JP5602070B2 - POSITIONING DEVICE, POSITIONING METHOD OF POSITIONING DEVICE, AND POSITIONING PROGRAM - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、車両の位置を標定する位置標定装置、位置標定装置の位置標定方法および位置標定プログラムに関するものである。 The present invention relates to, for example, a position locating device for locating the position of a vehicle, a position locating method for the position locating device, and a position locating program.
従来、6自由度の3次元航法は、高価で高精度なIMU(Inertial Measurement Unit)を利用する必要があったため、航空・宇宙関連分野など、限られた分野でしか使用できなかった。 Conventionally, 6-degree-of-freedom three-dimensional navigation has been required to use an expensive and highly accurate IMU (Internal Measurement Unit), and can only be used in limited fields such as aerospace.
そこで、低価格化のために複数台のGPS(Global Positioning System)受信機と車速パルスとを利用して車両の位置・姿勢・方位を標定することも考えられる。
しかし、GPSアンテナ同士をある程度離して相対位置が変化しないように設置する必要がある。この制約は、一般の乗用車に適用するには大きな制約である。
In view of this, it is conceivable to determine the position / orientation / orientation of the vehicle using a plurality of GPS (Global Positioning System) receivers and vehicle speed pulses in order to reduce the price.
However, it is necessary to install the GPS antennas so that the relative position does not change with some distance. This restriction is a great restriction when applied to general passenger cars.
これらの制約が発生する具体的な要因は以下のとおりである。
(1)車両を停止した状態で方位を求める場合、中精度または低精度なIMUでは、地球の自転を計測して方位を求めるといった計算が出来ない。
また、2台以上のGPS受信機を使用して方位を求める場合、GPSアンテナ間の基線解析を行うため、精度を出すためにはGPSアンテナを可能な限り離して相対位置が変化しないよう設置する必要がある。
(2)3次元航法計算では、ある程度正確な初期値(位置・姿勢・方位)を設定しなければ計算結果が発散してしまう可能性が高い。
初期値のうち、姿勢角(ピッチ角、ロール角)は重力観測により得られ、位置はGPS観測により得られるが、方位に関しては上記(1)の理由により適切な値を得ることができない。
(3)正確な初期値が何らかの方法で与えられたとしても、その後の停車時にはジャイロの誤差等によって方位の値がドリフトしてしまう。
The specific factors that cause these restrictions are as follows.
(1) When obtaining the azimuth while the vehicle is stopped, the medium accuracy or low accuracy IMU cannot calculate the azimuth by measuring the rotation of the earth.
Also, when finding the direction using two or more GPS receivers, in order to perform baseline analysis between the GPS antennas, install the GPS antennas as far apart as possible so that the relative position does not change in order to obtain accuracy. There is a need.
(2) In the three-dimensional navigation calculation, the calculation result is likely to diverge unless initial values (position / posture / orientation) that are accurate to some extent are set.
Of the initial values, the posture angle (pitch angle, roll angle) is obtained by gravity observation, and the position is obtained by GPS observation, but an appropriate value cannot be obtained for the direction for the reason (1) above.
(3) Even if an accurate initial value is given by any method, the direction value drifts due to a gyro error or the like when the vehicle stops thereafter.
今後、3次元地図のインフラ整備が急速に進むほか、低価格なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサの性能向上によって一般のカーナビゲーションシステムでも車両の位置・姿勢・方位を標定する3次元航法のニーズが高まることが予想されている。 In the future, in addition to the rapid development of 3D map infrastructure, there is a need for 3D navigation to determine the position, orientation, and orientation of vehicles in general car navigation systems by improving the performance of low-cost MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensors. Is expected to increase.
本発明は、例えば、高精度でないIMUと1台のGPS受信機とを用いて車両の位置を高精度に標定できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is, for example, to be able to determine the position of a vehicle with high accuracy using an IMU that is not highly accurate and a single GPS receiver.
本発明の位置標定装置は、GPS(Global Positioning System)を利用して測位を行うGPS受信機と、速度を計測する速度センサと、加速度を計測する加速度センサと、方位角の角速度を計測する角速度センサとが取り付けられた移動体の位置を標定する。
前記位置標定装置は、
前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて前記移動体の方位角を第一航法方位角として算出し、算出した第一航法方位角と前記速度センサにより計測された速度とに基づいて前記移動体の座標値を第一航法座標値として算出し、算出した第一航法座標値と前記GPS受信機により測位された座標値とに基づいて第1のカルマンフィルタを用いて前記第一航法方位角を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第一航法方位角を補正し、補正後の第一航法方位角を方位角初期値として出力する初期値算出部と、
前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて方位角の変化量を算出し、算出した方位角の変化量と前記初期値算出部から出力された方位角初期値とに基づいて前記移動体の方位角を第二航法方位角として算出し、算出した第二航法方位角と前記加速度センサにより計測された加速度とに基づいて前記移動体の座標値を第二航法座標値として算出し、算出した第二航法座標値と前記GPS受信機により測位された座標値とに基づいて第2のカルマンフィルタを用いて前記第二航法座標値を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第二航法座標値を補正し、前記移動体の位置を標定した位置標定値として補正後の第二航法座標値を出力する標定値算出部とを備える。
The position locating device of the present invention includes a GPS receiver that performs positioning using GPS (Global Positioning System), a speed sensor that measures speed, an acceleration sensor that measures acceleration, and an angular speed that measures the angular velocity of an azimuth angle. The position of the moving body to which the sensor is attached is determined.
The position locator is
Based on the angular velocity of the azimuth angle measured by the angular velocity sensor, the azimuth angle of the moving body is calculated as a first navigation azimuth angle, and based on the calculated first navigation azimuth angle and the velocity measured by the speed sensor. The coordinate value of the moving body is calculated as a first navigation coordinate value, and the first navigation direction is calculated using a first Kalman filter based on the calculated first navigation coordinate value and the coordinate value measured by the GPS receiver. An initial value calculation unit that calculates a correction value for correcting an angle, corrects the first navigation azimuth using the calculated correction value, and outputs the corrected first navigation azimuth as an azimuth initial value;
The amount of change in azimuth is calculated based on the angular velocity of the azimuth measured by the angular velocity sensor, and the movement is performed based on the calculated amount of change in azimuth and the initial value of azimuth output from the initial value calculator. Calculating the azimuth of the body as the second navigation azimuth, and calculating the coordinate value of the moving body as the second navigation coordinate value based on the calculated second navigation azimuth and the acceleration measured by the acceleration sensor, A correction value for correcting the second navigation coordinate value is calculated using a second Kalman filter based on the calculated second navigation coordinate value and the coordinate value measured by the GPS receiver, and the calculated correction value is used. An orientation value calculation unit that corrects the second navigation coordinate value and outputs the corrected second navigation coordinate value as a location orientation value obtained by locating the position of the moving body.
本発明によれば、例えば、高精度でないIMU(加速度センサ、角速度センサ)と1台のGPS受信機とを用いて車両(移動体の一例)の位置を高精度に標定することができる。 According to the present invention, for example, the position of a vehicle (an example of a moving body) can be determined with high accuracy using an IMU (acceleration sensor, angular velocity sensor) that is not highly accurate and a single GPS receiver.
実施の形態1.
車両の位置・姿勢・方位を標定する自己位置姿勢標定装置について説明する。
A self-position / posture locating apparatus for locating the position / posture / orientation of a vehicle will be described.
図1は、実施の形態1における車両200の概要図である。
図2は、実施の形態1における自己位置姿勢標定装置100の概要図である。
実施の形態1における車両200の概要と自己位置姿勢標定装置100の概要とについて、図1と図2とに基づいて説明する。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
FIG. 2 is a schematic diagram of the self-position posture locating
The outline of the
図1において、車両200(移動体の一例)は、GPS受信機210(およびGPSアンテナ211)と慣性センサ220、車速センサ230(速度センサの一例)と自己位置姿勢標定装置100(位置標定装置の一例)を備える。
「GPS」は「Global Positioning System」の略である。
In FIG. 1, a vehicle 200 (an example of a moving body) includes a GPS receiver 210 (and a GPS antenna 211), an
“GPS” is an abbreviation for “Global Positioning System”.
例えば、GPS受信機210と慣性センサ220とを設置した天板201を車両200の屋根部に設置する。また、自己位置姿勢標定装置100と車速センサ230とを車両200内に設置する。
但し、設置方法はこれに限らない。例えば、GPS受信機210を屋根部以外に設置してもよいし、慣性センサ220を車両200内に設置してもよく、天板201を設けることなく、GPS受信機210と慣性センサ220を車両200の内部または外部に取り付けてもよい。
また、自己位置姿勢標定装置100は車両200とは別個に設けた外部装置であっても構わない。
さらに、車両200は他の移動体(例えば、飛行機、船舶、自動二輪車、自転車、列車)であっても構わない。
For example, the top plate 201 on which the
However, the installation method is not limited to this. For example, the
Further, the self-position / posture locating
Furthermore, the
GPS受信機210は、GPS衛星から発信される測位信号をGPSアンテナ211を用いて観測し、観測結果に基づいて位置を測位する。
The
慣性センサ220は、3軸方向(車両200の長さ方向と幅方向と高さ方向)の加速度と角速度とを計測する。
慣性センサ220は、IMU(Inertial Measurement Unit)と呼ばれる。
以下、3軸方向の加速度を「三次元加速度」といい、3軸方向の角速度を「三次元角速度」という。
The
Hereinafter, the acceleration in the three-axis direction is referred to as “three-dimensional acceleration”, and the angular velocity in the three-axis direction is referred to as “three-dimensional angular velocity”.
車速センサ230は、車軸の回転を車速パルスとして検出し、検出した車速パルスを用いて車両200の速度を計測する。
The
図2に示すように、自己位置姿勢標定装置100は、GPS受信機210のデータと、慣性センサ220のデータと、車速センサ230のデータとに基づいて車両200の位置と姿勢と方位とを標定する。
「位置」は、三次元の座標値(緯度、経度、高度)を意味する。
「姿勢」は、仰角(ピッチ角)と回転角(ロール角)とを意味する。
「方位」は、方位角を意味する。
As shown in FIG. 2, the self-position / posture locating
“Position” means a three-dimensional coordinate value (latitude, longitude, altitude).
“Position” means an elevation angle (pitch angle) and a rotation angle (roll angle).
“Direction” means an azimuth angle.
図3は、実施の形態1における自己位置姿勢標定装置100の機能構成図である。
実施の形態1における自己位置姿勢標定装置100の機能構成について、図3に基づいて説明する。
FIG. 3 is a functional configuration diagram of the self-position posture locating
A functional configuration of self-position /
自己位置姿勢標定装置100(位置標定装置の一例)は、初期値算出部110、自己位置姿勢標定部120、カルマンフィルタ部130、ストラップダウン演算部140および装置記憶部190を備える。
The self-position / posture locating apparatus 100 (an example of the position locating apparatus) includes an initial
装置記憶部190は、自己位置姿勢標定装置100で使用するデータを記憶する。
GPSデータ191、速度データ192、加速度データ193または角速度データ194は、装置記憶部190に記憶されるデータの一例である。
The
The
GPSデータ191は、GPS受信機210により計測されたデータであり、時刻に対応付けて「位置」や「速度」を含んでいる。速度は、過去の位置と現在の位置と過去から現在までの経過時間とに基づいて計測される。
速度データ192は、車速センサ230により計測されたデータであり、時刻に対応付けて「速度」を含んでいる。
加速度データ193は、慣性センサ220を構成する加速度センサ221により計測されたデータであり、時刻に対応付けて三次元加速度を含んでいる。
角速度データ194は、慣性センサ220を構成する角速度センサ222により計測されたデータであり、時刻に対応付けて三次元角速度を含んでいる。つまり、角速度データ194は、「仰角」の角速度と「回転角」の角速度と「方位角」の角速度とを含んでいる。角速度センサ222は「ジャイロ」と呼ばれる。
The
The
The
The
初期値算出部110は、カルマンフィルタ部130を制御して方位角の初期値を算出する(初期値算出処理)。
The initial
例えば、初期値算出部110は、以下のように方位角の初期値を算出する。
初期値算出部110は、角速度データ194に含まれる方位角の角速度に基づいて、車両200の方位角を第一航法方位角として算出する(後述する方位更新部112の処理)。
初期値算出部110は、算出した第一航法方位角と速度データ192に含まれる速度とに基づいて、車両200の座標値を第一航法座標値として算出する(後述する緯度経度更新部114の処理)。
初期値算出部110は、算出した第一航法座標値とGPSデータ191に含まれる座標値とに基づいて、第1のカルマンフィルタ131を用いて、第一航法方位角を補正する補正値を算出する。
初期値算出部110は、算出した補正値を用いて第一航法方位角を補正し、補正後の第一航法方位角を方位角初期値として出力する(後述する出力補正部115の処理)。
For example, the initial
The initial
The initial
The initial
The initial
自己位置姿勢標定部120は、走行時標定部121(標定値算出部の一例)と停車時標定部122(方位角補正部の一例)と停車判定部123(停止判定部の一例)とを備える。
走行時標定部121は、車両200が走行しているときに、カルマンフィルタ部130とストラップダウン演算部140とを制御して車両200の位置と姿勢と方位とを標定(算出)する。
停車時標定部122は、車両200が停車しているときに、カルマンフィルタ部130とストラップダウン演算部140とを制御して車両200の位置と姿勢と方位とを標定する。
The self-position /
The running
When the
例えば、走行時標定部121は、以下のように車両200の位置を標定する。
走行時標定部121は、角速度データ194に含まれる方位角の角速度に基づいて、方位角の変化量を算出する(後述する姿勢方位更新部142の処理)。
走行時標定部121は、算出した方位角の変化量と初期値算出部110から出力された方位角初期値とに基づいて、車両200の方位角を第二航法方位角として算出する(後述する姿勢方位更新部142の処理)。
走行時標定部121は、算出した第二航法方位角と加速度データ193に含まれる加速度とに基づいて、車両200の座標値を第二航法座標値として算出する(後述する速度位置更新部144の処理)。
走行時標定部121は、算出した第二航法座標値とGPSデータ191に含まれる座標値とに基づいて、第2のカルマンフィルタ132を用いて、第二航法座標値を補正する補正値を算出する。
走行時標定部121は、算出した補正値を用いて第二航法座標値を補正し、車両200の位置を標定した位置標定値として補正後の第二航法座標値を出力する(後述する出力補正部125の処理)。
For example, the travel
The travel
The travel
Based on the calculated second navigation azimuth angle and the acceleration included in the
Based on the calculated second navigation coordinate value and the coordinate value included in the
The travel
例えば、走行時標定部121と停車時標定部122とは、以下のように車両200の位置を標定する。
停車時標定部122は、移動していた車両200が移動を停止した場合、第3のカルマンフィルタ133を用いて第二航法方位角を補正する方位角補正値を算出する。
停車時標定部122は、算出した方位角補正値を用いて第二航法方位角を補正して補正後の第二航法方位角を算出する(後述する出力補正部125の処理)。
走行時標定部121は、停止した車両200が移動を再開した場合、補正後の第二航法方位角と新たな方位角の変化量とに基づいて新たな第二航法方位角を算出する(後述する姿勢方位更新部142の処理)。
走行時標定部121は、算出した新たな第二航法方位角に基づいて新たな第二航法座標値を算出する(後述する速度位置更新部144の処理)。
走行時標定部121は、算出した新たな第二航法座標値を補正する位置補正値を第2のカルマンフィルタ132を用いて算出する。
走行時標定部121は、算出した位置補正値を用いて新たな第二航法座標値を補正し、補正後の新たな第二航法座標値を新たな位置標定値として出力する(後述する出力補正部125の処理)。
For example, the travel
When the moving
The stopping
When the stopped
The traveling
The running
The travel
停車判定部123は、車両200が停車したか又は発車したかを判定する。
The
例えば、停車判定部123は、車両200が停車したか又は発車したかを以下のように判定する。
停車判定部123は、車速センサ230により計測された速度が所定の速度閾値未満である場合、車両200が移動を停止したと判定する。
停車判定部123は、車両200が移動を停止したと判定した後、車速センサ230により計測された速度が速度閾値以上である場合、車両200が移動を再開したと判定する。
For example, the
The
After determining that the
カルマンフィルタ部130は、観測方程式や状態方程式を生成し、生成した観測方程式や状態方程式を用いて各種データの補正値を算出する。
カルマンフィルタ部130は、観測方程式が異なる複数のカルマンフィルタ(符号131−133)を備える。
The
The
例えば、第3のカルマンフィルタ133は、前回算出された第二航法方位角と今回算出された第二航法方位角とを一致させる補正値を方位角補正値として算出する。
For example, the
例えば、第3のカルマンフィルタ133は、前回算出された第二航法方位角と今回算出された第二航法方位角との差分を表す観測方程式を生成し、生成した観測方程式を用いて方位角補正値を算出する。
For example, the
図4は、実施の形態1におけるストラップダウン演算部140の機能構成図である。
実施の形態1におけるストラップダウン演算部140の機能構成について、図4に基づいて説明する。
FIG. 4 is a functional configuration diagram of the
The functional configuration of the
ストラップダウン演算部140は、加速度データ193と角速度データ194とに基づいて速度と位置と姿勢と方位とを算出する。
The
ストラップダウン演算部140は、図4に示す構成(符号141−147、148A−C)を備える。
The
角速度座標変換部141は、センサ座標系(車体座標系)の三次元角速度を入力する。
角速度座標変換部141は、姿勢方位更新部142により前回算出された姿勢と方位とに基づいて所定の座標変換式(例えば、方向余弦行列)を用いて三次元角速度をセンサ座標系の値から航法座標系(局所水平座標系)の値に変換する。
「センサ座標系」は車両200を基準とする座標系であり、例えば、長さ方向を「x」、幅方向を「y」、高さ方向を「z」として表される。
「航法座標系」は地面を基準とする座標系であり、例えば、「North(北)」「East(東)」「Down(下)」で表される。
The angular velocity coordinate
The angular velocity coordinate
The “sensor coordinate system” is a coordinate system based on the
The “navigation coordinate system” is a coordinate system based on the ground, and is represented by, for example, “North (north)”, “East (east)”, and “Down (down)”.
第一補正部148Aは、角速度座標変換部141により変換された三次元角速度に航法系回転補正計算部147により算出される補正値を加算して三次元角速度を補正する。
The
姿勢方位更新部142は、第一補正部148Aにより補正された方位角の角速度を1回積分して方位角の変化量を算出し、算出した方位角の変化量を方位角の初期値または前回標定された方位角に加算して新たな方位角を算出する。
同様に、姿勢方位更新部142は、新たな姿勢角を算出する。
ここで、姿勢方位更新部142は、初期値算出部110により算出された方位角を方位角の初期値として用いる。
また、姿勢方位更新部142は、加速度センサ221により停車時に計測された加速度を用いて所定の姿勢角算出式を計算し、姿勢角の初期値を算出する。姿勢角算出式は、計測された加速度と重力加速度と姿勢角との関係を表した式である。
The attitude
Similarly, the posture
Here, the posture /
In addition, the posture
加速度座標変換部143は、センサ座標系の三次元加速度を入力する。
加速度座標変換部143は、姿勢方位更新部142により算出された姿勢角と方位角とに基づいて、所定の座標変換式を用いて、三次元加速度をセンサ座標系の値から航法座標系の値に変換する。
The acceleration coordinate
The acceleration coordinate
第二補正部148Bは、加速度座標変換部143により変換された三次元加速度に重力補正計算部145により算出される補正値を加算して三次元加速度を補正する。
The
第三補正部148Cは、第二補正部148Bにより補正された三次元加速度にコリオリ補正計算部146により算出される補正値を加算して三次元加速度を補正する。
The
速度位置更新部144は、第三補正部148Cにより補正された三次元加速度を1回積分して速度(速度ベクトル)を算出する。
また、速度位置更新部144は、第三補正部148Cにより補正された三次元加速度を2回積分して位置の変化量を算出し、算出した位置の変化量を位置の初期値または前回標定された位置に加算して新たな位置を算出する。
例えば、速度位置更新部144は、GPS受信機210により停車時に計測された位置を位置の初期値として用いる。
The speed
Further, the speed
For example, the speed
重力補正計算部145は、速度位置更新部144により算出された位置を入力値として所定の重力補正計算式を計算し、三次元加速度の補正値を算出する。この補正値は計測された三次元加速度に含まれる重力加速度を取り除くための値である。
The gravity
コリオリ補正計算部146は、速度位置更新部144により算出された速度と姿勢方位更新部142により算出された姿勢とを入力値として所定のコリオリ補正計算式を計算し、三次元加速度の補正値を算出する。この補正値はコリオリ力による計測誤差を三次元加速度から取り除くための値である。
The Coriolis
航法系回転補正計算部147は、速度位置更新部144により算出された速度を入力値として所定の航法系回転補正計算式を計算し、三次元角速度の補正値を算出する。この補正値は地球の自転による計測誤差を三次元角速度から取り除くための値である。
The navigation system rotation
図5は、実施の形態1における自己位置姿勢標定方法を示すフローチャートである。
実施の形態1における自己位置姿勢標定方法について、図5に基づいて説明する。
FIG. 5 is a flowchart showing the self-position / posture determination method according to the first embodiment.
The self-position / posture locating method according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
まず、自己位置姿勢標定方法の概要について説明する。 First, an outline of the self-position / posture locating method will be described.
初期値算出部110は、車両200の出発時に3自由度2次元航法により方位角の初期値を算出する(S110)。
走行時標定部121は、車両200が停車するまで、方位角の初期値または前回の方位角を用いて6自由度3次元航法により位置と姿勢と方位とを標定する(S120)。
停車時標定部122は、車両200が停車している間、拡張ZUPTアルゴリズムに基づいて6自由度3次元航法により位置と姿勢と方位とを標定する(S140)。
The initial
The travel
While the
次に、自己位置姿勢標定方法の詳細について説明する。 Next, the details of the self-position orientation determination method will be described.
S110において、初期値算出部110は、車両200の出発時、つまり、自己位置姿勢標定装置100の起動時に3自由度2次元航法(第一航法)により方位角の初期値を算出する。
「3自由度」は「緯度」と「経度」と「方位」とを意味し、「2次元」は「緯度、経度」または「方位」を意味する。
In S110, the initial
“3 degrees of freedom” means “latitude”, “longitude”, and “azimuth”, and “two-dimensional” means “latitude, longitude” or “azimuth”.
図6は、実施の形態1における3自由度2次元航法のアルゴリズムを示す図である。
実施の形態1における3自由度2次元航法について、図6に基づいて説明する。
FIG. 6 is a diagram showing an algorithm for three-degree-of-freedom two-dimensional navigation in the first embodiment.
The three-degree-of-freedom two-dimensional navigation in
入力補正部111、方位更新部112、座標変換部113、緯度経度更新部114および出力補正部115は、初期値算出部110が備える機能構成である。
The input correction unit 111, the
入力補正部111は、速度データ192に含まれる速度にカルマンフィルタ部130により算出される補正値を加算して速度(速度ベクトル)を補正する。
さらに、入力補正部111は、角速度データ194に含まれる「方位角」の角速度にカルマンフィルタ部130により算出される補正値を加算して方位角の角速度を補正する。
The input correction unit 111 corrects the speed (speed vector) by adding the correction value calculated by the
Further, the input correction unit 111 corrects the angular velocity of the azimuth by adding the correction value calculated by the
方位更新部112は、入力補正部111により補正された方位角の角速度を1回積分して方位角の変化量を算出する。
方位更新部112は、算出した方位角の変化量を方位角の初期値または出力補正部115により前回算出された方位角に加算して新たな方位角を算出する。
ここで、方位更新部112は方位角の初期値として所定の値(例えば、0度)を用いる。ここで用いる方位角の初期値は適当な値で構わない。つまり、方位角の初期値は、正確な方位角を示す適切な値であっても、不正確な方位角を示す不適切な値であっても構わない。
The
The
Here, the
座標変換部113は、方位更新部112により算出された姿勢と方位とに基づいて、所定の座標変換式を用いて、入力補正部111により補正された速度をセンサ座標系の値から航法座標系の値に変換する。
これにより、航法座標系の二次元速度(緯度方向の速度、経度方向の速度)が得られる。
The coordinate
As a result, a two-dimensional velocity (velocity in the latitude direction, velocity in the longitude direction) of the navigation coordinate system is obtained.
緯度経度更新部114は、座標変換部113により得られた二次元速度を1回積分して二次元座標(緯度、経度)の変化量を算出する。
緯度経度更新部114は、算出した二次元座標の変化量を二次元座標の初期値または出力補正部115により前回算出された二次元座標に加算して新たな二次元座標を算出する。
例えば、緯度経度更新部114は、車両200が出発する前、つまり、車両200の停車時にGPS受信機210により測位された二次元座標値を二次元座標の初期値として用いる。
The latitude /
The latitude /
For example, the latitude /
カルマンフィルタ部130は、GPSデータ191に含まれる二次元座標と緯度経度更新部114により算出された二次元座標との差を「座標残差」として算出する。
カルマンフィルタ部130は、GPSデータ191に含まれる二次元速度と座標変換部113により得られた二次元速度とを差を「速度残差」として算出する。
カルマンフィルタ部130は、座標残差と速度残差とを入力値として第1のカルマンフィルタ131を実行し、速度の補正値と角速度の補正値と二次元座標の補正値と方位角の補正値とを算出する。
The
The
The
出力補正部115は、緯度経度更新部114により算出された二次元座標値にカルマンフィルタ部130により算出された補正値を加算して二次元座標値を補正し、補正した二次元座標値を出力する。
さらに、出力補正部115は、方位更新部112により算出された方位角にカルマンフィルタ部130により算出された補正値を加算して方位角を補正し、補正した方位角を出力する。
The
Further, the
図7は、実施の形態1における3自由度2次元航法による方位角の推定結果を示すグラフである。
実施の形態1における3自由度2次元航法による方位角の推定結果について、図7に基づいて説明する。
FIG. 7 is a graph showing the estimation result of the azimuth angle by the three-degree-of-freedom two-dimensional navigation in the first embodiment.
An estimation result of the azimuth angle by the three-degree-of-freedom two-dimensional navigation in the first embodiment will be described with reference to FIG.
図7において、3自由度2次元航法(図6参照)により算出した方位角を実線で示し、正しい方位角を鎖線で示す。 In FIG. 7, the azimuth angle calculated by three-degree-of-freedom two-dimensional navigation (see FIG. 6) is indicated by a solid line, and the correct azimuth angle is indicated by a chain line.
(1)車両200が「−180度」の方位を向いて停車しているときに方位角の初期値「0度」を初期値算出部110の方位更新部112に設定し、車両200の走行を開始した。
(2)車両200を左回りに回転させると、3自由度2次元航法により算出した方位角(実線)は数秒程度で正しい方位角(鎖線)に近い適切な値になった。
(3)車両200を停車させると、角速度センサ222のバイアス(計測誤差)により方位角の値がドリフトを始めた。
(1) The initial value “0 degree” of the azimuth angle is set in the
(2) When the
(3) When the
図7(1)(2)に示すように、3自由度2次元航法は、方位角の初期値が不適切な値であってもすぐに適切な値を求めることができる。
これは、3自由度2次元航法において、加速度センサ221が計測した加速度ではなく、車速センサ230が計測した速度を用いているためである。
これにより、二次元座標を求める積分計算が1回で済み、速度の座標変換に用いる方位角(の初期値)の誤差の影響が比較的少なく、カルマンフィルタを用いて二次元座標と方位角とを適切に補正できる。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the three-degree-of-freedom two-dimensional navigation can immediately obtain an appropriate value even if the initial value of the azimuth is an inappropriate value.
This is because in three-degree-of-freedom two-dimensional navigation, not the acceleration measured by the
As a result, the integration calculation for obtaining the two-dimensional coordinates is only required once, and the influence of the error of the azimuth angle (initial value) used for the coordinate conversion of the speed is relatively small. Can be corrected appropriately.
図5に戻り、S110の説明を続ける。 Returning to FIG. 5, the description of S110 will be continued.
カルマンフィルタ部130は、上記の3自由度2次元航法(図6参照)を所定の初期化時間(例えば、数秒)または所定の航法回数だけ実行し、実行を終了したときに算出した方位角を「方位角初期値」としてストラップダウン演算部140に出力する。
S110の後、S120に進む。
The
It progresses to S120 after S110.
S120において、走行時標定部121は、方位角の初期値または前回標定した方位角を用いて6自由度3次元航法(第二航法)により位置と姿勢と方位とを標定する。
「6自由度」は「緯度」「経度」「高度」「仰角」「回転角」「方位角」を意味し、「3次元」は「緯度、経度、高度」または「仰角、回転角、方位角」を意味する。
In S120, the travel
“6 degrees of freedom” means “latitude” “longitude” “altitude” “elevation angle” “rotation angle” “azimuth angle”, and “three-dimensional” means “latitude, longitude, altitude” or “elevation angle, rotation angle, direction” Means "horn".
図8は、実施の形態1における6自由度3次元航法のアルゴリズムを示す図である。
実施の形態1における6自由度3次元航法のアルゴリズムについて、図8に基づいて説明する。
FIG. 8 is a diagram showing an algorithm for six-degree-of-freedom three-dimensional navigation in the first embodiment.
The 6-degree-of-freedom three-dimensional navigation algorithm in
停車判定部123、入力補正部124、出力補正部125は自己位置姿勢標定部120が備える機能構成である。
The
入力補正部124は、加速度データ193に含まれる三次元加速度にカルマンフィルタ部130により算出される補正値を加算して三次元加速度を補正する。
さらに、入力補正部124は、角速度データ194に含まれる三次元角速度にカルマンフィルタ部130により算出される補正値を加算して三次元角速度を補正する。
The
Further, the
ストラップダウン演算部140は、入力補正部124により補正された三次元加速度と入力補正部124により補正された三次元角速度とを用いて位置と姿勢と方位とを算出する(図4参照)。
ここで、ストラップダウン演算部140の姿勢方位更新部142は、初期値算出部110により算出された方位角を方位角の初期値として用いる。
図7で説明したように、初期値算出部110により算出される方位角は正確な方位角に近い値であり、ストラップダウン演算に用いる方位角の初期値として適切な値である。例えば、初期値算出部110の代わりに方位磁石を用いた場合、ストラップダウン演算で用いる初期値として十分な精度の方位角を得ることができない。
ストラップダウン演算部140は、適切な方位角の初期値を用いることにより精度が高い位置と姿勢と方位とを算出することができる。
The
Here, the posture /
As described with reference to FIG. 7, the azimuth angle calculated by the initial
The
出力補正部125は、ストラップダウン演算部140により算出された位置にカルマンフィルタ部130により算出される補正値を加算して位置を補正し、補正した位置を標定結果の位置として出力する。
また、出力補正部125は、ストラップダウン演算部140により算出された姿勢にカルマンフィルタ部130により算出される補正値を加算して姿勢を補正し、補正した姿勢を標定結果の姿勢角として出力する。
さらに、出力補正部125は、ストラップダウン演算部140により算出された方位にカルマンフィルタ部130により算出される補正値を加算して方位を補正し、補正した方位を標定結果の方位として出力する。
The
The
Further, the
停車判定部123は、車両200が停車しているか否かを判定する。
The
カルマンフィルタ部130は、車両200が停車していない場合、GPSデータ191に含まれる位置とストラップダウン演算部140により算出された位置との差を「位置残差」として算出する。
また、カルマンフィルタ部130は、速度データ192に含まれる速度とストラップダウン演算部140により算出された速度との差を「速度残差」として算出する。
そして、カルマンフィルタ部130は、位置残差と速度残差とを入力値として第2のカルマンフィルタ132を実行し、三次元加速度の補正値と三次元角速度の補正値と位置の補正値と姿勢の補正値と方位の補正値とを算出する。
When the
Further, the
The
カルマンフィルタ部130は、車両200が停車している場合、ストラップダウン演算部140により算出された方位に基づいて方位の変化量を「方位残差」として算出する。
そして、カルマンフィルタ部130は、方位残差を入力値として第3のカルマンフィルタ133を実行し、三次元加速度の補正値と三次元角速度の補正値と位置の補正値と姿勢の補正値と方位の補正値とを算出する。
When the
The
図5に戻り、自己位置姿勢標定方法の説明を続ける。 Returning to FIG. 5, the description of the self-position / posture locating method will be continued.
S120の後、S130に進む。 It progresses to S130 after S120.
S130において、停車判定部123は、速度データ192に含まれる速度を所定の速度閾値と比較し、速度が速度閾値未満である場合、車両200が停車していると判定し、速度が速度閾値以上である場合、車両200が停車していないと判定する。
但し、停車判定部123は、車両200が停車しているか否かをその他のデータに基づいて判定してもよい。例えば、停車判定部123は、GPSデータ191に含まれる速度に基づいて判定を行ってもよい。また、停車判定部123は、GPSデータ191に含まれる前回の位置と今回の位置とに基づいて位置の変化量が所定の位置閾値未満である場合に車両200が停車していると判定してもよい。また、停車判定部123は、加速度データ193(または角速度データ194)に基づいて加速度(または角速度)の変化量が所定の加速度閾値(または角速度閾値)未満である場合に車両200が停車していると判定してもよい。
車両200が停車している場合(YES)、S140に進む。
車両200が停車していない場合(NO)、S120に戻る。
In S130, the
However, the
When the
When the
S140において、停車時標定部122は、前回標定された方位角を用いて6自由度3次元航法(図8参照)により位置と姿勢と方位とを標定する。
但し、停車時標定部122は、6自由度3次元航法に「拡張ZUPTアルゴリズム」を適用する。
In S140, the stopping
However, the stopping
拡張ZUPTアルゴリズムは、ZUPT(Zero velocity UP daTe)という従来技術を拡張した新規技術である。ZUPTとは、停止中の位置の計測値を固定することによりセンサ誤差による位置(計測値)の変化を防ぐ技術である。
拡張ZUPTアルゴリズムは、停止中の方位角の計測値を固定することによりセンサ誤差による方位角(計測値)の変化を防ぐ。
但し、拡張ZUPTアルゴリズムは、停止中の姿勢角の計測値を固定しない。車両200が停車中であっても人の乗り降りや車内での人の移動によって、車両200の姿勢角は変化するからである。もし、姿勢角の計測値を固定してしまうと姿勢角が実際に変化しているにも関わらず、カルマンフィルタが姿勢角の変化量をセンサ誤差として判断してしまい、間違った補正値を出力してしまう。また、姿勢角はレベリングによって正確な値を求めることができる。
The extended ZUPT algorithm is a new technology that extends the conventional technology called ZUPT (Zero Velocity UP daTe). ZUPT is a technique for preventing a change in position (measured value) due to a sensor error by fixing a measured value at a stopped position.
The extended ZUPT algorithm prevents a change in azimuth angle (measurement value) due to a sensor error by fixing the measurement value of the azimuth angle during a stop.
However, the extended ZUPT algorithm does not fix the measured value of the posture angle while stopped. This is because, even when the
図9は、実施の形態1における車両200の停車時の方位角のドリフトを示すグラフである。
車両200の停車時(但し、人の乗り降り及び車内での人の移動は無し)の回転角、仰角、方位角の変化を図9に示す。
図9に示すように、方位角の値は角速度センサ222のバイアス誤差により、時間の経過に伴ってドリフトする。
一方、回転角、仰角の値(姿勢角の値)は、重力加速度と加速度センサ221により計測された加速度との比較によって安定化することができる(レベリング)。
FIG. 9 is a graph showing azimuth drift when the
FIG. 9 shows changes in the rotation angle, the elevation angle, and the azimuth angle when the
As shown in FIG. 9, the azimuth value drifts with time due to the bias error of the
On the other hand, the rotation angle and elevation angle values (posture angle values) can be stabilized by comparing the gravitational acceleration with the acceleration measured by the acceleration sensor 221 (leveling).
図10は、実施の形態1における拡張ZUPTアルゴリズムの概要図である。
実施の形態1における拡張ZUPTアルゴリズムの概要について、図10に基づいて説明する。
FIG. 10 is a schematic diagram of the extended ZUPT algorithm in the first embodiment.
An overview of the extended ZUPT algorithm in the first embodiment will be described with reference to FIG.
拡張ZUPTアルゴリズムでは、車両200の左右に「仮想アンカポイント」を設定し、車両200の長さ方向の2箇所に「仮想センシングポイント」を設定し、仮想アンカポイントと仮想センシングポイントとをワイヤーで結んだ状態を仮定する。
この場合、車両200の姿勢角(x軸またはy軸回りの回転)を変化させることは可能であるが、車両200の方位角(z軸回りの回転)を変化させることはできない。つまり、方位角について車両200が拘束される。
In the extended ZUPT algorithm, “virtual anchor points” are set on the left and right sides of the
In this case, it is possible to change the attitude angle (rotation around the x-axis or y-axis) of the
この状態において、仮想アンカポイントと仮想センシングポイントとの距離の二重差を観測値とする。
観測値を表す観測式(1)−(3)を以下に示す。式(3)に示すように観測値は「0」である。
In this state, the double difference in the distance between the virtual anchor point and the virtual sensing point is taken as the observation value.
Observation formulas (1) to (3) representing observation values are shown below. As shown in Expression (3), the observed value is “0”.
上記式(2)の行列Aを表す式(6)および行列Aの算出式(4)(5)を以下に示す。 Expression (6) representing the matrix A of the above expression (2) and calculation expressions (4) and (5) of the matrix A are shown below.
上記式(4)の右辺の行列は、方位角を車体座標系(xyz)から局所水平座標系(NED)に変換する方向余弦行列である。
また、上記式(4)の右辺の1つ目のベクトルは車両200の右方向の単位行列であり、2つ目のベクトルは車両200の左方向の単位行列である。
The matrix on the right side of the above equation (4) is a direction cosine matrix for converting the azimuth angle from the vehicle body coordinate system (xyz) to the local horizontal coordinate system (NED).
Further, the first vector on the right side of Equation (4) is a unit matrix in the right direction of the
上記式(2)に含まれる行列Aと行列Cとベクトルbとのうち、行列Cはセンサ誤差の影響による方位角の計測値の変化に応じて変化する。
そこで、予測値を以下の観測式(7)で表す。
Of the matrix A, the matrix C, and the vector b included in the above equation (2), the matrix C changes according to the change in the measured value of the azimuth angle due to the influence of the sensor error.
Therefore, the predicted value is expressed by the following observation formula (7).
式(2)に表した観測値と式(7)に表した予測値との差を方位角の観測誤差(方位残差)として以下の式(8)で表す。 The difference between the observed value represented by Expression (2) and the predicted value represented by Expression (7) is represented by the following Expression (8) as an azimuth observation error (azimuth residual).
図5に戻り、S140の説明を続ける。 Returning to FIG. 5, the description of S140 will be continued.
6自由度3次元航法(図8)において、拡張ZUPTアルゴリズムを適用した第3のカルマンフィルタ133が実行される。
第3のカルマンフィルタ133は、上記式(8)を観測方程式として用いてカルマンフィルタ処理により各種の補正値を算出する。
S140の後、S150に進む。
In the six-degree-of-freedom three-dimensional navigation (FIG. 8), the
The
After S140, the process proceeds to S150.
S150において、停車判定部123は、車両200が停車しているか否かをS130と同様に判定する。
車両200が停車している場合(YES)、S140に戻る。
車両200が停車していない場合(NO)、S120に戻る。
In S150, the
If the
When the
図11は、実施の形態1における自己位置姿勢標定装置100のハードウェア資源の一例を示す図である。
図11において、自己位置姿勢標定装置100は、CPU901(Central Processing Unit)を備えている。CPU901は、バス902を介してROM903、RAM904、通信ボード905、磁気ディスク装置920と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of hardware resources of the self-position /
In FIG. 11, the self-position /
通信ボード905は、有線または無線で、LAN(Local Area Network)、インターネット、電話回線などの通信網に接続している。
The
磁気ディスク装置920には、OS921(オペレーティングシステム)、プログラム群922、ファイル群923が記憶されている。
The
プログラム群922には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれる。プログラムは、CPU901により読み出され実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものであり、また「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
The program group 922 includes programs that execute the functions described as “units” in the embodiments. The program is read and executed by the
ファイル群923には、実施の形態において説明する「〜部」で使用される各種データ(入力、出力、判定結果、計算結果、処理結果など)が含まれる。
The
実施の形態において構成図およびフローチャートに含まれている矢印は主としてデータや信号の入出力を示す。 In the embodiment, arrows included in the configuration diagrams and flowcharts mainly indicate input and output of data and signals.
実施の形態において「〜部」として説明するものは「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで実装されても構わない。 In the embodiment, what is described as “to part” may be “to circuit”, “to apparatus”, and “to device”, and “to step”, “to procedure”, and “to processing”. May be. That is, what is described as “to part” may be implemented by any of firmware, software, hardware, or a combination thereof.
実施の形態1において、例えば、以下のような自己位置姿勢標定装置100について説明した。
In the first embodiment, for example, the following self-position /
自己位置姿勢標定装置100は、GPSとIMUと車速パルスとを用いて(1)方位を求めるための初期演算と、(2)停車中に実施する方位に関するカルマンフィルタの観測更新アルゴリズム(拡張ZUPT)とを実行する。
(1)(2)により、低価格で中精度なIMUと設置場所に制約がない1台のGPSとを用いて6自由度3次元航法を行うことが可能となる。
The self-position /
(1) By (2), it is possible to perform six-degree-of-freedom three-dimensional navigation using a low-priced, medium-precision IMU and a single GPS with no restrictions on the installation location.
100 自己位置姿勢標定装置、110 初期値算出部、111 入力補正部、112 方位更新部、113 座標変換部、114 緯度経度更新部、115 出力補正部、120 自己位置姿勢標定部、121 走行時標定部、122 停車時標定部、123 停車判定部、124 入力補正部、125 出力補正部、130 カルマンフィルタ部、131 第1のカルマンフィルタ、132 第2のカルマンフィルタ、133 第3のカルマンフィルタ、140 ストラップダウン演算部、141 角速度座標変換部、142 姿勢方位更新部、143 加速度座標変換部、144 速度位置更新部、145 重力補正計算部、146 コリオリ補正計算部、147 航法系回転補正計算部、148A 第一補正部、148B 第二補正部、148C 第三補正部、190 装置記憶部、191 GPSデータ、192 速度データ、193 加速度データ、194 角速度データ、200 車両、201 天板、210 GPS受信機、211 GPSアンテナ、220 慣性センサ、221 加速度センサ、222 角速度センサ、230 車速センサ、901 CPU、902 バス、903 ROM、904 RAM、905 通信ボード、920 磁気ディスク装置、921 OS、922 プログラム群、923 ファイル群。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて前記移動体の方位角を第一航法方位角として算出し、算出した第一航法方位角に基づいて、前記速度センサにより計測された速さを二次元の速度に変換し、変換後の二次元の速度を積分して二次元座標における変化量を算出し、算出した前記変化量を二次元の位置初期値に加えることにより前記移動体の二次元の座標値を第一航法座標値として算出し、算出した第一航法座標値と前記GPS受信機により測位された座標値に含まれる二次元の座標値とに基づいて第1のカルマンフィルタを用いて前記第一航法方位角を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第一航法方位角を補正し、補正後の第一航法方位角を方位角初期値として出力する初期値算出部と、
前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて方位角の変化量を算出し、算出した方位角の変化量と前記初期値算出部から出力された方位角初期値とに基づいて前記移動体の方位角を第二航法方位角として算出し、算出した第二航法方位角に基づいて、前記加速度センサにより計測された三次元の加速度を航法座標系の三次元の加速度に変換し、変換後の三次元の加速度を積分して三次元座標における変化量を算出し、算出した前記変化量を三次元の位置初期値に加えることにより前記移動体の三次元の座標値を第二航法座標値として算出し、算出した第二航法座標値と前記GPS受信機により測位された三次元の座標値とに基づいて第2のカルマンフィルタを用いて前記第二航法座標値を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第二航法座標値を補正し、前記移動体の位置を標定した位置標定値として補正後の第二航法座標値を出力する標定値算出部とを備えたことを特徴とする位置標定装置。 A mobile body equipped with a GPS receiver that performs positioning using GPS (Global Positioning System), a speed sensor that measures speed, an acceleration sensor that measures acceleration, and an angular speed sensor that measures angular velocity of an azimuth angle In a position locator that locates the position of
Wherein calculating the azimuth angle of the mobile object as the first navigation orientation angle based on the angular velocity of azimuth measured by said angular velocity sensor, based on the first navigation orientation angles calculated speed measured by said speed sensor Is converted into a two-dimensional velocity, and the converted two-dimensional velocity is integrated to calculate a change amount in two-dimensional coordinates, and the calculated change amount is added to a two-dimensional position initial value to A two-dimensional coordinate value is calculated as a first navigation coordinate value, and the first Kalman filter is calculated based on the calculated first navigation coordinate value and the two-dimensional coordinate value included in the coordinate value measured by the GPS receiver. A correction value for correcting the first navigation azimuth is calculated, the first navigation azimuth is corrected using the calculated correction value, and the corrected first navigation azimuth is output as an initial azimuth value. An initial value calculation unit;
The amount of change in azimuth is calculated based on the angular velocity of the azimuth measured by the angular velocity sensor, and the movement is performed based on the calculated amount of change in azimuth and the initial value of azimuth output from the initial value calculator. The azimuth angle of the body is calculated as the second navigation azimuth angle, and based on the calculated second navigation azimuth angle , the three-dimensional acceleration measured by the acceleration sensor is converted into the three-dimensional acceleration of the navigation coordinate system, and converted. after integrating the three-dimensional acceleration to calculate the amount of change in the three-dimensional coordinates, calculated second navigation coordinate the coordinate values of the three-dimensional of the movable body by adding the amount of change in position initial value of the three-dimensional And a correction value for correcting the second navigation coordinate value using the second Kalman filter based on the calculated second navigation coordinate value and the three-dimensional coordinate value measured by the GPS receiver. And calculated A ground value calculation unit that corrects the second navigation coordinate value using a positive value and outputs the corrected second navigation coordinate value as a position position value obtained by locating the position of the moving body. Positioning device to do.
移動していた前記移動体が移動を停止した場合、前回算出された第二航法方位角と今回算出された第二航法方位角とに基づいて第3のカルマンフィルタを用いて今回算出された前記第二航法方位角を補正する方位角補正値を算出し、算出した方位角補正値を用いて今回算出された前記第二航法方位角を補正して補正後の第二航法方位角を算出し、
停止した前記移動体が移動を再開した場合、前記補正後の第二航法方位角と新たな方位角の変化量とに基づいて新たな第二航法方位角を算出し、算出した新たな第二航法方位角に基づいて、前記加速度センサにより計測された新たな三次元の加速度を航法座標系の三次元の加速度に変換し、変換後の三次元の加速度を積分して三次元座標における変化量を算出し、算出した変化量を前回算出した第二航法座標値に加えることにより、新たな第二航法座標値を算出し、算出した新たな第二航法座標値と前記GPS受信機により測位された新たな三次元の座標値とに基づいて新たな第二航法座標値を補正する位置補正値を前記第2のカルマンフィルタを用いて算出し、算出した位置補正値を用いて前記新たな第二航法座標値を補正し、補正後の新たな第二航法座標値を新たな位置標定値として出力する
ことを特徴とする請求項1記載の位置標定装置。 The orientation value calculation unit
When the moving object that has been moving stops moving, the first calculated by using a third Kalman filter based on the previously calculated second navigation azimuth and the second navigation azimuth calculated this time . Calculate the azimuth correction value for correcting the two navigation azimuths, calculate the second navigation azimuth after correction by correcting the second navigation azimuth calculated this time using the calculated azimuth correction value,
When the stopped moving body resumes moving, a new second navigation azimuth is calculated based on the corrected second navigation azimuth and the amount of change in the new azimuth, and the calculated new second azimuth is calculated. Based on the navigation azimuth, the new three-dimensional acceleration measured by the acceleration sensor is converted into the three-dimensional acceleration of the navigation coordinate system, and the converted three-dimensional acceleration is integrated to change the three-dimensional coordinate. And the calculated change amount is added to the previously calculated second navigation coordinate value to calculate a new second navigation coordinate value, which is measured by the calculated second navigation coordinate value and the GPS receiver. A position correction value for correcting a new second navigation coordinate value based on the new three-dimensional coordinate value is calculated using the second Kalman filter, and the new second value is calculated using the calculated position correction value. The navigation coordinate value is corrected, and the corrected new value Position locating system according to claim 1, wherein the outputting a second navigation coordinate value as a new position location value.
前記速度センサにより計測された速度が所定の速度閾値未満である場合、前記移動体が移動を停止したと判定し、
前記移動体が移動を停止したと判定した後、前記速度センサにより計測された速度が前記速度閾値以上である場合、前記移動体が移動を再開したと判定する
ことを特徴とする請求項2記載の位置標定装置。 The orientation value calculation unit
When the speed measured by the speed sensor is less than a predetermined speed threshold, it is determined that the moving body has stopped moving,
3. The method according to claim 2, wherein after determining that the moving body has stopped moving, if the speed measured by the speed sensor is equal to or greater than the speed threshold value, it is determined that the moving body has resumed moving. Position locator.
ことを特徴とする請求項2または請求項3記載の位置標定装置。 The third Kalman filter calculates, as the azimuth angle correction value, a correction value that matches the previously calculated second navigation azimuth angle with the second navigation azimuth angle calculated this time. The position locating device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項2から請求項4いずれかに記載の位置標定装置。 The third Kalman filter generates an observation equation representing a difference between the previously calculated second navigation azimuth and the currently calculated second navigation azimuth, and uses the generated observation equation to calculate the azimuth correction value. The position locating device according to any one of claims 2 to 4, wherein the position locating device is calculated.
初期値算出部は、前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて前記移動体の方位角を第一航法方位角として算出し、算出した第一航法方位角に基づいて、前記速度センサにより計測された速さを二次元の速度に変換し、変換後の二次元の速度を積分して二次元座標における変化量を算出し、算出した前記変化量を二次元の位置初期値に加えることにより前記移動体の二次元の座標値を第一航法座標値として算出し、算出した第一航法座標値と前記GPS受信機により測位された座標値に含まれる二次元の座標値とに基づいて第1のカルマンフィルタを用いて前記第一航法方位角を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第一航法方位角を補正し、補正後の第一航法方位角を方位角初期値として出力し、標定値算出部は、前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて方位角の変化量を算出し、算出した方位角の変化量と前記初期値算出部から出力された方位角初期値とに基づいて前記移動体の方位角を第二航法方位角として算出し、算出した第二航法方位角に基づいて、前記加速度センサにより計測された三次元の加速度を航法座標系の三次元の加速度に変換し、変換後の三次元の加速度を積分して三次元座標における変化量を算出し、算出した前記変化量を三次元の位置初期値に加えることにより前記移動体の三次元の座標値を第二航法座標値として算出し、算出した第二航法座標値と前記GPS受信機により測位された三次元の座標値とに基づいて第2のカルマンフィルタを用いて前記第二航法座標値を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第二航法座標値を補正し、前記移動体の位置を標定した位置標定値として補正後の第二航法座標値を出力する
ことを特徴とする位置標定装置の位置標定方法。 A mobile body equipped with a GPS receiver that performs positioning using GPS (Global Positioning System), a speed sensor that measures speed, an acceleration sensor that measures acceleration, and an angular speed sensor that measures angular velocity of an azimuth angle In the position locating method of the position locating device for locating the position of
The initial value calculation unit calculates the azimuth angle of the moving body as a first navigation azimuth angle based on the angular velocity of the azimuth angle measured by the angular velocity sensor, and based on the calculated first navigation azimuth angle , the speed sensor Convert the speed measured in step 2 into a two-dimensional speed, integrate the converted two-dimensional speed to calculate the amount of change in two-dimensional coordinates, and add the calculated amount of change to the two-dimensional initial position value Thus, the two-dimensional coordinate value of the moving body is calculated as the first navigation coordinate value, and based on the calculated first navigation coordinate value and the two-dimensional coordinate value included in the coordinate value measured by the GPS receiver. Then, a correction value for correcting the first navigation azimuth is calculated using the first Kalman filter, the first navigation azimuth is corrected using the calculated correction value, and the corrected first navigation azimuth is determined as the azimuth. Output as angle initial value, orientation value The output unit calculates an azimuth angle change amount based on the angular velocity of the azimuth angle measured by the angular velocity sensor, and calculates the calculated azimuth angle change amount and the azimuth angle initial value output from the initial value calculation unit. Based on the calculated second navigation azimuth , the three-dimensional acceleration measured by the acceleration sensor is converted into the three-dimensional acceleration of the navigation coordinate system based on the calculated second navigation azimuth. Converting, integrating the converted three-dimensional acceleration to calculate the amount of change in three-dimensional coordinates, and adding the calculated amount of change to the initial three-dimensional position value to obtain the three-dimensional coordinate value of the moving object. Calculate as the second navigation coordinate value, and correct the second navigation coordinate value using the second Kalman filter based on the calculated second navigation coordinate value and the three-dimensional coordinate value measured by the GPS receiver. Calculate the correction value The position of the position locating device, wherein the second navigation coordinate value is corrected using the calculated correction value, and the corrected second navigation coordinate value is output as a position locating value obtained by locating the position of the moving body. Orientation method.
前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて前記移動体の方位角を第一航法方位角として算出し、算出した第一航法方位角に基づいて、前記速度センサにより計測された速さを二次元の速度に変換し、変換後の二次元の速度を積分して二次元座標における変化量を算出し、算出した前記変化量を二次元の位置初期値に加えることにより前記移動体の二次元の座標値を第一航法座標値として算出し、算出した第一航法座標値と前記GPS受信機により測位された座標値に含まれる二次元の座表示とに基づいて第1のカルマンフィルタを用いて前記第一航法方位角を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第一航法方位角を補正し、補正後の第一航法方位角を方位角初期値として出力する初期値算出部と、
前記角速度センサにより計測された方位角の角速度に基づいて方位角の変化量を算出し、算出した方位角の変化量と前記初期値算出部から出力された方位角初期値とに基づいて前記移動体の方位角を第二航法方位角として算出し、算出した第二航法方位角に基づいて、前記加速度センサにより計測された三次元の加速度を航法座標系の三次元の加速度に変換し、変換後の三次元の加速度を積分して三次元座標における変化量を算出し、算出した前記変化量を三次元の位置初期値に加えることにより前記移動体の三次元の座標値を第二航法座標値として算出し、算出した第二航法座標値と前記GPS受信機により測位された三次元の座標値とに基づいて第2のカルマンフィルタを用いて前記第二航法座標値を補正する補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第二航法座標値を補正し、前記移動体の位置を標定した位置標定値として補正後の第二航法座標値を出力する標定値算出部として
コンピュータを機能させることを特徴とする位置標定プログラム。 A mobile body equipped with a GPS receiver that performs positioning using GPS (Global Positioning System), a speed sensor that measures speed, an acceleration sensor that measures acceleration, and an angular speed sensor that measures angular velocity of an azimuth angle In the location program that locates the position of
Wherein calculating the azimuth angle of the mobile object as the first navigation orientation angle based on the angular velocity of azimuth measured by said angular velocity sensor, based on the first navigation orientation angles calculated speed measured by said speed sensor Is converted into a two-dimensional velocity, and the converted two-dimensional velocity is integrated to calculate a change amount in two-dimensional coordinates, and the calculated change amount is added to a two-dimensional position initial value to A two-dimensional coordinate value is calculated as a first navigation coordinate value, and a first Kalman filter is calculated based on the calculated first navigation coordinate value and a two-dimensional seat display included in the coordinate value measured by the GPS receiver. A correction value for correcting the first navigation azimuth is calculated, the first navigation azimuth is corrected using the calculated correction value, and the corrected first navigation azimuth is output as an initial azimuth value. An initial value calculation unit;
The amount of change in azimuth is calculated based on the angular velocity of the azimuth measured by the angular velocity sensor, and the movement is performed based on the calculated amount of change in azimuth and the initial value of azimuth output from the initial value calculator. The azimuth angle of the body is calculated as the second navigation azimuth angle, and based on the calculated second navigation azimuth angle , the three-dimensional acceleration measured by the acceleration sensor is converted into the three-dimensional acceleration of the navigation coordinate system, and converted. after integrating the three-dimensional acceleration to calculate the amount of change in the three-dimensional coordinates, calculated second navigation coordinate the coordinate values of the three-dimensional of the movable body by adding the amount of change in position initial value of the three-dimensional And a correction value for correcting the second navigation coordinate value using the second Kalman filter based on the calculated second navigation coordinate value and the three-dimensional coordinate value measured by the GPS receiver. And calculated The second navigation coordinate value is corrected using a positive value, and the computer is caused to function as an orientation value calculation unit that outputs the corrected second navigation coordinate value as a position orientation value obtained by locating the position of the moving body. Position location program.
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