JP3448976B2

JP3448976B2 - 車両用現在位置検出装置

Info

Publication number: JP3448976B2
Application number: JP20565494A
Authority: JP
Inventors: 弘之北川; 義隆尾崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 2003-09-22
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JPH0868651A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の人工衛星に対す
る擬似距離により車両の測位位置を求めて現在位置を検
出するようにした車両用現在位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置においては、車両に
ＧＰＳ受信機を搭載し、このＧＰＳ受信機により、人工
衛星と受信機の距離（擬似距離）を３ないし４衛星分計
測し、その距離をもとに測位計算を行って車両の現在位
置を求めるようにしている。このＧＰＳでは、測位に使
用する衛星の組み合わせが変わると、組み合わせにより
測位位置が個々に独立して異なるため、測位精度にばら
つきが生じる。特に、ＧＰＳを使用する車両用ナビゲー
ション装置においては、都市内を走行する時にビルなど
による電波遮断により、衛星の組み合わせが頻繁に変わ
ってしまうため、この傾向が顕著となっている。

【０００３】そこで、最小自乗法などを用いて、そのよ
うな人工衛星との個々の距離の測定ばらつきを減少させ
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
ＧＰＳに対する精度劣化（ＳＡ：Selective Availabili
ty）が導入されたことにより、衛星との距離が衛星毎に
独立に（相関なく）大きくずれるような誤差が生じてい
る。このため、最小自乗法により個々の衛星との誤差の
ばらつきを減少させても、測位に使用する衛星の組み合
わせが異なると、衛星毎の距離がずれて計測されるた
め、測位位置が大きくずれてしまう。

【０００５】このような測位位置のばらつきを減少させ
るために、最新の測位位置を過去の測位位置により平均
化（例えば、前回の測位位置と今回の測位位置により平
均化）することが考えられるが、この方法を適用する
と、測位位置の平均化のため、計算された位置が実際の
位置より時間的に遅れたものとなってしまう。本発明は
上記問題に鑑みてなされたもので、時間遅れを生じるこ
となく、測位位置のばらつきに対してより正しい現在位
置を検出することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項１に記載の発明においては、複数の人
工衛星からの電波を受信し、前記複数の人工衛星との個
々の擬似距離に基づいて、所定のタイミング毎に車両の
測位位置を繰り返し求める測位演算手段を備え、この車
両の測位位置に基づいて車両の現在位置を検出するよう
にした車両用現在位置検出装置において、車両の速度ベ
クトルを検出する速度ベクトル検出手段と、前回のタイ
ミングでの前記速度ベクトルと今回のタイミングでの前
記速度ベクトルとを平均化した車両の速度ベクトルおよ
び前回のタイミングでの前記現在位置により車両の位置
を推定する位置推定手段と、この位置推定手段にて推定
した推定位置と前記測位演算手段により求めた今回のタ
イミングでの車両の測位位置との平均化処理に基づいて
前記現在位置を更新する現在位置更新手段とを備えこと
を特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記速度ベクトル検出手段は、前記
複数の人工衛星からの電波の受信に基づいて、前記車両
の速度ベクトルを算出する手段を有することを特徴とし
ている。

【０００８】

【０００９】

【００１０】なお、上記速度ベクトルとは、速度ベクト
ルそのものに限らず、後述する実施例に示すように、車
両の進行方向および速度を示すものを意味する。

【００１１】

【発明の作用効果】請求項１に記載の発明によれば、前
回のタイミングでの速度ベクトルと今回のタイミングで
の速度ベクトルとを平均化した車両の速度ベクトルおよ
び前回のタイミングでの現在位置により車両の位置を推
定し、この推定位置と今回のタイミングでの車両の測位
位置との平均化処理に基づいて現在位置を更新するよう
にしているから、測位位置にばらつきが生じても推定位
置との平均化処理により、時間的に遅れが生じることな
くより正しい現在位置を検出することができる。この場
合、前回のタイミングでの速度ベクトルと今回のタイミ
ングでの速度ベクトルを平均化した車両の速度ベクトル
および前回のタイミングでの現在位置により車両の位置
を推定しているから、車両の加速度運動まで考慮してよ
り正確に推測位置を求めるとができ、従って精度良く現
在位置を更新することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明においては、複数の
人工衛星からの電波の受信に基づいて、車両の速度ベク
トルを算出するようにしている。このようなＧＰＳによ
る速度ベクトルは、測位位置の精度に比較して精度がよ
いため、この速度ベクトルを利用して現在位置のばらつ
きを減少させることができる。

【００１３】

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。本実施例に係る車両用ナビゲーション装置は、図
１に示すように、人工衛星からの信号を受信して現在位
置を示す現在位置データを出力するＧＰＳ受信機１、道
路地図の地図データを記憶する地図データ記憶媒体２
と、この地図データ記憶媒体２からの地図データおよび
ＧＰＳ受信機１からの現在位置データにより、車両の現
在位置を中心にした車両の走行領域の道路地図を表示部
４に表示させるナビ演算部３等により構成されている。

【００１５】ＧＰＳ受信機１は、アンテナ１ａ、ＲＦ／
ＩＦ部、衛星信号捕捉／追跡部、演算部等を備えたもの
であり、図１には、その演算部にて行う処理の機能ブロ
ックを示している。位置演算部１ｂは、アンテナ１ａで
受信した複数の人工衛星の信号から、複数の人工衛星と
ＧＰＳ受信機１との個々の擬似距離をもとに車両の測位
位置を出力する。

【００１６】速度方位演算部１ｃは、アンテナ１ａで受
信した複数の人工衛星（測位に用いる衛星と同じ）の信
号から、人工衛星とＧＰＳ受信機１の相対速度をもとに
車両の速度ベクトル（速さ、方位）を出力する。この速
度ベクトルは、数１によるＶ _n，Ｖ_eを用い、北、東方
向速度の合成として求めることができる。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ｖ_n，Ｖ_e，Ｖ_uは北，東，上方
向速度、Ｖ_LFは受信機の基準発振器のオフセットの速度
換算値、ｎｉ，ｅｉ，ｕｉは衛星ｉに向かう単位ベクト
ルの北，東，上方向余弦、Ｖ_duiは衛星のドップラーシ
フトの予測（計算値）と実測値の差を示している。上記
した測位、速度ベクトルの演算は公知のものである。

【００１９】フィルタリング部１ｄは、測位演算部１ｂ
からの測位位置を、速度方位演算部１ｃからの速度ベク
トルにより補正する処理を行い、ばらつきの少ない現在
位置を示すデータを出力する。これは、測位演算部１ｂ
からの測位位置が精度劣化（ＳＡ）によってばらつく場
合があり、これを速度方位演算部１ｃからの速度ベクト
ルによって、現在位置のばらつきを少なくするためであ
る。

【００２０】このフィルタリング部１ｄの演算処理を図
２に示す。ステップ１００にて、測位演算部１ｂおよび
速度方位演算部１ｃから測位位置と速度ベクトル（速
さ、方位）のデータを入力する。この後、ステップ２０
０にて後述するフィルタリング処理を行い、ステップ３
００にてフィルタリング処理して得られた現在位置デー
タをナビ演算部３に出力する。ナビ演算部３では、この
現在位置データに基づき車両の現在位置および走行領域
の道路地図を表示部４に表示させる。

【００２１】図３に、上記ステップ２００におけるフィ
ルタリング処理の詳細な演算処理を示す。この処理にお
いて、測位演算部１ｂおよび速度方位演算部１ｃより出
力された測位位置および速度ベクトル（速さ、方位）を
Ｐｇ（ｉ）、Ｖｇ（ｉ）とする。また、フィルタリング
された現在位置と今回出力された速度ベクトルから求め
られる次回の推定位置をＰｅ（ｉ＋１）とする。また、
パラメータｉは、現在位置データ出力毎に１ずつ更新さ
れる値で、ＧＰＳの場合は一般的に、１秒毎に更新され
る。

【００２２】まず、ＧＰＳ受信機１により、測位が１秒
毎に連続して行われる場合について説明する。ステップ
２０１では、車両の運転開始後にＧＰＳ受信機１が初め
て測位したか否かを判定する。運転開始後の最初の測位
時には、ステップ２０２で、以前の現在位置や速度ベク
トルのデータがないため、今回入力した測位位置Ｐｇ
（０）を現在位置Ｐ（０）とする。その後、ステップ２
０３でパラメータｉをクリアする。

【００２３】次に、ステップ２０５では、入力した速度
ベクトルＶｇ（ｉ）をもとに次回の推定位置Ｐｅ（ｉ＋
１）を算出する。算出方法は、今回の現在位置Ｐ（ｉ）
に対して、今回の速度ベクトルＶｇ（ｉ）を足すことに
より、次回（１秒後）の推定位置Ｐｅ（ｉ＋１）を数２
のように計算する。

【００２４】

【数２】Ｐｅ（ｉ＋１）＝Ｐ（ｉ）＋Ｖｇ（ｉ）これは、車両の速度・方位は短時間では急激に変化せ
ず、今回の測位位置に対して今回の速度・方位を加算し
た位置を次回の位置としても大きく異ならないという性
質を利用したものである。

【００２５】その後、ステップ２０６でパラメータｉを
更新する。また、ステップ２０１において、２回目以降
の測位の場合は、ステップ２０４に進み、前回の推定位
置Ｐｅ（ｉ）とＧＰＳによる今回の測位位置Ｐｇ（ｉ）
をもとに現在位置Ｐ（ｉ）を算出する。現在位置Ｐ
（ｉ）の算出方法は、推定位置Ｐｅ（ｉ）と測位位置Ｐ
ｇ（ｉ）を数３のように加重平均することにより求め
る。

【００２６】

【数３】ここで、ｍの値をｎより大きくする（例えば、ｍ＝９、
ｎ＝１）ことにより、ばらつきの少ない現在位置を算出
することができる。

【００２７】次に、ステップ２０５以降の処理にて最初
の測位時と同様に、入力した速度ベクトルＶｇ（ｉ）を
もとに次回の推定位置Ｐｅ（ｉ＋１）を算出し、パラメ
ータｉを更新する。以後、上記のように、前回の推定位
置Ｐｅ（ｉ）と今回の測位位置Ｐｇ（ｉ）により現在位
置Ｐ（ｉ）を算出するとともに、次回の推定位置Ｐｅ
（ｉ＋１）を求める処理を繰り返し行う。

【００２８】すなわち、上記実施例においては、今回の
現在位置Ｐ（ｉ）と速度ベクトルＶｇ（ｉ）により次回
の推定位置Ｐｅ（ｉ＋１）を求め、この推定位置Ｐｅ
（ｉ＋１）と次回の測位位置Ｐｇ（ｉ＋１）による加重
平均にて次回の現在位置Ｐ（ｉ＋１）を算出するように
したものである。図４に、それらの演算によって求めら
れる測位位置、速度ベクトル、およびフィルタリング処
理にて得られた現在位置等の関係を示す。この図から分
かるように、上記フィルタリング処理は、車両の現在位
置を、前回の現在位置から速度ベクトルによって推定さ
れる位置と、今回の測位位置との加重平均により現在位
置を更新していくものである。言い換えれば、上記のフ
ィルタリング処理は、測位演算部１ｂにて求めた測位位
置に対し、速度ベクトルによるフィルタリングにて、現
在位置の軌跡が速度ベクトルにて規定される所定の範囲
に入るように現在位置を更新していくものであるという
ことができる。

【００２９】このようにして算出された現在位置は、図
２のフローチャートで説明したように、ステップ３００
でナビ演算部３に出力される。そして、車両の現在位置
が表示部４に道路地図とともに表示される。図５に、実
際に走行した場合の現在位置の走行軌跡を示す。（ａ）
は上記フィルタリング処理を行わない場合、（ｂ）は上
記フィルタリング処理を行った場合である。フィルタリ
ング処理を行わない場合は、現在位置がばらついている
が、フィルタリング処理を行うことにより、現在位置の
ばらつきが大幅に減少し、安定した軌跡となっているこ
とがわかる。

【００３０】次に、ビル等による電波遮断により、測位
が中断した場合（捕捉した衛星の数が２以下の場合）に
ついて説明する。この場合、ステップ２０７にて、測位
が中断したことが判定されると、ステップ２０４の処理
を中止し、ステップ２０８に進んで、推定位置Ｐｅ（ｉ
＋１）を算出する方法を次のように変更する。すなわ
ち、前回の推定位置Ｐｅ（ｉ）と最後に測位した速度ベ
クトルをもとに、数４により次回の推定位置Ｐｅ（ｉ＋
１）を算出する。

【００３１】

【数４】Ｐｅ（ｉ＋１）＝Ｐｅ（ｉ）＋Ｖｇ（ｉ₀）ここで、ｉ₀は、最後に測位した時刻を示すパラメータ
を示す。このように、最後に測位した速度ベクトルをも
とに、数４により次回の推定位置Ｐｅ（ｉ＋１）を算出
することにより、車両の速度・方位が急激に変化しなけ
れば、測位位置の演算ができなくても、ある程度確かな
次回の推定位置を求めることができる。従って、測位が
成功した段階で、その推定位置により現在位置をある程
度正確に補正することができる。（その他の実施例）ステップ２０４において、測位位置と推定位置の加重
平均により、現在位置を算出しているが、その加重平均
の仕方を変化させるようにしてもよい。

【００３２】例えば、ＧＰＳ受信機１による測位演算で
は、ビル等の遮断により測位に使用する衛星の組み合わ
せが変化し、測位精度が変化してしまうため、その測位
精度に応じて加重平均の割合を変化させるようにしても
よい。具体的には、ＧＰＳ受信機１により演算される測
位位置、速度、方位の精度に応じて、加重平均の割合を
変化させる。このようにすることにより、単純な加重平
均より、精度の良い現在位置を算出することができる。

【００３３】また、実際の車両では加速度や回転が生じ
ているため、車両の運動を一定速度として推測位置を算
出した上記実施例では、推定位置に誤差が生じる。従っ
て、一定速度から外れる車両の運動分を推定位置の誤差
として考慮し、最終位置を算出する場合の加重平均の割
合を決定するようにすれば、より精度の良い現在位置を
算出することができる。

【００３４】また、ステップ２０５において、車両の
運動を一定速度運動としてモデル化して、推測位置を算
出したが、加速度運動まで考慮して推測位置を求めれ
ば、さらに精度良く現在位置を算出することができる。
具体的には、ステップ２０５の代わりに、数５により推
定位置Ｐｅ（ｉ）を求める処理をステップ２０４の前に
設ける。すなわち、前回の速度ベクトルＶｇ（ｉ−１）
と今回の速度ベクトルＶｇ（ｉ）の平均を前回の現在位
置Ｐ（ｉ−１）に加えて推定位置Ｐｅ（ｉ）を求める。
これらは、速度ベクトルを平均化する手段と、その平均
化した値を前回の現在位置Ｐ（ｉ−１）に加えて推定位
置Ｐｅ（ｉ）を求める手段として把握できる。

【００３５】

【数５】上記実施例では、ＧＰＳの測位により求めた速度ベク
トルを用いるものを示したが、車両用ナビゲーション装
置において、ジャイロ、地磁気センサ等の方位センサお
よび距離センサを用いて車両の現在位置を検出するシス
テムを併用する場合には、それらにより車両の進行方
向、速度を求めて速度ベクトルとしてもよい。

【００３６】また、上記したフィルタリング処理等につ
いても、ＧＰＳ受信機１側でなくナビ演算部３側で行う
ようにしてもよい。また、上記実施例におけるフローチ
ャートの各ステップはそれぞれの機能を実現する機能実
現手段として構成されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図である。

【図２】フィルタリング部１ｄの処理を示すフローチャ
ートである。

【図３】図２のステップ２００におけるフィルタリング
処理の詳細な演算処理を示すフローチャートである。

【図４】測位位置、速度ベクトル、フィルタリングされ
た現在位置等の関係を示す図である。

【図５】フィルタリングを行わない場合と、フィルタリ
ングを行った場合の現在位置の軌跡を示す図である。

【符号の説明】

１ａアンテナ１ｂ測位演算部１ｃ速度方位演算部１ｄフィルタリング部２地図データ記憶媒体３ナビ演算部４表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 21/00 - 21/36 G01C 23/00 - 25/00 G08G 1/00 - 9/02 G01S 5/00 - 5/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の人工衛星からの電波を受信し、前
記複数の人工衛星との個々の擬似距離に基づいて、所定
のタイミング毎に車両の測位位置を繰り返し求める測位
演算手段を備え、この車両の測位位置に基づいて車両の
現在位置を検出するようにした車両用現在位置検出装置
において、車両の速度ベクトルを検出する速度ベクトル検出手段
と、前回のタイミングでの前記速度ベクトルと今回のタイミ
ングでの前記速度ベクトルとを平均化した車両の速度ベ
クトルおよび前回のタイミングでの前記現在位置により
車両の位置を推定する位置推定手段と、この位置推定手段にて推定した推定位置と前記測位演算
手段により求めた今回のタイミングでの車両の測位位置
との平均化処理に基づいて前記現在位置を更新する現在
位置更新手段とを備えたことを特徴とする車両用現在位
置検出装置。
【請求項２】前記速度ベクトル検出手段は、前記複数
の人工衛星からの電波の受信に基づいて、前記車両の速
度ベクトルを算出する手段を有することを特徴とする請
求項１に記載の車両用現在位置検出装置。