位置算出方法及び位置算出装置
【課題】慣性航法を利用した位置算出の正確性を向上させるための新たな手法を提案すること。
【解決手段】自動車に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて、移動体である自動車の姿勢及び移動方向が検出される。そして、検出された姿勢に基づいて、自動車に設置された加速度センサーの検出結果が、相対座標系から絶対座標系に座標変換され、座標変換後の検出結果を用いて、速度ベクトルが算出・更新される。そして、算出された速度ベクトルが検出された移動方向を用いて補正され、補正された速度ベクトルを用いて、自動車の位置が算出・更新される。
【解決手段】自動車に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて、移動体である自動車の姿勢及び移動方向が検出される。そして、検出された姿勢に基づいて、自動車に設置された加速度センサーの検出結果が、相対座標系から絶対座標系に座標変換され、座標変換後の検出結果を用いて、速度ベクトルが算出・更新される。そして、算出された速度ベクトルが検出された移動方向を用いて補正され、補正された速度ベクトルを用いて、自動車の位置が算出・更新される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置算出方法及び位置算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測位用信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から位置算出装置までの擬似距離等の情報に基づいて位置算出装置の位置座標と時計誤差とを求める位置算出計算を行う。
【０００３】
測位用信号を利用した位置算出では、様々な誤差要因によって位置算出の正確性が低下するという問題があり、位置算出の正確性を向上させるための様々な技術が考案されている。例えば、特許文献１には、移動体の速度ベクトルを用いた慣性航法演算を行うことにより、ＧＰＳを利用して算出した位置を補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６８６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から用いられている慣性航法演算では、例えば加速度センサーを用いるのであれば、検出された加速度ベクトルを積分することで速度ベクトルを算出し、前回位置に今回の速度ベクトル分の移動量を加算することで今回位置を算出する手法がとられる。ここで「ベクトル」とは、方向及び大きさを表す便宜上の用語である。方向及び大きさを表す表現としては、例えば直交座標系や球座標系における各軸の値としてもよいことは勿論であるが、何れの表記法をとったとしても「ベクトル」と等価であることは自明である。従って、本明細書においては、方向及び大きさの両方を表す用語として「ベクトル」を用いる。
【０００６】
しかし、加速度ベクトルが１回検出される毎に積分して速度ベクトルを１回算出し、その速度ベクトルの１回の算出毎に位置を算出（より正確には算定位置を更新）するというわけではない。加速度ベクトルから速度ベクトルを求め、求めた速度ベクトルから位置を算出するという一連の処理には、積分の他に、複数のベクトルを足し合わせる積算という処理が含まれているのである。すなわち、連続して検出された複数の加速度ベクトルを積分したベクトル（次式（１））を積算することで１つの速度ベクトル（次式（２））を算出したり、算出した複数の速度ベクトルを積算することで前回位置から今回位置を算出（算定位置を更新）したりする。
【数１】
【数２】
【０００７】
例えば、複数の加速度ベクトルから１つの速度ベクトルを算出する場合について説明する。実際には微小な時間ではあるが、加速度ベクトルが検出されてから次の検出までの間（検出時間間隔）は、加速度ベクトルを一定とみなす。連続して検出された複数の加速度ベクトルそれぞれを検出時間間隔で積分し、積分したそれぞれの値を、所定の単位期間に亘って積算する（足し合わせる）。これにより、単位期間の速度ベクトルを求めるのである。例えば、ナビゲーションシステムにおいては、１秒間に１回の位置算出（位置更新）がなされるが、１秒の間には数多くの加速度検出が行われている。
【０００８】
このように従来行っていた加速度ベクトルの検出から位置算出に至るまでの一連の処理には、次のような問題があった。すなわち、短い検出時間間隔で検出される加速度ベクトルを積分及び積算しながら速度ベクトルを逐次的に求めていくため、時間経過に伴って速度ベクトルに含まれる誤差が累積的に増加するという問題である。当然ではあるが、速度ベクトルに含まれる誤差が増加すると、位置算出の正確性の低下を招くことになる。
【０００９】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、慣性航法を利用した位置算出の正確性を向上させるための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するための第１の形態は、移動体の位置を算出する方法であって、前記移動体の移動方向を検出することと、前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、前記速度ベクトルを前記検出された移動方向を用いて補正することと、前記補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることで前記移動体の位置を算出することと、を含む方法である。
【００１１】
また、他の形態として、移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、加速度センサーと、前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求める速度ベクトル算出部と、前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを前記移動方向検出部により検出された移動方向を用いて補正する速度ベクトル補正部と、前記速度ベクトル補正部により補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることで前記移動体の位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
【００１２】
この第１の形態等によれば、移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて移動体の速度ベクトルを求める。但し、求めた速度ベクトルをそのまま位置算出に利用するわけではない。求めた速度ベクトルを移動体の移動方向を用いて補正した上で、当該補正した速度ベクトルを用いて算定位置を求める。
【００１３】
検出された複数の加速度ベクトルを積算して移動体の速度ベクトルを求める場合には、時間経過に伴って誤差が累積していくという問題がある。しかし、第１の形態等によれば、求めた移動体の速度ベクトルが移動体の移動方向を用いて補正されるため、積算による誤差を除去することができる。この結果、慣性航法を利用した位置算出の正確性の向上に資することとなる。
【００１４】
また、第２の形態として、第１の形態の方法であって、前記補正することは、前記速度ベクトルの向きを、前記検出された移動方向に補正することを含む、方法を構成してもよい。
【００１５】
加速度センサーは移動体に設置されているため、加速度センサーの移動体に対する相対的な向きは固定されている。そこで、この第２の形態のように、求めた速度ベクトルの向きを移動体の移動方向に補正することで、移動体の移動方向に沿った適切な速度ベクトルに補正することができる。
【００１６】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の方法であって、前記移動体が回転したことを検出することを更に含み、前記補正することは、前記移動体が回転した場合に前記速度ベクトルの大きさを変更することを含む、方法を構成してもよい。
【００１７】
この第３の形態によれば、移動体が回転した場合に速度ベクトルの大きさを変更することで、移動体の回転時の運動に応じた適切な速度ベクトルに補正することができる。
【００１８】
第４の形態は、移動体の位置を算出する方法であって、前記移動体の移動方向を検出することと、前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、前記速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることと、前記算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正することと、を含む方法である。
【００１９】
また、他の形態として、移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、加速度センサーと、前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部と、前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を算出する位置算出部と、前記位置算出部により算出された算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正する位置補正部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
【００２０】
この第４の形態等によれば、移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて移動体の速度ベクトルを求め、当該速度ベクトルを用いて算定位置を求める。そして、算定位置を移動体の移動方向を用いて補正する。この場合も、第１の形態等と同様に、慣性航法を利用した位置算出の正確性を向上させることができる。
【００２１】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の方法であって、前記移動体に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて前記移動体の算定姿勢を求めることと、前記算定姿勢を用いて、前記移動体に対する前記加速度センサーの相対的な検出方向を絶対方向に座標変換することで、前記加速度センサーの検出結果を前記絶対方向に座標変換することと、を含み、前記速度ベクトルを求めることは、前記座標変換した後の検出結果を用いて速度ベクトルを求めることである、方法を構成してもよい。
【００２２】
この第５の形態によれば、移動体に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて移動体の算定姿勢を求める。そして、当該算定姿勢を用いて、移動体に対する加速度センサーの相対的な検出方向を絶対方向に座標変換することで、加速度センサーの検出結果を絶対方向に座標変換する。そして、座標変換した後の加速度センサーの検出結果を用いて速度ベクトルを求める。これにより、例えば、加速度センサーの相対的な検出方向ではなく、ジャイロセンサーが検出した姿勢に基づき加速度センサーの検出方向を補正した絶対方向の速度ベクトルを求めることが可能となる。
【００２３】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の方法であって、前記移動体は自動車である、方法を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】位置算出システムのシステム構成及び座標系の説明図。
【図２】カーナビゲーション装置の機能構成の一例を示すブロック図。
【図３】処理部を機能ブロックとして表した概念図。
【図４】（Ａ）は直進時における速度ベクトル補正の説明図。（Ｂ）は回転時における速度ベクトル補正の説明図。
【図５】センサーデータのデータ構成の一例を示す図。
【図６】速度ベクトルデータのデータ構成の一例を示す図。
【図７】補正速度ベクトルデータのデータ構成の一例を示す図。
【図８】算定位置データのデータ構成の一例を示す図。
【図９】ナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】速度ベクトル算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】速度ベクトル補正処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】従来の手法により位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１３】実施形態の手法により位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１４】実施形態の手法により位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１５】変形例において処理部を機能ブロックとして表した概念図。
【図１６】位置補正の原理の説明図。
【図１７】変形例における第２ナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【図１８】（Ａ）及び（Ｂ）は回転時速度と補正係数との対応関係の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置及び位置算出システムの実施形態について説明する。なお、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
【００２６】
１．システム構成
図１は、本実施形態における位置算出システム１のシステム構成及び座標系の説明図である。位置算出システム１は、移動体である四輪自動車（以下、単に「自動車」と称す。）に、位置算出装置を具備した電子機器の一種であるカーナビゲーション装置２が搭載されている。
【００２７】
カーナビゲーション装置２には、加速度センサー及びジャイロセンサーを具備するセンサーユニットであるＩＭＵ６０が搭載されている。ＩＭＵ６０は、自動車に対する相対的な座標系における加速度及び角速度を検出して出力するように設置・構成されている。本実施形態では、この相対的な座標系が機体座標系（Body Frame）として知られるＢ座標系と一致するような姿勢でカーナビゲーション装置２が自動車に設置・固定されているものとして説明する。Ｂ座標系は、車両に対して前方を正とする前後方向をＸＢ軸（ロール軸）、右方を正とする左右方向をＹＢ軸（ピッチ軸）、鉛直下方を正とする上下方向をＺＢ軸（ヨー軸）とする三次元直交座標系である。
【００２８】
カーナビゲーション装置２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した位置算出演算と、ＩＭＵ６０の検出結果を利用した慣性航法演算との２種類の演算を行って位置を算出する。本実施形態では、位置算出を行う座標系を、絶対座標系の一種であり、ＮＥＤ（North East Down）座標系として知られるＬ座標系とする。Ｌ座標系は、北方を正とする南北方向をＸＬ軸、東方を正とする東西方向をＹＬ軸、鉛直下方を正とする高度方向をＺＬ軸とする三次元直交座標系である。
【００２９】
カーナビゲーション装置２は、ジャイロセンサーの検出結果に基づいて、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列を算出し、当該座標変換行列を用いて、加速度センサーのＢ座標系（相対座標系）における検出結果を、Ｌ座標系（絶対座標系）における検出結果に座標変換する。座標変換の際には、加速度センサーの検出結果のうち、加速度の方向を座標変換し、加速度の大きさは維持する。言い換えると、加速度センサーの相対的な検出方向を、絶対座標系における方向（絶対方向）に座標変換する。
【００３０】
そして、Ｌ座標系における加速度センサーの検出結果及びジャイロセンサーの検出結果を用いて、慣性航法演算を行って自動車の位置を逐次的に算出（算定位置を更新）し、算出した位置（算定位置）をプロットしたナビゲーション画面を表示部に表示させるナビゲーション処理を行う。なお、本実施形態では、慣性航法演算を用いて算出した位置を、後述するＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置と区別するために「算定位置」と称する。
【００３１】
２．機能構成
図２は、カーナビゲーション装置２の機能構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置２は、ＧＰＳアンテナ１０と、ＧＰＳ位置算出部２０と、処理部３０と、操作部４０と、表示部５０と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）６０と、記憶部７０とを備えて構成される。
【００３２】
ＧＰＳアンテナ１０は、測位用衛星の一種であるＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信信号をＧＰＳ位置算出部２０に出力する。ＧＰＳ衛星信号は、拡散符号の一種であるＣＡ（Coarse and Acquisition）コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＣＡコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号であり、ＧＰＳ衛星毎に異なるものである。
【００３３】
ＧＰＳ位置算出部２０は、ＧＰＳアンテナ１０から出力された信号に基づいて自動車（カーナビゲーション装置２）の位置を計測する回路或いは装置であり、いわゆるＧＰＳ受信装置に相当する機能ブロックである。図示を省略するが、ＧＰＳ位置算出部２０は、ＲＦ受信回路部と、ベースバンド処理回路部とを備えて構成される。なお、ＲＦ受信回路部と、ベースバンド処理回路部とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。
【００３４】
ベースバンド処理回路部は、ＲＦ受信回路部から出力された受信信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・追尾し、ＧＰＳ衛星信号から取り出した衛星軌道データや時刻データ等に基づいて、所定の位置算出計算を行って自動車の位置（位置座標）を算出する。そして、算出した位置をＧＰＳデータ７２７として、処理部３０に出力する。
【００３５】
処理部３０は、記憶部７０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従ってカーナビゲーション装置２の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。処理部３０は、ＩＭＵ６０の検出結果を利用した慣性航法演算処理を行って自動車の位置（位置座標）を算出する。そして、ＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置（ＧＰＳ算出位置）及び処理部３０が算出した位置（慣性航法演算位置）をもとに、表示部５０に現在位置を指し示した地図を表示させる処理を行う。
【００３６】
図３は、処理部３０を機能ブロックとして表した概念図である。処理部３０は、姿勢算出部３１と、座標変換部３２と、速度ベクトル算出部３３と、速度ベクトル補正部３４と、位置算出部３５とを機能部として有する。
【００３７】
姿勢算出部３１は、ジャイロセンサー６３により検出されたＢ座標系における３軸の加速度を積分処理（積分及び積算）することで、自動車の姿勢角を算出する。姿勢算出部３１は、算出した姿勢角を算定姿勢として、座標変換部３２及び速度ベクトル補正部３４に出力する。自動車の姿勢がわかれば、自動車の移動方向もわかる。そのため、姿勢算出部３１は、自動車の移動方向を検出する移動方向検出部であるとも言える。
【００３８】
座標変換部３２は、姿勢算出部３１から入力した算定姿勢に基づいて、ＩＭＵ６０のＢ座標系における検出結果をＬ座標系における検出結果に変換する座標変換処理を行う。具体的には、姿勢算出部３１から入力したＢ座標系における３軸の姿勢角を用いて、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列を算出し、当該座標変換行列を用いて加速度センサー６１の検出結果を変換する。そして、変換したＬ座標系における３軸の加速度をカーナビゲーション装置２の加速度ベクトルとして、速度ベクトル算出部３３に出力する。座標変換部３２は、加速度ベクトル算出部であるとも言える。
【００３９】
速度ベクトル算出部３３は、座標変換部３２から入力した加速度ベクトルを積分処理することでカーナビゲーション装置２の速度ベクトルを算出し、算出した速度ベクトルを速度ベクトル補正部３４に出力する。
【００４０】
速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトル算出部３３から入力した速度ベクトルを、姿勢算出部３１から入力した算定姿勢に基づいて補正する。そして、補正した速度ベクトルを補正速度ベクトルとして、位置算出部３５に出力する。
【００４１】
位置算出部３５は、速度ベクトル補正部３４から入力した補正速度ベクトルを用いて、カーナビゲーション装置２の位置を算出する。そして、算出した位置を算定位置として、表示部５０に出力する。
【００４２】
図４を参照して、本実施形態における速度ベクトル補正の原理について説明する。説明を分かり易くするため、ここではＬ座標系の東西方向（ＹＬ軸）及び南北方向（ＸＬ軸）でなる２次元平面において速度ベクトルを補正する場合について図示・説明する。図４（Ａ）は自動車の直進時における速度ベクトルの補正の説明図であり、図４（Ｂ）は自動車の回転（旋回）時における速度ベクトルの補正の説明図である。各図において、横軸はＹＬ軸を示しており、縦軸はＸＬ軸を示している。
【００４３】
Ｌ座標系における加速度の東西方向成分及び南北方向成分を積分処理すると、速度の東西方向成分及び南北方向成分が得られる。図４において、ＹＬ軸上に記載した矢印が速度の東西方向成分を示しており、ＸＬ軸上に記載した矢印が速度の南北方向成分を示している。速度の東西方向成分及び南北方向成分を合成することで、大きさが｜Ｖ｜で、向きがθ’である速度ベクトルが得られる。すなわち、動径を｜Ｖ｜、偏角をθ’とする円座標で速度ベクトルが定義される。但し、図４では、速度ベクトルの向きを、速度ベクトルとＹＬ軸との成す角度で表現している。上記の速度ベクトルが、速度ベクトル算出部３３により算出される速度ベクトルである。
【００４４】
速度ベクトルは、座標変換部３２から出力されるＬ座標系における加速度ベクトルを積分処理することで求められる。より具体的には、所定の単位時間の間（単位期間）に検出された複数の加速度ベクトルを積分及び積算して当該単位期間における速度ベクトルの変位を算出し、前回（最新）の速度ベクトルに加算（積算）することで、速度ベクトルを新たに算出する。なお、単位期間における速度ベクトルの変化に相当するベクトル（式（１）のｄｖで表されるベクトル）のことを、便宜的に、前回の速度ベクトルに対する今回の速度ベクトルの「変位」と称する。また、この単位期間には複数の検出時間間隔が含まれる（つまり、単位期間中に複数の加速度ベクトルが検出される。）。
【００４５】
このように加速度ベクトルを積分及び積算して速度ベクトルを逐次的に求めていく必要があるため、加速度ベクトルに誤差があると、求められる速度ベクトルに誤差が累積していくという問題がある。速度の東西方向成分及び速度の南北方向成分が正確に求まらなければ、図４に示す速度ベクトルの大きさ及び向きが正確に求まらず、誤差を含み得ることになる。
【００４６】
そこで、速度ベクトルの大きさ及び向きを次のように補正する。先ず、速度ベクトルの向きθ’を、姿勢算出部３１により算出されたカーナビゲーション装置２の移動方向θに補正する。速度ベクトルの向きθ’は、加速度ベクトルの積分処理を経て間接的に求められる向きであるのに対し、移動方向θは、センサーの検出結果から直接的に求められる自動車の向きである。そのため、補正速度ベクトルの向きは、自動車の移動方向に沿った正しい向きとなる。
【００４７】
次に、速度ベクトルの大きさ｜Ｖ｜を｜Ｖ｜×αに補正する。ここで、「α」は速度ベクトルの補正係数である。本実施形態では、補正係数「α」を、自動車の直進時と回転時とで可変に設定して速度ベクトルを補正する。具体的には、自動車の直進時には、図４（Ａ）に示すように補正係数「α＝１」として、速度ベクトルの大きさをそのままにする。この場合、速度ベクトルの大きさと補正速度ベクトルの大きさとは同じとなる。
【００４８】
一方、自動車の回転時には、図４（Ｂ）に示すように「α＜１」として、速度ベクトルの大きさが小さくなるように補正する。この場合、補正速度ベクトルの大きさは速度ベクトルの大きさよりも小さくなる。
【００４９】
実験結果で後述するが、本願発明者が種々の条件で実験を行った結果、補正係数「α」を「１」よりも僅かに小さな値とすることで、速度ベクトルの補正の効果が表れ、位置算出の正確性の向上に資することがわかった。例えば、自動車が曲がり角で曲がる場合に、速度ベクトルの大きさをそのままにして位置算出を行うと、実際には自動車は曲がっているのに対し、算出される位置は真っ直ぐに行き過ぎてしまい、追従性が悪くなるという問題がある。かかる問題に対処するため、本実施形態では、自動車の回転時には、速度ベクトルの大きさをやや小さく見積もって位置算出を行うことにする。なお、自動車の回転には、自動車の右折、左折、転回等、１周より短い回転が含まれる。
【００５０】
図４では説明を分かり易くするために２次元平面で考えたが、３次元空間に拡張することは容易である。この場合は、東西南北の２次元平面における自動車の向きに加えて、上下方向の向きを考慮して同様の補正を行えばよい。すなわち、動径を｜Ｖ｜、偏角を（θ’，φ’）とする球座標で速度ベクトルを定義する。そして、速度ベクトルの向きを姿勢算出部３１により算出された姿勢角（θ，φ）に補正し、速度ベクトルの大きさを｜Ｖ｜×αに補正するようにする。
【００５１】
図２の機能ブロックの説明に戻って、操作部４０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号を処理部３０に出力する。この操作部４０の操作により、目的地の入力等の各種指示入力がなされる。
【００５２】
表示部５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、処理部３０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部５０には、ナビゲーション画面等が表示される。
【００５３】
ＩＭＵ６０は、例えば、加速度センサー６１やジャイロセンサー６３を備え、予めセンサーに対応付けて定められたセンサー座標系の直交３軸それぞれの軸方向の加速度及び各軸の軸回りの角速度を検出可能に構成される。なお、加速度センサー６１及びジャイロセンサー６３は、それぞれが独立したセンサーであってもよいし、一体型のセンサーであってもよい。
【００５４】
記憶部７０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、カーナビゲーション装置２のシステムプログラムや、ナビゲーション機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００５５】
少なくとも、処理部３０と、加速度センサー６１と、を含んで本実施形態の位置算出装置が構成される。なお、位置算出装置は、ＧＰＳアンテナ１０、ＧＰＳ位置算出部２０、操作部４０、表示部５０、ジャイロセンサー６３、記憶部７０等のその他の構成を含んでいてもよい。
【００５６】
３．データ構成
図２に示すように、記憶部７０には、プログラムとして、処理部３０により読み出され、ナビゲーション処理（図９参照）として実行されるナビゲーションプログラム７１１が記憶されている。また、ナビゲーションプログラム７１１には、速度ベクトル算出処理（図１０参照）として実行される速度ベクトル算出プログラム７１１１と、速度ベクトル補正処理（図１１参照）として実行される速度ベクトル補正プログラム７１１３とがサブルーチンとして含まれている。
【００５７】
ナビゲーション処理とは、処理部３０が、速度ベクトル算出処理及び速度ベクトル補正処理を行って、慣性航法演算を行うための補正速度ベクトルを求め、当該補正速度ベクトルを用いて、自動車（カーナビゲーション装置２）の位置を算定する処理である。そして、算定位置をプロットしたナビゲーション画面を生成して、表示部５０に表示させる。
【００５８】
速度ベクトル算出処理とは、速度ベクトル算出部３３が、座標変換部３２によりＢ座標系からＬ座標系に座標変換された加速度ベクトルを積分処理することで、自動車の速度ベクトルを算出する処理である。
【００５９】
また、速度ベクトル補正処理とは、速度ベクトル補正部３４が、速度ベクトル算出部３３により算出された速度ベクトルを、姿勢算出部３１により算出された自動車の移動方向を用いて補正する処理である。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００６０】
また、記憶部７０には、データとして、センサーデータ７２１と、速度ベクトルデータ７２３と、補正速度ベクトルデータ７２５と、ＧＰＳデータ７２７と、出力位置データ７２９と、回転時補正係数７３１とが記憶される。
【００６１】
センサーデータ７２１は、ＩＭＵ６０を構成する加速度センサー６１及びジャイロセンサー６３によってそれぞれ検出された加速度及び角速度が時系列に記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図５に示す。センサーデータ７２１には、ＩＭＵ６０の検出時刻７２１１と対応付けて、３次元の加速度７２１３と、３次元の角速度７２１５とが時系列に記憶される。
【００６２】
速度ベクトルデータ７２３は、速度ベクトル算出処理により算出された速度ベクトルのデータであり、そのデータ構成例を図６に示す。速度ベクトルデータ７２３には、速度ベクトルの算出時刻７２３１と対応付けて、直交座標系であるＬ座標系で考えた場合の速度ベクトルのベクトル成分７２３３が時系列に記憶される。センサーデータ７２１の所定時間分の検出時刻「ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・」の加速度のデータによって、算出時刻「Ｔ１」の速度ベクトルが算出される。
【００６３】
補正速度ベクトルデータ７２５は、速度ベクトル補正処理で求められた補正速度ベクトルのデータであり、そのデータ構成例を図７に示す。補正速度ベクトルデータ７２５には、速度ベクトルの算出時刻７２３１と対応付けて、球座標系で考えた場合の補正速度ベクトルの大きさ７２５３及び向き７２５５と、直交座標系であるＬ座標系で考えた場合の補正速度ベクトルのベクトル成分７２５７とが時系列に記憶される。
【００６４】
補正速度ベクトルの大きさ７２５３は、速度ベクトルデータ７２３の速度ベクトルのベクトル成分７２３３の二乗和の平方根によって算出される。すなわち、｜Ｖ｜＝（Ｖｘ2＋Ｖｙ2＋Ｖｚ2）1/2である。一方、速度ベクトルの向き７２５５は、姿勢算出部３１により算出・決定された自動車の算定姿勢（θ，φ）である。
【００６５】
ＧＰＳデータ７２７は、ＧＰＳ位置算出部２０により算出・決定された位置（以下、「ＧＰＳ算定位置」と称す。）が時系列に記憶されたデータである。ＧＰＳデータ７２７は、所定時間間隔（例えば１０分間隔）で更新される。
【００６６】
出力位置データ７２９は、表示部５０に表示された出力位置のデータであり、そのデータ構成例を図８に示す。出力位置データ７２９には、速度ベクトルの算出時刻７２３１と対応付けて、出力位置７２９３と、測位種別７２９５とが記憶される。
【００６７】
測位種別７２９５は、出力位置７２９３が、ＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置と、位置算出部３５により算出された位置との何れの位置であるかを示すフラグである。ＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置である場合は「ＧＰＳ」、位置算出部３５により算出された位置である場合は「慣性航法」がそれぞれ記憶される。
【００６８】
回転時補正係数７３１は、自動車の回転を検出した場合に速度ベクトルの大きさ７２５３を補正するための係数のデータである。詳細は後述する。
【００６９】
４．処理の流れ
図９は、記憶部７０に記憶されているナビゲーションプログラム７１１が処理部３０により読み出されて実行されることで、カーナビゲーション装置２において実行されるナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。以下のナビゲーション処理では、ＩＭＵ６０により検出された加速度及び角速度が、記憶部７０のセンサーデータ７２１に随時記憶されるものとする。
【００７０】
最初に、処理部３０は、初期設定を行う（ステップＡ１）。具体的には、慣性航法演算に使用する各パラメーターを初期化する。次いで、処理部３０は、記憶部７０に記憶されている速度ベクトル算出プログラム７１１１を読み出して実行することで、速度ベクトル算出処理を行う（ステップＡ３）。
【００７１】
図１０は、速度ベクトル算出処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、姿勢算出部３１は、ジャイロセンサー６３の検出結果を所定期間に亘って積分して、当該所定期間分の姿勢角変化量を算出する（ステップＢ１）。そして、姿勢算出部３１は、前回（最新）の姿勢角と、算出した姿勢角変化量とを用いて、姿勢角を新たに算出（積算）して、新たに算出した姿勢角で前回の姿勢角を更新する（ステップＢ３）。
【００７２】
次いで、座標変換部３２は、最新の姿勢角に基づいて、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列を算出する（ステップＢ５）。なお、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列については従来公知であるため、ここでは数式等を用いた詳細な説明を省略する。
【００７３】
次いで、座標変換部３２は、加速度センサー６１のＢ座標系における３軸の検出結果を、ステップＢ５で算出した座標変換行列を用いてＬ座標系における３軸の検出結果に座標変換する（ステップＢ７）。これにより、Ｌ座標系における３軸の加速度ベクトルが求まる。そして、座標変換部３２は、ステップＢ７で求めた加速度ベクトルを所定期間に亘って積分して、当該所定期間における速度ベクトルの変位を算出する（ステップＢ９）。
【００７４】
次いで、速度ベクトル算出部３３は、前回（最新）の速度ベクトルと、ステップＢ９で算出した速度ベクトルの変位とを用いて速度ベクトルを新たに算出して、記憶部７０の速度ベクトルデータ７２３を更新する（ステップＢ１１）。具体的には、前回（最新）の速度ベクトルに、ステップＢ９で算出した速度ベクトルの変位を足し合わせる（積算する）ことで、速度ベクトルを新たに算出する。そして、速度ベクトル算出部３３は、速度ベクトル算出処理を終了する。
【００７５】
図９のナビゲーション処理に戻って、速度ベクトル算出処理を行った後、速度ベクトル補正部３４は、記憶部７０に記憶されている速度ベクトル補正プログラム７１１３を読み出して実行することで、速度ベクトル補正処理を行う（ステップＡ５）。
【００７６】
図１１は、速度ベクトル補正処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトル算出処理で算出した速度ベクトルの向き７２５５を、ステップＢ３で算出した姿勢角から求められる自動車の移動方向に補正して、記憶部７０の補正速度ベクトルデータ７２５を更新する（ステップＣ１）。
【００７７】
次いで、速度ベクトル補正部３４は、自動車の回転（旋回）判定を行う（ステップＣ３）。具体的には、例えばステップＢ３で算出した姿勢角の前回の姿勢角からの時間変化に基づいて、自動車が回転中であるか否かを判定する。なお、ジャイロセンサー６３により検出された角速度そのものを用いて回転判定を行うこととしてもよい。
【００７８】
自動車の回転を検出した場合は（ステップＣ５；Ｙｅｓ）、速度ベクトル補正部３４は、記憶部７０に記憶された回転時の補正係数として予め定められた回転時補正係数７３１（α＜１）を用いて速度ベクトルの大きさ７２５３を補正して、補正速度ベクトルデータ７２５を更新する（ステップＣ７）。そして、速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトル補正処理を終了する。
【００７９】
また、自動車の回転を検出しなかった場合は（ステップＣ５；Ｎｏ）、速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトルの大きさを補正することなく、速度ベクトル補正処理を終了する。
【００８０】
図９のナビゲーション処理に戻って、速度ベクトル補正処理を行った後、位置算出部３５は、前回（最新）の出力位置と、速度ベクトル補正処理で求めた補正速度ベクトルとを用いて自動車の位置を新たに算出し、記憶部７０の出力位置データ７２９に記憶させる（ステップＡ７）。
【００８１】
次いで、位置算出部３５は、ＧＰＳ位置算出部２０からＧＰＳデータ７２７を取得したか否かを判定し（ステップＡ９）、取得したと判定した場合は（ステップＡ９；Ｙｅｓ）、出力位置のリセットタイミングであるか否かを判定する（ステップＡ１１）。
【００８２】
出力位置のリセットタイミングは、種々のタイミングを設定することができる。例えば、自動車が停止したタイミングとすることができる。自動車の停止判定は、例えば速度ベクトルの大きさに基づいて判定することが可能である。すなわち、速度ベクトルの大きさが「０」に近い値として予め定められた所定の閾値以下である場合に、自動車は停止していると判定することができる。
【００８３】
また、例えば、自動車がトンネル内などのＧＰＳ測位が不可能な環境から、トンネルの外などのＧＰＳ測位が可能な環境に変化したタイミング（ＧＰＳ衛星信号の捕捉ができなくなってから捕捉ができるようになったタイミング）をリセットタイミングとしてもよい。他には、例えば所定時間が経過する毎（例えば３０分毎）のタイミングをリセットタイミングとしてもよい。
【００８４】
出力位置のリセットタイミングであると判定した場合は（ステップＡ１１；Ｙｅｓ）、位置算出部３５は、ステップＡ７で求めた出力位置を、ＧＰＳ位置算出部２０から取得したＧＰＳデータ７２７のＧＰＳ算出位置でリセットする（ステップＡ１３）。具体的には、ステップＡ７で求めた出力位置を、ＧＰＳ算出位置に変更する。
【００８５】
一方、ステップＡ９においてＧＰＳデータを取得できなかったと判定した場合（ステップＡ９；Ｎｏ）、又は、ステップＡ１１においてリセットタイミングではないと判定した場合は（ステップＡ１１；Ｎｏ）、位置算出部３５は、ステップＡ１５へと処理を移行する。
【００８６】
次いで、位置算出部３５は、最新の出力位置（算定位置）で表示部５０のナビゲーション画面の表示を更新する（ステップＡ１５）。そして、位置算出部３５は、位置算出を終了するか否かを判定し（ステップＡ１７）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ１７；Ｎｏ）、ステップＡ３に戻る。また、終了すると判定した場合は（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、ナビゲーション処理を終了する。
【００８７】
５．実験結果
図１２〜図１４を参照して、従来の手法と本実施形態の手法とのそれぞれを適用して位置算出を行った場合の実験結果について説明する。カーナビゲーション装置を搭載した自動車を、予め定められた周回経路に沿って２周させ、所定時間間隔で慣性航法演算を行って求めた算定位置を東西南北の２次元平面に順次にプロットする実験を行った。図１２〜図１４において、横軸は東西方向、縦軸は南北方向をそれぞれ示している。また、点線が実際の経路を示しており、太実線が算定位置の軌跡を示している。
【００８８】
図１２は、従来の手法により、速度ベクトルの補正を行わずに位置算出を行った実験結果の一例を示す図である。この結果を見ると、１周目の初期の間は実際の経路に沿った算定位置の軌跡が得られているが、１周目の途中から算定位置が実際の経路からずれていき、２周目には実際の経路から大きく外れていることがわかる。
【００８９】
図１３は、本実施形態の手法により、速度ベクトルの補正を行って位置算出を行った実験結果の一例を示す図である。ここでは、自動車の回転時における速度ベクトルの大きさの補正を行わずに、速度ベクトルの補正係数を常時「α＝１」として実験を行った。この結果を見ると、実際の経路と比較するとやはり誤差が生じているものの、図１２の従来の結果と比べると、実際の経路に近い算定位置の軌跡が得られていることがわかる。しかし、よく見ると、曲がり角の部分において算定位置が行き過ぎて外側にオーバーしており、曲がり角における追従性が低下していることがわかる。
【００９０】
図１４は、本実施形態の手法により、速度ベクトルの補正を行って位置算出を行った実験結果の一例を示す図である。ここでは、自動車の回転時における速度ベクトルの大きさの補正を行うこととし、回転時には補正係数「α」を０．９以上１．０未満の一定値として実験を行った。この結果を見ると、２周目においても、算定位置の軌跡が実際の経路とほぼ一致しており、良好な結果が得られていることがわかる。また、曲がり角の部分に着目すると、算定位置が外側に外れることもなく、実際の経路に沿った追従性の良い軌跡が得られており、本実施形態の手法の有効性が実証された。
【００９１】
６．作用効果
本実施形態によれば、自動車に設置されたジャイロセンサー６３の検出結果を用いて、移動体である自動車の姿勢及び移動方向が検出される。そして、検出された姿勢に基づいて、自動車に設置された加速度センサー６１の検出結果が、相対座標系から絶対座標系に座標変換され、座標変換後の検出結果を用いて、速度ベクトルが算出・更新される。そして、算出された速度ベクトルが検出された移動方向を用いて補正され、補正された速度ベクトルを用いて、自動車の位置が算出・更新される。
【００９２】
速度ベクトルは、加速度ベクトルを積分処理することで求められる。この際、加速度ベクトルを積分及び積算していく処理を行うために、求められる速度ベクトルには時間経過に伴って誤差が累積していくという問題がある。しかし、算出された速度ベクトルの向きを、他の検出方法により検出された自動車の移動方向に補正することにすれば、速度ベクトルの向きは自動車の移動方向に沿った正確な向きとなる。そして、補正された速度ベクトルを用いて自動車の位置を算出することで、算定位置の正確性を向上させることができる。
【００９３】
また、自動車の直進時には、速度ベクトルの大きさをそのままとし、自動車の回転時には、速度ベクトルの大きさを僅かに小さく補正する。例えば、自動車が曲がり角で曲がる場合に、速度ベクトルの大きさをそのままにして位置算出を行うと、算出される位置の実際の位置に対する追従性が悪くなり、次第に乖離していくという問題がある。そのため、自動車の回転時に速度ベクトルの大きさをやや小さく見積もって位置算出を行うことで、算定位置の正確性を向上させることができる。
【００９４】
７．変形例
７−１．電子機器
上述した実施形態では、四輪自動車に搭載するナビゲーション装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、二輪自動車に搭載するナビゲーション装置に適用してもよいし、携帯型ナビゲーション装置に適用することとしてもよい。
【００９５】
また、ナビゲーション以外の用途の電子機器についても本発明を同様に適用可能であることは勿論である。例えば、携帯型電話機やパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった他の電子機器についても本発明を同様に適用して、当該電子機器の位置算出を実現することが可能である。
【００９６】
７−２．衛星測位システム
また、上述した実施形態では、衛星測位システムとしてＧＰＳを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムであってもよいことは勿論である。
【００９７】
７−３．位置の補正
上述した実施形態では、自動車の移動方向に基づいて速度ベクトルを補正し、補正速度ベクトルを用いて位置算出を行うものとして説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、速度ベクトルを補正せずに、速度ベクトルをそのまま用いて位置算出を行う。そして、算出された位置を自動車の移動方向に基づいて補正する。
【００９８】
図１５は、この場合における処理部３０を機能ブロックとして表した概念図である。なお、図３に示す処理部３０と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、図３とは異なる機能ブロックを中心に説明する。図１５の処理部３０では、姿勢算出部３１により算出・決定された算定姿勢（移動方向）が、座標変換部３２及び位置補正部３６に出力される。
【００９９】
また、速度ベクトル算出部３３により算出された速度ベクトルは、そのまま位置算出部３５に出力される。そして、当該速度ベクトルを用いて、位置算出部３５により位置が算出される。位置算出部３５により算出された位置は、位置補正部３６に出力される。そして、位置補正部３６は、姿勢算出部３１から入力した算定姿勢（移動方向）に基づいて、位置算出部３５から入力した位置を補正する。
【０１００】
図１６は、位置補正の原理の説明図である。黒丸で示す時刻「Ｔ−１」における出力位置と、時刻「Ｔ」における速度ベクトル（向きθ’）とを用いて、白丸で示す時刻「Ｔ」における算定位置を求めることができる。すなわち、黒丸を速度ベクトルの向き「θ’」に単位時間分シフトさせた位置が白丸である。
【０１０１】
このとき、時刻「Ｔ−１」における出力位置と、時刻「Ｔ」における算定位置との間の距離「Ｌ」を、速度ベクトルを用いて算出する。そして、時刻「Ｔ−１」における出力位置を、姿勢算出部３１から取得した移動体の移動方向「θ」に距離「Ｌ」だけシフトさせることで、二重丸で示す時刻「Ｔ」における補正位置を求める。出力位置のリセットタイミングでなければ、この補正位置が時刻「Ｔ」における出力位置となる。
【０１０２】
図１７は、この場合に処理部３０が実行する第２ナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。なお、図９のナビゲーション処理と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略し、ナビゲーション処理とは異なるステップを中心に説明する。
【０１０３】
第２ナビゲーション処理では、ステップＡ３において速度ベクトル算出処理を行った後、位置算出部３５が、前回（最新）の出力位置と、算出した速度ベクトルとを用いて、自動車の位置を新たに算出して更新する（ステップＤ５）。そして、位置補正部３６が、位置補正処理を行う（ステップＤ７）。位置補正処理では、図１６で説明した位置補正の原理に従って位置を補正する。
【０１０４】
７−４．速度ベクトルの向きの補正
上述した実施形態では、速度ベクトルの向きを、検出した移動体の移動方向に補正するものとして説明したが、検出した移動方向を用いた補正であればよく、この補正方法に限られるわけではない。
【０１０５】
例えば、速度ベクトルの向きと、検出した移動体の移動方向との平均処理を行って速度ベクトルの向きを補正することとしてもよい。この場合は、ジャイロセンサー等のセンサーによって直接的に検出した移動体の移動方向の方が信頼性が高いため、例えば、検出した移動体の移動方向の重みを高くし（例えば０．８）、速度ベクトルの向きの重みを低くして（例えば０．２）、加重平均計算によって速度ベクトルを補正するなどすれば適切である。
【０１０６】
７−５．速度ベクトルの大きさの補正
上述した実施形態では、移動体の回転検出時には速度ベクトルの大きさを一律に小さく変更するものとして説明したが、次のように速度ベクトルの大きさを変更することとしてもよい。
【０１０７】
例えば、移動体の回転が最初に検出されたとき（回転開始時）における移動体の速度（以下、「回転開始時速度」と称す。）を記録しておく。そして、移動体の回転時に、その回転時における移動体の速度（以下、「回転時速度」と称す。）を、記録しておいた回転開始時速度と比較する。そして、その比較結果に基づいて速度ベクトルの大きさを変更する。具体的には、回転時速度が回転開始時速度よりも小さければ、速度ベクトルの大きさを大きく変更する（α＞１）。一方、回転時速度が回転開始時速度よりも大きければ、速度ベクトルの大きさを小さく変更する（α＜１）。
【０１０８】
回転時速度が回転開始時速度よりも小さい場合は、移動体はゆっくりと回転しているものと考えられる。この場合は、速度ベクトルの大きさをやや大きく見積もって位置算出を行うことで、算出される位置が移動体の実際の位置にうまく追従するように調整する。一方、回転時速度が回転開始時速度よりも大きい場合は、移動体は急回転しているものと考えられる。この場合は、速度ベクトルの大きさをやや小さく見積もって位置算出を行う。
【０１０９】
７−６．速度ベクトルの補正係数の設定
上記の速度ベクトルの大きさの補正とも関連するが、補正係数「α」を次のように設定してもよい。すなわち、移動体の回転速度（或いは角速度）の大きさに基づいて補正係数「α」を設定する。移動体の回転速度は、移動体が四輪自動車である場合は、例えばＺＢ軸（ヨー軸）周りの回転速度とし、移動体が二輪自動車である場合は、例えばＸＢ軸（ロール軸）周りの回転速度とするなどが考えられる。なお、回転速度は、ジャイロセンサー６３により検出される角速度と等価である。すなわち、回転速度に「２π（ｒａｄ）」を乗算した値が角速度である。
【０１１０】
図１８は、この場合の補正係数設定の原理を説明するための図である。図１８には、自動車の回転速度と、補正係数「α」との対応関係を示すグラフを示している。補正係数「α」を小さくし過ぎると、位置算出の正確性が低下することが実験により明らかとなった。そのため、補正係数「α」の下限値を予め設定しておくことが適切である。そして、例えば図１８（Ａ）に示すように、下限値まで低下しない範囲で、回転速度が大きくなるにつれて補正係数「α」を徐々に減衰させるようにする。
【０１１１】
また、例えば図１８（Ｂ）に示すように、回転速度の閾値を予め設定しておく。そして、回転速度が閾値に達するまでは補正係数「α」を一律に「１」とし（α＝１）、回転速度が閾値を超えると、補正係数「α」を段階的に減少させることとしてもよい。
【０１１２】
７−７．移動方向の検出
上述した実施形態では、ジャイロセンサーの検出結果を用いて移動体の姿勢を算出することで移動体の移動方向を検出するものとして説明した。しかし、信頼性の高い移動方向が得られるのであれば、他の検出手段によって移動方向を検出することとしてもよい。例えば、地磁気センサー等の方位センサーによって移動方向を検出してもよい。
【０１１３】
７−８．出力位置
上述した実施形態では、所定のリセットタイミングにおいて、ＧＰＳにより算出された位置で算定位置をリセットするものとして説明したが、ＧＰＳを利用して算出した位置（ＧＰＳ算出位置）と、本実施形態の慣性航法演算により算出した位置（慣性航法演算位置）とを併用して、最終的な出力位置を算出・決定することとしてもよい。例えば、ＧＰＳ算出位置と慣性航法演算位置との平均処理を行うフィルターや、確率理論に基づく推定方法の一種であるカルマンフィルター等のフィルター処理を行って出力位置を決定してもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１ 位置算出システム、 ２ カーナビゲーション装置、 １０ ＧＰＳアンテナ、 ２０ ＧＰＳ位置算出部、 ３０ 処理部、 ３１ 姿勢算出部、 ３２ 座標変換部、 ３３ 速度ベクトル算出部、 ３４ 速度ベクトル補正部、 ３５ 位置算出部、 ３６ 位置補正部、 ４０ 操作部、 ５０ 表示部、 ６０ ＩＭＵ、 ６１ 加速度センサー、 ６３ ジャイロセンサー、 ７０ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置算出方法及び位置算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測位用信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から位置算出装置までの擬似距離等の情報に基づいて位置算出装置の位置座標と時計誤差とを求める位置算出計算を行う。
【０００３】
測位用信号を利用した位置算出では、様々な誤差要因によって位置算出の正確性が低下するという問題があり、位置算出の正確性を向上させるための様々な技術が考案されている。例えば、特許文献１には、移動体の速度ベクトルを用いた慣性航法演算を行うことにより、ＧＰＳを利用して算出した位置を補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６８６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から用いられている慣性航法演算では、例えば加速度センサーを用いるのであれば、検出された加速度ベクトルを積分することで速度ベクトルを算出し、前回位置に今回の速度ベクトル分の移動量を加算することで今回位置を算出する手法がとられる。ここで「ベクトル」とは、方向及び大きさを表す便宜上の用語である。方向及び大きさを表す表現としては、例えば直交座標系や球座標系における各軸の値としてもよいことは勿論であるが、何れの表記法をとったとしても「ベクトル」と等価であることは自明である。従って、本明細書においては、方向及び大きさの両方を表す用語として「ベクトル」を用いる。
【０００６】
しかし、加速度ベクトルが１回検出される毎に積分して速度ベクトルを１回算出し、その速度ベクトルの１回の算出毎に位置を算出（より正確には算定位置を更新）するというわけではない。加速度ベクトルから速度ベクトルを求め、求めた速度ベクトルから位置を算出するという一連の処理には、積分の他に、複数のベクトルを足し合わせる積算という処理が含まれているのである。すなわち、連続して検出された複数の加速度ベクトルを積分したベクトル（次式（１））を積算することで１つの速度ベクトル（次式（２））を算出したり、算出した複数の速度ベクトルを積算することで前回位置から今回位置を算出（算定位置を更新）したりする。
【数１】
【数２】
【０００７】
例えば、複数の加速度ベクトルから１つの速度ベクトルを算出する場合について説明する。実際には微小な時間ではあるが、加速度ベクトルが検出されてから次の検出までの間（検出時間間隔）は、加速度ベクトルを一定とみなす。連続して検出された複数の加速度ベクトルそれぞれを検出時間間隔で積分し、積分したそれぞれの値を、所定の単位期間に亘って積算する（足し合わせる）。これにより、単位期間の速度ベクトルを求めるのである。例えば、ナビゲーションシステムにおいては、１秒間に１回の位置算出（位置更新）がなされるが、１秒の間には数多くの加速度検出が行われている。
【０００８】
このように従来行っていた加速度ベクトルの検出から位置算出に至るまでの一連の処理には、次のような問題があった。すなわち、短い検出時間間隔で検出される加速度ベクトルを積分及び積算しながら速度ベクトルを逐次的に求めていくため、時間経過に伴って速度ベクトルに含まれる誤差が累積的に増加するという問題である。当然ではあるが、速度ベクトルに含まれる誤差が増加すると、位置算出の正確性の低下を招くことになる。
【０００９】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、慣性航法を利用した位置算出の正確性を向上させるための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するための第１の形態は、移動体の位置を算出する方法であって、前記移動体の移動方向を検出することと、前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、前記速度ベクトルを前記検出された移動方向を用いて補正することと、前記補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることで前記移動体の位置を算出することと、を含む方法である。
【００１１】
また、他の形態として、移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、加速度センサーと、前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求める速度ベクトル算出部と、前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを前記移動方向検出部により検出された移動方向を用いて補正する速度ベクトル補正部と、前記速度ベクトル補正部により補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることで前記移動体の位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
【００１２】
この第１の形態等によれば、移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて移動体の速度ベクトルを求める。但し、求めた速度ベクトルをそのまま位置算出に利用するわけではない。求めた速度ベクトルを移動体の移動方向を用いて補正した上で、当該補正した速度ベクトルを用いて算定位置を求める。
【００１３】
検出された複数の加速度ベクトルを積算して移動体の速度ベクトルを求める場合には、時間経過に伴って誤差が累積していくという問題がある。しかし、第１の形態等によれば、求めた移動体の速度ベクトルが移動体の移動方向を用いて補正されるため、積算による誤差を除去することができる。この結果、慣性航法を利用した位置算出の正確性の向上に資することとなる。
【００１４】
また、第２の形態として、第１の形態の方法であって、前記補正することは、前記速度ベクトルの向きを、前記検出された移動方向に補正することを含む、方法を構成してもよい。
【００１５】
加速度センサーは移動体に設置されているため、加速度センサーの移動体に対する相対的な向きは固定されている。そこで、この第２の形態のように、求めた速度ベクトルの向きを移動体の移動方向に補正することで、移動体の移動方向に沿った適切な速度ベクトルに補正することができる。
【００１６】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の方法であって、前記移動体が回転したことを検出することを更に含み、前記補正することは、前記移動体が回転した場合に前記速度ベクトルの大きさを変更することを含む、方法を構成してもよい。
【００１７】
この第３の形態によれば、移動体が回転した場合に速度ベクトルの大きさを変更することで、移動体の回転時の運動に応じた適切な速度ベクトルに補正することができる。
【００１８】
第４の形態は、移動体の位置を算出する方法であって、前記移動体の移動方向を検出することと、前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、前記速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることと、前記算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正することと、を含む方法である。
【００１９】
また、他の形態として、移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、加速度センサーと、前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部と、前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を算出する位置算出部と、前記位置算出部により算出された算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正する位置補正部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
【００２０】
この第４の形態等によれば、移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて移動体の速度ベクトルを求め、当該速度ベクトルを用いて算定位置を求める。そして、算定位置を移動体の移動方向を用いて補正する。この場合も、第１の形態等と同様に、慣性航法を利用した位置算出の正確性を向上させることができる。
【００２１】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の方法であって、前記移動体に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて前記移動体の算定姿勢を求めることと、前記算定姿勢を用いて、前記移動体に対する前記加速度センサーの相対的な検出方向を絶対方向に座標変換することで、前記加速度センサーの検出結果を前記絶対方向に座標変換することと、を含み、前記速度ベクトルを求めることは、前記座標変換した後の検出結果を用いて速度ベクトルを求めることである、方法を構成してもよい。
【００２２】
この第５の形態によれば、移動体に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて移動体の算定姿勢を求める。そして、当該算定姿勢を用いて、移動体に対する加速度センサーの相対的な検出方向を絶対方向に座標変換することで、加速度センサーの検出結果を絶対方向に座標変換する。そして、座標変換した後の加速度センサーの検出結果を用いて速度ベクトルを求める。これにより、例えば、加速度センサーの相対的な検出方向ではなく、ジャイロセンサーが検出した姿勢に基づき加速度センサーの検出方向を補正した絶対方向の速度ベクトルを求めることが可能となる。
【００２３】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の方法であって、前記移動体は自動車である、方法を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】位置算出システムのシステム構成及び座標系の説明図。
【図２】カーナビゲーション装置の機能構成の一例を示すブロック図。
【図３】処理部を機能ブロックとして表した概念図。
【図４】（Ａ）は直進時における速度ベクトル補正の説明図。（Ｂ）は回転時における速度ベクトル補正の説明図。
【図５】センサーデータのデータ構成の一例を示す図。
【図６】速度ベクトルデータのデータ構成の一例を示す図。
【図７】補正速度ベクトルデータのデータ構成の一例を示す図。
【図８】算定位置データのデータ構成の一例を示す図。
【図９】ナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】速度ベクトル算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】速度ベクトル補正処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】従来の手法により位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１３】実施形態の手法により位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１４】実施形態の手法により位置算出を行った実験結果の一例を示す図。
【図１５】変形例において処理部を機能ブロックとして表した概念図。
【図１６】位置補正の原理の説明図。
【図１７】変形例における第２ナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【図１８】（Ａ）及び（Ｂ）は回転時速度と補正係数との対応関係の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置及び位置算出システムの実施形態について説明する。なお、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
【００２６】
１．システム構成
図１は、本実施形態における位置算出システム１のシステム構成及び座標系の説明図である。位置算出システム１は、移動体である四輪自動車（以下、単に「自動車」と称す。）に、位置算出装置を具備した電子機器の一種であるカーナビゲーション装置２が搭載されている。
【００２７】
カーナビゲーション装置２には、加速度センサー及びジャイロセンサーを具備するセンサーユニットであるＩＭＵ６０が搭載されている。ＩＭＵ６０は、自動車に対する相対的な座標系における加速度及び角速度を検出して出力するように設置・構成されている。本実施形態では、この相対的な座標系が機体座標系（Body Frame）として知られるＢ座標系と一致するような姿勢でカーナビゲーション装置２が自動車に設置・固定されているものとして説明する。Ｂ座標系は、車両に対して前方を正とする前後方向をＸＢ軸（ロール軸）、右方を正とする左右方向をＹＢ軸（ピッチ軸）、鉛直下方を正とする上下方向をＺＢ軸（ヨー軸）とする三次元直交座標系である。
【００２８】
カーナビゲーション装置２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した位置算出演算と、ＩＭＵ６０の検出結果を利用した慣性航法演算との２種類の演算を行って位置を算出する。本実施形態では、位置算出を行う座標系を、絶対座標系の一種であり、ＮＥＤ（North East Down）座標系として知られるＬ座標系とする。Ｌ座標系は、北方を正とする南北方向をＸＬ軸、東方を正とする東西方向をＹＬ軸、鉛直下方を正とする高度方向をＺＬ軸とする三次元直交座標系である。
【００２９】
カーナビゲーション装置２は、ジャイロセンサーの検出結果に基づいて、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列を算出し、当該座標変換行列を用いて、加速度センサーのＢ座標系（相対座標系）における検出結果を、Ｌ座標系（絶対座標系）における検出結果に座標変換する。座標変換の際には、加速度センサーの検出結果のうち、加速度の方向を座標変換し、加速度の大きさは維持する。言い換えると、加速度センサーの相対的な検出方向を、絶対座標系における方向（絶対方向）に座標変換する。
【００３０】
そして、Ｌ座標系における加速度センサーの検出結果及びジャイロセンサーの検出結果を用いて、慣性航法演算を行って自動車の位置を逐次的に算出（算定位置を更新）し、算出した位置（算定位置）をプロットしたナビゲーション画面を表示部に表示させるナビゲーション処理を行う。なお、本実施形態では、慣性航法演算を用いて算出した位置を、後述するＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置と区別するために「算定位置」と称する。
【００３１】
２．機能構成
図２は、カーナビゲーション装置２の機能構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置２は、ＧＰＳアンテナ１０と、ＧＰＳ位置算出部２０と、処理部３０と、操作部４０と、表示部５０と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）６０と、記憶部７０とを備えて構成される。
【００３２】
ＧＰＳアンテナ１０は、測位用衛星の一種であるＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信信号をＧＰＳ位置算出部２０に出力する。ＧＰＳ衛星信号は、拡散符号の一種であるＣＡ（Coarse and Acquisition）コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＣＡコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号であり、ＧＰＳ衛星毎に異なるものである。
【００３３】
ＧＰＳ位置算出部２０は、ＧＰＳアンテナ１０から出力された信号に基づいて自動車（カーナビゲーション装置２）の位置を計測する回路或いは装置であり、いわゆるＧＰＳ受信装置に相当する機能ブロックである。図示を省略するが、ＧＰＳ位置算出部２０は、ＲＦ受信回路部と、ベースバンド処理回路部とを備えて構成される。なお、ＲＦ受信回路部と、ベースバンド処理回路部とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。
【００３４】
ベースバンド処理回路部は、ＲＦ受信回路部から出力された受信信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・追尾し、ＧＰＳ衛星信号から取り出した衛星軌道データや時刻データ等に基づいて、所定の位置算出計算を行って自動車の位置（位置座標）を算出する。そして、算出した位置をＧＰＳデータ７２７として、処理部３０に出力する。
【００３５】
処理部３０は、記憶部７０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従ってカーナビゲーション装置２の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。処理部３０は、ＩＭＵ６０の検出結果を利用した慣性航法演算処理を行って自動車の位置（位置座標）を算出する。そして、ＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置（ＧＰＳ算出位置）及び処理部３０が算出した位置（慣性航法演算位置）をもとに、表示部５０に現在位置を指し示した地図を表示させる処理を行う。
【００３６】
図３は、処理部３０を機能ブロックとして表した概念図である。処理部３０は、姿勢算出部３１と、座標変換部３２と、速度ベクトル算出部３３と、速度ベクトル補正部３４と、位置算出部３５とを機能部として有する。
【００３７】
姿勢算出部３１は、ジャイロセンサー６３により検出されたＢ座標系における３軸の加速度を積分処理（積分及び積算）することで、自動車の姿勢角を算出する。姿勢算出部３１は、算出した姿勢角を算定姿勢として、座標変換部３２及び速度ベクトル補正部３４に出力する。自動車の姿勢がわかれば、自動車の移動方向もわかる。そのため、姿勢算出部３１は、自動車の移動方向を検出する移動方向検出部であるとも言える。
【００３８】
座標変換部３２は、姿勢算出部３１から入力した算定姿勢に基づいて、ＩＭＵ６０のＢ座標系における検出結果をＬ座標系における検出結果に変換する座標変換処理を行う。具体的には、姿勢算出部３１から入力したＢ座標系における３軸の姿勢角を用いて、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列を算出し、当該座標変換行列を用いて加速度センサー６１の検出結果を変換する。そして、変換したＬ座標系における３軸の加速度をカーナビゲーション装置２の加速度ベクトルとして、速度ベクトル算出部３３に出力する。座標変換部３２は、加速度ベクトル算出部であるとも言える。
【００３９】
速度ベクトル算出部３３は、座標変換部３２から入力した加速度ベクトルを積分処理することでカーナビゲーション装置２の速度ベクトルを算出し、算出した速度ベクトルを速度ベクトル補正部３４に出力する。
【００４０】
速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトル算出部３３から入力した速度ベクトルを、姿勢算出部３１から入力した算定姿勢に基づいて補正する。そして、補正した速度ベクトルを補正速度ベクトルとして、位置算出部３５に出力する。
【００４１】
位置算出部３５は、速度ベクトル補正部３４から入力した補正速度ベクトルを用いて、カーナビゲーション装置２の位置を算出する。そして、算出した位置を算定位置として、表示部５０に出力する。
【００４２】
図４を参照して、本実施形態における速度ベクトル補正の原理について説明する。説明を分かり易くするため、ここではＬ座標系の東西方向（ＹＬ軸）及び南北方向（ＸＬ軸）でなる２次元平面において速度ベクトルを補正する場合について図示・説明する。図４（Ａ）は自動車の直進時における速度ベクトルの補正の説明図であり、図４（Ｂ）は自動車の回転（旋回）時における速度ベクトルの補正の説明図である。各図において、横軸はＹＬ軸を示しており、縦軸はＸＬ軸を示している。
【００４３】
Ｌ座標系における加速度の東西方向成分及び南北方向成分を積分処理すると、速度の東西方向成分及び南北方向成分が得られる。図４において、ＹＬ軸上に記載した矢印が速度の東西方向成分を示しており、ＸＬ軸上に記載した矢印が速度の南北方向成分を示している。速度の東西方向成分及び南北方向成分を合成することで、大きさが｜Ｖ｜で、向きがθ’である速度ベクトルが得られる。すなわち、動径を｜Ｖ｜、偏角をθ’とする円座標で速度ベクトルが定義される。但し、図４では、速度ベクトルの向きを、速度ベクトルとＹＬ軸との成す角度で表現している。上記の速度ベクトルが、速度ベクトル算出部３３により算出される速度ベクトルである。
【００４４】
速度ベクトルは、座標変換部３２から出力されるＬ座標系における加速度ベクトルを積分処理することで求められる。より具体的には、所定の単位時間の間（単位期間）に検出された複数の加速度ベクトルを積分及び積算して当該単位期間における速度ベクトルの変位を算出し、前回（最新）の速度ベクトルに加算（積算）することで、速度ベクトルを新たに算出する。なお、単位期間における速度ベクトルの変化に相当するベクトル（式（１）のｄｖで表されるベクトル）のことを、便宜的に、前回の速度ベクトルに対する今回の速度ベクトルの「変位」と称する。また、この単位期間には複数の検出時間間隔が含まれる（つまり、単位期間中に複数の加速度ベクトルが検出される。）。
【００４５】
このように加速度ベクトルを積分及び積算して速度ベクトルを逐次的に求めていく必要があるため、加速度ベクトルに誤差があると、求められる速度ベクトルに誤差が累積していくという問題がある。速度の東西方向成分及び速度の南北方向成分が正確に求まらなければ、図４に示す速度ベクトルの大きさ及び向きが正確に求まらず、誤差を含み得ることになる。
【００４６】
そこで、速度ベクトルの大きさ及び向きを次のように補正する。先ず、速度ベクトルの向きθ’を、姿勢算出部３１により算出されたカーナビゲーション装置２の移動方向θに補正する。速度ベクトルの向きθ’は、加速度ベクトルの積分処理を経て間接的に求められる向きであるのに対し、移動方向θは、センサーの検出結果から直接的に求められる自動車の向きである。そのため、補正速度ベクトルの向きは、自動車の移動方向に沿った正しい向きとなる。
【００４７】
次に、速度ベクトルの大きさ｜Ｖ｜を｜Ｖ｜×αに補正する。ここで、「α」は速度ベクトルの補正係数である。本実施形態では、補正係数「α」を、自動車の直進時と回転時とで可変に設定して速度ベクトルを補正する。具体的には、自動車の直進時には、図４（Ａ）に示すように補正係数「α＝１」として、速度ベクトルの大きさをそのままにする。この場合、速度ベクトルの大きさと補正速度ベクトルの大きさとは同じとなる。
【００４８】
一方、自動車の回転時には、図４（Ｂ）に示すように「α＜１」として、速度ベクトルの大きさが小さくなるように補正する。この場合、補正速度ベクトルの大きさは速度ベクトルの大きさよりも小さくなる。
【００４９】
実験結果で後述するが、本願発明者が種々の条件で実験を行った結果、補正係数「α」を「１」よりも僅かに小さな値とすることで、速度ベクトルの補正の効果が表れ、位置算出の正確性の向上に資することがわかった。例えば、自動車が曲がり角で曲がる場合に、速度ベクトルの大きさをそのままにして位置算出を行うと、実際には自動車は曲がっているのに対し、算出される位置は真っ直ぐに行き過ぎてしまい、追従性が悪くなるという問題がある。かかる問題に対処するため、本実施形態では、自動車の回転時には、速度ベクトルの大きさをやや小さく見積もって位置算出を行うことにする。なお、自動車の回転には、自動車の右折、左折、転回等、１周より短い回転が含まれる。
【００５０】
図４では説明を分かり易くするために２次元平面で考えたが、３次元空間に拡張することは容易である。この場合は、東西南北の２次元平面における自動車の向きに加えて、上下方向の向きを考慮して同様の補正を行えばよい。すなわち、動径を｜Ｖ｜、偏角を（θ’，φ’）とする球座標で速度ベクトルを定義する。そして、速度ベクトルの向きを姿勢算出部３１により算出された姿勢角（θ，φ）に補正し、速度ベクトルの大きさを｜Ｖ｜×αに補正するようにする。
【００５１】
図２の機能ブロックの説明に戻って、操作部４０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号を処理部３０に出力する。この操作部４０の操作により、目的地の入力等の各種指示入力がなされる。
【００５２】
表示部５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、処理部３０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部５０には、ナビゲーション画面等が表示される。
【００５３】
ＩＭＵ６０は、例えば、加速度センサー６１やジャイロセンサー６３を備え、予めセンサーに対応付けて定められたセンサー座標系の直交３軸それぞれの軸方向の加速度及び各軸の軸回りの角速度を検出可能に構成される。なお、加速度センサー６１及びジャイロセンサー６３は、それぞれが独立したセンサーであってもよいし、一体型のセンサーであってもよい。
【００５４】
記憶部７０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、カーナビゲーション装置２のシステムプログラムや、ナビゲーション機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００５５】
少なくとも、処理部３０と、加速度センサー６１と、を含んで本実施形態の位置算出装置が構成される。なお、位置算出装置は、ＧＰＳアンテナ１０、ＧＰＳ位置算出部２０、操作部４０、表示部５０、ジャイロセンサー６３、記憶部７０等のその他の構成を含んでいてもよい。
【００５６】
３．データ構成
図２に示すように、記憶部７０には、プログラムとして、処理部３０により読み出され、ナビゲーション処理（図９参照）として実行されるナビゲーションプログラム７１１が記憶されている。また、ナビゲーションプログラム７１１には、速度ベクトル算出処理（図１０参照）として実行される速度ベクトル算出プログラム７１１１と、速度ベクトル補正処理（図１１参照）として実行される速度ベクトル補正プログラム７１１３とがサブルーチンとして含まれている。
【００５７】
ナビゲーション処理とは、処理部３０が、速度ベクトル算出処理及び速度ベクトル補正処理を行って、慣性航法演算を行うための補正速度ベクトルを求め、当該補正速度ベクトルを用いて、自動車（カーナビゲーション装置２）の位置を算定する処理である。そして、算定位置をプロットしたナビゲーション画面を生成して、表示部５０に表示させる。
【００５８】
速度ベクトル算出処理とは、速度ベクトル算出部３３が、座標変換部３２によりＢ座標系からＬ座標系に座標変換された加速度ベクトルを積分処理することで、自動車の速度ベクトルを算出する処理である。
【００５９】
また、速度ベクトル補正処理とは、速度ベクトル補正部３４が、速度ベクトル算出部３３により算出された速度ベクトルを、姿勢算出部３１により算出された自動車の移動方向を用いて補正する処理である。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００６０】
また、記憶部７０には、データとして、センサーデータ７２１と、速度ベクトルデータ７２３と、補正速度ベクトルデータ７２５と、ＧＰＳデータ７２７と、出力位置データ７２９と、回転時補正係数７３１とが記憶される。
【００６１】
センサーデータ７２１は、ＩＭＵ６０を構成する加速度センサー６１及びジャイロセンサー６３によってそれぞれ検出された加速度及び角速度が時系列に記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図５に示す。センサーデータ７２１には、ＩＭＵ６０の検出時刻７２１１と対応付けて、３次元の加速度７２１３と、３次元の角速度７２１５とが時系列に記憶される。
【００６２】
速度ベクトルデータ７２３は、速度ベクトル算出処理により算出された速度ベクトルのデータであり、そのデータ構成例を図６に示す。速度ベクトルデータ７２３には、速度ベクトルの算出時刻７２３１と対応付けて、直交座標系であるＬ座標系で考えた場合の速度ベクトルのベクトル成分７２３３が時系列に記憶される。センサーデータ７２１の所定時間分の検出時刻「ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・」の加速度のデータによって、算出時刻「Ｔ１」の速度ベクトルが算出される。
【００６３】
補正速度ベクトルデータ７２５は、速度ベクトル補正処理で求められた補正速度ベクトルのデータであり、そのデータ構成例を図７に示す。補正速度ベクトルデータ７２５には、速度ベクトルの算出時刻７２３１と対応付けて、球座標系で考えた場合の補正速度ベクトルの大きさ７２５３及び向き７２５５と、直交座標系であるＬ座標系で考えた場合の補正速度ベクトルのベクトル成分７２５７とが時系列に記憶される。
【００６４】
補正速度ベクトルの大きさ７２５３は、速度ベクトルデータ７２３の速度ベクトルのベクトル成分７２３３の二乗和の平方根によって算出される。すなわち、｜Ｖ｜＝（Ｖｘ2＋Ｖｙ2＋Ｖｚ2）1/2である。一方、速度ベクトルの向き７２５５は、姿勢算出部３１により算出・決定された自動車の算定姿勢（θ，φ）である。
【００６５】
ＧＰＳデータ７２７は、ＧＰＳ位置算出部２０により算出・決定された位置（以下、「ＧＰＳ算定位置」と称す。）が時系列に記憶されたデータである。ＧＰＳデータ７２７は、所定時間間隔（例えば１０分間隔）で更新される。
【００６６】
出力位置データ７２９は、表示部５０に表示された出力位置のデータであり、そのデータ構成例を図８に示す。出力位置データ７２９には、速度ベクトルの算出時刻７２３１と対応付けて、出力位置７２９３と、測位種別７２９５とが記憶される。
【００６７】
測位種別７２９５は、出力位置７２９３が、ＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置と、位置算出部３５により算出された位置との何れの位置であるかを示すフラグである。ＧＰＳ位置算出部２０により算出された位置である場合は「ＧＰＳ」、位置算出部３５により算出された位置である場合は「慣性航法」がそれぞれ記憶される。
【００６８】
回転時補正係数７３１は、自動車の回転を検出した場合に速度ベクトルの大きさ７２５３を補正するための係数のデータである。詳細は後述する。
【００６９】
４．処理の流れ
図９は、記憶部７０に記憶されているナビゲーションプログラム７１１が処理部３０により読み出されて実行されることで、カーナビゲーション装置２において実行されるナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。以下のナビゲーション処理では、ＩＭＵ６０により検出された加速度及び角速度が、記憶部７０のセンサーデータ７２１に随時記憶されるものとする。
【００７０】
最初に、処理部３０は、初期設定を行う（ステップＡ１）。具体的には、慣性航法演算に使用する各パラメーターを初期化する。次いで、処理部３０は、記憶部７０に記憶されている速度ベクトル算出プログラム７１１１を読み出して実行することで、速度ベクトル算出処理を行う（ステップＡ３）。
【００７１】
図１０は、速度ベクトル算出処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、姿勢算出部３１は、ジャイロセンサー６３の検出結果を所定期間に亘って積分して、当該所定期間分の姿勢角変化量を算出する（ステップＢ１）。そして、姿勢算出部３１は、前回（最新）の姿勢角と、算出した姿勢角変化量とを用いて、姿勢角を新たに算出（積算）して、新たに算出した姿勢角で前回の姿勢角を更新する（ステップＢ３）。
【００７２】
次いで、座標変換部３２は、最新の姿勢角に基づいて、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列を算出する（ステップＢ５）。なお、Ｂ座標系からＬ座標系への座標変換行列については従来公知であるため、ここでは数式等を用いた詳細な説明を省略する。
【００７３】
次いで、座標変換部３２は、加速度センサー６１のＢ座標系における３軸の検出結果を、ステップＢ５で算出した座標変換行列を用いてＬ座標系における３軸の検出結果に座標変換する（ステップＢ７）。これにより、Ｌ座標系における３軸の加速度ベクトルが求まる。そして、座標変換部３２は、ステップＢ７で求めた加速度ベクトルを所定期間に亘って積分して、当該所定期間における速度ベクトルの変位を算出する（ステップＢ９）。
【００７４】
次いで、速度ベクトル算出部３３は、前回（最新）の速度ベクトルと、ステップＢ９で算出した速度ベクトルの変位とを用いて速度ベクトルを新たに算出して、記憶部７０の速度ベクトルデータ７２３を更新する（ステップＢ１１）。具体的には、前回（最新）の速度ベクトルに、ステップＢ９で算出した速度ベクトルの変位を足し合わせる（積算する）ことで、速度ベクトルを新たに算出する。そして、速度ベクトル算出部３３は、速度ベクトル算出処理を終了する。
【００７５】
図９のナビゲーション処理に戻って、速度ベクトル算出処理を行った後、速度ベクトル補正部３４は、記憶部７０に記憶されている速度ベクトル補正プログラム７１１３を読み出して実行することで、速度ベクトル補正処理を行う（ステップＡ５）。
【００７６】
図１１は、速度ベクトル補正処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトル算出処理で算出した速度ベクトルの向き７２５５を、ステップＢ３で算出した姿勢角から求められる自動車の移動方向に補正して、記憶部７０の補正速度ベクトルデータ７２５を更新する（ステップＣ１）。
【００７７】
次いで、速度ベクトル補正部３４は、自動車の回転（旋回）判定を行う（ステップＣ３）。具体的には、例えばステップＢ３で算出した姿勢角の前回の姿勢角からの時間変化に基づいて、自動車が回転中であるか否かを判定する。なお、ジャイロセンサー６３により検出された角速度そのものを用いて回転判定を行うこととしてもよい。
【００７８】
自動車の回転を検出した場合は（ステップＣ５；Ｙｅｓ）、速度ベクトル補正部３４は、記憶部７０に記憶された回転時の補正係数として予め定められた回転時補正係数７３１（α＜１）を用いて速度ベクトルの大きさ７２５３を補正して、補正速度ベクトルデータ７２５を更新する（ステップＣ７）。そして、速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトル補正処理を終了する。
【００７９】
また、自動車の回転を検出しなかった場合は（ステップＣ５；Ｎｏ）、速度ベクトル補正部３４は、速度ベクトルの大きさを補正することなく、速度ベクトル補正処理を終了する。
【００８０】
図９のナビゲーション処理に戻って、速度ベクトル補正処理を行った後、位置算出部３５は、前回（最新）の出力位置と、速度ベクトル補正処理で求めた補正速度ベクトルとを用いて自動車の位置を新たに算出し、記憶部７０の出力位置データ７２９に記憶させる（ステップＡ７）。
【００８１】
次いで、位置算出部３５は、ＧＰＳ位置算出部２０からＧＰＳデータ７２７を取得したか否かを判定し（ステップＡ９）、取得したと判定した場合は（ステップＡ９；Ｙｅｓ）、出力位置のリセットタイミングであるか否かを判定する（ステップＡ１１）。
【００８２】
出力位置のリセットタイミングは、種々のタイミングを設定することができる。例えば、自動車が停止したタイミングとすることができる。自動車の停止判定は、例えば速度ベクトルの大きさに基づいて判定することが可能である。すなわち、速度ベクトルの大きさが「０」に近い値として予め定められた所定の閾値以下である場合に、自動車は停止していると判定することができる。
【００８３】
また、例えば、自動車がトンネル内などのＧＰＳ測位が不可能な環境から、トンネルの外などのＧＰＳ測位が可能な環境に変化したタイミング（ＧＰＳ衛星信号の捕捉ができなくなってから捕捉ができるようになったタイミング）をリセットタイミングとしてもよい。他には、例えば所定時間が経過する毎（例えば３０分毎）のタイミングをリセットタイミングとしてもよい。
【００８４】
出力位置のリセットタイミングであると判定した場合は（ステップＡ１１；Ｙｅｓ）、位置算出部３５は、ステップＡ７で求めた出力位置を、ＧＰＳ位置算出部２０から取得したＧＰＳデータ７２７のＧＰＳ算出位置でリセットする（ステップＡ１３）。具体的には、ステップＡ７で求めた出力位置を、ＧＰＳ算出位置に変更する。
【００８５】
一方、ステップＡ９においてＧＰＳデータを取得できなかったと判定した場合（ステップＡ９；Ｎｏ）、又は、ステップＡ１１においてリセットタイミングではないと判定した場合は（ステップＡ１１；Ｎｏ）、位置算出部３５は、ステップＡ１５へと処理を移行する。
【００８６】
次いで、位置算出部３５は、最新の出力位置（算定位置）で表示部５０のナビゲーション画面の表示を更新する（ステップＡ１５）。そして、位置算出部３５は、位置算出を終了するか否かを判定し（ステップＡ１７）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ１７；Ｎｏ）、ステップＡ３に戻る。また、終了すると判定した場合は（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、ナビゲーション処理を終了する。
【００８７】
５．実験結果
図１２〜図１４を参照して、従来の手法と本実施形態の手法とのそれぞれを適用して位置算出を行った場合の実験結果について説明する。カーナビゲーション装置を搭載した自動車を、予め定められた周回経路に沿って２周させ、所定時間間隔で慣性航法演算を行って求めた算定位置を東西南北の２次元平面に順次にプロットする実験を行った。図１２〜図１４において、横軸は東西方向、縦軸は南北方向をそれぞれ示している。また、点線が実際の経路を示しており、太実線が算定位置の軌跡を示している。
【００８８】
図１２は、従来の手法により、速度ベクトルの補正を行わずに位置算出を行った実験結果の一例を示す図である。この結果を見ると、１周目の初期の間は実際の経路に沿った算定位置の軌跡が得られているが、１周目の途中から算定位置が実際の経路からずれていき、２周目には実際の経路から大きく外れていることがわかる。
【００８９】
図１３は、本実施形態の手法により、速度ベクトルの補正を行って位置算出を行った実験結果の一例を示す図である。ここでは、自動車の回転時における速度ベクトルの大きさの補正を行わずに、速度ベクトルの補正係数を常時「α＝１」として実験を行った。この結果を見ると、実際の経路と比較するとやはり誤差が生じているものの、図１２の従来の結果と比べると、実際の経路に近い算定位置の軌跡が得られていることがわかる。しかし、よく見ると、曲がり角の部分において算定位置が行き過ぎて外側にオーバーしており、曲がり角における追従性が低下していることがわかる。
【００９０】
図１４は、本実施形態の手法により、速度ベクトルの補正を行って位置算出を行った実験結果の一例を示す図である。ここでは、自動車の回転時における速度ベクトルの大きさの補正を行うこととし、回転時には補正係数「α」を０．９以上１．０未満の一定値として実験を行った。この結果を見ると、２周目においても、算定位置の軌跡が実際の経路とほぼ一致しており、良好な結果が得られていることがわかる。また、曲がり角の部分に着目すると、算定位置が外側に外れることもなく、実際の経路に沿った追従性の良い軌跡が得られており、本実施形態の手法の有効性が実証された。
【００９１】
６．作用効果
本実施形態によれば、自動車に設置されたジャイロセンサー６３の検出結果を用いて、移動体である自動車の姿勢及び移動方向が検出される。そして、検出された姿勢に基づいて、自動車に設置された加速度センサー６１の検出結果が、相対座標系から絶対座標系に座標変換され、座標変換後の検出結果を用いて、速度ベクトルが算出・更新される。そして、算出された速度ベクトルが検出された移動方向を用いて補正され、補正された速度ベクトルを用いて、自動車の位置が算出・更新される。
【００９２】
速度ベクトルは、加速度ベクトルを積分処理することで求められる。この際、加速度ベクトルを積分及び積算していく処理を行うために、求められる速度ベクトルには時間経過に伴って誤差が累積していくという問題がある。しかし、算出された速度ベクトルの向きを、他の検出方法により検出された自動車の移動方向に補正することにすれば、速度ベクトルの向きは自動車の移動方向に沿った正確な向きとなる。そして、補正された速度ベクトルを用いて自動車の位置を算出することで、算定位置の正確性を向上させることができる。
【００９３】
また、自動車の直進時には、速度ベクトルの大きさをそのままとし、自動車の回転時には、速度ベクトルの大きさを僅かに小さく補正する。例えば、自動車が曲がり角で曲がる場合に、速度ベクトルの大きさをそのままにして位置算出を行うと、算出される位置の実際の位置に対する追従性が悪くなり、次第に乖離していくという問題がある。そのため、自動車の回転時に速度ベクトルの大きさをやや小さく見積もって位置算出を行うことで、算定位置の正確性を向上させることができる。
【００９４】
７．変形例
７−１．電子機器
上述した実施形態では、四輪自動車に搭載するナビゲーション装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、二輪自動車に搭載するナビゲーション装置に適用してもよいし、携帯型ナビゲーション装置に適用することとしてもよい。
【００９５】
また、ナビゲーション以外の用途の電子機器についても本発明を同様に適用可能であることは勿論である。例えば、携帯型電話機やパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった他の電子機器についても本発明を同様に適用して、当該電子機器の位置算出を実現することが可能である。
【００９６】
７−２．衛星測位システム
また、上述した実施形態では、衛星測位システムとしてＧＰＳを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムであってもよいことは勿論である。
【００９７】
７−３．位置の補正
上述した実施形態では、自動車の移動方向に基づいて速度ベクトルを補正し、補正速度ベクトルを用いて位置算出を行うものとして説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、速度ベクトルを補正せずに、速度ベクトルをそのまま用いて位置算出を行う。そして、算出された位置を自動車の移動方向に基づいて補正する。
【００９８】
図１５は、この場合における処理部３０を機能ブロックとして表した概念図である。なお、図３に示す処理部３０と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、図３とは異なる機能ブロックを中心に説明する。図１５の処理部３０では、姿勢算出部３１により算出・決定された算定姿勢（移動方向）が、座標変換部３２及び位置補正部３６に出力される。
【００９９】
また、速度ベクトル算出部３３により算出された速度ベクトルは、そのまま位置算出部３５に出力される。そして、当該速度ベクトルを用いて、位置算出部３５により位置が算出される。位置算出部３５により算出された位置は、位置補正部３６に出力される。そして、位置補正部３６は、姿勢算出部３１から入力した算定姿勢（移動方向）に基づいて、位置算出部３５から入力した位置を補正する。
【０１００】
図１６は、位置補正の原理の説明図である。黒丸で示す時刻「Ｔ−１」における出力位置と、時刻「Ｔ」における速度ベクトル（向きθ’）とを用いて、白丸で示す時刻「Ｔ」における算定位置を求めることができる。すなわち、黒丸を速度ベクトルの向き「θ’」に単位時間分シフトさせた位置が白丸である。
【０１０１】
このとき、時刻「Ｔ−１」における出力位置と、時刻「Ｔ」における算定位置との間の距離「Ｌ」を、速度ベクトルを用いて算出する。そして、時刻「Ｔ−１」における出力位置を、姿勢算出部３１から取得した移動体の移動方向「θ」に距離「Ｌ」だけシフトさせることで、二重丸で示す時刻「Ｔ」における補正位置を求める。出力位置のリセットタイミングでなければ、この補正位置が時刻「Ｔ」における出力位置となる。
【０１０２】
図１７は、この場合に処理部３０が実行する第２ナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。なお、図９のナビゲーション処理と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略し、ナビゲーション処理とは異なるステップを中心に説明する。
【０１０３】
第２ナビゲーション処理では、ステップＡ３において速度ベクトル算出処理を行った後、位置算出部３５が、前回（最新）の出力位置と、算出した速度ベクトルとを用いて、自動車の位置を新たに算出して更新する（ステップＤ５）。そして、位置補正部３６が、位置補正処理を行う（ステップＤ７）。位置補正処理では、図１６で説明した位置補正の原理に従って位置を補正する。
【０１０４】
７−４．速度ベクトルの向きの補正
上述した実施形態では、速度ベクトルの向きを、検出した移動体の移動方向に補正するものとして説明したが、検出した移動方向を用いた補正であればよく、この補正方法に限られるわけではない。
【０１０５】
例えば、速度ベクトルの向きと、検出した移動体の移動方向との平均処理を行って速度ベクトルの向きを補正することとしてもよい。この場合は、ジャイロセンサー等のセンサーによって直接的に検出した移動体の移動方向の方が信頼性が高いため、例えば、検出した移動体の移動方向の重みを高くし（例えば０．８）、速度ベクトルの向きの重みを低くして（例えば０．２）、加重平均計算によって速度ベクトルを補正するなどすれば適切である。
【０１０６】
７−５．速度ベクトルの大きさの補正
上述した実施形態では、移動体の回転検出時には速度ベクトルの大きさを一律に小さく変更するものとして説明したが、次のように速度ベクトルの大きさを変更することとしてもよい。
【０１０７】
例えば、移動体の回転が最初に検出されたとき（回転開始時）における移動体の速度（以下、「回転開始時速度」と称す。）を記録しておく。そして、移動体の回転時に、その回転時における移動体の速度（以下、「回転時速度」と称す。）を、記録しておいた回転開始時速度と比較する。そして、その比較結果に基づいて速度ベクトルの大きさを変更する。具体的には、回転時速度が回転開始時速度よりも小さければ、速度ベクトルの大きさを大きく変更する（α＞１）。一方、回転時速度が回転開始時速度よりも大きければ、速度ベクトルの大きさを小さく変更する（α＜１）。
【０１０８】
回転時速度が回転開始時速度よりも小さい場合は、移動体はゆっくりと回転しているものと考えられる。この場合は、速度ベクトルの大きさをやや大きく見積もって位置算出を行うことで、算出される位置が移動体の実際の位置にうまく追従するように調整する。一方、回転時速度が回転開始時速度よりも大きい場合は、移動体は急回転しているものと考えられる。この場合は、速度ベクトルの大きさをやや小さく見積もって位置算出を行う。
【０１０９】
７−６．速度ベクトルの補正係数の設定
上記の速度ベクトルの大きさの補正とも関連するが、補正係数「α」を次のように設定してもよい。すなわち、移動体の回転速度（或いは角速度）の大きさに基づいて補正係数「α」を設定する。移動体の回転速度は、移動体が四輪自動車である場合は、例えばＺＢ軸（ヨー軸）周りの回転速度とし、移動体が二輪自動車である場合は、例えばＸＢ軸（ロール軸）周りの回転速度とするなどが考えられる。なお、回転速度は、ジャイロセンサー６３により検出される角速度と等価である。すなわち、回転速度に「２π（ｒａｄ）」を乗算した値が角速度である。
【０１１０】
図１８は、この場合の補正係数設定の原理を説明するための図である。図１８には、自動車の回転速度と、補正係数「α」との対応関係を示すグラフを示している。補正係数「α」を小さくし過ぎると、位置算出の正確性が低下することが実験により明らかとなった。そのため、補正係数「α」の下限値を予め設定しておくことが適切である。そして、例えば図１８（Ａ）に示すように、下限値まで低下しない範囲で、回転速度が大きくなるにつれて補正係数「α」を徐々に減衰させるようにする。
【０１１１】
また、例えば図１８（Ｂ）に示すように、回転速度の閾値を予め設定しておく。そして、回転速度が閾値に達するまでは補正係数「α」を一律に「１」とし（α＝１）、回転速度が閾値を超えると、補正係数「α」を段階的に減少させることとしてもよい。
【０１１２】
７−７．移動方向の検出
上述した実施形態では、ジャイロセンサーの検出結果を用いて移動体の姿勢を算出することで移動体の移動方向を検出するものとして説明した。しかし、信頼性の高い移動方向が得られるのであれば、他の検出手段によって移動方向を検出することとしてもよい。例えば、地磁気センサー等の方位センサーによって移動方向を検出してもよい。
【０１１３】
７−８．出力位置
上述した実施形態では、所定のリセットタイミングにおいて、ＧＰＳにより算出された位置で算定位置をリセットするものとして説明したが、ＧＰＳを利用して算出した位置（ＧＰＳ算出位置）と、本実施形態の慣性航法演算により算出した位置（慣性航法演算位置）とを併用して、最終的な出力位置を算出・決定することとしてもよい。例えば、ＧＰＳ算出位置と慣性航法演算位置との平均処理を行うフィルターや、確率理論に基づく推定方法の一種であるカルマンフィルター等のフィルター処理を行って出力位置を決定してもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１ 位置算出システム、 ２ カーナビゲーション装置、 １０ ＧＰＳアンテナ、 ２０ ＧＰＳ位置算出部、 ３０ 処理部、 ３１ 姿勢算出部、 ３２ 座標変換部、 ３３ 速度ベクトル算出部、 ３４ 速度ベクトル補正部、 ３５ 位置算出部、 ３６ 位置補正部、 ４０ 操作部、 ５０ 表示部、 ６０ ＩＭＵ、 ６１ 加速度センサー、 ６３ ジャイロセンサー、 ７０ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の位置を算出する方法であって、
前記移動体の移動方向を検出することと、
前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、
前記速度ベクトルを前記検出された移動方向を用いて補正することと、
前記補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることで前記移動体の位置を算出することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記補正することは、前記速度ベクトルの向きを、前記検出された移動方向に補正することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動体が回転したことを検出することを更に含み、
前記補正することは、前記移動体が回転した場合に前記速度ベクトルの大きさを変更することを含む、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
移動体の位置を算出する方法であって、
前記移動体の移動方向を検出することと、
前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、
前記速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることと、
前記算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正することと、
を含む方法。
【請求項５】
前記移動体に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて前記移動体の算定姿勢を求めることと、
前記算定姿勢を用いて、前記移動体に対する前記加速度センサーの相対的な検出方向を絶対方向に座標変換することで、前記加速度センサーの検出結果を前記絶対方向に座標変換することと、
を含み、
前記速度ベクトルを求めることは、前記座標変換した後の検出結果を用いて速度ベクトルを求めることである、
請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記移動体は自動車である、
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
加速度センサーと、
前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、
前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求める速度ベクトル算出部と、
前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを前記移動方向検出部により検出された移動方向を用いて補正する速度ベクトル補正部と、
前記速度ベクトル補正部により補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の位置を求めることで前記移動体の位置を算出する位置算出部と、
を備えた位置算出装置。
【請求項８】
移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
加速度センサーと、
前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、
前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部と、
前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を算出する位置算出部と、
前記位置算出部により算出された算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正する位置補正部と、
を備えた位置算出装置。
【請求項１】
移動体の位置を算出する方法であって、
前記移動体の移動方向を検出することと、
前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、
前記速度ベクトルを前記検出された移動方向を用いて補正することと、
前記補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることで前記移動体の位置を算出することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記補正することは、前記速度ベクトルの向きを、前記検出された移動方向に補正することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動体が回転したことを検出することを更に含み、
前記補正することは、前記移動体が回転した場合に前記速度ベクトルの大きさを変更することを含む、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
移動体の位置を算出する方法であって、
前記移動体の移動方向を検出することと、
前記移動体に設置された加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求めることと、
前記速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を求めることと、
前記算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正することと、
を含む方法。
【請求項５】
前記移動体に設置されたジャイロセンサーの検出結果を用いて前記移動体の算定姿勢を求めることと、
前記算定姿勢を用いて、前記移動体に対する前記加速度センサーの相対的な検出方向を絶対方向に座標変換することで、前記加速度センサーの検出結果を前記絶対方向に座標変換することと、
を含み、
前記速度ベクトルを求めることは、前記座標変換した後の検出結果を用いて速度ベクトルを求めることである、
請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記移動体は自動車である、
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
加速度センサーと、
前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、
前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを求める速度ベクトル算出部と、
前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを前記移動方向検出部により検出された移動方向を用いて補正する速度ベクトル補正部と、
前記速度ベクトル補正部により補正された速度ベクトルを用いて前記移動体の位置を求めることで前記移動体の位置を算出する位置算出部と、
を備えた位置算出装置。
【請求項８】
移動体に設置されて当該移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
加速度センサーと、
前記移動体の移動方向を検出する移動方向検出部と、
前記加速度センサーの検出結果を用いて前記移動体の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部と、
前記速度ベクトル算出部により算出された速度ベクトルを用いて前記移動体の算定位置を算出する位置算出部と、
前記位置算出部により算出された算定位置を前記検出された移動方向を用いて補正する位置補正部と、
を備えた位置算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−２２０８４４（Ｐ２０１１−２２０８４４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０５５７（Ｐ２０１０−９０５５７）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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