移動体用航法装置
【課題】 移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出する移動体用航法装置を得る。
【解決手段】 気圧高度計５では、気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出する。気圧高度計校正装置６では、気圧高度計５により検出される移動体の高度を、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度を基準として校正し、複合航法計算装置７では、ＧＰＳ測位装置１による測位不可時に気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
【解決手段】 気圧高度計５では、気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出する。気圧高度計校正装置６では、気圧高度計５により検出される移動体の高度を、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度を基準として校正し、複合航法計算装置７では、ＧＰＳ測位装置１による測位不可時に気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載ナビゲーション装置等に適用される移動体用航法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載用ナビゲーション装置では、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星を用いたＧＰＳ測位が主流となっている。しかし、高架下や建物内等においては、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することができず、ＧＰＳ測位が不可能となる場合がある。このような場合でも車の位置をできる限り精度良く予測するために、例えば、速度と進行方位とをセンサにより検出し、それを積算することで位置を推定する自律航法を併せ持つ、複合航法による装置が広まりつつある。
ところで、車は基本的に地表を移動するものであるが、実際には高架上の高速道路と高架下の一般道とか、あるいは駐車場ビルとか言った、水平面では同一位置にあっても高度が異なる別の道を区別する機能が必要とされる。すなわち、ＧＰＳ測位が不可能な場合でも高度変化を精度良く検出する必要が生じる。
【０００３】
これに応じて、第１の従来例として、走行経路を含むデジタル地図を記録装置に備えておき、自律航法による平面内位置からその地図を参照することで高度を得る方式がある。
また、高架上の高速道路と高架下の一般道との区別を付けるために、車が登っているか下っているかを検出することにより、地図の高架上の高速道路と高架下の一般道とのどちらかにマップマッチングさせるという方式がある（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００４】
また、第２の従来例として、航空機用航法装置を基本としたものであるが、慣性航法装置(自律航法の一種)では、車体３軸周りの角速度をレートジャイロにより時々刻々検出し、積分して姿勢を保持し、下式（１）を得て、
ψ´＝ｑｓｉｎφｓｅｃθ＋ｒｃｏｓφｓｅｃθ
θ´＝ｑｃｏｓφ−ｒｓｉｎφ
φ´＝ｐ＋ｑｓｉｎφｔａｎθ＋ｒｃｏｓφｔａｎθ ・・・（１）
上式（１）より高度方向を含めた速度ベクトルである下式（２）を得る。
ＶN＝Ｖｃｏｓθｃｏｓψ
ＶE＝Ｖｃｏｓθｓｉｎψ
ＶU＝Ｖｓｉｎθ ・・・（２）
ここで、ψ，θ，φは３−２−１オイラー角、ψ´，θ´，φ´は３−２−１オイラー角の時間微分、ｐ，ｑ，ｒは車体Ｘ，Ｙ，Ｚ軸周りの角速度、Ｖは速度、ＶN，ＶE，ＶUは水平面内北方向速度，水平面内東方向速度，高度方向速度である。
なお、高度は速度ベクトルの高度方向成分の積分として得られる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−７６８６２号公報
【特許文献２】実公平７−５３６８号公報
【非特許文献１】航空宇宙工学便覧（第２版），日本航空宇宙学会編，丸善，ｐｐ．６２４−６２９．ＩＳＢＮ ４−６２１−０３７４０−４，平成４年９月３０日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の移動体用航法装置は以上のように構成されているので、第１の従来例では、デジタル地図が充分整備されていない場合、登りと下りとが緩やかな場合、両道路とも登りまたは下りの場合、高度方向に３層以上あり、登りまたは下りが複数道路ある場合等においてはマッチミスを起こしてしまう課題があった。
また、第２の従来例では、数分程度の自律航法でも、高度変化を精度良く検出するには姿勢を相応の精度で保持する必要があり、そのためには高精度のレートジャイロが必要であり、車用としてはコストが掛かり過ぎるなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＧＰＳ測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出する移動体用航法装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る移動体用航法装置は、気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出する気圧高度検出手段と、ＧＰＳ測位手段による測位可能時に、ＧＰＳ測位手段により検出される移動体の高度と気圧高度検出手段により検出される移動体の高度との偏差を検出し、ＧＰＳ測位手段による測位不可能時に、気圧高度検出手段により検出される移動体の高度をその検出された偏差に基づいて校正する気圧高度校正手段と、ＧＰＳ測位手段による測位不可能時に気圧高度校正手段により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、気圧高度校正手段では、気圧高度検出手段により検出される移動体の高度を、ＧＰＳ測位手段により検出される移動体の高度を基準として校正し、複合航法計算手段では、ＧＰＳ測位手段による測位不可時に気圧高度校正手段により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位手段による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
これにより、高度を含めた移動体の位置速度を精度良く計算することができ、走行中の道路を確実に特定可能になることから、目的地へのルート選択の誤りを少なくすることができる。また、無理にＧＰＳ測位に頼る必要が無くなることから、ＧＰＳ衛星からの電波状況が悪い場合に、複合航法におけるＧＰＳからの情報棄却判定の確度を向上することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、ＧＰＳ測位装置（ＧＰＳ測位手段）１は、ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度（位置および速度）を検出するものである。
速度センサ（速度検出手段）２は、移動体の速度を検出し、ヨーレートセンサ（進行方位角角速度検出手段）３は、移動体の進行方位角角速度、すなわちヨーレートを検出し、自律航法計算装置（自律航法計算手段）４は、速度センサ２により検出された速度およびヨーレートセンサ３により検出されたヨーレートに応じて移動体の位置速度を計算するものである。
【００１１】
気圧高度計（気圧高度検出手段）５は、移動体の周囲の気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出するものである。気圧高度計校正装置（気圧高度校正手段）６は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度と気圧高度計５により検出される移動体の高度とのオフセット（偏差）を検出し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、気圧高度計５により検出される移動体の高度をその検出されたオフセットに基づいて校正した校正済高度を次段に出力するものである。
複合航法計算装置（複合航法計算手段）７は、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合して移動体の位置速度を計算すると共に、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時にそのＧＰＳ測位装置１による移動体の高度を利用し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するものである。
【００１２】
次に動作について説明する。
図１において、ＧＰＳ測位装置１には、ＧＰＳから情報が間欠的に供給され、ＧＰＳからの情報が供給される毎に移動体の位置速度を計算し、複合航法計算装置７に出力する。また、自律航法計算装置４は、移動体に設けられた速度センサ２およびヨーレートセンサ３により検出された速度およびヨーレートに応じて移動体の位置速度を計算し、複合航法計算装置７に出力する。複合航法計算装置７は、ＧＰＳ測位装置１から間欠的に供給される移動体の位置速度を優先的に利用すると共に、ＧＰＳ測位装置１からの情報が供給されない間は、自律航法計算装置４による出力を利用して移動体の位置速度を計算する。
したがって、移動体が高架下や建物内等に入った場合には、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することができず、ＧＰＳ測位不可能となるが、ＧＰＳ測位と自律航法とによる複合航法により、計算される移動体の位置速度の精度を維持することができる。
【００１３】
また、ＧＰＳ測位不可能時の高度検出については以下のとおり改善することができる。
まず、気圧高度計５は、移動体の周囲の気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出する。気圧高度計校正装置６は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度と気圧高度計５により検出される移動体の高度とのオフセットを検出しておき、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、気圧高度計５により検出される移動体の高度をその検出されたオフセットに基づいて校正し、その校正済高度を複合航法計算装置７に出力する。
ｈ（ｔ）＝ｈBaro・Cali（ｔ） ・・・（３）
ここで、ｈ（ｔ）は複合航法計算装置７への高度入力、ｈBaro・Cali（ｔ）は気圧高度計５の校正済高度である。
複合航法計算装置７は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時にそのＧＰＳ測位装置１による移動体の高度を優先的に利用すると共に、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に気圧高度計校正装置６による校正済高度を利用して移動体の位置速度を計算する。
このように、ＧＰＳ測位不可能時であっても精度良く高度検出し、計算される移動体の位置速度の精度を維持することができる。
【００１４】
なお、気圧高度計校正装置６では、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時または測位不可能時に関わらず、気圧高度計５により検出される移動体の高度をオフセットに基づいて校正し、その校正済高度を出力し、その校正済高度の採用または不採用を複合航法計算装置７におけるＧＰＳ測位装置１からの移動体の位置速度の供給に応じて決定するようにしても良く、同様な効果を奏する。
また、速度センサ２の代わりに距離センサを、ヨーレートセンサ３の代わりに方位センサを用いて、それら計測値の時間微分を行って、速度およびヨーレートを検出するようにしても良く、同様な効果を奏する。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、気圧高度計校正装置６では、気圧高度計５により検出される移動体の高度を、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度を基準として校正し、複合航法計算装置７では、ＧＰＳ測位装置１による測位不可時に気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
これにより、高度を含めた移動体の位置速度を精度良く計算することができ、走行中の道路を確実に特定可能になることから、目的地へのルート選択の誤りを少なくすることができる。また、無理にＧＰＳ測位に頼る必要が無くなることから、ＧＰＳ衛星からの電波状況が悪い場合に、複合航法におけるＧＰＳからの情報棄却判定の確度を向上することができる。
【００１６】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、相対高度計算装置（相対高度計算手段）８は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度計５により検出される移動体の高度変化を計算するものである。
また、複合航法計算装置（複合航法計算手段）９は、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合すると共に、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００１７】
次に動作について説明する。
図２において、ＧＰＳ測位装置１による測位は、間欠的に行われ、また、移動体が高架下や建物内等に入った場合には測位不可能になるが、相対高度計算装置８は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度計５により検出される移動体の高度変化を計算する。
複合航法計算装置９は、移動体の高度以外については、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合し、また、移動体の高度については、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する。
ｈ（ｔ）
＝ｈGPS（ｔGPS）＋［ｈBaro（ｔ）−ｈBaro（ｔGPS）］・・・（４）
ここで、ｔGPSはＧＰＳ測位された最新時刻、ｈGPS（ｔ）はＧＰＳ測位による高度である。
【００１８】
以上のように、この実施の形態２によれば、相対高度計算装置８では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度計５により検出される移動体の高度変化を計算し、複合航法計算装置９では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
【００１９】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、気圧高度変化率計（気圧高度変化率検出手段）１０は、移動体の周囲の気圧の変化率を計測し、その計測される気圧の変化率に応じて移動体の高度変化率を検出するものである。高度変化率積算計（高度変化率積算手段）１１は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度変化率計１０により検出される高度変化率を積算し、移動体の高度変化を計算するものである。
また、複合航法計算装置（複合航法計算手段）１２は、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合すると共に、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００２０】
次に動作について説明する。
図３において、ＧＰＳ測位装置１による測位は、間欠的に行われ、また、移動体が高架下や建物内等に入った場合には測位不可能になるが、気圧高度変化率計１０は、移動体の周囲の気圧の変化率を計測し、その計測される気圧の変化率に応じて移動体の高度変化率を検出する。また、高度変化率積算計１１は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度変化率計１０により検出される高度変化率を積算し、移動体の高度変化を計算する。
複合航法計算装置１２は、移動体の高度以外については、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合し、また、移動体の高度については、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する。
【数１】
ここで、ｈBaro（ｔ）´は移動体の高度変化率である。
【００２１】
以上のように、この実施の形態３によれば、高度変化率積算計１１では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度変化率計１０により検出される移動体の高度変化を計算し、複合航法計算装置１２では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
【００２２】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図であり、図において、容器１３は、気密性が高く、壁面に内外の気体流通を行わせるオリフィス１４を有し、気圧高度計５を格納するものである。
その他の構成については、図１または図２と同等である。
【００２３】
次に動作について説明する。
図４において、上記実施の形態１または上記実施の形態２に示した気圧高度計５を気密性の高い容器１３に格納する。容器１３の壁面にはオリフィス１４が設けられており、気圧高度計５の周囲に過渡的な圧力変動が生じてもオリフィス１４を経由してから気圧高度計５に伝達されることから、圧力変動が緩和され、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
なお、容器１３の壁面に、オリフィス１４の代わりにスリットまたは多数の小孔を設けても良く、同様な効果を奏する。
また、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０を容器１３に格納しても良く、同様な効果を奏する。
【００２４】
図５はこの発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図であり、図において、細管１５は、気圧高度計５の周囲気圧検出部分に取り付けられたものである。
このように、容器１３の代わりに気圧高度計５の周囲気圧検出部分に細管１５を取り付けて周囲気圧検出部分を延長するようにしても良く、同様な効果を奏する。
また、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０の周囲気圧検出部分に細管１５を取り付けても良く、同様な効果を奏する。
【００２５】
以上のように、この実施の形態４によれば、気圧高度計５の周囲の変動を伴う圧力を、気密性の高い容器１３のオリフィス１４または細管１５等を経由して気圧高度計５に至らせるようにしたので、気圧高度計５が過渡的な圧力変動を受け難くすることができる。
したがって、トンネルへの出入り等に起因する気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や、エンジンまたはカーステレオ等に起因する気圧高度計５の周囲の空気振動が、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
【００２６】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図であり、図において、容器１６は、壁面に内外の気体流通を行わせる通気孔１７を有し、内部に空気振動を速やかに減衰させる空気振動吸収材１８が設けられ、その空気振動吸収材１８に囲まれるように気圧高度計５を格納するものである。
その他の構成については、図１または図２と同等である。
【００２７】
次に動作について説明する。
図６において、上記実施の形態１または上記実施の形態２に示した気圧高度計５を壁面に通気孔１７が設けられた容器１６に格納する。容器１６の内部には空気振動を速やかに減衰させる空気振動吸収材１８が設けられており、気圧高度計５の周囲に過渡的な圧力変動が生じても空気振動吸収材１８を有する容器１６内でその圧力変動が緩和され、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
また、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０を容器１６に格納しても良く、同様な効果を奏する。
【００２８】
図７はこの発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図であり、図において、管１９は、空気振動吸収材１８が充填され、気圧高度計５の周囲気圧検出部分に取り付けられたものである。
このように、容器１６の代わりに気圧高度計５の周囲気圧検出部分に、空気振動吸収材１８が充填された管１９を取り付けても良く、同様な効果を奏する。
また、気圧高度計５の周囲気圧検出部分に、蛇腹状の表面凹凸を有する管、あるいは迷路状の屈曲を有する管を取り付けて周囲気圧検出部分を延長しても良く、同様な効果を奏する。
さらに、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０の周囲気圧検出部分に以上示した管を取り付けても良く、同様な効果を奏する。
【００２９】
以上のように、この実施の形態５によれば、気圧高度計５の周囲の変動を伴う圧力を、空気振動吸収材１８または管で減衰させるようにしたので、気圧高度計５が振動的な圧力変動を受け難くすることができる。
したがって、トンネルへの出入り等に起因する気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や、エンジンまたはカーステレオ等に起因する気圧高度計５の周囲の空気振動が、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
【００３０】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、ローパスフィルター２０は、気圧高度計５により検出される移動体の高度に相当する電気的出力を入力し、低周波成分のみ通過させるものである。
その他の構成については、図１または図２と同等である。
【００３１】
次に動作について説明する。
図８において、ローパスフィルター２０は、上記実施の形態１または上記実施の形態２に示した気圧高度計５により検出される移動体の高度に相当する電気的出力、あるいはその移動体の高度をＡ／Ｄ変換した後の電気的数値出力を入力し、低周波成分のみ通過させる。このことにより、気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や空気振動による振動成分を減衰させた高度トレンド成分を得ることができる。
なお、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０の後段にローパスフィルター２０を設けても良く、同様な効果を奏する。
【００３２】
以上のように、この実施の形態６によれば、気圧高度計５の周囲の変動を伴う圧力を、ローパスフィルター２０を通過させることで高周波成分の振動を減衰させ、気圧高度計５の出力から振動的な成分を除去した高度トレンド成分を得ることができる。
したがって、トンネルへの出入り等に起因する気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や、エンジンまたはカーステレオ等に起因する気圧高度計５の周囲の空気振動が、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
【００３３】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、時間微分器（高度方向速度計算手段）２１は、気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を時間微分し、高度方向速度を計算するものである。
速度水平方向成分計算装置（速度水平方向成分計算手段）２２は、速度センサ２により検出された速度および時間微分器２１により計算された高度方向速度に応じて水平方向速度を計算するものである。
なお、自律航法計算装置４は、速度水平方向成分計算装置２２による水平方向速度およびヨーレートセンサ３によるヨーレートに応じて移動体の位置速度を計算するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００３４】
次に動作について説明する。
図９において、時間微分器２１は、上記実施の形態１に示した気圧高度計校正装置６による校正済高度を時間微分し、高度の変化率である高度方向速度を計算する。
速度水平方向成分計算装置２２は、速度センサ２により検出された速度および時間微分器２１により計算された高度方向速度に応じて水平方向速度を計算する。
【数２】
ここで、ＶHは水平方向速度、Ｖは速度、ｈBaro・Cali´は校正済高度の変化率である高度方向速度である。
自律航法計算装置４では、速度水平方向成分計算装置２２による正確な水平方向速度に応じて移動体の位置速度を計算するので、精度の高い移動体の位置速度を計算することができる。
【００３５】
なお、時間微分器２１を用いることなく、適当な時間間隔での校正済高度の差分で近似するようにしても良い。
また、この実施の形態７は、実施の形態１に適用したものであり、時間微分器２１は、上記実施の形態１に示した気圧高度計校正装置６による校正済高度を時間微分し、高度の変化率である高度方向速度を計算したが、上記実施の形態２または上記実施の形態３に適用しても良い。この場合、上記実施の形態２または上記実施の形態３に示した複合航法計算装置１２による、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８または高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を、時間微分器２１により時間微分し、高度の変化率である高度方向速度を計算して速度水平方向成分計算装置２２に出力するようにすれば良く、同様な効果を奏する。
【００３６】
以上のように、この実施の形態７によれば、水平面内の自律航法計算に、速度センサ２により検出される速度ベクトルの大きさではなく、高度方向速度を減じた水平方向速度を用いることにより、より正確な平面内位置を計算することができる。
【００３７】
実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、気温センサ（気温検出手段）２３は、移動体の周囲の気温を検出するものである。
動圧補正関数計算装置（動圧補正関数計算手段）２４は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度が概ね同一高度である場合に、移動体の停止を含む走行中における速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、および気温センサ２３により検出される気温に応じて、気圧高度計５により計測される全圧に含まれる動圧と移動体の速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、気温センサ２３により検出される気温、および動圧補正関数に基づいて、静圧を計算し、その静圧に応じた移動体の高度を気圧高度計校正装置６に出力するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００３８】
次に動作について説明する。
移動体の走行中においては、気圧高度計５の設置場所により大気の静圧ではなく、全圧を検出するのが普通である。気圧高度計５は、検出した圧力を静圧、すなわち気圧と見なし、例えば、ＪＩＳ Ｗ−０２０１で定められた標準大気の気圧と高度との関係から高度を得る。したがって、静圧ではなく全圧を検出した場合に、動圧分だけの高度誤差を生じることになる。
Ｐtotal（ｈ，Ｖ）
＝Ｐstatic（ｈ）＋Ｐdynamic（ｈ，Ｖ） ・・・（７）
ここで、Ｐtotal（ｈ，Ｖ）は高度ｈで速度Ｖ時の全圧、Ｐstatic（ｈ）は高度ｈ時の静圧、Ｐdynamic（ｈ，Ｖ）は高度ｈで速度Ｖ時の動圧である。
したがって、気圧高度計５により計測される全圧から高度誤差となる動圧分だけ除外した静圧を求めることによって正確な高度を得ることができるが、その手法を以下に説明する。
【００３９】
図１１はこの発明の実施の形態８による移動体用航法装置による処理手順を示す説明図であり、図１１（ａ）はＧＰＳ測位装置１による測位可能時の動圧補正関数の導出法を示したものであり、図１１（ｂ）はＧＰＳ測位装置１による測位不可能時の静圧に応じた移動体の高度の算出法を示したものである。
まず、気圧高度計５により計測される全圧に含まれる動圧（＝全圧−静圧（停止時の全圧））と速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算する。
図１１（ａ）において、動圧補正関数計算装置２４は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度が概ね同一高度である場合に、移動体の停止を含む走行中における速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、および気温センサ２３により検出される気温に応じて、気圧高度計５により計測される全圧に含まれる動圧と移動体の速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算する。
【数３】
ここで、ρは大気密度、ｆ（Ｖ）は動圧補正関数、Ｒは空気の気体定数、Ｔは気温である。
【００４０】
次に、動圧補正関数に基づいて静圧に応じた移動体の高度を計算する。
図１１（ｂ）において、動圧補正関数計算装置２４は、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、気温センサ２３により検出される気温、および動圧補正関数に基づいて、静圧を計算し、その静圧に応じた移動体の高度を気圧高度計校正装置６に出力する。
【数４】
このように、動圧補正関数を導出し、その動圧補正関数に基づいて、静圧を計算するようにしたので、その静圧からより正確な高度を得ることができる。
【００４１】
なお、この実施の形態８では、上記実施の形態１に気温センサ２３および動圧補正関数計算装置２４を適用したものについて説明したが、上記実施の形態２に適用しても良い。この場合、動圧補正関数計算装置２４により計算された静圧に応じた移動体の高度を相対高度計算装置８に出力するようにすれば良く、同様な効果を奏する。
【００４２】
以上のように、この実施の形態８によれば、動圧補正関数計算装置２４では、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に動圧補正関数を計算し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、移動体の速度、計測される全圧、気温およびその動圧補正関数に基づいて、静圧を計算するようにしたので、その静圧からより正確な高度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態６による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態７による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態８による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態８による移動体用航法装置による処理手順を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ ＧＰＳ測位装置（ＧＰＳ測位手段）、２ 速度センサ（速度検出手段）、３ ヨーレートセンサ（進行方位角角速度検出手段）、４ 自律航法計算装置（自律航法計算手段）、５ 気圧高度計（気圧高度検出手段）、６ 気圧高度計校正装置（気圧高度校正手段）、７，９，１２ 複合航法計算装置（複合航法計算手段）、８ 相対高度計算装置（相対高度計算手段）、１０ 気圧高度変化率計（気圧高度変化率検出手段）、１１ 高度変化率積算計（高度変化率積算手段）、１３，１６ 容器、１４ オリフィス、１５ 細管、１７ 通気孔、１８ 空気振動吸収材、１９ 管、２０ ローパスフィルター、２１ 時間微分器（高度方向速度計算手段）、２２ 速度水平方向成分計算装置（速度水平方向成分計算手段）、２３ 気温センサ（気温検出手段）、２４ 動圧補正関数計算装置（動圧補正関数計算手段）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載ナビゲーション装置等に適用される移動体用航法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載用ナビゲーション装置では、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星を用いたＧＰＳ測位が主流となっている。しかし、高架下や建物内等においては、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することができず、ＧＰＳ測位が不可能となる場合がある。このような場合でも車の位置をできる限り精度良く予測するために、例えば、速度と進行方位とをセンサにより検出し、それを積算することで位置を推定する自律航法を併せ持つ、複合航法による装置が広まりつつある。
ところで、車は基本的に地表を移動するものであるが、実際には高架上の高速道路と高架下の一般道とか、あるいは駐車場ビルとか言った、水平面では同一位置にあっても高度が異なる別の道を区別する機能が必要とされる。すなわち、ＧＰＳ測位が不可能な場合でも高度変化を精度良く検出する必要が生じる。
【０００３】
これに応じて、第１の従来例として、走行経路を含むデジタル地図を記録装置に備えておき、自律航法による平面内位置からその地図を参照することで高度を得る方式がある。
また、高架上の高速道路と高架下の一般道との区別を付けるために、車が登っているか下っているかを検出することにより、地図の高架上の高速道路と高架下の一般道とのどちらかにマップマッチングさせるという方式がある（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００４】
また、第２の従来例として、航空機用航法装置を基本としたものであるが、慣性航法装置(自律航法の一種)では、車体３軸周りの角速度をレートジャイロにより時々刻々検出し、積分して姿勢を保持し、下式（１）を得て、
ψ´＝ｑｓｉｎφｓｅｃθ＋ｒｃｏｓφｓｅｃθ
θ´＝ｑｃｏｓφ−ｒｓｉｎφ
φ´＝ｐ＋ｑｓｉｎφｔａｎθ＋ｒｃｏｓφｔａｎθ ・・・（１）
上式（１）より高度方向を含めた速度ベクトルである下式（２）を得る。
ＶN＝Ｖｃｏｓθｃｏｓψ
ＶE＝Ｖｃｏｓθｓｉｎψ
ＶU＝Ｖｓｉｎθ ・・・（２）
ここで、ψ，θ，φは３−２−１オイラー角、ψ´，θ´，φ´は３−２−１オイラー角の時間微分、ｐ，ｑ，ｒは車体Ｘ，Ｙ，Ｚ軸周りの角速度、Ｖは速度、ＶN，ＶE，ＶUは水平面内北方向速度，水平面内東方向速度，高度方向速度である。
なお、高度は速度ベクトルの高度方向成分の積分として得られる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−７６８６２号公報
【特許文献２】実公平７−５３６８号公報
【非特許文献１】航空宇宙工学便覧（第２版），日本航空宇宙学会編，丸善，ｐｐ．６２４−６２９．ＩＳＢＮ ４−６２１−０３７４０−４，平成４年９月３０日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の移動体用航法装置は以上のように構成されているので、第１の従来例では、デジタル地図が充分整備されていない場合、登りと下りとが緩やかな場合、両道路とも登りまたは下りの場合、高度方向に３層以上あり、登りまたは下りが複数道路ある場合等においてはマッチミスを起こしてしまう課題があった。
また、第２の従来例では、数分程度の自律航法でも、高度変化を精度良く検出するには姿勢を相応の精度で保持する必要があり、そのためには高精度のレートジャイロが必要であり、車用としてはコストが掛かり過ぎるなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＧＰＳ測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出する移動体用航法装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る移動体用航法装置は、気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出する気圧高度検出手段と、ＧＰＳ測位手段による測位可能時に、ＧＰＳ測位手段により検出される移動体の高度と気圧高度検出手段により検出される移動体の高度との偏差を検出し、ＧＰＳ測位手段による測位不可能時に、気圧高度検出手段により検出される移動体の高度をその検出された偏差に基づいて校正する気圧高度校正手段と、ＧＰＳ測位手段による測位不可能時に気圧高度校正手段により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、気圧高度校正手段では、気圧高度検出手段により検出される移動体の高度を、ＧＰＳ測位手段により検出される移動体の高度を基準として校正し、複合航法計算手段では、ＧＰＳ測位手段による測位不可時に気圧高度校正手段により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位手段による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
これにより、高度を含めた移動体の位置速度を精度良く計算することができ、走行中の道路を確実に特定可能になることから、目的地へのルート選択の誤りを少なくすることができる。また、無理にＧＰＳ測位に頼る必要が無くなることから、ＧＰＳ衛星からの電波状況が悪い場合に、複合航法におけるＧＰＳからの情報棄却判定の確度を向上することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、ＧＰＳ測位装置（ＧＰＳ測位手段）１は、ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度（位置および速度）を検出するものである。
速度センサ（速度検出手段）２は、移動体の速度を検出し、ヨーレートセンサ（進行方位角角速度検出手段）３は、移動体の進行方位角角速度、すなわちヨーレートを検出し、自律航法計算装置（自律航法計算手段）４は、速度センサ２により検出された速度およびヨーレートセンサ３により検出されたヨーレートに応じて移動体の位置速度を計算するものである。
【００１１】
気圧高度計（気圧高度検出手段）５は、移動体の周囲の気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出するものである。気圧高度計校正装置（気圧高度校正手段）６は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度と気圧高度計５により検出される移動体の高度とのオフセット（偏差）を検出し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、気圧高度計５により検出される移動体の高度をその検出されたオフセットに基づいて校正した校正済高度を次段に出力するものである。
複合航法計算装置（複合航法計算手段）７は、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合して移動体の位置速度を計算すると共に、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時にそのＧＰＳ測位装置１による移動体の高度を利用し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するものである。
【００１２】
次に動作について説明する。
図１において、ＧＰＳ測位装置１には、ＧＰＳから情報が間欠的に供給され、ＧＰＳからの情報が供給される毎に移動体の位置速度を計算し、複合航法計算装置７に出力する。また、自律航法計算装置４は、移動体に設けられた速度センサ２およびヨーレートセンサ３により検出された速度およびヨーレートに応じて移動体の位置速度を計算し、複合航法計算装置７に出力する。複合航法計算装置７は、ＧＰＳ測位装置１から間欠的に供給される移動体の位置速度を優先的に利用すると共に、ＧＰＳ測位装置１からの情報が供給されない間は、自律航法計算装置４による出力を利用して移動体の位置速度を計算する。
したがって、移動体が高架下や建物内等に入った場合には、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することができず、ＧＰＳ測位不可能となるが、ＧＰＳ測位と自律航法とによる複合航法により、計算される移動体の位置速度の精度を維持することができる。
【００１３】
また、ＧＰＳ測位不可能時の高度検出については以下のとおり改善することができる。
まず、気圧高度計５は、移動体の周囲の気圧を計測し、その計測される気圧に応じて移動体の高度を検出する。気圧高度計校正装置６は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度と気圧高度計５により検出される移動体の高度とのオフセットを検出しておき、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、気圧高度計５により検出される移動体の高度をその検出されたオフセットに基づいて校正し、その校正済高度を複合航法計算装置７に出力する。
ｈ（ｔ）＝ｈBaro・Cali（ｔ） ・・・（３）
ここで、ｈ（ｔ）は複合航法計算装置７への高度入力、ｈBaro・Cali（ｔ）は気圧高度計５の校正済高度である。
複合航法計算装置７は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時にそのＧＰＳ測位装置１による移動体の高度を優先的に利用すると共に、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に気圧高度計校正装置６による校正済高度を利用して移動体の位置速度を計算する。
このように、ＧＰＳ測位不可能時であっても精度良く高度検出し、計算される移動体の位置速度の精度を維持することができる。
【００１４】
なお、気圧高度計校正装置６では、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時または測位不可能時に関わらず、気圧高度計５により検出される移動体の高度をオフセットに基づいて校正し、その校正済高度を出力し、その校正済高度の採用または不採用を複合航法計算装置７におけるＧＰＳ測位装置１からの移動体の位置速度の供給に応じて決定するようにしても良く、同様な効果を奏する。
また、速度センサ２の代わりに距離センサを、ヨーレートセンサ３の代わりに方位センサを用いて、それら計測値の時間微分を行って、速度およびヨーレートを検出するようにしても良く、同様な効果を奏する。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、気圧高度計校正装置６では、気圧高度計５により検出される移動体の高度を、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度を基準として校正し、複合航法計算装置７では、ＧＰＳ測位装置１による測位不可時に気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
これにより、高度を含めた移動体の位置速度を精度良く計算することができ、走行中の道路を確実に特定可能になることから、目的地へのルート選択の誤りを少なくすることができる。また、無理にＧＰＳ測位に頼る必要が無くなることから、ＧＰＳ衛星からの電波状況が悪い場合に、複合航法におけるＧＰＳからの情報棄却判定の確度を向上することができる。
【００１６】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、相対高度計算装置（相対高度計算手段）８は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度計５により検出される移動体の高度変化を計算するものである。
また、複合航法計算装置（複合航法計算手段）９は、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合すると共に、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００１７】
次に動作について説明する。
図２において、ＧＰＳ測位装置１による測位は、間欠的に行われ、また、移動体が高架下や建物内等に入った場合には測位不可能になるが、相対高度計算装置８は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度計５により検出される移動体の高度変化を計算する。
複合航法計算装置９は、移動体の高度以外については、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合し、また、移動体の高度については、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する。
ｈ（ｔ）
＝ｈGPS（ｔGPS）＋［ｈBaro（ｔ）−ｈBaro（ｔGPS）］・・・（４）
ここで、ｔGPSはＧＰＳ測位された最新時刻、ｈGPS（ｔ）はＧＰＳ測位による高度である。
【００１８】
以上のように、この実施の形態２によれば、相対高度計算装置８では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度計５により検出される移動体の高度変化を計算し、複合航法計算装置９では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
【００１９】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、気圧高度変化率計（気圧高度変化率検出手段）１０は、移動体の周囲の気圧の変化率を計測し、その計測される気圧の変化率に応じて移動体の高度変化率を検出するものである。高度変化率積算計（高度変化率積算手段）１１は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度変化率計１０により検出される高度変化率を積算し、移動体の高度変化を計算するものである。
また、複合航法計算装置（複合航法計算手段）１２は、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合すると共に、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００２０】
次に動作について説明する。
図３において、ＧＰＳ測位装置１による測位は、間欠的に行われ、また、移動体が高架下や建物内等に入った場合には測位不可能になるが、気圧高度変化率計１０は、移動体の周囲の気圧の変化率を計測し、その計測される気圧の変化率に応じて移動体の高度変化率を検出する。また、高度変化率積算計１１は、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度変化率計１０により検出される高度変化率を積算し、移動体の高度変化を計算する。
複合航法計算装置１２は、移動体の高度以外については、ＧＰＳ測位装置１および自律航法計算装置４による出力を複合し、また、移動体の高度については、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する。
【数１】
ここで、ｈBaro（ｔ）´は移動体の高度変化率である。
【００２１】
以上のように、この実施の形態３によれば、高度変化率積算計１１では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻からの気圧高度変化率計１０により検出される移動体の高度変化を計算し、複合航法計算装置１２では、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算するようにしたので、ＧＰＳ測位装置１による測位が不可能になっても、移動体の高度を安価な構成で且つ精度良く検出することができる。
【００２２】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図であり、図において、容器１３は、気密性が高く、壁面に内外の気体流通を行わせるオリフィス１４を有し、気圧高度計５を格納するものである。
その他の構成については、図１または図２と同等である。
【００２３】
次に動作について説明する。
図４において、上記実施の形態１または上記実施の形態２に示した気圧高度計５を気密性の高い容器１３に格納する。容器１３の壁面にはオリフィス１４が設けられており、気圧高度計５の周囲に過渡的な圧力変動が生じてもオリフィス１４を経由してから気圧高度計５に伝達されることから、圧力変動が緩和され、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
なお、容器１３の壁面に、オリフィス１４の代わりにスリットまたは多数の小孔を設けても良く、同様な効果を奏する。
また、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０を容器１３に格納しても良く、同様な効果を奏する。
【００２４】
図５はこの発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図であり、図において、細管１５は、気圧高度計５の周囲気圧検出部分に取り付けられたものである。
このように、容器１３の代わりに気圧高度計５の周囲気圧検出部分に細管１５を取り付けて周囲気圧検出部分を延長するようにしても良く、同様な効果を奏する。
また、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０の周囲気圧検出部分に細管１５を取り付けても良く、同様な効果を奏する。
【００２５】
以上のように、この実施の形態４によれば、気圧高度計５の周囲の変動を伴う圧力を、気密性の高い容器１３のオリフィス１４または細管１５等を経由して気圧高度計５に至らせるようにしたので、気圧高度計５が過渡的な圧力変動を受け難くすることができる。
したがって、トンネルへの出入り等に起因する気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や、エンジンまたはカーステレオ等に起因する気圧高度計５の周囲の空気振動が、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
【００２６】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図であり、図において、容器１６は、壁面に内外の気体流通を行わせる通気孔１７を有し、内部に空気振動を速やかに減衰させる空気振動吸収材１８が設けられ、その空気振動吸収材１８に囲まれるように気圧高度計５を格納するものである。
その他の構成については、図１または図２と同等である。
【００２７】
次に動作について説明する。
図６において、上記実施の形態１または上記実施の形態２に示した気圧高度計５を壁面に通気孔１７が設けられた容器１６に格納する。容器１６の内部には空気振動を速やかに減衰させる空気振動吸収材１８が設けられており、気圧高度計５の周囲に過渡的な圧力変動が生じても空気振動吸収材１８を有する容器１６内でその圧力変動が緩和され、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
また、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０を容器１６に格納しても良く、同様な効果を奏する。
【００２８】
図７はこの発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図であり、図において、管１９は、空気振動吸収材１８が充填され、気圧高度計５の周囲気圧検出部分に取り付けられたものである。
このように、容器１６の代わりに気圧高度計５の周囲気圧検出部分に、空気振動吸収材１８が充填された管１９を取り付けても良く、同様な効果を奏する。
また、気圧高度計５の周囲気圧検出部分に、蛇腹状の表面凹凸を有する管、あるいは迷路状の屈曲を有する管を取り付けて周囲気圧検出部分を延長しても良く、同様な効果を奏する。
さらに、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０の周囲気圧検出部分に以上示した管を取り付けても良く、同様な効果を奏する。
【００２９】
以上のように、この実施の形態５によれば、気圧高度計５の周囲の変動を伴う圧力を、空気振動吸収材１８または管で減衰させるようにしたので、気圧高度計５が振動的な圧力変動を受け難くすることができる。
したがって、トンネルへの出入り等に起因する気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や、エンジンまたはカーステレオ等に起因する気圧高度計５の周囲の空気振動が、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
【００３０】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、ローパスフィルター２０は、気圧高度計５により検出される移動体の高度に相当する電気的出力を入力し、低周波成分のみ通過させるものである。
その他の構成については、図１または図２と同等である。
【００３１】
次に動作について説明する。
図８において、ローパスフィルター２０は、上記実施の形態１または上記実施の形態２に示した気圧高度計５により検出される移動体の高度に相当する電気的出力、あるいはその移動体の高度をＡ／Ｄ変換した後の電気的数値出力を入力し、低周波成分のみ通過させる。このことにより、気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や空気振動による振動成分を減衰させた高度トレンド成分を得ることができる。
なお、上記実施の形態３に示した気圧高度変化率計１０の後段にローパスフィルター２０を設けても良く、同様な効果を奏する。
【００３２】
以上のように、この実施の形態６によれば、気圧高度計５の周囲の変動を伴う圧力を、ローパスフィルター２０を通過させることで高周波成分の振動を減衰させ、気圧高度計５の出力から振動的な成分を除去した高度トレンド成分を得ることができる。
したがって、トンネルへの出入り等に起因する気圧高度計５の周囲の過渡的な気圧上昇または下降や、エンジンまたはカーステレオ等に起因する気圧高度計５の周囲の空気振動が、気圧高度計５の高度出力に誤差を生じさせるのを防ぐことができる。
【００３３】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、時間微分器（高度方向速度計算手段）２１は、気圧高度計校正装置６により校正された移動体の高度を時間微分し、高度方向速度を計算するものである。
速度水平方向成分計算装置（速度水平方向成分計算手段）２２は、速度センサ２により検出された速度および時間微分器２１により計算された高度方向速度に応じて水平方向速度を計算するものである。
なお、自律航法計算装置４は、速度水平方向成分計算装置２２による水平方向速度およびヨーレートセンサ３によるヨーレートに応じて移動体の位置速度を計算するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００３４】
次に動作について説明する。
図９において、時間微分器２１は、上記実施の形態１に示した気圧高度計校正装置６による校正済高度を時間微分し、高度の変化率である高度方向速度を計算する。
速度水平方向成分計算装置２２は、速度センサ２により検出された速度および時間微分器２１により計算された高度方向速度に応じて水平方向速度を計算する。
【数２】
ここで、ＶHは水平方向速度、Ｖは速度、ｈBaro・Cali´は校正済高度の変化率である高度方向速度である。
自律航法計算装置４では、速度水平方向成分計算装置２２による正確な水平方向速度に応じて移動体の位置速度を計算するので、精度の高い移動体の位置速度を計算することができる。
【００３５】
なお、時間微分器２１を用いることなく、適当な時間間隔での校正済高度の差分で近似するようにしても良い。
また、この実施の形態７は、実施の形態１に適用したものであり、時間微分器２１は、上記実施の形態１に示した気圧高度計校正装置６による校正済高度を時間微分し、高度の変化率である高度方向速度を計算したが、上記実施の形態２または上記実施の形態３に適用しても良い。この場合、上記実施の形態２または上記実施の形態３に示した複合航法計算装置１２による、ＧＰＳ測位装置１により測位された最新時刻の移動体の高度に、相対高度計算装置８または高度変化率積算計１１により計算された高度変化を加算した移動体の高度を、時間微分器２１により時間微分し、高度の変化率である高度方向速度を計算して速度水平方向成分計算装置２２に出力するようにすれば良く、同様な効果を奏する。
【００３６】
以上のように、この実施の形態７によれば、水平面内の自律航法計算に、速度センサ２により検出される速度ベクトルの大きさではなく、高度方向速度を減じた水平方向速度を用いることにより、より正確な平面内位置を計算することができる。
【００３７】
実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８による移動体用航法装置を示す構成図であり、図において、気温センサ（気温検出手段）２３は、移動体の周囲の気温を検出するものである。
動圧補正関数計算装置（動圧補正関数計算手段）２４は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度が概ね同一高度である場合に、移動体の停止を含む走行中における速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、および気温センサ２３により検出される気温に応じて、気圧高度計５により計測される全圧に含まれる動圧と移動体の速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、気温センサ２３により検出される気温、および動圧補正関数に基づいて、静圧を計算し、その静圧に応じた移動体の高度を気圧高度計校正装置６に出力するものである。
その他の構成については、図１と同等である。
【００３８】
次に動作について説明する。
移動体の走行中においては、気圧高度計５の設置場所により大気の静圧ではなく、全圧を検出するのが普通である。気圧高度計５は、検出した圧力を静圧、すなわち気圧と見なし、例えば、ＪＩＳ Ｗ−０２０１で定められた標準大気の気圧と高度との関係から高度を得る。したがって、静圧ではなく全圧を検出した場合に、動圧分だけの高度誤差を生じることになる。
Ｐtotal（ｈ，Ｖ）
＝Ｐstatic（ｈ）＋Ｐdynamic（ｈ，Ｖ） ・・・（７）
ここで、Ｐtotal（ｈ，Ｖ）は高度ｈで速度Ｖ時の全圧、Ｐstatic（ｈ）は高度ｈ時の静圧、Ｐdynamic（ｈ，Ｖ）は高度ｈで速度Ｖ時の動圧である。
したがって、気圧高度計５により計測される全圧から高度誤差となる動圧分だけ除外した静圧を求めることによって正確な高度を得ることができるが、その手法を以下に説明する。
【００３９】
図１１はこの発明の実施の形態８による移動体用航法装置による処理手順を示す説明図であり、図１１（ａ）はＧＰＳ測位装置１による測位可能時の動圧補正関数の導出法を示したものであり、図１１（ｂ）はＧＰＳ測位装置１による測位不可能時の静圧に応じた移動体の高度の算出法を示したものである。
まず、気圧高度計５により計測される全圧に含まれる動圧（＝全圧−静圧（停止時の全圧））と速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算する。
図１１（ａ）において、動圧補正関数計算装置２４は、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に、ＧＰＳ測位装置１により検出される移動体の高度が概ね同一高度である場合に、移動体の停止を含む走行中における速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、および気温センサ２３により検出される気温に応じて、気圧高度計５により計測される全圧に含まれる動圧と移動体の速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算する。
【数３】
ここで、ρは大気密度、ｆ（Ｖ）は動圧補正関数、Ｒは空気の気体定数、Ｔは気温である。
【００４０】
次に、動圧補正関数に基づいて静圧に応じた移動体の高度を計算する。
図１１（ｂ）において、動圧補正関数計算装置２４は、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、速度センサ２により検出される速度、気圧高度計５により計測される全圧、気温センサ２３により検出される気温、および動圧補正関数に基づいて、静圧を計算し、その静圧に応じた移動体の高度を気圧高度計校正装置６に出力する。
【数４】
このように、動圧補正関数を導出し、その動圧補正関数に基づいて、静圧を計算するようにしたので、その静圧からより正確な高度を得ることができる。
【００４１】
なお、この実施の形態８では、上記実施の形態１に気温センサ２３および動圧補正関数計算装置２４を適用したものについて説明したが、上記実施の形態２に適用しても良い。この場合、動圧補正関数計算装置２４により計算された静圧に応じた移動体の高度を相対高度計算装置８に出力するようにすれば良く、同様な効果を奏する。
【００４２】
以上のように、この実施の形態８によれば、動圧補正関数計算装置２４では、ＧＰＳ測位装置１による測位可能時に動圧補正関数を計算し、ＧＰＳ測位装置１による測位不可能時に、移動体の速度、計測される全圧、気温およびその動圧補正関数に基づいて、静圧を計算するようにしたので、その静圧からより正確な高度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態５による移動体用航法装置に適用される気圧高度計の他の例を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態６による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態７による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態８による移動体用航法装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態８による移動体用航法装置による処理手順を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ ＧＰＳ測位装置（ＧＰＳ測位手段）、２ 速度センサ（速度検出手段）、３ ヨーレートセンサ（進行方位角角速度検出手段）、４ 自律航法計算装置（自律航法計算手段）、５ 気圧高度計（気圧高度検出手段）、６ 気圧高度計校正装置（気圧高度校正手段）、７，９，１２ 複合航法計算装置（複合航法計算手段）、８ 相対高度計算装置（相対高度計算手段）、１０ 気圧高度変化率計（気圧高度変化率検出手段）、１１ 高度変化率積算計（高度変化率積算手段）、１３，１６ 容器、１４ オリフィス、１５ 細管、１７ 通気孔、１８ 空気振動吸収材、１９ 管、２０ ローパスフィルター、２１ 時間微分器（高度方向速度計算手段）、２２ 速度水平方向成分計算装置（速度水平方向成分計算手段）、２３ 気温センサ（気温検出手段）、２４ 動圧補正関数計算装置（動圧補正関数計算手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度を検出するＧＰＳ測位手段と、
上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
上記移動体の進行方位角角速度を検出する進行方位角角速度検出手段と、
上記速度検出手段により検出された速度および上記進行方位角角速度検出手段により検出された進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算する自律航法計算手段と、
気圧を計測し、その計測される気圧に応じて上記移動体の高度を検出する気圧高度検出手段と、
上記ＧＰＳ測位手段による測位可能時に、そのＧＰＳ測位手段により検出される上記移動体の高度と上記気圧高度検出手段により検出される移動体の高度との偏差を検出し、そのＧＰＳ測位手段による測位不可能時に、その気圧高度検出手段により検出される移動体の高度をその検出された偏差に基づいて校正する気圧高度校正手段と、
上記ＧＰＳ測位手段および上記自律航法計算手段による出力を複合して上記移動体の位置速度を計算すると共に、そのＧＰＳ測位手段による測位不可能時に上記気圧高度校正手段により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えた移動体用航法装置。
【請求項２】
ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度を検出するＧＰＳ測位手段と、
上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
上記移動体の進行方位角角速度を検出する進行方位角角速度検出手段と、
上記速度検出手段により検出された速度および上記進行方位角角速度検出手段により検出された進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算する自律航法計算手段と、
気圧を計測し、その計測される気圧に応じて上記移動体の高度を検出する気圧高度検出手段と、
上記ＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻からの上記気圧高度検出手段により検出される上記移動体の高度変化を計算する相対高度計算手段と、
上記ＧＰＳ測位手段および上記自律航法計算手段による出力を複合すると共に、そのＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻の移動体の高度に、上記相対高度計算手段により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えた移動体用航法装置。
【請求項３】
ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度を検出するＧＰＳ測位手段と、
上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
上記移動体の進行方位角角速度を検出する進行方位角角速度検出手段と、
上記速度検出手段により検出された速度および上記進行方位角角速度検出手段により検出された進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算する自律航法計算手段と、
上記移動体の気圧の変化率を計測し、その計測される気圧の変化率に応じて上記移動体の高度変化率を検出する気圧高度変化率検出手段と、
上記ＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻からの上記気圧高度変化率検出手段により検出される高度変化率を積算し、上記移動体の高度変化を計算する高度変化率積算手段と、
上記ＧＰＳ測位手段および上記自律航法計算手段による出力を複合すると共に、そのＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻の移動体の高度に、上記高度変化率積算手段により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えた移動体用航法装置。
【請求項４】
気密性が高く、壁面にオリフィスまたはスリットまたは多数の小孔を有し、気圧高度検出手段を格納する容器を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体用航法装置。
【請求項５】
内部に空気振動吸収材が設けられ、気圧高度検出手段を格納する容器を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体用航法装置。
【請求項６】
気圧高度検出手段により検出される移動体の高度に相当する電気的出力を入力し、低周波成分のみ通過させるローパスフィルターを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体用航法装置。
【請求項７】
気圧高度校正手段により校正された移動体の高度に応じて高度方向速度を計算する高度方向速度計算手段と、
速度検出手段により検出された速度および上記高度方向速度計算手段により計算された高度方向速度に応じて水平方向速度を計算する速度水平方向成分計算手段とを備え、
自律航法計算手段は、
上記速度水平方向成分計算手段による水平方向速度および進行方位角角速度検出手段による進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算することを特徴とする請求項１記載の移動体用航法装置。
【請求項８】
移動体の周囲の気温を検出する気温検出手段と、
ＧＰＳ測位手段による測位可能時に、そのＧＰＳ測位手段により検出される移動体の高度が概ね同一高度である場合に、その移動体の停止を含む走行中における速度検出手段により検出される速度、気圧高度検出手段により計測される全圧、および上記気温検出手段により検出される気温に応じて、その気圧高度検出手段により計測される全圧に含まれる動圧と移動体の速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算し、
そのＧＰＳ測位手段による測位不可能時に、その速度検出手段により検出される速度、その気圧高度検出手段により計測される全圧、その気温検出手段により検出される気温、およびその動圧補正関数に基づいて、静圧を計算し、その静圧に応じた移動体の高度を気圧高度校正手段に出力する動圧補正関数計算手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の移動体用航法装置。
【請求項１】
ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度を検出するＧＰＳ測位手段と、
上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
上記移動体の進行方位角角速度を検出する進行方位角角速度検出手段と、
上記速度検出手段により検出された速度および上記進行方位角角速度検出手段により検出された進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算する自律航法計算手段と、
気圧を計測し、その計測される気圧に応じて上記移動体の高度を検出する気圧高度検出手段と、
上記ＧＰＳ測位手段による測位可能時に、そのＧＰＳ測位手段により検出される上記移動体の高度と上記気圧高度検出手段により検出される移動体の高度との偏差を検出し、そのＧＰＳ測位手段による測位不可能時に、その気圧高度検出手段により検出される移動体の高度をその検出された偏差に基づいて校正する気圧高度校正手段と、
上記ＧＰＳ測位手段および上記自律航法計算手段による出力を複合して上記移動体の位置速度を計算すると共に、そのＧＰＳ測位手段による測位不可能時に上記気圧高度校正手段により校正された移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えた移動体用航法装置。
【請求項２】
ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度を検出するＧＰＳ測位手段と、
上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
上記移動体の進行方位角角速度を検出する進行方位角角速度検出手段と、
上記速度検出手段により検出された速度および上記進行方位角角速度検出手段により検出された進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算する自律航法計算手段と、
気圧を計測し、その計測される気圧に応じて上記移動体の高度を検出する気圧高度検出手段と、
上記ＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻からの上記気圧高度検出手段により検出される上記移動体の高度変化を計算する相対高度計算手段と、
上記ＧＰＳ測位手段および上記自律航法計算手段による出力を複合すると共に、そのＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻の移動体の高度に、上記相対高度計算手段により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えた移動体用航法装置。
【請求項３】
ＧＰＳからの情報を利用して移動体の位置速度を検出するＧＰＳ測位手段と、
上記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
上記移動体の進行方位角角速度を検出する進行方位角角速度検出手段と、
上記速度検出手段により検出された速度および上記進行方位角角速度検出手段により検出された進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算する自律航法計算手段と、
上記移動体の気圧の変化率を計測し、その計測される気圧の変化率に応じて上記移動体の高度変化率を検出する気圧高度変化率検出手段と、
上記ＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻からの上記気圧高度変化率検出手段により検出される高度変化率を積算し、上記移動体の高度変化を計算する高度変化率積算手段と、
上記ＧＰＳ測位手段および上記自律航法計算手段による出力を複合すると共に、そのＧＰＳ測位手段により測位された最新時刻の移動体の高度に、上記高度変化率積算手段により計算された高度変化を加算した移動体の高度を利用して移動体の位置速度を計算する複合航法計算手段とを備えた移動体用航法装置。
【請求項４】
気密性が高く、壁面にオリフィスまたはスリットまたは多数の小孔を有し、気圧高度検出手段を格納する容器を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体用航法装置。
【請求項５】
内部に空気振動吸収材が設けられ、気圧高度検出手段を格納する容器を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体用航法装置。
【請求項６】
気圧高度検出手段により検出される移動体の高度に相当する電気的出力を入力し、低周波成分のみ通過させるローパスフィルターを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体用航法装置。
【請求項７】
気圧高度校正手段により校正された移動体の高度に応じて高度方向速度を計算する高度方向速度計算手段と、
速度検出手段により検出された速度および上記高度方向速度計算手段により計算された高度方向速度に応じて水平方向速度を計算する速度水平方向成分計算手段とを備え、
自律航法計算手段は、
上記速度水平方向成分計算手段による水平方向速度および進行方位角角速度検出手段による進行方位角角速度に応じて上記移動体の位置速度を計算することを特徴とする請求項１記載の移動体用航法装置。
【請求項８】
移動体の周囲の気温を検出する気温検出手段と、
ＧＰＳ測位手段による測位可能時に、そのＧＰＳ測位手段により検出される移動体の高度が概ね同一高度である場合に、その移動体の停止を含む走行中における速度検出手段により検出される速度、気圧高度検出手段により計測される全圧、および上記気温検出手段により検出される気温に応じて、その気圧高度検出手段により計測される全圧に含まれる動圧と移動体の速度との対応関係を表す動圧補正関数を計算し、
そのＧＰＳ測位手段による測位不可能時に、その速度検出手段により検出される速度、その気圧高度検出手段により計測される全圧、その気温検出手段により検出される気温、およびその動圧補正関数に基づいて、静圧を計算し、その静圧に応じた移動体の高度を気圧高度校正手段に出力する動圧補正関数計算手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の移動体用航法装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２１４９９３（Ｐ２００６−２１４９９３Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０８１７（Ｐ２００５−３０８１７）
【出願日】平成１７年２月７日（２００５．２．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月７日（２００５．２．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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