JPH09126795A

JPH09126795A - 移動検出装置

Info

Publication number: JPH09126795A
Application number: JP8225666A
Authority: JP
Inventors: Michiyasu Tano; 通保田野; Tsutomu Miyasaka; 力宮坂
Original assignee: Data Tec Co Ltd
Current assignee: Data Tec Co Ltd
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1997-05-16
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JP3380404B2

Abstract

(57)【要約】【課題】移動体に特別な改造を施すことなく移動体の
位置、速度、方位角を正確に計測できる移動検出装置を
提供する。【解決手段】ＧＰＳ信号を正常に受信できるときに、
演算制御部３、特に速度演算処理部４１、方位角演算処
理部４２、及び位置演算処理部４３において、ＧＰＳ信
号に基づく移動体の絶対速度等と慣性センサ５に基づく
相対速度等の間の関係情報を算出しておき、ＧＰＳ信号
が受信できない場合に、上記関係情報と相対速度等の情
報とを使用して移動体の実際の速度と方位角の情報を算
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳ（Global P
ositionning System）衛星からの電波信号を受信して、
車両や人間等の移動体の位置や進行方向を検出する航法
技術に係り、特に、トンネル内、高層ビル街、高架下
等、ＧＰＳ衛星からの電波を受信しにくい場所でも精度
良く自律航法を行うことができる移動検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、移動体の移動量を検出する移
動量センサとＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号とを組
み合わせて、移動体の現在位置や速度を実時間で検出し
て表示する移動検出装置が知られている。この種の移動
検出装置は、例えばカーナビゲーションシステムにおけ
る位置情報等のセンサユニットとして用いられている。

【０００３】カーナビゲーションシステムに用いられる
従来の移動検出装置は、例えば、ＧＰＳ衛星からのＧＰ
Ｓ信号を受信するＧＰＳアンテナとＧＰＳ受信機、移動
量センサの一例となるタイヤの回転検出器、ＧＰＳ受信
機から送られたＧＰＳ信号に基づいて車両の絶対位置、
絶対速度、及び絶対方位角を算出すると共に、回転検出
器で計測されたタイヤ回転数に基づいて車両の相対速度
や進んだ距離を算出し、この算出結果に基づいて絶対位
置等を補正する演算装置等を有している。カーナビゲー
ションシステムは、予め地図情報を格納しており、演算
装置の演算結果情報を地図上に重ねて表示するように構
成される。

【０００４】このような構成の移動検出装置では、ＧＰ
Ｓ信号に基づいて車両の絶対位置等が求まり、さらに回
転検出器で計測したタイヤ回転数から車両の速度や進ん
だ距離を求めることができるため、ＧＰＳのみ、あるい
は回転検出器のみを用いた場合よりも、車両の移動情報
が正しく検出される利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
移動検出装置では、例えばビルの谷間、トンネルの中、
あるいは森の中のようにＧＰＳ信号を受信することがで
きない場所では移動量センサしか機能しないので、相対
的に移動情報の精度が低下する。また、カーナビゲーシ
ョンシステムの場合、車両の走行中にタイヤが空回りし
たり、移動量センサがタイヤの接触部分において空回り
した場合は、移動量センサの計測結果が実際の移動情報
と異なってくる。しかも上記事態の発生を利用者が認識
し得ない場合がある。そのため、移動検出装置の動作信
頼性の低下を招く場合があった。

【０００６】また、移動検出装置をカーナビゲーション
システムに用いる場合、移動量センサである回転検出器
に使用される信号の規格は、全ての車両の標準規格とし
て提供されるものではない。例えばタイヤの形状や寸
法、あるいは取付部位が異なる場合は、その計測結果に
差異が生じる。そのため、システム導入時には車両を回
転検出器の信号規格にあわせて改造するか、あるいは車
両毎に回転検出器の校正作業を行うことが必須となり、
システム導入コストを低下させることができないという
問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解消し、移動体の
種別や移動状況にかかわらず、当該移動体の位置、速
度、方位角等の情報を正しく取得することができる、改
良された移動検出装置を提供することをその課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、ＧＰＳ信号に基づいて移動体の絶対位
置、絶対速度、及び絶対方位角の変化成分を含む第１移
動情報を生成するＧＰＳ演算手段と、移動体の進行方向
に生じた加速度及び進行方向に対して一定量の傾斜角を
もつ軸線回りに生じた角速度を検出する慣性センサと、
前記慣性センサで計測された加速度及び角速度から該移
動体の相対位置、相対速度、及び相対方位角の変化成分
を含む第２移動情報を生成する手段と、第１及び第２移
動情報をそれぞれ相互の情報により補正して前記移動体
の実位置、実速度、及び実方位角を含む実移動情報を演
算により生成する演算制御手段と、を備えて移動検出装
置を構成する。

【０００９】前記演算制御手段は、例えば、ＧＰＳ信号
を正常受信した場合に生成される演算結果情報を保持し
ておき、ＧＰＳ信号が受信できなかった場合は前記保持
された演算結果情報を用いて前記移動体の実移動情報を
演算するように構成する。また、前記実速度及び角速度
データに基づいて該実速度についての遠心力の影響を補
正する遠心力補正手段と、前記絶対速度と前記相対速度
との差分及び前記絶対方位角と前記相対方位角との差分
から前記慣性センサのドリフトによる誤差量をそれぞれ
算出し、算出した各誤差量に基づいて前記相対速度及び
前記相対方位角をそれぞれ補正する補正手段とを備えて
構成する。

【００１０】前記演算制御手段は、また、速度演算処理
部、方位角演算処理部、及び位置演算処理部を含んで構
成する。（１）速度演算処理部は、以下の要素を有するものであ
る。（１−１）前記絶対速度と前記相対速度とをフィルタ合
成して得た合成速度の変化分から第１運動加速度を算出
する手段、（１−２）加速度データから前記第１運動加
速度を差し引いて第１重力加速度を算出する手段、（１
−３）角速度データを積分して得た角度情報を第２重力
加速度に変換する手段、（１−４）第１及び第２重力加
速度をフィルタ合成して得た第３重力加速度を基準傾斜
角に基づく第４重力加速度に変換する手段、（１−５）
第１重力加速度と第４重力加速度との間の誤差値を算出
する手段、（１−６）第２重力加速度を前記誤差値によ
り補正し、補正後の重力加速度を加速度データから差し
引いて第２運動加速度を算出するとともに、この第２運
動加速度を積分して実速度を算出する手段。なお、前記
絶対速度と相対速度のフィルタ合成、及び、前記第１及
び第２重力加速度のフィルタ合成は、各々帯域の異なる
２種類のフィルタを通過した値の合成である。

【００１１】（２）また、方位角演算処理部は、以下の
要素を有するものである。（２−１）前記絶対方位角の単位時間毎の変化分と前記
相対方位角とをフィルタ合成して合成相対方位角を算出
する手段、（２−２）逐次更新される前記絶対方位角及
び前記相対方位角に基づく前記合成相対方位角と該絶対
方位角との合算により得られた第１実方位角と、前記相
対方位角と前記実方位角との合算により得られた第２実
方位角のいずれか一方を選択的に出力する手段。なお、
前記絶対方位角の単位時間毎の変化分と前記相対方位角
のフィルタ合成は、帯域の異なる２種類のフィルタを通
過した値の合成である。

【００１２】（３）位置演算処理部は、以下の要素を有
するものである。（３−１）前記実速度を積分して移動距離を算出すると
ともに、この移動距離及び前記実方位角に基づいて緯度
変位値及び経度変位値を算出する手段、（３−２）逐次
更新される前記絶対位置をその未更新期間に前記緯度変
位値及び経度変位値により補正して実位置を生成する手
段。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の移動検出装
置の実施形態を示すブロック構成図である。この移動検
出装置は、ＧＰＳアンテナ１でキャッチしたＧＰＳ信号
を、例えば緯度や経度等の位置情報、絶対速度や絶対方
位角を表す情報のように自律航法に用いることができる
シリアルのデジタルデータに変換して出力するＧＰＳ受
信機２のほか、演算制御部３、慣性センサ５、常時給電
等によってバックアップがとられたバックアップメモリ
６、及びデータ出力部７を備えている。

【００１４】演算制御部３は、ＧＰＳ受信機２からのシ
リアルデータを受信してパラレルデータに変換するデジ
タル受信部３１、慣性センサ５からのアナログデータを
受信するアナログ受信部３２、アナログデータをデジタ
ルデータに変換するアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ
変換部）３３、デジタルデータのノイズ成分を除去する
ノイズ除去処理部３４、及び、移動体の実速度・実方位
角・実位置を演算する演算処理部４を備えている。デジ
タル受信部３１は、ＧＰＳ信号に含まれるステータス信
号の有無やＧＰＳ信号の更新の有無を判定することによ
り、ＧＰＳ信号が正常に受信されているか否かを判定す
るＧＰＳ監視部３１ａを有している。このＧＰＳ監視部
３１ａの監視結果は、演算処理部４１，４２，４３に送
られる。

【００１５】慣性センサ５は、移動体について設定され
た三次元軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）に生じた加速度及び角速度
を計測するものであり、例えば３つの加速度計５１ａ〜
５１ｃ、３つの角速度計５２ａ〜５２ｃ、これらの計測
結果を増幅する増幅部５３を含んで構成される。なお、
これらの計器は正確に直交する３軸上に配置されること
が好ましいが、正確に直交していない場合や、移動体に
互いに斜交する３軸を設定した場合には、その計測値を
適当なパラメータによって正しい値に補正することがで
きる。また、移動体の進行方向に生じた加速度及び進行
方向に対して一定量の傾斜角をもつ軸線回りに生じた角
速度を計測できればよいので、加速度計は少なくとも一
つ、角速度計は少なくとも二つ存在すればよい。

【００１６】増幅部５３で増幅された計測結果は、アナ
ログ受信部３２を経てＡ／Ｄ変換部３３でそれぞれ演算
処理部４での演算処理に適した形式のデジタル信号に変
換された後、ノイズ除去処理部３４でノイズ成分が除去
され、バックアップメモリ６に逐次更新自在に蓄積され
る。

【００１７】演算制御部３が備える演算処理部４は、プ
ログラムされたデジタルプロセッサであり、バックアッ
プメモリ６に蓄積されているデータを所定のタイミング
で読み出して移動体の実速度、実方位角、実位置の情報
を演算するとともに、演算処理結果をこのバックアップ
メモリ６に適宜蓄積するものである。便宜上、速度の演
算は、図２に示す構成の速度演算処理部４１、方位角の
演算は、図３に示す構成の方位角演算処理部４２、位置
の演算は、図４に示す構成の位置演算処理部４３が担当
するように構成している。データ出力部１８は、演算制
御部３の出力情報を表示装置ないし後処理部に出力する
ものである。

【００１８】次に、移動検出装置における移動体の実速
度、実方位角、実位置を算出する場合の各部の動作を具
体的に説明する。前提として、図５に示すように、移動
体の進行方向をＸ軸、移動体の進行方向を含む平面上で
該進行方向に対して直交する方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸と
で形成される平面に垂直となる方向をＺ軸とする。

【００１９】（１）移動体の実速度移動体がある方向進行している場合、加速度計５１ａ〜
５１ｃにより計測された加速度データには、図６
（ａ），（ｂ）に示すように、移動体の姿勢角（基準軸
からの傾斜角）に起因する重力加速度ｇ（＝Ａ／ｓｉｎ
θ）と移動体の進行方向の実速度に起因する運動加速度
ＥＸ（＝Ｂ／ｃｏｓθ）の両方が含まれている。従っ
て、このときの加速度データは、図６（ａ）に示す加速
度データＡ（＝ｇ・ｓｉｎθ）と図６（ｂ）に示す加速
度データＢ（＝ＥＸ・ｃｏｓθ）との合成値となる。こ
の場合、Ｘ軸からみた移動体の速度は、加速度計５１ａ
〜５１ｃの出力情報である加速度データ（Ａ＋Ｂ）から
運動加速度ＥＸのみを抽出することで算出が可能とな
る。この場合、角速度計の出力情報である角速度データ
は、主として重力加速度を排除するための傾斜角（θ）
を求めるために用いる。

【００２０】この原理による速度演算処理部４１の動作
を図２を参照して説明する。なお、便宜上、Ｘ軸につい
てのみ説明するが、Ｙ，Ｚ軸についても同様となる。ま
ず、ＧＰＳ信号が正常受信可能なときに誤差値εを求め
る。いま、ＧＰＳ信号に基づく進行方向（Ｘ軸方向）の
絶対速度をＶＧＸ、加速度計５１ａが計測したＸ軸方向
の加速度データをＡＸ、角速度計５２ｂが計測したＹ軸
回りの角速度データをｑ、水平面に対するＸ軸の傾き角
度をθとする。

【００２１】速度演算処理部４１は、まず、図７に示す
ように、バックアップメモリ６に蓄積されている加速度
データＡＸをＧＰＳ信号と位相を合わせるために決めら
れた、ある遅れ時間を待って読み出し（Ｓ１０１）、水
平方向に対するＸ軸の傾斜角θを求める（Ｓ１０２）。
また、高い周波数（短い周期）の重力加速度βを算出す
る。傾斜角θはＹ軸回りの角速度ｑを積分回路４１ａで
周期Δｔ毎に定積分することで求めることができる。重
力加速度βは、傾斜角θをｓｉｎ関数回路４１ｂで演算
することにより求めることができる（地球の重力加速度
ｇ＝１とする）。その後、加速度データＡＸと上記傾斜
角θからＸ軸方向の運動加速度ＥＸを算出する（Ｓ１０
３）。この運動加速度ＥＸは、図６（ａ），（ｂ）から
下記数１式を演算することにより求めることができる。

【００２２】

【数１】ＥＸ＝（ＡＸ−ｓｉｎθ）÷ｃｏｓθ

【００２３】速度演算処理部４１は、この運動加速度Ｅ
Ｘを積分回路４１ｃで周期Δｔ毎に積分回路４１ｃで定
積分して得た相対速度ＶＸと、ＧＰＳ信号に基づいて算
出された絶対速度ＶＧＸとを合成フィルタ４１ｄで合成
する（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。つまり、ＧＰＳ信号から
算出される絶対速度ＶＧＸは、単位時間、例えば１秒毎
に更新されるが、次に更新されるまでの間は、相対速度
ＶＸによって補う。そして、低い周波数（長い周期）成
分の速度変化は絶対速度ＶＧＸ、高い周波数（短い周
期）成分の速度変化は相対速度ＶＸを採用するように、
それぞれローパスフィルタ及びハイパスフィルタを通し
て合成し、合成速度を生成する。このようにして合成さ
れた合成速度を上記周期Δｔによって微分し、ＧＰＳを
考慮した正しい運動加速度ＥＧＸを算出する（Ｓ１０
６）。

【００２４】次に、図８に示すように、運動加速度ＥＧ
Ｘを加速度データＡＸから減算器４１ｆで差し引くこと
で低い周波数（長い周期）の重力加速度αを算出すると
ともに（Ｓ２０１）、上述の高い周波数（短い周期）の
重力加速度βを取得し（Ｓ２０２）、各重力加速度α，
βを合成フィルタ４１ｇによって合成して、Ｘ軸につい
ての合成重力加速度ａｘを得る（Ｓ２０３）。この合成
重力加速度ａｘを姿勢角変換部４１ｈｇで例えばオイラ
ー座標系に変換するとともに、基準軸に対するＸ軸の姿
勢角、つまり傾斜角（ここではθｘとする）を算出す
る。

【００２５】さらに、図９に示すように、上記傾斜角θ
ｘをｓｉｎ関数回路４１ｉに通して重力加速度βｘを算
出するとともに（Ｓ３０１）、この重力加速度βｘと上
記重力加速度αとを減算器４１ｊに入力して両者の差分
をとる。そして、この差分を誤差値ε（＝α−βｘ）と
してバックアップメモリ６に蓄積する（Ｓ３０２）。な
お、以上の誤差値の算出はＹ軸方向，Ｚ軸方向において
も同様の手法により行うことができる。

【００２６】次に、ＧＰＳ信号が得られない場合の実速
度の算出手順を図１０を参照して説明する。なお、Ｘ軸
方向の実速度の算出手順について説明するが、Ｙ軸、Ｚ
軸方向の実速度については、Ｘ軸方向の場合と同様であ
る。

【００２７】速度演算処理部４１では、慣性センサ５に
おいて計測されたＹ軸回りの角速度ｑをバックアップメ
モリ６から上記タイミングで読み込み（Ｓ４０１）、こ
れを積分回路４１ｋで積分してＸ軸の水平方向に対する
傾斜角θを算出する（Ｓ４０２）。さらにこの傾斜角θ
をｓｉｎ関数回路４１ｌを通して重力加速度β＝ｓｉｎ
θへ変換する（Ｓ４０３）。そして、Ｘ軸方向の加速度
データＡＸから重力加速度βと上記誤差値εとを加減算
器４１ｍ，４１ｎを通して差し引くことで、Ｘ軸方向の
運動加速度Ｅxoffを算出し（Ｓ４０４）、さらに、この
運動加速度Ｅxoffを積分回路４１ｏで積分することで実
速度Ｖｍを得る（Ｓ４０５）。

【００２８】なお、ＧＰＳ信号が正常に受信されている
場合の実速度は、ＧＰＳ受信機２で演算された絶対速度
ＶＧＸをそのまま実速度Ｖｍとして使用するようにして
もよく、あるいは前述のようにして求めた正しい運動加
速度ＥＧＸを積分することにより算出するようにしても
よい。図２では前者の例を挙げている。ＧＰＳ信号が正
常に受信できなくなった場合は、積分回路４１ｏの出力
情報に切り換える。この切り換えは、デジタル受信部３
１のＧＰＳ監視部３１ａの監視結果に基づいて行う。

【００２９】（２）移動体の方位角次に、図３を参照して方位角演算処理部４２の動作を説
明する。ＧＰＳ信号が正常に受信されているとき、方位
角演算処理部４２は、ＧＰＳ信号に基づいて算出された
絶対方位角ψＧ（地軸に対する角度）の単位時間当たり
の変化成分を変化検出部４２ａで検出する。この絶対方
位角ψＧは、ＧＰＳ信号が受信可能な間は、単位時間、
例えば１秒毎に更新される。一方、慣性センサ５におい
て計測される加速度データ及び角速度データに基づいて
前回からの変化量としての方位角ψＩを算出する。そし
て、絶対方位角ψＧについて、ｎ回目に算出された現在
の絶対方位角をψＧ（ｎ）、前回の絶対方位角をψＧ
（ｎ−１）として、その差をΔψＧ＝ψＧ（ｎ）−ψＧ
（ｎ−１）としたとき、低い周波数（長い周期）はΔψ
Ｇ、高い周波数（短い周期）はψＩとして合成フィルタ
４２ｂを通して合成し、これにより得られた相対方位角
ψを加算器４１ｃで現在の絶対方位角ψＧと合算し、下
式で表される実方位角ψｍを出力する。

【００３０】

【数２】ψｍ＝ψＧｎ＋ψ 一方、ＧＰＳ信号が受信可能でないとき、方位角演算処
理部４２は、次式で与えられる実方位角ψｍを出力す
る。

【００３１】

【数３】ψｍ＝ψｍ＋ψＩ

【００３２】つまり、現在の実方位角ψｍは、前回の実
方位角ψｍに逐次更新される相対方位角ψＩを加算して
得られるものとする。

【００３３】（３）移動体の位置次に、図４を参照して位置演算処理部４３の動作を説明
する。ＧＰＳ信号が正常に受信されているとき、位置演
算処理部４３は、上記実速度Ｖｍを積分回路４３ａで周
期Δｔで積分して移動距離Ｄを算出し、この移動距離Ｄ
と前述の方位角ψｍとをｓｉｎ関数回路４３ｂ、ｃｏｓ
関数回路４３ｃに入力する。一方、ＧＰＳ信号から単位
時間（１秒）毎に更新される緯度ＬＯＧ、経度ＬＡＴを
含む位置情報を緯度補正部４３ｄ、経度補正部４３ｅに
それぞれ入力する。緯度補正部４３ｄ及び経度補正部４
３ｅは、次の更新がなされるまでの間は、方位角ψｍと
移動距離Ｄに基づいて補正を加える。つまり、現在の緯
度ＬＯＧ（ｎ）、経度ＬＡＴ（ｎ）を、地球の半径をＲ
としたとき、前回の緯度ＬＯＧ（ｎ−１）、経度ＬＡＴ
（ｎ−１）を用いて次式のように算出する。

【００３４】

【数４】 LOG(n)=LOG(n-1)+(D×cosψm)÷{2πR×cos(LOG(n-1))} LAT(n)=LAT(n-1)+(D×sinψm)÷{2πR×cos(LOG(n-1))}

【００３５】なお、ＧＰＳ信号が正常に受信できないと
きも移動距離Ｄと方位角ψｍは、前述のように算出され
るので、前回の緯度及び経度から現在の緯度ＬＯＧ
（ｎ）、経度ＬＡＴ（ｎ）を算出することができる。な
お、算出された緯度、経度は、逐次、バックアップメモ
リ６に蓄積される。

【００３６】このように本実施形態によれば、移動体の
速度Ｖｍ、位置ＬＯＴｎ，ＬＡＴｎ、方位角ψｍの情報
をバックアップメモリ６から随時得ることが可能とな
る。また、目的に応じて、これらの情報から任意のもの
を選択的に抽出することができる。また、バックアップ
メモリ６は電源が切れたとしても、前回のデータを読み
出して、利用することができる。

【００３７】

【実施例】次に、本発明の移動検出装置を、従来装置と
同様、車速データ及び方位角データを算出して自車両の
移動情報を可視化するカーナビゲーションシステムに用
いた場合の実施例を説明する。

【００３８】図１１は車両における移動検出装置の取付
状態を示す説明図である。この移動検出装置は、ＧＰＳ
アンテナ１と、ＧＰＳ受信機２と、演算制御部３０と、
慣性センサ部５０とから構成され、演算制御部３０で算
出された速度データ及び方位角データが、例えば運転席
に設置されるカーナビゲーションシステム６０に出力さ
れるようにしている。

【００３９】ＧＰＳアンテナ１は、図示しないＧＰＳ衛
星から発信されている常時軌道信号と信号発信時刻信号
とを含むＧＰＳ信号をキャッチする。キャッチされたＧ
ＰＳ信号は、アンテナコードを介してＧＰＳ受信機２に
伝送される。ＧＰＳ受信機２は、受信部２１、測位演算
部２２と、デジタルＩ／Ｆ２３を含んで構成され、ＧＰ
Ｓアンテナ１でキャッチされたＧＰＳ信号を、単位時
間、例えば１秒ごとにサンプリングし、単位時間におけ
る位置の変化から車両の絶対速度と絶対方位角を含む絶
対情報を算出し、これをデジタルＩ／Ｆ２３を介して演
算制御部３０に出力するように構成されている。なお、
デジタルＩ／Ｆ２３は、例えばＲＳ２３２Ｃインタフェ
ースである。

【００４０】なお、一般的にＧＰＳの測位精度（位置精
度）は民間に開放されているＣＡモードでは低く、１０
０ｍ程度の誤差を持つが、ＧＰＳ受信機２では、単位時
間ごとの相対精度から位置を算出することにより絶対速
度と絶対方位角の精度を高めることができるようになっ
ている。

【００４１】慣性センサ５０は、図１３に示すように、
１つの加速度計５１と２つの角速度計５２ａ、５２ｂと
を有している。加速度計５１は例えば半導体プロセスに
よるものであり、慣性センサ５０の筐体に水平に配置さ
れた基板５３上に車両の進行方向と同一方向の水平軸
（Ｘ軸）上に固定され、車両の進行方向（前進方向、後
退方向）の加速度を検出するように設けられている。角
速度計５２ａ，５２ｂは例えば振動形のジャイロスコー
プであり、第１角速度計（ピッチ計測ジャイロとする）
５２ａは、加速度計５１の水平軸（Ｘ軸）に直交した水
平軸（Ｙ軸）回りの角速度を検出するように基板５３上
に固定されている。また、第２角速度計５２ｂ（方位計
測ジャイロとする）５２ｂは、Ｘ軸に直交した垂直軸
（Ｚ軸）回りの角速度を検出するように基板５３上に固
定されている。検出された加速度データ及び角速度デー
タは、ケーブルを介して演算制御部３０に出力される。

【００４２】演算制御部３０は、デジタルＩ／Ｆ３５、
アナログＩ／Ｆ３６、外部Ｉ／Ｆ３７、ＣＰＵ３８、及
びメモリ３９を含んで構成される。デジタルＩ／Ｆ３５
は、ＧＰＳ受信機２からのデジタルデータを受信するも
のである。アナログＩ／Ｆ３６は、慣性センサ５０から
出力されるアナログデータ（加速度データ、角速度デー
タ）を高速処理するもので、増幅器と、増幅信号をデジ
タル化するＡＤコンバータとから構成されている。

【００４３】ＣＰＵ３８はデジタルプロセッサであり、
上記アナログＩ／Ｆ３６（ＡＤコンバータ）でデジタル
信号に変換された角速度データと加速度データをメモリ
３９に蓄積された所定のプログラムにしたがって演算処
理し、前述の速度演算処理部４１、方位角演算処理部４
２、及び位置演算処理部４３としての機能を実現する。
そして、ＧＰＳ受信機２がＧＰＳ信号を正常に受信して
いるときは、デジタルＩ／Ｆ３５を介して入力された絶
対速度及び絶対方位角と、慣性センサ５０から得られた
加速度データ及び角速度データに基づいて算出した相対
速度及び相対方位角とを相互の情報により補正して精度
の高い実速度と実方位角とを算出する。なお、実速度に
ついては、絶対速度をそのまま実速度とすることができ
る。

【００４４】一方、ＧＰＳ受信機２がＧＰＳ信号を正常
に受信していないとき、つまり、車両がトンネル内に入
ってＧＰＳ星からの電波が受信できないときは、ＧＰＳ
信号が正常に受信されているときに演算され、補正され
た相対速度及び相対方位角を実速度と実方位角として算
出する。外部Ｉ／Ｆ３７は、上記ＣＰＵ３８で演算して
得られた各種データを、接続するナビゲーションシステ
ム６０に合わせて出力するように設けられている。

【００４５】次に、この実施例による移動検出装置の具
体的な動作を図１４により説明する。ＣＰＵ３８は、慣
性センサ５０からの加速度計５１で計測した加速度デー
タ及びピッチ計測用の第１角速度計５２ａからの角速度
データをノイズ除去処理部３８ａに入力し、ここで温度
ドリフトなどのノイズ分を除去した後、相対速度演算処
理部３８ｂに入力する。相対速度演算処理部３８ｂは、
相対速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）を算出した後、これをリ
ファレンス速度演算処理部３８ｃに送る。リファレンス
演算部３８ｃにはＧＰＳ受信機２からの速度演算デー
タ、つまり絶対速度（ＶＧＸ，ＶＧＹ，ＶＧＺ）も入力
されている。

【００４６】なお、図１５に示すように、単位時間（１
秒）ごとに算出される絶対位置は誤差△Ｐを含んでいる
が、Ｐ１＋△Ｐ，Ｐ２＋△Ｐ，Ｐ３＋△Ｐ・・・のよう
に単位時間毎に計測された絶対位置（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
・・・）からは、誤差△Ｐが相殺されているので精度を
高めることができる。このことを下式により表す。

【００４７】

【数５】VGX(VGY,VGZ)=(P2+△P)-(P1+△P)=P2-P1

【００４８】一方、方位計測用の第２角速度計５２ｂに
よるＺ軸回りの角速度データをノイズ除去処理部３８ｇ
に入力し、ここでノイズを除去した後、相対方位角演算
処理部３８ｈで相対方位角ψＩを演算し、これをリファ
レンス方位角演算部３８ｉに送る。これにより算出され
る相対方位角ψＩは車両のＺ軸回りの回転角度である。
リファレンス方位角演算処理部３８ｉには、ＧＰＳ受信
機２からの方位角演算データ、すなわち絶対方位角ψＧ
も入力されている。図１６に示すように、単位時間（１
秒）ごとに算出される絶対位置Ｐは誤差△Ｐを含んでい
るので、Ｐ１＋△Ｐ、Ｐ２＋△Ｐ、Ｐ３＋△Ｐ・・・の
ように単位時間毎に計測された絶対位置Ｐに基づいて算
出された絶対方位角ψＧは次式のようになる。

【００４９】

【数６】 ψＧ＝arctan(((P2+△P)y-(P1+△P)y)÷((P2+△P)x-(P1+△P)x) ＝arctan((P2y-P1y)÷(P2x-P1x))

【００５０】このように、誤差△Ｐは相殺されるので、
高精度の絶対方位角ψＧを求めることができる。なお、
（Ｐ２＋△Ｐ）ｙはＰ２＋△ＰのＹ方向成分、（Ｐ２＋
△Ｐ）ｘはＰ２＋△ＰのＸ方向成分をそれぞれ示してい
る。これは、地図上での緯度、経度に対応するものであ
る。

【００５１】リファレンス速度演算処理３８ｃは、上述
のようにして算出された相対速度と絶対速度を補正し、
その結果を実速度Ｖｍとして車速出力部３８ｄからカー
ナビゲーションシステム６０へ出力する。また、リファ
レンス方位角演算処理部３８ｉは、相対方位角と絶対方
位角を補正し、実方位角ψｍとして方位角出力処理部３
８ｊからカーナビゲーションシステム６０へ出力する。

【００５２】リファレンス速度演算処理部３８ｃ，リフ
ァレンス方位角演算処理部３８ｉが行う補正の仕方は、
先に説明した通りである。すなわち、ＧＰＳ信号が正常
に受信できるときは、低い周波数の成分としてＧＰＳ信
号に基づきＧＰＳ受信機２が算出した絶対速度と、高い
周波数の成分として慣性センサ５０からのデータに基づ
き相対速度演算処理３８ｂが算出した相対速度とをフィ
ルタ合成する。また、一般のジャイロスコープと同様
に、第１及び第２角速度計５２ａ，５２ｂは、計測結果
である角速度データがドリフトするという特有の問題点
を持つため、誤差フィードバック処理部３８ｅが、この
ドリフトの影響を抹消するようにリファレンス速度演算
処理部３８ｃで生成される相対速度の精度補正を行う。

【００５３】例えば、図１７に示されるように、ＧＰＳ
信号が正常に受信できるときは、誤差フィードバック処
理部３８ｅにおいて、時間平均処理部３８ｑで時間平均
がとられた相対速度と時間平均処理部３８ｐで時間平均
がとられた絶対速度とを比較し、その差分を第１角速度
計（ピッチ計測ジャイロ）５２ａのドリフトによるもの
と仮定する。そして、オフセット見積処理部３８ｒで第
１角速度計５２ａのオフセットのドリフトを見積もり、
見積もったオフセットで上記ドリフトをキャンセルする
ことにより相対速度の精度補正を行う。

【００５４】方位角についても同様な補正が行われる。
つまり、ＧＰＳ信号が正常に受信できるとき、低い周波
数の成分としてＧＰＳ信号に基づき算出された絶対方位
角と、高い周波数の成分として角速度データに基づき相
対方位角演算処理部３８ｈにより算出された相対方位角
とをフィルタ合成してより精度の高い実方位角ψｍを生
成する。

【００５５】また、ＧＰＳ信号が受信できるときに、ド
リフト補正処理部３８ｋにおいて、時間平均がとられた
相対方位角と時間平均がとられた絶対方位角とを比較
し、その差分を第２角速度計（方位計測ジャイロ）５２
ｂのドリフトによるものと仮定する。そして、このオフ
セットのドリフトを見積もり、見積もったオフセットに
よりをキャンセルすることにより相対方位角の精度補正
を行う。

【００５６】なお、車両が進行方向を変えるときは遠心
力が発生して外側に傾くため、慣性センサ５０も同様に
傾く。車両速度が遅い場合はこの傾きは小さいため、遠
心力が慣性センサ５０に与える影響は比較的小さいが、
車両速度が速いときは傾きが大きくなる為に、遠心力が
慣性センサ５０に与える影響を無視することができなく
なる。そこで、リファレンス速度演算処理部３８ｃで生
成された実速度と第２加速度計５２ｂが計測した角速度
データとの関係から遠心力による影響を検証するととも
に、第１角速度計５１ａによる角速度データ及び加速度
計５１による加速度データから遠心力による影響を除去
するための遠心力補正処理部３８を相対速度演算処理部
３８ｂと相対方位角演算処理部３８ｈとの間に設けるこ
とが好ましい。このようにすれば、遠心力の影響が除去
された相対速度がリファレンス速度演算処理部３８ｃに
送られるので、実速度の精度がさらに高くなる。なお、
予め実速度と第２角速度計による角速度データとの間の
遠心力の影響を予め実験で求めてテーブルを作成してお
き、このテーブルを参照して遠心力補正を行うようにす
れば処理の簡略化と迅速化を図ることができる。

【００５７】上述のように、車両のゆっくりした変化の
場合は低い周波数の成分として絶対速度及び絶対方位角
を採用し、車両の速い変化の場合は高い周波数の成分と
して相対速度及び相対方位角を採用することで精度の高
い実速度と実方位角を出力することができるようにな
る。

【００５８】また、ＧＰＳ信号の正常な受信中に正しい
速度や方位角を得るための補正情報を生成することがで
きるので、ＧＰＳ信号を受信できない場合でも精度の高
い実速度と実方位角とを算出することが可能になる。

【００５９】さらに、従来のように車両のタイヤから速
度を検出する必要がないので、カーナビゲーションシス
テムを構築する上で車両に特別な構造を施す必要するこ
とがなくなる。したがってカーナビゲーションを取り扱
う上での制約がなくなり、カーナビゲーションの飛躍的
拡大を図ることができる。なお、本実施例は車両だけで
はなく、他の移動体にも適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ＧＰＳ信号を正常に受信しているときに、移
動体の絶対移動情報と慣性センサの計測値から算出した
相対移動情報との差分情報が生成され、ＧＰＳ信号を受
信できなくなった場合に、この差分情報を用いて相対位
置情報が補正されて実移動情報が生成されるので、ＧＰ
Ｓ信号の受信状態に拘わらず、実速度や実方位角を正確
に算出することができるという、特有の効果がある。ま
た、慣性センサは移動体からの情報（例えば、車速パル
ス信号）を必要とせずとも、移動体に載置するだけで加
速度データや角速度データを取得することができるの
で、移動体に特別な改造を施す必要がない、という効果
もある。さらに、移動体に生じる遠心力や慣性センサの
ドリフトによる影響を除去することができるので、より
精度の高い計測が可能になる効果があり、これにより移
動体の移動情報をより正確に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る移動検出装置のブロッ
ク構成図。

【図２】速度演算処理部の機能ブロック図。

【図３】方位角演算処理部の機能ブロック図。

【図４】位置演算処理部の機能ブロック図。

【図５】互いに直交する３軸方向と移動体の進行方向と
の関係を示した図。

【図６】（ａ），（ｂ）は加速度データに含まれる運動
加速度と重力加速度との関係を示す説明図。

【図７】ＧＰＳ信号の影響を考慮した正しい運動加速度
を生成するための手順説明図。

【図８】２種類の重力加速度を合成する場合の手順を示
す説明図。

【図９】基準軸方向の誤差値の算出過程を示す説明図。

【図１０】ＧＰＳ信号が得られない場合の実速度を算出
する場合の手順説明図。

【図１１】本発明の一実施例による移動検出装置の使用
状態説明図。

【図１２】本実施例による移動検出装置のブロック構成
図。

【図１３】本実施例による慣性センサの構成例を示す内
部斜視図。

【図１４】本実施例における演算制御部の機能ブロック
構成図。

【図１５】本実施例における絶対位置の算出過程を説明
するための図。

【図１６】本実施例における絶対方位角の算出過程を説
明するための図。

【図１７】本実施例における補正処理の内容を説明する
ための図。

【符号の説明】

１ＧＰＳアンテナ２ＧＰＳ受信機３，３０演算制御部４演算処理部５，５０慣性センサ６バックアップメモリ４１速度演算処理部４２方位角演算処理部４３位置演算処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧＰＳ信号に基づいて移動体の絶対位
置、絶対速度、及び絶対方位角の変化成分を含む第１移
動情報を生成するＧＰＳ演算手段と、移動体の進行方向に生じた加速度及び進行方向に対して
一定量の傾斜角をもつ軸線回りに生じた角速度を検出す
る慣性センサと、前記慣性センサで計測された加速度及び角速度から該移
動体の相対位置、相対速度、及び相対方位角の変化成分
を含む第２移動情報を生成する手段と、第１及び第２移動情報をそれぞれ相互の情報により補正
して前記移動体の実位置、実速度、及び実方位角を含む
実移動情報を演算により生成する演算制御手段と、を備えて成る移動検出装置。
【請求項２】前記演算制御手段は、ＧＰＳ信号を正常受信した場合に生成される演算結果情
報を保持しておき、ＧＰＳ信号が受信できなかった場合
は前記保持された演算結果情報を用いて前記移動体の実
移動情報を演算するように構成されていることを特徴と
する請求項１記載の移動検出装置。
【請求項３】前記演算制御手段は、前記実速度及び角速度データに基づいて該実速度につい
ての遠心力の影響を補正する遠心力補正手段を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の移動検出装置。
【請求項４】前記演算制御手段は、前記絶対速度と前記相対速度との差分及び前記絶対方位
角と前記相対方位角との差分から前記慣性センサのドリ
フトによる誤差量をそれぞれ算出し、算出した各誤差量
に基づいて前記相対速度及び前記相対方位角をそれぞれ
補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１記
載の移動検出装置。
【請求項５】前記演算制御手段は、前記絶対速度（ＶＧＸ）と前記相対速度（ＶＸ）とをフ
ィルタ合成して得た合成速度の変化分から第１運動加速
度（ＥＧＸ）を算出する手段、加速度データ（ＡＸ）から第１運動加速度（ＥＧＸ）を
差し引いて第１重力加速度（α）を算出する手段、角速度データ（ｑ）を積分して得た角度情報（θ）を第
２重力加速度（β）に変換する手段、第１及び第２重力加速度（α，β）をフィルタ合成して
得た第３重力加速度（ａｘ）を基準傾斜角に基づく第４
重力加速度（βｘ）に変換する手段、第１重力加速度（α）と第４重力加速度（βｘ）との間
の誤差値（ε）を算出する手段、及び、第２重力加速度（β）を前記誤差値（ε）により補正
し、補正後の重力加速度を加速度データ（ＡＸ）から差
し引いて第２運動加速度（ＥＸoff）を算出するととも
に、この第２運動加速度（ＥＸoff）を積分して実速度
（Ｖ）を算出する手段、を有する速度演算処理部、を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の移動検出
装置。
【請求項６】前記絶対速度（ＶＧＸ）と相対速度（Ｖ
Ｘ）のフィルタ合成、及び、前記第１及び第２重力加速
度（α，β）のフィルタ合成は、各々帯域の異なる２種
類のフィルタを通過した値の合成であることを特徴とす
る請求項５記載の移動検出装置。
【請求項７】前記演算制御手段は、前記絶対方位角（ψＧ）の単位時間毎の変化分と前記相
対方位角（ψＩ）とをフィルタ合成して合成相対方位角
（ψ）を算出する手段、及び、逐次更新される前記絶対方位角（ψＧ）及び前記相対方
位角（ψＩ）に基づく前記合成相対方位角（ψ）と該絶
対方位角（ψＧ）との合算により得られた第１実方位角
と、前記相対方位角（ψＩ）と前記実方位角との合算に
より得られた第２実方位角のいずれか一方を選択的に出
力する手段を有する方位角演算処理部、を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の移動検出
装置。
【請求項８】前記絶対方位角（ψＧ）の単位時間毎の
変化分と前記相対方位角（ψＩ）のフィルタ合成は、帯
域の異なる２種類のフィルタを通過した値の合成である
ことを特徴とする請求項７記載の移動検出装置。
【請求項９】前記演算制御手段は、前記実速度（Ｖｍ）を積分して移動距離（Ｄ）を算出す
るとともに、この移動距離（Ｄ）及び前記実方位角（ψ
ｍ）に基づいて緯度変位値及び経度変位値を算出する手
段、及び、逐次更新される前記絶対位置（ＬＯＧ，ＬＡＴ）をその
未更新期間に前記緯度変位値及び経度変位値により補正
して実位置（ＬＯＧｎ，ＬＡＴｎ）を生成する手段を有
する位置演算処理部、を含んで成ることを特徴とする請求項１，５，または７
記載の移動検出装置。