JP3263437B2 - 車両用ナビゲーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｇlobal Ｐositioning
Ｓystem ( 以下「ＧＰＳ」と略す) と自立航法を併用
した車両用ナビゲーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＧＰＳによる衛星航法と自立
航法を併用したナビゲーション装置が実用化されてお
り、それぞれの航法による測定データの演算結果を比較
・判断することによって、信頼性のより高い自車位置測
定を行なっている。

【０００３】衛星航法は、３個以上のＧＰＳ衛星から発
射される電波を受信し解析することで、それぞれの衛星
の位置とそれぞれの衛星から自車両までの距離を演算す
ることで、自車両の絶対位置測位を行うものであり、自
立航法は、原点位置を出発点として、自車両の移動速度
と移動方向から、当該時刻における自車両位置を演算す
る推測航法である。

【０００４】図５は、自立航法と衛星航法を併用してい
るナビゲーション装置を例示するブロック図である。こ
のナビゲーション装置は、地図データを記憶している地
図データ記憶部１と、センサ信号を基に自車両の位置を
検出する自立航法手段２と、ＧＰＳ受信部３と、地図お
よび自車両位置を描画するための表示器４およびその駆
動回路５を備えている。

【０００５】また、ＣＤ−ＲＯＭに記録されているプロ
グラムに従って、前記地図データ記憶部１、自立航法手
段２、ＧＰＳ受信部３および駆動回路５の統括制御を行
うと共に、表示器４に目的とする地図および自車両位置
を表示させるメインマイコン(Main-Microcomputer)６を
備えている。このメインマイコン６に、操作スイッチ７
から指令を与えることで、ナビゲーション装置の操作が
行われる。なお、前記の地図データ記憶部１、自立航法
手段２、ＧＰＳ受信部３およびメインマイコン６相互間
の通信は、通信バス８で行われる。

【０００６】この装置において、メインマイコン６から
地図データのアクセスがあると、地図データのアクセス
管理を行うＣＤ−ＲＯＭ制御マイコン９の制御によっ
て、ＣＤ−ＲＯＭ10に記録されている地図情報が、デコ
ーダ11を介して読み出され、通信バス８上へ送信して表
示器４に表示される。

【０００７】自立航法手段２は、車輪速センサ12で車両
の走行速度を検出し、地磁気センサ13で車両の進行方位
を検出する。そして、それらを時間で積分して、原点位
置となる出発位置からの移動方位と移動距離を演算す
る。この演算は、自立航法演算マイコン14で行われる。

【０００８】そして、その演算結果は、周期的（例えば
１sec 周期) に通信バス８上へ送信され、自車位置の更
新が行われる。すなわち、メインマイコン６は、自車位
置を表す前記演算結果を受信し、表示器４に表示した地
図上に重ねて自車位置を表示する。

【０００９】一方、ＧＰＳは、所定の軌道で地球を周回
している３個以上のＧＰＳ衛星15からの電波をＧＰＳ受
信部３で受信し、解析することで、自車両の位置を算出
するシステムである。

【００１０】従来のＧＰＳ受信部における自車位置計算
は、図６に示すように、時刻t1における現在位置( X₁、
Y₁ )を算出した後、所定の時間( 例えば、１sec 程度 )
を経過した後の時刻t2における現在位置( X₂、Y₂ )を算
出する。そして、この２つの測位点の座標から、自車両
の走行ベクトルを計算し、走行方向と走行距離を求め、
例えば１sec 周期に通信バス８上へ送信して、表示器４
上における自車両位置の更新に供される。

【００１１】ところで、トンネル等の中やビル街を走行
していて、ＧＰＳ衛星電波を受信不能の場合は、前記の
自立航法に切り換える手法が採られている。また、自立
航法では、測定誤差が累積するため、衛星航法による測
定結果と自立航法による測定結果を比較して、一致する
かどうかによって、それぞれの航法の信頼性を判別して
いる。

【００１２】図７は従来の航法選択システムを例示する
フローチャートであり、予めＣＤ−ＲＯＭに記録されて
いるプログラムに従って、メインマイコン６で実行され
る。前記のように、ＧＰＳ受信部３における衛星航法に
よる演算結果は、１sec 周期に通信バス８上へ送信し
て、測定位置の更新が行われる。

【００１３】このフローチャートにおけるステップS1
で、前記の測定位置の更新が行われないと判断された場
合は、トンネル等に入った場合のように、電波が受信で
きなかったりして、衛星航法を採用不能となった場合で
あり、その場合は、ステップS2において、図５の自立航
法手段２による自立航法に切り換えられ、自立航法によ
って自車位置の測定が行われる。また、ステップS1にお
いて、衛星航法による測定位置の更新が行われたと判断
された場合は、次のステップS3において、衛星航法を用
いた走行ベクトルの計算が行われる。すなわち、図６に
示したように、所定時間の前後２つの測位点の座標か
ら、自車両の走行ベクトルを計算し、走行方向と走行距
離を求める。

【００１４】そして、ステップS4において、２回の衛星
航法測定で得た走行ベクトルと、その間の推測航法で得
た走行ベクトルの比較が行なわれる。そして、両走行ベ
クトルが一致しておれば、いずれの航法も正常と判断
し、いずれかの航法が採用される。通常は、ステップS5
において、衛星航法による測定結果が採用される。一致
しない場合は、いずれか、より信頼できる航法を採用す
る。例えば、ステップS6において、自立航法が採用され
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように所定時間の前後２つの測位点の座標から、自車両
の走行ベクトルを計算する方法は、所定時間を待たない
と、次の位置を測定できない。そのため、自車両の位置
が得られるまでに待ち時間を要し、効率が悪い。また、
メインマイコン６の利用効率も低下する。

【００１６】一方、図７のステップS4において、両航法
による測定結果が不一致と判定された場合に、どの航法
に測定エラーが発生したのか判別が困難なため、次に採
用すべき正常な航法を決定することが困難であった。

【００１７】すなわち、図７のステップS4で両航法の速
度ベクトルが不一致と判断された場合に、ステップS6で
自立航法の測位結果を採用することになっているが、自
立航法にエラーの原因があるために不一致となった可能
性もあるから、図７の処理では、的確な判断を行なって
いるとは言えない。

【００１８】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、待ち時間を要することなしに効率的に衛星航法
による自車位置測定を行なうことができ、しかも衛星か
らの電波を受信可能な場合であっても、衛星航法による
測定の信頼性の有無を正確に判別し、衛星航法に異常が
生じた場合は、自立航法に切り換え可能とすることで、
自車両の現在位置をより高精度に測定可能とすることに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明による車
両用ナビゲーション装置の基本構成を説明するブロック
図である。この図に示すように、本発明の車両用ナビゲ
ーション装置は、ＧＰＳ衛星から受信する電波のドップ
ラーシフトを利用して自車両の速度ベクトル（速度と方
向の成分を含む）を演算するＧＰＳ受信部３と、自車に
装備されている各種センサから得た信号を基に、自車両
の走行ベクトルを演算する自立航法手段２を備えてい
る。

【００２０】

【００２１】本発明は、前記のようなナビゲーション装
置において、前記ＧＰＳ受信部３から得られた自車両の
速度ベクトルの垂直成分の大きさが、ある一定値を越え
ると、衛星航法による測定結果はエラーであると判定す
る制御手段６を備えてなる構成である。

【００２２】

【作用】本発明の車両用ナビゲーション装置は衛星航法
と自立航法を併用している。衛星航法では、ＧＰＳ衛星
が軌道上を高速で移動するので、衛星電波の周波数がド
ップラー効果で変動する（これを「ドップラーシフト」
と呼ぶ）。そのため、ＧＰＳ航法では、緯度、経度、高
度の位置情報だけでなく、ＧＰＳ衛星から受信した電波
の周波数変化から、自車両が移動している方向と速度も
算出できる。

【００２３】すなわち、図２に示すように、ＧＰＳ衛星
から電波を受信して、三次元測位を行ない、自車両の速
度ベクトルＶを算出する。この速度ベクトルＶは、北方
向、東方向および上方向の成分に分割でき、北方向成分
Vnと東方向成分Veとを合成して水平成分Vhとする。ま
た、上方向の成分Vvを垂直成分とする。

【００２４】

【００２５】

【００２６】本発明は、衛星航法による測定結果が正し
いかどうかの判断手法に関するものであり、衛星航法に
よる自車両の測位位置の更新が可能な場合に、前記のド
ップラーシフトを利用した速度ベクトルの垂直成分Ｖｖ
の大きさが、ある一定値を越えた場合は、衛星航法によ
る演算結果にエラーがあると判断する。

【００２７】すなわち、車両が通常に走行している場合
に、垂直方向の位置が短時間に大きく変化することは有
り得ない。したがって、速度ベクトルの垂直成分が異常
に増大した場合は、衛星航法に何らかの原因で異常が発
生したものとする。このように垂直成分Ｖｖが異常の場
合は、水平成分Ｖｈの値も正しくないため、位置情報と
して採用できない。

【００２８】このように、ドップラーシフトを利用して
測位を行ない、速度ベクトルの垂直成分Ｖｖを求めるこ
とで、衛星航法の異常を正確に判別できるので、次に採
用すべき航法の判断が容易となる。例えば、異常と判定
されたときは、自立航法に切り換えて、より正確な測位
を行なうことができ、自車両の現在位置をより高精度に
測定することが可能となる。

【００２９】

【実施例】次に本発明による車両用ナビゲーション装置
が実際上どのように具体化されるかを実施例で説明す
る。本発明の車両用ナビゲーション装置は、図５に示し
たナビゲーション装置における自立航法手段２、ＧＰＳ
受信部３およびメインマイコン６に、図１に示した前記
自立航法手段２、ＧＰＳ受信部３および制御手段６を適
用することで実現される。

【００３０】そして、図３はメインマイコン６の制御プ
ログラムを例示するフローチャートである。まず、図５
におけるＧＰＳ受信部３から、一定の周期でメインマイ
コン６に測位データが送信され、更新が行われている
か、図３におけるステップS1で判断される。なお、本発
明における衛星航法は、ドップラーシフトを用いたドッ
プラー航法が用いられる。

【００３１】衛星航法による位置情報の更新が行なわれ
ない場合としては、トンネル内やビル影などに入ったり
して、衛星からの電波を受信不能となった場合などが考
えられる。このような場合は、衛星航法は使用できない
ので、ステップS2に示すように自立航法に切り換えて、
図５に示す自立航法手段２からの位置情報を用いて、位
置情報の更新が行なわれる。

【００３２】ステップS1において、衛星航法による測位
データが更新されていると判断された場合は、ステップ
S3において、次の測位点における測位を行なう。すなわ
ち、ＧＰＳ受信部３において、前記のドップラーシフト
法を利用して、図２に示した速度ベクトルＶを求める。
次いで、ステップS4において、速度ベクトルＶの水平成
分Vhを求める。これが、ドップラーシフト法で求めた自
車両の走行ベクトルであり、図６に示す従来の測定方法
と違って、一点における測位のみで足りる。

【００３３】次に、ドップラーシフト法で算出した走行
ベクトルＶｈが、自立航法手段２から送信された走行ベ
クトルと、ステップS5において比較され、両走行ベクト
ルが一致しているか判定される。

【００３４】この比較判定の結果、一致している場合／
一致していない場合の後処理は任意であり、種々の処理
が考えられる。また、一致している場合、あるいは不一
致の場合、その結果衛星航法を採用するか、自立航法を
採用するかも、任意である。

【００３５】例えば、一致している場合に、ステップS6
において、衛星航法による測位データを採用して、位置
データを更新し、ステップS1に戻る。あるいは、衛星航
法に代えて自立航法による結果を採用してもよいし、他
の次の要因による判断を行なってもよい。

【００３６】不一致の場合も、ステップS7において、自
立航法による測位データを採用して、位置データの更新
を行なってもよいし、自立航法に代えて衛星航法による
結果を採用してもよい。あるいは、他の次の要因による
判断を行なってもよい。

【００３７】以上のように、この実施例では、衛星航法
として、ドップラー航法を用いるので、１回の測位で自
車両の位置や走行方向、走行速度を算出できる。また、
ドップラーシフト法によれば、自車両の垂直方向の移動
成分も算出できるので、この垂直方向の移動成分の大小
によって、次の実施例に示すように、衛星航法の測位エ
ラーの有無を判定することもできる。

【００３８】図４は本発明の実施例を示すフローチャー
トであり、メインマイコン６の制御プログラムに適用さ
れる。すなわち、図５におけるＧＰＳ受信部３からメイ
ンマイコン６に、一定の周期で、ドップラー航法による
測位データが送信され、更新が行われているか、ステッ
プS1で判断される。

【００３９】トンネル内やビル影などに入ったりして、
衛星からの電波を受信不能となった場合などのように、
衛星航法による位置情報の更新が行なわれない場合は、
ステップS5において、図５の自立航法手段２から自立航
法による測位データがメインマイコン６に送信され、位
置データの更新が行なわれる。

【００４０】ステップS1において、衛星航法による測位
データが更新されていると判断された場合は、衛星航法
を続行可能とみて、ステップS2において、次の測位点に
おける測位を行なう。すなわち、ＧＰＳ受信部３におい
て、前記のドップラーシフト法を利用して、図２に示し
た速度ベクトルＶを求める。

【００４１】そして、この速度ベクトルＶから垂直成分
Ｖｖを求める。この垂直成分Ｖｖは、自車両の上下方向
の移動量であり、通常の走行では極めて小さい。したが
って、この垂直成分Ｖｖが異常に大きい場合は、衛星航
法に何らかの原因で異常が発生しており、測位データは
使用できない、とする。

【００４２】したがって、ステップS3において、ドップ
ラーシフト法で算出した速度ベクトルＶの垂直成分Ｖｖ
が、予め設定した一定値αより小であれば、衛星航法に
異常は無いものとして、ステップS4において、衛星航法
による測位結果を採用し、ＧＰＳ受信部３からメインマ
イコン６に測位データを送信して、測位データの更新を
行なう。あるいは、次の要因による判断処理を行なって
もよい。

【００４３】一方、速度ベクトルＶの垂直成分Ｖｖが一
定値αより大きい場合は、衛星航法に異常が発生してい
るものとみて、衛星航法の測位データは採用せず、自立
航法による測位データを、自立航法手段２からメインマ
イコン６に送信し、測位データの更新を行なう。

【００４４】その後、再度ステップS1における“衛星航
法による測位データの更新有無の判断”以降のステップ
を繰り返すことで、常時ドップラーシフト法で得た速度
ベクトルの垂直成分Ｖｖの大小による衛星航法のエラー
判断を繰り返す。そのため、衛星航法の測位結果の正誤
を正確に判別して、自立航法への切り換えを的確に行な
うことが可能となる。

【００４５】なお、例えば、図３におけるステップS5と
ステップS7の間に、図４のステップS2〜ステップS5の処
理を挿入し、ステップS3で「速度ベクトルの垂直成分Ｖ
ｖ＞α」と判定された場合は、図３のステップS5におけ
る不一致の原因が衛星航法にあることを正確に検出でき
るようにすることも可能である。

【００４６】したがって、以後はステップS5において自
立航法を採用すれば、正確な測位が可能となる。ステッ
プS3で「速度ベクトルの垂直成分Ｖｖ＜α」と判定され
た場合は、図３のステップS5における不一致の原因が自
立航法にあることを正確に検出でき、以降もステップS4
において衛星航法を採用すれば、正確な測位が可能とな
る。

【００４７】

【発明の効果】 本発明のナビゲーション装置によれ
ば、ＧＰＳ衛星からの電波を受信でき、しかもその測位
データが更新されたとしても、ドップラーシフト法で得
た速度ベクトルの垂直成分Vvから、衛星航法の測位結果
の信頼性を判定できるので、衛星航法による演算結果の
異常を的確に検出でき、異常と判定されたときは、自動
的に自立航法に切り換えて、自車両位置の検出を高精度
に行なうことができる。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両用ナビゲーション装置の基本
構成を示すブロック図である。

【図２】ドップラーシフト法における速度ベクトル、そ
の水平成分および垂直成分を示す図である。

【図３】メインマイコン６の制御プログラムを示すフロ
ーチャート

【図４】本発明の制御プログラムを示すフローチャート

【図５】従来の車両用ナビゲーション装置の概要を示す
ブロック図である。

【図６】従来の衛星航法における測位方法を示す図であ
る。

【図７】従来の車両用ナビゲーション装置における航法
処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 地図データ記憶部 ２ 自立航法手段 ３ ＧＰＳ受信部 ４ 表示器 ５ 駆動回路 ６ メインマイコン（制御手段） ７ 操作スイッチ ８ 通信バス ９ ＣＤ−ＲＯＭ制御マイコン 10 ＣＤ−ＲＯＭ 11 デコーダ 12 車輪速センサ 13 地磁気センサ 14 自立航法演算マイコン 15 ＧＰＳ衛星

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧＰＳ衛星から受信信号に基づき自車両
   の速度ベクトルを演算するＧＰＳ受信部(3) と、 自車に装備されているセンサから得た信号を基に自車位
   置を演算する自立航法手段(2) と、 前記ＧＰＳ受信部(3) で得られた自車両の速度ベクトル
   の垂直成分の大きさが、ある一定値を越えると、衛星航
   法による測定結果はエラーであると判定する制御手段
   (6) と、 を備えて成ることを特徴とする車両用ナビゲーション装
   置。