(57)【要約】【課題】衛星からの受信信号にマルチパス干渉が生じている状況において、その状況に応じて信号処理の条件を制御し、精度の高い測位を行うことが可能な測位装置を提供する。【解決手段】ＧＰＳ衛星距離計算部２４は、信号の伝搬時間に基づいてＧＰＳ測位装置１からＧＰＳ衛星までの距離であるＧＰＳ衛星距離を算出する。距離変化計算部２０は、ＧＰＳ衛星から送信される信号に観測されるドップラ周波数偏移に基づいて、ＧＰＳ衛星距離の変化量を算出する。カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０は、ＧＰＳ衛星距離からＧＰＳ衛星距離の変化量を減算し、ローパスフィルタ処理を施してオフセット距離を算出する。受信レベルカットオフ調整部７０は、受信信号の振幅の平均値に基づいて、カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を適応的に決定する。【選択図】図１
2006064593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星が送信した信号を受信する受信手段と、
受信手段が受信した信号から測位に用いられる測位必要量を抽出する測位必要量抽出手段と、
測位必要量の時間変化を平滑化する平滑化手段と、
時間変化が平滑化された測位必要量を用いて測位を行う測位手段と、
を含む測位装置において、
受信手段が受信した信号に現れるマルチパス干渉の程度を測定するマルチパス干渉測定手段を含み、
マルチパス干渉測定手段の測定結果に基づいて前記平滑化手段における平滑化の程度を決定することを特徴とする測位装置。
【請求項２】
衛星が送信した信号を受信する受信手段と、
受信手段が受信した信号から測位に用いられる第１の測位必要量を抽出する第１の測位必要量抽出手段と、
受信手段が受信した信号から測位に用いられる第２の測位必要量を抽出する第２の測位必要量抽出手段と、
第１の測位必要量と第２の測位必要量との演算によって得られる第３の測位必要量の時間変化を平滑化する平滑化手段と、
時間変化が平滑化された第３の測位必要量を用いて測位を行う測位手段と、
を含む測位装置において、
受信手段が受信した信号に現れるマルチパス干渉の程度を測定するマルチパス干渉測定手段を含み、
マルチパス干渉測定手段の測定結果に基づいて前記平滑化手段における平滑化の程度を決定することを特徴とする測位装置。
【請求項３】
衛星が送信した信号を受信する受信手段と、
受信手段が受信した信号に基づいて衛星までの距離を算出する第１の測距手段と、
受信手段が受信した信号の搬送波に観測されるドップラ周波数偏移量に基づいて衛星までの距離の変化量を算出する距離変化量算出手段と、
第１の測距手段が測定した衛星までの距離から、距離変化量算出手段が算出した衛星までの距離の変化量を引いた差である距離オフセットの時間変化を平滑化する平滑化手段と、
時間変化が平滑化された距離オフセットと衛星までの距離の変化量に基づいて衛星までの距離を算出する第２の測距手段と、
第２の測距手段が算出した衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、
を含む測位装置において、
受信手段が受信した信号に現れるマルチパス干渉の程度を測定するマルチパス干渉測定手段を含み、
マルチパス干渉測定手段の測定結果に基づいて前記平滑化手段における平滑化の程度を決定することを特徴とする測位装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の測位装置において、
マルチパス干渉測定手段は、受信手段が受信した信号の強度を測定する受信強度測定手段を含み、
受信手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定することを特徴とする測位装置。
【請求項５】
請求項１に記載の測位装置において、
マルチパス干渉測定手段は、測位必要量の時間変化の程度を測定する揺らぎ測定手段を含み、
揺らぎ測定手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定することを特徴とする測位装置。
【請求項６】
請求項２に記載の測位装置において、
マルチパス干渉測定手段は、第１の測位必要量と第２の測位必要量の少なくとも一方に基づいて、測位に必要な量である測位必要量の時間変化の程度を測定する揺らぎ測定手段を含み、
揺らぎ測定手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定することを特徴とする測位装置。
【請求項７】
請求項３に記載の測位装置において、
マルチパス干渉測定手段は、第１の測距手段が測定した衛星までの距離と、距離変化量算出手段が算出した衛星までの距離の変化量、の少なくとも一方に基づいて、衛星までの距離の時間変化の程度を測定する揺らぎ測定手段を含み、
揺らぎ測定手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定することを特徴とする測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星が送信する信号を受信して測位を行う測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星測位システムは、複数の衛星から送信される信号を受信し、受信信号に含まれる情報から各衛星の軌道情報を得るとともに各衛星までの距離を算出し、各衛星の軌道情報と各衛星までの距離に基づいて測位計算を行うものである。このような衛星測位システムとしては、例えばＧＰＳ衛星測位システムがある。以下、衛星測位システムを構成する装置のうち、衛星から送信される信号を受信して測位計算を行う処理を行うものを、測位装置と、ＧＰＳ衛星測位システムを構成するものを特に、ＧＰＳ測位装置と称する。
【０００３】
図３に、従来構成のＧＰＳ測位装置５を示す。信号受信部５０はＧＰＳ衛星から送信された信号を受信し、増幅、周波数変換、およびＡ／Ｄ変換などを行った後、ＧＰＳ衛星識別部１２に入力する。ＧＰＳ衛星から送信される信号は、ＰＮ符号によってスペクトラム拡散が施されているため、受信信号から情報を得るためにはＧＰＳ衛星側で用いられたＰＮ符号と同一のＰＮ符号でスペクトラム逆拡散を施さなければならない。複数のＧＰＳ衛星に対してはそれぞれ異なるＰＮ符号が割り当てられており、あるＰＮ符号を以てスペクトラム逆拡散を行い情報を得たということは、そのＰＮ符号が割り当てられたＧＰＳ衛星を他のＧＰＳ衛星から識別したことに他ならない。
【０００４】
ＧＰＳ衛星識別部１２においては予め各衛星に対応するＰＮ符号が記憶されており、記憶されているＰＮ符号を用いて受信信号を逆拡散する。この逆拡散された信号は、ＧＰＳ衛星側で用いられたＰＮ符号と逆拡散に用いたＰＮ符号との相関値を表す信号として用いることができる。相関値としての意味を持つ逆拡散信号は測距制御部１４に入力され、相関値が所定の値を超えた場合には、その受信信号はその記憶されたＰＮ符号が割り当てられたＧＰＳ衛星から送信されたものであると認識し、そのＧＰＳ衛星から送信される信号からデータを取得するようＧＰＳ衛星識別部１２を制御する。
【０００５】
また、識別されたＧＰＳ衛星から受信された信号は、航法データ復調部１６、衛星送信時刻計算部１８、および距離変化計算部２０に入力される。航法データ復調部１６は、受信信号から衛星の軌道情報などを含む航法データを抽出し、衛星位置計算部２２に入力する。また、衛星送信時刻計算部１８は、受信信号からＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻を表すデータを抽出し、衛星位置計算部２２およびＧＰＳ衛星距離計算部２４に入力する。衛星位置計算部２２は、航法データが含む衛星の軌道情報およびＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻に基づいて、信号を送信したＧＰＳ衛星が衛星軌道上の何処に位置していたのかを算出することでＧＰＳ衛星の位置データを算出し、その位置データをＧＰＳ衛星距離計算部２４に入力する。ＧＰＳ衛星距離計算部２４は、ＧＰＳ測位装置５が備える時計５２が入力する時刻からＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻を減算することによって、信号がＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位装置５に到達するのに要した時間、すなわち伝搬時間を算出する。そして、その伝搬時間に電磁波の伝搬速度を乗じることによって、ＧＰＳ測位装置５からＧＰＳ衛星までの距離を算出する。以下、ＧＰＳ測位装置５からＧＰＳ衛星までの距離をＧＰＳ衛星距離とする。ＧＰＳ衛星距離計算部２４は、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータをオフセット推定部２６に入力する。
【０００６】
ＧＰＳ衛星は１２時間で軌道上を１周する周回衛星であるため、衛星からの信号に±５ｋＨｚ程度のドップラ周波数偏移が生じている。距離変化計算部２０は、受信信号の搬送波に観測されるドップラ周波数偏移量を測定し、それに基づいてＧＰＳ衛星距離の時間変化率を算出する。ＧＰＳ衛星距離の時間変化率はＧＰＳ測位装置５から観測される、ＧＰＳ衛星の見かけ上の接近速度にほかならない。ＧＰＳ衛星距離の時間変化率に対して、ある時刻を積分範囲の下限とし、現在時刻を積分範囲の上限とした積分計算を施すと、積分範囲の下限とした時刻から現在時刻までの時間におけるＧＰＳ衛星距離の変化量が算出される。この変化量は、ＧＰＳ衛星の移動およびＧＰＳ測位装置５の移動によってもたらされるものである。以下、積分範囲の下限とした時刻を初期時刻、ＧＰＳ衛星距離の変化量を距離変化量とする。なお、初期時刻から現在時刻までの距離変化量に初期時刻におけるＧＰＳ衛星距離を加えたものは、その値に誤差がなければ現在時刻におけるＧＰＳ衛星距離と一致する。距離変化計算部２０は、上述のような積分計算によって距離変化量を算出し、そのデータをオフセット推定部２６に入力する。
【０００７】
オフセット推定部２６は、ＧＰＳ衛星距離計算部２４が入力したデータによるＧＰＳ衛星距離から、距離変化計算部２０が入力したデータによる距離変化量を減算したオフセット距離を算出する。ただし、オフセット距離の算出に係るＧＰＳ衛星距離および距離変化量は、ＧＰＳ測位装置５が備える時計５２が示す時刻を基準とした同一時刻におけるものでなければならない。ＧＰＳ衛星距離には高周波成分を含む雑音による揺らぎが含まれているため、これに基づいて算出されたオフセット距離にもまた揺らぎが含まれている。そこで、オフセット推定部２６はＧＰＳ衛星距離から距離変化量を減算した後、ローパスフィルタによって揺らぎを除去した上でオフセット距離を算出している。オフセット推定部２６は、このようにして算出したオフセット距離のデータを、ＧＰＳ衛星の位置のデータ、ＧＰＳ衛星距離のデータ、距離変化量のデータとともに補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８に入力する。
【０００８】
補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８は、距離変化量にオフセット距離を加算することで新たにＧＰＳ衛星距離を算出する。この新たに算出されたＧＰＳ衛星距離を、先のＧＰＳ衛星距離と区別して、補正後ＧＰＳ衛星距離とする。補正後ＧＰＳ衛星距離は、ＧＰＳ衛星距離に比して含まれる誤差の値が小さい。その理由を以下に説明する。
【０００９】
ＧＰＳ衛星距離計算部２４がオフセット推定部２６に入力するＧＰＳ衛星距離Ｒは、ある時刻を初期時刻としたときのその初期時刻におけるＧＰＳ衛星距離をＲ0、初期時刻から現在時刻までの間のＧＰＳ衛星距離の変化量をＲD、高周波成分からなる雑音に基づく誤差をｅNとして、
（数１）Ｒ＝Ｒ0＋ＲD＋ｅN  （１）
と表される。ここでＲ0およびＲDは誤差を含まない真の値とする。上述のオフセット距離は、誤差を含んでいないものとすればＲ0に一致する。
【００１０】
一方、距離変化計算部２０が算出する距離変化量Ｄは、電離層などの影響により電磁波の伝搬速度が変動することによって積分計算に誤差ｅIが累積し、
（数２）Ｄ＝ＲD＋ｅI  （２）
と表される。
【００１１】
オフセット推定部２６においてはＲからＤを減じたものにローパスフィルタ処理を施すことでオフセット距離Ｏを算出する。すなわち、ローパスフィルタ処理を施した値にＬＰＦの記号を付して表すこととすれば、オフセット距離Ｏは、
（数３）Ｏ＝ＬＰＦ（Ｒ−Ｄ）＝ＬＰＦ（Ｒ0＋ｅN−ｅI）  （３）
と表される。ここで、Ｒ0は時間に対して一定であるためローパスフィルタ処理によって変化を受けず、ｅNは高周波成分からなるためローパスフィルタによって除去される。したがって、
（数４）Ｏ≒Ｒ0−ＬＰＦ（ｅI）  （４）
【００１２】
補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８においては、補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAが次のように算出される。
（数５）ＲA＝Ｄ＋Ｏ≒ＲD＋ｅI＋Ｒ0−ＬＰＦ（ｅI）  （５）
ここで、ｅIは電磁波の伝搬速度が変化することによって積分計算とともに累積されていく誤差であるため、その時間変化は小さく、ローパスフィルタ処理を施しても値が変化しない。したがって、
（数６）ＬＰＦ（ｅI）≒ｅI  （６）
が成り立ち、（５）式で表されるＲAは、
（数７）ＲA≒ＲD＋Ｒ0  （７）
となり、補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAは誤差をほとんど含まないものとなる。ただし、ここではＧＰＳ測位装置５が備える時計５２と、ＧＰＳ衛星が備える時計とが完全に同期しているものとし、（１）式、（７）式などにはこれらの時計の非同期分に基づく誤差である、非同期距離誤差ｅRが含まれないものとしている。しかしながら、実際には１つのＧＰＳ衛星から取得された信号のみで非同期距離誤差ｅRを回避することは困難であり、（１）式にはｅRが、（７）式にはＬＰＦ（ｅR）が加算されたものとなる。そして、後述するように（７）式に現れるＬＰＦ（ｅR）の影響は、測位計算部５４において考慮され取り除かれる。
【００１３】
ＧＰＳ衛星距離Ｒに含まれる誤差ｅNは、ＧＰＳ衛星が送信する信号に施されるスペクトル拡散処理のＰＮコードの伝送速度が有限であることによって、距離測定分解能が有限となることに基づくものである。一方、距離変化量Ｄには、電磁波の伝搬速度が変動することで積分計算に累積する誤差ｅIが含まれているものの、距離測定分解能が有限であることに基づく誤差は含まれないものとしている。これは、距離変化量Ｄがドップラ周波数偏移量に基づいて算出されるため、十分な距離測定分解能が得られるためである。
【００１４】
例えば、上述のスペクトル拡散処理のＰＮコードの伝送速度を１０．２３Ｍｂｐｓ、ＧＰＳ衛星が送信する信号の搬送波周波数を１５７５．４２ＭＨｚとしたものでは、距離変化量Ｄに含まれる分解能誤差は、ＧＰＳ衛星距離Ｒに含まれる分解能誤差の１５０分の１の程度となり、十分小さい値として考慮する必要がなくなる。
【００１５】
電磁波の伝搬速度が変動することに基づく誤差ｅIは、補正後ＧＰＳ距離計算部２８における（５）式の計算においてローパスフィルタ処理が施された誤差ＬＰＦ（ｅI）によって相殺されるため、補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAとしては、真値ＲD＋Ｒ0に近い値が得られる。
【００１６】
次に、測位計算部５４は、ＧＰＳ衛星の位置と補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAとを対応付けたデータを少なくとも４個のＧＰＳ衛星から取得し、３次元位置座標と非同期距離誤差ｅRについての連立方程式を解くことで、ＧＰＳ測位装置５の位置を算出する。ここで、非同期距離誤差ｅRは、上述したようにＧＰＳ衛星が備える時計と、ＧＰＳ測位装置５が備える時計５２とが同期していないことに基づく距離の誤差であり、これを測位のための連立方程式の未知数に含めることで、測位精度に与える影響を取り除くことが可能となる。
【００１７】
このように、測位計算部５４が測位計算を行うためには少なくとも４個のＧＰＳ衛星から、同時にそれぞれのＧＰＳ衛星に対するＧＰＳ衛星の位置と補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAを取得しなければならない。そのため、ＧＰＳ衛星識別部１２から補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８までの構成要素によって構成される測距部１０は図３に示すように複数個設けられている。上述したような測距部１０を構成する構成要素各部の動作は、測距制御部１４によって制御される。ただし、図においては測距制御部１４から各部に至る制御線については、便宜上記載を省略している。なお、ここで説明した従来構成は、特開平７−１９８８２１号公報に開示されている。
【００１８】
【特許文献１】特開平７−１９８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ＧＰＳ衛星から送信され、ＧＰＳ測位装置で受信される電磁波には、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位装置へ直接到来する直接波のほか、建造物などにおいて反射して到来するマルチパス波がある。これらの到来波は位相が揃っていないため、受信地点によっては振幅を強め合ったり弱め合ったりする。また、受信信号には、直接波が支配的である期間と、マルチパス波が支配的である期間とが不規則に現れる。このような現象を一般にマルチパス干渉という。
【００２０】
マルチパス干渉が生じている場合、ＧＰＳ衛星距離Ｒには、直接波に基づいて算出される値とマルチパス波に基づいて算出される値とが不規則に現れ、これによって誤差が生じる。一方、距離変化量Ｄは、ドップラ周波数偏移量に基づいて算出されるため、直接波に基づいて算出される値とマルチパス波に基づいて算出される値に大きな差はない。したがって、マルチパス干渉存在下においては、ＧＰＳ衛星距離Ｒを用いて算出されるオフセット距離Ｏ、および補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAにマルチパス干渉に基づく誤差が現れ、これが測位計算結果に誤差を生ぜしめることとなる。
【００２１】
マルチパス干渉に起因する補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAの誤差が測位計算結果に及ぼす影響は、オフセット推定部２６に備えられているローパスフィルタのカットオフ周波数を低く設定することで低減することができる。すなわち、ＧＰＳ衛星距離Ｒの誤差による変動はオフセット距離Ｏの変動となって現れるため、これを平滑化するローパスフィルタのカットオフ周波数を低く設定することでオフセット距離Ｏの変動を平滑化し、測位計算結果に及ぼす影響を低減するのである。
【００２２】
しかしながら、ローパスフィルタのカットオフ周波数を無制限に低く設定すると、距離変化量Ｄに含まれる誤差ｅIが、補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８において相殺されず、これが測位計算結果に誤差となって現れるという問題が生じる。すなわち、ローパスフィルタのカットオフ周波数があまりにも低く設定されてしまうことにより、（６）式が成立せず、ｅI−ＬＰＦ（ｅI）の値がそのまま補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAの誤差となって現れ、測位計算結果の誤差をかえって増大させてしまうのである。したがって、カットオフ周波数は、マルチパス干渉の程度に応じて適応的に決定されることが望ましい。
【００２３】
本発明は、このような課題に対してなされたものであり、衛星からの受信信号にマルチパス干渉が生じている状況において、その状況に応じて信号処理の条件を制御し、精度の高い測位を行うことが可能な測位装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、衛星が送信した信号を受信する受信手段と、受信手段が受信した信号から測位に用いられる測位必要量を抽出する測位必要量抽出手段と、測位必要量の時間変化を平滑化する平滑化手段と、時間変化が平滑化された測位必要量を用いて測位を行う測位手段と、を含む測位装置において、受信手段が受信した信号に現れるマルチパス干渉の程度を測定するマルチパス干渉測定手段を含み、マルチパス干渉測定手段の測定結果に基づいて前記平滑化手段における平滑化の程度を決定することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、衛星が送信した信号を受信する受信手段と、受信手段が受信した信号から測位に用いられる第１の測位必要量を抽出する第１の測位必要量抽出手段と、受信手段が受信した信号から測位に用いられる第２の測位必要量を抽出する第２の測位必要量抽出手段と、第１の測位必要量と第２の測位必要量との演算によって得られる第３の測位必要量の時間変化を平滑化する平滑化手段と、時間変化が平滑化された第３の測位必要量を用いて測位を行う測位手段と、を含む測位装置において、受信手段が受信した信号に現れるマルチパス干渉の程度を測定するマルチパス干渉測定手段を含み、マルチパス干渉測定手段の測定結果に基づいて前記平滑化手段における平滑化の程度を決定することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、衛星が送信した信号を受信する受信手段と、受信手段が受信した信号に基づいて衛星までの距離を算出する第１の測距手段と、受信手段が受信した信号の搬送波に観測されるドップラ周波数偏移量に基づいて衛星までの距離の変化量を算出する距離変化量算出手段と、第１の測距手段が測定した衛星までの距離から、距離変化量算出手段が算出した衛星までの距離の変化量を引いた差である距離オフセットの時間変化を平滑化する平滑化手段と、時間変化が平滑化された距離オフセットと衛星までの距離の変化量に基づいて衛星までの距離を算出する第２の測距手段と、第２の測距手段が算出した衛星までの距離に基づいて測位を行う測位手段と、を含む測位装置において、受信手段が受信した信号に現れるマルチパス干渉の程度を測定するマルチパス干渉測定手段を含み、マルチパス干渉測定手段の測定結果に基づいて前記平滑化手段における平滑化の程度を決定することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る測位装置においては、マルチパス干渉測定手段は、受信手段が受信した信号の強度を測定する受信強度測定手段を含み、受信手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定する構成とすることが好適である。
【００２８】
また、本発明に係る測位装置においては、マルチパス干渉測定手段は、測位必要量の時間変化の程度を測定する揺らぎ測定手段を含み、揺らぎ測定手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定する構成とすることが好適である。
【００２９】
また、本発明に係る測位装置においては、マルチパス干渉測定手段は、第１の測位必要量と第２の測位必要量の少なくとも一方に基づいて、測位に必要な量である測位必要量の時間変化の程度を測定する揺らぎ測定手段を含み、揺らぎ測定手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定する構成とすることが好適である。
【００３０】
また、本発明に係る測位装置においては、マルチパス干渉測定手段は、第１の測距手段が測定した衛星までの距離と、距離変化量算出手段が算出した衛星までの距離の変化量、の少なくとも一方に基づいて、衛星までの距離の時間変化の程度を測定する揺らぎ測定手段を含み、揺らぎ測定手段の測定結果に基づいてマルチパス干渉の程度を測定する構成とすることが好適である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、測位に際して算出される衛星までの距離は、マルチパス干渉の影響が低減されたものとなるため、測位装置の位置座標もまた、マルチパス干渉の影響が低減されたものとなり、精度の高い測位装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の実施形態につき説明する。ここで説明する実施形態は、本発明に係る測位装置をＧＰＳ衛星測位システムに適用したものであるが、ＧＰＳ衛星測位システムに限らず、一般的な衛星測位システムにも適用可能であることは明らかである。図１は本発明の第１の実施形態であるＧＰＳ測位装置１の構成を示す。図３に示す従来構成と同一の構成部については、同一の符号を付し説明を省略する。本実施形態は、従来構成に受信レベルカットオフ調整部７０を付加したものである。また、従来構成におけるオフセット推定部２６は、カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に置き換えられている。カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に備えられているローパスフィルタのカットオフ周波数は、従来構成におけるオフセット推定部２６に備えられているそれが固定値であるのに対し、外部からの制御によって変化させることが可能である。そして、受信レベルカットオフ調整部７０は、受信信号の振幅レベルに基づいてカットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に設けられているローパスフィルタのカットオフ周波数を適応的に決定する。
【００３３】
上述のように、マルチパス干渉が測位計算結果に及ぼす影響は、カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に備えられているローパスフィルタのカットオフ周波数を低く設定することで低減することができるが、ローパスフィルタのカットオフ周波数をあまりにも低く設定すると、距離変化量Ｄに含まれる誤差ｅIが補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８において相殺されず、これが測位計算結果に誤差となって現れるという問題が生じる。そこで、マルチパス干渉の程度に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数を適応的に変化させる構成としたものが本実施形態である。
【００３４】
受信信号にマルチパス干渉による影響が含まれている場合、デシベルスケールで表した受信信号の振幅レベルの平均値は、マルチパス干渉による影響が含まれていない場合のそれよりも小さくなる。例えば、振幅が増大するときには、直接波のみを受信する場合に対して最大６ｄＢ振幅レベルが増加するのみであるが、振幅が減少するときには、直接波のみを受信する場合に対して、理論的には−∞ｄＢにまで振幅レベルが減少する。マルチパス干渉の存在下においては、振幅の増大、減少がほぼ同確率で現れるため、デシベルスケールで表した振幅レベルの平均値を算出すると、マルチパス干渉が存在しない場合に比してその値が小さくなる。本実施形態では、この原理に従って受信信号の振幅レベルの変化の判断を以てマルチパス干渉の程度の判断に代えている。
【００３５】
受信レベルカットオフ調整部７０は、受信レベル検出部７２、マルチパス検出部７４、およびカットオフ周波数参照テーブル７６を具備する。受信レベル検出部７２には、ＧＰＳ衛星識別部１２から受信信号が入力される。受信レベル検出部７２は、予め定められた時間内で受信信号のデシベル値の平均値を算出しマルチパス検出部７４に入力する。カットオフ周波数参照テーブル７６には、受信信号のデシベル平均値とそれに対応する適切なカットオフ周波数が対応付けられて記憶されている。マルチパス検出部７４は、カットオフ周波数参照テーブル７６を参照し、受信信号のデシベル平均値に対応するカットオフ周波数の値を取得する。また、マルチパス検出部７４は、カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０が備えるローパスフィルタに対して設定されているカットオフ周波数の値を監視しており、当該カットオフ周波数の値と、カットオフ周波数参照テーブル７６から取得されたカットオフ周波数の値とが異なる場合には、ローパスフィルタのカットオフ周波数をカットオフ周波数参照テーブル７６から取得されたカットオフ周波数に設定する。
【００３６】
カットオフ周波数参照テーブル７６を作成するに際しては、まず、マルチパス干渉の程度とマルチパス干渉の程度に応じた適切なカットオフ周波数との関係を、予めシミュレーションや実験などによって求めておく。マルチパス干渉の程度としては、直接波の強度に対するマルチパス波の強度の比など、定量的に定めておくことが好適である。適切なカットオフ周波数は、マルチパス干渉の存在下、補正後ＧＰＳ距離ＲAの時間に対する変動が極小値をとるときの値として決定することが好適である。次に、マルチパス干渉の程度と受信信号のデシベル平均値との関係を、シミュレーションや実験などによって求める。この関係と、先に求めたマルチパス干渉の程度とマルチパス干渉の程度に応じた適切なカットオフ周波数との関係から、カットオフ周波数参照テーブル７６を作成することができる。
【００３７】
上述のように、測位計算部５４が測位計算を行うためには少なくとも４個のＧＰＳ衛星から、同時にそれぞれのＧＰＳ衛星に対するＧＰＳ衛星の位置と補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAを取得しなければならない。そのため、ＧＰＳ衛星識別部１２から補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８までの構成要素によって構成される測距部１０は、従来構成と同様に複数個設けられている。本実施形態において各ＧＰＳ衛星に対して算出された補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAは、マルチパス干渉の影響が低減されたものであるため、これらに基づいて測位計算部５４において算出されるＧＰＳ測位装置１の位置座標もまた、マルチパス干渉の影響が低減されたものとなる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は第２の実施形態のＧＰＳ測位装置３の構成を示す。図３に示す従来構成と同一の構成部については、同一の符号を付し説明を省略する。本実施形態は、従来構成に距離揺らぎカットオフ調整部８０を付加したものである。また、第１の実施形態と同様、従来構成におけるオフセット推定部２６は、カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に置き換えられている。距離揺らぎカットオフ調整部８０は、ＧＰＳ衛星距離計算部２４が算出したＧＰＳ衛星距離Ｒと距離変化計算部２０が算出した距離変化量Ｄとに基づいて、オフセット距離Ｏ’＝Ｒ−Ｄを算出し、これに基づいてカットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に設けられているローパスフィルタのカットオフ周波数を適応的に決定する。
【００３９】
マルチパス干渉が生じている場合、ＧＰＳ衛星距離Ｒには、直接波に基づいて算出される値とマルチパス波に基づいて算出される値とが不規則に現れ、これによって誤差が生じる。一方、距離変化量Ｄはドップラ周波数偏移量に基づいて測定されるため、直接波に基づいて算出される値とマルチパス波に基づいて算出される値に大きな差はない。そこで、距離揺らぎカットオフ調整部８０は、オフセット距離Ｏ’の時間変動量、すなわち距離揺らぎの程度に基づいてカットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に設けられているローパスフィルタのカットオフ周波数を適応的に決定する。
【００４０】
上述のように、マルチパス干渉が測位計算結果に及ぼす影響は、カットオフ周波数可変型オフセット推定部６０に備えられているローパスフィルタのカットオフ周波数を低く設定することで低減することができるが、ローパスフィルタのカットオフ周波数を無制限に低く設定したとしても、測位計算結果の誤差がそれに従って小さくなるとは限らない。本実施形態は、第１の実施形態と同様、マルチパス干渉の程度に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数を適応的に変化させる構成としたものである。
【００４１】
距離揺らぎカットオフ調整部８０は、距離揺らぎ計測部８２、マルチパス検出部８４、およびカットオフ周波数参照テーブル８６を具備する。距離揺らぎ計測部８２には、距離変化計算部２０から距離変化量Ｄのデータが、コード距離計算部からＧＰＳ衛星距離Ｒのデータが入力される。距離揺らぎ計測部８２はオフセット距離Ｏ’を算出し、その時間変動量を測定する。オフセット距離Ｏ’の時間変動量は、オフセット距離Ｏ’の分散などを以て定量的に決定することが好適である。距離揺らぎ計測部８２は、予め定められた時間内で算出されたオフセット距離Ｏ’の時間変動量をマルチパス検出部８４に入力する。カットオフ周波数参照テーブル８６には、オフセット距離Ｏ’の時間変動量とそれに対応する適切なカットオフ周波数が対応付けられて記憶されている。マルチパス検出部８４は、カットオフ周波数参照テーブル８６を参照し、オフセット距離Ｏ’の時間変動量に対応するカットオフ周波数の値を取得する。また、マルチパス検出部８４はカットオフ周波数可変型オフセット推定部６０が備えるローパスフィルタに対して設定されているカットオフ周波数の値を監視しており、当該カットオフ周波数の値と、カットオフ周波数参照テーブル８６から取得されたカットオフ周波数の値とが異なる場合には、ローパスフィルタのカットオフ周波数をカットオフ周波数参照テーブル８６から取得されたカットオフ周波数に設定する。
【００４２】
カットオフ周波数参照テーブル８６を作成するに際しては、まず、マルチパス干渉の程度とマルチパス干渉の程度に応じた適切なカットオフ周波数との関係を、シミュレーションや実験などによって求めておくことは第１の実施形態と同様である。本実施形態では、次に、マルチパス干渉の程度とオフセット距離Ｏ’の時間変動量との関係を、シミュレーションや実験などによって求める。この関係と、先に求めたマルチパス干渉の程度とマルチパス干渉の程度に応じた適切なカットオフ周波数との関係から、カットオフ周波数参照テーブル８６を作成することができる。
【００４３】
従来構成のＧＰＳ測位装置５および第１の実施形態のＧＰＳ測位装置１と同様、測位計算部５４が測位計算を行うためには少なくとも４個のＧＰＳ衛星から、同時にそれぞれのＧＰＳ衛星に対するＧＰＳ衛星の位置と補正後ＧＰＳ衛星距離を取得しなければならない。そのため、本実施形態においても、ＧＰＳ衛星識別部１２から補正後ＧＰＳ衛星距離計算部２８までの構成要素によって構成される測距部１０は複数個設けられている。本実施形態において各ＧＰＳ衛星に対して算出された補正後ＧＰＳ衛星距離ＲAは、マルチパス干渉の影響が低減されたものであるため、これらに基づいて測位計算部５４において算出されるＧＰＳ測位装置３の位置座標もまた、マルチパス干渉の影響が低減されたものとなる。
【００４４】
以上、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態について説明した。また、本発明はこれらの実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り様々な実施形態が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るＧＰＳ測位装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るＧＰＳ測位装置の第２の実施形態を示す図である。
【図３】従来構成のＧＰＳ測位装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１，３，５  ＧＰＳ測位装置、１０  測距部、１２  ＧＰＳ衛星識別部、１４  測距制御部、１６  航法データ復調部、１８  衛星送信時刻計算部、２０  距離変化計算部、２２  衛星位置計算部、２４  ＧＰＳ衛星距離計算部、２６  オフセット推定部、２８  補正後ＧＰＳ衛星距離計算部、５０  信号受信部、５２  時計、５４  測位計算部、６０  カットオフ周波数可変型オフセット推定部、７０  受信レベルカットオフ調整部、７２  受信レベル検出部、７４，８４  マルチパス検出部、７６，８６  カットオフ周波数参照テーブル、８０  距離揺らぎカットオフ調整部、８２  距離揺らぎ計測部。
【図１】
2006064593.tif 000003
【図２】
2006064593.tif 000004
【図３】
2006064593.tif 000005