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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Navigationsausrüstung, die Positionierung und Kartenabgleich unter Verwendung eines GPS(Globales Positionierungs-System)-Empfängers und eines Koppelnavigationssensors durchführt.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine in einem Fahrzeug montierte Navigationsausrüstung führt die Anzeige einer Fahrzeugposition auf einer auf einer Karte gezeigten Straße, Führung etc. durch. Wenn die Fahrzeugposition auf einer Straße auf dem Bildschirm angezeigt wird, misst die Navigationsausrüstung die Bewegung des Fahrzeugs unter Verwendung des GPS und eines Koppelnavigationssensors, der einen Geschwindigkeitssensor und einen Winkelgeschwindigkeitssensor einschließt und führt einen Kartenabgleichprozess durch, um so die Position des Fahrzeugs auf einer durch Kartendaten gezeigten Straßenverbindung zu bestimmen. Jedoch hat der Koppelnavigationssensor eine Rate (als ”Skalierfaktor” bezeichnet), mit der der Koppelnavigationssensor aus dem Geschwindigkeitssensor ausgegebene Impulse in eine Distanz verwandelt, und diese Rate differiert für jedes Fahrzeug. Weiterhin, weil die Vorspannung (als ”Versatz” bezeichnet) des Winkelgeschwindigkeitssensors mit der Temperatur driftet, ist es stets notwendig, das Auftreten eines Fehlers zu überprüfen und diesen Fehler geeignet zu korrigieren.
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Zusätzlich hat das GPS im Einsatz die folgenden Probleme.
- (1) Die GPS-Positionierung erfordert prinzipiell Funkwellen von drei oder mehr GPS-Satelliten. Wenn jedoch das Sichtfeld über dem Fahrzeug aufgrund von Gebäuden oder dergleichen um die Straße herum, auf der das Fahrzeug fährt, eingeengt wird, wird die Funkwelle von einem oder mehreren GPS-Satelliten blockiert. Wenn die Anzahl von GPS-Satelliten, die zur Positionierung verwendet werden kann, aufgrund dieser Blockierung kleiner als Drei wird, kann die Navigationsausrüstung keine Positionierung durchführen und die Verfügbarkeit der Navigationsausrüstung ist reduziert. Nachfolgend wird dieses Problem als ”Verfügbarkeitsproblem” bezeichnet.
- (2) Wenn ein Gebäude oder dergleichen um die Straße herum, auf der das Fahrzeug fährt, existiert, wird die Radiowelle aus einem GPS-Satelliten durch das Gebäude oder dergleichen reflektiert und breitet sich über eine Mehrzahl von Wegen (einen Mehrweg) aus, bis die Funkwelle aus dem GPS-Satelliten den GPS-Empfänger auf der Erde erreicht, und daher wird die Ausbreitungsverzögerungszeit der Funkwelle lang. Bei der GPS-Positionierung, weil die Fahrzeugposition aus einer Pseudostrecke gemessen wird, die durch Umwandeln der Ausbreitungsverzögerungszeit in einer Distanz erfasst wird, ergibt das Auftreten von Mehrwegausbreitung einen großen Fehler bei der Fahrzeugposition. Nachfolgend wird dieses Problem ”Mehrwegproblem” genannt.
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Wie oben erwähnt, ist ein Problem im Falle des Ausführens der GPS-Positionierung in einem urbanen Bereich, dass die Verfügbarkeit reduziert ist und Mehrwegausbreitung auftritt, und dies führt zu einem großen Fehler, der bei der Fahrzeugposition auftritt. Bei einer konventionellen Navigationsausrüstung wird, um die sich aus der GPS-Positionierung ergebende Problem zu eliminieren, eine Korrektur der Fahrzeugposition auf einer Straßenverbindung unter Verwendung von Messdaten, die aus einem Koppelnavigationssensor erfasst werden, ausgeführt.
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Als solch eine Technologie offenbart die Patentreferenz 1 einen GPS-Empfänger, der einen Kalman-Filter verwendet, um die Genauigkeit der Positionsberechungsergebnisse zu verbessern, und ein Autonavigationssystem. Der GPS-Empfänger und das Autonavigationssystem, das durch diese Patentreferenz 1 offenbart sind, sind auf solche Weise aufgebaut, dass die Ergebnisse eines Kartenabgleichs an das Kalman-Filter zurückgegeben werden, um die Konvergenz des für die GPS-Positionierungsarithmetikoperation verwendeten Kalman-Filters zu einer korrekten Richtung zu führen. Dies beruht darauf, dass die Ergebnisse des Ausführens eines Kartenabgleichs unter Verwendung von aus einem Koppelnavigationssensor erfassten Messdaten genauer ist als dasjenige, das durch die Ergebnisse des Ausführens von Kartenabgleich unter Verwendung von GPS-Positionierungsdaten bereitgestellt wird.
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Weiterhin offenbart Patentreferenz 2 einen GPS-Empfänger mit einer Koppelnavigations-(DR, Dead Reckoning)-Funktion. Der durch diese Patentreferenz 2 offenbarte GPS-Empfänger ist auf solche Weise aufgebaut, dass er beispielsweise die Ergebnisse eines Kartenabgleichs, der durch die Navigationsausrüstung ausgeführt wird, zum GPS-Empfänger selbst rückführt, um einen Positionierungsfehler auszugleichen. Der GPS-Empfänger mit einer DR-Funktion führt DR-Positionierung und GPS-Positionierung unabhängig aus, führt aber die Positionierung unter Verwendung eines Kalman-Filters und dergleichen nicht komplex aus.
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Weiter offenbart Patentreferenz 3 einen GPS-Empfänger, der einen Pseudostreckenfehler reduziert, ohne eine Reduktion bei der Verfügbarkeit zu verursachen, wodurch er in der Lage ist, die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern. Der durch diese Patentreferenz 3 offenbarte GPS-Empfänger ist auf solche Weise aufgebaut, dass er die Pseudostrecke (gemessen aus der Ausbreitungsverzögerungszeit), die leicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt wird, unter Verwendung einer Streckenrate (gemessen aus einer Dopplerverschiebung der Trägerfrequenz), die nicht einfach durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt werden kann, glättet. Selbst in einem Fall, in dem unmittelbares Einfangen der Funkwelle aus einem GPS-Satelliten auftritt, interpoliert der GPS-Empfänger die Pseudostrecke unter Verwendung der aus einer Relativbewegung zwischen dem GPS-Satelliten und dem Fahrzeug geschätzten Streckenrate und verwendet die Pseudostrecke zur Positionierungsberechnung. Dadurch löst der GPS-Empfänger das Mehrwegproblem und das Verfügbarkeitsproblem.
[Patentreferenz 1]
JP 2001-272239 A [Patentreferenz 2]
JP 2002-213979 A [Patentreferenz 3]
JP 2006-322846 A
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Übrigens hat eine Navigationsausrüstung, die Positionierung und Kartenabgleich unter Verwendung eines GPS-Empfängers und eines Koppelnavigationssensors durchführt, die folgenden Minimalerfordernisse zu erfüllen: in der Lage zu sein, Funkwellen aus drei oder mehr GPS-Empfängern, die über dem Fahrzeug vorhanden sind, zu empfangen, und der GPS-Empfänger in der Lage zu sein, entweder zweidimensionale Positionierung oder dreidimensionale Positionierung durchzuführen, um die Ergebnisse einer GPS-Positionierung zu verwenden.
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Wenn jedoch das Fahrzeug auf einer Straße in einem städtischen Bereich oder dergleichen fährt, wo Gebäude oder dergleichen sich längs der Straße erstrecken, wird das Sichtfeld des Fahrzeugs aufgrund der Gebäude oder dergleichen eingeengt und, falls die Anzahl von GPS-Satelliten, aus denen der GPS-Empfänger Funkwellen empfangen kann, kleiner als Drei wird, tritt ein Verfügbarkeitsproblem damit auf, dass die Verfügbarkeit des GPS abnimmt. Weiterhin tritt ein Mehrwegproblem dahingehend auf, dass der GPS-Empfänger oft Funkwellen empfängt, die durch Gebäude oder dergleichen an solch einem Ort reflektiert werden, und leicht GPS-Positionierungsergebnisse mit einem großen Fehler erzeugt. Um dieses Problem zu lösen, ist eine konventionelle Navigationsausrüstung auf solche Weise aufgebaut, dass sie in der Lage ist, die Position des Fahrzeugs unter Verwendung der gefahrenen Distanz und des Lenkwinkels des Fahrzeugs (Anwender), die durch einen Koppelnavigationssensor gemessen werden, zu bestimmen (Koppelnavigation), um so die Position des Fahrzeugs auf einer Straßenverbindung oder dergleichen zu korrigieren.
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Jedoch verursachen in einem Fall, bei dem das Fahrzeug das Fahren von einem Ort abseits von Straßen beginnt, wie etwa einem mehrgeschossigen Autoparkturm, bei Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs auftretende große Fehler, die durch Koppelnavigation bestimmt werden, einen Fehlabgleich der Position des Fahrzeugs auf einer inkorrekten Straßenverbindung zu dem Zeitpunkt, wenn das Fahrzeug danach auf einer Straße fährt. In diesem Fall, wenn die Navigationsausrüstung in einem Zustand ist, in dem sie GPS-Positionierung nicht ausführen kann, hält der Fehlabgleich an. Wenn die aktuelle Position des Fahrzeugs nicht korrekt ist, macht die Navigationsausrüstung einen Fehler bei der Routenführung etc..
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Um diese Probleme zu lösen, werden gemäß der in Patentreferenz 1 offenbarten Technologie die Ergebnisse des Ausführens des Kartenabgleichs unter Verwendung von aus dem Koppelnavigationssensor erfassten Messdaten zum Kalman-Filter zurückgegeben, auf der Basis der Voraussetzung, dass ihre Genauigkeit höher ist als diejenige, die durch die Ergebnisse des Ausführens eines Kartenabgleichs durch die Verwendung von GPS-Positionierungsdaten bereitgestellt wird, um so die Richtung der Konvergenz des Kalman-Filters, der für die GPS-Positionierungsarithmetikoperationen verwendet wird, zu führen. Jedoch, wie oben erwähnt, wenn die Ergebnisse des Ausführens von Kartenabgleich nicht korrekt sind, ist ein Nachteil, dass die Ergebnisse des Fehlabgleichs die normale GPS-Positionierung behindern und daher wird die Positions-Identifikation des Fahrzeugs auf einer korrekten Straßenverbindung behindert.
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Weiterhin, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wird gemäß der durch Patentreferenz 2 offenbarten Technologie ein Versuch unternommen, Fehler beim Koppelnavigieren unter Verwendung der Ergebnisse des Kartenabgleichs zu entfernen. Jedoch ist diese Technologie effektiv, wenn der Kartenabgleich durchgeführt werden kann, wie bei der durch die oben erwähnte Patentreferenz 1 offenbarten Technologie, obwohl in einem Zustand, in dem ein Fehlabgleich auftritt, bevor die GPS-Positionierung ausgeführt wird, die gewünschten Vorteile nicht bereitgestellt werden konnen, wie oben erwähnt.
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Zusätzlich, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wird gemäß der in Patentreferenz 3 offenbarten Technologie die Pseudostrecke, die leicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt wird, unter Verwendung der Streckenrate geglättet, die nicht leicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt werden kann, um so den Einfluss von Mehrwegausbreitung zu reduzieren. Weiterhin, wenn unmittelbares Auffangen der Funkwelle aus einem GPS-Satelliten auftritt, interpoliert der GPS-Empfänger die Pseudostrecke unter Verwendung der aus einer Relativbewegung zwischen dem GPS-Satelliten und dem Fahrzeug abgeschätzten Streckenrate und verwendet die Pseudostrecke für die Positionierungsberechnung. Dadurch können die Reduktion in der Verfügbarkeit und der Einfluss der Mehrwegausbreitung reduziert werden. Wenn jedoch die Anzahl von Funkwellen aus GPS-Satelliten, die für die Positionierung verwendet werden können, nachdem die Navigationsausrüstung eingeschaltet wird, kleiner als Drei ist, weil selbst diese Technologie es nicht ermöglicht, GPS-Positionierung auszuführen, können die gewünschten Vorteile nicht bereitgestellt werden.
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DE 197 05 740 B4 betrifft ein GPS-Satelliten verwendbares Positionsbestimmungssystem. Das System umfasst eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Informationen von einer Vielzahl von GPS-Satelliten und eine Abweichungsberechnungseinrichtung zur Berechnung einer Doppler-Verschiebung zwischen einer von einem der GPS-Satelliten übertragenen Signalfrequenz und einer empfangenen Signalfrequenz. Ferner umfasst das System eine Änderungsberechnungseinrichtung zur Berechnung einer Änderungsrate der Dopplerverschiebung und einer Positionsberechnungseinrichtung zur Berechnung der Position der Empfangseinrichtung unter Verwendung von Informationen, die durch die Empfangseinrichtung von einer Vielzahl von GPS-Satelliten empfangen werden, für die die Änderungsrate innerhalb eines vorausgewählten Bereiches bleibt.
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EP 1 218 694 B1 betrifft ein Navigationssystem und Verfahren zum Folgen der Position eines Objekts. Diese Druckschrift betrifft insbesondere ein System zum Kalibrieren von Sensoren in einem Navigationssystem, das eine Koppelnavigation in Verbindung mit GPS-Geräten verwendet zum Bestimmen der Position von Fahrzeugen. Durch die Verwendung von Koppelnavigationsmessungen und GPS-Messungen lässt sich die Positionsbestimmung verbessern.
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JP 2006-322846 A bezieht sich auf einen GPS-Empfänger. In dieser Druckschrift wird ein GPS-Empfänger mit einer verbesserten Positionierungsgenauigkeit durch Verringern eines Quasi-Bereichfehlers bereitgestellt. Ein Gewichtungsfaktor wird erhalten von einem Quasi-Bereich und einer Quasi-Bereichs-Änderungsrate. Der Quasi-Bereich wird geglättet und eine momentane Position eines Automobils wird gemessen von einem geglätteten Quasi-Bereich und der Position eines GPS-Satelliten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Navigationsausrüstung bereitzustellen, die den Einfluss von Mehrwegausbreitung reduzieren kann, ohne irgendeine Reduktion bei der Verfügbarkeit derselben zu verursachen, wodurch sie in der Lage ist, die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.
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Eine Navigationsausrüstung wird beispielsweise bereitgestellt, die beinhaltet: eine Funkwellen-Empfangseinheit zum Empfangen von aus einer Mehrzahl von GPS-Satelliten ausgestrahlten Funkwellen; eine Signalverarbeitungseinheit zum Identifizieren der GPS-Satelliten, welche Ausstrahlungsquellen der durch die Funkwellen-Empfangseinheit empfangenen Funkwellen sind, um eine Pseudostrecke und eine Streckenrate jedes dieser identifizierten GPS-Satelliten zu messen, und zum Extrahieren einer in jeder der Funkwellen enthaltenen Navigationsnachricht; eine GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit zum Berechnen einer Position und einer Geschwindigkeit jedes der GPS-Satelliten aus der durch die Signalverarbeitungseinheit extrahierten Navigationsnachricht; eine Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit zum Abschätzen eines Pseudostreckenfehlers auf der Basis der Pseudostrecke und der Streckenrate, die durch die Signalverarbeitungseinheit gemessen werden; eine Anwenderpositionsbeobachtungseinheit zum Berechnen einer Position der Navigationsausrüstung unter Verwendung der durch die Signalverarbeitungseinheit gemessen Pseudostrecke, der Position jedes der durch die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit berechneten GPS-Satelliten und des Pseudostreckenfehlers, der durch die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit abgeschätzt ist; eine Anwendergeschwindigkeits- und Richtungsbeobachtungseinheit zum Berechnen einer Geschwindigkeit der Navigationsausrüstung aus der durch die Signalverarbeitungseinheit gemessenen Streckenrate, der durch die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit berechneten Position jedes der GPS-Satelliten und der durch die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit berechneten Position der Navigationsausrüstung; und eine Anwenderfahrtrichtungssucheinheit zum, wenn ein im durch die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit abgeschätzten Pseudostreckenfehler enthaltener Mehrwegfehler kleiner als ein spezifizierter Wert ist, Suchen nach, als Richtung der Navigationsausrüstung, einer Fahrtrichtung, deren Streckenrate, die auf Basis einer Relativbewegung der Navigationsausrüstung mit der durch die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit erfassten Position und der durch die Anwendergeschwindigkeits- und Richtungsbeobachtungseinheit erfassten Geschwindigkeit zu einem Zeitpunkt, wenn die Navigationsausrüstung ihre Richtung innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs ändert, in Bezug auf einen GPS-Satelliten, dessen Position und Geschwindigkeit durch die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit geschätzt wird, berechnet wird, zur durch die Signalverarbeitungseinheit gemessenen Streckenrate passt.
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Die Navigationsausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung kann entscheiden, ob jede der dadurch empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen unter dem Einfluss von Mehrwegausbreitung steht oder nicht, und kann ebenfalls die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren, falls die Navigationsausrüstung auch nur eine GPS-Satelliten-Funkwelle empfangen kann, die nicht durch den Einfluss einer Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist, selbst in einem Fall, in dem die Navigationsausrüstung keine GPS-Positionierung ausführen kann, weil die Anzahl von GPS-Satelliten, die für die Positionierung verwendet werden können, Eins oder Zwei ist. Als Ergebnis kann die Navigationsausrüstung den Einfluss von Mehrwegausbreitung reduzieren, ohne irgendeine Reduktion in ihrer Verfügbarkeit zu verursachen, und kann die Positionierungsgenauigkeit verbessern.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung erforderlichen Bereich fokussiert wird;
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2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen Positionierprozess fokussiert wird;
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3 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Empfangszustands des Empfangens von GPS-Satelliten-Funkwellen, wenn ein mit der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ausgerüstetes Fahrzeug auf einer Straße in einem urbanen Bereich fährt;
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4 ist eine Figur, die ein Beispiel eines Übergangs von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die durch GPS-Positionierung in einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erfasst werden;
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5 ist eine Figur, die ein Beispiel des Übergangs eines Messwertes und geschätzten Wertes (Schätzbedingungen: in Bewegung und Stationär) einer Streckenrate in der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist eine Figur, die Wellenformen der Streckenrate (ein Schätzwert) zeigt; die berechnet werden mit einem Fahrtrichtungsfehler in Steigerungen von 20 Grad innerhalb eines Winkelbereichs von –180 Grad bis –20 Grad, die zur Streckenrate in einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung addiert werden;
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7 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Zustands, bei dem die Fahrtrichtung des Fahrzeugs in der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung korrigiert wird;
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8 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Positionsaktualisierungsbereichs, der das Innere eines Positionsfehlerkreises in der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist;
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9 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird;
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10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird;
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11 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur von Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen für die Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird;
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12 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird;
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13 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird;
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14 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird;
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15 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Versatzkorrektur eines Winkelgeschwindigkeitssensors in der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
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16 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen für die Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird;
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17 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird;
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18 ist eine Ansicht zum Erläutern des Richtungskorrekturstatus und eines Kartenpassungsstatus eines Fahrzeugs in der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
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19 ist eine Ansicht zum Erläutern von Kandidaten, die in einem Kartenabgleich in der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung eingerichtet werden;
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20 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird;
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21 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird; und
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22 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Fahrtrichtungskorrekturstatus und eines Kartenabgleichstatus eines Fahrzeugs, nachdem das Fahrzeug eine Schleifenbrücke durchquert hat, in der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Ausführungsform 1
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1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird. Diese Navigationsausrüstung ist mit einer Funkwellen-Empfangseinheit 11, einer Signalverarbeitungseinheit 12, einer GPS-Satelliten-Verhaltensschätzeinheit 13, einer Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14, einer Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15, einer Anwendergeschwindigkeits- und Richtungsbeobachtungseinheit 16 und einer Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 versehen.
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Die Funkwellen-Empfangseinheit 11 weist eine GPS-Antenne zum Empfangen von Funkwellen (ab jetzt als ”GPS-Satelliten-Funkwellen” bezeichnet) auf, die von einer Mehrzahl von GPS-Satelliten, die über einem mit der Navigationsausrüstung ausgerüsteten Fahrzeug befindlich sind, ausgesendet werden. Die Funkwellen-Empfangseinheit 11 sendet Empfangssignale, welche die Funkwellen-Empfangseinheit, durch Empfangen der GPS-Satelliten-Funkwellen unter Verwendung dieser GPS-Antenne erfasst hat, an die Signalverarbeitungseinheit 12.
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Die Signalverarbeitungseinheit 12 identifiziert die GPS-Satelliten, welche die GPS-Satelliten-Funkwellen ausgesendet haben, aus den daran aus der Funkwellen-Empfangseinheit 11 gesendeten Empfangssignalen, um eine Pseudostrecke jedes der GPS-Satelliten aus einer Ausbreitungsverzögerungszeit der entsprechenden GPS-Satelliten-Funkwelle zu berechnen, und berechnet ebenfalls eine Streckenrate aus der Dopplerverschiebung der Trägerfrequenz der GPS-Satelliten-Funkwelle. Die Signalverarbeitungseinheit 12 extrahiert auch eine Navigationsnachricht, in der Orbit-Informationen und so weiter zu jedem der GPS-Satelliten beschrieben sind und die Empfangszeit des Empfangs jeder der GPS-Satelliten-Funkwellen aus dem entsprechenden Empfangssignal, das daran aus der Funkwellen-Empfangseinheit 11 gesendet wird. Die Ergebnisse der durch diese Signalverarbeitungseinheit durchgeführten Signalverarbeitung werden an die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit 13, die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14, die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15, die Anwendergeschwindigkeits- und – Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 und die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 gesendet.
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Die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit 13 berechnet die Position und Geschwindigkeit jedes der GPS-Satelliten, die vom Moment zu Moment variieren, unter Verwendung der Empfangszeit des Empfangs der entsprechenden GPS-Satelliten-Funkwelle und der Orbit-Information (Ephemeride etc.), die in der Navigationsnachricht enthalten ist, die durch die Signalverarbeitungseinheit 12 extrahiert worden sind. Die durch diese GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit 13 erhaltenen Berechnungsergebnisse werden an die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15, die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 und die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 gesendet.
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Die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 schätzt verschiedene Fehlerkomponenten (einen GPS-Satelliten-Borduhrfehler, einen Funkwellen-Ionosphären-Ausbreitungsverzögerungsfehler, einen Funkwellen-Troposphären-Ausbreitungsverzögerungsfehler, einen Mehrwegfehler, Empfängerrauschen etc.), die in der Funkwellen-Ausbreitungsverzögerungszeit enthalten sind, die verstrichen ist, bis jede der GPS-Satelliten-Funkwellen die GPS-Antenne erreicht, unter Verwendung der Empfangszeit des Empfanges jeder der GPS-Satelliten-Funkwellen und von Korrekturparametern (ein Korrekturparameter für einen zu dem Zeitpunkt des Hindurchgehens durch die Ionosphäre auftretenden Pseudostreckenfehler, einen Korrekturparameter für einen bei einer in jedem der GPS-Satelliten montierten Uhr auftretenden Fehler), die in der Navigationsnachricht enthalten sind, der Empfangszeit und der durch die Signalverarbeitungseinheit 12 extrahiert werdenden Navigationsnachricht. Die durch die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 abgeschätzten Fehlerkomponenten werden der Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15 und der Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 mitgeteilt.
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Die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15 misst die aktuelle Position des Fahrzeugs anhand einer vorgegebenen Berechnungsformel unter Verwendung der Pseudostrecke jedes der daran aus der Signalverarbeitungseinheit 12 berichteten GPS-Satelliten, dem Verhalten (Position und Geschwindigkeit) jedes der GPS-Satelliten zur Empfangszeit, die durch die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit 13 berechnet werden, der Fehlerkomponenten in der Pseudostrecke, die durch die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 abgeschätzt werden, und der Position des Fahrzeugs (die zuvor berechnete Position), und berechnet auch einen Fehler, der in der internen Uhr der Navigationsausrüstung auftritt.
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Die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 berechnet die Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Verwendung der Streckenrate jedes der Satelliten zur Empfangszeit des Empfangens der entsprechenden GPS-Satelliten-Funkwelle, die durch die Signalverarbeitungseinheit 12 berechnet wird, des Verhaltens (Position und Geschwindigkeit) jedes der GPS-Satelliten zur Empfangszeit, was durch die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit 13 berechnet wird, die Fehler in der Pseudostrecke, die durch die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 abgeschätzt werden, und der Position des Anwenders, und benachrichtigt die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 über Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs.
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Bezüglich der GPS-Satelliten-Funkwelle, deren Pseudostreckenfehler (der Mehrwegfehler), der durch die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 abgeschätzt worden ist, gleich oder kleiner einem spezifizierten Wert ist, vergleicht die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 die durch die Signalverarbeitungseinheit 12 berechnete Streckenrate mit einer Streckenrate, welche die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 abgeschätzt hat, und sucht nach der Fahrtrichtung (zeigend die Fahrtrichtung des Fahrzeugs), welche die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit für die Berechnung des geschätzten Werts zu der Zeit verwendet hat, wenn der geschätzte Wert zur durch die Signalverarbeitungseinheit berechneten Streckenrate passt.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, die wie oben erwähnt aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf ein in 2 gezeigtes Flussdiagramm und in 3 bis 8 gezeigte erläuternde Zeichnungen erläutert werden, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird, den die Navigationsausrüstung zu vorbestimmten Intervallen startet.
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Im Positionierungsprozess überprüft die Navigationsausrüstung zuerst, um festzustellen, ob sie GPS-Empfang durchführt oder nicht (Schritt ST11). Spezifischer überprüft die Signalverarbeitungseinheit 12, um festzustellen, ob die Navigationsausrüstung GPS-Satelliten-Funkwellen empfängt oder nicht, indem beispielsweise ein Zustand der Aktualisierung der Empfangszeit des Empfangs jeder der GPS-Satelliten-Funkwellen überwacht wird, die aus dem daran aus der Funkwellen-Empfangseinheit 11 gesendeten entsprechenden Empfangssignal extrahiert wird. Wenn in diesem Schritt ST11 entschieden wird, dass die Navigationsausrüstung keinerlei GPS-Satelliten-Funkwellen empfängt, beendet die Signalverarbeitungseinheit den Positionierungsprozess.
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Wenn andererseits in Schritt ST11 entschieden wird, dass die Navigationsausrüstung GPS-Satelliten-Funkwellen empfängt, berechnet die Signalverarbeitungseinheit das Verhalten (die Geschwindigkeit und Position) jedes der GPS-Satelliten (Schritt ST12). Spezifischer berechnet, nach Rückrechnen auf die Übertragungszeit, zu der jede der GPS-Satelliten-Funkwellen übertragen wurde, von der Empfangszeit des Empfangs der entsprechenden GPS-Satelliten-Funkwelle, die durch die Signalverarbeitungseinheit 12 extrahiert wird, die GPS-Satelliten-Abschätzeinheit 13 die Position und Geschwindigkeit jedes der GPS-Satelliten zur Übertragungszeit der entsprechenden GPS-Satelliten-Funkwelle anhand der vorbestimmten Berechnungsformel unter Verwendung der in der Navigationsnachricht über den entsprechenden GPS-Satelliten enthaltenen Orbit-Information (Ephemeride). Die GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit 13 sendet dann dieses Berechnungsergebnis an die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15, die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 und die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17.
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Die Navigationsausrüstung berechnet dann Pseudostreckenfehler (einen GPS-Satelliten-Borduhr-Fehler und einen Funkwellenatmosphären-Ausbreitungsverzögerungsfehler) (Schritt ST13). Spezifischer berechnet die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 als in der daran aus der Signalverarbeitungseinheit 12 mitgeteilten Pseudostrecke enthaltene Fehler einen GPS-Satelliten-Borduhr-Fehler, einen Funkwellenatmosphären-(Ionosphären und Troposphären)-Ausbreitungsverzögerungsfehler anhand der folgenden Gleichungen (1) und (2) unter Verwendung der in der Navigationsnachricht enthaltenen vorbestimmten Parameter. In der Gleichung (2), weil das GPS-Empfängerrauschen für jeden Kanal der Signalverarbeitungseinheit 12 fast gleich im Betrag ist, bestimmt die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit das GPS-Empfängerrauschen, wenn die Navigationsausrüstung GPS-Satelliten-Funkwellen empfängt, die keinen Einfluss von Mehrwegausbreitung aufweisen.
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[Gleichung 1]
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- dρ(T2) = ρcr – (||Ps – Po|| + c(dT2 – dT1) + ε) (1) wobei dρ(T2): der Fehler in der Pseudostrecke zwischen jedem der GPS-Satelliten und dem Fahrzeug [m], T1: die Übertragungszeit, mit der jede der GPS-Satelliten-Funkwellen gesendet wurde (= T2 – ||Ps – Po||/c) [s], T2: die Empfangszeit des Empfangs jeder der GPS-Satelliten-Funkwellen [s], PS: die Position jedes der GPS-Satelliten (berechnet aus der Navigationsnachricht) (xs, ys, zs) [m], Po: die Position (x0, y0, z0) des Fahrzeugs [m], ||Ps – Po||: die Gerade-Linie-Distanz zwischen der Position Ps jedes der GPS-Satelliten und der Fahrzeugposition Po [m] = ((xs – x0)2 + (ys – y0)2 + (zs – z0)2)1/2, c: Lichtgeschwindigkeit (= 2,99792458 × 108) [m/s], τ: die Funkwellenausbreitungszeit zwischen jedem der GPS-Satelliten und dem Fahrzeug [s], ρcτ: die Pseudostrecke (= cτ) [m], dT1: der GPS-Satelliten-Borduhr-Fehler (Berechnen unter Verwendung der Navigationsnachricht) [s], dT2: der Navigationsausrüstungs-interne Uhrenfehler [s], ε: der Fehler in der Pseudostrecke (berechnet unter Verwendung von Gleichung (2)) [m], diono: der Funkwellen-Ionosphären-Ausbreitungsverzögerungsfehler [m], dtrop: der Funkwellen-Troposphären-Ausbreitungsverzögerungsfehler [m], und dmp: der Mehrwegfehler (unbekannt) [m].
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[Gleichung 2]
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- ε = ρcr – (||Ps – Po|| + c(dT2 – dT1) + diono + drcv + dtrop) (2) wobei diono: der Funkwellen-Ionosphärenausbreitungsverzögerungsfehler (berechnet unter Verwendung der Navigationsnachricht) [m]; dtrop: der Funkwellen-Troposphärenausbreitungsverzögerungsfehler (berechnet anhand eines vorgegebenen Fehlermodells) [m]; drcv: das Empfängerrauschen (für jeden Empfangskanal gleich) [m], und dmp: der Mehrwegfehler (= 0; in dem Fall eines GPS-Satelliten, der einen großen Elevationswinkel aufweist) [m].
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Die Navigationsausrüstung schätzt dann den Pseudostreckenfehler (den Mehrwegfehler) ab (Schritt ST14). Spezifischer berechnet die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 den in der Pseudostrecke enthaltenen Mehrwegfehler durch Vergleichen der durch die Signalverarbeitungseinheit 12 gemessenen Deltastrecke mit der Streckenrate und sendet das Berechnungsergebnis an die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15 und die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17. Weil die Berechnung des Mehrwegfehlers detailliert in Patentreferenz 3 beschrieben wird, beziehe man sich nach Bedarf auf diese Patentreferenz.
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Die Navigationsausrüstung führt dann die Berechnung einer Fehlervarianz der Pseudostrecke durch (Schritt ST15). Spezifischer berechnet die Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 eine Varianz pro bestimmter Zeit des Pseudostreckenfehlers (des Mehrwegfehlers) in jeder der GPS-Satelliten-Funkwellen, der in Schritt ST14 berechnet wird, und sendet das Berechnungsergebnis an die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15 und die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17.
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Die Navigationsausrüstung überprüft dann, um festzustellen, ob der Pseudostreckenfehler kleiner als ein spezifizierter Wert ist oder nicht (Schritt ST16). Spezifischer vergleicht die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 die Pseudostreckenfehler (nur den Mehrwegfehler), der in Schritt ST14 berechnet wird, und der daran aus der Pseudostrecken-Fehlerabschätzeinheit 14 mitgeteilt wird, mit dem spezifizierten Wert. Wenn in diesem Schritt ST16 bestimmt wird, dass der Pseudostreckenfehler kleiner als der spezifizierte Wert ist, bestimmt die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit, dass sie nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs suchen kann und rückt dann die Abfolge zu Schritt ST17 vor. Wenn in diesem Schritt ST16 andererseits bestimmt wird, dass der Pseudostreckenfehler gleich oder größer dem spezifizierten Fehler ist, stellt die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit fest, dass sie nicht nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs suchen kann und überspringt dann Schritt ST17 und rückt die Abfolge zu Schritt ST18 vor.
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Wenn beispielsweise das Fahrzeug auf einer Landstraße fährt, führt die Navigationsausrüstung den Prozess des Schritts ST17 an den meisten der empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen durch. Wenn andererseits das Fahrzeug auf einer Straße in einem städtischen Bereich fährt, führt die Navigationsausrüstung, weil die GPS-Satelliten-Funkwellen blockiert oder durch Gebäude reflektiert oder dergleichen werden, die sich längs der Straße erstrecken, wie beispielsweise in 3 gezeigt, den Prozess von Schritt ST17 nicht an den meisten der empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen durch. Selbst wenn das Fahrzeug auf einer Straße in einem städtischen Bereich fährt, führt, weil die Funkwelle von irgendeinem GPS-Satelliten, der über dem Fahrzeug in einer Richtung (einer Zenithrichtung) mit einem großen Elevationswinkel existiert, oder einem GPS-Satelliten, der in einer Richtung der Straße existiert (es gibt einen Fall, in dem der GPS-Satellit einen kleinen Elevationswinkel aufweist) schwerlich durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt wird, die Navigationsausrüstung den Prozess von Schritt ST17 diskret an der Funkwelle durch.
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Die Navigationsausrüstung führt in Schritt ST17 eine Suche nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs durch. Spezifischer analysiert die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 die Streckenrate, die durch die Signalverarbeitungseinheit 12 gemessen wird, und nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist, und sucht nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs. 4 ist eine Figur, die ein Beispiel des Übergangs von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die durch die GPS-Positionierung erfasst sind, zeigt. Nun unter der Annahme, dass die Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs jeweils wie in den 4(a) und 4(b) gezeigt variieren, variiert die durch die Signalverarbeitungseinheit 12 gemessene Streckenrate wie durch einen ”Messwert” in 5 gezeigt. 5 zeigt ein Beispiel eines Übergangs der Messwerte und Schätzwerte (Schätzbedingungen: in Bewegung und Stationär) der Streckenrate. 6 ist eine Figur, die Wellenformen der Streckenrate (einen Schätzwert) zeigt, die mit einem Fahrtrichtungsfehler in Inkrementen von 20 Grad innerhalb eines Winkelbereichs von –180 Grad bis –20 Grad, die zur Streckenrate addiert werden, berechnet werden.
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Weil diese Streckenrate eines GPS-Satelliten aus der Dopplerverschiebung der Trägerfrequenz der GPS-Satelliten-Funkwelle aus dem GPS-Satelliten gemessen werden kann, kann, falls die Position und Geschwindigkeit des GPS-Satelliten und die Position und Geschwindigkeit des Fahrzeugs bekannt sind, die Streckenrate als eine Relativbewegung zwischen ihnen gemäß der folgenden Gleichung (3) berechnet werden. Wenn das Fahrzeug stationär ist, wird die Wellenform der Streckenrate, die mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Gleichung (3) als Null eingestellt berechnet wird, durch den ”Schätzwert (stationär)” von 5 gezeigt, während, wenn das Fahrzeug fährt, die Wellenform des ”Schätzwert (stationär)” gemäß Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs variiert und dann zum ”Schätzwert (Bewegung)” wird.
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In diesem Schritt ST17 berechnet die Navigationsausrüstung den Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs und die Streckenrate zu einem Zeitpunkt, wenn das Fahrzeug seine Richtung innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs ändert, und sucht auf solche Weise nach der Richtung, dass, als Richtung des Fahrzeugs die Richtung zum Zeitpunkt angenommen wird, wenn die Differenz zwischen der durch diese Berechnung erfassten Wellenform und der durch die Messung erfassten Wellenform (der ”Messwert”) gleich oder kleiner einem spezifizierten Wert ist. Wenn in diesem Schritt ST17 nach der Fahrtrichtung gesucht wird, vergleicht die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung, nach der sie gesucht hat, mit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Dann, wenn die Differenz zwischen ihnen gleich oder größer einem vorbestimmten Winkel ist, stellt die Navigationsausrüstung fest, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs einen großen Fehler aufweist und korrigiert die Fahrtrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrtrichtung, nach der sich gesucht hat, wie in 7 gezeigt.
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[Gleichung 3]
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- Δρrate-est = LOSx((Vsx – Vox) + LOSy(Vsy – Voy) + LOSz(Vsz – Voz) (3) wobei
LOSx = (x0 – xs)/||Ps – Po||,
LOSy = (y0 – ys)/||Ps – Po||,
LOSz = (z0 – zs)/||Ps – Po||, und
||Ps – Po|| = {(xs – x0)2 + (ys – y0)2 + (zs – x0)2}1/2,
und wobei Δρrate-est: der Schätzwert der Streckenrate [m/s], Ps: die Position jedes GPS-Satelliten (aus der Navigationsnachricht berechnet) (xs, ys, zs) [m], Vs: Geschwindigkeit jedes der GPS-Satelliten (berechnet aus der Navigationsnachricht) (vs, vs, vs) [m], Po: die Position des Fahrzeugs (x0, y0, z0) [m], Vs: die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (vs, vs, vs) [m], ||Ps – Po||: die Distanz zwischen der Position jedes der GPS-Satelliten und der Position des Fahrzeugs [m], und LOS: der Sichtlinienvektor, der sich vom Fahrzeug zu jedem der GPS-Satelliten erstreckt.
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Die Navigationsausrüstung überprüft dann, um festzustellen, ob die GPS-Satelliten-Funkwellen von vier oder mehr Satelliten empfangen worden sind oder nicht, und ob eine Konvergenzberechnung eine spezifische Anzahl oder weniger Mal durchgeführt worden ist oder nicht (Schritt ST18). Spezifischer überprüft die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16, um festzustellen, ob die Anzahl empfangener GPS-Satelliten-Funkwellen Vier oder mehr ist, und ob die Anzahl von Malen, die eine Konvergenzberechnung durchgeführt worden ist, gleich oder kleiner der vorbestimmten Anzahl von Malen ist. Wenn in diesem Schritt ST18 festgestellt wird, dass die Anzahl von empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen kleiner als Vier ist, oder die Anzahl von Malen, die eine Konvergenzberechnung durchgeführt worden ist, die spezifizierte Anzahl übersteigt, stellt die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit fest, dass sie keine Positionierung durchführen kann und beendet den Positionierungsprozess.
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Wenn andererseits in Schritt ST18 festgestellt wird, dass die Anzahl von empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen gleich oder größer Vier ist und die Anzahl von Malen, die eine Konvergenzberechnung ausgeführt worden ist, gleich oder kleiner der spezifizierten Anzahl von Malen ist, berechnet die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit die Geschwindigkeit (Vektor) des Fahrzeugs (Schritt ST19). Spezifischer berechnet die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit
16 den Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs gemäß Gleichung (4) unter Verwendung der Streckenrate, der Position und Geschwindigkeit jedes der GPS-Satelliten zum Empfangszeitpunkt, die daran aus der GPS-Satelliten-Verhaltensabschätzeinheit
13 mitgeteilt worden sind, der Position und Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Streckenrate jedes der GPS-Satelliten zum Empfangszeitpunkt des Empfangs der entsprechenden GPS-Satelliten-Funkwelle, die daran aus der Signalverarbeitungseinheit
12 mitgeteilt worden ist. Die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit
16 berechnet auch die Fahrtrichtung (skalar) des Fahrzeugs aus den berechneten Geschwindigkeitskomponenten in den X-, Y- und Z-Achsen und der Position des Fahrzeugs (n in Gleichung (4) zeigt eine Elementanzahl in einer Matrix und ist nicht PRN (Pseudo-Zufalls-Rauschcode). Die Gleichung (4) ist diejenige, in der V0 auf 0 in Gleichung (3) gesetzt wird. [Gleichung 4]
wobei Δρ
rate-mes: der Messwert der Streckenrate [m/s], Δρ
rate-est: der Schätzwert der Streckenrate [m/s], Vo: die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (Vox, Voy, Voz, Vot) [m/s], A: eine Navigationsmatrix, W: eine gewichtete Matrix und σ
δρ: die Standardabweichung der Pseudostrecke fehlers.
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Die Navigationsausrüstung berechnet dann die Position (Vektor) des Fahrzeugs (Schritt ST20). Spezifischer bestimmt die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit
15 als eine Lösung, welche die Summe der Quadrate die Pseudostreckenfehler auf ein Minimum reduziert, einen Fehler in der Position des Fahrzeugs und einen Fehler in der internen Uhr der Navigationsausrüstung anhand eines Gewichtungsverfahrens kleinster Quadrate oder dergleichen unter Verwendung beispielsweise der Gleichung (5), um so die Position des Fahrzeugs und die interne Uhr der Navigationsausrüstung zu korrigieren. In diesem Fall, wenn in Schritt ST17, nachfolgend der Suche nach der Fahrtrichtung, die Navigationsausrüstung eine Einstellung vornimmt, um so die Position des Fahrzeugs innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs, der diese Fahrtrichtung beinhaltet,, wie einer Positionsaktualisierungsregion gezeigt, welche das Innere eines Positionsfehlerkreises von
8 ist, zu aktualisieren. Die Navigationsausrüstung überprüft dann, um festzustellen, ob eine Konvergenz aufgetreten ist oder nicht, durch Beobachten des Positionsfehlers in der Position des Fahrzeugs (Schritt ST21). Spezifischer entscheidet die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit
15, ob eine Konvergenz aufgetreten ist oder nicht, durch Beobachten des Positionsfehlers in der Position des Fahrzeugs. Wenn der Positionsfehler kleiner einem vorbestimmten Wert ist, stellt die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit fest, dass sie beim Messen der Position des Fahrzeugs erfolgreich war und beendet den Positionierungsprozess, während, wenn der Positionsfehler gleich oder größer dem spezifizierten Wert ist, die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit feststellt, dass keine Konvergenz aufgetreten ist, und die Abfolge zu Schritt ST12 rückführt und wiederholt die oben erwähnten Prozesse durchführt (eine Konvergenz wird auftreten, nachdem die Reihe von Prozessen mehrmals ausgeführt worden ist). [Gleichung 5]
wobei δPo: Positionsfehler in der Position des Fahrzeugs (δPo
x, δPo
y, δPo
z, δPo
t) [m] (δPo
t/c: der Uhrfehler), Po: Position des Fahrzeugs (Po
x, Po
y, Po
z, Po
t) [m], A: die Navigationsmatrix, W: die gewichtete Matrix, σ
δρ: die Standardabweichung des Pseudostreckenfehlers, und c: die Lichtgeschwindigkeit (= 2,99792458 × 10
8) [m/s].
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Die Navigationsausrüstung ist auf solche Weise aufgebaut, um im oben erwähnten Positionierungsprozess die Geschwindigkeit und Position des Fahrzeugs unter Verwendung eines Verfahrens gewichteter kleinster Quadrate zu berechnen. Als Alternative kann die Navigationsausrüstung auf solche Weise konstruiert sein, dass sie die Geschwindigkeit und Position des Fahrzeugs unter Verwendung von sequentiellen Berechnungen oder eines Kalman-Filters berechnet.
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Wie zuvor erläutert, vergleicht die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung die Delta-Strecke jedes GPS-Satelliten, der leicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt wird, mit der Streckenrate jedes der GPS-Satelliten, die nicht leicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt werden kann, um einen Pseudostreckenfehler in der Pseudostrecke zu bestimmen, der durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung verursacht wird. Daher kann die Navigationsausrüstung den Einfluss von Mehrwegausbreitung für jeden der GPS-Satelliten erlangen.
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Weiterhin vergleicht bezüglich der Streckenrate, die nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist, die Navigationsausrüstung einen Messwert mit einem geschätzten Wert und kann die Fahrtrichtung des Fahrzeugs aus der zur Berechnung des geschätzten Wertes zum Zeitpunkt, wenn der Messwert und der geschätzte Wert zueinander passen, verwendeten Fahrtrichtung detektieren. In einem Fall, in dem beispielsweise das Sichtfeld über dem Fahrzeug aufgrund von Gebäuden eingeengt wird, wenn das Fahrzeug auf einer Straße in einem urbanen Bereich fährt, und daher die Anzahl von GPS-Satelliten, welche für die Positionierung verwendet werden können, auf ein oder zwei vermindert ist, oder wenn nach Einschalten noch nur ein oder zwei GPS-Satelliten-Funkwellen empfangen werden, kann eine konventionelle Navigationsausrüstung keine GPS-Positionierung ausführen und stoppt daher die Aktualisierung von Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Im Gegensatz dazu kann selbst in einem solchen Fall die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren und kann die Fahrtrichtung des Fahrzeugs dem Fahrer und so weiter mitteilen.
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Ausführungsform 2
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9 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird.
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Die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 2 ist auf solch eine Weise aufgebaut, dass ein Geschwindigkeitssensor 21 und eine Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 hinzugefügt werden, und die Funktion der Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 verändert wird. Nachfolgend werden dieselben Komponenten wie jene der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 jeweils durch die in Ausführungsform 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet und die Erläuterung der Komponenten wird nachfolgend weggelassen und es werden nachfolgend nur andere Komponenten erläutert.
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Der Geschwindigkeitssensor 21 gibt ein Impulssignal entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus. Das Impulssignal, das aus diesem Geschwindigkeitssensor 21 ausgegeben wird, wird an die Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 gesendet. Die Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 wandelt das daran aus dem Geschwindigkeitssensor 21 gesendet Impulssignal in eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs um. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die durch diese Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 erfasst wird, wird einer Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 mitgeteilt. Nach Messen der Geschwindigkeit (Vektor) des Fahrzeugs unter gemeinsamer Verwendung des GPS und des Geschwindigkeitssensors 21, berechnet die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 die Fahrtrichtung des Fahrzeugs aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in jeder der X-, Y- und Z-Achsen und die Position des Fahrzeugs.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, die wie erwähnt aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf ein in 10 gezeigtes Flussdiagramm erläutert, wobei auf den Positionierprozess fokussiert wird. Die Schritte, in denen dieselben Prozesse wie jene, die durch die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1, wie im Flussdiagramm von 2 gezeigt, ausgeführt werden, ausgeführt werden, werden durch dieselben Bezugszeichen wie jene bezeichnet, die jeweils in 2 verwendet werden und die Erläuterung der Schritte wird nachfolgend vereinfacht und es werden hauptsächlich Schritte, in denen unterschiedliche Prozesse ausgeführt werden, beschrieben.
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Im Positionierungsprozess führt die Navigationsausrüstung zuerst die Berechnung der Geschwindigkeit (skalar) des Fahrzeugs durch (Schritt ST31). Spezifischer wandelt die Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 das daran aus dem Geschwindigkeitssensor 21 gesendet Impulssignal in die Geschwindigkeit (skalar) des Fahrzeugs um und teilt die Geschwindigkeit der Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 mit. Die Navigationsausrüstung überprüft dann, um festzustellen, ob sie GPS-Empfang durchführt oder nicht (Schritt ST11). Wenn die Navigationsausrüstung in diesem Schritt ST11 feststellt, dass sie GPS-Empfang nicht durchführt, beendet die Navigationsausrüstung den Positionierprozess. Wenn andererseits die Navigationsausrüstung im Schritt ST11 feststellt, dass sie GPS-Empfang durchführt, berechnet die Navigationsausrüstung das Verhalten (Position und Geschwindigkeit) jedes der GPS-Satelliten (Schritt ST12).
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Die Navigationsausrüstung berechnet dann Pseudostreckenfehler (einen GPS-Satelliten-Borduhr-Fehler und einen Funkwellenatmosphären-Ausbreitungsverzögerungsfehler) (Schritt ST13). Die Navigationsausrüstung schätzt weiter einen Pseudostreckenfehler (einen Mehrwegfehler) ab (Schritt ST14). Die Navigationsausrüstung berechnet dann eine Fehlervarianz der Pseudostrecke (Schritt ST15). Die Navigationsausrüstung überprüft dann, um festzustellen, ob der Pseudostreckenfehler kleiner als ein spezifizierter Wert ist oder nicht (Schritt ST16). Wenn in diesem Schritt ST16 festgestellt wird, dass der Pseudostreckenfehler kleiner als der spezifizierte Wert ist, bestimmt die Energiezuführungs-Anwender-Navigationsausrüstung, dass sie nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs suchen kann und rückt dann die Abfolge zu Schritt ST32 vor. Wenn andererseits in diesem Schritt ST16 festgestellt wird, dass der Pseudostreckenfehler gleich oder größer dem spezifizierten Wert ist, stellt die Navigationsausrüstung fest, dass sie nicht nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs suchen kann und überspringt dann Schritt S32 und rückt die Abfolge zu Schritt ST18 vor.
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In Schritt ST32 berechnet die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung (skalar) und Position des Fahrzeugs. Spezifischer berechnet die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 den Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs und die Streckenrate zu einem Zeitpunkt, wenn das Fahrzeug seine Fahrtrichtung innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs ändert und sucht nach der Fahrtrichtung auf eine solche Weise, dass als Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die Fahrtrichtung zu einem Zeitpunkt angenommen wird, wenn die Differenz zwischen der durch diese Berechnung erfassten Wellenform und der durch die Messung erfassten Wellenform (man beziehe sich auf ”Messwert” von 5) gleich oder kleiner im spezifizierten Wert ist, und berechnet den Betrag an Fahrt des Fahrzeugs aus Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs, um die Position des Fahrzeugs abzuschätzen, die sie im vorherigen Positionierungsprozess bestimmt hatte. Sofern nicht die Navigationsausrüstung die Position des Fahrzeugs im nächsten Schritt ST20 berechnen kann, gibt die Navigationsausrüstung die in diesem Schritt ST32 abgeschätzte Position als die Position des Fahrzeugs im aktuellen Positionierungsprozess aus.
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In der ersten Berechnung im Positionierungsprozess, welchen die Navigationsausrüstung periodisch durchführt, ändert bei der Berechnung des Geschwindigkeitsvektors des Fahrzeugs die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung innerhalb eines großen Winkelbereichs, der die Fahrtrichtung des Fahrzeugs einschließt, die in der vorherigen Vorhersageprozessierung bestimmt worden ist, und wandelt dann die durch den Geschwindigkeitssensor 21 und die Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 gemessene Geschwindigkeit (skalar) in den Geschwindigkeitsvektor um. Zu diesem Zeitpunkt engt, während die Navigationsausrüstung die Konvergenzberechnung vorrückt, die Navigationsausrüstung graduell den die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die in Schritt ST33 erfasst wurde, enthaltenden Winkelbereich ein. Wenn die Anforderungen in Schritt ST18 nicht erfüllt sind und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs in Schritt ST33 nicht berechnet wird, hält die Navigationsausrüstung den Winkelbereich groß. Wenn dann in diesem Schritt ST32, nachdem nach der Fahrtrichtung gesucht worden ist, die Navigationsausrüstung diese Fahrtrichtung mit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs vergleicht. Wenn die Differenz zwischen ihnen gleich oder größer einem vorgegebenen Winkel ist, stellt die Navigationsausrüstung fest, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs einen großen Fehler aufweist und korrigiert dann die Fahrtrichtung des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf die Fahrtrichtung, nach der sie gesucht hat, wie in 7 gezeigt.
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Wie zuvor erläutert, misst die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis des daran aus dem Geschwindigkeitssensor 21 gesendeten Impulssignals. Daher kann die Navigationsausrüstung immer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs exakt bestimmen. Weiterhin, weil die Navigationsausrüstung diese hochgenaue Geschwindigkeit bei der Suche nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt verwendet, zu dem die Streckenrate ohne irgendeinen Einfluss von Mehrwegausbreitung erfasst worden ist, kann die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs genau bestimmen.
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Als Ergebnis, wenn beispielsweise das Sichtfeld über dem Fahrzeug aufgrund von Gebauden eingeengt wird, wenn das Fahrzeug auf einer Straße in einem urbanen Bereich fährt und daher die Anzahl von GPS-Satelliten, die für die Positionierung verwendet werden können, auf ein oder zwei vermindert ist, oder wenn nach Einschalten noch nur ein oder zwei GPS-Satellitenfunkwellen empfangen worden sind, kann eine konventionelle Navigationsausrüstung keine GPS-Positionierung ausführen und stoppt daher die Aktualisierung der Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Im Gegensatz dazu kann die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 2 die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren, indem sie nur die Streckenrate empfängt, ohne jeglichen Einfluss von Mehrwegausbreitung aus einem GPS-Satelliten. Daher kann die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 2 die Position des Fahrzeugs auf Basis der Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs abschätzen, wodurch es seine Verfügbarkeit verbessert.
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Ausführungsform 3
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11 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen für die Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird. Die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 3 ist gegenüber der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 auf eine solche Weise geändert, dass eine Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 entfernt ist und ein Winkelgeschwindigkeitssensor 23, eine Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 und eine Anwenderverhaltensmesseinheit 25 hinzugefügt werden und die Funktionen einer Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15 und einer Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 verändert werden, und ist auf solch eine Weise aufgebaut, dass die Ausgabe einer Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 an die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 gesendet wird, statt an die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit 16 gesendet zu werden.
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Nachfolgend werden dieselben Komponenten wie jene der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 durch die jeweils in Ausführungsform 2 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet und die Erläuterung der Komponenten wird nachfolgend weggelassen und nur unterschiedliche Komponenten werden nachfolgend erläutert.
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Der Winkelgeschwindigkeitssensor 23 gibt ein Signal gemäß der Drehwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs aus. Das aus diesem Winkelgeschwindigkeitssensor 23 ausgegebene Signal wird an die Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 gesendet. Die Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 misst den Drehwinkel des Fahrzeugs aus dem aus dem Winkelgeschwindigkeitssensor 23 an sie gesendeten Signal. Der Drehwinkel des Fahrzeugs, der durch diese Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 gemessen wird, wird der Anwenderverhaltensmesseinheit 25 mitgeteilt.
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Die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 führt eine Koppelnavigationsberechnung unter Verwendung der ihr aus der Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 mitgeteilten Geschwindigkeit und dem ihr aus der Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 mitgeteilten Drehwinkel durch, um so Position, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu aktualisieren.
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Während die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15 die Position des Fahrzeugs unter Verwendung von GPS-Satelliten-Funkwellen wie bei der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 1 beobachtet, korrigiert die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 3 die Position des Fahrzeugs, die durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 15 gemessen ist.
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Weiterhin, während die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 die Streckenrate analysiert und dann nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs sucht, verwendet die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit die durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 berechneten Ergebnisse als Position, Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs und verwendet auch den die durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 berechnete Fahrtrichtung enthaltenden vorgegebenen Winkelbereich als einen Winkelbereich, innerhalb dem die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit die Fahrtrichtung ändert.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, die wie oben erwähnt aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf ein in 22 gezeigtes Flussdiagramm erläutert werden, wobei auf den Positionierungsprozess fokussiert wird. Die Schritte, in denen dieselben Prozesse wie jene, die durch die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2, gezeigt im Flussdiagramm von 10, ausgeführt werden, durchgeführt werden, werden durch dieselben Bezugszeichen wie jene, die jeweils in 10 verwendet sind, bezeichnet, und die Erläuterung der Schritte wird nachfolgend vereinfacht und hauptsächlich werden Schritte, in denen unterschiedene Prozesse ausgeführt werden, erläutert.
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Im Positionierungsprozess berechnet zuerst die Navigationsausrüstung die Geschwindigkeit (skalar) des Fahrzeugs (Schritt ST31). Die Navigationsausrüstung berechnet dann den Drehwinkel (skalar) des Fahrzeugs (Schritt ST41). Spezifischer misst die Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 den Drehwinkel des Fahrzeugs aus dem an sie aus dem Winkelgeschwindigkeitssensor 23 übersendeten Signal. Die Navigationsausrüstung berechnet dann die Position (Vektor) des Fahrzeugs (Schritt ST42). Spezifischer führt die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 eine Koppelnavigationsberechnung unter Verwendung der ihr aus der Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 mitgeteilten Geschwindigkeit und dem ihr aus der Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 mitgeteilten Drehwinkel durch, um so die Position, Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen.
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Die Navigationsausrüstung überprüft dann, um festzustellen, ob sie GPS-Empfang durchführt oder nicht (Schritt ST11). Wenn die Navigationsausrüstung in diesem Schritt ST11 feststellt, dass sie GPS-Empfang nicht durchführt, beendet die Navigationsausrüstung den Positionierungsprozess. Wenn andererseits die Navigationsausrüstung in Schritt ST11 feststellt, dass sie GPS-Empfang durchführt, berechnet die Navigationsausrüstung das Verhalten (Position und Geschwindigkeit) jedes der GPS-Satelliten (Schritt ST12). Die Navigationsausrüstung berechnet dann Pseudostreckenfehler (einen GPS-Satelliten-Borduhr-Fehler und einen Funkwellen-Ausbreitungsverzögerungsfehler) (Schritt ST13). Die Navigationsausrüstung schätzt weiter einen Pseudostreckenfehler (einen Mehrwegfehler) ab (Schritt ST14). Die Navigationsausrüstung berechnet dann eine Fehlervarianz der Pseudostrecke (Schritt ST15). Die Navigationsausrüstung überprüft dann, um festzustellen, ob der Pseudostreckenfehler kleiner als ein spezifizierter Wert ist (Schritt ST16). Wenn in diesem Schritt ST16 festgestellt wird, dass der Pseudostreckenfehler kleiner als der spezifizierte Wert ist, bestimmt die Anwender-Navigationsausrüstung, dass sie nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs suchen kann und rückt dann die Abfolge zu Schritt ST43 vor. Wenn andererseits in diesem Schritt ST16 festgestellt wird, dass der Pseudostreckenfehler gleich oder größer dem spezifizierten Wert ist, stellt die Navigationsausrüstung fest, dass sie nicht nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs suchen kann und rückt dann die Abfolge zu Schritt ST18 vor.
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In Schritt ST43 berechnet die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung (skalar) des Fahrzeugs. Spezifischer berechnet die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 den Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs und die Streckenrate zu einem Zeitpunkt, wenn das Fahrzeug seine Fahrtrichtung innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs verändert und sucht nach der Fahrtrichtung auf solche Weise, dass als Fahrtrichtung des Fahrzeugs die Fahrtrichtung zu dem Zeitpunkt angenommen wird, wenn die Differenz zwischen der durch diese Berechnung erfassten Wellenform und der durch die Messung erhaltenen Wellenform (man beziehe sich auf ”Messwert” in 5) gleich oder kleiner einem spezifizierten Wert ist.
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Beim Berechnen des Geschwindigkeitsvektors des Fahrzeugs ändert die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung innerhalb eines großen Winkelbereichs, der eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs enthält, die in Schritt ST42 durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 bestimmt wird, und wandelt dann die durch den Geschwindigkeitssensor 21 und die Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 gemessene Geschwindigkeit (skalar) in den Geschwindigkeitsvektor um. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Navigationsausrüstung die Konvergenzberechnung für die GPS-Positionierung in Schritt ST12 zum Schritt ST21 vorrückt, engt die Navigationsausrüstung graduell den die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die in Schritt ST42 erfasst wurde, enthaltenen Winkelbereich ein. Wenn in diesem Schritt ST43 nach der Fahrtrichtung gesucht worden ist, vergleicht dann die Navigationsausrüstung diese Fahrtrichtung mit der in Schritt ST42 erfassten Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Wenn die Differenz zwischen ihnen gleich oder größer einem vorbestimmten Winkel ist, bestimmt die Navigationsausrüstung, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs einen großen Fehler aufweist und korrigiert dann die Fahrtrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrtrichtung, nach der gesucht worden ist, wie in 7 gezeigt.
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Wie oben erläutert, weil die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 3 die Geschwindigkeit und den Drehwinkel des Fahrzeugs auf Basis des aus dem Geschwindigkeitssensor 21 gesendeten Signals und des aus dem Winkelgeschwindigkeitssensor 23 gesendeten Signals misst, kann die Navigationsausrüstung immer die Geschwindigkeit und den Drehwinkel des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit bestimmen. Weiterhin, weil die Navigationsausrüstung diese hochgenaue Geschwindigkeit bei der Suche nach der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt, zu dem sie die Streckenrate ohne Einfluss von Mehrwegausbreitung erfasst hat, verwendet, kann die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs genau bestimmen. Weil die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs richtig korrigieren kann, selbst wenn das Fahrzeug in einem urbanen Bereich fährt, stabilisiert die Navigationsausrüstung die Genauigkeit der Fahrtrichtungsmessung unter Verwendung von Koppelnavigation. Weiterhin, weil die Navigationsausrüstung richtig die Position des Fahrzeugs korrigiert (Koppeln), die sie unter Verwendung der Anwenderverhaltensmesseinheit 25 in Bezug auf die Position bestimmt hat, die mit der GPS-Positionierung bestimmt ist, wenn der Einfluss der Mehrwegausbreitung klein war, reduziert die Navigationsausrüstung die Akkumulation von Fehlern, was ein Nachteil des Koppelnavigierens ist, und stabilisiert auch die Genauigkeit der Fahrtrichtungsmessung unter Verwendung von Koppelnavigation.
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Ausführungsform 4
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13 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung erforderlichen Teil fokussiert wird. Die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 4 ist auf solch eine Weise aufgebaut, dass sie zusätzlich eine Winkelgeschwindigkeitssensorkorrektureinheit 26 zusätzlich zu den Komponenten der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 3 enthält. Nachfolgend werden dieselben Komponenten wie jene der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 3 mit den jeweils in Ausführungsform 3 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet und die Erläuterung der Komponenten wird nachfolgend weggelassen und unterschiedliche Komponenten werden nachfolgend erläutert.
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Die Winkelgeschwindigkeitssensorkorrektureinheit 26 akzeptiert eine durch eine Anwenderverhaltensmesseinheit 25 berechnete Fahrtrichtung und eine durch eine Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 berechnete Fahrtrichtung und korrigiert einen Korrekturparameter (eine Vorspannung), der zu einem Zeitpunkt der Messung des Drehwinkels des Fahrzeugs verwendet wird, aus einer Ausgangsspannung eines Winkelgeschwindigkeitssensors 23. Der durch diese Winkelgeschwindigkeitssensorgüteeinheit 26 korrigierte Korrekturparameter wird als ein Versatzfehler einer Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 mitgeteilt. Die Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 misst den Drehwinkel des Fahrzeugs aus dem an sie aus dem Winkelgeschwindigkeitssensor 23 gesendeten Signal nach Korrektur der Vorspannung unter Verwendung des daran aus der Winkelgeschwindigkeitssensorkorrektureinheit 26 mitgeteilten Versatzfehlers.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, die wie oben erwähnt aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf ein in 14 gezeigtes Flussdiagramm und eine in 15 gezeigte erläuternde Zeichnung zum Erläutern der Korrektur des Versatzfehlers des Winkelgeschwindigkeitssensors erläutert, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird. Die Schritte, in denen dieselben Prozesse wie jene, die durch die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 3, wie im Flussdiagramm von 12 gezeigt, ausgeführt werden, ausgeführt werden, werden durch dieselben Bezugszeichen wie jene, die jeweils in 12 verwendet werden, bezeichnet und die Erläuterung der Schritte wird nachfolgend weggelassen und hauptsächlich werden Schritte, in denen andere Prozesse ausgeführt werden, erläutert.
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Beim im Flussdiagramm von 14 gezeigten Positionierungsprozess wird ein Korrekturprozess (Schritt ST51) zum Korrigieren des Winkelgeschwindigkeitssensors zwischen den Schritten ST43 und ST18 des im Flussdiagramm von 12 gezeigten Positionierungsprozesses hinzugefügt. In diesem Korrekturprozess zum Korrigieren des Winkelgeschwindigkeitssensors misst die Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 den Drehwinkel des Fahrzeugs aus dem daran aus dem Winkelgeschwindigkeitssensor 23 gesendeten Spannungssignal nach Korrektur der Vorspannung unter Verwendung des ihr aus der Winkelgeschwindigkeitssensorkorrektureinheit 26 mitgeteilten Korrekturparameters.
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Wenn beispielsweise das Fahrzeug in Geradeausrichtung fährt (in einer durch einen in 15 gezeigten, gestrichelten Pfeil angezeigten Fahrrichtung), wie in 15 gezeigt, wird die Differenz zwischen der durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 berechneten Fahrtrichtung und der durch die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 berechneten diejenige, wie sie durch die in 15 gezeigten gestrichelten Linien gezeigt wird, falls der Ort der Position des Fahrzeugs, der durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 (einen durch eine in 15 gezeigte durchgezogene Linie gezeigten Fahrpfad) eine leichte Linkswendung zeigt. Die Navigationsausrüstung analysiert den Übergang dieser Fahrtrichtungsdifferenz unter Verwendung beispielsweise einer polynominalen Approximationskurve, und falls sie eine gewisse Tendenz im Übergang finden kann, kann sie den Fehler in der Vorspannung des Winkelgeschwindigkeitssensors 23 aus den Parametern der polynominalen Approximationskurve detektieren. Wenn der Fehler in dieser Vorspannung detektiert wird, teilt die Winkelgeschwindigkeitssensorkorrektureinheit 26 diesen Fehler der Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 mit. Die Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 korrigiert die Vorspannung unter Verwendung des Fehlers in der ihr aus der Winkelgeschwindigkeitssensorkorrektureinheit 26 mitgeteilten Vorspannung und misst die Winkelgeschwindigkeit aus der Ausgangsspannung des Winkelgeschwindigkeitssensors.
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Wie zuvor erläutert, selbst falls ein Temperaturdrift im Winkelgeschwindigkeitssensor 23 auftritt, kann die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung einen in der Vorspannung des Winkelgeschwindigkeitssensors 23 auftretenden Fehler detektieren und korrigieren. Daher kann die Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 den Drehwinkel genau messen. Als Ergebnis kann die Navigationsausrüstung die Genauigkeit der Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 (Koppelung) gemessen wird, auf einem hohen Niveau aufrechterhalten.
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Ausführungsform 5
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16 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung und Kartenabgleichung erforderlichen Teil fokussiert wird. Die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 4 ist auf solche Weise konstruiert, dass sie zusätzlich eine Kartendaten-Speichereinheit 31 und eine Straßenvergleichseinheit 32 zusätzlich zu den Komponenten der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 enthält. Nachfolgend werden dieselben Komponenten wie jene der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 2 durch die in Ausführungsform 2 jeweils verwendeten Bezugszeichen bezeichnet und die Erläuterung der Komponenten wird nachfolgend weggelassen und nur abweichende Komponenten werden nachfolgend erläutert.
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Die Kartendaten-Speichereinheit 31 speichert Kartendaten zu Straßen in einem vorgegebenen Bereich, wobei die Kartendaten aus linearen Daten und Daten zu Straßenverbindungen bestehen, die alle durch Koordinatenpunkte und so weiter gezeigt sind.
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Die in dieser Kartendaten-Speichereinheit 31 gespeicherten Kartendaten werden durch die Straßenvergleichseinheit 32 eingelesen.
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Die Straßenvergleichseinheit 32 vergleicht die Position des Fahrzeugs, die durch die Anwenderpositionsbeobachtungseinheit 15 beobachtet worden ist und die Fahrtrichtung, nach der durch die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 gesucht worden ist, mit Position und Richtung einer Straßenverbindung, welche die Straßenvergleichseinheit jeweils aus der Kartendaten-Speichereinheit 31 ausgelesen hat, richtet eine Mehrzahl von Kandidaten für die aktuelle Position des Fahrzeugs auf einer Straßenverbindung ein, von der entschieden worden ist, dass sie eine Passung mit der höchsten Zuverlässigkeit oder mehr bereitstellt und wählt einen Kandidaten aus der Mehrzahl von Kandidaten aus, der anzuzeigen ist, um die Kandidatenposition als die Position des Fahrzeugs festzulegen. Die Straßenvergleichseinheit 32 aktualisiert auch die Position jedes der Kandidaten auf der Straßenverbindung auf Basis von sowohl der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die durch die Anwendergeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsbeobachtungseinheit berechnet ist, als auch der Fahrtrichtung, nach der durch die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 gesucht worden ist, und evaluiert die Zuverlässigkeit jedes Kandidaten gemäß der Differenz zwischen der Fahrtrichtung, nach der durch die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 gesucht worden ist, und derjenigen der Straßenverbindung, um so als die Position des Anwenders die Position des Kandidaten auszuwählen, welcher die höchste Zuverlässigkeit aus allen Kandidaten bereitstellt.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung, die wie oben erwähnt aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf ein in
17 gezeigtes Flussdiagramm, eine in
18 gezeigte erläuternde Zeichnung zum Zeigen eines Fahrtrichtungskorrekturstatus und eines Kartenabgleichsstatus des Fahrzeugs und eine in
19 gezeigte erläuternde Zeichnung zum Erläutern von Kandidaten, die für die Kartenabgleichung eingerichtet sind, erläutert, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird. Weil der Kartenabgleichprozess in der
japanischen Patent-Gazette Nr. 374,5165 erläutert ist, nehme man nach Bedarf Bezug auf diese Patent-Gazette.
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Beim im Flussdiagramm von 17 gezeigten Positionierungsprozess wird der Kartenabgleichsprozess (Schritt ST61) nach dem Schritt ST21 des in dem Flussdiagramm von 10 gezeigten Positionierungsprozesses eingefügt. In diesem Kartenabgleichsprozess, wenn die Position des Fahrzeugs in Schritt ST32 oder ST20 berechnet wird, durchsucht die Straßenvergleichseinheit 32 die in der Kartendaten-Speichereinheit 31 gespeicherten Kartendaten nach Straßenverbindungen in einem vorgegebenen Bereich, dessen Zentrum an der Position des Fahrzeugs liegt, und sucht nach einer Position auf der Straßenverbindung, welche die kürzeste Distanz (lotrechte Distanz) zwischen der Kartenverbindung und der Position des Fahrzeugs bereitstellt, die gleich oder kürzer einem vorgegebenen Wert ist, und welche eine Passung zwischen der Fahrtrichtung und dem Fahrpfad bereitstellt.
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Beispielsweise kann in einem in 18 gezeigten Fall während eines Zeitraums von Zeit t0, wenn die Navigationsausrüstung eingeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt t1, die Navigationsausrüstung keinerlei Kandidaten auf der Straßenverbindung einrichten, weil sie keinerlei Straßenverbindung extrahieren kann, die eine Differenz zwischen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Richtung der Straßenverbindung bereitstellt, die gleich oder kleiner einem spezifizierten Winkel ist, aufgrund des Auftretens eines Fehlers in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Weil jedoch die Navigationsausrüstung den in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs auftretenden Fehler kennen kann, wenn die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 die Fahrtrichtung zur Zeit t1 detektiert, führt die Navigationsausrüstung eine affine Transformation des Fahrtrichtungspfades durch, durch Definieren, als Zentrum, der Position des Fahrzeugs zum Zeitpunkt unmittelbar nachdem die Navigationsausrüstung eingeschaltet worden ist, um so die Position des Fahrzeugs von P1A(t1) nach P1B(t2) zu korrigieren. Unmittelbar danach kann die Navigationsausrüstung eine Straßenverbindung in der Umgebung der Position des Fahrzeugs extrahieren, die eine Differenz zwischen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Richtung der Straßenverbindung bereitstellt, die gleich oder kleiner dem spezifizierten Winkel ist. Daher kann die Navigationsausrüstung Kandidaten auf der Straßenverbindung einrichten und danach die Position des Fahrzeugs auf der Straßenverbindung aktualisieren.
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Weiterhin, in einem Fall, in dem zwei von einer einzelnen Straße abzweigende Straßen parallel zueinander laufen, wie in 19 gezeigt, falls die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zur Zeit t2 detektieren kann, weist die Navigationsausrüstung eine höhere Zuverlässigkeit als jene, die den anderen Kandidaten zugewiesen ist, einem Kandidaten auf einer Straßenverbindung zu, dessen Richtung näher an der detektieren Fahrtrichtung ist, um die Navigationsausrüstung selbst in die Lage zu versetzen, die Position des Kandidaten als Position des Fahrzeugs zu bestimmen.
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Wie zuvor erläutert, kann die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung bestimmen, ob die dadurch empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen unter dem Einfluss von Mehrwegausbreitung stehen oder nicht und kann ebenfalls die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren, falls sie eine GPS-Satelliten-Funkwelle empfängt, die nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist. Daher kann die Navigationsausrüstung den Fahrtrichtungswinkelbereich beschränken, in dem das Fahrzeug in Bezug auf einen GPS-Positionsfehlerkreis existiert und kann die Kartenabgleichung durchführen, weitgehend ohne durch den Einfluss der GPS-Positionierungsergebnisse beeinträchtigt zu sein, deren Genauigkeit aufgrund von Mehrwegausbreitung reduziert ist. Als Ergebnis kann die Navigationsausrüstung stabil und glatt die Fahrtrichtung und Position des Fahrzeugs auf der Straße in einer Bildschirmkarte bestimmen. Dementsprechend kann die Navigationsausrüstung Führung usw. in geeigneter Weise durchführen.
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Weiterhin, weil die Navigationsausrüstung die Zuverlässigkeit der Fahrtrichtung jedes aus der Mehrzahl von Kandidaten evaluieren kann, die in der Kartenabgleichung eingerichtet werden, selbst in einer Mehrwegumgebung, falls sie auch nur eine GPS-Satelliten-Funkwelle empfängt, die nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist, kann die Navigationsausrüstung das Auftreten eines Fehlabgleichs zu einer Straßenverbindung mit einer anderen Richtung reduzieren.
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Ausführungsform 6
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20 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur einer Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei auf einen zur Positionierung und Kartenabgleichung erforderlichen Teil fokussiert wird. Die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 6 ist in solcher Weise aufgebaut, dass sie zusätzlich eine Kartendaten-Speichereinheit 31 und eine Straßenvergleichseinheit 32 zusätzlich zu den Komponenten der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 enthält. Danach werden dieselben Komponenten wie jene der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 4 durch dieselben in Ausführungsform 4 jeweils verwendeten Bezugszeichen bezeichnet und die Erläuterung der Komponenten wird nachfolgend weggelassen, und nachfolgend werden nur abweichende Komponenten erläutert.
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Die Kartendaten-Speichereinheit 31 speichert Kartendaten zu Straßen in einem vorgegebenen Bereich, wobei die Kartendaten aus den linearen Daten und Daten zu Straßenverbindungen bestehen, die alle durch Koordinatenpunkte und so weiter gezeigt sind. Die in dieser Kartendaten-Speichereinheit 31 gespeicherten Kartendaten werden durch die Straßenvergleichseinheit 32 eingelesen.
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Die Straßenvergleichseinheit 32 vergleicht die Position und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die durch die Anwenderverhaltensmesseinheit 25 berechnet sind, mit der Position und Richtung einer Straßenverbindung, welche die Straßenvergleichseinheit aus der Kartendaten-Speichereinheit 31 jeweils ausgelesen hat, richtet eine Mehrzahl von Kandidaten für die aktuelle Position des Fahrzeugs auf einer Straßenverbindung ein, von der entschieden worden ist, dass sie eine Passung mit der höchsten Zuverlässigkeit oder mehr bereitstellt, und wählt einen Kandidaten aus der Mehrzahl von Kandidaten aus, um die Kandidatenposition als die Position des Fahrzeugs festzulegen. Die Straßenvergleichseinheit 32 aktualisiert auch die Position jedes der Kandidaten auf der Straßenverbindung auf Basis sowohl der durch eine Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit 22 berechneten Geschwindigkeit des Fahrzeugs als auch dem durch eine Anwenderdrehwinkelmesseinheit 24 gemessenen Drehwinkel des Fahrzeugs und evaluiert jede Kandidatenzuverlässigkeit gemäß der Differenz zwischen der Fahrtrichtung, nach der eine Anwenderfahrtrichtungssucheinheit gesucht hat, und derjenigen der Straßenverbindung, die auszuwählen ist, als die Position des Anwenders, wobei die Position des Kandidaten die höchste Zuverlässigkeit aus allen Kandidaten bereitstellt.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung, die wie oben konstruiert ist, unter Bezugnahme auf ein in 21 gezeigtes Flussdiagramm, eine in 19 gezeigte, erläuternde Zeichnung zum Erläutern von Kandidaten, die in der Kartenabgleichung eingerichtet sind, und einer in 22 gezeigten, erläuternden Zeichnung zum Erläutern eines Fahrtrichtungskorrekturstatus und eines Kartenabgleichstatus des Fahrzeugs, nachdem das Fahrzeug eine Schleifenbrücke durchquert hat, erläutert werden, wobei auf einen Positionierungsprozess fokussiert wird.
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Beim im Flussdiagramm von 21 gezeigten Positionierungsprozess wird ein Kartenabgleichsprozess (Schritt ST61) als Nächstes zum Schritt ST21 des im Flussdiagramm von 14 gezeigten Positionierungsprozesses hinzugefügt. In diesem Kartenabgleichsprozess, wenn die Position des Fahrzeugs im Schritt ST32 oder ST20 berechnet wird, durchsucht die Straßenvergleichseinheit 32 die in der Kartendaten-Speichereinheit 31 gespeicherten Kartendaten nach Straßenverbindungen in einem vorgegebenen Bereich, dessen Zentrum an der Position des Fahrzeugs liegt, und sucht nach einer Position auf der Straßenverbindung, die die kürzeste Distanz (rechtwinklige Distanz) zwischen der Straßenverbindung und der Position des Fahrzeugs bereitstellt, die gleich oder kleiner einem spezifizierten Wert ist, und die eine Passung zwischen der Fahrtrichtung und dem Fahrpfad bereitstellt.
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Beispielsweise entscheidet in einem Fall, in dem zwei von einer einzelnen Straße abzweigende Straßen zueinander parallel verlaufen, wie in 19 gezeigt, wenn die Position auf einer Straßenverbindung auf Basis sowohl der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, gemessen durch den Geschwindigkeitssensor 21, als auch der durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 23 gemessenen Drehwinkel des Fahrzeugs aktualisiert wird, die Navigationsausrüstung typischerweise, ob ein Kandidat entweder nur auf einer der Straßenverbindungen der zwei abzweigenden Straßen oder auf jeder der beiden Straßenverbindungen einzurichten ist. Beim in 19 gezeigten Fall richtet die Navigationsausrüstung einen Kandidaten auf jeder der beiden Straßenverbindungen ein, als ein Ergebnis der Erwägung eines Fehlers bei Geschwindigkeit und eines Fehlers beim Drehwinkel. Zu diesem Zeitpunkt, falls die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zum Zeitpunkt t2 detektieren kann, weist die Navigationsausrüstung einem Kandidaten auf der Straßenverbindung, dessen Richtung näher an der detektierten Fahrtrichtung liegt, eine höhere Zuverlässigkeit zu als jene, die anderen Kandidaten zugewiesen ist, und bestimmt die Position des Kandidaten als die Position des Fahrzeugs.
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Weiterhin, in einem Fall, in dem das Fahrzeug zu einer Straße bei einer niedrigeren Höhe verrückt, nachdem es um eine Schleifenbrücke gewendelt hat, kann, wie in 22 gezeigt, wenn die durch den Geschwindigkeitssensor 21 gemessene gefahrene Distanz länger als die Länge der Straßenverbindung zu dem Zeitpunkt wird, wenn das Fahrzeug die Schleifenbrücke durchquert, eine konventionelle Navigationsausrüstung keinerlei Kandidaten für die Position des Fahrzeugs auf der Straßenverbindung einrichten, weil sie keine Straßenverbindung in der Umgebung der Position des Fahrzeugs, die eine Differenz zwischen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Richtung der Straßenverbindung bereitstellt, die gleich oder kleiner einem spezifizierten Winkel ist, extrahieren kann, aufgrund des Auftretens eines Fehlers in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug nach Passieren der Schleifenbrücke zu einer Straße mit einer niedrigeren Höhe vorrückt. Im Gegensatz dazu, wenn die Anwenderfahrtrichtungssucheinheit 17 die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektiert, extrahiert die Navigationsausrüstung, weil die Navigationsausrüstung dieser Ausführungsform den Fehler bei der Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren und korrigieren kann, eine Straßenverbindung in der Umgebung der Position des Fahrzeugs unmittelbar danach und korrigiert die Position des Fahrzeugs auf solche Weise, dass die Position des Fahrzeugs auf der Straße liegt.
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Wie zuvor erläutert, selbst wenn ein Fehler bei der Position eines Kandidaten auf einer Straßenverbindung aufgrund von Akkumulation eines Digitalisierungsfehlers in der Straßenverbindung, eines Fehlers in den Sensoren, und eines Rundungsfehlers im berechneten Wert auftritt, während die Aktualisierung der Position des Kandidaten auf der Straßenverbindung unter Verwendung sowohl der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, gemessen durch den Geschwindigkeitssensor 21, als auch des durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 23 gemessenen Drehwinkel des Fahrzeugs, fortgesetzt wird, kennt die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung die korrekte Fahrtrichtung des Fahrzeugs, indem sie nur die Streckenrate empfängt, ohne Einfluss von Mehrwegausbreitung aus einem GPS-Satelliten. Daher kann die Navigationsausrüstung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung die Position des Kandidaten auf der Straßenverbindung korrigieren.
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Weiterhin kann die Navigationsausrüstung entscheiden, ob die dadurch empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen unter dem Einfluss von Mehrwegausbreitung stehen oder nicht und kann auch die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren, falls sie eine GPS-Satelliten-Funkwelle empfängt, die nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist. Daher kann die Navigationsausrüstung den Fahrtrichtungswinkelbereich, in dem das Fahrzeug in Bezug auf einen GPS-Positionsfehlerkreis existiert, beschränken, und kann die Kartenabgleichung glatt durchführen, weitgehend ohne durch den Einfluss der GPS-Positionierungsergebnisse beeinträchtigt zu sein, deren Genauigkeit aufgrund von Mehrwegausbreitung vermindert ist.
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Weil weiterhin die Navigationsausrüstung die Zuverlässigkeit der Fahrtrichtung jedes einer Mehrzahl von Kandidaten evaluieren kann, die in der Kartenabgleichung eingerichtet sind, selbst in einer Mehrwegumgebung, falls sie eine GPS-Satelliten-Funkwelle empfängt, die nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist, kann die Navigationsausrüstung eine Kartenfehlpassung zu einer Straßenverbindung mit einer abweichenden Richtung verhindern und die Position des Fahrzeugs glatter aktualisieren. Zusätzlich, weil die Navigationsausrüstung die Anzahl von Kandidaten durch Beschränken auf Kandidaten reduzieren kann, die eine Passung zur Fahrtrichtung bereitstellen, und die Last auf den Kartenabgleichprozess reduzieren kann, kann die Navigationsausrüstung den Kartenabgleichprozess in kürzeren Zeitintervallen durchführen.
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Weiterhin, weil die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs limitieren kann, für welches die Navigationsausrüstung einen Schätzwert der Streckenrate innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs berechnet, der die Richtung einer Straßenverbindung enthält, auf der ein Kandidat existiert, wächst die Prozesslast bei der Fahrtrichtungssuche selbst in einem Fall nicht, in dem es keinen Mehrwegeinfluss auf alle empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen gibt. Als Ergebnis muss die Navigationsausrüstung nicht die Zeitintervalle absenken, mit denen sie Kartenabgleichung ausführt.
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Zusätzlich, weil die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren kann, falls sie eine GPS-Satelliten-Funkwelle empfängt, die nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist, kann die Navigationsausrüstung die Position des Fahrzeugs prompt jedes Mal korrigieren, wenn das Fahrzeug seine Fahrtrichtung in der Nähe eines Verzweigungspunktes, einer Kreuzung oder eines Fahrtrichtungsänderungspunktes verändert, selbst obwohl die Position des Fahrzeugs auf der Straßenverbindung einen Fehler aufweist. Weiterhin, obwohl es einen Fall gibt, in dem eine beachtliche Differenz zwischen der tatsächlich durch das Fahrzeug gefahrenen Distanz auf der Strecke der entsprechenden Straßenverbindung, beispielsweise selbst wenn das Fahrzeug eine einzelne stark kurvige Straße befährt, auftritt, kann die Navigationsausrüstung selbst in diesem Fall prompt die Position des Fahrzeugs auf eine angemessene Position korrigieren, jedes Mal, wenn das Fahrzeug seine Fahrtrichtung verändert.
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Ausführungsform 7
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Die Navigationsausrüstung gemäß einer der oben erwähnten Ausführungsformen 1 bis 6 ist auf solche Weise konstruiert, dass die korrekte Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektiert wird, nachdem das korrekte Messen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfolgreich war. Im Gegensatz dazu ist die Navigationsausrüstung gemäß dieser Ausführungsform 7 auf solche Weise konstruiert, dass, wenn das korrekte Messen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs erfolgreich war, selbst falls die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen großen Fehler aufweist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf solche Weise korrigiert wird, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen geeigneten Wert zeigt.
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Die Navigationsausrüstung enthält zusatzlich eine Anwendergeschwindigkeitssucheinheit (nicht illustriert) zum, wenn die Erkennung, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs korrekt ist, durch GPS-Positionierung erfolgreich war, während das Fahrzeug beispielsweise in gerader Linie fährt, um die Streckenrate abzuschätzen, Vergleichen eines Schätzwertes, welchen die Anwendergeschwindigkeitssucheinheit durch Verändern eines Koeffizienten berechnet hat, mit dem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu multiplizieren ist, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, mit einem empfangenen Messwert, und zum Suchen nach dem Koeffizienten (einen Skalierungsfaktor des Geschwindigkeitssensors 21) zu einem Zeitpunkt, wenn ihre Wellenformen zueinander passen. Wenn die Anwendergeschwindigkeitssucheinheit dann den Skalierungsfaktor des Geschwindigkeitssensors 21 detektiert, misst die Anwendergeschwindigkeitsmesseinheit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus den Impulsen durch den Geschwindigkeitssensor 21 unter Verwendung dieses Skalierungsfaktors.
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Mit dieser Struktur, wenn der Fehler bei der Fahrtrichtung des Fahrzeugs klein ist, vergleicht, um die Streckenrate abzuschätzen, die Navigationsausrüstung einen Schätzwert, den die Anwendergeschwindigkeitssucheinheit durch Ändern des Koeffizienten berechnet hat, mit dem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu multiplizieren ist, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, während die Fahrtrichtung konstant gehalten wird, mit einem empfangenen Messwert und korrigiert die Geschwindigkeit unter Verwendung des Koeffizienten zu einem Zeitpunkt, wenn die Wellenformen der geschätzten und der Messwerte zueinander passen. Daher, selbst in einem Fall, in dem die Navigationsausrüstung GPS-Positionierung nicht ausführen kann, weil die Anzahl von GPS-Satelliten, die zur Positionierung verwendet werden können, ein oder zwei ist, kann die Navigationsausrüstung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in solcher Weise korrigieren, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen angemessenen Wert zeigt, falls die Navigationsausrüstung eine GPS-Satelliten-Funkwelle ohne einen Einfluss von Mehrwegausbreitung empfangen kann.
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Ausführungsform 8
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Wenn eine GPS-Satelliten-Funkwelle ohne jeglichen Einfluss von Mehrwegausbreitung empfangen wird, ist die Navigationsausrüstung gemäß einer der oben erwähnten Ausführungsformen 1 bis 6 auf solche Weise konstruiert, dass sie die Fahrtrichtung verwendet, welche die Navigationsausrüstung durch Analyse der Streckenrate detektiert hat, um die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu korrigieren, oder die Zuverlässigkeit eines Kandidaten für Kartenabgleich zu evaluieren. Als Alternative kann die Navigationsausrüstung auf solche Weise konstruiert sein, dass sie, wenn sie eine Mehrzahl von GPS-Satelliten-Funkwellen ohne jeglichen Einfluss von Mehrwegausbreitung zur selben Zeit empfängt und dann eine Mehrzahl von Fahrtrichtungen detektiert, sie einen statistischen Prozess an der Mehrzahl von selektierten Fahrtrichtungen durchführt und dann die oben erwähnten Prozesse ausführt. Gemäß dieser Struktur kann die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs genauer detektieren.
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Die Navigationsausrüstung kann auch auf solche Weise konstruiert sein, dass sie, selbst wenn sie nur eine GPS-Satelliten-Funkwelle ohne jeglichen Einfluss von Mehrwegausbreitung empfängt, einen statistischen Prozess an einer Mehrzahl von detektierten Fahrtrichtungen durchführt, falls sie die Mehrzahl von Fahrtrichtungen jeweils bei einer Mehrzahl von Punkten empfängt, und dann die oben erwähnten Prozesse ausführt. Gemäß dieser Struktur kann die Navigationsausrüstung die Fahrtrichtung des Fahrzeugs genauer detektieren.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie oben erwähnt, kann die Navigationsausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung entscheiden, ob jede der dadurch empfangenen GPS-Satelliten-Funkwellen unter dem Einfluss von Mehrwegausbreitung steht oder nicht und kann auch die Fahrtrichtung des Fahrzeugs detektieren, falls die Navigationsausrüstung eine GPS-Satelliten-Funkwelle empfangen kann, die nicht durch den Einfluss von Mehrwegausbreitung beeinträchtigt ist, selbst in einem Fall, in dem die Navigationsausrüstung eine GPS-Positionierung nicht durchführen kann, weil die Anzahl von GPS-Satelliten, die zur Positionierung verwendet werden können, ein oder zwei ist. Als Ergebnis kann die Navigationsausrüstung den Einfluss von Mehrwegausbreitung reduzieren, ohne jegliche Reduktion ihrer Verfügbarkeit zu verursachen und kann die Positionierungsgenauigkeit verbessern. Daher ist die Navigationsausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung als eine fahrzeugmontierte Navigationsausrüstung oder dergleichen geeignet, die Positionierung und Kartenabgleichung durch Verwendung eines GPS-Empfängers und eines Koppelungssensors ausführt.