JPS61116615A - 車両位置演算装置 - Google Patents

車両位置演算装置

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JPS61116615A
JPS61116615A JP23784084A JP23784084A JPS61116615A JP S61116615 A JPS61116615 A JP S61116615A JP 23784084 A JP23784084 A JP 23784084A JP 23784084 A JP23784084 A JP 23784084A JP S61116615 A JPS61116615 A JP S61116615A
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vehicle
calculation means
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absolute position
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JP23784084A
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English (en)
Inventor
Akira Sato
晃 佐藤
Kazuo Sato
和郎 佐藤
Koji Tsumato
妻藤 孝治
Sumitaka Shima
純孝 嶋
Hiromasa Mizutani
水谷 寛正
Toshimasa Mikawa
三河 俊正
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、慣性航法と電波航法を組合わせて精度よく車
両位置を算出する車両位置演算装置に関する。
〔従来の技術〕
慣性航法では、走行距離センサと方位センサ(ヨーレイ
トセンサ又は地磁気センサ)とからの信号を用い、累積
計算により車両位置を算出するようになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、累積計算を行うため、走行距離センサ及び方
位センサからの信号の誤差が累積し、走行距離が長くな
るとともに車両位置の誤差が著しくなってくる。
特に、方位センサとして地磁気上/すを用゛いた場合に
は、車体自体や車外のビル、鉄橋、トンネル等により地
磁気の方向が磁北からずれるので、地磁気センサからの
信号自体の誤差が大きく、累積誤差が著しくなる。
また、相対的な位置しか分らないので、絶対初期位置情
報を運転者が入力しなければならず、この位置情報にも
誤差が含まれ、上記累積誤差に加。
算される。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、本発明に係る車両位置演
算装置では、第1図に示す如く、走行距離センサ10及
び地磁気センサ12からの信号を用いて基準位置に対す
る車両相対位置を算出する相対位置算出手段14と、固
定局からの電波16により得られる固定局絶対位置及び
電波封来角と前記車両相対位置とから車両絶対位置を算
出する絶対位置算出手段18とを有し、相対位置算出手
段14は前記車両絶対位置を基準位置とし車両現在位置
を算出するようになっている。
〔発明の基本的理論〕
第2図には車両の軌跡22が示されており、車両は初期
位置P、からPl + PR+ Plの位置を順次通る
ものとする。また、位#Pt 、p、 、p3において
、それぞれ固定局A、B、Oから電波を受け、車両に設
けられた指向性のあるアンテナで車両進行方向に対する
電波到来角ψ1.ψ雪、ψ3を測定するものとする。予
め定められた地理上のx−y直交座標系を絶対座標系と
し、位置(x、y)を複素数z=x+iyで表す。また
、初期位置Poを原点とし、地磁気センサで検出される
X軸に対応した方向(例えば東方向)をp軸とするp−
q直交座標を相対座標とし、位置(p、q)を複索数s
=p+iqで表す。さらに、位置Pl + PR+ P
lの各位置を原点とする前記同様の相対座標系で表した
固定局A。
B、Oの位11をそれぞれ、1ei9)1    i9
2、rye r3e’ψ3で表す。
S平面から2平面への座標変換式は z=16 + S e ’φ−−−(1)ここに、  
16はIPの絶対座標系での複素座標であり、z6 =
xo+17(l とする。また、φはX軸に対するp軸
の回転角(ずれ角)である。地磁気センサの誤差がOの
ときはφ=Oであり、φは地磁気センサの誤差を表して
いる。
固定屑入、B、0の位置について式(1)を適用すると
z ==z、 +(s、 +r1ei(ψl+01)e
tφ・・・・・・(2)ム I(ψ鵞+θg)elφ・・・・・(3)zB=to 
+(st  +rl  eZ ()= 1゜+(s3+
r3e”ψ1+01)eiφ11000.(4)ここに
、sl 、ml 、$3はそれぞれ位置pi IpHP
3のS平面上での複素座標であり、θ1.θ鵞、θ3は
それぞれ位置p1.P、 、P、での地磁気センサで検
出された車両進行方向の角度である。
相対座標系での車両の位置(p、q)は1次式%式%(
5 により求められる。ここにθは、地磁気センサで検出さ
れた、すなわちp軸を略基準とした車両進行方向の角度
である。
また、dtは車両走行微少距離であり、走行距離センサ
により検出できる。なお、走行距離センサとして車速セ
ンサを用いた場合には、  d t=Vd tとしてd
tを求める。ここにVは車速であり、diは車両が距離
dtを進むに要する時間である。
固定局A、B、Oの絶対座標系での複素座標へ。
ZB、zoは固定局からの電波情報により知ることがで
きる。したがって1式(2) 、 (3) 、 (4)
の未知数はzo、φ+’l +’! 、rlの計6個で
ある(ただし、z6は”0+Y@の2個)。また、式(
1) 、 (2) 、 (3)は被素数であるから独立
な式は3X2=6式である。
よって、座標変換式(1)のz6 、φが式(2) 、
 (3) 、 (4)より求められることになる。
なお、車両が停止している場合には、異なる3局からの
電波到来角を検出することにより車両の絶対的位置が求
まる(この場合式(2) l (3) 1(4)におい
て、III 28g :s3.θ1.θ鵞、θ3=0と
なる)。
次に、地磁気センサで検出された車両進行方向の角度が
正確であると仮定した場合、すなわちφ=Oと仮定した
場合について説明する。
この場合には、式(2) 、 (3)のみで16を求め
ることができる。なぜならば未知数はt6 (=xo 
+ i ya ) +’l*’lの4個で、11独立な
式は2X2=4であるからである。
なお、車両が停止している場合には、異なる2局からの
電波到来方向を検出することにより車両の絶装置が求ま
る(この場合、式(1) 、 (2)において’1 ”
$1 +01=03となる)。
以上の関係は、第3図に示す如く、固定局が一局であっ
ても成立する。この場合には、式(21、(3) 。
(4)においてX A =Z B =Z □となる。
本発明者らは、以上の理論的解析を行い、これをベース
にして本発明をするに至った。
〔作用〕 相対位置算出手段14は、走行距離センサ10により検
出される式(5)、(6)のdt及び地磁気センサ12
により検出される式(5) 、 (61のθから基準位
置(式(5)、(6)における初期位置)に対する車両
相対位21 (p + q )を算出する。
絶対位置算出手段18は、固定局からの電波16により
得られる固定局絶対位置Z Q 、この電波受信時にお
ける電波卸来角ψ9、車両相対位置(1’+q)及び地
磁気センサ12により得られる車両進行方向角θQを用
い式(2) 、 (3) 、 (4)又は(2) 、 
(3)に対応する式により車両絶対位置Pを算出する。
上記相対位置算出手段14は、この位置Pを基準位置と
して式(5) 、 (6)により車両現在位置を算出す
る。
新たな車両絶対位ft P iが算出された場合には。
前記基準位1Iltを更新し、以上の処理を繰返す。
したがって、車両走行距離が長くても累積誤差が一定儂
以内に押えられ%精度よく車両現在位置を求めることが
できる。
また、初期位置を運転者が手動入力しなくても絶対座標
系での車両現在位置を算出することができ、初期位置誤
差が累積誤差に大きく加算されるということがない。
さらに、地磁気センサを用いているので、φの直が小さ
くなシ、φ=0又はc1φ=l+iφ等と近似でき、絶
対位置算出計算が容易となる。
〔実施態様〕
次に、補正定数算出手段が付加された場合の実施態様を
説明する。
第4図において、軌跡24は、算出された絶対位置人を
基準位置として、相対位置算出手段14により補正定数
を考慮することなく通常の慣性航法により求めたものを
示している。また絶対位置Bは、絶対位置算出手段18
により算出された位置B′に対応する位置である。絶対
位置Bは、上記理論で説明した如く、座標変換式を求め
相対位置を絶対位置に座標変換することにより求められ
る。
例えば、位置B、A及び他の図示しないA以前の位置の
3点について、式(2) 、 (3) 、 (4)によ
りz6 、φを求め式(1)に53(B点に対応した複
素座標とする)を代入して絶対位置B(zの匝)を求め
る。絶対位置人についても同様である。
ところが位置BはB′よりも正確な位置で69、実際に
は同一地点でありながら一般に一致しない。
したがって、車両の軌跡をORTで表示した場合には1
位置B−からBへと不連続的に変化する。この原因は、
軌跡Byが慣性航法により求められたものであるため、
累積誤差が位置人からの距離とともに増大することにあ
る。
そこで、補正定数算出手段により、例えば次のような補
正定数Kx、Kyを算出する。
Kx=人B X /A B’ x Ky=ABy/λBe。
ζこに、人Bxは第1図に示すようなx−y直交座標系
でのベクトル人BのX成分を示す。また、ABFはx−
y直交座標系でのベクトルλBのy成分を示す。λB′
x、λB/yについても同様である。
次に、位置Bからの軌跡は次のようにして求める。基準
位置f:Bとし、相対位置算出手段14により補正定数
を考慮しないで算出された車両現在位置をP’とする 
plに対応したよシ正確な位置PをBPx=KxBP′
x、BPy=KyBP′yとして求める。
このようにして得られた位1i1pは、もし位IIIP
で電波情報を受けて算出したら得られるでろろう位置p
tへP′よ、りも接近することになる。すな、わら、車
両の軌跡はより連続的になり、より精度が向上すること
になる。これは、補正定数が誤差の傾向を考慮するもの
であるからである。
補正定数としては上記以外にも種々のものが考えられる
。例えば、走行距離センサの精度の方がPに修正する。
ここに位置人、 B 、 P 、 P’は上記のもの(
第4図に示したもの)と同様である。
また、方位センサの精度の方が走行距離センサの精度よ
りも充分良い場合にはL=AB/人B′を補正定数とす
ることができる。ここに人Bは位置111A、8間の距
離でろp、■は位置人、B1間の距離である。位置P’
はベクトルBP’=LBP’の位置Pに修正する。
の位置Pに修正するようにして本よい。
〔実施例〕
図面に従って本発明に係る車両位置演算装置の実施例を
説明する。
第6図には実施例の構成が示されており、マイクロコン
ピュータ24へ走行距離センチ10及び地磁気センサ1
2からの信号が供給されている。
この走行距離セ/す10は、車輪が一定角回転する毎に
1パルスを出力するようKなってお夕、パルス数をカウ
ントすることによって走行距離を検出可能となっている
。地磁気センサは、例えば逆位相に接続されたダブルコ
イルの発電気型地磁気ベクトルセンサであり、車両進行
方向に対応した電圧を出力するようになっている。
また、マイクロコンピュータ24は送受信器26を介し
てアンテナ28から車両のIDコードを含む間合せ信号
を電波16人で固定局(図示し゛ない)へ伝送するよう
になっている。固定局はこの電波16人を受けてこのj
l)=r−ド及び固定局の絶対。
位置を含む信号を電tIL16Bで車両へ伝送する。
電波16Bはアンテナ28で受取られ送受信器26を介
してマイクロコンピュータ24へとttらo信号が供給
される。アンテナ28ti指向性を有し回転しており、
アンテナ28の回転に伴う受信強度の変化から車両進行
方向を基準とする電波到来角ψ゛を検出可能となってい
る。
サラニ、マイクロコンピュータ24にはテンキー及びコ
マンドキーを備えたキーゼード30から初期位置Pa 
(xa vYo )の情報が入力されるようになってい
る。
マイクロコンピュータ24は絶対座標系(地理上の座標
系であり、例えばX軸が東方向、y軸が北方向となって
いる)での車両現在位ltヲ算出し、0几T32へ地図
及びその地図上の車両現在位置を表示するようになって
いる。
第6図ではマイクロコンピュータ24t−機能ブロック
で分割して示しているが、図示しない入出力インター7
エイスt−備えている。例えば地磁気センサ12からの
信号は入力インターフェイスのA / D変換器でデジ
タル信号に変換される。
なお、固定局の数は第2図に示す如く複数であっても、
第3図に示す如く単数であってもよい。
次にマイクロコンぎユータ24の機能を第7図乃至第1
0図に示すフローチャートに従って説明する。
第7図にはキーゼード30からキー人力が6−pたとき
の割込処理が示されている。初期位11P。
(”o*yo)が入力されると(ステップ100)、初
期位置Po (Xo +)’6 )がRAMに記憶され
Mの値に2が加算される(ステップ102)。このMの
直は図示しないメインルーチンでOに初期化されている
。Mの値は、座標変換式(1)を決定する定数(xo+
yo)1φの個数が何個決定されたか、あるいは、何個
決定可能であるかを示す。次いで。
メインルーチンへリターンする。
次に、第8図には相対位置算出手段14での処理が示さ
れており、走行距離センサlOからの、pRルスの立上
シでCPUに割込がかかつて処理が開始されるようにな
っている。マイクロコンピュータ24には図示しないタ
イマTが備えられておシ。
タイマTの時刻を読取り記憶する。今回の時刻(今回の
走行距離センサlOからの)ぞルス立上りの時刻)から
の前回の時刻(前回の走行距離センサ10からのパルス
立上シ時刻)を引いてノぞルス関の時間Δtを算出する
(ステップ200)。次いで地磁気センサ12から車両
進行方向角θを読込む(ステップ202)。次いで車両
初期・位置を原点とするp−q直交座標系(相対座標系
)での走行距離センサlOからの1パルスに対応する車
両移動量Δt(ブロック205)の成分Δp、ΔqkΔ
p=ΔL@cosθ、Δq=Δtesinθ として算
出する(ステップ206.ブロック206B)。次いで
車両相対位置(p+q)を更新する。すなわち、pの値
にΔpを加えた値を新たなpの値とし、qの値にΔqを
加えた値を新たなqの値とする(ステップ208.ブロ
ック208B)。
次いで7ラグFがリセットされていれば(ステップ21
O)メインルーチンへリターンする。もし、フラグFが
セットされていれは(ステップ2 i 0 )bすなわ
ち、x−y直交座標系(絶対座標系)への座標変換式が
決定済である場合には、x−y直交座標系でのΔtの成
分ΔX、ΔyをΔX:Δt・cot(θ+φ)、Δy=
Δtssin(θ+φ)として算出する(ステップ21
2.ブロック212B )。
次いで車両絶対位置(x+y)’を更新する。ここにK
x、Kyは後述する補正定数であり初期直はlとなって
いる。
次に1第9図には絶対位置鼻当手段18及び補正定数算
出手段20での処理が示されており、一定時間(例えば
1秒)ごとにCPUヘタイマ割込がかかつて処理が開始
されるようになっている。
この割込が発生すると、ROMに記憶された車両IDコ
ードを含む間合せ情報が読出され、送受信器26により
変調され、アンテナ28から電波16Aが発射される(
ステップ300)。固定局はこれを受は取り、当該ID
コード及び固定局の絶対位置を含む情報を電波16Bで
車両へ伝送する。車両が前記電波を発射してから一定時
間経過しても車両のIDコードを受信できなかった場合
には(ステップ302,304)、メインルーチンへリ
ターンする。もし、この一定時間内に車両のIDコード
を受信した場合には(ステップ302)、続いて得られ
る信号を復調、デコードし固定局の位置Q (xQ n
 + 7 Q n )を読取り記憶する。また、アンテ
ナ28の回転に伴う受信強度の変化から電波到来角ψn
を算出し記憶する。さらにステップ208で求めたpの
値をpnとし、qの値をqnとし、ステップ204で求
め九〇の1直をθn とし。
ステップ214で求めたXの値をx’nとじyの値をy
 I nとして保存する(ステップ306.ブロック3
06B)。次いでM及びnの値をインクリメントしくス
テップ308)1Mく3ならばメインルーチンへリター
ンする。もしM≧3ならば座標変換定数15.Po(x
o*yo)の値を算出し、またnの値をデクリメントす
る(ステップ312.ブロック312B)。
このφe po (Xo * yo)の値は、初期位置
が入力されていない場合には1式(2)、 [31、(
41に対応した次式により算出(更新)する。
”Qn−*=xO+1Yo(p +iq +「6i(θ
n−z”9’rr訳φn4     n4   i−2 ・・・(2)′ zQn−、−x6 + i yo(pn−、+iq、、
、+rrI−,e”θrr−+”ψn−,))e1ψ・
・・(3)′ したがって、電波到来角の情報を得た車両位置の組(P
t+PIPs)+ (P2.P3.P4) 、 (p、
P4.Pll)・・・によって慣性航法により求めた位
置が修正されること罠なり、累積誤差の発生が押えられ
る。地磁気センサ12を用いているのでφの直は小さく
、e1φ=1+iφと近似することもでき計算が容易と
なる。なお、p−q直交座標系の原点をPoからPl+
PR+P3・・・へと更新するようにしてもよい(第1
1図参照)。この場合には、車両現在位置の相対位置は
常に相対座標系の原点の近くにあるので、累積誤差の発
生が押えられることを容易に理解することができる。
初期位置P6(x・、ya)のみがキー人力されている
場合には% n ” 1のときは式(4)Iよシφの値
を算出する。n = 2のときは、このφの値と式(3
)’ 。
(4)/にぶりPO(X@ +To )が未定としてp
H(X(1。
yo )の1直を算出(更新)してもよい。n≧3のと
きにはP6 (xo eye )及びφが未定として式
(2)’ 。
(3)’ 、 <41によりPO(X@ eye )及
びφの値を算出(吏fr)する。
次いで、前回ステップ314で座標変換により求められ
たX n+1の値をx′n−1としs yn−、の籠を
yIrl−8として保存する。そして、座標変換式(1
)により相対座標(pn −1* Q n −1)及び
(p u tq )をそれぞれ絶対座標(Xn−、IF
n−1)及び(xn、yn)に変換する(ステップ31
4.ブロック314B)。(xn−1,yn−8)は上
記保存された前回の値(X’n −1+ Y’n−1)
より更新され誤差が小さくなる。次に補正定数Kx =
 (x n−x’n−t )/(xln−xIn−1)
及びKy=(yn−y’n−、)/(y’、−y/、 
−t )を算出し、ステップ210で用いるフラグFを
セットするとともにnの1直をインクリメントする(ス
テップ316.ブロック316B)。
そしてメインルーチンへリターンする。
なお、上記Kx、に7の右辺の式の分母及び分子を座標
交換式(1)により逆変換((xoy)→(p。
q))した籠をKp+Kqとし、ステップ208(ブロ
ック208B)のΔpKKpを乗じ、ΔqにKqを乗じ
てもよい。
gに、第to図は0RT32ヘマツプ及び車両位置を表
示するビデオラム(VΦRAM34 )の書かえ処理が
示されており、一定時間ごとにOPUヘタイマ割込がか
かつて処理が開始されるようになっている。なお、この
処理は、ステップ214の次に開始するようにしてもよ
い。ステップ214で求めた車両現在位置P(xo y
 )より、OR’r32へ表示すべきマツプを選択する
(ステップ400、ブロック400B)。なお、キーボ
ード30からのキー人力によってもマツプを選択できる
ようにしてもよい。マツプを変更する場合には。
マツプが記憶されたROM又はディスク(ブロック40
3)から変更すべきマツプデータをV@■34へ転送し
てV−RAM34t−書きかえる(ステップ402,4
04.ブロック404B)、次いで車両位置P (x 
r y )の0几Tへの表示位置を算出しくステップ4
061ブロツク406B)、メインルーチンへリターン
する。なお、  V @RAM。
34に書込まれたデータは図示しないCRTコントロー
ラ゛により0RT32ヘスキヤンして表示さnるように
なっている。
なお、地磁気センサ12の精度が良い場合には。
1φ=1と近似でき1式131’ 、 (4)’の2式
で”6+YeJの@を求めることができ、更に計算が容
易となる。
この場合には、第7図ステップ102でフラグFをセッ
トし、第9図ステップ310はM≧2で分岐判別をする
ようにすればよい。
〔発明の効果〕
本発明に係る車両位置演算装置では、(6)定局からの
電波により固定局絶対位置情報及び電波到来角を得る毎
に絶対位置算出手段により車両絶対位置を更新し、この
更新された絶対位置を新たな基準位置として相対位置算
出手段により車両現在位置を算出するようになっている
ので、車両走行距離が長くなっても累積誤差が一定値以
下に低減され、精度よく車両現在位置を算出することが
できる。
また、初期位置を運転者が手動入力しなくても絶対座標
系での車両現在位置を算出することができ、初期位置誤
差が累積誤差に大きく加算されるということがない。初
期位置を手動入力した場合において、たとえこの入力値
に大きな誤差があっても、上記更新によりこの誤差は小
さくなる。
さらに、地磁気センサを用いているので、φの直が小さ
くなり、絶対位1ii1:算出計算が容易となるという
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る車両位置演算装置のクレーム対応
図、第2図及び第3図は本発明の基本的理論の説明に供
する線図、第4図及び第5図は本発明の実施態様の説明
に供する線図、第6図は本発明の実施例の構成を示すブ
ロック図、第7図乃至第1θ図は第6図の機能ブロック
を説明するフローチャート、第11図は相対座標系を順
次更新する他の例を示す線図である。 10・・ψ走行距離センサ、 12・・−地磁気セ/す、 14・−−相対位置算出手段、 18・・−絶対位置算出手段。 代理人 弁理士  中 島   淳 第1図 第2図 第3図 第4図 P↑ 第5図 p↑ 第7図     第8図 第9図        第10図 第11図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)走行距離センサ及び地磁気センサからの信号を用
    いて基準位置に対する車両相対位置を算出する相対位置
    算出手段と、固定局からの電波により得られる固定局絶
    対位置及び電波到来角と前記車両相対位置とから車両絶
    対位置を算出する絶対位置算出手段とを有し、相対位置
    算出手段は前記車両絶対位置を基準位置とし車両現在位
    置を算出することを特徴とする車両位置演算装置。
  2. (2)絶対位置算出手段は、異なる2点での固定局絶対
    位置、電波到来角及び車両相対位置を用いて車両絶対位
    置を算出する特許請求の範囲第1項記載の車両位置演算
    装置。
  3. (3)絶対位置算出手段は、異なる3点での固定局絶対
    位置、電波到来角及び車両相対位置を用いて車両絶対位
    置を算出する特許請求の範囲第1項記載の車両位置演算
    装置。
  4. (4)絶対位置算出手段により算出された絶対位置A,
    Bと絶対位置Aを基準位置として、相対位置演算手段に
    より算出された絶対位置Bに対応した位置B′とするベ
    クトル■に対するベクトル■の関係を求めて補正定数を
    算出する補正定数算出手段を備え、相対位置演算手段は
    絶対位置算出手段により算出された絶対位置Cを基準位
    置とし補正定数を用いて車両現在位置Pを算出する特許
    請求の範囲第1項記載の車両位置演算装置。
  5. (5)補正定数算出手段は、Kx=ABx/AB′x及
    びKy=ABy/AB′yなる補正定数を算出し、相対
    位置演算手段は補正をしなかつた場合の現在位置をP′
    とした場合にCPx=KxCP′x,CPy=KxCP
    ′yとして現在位置を算出する特許請求の範囲第4項記
    載の車両位置演算装置。
  6. (6)補正定数算出手段は、ベクトル■とABのなす角
    βを補正定数として算出し、相対位置演算手段はベクト
    ル■を角度βをだけ回転させたベクトルCPを求めて現
    在位置を算出する特許請求の範囲第4項記載の車両位置
    演算装置。
  7. (7)補正定数算出手段は、L=AB/AB′なる補正
    定数を算出し、相対位置演算手段はCP=LCP′とし
    て現在位置を算出する特許請求の範囲第4項記載の車両
    位置演算装置。
  8. (8)補正定数算出手段は上記β,Lを補正定数として
    算出し、相対位置演算手段はベクトルLCP′を角度β
    だけ回転させたベクトル■を求めて現在位置を算出する
    特許請求の範囲第4項記載の車両位置演算装置。
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