(57)【要約】【課題】従来技術において、利用できる衛星の数が不足する場合に、車両の回転方向における角加速度を測定するジャイロと加速度センサ及び、地図の高度情報などから不足する情報を補っているが、これらは製品のコストアップを招く。【解決手段】ＧＰＳ測位装置１０は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナ１１と、速度センサから速度を取得する速度取得部１４と、加速度センサからの傾斜角を取得する傾斜角取得部１５及びナビゲーション装置１８と接続され、ＧＰＳ測位装置１０は、高度処理部２０と、アンテナ１１と接続されている受信復調部１２と受信復調部１２に接続される測位計算部１３を有している。高度処理部２０は、速度取得部１４と傾斜角取得部１５に接続される高度変化量算出部１６と、高度変化量算出部１６に接続される高度計算部１７を有し、高度計算部１７は測位計算部１３に接続される。【選択図】図１
2006112994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、複数の測位衛星からの電波により位置データを算出する測位装置において、
車両の速度と傾斜角を出力するセンサ部と、
センサ部から情報を取得して車両の高度変化量を算出する高度変化量算出部と、
複数の電波を復調して測位情報を出力する受信復調部と、
復調された測位情報に基づいて高度データを含む位置データを出力する測位計算処理部と、
測位計算処理部から基準となる高度データと高度変化量算出部から高度変化量を取得して補正高度データを求め、地球中心に位置する測位衛星の擬似距離とする高度計算部と、
を備え、
測位計算処理部は、補正高度データを利用して測位計算を行うことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測位装置において、
測位計算処理部は、受信変調部から受信状態を取得し、受信状態が所定値より良い場所で測定した高度を基準となる高度データとして出力することを特徴とする測位装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の測位装置において、
高度計算部は、基準となる高度データと高度変化量算出部からの高度変化量を積算して現在の高度を算出することを特徴とする測位装置。
【請求項４】
複数の測位衛星からの電波を捕捉して位置データを算出する測位方法において、
複数の電波を復調して測位情報と受信状態とを出力する受信復調工程と、
測位情報に基づいて高度データを含む位置データを出力する測位計算処理工程と、
予め受信状態が所定値より良い場所で測定した高度データを基準となる高度データとして出力する基準高度データ出力工程と、
車両の速度と傾斜角を出力するセンサ部から情報を取得して車両の高度変化量を算出する高度変化量算出工程と、
測位計算処理工程から基準となる高度データと高度変化量算出工程から高度変化量を取得して補正高度データを積算し、補正高度データを地球中心に位置する測位衛星の擬似距離とする高度計算工程と、
を含み、
測位計算処理工程は、受信状態に応じて基準となる高度データを更新し、補正高度データを利用して測位計算を行うことを特徴とする測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ナビゲーション装置などに利用し、測位衛星からの電波により自己位置を測定する際に測位衛星からの受信状態に応じて高度情報を利用して測位精度を維持させる測位装置及び測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測位システムとして例えばＧＰＳ衛星とＧＬＯＮＡＳＳ衛星などがある。特にＧＰＳ衛星は、地球の上空約２０，０００ｋｍの軌道上を周回する人工衛星である。軌道は、６種類あり、地球の赤道面を横切る経度が６０度ずつずらされている。ＧＰＳ衛星の総数は２４個であり、各軌道にはＧＰＳ衛星がそれぞれ４個ずつ配置され、地球上のどの地点でも４個以上のＧＰＳ衛星が視界に入るようになっている。
【０００３】
ＧＰＳ衛星は、正確な時刻、軌道に関する情報の精度を示すデータを電波にのせて所定のタイミングで地上に送信している。このため、時刻と軌道の関数から衛星の位置を知ることができ、衛星の時刻と受信点での時刻との差、すなわち電波の伝搬遅延時間に基づいて衛星から受信点まので距離を知ることができる。
【０００４】
お互いに異なる位置に存在する３つの衛星のそれぞれについて、衛星の位置と衛星から受信点までの距離がわかれば、３元連立方程式を解くことにより、未知数である受信点の３次元位置を求めることができる。しかし、受信点の機器に高精度の時計を用意することは困難であるため、受信点の時計の誤差を補償するために、同時に４つの衛星の情報が必要になる。また、受信点の高度がほとんど変化しないものと仮定すれば、３つの衛星の情報から、受信点の地表上の２次元位置（例えば、緯度と経度）を求めることができる。
【０００５】
しかし、車両に搭載した１台のＧＰＳ測位装置における単独測位においては、受信レベルの変動及び市街地、ビル街などでＧＰＳ信号が遮断又はマルチパスによる影響を受けた場合、３つあるいは４つの衛星からの電波を常時受信することは困難であり、測位位置のズレが大きくなり、位置飛びが発生する。
【０００６】
位置飛び発生時には、３次元測位時の高度及び水平の誤差が大きくなる現象や、高さの誤差が大きい状態で２次元測位して水平方向に位置飛びしている現象が見られる。２次元測位又は、衛星配置が悪い場合における３次元測位では地球中心からの高度を１衛星として使用する。そのため、高さの誤差が大きいと水平方向の測位誤差が発生する。
【０００７】
特に、都心部などではビルにより衛星の電波が遮蔽されることが多く受信衛星が少なくなるため、ＧＰＳは２次元測位になりやすい。このため２次元測位の誤差を小さくすることは重要な問題となっている。
【０００８】
図５は、従来技術の構成を簡略化したブロック図である。ナビゲーション装置２８は、商品価値を高めるために一般道路より高低差のある高速道路への案内を正確に行うことが望まれている。特許文献１では、ナビゲーション装置２８に提供される地図の高度情報を利用してＧＰＳ測位装置３０で測位した緯度、経度及び高度データにより地図データ２２の高度データを補正して測位精度の向上を図る技術が公開されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−７５８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術において、利用できる衛星の数が不足する場合に、車両の３軸方向における角加速度を測定するジャイロと３方向の加速度センサ及び、地図の高度情報などから不足する情報を補っている。しかしながら、自律航法を行うジャイロ、地図情報読み取り器などは製品のコストアップを招くという問題がある。
【００１１】
また、トラック、バスなどの運行管理用の測位装置などは、車両の位置情報を無線により基地局に送信する無線装置と一体化した測位装置を利用している。このような測位装置に高度情報を付加した地図情報を記憶する機器を搭載させることは装置の小型化が難しく、コストダウンが難しいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような問題を解決するために、本発明に係る測位装置は、車両に搭載され、複数の測位衛星からの電波により位置データを算出する測位装置において、車両の速度と傾斜角を出力するセンサ部と、センサ部から情報を取得して車両の高度変化量を算出する高度変化量算出部と、複数の電波を復調して測位情報を出力する受信復調部と、復調された測位情報に基づいて高度データを含む位置データを出力する測位計算処理部と、測位計算処理部から基準となる高度データと高度変化量算出部から高度変化量を取得して補正高度データを求め、地球中心に位置する測位衛星の擬似距離とする高度計算部と、を備え、測位計算処理部は、補正高度データを利用して測位計算を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る測位装置において、測位計算処理部は、受信変調部から受信状態を取得し、受信状態が所定値より良い場所で測定した高度を基準となる高度データとして出力することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る測位装置において、高度計算部は、基準となる高度データと高度変化量算出部からの高度変化量を積算して現在の高度を算出することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る測位方法は、複数の測位衛星からの電波を捕捉して位置データを算出する測位方法において、複数の電波を復調して測位情報と受信状態とを出力する受信復調工程と、測位情報に基づいて高度データを含む位置データを出力する測位計算処理工程と、予め受信状態が所定値より良い場所で測定した高度データを基準となる高度データとして出力する基準高度データ出力工程と、車両の速度と傾斜角を出力するセンサ部から情報を取得して車両の高度変化量を算出する高度変化量算出工程と、測位計算処理工程から基準となる高度データと高度変化量算出工程から高度変化量を取得して補正高度データを積算し、補正高度データを地球中心に位置する測位衛星の擬似距離とする高度計算工程と、を含み、測位計算処理工程は、受信状態に応じて基準となる高度データを更新し、補正高度データを利用して測位計算を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明を用いると、速度センサから求められる単位時間当たりの走行距離と加速度センサからの傾斜角を利用して不足する情報を付加し、市街地・ビル街などマルチパスの影響を受けやすい環境でのＧＰＳ測位で測位誤差を減らし、測位精度の維持が可能である。
【００１７】
さらに、高低差のあるトンネル又は山道などを移動しているとき、ＧＰＳ信号が、長時間中断した後のＧＰＳ測位において、測位誤差を減らすことができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態における構成を示すブロック図である。ＧＰＳ測位装置１０は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナ１１と、図示しない速度センサから速度を取得する速度取得部１４と、図示しない加速度センサからの傾斜角を取得する傾斜角取得部１５及びナビゲーション装置１８と接続されている。
【００２０】
さらに、ＧＰＳ測位装置１０は、高度処理部２０と、アンテナ１１と接続されている受信復調部１２と受信復調部１２に接続されている測位計算部１３を有している。高度処理部２０は、速度取得部１４と傾斜角取得部１５に接続されている高度変化量算出部１６と、高度変化量算出部１６に接続されている高度計算部１７を有し、高度計算部１７は測位計算部１３に接続されている。
【００２１】
以下に、データの流れを説明する。車両の速度を速度取得部１４及び車両の傾斜角を傾斜角取得部１５から取得し、高度変化量算出部１６へ入力する。高度変化量算出部１６は、単位時間当たりの移動量と傾斜角より高度変化量を算出し、高度計算部１７へ入力する。高度計算部１７は測位計算部１３からの基準高度に基づいて補正高度を算出して測位計算部１３へ出力する。
【００２２】
高度処理部２０の処理と並列して、天空に複数存在するＧＰＳ衛星からの電波をアンテナ１１で受信し受信復調部１２は、各ＧＰＳ衛星から電波を受信復調部１２で復調して測位情報と、各ＧＰＳ衛星の配置状態、電波状態、受信可能な衛星の個数、マルチパスの有無などの受信状態とを測位計算部１３に出力する。
【００２３】
以上の処理により測位計算部１３は、緯度、経度及び補正高度データをナビゲーション装置１８に送信する。また、トラック又はバスの運行管理に使用する場合は、ナビゲーション装置１８の代わりに、図示しない無線伝送装置へ送信し、無線により管理基地局に送信する。
【００２４】
図２は、本実施形態における構成を簡略化したブロック図である。本実施形態において、ＧＰＳ測位装置１０を含むＧＰＳ測位システムを小型化するために車速センサ４１と加速度センサ４２を用いて高度データを算出し、算出された高度データを利用して測位計算部１３において緯度、経度、高度データ等の位置データを計算し、例えばナビゲーション装置１８に出力するものである。図５に示す従来技術と異なる点は、地図データに含まれる高度データを用いることなしに処理が可能である。
【００２５】
一般に、地図データは離間したメッシュ状の地点のみ高度データを有する形式であり、その他の地点は、２次元平面の座標変換により求めているため誤差を含み、従来は、ＧＰＳ測位結果に基づいて補正して使用していた。
【００２６】
本実施形態において、短期的な区間だけ見れば車速センサ４１及び加速度センサ４２の情報は信頼度が高いと言えるため、高度の情報として車速センサ４１から求められる速度（単位時間当たりの走行距離）と、車速の変化量による加速度と、加速度センサによる加速度の変化から求められる傾斜角から高度変化量を使用する。
【００２７】
各センサから得られた情報から高度変化量を定期的にＧＰＳ測位装置に入力することで、ＧＰＳ測位装置は過去に測位した受信状態の良い場所で高度を推測し、今回の測位計算に使用する。
【００２８】
図３は、本実施形態における処理の流れを示すフローチャート図である。最初に高度算出（ステップＳ１０）から説明する。ステップＳ１１において、各ＧＰＳ衛星から電波を受信復調部１２で復調して測位処理を行い測位情報と、各ＧＰＳ衛星の配置状態、電波状態、受信可能な衛星の個数、マルチパスの有無などの受信状態とを出力する。例えば、ＧＰＳ衛星の配置状態が良く、ＧＰＳ衛星の測定個数や受信感度も安定している場合、条件の良い場所で取得したＧＰＳ測位結果により高度データを基準高度として高度計算部１７へ出力する。
【００２９】
次に、ステップＳ１２において、車速センサ４１、加速度センサ４２から車両の速度Ｖを算出し、車速センサ４１の速度Ｖの変化量（加速度）と、加速度センサ４２及びＧＰＳ測位結果などから傾斜角θを算出する（以下ステップを省略し、Ｓ１３と示す）。求めた速度Ｖと傾斜角θより高度変化量を算出する（Ｓ１４）。
高度変化量＝Ｖ×ｓｉｎθ    （式１）
【００３０】
次に、基準高度に高度変化量を積算して高度を算出する（Ｓ１５）。次に、繰り返し処理を実行し（Ｓ１６）、逐次、高度修正された結果を得る（Ｓ１７）。
【００３１】
次に、ＧＰＳ測位計算（Ｓ３０）について説明する。前回測位結果の直交座標変換を行い、前回位置をＵＸ，ＵＹ，ＵＺとする（Ｓ１８）。次に、修正された高度とＧＰＳ信号（コード・キャリア）を受信することで、前回測位結果からの変位量（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を算出する（Ｓ１９）。
【００３２】
次に、以下に示す（式２）〜（式４）のように、前回測位結果に変位量を加算する（Ｓ２０）。
ＵＸ（ｎ）＝ＵＸ（ｎ−１）＋ｄｘ    （式２）
ＵＹ（ｎ）＝ＵＹ（ｎ−１）＋ｄｙ    （式３）
ＵＺ（ｎ）＝ＵＺ（ｎ−１）＋ｄｚ    （式４）
【００３３】
次に、今回測位結果の測位座標変換を行い、（ＵＸ，ＵＹ，ＵＺ）を緯度，経度，高度に変換する（Ｓ２１）。次に、繰り返し処理を実行（Ｓ２２）し、逐次、補正された測位結果（緯度、経度、高度）を得る。
【００３４】
図４は、地球上に位置する受信点と複数のＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位方式を示す説明図である。天空に位置するＧＰＳ衛星Ｐ１〜Ｐ３が良好な受信状態で受信される場合は、正確な測位結果が得られ、受信位置Ａの測位が行われるが、ビルによる遮蔽によりＧＰＳ衛星Ｐ２とＰ３しか受信できず、高度データの誤差が発生している場合、地球中心における仮想ＧＰＳ衛星Ｐ４からの高度データを用いて受信位置Ｂが求まり、実際の受信位置Ａに対して測位誤差が発生する。
【００３５】
高度の誤差が発生しやすい場所では本実施形態で求めた補正高度が真値により近いために、高度を利用した測位計算の場合に１衛星の擬似距離（地球中心からの高度）が正確に求められ、高度データによる補正位置測位計算において測位結果の誤差量を減らすことができ結果として真値である受信位置Ａが測位結果となる。
【００３６】
さらに、キャリア周波数から算出される速度（単位時間の変化量）を使用した測位計算では、測位位置が正確な値に近づくため、測位結果の誤差量を減らすことが出来る。よって高度誤差発生時に測位精度を維持する効果や、真値から測位結果が離れていく動きを抑える効果が得られる。
【００３７】
また、高度を使用した測位手法では、ＧＰＳ測位が非測位の場合でも高度方向の変化に追従できるため、ＧＰＳ測位が非測位の状態で高度方向に移動した後にＧＰＳ測位の測位が復帰した場合にも測位精度を維持する効果が得られる。
【００３８】
本実施形態によると、例えばＧＰＳ衛星からの受信状況が悪化した場合においても、車速センサ４１と加速度センサ４２等の小型で安価なセンサによりＧＰＳ測位精度を維持することが可能となり、装置の小型化及び低コスト化が実現できる。
【００３９】
また、本実施形態のＧＰＳ測位装置で補正された位置データをナビゲーション装置に入力し、ナビゲーション装置においてさらなる位置データの補正が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態における構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における構成を簡略化したブロック図である。
【図３】本実施形態における処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】地球上に位置する受信点と複数のＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位方式を示す説明図である。
【図５】従来技術の構成を簡略化したブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０，３０  ＧＰＳ測位装置、１１，２１  アンテナ、１２  受信復調部、１３  測位計算部、１４  速度取得部、１５  傾斜角取得部、１６  高度変化量算出部、１７  高度計算部、１８，２８  ナビゲーション装置、２０  高度処理部、２２  地図データ、２３  測位計算部、４１  車速センサ、４２  加速度センサ。
【図１】
2006112994.tif 000003
【図２】
2006112994.tif 000004
【図３】
2006112994.tif 000005
【図４】
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【図５】
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