(57)【要約】  ＧＮＳＳデータの精度を改良するためのシステム、方法、及びデバイスが提供される。具体的には、本発明の実施形態は、測位精度を改良するためにセンサ入力を有利に用いることができる。ナビゲーションシステム内の物理的な５つのセンサの使用、とりわけ、ＧＮＳＳの高度データで調整され、且つ／又はブレンドされる圧力センサに由来する高度データは、特に有利であると見なされる。【選択図】図１
2010538243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサ入力と、
前記圧力センサ入力につながれた回路とを具備し、
前記回路は測位を改良するために前記圧力センサ入力からの情報を使用するように構成されるナビゲーションレシーバ。
【請求項２】
前記圧力センサ入力に接続された圧力センサをさらに具備し、
前記圧力センサの相対的な測定は、前記圧力センサの絶対的な測定より正確である請求項１記載のナビゲーションレシーバ。
【請求項３】
前記ナビゲーションレシーバはＧＮＳＳレシーバを具備し、前記回路は、前記ＧＮＳＳレシーバに由来する高度を用いて、前記圧力センサ入力に由来する高度を調整するように構成される請求項１記載のナビゲーションレシーバ。
【請求項４】
前記圧力センサ入力に由来する高度を調整するために用いられる、前記ＧＮＳＳレシーバに由来する高度は、カルマンフィルタでフィルタリングされない請求項３記載のナビゲーションレシーバ。
【請求項５】
前記回路は、位置解決セクション、速度解決セクション、カルマンフィルタ、及び大気モデルセクションを実行する中央処理装置を具備する請求項３記載のナビゲーションレシーバ。
【請求項６】
前記圧力センサ入力につながれた前記回路は、前記圧力センサ入力から第１の高度を導出するように構成され、
前記圧力センサ入力につながれた前記回路は、前記第１の高度とＧＮＳＳセンサに由来する第２の高度とをブレンドするように構成される請求項２記載のナビゲーションレシーバ。
【請求項７】
前記圧力センサ入力につながれた前記回路は、補完フィルタ演算を実行するように構成される請求項６記載のナビゲーションレシーバ。
【請求項８】
ＧＮＳＳ測定を受信することと、
前記ＧＮＳＳ測定から第１の高度を導出することと、
前記ＧＮＳＳ測定におおよそ合わせて対応する、圧力センサ入力から第２の高度を導出することと、
ブレンドされた高度測定を取得するために、前記第１と第２の高度測定を組み合わせることとを具備するＧＮＳＳポジショニングの改良のための方法。
【請求項９】
前記第１と第２の高度測定を組み合わせるステップは、補完フィルタ演算を実行することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記補完フィルタ演算を実行するステップは、ローパスフィルタを用いて前記第１の高度と関連するデータをフィルタリングすることと、ハイパスフィルタを用いて前記第２の高度と関連するデータとをフィルタリングすることとを含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の高度は、大気モデルを使用して導出される請求項８記載の方法。
【請求項１２】
ＧＮＳＳセンサと、
圧力センサと、
マップマッチングを使用することなく、地図の場所を提供するために、前記ＧＮＳＳセンサ及び前記圧力センサに由来する入力を用いるように構成されるマイクロプロセッサとを具備するポータブルナビゲーションシステム。
【請求項１３】
前記ナビゲーションシステムは、アーバンキャニオン環境において、５メートル以下の水平方向の精度を提供する請求項１２記載のポータブルナビゲーションシステム。
【請求項１４】
前記マイクロプロセッサによって実行されるとき、
ＧＮＳＳ高度を算出することと、
前記圧力センサに由来する測定に基づく高度を算出することと、
ブレンドされた高度を生成するために、前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせることとのステップを含む方法を実行するソフトウェア命令を含む機械読み取り可能な媒体をさらに含む請求項１２記載のポータブルナビゲーションシステム。
【請求項１５】
前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせるステップは、補完フィルタを用いることを含む請求項１４記載のポータブルナビゲーションシステム。
【請求項１６】
ＧＮＳＳセンサと、
圧力センサと、
地図の場所を提供するために、前記ＧＮＳＳセンサ及び前記圧力センサに由来する入力を用いるように構成されたマイクロプロセッサとを具備するポータブル車両ナビゲーションシステムであって、
前記ポータブルナビゲーションシステムは、積み重ねられた道路状況において二つの道路を区別することができるポータブル車両ナビゲーションシステム。
【請求項１７】
前記車両ナビゲーションシステムは、積み重ねられた道路状況の下で、５メートル以下の垂直方向の精度を提供する請求項１６記載のポータブルナビゲーションシステム。
【請求項１８】
マイクロプロセッサによって実行されたとき、
ＧＮＳＳ高度を算出することと、
前記圧力センサに由来する測定に基づく高度を算出することと、
ブレンドされた高度を生成するために、前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせることとのステップを含む方法を実行するソフトウェア命令を含む機械読み取り可能な媒体をさらに含む請求項１６記載のポータブルナビゲーションシステム。
【請求項１９】
前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせるステップは、補完フィルタを用いることを含む請求項１８記載のポータブルナビゲーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、圧力センサに由来する高度データを用いたＧＮＳＳデータの改良に一般に関連する。ある実施形態は、改良された高度決定を提供するために、ＧＮＳＳデータによって調整された（calibrated）、且つ／又はＧＮＳＳデータとブレンドされた圧力センサに由来するデータを用いる。
【０００２】
本発明のさらなる実施形態は、一般に、通信及び特にナビゲーションシステムに関するマルチパス信号の検出、使用、及び／又は軽減（mitigation）に関連する。ある実施形態はさらに、ＧＮＳＳシステムのためのマルチパス信号の検出、使用及び又は軽減に関連する。
【背景技術】
【０００３】
現在、ユーザにマッピング（mapping）サービスを提供するポータブルナビゲーションデバイスについて特に、ＧＮＳＳポジショニングの改良された精度の要求がある。現在、ＧＮＳＳの水平方向の精度は、「マップマッチング」技術を用いることなく、すなわち、ユーザが道路内の位置に制約されるという仮定の下で、地図中の道路の位置や他のランドマークに基づいてユーザ位置を推測することなく、正確なユーザの地図位置（user map location）を提供するのに十分（suffcient）ではない。さらに、現在の技術は、密集した道路と積み重ねられた道路環境、例えば高架道路の下部や上方のデッキ（deck）と下方のデッキの配置である２つの道路を区別するためには十分に正確ではない。したがって、これらの問題を克服するために、ＧＮＳＳポジショニングシステムの精度を改良する必要がある。
【０００４】
さらに、無線通信システムは、一般に「マルチパス」として知られる影響を受ける（experience）。「マルチパス」は、信号ソースからの非視線（non-line of sight）信号の受信を指す。マルチパス信号は、例えば、地面、ビルの表面、又は水域の表面のような、近くの反射面（reflector）からの信号の反射に起因する可能性がある。信号が著しく反射される場合、マルチパス信号はさらに起こり得る。一般に、反射されていない又は反射された（直線）信号は、単に「信号」、「真の信号」、又は「視線（line of sight）信号」と呼ばれるのに対して、反射された又は反射された信号はマルチパス信号と呼ばれる。マルチパス信号が視線に沿って進まないので、それは常に真の信号よりも遅れてレシーバに到達する（arrive）。
【０００５】
マルチパス信号は、時々有用であるが、多くの場合、信号品質に有害である。例として、測距（ranging）信号のチッピング（chipping）周波数がおよそ１ＭＨｚである場合、追加の３００ｍの反射されたパスに沿って通るマルチパス信号は、１つのチップ遅れて到達するであろう。真の信号に重畳された（superimposed）とき、それは受信信号品質を歪め（distort）、ある場合には信号の完全な損失を起こし得る。
【０００６】
マルチパス伝送の問題はさらに、全地球測位システム（ＧＰＳ）やガリレオのような全地球型航法衛星システム（ＧＮＳＳ）に用いられるようなナビゲーションシステム、特に受信信号の受信の時間に依存するものに有害である。図１は、先行技術ではなく本発明の実施形態の図であるが、信号の受信の時間に依存するナビゲーションスキーム（schemes）におけるマルチパス信号の有害な影響を説明することを支援し得る。
【０００７】
図１は二次元の衛星航法の場合を示す。レシーバ１００は、この場合、レシーバ１００の「真の位置」を示す矢印が付けられた、地球の表面１  １０上の地点１００に位置する。レシーバ１００は衛星１０２及び１０４から信号を受信する。衛星システム時間に対するレシーバ時間が正確に既知である二次元の場合、２つの衛星信号の受信の時間は、二次元の測位（position fix）を算出するのに十分である。レシーバ１００は、建物１０６及び１０８に囲まれた「アーバンキャニオン（urban canyon）」環境内にある。
【０００８】
図１に示されるように、レシーバ１００は、衛星１０４からの視線信号１１２を受信することができるが、衛星１０２からの視線信号１１４は建物１０６によって遮られる。
【０００９】
レシーバ１００は、代わりに、ここで衛星１０２からの単一（single）信号１１６として示される、マルチパス信号を受信する。マルチパス信号１１６が、視線信号が通るよりも、レシーバ１００に対して長い距離を通るので、レシーバ１００は、信号の到着時間に関して遅れた時間を記録する。
【００１０】
衛星１０２及び１０４の信号の到着時間に基づく、レシーバの算出された位置１１８は、各々の半径がレシーバ１００の衛星から測定された距離と等しい、衛星における中心に定義された二つの円が交差する地点のうちの一つに存在する。レシーバ１００が衛星１０２への実際の距離より、衛星１０２からの大きな距離を測定するので、適切な交差地点はより低く、レシーバ１００の真の位置の右に算出される。
【００１１】
従来、マルチパスを軽減する戦略（strategies）は、遅れて到着する信号の廃棄（rejection）又は信号波形の解析のような信号処理技術に注目していた。これらの処理技術は、不運にも、それらの能力を、ナビゲーションレシーバによって提供される測位の解からマルチパスの影響を正確に取り除くことに制限されている。さらに、従来の（traditional）技術は、視線信号が存在するかどうか、又はマルチパス信号のみが存在するかどうかを判断することができない。したがって、改良された方法、システム及びデバイスが要求される。
【発明の概要】
【００１２】
本発明のある実施形態は、圧力センサ入力と、前記圧力センサ入力につながれた回路とを具備し、前記回路は、測位を改良するために前記圧力センサ入力からの情報を用いるナビゲーションレシーバに関する。ナビゲーションレシーバはさらに、前記圧力センサ入力に接続された圧力センサを具備し、前記圧力センサの相対的な（relative）測定は、前記圧力センサの絶対的な（absolute）測定よりも正確である。任意で、前記ナビゲーションレシーバはＧＮＳＳレシーバを含み得、前記回路は前記ＧＮＳＳレシーバに由来する高度を用いて、前記圧力センサに由来する高度を調整するように構成される。さらに、前記ナビゲーションレシーバは、前記圧力センサに由来する高度を調整するために用いられる、前記ＧＮＳＳレシーバに由来する高度が、カルマンフィルタでフィルタリングされないように構成され得る。好ましくは、前記回路は、位置解決セクション、速度解決セクション、カルマンフィルタ、及び大気モデルセクションを実行する中央処理装置を具備する。さらに、前記圧力センサ入力につながれた前記回路は、前記圧力センサ入力から第１の高度を導出するように構成され得、前記圧力センサにつながれた前記回路は、前記第１の高度とＧＮＳＳセンサから受信される第２の高度とをブレンドするように構成され得る。好ましくは、前記圧力センサ入力につながれた前記回路は、補完（complementary）フィルタ演算を実行するように構成される。
【００１３】
発明のさらなる実施形態は、ＧＮＳＳポジショニングの改良のための方法であって、プライマリＧＮＳＳシステムからＧＮＳＳ測定を受信することと、前記ＧＮＳＳ測定から第１の高度を導出することと、前記ＧＮＳＳ測定におおよそ合わせて対応する圧力センサ入力から第２の高度を導出することと、ブレンドされた高度測定を取得するために、前記第１及び第２の高度測定を組み合わせることとを具備する。任意で、前記第１と第２の高度測定を組み合わせるステップは、補完フィルタ演算を実行することを含む。好ましくは、前記補完フィルタ演算を実行するステップは、ローパスフィルタを用いて前記第１の高度に関連するデータをフィルタリングすることと、ハイパスフィルタを用いて前記第２の高度と関連するデータをフィルタリングすることとを含む。さらに、前記第２の高度は大気モデルを用いて導出することができる。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態は、ＧＮＳＳセンサと、圧力センサと、マップマッチングを用いることなく、地図位置を提供するために、前記ＧＮＳＳセンサと前記圧力センサに由来する入力を用いるように構成されるマイクロプロセッサとを具備するポータブルナビゲーションシステムに関する。さらに、ポータブルナビゲーションシステムは、アーバンキャニオン環境で、水平方向に１０メートル以下の精度を提供し得る。
【００１５】
任意で、ポータブルナビゲーションシステムは、マイクロプロセッサによって実行されるときに、ＧＮＳＳ高度を算出することと、前記圧力センサに由来する測定に基づく高度を算出することと、ブレンドされた高度を生成するために前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせることとのステップを含む方法を実行するソフトウェア命令を含む機械読み取り可能な媒体をさらに具備する。前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせるステップは、好ましくは補完フィルタを用いることを含む。
【００１６】
本発明のまたさらなる実施形態は、ポータブル車両ナビゲーションシステムであって、ＧＮＳＳセンサと、圧力センサと、地図の場所を提供するために、前記ＧＮＳＳセンサと前記圧力センサとに由来する入力を用いるように構成されるマイクロプロセッサとを具備し、積み重ねられた道路状況における２つの道路を区別することができるポータブルナビゲーションシステムに関する。さらに、前記車両ナビゲーションシステムは、任意で、積み重ねられた道路状況の下で、１０メートル以下の垂直方向の精度を提供する。
【００１７】
加えて、前記車両ナビゲーションシステムは、前記マイクロプロセッサによって実行されたときに、ＧＮＳＳ高度を算出することと、圧力センサに由来する測定に基づく高度を算出することと、ブレンドされた高度を生成するために、前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせることとのステップを含む方法を実行するソフトウェア命令を含む機械読み取り可能な媒体をさらに具備する。好ましくは、前記ＧＮＳＳ高度と前記圧力センサに由来する測定に基づく高度とを組み合わせるステップは、補完フィルタを用いることを含む。
【００１８】
本発明のあるさらなる実施形態は、物理センサ入力と、前記物理センサ入力につながれた回路とを具備し、前記回路は、マルチパスの軽減のために前記物理センサ入力からの情報を用いるように構成されるナビゲーションレシーバに関する。そのようなナビゲーションレシーバは、前記物理センサ入力が物理センサに接続されるように適用され、前記物理センサの相対的な測定は、前記物理センサの絶対的な測定より正確であり、前記物理センサは圧力センサであり、且つ／又は前記物理センサ入力は、慣性センサに接続されるように適用されるように構成される。
【００１９】
ある実施形態では、前記回路は、位置解決セクション、速度解決セクション、カルマンフィルタ、及び大気モデルセクションを実行する中央処理装置を含む。さらに、ナビゲーションレシーバは、前記物理センサ入力につながれた前記回路が、前記センサ入力から第１の位置関連データを導出するように構成され得、前記物理センサにつながれた前記回路は、前記第１の位置関連データをＧＮＳＳセンサから受信された第２の位置関連データにブレンドするように構成される。前記ナビゲーションレシーバは、前記物理センサ入力につながれた前記回路が、補完フィルタ演算を実行するように構成されるように、構成され得る。
【００２０】
本発明の実施形態は、ＧＮＳＳ測定を受信することと、前記ＧＮＳＳ測定に基づく位置を算出することと、物理センサ入力に由来する第１の位置関連データを受信することと、ＧＮＳＳ測定におおよそ合わせて対応することと、第１の位置に関連するデータを用いることによって、ＧＮＳＳ測定に基づく位置が、マルチパスによって著しく影響されたかどうかを判断することとを含むマルチパス軽減のための方法に関連する。前記方法は、前記ＧＮＳＳ測定に基づく位置が、マルチパスによって著しく影響されたかどうかを判断するステップが、前記物理センサ入力に由来する第２の位置に関連するデータを用いること、及び前記ＧＮＳＳ測定の時間に先立つ時間に対応することをさらに含む状況を含むために拡張され得る。さらに、前記方法は、前記ＧＮＳＳ測定に基づく位置が著しくマルチパスに影響されたかどうかを判断するステップが、前記第１の位置に関連するデータと前記第２の位置に関連するデータとの間の違いを算出することを含むように実行され得る。好ましくは、前記第１の位置に関連するデータは高度又は加速度であり、前記高度は任意で、大気モデルを用いて算出される。
【００２１】
ある実施形態では、前記方法は、ＧＮＳＳ信号に由来する位置関連データに対応する入力として有する、補完フィルタで前記第１の位置関連のデータと前記第２の位置関連のデータとの間の差分をフィルタリングするステップをさらに含むだろう。任意で、補完フィルタはハイパスフィルタとローパスフィルタを含む。
【００２２】
他の実施形態は、ＧＮＳＳセンサと、物理センサと、マルチパスの軽減を行うために、前記ＧＮＳＳセンサ及び前記物理センサに由来する入力を用いるように構成されるマイクロプロセッサとを具備するポータブルナビゲーションシステムに関連する。前記ポータブルナビゲーションシステムは、前記物理センサが前記圧力センサであるように構成され得、前記システムは、前記マイクロプロセッサによって実行されるとき、ＧＮＳＳ位置を算出することと、前記物理センサに由来する測定に基づく位置変換を算出することと、前記ＧＮＳＳ位置がマルチパスによって著しく影響されていそうであるかどうかを判断するために、しきい値に対して前記位置変換を比較することとのステップを含む方法を行うソフトウェア命令を含む機械読み取り可能な媒体を含む。前記位置変換は、好ましくは高度の変更を含み、前記方法は、補完フィルタの使用を通して、前記物理センサに由来する高度情報で前記ＧＮＳＳ位置を改良すること（augmenting）を有利にさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、二次元のＧＮＳＳのマルチパスの問題と好適な実施形態の側面を例示する。
【図２】図２は、ある実施形態によるＧＰＳシステムアーキテクチャを示すＧＰＳのブロック図である。
【図３】図３は、積み重ねられた道路状況の下での従来のＧＰＳレシーバの性能を示すグラフである。
【図４】図４は、積み重ねられた道路状況の下での本発明の実施形態の性能を示すグラフである。
【図５】図５は、積み重ねられた道路状況の下での本発明の実施形態の性能を例示する別のグラフである。
【図６】図６は２つのカルマンフィルタの実施形態を示すシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の多数の実施形態は、測位の精度を改良することと、ナビゲーションシステムにおける「マルチパスの軽減」の概念とに関連する。ここで用いられるように、「マルチパスの軽減」はマルチパス信号の有害な影響を小さくすることを意味する。
【００２５】
一般に、本発明の実施形態は、測位に用いられるプライマリＧＮＳＳシステム以外のソースからの情報を供給するセンサに由来し、通常、デジタル又はアナログの信号として符号化される、あらゆる種類の情報であり得、情報を用いることによって、改良された精度とマルチパスの軽減とを達成する。例えば、センサがガリレオレシーバを補足するために提供される場合、センサはＧＰＳレシーバに基づき得る。ここで、「〜に由来する（derived from）」という用語は、「〜の直接出力として引き出された」、又は「〜の出力から修正された」を意味する。センサはさらに「物理センサ」であり得る。物理センサは、ナビゲーション衛星又は遠隔の偽ライト（pseudo-lites）のような、離れた送信器によってブロードキャストされる無線信号を検知するセンサとは対照的に、レシーバの物理的環境をより即座に関知するデバイスである。物理センサの例は、慣性センサ、高度計、速度計などを含み得る。
【００２６】
その測位の算出を改良するために、高度を監視するための圧力センサを用い、高度に関する情報を使用するレシーバの実施形態を参照して説明されるとき、多くの発明の概念は明らかになるであろう。センサによって中継される（relayed）圧力情報は、ＧＰＳ位置（fixes）間のレシーバの位置と変位とに関する物理的情報を提供する。マルチパスがレシーバのＧＰＳセクションによって経験された場合、算出される位置は著しくある位置から別の位置に変わるだろう。位置は、垂直及び水平方向に著しくシフトするであろう。即座のシフト（ここでは１秒間隔と仮定された時間内に、２つの数十の位置の間のシフトの調整を意味すること）は、水平及び垂直方向のメートルオーダーであり得る。１秒からの位置の突然のジャンプは、レシーバを使用するユーザの実際の加速能力と矛盾する加速を表す。算出されたＧＰＳの垂直方向の位置と圧力センサによって測定された高度の間の差は、マルチパス検出メカニズムとして使用される。他の実施形態では、ＧＮＳＳの測位は、それらの精度を改善し、マルチパスや他のエラーの影響を軽減するために、センサデータを使用してフィルタリングされる。
【００２７】
この概念は、背景の節に記載されたような二次元のナビゲーションシステムの問題を示す、図１に例証される。歩行者又は車両の場合になるであろうように、レシーバ１００が動いている場合、それは、視線信号の妨害に基づくマルチパス信号に対する突然の強調（emphasis）を経験するであろう。例えば、レシーバ１００が、建物１０８から建物１０６の方向に移動する場合、それはいくつかの地点で、視線信号１１４の妨害及びマルチパス信号１１６の受信を経験するであろう。これは、レシーバの算出された位置における突然のシフト、例えば、レシーバ１００の真の位置から、算出された位置１１８に仕向ける（lead）ことができる。
【００２８】
物理センサは、これらの種のマルチパスの影響を検出するために用いることができる。ユーザは、静止位置から１秒以内に４０メートル離れた位置に物理的に移動された場合、１秒の後に休止する（rest）ために、１秒間隔の前半に一定の正の加速度を、１秒間隔の後半に負の一定の加速度を仮定すると、一定の加速度は、０．５秒間で最大加速度が２８８ｋｍ／ｈであって、０．５秒間に１６０ｍ／ｓ２又は＋１６Ｇ、及び残りの０．５秒間に−１６Ｇであるべきである。そのような加速は、人間の場所に関係するあらゆるレシーバについて、ほとんどあり得ない。したがって、任意の特定のアプリケーションに適切で、しきい値の変更は、特定のＧＮＳＳ測位がマルチパスによって著しく影響されるようであるかどうかを判断することを用いることができることを選択することができる。しきい値の選択は、当然ながら、上記の例において示されるようなレシーバの予想される速度による。好適な実施形態は、例えば圧力センサの手段によって、算出されたＧＮＳＳの変位（displacement）を測定された垂直方向の変位と比較するであろう。
【００２９】
例えば、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）技術を用いる、現在利用可能な圧力センサは、約０．２メートルの高度に等価な分解能レベルを有する。そのようなセンサの１つの例は、BOSCH Sensortecが製造するSMD-500である。そのようなセンサは、例えば、階段を上ることを追跡するのに十分な、比較的よい動的な応答を有する。ユーザの現在の階を決定するためにＭＥＭＳ技術を用いることは、一般に可能である。
【００３０】
圧力情報が天候状況により連続的に変化している間、この変化の時定数（time constant）は数十分内である。圧力センサ情報は、このようにＧＮＳＳ情報によって調整することができる。これは、絶対的な正確な情報の場合であって、高い雑音レベル（ＧＮＳＳ情報）対相対的な情報、全く正確な相対的な変量（圧力に由来する高度情報）を備えた場合である。すなわち、ＧＮＳＳポジショニングは、より低い精度を有するが、既知の地球を中心とした地球に固定された座標に関連のある位置を生成する。圧力センサは、あらゆる２つのＧＮＳＳ位置の間で同一であると仮定され得るが、ゆっくりと変わっている基準に関連する圧力を生成する。両方のタイプのブレンディングは、例えば補完フィルタによって、又はカルマンフィルタによって行うことができる。これは、全体的な位置を改良するために用いることができる、位置のより正確な高度要素（component）を生成するであろう。
【００３１】
好適な実施形態では、圧力センサは、カルマンフィルタでフィルタリングされた高度ではなく、単一の測位から直接算出された高度を用いて調整されるであろう。カルマンフィルタでフィルタリングされた高度は、より低いノイズであるが、多くの測定において平滑作用による、あるバイアスを有する。圧力センサは他方では、本質的に（inherently）低いサンプル間（intersample）ノイズを有するが、相対的な精度のみを提供する。したがって、調整の基準において、よりよい雑音特性のために絶対的な精度を犠牲にすることは有利ではない。
【００３２】
同じ技術、つまり、マルチパスの軽減のための短い間隔における、センサに報告された情報とＧＮＳＳに報告された位置との間の相違を検知することは、最も自然には加速度計である他のセンサと共に用いることができる。ある付加的な問題は、ある実施形態における加速度計が余分の高度情報を必要とするであろうことを含む、その結果起こる。他の実施形態では、加速度計は、方向に関わらない平均加速度が、ＧＮＳＳシステムによって決定されるような加速度と一致しているかどうかを判断するために用いることができる。
【００３３】
圧力センサは、対照的に、変位測定方向（垂直方向）に想定される性質を有する。加速度計は、偽の加速度を検出するために用いることができるが、加速度を変位の等価物（displacement equivalent）に変換することは困難である。例えば、加速度計が衝撃（impact shock）を検出する場合、いくつかの偽造の例外条件がさらにあり得る。さらに、垂直方向の加速度が、水平のものよりはるかに少なく、したがって一般に、真の及び偽の加速度を検出することはより難しいだろう。
【００３４】
ある実施形態では、圧力センサは、正確な高度を導出するために、ＧＰＳ情報を使用して調整され得る。高度における、この圧力センサの調整は、突然の相対的な変化又は不足に注目しているので、マルチパスの軽減に必要ではないが、絶対的な高度の測定が望ましいところで調整が行われ得る。マルチパスの影響を有する圧力センサの調整の「汚染」を回避するために、調整は非常に長い時間定数を有する（最小で３０から１００秒のオーダーで）。すなわち、調整（又はいずれの変位が測定されるかに関連するベースライン圧力の設定）は、多くのＧＮＳＳ測位（fix）サイクルの間に起こる。例えば、偽範囲（pseudorange）の残差が大きすぎる、又は垂直方向の残差が大きすぎるという決定を通して、ＧＰＳ位置が低品質であることが認められる場合、圧力センサシステムを用いるレシーバは、調整の操作を不能にするかサスペンドするように構成することもできる。そのような場合には、操作は前の調整値を用いて惰走する（coast）ように構成することができる。
【００３５】
実際には、通常、一度に１つの衛星だけが一時的なマルチパスに悩ませられる（be afflicted）だろう。上述の技術は、慣性／圧力センサから伝播された（propagated）位置と比較して、単に各衛星の残差を測定することにより、どの衛星が故障しているかを検出することができる。これは、マルチパスに悩ませられる衛星からの測定の拒絶によって、又は前の値の惰走によって、レシーバがより正確に測位を行うことを可能にする。
【００３６】
また、１つの衛星のための余分な偽範囲のエラーは、物理センサの精度で、物理センサに由来するデータに対して測定され得る。これは、ＲＡＩＭ（レシーバ自律統合モニタリング（Receiver Autonomous Integrity Monitoring））のような、グループに基づく技術に依存せずに、この参照に対する精度のためのすべての衛星のチェックを可能にする。
【００３７】
図２は、本発明の実施形態によるレシーバアーキテクチャ２００を、ブロック図を用いて示す。図２は、ここではＧＰＳセンサとして示され、衛星を捕捉して追跡し、距離の測定（ranging measurements）に関連する情報を生成するＧＮＳＳセンサ２０２を有する。レシーバアーキテクチャ２００は、ここでは圧力センサとして示されるセンサ２１８も含む。ＧＰＳセンサと圧力センサとに由来するデータは、以下に述べられる方法で、２状態カルマンフィルタ２３４及び補完フィルタ２４４でフィルタリングされる。この開示によって意図される結果を達成する機能をなお（still）実行する間、ここに記述されるようなフィルタの実施形態が、大幅に再配置され（rearranged）得ることは明白であろう。
【００３８】
ＧＰＳセンサ２０２は、２０４のＧＰＳ偽範囲測定と、２０６のＧＰＳデルタ偽範囲測定を生成する。ＧＰＳ偽範囲測定は、示されるような最小二乗タイプの位置解決アルゴリズムになり得る、位置解決セクション２０８に渡される。偽範囲測定と同様に、デルタ偽範囲測定は、示されるような最小二乗速度解決セクションであり得る、速度解決セクション２１４に２０６で渡される。ここで、用語「セクション」は、通常はソフトウェア命令の論理的なグルーピング、オブジェクト、又は方法として識別可能である、ある機能を実行するように構成される符号、回路又はその両方を一般に示す。符号として実装される場合、セクションは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は組み込み型（embedded）ＣＰＵコアを備える特定用途向け集積回路のような中央処理装置を有する集積回路によって、一般に実行されるであろう。そのようなセクションのためのソフトウェア命令は、例えば、集積回路のチップ又はチップの部分である、フラッシュメモリのような不揮発性メモリを含むことができる機械読み取り可能な媒体に組み込まれる。
【００３９】
位置解決セクション２０８は、２１０の偽範囲の垂直方向の残差、及び２１２（地点Ａとして示される）のＧＰＳに算出された高度を出力する。出力２１０は、しきい値セクション２４２に接続される。しきい値セクション２４２は、垂直方向の偽範囲の残差が、許容できる限度内にあるかどうかを判定し、そうでなければ、好ましくは算出された垂直方向のソフトウェア機能である、スイッチ２３８及び２３６を用いて、カルマンフィルタ２３４へのデータの入力を止める。しきい値セクション２４２によって算出される偽範囲の差が、あるしきい値を超える場合、すなわち、マルチパスが特定の測定の精度を深刻な程度に引き下げる場合、その入力は一時停止され（suspended）得る。これは、カルマンフィルタが惰走することを可能にし、フィルタが、最終的には大気モデルセクション２２６が、マルチパスの歪められた測位によって極度に影響を受けすぎることを防ぐ。ＧＰＳ高度出力２１２も２３２で、大気モデルセクション２２６からの気圧の高度出力２２７との差を算出される（differenced）。
【００４０】
結果として生じる差は、スイッチ２３８を越えて（over）、ここでは２状態カルマンフィルタとして示される、カルマンフィルタセクション２３４の入力に供給される。ここで、用語「入力」は、名詞として使用されるとき、例えば、ソフトウェア機能、又はワイヤ（wire）か相互接続、もしくはバスとして配置されたワイヤか相互接続のグループのような等価なハードウェアのような情報を搬送するために適した接続を意味する。システムの精度を改良するために、カルマンフィルタセクション２３４は、大気モデルセクション２２６によって用いることができるパラメータである、P0及びTgradを推定する。カルマンフィルタは、例えば、（１）圧力センサとＧＰＳとの間の高度差と、（２）圧力センサと２つの定点間の垂直方向の速度（デルタ範囲）との間の高度変化の差を観測可能である。内部状態は、（１）平均海面における圧力P0、（２）摂氏温度／ｋｍでの推移（lapse）Tgradである。P0及びTgradのプロセスモデルは、天候状況上で調節される時定数を有するランダムウォークである。当然ながら、カルマンフィルタのない実施形態であるのと同様に、より多く又はより少ない状態を有するカルマンフィルタが可能である。
【００４１】
ＧＰＳの高度における変化は、速度解決セクション２１４から２１６で出力され、２３０で気圧の高度差２２９との差が計算される。結果として生じる２つの（double）差は、２３６でカルマンフィルタセクション２３４へ入力される。高度差は、圧力センサ２１８の出力が、デシメーティング（decimating）フィルタ２２２に２２０で渡され、２２４で大気モデル２２７に順番に渡される出力が、シングルモデルセクション２２６との差を計算されることによって生成される。それ自体２２８の段階遅延バージョン（stage delayed version）の一連の出力は、気圧の高度差を生成する。
【００４２】
（00046）ＵＳ標準大気１９７６文書（ＮＯＡＡ／ＮＡＳＡ）「ＮＯＡＡ  ＳＩＴ  ７６−１５６２」によって定義された標準大気は、大気モデルセクション２２６の開始点として用いることができる。それは、２つのパラメータ、海水位での圧力（P0 = 1013 hPa）及び高度に対する温度変化又は推移（Tgrad = 6.5 ℃/km）を導入して、大気圧と高度とを関連づける流体静力学の式（hydrostatic formula）を定義する。ＧＰＳ高度は、これらの２つのパラメータ、気圧の高度を調整するために用いられることができる。それは結局、精度を著しく改良することが注意されるべきであり、その結果、気圧の高度及びＧＰＳ高度は同じ参照を用いない。気圧の高度は平均海水位を中心とするのに対して、ＧＰＳの高度はＷＧＳ８４参照システムに定義されるようなジオイドの楕円体（geoidal ellipsoid）上に定義される。
【００４３】
上に参照された標準モデルは、次式を有する。  
【数１】
2010538243.tif 000003
【００４４】
ここで、  
P0=静止基準圧力（パスカル）  
T0=標準温度（ケルビン）  
Tgrad=標準温度勾配（メートル毎ケルビン）**  
h0=基準高度（メートル）  
【数２】
2010538243.tif 000004
【００４５】
g0=重力定数  M＝地球の空気のモル質量  
である。
【００４６】
大気モデルセクション２２６は、入力２４０として、例えば、海水面での圧力P0及び温度の勾配Tgradをとる。これらは、ＧＰＳの高度及び垂直方向の速度の解によって調整されるようなカルマンフィルタの状態で、カルマンフィルタセクション２３４から受信される。
【００４７】
気圧の高度は、メートルレベル以下の高度の雑音を有する、正確な相対的な情報を有するが、特に正確な絶対的な高度ではない。しかしながら、それは速い高度変化にかなり反応する。対照的に、ＧＰＳ高度は、ほんのわずかの（nominal）受信状況の下で、良いバイアスのない精度を有するが、２０メートルの大きさであり得る、かなり大きな高度の雑音を有する。
【００４８】
補完フィルタアーキテクチャで実装されるブレンディングフィルタは、両方のタイプの情報を組み合わせるために、図２に示される実施形態の中で用いられる。大気モデルセクション２２６からの気圧の高度出力２２７は、補完フィルタ２４４へ入力され、ハイパスフィルタ２４６に渡される。ＧＰＳ高度２１２も補完フィルタ２４４へ入力されるが、ローパスフィルタ２４８に渡される。両フィルタの出力は、２５０で合計され、２５２で結合されたＧＰＳ／気圧の高度情報として出力される。
【００４９】
補完フィルタは、２つのタイプの情報を受信し、改良された特性を備える単一の出力を生成するために、両方の情報のタイプの補完特性を有利に用いるフィルタリング操作を行うフィルタとして定義されることができる。ここでは、同じ情報が、各々が全く異なる雑音特性を有する異なるセンサを通して利用可能であるとき、補完フィルタは有利に使用される。絶対的に低い周波数の正確な情報（ＧＰＳ情報）が、ローパスフィルタでフィルタリングされ、相対的に速い、正確な圧力センサに由来する高度が、ハイパスフィルタでフィルタリングされる。好ましくは、両方のフィルタの応答は、例えば、全周波数範囲にわたって、ローパス及びハイパスフィルタの振幅応答の和が正確に１つに等しくなることを保証することによって、異なる雑音処理を備えるが、注目するパラメータ（高度）に対して「全てパスする」特性を効果的に保証するように、注意深くコントロールされる。図２に示されるようなこの技術は、実際には、信号の必要な雑音のような振る舞いがよく実行される（well-enforced）（最適化する「信号」は、実際に両センサ上の雑音である）、よく機能するウィーナー（Wiener）フィルタリング技術である。この構造がレシーバの静的な位置を必要としないことに注目することは有益である。すなわち、動きの重要な垂直方向成分があっても、データブレンディングが生じる。補完フィルタの順序は、第１の順序か、又は雑音源間のより多くの分離が必要な場合には、より高い順序であり得る。
【００５０】
補完フィルタは、フィルタの両面で高度をとるべきである。圧力センサからの自然な情報は、明らかに圧力であり、標準の大気圧の式を用いることができる。モデルの高度／圧力の勾配は、P0及びTgradに敏感すぎないように用いられ得る。P0は、補完フィルタによって効果的に消去される。
【００５１】
ある実施形態を用いると、絶対的な高度は、５メートル以下で、特に積み重ねられた道の間を十分によく解決できれば、約２−３メートルの精度で測定され得る。代表例は、１０メートルのデッキ間の垂直方向の距離を有する、ベイエリア内のベイブリッジである。絶対的な精度は、レベルを明白に区別するのに十分によい。
【００５２】
積み重ねられた道は、通常同じ向きに進む、互いの上部に重ね合わせられた２つの道路又は高速道路（例えば、シカゴのダウンタウンにおける、上部の及び下部のワッカー（Wacker））を含む。上部の道路は、ほとんど遮るもののない空の状況にあり、したがって、ＧＮＳＳの位置の品質はかなり良い。しかしながら、下部の道路のレベル上の車両に搭載されたＧＮＳＳレシーバは、位置の品質を著しく落とす、隣接する環境における金属の構造のために、かなり大きなマルチパスの歪みを経験するであろう。通常、これら重ね合わせられた道路は、同じ出口、及び車両が実際にはいずれの道路上にいるかに関する知識の不足は、ルーティング指示に対する主要なエラーを生成する（しばしば、ユーザは、別のレベルでのみアクセス可能な出口で出るように要求されるであろう）。
【００５３】
他の類似の状況は、直接の直線と比較された高度において、上がっている又は下っている出口を有し、下を走る並列の道路又はクローバー型立体交差路（cloverleaf）の構造を備える、橋の上の高速道路を含む。正確な高度は、ＧＰＳの水平方向の精度のみで安全に識別されるには接近しすぎで、間違った道路が希望する道路と並列に走っている場合でも、間違った出口にいる彼又は彼女であるドライバーに早期の警報を与える。
【００５４】
地球上（ＤＧＰＳ、ＩＮＳ、及び三次元遠隔の地理的参照（stereoscopic remote georeferencing）のための３６０度カメラ）か、空中（ＤＧＳＰ、ＩＮＳ及びＬＩＤＡＲを使用して）のいずれかの最先端のモバイルマッピングテクノロジーを用いる、道路調査の垂直方向の精度は、約０．１メートルから０．３メートルの絶対精度である。この情報は、最終的な個人のナビゲーションデバイス（ＰＮＤ）における非有用性のために、ＰＮＤ内のエンドカスタマーに提供されるようなマッピングデータベースには必ずしも挿入されない。記述された絶対的な高度決定の技術は、特に積み重ねられた道路の場合に、正確な垂直方向のマッピング情報の有用性を価値あるものにする。
【００５５】
高度マッピングをそのような状況に役立つようにするために、本発明の実施形態は、自動車が、積み重ねられた道のどのレベルで実際に動いているか決めるために、正確な絶対的な高度を提供する。報告された絶対的な高度の精度は、積み重ねられた道路の間の最小距離（約９−１０ｍである）の半分より一貫して良い必要がある。
【００５６】
そのような状況に適切な実施形態のテストは、図３〜５を参照して説明される。現在記述されたテストでは、SMD-500圧力センサは、DevASys I2C-USBコンバータを介して、１０ヘルツで獲得され（polled）、NemeriX（登録商標）GHSホストソフトウェアによって収集される。ＧＰＳレシーバはテスト用車両の屋根に搭載され、その出力も、NemeriX（登録商標）GHSソフトウェアによって収集された。ソフトウェアは、センサ表示及びＧＰＳの表示を含むログメッセージを、Matlab（登録商標）を用いて研究室で解析されるログファイルを出力する。
【００５７】
そのテストは、サンフランシスコとアラメダ（Alameda）郡との間の州間高速道路（Interstate）８０のベイブリッジ上で行なわれた。橋の長さは23,000フィート（4.5マイル）である。橋は西向き及び東向きの部分を含む。ウェストベイサスペンションブリッジは、長さ9260フィート（2822メートル）及び220フィート（58.メートル）の垂直方向の間隔（vertical clearance）を有する。イーストベイカンチレバーブリッジは、長さ10,176フィート（3101メートル）及び191フィート（67メートル）の垂直方向の間隔を有する。上部（西行き）のデッキと下部（東行き）のデッキとの間の間隔は、橋のほとんどの長さについて、10メートルでおおよそ一定である。下位レベルでは視界がクリアではないので、東向きに進むレシーバは、著しいマルチパスの干渉を経験する。
【００５８】
図３は、圧力センサデータを使用しない、標準のＧＰＳレシーバの性能のグラフ３００を示す。グラフ３００は、橋の長さ（ｘ軸）に沿って測定されるＧＰＳの高度（ｙ軸）を示す。西向きの（３０２）及び東向きの（３０４）デッキの両方に関するＧＰＳ高度の表示が示される。
【００５９】
西向きに向かって進むＧＰＳレシーバは、クリアな視界を有し、したがってカーブ３０２をもたらす高度を滑らかに辿る。マルチパスのために、東向きのデッキに関するカルマンフィルタ高度、カーブ３０４は、それが実際には10メートル以上そばにあるよりも大きく現れる東の境界の高度（east bound altitude）に起因する、深刻なオーバーシュートを示す。これは、２つのレベルを識別することを非常に困難にする。地点３０６では、２つの解決策（cures）は実際には交差し、東向きのデッキは、西向きのデッキ上にあるように見える。
【００６０】
図４は、本発明の実施形態を用いる場合の改良を示す。図４は、圧力センサデータを用いて、ベイブリッジに沿ったＧＰＳの表示のグラフ４００を示す。グラフ４００は、橋に沿った水平距離（ｘ軸）に対する高度の表示（ｙ軸）を示す。カーブ４０２は西向き（上方のデッキ）の表示を表し、カーブ４０４は東向き（下方のデッキ）の表示を表す。これらの表示は、図１と２を参照して開示された技術に従って設計された補完フィルタの出力である。図４で見られるように、下方のデッキの表示は上方のデッキを一貫して下回り、２つの区別を可能にする。さらに、ＧＰＳのデータに圧力センサデータをブレンドすることにより、上方及び下方のデッキの間の相対的な精度が改良されただけでなく、絶対的な精度が改良されたことに注目することは重要である。
【００６１】
図４に記録されるような測定のために、高度の表示は、カルマンフィルタでフィルタリングされた位置の解の出力ではなく、最小二乗位置の解の出力を用いて調整される。フィルタリングされない最小二乗解は、高いノイズを有するがバイアスがない。カルマンフィルタは他方では、はるかに滑らか（より少ないノイズ）であるが、その平滑化効果によってバイアスを有する。
【００６２】
図５は、橋の長さ（ｘ軸）に沿って、図４によるＧＰＳレシーバに支援される圧力センサを用いた、上方及び下方のデッキの測定間の違い５０２（ｙ軸）のグラフ５００を示す。図５は、トレジャーアイランドで２つのレベルの高度差を反映する橋における、中間のくぼみ（dip）５０４を用いて、違いが、およそ１０メートルでかなり一定であることを示す。
【００６３】
本発明の実施形態がさらに、狭く、曲がりくねった通りでの歩行者ナビゲーションに有用であろうことは見込まれる。これは、都市での歩行者の旅行（非常に狭い通りにおける、信頼性の高い進路毎のナビゲーション）と同様に、いわゆる「ラストマイル（last mile）」ナビゲーション（自動車から建物へのナビゲーション）も含む。歩行者が道路に制約されないので、そのようなナビゲーションはマップマッチング技術に依存することができない。したがって、狭い都市環境において、水平方向の精度は２つの通りの間の典型的な距離の半分より良くなければならない。
【００６４】
物理的な世界（圧力センサ）とＧＰＳの測定との間の差に基づいて、ここに記述されたように、１つの衛星毎に、マルチパスの検出、フラギング（flagging）、及び補償を用いることによって、効果的な歩行者ナビゲーションを実装することができる。マルチパスフリーの高度カルマンフィルタは、ＧＰＳ及び圧力センサ測定のブレンディングによって生成される。これは、既存の技術を補助するＤＴＭ（数値地形モデル（Digital Terrain Model））ベースの高度を取り除く。
【００６５】
マルチパスの軽減は、確率データ結合（association）技術を用いることによって、衛星毎／偽範囲基準のＭＰ検出毎に達成することができる。Ｉ−Ｄ測位は、圧力センサデータ及び時間の知識（knowledge）を用いて実行され得る。カルマンフィルタは、各衛星の垂直方向のマルチパスのオフセットを推定するために用いられる。第２の水平方向のカルマンフィルタは、訂正された又はデウェイトされた（deweighted）偽の範囲を生成するために用いられる。これは、地球の中心に位置する、よい測定間雑音特性を備える追加の衛星を有することの等価物であり、追加の仮想の衛星（三次元位置のために要求される３つの衛星のみ）を用いて、よりよい位置をもたらす。高度を補助する情報は、高度を補助するカルマンフィルタのポートに挿入することができる。
【００６６】
圧力センサによって提供される仮想衛星を用いて、広域の位置誤差としてだけでなく、衛星毎の偽範囲の変化を個々に決定することが可能になる。アーバンキャニオン環境では、例えば、マルチパスに影響されない少なくとも２つの衛星が通常あるだろう。したがって、おおよそのユーザの水平方向の位置が分かっている場合、これら２つの衛星を有する垂直方向の次元において、一次元の測位を行うことは可能である。位置の解は、高度及びローカルのクロックのバイアスをもたらす。そして、特定の衛星の予測された位置と実際位置との間の差は、カルマンフィルタ内の実際の測定された偽範囲に重みを付けるために使用される、重み付け関数への入力変数として使用される。Ｉ−Ｄ測位は、すべての利用可能な衛星の組合せについて繰り返すことができる。マルチパスを有する衛星は、重み付け関数のために自動的に拒絶されるであろう。
【００６７】
一旦高度が分かれば、衛星の高度が衛星の軌道（ephemeris）データによって分かっているので、水平方向の偽範囲のエラーは算出することができる。水平方向の偽範囲のエラーは、別々の水平方向のカルマンフィルタに渡される。そして、圧力センサを用いて、時間ｔ＋１でのクロック及び位置を予測することができる。
【００６８】
図６は、ナビゲーションの解を生成するために有用な、本発明の２つのカルマンフィルタの実施形態６００を示す。カルマンフィルタ６０２は、より正確なＧＮＳＳ高度を生成し、水平方向の偽範囲のエラーを推定するために、圧力センサの値を使用する高度のカルマンフィルタである。カルマンフィルタ６０４は、緯度と経度とを生成する水平方向のカルマンフィルタである。
【００６９】
高度カルマンフィルタ６０２は、入力６０６における圧力センサ情報と、入力６０８における利用可能な衛星毎の偽範囲値とを受信し、例えば、上述したようにＩ−Ｄ垂直方向測位を用いて算出されるように、出力６１０における高度情報、出力６１２におけるローカルのクロックバイアス、及び出力６１４において推定される水平方向の偽範囲のオフセットを出力する。水平方向のカルマンフィルタ６０４は、入力としてこれらを受信し、実際の偽範囲（図示せず）と組み合わせたデータを用いて、ユーザにフィルタリングされた高度情報を示す、最終の緯度及び経度を算出する。
【００７０】
別の実施形態では、圧力センサは単に、特定の衛星において垂直方向の突然の変更が起こったときに検出するために使用され、対応する衛星をブロックするかデウェイトすることができる。
【００７１】
本発明の実施形態は、圧力センサが補助するナビゲーションの解が、ユーザが建物のいずれのフロアにいるかを決定するのに十分である、屋内のナビゲーションに有用であることも見込まれる（envisioned）。それはＧＮＳＳの解のみよりはるかに正確であり、垂直方向の位置付けにはさらによいだろう。
【００７２】
当業者に明白であろうように、上述の実施形態は、発明の核の教え（core teachings）から外れない間に、あらゆる多様な方法に変形され得る。上述の実施形態は、対象の制限又は放棄を意図するのではなく、むしろ後続するクレームの情報を与えることを意図する。
【図１】
2010538243.tif 000005
【図２】
2010538243.tif 000006
【図３】
2010538243.tif 000007
【図４】
2010538243.tif 000008
【図５】
2010538243.tif 000009
【図６】
2010538243.tif 000010
【国際調査報告】
2010538243.tif 000011
2010538243.tif 000012
2010538243.tif 000013
2010538243.tif 000014
2010538243.tif 000015