JPH10260051A - 作動点を求めるためのシステムと方法 - Google Patents
作動点を求めるためのシステムと方法Info
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- JPH10260051A JPH10260051A JP10052207A JP5220798A JPH10260051A JP H10260051 A JPH10260051 A JP H10260051A JP 10052207 A JP10052207 A JP 10052207A JP 5220798 A JP5220798 A JP 5220798A JP H10260051 A JPH10260051 A JP H10260051A
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- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
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- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/53—Determining attitude
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
- G01S19/49—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system whereby the further system is an inertial position system, e.g. loosely-coupled
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- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 モービル機械の作動点を求めるためのシステ
ムと方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、ＧＰＳからＧＰＳ情報を、慣
性航法装置からＩＮＵ情報を受信する。複数の誤差状態
がモデル化される。モービル機械の作動点が誤差状態、
ＧＰＳおよびＩＮＵ情報の関数として求められる。
ムと方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、ＧＰＳからＧＰＳ情報を、慣
性航法装置からＩＮＵ情報を受信する。複数の誤差状態
がモデル化される。モービル機械の作動点が誤差状態、
ＧＰＳおよびＩＮＵ情報の関数として求められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に自律式機械の
制御に関する。より詳細には、本発明は、ＧＰＳ（衛星
測位方式）と慣性航法装置とを最適に組み合わせるため
のシステムおよび方法に関する。
制御に関する。より詳細には、本発明は、ＧＰＳ（衛星
測位方式）と慣性航法装置とを最適に組み合わせるため
のシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】位置決めシステムにおける改善では、自
律式土工用機械のような自律式機械をリアルなものにし
ている。自律性を達成するために、機械は、常時環境に
対する位置を求めることができなければならない。この
目的を達成するのに通常使用される１システムは、衛星
測位方式、すなわちＧＰＳである。ＧＰＳは、電磁信号
を送信する複数の衛星から構成される。衛星の範囲内に
配置されたＧＰＳレシーバが、衛星からの信号を受信
し、三角測量法を用いてレシーバの位置を求める。しか
し、ＧＰＳが正確ではなかったり、あるいは使用不能と
いった非常に多くの状況がある。例えば、ＧＰＳ衛星か
らの信号が、障害物によりブロックされたり、あるいは
ＧＰＳレシーバにより求められた位置の正確さが、別の
原因により低下することがある。
律式土工用機械のような自律式機械をリアルなものにし
ている。自律性を達成するために、機械は、常時環境に
対する位置を求めることができなければならない。この
目的を達成するのに通常使用される１システムは、衛星
測位方式、すなわちＧＰＳである。ＧＰＳは、電磁信号
を送信する複数の衛星から構成される。衛星の範囲内に
配置されたＧＰＳレシーバが、衛星からの信号を受信
し、三角測量法を用いてレシーバの位置を求める。しか
し、ＧＰＳが正確ではなかったり、あるいは使用不能と
いった非常に多くの状況がある。例えば、ＧＰＳ衛星か
らの信号が、障害物によりブロックされたり、あるいは
ＧＰＳレシーバにより求められた位置の正確さが、別の
原因により低下することがある。
【０００３】位置決めのためにＧＰＳレシーバだけを使
用することは可能である。しかし、高精度が要求される
場合、統合された位置決めシステムが好まれる。統合さ
れた位置決めシステムは、高精度な位置情報を達成する
ために、いくつかの異なる種類のセンサーからの測定値
を使用する。統合された位置決めシステムの多くの例が
知られている。このような統合されたシステムでは、慣
性および別の機械動作型サンサーからの測定値の他に、
ＧＰＳ航法信号を用いて、より正確な位置推定値を作り
出す。しかし、これらのシステムは、特別な注文設計で
あり、このために実行するには高価で厄介なものであ
る。このようなシステムの１つが米国特許第５、３９
０、１２５号に開示される。該米国特許第５、３９０、
１２５号に開示されるシステムは、機械位置決めシステ
ム（ＶＰＳ）を用いて機械位置を判定する。ＶＰＳは、
第１の位置推定値と第２の位置推定値との重み付け平均
を実行することにより機械の位置の正確な推定値を求め
る。第１の位置推定値は衛星測位方式（ＧＰＳ）レシー
バから受信される。第２の位置推定値が慣性航法装置
（ＩＮＵ）から受信される。第１および第２の位置推定
値が、予測される推定値の関数として重み付けされ、よ
り正確な第３の位置推定値を作り出す。米国特許第５、
３９０、１２５号に開示されるようなシステムは、極め
て高価になる。
用することは可能である。しかし、高精度が要求される
場合、統合された位置決めシステムが好まれる。統合さ
れた位置決めシステムは、高精度な位置情報を達成する
ために、いくつかの異なる種類のセンサーからの測定値
を使用する。統合された位置決めシステムの多くの例が
知られている。このような統合されたシステムでは、慣
性および別の機械動作型サンサーからの測定値の他に、
ＧＰＳ航法信号を用いて、より正確な位置推定値を作り
出す。しかし、これらのシステムは、特別な注文設計で
あり、このために実行するには高価で厄介なものであ
る。このようなシステムの１つが米国特許第５、３９
０、１２５号に開示される。該米国特許第５、３９０、
１２５号に開示されるシステムは、機械位置決めシステ
ム（ＶＰＳ）を用いて機械位置を判定する。ＶＰＳは、
第１の位置推定値と第２の位置推定値との重み付け平均
を実行することにより機械の位置の正確な推定値を求め
る。第１の位置推定値は衛星測位方式（ＧＰＳ）レシー
バから受信される。第２の位置推定値が慣性航法装置
（ＩＮＵ）から受信される。第１および第２の位置推定
値が、予測される推定値の関数として重み付けされ、よ
り正確な第３の位置推定値を作り出す。米国特許第５、
３９０、１２５号に開示されるようなシステムは、極め
て高価になる。
【０００４】別のシステムでは、カルマンフィルタを用
いてＧＰＳレシーバとＩＮＵからの信号を組み合わせ
る。これらのシステムには、一般的に、ルーズに結合さ
れたシステム、またはタイトに結合されたシステムの２
つの種類のものがある。ルーズに結合されたシステム
は、最も単純である。これらのシステムは、ＧＰＳデー
タが正確であると想定する。一般的に、これらのシステ
ムは、例えばＧＰＳ北、ＧＰＳ東、ＧＰＳ速度北、ＧＰ
Ｓ速度東、ＩＮＵ北、ＩＮＵ東、ＩＮＵ速度北、ＩＮＵ
速度東およびＩＮＵヘッディング速度のような最低数の
状態、すなわちカルマンフィルタへの入力を有する。し
かし、ルーズに結合されたシステムは、タイトに結合さ
れたシステムよりも正確ではない。
いてＧＰＳレシーバとＩＮＵからの信号を組み合わせ
る。これらのシステムには、一般的に、ルーズに結合さ
れたシステム、またはタイトに結合されたシステムの２
つの種類のものがある。ルーズに結合されたシステム
は、最も単純である。これらのシステムは、ＧＰＳデー
タが正確であると想定する。一般的に、これらのシステ
ムは、例えばＧＰＳ北、ＧＰＳ東、ＧＰＳ速度北、ＧＰ
Ｓ速度東、ＩＮＵ北、ＩＮＵ東、ＩＮＵ速度北、ＩＮＵ
速度東およびＩＮＵヘッディング速度のような最低数の
状態、すなわちカルマンフィルタへの入力を有する。し
かし、ルーズに結合されたシステムは、タイトに結合さ
れたシステムよりも正確ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】タイトに結合されたシ
ステムは、ＧＰＳにより求められるような位置データが
正確であると想定しない。むしろ、ＧＰＳレシーバから
の生データを用いて、このデータをＩＮＵからのデータ
と組み合わせる。従って、必要とされるカルマフィルタ
の状態の数が劇的に増大する。このために、かなり複雑
なものとなり、コストがさらに増大することになる。本
発明は、上述の１つか２つ以上の問題を解決するもので
ある。
ステムは、ＧＰＳにより求められるような位置データが
正確であると想定しない。むしろ、ＧＰＳレシーバから
の生データを用いて、このデータをＩＮＵからのデータ
と組み合わせる。従って、必要とされるカルマフィルタ
の状態の数が劇的に増大する。このために、かなり複雑
なものとなり、コストがさらに増大することになる。本
発明は、上述の１つか２つ以上の問題を解決するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、モービル機械の作動点を求めるための方法を提供す
る。この方法では、ＧＰＳレシーバからのＧＰＳ情報を
受信し、これに応答して複数のＧＰＳ信号を発信し、慣
性航法装置からＩＮＵ情報を受信し、これに応答して複
数のＩＮＵ信号を発し、該ＧＰＳおよびＩＮＵ信号を受
信し、これらの関数として複数の誤差状態を計算し、こ
れに応じて、複数の誤差状態信号を発信する段階を含
む。この方法では、ＧＰＳおよびＩＮＵ信号と、誤差状
態信号とを受信し、これに応じて作動点を求める段階を
含む。本発明の別の態様において、モービル機械の作動
点を求めるためのシステムを提供する。該システムは、
衛星ベース位置決めシステムから航法信号を受信し、こ
れに応答して複数のレシーバ信号を発信するための、機
械上に取り付けられたレシーバと、機械の少なくも１つ
の動的パラメータを測定し、これに応じて複数のＩＮＵ
信号を発するための慣性航法装置と、を含む。該システ
ムでは、レシーバおよびＩＮＵ信号を受信し、これらの
信号の関数として複数の誤差状態を計算し、これに応答
して複数の誤差状態信号を発し、レシーバおよびＩＮＵ
信号と誤差状態信号の関数としてモービル機械の作動点
を求めるためのトラック基準装置を含む。
て、モービル機械の作動点を求めるための方法を提供す
る。この方法では、ＧＰＳレシーバからのＧＰＳ情報を
受信し、これに応答して複数のＧＰＳ信号を発信し、慣
性航法装置からＩＮＵ情報を受信し、これに応答して複
数のＩＮＵ信号を発し、該ＧＰＳおよびＩＮＵ信号を受
信し、これらの関数として複数の誤差状態を計算し、こ
れに応じて、複数の誤差状態信号を発信する段階を含
む。この方法では、ＧＰＳおよびＩＮＵ信号と、誤差状
態信号とを受信し、これに応じて作動点を求める段階を
含む。本発明の別の態様において、モービル機械の作動
点を求めるためのシステムを提供する。該システムは、
衛星ベース位置決めシステムから航法信号を受信し、こ
れに応答して複数のレシーバ信号を発信するための、機
械上に取り付けられたレシーバと、機械の少なくも１つ
の動的パラメータを測定し、これに応じて複数のＩＮＵ
信号を発するための慣性航法装置と、を含む。該システ
ムでは、レシーバおよびＩＮＵ信号を受信し、これらの
信号の関数として複数の誤差状態を計算し、これに応答
して複数の誤差状態信号を発し、レシーバおよびＩＮＵ
信号と誤差状態信号の関数としてモービル機械の作動点
を求めるためのトラック基準装置を含む。
【０００７】
【実施例】図１を参照すると、本発明は、機械上の作動
点の位置を求めるための方法とシステムを提供する。作
動点は、機械上のいずれかの場所に配置された所定の固
定点である。「作動点」とは、動的機械の位置と状態の
ことをいう。機械の動的位置と状態を表す動的パラメー
タは、例えば、位置、速度、加速、ヘッディング、ピッ
チ、回転、速度、ヘッディング率、ピッチ率および回転
率を含んでいればよい。好ましい実施例において、作動
点は、北の位置、東の位置、速度、ヘッディングおよび
ヘッディング率を含む。図示を目的として、本発明は、
自律式機械システム１００の環境で記載する。これは図
示を目的としてのみなされる。本発明の当業者であれ
ば、本発明を別の用途に使用してもよいことがわかるで
あろう。
点の位置を求めるための方法とシステムを提供する。作
動点は、機械上のいずれかの場所に配置された所定の固
定点である。「作動点」とは、動的機械の位置と状態の
ことをいう。機械の動的位置と状態を表す動的パラメー
タは、例えば、位置、速度、加速、ヘッディング、ピッ
チ、回転、速度、ヘッディング率、ピッチ率および回転
率を含んでいればよい。好ましい実施例において、作動
点は、北の位置、東の位置、速度、ヘッディングおよび
ヘッディング率を含む。図示を目的として、本発明は、
自律式機械システム１００の環境で記載する。これは図
示を目的としてのみなされる。本発明の当業者であれ
ば、本発明を別の用途に使用してもよいことがわかるで
あろう。
【０００８】図１は、自律式機械システム１００を表す
高レベルのブロック線図である。自律式機械システム１
００は、一群のマネージャ１０２と、機械制御システム
１０４と、テレオペレーションパネル１０６を含む。一
群のマネージャ１０２は、一群のダンプトラックのよう
な自律式鉱山機械を管理するように構成されている。一
群のマネージャ１０２は、監督のように機能し、仕事を
鉱山用機械に割当て、これらの機械が作業を実行すると
きの進行状態を追跡する。一群のマネージャ１０２はラ
ジオリンク１０８を介し各機械と通信する。各機械は、
内蔵された機械制御システム１０４を含む。機械制御シ
ステム１０４は、一群のマネージャ１０２の制御を受け
て鉱山機械が自律作動を行なえるようにする。機械制御
システム１０４は、ナビゲータ１２０、トラック基準ユ
ニット（ＴＲＵ）１２２、障害物検出器１２４、機械制
御モジュール（ＭＣＭ）１２６、前進ディーゼルエンジ
ンマネージャ（ＡＤＥＭ）１２８、電子プログラム可能
伝達制御装置（ＥＰＴＣ）１３０および必須情報管理シ
ステム（ＶＩＭＳ）１３２を含む。
高レベルのブロック線図である。自律式機械システム１
００は、一群のマネージャ１０２と、機械制御システム
１０４と、テレオペレーションパネル１０６を含む。一
群のマネージャ１０２は、一群のダンプトラックのよう
な自律式鉱山機械を管理するように構成されている。一
群のマネージャ１０２は、監督のように機能し、仕事を
鉱山用機械に割当て、これらの機械が作業を実行すると
きの進行状態を追跡する。一群のマネージャ１０２はラ
ジオリンク１０８を介し各機械と通信する。各機械は、
内蔵された機械制御システム１０４を含む。機械制御シ
ステム１０４は、一群のマネージャ１０２の制御を受け
て鉱山機械が自律作動を行なえるようにする。機械制御
システム１０４は、ナビゲータ１２０、トラック基準ユ
ニット（ＴＲＵ）１２２、障害物検出器１２４、機械制
御モジュール（ＭＣＭ）１２６、前進ディーゼルエンジ
ンマネージャ（ＡＤＥＭ）１２８、電子プログラム可能
伝達制御装置（ＥＰＴＣ）１３０および必須情報管理シ
ステム（ＶＩＭＳ）１３２を含む。
【０００９】ナビゲータ１２０は、ラジオリンク１０８
を介し一群のマネージャ１０２からの指令を受け取る。
指令は、例えば作業割当すなわち仕事を含む。仕事か
ら、ナビゲータ１２０は、従うべきルートを求める。ル
ートは、例えば、露天堀作業における掘削場所と砕裂場
所との間の輸送セグメントであればよい。ＴＲＵ１２２
は、衛星ベース位置決めシステムと内蔵センサーから求
められた測定値に基づいて機械の作動点を判断する。機
械の作動点と所望のルートに基づいて、ナビゲータ１２
０は、機械の所望のステアリング角と所望の速度を作り
出す。障害物検出器１２４は、障害物に関する機械前方
の領域を走査するレーダユニットである。障害物検出器
１２４が障害物を検出すると、検出器１２４は、障害物
が検出されたことの表示、または障害物の場所をナビゲ
ータ１２０に知らせる。次いで、ナビゲータ１２０は機
械を停止させるか、あるいは障害物の周りを誘導する。
を介し一群のマネージャ１０２からの指令を受け取る。
指令は、例えば作業割当すなわち仕事を含む。仕事か
ら、ナビゲータ１２０は、従うべきルートを求める。ル
ートは、例えば、露天堀作業における掘削場所と砕裂場
所との間の輸送セグメントであればよい。ＴＲＵ１２２
は、衛星ベース位置決めシステムと内蔵センサーから求
められた測定値に基づいて機械の作動点を判断する。機
械の作動点と所望のルートに基づいて、ナビゲータ１２
０は、機械の所望のステアリング角と所望の速度を作り
出す。障害物検出器１２４は、障害物に関する機械前方
の領域を走査するレーダユニットである。障害物検出器
１２４が障害物を検出すると、検出器１２４は、障害物
が検出されたことの表示、または障害物の場所をナビゲ
ータ１２０に知らせる。次いで、ナビゲータ１２０は機
械を停止させるか、あるいは障害物の周りを誘導する。
【００１０】テレオペレーションパネル１０６は、１１
０で示されたようなラジオ信号を介し、ステアリング
角、速度および別の命令をナビゲータ１２０に直接通信
し、機械の遠隔制御操作を行なうことができるように使
用されればよい。ナビゲータ１２０、ＴＲＵ１２２およ
び障害物検出器１２４は、機械に関する内蔵知能を表し
ており、自律制御コマンドを速度及びステアリング角コ
マンドの形態で発生させることができる。ナビゲータ１
２０は、進行の所望のルートと機械の作動点とに基づい
て速度とステアリング角コマンドを発する。ナビゲータ
１２０は、現在の作動点に基づいて現在のステアリング
角と速度の調整を算出し、機械を所望のルートに沿って
動かすようになっている。一群のマネージャ１０２は、
ナビゲータ１２０に所望のルートを与える。ＴＲＵ１２
２は、ナビゲータ１２０に自律機械の作動点を与える。
０で示されたようなラジオ信号を介し、ステアリング
角、速度および別の命令をナビゲータ１２０に直接通信
し、機械の遠隔制御操作を行なうことができるように使
用されればよい。ナビゲータ１２０、ＴＲＵ１２２およ
び障害物検出器１２４は、機械に関する内蔵知能を表し
ており、自律制御コマンドを速度及びステアリング角コ
マンドの形態で発生させることができる。ナビゲータ１
２０は、進行の所望のルートと機械の作動点とに基づい
て速度とステアリング角コマンドを発する。ナビゲータ
１２０は、現在の作動点に基づいて現在のステアリング
角と速度の調整を算出し、機械を所望のルートに沿って
動かすようになっている。一群のマネージャ１０２は、
ナビゲータ１２０に所望のルートを与える。ＴＲＵ１２
２は、ナビゲータ１２０に自律機械の作動点を与える。
【００１１】ＴＲＵ１２２の構造を図示するブロック線
図が図２に示されている。好ましい実施例において、Ｔ
ＲＵ１２２は、ＴＲＵセンサーインターフェイス２０
２、ＴＲＵディジタル入力カード２０４、ＴＲＵアナロ
グ入力カード２０６、ＴＲＵプロセッサ２０８、ＴＲＡ
シリアルインターフェイス２１０およびＴＲＵデータバ
ス２１２とを含む。センサーインターフェイス２０２
は、慣性航法装置（ＩＮＵ）２３８から信号を受信す
る。ＩＮＵ２３８は、２方向性オドメータ２３０と、ド
ップラー対地速度インジケータ２３２、ソリッドステー
トヘッディング率センサー２３４、および操縦リゾルバ
ー２３６とを含む。２方向性オドメータ２３０は、車両
が進行する距離と、方向、すなわち前方又は後方の向き
を測定する。ドップラー対地速度インジケータ２３２
は、車両が進行している速度を測定する。ソリッドステ
ートヘッディング率センサー２３４は、車両が向きを変
更したり回転する割合を測定する。操縦リゾルバ２３６
は車両のステアリング角を測定する。本分野の当業者で
あれば、様々な別のセンサーを同一のパラメータを測定
するのに用いることができることがわかるであろう。例
えば、タコメータは、速度を測定するのに用いることが
できるし、あるいはジャイロスコープはヘッディング率
を測定するのに用いることができる。
図が図２に示されている。好ましい実施例において、Ｔ
ＲＵ１２２は、ＴＲＵセンサーインターフェイス２０
２、ＴＲＵディジタル入力カード２０４、ＴＲＵアナロ
グ入力カード２０６、ＴＲＵプロセッサ２０８、ＴＲＡ
シリアルインターフェイス２１０およびＴＲＵデータバ
ス２１２とを含む。センサーインターフェイス２０２
は、慣性航法装置（ＩＮＵ）２３８から信号を受信す
る。ＩＮＵ２３８は、２方向性オドメータ２３０と、ド
ップラー対地速度インジケータ２３２、ソリッドステー
トヘッディング率センサー２３４、および操縦リゾルバ
ー２３６とを含む。２方向性オドメータ２３０は、車両
が進行する距離と、方向、すなわち前方又は後方の向き
を測定する。ドップラー対地速度インジケータ２３２
は、車両が進行している速度を測定する。ソリッドステ
ートヘッディング率センサー２３４は、車両が向きを変
更したり回転する割合を測定する。操縦リゾルバ２３６
は車両のステアリング角を測定する。本分野の当業者で
あれば、様々な別のセンサーを同一のパラメータを測定
するのに用いることができることがわかるであろう。例
えば、タコメータは、速度を測定するのに用いることが
できるし、あるいはジャイロスコープはヘッディング率
を測定するのに用いることができる。
【００１２】さらに、さらなる正確さを得るための試み
において、測定が付加的なあるいは異なるセンサーから
行なわれ、本発明に組み入れることができる。例えば、
インクリノメータは、傾斜角を測定するのに用いること
ができるし、ピッチ率センサーは傾斜の変化率を測定す
るのに用いることができるし、あるいはコンパスは、ヘ
ッディングを測定するのに用いることができる。一方、
正確さにおけるある程度の損失の代償として費用を削減
しようとするときには、いくつかのセンサーを取り除く
ことができる。センサーの測定値は、センサーインター
フェイス２０２により収集される。センサーインターフ
ェイス２０２は、ディジタル信号、すなわちタイミング
ストローブ、パルス幅変調信号等をディジタル入力カー
ド２０４に送り、アナログ信号すなわち電圧、電流等を
アナログ入力カード２０６に送る。ディジタル入力カー
ド２０４は、ディジタルタイミングとパルス信号をディ
ジタル値に変換し、これらをディジタルレジスター２０
５に記録する。アナログ入力カード２０６は、アナログ
信号を測定してディジタル値に変換し、アナログレジス
タ２０７に記憶する。ＴＲＵプロセッ２０８、一般的な
目的のマイクロプロセッサ、アクセスディジタルレジス
タ２０５またはアナログレジスタ２０７は、データバス
２１２を介してセンサー測定値を得るためのものであ
る。
において、測定が付加的なあるいは異なるセンサーから
行なわれ、本発明に組み入れることができる。例えば、
インクリノメータは、傾斜角を測定するのに用いること
ができるし、ピッチ率センサーは傾斜の変化率を測定す
るのに用いることができるし、あるいはコンパスは、ヘ
ッディングを測定するのに用いることができる。一方、
正確さにおけるある程度の損失の代償として費用を削減
しようとするときには、いくつかのセンサーを取り除く
ことができる。センサーの測定値は、センサーインター
フェイス２０２により収集される。センサーインターフ
ェイス２０２は、ディジタル信号、すなわちタイミング
ストローブ、パルス幅変調信号等をディジタル入力カー
ド２０４に送り、アナログ信号すなわち電圧、電流等を
アナログ入力カード２０６に送る。ディジタル入力カー
ド２０４は、ディジタルタイミングとパルス信号をディ
ジタル値に変換し、これらをディジタルレジスター２０
５に記録する。アナログ入力カード２０６は、アナログ
信号を測定してディジタル値に変換し、アナログレジス
タ２０７に記憶する。ＴＲＵプロセッ２０８、一般的な
目的のマイクロプロセッサ、アクセスディジタルレジス
タ２０５またはアナログレジスタ２０７は、データバス
２１２を介してセンサー測定値を得るためのものであ
る。
【００１３】ＴＲＵ１２２は衛星基準位置決めシステム
２１８から位置データを受信する。好ましい実施例にお
いて、衛星ベース位置決めシステム２１８は衛星測位方
式（ＧＰＳ）である。ＧＰＳレシーバ２１６は、衛星ベ
ース位置決めシステム２１８から衛星信号を受信し、こ
れらの信号に基づいてＧＰＳレシーバ自体の位置を判断
する。好ましい実施例において、ＧＰＳレシーバ２１６
は、カリフォルニア州トランス所在のマグナボックス・
エレクトニック・システムズ・カンパニーから商業的に
入手可能な差動ＧＰＳレシーバＭＸ９２１２である。Ｇ
ＰＳレシーバ２１６は、北の位置、東の位置、北の速度
および東の速度とともにタイミング情報を含むレシーバ
で求められた測定値をＴＲＵ１２２に与える。ＴＲＵ１
２２は、シリアルインターフェイス２１0 を介しＧＰＳ
レシーバ２１６から測定値を受け取る。ＴＲＵプロセッ
サ２０８は、シリアルインターフェイス２１０からＧＰ
Ｓレシーバ測定値を受け取る。上述のように得られたＧ
ＰＳレシーバで判定された測定値とセンサー測定値と
で、ＴＲＵプロセッサ２０８は自律式車両の作動点の推
定値を算出する。ＴＲＵプロセッサ２０８は、作動点を
シリアルインターフェイス２１０に通過させ、次いで作
動点をシリアルデータライン２１４を介しナビゲータ１
２０に送る。
２１８から位置データを受信する。好ましい実施例にお
いて、衛星ベース位置決めシステム２１８は衛星測位方
式（ＧＰＳ）である。ＧＰＳレシーバ２１６は、衛星ベ
ース位置決めシステム２１８から衛星信号を受信し、こ
れらの信号に基づいてＧＰＳレシーバ自体の位置を判断
する。好ましい実施例において、ＧＰＳレシーバ２１６
は、カリフォルニア州トランス所在のマグナボックス・
エレクトニック・システムズ・カンパニーから商業的に
入手可能な差動ＧＰＳレシーバＭＸ９２１２である。Ｇ
ＰＳレシーバ２１６は、北の位置、東の位置、北の速度
および東の速度とともにタイミング情報を含むレシーバ
で求められた測定値をＴＲＵ１２２に与える。ＴＲＵ１
２２は、シリアルインターフェイス２１0 を介しＧＰＳ
レシーバ２１６から測定値を受け取る。ＴＲＵプロセッ
サ２０８は、シリアルインターフェイス２１０からＧＰ
Ｓレシーバ測定値を受け取る。上述のように得られたＧ
ＰＳレシーバで判定された測定値とセンサー測定値と
で、ＴＲＵプロセッサ２０８は自律式車両の作動点の推
定値を算出する。ＴＲＵプロセッサ２０８は、作動点を
シリアルインターフェイス２１０に通過させ、次いで作
動点をシリアルデータライン２１４を介しナビゲータ１
２０に送る。
【００１４】以下の残りの記載では、カルマンフィルタ
に対し簡単な説明を必要とする。一般的に、カルマンフ
ィルタは、最適な線形平均二乗推定量である。好ましい
実施例において、拡張されたカルマンフィルタが用いら
れる。拡張カルマンフィルタは、非線形システムの電流
状態に基づいて線形モデルを用いて、平均二乗推定量を
算出する。本明細書では、「カルマンフィルタ」と「カ
ルマンフィルタリング」とを用いるが、「拡張カルマン
フィルタ」および「拡張カルマンフィルタリング」に等
しく適用される。カルマンフィルタリングは、本分野に
おいて公知であるので、これ以上記載しない。図３を参
照すると、本発明の１実施例に従った、モービル機械の
作動点を求めるための方法が論じられている。
に対し簡単な説明を必要とする。一般的に、カルマンフ
ィルタは、最適な線形平均二乗推定量である。好ましい
実施例において、拡張されたカルマンフィルタが用いら
れる。拡張カルマンフィルタは、非線形システムの電流
状態に基づいて線形モデルを用いて、平均二乗推定量を
算出する。本明細書では、「カルマンフィルタ」と「カ
ルマンフィルタリング」とを用いるが、「拡張カルマン
フィルタ」および「拡張カルマンフィルタリング」に等
しく適用される。カルマンフィルタリングは、本分野に
おいて公知であるので、これ以上記載しない。図３を参
照すると、本発明の１実施例に従った、モービル機械の
作動点を求めるための方法が論じられている。
【００１５】第１制御ブロック３０２において、ＧＰＳ
情報がＧＰＳレシーバから受信され、これに応答して複
数のＧＰＳ信号を発信する。好ましい実施例において、
複数のＧＰＳ信号は、 ＧＰＳ北 ＧＰＳ東 ＧＰＳ速度北 ＧＰＳ速度東 を含む。 これらのＧＰＳ信号は、カルマンフィルタ内の状態でも
ある。第２のブロック線図３０４において、ＩＮＵ情報
が慣性航法装置から受け取られ、これに応じて複数のＩ
ＮＵ信号が発せられる。好ましい実施例において、複数
のＩＮＵ信号が、カルマンフィルタ内のＩＮＵ状態を更
新するのに用いられる。ＩＮＵ状態では、 ＩＮＵ北 ＩＮＵ東 ＩＮＵ速度 ＩＮＵ速度ヘッディング ＩＮＵヘッディング率 を含む。
情報がＧＰＳレシーバから受信され、これに応答して複
数のＧＰＳ信号を発信する。好ましい実施例において、
複数のＧＰＳ信号は、 ＧＰＳ北 ＧＰＳ東 ＧＰＳ速度北 ＧＰＳ速度東 を含む。 これらのＧＰＳ信号は、カルマンフィルタ内の状態でも
ある。第２のブロック線図３０４において、ＩＮＵ情報
が慣性航法装置から受け取られ、これに応じて複数のＩ
ＮＵ信号が発せられる。好ましい実施例において、複数
のＩＮＵ信号が、カルマンフィルタ内のＩＮＵ状態を更
新するのに用いられる。ＩＮＵ状態では、 ＩＮＵ北 ＩＮＵ東 ＩＮＵ速度 ＩＮＵ速度ヘッディング ＩＮＵヘッディング率 を含む。
【００１６】第３の制御ブロック３０６において、ＧＰ
ＳとＩＮＵ信号が受信され、これの関数としての複数の
誤差状態が計算され、これに応答して複数の誤差状態信
号が発せられる。第４の制御ブロック３０８において、
ＧＰＳおよびＩＮＵ信号と、誤差状態信号とが受信さ
れ、これに応じて作動点が求められる。好ましい実施例
において、ＧＰＳおよびＩＮＵ信号と、誤差状態信号と
がカルマンフィルタへの入力である。誤差状態信号はＩ
ＮＵとＧＰＳシステムにより導かれた誤差を表す。
ＳとＩＮＵ信号が受信され、これの関数としての複数の
誤差状態が計算され、これに応答して複数の誤差状態信
号が発せられる。第４の制御ブロック３０８において、
ＧＰＳおよびＩＮＵ信号と、誤差状態信号とが受信さ
れ、これに応じて作動点が求められる。好ましい実施例
において、ＧＰＳおよびＩＮＵ信号と、誤差状態信号と
がカルマンフィルタへの入力である。誤差状態信号はＩ
ＮＵとＧＰＳシステムにより導かれた誤差を表す。
【００１７】好ましい実施例において、誤差状態は、 バイアス率 生ＧＰＳ−北バイアス：および 生ＧＰＳ−東バイアス を含む。 誤差状態バイアス率が、測定されたヘッディング率と期
待されるヘッディング率との差を表す。 誤差状態生ＧＰＳ − 北バイアス は、測定されたＧＰＳ北と期待されるＧＰＳ北との差を
表す。 誤差状態生ＧＰＳ − 東バイアス は、測定ＧＰＳ東と期待ＧＰＳ東との差を表す。別のセ
ンサーも、本発明の精神から逸脱することなく、より正
確さを達成するのにモデル化できることに留意しなけれ
ばならない。好ましい実施例において、誤差状態がモデ
ル化される。好ましい１実施例において、各誤差状態が
方程式を用いてモデル化される。
待されるヘッディング率との差を表す。 誤差状態生ＧＰＳ − 北バイアス は、測定されたＧＰＳ北と期待されるＧＰＳ北との差を
表す。 誤差状態生ＧＰＳ − 東バイアス は、測定ＧＰＳ東と期待ＧＰＳ東との差を表す。別のセ
ンサーも、本発明の精神から逸脱することなく、より正
確さを達成するのにモデル化できることに留意しなけれ
ばならない。好ましい実施例において、誤差状態がモデ
ル化される。好ましい１実施例において、各誤差状態が
方程式を用いてモデル化される。
【００１８】 ｘ（ｔ）＝φ1 ｘ（ｔ−１）＋ａ（ｔ） ここで、ｘ（ｔ）は、誤差状態を、ｔは現在の時間を、
ｔ−１は先の時間を、ａ（ｔ）はノイズを表しており、
φ1 は経験的に得られる定数である。別の実施例におい
て、各誤差状態が、２階方程式を用いてモデル化され
る。 ｘ（ｔ）＝φ1 ｘ（ｔ−１）＋φ2 ｘ（ｔ−２）＋ａ
（ｔ）−Θ1 ａ（ｔ−１） ここで、ｘ（ｔ）は誤差状態を表し、ｔは現在の時間、
ｔ−１とｔ−２は先の時間を表し、ａ（ｔ）は、ノイズ
を表し、φ1 、φ2 、Θ1 は経験的に得られた定数であ
る。さらに別の実施例において、各誤差状態が、それよ
り高階の方程式によりモデル化される。方程式の階はそ
の用途に応じる。
ｔ−１は先の時間を、ａ（ｔ）はノイズを表しており、
φ1 は経験的に得られる定数である。別の実施例におい
て、各誤差状態が、２階方程式を用いてモデル化され
る。 ｘ（ｔ）＝φ1 ｘ（ｔ−１）＋φ2 ｘ（ｔ−２）＋ａ
（ｔ）−Θ1 ａ（ｔ−１） ここで、ｘ（ｔ）は誤差状態を表し、ｔは現在の時間、
ｔ−１とｔ−２は先の時間を表し、ａ（ｔ）は、ノイズ
を表し、φ1 、φ2 、Θ1 は経験的に得られた定数であ
る。さらに別の実施例において、各誤差状態が、それよ
り高階の方程式によりモデル化される。方程式の階はそ
の用途に応じる。
【００１９】図に関し、作動において、本発明は、モー
ビル機械の作動点を求めるための方法とシステムを提供
する。作動点は、動的機械の位置と状態を決定する。機
械のの動的位置と状態を表す動的パラメータは、例え
ば、位置、速度、加速、ヘッディング、ピッチ、回転、
速度、ヘッディング率、ピッチ率および回転率を含んで
いればよい。本発明は、衛星測位方式すなわちＧＰＳを
用いる。ＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星からの信号を受
信する。慣性航法装置（ＩＮＵ）は、検出された情報を
与えるのにも用いられる。ＧＰＳレシーバで得られた情
報とＩＮＵで得られた情報とが、カルマンフィルタを用
いて組み合わされ、作動点を与える。誤差状態、すなわ
ちＧＰＳとＩＮＵとにより導かれた誤差が、ＧＰＳとＩ
ＮＵで得られた情報を用いてモデル化される。誤差状態
は、カルマンフィルタにより用いられ、判定された作動
点の正確さを改善するようになっている。
ビル機械の作動点を求めるための方法とシステムを提供
する。作動点は、動的機械の位置と状態を決定する。機
械のの動的位置と状態を表す動的パラメータは、例え
ば、位置、速度、加速、ヘッディング、ピッチ、回転、
速度、ヘッディング率、ピッチ率および回転率を含んで
いればよい。本発明は、衛星測位方式すなわちＧＰＳを
用いる。ＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星からの信号を受
信する。慣性航法装置（ＩＮＵ）は、検出された情報を
与えるのにも用いられる。ＧＰＳレシーバで得られた情
報とＩＮＵで得られた情報とが、カルマンフィルタを用
いて組み合わされ、作動点を与える。誤差状態、すなわ
ちＧＰＳとＩＮＵとにより導かれた誤差が、ＧＰＳとＩ
ＮＵで得られた情報を用いてモデル化される。誤差状態
は、カルマンフィルタにより用いられ、判定された作動
点の正確さを改善するようになっている。
【００２０】本発明は、最適に組み合わされたＧＰＳお
よびＩＮＵシステムを提供する。最適に組み合わされた
ＧＰＳおよびＩＮＵシステムは、ルーズに結合された場
合とタイトに結合された場合との利点、すなわち高精度
であることと、低価格であるという双方の利点を組み合
わせることになる。本発明の基本概念の別の利点は、本
発明のセンサーモデル化特徴のために、ノイズが実質的
に白色であるように、処理されたノイズおよびシステム
係数が自動的に推定されることである。ＧＰＳモデルに
関する経験的な結果が表１に示されている。経験的な結
果は、ＧＰＳが失われると、３０秒までの間システムの
性能を維持できたことも表す。
よびＩＮＵシステムを提供する。最適に組み合わされた
ＧＰＳおよびＩＮＵシステムは、ルーズに結合された場
合とタイトに結合された場合との利点、すなわち高精度
であることと、低価格であるという双方の利点を組み合
わせることになる。本発明の基本概念の別の利点は、本
発明のセンサーモデル化特徴のために、ノイズが実質的
に白色であるように、処理されたノイズおよびシステム
係数が自動的に推定されることである。ＧＰＳモデルに
関する経験的な結果が表１に示されている。経験的な結
果は、ＧＰＳが失われると、３０秒までの間システムの
性能を維持できたことも表す。
【００２１】 表１ ＧＰＳ経験的結果 モデル化前の モデル化後の 改善 標準分布 標準分布 北 ０．５７８ ０．０１６１ ３５．９ 東 ０．３７ ０．０１２７ ２９．０ 高さ ２．１８２５ ０．０４９３ ４４．０ 本発明の別の特報、目的および利点は、図、発明の開示
および請求の範囲から得ることができる。
および請求の範囲から得ることができる。
【図１】本発明の自律式機械システムを表す高レベルブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図２】本発明のトラック基準装置の構造を表すブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図３】本発明の作動を表すフローチャートである。
１００ 自律式機械システム １０２ 一群のマネージャ １０４ 機械制御システム １０６ テレオペレータパネル １０８ ラジオリンク １２０ ナビゲータ １２２ トラック基準装置 １２４ 障害物検出器 １２６ 機械制御モジュール １２８ ディーゼルエンジンマネージャ １３０ 伝達制御 １３２ 情報処理システム
Claims (9)
- 【請求項１】 モービル機械の作動点を求めるための方
法において、 衛星測位方式（ＧＰＳ）レシーバからＧＰＳ情報を受取
り、これに応じて複数のＧＰＳ信号を発し、 慣性航法装置（ＩＮＵ）からＩＮＵ情報を受信し、これ
に応じて複数のＩＮＵ信号を発し、 前記ＧＰＳおよびＩＮＵ信号を受信し、該信号の関数と
して複数の誤差状態を計算し、これに応じて複数の誤差
状態信号を発し、 前記ＧＰＳおよびＩＮＵ信号と前記誤差状態信号とを受
信し、これに応じて作動点を求める、 段階からなる方法。 - 【請求項２】 前記作動点を求める段階は、カルマンフ
ィルタを用いて得られることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】 前記複数のＧＰＳ信号は、ＧＰＳ北と、
ＧＰＳ東と、ＧＰＳ速度北およびＧＰＳ速度東を含むこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記複数のＩＮＵ信号が、ＩＮＵ北と、
ＩＮＵ東と、ＩＮＵ速度と、ＩＮＵヘッディングおよび
ＩＮＵヘッディング率とを含むカルマンフィルタ状態を
更新するのに用いられることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項５】 前記誤差状態信号は、バイアス率、生Ｇ
ＰＳ−北バイアス、および生ＧＰＳ−Ｅバイアスを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記誤差状態信号は、モデルを用いて判
定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記各誤差状態信号は、方程式ｘ（ｔ）
＝φ1 ｘ（ｔ−１）＋ａ（ｔ）を用いてモデル化され、
ｘ（ｔ）は、前記誤差状態を、ｔは現在の時間を、ｔ−
１は先の時間を、ａ（ｔ）はノイズを表しており、φ1
は経験的に得られる定数であることを特徴とする請求項
１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記各誤差状態信号は、方程式ｘ（ｔ）
＝φ1 ｘ（ｔ−１）＋φ2 ｘ（ｔ−２）＋ａ（ｔ）−Θ
1 ａ（ｔ−１）を用いてモデル化され、ｘ（ｔ）は誤差
状態を、ｔは現在の時間を、ｔ−１とｔ−２は先の時間
を、ａ（ｔ）は、ノイズを表し、φ1 、φ2 およびΘ1
は経験的に得られた定数であることを特徴とする請求項
１に記載の方法。 - 【請求項９】 モービル機械の作動点を求めるためのシ
ステムであって、 衛星ベース位置決めシステムから航法信号を受信し、こ
れに応じて複数のレシーバ信号を発するための、前記機
械に取り付けられたレシーバと、 前記機械の少なくとも１つの動的パラメータを測定し、
これに応じて複数のＩＮＵ信号を発するための慣性航法
装置と、 前記レシーバおよびＩＮＵ信号を受信し、これの関数と
して複数の誤差状態を計算し、これに応じて複数の誤差
状態信号を発し、前記レシーバおよびＩＮＵ信号と前記
誤差状態信号との関数としてモービル機械の作動点を求
めるためのトラック基準装置と、 からなるシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/810,798 US5877723A (en) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | System and method for determining an operating point |
| US08/810798 | 1997-03-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260051A true JPH10260051A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=25204733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10052207A Withdrawn JPH10260051A (ja) | 1997-03-05 | 1998-03-04 | 作動点を求めるためのシステムと方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5877723A (ja) |
| JP (1) | JPH10260051A (ja) |
| AU (1) | AU730035B2 (ja) |
| GB (1) | GB2322989B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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