(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星信号を受信した受信信号に対する相関処理を行って前記衛星信号を捕捉して位置及び速度を算出する位置算出ユニットと、少なくとも速度を検出可能なセンサーユニットとを用いて位置を算出する位置算出方法であって、
前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて判定した速度である判定速度を算出することと、
前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差とを用いて、前記判定速度の誤差を算出することと、
前記位置算出ユニットが前記衛星信号をサーチするサーチ周波数を決定する際に用いるドップラー周波数を、前記判定速度を用いて決定することと、
前記判定速度の誤差を用いて、想定される前記ドップラー周波数の変動量であるドップラー誤差を算出し、当該ドップラー誤差が大きいほど、前記位置算出ユニットが前記相関処理を行う際の相関積算時間を短くする前記ドップラー誤差と前記相関積算時間との所定関係に基づいて前記相関積算時間を決定することと、
前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて位置を算出することと、
を含む位置算出方法。
【請求項２】
前記判定速度の誤差を算出することは、前記衛星信号を発信する測位用衛星への視線方向に対する前記判定速度の誤差を算出することを含む、
請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項３】
前記判定速度の誤差を算出することは、前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差とを加重平均することを含む、
請求項１又は２に記載の位置算出方法。
【請求項４】
前記加重平均することは、移動状態に応じて前記加重平均の重みを変更することを含む、
請求項３に記載の位置算出方法。
【請求項５】
前記加重平均することは、前記位置算出ユニットが位置算出可能な状態か否か、及び、前記センサーユニットが検出可能な状態か否か、に応じて前記加重平均の重みを変更することを含む、
請求項３又は４に記載の位置算出方法。
【請求項６】
前記加重平均することは、前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差との相対値に応じて前記加重平均の重みを変更することを含む、
請求項３〜５の何れか一項に記載の位置算出方法。
【請求項７】
衛星信号を受信した受信信号に対する相関処理を行って前記衛星信号を捕捉して位置及び速度を算出する位置算出ユニットと、
少なくとも速度を検出可能なセンサーユニットと、
前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて判定した速度である判定速度を算出する判定速度算出部と、
前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差とを用いて、前記判定速度の誤差を算出する誤差算出部と、
前記位置算出ユニットが前記衛星信号をサーチするサーチ周波数を決定する際に用いるドップラー周波数を、前記判定速度を用いて決定するドップラー周波数決定部と、
前記判定速度の誤差を用いて、想定される前記ドップラー周波数の変動量であるドップラー誤差を算出し、当該ドップラー誤差が大きいほど、前記位置算出ユニットが前記相関処理を行う際の相関積算時間を短くする前記ドップラー誤差と前記相関積算時間との所定関係に基づいて前記相関積算時間を決定する相関積算時間決定部と、
前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて位置を算出する位置算出部と、
を備えた位置算出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置算出方法及び位置算出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測位用信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から位置算出装置までの擬似距離等の情報に基づいて位置算出装置の位置座標と時計誤差とを求める位置算出計算を行う。
【０００３】
ＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ衛星信号は、ＣＡ（Coarse and Acquisition）コードと呼ばれるＧＰＳ衛星毎に異なる拡散符号で変調されている。位置算出装置は、受信信号と、ＣＡコードのレプリカであるレプリカＣＡコードとの相関演算を行い、その相関値に基づいてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。この場合、微弱な受信信号の中からＧＰＳ衛星信号を捕捉する場合に、相関値のピークの検出を容易にするため、相関演算で取得された相関値を所定の積算時間に亘って積算する手法が用いられる。
【０００４】
しかし、ＧＰＳ衛星信号を拡散変調するＣＡコード自体が航法メッセージによって２０ミリ秒毎にＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調されているため、２０ミリ秒毎にＣＡコードの極性が反転し得る。従って、この反転タイミングを跨いで相関値を積算する場合には、符号の異なる相関値を積算する可能性がある。この問題を解決するための技術として、例えば特許文献１に開示されているように、外部から取得した極性反転タイミングの情報に基づいて相関値を積算する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４９９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術によれば、相関積算時間を２０ミリ秒よりも長くすることができる。しかし、相関積算時間を長くすることによって別の問題が生じる。ドップラーがその１つである。例えば、位置算出装置の移動速度が変化するとドップラー周波数が変動する。その結果、長時間の相関積算の間に、サーチ周波数が徐々に変動していき、当初の周波数サーチ範囲から外れてしまう場合がある。例えば、１［Ｇ］の加速度で位置算出装置が移動している場合、ドップラー周波数の変動量は５０［Ｈｚ／ｓ］になる。すなわち、移動速度が変動すると、実際のサーチ周波数が、本来想定していたサーチ周波数から乖離していくことになる。
【０００７】
理論上は、ドップラー周波数が変動しなければ、相関値を積算すればするほど、ある特定の周波数の相関積算値が大きくなっていき、その相関積算値のピークでもって特定周波数（＝受信周波数）を容易に判別できるようになるはずである。しかし、現実にはドップラー周波数が変動することによって、実際のサーチ周波数と本来想定していた周波数との間にズレが生じ、その特定周波数自体も変動してしまう。その結果、一定時間以上の相関積算をすると、逆に相関積算値のピークが判別しにくくなる事態が生じる。
このことは、相関積算時間を長くしても、衛星信号を捕捉できないことに繋がる。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、ドップラー周波数の変動を考慮して、相関処理を適切に行うことを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、衛星信号を受信した受信信号に対する相関処理を行って前記衛星信号を捕捉して位置及び速度を算出する位置算出ユニットと、少なくとも速度を検出可能なセンサーユニットとを用いて位置を算出する位置算出方法であって、前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて判定した速度である判定速度を算出することと、前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差とを用いて、前記判定速度の誤差を算出することと、前記位置算出ユニットが前記衛星信号をサーチするサーチ周波数を決定する際に用いるドップラー周波数を、前記判定速度を用いて決定することと、前記位置算出ユニットが前記相関処理を行う際の相関積算時間を、前記判定速度の誤差を用いて決定することと、前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて位置を算出することと、を含む位置算出方法である。
【００１０】
また、他の形態として、衛星信号を受信した受信信号に対する相関処理を行って前記衛星信号を捕捉して位置及び速度を算出する位置算出ユニットと、少なくとも速度を検出可能なセンサーユニットと、前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて判定した速度である判定速度を算出する判定速度算出部と、前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差とを用いて、前記判定速度の誤差を算出する誤差算出部と、前記位置算出ユニットが前記衛星信号をサーチするサーチ周波数を決定する際に用いるドップラー周波数を、前記判定速度を用いて決定するドップラー周波数決定部と、前記位置算出ユニットが前記相関処理を行う際の相関積算時間を、前記判定速度の誤差を用いて決定する相関積算時間決定部と、前記位置算出ユニットによる算出結果と前記センサーユニットによる検出結果とを用いて位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出システムを構成してもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、衛星信号を利用して位置及び速度を算出する位置算出ユニットによる算出結果と、少なくとも速度を検出可能なセンサーユニットによる検出結果とを用いて判定速度を算出する。また、位置算出ユニットによる算出誤差とセンサーユニットによる検出誤差とを用いて、判定速度の誤差を算出する。そして、位置算出ユニットがサーチ周波数を決定する際に用いるドップラー周波数を、判定速度を用いて決定するとともに、位置算出ユニットが相関処理を行う際の相関積算時間を、判定速度の誤差を用いて決定する。そして、位置算出ユニットによる算出結果とセンサーユニットによる検出結果とを用いて位置を算出する。
【００１２】
位置算出ユニットの移動に起因するドップラー周波数は、センサーユニットにより検出されている速度を用いて予想することができる。しかし、想定されるドップラー周波数は、位置算出ユニットの移動状態等に応じて変動し得る。この場合のドップラー周波数の誤差（＝ドップラー周波数の変動量）は、速度の誤差に基づいて近似可能である。そのため、位置算出ユニットによる算出結果とセンサーユニットによる検出結果とを用いて算出した判定速度に含まれ得る誤差（判定速度の誤差）を用いることで、ドップラー周波数の変動を考慮した適切な相関積算時間を決定することができる。
【００１３】
また、第２の形態として、第１の形態の位置算出方法であって、前記判定速度の誤差を算出することは、前記衛星信号を発信する測位用衛星への視線方向に対する前記判定速度の誤差を算出することを含む、位置算出方法を構成してもよい。
【００１４】
この第２の形態によれば、衛星信号を発信する測位用衛星への視線方向に対する判定速度の誤差を算出する。測位用衛星への視線方向に対する判定誤差を算出することで、ドップラー周波数の誤差を適切に求めることができる。
【００１５】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の位置算出方法であって、前記判定速度の誤差を算出することは、前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差とを加重平均することを含む、位置算出方法を構成してもよい。
【００１６】
この場合において、第４の形態として、第３の形態の位置算出方法における前記加重平均することが、移動状態に応じて前記加重平均の重みを変更することを含むように位置算出方法を構成することも可能である。
【００１７】
この第４の形態によれば、移動状態に応じて、位置算出ユニットによる算出誤差とセンサーユニットによる検出誤差との何れを重視・信頼して加重平均するかを決定することで、判定速度の誤差をより正確に求めることができる。
【００１８】
また、第５の形態として、第３又は第４の形態の位置算出方法における前記加重平均することが、前記位置算出ユニットが位置算出可能な状態か否か、及び、前記センサーユニットが検出可能な状態か否か、に応じて前記加重平均の重みを変更することを含むように位置算出方法を構成することも可能である。
【００１９】
この第５の形態によれば、位置算出ユニットが位置算出可能な状態か否か、及び、センサーユニットが検出可能な状態か否か、に応じて加重平均の重みを変更することで、衛星信号の受信環境やセンサーユニットの検出状態等に応じた適切な判定速度の誤差の算出を実現し得る。例えば、トンネル内等においては一時的に衛星信号を受信できない場合もあり、そのような状態に適切に対応し得る。
【００２０】
さらに、第６の形態として、第３〜第５の何れかの形態の位置算出方法における前記加重平均することが、前記位置算出ユニットによる算出誤差と前記センサーユニットによる検出誤差との相対値に応じて前記加重平均の重みを変更することを含むように位置算出方法を構成することも可能である。
【００２１】
この第６の形態によれば、位置算出ユニットによる算出誤差とセンサーユニットによる検出誤差との相対値に応じて加重平均の重みを変更することで、求められる判定速度の誤差の正確性が一層向上する。
【００２２】
また、第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の位置算出方法であって、前記位置算出ユニットは、前記相関積算時間が経過する毎に相関積算値を合算していくことで前記相関処理を行い、且つ前記相関処理を行って位置を算出する処理を所定の時間間隔で行うユニットであり、前記所定の時間間隔と前記相関積算時間とに基づいて、１回の前記相関処理における前記相関積算値の合算の終了タイミングを調整することと、を更に含む位置算出方法を構成してもよい。
【００２３】
この第７の形態によれば、位置算出ユニットは、相関積算時間が経過する毎に相関積算値を合算していくことで相関処理を行う。そして、相関処理を行って位置を算出する処理を所定の時間間隔で行い、所定の時間間隔と相関積算時間とに基づいて、１回の相関処理における相関積算値の合算の終了タイミングを調整する。
【００２４】
相関積算時間は判定速度の誤差を用いて決定されるため、常に一定であるとは限らない。しかし、第７の形態によれば、相関積算時間がばらばらであっても、各相関積算時間が経過する毎に相関積算値が適切に合算されるように、１回の相関処理における相関積算値の合算の終了タイミングが調整される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】位置算出システムの機能構成の一例を示すブロック図。
【図２】ＧＰＳユニットの機能構成の一例を示すブロック図。
【図３】速度／速度誤差データのデータ構成の一例を示す図。
【図４】出力タイプ判定用テーブルのテーブル構成の一例を示す図。
【図５】加重平均重みパターンデータのデータ構成の一例を示す図。
【図６】ドップラー誤差決定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】速度誤差算出処理の流れを示すフローチャート。
【図８】速度誤差算出の原理の説明図。
【図９】位置／速度算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】衛星信号捕捉処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】相関積算処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】相関積算時間決定の原理の説明図。
【図１３】位置／速度統合処理の流れを示すフローチャート。
【図１４】変形例における位置算出システムの機能構成の一例を示すブロック図。
【図１５】変形例における加重平均重みパターンデータの一例を示す図。
【図１６】変形例における相関積算時間決定用テーブルのテーブル構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。尚、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
【００２７】
１．システム構成
図１は、本実施形態における位置算出システム１（位置算出装置）の機能構成を示すブロック図である。位置算出システム１は、位置算出装置の一種であり、本実施形態においては、自動車やバスといった移動体に搭載されるナビゲーション装置を想定することとして説明する。但し、スマートフォンを含む携帯型電話機やノート型パソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった他の電子機器に適用することも可能である。
【００２８】
位置算出システム１は、移動体に対する相対位置を固定して設置され、方位センサーユニット８０により、移動体の進行方向を位置算出システム１の進行方向として検出可能に構成されている。
【００２９】
位置算出システム１は、処理部１０と、入力部２０と、表示部３０と、通信部４０と、ＩＮＳ（Inertial Navigation System）ユニット５０と、ＧＰＳ（Global Positioning System）ユニット６０と、速度センサーユニット７０と、方位センサーユニット８０とを備えて構成されるコンピューターシステムである。
【００３０】
処理部１０と、入力部２０と、表示部３０と、通信部４０とは、第１データバス４５を介して接続されている。また、処理部１０と、ＩＮＳユニット５０と、ＧＰＳユニット６０と、速度センサーユニット７０と、方位センサーユニット８０とは、第２データバス９０を介して接続されている。
【００３１】
処理部１０は、位置算出システム１を統括的に制御する制御装置であり、その機能部として、ドップラー誤差決定部１１と、位置／速度統合処理部（以下、「ＧＰＡ（Generic Position Algorithm）」と称す。）１５とを備えて構成されている。
【００３２】
ドップラー誤差決定部１１は、位置算出システム１の移動により生ずるドップラー周波数の想定される変動量（以下、「ドップラー誤差」と称す。）を決定する処理回路ブロックである。位置算出システム１の移動によりドップラーが発生するが、その場合のドップラー周波数は、位置算出システム１の移動状態等によって変動する。ドップラー誤差決定部１１は、このドップラー周波数の変動量を、各ユニットからのユニット情報を用いてドップラー誤差として算出する。
【００３３】
ドップラー誤差決定部１１は、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））等のプロセッサーとメモリとを備え、後述するドップラー誤差決定処理をデジタル信号処理として実行する。ドップラー誤差決定部１１は、各種のデータを格納するメモリとしての記憶部１２を備えている。
【００３４】
記憶部１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、処理部１０が位置算出システム１を制御するためのシステムプログラムや、ドップラー誤差決定部１１がドップラー誤差を決定するためのプログラムやデータ等を記憶している。また、ドップラー誤差決定部１１により実行される各種プログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを形成している。
【００３５】
記憶部１２には、例えば、各ユニットから出力されたユニット情報のデータであるユニットデータ１２１と、ユニット情報を用いて算出される位置算出システム１の速度及び速度誤差のデータである速度／速度誤差データ１２３と、各ユニットのユニット情報の出力タイプを判定するための出力タイプ判定用テーブル１２５と、各ユニットのユニット情報を加重平均する際の重みのパターンが定められた加重平均重みパターンデータ１２７とが記憶される。
【００３６】
図３は、速度／速度誤差データ１２３のデータ構成の一例を示す図である。速度／速度誤差データ１２３には、各ユニットのユニット情報を用いて算出される速度／速度誤差１２３３が、時刻１２３１と対応付けて時系列に記憶されている。ドップラー誤差決定部１１は、ユニットデータ１２１に記憶されているユニット情報に基づいて、位置算出システム１の地球基準直交座標系における速度及び速度誤差を算出して、速度／速度誤差データ１２３に記憶させる。ＩＮＳユニット５０、ＧＰＳユニット６０、速度センサーユニット７０及び方位センサーユニット８０の各ユニットが出力する情報を「ユニット情報」と呼ぶ。
【００３７】
本実施形態において、ＧＰＳユニット６０は、ＥＣＥＦ（Earth Centered Earth Fixed）座標系における位置，速度及びこれらの誤差を算出する。一方、ＩＮＳユニット５０はＥＮＵ（East North Up）座標系における位置，速度及びこれらの誤差を算出する。また、速度センサーユニット７０は、位置算出システム１の進行方向に対する速度及びその誤差を検出し、方位センサーユニット８０は、位置算出システム１の進行方向を示す方位及びその誤差を検出する。ドップラー誤差決定部１１は、第２データバス９０を介して各ユニットから取得したユニット情報に基づいて、ＥＣＥＦ座標系における位置算出システム１の速度及び速度誤差を算出する処理を行う。
【００３８】
ＥＣＥＦ座標系は、地球中心地球固定座標系として知られ、地球の中心（地球重心）を原点とし、地球自転軸をＺ軸、グリニジ子午面と赤道面とが交わる軸をＸ軸、これらの２軸と直交する軸をＹ軸とする３軸直交座標系である。また、ＥＮＵ座標系は、東北上座標系として知られ、地表面付近のある点を原点として、天頂方向（地表面に対する垂直線の上方向）をＵ軸、東方向をＥ軸、北方向をＮ軸とする３軸直交座標系である。
ＥＮＵ座標系とＥＣＥＦ座標系との座標変換自体は、行列演算等によって変換することが可能である。
【００３９】
図４は、出力タイプ判定用テーブル１２５のテーブル構成の一例を示す図である。出力タイプ判定用テーブル１２５には、各ユニットのユニット情報の出力状態１２５１と、各出力状態１２５１に一対一に対応付けられた出力タイプ１２５３とが記憶されている。
【００４０】
出力状態１２５１は、各ユニットからユニット情報が出力されているか否かを示す情報であり、ユニット情報が出力されている状態にあるユニットには「○」、ユニット情報が出力されていないユニットには「×」が記憶される。尚、速度センサーユニット７０及び方位センサーユニット８０については、両方のセンサーユニットからの検出結果を用いて速度誤差を算出するため、纏めて「速度／方位」と図示しており、両方のセンサーユニットからユニット情報が出力されている場合にのみ「○」が記憶される。従って、出力状態１２５１は、各ユニットの現在の状態が、ユニット情報を算出又は検出可能な状態か否かを示す情報と言える。
【００４１】
例えば、ＩＮＳユニット５０、ＧＰＳユニット６０及び速度／方位センサーユニット７０，８０の全てのユニットがユニット情報を出力している状態は「タイプＡ」となる。例えば、天空が開けた場所に位置算出システム１が位置し、各ユニットともに問題なく作動している場合には、タイプＡが選択されることとなる。
【００４２】
ＩＮＳユニット５０及びＧＰＳユニット６０は出力している状態にあるが、速度／方位センサーユニット７０，８０が出力していない状態の場合は「タイプＢ」となる。例えば、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信できる受信環境にあるが、速度／方位センサーユニット７０，８０が何らかの原因で故障している場合等が、このタイプＢに該当する。
【００４３】
ＩＮＳユニット５０及び速度／方位センサーユニット７０，８０は出力している状態にあるがＧＰＳユニット６０が出力していない状態の場合は「タイプＣ」となる。例えば、トンネル内や建物内といった、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を受信できず、ＧＰＳユニット６０のみがユニット情報を出力していない（出力できない）状態にある場合がこのタイプＣである。
【００４４】
ドップラー誤差決定部１１は、各ユニットからのユニット情報の出力状況に基づいて、出力状態１２５１を識別する。そして、出力タイプ判定用テーブル１２５を参照し、識別した出力状態１２５１に対応付けられた出力タイプ１２５３を判定する。
【００４５】
図５は、加重平均重みパターンデータ１２７のデータ構成の一例を示す図である。加重平均重みパターンデータ１２７には、出力タイプ１２７１と、移動状態１２７３と、加重平均重みパターン１２７５とが対応付けて記憶されている。
【００４６】
出力タイプ１２７１は、図４の出力タイプ判定用テーブル１２５の出力タイプ１２５３に対応している。移動状態１２７３は、位置算出システム１の現在の移動状態であり、例えば停止状態にあることを示す「停止」、等速移動状態にあることを示す「等速」、加速状態又は減速状態にあることを示す「加速／減速」などの複数の移動状態が記憶されている。
【００４７】
加重平均重みパターン１２７５は、ＩＮＳユニット５０の速度誤差と、ＧＰＳユニット６０の速度誤差と、速度／方位センサーユニット７０，８０の速度誤差とを加重平均計算する際の各速度誤差の重みのパターンである。すなわち、ＩＮＳユニット５０の速度誤差に対する重み「α」と、ＧＰＳユニット６０の速度誤差に対する重み「β」と、速度／方位センサーユニット７０，８０の速度誤差に対する重み「γ」との値の組合せが、加重平均重みパターンとして定められている。但し、「α＋β＋γ＝１」である。
【００４８】
移動状態が「停止」である場合は、速度／方位センサー７０，８０のユニット情報を信頼することとし、速度／方位センサー７０，８０の速度誤差に対する重み「γ」が大きくなるように定められている。停止状態では、速度／方位センサー７０，８０の検出精度は高いが、ＩＮＳユニット５０やＧＰＳユニット６０の算出精度は低下すると考えられるためである。
【００４９】
移動状態が「等速」である場合は、ＧＰＳユニット６０のユニット情報を信頼することとし、ＧＰＳユニット６０の速度誤差に対する重み「β」が大きくなるように定められている。等速状態では、ＧＰＳユニット６０の算出精度が特に向上すると考えられるためである。
【００５０】
また、移動状態が「加速／減速」である場合は、ＩＮＳユニット５０のユニット情報を信頼することとし、ＩＮＳユニット５０の速度誤差に対する重み「α」が大きくなるように定められている。加減速状態では、ＩＮＳユニット５０の算出精度は向上するが、ＧＰＳユニット６０は追従性が悪くなり、算出精度が低下すると考えられるためである。
尚、これらの重みの定め方はあくまでも一例であり、適宜設定変更可能である。
【００５１】
ドップラー誤差決定部１１は、各ユニットの現在の出力状態１２５１を判定するとともに、ユニットデータ１２１に記憶されているユニット情報の履歴に基づいて、位置算出システム１の現在の移動状態１２７３を判定する。そして、判定した現在の各ユニットの出力状態１２５１に対応する出力タイプ１２５３（１２７１）を、出力タイプ判定用テーブル１２５に基づいて決定する。そして、出力タイプ１２７１及び移動状態１２７３に対応する加重平均重みパターン１２７５を、加重平均重みパターンデータ１２７に基づいて決定する。そして、速度誤差算出処理で算出した各ユニットの速度誤差を、読み出した加重平均重みパターン１２７５を用いて加重平均することで、平均速度誤差を算出する。平均速度誤差は、位置算出システム１の判定速度の誤差に相当する値である。
【００５２】
また、ドップラー誤差決定部１１は、第２データバス９０を介してＧＰＳユニット６０からＧＰＳ衛星の衛星位置、衛星速度等の情報（以下、「衛星情報」と称す。）を取得するとともに、ＧＰＡ１５により求められた位置算出システム１の最終的な統合情報（以下、「統合端末情報」と称す。）を取得する。そして、取得した衛星情報と統合端末情報とを用いて、位置算出システム１からＧＰＳ衛星への視線方向を求め、求めた視線方向に対する平均速度誤差をドップラー誤差として算出する。
【００５３】
ＧＰＡ１５は、各種のセンサーユニットから出力された位置及び速度を、例えばカルマンフィルターを利用して統合演算することで、最終的な位置算出システム１の位置及び速度である統合位置及び統合速度を算出する処理部である。この統合位置及び統合速度が統合端末情報である。このＧＰＡ１５の機能は、例えばＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサーにより実現される。ＧＰＡ１５は、得られた統合端末情報を表示部３０に表示させるとともに、ドップラー誤差決定部１１に出力する。統合速度は、位置算出システム１の判定速度に相当する値である。
【００５４】
入力部２０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーにより押下されたキーやボタンの信号を処理部１０に出力する。この入力部２０からの操作入力により、位置算出要求等の各種指示入力がなされる。
【００５５】
表示部３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、処理部１０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部３０には、位置表示画面や時刻情報等が表示される。
【００５６】
通信部４０は、処理部１０の制御に従って、位置算出システム１が外部装置との間で通信を行うための通信装置である。この機能は、例えば、有線通信用のモジュールや、IEEE802.11による無線ＬＡＮやスペクトラム拡散方式による無線通信モジュール等により実現される。また、位置算出システム１を携帯型電話機に適用するケースでは、通信部４０は携帯電話用の通信装置でもよい。
【００５７】
ＩＮＳユニット５０は、センサーユニットの一種であり、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）５１により計測された加速度及び角速度に基づいて公知の慣性航法演算処理を行って、ＩＮＳユニット５０の位置及び速度を算出・検出する慣性航法システム（位置算出システム）である。また、ＩＭＵ５１により計測された加速度誤差及び角速度誤差に基づいて、算出した位置及び速度に含まれ得る誤差を算出する。本実施形態では、ＩＮＳユニット５０は、ＥＮＵ座標系における位置及び速度とともに、それらの誤差である位置誤差及び速度誤差を随時算出する。そして、これらの情報をユニット情報として、第２データバス９０を介して処理部１０に出力する。
【００５８】
ＩＭＵ５１は、例えば、加速度センサーやジャイロセンサーを備え、ＥＮＵ座標系の直交３軸それぞれの軸方向の加速度及び各軸の軸回りの角速度を検出可能に構成される。加速度センサー及びジャイロセンサーは、それぞれ加速度及び角速度を計測するセンサーである。また、ＩＭＵ５１は、計測した加速度及び角速度に含まれ得る誤差を随時算出等して出力するよう構成されている。例えば、計測開始からの経過時間と、計測値に含まれ得る誤差とが対応付けて記憶されており、計測開始からの経過時間に応じた誤差が出力される構成や、計測環境の温度と、計測値に含まれ得る誤差とが対応付けて記憶されており、現在の環境温度に応じた誤差が出力される構成等が考えられる。尚、加速度センサー及びジャイロセンサーは、それぞれが独立したセンサーであってもよいし、一体型のセンサーであってもよい。また、加速度センサーの検出結果に基づいて速度を検出・出力することとしてもよい。
【００５９】
ＧＰＳユニット６０は、位置算出ユニットの一種であり、測位用衛星の一種であるＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を利用した公知の位置算出計算及び速度算出計算を行う。本実施形態では、ＧＰＳユニット６０は、ＥＣＥＦ座標系における位置及び速度と、それらの算出結果に含まれ得る誤差である位置誤差及び速度誤差とを算出する。そして、これらの情報をユニット情報として、第２データバス９０を介して処理部１０に出力する。
【００６０】
速度センサーユニット７０は、センサーユニットの一種であり、位置算出システム１の移動速度を検出するセンサーを備えた速度検出ユニットであり、例えばドップラー効果を利用したものや空間フィルターを利用したものなど、何れの方式のものであってもよい。例えば、位置算出システム１が自動車に適用される場合は、自動車に搭載される車速計を速度センサーユニット７０としてもよい。
【００６１】
本実施形態では、速度センサーユニット７０は、位置算出システム１（移動体）の進行方向に対する移動速度及び移動速度に含まれ得る速度誤差を出力する。速度誤差は、例えば計測開始からの経過時間に応じて定められていたり、計測環境温度と対応付けて定められ、経過時間や環境温度に応じて出力される構成が考えられる。そして、これらの情報をユニット情報として、第２データバス９０を介して処理部１０に出力する。
【００６２】
方位センサーユニット８０は、センサーユニットの一種であり、例えば磁場の強さによって抵抗値やインピーダンス値が増減する素子等で構成される２軸の地磁気センサーを備えた方位検出ユニットである。
【００６３】
本実施形態では、方位センサーユニット８０は、位置算出システム１（移動体）の進行方向を方位として検出するとともに、検出方位に含まれ得る方位誤差を出力する。方位誤差は、速度センサーユニット７０と同様、例えば計測開始からの経過時間に応じて定められていたり、計測環境温度と対応付けて定められ、経過時間や環境温度に応じて出力される構成が考えられる。そして、これらの情報をユニット情報として、第２データバス９０を介して処理部１０に出力する。
【００６４】
２．ＧＰＳユニットの構成
図２は、ＧＰＳユニット６０の機能構成の一例を示すブロック図である。ＧＰＳユニット６０は、ＧＰＳアンテナ６１と、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部６３と、ベースバンド処理回路部６５とを備えて構成される。
【００６５】
ＧＰＳアンテナ６１は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号を受信するアンテナであり、受信信号をＲＦ受信回路部６３に出力する。
【００６６】
ＲＦ受信回路部６３は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、受信したＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部６５に出力する。
【００６７】
ＲＦ受信回路部６３とベースバンド処理回路部６５とで、ＧＰＳ受信部が構成される。尚、ＲＦ受信回路部６３と、ベースバンド処理回路部６５とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。
【００６８】
ベースバンド処理回路部６５は、ＲＦ受信回路部６３から出力されたＩＦ信号に対して相関演算処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出す回路部である。ベースバンド処理回路部６５は、衛星信号捕捉部６５１と、位置／速度算出部６５３と、記憶部６５５とを備えて構成される。
【００６９】
衛星信号捕捉部６５１は、ＲＦ受信回路部６３から出力されたＩＦ信号である受信信号からＧＰＳ衛星信号を捕捉する回路部であり、相関器６５１１と、レプリカ信号発生部６５１３とを備えて構成される。
【００７０】
相関器６５１１は、ＲＦ受信回路部６３から入力したＩＦ信号に変換された受信信号と、レプリカ信号発生部６５１３から入力したレプリカ信号との相関演算を行う相関器（コリレーター）である。相関器６５１１は、相関演算を行うことで求められた相関値を位置／速度算出部６５３に出力する。
【００７１】
レプリカ信号発生部６５１３は、ＧＰＳ衛星信号の拡散符号であるＣＡコードのレプリカ信号を生成する回路部である。レプリカ信号発生部６５１３は、相関積算時間決定部６５３３から出力される相関積算時間に従って、レプリカ信号の位相を変更して生成し、相関器６５１１に出力する。
【００７２】
位置／速度算出部６５３は、衛星信号捕捉部６５１により捕捉されたＧＰＳ衛星信号を利用して、公知の位置／速度算出計算を行ってＧＰＳユニット６０の位置及び速度を算出する回路部であり、処理回路ブロックとして、相関積算処理部６５３１と相関積算時間決定部６５３３とを備えて構成される。
【００７３】
相関積算処理部６５３１は、衛星信号捕捉部６５１の相関器６５１１から出力される相関値を、相関積算時間決定部６５３３により決定された相関積算時間に従って積算する相関積算処理を行う処理部である。この処理部は、ＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサーによって実現される。
【００７４】
相関積算時間決定部６５３３は、相関積算処理部６５３１が相関積算処理を行う際の相関積算時間を決定する処理部である。相関積算時間決定部６５３３も、ＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサーによって実現される。
【００７５】
相関積算時間決定部６５３３は、ドップラー誤差決定部１１により決定されたドップラー誤差を、第２データバス９０を介して処理部１０から取得する。そして、取得したドップラー誤差を用いて相関積算時間を算出・決定し、相関積算処理部６５３１に出力する。
【００７６】
記憶部６５５は、ＲＯＭやフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置によって構成され、ベースバンド処理回路部６５のシステムプログラムや、相関積算処理機能、位置／速度算出機能等を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００７７】
記憶部６５５には、例えば、ビット反転パターンデータ６５５１と、衛星軌道データ６５５３と、ドップラー誤差６５５５とが記憶される。
【００７８】
ビット反転パターンデータ６５５１は、受信信号のＣＡコードのビット反転のパターンが記憶されたデータである。ビット反転パターンデータ６５５１は、例えば位置算出システム１のアシストサーバーからアシストデータとして取得することができる。位置算出システム１を携帯型電話機に適用した場合は、携帯型電話機の基地局からアシストデータとして取得することもできる。
【００７９】
ビット反転パターンデータ６５５１を用いることで、相関積算時間を長くして相関積算処理を行うことが可能となる。ＧＰＳ衛星信号を変調するＣＡコードは、航法メッセージによって２０ミリ秒毎にＢＰＳＫ変調されている。そのため、相関積算時間が２０ミリ秒を超える場合は、航法メッセージの極性反転に起因してＣＡコードの値が反転し、相関値の符号が変化することで、相関積算処理において相関値が相殺される問題がある。しかし、受信信号のビット反転パターンが既知であれば、相関値の符号を揃えて（調整して）積算することが可能となり、相関値が相殺することを防止することができる。
【００８０】
衛星軌道データ６５５３は、全てのＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道情報を記憶したアルマナックや、各ＧＰＳ衛星それぞれについて詳細な衛星軌道情報を記憶したエフェメリス等のデータである。衛星軌道データ６５５３は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号をデコードすることで取得したり、携帯型電話機の基地局やアシストサーバーから取得することができる。
【００８１】
ドップラー誤差６５５５は、第２データバス９０を介してドップラー誤差決定部１１から取得されるドップラー誤差である。
【００８２】
３．処理の流れ
３−１．ドップラー誤差決定部１１の処理
図６は、処理部１０のドップラー誤差決定部１１が実行するドップラー誤差決定処理の流れを示すフローチャートである。
【００８３】
先ず、ドップラー誤差決定部１１は、ユニット情報を出力しているユニットを判定する（ステップＡ１）。そして、記憶部１２の出力タイプ判定用テーブル１２５を参照して、各ユニットからの出力状態１２５１に対応付けられた出力タイプ１２５３を判定する（ステップＡ３）。
【００８４】
次いで、ドップラー誤差決定部１１は、記憶部１２のユニットデータ１２１に記憶されている各ユニット情報の履歴に基づいて、位置算出システム１の移動状態１２７３を判定する（ステップＡ５）。例えば、各ユニット情報の速度が停止相当速度（“０”又はこれに近い値）となっている場合は「停止」、等速速度条件（速度の時間変化が小さい状態が所定時間以上続く）を満たす場合は「等速」、加減速条件（速度の時間変化が急激である場合）を満たす場合は「加速／減速」と判断することができる。
【００８５】
尚、各ユニット情報の履歴による判断が、互いに異なる判断結果となる場合は、前述した加重平均重みパターン１２７５と同様に、「停止」判断は、速度／方位センサー７０，８０のユニット情報を、「等速」判断は、ＧＰＳユニット６０のユニット情報を、「加速／減速」判断は、ＩＮＳユニット５０のユニット情報を重視して行なうことも可能である。
【００８６】
そして、ドップラー誤差決定部１１は、記憶部１２の加重平均重みパターンデータ１２７を参照し、ステップＡ３で選択した出力タイプ１２７１と、ステップＡ５で判定した移動状態１２７３とが対応付けられた加重平均重みパターン１２７５を選択する（ステップＡ７）。そして、ドップラー誤差決定部１１は、速度誤差算出処理を行う（ステップＡ９）。
【００８７】
図７は、速度誤差算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ドップラー誤差決定部１１は、ステップＡ１で判定した各ユニットそれぞれについてループＡの処理を実行する（ステップＢ１〜Ｂ１９）。ループＡの処理では、ドップラー誤差決定部１１は、当該ユニットの種別を判定し（ステップＢ３）、当該ユニットがＧＰＳユニット６０である場合は（ステップＢ３；ＧＰＳ）、次のユニットへと処理を移行する。本実施形態では、ＧＰＳユニット６０はＥＣＥＦ座標系における速度及び速度誤差を出力するため、座標変換を行う必要はない。
【００８８】
一方、当該ユニットが速度センサーユニット７０である場合は（ステップＢ３；速度センサー）、ドップラー誤差決定部１１は、方位センサーユニット８０からの出力があるか否かを判定し（ステップＢ５）、あると判定した場合は（ステップＢ５；Ｙｅｓ）、速度センサーユニット７０及び方位センサーユニット８０の検出結果を用いて、ＥＣＥＦ座標系における速度誤差を算出する（ステップＢ７〜Ｂ１５）。
【００８９】
図８は、ＥＣＥＦ座標系における速度誤差を算出する原理を説明するための図である。図８において、横軸は東方向を正とする東西方向、縦軸は北方向を正とする南北方向を示している。位置算出システム１が搭載された移動体の進行方向の速度は速度センサーユニット７０により検出され、その進行方向の方位は方位センサーユニット８０により検出される。そこで、速度センサーユニット７０により検出された速度を速度ベクトルの長さ（大きさ）とし、方位センサーユニット８０により検出された検出方位を速度ベクトルの向きとする速度ベクトルを定義する。図８における速度ベクトルＶがそれである。
【００９０】
速度センサーユニット７０から出力される検出速度の誤差は、この速度ベクトルＶの向きに沿った方向の誤差であり、方位センサーユニット８０から出力される検出方位の誤差は、この速度ベクトルＶの向き（図８の座標原点を中心とする中心角、或いは、東西方向に対する成す角度）に対する誤差である。
【００９１】
そこで、先ず、速度ベクトルＶの終点を基準として、速度センサーユニット７０から出力された検出速度の誤差の範囲Ｌ１を算出する（図７のステップＢ７）。この範囲Ｌ１は、位置算出システム１が搭載された移動体の前後方向（移動前方／後方方向）の誤差の範囲であるため、以下「前後方向の速度誤差範囲」と称する。
【００９２】
次に、速度ベクトルＶの向きを基準として、方位センサーユニット８０から出力された検出方位の誤差の範囲に相当する速度ベクトルＶの向きのズレ幅を算出する。このズレ幅は、速度ベクトルＶの終点から速度ベクトルＶの向きに直交する方向の範囲Ｌ２として算出される（図７のステップＢ９）。この範囲Ｌ２は、位置算出システム１が搭載された移動体の移動方向に対する左右方向の誤差の範囲であるため、以下「左右方向の速度誤差範囲」と称する。
【００９３】
次いで、前後方向の速度誤差範囲「Ｌ１」と、左右方向の速度誤差範囲「Ｌ２」とのうち、値が大きい方の速度誤差範囲を対角線とする正方形の速度誤差領域Ｓを算出する（図７のステップＢ１１）。図８においては、Ｌ１の方がＬ２よりも大きいため、Ｌ１を対角成分とする速度誤差領域Ｓが算出される。そして、算出した速度誤差領域Ｓの東西方向の長さを速度誤差の東西方向成分（Ｅ成分）、南北方向の長さを速度誤差の南北方向成分（Ｎ成分）として算出する（図７のステップＢ１３）。尚、速度誤差の上下方向成分（Ｕ成分）については、例えば固定値を設定する。以上により、ＥＮＵ座標系における速度誤差が求まる。
【００９４】
このようにしてＥＮＵ座標系における速度誤差を求めたら、座標変換演算を行って、ＥＣＥＦ座標系における速度誤差を算出する（図７のステップＢ１５）。そして、次のユニットへと処理を移行する。
【００９５】
一方、センサーユニットがＩＮＳユニット５０であると判定した場合は（ステップＢ５；ＩＮＳ）、ドップラー誤差決定部１１は、座標変換演算を行って、ＩＮＳユニット５０により検出されたＥＮＵ座標系における速度誤差を、ＥＣＥＦ座標系における速度誤差に変換する（ステップＢ１７）。そして、ドップラー誤差決定部１１は、次のユニットへと処理を移行する。
【００９６】
全てのユニットについてステップＢ３〜Ｂ１７の処理を行った後、ドップラー誤差決定部１１は、ループＡの処理を終了する（ステップＢ１９）。その後、ドップラー誤差決定部１１は、各ユニットについて取得したＥＣＥＦ座標系における速度誤差を速度／速度誤差データ１２３として、記憶部１２に記憶させる（ステップＢ２１）。そして、ドップラー誤差決定部１１は、速度誤差算出処理を終了する。
【００９７】
図６のドップラー誤差決定処理に戻って、速度誤差算出処理を行った後、ドップラー誤差決定部１１は、ステップＡ９で算出した速度誤差を用いて、ステップＡ７で選択した加重平均重みパターンに従って、（「ＩＮＳユニット５０の速度誤差」×α＋「ＧＰＳユニット６０の速度誤差」×β＋「速度／方位センサーユニット７０，８０から求めた速度誤差」×γ）を計算することで、平均速度誤差を算出する（ステップＡ１１）。
【００９８】
次いで、ドップラー誤差決定部１１は、第２データバス９０を介してＧＰＳユニット６０から衛星情報を取得するとともに、ＧＰＡ１５から統合端末情報を取得する（ステップＡ１３）。そして、ドップラー誤差決定部１１は、取得した衛星情報及び統合端末情報を用いて、位置算出システム１からＧＰＳ衛星への視線方向を算出する（ステップＡ１５）。
【００９９】
具体的には、位置算出システム１の統合端末位置（ＸU，ＹU，ＺU）と、捕捉対象衛星の衛星位置（ＸSV，ＹSV，ＺSV）とを用いて、次式（１）に従って観測行列「Ｈ」を算出する。観測行列は、位置算出システム１からＧＰＳ衛星への視線方向を表す行列である。
【数１】
0005521531.tif 000002
【０１００】
式（１）において、「ｒａｎｇｅ」は、位置算出システムの統合端末位置（ＸU，ＹU，ＺU）と、ＧＰＳ衛星の衛星位置（ＸSV，ＹSV，ＺSV）との間の幾何学的距離であり、次式（２）で表される。
【数２】
0005521531.tif 000003
【０１０１】
次いで、ドップラー誤差決定部１１は、ステップＡ１５で算出した視線方向に対する平均速度誤差を求めることでドップラー誤差を算出する（ステップＡ１７）。具体的には、ステップＡ１５で算出した観測行列「Ｈ」を用いて、ドップラー誤差「σ」を次式（３）に従って算出する。
【数３】
0005521531.tif 000004
式（３）において、「（Ｕσ，Ｖσ，Ｗσ）」は、それぞれＥＣＥＦ座標系における各軸方向の平均速度誤差である。
【０１０２】
次いで、ドップラー誤差決定部１１は、ステップＡ１７で算出したドップラー誤差「σ」をＧＰＳユニット６０に出力する（ステップＡ１９）。そして、ドップラー誤差決定部１１は、ドップラー誤差決定処理を終了する。
【０１０３】
３−２．ＧＰＳユニット６０の処理
図９は、ＧＰＳユニット６０の位置／速度算出部６５３が実行する位置／速度算出処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０４】
先ず、位置／速度算出部６５３は、捕捉対象衛星判定処理を行う（ステップＣ１）。具体的には、不図示の時計部で計時されている現在時刻において、所与の基準位置の天空に位置するＧＰＳ衛星を、記憶部６５５の衛星軌道データ６５５３を用いて判定して、捕捉対象衛星とする。基準位置は、例えば、電源投入後の初回の位置算出の場合は、いわゆるサーバーアシストによってアシストサーバーから取得した位置とし、２回目以降の位置算出の場合は、最新の統合端末位置とする等の方法で設定できる。
【０１０５】
次いで、位置／速度算出部６５３は、ステップＣ１で判定した各捕捉対象衛星について、ループＢの処理を実行する（ステップＣ３〜Ｃ１１）。ループＢの処理では、位置／速度算出部６５３は、衛星信号捕捉処理を行う（ステップＣ５）。
【０１０６】
図１０は、衛星信号捕捉処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、位置／速度算出部６５３は、記憶部６５５に記憶されている衛星軌道データ６５５３に基づいて、当該捕捉対象衛星の衛星情報（衛星位置、衛星速度）を算出する（ステップＤ１）。また、位置／速度算出部６５３は、ＧＰＡ１５から統合端末情報（統合端末位置、統合端末速度）を取得する（ステップＤ３）。
【０１０７】
次いで、位置／速度算出部６５３は、ステップＤ１及びＤ３で取得した衛星情報及び統合端末情報をドップラー誤差決定部１１に出力する（ステップＤ５）。これは、ドップラー誤差決定部１１が当該捕捉対象衛星への視線方向を算出することを可能にするためである。
【０１０８】
また、位置／速度算出部６５３は、ＧＰＳユニット６０に内蔵されたクロックのドリフトを取得する（ステップＤ７）。そして、位置／速度算出部６５３は、衛星速度と統合端末速度とクロックのドリフトとを用いて、当該捕捉対象衛星のドップラー周波数を決定する（ステップＤ９）。尚、ドップラー周波数の算出方法については従来公知であるため、ここでは説明を省略する。
【０１０９】
次いで、位置／速度算出部６５３は、ステップＤ９で決定したドップラー周波数を考慮して、当該捕捉対象衛星の周波数サーチに使用するサーチ周波数を決定する（ステップＤ１１）。具体的には、ＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数にドップラー周波数を加味した周波数をサーチ周波数に決定する。
【０１１０】
そして、位置／速度算出部６５３は、決定したサーチ周波数で衛星信号捕捉部６５１に当該捕捉対象衛星のＧＰＳ衛星信号の捕捉を実行させる（ステップＤ１３）。そして、位置／速度算出部６５３は、衛星信号捕捉処理を終了する。
【０１１１】
図９の位置／速度算出処理に戻って、衛星信号捕捉処理を行った後、相関積算処理部６５３１が相関積算処理を行う（ステップＣ７）。
【０１１２】
図１１は、相関積算処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、相関積算処理部６５３１は、相関積算値の次回出力時刻を設定する（ステップＥ１）。次回出力時刻は、任意の時刻（例えば、相関積算を開始してから４秒経過後の時刻）を設定することができる。そして、相関積算処理部６５３１は、内部のタイマーをリセット・スタートさせる（ステップＥ３）。
【０１１３】
次いで、相関積算時間決定部６５３３は、第２データバス９０を介してドップラー誤差決定部１１からドップラー誤差を取得する（ステップＥ５）。そして、相関積算時間決定部６５３３は、相関積算時間決定処理を行う（ステップＥ７）。
【０１１４】
ここで、本実施形態における相関積算時間を決定する方法の原理について説明する。本願発明者は、ドップラー誤差と、相関積算値と、相関積算時間との関係を求める実験を行った。
【０１１５】
図１２は、実験結果から得られたドップラー誤差と、相関積算値と、相関積算時間との関係を示す図であり、相関積算時間をｔ（ミリ秒）として相関値を積算する処理を行った場合の相関積算値の変化を示すグラフである。ドップラー誤差Δｆが無い（「０」である）場合は、ドップラー周波数ｆｄに変動が生じないため、実際のサーチ周波数（＝搬送波周波数ｆｃ＋ドップラー周波数ｆｄ）も変動しない。しかし、ドップラー誤差Δｆが有る（≠０）場合は、ドップラー周波数ｆｄが想定していた周波数と異なるため、実際のサーチ周波数は、想定しているサーチ周波数から変動した周波数となる。
【０１１６】
相関値を積算する際には、周波数に対応する相関値を積算していく。ドップラー誤差Δｆが有る（≠０）場合に積算していくと、積算の際に基準としている周波数が誤ってしまう。その結果、積算によって得られる最終的な相関積算値のピークの値は期待していた値よりも低い値となる。この相関積算値のピーク値の低減は、ドップラー誤差Δｆの大きさが大きいほど、大きく低減する。図１２のグラフが示す通りである。
【０１１７】
一方、相関積算時間ｔについても同様である。ドップラー誤差Δｆが有る（≠０）場合、相関積算時間ｔが長ければ長いほど、最終的な相関積算値のピーク値は低減する。図１２では分かり難いが、相関積算値（ピーク値）が「０」になってしまう場合のドップラー誤差Δｆと、相関積算時間ｔとの関係から明らかである。
【０１１８】
すなわち、相関積算値が「０」になってしまう場合のドップラー誤差Δｆは、１０００／ｔで求められる。相関積算時間ｔが長いほど、ドップラー誤差Δｆは小さくなる。このことは、相関積算時間ｔが長くなればなるほど、求められる最終的な相関積算値のピーク値は急激に低減してしまう（早期に「０」になってしまう）ことを意味する。従って、相関積算時間ｔを長く設定して相関積算を行うと、僅かなドップラー誤差であっても、相関積算値のピークの検出が困難になる。
【０１１９】
このことから、ドップラー誤差Δｆが小さい場合は、相関積算時間ｔを長く設定し、ドップラー誤差Δｆが大きい場合は、相関積算時間ｔを短く設定することが適切であると考えられる。そこで、本実施形態では、ドップラー誤差Δｆを用いて、次式（４）に従って相関積算時間ｔを算出する。
【数４】
0005521531.tif 000005
【０１２０】
式（４）によれば、ドップラー誤差Δｆが大きいほど、相関積算時間ｔは短くなる。ドップラー誤差を２倍した値２Δｆを用いて相関積算時間ｔを算出することにしたのは、図１２に示したように、相関積算値（ピーク値）の山が観測されなくなるドップラー誤差の境界はΔｆ＝１０００／ｔであるため、相関積算時間をｔ＝１０００／Δｆとして求めたのでは、相関積算値のピークの検出が困難になると考えられるためである。
【０１２１】
図１１の説明に戻って、このようにして相関積算時間を決定したら、相関積算処理部６５３１は、相関器６５１１から出力される相関値を、決定した相関積算時間ｔで積算する相関積算を実行する（ステップＥ９）。そして、相関積算処理部６５３１は、今回の相関値を積算した時刻（以下、「今回積算時刻」と称す。）が出力時刻を越えているか否かを判定する（ステップＥ１１）。
【０１２２】
ステップＥ１１において越えていないと判定した場合は（ステップＥ１１；Ｎｏ）、相関積算処理部６５３１は、今回積算時刻の相関積算値を最新の相関積算値（以下、「最新相関積算値」と称す。）に加算することで最新相関積算値を更新する（ステップＥ１３）。そして、今回積算時刻で最新積算時刻を更新した後（ステップＥ１５）、ステップＥ５に戻る。
【０１２３】
一方、ステップＥ１１において今回積算時刻が出力時刻を越えていると判定した場合は（ステップＥ１１；Ｙｅｓ）、相関積算処理部６５３１は、今回積算時刻と出力時刻との時刻差が最新積算時刻と出力時刻との時刻差よりも小さいか否かを判定する（ステップＥ１７）。
【０１２４】
そして、小さいと判定した場合は（ステップＥ１７；Ｙｅｓ）、今回積算時刻の相関積算値を最新相関積算値に加算することで最新相関積算値を更新する（ステップＥ１９）。そして、相関積算処理部６５３１は、出力する相関積算値（以下、「出力相関積算値」と称す。）を最新相関積算値で更新する（ステップＥ２１）。そして、出力相関積算値を記憶部６５５に記憶させて（ステップＥ２３）、相関積算処理を終了する。
【０１２５】
図９の位置／速度算出処理に戻って、相関積算処理を行った後、位置／速度算出部６５３は、相関積算処理で求めた出力相関積算値に基づいて受信周波数及びコード位相を検出する（ステップＣ９）。そして、位置／速度算出部６５３は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１２６】
全ての捕捉対象衛星についてステップＣ５〜Ｃ９の処理を行った後、位置／速度算出部６５３は、ループＢの処理を終了する（ステップＣ１１）。その後、位置／速度算出部６５３は、位置／速度算出計算を実行して、位置算出システム１の位置及び速度と、位置誤差及び速度誤差とを算出する（ステップＣ１３）。
【０１２７】
位置算出計算は、例えば位置算出システム１と捕捉対象衛星間の擬似距離を利用して、例えば最小二乗法やカルマンフィルターを用いた公知の収束演算を行うことで実現することができる。また、速度算出計算は、例えば捕捉対象衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数の時間変化を利用して同様に公知の手法に基づいて実現することができる。
【０１２８】
そして、位置／速度算出部６５３は、算出した位置、位置誤差、速度及び速度誤差を、第２データバス９０を介して処理部１０に出力する（ステップＣ１５）。そして、位置／速度算出部６５３は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＣ１７）、まだ処理を終了しないと判定した場合は（ステップＣ１７；Ｎｏ）、ステップＣ１に戻る。
【０１２９】
また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＣ１７；Ｙｅｓ）、位置／速度算出部６５３は、位置／速度算出処理を終了する。
【０１３０】
３−３．ＧＰＡ１５の処理
図１３は、ＧＰＡ１５が実行する位置／速度統合処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ＧＰＡ１５は、第２データバス９０を介して、ＩＮＳユニット５０及びＧＰＳユニット６０から位置を取得する（ステップＦ１）。また、ドップラー誤差決定部１１から、各ユニットの速度を取得する（ステップＦ３）。
【０１３１】
次いで、ＧＰＡ１５は、ステップＦ１及びＦ３で取得した位置及び速度に対するフィルター処理を行う（ステップＦ５）。本実施形態では、カルマンフィルターを利用した位置及び速度の統合処理をフィルター処理として実行する。
【０１３２】
具体的には、ＩＮＳユニット５０の位置及び速度を、カルマンフィルターにおける状態（状態ベクトル）「Ｘ」として設定する。また、カルマンフィルターにおける外部観測量とする観測値「Ｚ」を、ＧＰＳユニット６０から取得した位置及び速度と、速度／方位センサーユニット７０，８０から求めた速度とする。そして、状態「Ｘ」を予測する予測演算と、予測された状態「Ｘ」を観測値「Ｚ」を用いて補正する補正演算とを行う。そして、補正演算で補正された状態「Ｘ」に含まれる位置及び速度を、統合された端末位置及び端末速度に決定する。
【０１３３】
次いで、ＧＰＡ１５は、フィルター処理で統合された統合端末位置及び統合端末速度を統合端末情報として、ドップラー誤差決定部１１に出力するとともに、第２データバス９０を介してＧＰＳユニット６０に出力する（ステップＦ７）。そして、ＧＰＡ１５は、位置／速度統合処理を終了する。
【０１３４】
４．作用効果
位置算出システム１において、ＩＮＳユニット５０及びＧＰＳユニット６０により算出された速度と、センサーユニットの一種である速度／方位センサーユニット７０，８０により検出された速度とがＧＰＡ１５により統合されて、位置算出システム１の速度が算出される。また、ＩＮＳユニット５０及びＧＰＳユニット６０により算出された速度誤差と、速度／方位センサーユニット７０，８０により検出された速度誤差とを用いて、ドップラー誤差決定部１１によりドップラー誤差が決定される。
【０１３５】
そして、ＧＰＳユニット６０において、ＧＰＡ１５により決定された速度を用いてドップラー周波数が決定されるとともに、ドップラー誤差決定部１１により決定されたドップラー誤差を用いて、相関処理を行う際の相関積算時間が決定される。そして、ＩＮＳユニット５０及びＧＰＳユニット６０により算出された位置がＧＰＡ１５により統合されて、位置算出システム１の位置が算出される。
【０１３６】
位置算出システム１は移動するため、その移動に伴うドップラーの影響を無視することはできない。この場合のドップラー周波数は、位置算出システム１の速度を用いて予想することができるが、位置算出システム１の移動状態等により、想定されるドップラー周波数は変動する。本実施形態では、このドップラー周波数の変動量を、位置算出システム１の速度誤差を用いてドップラー誤差として算出する。そして、算出したドップラー誤差を用いて相関積算時間を決定する。これにより、ドップラー周波数の変動を考慮した適切な相関積算時間を決定して相関処理を行うことが可能となる。
【０１３７】
より具体的には、各ユニットからのユニット情報の出力状態と、位置算出システム１の移動状態とに基づいて、各ユニットの速度誤差を加重平均する際の重みのパターンである加重平均重みパターンを選択する。そして、選択した加重平均重みパターンを用いて各ユニットからの速度誤差を加重平均して、平均速度誤差を算出する。そして、ＧＰＳ衛星信号を発信するＧＰＳ衛星への視線方向を求め、求めた視線方向に対する平均速度誤差をドップラー誤差として算出する。
【０１３８】
各ユニットがユニット情報を検出・出力可能な状態であるか否かといった要素や、位置算出システム１の移動状態といった要素に応じて、何れのユニットから出力されたユニット情報を重視・信頼すべきであるかが変化する。そのため、これらの要素に応じて各ユニットの速度誤差の重みを可変にして加重平均を行うことで、ドップラー誤差をより正確に求めることが可能となる。
【０１３９】
例えば、トンネル内等のＧＰＳ衛星信号を受信することができない環境下に位置算出システム１が位置している場合は、ＧＰＳユニット６０のユニット情報を利用することができないため、速度の算出精度は低下し、速度誤差は次第に大きくなっていく。この場合、ドップラー誤差が大きくなるため、式（４）により相関積算時間は短くなる。しかし、図１２で示したように、相関積算時間を短くすると、ドップラー誤差が大きな値であっても相関積算値のピークの検出が可能になる。そのため、位置算出システム１がトンネルを抜けてＧＰＳ衛星信号を受信可能な状態に復帰した場合に、ＧＰＳ衛星信号の捕捉を迅速且つ適切に行うことが可能となる。
【０１４０】
また、ＧＰＳユニット６０は、相関積算処理において、相関積算時間が経過する時刻を積算時刻とし、各積算時刻において相関積算値を合算していくことで相関処理を行う。そして、今回の積算時刻が相関積算値の出力時刻（例えば４秒毎の時刻）を越えている場合は、今回の積算時刻と出力時刻との時刻差と、前回の積算時刻と出力時刻との時刻差の大小を判定し、時刻差の小さい方の積算時刻を、相関積算値の合算の終了時刻に決定する。
【０１４１】
本実施形態では、ドップラー誤差を用いて相関積算時間が決定されるため、相関積算時間は一定の値ではなく、ばらばらの値となる。そのため、予め定められた相関積算値の出力タイミングと、相関積算時間の積算タイミングとが必ずしも一致するとは限らない。そこで、相関積算値の出力時刻に最も近い積算時刻が相関積算値の合算の終了タイミングとなるように調整することとした。
【０１４２】
尚、本実施形態では、ドップラー周波数の変動量を「ドップラー誤差」と定義して説明を行ったが、ドップラー周波数の変動量をドップラー周波数の精度という意味で「ドップラー精度」と定義することにしてもよい。他の「誤差」も同様に「精度」ということもできる。
【０１４３】
５．変形例
５−１．ユニットの種類
位置算出システム１に搭載可能なユニットは、上述したユニットに限られるわけではない。例えば、位置や速度の算出に利用可能な物理的事象を検出可能なユニットとして、加速度センサーユニット、ジャイロセンサーユニット等のセンサーユニットを組み込むことも可能である。また、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）を用いて位置を検出するユニットを位置検出ユニットとして組み込むことも可能である。
【０１４４】
図１４は、この変形例における位置算出システム２の構成の一例を示すブロック図である。位置算出システム２は、ＩＮＳユニット５０の代わりにＩＭＵ５１を搭載したシステムである。尚、図１４において、先に説明した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図１と同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１４５】
位置算出システム２では、ＩＮＳユニット５０の代わりに、ＩＭＵ５１が具備されている。また、処理部１０には、ＩＭＵ５１から出力されるユニット情報を用いて位置及び速度と、位置誤差及び速度誤差とを算出するＩＭＵ位置／速度算出部１３が設けられている。この場合、ドップラー誤差決定部１１は、ＩＭＵ位置／速度算出部１３により算出された速度誤差と、ＧＰＳユニット６０により算出された速度誤差と、速度／方位センサーユニット７０，８０の検出結果から算出される速度誤差とを用いてドップラー誤差を算出・決定する。また、位置／速度統合処理部１５は、ＧＰＳユニット６０から出力される位置及び速度と、速度／方位センサーユニット７０，８０から出力される速度と、ＩＭＵ位置／速度算出部１３により算出される位置及び速度とを統合して統合端末情報を算出する。
【０１４６】
尚、速度センサーユニット７０及び方位センサーユニット８０を省略し、ＩＭＵ位置／速度算出部１３により算出された速度誤差と、ＧＰＳユニット６０により算出された速度誤差とを用いてドップラー誤差を算出することとしてもよい。また、この場合は、ＩＭＵ位置／速度算出部１３により算出された位置及び速度と、ＧＰＳユニット６０により算出された位置及び速度とを統合して統合端末情報を算出する。
【０１４７】
５−２．ユニットの座標系
また、上述した実施形態では、ＩＮＳユニット５０には算出座標系としてＥＮＵ座標系が割り当てられており、ＧＰＳユニット６０には算出座標系としてＥＣＥＦ座標系が割り当てられているものとして説明したが、この座標系の割り当ては適宜設定変更可能である。例えば、ＥＣＥＦ座標系における位置及び速度を算出するようにＩＮＳユニット５０を設計することも可能である。何れにしても、座標変換演算を行うことで、座標系を統一して位置及び速度を算出することができる。
【０１４８】
５−３．速度誤差の相対値に応じた加重平均の重みの変更
ＩＮＳユニット５０の速度誤差と、ＧＰＳユニット６０の速度誤差と、速度／方位センサーユニット７０，８０の速度誤差との相対値に応じて、速度誤差を加重平均する際の重みを変更することにしてもよい。
【０１４９】
図１５は、この場合における加重平均重みパターンデータのデータ構成の一例を示す図である。尚、説明の簡明化のため、各ユニットの出力タイプについては図示を省略し、移動状態別の加重平均重みパターンを図示している。
【０１５０】
この加重平均重みパターンデータでは、予め各ユニットに定められた値に、各ユニットの速度誤差で正規化されたパラメーター値を乗算した値を重みとするパターンが定められている。但し、ＩＮＳユニット５０の速度誤差を「σｉ」、ＧＰＳユニット６０の速度誤差を「σｇ」、速度／方位センサーユニット７０，８０の重みを「σｓ」として図示している。各ユニットの速度誤差の相対値を加味して加重平均の重みを設定することで、ドップラー誤差をより正確に求めることができる。
【０１５１】
５−４．ドップラー誤差の算出
上述した実施形態では、各ユニットの速度誤差を加重平均して平均速度誤差を算出し、この平均速度誤差を用いてドップラー誤差を算出するものとして説明したが、このドップラー誤差の算出方法はあくまでも一例である。
【０１５２】
例えば、加重平均ではなく、単純な算術平均を用いて平均速度誤差を算出し、この平均速度誤差を用いてドップラー誤差を算出してもよい。また、各ユニットから出力された速度誤差のうち値が最も小さい速度誤差を選択し、選択した速度誤差を用いてドップラー誤差を算出してもよい。
【０１５３】
５−５．相関積算時間の決定
上述した実施形態では、式（４）に従って相関積算時間を算出するものとして説明したが、例えば図１６に示すように、ドップラー誤差と相関積算時間との対応関係を定めたテーブルを用意しておいてもよい。そして、ドップラー誤差決定部１１により決定されたドップラー誤差に対応付けられた相関積算時間をテーブルから読み出して、相関積算時間を決定することとしてもよい。
【０１５４】
５−６．位置／速度統合処理
上述した実施形態では、ＧＰＡ１５が実行する位置／速度統合処理において、ＧＰＳユニット６０の算出結果を観測値として利用してカルマンフィルターを利用したフィルター処理を行うものとして説明したが、ＩＮＳユニット５０の算出結果を観測値としてカルマンフィルターを利用したフィルター処理を行ってもよい。
【０１５５】
５−７．フィルター処理
また、上述した実施形態では、カルマンフィルター処理によって位置を算出する例を説明したが、使用するフィルターとして、Ｐａｒｔｉｃｌｅフィルター（粒子フィルター）、Ｓｉｇｍａポイントフィルター（シグマポイントフィルター）、最小二乗法によるフィルター等を採用し、これらのフィルターを用いたフィルター処理を行って位置／速度を統合してもよい。
【０１５６】
５−８．位置算出ユニット
また、上述した実施形態では、位置算出ユニットとしてＧＰＳユニットを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムを利用した位置算出ユニットであってもよい。
【符号の説明】
【０１５７】
１  位置算出システム、  １０  処理部、  １１  ドップラー誤差決定部、  １３  ＩＭＵ位置／速度算出部、  １５  位置／速度統合処理部（ＧＰＡ）、  ２０  入力部、  ３０  表示部、  ４０  通信部、  ４５  第１データバス、  ５０  ＩＮＳユニット、  ５１  ＩＭＵ、  ６０  ＧＰＳユニット、  ７０  速度センサーユニット、  ８０  方位センサーユニット、  ９０  第２データバス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005521531.tif 000020
【図１６】
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