JP4819802B2

JP4819802B2 - 複数のナビゲーションコンポーネントの整合システム及び方法

Info

Publication number: JP4819802B2
Application number: JP2007513257A
Authority: JP
Inventors: タザルテス，ダニエル・エイ; フォルク，チャールズ・エイチ; ハドル，ジェイムズ・アール; リップマン，ジェローム・エス
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-05-09
Also published as: US8224574B2; WO2005114106A1; EP1745261B1; EP1745261A1; JP2007537447A; US20050256637A1; CA2565143A1; CA2565143C

Description

移動体（輸送手段）のセンシングシステムは、移動体の移動中にセンサからの正確な測定値を提供するために、センサのナビゲーションパラメータ、たとえば速度、位置、及び方位の知識を必要とする。移動体は、基準ナビゲーション座標系を基準とした移動体の速度、位置、及び方位を提供するための高性能基準ナビゲーションシステム、たとえばマスタナビゲーションシステムを備える。このマスタナビゲーションシステムは、移動体に搭載されるが、通常はセンシングシステムから物理的に分離されている。移動体が移動中である時、移動体は曲がる。移動体の曲がり（湾曲）によって、マスタナビゲーションシステムが表す位置と、センサが経験する位置との間に瞬間的な不一致が引き起こされる。マスタナビゲーションシステムが表す位置と、センサが経験する位置との間の相違は、「レバーアーム誤差（lever arm error）」である。マスタナビゲーションシステムとセンシングシステムとの間のレバーアームは、定格的には既知である。１つの欠点として、移動体の曲がりにより、マスタナビゲーションシステムの出力が定格レバーアームに基づいて補正されるセンシングシステムの速度、位置、及び方位に誤差が導入される。

たとえば、合成開口レーダでは、レーダが移動している間、或る期間にわたるマルチセンサからの信号を結合することによって画像が形成される。マスタナビゲーションシステムとマルチセンサとの間のレバーアームは、定格的には既知である。移動体が曲がる場合、移動体の移動中の変化によって、画像が劣化する。マスタナビゲーションシステムからのデータは、マルチセンサからの信号を補償して画像を形成するのに利用される。マスタナビゲーションシステムは、定格レバーアームを使用して、マルチセンサからの信号を補償する。マスタナビゲーションシステムは、センシングシステムから分離されているので、移動体が移動している間、マスタナビゲーションシステムによって表される位置は、センサが経験する位置とは異なる。この相違が、レバーアーム誤差である。

レバーアーム誤差を低減するための１つの従来技術のソリューションは、センシングシステムのロケーションで高性能ナビゲーションシステム、たとえばスレーブナビゲーションシステムを使用して、センシングシステムの速度、位置、及び方位を提供することである。別の欠点として、さらなる高性能ナビゲーションシステムを移動体に追加することは多大な費用を要する。レバーアーム誤差を低減するための別の従来技術のソリューションは、より小さく、軽量で、より性能の低いナビゲーションシステム、たとえばスレーブナビゲーションシステムをセンシングシステムのロケーションで使用することである。センシングシステムのロケーションにおけるスレーブナビゲーションシステムは、センシングシステムのロケーションにおけるスレーブナビゲーションシステムによって定義された座標系を基準としたセンシングシステムの速度、位置、及び方位を求める。さらに別の欠点として、センシングシステムのロケーションにおけるスレーブナビゲーションシステムによって定義された座標系は、移動体のマスタナビゲーションシステムによって定義された基準座標系と異なる。複数のセンシングシステム及び複数のナビゲーションシステムが移動体で使用される場合、それらナビゲーションシステムは、複数の基準座標系を使用する。同じ座標系でセンシングシステムからデータを得ることが望ましい。

したがって、移動体における複数のセンサのナビゲーションパラメータを１つの座標系を基準として求めることが必要とされている。

本発明の例示的実施態様の特徴は、明細書本文、特許請求の範囲、及び添付図面から明らかになるであろう。
発明の詳細な説明
図１を参照すると、一例としての装置１００は、１つ又は２つ以上の移動体１０５、１つ又は２つ以上のマスタナビゲーションコンポーネント１１０、１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０、１つ又は２つ以上のセンサ１３５、１４０、１４５、及び１５０、並びに１つ又は２つ以上の外部位置決めコンポーネント１５５及び１６０を備える。移動体１０５の一例には、自動車、戦車、飛行機、飛行船、又は宇宙船が含まれる。マスタナビゲーションコンポーネント１１０には、移動体１０５の速度、位置、及び姿勢を提供する高性能ナビゲーションシステムが含まれる。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、加速度計及びジャイロスコープを使用して、移動体１０５の速度、位置、及び姿勢を求める。たとえば、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、慣性航法システム（「ＩＮＳ」（Inertial Navigation System））を備える。

一例としてのスレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、センサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の位置及び姿勢を求めるための１つ又は２つ以上の慣性センサ、たとえば３つの線形加速度計及び３つのジャイロを備える。たとえば、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、当業者によって理解されるように、１つ又は２つ以上の慣性測定ユニット（「ＩＭＵ」）を備える。１つ又は２つ以上のセンサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の一例には、１つ若しくは２つ以上の合成開口レーダ、１つ若しくは２つ以上の光センサ、又は１つ若しくは２つ以上の音響センサが含まれる。外部位置決めコンポーネント１５５及び１６０には、全地球測位システム（「ＧＰＳ」）レシーバ及び重力高度計が含まれる。マスタナビゲーションコンポーネント１１０及びスレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、本明細書で説明するように、例示的に記録可能データ記憶媒体１０１を備える。

マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、１つ又は２つ以上のセンサを使用して、移動体１０５のナビゲーション測定データを求める。移動体１０５のナビゲーション測定データの一例には、慣性測定データ、位置決め測定データ、対気速度測定データ、及び／又は気圧高度測定データが含まれる。一例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、１つ又は２つ以上の慣性センサを使用して、移動体１０５の慣性測定データを求める。別の例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、１つ又は２つ以上の気圧高度センサを使用して、移動体１０５の気圧高度測定データを求める。さらに別の例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、１つ又は２つ以上のＧＰＳユニットを使用して、移動体１０５のＧＰＳ測定値を求める。さらに別の例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、１つ又は２つ以上の対気速度センサを使用して、移動体１０５の対気速度測定値を求める。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、ナビゲーション測定データを使用して、基準座標系、たとえば地球を基準とした移動体１０５のロケーション／位置を記述する移動体１０５のナビゲーションソリューション及び方位ソリューションを求める。

マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、当業者によって理解されるように、移動体１０５のナビゲーション測定データに基づいて、基準座標系を基準とした座標系、たとえば第１の座標系を確立する。一例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、当業者によって十分理解されるように、外部位置決めコンポーネント１５５からのデータ、たとえばＧＰＳデータ、気圧高度、又は対気データを使用して、座標系を確立する。別の例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０からのナビゲーション測定データ、並びに、外部位置決めコンポーネント１５５及び１６０からの位置決め情報を使用して、移動体１０５の座標系を確立する。さらに別の例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０からのナビゲーション測定データを使用して、移動体１０５の、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系をさらに精緻化する。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、移動体１０５の座標系及びナビゲーション測定データを使用して、移動体１０５の方位を時間の関数として記述する。

マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０と通信して、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系、たとえば、第１の座標系を基準としたセンサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の位置を記述する。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、時間の関数としての、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０のナビゲーション測定データ、たとえば慣性測定データを得る。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０のナビゲーション測定データにおける１つ又は２つ以上の誤差を推定するための１つ又は２つ以上の誤差推定コンポーネント、たとえば１つ又は２つ以上のカルマンフィルタを備える。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０のナビゲーション測定データを誤差に基づいて補正する。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、出力１６５、１７０、１７５、及び１８０によって示すように、補正されたナビゲーション測定データをスレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０に提供する。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、補正されたナビゲーション測定データを使用して、センサ１３５、１４０、１４５、及び１５０のナビゲーションパラメータ（たとえば、方位、位置、及び速度）の推定を改善する。

マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、当業者には十分理解されるように、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０のナビゲーション測定データを、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０によって確立された座標系、たとえば１つ又は２つ以上の第２の座標系から、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系、たとえば第１の座標系に変換する。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系、たとえば第１の座標系におけるマスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーションパラメータを出力１８２として提供する。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、出力１８４、１８６、１８８、及び１９０によって示すように、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系におけるセンサ１３５、１４０、１４５、及び１５０のナビゲーションパラメータ（たとえば、方位、速度、及び位置）を提供する。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、座標基準系の方位を出力１９２として提供する。

マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１１５との間、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１２０との間、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１２５との間、及び、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１３０との間の１つ又は２つ以上のレバーアーム（すなわち、３次元距離ベクトルをモデル化するのに使用されるパラメータ）を推定する。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、レバーアームの推定を使用して、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系を基準としたセンサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の動的な動きを求める。

マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０によって提供された、時間の関数としての、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０のナビゲーション測定データを、マスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーション測定データと同期させる。一例では、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データと共にタイムスタンプを提供する。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、タイムスタンプによって示された時間（時刻）における、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを、タイムスタンプによって示された時刻における、マスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーション測定データと比較する。別の例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０、並びに、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、同期クロック、たとえばクロック１６２で動作する。さらに別の例では、マスタナビゲーションコンポーネント１１０、並びに、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、タイミングパルスを使用して、マスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーション測定データを、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０のナビゲーション測定データと同期させる。

スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、センサ１３５、１４０、１４５、及び１５０のナビゲーションパラメータ（たとえば、方位、位置、及び速度）を求める。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、センサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の方位、位置、及び／又は速度に基づいて、センサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の出力を補償する。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、マスタナビゲーションコンポーネント１１０と通信して、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０のナビゲーション測定データをマスタナビゲーションコンポーネント１１０に提供する。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０の補正されたナビゲーション測定データをマスタナビゲーションコンポーネント１１０から受け取る。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０の補正されたナビゲーション測定データを使用して、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系を基準としたセンサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の位置を記述する。たとえば、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の補正されたナビゲーション測定データを使用して、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系を基準としたセンサ１３５の動きを求める。

装置１００の例示的な動作の実例を説明目的で提示することにする。

図２を参照すると、ステップ２０５において、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、移動体１０５の、時間の関数としてのナビゲーションソリューションを求める。ステップ２１０において、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、ナビゲーション測定データ、及び、外部位置決めコンポーネント１５５からのオプションのデータを使用して、地球を基準とした移動体１０５の座標系、たとえば第１の座標系を確立する。ステップ２１５において、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５によって確立された座標系、たとえば第２の座標系を基準としたナビゲーション測定データ、及び、タイムタグをセンサ１３５のスレーブナビゲーションコンポーネント１１５から受け取る。マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、このタイムタグを使用して、タイムタグによって示された時刻における、マスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーション測定データを求める。ステップ２２０において、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、タイムタグによって示された時刻における、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを、タイムタグによって示された時刻における、マスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーション測定データと比較する。タイムタグによって示された時刻における、マスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーション測定データの一例には、本明細書で説明するように、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０との間の１つ又は２つ以上のレバーアームによって調整された、マスタナビゲーションコンポーネント１１０のナビゲーション測定データが含まれる。

ステップ２２５において、マスタナビゲーションコンポーネントは、カルマンフィルタを使用して、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５からのナビゲーション測定データの誤差を推定する。ステップ２３０において、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５からのナビゲーション測定データの誤差を補正する。ステップ２３５において、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の補正されたナビゲーション測定データを、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５によって確立された座標系（たとえば第２の座標）から、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系（たとえば第１の座標系）に変換する。ステップ２４０において、マスタナビゲーションコンポーネント１１０は、第１の座標系における、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の、補正され且つ変換されたナビゲーション測定データを使用して、マスタナビゲーションコンポーネント１１０によって確立された座標系における、センサ１３５のナビゲーションパラメータ、たとえば方位、位置、及び速度を提供する。

図３を参照すると、一例としてのマスタナビゲーションコンポーネント１１０は、１つ又は２つ以上の基準座標コンポーネント３０５並びに１つ又は２つ以上の剛性（rigid）レバーアームモデルコンポーネント３１０及び３４０を備える。基準座標コンポーネント３０５は、移動体１０５の座標系を確立する。たとえば、剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５のベースライン静的位置を備える。剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０は、ベースライン静的位置に基づいてスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のベースライン静的レバーアームを求める。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５のベースライン静的レバーアームは、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１１５との間の３次元位置の距離、すなわちベクトルを備える。剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０は、基準座標コンポーネント３０５と協動して、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５のベースライン静的レバーアームを、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系に投影し、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の変換された静的レバーアームを求める。剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の変換された静的レバーアームを出力３１６として加算ノード３１８へ送出する。

スレーブナビゲーションコンポーネント１１５は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを求める。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを出力３２０として加算ノード３１８へ送出する。加算ノード３１８は、剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０からの出力３１６を、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５からの出力３２０と結合して、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを出力３２２として生成する。

基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを含む出力３２２は、インクリメンタル（増分）動的レバーアーム補正コンポーネント３２４を使用することによって強化される。このインクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４は、移動中の移動体１０５の反応を記述するモデルを備える。インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４は、このモデルを使用して、移動中の移動体１０５の反応に関するスレーブナビゲーションコンポーネント１１５及び１２０の位置を提供する。たとえば、移動中、移動体１０５は、曲がりによって反応する。移動体１０５の曲がりは、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１１５との間のレバーアーム（すなわち、３次元距離ベクトル）を変える。移動体１０５が曲がると、マスタナビゲーションコンポーネント１１０とスレーブナビゲーションコンポーネント１１５との間のレバーアームは変化する。

インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４は、基準座標コンポーネント３０５からの出力３２６、及び、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５からの出力３２７を入力として受け取る。この出力３２６は、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を含む。出力３２７は、出力３２０と同様に、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを含む。インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４は、出力３２６及び３２７を使用して、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５の動的レバーアームを求める。インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の動的レバーアームを出力３２８として加算ノード３１８へ送出する。加算ノード３１８は、出力３１６、３２０、及び３２８を結合して、出力３２２を生成する。このように、加算ノード３１８は、移動中の移動体１０５の、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のより正確なナビゲーション測定データを含むものとして出力３２２を生成する。インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４の出力３２８は、本明細書で解説するように、フィルタ３３０、たとえばカルマンフィルタを使用することによって、より高い正確度を得る。

フィルタ３３０は、加算ノード３１８からの出力３２２を入力として受け取る。フィルタ３３０は、所与のタイムスタンプの出力３２２（すなわち、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データ）を、その所与のタイムスタンプにおける基準座標コンポーネント３０５からのナビゲーション測定データと比較する。フィルタ３３０は、出力３２２の誤差を推定する。フィルタ３３０は、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５の補正されたナビゲーション測定データを、出力３３２として提供する。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５は、出力３３２を使用して、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたセンサ１３５の方位、位置、及び速度を求める。スレーブナビゲーションコンポーネント１１５は、出力３３２を使用して、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５によって確立された座標系を調整する。加えて、フィルタ３３０は、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５の補正されたナビゲーション測定データを、出力３３４として、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４へ送出する。インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４は、出力３３４を使用して、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の動的レバーアームである出力３２８を補正する。このように、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、及びフィルタ３３０は、協動して、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５の座標系を、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系と繰り返し位置合わせ（整合）する。

スレーブナビゲーションコンポーネント１２０、センサ１４０、基準座標コンポーネント３０５、剛性レバーアームモデルコンポーネント３４０、加算ノード３４８、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３５４、並びに出力３４６、３５０、３５２、３５８、３５７、３６２、及び３６４は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、センサ１３５、基準座標コンポーネント３０５、剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０、加算ノード３１８、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４、出力３１６、３２０、３２２、３２６、３２７、３２８、３３２、及び３３４と同様にして相互作用する。基準座標コンポーネント３０５、剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０及び３１５、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４及び３５４、並びにフィルタ３３０は、本明細書で説明するように、例示的に１つ又は２つ以上の記録可能データ記憶媒体１０１を備える。

さらに図３を参照すると、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５のナビゲーション測定データを、出力３６６として、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３５４へ送出する。インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３５４は、出力３６６を使用して、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１２０の動的レバーアームの正確度を増大させる。スレーブナビゲーションコンポーネント１２０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１２０のナビゲーション測定データを、出力３６８として、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４へ送出する。インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４は、出力３６８を使用して、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を基準としたスレーブナビゲーションコンポーネント１１５の動的レバーアームの正確度を増大させる。

図３を再び参照すると、フィルタ３３０は、マスタナビゲーションコンポーネント１１０並びにスレーブナビゲーションコンポーネント１１５及び１２０からナビゲーション測定データを入力として受け取る。フィルタ３３０は、基準座標コンポーネント３０５からの出力３７０、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５からの出力３２２、及びスレーブナビゲーションコンポーネント１２０からの出力３５２を入力として受け取る。フィルタ３３０は、出力３２２、３５２、及び３７０を使用して座標系を確立する。たとえば、フィルタ３３０は、当業者には十分理解されるように、出力３２２、３５２、及び３７０を結合して座標系を確立する。フィルタ３３０は、基準座標コンポーネント３０５並びにスレーブナビゲーションコンポーネント１１５及び１２０から受信したナビゲーション測定データの誤差を見積もり、それら誤差を補正する。

フィルタ３３０は、フィルタ３３０によって確立された座標系を基準とした、補正されたナビゲーション測定データを、出力３７２として、基準座標コンポーネント３０５へ送出する。基準座標コンポーネント３０５は、出力３７２を使用して、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系を調整する。たとえば、基準座標コンポーネント３０５は、出力３７２を使用して、基準座標コンポーネント３０５によって確立されたベースライン座標系を調整する。フィルタ３３０及び基準座標コンポーネント３０５は、協動して、基準座標コンポーネント３０５によって確立された座標系とフィルタ３３０によって確立された座標系とを位置合わせする。フィルタ３３０は、出力３３２、３３４、３６２、及び３６４、フィルタ３３０によって確立された座標系を基準とした、補正されたナビゲーション測定データをスレーブナビゲーションコンポーネント１１５及び１２０、並びに、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４及び３５４へ送出する。

図４を参照すると、移動体１０５は、ナビゲーションネットワーク４０２を備える。このナビゲーションネットワーク４０２は、ナビゲーションネットワークハブ４１０、並びに、１つ又は２つ以上のナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０を備える。ナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０の一例には、さまざまな正確度のナビゲーションコンポーネントが含まれる。たとえば、ナビゲーションコンポーネント４１５及び４２０は、マスタナビゲーションコンポーネント１１０と同様の高性能ナビゲーションシステムを備え、ナビゲーションコンポーネント４２５及び４３０は、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び／又は１３０と同様の低性能ナビゲーションシステムを備える。ナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０は、ナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０のナビゲーション測定データを得て、センサ１３５、１４０、１４５、及び１５０のナビゲーションパラメータ（すなわち、方位、位置、及び速度）を求める。

一例としてのナビゲーションネットワークハブ４１０は、ナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０から慣性測定情報を受信する。ナビゲーションネットワークハブ４１０は、ナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０からのナビゲーション測定データを使用して、移動体１０５の座標系を確立する。ナビゲーションネットワークハブ４１０は、ナビゲーションネットワークハブ４１０によって確立された座標系を基準としたセンサ１３５、１４０、１４５、及び１５０の１つ又は２つ以上のナビゲーションパラメータ、たとえば方位、位置、及び速度を求める。ナビゲーションネットワークハブ４１０は、出力４８２、４８４、４８６、及び４９０によって示すように、ナビゲーションネットワークハブ４１０によって確立された座標系における、センサ１３５、１４０、１４５、及び１５０のナビゲーションパラメータ（すなわち、方位、速度、及び位置）を提供する。ナビゲーションネットワークハブ４１０は、ナビゲーションネットワークハブ４１０によって確立された座標基準系の方位を出力４９２として提供する。一例としてのナビゲーションネットワークハブ４１０、並びに、ナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０は、本明細書で説明するように、例示的に１つ又は２つ以上の記録可能データ記憶媒体１０１を備える。

ナビゲーションネットワークハブ４１０、並びに、ナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０は、例示的に１つ又は２つ以上のネットワークバス４９５を使用することによって通信する。一例では、ネットワークバス４９５には、高速伝送バスが含まれる。別の例では、ネットワークバス４９５には、イーサネット(登録商標)通信手段が含まれる。一例のナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０は、ネットワークバス４９５を使用して、ナビゲーション測定データをナビゲーションネットワークハブ４１０へ送信する。一例では、ナビゲーションネットワークハブ４１０は、ネットワークバス４９５を使用して、補正されたナビゲーション測定データ１６５、１７０、１７５、及び１８０をナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０へ送信する。別の例では、ナビゲーションネットワークハブ４１０は、ネットワークバス４９５を使用して、出力４８２、４８４、４８６、４８８、４９０、及び４９２を提供する。さらに別の例では、ナビゲーションネットワークハブ４１０は、ネットワークバス４９５を使用して、外部位置決めコンポーネント１５５及び１６０と通信する。ナビゲーションネットワークハブ４１０は、ネットワークバス４９５上で標準的なプロトコルを使用して、複数の外部コンポーネント、たとえばナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０、外部位置決めコンポーネント１５５及び１６０、並びに１つ又は２つ以上の移動体コンピュータ（図示せず）に共通のインターフェースを提供する。

一例としての装置１００は、電子コンポーネント、ハードウェアコンポーネント、及びコンピュータソフトウェアコンポーネントの１つ又は２つ以上のもの等の複数のコンポーネントを備える。多数のこのようなコンポーネントは、装置１００において結合することもできるし、分割することもできる。装置１００の一例示のコンポーネントは、当業者には十分理解されるように、多数のプログラミング言語のいずれかにより記述又は実施される一組のコンピュータ命令又は一連のコンピュータ命令を使用し、且つ／又は、備える。

一例としての装置１００は、１つ又は２つ以上のコンピュータ可読信号保持媒体を使用する。コンピュータ可読信号保持媒体は、本発明の１つ又は２つ以上の実施の形態の１つ又は２つ以上の部分を実行するためのソフトウェア、ファームウェア、及び／又はアセンブリ言語を記憶する。装置１００のコンピュータ可読信号保持媒体の例には、マスタナビゲーションコンポーネント１１０、スレーブナビゲーションコンポーネント１１５、１２０、１２５、及び１３０、基準座標コンポーネント３０５、剛性レバーアームモデルコンポーネント３１０及び３１５、インクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント３２４及び３５４、フィルタ３３０、ナビゲーションネットワークハブ４１０、並びにナビゲーションコンポーネント４１５、４２０、４２５、及び４３０の記録可能データ記憶媒体１０１が含まれる。装置１００のコンピュータ可読信号保持媒体の一例には、磁気データ記憶媒体、電気データ記憶媒体、光データ記憶媒体、生物学的データ記憶媒体、及び原子データ記憶媒体の１つ又は２つ以上のものが含まれる。たとえば、コンピュータ可読信号保持媒体には、フロッピー(登録商標)ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、及び電子メモリが含まれる。別の例では、コンピュータ可読信号保持媒体には、装置１００を備えるか、又は装置１００と接続されるネットワーク上で送信される変調された搬送波信号が含まれる。このネットワークは、たとえば、電話網、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、インターネット、及び無線ネットワークの１つ又は２つ以上のものである。

本明細書で説明したステップ又は動作は、単なる例示にすぎない。本発明の精神から逸脱することなく、これらのステップ又は動作に対する多くの変形が存在し得る。たとえば、ステップは異なる順序で実行することができ、ステップを追加、削除、又は変更することができる。

本明細書では、本発明の例示の実施態様を詳細に図示して説明してきたが、当業者には、本発明の精神から逸脱することなく、さまざまな変更、追加、代用等を行えることは明らかであり、したがって、これらの変更、追加、代用等は、添付の特許請求の範囲で規定された本発明の範囲内に含まれるものと考える。

１つ又は２つ以上の移動体、１つ又は２つ以上のマスタナビゲーションコンポーネント、１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネント、１つ又は２つ以上のセンサ、及び１つ又は２つ以上の外部位置決めコンポーネントを備える装置の一実施態様を表す図である。センサの補正されたナビゲーションパラメータを、図１の装置のマスタナビゲーションコンポーネントからスレーブナビゲーションコンポーネントへ提供するための一例示のプロセスフローを表す図である。図１の装置のマスタナビゲーションコンポーネントの１つ又は２つ以上の基準座標コンポーネント及び１つ又は２つ以上の剛性レバーアームモデルコンポーネント、スレーブナビゲーションコンポーネント、センサ、外部位置決めコンポーネント、１つ又は２つ以上のインクリメンタル動的レバーアーム補正コンポーネント、並びに１つ又は２つ以上のフィルタの一実施態様を表す図である。１つ又は２つ以上のナビゲーションネットワークを備える図１の装置のセンサを表す図である。

Claims

第１の座標系を確立するマスタナビゲーションコンポーネントと、
１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントであって、該１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネント自体の第２の座標系における、該１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントのナビゲーション測定データをそれぞれ求める、１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントと
を備え、
前記１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントは、該１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネント自体の第２の座標系における、該１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントのそれぞれの前記ナビゲーション測定データを前記マスタナビゲーションコンポーネントに提供し、
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、前記１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネント自体の第２の座標系における、該１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントのそれぞれの前記ナビゲーション測定データを、前記第１の座標系における、前記マスタナビゲーションコンポーネントのナビゲーション測定データと比較し、
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、前記第２の座標系における、前記１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データを、前記第１の座標系における、前記１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントのナビゲーション測定データに変換し、
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、移動体の第１のロケーションに配置され、前記スレーブナビゲーションコンポーネントの第１のものは、その移動体の第２のロケーションに配置され、前記第１の座標系及び前記第２の座標系は、前記第１のロケーション及び前記第２のロケーションにそれぞれ関連付けられており、
前記マスタナビゲーションコンポーネントに結合される静的ロケーションコンポーネントをさらに備え、該静的ロケーションコンポーネントは、前記第１のロケーションと前記第２のロケーションとの間の距離の静的情報を提供し、
前記マスタナビゲーションコンポーネントに結合される動的ロケーションコンポーネントをさらに備え、該動的ロケーションコンポーネントは、前記第１のロケーションと前記第２のロケーションとの間の変位の動的情報を提供し、前記第１のスレーブナビゲーションコンポーネントと前記マスタナビゲーションコンポーネントとの間の変位は、前記第１のロケーションを基準とした前記第２のロケーションの物理的偏差により可変であり、前記マスタナビゲーションコンポーネントは、前記静的距離情報及び動的変位情報に基づいて、前記第２のロケーションにおける、前記第１のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データの誤差を推定し、
前記マスタナビゲーションコンポーネント及び前記スレーブナビゲーションコンポーネントは、それぞれ、マスタナビゲーション測定データ及びスレーブナビゲーション測定データを時刻情報で符号化する時刻同期コンポーネントを含み、前記動的変位情報に基づいて、前記第２のロケーションにおける前記第１のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データの前記誤差を推定する際に、実質的に同じ時刻におけるマスタ測定データ及びスレーブ測定データを利用できるようにする、
装置。
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、前記１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データの誤差を推定する、請求項１に記載の装置。
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、カルマンフィルタを使用することによって、前記１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データの誤差を推定する、請求項２に記載の装置。
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、前記推定された誤差に基づいて、前記１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネント自体の第２の座標系における、該１つ又は２つ以上のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データをそれぞれ補正する、請求項２に記載の装置。
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、前記静的距離情報及び前記動的変位情報に基づいて、前記第１のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データを補正する、請求項１に記載の装置。
前記マスタナビゲーションコンポーネントは、前記第２の座標系における、前記第１のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データを、静的距離情報及び動的変位情報について補正された前記ナビゲーション測定データに基づいて、前記第１の座標系におけるナビゲーション測定データに変換する、請求項５に記載の装置。
前記静的ロケーションコンポーネント及び前記動的ロケーションコンポーネントから入力を受け取る加算素子をさらに備え、該加算素子は、前記第１の座標系を基準とした、前記第２の座標系の前記ナビゲーション測定データの誤差の推定を提供するフィルタに出力を提供する、請求項１に記載の装置。
ナビゲーション情報を求めるための方法であって、
移動体において第１のロケーションにおける第１の座標系でマスタナビゲーション測定データを生成するステップと、
前記移動体において１つ又は２つ以上の追加ロケーションにおける１つ又は２つ以上の追加座標系で１組又は２組以上のスレーブナビゲーション測定データを生成するステップと、
前記第１のロケーションと前記追加ロケーションとの間の変位の動的情報を求めるステップと、
前記第１のロケーションと前記追加ロケーションとの間の距離の静的情報を生成するステップと、
前記マスタナビゲーション測定データ及び前記静的距離情報及び前記動的変位情報に基づいて、前記スレーブナビゲーション測定データの誤差を推定するステップと、
前記推定された誤差に基づいて、前記スレーブナビゲーション測定データを補正するステップと、
前記補正されたスレーブナビゲーション測定データを、前記第１の座標系におけるナビゲーション測定データに変換するステップと、
前記静的距離情報及び動的変位情報に基づいて、前記第２のロケーションにおける前記第１のスレーブナビゲーションコンポーネントの前記ナビゲーション測定データの前記誤差を推定する際に、実質的に同じ時刻における前記静的情報及び動的情報が使用されるように、前記静的情報及び動的情報を時刻情報で符号化するステップと、
を含む方法。
前記静的ロケーション情報及び前記動的ロケーション情報を加算するステップと、該加算に基づいて出力を生成するステップとをさらに含み、前記誤差の推定は、前記出力に基づいている、請求項８に記載の方法。
前記スレーブナビゲーション情報と、前記静的ロケーション情報及び前記動的ロケーション情報と、前記加算出力と、前記推定された誤差情報とに基づいて閉ループフィードバックシステムを使用して、前記第１のロケーションを基準とした前記第２のロケーションの位置を更新する、ことをさらに含む、請求項９に記載の方法。