(57)【要約】  【課題】  移動体に対するアンテナの設置位置を自動的に精度良く検出することができるナビゲーション装置を提供すること。  【解決手段】  ナビゲーション装置は、ＧＰＳ衛星から送信される電波に基づいて車両に装着されたアンテナ１の絶対位置を算出する測位手段３と、ＧＰＳ衛星から送信される電波の受信状態に基づいて、アンテナ１の絶対位置における天空上のＧＰＳ衛星の配置を算出する受信衛星予測手段１１と、車両の絶対方位を算出する絶対方位算出手段４と、車両の絶対方位に対するＧＰＳ衛星の受信状態に基づいて、車両におけるアンテナ１の設置位置を検出するアンテナ位置検出手段１２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星から送信される電波に基づいて移動体に装着されたアンテナの絶対位置を算出する測位手段と、
前記測位衛星から送信される電波の受信状態に基づいて、前記アンテナの絶対位置における天空上の前記測位衛星の配置を算出する受信衛星予測手段と、
前記移動体の絶対方位を算出する絶対方位算出手段と、
前記移動体の絶対方位に対する前記測位衛星の受信状態に基づいて、前記移動体における前記アンテナの設置位置を検出するアンテナ位置検出手段とを備えることを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】
前記移動体の周辺の環境を推定する受信環境推定手段を有し、前記アンテナ位置検出手段は、前記移動体の周辺の環境に基づいて前記測位衛星の受信状態を判断することにより、前記アンテナの設置位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナビゲーション装置に関し、例えば、移動体に設置されたアンテナの位置を正確に推定して目的地までの経路や走行車線を案内するナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車載用のナビゲーション装置は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機と車速パルス、ジャイロ等の相対方位算出手段で構成されている（但し、一部のポータブルナビゲーションシステムでは、車速パルスを使用していないものもある）。
【０００３】
このナビゲーション装置の原理は、ＧＰＳ受信機で車両の絶対座標を算出するとともに、車速パルスやジャイロ等で相対的な位置を算出し、これらの情報にＧＰＳ受信機の衛星受信状況やそれぞれの位置算出精度、地図の道路情報を加味して車両の位置を決定し、地図と合わせて自車位置を表示装置の画面上に表示するものである。
【０００４】
ナビゲーション装置において、絶対位置（自車位置）を算出するのはＧＰＳ受信機であり、その絶対位置は実際に衛星電波を受信するアンテナの位置を示すものである。
【０００５】
このアンテナは、車両毎に設置位置が異なり、必ずしも車両の中心に設置されているとは限らない。このため、目的地までの案内を行う経路誘導機能において、走行車線を正確に認識することができずに車線案内を正しく実現できないおそれがある。
【０００６】
このような不具合を解消するものとして、車両基準位置からＧＰＳアンテナ取り付け位置までの前後方向距離、左右方向距離、上下方向の距離およびアンテナ取り付け方向をアンテナ取り付け位置入力部から入力し、第２距離補正部において補正値を算出してＧＰＳ測位位置を補正するナビゲーション装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、現在位置を検出するＧＰＳアンテナ等と、ＧＰＳアンテナ等の車両内における設置位置を入力する操作部とを備え、車両の前端部の位置とアンテナ等の設置位置とを地図表示上で区別して、運転者の運転感覚により合致した位置に自車マークを表示するナビゲーション装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１９０７７１号公報（第２乃至３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００１−２３５３３６号公報（第５乃至７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来のナビゲーション装置にあっては、アンテナの設置位置をユーザが入力しなければならないため、その分だけユーザに負担が掛かってしまった。
【０００９】
また、誤った値を入力してしまった場合には、車両基準位置とアンテナとの位置関係を正確に算出することができないため、走行車線案内を行う際に、正確に案内を行うことができないおそれがある。
【００１０】
また、何らかの理由によってアンテナを移動した場合には、再度ユーザがアンテナの設置位置を入力しなければならず、再入力しない場合は、誤った値を入力した場合と同様に、正確な案内を行うことができないおそれがある。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するためのものであり、移動体に対するアンテナの設置位置を自動的に精度良く検出することができるナビゲーション装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のナビゲーション装置は、測位衛星から送信される電波に基づいて移動体に装着されたアンテナの絶対位置を算出する測位手段と、前記測位衛星から送信される電波の受信状態に基づいて、前記アンテナの絶対位置における天空上の前記測位衛星の配置を算出する受信衛星予測手段と、前記移動体の絶対方位を算出する絶対方位算出手段と、前記移動体の絶対方位に対する前記測位衛星の受信状態に基づいて、前記移動体における前記アンテナの設置位置を検出するアンテナ位置検出手段とを備えるものから構成される。
【００１３】
この構成により、ユーザがアンテナの設置位置を入力することなしに、移動体に対するアンテナの設置位置を自動的に検出することができる。このため、移動体の走行車線等を正しく判断することができ、走行車線の案内を正確に行って目的地まで誘導することができる。
【００１４】
また、本発明のナビゲーション装置は、前記移動体の周辺の環境を推定する受信環境推定手段を有し、前記アンテナ位置検出手段が、前記移動体の周辺の環境に基づいて前記測位衛星の受信状態を判断することにより、前記アンテナの設置位置を検出するものから構成される。
【００１５】
この構成により、障害物等が少ない場所で測位衛星の受信状態を判断して受信環境による悪影響を排除することができ、アンテナの設置位置をより一層正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明は、移動体に対するアンテナの設置位置を自動的に精度良く検出することができるナビゲーション装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１乃至図６は本発明に係るナビゲーション装置の第１の実施の形態を示す図であり、移動体として車両に適用した例を示している。なお、移動体は車両に限らず、電車、船舶、航空機等に適用しても良い。
【００１９】
図１において、ナビゲーション装置は、アンテナ１、衛星受信手段２、測位手段３、絶対方位算出手段４、マッチング手段５、案内手段６、表示装置７、方位検出手段８、地図情報記憶手段９、速度検出手段１０、受信衛星予測手段１１、アンテナ位置検出手段１２および入力手段１３を備えている。
【００２０】
アンテナ１は測位衛星であるＧＰＳ衛星から送信される電波を受信するようになっている。ＧＰＳ衛星からは各衛星個別のＰＲＮ（Pseudo Random Noise）と呼ばれる符合でスペクトラム拡散された信号が送られており、アンテナ１はこの信号を受信して衛星受信手段２に送信する。
【００２１】
衛星受信手段２はスペクトラム拡散された信号を同一の符号で位相を合わせて逆拡散処理を行うことにより、信号の復調および追尾処理を行うようになっている。
【００２２】
受信衛星予測手段１１はＧＰＳ衛星から送信される軌道情報を用いて天空上のＧＰＳ衛星の配置を予測して、現在地で現在受信可能なＧＰＳ衛星を予測するようになっている。なお、本実施の形態では、測位衛星としてＧＰＳ衛星を例にしているが、その他の衛星測位システム（例えば、欧州のガリレオ、ロシアのグロナス、日本の準天頂衛星等）に置き換え、または組み合わせることもでき、ＧＰＳ衛星に限定するものではない。
【００２３】
測位手段３はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のコンピュータを備えており、衛星受信手段２で受信したＧＰＳ衛星からの信号を用いて、アンテナの絶対位置を算出するようになっている。なお、このとき算出されるのは実際にＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナ１の絶対位置である。また、測位手段３はアンテナ１の絶対位置だけでなく、搬送波のドップラーシフト周波数を利用することにより、アンテナ１の速度および方位を算出するようになっている。
【００２４】
絶対方位算出手段４は上述したコンピュータから構成されており、測位手段３で求めた速度および方位、方位検出手段８から得られる方位および地図情報記憶手段９に記憶された地図情報を総合的に判断することにより、常時に絶対方位を求めるようになっている。
【００２５】
地図情報記憶手段９は地図画像の表示や経路の探索に必要な地図情報を記憶する記憶媒体であり、例えば、ＣＤ、ＣＤ―ＲＯＭ、ＤＶＤ―ＲＯＭ、あるいはハードディスク等から構成されている。なお、地図情報は予め地図情報記憶手段９に記録されたものでも良く、インターネット上のサーバから地図情報記憶手段９にダウンロードされたものでも良い。
【００２６】
速度検出手段１０は、加速度センサや速度センサ等のセンサ類から構成されており、車速を検出するようになっている。また、車輪の回転数を検出するパルスセンサを用い、単位時間当たりの車輪の回転数を算出することにより、車速を検出しても良い。
【００２７】
アンテナ位置検出手段１２は、上述したコンピュータから構成されており、車両のアンテナ１の設置位置により自車両の主に屋根による不感帯を検出し、車両の進行方向を中心とした左右の不感帯の角度比からアンテナ１の設置位置を求めるようになっている。
【００２８】
マッチング手段５は、上述したコンピュータから構成されており、測位手段３、絶対方位算出手段４、車速検出手段１０およびアンテナ位置検出手段１２からの入力情報に基づいて正確な自車両の絶対位置および速度ベクトルを求め、地図情報記憶手段９に対して最適な位置を判断するようになっている。
【００２９】
案内手段６は、上述したコンピュータから構成されており、マッチング手段５で求めた自車両の位置に対して、ユーザが設定した目的地までの経路を案内するようになっている。この際に、複数の車線が存在する場合は、必要に応じて走行する車線まで案内する。
【００３０】
表示装置７は、液晶表示装置等から構成されており、現在位置および周辺の地図、目的地までの経路を表示画面に表示することにより、ユーザに対して目的地までの経路を通知するようになっている。
【００３１】
入力手段１３は、タッチパネル、キーボードあるいはリモコン等の入力装置から構成されており、案内手段６に目的地を入力したりする等のナビゲーション装置の操作に必要な各種入力を行うようになっている。
【００３２】
次に、図２乃至図５に基づいてアンテナ１の位置を検出する方法を説明する。図２はアンテナ１の位置を検出する処理のフローチャートであり、このプログラムはＲＯＭに格納されており、ＣＰＵによって実行される。
【００３３】
図２において、まず、受信衛星予測手段１１で車両の概略位置、現在時刻およびＧＰＳ衛星から送信される軌道情報を用いて、受信可能なＧＰＳ衛星の仰角と方位を求め、天空図が作成可能であるか否かを判別する（ステップＳ１）。このとき、図３（ａ）に示すようにＧＰＳ衛星ＳＶ１乃至ＳＶ５が北基準で配置されているものとする。
【００３４】
ステップＳ１では、車両の概略位置、現在時刻および軌道情報を保有していないことから天空図の作成ができないものと判断した場合には、今回の処理を終了する。
【００３５】
ところで、ＧＰＳ衛星からは１５００ｂｉｔを１フレームとして、様々なデータが送られて来る。このフレームは全部で２５種類あり、１番から２５番まで順番に繰り返し送られる。ＧＰＳ衛星からの伝送速度は５０ｂｐｓであるので、全てのデータを受信するのに１２．５分必要となる。フレームは３００ｂｉｔ単位の５つのサブフレームで構成されており、アンテナではサブフレーム単位で受信することができる。
【００３６】
サブフレーム１〜３には自ＧＰＳ衛星に関する詳細な軌道情報や時刻補正情報等が格納されており、サブフレーム４、５には、他のＧＰＳ衛星の概略軌道情報（アルマナック）等が格納され、受信衛星予測で用いる軌道情報は、基本的にＧＰＳ衛星から取得することができる。また、その他のメディアから軌道情報を放送することも可能であり、特にＧＰＳ衛星から取得する軌道情報に限定するわけではない。
【００３７】
ステップＳ１で天空図が作成可能であるものと判断された場合には、受信衛星予測手段１１によって天空図を作成する（ステップＳ２）。この天空図作成では、まず、現在時刻と軌道情報を用いて全てのＧＰＳ衛星の軌道計算を実施する。次いで、車両概略位置を基準とした仰角と方位角を算出し、仰角が負のＧＰＳ衛星については受信不可能なＧＰＳ衛星と判定し、仰角が正のＧＰＳ衛星のみを受信可能なＧＰＳ衛星と判断して天空図とし、ＲＡＭ等に一旦記憶する。
【００３８】
次いで、絶対方位が算出可能か否かを判断する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、測位手段３で求めた速度および方位、方位検出手段８から得られる方位および地図情報記憶手段９に記憶された地図情報を総合的に判断することにより、車両の進行方向を絶対方位で算出可能であるか否かを判断する。
【００３９】
この絶対方位の算出時に誤差が多いと判断した場合や、何らかの原因（方位検出手段８の故障、地図情報がない等）により絶対方位が算出できない場合は今回の処理を終了する。
【００４０】
ステップＳ３で絶対方位を算出可能であるものと判断した場合には、測位手段３で求めた速度および方位、方位検出手段８から得られる方位および地図情報記憶手段９に記憶された地図情報を総合的に判断することにより、車両の進行方向を絶対方位で算出する。
【００４１】
図３（ａ）に示す予測されるＧＰＳ衛星ＳＶ１乃至ＳＶ５の配置について、求めた絶対方位で座標回転した結果が、図３（ｂ）である。図３（ｂ）では、車両が南方向を向いているものとしている。
【００４２】
次いで、受信可能なＧＰＳ衛星の判定を行った後（ステップＳ５）、進行方向を基準とした天空図に対してＧＰＳ衛星を受信中か否かを判定し、受信分布図を作成する（ステップＳ６）。
【００４３】
図４は受信分布図の一例である。図４では、受信領域を進行方向に対する方位および仰角で幾つかのブロックに分割しておき、そのブロック毎に天空図のＧＰＳ衛星が存在して、受信できた場合には受信率を上昇し、受信できない場合には受信率を下げることにより、ある一定の受信率を下回った場合は、受信不可領域と判断する。この受信分布図は、常にＲＡＭ等に記憶するものであり、定期的にステップＳ１乃至ステップＳ６の処理を繰り返して、その都度受信状態を更新し、学習する。また、ユーザがアンテナ１の位置を変更した場合においては、この受信領域を初期化して再度学習する。
【００４４】
ステップＳ６で受信分布を更新すると、アンテナ位置検出手段１２がこの受信分布から受信できない方位を推定し、図３（ｃ）に示すように、不感帯領域を決定する。このとき、低仰角のＧＰＳ衛星については、車両以外の影響を受けることも考えられるので、一定角度以上の仰角範囲について、受信分布を判断する。
【００４５】
ここで、図５に示すように車両の構造が左右対称である場合においては、車両の進行方向中心からずれた位置にアンテナが設置されると、その設置位置に対応して車両の進行方向に対する左右の不感帯領域の角度が変化する。
【００４６】
本実施の形態では、アンテナ位置検出手段１２によって受信分布から進行方向に対する左右の不感帯領域の角度θ１、θ２の比を求めることにより、車両の進行方向中心に対するアンテナ設置位置を推定する。この場合、車両の走行方向の中心線に対して不感体領域の角度θ１、θ２の比がθ１＜θ２となるので、アンテナ１が車両の左側に設置されたものと推定することができる。
【００４７】
また、不感体領域の角度θ１、θ２の比がθ１＝θ２となる場合には、図６に示すように、アンテナ１が車両の進行方向中心部に設置されたものと推定することができる。
【００４８】
このように本実施の形態では、ＧＰＳ衛星からの検出信号に基づいて車両に装着されたアンテナ１の絶対位置を算出する測位手段３と、ＧＰＳ衛星から送信される電波の受信状態に基づいて、アンテナ１の絶対位置における天空上のＧＰＳ衛星の配置を算出する受信衛星予測手段１１と、車両の絶対方位を算出する絶対方位算出手段４と、車両の絶対方位に対するＧＰＳ衛星の受信状態に基づいて、車両のアンテナ１の設置位置を検出するアンテナ位置検出手段１２とを備えたので、ユーザがアンテナ１の設置位置を入力することなしに、車両のアンテナ１の設置位置を自動的に検出することができる。このため、車両の走行車線等を正しく判断することができ、走行車線の案内を正確に行って目的地まで誘導することができる。図７は本発明に係るナビゲーション装置の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同様の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態では、図７に示すように、受信環境推定手段２１を新たに設けた点に特徴がある。この受信環境推定手段２１は、例えば、地図情報記憶手段９に記憶された地図情報として予め受信環境が悪い地域の地図情報を記憶しておき、この地図情報とマッチング処理した自車位置とを用いて、自車位置の周辺の環境を推定するようになっている。
【００５０】
一般的に、ＧＰＳ用のアンテナ１がＧＰＳ衛星からの電波を受信できない要因として、アンテナ１の設置位置に対する車両形状の影響と車両周辺の受信環境に対する影響の２つが考えられ、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場合には、その何れかの影響に寄るものかを判別することはできない。
【００５１】
ところで、車両周辺の受信環境に対しては、例えば、高層ビルが立ち並ぶ地域、高架下道路等においては、ＧＰＳ衛星からの電波の受信に大きな影響を受けてしまう。
【００５２】
これに対して、第１の実施の形態では、受信不感帯を用いてアンテナ１の設置位置を判定しようとしているが、受信環境によりその判定に影響を与える可能性がある。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、地図情報記憶手段９に予め受信環境が悪い地域の情報を格納しておき、受信環境推定手段２１により現在位置がその悪受信環境下にあるものと判断した場合に、受信環境推定手段２１によりアンテナ位置検出手段１２の判定用データとして用いないようにすることにより、受信環境による影響を排除するようにする。この結果、アンテナ１の設置位置をより一層正確に検出することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、受信環境が悪い場所を予め地図情報に書き込んでおき、現在位置と比較検証するようにしているが、その他の方法として、測位手段３の位置算出率を用いて判定するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明に係るナビゲーション装置は、移動体に対するアンテナの設置位置を自動的に精度良く検出することができるという効果を有し、移動体に設置されたアンテナの位置を正確に推定して目的地までの経路や走行車線を案内するナビゲーション装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるナビゲーション装置のブロック図
【図２】第１の実施の形態におけるナビゲーション装置の動作説明フロー図
【図３】第１の実施の形態の受信可能衛星配置の説明図
【図４】第１の実施の形態におけるナビゲーション装置で用いる受信分布図
【図５】第１の実施の形態のアンテナ設置位置と不感帯域の関係のイメージ図
【図６】第１の実施の形態のアンテナ設置位置と不感帯域の関係の他のイメージ図
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるナビゲーション装置のブロック図
【符号の説明】
【００５７】
１  アンテナ
３  測位手段
４  絶対方位算出手段
１１  受信衛星予測手段
１２  アンテナ位置検出手段
２１  受信環境推定手段
【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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