WO2022018964A1 - 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム - Google Patents

情報処理装置、情報処理方法およびプログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2022018964A1
WO2022018964A1 PCT/JP2021/020166 JP2021020166W WO2022018964A1 WO 2022018964 A1 WO2022018964 A1 WO 2022018964A1 JP 2021020166 W JP2021020166 W JP 2021020166W WO 2022018964 A1 WO2022018964 A1 WO 2022018964A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
angular velocity
moving body
ground
calculation unit
information processing
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/020166
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅人 君島
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニーグループ株式会社 filed Critical ソニーグループ株式会社
Priority to US18/005,190 priority Critical patent/US20230266483A1/en
Publication of WO2022018964A1 publication Critical patent/WO2022018964A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P7/00Measuring speed by integrating acceleration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/02Magnetic compasses
    • G01C17/28Electromagnetic compasses
    • G01C17/30Earth-inductor compasses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining 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
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/48Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G01S19/49Determining 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining 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
    • G01S19/52Determining velocity

Definitions

  • This disclosure relates to information processing devices, information processing methods and programs.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • Inertial navigation is known as a method of obtaining speed from IMU.
  • Inertial navigation is a method of calculating speed by integrating the acceleration obtained by an acceleration sensor, which is an example of IMU. It is also possible to calculate the velocity using an algorithm specialized for a specific motion model. For example, the speed of a pedestrian can be calculated by PDR (Pedestrian Dead Reckoning). As disclosed in Patent Document 1, it is also possible to detect the orientation of the moving body from the IMU.
  • the angular velocity of the moving object with respect to the ground is obtained by subtracting the earth rotation angular velocity, which is the angular velocity generated by the rotation of the earth, from the measured angular velocity, which is the angular velocity measured by the inertial sensor provided in the moving object. It includes a ground angular velocity calculation unit that calculates the ground angular velocity, and a ground velocity calculation unit that calculates the ground velocity, which is the speed of the moving body with respect to the ground, based on the ground angular velocity and the turning radius related to the movement of the moving body. , Information processing equipment is provided.
  • the embodiments of the present disclosure relate to a mechanism for calculating the moving speed of a moving body.
  • an outline of the embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram according to an embodiment of the present disclosure.
  • the system according to the embodiment of the present disclosure includes a GPS (Global Positioning System) satellite 10 and a mobile body 20.
  • GPS Global Positioning System
  • the GPS satellite 10 is an artificial satellite that orbits the earth.
  • the GPS satellite 10 transmits a GNSS signal including a navigation message having correction data of a satellite clock, efamelis data, and the like.
  • the mobile body 20 is an unmanned aerial vehicle that can be moved by flight, for example.
  • the moving body 20 is not limited to an unmanned aerial vehicle, and other moving bodies that generate driving force for movement, such as vehicles, trains, and ships, may be applied to the embodiments of the present disclosure.
  • a mobile terminal such as a smartphone or a wearable terminal that moves with the movement of the user by being carried by the user can also be applied as the mobile body 20.
  • Such a mobile body 20 can calculate the position of the mobile body 20 based on the GNSS signal transmitted from the GPS satellite 10. However, depending on the surrounding environment of the mobile body 20, it is difficult for the mobile body 20 to receive the GNSS signal with good quality. If the reception quality of the GNSS signal is poor, the calculation accuracy of the position of the moving body 20 will be lowered. For example, when the moving body 20 is moving outdoors with good visibility such as the position P1, the moving body 20 can receive the GNSS signal with good quality. On the other hand, when the moving body 20 is moving indoors as in the positions P2 and P3, the reception quality of the GNSS signal may be deteriorated. In addition, the reception quality of GNSS signals may deteriorate even in urban buildings and underground malls.
  • the mobile body 20 according to the embodiment of the present disclosure calculates the position of the mobile body 20 based on the GNSS signal in an environment where the reception quality of the GNSS signal is good.
  • the mobile body 20 according to the embodiment of the present disclosure calculates the speed of the mobile body 20 using the inertial data obtained from the inertial sensor in an environment where the reception quality of the GNSS signal is not good, and integrates the speed.
  • the position of the moving body 20 is calculated.
  • the method of integrating the acceleration which is an example of inertial data, to calculate the velocity, it is difficult to maintain the accuracy of the velocity due to error divergence.
  • the moving body 20 according to the embodiment of the present disclosure can calculate the ground speed, which is the moving speed of the moving body 20 with respect to the ground, with high accuracy by using the angular velocity of the moving body 20.
  • the configuration and operation of the mobile body 20 according to the embodiment of the present disclosure will be sequentially described in detail.
  • the mobile body 20 includes the function as an information processing device for calculating the ground speed and the position of the mobile body 20
  • the function as the information processing device is the mobile body 20. May be provided separately.
  • the moving body 20 transmits the inertial data measured by the moving body 20 to the information processing device, so that the information processing device can calculate the ground speed and the position of the moving body 20.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the mobile body 20 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the moving body 20 according to the embodiment of the present disclosure includes an inertial sensor group 224, a GNSS signal processing unit 228, an earth rotation angular velocity calculation unit 232, an orientation identification unit 236, a ground angular velocity calculation unit 240, and a rotation radius. It includes a calculation unit 244, a ground speed calculation unit 248, a coordinate conversion unit 252, an INS speed calculation unit 256, a position calculation unit 260, and a movement control unit 264.
  • the inertial sensor group 224 has a plurality of inertial sensors for measuring inertial data.
  • the inertial sensor include an acceleration sensor that measures the acceleration of the moving body 20 and an angular velocity sensor that measures the angular velocity of the moving body 20.
  • the GNSS signal processing unit 228 receives the GNSS signal from the GPS satellite 10 and processes the GNSS signal to calculate the position and orientation (moving direction) of the moving body 20.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 calculates the earth rotation angular velocity, which is the angular velocity caused by the rotation of the earth. For example, the earth rotation angle speed calculation unit 232 acquires the earth rotation angle velocity as a reference value based on the measurement of the angular velocity at the time when the moving body 20 is stationary, and determines the earth rotation angle speed according to the posture change of the moving body 20. Update.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 may detect that the moving body 20 is stationary, for example, because the speed estimated based on the acceleration detected by the inertial sensor group 224 is equal to or less than the threshold value.
  • the acquisition of the earth's rotation angular velocity as a reference value will be described more specifically with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific example of the earth's rotation angular velocity as a reference value.
  • FIG. 3 shows the earth rotation angular velocity ⁇ er, which is the measurement result of the angular velocity at the time when the moving body 20 is stationary, on the sensor coordinate system.
  • the vector direction of the earth rotation angular velocity ⁇ er is the north direction
  • the magnitude of the earth rotation angular velocity ⁇ er is 12.2 df (degree per hour) on the latitude where Tokyo is located.
  • FIG. 3 shows an example in which the X direction (gyro X) in the sensor coordinate system is the front of the moving body 20, that is, the direction of the moving body 20.
  • the earth rotation angle velocity calculation unit 232 biases the measured angular velocity based on the angular velocity measured at a plurality of time points in which the postures of the moving body 20 are different and the longitude in which the moving body 20 is located.
  • the reference value of the earth's rotation angular velocity ⁇ er may be obtained by estimating and removing the bias from the measured angular velocity. A method of removing the bias will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a specific example of removing the bias of the angular velocity.
  • the angular velocity measured by the angular velocity sensor is basically an angular velocity in the three-axis direction.
  • the measured angular velocity in the three-axis direction may include a bias in three-dimensional space.
  • the finally calculated rotation component exists on the circumference of a circle centered on an arbitrary position on a plane at a constant elevation angle (latitude). Therefore, if the latitude at which the moving body 20 is located is known, it is possible to estimate the bias in a two-dimensional plane instead of the three-dimensional space.
  • the angular velocity 30A and the angular velocity 30B measured at a certain latitude are shown on the XY plane.
  • the angular velocity 30A and the angular velocity 30B are angular velocities measured in different postures while the moving body 20 is stationary.
  • the angular velocity at the center of the circle 50 where these two angular velocities exist on the circumference is the bias 40.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 can calculate the radius of the circle 50 by the calculation of ⁇ er ⁇ cos ⁇ p based on the earth rotation angular velocity ⁇ er and the latitude ⁇ p, and can obtain the center of the circle 50 based on the radius of the circle 50.
  • the earth rotation angle velocity calculation unit 232 can calculate the earth rotation angle velocity ⁇ er by removing the bias 40 from the angular velocity 30 after calculating the bias 40.
  • the figure shown on the right side of FIG. 4 shows, for example, a state in which the bias 40 is removed from the angular velocity 30B.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 may continue to use the bias once estimated, or may update the bias while the moving body 20 is moving. Even while the moving body 20 is moving, the earth rotation angle speed calculation unit 232 can estimate and update the bias from the angular velocities measured at two time points when the postures of the moving body 20 are different. For example, the earth rotation angular velocity calculation unit 232 is generated by the movement of the moving body from each of the angular velocities measured at two time points where the postures of the moving body 20 are different, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-196976.
  • the bias may be estimated and updated by subtracting the motion component corresponding to the vector change in the direction of gravity and applying the estimation method described with reference to FIG. 4 to the angular velocity after the subtraction.
  • the azimuth specifying unit 236 specifies the azimuth of the direction of the moving body 20 with respect to the vector direction (north direction) of the earth rotation angular velocity ⁇ er based on the reference value of the earth rotation angular velocity ⁇ er acquired by the earth rotation angular velocity calculation unit 232. Further, the azimuth specifying unit 236 updates the azimuth azimuth so that the moving body 20 follows the posture change.
  • the ground angular velocity calculation unit 240 is the angular velocity of the moving body 20 with respect to the ground by subtracting the earth rotation angle velocity ⁇ er acquired or calculated by the earth rotation angle velocity calculation unit 232 from the measured angular velocity which is the angular velocity measured by the angular velocity sensor. Calculate the ground angular velocity ⁇ gnd. For example, the ground angular velocity calculation unit 240 calculates the observed rotation angle velocity ⁇ obs by removing the angular velocity bias and the motion component of the moving body 20 from the measured angular velocity, and subtracts the earth rotation angle velocity ⁇ er from the observed rotation angle velocity ⁇ obs to the ground. The angular velocity ⁇ gnd may be calculated.
  • the motion component of the moving body 20 is an angular velocity component corresponding to the vector change in the gravity direction caused by the movement of the moving body 20, that is, an angular velocity component having sensitivity to the vector change in the gravity direction.
  • the ground angular velocity calculation unit 240 can calculate the motion component based on the inertial data obtained from the inertial sensor group 224, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-196976.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a calculation example of the ground angular velocity ⁇ gnd.
  • the observed rotation angular velocity ⁇ obs has only a plane component because the motion component in the direction of gravity is removed. Therefore, the angular velocity ⁇ gnd with respect to the ground is also calculated as the angular velocity on the XY plane.
  • the turning radius calculation unit 244 calculates the turning radius R related to the movement of the moving body 20 based on the azimuth specified by the azimuth specifying unit 236, the latitude (lat) where the moving body 20 is located, and the earth radius Realth. ..
  • the Earth radius Realth varies depending on the point, and is a value within the range of 6356 to 6377 km.
  • the turning radius calculation unit 244 may uniquely determine the earth radius Reason by referring to a database in which latitude / longitude and turning radius R are associated. As will be described in detail later, the accuracy of the latitude and longitude of the moving body 20 required for determining the radius of the earth is low. Therefore, even if the moving body 20 is located in a place where the reception quality of the GNSS signal is low, such as a building street, the latitude and longitude obtained from the GNSS signal processing unit 228 can be used for determining the earth radius Reason.
  • the latitude and longitude obtained based on the reception of WiFi radio waves or communication with a cellular base station may be used to determine the radius of the earth. Further, if it is permissible that the earth radius Reason has an error of about 10 km at the maximum, the turning radius calculation unit 244 may determine the earth radius Reason to a fixed value (for example, 6366 km).
  • the radius of gyration R for each azimuth is shown, and
  • FIG. 8 shows the radius of gyration R for each azimuth calculated when the moving body 20 is located near the pole (lat ⁇ ⁇ 90 degrees).
  • the earth radius Realth is calculated as the turning radius R regardless of the azimuth of the moving body 20.
  • the solid circle attached to the sphere imitating the earth shows the movement path when the azimuth is ⁇ 90 degrees (that is, facing east and west), and the broken line circle shows the azimuth of 0. It shows the movement route when it is a degree or 180 degrees (that is, facing north-south).
  • the turning radius R is maximum when the azimuth is 0 degrees or 180 degrees (that is, facing north-south), and the azimuth is ⁇ 90 degrees. (That is, the turning radius R is the minimum when facing east and west).
  • the radius of gyration R is when the azimuth is 0 degrees or 180 degrees (that is, facing north-south). Is the maximum, and the turning radius R is the minimum when the azimuth is ⁇ 90 degrees (that is, facing east and west). In particular, when the azimuth is ⁇ 90 degrees (that is, facing east and west), the turning radius R becomes almost 0.
  • the coordinate conversion unit 252 converts the ground speed Vgnd calculated by the ground speed calculation unit 248 from the value in the sensor coordinate system to the value in the global coordinate system. The coordinate transformation will be specifically described with reference to FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of coordinate conversion of the ground speed Vgnd to the global coordinate system.
  • the direction in which the ground angular velocity ⁇ gnd is rotated 90 degrees clockwise is the direction of the ground speed Vgnd.
  • the coordinate conversion unit 252 so that the vector direction of the earth rotation angular velocity ⁇ er matches the direction of the moving body 20 in the sensor coordinate system (X direction in the example of FIG. 9). By rotating the ground velocity Vgnd, it is possible to obtain the ground velocity Vgnd in the global coordinate system.
  • the INS speed calculation unit 256 calculates the moving speed of the moving body 20 by integrating the acceleration of the moving body 20 measured by the inertial sensor group 224.
  • the INS speed calculation unit 256 functions as an altitude direction calculation unit that calculates the altitude direction speed of the moving body 20 by integrating the acceleration of the moving body 20 in the estimated altitude direction, which is the estimated altitude direction. Has.
  • the position calculation unit 260 calculates the three-dimensional position of the moving body 20 based on the ground speed Vgnd in the global coordinate system obtained by the coordinate conversion unit 252 and the altitude direction speed calculated by the INS speed calculation unit 256. Specifically, the position calculation unit 260 calculates the position of the moving body 20 on the horizontal plane by integrating the ground speed Vgnd, and the position of the moving body 20 in the altitude direction by integrating the altitude direction velocity. May be calculated. The position calculation unit 260 can also calculate the position of the moving body 20 in the altitude direction based on the atmospheric pressure measured by the barometric pressure sensor instead of the altitude direction speed calculated by the INS speed calculation unit 256. Is.
  • the movement control unit 264 controls the movement of the moving body 20 based on the position of the moving body 20 calculated by the position calculation unit 260. For example, the movement control unit 264 controls the generation of the driving force for the movement of the moving body 20 so that the moving body 20 can reach the target position based on the position of the moving body 20 and the target position of the moving body 20.
  • the movement control unit 264 is an example of a function that uses the position of the moving body 20 calculated by the position calculation unit 260, and is equipped with another function that uses the position of the moving body 20 calculated by the position calculation unit 260. May be done. For example, when an information processing device is provided separately from the moving body 20, the information processing device may be equipped with a display control unit that displays the position of the moving body 20, the ground speed Vgnd, and the like on the display unit.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the moving body 20 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the inertial sensor group 224 of the moving body 20 measures the acceleration and the angular velocity of the moving body 20 (S310).
  • the processing from S310 to S360 including the S310 may be repeated for each measurement of one sample of acceleration and angular velocity, or may be repeated for each measurement of a plurality of samples of acceleration and angular velocity.
  • the GNSS signal processing unit 228 acquires the latitude and longitude of the moving body 20 by processing the GNSS signal (S320). Alternatively, it is possible to obtain the latitude and longitude based on the reception of WiFi radio waves or communication with a cellular base station.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 calculates the earth rotation angular velocity ⁇ er (S330).
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 acquires the angular velocity measured by the inertial sensor group 224 as a reference value of the earth rotation angle velocity ⁇ er, and the posture of the moving body 20 is changing. In this case, the earth rotation angular velocity ⁇ er is updated according to the change in the posture of the moving body 20.
  • the ground angular velocity calculation unit 240 calculates the observed rotation angular velocity ⁇ obs from the measured angular velocity measured by the inertial sensor group 224 (S340). Specifically, the ground angular velocity calculation unit 240 calculates the observed rotation angular velocity ⁇ obs by removing the angular velocity bias and the motion component of the moving body 20 from the measured angular velocity.
  • the ground angular velocity calculation unit 240 calculates the ground angular velocity ⁇ gnd by subtracting the earth's rotation angular velocity ⁇ er from the observed rotation angular velocity ⁇ obs (S350).
  • the turning radius calculation unit 244 calculates the turning radius R related to the movement of the moving body 20, and the ground speed calculating unit 248 calculates the turning radius R calculated by 244 and the ground angular velocity ⁇ gnd calculated by the ground angular velocity calculating unit 240. Based on the above, the ground speed Vgnd, which is the speed of the moving body 20 with respect to the ground, is calculated (S360). Then, the process from S310 is repeated.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 of the moving body 20 calculates the ground angular velocity ⁇ gnd, and the ground angular velocity ⁇ gnd is multiplied by the turning radius R related to the movement of the moving body 20 to obtain the ground speed Vgnd.
  • the velocity can be calculated with high accuracy by other methods for calculating the velocity of the moving body 20, such as inertial navigation or a method using an algorithm specialized for a specific motion model. It is possible to calculate the ground speed Vgnd without receiving it. That is, according to the embodiment of the present disclosure, it is possible to provide a method for calculating the ground speed Vgnd with a higher degree of freedom of application.
  • the earth rotation angle velocity calculation unit 232 acquires the earth rotation angle velocity ⁇ er as a reference value based on the measurement of the angular velocity at the time when the moving body 20 is stationary. Further, the earth rotation angular velocity calculation unit 232 estimates the bias of the measured angular velocity based on the angular velocity measured at a plurality of time points in which the postures of the moving body 20 are different and the longitude in which the moving body 20 is located, and the measured angular velocity. It is also possible to obtain the reference value of the earth's rotation angular velocity ⁇ er by removing the bias from. Therefore, the earth rotation angular velocity calculation unit 232 can acquire a more accurate reference value of the earth rotation angular velocity ⁇ er.
  • the ground angular velocity calculation unit 240 is generated by the angular velocity bias and the movement of the moving body 20 in addition to the earth rotation angular velocity ⁇ er from the measured angular velocity which is the angular velocity measured by the inertial sensor group 224.
  • the ground angular velocity ⁇ gnd is calculated by subtracting the motion component corresponding to the vector change in the direction of gravity. Therefore, it is possible to improve the calculation accuracy of the ground angular velocity ⁇ gnd.
  • the turning radius calculation unit 244 specifies the earth radius Reason according to the latitude and longitude in which the moving body 20 is located in order to calculate the turning radius R related to the movement of the moving body 20. .. According to such a configuration, it is possible to more accurately calculate the turning radius R related to the movement of the moving body 20.
  • the coordinate conversion unit 252 converts the ground speed Vgnd from the value in the sensor coordinate system to the value in the global coordinate system.
  • the ground speed Vgnd can be used for various purposes.
  • the INS speed calculation unit 256 calculates the altitude direction speed of the moving body 20. Therefore, by combining the ground speed Vgnd calculated by the ground speed calculation unit 248 and the altitude direction speed calculated by the INS speed calculation unit 256, it is possible to capture the three-dimensional movement of the moving body 20.
  • the accuracy of the latitude and longitude of the moving body 20 required for determining the radius of the earth is low.
  • the change in altitude is about 10 km at the maximum with respect to the change in the horizontal direction of 100 km to 1000 km.
  • the error of 10 km is included in the Earth radius Real, the error of the ground speed Vgnd is 0.2% (10 km / 6356 km). Therefore, even if the reception environment of the GNSS signal or the like is poor, it is considered that the accuracy of the latitude and longitude of the moving body 20 required for determining the radius of the earth is sufficiently satisfied.
  • the ground angular velocity ⁇ gnd becomes 0.03 df by the calculation of 1 / 6,356,000. ..
  • the required performance (resolution) for the angular velocity sensor is 0.003 df.
  • the required performance for the angular velocity sensor is 0.03 df.
  • the speed of the moving body 20 derived from INS calculated by the INS speed calculation unit 256 and the ground speed Vgnd may be used in combination as the horizontal speed (ground speed) of the moving body 20.
  • the error divergence of INS is fast, it is desirable to correct the error divergence of INS.
  • a technique for correcting the error divergence of the INS As a technique for correcting the error divergence of the INS, a technique for correcting the error divergence of the INS using the observation result of the carrier velocity of the GNSS signal can be considered. Specifically, since the observation result of the carrier speed of the GNSS signal becomes the speed according to the movement speed of the moving body due to the Doppler effect, it is possible to calculate the moving speed of the moving body from the observation result of the carrier wave speed. .. By setting this moving speed as a constraint condition, the error divergence of INS can be corrected.
  • the INS speed calculation unit 256 of the moving body 20 corrects the error divergence of the INS by replacing the observation result of the carrier wave speed of the GNSS signal in the above technique with the ground speed Vgnd described in the embodiment of the present disclosure. May be.
  • the INS speed calculation unit 256 uses the ground speed Vgnd as a constraint condition, and based on the difference between the ground speed Vgnd and the horizontal speed calculated from the INS, the estimated altitude direction (which is the premise of calculating the horizontal speed) ( The direction of gravity) may be corrected.
  • the ground speed Vgnd can also be used as an initial speed for the INS speed calculation unit 256 to calculate the horizontal speed from the INS.
  • the moving body 20 may interpolate the speed calculated from the INS while the ground speed Vgnd cannot be obtained. Further, in order to improve the resolution (S / N) of the angular velocity, a gyro having a high S / N such as multi-gyro synthesis may be used. It is possible to speed up the correction convergence used.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a first use case of the embodiment of the present disclosure.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 calculates the earth rotation angular velocity ⁇ er while the moving body 20 is stationary before the moving body 20 ascends.
  • the ground speed calculation unit 248 calculates the ground speed Vgnd by the technique of the present disclosure.
  • it is difficult to estimate the speed of the unmanned aerial vehicle shown as an example of the moving body 20 from the motion model according to the embodiment of the present disclosure, it is possible to directly calculate the ground speed Vgnd from the angular velocity of the moving body 20. .. Further, in the calculation of the ground speed Vgnd by the ground speed calculation unit 248, there is an advantage that the error divergence is slower than that of the INS.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing a second use case of the embodiment of the present disclosure.
  • the user U and the mobile body 20 are located in the user U's home, and the user U and the mobile body 20 are stationary.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 of the moving body 20 calculates the earth rotation angular velocity ⁇ er while the moving body 20 is stationary. After that, when the user U starts moving as shown in the middle figure of FIG. 12, the moving body 20 moves following the user U.
  • the mobile body 20 can detect the movement of the user U by various methods.
  • the user U may carry an information terminal, and the mobile body 20 may detect the movement of the user U based on the communication with the information terminal.
  • the information terminal may calculate the position of the information terminal based on the processing of the GNSS signal or the PDR by the IMU, and transmit the information indicating the position to the mobile body 20.
  • the mobile body 20 can detect the movement of the user U by the change in the position indicated by the information received from the information terminal.
  • the movement of the user U may be detected based on the disconnection of the WiFi connection or the Bluetooth® connection between the information terminal and the mobile body 20.
  • the moving body 20 calculates the ground speed Vgnd and estimates the position of the moving body 20 based on the ground speed Vgnd. .. It is desirable that the IMU (inertial sensor group 224) mounted on the mobile body 20 has higher accuracy than the IMU of the information terminal carried by the user U for calculating the ground speed Vgnd.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a third use case of the embodiment of the present disclosure.
  • the mobile body 20 joins the user U after moving on a different route from the user U.
  • the highly accurate ground speed Vgnd and position of the moving body 20 calculated by the moving body 20 is possible to use the highly accurate ground speed Vgnd and position of the moving body 20 calculated by the moving body 20 as the moving speed and position of the user U. ..
  • the information terminal uses the position calculated by the PDR as the position of the user U. .. Even while the mobile body 20 and the user U are separated from each other, the information terminals carried by the mobile body 20 and the user U share their positions by transmitting each other's positions.
  • the mobile body 20 moves so as to approach the position of the user U transmitted from the information terminal.
  • the information terminal uses the highly accurate ground speed Vgnd and position of the mobile body 20 calculated by the mobile body 20 as the movement speed and position of the user U again.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a fourth use case of the embodiment of the present disclosure.
  • the mobile body 20 is used to carry the luggage in the warehouse.
  • a flying mobile body 20A and a self-propelled mobile body 20B on the floor surface are arranged in the warehouse.
  • the mobile body 20A is used to pick up and carry a load at a high position, and the mobile body 20B is used to carry a large amount of load to a pickup position.
  • the mobile body 20A and the mobile body 20B calculate the ground speed Vgnd and the position by the technique of the present disclosure, and share each other's position by communication.
  • a server that centrally manages the positions of the moving bodies 20 may be provided.
  • the moving body 20B moves near the moving body 20A and the moving body 20A also moves as shown in the right figure of FIG. Approaching the body 20B, the moving body 20B receives the luggage 62 from the moving body 20A. After the moving body 20A and the moving body 20B are close to each other to some extent, the moving body 20A and the moving body 20B use the image pickup device or the proximity sensor mounted on the moving body 20A and the moving body 20B to carry the luggage 62. The position may be fine-tuned for delivery.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing a fifth use case of the embodiment of the present disclosure. It may happen that the stationary time before the ascent of the moving body 20 is not sufficient for calculating the earth rotation angular velocity ⁇ er. In such a case, the moving body 20 may acquire the geomagnetic direction by the geomagnetic sensor while the moving body 20 is moving in a place having a good magnetic environment as shown in the left figure of FIG.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 of the moving body 20 may calculate the earth rotation angular velocity ⁇ er based on the geomagnetic direction and the latitude. After that, as shown in the left figure of FIG. 15, while the moving body 20 moves in a building town or the like, the earth rotation angular velocity calculation unit 232 uses the earth rotation angular velocity ⁇ er calculated based on the geomagnetic orientation and the latitude of the moving body 20.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing a sixth use case of the embodiment of the present disclosure.
  • the direction of acceleration / deceleration of the moving body 20 in the global coordinate system is estimated by processing the GNSS signal. Further, the inertial sensor group 224 measures the acceleration / deceleration direction of the moving body 20 in the sensor coordinate system.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 is based on the relationship between the acceleration / deceleration direction of the moving body 20 in these global coordinate systems and the acceleration / deceleration direction of the moving body 20 in the sensor coordinate system.
  • the absolute orientation of 20 and the earth rotation angular velocity ⁇ er may be calculated.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 calculates the earth rotation angular velocity ⁇ er as described above, and the ground speed calculation unit 248 corresponds to the above.
  • the ground speed Vgnd is calculated using the earth rotation angular velocity ⁇ er.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 updates the earth rotation angular velocity ⁇ er according to the posture change of the moving body 20, and calculates the ground speed.
  • Part 248 calculates the ground speed Vgnd using the updated earth rotation angular velocity ⁇ er.
  • the ground speed calculation unit 248 moves the moving body 20 obtained by processing the GNSS signal.
  • the ground speed Vgnd may be corrected by the speed.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram showing a seventh use case of the embodiment of the present disclosure.
  • a robot that moves on the ground is shown as a moving body 20.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit 232 of the moving body 20 calculates the earth rotation angular velocity ⁇ er while it is stationary.
  • the moving body 20 moves following the user U. While the moving body 20 is moving, the moving body 20 calculates the ground speed Vgnd of the moving body 20.
  • the moving body 20 is a robot that moves on the ground, unlike the case where the moving body 20 is an unmanned aerial vehicle, the moving body 20 is always installed and often comes to rest with the stationary of the user U. For example, when the user U stops at a red light as shown in the right figure of FIG. 17, the moving body 20 also stops with the stop of the user U. Therefore, the earth rotation angular velocity calculation unit 232 of the moving body 20 can alleviate the decrease in the accuracy of the ground speed Vgnd by reacquiring the earth rotation angular velocity ⁇ er when the moving body 20 is stationary.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing the hardware configuration of the mobile body 20.
  • the mobile body 20 includes a CPU (Central Processing Unit) 201, a ROM (Read Only Memory) 202, a RAM (Random Access Memory) 203, an input device 208, an output device 210, and the like. It includes a storage device 211, a drive device 212, an image pickup device 213, and a communication device 215.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU 201 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls the overall operation in the mobile body 20 according to various programs. Further, the CPU 201 may be a microprocessor.
  • the ROM 202 stores programs, calculation parameters, and the like used by the CPU 201.
  • the RAM 203 temporarily stores a program used in the execution of the CPU 201, parameters that appropriately change in the execution, and the like. These are connected to each other by a host bus composed of a CPU bus or the like.
  • the input device 208 is an input means for the user to input information such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a microphone, a switch, and a lever, and an input control circuit that generates an input signal based on the input by the user and outputs the input signal to the CPU 201. It is composed of such things.
  • the user of the mobile body 20 can input various data to the mobile body 20 and instruct a processing operation.
  • the output device 210 includes, for example, a liquid crystal display (LCD) device, an OLED (Organic Light Emitting Diode) device, and a display device such as a lamp. Further, the output device 210 includes an audio output device such as a speaker and headphones. For example, the display device displays an captured image, a generated image, or the like. On the other hand, the voice output device converts voice data and the like into voice and outputs the data.
  • LCD liquid crystal display
  • OLED Organic Light Emitting Diode
  • the storage device 211 is a data storage device configured as an example of the storage unit of the mobile body 20 according to the present embodiment.
  • the storage device 211 may include a storage medium, a recording device for recording data on the storage medium, a reading device for reading data from the storage medium, a deleting device for deleting data recorded on the storage medium, and the like.
  • the storage device 211 stores programs and various data executed by the CPU 201.
  • the drive device 212 is a device that generates a drive force.
  • the driving force generated by the driving device 212 is converted into a propulsive force for moving the moving body 20 by a moving mechanism such as a propeller or a tire.
  • the image pickup device 213 includes an image pickup optical system such as a photographing lens and a zoom lens that collects light, and a signal conversion element such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Sensor).
  • the imaging optical system condenses the light emitted from the subject to form a subject image in the signal conversion unit, and the signal conversion element converts the formed subject image into an electrical image signal.
  • the communication device 215 is, for example, a communication interface composed of a communication device or the like for connecting to the network 12. Further, the communication device 215 may be a wireless LAN (Local Area Network) compatible communication device, an LTE (Long Term Evolution) compatible communication device, or a wire communication device that performs wired communication.
  • a wireless LAN Local Area Network
  • LTE Long Term Evolution
  • the network 12 is a wired or wireless transmission path for information transmitted from a device connected to the network 12.
  • the network 12 may include a public line network such as the Internet, a telephone line network, a satellite communication network, various LANs (Local Area Network) including Ethernet (registered trademark), and a WAN (Wide Area Network).
  • the network 12 may include a dedicated line network such as IP-VPN (Internet Protocol-Virtual Private Network).
  • each step in the processing of the mobile body 20 of the present specification does not necessarily have to be processed in chronological order in the order described as a flowchart.
  • each step in the processing of the moving body 20 may be processed in an order different from the order described in the flowchart, or may be processed in parallel.
  • the ground angular velocity which is the angular velocity of the moving object with respect to the ground, is calculated by subtracting the earth's rotation angular velocity, which is the angular velocity generated by the rotation of the earth, from the measured angular velocity, which is the angular velocity measured by the inertial sensor provided on the moving object.
  • Angular velocity calculation unit and A ground speed calculation unit that calculates the ground speed, which is the speed of the moving body with respect to the ground, based on the ground angular velocity and the radius of gyration related to the movement of the moving body.
  • the information processing apparatus further comprising an earth rotation angle velocity calculation unit that calculates the earth rotation angle velocity by updating a reference value of the angular velocity according to a change in the attitude of the moving body. ..
  • the information processing device acquires the reference value based on the measurement of the angular velocity at the time when the moving body is stationary.
  • the earth rotation angular velocity calculation unit estimates the bias of the inertial sensor based on the angular velocities measured at a plurality of time points in which the postures of the moving objects are different and the latitude at which the moving objects are located, and the angular velocities are measured.
  • the information processing apparatus which acquires the reference value by removing the bias.
  • the information processing apparatus which acquires the reference value by removing the bias.
  • the information processing apparatus which acquires the reference value by removing the bias.
  • the information processing apparatus which acquires the reference value by removing the bias.
  • the information processing apparatus which acquires the reference value by removing the bias.
  • the information processing apparatus which acquires the reference value by removing the bias.
  • the information processing apparatus (4), wherein the ground angular velocity calculation unit calculates the ground angular velocity by further subtracting the bias from the measured angular velocity.
  • the ground angular velocity calculation unit calculates the ground angular velocity by further subtracting a motion component corresponding to a vector change in the gravity direction caused by the movement of the moving body from the measured angular velocity.
  • the information processing apparatus according to any one of the items up to).
  • the information processing apparatus further comprising an earth rotation angular velocity calculation unit that calculates the earth rotation angular velocity based on the geomagnetic orientation measured
  • the information processing device determines the direction of acceleration / deceleration in the global coordinate system of the moving body estimated from the GNSS signal received by the moving body, and the acceleration / deceleration of the moving body in the sensor coordinate system measured by the inertial sensor.
  • the information processing apparatus according to (1) above, further comprising an earth rotation angular velocity calculation unit that calculates the earth rotation angular velocity based on the relationship with the direction.
  • the information processing according to any one of (1) to (8) above, further comprising an orientation specifying unit for specifying the orientation of the moving body with respect to the vector direction of the earth rotation angular velocity. Device.
  • the information processing apparatus further includes a turning radius calculation unit that calculates the turning radius based on the direction specified by the direction specifying unit, the latitude at which the moving body is located, and the earth radius, according to the above (9).
  • Information processing equipment (11) The information processing apparatus according to (10) above, wherein the turning radius calculation unit uses a radius corresponding to the latitude and longitude in which the moving body is located as the earth radius. (12) The information processing apparatus converts the ground speed into a global coordinate system by rotating the ground speed so that the vector direction of the earth rotation angle velocity matches the direction of the moving object in the sensor coordinate system.
  • the information processing apparatus according to any one of (1) to (11) above, further comprising a unit.
  • the information processing apparatus further includes an altitude direction velocity calculation unit that calculates an altitude direction velocity of the moving body based on an acceleration of the moving body measured by the inertial sensor and an estimated altitude direction which is an estimated altitude direction.
  • the information processing apparatus according to any one of (1) to (12) above.
  • the ground angular velocity which is the angular velocity of the moving object with respect to the ground, is calculated by subtracting the earth's rotation angular velocity, which is the angular velocity generated by the rotation of the earth, from the measured angular velocity, which is the angular velocity measured by the inertial sensor provided on the moving object.
  • Angular velocity calculation unit and A ground speed calculation unit that calculates the ground speed, which is the speed of the moving body with respect to the ground, based on the ground angular velocity and the radius of gyration related to the movement of the moving body.
  • Moving object 224 Inertial sensor group 228 GNSS signal processing unit 232 Earth rotation angular velocity calculation unit 236
  • Direction identification unit 240 Ground angular velocity calculation unit 244
  • Ground speed calculation unit 248 Ground speed calculation unit 252
  • Coordinate conversion unit 256 INS speed calculation unit 260

Abstract

【課題】適用の自由度がより高い速度の算出方法を提供する。 【解決手段】移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出する対地角速度算出部と、前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出する対地速度算出部と、を備える、情報処理装置。

Description

情報処理装置、情報処理方法およびプログラム
 本開示は、情報処理装置、情報処理方法およびプログラムに関する。
 近年、GNSS(Global Navigation Satellite System)信号を受信し、GNSS信号を用いて位置推定を行う情報処理装置が広く普及している。屋外ではGNSS信号を用いて高精度に位置を推定することが可能であるが、屋内およびビル街などではGNSS信号を用いた位置推定の精度が劣化する。このため、ある種の情報処理装置は、GNSS信号が良好に受信されない間は、IMU(Inertial Measurement Unit)から得られる速度を積分することで位置を更新する。
 IMUから速度を得る方法として、慣性航法が知られている。慣性航法は、IMUの一例である加速度センサにより得られた加速度を積分して速度を算出する方法である。また、特定の運動モデルに特化したアルゴリズムを用いて速度を算出することも可能である。例えば、歩行者の速度はPDR(Pedestrian Dead Reckoning)により算出可能である。なお、特許文献1に開示されているように、IMUから移動体の方位を検出することも可能である。
特開2019-196976号公報
 しかし、慣性航法および特定の運動モデルに特化したアルゴリズムのいずれを使用する場合も、速度の推定精度を担保できる状況には制約がある。例えば、慣性航法では、積分による誤差発散が速い、初期速度が必要、などの制約がある。また、特定の運動モデルに特化したアルゴリズムでは、運動モデルから剥離した動きが発生した場合に推定精度が著しく低下する。そもそも、加減速が少ない運動モデルのように、原理的にアルゴリズムを構築することが難しい運動モデルも存在する。
 このため、適用の自由度がより高い速度の算出方法が求められていた。
 本開示によれば、移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出する対地角速度算出部と、前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出する対地速度算出部と、を備える、情報処理装置が提供される。
本開示の実施形態に係る説明図である。 本開示の実施形態による移動体20の構成を示す説明図である。 基準値となる地球自転角速度の具体例を示す説明図である。 角速度のバイアスの除去の具体例を示す説明図である。 対地角速度ωgndの算出例を示す説明図である。 回転半径Rと方位の関係を示す説明図である。 回転半径Rと方位の関係を示す説明図である。 回転半径Rと方位の関係を示す説明図である。 対地速度Vgndのグローバル座標系への座標変換例を示す説明図である。 本開示の実施形態による移動体20の動作を示すフローチャートである。 本開示の実施形態の第1のユースケースを示す説明図である。 本開示の実施形態の第2のユースケースを示す説明図である。 本開示の実施形態の第3のユースケースを示す説明図である。 本開示の実施形態の第4のユースケースを示す説明図である。 本開示の実施形態の第5のユースケースを示す説明図である。 本開示の実施形態の第6のユースケースを示す説明図である。 本開示の実施形態の第7のユースケースを示す説明図である。 移動体20のハードウェア構成を示した説明図である。
 以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
 また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
  1.概要
  2.移動体の構成
  3.移動体の動作
  4.作用効果
  5.応用例
  6.ユースケース
  7.ハードウェア構成
  8.補足
 <1.概要>
 本開示の実施形態は、移動体の移動速度を算出する仕組みに関する。以下、図1を参照し、本開示の実施形態の概要を説明する。
 図1は、本開示の実施形態に係る説明図である。図1に示したように、本開示の実施形態によるシステムは、GPS(Global Positioning System)衛星10および移動体20を有する。
 GPS衛星10は、地球を周回する人工衛星である。GPS衛星10は、衛星時計の補正データおよびエファメリスデータなどを有する航法メッセージを含むGNSS信号を送信する。
 移動体20は、図1に示したように、例えば飛行により移動することが可能な無人航空機である。ただし、移動体20は無人航空機に限定されず、本開示の実施形態には、車両、電車および船舶など、移動のための駆動力を発生させる他の移動体が適用されてもよい。また、本開示の実施形態には、ユーザにより携帯されることによりユーザの移動に伴って移動するスマートフォンおよびウェアラブル端末のような携帯端末なども移動体20として適用可能である。
 このような移動体20は、GPS衛星10から送信されたGNSS信号に基づき移動体20の位置を算出することができる。しかし、移動体20の周辺環境によっては、移動体20はGNSS信号を良好な品質で受信することが難しい。GNSS信号の受信品質が悪い場合、移動体20の位置の算出精度が低下してしまう。例えば、移動体20が位置P1のように見通しの良い屋外を移動している場合、移動体20はGNSS信号を良好な品質で受信し得る。一方、移動体20が位置P2およびP3のように屋内を移動している場合、GNSS信号の受信品質が劣化し得る。その他、都市部のビル街、地下街などでも、GNSS信号の受信品質が劣化し得る。
 したがって、本開示の実施形態による移動体20は、GNSS信号の受信品質が良好な環境においてはGNSS信号に基づいて移動体20の位置を算出する。一方、本開示の実施形態による移動体20は、GNSS信号の受信品質が良好でない環境では、慣性センサから得られる慣性データを用いて移動体20の速度を算出し、当該速度を積分することで移動体20の位置を算出する。ただし、慣性データの一例である加速度を積分して速度を算出する方法では、誤差発散により速度の精度を保つことが難しい。本開示の実施形態による移動体20は、移動体20の角速度を用いて高精度に移動体20の地面に対する移動速度である対地速度を算出することが可能である。以下、このような本開示の実施形態による移動体20の構成および動作を順次詳細に説明する。
 なお、本明細書においては、移動体20の対地速度および位置などを算出する情報処理装置としての機能を移動体20が包含する例を説明するが、情報処理装置としての機能は移動体20とは別個に設けられてもよい。この場合、移動体20において計測された慣性データを移動体20が情報処理装置に送信することにより、情報処理装置において移動体20の対地速度および位置などを算出することが可能となる。
 <2.移動体の構成>
 図2は、本開示の実施形態による移動体20の構成を示す説明図である。図2に示したように、本開示の実施形態による移動体20は、慣性センサ群224、GNSS信号処理部228、地球自転角速度算出部232、方位特定部236、対地角速度算出部240、回転半径算出部244、対地速度算出部248、座標変換部252、INS速度算出部256、位置算出部260および移動制御部264を備える。
 (慣性センサ群224)
 慣性センサ群224は、慣性データを計測する複数の慣性センサを有する。慣性センサとしては、例えば、移動体20の加速度を計測する加速度センサ、および、移動体20の角速度を計測する角速度センサなどが挙げられる。
 (GNSS信号処理部228)
 GNSS信号処理部228は、GPS衛星10からGNSS信号を受信し、GNSS信号を処理することにより移動体20の位置および向き(移動方向)などを算出する。
 (地球自転角速度算出部232)
 地球自転角速度算出部232は、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を算出する。例えば、地球自転角速度算出部232は、移動体20が静止している時点における角速度の計測に基づいて基準値となる地球自転角速度を取得し、移動体20の姿勢変化に応じて地球自転角速度を更新する。地球自転角速度算出部232は、例えば慣性センサ群224により検出される加速度に基づき推定される速度が閾値以下であることにより移動体20が静止していることを検出してもよい。以下、図3および図4を参照し、基準値となる地球自転角速度の取得についてより具体的に説明する。
 図3は、基準値となる地球自転角速度の具体例を示す説明図である。図3には、移動体20が静止している時点における角速度の計測結果である地球自転角速度ωerをセンサ座標系上で示している。地球自転角速度ωerのベクトル方向は北方向であり、地球自転角速度ωerの大きさは東京が位置する緯度上において12.2dph(degree per hour)である。計測される角速度にバイアスがない場合には、このように移動体20が静止している時点で計測された角速度を地球自転角速度ωerの基準値(初期値)として用いることが可能である。なお、図3においては、センサ座標系におけるX方向(ジャイロX)が移動体20の前方、すなわち、移動体20の向きである例を示している。
 計測される角速度にバイアスがある場合、地球自転角速度算出部232は、移動体20の姿勢が異なる複数の時点において計測された角速度および移動体20が位置する経度に基づき、計測される角速度のバイアスを推定し、計測された角速度から当該バイアスを除去することにより地球自転角速度ωerの基準値を取得してもよい。図4を参照し、当該バイアスの除去方法について説明する。
 図4は、角速度のバイアスの除去の具体例を示す説明図である。角速度センサが計測する角速度は、基本的には3軸方向の角速度である。計測される3軸方向の角速度には、3次元空間におけるバイアスが含まれ得る。最終的に算出される自転成分は、一定仰角(緯度)における平面上の任意の位置を中心とする円の円周上に存在する。そのため、移動体20が位置する緯度が分かれば、3次元空間ではなく2次元平面におけるバイアスの推定とすることができる。
 例えば、図4の左側には、ある緯度において計測された角速度30Aと角速度30BがXY平面上に示されている。なお、角速度30Aと角速度30Bは、移動体20が静止している状態でそれぞれ異なる姿勢において計測された角速度である。この2つの角速度が円周上に存在する円50の中心における角速度が、バイアス40となる。地球自転角速度算出部232は、地球自転角速度ωerと緯度θpに基づき、ωer×cosθpの演算により円50の半径を算出し、当該円50の半径に基づいて円50の中心を求めることができる。
 地球自転角速度算出部232は、バイアス40を算出後、角速度30からバイアス40を除去することで、地球自転角速度ωerを算出することができる。図4の右側に示す図は、例えば、角速度30Bからバイアス40を除去した状態を示している。
 なお、地球自転角速度算出部232は、一度推定したバイアスを使用し続けてもよいし、移動体20の移動中にバイアスを更新してもよい。移動体20の移動中においても、地球自転角速度算出部232は、移動体20の姿勢が異なる2つの時点において計測された角速度からバイアスの推定および更新を行うことが可能である。例えば、地球自転角速度算出部232は、特開2019-196976号公報に記載されているように、移動体20の姿勢が異なる2つの時点において計測された角速度の各々から、移動体の移動により生じる重力方向でのベクトル変化に対応する運動成分を減算し、減算後の角速度に対して図4を参照して説明した推定方法を適用することによりバイアスを推定および更新してもよい。
 (方位特定部236)
 方位特定部236は、地球自転角速度算出部232により取得された地球自転角速度ωerの基準値に基づき、地球自転角速度ωerのベクトル方向(北方向)に対する移動体20の向きの方位azimuthを特定する。さらに、方位特定部236は、移動体20が姿勢変化に追従するように方位azimuthを更新する。
 (対地角速度算出部240)
 対地角速度算出部240は、角速度センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球自転角速度算出部232により取得または算出された地球自転角速度ωerを減算して、移動体20の地面に対する角速度である対地角速度ωgndを算出する。例えば、対地角速度算出部240は、計測角速度から角速度のバイアスおよび移動体20の運動成分を除去することで観測自転角速度ωobsを算出し、観測自転角速度ωobsから地球自転角速度ωerを減算することで対地角速度ωgndを算出してもよい。
 ここで、移動体20の上記運動成分は、移動体20の移動により生じる重力方向でのベクトル変化に対応する角速度成分、すなわち、重力方向でのベクトル変化に対して感度を有する角速度成分である。対地角速度算出部240は、例えば特開2019-196976号公報に記載されているように、慣性センサ群224から得られる慣性データに基づき当該運動成分を算出することが可能である。
 図5は、対地角速度ωgndの算出例を示す説明図である。図5に示したように、対地角速度算出部240は、ωgnd(t)=ωobs(t)-ωer(t)の演算により、対地角速度ωgndを算出する。ここで、観測自転角速度ωobsは重力方向の運動成分が除去されているので平面成分のみを有する。このため、対地角速度ωgndもXY平面上での角速度として算出される。
 (回転半径算出部244)
 回転半径算出部244は、方位特定部236により特定された方位azimuth、移動体20が位置する緯度(lat)、および地球半径Rearthに基づいて、移動体20の移動に係る回転半径Rを算出する。
 地球半径Rearthは、地点によって異なり、6356~6377kmの範囲内の値となる。回転半径算出部244は、緯度経度と回転半径Rが対応付けられたデータベースを参照して地球半径Rearthを一意的に決定してもよい。なお、詳細については後述するように、地球半径Rearthの決定のために求められる移動体20の緯度経度の精度は低い。このため、移動体20がビル街などのGNSS信号の受信品質が低い場所にあってもGNSS信号処理部228から得られる緯度経度を地球半径Rearthの決定に用いることが可能である。その他、WiFi電波の受信、またはセルラー基地局との通信に基づいて得られる緯度経度が地球半径Rearthの決定に用いられてもよい。さらに、地球半径Rearthに最大10km程度の誤差があることが許容される場合には、回転半径算出部244は地球半径Rearthを固定値(例えば、6366km)に決定してもよい。
 回転半径算出部244は、移動体20の位置から移動体20が方位azimuthに向かって移動することにより描かれる円の半径を回転半径Rとして算出する。具体的には、回転半径算出部244は、以下の数式に従って回転半径Rを算出する。
 
 回転半径R=Rearth(lat,lon)x(1‐|sin(lat)|x(1‐cos(2*azimuth))/2)
 図6~図8は、上記数式によって算出される回転半径Rを示す説明図である。具体的には、図6は移動体20の位置が赤道上(lat=0)である場合に算出される方位azimuthごとの回転半径Rを示し、図7は緯度が30度である場合に算出される方位azimuthごとの回転半径Rを示し、図8は移動体20が極付近(lat≒±90度)に位置する場合に算出される方位azimuthごとの回転半径Rを示している。
 図6に示したように、移動体20が赤道上に位置する場合には、移動体20の方位azimuthによらず、回転半径Rとして地球半径Rearthが算出される。なお、図6~図8において、地球を模した球に付した実線の円は方位azimuthが±90度(すなわち、東西向き)である場合の移動経路を示し、破線の円は方位azimuthが0度または180度(すなわち、北南向き)である場合の移動経路を示している。
 図7に示したように、緯度が30度である場合には、方位azimuthが0度または180度(すなわち、北南向き)である場合に回転半径Rが最大となり、方位azimuthが±90度(すなわち、東西向き)である場合に回転半径Rが最小となる。
 図8に示したように、移動体20が極付近(lat≒±90度)に位置する場合にも、方位azimuthが0度または180度(すなわち、北南向き)である場合に回転半径Rが最大となり、方位azimuthが±90度(すなわち、東西向き)である場合に回転半径Rが最小となる。特に、方位azimuthが±90度(すなわち、東西向き)である場合には回転半径Rがほぼ0となる。
 (対地速度算出部248)
 対地速度算出部248は、対地角速度算出部240により算出された対地角速度ωgnd、および回転半径算出部244により算出された回転半径Rに基づき、移動体20の地面に対する速度である対地速度Vgndを算出する。具体的には、対地速度算出部248は、以下に示す数式により対地速度Vgndを算出してもよい。
 
 対地速度Vgnd=R×ωgnd
 (座標変換部252)
 座標変換部252は、対地速度算出部248により算出された対地速度Vgndを、センサ座標系での値からグローバル座標系での値に座標変換する。当該座標変換について、図9を参照して具体的に説明する。
 図9は、対地速度Vgndのグローバル座標系への座標変換例を示す説明図である。図9の左図に示したように、センサ座標系において、対地角速度ωgndが時計回りに90度回転した向きが対地速度Vgndの向きである。座標変換部252は、図9の右図に示したように、地球自転角速度ωerのベクトル方向がセンサ座標系での移動体20の向き(図9の例では、X方向)に一致するように対地速度Vgndを回転させることにより、グローバル座標系での対地速度Vgndを得ることが可能である。
 (INS速度算出部256)
 INS速度算出部256は、慣性センサ群224により計測された移動体20の加速度を積分することにより、移動体20の移動速度を算出する。例えば、INS速度算出部256は、推定される高度方向である推定高度方向上での移動体20の加速度を積分することにより、移動体20の高度方向速度を算出する高度方向算出部としての機能を有する。
 (位置算出部260)
 位置算出部260は、座標変換部252により得られたグローバル座標系での対地速度Vgnd、およびINS速度算出部256により算出された高度方向速度に基づき、移動体20の三次元位置を算出する。具体的には、位置算出部260は、対地速度Vgndを積分することにより移動体20の水平面上での位置を算出し、高度方向速度を積分することにより移動体20の高度方向上での位置を算出してもよい。なお、位置算出部260は、INS速度算出部256により算出された高度方向速度に代えて、気圧センサにより計測される気圧に基づいて移動体20の高度方向上での位置を算出することも可能である。
 (移動制御部264)
 移動制御部264は、位置算出部260により算出された移動体20の位置に基づき、移動体20の移動を制御する。例えば、移動制御部264は、移動体20の位置および移動体20の目標位置に基づき、移動体20が目標位置に到達できるように移動体20の移動ための駆動力の生成を制御する。なお、移動制御部264は位置算出部260により算出された移動体20の位置を利用する機能の一例であり、位置算出部260により算出された移動体20の位置を利用する他の機能が実装されてもよい。例えば、移動体20とは別個に情報処理装置が設けられる場合、当該情報処理装置に、移動体20の位置および対地速度Vgndなどを表示部に表示させる表示制御部が実装されてもよい。
 <3.移動体の動作>
 以上、本開示の実施形態による移動体20の構成を説明した。続いて、図10を参照し、本開示の実施形態による移動体20の動作を整理する。
 図10は、本開示の実施形態による移動体20の動作を示すフローチャートである。図10に示したように、まず、移動体20の慣性センサ群224が移動体20の加速度および角速度を計測する(S310)。当該S310を含むS310~S360までの処理は、加速度および角速度の1サンプルの計測ごとに繰り返されてもよいし、加速度および角速度の複数サンプルの計測ごとに繰り返されてもよい。
 続いて、GNSS信号処理部228がGNSS信号を処理することにより移動体20の緯度経度を取得する(S320)。他の方法として、WiFi電波の受信、またはセルラー基地局との通信に基づいて緯度経度を取得することも可能である。
 そして、地球自転角速度算出部232が地球自転角速度ωerを算出する(S330)。移動体20が静止している場合には、地球自転角速度算出部232は慣性センサ群224により計測された角速度を地球自転角速度ωerの基準値として取得し、移動体20の姿勢が変化している場合には移動体20の姿勢変化に応じて地球自転角速度ωerを更新する。
 続いて、対地角速度算出部240が、慣性センサ群224により計測された計測角速度から観測自転角速度ωobsを算出する(S340)。具体的には、対地角速度算出部240は、計測角速度から角速度のバイアスおよび移動体20の運動成分を除去することで観測自転角速度ωobsを算出する。
 その後、対地角速度算出部240が、観測自転角速度ωobsから地球自転角速度ωerを減算することで対地角速度ωgndを算出する(S350)。
 さらに、回転半径算出部244が移動体20の移動に係る回転半径Rを算出し、対地速度算出部248が、244により算出された回転半径Rおよび対地角速度算出部240により算出された対地角速度ωgndに基づき、移動体20の地面に対する速度である対地速度Vgndを算出する(S360)。そして、S310からの処理が繰り返される。
 <4.作用効果>
 以上説明した本開示の実施形態によれば、多様な作用効果が得られる。例えば、本開示の実施形態では、移動体20の地球自転角速度算出部232が対地角速度ωgndを算出し、対地角速度ωgndと移動体20の移動にかかる回転半径Rを乗算することにより、対地速度Vgndを算出することができる。したがって、本開示の実施形態では、慣性航法または特定の運動モデルに特化したアルゴリズムを使用する方法などの移動体20の速度を算出する他の方法で高精度に速度を算出できる状況の制約を受けずに、対地速度Vgndを算出することが可能である。すなわち、本開示の実施形態によれば、適用の自由度がより高い対地速度Vgndの算出方法を提供することが可能である。
 また、本開示の実施形態では、地球自転角速度算出部232は、移動体20が静止している時点における角速度の計測に基づいて基準値となる地球自転角速度ωerを取得する。さらに、地球自転角速度算出部232は、移動体20の姿勢が異なる複数の時点において計測された角速度および移動体20が位置する経度に基づき、計測される角速度のバイアスを推定し、計測された角速度から当該バイアスを除去することにより地球自転角速度ωerの基準値を取得することもできる。従って、地球自転角速度算出部232は、より正確な地球自転角速度ωerの基準値を取得することが可能である。
 また、本開示の実施形態では、対地角速度算出部240は、慣性センサ群224により計測された角速度である計測角速度から、地球自転角速度ωerに加え、角速度のバイアス、および移動体20の移動により生じる重力方向でのベクトル変化に対応する運動成分を減算することにより対地角速度ωgndを算出する。従って、対地角速度ωgndの算出精度を向上することが可能である。
 また、本開示の実施形態では、回転半径算出部244が、移動体20の移動に係る回転半径Rを算出するために、移動体20が位置する緯度および経度に応じた地球半径Rearthを特定する。かかる構成によれば、移動体20の移動に係る回転半径Rをより正確に算出することが可能である。
 また、本開示の実施形態では、座標変換部252が対地速度Vgndを、センサ座標系での値からグローバル座標系での値に座標変換する。移動体20の対地速度Vgndがグローバル座標系で表現されることにより、対地速度Vgndを多様な用途に使用することが可能となる。
 また、本開示の実施形態では、INS速度算出部256が移動体20の高度方向速度を算出する。従って、対地速度算出部248により算出される対地速度VgndとINS速度算出部256により算出される高度方向速度を組み合わせることにより、移動体20の三次元的な移動を捉えることが可能となる。
 ここで、地球半径Rearthの決定のために求められる移動体20の緯度経度の精度は低いことについて補足する。各地点における地球半径Rearthを示すヒートマップによれば、高低の変化が急峻な場所でも、100km~1000kmの水平方向上での変化に対して、高度の変化は最大で10km程度である。当該10kmの誤差が地球半径Rearthに含まれる場合の対地速度Vgndの誤差は、0.2%(10km/6356km)である。従って、GNSS信号などの受信環境が劣悪であっても地球半径Rearthの決定のために求められる移動体20の緯度経度の精度は十分に満たされると考えられる。
 なお、移動体が1m/sの対地速度Vgndで移動する場合、回転半径Rを6,356,000mとすると、対地角速度ωgndは、1/6,356,000の演算により、0.03dphとなる。0.03dphの対地角速度ωgndをセンシングするために1/10の分解能が望まれる場合、角速度センサへの要求性能(分解能)は、0.003dphである。一方、移動体が1m/sの対地速度Vgndで移動する場合、角速度センサへの要求性能は0.03dphである。このように、本開示の実施形態では、移動体20の移動速度が速いほど、角速度センサへの要求性能が下がるので、本開示の実施形態をより容易に実現することが可能である。
 <5.応用例>
 以上、本開示の実施形態を説明した。以下では、本開示の実施形態の応用例を説明する。
 応用例による移動体20は、移動体20の水平方向速度(対地速度)として、INS速度算出部256により算出されたINS由来の移動体20の速度と対地速度Vgndを併用してもよい。ただし、INSの誤差発散は速いので、INSの誤差発散を補正することが望まれる。
 INSの誤差発散を補正する技術として、GNSS信号の搬送波速度の観測結果を用いてINSの誤差発散を補正する技術が考えられる。具体的には、GNSS信号の搬送波速度の観測結果は、ドップラー効果により移動体の移動速度に応じた速度となるので、搬送波速度の観測結果から移動体の移動速度を算出することが可能である。この移動速度を拘束条件にすることでINSの誤差発散を補正し得る。
 応用例による移動体20のINS速度算出部256は、上記技術におけるGNSS信号の搬送波速度の観測結果を、本開示の実施形態で説明した対地速度Vgndに置き換えることで、INSの誤差発散を補正してもよい。例えば、INS速度算出部256は、対地速度Vgndを拘束条件として用い、対地速度VgndとINSから算出された水平方向速度の差分に基づいて、水平方向速度の算出の前提となった推定高度方向(重力方向)を補正してもよい。結果、水平方向の加速度成分と高度方向の加速度成分をより正確に分離することが可能になるので、INSによる水平方向速度の算出精度を向上すること、さらには、高度方向速度の算出精度を向上することが可能である。対地速度Vgndは、INS速度算出部256がINSから水平方向速度を算出するための初期速度としても用いられ得る。
 ここで、対地速度Vgndが得られる周期は、INSから水平方向速度の算出結果が得られる周期より長くなることが想定される。このため、移動体20は、対地速度Vgndが得られない間は、INSから算出された速度を補間的に用いてもよい。また、角速度の分解能(S/N)を向上するためにマルチジャイロ合成などのS/Nが高いジャイロを用いてもよく、この場合、INSの誤差発散を遅くすること、および、対地速度Vgndを用いた補正収束を速くすること、などが可能である。
 <6.ユースケース>
 以上、本開示の実施形態および応用例を説明した。続いて、本開示の実施形態の幾つかのユースケースを例示する。
 (第1のユースケース)
 図11は、本開示の実施形態の第1のユースケースを示す説明図である。図11に示したように、移動体20が浮上する前の移動体20が静止している間に、地球自転角速度算出部232が地球自転角速度ωerを算出する。その後、図11に示したように、移動体20がGNSS信号の受信品質が劣化するビル街に移動すると、本開示の技術により対地速度算出部248が対地速度Vgndを算出する。移動体20の一例として示した無人航空機は運動モデルから速度推定することが難しいが、本開示の実施形態によれば移動体20の角速度から対地速度Vgndを直接的に算出することが可能である。また、対地速度算出部248による対地速度Vgndの算出では、INSよりも誤差発散が遅いという利点もある。
 (第2のユースケース)
 図12は、本開示の実施形態の第2のユースケースを示す説明図である。図12の左図に示した状態では、ユーザUおよび移動体20がユーザUの自宅内に位置しており、ユーザUおよび移動体20は静止している。移動体20の地球自転角速度算出部232は、移動体20が静止している間に地球自転角速度ωerを算出する。その後、図12の中図に示したようにユーザUが移動を開始すると、移動体20はユーザUに追従して移動する。
 移動体20は、ユーザUの移動を多様な方法で検出し得る。例えば、ユーザUは情報端末を携帯しており、移動体20は、情報端末との通信に基づいてユーザUの移動を検出してもよい。より具体的には、情報端末は、GNSS信号の処理またはIMUによるPDRなどに基づいて情報端末の位置を算出し、当該位置を示す情報を移動体20に送信してもよい。この場合、移動体20は、情報端末から受信される情報が示す位置の変化によりユーザUの移動を検出することが可能である。または、情報端末と移動体20とのWiFi接続またはBluetooth(登録商標)接続が切断したことに基づいてユーザUの移動を検出してもよい。
 そして、図12の右図に示したようにユーザUがビル街などを移動している間、移動体20は対地速度Vgndを算出し、対地速度Vgndに基づいて移動体20の位置を推定する。なお、移動体20に搭載されているIMU(慣性センサ群224)は、対地速度Vgndの算出のために、ユーザUが携帯する情報端末が有するIMUよりも高精度であることが望ましい。
 (第3のユースケース)
 図13は、本開示の実施形態の第3のユースケースを示す説明図である。第3のユースケースでは、移動体20がユーザUと別ルートを移動した後に、ユーザUに合流する。まず、移動体20がユーザUに追従している間は、移動体20により算出される高精度な移動体20の対地速度Vgndおよび位置をユーザUの移動速度および位置として用いることが可能である。
 その後、図13に示したように、例えば移動体20がお店に買い物に行き、ユーザUは待機または別ルートを移動する場合、ユーザUの位置として情報端末はPDRにより算出された位置を用いる。移動体20とユーザUが離れている間も、移動体20とユーザUが携帯する情報端末は互いの位置を送信し合うことにより共有する。
 そして、移動体20とユーザUが合流する際には、移動体20が情報端末から送信されるユーザUの位置に近づくように移動する。移動体20がユーザUに合流した後は、情報端末は、移動体20により算出される高精度な移動体20の対地速度Vgndおよび位置をユーザUの移動速度および位置として再び用いる。
 (第4のユースケース)
 図14は、本開示の実施形態の第4のユースケースを示す説明図である。第4のユースケースでは、倉庫内での荷物の運搬に移動体20が用いられる。図14の左図に示したように、倉庫内には、飛行する移動体20A、および床面を自走する移動体20Bが配置されている。移動体20Aは高い位置にある荷物を取って運ぶために用いられ、移動体20Bは多くの荷物を集荷位置まで運搬するために用いられる。移動体20Aおよび移動体20Bは、本開示の技術により対地速度Vgndおよび位置を算出しており、互いの位置を通信により共有している。なお、各移動体20の位置を集中的に管理するサーバが設けられてもよい。
 移動体20Aが目的の荷物位置に到達して荷物62を取ると、図14の右図に示したように、移動体20Bが移動体20Aの近くに移動して、また、移動体20Aも移動体20Bに接近し、移動体20Bが移動体20Aから荷物62を受け取る。なお、移動体20Aと移動体20Bがある程度接近した後は、移動体20Aおよび移動体20Bは、移動体20Aおよび移動体20Bに搭載されている撮像装置または近接センサなどを用いて、荷物62の受け渡しのために位置を微調整してもよい。
 (第5のユースケース)
 図15は、本開示の実施形態の第5のユースケースを示す説明図である。移動体20の浮上前の静止時間が地球自転角速度ωerの算出に十分でない場合も起こり得る。このような場合、図15の左図に示したように磁気環境の良い場所を移動体20が移動している間に、移動体20は地磁気センサにより地磁気方位を取得してもよい。
 ここで、図3に示したように、緯度が既知であれば移動体20の方位と地球自転角速度ωerは相互に変換可能である。このため、移動体20の地球自転角速度算出部232は、地磁気方位および緯度に基づいて地球自転角速度ωerを算出してもよい。その後、図15の左図に示したように移動体20がビル街などを移動する間、地球自転角速度算出部232が、地磁気方位および緯度に基づいて算出した地球自転角速度ωerを移動体20の姿勢変化に応じて更新し、対地速度算出部248が更新された地球自転角速度ωerを用いることで対地速度Vgndを算出することが可能である。このように、地磁気センサを用いることで、地球自転角速度ωerの算出のために静止時間が確保されなくてもよくなるので、利便性が向上する。
 (第6のユースケース)
 図16は、本開示の実施形態の第6のユースケースを示す説明図である。GNSS信号の処理によりグローバル座標系における移動体20の加減速の方向が推定される。また、慣性センサ群224により、センサ座標系における移動体20の加減速の方向が計測される。地球自転角速度算出部232は、これらグローバル座標系における移動体20の加減速の方向と、センサ座標系における移動体20の加減速の方向との関係に基づき、センサ座標系における北方向、移動体20の絶対方位、および地球自転角速度ωerを算出してもよい。
 例えば、図16の左図に示したように、GNSS信号が良好な品質で得られる環境では地球自転角速度算出部232が上述したように地球自転角速度ωerを算出し、対地速度算出部248が当該地球自転角速度ωerを用いて対地速度Vgndを算出する。そして、図16の右図に示したように移動体20がビル街などに移動すると、地球自転角速度算出部232は地球自転角速度ωerを移動体20の姿勢変化に応じて更新し、対地速度算出部248は更新された地球自転角速度ωerを用いて対地速度Vgndを算出する。さらに、移動体20が図16の左図に示したようにGNSS信号が良好な品質で得られる環境に戻ると、対地速度算出部248は、GNSS信号を処理して得られる移動体20の移動速度で対地速度Vgndを補正してもよい。
 (第7のユースケース)
 図17は、本開示の実施形態の第7のユースケースを示す説明図である。図17においては、移動体20として、地面を移動するロボットを示している。図17の左図に示した状態では、ユーザUおよび移動体20がユーザUの自宅内に位置しており、ユーザUおよび移動体20は静止している。移動体20の地球自転角速度算出部232は、静止している間に地球自転角速度ωerを算出する。
 そして、図17の中図に示したようにユーザUが移動を開始すると、移動体20はユーザUに追従して移動する。移動体20が移動している間、移動体20は移動体20の対地速度Vgndを算出する。移動体20が地面を移動するロボットである場合には、移動体20が無人飛行機である場合と異なり、移動体20が常に設置しており、かつ、ユーザUの静止に伴ってしばしば静止する。例えば、図17の右図に示したようにユーザUが赤信号で停止すると、移動体20もユーザUの停止に伴って静止する。このため、移動体20の地球自転角速度算出部232は、移動体20が静止した際に地球自転角速度ωerを再取得することにより、対地速度Vgndの精度の低下を緩和することが可能である。
 <7.ハードウェア構成>
 以上、本開示の実施形態を説明した。上述した地球自転角速度ωerの算出および対地速度Vgndの算出などの情報処理は、ソフトウェアと、以下に説明する移動体20のハードウェアとの協働により実現される。
 図18は、移動体20のハードウェア構成を示した説明図である。図18に示したように、移動体20は、CPU(Central Processing Unit)201と、ROM(Read Only Memory)202と、RAM(Random Access Memory)203と、入力装置208と、出力装置210と、ストレージ装置211と、駆動装置212と、撮像装置213と、通信装置215とを備える。
 CPU201は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って移動体20内の動作全般を制御する。また、CPU201は、マイクロプロセッサであってもよい。ROM202は、CPU201が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM203は、CPU201の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはCPUバスなどから構成されるホストバスにより相互に接続されている。これらCPU201、ROM202およびRAM203などのハードウェアとソフトウェアとの協働により、上述した地球自転角速度算出部232、方位特定部236、対地角速度算出部240、回転半径算出部244、対地速度算出部248、座標変換部252、INS速度算出部256、位置算出部260および移動制御部264などの機能が実現され得る。
 入力装置208は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチおよびレバーなどユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、CPU201に出力する入力制御回路などから構成されている。移動体20のユーザは、該入力装置208を操作することにより、移動体20に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
 出力装置210は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)装置、OLED(Organic Light Emitting Diode)装置およびランプなどの表示装置を含む。さらに、出力装置210は、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置を含む。例えば、表示装置は、撮像された画像や生成された画像などを表示する。一方、音声出力装置は、音声データ等を音声に変換して出力する。
 ストレージ装置211は、本実施形態にかかる移動体20の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置211は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。このストレージ装置211は、CPU201が実行するプログラムや各種データを格納する。
 駆動装置212は、駆動力を生成する装置である。駆動装置212により生成された駆動力は、プロペラまたはタイヤなどの移動機構により、移動体20が移動するための推進力に変換される。
 撮像装置213は、光を集光する撮影レンズおよびズームレンズなどの撮像光学系、およびCCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの信号変換素子を備える。撮像光学系は、被写体から発せられる光を集光して信号変換部に被写体像を形成し、信号変換素子は、形成された被写体像を電気的な画像信号に変換する。
 通信装置215は、例えば、ネットワーク12に接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。また、通信装置215は、無線LAN(Local Area Network)対応通信装置であっても、LTE(Long Term Evolution)対応通信装置であっても、有線による通信を行うワイヤー通信装置であってもよい。
 なお、ネットワーク12は、ネットワーク12に接続されている装置から送信される情報の有線、または無線の伝送路である。例えば、ネットワーク12は、インターネット、電話回線網、衛星通信網などの公衆回線網や、Ethernet(登録商標)を含む各種のLAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)などを含んでもよい。また、ネットワーク12は、IP-VPN(Internet Protocol-Virtual Private Network)などの専用回線網を含んでもよい。
 <8.補足>
 以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
 例えば、本明細書の移動体20の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、移動体20の処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
 また、移動体20に内蔵されるCPU、ROMおよびRAMなどのハードウェアに、上述した移動体20の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
 また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
 なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
 (1)
 移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出する対地角速度算出部と、
 前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出する対地速度算出部と、
を備える、情報処理装置。
(2)
 前記情報処理装置は、前記移動体の姿勢変化に応じて角速度の基準値を更新することで前記地球自転角速度を算出する地球自転角速度算出部をさらに備える、前記(1)に記載の情報処理装置。
(3)
 前記地球自転角速度算出部は、前記移動体が静止している時点における角速度の計測に基づいて前記基準値を取得する、前記(2)に記載の情報処理装置。
(4)
 前記地球自転角速度算出部は、前記移動体の姿勢が異なる複数の時点において計測された角速度、および前記移動体が位置する緯度に基づき、前記慣性センサのバイアスを推定し、計測された角速度から前記バイアスを除去することで前記基準値を取得する、前記(2)に記載の情報処理装置。
(5)
 前記対地角速度算出部は、前記計測角速度から、さらに前記バイアスを減算することにより前記対地角速度を算出する、前記(4)に記載の情報処理装置。
(6)
 前記対地角速度算出部は、前記計測角速度から、さらに前記移動体の移動により生じる重力方向でのベクトル変化に対応する運動成分を減算することにより前記対地角速度を算出する、前記(1)~(5)までのいずれか一項に記載の情報処理装置。
(7)
 前記情報処理装置は、地磁気センサにより計測される地磁気方位に基づき前記地球自転角速度を算出する地球自転角速度算出部をさらに備える、前記(1)に記載の情報処理装置。
(8)
 前記情報処理装置は、前記移動体が受信したGNSS信号から推定された前記移動体のグローバル座標系における加減速の方向と、前記慣性センサにより計測されたセンサ座標系における前記移動体の加減速の方向との関係に基づき、前記地球自転角速度を算出する地球自転角速度算出部をさらに備える、前記(1)に記載の情報処理装置。
(9)
 前記情報処理装置は、前記地球自転角速度のベクトル方向に対する前記移動体の向きの方位を特定する方位特定部をさらに備える、前記(1)~(8)までのいずれか一項に記載の情報処理装置。
(10)
 前記情報処理装置は、前記方位特定部により特定された方位、前記移動体が位置する緯度、および地球半径に基づいて前記回転半径を算出する回転半径算出部をさらに備える、前記(9)に記載の情報処理装置。
(11)
 前記回転半径算出部は、前記地球半径として、前記移動体が位置する緯度および経度に応じた半径を用いる、前記(10)に記載の情報処理装置。
(12)
 前記情報処理装置は、前記地球自転角速度のベクトル方向がセンサ座標系での前記移動体の向きに一致するように前記対地速度を回転させることにより、前記対地速度をグローバル座標系に変換する座標変換部をさらに備える、前記(1)~(11)までのいずれか一項に記載の情報処理装置。
(13)
 前記情報処理装置は、前記慣性センサにより計測された前記移動体の加速度および推定される高度方向である推定高度方向に基づき前記移動体の高度方向速度を算出する高度方向速度算出部をさらに備える、前記(1)~(12)までのいずれか一項に記載の情報処理装置。
(14)
 前記高度方向速度算出部は、前記対地速度を拘束条件として用いて前記推定高度方向を補正する、前記(13)に記載の情報処理装置。
(15)
 移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出することと、
 前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出することと、
を含む、情報処理方法。
(16)
 コンピュータを、
 移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出する対地角速度算出部と、
 前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出する対地速度算出部と、
として機能させるための、プログラム。
 20 移動体
 224 慣性センサ群
 228 GNSS信号処理部
 232 地球自転角速度算出部
 236 方位特定部
 240 対地角速度算出部
 244 回転半径算出部
 248 対地速度算出部
 252 座標変換部
 256 INS速度算出部
 260 位置算出部
 264 移動制御部
 

Claims (16)

  1.  移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出する対地角速度算出部と、
     前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出する対地速度算出部と、
    を備える、情報処理装置。
  2.  前記情報処理装置は、前記移動体の姿勢変化に応じて角速度の基準値を更新することで前記地球自転角速度を算出する地球自転角速度算出部をさらに備える、請求項1に記載の情報処理装置。
  3.  前記地球自転角速度算出部は、前記移動体が静止している時点における角速度の計測に基づいて前記基準値を取得する、請求項2に記載の情報処理装置。
  4.  前記地球自転角速度算出部は、前記移動体の姿勢が異なる複数の時点において計測された角速度、および前記移動体が位置する緯度に基づき、前記慣性センサのバイアスを推定し、計測された角速度から前記バイアスを除去することで前記基準値を取得する、請求項2に記載の情報処理装置。
  5.  前記対地角速度算出部は、前記計測角速度から、さらに前記バイアスを減算することにより前記対地角速度を算出する、請求項4に記載の情報処理装置。
  6.  前記対地角速度算出部は、前記計測角速度から、さらに前記移動体の移動により生じる重力方向でのベクトル変化に対応する運動成分を減算することにより前記対地角速度を算出する、請求項1に記載の情報処理装置。
  7.  前記情報処理装置は、地磁気センサにより計測される地磁気方位に基づき前記地球自転角速度を算出する地球自転角速度算出部をさらに備える、請求項1に記載の情報処理装置。
  8.  前記情報処理装置は、前記移動体が受信したGNSS信号から推定された前記移動体のグローバル座標系における加減速の方向と、前記慣性センサにより計測されたセンサ座標系における前記移動体の加減速の方向との関係に基づき、前記地球自転角速度を算出する地球自転角速度算出部をさらに備える、請求項1に記載の情報処理装置。
  9.  前記情報処理装置は、前記地球自転角速度のベクトル方向に対する前記移動体の向きの方位を特定する方位特定部をさらに備える、請求項1に記載の情報処理装置。
  10.  前記情報処理装置は、前記方位特定部により特定された方位、前記移動体が位置する緯度、および地球半径に基づいて前記回転半径を算出する回転半径算出部をさらに備える、請求項9に記載の情報処理装置。
  11.  前記回転半径算出部は、前記地球半径として、前記移動体が位置する緯度および経度に応じた半径を用いる、請求項10に記載の情報処理装置。
  12.  前記情報処理装置は、前記地球自転角速度のベクトル方向がセンサ座標系での前記移動体の向きに一致するように前記対地速度を回転させることにより、前記対地速度をグローバル座標系に変換する座標変換部をさらに備える、請求項1に記載の情報処理装置。
  13.  前記情報処理装置は、前記慣性センサにより計測された前記移動体の加速度および推定される高度方向である推定高度方向に基づき前記移動体の高度方向速度を算出する高度方向速度算出部をさらに備える、請求項1に記載の情報処理装置。
  14.  前記高度方向速度算出部は、前記対地速度を拘束条件として用いて前記推定高度方向を補正する、請求項13に記載の情報処理装置。
  15.  移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出することと、
     前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出することと、
    を含む、情報処理方法。
  16.  コンピュータを、
     移動体に設けられた慣性センサにより計測された角速度である計測角速度から、地球の自転により生じる角速度である地球自転角速度を減算して、前記移動体の地面に対する角速度である対地角速度を算出する対地角速度算出部と、
     前記対地角速度および前記移動体の移動に係る回転半径に基づき、前記移動体の前記地面に対する速度である対地速度を算出する対地速度算出部と、
    として機能させるための、プログラム。
PCT/JP2021/020166 2020-07-20 2021-05-27 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム WO2022018964A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/005,190 US20230266483A1 (en) 2020-07-20 2021-05-27 Information processing device, information processing method, and program

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-123570 2020-07-20
JP2020123570 2020-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022018964A1 true WO2022018964A1 (ja) 2022-01-27

Family

ID=79728639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/020166 WO2022018964A1 (ja) 2020-07-20 2021-05-27 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230266483A1 (ja)
WO (1) WO2022018964A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2588579A (en) * 2019-10-09 2021-05-05 Airbus Operations Ltd Speed determination system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007004799A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Samsung Electronics Co Ltd 3次元グラフィックディスプレイ装置、3次元グラフィックディスプレイ方法、3次元グラフィックディスプレイプログラム及び3次元グラフィックディスプレイプログラムを記録した記録媒体
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
JP2015179002A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 セイコーエプソン株式会社 姿勢推定方法、姿勢推定装置及びプログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007004799A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Samsung Electronics Co Ltd 3次元グラフィックディスプレイ装置、3次元グラフィックディスプレイ方法、3次元グラフィックディスプレイプログラム及び3次元グラフィックディスプレイプログラムを記録した記録媒体
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
JP2015179002A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 セイコーエプソン株式会社 姿勢推定方法、姿勢推定装置及びプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
US20230266483A1 (en) 2023-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110243358B (zh) 多源融合的无人车室内外定位方法及系统
CN108375370B (zh) 一种面向智能巡防无人机的复合导航系统
CN111156998B (zh) 一种基于rgb-d相机与imu信息融合的移动机器人定位方法
TW201829978A (zh) 於視覺慣性量距中使用全球定位系統速度之系統及方法
CN112362051B (zh) 一种基于信息融合的移动机器人导航定位系统
CN106767752B (zh) 一种基于偏振信息的组合导航方法
JP2022019642A (ja) マルチセンサ融合に基づく測位方法及び装置
US10322819B2 (en) Autonomous system for taking moving images from a drone, with target tracking and improved target location
JP6380936B2 (ja) 移動体及びシステム
JP2017151108A (ja) マルチパス平滑化のための方法およびシステム
US11774547B2 (en) Self-positioning method, self-positioning system and tracking beacon unit
CN113807470B (zh) 一种车辆行驶状态确定方法和相关装置
CN106052672B (zh) 一种记录、呈现动物运动轨迹的装置、系统及方法
CN113295174B (zh) 一种车道级定位的方法、相关装置、设备以及存储介质
US11408735B2 (en) Positioning system and positioning method
CN116086448B (zh) 基于uwb、imu、gnss融合的无人设备多场景无缝定位方法
JP6934116B1 (ja) 航空機の飛行制御を行う制御装置、及び制御方法
WO2022018964A1 (ja) 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム
JP2017040503A (ja) 位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラム
TWI591365B (zh) 旋翼飛行器的定位方法
US20210116242A1 (en) Information processing apparatus, information processing method, and program
CN114894180A (zh) 基于相对导航信息的多源融合导航方法及系统
CN114812554A (zh) 基于滤波的多源融合机器人室内绝对定位方法
CN113325454B (zh) 一种基于ArduRover无人车的组合定位方法
CN115574816B (zh) 仿生视觉多源信息智能感知无人平台

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21847041

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21847041

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP