JP2007003461A - Apparatus for measuring angle of side slip of mobile station - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は移動局の横滑角計測装置に関し、横滑角の精度の向上を図る。 The present invention relates to a lateral angle measuring device for a mobile station, and aims to improve the accuracy of the lateral angle.
移動局の横滑角測定方法として、車速センサ、加速度センサおよび角速度センサの計測値から積分計算によって横滑角を精度よく求める必要である。しかし加速度センサを用いると路面の外乱やドリフト等に伴って誤差が生じ、これらの値を累積する積分値は大きな誤差となる。そこで、このような誤差を低減する方法として、GPSアンテナによる測位値から相対方位角を求め、上記加速度積分値は使用せず、角速度積分値のみから相対方位角を減ずることで誤差を減らし、横滑角の精度を向上させた(例えば特許文献1を参照)。
しかし、加速度センサを移動局の重心以外に搭載すると、特許文献1の式1で示した第1項は公転加速度(d2y/dt2)に加えて横滑角速度(dβ/dt)に起因する加速度の影響を受けてしまう。また、特許文献1に記載された式1の第1項と第2項の差で算出しようとする横滑角速度(dβ/dt)の成分が減少し、誤差として現れていた。
However, if the acceleration sensor is mounted at a location other than the center of gravity of the mobile station, the first term shown in
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、加速度センサへの横滑角速度による影響を無くし、横滑角の精度を従来よりも向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to eliminate the influence of the lateral angular velocity on the acceleration sensor and to improve the accuracy of the lateral sliding angle as compared with the conventional art.
(1)請求項1に記載した移動局の横滑角計測装置は、図1に模式的に表すように、移動局に搭載した角速度センサ10およびGPS演算装置12と、前記移動局の重心に搭載した加速度センサ14と、前記角速度センサ10から得られるヨー角速度(r)と横滑角速度(dβ/dt)とを加算した値と、前記加速度センサ14から得られる公転加速度(d2y/dt2)を前記GPS演算装置12から得られる前進速度(v)で除した値とに基づいて積分を行うことで積分値(I)を求め、当該積分値(I)を横滑角(β)として算出する横滑角算出手段20とを有することを特徴とする。
(1) A mobile station side slip angle measuring device according to
請求項1の発明によれば、加速度センサ14を重心に搭載するので、横滑角速度(dβ/dt)に起因する加速度の混入が防止され、公転加速度(d2y/dt2)のみを検出できる。また、角速度センサ10からは横滑角速度(dβ/dt)とヨー角速度(r)を加算した値{r+(dβ/dt)}しか得られないものの、ヨー角速度(r)は公転加速度(d2y/dt2)を前進速度(v)で除した値と等価である。よって式全体では横滑角速度(dβ/dt)を積分することになり、この積分値を横滑角(β)とできる。このように横滑角速度(dβ/dt)の混入を防止した点で、横滑角(β)の精度を従来よりも向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, since the
(2)請求項2に記載した移動局の横滑角計測装置は、請求項1に記載した移動局の横滑角計測装置であって、重心と車軸の前方または後方とにそれぞれ一つ搭載したGPSアンテナ18,16を有し、横滑角算出手段20は、前記重心および前記車軸の前方または後方に搭載したGPSアンテナ18,16から求められる方位ベクトル(ψ)と、前記重心に搭載したGPSアンテナ18から求められる速度ベクトル(ψTRK)との差分値(βGPS=ψ−ψTRK)を求め、積分値(I)を前記差分値(βGPS)で補正することによって横滑角(β)を算出することを特徴とする。
(2) The mobile station side slip angle measuring device according to claim 2 is the mobile station side slip angle measuring device according to
請求項2の発明によれば、積分値(I)を差分値(βGPS)で補正するので、積分値(I)の積分誤差をなくすことができる。こうして積分誤差がなくなるので、横滑角(β)の精度を従来よりも向上させることができる。 According to the invention of claim 2, since the integral value (I) is corrected by the difference value (β GPS ), the integral error of the integral value (I) can be eliminated. Since the integration error is eliminated in this way, the accuracy of the side slip angle (β) can be improved as compared with the conventional case.
本発明によれば、加速度センサを移動局の重心に搭載して横滑角速度による影響を無くし、特許文献1に記載された式1の第1項と第2項の差で算出しようとする横滑角速度(dβ/dt)の成分が減少を防止できる。
さらに、横滑角速度の積分値(I)を差分値(βGPS)で補正するので、積分値(I)の積分誤差をなくすことができる。こうして積分誤差がなくなるので、横滑角の精度を従来よりも向上させることができる。
According to the present invention, the acceleration sensor is mounted on the center of gravity of the mobile station to eliminate the influence of the lateral slip angular velocity, and the lateral force to be calculated by the difference between the first term and the second term of
Furthermore, since the integral value (I) of the lateral slip angular velocity is corrected by the difference value (β GPS ), the integration error of the integral value (I) can be eliminated. Since there is no integration error in this way, the accuracy of the side slip angle can be improved as compared with the prior art.
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
まず図2には、GPSシステムの概念図を表す。このGPSシステムは移動局26および基地局24からなり、複数の人工衛星(具体的にはGPS衛星)から発信された搬送波コード信号(例えばC/A、Pコード等)を受信して処理する。同図には、4つのGPS衛星22a,22b,22c,22dからそれぞれ発信された搬送波コード信号を受信して処理する例を表している。移動局26での位置測定は、単独GPSよりも精度の向上を図るために、基地局24と組み合わせたキネマティックDGPSを採用するのが望ましい。キネマティックDGPSを採用する場合には、移動局26と基地局24との間は無線通信(または有線通信)によるデータリンク機構でデータの送受信が可能な構成にする。
First, FIG. 2 shows a conceptual diagram of the GPS system. This GPS system includes a
基地局24は地球座標系における位置(Xk,Yk,Zk)が特定されており、GPS衛星22a,22b,22c,22dから発信された搬送波コード信号を受信可能な構成、すなわちGPSアンテナや演算装置などを有する。演算装置(例えばパソコン等)は、所定の処理プログラムを実行することにより、受信した信号を解読する。
The
移動局26は、図1に示した角速度センサ10、GPS演算装置(速度センサ)12、加速度センサ14、GPSアンテナ16,18、演算装置(横滑角算出手段20に相当)などを備える。特に、加速度センサ14とGPSアンテナ18は移動局26の重心Gに搭載し(図3を参照)、GPSアンテナ16は移動局26における車軸の前方または後方に搭載する。演算装置はCPU,ROM,RAM,入出力回路等を備えており、GPS衛星22a,22b,22c,22dから発信された搬送波コード信号を受信して記憶し、データリンク機構を通じて基地局24との送受信を行って位置データの補正処理を行う。
The
キネマティックDGPSは、位置(Xk,Yk,Zk)が正確に判っている基地局24に備えたGPSアンテナと、移動局26に備えたGPSアンテナ16,18とによって、GPS衛星22a,22b,22c,22dから発信された搬送波コード信号によって、測位点の座標(x,y,z)と時計の誤差(Δt)の変数を求める。
そして、正確な位置(Xk,Yk,Zk)が既知である基地局24の測定結果を比較し、その差が補正データとして移動局26に送信し、移動局26はその補正データを移動局26におけるGPSアンテナ16,18によって得られた測定値に対して補正する。
このDGPSによれば、移動局26の位置、すなわちGPSアンテナ16,18の位置は、所定の時間間隔(例えば0.2秒間)ごとに正確に得ることができ、GPSアンテナ16,18によって移動局26の車軸方向を表す方位ベクトル(ψ)は求められ、GPSアンテナ16,18の基線長と相対角度から速度ベクトル(ψ)が求められる。
The kinematic DGPS is composed of
Then, the measurement results of the
According to the DGPS, the position of the
横滑角βは、角速度センサ10から得られる値(r+dβ/dt)と、加速度センサ14から得られる公転加速度(d2y/dt2)と、GPS演算装置12から得られる前進速度(v)とに基づいて、次の式1で求めることができる。なお、角速度センサ10から得られる値は、ヨー角速度(r)と横滑角速度(dβ/dt)とを加算した値に等しい。
The side slip angle β is a value (r + dβ / dt) obtained from the
上記式1において、移動局26の重心Gに加速度センサ14を搭載しているので(図3を参照)、横滑角速度(dβ/dt)に起因する加速度の混入が防止され、公転加速度(d2y/dt2)のみを検出できる。また、式1の第1項は角速度センサ10から得られる値であり、このうちヨー角速度(r)は式1の第2項と等価である。よって式1の全体では横滑角速度(dβ/dt)のみを積分することになり、この積分値が横滑角(β)になる。このように横滑角速度(dβ/dt)の混入を防止した点で、横滑角(β)の精度を従来よりも向上させることができる。
In the
ここでカーブを走行する等のように、移動局26が曲線的に移動する場合を図3を参照しながら検討する。図3に示すような軌跡28で移動局26が曲線的に移動する場合を考える。旋回により縦速度uと横速度vが発生している現在位置Pでは、移動局26の車軸方向を表す方位ベクトル(ψ)と、当該移動局26が移動している速度ベクトル(ψTRK)とが生ずる。前者の方位ベクトル(ψ)はGPSアンテナ16および18によって求められ、後者の速度ベクトル(ψTRK)はGPSアンテナ18によって求められる。
Here, a case where the
GPSアンテナ16,18から各々求められた値(ψ,ψTRK)を用いて、差分値(βGPS=ψ−ψTRK)を求める。この差分値(βGPS)は横滑角を正確に表し、上記式1で算出した積分値(I)には積分誤差を含んでいる。よって式1の積分値(I)から差分値(βGPS)を減ずることで補正を行えば、横滑りによる誤差を除去することができる。
Using the values (ψ, ψ TRK ) obtained from the
上記式1において、積分値(I)は時間の経過とともに積み上がってゆくので、差分値(βGPS)による補正は所要の時間間隔td(例えば0.2秒間)ごとに行う必要がある。図4に表すように、差分値(βGPS)による補正を行わない場合には二点鎖線で描いた積分値(I)のように変化する。時間間隔tdごとに積分誤差(I−βGPS)をβGPSで補正することにより、横滑角βの精度を高めることができる。こうして横滑角βの精度を高めることで、結果的には移動局26の現在位置Pの精度も高めることができる。
なお、本願の発明は、DGPSによる測定方法についての適用例の他に、単独GPS等、種々の測定方法にも適用することができる。
In the
The invention of the present application can be applied to various measurement methods such as a single GPS in addition to the application example of the measurement method using DGPS.
10 角速度センサ
12 GPS演算装置(速度センサ)
14 加速度センサ
16,18 GPSアンテナ
20 横滑角算出手段
22a,22b,22c,22d GPS衛星(人工衛星)
24 基地局
26 移動局
10
14
24
Claims (2)
前記移動局の重心に搭載した加速度センサと、
前記角速度センサから得られるヨー角速度(r)と横滑角速度(dβ/dt)とを加算した値と、前記加速度センサから得られる公転加速度(d2y/dt2)を前記GPS演算装置から得られる前進速度(v)で除した値とに基づいて積分を行うことで積分値(I)を求め、当該積分値(I)を横滑角(β)として算出する横滑角算出手段とを有することを特徴とする移動局の横滑角計測装置。 An angular velocity sensor and a GPS arithmetic unit mounted on the mobile station;
An acceleration sensor mounted on the center of gravity of the mobile station;
A value obtained by adding the yaw angular velocity (r) obtained from the angular velocity sensor and the lateral angular velocity (dβ / dt) and the revolution acceleration (d 2 y / dt 2 ) obtained from the acceleration sensor are obtained from the GPS arithmetic unit. Side slip angle calculating means for obtaining an integral value (I) by performing integration based on the value divided by the forward speed (v) and calculating the integral value (I) as the side slip angle (β). A lateral slip angle measuring apparatus for a mobile station, comprising:
重心と車軸の前方または後方とにそれぞれ一つ搭載したGPSアンテナを有し、
横滑角算出手段は、前記重心および前記車軸の前方または後方に搭載したGPSアンテナから求められる方位ベクトル(ψ)と、前記重心に搭載したGPSアンテナから求められる速度ベクトル(ψTRK)との差分値(βGPS)を求め、積分値(I)を前記差分値(βGPS)で補正することによって横滑角(β)を算出することを特徴とする移動局の横滑角計測装置。
The mobile station side slip angle measuring device according to claim 1,
It has a GPS antenna mounted on the center of gravity and on the front or rear of the axle,
The lateral slip angle calculating means calculates a difference between the azimuth vector (ψ) obtained from the GPS antenna mounted in front of or behind the center of gravity and the axle and the velocity vector (ψ TRK ) obtained from the GPS antenna mounted on the center of gravity. value (beta GPS) asking the integral value the difference value (I) (β GPS) lateral slip angle by correcting by (beta) lateral slip angle measuring device of the mobile station and calculates a.
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