(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳにより位置を求めるとともに該求めた異なる時刻における複数の位置から移動速度を求める第１の計測手段と、
加速度センサから得られる加速度を加速度オフセット値を用いて補正し、該補正された加速度と方位センサから得られる方位とに基づいて移動速度および位置を求める第２の計測手段と、を備え、位置案内を行うナビゲーション装置において、
前記第１の計測手段により求められた位置および移動速度と、前記第２の計測手段により求められた位置および移動速度と、をカルマンフィルタに入力して現在の最も確からしい位置に関する最良値を推定する最良値推定手段と、
前記最良値推定手段によって推定された最良値に基づき、前記第２の計測手段により求められた位置の誤差が前記加速度センサのオフセット誤差に起因したものであるとして該オフセット誤差の分だけ加速度を補正するための前記加速度オフセット値を算出する加速度オフセット算出手段と、
前記第１の計測手段による計測結果の精度を判定する精度判定手段と、
前記精度判定手段により前記精度が良好であると判定された場合、前記最良値推定手段により推定された最良値を用いて、前記第２の計測手段により求められた位置を補正して現在の位置として出力し、前記精度が良好でないと判定された場合、前記第２の計測手段により求められた位置を現在の位置として出力する位置補正部と、
を備え、
前記加速度オフセット算出手段は、前記精度判定手段により精度が所定の良好な範囲内であると判定された場合にのみ、前記最良値に基づいて前記加速度オフセット値を算出することを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】
前記最良値推定手段は、前記第１の計測手段により求められた位置と前記第２の計測手
段により求められた位置との差分、および前記第１の計測手段により求められた移動速度
と前記第２の計測手段により求められた移動速度との差分から、これらの差分の最良値を推定することを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
前記精度判定手段は、前記第１の計測手段により求めた移動速度が所定値以上である場合に精度が良好であると判定することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
前記精度判定手段は、前記第１の計測手段により求めた異なる時刻における複数の位置から進行方向の変化する角度を算出し、該算出した角度が所定値以下である場合に精度が良好であると判定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のナビゲーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現在位置の案内を行うナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の位置を計測し走行案内を行うナビゲーション装置には、車内に配線等を行って設置する据え置き型のものと、ＰＮＤ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれる持ち運び自在の携帯型のものとがある。近年、据え置き型のナビゲーション装置（例えば、特許文献１参照）では、ＧＰＳ信号に基づき取得される位置情報の他、内蔵するジャイロセンサまたは地磁気センサより得られる方位や車両が備える車速計より得られる車速の情報も併用することによって、車両の現在位置を高精度に求める機能を搭載したものが実用化されている。このような機能は、特に、ＧＰＳ信号が取得できないか、又はＧＰＳ信号の精度が良くない場合に有用となる。
【０００３】
一方、携帯型のナビゲーション装置では、車速の情報を車両の計器盤等の内部に設置された車速計から得ることが簡単でないため、ＧＰＳ信号が取得できない等の場合のための補助的手段として、従来、内蔵する加速度センサを用いて計測した加速度を積分することにより車速を得、これにより位置を求めるという方法が採用されている。
【特許文献１】特開平９−４２９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、加速度センサは一般にオフセット誤差を有するため、位置の計測において十分に良好な精度が得られないという重大な問題がある。ここで、オフセット誤差とは、本来加速度運動による加速度がゼロであるにもかかわらずある有限の加速度値が加速度センサから出力されてしまう誤差のことであり、オフセット誤差には、個々の加速度センサに固有の電気的なオフセット（つまり個体差によるもの）の他、計測時において加速度センサの向きが鉛直方向に対して所望の向きからずれていることにより重力加速度を車両に加えられた加速度と誤認してしまうことによるオフセットがある。前者のオフセット誤差は、加速度センサを選別すればその影響を比較的簡単に小さくできる。
【０００５】
ところが、後者のオフセット誤差については、従来それを測定する有効な方法が存在していなかった。例えば、水平な道路上で停車時に出力される加速度センサの出力値を上記オフセット誤差であるとみなすこともできるが、坂道など水平面から傾いた場所ではオフセット誤差の値は変化してしまうので、リアルタイムで正確なオフセット誤差がいくらであるかを知ることはできない。なお、オフセット誤差がもたらす測位精度への影響の一例として、加速度センサが角度０．１°傾いていると、１００秒後にはおよそ１００メートルの位置の誤差となるので、オフセット誤差をなくすことは非常に重要である。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加速度センサのオフセット誤差を補正することができ、それにより加速度センサを用いた測位を精度良く行うことが可能なナビゲーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ＧＰＳにより位置を求めるとともに該求めた異なる時刻における複数の位置から移動速度を求める第１の計測手段と、加速度センサから得られる加速度を加速度オフセット値を用いて補正し、該補正された加速度と方位センサから得られる方位とに基づいて移動速度および位置を求める第２の計測手段と、を備え、位置案内を行うナビゲーション装置において、前記第１の計測手段により求められた位置および移動速度と、前記第２の計測手段により求められた位置および移動速度と、をカルマンフィルタに入力して現在の最も確からしい位置に関する最良値を推定する最良値推定手段と、前記最良値推定手段によって推定された最良値に基づき、前記第２の計測手段により求められた位置の誤差が前記加速度センサのオフセット誤差に起因したものであるとして該オフセット誤差の分だけ加速度を補正するための前記加速度オフセット値を算出する加速度オフセット算出手段と、前記第１の計測手段による計測結果の精度を判定する精度判定手段と、前記精度判定手段により前記精度が良好であると判定された場合、前記最良値推定手段により推定された最良値を用いて、前記第２の計測手段により求められた位置を補正して現在の位置として出力し、前記精度が良好でないと判定された場合、前記第２の計測手段により求められた位置を現在の位置として出力する位置補正部とを備え、前記加速度オフセット算出手段は、前記精度判定手段により精度が所定の良好な範囲内であると判定された場合にのみ、前記最良値に基づいて前記加速度オフセット値を算出することを特徴とするナビゲーション装置である。
【０００８】
この発明において、加速度センサと方位センサから得られる位置および移動速度と、ＧＰＳから得られる位置および移動速度とに基づいて位置に関する最良値を求め、求めた最良値を用いて加速度オフセット値を算出し、この加速度オフセット値により加速度センサからの加速度が補正されるようにした。したがって、実際に走行中であっても走行中に計測されるデータ（加速度センサ、方位センサ、ＧＰＳからの位置および移動速度）から加速度オフセット値が算出されるので、常時、加速度センサのオフセット誤差を補正することが可能である。これにより、加速度センサを用いた測位を精度良く行うことが可能となる。
【０００９】
また、本発明は、上記のナビゲーション装置において、前記最良値推定手段は、前記第１の計測手段により求められた位置と前記第２の計測手段により求められた位置との差分、および前記第１の計測手段により求められた移動速度と前記第２の計測手段により求められた移動速度との差分から、これらの差分の最良値を推定することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、第１の計測手段と第２の計測手段の各計測データの差分から最良値を推定するので、各計測データをそれぞれ独立に取り扱うのと比べて、最良値を推定する際の演算量を削減することができる。
【００１１】
また、本発明は、上記のナビゲーション装置において、前記第１の計測手段による計測結果の精度を判定する精度判定手段を備え、前記加速度オフセット算出手段は、前記精度判定手段により精度が所定の良好な範囲内であると判定された場合にのみ、前記最良値に基づいて前記加速度オフセット値を算出することを特徴とする。
【００１２】
この発明において、ＧＰＳによる計測結果の精度が良好であれば加速度オフセット値を算出し、精度が良好でない場合は加速度オフセット値を算出しないようにした。これにより、ＧＰＳによる計測結果の精度が良好な場合にのみ、加速度の補正が行われる。通常、ＧＰＳによる計測結果は例えば移動速度などによって精度に差が出るが、この精度が悪い場合には、推定される最良値の精度も悪くなり、ひいては加速度オフセット値の精度も悪くなってしまう。したがって、ＧＰＳの精度が良好な場合、即ち精度の良い加速度オフセット値が得られる場合にのみ加速度が補正されるようにすることで、加速度の補正を信頼性あるものにすることができる。
【００１３】
また、本発明は、上記のナビゲーション装置において、前記精度判定手段は、前記第１の計測手段により求めた移動速度が所定値以上である場合に精度が良好であると判定することを特徴とする。
【００１４】
この発明において、移動速度が遅い場合（極端な場合として、止まっている場合）はＧＰＳによる位置の計測誤差の速度誤差に対する影響が大きく出るのに対し、移動速度が速い場合はＧＰＳによる位置の計測誤差の速度誤差に対する影響が相対的に薄まることを考慮し、移動速度が速い場合にＧＰＳの精度が良好であると判定して、この場合にのみ加速度オフセット値を算出するようにした。したがって、精度の良い加速度オフセット値に基づいて加速度が補正されるので、加速度の補正を信頼性あるものにすることができる。
【００１５】
また、本発明は、上記のナビゲーション装置において、前記精度判定手段は、前記第１の計測手段により求めた異なる時刻における複数の位置から進行方向の変化する角度を算出し、該算出した角度が所定値以下である場合に精度が良好であると判定することを特徴とする。
【００１６】
この発明において、ＧＰＳによる位置の計測誤差が大きい場合には測位された位置から求まる進行方向が急激に変化することを考慮し、進行方向の変化する角度が小さい場合にＧＰＳの精度が良好であると判定して、この場合にのみ加速度オフセット値を算出するようにした。したがって、精度の良い加速度オフセット値に基づいて加速度が補正されるので、加速度の補正を信頼性あるものにすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、加速度センサのオフセット誤差を補正することができ、それにより加速度センサを用いた測位を精度良く行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるナビゲーション装置１の構成図である。ナビゲーション装置１は、ＣＰＵ１０と、ＧＰＳ部１１と、加速度センサ１２と、磁気センサ１３と、メモリ１４と、外部記憶装置１５と、通信部１６と、表示装置１７と、音声出力装置１８と、を含んで構成され、各部はバスライン１９によって接続されている。ナビゲーション装置１のこれら各部は一つの筐体内に収容されており、ナビゲーション装置１が携帯可能であるとともに車両内の任意の位置に取付け可能になっている。以降、ナビゲーション装置１は車両内に取り付けられているものとする。
【００１９】
ＣＰＵ（中央処理装置）１０は、メモリ１４に格納されたプログラムを読み込み、該読み込んだプログラムに従って、ナビゲーション装置１の各部を統括し制御するとともに、ＧＰＳ部１１や加速度センサ１２、磁気センサ１３より取得されるデータから現在の位置を推定し、また推定結果を用いて加速度センサ１２の出力を補正する後述（図２〜図４）の演算処理や、ユーザに現在位置を案内するナビゲーション機能を実現する情報処理を実行する。
【００２０】
ＧＰＳ部１１は、ＧＰＳ（全地球測位システム）方式によって車両の位置（緯度経度）を測位するとともに、測位された最新の位置とその直前の位置とに基づいて車両の速度を算出し、得られた位置および速度を表す情報をＣＰＵ１０へ出力する。ＧＰＳ方式では、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、該ＧＰＳ信号を受信した受信時刻（図示しない計時手段により計時される）のデータを用いた演算処理によって、位置を測位する。
【００２１】
加速度センサ１２は、車両（即ちナビゲーション装置１）の加速度を測定し、その測定結果を表す加速度情報をＣＰＵ１０へ出力する。測定される加速度は、車両が加速運動を行ったことによる加速度以外に、車両が坂道などで傾いたことによる重力加速度も含んでいる。加速度センサ１２としては、互いに直角な異なる二方向の加速度成分を検出する２軸加速度センサを用いるものとし、本実施形態においては、加速度センサ１２は、その一方の軸が車両の前後方向（車両正面をｙ軸正方向とする）を向き、他方の軸が車両の左右方向（車両右側をｘ軸正方向とする）を向くようにして配置するものとする。ＣＰＵ１０へ出力される加速度情報は、各軸方向の加速度成分、即ち、車両の前後方向の加速度成分と車両の左右方向の加速度成分である。各成分には、重力加速度が測定されてしまうことに起因するオフセットや加速度センサ１２の電気的オフセットからなるオフセット誤差が含まれている。
【００２２】
磁気センサ１３は、車両（即ちナビゲーション装置１）における地磁気を測定し、磁気センサ１３に定められた所定の基準軸が向けられている方位を算出してその方位を表す方位情報をＣＰＵ１０へ出力する。本実施形態において、磁気センサ１３は、この基準軸が車両正面方向を向くようにして配置するものとする。磁気センサ１３としては、互いに直角な異なる二方向の磁気成分を検出する２軸磁気センサ、または互いに直角な異なる三方向の磁気成分を検出する３軸磁気センサ、のいずれかを用いるものとする。例えば２軸磁気センサの場合には、磁気の大きさを検出する２つの素子（磁気抵抗素子）が異なる二方向を向いて配置されており、それぞれの素子が検出する地磁気の大きさに基づいて上記基準軸（車両正面）の方位を算出する。
なお、加速度センサ１２のｙ軸と磁気センサ１３の基準軸は、それぞれが互いに平行即ち同方向となるようにする必要があるが、その方向は上記のように車両正面方向でなくともよく、他の方向としてもよい。
【００２３】
メモリ１４は、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）とＲＡＭ（随時書込み読出しメモリ）からなる。ＲＯＭには、ＣＰＵ１０で実行されるプログラムが記憶されている。ＲＡＭは、プログラム実行時に一時データを記憶する記憶領域として使用される。
外部記憶装置１５は、例えばハードディスクドライブなどの大容量記憶装置であり、ナビゲーションに必要な地図情報等を記憶している。
通信部１６は、例えば無線通信等によってインターネットと接続し、最新の地図情報等をインターネットを介して取得する。取得した地図情報等は、外部記憶装置１５に記憶される。
【００２４】
表示装置１７は、ＣＰＵ１０によって実現するナビゲーション機能による走行案内を、例えば地図上に車両の現在位置と方位が分かるような形でグラフィカルに表示する。
音声出力装置１８は、必要なタイミングで例えば交差点を曲がる等の音声案内用の音声を発生してスピーカから音声案内を行う。
【００２５】
次に、ナビゲーション装置１がＧＰＳ部１１、加速度センサ１２、および磁気センサ１３より取得されるデータから現在の位置を推定するとともに推定結果を用いて加速度センサ１２の出力を補正する処理について説明する。図２は、ナビゲーション装置１の当該処理にかかる機能ブロックを示す図であり、当該処理は、ＩＮＳ系測位部１０１（加速度センサ１２と磁気センサ１３をＩＮＳ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）系と称する）と、最良値推定部１０２と、位置補正部１０３と、加速度オフセット算出部１０４と、精度判定部１０５とによって実現される。なお、これら各部の機能は、前述したように、メモリ１４に格納されたプログラムをＣＰＵ１０が読み出して実行することにより実現される。
【００２６】
ＩＮＳ系測位部１０１へは、加速度センサ１２からオフセット誤差を含んだ加速度ａ＝（ａｘ，ａｙ）が入力される（ａｘはｘ軸成分、ａｙはｙ軸成分）とともに、磁気センサ１３から車両の正面が向いている方向を示す方位θが入力される。加速度ａと方位θの入力は、所定の時間間隔（例えば、１秒間に数回程度）で逐次行われる。更に、ＩＮＳ系測位部１０１へは、加速度オフセット算出部１０４から、加速度センサ１２からの加速度ａに含まれるオフセット誤差を補正するための加速度オフセット値ｂ＝（ｂｘ，ｂｙ）が所定の時間間隔（以下に述べる更新が行われる時間間隔であり、例えば１秒毎）で入力される（ｂｘはｘ軸成分、ｂｙはｙ軸成分）。
【００２７】
ＩＮＳ系測位部１０１は、上記の入力された各データを用い次式に従って車両の位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを計算するとともに、その計算結果を最良値推定部１０２と位置補正部１０３へ出力する。
ａＮ＝−（ａｘ＋ｂｘ）・ｓｉｎθ＋（ａｙ＋ｂｙ）・ｃｏｓθ
ａＥ＝  （ａｘ＋ｂｘ）・ｃｏｓθ＋（ａｙ＋ｂｙ）・ｓｉｎθ
ＶＮＩＮＳ＝ＶＮ０ＩＮＳ＋ａＮ・Δｔ
ＶＥＩＮＳ＝ＶＥ０ＩＮＳ＋ａＥ・Δｔ
ＰＮＩＮＳ＝ＰＮ０ＩＮＳ＋ｓｉｎ−１［（ＶＮＩＮＳ×Δｔ）／Ｒ］
ＰＥＩＮＳ＝ＰＥ０ＩＮＳ＋ｓｉｎ−１［（ＶＥＩＮＳ×Δｔ）／｛Ｒ×ｃｏｓ（ＰＮ０ＩＮＳ）｝］
但し、ａＮ，ａＥはそれぞれ加速度ａ＋ｂの緯度および経度方向成分、ＶＮＩＮＳ，ＶＥＩＮＳはそれぞれ速度ＶＩＮＳの緯度および経度方向成分、ＰＮＩＮＳ，ＰＥＩＮＳはそれぞれ位置ＰＩＮＳの緯度および経度成分である。また、ＶＮ０ＩＮＳ，ＶＥ０ＩＮＳ，ＰＮ０ＩＮＳ，ＰＥ０ＩＮＳはそれぞれ前回計算されたＶＮＩＮＳ，ＶＥＩＮＳ，ＰＮＩＮＳ，ＰＥＩＮＳの値、Δｔは前回の計算から今回の計算までの経過時間である。
【００２８】
ここで、上記の式に示されるように、ＩＮＳ系測位部１０１は、加速度ａと加速度オフセット値ｂとの加算を行うことによって、加速度センサ１２からの加速度ａを加速度オフセット算出部１０４から得られる加速度オフセット値ｂを用いて補正している。この補正に用いる加速度オフセット値ｂは、加速度オフセット算出部１０４において、最良値推定部１０２からの新たな入力がある度に更新されるものである。したがって、加速度センサ１２からの加速度ａは、随時更新されていく加速度オフセット値ｂにより常に適正に補正されることとなる。
【００２９】
最良値推定部１０２へは、ＩＮＳ系測位部１０１から上記計算された位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳが入力されるとともに、ＧＰＳ部１１から所定の時間間隔（例えば１秒毎）で位置ＰＧＰＳおよび速度ＶＧＰＳが入力される。ＩＮＳ系測位部１０１によって計算される位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳと、ＧＰＳ部１１から得られる位置ＰＧＰＳおよび速度ＶＧＰＳとは、それぞれの測定原理が違うので互いの値には差があり、また各値は固有の誤差を持っている。最良値推定部１０２はこのような入力値から最も確からしい値を推定するために用いられる。
【００３０】
最良値推定部１０２は、ＧＰＳ部１１からの入力がある度に、入力された位置の差分δＰ’＝ＰＧＰＳ−ＰＩＮＳと入力された速度の差分δＶ’＝ＶＧＰＳ−ＶＩＮＳを計算し、この差分δＰ’およびδＶ’に基づいてそれらの最も確からしい値（最良値）であるδＰとδＶを推定する。このδＰとδＶの推定は、カルマンフィルタを用いた演算によって行うものとする。演算の詳細については後述する。最良値推定部１０２は、推定により得られた最良値δＰとδＶを位置補正部１０３および加速度オフセット算出部１０４へ出力する。
【００３１】
位置補正部１０３は、ＩＮＳ系測位部１０１から入力される車両の位置ＰＩＮＳと最良値推定部１０２から入力される位置の差分の最良値δＰとに基づいて、次式に従って位置ＰＩＮＳを補正することにより現在の最も確からしい位置Ｐを計算する。
Ｐ＝ＰＩＮＳ＋δＰ
また位置補正部１０３は、精度判定部１０５からの指示に応じて、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好である場合には上記計算した位置Ｐをナビゲーションソフト（ＣＰＵ１０）への出力とし、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好でない場合にはＩＮＳ系測位部１０１から入力された位置ＰＩＮＳをそのままナビゲーションソフト（ＣＰＵ１０）への出力とする。
【００３２】
なお、本実施形態のナビゲーション装置１においては、ＩＮＳ系による測位の結果から車両の（最終的な）現在の位置を求めることを基本とし、ＧＰＳ部１１による計測結果はＩＮＳ系から得られる加速度ａや位置ＰＩＮＳを補正する目的で用いている。そのため、上記のように、ＧＰＳ部１１の精度が良好な場合は位置ＰＩＮＳも良好な精度で補正されるので位置Ｐを出力し、ＧＰＳ部１１の精度が良好でない場合は補正を行うことなく位置ＰＩＮＳをそのまま出力するようにしている。
【００３３】
加速度オフセット算出部１０４は、最良値推定部１０２から入力される位置の差分の最良値δＰに基づいて、加速度センサ１２から出力される加速度ａに含まれるオフセット誤差を補正するための補正値である加速度オフセット値ｂを算出する。ここで、位置の差分の最良値δＰから加速度オフセット値ｂを求めるための算出式は、次のような仮定に基づいて定めることとする。
【００３４】
即ち、ＩＮＳ系測位部１０１において前回、加速度センサ１２からの加速度ａが完全に（つまりオフセット誤差がなくなるように）補正されていたとすれば、最良値推定部１０２によって得られる位置の差分の最良値δＰはゼロになるはずである。一方、加速度ａの補正が不完全である（つまりオフセット誤差が残っている）ならば、その不完全な分の加速度（これをｂ’とする）によってＩＮＳ系測位部１０１で計算される位置ＰＩＮＳに誤差が生じ、この誤差に対応する値を持った位置の差分の最良値δＰが最良値推定部１０２から得られることになるはずである。故に、最良値推定部１０２の出力δＰは、加速度ｂ’での等加速度運動によって生じる位置の誤差であり、次式
δＰ＝（１／２）・ｂ’・ΔＴ２
が成り立つ。
【００３５】
したがって、加速度オフセット算出部１０４が加速度オフセット値ｂを算出するための算出式を
ｂ＝ｂ０＋２・δＰｘｙ／ΔＴ２
とする。但し、ここでｂ０はＩＮＳ系測位部１０１での前回の加速度の補正に用いられた加速度オフセット値、ΔＴは前回の加速度の補正から今回までの経過時間である。また、δＰｘｙは、最良値推定部１０２から得られる緯度経度で表された最良値δＰを車両に固定されたｘｙ座標系に変換（方位θの回転）したものである。
【００３６】
加速度オフセット算出部１０４は上記の式に従って、最良値推定部１０２から最良値δＰが入力される度に加速度オフセット値ｂを算出し、算出した加速度オフセット値ｂをＩＮＳ系測位部１０１へ出力する。このようにして加速度オフセット値ｂは随時更新されていき、この更新された加速度オフセット値ｂにより、ＩＮＳ系測位部１０１において加速度センサ１２の加速度ａが補正される。この結果、加速度ａの補正は常に適正な状態で行われることとなる。
【００３７】
精度判定部１０５は、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好であるか否かを判定し、その結果を位置補正部１０３および最良値推定部１０２へ通知する。最良値推定部１０２では、この通知に従って、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好であると判定された場合にのみ最良値δＰとδＶの推定を行い、精度が良好でない場合にはこの推定を中止する。ＧＰＳ部１１の計測精度が良好な場合のみ最良値δＰを求めて加速度オフセット算出部１０４へ出力することで、精度の良い最良値δＰから精度の良い加速度オフセット値ｂを得ることができる。
【００３８】
精度判定部１０５が精度の判定を行う際には、ＧＰＳ部１１から得られる位置ＰＧＰＳに基づいて計算される速度Ｖや進行方向の変化する角度αを利用する。ＧＰＳによる位置の計測には一般に所定の大きさの誤差をともなうが、速度が遅い場合は位置の計測誤差の速度誤差に対する影響が大きく出るのに対し、速度が速い場合はその影響が相対的に薄まるので、精度判定部１０５は、速度Ｖが所定値以上である場合に、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好であると判定するものとする。また、ＧＰＳによる位置の計測誤差が大きい場合には位置ＰＧＰＳから求まる進行方向が急激に変化するので、精度判定部１０５は、進行方向の変化する角度αが所定値以下である場合に、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好であると判定するものとする。
【００３９】
次に、ナビゲーション装置１の動作の具体例を説明する。図３は、ナビゲーション装置１の動作例を示すフローチャートである。
【００４０】
まず、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳ部１１から車両の位置ＰＧＰＳと速度ＶＧＰＳを取得してメモリ１４に格納し（ステップＳ１）、更に、加速度センサ１２からオフセット誤差を含んだ加速度ａを取得するとともに磁気センサ１３から車両の正面方向を示す方位θを取得して、それぞれをメモリ１４に格納する（ステップＳ２）。次いでＩＮＳ系測位部１０１は、上記取得した加速度ａをメモリ１４に保持している加速度オフセット値ｂにより補正するとともに、補正後の加速度ａ＋ｂと上記取得した方位θに基づいて車両の位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを計算する（ステップＳ３）。加速度オフセット値ｂは、ステップＳ３の初回実行時は初期値ｂ＝（０，０）であり、以下説明するステップＳ１１を実行した後は当該ステップＳ１１で算出された値であり、適宜、メモリ１４にこれらが記憶されている。
【００４１】
次に、ＣＰＵ１０は、位置ＰＧＰＳと速度ＶＧＰＳが更新されたか否かを判断する（ステップＳ４）。後述するように上記ステップＳ１は時間ΔｔＧＰＳ間隔で繰り返され、上記ステップＳ２は時間ΔｔＩＮＳ（＜ΔｔＧＰＳ）間隔で繰り返されるが、まだ時間ΔｔＧＰＳが経過していない時は位置ＰＧＰＳと速度ＶＧＰＳは更新されないので、ステップＳ４の判断はＮＯとなる。
【００４２】
この場合、位置補正部１０３は、ステップＳ３で計算された位置ＰＩＮＳをメモリ１４に保持している最新の最良値δＰを用いて補正することにより現在の最も確からしい車両の位置Ｐを計算する（ステップＳ５）。なお、最良値δＰは、以下説明するステップＳ１０の前回の実行時に算出されてメモリ１４に記憶されている。こうして、位置補正部１０３から、ＩＮＳ系測位部１０１で計算された位置ＰＩＮＳを補正した位置Ｐがナビゲーションソフトへ出力される（ステップＳ６）。
【００４３】
続いて、ＣＰＵ１０は、時間ΔｔＧＰＳが経過したか否かを判断し（ステップＳ７）、時間ΔｔＧＰＳが経過すると再びステップＳ１からの処理を繰り返す。時間ΔｔＧＰＳがまだ経過していなければ、ＣＰＵ１０は、次に時間ΔｔＩＮＳが経過したか否かを判断し（ステップＳ８）、時間ΔｔＩＮＳが経過すると再びステップＳ２からの処理を繰り返す。このようにして、ＧＰＳ部１１からのデータは時間ΔｔＧＰＳ間隔で更新されるとともにＩＮＳ系のデータは時間ΔｔＩＮＳ間隔で更新されていき、ＧＰＳ部１１からのデータが更新されるまでの間、時間ΔｔＩＮＳ間隔で位置Ｐの出力が行われる。なお、一例として、ΔｔＧＰＳ＝１秒、ΔｔＩＮＳ＝０．２秒とする。
【００４４】
ＧＰＳ部１１からのデータが更新されると、ステップＳ４の判断はＹＥＳとなる。この場合、精度判定部１０５は、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好であるか否かを判定する（ステップＳ９）。この判定処理については後で図４を用いて説明する。精度が十分に良好であると判定された場合、最良値推定部１０２は、ステップＳ１，Ｓ３で得られた位置および速度から計算される差分δＰ’＝ＰＧＰＳ−ＰＩＮＳとδＶ’＝ＶＧＰＳ−ＶＩＮＳに基づいて、それらの最良値δＰとδＶを推定する（ステップＳ１０）。この推定結果はメモリ１４に記憶される。
【００４５】
次いで加速度オフセット算出部１０４は、上記得られた最良値δＰから加速度オフセット値ｂを算出する（ステップＳ１１）。こうして、ＧＰＳ部１１から精度が十分に良好な新たなデータが得られる度に、加速度オフセット値ｂが更新されていく。ここで算出された加速度オフセット値ｂは、上述したように、メモリ１４に記憶されステップＳ３において加速度ａを補正するために使用される。したがって、順次更新される加速度オフセット値ｂを用いて補正を行うので、加速度センサ１２から取得されるオフセット誤差を含んだ加速度ａを常に適正に補正していくことができる。
【００４６】
ステップＳ１１の後、位置補正部１０３はステップＳ１０で推定された最良値δＰを用いて現在の最も確からしい車両の位置Ｐを計算する（上記ステップＳ５）。位置補正部１０３からは、このようにＧＰＳ部１１から精度が十分に良好なデータが得られた時にも、ＩＮＳ系測位部１０１で計算された位置ＰＩＮＳを補正した位置Ｐが出力される（上記ステップＳ６）。
【００４７】
一方、ステップＳ９においてＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好でないと判定された場合には、ステップＳ１０における最良値δＰとδＶの推定およびステップＳ１１における加速度オフセット値ｂの算出を行うことなく、位置補正部１０３からはステップＳ３で計算された位置ＰＩＮＳがそのままナビゲーションソフトへ出力される（ステップＳ１２）。このため精度の悪い加速度オフセット値ｂが求まることがないので、ＩＮＳ系測位部１０１での加速度ａの補正が信頼性あるものとなる。
【００４８】
次に、上述したステップＳ９の具体的な処理を説明する。図４は、精度判定部１０５が実行する処理の例を示すフローチャートである。
【００４９】
最初に、精度判定部１０５は、ＧＰＳ部１１から取得された位置ＰＧＰＳが位置不定であることを示すデータであるか否かを判断する（ステップＳ９１）。ここで、ＧＰＳ部１１からは、ＧＰＳ信号を受信できている時は緯度と経度を示すデータが位置ＰＧＰＳとして出力され、ＧＰＳ信号を受信できない時は位置不定であることを示すデータが位置ＰＧＰＳとして出力されるものとする。位置ＰＧＰＳが位置不定であることを示すデータである場合、精度判定部１０５は、メモリ１４に格納されているその位置ＰＧＰＳをクリアし、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好でないと判断する（ステップＳ９８）。
【００５０】
位置ＰＧＰＳが緯度と経度を示すデータであれば、精度判定部１０５は、次に、ＧＰＳ部１１から取得された位置ＰＧＰＳがメモリ１４に所定数（例えば３個）記憶されているか否かを判断する（ステップＳ９２）。ここで、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１が実行されるごとに位置ＰＧＰＳが順次更新され、最新の３個の位置ＰＧＰＳとその測定時刻情報がメモリ１４に記憶されるものとする。記憶数がまだ３個になっていない場合、精度判定部１０５は、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好でないと判断する（上記ステップＳ９８）。
【００５１】
位置ＰＧＰＳの記憶数が３個であれば、精度判定部１０５は、位置ＰＧＰＳ（２）と位置ＰＧＰＳ（１）を結ぶベクトルと、位置ＰＧＰＳ（１）と位置ＰＧＰＳ（０）を結ぶベクトルのなす角度αを計算し（ステップＳ９３）、更に、位置ＰＧＰＳ（１）から位置ＰＧＰＳ（０）までの移動速度Ｖを計算する（ステップＳ９４）。ここで、位置ＰＧＰＳ（０）は現在の測定で測定された位置、位置ＰＧＰＳ（１）は１つ前の測定で測定された位置、位置ＰＧＰＳ（２）は２つ前の測定で測定された位置である。角度αは、進行方向の変化する角度を表す。移動速度Ｖは、位置ＰＧＰＳ（１）から位置ＰＧＰＳ（０）への移動距離をそれぞれの測定時刻の差で除することにより求められる。
【００５２】
次いで精度判定部１０５は、角度αが所定値（例えば９０度）以下であるか否かを判断する（ステップＳ９５）。角度αが所定値より大きい場合、進行方向が急激に変化していることを意味するので、精度判定部１０５は、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好でないと判断する（上記ステップＳ９８）。角度αが所定値以下の場合、更に精度判定部１０５は、移動速度Ｖが所定値（例えば時速２０ｋｍ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ９６）。移動速度Ｖが所定値より小さい場合、精度判定部１０５は、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好でないと判断する（上記ステップＳ９８）。
【００５３】
そして角度αが所定値以下であり移動速度Ｖが所定値以上である場合には、精度判定部１０５は、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好であると判断する（ステップＳ９７）。
【００５４】
次に、最良値推定部１０２が最良値δＰとδＶを推定する演算処理の詳細について説明する。
最良値推定部１０２の演算処理にはカルマンフィルタを適用し、本実施形態では、カルマンフィルタへの入力となる測定ベクトルｚ、その出力である状態ベクトルｘ、状態ベクトルｘの時間変化を表す状態方程式を次のように定義する。
【００５５】
【数１】
0004941199.tif 000002
【００５６】
ここで、ＰＮＧＰＳ，ＰＥＧＰＳはそれぞれＧＰＳ部１１から得られる位置ＰＧＰＳの緯度および経度成分、ＶＮＧＰＳ，ＶＥＧＰＳはそれぞれＧＰＳ部１１から得られる速度ＶＧＰＳの緯度および経度方向成分である。また、δＰＮ，δＰＥはそれぞれ最良値δＰの緯度および経度成分、δＶＮ，δＶＥはそれぞれ最良値δＶの緯度および経度方向成分である。なお添字ＩＮＳの変数はＩＮＳ系のものである（既述）。
【００５７】
このような定義の下、カルマンフィルタの出力である状態ベクトルｘは、次式のように表される。但し、ｋ（＝１，２，…）は最良値の推定がｋ回目であることを示す添字であり、時間に対応している。
【００５８】
【数２】
0004941199.tif 000003
【００５９】
ここで、Ｋｋはカルマンゲインであり、次式で計算される。
【００６０】
【数３】
0004941199.tif 000004
【００６１】
但し、Δｔは前回（ｋ−１回目）推定した最良値δＰに基づき算出される加速度オフセット値ｂによって加速度の補正を行ってから今回（ｋ回目）までの経過時間であり、各行列Ｒ，Ｐ，Ｑの初期値は次のとおりとする。
【００６２】
【数４】
0004941199.tif 000005
【００６３】
最良値推定部１０２は、これらの式に従って測定ベクトルｚから状態ベクトルｘを計算する。この計算により求められる状態ベクトルｘが、最良値δＰ（の緯度および経度成分）とδＶ（の緯度および経度方向成分）である。
【００６４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態によるナビゲーション装置１の機能ブロックを示す図である。この第２の実施形態によるナビゲーション装置１は、上述した第１の実施形態とは最良値推定部１０２の演算処理が異なり、またそれにともなって加速度オフセット算出部１０４および位置選択出力部１０６が異なっているが、それ以外の部分は共通であるので説明を省略する。
【００６５】
最良値推定部１０２は、位置および速度の差分δＰ’＝ＰＧＰＳ−ＰＩＮＳ，δＶ’＝ＶＧＰＳ−ＶＩＮＳを計算することなく、これらの位置ＰＧＰＳおよびＰＩＮＳと速度ＶＧＰＳおよびＶＩＮＳから直接、位置の最良値Ｐと速度の最良値Ｖを推定する。この推定を行うためのカルマンフィルタの演算は、入力となる測定ベクトルｚおよび出力である状態ベクトルｘが次式のように定義される点を除いて第１の実施形態での説明と同じである。
【００６６】
【数５】
0004941199.tif 000006
【００６７】
加速度オフセット算出部１０４は、最良値推定部１０２から入力される位置の最良値ＰとＩＮＳ系測位部１０１から入力される位置ＰＩＮＳとに基づいて、次式に従って加速度オフセット値ｂを算出する。
ｂ＝ｂ０＋２・（Ｐ−ＰＩＮＳ）／ΔＴ２
位置選択出力部１０６は、精度判定部１０５からの指示に応じて位置の最良値Ｐと位置ＰＩＮＳのいずれかを選択的に出力する。具体的には、位置選択出力部１０６は、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好である場合には最良値推定部１０２から入力される位置の最良値Ｐをナビゲーションソフト（ＣＰＵ１０）への出力とし、ＧＰＳ部１１による計測の精度が十分に良好でない場合にはＩＮＳ系測位部１０１から入力された位置ＰＩＮＳをナビゲーションソフト（ＣＰＵ１０）への出力とする。
【００６８】
このように、最良値推定部１０２の演算処理方法は様々な形をとることができ、最良値推定部１０２から出力される最良値に合わせて加速度オフセット算出部１０４や位置補正部１０３（位置選択出力部１０６）の処理を適宜修正すれば、全体としては加速度センサ１２から得られる加速度ａの補正や現在位置Ｐの計算などのナビゲーション装置１の動作は同じになる。
【００６９】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本発明は携帯型のナビゲーション装置に用いて好適であるが、据え置き型のナビゲーション装置にも同様に適用可能である。また、上記実施形態において、車両とは自動車、自動二輪車、自転車等を含むものであるとする。
【００７０】
また、加速度オフセット算出部１０４が加速度オフセット値ｂを算出するための算出式は、次式
ｂ＝ｂ０＋２・δＰｘｙ／ΔＴ２・ｒ
のようにしてもよい。ここで、ｒは加速度オフセット値を前回の値ｂ０から更新する際の変更の度合を調節するための係数であり、例えばｒ＝０．０３のように適宜設定する。
また、加速度オフセット算出部１０４が加速度オフセット値ｂを算出するための算出式は、最良値推定部１０２から得られる速度の最良値δＶを用いて、次式
ｂ＝ｂ０＋δＶｘｙ／ΔＴ
のようにしてもよい。但し、δＶｘｙは緯度経度で表された最良値δＶを車両に固定されたｘｙ座標系に変換（方位θの回転）したものである。
【００７１】
また、磁気センサ１３に代えてジャイロセンサなどの他の方位センサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態によるナビゲーション装置の構成図である。
【図２】第１の実施形態によるナビゲーション装置の機能ブロックを示す図である。
【図３】ナビゲーション装置の動作例を示すフローチャートである。
【図４】精度判定部が実行する処理の例を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態によるナビゲーション装置の機能ブロックを示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…ＣＰＵ  １１…ＧＰＳ部  １２…加速度センサ  １３…磁気センサ  １４…メモリ  １５…外部記憶装置  １６…通信部  １７…表示装置  １８…音声出力装置  １９…バスライン  １０１…ＩＮＳ系測位部  １０２…最良値推定部  １０３…位置補正部  １０４…加速度オフセット算出部  １０５…精度判定部  １０６…位置選択出力部
【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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