WO2006067968A1

WO2006067968A1 - 進行方向測定装置

Info

Publication number: WO2006067968A1
Application number: PCT/JP2005/022458
Authority: WO
Inventors: Satoshi Hatamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-06-29
Also published as: EP1837675A4; EP1837675A1; JPWO2006067968A1; CN101084454A

Abstract

　進行方向測定装置１１には、移動体に設置され、衛星から信号を受信する２つのアンテナ１２及び１３が接続される。また、進行方向測定装置１１は、各アンテナ１２及び１３の受信信号に基づいて２つのアンテナ１２及び１３の一方の位置から他方の位置を見た方位を表すアンテナ配列方位を測定するアンテナ方位測定部２１と、各アンテナ１２及び１３の受信信号に基づいて前記移動体の速度ベクトルを算出する速度算出部２２と、算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上であったときの速度ベクトルの向きと前記アンテナ配列方位とがなす角度を補正値として算出する補正値算出部２３と、算出した補正値および前記アンテナ配列方位を用いて前記移動体の進行方向を算出する進行方向算出部２４とを備える。これによって、アンテナの設置に関して制限がなく、自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供することができる。

Description

明細書

進行方向測定装置

技術分野

[0001] 本発明は、移動体の進行方向を測定する進行方向測定装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、カーナビゲーシヨンシステムに用いられる進行方向を測定する装置としては、地磁気センサ又はジャイロセンサを用いた進行方向測定装置が一般的に使われてきた。地磁気センサを用いた場合、一般的な進行方向測定装置は、自動車の進行方向を絶対方位で測定できる。し力しながら、地磁気センサは、金属が多用される車体自身の磁気ひずみの影響、若しくは、例えば踏切又は電力線に起因する周囲の磁場の乱れなどに影響を受けやすいため、地磁気センサを用いた進行方向測定装置は、正確な方位を検出できないといった欠点がある。また、ジャイロセンサを用いた場合、一般的な進行方向測定装置は、自動車の進行方向を絶対方位で求めることはできず、ある時点での方向に対して相対的な方向のみしか測定することはできないという別な欠点がある。

[0003] また、一般的な進行方向測定装置の他の例としては、 GPS (Global Positioning Sys tern)を用い、衛星力も GPS用のアンテナが受信した搬送波のドップラー効果による周波数偏移を観測し、既知の衛星の軌道情報および自動車の位置情報に基づ、て自動車の進行方向を絶対方位で測定するものが知られている。このような進行方向測定装置の他の例では、自動車が停止しているとき、又は自動車が低速度で移動しているときには進行方向を測定することができないという欠点がある。

[0004] また、上述の欠点を改善した従来の進行方向測定装置としては、 2つの GPS用ァンテナの一方力他方を見た方向を表すアンテナ配列方向と、自動車の正面方向とが平行になるように 2つの GPS用のアンテナおよび主アンテナを自動車に設置し、それぞれのアンテナが同一衛星力受信した搬送波の時間差に基づいてこの衛星からそれぞれのアンテナまでの距離の差を求め、この伝播距離の差力絶対方位を測定し、測定した絶対方位力主アンテナの指向方向を求めるものが知られている（例えば、特開平 7— 131228号公報を参照)。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、上述した従来の進行方向測定装置では、自動車の正面方向に対して 2つの GPS用のアンテナを平行な状態で正確に設置することは困難であり、また、自動車の走行中にアンテナが固定されずに動いてしまうこともあるため、 2つのアンテナの設置が平行な状態からずれてしまうと、そのずれの大きさに応じて進行方向の誤差が生じてしまうという問題があった。

[0006] 本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたもので、アンテナの設置に関して制限がなぐ自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 上記目的を達成するために、本発明の一局面に係る進行方向測定装置は、移動体に設置され、衛星から信号を受信する 2つのアンテナと接続される進行方向測定装置に向けられている。進行方向測定装置は、各アンテナが受信した信号に基づいて、 2つのアンテナの一方の位置力他方の位置を見た方位を表すアンテナ配列方位を測定するアンテナ方位測定部と、各アンテナが受信した信号に基づ、て移動体の速度べ外ルを算出する速度算出部と、速度算出部によって算出された速度べタトルの大きさが所定値以上であったときの速度ベクトルの向きとアンテナ配列方位とがなす角度を補正値として算出する補正値算出部と、補正値算出部が算出した補正値およびアンテナ配列方位を用いて移動体の進行方向を算出する進行方向算出部とを備えている。

[0008] 速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合、進行方向算出部は、この速度ベクトルの方向を移動体の進行方向とする。それに対して、速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値を超えない場合、進行方向算出部は、アンテナ方位測定部によって測定されたアンテナ配列方位および補正値算出部が算出した補正値を用いて移動体の進行方向を算出する。

[0009] 速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合において、補正値算出部は、既に算出した補正値が存在するとき、補正値を新たに算出し、新たに算出した補正値に基づいて既存の補正値を修正する。

[0010] 2つのアンテナの一方が信号を受信する衛星の組合せと、他方が前記信号を受信する衛星の組合せとは互いに同一である。

発明の効果

[0011] 以上のように本発明は、アンテナの設置に関して制限がなぐ自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供するものである。図面の簡単な説明

[0012] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置 11を設置した自動車を上方から見た図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置 11のブロック図である。

[図 3]図 3は、各衛星の速度ベクトルの算出について説明するための図である。

[図 4]図 4は、自動車の速度ベクトルの算出について説明するための図である。

符号の説明

[0013] 1、 2、 3、 4 衛星

10 観測者（自動車）

11 進行方向測定装置

12、 13 アンテナ

14 進行方向

15 配列方向

21 アンテナ方位測定部

22 速度算出部

23 補正値算出部

24 進行方向算出部

25 通知部

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置 11について、図面を参照して説明する。

[0015] 図 1は、本進行方向測定装置 11を設置した自動車を上方から見た図である。図 1 において、自動車 11には、 GPS用のアンテナ 12および 13が設置される。各アンテナ 12および 13の設置位置としては、例えばダッシュボード又はボンネット上のように、衛星力も信号を受信できる位置が好ましい。これらアンテナ 12及び 13は、 GPS用の人工衛星 (以下、衛星という。）から、搬送波からなる信号を受信する。

[0016] また、矢印 14は、本進行方向測定装置 11が測定すべき自動車 10の進行方向を示し、矢印 15は、アンテナ 12からアンテナ 13を見た方位を表すアンテナ配列方位（以下、配列方向という。）を示している。また、角度 Θは、進行方向 14と配列方向 15とがなす角度であり、自動車 10の進行方向 14を測定するための補正値として用いられる。

[0017] 図 2は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置 11のブロック図である。図 2 において、進行方向測定装置 11は、上述したアンテナ 12および 13と接続されており、アンテナ 12およびアンテナ 13がそれぞれ受信した信号を用、て配列方向 15を測定するアンテナ方位測定部 21と、アンテナ 12およびアンテナ 13がそれぞれ受信した信号を用、て自動車 10の速度ベクトルを算出する速度算出部 22と、配列方向 15 および速度ベクトルを用いて角度 Θを補正値として算出する補正値算出部 23と、速度ベクトル、補正値および配列方向 15を用いて進行方向 14を算出する進行方向算出部 24と、進行方向 14を使用者に通知するディスプレイ及び Z又はスピーカを含む通知部 25とを備えて構成される。

[0018] なお、本進行方向測定装置 11は、例えば、プロセッサ及びメモリ等を有するコンビユータを用いて構成される。また、代替的に、アンテナ方位測定部 21、速度算出部 2 2、補正値算出部 23、および進行方向算出部 24は、プロセッサによって実行されるプログラムのモジュールで実現されてもよぐ電気回路等によって構成されてもよい。

[0019] 以上のように構成された進行方向測定装置 11の動作について以下に説明する。

[0020] アンテナ方位測定部 21は、アンテナ 12および 13が衛星力もそれぞれ受信した信号に基づ、てアンテナ 12およびアンテナ 13の位置を測位し、測位したアンテナ 12 の位置力もアンテナ 13の位置を見た方位を表す配列方向 15を測定する。また、配列方向 15は、絶対方位として測定される。なお、衛星とアンテナとの間で発生するマルチパス、及び/又は衛星とアンテナとの間に存在する電離層の影響を受け、さらには時計の誤差等の影響を受け、測位の精度が低下するので、アンテナ方位測定部 2 1が測位した位置には、誤差が含まれる。

[0021] また、 GPSにより測位される位置は、一般的に、複数の衛星から送信される信号から測位される。各アンテナが受信する衛星の組合せが異なれば、算出されるアンテナ 12及び 13の相対的な位置関係に誤差が生じるが、受信する衛星の組合せが同じであれば、算出されるアンテナ 12及び 13の相対的な位置関係には誤差が生じず、絶対方位は、正確に測定される。

[0022] 本実施の形態では、アンテナ方位測定部 21は、算出されるアンテナ 12及び 13の相対的な位置関係の精度をさらに高めるため、アンテナ 12およびアンテナ 13が信号を受信する衛星の組合せをそれぞれ同一にして、配列方向 15を測定する。

[0023] 速度算出部 22は、アンテナ 12およびアンテナ 13がそれぞれ受信した信号に基づいて自動車 10の速度ベクトルを算出する。ところで、衛星は地球を周回しているため、アンテナが移動、停止しているに関わらず、アンテナ 12およびアンテナ 13が受信する搬送波には、ドップラー効果による周波数偏移が生ずる。このドップラー効果による周波数偏移を利用して速度算出部 22は、速度ベクトルを算出することができる。

[0024] 図 3は、各衛星の速度ベクトルの算出について説明するための図である。図 3に示すように、衛星 1〜衛星 4の各速度ベクトルを V1〜V4として表し、観測者（つまり自動車） 10の位置及び衛星 1〜衛星 4の位置を結ぶ単位ベクトルを S1〜S4として表す。また、観測者 10の速度ベクトルを Vとして表す。

[0025] 衛星 1〜衛星 4までの軌道に関する情報は既知であるため、速度ベクトル V1〜V4 も既知であり、観測者 10の位置は測位により得られるため、単位ベクトル S1〜S4も既知である。

[0026] ここで、衛星 1〜衛星 4の何れ力 1つを対象とし、対象となる衛星を衛星 i (i= l、 2、 3、 4)として表せば、観測者 10と衛星 iとの相対速度は、 (Vi- V )となる。また、相対速度 (Vi— V )と単位ベクトル Siとの内積を p iとすれば、（1)式による関係が成り立つ [0027]

(V^ v ) ' ^ = _{P i} · · · (I)

[0028] 一方、衛星 iから受信する搬送波の周波数は既知であり、周波数 fとして表す。また、衛星 iから受信する搬送波に生じるドップラー効果による周波数偏移を Afi、受信機内部の周波数誤差を δ f、光速を cとすれば、（2)式による関係が成り立つ。

[0029] また、（1)式および（2)式から（3)式による関係が成り立つ。

+ Sf (V, - v) - ·

J

[0030] (3)式の未知数は、観測者 10の速度ベクトル Vに含まれる 3つの成分と受信機内部の周波数誤差 δ fであり、合計 4つである。このため、 4つの衛星について周波数偏移 Δ f 1〜 Δ f4までの 4つを観測して（3)式に当てはめると、 4つの（3)式からなる方程式ができ、この方程式を解くことにより、周波数誤差 δ fおよび速度ベクトル Vが算出される。

[0031] 以上説明したように、速度算出部 22は、アンテナ 12およびアンテナ 13がそれぞれ受信した信号に基づいて、ドップラー効果による周波数偏移を観測し、アンテナ 12 およびアンテナ 13それぞれに対応する速度ベクトル Vを算出することにより、自動車 10の速度ベクトルを算出する。

[0032] より詳細な例としては、図 4に示すように、速度算出部 22は、アンテナ 12に対応する速度ベクトル V 12とアンテナ 13に対応する速度ベクトル V 13と力もなる平均を自動車 10の速度ベクトル V 11として算出する。ここで、平均を算出するためには、（4) 式が用いられる。

[0033] なお、自動車 10が停止している場合では、衛星の移動で起こるドップラー効果による周波数偏移のみが観測されるため、自動車 10の速度ベクトル V 11を算出することができない。また、自動車 10が低速で走行している場合では、自動車 10の移動による周波数偏移が小さくなり、速度算出部 22によって算出される速度ベクトル V 11の誤差が大きくなつてしまう。

[0034] つまり、自動車 10が相対的に高速で走行している場合、速度算出部 22は、誤差の小さい速度ベクトル V 11を算出することになる。従って、速度算出部 22は、算出した速度ベクトル V 11の大きさが所定値以上であるときには、速度ベクトルを進行方向 1 4とする。ここで、この所定値以上の速度とは、その速度においてドップラー効果による周波数偏移によって算出された速度ベクトルの絶対方位の誤差が、アンテナ 12およびアンテナ 13の位置を測位することにより、測定された配列方向 15の誤差よりも小さいときの速度である。

[0035] 進行方向算出部 24は速度算出部 22から自動車 10の速度ベクトル V 11を受け取り、速度算出部 22が算出した速度ベクトル V 11の大きさが所定値以上である場合、自動車 10が所定値以上の速さで前進しているものとし、進行方向算出部 24は、所定値以上であるときの速度ベクトル V 11の方向を進行方向 14として通知部 25に出力する。

[0036] 一方、補正値算出部 23はアンテナ方位測定部 21が測定した配列方向 15と速度算出部 22から自動車 10の速度ベクトル V 11を受け取り、速度算出部 22が算出したベクトル V 11の大きさが所定値以上であるときの速度ベクトル V 11の方向を表す進行方向 14と、アンテナ方位測定部 21が測定した配列方向 15とがなす角度 Θを補正値として算出して保持する。このとき、既に算出され保持されている補正値が存在する場合には、補正値算出部 23は、新しく算出した補正値に近づくように既存の補正値を修正して保持する。また、補正値算出部 23は、既存の補正値を新しく算出した補正値に更新してもよい。

[0037] また、速度算出部 22は、算出した速度ベクトル V 11の大きさが所定値を超えない場合、自動車 10が所定値を超えない速さで移動している力、自動車 10が停止しているものとみなす。このような場合、進行方向算出部 24は、補正値算出部 23が算出した補正値および配列方向 15の減算値を用いて進行方向 14を算出し、算出した進行方向 14を通知部 25に出力する。

[0038] 例えば、速度算出部 22が算出した速度ベクトル V 11の大きさが所定値以上である時点 tlにおいて、アンテナ方位測定部 21が配列方向 15を測定し、補正値算出部 2 3は、測定された配列方向 15と進行方向 14とがなす角度 Θとする補正値を修正し、進行方向算出部 24は、速度ベクトル V 11の方向を進行方向 14として通知部 25に出力する。その後、時点 tl力も速度ベクトル V 11の大きさが所定値を超えない時点 t 2になったとき、アンテナ方位測定部 21が配列方向 15を測定し、進行方向算出部 2 4は、測定された配列方向 15および時点 tlで修正された補正値を用いて進行方向 1 4を算出し、算出した進行方向 14を通知部 25に出力する。

[0039] 通知部 25は、進行方向算出部 24が算出した進行方向 14をディスプレイを介して表示して使用者に通知する。また、通知部 25は、進行方向 14の表示に限定されず、スピーカを介して進行方向 14を音声で通知するようにしてもょ、。進行方向算出部 2 4が算出した進行方向 14は、使用者に通知することだけに限定されず、例えば、力一ナビゲーシヨンシステムが行う自動車 10の位置を補正するマッチング操作等の様々なものに利用してもよい。

[0040] なお、以上の実施の形態では、進行方向測定装置 11は、アンテナ 12及び 13と接続される例について説明した力これに限らず、アンテナ 12及び 13を含んでいても構わない。

[0041] 以上説明したように、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置 11は、速度べタトル V 11の大きさが所定値以上であったときの補正値を算出し、算出した補正値および配列方向 15を用いて自動車 10の進行方向 14を算出する。これによつて、ァンテナ 12およびアンテナ 13の設置に関して制限がなぐ進行方向 14を正確に測定することができる。 [0042] また、互いのアンテナ 12及び 13が信号を受信する衛星の組合せを同一にするため、互いのアンテナ 12及び 13の相対的な位置関係の誤差が微小となり、進行方向測定装置 11は、配列方向 15を高ヽ精度で測定することができる。

[0043] また、速度ベクトル V 11の大きさが所定値以上である場合において、既に算出した補正値が存在するとき、新たに算出した補正値に基づいて既存の補正値を修正するため、移動中に補正値を自動的に修正することができ、自動車 10が停止または低速で移動中のときには、進行方向測定装置 11は、補正値を算出するために自動車 10 を所定値以上の速さで移動させる必要がなぐさらに、アンテナ 12または 13の設置位置がずれた場合などにも新たに算出される補正値で対応することができる。さらに、既存の補正値を修正する際、例えば、自動車が直進している場合に限り既存の補正値を修正する、あるいは自動車が右折または左折している場合には、車輪と後輪とのなす角度に応じて補正値を修正するなど、速度以外の自動車の走行状態を考慮してもょ、ことは言うまでもな、。

[0044] また、進行方向測定装置 11は、速度ベクトル V 11の大きさが所定値以上である場合、この速度ベクトル V 11の方向を自動車 10の進行方向とし、速度ベクトルの大きさが所定値を超えな、場合、補正値および配列方向 15を用いて進行方向 14を算出するため、自動車 10がどのような速さで移動していても、進行方向 14を高い精度で算出することができる。

[0045] 以上、本発明を詳細に説明したが、上記説明はあらゆる意味において例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲力逸脱することなしに多くの他の改変例及び変形例が可能であることが理解される。

産業上の利用可能性

[0046] 以上のように、本発明に係る進行方向算出装置は、移動体の進行方向を測定する装置であって、アンテナの設置に関して制限がなぐ移動体の進行方向を正確に測定することができるという効果を有し、特に、自動車又は飛行機などの移動体におけるナビゲーシヨンシステム等として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 移動体に設置され、衛星力信号を受信する 2つのアンテナと接続される進行方向測定装置であって、

前記装置は、

前記 2つのアンテナそれぞれが受信した信号に基づ、て、前記 2つのアンテナの一方の位置から他方の位置を見た方位を表すアンテナ配列方位を測定するアンテナ方位測定部と、

前記 2つのアンテナそれぞれが受信した信号に基づいて前記移動体の速度べクトルを算出する速度算出部と、

前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上であったときの速度ベクトルの向きと前記アンテナ配列方位とがなす角度を補正値として算出する補正値算出部と、

前記補正値算出部が算出した補正値および前記アンテナ配列方位を用いて前記移動体の進行方向を算出する進行方向算出部とを備えたことを特徴とする進行方向測定装置。

[2] 前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合、前記進行方向算出部は、この速度ベクトルの方向を前記移動体の進行方向とし前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値を超えない場合、前記進行方向算出部は、前記アンテナ方位測定部によって測定されたアンテナ配列方位および前記補正値算出部が算出した補正値を用いて前記移動体の進行方向を算出することを特徴とする請求項 1に記載の進行方向測定装置。

[3] 前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合において、前記補正値算出部は、既に算出した前記補正値が存在するとき、前記補正値を新たに算出し、新たに算出した前記補正値に基づいて既存の前記補正値を修正することを特徴とする請求項 1に記載の進行方向測定装置。

[4] 前記 2つのアンテナの一方が前記信号を受信する衛星の組合せと、他方が前記信号を受信する衛星の組合せとは互いに同一であることを特徴とする請求項 1に記載の進行方向測定装置。