(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサ及びジャイロセンサをそれぞれ有し、少なくとも移動体の加速度及び角速度を検出する慣性航法センサと、ＧＰＳ(Global Postioning System)衛星からの電波信号を受信し、少なくとも移動体の絶対位置を算出するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時には、前記ＧＰＳ受信機及び前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算し、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時には、前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算する航法計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時における移動体の平均速度を計算する受信時平均速度計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時に、前記航法計算手段により演算された速度が異常であるか否かを判定する速度異常判定手段とを備え、
前記航法計算手段が、前記速度異常判定手段により前記速度が異常であると判定された場合には、前記受信時平均速度計算手段により計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することを特徴とする位置算出装置。
【請求項２】
加速度センサ及びジャイロセンサをそれぞれ有し、少なくとも移動体の加速度及び角速度を検出する慣性航法センサと、ＧＰＳ(Global Postioning System)衛星からの電波信号を受信し、少なくとも移動体の絶対位置を算出するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時には、前記ＧＰＳ受信機及び前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算し、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時には、前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算する航法計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時に、前記航法計算手段により演算された速度に基づいて移動体の平均速度を計算する受信時平均速度計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時及び非受信時のいずれの時にも、前記航法計算手段により演算された速度に基づいて移動体の平均速度を計算する平均速度計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時に、前記平均速度計算手段により計算された平均速度と前記受信時平均速度計算手段により計算された平均速度とを比較し、前記航法計算手段により演算された速度が異常であるか否かを判定する速度異常判定手段とを備え、
前記航法計算手段が、前記速度異常判定手段により速度が異常であると判定された場合には、前記受信時平均速度計算手段により計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することを特徴とする位置算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の移動体に搭載され、その移動体の現在における位置及び速度などを算出する位置算出装置に関し、カーナビゲーションシステム等に利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載される従来の位置算出装置としては、例えば、特開平7-134040号公報に記載されているようなものがある。図３は、特開平7-134040号公報に記載されているものと同様な構成を有する位置算出装置の概略構成を示すブロック図であり、１はＧＰＳ(Global Postioning System)におけるユーザ側の受信機(以下、ＧＰＳ受信機という)、２は航法計算手段、３は平均速度計算手段、４は速度異常判定手段である。
【０００３】
次に、以上のように構成された従来の位置算出装置について、その動作を説明する。ＧＰＳ受信機１は、ＧＰＳにおいて所定の軌道上に存在する複数の人工衛星(以下、ＧＰＳ衛星という)から送信される電波信号(以下、ＧＰＳ信号という)を受信し、このＧＰＳ信号を用いて定期的に移動体の絶対位置を算出するとともに、この絶対位置に基づいて移動体の速度、絶対方位などを算出する。このため、ＧＰＳ受信機１は、ＧＰＳ信号を受信できない状態では移動体の速度，絶対方位及び絶対位置の何れも算出することができなくなる。
【０００４】
航法計算手段２は、ＧＰＳ受信機１により算出された移動体のベクトルとしての速度(以下、速度ベクトルという)，絶対方位及び絶対位置を用いて装置外部に出力する移動体の速度及び現在位置を算出する。ここで、航法計算手段２は、地図データが得られる場合には、算出した移動体の現在位置等を地図データに重ね合わせるマップマッチング処理を行うこともある。この場合には、例えば、装置外部に出力する移動体の速度は、道路に沿って移動する車両の時速として出力され、現在位置は、地図上での位置又は地名等として出力される。また、平均速度計算手段３は、ＧＰＳ信号の受信時において航法計算手段２により移動体の位置が新たに算出される毎に、前回の位置と今回の位置及び、これらを算出する周期から速度の平均値(平均速度)を計算する。
【０００５】
速度異常判定手段４は、平均速度計算手段３により計算された平均速度が車両等の移動体の運動特性から考えられる許容範囲内にあるか否かを判定し、前記平均速度が許容範囲内にないと判定された場合には、その平均速度が異常であると判断する。航法計算手段２は、速度異常判定手段４により平均速度が異常であると判断された場合には、移動体の位置を算出するための速度及び装置外部に出力する速度を前回算出された平均速度とするとともに、この前回の平均速度及び前回までの位置に基づいて現在の位置を推定し、これらの速度及び位置を出力する。
【０００６】
以上説明したように、従来の位置算出装置では、移動体の平均速度が許容範囲内にないときは異常であると判断し、装置外部に出力する速度及び位置を前回の平均速度及び、この平均速度に基づいて推定された位置とすることにより、正常な平均速度が得られなかった場合でも、速度及び位置の誤差をそれぞれ小さくすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の位置算出装置では、ＧＰＳ信号を連続して受信できない非受信時には、移動体の絶対位置等を算出できないことから、速度に対する異常判定が可能になるのはＧＰＳ衛星からの電波信号が受信可能な受信時に限定されてしまう。さらに、現時点の速度が１周期前に算出された速度と著しく異なる場合には、航法計算手段が出力する速度及び位置の誤差が大きくなるという問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決するため、ＧＰＳ衛星からの電波信号が受信不能である場合にも、演算速度に対する異常判定が継続して可能になるとともに、移動体の速度及び位置が精度よく算出される位置算出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の請求項１記載の位置算出装置は、加速度センサ及びジャイロセンサをそれぞれ有し、少なくとも移動体の加速度及び角速度を検出する慣性航法センサと、ＧＰＳ衛星からの電波信号を受信し、少なくとも移動体の絶対位置を算出するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時には、前記ＧＰＳ受信機及び前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算し、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時には、前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算する航法計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時における移動体の平均速度を計算する受信時平均速度計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時に、前記航法計算手段により演算された速度が異常であるか否かを判定する速度異常判定手段とを備え、前記航法計算手段が、前記速度異常判定手段により前記速度が異常であると判定された場合には、前記受信時平均速度計算手段により計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することを特徴とする。
【００１０】
そして、請求項１記載の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時にも、慣性航法センサからのデータにより演算された速度に対する異常判定が可能になり、この際、速度異常判定手段によって速度が異常であると判定された場合には、受信時平均速度計算手段によって計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することにより、ＧＰＳ信号の非受信時でも、移動体の実速度との解離が少ない速度を継続して得ることができるとともに、移動体の現在位置を精度よく推定することができる。
【００１１】
また、請求項２記載の位置算出装置は、加速度センサ及びジャイロセンサをそれぞれ有し、少なくとも移動体の加速度及び角速度を検出する慣性航法センサと、ＧＰＳ衛星からの電波信号を受信し、少なくとも移動体の絶対位置を算出するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時には、前記ＧＰＳ受信機及び前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算し、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時には、前記慣性航法センサを利用して移動体の速度及び位置を演算する航法計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時に、前記航法計算手段により演算された速度に基づいて移動体の平均速度を計算する受信時平均速度計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の受信時及び非受信時のいずれの時にも、前記航法計算手段により演算された速度に基づいて移動体の平均速度を計算する平均速度計算手段と、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時に、前記平均速度計算手段により計算された平均速度と前記受信時平均速度計算手段により計算された平均速度とを比較し、航法計算手段により演算された速度が異常であるか否かを判定する速度異常判定手段とを備え、前記航法計算手段が、前記速度異常判定手段により速度が異常であると判定された場合には、前記受信時平均速度計算手段により計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することを特徴とする。
【００１２】
そして、請求項２記載の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時にも、短期的な速度変動の影響を少なくして、慣性航法センサからのデータにより演算された速度に対する異常判定を精度よく実行することが可能になり、この際、速度異常判定手段によって速度が異常であると判定された場合には、受信時平均速度計算手段によって計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することにより、ＧＰＳ信号の非受信時でも、移動体の実速度との解離が少ない速度を継続して得ることができるとともに、移動体の現在位置を精度よく推定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による位置算出装置の概略構成を示すブロック図であり、図３に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。図１において、11は慣性航法センサ、12は航法計算手段、13は受信時平均速度計算手段、14は速度異常判定手段である。
【００１４】
次に、以上のように構成された位置算出装置について、その動作を説明する。慣性航法センサ11は、少なくとも加速度センサ及びジャイロセンサをそれぞれ１つ有し、加速度センサにより移動体の進行方向の加速度を検出するとともに、ジャイロセンサにより移動体の進行方位の変化を知るための角速度を検出する。さらに、このような慣性航法センサ11には、移動体の加速度及び角速度に対する検出精度を高くするために、移動体の姿勢を検出するための加速度センサ又はジャイロセンサが付加されたものもある。
【００１５】
航法計算手段12は、慣性航法センサ11により検出された加速度及び角速度から、移動体の速度ベクトル，速度，移動距離及び進行方位の角度変化分を所定の計算方法(以下、これを航法計算という)により算出する。これらの速度ベクトル，速度，移動距離及び進行方位の角度変化分を求める航法計算は基本的には積分計算であるため、慣性航法センサ11により検出された加速度又は角速度に誤差が含まれていると、この誤差が経時的に累積することになる。そこで、航法計算手段12は、移動体の静止時に加速度，速度，表示速度，移動距離及び進行方位の角度変化分等を補正(イニシャルアライメント)し、またＧＰＳ信号の受信可能時には、ＧＰＳ受信機１により算出された速度ベクトル，絶対位置及び絶対方位を用いて移動体の速度，移動距離及び進行方位の角度変化分を補正する。ここで、航法計算手段12は、地図データが得られる場合には、算出した移動体の現在位置等を地図データに重ね合わせるマップマッチング処理を行うこともある。この場合には、例えば、装置外部に出力する移動体の速度は、道路に沿って移動する車両の時速として出力され、現在位置は、地図上での位置又は地名等として出力される。
【００１６】
一方、受信時平均速度計算手段13は、ＧＰＳ信号の受信時に航法計算手段12により演算された移動体の速度の平均値(平均速度ＡV1)を計算する。この平均速度ＡV1は、現在の時刻に近い新しい速度データほど重みが大きくなるような重みつきの平均計算などによって求める。また、航法計算手段12は、ＧＰＳ信号の非受信時には前回に演算した平均速度ＡV1を現在の平均速度ＡV1として維持する。尚、受信時平均速度計算手段13は、ＧＰＳ受信機１により検出されたドップラシフト周波数に基づいて平均速度ＡV1を計算するものとしてもよい。
【００１７】
速度異常判定手段14は、ＧＰＳ信号の非受信時には、受信時平均速度計算手段13により計算された平均速度ＡV1を用いて航法計算により演算された速度の異常を判定する。具体的には、移動体の速度が、“(平均速度ＡV1)−Ｖ1”により算出される下限値ＶL1と、“(平均速度ＡV1)＋Ｖ2”により算出される上限値ＶH1との範囲内で分布していると見込めたとすると、速度異常判定手段14は、航法計算により演算された速度が下限値ＶL1乃至上限値ＶH1の範囲内にない場合には、何らかの原因により航法計算により算出された速度が異常であると判定する。なお、Ｖ1，Ｖ2は予め設定されている値であり、これらのＶ1，Ｖ2の値としては、例えば、メモリ部(図示省略)に格納されたデータテーブルから平均速度ＡV1の値に応じたものを検索し、複数のＶ1，Ｖ2の組合せから最適なものを選択するようにしてもよい。
【００１８】
航法計算手段12は、速度異常判定手段14により航法計算による表示速度が異常であると判定されたときには、位置計算に用いる速度，装置外部に出力する速度及び位置を、受信時平均速度計算手段13からの平均速度ＡV1に基づいて再演算する。また、航法計算手段12は、速度を、この速度が上限値ＶH1より大きい場合には上限値ＶH1とし、速度が下限値ＶL1より小さい場合には下限値ＶL1とし、このようにして設定された速度に基づいて位置等を再演算してもよい。この後、航法計算手段12は、再びＧＰＳ信号が受信可能な状態に復帰するか、又は移動体が静止することにより速度，加速度等の誤差が補正されたときには、速度異常を解除して通常の速度演算を再開する。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の非受信時にも、慣性航法センサ11からのデータにより演算された速度に対する異常判定が可能になり、この際、速度異常判定手段14によって速度が異常であると判定された場合には、受信時平均速度計算手段13によって計算された平均速度ＡV1に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することにより、ＧＰＳ信号の非受信時でも、移動体の実速度との解離が少ない速度を継続して得ることができるとともに、移動体の現在位置を精度よく推定することができる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２による位置算出装置の概略構成を示すブロック図であり、図１及び図３に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。21は平均速度計算手段、22は速度異常判定手段であり、実施の形態２の位置算出装置が、実施の形態１の位置算出装置と構成上異なる点は、平均速度計算手段21を追加するとともに、速度異常判定手段14に代えて速度異常判定手段24を設けた点である。
【００２１】
次に、本実施形態の位置算出装置の動作を説明する。平均速度計算手段21は、ＧＰＳ信号の受信時及び非受信時に関わらず航法計算手段12が航法計算により算出する移動体の速度に基づいて表示速度の平均値(平均速度ＡV2)を計算する。この平均速度ＡV2は、受信時平均速度計算手段13と同様に、現在の時刻に近い新しい速度データほど重みが大きくなるような重みつきの平均計算などによって求める。
【００２２】
速度異常判定手段22は、ＧＰＳ信号の非受信時には平均速度計算手段21により計算された平均速度ＡV2と受信時平均速度計算手段13により計算された平均速度ＡV1とを用いて、航法計算による速度が異常であるか否かを判定する。具体的には、平均速度ＡV2が、“(平均速度ＡV1)−Ｖ3”により算出される下限値ＶL2と、“(平均速度ＡV1)＋Ｖ4”により算出される上限値ＶH2との範囲内で分布していると見込めたとすると、速度異常判定手段22は、平均速度ＡV2が、下限値ＶL1乃至上限値ＶH1の範囲内にない場合には、何らかの原因により航法計算による速度が異常であると判定する。なお、Ｖ3，Ｖ4は予め設定されている値であり、これらのＶ3，Ｖ4の値としては、例えば、メモリ部(図示省略)に格納されたデータテーブルから平均速度ＡV1の値に応じたものを検索し、複数のＶ3，Ｖ4の組合せから最適なものを選択するようにしてもよい。ここでは、速度自体ではなく平均速度ＡV2を平均速度ＡV1と比較し、航法計算による速度が正常か否かを判定することから、判定用のＶ3，Ｖ4は、一般的に、航法計算による速度を判定する際に用いられる判定定数Ｖ1，Ｖ2とは異なる値になる。
【００２３】
航法計算手段12は、速度異常判定手段24により航法計算による速度が異常であると判定された場合には、位置計算に用いる移動体の速度，外部に出力する速度及び位置を、受信時平均速度計算手段13により算出された平均速度ＡV1に基づいて再演算する。また、航法計算手段12は、航法計算による速度を、この速度が上限値ＶH4より大きい場合には上限値ＶH4とし、表示速度が下限値ＶL3より小さい場合には下限値ＶL3とし、このようにして設定された速度に基づいて位置計算に用いる移動体の速度，外部に出力する速度及び位置を算出してもよい。この後、航法計算手段12は、再びＧＰＳ信号が受信可能な状態に復帰するか、又は移動体が静止することにより速度，加速度等の誤差が補正されたときには、速度異常を解除して通常の速度演算を再開する。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時にも、平均速度ＡV1及び平均速度ＡV2を用いることにより、短期的な速度変動の影響を少なくして、慣性航法センサ11からのデータにより演算された速度に対する異常判定を精度よく実行することが可能になり、この際、速度異常判定手段22によって速度が異常であると判定された場合には、受信時平均速度計算手段13によって計算された平均速度ＡV1に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することにより、ＧＰＳ信号の非受信時でも、移動体の実速度との解離が少ない速度を継続して得ることができるとともに、移動体の現在位置を精度よく推定することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時にも、慣性航法センサからのデータにより演算された速度に対する異常判定が可能になり、この際、速度異常判定手段によって速度が異常であると判定された場合には、受信時平均速度計算手段によって計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することにより、ＧＰＳ信号の非受信時でも、移動体の実速度との解離が少ない速度を継続して得ることができるとともに、移動体の現在位置を精度よく推定することができるので、外部に出力される移動体の速度及び位置の誤差を、常に小さくすることができる。
【００２６】
また、請求項２記載の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星からの電波信号の非受信時にも、短期的な速度変動の影響を少なくして、慣性航法センサからのデータにより演算された速度に対する異常判定を精度よく実行することが可能になり、この際、速度異常判定手段によって速度が異常であると判定された場合には、受信時平均速度計算手段によって計算された平均速度に基づいて移動体の速度及び位置を再演算することにより、ＧＰＳ信号の非受信時でも、移動体の実速度との解離が少ない速度を継続して得ることができるとともに、移動体の現在位置を精度よく推定することができるので、外部に出力される移動体の速度及び位置の誤差を、常に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による位置算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２による位置算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】従来の位置算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…ＧＰＳ受信機、  11…慣性航法センサ、  12…航法計算手段、  13…受信時平均速度計算手段、  14，22…速度異常判定手段、  21…平均速度計算手段。
【図１】
0003731686.tif 000002
【図２】
0003731686.tif 000003
【図３】
0003731686.tif 000004