CN102278987A - 位置计算方法和位置计算装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了移动体的位置计算方法和位置计算装置。该移动体的位置计算方法包括：检测上述移动体的移动方向；利用设置在上述移动体上的加速度传感器的检测结果求出上述移动体的速度矢量；利用上述移动方向校正上述速度矢量；以及利用上述校正后的速度矢量求出上述移动体的推算位置，从而算出上述移动体的位置。

Description

位置计算方法和位置计算装置

技术领域

本发明涉及位置计算方法和位置计算装置。

背景技术

作为利用了定位用信号的定位***，GPS(全球定位***)是众所周知的，用于内置于便携式电话机或车载导航装置等中的位置计算装置。GPS基于多个GPS卫星的位置和从各GPS卫星到位置计算装置的伪距等信息，进行位置算出计算，求出位置计算装置的位置坐标和时钟误差。

利用了定位用信号的位置计算由于各种误差原因，具有位置计算的准确性降低的问题，为了提高位置计算的准确性而考虑了各种技术方案。例如，在专利文献1中公开了通过进行使用了移动体的速度矢量的惯性导航运算来校正利用GPS算出的位置的技术。

现有技术中使用的惯性导航运算采用的方法是，如果是例如使用加速度传感器，则对所检测的加速度矢量进行积分，从而算出速度矢量，在上一次的位置上加上这次的相当于速度矢量的移动量，从而算出这次的位置。在此，“矢量”是一个方便表示方向和大小的术语。作为表示方向和大小的表现方法，当然也可以用例如直角坐标系和球坐标系上的各轴的值，无论用哪种标记方法当然都是与“矢量”等效的。因此，在本说明书中作为表示方向和大小双方的术语使用“矢量”。

但并不是每检测一次加速度矢量就进行积分并计算一次速度矢量，每计算一次该速度矢量就计算位置(更准确地说是更新推算位置)。根据加速度矢量求出速度矢量，根据求出的速度矢量计算位置这一系列的处理除了积分以外，还包括将多个矢量相加的累计这一处理。即，将连续检测出的多个加速度矢量进行积分，累计经过积分的矢量(以下的式(1))，从而算出一个速度矢量(以下的式(2))，或累计算出的多个速度矢量，从而根据上一次的位置算出这次的位置(更新推算位置)。

[数1]

${\∫}_{t-1}^t\stackrel{\→}{a}\text{\·dt=d}\stackrel{\→}{v}\·\·\·\left(1\right)$

[数2]

${\stackrel{\→}{v}}_t={\stackrel{\→}{v}}_{t-1}+d\stackrel{\→}{v}\·\·\·\left(2\right)$

例如，就根据多个加速度矢量算出一个速度矢量的情况进行说明。从检测加速度矢量到下一次的检测之间(检测时间间隔)实际上是很微小的时间，将加速度矢量当作是固定的。用检测时间间隔对连续检测的多个加速度矢量分别进行积分，将积分后的各个值在规定的单位期间进行累计(相加)。从而求出单位期间的速度矢量。例如，在导航***中，虽然一秒钟内进行一次位置计算(位置更新)，但一秒钟内进行多次加速度检测。

目前这样进行的从加速度矢量的检测到位置计算的一系列的处理有以下问题。即，由于一边对在短的检测时间间隔检测的加速度矢量进行积分和累计一边依次求出速度矢量，因此具有随着时间经过速度矢量中包含的误差累计地增加的问题。一旦速度矢量包含的误差增加，当然会导致位置计算的准确性降低。

现有技术文献

专利文献1：特开平8-68651号公报

发明内容

本发明鉴于上述的课题而完成，目的是为了提高利用了惯性导航的位置计算的准确性而提出新的方法。

为了解决上述课题，第一实施方式是一种移动体的位置计算方法，包括：检测上述移动体的移动方向；利用设置在上述移动体上的加速度传感器的检测结果求出上述移动体的速度矢量；利用上述移动方向校正上述速度矢量；以及利用上述校正后的速度矢量求出上述移动体的推算位置，从而算出上述移动体的位置。

另外，作为其他的实施方式，还可以构成一种位置计算装置，该位置计算装置设置在移动体上，用于计算该移动体的位置，包括：加速度传感器；检测上述移动体的移动方向的移动方向检测部；利用上述加速度传感器的检测结果求出上述移动体的速度矢量的速度矢量计算部；利用上述移动方向检测部检测出的移动方向校正上述速度矢量的速度矢量校正部；以及利用上述速度矢量校正部校正后的速度矢量求出上述移动体的位置来计算上述移动体的位置的位置计算部。

根据该第一方式等，利用设置在移动体上的加速度传感器的检测结果求出移动体的速度矢量。但并不是将求出的速度矢量直接用于位置计算。而是利用移动体的移动方向校正所求出的速度矢量后，利用该校正后的速度矢量求出推算位置。

如果累计检测出的多个加速度矢量后求出移动体的速度矢量，则具有随着时间经过误差积累的问题。但根据第一方式等，由于使用移动体的移动方向校正求出的移动体的速度矢量，因此可以去除累计形成的误差。结果，有助于提高利用了惯性导航的位置计算的准确性。

另外，可以根据第一方式构成第二方式的移动体的位置计算方法，其中，上述校正包括将上述速度矢量的方向校正为上述检测出的移动方向。

加速度传感器由于设置在移动体上，因此加速度传感器对于移动体的相对方向是固定的。因此，如第二实施方式所示，通过将求出的速度矢量的方向校正为移动体的移动方向，从而可以校正成沿着移动体的移动方向的适当的速度矢量。

并且，可以根据第一或第二方式构成第三方式的移动体的位置计算方法，其中，还包括检测上述移动体的转动，上述校正包括在上述移动体转动时改变上述速度矢量的大小。

根据该第三方式，在上述移动体转动的情况下改变速度矢量的大小，从而可以校正成与移动体转动时的运动相应的适当的速度矢量。

第四方式是移动体的位置计算方法，包括：检测上述移动体的移动方向；利用设置在上述移动体上的加速度传感器的检测结果求出上述移动体的速度矢量；利用上述速度矢量求出上述移动体的推算位置；以及利用上述检测出的移动方向校正上述推算位置。

并且，作为其他实施方式，也可以构成一种位置计算装置，设置在移动体上，用于计算该移动体的位置，上述位置计算装置具备：加速度传感器；检测上述移动体的移动方向的移动方向检测部；利用上述加速度传感器的检测结果计算上述移动体的速度矢量的速度矢量计算部；利用上述速度矢量计算部算出的速度矢量计算上述移动体的推算位置的位置计算部；以及利用上述检测出的移动方向校正上述位置计算部算出的推算位置的位置校正部。

根据该第四方式等，利用设置在移动体上的加速度传感器的检测结果求出移动体的速度矢量，利用该速度矢量求出推算位置。然后利用移动体的移动方向校正推算位置。这种情况下也与第一方式等相同，可以提高利用了惯性导航的位置计算的准确性。

另外，可以根据第一至第四中的任一个方式构成第五实施方式的移动体的位置计算方法，包括：利用设置在上述移动体上的陀螺仪传感器的检测结果求出上述移动体的推算姿势；以及利用上述推算姿势将上述加速度传感器相对于上述移动体的相对检测方向坐标转换为绝对方向，从而将上述加速度传感器的检测结果坐标转换为上述绝对方向，求出上述速度矢量是利用上述坐标转换后的检测结果求出速度矢量。

根据该第五的方式，利用设置在移动体上的陀螺仪传感器的检测结果求出移动体的推算姿势。然后，利用该推算姿势，将加速度传感器相对移动体的相对检测方向坐标转换为绝对方向，从而将加速度传感器的检测结果坐标转换为上述绝对方向。然后利用坐标转换后的加速度传感器的检测结果求出速度矢量。因此例如不是根据加速度传感器的相对检测方向，而是根据陀螺仪传感器的检测的姿势就可以求出校正了加速度传感器的检测方向的绝对方向的速度矢量。

并且，可以根据第一至第五中的任一个方式构成第六方式的移动体的位置计算方法，上述移动体是机动车。

附图说明

图1是示出位置计算***的***结构以及坐标系的说明图。

图2是示出车载导航装置的功能结构的一例的框图。

图3是将处理部作为功能模块示出的示意图。

图4(A)是直线前进时的速度矢量校正的说明图。图4(B)是转动时的速度矢量校正的说明图。

图5是示出传感器数据的数据结构的一例的图。

图6是示出速度矢量数据的数据结构的一例的图。

图7是示出校正速度矢量数据的数据结构的一例的图。

图8是示出推算位置数据的数据结构的一例的图。

图9是示出导航处理流程的流程图。

图10是示出速度矢量计算处理流程的流程图。

图11是示出速度矢量校正处理流程的流程图。

图12是示出通过现有的方法进行了位置计算的实验结果的一例的图。

图13是示出通过实施方式的方法进行了位置计算的实验结果的一例的图。

图14是示出通过实施方式的方法进行了位置计算的实验结果的一例的图。

图15是在变形例中将处理部作为功能模块示出的示意图。

图16是位置校正原理的说明图。

图17是示出变形例中的第二导航处理流程的流程图。

图18(A)和图18(B)是示出转动时的速度与校正系数的对应关系的一例的图表。

具体实施方式

以下参考附图就设置在移动体上、计算该移动***置的位置计算装置和位置计算***的实施方式进行说明。可使用本发明的实施方式当然不局限于以下说明的实施方式。

1.***结构

图1是示出本实施方式的位置计算***1的***结构以及坐标系的说明图。位置计算***1是在移动体即四轮机动车(以下简单地称为“机动车”)上装载作为具有位置计算装置的电子设备的一种的车载导航装置2。

在车载导航装置2上装载了具有加速度传感器和陀螺仪传感器的传感器单元即IMU 60。IMU 60设置并构成为用于检测并输出相对于机动车的相对坐标系上的加速度和角速度。在本实施方式中，对车载导航装置2以该相对坐标系与被称为机身坐标系(Body Frame)的B坐标系一致的姿势设置并固定在机动车上的情况进行了说明。B坐标系是三维直角坐标系，将相对机动车将前方作为正的前后方向设为X_B轴(翻滚轴)，将右方作为正的左右方向设为Y_B轴(俯仰轴)、将垂直下方作为正的上下方向设为Z_B轴(偏航轴)。

车载导航装置2进行两种运算即利用了GPS(全球定位***)的位置计算运算和利用了IMU 60的检测结果的惯性导航运算来计算位置。在本实施方式中，将进行位置计算的坐标系设成作为绝对坐标系的一种的被称为NED(北-东-下)坐标系的L坐标系。L坐标系是三维直角坐标系，将北方作为正的南北方向设为X_L轴，将东方作为正的东西方向设为Y_L轴，将垂直下方作为正的高度方向设为Z_L轴。

车载导航装置2根据陀螺仪传感器的检测结果，计算从B坐标系到L坐标系的坐标转换矩阵，利用该坐标转换矩阵将加速度传感器在B坐标系(相对坐标系)上的检测结果坐标转换成L坐标系(绝对坐标系)上的检测结果。在进行坐标转换时，对加速度传感器的检测结果中的加速度的方向进行坐标转换，而保持加速度的大小。换句话说，将加速度传感器的相对检测方向坐标转换成绝对坐标系上的方向(绝对方向)。

然后进行导航处理，即，利用L坐标系上的加速度传感器的检测结果和陀螺仪传感器的检测结果，进行惯性导航运算，依次计算机动车的位置(更新推算位置)，在显示部显示将算出的位置(推算位置)制成了图表的导航画面。另外，在本实施方式中，为了区别于利用后述的GPS位置计算部20算出的位置，将利用惯性导航运算算出的位置称为“推算位置”。

2.功能结构

图2是示出车载导航装置2的功能结构的一例的框图。车载导航装置2构成为具备GPS天线10、GPS位置计算部20、处理部30、操作部40、显示部50、IMU(惯性测量单元)60以及存储部70。

GPS天线10是接收包含从定位用卫星的一种即GPS卫星发出的GPS卫星信号的RF(射频)信号的天线，向GPS位置计算部20输出接收信号。GPS卫星信号是通过作为扩散码的一种的CA(Coarse and Acquisition：粗捕获)码，以作为扩频方式已知的CDMA(Code Division Multiple Access：码分多址)方式调制成的1.57542“GHz”的通信信号。CA码是将码长1023码片视为1PN帧的重复周期1ms的伪随机噪声码，且每个卫星各不相同。

GPS位置计算部20是根据GPS天线10的输出信号测量机动车(车载导航装置2)的位置的电路或装置，是相当于所谓的GPS接收装置的功能模块。GPS位置计算部20被构成为具备RF接收电路部和基带处理电路部，在此省略了图示。RF接收电路部和基带处理电路部可以分别作为单独的LSI(大规模集成电路)生产，也可作为一个芯片生产。

基带处理电路部对从RF接收电路部输出的接收信号进行相关处理等，捕捉、跟踪GPS卫星信号、根据从GPS卫星信号提取的卫星轨道数据和时刻数据等进行规定的位置算出计算，算出机动车的位置(位置坐标)。然后将算出的位置作为GPS数据727向处理部30输出。

处理部30是根据存储在存储部70的***程序等各种程序集中地控制车载导航装置2的各部分的控制装置，被构成为具有CPU(中央处理器)等处理器。处理部30利用IMU 60的检测结果进行惯性导航运算处理，计算机动车的位置(位置坐标)。然后根据GPS位置计算部20算出的位置(GPS算出位置)和处理部30算出的位置(惯性导航运算位置)，进行将表示了当前位置的地图在显示部50显示的处理。

图3是将处理部30作为功能模块示出的示意图。处理部30作为功能部具有姿势计算部31、坐标转换部32、速度矢量计算部33、速度矢量校正部34以及位置计算部35。

姿势计算部31对通过陀螺仪传感器63检测出的B坐标系上的三轴的加速度进行积分处理(积分和累计)，从而算出机动车的姿态角。姿势计算部31将算出的姿态角作为推算姿势，向坐标转换部32和速度矢量校正部34输出。如果知道机动车的姿势，也就知道机动车的移动方向。因此，也可以说姿势计算部31是检测机动车的移动方向的移动方向检测部。

坐标转换部32根据从姿势计算部31输入的推算姿势进行坐标转换处理，将IMU 60的B坐标系上的检测结果转换为L坐标系上的检测结果。具体是，利用从姿势计算部31输入的B坐标系上的三轴的姿态角，计算从B坐标系向L坐标系的坐标转换矩阵，利用该坐标转换矩阵转换加速度传感器61的检测结果。然后，将转换后的L坐标系上的三轴的加速度作为车载导航装置2的加速度矢量向速度矢量计算部33输出。坐标转换部32也可以称作加速度矢量计算部。

速度矢量计算部33对从坐标转换部32输入的加速度矢量进行积分处理，从而算出车载导航装置2的速度矢量，然后将算出的速度矢量向速度矢量校正部34输出。

速度矢量校正部34根据从姿势计算部13输入的推算姿势来校正从速度矢量计算部33输入的速度矢量。然后将校正后的速度矢量作为校正速度矢量向位置计算部35输出。

位置计算部35利用从速度矢量校正部34输入的校正速度矢量计算车载导航装置2的位置。然后将算出的位置作为推算位置向显示部50输出。

参考图4就本实施方式的速度矢量校正的原理进行说明。为了便于说明，在此，就在L坐标系的东西方向(Y_L轴)和南北方向(X_L轴)形成的二维平面上进行速度矢量校正的情况进行图示并说明。图4(A)是机动车直线前进时的速度矢量校正的说明图，图4(B)是机动车转动(转向)时的速度矢量校正的说明图。在各图中，横轴表示Y_L轴，纵轴表示X_L轴。

如果对L坐标系上的加速度的东西方向成分和南北方向成分进行积分处理，则可得到速度的东西方向成分和南北方向成分。在图4中，Y_L轴上记载的箭头表示速度的东西方向成分，X_L轴上记载的箭头表示速度的南北方向成分。通过合成速度的东西方向成分和南北方向成分，可得到大小为|V|、方向为θ’的速度矢量。即，在向量径为|V|、偏向角为θ’的圆坐标上定义速度矢量。其中，在图4中用速度矢量与Y_L轴形成的角度表现速度矢量的方向。上述的速度矢量是通过速度矢量计算部33算出的速度矢量。

通过对从坐标转换部32输出的L坐标系上的加速度矢量进行积分处理求出速度矢量。更具体是，对在规定的单位时间内(单位期间)检测出的多个加速度矢量进行积分和累计，算出该单位期间的速度矢量的变位，与上一次(最新)的速度矢量相加(累计)，从而重新算出速度矢量。另外，为了方便起见，将在单位期间相当于速度矢量变化的矢量(式(1)用dv表示的矢量)称为这次的速度矢量相对上一次的速度矢量的“变位”。并且，该单位期间包括多个检测时间间隔(即，在单位期间检测多个加速度矢量)。

由于必须这样对加速度矢量进行积分和累计来依次求出速度矢量，因此一旦加速度矢量产生误差，就会发生所求出的速度矢量误差积累的问题。如果不能准确地求出速度的东西方向成分和速度的南北方向成分，就不能准确地求出图4所示的速度矢量的大小和方向，可能包含误差。

因此如下所述地校正速度矢量的大小和方向。首先，将速度矢量的方向θ’校正到通过姿势计算部31算出的车载导航装置2的移动方向θ。速度矢量的方向θ’是经过加速度矢量的积分处理间接地求出的方向，而移动方向θ是根据传感器的检测结果直接求出的机动车的方向。因此，校正速度矢量的方向是沿着机动车的移动方向的正确方向。

然后将速度矢量的大小|V|校正到|V|×α。这里的“α”是速度矢量的校正系数。在本实施方式中，在机动车直线前进时和转动时变量地设置校正系数“α”并对速度矢量进行校正。具体是，在机动车直线前进时，如图4(A)所示，校正系数为“α＝1”，使速度矢量的大小不变。这种情况下，速度矢量的大小与校正速度矢量的大小相同。

而在机动车转动时，如图4(B)所示，设成“α＜1”，将速度矢量的大小进行缩小校正。这种情况下，校正速度矢量的大小小于速度矢量的大小。

本发明人在各种条件下进行了试验，从而了解到通过使校正系数“α”为比“1”小一点的值，实验结果如后所述，反映了速度矢量的校正效果，有助于提高位置计算的准确性。例如，在机动车在拐角转动时，如果速度矢量的大小不变地进行位置计算，虽然实际上机动车在转弯，但算出的位置变得过于笔直，具有追随性变差的问题。为了解决该问题，在本实施方式中，略小地估算机动车转动时的速度矢量的大小进行位置计算。另外，机动车转动包括机动车右转、左转、调头等小于一周的转动。

在图4中为了便于说明考虑了二维平面，但可以很容易地扩展到三维空间。这种情况下，除了东西南北的二维平面上的机动车的方向以外，考虑上下方向的方向进行相同的校正即可。即，在向量径为|V|、偏向角为(θ’，)的球坐标上定义速度矢量。然后将速度矢量的方向校正为通过姿势计算部31算出的姿态角(θ’，

)，将速度矢量的大小校正为|V|×α。

回到图2的功能模块的说明，操作部40例如是由触摸屏或按钮开关等形成的输入装置，向处理部30输出按下的键或按钮的信号。通过该操作部40的操作，进行目的地的输入等各种指示的输入。

显示部50由LED(液晶显示器)等构成，是根据从处理部30输入的显示信号进行各种显示的显示装置。在显示部50显示导航画面等。

IMU 60例如具备加速度传感器61和陀螺仪传感器63，可以检测出事先与传感器对应地确定的传感器坐标系的正交三轴的各个轴方向的加速度和各轴的绕轴角速度。另外，加速度传感器61和陀螺仪传感器63可以是分别独立的传感器，也可以是一体型的传感器。

存储部70由ROM(只读存储器)或闪存ROM、RAM(随机存取存储器)等存储装置构成，存储车载导航装置2的***程序、用于实现导航功能等各种功能的各种程序以及数据等。并且具有临时存储各种处理的处理中数据、处理结果等的工作区。

本实施方式的位置计算装置被构造成至少包括处理部30和加速度传感器61。位置计算装置还可以包括GPS天线10、GPS位置计算部20、操作部40、显示部50、陀螺仪传感器63以及存储部70等其他结构。

3.数据结构

如图2所示，作为程序，在存储部70存储通过处理部30读出的、作为导航处理(参考图9)执行的导航程序711。并且，作为子程序，导航程序711还包括作为速度矢量计算处理(参考图10)执行的速度矢量计算程序7111和作为速度矢量校正处理(参考图11)执行的速度矢量校正程序7113。

导航处理是指以下处理，即，处理部30进行速度矢量计算处理和速度矢量校正处理，求出用于进行惯性导航运算的校正速度矢量，利用该校正速度矢量推算机动车(车载导航装置2)位置。然后生成将推算位置制成了图表的导航画面并在显示部50上显示。

速度矢量计算处理是指速度矢量计算部33对通过坐标转换部32从B坐标系向L坐标系进行了坐标转换的加速度矢量进行积分处理、从而算出机动车的速度矢量的处理。

并且，速度矢量校正处理是指速度矢量校正部34利用姿势计算部31算出的机动车的移动方向来校正通过速度矢量计算部33算出的速度矢量的处理。以下利用流程图就这些处理进行具体说明。

并且，作为数据，存储部70存储传感器数据721、速度矢量数据723、校正速度矢量数据725、GPS数据727、输出位置数据729以及转动时校正系数731。

传感器数据721是由构成IMU 60的加速度传感器61和陀螺仪传感器63分别检测出的加速度和角速度按时间顺序存储的数据，图5示出了该数据的构成例。在传感器数据721中与IMU 60的检测时刻7211相对应地按时间顺序存储三维加速度7213和三维角速度7215。

速度矢量数据723是通过速度矢量计算处理算出的速度矢量的数据，图6表示该数据构成例。在速度矢量数据723中与速度矢量的算出时刻7231相对应地按时间顺序存储在直角坐标系即L坐标系中考虑的速度矢量的矢量成分7233。利用传感器数据721的规定时间中的检测时刻“t1、t2、t3…”的加速度数据，计算算出时刻“T1”的速度矢量。

校正速度矢量数据725是在速度矢量校正处理中求出的校正速度矢量的数据，图7示出了该数据构成例。在校正速度矢量数据725中与速度矢量的算出时刻7231相对应地按时间顺序存储在球坐标系中考虑的校正速度矢量的大小7253和方向7255以及在直角坐标系即L坐标系中考虑的校正速度矢量的矢量成分7257。

通过速度矢量数据723的速度矢量的矢量成分7233的平方和的平方根求出校正速度矢量的大小7253。即为|V|＝(V_X ²+V_y ²+V_z ²)^1/2。而速度矢量的方向7255是通过姿势计算部31算出并确定的机动车的推算姿势(θ，

)。

GPS数据727是按时间顺序存储了通过GPS位置计算部20算出并确定的位置(以下称为“GPS推算位置”)的数据。按规定的时间间隔(例如间隔10分钟)更新GPS数据727。

输出位置数据729是在显示部50显示的输出位置的数据，图8表示该数据构成例。在输出位置数据729中与速度矢量的算出时刻7231相对应地存储输出位置7293和定位类别7295。

定位类别7295是表示输出位置7293是通过GPS位置计算部20算出的位置和通过位置计算部35算出的位置中的哪个位置的图表。如果是通过GPS位置计算部20算出的位置则存储为“GPS”，如果是通过位置计算部35算出的位置则存储为“惯性导航”。

转动时校正系数731是在检测出机动车转动的情况下用于校正速度矢量的大小7253的系数的数据。具体如后所述。

4.处理流程

图9是示出通过处理部30读出并执行存储在存储部70中的导航程序711并在车载导航装置2上执行的导航处理流程的流程图。在以下的导航处理中，将通过IMU 60检测出的加速度和角速度随时存储在存储部70的传感器数据721中。

首先，处理部30进行初始设置(步骤A1)。具体是对惯性导航运算使用的各种参数进行初始化。然后处理部30读出并执行存储在存储部70中的速度矢量计算程序7111，从而进行速度矢量计算处理(步骤A3)。

图10是示出速度矢量计算处理流程的流程图。

首先姿势计算部31在规定期间对陀螺仪传感器63的检测结果进行积分，算出该规定期间内的姿态角变化量(步骤B1)。然后，姿势计算部31利用上一次(最新)的姿态角和算出的姿态角变化量重新计算(累计)姿态角，利用新算出的姿态角更新上一次的姿态角(步骤B3)。

然后，坐标转换部32根据最新的姿态角计算从B坐标系向L坐标系的坐标转换矩阵(步骤B5)。另外，由于从B坐标系向L坐标系的坐标转换矩阵是目前众所周知的，因此省略使用了数学式等的具体说明。

然后，坐标转换部32将加速度传感器61的B坐标系中的三轴的检测结果利用在步骤B5中算出的坐标转换矩阵坐标转换成L坐标系中的三轴的检测结果(步骤B7)。从而求出L坐标系中的三轴的加速度矢量。然后，坐标转换部32在规定期间内对在步骤B7中求出的加速度矢量进行积分，算出该规定期间内的速度矢量的变位(步骤B9)。

然后，速度矢量计算部33利用上一次(最新)的速度矢量和在步骤B9中算出的速度矢量的变位重新算出速度矢量，并更新存储部70的速度矢量数据723(步骤B11)。具体是，在上一次(最新)的速度矢量上加上在步骤B9中算出的速度矢量的变位(累计)，从而重新算出速度矢量。然后，速度矢量计算部33结束速度矢量的计算处理。

回到图9的导航处理，进行速度矢量计算处理之后，速度矢量校正部34读出并执行存储在存储部70中的速度矢量校正程序7113，从而进行速度矢量校正处理(步骤A5)。

图11是示出速度矢量校正处理流程的流程图。

首先，速度矢量校正部34将用速度矢量计算处理算出的速度矢量的方向7255校正为根据在步骤B3算出的姿态角求出的机动车的移动方向，然后更新存储部70的校正速度矢量数据725(步骤C1)。

然后，速度矢量校正部34判断机动车的转动(转向)(步骤C3)。具体是，根据在步骤B3中算出的姿态角从上一次的姿态角起的时间变化，判断机动车是否在转动。也可以利用通过陀螺仪传感器63检测出的角速度进行转动判断。

如果检测到机动车转动(步骤C5；是)，速度矢量校正部34则使用存储在存储部70中的作为转动时的校正系数事先确定的转动时校正系数731(α＜1)校正速度矢量的大小7253，然后更新校正速度矢量数据725(步骤C7)。然后，速度矢量校正部34结束速度矢量校正处理。

并且，如果未检测出机动车转动(步骤C5；否)，速度矢量校正部34则不校正速度矢量的大小就结束速度矢量校正处理。

回到图9的导航处理，在进行了速度矢量校正处理之后，位置计算部35利用上一次(最新)的输出位置和在速度矢量校正处理中求出的校正速度矢量重新计算机动车的位置，然后存储在存储部70的输出位置数据729中(步骤A7)。

然后，位置计算部35判断是否从GPS位置计算部20获取了GPS数据727(步骤A9)，如果判断获取了数据(步骤A9；是)，则判断是否是输出位置的复位定时(步骤A11)。

输出位置的复位定时可以设置各种定时。例如可以设成机动车停止后的定时。判断机动车的停止例如可以根据速度矢量的大小进行判断。即，如果速度矢量的大小作为接近“0”的值在事先确定的规定阈值以下，则可以判断机动车已停止。

并且，例如也可以将机动车在隧道内等不能进行GPS定位的环境中变化到隧道外等可以进行GPS定位的环境中的定时(从不能捕获GPS卫星信号到可以捕获的定时)作为复位定时。另外，也可以将每经过规定的时间(例如每隔30分钟)的定时作为复位定时。

如果判断为是输出位置的复位定时(步骤A11；是)，位置计算部35则将在步骤A7中求出的输出位置用从GPS位置计算部20获取的GPS数据727的GPS计算位置进行复位(步骤A13)。具体是将在步骤A7中求出的输出位置转换为GPS计算位置。

而如果在步骤A9中判断未获取GPS数据(步骤A9；否)，或在步骤A11中判断不是复位定时(步骤A11；否)，则位置计算部35转向步骤A15的处理。

然后，位置计算部35用最新的输出位置(推算位置)更新显示部50的导航画面的显示(步骤A15)。然后，位置计算部35判断是否结束了位置计算(步骤A17)，判断为未结束的情况下(步骤A17；否)，则返回步骤A3。并且，如果判断已结束(步骤A17；是)，则结束导航处理。

5.实验结果

参考图12至图14就分别利用现有的方法和本实施方式的方法进行位置计算后的实验结果进行说明。进行以下实验，将装上了车载导航装置的机动车沿着事先确定的循环路径循环两圈，按照规定的时间间隔进行惯性导航运算，将求出的推算位置依次在东西南北的二维平面上制成图表。在图12至图14中，横轴表示东西方向，纵轴表示南北方向。另外虚线表示实际的路径，粗实线表示推算位置的轨迹。

图12是示出利用现有的方法不进行速度矢量的校正就进行位置计算的实验结果的一例。根据该结果，在第一圈的初始阶段可以得到沿着实际路径的推算位置轨迹，但从第一圈的中途开始推算位置偏离实际路径，在第二圈与实际路径有很大的偏离。

图13是利用本实施方式的方法进行速度矢量校正后进行了位置计算的实验结果的一例。在此不校正机动车转动时的速度矢量的大小，而将速度矢量的校正系数始终设置为“α＝1”地进行了实验。通过该结果看出尽管与实际的路径相比还是有误差，但与图12的目前的结果相比，可以得到接近实际路径的推算位置的轨迹。但是如果仔细看可以看出，在拐角的部分推算位置走过头而越到了外侧，在拐角的追随性下降。

图14是利用本实施方式的方法进行速度矢量校正后进行了位置计算的实验结果的一例。在此对机动车转动时的速度矢量的大小进行校正，将转动时校正系数“α”设成大于等于0.9小于1.0的固定值后进行了实验。通过该结果看出即使在第二圈推算位置的轨迹与实际路径几乎一致，得到了良好的结果。并且，如果注意拐角的部分，推算位置未越到外侧，得到了沿着实际路径的追随性好的轨迹，验证了本实施方式的方法的有效性。

6.作用效果

根据本实施方式，利用设置在机动车上的陀螺仪传感器63的检测结果来检测移动体即机动车的姿势和移动方向。然后根据检测出的姿势，将设置在机动车上的加速度传感器61的检测结果从相对坐标系坐标转换到绝对坐标系，利用坐标转换后的检测结果计算并更新速度矢量。然后利用检测出的移动方向校正算出的速度矢量，利用校正后的速度矢量计算并更新机动车的位置。

速度矢量是通过对加速度矢量进行积分处理而求出。此时，由于对加速度矢量进行积分和累计处理，具有求出的速度矢量随着时间经过误差不断积累的问题。但是，如果将算出的速度矢量的方向校正成通过其他检测方法检测出的机动车的移动方向，速度矢量的方向则成为沿着机动车移动方向的正确方向。然后通过利用校正后的速度矢量计算机动车的位置，可以提高推算位置的准确性。

并且，在机动车直线前进时使速度矢量的大小不变，在机动车转动时将速度矢量的大小校正到略小。例如机动车在拐角拐弯时，如果不改变速度矢量的大小地进行位置计算，则具有算出的位置相对实际位置的追随性差，逐渐偏离的问题。因此，在机动车转动时略小地估算速度矢量的大小进行位置计算，从而可以提高推算位置的准确性。

7.变形例

7-1.电子设备

在上述的实施方式中，以将本发明用于装在四轮机动车上的导航装置上的情况为例进行了说明，但可以使用本发明的电子设备并不仅限于此。例如也可以应用于装在两轮机动车上的导航装置，也可以用于便携式导航装置。

当然，导航仪以外用途的电子设备也同样可以应用本发明。例如，便携式电话机或个人电脑、PDA(个人数字助理)等其他电子设备也同样可应用本发明，可以实现该电子设备的位置计算。

7-2.卫星定位***

并且，在上述的实施方式中，以GPS为例就卫星定位***进行了说明，当然也可以是WAAS(广域增强***)、QZSS(准天顶卫星***)、GLONASS(全球导航卫星***)以及GALILEO等其他卫星定位***。

7-3.位置校正

在上述的实施方式中，就根据机动车的移动方向校正速度矢量，利用校正速度矢量进行位置计算进行了说明，但也可以是以下方法。即，不校正速度矢量而直接使用速度矢量进行位置计算。然后根据机动车的移动方向校正算出的位置。

图15是将这种情况下的处理部30作为功能模块表示的示意图。与图3所示的处理部30相同的构成部件使用相同的符号省略说明，以与图3不同的功能模块为中心进行说明。在图15的处理部30中，通过姿势计算部31算出并确定的推算姿势(移动方向)输出至坐标转换部32和位置校正部36。

并且，通过速度矢量计算部33算出的速度矢量直接向位置计算部35输出。然后利用该速度矢量通过位置计算部35计算位置。通过位置计算部35算出的位置向位置校正部36输出。然后，位置校正部36根据从姿势计算部31输入的推算姿势(移动方向)校正从位置计算部35输入的位置。

图16是位置校正原理的说明图。利用通过黑圆圈表示的时刻“T-1”的输出位置和时刻“T”的速度矢量(方向θ’)，可以求出白圆圈表示的时刻“T”的推算位置。即，使黑圆圈向速度矢量的方向“θ’”移动了单位时间份的位置是白圆圈。

此时，利用速度矢量算出时刻“T-1”的输出位置与时刻“T”的推算位置之间的距离“L”。然后使时刻“T-1”的输出位置向从姿势计算部31获取的移动体的移动方向“θ”仅移动距离“L”，从而求出用双圆圈表示的时刻“T”的校正位置。如果不是输出位置的复位定时，则该校正位置成为时刻“T”的输出位置。

图17是示出这种情况下处理部30执行的第二导航处理流程的流程图。与图9的导航处理相同的步骤使用相同的符号并省略说明，以与导航处理不同的步骤为中心进行说明。

在第二导航处理中，在步骤A3进行了速度矢量计算处理之后，位置计算部35利用上一次(最新)的输出位置和算出的速度矢量重新算出机动车的位置并更新(步骤D5)。然后，位置校正部36进行位置校正处理(步骤D7)。在位置校正处理中，根据图16说明的位置校正原理进行位置校正。

7-4.速度矢量的方向的校正

在上述的实施方式中说明了将速度矢量的方向校正成检测出的移动体的移动方向，但只要是利用检测出的移动方向进行校正，也不局限于该校正方法。

例如，也可以进行速度矢量的方向和检测出的移动体的移动方向的平均处理来矫正速度矢量的方向。这种情况下，由于通过陀螺仪传感器等传感器直接检测出的移动体的移动方向的可靠性高，因此例如提高(例如0.8)检测出的移动体的移动方向的权重，降低(例如0.2)速度矢量的方向的权重，通过加权平均计算校正速度矢量等比较合适。

7-5.速度矢量的大小的校正

在上述的实施方式中，就在检测移动体的转动时一律使速度矢量的大小变小进行了说明，也可以如下所述地改变速度矢量的大小。

例如，记录下开始检测出移动体转动时(开始转动时)的移动体的速度(以下称为“开始转动时速度”)。然后，在移动体转动时，将该转动时的移动体的速度(以下称为“转动时速度”)与记录的转动开始时速度进行比较。然后根据该比较结果改变速度矢量的大小。具体是，如果转动时速度小于转动开始时速度，则使速度矢量的大小变大(α＞1)。而如果转动时速度大于转动开始时速度，则使速度矢量的大小变小(α＜1)。

如果转动时速度小于转动开始时速度，则可能是移动体缓慢地转动。这种情况下，略大地估算速度矢量的大小进行位置计算，从而可以进行使算出的位置密切地追随移动体的实际位置的调整。而如果转动时速度大于转动开始时速度，则可能是移动体急速转动。这种情况下，略小地估算速度矢量的大小后进行位置计算。

7-6.设置速度矢量的校正系数

虽然也与校正上述的速度矢量的大小有关，但也可以如下所述地设定校正系数“α”。即，根据移动体的转动速度(或角速度)的大小设定校正系数“α”。如果移动体是四轮机动车，则可以考虑将移动体的转动速度设成例如绕Z_B轴(偏航轴)的转动速度，如果移动体是两轮机动车，则设成绕X_B轴(翻滚轴)的转动速度等。另外，转动速度相当于通过陀螺仪传感器63检测的角速度。即，转动速度乘以“2π(rad)”的值是角速度。

图18是此时的校正系数设定原理的说明图。在图18中示出了表示机动车的转动速度和校正系数“α”的对应关系的图表。实验证明，如果使校正系数“α”过小，则位置计算的准确性降低。因此，最好事先设定校正系数“α”的下限。并且如图18(A)所示，在不低至下限值的范围内，随着转动速度的提高使校正系数“α”逐渐降低。

并且，如图18(B)所示，事先设置了转动速度的阈值。然后，直到转动速度达到阈值为止使校正系数“α”一律为“1”(α＝1)，如果转动速度超过阈值，则阶段性地降低校正系数“α”。

7-7.检测移动方向

在上述的实施方式中，就利用陀螺仪传感器的检测结果计算移动体的姿势，从而检测移动体的移动方向进行了说明。但是，只要能得到可靠性高的移动方向，也可以通过其他检测装置检测移动方向。例如也可以通过地磁传感器等的方位传感器检测移动方向。

7-8.输出位置

在上述的实施方式中，就在规定的复位定时通过由GPS算出的位置对推算位置进行复位进行了说明，也可以结合利用GPS算出的位置(GPS计算位置)和通过本实施方式的惯性导航运算算出的位置(惯性导航运算位置)计算并确定最后的输出位置。例如，也可以通过进行GPS计算位置和惯性导航运算位置的平均处理的滤波器或基于概率论的推测方法的一种即卡尔曼滤波器等滤波处理来确定输出位置。

Claims (8)

1.一种移动体的位置计算方法，包括：

检测所述移动体的移动方向；

利用设置在所述移动体上的加速度传感器的检测结果求出所述移动体的速度矢量；

利用所述移动方向校正所述速度矢量；以及

利用所述校正后的速度矢量求出所述移动体的推算位置，从而算出所述移动体的位置。

2.根据权利要求1所述的移动体的位置计算方法，其中，所述校正包括将所述速度矢量的方向校正为所述检测出的移动方向。

3.根据权利要求1所述的移动体的位置计算方法，其中，

还包括检测所述移动体的转动，

所述校正包括在所述移动体转动时改变所述速度矢量的大小。

4.一种移动体的位置计算方法，包括：

检测所述移动体的移动方向；

利用设置在所述移动体上的加速度传感器的检测结果求出所述移动体的速度矢量；

利用所述速度矢量求出所述移动体的推算位置；以及

利用所述检测出的移动方向校正所述推算位置。

5.根据权利要求4所述的移动体的位置计算方法，包括：

利用设置在所述移动体上的陀螺仪传感器的检测结果求出所述移动体的推算姿势；以及

利用所述推算姿势将所述加速度传感器相对于所述移动体的相对检测方向坐标转换为绝对方向，从而将所述加速度传感器的检测结果坐标转换为所述绝对方向，

求出所述速度矢量是利用所述坐标转换后的检测结果求出速度矢量。

6.根据权利要求1所述的移动体的位置计算方法，其中，所述移动体是机动车。

7.一种位置计算装置，设置在移动体上，用于计算该移动体的位置，所述位置计算装置具备：

加速度传感器；

检测所述移动体的移动方向的移动方向检测部；

利用所述加速度传感器的检测结果求出所述移动体的速度矢量的速度矢量计算部；

利用所述移动方向检测部检测出的移动方向校正所述速度矢量的速度矢量校正部；以及

利用所述速度矢量校正部校正后的速度矢量求出所述移动体的位置来计算所述移动体的位置的位置计算部。

8.一种位置计算装置，设置在移动体上，用于计算该移动体的位置，所述位置计算装置具备：

加速度传感器；

检测所述移动体的移动方向的移动方向检测部；

利用所述加速度传感器的检测结果计算所述移动体的速度矢量的速度矢量计算部；

利用所述速度矢量计算部算出的速度矢量计算所述移动体的推算位置的位置计算部；以及

利用所述检测出的移动方向校正所述位置计算部算出的推算位置的位置校正部。

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