JPH06288776A - Azimuth detector - Google Patents
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- JPH06288776A JPH06288776A JP9977892A JP9977892A JPH06288776A JP H06288776 A JPH06288776 A JP H06288776A JP 9977892 A JP9977892 A JP 9977892A JP 9977892 A JP9977892 A JP 9977892A JP H06288776 A JPH06288776 A JP H06288776A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】旋回角速度センサと地磁気センサの出力データ
に含まれる誤差要因を個別的に分析し、評価することに
より、旋回角速度センサと地磁気センサの出力データの
使用割合を決定し、移動体の現在の方位を検出する場合
に、ジャイロスケールファクタの誤差を考慮することに
より、ジャイロ出力の誤差の評価を適正に行う。
【効果】地磁気センサのデータの使用率とジャイロ出力
のデータとの使用率との割合であるカルマンゲインを適
正な値に設定できるようになり、結果的には、車両の方
位をより正確に検出することができるようになる。
(57) [Summary] [Structure] The usage ratio of the output data of the turning angular velocity sensor and the geomagnetic sensor is determined by individually analyzing and evaluating the error factors included in the output data of the turning angular velocity sensor and the geomagnetic sensor. , When the current azimuth of the moving body is detected, the error of the gyro output is properly evaluated by considering the error of the gyro scale factor. [Effect] The Kalman gain, which is the ratio between the usage rate of the data of the geomagnetic sensor and the usage rate of the data of the gyro output, can be set to an appropriate value, and as a result, the direction of the vehicle can be detected more accurately. You will be able to.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は方位検出装置に関し、さ
らに詳細にいえば、GPS受信機から得られる車両の方
位を使用するとともに、車両の旋回角速度を検出するジ
ャイロ(例えば、光ファイバジャイロ、機械式ジャイ
ロ、振動ジャイロ、ガスレートジャイロ)を使用して、
車両のヨー方向の方位を検出する方位検出装置の改良に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an azimuth detecting device, and more particularly, it uses a azimuth of a vehicle obtained from a GPS receiver and detects a turning angular velocity of the vehicle (for example, an optical fiber gyro, Mechanical gyro, vibrating gyro, gas rate gyro)
The present invention relates to an improvement in an azimuth detecting device that detects an azimuth in a yaw direction of a vehicle.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、道路交通網の任意の箇所を走
行している車両の位置を検出する方式として、距離セン
サと、方位センサ(GPS受信機、またはジャイロのい
ずれか1つ)と、両センサからの出力信号に必要な処理
を施す処理装置とを具備し、車両の走行に伴なって生ず
る距離変化量ΔL、及び方位θ(GPS受信機の場合)
もしくは方位変化量Δθ(ジャイロの場合)を用いて、
車両の現在位置デ―タを得る推測航法(Dead Reckonin
g)が提案されている。この方式は、ΔL及びθに基い
て、例えばΔLの東西方向成分Δx(=ΔL× cosθ)
及び南北方向成分Δy(=ΔL× sinθ)を算出し、従
前の位置出力データ(Px′,Py′)に対して前記各
成分Δx,Δyを加算することにより、現在の位置出力
データ(Px,Py)を求める方式であるが、方位セン
サが必然的に有している誤差のために、得られる現在位
置データに含まれる誤差が累積されてしまうという欠点
がある。2. Description of the Related Art Conventionally, a distance sensor, a direction sensor (any one of a GPS receiver and a gyro) has been used as a method for detecting the position of a vehicle traveling in an arbitrary portion of a road traffic network. A processing device that performs necessary processing on output signals from both sensors, and a distance change amount ΔL and a heading θ (in the case of a GPS receiver) that accompany the traveling of the vehicle.
Or using the direction change amount Δθ (for gyro),
Dead Reckoning for obtaining current vehicle position data
g) is proposed. This method is based on ΔL and θ, for example, the east-west direction component Δx of ΔL (= ΔL × cos θ)
And the north-south direction component Δy (= ΔL × sin θ) are calculated, and each of the components Δx and Δy is added to the previous position output data (Px ′, Py ′) to obtain the current position output data (Px, Although this is a method of obtaining Py), it has a drawback that the error included in the obtained current position data is accumulated due to the error that the azimuth sensor necessarily has.
【0003】すなわち、方位センサが、GPS(グロー
バル・ポジショニング・システム)衛星からの電波を受
信することにより発生するドプラーシフトを測定するも
のであれば、車両の速度が低いほどGPS方位誤差が増
加する傾向にある。一方、ジャイロを使用する場合に
は、例えば、方位変化が所定値以上となった時、電源
(イグニション)オン時、極低速走行時、または、山道
などの悪路走行が検出された時等には、センサの出力デ
ータに誤差が多く現れることが知られている。That is, if the azimuth sensor measures the Doppler shift generated by receiving radio waves from a GPS (Global Positioning System) satellite, the GPS azimuth error increases as the vehicle speed decreases. There is a tendency. On the other hand, when using a gyro, for example, when the direction change exceeds a predetermined value, when the power (ignition) is turned on, when traveling at extremely low speed, or when traveling on a bad road such as a mountain road is detected. Is known to have many errors in the output data of the sensor.
【0004】したがって、いずれかのデータをそのまま
使用すると方位検出精度が低下する。そこで、方位セン
サとして、ジャイロと、GPS受信機との2つの方位セ
ンサを併用し、ジャイロの角速度データと、GPS受信
機の方位データとのいずれかの信頼性が低下した場合に
他のデータで補うことが考えられる。Therefore, if any one of the data is used as it is, the azimuth detection accuracy is lowered. Therefore, as the azimuth sensor, two azimuth sensors, a gyro and a GPS receiver, are used together, and if the reliability of either the angular velocity data of the gyro or the azimuth data of the GPS receiver decreases, other data is used. It is possible to make up for it.
【0005】すなわち、ジャイロとGPS受信機の方位
データの持っている固有の誤差成分をそれぞれ考慮して
カルマンフィルタゲインを算出し、GPS受信機の方位
データ、及びジャイロの角速度データから求めた方位デ
ータに、前記カルマンフィルタゲインに基づいた重み付
け処理をすることにより、車両の現在の推定方位を求め
ることが考えられる。That is, the Kalman filter gain is calculated in consideration of the peculiar error components of the azimuth data of the gyro and the GPS receiver, and the azimuth data obtained from the azimuth data of the GPS receiver and the angular velocity data of the gyro is obtained. It is conceivable to obtain the current estimated heading of the vehicle by performing weighting processing based on the Kalman filter gain.
【0006】しかしこの方法を用いた場合、ジャイロと
GPS受信機の出力データの持っている固有の誤差成分
をいかに評価するかが問題となる。However, when this method is used, the problem is how to evaluate the peculiar error component of the output data of the gyro and the GPS receiver.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】各誤差成分を何らかの
方法で評価し、それらを一定値とおけば処理は最も簡単
であるが、前述したように走行中にGPS方位データに
含まれる誤差分は車速により変化するので、一定値とお
くのでは不十分であり、何らかの手段により誤差分をリ
アルタイムで正当に見積もることが望まれる。また、ジ
ャイロの角速度データに含まれるオフセットも温度や湿
度変化により時間変動するので、その変動に基づく角速
度データの誤差も加味する必要がある。さらに、ジャイ
ロのスケールファクタ(出力ゲイン)も規格値とはかけ
離れてくることがあるので考慮する必要がある。The process is the simplest if each error component is evaluated by some method and set to a constant value, but as described above, the error component included in the GPS direction data during running is Since it changes depending on the vehicle speed, it is not sufficient to set it at a constant value, and it is desirable to properly estimate the error amount in real time by some means. Further, since the offset included in the angular velocity data of the gyro also varies with time due to changes in temperature and humidity, it is necessary to take into consideration the error in the angular velocity data based on the variation. Further, the scale factor (output gain) of the gyro may be far from the standard value, so it must be taken into consideration.
【0008】本件出願人は、ジャイロとGPS受信機の
方位データを実測し、それぞれリアルタイムで処理し、
信頼性の多いほうのデータにより重きをおいて車両の現
在の方位を正確に推定することができる方位検出装置を
提案している(特開平3−188316号)。前記の方位検出
装置は、専らジャイロとGPS受信機の最終的な出力デ
ータに含まれる分散値を実測し、これに基づいて処理を
行うものであり、ジャイロとGPS受信機の方位データ
に含まれる個別の誤差要因にまで着目したものではな
い。The applicant of the present invention actually measures the azimuth data of the gyro and the GPS receiver and processes them in real time,
A azimuth detecting device has been proposed that can accurately estimate the current azimuth of a vehicle by giving more weight to more reliable data (Japanese Patent Laid-Open No. 3-188316). The azimuth detecting device measures the dispersion value contained in the final output data of the gyro and the GPS receiver exclusively, and performs processing based on this, and is included in the azimuth data of the gyro and the GPS receiver. It does not focus on individual error factors.
【0009】そこで、本発明は、GPS受信機の方位デ
ータ、及びジャイロの角速度データに含まれている誤差
要因を個別的に分析し、評価した上でカルマンフィルタ
ゲインを算出することにより、ジャイロとGPS受信機
の方位データの使用割合を決定し、車両の現在の方位を
正確に推定することができる方位検出装置を提供するこ
とを目的としている。Therefore, according to the present invention, the error factors included in the azimuth data of the GPS receiver and the angular velocity data of the gyro are individually analyzed and evaluated, and then the Kalman filter gain is calculated to calculate the gyro and the GPS. It is an object of the present invention to provide an azimuth detecting device capable of accurately estimating a current azimuth of a vehicle by determining a usage ratio of azimuth data of a receiver.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明の方位検出装置は、次の諸手段を含んでいる
(図1参照)。ジャイロの角速度データに含まれている
オフセット値の誤差を算出する第1の手段A;第1の手
段Aにより求められたジャイロの角速度データに含まれ
ているオフセット値の誤差及びオフセット値の誤差の時
間変化率にオフセット推定後の経過時間をかけたもの、
並びにジャイロのスケールファクタの誤差にジャイロの
角速度データをかけたものに基づいて、現在のジャイロ
の角速度データに含まれている誤差を評価する第2の手
段B;移動中のGPS受信機の方位データに含まれる少
なくとも車両の速度に依存した方位誤差を評価する第3
の手段C;前記第2の手段Bにより求められたジャイロ
の角速度データの誤差、前記第3の手段Cにより求めら
れた方位データの誤差から各データの信頼度を計算し、
カルマンフィルタゲインを算出する第4の手段D;並び
にGPS受信機の方位データ、及びジャイロの角速度デ
ータから求められた方位データに、前記カルマンフィル
タゲインに基づいた重み付け処理をすることにより、車
両の現在の推定方位を求める第5の手段E。The azimuth detecting apparatus of the present invention for achieving the above object includes the following means (see FIG. 1). First means A for calculating the error of the offset value included in the angular velocity data of the gyro; of the error of the offset value and the error of the offset value included in the angular velocity data of the gyro obtained by the first means A Multiplying the time change rate by the elapsed time after offset estimation,
Second means B for evaluating the error contained in the current gyro angular velocity data based on the gyro scale factor error multiplied by the gyro angular velocity data; azimuth data of the moving GPS receiver A third directional error included in the evaluation of the azimuth error depending on at least the vehicle speed
Means C; the reliability of each data is calculated from the error of the gyro angular velocity data obtained by the second means B and the error of the azimuth data obtained by the third means C,
Fourth means D for calculating the Kalman filter gain; azimuth data obtained from the azimuth data of the GPS receiver and the angular velocity data of the gyro are subjected to weighting processing based on the Kalman filter gain to estimate the current vehicle. Fifth means E for obtaining the bearing.
【0011】[0011]
【作用】まず、第1の手段Aによりジャイロの角速度デ
ータに含まれているオフセット値の誤差を求める。例え
ば車両停止中のデータ(停止中のジャイロの角速度デー
タには、オフセット値のみが含まれている)を統計的に
処理してオフセット値の誤差を求めることができる。次
に、第2の手段Bにより、第1の手段Aで求めたオフセ
ット値の誤差、オフセット値の誤差の時間変化率にオフ
セット推定後の経過時間をかけたもの、及びジャイロの
スケールファクタの誤差にジャイロの角速度データをか
けたものに基づいて、時間経過後のジャイロの角速度デ
ータに含まれているの誤差を求める。First, the error of the offset value included in the angular velocity data of the gyro is obtained by the first means A. For example, the error in the offset value can be obtained by statistically processing the data when the vehicle is stopped (the angular velocity data of the stopped gyro includes only the offset value). Next, by the second means B, the offset value error obtained by the first means A, the time change rate of the offset value error multiplied by the elapsed time after the offset estimation, and the gyro scale factor error The error contained in the angular velocity data of the gyro after the lapse of time is obtained based on the value obtained by multiplying the angular velocity data of the gyro by.
【0012】次に、第3の手段Cにより移動中のGPS
受信機の方位データに含まれる少なくとも車両の速度に
依存した方位誤差を求める。そして、第4の手段Dで、
第2の手段Bにより求められたジャイロの角速度データ
の誤差、第3の手段Cにより求められたGPS受信機の
方位データの誤差から各センサの出力データの信頼度を
計算し、カルマンフィルタゲインを算出し、第5の手段
Eにより、GPS受信機の出力から求めた方位データ、
及びジャイロの角速度データから求めた方位データに、
前記カルマンフィルタゲインに基づいた重み付け処理を
することにより、車両の現在の推定方位を求める。Next, the GPS which is moving by the third means C.
An azimuth error depending on at least the speed of the vehicle included in the azimuth data of the receiver is obtained. Then, by the fourth means D,
The Kalman filter gain is calculated by calculating the reliability of the output data of each sensor from the error of the gyro angular velocity data obtained by the second means B and the error of the azimuth data of the GPS receiver obtained by the third means C. Then, the azimuth data obtained from the output of the GPS receiver by the fifth means E,
And the azimuth data obtained from the angular velocity data of the gyro,
The current estimated heading of the vehicle is obtained by performing weighting processing based on the Kalman filter gain.
【0013】[0013]
【実施例】以下実施例を示す添付図面によって詳細に説
明する。図2は、車両位置検出装置に適用された本発明
の方位検出装置の一実施例を示すブロック図であり、左
右両輪の回転数を検出する車速センサ41(このセンサ
は、距離センサとして利用される。)、GPS受信機4
2、ジャイロ43(旋回角速度を干渉光の位相変化とし
て読み取る光ファイバジャイロ、ピエゾエレクトリック
素子の片持ちばり振動技術を利用して旋回角速度を検出
する振動ジャイロ、機械式ジャイロ等から選ばれたも
の)。Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the azimuth detecting device of the present invention applied to a vehicle position detecting device, and a vehicle speed sensor 41 (this sensor is used as a distance sensor for detecting the number of rotations of the left and right wheels). GPS receiver 4
2. Gyro 43 (selected from an optical fiber gyro that reads the turning angular velocity as a phase change of interference light, a vibration gyro that detects the turning angular velocity using the cantilever vibration technology of a piezo electric element, a mechanical gyro, etc.) .
【0014】道路地図データを格納した道路地図メモリ
2、ジャイロ43、GPS受信機42により検出された
出力データに基づいて車両の推定方位を算出するととも
に、車速センサ41のデータと合わせて車両の位置を算
出するロケータ1、ロケータ1につながれ、GPS受信
機42の方位データに含まれる方位誤差の関数形r(v)
(vは車両の速度)、ジャイロ43の角速度データω
(t) に含まれるジャイロオフセット値の誤差qo 、ジャ
イロノイズN、ジャイロのスケールファクタの誤差α等
を記憶しているデータメモリ6、車両現在位置を地図に
重ねてディスプレイ7に表示させるとともに、キーボー
ド8とのインターフェイスをとるナビゲーションコント
ローラ5が含まれている。The estimated heading of the vehicle is calculated based on the output data detected by the road map memory 2, the gyro 43, and the GPS receiver 42 which store the road map data, and the position of the vehicle is combined with the data of the vehicle speed sensor 41. Locator 1 for calculating the locator 1, a functional form r (v) of the azimuth error included in the azimuth data of the GPS receiver 42 connected to the locator 1.
(V is the speed of the vehicle), angular velocity data ω of the gyro 43
The data memory 6 storing the error qo of the gyro offset value included in (t), the gyro noise N, the error α of the gyro scale factor, etc., and the current vehicle position is displayed on the display 7 by overlaying it on the map and the keyboard. A navigation controller 5 for interfacing with 8 is included.
【0015】さらに詳述すると、前記ロケータ1は、例
えば、車速センサ41からの出力パルス信号の数をカウ
ンタでカウントすることにより車輪の回転数を得、乗算
器により1カウント当りの距離を示す所定の定数を乗算
することにより単位時間当りの走行距離データを算出す
るとともに、ジャイロ43から車両方位の相対変化を求
め、これとGPS受信機42の絶対方位出力データとか
ら、後述の方法により車両の方位データを算出するもの
である。More specifically, the locator 1 obtains the rotation speed of the wheel by counting the number of output pulse signals from the vehicle speed sensor 41 with a counter, for example, and a predetermined value indicating the distance per count by a multiplier. Is calculated by multiplying the mileage data per unit time by calculating the relative change of the vehicle azimuth from the gyro 43, and the absolute azimuth output data of the GPS receiver 42 is used to calculate the vehicle azimuth by a method described later. The azimuth data is calculated.
【0016】前記道路地図メモリ2は、所定範囲にわた
る道路地図データが予め格納されているものであり、半
導体メモリ、カセットテープ、CD−ROM、ICメモ
リ、DAT等が使用可能である。前記ディスプレイ7は
CRT、液晶表示器等を使用して、車両走行中の道路地
図と車両位置とを表示するものである。The road map memory 2 stores road map data covering a predetermined range in advance, and a semiconductor memory, a cassette tape, a CD-ROM, an IC memory, a DAT or the like can be used. The display 7 uses a CRT, a liquid crystal display or the like to display a road map and a vehicle position while the vehicle is traveling.
【0017】前記ナビゲーション・コントローラ5は、
図形処理プロセッサ、画像処理メモリ等から構成され、
ディスプレイ7上における地図の検索、縮尺切り替え、
スクロール、車両の現在位置の表示制御等を行わせる。
前記データメモリ6は、ジャイロオフセットの誤差qo
、ジャイロオフセット誤差の推定変化率ε、ジャイロ
出力に含まれるノイズ成分N、ジャイロのスケールファ
クタの誤差(ジャイロ出力から測定される旋回角と実際
の旋回角との比率)αを記憶し、GPS方位誤差r(v)
を r(v) =av-1+b と表した場合の、定数a,bの値を記憶している。The navigation controller 5 is
Consists of a graphics processor, image processing memory, etc.,
Searching the map on the display 7, switching the scale,
Scrolling, display control of the current position of the vehicle, etc. are performed.
The data memory 6 has a gyro offset error qo.
, The estimated change rate ε of the gyro offset error, the noise component N included in the gyro output, the error of the gyro scale factor (the ratio between the turning angle measured from the gyro output and the actual turning angle) α, and the GPS direction Error r (v)
Where r (v) = av −1 + b is stored, the values of constants a and b are stored.
【0018】ジャイロ43の角速度データω(t) 、GP
S受信機42の方位データφ(t) は一定時間ごとにサン
プリングされているもので、前回処理から今回処理まで
の時間をΔtとすると、サンプリング回数は時間Δtに
比例することになる。車両停止中のジャイロの角速度デ
ータω(t) は本来0であるが、ジャイロにオフセットが
生じていれば出力が現れる。このジャイロオフセット値
を推定するにあたっては、車両停止前の走行に使用して
いた値をそのまま用いることにする(勿論、停止中のジ
ャイロの角速度データω(t) を集積してその平均をとっ
てもよい)。Angular velocity data ω (t) of the gyro 43, GP
The azimuth data φ (t) of the S receiver 42 is sampled at regular time intervals, and if the time from the previous processing to the current processing is Δt, the number of samplings is proportional to the time Δt. The angular velocity data ω (t) of the gyro when the vehicle is stopped is originally 0, but an output appears if the gyro is offset. In estimating the gyro offset value, the value used for traveling before the vehicle is stopped is used as it is (of course, the angular velocity data ω (t) of the stopped gyro may be accumulated and averaged. ).
【0019】ジャイロオフセット値の誤差qo は、ジャ
イロオフセット値がどの程度のばらつきを持っているか
を表わすものである。誤差qo は、停止中のジャイロの
角速度データω(t) を多数収集して、そこに含まれてい
る分散を求めることにより知ることができる。ジャイロ
オフセット誤差の推定変化率εは、温度等の関数として
経験的に求められる値である。The error qo of the gyro offset value represents how much the gyro offset value varies. The error qo can be known by collecting a large number of angular velocity data ω (t) of the stopped gyro and obtaining the variance contained therein. The estimated change rate ε of the gyro offset error is a value empirically obtained as a function of temperature or the like.
【0020】前記の構成の装置による車両方位検出手順
について説明する。車両走行中は、車両の位置をディス
プレイ7上に地図とともに表示しているが、その表示中
も一定時間ごとの割り込みにより各センサの出力データ
を取込み、車両方位を更新するようにしている。この割
り込み時の車両方位検出フローを図3に示す。なお、こ
の割り込みは、車両の走行距離出力データを基にして求
まる一定の走行距離ごとに行ってもよい。前記一定時間
または一定走行距離は、使用されるジャイロの種類やG
PS受信機の性能等により適宜設定される。A procedure for detecting the vehicle direction by the device having the above-mentioned configuration will be described. While the vehicle is traveling, the position of the vehicle is displayed on the display 7 together with the map. Even during the display, the output data of each sensor is fetched by interruption at regular intervals to update the vehicle direction. FIG. 3 shows the flow of vehicle direction detection at the time of this interruption. Note that this interruption may be performed for each fixed traveling distance obtained based on the traveling distance output data of the vehicle. The constant time or constant mileage depends on the type of gyro used and G
It is set as appropriate according to the performance of the PS receiver.
【0021】まずステップ(1) において車両の速度v、
ジャイロ43の角速度データω(t)とGPS受信機42
の方位データφ(t) を取り込む。次に、データメモリ6
に記憶されているジャイロオフセット値Ω、ジャイロオ
フセット値の誤差qo 、ジャイロオフセット誤差の変化
率ε、ノイズ成分N、ジャイロスケールファクタの誤差
αを読み出す(ステップ(2) )。First, in step (1), the vehicle speed v,
Angular velocity data ω (t) of the gyro 43 and the GPS receiver 42
Take in the orientation data φ (t) of. Next, the data memory 6
The gyro offset value Ω, the gyro offset value error qo, the gyro offset error change rate ε, the noise component N, and the gyro scale factor error α, which are stored in the memory, are read (step (2)).
【0022】次に、データメモリ6に記憶されているG
PS方位誤差r(v) を表す定数a,bの値を読み出す
(ステップ(3) )。GPS受信機42の方位データから
車両の方位を求める場合、車両の速度が小さいほど求め
られた車両の方位は多くの誤差を含むので、車両の方位
誤差は、速度の単調減少関数となる。そこで、前記のよ
うな関数 r(v) =av-1+b で近似している。ただし、この関数に限られるものでな
く、例えば、 r(v) =a arctan(b/v)+c のような関数形を採用してもよい。また、車両の速度の
みならず、GPS測位誤差をも考慮に入れてもよい。Next, the G stored in the data memory 6
The values of constants a and b representing the PS orientation error r (v) are read (step (3)). When the direction of the vehicle is calculated from the direction data of the GPS receiver 42, the smaller the speed of the vehicle is, the more the direction of the vehicle obtained includes the error. Therefore, the direction error of the vehicle is a monotone decreasing function of the speed. Therefore, the function r (v) = av −1 + b as described above is used for approximation. However, the function form is not limited to this, and a function form such as r (v) = a arctan (b / v) + c may be adopted. Further, not only the speed of the vehicle but also the GPS positioning error may be taken into consideration.
【0023】そして、読出した各データを基にして、現
在の推定方位を求める。そのためにはまず、ジャイロ4
3の角速度データω(t) の分散q2(t)を次の(1) 式によ
りめる(ステップ(5) )。 q2(t)=(qo +εT)2Δt2+N2Δt+(αΔθ)2…(1) ここに、Tは前回の車両停止時からの経過時間である。
qo は前述のようにジャイロオフセットの補正誤差(量
子化誤差を含む)であり定数である。εTはジャイロオ
フセット誤差の変化率に経過時間Tをかけたもので、ジ
ャイロオフセットの変化(ドリフト)に起因する誤差と
なる。誤差qo とεTとが単に足し合わされているの
は、これらの誤差を独立の事象として考えていないから
である(もし独立と考えるのであれば、それぞれの2乗
を足し合わせればよい(特開平3−279809号公報参
照))。N2は、ノイズによる分散を表わす。Δtの2
乗が付いていないは、ノイズ誤差Nが積算回数の1/2 乗
に比例するものだからである。Then, the current estimated heading is obtained based on the read data. For that purpose, first, gyro 4
The variance q 2 (t) of the angular velocity data ω (t) of 3 is calculated by the following equation (1) (step (5)). q 2 (t) = (q o + εT) 2 Δt 2 + N 2 Δt + (αΔθ) 2 (1) where T is the elapsed time from the previous stop of the vehicle.
As described above, qo is a gyro offset correction error (including a quantization error) and is a constant. εT is the change rate of the gyro offset error multiplied by the elapsed time T, and is an error caused by the change (drift) of the gyro offset. The reason that the errors qo and εT are simply added is that these errors are not considered as independent events (if they are considered as independent events, the squares of the respective errors may be added together (Japanese Patent Laid-Open No. HEI 3). -279809 gazette))). N 2 represents the variance due to noise. Δt of 2
No power is added because the noise error N is proportional to the 1/2 power of the number of times of integration.
【0024】Δθは、前回処理から今回処理までの旋回
角であり、αΔθはスケールファクタの誤差に起因して
表れる旋回角の分散を表わす。αの値は周囲温度等で変
動するものであり、何度から何度までという温度範囲ご
とにジャイロの規格として決定されている値である。し
たがって、その値をそのまま用いている。次に、GPS
受信機42の方位データφ(t) の分散r2(t)は、 r2(t)=(av-1+b)2 で求められる。Δθ is the turning angle from the previous processing to the present processing, and αΔθ represents the distribution of the turning angle caused by the error of the scale factor. The value of α varies depending on the ambient temperature and the like, and is a value determined as a gyro standard for each temperature range from how many times to how many times. Therefore, the value is used as it is. Next, GPS
The variance r 2 (t) of the azimuth data φ (t) of the receiver 42 is obtained by r 2 (t) = (av −1 + b) 2 .
【0025】ステップ(6) においては、前記q2(t)、r
2(t)を使用して、誤差を考慮した推定方位θを次式に基
づいて計算する。 θ(t) =K(t) φ(t) +(1−K(t) )(θ(t-1) +ω
(t) ) ここに、θ(t) は今回の割り込みで求める推定方位、θ
(t-1) は前回に求めた方位である。ω(t) ,φ(t) は今
回推定方位を計算するときに使用するセンサの出力デー
タである。K(t) は0<K(t) <1なる変数であってカ
ルマンゲインである。K(t) は前回求めたカルマンゲイ
ンK(t-1) を使って、 K(t) =(q2(t)+σ2(t-1))/(q2(t)+r2(t)+σ
2(t-1)) として求められる。In step (6), q 2 (t), r
Using 2 (t), the estimated bearing θ considering the error is calculated based on the following equation. θ (t) = K (t) φ (t) + (1-K (t)) (θ (t-1) + ω
(t)) where θ (t) is the estimated heading obtained by this interruption, θ (t)
(t-1) is the previously obtained bearing. ω (t) and φ (t) are the output data of the sensor used when calculating the estimated bearing this time. K (t) is a variable such that 0 <K (t) <1 and is Kalman gain. Using K (t) Kalman gain K obtained last time (t-1), K ( t) = (q 2 (t) + σ 2 (t-1)) / (q 2 (t) + r 2 (t ) + Σ
2 (t-1)).
【0026】推定方位の分散は、 σ(t) =√(K(t) r2(t)) で求められる。以上のようにして、ジャイロオフセット
推定値の平均と分散、その変化率の誤差、ノイズ成分、
ジャイロスケールファクタの誤差、GPS受信機出力に
含まれる誤差を求め記憶しておき、車両の推定方位を求
めるときには、前記記憶したデータから両センサのデー
タに含まれる分散をそれぞれ求め、各データに重みを付
けた推定方位を求めることができる。The variance of the estimated azimuth is calculated by σ (t) = √ (K (t) r 2 (t)). As described above, the average and variance of the gyro offset estimation value, the error of the change rate, the noise component,
When the error of the gyro scale factor and the error included in the output of the GPS receiver are obtained and stored and the estimated heading of the vehicle is obtained, the variance included in the data of both sensors is obtained from the stored data, and each data is weighted. It is possible to obtain the estimated bearing with.
【0027】なお、GPS方位データが何らかの理由で
入手できなかったときは、推定方位θは、K(t) =0と
おいて、 θ(t) =θ(t-1) +ω(t) で表される。この方位と車速センサ41の距離データと
から車両の推定位置を算出することができる。When the GPS azimuth data cannot be obtained for some reason, the estimated azimuth θ is expressed as θ (t) = θ (t-1) + ω (t) with K (t) = 0. To be done. The estimated position of the vehicle can be calculated from this azimuth and the distance data of the vehicle speed sensor 41.
【0028】勿論この時に道路地図データと比較し、道
路地図データとの相関度を評価して車両の推定位置を補
正し、車両の現在位置を道路上に設定するマップマッチ
ング方式を採用してもよい(特開昭63−148115
号、昭64−53112号公報参照)。以上、実施例に
基づいて本発明の方位検出装置を説明してきたが、本発
明は前記実施例に限るものではない。本発明の方位検出
装置の実施に当っては、前記に説明した以外の誤差、例
えばA/D変換時に生じる量子化誤差等、通常考慮され
る種々の誤差を取り入れてもよいことは勿論である。そ
の他、本発明の要旨を変更しない範囲内において、種々
の設計変更を施すことが可能である。At this time, of course, a map matching method may be employed in which the estimated position of the vehicle is corrected by comparing the degree of correlation with the road map data, the estimated position of the vehicle is corrected, and the current position of the vehicle is set on the road. Good (JP-A-63-148115)
No., Sho 64-53112). Although the azimuth detecting apparatus of the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. In carrying out the azimuth detecting apparatus of the present invention, it is needless to say that various errors that are usually considered, such as an error other than those described above, such as a quantization error that occurs during A / D conversion, may be incorporated. . Besides, various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上のように、本発明の方位検出装置に
よれば、ジャイロとGPS受信機の方位データに含まれ
る誤差要因を個別的に分析し、評価することにより、G
PS方位データの使用率とジャイロの角速度データとの
使用率との割合であるカルマンゲインを適正な値に設定
できるようになり、車両の現在の方位を正確に推定する
ことができる。As described above, according to the azimuth detecting apparatus of the present invention, the error factors included in the azimuth data of the gyro and the GPS receiver are individually analyzed and evaluated, and thus the G
The Kalman gain, which is the ratio between the usage rate of the PS azimuth data and the usage rate of the gyro angular velocity data, can be set to an appropriate value, and the current azimuth of the vehicle can be accurately estimated.
【図1】本発明の方位検出装置の機能ブロック図であ
る。FIG. 1 is a functional block diagram of an azimuth detecting device of the present invention.
【図2】方位検出装置を含む車両位置検出装置のハード
ウェア構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of a vehicle position detection device including an azimuth detection device.
【図3】方位検出手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an azimuth detection procedure.
1 ロケータ 6 データメモリ 42 GPS受信機 43 ジャイロ 1 Locator 6 Data Memory 42 GPS Receiver 43 Gyro
Claims (1)
及びジャイロの角速度データから求められる方位データ
を取り込み、それらの値と過去の方位とから車両の現在
の推定方位を求める方位検出装置において、 ジャイロの角速度データに含まれているオフセット値の
誤差を算出する第1の手段(A) と、 第1の手段(A) により求められたジャイロの角速度デー
タに含まれているオフセット値の誤差及びオフセット値
の誤差の時間変化率にオフセット推定後の経過時間をか
けたもの、並びにジャイロのスケールファクタの誤差に
ジャイロの角速度データをかけたものに基づいて、現在
のジャイロの角速度データに含まれている誤差を評価す
る第2の手段(B) と、 移動中のGPS受信機の方位データに含まれる少なくと
も車両の速度に依存した方位誤差を評価する第3の手段
(C) と、 前記第2の手段(B) により求められたジャイロの角速度
データの誤差、前記第3の手段(C) により求められた方
位データの誤差から各データの信頼度を計算し、カルマ
ンフィルタゲインを算出する第4の手段(D) と、 GPS受信機の方位データ、及びジャイロの角速度デー
タから求められた方位データに、前記カルマンフィルタ
ゲインに基づいた重み付け処理をすることにより、車両
の現在の推定方位を求める第5の手段(E) とを有するこ
とを特徴とする方位検出装置。1. A bearing data acquired from a GPS receiver,
And the azimuth data obtained from the angular velocity data of the gyro are taken in, and the azimuth detection device that finds the current estimated azimuth of the vehicle from those values and the past azimuth is used to calculate the error in the offset value included in the gyro angular velocity data. The first means (A) for performing the offset value error and the time change rate of the offset value error included in the angular velocity data of the gyro obtained by the first means (A) The second means (B) for evaluating the error contained in the current gyro angular velocity data based on the product of the gyro scale factor error and the gyro scale factor error multiplied by the gyro angular velocity data. Means for evaluating a bearing error depending on at least the speed of the vehicle included in the bearing data of the GPS receiver inside
(C), the error of the gyro angular velocity data obtained by the second means (B), and the error of the azimuth data obtained by the third means (C) are used to calculate the reliability of each data, A fourth means (D) for calculating the Kalman filter gain, the azimuth data obtained from the azimuth data of the GPS receiver, and the angular velocity data of the gyro are subjected to weighting processing based on the Kalman filter gain to obtain the current state of the vehicle. And a fifth means (E) for obtaining an estimated azimuth of the azimuth.
Priority Applications (5)
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JP9977892A JPH06288776A (en) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | Azimuth detector |
DE69314219T DE69314219T2 (en) | 1992-04-20 | 1993-04-15 | Device for detecting the course of the vehicle |
EP93302905A EP0567268B1 (en) | 1992-04-20 | 1993-04-15 | Vehicle heading detecting apparatus |
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JP9977892A JPH06288776A (en) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | Azimuth detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06288776A true JPH06288776A (en) | 1994-10-18 |
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ID=14256411
Family Applications (1)
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JP9977892A Pending JPH06288776A (en) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | Azimuth detector |
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Country | Link |
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