JPH03188316A - 方位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は方位検出装置に関し、さらに詳細にいえば、地
磁気センサを使用し、この他に移動体の移動方向を検出
して旋回角速度を知る旋回角速度センサ（例えば、光フ
アイバジャイロ、機械式ジャイロ、振動ジャイロ、ガス
レートジャイロ）を使用して移動体のヨ一方向の方位を
検出する方位検出装置に関するものである。

〈従来の技術〉 従来から、道路交通網の任意の箇所を走行している車両
、あるいは航空路を航行する航空機、海路を航行する船
舶等（以下「車両」を想定して説明を進める。車両の「
走行」、航空機、船舶の「航行」をまとめていう場合に
は「走行」という）の位置を検出する方式として、距離
センサと、方位センサ（地磁気センサ、または旋回角速
度センサのいずれか１つ）と、両センサからの出力信号
に必要な処理を施す処理装置とを具備し、車両の走行に
伴なって生ずる距離変化量ΔＪ１および方位θ（地磁気
センサの場合）、もしくは方位変化量Δθ（旋回角速度
センサの場合）を用いて、移動体の現在位置データを得
る推測航法（ＤｅａｄＲｅｃｋｏｎ　ｉ　ｎｇ）が提案
されている。この方式は、Δノおよびθに基いて、例え
ばΔノの東西方向成分ΔＸ（−Δ）ｘ　ｃｏｓθ）およ
び南北方向成分Δｙ（−ΔＪＸｓｌｎθ）を算出し、従
前の位置出力データ（Ｐｘ’、　　Ｐｙ’）に対して上
記各成分ΔＸ。

Δｙを加算することにより、現在の位置出力データ（Ｐ
ｘ、Ｐｙ）を求める方式であるが、方位センサが必然的
に有している誤差のために、得られる現在位置データに
含まれる誤差が累積されてしまうという欠点がある。

すなわち、方位センサが、地磁気を検出して移動体の絶
対方位を知る地磁気センサである場合には、地磁気方位
センサは微弱な地球磁界の強さを検出するものであり、
移動体本体が着磁してしまうとその出力データには誤差
が発生する。この誤差を打ち消すために地磁気方位セン
サの初期化処理が行われるが、車両であればその走行中
、特に踏切、電カケープル埋設場所、鉄橋、防音壁のあ
る高速道路や高層ビルの谷間を通過する時等にしばしば
外部からの強電磁界の影響を受けて車体の着磁量が変化
することにより、再度誤差が発生することがある。した
がって、このような磁界の乱れを含んだ地磁気センサ出
力データを的確に検出して排除しなければ、正しい方位
を求めることができない。

一方、旋回角速度センサを使用する場合には、例えば、
方位変化が所定値以上となった時、電源（イグニション
）オン時、極低速走行時、または、山道などの悪路走行
が検出された時等には、センサの出力データに誤差が多
く現れることが知られており、これらのデータをそのま
ま使用すると方位検出精度が低下する。

そこで、方位センサとして、旋回角速度センサと、地磁
気センサとの２つの方位センサを併用し、旋回角速度セ
ンサの出力データと、地磁気センサの出力データとのい
ずれかの信頼性が低下した場合に他のデータで補うよう
にした方位検出装置が考えられているが、これらをいか
に組合せるかが問題となる。

例えば、特開昭６０−１２２３１１号公報に開示される
移動体方位検出装置は、通常は地磁気センサを使用し、
指定時間内の地磁気センサの変分が設定値以上、かつ旋
回角速度センサの変分が設定値以下のとき旋回角度セン
サの出力データを採用することを示唆する。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記先行技術では、地磁気センサの出力デー
タの排除時は、旋回角速度センサの出力データのみに頼
って位置検出を続けることになるが、地磁気センサの出
力データの排除を長く続けている間に、一定の状況では
旋回角速度センサに累積誤差が生じ、正確な位置検出を
続けることができなくなるという問題がある。

すなわち、旋回角速度センサのみに頼ると旋回角速度セ
ンサ出力データの誤差が発生しやすい条件下で誤差が累
積してしまい、車両の位置検出精度が低下するという危
険性がある。

また、旋回角速度センサの不具合を検知した場合に旋回
角速度セ゛ンサ出力データを排除し、地磁気センサ出力
データに頼った走行を続けるとしても、前述したように
車両走行中、踏切通過時等に地磁気センサ出力データの
出力が大きく狂い、やはり車両の位置検出精度が低下す
るという危険性がある。

勿論、旋回角速度センサ出力データの信頼性が基準より
も低下した時点で、直ちに地磁気センサ出力データに切
り替え、地磁気センサ出力データの信頼性が基準よりも
低下した時点で、直ちに旋回角速度センサ出力データに
切り替えていけば、位置検出精度の低下を比較的押さえ
ることはできるのであるが、信頼性が基準よりも低下し
たことを判断するまでは、依然信頼性の不明なデータを
使用し続けることになり、後の位置検出精度に悪影響を
与えることは明らかである。

本発明の目的は、旋回角速度センサと地磁気センサの出
力データを取り込み、それらの値と、過去の推定方位か
ら移動体の現在の方位を算出し、もって、移動体の現在
位置を求める方位検出装置において、旋回角速度センサ
と地磁気センサの出力データをそれぞれリアルタイムで
処理し、信頼性の多いほうのデータにより重きをおいて
移動体の現在の方位を正確に推定することができる方位
検出装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明の方位検出装置は、
第１図に示すように、地磁気センサの出力データθＨ１
および旋回角速度センサの出力データΔθＧにそれぞれ
含まれるノイズ成分を抽出するノイズ測定手段１２と、
上記ノイズ測定手段１２により測定された各ノイズ成分
を用いてカルマンフィルタゲインＫを算出するフィルタ
ゲイン算出手段１３と、地磁気センサの方位データθＨ
および旋回角速度センサの出力Δθ０から求めた方位デ
ータθ０に、上記カルマンフィルタゲインＫに基づいた
重み付け処理をすることにより、移動体の現在の推定方
位θを求める方位推定手段１１とを有するものである。

く作用〉 上記の構成の方位検出装置によれば、ノイズ測定手段１
２により地磁気センサの出力データθＨ旋回角速度セン
サの出力データΔθ０にそれぞれ含まれるノイズ成分を
測定する。これにより、各センサの出力データθ１．Δ
θ０の信頼性を個別に評価することができる。測定され
たノイズの値は、フィルタゲイン算出手段１３に供給さ
れ、カルマンフィルタゲインＫが算出される。そして、
カルマンフィルタ手段１１において、所定の重み付け処
理が施され推定方位θが出力される。

このようにして、θＨΔθＧのうち、ノイズ成分が少な
いほうのデータをより重視した重み付けを行うことがで
、きるので、より正確な移動体の方位を推定することが
できる。

なお、上記ノイズ成分を測定する場合は、走行中におけ
るデータを利用しても、停止中のデータを利用してもよ
い。

しかし、走行中におけるデータを利用することが好まし
い。なぜなら、走行中における方位をカルマンフィルタ
によって推定するのであるから、走行中の振動や、車両
の動特性等に起因するノイズを含んでいる走行中のデー
タによってノイズを評価することが好ましいからである
。

特に、旋回による角速度成分を含まない直線走行中のデ
ータを利用することがより好ましい。しかし、旋回中で
もノイズ成分のみを抽出できる手段が存在するなら、直
線走行中のデータに限られることはない。

また、停止中であっても、角速度センサのノイズを正当
に判断する手段があれば、停止中のノイズ成分からカル
マンフィルタを求めることにしてもよい。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第３図は、車両に適用された本発明の方位検出装置の一
実施例を示すブロック図であり、・左右両輪の回転数を
検出する車速センサ４１（このセンサは、距離センサと
して利用される。）・地磁気センサ４２、 ・ジャイロ４３（旋回角速度を干渉光の位相変化として
読み取る光フアイバジャイロ、ピエゾエレクトリック素
子の片持ちぼり振動技術を利用して旋回角速度を検出す
る振動ジャイロ、機械式ジャイロ等から選ばれたもの。

旋回角速度センサとして利用される。）、 ・道路地図データを格納した道路地図メモリ２、・ジャ
イロ４３、地磁気センサ４２により検出された出力デー
タに基づいて車両の推定方位を算出するとともに、車速
センサ４１のデータと合わせて車両の位置出力データを
演算しバッファメモリ３に格納するロケータ１、 ・当該読出した車両現在位置を地図に重ねてデイスプレ
ィ７に表示させるとともに、キーボード８とのインター
フェイスをとるナビゲーションコントローラ５ とから構成されている。

上記ロケータ１は、例えば、車速センサ４１からの出力
パルス信号の数をカウンタでカウントすることにより車
輪の回転数を得、カウンタから出力されるカウント出力
データに対して、乗算器により１カウント当りの距離を
示す所定の定数を乗算することにより単位時間当りの走
行距離出力データを算出するとともに、ジャイロ４３か
ら車両方位の相対変化を求め、これと地磁気センサ４２
の絶対方位出力データとから車両の方位出力データを算
出するものである。

上記道路地図メモリ２は、所定範囲にわたる道路地図デ
ータが予め格納されているものであり、半導体メモリ、
カセットテープ、ＣＤ−ＲＯＭ。

ＩＣメモリ、ＤＡＴ等が使用可能である。

上記デイスプレィ７はＣＲＴ、液晶表示器等を使用して
、車両走行中の道路地図と車両位置とを表示するもので
ある。

上記ナビゲーション・コントローラ５は、図形処理プロ
セッサ、画像処理メモリ等から構成され、デイスプレィ
７上における地図の検索、縮尺切り替え、スクロール、
車両の現在位置の表示等を行わせる。

上記の構成の装置による車両方位検出手順について説明
する。車両走行中は、上記ロケータ１に取り込んだ各セ
ンサ出力データに基づいて、車両の位置をデイスプレィ
７上に地図とともに表示しているが、その表示中も一定
時間ごとの割り込みにより各センサの出力データを取り
込み、車両方位を更新するようにしている。この割り込
み時の車両方位検出フローを第２図に示す。なお、この
割り込みは、車両の走行距離出力データを基にして求ま
る一定の走行距離ごとに行ってもよい。上記一定時間ま
たは一定走行距離の長さは、使用される旋回角速度セン
サの種類や地磁気センサの性能等により適宜設定される
。

まず、ステップ■において、ジャイロ４３の出力データ
Δθ０と地磁気センサ４２の出力データをθ１を取り込
む。

次に、車両が直線走行中かどうか判定する（ステップ■
）。直線道路を走行中かどうかは、比較的短期間のジャ
イロ４３の出力データに基づいて簡単な比較計算をすれ
ば十分判断可能である。すなわちジャイロ４３の出力デ
ータΔθ０と前回の推定方位θとを用いて、 θ６−θ＋ΔθＧ を計算する。この値と、例えば過去何回かの推定方位の
平均値〈θ〉との差１θ６−くθ〉１が基準値ｅより少
なければ直線走行中と判断できる。

このほかに、マツプマツチング手法により判断してもよ
い。

直線走行中でなければ、方位検出に利用するため、上記
推定方位θ０を登録して（ステップ■）、割り込み継続
回数を示すカウンタｎを０とおき（ステップ■）、ステ
ップ［相］に進む。

直線走行中であれば、カウンタｎを１だけインクリメン
トしくステップ■）、センサ出力データΔθ６　θＨを
バッファメモリ３の第ｎ番地に記憶しくステップ■；以
下、第ｎ番地に記憶されたデータをΔθＧ　ｎ１θＨｎ
で表わす）、ｎがバッファメモリ３の容量等から決まる
最大値ｍに達しているかどうか判定する（ステップ■）
。最大値ｍに達していれば、以下の計算をするのに十分
な数のデータが集められたと判断して、ステップ■以下
に進む。最大値ｍに達していなければ、割り込み前の状
態に戻り、上記の処理を繰り返す。

ステップ■では、過去ｍ回で集められたデータΔθ’　
ｎ　（ｎ＝１〜＋ａ）を用いて平均値、ｎ−■ くΔθ’　＞　−（１／１１）　　Σ　ΔθＧ　ｎ。

ｒ１ 分散値、　　　。、。

Ｓ　’　　＝　（１７ｍ）　　Σ　　（Δθ６　ｎ　−
〈θ６〉）２ｎ＝１ を求める。

ステップ■では、過去ｍ回で集められたデータθ’ｎ（
ｎ＝１−ｍ）を用いて平均値、ｎ−■ くθ’＞−（１７ｍ）　Σ　θＩｎ −１ 分散値、　　　。、。

Ｓ　’　−（１／ｍ）　　Σ　（θＨｎ−くθ”〉）２
ｒｌ を求める。

上記のようにして求めた分散値ｓＧ、ＳＲはセンサの出
力データのノイズの大きさに対応するものである。そこ
で、ステップ［相］では、最新の分散値ｓＧ、ＳＲを考
慮にいれた推定方位を次式に基づいて計算する。

θｉ　＝　（１−Ｋｉ　）　　（θｉ−１＋ΔθＧｌ）
＋Ｋｉ　　θＨ＋ ここに、θｉは今回の割り込みで求める推定方位、θｉ
−１は前回に求めた方位である。Δθ６１゜θＨ１は今
回推定方位を計算するときに使用するセンサの出力デー
タであり、例えば、最新のデータΔθ’　ＩＩＩ　＋　
　θＨＩ１１を使用してもよいし、上記平均値くΔθｃ
＞＜００〉を使用してもよい。Ｋｌは、０＜Ｋｉ　＜１
なる変数であって、カルマンゲインと呼ばれる。Ｋｉは
前回に求めたカルマンゲインＫ　ｉ−１を使って、 Ｋ、　ｍ　　５Ｇ　＋に１−Ｉ　ＳＨ ｓ’　＋ｓ”　＋Ｋｉ−ｔ　ｓ” として求められる。

以上のようにして、両センサの出力データのノイズ量に
応じてカルマンゲインＫｉをリアルタイムで求め、重み
付けをした結果として、新しい車両の方位θｉを求める
ことができる。

この方位θｌと車速センサ４１の距離データとから車両
の推定位置を算出することができる。

勿論この時に道路地図データと比較し、道路地図データ
との相関度を評価して車両の推定位置を補正し、車両の
現在位置を道路上に設定するマツプマツチング方式を採
用してもよい（特開昭６３−１４８１１５号公報参照）
。

以上、実施例に基づいて本発明の方位検出装置を説明し
てきたが、本発明は上記実施例に限るものではない。例
えば、車両の代わりに航空機、船舶等の移動体に適用す
ることができ、その他車発明の要旨を変更しない範囲内
において、種々の設計変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の方位検出装置によれば、地磁気
センサの方位データθ”、および旋回角速度センサの出
力データΔθＧを変数として構成されるカルマンフィル
タを用いて、ノイズ成分が少ないほうのデータをより重
視した重み付けを行うことができるので、移動体の正確
な推定方位をリアルタイムで求めることができる。

したがって、上記方位に基づいて移動体の移動中の位置
を正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方位検出装置の機能ブロック図、 第２図は方位検出手順を示すフローチャート、第３図は
方位検出装置のハードウェア構成を示すブロック図であ
る。 １・・・ロケータ、３・・・バッファメモリ、１１・・
・方位推定手段、１２・・・ノイズ測定手段、１３・・
・フィルタゲイン算出手段、４２・・・地磁気センサ、
４３・・・ジャイロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地磁気センサの方位データ、および旋回角速度セン
   サの出力から求められる方位データを取り込み、それら
   の値と過去の推定方位とから移動体の現在の推定方位を
   求める方位検出装置において、 上記両センサの出力データにそれぞれ含ま れるノイズ成分を抽出するノイズ測定手段と、上記ノイ
   ズ測定手段により測定された各ノ イズ成分を用いてカルマンフィルタゲインを算出するフ
   ィルタゲイン算出手段と、 地磁気センサの出力から求めた方位データ、および旋回
   角速度センサの出力から求めた方位データに、上記カル
   マンフィルタゲインに基づいた重み付け処理をすること
   により、移動体の現在の推定方位を求める方位推定手段
   とを有することを特徴とする方位検出装置。