測位装置及び初期化方法
【課題】移動局の動きによらず、慣性航法機器の初期化を可能にする。
【解決手段】回転レバー，移動レバーの状態により、初期化方法を選択する測位装置として、直行する３軸の角速度と加速度を出力する慣性センサ手段と、測位情報の信号により位置及び速度を出力する受信手段と、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、移動レバーがオンである場合、受信手段の出力位置及び速度，慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、ドリフト量及び誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備える。
【解決手段】回転レバー，移動レバーの状態により、初期化方法を選択する測位装置として、直行する３軸の角速度と加速度を出力する慣性センサ手段と、測位情報の信号により位置及び速度を出力する受信手段と、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、移動レバーがオンである場合、受信手段の出力位置及び速度，慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、ドリフト量及び誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星から送られてくる信号，角速度及び加速度をもとに位置を測定する測位装置及びその初期化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平８−２１７４０号公報に記載の技術では、慣性航法機器の角速度と加速度のデータ，ＧＰＳ受信機の位置と速度のデータをもとに、慣性航法機器の角速度と加速度のバイアスの推定量を算出し、補正を行い、位置，方位及び姿勢を算出、即ち、初期化する処理を行う。
【０００３】
また特開２００１−２６４１０５号公報に記載の技術では、慣性航法機器の角速度と加速度のデータをもとに、レベリング，コースアライメント及びファインアライメントを実施し、方位及び姿勢を算出、即ち、初期化する。
【０００４】
特表平９−５００７００号公報に記載の技術では、ショベルにおいて静止状態から筐体を回転させ、筐体上の位置出力手段が出力する位置をもとに回転中心の位置，方位及び姿勢を算出する。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１７４０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４１０５号公報
【特許文献３】特表平９−５００７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、方位及び姿勢の初期値が実際と大きく異なると、位置，方位及び姿勢を算出するの（初期化）に長い時間を要する。
【０００７】
特許文献２に記載の技術は、静止している場合に位置，方位及び姿勢を算出することができるが、移動や回転している場合、位置，方位及び姿勢を算出することができない。
【０００８】
特許文献３に記載の技術は、クローラ上の筐体が回転している場合にのみ位置，方位及び姿勢を算出することができるが、クローラが動作し、移動している場合には位置，方位及び姿勢を算出することができない。
【０００９】
本発明の第一の目的は、初期化時間を短縮することである。
【００１０】
本発明の第二の目的は、慣性航法機器の初期化において、作業に取り掛かる前の車両動作にかかわらず、慣性航法機器の初期化を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の第一の目的は、互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置により達成される。
【００１２】
上記の第一の目的は、前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算する前記演算手段を備えたことを特徴とする上記の測位装置により達成される。
【００１３】
上記の第一の目的は、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信する受信手段の出力位置及び速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法により達成される。
【００１４】
上記の第一の目的は、前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする請求項３の測位装置の初期化方法により達成される。
【００１５】
上記の第二の目的は、互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置により達成される。
【００１６】
上記の第二の目的は、クローラを移動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、前記移動レバーがオンである場合、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法により達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の測位装置及びその初期化方法によれば、回転レバーや移動レバーの状態によって初期化方法を自動的に選択するため、操縦者が初期化方法を選択する操作が不要であり、初期化方法の選択ミスを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明の測位装置及びその初期化方法によれば、回転レバー及び移動レバーの状態をもとに方位及び姿勢の初期値の算出の開始及び移動アライメントの開始を判断するため、誤った動作でアライメントを行ってしまい、誤った方位及び姿勢を算出するミスを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
初期化時間を短縮する第一の目的は、移動レバー及び回転レバーの状態を監視し、移動アライメントの前に方位及び姿勢の初期値を算出することにより実現される。
【００２０】
作業に取り掛かる前の車両動作に捕われず、慣性航法機器の初期化するという第二の目的は、移動レバー及び回転レバーの状態によって初期化方法を選択することにより実現される。
【実施例１】
【００２１】
図１に本発明の測位装置の一実施例の構成を示す。本発明の一実施例は、移動局測位装置１００と、操作駆動装置１１０と、通信回線１２０と、基準局測位装置１３０とを備えている。移動局測位装置１００は、通信手段１０２，受信手段１０１，慣性センサ手段
１０３，演算手段１０４，記憶手段１０５，表示手段１０６とを備えている。
【００２２】
受信手段１０１は、アンテナ２０３を含んでおり、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａ(Coarse／Acquisition) コード生成，相関検出，復号，遅延ロックループ，位相ロックループの処理機能を備えている。測位衛星から送られてきた信号（測位信号）をアンテナ２０３で受信し、軌道情報や測位衛星状態の情報などを含む航法メッセージを検出し、擬似距離（衛星からの距離），搬送波位相積算値及びドップラ周波数などの観測データを測定し、この観測データをもとにアンテナ２０３の位置及び速度を算出する。ＧＰＳ衛星や擬似衛星などの測位衛星は宇宙あるいは地上から測位のための信号を発信する装置である。アンテナ２０３は、図２に示すように車両の筐体
２０２に取り付けられている。取り付け位置は操縦席上でも構わない。
【００２３】
電話機，衛星通信機，無線機などの通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して、基準局測位装置１３０からの観測データを受信手段１０１に送信する。ジャイロや加速度などの慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度と三次元の加速度を出力する。
【００２４】
ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算処理装置）などの演算手段１０４は、受信手段１０１からの位置及び速度，慣性センサ手段１０３の角速度及び加速度，回転レバー１１１及び移動レバー１１４の状態をもとに、慣性センサ装置の初期化を行う。また、筐体２０２の位置，姿勢及び方位を算出する。メモリやハードディスクなどの記憶手段
１０５は、受信機の出力位置などを記憶している。ディスプレイなどの表示手段１０６は、回転レバー１１１及び移動レバー１１４の操作指示を表示する。
【００２５】
操作駆動装置１１０は、回転レバー１１１，制御手段１１２，駆動手段１１３，移動レバー１１４，制御手段１１５，駆動手段１１６とを備えている。回転レバー１１１は、図２に示す操縦席，アーム，ショベルなどからなる筐体２０２を回転させる操作を行うスイッチである。回転レバー１１１がオンになると演算手段１０４と制御手段１１２にオンである信号（オン信号）が送られる。
【００２６】
ＣＰＵなどの制御手段１１２は、回転レバー１１１のオン信号を受け取ると、駆動手段１１３に稼動信号を送る。エンジン，モータや油圧機器などの駆動手段１１３は、制御手段１１２の稼動信号を受け取ると、筐体２０２を回転させる。移動レバー１１４は、図２に示すクローラ２０１を稼動させる操作を行うスイッチである。移動レバー１１４がオンになると演算手段１０４と制御手段１１５にオンである信号（オン信号）が送られる。制御手段１１５は、移動レバー１１４のオン信号を受け取ると、駆動手段１１６に稼動信号を送る。油圧バルブやモータなどの駆動手段１１６は、制御手段１１５の稼動信号を受け取ると、クローラ２０１を回転させる。
【００２７】
電話回線，衛星通信回線，無線などの通信回線１２０は、基準局測位装置１３０の観測データを移動局測位装置１００に送る。基準局測位装置１３０は、受信手段１３１，通信手段１３２とを備えている。受信手段１３１は、アンテナ２０３を含んでおり、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号，遅延ロックループ，位相ロックループの処理機能を備えている。測位衛星から送られてきた信号（測位信号）をアンテナ２０３で受信し、軌道情報や測位衛星状態の情報などを含む航法メッセージを検出し、擬似距離（衛星からの距離），搬送波位相積算値及びドップラ周波数などの観測データを測定する。電話機，衛星通信機，無線機などの通信手段１３２は、通信回線１２０を経由して、受信手段１３１からの観測データを移動局測位装置１００に送信する。
【００２８】
図１に示す本発明の測位装置の基準局測位装置１３０の動作手順を、図３を用いて説明する。
ステップ３０１：受信手段１３１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの観測データを通信手段１３２に送る。
ステップ３０２：受信手段１３１は、航法メッセージ，受信時刻，擬似距離，ドップラ周波数及び搬送波位相積算値などの観測データを通信手段１３２に送り、通信手段１３２は観測データを通信回線１２０を通して、移動局測位装置１００に送信する。
【００２９】
図１に示す本発明の測位装置の移動局測位装置１００の動作手順を、図４を用いて説明する。
ステップ４０１：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態の信号を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１がオンで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ４０２に進み、移動レバー１１４がオンである場合、ステップ４０７に進む。
ステップ４０２：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、受信手段１０１のアンテナ位置５０１を算出する。受信手段１０１は、アンテナ位置５０１を演算手段１０４に送る。
ステップ４０３：演算手段１０４は、受信手段１０１からのアンテナ位置５０１を受け取り、記憶手段１０５に送る。記憶手段１０５は、アンテナ位置５０１を記憶する。
ステップ４０４：アンテナ位置５０１が３つ以上ある場合、ステップ４０５に進み、ない場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４０５：演算手段１０４は、図５に示すアンテナ位置５０１をもとに回転中心
５０２の位置，筐体２０２の方位及び姿勢を算出する。
ステップ４０６：筐体２０２の回転角度５０３が所定の角度以上である場合、ステップ
４１３に進み、所定の角度未満である場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４０７：慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度及び加速度を出力し、演算手段１０４に送る。
ステップ４０８：演算手段１０４は、三次元の角速度及び加速度を受け取る。角速度及び加速度のドリフト量を引いた三次元の角速度及び加速度と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をもとにストラップダウン演算を行い、位置，速度，方位及び姿勢を算出する。算出後、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をゼロとする。ここで、角速度及び加速度のドリフト量，位置，速度，方位及び姿勢の誤差量の初期値はゼロである。
ステップ４０９：受信手段１０１の出力周期は慣性センサ手段１０３の出力周期よりも長いため、慣性センサ手段１０３の出力があっても受信手段１０１の出力がない場合がある。このため、受信手段１０１の出力タイミングである場合、ステップ４１０へ進み、出力タイミングでない場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４１０：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、位置を算出する。また、ドップラ周波数をもとに速度を算出する。受信手段１０１は、位置及び速度を演算手段１０４に送る。
ステップ４１１：演算手段１０４は、受信手段１０１から位置及び速度を受け取り、ステップ４０８で算出した位置，速度，方位及び姿勢をもとに、カルマンフィルタを用いて、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を算出する。
ステップ４１２：移動時間が所定の時間よりも大きい場合、ステップ４１３へ進み、所定の時間以下である場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４１３：慣性センサ手段１０３の初期化処理を終了する。
【００３０】
図４に示す本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置１００の動作手順のステップ４１２において、カルマンフィルタの推定誤差共分散が所定の値よりも小さくなったときに初期化を終了しても構わない。
【００３１】
図４に示す本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置１００の動作手順において、慣性センサ手段１０３の角速度のドリフト量の性能が５°／時間以下である場合、図６に示す静止アライメントの動作手順のステップ６０１〜ステップ６０６を追加すると、静止した状態でも慣性センサ手段１０３の初期化が可能となる。
【００３２】
図１に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順を、図６を用いて説明する。
ステップ４０１：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１がオンで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ４０２に進み、移動レバー１１４がオンである場合、ステップ４０８に進み、回転レバー１１１がオフで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ６０１に進む。
ステップ６０１：慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度及び加速度を出力し、演算手段１０４に送る。
ステップ６０２：レベリング及びコースアライメントが終了した場合、ステップ６０５に進み、終了していない場合、ステップ６０３に進む。
ステップ６０３：演算手段１０４は、三次元の加速度をもとに重力方向を検出し、水平面を算出し、レベリング処理を実施する。
ステップ６０４：演算手段１０４は、三次元の角速度をもとに自転による角速度を測定し、自転による角速度をもとに自転方向を検出し、真北方向を算出し、コースアライメントを実施する。
ステップ６０５：演算手段１０４は、三次元の角速度及び加速度を観測量，方位及び姿勢を状態量として、カルマンフィルタを用いて、方位及び姿勢を算出する。この処理はファインアライメントである。
ステップ６０６：カルマンフィルタの推定誤差共分散が所定の値よりも小さい場合、ステップ４１３に進み、所定の値以上である場合、ステップ４０１に進む。
【００３３】
図１に示す本発明の測位装置の一実施例において、基準局測位装置１３０，通信回線
１２０，通信手段１０２を削除し、受信手段１０１が単独測位で位置及び速度を算出しても、慣性センサ手段１０３の初期化を行うことができる。
【００３４】
ショベルなどの車両の作業前の動作として、作業場所までの移動やその場での旋回などがある。図４に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、回転レバー１１１や移動レバー１１４の状態によって初期化方法を自動的に選択するため、ショベルなどの車両の作業前の動作がどのようなものでも慣性センサ手段１０３の初期化が可能である。また、操縦者が初期化方法を選択する操作が不要であり、選択ミスを防ぐことができる。
【００３５】
図１に示す本発明の測位装置の移動局測位装置１００の動作手順を、図７及び図８を用いて説明する。
ステップ７０１：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態の信号を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１がオンで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ７０３に進み、それ以外の場合、ステップ７０２に進む。
ステップ７０２：演算手段１０４は、表示情報（操作指示）「回転レバー１１１をオンにし、移動レバー１１４をオフにしてください。」を表示手段１０６に送る。表示手段106は表示情報（操作指示）「回転レバー１１１をオンにし、移動レバー１１４をオフにしてください。」を出力する。
ステップ７０３：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、受信手段１０１のアンテナ位置５０１を算出する。受信手段１０１は、アンテナ位置５０１を演算手段１０４に送る。
ステップ７０４：演算手段１０４は、受信手段１０１からのアンテナ位置５０１を受け取り、記憶手段１０５に送る。記憶手段１０５は、アンテナ位置５０１を記憶する。
ステップ７０５：アンテナ位置５０１が３つ以上ある場合、ステップ７０６に進み、ない場合、ステップ７０１に進む。
ステップ７０６：演算手段１０４は、図５に示すアンテナ位置５０１をもとに回転中心
５０２の位置，筐体２０２の方位及び姿勢を算出する。
ステップ７０７：筐体２０２の回転角度５０３が所定の角度以上である場合、ステップ
７０８に進み、所定の角度未満である場合、ステップ７０１に進む。
ステップ７０８：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態の信号を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１あるいは移動レバー１１４がオンである場合、ステップ７１０に進み、それ以外の場合、ステップ７０９に進む。
ステップ７０９：演算手段１０４は、表示情報（操作指示）「回転レバー１１１あるいは移動レバー１１４をオンにしてください。」を表示手段１０６に送る。表示手段１０６は表示情報（操作指示）「回転レバー１１１あるいは移動レバー１１４をオンにしてください。」を出力する。
ステップ７１０：慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度及び加速度を出力し、演算手段１０４に送る。
ステップ７１１：演算手段１０４は、三次元の角速度及び加速度を受け取る。角速度及び加速度のドリフト量を引いた三次元の角速度及び加速度と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をもとにストラップダウン演算を行い、位置，速度，方位及び姿勢を算出する。算出後、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をゼロとする。ここで、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量の初期値はゼロである。
ステップ７１２：受信手段１０１の出力周期は慣性センサ手段１０３の出力周期よりも長いため、慣性センサ手段１０３の出力があっても受信手段１０１の出力がない場合がある。このため、受信手段１０１の出力タイミングである場合、ステップ７１３へ進み、出力タイミングでない場合、ステップ７０８に進む。
ステップ７１３：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、位置を算出する。また、ドップラ周波数をもとに速度を算出する。受信手段１０１は、位置及び速度を演算手段１０４に送る。
ステップ７１４：演算手段１０４は、受信手段１０１から位置及び速度を受け取り、ステップ７１１で算出した位置，速度，方位及び姿勢をもとに、カルマンフィルタを用いて、角速度及び加速度のドリフト量を算出する。
ステップ７１５：移動時間が所定の時間よりも大きい場合、ステップ７１６へ進み、所定の時間以下である場合、ステップ７０８に進む。
ステップ７１６：慣性センサ手段１０３の初期化処理を終了する。
【００３６】
図８に示す本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置１００の動作手順のステップ７１５において、カルマンフィルタの推定誤差共分散が所定の値よりも小さくなったときに初期化を終了しても構わない。
【００３７】
図１に示す本発明の測位装置の一実施例において、基準局測位装置１３０，通信回線
１２０，通信手段１０２を削除し、受信手段１０１が単独測位で位置及び速度を算出しても、慣性センサ手段１０３の初期化を行うことができる。
【００３８】
移動アライメントにおいて、方位及び姿勢の初期値が実際と大きく異なると、初期化するのに長い時間を要してしまう。図７及び図８に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、移動アライメントの前にクローラ２０１上の筐体２０２を回転させて、受信手段１０１の位置をもとに方位及び姿勢の初期値を算出し、移動アライメントの初期値とするため、カルマンフィルタの収束が短くなり、慣性センサ手段１０３の初期化に要する時間を短縮することができる。
【００３９】
筐体２０２の回転により方位及び姿勢を求める方法や静止アライメントの後、受信手段１０１と慣性センサ手段１０３の複合航法を行うと、航法モード直後ではカルマンフィルタの推定誤差共分散が大きく出力位置，方位及び姿勢の精度が悪くなる。図７及び図８に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、移動アライメントにより、推定誤差共分散を小さくできるため、航法モードを始めたときに出力位置，方位及び姿勢の精度が良くなる。
【００４０】
図７及び図８に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、回転レバー111及び移動レバー１１４の状態をもとに方位及び姿勢の初期値の算出の開始及び移動アライメントの開始を判断するため、誤った動作でアライメントを行ってしまい、誤った方位及び姿勢を算出するミスを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
測位装置をショベルに適用することにより、慣性航法機器の初期化時間を短縮することができる。また、作業前の動作に捕らわれず、初期化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の測位装置の一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の測位装置の一実施例を搭載した車両を示す図である。
【図３】本発明の測位装置の一実施例の基準局測位装置の動作を示す図である。
【図４】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【図５】本発明の測位装置の一実施例を搭載した車両を示す図である。
【図６】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【図７】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【図８】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００…移動局測位装置、１０１，１３１…受信手段、１０２，１３２…通信手段、
１０３…慣性センサ手段、１０４…演算手段、１０５…記憶手段、１０６…表示手段、
１１０…操作駆動装置、１１１…回転レバー、１１２,１１５…制御手段、１１３,１１６…駆動手段、１１４…移動レバー、１２０…通信回線、１３０…基準局測位装置、２０１…クローラ、２０２…筐体、２０３…アンテナ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星から送られてくる信号，角速度及び加速度をもとに位置を測定する測位装置及びその初期化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平８−２１７４０号公報に記載の技術では、慣性航法機器の角速度と加速度のデータ，ＧＰＳ受信機の位置と速度のデータをもとに、慣性航法機器の角速度と加速度のバイアスの推定量を算出し、補正を行い、位置，方位及び姿勢を算出、即ち、初期化する処理を行う。
【０００３】
また特開２００１−２６４１０５号公報に記載の技術では、慣性航法機器の角速度と加速度のデータをもとに、レベリング，コースアライメント及びファインアライメントを実施し、方位及び姿勢を算出、即ち、初期化する。
【０００４】
特表平９−５００７００号公報に記載の技術では、ショベルにおいて静止状態から筐体を回転させ、筐体上の位置出力手段が出力する位置をもとに回転中心の位置，方位及び姿勢を算出する。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１７４０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４１０５号公報
【特許文献３】特表平９−５００７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、方位及び姿勢の初期値が実際と大きく異なると、位置，方位及び姿勢を算出するの（初期化）に長い時間を要する。
【０００７】
特許文献２に記載の技術は、静止している場合に位置，方位及び姿勢を算出することができるが、移動や回転している場合、位置，方位及び姿勢を算出することができない。
【０００８】
特許文献３に記載の技術は、クローラ上の筐体が回転している場合にのみ位置，方位及び姿勢を算出することができるが、クローラが動作し、移動している場合には位置，方位及び姿勢を算出することができない。
【０００９】
本発明の第一の目的は、初期化時間を短縮することである。
【００１０】
本発明の第二の目的は、慣性航法機器の初期化において、作業に取り掛かる前の車両動作にかかわらず、慣性航法機器の初期化を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の第一の目的は、互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置により達成される。
【００１２】
上記の第一の目的は、前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算する前記演算手段を備えたことを特徴とする上記の測位装置により達成される。
【００１３】
上記の第一の目的は、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信する受信手段の出力位置及び速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法により達成される。
【００１４】
上記の第一の目的は、前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする請求項３の測位装置の初期化方法により達成される。
【００１５】
上記の第二の目的は、互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置により達成される。
【００１６】
上記の第二の目的は、クローラを移動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、前記移動レバーがオンである場合、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法により達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の測位装置及びその初期化方法によれば、回転レバーや移動レバーの状態によって初期化方法を自動的に選択するため、操縦者が初期化方法を選択する操作が不要であり、初期化方法の選択ミスを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明の測位装置及びその初期化方法によれば、回転レバー及び移動レバーの状態をもとに方位及び姿勢の初期値の算出の開始及び移動アライメントの開始を判断するため、誤った動作でアライメントを行ってしまい、誤った方位及び姿勢を算出するミスを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
初期化時間を短縮する第一の目的は、移動レバー及び回転レバーの状態を監視し、移動アライメントの前に方位及び姿勢の初期値を算出することにより実現される。
【００２０】
作業に取り掛かる前の車両動作に捕われず、慣性航法機器の初期化するという第二の目的は、移動レバー及び回転レバーの状態によって初期化方法を選択することにより実現される。
【実施例１】
【００２１】
図１に本発明の測位装置の一実施例の構成を示す。本発明の一実施例は、移動局測位装置１００と、操作駆動装置１１０と、通信回線１２０と、基準局測位装置１３０とを備えている。移動局測位装置１００は、通信手段１０２，受信手段１０１，慣性センサ手段
１０３，演算手段１０４，記憶手段１０５，表示手段１０６とを備えている。
【００２２】
受信手段１０１は、アンテナ２０３を含んでおり、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａ(Coarse／Acquisition) コード生成，相関検出，復号，遅延ロックループ，位相ロックループの処理機能を備えている。測位衛星から送られてきた信号（測位信号）をアンテナ２０３で受信し、軌道情報や測位衛星状態の情報などを含む航法メッセージを検出し、擬似距離（衛星からの距離），搬送波位相積算値及びドップラ周波数などの観測データを測定し、この観測データをもとにアンテナ２０３の位置及び速度を算出する。ＧＰＳ衛星や擬似衛星などの測位衛星は宇宙あるいは地上から測位のための信号を発信する装置である。アンテナ２０３は、図２に示すように車両の筐体
２０２に取り付けられている。取り付け位置は操縦席上でも構わない。
【００２３】
電話機，衛星通信機，無線機などの通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して、基準局測位装置１３０からの観測データを受信手段１０１に送信する。ジャイロや加速度などの慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度と三次元の加速度を出力する。
【００２４】
ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算処理装置）などの演算手段１０４は、受信手段１０１からの位置及び速度，慣性センサ手段１０３の角速度及び加速度，回転レバー１１１及び移動レバー１１４の状態をもとに、慣性センサ装置の初期化を行う。また、筐体２０２の位置，姿勢及び方位を算出する。メモリやハードディスクなどの記憶手段
１０５は、受信機の出力位置などを記憶している。ディスプレイなどの表示手段１０６は、回転レバー１１１及び移動レバー１１４の操作指示を表示する。
【００２５】
操作駆動装置１１０は、回転レバー１１１，制御手段１１２，駆動手段１１３，移動レバー１１４，制御手段１１５，駆動手段１１６とを備えている。回転レバー１１１は、図２に示す操縦席，アーム，ショベルなどからなる筐体２０２を回転させる操作を行うスイッチである。回転レバー１１１がオンになると演算手段１０４と制御手段１１２にオンである信号（オン信号）が送られる。
【００２６】
ＣＰＵなどの制御手段１１２は、回転レバー１１１のオン信号を受け取ると、駆動手段１１３に稼動信号を送る。エンジン，モータや油圧機器などの駆動手段１１３は、制御手段１１２の稼動信号を受け取ると、筐体２０２を回転させる。移動レバー１１４は、図２に示すクローラ２０１を稼動させる操作を行うスイッチである。移動レバー１１４がオンになると演算手段１０４と制御手段１１５にオンである信号（オン信号）が送られる。制御手段１１５は、移動レバー１１４のオン信号を受け取ると、駆動手段１１６に稼動信号を送る。油圧バルブやモータなどの駆動手段１１６は、制御手段１１５の稼動信号を受け取ると、クローラ２０１を回転させる。
【００２７】
電話回線，衛星通信回線，無線などの通信回線１２０は、基準局測位装置１３０の観測データを移動局測位装置１００に送る。基準局測位装置１３０は、受信手段１３１，通信手段１３２とを備えている。受信手段１３１は、アンテナ２０３を含んでおり、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号，遅延ロックループ，位相ロックループの処理機能を備えている。測位衛星から送られてきた信号（測位信号）をアンテナ２０３で受信し、軌道情報や測位衛星状態の情報などを含む航法メッセージを検出し、擬似距離（衛星からの距離），搬送波位相積算値及びドップラ周波数などの観測データを測定する。電話機，衛星通信機，無線機などの通信手段１３２は、通信回線１２０を経由して、受信手段１３１からの観測データを移動局測位装置１００に送信する。
【００２８】
図１に示す本発明の測位装置の基準局測位装置１３０の動作手順を、図３を用いて説明する。
ステップ３０１：受信手段１３１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの観測データを通信手段１３２に送る。
ステップ３０２：受信手段１３１は、航法メッセージ，受信時刻，擬似距離，ドップラ周波数及び搬送波位相積算値などの観測データを通信手段１３２に送り、通信手段１３２は観測データを通信回線１２０を通して、移動局測位装置１００に送信する。
【００２９】
図１に示す本発明の測位装置の移動局測位装置１００の動作手順を、図４を用いて説明する。
ステップ４０１：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態の信号を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１がオンで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ４０２に進み、移動レバー１１４がオンである場合、ステップ４０７に進む。
ステップ４０２：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、受信手段１０１のアンテナ位置５０１を算出する。受信手段１０１は、アンテナ位置５０１を演算手段１０４に送る。
ステップ４０３：演算手段１０４は、受信手段１０１からのアンテナ位置５０１を受け取り、記憶手段１０５に送る。記憶手段１０５は、アンテナ位置５０１を記憶する。
ステップ４０４：アンテナ位置５０１が３つ以上ある場合、ステップ４０５に進み、ない場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４０５：演算手段１０４は、図５に示すアンテナ位置５０１をもとに回転中心
５０２の位置，筐体２０２の方位及び姿勢を算出する。
ステップ４０６：筐体２０２の回転角度５０３が所定の角度以上である場合、ステップ
４１３に進み、所定の角度未満である場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４０７：慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度及び加速度を出力し、演算手段１０４に送る。
ステップ４０８：演算手段１０４は、三次元の角速度及び加速度を受け取る。角速度及び加速度のドリフト量を引いた三次元の角速度及び加速度と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をもとにストラップダウン演算を行い、位置，速度，方位及び姿勢を算出する。算出後、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をゼロとする。ここで、角速度及び加速度のドリフト量，位置，速度，方位及び姿勢の誤差量の初期値はゼロである。
ステップ４０９：受信手段１０１の出力周期は慣性センサ手段１０３の出力周期よりも長いため、慣性センサ手段１０３の出力があっても受信手段１０１の出力がない場合がある。このため、受信手段１０１の出力タイミングである場合、ステップ４１０へ進み、出力タイミングでない場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４１０：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、位置を算出する。また、ドップラ周波数をもとに速度を算出する。受信手段１０１は、位置及び速度を演算手段１０４に送る。
ステップ４１１：演算手段１０４は、受信手段１０１から位置及び速度を受け取り、ステップ４０８で算出した位置，速度，方位及び姿勢をもとに、カルマンフィルタを用いて、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を算出する。
ステップ４１２：移動時間が所定の時間よりも大きい場合、ステップ４１３へ進み、所定の時間以下である場合、ステップ４０１に進む。
ステップ４１３：慣性センサ手段１０３の初期化処理を終了する。
【００３０】
図４に示す本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置１００の動作手順のステップ４１２において、カルマンフィルタの推定誤差共分散が所定の値よりも小さくなったときに初期化を終了しても構わない。
【００３１】
図４に示す本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置１００の動作手順において、慣性センサ手段１０３の角速度のドリフト量の性能が５°／時間以下である場合、図６に示す静止アライメントの動作手順のステップ６０１〜ステップ６０６を追加すると、静止した状態でも慣性センサ手段１０３の初期化が可能となる。
【００３２】
図１に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順を、図６を用いて説明する。
ステップ４０１：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１がオンで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ４０２に進み、移動レバー１１４がオンである場合、ステップ４０８に進み、回転レバー１１１がオフで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ６０１に進む。
ステップ６０１：慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度及び加速度を出力し、演算手段１０４に送る。
ステップ６０２：レベリング及びコースアライメントが終了した場合、ステップ６０５に進み、終了していない場合、ステップ６０３に進む。
ステップ６０３：演算手段１０４は、三次元の加速度をもとに重力方向を検出し、水平面を算出し、レベリング処理を実施する。
ステップ６０４：演算手段１０４は、三次元の角速度をもとに自転による角速度を測定し、自転による角速度をもとに自転方向を検出し、真北方向を算出し、コースアライメントを実施する。
ステップ６０５：演算手段１０４は、三次元の角速度及び加速度を観測量，方位及び姿勢を状態量として、カルマンフィルタを用いて、方位及び姿勢を算出する。この処理はファインアライメントである。
ステップ６０６：カルマンフィルタの推定誤差共分散が所定の値よりも小さい場合、ステップ４１３に進み、所定の値以上である場合、ステップ４０１に進む。
【００３３】
図１に示す本発明の測位装置の一実施例において、基準局測位装置１３０，通信回線
１２０，通信手段１０２を削除し、受信手段１０１が単独測位で位置及び速度を算出しても、慣性センサ手段１０３の初期化を行うことができる。
【００３４】
ショベルなどの車両の作業前の動作として、作業場所までの移動やその場での旋回などがある。図４に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、回転レバー１１１や移動レバー１１４の状態によって初期化方法を自動的に選択するため、ショベルなどの車両の作業前の動作がどのようなものでも慣性センサ手段１０３の初期化が可能である。また、操縦者が初期化方法を選択する操作が不要であり、選択ミスを防ぐことができる。
【００３５】
図１に示す本発明の測位装置の移動局測位装置１００の動作手順を、図７及び図８を用いて説明する。
ステップ７０１：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態の信号を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１がオンで、移動レバー１１４がオフである場合、ステップ７０３に進み、それ以外の場合、ステップ７０２に進む。
ステップ７０２：演算手段１０４は、表示情報（操作指示）「回転レバー１１１をオンにし、移動レバー１１４をオフにしてください。」を表示手段１０６に送る。表示手段106は表示情報（操作指示）「回転レバー１１１をオンにし、移動レバー１１４をオフにしてください。」を出力する。
ステップ７０３：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、受信手段１０１のアンテナ位置５０１を算出する。受信手段１０１は、アンテナ位置５０１を演算手段１０４に送る。
ステップ７０４：演算手段１０４は、受信手段１０１からのアンテナ位置５０１を受け取り、記憶手段１０５に送る。記憶手段１０５は、アンテナ位置５０１を記憶する。
ステップ７０５：アンテナ位置５０１が３つ以上ある場合、ステップ７０６に進み、ない場合、ステップ７０１に進む。
ステップ７０６：演算手段１０４は、図５に示すアンテナ位置５０１をもとに回転中心
５０２の位置，筐体２０２の方位及び姿勢を算出する。
ステップ７０７：筐体２０２の回転角度５０３が所定の角度以上である場合、ステップ
７０８に進み、所定の角度未満である場合、ステップ７０１に進む。
ステップ７０８：回転レバー１１１及び移動レバー１１４はオンかオフかの状態の信号を演算手段１０４に送る。回転レバー１１１あるいは移動レバー１１４がオンである場合、ステップ７１０に進み、それ以外の場合、ステップ７０９に進む。
ステップ７０９：演算手段１０４は、表示情報（操作指示）「回転レバー１１１あるいは移動レバー１１４をオンにしてください。」を表示手段１０６に送る。表示手段１０６は表示情報（操作指示）「回転レバー１１１あるいは移動レバー１１４をオンにしてください。」を出力する。
ステップ７１０：慣性センサ手段１０３は、三次元の角速度及び加速度を出力し、演算手段１０４に送る。
ステップ７１１：演算手段１０４は、三次元の角速度及び加速度を受け取る。角速度及び加速度のドリフト量を引いた三次元の角速度及び加速度と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をもとにストラップダウン演算を行い、位置，速度，方位及び姿勢を算出する。算出後、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量をゼロとする。ここで、角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量の初期値はゼロである。
ステップ７１２：受信手段１０１の出力周期は慣性センサ手段１０３の出力周期よりも長いため、慣性センサ手段１０３の出力があっても受信手段１０１の出力がない場合がある。このため、受信手段１０１の出力タイミングである場合、ステップ７１３へ進み、出力タイミングでない場合、ステップ７０８に進む。
ステップ７１３：通信手段１０２は、通信回線１２０を経由して送られてきた基準局測位装置１３０の観測データを受信し、受信手段１０１に送る。受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナ２０３で受信し、ダウンコンバート，アナログ・デジタル・コンバート，直交検波，Ｃ／Ａコード生成，相関検出，復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ，受信時刻，擬似距離及びドップラ周波数を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ，位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相積算値を検出する。これらの移動局測位装置１００の観測データと基準局測位装置１３０の観測データをもとに、リアルタイム・キネマティック測位を行い、位置を算出する。また、ドップラ周波数をもとに速度を算出する。受信手段１０１は、位置及び速度を演算手段１０４に送る。
ステップ７１４：演算手段１０４は、受信手段１０１から位置及び速度を受け取り、ステップ７１１で算出した位置，速度，方位及び姿勢をもとに、カルマンフィルタを用いて、角速度及び加速度のドリフト量を算出する。
ステップ７１５：移動時間が所定の時間よりも大きい場合、ステップ７１６へ進み、所定の時間以下である場合、ステップ７０８に進む。
ステップ７１６：慣性センサ手段１０３の初期化処理を終了する。
【００３６】
図８に示す本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置１００の動作手順のステップ７１５において、カルマンフィルタの推定誤差共分散が所定の値よりも小さくなったときに初期化を終了しても構わない。
【００３７】
図１に示す本発明の測位装置の一実施例において、基準局測位装置１３０，通信回線
１２０，通信手段１０２を削除し、受信手段１０１が単独測位で位置及び速度を算出しても、慣性センサ手段１０３の初期化を行うことができる。
【００３８】
移動アライメントにおいて、方位及び姿勢の初期値が実際と大きく異なると、初期化するのに長い時間を要してしまう。図７及び図８に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、移動アライメントの前にクローラ２０１上の筐体２０２を回転させて、受信手段１０１の位置をもとに方位及び姿勢の初期値を算出し、移動アライメントの初期値とするため、カルマンフィルタの収束が短くなり、慣性センサ手段１０３の初期化に要する時間を短縮することができる。
【００３９】
筐体２０２の回転により方位及び姿勢を求める方法や静止アライメントの後、受信手段１０１と慣性センサ手段１０３の複合航法を行うと、航法モード直後ではカルマンフィルタの推定誤差共分散が大きく出力位置，方位及び姿勢の精度が悪くなる。図７及び図８に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、移動アライメントにより、推定誤差共分散を小さくできるため、航法モードを始めたときに出力位置，方位及び姿勢の精度が良くなる。
【００４０】
図７及び図８に示す本発明の測位装置の一実施例の動作手順によれば、回転レバー111及び移動レバー１１４の状態をもとに方位及び姿勢の初期値の算出の開始及び移動アライメントの開始を判断するため、誤った動作でアライメントを行ってしまい、誤った方位及び姿勢を算出するミスを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
測位装置をショベルに適用することにより、慣性航法機器の初期化時間を短縮することができる。また、作業前の動作に捕らわれず、初期化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の測位装置の一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の測位装置の一実施例を搭載した車両を示す図である。
【図３】本発明の測位装置の一実施例の基準局測位装置の動作を示す図である。
【図４】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【図５】本発明の測位装置の一実施例を搭載した車両を示す図である。
【図６】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【図７】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【図８】本発明の測位装置の一実施例の移動局測位装置の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００…移動局測位装置、１０１，１３１…受信手段、１０２，１３２…通信手段、
１０３…慣性センサ手段、１０４…演算手段、１０５…記憶手段、１０６…表示手段、
１１０…操作駆動装置、１１１…回転レバー、１１２,１１５…制御手段、１１３,１１６…駆動手段、１１４…移動レバー、１２０…通信回線、１３０…基準局測位装置、２０１…クローラ、２０２…筐体、２０３…アンテナ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、
宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、
クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算する前記演算手段を備えたことを特徴とする請求項１の測位装置。
【請求項３】
クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信する受信手段の出力位置及び速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、
前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法。
【請求項４】
前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする請求項３の測位装置の初期化方法。
【請求項５】
互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、
宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、
クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置。
【請求項６】
クローラを移動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、
筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、前記移動レバーがオンである場合、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法。
【請求項１】
互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、
宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、
クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算する前記演算手段を備えたことを特徴とする請求項１の測位装置。
【請求項３】
クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信する受信手段の出力位置及び速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、
前記移動レバーがオンである場合、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法。
【請求項４】
前記移動レバー及び前記回転レバーがオフである場合、慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする請求項３の測位装置の初期化方法。
【請求項５】
互いに直行する３軸の角速度と、互いに直行する３軸の加速度を出力する慣性センサ手段と、
宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段と、
クローラを稼動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、前記受信手段からの出力位置をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算する演算手段を備えたことを特徴とする測位装置。
【請求項６】
クローラを移動させる移動レバーがオフで、クローラの上にある筐体を回転させる回転レバーがオンである場合、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、位置及び速度を出力する受信手段をもとに筐体の位置，方位及び姿勢を計算し、
筐体が所定の角度回転した後、前記筐体の位置，方位及び姿勢を初期値として、前記移動レバーがオンである場合、所定の時間、前記受信手段の出力位置及び速度、前記慣性センサ手段の出力角速度及び加速度をもとに前記出力角速度及び加速度のドリフト量と、位置，速度，方位及び姿勢の誤差量を計算し、前記ドリフト量及び前記誤差量だけ補正して、筐体の位置，方位及び姿勢を計算することを特徴とする測位装置の初期化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３８４１８（Ｐ２００８−３８４１８Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１２７３４（Ｐ２００６−２１２７３４）
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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