(57)【要約】【課題】衛星測位用ユニット及び慣性測位用ユニットの計測結果を併用した新たな位置算出手法の提案。【解決手段】衛星測位用ユニット３の第１の計測結果と慣性測位用ユニット５の第２の計測結果とを用いて、カップリング処理部７がカップリング処理を行う。そして、信号捕捉支援情報演算部９が、カップリング処理の結果を用いて、カップリング処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数（信号捕捉支援情報）を推定する。そして、衛星測位用ユニット３が、信号捕捉支援情報演算部９により推定されたドップラー周波数を用いて不使用の衛星信号を捕捉する。【選択図】図１
2013002893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星測位用ユニットの第１の計測結果と慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて位置算出処理を行うことと、
前記位置算出処理の結果を用いて、前記位置算出処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定することと、
前記衛星測位用ユニットが前記ドップラー周波数を用いて前記不使用の衛星信号を捕捉することと、
を含む位置算出方法。
【請求項２】
前記衛星測位用ユニットは、可視衛星のうちの所与の条件を満たす衛星から受信した衛星信号を使用して計測を行うユニットであり、
前記推定することは、可視衛星のうちの前記所与の条件を満たさなかった衛星からの信号を受信する場合のドップラー周波数を推定することである、
請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項３】
前記位置算出処理は、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とを用いて位置算出を行う第１の方式と、前記第２の計測結果を用いて位置算出を行う第２の方式とを切り替えて位置を算出する処理であり、
前記推定することは、前記第２の方式で位置算出が行われた場合に、前記位置算出処理の結果を用いて前記衛星測位用ユニットが衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定することである、
請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項４】
前記位置算出処理において前記第１の方式を採用する頻度を変化させること、
を更に含む請求項３に記載の位置算出方法。
【請求項５】
前記位置算出処理は、（１）位置算出開始からの経過時間、（２）移動を開始してからの経過時間、（３）最後に前記第１の方式を適用してからの経過時間、のうちの何れかの経過時間に基づいて前記切り替えを行う、
請求項３に記載の位置算出方法。
【請求項６】
前記位置算出処理は、前記衛星測位用ユニットによって計測されるメジャメント情報を前記第１の計測結果として用いて位置を算出する処理である、
請求項１〜５の何れか一項に記載の位置算出方法。
【請求項７】
前記位置算出処理は、前記第２の計測結果を入力とし、前記第１の計測結果を観測量とするカルマンフィルター処理である、
請求項１〜６の何れか一項に記載の位置算出方法。
【請求項８】
衛星測位用ユニットの第１の計測結果と慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて位置算出処理を行う位置算出部と、
前記位置算出処理の結果を用いて、前記位置算出処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する推定部と、
を備え、
前記衛星測位用ユニットが前記ドップラー周波数を用いて前記不使用の衛星信号を捕捉する、
位置算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星測位用ユニット及び慣性測位用ユニットの計測結果を併用した位置算出方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるシームレス測位やモーションセンシング、姿勢制御など様々な分野において、慣性センサーの活用が注目されている。慣性センサーとしては、加速度センサーやジャイロセンサー、圧力センサー、地磁気センサーなどが広く知られている。慣性センサーの検出結果を利用して慣性航法演算を行う慣性航法システム（以下、「ＩＮＳ（Inertial Navigation System）」と称する。）も考案されている。
【０００３】
ＩＮＳでは、慣性センサーの検出結果に含まれ得る種々の誤差成分に起因して位置算出の正確性が低下するという問題があり、位置算出の正確性を向上させるための様々な技術が考案されている。例えば、特許文献１には、ＩＮＳ計測結果とＧＰＳ（Global Positioning System）計測結果とを併用して位置算出を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００１９９６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧＰＳ計測結果は、ＧＰＳ衛星信号の受信信号強度、受信環境、ＧＰＳ衛星の天空配置、マルチパスといった種々の要因により、計測結果の精度が低下する状況が頻繁に生じ得る。そのため、ＩＮＳ計測結果とＧＰＳ計測結果とを単純に結び付けて位置算出を行うことが必ずしも位置算出の精度改善に繋がるとは限らなかった。
【０００６】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、衛星測位用ユニット及び慣性測位用ユニットの計測結果を併用した新たな位置算出手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第１の形態は、衛星測位用ユニットの第１の計測結果と慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて位置算出処理を行うことと、前記位置算出処理の結果を用いて、前記位置算出処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定することと、前記衛星測位用ユニットが前記ドップラー周波数を用いて前記不使用の衛星信号を捕捉することと、を含む位置算出方法である。
【０００８】
また、他の形態として、衛星測位用ユニットの第１の計測結果と慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて位置算出処理を行う位置算出部と、前記位置算出処理の結果を用いて、前記位置算出処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する推定部と、を備え、前記衛星測位用ユニットが前記ドップラー周波数を用いて前記不使用の衛星信号を捕捉する、位置算出装置を構成することとしてもよい。
【０００９】
この第１の形態等によれば、衛星測位用ユニットの第１の計測結果と慣性測位用ユニットの第２の計測結果とを用いて位置算出処理を行う。位置算出装置の位置、速度、移動方向等の情報と、衛星の位置、速度、移動方向等の情報とがあれば、衛星から発信されている衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定することができる。そこで、位置算出処理の結果を用いて、位置算出処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する。そして、推定したドップラー周波数を用いて、衛星測位用ユニットが不使用の衛星信号を捕捉する。
【００１０】
これにより、位置算出処理において不使用の衛星信号を次回の測位で使用する場合に、推定したドップラー周波数を当該衛星信号の捕捉に利用することができる。その結果、位置算出処理において不使用の衛星信号を衛星測位用ユニットが捕捉する確度を高めるとともに、捕捉時間の短縮を図ることができる。このようにして捕捉した衛星信号を利用することで、衛星測位用ユニットによる計測の精度を高め、最終的に位置算出処理によって高い正確性で位置を算出することが可能となる。
【００１１】
また、第２の形態として、第１の形態の位置算出方法において、前記衛星測位用ユニットは、可視衛星のうちの所与の条件を満たす衛星から受信した衛星信号を使用して計測を行うユニットであり、前記推定することは、可視衛星のうちの前記所与の条件を満たさなかった衛星からの信号を受信する場合のドップラー周波数を推定することである、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１２】
この第２の形態によれば、衛星測位用ユニットは、可視衛星のうちの所与の条件を満たす衛星から受信した衛星信号を使用して計測を行い、可視衛星のうちの所与の条件を満たさなかった衛星からの信号を受信する場合のドップラー周波数を推定する。これにより、計測に使用しなかった衛星についてドップラー周波数を推定し、当該ドップラー周波数を当該衛星からの衛星信号の捕捉に役立てることができる。
【００１３】
また、第３の形態として、第１の形態の位置算出方法において、前記位置算出処理は、前記第１の計測結果と前記第２の計測結果とを用いて位置算出を行う第１の方式と、前記第２の計測結果を用いて位置算出を行う第２の方式とを切り替えて位置を算出する処理であり、前記推定することは、前記第２の方式で位置算出が行われた場合に、前記位置算出処理の結果を用いて前記衛星測位用ユニットが衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定することである、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１４】
この第３の形態によれば、位置算出処理では、第１の計測結果と第２の計測結果とを用いて位置算出を行う第１の方式と、第２の計測結果を用いて位置算出を行う第２の方式とを切り替えて位置を算出する。そして、第２の方式で位置算出が行われた場合に、位置算出処理の結果を用いて衛星測位用ユニットが衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する。これにより、第２の計測結果を用いた位置算出が行われた場合に、衛星測位用ユニットは、推定されたドップラー周波数を衛星信号の捕捉に利用することができる。この場合、衛星測位用ユニット自身の計測結果が最終的に衛星測位用ユニット自身の衛星信号捕捉に係るドップラー周波数に作用してしまうといった、いわゆる閉ループ（情報（データ）の循環）を防止することができる。
【００１５】
また、第４の形態として、第３の形態の位置算出方法において、前記位置算出処理において前記第１の方式を採用する頻度を変化させること、を更に含む位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１６】
この第４の形態によれば、位置算出処理において第１の方式を採用する頻度を変化させることで、位置算出処理の汎用性を高めることができる。
【００１７】
また、第５の形態として、第３の形態の位置算出方法において、前記位置算出処理は、（１）位置算出開始からの経過時間、（２）移動を開始してからの経過時間、（３）最後に前記第１の方式を適用してからの経過時間、のうちの何れかの経過時間に基づいて前記切り替えを行う、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００１８】
この第５の形態によれば、位置算出処理において、複数種類の経過時間に基づいて第１の方式と第２の方式とを切り替えることができる。
【００１９】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の位置算出方法において、前記位置算出処理は、前記衛星測位用ユニットによって計測されるメジャメント情報を前記第１の計測結果として用いて位置を算出する処理である、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００２０】
この第６の形態によれば、位置算出処理では、衛星測位用ユニットによって計測されるメジャメント情報を第１の計測結果として用いて位置を算出する。これにより、衛星測位用ユニットがメジャメント情報を計測しさえすれば、位置算出処理によって位置を算出することが可能となる。
【００２１】
また、第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の位置算出方法において、前記位置算出処理は、前記第２の計測結果を入力とし、前記第１の計測結果を観測量とするカルマンフィルター処理である、位置算出方法を構成することとしてもよい。
【００２２】
この第７の形態によれば、位置算出処理として、第２の計測結果を入力とし、第１の計測結果を観測量とするカルマンフィルター処理を実行することで、位置を簡易且つ適切に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】位置算出装置の主要構成図。
【図２】第１の位置算出装置の構成図。
【図３】カップリング処理の入出力データの説明図。
【図４】ナビゲーションシステムのシステム構成図。
【図５】カーナビゲーション装置の機能構成図。
【図６】第１のナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【図７】第１のカップリング処理の流れを示すフローチャート。
【図８】第２の位置算出装置の構成図。
【図９】第２実施形態におけるカーナビゲーション装置の記憶部のデータ構成図。
【図１０】第２のナビゲーション処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】第２のカップリング処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】第１の採用頻度設定テーブルのテーブル構成図。
【図１３】第２の採用頻度設定テーブルのテーブル構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、各実施形態に共通する位置算出装置１の主要構成図である。位置算出装置１は、移動体に備えられて、該移動体の位置を算出する装置である。位置算出を行うシステム（位置算出システム）とも言える。移動体は、自動車やオートバイ、自転車、船、電車といった物の他、人間自体であってもよい。人間が位置算出装置１を携帯し、人間自身が位置算出装置１を備えることとしてもよい。
【００２５】
本明細書で参照する図面では、ユニット（モジュール）を二重線で図示し、ユニットの計測結果を利用して演算処理を行う処理ブロックを一重線で図示することで、両者を区別する。
【００２６】
位置算出装置１には、ユニット（モジュール）として、衛星測位用ユニット３と、慣性測位用ユニット５とが含まれる。また、位置算出装置１は、主要な処理ブロックとして、カップリング処理部７と、信号捕捉支援情報演算部９とを有する。
【００２７】
なお、位置算出装置１の構成に関して、ユニット及び処理ブロックの全てを位置算出装置１の構成要素としてもよい。また、位置算出装置１の構成要素にユニットを含めず、処理ブロックのみを位置算出装置１の構成要素としてもよい。後述する第１の位置算出装置１Ａ及び第２の位置算出装置１Ｂについても同様である。
【００２８】
衛星測位用ユニット３は、衛星測位システムを利用して測位を行うために用いられるユニットである。衛星測位用ユニット３は、測位用衛星から発信されている衛星信号を受信するためのアンテナや、アンテナで受信された信号を処理するＲＦ（Radio Frequency）回路、ベースバンド処理回路等を有して構成されるユニットである。衛星測位用ユニット３としては、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）ユニットを適用可能である。
【００２９】
慣性測位用ユニット５は、慣性航法を利用して自律的な測位を行うために用いられるユニットである。慣性測位用ユニット５は、加速度センサーやジャイロセンサーといった慣性センサーや、慣性センサーをパッケージ化した慣性計測ユニット（ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit））、ＩＭＵ及び演算処理部をパッケージ化した慣性航法システム（ＩＮＳ（Inertial Navigation System））等を適用可能なユニットである。
【００３０】
カップリング処理部７は、衛星測位用ユニット３の第１の計測結果と慣性測位用ユニット５の第２の計測結果とを用いた位置算出処理として、第１及び第２の計測結果を結び付けるカップリング処理を行って、少なくとも移動体の位置を算出する。カップリング処理部７は、衛星測位用ユニット３の第１の計測結果と慣性測位用ユニット５の第２の計測結果とを用いて位置算出処理を行う位置算出部に相当する。
【００３１】
信号捕捉支援情報演算部９は、衛星測位用ユニット３による衛星信号の捕捉を支援するための情報（以下、「信号捕捉支援情報」と称す。）を演算する。そして、その演算結果を衛星測位用ユニット３に出力（フィードバック）する。信号捕捉支援情報は種々の情報とすることができるが、本実施形態では、ドップラー周波数を信号捕捉支援情報とする場合を一例として説明する。
【００３２】
１．第１実施形態
１−１．原理
図２は、図１の位置算出装置１を適用した第１実施形態における第１の位置算出装置１Ａの構成図である。第１の位置算出装置１Ａは、ＧＰＳユニット３Ａと、ＩＮＳユニット５Ａと、カップリング処理部７と、信号捕捉支援情報演算部９とを有する。
【００３３】
第１の位置算出装置１Ａは、衛星測位用ユニット３としてＧＰＳユニット３Ａを適用し、慣性測位用ユニット５としてＩＮＳユニット５Ａを適用した装置である。また、カップリング処理部７がカルマンフィルター処理部７Ａを有し、信号捕捉支援情報演算部９がドップラー周波数推定部９Ａを有して構成される。
【００３４】
ＧＰＳユニット３Ａは、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信して、コード位相やドップラー周波数、擬似距離、擬似距離変化率といったＧＰＳメジャメント情報を計測して出力可能に構成されている。また、ＧＰＳユニット３Ａは、ＧＰＳメジャメント情報を用いたＧＰＳ演算を行って、移動体の位置や速度（速度ベクトル）を演算して出力可能に構成されている。
【００３５】
第１実施形態において、ＧＰＳユニット３Ａは、可視衛星のうちの所与の条件を満たすＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号を使用して計測を行う。所与の条件は、例えば、（Ａ）ＧＰＳ衛星信号を受信した信号の信号品質、（Ｂ）ＧＰＳ衛星の天空配置、といった要素に基づき定められる条件である。
【００３６】
信号品質は、ＧＰＳ衛星信号を受信した信号の品質であり、例えばＩＱ相関値を用いて演算される相関パワー値やＳＮ比（Signal to Noise ratio）、交差偏波比ＸＰＲ（Cross Polarization Power Ratio）といった値で表される。天空配置は、天空におけるＧＰＳ衛星の配置であり、仰角やＤＯＰ（Dilution Of Precision）値といった値で表される。
【００３７】
ＧＰＳユニット３Ａは、例えば、可視衛星の中から、受信信号の信号品質が良好であり、天空配置が良好である順に、予め定められた測位使用衛星数（例えば、２次元測位では３個、３次元測位では４個）のＧＰＳ衛星を選定する。そして、選定したＧＰＳ衛星を測位使用衛星とし、当該測位使用衛星に係るＧＰＳメジャメント情報を用いてＧＰＳ演算（測位演算）を行う。
【００３８】
ＧＰＳユニット３Ａは、捕捉周波数調整部３Ｂを機能部として有する。捕捉周波数調整部３Ｂは、ドップラー周波数推定部９Ａにより推定されたドップラー周波数を用いて、ＧＰＳ衛星信号を捕捉するための捕捉周波数を調整する。具体的には、ＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数（１．５７５４２［ＧＨｚ］）にドップラー周波数を加算することで、捕捉周波数を算出・調整する。そして、ＧＰＳユニット３Ａは、捕捉周波数調整部３Ｂが調整した捕捉周波数を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。
【００３９】
また、ＧＰＳユニット３Ａは、捕捉したＧＰＳ衛星信号を追尾（トラッキング）する。ＧＰＳ衛星信号の追尾は、ループフィルターとして知られる追尾ループを用いて行う。ループフィルターは、例えば、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）回路やＦＬＬ（Frequency Lock Loop）回路、インコヒーレント積算回路といった回路を組み合わせて構成される。ドップラー周波数推定部９Ａにより推定されたドップラー周波数を、ループフィルターの出力と併用して、受信したキャリア信号からキャリアを除去するための発振器（ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）やＮＣＯ（Numerical Controlled Oscillator））の発振周波数を調整する。
【００４０】
ＩＮＳユニット５Ａは、慣性センサーやＩＭＵによって検出された加速度（加速度ベクトル）や角速度等のＩＮＳメジャメント情報を出力可能に構成されている。また、ＩＮＳユニット５Ａは、ＩＮＳメジャメント情報を用いた慣性航法演算を行って、移動体の位置や速度（速度ベクトル）、姿勢角等を演算して出力可能に構成されている。
【００４１】
カルマンフィルター処理部７Ａは、カルマンフィルター処理を実行して、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果とをカップリング（結び付け）する。具体的には、カルマンフィルターの理論に基づき、予測演算（時刻更新）と補正演算（観測更新）とを行って、移動体の状態“Ｘ”を推定する。
【００４２】
移動体の状態“Ｘ”には、少なくとも移動体の位置が含まれる。予測演算では、例えば、ＩＮＳユニット５Ａから入力したＩＮＳ計測結果を入力“Ｕ”として、１つ前の時刻（前回時刻）における状態補正値“Ｘ＋”から、現在の時刻（今回時刻）における状態“Ｘ”を予測する演算を行って、状態予測値“Ｘ−”を算出する。そして、その算出結果を予測移動体情報として出力する。
【００４３】
補正演算では、例えば、ＧＰＳユニット３Ａから入力したＧＰＳ計測結果を第１の観測量“Ｚ１”として用いて、予測演算で求めた状態予測値“Ｘ−”を補正する演算を行って、状態補正値“Ｘ＋”を求める。そして、当該状態補正値“Ｘ＋”をカップリング移動体情報として出力する。
【００４４】
また、カルマンフィルター処理部７Ａは、ＧＰＳ計測結果とは別に、移動体の運動モデルに基づく制約条件を第２の観測量“Ｚ２”として適用可能に構成されている。本実施形態では、移動体の停止時に適用可能な制約条件である「停止時制約条件（第１の制約条件）」と、移動体の移動時に適用可能な制約条件である「移動時制約条件（第２の制約条件）」との２種類の制約条件を例示する。
【００４５】
停止時制約条件は、移動体の停止時に適用可能な制約条件である。移動体が停止しているのであれば、理想的には移動体の速度はゼロである。従って、移動体が停止していると判定した場合は「移動体の各軸の速度成分＝０（速度ベクトル＝ゼロベクトル）」を観測量として与えることができる。
【００４６】
移動時制約条件は、移動体の移動時に適用可能な制約条件である。例えば、移動体として四輪自動車を想定した場合、通常は、四輪自動車はジャンプや横滑りすることはないと仮定することができる。従って、移動体が移動していると判定した場合は「移動体の縦横方向の速度成分＝０」を観測量として与えることができる。四輪自動車以外の移動体についても、当該移動体の移動方向や速度の大きさに関する制限に基づいて、移動時制約条件を適宜設定可能である。
【００４７】
ドップラー周波数推定部９Ａは、所与の衛星軌道情報と、カルマンフィルター処理部７Ａの演算結果であるカップリング移動体情報とを用いて、信号捕捉支援情報であるドップラー周波数を推定する。
【００４８】
第１実施形態において、ドップラー周波数推定部９Ａは、ＧＰＳユニット３Ａが測位に使用した衛星（以下、「測位使用衛星」と称す。）に関する情報（以下、「測位使用衛星情報」と称す。）を取得する。そして、ドップラー周波数推定部９Ａは、当該測位使用衛星情報に基づき、ＧＰＳユニット３Ａが測位に使用しなかった衛星（以下、「測位不使用衛星」と称す。）について、当該測位不使用衛星からＧＰＳ衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する。そして、その結果をＧＰＳユニット３Ａに出力する。
【００４９】
測位不使用衛星の衛星信号は測位に使用されないため、カルマンフィルター処理（位置算出処理）に作用しない。従って、測位不使用衛星の衛星信号は位置算出処理において不使用の衛星信号となる。ドップラー周波数推定部９Ａは、この不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定して、ＧＰＳユニット３Ａにフィードバックする。ドップラー周波数推定部９Ａは、位置算出処理の結果を用いて、位置算出処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する推定部に相当する。
【００５０】
衛星軌道情報は、全てのＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道情報を記憶したアルマナックや、各ＧＰＳ衛星それぞれについて詳細な衛星軌道情報を記憶したエフェメリスといった情報である。この衛星軌道情報は、例えば、ＧＰＳユニット３Ａから取得したり、サーバーアシストによってアシスト情報として取得することが可能である。
【００５１】
ドップラー周波数の推定は、次のように行う。カップリング移動体情報に含まれる移動体の位置、速度及び移動方向と、衛星軌道情報から求まるＧＰＳ衛星の位置、速度及び移動方向とを用いて、移動体から当該ＧＰＳ衛星に向かう視線方向の相対速度（視線相対速度）を算出する。そして、算出した視線相対速度を周波数に換算することでドップラー周波数を推定する。
【００５２】
不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定することにしたのは、情報処理のクローズドループ化を防止することを目的としたためである。仮に、ＧＰＳ計測結果を採用してカップリング処理を行い、そのカップリング結果を用いてドップラー周波数を推定してＧＰＳユニット３Ａにフィードバックする構成を採用した場合、閉じたループ内で情報（データ）が循環する。これは、カップリング処理（位置算出処理）の結果として得られる位置（算出位置）が、実際の位置（真位置）に対して時間的に遅れる「位置遅れ」の大きな要因となる。しかし、ＧＰＳユニット３Ａが測位に使用しなかった衛星についてのみドップラー周波数を推定し、ＧＰＳユニット３Ａにフィードバックする構成とすれば、情報処理のクローズドループ化を防止することができる。その結果、上記の位置遅れの発生を防止することができる。
【００５３】
図３は、カルマンフィルター処理（カップリング処理）の入出力データの説明図である。入力“Ｕ”と、第１の観測量“Ｚ１”と、状態“Ｘ”との対応関係を表したテーブルを図示している。カップリングには種々の方式が存在する。その中でも、ルーズカップリング（疎結合）と呼ばれる方式と、タイトカップリング（密結合）と呼ばれる方式とが一般的に用いられる。
【００５４】
ルーズカップリング方式は、ＧＰＳとＩＮＳとの結び付きが比較的弱いカップリング方式である。この方式では、例えば、入力“Ｕ”をＩＮＳ演算結果（位置、速度、姿勢角等）とし、第１の観測量“Ｚ１”をＧＰＳ演算結果（位置、速度等）としてカップリング処理を実行する。そして、移動体情報（位置、速度、姿勢角等）を状態“Ｘ”として推定する。
【００５５】
タイトカップリング方式は、ＧＰＳとＩＮＳとの結び付きが比較的強いカップリング方式である。この方式では、例えば、入力“Ｕ”をＩＮＳ演算結果（位置、速度、姿勢角等）とし、第１の観測量“Ｚ１”をＧＰＳメジャメント情報（コード位相、ドップラー周波数、擬似距離、擬似距離変化率等）としてカップリング処理を実行する。そして、移動体情報（位置、速度、姿勢角等）を状態“Ｘ”として推定する。
【００５６】
また、タイトカップリング方式として、入力“Ｕ”をＩＮＳメジャメント情報（加速度、角速度等）とし、第１の観測量“Ｚ１”をＧＰＳメジャメント情報（コード位相、ドップラー周波数、擬似距離、擬似距離変化率等）とし、状態“Ｘ”を移動体情報（位置、速度、姿勢角等）とする手法も存在する。
【００５７】
本実施形態の位置算出方法は、上記の何れのカップリング方式に対しても実質的に同一に適用可能である。つまり、ＧＰＳ計測結果（第１の計測結果）として、ＧＰＳメジャメント情報を適用してもよいし、ＧＰＳ演算結果を適用してもよい。また、ＩＮＳ計測結果（第２の計測結果）として、ＩＮＳメジャメント情報を適用してもよいし、ＩＮＳ演算結果を適用してもよい。
【００５８】
ＧＰＳ計測結果（第１の計測結果）及びＩＮＳ計測結果（第２の計測結果）として用いる情報は、適用するシステムに応じて適宜設定可能である。この場合、カルマンフィルター処理の予測演算及び補正演算で用いる演算式やパラメーター値を、適用するシステムに応じて適宜変更すればよい。なお、具体的な演算式やパラメーター値については、公知の手法に基づいて定義することが可能であるため、本明細書では説明を省略する。
【００５９】
１−２．実施例
次に、上記の第１の位置算出装置１Ａを適用した電子機器の実施例を説明する。ここでは、第１の位置算出装置１Ａを具備するカーナビゲーション装置の実施例を説明する。但し、本発明を適用可能な実施例が以下説明する実施例に限定されるわけではないことは勿論である。
【００６０】
１−２−１．システム構成
図４は、ナビゲーションシステム１０００のシステム構成の説明図である。ナビゲーションシステム１０００は、移動体の一種である四輪自動車（以下、単に「自動車」と称す。）に、第１の位置算出装置１Ａを具備した電子機器の一種であるカーナビゲーション装置１００が設定・構成されたシステムである。
【００６１】
カーナビゲーション装置１００は、自動車に設置され、自動車の運転者に対するナビゲーションを行う電子機器である。カーナビゲーション装置１００は、ＧＰＳユニット３Ａと、ＩＮＳユニット５Ａとを備える。
【００６２】
本実施例において、ＧＰＳユニット３Ａは、ＧＰＳメジャメント情報を計測して出力する。また、ＩＮＳユニット５Ａは、ＩＮＳメジャメント情報を、機体座標系（Body Frame）として知られるＢフレームで計測して出力する。Ｂフレームは、例えば、移動体の前方を正とする前後方向をＲ軸（ロール軸）、右方を正とする左右方向をＰ軸（ピッチ軸）、鉛直下方を正とする上下方向をＹ軸（ヨー軸）とする三次元直交座標系である。
【００６３】
カーナビゲーション装置１００は、ＧＰＳユニット３Ａから取得したＧＰＳメジャメント情報を用いてＧＰＳ演算処理を行い、且つ、ＩＮＳユニット５Ａから取得したＩＮＳメジャメント情報を用いてＩＮＳ演算処理を行う。そして、これらの演算結果を併用したカップリング処理を実行して自動車の位置を算出する。そして、算出した位置をプロットしたナビゲーション画面を生成してディスプレイに表示させることで、運転者に対するナビゲーションを実現する。
【００６４】
自動車の位置は、自動車の移動空間を定める絶対的な座標系であるＮフレームにおいて演算する。Ｎフレームは、例えば、北東下座標系として知られるＮＥＤ（North East Down）座標系や、東北上座標系として知られるＥＮＵ（East North Up）座標系、地球中心地球固定座標系として知られるＥＣＥＦ（Earth Centered Earth Fixed）座標系として定義される。なお、ＢフレームからＮフレームへの座標変換は、自動車の姿勢（姿勢角）に基づき定められる公知の座標変換行列を用いて実現可能である。
【００６５】
１−２−２．機能構成
図５は、カーナビゲーション装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置１００は、ＧＰＳユニット３Ａと、ＩＮＳユニット５Ａと、処理部１０と、操作部２０と、表示部３０と、通信部４０と、記憶部５０とを備えて構成される。
【００６６】
処理部１０は、記憶部５０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従ってカーナビゲーション装置１００の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。処理部１０は、記憶部５０に記憶された第１のナビゲーションプログラム５０１に従ってナビゲーション処理を行い、自動車の現在位置を指し示した地図を表示部３０に表示させる処理を行う。
【００６７】
操作部２０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号を処理部１０に出力する。この操作部２０の操作により、目的地の設定等の各種指示入力がなされる。
【００６８】
表示部３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、処理部１０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部３０には、ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。
【００６９】
通信部４０は、処理部１０の制御に従って、装置内部で利用される情報をインターネット等の通信ネットワークを介して外部とやりとりするための通信装置である。この通信には、例えば公知の無線通信技術を適用可能である。
【００７０】
記憶部５０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を有して構成される。記憶部５０は、カーナビゲーション装置１００のシステムプログラムや、ナビゲーション機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００７１】
記憶部５０には、プログラムとして、処理部１０により読み出され、第１のナビゲーション処理（図６参照）として実行される第１のナビゲーションプログラム５０１が記憶されている。第１のナビゲーションプログラム５０１は、第１のカップリング処理（図７参照）として実行される第１のカップリングプログラム５０１Ａをサブルーチンとして含む。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００７２】
また、記憶部５０には、データとして、衛星軌道情報５０３と、ＧＰＳメジャメント情報５０５と、ＩＮＳメジャメント情報５０７と、ＧＰＳ演算結果５０９と、ＩＮＳ演算結果５１１と、カップリング結果５１３と、ドップラー周波数５１５とが記憶される。
【００７３】
衛星軌道情報５０３は、アルマナックやエフェメリス等の情報であり、ＧＰＳユニット３ＡがＧＰＳ衛星信号をデコードすることで取得可能な他、通信部４０を介して所定のアシストサーバーからアシスト情報として取得する。
【００７４】
ＧＰＳ演算結果５０９には、測位使用衛星情報５０９Ａが対応付けて記憶される。測位使用衛星情報５０９Ａは、処理部１０がＧＰＳ演算処理に使用した衛星に関する情報であり、例えば測位使用衛星の衛星番号が記憶される。
【００７５】
１−２−３．処理の流れ
図６は、処理部１０が、記憶部５０に記憶された第１のナビゲーションプログラム５０１に従って実行する第１のナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。
【００７６】
最初に、処理部１０は、ＧＰＳユニット３Ａ及びＩＮＳユニット５Ａから、ＧＰＳメジャメント情報５０５及びＩＮＳメジャメント情報５０７の取得を開始し、記憶部５０に記憶させる（ステップＡ１）。
【００７７】
次いで、処理部１０は、移動状況判定処理を行う（ステップＡ３）。具体的には、例えばＩＮＳユニット５ＡからＩＮＳメジャメント情報５０７として取得した自動車の加速度（加速度ベクトル）や角速度に基づいて、自動車が停止している状態であるか、移動している状態であるかを判定する。
【００７８】
その後、処理部１０は、測位使用衛星決定処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、原理部分で説明したように、（Ａ）ＧＰＳ衛星信号を受信した信号の信号品質、（Ｂ）ＧＰＳ衛星の天空配置といった要素に基づいて、予め定められた測位使用衛星数のＧＰＳ衛星を選定して測位使用衛星に決定する。
【００７９】
次いで、処理部１０は、ＧＰＳ演算処理を行う（ステップＡ７）。具体的には、ＧＰＳユニット３Ａから取得したＧＰＳメジャメント情報５０５のうち、ステップＡ５で決定した測位使用衛星に係るメジャメント情報を用いて、公知の測位演算を行う。そして、その演算結果と測位使用衛星情報５０９Ａとを含めて、ＧＰＳ演算結果５０９として記憶部５０に記憶させる。
【００８０】
また、処理部１０は、ＩＮＳ演算処理を行う（ステップＡ９）。具体的には、ＩＮＳユニット５Ａから取得したＩＮＳメジャメント情報５０７を用いて、公知の慣性航法演算を行う。そして、その演算結果をＩＮＳ演算結果５１１として記憶部５０に記憶させる。
【００８１】
次いで、処理部１０は、記憶部５０に記憶されている第１のカップリングプログラム５０１Ａに従って第１のカップリング処理を行う（ステップＡ１１）。
【００８２】
図７は、第１のカップリング処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、処理部１０は、記憶部５０に記憶されている最新のＧＰＳ演算結果５０９を、第１の観測量“Ｚ１”に設定する（ステップＢ１）。
【００８３】
また、処理部１０は、自動車の運動モデルに基づく制約条件を第２の観測量“Ｚ２”として設定する（ステップＢ３）。具体的には、ステップＡ３の移動状況判定処理において、自動車が停止していると判定した場合は、停止時制約条件に基づいて、例えば「自動車の速度＝０」を第２の観測量“Ｚ２”に設定する。また、自動車が移動していると判定した場合は、移動時制約条件に基づいて、例えば「自動車の縦横方向の速度＝０」を第２の観測量“Ｚ２”に設定する。
【００８４】
次いで、処理部１０は、ステップＢ１及びＢ３で設定した第１及び第２の観測量“Ｚ１，Ｚ２”を用いて、カルマンフィルター処理を実行する（ステップＢ５）。具体的には、例えば、ステップＡ９のＩＮＳ演算処理で求めたＩＮＳ演算結果５１１に含まれる誤差を、推定対象とする状態“Ｘ”とする。そして、第１及び第２の観測量“Ｚ１，Ｚ２”を適用して、状態“Ｘ”の推定値を求める。この場合におけるカルマンフィルター処理は、ＩＮＳ演算結果に含まれる誤差を推定する誤差推定型のカルマンフィルター処理となる。推定した誤差を用いてＩＮＳ演算結果５１１を補正し、その結果をカップリング結果５１３として記憶部５０に記憶させる。そして、処理部１０は、第１のカップリング処理を終了する。
【００８５】
図６の第１のナビゲーション処理に戻り、第１のカップリング処理の後、処理部１０は、記憶部５０のカップリング結果５１３を出力する（ステップＡ１３）。例えば、カップリング結果５１３に含まれる自動車の位置に対してマップマッチング処理を行い、その結果で表示部３０のナビゲーション画面を更新する。
【００８６】
その後、処理部１０は、測位不使用衛星について、ドップラー周波数推定処理を行う（ステップＡ１５）。具体的には、記憶部５０のＧＰＳ演算結果５０９に含まれる測位使用衛星情報５０９Ａを参照して、測位に使用しなかったＧＰＳ衛星（測位不使用衛星）を判定する。そして、記憶部５０の衛星軌道情報５０３とカップリング結果５１３とを用いて、測位不使用衛星に係るドップラー周波数を演算する。
【００８７】
次いで、処理部１０は、推定したドップラー周波数をＧＰＳユニット３Ａに出力する（ステップＡ１７）。そして、処理部１０は、処理を終了するか否かを判定する（ステップＡ１９）。例えば、操作部２０を介してユーザーによりナビゲーションの終了指示操作がなされた場合に、処理を終了すると判定する。
【００８８】
まだ処理を終了しないと判定した場合は（ステップＡ１９；Ｎｏ）、処理部１０は、ステップＡ３に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ１９；Ｙｅｓ）、第１のナビゲーション処理を終了する。
【００８９】
１−３．作用効果
第１実施形態では、ＧＰＳユニット３Ａの第１の計測結果とＩＮＳユニット５Ａの第２の計測結果とを用いてカップリング処理を行う。位置算出装置の位置、速度、移動方向等の情報と、ＧＰＳ衛星の位置、速度、移動方向等の情報とがあれば、当該ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定することができる。そこで、位置算出処理であるカップリング処理の結果を用いて、ＧＰＳユニット３Ａが測位に使用しなかった測位不使用衛星の衛星信号、つまり位置算出処理において不使用の衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する。そして、ＧＰＳユニット３Ａが、前回の測位で不使用だったが今回の測位で使用する衛星については、推定されたドップラー周波数を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。
【００９０】
これにより、不使用のＧＰＳ衛星信号をＧＰＳユニット３Ａが捕捉する確度を高めるとともに、捕捉時間の短縮を図ることができる。また、ＧＰＳユニット３Ａ自身の計測結果を用いたカップリング処理の結果を利用して、ＧＰＳユニット３Ａ自身がＧＰＳ衛星信号の捕捉に用いるドップラー周波数を推定するといった、閉ループ（情報（データ）の循環）を防止することができる。その結果、位置遅れ等の現象の発生を防止し、時間的な矛盾のない正確な位置を算出することが可能となる。
【００９１】
２．第２実施形態
２−１．原理
図８は、第２実施形態における第２の位置算出装置１Ｂの構成図である。
第２の位置算出装置１Ｂは、第１の位置算出装置１Ａと同様に、衛星測位用ユニット３としてＧＰＳユニット３Ａを適用し、慣性測位用ユニット５としてＩＮＳユニット５Ａを適用した装置である。また、カップリング処理部７はカルマンフィルター処理部７Ａを有し、信号捕捉支援情報演算部９はドップラー周波数推定部９Ａを有する。それに加えて、第２の位置算出装置１Ｂは切替部８を有する。
【００９２】
切替部８は、カルマンフィルター処理部７Ａから取得したカップリング採用有無に基づいて、カップリング処理部７と信号捕捉支援情報演算部９とを接続するスイッチの切替処理を行う。カップリング採用有無は、ＧＰＳ計測結果のカルマンフィルター処理への採用／不採用の別を示す情報である。
【００９３】
第２実施形態では、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果とを用いてカルマンフィルター処理を行う方式（以下、「第１の方式」と称す。）と、ＧＰＳ計測結果を採用せずに、ＩＮＳ計測結果を用いてカルマンフィルター処理を行う方式（以下、「第２の方式」と称す。）との２種類の方式を切り替えて位置を算出する。
【００９４】
具体的には、カップリング処理部７は、（１）位置算出開始からの経過時間、（２）移動を開始してからの経過時間、（３）最後に第１の方式を適用してからの経過時間、のうちの何れかの経過時間に基づいて、上記の第１及び第２の方式の切り替えを行う。また、カップリング処理部７は、（４）ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果との乖離の程度に基づいて、上記の第１及び第２の方式の切り替えを行う。
【００９５】
なお、上記の第１及び第２の方式の切り替えに係る複数の条件は、それぞれ単体で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。本実施例では、複数の条件を組み合わせて用いる場合を一例として説明する。
【００９６】
第２の位置算出装置１Ｂでは、第２の方式でカップリング処理を行った場合にのみ、そのカップリング処理の結果を用いて、ＧＰＳユニット３ＡがＧＰＳ衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する。
【００９７】
具体的には、カップリング採用有無が「有」である場合は、切替部８がスイッチを「ＯＦＦ」とすることで、ドップラー周波数推定部９Ａによるドップラー周波数の推定を抑止する。それに対し、カップリング採用有無が「無」である場合は、切替部８がスイッチを「ＯＮ」とすることで、ドップラー周波数推定部９Ａによるドップラー周波数の推定を可能にする。
【００９８】
上記の構成にも、第１実施形態と同様に、情報処理のクローズドループ化を防止する狙いがある。つまり、ＧＰＳ計測結果を用いずにカップリングを行った場合にのみドップラー周波数を演算して、ＧＰＳユニット３Ａにフィードバックする。かかる構成により、閉じたループ内で情報（データ）が循環することが防止される。その結果、測位を繰り返す度に、算出される位置が実際の位置から遅れていくという位置遅れの現象が発生することを防止できる。
【００９９】
２−２．実施例
次に、第２の位置算出装置１Ｂを具備する電子機器の実施例を説明する。ここでは、第１実施形態と同様に、カーナビゲーション装置１００の実施例を説明する。なお、ナビゲーションシステム１０００のシステム構成及びカーナビゲーション装置１００の機能構成については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１００】
２−２−１．構成
図９は、本実施例において、カーナビゲーション装置１００の記憶部５２に格納されたデータの一例を示す図である。なお、図５の記憶部５０に格納されたデータと同一のデータについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
記憶部５２には、プログラムとして、処理部１０により読み出され、第２のナビゲーション処理（図１０参照）として実行される第２のナビゲーションプログラム５２１が記憶されている。第２のナビゲーションプログラム５２１は、第２のカップリング処理（図１１参照）として実行される第２のカップリングプログラム５２１Ａをサブルーチンとして含む。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【０１０２】
また、記憶部５２には、データとして、衛星軌道情報５０３と、ＧＰＳメジャメント情報５０５と、ＩＮＳメジャメント情報５０７と、ＧＰＳ演算結果５０９と、ＩＮＳ演算結果５１１と、カップリング結果５１３と、ドップラー周波数５１５と、位置算出開始時刻５２３と、最新移動開始時刻５２５と、最新ＧＰＳ採用時刻５２７とが記憶される。
【０１０３】
位置算出開始時刻５２３は、位置算出を開始した時刻であり、例えばカーナビゲーション装置１００を起動した時刻が記憶される。最新移動開始時刻５２５は、自動車が移動を開始した最新の時刻である。また、最新ＧＰＳ採用時刻５２７は、ＧＰＳ演算結果５０９を採用してカップリング処理を行った最新の時刻である。これらの時刻は、上述した第１及び第２の方式を切り替えるための条件判定に使用される。
【０１０４】
２−２−２．処理の流れ
図１０は、処理部１０が、記憶部５２に記憶された第２のナビゲーションプログラム５２１に従って実行する第２のナビゲーション処理の流れを示すフローチャートである。なお、図６の第１のナビゲーション処理と同一のステップについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
最初に、処理部１０は、現在時刻を位置算出開始時刻５２３として記憶部５２に記憶させる（ステップＣ１）。そして、処理部１０は、ＧＰＳユニット３Ａ及びＩＮＳユニット５Ａから、ＧＰＳメジャメント情報５０５及びＩＮＳメジャメント情報５０７の取得を開始し、記憶部５２に記憶させる（ステップＡ１）。
【０１０６】
次いで、処理部１０は、移動状況判定処理を行う（ステップＡ３）。その結果、自動車が停止状態から移動を開始したと判定した場合は（ステップＣ３；Ｙｅｓ）、処理部１０は、現在時刻で記憶部５２の最新移動開始時刻５２５を更新する（ステップＣ５）。また、移動を開始しなかったと判定した場合は（ステップＣ３；Ｎｏ）、処理部１０は、ステップＡ７へと移行する。
【０１０７】
次いで、処理部１０は、ＧＰＳ演算処理を行う（ステップＡ７）。また、処理部１０は、ＩＮＳ演算処理を行う（ステップＡ９）。そして、処理部１０は、記憶部５２に記憶されている第２のカップリングプログラム５２１Ａに従って第２のカップリング処理を実行する（ステップＣ１１）。
【０１０８】
図１１は、第２のカップリング処理の流れを示すフローチャートである。
処理部１０は、記憶部５２に記憶された位置算出開始時刻５２３と現在時刻とに基づいて、位置算出開始後経過時間が第１の超過条件を満たすか否かを判定する（ステップＤ１）。位置算出開始後経過時間は、位置算出開始時刻５２３から現在時刻までの経過時間である。第１の超過条件は、例えば、予め定められた第１の閾値時間（例えば６０秒）を超過すること（或いは第１の閾値時間以上）として定められる。つまり、位置算出開始からの経過時間が所定時間に達しているか否かを判定する。
【０１０９】
ステップＤ１の条件は、（１）位置算出開始からの経過時間、に基づき定められた条件である。位置算出を開始した後、カルマンフィルター処理が定常的な状態となるまでの間は、ＧＰＳ演算結果を常に採用してカルマンフィルター処理を行う。一定時間が経過してカルマンフィルター処理が定常状態となった後は、ＧＰＳ演算結果をカルマンフィルター処理に採用する頻度を低下させる。
【０１１０】
ステップＤ１において第１の超過条件を満たすと判定した場合は（ステップＤ１；Ｙｅｓ）、処理部１０は、記憶部５２に記憶された最新移動開始時刻５２５と現在時刻とに基づいて、移動開始後経過時間が第２の超過条件を満たすか否かを判定する（ステップＤ３）。移動開始後経過時間は、最新移動開始時刻５２５から現在時刻までの経過時間である。第２の超過条件は、例えば、予め定められた第２の閾値時間（例えば３０秒）を超過すること（或いは第２の閾値時間以上）として定められる。つまり、自動車が移動を開始してからの経過時間が所定時間に達しているか否かを判定する。
【０１１１】
ステップＤ３の条件は、（２）移動を開始してからの経過時間、に基づき定められた条件である。移動体が停止している場合は、停止時制約条件を適用することで、カルマンフィルター処理により算出される移動体の位置の誤差を低減させることができる。誤差が低減された状態で移動を開始すると、暫くの間は位置算出精度が高い状態が維持される。しかし、慣性航法演算では、移動体の加速度（加速度ベクトル）を積分して速度（速度ベクトル）を算出し、速度（速度ベクトル）を積分して距離及び移動方向を算出し、算出した距離を前回位置に継ぎ足すように加算することで移動体の位置を算出する。つまり、多重の積分演算を行って累積的に位置を求めるために、時間経過に伴って位置誤差が累積する特徴がある。そこで、移動体が移動を開始してから暫くの間はＧＰＳ演算結果を採用せずにカルマンフィルター処理を実行し、ある程度時間が経過したならば、ＧＰＳ演算結果を採用してカルマンフィルター処理を実行する。
【０１１２】
ステップＤ３において第２の超過条件を満たさないと判定した場合は（ステップＤ３；Ｎｏ）、処理部１０は、記憶部５２に記憶された最新ＧＰＳ採用時刻５２７と現在時刻とに基づいて、ＧＰＳ採用後経過時間が第３の超過条件を満たすか否かを判定する（ステップＤ５）。ＧＰＳ採用後経過時間は、最新ＧＰＳ採用時刻５２７からの現在時刻までの経過時間である。第３の超過条件は、例えば、予め定められた第３の閾値時間（例えば３０秒）を超過すること（或いは第３の閾値時間以上）として定められる。つまり、最後にＧＰＳ演算結果を採用してカルマンフィルター処理を実行してからの経過時間が所定時間に達しているか否かを判定する。
【０１１３】
ステップＤ５の条件は、（３）最後に第１の方式を適用してからの経過時間、に基づき定められた条件である。ＧＰＳ演算結果を採用してカルマンフィルター処理を実行すると、一時的に位置算出精度が改善される。しかし、再びＧＰＳ演算結果を採用せずにカルマンフィルター処理の実行を開始すると、位置算出精度は徐々に低下していく傾向がある。そこで、ＧＰＳ演算結果を最後に採用してカルマンフィルター処理を実行してから一定時間が経過した場合は、ＧＰＳ演算結果を採用してカルマンフィルター処理を実行する。
【０１１４】
ステップＤ５において第３の超過条件を満たさないと判定した場合は（ステップＤ５；Ｎｏ）、処理部１０は、ＧＰＳ／ＩＮＳ演算結果が所定の乖離条件を満たすか否かを判定する（ステップＤ７）。乖離条件は、ＧＰＳ演算結果５０９とＩＮＳ演算結果５１１との乖離が一定の大きさに達していることである。例えば、ＧＰＳ演算結果５０９に含まれる位置とＩＮＳ演算結果５１１に含まれる位置との差を算出する。また、ＧＰＳ演算結果５０９に含まれる速度とＩＮＳ演算結果５１１に含まれる速度との差を算出する。そして、位置の差及び速度の差それぞれに対する閾値判定を行い、その判定結果に基づいて、ＧＰＳ演算結果５０９とＩＮＳ演算結果５１１とが一定以上乖離しているか否かを判定する。
【０１１５】
ステップＤ７の条件は、（４）ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果との乖離の程度、に基づき定められた条件である。例えば、ＩＮＳユニット５Ａに不具合が生じた場合や、自動車が横滑りといった想定範囲外の動作をした場合は、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果とが大きく乖離する傾向がある。そこで、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果との乖離の程度を判定し、乖離が大きい場合は、ＧＰＳ計測結果を採用してカルマンフィルター処理を実行する。
【０１１６】
ステップＤ１において第１の超過条件を満たさないと判定した場合（ステップＤ１；Ｎｏ）、ステップＤ３において第２の超過条件を満たすと判定した場合（ステップＤ３；Ｙｅｓ）、ステップＤ５において第３の超過条件を満たすと判定した場合（ステップＤ５；Ｙｅｓ）、又は、ステップＤ７において乖離条件を満たすと判定した場合は（ステップＤ７；Ｙｅｓ）、処理部１０は、ステップＤ９へと移行する。つまり、ＧＰＳ演算結果５０９をカルマンフィルター処理に採用するために、ＧＰＳ演算結果５０９を第１の観測量“Ｚ１”に設定する（ステップＤ９）。また、処理部１０は、ステップＡ３で判定した自動車の移動状況に基づいて、運動モデルに基づく制約条件を第２の観測量“Ｚ２”に設定する（ステップＤ１１）。
【０１１７】
一方、ステップＤ７において乖離条件を満たさないと判定した場合は（ステップＤ７；Ｎｏ）、処理部１０は、ＧＰＳ演算結果５０９をカルマンフィルター処理に採用しないこととし、運動モデルに基づく制約条件のみを観測量“Ｚ”に設定する（ステップＤ１３）。
【０１１８】
ステップＤ１１又はＤ１３の後、処理部１０は、ステップＤ９及びＤ１１で設定した第１及び第２の観測量“Ｚ１，Ｚ２”、又は、ステップＤ１３で設定した観測量“Ｚ”を用いて、カルマンフィルター処理を実行する（ステップＤ１５）。そして、処理部１０は、カルマンフィルター処理の結果をカップリング結果５１３として記憶部５２に記憶させた後、第２のカップリング処理を終了する。
【０１１９】
図１０の第２のナビゲーション処理に戻り、第２のカップリング処理を行った後、処理部１０は、記憶部５２に記憶された最新のカップリング結果５１３を出力する（ステップＣ１３）。
【０１２０】
次いで、処理部１０は、直近のカップリング処理におけるＧＰＳ演算結果５０９のカップリング採用有無を判定する（ステップＣ１５）。カップリング採用有無が「有」である場合は（ステップＣ１５；有）、処理部１０は、現在時刻で記憶部５２の最新ＧＰＳ採用時刻５２７を更新する（ステップＣ１７）。
【０１２１】
また、カップリング採用有無が「無」である場合は（ステップＣ１５；無）、処理部１０は、ドップラー周波数推定処理を行う（ステップＣ１９）。具体的には、カップリング結果５１３として得られた自動車の位置、速度及び移動方向と、衛星軌道情報５０３から求めた各ＧＰＳ衛星の位置、速度及び移動方向とを用いて、各ＧＰＳ衛星についてドップラー周波数を推定する。そして、処理部１０は、推定したドップラー周波数をＧＰＳユニット３Ａに出力する（ステップＣ２１）。
【０１２２】
次いで、処理部１０は、処理を終了するか否かを判定する（ステップＣ２３）。まだ処理を終了しないと判定した場合は（ステップＣ２３；Ｎｏ）、処理部１０は、ステップＡ３に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＣ２３；Ｙｅｓ）、第２のナビゲーション処理を終了する。
【０１２３】
２−３．作用効果
第２実施形態によれば、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果とを用いてカップリングを行う第１の方式と、ＩＮＳ計測結果を用いてカップリングを行う第２の方式とを切り替えて位置を算出する。そして、第２の方式で位置算出が行われた場合に、カップリング処理の結果を用いてＧＰＳユニット３ＡがＧＰＳ衛星信号を捕捉する場合のドップラー周波数を推定する。
【０１２４】
これにより、ＧＰＳユニット３Ａは、ＧＰＳ計測結果を用いた位置算出処理が行われなかった場合に限り、位置算出処理の結果を用いて推定されたドップラー周波数を用いて、ＧＰＳ衛星信号を捕捉することが可能となる。この場合、ＧＰＳユニット３Ａ自身のＧＰＳ計測結果を用いて位置算出処理を行った結果を利用して、ＧＰＳユニット３Ａ自身がＧＰＳ衛星信号の捕捉に用いるドップラー周波数を推定するという矛盾を解消することができる。すなわち、情報処理の流れが閉ループとなることが防止され、その結果、位置算出精度の低下が防止される。
【０１２５】
３．変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明するが、上記の実施例と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、上記の実施例とは異なる部分を中心に説明する。
【０１２６】
３−１．ユニット
上記の実施形態では、衛星測位用ユニット３として、ＧＰＳを適用したＧＰＳユニット３Ａを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星測位システムを適用したユニットとしてもよいことは勿論である。
【０１２７】
また、上記の実施形態では、慣性測位用ユニット５として、ＩＮＳユニット５Ａを適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、慣性測位用ユニット５として、ＩＮＳメジャメント情報（加速度や角速度）を計測する慣性センサーや慣性計測ユニット（ＩＭＵ）を適用することも可能である。この場合は、慣性測位用ユニット５により計測されたＩＮＳメジャメント情報を用いて、位置算出装置１の処理部がＩＮＳ演算処理を行うように構成すればよい。
【０１２８】
３−２．カップリング処理
上記の実施形態では、カップリング処理としてカルマンフィルター処理を例に挙げて説明したが、カップリング処理はこれに限られない。例えば、ＧＰＳ計測結果とＩＮＳ計測結果との平均演算を行う平均処理をカップリング処理に含めてもよい。平均演算としては、単純な算術平均や幾何平均を適用してもよいし、加重平均を適用してもよい。
【０１２９】
加重平均を適用する場合において、ＧＰＳ計測結果をＩＮＳ計測結果よりも重視したい場合は、ＧＰＳ計測結果の重みをＩＮＳ計測結果の重みよりも大きく設定して演算すればよい。逆に、ＩＮＳ計測結果をＧＰＳ計測結果よりも重視したいのであれば、ＧＰＳ計測結果の重みをＩＮＳ計測結果の重みよりも小さく設定して演算すればよい。
【０１３０】
３−３．第１の方式の採用頻度
カップリング処理において第１の計測結果と前記第２の計測結果とを用いて位置算出を行う第１の方式の頻度を、次のように変えることとしてもよい。例えば、図１１の第２のカップリング処理で例示した各種の経過時間や、ＧＰＳ／ＩＮＳ計測結果の乖離の程度に基づいて、第１の方式の採用頻度を段階的に変えることとしてもよい。
【０１３１】
図１２は、位置算出開始後経過時間に基づき第１の方式の採用頻度を定めた第１の採用頻度設定テーブルのテーブル構成を示す図である。第１の採用頻度設定テーブルには、位置算出開始後経過時間と、第１の方式の採用頻度とが対応付けて記憶されている。位置算出開始後経過時間が長くなるにつれて、カップリング処理の動作は安定する傾向がある。そこで、位置算出開始後経過時間が長くなるほど、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合を低くするために、より低い頻度を採用頻度として設定すると好適である。
【０１３２】
例えば、図１２のテーブルでは、経過時間“ｔ”が第１の閾値時間“θt1”以下の場合は、採用頻度として「毎回」が定められており、経過時間“ｔ”が第１の閾値時間“θt1”超、第２の閾値時間“θt2”以下の場合は、採用頻度として「５回に１回」が定められている。また、経過時間“ｔ”が第２の閾値時間“θt2”超、第３の閾値時間“θt3”以下の場合は、採用頻度として「１０回に１回」が定められており、経過時間“ｔ”が第３の閾値時間“θt3”超の場合は、採用頻度として「採用しない」が定められている。処理部１０は、このテーブルに従って、第１の方式の採用頻度を設定する。
【０１３３】
なお、第１の閾値時間“θt1”〜第３の閾値時間“θt3”には、適宜適切な値を選択・設定しておくことができる。例えば、位置算出を開始してから「１分」が経過した後は、ＧＰＳ計測結果を切り離してＧＰＳに依存せずにカップリング処理を行うように、「θt1＝２０秒、θt2＝４０秒、θt3＝６０秒」といった値を設定しておくことができる。
【０１３４】
図１３は、移動開始後経過時間又はＧＰＳ採用後経過時間に基づき第１の方式の採用頻度を定めた第２の採用頻度設定テーブルのテーブル構成を示す図である。第２の採用頻度設定テーブルには、移動開始後経過時間又はＧＰＳ採用後経過時間と、第１の方式の採用頻度とが対応付けて記憶されている。移動開始後経過時間が長くなるほど、また、ＧＰＳ採用後経過時間が長くなるほど、カップリング処理の演算精度は低くなる傾向がある。そこで、これらの経過時間が長くなるほど、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合を高くするために、より高い頻度を採用頻度として設定すると好適である。
【０１３５】
例えば、図１３のテーブルでは、経過時間“ｔ”が第１の閾値時間“φt1”以下の場合は、採用頻度として「採用しない」が定められており、経過時間“ｔ”が第１の閾値時間“φt1”超、第２の閾値時間“φt2”以下の場合は、採用頻度として「２０回に１回」が定められている。また、経過時間“ｔ”が第２の閾値時間“φt2”超、第３の閾値時間“φt3”以下の場合は、採用頻度として「１０回に１回」が定められており、経過時間“ｔ”が第３の閾値時間“φt3”超の場合は、採用頻度として「毎回」が定められている。処理部１０は、このテーブルに従って、第１の方式の採用頻度を設定する。
【０１３６】
この場合も、第１の閾値時間“φt1”〜第３の閾値時間“φt3”には、適宜適切な値を選択・設定しておくことができる。例えば、自動車が頻繁に移動／停止を繰り返すことを想定して、「φt1＝１分、φt2＝２分、φt3＝３分」といった値を設定しておくことができる。
【０１３７】
なお、図示は省略するが、ＧＰＳ／ＩＮＳ計測結果の乖離の程度に基づいて第１の方式の採用頻度を設定することも可能である。この場合は、例えば、ＧＰＳ／ＩＮＳ計測結果の乖離の程度が大きいほど、ＧＰＳ計測結果のＩＮＳ計測結果に対する影響度合を高くするために、より高い頻度を採用頻度として設定すると好適である。
【０１３８】
３−４．処理主体
上記の実施例では、電子機器の処理部１０が、ＧＰＳユニット３Ａから取得したＧＰＳメジャメント情報５０５を用いてＧＰＳ演算処理を行うこととして説明した。また、処理部１０が、ＩＮＳユニット５Ａから取得したＩＮＳメジャメント情報５０７を用いてＩＮＳ演算処理を行うこととして説明した。つまり、ＧＰＳ演算処理、ＩＮＳ演算処理及びカップリング処理の実行主体が、全て電子機器の処理部１０であるものとして説明した。この構成を次のようにしてもよい。
【０１３９】
ＧＰＳユニット３Ａは、ＧＰＳメジャメント情報５０５を用いたＧＰＳ演算処理を行ってＧＰＳ演算結果５０９を求めて、処理部１０に出力する。また、ＩＮＳユニット５Ａは、ＩＮＳメジャメント情報５０７を用いたＩＮＳ演算処理を行ってＩＮＳ演算結果５１１を求めて、処理部１０に出力する。
【０１４０】
そして、処理部１０は、各ユニットから取得したＧＰＳ演算結果５０９とＩＮＳ演算結果５１１とのカップリング処理を実行する。つまり、この場合は、ＧＰＳ演算処理及びＩＮＳ演算処理の実行主体が、それぞれＧＰＳユニット３Ａ及びＩＮＳユニット５Ａとなり、カップリング処理（位置算出処理）の実行主体が、電子機器の処理部１０となる。
【０１４１】
３−５．電子機器
上記の実施例では、四輪自動車に搭載するナビゲーション装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、二輪自動車に搭載するナビゲーション装置に適用してもよいし、携帯型ナビゲーション装置に適用することとしてもよい。
【０１４２】
また、ナビゲーション以外の用途の電子機器についても本発明を同様に適用可能であることは勿論である。例えば、携帯型電話機やパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった他の電子機器についても本発明を同様に適用して、当該電子機器の位置算出を実現することが可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１，１Ａ，１Ｂ  位置算出装置、  ３Ａ  ＧＰＳユニット、  ５Ａ  ＩＮＳユニット、  ７  カップリング処理部、  ７Ａ  カルマンフィルター処理部、  ８  切替部、  ９  信号捕捉支援情報演算部、  ９Ａ  ドップラー周波数推定部、  １０  処理部、  ２０  操作部、  ３０  表示部、  ４０  通信部、  ５０  記憶部、  １００  カーナビゲーション装置、  １０００  ナビゲーションシステム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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