(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳ受信機を備えた航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法において、
所定の方法で複数の衛星の配置の中心となる直線を求め、該求められた前記複数の衛星配置の中心直線の傾きと前記複数の衛星配置の分散を、ＧＰＳ衛星の配置情報として求める配置情報計測ステップと、
前記配置情報計測ステップで求められた配置情報に基づいてＧＰＳ速度情報の所定の判定を行うＧＰＳ速度情報判定ステップとを備え、
前記ＧＰＳ速度情報判定ステップの判定結果によって前記車速パルス係数のキャリブレーションを行う
ことを特徴とする航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法。
【請求項２】
ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳ受信機を備えた航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法において、
所定の方法で複数の衛星の配置の中心となる直線を求め、該求められた前記複数の衛星配置の中心直線の傾きと前記複数の衛星配置の分散を、ＧＰＳ衛星の配置情報として求める配置情報計測ステップと、
前記配置情報計測ステップで求められたＧＰＳ衛星の前記配置情報とＧＤＯＰとによりＧＰＳ速度誤差分布を計測するＧＰＳ速度誤差分布計測ステップとを備え、
前記ＧＰＳ速度誤差分布に基づいて、前記車速パルス係数のキャリブレーションを行う
ことを特徴とする航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法。
【請求項３】
ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳ受信機を備えた航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法において、
所定の方法で複数の衛星の配置の中心となる直線を求め、該求められた前記複数の衛星配置の中心直線の傾きと前記複数の衛星配置の分散を、ＧＰＳ衛星の配置情報として求める配置情報計測ステップを備え、
前記配置情報計測ステップで求められたＧＰＳ衛星の配置情報に基づいて、位置計算に使用中のＧＰＳ衛星を監視し、使用中のＧＰＳ衛星が変更された場合には前記車速パルス係数のキャリブレーションを行わない
ことを特徴とする航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）を備えた航法装置に係り、特に進行距離計算における車速パルス係数のキャリブレーション処理の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳを備えた航法装置において、進行距離計算を行う際に、タイヤの回転数に対する進んだ距離を表す車速パルス係数のキャリブレーションを行う場合、リファレンス（基準値）としてＧＰＳで得られた速度情報を利用してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記のようにＧＰＳ速度を利用する方法は、条件によってはリファレンスであるＧＰＳ速度自身に大きな誤差を含む場合があり、たまたま大きな誤差を含むＧＰＳ速度をリファレンスとして車速パルス係数のキャリブレーション計算をしてしまうと、真値からずれた車速パルス係数となってしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、信頼性の高いＧＰＳ速度情報を選択して用いることによって車速パルス係数のキャリブレーション精度を向上させ、自律航法の測位精度を向上させた航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳ受信機を備えた航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法において、所定の方法で複数の衛星の配置の中心となる直線を求め、該求められた前記複数の衛星配置の中心直線の傾きと前記複数の衛星配置の分散を、ＧＰＳ衛星の配置情報として求める配置情報計測ステップと、前記配置情報計測ステップで求められた配置情報に基づいてＧＰＳ速度情報の所定の判定を行うＧＰＳ速度情報判定ステップとを備え、前記ＧＰＳ速度情報判定ステップの判定結果によって前記車速パルス係数のキャリブレーションを行うことを特徴としている。
【０００６】
（２）また本発明は、ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳ受信機を備えた航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法において、所定の方法で複数の衛星の配置の中心となる直線を求め、該求められた前記複数の衛星配置の中心直線の傾きと前記複数の衛星配置の分散を、ＧＰＳ衛星の配置情報として求める配置情報計測ステップと、前記配置情報計測ステップで求められたＧＰＳ衛星の前記配置情報とＧＤＯＰとによりＧＰＳ速度誤差分布を計測するＧＰＳ速度誤差分布計測ステップとを備え、前記ＧＰＳ速度誤差分布に基づいて、前記車速パルス係数のキャリブレーションを行うことを特徴としている。
【０００７】
（３）また本発明は、ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信して方位、位置、速度の情報を得るＧＰＳ受信機を備えた航法装置の自律航法の車速パルス係数キャリブレーション方法において、所定の方法で複数の衛星の配置の中心となる直線を求め、該求められた前記複数の衛星配置の中心直線の傾きと前記複数の衛星配置の分散を、ＧＰＳ衛星の配置情報として求める配置情報計測ステップを備え、前記配置情報計測ステップで求められたＧＰＳ衛星の配置情報に基づいて、位置計算に使用中のＧＰＳ衛星を監視し、使用中のＧＰＳ衛星が変更された場合には前記車速パルス係数のキャリブレーションを行わないことを特徴としている。
【０００９】
（４）ＧＰＳ速度情報自身に大きな誤差が含まれている場合であっても、ＧＰＳ衛星の配置情報に基づいて信頼性の高いＧＰＳ速度情報が選択される。このため車速パルス係数のキャリブレーション精度が向上し、自律航法の測位精度が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
車速パルス係数のキャリブレーションを正しく行うためには、どれだけ正確なリファレンスとなるＧＰＳ速度が得られるかが、重要になってくる。ＧＰＳ速度は、速度が小さい時や、ＧＰＳの幾何学的な精度劣化指数（以下ＧＤＯＰと称する）が悪い値の時は、信頼性が低い。
【００１１】
したがってより正確なリファレンス速度を得るには、これらの条件を厳しくしていけば良いのだが、条件を厳しくすればするほど、リファレンス速度が得られる回数が減るので、車速パルス係数のキャリブレーションの進みが遅れるという相反する条件を持っている。
【００１２】
そこで本発明では、ＧＰＳ衛星配置をリファレンス速度選択の条件に入れることによって、リファレンス速度が得られる回数をあまり減らすことなく、リファレンス速度の精度を向上させるようにした。
【００１３】
ＧＰＳ速度の精度は、ＧＤＯＰが同じ条件であっても、ＧＰＳ衛星配置によって変わってくる。例えば図１（ａ）のように均等なＧＰＳ衛星配置の場合、ＧＰＳ速度誤差の絶対値は図１（ｂ）の実線で示すように３６０°全方向均等に分布するが、図２（ａ）のように偏った縦型のＧＰＳ衛星配置の場合、衛星が並んだ縦方向の速度誤差は小さくなるが、逆に横方向の速度誤差は大きくなる。このためＧＰＳ速度の誤差は、図２（ｂ）の実線に示すようにＧＰＳ衛星の配置方向によって決まる楕円形の誤差分布を示す。
【００１４】
これはＧＤＯＰが多少悪くても、ＧＰＳ衛星が縦型に並んだ場合は、ＧＰＳ衛星が並んだ縦方向に進んでいる時のＧＰＳ速度は、リファレンス速度として使用できることを意味する。都会での道路事情を考えると、視界が開けたところに比べてＧＤＯＰは多少悪くなるが、道路の両側にビルが建ち並んでいるため、受信できるＧＰＳ衛星並びが進行方向と平行になり、ＧＤＯＰが多少悪くてもＧＰＳ速度がリファレンスとして使えるケースが多い。
【００１５】
本発明を実行する航法装置は、例えば図３のようにＧＰＳ測位を行うＧＰＳアンテナ１およびＧＰＳ測位装置２と、自律航法測位を行う方位検出装置３および距離検出装置４と、位置計算を行う現在位置演算装置５と、位置を地図上に表示する位置表示装置６と、地図データが記録されている地図記録装置７とで構成されている。
【００１６】
前記現在位置演算装置５は、演算処理部としてのＣＰＵと、記憶部としてのＲＯＭ、ＲＡＭと、外部装置とのデータの授受を行うＩ／Ｏ回路部とで構成されている。また位置表示装置６は例えば液晶ディスプレイから成り、地図記録装置７は例えばＣＤＲＯＭプレーヤ−から成る。
【００１７】
前記のように構成された航法装置の位置計算アルゴリズムは、図４に示すフローチャートとなる。図４において、まずステップＳ１においてＧＰＳデータ、方位データ、距離データを入力する。そしてステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４において方位データと距離データから進行方位と進行距離を計算し、自律航法現在位置を求める。
【００１８】
次にステップＳ５でマップマッチング処理を行って前記現在位置を道路上に補正した後、ステップＳ６でＧＰＳ信用領域評価関数を計算する。次にステップＳ７において、道路上に補正された自律航法現在位置とＧＰＳ現在位置をＧＰＳ信用領域評価関数により比較する。
【００１９】
その結果、自律航法現在位置とＧＰＳ現在位置が離れすぎている場合にはステップＳ８において自律航法現在位置をＧＰＳ現在位置で補正した後ステップＳ９で自律航法位置を表示する。
【００２０】
本発明を適用した車速パルス係数キャリブレーション処理は、進行距離計算で行われる。この進行距離計算アルゴリズムは図５に示すフローチャートとなる。図５において、まずステップＳ１において、ＧＰＳ速度データ、車速パルス数、ＧＰＳ衛星配置データ、ＧＰＳのＧＤＯＰ（ＧＰＳの幾何学的な精度劣化指数）を入力する。
【００２１】
そしてステップＳ２においてＧＰＳ衛星配置とＧＤＯＰに基づいてＧＰＳ速度誤差分布を計算し、このＧＰＳ速度誤差分布によって進行方位でのＧＰＳ速度が信頼できるかどうかをステップＳ３において判定する。
【００２２】
その結果ＧＰＳ速度が信頼できる時のみ、ステップＳ４においてＧＰＳ速度をリファレンスにして車速パルス係数のキャリブレーションを行う。そしてステップＳ５において車速パルス数と車速パルス係数から進行距離を求める。
【００２３】
次に前記図５のステップＳ２におけるＧＰＳ速度誤差分布の求め方を説明する。ＧＰＳ速度誤差分布を求めるには、最初にＧＰＳ衛星配置の中心となる直線を求める。まず衛星配置を、中心直線を求める２次元座標系へ変換する方法について述べる。
【００２４】
ＧＰＳ衛星からの電波を受信した位置からｉ番目のＧＰＳ衛星の見える方角は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信した位置を原点とし、ＧＰＳ衛星が表面に存在している半球の底面がｘ，ｙ平面と一致する３次元衛星配置座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を考えると、図６の衛星の方位角βｉ［ｒａｄ］と、図７の衛星の仰角αｉ［ｒａｄ］で表す。またＧＰＳの位置は、図８のようにＧＰＳ衛星からの電波を受信した位置を中心とした、半径ｒの半球上に存在していると仮定する。
ただし、０≦αｉ≦２π／２とする。
【００２５】
したがって、ｉ番目のＧＰＳ衛星の３次元衛星配置座標系における座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）は、次の第（１）式のようになる。
【００２６】
（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）＝（ｒｃｏｓαｉ・ｃｏｓβｉ、ｒｃｏｓαｉ・ｃｏｓβｉ、ｒｓｉｎαｉ）…（１）
これより、ＧＰＳ衛星からの電波を受信した位置を原点とし、ＧＰＳ衛星が存在している半球の底面と一致する２次元座標系（Ｘ，Ｙ）を仮定すると、ｉ番目の衛星配置の２次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ）は、次の第（２）式となる。
【００２７】
（Ｘｉ，Ｙｉ）＝（ｘｉ，ｙｉ）＝（ｒｃｏｓαｉ・ｃｏｓβｉ、ｒｃｏｓαｉ・ｃｏｓβｉ）…（２）
２次元座標系に展開された衛星配置の中心直線を求めるには、最小二乗法によるものと、２衛星間距離最大点法によるものの２通りがある。この２通りの方法で求めた中心直線のうち、分散が小さいほうの中心直線をより確からしいものとして採用する。
【００２８】
前記最小二乗法による衛星配置の中心直線を求める方法は次のようにして行う。
【００２９】
まず最小二乗法で求めたｎ組の衛星配置の中心直線を、次の第（３）式のように仮定する。
【００３０】
Ｙ＝ａＸ＋ｂ…（３）
ｉ番目の衛星配置のＸ座標Ｘｉに対応する第（３）式の計算値とＹｉとの差をｒｉとする。
【００３１】
ｒi＝Ｙi−（ａＸi＋ｂ）…（４）
ｎ組のデータのすべてに対して最も良く当てはまる式というのは、第（４）式の偏差の平方値の総和が最小となるような式である。すなわち、
【００３２】
【数１】
0003975549.tif 000002
【００３３】
この第（５）式の未知変数ａ，ｂについて偏導関数をとると、
【００３４】
【数２】
0003975549.tif 000003
【００３５】
第（６）式がもとの第（５）式を最初とするのは、それぞれの右辺が０となることであるから、これらを整理すると、第（７）式となる。
【００３６】
【数３】
0003975549.tif 000004
【００３７】
この第（７）式を行列で表すと、第（８）式となる。
【００３８】
【数４】
0003975549.tif 000005
【００３９】
第（８）式を解くと、ｎ組の衛星配置の、中心直線式である第（３）式のそれぞれの係数は、第（９）式のようになる。
【００４０】
【数５】
0003975549.tif 000006
【００４１】
この時の分散Ｖｓは第（１０）式のようになる。
【００４２】
【数６】
0003975549.tif 000007
【００４３】
また、２衛星間距離最大点法による衛星配置の中心直線を求める方法は次のようにして行う。
【００４４】
まずｎ組の衛星配置のうち、２衛星間距離が最大である２衛星の座標を結んだ直線を中心直線とし、第（１１）式のように仮定する。
【００４５】
Ｙ＝ｃＸ＋ｄ…（１１）
２衛星間距離が最大である衛星の座標を（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）とすると、ｎ組の衛星配置の中心直線式である第（１１）式の係数は第（１２）式のようになる。
【００４６】
ｃ＝（Ｙ2−Ｙ1）／（Ｘ2−Ｘ1），  ｄ＝Ｙ1−ｃＸ1  …（１２）
この時の分散Ｖｍは、第（１３）式のようになる。
【００４７】
【数７】
0003975549.tif 000008
【００４８】
以上のようにして２通りの方法による中心直線が求められたが、これらのうち分散が小さいほうの直線を、より確からしい中心直線とする。すなわち、
分散Ｖｓ≦Ｖｍのとき
衛星配置の中心直線の傾きγ＝ａ
分散Ｖ＝Ｖｓ
分散Ｖｓ＞Ｖｍのとき
衛星配置の中心直線の傾きγ＝ｃ
分散Ｖ＝Ｖｍ
前記のように求められた衛星配置の中心直線の傾きγは、図２のようなＧＰＳ速度誤差分布を表す楕円の短軸方向を表し、分散ＶはＧＰＳ速度誤差分布を表す楕円のつぶれ具合を表す。分散ＶとＧＰＳ速度誤差分布の関係は、使用するＧＰＳ測位装置やＧＰＳアンテナの特性によって決まるので、正確に関係を求めるには、実験によって確かめる必要がある。傾向としては、分散Ｖが小さくなるほどＧＰＳ速度誤差分布の楕円はつぶれ、分散Ｖが大きくなるほどＧＰＳ速度誤差分布の楕円は円に近ずく。
【００４９】
したがって、分散Ｖが小さい時は、前記図５のステップＳ３で進行方向と衛星配置の中心直線方向が一致するか否かを判定し、一致する時のみ、ＧＰＳ速度を使用するような簡易的な処理を行う。
【００５０】
また、位置計算に使用中のＧＰＳ衛星に変更が生じた時は、ＧＰＳ速度に誤差が生じやすい。したがって本発明では、ＧＰＳ衛星の配置情報を用いて、位置計算に使用中のＧＰＳ衛星を監視し、計算使用衛星の変更時はＧＰＳ速度を信用しないというアルゴリズムを入れる。これによってより確からしいＧＰＳ速度を抽出することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＧＰＳ衛星の配置情報に基づいて、ＧＰＳ速度情報が信頼できるかどうかを判定し、該判定結果に応じて、自律航法で使用する車速パルス係数のキャリブレーション時のリファレンスとして用いるＧＰＳ速度情報を決定するようにしたので、次のような優れた効果が得られる。
【００５２】
（１）信頼性の高いＧＰＳ速度だけを選択して使用することによって、車速パルス係数のキャリブレーション精度が向上し、自律航法の測位精度が向上する。
【００５３】
（２）道路の両側に高い建物が立ち並んでいるような悪条件下でも、信頼性の高いＧＰＳ速度を抽出できるため、車速パルス係数のキャリブレーションがより速く進む。
【００５４】
（３）位置計算に使用中のＧＰＳ衛星を監視し、ＧＰＳ速度誤差が生じやすい、計算使用衛星の変更時は、ＧＰＳ速度を使用しないアルゴリズムにより、信頼性の高いＧＰＳ速度が抽出でき、車速パルス係数のキャリブレーション精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＰＳ衛星配置とＧＰＳ速度誤差の関係を表し、（ａ）はＧＰＳ衛星配置の説明図、（ｂ）は進行方向とＧＰＳ速度誤差の関係を示す説明図。
【図２】ＧＰＳ衛星配置とＧＰＳ速度誤差の関係を示す説明図。
【図３】本発明を実行するための航法装置のブロック図。
【図４】本発明を実行するための航法装置の位置計算アルゴリズムを示すフローチャート。
【図５】本発明が適用される進行距離計算アルゴリズムを示すフローチャート。
【図６】本発明の要部である衛星配置の中心直線を求める方法を説明するための説明図。
【図７】本発明の要部である衛星配置の中心直線を求める方法を説明するための説明図。
【図８】本発明の要部である衛星配置の中心直線を求める方法を説明するための説明図。
【符号の説明】
１…ＧＰＳアンテナ
２…ＧＰＳ測位装置
３…方位検出装置
４…距離検出装置
５…現在位置演算装置
６…位置表示装置
７…地図記録装置
【図１】
0003975549.tif 000009
【図２】
0003975549.tif 000010
【図３】
0003975549.tif 000011
【図４】
0003975549.tif 000012
【図５】
0003975549.tif 000013
【図６】
0003975549.tif 000014
【図７】
0003975549.tif 000015
【図８】
0003975549.tif 000016