(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星から送信される衛星信号を受信する手段と、
受信した衛星信号に基づきＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの擬似距離を測定する手段と、
受信した衛星信号からＧＰＳ衛星の時刻、軌道を示す航法データを復調する手段と、
所定個数のＧＰＳ衛星について測定された擬似距離及び当該ＧＰＳ衛星の航法データに基づき測位を行い位置データを出力する手段と、
この位置データ及び各ＧＰＳ衛星の航法データに基づき擬似距離の測定部及び航法データの復調部を制御する手段と、
を備えるＧＰＳ受信機において、
保持している電源遮断前の測位位置から、電源遮断前の測位時刻から電源投入後の初期測位時刻までの時間間隔である電源断継続時間と前記ＧＰＳ受信機を搭載した移動体の推定最大速度とに応じて定まる大きさである移動範囲枠を設定する手段と、
電源投入後の初期測位位置が前記移動範囲枠内にあるか否かに応じて、前記初期測位位置が正常測位か異常測位かを判定する手段と、
前記初期測位位置が異常測位と判定された場合に、各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの擬似距離を再度測定させるとともに、各ＧＰＳ衛星の時刻、軌道を示す航法データを一旦破棄し、再度収集させる手段と、
前回異常測位と判定された前記初期測位位置から定まる固定範囲枠を設定する手段と、
再度測定された擬似距離及び再度収集された航法データに基づき測位した再度の測位位置が、前記移動範囲枠あるいは前記固定範囲枠のいずれかの枠内にあるか否かにより、前記再度の測位位置が正常測位か異常測位かを判定する手段を有することを特徴とするＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ受信機、特に誤った測位位置を出力しないようにしたＧＰＳ受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ（Grobal  Positioning  System）は、海・空のナビゲーションからカーナビ・測量・通信など、幅広い分野で使用されており、今後ますますその利用が拡大するものと考えられている。
【０００３】
ＧＰＳにおいては、ＧＰＳ衛星が送信した信号の伝搬時間に伝搬速度を掛けた伝搬距離を計測し位置の線を得、この位置の線を複数計測してそれらの交点から位置を計測する。実際にはこれら伝搬距離（誤差を含むため、擬似距離、という）に加えてＧＰＳ衛星からの軌道データ等航法メッセージデータから衛星位置、衛星時計誤差、電離層伝搬補正値を得る。そして、利用者（受信機）位置の４個の未知数（３次元位置Ｘ，Ｙ，Ｚと受信機基準時計のバイアス値）の４元１次方程式を解いて、位置、時刻を計算する。
【０００４】
従来のＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ衛星の異常などにより、測定された擬似距離や、復調された軌道データに異常が生じている場合には、誤った測位データを出力してしまう。ただ、連続して測位している場合には、誤った測位データがそれまでの測位データと大幅に異なったものとなるため、誤りデータであることを比較的簡単に判定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、移動体に搭載して使用されるＧＰＳ受信機では、電源投入後の初期測位時にその測位結果が、電源遮断前の前回測位結果と大きく離れた測位結果となった場合に、直ちに異常値と判断することができない。すなわち、ＧＰＳ受信機の電源断の間にその移動体が移動することが予測されるため、電源投入後の初期測位結果が電源遮断前の前回測位結果と異なっていたとしても、これが受信機の移動によるものであるか、あるいは誤った測位データによるものであるか判定することが困難である。このため、ＧＰＳ衛星の異常などにより、測定された擬似距離や、復調された軌道データに異常が生じている場合に、本来の位置とは異なった誤った測位位置を出力し、また正しい位置への復帰が困難になる場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、電源投入後の初期測位の結果が、電源遮断前の前回測位結果と大きく離れた測位結果であっても、正常か異常かを判断可能にするとともに、異常と判断した場合には新たな判断基準を設けて再測位し、正しい測位位置を得るようにしたＧＰＳ受信機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から送信される衛星信号を受信する手段と、受信した衛星信号に基づきＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの擬似距離を測定する手段と、受信した衛星信号からＧＰＳ衛星の時刻、軌道を示す航法データを復調する手段と、所定個数のＧＰＳ衛星について測定された擬似距離及び当該ＧＰＳ衛星の航法データに基づき測位を行い位置データを出力する手段と、この位置データ及び各ＧＰＳ衛星の航法データに基づき擬似距離の測定部及び航法データの復調部を制御する手段と、を備えるＧＰＳ受信機において、
保持している電源遮断前の測位位置から、電源遮断前の測位時刻から電源投入後の初期測位時刻までの時間間隔である電源断継続時間と前記ＧＰＳ受信機を搭載した移動体の推定最大速度とに応じて定まる大きさである移動範囲枠を設定する手段と、電源投入後の初期測位位置が前記移動範囲枠内にあるか否かに応じて、前記初期測位位置が正常測位か異常測位かを判定する手段と、前記初期測位位置が異常測位と判定された場合に、各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの擬似距離を再度測定させるとともに、各ＧＰＳ衛星の時刻、軌道を示す航法データを一旦破棄し、再度収集させる手段と、前回異常測位と判定された前記初期測位位置から定まる固定範囲枠を設定する手段と、再度測定された擬似距離及び再度収集された航法データに基づき測位した再度の測位位置が、前記移動範囲枠あるいは前記固定範囲枠のいずれかの枠内にあるか否かにより、前記再度の測位位置が正常測位か異常測位かを判定する手段を有することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、電源投入後の初期測位位置が、電源断継続時間に応じて定められる移動範囲枠を越えているか否かを判定し、異常な初期測位位置を検出することができる。
【００１０】
また、初期測位位置が異常であると判定された場合に、この測位結果は出力データとして使用されず、次回の測位は、各ＧＰＳ衛星の航法データを一旦破棄し、再度収集して、再度測位計算を行うとともに、この再度の測位計算の結果に対して、前記移動範囲枠、あるいは前回異常測位とされた位置からの固定枠による異常値検出を行い、いずれかの枠内にあれば正しい位置データとして出力される。
【００１１】
このような動作によって、異常位置の値を出力することを防ぐとともに、正常測位に復帰することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施例に係るＧＰＳ受信機の全体構成を示すブロック図である。同図に示されるように、本発明のＧＰＳ受信機は、受信アンテナ１と、周波数変換部２と、ドップラ周波数・擬似距離測定部３と、航法データ復調部４と、測位演算部５と、受信制御演算部６と、位置異常検出部７とから構成されている。
【００１４】
受信アンテナ１よりＧＰＳ信号を受信し、周波数変換部２により増幅されるとともに所定の周波数を有する中間周波数信号に変換される。中間周波数に変換された衛星信号はドップラ周波数・擬似距離測定部３と航法データ復調部４に供給される。
【００１５】
位置測定に際して、受信制御演算部６での制御の元に、まずドップラ周波数・擬似距離測定部３では、衛星選択で選ばれた衛星それぞれについてドプラ変位を推定計算し、その中心値を発生させ一定の周波数範囲をスキャンし受信周波数と相関比較する。同時に対応する衛星のＣ／Ａコードと同一なコード発生部のＣ／Ａコード位相を１０２３チップの範囲でシフトさせて、相関値が最大になる周波数とコード位相を検出し捕捉する。衛星信号の捕捉後は、搬送波とコード位相の追尾を連続的に行う。
【００１６】
そして、受信信号処理におけるＣ／Ａ相関部で受信中のＣ／Ａコード位相を測定することにより信号の送信時刻を得、この測定時点の受信機内蔵時計の時刻との差を求め電波伝搬時間とする。この電波伝搬時間に光速を乗じて擬似距離を得る。
【００１７】
航法データ復調部４は、電離層や時刻の補正情報とともに衛星から送信されるメッセージデータに含まれている軌道上の衛星位置に関するデータを復調する。この軌道情報は概略位置を示すアルマナックデータ、ＧＰＳ測位計算に用いられる正確なエフェメリスデータを含んでおり、これらのデータを基に地球中心に固定した座標上のそれぞれの衛星の３次元位置が計算される。
【００１８】
測位演算部５では、４個以上の衛星についての、航法データ復調部４とドップラ周波数・擬似距離測定部３からの信号送信時刻における各衛星の軌道上での位置及び各衛星と受信機間の擬似距離から、未知数である受信機位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と受信機内蔵時計のオフセット誤差を求めて、位置決定を行う。このようにして決定された位置データが出力される。
【００１９】
このように計算され求められたＧＰＳ受信機の位置データは、例えある時点で誤った位置データが出力されたとしても、連続使用している場合には直ちに誤データと判断可能であるから、適切に対処することができる。
【００２０】
しかし、ＧＰＳ受信機の電源遮断状態から電源投入された初期測定時には事情が異なる。すなわち、ＧＰＳ受信機が移動体に搭載されている場合、ＧＰＳ受信機の電源遮断状態中でもこれを搭載した移動体が移動するから、初期測定時の測位位置が電源遮断前である前回の測位位置と異なっていることをもって、この測位位置が誤りデータであると判断することができない。
【００２１】
そこで、本発明のＧＰＳ受信機では、前回の電源遮断前の測位位置から電源投入時までの取り得る移動範囲枠を設定する。この移動範囲枠は、電源遮断前の測位時刻から電源投入後の初期測位時刻までの時間間隔（電源断継続時間）、ＧＰＳ受信機を搭載した移動体の推定最大速度（例えば自動車であれば、約２００ｋｍ／ｈ）を掛けた大きさとする。また、前回の電源遮断前の測位位置は、受信機の電源を落とす直前まで測位していた位置を位置異常検出部７のバックアップされたメモリに保存しておいて再利用する。
【００２２】
そして、電源投入後に測位演算部５で計算された測位結果は位置異常検出部７に送られ、保持されている前回の電源遮断前の測位位置からの移動範囲枠内であるかどうかのチェックを行う。測位結果がこの移動範囲枠内である場合には正常な位置データであると判定し、以後この位置データに基づいて必要な処理が行われる。
【００２３】
しかし、測位結果が移動範囲枠内でない場合には、受信制御演算部６に位置データの異常を知らせる。受信制御演算部６は、ドップラ周波数・擬似距離測定部３，航法データ復調部４に命令を送り、測位に使用していた衛星をサーチ動作から再実行し、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの擬似距離を再度測定させるとともに、各ＧＰＳ衛星の時刻、軌道を示すエフェメリスデータなど航法データを一旦破棄し、再度収集させる。
【００２４】
そして、新しい航法データ、擬似距離を使用して、再度測位計算を行い、その測位計算について再度移動範囲枠のチェックを行う。
【００２５】
また、ＧＰＳ受信機の電源が遮断されている間に、搭載する移動体の速度を越えて高速に移動された場合、例えば飛行機などによる輸送を考慮して、今回の測位位置が前回測位位置（すなわち電源投入後の初期測位位置）とほぼ同じ位置になった場合、正常測位と判断するための固定範囲枠のチェックを行う。この固定範囲枠の大きさは、再度測位するまでの時間間隔で自動車などの移動体が移動しうる距離範囲と発生しうる測定誤差を加えた値とする。具体的には、通常再測位するまでの中断時間は航法データの再収集などを見込んでも数分程度であるから、固定範囲枠の大きさは１０ｋｍ程度とする。
【００２６】
すなわち、再度の測位位置を、移動範囲枠及び固定範囲枠と比較し、これら移動範囲枠あるいは固定範囲枠のいずれかの枠内にある場合に、再度の測位位置が正常測位であると判定することになる。
【００２７】
ほとんどの場合には、再度の測位位置が移動範囲枠あるいは固定範囲枠のいずれかの枠内にあると考えられるが、再度の測位位置がいずれの枠内にも入らない場合には再度航法データの破棄、再収集、衛星サーチからの測位動作が行われ、測位結果が、いずれかの枠内になるまで、この動作が繰り返される。
【００２８】
次に、本発明のＧＰＳ受信機の動作を、図２の動作フロー図、及び図４〜図６の動作例を参照して説明する。
【００２９】
まず、ＧＰＳ受信機の電源が遮断されると、その直前の位置を初期位置Ｐ０として保持する（ステップＳ１）。
【００３０】
そして、任意の電源断時間の後にＧＰＳ受信機の電源が投入される（ステップＳ２）と、必要なデータを収集して測位計算が行われ、１回目の測位位置Ｐ１を得る（ステップＳ３）。
この時、図３に示すように、ＧＰＳ受信機の電源断時間に応じて、前述のように前回の電源遮断前の測位位置Ｐ０から電源投入時までの取り得る移動範囲枠Ｂ０を設定する（ステップＳ４）。
【００３１】
次に、１回目の測位位置Ｐ１と保持されている初期位置Ｐ０との差を計算し（ステップＳ５）、その差が移動範囲枠Ｂ０を越えているかどうかを判定する（ステップＳ６）。
【００３２】
１回目の測位位置Ｐ１と初期位置Ｐ０との差が、図３のように、移動範囲枠Ｂ０を越えていない場合には、その差は電源断の間にＧＰＳ受信機が搭載されている移動体が移動した距離であると判断され、１回目の測位位置Ｐ１は正常測位位置として出力される（ステップＳ７）。
【００３３】
しかし、１回目の測位位置Ｐ１と初期位置Ｐ０との差が移動範囲枠Ｂ０を越えている場合には、この１回目の測位位置Ｐ１を候補として１回だけ保持するとともに、エフェメリスデータなど航法データを一旦破棄し、測位に使用していた衛星をサーチ動作から再実行し、擬似距離、航法データ等を再度取得する（ステップＳ８）。
【００３４】
この再度取得した擬似距離、航法データ等に基づいて測位計算を行い、２回目の測位位置Ｐ２を求める（ステップＳ９）。
【００３５】
次に、候補である１回目の測位位置Ｐ１に対しての固定範囲枠Ｂ１を、図３，図４のように、前述した条件に従って設定する（ステップＳ１０）。
【００３６】
次に、２回目の測位位置Ｐ２と保持されている初期位置Ｐ０との差を計算するとともに、２回目の測位位置Ｐ２と候補として保持されている１回目の測位位置Ｐ１との差を計算する（ステップＳ１１）。
【００３７】
そして、２回目の測位位置Ｐ２と１回目の測位位置Ｐ１との差が、図４のように、固定範囲枠Ｂ１を越えていない場合には、測位位置Ｐ１，Ｐ２はＧＰＳ受信機の電源が遮断されている間に搭載する移動体の速度を越えて高速に移動された結果であると判断され（ステップＳ１２）、２回目の測位位置Ｐ２は正常測位位置として出力される（ステップＳ７）。この場合、初期位置Ｐ０は破棄される。
【００３８】
同じく、２回目の測位位置Ｐ２と初期位置Ｐ０との差が、図５のように、移動範囲枠Ｂ０を越えていない場合には、この２回目の測位位置Ｐ２は正しい測位位置でありその差は電源断の間にＧＰＳ受信機が搭載されている移動体が移動した距離であると判断され（ステップＳ１２）、２回目の測位位置Ｐ２は正常測位位置として出力される（ステップＳ７）。この場合、１回目の測位位置Ｐ１は破棄される。
【００３９】
しかし、図６に示されるように、２回目の測位位置Ｐ２と１回目の測位位置Ｐ１との差が固定範囲枠Ｂ１を越えており、かつ２回目の測位位置Ｐ２と初期位置Ｐ０との差が移動範囲枠Ｂ０を越えている場合、すなわち２回目の測位位置Ｐ２が移動範囲枠Ｂ０，固定範囲枠Ｂ１のいずれの枠にも入らない場合には、１回目の測位位置Ｐ１を破棄し、正常な測位位置を得るために、ステップＳ８〜ステップＳ１２の処理を繰り返して行うことになる。
【００４０】
なお、図６の例では、候補としての２回目の測位位置Ｐ２に対しての固定範囲枠Ｂ２内に、３回目の測位位置Ｐ３が入っているから、この場合測位位置Ｐ３をを正常測位位置として出力することになる。
【００４１】
以上のように、図３〜図６を例に具体的に説明したが、本発明のＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ受信機が搭載される自動車などの移動体の速度と、電源断継続時間とを考慮して、その大きさが変わる移動範囲枠Ｂ０を設定し、この移動範囲枠Ｂ０内に電源投入時の測位結果Ｐ１があるかどうかで正常測位かどうかを判断する。したがって、電源投入時の測位結果が、電源遮断前の測位位置と異なっている場合でも、その測位位置が正常測位位置であるか、衛星異常などによる異常測位位置であるかを的確に認識する。
【００４２】
さらに、測位結果Ｐ１が移動範囲枠Ｂ０内でない場合には、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの擬似距離を再度測定させるとともに、各ＧＰＳ衛星の時刻、軌道を示すエフェメリスデータなど航法データを一旦破棄し、再度収集させる。
【００４３】
そして、新しい航法データ、擬似距離を使用して、再度測位計算を行い、その測位計算について再度移動範囲枠Ｂ０のチェックを行うとともに、さらに、ＧＰＳ受信機の電源が遮断されている間に、搭載する自動車などの移動体の速度を越えて高速に移動された場合（例えば飛行機などによる輸送）を考慮して、今回の測位位置Ｐ２が前回測位位置Ｐ１（すなわち電源投入後の初期測位位置）とほぼ同じ位置になった場合、正常測位と判断するための固定範囲枠Ｂ１のチェックを行う。
【００４４】
すなわち、新しい航法データ、擬似距離を使用して計算した再度の測位位置を、移動範囲枠及び固定範囲枠と比較し、これら移動範囲枠あるいは固定範囲枠のいずれかの枠内にある場合に、再度の測位位置が正常測位であると判定するから、衛星異常などのデータが誤っている場合や、受信機が高速に移動された場合にも、正常な測位位置を出力する。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、電源投入後の初期測位位置が、電源断継続時間に応じてその大きさが設定される移動範囲枠を越えているか否かを判定し、異常な初期測位位置を検出することができる。
【００４６】
また、初期測位位置が異常であると判定された場合に、この測位結果は出力データとして使用されず、次回の測位は、各ＧＰＳ衛星の航法データを一旦破棄し、再度収集して、再度測位計算を行うとともに、この再度の測位計算の結果に対して、前記移動範囲枠、あるいは前回異常測位とされた位置からの固定枠による異常値検出を行い、いずれかの枠内にあれば正しい位置データとして出力される。
【００４７】
このような動作によって、異常位置の値を出力することを防ぐとともに、正常測位に復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るＧＰＳ受信機の全体構成図。
【図２】本発明の実施例に係るＧＰＳ受信機の動作フロー図。
【図３】本発明の実施例に係るＧＰＳ受信機の動作例を説明する図。
【図４】本発明の実施例に係るＧＰＳ受信機の動作例を説明する図。
【図５】本発明の実施例に係るＧＰＳ受信機の動作例を説明する図。
【図６】本発明の実施例に係るＧＰＳ受信機の動作例を説明する図。
【符号の説明】
１  受信アンテナ
２  周波数変換部
３  ドプラ周波数・擬似距離測定部
４  航法データ復調部
５  測位演算部
６  受信制御演算部
７  位置異常検出部
Ｐ０  初期位置
Ｐ１〜Ｐ３  １〜３回目測位位置
Ｂ０  移動範囲枠
Ｂ１，Ｂ２  固定範囲枠
【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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