JPH03209124A - オフセット補正機能を有する方位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は旋回角速度センサ（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）のオフセットを補正するオフセット補正機能を有す
る方位検出装置に関するものである。

く従来の技術〉 従来から、道路交通網の任意の箇所を走行している車両
、あるいは航空路を航行する航空機、淘路を航行する船
舶等（以下「車両」を想定して説明を進める。車両の「
走行」、航空機の「航行」船舶の「航行」をまとめてい
うときは「走行」という）の方位を検出する装置として
、旋回角速度センサと、旋回角速度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
に伴なって生ずる方位変化量（角速度）△θを用いて車
両の現在方位データを得るものが提案されている。

この装置に採用される方式は、角速度データΔθに基づ
いて、車両の現在方位θを θ窮θ０＋Δθ で算出する方式である。θ０は１つ前のサンプリング時
点て求めた方位である。

この方位データθと、別途求められる車両の進行距離デ
ータΔＪとに基づいて、Δノの東西方向成分ΔＸ（一Δ
ｊＸｃｏｓθ）および南北方向成分Δｙ（一ΔｊＸｓｉ
ｎθ）を、従前の車両位置データ（Ｐｘ’．　　Ｐｙ’
）に加算することにより、現在の車両位置データ（Ｐｘ
．Ｐｙ）を求めることができるので、上記方位検出装置
は、車両の位置検出に利用されている。

なお、実際には、旋回角速度センサの出力はディジタル
値であり、これをＡ／Ｄ変換器にょりＡ／Ｄ変換して、
コンビュータに供給し、コンピュータによりディジタル
値を読出して旋回角度を求めている。さらに、地磁気方
位センサを用いて絶対方位を求め、上記旋回角速度セン
サの出力より得た方位データと比較処理し、より信頼度
の高い方位データを得るようにしているものもある。

ところが旋回角速度センサでは、直線走行中でセンサ出
力が０であるべき時でも、温度や湿度の影響を受けて幾
らかの出力（オフセット）が発生するという傾向かある
。このオフセット出力は累積するという性質を有するの
で、実際の走行方向からずれた方向を検知してしまうこ
とになる。

したがって、常に正確なオフセット値を求め、検出方位
を補正する必要がある。そこで、車両が信号等で停止し
ていると、旋回角速度センサの出力にはオフセット分の
み現れることを利用して、走行中のデータから上記オフ
セット分を差し引く方式が考えられている。このように
停止中の旋回角速度センサの出力を利用してオフセット
を補正する装置は種々提案されている（例えば本出願人
による特願昭Ｈ−２４５７０３号明細書参照）。

く発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、旋回角速度センサのオフセットは、停止
中、走行中にかかわらず温度や湿度の変動により変動（
ドリフト）するという性質を持つ。

したがって、車両停止中に測定したオフセット値が、発
進後ドリフトにより変化していき、この結果求められた
方位に誤差が生じる。

車両発進後次の停止までの時間が短ければドリフトが小
さいうちに再度補正を行えばよいが、車両の発進から次
の停止までの間が長ければオフセットの補正をする機会
かなく、ドリフトが大きなものになってしまう。

本発明の目的は、旋回角速度センサの出力データを取り
込み、その値と、過去の検出方位から移動体の現在の方
位を算出する方位検出装置において、方位検出に使用す
る旋回角速度センサのオフセット値を車両の走行中でも
正確に補正することができるオフセット補正機能を有す
る方位検出装置を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明のオフセット補正機
能を有する方位検出装置は、第１図に示すように、旋回
角速度センサ１１と、旋回角速度センサ出力のオフセッ
トの時間変動率ｍを記憶しているメモリ１３と、前回の
オフセット値とメモリに記憶されたオフセットの時間変
動率から旋回角速度センサ出力のオフセットを求め、旋
回角速度センサ１１の出力を補正するオフセット補正手
段１４と、オフセット補正手段１４より出力される補正
された旋回角速度センサの出力から移動体の角速度Δθ
を求め、これに基づき移動体の現在の推定方位θを求め
る方位判定手段１５とを有するものである。

〈作用〉 移動体の方位θは、旋回角速度センサの出力から求めら
れる角速度データをΔθとすると、オフセットを含めた
形で次のように表わされる。

θ一θ０＋Δθ＋ｏ　（ｔ） ここに、θ０は前回求めた方位、ｏ（ｔ〉はオフセット
であり、時間とともに変化する。

本発明によれば、オフセットの時間変動率ｍを記憶して
おき、移動体の走行中、停止中にかかわらず随時読出す
。この読出した値を用いてオフセットの変動分を求め、
前回求めたオフセット値に累積することにより旋回角速
度センサの出力を補正する。

この補正された値は、方位判定手段１５に供給され、移
動体の方位か算出される。

このようにして、リアルタイムでオフセットのドリフト
分まで含めた補正を行うことができるので、より正確な
移動体の方位を検出することができる。

く実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第２図は、本発明の方位検出装置を車両の位置検出装置
に適用した実施例を示すブロック図である。しかし、本
発明の方位検出装置は必ずしも車両の位置検出だけに用
いられるのではなく、航空機、船舶の方位検出にも用い
ることができることを予め断っておく。

車両の位置検出装置は、 ・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。）・地磁気セン
サ４２、 ・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、ビエゾエレクトリック素
子の片持ちぼ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。

旋回角速度センサとして利用される。）、 ・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、地磁気センサ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現在位置を求めバ
ッファメモリ３に格納するロケータ１、 ・ロケータ１に付属しているオフセットメモリ２１、 ・読出した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 とから構成されている。

上記ロケータ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、カウンタから出力されるカウント出力
データに対して、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
走行距離出力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、これと地磁気センサ４
２の絶対方位出力データとから車両の方位出力データを
算出するものである。

オフセットメモリ２１には、予めジャイロ４３を試験し
、オフセットの時間変化率ｍを記憶しておく。この定数
ｍは、走行中随時検索して、後述するようにオフセット
値を決定するのに用いられる。

上記道路地図メモリ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。

上記ディスプレイ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方位とを表示するもので
ある。

上記ナビゲーション・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、
車両の現在方位の表示等を行わせる。

上記の構成の装置による車両方位検出手順につ？て説明
する。車両走行中は、上記ロヶータ］に取り込んた各セ
ンサの出力データに基づいて、車両の位置をディスプレ
イ７上に地図とともに表示し、でいるが、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
取り込み、車両（９置を更新するようにしている。この
割り込み時の車両位置検出フローを第３図に示す。なお
、こＣ；：｝割り込みは、車両の走行距離出力データを
基に１、て求まる一定の走行距離ごとに行ってもよい。

（記一定時間または一定走行距離の長さは、使用，，，
４ｈｔ１る旋回角速度センサの種類や地磁気センナの性
能等により適宜設定される。

まず、ステップ■において、ジャイロ４３の出力データ
Δθ６と地磁気センサ４２の出力データをθ′４を取り
込む。

次に、シャイロ４３の出力データ Δθ゛■のオフセットを以下のようにして求める（スデ
ップ■）。

／ヤイロ４３のオフセットのドリフト量は、経ｌ１．′
ｌ変動ずるか、このオフセット変動率は温度に依存する
関数で表わされると考える。すなわち、温度を丁、時間
をｔて表わすと、 ｄ　Ｏ　（１　）　＝　ｍ　（Ｔ） ｄｔ ・・・■ ここに、ｍ（Ｔ）は温度に応して変化する係数（時間変
動率）である。

ジャイロ４３の出力データΔθ０は、前述したように、
一定時間ごとに求められるのであるから、次に、■式を
離散的に表現することを考える。今回取り込んたジャイ
ロ４３の出力データΔθ０のオフセットをｏ　（ｔｎ）
、前回取り込んたジャイロ４３の出力データΔθ６のオ
フセットをｏ　（ｔｎ−１）とすると、 ｄｏ　（ｔ）　→ｏ　（ｔｎ）　−　ｏ　（ｔｎ−１）
．ｄｔ−−ｔｎ−ｔｎ−１ で表わされるので、■式は、 ｏ　（ｔｎ）　−　ｏ　（ｔｎ−１）＋ｍ（Ｔ）　　（
　ｔ　ｎ−ｔ　ｎ−１　）　＝■て表わされる。すなわ
ち、前回のオフセノト値０（ｔｎ−１）と時間変動率ｍ
　（Ｔ）を用いて今回のオフセット値ｏ　（ｉｎ）を計
算てきる。

ジャイロ４３の温度１゛は走行中急激に変化する１；Ｐ
ではないので時間変動率ｍ　（Ｔ）は一定であると乙エ
．ることができる。したがって、走行中同じ時ｂｔ化＄
ｍでオフセットか変化していくもノトスることかできる
。言い換えれば、オフセットは時１’ｌ．ｎ　：”：．
　Ｊもに直線的に変化すると仮定する。この仮定のドに
おけるオフセットの変化を第４図に示す。

間図ては、停車時ｔ２から次の発進時ｔ３まての１；：
ｌ　＋＝オフセット値がＡからＯに補正され、発進後、
／１ラフ中に破線で示すように再びオフセットｏ（ｔ）
か現れ、時間とともに直線的に増加していく様子を示し
ている。

１−たかって、時間変動率ｍ　（Ｔ）を上記オフセッ｛
メモリ２］に定数ｍとして記憶し、停車しているときの
正確なオフセット値Ａを基準にして、そｃｒ）値Ａを初
期値として、式 Ｌ）　（ｔｎ）　−　ｏ　（ｔｎ−１）＋　ｍ　（　ｔ
　ｎ−ｔ　ｎ−１　）　−■｛″ごより次々とオフセッ
ト値を求めていくことがてきＺ’　（＋ オフセットの時間変動率ｍは、ジャイロの種類によって
異なるので、上記方法の利点は、ジャイロの種類に応し
たオフセットの時間変動率ｍを記憶し、方位を正確に算
出てきることにある。

なお、上記の仮定ではｍを定数とおいているが、走行時
間が長くなるほど、ｍを定数とおく近似の信頼性は低下
してくる。なぜなら、長時間の範囲で見ると、ジャイロ
４３の温度変化は無視てきなくなるからである。したが
って、■式の演算において、停車のたびにｍを測定して
ｍを更新していくことが好ましい。このためには、オフ
セットメモリ２１を、読出し書込み可能なメモリで構成
することが好ましい。

例えば、オフセゾトｏ　（ｔ）が第５図に示すように、
必ずしも直線状に変化しない場合でも、前の停車時点ｔ
　ｊ−１から停車時点ｔｊまてのデータに基づいて式 より傾きｍｊを求めて記憶し、以後、次の停車時点ｔ　
ｊ＋］　までの走行では、このｍｊを用いてオフセット
補正を行い、これとともに停車時点ｔ　ｊ＋１では、停
車時点ｔｊから停車時点ｔ　ｊ＋１までのデタに基づい
て式 ｍ　ｊ＋１　　−　　’　　（ｔｊ＋ｌ）　　　ｏ　　
（ｔｇｔ＋＋１　　−ｔｊ より傾きｍ　ｊ＋１を求めて記憶し、以後の走行では、
このｍ　ｊ＋１を用いてオフセット補正を行うといった
処理を続けていけばよい。

ロケータ１は、算出したオフセット値を用いて、ジャイ
ロ４３の出カデータΔθ０から減算することによりジャ
イロ４３の出カデータΔθＧを補正する（ステソプ■）
。

そして、補正された出方データΔθ６を用いて現在方位
を０６求め（ステソプ■）、地磁気センサ４２の出力デ
ータをθ１と比較し、信頼性の高い方のデータを選択す
る（ステソブ■）。

この還択をするには、例えば、■特開昭ＢＯ−　１２２
３１１号公報に開示されるように、通常は地磁気センサ
を使用し、指定時間内の地磁気センサの変分か設定値以
上、かつ角速度センサの変分が設定値以下のとき角速度
センサのデータを採用してもよいし、また、■過去のジ
ャイロ４３の出力データ、地磁気センサ４２の出力デー
タの分散値をそれぞれ求め、ばらつきの少ない方のデー
タにより重い係数をかけることにより重み付け平均をと
ってもよい。

そして上記のようにして求めた方位データと、車速セン
サ４１の出力から求めた走行距離データとから車両の現
在位置を算出する（ステップ■）。

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方位を補正し、車両の
現在方位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６３−１４８Ｊ１５号公報参照）
。

以上、実施例に基づいて本発明のオフセソ１・補正機能
を有する方位検出装置を説明してきたか、本発明は上記
実施例に限るものではなく、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か可能である
。

く発明の効果〉 以上のように、本発明のオフセット補ＩＥ機能を有する
方位検出装置によれば、オフセットの時間変動率を記憶
して随時読出し、前回のオフセット値とこの読出した時
間変動率を用いて旋回角速度セノサ出力のオフセットを
求め、オフセット補正をすることにより、オフセットの
ドリフト分まで含めた補正をリアルタイムで行うことが
できるので、より正確な移動体の方位を求めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のオフセット補正機能を有する方位検出
装置を示す機能ブロック図、 第２図は本発明の方位検出装置を組み入れた位置検出装
置のハードウェア構成を示すブロック図、第３図は方位
検出手順を示すフローチャート、第４図はシャイ口の瞬
時出力を表わすグラフ、第５図は停車の度に時間変動率
を求めるためのオフセットの変動を示すグラフである。 １・・・ロケータ、ユ１・・・旋回角速度センサ、コ３
・・・メモリ、１４・・・オフセット補正手段、１５・
・・方位判定手段、２１・・・オフセットメモリ、４２
〜・・ジャイロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、旋回角速度センサの出力から求められる方位データ
   を取り込み、その値と過去の推定方位とから移動体の現
   在の推定方位を求める方位検出装置において、 旋回角速度センサ出力に含まれるオフセッ トの時間変動率ｍを記憶しているメモリと、前回のオフ
   セット値と上記オフセットの時 間変動率ｍから旋回角速度センサ出力のオフセットを求
   め、旋回角速度センサの出力を補正するオフセット補正
   手段と、 補正された旋回角速度センサの出力から移 動体の角速度Δθを求め、これに基づき移動体の現在の
   推定方位θを検出する方位判定手段とを有することを特
   徴とするオフセット補正機能を有する方位検出装置。 ２、上記オフセット補正手段が、移動体の停止中のオフ
   セット値Ａを求め、このオフセット値Ａを初期値として
   オフセットを累積的に算出するものである請求項１記載
   のオフセット補正機能を有する方位検出装置。 ３、上記メモリが、読出し書込み可能なメモリであり、
   このメモリに記憶されている時間変動率ｍが、現在時刻
   ｔｎにおける移動体の停止中に測定されたオフセット値
   Ａｎと、過去　の時刻ｔｎ−１における移動体の停止中
   に測定されたオフセット値Ａｎ−１とから演算される時
   間変動率の値に更新されるものである請求項１記載のオ
   フセット補正機能を有する方位検出装置。