JPH09189564A - Traveling body position speed calculating device - Google Patents
Traveling body position speed calculating deviceInfo
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- JPH09189564A JPH09189564A JP8003170A JP317096A JPH09189564A JP H09189564 A JPH09189564 A JP H09189564A JP 8003170 A JP8003170 A JP 8003170A JP 317096 A JP317096 A JP 317096A JP H09189564 A JPH09189564 A JP H09189564A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車や人間の
ように地上を移動する移動体の絶対位置，絶対速度を動
的に算出する移動体位置速度算出装置に関するものであ
り、カーナビゲーションシステムや人間位置検出装置
(マンロケータ)や自動運転装置等、広く利用され得るも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a moving body position / velocity calculating device for dynamically calculating the absolute position and absolute velocity of a moving body such as a car or a person moving on the ground. And human position detection device
It can be widely used such as (man locator) and automatic driving device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の慣性航法手段を利用した移動体位
置速度算出装置としては、例えば、[文献１]日本航空宇
宙学会誌 第41巻 第468号(1993年１月)“航空宇宙技術
研究所におけるＧＰＳ(Global Positioning System)航
法飛行実験について(村田、新宮、小野、張替)”に公開
されている。2. Description of the Related Art As a conventional moving body position / velocity calculating apparatus using inertial navigation means, for example, [Reference 1] Journal of the Aerospace Society of Japan, Vol. 41, No. 468 (January 1993) "Aerospace Technology Research" GPS (Global Positioning System) navigation flight experiment at the office (Murata, Shingu, Ono, Zhang replacement) ”.
【０００３】以下、図面を参照しながら、従来の移動体
位置速度算出装置の一例について説明する。図４は、従
来の移動体位置速度算出装置の構成を示すブロック図で
ある。図４において、１は慣性航法センサで、加速度セ
ンサ１a、ジャイロセンサ１b等でなり、非接触センサを
構成する。２は慣性航法手段、３はＧＰＳでなる絶対位
置及び絶対速度検出手段、４は誤差推定手段である。An example of a conventional moving body position / velocity calculating apparatus will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a conventional moving body position / velocity calculation apparatus. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes an inertial navigation sensor, which includes an acceleration sensor 1a, a gyro sensor 1b, etc., and constitutes a non-contact sensor. Reference numeral 2 is an inertial navigation means, 3 is an absolute position / absolute velocity detection means composed of GPS, and 4 is an error estimation means.
【０００４】次に、以上のように構成された従来の移動
体位置速度算出装置の動作を説明する。Next, the operation of the conventional moving body position / velocity calculating apparatus configured as described above will be described.
【０００５】まず、移動体に設置した慣性航法センサ１
から移動体の移動に関するセンサデータを得る。例え
ば、加速度センサ１aから移動体の３軸方向の加速度デ
ータを、ジャイロセンサ１bから３軸回りの角速度デー
タを検出する。First, an inertial navigation sensor 1 installed on a moving body.
The sensor data regarding the movement of the moving body is obtained from. For example, the acceleration sensor 1a detects acceleration data in the three axis directions of the moving body, and the gyro sensor 1b detects angular velocity data around the three axes.
【０００６】次に、上記センサデータを、後述する誤差
推定手段４の出力であるセンサ誤差補正値で補正したあ
と、慣性航法手段２で積分計算を中心とした慣性航法計
算を行うことにより、移動体の姿勢(ピッチング、ヨー
イング、ローリング)、絶対位置、絶対速度を計算す
る。慣性航法計算は基本的には初期値からの相対速度・
位置計算であるが、後述する誤差推定手段４の出力であ
る絶対位置、絶対速度への補正値で補正することによっ
て、絶対位置、絶対速度を出力することができる。例え
ば、慣性航法手段２としては、移動体に慣性航法センサ
１が固定されている場合には、移動体の姿勢，速度，位
置を全て計算によって求めるストラップダウン方式を用
いるのがよいが、ストラップダウン方式については、航
空機分野で既に商品化，実用化されているアルゴリズム
を用いればよく、ここでは詳述しない。Next, the sensor data is corrected by a sensor error correction value which is an output of an error estimating means 4 which will be described later, and the inertial navigation means 2 performs inertial navigation calculation centered on integral calculation to move the sensor data. Calculate body posture (pitching, yawing, rolling), absolute position, absolute velocity. Inertial navigation calculation is basically the relative velocity from the initial value
Although the position calculation is performed, the absolute position and the absolute speed can be output by correcting the absolute position and the absolute speed, which are outputs of the error estimating unit 4 described later. For example, as the inertial navigation means 2, when the inertial navigation sensor 1 is fixed to the moving body, it is preferable to use a strapdown method in which all of the posture, speed, and position of the moving body are calculated. As for the method, an algorithm that has already been commercialized and put into practical use in the aircraft field may be used and will not be described in detail here.
【０００７】さて、絶対位置及び絶対速度は、絶対位置
及び絶対速度検出手段３により検出する。例えば、絶対
位置及び絶対速度検出手段３としてはＧＰＳが用いら
れ、地球固定座標系に対する絶対位置と絶対速度(進行
方向も含めたベクトル値)が得られる。ただし、絶対位
置及び絶対速度検出手段３は、電波が遮断されれば全く
検出できなくなるし、遮断がなくともサブ秒か秒単位の
離散的にしか結果が得られないのが一般的であるので、
常時知りたいときに位置，速度のデータが得られるとは
限らない欠点はある。Now, the absolute position and the absolute velocity are detected by the absolute position and the absolute velocity detecting means 3. For example, GPS is used as the absolute position / absolute velocity detection means 3, and the absolute position and absolute velocity (vector value including the traveling direction) with respect to the earth fixed coordinate system are obtained. However, the absolute position / absolute velocity detection means 3 cannot detect at all if the radio wave is interrupted, and even if the radio wave is not interrupted, the result is generally obtained only in subseconds or seconds. ,
There is a drawback in that position and speed data are not always available when you want to know them all the time.
【０００８】誤差推定手段４は、絶対位置及び絶対速度
検出手段３で得られた絶対位置、絶対速度を観測値とし
て、慣性航法手段２の入力である慣性航法センサ１から
のセンサデータの誤差と慣性航法手段２の出力である姿
勢，速度，位置の誤差を補正する。The error estimating means 4 uses the absolute position and absolute velocity obtained by the absolute position and absolute velocity detecting means 3 as observed values, and the error of the sensor data from the inertial navigation sensor 1 which is the input of the inertial navigation means 2. The error of the attitude, velocity, and position which is the output of the inertial navigation means 2 is corrected.
【０００９】具体的には慣性航法センサ１の誤差と慣性
航法手段２の出力誤差との間のダイナミクス(依存関係
を表した微分方程式)を定義し、観測量である絶対位置
及び絶対速度検出手段３で得られる位置・速度と慣性航
法手段２の出力である位置，速度との誤差情報から、上
記ダイナミクスから推測する誤差の影響を最小とするよ
うに、カルマンフィルタにより慣性航法センサ１の誤
差、出力である姿勢，速度，位置の誤差を推定する。ま
た、この誤差推定処理の詳細は例えば[文献１]にも出て
いるのでここではこれ以上触れない。Specifically, the dynamics (differential equation representing the dependency relationship) between the error of the inertial navigation sensor 1 and the output error of the inertial navigation means 2 are defined, and absolute position and absolute velocity detection means which are observed quantities are defined. From the error information between the position / velocity and the position / velocity output from the inertial navigation means 2 obtained in step 3, the error and the output of the inertial navigation sensor 1 are output by the Kalman filter so as to minimize the influence of the error estimated from the above dynamics. Estimate the attitude, velocity, and position errors. Further, details of this error estimation processing are given in, for example, [Reference 1], and will not be described here any further.
【００１０】以上の構成により、ＧＰＳのような絶対位
置及び絶対速度検出手段３で得られた観測値を使って補
正しながら、加速度センサ１aやジャイロセンサ１bのよ
うな慣性航法センサ１からの値を使って慣性航法計算を
行い、ほぼ連続的に姿勢，速度，位置を出力できる。ま
た、仮にＧＰＳが長時間取れなくなっても、その直前ま
での補正データを利用することで慣性航法を続行して、
姿勢，速度，位置を出力し続けることができる。With the above configuration, the value from the inertial navigation sensor 1 such as the acceleration sensor 1a or the gyro sensor 1b is corrected while correcting using the observation value obtained by the absolute position and absolute velocity detecting means 3 such as GPS. Inertial navigation calculation is performed using to output the attitude, velocity and position almost continuously. Even if GPS cannot be acquired for a long time, the inertial navigation can be continued by using the correction data up to immediately before that.
The posture, speed, and position can be output continuously.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の移動体位置速度算出装置では、絶対位置及
び絶対速度検出手段３から得られた速度，位置の情報の
みから、慣性航法センサ１の誤差と慣性航法手段２の出
力誤差を推測するため、例えば直接観測できない姿勢誤
差については補正に時間がかかってしまって、その姿勢
を使って計算する位置，速度にも誤差が残ってしまうと
いう問題点があった。However, in the moving body position / velocity calculating apparatus having the above-mentioned structure, the inertial navigation sensor 1 is calculated based on only the absolute position and the velocity / position information obtained from the absolute velocity detecting means 3. Since the error and the output error of the inertial navigation means 2 are estimated, it takes time to correct an attitude error that cannot be directly observed, for example, and the position and velocity calculated using the attitude also have an error. There was a point.
【００１２】また、慣性航法で得られる速度に関して、
直接補正できる手段がＧＰＳしかないために、ＧＰＳか
らの電波の情報が受信できなくなると誤差が発散してし
まう危険性があった。Regarding the speed obtained by inertial navigation,
Since GPS is the only means that can be directly corrected, there is a risk that errors will diverge if the information on radio waves from GPS cannot be received.
【００１３】本発明はこのような問題点に鑑み、精度の
よい位置，速度を計算することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to accurately calculate the position and velocity.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決し目的
を達成するため、本発明の請求項１記載の移動体位置速
度算出装置では、さらに絶対傾斜角検出手段を有し、絶
対位置及び絶対速度検出手段と前記絶対傾斜角検出手段
の両方を用いて慣性航法の誤差を推定するものである。In order to solve the above problems and achieve the object, the moving body position / velocity calculating apparatus according to claim 1 of the present invention further comprises an absolute inclination angle detecting means, and an absolute position and The inertial navigation error is estimated by using both the absolute velocity detecting means and the absolute inclination angle detecting means.
【００１５】本発明の請求項２記載の移動体位置速度算
出装置では、さらに、記録媒体からあるいはデータ通信
により外部から地図情報を取得する地図情報取得手段を
有し、絶対位置及び絶対速度検出手段と絶対傾斜角検出
手段と地図情報を用いて慣性航法の誤差を推定するもの
である。In the moving body position / velocity calculating apparatus according to claim 2 of the present invention, further, there is a map information acquiring means for acquiring map information from a recording medium or from the outside by data communication, and absolute position and absolute speed detecting means. The error of inertial navigation is estimated by using the absolute inclination angle detecting means and the map information.
【００１６】本発明の請求項３記載の移動体位置速度算
出装置では、さらに、停車時あるいは低速時に、加速度
センサ，ジャイロセンサ等の慣性航法(非接触)センサの
オフセット誤差を求めて補正し、また、積分計算で得ら
れた速度を０にリセットするか、低速時が持続する間漸
次その速度の絶対値を小さくしていく低速誤差補正手段
を有し、慣性航法誤差を測定、補正するものである。In the moving body position / velocity calculation apparatus according to the third aspect of the present invention, the offset error of the inertial navigation (non-contact) sensor such as the acceleration sensor or the gyro sensor is calculated and corrected when the vehicle is stopped or at a low speed. Further, it has a low-speed error correcting means for resetting the speed obtained by the integral calculation to 0 or gradually decreasing the absolute value of the speed while the low speed continues, for measuring and correcting the inertial navigation error. Is.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明にお
ける実施の形態は、１個以上の加速度センサ，ジャイロ
センサ等からなる慣性航法センサと、前記慣性航法セン
サの出力あるいはその補正出力の積分計算により、対象
物である移動体の姿勢，速度，位置を求める慣性航法手
段と、ＧＰＳのように天空上の衛星が送出する電波の情
報から絶対位置及び絶対速度を検出する絶対位置及び絶
対速度検出手段と、重力方向に対して垂直な水平面と移
動体の進行方向との傾斜角を検出する絶対傾斜角検出手
段と、前記慣性航法手段の入力であるセンサの誤差、出
力である姿勢，速度，位置の誤差を、前記絶対位置及び
絶対速度検出手段と前記絶対傾斜角検出手段の出力から
推定する誤差推定手段とから構成したものであり、直接
ピッチング方向の姿勢が観測できるようになるために、
姿勢誤差を軽減でき、ひいては慣性航法計算の精度を上
げる作用を有する。An embodiment of the present invention according to claim 1 of the present invention is an inertial navigation sensor including one or more acceleration sensors, a gyro sensor, etc., and an output of the inertial navigation sensor or a correction output thereof. Inertial navigation means for obtaining the attitude, velocity, and position of a moving object that is an object by integral calculation, and absolute position and absolute position for detecting absolute position and absolute velocity from information of radio waves transmitted by satellites in the sky like GPS. Velocity detection means, absolute inclination angle detection means for detecting the inclination angle between the horizontal plane perpendicular to the direction of gravity and the traveling direction of the moving body, error of the sensor which is an input of the inertial navigation means, attitude which is an output, The error estimation means estimates the error of speed and position from the absolute position and absolute speed detecting means and the output of the absolute inclination angle detecting means. In order to energize it will be able to observe,
It has the effect of reducing the attitude error and thus improving the accuracy of inertial navigation calculations.
【００１８】本発明の請求項２記載の発明における実施
の形態は、１個以上の加速度センサ，ジャイロセンサ等
からなる慣性航法センサと、前記慣性航法センサの出力
あるいはその補正出力の積分計算により、対象物である
移動体の姿勢，速度，位置を求める慣性航法手段と、Ｇ
ＰＳのように天空上の衛星が送出する電波の情報から絶
対位置及び絶対速度を検出する絶対位置及び絶対速度検
出手段と、重力方向に対して垂直な水平面と移動体の進
行方向との傾斜角を検出する絶対傾斜角検出手段と、記
録媒体から、あるいは、データ通信により外部から地図
情報を取得する地図情報取得手段と、前記慣性航法手段
の入力であるセンサの誤差、出力である姿勢，速度，位
置の誤差を、前記絶対位置及び絶対速度検出手段と前記
絶対傾斜角検出手段の出力、及び前記地図情報取得手段
の出力から得られる現在位置，道路パターンから推定す
る誤差推定手段とから構成したものであり、本発明の請
求項１記載の発明の実施の形態に加えて、地図情報によ
って位置，速度(方向)を補正することができるので、主
に慣性航法の積分計算の発散防止、あるいは異常対策を
行うことができる作用を有する。According to the second embodiment of the present invention, an inertial navigation sensor composed of one or more acceleration sensors, gyro sensors, etc., and an integral calculation of the output of the inertial navigation sensor or its correction output are used. Inertial navigation means for obtaining the posture, speed, and position of a moving body, which is an object, and G
Like PS, an absolute position and absolute velocity detecting means for detecting an absolute position and an absolute velocity from information of radio waves transmitted from satellites in the sky, and an inclination angle between a horizontal plane perpendicular to the direction of gravity and the traveling direction of a moving body. Absolute inclination angle detection means, a map information acquisition means for acquiring map information from a recording medium or externally through data communication, and an error of a sensor which is an input of the inertial navigation means, and an attitude and a velocity which are outputs. , An error estimating means for estimating the position error from the absolute position and absolute velocity detecting means and the outputs of the absolute inclination angle detecting means, and the current position and road pattern obtained from the output of the map information acquiring means. In addition to the embodiment of the invention according to claim 1 of the present invention, since the position and velocity (direction) can be corrected by the map information, the integration of inertial navigation is mainly used. It has an action that can be performed divergence prevention, or abnormalities measures calculated.
【００１９】本発明の請求項３記載の発明における実施
の形態は、請求項１あるいは請求項２記載の移動体位置
速度算出装置であって、さらに、停車時あるいは低速時
に、加速度センサ，ジャイロセンサ等の慣性航法センサ
のオフセット誤差を求めて補正し、また、積分計算で得
られた速度を０にリセットするか、低速時が持続する間
漸次その速度の絶対値を小さくしていき、前記慣性航法
手段で生じる積分誤差の影響を軽減する低速時誤差補正
手段を有するものであり、停車時あるいは低速時である
ことを利用して慣性航法センサのオフセット誤差を補正
し、慣性航法で求める速度の積分誤差を補正することが
でき、ひいては慣性航法計算の精度を上げることができ
る作用を有する。An embodiment of the invention according to claim 3 of the present invention is the moving body position / velocity calculation apparatus according to claim 1 or 2, further comprising an acceleration sensor and a gyro sensor when the vehicle is stopped or at a low speed. The inertia error of the inertial navigation sensor is calculated and corrected, and the speed obtained by the integral calculation is reset to 0, or the absolute value of the speed is gradually decreased while the low speed is maintained. It has a low-speed error correction means to reduce the influence of the integration error generated by the navigation means.By correcting the offset error of the inertial navigation sensor by using the fact that the vehicle is stopped or at low speed, This has the effect of being able to correct the integration error, and thus improving the accuracy of inertial navigation calculation.
【００２０】以下、本発明の各実施の形態について、図
１から図３を用いて説明する。Each embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
【００２１】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１(請求項１記載)の移動体位置速度算出装置の構成を
示すブロック図である。図１において、前記従来例の図
４と同じ機能のブロックには同じ符号を付し、その説明
を省略する。ここで、５は絶対傾斜角検出手段である。(Embodiment 1) FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a moving body position / velocity calculation apparatus according to Embodiment 1 (claim 1) of the present invention. In FIG. 1, blocks having the same functions as those in FIG. 4 of the conventional example are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Here, 5 is an absolute inclination angle detecting means.
【００２２】以上のように構成された移動体位置速度算
出装置の動作を説明する。The operation of the moving body position / velocity calculating apparatus configured as described above will be described.
【００２３】まず、移動体に設置した慣性航法センサ１
から移動体の移動に関するセンサデータを得る。例え
ば、加速度センサ１aから移動体の３軸方向の加速度デ
ータを、ジャイロセンサ１bから３軸回りの角速度デー
タを検出する。First, the inertial navigation sensor 1 installed on the moving body.
The sensor data regarding the movement of the moving body is obtained from. For example, the acceleration sensor 1a detects acceleration data in the three axis directions of the moving body, and the gyro sensor 1b detects angular velocity data around the three axes.
【００２４】次に、上記各センサからのデータを、後述
する誤差推定手段４の出力であるセンサ誤差補正値で補
正したあと、慣性航法手段２で積分計算を中心とした慣
性航法計算を行うことにより、移動体の姿勢(ピッチン
グ、ヨーイング、ローリング)、絶対位置、絶対速度を
計算する。この慣性航法計算は基本的には初期値からの
相対速度・位置計算であるが、後述する誤差推定手段４
の出力である絶対位置，絶対速度への補正値で補正する
ことによって、絶対位置，絶対速度を出力することがで
きる。例えば、慣性航法手段２としては、移動体に慣性
航法センサ１が固定されている場合には、移動体の姿
勢，速度，位置を全て計算によって求めるストラップダ
ウン方式を用いるのがよいが、ストラップダウン方式に
ついては、航空機分野で既に商品化、実用化されている
アルゴリズムを用いればよく、ここでは詳述しない。Next, after correcting the data from each of the above-mentioned sensors with a sensor error correction value which is an output of the error estimating means 4 which will be described later, the inertial navigation means 2 performs inertial navigation calculation centered on integral calculation. By using, the posture (pitching, yawing, rolling), absolute position, and absolute velocity of the moving body are calculated. This inertial navigation calculation is basically a relative velocity / position calculation from initial values, but the error estimation means 4 described later is used.
The absolute position and the absolute speed can be output by correcting with the correction values for the absolute position and the absolute speed, which are the outputs of. For example, as the inertial navigation means 2, when the inertial navigation sensor 1 is fixed to the moving body, it is preferable to use a strapdown method in which all of the posture, speed, and position of the moving body are calculated. As for the method, an algorithm that has already been commercialized and put into practical use in the aircraft field may be used, and will not be described in detail here.
【００２５】さて、絶対位置及び絶対速度検出手段３に
より、絶対位置及び絶対速度を検出する。例えば、絶対
位置及び絶対速度検出手段３としてはＧＰＳが用いら
れ、地球固定座標系に対する絶対位置と絶対速度(進行
方向も含めたベクトル値)が得られる。ただし、絶対位
置及び絶対速度検出手段３は、電波が遮断されれば全く
検出できなくなるし、遮断がなくともサブ秒か秒単位の
離散的にしか結果が得られないのが一般的であるので、
常時知りたいときに位置，速度のデータが得られるとは
限らないという欠点はある。Now, the absolute position and absolute velocity are detected by the absolute position and absolute velocity detecting means 3. For example, GPS is used as the absolute position / absolute velocity detection means 3, and the absolute position and absolute velocity (vector value including the traveling direction) with respect to the earth fixed coordinate system are obtained. However, the absolute position / absolute velocity detection means 3 cannot detect at all if the radio wave is interrupted, and even if the radio wave is not interrupted, the result is generally obtained only in subseconds or seconds. ,
However, there is a drawback in that position and speed data may not always be obtained when you want to know it at all times.
【００２６】次に、絶対傾斜角検出手段５により、重力
方向に対して垂直な水平面と移動体の進行方向との傾斜
角、すなわちピッチング角を検出する。絶対傾斜角検出
手段５としては、例えば、重力によって液体が水平に保
つ原理を応用した傾斜角センサを用いることができる。Next, the absolute inclination angle detecting means 5 detects the inclination angle between the horizontal plane perpendicular to the gravity direction and the traveling direction of the moving body, that is, the pitching angle. As the absolute tilt angle detection means 5, for example, a tilt angle sensor to which the principle of keeping the liquid horizontal by gravity is applied can be used.
【００２７】誤差推定手段４は、絶対位置及び絶対速度
検出手段３で得られた絶対位置，絶対速度、及び絶対傾
斜角検出手段５で得られた絶対傾斜角を観測値として、
慣性航法手段２の入力である慣性航法センサ１からのデ
ータの誤差と慣性航法手段２の出力である姿勢，速度，
位置の誤差を補正する。The error estimating means 4 uses the absolute position and absolute velocity obtained by the absolute position and absolute velocity detecting means 3 and the absolute inclination angle obtained by the absolute inclination angle detecting means 5 as observed values.
The error of the data from the inertial navigation sensor 1 which is the input of the inertial navigation means 2 and the attitude, the velocity which is the output of the inertial navigation means 2,
Correct the position error.
【００２８】具体的には慣性航法センサ１の誤差と慣性
航法手段２の出力誤差との間のダイナミクス(依存関係
を表した微分方程式)を定義しておく。例えば加速度セ
ンサ１aの誤差としてｘ，ｙ，ｚ軸方向の３個、ジャイ
ロセンサ１bの誤差としてｘ，ｙ，ｚ軸回りの３個、位
置誤差ｘ，ｙ，ｚ軸方向の３個、速度誤差ｘ，ｙ，ｚ軸
方向の３個、姿勢誤差ｘ，ｙ，ｚ軸回りの３個の計15個
の誤差がパラメータとなる。Specifically, the dynamics (differential equation representing the dependency) between the error of the inertial navigation sensor 1 and the output error of the inertial navigation means 2 is defined. For example, the error of the acceleration sensor 1a is three in the x, y, z-axis directions, the error of the gyro sensor 1b is three around the x, y, z axes, the position error is three in the x, y, z-axis directions, and the speed error is. The parameters are three errors in the x-, y-, and z-axis directions, and three errors around the x-, y-, and z-axes, a total of 15 errors.
【００２９】観測量である絶対位置及び絶対速度検出手
段３で得られる位置，速度と慣性航法手段２の出力であ
る位置，速度との誤差情報から、上記ダイナミクスから
推測する誤差の影響を最小とするように、カルマンフィ
ルタにより慣性航法センサ１の誤差，出力である姿勢，
速度，位置の誤差を推定する。続いて、もう１つの観測
量である絶対傾斜角検出手段５で得られる絶対傾斜角を
用いて慣性航法手段２で計算される姿勢のうちのピッチ
ング角の誤差を求め、上記ダイナミクスから推測する誤
差の影響を最小とするように、カルマンフィルタにより
慣性航法センサ１の誤差，出力である姿勢，速度，位置
の誤差を推定する。The influence of the error estimated from the above dynamics is minimized from the error information between the absolute position which is the observed amount and the absolute velocity detecting means 3 and the velocity and the position and velocity which is the output of the inertial navigation means 2 and the velocity. As described above, by the Kalman filter, the error of the inertial navigation sensor 1, the attitude that is the output,
Estimate speed and position errors. Then, the error of the pitching angle in the attitude calculated by the inertial navigation means 2 is calculated using the absolute tilt angle obtained by the absolute tilt angle detection means 5 which is another observation amount, and the error estimated from the above dynamics is obtained. The Kalman filter estimates the error of the inertial navigation sensor 1 and the error of the output attitude, velocity, and position so as to minimize the influence of the.
【００３０】以上の構成により、ＧＰＳのような絶対位
置及び絶対速度検出手段３で得られた観測値と、絶対傾
斜角検出手段５で得られた絶対傾斜角を使って補正しな
がら、慣性航法手段２で慣性航法計算を行うために、姿
勢の誤差が減少し、姿勢を使って求めていた速度，位置
に生ずる誤差も軽減することができる。With the above configuration, the inertial navigation is carried out while making corrections using the observation values obtained by the absolute position and absolute velocity detecting means 3 such as GPS and the absolute inclination angle obtained by the absolute inclination angle detecting means 5. Since the inertial navigation calculation is performed by the means 2, the error in the attitude is reduced, and the error in the velocity and the position obtained by using the attitude can be reduced.
【００３１】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２(請求項２記載)の移動体位置速度算出装置の構成を
示すブロック図である。図２において、前記図１と同じ
機能のブロックには同じ符号を付し、その説明を省略す
る。ここで、６は地図情報取得手段である。(Second Embodiment) FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a moving body position / velocity calculation apparatus according to a second embodiment (claim 2) of the present invention. 2, blocks having the same functions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Here, 6 is a map information acquisition means.
【００３２】以上のように構成された移動体位置速度算
出装置の動作を説明する。The operation of the moving body position / velocity calculating apparatus configured as described above will be described.
【００３３】ただし、慣性航法センサ１，慣性航法手段
２の各動作、並びに絶対位置及び絶対速度検出手段３、
絶対傾斜角検出手段４についての説明は、実施の形態１
(図１)と同じであるので、その説明を省略する。However, each operation of the inertial navigation sensor 1, the inertial navigation means 2, and the absolute position and absolute velocity detection means 3,
The description of the absolute tilt angle detecting means 4 is given in the first embodiment.
Since it is the same as (FIG. 1), its description is omitted.
【００３４】地図情報取得手段６は、例えば情報を予め
記録しておいたＣＤ−ＲＯＭやＳＤ−ＲＯＭのような記
録媒体から地図情報を取り出したり、あるいは、携帯電
話やＦＭ多重に代表される無線通信のようなデータ通信
により外部から地図情報を取得するものである。あるい
は、この地図情報取得手段６は、データ通信で得られた
地図情報をテンポラリイの記憶手段のＳＤ−ＲＡＭのよ
うなＲＡＭ媒体に蓄えてから、改めて必要なときに取得
する手段であってもよい。The map information acquisition means 6 retrieves map information from a recording medium such as a CD-ROM or SD-ROM in which information has been recorded in advance, or a mobile telephone or a radio typified by FM multiplexing. The map information is acquired from the outside by data communication such as communication. Alternatively, the map information acquisition means 6 may be means for accumulating map information obtained by data communication in a RAM medium such as SD-RAM which is a temporary storage means, and then acquiring it again when necessary. Good.
【００３５】この地図情報取得手段６で得られる地図情
報の一部には、絶対位置及び道路の方位が記述されてい
るので、例えば、この地図情報より、現在その上を走行
していると認識される道路の方位を取り出したり、ある
いは交差点を曲折した際の交差点の絶対位置を取り出
し、慣性航法誤差推定のための観測値として用いること
ができる。Since the absolute position and the azimuth of the road are described in a part of the map information obtained by the map information acquisition means 6, for example, it is recognized that the vehicle is currently traveling on the map information. It is possible to take out the azimuth of the road to be taken, or take out the absolute position of the intersection when the intersection is bent, and use it as an observation value for estimating the inertial navigation error.
【００３６】推定誤差手段４は、絶対位置及び絶対速度
検出手段３で得られた絶対位置，絶対速度、及び絶対傾
斜角検出手段５で得られた絶対傾斜角、そして、地図情
報取得手段６で得られる道路方位や絶対位置を観測値と
して、慣性航法手段２の入力である慣性航法センサ１の
データの誤差と慣性航法手段２の出力である姿勢，速
度，位置の誤差を補正する。The estimation error means 4 is the absolute position and absolute velocity obtained by the absolute position and absolute velocity detection means 3, and the absolute inclination angle obtained by the absolute inclination angle detection means 5, and the map information acquisition means 6. By using the obtained road direction and absolute position as an observation value, the error of the data of the inertial navigation sensor 1 which is the input of the inertial navigation device 2 and the error of the attitude, the speed and the position which is the output of the inertial navigation device 2 are corrected.
【００３７】具体的には慣性航法センサ１の誤差と慣性
航法手段２の出力誤差との間のダイナミクス(依存関係
を表した微分方程式)を定義しておく。例えば、加速度
センサ１aの誤差としてｘ，ｙ，ｚ軸方向の３個、ジャ
イロセンサ１bの誤差としてｘ，ｙ，ｚ軸回りの３個、
位置誤差ｘ，ｙ，ｚ軸方向の３個、速度誤差ｘ，ｙ，ｚ
軸方向の３個、姿勢誤差ｘ，ｙ，ｚ軸回りの３個の計15
個の誤差がパラメータとなる。Specifically, the dynamics (differential equation representing the dependency) between the error of the inertial navigation sensor 1 and the output error of the inertial navigation means 2 is defined. For example, the error of the acceleration sensor 1a is three in the x, y, z-axis directions, and the error of the gyro sensor 1b is three around the x, y, z axes,
Positional error x, y, three in the z-axis direction, velocity error x, y, z
3 in the axial direction, 3 in the attitude error around the x, y, z axes
The error is the parameter.
【００３８】観測量である絶対位置及び絶対速度検出手
段３で得られる位置，速度と慣性航法手段２の出力であ
る位置，速度との誤差情報から、上記ダイナミクスから
推測する誤差の影響を最小とするように、カルマンフィ
ルタにより慣性航法センサ１の誤差，出力である姿勢，
速度，位置の誤差を推定する。続いて、もう１つの観測
量である絶対傾斜角検出手段５で得られる絶対傾斜角を
用いて慣性航法手段２で計算される姿勢のうちのピッチ
ング角の誤差を求め、上記ダイナミクスから推測する誤
差の影響を最小とするように、カルマンフィルタにより
慣性航法センサ１の誤差，出力である姿勢，速度，位置
の誤差を推定する。The influence of the error estimated from the above-mentioned dynamics is minimized from the error information between the absolute position which is the observed quantity and the absolute velocity detecting means 3 and the velocity and the position and velocity which is the output of the inertial navigation means 2 obtained by the absolute velocity detecting means 3. As described above, by the Kalman filter, the error of the inertial navigation sensor 1, the attitude that is the output,
Estimate speed and position errors. Then, the error of the pitching angle in the attitude calculated by the inertial navigation means 2 is obtained using the absolute tilt angle obtained by the absolute tilt angle detection means 5 which is another observation amount, and the error estimated from the above dynamics is obtained. The Kalman filter estimates the error of the inertial navigation sensor 1 and the error of the output attitude, velocity, and position so as to minimize the influence of the.
【００３９】さらに、地図情報取得手段６で得られる道
路方位や絶対位置と慣性航法手段２で計算される速度ベ
クトル方位や位置との誤差を求め、上記ダイナミクスか
ら推測する誤差への影響を最小とするように、カルマン
フィルタにより慣性航法センサ１の誤差，出力である姿
勢，速度，位置の誤差を推定する。Further, the error between the road direction and absolute position obtained by the map information acquisition means 6 and the velocity vector direction and position calculated by the inertial navigation means 2 is obtained, and the influence on the error estimated from the above dynamics is minimized. As described above, the Kalman filter estimates the error of the inertial navigation sensor 1 and the error of the output attitude, velocity, and position.
【００４０】以上の構成により、ＧＰＳのような絶対位
置及び絶対速度検出手段３で得られた観測値と、絶対傾
斜角検出手段５で得られた絶対傾斜角と、そして、地図
情報を使って補正しながら、慣性航法計算を行うため
に、ＧＰＳの出力である位置，速度を観測値として補正
しているときよりも姿勢及び速度、そして位置の誤差を
減少させることができる。With the above configuration, the observation values obtained by the absolute position and absolute velocity detecting means 3 such as GPS, the absolute inclination angle obtained by the absolute inclination angle detecting means 5 and the map information are used. In order to perform the inertial navigation calculation while performing the correction, it is possible to reduce the error in the attitude and the velocity and the position, as compared with the case where the position and the velocity which are the outputs of the GPS are corrected as the observed values.
【００４１】（実施の形態３）図３は本発明の実施の形
態３(請求項３記載)の移動体位置速度算出装置の構成を
示すブロック図である。図３において、前記図１及び図
２と同じ機能のブロックには同じ符号を付し、その説明
を省略する。ここで、７は低速時誤差補正手段である。(Third Embodiment) FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a moving body position / velocity calculating apparatus according to a third embodiment (claim 3) of the present invention. In FIG. 3, blocks having the same functions as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Here, 7 is a low speed error correction means.
【００４２】以上のように構成された移動体位置速度算
出装置の動作を説明する。The operation of the moving body position / velocity calculation apparatus configured as described above will be described.
【００４３】ただし、低速時誤差補正手段７以外の動作
に関しては、実施の形態１(図１)及び実施の形態２(図
２)と同じであるので、その説明を省略する。However, the operation other than the low-speed error correcting means 7 is the same as that in the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 2), and therefore its explanation is omitted.
【００４４】低速時誤差補正手段７は、移動体が停車中
と判定されたときに、あるいは停車と同等とみなせるほ
ど低速であると判断したときに、加速度センサ１a，ジ
ャイロセンサ１b等の慣性航法(非接触)センサのオフセ
ット誤差を求めて、次回からセンサ値を前記オフセット
誤差で補正する。さらに、上記のように移動体が停車中
と判定されたときに、あるいは停車と同等とみなせるほ
ど低速であると判断されたときには、実際の移動体の速
度も０であるか０に近いと判断して、慣性航法手段２の
中の速度積分計算で得られた速度を０にリセットする
か、低速時が持続する間漸次その速度の絶対値を小さく
していき、慣性航法手段２で生じる積分誤差の影響を軽
減するようにする。The low-speed error correction means 7 uses the inertial navigation system such as the acceleration sensor 1a and the gyro sensor 1b when it is determined that the moving body is stopped or when the moving body is slow enough to be regarded as equivalent to the stopped state. The offset error of the (non-contact) sensor is obtained, and the sensor value is corrected with the offset error from the next time. Further, when it is determined that the moving body is stopped as described above, or when it is determined that the moving body is slow enough to be considered equivalent to the stopping, the actual moving body speed is also determined to be 0 or close to 0. Then, the velocity obtained by the velocity integral calculation in the inertial navigation means 2 is reset to 0, or the absolute value of the velocity is gradually decreased while the low speed continues, and the integration generated in the inertial navigation means 2 is performed. Try to reduce the effect of error.
【００４５】以上の構成により、停車時に加速度セン
サ，ジャイロセンサ等の慣性航法(非接触)センサのオフ
セットを求め、以後のセンサ値を補正し、また、慣性航
法計算で求めた速度を０あるいは漸次０に近づけて、慣
性航法特有の計算発散を防ぎ、精度を上げることができ
る。With the above configuration, the offset of the inertial navigation (non-contact) sensor such as the acceleration sensor and the gyro sensor is obtained when the vehicle is stopped, the subsequent sensor values are corrected, and the velocity obtained by the inertial navigation calculation is set to 0 or gradually. By approaching 0, it is possible to prevent calculation divergence peculiar to inertial navigation and improve accuracy.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の発明は、ＧＰＳのような絶対位置及び絶対速度検
出手段で得られた観測値と、絶対傾斜角検出手段で得ら
れた絶対傾斜角を使って補正しながら、慣性航法計算を
行うために、姿勢の誤差が減少し、姿勢を使って求めて
いた速度，位置に生ずる誤差も軽減することができる。As described above, according to the first aspect of the present invention.
The invention described above is for performing inertial navigation calculation while correcting using the observation values obtained by an absolute position and absolute velocity detection means such as GPS and the absolute inclination angle obtained by the absolute inclination angle detection means. The error of the posture can be reduced, and the error generated in the velocity and the position obtained by using the posture can be reduced.
【００４７】また、本発明の請求項２記載の発明は、Ｇ
ＰＳのような絶対位置及び絶対速度検出手段で得られた
観測値と、絶対傾斜角検出手段で得られた絶対傾斜角
と、そして、地図情報を使って補正しながら、慣性航法
計算を行うために、ＧＰＳの出力である位置，速度を観
測値として補正しているときよりも姿勢及び速度そして
位置の誤差を減少させることができる。The invention according to claim 2 of the present invention is G
In order to perform inertial navigation calculation while correcting using observed values obtained by absolute position and absolute velocity detection means such as PS, absolute inclination angle obtained by absolute inclination angle detection means, and map information In addition, it is possible to reduce the error in the attitude, the velocity and the position as compared with the case where the position and the velocity output from the GPS are corrected as the observed values.
【００４８】さらに、本発明の請求項３記載の発明は、
停車時に加速度センサ，ジャイロセンサ等の非接触セン
サのオフセットを求め、以後のセンサ値を補正し、ま
た、慣性航法計算で求めた速度を０あるいは漸次０に近
づけて、慣性航法特有の計算発散を防ぎ、精度を上げる
ことができる。Further, the invention according to claim 3 of the present invention is
When the vehicle is stopped, the offsets of non-contact sensors such as acceleration sensor and gyro sensor are calculated, the sensor values after that are corrected, and the speed calculated by inertial navigation calculation is made to approach 0 or gradually 0, and the calculation divergence peculiar to inertial navigation is calculated. It can prevent and improve accuracy.
【図１】本発明の実施の形態１における移動体位置速度
算出装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a moving body position / velocity calculation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態２における移動体位置速度
算出装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a moving body position / velocity calculation apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の形態３における移動体位置速度
算出装置の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a moving body position / velocity calculation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図４】従来の移動体位置速度算出装置の構成を示すブ
ロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional moving body position / velocity calculation apparatus.
１…慣性航法センサ、 ２…慣性航法手段、 ３…絶対
位置及び絶対速度検出手段、 ４…誤差推定手段、 ５
…絶対傾斜角検出手段、 ６…地図情報取得手段、 ７
…低速時誤差補正手段。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inertial navigation sensor, 2 ... Inertial navigation means, 3 ... Absolute position and absolute velocity detection means, 4 ... Error estimation means, 5
... Absolute tilt angle detection means, 6 ... Map information acquisition means, 7
... Low-speed error correction means.
フロントページの続き (72)発明者 辻 弘彰 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 水野 勝 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内Front page continued (72) Inventor Hiroaki Tsuji 4-3-1 Tsunashima Higashi, Kohoku-ku, Yokohama, Kanagawa Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Masaru Mizuno 4-chome Tsunashima-east, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa No. 1 Matsushita Communication Industrial Co., Ltd.
Claims (3)
サ等からなる慣性航法センサと、前記慣性航法センサの
出力あるいはその補正出力の積分計算により、対象物で
ある移動体の姿勢，速度，位置を求める慣性航法手段
と、ＧＰＳのように天空上の衛星が送出する電波の情報
から絶対位置及び絶対速度を検出する絶対位置及び絶対
速度検出手段と、重力方向に対して垂直な水平面と移動
体の進行方向との傾斜角を検出する絶対傾斜角検出手段
と、前記慣性航法手段の入力であるセンサの誤差，出力
である姿勢，速度，位置の誤差を、前記絶対位置及び絶
対速度検出手段と前記絶対傾斜角検出手段の出力から推
定する誤差推定手段とを有することを特徴とする移動体
位置速度算出装置。1. An inertial navigation sensor including one or more acceleration sensors, a gyro sensor, and the like, and an attitude, a velocity, and a position of a moving body, which is an object, are calculated by an integral calculation of an output of the inertial navigation sensor or a correction output thereof. Inertial navigation means to be sought, absolute position and absolute speed detection means for detecting absolute position and absolute speed from information of radio waves transmitted from satellites in the sky like GPS, horizontal plane perpendicular to the direction of gravity, and moving body Absolute tilt angle detecting means for detecting a tilt angle with respect to the traveling direction, error of the sensor which is an input of the inertial navigation means, attitude, speed and position error which are outputs, the error of the absolute position and the absolute speed detecting means A moving body position / velocity calculation apparatus comprising: an error estimation unit that estimates from an output of the absolute inclination angle detection unit.
サ等からなる慣性航法センサと、前記慣性航法センサの
出力あるいはその補正出力の積分計算により、対象物で
ある移動体の姿勢，速度，位置を求める慣性航法手段
と、ＧＰＳのように天空上の衛星が送出する電波の情報
から絶対位置及び絶対速度を検出する絶対位置及び絶対
速度検出手段と、重力方向に対して垂直な水平面と移動
体の進行方向との傾斜角を検出する絶対傾斜角検出手段
と、記録媒体から、あるいは、データ通信により外部か
ら地図情報を取得する地図情報取得手段と、前記慣性航
法手段の入力であるセンサの誤差，出力である姿勢，速
度，位置の誤差を、前記絶対位置及び絶対速度検出手段
と前記絶対傾斜角検出手段の出力、及び前記地図情報取
得手段の出力から得られる現在位置，道路パターンから
推定する誤差推定手段とを有することを特徴とする移動
体位置速度算出装置。2. An inertial navigation sensor including one or more acceleration sensors, a gyro sensor and the like, and an attitude, a velocity and a position of a moving body as an object are calculated by an integral calculation of an output of the inertial navigation sensor or a correction output thereof. Inertial navigation means to be sought, absolute position and absolute speed detection means for detecting absolute position and absolute speed from information of radio waves transmitted from satellites in the sky like GPS, horizontal plane perpendicular to the direction of gravity, and moving body Absolute tilt angle detection means for detecting the tilt angle with respect to the traveling direction, map information acquisition means for acquiring map information from a recording medium or from the outside by data communication, and an error of the sensor which is an input of the inertial navigation means, The output of the attitude, velocity, and position errors is obtained from the outputs of the absolute position and absolute velocity detection means and the absolute inclination angle detection means, and the output of the map information acquisition means. A moving body position / velocity calculation apparatus, comprising: an error estimation unit that estimates the present position and a road pattern.
の加速度センサ，ジャイロセンサ等からなる慣性航法セ
ンサのオフセット誤差を求めて補正し、また、積分計算
で得られた速度を０にリセットするか、低速時が持続す
る間漸次その速度の絶対値を小さくしていき、前記慣性
航法手段で生じる積分誤差の影響を軽減する低速時誤差
補正手段を有することを特徴とする請求項１または２記
載の移動体位置速度算出装置。3. When the vehicle is stopped or at a low speed, the offset error of the inertial navigation sensor including one or more acceleration sensors, gyro sensors, etc. is calculated and corrected, and the speed obtained by the integral calculation is reset to zero. 3. A low-speed error correction means for reducing the absolute value of the speed gradually while the low-speed operation continues to reduce the influence of the integration error generated in the inertial navigation means. The moving body position / velocity calculation device described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP8003170A JPH09189564A (en) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | Traveling body position speed calculating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8003170A JPH09189564A (en) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | Traveling body position speed calculating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09189564A true JPH09189564A (en) | 1997-07-22 |
Family
ID=11549914
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|---|---|---|---|
| JP8003170A Pending JPH09189564A (en) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | Traveling body position speed calculating device |
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