(57)【要約】【課題】構造物、地形等によって測位衛星からの衛星信号が複雑な影響を受ける環境下であっても、短時間で、かつ、低コストで安定的に正確な現在位置を決定して出力することができるようにする。【解決手段】測位衛星からの衛星信号を受信し、衛星信号に基づき、測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて初期位置の周辺の複数位置における測位衛星までの擬似距離を算出し、擬似距離に基づいて複数位置のうちから候補位置を選択し、初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを有する。【選択図】図１
2015072252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、
該受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記複数位置は、前記初期位置の周囲に設定されたメッシュの格子点であり、
前記測位ユニットは、前記メッシュを設定し、該メッシュの格子点を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したＮＬＯＳ反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて評価位置を算出し、該評価位置と前記初期位置との距離が閾値以下である探索点を候補位置として選択する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記測位ユニットは、選択した候補位置の周囲にメッシュを設定し、前記探索点の設定、前記探索点擬似距離の算出、前記評価位置の算出、及び、前記候補位置の選択を繰り返す請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記測位ユニットは、選択した候補位置の数が所定数未満である場合、前記初期位置との距離が最小の候補位置を現在位置に決定し、選択した候補位置の数が前記所定数以上である場合、前記初期位置との距離が閾値以下の候補位置を再度選択し、再度選択した候補位置に対して前記初期位置との距離の逆数で重みを付けた平均値を算出して現在位置を決定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記複数位置は、前記初期位置の周囲にランダムに設定された位置であり、
前記測位ユニットは、前記複数位置を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したＮＬＯＳ反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて候補位置を選択し、該候補位置と前記初期位置との距離に基づく値を尤度とし、前記候補位置の尤度に応じた加重平均を現在位置と決定する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記測位ユニットは、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したＮＬＯＳ反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度が高い探索点を候補位置として選択する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記測位ユニットは、前記候補位置を選択する基準に、前記探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度を更に加える請求項２〜５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記測位ユニットは、前記初期位置を算出する位置算出部と、前記複数位置を探索する周辺探索部と、前記候補位置を選択する候補位置選択部と、前記現在位置を決定する現在位置決定部とを備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記測位衛星からの電波伝播が前記３次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記電波伝播がＬＯＳ及びＮＬＯＳの２つの場合を仮定して、双方において前記測位衛星までの擬似距離を算出し、ＬＯＳ又はＮＬＯＳのうちの尤もらしい方を選択する請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記測位衛星からの電波伝播が前記３次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記エッジの存在位置に誤差モデルを仮定し、前記電波伝播がＬＯＳである確率及びＮＬＯＳである確率を定義する請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記測位衛星からの電波伝播が、前記３次元地図情報に含まれる構造物に反射する反射パスであると仮定したときと比較して、直接パスであると仮定したときの方が前記初期位置を算出する際の最小２乗法の残差が小さい場合には、前記構造物が存在しないと判定する請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
前記構造物が存在しないとの判定が複数の位置検出装置によって行われた場合、前記判定を３次元地図情報に反映させる請求項１１に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
前記測位衛星からの受信電力の強度が弱い場合、前記受信ユニットが備えるコリレータが出力する相関波の波形に基づき、前記測位衛星からの電波伝播がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかを判定する請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１４】
前記相関波の左右対称性が高いときは、前記測位衛星からの電波伝播がＬＯＳであって逆相マルチパスであると判定する請求項１３に記載の位置検出装置。
【請求項１５】
前記測位衛星からの受信電力の強度が強い場合、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記測位衛星からの電波伝播がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかを判定し、ＬＯＳであるときは、遅延を考慮して擬似距離を補正する請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１６】
遅延距離に応じたマルチパス誤差を算出し、該マルチパス誤差によって前記擬似距離を補正する請求項１５に記載の位置検出装置。
【請求項１７】
前記３次元地図情報に含まれる構造物の壁面に対する垂線方向の位置エラーの可能性を考慮し、前記壁面の座標を前記垂線方向に変化させ、最小２乗法の残差が小さくなる位置を探索し、該位置が前記壁面の位置であると推定する請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１８】
測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットを備える位置検出装置と、
該位置検出装置と通信可能に接続されたサーバとを有する位置検出システムであって、
前記サーバは、受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを備え、決定した現在位置を前記位置検出装置に送信することを特徴とする位置検出システム。
【請求項１９】
測位衛星からの衛星信号を受信し、
該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出し、
該擬似距離に基づいて初期位置を算出し、
３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、
該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、
前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定することを特徴とする位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置、位置検出システム及び位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用ナビゲーション装置、携帯電話機、スマートフォン等の可搬装置においては、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信器を含む位置検出装置を備え、地球を周回するＧＰＳ衛星からの信号を受信し、現在位置を検出して表示画面等に出力するようになっている。
【０００３】
しかし、可搬装置を有する車両や人物が都市部や山間部を通過する際には、ＧＰＳ衛星が発信する電波は、高層ビル等の構造物や樹木、地形等による遮蔽（へい）、反射、回折、散乱等の影響を受け、様々なパスを経由してＧＰＳ受信器に到達することとなる。つまり、都市部や山間部では、ＧＰＳ受信器がマルチパスの影響を受けることとなるので、位置検出装置は、正確な現在位置を出力することができなくなる。
【０００４】
そこで、補正によってマルチパスの影響を排除して、現在位置を正確に検出する位置検出装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９５４９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６３８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の位置検出装置では、通常は、ＧＰＳ衛星からの信号によって検出した現在位置をそのまま出力し、マルチパスを発生させる構造物の存在が地図情報によって判明した場合にのみ、検出した現在位置を補正し、補正後の現在位置を出力するようになっている。つまり、ＧＰＳ衛星からの信号によって検出した現在位置である初期位置が概ね正しいと想定し、必要に応じて、マルチパスの影響を排除する補正を初期位置に対して行うようになっている。
【０００７】
そのため、例えば、比較的開けた場所に存在する１棟の高層ビルの脇（わき）を通過するような場合には、マルチパスの影響を排除した正確な現在位置を出力し得るとしても、例えば、大都会における高層ビルの谷間のような場所においては、ＧＰＳ衛星が発信する電波が多数の高層ビルによって複雑な影響を受けるので、ＧＰＳ衛星からの信号によって検出した現在位置である初期位置が概ね正しいとの想定がそもそも成立しないため、このような初期位置に対して補正を行っても、正しい現在位置を得ることができない。
【０００８】
本発明は、前記従来の位置検出装置の問題点を解決して、測位衛星からの衛星信号によって算出した擬似距離に基づいて算出した位置を初期位置とし、３次元地図情報及びレイトレーシング（Ｒａｙ−Ｔｒａｃｉｎｇ）法を用いて初期位置の周辺の複数位置における擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて選択した位置を候補位置とし、初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定することによって、構造物、地形等によって測位衛星からの衛星信号が複雑な影響を受ける環境下であっても、短時間で、かつ、低コストで安定的に正確な現在位置を決定して出力することができる位置検出装置、位置検出システム及び位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そのために、本発明の位置検出装置においては、測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、該受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを有する。
【００１０】
本発明の他の位置検出装置においては、さらに、前記複数位置は、前記初期位置の周囲に設定されたメッシュの格子点であり、前記測位ユニットは、前記メッシュを設定し、該メッシュの格子点を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したＮＬＯＳ反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて評価位置を算出し、該評価位置と前記初期位置との距離が閾（しきい）値以下である探索点を候補位置として選択する。
【００１１】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位ユニットは、選択した候補位置の周囲にメッシュを設定し、前記探索点の設定、前記探索点擬似距離の算出、前記評価位置の算出、及び、前記候補位置の選択を繰り返す。
【００１２】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位ユニットは、選択した候補位置の数が所定数未満である場合、前記初期位置との距離が最小の候補位置を現在位置に決定し、選択した候補位置の数が前記所定数以上である場合、前記初期位置との距離が閾値以下の候補位置を再度選択し、再度選択した候補位置に対して前記初期位置との距離の逆数で重みを付けた平均値を算出して現在位置を決定する。
【００１３】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記複数位置は、前記初期位置の周囲にランダムに設定された位置であり、前記測位ユニットは、前記複数位置を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したＮＬＯＳ反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて候補位置を選択し、該候補位置と前記初期位置との距離に基づく値を尤（ゆう）度とし、前記候補位置の尤度に応じた加重平均を現在位置と決定する。
【００１４】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位ユニットは、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したＮＬＯＳ反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度が高い探索点を候補位置として選択する。
【００１５】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位ユニットは、前記候補位置を選択する基準に、前記探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度を更に加える。
【００１６】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位ユニットは、前記初期位置を算出する位置算出部と、前記複数位置を探索する周辺探索部と、前記候補位置を選択する候補位置選択部と、前記現在位置を決定する現在位置決定部とを備える。
【００１７】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位衛星からの電波伝播が前記３次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記電波伝播がＬＯＳ及びＮＬＯＳの２つの場合を仮定して、双方において前記測位衛星までの擬似距離を算出し、ＬＯＳ又はＮＬＯＳのうちの尤（もっと）もらしい方を選択する。
【００１８】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位衛星からの電波伝播が前記３次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記エッジの存在位置に誤差モデルを仮定し、前記電波伝播がＬＯＳである確率及びＮＬＯＳである確率を定義する。
【００１９】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位衛星からの電波伝播が、前記３次元地図情報に含まれる構造物に反射する反射パスであると仮定したときと比較して、直接パスであると仮定したときの方が前記初期位置を算出する際の最小２乗法の残差が小さい場合には、前記構造物が存在しないと判定する。
【００２０】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記構造物が存在しないとの判定が複数の位置検出装置によって行われた場合、前記判定を３次元地図情報に反映させる。
【００２１】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位衛星からの受信電力の強度が弱い場合、前記受信ユニットが備えるコリレータが出力する相関波の波形に基づき、前記測位衛星からの電波伝播がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかを判定する。
【００２２】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記相関波の左右対称性が高いときは、前記測位衛星からの電波伝播がＬＯＳであって逆相マルチパスであると判定する。
【００２３】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記測位衛星からの受信電力の強度が強い場合、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記測位衛星からの電波伝播がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかを判定し、ＬＯＳであるときは、遅延を考慮して擬似距離を補正する。
【００２４】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、遅延距離に応じたマルチパス誤差を算出し、該マルチパス誤差によって前記擬似距離を補正する。
【００２５】
本発明の更に他の位置検出装置においては、さらに、前記３次元地図情報に含まれる構造物の壁面に対する垂線方向の位置エラーの可能性を考慮し、前記壁面の座標を前記垂線方向に変化させ、最小２乗法の残差が小さくなる位置を探索し、該位置が前記壁面の位置であると推定する。
【００２６】
本発明の位置検出システムにおいては、測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットを備える位置検出装置と、該位置検出装置と通信可能に接続されたサーバとを有する位置検出システムであって、前記サーバは、受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを備え、決定した現在位置を前記位置検出装置に送信する。
【００２７】
本発明の位置検出方法においては、測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、測位衛星からの衛星信号によって算出した擬似距離に基づいて算出した位置を初期位置とし、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて初期位置の周辺の複数位置における擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて選択した位置を候補位置とし、初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する。これにより、構造物、地形等によって測位衛星からの衛星信号が複雑な影響を受ける環境下であっても、短時間で、かつ、低コストで安定的に正確な現在位置を決定して出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における位置検出システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における３次元地図を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるマルチパスを計算するレイトレーシングシミュレーションの例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるマルチパスを検出する方法を説明する図であって、（ａ）はＬＯＳパスを示す図、（ｂ）はＮＬＯＳ反射パスを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における第１の方法によって検出された現在位置の軌跡を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における第２の方法による１段目のメッシュの格子点を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における第２の方法による２段目のメッシュの格子点を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における第２の方法によって検出された現在位置の軌跡を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における第２の方法による探索点を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における第２の方法によってパーティクルフィルタを適用した際のパーティクルの分布の例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態におけるＮＬＯＳパス及びＬＯＳパスと構造物のエッジとの関係を説明する図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態におけるＮＬＯＳである確率の例を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態における位置検出システムの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施の形態における第２の方法による探索点を示す図である。
【図１５】本発明の第８の実施の形態におけるコリレータが出力する相関波の例を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施の形態における逆相マルチパスである可能性を考慮して検出された現在位置の軌跡を示す図である。
【図１７−１】本発明の第９の実施の形態における反射波とコリレータが出力する相関波との関係を示す図である。
【図１７−２】本発明の第９の実施の形態における遅延距離とマルチパス誤差との関係を示す図である。
【図１８】本発明の第９の実施の形態におけるマルチパス誤差を補正して検出された現在位置を示す図である。
【図１９】本発明の第９の実施の形態における真の現在位置におけるレイトレーシングの第１の例を示す図である。
【図２０】本発明の第９の実施の形態における候補位置の第１の例を示す図である。
【図２１】本発明の第９の実施の形態における真の現在位置におけるレイトレーシングの第２の例を示す図である。
【図２２】本発明の第９の実施の形態における候補位置の第２の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の第１の実施の形態における位置検出システムの構成を示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における３次元地図を示す図である。なお、図２において、（ａ）は２次元地図、（ｂ）は（ａ）に対応する３次元地図である。
【００３２】
図において、１１は本実施の形態における位置検出システムの位置検出装置であり、位置検出システムのサーバとしての情報提供サーバ３１と通信可能に接続されている。該情報提供サーバ３１は、例えば、地図情報、道路情報、天気情報等の各種情報を配信する図示されない情報センタに配設されたサーバであって、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記憶装置、通信インターフェイス等を備えるコンピュータである。
【００３３】
そして、前記位置検出装置１１は、人物が携帯したり、自動車等の車両に装着したりして搬送することが可能な可搬装置であって、後述される測位衛星４１からの信号を受信し、現在位置を検出して表示装置の表示画面等に出力することができる装置であれば、いかなる種類の装置であってもよく、例えば、携帯電話機やスマートフォンであるが、携帯情報端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：個人用携帯情報端末）、小型パーソナルコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、携帯ゲーム機、車両用ナビゲーション装置等いかなるものであってもよい。なお、前記位置検出装置１１は、一種のコンピュータであって、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の記憶装置、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）等の表示装置、キーボード、ジョイスティック、十字キー、押しボタン、タッチパネル等の入力装置、前記表示装置を制御する表示制御装置、及び、通信インターフェイス等の送受信装置を備える。
【００３４】
また、前記位置検出装置１１は、機能の観点から、図に示されるように、受信ユニット１２、測位ユニット２１及び通信部１７を備える。
【００３５】
前記受信ユニット１２は、例えば、市販されているＧＰＳ受信器と同様のものであり、測位衛星４１から送信された衛星信号を受信する受信部１３と、該受信部１３が受信したすべての測位衛星４１からの衛星信号に基づき、測位衛星４１の位置と位置検出装置１１の位置との間の擬似距離を算出して出力する擬似距離算出部１４と、測位衛星４１から送信された衛星信号を受信するためのアンテナ１５とを含んでいる。なお、前記測位衛星４１は、具体的には、地球を周回するＧＰＳ衛星であるが、中国のＣＯＭＰＡＳＳシステム、欧州のＧＡＬＩＬＥＯシステム、日本のＱｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ衛星システム等の測位衛星４１を含んでいてもよい。また、前記受信ユニット１２は、受信部１３が受信した測位衛星４１の位置等の情報及び擬似距離算出部１４が算出した擬似距離等の情報を所定の時間間隔（例えば、１秒毎）で出力する。
【００３６】
前記測位ユニット２１は、位置検出装置１１の位置を算出する位置算出部２２と、該位置算出部２２の算出した位置の周辺に存在する複数の位置を探索する周辺探索部２３と、位置検出装置１１の位置から測位衛星４１までの電波伝播に生じ得るマルチパスに含まれるＮＬＯＳ（Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅ−ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ）反射パスの遅延距離を推定するマルチパス推定部としてのＮＬＯＳ反射パス推定部２４と、前記周辺探索部２３が探索した位置に基づいて候補位置を選択する候補位置選択部２５と、該候補位置選択部２５が選択した候補位置に基づいて位置検出装置１１の現在位置を決定して出力する現在位置決定部としての出力決定部２６と、３次元地図情報を含む地図情報を記憶して格納する地図データベース２７とを含んでいる。
【００３７】
具体的には、前記位置算出部２２は、受信ユニット１２が出力した測位衛星４１の位置と擬似距離とを用いて位置検出装置１１の位置を算出する。なお、前記位置算出部２２は、初期位置算出部としても機能し、当初に算出した位置検出装置１１の位置を初期位置として出力する。そして、前記ＮＬＯＳ反射パス推定部２４は、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いてＮＬＯＳ反射パス遅延距離を推定する。また、前記候補位置選択部２５は、前記周辺探索部２３が探索した位置における擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて選択した位置を候補位置とする。なお、前記候補位置選択部２５は、位置算出部２２が算出した位置検出装置１１の位置との距離が所定値以内の位置を、候補位置として選択することもできる。さらに、前記出力決定部２６は、位置算出部２２が算出した位置検出装置１１の位置との距離が所定値以内の候補位置に基づいて位置検出装置１１の現在位置を決定して出力する。
【００３８】
なお、３次元地図情報は、例えば、高層ビル等の構造物の高さを含むものであることが望ましい。このような３次元地図情報は、市販されているものであってもよいし、いかなる種類のものであってもよいが、本実施の形態においては、本発明の発明者が作成した３次元地図情報を使用した場合について説明する。具体的には、２次元地図情報から構造物や道路の形状を含む２次元座標の情報を取得し、該情報と高度の情報とを組み合わせることによって、前記３次元地図情報を作成した。なお、前記２次元地図情報としてはオープンストリートマップ（Ｏｐｅｎ  Ｓｔｒｅｅｔ  Ｍａｐ：ＯＳＭ）を使用し、数値表層モデル（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｅｌ）としては朝日航洋株式会社のｇｏｏｄ−３Ｄ（Ｒ）を使用した。また、数値標高モデル（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ）は、水平方向１〔ｍ〕のメッシュ毎の情報であり、その正確度は水平方向５０〔ｃｍ〕及び鉛直方向１５〔ｃｍ〕である。
【００３９】
図２（ａ）は、東京都内のある場所（具体的には、東京都千代田区内における神田錦町三丁目と一ツ橋二丁目との境界を走る白山通りにおける一ツ橋交差点近傍）の２次元地図を示し、図２（ｂ）は、本発明の発明者が作成した図２（ａ）の２次元地図に対応する３次元地図である。該３次元地図には、構造物の３次元情報が含まれている。
【００４０】
前記通信部１７は、例えば、市販されている通信モジュールと同様のものであり、有線又は無線の公衆通信回線網、専用通信回線網、携帯電話回線網、インターネット等の通信回線網を通して、情報提供サーバ３１と通信を行う。そして、位置検出装置１１は、前記通信部１７を介して情報提供サーバ３１と通信を行うことによって、例えば、位置検出装置１１の位置を含む地域乃至所望の地域の２次元地図情報、３次元地図情報等の地図情報や、道路情報、天気情報等の各種情報を取得することができる。したがって、前記地図データベース２７には、多量の地図情報を格納しておく必要はなく、必要な地域の地図情報のみを随時情報提供サーバ３１から取得して格納しておけばよい。なお、情報提供サーバ３１との通信速度が十分に速い場合には、地図データベース２７を省略することもできる。また、測位ユニット２１が出力した位置検出装置１１の現在位置を情報提供サーバ３１に送信することもできる。もっとも、必要がなければ、情報提供サーバ３１を省略することもできる。
【００４１】
次に、前記構成の位置検出装置１１の動作について説明する。まず、３次元地図情報を使用したレイトレーシング法について説明する。
【００４２】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるマルチパスを計算するレイトレーシングシミュレーションの例を示す図、図４は本発明の第１の実施の形態におけるマルチパスを検出する方法を説明する図である。なお、図４において、（ａ）はＬＯＳパスを示す図、（ｂ）はＮＬＯＳ反射パスを示す図である。
【００４３】
レイトレーシング法は、元来、コンピュータグラフィックの分野において、光の経路をトレースすることによって物体の像を作り出すために用いられた技法であるが、現在では、電波伝播をシミュレートするためにも用いられる。そして、レイトレーシング法を用いて、位置検出装置１１の位置から測位衛星４１までの間に構造物が存在するか否かを確認する技術は、既に提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】M. Obst, S. Bauer, P. Reisdorf, G. Wanielik,“Multipath detection with 3D digital maps for robust multi-constellation GNSS/INS vehicle localization in urban areas, ”in Intelligent Vehicles Symposium (IV), 2012 IEEE, pp. 184-190 (2012) 。
【００４４】
本実施の形態において、測位衛星４１からの電波伝播のシミュレーションは、レイトレーシング法と図３に示されるような３次元地図とを用いて行われる。図３は、図２に示される地域内の一部の３次元地図である。また、図４は、測位衛星４１からの電波伝播が建物４２の表面４３に反射される状態の模式図であり、測位衛星４１からの電波伝播のマルチパスがどのように検出されるかを示している。
【００４５】
図において、４４は、建物４２の表面４３を含む平面であり、４１’は、平面４４に対する測位衛星４１の鏡像であり、線４５は、位置検出装置１１の現在位置からの視野内にある測位衛星４１、すなわち、ＬＯＳ（Ｌｉｎｅ−ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ）である測位衛星４１からの電波伝播であるＬＯＳパス（直接パス）を示し、線４６は、建物４２の表面４３で反射したＬＯＳである測位衛星４１からの電波伝播である反射パスを示し、線４７は、位置検出装置１１の現在位置からの視野内にない測位衛星４１、すなわち、ＮＬＯＳである測位衛星４１からの電波伝播であるＮＬＯＳ反射パスを示している。なお、ＮＬＯＳである測位衛星４１からの電波伝播に直接パスはあり得ない。
【００４６】
本実施の形態において用いたレイトレーシング法は、イメージング法と称される方法である。また、建物４２の表面４３は鏡面であるものと仮定し、反射パスは反射の法則に従うものと仮定した。そして、測位衛星４１からの電波伝播のマルチパスを見出すためには、まず、建物４２の表面４３に対する測位衛星４１の鏡像４１’の位置が算出され、続いて、鏡像４１’とアンテナ１５とを結ぶ線分が建物４２の表面４３と交差するか否かが判断される。そして、交差する場合には、測位衛星４１及びアンテナ１５の位置と建物４２の表面４３上の反射点との間に障害物が存在するか否かが検討される。さらに、障害物が存在しない場合には、測位衛星４１からの電波伝播は、反射パスであると判断される。図４（ｂ）に示されるように、測位衛星４１とアンテナ１５の位置との間に建物４２等の障害物が存在する場合には、測位衛星４１からの電波伝播はＮＬＯＳ反射パスであると判断される。
【００４７】
次に、測位衛星４１の位置と擬似距離とを用いて位置検出装置１１の位置を検出する原理について説明する。なお、測位衛星４１はＧＰＳ衛星であるものとして説明する。
【００４８】
【数１】
2015072252.tif 000003
【００４９】
2015072252.tif 000004
【００５０】
次に、マルチパスの影響を考慮して現在位置を検出する第１の方法について説明する。
【００５１】
図５は本発明の第１の実施の形態における第１の方法によって検出された現在位置の軌跡を示す図である。
【００５２】
擬似距離の生データは、信号の伝播時間に光の速度を乗じることによって得られるが、信号の伝播時間には各種のエラーが含まれているので、擬似距離は修正される必要がある。ｎ番目の測位衛星４１について算出された擬似距離Ｒn は、次の式（２）で表される。
Ｒn ＝ρn ＋ｃ（δｔr −δＴn ）＋Ｉn ＋Ｔn ＋εn   ・・・式（２）
ここで、ρn は、ｎ番目の測位衛星４１までの幾何学的距離、δＴn は、衛星時計のＧＰＳ時系からの遅れ、Ｉは、電離層による遅延距離、Ｔは、対流圏による遅延距離、εは、マルチパス、受信ユニット１２のノイズ及びアンテナ１５の遅れに起因するエラーである。
【００５３】
なお、衛星時計のＧＰＳ時系からの遅れは、放送暦によって計算された値を用いて修正される。また、電離層による遅延距離は、Ｋｌｏｂｕｃｈａｒモデルによって修正され、対流圏による遅延距離は、Ｓａａｓｔａｍｏｉｎｅｎモデルによって修正される。残りのエラーは、マルチパスのエラー及び受信ユニット１２のノイズのエラーである。
【００５４】
ここで、ノイズが無視し得る程度に小さいとすると、マルチパスのエラーのみを除去すればよいことが分かる。そして、マルチパスのエラーは、レイトレーシング法と図３に示されるような３次元地図とを用いた電波伝播のシミュレーションに基づく推定によって除去することができる。
【００５５】
そして、本発明の発明者は、このような第１の方法によって位置を検出する実験を図２に示される場所で行った。実験に使用した受信器は、表１に示されるようなデータを出力するＧＰＳ受信器である。
【００５６】
【表１】
2015072252.tif 000005
【００５７】
また、図５には、地図上にプロットされた実験の結果が示されている。なお、図５に示される地図は、図２の幅方向中央付近を少し傾斜して上下方向に走る通りの近傍を拡大した３次元地図である。図５において、白抜きの太い直線５１は、道路上を発明者が前記ＧＰＳ受信器を所持して移動した実際の経路である。また、複数の丸印５２は、前記ＧＰＳ受信器の出力に基づき、第１の方法によって検出した位置の軌跡を示している。さらに、複数の三角印５３は、前記ＧＰＳ受信器が出力した位置の軌跡を示している。
【００５８】
なお、前記ＧＰＳ受信器の出力は、軌跡をスムーズにするために、何らかのフィルタを適用している、と推定される。そのため、本実験においては、第１の方法によって検出した位置に対しても、パーティクルフィルタを適用した。
【００５９】
図５から明らかなように、丸印５２で示される軌跡は、三角印５３で示される軌跡と比較して、完全に一致してはいないものの、誤差の大きさ、傾向等において、同様の性質を示している。
【００６０】
次に、マルチパスの影響を考慮して現在位置を検出する第２の方法について説明する。
【００６１】
図６は本発明の第１の実施の形態における第２の方法による１段目のメッシュの格子点を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における第２の方法による２段目のメッシュの格子点を示す図、図８は本発明の第１の実施の形態における第２の方法によって検出された現在位置の軌跡を示す図である。
【００６２】
第２の方法は、前記式（１）の解を求めて検出した位置を初期位置とし、該初期位置の周辺の複数位置における擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて検出した位置を候補位置とし、前記初期位置との距離が所定値以内の候補位置に基づいて現在位置を検出する方法である。そして、本実施の形態における位置検出装置１１は、第２の方法によって現在位置を検出する。
【００６３】
2015072252.tif 000006
【００６４】
【数２】
2015072252.tif 000007
【００６５】
2015072252.tif 000008
【００６６】
2015072252.tif 000009
【００６７】
2015072252.tif 000010
【００６８】
2015072252.tif 000011
【００６９】
【数３】
2015072252.tif 000012
【００７０】
【数４】
2015072252.tif 000013
【００７１】
2015072252.tif 000014
【００７２】
【数５】
2015072252.tif 000015
【００７３】
図８には、出力決定部２６が出力した出力位置、すなわち、位置検出装置１１の現在位置を地図上にプロットした結果が示されている。なお、図８に示される地図は、図５とほぼ同一の範囲を示す３次元地図である。図８において、白抜きの太い直線５１は、道路上を発明者が位置検出装置１１を所持して移動した実際の経路である。また、複数の四角印５４は、出力決定部２６が出力した位置検出装置１１の現在位置の軌跡である。なお、複数の丸印５２は、第１の方法によって検出した位置の軌跡であって、参考のために示されている。また、前記四角印５４及び丸印５２は、パーティクルフィルタを適用して得られたものである。
【００７４】
図８から明らかなように、四角印５４で示される軌跡は、丸印５２で示される軌跡と比較して、実際の経路にかなり接近していることが分かる。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、初期位置の周囲に設定した１段目のメッシュの格子点を第１探索点とし、該第１探索点に基づいて算出した第１評価位置と初期位置との空間距離が第１閾値以下となる第１探索点を第１候補位置として求め、該第１候補位置の周囲に設定した２段目のメッシュの格子点を第２探索点とし、該第２探索点に基づいて算出した第２評価位置と初期位置との空間距離が第２閾値以下となる第２探索点を第２候補位置として求め、該第２候補位置に基づいて出力位置を決定する例について説明したが、第２候補位置を求めることなく、第１候補位置に基づいて出力位置を決定することもできる。換言すると、メッシュを設定し、該メッシュの格子点を探索点とし、該探索点のうちから選択した候補位置を求める工程は、必ずしも、２回繰り返して行われる必要はなく、１回のみであってもよいし、また、必要があれば、３回以上繰り返して行われてもよい。つまり、メッシュを設定し、該メッシュの格子点を探索点とし、該探索点のうちから選択した候補位置を求める工程は、１回であってもよいし、複数回繰り返して行われてもよい。
【００７６】
また、パーティクルフィルタの適用は、適宜省略することもできる。さらに、パーティクルフィルタ以外のフィルタ（例えば、カルマンフィルタ等）を適用することもできる。
【００７７】
このように、本実施の形態において、位置検出装置１１は、測位衛星４１からの衛星信号を受信し、受信した衛星信号に基づき、測位衛星４１までの擬似距離を算出する受信ユニット１２と、受信ユニット１２が算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて初期位置の周辺の複数位置における測位衛星４１までの擬似距離を算出し、算出した擬似距離に基づいて複数位置のうちから候補位置を選択し、初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニット２１とを有する。
【００７８】
また、位置検出方法においては、測位衛星４１からの衛星信号を受信し、受信した衛星信号に基づき、測位衛星４１までの擬似距離を算出し、算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて初期位置の周辺の複数位置における測位衛星４１までの擬似距離を算出し、算出した擬似距離に基づいて複数位置のうちから候補位置を選択し、初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する。
【００７９】
これにより、構造物、地形等によって測位衛星４１からの衛星信号が複雑な影響を受ける環境下であっても、ＮＬＯＳ反射パスを含むマルチパスの影響を適切に排除して、短時間で、かつ、低コストで安定的に正確な現在位置を決定して出力することができる。
【００８０】
さらに、複数位置は、初期位置の周囲に設定されたメッシュの格子点であり、測位ユニット２１は、メッシュを設定し、設定したメッシュの格子点を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星４１までの擬似距離であって、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したＮＬＯＳ反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、算出した探索点擬似距離に基づいて評価位置を算出し、算出した評価位置と初期位置との距離が閾値以下である探索点を候補位置として選択する。これにより、受信ユニット１２が算出した擬似距離に基づいて算出した初期位置が概ね正しいとの想定が成立しない場合であっても、初期位置の周囲に設定した探索点のうちから選択し、候補位置に基づいて現在位置を決定することができるので、正確な現在位置を決定して出力することができる。
【００８１】
さらに、測位ユニット２１は、選択した候補位置の周囲にメッシュを設定し、探索点の設定、探索点擬似距離の算出、評価位置の算出、及び、候補位置の選択を繰り返す。このように、メッシュを設定し、メッシュの格子点を探索点とし、探索点のうちから候補位置を選択する工程を複数回繰り返すので、より適切な候補位置を選択することができ、より正確な現在位置を決定して出力することができる。
【００８２】
さらに、測位ユニット２１は、選択した候補位置の数が所定数未満である場合、初期位置との距離が最小の候補位置を現在位置に決定し、選択した候補位置の数が所定数以上である場合、初期位置との距離が閾値以下の候補位置を再度選択し、再度選択した候補位置に対して初期位置との距離の逆数で重みを付けた平均値を算出して現在位置を決定する。これにより、正確に現在位置を決定することができる。
【００８３】
さらに、測位ユニット２１は、決定した現在位置にパーティクルフィルタを適用して得られた結果を出力する。これにより、スムーズな現在位置の軌跡を得ることができる。
【００８４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００８５】
図９は本発明の第２の実施の形態における第２の方法による探索点を示す図、図１０は本発明の第２の実施の形態における第２の方法によってパーティクルフィルタを適用した際のパーティクルの分布の例を示す図である。なお、図９において、（ａ）〜（ｃ）は、探索点及び評価位置を設定する工程を示す図である。
【００８６】
本実施の形態において、マルチパスの影響を考慮して現在位置を検出する第２の方法は、前記式（１）の解を求めて検出した位置を初期位置とし、該初期位置の周辺の複数位置における擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて検出した位置を候補位置とし、前記初期位置との距離が所定値以内の候補位置に基づいて現在位置を検出する方法である点において、前記第１の実施の形態と同様であるが、初期位置の周辺の複数位置が、前記第１の実施の形態においては、設定されたメッシュの格子点であるのに対し、ランダムに設定した位置である点で相違する。
【００８７】
なお、位置検出装置１１の構成及びマルチパスの影響を考慮して現在位置を検出する第１の方法については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００８８】
2015072252.tif 000016
【００８９】
2015072252.tif 000017
【００９０】
2015072252.tif 000018
【００９１】
2015072252.tif 000019
【００９２】
2015072252.tif 000020
【００９３】
2015072252.tif 000021
【００９４】
2015072252.tif 000022
【００９５】
2015072252.tif 000023
【００９６】
【数６】
2015072252.tif 000024
【００９７】
【数７】
2015072252.tif 000025
【００９８】
なお、その他の点の動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９９】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１００】
図１１は本発明の第３の実施の形態におけるＮＬＯＳパス及びＬＯＳパスと構造物のエッジとの関係を説明する図である。なお、図において、（ａ）はパスが構造物の外側を通る場合の図、（ｂ）はパスが構造物によって遮られている場合の図である。
【０１０１】
本実施の形態においては、構造物の誤差モデルを考慮して位置推定を行う。そのため、構造物について、該構造物の形状等を計測したデータベースである数値表層モデル等が示す構造物のエッジ（縁）を基準に一定範囲をレイ（Ｒａｙ）乃至パスが通過する場合、ＬＯＳ及びＮＬＯＳの両方を仮定して計算し、尤もらしい方を判別する。
【０１０２】
具体的には、ＮＬＯＳ反射パス推定部２４は、レイトレーシング法に基づいてマルチパスのエラーを推定する前に、位置検出装置１１の現在位置からの視野内にある測位衛星４１がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかの判定を行う。該判定は、位置検出装置１１の現在位置と各測位衛星４１とを結ぶ線分上に障害物が存在するか否かに基づいて、行われる。この場合、３次元地図情報に含まれる不確かさ（構造物の誤差）を考慮する必要があるので、図１１に示されるような、位置検出装置１１の周囲の構造物のエッジとレイ乃至パスとの最短距離ｄmin を算出する。
【０１０３】
そして、最短距離ｄmin の絶対値｜ｄmin ｜が閾値ｄthreshold 以上である場合には、障害物が存在すればＮＬＯＳであり、障害物が存在しなければＬＯＳであると判別する。また、絶対値｜ｄmin ｜が閾値ｄthreshold 未満である場合には、ＮＬＯＳ及びＬＯＳの両方を仮定して計算し、尤もらしい方を選択する。なお、前記閾値ｄthreshold の数値は、３次元地図情報の精度に応じて設定されるが、例えば、１〔ｍ〕である。
【０１０４】
なお、尤もらしさの判別は、次の（７）〜（９）の方法のうちのいずれか１つ、又は、複数個の選択によって行われる。
（７）最小２乗法の残差：位置検出装置１１の現在位置の検出は、加重最小２乗法を用いて、前記式（１）のような擬似距離列の式の解を求めることによって行われるが、その残差をもって尤もらしさの指標とする。具体的には、ＮＬＯＳであるとして、そのマルチパス遅延距離を擬似距離に含めた場合の残差と、ＬＯＳであるとした場合の残差とを比較し、残差の小さい方を選択する。
（８）信号受信強度：測位衛星４１からの衛星信号のある時点における信号受信強度、すなわち、受信電力がその時点までの受信電力の平均値より非常に大きい場合には、ＬＯＳであるとし、非常に小さい場合にはＮＬＯＳであるとする。
【０１０５】
2015072252.tif 000026
【０１０６】
なお、位置検出装置１１の構成及びその他の点の動作については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０７】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１０８】
図１２は本発明の第４の実施の形態におけるＮＬＯＳである確率の例を示す図である。
【０１０９】
本実施の形態においても、前記第３の実施の形態と同様に、構造物の誤差モデルを考慮して位置推定を行う。もっとも、本実施の形態においては、構造物のエッジの存在位置に誤差モデルを仮定し、レイが構造物のエッジ近傍を通る場合、前記第３の実施の形態のように、構造物のエッジとレイとの最短距離ｄmin についての閾値ｄthreshold を設定する代わりに、誤差モデルによってＮＬＯＳ及びＬＯＳの確率を定義する。すなわち、最短距離ｄmin に応じたＮＬＯＳ及びＬＯＳの確率を定義する。そして、該確率を前記第２の実施の形態において説明したパーティクルフィルタのような位置推定モデルに組み入れる。
【０１１０】
具体的には、図１１に示されるように、構造物のエッジから外側に向かう方向を正とした場合、構造物のエッジとレイとの最短距離をｄmin とし、ＮＬＯＳである確率は、図１２に示されるような相補誤差関数の積分値に従うものとする。なお、ＮＬＯＳである確率は、次の式（１６）で定義される。
【０１１１】
【数８】
2015072252.tif 000027
【０１１２】
ここで、Ｎ（ｘ、０、σmap ）は確率変数ｘ、期待値０、分散σmap に従う正規分布である。また、σmap は３次元地図の精度から決定される。図１２には、縦軸にＮＬＯＳである確率Ｐ（ＮＬＯＳ｜ｄmin ）を取り、横軸に最短距離ｄmin を取り、σmap ＝０．２５とした例が示されている。
【０１１３】
本実施の形態においては、この確率をもってＮＬＯＳであるかＬＯＳであるかの判定を行い、擬似距離を求め、候補位置の評価を行う。この際、候補位置の尤もらしさの指標に対して、判定されたＮＬＯＳ又はＬＯＳの尤もらしさとして、この確率を乗じる。つまり、候補位置の尤度に対し、ＬＯＳであると判定された場合にはＬＯＳの確率を乗じ、ＮＬＯＳであると判定された場合にはＮＬＯＳの確率を乗じる。
【０１１４】
例えば、前記第２の実施の形態において説明したパーティクルフィルタにおける尤度関数をα(i) （ｔ）＝Ｌmultipath Ｌtransitionとすると、この尤度関数に測位衛星４１の数だけＰ（ＬＯＳ｜ｄmin ）又はＰ（ＮＬＯＳ｜ｄmin ）を乗じる。その結果、尤度関数は、次の式（１７）のようになる。
【０１１５】
【数９】
2015072252.tif 000028
【０１１６】
なお、位置検出装置１１の構成及びその他の点の動作については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１７】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１〜第４の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第４の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１１８】
図１３は本発明の第５の実施の形態における位置検出システムの構成を示す図である。
【０１１９】
本実施の形態の位置検出システムにおいて、位置検出装置１１は、図に示されるように、機能部として測位ユニット２１を備えておらず、該測位ユニット２１に代えて、受信ユニット１２の擬似距離算出部１４が算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出する測位計算部２８を備える。一方、情報提供サーバ３１は、位置検出装置１１の位置を算出する位置算出部２２と、該位置算出部２２の算出した位置の周辺に存在する複数の位置を探索する周辺探索部２３と、位置検出装置１１の位置から測位衛星４１までの電波伝播に生じ得るマルチパスに含まれるＮＬＯＳ反射パスの遅延距離を推定するＮＬＯＳ反射パス推定部２４と、前記周辺探索部２３が探索した位置に基づいて候補位置を選択する候補位置選択部２５と、該候補位置選択部２５が選択した候補位置に基づいて位置検出装置１１の現在位置を決定して出力する現在位置決定部としての出力決定部２６と、３次元地図情報を含む地図情報を記憶して格納する地図データベース２７とを含む測位ユニット２１を備える。
【０１２０】
そして、位置検出装置１１は、受信ユニット１２が出力した測位衛星４１の位置、擬似距離、信号受信強度等、及び、測位計算部２８が算出した初期位置を含む情報を、通信部１７を介して情報提供サーバ３１に送信する。すると、該情報提供サーバ３１は、位置検出装置１１から受信した情報に基づき、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて初期位置の周囲に複数の候補位置を選択し、選択された候補位置に基づいて現在位置を決定して出力し、出力された現在位置を位置検出装置１１に返信する。
【０１２１】
このように、本実施の形態の位置検出システムにおいては、機能部としての測位ユニット２１が位置検出装置１１に備えられておらず、情報提供サーバ３１に備えられているので、位置検出装置１１の演算負荷及び記憶負荷を低減することができる。したがって、位置検出装置１１が、例えば、携帯電話機やスマートフォンのように、演算能力及び記憶能力が比較的低く、バッテリー等の電源の容量が比較的小さな装置であっても、正確な現在位置の出力を長時間に亘（わた）って継続することができる。
【０１２２】
また、情報提供サーバ３１に多数の位置検出装置１１を通信可能に接続することによって、各位置検出装置１１から受信した情報を、いわゆるプローブデータとして、情報提供サーバ３１に蓄積して利用することができる。
【０１２３】
なお、本実施の形態においては、測位ユニット２１の機能のすべてを位置検出装置１１から情報提供サーバ３１に移した例について説明したが、測位ユニット２１の機能の一部、例えば、地図データベース２７等、のみを情報提供サーバ３１に移し、残りを位置検出装置１１に残すこともできる。また、情報提供サーバ３１及び位置検出装置１１の両方が測位ユニット２１の機能の全部を備えるようにすることもできる。
【０１２４】
さらに、情報提供サーバ３１が算出した現在位置等の情報を位置検出装置１１に返信するか否かは、ケースバイケースで適宜選択することができる。例えば、プローブデータの蓄積が目的である場合には、算出した情報を位置検出装置１１に返信する必要はない。
【０１２５】
なお、位置検出装置１１及び情報提供サーバ３１のその他の点の構成及び動作については、前記第１〜第４の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２６】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、第１〜第５の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第５の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１２７】
本実施の形態においては、構造物の建て替え等による構造変化を考慮する。具体的には、図１１に示されるように、パスが構造物のエッジ近傍を通る場合、測位衛星４１からの電波伝播がＮＬＯＳパス（反射パス）であると仮定するよりもＬＯＳパス（直接パス）であると仮定する方が尤もらしいことが、前記第３の実施の形態で説明した（７）〜（９）の方法で判別された場合には、当該構造物は存在しない、と判定する。つまり、構造物へレイが到達する部分が、前述した構造物の誤差モデルで仮定した構造物の誤差範囲内であれば、構造物の計測誤差が原因であると判定し、前記構造物の誤差範囲外であれば、構造物が存在しないと判定する。
【０１２８】
本実施の形態においても、前記第３の実施の形態と同様に、最短距離ｄmin の絶対値｜ｄmin ｜が閾値ｄthreshold 以上である場合には、３次元地図情報を照会して、位置検出装置１１の現在位置と各測位衛星４１とを結ぶ線分上に障害物が存在するか否かを判別し、ＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかの判定を行う。ここで、構造物の建て替え等に起因して、３次元地図情報が実際とは大きく異なる場合、当該構造物が存在しないと判定する。該判定は、次の（１０）〜（１４）の方法のうちのいずれか１つ、又は、複数個の選択によって行われる。
（１０）ＮＬＯＳであると仮定するよりも、ＬＯＳであると仮定する方が最小２乗法の残差が小さい場合には、構造物が存在しないと判定する。
（１１）ある方向の単数又は複数の測位衛星４１からのレイについての判定がＮＬＯＳであるにも拘わらず、反射パスが見つからない場合には、構造物が存在しないと判定する。
（１２）ある方向の単数又は複数の測位衛星４１からのレイについての判定がＮＬＯＳであるにも拘わらず、それらの受信強度がそれぞれの測位衛星４１の平均受信強度と比較して十分に強い場合には、構造物が存在しないと判定する。
（１３）前記（１０）〜（１２）で説明したケースの１つ又は複数が時間的に連続する場合には、構造物が存在しないと判定する。
（１４）複数の位置検出装置１１によって、前記（１０）〜（１３）で説明したケースが観測される場合には、構造物が存在しないと判定する。
【０１２９】
なお、構造物が存在しないとの最終的な判定は、複数の位置検出装置１１の判定に基づいて行われることが望ましい。特に、構造物の異なる部位にレイがクロスするようなケースは、構造物が存在しない可能性が高い。そこで、位置検出装置１１は、情報提供サーバ３１と通信を行い、構造物が存在しないと判定した場合、受信ユニット１２が出力した測位衛星４１の位置、擬似距離、信号受信強度等、位置検出装置１１の現在位置等のデータを判定の結果とともに、情報提供サーバ３１に送信することが望ましい。
【０１３０】
これにより、該情報提供サーバ３１は、複数の位置検出装置１１の判定に基づいて構造物が存在しないと最終的に判定を行い、例えば、３次元地図情報における当該構造物の位置に未存在を示すフラグを立てることによって、３次元地図情報の修正を行うことができる。前記フラグの設定は、例えば、１〔ｍ〕立方のメッシュの各セルに対して行ってもよいし、当該構造物全体で行ってもよい。なお、このような３次元地図情報の修正は、位置検出装置１１が情報提供サーバ３１から受信することによって、位置検出装置１１の地図データベース２７に含まれる３次元地図情報に反映させることもできる。
【０１３１】
また、多数の位置検出装置１１からデータを収集することによって、３次元地図情報に含まれていない構造物の存在を推定することができる。
【０１３２】
例えば、空き地に高層ビル等の構造物が新築された場合のように、３次元地図情報では存在しないことになっている構造物が現実に存在する場合、該構造物の陰に入った測位衛星４１に関しては、マルチパス推定等において矛盾が生じるので外れ値となり、測位に利用されない。したがって、測位自体は通常通りに行うことができ、さらに、その座標からＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかの判定に矛盾がある測位衛星４１についてのデータを収集することができる。そして、情報提供サーバ３１は、このようなデータを多数の位置検出装置１１から収集することによって、３次元地図情報に含まれていない構造物の形状を推定することができる。
【０１３３】
また、例えば、レイトレーシング法と３次元地図情報とによってＬＯＳである可能性が高い場合であっても、前記第３の実施の形態で説明した（７）〜（９）の方法によってＮＬＯＳであることが疑われる場合がある。そして、ＮＬＯＳであることが疑われるということは、パス上にパスを遮る構造物（３次元地図情報に含まれていない）が存在する可能性があるということである。この場合、３次元地図情報の立法メッシュ毎に投票を行って構造物の存在分布を決定する。立法メッシュに構造物の存在の投票を行う場合には、隣接する立法メッシュにも投票分布確率分布を設けることによって、ロバストな設計が可能となる。この場合には、構造物の形状が不明であるので、構造物全体として生成することはできない。
【０１３４】
なお、本実施の形態においては、情報提供サーバ３１が、位置検出装置１１と通信を行うことによって、多数の位置検出装置１１からのデータを収集し、構造物の有無について３次元地図情報の修正を行う例について説明したが、多数の位置検出装置１１が相互に通信を行うことによってデータを収集し、構造物の有無について３次元地図情報の修正を行うようにすることもできる。
【０１３５】
また、位置検出装置１１及び情報提供サーバ３１のその他の点の構成及び動作については、前記第１〜第５の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１３６】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。なお、第１〜第６の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第６の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１３７】
図１４は本発明の第７の実施の形態における第２の方法による探索点を示す図である。
【０１３８】
2015072252.tif 000029
【０１３９】
なお、位置検出装置１１の構成及びマルチパスの影響を考慮して現在位置を検出する第１の方法については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４０】
位置検出装置１１の真の位置から観れば、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定した測位衛星４１までの距離と、受信ユニット１２が測定した測位衛星４１までの距離とは等しくなるはずである。そこで、本実施の形態においては、受信ユニット１２が測定した測位衛星４１までの距離である観測値と、３次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定した測位衛星４１までの距離である推定値とを比較する。
【０１４１】
該推定値は、測位衛星４１からの電波伝播がＬＯＳパスである場合、直線距離になり、測位衛星４１からの電波伝播が反射パスである場合、レイトレーシング法によって導出される反射パスの道のりになる。また、前記観測値は、受信ユニット１２が測定した測位衛星４１までの擬似距離には受信ユニット１２が備える時計のＧＰＳ時系からの遅れ、電離層による遅延距離等のエラーが含まれているので、これらを除いた値である。なお、観測信号だけでは反射パスの影響を判定することができないので、前記観測値は反射パスの道のりに相当する。
【０１４２】
2015072252.tif 000030
【０１４３】
2015072252.tif 000031
【０１４４】
2015072252.tif 000032
【０１４５】
2015072252.tif 000033
【０１４６】
2015072252.tif 000034
【０１４７】
【数１０】
2015072252.tif 000035
【０１４８】
2015072252.tif 000036
【０１４９】
2015072252.tif 000037
【０１５０】
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。なお、第１〜第７の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第７の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１５１】
図１５は本発明の第８の実施の形態におけるコリレータが出力する相関波の例を示す図、図１６は本発明の第８の実施の形態における逆相マルチパスである可能性を考慮して検出された現在位置の軌跡を示す図である。なお、図１６において、（ａ）は受信電力が閾値以下でＬＯＳの場合に擬似距離を算出しないときの結果を示す図、（ｂ）は受信電力が閾値以下でＬＯＳの場合に逆相マルチパスである可能性を考慮したときの結果を示す図である。
【０１５２】
前記第１及び第２の実施の形態においては、受信電力の強度から推定される測位衛星４１の可視状況との整合性を考慮し、受信電力の強度が弱い場合には測位衛星４１がＬＯＳであり得ないとの前提に基づいて、ある探索点において、受信電力が所定の閾値以下の測位衛星４１がＬＯＳであると認識された場合には、当該探索点から当該測位衛星４１までの擬似距離を算出しないようになっている。
【０１５３】
しかしながら、受信電力の強度が弱い場合、測位衛星４１がＮＬＯＳであることの他に、いわゆる逆相マルチパスである可能性が存在する。そこで、本実施の形態においては、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用い、探索点からの視野内にある測位衛星４１がＬＯＳであり、かつ、前記探索点で観測された擬似距離と３次元地図情報及びレイトレーシング法に基づいて推定される擬似距離とが近い場合には、逆相マルチパスである可能性を考慮する。つまり、受信電力の強度が弱くても、測位衛星４１がＬＯＳである、と判定され得る。観測された擬似距離が推定される擬似距離よりも短い場合には、その可能性が更に高くなる。
【０１５４】
なお、測位衛星４１がＬＯＳである場合でも、受信ユニット１２は、マルチパスの影響を受け、直接パスを伝播した電波の他に反射パスを伝播した電波を受信し得る。そして、逆相マルチパスとは、測位衛星４１から直接パスを伝播して受信ユニット１２によって受信された電波の位相と、反射パスを伝播して受信ユニット１２によって受信された電波の位相とがほぼ１８０度ずれてしまう、すなわち、ほぼ逆相になってしまうマルチパスを意味する。前記受信ユニット１２等のＧＰＳ受信器は、通常、コリレータ（相関器）を備え、微弱電波信号の相関波の波形から真のピークを検出するようになっている。そのため、直接パスを伝播して受信された電波の位相と、反射パスを伝播して受信された電波の位相とがほぼ逆相になると、互いに打ち消し合うので、ピークが低くなり、受信電力の強度が弱くなる。
【０１５５】
したがって、受信電力の強度が弱い場合、前記受信ユニット１２が備える図示されないコリレータが出力する相関波の波形の左右対称性を評価することによって、測位衛星４１がＮＬＯＳであるか、逆相マルチパスであるかを識別することができる。対称性が低ければＮＬＯＳであり、対称性が高ければ逆相マルチパスである、と考えられる。
【０１５６】
なお、マルチパスの影響によって、図１５に示されるように、ＧＰＳ受信器のコリレータが出力する相関波の波形のピークが左右どちらかにずれることは、既に確認されている（例えば、非特許文献２参照。）。図１５において、縦軸は相関値（無次元）を表し、横軸は時間（ｃｈｉｐ：チップ）を表している。なお、１〔ｃｈｉｐ〕は、約３００〔ｍ〕の遅延距離に相当する。
【非特許文献２】久保信明、安田明生、鈴木崇史、「衛星測位におけるマルチパス誤差の削減と高精度化への可能性について」、電子情報通信学会、ＩＴＳ研究会研究報告、２００４年７月「信学技報」、１−６頁。
【０１５７】
また、探索点の移動軌跡、すなわち、トラッキングと受信電力の強度の時系列データとを併せた判定によって、ＮＬＯＳと考えるよりも逆相マルチパスであると考える方が自然である場合には、例えば、現在までの探索点の位置から推定して、急にＮＬＯＳに変わるはずがないと考えられる場合には、逆相マルチパスであると判定する。
【０１５８】
そこで、本実施の形態においては、測位衛星４１からの受信電力の強度が弱い場合、測位ユニット２１は、受信ユニット１２が備えるコリレータが出力する相関波の波形に基づき、測位衛星４１からの電波伝播がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかを判定する。そして、測位ユニット２１は、相関波の波形の左右対称性が高いときは、測位衛星４１からの電波伝播がＬＯＳであって逆相マルチパスであると判定する。
【０１５９】
図１６には、出力決定部２６が出力した出力位置、すなわち、位置検出装置１１の現在位置を地図上にプロットした結果が示されている。図１６（ａ）は、前記第１及び第２の実施の形態のように、受信電力が所定の閾値以下の測位衛星４１がＬＯＳであると認識された探索点を棄却した、すなわち、候補位置として選択せずに、出力位置を算出した場合の結果である。図１６（ｂ）は、受信電力が所定の閾値以下の測位衛星４１がＬＯＳであると認識された探索点も、逆相マルチパスである可能性を考慮し、棄却することなく候補位置として選択し、出力位置を算出した場合の結果である。なお、図１６に示される地図は、図５の中心付近の交差点及びその周辺を示す３次元地図である。
【０１６０】
図１６において、複数の四角印５８は、道路上を発明者が位置検出装置１１（ＧＰＳ受信器）を所持して移動した実際の移動軌跡である。また、複数の丸印５９は、出力決定部２６が出力した位置検出装置１１の現在位置の軌跡である。
【０１６１】
図１６（ａ）では出力位置として算出することができなかったいくつかの地点が、図１６（ｂ）では算出されていることが分かる。また、数字の上でも、図１６（ａ）の結果では、探索の成功率が７０〔％〕程度であるのに対し、図１６（ｂ）の結果では、探索の成功率が９０〔％〕以上にまで上昇した。
【０１６２】
なお、位置検出装置１１の構成及びその他の点の動作については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１６３】
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。なお、第１〜第８の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第８の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１６４】
図１７−１は本発明の第９の実施の形態における反射波とコリレータが出力する相関波との関係を示す図、図１７−２は本発明の第９の実施の形態における遅延距離とマルチパス誤差との関係を示す図、図１８は本発明の第９の実施の形態におけるマルチパス誤差を補正して検出された現在位置を示す図である。なお、図１７−１において、（ａ）は反射波が同相である場合を示す図、（ｂ）は反射波が逆相である場合を示す図であり、図１７−２において、（ａ）は通常のコリレータの場合を示す図、（ｂ）は複数種類のコリレータを比較した場合を示す図である。
【０１６５】
前記第１及び第２の実施の形態においては、受信電力の強度から推定される測位衛星４１の可視状況との整合性を考慮し、受信電力の強度が強い場合には測位衛星４１がＮＬＯＳであり得ないからＬＯＳであるとの前提に基づいて、反射パスを考慮することなく、当該探索点から当該測位衛星４１までの擬似距離を算出するようになっている。
【０１６６】
しかしながら、測位衛星４１がＬＯＳである場合でも、受信ユニット１２は、マルチパスの影響を受け、直接パスを伝播した電波の他に反射パスを伝播した電波を受信し得る。そこで、本実施の形態においては、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用い、測位衛星４１からの電波伝播がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかを判定し、ＬＯＳである場合には直接パス及び反射パスの両方を含むマルチパスであるか否かを判定し、マルチパスであるときには受信ユニット１２が算出した擬似距離を反射パスの遅延を考慮して補正し、補正した擬似距離に基づいて現在位置を決定する。つまり、測位衛星４１からの受信電力の強度が強い場合、測位ユニット２１は、３次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて測位衛星４１がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかを判定し、ＬＯＳであってマルチパスであるときは、遅延を考慮して擬似距離を補正し、補正した擬似距離に基づいて現在位置を決定する。
【０１６７】
なお、測位衛星４１がＮＬＯＳである場合には、前記第１及び第２の実施の形態の場合と同様に、当該測位衛星４１からの電波を測位計算に使用しない。
【０１６８】
そして、測位衛星４１がＬＯＳである場合には、当該測位衛星４１からの直接波（直接パスを伝播した電波）のみを受信しているのか、又は、直接波のみならず建物の壁面等で反射された反射波（反射パスを伝播した電波）をも受信しているのか、つまり、マルチパスであるのか、を判定する。
【０１６９】
ここで、マルチパスであるか否かを判定するためには、２つの方法がある。
【０１７０】
第１の方法は、３次元地図情報及びレイトレーシング法によって電波伝播の経路、すなわち、パスを判定する方法である。この方法では、測位衛星４１から位置検出装置１１乃至受信ユニット１２までに、直接パス及び反射パスの両方が存在すればマルチパスであると判定し、直接パスのみであればマルチパスでないと判定する。
【０１７１】
また、第２の方法は、コリレータが出力する相関波の波形に基づいて判定する方法である。直接波のみが受信される環境において、相関波の波形は、図１７−１で実線で示されるような形状となる。しかし、破線で示されるような反射波も同時に受信すると、出力される相関波の波形は、一点鎖線で示されるように歪（ゆが）んだものとなる。したがって、相関波の波形に基づいて、直接パス及び反射パスの両方を含むマルチパスであるか否かを判定することができる。なお、反射波の直接波に対する位相によって相関波の波形が変化する。すなわち、同相であれば、図１７−１（ａ）に示されるように、右側が膨らみ、逆相であれば、図１７−１（ｂ）に示されるように、右側が凹む。
【０１７２】
本発明の発明者は、第１の方法を採用して実験を行った。第１の方法をでは、３次元地図情報及びレイトレーシング法によって反射パスの存在が判定されると、該反射パスの直接パスに対する遅延距離を求めることができる。なお、反射波の直接波に対する位相の判定は、受信電力の強度を参考にして行うことができる。すなわち、受信電力の強度が強ければ同相であり、弱ければ逆相であると判定することができる。また、受信ユニット１２が相関波を出力可能である場合には、該相関波の波形に基づいて、反射波の直接波に対する位相を判定することができる。
【０１７３】
なお、前記遅延の考慮の方法は、次の（１８）及び（１９）の２通りである。
（１８）平均化された（経験値による）モデルを仮定し、検波（測距）の誤差を見積もる。
（１９）ビル等の構造物の表面の素材（反射率）を考慮した反射波を実際に波形に重ねて、検波（測距）の誤差を見積もる。
【０１７４】
反射パスの直接パスに対する遅延距離に応じた擬似距離に含まれるマルチパス誤差の大きさは、コリレータの種類、反射波の強度、位相、遅延距離によって決まる。この理論値がどのようになるかは、図１７−２に示されている。
【０１７５】
図１７−２に示されるように、コリレータの仕様に基づいて理論的に求めた遅延距離とマルチパス誤差との関係が確認されている（例えば、非特許文献３参照。）。図１７−２において、（ａ）は通常のコリレータの場合を示し、（ｂ）は複数種類のコリレータを比較した場合を示している。なお、図１７−２は、マルチパス反射波の振幅は直接波（直接パスを伝播した電波）の振幅の半分である、と仮定して算出されている。実際には、マルチパス反射波の振幅や遅延距離は、時々刻々に変化するので、マルチパス誤差は、図１７−２に示される最大値の範囲内で生じることになる。
【非特許文献３】M. Braasch, “Performance comparison of multipath mitigating receiver architectures,”in Aerospace Conference, 2001, IEEE Proceedings., vol. 3, 2001,  pp.3/1309-3/1315 vol.3 。
【０１７６】
これに基づいて、本発明の発明者が実験に使用した位置検出装置１１（ＧＰＳ受信器）におけるマルチパス誤差のモデルを考える。最近のＧＰＳ受信器が備えるコリレータは、いわゆるナローコリレータ（Ｎａｒｒｏｗ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）である場合が多いので、ここでは、ナローコリレータを想定し、図１７−２（ｂ）に基づき、簡単な見積もりとして、遅延距離ｄに対するマルチパス誤差εは、次の式（１９）又は（２０）で表されるものとする。
ε＝（α／３０）ｄ    （ｄ＜３０の場合）  ・・・式（１９）
ε＝α                （ｄ≧３０の場合）  ・・・式（２０）
ここで、αは、経験的に、６〔ｍ〕であるものとする。
【０１７７】
そして、測位ユニット２１は、遅延距離ｄに応じたマルチパス誤差εを算出し、該マルチパス誤差εによって擬似距離を補正する。
【０１７８】
図１８には、発明者等が位置検出装置１１を携帯しながら２０秒間静止した状態で測位した結果、すなわち、位置検出装置１１で現在位置を検出した第１の実験の結果が示されている。
【０１７９】
具体的には、前記第１及び第２の実施の形態で説明したような初期位置の周辺に複数位置（探索点）を設定して該複数位置における擬似距離を算出する方法を採用することなく、加重最小２乗法（重み付き最小２乗法）を用いて、前記式（１）の解を求めた結果である。なお、図１８に示される地図は、図１６に示される交差点及びその周辺を拡大して示す３次元地図である。
【０１８０】
図１８において、四角印は、交差点の北西の角に位置する位置検出装置１１の真の現在位置を示している。三角印６１は、観測された擬似距離、すなわち、受信ユニット１２が出力した擬似距離をそのまま使用して測位計算を行った結果である。また、丸印６２は、そこから、前記モデルによるマルチパス誤差εを算出し、該マルチパス誤差εによって補正した擬似距離によって測位計算を行った結果である。２０秒間の結果であるため、三角印６１及び丸印６２ともに、測位計算を行った結果が複数存在する。三角印６１よりも丸印６２の方が真の現在位置に近いことが分かる。
【０１８１】
このように、受信ユニット１２が出力した擬似距離には、マルチパス誤差が含まれており、測位した２０秒間の平均誤差は、１３．７〔ｍ〕であった。ここからマルチパス誤差を補正した結果、２０秒間の平均誤差を６．８〔ｍ〕まで低減することができた。
【０１８２】
次に、本実施の形態における第２の実験の結果について説明する。該第２の実験では、前記式（１）の解を求めて検出した位置を初期位置とし、該初期位置の周辺にランダムに設定した複数の探索点における擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて候補位置を選択し、前記初期位置との距離、及び、前回の位置からの移動距離という指標を用いて評価を行い尤度を定め、該尤度に基づいて加重平均を取ることによって現在位置を推定する方法である点において、前記第２の実施の形態と同様であるが、本実施の形態においては、前記式（１９）又は（２０）で表されるようなマルチパス誤差εを考慮する点で相違する。
【０１８３】
図１９は本発明の第９の実施の形態における真の現在位置におけるレイトレーシングの第１の例を示す図、図２０は本発明の第９の実施の形態における候補位置の第１の例を示す図、図２１は本発明の第９の実施の形態における真の現在位置におけるレイトレーシングの第２の例を示す図、図２２は本発明の第９の実施の形態における候補位置の第２の例を示す図である。なお、図２０及び２２において、（ａ）はマルチパス誤差εを考慮しない場合を示す図、（ｂ）はマルチパス誤差εを考慮する場合を示す図である。
【０１８４】
図１９には、第１の現在位置における測位衛星４１からの電波伝播が示されている。なお、図１９に示される地図は、図１８と同一の交差点及びその周辺を示す３次元地図であって、四角印は、交差点の北東の角に位置する位置検出装置１１の真の現在位置を示している。線４５は、位置検出装置１１の現在位置からの視野内にある測位衛星４１からの電波伝播である直接パスを示し、線４６は、構造物の表面で反射した前記測位衛星４１からの電波伝播である反射パスを示している。図１９では、直接パスを示す線４５が４本であり、反射パスを示す線４６も４本であるから、４つのすべての測位衛星４１からの電波がマルチパスとなっていることが分かる。
【０１８５】
マルチパス誤差εを考慮しない場合、正解座標、すなわち、真の現在位置において観測された擬似距離と３次元地図情報及びレイトレーシング法に基づいて推定される擬似距離との差の平均は、２．１〔ｍ〕となり、候補位置の分布は、図２０（ａ）に示されるようになった。図２０（ａ）及び（ｂ）において、小さな複数の丸印６５は尤度の低い候補位置、やや大きな複数の丸印６４は尤度の高い候補位置、最も大きな単一の丸印６３はすべての候補位置の加重平均、すなわち、推定結果である。該推定結果の誤差は、３．３〔ｍ〕であった。
【０１８６】
これに対し、マルチパス誤差εを考慮する場合、真の現在位置において観測された擬似距離と３次元地図情報及びレイトレーシング法に基づいて推定される擬似距離との差の平均は、０．５〔ｍ〕となり、候補位置の分布は、図２０（ｂ）に示されるようになった。そして、推定結果の誤差は、０．５〔ｍ〕であった。マルチパス誤差εを考慮しない場合と比較して、推定結果の誤差が大きく低減された。
【０１８７】
また、図２１には、第２の現在位置における測位衛星４１からの電波伝播が示されている。なお、図２１に示される地図は、図１８及び１９と同一の交差点及びその周辺を示す３次元地図であって、四角印は、交差点の北西の角に位置する位置検出装置１１の真の現在位置を示している。図１９と同様に、線４５は、位置検出装置１１の現在位置からの視野内にある測位衛星４１からの電波伝播である直接パスを示し、線４６は、構造物の表面で反射した前記測位衛星４１からの電波伝播である反射パスを示している。図２１では、直接パスを示す線４５が４本であり、反射パスを示す線４６が３本であるから、４つのうちの３つの測位衛星４１からの電波がマルチパスとなっていることが分かる。
【０１８８】
マルチパス誤差εを考慮しない場合、真の現在位置において観測された擬似距離と３次元地図情報及びレイトレーシング法に基づいて推定される擬似距離との差の平均は、１．９〔ｍ〕となり、候補位置の分布は、図２２（ａ）に示されるようになった。そして、推定結果の誤差は、１２．９〔ｍ〕であった。
【０１８９】
これに対し、マルチパス誤差εを考慮する場合、真の現在位置において観測された擬似距離と３次元地図情報及びレイトレーシング法に基づいて推定される擬似距離との差の平均は、１．５〔ｍ〕となり、候補位置の分布は、図２２（ｂ）に示されるようになった。そして、推定結果の誤差は、２．３〔ｍ〕であった。マルチパス誤差εを考慮しない場合と比較して、推定結果の誤差が大きく低減された。
【０１９０】
なお、位置検出装置１１の構成及びその他の点の動作については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１９１】
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。なお、第１〜第９の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第９の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１９２】
本実施の形態においては、３次元地図情報のエラーの可能性、具体的には、構造物の壁面に対する垂線方向の位置エラーの可能性を考慮してポジショニングの計算を行う。つまり、構造物の外壁面の座標を前記垂線方向に変化させることによって、最小２乗法の残差、すなわち、誤差が小さくなる位置を探索し、この位置を構造物の外壁面の本来の座標であると推定する。位置検出装置１１の現在位置の検出は、加重最小２乗法を用いて、前記式（１）のような擬似距離列の式の解を求めることによって行われるが、本実施の形態においては、その誤差が小さくなる位置を探索し、本来の位置であると推定する。
【０１９３】
また、このようにして推定した結果を、エラー空間に投票することによって、エラー分布を作成することができる。この場合、位置検出装置１１を使用する一人のユーザが複数回行った推定の結果を投票してもよいし、複数のユーザが各自の位置検出装置１１を使用して行った推定の結果を投票してもよい。また、前記エラー分布に基づき、構造物の外壁面の座標について３次元地図情報の修正を行うようにすることもできる。
【０１９４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明は、位置検出装置、位置検出システム及び位置検出方法に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９６】
１１    位置検出装置
１２    受信ユニット
２１    測位ユニット
２２    位置算出部
２３    周辺探索部
２５    候補位置選択部
２６    出力決定部
３１    情報提供サーバ
４１    測位衛星
【図１】
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【図１３】
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【図１７−１】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７−２】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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