(57)【要約】【課題】移動体搭載の測位装置において、位置データを受信することが出来る衛星の数が不足している場合でも、ＧＮＳＳ衛星からのデータのみで測位演算をすることによって、移動体搭載の測位装置の小型化、単純化を図る。【解決手段】位置データを受信できる衛星が不足した場合には、過去の測位データから現在の車両１の速度ベクトルを推定して、車両１はこの速度ベクトルを延長した直線３０上を走行しているものとして、ＧＮＳＳデータから求めたＧＮＳＳ衛星２０と車両１との距離ρ１を用いて、車両１の測位位置を特定する。【選択図】図３
2007278881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信する移動体に搭載されたＧＮＳＳ受信部と、
測位データを格納する前記移動体に搭載されたデータ記憶部と、
前記ＧＮＳＳ受信部と前記データ記憶部からの信号を取り込み演算処理する演算部と、
前記演算部に接続される出力部と、を備えた移動体搭載測位装置において、
前記演算部は、前記データ記憶部に格納した過去の測位データに基づいて、前記移動体の推定速度ベクトルを計算し、前記推定速度ベクトルを延長した直線上に前記移動体の位置を限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算する手段を有していること、
を特徴とする移動体搭載測位装置。
【請求項２】
ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信する移動体に搭載されたＧＮＳＳ受信部と、
測位データを格納すると共に地図データベースが格納された前記移動体に搭載されたデータ記憶部と、
前記ＧＮＳＳ受信部と前記データ記憶部からの信号を取り込み演算処理する演算部と、
前記演算部に接続される出力部と、を備えた移動体搭載測位装置において、
前記演算部は、前記データ記憶部に格納した過去の測位データと地図データベースに基づいて、地図データベースの中で移動体が位置する移動経路を特定し、前記移動体の位置を前記移動経路上に限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算する手段を有していること、
を特徴とする移動体搭載測位装置。
【請求項３】
ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づく移動体の測位方法において、
ＧＮＳＳ受信部においてＧＮＳＳ衛星からの信号を受信し、
前記ＧＮＳＳ信号と、データ記憶部に格納された過去の測位データを演算部に取り込み、
前記過去の測位データに基づいて、前記移動体の推定速度ベクトルを計算し、前記推定速度ベクトルを延長した直線上に前記移動体の位置を限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算すること、
を特徴とする移動体の測位方法。
【請求項４】
ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づく移動体の測位方法において、
ＧＮＳＳ受信部においてＧＮＳＳ衛星からの信号を受信し、
前記ＧＮＳＳ信号と、データ記憶部に格納された過去の測位データとを演算部に取り込み、
前記過去の測位データと地図データベースに基づいて、地図データベースの中で移動体が位置する移動経路を特定し、前記移動体の位置を前記移動経路上に限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算すること、
を特徴とする移動体の測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＮＳＳ測位装置からの信号に基づいて移動体の座標を算出する装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や航空機の測位システムとして、人工衛星を利用したＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）が採用されるようになってきている。このＧＮＳＳに用いられる人工衛星は、距離タイミングと正確な衛星位置のコード化されたデータ信号を送信する。そして、それぞれのＧＮＳＳ衛星により送信されたコード化された信号が車両に搭載されたＧＮＳＳ受信機に到達するそれぞれの時間を精密に測定することによって、ＧＮＳＳ受信機搭載車両の推定位置を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。このＧＮＳＳを利用して地球上での三次元測位を行うには、測位演算によって解く必要のある未知数は時計誤差とｘ，ｙ，ｚの座標の４つであることから、通常４つの衛星からのデータ信号を受信することが必要となる。
【０００３】
一方、時計の誤差δｔ等が既知の場合は、測位位置の計算における未知数が１つ減少することから、測位に必要な衛星からのデータの数は１つ少なくてもすむ。この場合、図６に示すように地球上の車両１と３つの衛星２０，２１，２２それぞれとの距離データρ１，ρ２，ρ３によって移動体１の測位計算をすることが可能となる。しかしながら、都市部、山間部などの障害物の多い地上で、データを受信できる衛星の数がさらに減少すると、測位位置データから解ける方程式の次数が低下してくることから、それを補うために、慣性航法測位方式との併用を行ったりしたりするなどの必要があった（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５６２３４号公報
【特許文献２】特開昭６１−１３７００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のようにデータを受信することができるＧＮＳＳ衛星の数が少なく、慣性航法などが必要になる期間は限定されており、この限定期間を過ぎればまた通常のＧＮＳＳ衛星からのデータによって移動体の測位計算を行うことができる。このような限定期間の対応のために慣性航法装置、データ処理システムを搭載することは、移動体の座標算出のための装置が大型化、複雑化してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、位置データを受信することが出来る衛星の数が不足している期間もＧＮＳＳ衛星からのデータのみで測位演算をすることによって、移動体搭載の測位装置の小型化、単純化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の移動体搭載測位装置は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信する移動体に搭載されたＧＮＳＳ受信部と、測位データを格納する前記移動体に搭載されたデータ記憶部と、前記ＧＮＳＳ受信部と前記データ記憶部からの信号を取り込み演算処理する演算部と、前記演算部に接続される出力部と、を備えた移動体搭載測位装置において、前記演算部は、前記データ記憶部に格納した過去の測位データに基づいて、前記移動体の推定速度ベクトルを計算し、前記推定速度ベクトルを延長した直線上に前記移動体の位置を限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算する手段を有していること、を特徴とする。
【０００８】
本発明の移動体搭載測位装置は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信する移動体に搭載されたＧＮＳＳ受信部と、測位データを格納すると共に地図データベースが格納された前記移動体に搭載されたデータ記憶部と、前記ＧＮＳＳ受信部と前記データ記憶部からの信号を取り込み演算処理する演算部と、前記演算部に接続される出力部と、を備えた移動体搭載測位装置において、前記演算部は、前記データ記憶部に格納した過去の測位データと地図データベースに基づいて、地図データベースの中で移動体が位置する移動経路を特定し、前記移動体の位置を前記移動経路上に限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算する手段を有していること、を特徴とする。
【０００９】
本発明の移動体の測位方法は、ＧＮＳＳ受信部においてＧＮＳＳ衛星からの信号を受信し、前記ＧＮＳＳ信号と、データ記憶部に格納された過去の測位データを演算部に取り込み、前記過去の測位データに基づいて、前記移動体の推定速度ベクトルを計算し、前記推定速度ベクトルを延長した直線上に前記移動体の位置を限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算すること、を特徴とする。
【００１０】
本発明の移動体の測位方法は、ＧＮＳＳ受信部においてＧＮＳＳ衛星からの信号を受信し、前記ＧＮＳＳ信号と、データ記憶部に格納された過去の測位データとを演算部に取り込み、前記過去の測位データと地図データベースに基づいて、地図データベースの中で移動体が位置する移動経路を特定し、前記移動体の位置を前記移動経路上に限定して前記ＧＮＳＳ衛星からの受信信号に基づいて移動体の位置を計算すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、位置データを受信することが出来る衛星の数が不足している期間もＧＮＳＳ衛星からのデータのみで測位演算をすることによって、移動体搭載の測位装置の小型化、単純化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図１〜３を参照しながら説明する。図１は本実施形態の構成を示す系統図であり、図２は本実施形態の動作を示すフローチャートであり、図３は本実施形態の測位計算方法を模式的に表した図である。本実施形態の移動体搭載測位装置３は、移動体である車両１に搭載されたＧＮＳＳアンテナ１０と、ＧＮＳＳアンテナ１０が接続されＧＮＳＳアンテナ１０からの信号を受信するＧＮＳＳ受信部１２と、測位データ、地図データ情報などを記憶しているデータ記憶部１６と、ＧＮＳＳ受信部１２からの信号と、データ記憶部１６からのデータに基づいて車両１の測位計算を行う演算部１４と、演算部１４において算出した測位位置を出力する表示部１８とを備えている。ＧＮＳＳ受信部１２、データ記憶部１６はそれぞれ演算部１４と信号線あるいはデータバスを介して接続されており、表示部１８も演算部１４と信号線又はデータバスによって接続されている。
【００１３】
図６に示すような通常状態では、時計の誤差δｔが既知であったとしても、三次元座標３つの未知数（ｘ，ｙ，ｚ）を求めるためには、少なくとも３次元のマトリクス演算をすることが必要で、３次元のマトリクス演算式を立てるためには、３つの衛星からのデータが必要となる。ＧＮＳＳ受信部１２はＧＮＳＳアンテナ１０によって３つあるいは４つのＧＮＳＳ衛星からのデータ信号を受信し、そのデータを演算部１４に出力する。演算部１４はＧＮＳＳ受信部１２から受け取ったデータに基づいて、車両１の測位計算を行い、地球５の上の車両の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、表示部１８に出力すると共に、その時の測位データをデータ記憶部１６に出力し、データ記憶部に過去の測位データとして格納、蓄積しておく。蓄積しておくデータ量は測位計算を行った時点から何回前の測位計算結果までとしてもよいし、測位計算を行った時点から何分間前までというように決めても良い。また、蓄積している測位データによって走行状態を分析し、曲線の多い経路を走行していると判断される場合には、長時間の測位データを蓄積するようにしたり、データ蓄積の時間間隔を短くしたりし、直線に近い経路を走行していると判断される場合にはデータ蓄積の時間間隔を長くする等の形式でデータをデータ記憶部１６に蓄積しておく。
【００１４】
そして、図５に示すように、地形や建物などの影響によって、位置データを受信できる衛星が１個しかない状態に入った場合には、前記のように時計の誤差δｔが既知であったとしても、３次元のマトリクス演算式は立てられず、１次元の演算式しか立てることができない。そこで、測位演算の演算マトリクスの次元を１次元に低減することが必要となる。データ記憶部１６には、距離データを受信できる衛星が１個になる直前までの測位データが前記のような所定の方法によって蓄積されている。演算部１４はまずこの過去の測位データをデータ記憶部１６から読み出し、現在の車両１の速度ベクトルを推定する。そして、図３に示すように、この速度ベクトルを延長した直線３０を特定し、車両１はこの直線３０の上を走行しているものと推定する。そして、図３に示すようにＧＮＳＳ衛星２０と車両１との距離データρ１とを用いて、前記の１次元の演算式を解いて解を求め、車両１の測位位置を特定することができる。
【００１５】
演算部１４は図２に示すような方法によって、車両１の測位演算を行う。図２のステップＳ１０２のように、演算部１４はＧＮＳＳ受信部１２が受信したＧＮＳＳ衛星２０からの位置信号を取得する。そして演算部１４は図２のステップＳ１０３に示すように、この信号に基づいて図３に示すＧＮＳＳ衛星２０の座標を算出し、車両１とＧＮＳＳ衛星２０との距離ρ１を算出する。次に演算部１４は図２のステップＳ１０４に示すように、データ記憶部１６から過去の測位データを読み出し、この過去の測位データに基づいて車両１の推定速度ベクトルを算出する。推定速度ベクトルの演算は過去のデータから最小二乗法によって求める方法のほか、カルマンフィルタによって求める方法もある。このような演算方法は多くの場合収束計算手法が使われる。車両１の過去の測位データから計算できる走行経路が余り複雑でない場合には、計算が短時間に収束し、推定速度ベクトルの計算解が得られる。一方、車両１が複雑な経路を走行していたような場合には蓄積した過去の測位データからでは、演算が収束せず速度ベクトルを推定できないことがある。図２のステップＳ１０５に示すように、推定速度ベクトルの計算解が得られた場合には、演算部１４は図２のステップＳ１０６に示すように、推定速度ベクトルを延長した直線３０を特定する。そして、図２のステップＳ１０７に示すように、車両１は前記の特定した直線３０の上にあるものとして、車両１とＧＮＳＳ衛星２０との距離ρ１を用いて一次元の方程式を解き、車両１の位置を求める。図３に示すように、車両の位置が特定した直線３０の上にあるものとすると、ＧＮＳＳ衛星２０と車両１との距離ρ１が決まれば、直線３０の上の車両１の位置は１点に特定される。車両１の位置が特定されると演算部１４はその結果を表示部１８に表示する。一方、図２のステップＳ１０５に示すように、過去の測位データから車両１の推定速度ベクトルの計算解が得られない場合には、演算部１４は測位計算を停止し、測位計算に必要な個数のＧＮＳＳ衛星からのデータが受信できるまで、待機する。
【００１６】
そして、車両１が走行を続けた結果、データを受信できる衛星の数が先に述べた通常の測位計算が可能となる３個又は４個になった場合には、演算部１４は通常の測位方法によって車両１の測位を行い、その測位データを表示部１８に表示すると共に、記憶部１６に蓄積していく。
【００１７】
以上述べた、実施形態においては、データを受信できる衛星の数が必要個数よりも少ない場合においても、慣性航法装置などを使用せず、ＧＮＳＳ装置とそのデータのみで車両１の位置を測位することができ、データを受信できる衛星の数が必要個数に戻った時には、通常の三次元測位によって車両１の位置を測位することができることから、データを受信できる衛星の数が必要個数よりも少ない限定的な場合に備えて慣性航法装置などを別途設置する必要がなくなる。このため、車両に搭載する測位装置を小型化、単純化することができるという効果を奏する。
【００１８】
上記の実施形態においては、過去の測位データから推定速度ベクトルを計算し、車両１がこの推定速度ベクトルを延長した直線３０の上にあるものとして、車両１の位置を計算していた。多くの場合には、自動車が測位時間間隔内に走行する距離はＧＮＳＳ衛星との距離に比較して非常に小さいことから、車両１は推定速度ベクトルを延長した直線上にあるものとしても大きな誤差は生ぜず、誤差が少ないうちに、データを受信できるＧＮＳＳ衛星の数が通常の測位演算が可能な個数に戻るため、大きく測位位置が実際の位置とずれることは少ない。しかし、車両１が例えば煩雑に交差点を曲がったり、曲線の多い道路を走行していたりする場合においては、前記の実施形態では、誤差が大きくなる可能性がある。
【００１９】
このように車両の動きが複雑な場合に好適な本発明の他の実施形態について図４、図５を参照しながら説明する。図４は他の実施形態の動作を示すフローチャートで、図５は
他の実施形態の測位計算方法を模式的に表した図である。先の実施形態と同様の部分には同様の符号を用いて説明は省略する。
【００２０】
車両１が複雑な経路に沿って走行しているときには、その走行経路は直線ではなく、曲線となってくる。この場合、過去の測位データに基づいて走行曲線を予想して、その曲線上に車両１が位置しているとして測位計算を行うことも可能であるが、車両１は地上の道路に沿って走行するため、上記の方法では道路の形状を過去の測位データから予測することとなる。しかし、道路の形状は数学的に予測することが困難なため、車両１の測位精度が落ちてしまう。そこで、データ記憶部１６に地図データを格納しておき、データを受信できる衛星の数が通常の測位に必要な個数だけあるときの測位データに基づいて、車両１がどの道路を走行しているのかを特定する。そして、図５に示すようにＧＮＳＳ衛星２０と車両１との距離データρ１とを用いて、車両１の測位位置の候補を算出する。図５に示すように、曲線３２で示される道路あるいは移動経路の上を走行している場合、曲線３２は二次元であることから、車両の位置を特定するには最低２個の衛星からのデータが必要となる。しかし、データを受信できる衛星の数が１つの場合には、未知数に対して方程式の数が少なくなることから車両１と衛星との距離がρ１となる点は特定できず、複数個存在する。そこで、このような複数の位置の候補のうち、過去の測位データに一番近いもの、あるいは、過去の測位データから計算した予想走行曲線に一番近いものを車両１の測位位置として、表示部１８に表示する。
【００２１】
演算部１４は図４に示すような方法によって、車両１の測位演算を行う。まず先の実施形態と同様に、車両１とＧＮＳＳ衛星２０との距離ρ１を算出する。次に演算部１４は図４のステップＳ２０４に示すように、データ記憶部１６から過去の測位データと地図データベースを読み出し、この過去の測位データに基づいて地図データベース上での車両１の位置を特定し、その位置から車両１が走行している道路を図５に示す曲線３２として特定する。曲線３２が特定できたら、図４のステップＳ２０６に示すように、車両１は前記の特定した曲線３２の上にあるものとして、車両１とＧＮＳＳ衛星２０との距離ρ１を用いて車両１の位置の候補を複数算出する。そして演算部１４はこれらの複数の候補の中から一番直前の測位位置に近いもの又は、過去の測位データから推定される曲線上に一番近い位置を車両１の位置として特定する。車両１の位置が特定されると演算部１４はその結果を表示部１８に表示する。一方、図４のステップＳ２０５に示すように、過去の測位データから車両１の移動経路が特定できない場合には、演算部１４は測位計算を停止し、測位計算に必要な個数のＧＮＳＳ衛星からのデータが受信できるまで、待機する。なお、上記の方法によっても、車両１の位置が複数の候補位置から１つに特定できない場合には、演算部１４は複数の位置候補を推定位置候補として出力部１８に出力、表示する。
【００２２】
以上述べた、他の実施形態においても、先の実施形態と同様に車両に搭載する測位装置を小型化、単純化することができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、車両の測位以外に地球上を移動する移動体であれば、どのようなものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態の測位計算方法を模式的に表した図である。
【図４】本発明の他の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態の測位計算方法を模式的に表した図である。
【図６】従来技術のＧＮＳＳ衛星による測位計算方法を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  車両、３  移動体搭載測位装置、５  地球、１０  ＧＮＳＳアンテナ、１２  ＧＮＳＳ受信部、１４  演算部、１６  データ記憶部、１８  表示部、２０〜２２  ＧＮＳＳ衛星、３０  直線、３２  曲線。
【図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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