JPH10132588A - 位置推定装置 - Google Patents

位置推定装置

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Publication number
JPH10132588A
JPH10132588A JP8287916A JP28791696A JPH10132588A JP H10132588 A JPH10132588 A JP H10132588A JP 8287916 A JP8287916 A JP 8287916A JP 28791696 A JP28791696 A JP 28791696A JP H10132588 A JPH10132588 A JP H10132588A
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JP
Japan
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memory
dispersion
gps
variance
calculator
Prior art date
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Pending
Application number
JP8287916A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiro Aono
俊宏 青野
Norihisa Miyake
徳久 三宅
Kenjiro Fujii
健二郎 藤井
Shintarou Hatsumoto
慎太郎 初本
Yuji Matsuda
有司 松田
Noriyuki Kamiya
敬之 神谷
Masami Otobo
正美 乙母
Kenji Kiyono
憲二 清野
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
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH10132588A publication Critical patent/JPH10132588A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ジャイロと車速センサによる位置計測の累積誤
差を補正する。 【解決手段】速度センサと、進行角度を計測するジャイ
ロと、速度と進行角度から位置を計算する位置計算機
と、計算された位置の分散を計算する分散計算機と、位
置の時系列を記録しておく位置メモリと、分散メモリ
と、時系列を記録しておく速度メモリと角度メモリと、
前回のGPS受信時刻を記録しておく受信時刻メモリ
と、絶対位置を計測するGPSと、分散メモリに記憶さ
れている位置の分散とGPSが出力する位置の分散に応
じて、位置メモリに記録されている位置とGPSが出力
する位置から位置の加重平均を求める補正位置計算機
と、補正位置の分散を求める補正分散計算機からなる位
置推定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は移動機の位置を推定
するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】移動機の位置を計測するための方法は、
特開平1−169612 号公報のように、ジャイロで進行方向
を計り、車速センサで車速を計り、進行方向に車速を積
分して位置を計測する方法や、特開平1− 162909
号,特開平2−125308 号公報のように移動機にレーザス
リット光の投受光器を設置し地上に固定された反射鏡か
らの反射光を観測することで位置計測をするものや、特
開平1−207802号,特開平1−206411号,特開平1−20641
2 号公報のように地上に超音波の発信器を設置し移動機
上の受信機で観測して位置を求めるものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開平1−169612 号公
報のように、ジャイロと車速センサを用いる方式では、
誤差が時間が経つにつれ累積していくという問題があ
る。特開平1−162909 号,特開平2−125308号公報のよ
うにレーザスリット光を用いる方式や、特開平1−20780
2号,特開平1−206411号,特開平1−206412号公報のよ
うに超音波を用いるものは、誤差が累積するという問題
はないが、特開平1−162909号,特開平2−125308号公報
のようにレーザスリット光を用いる方式のものでは、地
上に反射鏡を設置し、その正しい設置位置が移動機の位
置計算のために必要となる。そこで、設置工事・測量と
いった手間のかかる作業が必要となる。同様に、特開平
1−207802号,特開平1−206411号,特開平1−206412号
公報のように超音波を用いるものも、地上に発信器を設
置し、その正しい位置を測量する必要がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本位置計測装置は、速度
を計測するための速度センサと、進行角度を計測するた
めのジャイロと、速度と進行角度から位置を計算する位
置計算機と、この計算された位置の分散を計算する分散
計算機と、位置の時系列を記録しておく位置メモリと、
分散を記録しておく分散メモリと、分散の計算に必要な
速度と角速度の時系列を記録しておく速度メモリと角度
メモリと、分散の計算に必要な前回のGPS受信時刻を
記録しておく受信時刻メモリと、絶対位置を計測するG
PSと、分散メモリに記憶されている位置の分散とGP
Sが出力する位置の分散に応じて、位置メモリに記録さ
れている位置とGPSが出力する位置から位置の加重平
均を求めて補正位置とする補正位置計算機と、分散メモ
リに記憶されている位置の分散とGPSが出力する位置
の分散から補正位置の分散を求める補正分散計算機から
なる。GPSによって得られた位置と、速度センサとジ
ャイロから計算された位置の、分散に応じた荷重平均を
とって位置を補正することにより、推定される位置の誤
差の累積を防ぐことができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
[原理]光ファイバジャイロによって計測される角度を
θ、この誤差をφ,車速センサによって計測される速度
をr、この誤差をρとおく。
【0006】移動機の位置(x,y)は、以下の式で計
算される。
【0007】
【数1】 x(t)=x(t−1)+{r(t)−ρ(t)}cos{θ(t)−φ(t)} y(t)=y(t−1)+{r(t)−ρ(t)}sin{θ(t)−φ(t)} …(数1) ρ≪r,φ≪θなので、
【0008】
【数2】 cosφ≒0 sinφ≒φ ρφ≒0 …(数2) と近似すると、
【0009】
【数3】
【0010】また、GPSによって観測される移動機の
位置(ζ,η)、この誤差を(δ,ε)とおき、GPS
と移動機のコントローラの通信に要する時間をD,GP
Sのアンテナは内界計測の中心点からS後ろにあるとす
れば、
【0011】
【数4】
【0012】このように、観測データθ,r,ζ,ηと
移動機の位置の関係は数3と数4によって表せる。
【0013】
【数5】
【0014】とおけば、数3,数4は以下のように書き
換えられる。
【0015】
【数6】 p(t)=p(t−1)+b(t)+C(t)u(t) …(数6)
【0016】
【数7】 q(c(i))=p(c(i)−D)+d(c(i)−D)+v(c(i)) …(数7) GPSのデータが観測されないときには内界計測の数6
によって位置は更新され、GPSのデータが観測される
と、内界計測とGPSのそれぞれによる位置の期待値と
分散から、分散に応じた期待値の加重平均をとることに
より最適な位置を推定する。
【0017】c(1)−Dにおける内界計測による位置の
期待値と分散は、
【0018】
【数8】
【0019】
【数9】
【0020】ただし、U(t)はu(t)の分散行列、C
(t)′はC(t)の行と列を置き換えた行列である。
【0021】これより、移動機の位置の確率密度関数
は、
【0022】
【数10】
【0023】c(1)−DにおけるGPSによる位置の期
待値と分散は、
【0024】
【数11】 pg(1)=q(c(1)) …(数11)
【0025】
【数12】 Vg(1)=V(c(1)) …(数12) ただし、V(c(i))はv(c(i))の分散行列である。
【0026】これより、移動機の位置の確率密度関数
は、
【0027】
【数13】
【0028】数10,数13より、内界計測とGPS両
方からの移動機の確率分布は、
【0029】
【数14】 W~1=Vi(1)~1+Vg(1)~1 …(数14) として、
【0030】
【数15】
【0031】したがって、移動機の位置の期待値と分散
は、
【0032】
【数16】 p(c(1)−D)=W(Vi(1)~1pi(1)+V(c(1))~1q(1)) …(数16)
【0033】
【数17】 W(1)={Vi(1)~1+V(c(1))~1}~1 …(数17) によって与えられる。数16は、ジャイロと車速センサ
による移動機の位置pi(1)と、GPSによる位置q
(1)を、それぞれの分散Vi,Vgに応じて荷重平均を
取ることで位置を補正していることを意味する。
【0034】GPSによるデータがi回観測されてい
て、時刻c(i)−Dにおける位置の期待値と分散がp
(c(i)−D)とW(i)で与えられているとする。このと
き、時刻c(i+1)−Dにおける内界計測による位置の
期待値と分散は、
【0035】
【数18】
【0036】
【数19】
【0037】によって与えられ、c(i+1)−Dにおけ
るGPSによる位置の期待値と分散は、
【0038】
【数20】 pg(i+1)=q(c(i+1)) …(数20)
【0039】
【数21】 Vg(i+1)=V(c(i+1)) …(数21) によって与えられる。これより、移動機の位置と分散
は、
【0040】
【数21】 p(c(i+1)−D) =W(Vi(i+1)~1pi(i+1)+V(c(i+1))q~1(i+1)) …(数21)
【0041】
【数22】 W(i+1)={Vi(i+1)~1+V(c(i+1))~1}~1 …(数22) によって与えられる。
【0042】[構成と動作]本位置計測装置は、大きく
分けて、ジャイロと車速センサから位置を計算する(こ
の計算法を内界計測と呼ぶ)部分と、GPSからのデー
タによってこの位置を補正するための部分に分けられ
る。
【0043】まず、内界計測の部分は、速度を計測する
ための速度センサと、進行角度を計測するためのジャイ
ロと、速度と進行角度から位置を計算する位置計算機
と、位置の時系列を記録しておく位置メモリによって構
成される。
【0044】この部分だけでも位置を計測することは可
能であるが、問題は誤差が累積することである。そこ
で、この内界計測の部分にGPSからのデータによって
補正する部分を追加して補正された位置を計測するので
ある。
【0045】補正する部分は、絶対位置を計測して位置
と分散を出力するGPSと、速度と進行角度の時系列を
記憶する速度メモリと角度メモリと、前回のGPS受信
時刻を記憶する受信時刻メモリと、GPSが受信された
ときに受信時刻メモリに記憶されている前回の受信時刻
と速度メモリと角度メモリに記憶されている速度と角度
の時系列から内界計測の分散を計算する分散計算機と、
この分散を記憶する分散メモリと、分散メモリに記憶さ
れている分散とGPSが出力する分散に基づいて位置メ
モリに記憶されている位置とGPSによって計測された
位置の加重平均を計算することで補正された位置を計算
する補正位置計算機と、分散メモリに記憶されている分
散とGPSが出力する分散から補正された後の分散を計
算する補正分散計算機からなる。
【0046】以下、この位置計測装置の動作手順を第2
図に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0047】計測が開始されると、分散計算機は分散メ
モリに0を書き込む(ステップ1)。内界位置計算機は、
速度センサから速度r(t),ジャイロから角度θ(t),
位置メモリから位置(x(t−1),y(t−1))を読み込
み(ステップ2)、 現在位置 x(t)=x(t−1)+r(t)cosθ(t) y(t)=y(t−1)+r(t)sinθ(t) を計算し、位置メモリに書き込む(ステップ3)。
【0048】分散計算機は、速度センサから速度r
(t),ジャイロから角度θ(t)を読み込み,速度メモリ
に速度r(t),角度メモリに角度θ(t)を保存する(ス
テップ4)。
【0049】ここで、もし補正位置計算機がGPSから
位置データを受信したなら、位置及び分散の補正を行
い、受信していないなら(ステップ1)に戻る(ステッ
プ)。
【0050】GPSから位置データを受信した場合の動
作を説明する。
【0051】分散計算機は、受信時刻メモリから前回の
受信時刻T,分散メモリから分散Vi,速度メモリから
速度r(T+1−D),…,r(t−D),角度メモリから
角度θ(T+1−D),…,θ(t−D)を読み込み(ステ
ップ6)。
【0052】
【数23】
【0053】を計算し、補正後の位置(x(t−D),y
(t−D))として位置メモリに書き込む(ステップ
8)。これは、分散メモリから読み込んだ分散ViとG
PSの分散Vgに基づいて、位置メモリから読み込んだ
位置(x(t−D),y(t−D))とGPSによる位置(x
g,yg)の加重平均をとっていることになる。
【0054】補正分散計算機は、分散メモリから分散V
i,GPSからGPS分散Vgを読み込み、補正後の分
散を (Vi~1+Vg~1)~1 によって計算し、分散メモリに書き込む(ステップ
9)。
【0055】ステップ8で補正された位置は過去の位置
なので、これに基づいてその後の位置を再計算する必要
があるので、内界位置計算機は、位置メモリから(x(t
−D),y(t−D)),速度メモリからr(t−D+1),
…,r(t),角度メモリからθ(t−D+1),…,θ
(t),を読み込んで、s=t−D+1,…,tに対して x(s)=x(s−1)+r(s)cosθ(s) y(s)=y(s−1)+r(s)sinθ(s) を計算し直して結果を位置メモリに書き込む(ステップ
10)。
【0056】内界位置計算機は現在の時刻tを受信時刻
メモリに書き込む(ステップ11)。
【0057】これで、位置及び分散の補正は終了し、
(ステップ1)に戻る。
【0058】このようにして、内界計測の位置と分散,
GPSの位置と分散を計算しながらそれらの分散に応じ
て位置の加重平均をとることにより位置を推定していく
のである。こうしていくことにより、位置の累積誤差を
解消することができる。
【0059】
【発明の効果】ジャイロと車速センサに基づいて計測さ
れた位置とGPSによって計測された位置の、それぞれ
の分散を考慮して加重平均をとって位置を計算すること
で、推定される位置の誤差の累積を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】位置計測装置のブロック図。
【図2】位置計測のフローチャート。
【図3】位置計測のフローチャート。
【符号の説明】
1…速度センサ、2…位置計算機、3…位置メモリ、4
…補正位置計算機、5…GPS、6…ジャイロ、7…速
度メモリ、8…角度メモリ、9…受信時刻メモリ、10
…分散計算機、11…分散メモリ、12…補正分散計算
機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 健二郎 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器事業内 (72)発明者 初本 慎太郎 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器事業内 (72)発明者 松田 有司 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器事業内 (72)発明者 神谷 敬之 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器事業内 (72)発明者 乙母 正美 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 清野 憲二 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】速度を計測するための速度センサと、進行
    角度を計測するためのジャイロと、速度と進行角度から
    位置を計算する位置計算機と、この計算された位置の分
    散を計算する分散計算機と、位置の時系列を記録してお
    く位置メモリと、分散を記録しておく分散メモリと、絶
    対位置を計測するGPSと、分散メモリに記憶されてい
    る位置の分散とGPSが出力する位置の分散に応じて、
    位置メモリに記録されている位置とGPSが出力する位
    置から位置の加重平均を求めて補正位置とする補正位置
    計算機と、分散メモリに記憶されている位置の分散とG
    PSが出力する位置の分散から補正位置の分散を求める
    補正分散計算機からなることを特徴とする位置推定装
    置。
JP8287916A 1996-10-30 1996-10-30 位置推定装置 Pending JPH10132588A (ja)

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JP8287916A JPH10132588A (ja) 1996-10-30 1996-10-30 位置推定装置

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004163404A (ja) * 2002-07-05 2004-06-10 Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc 移動端末の移動特性を求める方法
KR100446219B1 (ko) * 2002-01-07 2004-08-30 삼성전자주식회사 전세계 위치 시스템/관성 센서를 이용한 사용자 단말기측위 장치 및 방법
JP2011056123A (ja) * 2009-09-11 2011-03-24 Duskin Co Ltd 掃除ロボット及びそれを用いた掃除方法
JP2018206004A (ja) * 2017-06-02 2018-12-27 村田機械株式会社 自律走行台車の走行制御装置、自律走行台車
CN113311454A (zh) * 2020-02-26 2021-08-27 中移物联网有限公司 一种gps定位点离散程度的评定方法、装置及设备

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