ES2909510T3

ES2909510T3 - Aparato de posicionamiento

Info

Publication number: ES2909510T3
Application number: ES16811219T
Authority: ES
Inventors: Akira Miyajima; Katsuhiro Matsuoka
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2036-06-10
Also published as: JP6413946B2; EP3312634A4; US20180172841A1; EP3312634B1; CA2989529C; US10809390B2; WO2016203744A1; CA2989529A1; EP3312634A1; JP2017009294A

Abstract

Un aparato de posicionamiento (1) utilizado con un objeto móvil para determinar una posición del objeto móvil, comprendiendo el aparato de posicionamiento: un dispositivo de posicionamiento por satélite (41) que calcula una coordenada de posicionamiento por satélite basándose en una señal de navegación recibida por un receptor de señales de navegación (10); un calculador de cantidad de movimiento (42) que adquiere una señal detectada por un sensor inercial (20, 30), y calcula secuencialmente una cantidad de movimiento del objeto móvil por navegación inercial desde un momento en que se recibe la señal de navegación hasta un momento en que se recibe la señal del sensor inercial; un determinador de punto de referencia virtual (43) que determina secuencialmente una coordenada de un punto de referencia virtual después de recibir la señal de navegación; un determinador de posición (44) que determina la posición del objeto móvil secuencialmente sumando la cantidad de movimiento del objeto móvil a la coordenada del punto de referencia virtual; y un calculador de fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento (45) que calcula la fiabilidad de la coordenada de posicionamiento por satélite, en el que el determinador de punto de referencia virtual determina la coordenada del punto de referencia virtual multiplicando los respectivos factores de ponderación con una posición del objeto móvil, que es determinada, por el determinador de posición, cuando se recibe la señal de navegación, y con la coordenada de posicionamiento por satélite, y a continuación sumando las posiciones ponderadas, y aumenta uno de los respectivos factores de ponderación que se usará para multiplicar con la coordenada de posicionamiento por satélite en etapas incrementales, en el que el determinador del punto de referencia virtual calcula el otro de los respectivos factores de ponderación que se utilizarán para multiplicar con la posición del objeto móvil que se determina cuando se recibe la señal de navegación, mediante el uso de una expresión de cálculo del primer factor, que incluye un término negativo que tiene un valor que cambia de forma decreciente en función del número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento después de recibir la señal de navegación; en el que el determinador del punto de referencia virtual calcula el uno de los factores de ponderación respectivos que se utilizará para multiplicar con la coordenada de posicionamiento por satélite, utilizando una expresión de cálculo del segundo factor que incluye un término positivo cuyo valor cambia de manera creciente en función del número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento después de recibir la señal de navegación, en el que cada una de la expresión de cálculo del primer factor y la expresión de cálculo del segundo factor incluye un término de compensación como un término constante independientemente del número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento, en el que el determinador de punto de referencia virtual incrementa un valor del término de compensación a medida que aumenta la fiabilidad de la coordenada de posicionamiento por satélite.

Description

DESCRIPCIÓ N

Aparato de posicionamiento

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUD RELACIONADA

Esta solicitud se basa en la solicitud de patente japonesa núm. 2015-121431, presentada el 16 de junio de 2015. CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un aparato de posicionamiento que recibe señales de navegación transmitidas por satélites de navegación y proporciona posicionamiento utilizando las señales de navegación recibidas.

TÉCNICA ANTERIOR

Un tipo ampliamente conocido de sistema de posicionamiento por satélite, tal como un sistema de posicionamiento global (GPS), utiliza satélites de navegación. Los satélites de navegación transmiten señales de navegación. Un receptor recibe las señales de navegación, realiza varios tipos de cálculos basados en información contenida en las señales de navegación recibidas y proporciona posicionamiento, en otras palabras, determina una posición actual. Si bien un sistema de posicionamiento por satélite se puede usar para determinar las coordenadas de un punto fijo, también se usa ampliamente para proporcionar el posicionamiento de un objeto móvil, como un vehículo.

La navegación inercial también es ampliamente conocida como una tecnología de posicionamiento para un objeto móvil. La navegación inercial utiliza señales de sensores inerciales, tales como un sensor de aceleración y un sensor giroscópico, para actualizar secuencialmente la posición actual.

Se conoce un aparato de posicionamiento que combina el posicionamiento basado en señales de navegación con la navegación inercial para determinar secuencialmente la posición actual (por ejemplo, bibliografía de patentes 1). Específicamente, dicho sistema realiza el posicionamiento utilizando señales de navegación periódicamente. El sistema también calcula una cantidad de movimiento basada en la navegación inercial secuencialmente en un período de tiempo desde que se determinan las coordenadas basadas en las señales de navegación (en lo sucesivo denominadas coordenadas de posicionamiento por satélite) hasta que se determinan las siguientes coordenadas de posicionamiento por satélite. La posición actual se determina secuencialmente sumando la cantidad de movimiento a las últimas coordenadas de posicionamiento por satélite.

Las coordenadas de posicionamiento por satélite se pueden degradar debido a un entorno de recepción de señales en el que se reciben las señales de navegación, tal como multitrayecto. El uso de coordenadas de posicionamiento por satélite menos precisas como punto de referencia al que se añade la cantidad de movimiento, que se calcula en función de la navegación inercial, para determinar la posición actual tiene como resultado un trayecto escalonado de la posición actual, a pesar del hecho de que el trayecto real del objeto móvil es continua.

La bibliografía de patentes 2 describe un dispositivo de salida de posicionamiento para enviar datos de posición que indican una posición actual de un objeto, determinada por un sistema de navegación por satélite. Se determina si se ha producido o no un salto de posición, basándose en la distancia entre una posición estimada y una posición determinada basada en el sistema de navegación por satélite. Cuando se determina que se ha producido un salto de posición, se genera mediante cálculo un vector de ajuste de posición, que a continuación se usa para generar una posición ajustada.

La bibliografía de patentes 3 describe un componente de posicionamiento por satélite que calcula una primera posición y un componente de posicionamiento inercial que calcula una segunda posición, ambos componentes asociados con un receptor de navegación. Un componente de posicionamiento combinado proporciona una posición de referencia, combina la primera posición y la segunda posición en una tercera posición en base a las distancias entre la primera posición, la segunda posición y la posición de referencia, y localiza el receptor de navegación según la tercera posición.

La bibliografía de patentes 4 da a conocer un sistema en el que se utilizan dos sistemas de navegación diferentes, es decir, una navegación por radio y una navegación autónoma, para determinar una posición actual. De acuerdo con la navegación autónoma, se leen de una memoria una dirección de movimiento y una distancia de movimiento y se obtiene una cantidad de movimiento en una dirección de latitudes y una dirección de altitudes por separado. Una posición actual temporal se obtiene sumando la cantidad de movimiento obtenida a una posición actual determinada antes, y es válida si la fiabilidad de la posición actual temporal es mayor que un valor fijo. Por otro lado, de acuerdo con la navegación por radio, una posición obtenida de un receptor GPS es leída por un microprocesador, de modo que la posición obtenida por el receptor GPS se establece como la posición actual temporal, si no se tiene una fiabilidad de la posición actual temporal superior al valor fijado.

BIBLIOGRAFÍAS DE LA TÉCNICA ANTERIOR BIBLIOGRAFÍA DE PATENTES

Bibliografía de patentes 1: JP 3848712 B2

Bibliografía de patentes 2: US 2014365117 A1

Bibliografía de patentes 3: US 2014070986 A1

Bibliografía de patentes 4: JP H07248230 A

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

Un objetivo de la presente invención es dar a conocer un aparato de posicionamiento que permita la inhibición de un cambio escalonado en la trayectoria de la posición de un objetivo móvil cuando se degrada la precisión de las coordenadas de posicionamiento por satélite. Este objetivo se soluciona mediante el objetivo de la reivindicación 1. En la reivindicación dependiente se describe otra realización.

El aumento del factor de ponderación utilizado para multiplicar las coordenadas de posicionamiento por satélite en etapas incrementales acerca gradualmente el punto de referencia virtual a las coordenadas de posicionamiento por satélite, incluso si se degrada la precisión de las coordenadas de posicionamiento por satélite. Dado que el punto de referencia virtual se acerca gradualmente a las coordenadas de posicionamiento por satélite, se puede inhibir un cambio escalonado en el trayecto de la posición de un objeto móvil determinado en función del punto de referencia virtual y de la cantidad de movimiento calculada por el calculador de cantidad de movimiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los anteriores y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada hecha haciendo referencia a los dibujos adjuntos. En los dibujos:

La figura 1 es un diagrama de configuración de un aparato de posicionamiento según una realización;

la figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso a realizar por un controlador de la figura 1;

la figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso a realizar por el controlador de la figura 1 en paralelo con el proceso de la figura 2;

la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra en detalle un proceso para calcular una velocidad Doppler en la figura 3;

la figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra en detalle un proceso para determinar un valor inicial en la figura 3;

la figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra en detalle un proceso para actualizar una posición en la figura 3; y

La figura 7 es un diagrama para describir una posición de un vehículo anfitrión que será determinada por el aparato de posicionamiento según la realización.

REALIZACIONES PARA REALIZAR LA INVENCIÓN

A continuación se describirá una realización de la presente invención haciendo referencia a los dibujos. Un aparato de posicionamiento 1 ilustrado en la figura 1 incluye un receptor de señales de navegación 10, un sensor de aceleración 20, un sensor de velocidad de guiñada 30 y un controlador 40 y está montado en un vehículo, que es un objeto móvil. El vehículo no está ilustrado. El vehículo en el que está montado el aparato de posicionamiento 1 puede denominarse en lo sucesivo vehículo anfitrión.

El receptor de señales de navegación 10 recibe una onda de radio GPS transmitida por un satélite GPS, que es un satélite de navegación utilizado por el GPS, que es un sistema de posicionamiento por satélite. Una onda de radio GPS incluye una portadora y una señal de navegación superpuesta sobre la portadora. El receptor de señales de navegación 10 demodula la onda de radio GPS recibida para extraer una señal de navegación y envía la señal al controlador 40.

Se envía una señal de navegación al controlador 40 en un cierto ciclo porque se requiere la demodulación del código, entre otras cosas, para extraer una señal de navegación desde una onda de radio GPS. El ciclo determinado tarda, por ejemplo, un período de tiempo entre 200 milisegundos y 400 milisegundos. El receptor de señales de navegación 10 también entrega la portadora, la intensidad de la señal recibida y el tiempo de recepción de la señal de navegación, junto con la señal de navegación, al controlador 40.

Tal como se sabe ampliamente, están presentes una pluralidad de satélites GPS. El receptor de señales de navegación 10 entrega todas las señales de navegación extraíbles por demodulación de las ondas de radio GPS al controlador 40. Una señal de navegación incluye un número de catálogo de satélite de un satélite GPS correspondiente, una efemérides, que proporciona información sobre el trayecto del satélite GPS, y el tiempo en que el satélite GPS ha transmitido la onda de radio correspondiente.

El sensor de aceleración 20 y el sensor de velocidad de guiñada 30 son sensores inerciales. El sensor de aceleración 20 es un sensor de aceleración de tres ejes con su orientación fijada de tal manera que el eje z es paralelo a la dirección hacia arriba y hacia abajo del vehículo, el eje x es paralelo a la dirección del ancho del vehículo y el eje y es paralelo con una dirección hacia adelante y hacia atrás del vehículo. En lugar del sensor de aceleración de tres ejes, se puede usar un sensor de aceleración que detecta la aceleración en dos ejes, concretamente en el eje x y el eje y. El sensor de aceleración 20 transmite un valor detectado de aceleración en cada eje al controlador 40.

El sensor de velocidad de guiñada 30 detecta una velocidad angular en torno a un eje perpendicular del vehículo y que pasa a través del sensor de velocidad de guiñada 30; es decir, detecta una velocidad de guiñada del vehículo. El sensor de velocidad de guiñada 30 suministra a continuación la velocidad de guiñada detectada al controlador 40. El eje perpendicular de un vehículo es un eje que es perpendicular al piso de la cabina del vehículo; es paralelo a un eje vertical cuando el vehículo está sobre un suelo horizontal.

El controlador 40 es un ordenador que incluye una CPU, una ROM, una RAM y similares, que no se ilustran. La CPU ejecuta un programa almacenado en un medio de grabación real no transitorio, tal como la ROM, mientras utiliza una función de memoria temporal de la RAM. De este modo, el controlador 40 funciona como un dispositivo de posicionamiento por satélite 41, un calculador de cantidad de movimiento 42, un determinador de punto de referencia virtual 43, un determinador de posición 44, un calculador de la fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento 45 y un determinador de la fiabilidad de la cantidad de movimiento 46. Cuando se ejecutan estas funciones, se ejecuta un método que corresponde al programa almacenado en el medio de grabación no transitorio real. La función de cada parte se describirá haciendo referencia a las figuras 2 y 3.

A continuación se describirán los procesos realizados por el controlador 40. El controlador 40 realiza un proceso ilustrado en la figura 2 en paralelo con un proceso ilustrado en la figura 3. Por ejemplo, mientras realiza el proceso en la figura 2, el controlador 40 procesa una interrupción para realizar el proceso en la figura 3. El proceso de la figura 2 se describirá primero. El controlador 40 realiza periódicamente el proceso ilustrado en la figura 2. Todo el proceso ilustrado en la figura 2, es decir, las etapas S2 a S12, corresponde al dispositivo de posicionamiento por satélite 41.

En la etapa S2 se determina si una señal de navegación, una portadora correspondiente, la intensidad de la señal recibida y el tiempo de recepción de la señal de navegación han sido adquiridos del receptor de^ señales de navegación 10. Si se determina NO en la etapa S2, el proceso de la figura 2 finaliza. Si se determina SÍ en la etapa S2, el proceso avanza a la etapa S4.

Información sobre un satélite GPS i incluidas las coordenadas de posición (X^si, Y^si, Z^si) del satélite GPS i, una pseudodistancia pⁱ, y una cantidad de desplazamiento Doppler Dⁱse calcula en la etapa S4 a partir de la señal de navegación y la portadora adquirida del receptor 10 de señales de navegación. Aquí, i representa el número de catálogo de satélite de un satélite GPS.

Las coordenadas de posición (X^si, Y^si, Z^si) de cada satélite GPS i se calculan en función de sus efemérides y del tiempo de transmisión de una onda de radio GPS correspondiente. La pseudodistancia pⁱse calcula multiplicando, por la velocidad de la luz, la diferencia de tiempo entre el tiempo en que el satélite GPS i ha transmitido la onda de radio GPS y el tiempo en que el receptor de señales de navegación 10 ha recibido la onda de radio GPS, en otras palabras, un período de tiempo de propagación de ondas de radio.

El satélite GPS i transmite ondas de radio GPS continuamente, y el receptor de señales de navegación 10 recibe ondas de radio GPS continuamente. El tiempo en que el satélite GPS i ha transmitido una onda de radio GPS y el tiempo en que el receptor de señales de navegación 10 ha recibido la onda de radio GPS representan el tiempo en que el satélite GPS i ha transmitido una parte predefinida de la señal de navegación correspondiente, que es, por ejemplo, una primera parte de la señal, y el tiempo en que el receptor de señales de navegación 10 ha recibido la parte predefinida de la señal, respectivamente.

La cantidad de desplazamiento Doppler Dⁱes una diferencia de frecuencia entre la frecuencia de una portadora en una onda de radio transmitida por el satélite GPS i y la frecuencia de la portadora en la onda de radio GPS recibida. La frecuencia portadora de una onda de radio transmitida por un satélite GPS se define previamente y se almacena previamente en una unidad de almacenamiento predefinida, tal como una unidad de almacenamiento que no se ilustra y está dispuesta en el controlador 40. Por lo tanto, en la etapa S4, la cantidad de desplazamiento Doppler Dⁱse calcula a partir de la frecuencia de la portadora de la onda de radio GPS que se adquiere de la unidad de almacenamiento y la frecuencia de la portadora que se adquiere del receptor de señales de navegación 10. La frecuencia de la portadora adquirida del receptor de señales de navegación 10 se determina mediante un método de análisis de frecuencia conocido públicamente; por ejemplo, una transformada rápida de Fourier.

En la etapa S6 se determina si la calidad de la señal, de la señal de navegación, es buena. La determinación de la calidad de la señal se realiza sobre todas las señales de navegación adquiridas. La calidad de la señal se puede determinar en función de varios criterios conocidos públicamente.

Se determina si la calidad de la señal es buena basándose, por ejemplo, en que S/N sea igual o mayor que un valor predefinido (una condición de determinación 1), que un residuo de la pseudodistancia pⁱsea igual o menor que una distancia criterio (una condición de determinación 2), que un ángulo de elevación 0ⁱsea igual o mayor que un ángulo de criterio (una condición de determinación 3), o en una combinación de las condiciones de determinación 1 a 3 (una condición de determinación 4).

El residuo de la pseudodistancia ^pien la condición de determinación 2 es una diferencia entre la distancia desde las coordenadas de posición (X^si, Y^si, Z^si) del satélite GPS i hasta las coordenadas de posicionamiento por satélite B (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión y la pseudodistancia pⁱ. Las coordenadas de posicionamiento por satélite B (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión son necesarias para calcular el residuo. Las coordenadas de posicionamiento por satélite B del vehículo anfitrión se calculan mediante el mismo método utilizado para calcular las coordenadas de posicionamiento por satélite B en la etapa S10, que se describirá más adelante. Por lo tanto, para calcular el residuo de la pseudodistancia pⁱ, las coordenadas de posicionamiento por satélite B se calculan primero.

Si el residuo de la pseudodistancia pⁱes mayor que la distancia de criterio, es probable que esté involucrado un efecto de trayectos múltiples o similar; así, en este caso, se determina que la calidad de la señal no es buena. En el caso de la condición de determinación 1, se determina que la calidad de la señal es buena si S/N es igual o mayor que el valor predefinido. En el caso de la condición de determinación 3, se determina que la calidad de la señal es buena si el ángulo de elevación 0ⁱes igual o mayor que el ángulo de criterio.

En la etapa S8 se determina si el número de señales de navegación cuya calidad de señal se determina como buena en la etapa S6 es cuatro o mayor. Si el número es cuatro o mayor, el proceso pasa a la etapa S10.

Las coordenadas de posicionamiento por satélite actuales (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión se calculan en la etapa S10 a partir de la pseudodistancia pⁱy de las coordenadas de posición (X^si, Y^si, Z^si) del satélite GPS i calculadas en la etapa S4. Las coordenadas calculadas aquí se denominan coordenadas de posicionamiento por satélite B.

Las coordenadas de posicionamiento por satélite B se calculan de la manera que se describe a continuación. Una distancia verdadera rⁱal satélite GPS i se expresa en una expresión (1). La pseudodistancia pⁱse expresa en una expresión (2). En la expresión (2), s representa un error de distancia debido a un error de reloj.

[Expresión 1]

( i )

[Expresión 2]

Resolviendo las ecuaciones simultáneas descritas a continuación en una expresión (3) basada en la pseudodistancia pⁱde cuatro o más satélites GPS obtenida de las expresiones (1) y (2), se pueden calcular las coordenadas de posicionamiento por satélite B (X^v, Y^v, Z^v).

[Expresión 3]

Posteriormente, se suma uno a k en la etapa S12. El valor inicial de k es cero. Aquí, k representa el número de veces que se calculan las coordenadas de posicionamiento por satélite B.

A continuación se describirá la figura 3. Un diagrama de flujo descrito en la figura 3 se repite en un ciclo en el que se adquieren los valores de los sensores. El ciclo en el que se adquieren los valores de los sensores es más corto que aquel en el que el receptor de señales de navegación 10 emite una señal de navegación y tarda, por ejemplo, varias decenas de milisegundos. Cada parámetro representa un valor en el tiempo más reciente a menos que se especifique lo contrario. El último tiempo se expresa como t = 0. El tiempo expresado con un número negativo representa el tiempo pasado.

Los valores detectados del sensor de aceleración 20 y el sensor de velocidad de guiñada 30 se adquieren en la etapa S20 y se almacenan en un dispositivo de almacenamiento, como la RAM. La aceleración en la dirección de desplazamiento del vehículo se determina en la etapa S22 a partir de un valor detectado del sensor de aceleración 20, adquirido en la etapa S20. Como se ha descrito anteriormente, la orientación del sensor de aceleración 20 con respecto al vehículo se fija de la manera predefinida, en la que el eje y está en la dirección de desplazamiento del vehículo. Por tanto, el valor detectado del sensor de aceleración 20 en el eje y se extrae como la aceleración en la dirección de desplazamiento.

Un azimut relativo 0 u 9Yro se actualiza en la etapa S24 añadiendo a un azimut relativo anterior 9^{t(' 1)gyro}una cantidad de cambio de azimut relativo que se obtiene a partir del valor detectado del sensor de velocidad de guiñada 30 adquirido en la etapa S20. El azimut relativo 0^tgyroes un azimut relativo en un tiempo t con respecto a una orientación de azimut de desplazamiento del vehículo en un punto de tiempo de referencia. Además, en la etapa S24, la aceleración en la dirección de desplazamiento determinada en la etapa S22 se suma a un valor integrado de la aceleración anterior AV^t(-1)Gpara actualizar también un valor integrado de la aceleración AV^tG.

En la etapa S26 se determina si el vehículo anfitrión está parado. Esta determinación usa el valor detectado del sensor de aceleración 20 en el eje z adquirido en la etapa S20 en la presente realización. Si el valor detectado del sensor de aceleración 20 en el eje z es igual o menor que un valor de criterio de parada se determina que el vehículo está parado. Mientras viaja, un vehículo exhibe algunas vibraciones hacia arriba y hacia abajo; así, el valor detectado en el eje z permite la determinación de la parada. En lugar del valor detectado en el eje z, se puede usar el valor detectado en el eje y, una cantidad de cambio de un valor detectado en el eje z o una cantidad de cambio de un valor detectado en el eje y. Si se determina una parada, el proceso pasa a la etapa S28.

Un vector de velocidad se fija a (0, 0, 0) en la etapa S28. Por supuesto, una velocidad V también es cero.

Un valor inicial de la velocidad V⁰se ajusta en la etapa S30 al último valor integrado de la aceleración -AV^tG. Cuando se ha realizado la etapa S30, se realiza un proceso de actualización de la posición en la etapa S42. El proceso de actualización de la posición en la etapa S42 se describirá a continuación.

Si se determina que el vehículo anfitrión se está moviendo en la etapa S26, el proceso avanza a la etapa S32. En la etapa S32 se determina si las coordenadas de posicionamiento por satélite B se han calculado en un período de tiempo desde que se realizó la etapa S32 por última vez hasta que se realiza la etapa S32 esta vez.

Las coordenadas B de posicionamiento por satélite se han calculado en la etapa S10. Se debe observar que es necesario adquirir una señal de navegación para calcular las coordenadas de posicionamiento por satélite B y que el ciclo en el que se adquiere una señal de navegación es mayor que el ciclo en el que se adquieren los valores de los sensores. Además, se debe observar que, incluso si se ha adquirido una señal de navegación, las coordenadas de posicionamiento por satélite B no se calculan a menos que se hayan adquirido cuatro o más señales de navegación de buena calidad. El cálculo también es necesario después de la adquisición de suficientes señales de navegación, y el cálculo lleva tiempo. Por lo tanto, el NO puede determinarse en la etapa S32.

Si se determina SÍ en la etapa S32, el proceso avanza a la etapa S34. Se calcula una velocidad Doppler en la etapa S34. La velocidad Doppler representa un vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo anfitrión o la magnitud del vector de velocidad. El vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) se calcula usando una cantidad de desplazamiento Doppler D y, por lo tanto, se denomina velocidad Doppler en este documento.

El proceso en la etapa S34 se describe en detalle en la figura 4. Haciendo referencia a la figura 4, una dirección Rⁱ(0ⁱ, ⁹¹) de cada satélite GPS i se calcula en la etapa S342 a partir de las coordenadas de posicionamiento por satélite B (X^v, Y^v, Z^v) calculadas en la etapa S10 y las coordenadas de posición (X^si, Y^si, Z^si) de cada satélite GPS i calculadas en la etapa S4. La dirección Rⁱde cada satélite GPS i se expresa con el ángulo de elevación 0ⁱcon respecto a una dirección horizontal y el azimut ⁹¹con respecto a una dirección norte cuando cada satélite GPS i se ve desde el vehículo anfitrión.

El vector de velocidad (Vxsⁱ, Vysⁱ, Vzsⁱ) de cada satélite GPS i se calcula en la etapa S344, mediante un método conocido públicamente en el que se utiliza la diferenciación de la ecuación de Kepler, a partir de datos de series temporales de las coordenadas de posición (X^si, Y^si, Z^si) de cada satélite GPS i, calculadas en la etapa S4.

Una velocidad Vsatⁱde cada satélite GPS i en la dirección del vehículo anfitrión se obtiene en la etapa S346 a partir de la dirección Rⁱde cada satélite GPS i calculada en la etapa S342 y del vector de velocidad (Vxsⁱ, Vysⁱ, Vzsⁱ) de cada satélite GPS i calculado en la etapa S344 en base a Vsatⁱ= Rⁱ[V^xsi, Vysⁱ, Vzsⁱ]^T. Aquí, T representa la transposición de la matriz.

Se forman cuatro o más ecuaciones simultáneas, como las indicadas en una expresión (4), y se resuelven en la etapa S348. De este modo, se puede obtener el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo y una deriva del reloj Cbv^tde un reloj incluido en el receptor de señales de navegación 10.

[Expresión 4]

A continuación se describirá la expresión (4). Una relación entre la velocidad en la dirección del satélite Vsi y el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo anfitrión se expresa en una expresión (5) a continuación.

[Expresión 5]

Una velocidad relativa Vri del vehículo con respecto al satélite GPS i satisface una expresión (6) descrita a continuación.

[Expresión 6]

F/* = -1} • C / F = Vsati - V$¡ + vCb (6)

En la expresión (6), Vri representa la velocidad relativa del vehículo con respecto al satélite GPS i, Di representa la cantidad de desplazamiento Doppler, C representa la velocidad de la luz y F representa la frecuencia de una portadora de una onda de radio transmitida por el satélite GPS.

La expresión (7) se puede obtener a partir de la expresión (6).

[Expresión 7]

Fjr vCi=to,+Dr C/F (7)

Por sustitución del lado izquierdo de la expresión (5) en Vsi de la expresión (7) para cada satélite GPS i, se obtienen ecuaciones simultáneas expresadas en la expresión (4) con el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo y Cbv como incógnitas.

Cuando se reciben ondas de radio de cuatro o más satélites GPS, se pueden resolver las ecuaciones simultáneas de la expresión (4). Aquí, se excluyen las ondas de radio GPS recibidas cuya calidad de señal se haya determinado que no es buena. Por lo tanto, si se determina en la etapa S8 que las ondas de radio GPS que incluyen señales de navegación cuya calidad de señal se determina que es buena se reciben de cuatro o más satélites GPS, el vector de velocidad del vehículo anfitrión se calcula a partir de la expresión (4).

Haciendo referencia de nuevo a la figura 3, el valor inicial de la velocidad V0 se determina en la etapa S36 a partir de una expresión (8) sobre la base del vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo anfitrión, calculada en la etapa S348, y el último valor integrado de la aceleración AV^{g ,}actualizado en la etapa S24.

[Expresión 8]

V°=-JVx2 Vy2 Vz2-AVG (8)

Cuando se ha realizado la etapa S36, el proceso de actualización de la posición también se realiza en la etapa S42. Antes de describir la etapa S42, se describirá la etapa S38 y posteriores.

Si se determina en la etapa S32 que no se calculan las coordenadas B de posicionamiento por satélite, el proceso avanza a la etapa S38. Se determina en la etapa S38 si el valor inicial puede actualizarse. Específicamente, se determina si cuatro o más expresiones de estimación de velocidad indicadas en una expresión (9) se pueden formar usando señales de navegación obtenidas desde que el valor inicial de la velocidad V0 ha sido actualizado.

[Expresión 9]

En la expresión (9), t representa un tiempo; V0 representa el valor inicial de la velocidad, que es la velocidad del vehículo en el tiempo inicial; AV^grepresenta un valor integrado de la aceleración en, y después del tiempo inicial; 0^°representa un azimut en el tiempo inicial en la dirección de desplazamiento de un vehículo (en lo sucesivo denominado valor inicial del azimut); 0^gyrorepresenta un valor integrado del azimut en la dirección de desplazamiento del vehículo, es decir, un azimut relativo; Cbv° representa una deriva del reloj en el tiempo inicial; A representa un gradiente de cambios a lo largo del tiempo en la deriva del reloj; y Gx y Gy representan una componente x y una componente y, respectivamente, de un vector de línea de visión desde el vehículo hasta el satélite GPS i. A continuación se describirá la expresión (9).

En la presente realización, la velocidad del vehículo anfitrión también se puede calcular en la etapa S34 descrita anteriormente. Para calcular el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo anfitrión en la etapa S34, se necesitan las coordenadas de posicionamiento por satélite B. Por lo tanto, el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo anfitrión no se puede calcular si no se reciben ondas de radio GPS de buena calidad de señal de cuatro o más satélites GPS.

Un período de tiempo en el que no se puede calcular el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) puede prolongarse, por ejemplo, en un área urbana repleta de edificios de gran altura. Se determina SÍ en la etapa S32 solamente en un cierto ciclo de 200 milisegundos a 400 milisegundos incluso en un entorno en el que se pueden recibir cuatro o más ondas de radio GPS de buena calidad de señal. Por lo tanto, el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo puede calcularse solo en un ciclo en el que se determina SÍ en la etapa S32.

Por el contrario, los valores detectados del sensor de aceleración 20 pueden adquirirse independientemente de un entorno de desplazamiento en un cierto ciclo de, por ejemplo, 20 ms que es más corto que aquel en el que se puede calcular el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz).

Así, la velocidad se estima en base al valor integrado de la aceleración AV^gen un período de tiempo desde que se calcula el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo anfitrión hasta la próxima vez que se calcula el vector de velocidad (Vx, Vy, Vz) del vehículo anfitrión.

Los valores detectados del sensor de aceleración 20 siempre tienen errores que, como se sabe, tienden a divergir. La utilización del valor integrado de la aceleración AV^gcomo la velocidad tiene como resultado una divergencia de los errores con el paso del tiempo. Por lo tanto, se establece una velocidad de alta precisión como el valor inicial de la velocidad V0 en un punto temporal en que se obtiene la velocidad de alta precisión.

Un valor resultante de restar de la velocidad de alta precisión un valor integrado de la aceleración AV^gque se obtiene en el tiempo en que se obtiene la velocidad de alta precisión se establece como un valor inicial de la velocidad V0. El valor inicial de la velocidad V° así obtenido representa una compensación para establecer el valor integrado de la aceleración AV^gcomo una velocidad de alta precisión que se considera como una velocidad verdadera. Por lo tanto, una velocidad estimada V^mise obtiene por AV^g-V0.

El error del valor integrado de la aceleración AV^grespecto de la verdadera velocidad aumenta con el paso del tiempo. Por lo tanto, la precisión con la que se estima la velocidad utilizando el valor integrado de la aceleración AV^gmejora cuando se utiliza un ciclo más corto en el que se actualiza el valor inicial de la velocidad V°.

En la presente realización, la expresión (9) se utiliza para actualizar el valor inicial de la velocidad V0. La expresión (9) resulta de la mejora realizada a una expresión (l0) descrita a continuación, que se da a conocer en la memoria JP 2013-113789 A como una ecuación para calcular un vector de velocidad final. El valor inicial de la velocidad V0 y el valor inicial del azimut 00 pueden calcularse simultáneamente usando la expresión (9).

En la expresión (10), Vrueda es un valor detectado por un sensor de velocidad de la rueda. Como es comprensible a partir de la comparación entre las expresiones (9) y (10), la expresión (9) se obtiene reemplazando el valor detectado Vrueda del sensor de velocidad de rueda en la expresión (10) con la suma del valor inicial de la velocidad V° y el valor integrado de la aceleración AV^g.

En la etapa S40 donde se usa la expresión (9), se realiza un proceso específicamente descrito en la figura 5. Haciendo referencia a la figura 5, el vector de velocidad (Vxsi, Vysi, Vzsi) de cada satélite GPS i se calcula en la etapa S402 a partir de los datos de la serie temporal de las coordenadas de posición (X^s¡, Y^s¡, Z^s¡) de cada satélite GPS i calculado en la etapa S4.

La velocidad relativa Vrⁱdel vehículo anfitrión con respecto al satélite GPS i se calcula en la etapa S404 mediante la sustitución de la cantidad de desplazamiento Doppler Dⁱcalculada en S4, en una expresión (11).

[Expresión 11]

Una posición actual P (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión se calcula en la etapa S406. Cuando se realiza la etapa S406, no se reciben cuatro o más señales de navegación de buena calidad de señal ya que se ha determinado No en la etapa S32. La posición P (X^v, Y^v, Z^v) calculada en la etapa S406 es para uso en el cálculo de un vector de línea de visión (Gxⁱ, Gyiⁱ, Gzⁱ) desde el vehículo anfitrión al satélite GPS i en la etapa S408 que sigue.

Dado que el satélite GPS i está presente en un lugar distante, la precisión de la posición actual a utilizar para obtener el ángulo entre el satélite GPS i y el vehículo anfitrión puede ser menor. Por lo tanto, no tiene que haber cuatro o más señales de buena calidad.

Por ejemplo, las coordenadas B de posicionamiento por satélite actuales del vehículo anfitrión se calculan en la etapa S406 de manera similar a la etapa S10 usando cuatro o más señales de navegación, que incluyen aquellas cuya calidad se ha determinado que no es buena y las coordenadas B de posicionamiento por satélite así calculada se establecen como la posición actual P (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión.

Alternativamente, la posición P (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión puede determinarse usando un método de determinación de posición de menor precisión que no implique la pseudodistancia pⁱ. Si bien depende de la precisión de la estimación tolerable por el sistema o similar, un error en la posición del vehículo anfitrión en el rango de unos pocos cientos de metros tiene como resultado un error en la velocidad estimada de 1 m/seg o menos, lo que no plantea ningún problema significativo. Por lo tanto, la posición P (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión puede determinarse en base, por ejemplo, a un mapa o similar, o a partir de información tal como un historial de mediciones de las posiciones pasadas o una baliza.

Alternativamente, dado que es aceptable una precisión baja, en este caso la posición P del vehículo anfitrión actualizada por última vez en el proceso de actualización de la posición (S42) que se describirá a continuación puede establecerse como la posición P (X^v, Y^v, Z^v) del vehículo anfitrión.

El vector de línea de visión (Gxⁱ, Gyⁱ, Gzⁱ) del vehículo anfitrión al satélite GPS i se calcula en la etapa S408. Las componentes x, y y z del vector de línea de visión se calculan a partir de una expresión (12).

[Expresión 12]

En la expresión (12), p^{t i}representa una pseudodistancia del satélite GPS i en el tiempo t, y (X^tsi, Y^tsi, Z^tsi) representan las coordenadas de posición del satélite GPS i en el tiempo t. Estas se han calculado en la etapa S4. Alternativamente, pueden calcularse en la etapa S408 en un método similar al de la etapa S4. La posición actual del vehículo anfitrión en el tiempo t está representada por (X^VY^VZ^tv), que se calculan en la etapa S406.

La velocidad en la dirección del satélite Vsⁱdel vehículo en la dirección del satélite GPS i se calcula en la etapa S410 mediante la sustitución de la velocidad relativa Vrⁱcalculado en la etapa S404, el vector de línea de visión (Gxⁱ, Gyⁱ, Gzⁱ) calculado en la etapa S408, y el vector de velocidad (Vxsⁱ, Vysⁱ, Vzsⁱ) del satélite GPS i calculado en la etapa S402, en una expresión (13).

[Expresión 13]

En la expresión (13), el primer término del lado derecho representa la velocidad relativa Vrⁱdel vehículo con respecto al satélite GPS i, y los términos segundo a cuarto representan la velocidad del satélite GPS i en la dirección del vehículo anfitrión. La suma de ellos representa la velocidad del vehículo en la dirección del satélite GPS i; por lo que se cumple la expresión (13).

La velocidad en la dirección del satélite V^sicalculada en la etapa S410, el valor integrado de la aceleración AV^gactualizado en la etapa S24, el azimut relativo 9^gyra, y el vector de línea de visión (Gxⁱ, Gy^I, Gz ⁱ) calculado en la etapa S408 se sustituyen en la expresión (9), en la etapa S412. De este modo, la expresión (9) tiene cuatro parámetros desconocidos, a saber, 90, Cbv0, A y V0.

Así, se forman cuatro o más de una expresión obtenida por sustitución de la velocidad en la dirección del satélite Vsⁱ, el valor integrado de la aceleración AV^g, el azimut relativo 9^gyro, y el vector de línea de visión (Gxⁱ, Gyⁱ, Gzⁱ) en la expresión (9). A continuación, se resuelven las ecuaciones simultáneas que incluyen estas cuatro o más expresiones. De este modo, el valor inicial de la velocidad V0 y el valor inicial del azimut 90, que son los parámetros desconocidos en la expresión (9), se pueden obtener simultáneamente.

Además, los parámetros desconocidos 90, Cbv°, A y V0 no cambian en ningún tiempo después del tiempo inicial. Así, no hay necesidad de formar las cuatro expresiones con datos obtenidos en un tiempo idéntico; los parámetros desconocidos se pueden obtener cuando hay cuatro o más expresiones formadas con datos obtenidos en diferentes tiempos. Por ejemplo, incluso si el número de satélites observados es de uno en cada uno de cuatro tiempos diferentes (t^ü, t¹, t², t3), el valor inicial de la velocidad V0 y el valor inicial del azimut 90 se pueden obtener utilizando datos del satélite o satélites GPS observados.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 3, si se realiza alguna de las etapas S30, S36 y S40, el proceso avanza a la etapa S42. El proceso de actualización de la posición se realiza en la etapa S42. El proceso de actualización de la posición se describe en detalle en la figura 6.

Haciendo referencia a la figura 6, la velocidad estimada V^mise calcula en la etapa S422 a partir del último valor inicial de la velocidad V0 y del valor integrado de la aceleración AV^gactualizado en la etapa S24.

Si el valor integrado de la aceleración AV^gno se restablece cuando el valor inicial de la velocidad V0 se actualiza, la velocidad estimada V^mise calcula sumando el valor inicial de la velocidad V0 al valor integrado de la aceleración AV^g. Si el valor integrado de la aceleración AV^gse restablece cuando el valor inicial de la velocidad V0 se actualiza, la velocidad estimada V^mise calcula sumando el valor integrado de la aceleración AV^gal valor inicial de la velocidad V0.

Una orientación azimutal estimada 9^mise calcula en la etapa S424 a partir del último valor inicial de azimut 90 y el azimut relativo 9^gyroactualizado en la etapa S24. Un método específico para calcular la orientación azimutal estimada 9^mies similar al método en el que la velocidad estimada V^mise calcula a partir del valor inicial de la velocidad V0 y el valor integrado de la aceleración AV^g, pero con el valor inicial de la velocidad V0 reemplazado por el valor inicial del azimut 90 y el valor integrado de la aceleración AV^greemplazado por el azimut relativo 9^gyro.

En la etapa S426, se suma uno a j^kdonde a j^kp es menor que uno. El valor inicial de j^kes cero. Como se describe en la etapa S12, k aumenta en uno cada vez que se calculan las coordenadas B de posicionamiento por satélite. Así, cada vez que se calculan las coordenadas de posicionamiento por satélite B, se genera un nuevo j^k. El valor inicial de j^kes cero, y j^kes cero en un tiempo t^k. El tiempo t^kes el tiempo en el que se ha recibido una señal de navegación utilizada para el cálculo de las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k). Además j^kaumenta en uno cada vez que se realiza el proceso de la figura 6. Por lo tanto, j^krepresenta el número de veces que se realiza el proceso de la figura 6 en, y después del tiempo t^k. Los significados de a y p se describirán cuando se describan las etapas S432 y S436.

Posteriormente, una posición de navegación inercial P^D(t) se actualiza en la etapa S428. La posición de navegación inercial P^D(t) se actualiza sumando a una posición de navegación inercial P^d(M) obtenida la última vez, una distancia obtenida multiplicando la velocidad estimada V^micalculada en la etapa S422 realizada esta vez, por un ciclo de actualización de la posición de navegación inercial P^den la dirección de la orientación azimutal estimada 9^micalculada en la etapa S424 realizada esta vez.

En la etapa S430 se determina si las coordenadas B de posicionamiento por satélite se han actualizado en un período de tiempo desde la ultima vez que se realizó la etapa S430 hasta que se realiza la etapa S430 esta vez. Si se determina NO en la etapa S430, el proceso pasa a la etapa S438 sin realizar las etapas S431 a S436. Si se determina SÍ en la etapa S430, el proceso avanza a la etapa S431.

La fiabilidad de las coordenadas B de posicionamiento por satélite se determina en la etapa S431. La fiabilidad de las coordenadas B de posicionamiento por satélite puede determinarse mediante varios métodos conocidos públicamente. La fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento por satélite B se determina en función, por ejemplo, de la correspondencia predefinida entre la fiabilidad y cualquiera de (1) el número de señales de navegación utilizadas para el cálculo de las coordenadas de posicionamiento por satélite B, (2) S/N de una señal de navegación, (3) un residuo de la pseudodistancia pi, y (4) el ángulo de elevación 0i del satélite GPS i, o una combinación de (1) a (4). La etapa S431 corresponde al calculador de fiabilidad de coordenadas de posicionamiento 45.

Un término de compensación a incluido en una expresión de cálculo de punto de referencia virtual indicada en una expresión (15) se actualiza en la etapa S432. La expresión (15) representa una función de derivación del punto de referencia virtual F{P} indicada en una expresión (14) en la presente realización.

[Expresión 14]

[Expresión 15]

En las expresiones (14) y (15), k en el tiempo t^kes un número entero, y el tiempo t^krepresenta un tiempo en el que se ha recibido la señal de navegación utilizada para el cálculo de las coordenadas de posicionamiento por satélite B. En la expresión (14), At representa un ciclo en el que la posición P del vehículo anfitrión es actualizada mediante la navegación inercial. Este ciclo se denomina en lo sucesivo ciclo de navegación inercial. La posición P del vehículo anfitrión puede actualizarse cada vez que se adquieren los valores detectados del sensor de aceleración 20 y el sensor de velocidad de guiñada 30. Así, el ciclo de navegación inercial es un ciclo en el que los valores detectados se adquieren del sensor de aceleración 20 y del sensor de velocidad de guiñada 30.

Dado que At representa el ciclo de navegación inercial y j^krepresenta el número de veces que se realiza el proceso de la figura 6 desde que se actualizaron las coordenadas de posicionamiento por satélite B, j^kAt representa un período de tiempo transcurrido desde que las coordenadas de posicionamiento por satélite B han sido actualizadas hasta el tiempo actual.

La expresión (14) representa lo siguiente: un punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) en un tiempo t^k+j^kAt representa las coordenadas indicadas por la función de derivación del punto de referencia virtual F{P} en el tiempo t^k+j^kAt. La expresión (15) representa lo siguiente: las coordenadas indicadas por la función de derivación del punto de referencia virtual F{P} en el tiempo t^k+j^kAt representan un valor obtenido sumando las últimas coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) en este momento a la posición P (t^k) del vehículo anfitrión determinado en el tiempo t^k, con cada una multiplicada por un factor de ponderación.

cada vez j^k, que es un entero igual o mayor que cero, aumenta el valor de -j^kP disminuye. Además, en la figura 6, se calcula una cantidad de movimiento AD del vehículo anfitrión en la etapa S440 que se describirá a continuación. Por lo tanto, -j^kP es un término negativo cuyo valor disminuye según el número de veces que se calcula la cantidad de movimiento AD. Al mismo tiempo, j^kP es un término positivo cuyo valor aumenta según el número de veces que se calcula la cantidad de movimiento AD. Además, (1 - a - j^kP) incluyendo -j^kP, que es el término negativo, se define como una expresión de cálculo del primer factor, y (a j^kP) incluyendo j^kP, que es el término positivo, se define como una expresión de cálculo del segundo factor.

En la expresión de cálculo del punto de referencia virtual, (1 - a - j^kP), que se utiliza para multiplicar la posición P (t^k) del vehículo anfitrión, y (a j^kP), que se utiliza para multiplicar las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k), representan los factores de ponderación. El punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) en y después del tiempo t^kestá en una posición determinada por la relación definida por (1 - a - j^kP) y (a j^kP) entre la posición P (t^k) del vehículo anfitrión en el tiempo t^ky las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) en el tiempo t^k.

El punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) se acerca a las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) a medida que aumenta el número de veces que se calcula la cantidad de movimiento AD.

El término de compensación a es constante independientemente de j^ken la expresión de cálculo del punto de referencia virtual. A medida que aumenta el término de compensación a, el punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) se acerca a las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k), comenzando cuando j^k= 0.

El punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) se calcula para evitar un cambio repentino y grande en la posición del vehículo anfitrión, incluso cuando la precisión de las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) se degrada.

Así, como las coordenadas de posicionamiento por satélite B(tk) se hacen más fiables, el punto de referencia virtual b(tk jkAt) se puede acercar a las coordenadas de posicionamiento por satélite B(tk).

Por lo tanto, el valor de a se incrementa en la etapa S432 de acuerdo con la fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento por satélite B. Específicamente, con una correspondencia entre la fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento por satélite B y a predefinida, el valor de a se actualiza en base a la fiabilidad determinada esta vez y la correspondencia. En la correspondencia entre la fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento por satélite B y a, a aumenta de forma escalonada o continua a medida que aumenta la fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento por satélite B.

La fiabilidad de la cantidad de movimiento se determina en la etapa S434. La fiabilidad de la cantidad de movimiento representa la fiabilidad de la cantidad de movimiento AD calculada en la etapa S440 que se describirá más adelante. Como es bien sabido, la navegación inercial integra errores. En otras palabras, los errores aumentan a medida que la posición P del vehículo anfitrión es actualizada mediante la navegación inercial durante un período de tiempo mayor. Por lo tanto, en la etapa S434, la fiabilidad de la cantidad de movimiento se reduce dado que la posición P del vehículo anfitrión se actualiza solo mediante la navegación inercial sin actualizar las coordenadas de posicionamiento por satélite B durante un período de tiempo mayor. El valor jk que se actualiza en la etapa S426 puede usarse como el período de tiempo durante el cual no se actualizan las coordenadas B de posicionamiento por satélite. La etapa S434 corresponde al determinador de la fiabilidad de la cantidad de movimiento 46.

El valor de p se actualiza para que sea un valor menor en la etapa S436 a medida que aumenta la fiabilidad de la cantidad de movimiento determinada en la etapa S434. A continuación se describe una razón para realizar dicha actualización.

A medida que p crece, el punto de referencia virtual b(tk jkAt), que se puede calcular con la expresión de cálculo del punto de referencia virtual, concuerda con las coordenadas de posicionamiento por satélite B(tk), con un valor menor de jk. Es decir, p especifica el número de ciclos de navegación inercial tomados para el punto de referencia virtual b(tk jkAt) para estar de acuerdo con las coordenadas de posicionamiento por satélite B(tk) después de que se obtengan las coordenadas de posicionamiento por satélite B(tk). Este p corresponde a un término de velocidad de transición.

A medida que aumenta la fiabilidad de la cantidad de movimiento, la necesidad de acercar rápidamente el punto de referencia virtual b(tk jkAt) a las coordenadas de posicionamiento por satélite B(tk) disminuye. Por lo tanto, el valor de p se actualiza para que sea un valor mayor a medida que aumenta la fiabilidad de la cantidad de movimiento. En la etapa S436, el valor de p que se va a obtener después de la actualización se determina a partir de una relación predefinida en la que p disminuye escalonada o continuamente a medida que aumenta la fiabilidad de la cantidad de movimiento y se determina la fiabilidad de la cantidad de movimiento en la etapa S434.

El punto de referencia virtual b(tk jkAt) en el tiempo tk jkAt se calcula en la etapa S438 por sustitución de la posición P (tk) del vehículo anfitrión en el tiempo tk y las coordenadas de posicionamiento por satélite B(tk) calculadas a partir de la señal de navegación recibida en el tiempo tk en la última expresión de cálculo del punto de referencia virtual. Las etapas S430, S432, S436 y S438 corresponden al determinador de punto de referencia virtual 43.

La cantidad de movimiento AD por la que el vehículo anfitrión ha viajado desde el tiempo tk al tiempo actual tk jkAt se calcula en la etapa S440 a partir de una expresión (16). Como es comprensible a partir de la expresión (16), la cantidad de movimiento AD se calcula utilizando la posición de navegación inercial PD calculado en la etapa S428. Se debe observar que la etapa S440 y las etapas S20 a S40 en la figura 3 corresponden al calculador de cantidad de movimiento 42.

[Expresión 16]

M) = D(ti j k&t)-D(tk) (1 6 )

La posición actual P del vehículo anfitrión se actualiza en la etapa S442 usando una expresión (17). La etapa S442 corresponde al determinador de posición 44.

[Expresión 17]

(Conclusión de la realización)

El aparato de posicionamiento 1 según la presente realización utiliza las coordenadas de posicionamiento por satélite B obtenidas para determinar (en S438) el punto de referencia virtual b(tk jkAt) como un punto de referencia que sirve como punto de partida para la cantidad de movimiento AD, en lugar de utilizar las coordenadas de posicionamiento por satélite B tal como tales, a modo de punto de referencia.

Como se indica en la expresión (15), el punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) representa las coordenadas determinadas al multiplicar la posición P (t^k) del vehículo anfitrión en el tiempo t^ken el que la señal de navegación utilizada para el cálculo de las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) ha sido recibido y las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k), por los respectivos factores de ponderación y, a continuación, sumándolas. Adicionalmente, el factor de ponderación (a j^kp), que se utiliza para multiplicar las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k), aumenta cada vez que se realiza el proceso de actualización de la posición (figura 6).

Dado que el factor de ponderación (a j^kp), que se utiliza para multiplicar las coordenadas de posicionamiento por satélite B, aumenta cada vez que se realiza el proceso de actualización de la posición, el punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) se acerca a las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) cada vez que j^kaumenta, como se ilustra en la figura 7.

Las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) ilustradas en la figura 7 son un ejemplo de los de precisión de posicionamiento degradada. En la figura 7, un trayecto indicado con una línea discontinua representa un trayecto de navegación inercial; un trayecto indicado con una línea doble representa un trayecto de la posición P del vehículo anfitrión, que se actualiza secuencialmente en la etapa S442. Una línea de puntos y rayas representa un trayecto de la posición del vehículo anfitrión actualizada utilizando, en lugar del punto de referencia virtual b, las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) como punto de referencia inmediatamente después de que se calculen las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k). Este trayecto se denomina trayecto del método convencional en lo sucesivo.

Se requiere un período de tiempo de procesamiento de cálculo desde que se recibe una señal de navegación hasta que se obtienen las coordenadas B de posicionamiento por satélite. En el ejemplo de la figura 7, el período de tiempo de procesamiento del cálculo es 3At. Las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k-1) ilustradas en la figura 7, por ejemplo, no se obtienen hasta que el proceso de actualización de la posición se realiza por tercera vez después de que se reciban las señales de navegación para el cálculo de las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k- ¹). Así, en los puntos Q¹y Q²en la trayectoria del método convencional, las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^{k - 1}) no sirven como punto de referencia.

Las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^{k - 1}) sirven como punto de referencia en un punto Q³, que se obtiene en el proceso de actualización de la posición realizado por tercera vez después de que se reciban las señales de navegación para el cálculo de las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^{k - 1}). La cantidad de movimiento desde un punto D(t^{k - 1}) a un punto D(t^{k - 1}+ 3At) en el trayecto de navegación inercial se suma a este punto de referencia para obtener el punto Q³.

Dado que la precisión de posicionamiento de las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) se degrada, un punto Q(t^k+ 3At), en el que las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) se utilizan como punto de referencia, exhibe un cambio drástico de posición desde un punto Q(t^k+ 2At), que está inmediatamente antes del punto Q(t^k+ 3At), dejando una forma de tipo escalón en el trayecto del método convencional. La siguiente vez que se obtienen la coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^{k 1}), se realiza otro cambio escalonado al trayecto del método convencional en un punto Q(t^{k 1}+ 3At).

Por el contrario, en la presente realización, en lugar de utilizar las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) tal como son como punto de referencia, se determina el punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt). El punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt), que se calcula con la expresión (15), se encuentra entre la posición P (t^k) del vehículo anfitrión y las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) en el tiempo t^ken el que se ha recibido la señal de navegación utilizada para el cálculo de las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) Además, el punto de referencia virtual b(t^k+j^kAt) se acerca a las coordenadas de posicionamiento por satélite B(t^k) cada vez que j^kaumenta En el ejemplo de la figura 7, en el tiempo t^k+ 3At, t^k+ 4At, t^k+ 5At, t^k+ 6At, y t^k+ 7At, las posiciones del vehículo anfitrión P(t^k+ 3At), P(t^k+ 4At), P(t^k+ 5At), P(t^k+ 6At), y P(t^k+ 7At) se calculan utilizando los puntos de referencia virtuales b(t^k+ 3At), b(t^k+ 4At), b(t^k+ 5At), b(t^k+ 6At), y b(t^k+ 7At), respectivamente. En consecuencia, se puede inhibir un cambio escalonado en la trayectoria de la posición P del vehículo anfitrión.

Además, en la presente realización, se determina la fiabilidad de las coordenadas B de posicionamiento por satélite (S431), y el término de compensación a aumenta a medida que aumenta la fiabilidad (S432). De este modo, cuando la fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento por satélite B es mayor, el punto de referencia virtual b se acerca a las coordenadas de posicionamiento por satélite B. En consecuencia, se mejora la precisión de la posición P del vehículo anfitrión.

Además, en la presente realización, se determina la fiabilidad de la cantidad de movimiento (S434). A medida que aumenta la fiabilidad de la cantidad de movimiento, p se actualiza para que tenga un valor menor (S436). Al actualizar p a un valor menor, se puede reducir el efecto de la precisión degradada de las coordenadas B de posicionamiento por satélite, si lo hay.

Si bien se ha descrito una realización de la presente invención, la presente invención no debe interpretarse como limitada a la realización. El alcance técnico de la presente invención también incluye algunas de las modificaciones que se describirán a continuación, y también son posibles algunas otras modificaciones dentro de la materia reivindicada.

Aunque que el valor del término de compensación a se determina de acuerdo con la fiabilidad de las coordenadas B de posicionamiento por satélite en la realización descrita anteriormente, el valor del término de compensación a puede no cambiar. En este caso, no se puede determinar ninguna fiabilidad de las coordenadas B de posicionamiento por satélite.

Aunque el valor de p se actualiza de acuerdo con la fiabilidad de la cantidad de movimiento en la realización descrita anteriormente, el valor de p puede no cambiar. En este caso, no se puede determinar la fiabilidad de la cantidad de movimiento.

No se puede utilizar ningún término de compensación en la expresión de cálculo del punto de referencia virtual indicada en la expresión (15).

Aunque el objeto móvil es un vehículo en la realización descrita anteriormente, la presente invención es aplicable a otros objetos móviles.

Las coordenadas de posicionamiento por satélite B se calculan resolviendo la expresión (3) en la realización descrita anteriormente. Sin embargo, el método de cálculo en la realización descrita anteriormente no es limitativo. Las coordenadas de posicionamiento por satélite B pueden calcularse con cualquier otro método siempre que se calculen utilizando una señal de navegación.

Por ejemplo, las coordenadas B de posicionamiento por satélite pueden determinarse en base a la combinación de coordenadas calculadas usando señales de navegación recibidas en diferentes momentos y un trayecto de navegación inercial. En concreto, a las coordenadas calculadas usando la señal de navegación recibida un ciclo antes, se suma una cantidad de movimiento de un objeto móvil obtenida por la navegación inercial desde el momento en que se recibe una señal de navegación un ciclo antes hasta el momento en que se recibe la última señal de navegación. De este modo, las coordenadas en el momento en que se recibe la última señal de navegación se determinan en base a la señal de navegación recibida un ciclo antes.

Además, de manera similar a como se obtienen las coordenadas en el momento en que se recibe la última señal de navegación en base a una señal de navegación recibida un ciclo antes, las coordenadas en el momento en que se recibe la última señal de navegación se pueden obtener en base a una señal de navegación recibida dos ciclos antes, o tres o más ciclos antes. De este modo, uno o más conjuntos de coordenadas en el momento en que se recibe la última señal de navegación se determinan en base a una señal de navegación anterior. A continuación, las coordenadas de posicionamiento por satélite finales B se obtienen realizando un promedio o similar en las coordenadas en el momento en que se recibe la última señal de navegación, las cuales se obtienen en base a la última señal de navegación, y a las coordenadas obtenidas de la última señal de navegación.

Se observa que un diagrama de flujo o el procesamiento del diagrama de flujo en la presente solicitud incluye secciones (también denominadas etapas), cada una de las cuales se representa, por ejemplo, como S2. Además, cada sección se puede dividir en varias subsecciones, mientras que varias secciones se pueden combinar en una sola sección. Además, cada una de las secciones así configuradas también puede denominarse dispositivo, módulo o medio.

Claims

R EIV IN D IC A C IO N ES

1. Un aparato de posicionamiento (1) utilizado con un objeto móvil para determinar una posición del objeto móvil, comprendiendo el aparato de posicionamiento:

un dispositivo de posicionamiento por satélite (41) que calcula una coordenada de posicionamiento por satélite basándose en una señal de navegación recibida por un receptor de señales de navegación (10); un calculador de cantidad de movimiento (42) que

adquiere una señal detectada por un sensor inercial (20, 30), y

calcula secuencialmente una cantidad de movimiento del objeto móvil por navegación inercial desde un momento en que se recibe la señal de navegación hasta un momento en que se recibe la señal del sensor inercial;

un determinador de punto de referencia virtual (43) que determina secuencialmente una coordenada de un punto de referencia virtual después de recibir la señal de navegación;

un determinador de posición (44) que determina la posición del objeto móvil secuencialmente sumando la cantidad de movimiento del objeto móvil a la coordenada del punto de referencia virtual; y

un calculador de fiabilidad de las coordenadas de posicionamiento (45) que calcula la fiabilidad de la coordenada de posicionamiento por satélite,

en el que el determinador de punto de referencia virtual determina la coordenada del punto de referencia virtual multiplicando los respectivos factores de ponderación con una posición del objeto móvil, que es determinada, por el determinador de posición, cuando se recibe la señal de navegación, y con la coordenada de posicionamiento por satélite, y a continuación sumando las posiciones ponderadas, y aumenta uno de los respectivos factores de ponderación que se usará para multiplicar con la coordenada de posicionamiento por satélite en etapas incrementales,

en el que el determinador del punto de referencia virtual calcula el otro de los respectivos factores de ponderación que se utilizarán para multiplicar con la posición del objeto móvil que se determina cuando se recibe la señal de navegación, mediante el uso de una expresión de cálculo del primer factor, que incluye un término negativo que tiene un valor que cambia de forma decreciente en función del número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento después de recibir la señal de navegación;

en el que el determinador del punto de referencia virtual calcula el uno de los factores de ponderación respectivos que se utilizará para multiplicar con la coordenada de posicionamiento por satélite, utilizando una expresión de cálculo del segundo factor que incluye un término positivo cuyo valor cambia de manera creciente en función del número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento después de recibir la señal de navegación,

en el que cada una de la expresión de cálculo del primer factor y la expresión de cálculo del segundo factor incluye un término de compensación como un término constante independientemente del número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento,

en el que el determinador de punto de referencia virtual incrementa un valor del término de compensación a medida que aumenta la fiabilidad de la coordenada de posicionamiento por satélite.

2. El aparato de posicionamiento según la reivindicación 1, en el que:

el término negativo se obtiene multiplicando un término de velocidad de transición y un menos 1 por el número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento después de recibir la señal de navegación;

el término positivo se obtiene multiplicando el término de velocidad de transición por el número de veces que el calculador de cantidad de movimiento calcula la cantidad de movimiento después de recibir la señal de navegación;

comprendiendo además el aparato de posicionamiento:

un determinador de fiabilidad de la cantidad de movimiento (46) que determina la fiabilidad de la cantidad de movimiento,

en el que el determinador de punto de referencia virtual disminuye un valor del término de velocidad de transición a medida que aumenta la fiabilidad de la cantidad de movimiento.