JPS63302317A - 移動体の位置速度測定装置 - Google Patents
移動体の位置速度測定装置Info
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- JPS63302317A JPS63302317A JP13827587A JP13827587A JPS63302317A JP S63302317 A JPS63302317 A JP S63302317A JP 13827587 A JP13827587 A JP 13827587A JP 13827587 A JP13827587 A JP 13827587A JP S63302317 A JPS63302317 A JP S63302317A
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- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
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。
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、航空機、船舶、ロケット、自動車等の移動体
に搭載される位は速度の測定装置に関する。
に搭載される位は速度の測定装置に関する。
従来、移動体の位置、速度、姿勢角を測定する装置とし
ては、慣性基準装置がよく用いられている。しかし、慣
性基準装置が出力する位置、速度、姿勢角には誤差が含
まれており、特に位置誤差は装置の作動時間の経過につ
れて増大していく。そこで、慣性基準装置の出力に含ま
れる誤差を軽減し、長時間精度の良い位置速度測定装置
とすることを目的として、慣性基準装置と他の位置速髪
測定装ｆｉｔ（）”ツプラ航法装置や全地球測位システ
ム（ＧｘｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅ
ｍ （本明細書では以下これをＧＰＳと呼ぶことにする
）受信機など）を組合せることが考案されている。
ては、慣性基準装置がよく用いられている。しかし、慣
性基準装置が出力する位置、速度、姿勢角には誤差が含
まれており、特に位置誤差は装置の作動時間の経過につ
れて増大していく。そこで、慣性基準装置の出力に含ま
れる誤差を軽減し、長時間精度の良い位置速度測定装置
とすることを目的として、慣性基準装置と他の位置速髪
測定装ｆｉｔ（）”ツプラ航法装置や全地球測位システ
ム（ＧｘｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅ
ｍ （本明細書では以下これをＧＰＳと呼ぶことにする
）受信機など）を組合せることが考案されている。
この場合、第６図に示すように、位置誤差、速度誤差な
どを要素とする誤差ベクトルをカルマンフィルタ計算に
より推定し、これによって誤差を補正する方法がよく用
いられている。このカルマンフィルタでは、慣性基準装
置が出力する位置、速度信号と他の位置、速度測定装置
が出力する位置、速度信号との差を観測ベクトルとして
入力しこれに基づいて誤差ベクトルを出力するようにな
っている。
どを要素とする誤差ベクトルをカルマンフィルタ計算に
より推定し、これによって誤差を補正する方法がよく用
いられている。このカルマンフィルタでは、慣性基準装
置が出力する位置、速度信号と他の位置、速度測定装置
が出力する位置、速度信号との差を観測ベクトルとして
入力しこれに基づいて誤差ベクトルを出力するようにな
っている。
上記他の位置速度測定装置が出力する位置、速度信号に
は誤差が含まれており、これが観測ベクトルの誤差とな
るために、通常この誤差をカルマンフィルタに観測雑音
として盛込むことが行われており、この観測雑音の値と
しては誤差の平均的な値力≦用いられている。
は誤差が含まれており、これが観測ベクトルの誤差とな
るために、通常この誤差をカルマンフィルタに観測雑音
として盛込むことが行われており、この観測雑音の値と
しては誤差の平均的な値力≦用いられている。
慣性基準装置と組合せる他の位置速度測定装置としてＧ
ＰＳ受信機を用い、第６図に示すような方法で誤差を補
正する場合、ＧＰＳ受信機が出力する位置、速度の誤差
は、ＧＰＳ受信機の地球上での位置とＧＰＳ受信機がそ
の電波を受信しているＧＰＳ用の衛星の位置との相対的
な位置関係に応じて変化する。
ＰＳ受信機を用い、第６図に示すような方法で誤差を補
正する場合、ＧＰＳ受信機が出力する位置、速度の誤差
は、ＧＰＳ受信機の地球上での位置とＧＰＳ受信機がそ
の電波を受信しているＧＰＳ用の衛星の位置との相対的
な位置関係に応じて変化する。
この相対的な位置関係は、ＧＰＳ受信機を搭載した移動
体の移動及びＧＰＳ用の衛星の移動によって、時々刻々
変化する。したがって、カルマン・フィルタに盛込まれ
た観測雑音の値が平均的な値では、実際の観測ベクトル
に含まれる観測誤差がカルマンフィルタに盛込まれた観
測雑音と合わなくなることがあり、推定する誤差ベクト
ルの精度 。
体の移動及びＧＰＳ用の衛星の移動によって、時々刻々
変化する。したがって、カルマン・フィルタに盛込まれ
た観測雑音の値が平均的な値では、実際の観測ベクトル
に含まれる観測誤差がカルマンフィルタに盛込まれた観
測雑音と合わなくなることがあり、推定する誤差ベクト
ルの精度 。
が劣化することがある。これは結果的に慣性基準装置の
誤差を補正する精度を劣化させることとなり、組合せた
装置としての性能の低下を招く。
誤差を補正する精度を劣化させることとなり、組合せた
装置としての性能の低下を招く。
本発明は、このような従来のもの〜欠点を解消しようと
するものである。
するものである。
この問題を解決するために、本発明では、移動体の位置
、速度信号を出力する、慣性基準装置、衛星から送信さ
れる電波を捕捉し移動体の位置、速度信号を出力するＧ
ＰＳ＝ｉ信機、上記慣性基準装置とＧＰＳ受信機との出
力を受は両出力の差である観測はクトルに基づいて慣性
基準装置の出力を補正する誤差ベクトルを出力するカル
マンフィルタ及び上記カルマンフィルタにＧＰＳ受信機
で検知された移動体の位置と衛星の位置との相対関係に
応じた観測雑音の誤差修正出力を出力する手段とを設け
た。
、速度信号を出力する、慣性基準装置、衛星から送信さ
れる電波を捕捉し移動体の位置、速度信号を出力するＧ
ＰＳ＝ｉ信機、上記慣性基準装置とＧＰＳ受信機との出
力を受は両出力の差である観測はクトルに基づいて慣性
基準装置の出力を補正する誤差ベクトルを出力するカル
マンフィルタ及び上記カルマンフィルタにＧＰＳ受信機
で検知された移動体の位置と衛星の位置との相対関係に
応じた観測雑音の誤差修正出力を出力する手段とを設け
た。
慣性基準装置からの出力を補正する誤差はクトルは、慣
性基準装置の出力とＧＰＳ受信機の出力の差である観測
ベクトルに基づいてカルマン・フィルタ計算によって出
力されるが、更にこのカルマン・フィルタに盛込まれた
観測雑音はＧＰＳ受信機で検知された移動体と衛星との
位置との相対的位置関係に応じた誤差修正出力によって
修正される。
性基準装置の出力とＧＰＳ受信機の出力の差である観測
ベクトルに基づいてカルマン・フィルタ計算によって出
力されるが、更にこのカルマン・フィルタに盛込まれた
観測雑音はＧＰＳ受信機で検知された移動体と衛星との
位置との相対的位置関係に応じた誤差修正出力によって
修正される。
従って、ＧＰＳ受信機が出力する位置・速度信号の誤差
は移動体の位置に応じて正確に修正される。
は移動体の位置に応じて正確に修正される。
このように実際に合った観測誤差を表わす誤差修正出力
を用いて正確に観測雑音を修正することによって、慣性
基準装置が出力する位置、速度に含まれる誤差を精度が
劣化することなく補正することが可能である。
を用いて正確に観測雑音を修正することによって、慣性
基準装置が出力する位置、速度に含まれる誤差を精度が
劣化することなく補正することが可能である。
航空機に適用された本発明の一実施例を第１図〜第４図
によって説明する。第２図に示すように、慣性基準装置
１は、ジャイロ、加速度計を備えたセンサブロック１１
と計算機部１２を備えていて、ジャイロ、加速度計の検
出値に基づいて航空機の位置ｎ、速度ｎ及び姿勢角２１
についての信号を出力する。
によって説明する。第２図に示すように、慣性基準装置
１は、ジャイロ、加速度計を備えたセンサブロック１１
と計算機部１２を備えていて、ジャイロ、加速度計の検
出値に基づいて航空機の位置ｎ、速度ｎ及び姿勢角２１
についての信号を出力する。
第３図に示すように、ＧＰＳ受信機は航空機Ｐに搭載さ
れていて、４コの衛星Ａ、 Ｂ、 Ｃ，Ｄ、 ・・・
・から送信される電波を受信する。衛星からの電波は、
時刻、衛星位置等のデータを含んでいて、ＧＰ８受信機
はこれを捕捉して航空機の３次元位置が測定され位置及
び速度信号が出力される。
れていて、４コの衛星Ａ、 Ｂ、 Ｃ，Ｄ、 ・・・
・から送信される電波を受信する。衛星からの電波は、
時刻、衛星位置等のデータを含んでいて、ＧＰ８受信機
はこれを捕捉して航空機の３次元位置が測定され位置及
び速度信号が出力される。
第１図に示すように、慣性基準装置１及びＧＰＳ受信機
２の位置・速度信号がカルマンフィルタ３ニ入力され、
カルマンフィルタではこの両信号の差であるＨ １ｆｆ
ｌ＋ベクトルを計算し、これに基づいて誤差ベクトルを
出力する。
２の位置・速度信号がカルマンフィルタ３ニ入力され、
カルマンフィルタではこの両信号の差であるＨ １ｆｆ
ｌ＋ベクトルを計算し、これに基づいて誤差ベクトルを
出力する。
更に本実施例においては、誤差修正計算部２ａがＧＰＳ
受信機２に設けられる。同計算部２ａにおいては、例え
ば航空機の位置と衛星の位置との相対関係によるＧＰＳ
受信機の位置誤差の劣化の度合いを表わす値として用い
られる誤差修正（ＰＤＯＰ； Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ Ｄ
ｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）を計算す
る機能等航空機の位置と衛星との位置の相対関係によっ
て生ずるＧＰＳ受信機の観測誤差を計算する機能を有し
ている。即ち、第４図に示すように、ＧＰＳ受信機で検
出した時刻及び自機の位置（緯度、経度） ２ａ−１，
２ａ−２を入力して、４個の衛星Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ を還
択してそれらの視線（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ、
ＬＯ８）−？クトル（ＢＡ 、＋２３．、（Ｂ。。
受信機２に設けられる。同計算部２ａにおいては、例え
ば航空機の位置と衛星の位置との相対関係によるＧＰＳ
受信機の位置誤差の劣化の度合いを表わす値として用い
られる誤差修正（ＰＤＯＰ； Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ Ｄ
ｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）を計算す
る機能等航空機の位置と衛星との位置の相対関係によっ
て生ずるＧＰＳ受信機の観測誤差を計算する機能を有し
ている。即ち、第４図に示すように、ＧＰＳ受信機で検
出した時刻及び自機の位置（緯度、経度） ２ａ−１，
２ａ−２を入力して、４個の衛星Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ を還
択してそれらの視線（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ、
ＬＯ８）−？クトル（ＢＡ 、＋２３．、（Ｂ。。
■、を得る。次に、これら視線ベクトルの転置行列（ａ
、Ｔ を行列の要素としたＩＨとその転置行列出７との
積の逆行列により、配置にともなう誤差であるＧＰＳ誤
差共分散６を求めるっ誤差修正は、このＧＰＳ誤差共分
散Ｇの対角成分を二乗和したものの平方根として求めら
れる７ この誤差修正が、第１図の誤差修正部２ａからの出力と
してカルマンフィルタ３に入力され誤差ベクトルの生成
を行う。ここでカルマンフィルタ３は、第５図のフロー
チャートに従って、時々開側誤差修正ＰＤＯＰ を入
力しつつカルマンゲインＩＫｎ及び観測雑音ＩＲｎを演
算し、慣性基準装置ｔ１とＧＰＳ受信機２とから構成さ
れる装置の差及び速度の差からなる観測ベクトル、ｚｎ
を入力して前記のカルマンゲインＩＫｎとから誤差ベク
トル９ｎ（＋１を演算し、これを第１図の慣性基準装［
１１の補正部１ａに時々刻々出力する。
、Ｔ を行列の要素としたＩＨとその転置行列出７との
積の逆行列により、配置にともなう誤差であるＧＰＳ誤
差共分散６を求めるっ誤差修正は、このＧＰＳ誤差共分
散Ｇの対角成分を二乗和したものの平方根として求めら
れる７ この誤差修正が、第１図の誤差修正部２ａからの出力と
してカルマンフィルタ３に入力され誤差ベクトルの生成
を行う。ここでカルマンフィルタ３は、第５図のフロー
チャートに従って、時々開側誤差修正ＰＤＯＰ を入
力しつつカルマンゲインＩＫｎ及び観測雑音ＩＲｎを演
算し、慣性基準装置ｔ１とＧＰＳ受信機２とから構成さ
れる装置の差及び速度の差からなる観測ベクトル、ｚｎ
を入力して前記のカルマンゲインＩＫｎとから誤差ベク
トル９ｎ（＋１を演算し、これを第１図の慣性基準装［
１１の補正部１ａに時々刻々出力する。
この補正部１ａは第２図に示すように前記の誤差ベクト
ル（姿勢角、位置、速度）を、それぞれ方向余弦行列更
新器１位置計算器及び速度計算器に入力して計算を行い
、誤差の少ない姿勢角２１、位１ｆ２２、速度ｎ信号を
出力する。
ル（姿勢角、位置、速度）を、それぞれ方向余弦行列更
新器１位置計算器及び速度計算器に入力して計算を行い
、誤差の少ない姿勢角２１、位１ｆ２２、速度ｎ信号を
出力する。
本実施例は以上のように構成されているので。
航空機と衛星との相対的位置関係に応じた誤差修正信号
によってカルマンフィルタ３においてＧＰＳ受信機出力
と慣性基準装置出力の差である観測ベクトルを入力し、
修正された観測雑音に基づいて誤差ベクトルが出力され
て慣性基準装置の出力が補正されることになる。
によってカルマンフィルタ３においてＧＰＳ受信機出力
と慣性基準装置出力の差である観測ベクトルを入力し、
修正された観測雑音に基づいて誤差ベクトルが出力され
て慣性基準装置の出力が補正されることになる。
従って、カルマンフィルタには航空機の位置と衛星位置
の相対関係に応じ常に実際に合った誤差修正信号が入力
されて観測雑音が修正され、その修正された観測雑音に
基いて誤差ベクトルが補正されること〜なるので、精度
面で常時安定した性能をもつ位置速度測定装置を実現す
ることができる。
の相対関係に応じ常に実際に合った誤差修正信号が入力
されて観測雑音が修正され、その修正された観測雑音に
基いて誤差ベクトルが補正されること〜なるので、精度
面で常時安定した性能をもつ位置速度測定装置を実現す
ることができる。
以上実施例について具体的に説明したように、本発明は
次の効果を挙げることができる。
次の効果を挙げることができる。
即ち、ＧＰＳ受信機出力と慣性基準装置の出力との差で
ある観測ベクトルをもとに、カルマンフィルタにおいて
林動体の位置と衛星の位置の相対関係に応じた誤差修正
信号によって修正された観測雑音に基づいて計算された
誤差ベクトルによって慣性基準装置の出力が補正される
こと〜なるので、航空機と衛星との相対的位置関係によ
って時々刻々変化するＧＰＳ受信機出力の誤差を正確に
修正することができ、従って、位置速度測定装置の精度
を上げ、かつこれを常時安定させることができる。
ある観測ベクトルをもとに、カルマンフィルタにおいて
林動体の位置と衛星の位置の相対関係に応じた誤差修正
信号によって修正された観測雑音に基づいて計算された
誤差ベクトルによって慣性基準装置の出力が補正される
こと〜なるので、航空機と衛星との相対的位置関係によ
って時々刻々変化するＧＰＳ受信機出力の誤差を正確に
修正することができ、従って、位置速度測定装置の精度
を上げ、かつこれを常時安定させることができる。
第１図は本発明の一実施例の説明図。
第２図は上記実施例に用いられる慣性基準装置の説明図
、 第３図は上記実施例に用いられるＧＰＳ受信機による測
位の説明図、 第４図は上記実施例における誤差修正計算部の説明図、 第５図はカルマン・フィルタでの計算の説明図、第６図
は従来の位置速度測定装置の説明図である。 図面中、 １は慣性基準装置、 １ａは慣性基準装置に設けられた補正部、２はＧＰＳ受
信機、 ２ａはＧＰＳ受信機に設けられた誤差修正部、３はカル
マンフィルタ をそれぞれ示す。 代理人 弁理士 坂 間 暁 外２名第１図 １１）、１（−）：観測更祈泊の訣矛共分散行列ｌｒ；
）ｎ（＋＞：観、測更ｔｒ夜の捩基共分敢行列ＩＫｎ
：カルマンゲイン ＩＦｎ：訣基モデルの状態遷移行列 Ｑ：Ｗ！、モデルのシステム雑音 ｊＲ：観測錐肯 ｊＨ：観、測行列 足 ；単位行列 Ｊｏｎ（−）：観測更♀片前の談基推定値父ｎ（十）：
観測更新後の誤差推定値 Ｚｎ ；観瀝り１皇〔 たた゛し、帰字几１コｎ番目の値な表わす。 第５図 躍？。 ！ ズ諸（４）
、 第３図は上記実施例に用いられるＧＰＳ受信機による測
位の説明図、 第４図は上記実施例における誤差修正計算部の説明図、 第５図はカルマン・フィルタでの計算の説明図、第６図
は従来の位置速度測定装置の説明図である。 図面中、 １は慣性基準装置、 １ａは慣性基準装置に設けられた補正部、２はＧＰＳ受
信機、 ２ａはＧＰＳ受信機に設けられた誤差修正部、３はカル
マンフィルタ をそれぞれ示す。 代理人 弁理士 坂 間 暁 外２名第１図 １１）、１（−）：観測更祈泊の訣矛共分散行列ｌｒ；
）ｎ（＋＞：観、測更ｔｒ夜の捩基共分敢行列ＩＫｎ
：カルマンゲイン ＩＦｎ：訣基モデルの状態遷移行列 Ｑ：Ｗ！、モデルのシステム雑音 ｊＲ：観測錐肯 ｊＨ：観、測行列 足 ；単位行列 Ｊｏｎ（−）：観測更♀片前の談基推定値父ｎ（十）：
観測更新後の誤差推定値 Ｚｎ ；観瀝り１皇〔 たた゛し、帰字几１コｎ番目の値な表わす。 第５図 躍？。 ！ ズ諸（４）
Claims (1)
- 移動体の位置と速度の信号を出力する慣性基準装置、
衛星から送信される電波を捕捉し移動体の位置と速度の
信号を出力する全地球測位システム受信機、上記慣性基
準装置と全地球測位システム受信機との出力を受けこの
両出力の差である観測ベクトルに基づいて慣性基準装置
の出力を補正する誤差ベクトルを出力するカルマンフィ
ルタ、及び全地球測位システム受信機で検知された移動
体の位置と衛星の位置との相対的位置関係に応じた観測
雑音の誤差修正出力をカルマンフィルタに出力する手段
を有することを特徴とする移動体の位置速度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13827587A JPS63302317A (ja) | 1987-06-03 | 1987-06-03 | 移動体の位置速度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13827587A JPS63302317A (ja) | 1987-06-03 | 1987-06-03 | 移動体の位置速度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63302317A true JPS63302317A (ja) | 1988-12-09 |
Family
ID=15218106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13827587A Pending JPS63302317A (ja) | 1987-06-03 | 1987-06-03 | 移動体の位置速度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63302317A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2680886A1 (fr) * | 1991-08-30 | 1993-03-05 | Realisa Electroniques Et | Procede de determination de la situation de l'organe terminal d'un robot et agencement pour la mise en óoeuvre du procede. |
| WO1997008514A1 (fr) * | 1995-08-28 | 1997-03-06 | Data Tec Co., Ltd. | Detecteur de mouvement |
| WO1998018016A1 (en) * | 1996-10-23 | 1998-04-30 | Honeywell Inc. | Gps/irs global position determination method and apparatus with integrity loss provisions |
| US6081230A (en) * | 1994-11-29 | 2000-06-27 | Xanavi Informatics Corporation | Navigation system furnished with means for estimating error of mounted sensor |
| WO2007148546A1 (ja) * | 2006-06-21 | 2007-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 測位装置 |
| JP2012193965A (ja) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Mitsubishi Electric Corp | 位置標定装置、位置標定装置の位置標定方法および位置標定プログラム |
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-
1987
- 1987-06-03 JP JP13827587A patent/JPS63302317A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2680886A1 (fr) * | 1991-08-30 | 1993-03-05 | Realisa Electroniques Et | Procede de determination de la situation de l'organe terminal d'un robot et agencement pour la mise en óoeuvre du procede. |
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