(57)【要約】【課題】加速度センサのオフセット誤差が存在する場合であっても精度良く位置を求めることが可能なナビゲーション装置を提供する。【解決手段】加速度センサから得られる加速度と所定の閾値とを比較する加速度判定手段と、加速度判定手段により加速度の絶対値が前記閾値より大きいと判定された場合は、該加速度と記憶手段に記憶されている過去の位置および移動速度とに基づいて現在の位置を算出し、加速度判定手段により加速度の絶対値が前記閾値より小さいと判定された場合は、等速運動であるとみなして方位センサによる計測に基づく方位と記憶手段に記憶されている過去の位置および移動速度とに基づいて現在の位置を算出する位置算出手段と、を備える。【選択図】図３
2009098127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在位置を求め位置案内を行うナビゲーション装置において、
加速度センサから得られる加速度と所定の閾値とを比較する加速度判定手段と、
前記加速度判定手段により加速度の絶対値が前記閾値より大きいと判定された場合は、該加速度と記憶手段に記憶されている過去の位置および移動速度とに基づいて現在の位置を算出し、前記加速度判定手段により加速度の絶対値が前記閾値より小さいと判定された場合は、等速運動であるとみなして方位センサによる計測に基づく方位と記憶手段に記憶されている過去の位置および移動速度とに基づいて現在の位置を算出する位置算出手段と、
を備えることを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】
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計測手段と、
前記計測手段により求められた位置および移動速度と、前記位置算出手段により求められた位置および該位置に基づき計算される移動速度と、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、前記位置算出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、
を更に備え、
前記加速度判定手段は、前記加速度センサから得られる加速度を前記加速度オフセット算出手段により算出された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前記閾値とを比較する
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】
前記加速度センサから得られる加速度の所定時間における変化が予め定められた値以下である場合に、前記加速度センサから得られた加速度の値に応じて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を更に備え、
前記加速度判定手段は、前記加速度センサから得られる加速度を前記加速度オフセット算出手段により算出された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前記閾値とを比較する
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。
【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る。こうしたオフセット誤差は、例えば、加速度センサが車両に対して水平に取り付けられていない場合や、車両が坂道など水平面から傾いた場所を走行する場合等に、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って生じ得る。特にこの後者の場合は、たとえ加速度センサが車両に対して水平に取り付けてあったとしてもオフセット誤差の発生が避けられないため、大きな問題となる。
【０００５】
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が存在する場合であっても精度良く位置を求める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】
【０００６】
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、現在位置を求め位置案内を行うナビゲーション装置において、加速度センサから得られる加速度と所定の閾値とを比較する加速度判定手段と、前記加速度判定手段により加速度の絶対値が前記閾値より大きいと判定された場合は、該加速度と記憶手段に記憶されている過去の位置および移動速度とに基づいて現在の位置を算出し、前記加速度判定手段により加速度の絶対値が前記閾値より小さいと判定された場合は、等速運動であるとみなして方位センサによる計測に基づく方位と記憶手段に記憶されている過去の位置および移動速度とに基づいて現在の位置を算出する位置算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、測定された加速度の絶対値が所定の閾値より小さい場合は、その加速度は車両が傾いている（例えば坂道を走行している等）ことに起因するものであると想定して加速度をゼロとみなし、車両の動きを等速運動として現在の位置を求めるようにした。したがって、車両が傾くことにより加速度センサにオフセット誤差が生じていても、精度良く位置を求めることができる。
【０００８】
また、本発明は、上記のナビゲーション装置において、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計測手段と、前記計測手段により求められた位置および移動速度と、前記位置算出手段により求められた位置および該位置に基づき計算される移動速度と、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、前記位置算出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、を更に備え、前記加速度判定手段は、前記加速度センサから得られる加速度を前記加速度オフセット算出手段により算出された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前記閾値とを比較することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、加速度オフセット値を求めて加速度センサから得られる加速度を補正するようにしたので、オフセット誤差が補正され、更に精度良く位置を求めることができる。
【００１０】
また、本発明は、上記のナビゲーション装置において、前記加速度センサから得られる加速度の所定時間における変化が予め定められた値以下である場合に、前記加速度センサから得られた加速度の値に応じて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を更に備え、前記加速度判定手段は、前記加速度センサから得られる加速度を前記加速度オフセット算出手段により算出された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前記閾値とを比較することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、加速度センサから得られた加速度の変化から加速度オフセット値を求めて加速度センサから得られる加速度を補正するようにしたので、ＧＰＳ信号を取得できない、もしくはＧＰＳ信号の信頼性が十分でない場合においてもオフセット誤差が補正され、更に精度良く位置を求めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加速度センサのオフセット誤差が存在する場合であっても精度良く位置を求めることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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算出する後述（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。
【００１５】
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および進行方向を算出し、得られた位置、速度、進行方向を表す各情報を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。
【００１６】
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（これをｙ軸とし、他方をｘ軸とする）が次に説明する磁気センサ１３の基準軸の向きと一致する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（即ち、磁気センサ１３の基準軸を基準としたｘｙ座標系における）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誤差が含まれている。
【００１７】
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に対してある角度だけずれた方向（これは、携帯可能なナビゲーション装置１を車内に置いたときにその置き方が任意であることに基づく）を向くようにして配置される。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の方位を算出する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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算出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系位置算出部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、加速度判定部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。
【００２１】
ＩＮＳ系位置算出部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（ａｘはｘ軸成分、ａｙはｙ軸成分）、磁気センサ１３から上記基準軸の示す方位θが入力され、ＧＰＳ部１１から車両の進行方向φが入力される。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）が入力される（ｂｘはｘ軸成分、ｂｙはｙ軸成分）。
ＩＮＳ系位置算出部１０１は、加速度判定部１０５からの指示に応じて、上記の入力された各データに基づき、車両の位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを計算する。また、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。
【００２２】
具体的に、ＩＮＳ系位置算出部１０１は、加速度判定部１０５において加速度ａ＋ｂの絶対値が所定の閾値以上であると判定された場合は、位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを次式に従って計算する。
ａＮ＝−（ａｘ＋ｂｘ）・ｓｉｎθ＋（ａｙ＋ｂｙ）・ｃｏｓθ      ……（１Ａ）
ａＥ＝  （ａｘ＋ｂｘ）・ｃｏｓθ＋（ａｙ＋ｂｙ）・ｓｉｎθ      ……（１Ｂ）
ＶＮＩＮＳ＝ＶＮ０ＩＮＳ＋ａＮ・Δｔ                              ……（１Ｃ）
ＶＥＩＮＳ＝ＶＥ０ＩＮＳ＋ａＥ・Δｔ                              ……（１Ｄ）
ＰＮＩＮＳ＝ＰＮ０ＩＮＳ＋ｓｉｎ−１［（ＶＮＩＮＳ×Δｔ）／Ｒ］      ……（１Ｅ）
ＰＥＩＮＳ＝ＰＥ０ＩＮＳ＋ｓｉｎ−１［（ＶＥＩＮＳ×Δｔ）／｛Ｒ×ｃｏｓ（ＰＮ０ＩＮＳ）｝］                                                              ……（１Ｆ）
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、Ｒは地球の半径である。
【００２３】
一方、ＩＮＳ系位置算出部１０１は、加速度判定部１０５において加速度ａ＋ｂの絶対値が上記所定の閾値より小さいと判定された場合は、位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを次式に従って計算する（ＰＮＩＮＳとＰＥＩＮＳの式は上記と共通）。
Ｖ＝√（ＶＮ０ＩＮＳ２＋ＶＥ０ＩＮＳ２）                            ……（２Ａ）
ＶＮＩＮＳ＝Ｖ×ｃｏｓθ’                                      ……（２Ｂ）
ＶＥＩＮＳ＝Ｖ×ｓｉｎθ’                                      ……（２Ｃ）
ＰＮＩＮＳ＝ＰＮ０ＩＮＳ＋ｓｉｎ−１［（ＶＮＩＮＳ×Δｔ）／Ｒ        ……（２Ｄ）
ＰＥＩＮＳ＝ＰＥ０ＩＮＳ＋ｓｉｎ−１［（ＶＥＩＮＳ×Δｔ）／｛Ｒ×ｃｏｓ（ＰＮ０ＩＮＳ）｝］                                                              ……（２Ｅ）
但し、θ’は磁気センサ１３が車両正面方向からずれていることを考慮し方位θを後述（図４のフローチャートのステップＳ５２を参照）のようにして補正した値である。
【００２４】
このように、加速度の絶対値が所定の閾値以上の場合には、加速度ａＮ，ａＥを用い車両の運動を加速度運動として速度ＶＩＮＳを求めてこれにより位置ＰＩＮＳを算出し、加速度の絶対値が所定の閾値より小さい場合には、前回の速度ＶＮ０ＩＮＳ，ＶＥ０ＩＮＳを用い車両の運動を等速運動とみなして速度ＶＩＮＳを求めてこれにより位置ＰＩＮＳを算出する。したがって、車両が実際には等速運動を行っているが走行している場所が坂道などであるために加速度センサ１２が出力する加速度ａにオフセット誤差が含まれてしまう場合でも、ＩＮＳ系位置算出部１０１は後者の方式により、即ち等速運動であるとして位置を算出するので、オフセット誤差の影響を受けることなく精度良く位置を求めることができる。
【００２５】
なお、等速運動とみなして位置ＰＩＮＳを算出する処理は、ＧＰＳ部１１によりＧＰＳ信号を取得できない、もしくはＧＰＳ信号の信頼性が十分でない場合にのみ、行うようにしてもよい。ＧＰＳ信号を取得できている間は後述する最良値推定部１０２および加速度オフセット算出部１０４が有効に機能して加速度オフセット値ｂを算出でき、これにより加速度センサ１２のオフセット誤差が補正されるから、加速度ａＮ，ａＥの値が小さくてもそれを信頼して上記の式（１Ａ）〜（１Ｆ）により正しく位置ＰＩＮＳを求めることができる。これに対し、例えばトンネル内のようにＧＰＳ信号が取得できなくなると、最良値推定部１０２および加速度オフセット算出部１０４が有効に機能しないから加速度センサ１２のオフセット誤差を補正できず、加速度ａＮ，ａＥの値の信頼性がなくなる。このような場合に、加速度の絶対値が小さいとオフセット誤差の影響が大きく出てしまうので、等速運動とみなして位置ＰＩＮＳを算出する上記の式（２Ａ）〜（２Ｅ）による処理に切り替えることの大きな意味がある。
【００２６】
最良値推定部１０２へは、ＩＮＳ系位置算出部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から位置ＰＧＰＳおよび速度ＶＧＰＳが入力される。ＩＮＳ系位置算出部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。
【００２７】
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。
【００２８】
位置補正部１０３は、ＩＮＳ系位置算出部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
Ｐ＝ＰＩＮＳ＋δＰ
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を計算し、得られた位置Ｐをナビゲーションソフト（ＣＰＵ１０）への出力とする。
【００２９】
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を算出し、算出した加速度オフセット値ｂをＩＮＳ系位置算出部１０１へ出力する。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。
【００３０】
即ち、ＩＮＳ系位置算出部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系位置算出部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。
【００３１】
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系位置算出部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上記のｘｙ座標系に変換（方位θの回転）したものである。
【００３２】
こうして算出された加速度オフセット値ｂがＩＮＳ系位置算出部１０１へ入力され、上述の式（１Ａ），（１Ｂ）に示されるように加速度ａと加算されることによって、加速度センサ１２から得られる加速度ａの補正が行われる。
なお、ナビゲーション装置１が加速度オフセット算出部１０４により加速度オフセット値ｂを算出し、この加速度オフセット値ｂを用いてＩＮＳ系位置算出部１０１において加速度ａを補正する処理は、必要に応じて行えばよく、省略することも可能である（省略する場合、次に述べる加速度判定部１０５が判定する加速度はａ＋ｂではなくａとなる）。但し、当該処理を行うと、加速度センサ１２からのオフセット誤差を含んだ加速度が補正された上で更にその補正された加速度が上述した閾値より小さい場合に、等速運動として位置が算出されることになるので、より一層精度良く位置を求めることが可能である。
【００３３】
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。
【００３４】
まず、ＣＰＵ１０は、ＧＰＳ部１１から車両の位置ＰＧＰＳと速度ＶＧＰＳと進行方向φとを取得してメモリ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から基準軸の示す方位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ＣＰＵ１０は、上記取得した加速度ａとメモリ１４に保持している加速度オフセット値ｂとの和ａ＋ｂを計算し、その絶対値が所定の閾値以上であるか否かを判断する（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Ｓ１４を実行した後は当該ステップＳ１４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。
【００３５】
和ａ＋ｂの絶対値が所定の閾値以上である場合、ＩＮＳ系位置算出部１０１は、上述の式（１Ａ）〜（１Ｆ）に従って車両の位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを計算する（ステップＳ４）。和ａ＋ｂの絶対値が所定の閾値より小さい場合、ＩＮＳ系位置算出部１０１は、上述の式（２Ａ）〜（２Ｅ）に従って車両の位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを計算する（ステップＳ５）。
なお、上記のステップＳ３の前に、ＧＰＳ部１１による計測の精度を判断するステップを設け、例えばＧＰＳ信号を取得できない場合やＧＰＳ信号を取得したがその精度が良好でない場合にのみステップＳ３を実行し、精度が十分に良好である場合にはステップＳ４により位置ＰＩＮＳおよび速度ＶＩＮＳを計算するようにしてもよい。これは、ＧＰＳ部１１からの計測結果の精度が良好であれば、以下のステップＳ１４で加速度オフセット値ｂが算出され、この加速度オフセット値ｂにより補正された加速度を用いて上記の式（１Ａ）〜（１Ｆ）から計算される位置ＰＩＮＳは、比較的信頼性が高いと期待できるからである。
【００３６】
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Ｓ６）。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Ｓ６の判断はＮＯとなる。
【００３７】
この場合、位置補正部１０３は、ステップＳ４またはステップＳ５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Ｓ７）。なお、最良値δＰは、以下説明するステップＳ１３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系位置算出部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Ｓ８）。
【００３８】
続いて、ＣＰＵ１０は、時間ΔｔＧＰＳが経過したか否かを判断し（ステップＳ９）、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Ｓ１０）、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く。なお、一例として、ΔｔＧＰＳ＝１秒、ΔｔＩＮＳ＝０．２秒とする。
【００３９】
ＧＰＳ部１１からのデータが更新されると、ステップＳ６の判断はＹＥＳとなる。この場合、ＣＰＵ１０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Ｓ１１）。例えば、ＧＰＳ部１１から得られる車両の速度ＶＧＰＳが所定値以上であれば精度が十分に良好であると判定するようにする。精度が十分に良好であると判定された場合、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１で取得した進行方向φとステップＳ２で取得した磁気センサ１３の基準軸の方位θの差分δ＝θ−φを計算し、得られた差分δの値を配列Ａに追加する（ステップＳ１２）。この差分δは、磁気センサ１３から得られる方位θが車両の進行方向φからどれだけずれているかを表している。
【００４０】
次いで、最良値推定部１０２は、ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ５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Ｓ１３）。この推定結果はメモリ１４に記憶される。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Ｓ１４）。算出された加速度オフセット値ｂは、メモリ１４に記憶されステップＳ３において加速度ａ＋ｂの閾値判定のために使用される。ステップＳ１４の後、位置補正部１０３はステップＳ１３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Ｓ７）。
【００４１】
一方、ステップＳ１１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Ｓ１３における最良値δＰとδＶの推定およびステップＳ１４における加速度オフセット値ｂの算出を行うことなく、ステップＳ７へ処理を移す。これは、ＧＰＳ部１１からの精度の悪いデータに基づいて精度の悪い最良値δＰが推定されてしまう結果、位置補正部１０３が出力する位置Ｐや加速度オフセット算出部１０４が出力する加速度オフセット値ｂの精度が悪くなってしまうことがないようにするためである。
【００４２】
次に、上述したステップＳ５の具体的な処理を説明する。図４は、加速度ａ＋ｂの絶対値が所定の閾値より小さい場合にＩＮＳ系位置算出部１０１が位置および速度を算出する処理の例を示すフローチャートである。
ＩＮＳ系位置算出部１０１は、ステップＳ１２で差分δの値が格納された配列Ａ内の各差分δ（異なる時刻に対応する複数の差分δ）の平均δａｖｅを計算し（ステップＳ５１）、この平均値δａｖｅを用いて、ステップＳ２で取得された磁気センサ１３からの方位θを次式
θ’＝θ−δａｖｅ
に従って補正する（ステップＳ５２）。これにより、方位θは車両の進行方向を表すθ’に補正され、磁気センサ１３の出力θから車両の進行方向が求まることになる。この補正後の方位θ’を用いて、ＩＮＳ系位置算出部１０１は上述の式（２Ｂ）および（２Ｃ）に従って速度ＶＩＮＳを計算し（ステップＳ５３）、更に式（２Ｄ）および（２Ｅ）に従って位置ＰＩＮＳを計算する（ステップＳ５４）。
【００４３】
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。
【００４４】
【数１】
2009098127.tif 000003
【００４５】
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）。
【００４６】
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。
【００４７】
【数２】
2009098127.tif 000004
【００４８】
ここで、Ｋｋはカルマンゲインであり、次式で計算される。
【００４９】
【数３】
2009098127.tif 000005
【００５０】
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。
【００５１】
【数４】
2009098127.tif 000006
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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上記のｘｙ座標系に変換（方位θの回転）したものである。
【００５５】
また、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を推定するようにしてもよい。この場合、推定を行うためのカルマンフィルタの演算において、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を適宜修正するとともに、計算された状態ベクトルｘにより与えられる最良値Ｐをそのままナビゲーションソフト（ＣＰＵ１０）への出力とすればよい。
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。
【００５６】
また、ＧＰＳ部１１がＧＰＳ信号を取得できない、もしくはＧＰＳ信号の信頼性が十分でない場合は、図５および図６に示す方法によって加速度オフセット値を算出することも可能である。
すなわち、車両の加速や減速は通常ある短い期間（例えば、数秒間）で完結するため、それによる加速度は短い期間で急激に変化するのに対し、道路の傾斜は急激に変わらないため、それによる加速度は、長い期間ほぼ一定値を示すことに着目すると、加速度センサから出力される加速度が、車両の加速や減速によるものか、道路の傾斜等によるものかを判断することができるので、その判断結果に基づいて加速度オフセット値を算出することができる。
【００５７】
以下、具体的に車両の加速や減速と道路の傾斜を区別する方法を説明する。図５は、車両の走行によって得られる加速度センサの出力例を示したグラフである。図５において、加速度波形ａ１は車両の加速や減速による加速度センサ１２の出力の変化を表しており、この加速度波形ａ１では、期間ｔ１において加速度がａからｂまで大きく変化している。また、加速度波形ａ２は道路の傾斜による加速度センサ１２の出力の変化を表しており、この加速度波形ａ２では、期間ｔ２において加速度がｃからｄまでほとんど変化していない。このように、ある期間内の加速度の変化量は、車両の加速や減速の場合と、道路の傾斜の場合とで異なっている。そこで、加速度の最大値と最小値の差（変化量）が予め定められた所定値より大きければ車両の加速や減速と判断し、予め定められた所定値よりも小さければ道路の傾斜と判断することで、両者を区別することができる。
【００５８】
次に、加速度センサから出力される加速度に従って、上記方法を利用して加速度オフセット値を算出する具体例を説明する。図６は、加速度センサの出力から加速度オフセット値を算出する方法の例を示したグラフである。まず、加速度センサ１２から図６（Ａ）に示す加速度波形Ａ１のような加速度が出力された場合、低域通過フィルタを用いることよって車両の振動成分を示す短周期のノイズを抑圧し、図６（Ｂ）に示すフィルタ出力波形Ｂ１を得る。
【００５９】
次に、加速度オフセット算出部１０４は、図６（Ｂ）のフィルタ出力波形Ｂ１から、予め定められた所定の期間内における平均値と、該期間内の最大値および最小値とを算出する。加速度オフセット算出部１０４は、算出した最大値と最小値との差が予め定められた所定の値以上である場合は、車両の加速や減速と判断し、算出した最大値と最小値との差が予め定められた所定の値以下である場合は、車両が加速や減速を行っていない、すなわち、道路の傾斜等による加速度であると判断する。図６（Ｂ）のフィルタ出力波形Ｂ１においては、期間ａと期間ｃの期間が加速または減速をしていると判断され、期間ｂが道路の傾斜と判断される。
【００６０】
加速度オフセット算出部１０４は、加速または減速を行っていないと判断した期間（期間ｂ）は、算出した平均値を加速度センサ１２のオフセット値とする。また、加速度オフセット算出部１０４は、加速または減速をしていると判断した期間（期間ａと期間ｃ）のオフセット値は、直前の値を維持して変化させない。つまり、時刻“０”ではまだオフセット値が求まっていないため、期間ａではオフセット値＝“０”を維持し、期間ｃでは期間ｂの最後のオフセット値を維持する。加速度オフセット算出部１０４は、このようにして算出した加速度オフセット値をＩＮＳ系位置算出部１０１へ出力する。この加速度オフセット算出部１０４が算出した加速度オフセット値をグラフに表したものが、図６（Ｃ）のオフセット波形Ｃ１である。このように、ＧＰＳ部１１がＧＰＳ信号を取得できない、もしくはＧＰＳ信号の信頼性が十分でない場合には、ＧＰＳ信号を用いることなく、加速度オフセット値を算出することが可能となる。
【００６１】
また、車両の走行においては、カーブを走行中の遠心力によっても加速度センサ１２から出力される加速度が変化する。このカーブによる加速度を考慮して車両の加速や減速による正しい加速度を求めるため、上述したステップＳ５２によって求められた車両の進行方向θ’に基づき、加速度センサ１２から出力される加速度のθ’方向の成分と、θ’に垂直な方向の成分を求め、前者を車両の加速や減速と判断し、後者をカーブにおける遠心力と判断する。そして、進行方向θ’の成分のみを車両の加速や減速による加速度の値として使用することも可能である。このことにより、より精度良く車両の加速度を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一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】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】加速度の絶対値が所定の閾値より小さい場合に位置および速度を算出する処理の例を示すフローチャートである。
【図５】車両の走行によって得られる加速度センサの出力例を示したグラフである。
【図６】加速度センサの出力から加速度オフセット値を算出する方法の例を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
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系位置算出部  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…加速度判定部
【図１】
2009098127.tif 000007
【図２】
2009098127.tif 000008
【図３】
2009098127.tif 000009
【図４】
2009098127.tif 000010
【図５】
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【図６】
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