(57)【要約】【課題】  記憶容量の増大を抑制しつつ、地球中心を１個のＧＰＳ衛星と見立てて測位計算を精度よく行えるようにする。【解決手段】  動端末１０７ａ、１０７ｂからＧＰＳサーバ１０２への接続が確立すると、移動端末１０７ａ、１０７ｂが接続したアクセスポイントの情報を専用プロトコルによって送信パケットに付加し、ＧＰＳサーバ１０２に伝達し、ＧＰＳサーバ１０２は、移動端末１０７ａ、１０７ｂが接続したアクセスポイントの情報に基づいて高度テーブル１０３ａを検索することにより、現在の移動端末１０７ａ、１０７ｂの位置に対応した高度情報を取得し、移動端末１０７ａ、１０７ｂに送信し、測位手段１０８ａ、１０８ｂは、現在の移動端末１０７ａ、１０７ｂの位置に対応した高度情報を取得すると、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う。【選択図】      図１
2006119006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う測位手段と、
通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得する通信手段とを備えることを特徴とする測位装置。
【請求項２】
前記測位手段は、捕捉したｎ個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定し、擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするｎ個の関数に対して、地球中心を１個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする１個の関数を追加し、これらの合計（ｎ＋１）個の関数について収束計算を行うことにより、（ｎ＋１）元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出することを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項３】
衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う移動端末と、
前記移動端末に搭載され、移動体通信網を介して基地局と通信を行う通信手段と、
前記測位計算に用いられる高度情報を前記移動体通信網信を介して前記移動端末に送信するサーバとを備えることを特徴とする測位システム。
【請求項４】
前記サーバ側に設けられ、前記基地局が受け持つ通信エリアごとに高度情報が登録された高度テーブルをさらに備えることを特徴とする請求項３記載の測位システム。
【請求項５】
前記通信手段は、互いに接続が確立している基地局を特定する情報を前記サーバに送信し、前記サーバは、前記基地局に対応した高度情報を前記移動端末に送信することを特徴とする請求項４記載の測位システム。
【請求項６】
前記移動端末は、今回の測位計算の高度情報として前回の測位結果を用いることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の測位システム。
【請求項７】
ｎ個の衛星を捕捉するステップと、
地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うための高度情報を通信ネットワークを介して取得するステップと、
前記捕捉したｎ個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定するステップと、  前記擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするｎ個の関数を生成するステップと、
前記地球中心を１個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする１個の関数を生成するステップと、
前記生成された（ｎ＋１）個の関数について収束計算を行うことにより、（ｎ＋１）元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出するステップとを備えることを特徴とする測位方法。
【請求項８】
衛星から電波を受信させるとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うステップと、
通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする測位プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測位装置、測位システム、測位方法および測位プログラムに関し、特に、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の車載型端末装置や携帯型端末装置では、ＧＰＳを搭載することにより車両や歩行者の現在位置を把握することが行われている。さらに、車載型端末装置や携帯型端末装置に地図情報を持たせ、ＧＰＳによる測位結果を地図上に表示することにより、ナビゲーション機能を実現することも行われている。そして、ＧＰＳにより現在の位置情報を精度よく算出するためには、少なくとも４つの衛星からの電波を受信する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、ＧＰＳ受信機により捕捉されているｎ個のＧＰＳ衛星からの受信電波より擬似距離riをそれぞれ測定し、擬似距離riを表すＧＰＳ受信機の座標（ｘ，ｙ，ｚ）および時計誤差ｔを変数とするｎ個の関数に対して、マルチパスの発生が検出された場合には、地球中心を１個のＧＰＳ衛星とみたてた擬似距離rn+1を表す受信機の座標を変数とする１個の関数を追加し、これらの合計（ｎ＋１）個の関数について収束計算を行うことにより、マルチパスの影響による測位精度の劣化を抑制する方法が開示されている。
【０００４】
ここで、地球中心を１個のＧＰＳ衛星と見立てて測位計算を行う方法では、ＧＰＳ受信機の高度情報が必要となる。このため、ＧＰＳ受信機に気圧センサを搭載することにより、ＧＰＳ受信機の高度を計測する方法があった。
【特許文献１】特開２００２−３３３４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧＰＳ受信機に気圧センサを搭載する方法では、コストアップを招くとともに、大気が不安定な時は、気圧センサで計測された気圧値が変動する。このため、ＧＰＳ受信機の高度の計測値に誤差が発生し、地球中心を１個のＧＰＳ衛星とみたてた時の測位精度に劣化を招くという問題があった。
一方、高度情報をＧＰＳ受信機に持たせると、ＧＰＳ受信機が移動可能な全てのエリアの高度情報が必要になることから、膨大な記憶容量が必要となり、ＧＰＳ受信機の携帯性が損なわれるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、記憶容量の増大を抑制しつつ、地球中心を１個のＧＰＳ衛星と見立てて測位計算を精度よく行うことが可能な測位装置、測位システム、測位方法および測位プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る測位装置によれば、衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う測位手段と、通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得する通信手段とを備えることを特徴とする。
これにより、必要なエリアの高度情報を必要な時だけ取得することが可能となり、全てのエリアの高度情報を測位装置に持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位装置の記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る測位装置によれば、前記測位手段は、捕捉したｎ個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定し、擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするｎ個の関数に対して、地球中心を１個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする１個の関数を追加し、これらの合計（ｎ＋１）個の関数について収束計算を行うことにより、（ｎ＋１）元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出することを特徴とする。
【０００９】
これにより、衛星の捕捉数を増大させることなく、測位計算に用いる関数の個数を１個分だけ増加させることが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位に必要な数の衛星が捕捉できる場合においても、衛星の配置状態を改善することが可能となり、測位計算の精度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う移動端末と、前記移動端末に搭載され、移動体通信網を介して基地局と通信を行う通信手段と、前記測位計算に用いられる高度情報を前記移動体通信網信を介して前記移動端末に送信するサーバとを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、移動端末が現在存在するエリアの高度情報を必要な時だけサーバから取得することが可能となり、全国あるいは全世界の高度情報を移動端末に持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末の記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、前記サーバ側に設けられ、前記基地局が受け持つ通信エリアごとに高度情報が登録された高度テーブルをさらに備えることを特徴とする。
これにより、あらゆる高度情報を移動端末に持たせることなく、移動端末の移動位置に応じて高度情報を更新することが可能となる。このため、移動端末の記憶容量の増大を抑制しつつ、高度情報の精度を向上させることが可能となり、移動端末の携帯性を損なうことなく、移動端末の測位計算の精度を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、前記通信手段は、互いに接続が確立している基地局を特定する情報を前記サーバに送信し、前記サーバは、前記基地局に対応した高度情報を前記移動端末に送信することを特徴とする。
これにより、移動端末側で測位を行うことなく、移動端末の大体の位置をサーバ側で把握することが可能となる。このため、移動端末に送られる高度情報の精度を向上させることが可能となり、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末の測位を精度よく行うことができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、前記移動端末は、今回の測位計算の高度情報として前回の測位結果を用いることを特徴とする。
これにより、移動端末はサーバにアクセスすることなく、地球中心を衛星と見立てて今回の測位計算を行うことが可能となるとともに、高度情報の精度の劣化を抑制することが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位精度の劣化を抑制しつつ、短時間で測位を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る測位方法によれば、ｎ個の衛星を捕捉するステップと、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うための高度情報を通信ネットワークを介して取得するステップと、前記捕捉したｎ個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定するステップと、前記擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするｎ個の関数を生成するステップと、前記地球中心を１個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする１個の関数を生成するステップと、前記生成された（ｎ＋１）個の関数について収束計算を行うことにより、（ｎ＋１）元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出するステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位に必要な数の衛星が捕捉できる場合においても、衛星の配置状態を改善することが可能となり、測位計算の精度を向上させることができる。
また、本発明の一態様に係る測位プログラムによれば、衛星から電波を受信させるとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うステップと、通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１７】
これにより、測位プログラムをコンピュータに実行させることで、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、コストアップを抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る測位装置および測位方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る測位システムの概略構成を示すブロック図である。
図１において、通信ネットワーク１０５には、処理センタ１０１および基地局１０６ａ〜１０６ｃが接続されている。そして、移動端末１０７ａ、１０７ｂは基地局１０６ａ〜１０６ｃと接続を確立することにより、移動端末１０７ａ、１０７ｂは基地局１０６ａ〜１０６ｃなどのアクセスポイントとの間で通信を行うことができる。また、処理センタ１０１には、ＧＰＳサーバ１０２、データベース１０３および処理端末１０４が設けられている。ここで、データベース１０３には、基地局エリアごとの高度情報が登録された高度テーブル１０３ａが格納されている。
【００１９】
また、移動端末１０７ａ、１０７ｂには、移動端末１０７ａ、１０７ｂの現在位置をそれぞれ測位する測位手段１０８ａ、１０８ｂがそれぞれ設けられている。ここで、測位手段１０８ａ、１０８ｂは、衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことができる。そして、移動端末１０７ａ、１０７ｂは、測位手段１０８ａ、１０８ｂにて測位計算が行われる場合、基地局１０６ａ〜１０６ｃと接続を確立することによりＧＰＳサーバ１０２にアクセスし、高度テーブル１０３ａに登録されている移動端末１０７ａ、１０７ｂの所在エリアの高度テーブルを取得することができる。
【００２０】
ここで、移動端末１０７ａ、１０７ｂからＧＰＳサーバ１０２への接続が確立すると、移動端末１０７ａ、１０７ｂが接続したアクセスポイントの情報を専用プロトコルによって送信パケットに付加し、ＧＰＳサーバ１０２に送出することができる。なお、移動端末１０７ａ、１０７ｂが接続したアクセスポイントの情報としては、例えば、携帯電話またはＰＨＳと交信した基地局、無線電話の基地局、あるいは有線電話の電話番号などを挙げることができる。
【００２１】
そして、ＧＰＳサーバ１０２は、移動端末１０７ａ、１０７ｂが接続したアクセスポイントの情報に基づいて高度テーブル１０３ａを検索することにより、現在の移動端末１０７ａ、１０７ｂの所在エリアの高度テーブルを取得し、移動端末１０７ａ、１０７ｂに送信することができる。
そして、測位手段１０８ａ、１０８ｂは、高度テーブルから現在の移動端末１０７ａ、１０７ｂの位置に対応した高度情報を取得すると、捕捉したｎ個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定し、擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするｎ個の関数を構築するとともに、地球中心を１個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする１個の関数を追加することができる。そして、これらの合計（ｎ＋１）個の関数について収束計算を行うことにより、（ｎ＋１）元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出することができる。
【００２２】
これにより、必要なエリアの高度情報を必要な時だけ移動端末１０７ａ、１０７ｂに持たせることが可能となり、全国あるいは全世界の高度情報を移動端末１０７ａ、１０７ｂに持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末１０７ａ、１０７ｂの記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。
【００２３】
なお、通信ネットワーク１０５としては、ＩＰ通信を行う公衆通信網を用いることができ、インターネットであってもよい。あるいは、固定電話通信網、移動体通信網やＬＡＮなどであってもよい。また、移動端末１０７ａ、１０７は、ノート型パーソナルコンピュータあるいはデスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話端末やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などでもよい。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態に係る高度テーブルの構成例を示す図である。
図２において、基地局ごとの高度テーブルは、ヘッダおよび高度データから構成され、各基地局１０６ａ〜１０６ｃと通信できるエリアにおいて、細分化されたセルの高度値が格納されている。ここで、ヘッダには、基地局番号と基地局１０６ａ〜１０６ｃの座標値（Ｌａｔ＿ｂ，Ｌｏｎ＿ｂ，Ａｌｔ＿ｂ）が登録されている。なお、基地局１０６ａ〜１０６ｃの座標値（Ｌａｔ＿ｂ，Ｌｏｎ＿ｂ，Ａｌｔ＿ｂ）は、（緯度，経度，高度）で表すことができる。また、ヘッダには、細分化されたセルの幅Ｗｉｄｔｈおよび長さＬｅｎｇｔｈが格納されるとともに、各エリアの左上セルの座標（Ｌａｔ＿１，Ｌｏｎ＿１）および右下セルの座標（Ｌａｔ＿２，Ｌｏｎ＿２）などが格納されている。また、高度データは、左上セルから右下セルまでに順番に配置された各セルの高度値Ａｌｔｉｔｕｄｅから構成することができる。
【００２５】
そして、与えられた座標値（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）の高度を高度テーブルから検索する場合、与えられた座標値（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）を左上セルの座標（Ｌａｔ＿１，Ｌｏｎ＿１）および右下セルの座標（Ｌａｔ＿２，Ｌｏｎ＿２）と比較し、このエリアを越えたら基地局の高度値Ａｌｔ_bを移動端末１０７ａ、１０７ｂに返すことができる。
一方、与えられた座標値（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）がエリア内にあるなら、与えられた座標値（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）が存在するセルＩｎｄｅｘを以下の式で計算する。
【００２６】
2006119006.tif 000003
【００２７】
そして、セルＩｎｄｅｘに対応した高度値Ａｌｔｉｔｕｄｅを基地局エリア高度テーブルから検索し、その高度値Ａｌｔ＿ｉを移動端末１０７ａ、１０７ｂに返すことができる。
図３は、図１のＧＰＳ受信機の概略構成を示すブロック図である。
図３において、ＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ信号は、アンテナ１を介して受信される。そして、アンテナ１にて受信されたＧＰＳ信号はローノイズアンプ２に入力され、ローノイズアンプ２にて増幅される。そして、ローノイズアンプ２にて増幅されたＧＰＳ信号は、バンドパスフィルタ３に入力され、バンドパスフィルタ３にて所望の周波数が抽出された後、混合器４に出力される。
【００２８】
一方、基準発振器１６から出力される基準信号はＰＬＬ回路１７に入力され、基準発振器１６から出力された基準信号がＰＬＬ回路１７にて分周または逓倍されて、一定の周波数を持つ周波数信号が生成される。なお、ＰＬＬ回路１７はＣＰＵ１４により制御され、ＰＬＬ回路１７における分周比などを制御することで、ＰＬＬ回路１７にて生成される周波数信号の周波数を変化させることができる。
【００２９】
そして、ＰＬＬ回路１７にて生成された周波数信号は混合器４に出力され、ＰＬＬ回路１７にて生成された周波数信号がバンドパスフィルタ３から出力されたＧＰＳ信号に混合されることで、所定の周波数（１．５ＧＨｚ帯）のＧＰＳ信号が第１中間周波数信号にダウンコンバート（周波数変換）される。
そして、混合器４から出力された第１中間周波数信号はオートゲインコントロールアンプ５に入力され、所定の振幅に増幅される。なお、オートゲインコントロールアンプ５はＣＰＵ１４により制御され、復調回路１０の状況に応じてオートゲインコントロールアンプ５の増幅率を調整することができる。そして、オートゲインコントロールアンプ５にて増幅された第１中間周波数信号はバンドパスフィルタ６に入力され、バンドパスフィルタ６にて所望の周波数が抽出された後、混合器７に出力される。
【００３０】
そして、ＰＬＬ回路１７にて生成された周波数信号が混合器７に出力され、ＰＬＬ回路１７にて生成された周波数信号がバンドパスフィルタ６から出力された第１中間周波数信号に混合されることで、第１中間周波数信号が第２中間周波数信号にダウンコンバートされる。なお、ＰＬＬ回路１７は、混合器４に出力した基準信号よりも周波数の低い基準信号を混合器７に出力することができる。
【００３１】
そして、混合器７から出力された第２中間周波数信号はローパスフィルタ８に入力され、ローパスフィルタ８にて高周波成分が除去された後、Ａ／Ｄコンバータ９に出力される。そして、ローパスフィルタ８から出力された第２中間周波数信号がＡ／Ｄコンバータ９にてデジタル化された後、復調回路１０に出力される。そして、復調回路１０は、第２中間周波数信号が入力されると、ＣＰＵ１４からの制御に基づいて、ＧＰＳ信号の復調処理を行うことができる。
【００３２】
この復調回路１０では、デジタル化された第２中間周波数信号にＰＮ符号（擬似ランダム符号）を乗算して、スペクトラム逆拡散処理を行うとともに、このスペクトラム逆拡散処理された信号をＢＰＳＫ復調して、ＧＰＳ信号の復調処理を行うことにより、ＧＰＳ衛星から送信されたアルマナックデータ、エフェメリスデータおよびＧＰＳタイムデータなどを得ることができる。
【００３３】
ここで、スペクトラム逆拡散処理に使用されるＰＮ符号は、各ＧＰＳ衛星ごとに決められた値をとり、このＰＮ符号を選択することでＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ衛星を選択することができる。なお、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ衛星は、ＣＰＵ１４からの制御に基づいて選択することができる。また、復調回路１０は、８チャンネルから最大１６チャンネルまで同時に復調処理を行うことができ、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を同時に復調することができる。
【００３４】
次に、復調回路１０にて復調された伝送データは演算処理部１１に送られ、各ＧＰＳ衛星から送られたＧＰＳ信号の伝播時間が計算されるとともに、各ＧＰＳ衛星の位置および各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間の距離を計算するために必要な補正値（対流圏補正値、電離層補正値、ＧＰＳタイム補正値）に関する情報を得る。そして、演算処理部１１は、これら得られた情報に基づいてＧＰＳ受信機（移動端末）の現在位置とＧＰＳ受信機のＧＰＳタイムの補正時間とを求めることができる。
【００３５】
この場合、ＧＰＳ受信機の位置には、（ｘ、ｙ、ｚ）の３つの未知数があるため、ＧＰＳ受信機のＧＰＳタイムの補正時間ｔと合わせて４つの未知数を求める必要がある。このため、ＧＰＳ受信機の測位計算を行うためには、通常は４個以上のＧＰＳ衛星から送られたＧＰＳ信号が必要となる。なお、測位計算に用いられるＧＰＳ衛星が４個の場合、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間の補正された距離データと、各ＧＰＳ衛星の位置データに基づいて、４個の連立方程式が作成される。そして、これら４個の連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の現在位置とＧＰＳ受信機のＧＰＳタイムの補正時間（ＧＰＳ時に対するオフセット値）とを求めることができる。
【００３６】
また、地球中心を１個の衛星と見立てることで、擬似距離を表す現在地の座標を変数とする１個の関数を追加することができ、合計で５個の連立方程式を作成することができる。そして、これら５個の連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の現在位置とＧＰＳ受信機のＧＰＳタイムの補正時間とを求めることができ、測位精度を向上させることができる。また、地球中心を１個の衛星と見立てることで、ＧＰＳ衛星が３個しか捕捉できない場合においても、ＧＰＳ受信機の測位を行うことができ、測位時間を短縮することが可能となる。
【００３７】
一方、ＣＰＵ１４は、測位計算を行う場合、基地局１０６ａ〜１０６ｃと通信を確立することによりＧＰＳサーバ１０２にアクセスし、移動端末１０７ａ、１０７ｂと接続が確立した基地局１０６ａ〜１０６ｃの位置を特定するための情報が付加された送信データをベースバンド信号処理部２３に送る。そして、ベースバンド信号処理部２３は、ＣＰＵ１４から送信データを受け取ると、送信データのベースバンド信号処理を行った後、無線部２２に送る。そして、ベースバンド信号処理部２３から出力された送信データの変調処理が無線部２２にて行われ、通信アンテナ２１を介して外部に送出される。そして、通信アンテナ２１を介して外部に送出された送信データは、基地局１０６ａ〜１０６ｃにて受信され、通信ネットワーク１０５を介してＧＰＳサーバ１０２に送信される。そして、ＧＰＳサーバ１０２は、基地局１０６ａ〜１０６ｃの位置を特定するための情報を移動端末１０７ａ、１０７ｂから受信すると、基地局１０６ａ〜１０６ｃの位置を与えられた座標値（Ｌａｔ＿ｂ，Ｌｏｎ＿ｂ）として高度テーブル１０３ａを検索することにより、現在の移動端末１０７ａ、１０７ｂの位置に対応した基地局エリアの高度テーブル１２ａを取得し、通信ネットワーク１０５を介して基地局１０６ａ〜１０６ｃに送出する。そして、基地局１０６ａ〜１０６ｃが高度テーブル１２ａを受信すると、その高度テーブル１２ａは移動端末１０７ａ、１０７ｂに送信される。
【００３８】
そして、移動端末１０７ａ、１０７ｂの位置に対応した高度テーブル１２ａが基地局１０６ａ〜１０６ｃから送信されると、その高度テーブル１２ａが通信アンテナ２１にて受信される。そして、通信アンテナ２１を介して受信された高度テーブル１２ａが無線部２２に送られ、無線部２２にて復調処理が行われる。そして、無線部２２から出力された高度テーブル１２ａがベースバンド信号処理部２３に送られ、ベースバンド信号処理部２３にてベースバンド信号処理が行われた後、ＣＰＵ１４に出力される。そして、ＣＰＵ１４は高度テーブル１２ａを受け取ると、その高度テーブル１２ａをメモリ１２に記憶させることができる。
【００３９】
そして、高度テーブル１２ａがメモリ１２に記憶されると、高度テーブル１２ａを用いることにより、地球中心を１個の衛星と見立てた時の擬似距離を表す現在地の座標を変数とする関数を構築することができる。そして、地球中心を１個の衛星と見立てた時の関数を構築すると、捕捉した衛星について構築した関数を加えた連立方程式の解として移動端末１０７ａ、１０７ｂの現在位置を算出することができる。そして、ＣＰＵ１４は、演算処理部１１にて移動端末１０７ａ、１０７ｂの現在位置が算出されると、その測位結果１２ｂをメモリ１２に記憶することができる。
【００４０】
これにより、移動端末１０７ａ、１０７ｂが現在存在するエリアの高度情報を必要な時だけＧＰＳサーバ１０２から取得することが可能となり、全国あるいは全世界の高度情報を移動端末１０７ａ、１０７ｂに持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末１０７ａ、１０７ｂの記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、捕捉された衛星の配置が悪い場合においても、測位計算の精度を向上させることができる。
【００４１】
なお、今回の測位結果１２ｂがメモリ１２に記憶されている場合、次回の測位を行う時に、次回の測位計算の高度情報１２ａとして今回の測位結果１２ｂを用いるようにしてもよい。これにより、移動端末１０７ａ、１０７ｂはＧＰＳサーバ１０２アクセスすることなく、地球中心を衛星と見立てて次回の測位計算を行うことが可能となるとともに、高度情報１２ａの精度の劣化を抑制することが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位精度の劣化を抑制しつつ、測位計算を短時間で行うことが可能となる。
【００４２】
図４は、本発明の一実施形態に係るＧＰＳの測位方法を説明する図である。
図４において、任意の時刻における各ＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４の位置は、衛星ＳＶ１〜ＳＶ４が絶えず地球に送信する航法メッセージから正確に求めることができる。
各ＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４から送信されるナビゲーション信号には、アルマナックおよびエフェメリスを含む天体暦データの他に、その信号の精密な送信時刻が含まれている。移動端末１０７ａから各ＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４までの距離は、各ナビゲーション信号内に含まれるこの送信時刻から決定することができる。すなわち、ナビゲーション信号の送信時刻と、移動端末１０７ａがナビゲーション信号を受信した受信時刻を用いることにより、ナビゲーション信号の伝播遅延時間を計算することができる。そして、ナビゲーション信号の伝播遅延時間にナビゲーション信号の伝播速度を乗じることにより、ナビゲーション信号を送信中のＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４から移動端末１０７ａまでの擬似距離を求めることができる。
【００４３】
ここで、移動端末１０７ａの時計はＧＰＳ時に完全に同期されていないため、ナビゲーション信号の伝播遅延時間には一定のオフセット時間が含まれている。また、ナビゲーション信号が大気圏を通ることにより、信号伝播時間が遅延する。このため、擬似距離には、ＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４から移動端末１０７ａまでの真の距離に、移動端末１０７ａのオフセット時間、ナビゲーション信号伝播遅延時間および各ＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４に搭載された時計のＧＰＳ時からの誤差が含まれている。
【００４４】
ここで、ナビゲーション信号をデコードすると、対流圏補正値、電離層補正値、ＧＰＳタイム補正値が得られる。残りの移動端末１０７ａの時計誤差ｔｕ及び地球の中心に対する移動端末１０７ａの３次元的な位置（ｘ、ｙ、ｚ）をあわせて、４個の未知数があるため、移動端末１０７ａの３次元的な位置を求めるためには、少なくとも４個のＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４を捕捉する必要がある。そして、これら少なくとも４個のＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４からの２つの情報（ＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４の位置情報と擬似距離）を用いることにより、移動端末１０７ａの位置を三角測量法にて決定することができる。
【００４５】
この三角測量法を用いて移動端末１０７ａの現在の位置を決定するには、以下の３つのステップが必要である。第１に、地球の周囲を周回している２４個のＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４の中から、移動端末１０７ａの視野内の少なくとも４個のＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４の位置を決定する。第２に、移動端末１０７ａから各ＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４までの距離を決定する。第３に、第１および第２のステップで得られた情報から、地球の中心に対する移動端末１０７ａの位置を幾何学的に決定する。
【００４６】
移動端末１０７ａの位置の推定精度は、選択するＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４の数および天空でのＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４の幾何学的な配置によって左右される。このため、より多くのＧＰＳ衛星ＳＶ１〜ＳＶ４を移動端末１０７ａの位置計算に使用することで、地球の中心に対する移動端末１０７ａの位置の推定精度を高めることができる。ここで、ＧＰＳ衛星ＳＶｊと移動端末との擬似距離ｍｅａｓＰＲｊは、以下の（１）式で表すことができる。
【００４７】
2006119006.tif 000004
・・・（１）
【００４８】
ただし、
2006119006.tif 000005
：衛星ＳＶｊの座標
（ｘ，ｙ，ｚ）：移動端末１０７ａの座標
2006119006.tif 000006
：移動端末１０７ａの時計バイアス
である。
【００４９】
そして、
2006119006.tif 000007
と仮定し、非線形方程式（１）をテーラー展開によって
2006119006.tif 000008
で近似すると、以下の（２）式が得られる。
【００５０】
2006119006.tif 000009
・・・（２）
【００５１】
従って、（２）式を変形すると、以下の（３）式が得られる。
【００５２】
2006119006.tif 000010
・・・（３）
ここで、擬似距離とユークリッド距離との差分を、
【００５３】
2006119006.tif 000011
とし、
2006119006.tif 000012
、
2006119006.tif 000013
、
2006119006.tif 000014
、
2006119006.tif 000015
と仮定すると、
【００５４】
2006119006.tif 000016
・・・（４）
【００５５】
となる。従って、（４）式を変形すると、以下の（５）式が得られる。
【００５６】
2006119006.tif 000017
・・・（５）
【００５７】
受信している各衛星ＳＶｊについて（５）式が成り立つので、（５）式は以下の（６）式のような行列で表すことができる。
【００５８】
2006119006.tif 000018
・・・（６）
【００５９】
一方、地球中心を１個の衛星と見立てて測位を行うものとすると、以下の（７）式を得ることができる。
【００６０】
2006119006.tif 000019
・・・（７）
【００６１】
ただし、Ａは地球楕円体（ＧＰＳの場合はＷＧＳ−８４）の長半径（＝６３７８１３７．０ｍ）、Ｂは地球楕円体の短半径（＝６３５６７５２．３１４ｍ）である。そして、（７）式にＡＢを掛けると、以下の（８）式を得ることができる。
【００６２】
2006119006.tif 000020
・・・（８）
【００６３】
ここで、（８）式をテーラー展開し、
【００６４】
2006119006.tif 000021
をＧＰＳ受信機の高度値とすると、以下の（９）式を得ることができる。
【００６５】
2006119006.tif 000022
・・・（９）
【００６６】
ただし、
2006119006.tif 000023
である。
【００６７】
そして、地球中心を一個の衛星と見立てて求めた（９）式の関数を（６）式のｎ個の関数に加えた合計（ｎ＋１）個の関数に対して収束計算を行うことにより、（ｎ＋１）元連立方程式の解として移動端末１０７ａの位置と時計バイアスを近似的に算出することができる。
【００６８】
図５は、本発明の一実施形態に係る高度誤差と位置誤差の関係を示す図である。なお、Ｐ１は、地球中心を測位に利用した場合の高度誤差と位置誤差との関係を示し、Ｐ２は、地球中心を測位に利用しない場合の高度誤差と位置誤差との関係を示す。
図５において、地球中心を測位に利用しない場合には、移動端末１０７ａの位置の誤差は１４４．１０ｍとなっている。これに対し、地球中心を測位に利用する場合には、移動端末１０７ａの高度値が正しければ、移動端末１０７ａの位置の誤差はわずか７．８７ｍになる。ただし、移動端末１０７ａの高度値が正しくないと、高度値の誤差に比例して測位結果の誤差も増加する。このため、高度情報の精度が測位精度に影響を与え、正しい高度値を利用すればするほど、測位精度を向上させることができる。
【００６９】
図６は、本発明の一実施形態に係るサーバアシストを用いた測位方法を示すフローチャートである。
図６において、図１の測位手段１０８ａ、１０８ｂは、移動端末１０７ａ、１０７ｂの測位を行う場合、測位に必要な衛星を捕捉できたか、あるいは捕捉した衛星の配置が良いかどうかを判断する（ステップＳ１）。そして、測位に必要な数だけ衛星が捕捉でき、かつ捕捉した衛星の配置が良い場合、それらの衛星についての（６）式の方程式を解くことにより、測位計算を行う（ステップＳ５）。
【００７０】
一方、測位に必要な数だけ衛星が捕捉できないか、または捕捉した衛星の配置が悪い場合、測位手段１０８ａ、１０８ｂは、高度テーブル１２ａがメモリ１２に記憶されているかどうかを判断する（ステップＳ２）。そして、高度テーブル１２ａがメモリ１２に記憶されていない場合、移動端末１０７ａ、１０７ｂの所在エリアの高度テーブル１２ａをＧＰＳサーバ１０２から取得する（ステップＳ６）。そして、高度テーブル１２ａから移動端末１０７ａ、１０７ｂの高度値を求め、地球中心を一個のＧＰＳ衛星と見立てることにより、（９）式の関数を構築する（ステップＳ７）。そして、（９）式を（６）式に追加することにより、測位計算を行う（ステップＳ５）。
【００７１】
一方、高度テーブル１２ａがメモリ１２に記憶されている場合、移動端末１０７ａ、１０７ｂは、別の基地局１０６ａ〜１０６ｃのエリアに入ったかどうか判断する（ステップＳ３）。そして、移動端末１０７ａ、１０７ｂが別の基地局１０６ａ〜１０６ｃのエリアに入った場合、高度テーブル１２ａをＧＰＳサーバ１０２から取得し（ステップＳ６）、地球中心を一個のＧＰＳ衛星と見立てることにより測位計算を行う（ステップＳ７、Ｓ５）。
【００７２】
一方、移動端末１０７ａ、１０７ｂが別の基地局１０６ａ〜１０６ｃのエリアに入っていない場合、メモリ１２に既に記憶されている高度テーブル１２ａから移動端末１０７ａ、１０７ｂの高度値を求め、地球中心を一個のＧＰＳ衛星と見立てることにより、（９）式の関数を構築する（ステップＳ４）。そして、（９）式を（６）式に追加することにより、測位計算を行う（ステップＳ５）。
【００７３】
図７は、本発明の一実施形態に係る高度情報の取得方法を示すフローチャートであり図７の左側に示すステップＳ１１〜Ｓ１６は移動端末１０７ａ、１０７ｂによる動作フローであり、右側に示すステップＳ２１〜Ｓ２４はＧＰＳサーバ１０２による動作フローである。
図７において、高精度測位において高度テーブルがないあるいは移動端末１０７ａ、１０７ｂが別の基地局１０６ａ〜１０６ｃのエリアに入った時、移動端末１０７ａ、１０７ｂは正確な高度情報が必要と判断して（ステップＳ１１）、専用プロトコルを用いてＧＰＳサーバ１０２との間で接続を確立する（ステップＳ１２）。そして、移動端末１０７ａ、１０７ｂは、ＧＰＳサーバ１０２との間で接続を確立すると、高度テーブル１２ａを要求する送信パケットをＧＰＳサーバ１０２に送出する（ステップＳ１３）。
【００７４】
そして、ＧＰＳサーバ１０２は、高度テーブル１２ａを要求する送信パケットを移動端末１０７ａ、１０７ｂから受信すると（ステップＳ２１）、受信パケットから基地局番号を検出する（ステップＳ２２）。そして、ＧＰＳサーバ１０２は、その基地局番号に基づいて高度テーブル１０３ａを検索することにより、移動端末１０７ａ、１０７ｂと接続が確立した基地局１０６ａ〜１０６ｃが受け持つエリアの高度テーブル１２ａを取得する（ステップＳ２３）。そして、ＧＰＳサーバ１０２は、その高度テーブル１２ａを送信パケットに組み込み、通信ネットワーク１０５を介して送信パケットを移動端末１０７ａ、１０７ｂに送出する（ステップＳ２４）。
【００７５】
そして、移動端末１０７ａ、１０７ｂは、ＧＰＳサーバ１０２から送られた返信パケットを受け取ると（ステップＳ１４）、その返信パケットに含まれる高度テーブル１２ａを抽出して図３のメモリ１２に保存する（ステップＳ１５）。そして、メモリ１２に記憶された高度テーブル１２ａから移動端末１０７ａ、１０７ｂの高度値を求め、地球中心を一個のＧＰＳ衛星と見立てることにより、（９）式の関数を構築する。そして、（９）式を（６）式に追加することにより、測位計算を行う（ステップＳ１６）。
【００７６】
図８は、本発明の一実施形態に係るサーバアシストを用いない測位方法を示すフローチャートである。
図８において、図１の測位手段１０８ａ、１０８ｂは、移動端末１０７ａ、１０７ｂの測位を行う場合、測位に必要な衛星を捕捉できたか、あるいは捕捉した衛星の配置が良いかどうかを判断する（ステップＳ３１）。そして、測位に必要な数だけ衛星が捕捉でき、かつ捕捉した衛星の配置が良い場合、それらの衛星についての（６）式の方程式を解くことにより、測位計算を行う（ステップＳ３３）。
【００７７】
一方、測位に必要な数だけ衛星が捕捉できないか、または捕捉した衛星の配置が悪い場合、メモリ１２に記憶されている前回の測位結果１２ｂから移動端末１０７ａ、１０７ｂの高度値を求め、地球中心を一個のＧＰＳ衛星と見立てることにより、（９）式の関数を構築する（ステップＳ３２）。そして、（９）式を（６）式に追加することにより、測位計算を行う（ステップＳ３３）。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態に係る測位システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態に係る高度テーブルの構成例を示す図。
【図３】図１の移動端末の概略構成を示すブロック図。
【図４】ＧＰＳの測位方法を説明する図。
【図５】高度誤差と位置誤差の関係を示す図。
【図６】サーバアシストを用いた測位方法を示すフローチャート。
【図７】高度情報の取得方法を示すフローチャート。
【図８】サーバアシストを用いない測位方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７９】
１０１  処理センタ、１０２  ＧＰＳサーバ、１０３  データベース、１０３ａ  高度テーブル、１０４  処理端末、１０５  通信ネットワーク、１０６ａ〜１０６ｃ  基地局、１０７ａ、１０７ｂ  移動端末、１０８ａ、１０８ｂ  測位手段、１  ＧＰＳアンテナ、２  ローノイズアンプ、３、６  バンドパスフィルタ、４、７  混合器、５  オートゲインコントロールアンプ、８  ローパスフィルタ、９  Ａ／Ｄコンバータ、１０  復調回路、１１  演算処理部、１２  メモリ、１２ａ  高度情報、１２ｂ  測位結果、１６  基準発信器、１７  ＰＬＬ回路、２１  通信アンテナ、２２  無線部、２３  ベースバンド処理部、ＳＶ１〜ＳＶ４  ＧＰＳ衛星
【図１】
2006119006.tif 000024
【図２】
2006119006.tif 000025
【図３】
2006119006.tif 000026
【図４】
2006119006.tif 000027
【図５】
2006119006.tif 000028
【図６】
2006119006.tif 000029
【図７】
2006119006.tif 000030
【図８】
2006119006.tif 000031