the error.
【請求項2】センシング対象である物理量を得る第1の
手段と、 前記物理量を得る第2の手段と、 前記第1及び第2の手段から得られる2つの物理量に、
前記物理量の誤差の影響を低減するカルマンフィルタを
施すことにより物理量を推定する物理量推定手段とを有
し、 前記第1の手段は、前記物理量の微分量を計測する計測
手段と、前記微分量を積分する積分手段とを有する積分
型センシング装置において、 前記第1及び第2の手段により得られた各々の物理量の
差の変化率を基に前記第1、第2の手段の誤差成分を抽
出する誤差測定手段と、前記誤差測定手段により測定さ
れた誤差成分を用いてカルマンフィルタゲインを算出す
るフィルタゲイン算出手段とを有し、 前記物理量推定手段は、前記第1及び第2の手段から求
めた物理量に、前記カルマンフィルタゲインに基づいた
重み付け処理をすることにより、物理量を推定すること
を特徴とする積分型センシング装置。
2. A first means for obtaining a physical quantity to be sensed, a second means for obtaining the physical quantity, and two physical quantities obtained from the first and second means,
A physical quantity estimating means for estimating a physical quantity by applying a Kalman filter for reducing an influence of an error of the physical quantity; and the first means for measuring a differential quantity of the physical quantity, and integrating the differential quantity. Integrating type sensing device having an integrating means for performing an error for extracting an error component of the first and second means based on a rate of change of a difference between respective physical quantities obtained by the first and second means. It has a measuring means and a filter gain calculating means for calculating a Kalman filter gain using the error component measured by the error measuring means, and the physical quantity estimating means calculates the physical quantity obtained from the first and second means. An integral sensing device, wherein a physical quantity is estimated by performing a weighting process based on the Kalman filter gain.
【請求項3】請求項1または2記載の積分型センシング
装置において、 前記物理量の差の変化率が時間による変化率であること
を特徴とする積分型センシング装置。
3. The integral type sensing device according to claim 1, wherein the rate of change of the physical quantity difference is a rate of change with time.
【請求項4】請求項1、2または3記載の積分型センシ
ング装置において、 前記誤差が前記第1の手段における計測微分量のバイア
ス誤差であることを特徴とする積分型センシング装置。
4. The integral type sensing device according to claim 1, 2 or 3, wherein the error is a bias error of a measured differential amount in the first means.
【請求項5】請求項4記載の積分型センシング装置にお
いて、 前記物理量の差の時間に対する変化を回帰直線にて表
し、前記回帰直線の傾きを前記第1の手段における計測
微分量のバイアス誤差とすることを特徴とする積分型セ
ンシング装置。
5. The integral type sensing device according to claim 4, wherein the change of the difference of the physical quantities with respect to time is represented by a regression line, and the slope of the regression line is defined as a bias error of the measured differential amount in the first means. An integral sensing device characterized by:
【請求項6】請求項1、2、3、4または5記載の積分
型センシング装置において、 前記物理量が車両の走行方位角であり、 前記第1の手段は、ジャイロセンサにより走行方位を検
出し、 前記第2の手段は、位置を検出し、道路地図メモリに記
憶された対応する道路方位角を走行方位角として出力す
ることを特徴とする積分型センシング装置。
6. The integral-type sensing device according to claim 1, wherein the physical quantity is a traveling azimuth angle of the vehicle, and the first means detects the traveling azimuth by a gyro sensor. The second sensing means detects a position and outputs a corresponding road azimuth angle stored in a road map memory as a traveling azimuth angle.
【請求項7】請求項6記載の積分型センシング装置にお
いて、 前記第2の手段が衛星信号を基に位置及び方位を検出す
るGPS装置であることを特徴とする積分型センシング
装置。
7. The integral sensing device according to claim 6, wherein the second means is a GPS device that detects a position and a direction based on a satellite signal.
【請求項8】請求項6記載の積分型センシング装置にお
いて、 前記第2の手段が地球磁場を検出する地磁気センサであ
ることを特徴とする積分型センシング装置。
8. The integral type sensing device according to claim 6, wherein the second means is a geomagnetic sensor for detecting the earth's magnetic field.
【請求項9】請求項1または2記載の積分型センシング
装置において、 前記物理量が車両の走行距離であり、 前記第1の手段は、車速より走行距離を求め、 前記第2の手段は、位置を検出し、道路地図メモリに記
憶された対応する道路長を走行距離として出力し、 前記第1の手段と前記第2の手段により得られた各々の
物理量の差の走行距離による変化率から前記第1の手段
における計測微分量のスケールファクタ誤差を算出する
手段と、前記スケールファクタ誤差に基づき前記第1の
手段における計測微分量を補正する手段とを有すること
を特徴とする積分型センシング装置。
9. The integral type sensing device according to claim 1, wherein the physical quantity is a traveling distance of a vehicle, the first means obtains a traveling distance from a vehicle speed, and the second means is a position. Is detected and the corresponding road length stored in the road map memory is output as a travel distance, and the change rate according to the travel distance of the difference between the respective physical quantities obtained by the first means and the second means An integral sensing device, comprising: a means for calculating a scale factor error of a measurement differential amount in the first means; and a means for correcting the measurement differential amount in the first means based on the scale factor error.
【請求項10】請求項9記載の積分型センシング装置に
おいて、 前記第2の手段が衛星信号を基に位置及び方位を検出す
るGPS装置であることを特徴とする積分型センシング
装置。
10. The integral sensing device according to claim 9, wherein the second means is a GPS device that detects a position and a direction based on a satellite signal.
【請求項11】請求項3、4または5記載の積分型セン
シング装置において、 前記物理量が車両の走行速度であり、 前記第1の手段は、加速度センサにより、走行速度を検
出し、 前記第2の手段は、車輪の回転数を計測して、走行速度
を検出するか、または衛星からの信号により移動体の速
度を検出するGPS装置で走行速度を検出することを特
徴とする積分型センシング装置。
11. The integral type sensing device according to claim 3, 4 or 5, wherein the physical quantity is a traveling speed of the vehicle, and the first means detects an traveling speed by an acceleration sensor, Means for measuring the rotational speed of the wheel to detect the traveling speed, or to detect the traveling speed with a GPS device for detecting the speed of the moving body by a signal from a satellite. .
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