航法装置
【課題】角速度センサの角速度バイアスを温度の関数として求める方法の利点と、時系列に推定する方法の利点とを併せ持ち、移動中リアルタイムに角速度バイアスを推定して高い測位精度を保てるようにした航法装置を構成する。
【解決手段】航法装置１００は、ＧＰＳ受信機１１、振動ジャイロからなる角速度センサ１３、温度センサ１４、加速度センサ１２、ＣＰＵ等からなる統合演算部３０を備えている。統合演算部３０の角速度バイアス温度特性検知部２２は、移動体の停止時の温度検出値と角速度の検出値とに基づいて角速度バイアスの温度特性データを求め、バックアップ部２３に書き込む。ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、角速度バイアスの温度特性データが有効であるとき、角速度センサの温度特性と温度とから求めた角速度バイアスを初期値としてＧＳＰ／ＩＮＳ統合演算を行い、角速度バイアス及び角速度をリアルタイムに推定して、移動体の方位を高精度に求める。
【解決手段】航法装置１００は、ＧＰＳ受信機１１、振動ジャイロからなる角速度センサ１３、温度センサ１４、加速度センサ１２、ＣＰＵ等からなる統合演算部３０を備えている。統合演算部３０の角速度バイアス温度特性検知部２２は、移動体の停止時の温度検出値と角速度の検出値とに基づいて角速度バイアスの温度特性データを求め、バックアップ部２３に書き込む。ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、角速度バイアスの温度特性データが有効であるとき、角速度センサの温度特性と温度とから求めた角速度バイアスを初期値としてＧＳＰ／ＩＮＳ統合演算を行い、角速度バイアス及び角速度をリアルタイムに推定して、移動体の方位を高精度に求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも角速度センサの検出値を含む外部支援データと、航法衛星からの測位信号を受信して得られる観測量とを統合して測位等を行う航法演算を行う航法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
慣性センサの検出信号を基に慣性航法演算を行う慣性航法装置には、そのセンサの一つとして移動体の所定方向の角速度を検出する角速度センサが用いられる。また、ＧＰＳ測位装置より得られる観測量と自立システムである慣性航法装置(INS：Inertial Navigation System)より得られた観測量を統合した衛星航法／慣性航法統合測位装置においても、ＧＰＳ以外のセンサとして角速度センサ，温度センサ，加速度センサ及び／又は速度センサが用いられる（特許文献１〜４参照）。
【０００３】
このように角速度センサを用いて航法演算を行う航法装置において、従来は、角速度センサの角速度バイアスを次の何れかの方法で推定している。
【０００４】
（１）温度の関数として推定する方法
最小２乗法等を利用してバッチ処理により、角速度バイアスを温度の関数として推定する。
【０００５】
（２）時系列に推定する方法
角速度センサの検出信号に対して順次カルマン・フィルタ等の演算を施して角速度バイアスをリアルタイムで時系列に推定する。
【０００６】
特許文献１の装置は、車両停車中に、振動ジャイロの温度に対するドリフト値を算出し、温度特性マップとして記憶し、走行中は、現在温度に応じたドリフト値を求め、振動ジャイロからの出力電圧を補正するものである。
【０００７】
特許文献２の装置は、車両の方位及び位置を推測航法により求める装置において、方位センサのバイアスの温度依存性ドリフトを、カルマン・フィルタを用いて補正するものであり、カルマン・フィルタは、車両の静止している点ごとに、方位センサのバイアス・ドリフト率対温度のモデルの係数を計算し、車両の移動中にはバイアス・ドリフト率の校正曲線を使用して方位センサのバイアスを定期的に推定するものである。
【０００８】
特許文献３の装置は、移動体速度判定手段及びＧＰＳシステムにより直進走行中等の角速度センサが零点電圧を出力している時、その時の角速度センサの出力電圧と共に、温度センサより角速度センサの周囲温度を検出し、検出温度における補正特性保存メモリの零点電圧−温度特性の零点電圧を検出出力電圧に変更することにより、角速度センサの零点電圧−温度特性について、角速度センサの個体差や経年変化に対処するものである。
【０００９】
特許文献４の装置は、車両の停止を検出すると、角速度センサの出力値を、そのときのセンサ温度における基準値として記憶し、角速度を求める際は、そのときのセンサ温度に対応する記憶されている基準値を用いて、角速度センサの出力電圧を補正するものである。
【００１０】
ここで、前記（１）の「温度の関数として推定する方法」の例として、特許文献１に示されている装置の構成を、図１を参照して説明する。図１において、車両位置検出装置１は、車両の適当な位置に配置された振動ジャイロ２、その振動ジャイロ２の温度を検出する温度センサ３、これらの検出信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ４、このＡ／Ｄコンバータ４からのディジタル信号を入力して種々の演算を行うコンピュータ５、コンピュータ５に対して車輪速度に関する検出信号を入力する車輪速度センサ６、及び車両位置を表示するナビゲーション装置７０を備えている。
【００１１】
コンピュータ５は、車両が停止する毎に、停車時の温度と振動ジャイロのドリフト値とを求めるとともに、温度に対する振動ジャイロのドリフトの特性（温度の関数）を推定し、車両移動時の温度と上記関数とで振動ジャイロの検出信号を補正する。
【特許文献１】特開平０４−３６４４２２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３５３３号公報
【特許文献３】特開２０００−１１１３４８号公報
【特許文献４】特開２００７−０２４６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜４を含む従来の航法装置では、次に述べるような解決すべき課題があった。
【００１３】
（１）温度の関数として推定する方法
温度の関数として推定する方法はバッチ処理であるため、角速度バイアスをリアルタイムに推定することができない。また、移動体が停止中であれば直接求めることが可能であるが、移動中では角速度センサから出力された値が移動体の移動によるものなのか、角速度バイアスによるものなのかが不明であるので、ＧＰＳデータとの比較によって角速度バイアスを推定することは困難である。そのため、例えば、高速道路を停車せずに走行した場合、角速度バイアスが更新されないため、温度変化によって角速度バイアスの推定誤差が大きくなる。
【００１４】
また、高速道路の途中でトンネルを通過した時には、衛星航法による測位ができず、誤差の大きな角速度情報を用いた慣性航法のみとなるので、測位精度が劣化する。
【００１５】
（２）時系列に推定する方法
時系列に推定する方法により温度変動に依存する角速度バイアスを推定しようとすると、温度変動幅が小さい状況下においては角速度バイアス（または角速度センサの検出値と角速度バイアスとにより求まる現実の角速度）が正しく推定できない。
【００１６】
また、航法演算停止時と開始時とで温度が異なっている場合には対応できない。例えばエンジンを停止した場合のように航法演算を停止する際には、後の航法演算開始に備えるために、航法演算で用いた各値がバックアップされるが、航法演算の停止時と開始時とで温度が大きく異なっている場合には、バックアップされた値の利用価値が低い。
【００１７】
例えば、気温の高い昼間に屋内駐車場に駐車し、気温の低い夜間に屋内駐車場から出発した場合、温度変化による角速度バイアスの成分が直接的に角速度バイアスの推定誤差となって、衛星航法が可能になるまで航法データ（位置・速度等）の精度が劣化してしまう。このように、航法演算停止直前の角速度バイアスの推定値をバックアップしておいても、その利用価値は低い。
【００１８】
そこで、この発明の目的は、温度の関数として推定する方法の利点と、時系列に推定する方法の利点とを併せ持ち、移動中にリアルタイムに角速度バイアスを推定して、位置・速度・方位等の航法データの精度を高く保てるようにした航法装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明の航法装置は、温度の関数として推定する方法と、時系列に推定する方法の両方の利点を活かすものである。そのため、この発明の航法装置は次のように構成する。
【００２０】
［１］航法衛星から送信される測位信号、及び移動体に備えた角速度センサの検出値を含む外部支援データを基に統合航法演算を行う統合航法演算手段を備えた航法装置において、前記角速度センサの温度又は該角速度センサが存在する環境の温度を検出する温度センサと、少なくとも前記移動体の停止時に前記角速度センサの検出値と前記温度センサの検出値とに基づいて、角速度バイアスの温度特性を求める、角速度バイアス温度特性検知手段と、を備え、前記統合航法演算手段は、前記測位信号を受信できない期間に、前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて角速度を算出し、前記測位信号を受信できる期間に、少なくとも前記測位信号を用いて行った統合航法演算の結果に基づいて角速度バイアス及び角速度を推定するものとする。
【００２１】
このように、時系列のリアルタイム処理における初期値には、温度の関数としての算出値を用いることにより、時系列に推定する方法だけでは困難であった昼夜の温度差等に対応できる。また、時々刻々と変化する角速度バイアスを、「時系列にリアルタイム処理で推定した温度に依存しない角速度バイアス」＋「温度の関数としてバッチ処理で算出した角速度バイアスの温度特性（係数）」×「温度変化」として求めることにより、温度の関数として推定する方法だけでは困難であった、移動中にリアルタイムで角速度バイアスを推定できる。
【００２２】
なお、前記移動体の停止時に前記角速度センサの検出値はバイアスがなければ角速度０に相当する値となるが、この状態は移動体の停止時に限らず、等速直線運動時であっても同様である。そのため、角速度バイアスの温度特性検知手段は、移動体が等速直線運動しているときに、角速度センサの検出値と温度センサの検出値とに基づいて角速度バイアスの温度特性を求めてもよい。
【００２３】
［２］前記統合航法演算時の角速度バイアスの初期値としては、例えば前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを与える。
【００２４】
この構成によれば、統合航法演算開始後速やかに精度の高い角速度バイアス及び角速度の推定が行われる。
【００２５】
［３］また、この発明の航法装置は、前記統合航法演算手段は、
所定タイミングで前記温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、該温度変動量を用いて角速度バイアスの推定値を更新する角速度バイアス温度変動更新手段と、時系列にリアルタイム処理で角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて前記角速度バイアスの推定値を更新するカルマン・フィルタ演算手段と、を備え、
前記統合航法演算手段は、更新された前記角速度バイアスの推定値を前記角速度センサの検出値から除去することにより角速度バイアス補正後の角速度を推定するものとする。
【００２６】
この構成により、移動体が移動中であっても、測位信号を受信できる期間に、角速度バイアスの推定値を更新できる。
【００２７】
［４］前記角速度バイアスの温度特性検知手段は、前記移動体の停止時間が所定時間を超えたときと、前記移動体の停止中の前記温度センサによる検出値が所定温度変動幅を超えたときとの両方または何れかを満たしたとき、前記角速度バイアスの温度特性を求める、または有効な値と見なすものとする。
【００２８】
これにより、ある程度広い温度変動幅のもとで適用できる角速度バイアスの温度特性が得られる。そのため、より高精度な角速度バイアスの温度特性を用いた角速度バイアスの補正ができる。また、角速度バイアスの温度特性を温度の関数として求める場合に、温度変動幅が小さい状況下においては角速度バイアスの温度特性の検知結果は更新されないので角速度バイアスの温度特性の検知精度を高めることができる。
【００２９】
［５］また、前記角速度バイアスの温度特性検知手段は、前記温度センサによる検出値の変動範囲内で温度変化に対する角速度バイアスの近似式を求め、且つ前記変動範囲の最高値以上の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最高温度での角速度バイアスの値に定め、前記変動範囲の最低値以下の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最低温度での角速度バイアスの値に定める。
【００３０】
例えば、前記角速度バイアスの温度特性検知手段は、温度変化に対する角速度バイアスの変化を温度の関数として求める場合に、その関数の０次係数・１次係数等を求める。または温度に対する角速度バイアスの関係テーブルを作成する。
【００３１】
これにより、まだ経験していない温度では、真値に近い角速度バイアスの温度特性が適用でき、上記温度変動範囲以外の温度でも所定の精度で角速度バイアスの温度特性を用いた角速度バイアスが得られる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、温度変動を考慮して角速度バイアスの推定ができるため、角速度の検出精度及び角速度を用いた航法データを高精度に求めることができる。また、統合航法演算開始後速やかに高精度な角速度が推定でき、応答性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の航法装置の構成を図２に示す。この図２に示すように、航法装置１００は、ＧＰＳ受信機１１と、振動ジャイロからなる角速度センサ１３と、温度センサ１４と、加速度センサ１２と、ＣＰＵ等からなる統合演算部３０と、を備えていて、移動体に搭載される。
【００３４】
ＧＰＳ受信機１１は航法衛星であるＧＰＳ衛星から送信される測位信号を受信し、ＧＰＳ測位信号を出力する。
【００３５】
加速度センサ１２は移動体の直交３軸方向の加速度を検出する。角速度センサ１３は移動体の直交３軸方向の角速度を検出する。温度センサ１４は角速度センサ１３の温度又は角速度センサ１３が存在する環境の温度を検出する。
【００３６】
統合演算部３０は、演算処理内容をブロック化すれば、追尾処理部２０、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１、角速度バイアスの温度変動パラメータ推定部２２、及び角速度バイアスの温度変動パラメータのバックアップ部２３で表すことができる。
【００３７】
追尾処理部２０は、ＧＰＳ受信回路１１からのＧＰＳ測位信号を入力し、各ＧＰＳ衛星からの信号を受信して得られるベースバンドのＧＰＳ測位信号の位相を追尾するとともに擬似距離（ＰＲ）、ドップラー周波数観測量、各衛星の位置・速度などを求める。
【００３８】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、上記擬似距離及びドップラー周波数情報、各衛星の位置・速度等に基づいて受信点の位置・速度を求める。また、前記擬似距離、ドップラー周波数情報、及び前記角速度センサと加速度センサの検出信号を基にＧＰＳ／ＩＮＳ統合演算を行う。
【００３９】
角速度バイアスの温度特性検知部２２は、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１から出力される速度情報に基づき、移動体が停止しているとき、後述する方法により角速度バイアスの温度特性（後述するように、温度変化に対する角速度バイアスの変化を温度の関数として求めた場合の、その関数の０次係数・１次係数等）を求め、それを有効／無効状態の情報とともにバックアップ部２３に対して書き込む。
【００４０】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、ＧＰＳ／ＩＮＳ統合測位演算を行うとともに、この統合測位演算により求めた角速度、温度センサ１４の検出値及び角速度センサ１３の検出値に基づいて角速度バイアスの温度特性を検知する。この手段が「角速度バイアス温度特性検知手段」に相当する。
【００４１】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、所定タイミングで前記温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、該温度変動量を用いて角速度バイアスの推定値を更新する。この手段が、「角速度バイアス温度変動更新手段」に相当する。
【００４２】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、カルマン・フィルタ演算手段により、時系列にリアルタイムに角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて前記角速度バイアスの推定値を更新する。この手段が、「カルマン・フィルタ演算手段」に相当する。
【００４３】
そして、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、更新された角速度バイアスの推定値を角速度センサ１３の検出値から除去することにより角速度バイアス補正後の角速度を推定する。
【００４４】
なお、上記加速度センサ１２に代えて速度センサを設けてもよい。また加速度センサとともに速度センサを設けてもよい。
【００４５】
図２に示した統合演算部３０の処理の内容をフローチャートとして図３に示す。
未だ工場出荷時等で、角速度バイアスの温度特性データがバックアップされていない状態（無効状態）では、カルマン・フィルタ等における角速度バイアスの推定の初期値には、角速度センサの仕様で定められる公称値等の所定の値を初期値として設定する（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３）。そしてＧＰＳ／ＩＮＳ統合演算を行う（Ｓ４）。ステップＳ３の処理は一度だけであり、一度ＧＰＳ／ＩＮＳ演算により角速度バイアスを求めると、以降は、新たにＧＰＳ／ＩＮＳ演算（統合航法演算）を開始する際に、その値を初期値として用いる（Ｓ２→Ｓ４）。
【００４６】
停車時には、温度センサ１４の検出値と角速度センサ１３の検出値とを用いて、温度変化にともなう角速度バイアスの温度特性データを検知し、所定の条件を満たした場合に有効な温度特性データとしてバックアップ部２３に保存する、又は求めた温度特性データが有効であることを示すフラグをセットする。（Ｓ５→Ｓ６）。この所定の条件については後述する。
【００４７】
工場出荷時以外の電源起動時等においては、バックアップ部２３に保存されている角速度バイアスの温度特性データが有効な場合に、温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて算出した温度依存の角速度バイアスを前記角速度センサの検出値から除去して、温度に無依存の角速度バイアスのみを含む角速度を算出し、これをカルマン・フィルタ等における角速度バイアス推定の初期値として設定する（Ｓ１→Ｓ７→Ｓ８）。この処理は、この発明の「角速度バイアスの初期値設定手段」に相当する。
【００４８】
その後、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算（統合航法演算）を行う（Ｓ９）。このステップＳ９の処理は、この発明の「統合航法演算手段」に相当する。具体的には、ＧＰＳ測位信号を受信できない期間は、角速度センサ１３の検出値から温度依存角速度バイアスを除去した角速度バイアスに基づいて角速度を算出し、ＧＰＳ測位信号を受信できる期間は、所定のタイミングで（例えば温度が一定値以上変化したとき、や一定時間ごとに）温度センサ１４の検出値と角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、この温度変動量分だけ角速度バイアスの推定値を更新する。また、ＧＰＳ測位信号を用いて統合航法演算を行い、上記温度変動分だけカルマン・フィルタ演算が推定する角速度バイアスの更新を行う。カルマン・フィルタは、時系列にリアルタイム処理で角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて温度無依存の角速度バイアスを推定する。
【００４９】
このようにして図３に示した処理を繰り返し、ステップＳ９のＧＰＳ／ＩＮＳ演算によって角速度バイアスを時系列に順次推定する。
【００５０】
上記時系列に推定した角速度バイアスはバックアップしておき、その値を角速度バイアスの温度特性データが無効な場合における初期値として用いる。
【００５１】
次に、ＧＰＳ測位信号が受信可能な場合とそうでない場合とについて、図３のステップＳ８、Ｓ９の処理内容の例を示す。
【００５２】
例えば、移動体として自動車を想定し、ＧＰＳ測位信号の受信が可能な屋外を走行した後、屋内駐車場に駐車し、長時間経過した後に出庫した場合、次のような動作となる。
【００５３】
（１）駐車場への入庫前は、ステップＳ９において、加速度センサ１２、角速度センサ１３、温度センサ１４の各検出値、およびＧＰＳ測位信号を基にＧＰＳ／ＩＮＳ統合航法演算を行う。すなわち加速度センサ１２の加速度検出値を用いた慣性航法演算とＧＰＳ航法演算との統合によって移動体の位置と速度を求める。
【００５４】
また、角速度バイアスをリアルタイムで推定する。すなわち、所定タイミングで温度センサの検出値と角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出して角速度バイアスの推定値を更新する。そして、この温度変動分の補正を行った角速度バイアスを基に、カルマン・フィルタ演算によって推定される角速度バイアスを更新する。
【００５５】
このようにして求めた角速度バイアスで角速度センサの検知値を補正した、正確な角速度の積分により移動体の方位を求め、この移動体の方位と、ＧＰＳ航法演算により求めた移動体の移動方位との統合によって移動体の正確な方位を求める。
【００５６】
（２）屋内駐車場に入るとＧＰＳ測位信号を受信できないため、ステップＳ９で加速度センサ１２の加速度検出値を用いた慣性航法演算によって移動体の位置と速度を求める。また、角速度センサ１３の検出値から温度依存成分を除去した（温度補正された）角速度の積分により移動体の方位を求める。
【００５７】
（３）駐車後、長時間経過した後に出庫した場合、例えば昼に駐車して夜に出庫したような場合、角速度センサの検出値、温度センサの検出値、及び角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを慣性航法演算時の角速度バイアスの初期値として与える。その後、ＧＰＳ測位信号を受信するまでは上記（２）と同様に慣性航法演算によって移動体の位置・速度・方位を推測する。
【００５８】
このように駐車時と出庫時との温度差が大きいと、角速度バイアスが駐車時に比べ大きくなるが、角速度センサの検出値、温度センサの検出値、及び角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを統合航法演算時の角速度バイアスの初期値として与えて慣性航法演算を行うことにより、より正確な移動体の方位が求められる。
【００５９】
（４）その後、ＧＰＳ測位信号を受信できるようになれば、統合航法演算を開始する。ステップＳ８では、既に求められている直近の角速度バイアスの値をカルマン・フィルタの角速度バイアスの初期値として与える。
【００６０】
次に、前記角速度バイアスの温度特性データ推定の具体例を、図４を参照して示す。
統合推定値として求めた速度又はＧＰＳデータにより求めた速度が閾値未満（例えば０．１ｍ／ｓ未満）であるか否かにより停車／移動の判定を行い、停車時における角速度のセンサ検出値と温度センサの検出値とを対にして順次保存し、両者の関係を最小２乗法により近似式（関数）のパラメータを算出する。この近似式を表すパラメータが角速度バイアスの温度特性データである。
【００６１】
図４において、横軸は温度センサの検出値、縦軸は角速度センサの検出値であり、これらの検出値をプロットした図である。ここで、近似した直線の傾きが角速度バイアスの変動係数のパラメータの１次係数である。また、近似した直線の基準温度（例えば２５℃）における角速度が角速度バイアスの変動係数のパラメータの０次係数である。このようにして角速度バイアスの温度特性データを求める。
【００６２】
次の［数１］は、図４に示した近似直線の温度範囲で角速度バイアスの温度変動をどのように定めるかについて示している。
【００６３】
【数１】
【００６４】
なお、経験したことのある温度範囲における角速度バイアスの温度変動の計算には直線で近似したときの１次係数を用いるとは限らない。２次以上の近似曲線から［数２］のようにして求めた観測した温度の近傍における偏微分係数を用いてもよい。
【００６５】
【数２】
【００６６】
図５は、図４に示した最低温度より低い温度及び最高温度より高い温度で角速度バイアスをどのように定めるかについて示している。
【００６７】
この例では、角速度バイアスの温度変動は、経験したことのある温度範囲では或る値となるが、未経験の温度では零とする。すなわち、最低温度より低い温度で零とし、または、最高温度より高い温度で零とする。未経験の温度では１次係数を用いた計算値をそのまま適用することによって温度補償によって精度が向上する保証がないためである。
【００６８】
図２に示したバックアップ部２３にバックアップされるデータは、角速度バイアスの温度特性データの０次係数・１次係数、角速度バイアスの温度特性データの推定時に経験済みの最高温度・最低温度、及び温度特性データ（０次係数・１次係数）の有効／無効状態のフラグである。
【００６９】
前述の、角速度バイアスの温度特性データの有効／無効判定は、経験した温度変動の幅がある程度広いか否かによって行う。例えば、次の２つの条件を共に満たす場合に角速度バイアスの温度特性データを有効と判定する。
【００７０】
〈条件Ａ〉角速度バイアスの温度特性データを求める際に経験した時間が設定条件（例えば１０分間）を超えた場合。
〈条件Ｂ〉角速度バイアスの温度特性データを求める際に経験した温度変動幅が設定条件（例えば１０℃）を超えた場合。
【００７１】
なお、時間及び温度の設定条件によっては、上記条件Ａ、条件Ｂのいずれかを満たすか否かによって判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】特許文献１に係る車両位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る航法装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した統合演算部３０の処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】角速度バイアスの温度特性データの推定方法の例を示す図である。
【図５】図４に示した最低温度より低い温度及び最高温度より高い温度で角速度バイアスをどのように定めるかについて示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１…ＧＰＳ受信機
１２…加速度センサ
１３…角速度センサ
１４…温度センサ
２０…追尾処理部
２１…ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部
２２…角速度バイアス温度特性検知部
２３…バックアップ部
３０…統合演算部
１００…航法装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも角速度センサの検出値を含む外部支援データと、航法衛星からの測位信号を受信して得られる観測量とを統合して測位等を行う航法演算を行う航法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
慣性センサの検出信号を基に慣性航法演算を行う慣性航法装置には、そのセンサの一つとして移動体の所定方向の角速度を検出する角速度センサが用いられる。また、ＧＰＳ測位装置より得られる観測量と自立システムである慣性航法装置(INS：Inertial Navigation System)より得られた観測量を統合した衛星航法／慣性航法統合測位装置においても、ＧＰＳ以外のセンサとして角速度センサ，温度センサ，加速度センサ及び／又は速度センサが用いられる（特許文献１〜４参照）。
【０００３】
このように角速度センサを用いて航法演算を行う航法装置において、従来は、角速度センサの角速度バイアスを次の何れかの方法で推定している。
【０００４】
（１）温度の関数として推定する方法
最小２乗法等を利用してバッチ処理により、角速度バイアスを温度の関数として推定する。
【０００５】
（２）時系列に推定する方法
角速度センサの検出信号に対して順次カルマン・フィルタ等の演算を施して角速度バイアスをリアルタイムで時系列に推定する。
【０００６】
特許文献１の装置は、車両停車中に、振動ジャイロの温度に対するドリフト値を算出し、温度特性マップとして記憶し、走行中は、現在温度に応じたドリフト値を求め、振動ジャイロからの出力電圧を補正するものである。
【０００７】
特許文献２の装置は、車両の方位及び位置を推測航法により求める装置において、方位センサのバイアスの温度依存性ドリフトを、カルマン・フィルタを用いて補正するものであり、カルマン・フィルタは、車両の静止している点ごとに、方位センサのバイアス・ドリフト率対温度のモデルの係数を計算し、車両の移動中にはバイアス・ドリフト率の校正曲線を使用して方位センサのバイアスを定期的に推定するものである。
【０００８】
特許文献３の装置は、移動体速度判定手段及びＧＰＳシステムにより直進走行中等の角速度センサが零点電圧を出力している時、その時の角速度センサの出力電圧と共に、温度センサより角速度センサの周囲温度を検出し、検出温度における補正特性保存メモリの零点電圧−温度特性の零点電圧を検出出力電圧に変更することにより、角速度センサの零点電圧−温度特性について、角速度センサの個体差や経年変化に対処するものである。
【０００９】
特許文献４の装置は、車両の停止を検出すると、角速度センサの出力値を、そのときのセンサ温度における基準値として記憶し、角速度を求める際は、そのときのセンサ温度に対応する記憶されている基準値を用いて、角速度センサの出力電圧を補正するものである。
【００１０】
ここで、前記（１）の「温度の関数として推定する方法」の例として、特許文献１に示されている装置の構成を、図１を参照して説明する。図１において、車両位置検出装置１は、車両の適当な位置に配置された振動ジャイロ２、その振動ジャイロ２の温度を検出する温度センサ３、これらの検出信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ４、このＡ／Ｄコンバータ４からのディジタル信号を入力して種々の演算を行うコンピュータ５、コンピュータ５に対して車輪速度に関する検出信号を入力する車輪速度センサ６、及び車両位置を表示するナビゲーション装置７０を備えている。
【００１１】
コンピュータ５は、車両が停止する毎に、停車時の温度と振動ジャイロのドリフト値とを求めるとともに、温度に対する振動ジャイロのドリフトの特性（温度の関数）を推定し、車両移動時の温度と上記関数とで振動ジャイロの検出信号を補正する。
【特許文献１】特開平０４−３６４４２２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３５３３号公報
【特許文献３】特開２０００−１１１３４８号公報
【特許文献４】特開２００７−０２４６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜４を含む従来の航法装置では、次に述べるような解決すべき課題があった。
【００１３】
（１）温度の関数として推定する方法
温度の関数として推定する方法はバッチ処理であるため、角速度バイアスをリアルタイムに推定することができない。また、移動体が停止中であれば直接求めることが可能であるが、移動中では角速度センサから出力された値が移動体の移動によるものなのか、角速度バイアスによるものなのかが不明であるので、ＧＰＳデータとの比較によって角速度バイアスを推定することは困難である。そのため、例えば、高速道路を停車せずに走行した場合、角速度バイアスが更新されないため、温度変化によって角速度バイアスの推定誤差が大きくなる。
【００１４】
また、高速道路の途中でトンネルを通過した時には、衛星航法による測位ができず、誤差の大きな角速度情報を用いた慣性航法のみとなるので、測位精度が劣化する。
【００１５】
（２）時系列に推定する方法
時系列に推定する方法により温度変動に依存する角速度バイアスを推定しようとすると、温度変動幅が小さい状況下においては角速度バイアス（または角速度センサの検出値と角速度バイアスとにより求まる現実の角速度）が正しく推定できない。
【００１６】
また、航法演算停止時と開始時とで温度が異なっている場合には対応できない。例えばエンジンを停止した場合のように航法演算を停止する際には、後の航法演算開始に備えるために、航法演算で用いた各値がバックアップされるが、航法演算の停止時と開始時とで温度が大きく異なっている場合には、バックアップされた値の利用価値が低い。
【００１７】
例えば、気温の高い昼間に屋内駐車場に駐車し、気温の低い夜間に屋内駐車場から出発した場合、温度変化による角速度バイアスの成分が直接的に角速度バイアスの推定誤差となって、衛星航法が可能になるまで航法データ（位置・速度等）の精度が劣化してしまう。このように、航法演算停止直前の角速度バイアスの推定値をバックアップしておいても、その利用価値は低い。
【００１８】
そこで、この発明の目的は、温度の関数として推定する方法の利点と、時系列に推定する方法の利点とを併せ持ち、移動中にリアルタイムに角速度バイアスを推定して、位置・速度・方位等の航法データの精度を高く保てるようにした航法装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明の航法装置は、温度の関数として推定する方法と、時系列に推定する方法の両方の利点を活かすものである。そのため、この発明の航法装置は次のように構成する。
【００２０】
［１］航法衛星から送信される測位信号、及び移動体に備えた角速度センサの検出値を含む外部支援データを基に統合航法演算を行う統合航法演算手段を備えた航法装置において、前記角速度センサの温度又は該角速度センサが存在する環境の温度を検出する温度センサと、少なくとも前記移動体の停止時に前記角速度センサの検出値と前記温度センサの検出値とに基づいて、角速度バイアスの温度特性を求める、角速度バイアス温度特性検知手段と、を備え、前記統合航法演算手段は、前記測位信号を受信できない期間に、前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて角速度を算出し、前記測位信号を受信できる期間に、少なくとも前記測位信号を用いて行った統合航法演算の結果に基づいて角速度バイアス及び角速度を推定するものとする。
【００２１】
このように、時系列のリアルタイム処理における初期値には、温度の関数としての算出値を用いることにより、時系列に推定する方法だけでは困難であった昼夜の温度差等に対応できる。また、時々刻々と変化する角速度バイアスを、「時系列にリアルタイム処理で推定した温度に依存しない角速度バイアス」＋「温度の関数としてバッチ処理で算出した角速度バイアスの温度特性（係数）」×「温度変化」として求めることにより、温度の関数として推定する方法だけでは困難であった、移動中にリアルタイムで角速度バイアスを推定できる。
【００２２】
なお、前記移動体の停止時に前記角速度センサの検出値はバイアスがなければ角速度０に相当する値となるが、この状態は移動体の停止時に限らず、等速直線運動時であっても同様である。そのため、角速度バイアスの温度特性検知手段は、移動体が等速直線運動しているときに、角速度センサの検出値と温度センサの検出値とに基づいて角速度バイアスの温度特性を求めてもよい。
【００２３】
［２］前記統合航法演算時の角速度バイアスの初期値としては、例えば前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを与える。
【００２４】
この構成によれば、統合航法演算開始後速やかに精度の高い角速度バイアス及び角速度の推定が行われる。
【００２５】
［３］また、この発明の航法装置は、前記統合航法演算手段は、
所定タイミングで前記温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、該温度変動量を用いて角速度バイアスの推定値を更新する角速度バイアス温度変動更新手段と、時系列にリアルタイム処理で角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて前記角速度バイアスの推定値を更新するカルマン・フィルタ演算手段と、を備え、
前記統合航法演算手段は、更新された前記角速度バイアスの推定値を前記角速度センサの検出値から除去することにより角速度バイアス補正後の角速度を推定するものとする。
【００２６】
この構成により、移動体が移動中であっても、測位信号を受信できる期間に、角速度バイアスの推定値を更新できる。
【００２７】
［４］前記角速度バイアスの温度特性検知手段は、前記移動体の停止時間が所定時間を超えたときと、前記移動体の停止中の前記温度センサによる検出値が所定温度変動幅を超えたときとの両方または何れかを満たしたとき、前記角速度バイアスの温度特性を求める、または有効な値と見なすものとする。
【００２８】
これにより、ある程度広い温度変動幅のもとで適用できる角速度バイアスの温度特性が得られる。そのため、より高精度な角速度バイアスの温度特性を用いた角速度バイアスの補正ができる。また、角速度バイアスの温度特性を温度の関数として求める場合に、温度変動幅が小さい状況下においては角速度バイアスの温度特性の検知結果は更新されないので角速度バイアスの温度特性の検知精度を高めることができる。
【００２９】
［５］また、前記角速度バイアスの温度特性検知手段は、前記温度センサによる検出値の変動範囲内で温度変化に対する角速度バイアスの近似式を求め、且つ前記変動範囲の最高値以上の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最高温度での角速度バイアスの値に定め、前記変動範囲の最低値以下の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最低温度での角速度バイアスの値に定める。
【００３０】
例えば、前記角速度バイアスの温度特性検知手段は、温度変化に対する角速度バイアスの変化を温度の関数として求める場合に、その関数の０次係数・１次係数等を求める。または温度に対する角速度バイアスの関係テーブルを作成する。
【００３１】
これにより、まだ経験していない温度では、真値に近い角速度バイアスの温度特性が適用でき、上記温度変動範囲以外の温度でも所定の精度で角速度バイアスの温度特性を用いた角速度バイアスが得られる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、温度変動を考慮して角速度バイアスの推定ができるため、角速度の検出精度及び角速度を用いた航法データを高精度に求めることができる。また、統合航法演算開始後速やかに高精度な角速度が推定でき、応答性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の航法装置の構成を図２に示す。この図２に示すように、航法装置１００は、ＧＰＳ受信機１１と、振動ジャイロからなる角速度センサ１３と、温度センサ１４と、加速度センサ１２と、ＣＰＵ等からなる統合演算部３０と、を備えていて、移動体に搭載される。
【００３４】
ＧＰＳ受信機１１は航法衛星であるＧＰＳ衛星から送信される測位信号を受信し、ＧＰＳ測位信号を出力する。
【００３５】
加速度センサ１２は移動体の直交３軸方向の加速度を検出する。角速度センサ１３は移動体の直交３軸方向の角速度を検出する。温度センサ１４は角速度センサ１３の温度又は角速度センサ１３が存在する環境の温度を検出する。
【００３６】
統合演算部３０は、演算処理内容をブロック化すれば、追尾処理部２０、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１、角速度バイアスの温度変動パラメータ推定部２２、及び角速度バイアスの温度変動パラメータのバックアップ部２３で表すことができる。
【００３７】
追尾処理部２０は、ＧＰＳ受信回路１１からのＧＰＳ測位信号を入力し、各ＧＰＳ衛星からの信号を受信して得られるベースバンドのＧＰＳ測位信号の位相を追尾するとともに擬似距離（ＰＲ）、ドップラー周波数観測量、各衛星の位置・速度などを求める。
【００３８】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、上記擬似距離及びドップラー周波数情報、各衛星の位置・速度等に基づいて受信点の位置・速度を求める。また、前記擬似距離、ドップラー周波数情報、及び前記角速度センサと加速度センサの検出信号を基にＧＰＳ／ＩＮＳ統合演算を行う。
【００３９】
角速度バイアスの温度特性検知部２２は、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１から出力される速度情報に基づき、移動体が停止しているとき、後述する方法により角速度バイアスの温度特性（後述するように、温度変化に対する角速度バイアスの変化を温度の関数として求めた場合の、その関数の０次係数・１次係数等）を求め、それを有効／無効状態の情報とともにバックアップ部２３に対して書き込む。
【００４０】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、ＧＰＳ／ＩＮＳ統合測位演算を行うとともに、この統合測位演算により求めた角速度、温度センサ１４の検出値及び角速度センサ１３の検出値に基づいて角速度バイアスの温度特性を検知する。この手段が「角速度バイアス温度特性検知手段」に相当する。
【００４１】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、所定タイミングで前記温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、該温度変動量を用いて角速度バイアスの推定値を更新する。この手段が、「角速度バイアス温度変動更新手段」に相当する。
【００４２】
ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、カルマン・フィルタ演算手段により、時系列にリアルタイムに角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて前記角速度バイアスの推定値を更新する。この手段が、「カルマン・フィルタ演算手段」に相当する。
【００４３】
そして、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部２１は、更新された角速度バイアスの推定値を角速度センサ１３の検出値から除去することにより角速度バイアス補正後の角速度を推定する。
【００４４】
なお、上記加速度センサ１２に代えて速度センサを設けてもよい。また加速度センサとともに速度センサを設けてもよい。
【００４５】
図２に示した統合演算部３０の処理の内容をフローチャートとして図３に示す。
未だ工場出荷時等で、角速度バイアスの温度特性データがバックアップされていない状態（無効状態）では、カルマン・フィルタ等における角速度バイアスの推定の初期値には、角速度センサの仕様で定められる公称値等の所定の値を初期値として設定する（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３）。そしてＧＰＳ／ＩＮＳ統合演算を行う（Ｓ４）。ステップＳ３の処理は一度だけであり、一度ＧＰＳ／ＩＮＳ演算により角速度バイアスを求めると、以降は、新たにＧＰＳ／ＩＮＳ演算（統合航法演算）を開始する際に、その値を初期値として用いる（Ｓ２→Ｓ４）。
【００４６】
停車時には、温度センサ１４の検出値と角速度センサ１３の検出値とを用いて、温度変化にともなう角速度バイアスの温度特性データを検知し、所定の条件を満たした場合に有効な温度特性データとしてバックアップ部２３に保存する、又は求めた温度特性データが有効であることを示すフラグをセットする。（Ｓ５→Ｓ６）。この所定の条件については後述する。
【００４７】
工場出荷時以外の電源起動時等においては、バックアップ部２３に保存されている角速度バイアスの温度特性データが有効な場合に、温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて算出した温度依存の角速度バイアスを前記角速度センサの検出値から除去して、温度に無依存の角速度バイアスのみを含む角速度を算出し、これをカルマン・フィルタ等における角速度バイアス推定の初期値として設定する（Ｓ１→Ｓ７→Ｓ８）。この処理は、この発明の「角速度バイアスの初期値設定手段」に相当する。
【００４８】
その後、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算（統合航法演算）を行う（Ｓ９）。このステップＳ９の処理は、この発明の「統合航法演算手段」に相当する。具体的には、ＧＰＳ測位信号を受信できない期間は、角速度センサ１３の検出値から温度依存角速度バイアスを除去した角速度バイアスに基づいて角速度を算出し、ＧＰＳ測位信号を受信できる期間は、所定のタイミングで（例えば温度が一定値以上変化したとき、や一定時間ごとに）温度センサ１４の検出値と角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、この温度変動量分だけ角速度バイアスの推定値を更新する。また、ＧＰＳ測位信号を用いて統合航法演算を行い、上記温度変動分だけカルマン・フィルタ演算が推定する角速度バイアスの更新を行う。カルマン・フィルタは、時系列にリアルタイム処理で角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて温度無依存の角速度バイアスを推定する。
【００４９】
このようにして図３に示した処理を繰り返し、ステップＳ９のＧＰＳ／ＩＮＳ演算によって角速度バイアスを時系列に順次推定する。
【００５０】
上記時系列に推定した角速度バイアスはバックアップしておき、その値を角速度バイアスの温度特性データが無効な場合における初期値として用いる。
【００５１】
次に、ＧＰＳ測位信号が受信可能な場合とそうでない場合とについて、図３のステップＳ８、Ｓ９の処理内容の例を示す。
【００５２】
例えば、移動体として自動車を想定し、ＧＰＳ測位信号の受信が可能な屋外を走行した後、屋内駐車場に駐車し、長時間経過した後に出庫した場合、次のような動作となる。
【００５３】
（１）駐車場への入庫前は、ステップＳ９において、加速度センサ１２、角速度センサ１３、温度センサ１４の各検出値、およびＧＰＳ測位信号を基にＧＰＳ／ＩＮＳ統合航法演算を行う。すなわち加速度センサ１２の加速度検出値を用いた慣性航法演算とＧＰＳ航法演算との統合によって移動体の位置と速度を求める。
【００５４】
また、角速度バイアスをリアルタイムで推定する。すなわち、所定タイミングで温度センサの検出値と角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出して角速度バイアスの推定値を更新する。そして、この温度変動分の補正を行った角速度バイアスを基に、カルマン・フィルタ演算によって推定される角速度バイアスを更新する。
【００５５】
このようにして求めた角速度バイアスで角速度センサの検知値を補正した、正確な角速度の積分により移動体の方位を求め、この移動体の方位と、ＧＰＳ航法演算により求めた移動体の移動方位との統合によって移動体の正確な方位を求める。
【００５６】
（２）屋内駐車場に入るとＧＰＳ測位信号を受信できないため、ステップＳ９で加速度センサ１２の加速度検出値を用いた慣性航法演算によって移動体の位置と速度を求める。また、角速度センサ１３の検出値から温度依存成分を除去した（温度補正された）角速度の積分により移動体の方位を求める。
【００５７】
（３）駐車後、長時間経過した後に出庫した場合、例えば昼に駐車して夜に出庫したような場合、角速度センサの検出値、温度センサの検出値、及び角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを慣性航法演算時の角速度バイアスの初期値として与える。その後、ＧＰＳ測位信号を受信するまでは上記（２）と同様に慣性航法演算によって移動体の位置・速度・方位を推測する。
【００５８】
このように駐車時と出庫時との温度差が大きいと、角速度バイアスが駐車時に比べ大きくなるが、角速度センサの検出値、温度センサの検出値、及び角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを統合航法演算時の角速度バイアスの初期値として与えて慣性航法演算を行うことにより、より正確な移動体の方位が求められる。
【００５９】
（４）その後、ＧＰＳ測位信号を受信できるようになれば、統合航法演算を開始する。ステップＳ８では、既に求められている直近の角速度バイアスの値をカルマン・フィルタの角速度バイアスの初期値として与える。
【００６０】
次に、前記角速度バイアスの温度特性データ推定の具体例を、図４を参照して示す。
統合推定値として求めた速度又はＧＰＳデータにより求めた速度が閾値未満（例えば０．１ｍ／ｓ未満）であるか否かにより停車／移動の判定を行い、停車時における角速度のセンサ検出値と温度センサの検出値とを対にして順次保存し、両者の関係を最小２乗法により近似式（関数）のパラメータを算出する。この近似式を表すパラメータが角速度バイアスの温度特性データである。
【００６１】
図４において、横軸は温度センサの検出値、縦軸は角速度センサの検出値であり、これらの検出値をプロットした図である。ここで、近似した直線の傾きが角速度バイアスの変動係数のパラメータの１次係数である。また、近似した直線の基準温度（例えば２５℃）における角速度が角速度バイアスの変動係数のパラメータの０次係数である。このようにして角速度バイアスの温度特性データを求める。
【００６２】
次の［数１］は、図４に示した近似直線の温度範囲で角速度バイアスの温度変動をどのように定めるかについて示している。
【００６３】
【数１】
【００６４】
なお、経験したことのある温度範囲における角速度バイアスの温度変動の計算には直線で近似したときの１次係数を用いるとは限らない。２次以上の近似曲線から［数２］のようにして求めた観測した温度の近傍における偏微分係数を用いてもよい。
【００６５】
【数２】
【００６６】
図５は、図４に示した最低温度より低い温度及び最高温度より高い温度で角速度バイアスをどのように定めるかについて示している。
【００６７】
この例では、角速度バイアスの温度変動は、経験したことのある温度範囲では或る値となるが、未経験の温度では零とする。すなわち、最低温度より低い温度で零とし、または、最高温度より高い温度で零とする。未経験の温度では１次係数を用いた計算値をそのまま適用することによって温度補償によって精度が向上する保証がないためである。
【００６８】
図２に示したバックアップ部２３にバックアップされるデータは、角速度バイアスの温度特性データの０次係数・１次係数、角速度バイアスの温度特性データの推定時に経験済みの最高温度・最低温度、及び温度特性データ（０次係数・１次係数）の有効／無効状態のフラグである。
【００６９】
前述の、角速度バイアスの温度特性データの有効／無効判定は、経験した温度変動の幅がある程度広いか否かによって行う。例えば、次の２つの条件を共に満たす場合に角速度バイアスの温度特性データを有効と判定する。
【００７０】
〈条件Ａ〉角速度バイアスの温度特性データを求める際に経験した時間が設定条件（例えば１０分間）を超えた場合。
〈条件Ｂ〉角速度バイアスの温度特性データを求める際に経験した温度変動幅が設定条件（例えば１０℃）を超えた場合。
【００７１】
なお、時間及び温度の設定条件によっては、上記条件Ａ、条件Ｂのいずれかを満たすか否かによって判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】特許文献１に係る車両位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る航法装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した統合演算部３０の処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】角速度バイアスの温度特性データの推定方法の例を示す図である。
【図５】図４に示した最低温度より低い温度及び最高温度より高い温度で角速度バイアスをどのように定めるかについて示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１…ＧＰＳ受信機
１２…加速度センサ
１３…角速度センサ
１４…温度センサ
２０…追尾処理部
２１…ＧＰＳ／ＩＮＳ演算部
２２…角速度バイアス温度特性検知部
２３…バックアップ部
３０…統合演算部
１００…航法装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法衛星から送信される測位信号、及び移動体に備えた角速度センサの検出値を含む外部支援データを基に統合航法演算を行う統合航法演算手段を備えた航法装置において、
前記角速度センサの温度又は該角速度センサが存在する環境の温度を検出する温度センサと、
少なくとも前記移動体の停止時に前記角速度センサの検出値と前記温度センサの検出値とに基づいて、角速度バイアスの温度特性を求める、角速度バイアス温度特性検知手段と、を備え、
前記統合航法演算手段は、
前記測位信号を受信できない期間に、前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて角速度を算出し、前記測位信号を受信できる期間に、少なくとも前記測位信号を用いて行った統合航法演算の結果に基づいて角速度バイアス及び角速度を推定する、航法装置。
【請求項２】
前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを前記統合航法演算時の角速度バイアスの初期値として与える、角速度バイアスの初期値設定手段を備えた、請求項１に記載の航法装置。
【請求項３】
前記統合航法演算手段は、
所定タイミングで前記温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、該温度変動量を用いて角速度バイアスの推定値を更新する角速度バイアス温度変動更新手段と、
時系列にリアルタイム処理で角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて前記角速度バイアスの推定値を更新するカルマン・フィルタ演算手段と、を備え、
前記統合航法演算手段は、更新された前記角速度バイアスの推定値を前記角速度センサの検出値から除去することにより角速度バイアス補正後の角速度を推定する、請求項１に記載の航法装置。
【請求項４】
前記角速度バイアス温度特性検知手段は、前記移動体の停止時間が所定時間を超えたときと、前記移動体の停止中の前記温度センサによる検出値が所定温度変動幅を超えたときとの両方または何れかを満たしたとき、前記角速度バイアスの温度特性を求める、または有効な値と見なすものである請求項１〜３のいずれかに記載の航法装置。
【請求項５】
前記角速度バイアス温度特性検知手段は、前記温度センサによる検出値の変動範囲内で温度変化に対する角速度バイアスの近似式を求め、且つ前記変動範囲の最高値以上の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最高温度での角速度バイアスの値に定め、前記変動範囲の最低値以下の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最低温度での角速度バイアスの値に定める、請求項１〜４のいずれかに記載の航法装置。
【請求項１】
航法衛星から送信される測位信号、及び移動体に備えた角速度センサの検出値を含む外部支援データを基に統合航法演算を行う統合航法演算手段を備えた航法装置において、
前記角速度センサの温度又は該角速度センサが存在する環境の温度を検出する温度センサと、
少なくとも前記移動体の停止時に前記角速度センサの検出値と前記温度センサの検出値とに基づいて、角速度バイアスの温度特性を求める、角速度バイアス温度特性検知手段と、を備え、
前記統合航法演算手段は、
前記測位信号を受信できない期間に、前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて角速度を算出し、前記測位信号を受信できる期間に、少なくとも前記測位信号を用いて行った統合航法演算の結果に基づいて角速度バイアス及び角速度を推定する、航法装置。
【請求項２】
前記角速度センサの検出値、前記温度センサの検出値、及び前記角速度バイアスの温度特性に基づいて算出した角速度バイアスを前記統合航法演算時の角速度バイアスの初期値として与える、角速度バイアスの初期値設定手段を備えた、請求項１に記載の航法装置。
【請求項３】
前記統合航法演算手段は、
所定タイミングで前記温度センサの検出値と前記角速度バイアスの温度特性とに基づいて角速度バイアスの温度変動量を検出し、該温度変動量を用いて角速度バイアスの推定値を更新する角速度バイアス温度変動更新手段と、
時系列にリアルタイム処理で角速度バイアス誤差を推定し、該角速度バイアス誤差を用いて前記角速度バイアスの推定値を更新するカルマン・フィルタ演算手段と、を備え、
前記統合航法演算手段は、更新された前記角速度バイアスの推定値を前記角速度センサの検出値から除去することにより角速度バイアス補正後の角速度を推定する、請求項１に記載の航法装置。
【請求項４】
前記角速度バイアス温度特性検知手段は、前記移動体の停止時間が所定時間を超えたときと、前記移動体の停止中の前記温度センサによる検出値が所定温度変動幅を超えたときとの両方または何れかを満たしたとき、前記角速度バイアスの温度特性を求める、または有効な値と見なすものである請求項１〜３のいずれかに記載の航法装置。
【請求項５】
前記角速度バイアス温度特性検知手段は、前記温度センサによる検出値の変動範囲内で温度変化に対する角速度バイアスの近似式を求め、且つ前記変動範囲の最高値以上の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最高温度での角速度バイアスの値に定め、前記変動範囲の最低値以下の温度では前記角速度バイアスを前記変動範囲の最低温度での角速度バイアスの値に定める、請求項１〜４のいずれかに記載の航法装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１９２４９５（Ｐ２００９−１９２４９５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３６２８６（Ｐ２００８−３６２８６）
【出願日】平成２０年２月１８日（２００８．２．１８）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１８日（２００８．２．１８）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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