(57)【要約】【課題】  ＧＰＳ衛星信号を利用した位置推定方法及び位置推定装置を提供する。【解決手段】  ＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ受信機のような受信機と、受信されたＧＰＳ信号から位置を決定するためのプロセッサーとを具備する位置推定装置。前記受信機は第１ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第１ＧＰＳ信号を受信する。前記受信機は前記第１ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第２ＧＰＳ信号を受信する。前記受信機の位置は前記第１ＧＰＳ信号及び前記第２ＧＰＳ信号を利用して決定される。前記２つの信号間の時間差は位置を計算するために使われる。したがって、本発明によるＧＰＳ受信機を含む受信機の位置は、３個以下のＧＰＳ衛星から出力される４つ以下のＧＰＳ信号を使用して決定できる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法において、
受信機が第１ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第１ＧＰＳ信号を受信する段階と、
前記受信機が前記第１ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第２ＧＰＳ信号を受信する段階と、
前記第１ＧＰＳ信号及び前記第２ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定する段階と、を具備することを特徴とするＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項２】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機が前記第１ＧＰＳ衛星の第３位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第３ＧＰＳ信号を受信する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項３】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第３ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項４】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機が前記第１ＧＰＳ衛星の第４位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信する段階をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項５】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第４ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項６】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第３ＧＰＳ信号及び前記第４ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項７】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機が第２ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第２ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信する段階をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項８】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第４ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項９】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第３ＧＰＳ信号及び前記第４ＧＰＳを使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１０】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機が第２ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第２ＧＰＳ衛星から出力された第３ＧＰＳ信号を受信する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１１】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第３ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１２】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機が前記第２ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第２ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１３】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第４ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１４】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第３ＧＰＳ信号及び第４ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１５】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機が第３ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第３ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１６】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第４ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１７】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法は、前記受信機の位置を決定するために前記第３ＧＰＳ信号及び第４ＧＰＳ信号を使用する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１８】
前記受信機の位置は、前記第１ＧＰＳ信号と前記第２ＧＰＳ信号間の経過時間に関連した時間差を使用して決定されることを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する方法。
【請求項１９】
ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置において、
第１ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第１ＧＰＳ信号を受信し、前記第１ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第２ＧＰＳ信号を受信する受信機と、
前記第１ＧＰＳ信号及び前記第２ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定するプロセッサーと、を具備することを特徴とするＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２０】
前記受信機は前記第１ＧＰＳ衛星の第３位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第３ＧＰＳ信号を受信することを特徴とする請求項１９に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２１】
前記プロセッサーは前記第３ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項２０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２２】
前記受信機は前記第１ＧＰＳ衛星の第４位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信することを特徴とする請求項２０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２３】
前記プロセッサーは前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項２２に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２４】
前記プロセッサーは前記第３ＧＰＳ信号及び前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項２２に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２５】
前記受信機は第２ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第２ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信することを特徴とする請求項２０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２６】
前記プロセッサーは前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項２５に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２７】
前記プロセッサーは前記第３ＧＰＳ信号及び前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項２５に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２８】
前記受信機は第２ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第２ＧＰＳ衛星から出力された第３ＧＰＳ信号を受信することを特徴とする請求項１９に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項２９】
前記プロセッサーは前記第３ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項２８に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３０】
前記受信機は第２ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第２ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信することを特徴とする請求項２８に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３１】
前記プロセッサーは前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項３０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３２】
前記プロセッサーは前記第３ＧＰＳ信号及び前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項３０に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３３】
前記受信機は第３ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第３ＧＰＳ衛星から出力された第４ＧＰＳ信号を受信することを特徴とする請求項２８に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３４】
前記プロセッサーは前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項３３に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３５】
前記プロセッサーは前記第３ＧＰＳ信号及び前記第４ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定することを特徴とする請求項３３に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３６】
ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置において、
第１ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第１ＧＰＳ信号を受信し、前記第１ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第２ＧＰＳ信号を受信する受信機と、
前記第１ＧＰＳ信号及び前記第２ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定するための位置計算ユニットと、を具備することを特徴とするＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３７】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置は、位置決定のために使用できる衛星の数を検出するための制御器をさらに具備することを特徴とする請求項３６に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３８】
前記ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置は、位置を決定する間にユーザに停止を保持するように要求する停止測定要求及び選択ユニットをさらに具備することを特徴とする請求項３６に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項３９】
前記位置計算ユニットは、使用可能な衛星の数が基準数より少ない場合、位置を決定する間に前記ユーザに停止を保持するように要求する時間差測定決定機を具備することを特徴とする請求項３６に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【請求項４０】
前記位置計算ユニットは、ＧＰＳ信号間の時間差を測定することにより前記位置を計算する時間差測定計算機を具備することを特徴とする請求項３６に記載のＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置推定方法及び位置推定装置に係り、より詳細には少なくとも一つ以上のグローバル位置測定システム（ＧＰＳ；Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から所定の時間差をおいてそれぞれ出力される多数の衛星信号を利用して位置推定装置の位置を推定する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にＧＰＳ衛星システムで使われる位置推定方法は、三角法及び前記ＧＰＳ衛星から出力されるＣ／Ａコード（Ｃｌｅａｎ ａｎｄ ＡｑｕｉｓｉｔｉｏｎまたはＣｏａｒｓｅ ａｎｄ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）を利用して前記ＧＰＳ衛星と位置推定装置（例えば、ＧＰＳ受信機）のアンテナ間の距離を推定する。
【０００３】
ＧＰＳ衛星は常に１５７５．４２ＭＨｚのＬ１周波数にＣ／Ａコードを載せて伝送する。位置推定装置は前記Ｃ／Ａコードと同じコードを発生する。発生されたＣ／Ａコードと受信されたＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードとを比較する。比較結果から、前記ＧＰＳ衛星から出力された前記Ｃ／Ａコードが前記位置推定装置まで到着するのにかかる時間を測定する。
【０００４】
前記位置推定装置は、光速（ＧＰＳ衛星から出力されたＣ／Ａコードの速度）と前記所要時間との積算から前記ＧＰＳ衛星と位置推定装置間の距離を測定する。前記Ｃ／Ａコードはそれ自体がほとんど雑音に近い擬似雑音符号で構成されており、また測定されたＧＰＳ衛星と位置推定装置間の距離は誤差を含んでいるため、これを擬似距離と呼ぶ。
【０００５】
一般的な位置推定装置は最小４つのＧＰＳ衛星から同時に出力される衛星信号を受信し、前記衛星信号それぞれに相応する擬似距離を測定し、その測定結果として前記位置推定装置の位置を推定する。すなわち、位置推定装置は４つ以上のＧＰＳ衛星から同時に出力される４つ以上の衛星信号を利用して位置推定装置の３次元的な位置を推定する。
しかし、位置推定装置が周囲環境の影響で最小４つの衛星信号を同時に受信できない場合、前記位置推定装置は自体の３次元的な位置を推定できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記のような点を鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置及び方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明によるＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置及び方法において、前記受信機は第１位置を有する第１ＧＰＳ衛星から出力される第１ＧＰＳ信号を受信する。前記受信機は第２位置を有する前記第１ＧＰＳ衛星から出力される第２ＧＰＳ信号を受信する。前記受信機の位置は前記第１ＧＰＳ信号及び前記第２ＧＰＳ信号を利用して決定される。
【０００８】
前記受信機は第３位置を有する前記第１ＧＰＳ衛星から出力される第３ＧＰＳ信号を受信し、前記受信機の位置は前記第３ＧＰＳ信号を利用して決定される。前記受信機は第４位置を有する前記第１ＧＰＳ衛星から出力される第４ＧＰＳ信号を受信し、前記受信機の位置は前記第４ＧＰＳ信号を利用して決定される。前記受信機は第１位置を有する第２ＧＰＳ衛星から出力される前記第４ＧＰＳ信号を受信できる。前記第４ＧＰＳ信号は前記受信機の位置を決定するために使われる。
【０００９】
前記受信機は第１位置を有する第２ＧＰＳ衛星から出力される前記第３ＧＰＳ信号を受信でき、前記第３ＧＰＳ信号は前記受信機の位置を決定するために使われる。
前記受信機は第２位置を有する前記第２ＧＰＳ衛星から出力される前記第４ＧＰＳ信号を受信でき、前記第４ＧＰＳ信号は前記受信機の位置を決定するために使われる。
前記受信機は第１位置を有する第３ＧＰＳ衛星から出力される前記第４ＧＰＳ信号を受信でき、前記第４ＧＰＳ信号は前記受信機の位置を決定するために使われる。
【００１０】
ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置は、第１ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第１ＧＰＳ信号を受信し、前記第１ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第２ＧＰＳ信号を受信する受信機と、前記第１ＧＰＳ信号及び前記第２ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定するプロセッサーとを具備する。
【００１１】
ＧＰＳ信号を利用して位置を決定する装置は、第１ＧＰＳ衛星の第１位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第１ＧＰＳ信号を受信し、前記第１ＧＰＳ衛星の第２位置で前記第１ＧＰＳ衛星から出力された第２ＧＰＳ信号を受信する受信機と、前記第１ＧＰＳ信号及び前記第２ＧＰＳ信号を利用して前記受信機の位置を決定するための位置計算ユニットとを具備する。
本発明によってＧＰＳ受信機を含む受信機の位置はＧＰＳ衛星から出力される４つ以下のＧＰＳ信号を使用して決定できる。特に、４つ以上の衛星からＧＰＳ信号を受信できない状況でもっと信頼できる位置決定または推定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による位置推定方法及び位置推定装置は、測定可能な衛星数が３つ以下である場合にも時間差を利用して擬似距離を測定し、前記測定された擬似距離を利用して位置推定装置の位置を精密に推定または計算できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには本発明の望ましい実施例を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照せねばならない。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に示された同じ参照符号は同じ部材を表す。
【００１４】
図１は本発明の第１実施例による位置推定方法を説明するための概念図である。図１を参照すれば、参照番号１１は時刻ｔ１でのＧＰＳ衛星の位置を表し、参照番号１２は時刻ｔ１から所定の時間が経過した後の時刻ｔ２での前記ＧＰＳ衛星の位置を表す。
したがって、同じＧＰＳ衛星から時刻ｔ１及び時刻ｔ２にそれぞれ出力される衛星信号により各擬似距離が測定され、２つの距離方程式の解が求められれば、ＧＰＳ受信機を含む位置推定装置の推定位置は平面である場合、２ケ所１３Ａ、１３Ｂになる。
しかし、位置推定装置の位置は３次元の空間座標であり、ＧＰＳ衛星と前記位置推定装置間に時間差という変数があるので、実際に位置推定装置の位置を求めるためには４つの距離方程式が必要である。しかし、位置推定装置の位置を求める方法は擬似距離を利用する方法に限定されるものではない。
【００１５】
図２は、本発明の第１実施例による位置推定方法を具体的に説明するための図面である。
本発明の位置推定方法によれば、少なくとも一つ以上のＧＰＳ衛星から所定の時間差をおいてそれぞれ出力される多数の衛星信号を受信し、前記受信された各衛星信号に応答して前記位置推定装置の位置を推定する。
【００１６】
図２を参照すれば、座標（ｘ，ｙ，ｚ）は位置推定装置２５の推定位置を表し、座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｔ１）は時刻ｔ１でのＧＰＳ衛星２１の位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を表し、ｐ１は時刻ｔ１で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。ここで位置推定装置２５は停止または固定されたことが望ましい。
【００１７】
座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｔ２）は時刻ｔ２でのＧＰＳ衛星２２の位置データ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を表し、ｐ２は時刻ｔ２で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。ここで、時刻ｔ２は時刻ｔ１から所定の時間が経過した後の時刻を表す。
座標（ｘ３，ｙ３，ｚ３，ｔ３）は時刻ｔ３でのＧＰＳ衛星２３の位置データ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を表し、ｐ３は時刻ｔ３で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。ここで、時刻ｔ３は時刻ｔ２から所定の時間が経過した後の時刻を表す。
座標（ｘ４，ｙ４，ｚ４、ｔ４）は時刻ｔ４でのＧＰＳ衛星２４の位置データ（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を表し、ｐ４は時刻ｔ４で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。ここで時刻ｔ４は時刻ｔ３から所定の時間が経過した後の時刻を表す。参照番号２１ないし２４は４つの相異なる衛星を表すことではなく、相異なる時間及び相異なる位置での同じ衛星を表す。
【００１８】
各ＧＰＳ衛星２１、２２、２３、２４のＩＤは全て同一でも全て異なっても構わない。例えば、ＧＰＳ衛星２１、２２、２３、２４のうち少なくとも２つ以上のＧＰＳ衛星のＩＤは同一である。
【００１９】
数式１は、それぞれの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４でのＧＰＳ衛星の各位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、（ｘ４，ｙ４，ｚ４）及び測定された各擬似距離ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４で表現される４つの距離方程式を表す。
したがって、位置推定装置はそれぞれの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４でＧＰＳ衛星２１、２２、２３、２４から出力される各位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を受信し、各擬似距離ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を測定して数式１で表現される４つの距離方程式の解を求めることによって前記位置推定装置の位置２５（例えば空間座標（ｘ，ｙ，ｚ））を計算または推定できる。
【００２０】
【数１】
2004226406.tif 000003
【００２１】
ここでｃは光速を表し、ΔｔはＧＰＳ衛星の時間と位置推定装置の時間間の差を表す。
位置推定装置の空間座標２５（ｘ，ｙ，ｚ）を求めるためには数式１のような最小４つの距離方程式が必要とするため、いくつのＧＰＳ衛星から出力される衛星信号を同時に受信できるかによって擬似距離の最小測定回数が決定される。
【００２２】
例えば、位置推定装置が２つのＧＰＳ衛星から出力される衛星信号をそれぞれ受信できる場合、前記位置推定装置が１つの時刻に２つのＧＰＳ衛星から出力される衛星信号それぞれを受信してそれぞれに対する擬似距離を測定し、また他の時刻に前記２つのＧＰＳ衛星から出力される衛星信号それぞれを受信してそれぞれに対する擬似距離を測定すれば、数式１のような４つの距離方程式を得られる。
この場合、位置推定装置の位置２５、すなわち空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めるために相異なる時刻に最小２回の擬似距離測定が必要である。
【００２３】
また、位置推定装置が３つのＧＰＳ衛星から出力される衛星信号をそれぞれ受信できる場合、前記位置推定装置は１つの時刻に３つのＧＰＳ衛星から出力される衛星信号それぞれを受信してそれぞれに対する擬似距離を測定した後、他の時刻に前記３つのＧＰＳ衛星のうちいずれか一つから出力される衛星信号から擬似距離を測定すれば、数式１のような４つの距離方程式を得られる。
【００２４】
したがって、位置推定装置の位置２５、すなわち空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めるために相異なる時刻に最小２回の擬似距離測定が必要である。
また、位置推定装置の高度（すなわち、ｚの座標値）を知っている場合、前記位置推定装置の空間座標を推定するための擬似距離の測定回数は、前記位置推定装置の高度が分からない場合の前記位置推定装置の空間座標を推定するための擬似距離の測定回数より少なくとも１回少ない。
【００２５】
図３は本発明の第２実施例による位置推定方法を説明するための概念図である。
位置推定装置は時間的に近接した２個ずつの擬似距離の差値を利用して前記位置推定装置の位置を推定する。
この方法によって各擬似距離は、同じＧＰＳ衛星から比較的短い時間差をおいてそれぞれ出力される多数の衛星信号（例えば、ＧＰＳ衛星のＩＤ、各時刻、前記各時刻での位置データなど）から測定される。そして、測定された各擬似距離を利用して位置推定装置の位置が推定される。
【００２６】
したがって前記衛星信号の共通的な遅延、例えば電離層遅延、対流層遅延などを互いに相殺するため、位置推定装置の位置はさらに精密に推定されうる。
時間的に近接した２つの擬似距離の差を利用して位置推定装置の位置を推定する場合、推定された前記位置推定装置の位置は双曲線上の座標に相応する。したがって、２つ以上の双曲線が交差する交差点が前記位置推定装置の推定位置となる。
【００２７】
図３を参照すれば、参照番号３１、３２及び３３はそれぞれ同じＩＤを有するＧＰＳ衛星に対する相異なる時刻でのＧＰＳ衛星の位置を表し、ｐ１、ｐ２、及びｐ３は３１、３２及び３３の位置で位置推定装置によってそれぞれ測定された擬似距離を表す。
平面において、ｐ１−ｐ２の値が一定な双曲線ｋ１とｐ２−ｐ３の値が一定な双曲線ｋ２とは２つの点３４Ａ、３４Ｂで合うため、２つの点３４Ａ、３４Ｂが位置推定装置の推定位置に相応する。
【００２８】
しかし、位置推定装置の位置は３次元の空間位置であるため、前記位置推定装置の位置を推定するためにはそれぞれ時刻を別にしながら最小４回の擬似距離の測定をする必要がある。しかし、前記位置推定装置の高度（すなわち、ｚ座標値）を知っている場合、位置推定装置はそれぞれ時刻を別にしながら最小３回の擬似距離の測定をして前記位置推定装置の空間位置を推定できる。
【００２９】
図４は、本発明の第２実施例による位置推定方法を具体的に説明するための図面である。
座標（ｘ，ｙ，ｚ）は位置推定装置４５の推定位置を表し、座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｔ１）は時刻ｔ１でのＧＰＳ衛星４１の位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を表し、ｐ１は時刻ｔ１で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。
座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｔ２）は時刻ｔ２でのＧＰＳ衛星４２の位置データ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を表し、ｐ２は時刻ｔ２で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。ここで、時刻ｔ２は時刻ｔ１から所定の時間が経過した後の時刻を表す。
【００３０】
座標（ｘ３，ｙ３，ｚ３，ｔ３）は時刻ｔ３でのＧＰＳ衛星４３の位置データ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を表し、ｐ３は時刻ｔ３で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。ここで、時刻ｔ３は時刻ｔ２から所定の時間が経過した後の時刻を表す。
座標（ｘ４，ｙ４，ｚ４、ｔ４）は時刻ｔ４での衛星４４の位置データ（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を表し、ｐ４は時刻ｔ４で位置推定装置によって測定された擬似距離を表す。ここで、時刻ｔ４は時刻ｔ３から所定の時間が経過した後の時刻を表す。ここで各ＧＰＳ衛星４１、４２、４３、４４はいずれも同じＧＰＳ衛星である。そして位置推定装置は停止または固定されたことが望ましい。
【００３１】
ｐ１−ｐ２＝ｋ１、ｐ２−ｐ３＝ｋ２、ｐ３−ｐ４＝ｋ３と仮定する場合、数式２はそれぞれの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４でのＧＰＳ衛星の各位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、（ｘ４，ｙ４，ｚ４）及び測定された各擬似距離ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４で表現される４つの擬似距離方程式を表す。
ここで、ｋ１はｐ１−ｐ２の値が一定な双曲線を表し、ｋ２はｐ２−ｐ３の値が一定な双曲線を表し、ｋ３はｐ３−ｐ４の値が一定な双曲線を表す。
【００３２】
したがって、位置推定装置はそれぞれの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４で同じＧＰＳ衛星から出力される各位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を受信した後、各擬似距離ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を測定し、数式２で表現される方程式の解を求めることによって位置推定装置の位置４５（例えば、空間座標（ｘ，ｙ，ｚ））を計算または推定できる。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
図５は本発明の実施例による位置推定装置の概略的なブロック図を表す。図５を参照すれば、位置推定装置５００（例えば、ＧＰＳ受信機）はアンテナ５１０、信号処理ユニット５２０、位置計算ユニット５４０、及び静止測定の要求及び選択ユニット５５０を具備する。
アンテナ５１０は衛星から出力される衛星信号を受信する。信号処理ユニット５２０はアンテナ５１０を通じて受信された衛星信号に載せられたＣ／Ａコードと自体発生されたＣ／Ａコードとの相関値を計算し、前記計算結果に基づいて遅延情報を位置計算ユニット５４０に出力する。
【００３５】
信号処理ユニット５２０は前置増幅器５２１、ダウンコンバータ５２３、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ５２５、自動利得調節装置（ＡＧＣ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５２７、ミキサー５２９、キャリアＮＣＯ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）５３１、コード発生器５３３、相関器５３５、コードＮＣＯ ５３７及び制御器５３９を具備する。
【００３６】
前置増幅器５２１はアンテナ５１０を通じて受信された衛星信号を増幅し、増幅された衛星信号をダウンコンバータ５２３に出力する。ダウンコンバータ５２３は増幅された衛星信号を受信し、ＡＧＣ ５２７の出力信号に応答して増幅された衛星信号を中間周波数信号に変換し、変換された信号をＡ／Ｄコンバータ５２５に出力する。
Ａ／Ｄコンバータ５２５は中間周波数信号を受信し、中間周波数信号をデジタル信号に変換する。
【００３７】
ＡＧＣ ５２７はＡ／Ｄコンバータ５２５に応答してダウンコンバータ５２３の利得を制御する。
キャリアＮＣＯ ５３１は衛星信号のドップラー効果を補償するためにＩ（同相）サイン波及びＱ（直交位相）サイン波を発生する。
ミキサー５２９は前記衛星信号のドップラー効果を相殺するためにＡ／Ｄコンバータ５２５の出力信号とキャリアＮＣＯ ５３１から出力されるＩサイン波とＱサイン波とを混合する。すなわち、ミキサー５２９はＧＰＳ衛星から出力されたＣ／Ａコードを相関器５３５に提供する。
【００３８】
コードＮＣＯ ５３７はコード発生器５３３から発生されたＣ／Ａコードから期待される衛星信号の遅延と一致する遅延コードを発生し、前記発生されたコードを相関器５３５に出力する。コード発生器５３３は、位置推定装置５００の基準時刻及び検出しようとする衛星のＩＤ番号に基づいてＣ／Ａコードを発生する。
相関器５３５は、ミキサー５２９の出力信号に載せられたＣ／ＡコードとコードＮＣＯ ５３７から出力されたＣ／Ａコード間の相関値を計算し、前記計算結果に基づいて遅延情報を制御器回路５３９に出力する。
【００３９】
制御器５３９は相関器５３５の出力信号に応答して衛星信号を検出する。いかなる衛星信号も検出されない場合、制御器５３９はキャリアＮＣＯ ５３１及びコードＮＣＯ ５３７を通じてミキサー５２９または相関器５３５に出力される、次に期待されるドップラー周波数、遅延されたコード値または他の衛星のコード値を制御する。すなわち、相関器５３５の作動は反復的に行われる。
しかし、望ましい衛星信号が検出される場合、制御器５３５は位置計算ユニット５４０に出力される相関器５３５の計算結果を制御する。
【００４０】
位置計算ユニット５４０は、信号処理ユニット５２０から出力された遅延信号に応答して数式１及び数式２から擬似距離及び／または距離方程式の解を求めることができる。この場合、同時に測定可能な衛星の数が位置推定装置５００の位置を推定するために要求される衛星の数より少ない場合、位置計算ユニット５４０は、本発明による位置推定方法を使用する静止測定の要求及び選択ユニット５５０を通じて音声または文字で停止する、すなわち静止状態を維持するように位置推定装置５００のユーザに要求する。
前記ユーザが停止した後、静止測定要求及び選択ユニット５５０は、静止測定機能を選択して所定の選択信号を位置計算ユニット５４０に出力する。すなわち、位置計算ユニット５４０は本発明による位置推定方法を使用して位置推定装置５００の静止位置を推定し始める。
【００４１】
図６は、図５に図示された制御器５３９、静止測定要求及び選択ユニット５５０及び位置計算ユニット５４０の具体的なブロック図である。図５及び図６を参照すれば、静止測定要求及び選択ユニット５５０は停止要求ディスプレイ装置５５０１及び停止選択器５５０３を具備する。制御器５３９は静止信号プロセッサー５３９１及び受信機制御器５３９３を具備する。位置計算ユニット５４０は時間差測定決定機５４０１、時間差測定計算機５４０３及びＧＰＳ位置計算機５４０５を具備する。
【００４２】
時間差測定決定機５４０１は、制御器５３９から出力される遅延情報に応答して時間差測定が開始されたかどうかを決定する。時間差測定計算機５４０３は前記時間差を測定して位置推定装置５００の位置を計算する。ＧＰＳ位置計算機５４０５は一般的な方法によって位置推定装置５００の位置を計算する。すなわち、ＧＰＳ位置計算機５４０５は、同時に受信された多数の衛星信号から位置推定装置５００の位置を推定するための一つの実施例である。
【００４３】
もし、受信機制御器５３９３が検出された衛星のデータ、すなわち測定可能な衛星から出力された衛星信号に相応する遅延情報を位置計算ユニット５４０の時間差測定決定機５４０１に出力する場合、時間差測定決定機５４０１は受信された遅延情報に基づいて位置推定装置５００の位置を計算するための十分な衛星信号が受信されたかどうかを決定する。
もし、受信された衛星信号の数が十分な場合、時間差測定決定機５４０１はＧＰＳ位置計算機５４０５に位置推定装置５００の位置を計算するよう指示する。もし、受信された衛星信号の数が十分でない場合、時間差測定決定機５４０１は静止信号プロセッサー５３９１に静止測定のための要求信号を送る。
【００４４】
時間差測定決定機５４０１から出力された信号を受信した静止信号プロセッサー５３９１は停止要求ディスプレイ装置５５０１を通じてユーザに停止することを通知する。通知されたユーザが停止選択器５５０３を通じて静止測定を許容する場合、停止選択器５５０３は許容信号を静止信号プロセッサー５３９１を通じて時間差測定決定機５４０１に出力する。
【００４５】
前記許容信号を受信した時間差測定決定機５４０１は、前記ユーザが停止したという仮定下で時間差測定計算機５４０３に本発明による時間差測定を開始することを指示する。
たとえユーザが停止要求ディスプレイ装置５５０１を通じて停止を要請されたとしても静止測定が許容されない時、時間差測定決定機５４０１は位置推定装置５００の位置を計算できず、位置推定装置５００の位置を計算するために必要な衛星を連続的に検出できない。
【００４６】
時間差を利用して位置推定装置５００の位置を推定する間、前記ユーザが静止状態になっている場合に前記ユーザは連続的に静止状態を保持せよとの通知を受ける。例えば、時間差測定を始めるために前記停止要求ディスプレイ装置５５０１は表示灯を点滅させうる。時間差測定をする間に前記表示灯はオンになっている。すなわち、前記ユーザは時間差測定のための停止要求と静止状態を維持するための停止要求とを識別できる。
また、時間差測定をする間に十分な衛星信号が受信されるために時間差測定を必要としない場合、停止要求ディスプレイ装置５５０１は表示灯をターンオフする。このことはユーザにこれ以上静止状態を保持する必要がないということを通知する。
【００４７】
図７は、本発明の実施例によって測定可能な衛星数に基づいて位置推定方法を行う段階を示すフローチャートである。図５ないし図７を参照すれば、前記位置計算ユニット５４０は少なくとも一つ以上のＧＰＳ衛星から所定の時間差を有して出力された多数の衛星信号に応答して前記位置推定装置５００の位置を推定できる。
もし段階７０で前記位置推定装置５００が位置推定を始める場合、位置計算ユニット５４０の時間差測定決定機５４０１は測定できる擬似距離を有する衛星の数（これを’測定可能な衛星数’という）が３つより多いかどうかを判断する。
【００４８】
すなわち、４つ以上の衛星から出力される衛星信号がいずれも受信される場合、または前記測定可能な衛星数が３つより多い場合、段階７２で前記位置計算ユニット５４０の一般的なＧＰＳ位置計算機５４０５は一般的な方法で自分の位置を推定する。
段階７３で測定可能な衛星数が３つであり、段階７４でもし位置推定装置５００の高度情報（ｚ座標の値）が既知である場合、位置計算ユニット５００の一般的なＧＰＳ位置計算機５４０５は段階７５で一般的な方法により自体の位置を推定する。
【００４９】
しかし、段階７６で測定可能な衛星数が１つまたは２つである場合、または段階７３及び７４で測定可能な衛星数が３つであって位置推定装置５００の高度情報が知られていない場合、停止要求ディスプレイ装置５５０１は位置推定装置５００のユーザに、停止して本発明による位置推定方法によって位置推定装置５００の位置を推定することを要求する。もし、７７段階でユーザがこのような要求に応答して停止して本発明による位置推定方法を実行する場合、位置推定装置５００は所定の時間差を置いてそれぞれ入力される多数の衛星信号それぞれに応答して各擬似距離を測定し（これを’時間差測定’という）、段階７８で前記各衛星信号及び前記各擬似距離に基づいて前記位置推定装置５００の位置を推定する。この時、数式２が使われる。
しかし、段階７６で測定可能な衛星が全くないか、または段階７７でユーザが停止要求に応ぜずに前記位置推定方法を実行しない場合、段階７９で位置推定装置５００の位置推定は不可能である。
【００５０】
図８は、本発明の実施例による時間差測定によって図５に図示された位置推定装置の位置推定方法を具体的に示すフローチャートである。すなわち、図８は図７の段階７８を示す具体的なフローチャートである。
時間差測定による位置推定装置５００の位置推定が段階７８で始まれば、位置計算ユニット５４０の時間差測定決定機５４０１は段階８１で測定可能な衛星数が３つであるかどうかを判断する。段階８１の判断結果、測定可能な衛星数が３つである場合、位置推定装置５００は第１時刻に前記３つの測定可能な衛星から出力される衛星信号それぞれに応答して各擬似距離を測定し、前記第１時刻から所定の時間が経過した後、第２時刻に前記３つの測定可能な衛星のうちいずれか一つの衛星から出力される衛星信号または前記３つの衛星以外の新しい衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定する。段階８３で前記第１時刻以後に測定される最小の時間差測定回数は１回である。
【００５１】
段階８４で測定可能な衛星数が２つである場合、段階８５で時間差計算機５４０３は第１時刻に前記２つの測定可能な衛星から出力される衛星信号それぞれに応答して各擬似距離を測定し、前記第１時刻から所定の時間が経過した後、第２時刻に前記２つの測定可能な衛星から出力される衛星信号それぞれまたは前記２つの衛星以外の新しい衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定する。したがって、前記第１時刻以後に測定される最小の時間差測定回数は２回である。
【００５２】
段階８４で測定可能な衛星数が２つであり、位置推定装置５００の高度情報が既知である場合、位置推定装置５００は段階８５で前記第２時刻に前記２つの測定可能な衛星から出力される衛星信号それぞれに応答して擬似距離を測定する。したがって、前記第１時刻以後に測定される最小の時間差測定回数は１回である。
【００５３】
もし測定可能な衛星数が２つでない場合、すなわち段階８４で測定可能な衛星数が１つである場合、位置推定装置５００は第１時刻に前記測定可能な衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定し、前記第１時刻から所定の時間が経過した後、第２時刻に前記測定可能な衛星から出力される衛星信号または前記衛星以外の新しい衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定し、前記第２時刻から所定の時間が経過した後、第３時刻に前記測定可能な衛星から出力される衛星信号または前記衛星以外の新しい衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定し、前記第３時刻から所定の時間が経過した後、第４時刻に前記測定可能な衛星から出力される衛星信号または前記衛星以外の新しい衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定する。したがって段階８６で前記第１時刻以後に測定される最小の時間差測定回数は３回である。
【００５４】
しかし、位置推定装置５００の高度情報が既知である場合、位置推定装置５００は第２時刻に前記測定可能な衛星から出力される衛星信号または前記衛星以外の新しい衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定し、
前記第３時刻に前記測定可能な衛星から出力される衛星信号または前記衛星以外の新しい衛星から出力される衛星信号に応答して擬似距離を測定する。したがって段階８６で前記第１時刻以後に測定される最小の時間差測定回数は２回である。
【００５５】
段階８７で前記時間差測定が行われる時、位置推定装置５００はそれぞれの時刻毎に測定可能な衛星が同一であるかどうかを判断する。判断結果、前記衛星が同じ衛星である場合、段階８８で時間差で前記位置推定装置５００と前記衛星との擬似距離を測定し、数式２に表現される２つの擬似距離の差を利用して前記位置推定装置の位置を推定する。
判断結果、前記衛星が同じ衛星でない場合、段階８９で時間差で前記位置推定装置５００と前記衛星との擬似距離を測定して前記位置推定装置の位置を推定する。
【００５６】
本発明は図面に図示された一実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であればこれより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明による位置推定方法及び位置推定装置は、ＧＰＳ衛星信号を利用して位置を決定する装置に使われる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施例による位置推定方法を説明するための概念図である。
【図２】本発明の第１実施例による位置推定方法を具体的に説明するための図面である。
【図３】本発明の第２実施例による位置推定方法を説明するための概念図である。
【図４】本発明の第２実施例による位置推定方法を具体的に説明するための図面である。
【図５】本発明の実施例による位置推定装置の概略的なブロック図である。
【図６】図５に図示された位置計算ユニット及び制御器の具体的なブロック図である。
【図７】本発明の実施例によって測定可能な衛星数に基づいて位置推定方法を行う段階を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例による時間差測定によって図５に図示された位置推定装置の位置推定方法を具体的に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
５００    位置推定装置
５１０    アンテナ
５２０    信号処理ユニット
５２１    前置増幅器
５２３    ダウンコンバータ
５２５    Ａ／Ｄコンバータ
５２７    ＡＧＣ
５２９    ミキサー
５３１    キャリアＮＣＯ
５３３    コード発生器
５３５    相関器
５３７    コードＮＣＯ
５３９    制御器
５４０    位置計算ユニット
５５０    静止測定の要求及び選択ユニット
【図１】
2004226406.tif 000005
【図２】
2004226406.tif 000006
【図３】
2004226406.tif 000007
【図４】
2004226406.tif 000008
【図５】
2004226406.tif 000009
【図６】
2004226406.tif 000010
【図７】
2004226406.tif 000011
【図８】
2004226406.tif 000012