导航装置、航行辅助信息的生成方法及存储介质制造方法及图纸

提供导航装置、航行辅助信息的生成方法及存储介质，抑制数据处理量的增加且高精度地计算速度、位移。GNSS数据编辑部使用基于由第一天线接收到的GNSS信号的第一GNSS数据、以及基于由第二天线接收到的GNSS信号且以比第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，生成GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据。姿态角运算部使用GNSS姿态角推断用数据与从IMU输出的IMU角速度，来推断姿态角。速度运算部使用GNSS速度推断用数据、综合姿态角以及从IMU输出的IMU加速度，来推断综合速度。

Generation method and storage medium of navigation device and navigation auxiliary information

【技术实现步骤摘要】
导航装置、航行辅助信息的生成方法及存储介质
本专利技术涉及使用基于GNSS信号的GNSS数据、以及由惯性传感器计测的IMU数据，计算物体的速度或者位移等的技术。
技术介绍
在专利文献1中记载有使用GPS计测结果与INS计测结果，计算移动体的位置。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-215485号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，在使用GPS(全球定位系统)计测结果与INS(惯性导航系统)计测结果时，与使用其中任一方时相比，数据处理量增多。并且，若要提高位置等的计算精度，则数据处理量进一步增多。另一方面，若要单纯减少数据处理量，则无法实现所希望的计算精度。因此，本专利技术的目的在于提供能够抑制数据处理量的增加且能够高精度地计算速度、位移的技术。用于解决课题的手段本专利技术的导航装置具备GNSS(全球导航卫星系统)数据编辑部、GNSS姿态角计算部、GNSS速度计算部、姿态角运算部、以及速度运算部。GNSS数据编辑部使用基于由第一天线接收到的GNSS信号的第一GNSS数据、以及基于由第二天线接收到的GNSS信号且以比第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，生成GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据。姿态角运算部使用GNSS姿态角推断用数据与从IMU(惯性测量单元)输出的IMU角速度，来推断综合姿态角。速度运算部使用GNSS速度推断用数据、综合姿态角、以及从IMU输出的IMU加速度、，来推断综合速度。GNSS数据编辑部具备数据提取部以及姿态角用数据生成部。数据提取部使用第二GNSS数据生成GNSS速度推断用数据，并以第一GNSS数据的周期来提取第二GNSS数据。姿态角用数据生成部使用由数据提取部提取出的第二GNSS数据与第一GNSS数据生成GNSS姿态角推断用数据。在该构成中，综合姿态角的计算中使用的GNSS数据的周期变长。这里，姿态角与速度相比，即使GNSS数据的周期变长，精度也不易降低。并且，通过增长综合姿态角的计算中使用的GNSS数据的周期，与将综合姿态角与综合速度的GNSS数据的周期设为相同相比，处理的数据量减少。专利技术效果根据本专利技术，能够抑制数据处理量的增加且能够高精度地计算速度、位移。附图说明图1是本专利技术的第一实施方式的导航装置的功能框图。图2是GNSS数据编辑部的功能框图。图3是表示GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据的生成概念的图。图4是姿态角运算部的功能框图。图5是位移运算部的功能框图。图6是表示本专利技术的第一实施方式的航行辅助信息的生成方法的流程图。图7是本专利技术的第二实施方式的导航装置的位移运算部的功能框图。图8是本专利技术的第三实施方式的导航装置的功能框图。图9是本专利技术的第四实施方式的导航装置的功能框图。附图标记说明：10、10B、10C：导航装置20、20B、20C：综合运算部21、21B：GNSS数据编辑部22、22C：姿态角运算部23、23A、23C：位移运算部24：GNSS姿态角计算部25：GNSS速度计算部31、32、311、312、313：GNSS天线41、42、411、412、413：GNSS接收机50：IMU(惯性测量装置)61：第一运算部62：第二运算部63：修正部220：卡尔曼滤波器211：数据提取部212：姿态角用数据生成部221、621：时间更新模块222、622：观测更新模块230、230A：速度运算部231、236、611：积分器232、612：插补器233、613：HPF234、614：LPF235、615：加法器631：同步用延迟部632：输出用延迟部633、634：减法器ai：IMU加速度ωi：IMU角速度DD：位移Dg：GNSS姿态角推断用数据Dg1、Dg11、Dg12、Dg13：GNSS数据Dg2：GNSS数据Dgv：GNSS速度推断用数据T1：数据周期T2：数据周期Vc：综合速度Vc1：第一速度Vc2：第二速度Vg：GNSS速度Vi：IMU速度具体实施方式参照附图对本专利技术的第一实施方式的导航装置、航行辅助信息的生成方法以及航行辅助信息的生成程序进行说明。另外，以下示出了使用船舶作为移动体的方式，但对于其他的水上、水中移动体，陆地移动体或者空中移动体也能够适用本申请的构成。图1是本专利技术的第一实施方式的导航装置的功能框图。如图1所示，导航装置10具备综合运算部20、GNSS天线31、GNSS天线32、GNSS接收机41、GNSS接收机42、以及IMU50。GNSS天线31与本专利技术的“第一天线”对应，GNSS天线32与本专利技术的“第二天线”对应。另外，导航装置10只要至少具备综合运算部20即可。GNSS天线31以及GNSS天线32设置于安装了导航装置10的船舶(未图示)。GNSS天线31以及GNSS天线32设置于所谓的开放天空的环境。GNSS天线31接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机41输出。GNSS天线32接收来自未图示的GNSS卫星的GNSS信号，并向GNSS接收机42输出。GNSS信号是在由规定的频率构成的载波信号中重叠了PRN(伪随机噪声)码以及导航电文数据的信号。PRN码是识别发送源的定位卫星的码。导航电文数据是包含定位卫星的轨道信息、修正信息等的数据。GNSS接收机41以及GNSS接收机42分别能够通过存储了GNSS信号的捕捉、跟踪处理等的程序的存储器、以及执行该程序的IC等的运算元件来实现。GNSS接收机41以及GNSS接收机42利用已知的方法捕捉、跟踪所取得的GNSS信号。此时，GNSS接收机41以及GNSS接收机42对码以及载波信号进行捕捉、跟踪。GNSS接收机41通过捕捉、跟踪来取得GNSS数据Dg1，并向综合运算部20输出。此时，GNSS接收机41以第一频率f(Dg1)作为GNSS数据Dg1的取得、输出的间隔。GNSS接收机42通过捕捉、跟踪来取得GNSS数据Dg2，并向综合运算部20输出。此时，GNSS接收机42以第二频率f(Dg2)作为GNSS数据Dg2的取得、输出的间隔。第二频率f(Dg2)比第一频率f(Dg1)高。即，第一周期比第二周期短。例如，第一频率f(Dg1)为1[Hz]，第二频率f(Dg2)为5[Hz]。另外，这些频率为一个例子，第二频率f(Dg2)高于第一频率f(Dg1)即可。由GNSS接收机41进行的GNSS数据Dg1的取得、由GNSS接收机42进行的GNSS数据Dg2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导航装置，具备：/nGNSS数据编辑部即全球导航卫星系统数据编辑部，使用基于由第一天线接收到的GNSS信号的第一GNSS数据、以及基于由第二天线接收到的GNSS信号且以比所述第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，生成GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据；/n姿态角运算部，使用所述GNSS姿态角推断用数据与从IMU即惯性测量单元输出的IMU角速度，来推断综合姿态角；以及/n速度运算部，使用所述GNSS速度推断用数据、所述综合姿态角以及从所述IMU输出的IMU加速度，来推断综合速度。/n

【技术特征摘要】
20181003 JP 2018-1878501.一种导航装置，具备：
GNSS数据编辑部即全球导航卫星系统数据编辑部，使用基于由第一天线接收到的GNSS信号的第一GNSS数据、以及基于由第二天线接收到的GNSS信号且以比所述第一GNSS数据短的周期得到的第二GNSS数据，生成GNSS姿态角推断用数据与GNSS速度推断用数据；
姿态角运算部，使用所述GNSS姿态角推断用数据与从IMU即惯性测量单元输出的IMU角速度，来推断综合姿态角；以及
速度运算部，使用所述GNSS速度推断用数据、所述综合姿态角以及从所述IMU输出的IMU加速度，来推断综合速度。


2.如权利要求1所述的导航装置，
所述GNSS数据编辑部具备：
数据提取部，使用所述第二GNSS数据生成所述GNSS速度推断用数据，并以所述第一GNSS数据的周期来提取所述第二GNSS数据；以及
姿态角用数据生成部，使用所述第一GNSS数据与由所述数据提取部提取出的第二GNSS数据来生成所述GNSS姿态角推断用数据。


3.如权利要求1或2所述的导航装置，
所述导航装置具备多个所述第一天线。


4.如权利要求1至3中任一项所述的导航装置，
所述速度运算部对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算所述综合速度。


5.如权利要求4所述的导航装置，
所述速度运算部具备：
积分器，基于所述IMU加速度进行积分；
第一滤波器，抑制所述积分器的输出的低频成分并使高频成分通过；
插补器，对所述GNSS速度进行数据插值；
第二滤波器，抑制所述插补器的输出的高频成分并使低频成分通过；以及
加法器，通过将所述第一滤波器的输出与所述第二滤波器的输出相加，来输出所述综合速度。


6.如权利要求1至3中任一项所述的导航装置，
所述速度运算部具备：
第一运算部，对根据所述IMU加速度得到的IMU速度、以及基于所述GNSS速度推断用数据的GNSS速度进行互补滤波处理，来计算第一速度；
第二运算部，通过进行将所述IMU加速度与所述GNSS速度设为观测数据且使用了状态空间模型的滤波处理，来推断第二速度；以及
输出部，使用所述第一速度与所述第二速度，来计算所述第二速度的推断误差，从所述第二速度中减去所述推断误差，来输出所述综合速度。


7.如权利要求6所述的导航装置，
所述第一运算部具备：
积分器，基于所述IMU加速度进行积分；
第一滤波器，抑制所述积分器的输出的低频成分并使高频成分通过；
插补器，对所述GNSS速度进行数据插值；
第二滤波器，抑制所述插补器的输出的高频成分并使低频成分通过；
加法器，通过将所述第一滤波器的输出与所述第二滤波器的输出相加，来输出所述第一速度。


8.如权利要求6或7所述的导航装置，
所述输出部具备：
第一延迟部，使所述第二速度与所述第一速度同步；
第一减法器，从所述第一延迟部的输出中减去所述第一速度来输出所述推断误差；
第二延迟部，使所述第二速度与所述推断误差同步；以及
第二减法器，从所述第二速度中减去所述推断误差，来输出所述综合速度。


9.如权利要求1至8中任一项所述的导航装置，
所述速度运算部具备对所述综合速度进行积分来计算位移的位移用积分器。


10.一种导航装置，具备：
积分器，基于根据IMU传感器即惯性测量单元传感器的输出得到的IMU加速度进行积分；
第一滤波器，抑制所述积分器的输出的低频成分并使高频成分通过；
插补器，对基于GNSS信号即全球导航卫星系统信号获得的与所述IMU加速度相比取得周期较长的GNSS速度进行数据插值；
第二滤波器，抑制所述插补器的输出的高频成分并使低频成分通过；以及
加法器，通过将所述第一滤波器的输出与所述第二滤波器的输出相加，来计算综合速度。


11.一种航行辅助信息的生成方法，
基于由第一天线接收到的GNSS信号即全球导航卫星系统信号生成第一GNSS数据，
基于由第二天线接收到的GNSS信号生成以比所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：户田裕行，杉本匡，
申请(专利权)人：古野电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP