(57)【要約】【課題】電波を受信するに際して障害物がある場合でも、位置検出精度が低下するのを防止し得る三次元位置検出装置を提供する。【解決手段】第１ＧＰＳ受信アンテナ１１では受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナ２１にてＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場合、第１概略位置検出部３１からの当該ＧＰＳ衛星に対する概略位置、および第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信した信号に基づき第２信号到達時間検出部２３にて得られた信号到達時間を入力して、この信号到達時間および両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該ＧＰＳ衛星に対する第１ＧＰＳ受信アンテナまでの信号到達時間を推定する信号到達時間推定部３５を具備するとともに、この推定信号到達時間と第１ＧＰＳ受信アンテナにて受信された信号に基づき得られた信号到達時間とを位置解析部４１に入力して、当該第１ＧＰＳ受信アンテナでの三次元位置を求めるようにしたものである。【選択図】　　　図２
2004101487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電波発信源から発信される電波を、移動体に設けられた複数の電波受信部にて受信して、当該移動体の三次元位置を検出する三次元位置検出装置であって、
上記各電波受信部にて受信された信号に基づき電波発信源からの信号到達時間をそれぞれ検出する信号到達時間検出部と、
或る電波発信源からの電波を受信できない或る電波受信部が存在する場合、他の電波受信部にて受信した信号および各電波受信部同士の相対位置に基づき、上記電波を受信できない或る電波受信部にて受信したものとして信号到達時間を推定する信号到達時間推定部と、
上記信号到達時間検出部および信号到達時間推定部にて得られた各信号到達時間から電波発信源までの距離を求めるとともに、これら各距離を用いて少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより、上記或る電波受信部の三次元位置を求める位置解析部とから構成したことを特徴とする三次元位置検出装置。
【請求項２】
複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を、移動体に所定距離はなして設けられた第１ＧＰＳ受信アンテナおよび第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信して当該移動体の三次元位置を検出する三次元位置検出装置であって、
上記各ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波から所定の信号をそれぞれ取り出す第１デコーダ部および第２デコーダ部と、
これら第１デコーダ部および第２デコーダ部にて取り出された信号に基づき、各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間をそれぞれ求める第１信号到達時間検出部および第２信号到達時間検出部と、
これら第１信号到達時間検出部からの信号到達時間を入力して、または前回検出された三次元位置データにその後の当該移動体の移動距離および移動方向を考慮して第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を検出する概略位置検出部と、
第１ＧＰＳ受信アンテナでは受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナにてＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場合、上記概略位置検出部からの当該ＧＰＳ衛星に対する概略位置および上記第２信号到達時間検出部からの信号到達時間を入力してこの信号到達時間および両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該ＧＰＳ衛星に対する第１ＧＰＳ受信アンテナまでの信号到達時間を推定する信号到達時間推定部と、
上記第１信号到達時間検出部からの信号到達時間および上記信号到達時間推定部からの推定信号到達時間からＧＰＳ衛星までの距離を求めるとともに、これら各距離を用いて少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を求める位置解析部とから構成したことを特徴とする三次元位置検出装置。
【請求項３】
複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を、移動体に所定距離はなして設けられた第１ＧＰＳ受信アンテナおよび第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信して当該移動体の三次元位置を検出する三次元位置検出方法であって、
上記各ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波をそれぞれデコーダ部に入力して所定の信号を取り出す工程と、
これら各デコーダ部にて取り出された信号をそれぞれ信号到達時間検出部に入力して、各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間をそれぞれ求める工程と、
上記求められた信号到達時間に基づき、または前回検出された三次元位置データにその後の当該移動体の移動距離および移動方向を考慮して第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を検出する工程と、
第１ＧＰＳ受信アンテナでは受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナにてＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場合、上記検出された当該ＧＰＳ衛星に対する概略位置および上記求められた信号到達時間並びに両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該ＧＰＳ衛星に対する第１ＧＰＳ受信アンテナまでの信号到達時間を推定する工程と、
上記求められた信号到達時間および推定された推定信号到達時間からＧＰＳ衛星までの距離を求めるとともに、これら各距離を用いて少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより、第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を求める工程とを具備したことを特徴とする三次元位置検出方法。
【請求項４】
複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を、移動体に所定距離はなして設けられた第１ＧＰＳ受信アンテナおよび第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信して当該移動体の三次元位置を検出するための三次元位置検出用プログラムであって、
上記各ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波からそれぞれ所定の信号を取り出す第１信号取出手段および第２信号取出手段と、
これら各信号取出手段にて取り出された信号に基づき各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間をそれぞれ求める第１信号到達時間検出手段および第２信号到達時間検出手段と、
上記求められた信号到達時間に基づき、または前回検出された三次元位置データに当該移動体の移動距離および移動方向を考慮して第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を検出する概略位置検出手段と、
第１ＧＰＳ受信アンテナでは受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナにてＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場合、上記概略位置検出手段にて検出された当該ＧＰＳ衛星の概略位置および上記求められた信号到達時間並びに両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該ＧＰＳ衛星に対する第１ＧＰＳ受信アンテナまでの信号到達時間を推定する信号到達時間推定手段と、
上記第１信号到達時間検出手段からの信号到達時間および信号到達時間推定手段からの推定信号到達時間に基づきＧＰＳ衛星までの距離を求めるとともに、これら各距離に基づき少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより、第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を求める位置解析手段とを具備したことを特徴とする三次元位置検出用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば全地球測位システムを用いた三次元位置検出装置および三次元位置検出方法並びに三次元位置検出用プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、全地球測位システム（以下、ＧＰＳという）を利用したカーナビゲーションシステムが多くの自動車に搭載されており、このカーナビゲーションシステムには、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信アンテナと、ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波を入力してその到達時間（伝搬時間）に基づきＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信アンテナとの距離を求めるとともに、これら各距離に基づきＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を演算する位置演算部とが具備されており、ＧＰＳ受信アンテナは、通常、フロントガラス側のダッシュボード上またはリアウインドウ側の後部座席の後方パネル上に設置されていた。
【０００３】
しかし、車両の位置・姿勢等により、車両自体例えば金属薄板の屋根によりＧＰＳ衛星からの電波が遮蔽される場合があり、電波が遮蔽されると位置検出の信頼性が低下するため、その改善を図る技術として、車両自体にて遮蔽される範囲を除いたＧＰＳ受信アンテナの可視領域内にある信号だけを選択し、この選択された信号を用いて車両の位置を検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記とは異なり、車両が走行中の周辺環境（構造物等）によりＧＰＳ衛星からの電波が遮蔽されて計測不能になった場合に、車両に設置している車輪の回転数を検出するエンコーダとジャイロコンパスにより、受信不能となる直前からの移動距離と姿勢情報を得て、当該車両の位置を推定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３２５１４１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−１８０２０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１においては、ＧＰＳ受信アンテナの可視領域内にあるＧＰＳ衛星からの電波しか位置検出に利用することができず、計測の自由度が大幅に制限されるとともに、狭い可視領域内に車両以外の構造物等による電波遮蔽体が車両の走行とともに出現した場合などはＧＰＳによる位置検出が不能になる可能性が高まり、結果として、特許文献２に示されるような技術を用いざるを得ない。
【０００８】
しかし、特許文献２のような技術も、エンコーダやジャイロコンパスの計測精度に加え、路面状況による走行距離の計測誤差などが位置推定の制度に大きく影響を与えるため、可能な限り、ＧＰＳによる位置検出が継続されることが望ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、定常的・非定常的に拘わらず、障害物により位置検出に利用可能なＧＰＳ衛星からの電波が遮られた場合でも、位置検出に利用可能な電波が減る状況を改善し得る三次元位置検出装置および三次元位置検出方法並びに三次元位置検出用プログラムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る三次元位置検出装置は、複数の電波発信源から発信される電波を、移動体に設けられた複数の電波受信部にて受信して、当該移動体の三次元位置を検出する三次元位置検出装置であって、
上記各電波受信部にて受信された信号に基づき電波発信源からの信号到達時間をそれぞれ検出する信号到達時間検出部と、或る電波発信源からの電波を受信できない或る電波受信部が存在する場合、他の電波受信部にて受信した信号および各電波受信部同士の相対位置に基づき、上記電波を受信できない或る電波受信部にて受信したものとして信号到達時間を推定する信号到達時間推定部と、上記信号到達時間検出部および信号到達時間推定部にて得られた各信号到達時間から電波発信源までの距離を求めるとともに、これら各距離を用いて少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより、上記或る電波受信部の三次元位置を求める位置解析部とから構成したものである。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る三次元位置検出装置は、複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を、移動体に所定距離はなして設けられた第１ＧＰＳ受信アンテナおよび第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信して当該移動体の三次元位置を検出する三次元位置検出装置であって、
上記各ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波から所定の信号をそれぞれ取り出す第１デコーダ部および第２デコーダ部と、これら第１デコーダ部および第２デコーダ部にて取り出された信号に基づき、各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間をそれぞれ求める第１信号到達時間検出部および第２信号到達時間検出部と、これら第１信号到達時間検出部からの信号到達時間を入力して、または前回検出された三次元位置データにその後の当該移動体の移動距離および移動方向を考慮して第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を検出する概略位置検出部と、第１ＧＰＳ受信アンテナでは受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナにてＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場合、上記概略位置検出部からの当該ＧＰＳ衛星に対する概略位置および上記第２信号到達時間検出部からの信号到達時間を入力してこの信号到達時間および両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該ＧＰＳ衛星に対する第１ＧＰＳ受信アンテナまでの信号到達時間を推定する信号到達時間推定部と、上記第１信号到達時間検出部からの信号到達時間および上記信号到達時間推定部からの推定信号到達時間からＧＰＳ衛星までの距離を求めるとともに、これら各距離を用いて少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を求める位置解析部とから構成したものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る三次元位置検出方法は、複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を、移動体に所定距離はなして設けられた第１ＧＰＳ受信アンテナおよび第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信して当該移動体の三次元位置を検出する三次元位置検出方法であって、
上記各ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波をそれぞれデコーダ部に入力して所定の信号を取り出す工程と、これら各デコーダ部にて取り出された信号をそれぞれ信号到達時間検出部に入力して、各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間をそれぞれ求める工程と、上記求められた信号到達時間に基づき、または前回検出された三次元位置データにその後の当該移動体の移動距離および移動方向を考慮して第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を検出する工程と、第１ＧＰＳ受信アンテナでは受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナにてＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場合、上記検出された当該ＧＰＳ衛星に対する概略位置および上記求められた信号到達時間並びに両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該ＧＰＳ衛星に対する第１ＧＰＳ受信アンテナまでの信号到達時間を推定する工程と、上記求められた信号到達時間および推定された推定信号到達時間からＧＰＳ衛星までの距離を求めるとともに、これら各距離を用いて少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより、第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を求める工程とを具備した検出方法である。
【００１３】
さらに、本発明の請求項４に係る三次元位置検出用プログラムは、複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を、移動体に所定距離はなして設けられた第１ＧＰＳ受信アンテナおよび第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信して当該移動体の三次元位置を検出するための三次元位置検出用プログラムであって、
上記各ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波からそれぞれ所定の信号を取り出す第１信号取出手段および第２信号取出手段と、これら各信号取出手段にて取り出された信号に基づき各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間をそれぞれ求める第１信号到達時間検出手段および第２信号到達時間検出手段と、上記求められた信号到達時間に基づき、または前回検出された三次元位置データに当該移動体の移動距離および移動方向を考慮して第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を検出する概略位置検出手段と、第１ＧＰＳ受信アンテナでは受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナにてＧＰＳ衛星からの電波を受信できる場合、上記概略位置検出手段にて検出された当該ＧＰＳ衛星の概略位置および上記求められた信号到達時間並びに両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該ＧＰＳ衛星に対する第１ＧＰＳ受信アンテナまでの信号到達時間を推定する信号到達時間推定手段と、上記第１信号到達時間検出手段からの信号到達時間および信号到達時間推定手段からの推定信号到達時間に基づきＧＰＳ衛星までの距離を求めるとともに、これら各距離に基づき少なくとも三次元位置を未知数とする連立方程式を作成し、且つこれら連立方程式を解くことにより、第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を求める位置解析手段とを具備したプログラムである。
【００１４】
上記三次元位置検出装置および三次元位置検出方法並びに三次元位置検出用プログラムの構成によると、電波発信源から発信される電波を受信してその到達時間に基づき三次元位置を特定する際に、電波障害物の存在により、一方の電波受信部にて捕捉し得る電波発信源の個数が当該移動体の三次元位置を特定するのに不充分である場合に、他方の電波受信部にて受信した電波を用いて、当該他の電波発信源からの電波を一方の電波受信部にて受信したものとして、その信号到達時間を推定するようにしたので、移動体の三次元位置を正確に検出することができる。
【００１５】
特に、上記電波発信源がＧＰＳ衛星であるとともに、移動体に、少なくとも２個のＧＰＳ受信アンテナが設けられている場合に、且つ電波障害物の存在により、一方のＧＰＳ受信アンテナにて、たとえ３個のＧＰＳ衛星からの電波しか受信できない場合であっても、この３個以外の他のＧＰＳ衛星からの電波を他方のＧＰＳ受信アンテナにて受信するとともに、この他方のＧＰＳ受信アンテナにて受信した信号到達時間に基づき、一方のＧＰＳ受信アンテナにて受信したものとして、その信号到達時間を推定するようにしたので、少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する距離が得られ、したがって移動体の三次元位置を正確に検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る三次元位置検出装置および検出方法並びに位置検出用プログラムを、図１〜図３に基づき説明する。
【００１７】
本発明に係る三次元位置検出装置は、全地球測位システム（以下、ＧＰＳという）を利用したカーナビゲーションシステムの位置検出手段として自動車に搭載されて、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して当該自動車の三次元位置（三次元座標位置）を検出するもので、例えばＧＰＳ受信アンテナが車室内の前部のダッシュボードに配置された際に、自動車自身の構造に起因する電波障害物、すなわち屋根が電波障害物となるような場合に、少なくとも前後２箇所にＧＰＳ受信アンテナを配置して、ＧＰＳ衛星に対する電波受信の死角を無くすようにしたものである。
【００１８】
以下、この三次元位置検出装置を詳しく説明する。
この三次元位置検出装置（以下、位置検出装置という）は、図１および図２に示すように、自動車１の室内の前方パネル（ダッシュボードともいう）２および後部座席の後方空間部を覆う後方パネル３にそれぞれ配置された第１ＧＰＳ受信アンテナ１１および第２ＧＰＳ受信アンテナ２１と、これら各ＧＰＳ受信アンテナ１１，２１にて受信した電波をそれぞれ入力して各種データ（例えば、測位コード、航法メッセージなどのデータ）を含む信号を取り出す第１デコーダ部１２および第２デコーダ部２２と、これら各デコーダ部１２，２２にて取り出された測位コードに基づき各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間（電波の伝搬時間）を検出する第１信号到達時間検出部１３および第２信号到達時間検出部２３と、この第１信号到達時間検出部１３にて検出された信号到達時間に基づき、４個より少ないＧＰＳ衛星すなわち３個のＧＰＳ衛星からのデータに基づき第１ＧＰＳ受信アンテナ１１の概略位置を求める第１概略位置検出部３１と、この第１概略位置検出部３１において、第１ＧＰＳ受信アンテナ１１の概略位置を検出することができない場合、すなわち電波を捕捉し得る衛星が２個以下の場合に、前回のサンプリングにて求められた三次元位置データに当該自動車の移動状態量、例えば移動距離、水平方向（方位角）および鉛直方向（傾斜角）を含む移動方向に基づき、第１ＧＰＳ受信アンテナ１１の三次元位置の概略位置を求める第２概略位置検出部３２と、上記第１デコーダ部１２および第２デコーダ部２２にて受信した各ＧＰＳ衛星の自己情報（例えば、衛星番号、軌道情報など）を入力して第１ＧＰＳ受信アンテナ１１では受信できないが第２ＧＰＳ受信アンテナ２１で受信できるＧＰＳ衛星（以下、補充用ＧＰＳ衛星という）を検出する補充用ＧＰＳ検出部３３と、上記第１概略位置検出部３１および第２概略位置検出部３２にて求められた概略位置を入力するとともに、上記補充用ＧＰＳ検出部３３にて得られた衛星情報（または第１デコーダ部１２からの衛星情報）を入力して、第１ＧＰＳ受信アンテナ１１にて電波を捕捉し得るＧＰＳ衛星の個数が３個である場合には、上記第１概略位置検出部３１にて求められた概略位置を出力し、一方、捕捉し得るＧＰＳ衛星の個数が２個以下である場合には、上記第２概略位置検出部３２にて求められた概略位置を出力する概略位置選択部３４と、上記補充用ＧＰＳ検出部３３にて検出された補充用ＧＰＳ衛星の衛生番号、第２信号到達時間検出部２３にて検出された補充用ＧＰＳ衛星からの信号到達時間、および上記概略位置選択部３４を介して入力される第１概略位置検出部３１または第２概略位置検出部３２からの第１ＧＰＳ受信アンテナ１１の概略位置、並びに両ＧＰＳ受信アンテナ１１，２１同士の相対位置に基づき、当該補充用ＧＰＳ衛星の第１ＧＰＳ受信アンテナ１１に対する信号到達時間の推定を行う信号到達時間推定部３５と、上記第１信号到達時間検出部１３および信号到達時間推定部３５にて求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの信号到達時間を入力して４個の未知数からなる４元連立方程式を作成して、第１ＧＰＳ受信アンテナ１１の三次元位置を演算する位置解析部４１とから構成されている。なお、当該自動車には、加速度計、方位計、傾斜計などの各種センサーが設けられて、それぞれの検出値が、上記第２概略位置検出部３２および信号到達時間推定部３５に入力されている。
【００１９】
次に、上記信号到達時間推定部３５における演算について説明する。
なお、以下の文章では、ＧＰＳという文言を省略して説明するものとする。
まず、図３に基づき、第１受信アンテナ１１では電波を受信することができないが、第２受信アンテナ２１にて電波を受信することができる補充用衛星ＳＨ［第１受信アンテナ１１による受信範囲の死角（図１の斜線にて示す）にある衛星］と、両受信アンテナ１１，２１との距離関係について説明する。図３において、第１受信アンテナ１１の位置をＡ、第２受信アンテナ２１の位置をＢ、補充用衛星ＳＨの位置をＮとする。
【００２０】
すなわち、両受信アンテナ１１，２１間の距離をＫＡＢ、補充用衛星ＳＨに対する第１受信アンテナ１１までの距離をＫＡ、補充用衛星ＳＨに対する第２受信アンテナ２１までの距離をＫＢ、補充用衛星ＳＨに対する第１受信アンテナ１１と第２受信アンテナ２１との電波の行路差をΔＫ、第１受信アンテナ１１に対する補充用衛星ＳＨの仰角をθＡ、第２受信アンテナ２１に対する補充用衛星ＳＨの仰角をθＢ、両受信アンテナ１１，１２同士を結ぶ基準直線（基準方向ともいう）ｄの水平線ｅに対する傾斜角をα、および基準直線ｄに対する第１受信アンテナ１１での補充用衛星ＳＨに対する仰角をΔθＡとすると、下記（１）式が成り立つ。
【００２１】
ＫＡ＝ＫＢ＋ΔＫ・・・（１）
但し、ΔＫ≒ＫＡＢ×ｃｏｓΔθＡである。
ここで、上記の距離関係を信号到達時間に変換すると、下記（２）式が成立する。なお、（２）式中、ＴＡは、電波が補充用衛星ＳＨから第１受信アンテナ１１に届くまでの時間、ＴＢは、電波が補充用衛星ＳＨから第受信アンテナ２１に届くまでの時間を示し、またΔＴは、電波が距離ΔＫを進む時間を示す。
【００２２】
ＴＡ＝ＴＢ＋ΔＴ・・・（２）
但し、ΔＴ≒ＫＡＢ×ｃｏｓΔθＡ／Ｃ［Ｃ：電波（光）の速度］である。
ところで、ＫＡＢについては、自動車に配置された両受信アンテナ１１，２１間の距離で、既知である。上記ΔθＡについては、補充用衛星ＳＨの位置情報および自動車に設けられた傾斜計（例えば、ジャィロセンサが用いられる）からの検出信号により求めることができる。
【００２３】
すなわち、上記（２）式により、第１受信アンテナ１１に対する補充用衛星ＳＨからの電波（信号）の到達時間を推定することができる。つまり、第１受信アンテナ１１にて、補充用衛星ＳＨからの電波を受信したものとして取り扱うことができる。
【００２４】
次に、上記構成に係る三次元位置検出装置を用いた自動車での三次元位置検出方法について説明する。
ここでは、図１に示すように、当該三次元位置検出装置が設けられた自動車にて電波が捕捉可能な衛星Ｓが４個であり、その内、３個の第１〜第３衛星Ｓ１〜Ｓ３については、前方に設けられた第１受信アンテナ１１にてその電波を受信することができるが、残りの１個の衛星Ｓ４については、第２受信アンテナ２１だけでのみ受信できる場合について説明する。
【００２５】
各衛星Ｓからの電波が第１受信アンテナ１１および第２受信アンテナ２１にて受信されると、第１デコーダ部１２および第２デコーダ部２２にて、それぞれの衛星Ｓからの各種信号が取り出される。
【００２６】
各種信号の内、衛星情報（航法メッセージ）が補充用衛星検出部３３に入力されて、ここで、第１受信アンテナ１１にて電波を捕捉することができないが、第２受信アンテナ２１にて電波を捕捉することができる衛星、すなわち補充用衛星ＳＨ（ここではＳ４に相当する）の衛生番号が検出される。なお、図面上、第３衛星Ｓ３からの電波が第受信アンテナ２１にて捕捉し得るように図示しているが、ここでは、この第３衛星Ｓ３からの電波が、直接、第１受信アンテナ１１にて受信できるため、補充用衛星としては扱わないものとする。
【００２７】
一方、各デコーダ部１２，２２にて取り出された信号の内、信号到達時間に関する部分（Ｃ／Ａコードおよび衛星時刻）が各信号到達時間検出部１３，２３に入力されて、各衛星Ｓからの信号到達時間が検出される。
【００２８】
そして、第１信号到達時間検出部１３にて検出された信号到達時間が第１概略位置検出部３１に入力され、ここで、３個の連立方程式（すなわち、三次元座標位置だけを考慮し、受信側の時計誤差を考慮しない）により、第１受信アンテナ１１の三次元位置が概略的に求められる。
【００２９】
また、第２概略位置検出部３２では、前回のサンプリング時（検出時）の三次元位置データおよびこのサンプリング時から後の当該自動車の移動距離および移動方向に基づき現時点での自動車の概略位置が求められているが、電波を捕捉し得る衛星が３個存在していることから、概略位置選択部３４では、第１概略位置検出部３１にて求められた概略位置が選択されて信号到達時間推定部３５に入力される。
【００３０】
そして、信号到達時間推定部３５に第１受信アンテナ１１の概略位置が入力されると、上述した（２）式に基づき、補充用衛星ＳＨからの第２受信アンテナ２１に対する信号到達時間を用いて、当該補充用衛星ＳＨからの電波を第１受信アンテナ１１にて受信したと仮定した場合の信号到達時間が求められる（推定される）。
【００３１】
すなわち、補充用衛星検出部３３にて補充用として検出された衛星ＳＨの位置情報、第２信号到達時間検出部２３にて検出された当該補充用衛星ＳＨについての信号到達時間、および第１概略位置検出部３１にて検出された第１受信アンテナ１１の概略位置が、信号到達時間推定部３５に入力されて、上述した推定方法により、当該補充用衛星ＳＨに対する第１受信アンテナ１１までの推定信号到達時間が演算により求められる。勿論、このとき、信号到達時間推定部３５には、両受信アンテナ１１，２１同士の相対位置を示す自動車の傾斜角αが入力されている。
【００３２】
この信号到達時間推定部３５にて求められた第４衛星ＳＨ（Ｓ４）からの推定信号到達時間および第１信号到達時間検出部１３にて検出された第１〜第３衛星Ｓ１〜Ｓ３からの信号到達時間が位置解析部４１に入力され、ここで、第１受信アンテナ１１の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）および第１受信アンテナ１１側での時計誤差（Δｔ）を未知数とした４個の方程式が作成され、この連立方程式を解くことにより、正確な第１受信アンテナ１１の三次元位置が求められる。
【００３３】
すなわち、一方のＧＰＳ受信アンテナにて、たとえ３個のＧＰＳ衛星からの電波しか受信できない場合であっても（定常的・非定常的であるとを問わず）、他方のＧＰＳ受信アンテナによる他のＧＰＳ衛星からの受信電波を用いて、当該他のＧＰＳ衛星からの電波を一方のＧＰＳ受信アンテナにて受信したものとして、その信号到達時間を推定するようにしたので、自動車の三次元位置を正確に検出することができる。
【００３４】
上記説明においては、４個のＧＰＳ衛星の内、補充用ＧＰＳ衛星が１個である場合として説明したが、勿論、補充用ＧＰＳ衛星が複数個でもよく、この場合、位置解析部にて得られる方程式の個数は５個以上となり、これに最小二乗法を用いることで、より正確に自動車の三次元位置を求めることができる。
【００３５】
また、上記説明においては、第１ＧＰＳ受信アンテナにて捕捉し得る衛星の個数が３個である場合について説明したが、捕捉し得る衛星の個数が２個以下の場合には、概略位置選択部にて、第２概略位置検出部３２にて検出された概略位置が信号到達時間推定部に入力されて、すなわち前回の検出時に得られた三次元位置データに、当該自動車に設けられた速度計、方位計および傾斜計からの検出値が用いられて、第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置が推定される。
【００３６】
なお、上記説明においては、一方のＧＰＳ受信アンテナにて捕捉し得る衛星の個数を３個であるとして説明したが、４個以上であってもよく、４個以上の場合には、勿論、他方のＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波を使用せずに、一方のＧＰＳ受信アンテナの位置、すなわち自動車の三次元位置を求めることができる。
【００３７】
ところで、上記三次元位置検出装置の各構成機器における主な機能は、プログラムにて実現されており、これらの主用な構成機器はコンピュータ装置により構成されており、より具体的には、プログラム（ソフトウエア）にて作動する演算処理回路が多数具備されている。
【００３８】
ここで、この三次元位置検出用プログラムの構成を概略的に説明する。
このプログラムには、複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を、自動車（移動体）に且つ屋根などの電波障害物を挟むように所定距離はなして設けられた第１ＧＰＳ受信アンテナおよび第２ＧＰＳ受信アンテナにて受信することにより、当該自動車の三次元位置を検出するための三次元位置検出用プログラムであって、各ＧＰＳ受信アンテナにて受信された電波からそれぞれ測位コード、航法メッセージなどの所定の信号を取り出す（デコード）第１信号取出手段および第２信号取出手段（信号取出用プログラムまたはデコーダ用プログラム）と、上記各信号取出手段にて取り出された信号に基づき各ＧＰＳ衛星からの信号到達時間をそれぞれ求める第１信号到達時間検出手段および第２信号到達時間検出手段と（信号到達時間検出用プログラム）と、上記第１信号到達時間検出手段にて検出された信号到達時間に基づき４個より少ない、すなわち３個のＧＰＳ衛星からのデータに基づき第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を求める第１概略位置検出手段（第１概略位置検出用プログラム）と、この第１概略位置検出手段において、第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置を検出することができない場合、すなわち電波を捕捉し得るＧＰＳ衛星が２個以下の場合に、前回の検出時に求められた三次元位置データに当該自動車の移動状態量、例えば移動距離および移動方向に基づき、第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置の概略位置を求める第２概略位置検出手段（第２概略位置検出用プログラム）と、上記各信号取出手段にて取り出された信号の内、衛星情報（航法メッセージ）に基づき、第１ＧＰＳ受信アンテナにてその電波を捕捉することができないが、第２ＧＰＳ受信アンテナにて電波を捕捉することができるＧＰＳ衛星、すなわち補充用ＧＰＳ衛星を検出する補充用ＧＰＳ衛星検出手段（補充用ＧＰＳ衛星検出用プログラム）と、上記第１概略位置検出手段および第２概略位置検出手段にて求められた概略位置を入力するとともに、上記補充用ＧＰＳ検出手段にて得られた衛星情報（または第１信号取出手段からの衛星情報）を入力して、第１ＧＰＳ受信アンテナにて電波を捕捉し得るＧＰＳ衛星の個数が３個である場合には、上記第１概略位置検出手段にて求められた概略位置を出力し、一方、捕捉し得るＧＰＳ衛星の個数が２個以下である場合には、上記第２概略位置検出手段にて求められた概略位置を出力する概略位置選択手段（概略位置選択用プログラム）と、上記補充用ＧＰＳ検出手段にて検出された補充用ＧＰＳ衛星の衛生番号、当該補充用ＧＰＳ衛星に関する第２信号到達時間検出手段にて検出された補充用ＧＰＳ衛星からの信号到達時間、上記概略位置選択手段にて入力される第１概略位置検出手段または第２概略位置検出手段からの第１ＧＰＳ受信アンテナの概略位置、および両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、当該補充用ＧＰＳ衛星の第１ＧＰＳ受信アンテナに対する信号到達時間の推定を行う信号到達時間推定手段（信号到達時間推定用プログラム）と、上記第１信号到達時間検出手段および信号到達時間推定手段にて求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの信号到達時間を入力して４個の未知数からなる４元連立方程式を作成して、第１ＧＰＳ受信アンテナの三次元位置を演算する位置解析手段（位置解析用プログラム）とが具備されている。
【００３９】
ところで、上記実施の形態において、自動車に設けられている両受信アンテナの三次元位置が求まっている場合、各受信アンテナから見とおしの利く範囲を予め求めておき、電波を捕捉可能と予想される衛星以外の電波を遮断するフィルタを通過させることにより、不要な反射電波（マルチパス）を受信することに起因する測位誤差をなくすことができる。なお、この場合、フィルタについては、プログラム（ソフトウエア）にて実現することができる。すなわち、図４に示すように、予め設定された基準方向（第１ＧＰＳ受信アンテナ１１と第２ＧＰＳ受信アンテナ２１とを結ぶ基準直線ｄの方向）に対する仰角θにて死角範囲（斜線にて示す）が設定される。
【００４０】
ところで、上記実施の形態においては、ＧＰＳによる単独測位方式に適用したが、相対測位方式、より具体的には、干渉測位方式である場合にも適用することができる。この場合、測位コードにより受信時刻を求める替わりに、或る位相の受信時刻に着目すればよい。
【００４１】
また、上記実施の形態においては、ＧＰＳ衛星からの電波に基づく測位について説明したが、必ずしも、ＧＰＳ衛星を使用したものである必要がなく、測位用の信号を含んだ電波を発信する電波発信源を用いて、自動車などの移動体の三次元位置を検出するものにも適用し得る。勿論、自動車以外の移動体にも適用することができる。
【００４２】
さらに、上記実施の形態においては、電波障害物として自動車の屋根である場合について説明したが、例えば道路の傍にある背の高い建築物などである場合にも有効である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の三次元位置検出装置および三次元位置検出方法並びに三次元位置検出用プログラムの構成によると、電波発信源から発信される電波を受信してその到達時間に基づき三次元位置を特定する際に、電波障害物の存在により、一方の電波受信部にて捕捉し得る電波発信源の個数が当該移動体の三次元位置を特定するのに不充分である場合に、他方の電波受信部にて受信した電波を用いて、当該他の電波発信源からの電波を一方の電波受信部にて受信したものとして、その信号到達時間を推定するようにしたので、移動体の三次元位置を正確に検出することができる。
【００４４】
そして、上記電波発信源がＧＰＳ衛星であるとともに、移動体に、少なくとも２個のＧＰＳ受信アンテナが設けられている場合に、且つ電波障害物の存在により、一方のＧＰＳ受信アンテナにて、たとえ３個のＧＰＳ衛星からの電波しか受信できない場合であっても、この３個以外の他のＧＰＳ衛星からの電波を他方のＧＰＳ受信アンテナにて受信するとともに、この他方のＧＰＳ受信アンテナにて受信した信号到達時間および両ＧＰＳ受信アンテナ同士の相対位置に基づき、一方のＧＰＳ受信アンテナにて受信したものとして、その信号到達時間を推定するようにしたので、少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する距離が得られ、したがって移動体の三次元位置を正確に検出することができる。
【００４５】
すなわち、電波障害物が在る場合でも、移動体の三次元位置を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動車の三次元位置を検出する検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】同三次元位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】同検出装置における信号到達時間の推定方法を説明する際の位置関係を示す図である。
【図４】同検出装置の変形例に係る反射電波による誤差をなくす方法を説明する図である。
【符号の説明】
１　　　自動車
１１　　　第１ＧＰＳ受信アンテナ
１２　　　第１デコーダ部
１３　　　第１信号到達時間検出部
２１　　　第２ＧＰＳ受信アンテナ
２２　　　第２デコーダ部
２３　　　第２信号到達時間検出部
３１　　　第１概略位置検出部
３２　　　第２概略位置検出部
３３　　　補充用ＧＰＳ検出部
３４　　　概略位置選択部
３５　　　信号到達時間推定部
４１　　　位置解析部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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