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JP4046584B2 - 車載用ナビゲーション装置およびgpsレシーバ - Google Patents
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JP4046584B2 - 車載用ナビゲーション装置およびgpsレシーバ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GPS測位結果と自立航法による測位データを利用して車両位置決定を行うカーナビゲーション装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、GPS衛星からの情報を使用して位置を求めるGPSレシーバ、つまりGPS航法と、車両に設置された各センサからの情報を使用して位置を求める自立航法の両方を採用し、いわゆるハイブリッド航法により車両位置決定を行うカーナビゲーション装置が広く利用されている。
【0003】
ここで、GPSレシーバは、地球の周囲を周回しているGPS衛星から信号を受信して、その到来時間と電波の伝搬速度より衛星からの距離を求め、複数の衛星からの距離の交点としてGPSレシーバの位置を算出する。したがって、GPSレシーバ単独でGPS航法を成立させることができる。また、一般に、GPSレシーバでは、位置の算出と同時に、算出した位置に対する推定誤差量を算出している。GPS測位の性質上、トンネルの中などの衛星の電波を受信できない場所では、測位を行うことはできない。
【0004】
一方、自立航法では、一般的に、車速パルスによって車両の速さ、そして、ジャイロセンサから車両の進行方向を求め、これらにより得られる速度(速さ及び方向)と、前回求めた位置とにより現在位置を算出する。詳細には、ある時点で、各センサから得られる車両の速さVodoと車両の進行方向∠VGYROにより車両速度V(t)を決定し、このV(t)と単位時間の積として単位時間あたりの車両の移動(変位)量を求める。この移動量を単位時間前の位置PES(t−1)に加えて現在位置PES(t)とする。つまり、自立航法では単位時間前の位置を持っていることが前提になっている。なお、自立航法では、前回の位置に変位量を加えるという動作が繰り返されるため、徐々に誤差が蓄積される場合がある。
【0005】
ハイブリッド航法を採用するカーナビゲーション装置における位置決定の概略の流れを、図3のフローチャートに示す。まず、GPSレシーバによるGPS測位結果(位置PGPS、推定誤差量PERR)と、自立航法による位置PESが得られると(S31、S32)、自立航法による位置PESと、GPS測位位置に対する推定誤差量PERRとの比較を行う(S33)。そして、自立航法による位置PESが、GPS測位位置とその推定誤差量PERRにより定められる範囲内に存在する場合には(S33:YES)、両航法の位置はほぼ同じ位置を示していることになるが、この場合には、より車両の細かい動きを反映していると考えることのできる自立航法による位置PESを採用する(S34)。それに対して、自立航法による位置PESが、GPS測位位置とその推定誤差量PERRにより定められる範囲内にない場合には(S33:NO)、自立航法による位置PESに蓄積された誤差量が大きくなっている場合でありGPS測位位置の方が正確であるとみなして、GPS測位位置を採用する(S35)。
【0006】
さらに、このようにして決定された位置に対してマップマッチングによる処理を適用し、最終的な車両位置を決定する(S36)。このように決定された車両位置がモニタ上に出力される(S37)。以上のような一連の処理を所定の時間間隔で繰り返し実行する。
【0007】
次に、GPSレシーバで算出する推定誤差量について説明する。推定誤差量は、一般的に、2種類の見積もり誤差成分を持っている。一つは、測位時に利用されるGPS衛星の瞬時の幾何学的配置に基づく成分である。GPS衛星の幾何学的配置に基づく誤差は、単位時間間隔で行う測位演算の各回毎に算出されるもので、例えば測位に利用した衛星が、天空上の一方向に集まっていると大きくな値として算出され、衛星が天空上で適度に散らばっていると低い値として算出される。
【0008】
一方、GPSレシーバは、単位時間間隔で得られる測位位置をそのまま出力するのではなく、現在の測位位置と過去の測位位置との間でのフィルタリング処理を行っている。このフィルタリング処理は、カルマンフィルタとして知られている。すなわち、推定誤差量についてのもう一つの誤差成分は、フィルタリング処理に基づく成分である。
【0009】
このフィルタリング処理によって、単位時間毎に行われる測位で不意におかしな値が算出されても、GPSレシーバから出力される測位位置が大きく変化することはない。しかしその反面、一旦、測位位置が大きく変化し、いわゆる位置飛びを起こしてしまうと、GPSレシーバの出力結果としての位置が正しい位置に戻るまでに時間がかかることになる。推定誤差量のうちフィルタリング処理に基づく誤差成分は、フィルタリング処理に伴う、測位位置の上記のような性質を反映するように決定される。すなわち、推定誤差量のうちフィルタリング処理に基づく誤差成分は、非測位の状態が長く続いた場合、2D測位(2次元測位)の状態が継続した場合には、大きな値として決定され、3D測位(3次元測位)が継続した場合には小さな値として決定される。
【0010】
このように、GPSレシーバから出力される推定誤差量PERRは、フィルタリング処理に基づく誤差成分を含むことによって信頼性の高いものになっている。したがって、カーナビゲーション装置では、この推定誤差量PERRを用いることにより、車両位置決定の精度を向上させることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
このように、GPSレシーバによって算出される推定誤差量は、2つの誤差成分を持つことによって信頼性の高いものになってきていると言えるものの、2つの誤差成分が逆方向に働いたときには、GPSレシーバからの出力である測位位置PGPSが実際には比較的大きな誤差を含んでいるにもかかわらず、推定誤差量PERRが小さな値になる可能性がある。この場合、カーナビゲーション装置が従来のように車両位置の決定(図3)を行っていると、自立航法による位置の方が正確であるにもかかわらず、実際には比較的大きな誤差を含むGPS測位位置を採用してしまい。結果として、カーナビゲーション装置のモニタ画面上で車両の現在位置が誤った位置に突然ずれる、いわゆる位置飛びを起こしてしまう場合がある。
【0012】
このような状況は、例えば、非測位の状態が長く続いた後で三次元測位が再開される場合に生じる。具体的には、車両がトンネル等の電波が受信できない場所を通り、その後に車両がトンネルを抜けたときの測位条件(衛星配置)が良い場合である。非測位が続いた後では、GPS測位位置PGPSに対してフィルタリング処理が効いていないので、GPSレシーバからのGPS測位位置PGPSに含まれる誤差量は実際には大きな値となっている。このとき、推定誤差量PERRがこの状況を反映して大きな値になっていれば、カーナビゲーション装置では車両位置として、自立航法による位置PESが採用されるので、位置飛びを起こすような問題が生じることはない。
【0013】
しかしながら、衛星配置が良好であるため、結果として推定誤差量PERRが小さな値となる。この場合、自立航法による位置が、GPS測位位置と推定誤差量PERRで定められる範囲の外に出てしまい、車両の位置として、実際には大きな誤差を含んでいるGPS測位位置PGPSが採用されるという事態を生じることになる。この場合、位置飛びが生じ、したがって、車両位置決定の精度が劣化する。
【0014】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされた。すなわち、本発明は、GPS測位位置に対する推定誤差量の精度を高め、それにより車両位置決定の精度を向上させることのできるカーナビゲーション装置、およびGPSレシーバを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、カーナビゲーション装置に、GPS測位演算による推定誤差量を変更する為の次のような機能を持つ推定誤差量変更手段を付加する。すなわち、推定誤差量変更手段には、車両がGPS非測位状態になる場所に進入したと判定されると、非測位状態となる場所から車両が抜け出す位置である測位開始位置を地図データに基づいて取得するとともに、非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定された際に、測位開始位置と、前記場所から抜け出した後のGPS測位位置と、当該GPS測位位置に対する推定誤差量とに基づいて、所定の条件が成立する場合には、当該GPS測位位置に対する推定誤差量を変更する機能を持たせる。GPS非測位状態が継続した後の測位開始時には、測位位置が実際には比較的大きな誤差を含んでいるにもかかわらず、推定誤差量は小さくなっている場合がある。しかし、地図データにより正確な測位開始位置を取得しておけば、測位開始時のGPS測位位置の精度を判断できるので、GPS測位位置が含む誤差量を精度良く反映した推定誤差量に変更することができる。すなわち、推定誤差量の精度を高めることができる。
【0016】
推定誤差量変更手段は、測位開始位置をP、前記場所から抜け出した後のGPS測位位置をPGPS、当該GPS測位位置に対する推定誤差量をPERRとした場合に、
|P−PGPS|>|PERR|であれば、推定誤差量を|P−PGPS|に変更し、
|P−PGPS|≦|PERR|であれば、推定誤差量を|PERR|とする、構成であっても良い(請求項2)。
【0017】
また、推定誤差量変更手段は、非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定された後、GPS測位位置が得られるようになるまでの間に時間経過がある場合には、測位開始位置を、自立航法によって得られる、前記時間経過に伴う車両の変位量に基づいて更新する様に構成されていても良い(請求項3)。
【0018】
また、推定誤差量変更手段による、非測位状態となる場所から車両が抜け出したことの判定では、少なくとも1つのGPS衛星からの電波が受信されたことをもって、非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定されるものであっても良い(請求項4)。
【0019】
GPS非測位状態になる場所がトンネルである場合には、推定誤差量変更手段は、地図データに基づいて車両がトンネルに進入したことを判定することができる(請求項5)。
【0020】
上記目的を達成する為に、ナビゲーション用のホストシステムと接続して使用されるGPSレシーバに、次のような、推定誤差量の変更を行う機能を持つ推定誤差量変更手段を付加する。すなわち、推定誤差量変更手段には、車両がGPS非測位状態になる場所に進入したと判定されると、非測位状態となる場所から車両が抜け出す位置である測位開始位置を、地図データを備えるホストシステムとの連携により取得するとともに、非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定された際に、測位開始位置と、前記場所から抜け出した後のGPS測位位置と、当該GPS測位位置に対する推定誤差量とに基づいて、所定の条件が成立する場合には、当該GPS測位位置に対する推定誤差量を変更する機能を持たせる。このようなGPSレシーバを使用することによって、ホストシステムは車両の位置決定の精度を向上させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態としてのナビゲーション装置10の全体的な構成を表すブロック図である。図2は、ナビゲーション装置10内のGPSレシーバ1の一つの機能として実行される、推定誤差量の変更の処理を表すフローチャートである。
【0022】
まず、図1を参照してナビゲーション装置10の構成に関して説明する。図1において、GPSレシーバ1は、GPSアンテナ9から受信されるGPS信号に基づいて測位演算を行うと共に、カルマンフィルタを用いてフィルタリング処理を行う演算部を有している。GPSレシーバ1は、所定の時間間隔で測位演算を行い、測位位置および推定誤差量を測位結果として所定の時間間隔でCPUとしての機能を持つNAVI_CPU5に対して出力する。GPSレシーバ1から出力される測位位置をPGPSと表す。ここで、GPSレシーバ1は、従来より知られているように、推定誤差量を、GPS衛星の瞬時の幾何学的配置に基づく誤差成分と、フィルタリング処理に基づく誤差成分の2つの成分から求める。この推定誤差量をPERRと表す。なお、GPSレシーバ1は、GPS測位結果に対する推定誤差量としてPERRをそのまま出力するのではなく、以下で説明する、図2の処理によって決定した、精度の高い推定誤差量をNAVI_CPU5に対して提供する。
【0023】
ジャイロセンサ2は、自車の旋回方向の角速度に応じた直流電圧を出力する。ジャイロセンサ2の出力信号は、AD変換部器3で、アナログからデジタルに変換されてNAVI_CPU5に対して出力される。車速パルス信号4は、車速に応じた周波数のパルスであり、論理回路12でパルス数をカウントされたカウント値としてNAVI_CPU5に対して出力される。ジャイロセンサ2の出力信号および車速パルス4は、NAVI_CPU5が自立航法による位置算出を行う為に使用される。各センサから得られる車両の速さをVodo、進行方向を∠VGYRO、車両速度をV(t)、そして自立航法による現在位置をPES(t)と表す。
【0024】
NAVI_CPU5は、車両位置決定、マップマッチング等の処理を実行すると共に、カーナビゲーション装置として必要な全ての機能を司るCPUである。なお、マップマッチングは、NAVI_CPU5がDVD駆動機構8を介して地図データを記録した媒体(不図示)から地図データを読み込むことにより実行される。メモリ7は、NAVI_CPU5が、処理を実行する上で必要なプログラム、データなどが格納される。地図データや車両の現在位置は、NAVI_CPU5の制御の下で、グラフィック制御回路11を介してモニタ13上に表示される。
【0025】
NAVI_CPU5は、図3に従来技術として示した処理と同様の処理により車両位置の決定を行うが、このとき、自立航法による位置と比較するための、GPS測位位置に対する推定誤差量としては、図2に示す算出処理によって求めらた精度の高い推定誤差量を利用することができる。
【0026】
図2の誤差推定値の決定処理について説明する。なお、図2の処理は、GPSレシーバ1内の演算部による制御の下で、NAVI_CPU5側から所定の情報を取得しつつ、NVI_CPU5による車両位置決定の処理とは並列的に実行される。また、図2の処理は、ナビゲーション装置10が通常に動作していて、GPSレシーバ1が非測位になったと判定された際に処理が開始されるものとする。まず、非測位の状態になったことが判定されると、地図データから、現在、車両がトンネル(またはトンネルに準じるもの)内にいるか否かの判定を行う(S1)。その結果、トンネル内ではない場合には(S1:NO)、本処理から抜け出す。
【0027】
一方、車両がトンネル内に進入した場合には、地図データに基づいてトンネルの出口位置Pを取得する(S2)。そして、トンネルを抜けるとGPS衛星の信号を受信することが可能になるので、車両がトンネルを抜けるタイミングを得る為に、ステップS3では、衛星信号を1つでも受信できるまで判定を繰り返す。その結果、衛星信号が1つでも受信できたら(S3:YES)、続いてステップS4において、GPS測位ができたか否かの判定を行う。GPS測位ができていない場合には(S4:NO)、トンネルの出口位置Pに、トンネルを抜けたと判定された際の時間からの、自立航法による変位量を加えて、これによって得られた位置を新たにPとする。ステップS5の処置は、GPS測位が開始されるまで繰り返し実行する。つまり、位置Pがトンネルの出口を起点とした自立航法の解となるようにする。
【0028】
なお、ここでPの算出をする際に、上記のようにトンネルを抜けたと判定されてからの経過時間によって更新を行って良いが、トンネルを抜けてからGPSレシーバが衛星信号を受信するまでの時間として、統計的なデータや経験値が利用できる場合には、そのような時間を経過時間に加えるようにしても良い。さらには、トンネルを抜けた後の車両の軌跡と地図データとのパターンマッチングにより、自立航法に用いる起点を確定させるようにしても良い。
【0029】
一方、GPS測位が開始されたと判定されると(S4:YES)、次にステップS6では、位置PとGPS測位位置PGPSの差をとり、この差とGPSレシーバ1により得られる推定誤差量PERRとの比較を行う。つまり、
|P−PGPS|>|PERR
を判定する。
その結果、スッテプS6で判定が、YESであれば、|P−PGPS|をGPS測位位置に対する推定誤差量としてNAVI_CPU5に対して出力し(S7)、ステップS6での判定がNOであれば、GPS測位位置に対する推定誤差量としてPERRを出力する(S8)。つまり、|P−PGPS|と|PERR|の大きい方の値を、GPS測位位置に対する推定誤差量として出力する。Pは地図データに基づく正確な出口位置であり、したがって、|P−PGPS|は、測位再開後のGPS測位位置が実際に含む誤差を精度良く反映しているからである。
【0030】
このように、推定誤差量を決定することによって、車両がトンネル等の衛星信号を受信できない場所を通り、GPS非測位の状態が続いた後、車両がトンネルを抜け出た際に、GPS測位位置が実際に含んでいる誤差量が大きくなっている状況において、この状態を推定誤差量に反映させて、推定誤差量を大きめの値に維持することができる。したがって、非測位後の測位開始という状況下において、車両位置決定の処理で、自立航法による位置よりも大きな誤差を含んでいるGPS測位位置を採用してしまい、その結果位置飛びを起こしてしまう事態を回避することができる。
【0031】
なお、以上説明した本発明の実施形態は、GPSレシーバ1側で新たな推定誤差量の決定を行い、決定された新たな推定誤差量をNAVI_CPU5側に提供する構成であるが、図2相当の処理を、NAVI_CPU5側で行う構成を実現することも可能である。また、図2のステップS2において、地図データからトンネルの出口位置を取得する際に、この出口位置に基づいてトンネルを出ると予測される時刻や進行方向などを求めると、これらの情報をGPSレシーバ1で利用することによって、GPS測位が再開するまでの時間、つまり、GPS衛星の捕捉時間を短縮することが可能である。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、非測位の状態が継続し、その後GPS測位が再開される状況において、GPS測位位置に対する高い精度の推定誤差量を得ることができる。その結果、位置飛び等が起きる事態を回避し、カーナビゲーション装置としての車両位置決定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるナビゲーション装置の構成を表すブロック図である。
【図2】図1のナビゲーション装置において実行される、推定誤差量の決定処理を表すフローチャートである。
【図3】従来のナビゲーション装置における、車両位置決定の流れを表すフローチャートである。
【符号の説明】
1 GPSレシーバ
2 ジャイロセンサ
4 車速パルス
5 NAVI_CPU
10 ナビゲーション装置

Claims (6)

  1. GPS測位演算を行い、測位位置と共に、前記測位位置に対する推定誤差量として、測位時のGPS衛星の幾何学的配置の基づく誤差成分とフィルタリング処理に基づく誤差成分とからなる推定誤差量を出力するGPS測位手段と、
    センサからの出力に基づいて自立航法による位置を算出する自立航法手段と、
    地図データと、
    車両がGPS非測位状態になる場所に進入したと判定されると、前記非測位状態となる場所から車両が抜け出す位置である測位開始位置を前記地図データに基づいて取得するとともに、前記非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定された際に、前記測位開始位置と、前記場所から抜け出した後のGPS測位位置と、当該GPS測位位置に対する推定誤差量とに基づいて、所定の条件が成立する場合には、当該GPS測位位置に対する推定誤差量を変更する推定誤差量変更手段と、
    前記GPS測位位置、前記推定誤差量変更手段から取得される推定誤差量、および前記自立航法手段による位置に基づいて車両の位置決定を行う車両位置決定手段と、
    を備えることを特徴とする車載用ナビゲーション装置。
  2. 前記推定誤差量変更手段は、
    前記測位開始位置をP、前記場所から抜け出した後のGPS測位位置をPGPS、当該GPS測位位置に対する推定誤差量をPERRとした場合に、
    |P−PGPS|>|PERR|であれば、推定誤差量を|P−PGPS|に変更し、
    |P−PGPS|≦|PERR|であれば、推定誤差量を|PERR|とする、
    請求項1に記載の車両用ナビゲーション装置。
  3. 前記推定誤差量変更手段は、
    前記非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定された後、GPS測位位置が得られるようになるまでの間に時間経過がある場合には、前記測位開始位置を前記自立航法によって得られる前記時間経過に伴う車両の変位量に基づいて更新すること、
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載の車載用ナビゲーション装置。
  4. 前記推定誤差量変更手段による、前記非測位状態となる場所から車両が抜け出したことの判定では、少なくとも1つのGPS衛星からの電波が受信されたことをもって前記非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定される、請求項1から請求項3のいずれかに記載の車載用ナビゲーション装置。
  5. 前記GPS非測位状態になる場所はトンネルであり、前記推定誤差量変更手段は、前記地図データに基づいて車両がトンネルに進入したことを判定すること、を特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の車載用ナビゲーション装置。
  6. ナビゲーション用のホストシステムと接続して使用されるGPSレシーバであって、
    測位位置と共に、前記測位位置に対する推定誤差量として、測位時のGPS衛星の幾何学的配置の基づく誤差成分とフィルタリング処理に基づく誤差成分とからなる推定誤差量を出力する測位演算手段と、
    車両がGPS非測位状態になる場所に進入したと判定されると、前記非測位状態となる場所から車両が抜け出す位置である測位開始位置を、地図データを備える前記ホストシステムとの連携により取得するとともに、前記非測位状態となる場所から車両が抜け出したと判定された際に、前記測位開始位置と、前記場所から抜け出した後のGPS測位位置と、当該GPS測位位置に対する推定誤差量とに基づいて、所定の条件が成立する場合には、当該GPS測位位置に対する推定誤差量を変更する推定誤差量変更手段と、
    を備えることを特徴とするGPSレシーバ。
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