(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出方法であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定することと、
前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果を観測量とするカルマンフィルター処理を含む前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出することと、
を含み、
前記影響度合には、前記カルマンフィルター処理に用いる誤差パラメーター値が含まれており、
前記第１の度合に設定することは、前記誤差パラメーター値を第１のパラメーター値に設定することを含み、
前記第２の度合に設定することは、前記誤差パラメーター値を前記第１のパラメーター値よりも大きい第２のパラメーター値に設定することを含み、
前記位置を算出することは、前記第１の計測結果及び前記誤差パラメーター値を用いて前記カルマンフィルター処理を実行することを含む、
位置算出方法。
【請求項２】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出方法であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定することと、
前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出することと、
を含み、
前記影響度合を設定することは、位置算出を開始してからの経過時間又は位置算出回数が、前記位置算出の結果の精度が安定するための時間的条件として定められた精度安定条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定することを含む、
位置算出方法。
【請求項３】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出方法であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定することと、
位置算出の開始時に、前記第１の計測結果から求められた位置を以降の位置算出の基準位置とし、前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出することと、
を含み、
前記影響度合を設定することは、位置算出の開始時の前記第１の計測結果が所定の精度良好条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定することを含む、
位置算出方法。
【請求項４】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出方法であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定することと、
前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出することと、
を含み、
前記影響度合を設定することは、前記カップリング処理の結果が所定の精度良好条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定することを含む、
位置算出方法。
【請求項５】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定する影響度合設定部と、
前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果を観測量とするカルマンフィルター処理を含む前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出するカップリング処理部と、
を備え、
前記影響度合には、前記カルマンフィルター処理に用いる誤差パラメーター値が含まれており、
前記影響度合設定部は、前記第１の度合に設定することとして、前記誤差パラメーター値を第１のパラメーター値に設定することを含み、前記第２の度合に設定することとして、前記誤差パラメーター値を前記第１のパラメーター値よりも大きい第２のパラメーター値に設定することを含み、
前記カップリング処理部は、前記第１の計測結果及び前記誤差パラメーター値を用いて前記カルマンフィルター処理を実行する、
位置算出装置。
【請求項６】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定する影響度合設定部と、
前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出するカップリング処理部と、
を備え、
前記影響度合設定部は、位置算出を開始してからの経過時間又は位置算出回数が、前記位置算出の結果の精度が安定するための時間的条件として定められた精度安定条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定する、
位置算出装置。
【請求項７】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定する影響度合設定部と、
位置算出の開始時に、前記第１の計測結果から求められた位置を以降の位置算出の基準位置とし、前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出するカップリング処理部と、
を備え、
前記影響度合設定部は、位置算出の開始時の前記第１の計測結果が所定の精度良好条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定する、
位置算出装置。
【請求項８】
移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定する影響度合設定部と、
前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出するカップリング処理部と、
を備え、
前記影響度合設定部は、前記カップリング処理の結果が所定の精度良好条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定する、
位置算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に備えられた衛星測位用ユニット及び慣性測位用ユニットの計測結果を用いた位置算出方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるシームレス測位やモーションセンシング、姿勢制御など様々な分野において、慣性センサーの活用が注目されている。慣性センサーとしては、加速度センサーやジャイロセンサー、圧力センサー、地磁気センサーなどが広く知られている。慣性センサーの検出結果を利用して慣性航法演算を行う慣性航法システム（以下、「ＩＮＳ（Inertial Navigation System）」と称する。）も考案されている。
【０００３】
ＩＮＳでは、慣性センサーの検出結果に含まれ得る種々の誤差成分に起因して位置算出の正確性が低下するという問題があり、位置算出の正確性を向上させるための様々な技術が考案されている。例えば、特許文献１には、ＩＮＳ演算結果を、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００１９９６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧＰＳを利用してＩＮＳ演算結果を補正する技術は、ＧＰＳ演算結果が正しいことを前提としている。特許文献１に開示された技術も同様である。しかし、ＧＰＳ演算結果は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度、受信環境、ＧＰＳ衛星の天空配置、マルチパスといった種々の要因により、演算結果の精度が低下する場合がある。このため、常にＧＰＳ演算結果を利用してＩＮＳ演算結果を補正することが、必ずしも位置算出の精度改善に繋がるとは限らなかった。
【０００６】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、移動体に備えられた衛星測位用ユニット及び慣性測位用ユニットの計測結果を併用して、移動体の位置をより正確に算出するための手法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第１の形態は、移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出方法であって、位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定することと、前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出することと、を含む位置算出方法である。
【０００８】
また、他の形態として、移動体に備えられた衛星測位用ユニットの第１の計測結果と、前記移動体に備えられた慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて、前記移動体の位置を算出する位置算出装置であって、位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、前記第１の計測結果の前記第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、前記条件が成立した後は、前記影響度合を前記第１の度合よりも低い第２の度合に設定する影響度合設定部と、前記影響度合に基づき、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とのカップリング処理を実行して前記移動体の位置を算出するカップリング処理部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
【０００９】
この第１の形態等によれば、位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、第１の計測結果の第２の計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定する。所与の条件が成立した後は、影響度合を第１の度合よりも低い第２の度合に設定する。つまり、所与の条件の成立前後で、慣性測位用ユニットの計測結果に対する衛星測位用ユニットの計測結果の影響度合を変更する。これにより、特に初期動作時における影響度合の適正化を実現することができる。適正化した影響度合に基づき第１の計測結果と第２の計測結果とのカップリング処理を実行することで、位置算出の正確性を向上させることができる。
【００１０】
また、第２の形態として、第１の形態の位置算出方法において、前記影響度合には、前記第１の計測結果を採用して前記カップリング処理を実行する実行頻度が含まれており、前記第１の度合に設定することは、前記実行頻度を第１の頻度に設定することを含み、前記第２の度合に設定することは、前記実行頻度を前記第１の頻度よりも低い第２の頻度に設定することを含み、前記位置を算出することは、前記実行頻度に従って前記第１の計測結果を採用した前記カップリング処理を実行することを含む、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１１】
この第２の形態によれば、所与の条件が成立するまでの間は、第１の計測結果を採用してカップリング処理を実行する実行頻度を第１の頻度に設定する。所与の条件が成立した後は、実行頻度を第１の頻度よりも低い第２の頻度に設定する。つまり、所与の条件が成立した後は、第１の計測結果をカップリング処理に採用する頻度を下げて、第１の計測結果の第２の計測結果に対する影響度合を低くする。これにより、衛星測位用ユニットの計測結果をカップリング処理に採用する頻度を適正化し、カップリング処理の実効性を高めることができる。
【００１２】
また、第３の形態として、第１の形態の位置算出方法において、前記カップリング処理は、前記第１の計測結果を観測量とするカルマンフィルター処理を含み、前記影響度合には、前記カルマンフィルター処理に用いる誤差パラメーター値が含まれており、前記第１の度合に設定することは、前記誤差パラメーター値を第１のパラメーター値に設定することを含み、前記第２の度合に設定することは、前記誤差パラメーター値を前記第１のパラメーター値よりも大きい第２のパラメーター値に設定することを含み、前記位置を算出することは、前記第１の計測結果及び前記誤差パラメーター値を用いて前記カルマンフィルター処理を実行することを含む、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１３】
この第３の形態によれば、所与の条件が成立するまでの間は、カルマンフィルター処理に用いる誤差パラメーター値を第１のパラメーター値に設定する。所与の条件が成立した後は、誤差パラメーター値を第１のパラメーター値よりも大きい第２のパラメーター値に設定する。誤差パラメーター値は、例えば、カルマンフィルター処理において第１の計測結果を重視する程度を決定付ける値である。誤差パラメーター値を大きく設定することは、第１の計測結果の第２の計測結果に対する影響度合を下げることに相当する。誤差パラメーター値を適正化することで、算出される移動体の位置の正確性が向上する。
【００１４】
また、第４の形態として、第１の形態の位置算出方法において、前記位置を算出することは、前記影響度合が前記第１の度合の場合に前記第１の計測結果を用いた所定の位置算出処理を実行して位置を算出し、前記影響度合が前記第２の度合の場合に前記カップリング処理を実行して位置を算出することである、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１５】
この第４の形態によれば、影響度合が第１の度合の場合は、第１の計測結果を用いた所定の位置算出処理を実行して位置を算出する。他方、影響度合が第２の度合の場合は、カップリング処理を実行して位置を算出する。これにより、影響度合に見合った位置算出の方式を適用して移動体の位置を算出することが可能となる。
【００１６】
また、第５の形態として、第１〜第３の何れかの形態の位置算出方法において、前記影響度合を設定することは、位置算出を開始してからの経過時間又は位置算出回数が、前記位置算出の結果の精度が安定するための時間的条件として定められた精度安定条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定することを含む、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１７】
この第５の形態によれば、位置算出を開始してからの経過時間又は位置算出回数が、位置算出の結果の精度が安定するための時間的条件として定められた精度安定条件を満たす場合に、第１の計測結果の第２の計測結果に対する影響度合を、第１の度合から第２の度合に低下させる。これにより、位置算出の結果の精度が安定したと判断した後は、衛星測位用ユニットの計測結果への依存度を下げて位置算出を行うことが可能となる。
【００１８】
また、第６の形態として、第１〜第３の何れかの形態の位置算出方法において、前記位置を算出することは、位置算出の開始時に、前記第１の計測結果から求められた位置を以降の位置算出の基準位置とすることを含み、前記影響度合を設定することは、位置算出の開始時の前記第１の計測結果が所定の精度良好条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定することを含む、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１９】
この第６の形態によれば、位置算出の開始時に、第１の計測結果から求められた位置を基準位置として以降の位置算出を行う。つまり、第１の計測結果の精度が良好であれば、真の位置に近い位置を基準位置として以降の位置算出を行うことができる。そこで、位置算出の開始時の第１の計測結果が所定の精度良好条件を満たす場合には、影響度合を第１の度合から第２の度合に低下させる。これにより、信頼性の高い基準位置が得られたと判断できる場合には、衛星測位用ユニットの計測結果への依存度を下げて位置算出を行うことが可能となる。
【００２０】
また、第７の形態として、第１〜第３の何れかの形態の位置算出方法において、前記影響度合を設定することは、前記カップリング処理の結果が所定の精度良好条件を満たす場合に、前記所与の条件が成立したと判定することを含む、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００２１】
この第７の形態によれば、カップリング処理の結果が所定の精度良好条件を満たす場合は、影響度合を第１の度合から第２の度合に低下させる。これにより、カップリング処理の結果の精度が良好であると判断できる場合には、衛星測位用ユニットの計測結果への依存度を下げて位置算出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】位置算出装置の主要構成図。
【図２】第１の位置算出装置の構成図。
【図３】カップリング処理の入出力データの説明図。
【図４】第１のモード設定条件の説明図。
【図５】第２のモード設定条件の説明図。
【図６】影響モード設定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図８】位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図９】位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１０】位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１１】ナビゲーションシステムのシステム構成図。
【図１２】カーナビゲーション装置の機能構成を示すブロック図。
【図１３】演算設定テーブルのテーブル構成図。
【図１４】第１のナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【図１５】カップリング処理の流れを示すフローチャート。
【図１６】第２のナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。本実施形態は、衛星測位システムの一種であるＧＰＳ（Global Positioning System）と、慣性航法演算を行うシステムであるＩＮＳ（Inertial Navigation System）とを併用して位置算出を行う実施形態である。
【００２４】
１．原理
１−１．構成
図１は、本実施形態における位置算出装置１の主要構成図である。位置算出装置１は、移動体に備えられて、当該移動体の位置を算出する装置（位置算出システム）である。移動体は、自動車やオートバイ、自転車、船、電車といった物の他、人間自体であってもよい。人間が位置算出装置１を携帯し、人間自身が位置算出装置１を備えることとしてもよい。図１では、ユニット（モジュール）を二重線で図示し、ユニットの計測結果を利用して演算処理を行う処理ブロックを一重線で図示することで、両者を区別する。図２についても同様である。
【００２５】
位置算出装置１は、ユニット（モジュール）として、ＧＰＳユニット３と、ＩＮＳユニット５とを備える。また、位置算出装置１は、主要な処理ブロックとして、影響度合設定部７と、カップリング処理部９とを有する。
【００２６】
ＧＰＳユニット３は、衛星測位システムを利用して測位を行うためのユニット（衛星測位用ユニット）である。ＧＰＳユニット３は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信するアンテナや、受信したＧＰＳ衛星信号を処理するプロセッサー等を有して構成される。
【００２７】
ＧＰＳユニット３は、ＧＰＳ衛星信号のコード位相やドップラー周波数、擬似距離、擬似距離変化率等のＧＰＳメジャメント情報を計測可能に構成されている。また、ＧＰＳユニット３は、ＧＰＳメジャメント情報を用いたＧＰＳ演算を行って、移動体の位置や速度（速度ベクトル）等を計測可能に構成されている。ＧＰＳメジャメント情報やＧＰＳ演算結果は、ＧＰＳ計測結果（第１の計測結果）としてカップリング処理部９に出力される。
【００２８】
ＩＮＳユニット５は、慣性航法を利用して測位を行うためのユニット（慣性測位用ユニット）である。ＩＮＳユニット５は、加速度センサーやジャイロセンサー等の慣性センサーや、慣性センサーをパッケージ化した慣性計測ユニット（ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit））、慣性センサーの計測結果を処理するプロセッサー等を有して構成される。
【００２９】
ＩＮＳユニット５は、慣性センサーの計測結果を用いて、移動体の加速度（加速度ベクトル）や角速度等をＩＮＳメジャメント情報として計測可能に構成されている。また、ＩＮＳユニット５は、ＩＮＳメジャメント情報を用いた慣性航法演算（ＩＮＳ演算）を行って、移動体の位置や速度（速度ベクトル）、姿勢角等を計測可能に構成されている。ＩＮＳメジャメント情報やＩＮＳ演算結果は、ＩＮＳ計測結果（第２の計測結果）としてカップリング処理部９に出力される。
【００３０】
影響度合設定部７は、ＧＰＳ計測結果（第１の計測結果）のＩＮＳ計測結果（第２の計測結果）に対する影響度合を設定する。影響度合設定部７は、位置算出を開始してから所与の条件が成立したか否かを判定する。そして、所与の条件が成立するまでの間は、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、条件が成立した後は、影響度合を第１の度合よりも低い第２の度合に設定する。
【００３１】
カップリング処理部９は、影響度合設定部７により設定された影響度合に基づいて、ＧＰＳ計測結果（第１の計測結果）とＩＮＳ計測結果（第２の計測結果）とのカップリング処理を実行して移動体の位置等を算出する。
【００３２】
図２は、図１の位置算出装置１を適用した第１の位置算出装置１Ａの構成図である。第１の位置算出装置１Ａでは、図１の影響度合設定部７が影響モード設定部７Ａを有し、カップリング処理部９がカルマンフィルター処理部９Ａを有する。
【００３３】
影響モード設定部７Ａは、後述するモード設定条件に従ってＧＰＳ影響モードを設定する。ＧＰＳ影響モードは、ＧＰＳの影響度合を決定づけるモードである。本実施形態では、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合が比較的高いモードである「高影響モード」と、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合が比較的低いモードである「低影響モード」との２種類のモードを択一的に設定する場合を想定する。なお、初期設定では、高影響モードを設定することとする。
【００３４】
カルマンフィルター処理部９Ａは、ＧＰＳ計測結果を観測量“Ｚ”とするカルマンフィルター処理を実行して、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果とをカップリング（結び付け）する。具体的には、カルマンフィルターの理論に基づき、予測演算（時刻更新）と補正演算（観測更新）とを行って、移動体の状態“Ｘ”を推定する。
【００３５】
本実施形態において、移動体の状態“Ｘ”には、少なくとも移動体の位置が含まれる。予測演算では、例えば、ＩＮＳユニット５から入力したＩＮＳ計測結果を制御入力“Ｕ”として、１つ前の時刻（前回時刻）における状態補正値“Ｘ＋”から、現在の時刻（今回時刻）における状態“Ｘ”を予測する演算を行って、状態予測値“Ｘ−”を算出する。
【００３６】
補正演算では、例えば、ＧＰＳユニット３から入力したＧＰＳ計測結果を観測量“Ｚ”として用いて、予測演算で算出した状態予測値“Ｘ−”を補正する演算を行って、状態補正値“Ｘ＋”を算出する。そして、算出した状態補正値“Ｘ＋”を、カップリング結果として出力する。
【００３７】
また、カルマンフィルター処理部９Ａは、ＧＰＳ計測結果とは別に、移動体の運動モデルに基づく制約条件を観測量“Ｚ”として適用可能に構成されている。本実施形態では、移動体の停止時における速度制約条件である「停止時速度制約条件」と、移動体の移動時における速度制約条件である「移動時速度制約条件」との２種類の速度制約条件を適用する場合を想定する。
【００３８】
停止時速度制約条件（第１の制約条件）は、移動体の停止時に適用可能な制約条件である。移動体が停止しているのであれば、理想的には移動体の速度はゼロである。従って、移動体が停止していると判定した場合は「移動体の各軸の速度成分＝０（速度ベクトル＝ゼロベクトル）」を観測量“Ｚ”として与えることができる。
【００３９】
移動時速度制約条件（第２の制約条件）は、移動体の移動時に適用可能な制約条件である。例えば、移動体として四輪自動車を想定した場合、通常、四輪自動車はジャンプや横滑りすることはないと仮定することができる。従って、移動体が移動していると判定した場合は「移動体の縦横方向の速度成分＝０」を観測量“Ｚ”として与えることができる。
【００４０】
本実施形態では、ＧＰＳ計測結果と上記の制約条件（停止時速度制約条件又は移動時速度制約条件）とを切り替えて観測量“Ｚ”に適用する場合を一例として説明する。なお、本実施形態とは異なり、ＧＰＳ計測結果と上記の制約条件とを観測量“Ｚ”として併用することも当然に可能である。
【００４１】
図３は、カルマンフィルター処理の入出力データの説明図である。制御入力“Ｕ”と、観測量“Ｚ”と、状態“Ｘ”との対応関係を表したテーブルを図示している。カップリングには種々の方式が存在する。その中でも、ルーズカップリング（疎結合）と呼ばれる方式と、タイトカップリング（密結合）と呼ばれる方式とが一般的に用いられる。
【００４２】
ルーズカップリング方式は、ＧＰＳとＩＮＳとの結び付きが比較的弱いカップリング方式である。この方式では、例えば、制御入力“Ｕ”をＩＮＳ演算結果（位置、速度、姿勢角等）とし、観測量“Ｚ”をＧＰＳ演算結果（位置、速度等）としてカップリング処理を実行する。そして、移動体情報（位置、速度、姿勢角等）を状態“Ｘ”として推定する。
【００４３】
タイトカップリング方式は、ＧＰＳとＩＮＳとの結び付きが比較的強いカップリング方式である。この方式では、例えば、制御入力“Ｕ”をＩＮＳ演算結果（位置、速度、姿勢角等）とし、観測量“Ｚ”をＧＰＳメジャメント情報（コード位相、ドップラー周波数、擬似距離、擬似距離変化率等）としてカップリング処理を実行する。そして、移動体情報（位置、速度、姿勢角等）を状態“Ｘ”として推定する。
【００４４】
また、タイトカップリング方式として、制御入力“Ｕ”をＩＮＳメジャメント情報（加速度、角速度等）とし、観測量“Ｚ”をＧＰＳメジャメント情報（コード位相、ドップラー周波数、擬似距離、擬似距離変化率等）とし、状態“Ｘ”を移動体情報（位置、速度、姿勢角等）とする手法も存在する。
【００４５】
本実施形態の位置算出方法は、上記の何れのカップリング方式に対しても実質的に同一に適用可能である。つまり、ＧＰＳ計測結果（第１の計測結果）として、ＧＰＳメジャメント情報を適用してもよいし、ＧＰＳ演算結果を適用してもよい。また、ＩＮＳ計測結果（第２の計測結果）として、ＩＮＳメジャメント情報を適用してもよいし、ＩＮＳ演算結果を適用してもよい。
【００４６】
ＩＮＳ計測結果及びＧＰＳ計測結果として用いる情報は、適用するシステムに応じて適宜設定可能である。この場合、カルマンフィルター処理の予測演算及び補正演算で用いる演算式やパラメーター値を、適用するシステムに応じて適宜設定すればよい。なお、具体的な演算式やパラメーター値については、公知の手法に基づき定義可能であるため、ここでは説明を省略する。
【００４７】
１−２．ＧＰＳ影響モードの設定
図４は、ＧＰＳ影響モードの設定に用いる第１のモード設定条件の説明図であり、第１のモード設定条件を定めた第１のモード設定条件テーブルを図示したものである。第１のモード設定条件テーブルには、第１のモード設定条件と、設定モードとが対応付けて定められている。
【００４８】
第１のモード設定条件は、（１）ＧＰＳ初回演算精度、（２）位置算出を開始してからの経過時間又は位置算出回数、に基づいて定められた条件である。ＧＰＳ初回演算精度は、ＧＰＳユニット３の初回の演算結果の精度である。
【００４９】
１番目の条件は「ＧＰＳ初回演算精度＝良好」である。そして、この条件を満たす場合の設定モードとして「低影響モード」が定められている。つまり、「ＧＰＳ初回演算精度＝良好」の場合は、ＧＰＳ影響モードを初期設定である「高影響モード」から「低影響モード」に切り替える。この１番目の条件は、位置算出の開始時のＧＰＳ計測結果（第１の計測結果）が所定の精度良好条件を満たすことに相当する。そして、精度良好条件を満たす場合には、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合を、初期設定である第１の度合（高影響モード）から、第１の度合よりも低い第２の度合（低影響モード）に下げることに相当する。
【００５０】
２番目の条件は「ＧＰＳ初回演算精度＝非良好」である。この２番目の条件は、さらに位置算出開始からの経過時間又は位置算出回数に応じて分けられている。経過時間≦精度安定時間“θT”、又は、位置算出回数≦精度安定回数“θC”、の条件を満たす場合の設定モードとして「高影響モード」が定められている。また、経過時間＞精度安定時間“θT”、又は、位置算出回数＞精度安定回数“θC”、の条件を満たす場合の設定モードとして「低影響モード」が定められている。つまり、「ＧＰＳ初回演算精度＝非良好」の場合は、ＧＰＳ影響モードを初期設定である「高影響モード」のままとし、ある程度時間が経過した時点で「低影響モード」に切り替える。
【００５１】
位置算出開始からの経過時間が所定の精度安定時間“θT”を超えること、又は、位置算出回数が所定の精度安定回数“θC”を超えることは、位置算出を開始してからの経過時間又は位置算出回数が、位置算出の結果の精度が安定するための時間的条件として定められた精度安定条件を満たすことに相当する。そして、この精度良好条件を満たす場合には、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合を、当初設定した第１の度合（高影響モード）から、第１の度合よりも低い第２の度合（低影響モード）に下げることに相当する。
【００５２】
なお、精度安定時間“θT”や精度安定回数“θC”は、本実施形態の位置算出方法を適用するシステムに応じて適宜設定可能である。例えば、位置算出を「１秒間隔」で行うシステムに適用するのであれば、“θT”として「３０秒〜６０秒」の範囲の秒数、“θC”として「３０回〜６０回」の範囲の回数を設定すると効果的である。
【００５３】
ＧＰＳ演算では、各ＧＰＳ衛星それぞれについて観測した擬似距離を利用して、例えば最小二乗法を適用した測位計算を行って移動体の位置を算出する。また、受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数の誤差（搬送波周波数からの周波数ズレ）に基づいてＧＰＳ衛星と移動体との相対速度（相対速度ベクトル）を算出し、これを用いて移動体の速度（速度ベクトル）を算出する。この際、公知の誤差推定演算を行うことで、算出した位置や速度（速度ベクトル）に含まれ得る最大の誤差を推定することができる。
【００５４】
そこで、上記の誤差推定演算で推定される誤差に対する閾値を予め定めておく。例えば、位置誤差の閾値として“１０［ｍ］”、速度誤差の閾値として“１［ｍ／ｓ］”を定めておく。そして、位置誤差及び速度誤差に対する閾値判定をそれぞれ行って、ＧＰＳ初回演算精度を判定する。この場合には、それぞれの閾値判定結果に対してＡＮＤ条件を適用してＧＰＳ初回演算精度を判定してもよいし、ＯＲ条件を適用してＧＰＳ初回演算精度を判定してもよい。
【００５５】
ＧＰＳの初回演算精度が良好であるにも関わらずＧＰＳ影響モードを「低影響モード」に設定することや、ＧＰＳの初回演算精度が非良好であるにも関わらずＧＰＳ影響モードを「高影響モード」に設定することは、一見矛盾しているようにも思われる。しかし、敢えてこのような設定方法を採用したのには理由がある。
【００５６】
慣性航法演算を利用した位置算出を行う際には、基準位置や基準方位が必要となる。そのため、例えば、位置算出の開始時にＧＰＳ演算処理を行い、得られた位置及び方位を以降の位置算出の基準位置及び基準方位とすることが、１つの手法として考えられる。
【００５７】
ＧＰＳ初回演算精度が良好であれば、精度の高い位置や方位を基準として以降の位置算出を行うことができる。そのため、ＧＰＳの影響度合を下げてＩＮＳに依存して位置算出を行っても、暫くの間は、比較的精度の高い安定した演算結果を得ることができる。
【００５８】
ところが、ＧＰＳ初回演算精度が良好でない場合は、精度の低い位置や方位を基準として以降の位置算出を行わなければならなくなる。つまり、当初から誤差が重畳された状態で位置算出を開始することになる。この場合、ＧＰＳの影響度合を下げてＩＮＳに依存してしまうと、当初の誤差分がいつまで経っても補正されなくなる。
【００５９】
そこで、ＧＰＳの初回演算精度が良好である場合は、ＧＰＳ影響モードを「低影響モード」に設定し、ＧＰＳの初回演算精度が非良好である場合は、ＧＰＳ影響モードを「高影響モード」に設定する。ＧＰＳ影響モードを「高影響モード」に設定した状態で位置算出を行っていくと、ＧＰＳの演算精度が改善されるのに伴い、当初の誤差分が次第に補正されていく。そこで、ある程度の時間が経過した時点で、ＧＰＳ影響モードを「高影響モード」から「低影響モード」に切り替えることで、ＧＰＳへの依存度を低くする。
【００６０】
図５は、ＧＰＳ影響モードの設定に用いる第２のモード設定条件の説明図であり、第２のモード設定条件を定めた第２のモード設定条件テーブルを図示したものである。第２のモード設定条件テーブルには、第２のモード設定条件と、設定モードとが対応付けて定められている。
【００６１】
第２のモード設定条件は、カップリング処理の結果に基づき定義される条件である。具体的には、１番目の条件として「カップリング結果精度＝良好」が定められている。そして、この１番目の条件を満たす場合の設定モードとして「低影響モード」が定められている。また、２番目の条件として「カップリング結果精度＝非良好」が定められている。そして、この２番目の条件を満たす場合の設定モードとして「高影響モード」が定められている。
【００６２】
カップリング結果精度は、カップリング処理を行うことで得られた移動体の位置等の精度のことを意味する。例えば、カルマンフィルター処理では、推定対象とする状態“Ｘ”の誤差“Ｐ”を設定して演算を行う。予測演算及び補正演算において、状態“Ｘ”と併せて誤差“Ｐ”の予測及び補正を行うことで、状態“Ｘ”の精度が定まる。従って、カルマンフィルター処理で用いる誤差“Ｐ”を、カップリング結果精度として利用することができる。
【００６３】
状態“Ｘ”が複数の要素で構成される場合は、誤差“Ｐ”は行列形式の誤差共分散行列“Ｐ”で表すことができる。この場合、誤差共分散行列“Ｐ”の対角成分から、各要素の精度を見積もることができる。例えば、状態“Ｘ”の要素が移動体の位置、速度及び姿勢角であれば、誤差共分散行列“Ｐ”の対角成分が、それぞれカップリング位置誤差、カップリング速度誤差及びカップリング姿勢角誤差となる。
【００６４】
そこで、カップリング位置誤差、カップリング速度誤差及びカップリング姿勢角誤差に対する閾値を予め定めておく。例えば、カップリング位置誤差の閾値として“１０［ｍ］”、カップリング速度誤差の閾値として“１［ｍ／ｓ］”、カップリング姿勢角誤差の閾値として“１［°］”を定めておく。そして、それぞれに対する閾値判定を行って、カップリング結果精度を判定する。この場合には、それぞれの閾値判定結果に対してＡＮＤ条件を適用してカップリング結果精度を判定してもよいし、ＯＲ条件を適用してカップリング結果精度を判定してもよい。
【００６５】
図６は、本実施形態における影響モード設定処理の流れを示すフローチャートである。最初に、影響モード設定部７Ａは、図４の第１のモード設定条件テーブルを参照して、第１のモード設定条件の成否を判定する（ステップＳ１）。その判定結果（第１の判定結果）が高影響モードであれば（ステップＳ３；高影響モード）、影響モード設定部７Ａは、図５の第２のモード設定条件テーブルを参照して、第２のモード設定条件の成否を判定する（ステップＳ５）。
【００６６】
ステップＳ５における判定結果（第２の判定結果）が高影響モードであれば（ステップＳ７;高影響モード）、影響モード設定部７Ａは、ＧＰＳ影響モードを高影響モードに設定する（ステップＳ９）。一方、ステップＳ１における第１の判定結果が低影響モードである場合（ステップＳ３；低影響モード）、又は、ステップＳ５における第２の判定結果が低影響モードである場合は（ステップＳ７；低影響モード）、影響モード設定部７Ａは、ＧＰＳ影響モードを低影響モードに設定する（ステップＳ１１）。そして、影響モード設定処理を終了する。
【００６７】
この影響モード設定処理では、第１の判定結果及び第２の判定結果が両方とも高影響モードである場合に限り、ＧＰＳ影響モードを高影響モードに設定することにしている。これには、なるべく早い段階でＧＰＳの影響度合を下げて位置算出を行おうとする狙いがある。
【００６８】
１−３．演算設定
カップリング処理部９は、ＧＰＳ影響モードに応じて演算設定を変更してカップリング処理を行う。本実施形態において、演算設定には、ＧＰＳ計測結果採用頻度と、カルマンフィルター処理で用いる誤差パラメーター値とが含まれる。
【００６９】
ＧＰＳ計測結果採用頻度は、ＧＰＳ計測結果を採用してカップリング処理を実行する実行頻度である。図２では、カルマンフィルター処理部９Ａが、観測量“Ｚ”であるＧＰＳ計測結果を採用して補正演算を実行する頻度が、ＧＰＳ計測結果採用頻度に相当する。
【００７０】
ＧＰＳ影響モードのモード設定が「高影響モード」である場合は、ＧＰＳ計測結果をＩＮＳ計測結果に対して強く作用させることが必要となる。そこで、ＧＰＳ計測結果採用頻度を、比較的高い第１の頻度に設定する。それに対し、ＧＰＳ影響モードのモード設定が「低影響モード」である場合は、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する作用を弱める必要がある。そこで、ＧＰＳ計測結果採用頻度を、第１の頻度よりも低い第２の頻度に設定する。第２の頻度は第１の頻度よりも低い頻度であればよく、その具体的な値は適宜設定可能である。
【００７１】
誤差パラメーター値は、カルマンフィルターの演算において設定するパラメーター値の一種である。本実施形態では、観測量“Ｚ”の誤差に相当する観測誤差（観測雑音）“Ｒ”を、誤差パラメーターの一例として説明する。
【００７２】
カルマンフィルター処理の補正演算において、観測誤差“Ｒ”を小さく設定すると、観測量“Ｚ”に追従するように状態“Ｘ”が補正される。つまり、観測量“Ｚ”を信用・重視して状態“Ｘ”を推定するようにフィルターが作用する。それに対して、観測誤差“Ｒ”を大きく設定すると、状態予測値“Ｘ−”に追従するように状態“Ｘ”が補正される。つまり、予測演算で予測された状態予測値“Ｘ−”を信用・重視して状態“Ｘ”を推定するようにフィルターが作用する。
【００７３】
このことから、ＧＰＳ影響モードのモード設定が「高影響モード」である場合は、ＧＰＳ計測結果をＩＮＳ計測結果に強く作用させるために、観測誤差“Ｒ”を比較的小さい第１のパラメーター値に設定する。それに対し、ＧＰＳ影響モードのモード設定が「低影響モード」である場合は、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する作用を弱めるために、観測誤差“Ｒ”を第１のパラメーター値よりも大きい第２のパラメーター値に設定する。第２のパラメーター値は第１のパラメーター値よりも大きな値であればよく、その具体的な値は適宜設定可能である。
【００７４】
１−４．実験結果
次に、本実施形態の位置算出方法を用いて実際に位置算出を行った実験結果について説明する。移動体を予め定められた経路に沿って移動させ、その場合に算出される位置を東西南北の２次元平面にプロットする実験を行った。
【００７５】
図７は、従来の位置算出方法を適用した実験結果の一例である。それに対し、図８は、本実施形態の位置算出方法を適用した実験結果の一例である。図７及び図８の実験では、真の方位から「１０°」ずれた誤った方位を第１の位置算出装置１Ａに初期方位として与えて位置算出を行った。
【００７６】
各図では、横軸は東西方向、縦軸は南北方向（単位はメートル）をそれぞれ示す。東西方向「０ｍ」、南北方向「０ｍ」の位置をスタート地点とし、スタート地点から西方向に向かい、時計回り方向に周回する経路を辿った。ゴール地点は、スタート地点の近傍所定位置である。移動体の真の軌跡を「点線」で、ＧＰＳで算出した軌跡を「一点鎖線」で、カップリング処理で算出した軌跡を「実線」でそれぞれ示している。
【００７７】
従来の手法を適用した図７の結果を見ると、初期方位として与えた方位が「１０°」誤っていたため、この方位誤差に起因して、位置算出の精度が劣化していることがわかる。つまり、初期方位が誤っている状態で移動時速度制約条件を適用しているために、カルマンフィルター処理において、誤った方位に対して移動方向の制限がかかり、時間経過に伴って位置誤差が累積的に増加している。
【００７８】
それに対し、本実施形態の手法を適用した図８の結果を見ると、初期方位が「１０°」誤っていたにも関わらず、真の軌跡に沿った滑らかな軌跡が得られていることがわかる。これは、ＧＰＳの影響度合をその都度設定しながらカップリング処理を行ったことで、ＩＮＳ演算結果がＧＰＳ演算結果によって適切に補正されたことによるものである。
【００７９】
図９及び図１０は、第１のモード設定条件の有効性を示す実験結果である。図４で説明した第１のモード設定条件では、ＧＰＳの初回演算精度が良好であるにも関わらずＧＰＳ影響モードを「低影響モード」に設定し、ＧＰＳの初回演算精度が良好でないにも関わらずＧＰＳ影響モードを「高影響モード」に設定する。一見矛盾しているようにも思われるこのパラドックスの正当性を示す実験結果の一例である。
【００８０】
ＧＰＳ初回演算精度が良好である場合と、良好でない場合とのそれぞれについて、ＧＰＳ影響モードを変えて位置算出を行ってみた。つまり、ＧＰＳ影響モードを「低影響モード」に設定した場合と、ＧＰＳ影響モードを「高影響モード」に設定した場合とで、位置算出結果にどのような違いが現れるかを検証した。
【００８１】
各図において、横軸は東西方向、縦軸は南北方向（単位はメートル）をそれぞれ示している。東西方向「０ｍ」、南北方向「０ｍ」の位置をスタート地点とし、スタート地点から西方向に向かった後、北方向に向かう経路を辿った。ゴール地点は、西方向「７０ｍ」、北方向「１４０ｍ」の位置である。各図では、移動体の真の軌跡を「点線」で、ＧＰＳを利用して算出した軌跡を「一点鎖線」で、ＧＰＳ影響モードを高影響モードに設定して算出した軌跡を「細実線」で、ＧＰＳ影響モードを低影響モードに設定して算出した軌跡を「太実線」でそれぞれ示している。
【００８２】
図９は、ＧＰＳ初回演算精度が良好である場合の実験結果である。これを見ると、ＧＰＳ影響モードを高影響モード及び低影響モードの何れに設定した場合も、ＧＰＳの初回演算精度が良好であるために正確な基準位置及び基準方位が与えられたことで、暫くの期間は正確な軌跡が得られていることがわかる。しかし、ある時点においてＧＰＳの演算精度が低下したことで、両者に明確な違いが生じている。
【００８３】
ＧＰＳ影響モードを高影響モードに設定した場合は、ＧＰＳの影響度合が高いために、誤ったＧＰＳ演算位置に引きずられて、途中から位置算出の精度が劣化していることがわかる。具体的には、算出位置の軌跡（細実線）が、誤ったＧＰＳ演算位置の軌跡（一点鎖線）に引き寄せられ、真の軌跡（点線）から離れていっていることがわかる。
【００８４】
それに対し、ＧＰＳ影響モードを低影響モードに設定した場合は、ＧＰＳの影響度合が低いために上記の問題は生じず、真の軌跡（点線）に沿った軌跡（太実線）が得られていることがわかる。
【００８５】
図１０は、ＧＰＳ初回演算精度が良好でない場合の実験結果である。この結果を見ると、ＧＰＳ影響モードを低影響モードに設定した場合は、算出位置の軌跡（太実線）が、真の軌跡（点線）から大きくかけ離れていることがわかる。つまり、誤った基準位置及び基準方位が与えられたために、当初から誤った方位に移動方向の制限がかかってしまっている。そして、ある時点で移動方向を完全に誤ってしまったが、ＧＰＳの影響度合が低いために補正がかからず、そのまま誤った方向に位置が算出されてしまっている。
【００８６】
それに対し、ＧＰＳ影響モードを高影響モードに設定した場合は、低影響モードに設定した場合と比べて真の軌跡（点線）に近い軌跡（細実線）が得られていることがわかる。これは、ＧＰＳの影響度合を高くし、時間をかけてゆっくりＧＰＳ計測結果をＩＮＳ計測結果に作用させたことで、誤った方位に移動方向の制限がかかることが防止されたためである。
【００８７】
図９及び図１０の結果から、ＧＰＳの初回演算精度が良好である場合はＧＰＳ影響モードを「低影響モード」に設定し、ＧＰＳの初回演算精度が非良好である場合はＧＰＳ影響モードを「高影響モード」に設定することが妥当であることが実証された。
【００８８】
２．実施例
次に、上記の位置算出装置を備えた電子機器の実施例について説明する。ここでは、位置算出装置を具備するカーナビゲーション装置の実施例を説明する。但し、本発明を適用可能な実施例が以下説明する実施例に限定されるわけではないことは勿論である。
【００８９】
２−１．システム構成
図１１は、本実施例におけるナビゲーションシステム１０００のシステム構成の説明図である。ナビゲーションシステム１０００は、移動体の一種である四輪自動車（以下、単に「自動車」と称す。）に、位置算出装置を具備した電子機器の一種であるカーナビゲーション装置１００が設置されたシステムである。
【００９０】
カーナビゲーション装置１００は、自動車に設置され、自動車の運転者に対するナビゲーションを行う電子機器である。カーナビゲーション装置１００は、ＧＰＳユニット３と、ＩＮＳユニット５とを備える。
【００９１】
本実施例では、ＧＰＳユニット３は、ＧＰＳメジャメント情報５５を計測して出力する。また、ＩＮＳユニット５は、ＩＮＳメジャメント情報５６を、機体座標系（Body Frame）として知られるＢフレームで計測して出力する。Ｂフレームは、例えば、移動体の前方を正とする前後方向をＲ軸（ロール軸）、右方を正とする左右方向をＰ軸（ピッチ軸）、鉛直下方を正とする上下方向をＹ軸（ヨー軸）とする三次元直交座標系である。
【００９２】
カーナビゲーション装置１００は、ＧＰＳユニット３から取得したＧＰＳメジャメント情報を用いてＧＰＳ演算処理を行い、且つ、ＩＮＳユニット５から取得したＩＮＳメジャメント情報を用いてＩＮＳ演算処理を行う。そして、これらの演算結果に対するカップリング処理を実行して自動車の位置を算出し、算出位置をプロットしたナビゲーション画面を表示部３０であるディスプレイに表示させる。
【００９３】
自動車の位置は、自動車の移動空間を定める絶対的な座標系であるＮフレームにおいて演算する。Ｎフレームは、例えば、北東下座標系として知られるＮＥＤ（North East Down）座標系や、地球中心地球固定座標系として知られるＥＣＥＦ（Earth Centered Earth Fixed）座標系として定義される。
【００９４】
２−２．機能構成
図１２は、カーナビゲーション装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置１００は、ＧＰＳユニット３と、ＩＮＳユニット５と、処理部１０と、操作部２０と、表示部３０と、通信部４０と、記憶部５０とを備えて構成される。
【００９５】
処理部１０は、記憶部５０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従ってカーナビゲーション装置１００の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。処理部１０は、記憶部５０に記憶されたナビゲーションプログラム５１に従ってナビゲーション処理を行い、自動車の現在位置を指し示した地図を表示部３０に表示させる処理を行う。
【００９６】
操作部２０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号を処理部１０に出力する。この操作部２０の操作により、目的地の入力等の各種指示入力がなされる。
【００９７】
表示部３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、処理部１０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部３０には、ナビゲーション画面等が表示される。
【００９８】
通信部４０は、処理部１０の制御に従って、装置内部で利用される情報をインターネット等の通信ネットワークを介して外部とやりとりするための通信装置である。この通信には、公知の無線通信技術を適用可能である。
【００９９】
記憶部５０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、カーナビゲーション装置１００のシステムプログラムや、ナビゲーション機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【０１００】
記憶部５０には、プログラムとして、処理部１０により読み出され、各種のナビゲーション処理（図１４や図１６参照）として実行されるナビゲーションプログラム５１が記憶されている。ナビゲーションプログラム５１は、影響モード設定処理（図６参照）として実行される影響モード設定プログラム５１１や、カップリング処理（図１５参照）として実行されるカップリングプログラム５１３をサブルーチンとして含む。
【０１０１】
また、記憶部５０には、データとして、演算設定テーブル５２と、モード設定条件テーブル５３と、設定モード５４と、ＧＰＳメジャメント情報５５と、ＩＮＳメジャメント情報５６と、ＧＰＳ演算結果５７と、ＩＮＳ演算結果５８と、カップリング結果５９とが記憶される。
【０１０２】
演算設定テーブル５２は、演算設定が定義されたテーブルであり、そのテーブル構成の一例を図１３に示す。演算設定テーブル５２には、ＧＰＳ影響モード５２１と、演算設定５２３とが対応付けて記憶されている。高影響モードに対しては、ＧＰＳ計測結果採用頻度として「毎回」（第１の頻度）が定められている。一方、低影響モードに対しては、ＧＰＳ計測結果採用頻度として「１０回に１回」（第２の頻度）が定められている。
【０１０３】
つまり、ＧＰＳ影響モードを高影響モード（第１の度合）に設定した場合は、ＧＰＳ演算結果を毎回採用して、カップリング処理を実行する。それに対し、ＧＰＳ影響モードを低影響モード（第２の度合）に設定した場合は、ＧＰＳ演算結果を１０回に１回採用して、カップリング処理を実行する。
【０１０４】
観測誤差（Ｒ値）には、位置の観測誤差である位置観測誤差“ＲP”と、速度の観測誤差である速度観測誤差“ＲV”とが含まれる。高影響モードには「ＲP＝（σP）2，ＲV＝（σV）2」（第１のパラメーター値）が定められている。一方、低影響モードには「ＲP＝５００，ＲV＝５０」（第２のパラメーター値）が定められている。
【０１０５】
“σP”及び“σV”は、ＧＰＳ演算結果に含まれる位置誤差及び速度誤差である。本願発明者が行った実験によれば、通常の測位環境では、位置誤差及び速度誤差は“σP＝３〜４［ｍ］”、“σV＝０．６〜０．８［ｍ／ｓ］”程度の値として算出される。このため、高影響モードでは、位置観測誤差“ＲP”として“１０”程度の値が設定され、速度観測誤差“ＲV”として“０．５”程度の値が設定される。従って、低影響モードでは、高影響モードと比べて大きい値が観測誤差“Ｒ”に設定される。
【０１０６】
モード設定条件テーブル５３は、ＧＰＳ影響モードを設定するための条件が定められたテーブルであり、例えば第１のモード設定条件テーブルや第２のモード設定条件テーブル（図４及び図５参照）がこれに含まれる。
【０１０７】
設定モード５４は、設定されているＧＰＳ影響モードであり、影響モード設定処理により随時更新される。
【０１０８】
２−３．処理の流れ
図１４は、処理部１０が、記憶部５０に記憶されたナビゲーションプログラム５１に従って実行するナビゲーション処理の一例である第１のナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０９】
先ず、処理部１０は、ＧＰＳユニット３及びＩＮＳユニット５から、ＧＰＳメジャメント情報５５及びＩＮＳメジャメント情報５６の取得を開始する（ステップＡ１）。そして、処理部１０は、移動状況判定処理を行う（ステップＡ３）。具体的には、例えば、ＩＮＳユニット５からＩＮＳメジャメント情報５６として取得した自動車の加速度（加速度ベクトル）や角速度に基づいて、自動車が停止している状態であるか、移動している状態であるかを判定する。
【０１１０】
その後、処理部１０は、ＧＰＳ演算処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、ＧＰＳユニット３から取得したＧＰＳメジャメント情報５５を用いて、公知の測位計算を行って、自動車の位置や速度（速度ベクトル）を演算する。また、公知の誤差推定演算を行って、位置及び速度（速度ベクトル）の誤差を推定する。そして、これらの演算結果をＧＰＳ演算結果５７として記憶部５０に記憶させる。
【０１１１】
また、処理部１０は、ＩＮＳ演算処理を行う（ステップＡ７）。具体的には、ＩＮＳユニット５から取得したＩＮＳメジャメント情報５６を用いて、公知の慣性航法演算を行って、自動車の位置や速度（速度ベクトル）、姿勢角を演算する。そして、これらの演算結果をＩＮＳ演算結果５８として記憶部５０に記憶させる。
【０１１２】
次いで、処理部１０は、記憶部５０に記憶された影響モード設定プログラム５１１に従って、図６で説明した影響モード設定処理を行う（ステップＡ９）。そして、処理部１０は、記憶部５０に記憶されたカップリングプログラム５１３に従ってカップリング処理を実行する（ステップＡ１１）。
【０１１３】
図１５は、カップリング処理の流れを示すフローチャートである。
処理部１０は、ＧＰＳ演算結果５７をカップリング処理に採用するか否かを判定する（ステップＢ１）。具体的には、影響モード設定処理で設定されたＧＰＳ影響モードに対応付けられたＧＰＳ計測結果採用頻度に基づき、今回のカップリング処理においてＧＰＳ演算結果５７を採用するか否かを判定する。
【０１１４】
ＧＰＳ演算結果５７をカップリング処理に採用すると判定したならば（ステップＢ１；Ｙｅｓ）、処理部１０は、最新のＧＰＳ演算結果５７を観測量とする観測量ベクトル“Ｚ”を設定する（ステップＢ３）。また、演算設定テーブル５２を参照し、設定モード５４に対応する観測誤差に基づいて観測誤差共分散行列“Ｒ”を設定する（ステップＢ５）。そして、処理部１０は、ステップＢ３及びＢ５で設定した観測量ベクトル“Ｚ”及び観測誤差共分散行列“Ｒ”を用いて、カルマンフィルター処理を実行する（ステップＢ７）。
【０１１５】
一方、ステップＢ１においてＧＰＳ演算結果５７をカップリング処理に採用しないと判定したならば（ステップＢ１；Ｎｏ）、処理部１０は、ステップＡ３で判定した移動状況を判定する（ステップＢ９）。
【０１１６】
移動状況が「移動」である場合は（ステップＢ９；移動）、処理部１０は、移動時制約速度ベクトルを観測量ベクトル“Ｚ”として設定する（ステップＢ１１）。また、移動時用速度観測誤差（例えば所定値）に基づき観測誤差共分散行列“Ｒ”を設定する（ステップＢ１３）。そして、処理部１０は、ステップＢ１１及びＢ１３で設定した観測量ベクトル“Ｚ”及び観測誤差共分散行列“Ｒ”を用いて、カルマンフィルター処理を実行する（ステップＢ７）。
【０１１７】
一方、移動状況が「停止」である場合は（ステップＢ９；停止）、処理部１０は、停止時制約速度ベクトルを観測量ベクトル“Ｚ”として設定する（ステップＢ１５）。また、停止時用速度観測誤差（例えば所定値）に基づき観測誤差共分散行列“Ｒ”を設定する（ステップＢ１７）。そして、処理部１０は、ステップＢ１５及びＢ１７で設定した観測量ベクトル“Ｚ”及び観測誤差共分散行列“Ｒ”を用いて、カルマンフィルター処理を実行する（ステップＢ７）。
【０１１８】
ステップＢ７においてカルマンフィルター処理を行うと、処理部１０は、その結果をカップリング結果５９として記憶部５０に記憶させる。そして、処理部１０は、カップリング処理を終了する。
【０１１９】
図１４の第１のナビゲーション処理に戻り、カップリング処理を行った後、処理部１０は、カップリング結果５９を出力する（ステップＡ１３）。例えば、カップリング結果５９として得られた位置（カップリング位置）に対してマップマッチング処理を行い、その結果で表示部３０のナビゲーション画面の表示を更新する。
【０１２０】
次いで、処理部１０は、処理を終了するか否かを判定する（ステップＡ１５）。例えば、操作部２０を介してユーザーによりナビゲーションの終了指示操作がなされた場合に、ナビゲーション処理を終了すると判定する。まだ処理を終了しないと判定した場合は（ステップＡ１５；Ｎｏ）、処理部１０は、ステップＡ３に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ１５；Ｙｅｓ）、第１のナビゲーション処理を終了する。
【０１２１】
３．作用効果
ＧＰＳユニット３とＩＮＳユニット５とを備えた位置算出装置１において、影響度合設定部７は、位置算出を開始してから所与の条件が成立するまでの間は、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合を第１の度合に設定し、所与の条件が成立した後は、影響度合を第１の度合よりも低い第２の度合に設定する。そして、カップリング処理部９は、影響度合設定部７により設定された影響度合に基づいてＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果とのカップリング処理を実行して、移動体の位置を算出する。
【０１２２】
例えば、第１の位置算出装置１Ａでは、影響度合設定部７が影響モード設定部７Ａを有する。そして、（１）ＧＰＳの初回演算精度、（２）位置算出開始からの経過時間又は位置算出回数、に基づき定められた第１のモード設定条件と、カップリング結果の精度に基づき定められた第２のモード設定条件とを用いて、ＧＰＳの影響度合を決定付けるＧＰＳ影響モードを設定する。
【０１２３】
また、第１の位置算出装置１Ａでは、カップリング処理部９がカルマンフィルター処理部９Ａを有し、影響モード設定部７Ａより設定されたＧＰＳ影響モードに応じて演算設定を変えてカルマンフィルター処理を行う。演算設定には、ＧＰＳ計測結果を採用してカップリング処理を実行する実行頻度が含まれ、低影響モードでは、高影響モードと比べて実行頻度が低く設定される。また、演算設定には、観測量とするＧＰＳ計測結果の想定誤差である観測誤差（Ｒ値）が含まれ、低影響モードでは、高影響モードと比べて大きい値が設定される。
【０１２４】
このように、所与の条件が成立するまでの間は、衛星測位用ユニットの計測結果の慣性測位用ユニットの計測結果に対する影響度合を高く設定し、所与の条件が成立した後は、その影響度合を低く設定することで、特に位置算出装置の初期動作時における影響度合を適正化することができる。そして、影響度合に応じてカップリング処理の演算設定を変更することで、カップリング処理の実効性を高め、ひいては位置算出をより正確に行うことが可能となる。
【０１２５】
４．変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明するが、上記の実施例と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、上記の実施例とは異なる部分を中心に説明する。
【０１２６】
４−１．ユニット
上記の実施形態では、衛星測位用ユニットとして、ＧＰＳを適用したＧＰＳユニットを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムを適用したユニットとしてもよいことは勿論である。
【０１２７】
また、上記の実施形態では、慣性測位用ユニットとして、ＩＮＳユニットを例に挙げて説明したが、ＩＮＳメジャメント情報（加速度や角速度）を計測する慣性センサーや慣性計測ユニット（ＩＭＵ）を慣性測位用ユニットとしてもよい。この場合は、慣性測位用ユニットにより計測されたＩＮＳメジャメント情報を用いて、位置算出装置の処理部がＩＮＳ演算処理を行うように構成すればよい。
【０１２８】
４−２．カップリング処理
上記の実施形態では、カップリング処理の一例としてカルマンフィルター処理を例に挙げて説明したが、カップリング処理はこれに限られない。例えば、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果との平均演算を行う平均処理をカップリング処理に含めてもよい。
【０１２９】
平均演算としては、単純な算術平均や幾何平均を適用してもよいし、加重平均を適用してもよい。算術平均や幾何平均を適用するのであれば、カップリング処理の演算設定として、例えば、ＧＰＳ計測結果を採用して平均処理を実行する実行頻度を定めておくことができる。高影響モードでは、ＧＰＳ計測結果をＩＮＳ計測結果に作用し易くするために実行頻度を高くし、低影響モードでは、ＧＰＳ計測結果をＩＮＳ計測結果に作用しにくくするために実行頻度を低くすればよい。
【０１３０】
また、加重平均を適用するのであれば、カップリング処理の演算設定として、例えば加重平均の重みを定めておくことができる。高影響モードでは、ＧＰＳ計測結果をＩＮＳ計測結果よりも重視して加重平均するようにＧＰＳ計測結果の重みを大きく設定し、低影響モードでは、ＩＮＳ計測結果をＧＰＳ計測結果よりも重視して加重平均するようにＧＰＳ計測結果の重みを小さく設定すればよい。
【０１３１】
４−３．影響モードの設定方法
上記の実施形態では、第１のモード設定条件と第２のモード設定条件とを併用してＧＰＳ影響モードを設定することとして説明したが、第１のモード設定条件を単体で用いてＧＰＳ影響モードを設定することとしてもよいし、第２のモード設定条件を単体で用いてＧＰＳ影響モードを設定することとしてもよい。
【０１３２】
また、上記の実施形態では、第１のモード設定条件を、（１）ＧＰＳ初回演算精度、（２）位置算出開始からの経過時間又は位置算出回数、を組み合わせた条件として定義したが、（１）及び（２）を個別の条件として定義してもよい。すなわち、（１）ＧＰＳ初回演算精度に基づく条件を単体で用いてＧＰＳ影響モードを設定してもよいし、（２）位置算出開始からの経過時間又は位置算出回数に基づく条件を単体で用いてＧＰＳ影響モードを設定してもよい。
【０１３３】
４−４．処理主体
上記の実施例では、電子機器の処理部１０が、ＧＰＳユニット３から取得したＧＰＳメジャメント情報５５を用いてＧＰＳ演算処理を行うこととして説明した。また、処理部１０が、ＩＮＳユニット５から取得したＩＮＳメジャメント情報５６を用いてＩＮＳ演算処理を行うこととして説明した。つまり、ＧＰＳ演算処理、ＩＮＳ演算処理及びカップリング処理の実行主体が、全て電子機器の処理部１０であるものとして説明した。この構成を次のようにしてもよい。
【０１３４】
ＧＰＳユニット３は、ＧＰＳメジャメント情報５５を用いたＧＰＳ演算処理を行ってＧＰＳ演算結果５７を求め、処理部１０に出力する。また、ＩＮＳユニット５は、ＩＮＳメジャメント情報５６を用いたＩＮＳ演算処理を行ってＩＮＳ演算結果５８を求め、処理部１０に出力する。
【０１３５】
そして、処理部１０は、各ユニットから取得したＧＰＳ演算結果５７とＩＮＳ演算結果５８とのカップリング処理を実行する。つまり、この場合は、ＧＰＳ演算処理及びＩＮＳ演算処理の実行主体が、それぞれＧＰＳユニット３及びＩＮＳユニット５となり、カップリング処理の実行主体が、電子機器の処理部１０となる。
【０１３６】
４−５．位置算出方法
設定されている影響モード（影響度合）に見合った位置算出の方式を適用して移動体の位置を算出することとしてもよい。例えば、ＧＰＳ影響モードが高影響モードの場合は、ＧＰＳ計測結果を用いた所定の位置算出処理を実行して位置を算出し、ＧＰＳ影響モードが低影響モードの場合は、ＧＰＳ計測結果及びＩＮＳ計測結果を用いたカップリング処理を実行して位置を算出することとしてもよい。
【０１３７】
図１６は、この場合に処理部１０が図１４の第１のナビゲーション処理に代えて実行する第２のナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。処理部１０は、ステップＡ９において影響モード設定処理を行った後、影響モード設定処理で設定したモード（設定モード５４）を判定する（ステップＣ１０）。
【０１３８】
設定モード５４が高影響モードであると判定した場合は（ステップＣ１０；高影響モード）、処理部１０は、ＧＰＳ演算結果フィルターリング処理を行う（ステップＣ１７）。そして、処理部１０は、フィルターリング結果を出力する（ステップＣ１９）。
【０１３９】
一方、設定モード５４が低影響モードであると判定した場合は（ステップＣ１０；低影響モード）、処理部１０は、図１５で説明したカップリング処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１０は、カップリング結果５９を出力する（ステップＡ１３）。
【０１４０】
ステップＣ１７のＧＰＳ演算結果フィルターリング処理は、ステップＡ５のＧＰＳ演算処理で求めたＧＰＳ演算結果をフィルターリングすることで、より確からしい位置を算出する位置算出処理である。この場合のフィルターリング方式としては、種々の方式を適用可能である。例えば、カルマンフィルター処理を適用してもよいし、ＧＰＳ演算結果の過去の履歴に基づくフィルターリング処理を適用してもよい。
【０１４１】
カルマンフィルター処理を適用するのであれば、例えば、ＧＰＳ演算結果を制御入力“Ｕ”とし、上記の実施形態で説明した移動時速度制約条件や停止時速度制約条件を観測量“Ｚ”として、移動体の位置や速度等の状態“Ｘ”を推定する手法が適用可能である。
【０１４２】
また、ＧＰＳ演算結果の過去の履歴に基づくフィルターリング処理を適用するのであれば、例えば、過去所定期間分（例えば過去１０秒間分）のＧＰＳ演算結果を平均化するなどして、移動体の位置や速度等を推定する手法が適用可能である。
【０１４３】
４−６．電子機器
上記の実施例では、四輪自動車に搭載するナビゲーション装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、二輪自動車に搭載するナビゲーション装置に適用してもよいし、携帯型ナビゲーション装置に適用することとしてもよい。
【０１４４】
また、ナビゲーション以外の用途の電子機器についても本発明を同様に適用可能であることは勿論である。例えば、携帯型電話機やパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった他の電子機器についても本発明を同様に適用して、当該電子機器の位置算出を実現することが可能である。
【符号の説明】
【０１４５】
１、１Ａ  位置算出装置、  ３  ＧＰＳユニット、  ５  ＩＮＳユニット、  ７  影響度合設定部、  ７Ａ  影響モード設定部、  ９  カップリング処理部、  ９Ａ  カルマンフィルター処理部、  １０  処理部、  ２０  操作部、  ３０  表示部、  ４０  通信部、  ５０  記憶部、  １００  カーナビゲーション装置、  １０００  ナビゲーションシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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