(57)【要約】【課題】位置を正確に求める方法と装置を提供する【解決手段】計算された衛星信号である擬似距離測定値と地形モデル（１０８）を利用した３次元位置の計算方法とその装置。擬似距離測定値は一連の可能な位置を与えるものであって、地形モデルを使って、その一連の可能な位置の中から正しい位置を特定することができる。【選択図】図１
2004514144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置を計算する方法であって、一つの場所から複数の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星までの距離を見積るための擬似距離測定値を提供する工程と、地形モデルを提供する工程と、
前記擬似距離測定値と前記地形モデルに応じて、前記場所の３次元位置を計算する工程を備える方法。
【請求項２】
前記擬似距離測定値は、ＧＰＳレシーバで計算される、請求項１の方法。
【請求項３】
前記計算する工程には、前記地形モデルを利用して、前記擬似距離測定値から得られた緯度と高度での高度を推定することが含まれる、請求項１の方法。
【請求項４】
前記計算する工程は、
前記擬似距離測定値を使って一連の可能性のある位置を求めて、前記一連の可能性のある場所と、前記地形モデルによって規定される表面との交点を識別することをさらに備え、前記交点は、前記３次元位置を規定するものである、請求項１の方法。
【請求項５】
前記識別する工程は、
前記交点を識別するための２等分処理を実行することをさらに備える請求項４の方法。
【請求項６】
前記擬似距離測定値は、３つの衛星からの信号を利用することによって得られる、請求項１の方法。
【請求項７】
前記計算する工程は、上位高度境界値と下位高度境界値を決定する工程（ａ）と、前記上位高度境界値と前記下位高度境界値の間から第１の高度を選択する工程（ｂ）と、前記擬似距離測定値から、前記第１の高度に対応する緯度と経度を求める工程（ｃ）と、前記地形モデルを利用して前記緯度と経度での第２の高度を求める工程（ｄ）と、前記第２の高度が前記第１の高度より上である場合は、前記下位高度境界値（ｌｉｍｉｔ）を前記第１の高度と取り替え、そうでない場合は、前記上位高度境界値を前記第１の高度値と取り替える工程（ｅ）と、前記上位と下位の高度境界値の差が所定の値内に入るまで、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）を繰り返す工程（ｆ）を備える、請求項１の方法。
【請求項８】
前記第１の高度値は、前記上位高度境界値と前記下位高度境界値の平均値である、請求項８の方法。
【請求項９】
前記工程ｄ）は、
オフセット値を第２の高度値に加えて、調整された第２の高度値を生成する工程をさらに備え、前記工程（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）で、前記調整された第２の高度値を第２の高度値として使う、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記オフセット値は、地表の位置での一定の高さに等しい、請求項９の方法。
【請求項１１】
前記オフセットは、位置に基いて動的に決められる、請求項９の方法。
【請求項１２】
前記計算する工程は、
擬似距離測定値から緯度、経度、第１の高度を求め、前記緯度と経度を使って前記地形モデルを利用して、第２の高度を生成し、前記第１の高度と前記第２の高度を比較し、前記第１と第２の高度がほぼ同じでない場合は、様々な擬似距離測定値を選択して位置を計算することをさらに備える、請求項１の方法。
【請求項１３】
複数の擬似距離測定値を得る測位モジュールと、地形モデルを含むデータベースと、前記擬似距離測定値と前記地形モデルに応じて３次元位置を得る位置プロセッサを備えるレシーバ位置計算装置。
【請求項１４】
前記位置プロセッサは、前記地形モデルを利用して、前記擬似距離測定値から得られた緯度と高度での高度を推定する、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記測位モジュール、データベース、位置プロセッサは、移動レシーバに位置している、請求項１３の装置。
【請求項１６】
前記測位モジュールは、移動レシーバに位置しており、前記位置プロセッサとデータベースは、遠隔処理ステーションに位置し、無線通信リンクは、前記移動レシーバと前記遠隔処理ステーションをリンクする、請求項１３の装置。
【請求項１７】
前記測位モジュールは、少なくとも３つの全地球測位システム衛星の擬似距離を計算する、請求項１３の装置。
【請求項１８】
一つの位置から複数の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星までの距離を見積るための擬似距離測定値を提供する手段と、地形モデルを提供する手段と、前記擬似距離測定値と前記地形モデルに応じて３次元位置を計算する手段を備える、位置計算装置。
【請求項１９】
前記擬似距離測定値は、ＧＰＳレシーバで計算される、請求項１８の装置。
【請求項２０】
前記計算する手段は、仮高度なしで実行する、請求項１８の装置。
【請求項２１】
前記計算する手段は、前記擬似距離測定値を使って一連の可能性のある位置を求める手段と、前記一連の可能性のある場所と、前記地形モデルによって規定される表面との交点を識別する手段をさらに備え、前記交点は、前記３次元位置を規定するものである、請求項１８の装置。
【請求項２２】
前記識別する手段は、前記交点を識別する２等分処理を実行する手段を備える、請求項２１の装置。
【請求項２３】
前記擬似距離測定値は、３つの衛星からの信号を利用することによって得られる、請求項２１の装置。
【請求項２４】
前記計算する手段は、
（ａ）上位高度境界値と下位高度境界値を求める手段と、
（ｂ）前記上位と下位の高度境界値の間の第１の高度を選択する手段と、
（ｃ）前記擬似距離測定値から、前記第１の高度値に対応する緯度と経度を求める手段と、
（ｄ）前記緯度と経度で前記地形モデルを利用して、第２の高度値を求める手段と、
（ｅ）前記第２の高度値が、前記第１の高度値より大きい場合は、前記下位高度限界値を前記第１の高度値と置き換え、そうでなければ、前記上位高度境界値を前記第１の高度値と置き換える処理手段と、
（ｆ）前記上位と下位の高度境界値の差が所定の値内になるまで、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の繰返し実行手段をさらに備える、請求項２１の装置。
【請求項２５】
前記第１の高度値は、前記上位高度境界値と前記下位高度境界値の平均値である、請求項２４の方法。
【請求項２６】
手段（ｄ）は、オフセット値を前記第２の高度値に加えて、調整された第２の高度値を生成する手段をさらに備え、前記手段（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）で、前記調整された第２の高度値を第２の高度値として使う、請求項２５の装置。
【請求項２７】
前記オフセット値は、地表での位置の一定の高さに等しい、請求項２６の装置。
【請求項２８】
前記オフセットは、位置に基いて動的に決められる、請求項２６の装置。
【請求項２９】
前記計算する手段は、
擬似距離測定値から緯度、経度、第１の高度を求める手段と、前記緯度と経度を使って前記地形モデルを利用して、第２の高度を生成する手段と、前記第１の高度と前記第２の高度を比較し、前記第１と第２の高度がほぼ同じでない場合は、様々な擬似距離測定値を選択して位置を計算する手段をさらに備える、請求項２１の装置。
【請求項３０】
全地球測位システム（ＧＰＳ）レシーバによって得られる位置が正確であることを保証する方法であって、
（ａ）複数の衛星信号から位置を得る工程であって、前記位置は、緯度、経度、第１の高度を備える、当該工程と、
（ｂ）前記緯度と経度を利用して地形モデルを利用して、第２の高度を識別する工程と、
（ｃ）前記第１の高度と前記第２の高度を比較し、前記第１と第２の高度がほぼ同じでない場合は、複数の様々な衛星信号を利用して新しい位置を得る工程を備える方法。
【請求項３１】
全地球測位システム（ＧＰＳ）レシーバによって得られる位置が正確であることを保証する装置であって、
（ａ）複数の衛星信号から位置を得る手段であって、前記位置は、緯度、経度、第１の高度を備える、当該手段と、
（ｂ）前記緯度と経度を利用して地形モデルを利用して、第２の高度を識別する手段と、
（ｃ）前記第１の高度と前記第２の高度を比較し、前記第１と第２の高度がほぼ同じでない場合は、複数の様々な衛星信号を利用して新しい位置を得る手段を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
（開示の背景）
（１．発明の分野）
本発明は測位システムに関する。特に、本発明は、地形モデル情報を使って全地球測位システムを改良する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（２．背景技術の説明）
全地球測位システム（ＧＰＳ）用の測位レシーバでは、複数の衛星からの計測値を使って、３次元（例えば、経度、緯度、高度などの）位置を計算する。一般的に、３次元位置に関する４つの未知数を求め、コモンモード・タイミング誤差について解決するために、位置を求める処理では、少なくとも４つの衛星で受信されて処理される信号が必要である。
【０００３】
市販されているほとんどのＧＰＳレシーバは、外部の手段から（例えば、ユーザからパラメータとして入力される）レシーバの高度を利用するために、固定高度モードを備えている。外部から供給される高度値が正確であれば、レシーバは、３つの衛星からの信号を利用して正確な経度と緯度を計算することができる。しかしながら、特定の高度の誤差から、計算された同じ水平位置の値にも誤差が発生してしまう。従って、海面は、公知のコンピュータモデルによって周知であって、広範囲に渡って均一であるため、固定高度モードは、海でのナビゲーションなどのアプリケーションで非常に役立つものである。しかしながら、オペレータは正確な高度を知っているとは限らない、即ち、提供できるとは限らないので、陸上のアプリケーションでは固定高度による解法の利用範囲は限定される。
【０００４】
最近、携帯電話などの無線デバイスの位置を技術的に求めるものとしてＧＰＳが推奨されている。これらのシステムでは、一般的に、無線デバイスは、無線デバイスから数マイルもしくは数キロメータ以内に位置する地形トランシーバ（無線塔）と通信する。既知の無線塔の高度を利用することによって、地形トランシーバの射程領域をモデル化することが可能である。この場合、この高度をＧＰＳの処理に導入すれば、固定高度による解法を利用することができる。
固定高度による技術は状況によっては役立つが、平らでない、もしくは、未知の地形で位置を求めるという一般的な問題には対応できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本分野では、ＧＰＳレシーバで３つの衛星からの信号だけを利用して正確な３次元位置を提供できるようにＧＰＳレシーバを改良する方法と装置が求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示は、添付図面と共に以下の詳細な説明を検討すれば容易に理解できるものである。
理解を容易にするために、複数の図で共通の同じ要素を示すために可能な限り同じ参照番号を使う。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、３つの衛星トランスミッタ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃからの信号を利用して、レシーバ１０２の位置を確認することができる全地球測位システム（ＧＰＳ）などの測位システム１００を示す。レシーバ１０２は、衛星からの信号と地形モデルを組み合わせて、レシーバ１０２の正確な３次元位置を計算することができる。
【０００８】
特に、測位システム１００は、複数の衛星トランスミッタ（例えば、３つのＧＰＳ衛星１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが示されている）と、本発明の方法と装置を使うことによって性能が向上したＧＰＳレシーバ１０２を備える。
レシーバ１０２は、コンピュータ、即ち、コンピュータデバイス１０４と、測位モジュール１０６と、地形モデルモジュール１０８を備える。測位モジュール（測位プロセッサ）は、衛星から受信した信号を処理してレシーバの位置を突き止める。地形モデルモジュール１０８は、地球表面上の様々な地点の高度に関するストアドデータを含むデータベースである。一般的に、地形モデルモジュール１０８は、ＧＰＳレシーバのメモリにローカルに記憶される。
【０００９】
別の一方法では、地形モデルやその位置情報を通信リンクを介してレシーバにダウンロードすることもできる。
コンピュータ、即ち、計算デバイス１０４は、マイクロプロセッサや、マイクロコンピュータや、汎用コンピュータや、電子回路や、ネットワークコンピュータや、デジタル信号プロセッサや、その他の周知で適切な計算デバイスや、複数の回路の組み合わせを想定している。コンピュータ１０４は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１０と、メモリ１１２と、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）１１４と、支援回路１１６と、バス１１８を備える。ＣＰＵ１１０は、コンピュータ１０４の処理と算術演算を実行する。コンピュータ１０４は、地形モデル１０８を使って測位モジュール１０６の出力値を処理し、レシーバの正確な位置情報を生成する。
【００１０】
メモリ１１２は、ＧＰＳレシーバのオペレーションを制御するために使われるオペランドと演算子と次元値とコンフィグレーションとその他のデータとコンピュータインストラクションを含むコンピュータプログラムを記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、ディスクドライブ記憶装置と、取外可能記憶装置と、それらの組み合わせを備えていてもよい。バス１１８は、レシーバ１０２内のＣＰＵ１１０と、支援回路１１６と、メモリ１１２と、Ｉ／Ｏ１１４と、その他の部分の間でデジタル情報を転送するために用意されている。
【００１１】
Ｉ／Ｏ１１４は、コンピュータ１０４の各コンポーネント間と、コンピュータ１０４のコンポーネントとレシーバ１０２の様々な部分の間でのデジタル情報転送を制御するためのインターフェイスを提供する。支援回路１１６は、クロックとキャッシュメモリと電源などの周知の回路を備えている。
【００１２】
図２は、図１の測位システムを利用して位置計算を行うことに関するジオメトリを示す。地形モデル１０８は、各緯度と経度の位置の高度値格子を提供するものである。レシーバ１０２は、モデルによって特定される地球の表面２０１上か、もしくは、その表面上から周知のオフセット値分離れたところにあると仮定する。レシーバ１０２は、衛星のトランスミッタ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃから信号を受信し、レシーバ１０２から各トランスミッタ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃへの距離に対応する（矢印２０３で示される）擬似距離の測定を行う。
【００１３】
本発明では、３つの擬似距離だけを測定する必要があり、これによって正確な３次元位置とコモンモードのタイミングエラーを計算する。測位モジュール１０４は、衛星信号を処理して、弧２０４を構成する一連の位置情報を生成する。弧２０４は、３つの擬似距離を満足させる明確な位置情報を寄せ集めたものである。従って、弧２０４は、想定した複数の高度の範囲での一連の可能解を表現するものである。
【００１４】
弧２０４は、地球表面２０１上の一点２０５で交差する。点２０５は、３つの擬似距離と、地球表面上に位置するレシーバと同じ高度にフィットする可能解だけを表現するものである。従って、地形モデルを使ってレシーバの高度を識別することによって、３つの衛星トランスミッタだけからの信号を使ってレシーバの位置を正確に求めることができる。
【００１５】
図３は、図１のレシーバ１０２で使う地形モデルを準備する際に、コンピュータによって利用されるプロセス３００を示す。ジオイドと楕円は、位置を求めるために本発明のＧＰＳレシーバから利用可能な、地表に対応する幾何学モデルのタイプである。楕円モデルは、海面レベルの地表を近似するものであるが、地球上の特定の場所では、実際の海面レベルとは１０００メートルも異なることがある。ジオイドモデルは、楕円より正確に海面レベルでの地球の位置を記述するものであって、楕円に関連してモデル化されたものである。例えば、ジオイドモデルは、実際の海面レベルの値とは約１０メートル未満の違いがある。ジオイドモデルは、各点が近傍の点から約３２１８６．８８ｍ（約２０マイル）の間隔がある格子パタンで、地表を記述するものである。
【００１６】
図３の方法３００は、地球のデジタル地形モデルか、もしくは、それに関連する部分を提供することによってステップ３０１から始まる。そのデジタル地形モデルは、米国地質サービス（Ｕ．Ｓ． Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ）から利用可能である。地形モデルは、平均海面レベルに対する地形の高さを示す高さ値格子からなる。モデルは、（１平方キロメータ未満の）緯度と経度の０．５分格子上の点を備えている。地球全体に対する完全なモデルを構成するには、地形モデルには合計で約１０億個のデータ点が必要である。
【００１７】
ステップ３０２では、方法３００は、楕円に関係する周知のジオイドモデル、例えば、地球の中心に関係する海面モデルを提供する。地球の中心に関係する地形モデルを得るために、ジオイドモデルは、デジタル地形モデルと組み合わされる。しかしながら、各モデルの格子点は異なり、簡単には組み合わせることはできない。そのため、ジオイドモデルは、内挿され、再サンプリングされて、地形モデルの格子点と「並ぶ」格子点が得られる。ステップ３０３では、ジオイドモデルは、格子点間内挿が行われ、内挿された表面は、デジタル地形モデル内の格子点と同じ位置で再サンプリングされる。ステップ３０４では、デジタル地形モデルの値を、再サンプリングされたジオイドモデル値に加えて、地表レベルを近似する結合ジオイド地形モデルを生成する。このモデルは、地形モデルと呼ばれ、その全体、もしくは、その一部は、ステップ３０５で、図１のＧＰＳレシーバ１０２に記憶される。
【００１８】
図４は、ＧＰＳレシーバの３次元位置を決定するために地形モデルを利用することを示すものであって、図５は、地形モデルを使って位置を計算する方法５００のフロー図である。ＧＰＳレシーバ１０２内のコンピュータによって実行される方法５００の動作を最もよく理解するために、読者は、以下の説明を読むとともに図４と図５を参照すべきである。方法５００では、繰り返し技法を使う。ここでは、各繰り返し時に、レシーバが位置していない高度の範囲が、可能性のある位置から削除され、レシーバが存在する可能性のある位置が絞られる。本方法は、一つの解が見つかるまで繰り返される。
【００１９】
方法５００は、ステップ５０２から始まって、ステップ５０４に進む。ここで、本方法は、可能解の弧４０８に沿って、２つの高度境界値（初期上限値４０３と初期下限値４０２）を選択する。弧４０８は、上限値、下限値との関係を明確に示すために、特大サイズで模式的に描いたものである。実際のところ、弧は、上限値４０３と下限値４０２間でほぼ直線になるような相対的に大きな径をもつ。
【００２０】
上限値４０３と下限値４０２は、注目領域では、地表４０１の上と下になることは周知のことである。上限値４０３と下限値４０２は、２つの可能な位置解に対応する。上限高度値と下限高度値がそれぞれ、地形の実高度の上と下にあるならば、正確な高度を選択することは重要ではない。例えば、上限高度値は、地上の最も高い地点より上（例えば、９０００メータ）にある必要があり、下限高度値は、地上の最も低い地点より下（例えば、−４００メータ）にある必要がある。従って、これらの各境界値は地上の全ての高さで有効である。何故ならば、各地表の高度は２つの境界値の間にあるからである。局所的拘束条件、例えば、１５２４ｍ（５０００フィート）以下の高度の特定領域内の全ての地形を使うことによって厳密な境界値が得られる場合は、所望の高度値に達するまで、より少ない繰返し回数でレシーバの高さを求めることができる。
【００２１】
２つの解の間に延びるラインは、モデルによって規定される表面を通過する必要がある。何故ならば、表面の上と下になるように境界値が、初期値として選択されるからである。ステップ５０６では、ライン４１０は、上限値４０３と下限値４０２の間の平均高度を表す点４０５で２等分される。ステップ５０８では、この平均高度を使って、平均高度に対応する緯度と経度を求める。
【００２２】
以下で説明するが、平均高度４０５を求める複数の工程の各繰り返し後に、本方法では、平均高度によって上限値と下限値のいづれか一方を置き換えることによって、上限値と下限値は、繰り返し以前の状態よりも互いに接近する。突き止められるレシーバの位置は、新たな上限値と下限値の間にある。このように、高度４０２、４０３でよりよい解を求めていくための各繰り返しによって、真の高度はより厳密に限定される。この方法は、上限値と下限値が十分に接近して、ユーザの所望の精度内の位置が求められるまで繰り返し続けられる。即ち、ステップ５１０での質問に対する答えが肯定であれば、これは、上限値と下限値間の差が所定値よりも小さいことを意味する。ステップ５１０での質問に対する答えが肯定であれば、本方法はステップ５１２で止まって、位置情報を出力する。
【００２３】
その結果、十分な数の繰り返し（所望の隣接距離値を得るために必要な繰り返し数）後に、表面の交点に対する厳密な近似値と一連の可能解が得られる。
ステップ５１４では、緯度と経度を使って、地形モデルでその地点の高度４０４を求める。ステップ５１６では、地形モデルからの高度４０４を平均高度４０５と比較して、その地点の地形が平均高度４０５よりも低いかどうかを判定する。その地形の高度４０４が平均高度４０５より高ければ、ステップ５１８で、低い高度境界値４０２が、平均高度４０５と置き換えられる。地形高度４０４が、平均高度４０５より低い場合は、ステップ５２０で、上位の高度境界値４０３が、平均高度４０５で置き換えられる。次に、方法５００は、ステップ５１８かステップ５２０のいづれか一方からステップ５０６に遷移する。そして、より正確な高度の解を得るために上位境界と下位境界の更新値が処理される。
【００２４】
説明を容易にするために、上の記述では、弧４０８が地形モデルと一点だけで交差するものと仮定した。ほとんどの場合ではこれは正しいが、弧４０８が地形モデルと２点以上で交差する可能性もある。一般的に、弧４０８はほぼ垂直である。そのため、地形が非常に急である場合は、弧は一つ以上の点で交差することがある。このまれなケースでは、本方法５００に関して２つの注意事項がある。即ち、
１）本方法は収束して、弧４０８と地形モデルの交点に対応する位置を与える。これは、弧が１回以上地形モデルと交差しても、少なくとも１つの交点の上位境界値と下位境界値を常に選択するからである。
【００２５】
２）計算された緯度と経度の誤差は小さい。何故ならば、上述したように、地形が非常に急な場合は、（弧４０８と地形モデルに複数の交点が存在する）このまれな状況が発生するので、急速に変化する高度軌跡に沿う高度の著しい変化は、経度と緯度の小さな変化に対応するものである。
【００２６】
本発明の方法は、移動デバイスの高さが地表から周知の値分ずれる測位アプリケーションに適用可能である。例えば、自動車で運ばれる移動デバイスは、固定値、例えば、１メータ地表から離れている。オフセット値を考慮して、地形モデルの高度にこのオフセット値を加えることによって、本願記載のコンセプトを適用することができる。また、ユーザの周知の習慣に基づいて、このオフセット値を動的に割り当てることができる。例えば、人が特定の緯度と経度にある高層のオフィスタワーで働いている場合は、ユーザが働くビルのフロアの高さを表すオフセット値を生成することができる。ユーザがビルの緯度と経度にいる場合に、このオフセット値を生成する。最適なオフセット値は、方法５００のステップ５２２で生成される。オフセット値は、ステップ５１４で求められた地形高度に加えられる。このオフセット調整を行った高度を使って、ステップ５１６，５１８，５２０に関する上述の高度を計算することができる。
【００２７】
方法５００のメリットは、その単純さと、収束するまでの繰り返し回数を前もって決定できることにある。実際には、必要な繰り返し回数は、式：
Ｎ＝１ ＋ ｆｌｏｏｒ（ｌｏｇ２（上位境界値−上位境界値）／））　［１］
に基づくものである。尚、「ｆｌｏｏｒ」とは切り捨てを意味する。
【００２８】
例：　ｆｌｏｏｒ（１．８）　＝　１
例えば、初期境界値が互いに１０００ｍ離れており、所望の許容限界値が１０ｍであると、この式を解いてＮ＝７が得られる。また、最低３つ以上の衛星が利用可能な場合は、本発明では、地形モデルを利用する。例えば、４つ以上の衛星信号が利用可能であって、ＧＰＳレシーバで３次元位置を生成できる場合は、地形モデルを使って、結果の精度を高める、即ち、結果が正確であることを保証することができる。本モデルでは、位置の解に対して自由度を効果的に与えるために、さらに別の拘束条件を提供する。以下で説明するが、このことによって、正確さが改善され、測定誤差を分離し除去する性能が加えられる。
【００２９】
好適な実施形態では、高度の知識によって、以下の正確さが改善される。ＧＰＳによる解法では、水平方向の誤差の標準偏差は、高精度希釈度（ＨＤＯＰ）として知られる量によって特徴づけられる。定義では、測定誤差の標準偏差が乗算されたＨＤＯＰは、水平方向の誤差の標準偏差を与えるものである。未知の状態のうちの１つ（例えば、高度）が除かれる（即ち、高度が既知の正確な値に固定される）と、ＨＤＯＰの値は下がる。
【００３０】
高度の知識によって、多くの方法で衛星の測定誤差を分離して除去する性能が加えられる。一実施形態では、本技術の基準、即ち、帰納的な残差が生成される。これらの残差の大きさと相対的な値は、衛星の測定値の質に関する情報を提供するものである。周知のことであるが、残差のメリットは、自由度が上がる程増大する。自由度は、固定位置に対する既知の距離（例えば、ＧＰＳの擬似距離）の数から、未知の状態の数を引いた値である。従って、既知の値に高度を固定することによって未知の状態数を減らせば、自由度は増大する。
【００３１】
その他にも、本発明を使って衛星の誤差を識別することができる多くの技術が存在する。例えば、十分な数の衛星がある場合は、衛星の測定値から３次元位置を計算することができる。次に、この３次元位置は、同じ緯度と経度の地形モデル値と比較される。３次元位置の計算値と地形モデル値が厳密に一致するということは、計算された測位情報が正確であることを示す。３次元位置の計算値と地形モデル値が非常に違っているということは、測位誤差が１つ以上あることを示す。同様に、測定誤差を除去するための技術が多く存在する。これには、複数の可能な計測値の組み合わせで繰り返すことによって、地形モデルと厳密に一致するものを見つける処理が含まれる。
【００３２】
一本のラインに沿ってオブジェクトを配置するための同様な繰り返し技術を本システムで利用することができる。
ＧＰＳレシーバでは、例えば、不正確に計算された擬似距離などの正しくないデータを使って位置を計算することがある。明らかに、その誤差によって位置は不正確になる。本発明は、計算された位置が正確であることを保証する方法を含む。本方法は、地形データベースを利用して、位置の計算値の質を保証するものである。本方法は、ＧＰＳレシーバのコンピュータプロセッサ、例えば、図１のコンピュータによって実行される。
【００３３】
図６は、ＧＰＳシステムを利用して得られる特定位置のＧＰＳ高度を地形モデルの高度と比較することができる高品質保証方法６００の一実施形態を示す。高品質保証方法６００では、測位システム１００で得られた測位結果の正しさをテストする。
【００３４】
高品質保証方法６００は、ステップ６０２から始まり、Ｎ個の衛星の測定値、例えば、擬似距離を得る。ステップ６０２の次に、方法６００はステップ６０４に進み、そこでは、Ｎ個の測定値のサブセットを使って、レシーバの緯度、経度、高度を含む３次元位置を計算する。例えば、５個の衛星からの信号を受信し、その信号のうちの４つを使って、レシーバの緯度、経度、高度を計算する。ステップ６０６では、ステップ６０２で計算された緯度と経度を使い、地形モデルを利用して、緯度と経度での高度、即ち、地形高度を求める。
【００３５】
ステップ６０６、６０４からの入力データを使って、本方法６００は、ステップ６０８に進む。ステップ６０８では、ＧＰＳ衛星信号を使って計算された高度は、地形データによって識別された高度と比較される。ステップ６０６で得られた値とステップ６０４で得られた高度の間の高度差が所定の範囲内（例えば、６未満）に収まる場合は、ステップ６０８での問いに対する答えは肯定となり、ステップ６１２では、測定され計算された位置は品質保証検査をパスして、方法６００は終了する。ステップ６０８の問いに対する答えが否定である場合は、測定値や、測定値から計算された位置はおそらく誤りであって、本方法６００はステップ６１０に進む。ステップ６１０では、ＧＰＳ衛星信号を様々に組み合わせて、新たな位置を計算する。本方法６００では、ステップ６１０で新たに測定された値を使って、ＧＰＳ信号を使って計算された高度と、地形モデルを使って計算された高度を再び比較することを繰り返す。そのため、地形モデルを使うことによって、位置計算で得られた測定誤差が除去される。
【００３６】
前述の方法を使って、別のやり方では利用できない高度情報を追加することは、誤差の分離技術にとってメリットがある。
図７は、ハンドヘルドＧＰＳデバイスなどの携帯移動デバイス７０１とともに使われる測位システム７００の一実施形態を示す。このケースでは、地形モデル７０２（もしくは、その局所的なサブセット）が携帯移動デバイス７０１に記憶される。移動デバイス７０２ではコンピュータ７０４を利用して地形モデルを利用した測位計算を行う。
【００３７】
図８は、無線システムを含む測位システム８００の一実施形態を示す。この測位システム８００は、ＧＰＳ技術を利用して携帯電話などの無線デバイスに位置情報を提供する。これらの無線システムでは、無線デバイス８０１は、一般的に、無線デバイスから数マイル以内に配置される地形トランシーバ８１０と通信する。この場合は、地形モデルに関する位置計算が移動レシーバ８０１から遠隔で行われる。特に、移動レシーバ８０１は、幾つかのＧＰＳ衛星８１２から擬似距離情報を得る。この擬似距離情報は、無線リンク８０２を介して遠隔処理ステーション８０４に送られる。ステーション８０４は、位置コンピュータ８０８と地形モデル８０３を備える。ステーション８０４にあるコンピュータ８０８は、地形モデル８０３を利用して位置を求める処理を実行する。その結果得られた移動レシーバ８０１の位置データが、無線リンク８０２を介して移動レシーバ８０１に送られるか、もしくは、測位情報の別のユーザに渡される。
【００３８】
図９は、後処理工程で位置を計算する、さらに別の一実施形態の測位システム９００を示す。このケースでは、衛星９１４からの擬似データ９０１は、シグナルプロセッサ９１２によって収集されて、携帯移動デバイス９０２に記憶される。擬似距離データ９０１は、（例えば、ファイル転送オペレーションを介して）遠隔処理ステーション９０３に送られる。遠隔処理ステーション９０３は、トランシーバ９０８、コンピュータ９０６、地形モデル９０４を備える。トランシーバ９０８は、無線リンク９１０から擬似距離データファイルを受信する。図５を参照して説明された方法５００を利用する遠隔処理ステーション９０３のコンピュータ９０６は、地形モデル９０４を使って位置を求める処理を実行する。次に、位置情報を、移動レシーバ９０２に中継したり、位置情報のその他のユーザに送ることができる。
【００３９】
以下の記載について検討すれば、当業者は、ＧＰＳシステムや、トランスミッタとレシーバを利用する（地形に基づく、もしくは、衛星に基づく）測位システムで、本発明の教示を簡単に利用することができることをはっきりと理解することができる。
【００４０】
本願では、本発明の教示を取り入れた様々な実施形態を示し、説明したが、当業者であれば、これらの教示を取り入れたその他の多くの変形実施形態を容易に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、測位システムの一実施形態のブロック図を示す。
【図２】
図２は、図１の測位システムの利用して、図１のシステムで用いられる地形モデルを得ることに関するジオメトリを示す。
【図３】
図３は、図１のシステムによって利用される地形モデルを得る方法の一実施形態を示す。
【図４】
図４は、地形モデルを利用してＧＰＳレシーバの３次元位置の求め方を示す図である。
【図５】
図５は、本発明に基づいて位置を計算する方法のフロー図である。
【図６】
図６は、品質保証方法のフロー図を示す。
【図７】
図７は、移動レシーバの一実施形態のブロック図を示す。
【図８】
図８は、本発明の別の一実施形態のブロック図である。
【図９】
図９は、本発明のさらに別の一実施形態のブロック図である。
【図１】
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【図３】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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