(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載されたＧＰＳ受信器により捕捉されているｎ（但し、ｎは４以上の自然数）個のＧＰＳ衛星からの受信電波から夫々、擬似距離ｒi（但し、i＝１，２，・・・，ｎ）を測定する測定工程と、
前記受信電波におけるマルチパスの発生を検出する検出工程と、
前記擬似距離ｒｉを夫々表す前記ＧＰＳ受信器の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とするｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対して、収束計算を行うことでｎ元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第１算出工程と、
前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離ｒn+1を表す前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して収束計算を行ってｎ＋１元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第２算出工程と、
前記第１又は第２算出工程で算出された前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、前記移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力する出力工程と、
前記検出工程により前記マルチパスの発生が検出されたときに、前記第２算出工程を選択する選択工程と
を備えたことを特徴とするＧＰＳ測位方法。
【請求項２】
前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒi'＋（∂ｒi／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒi／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒi／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒi／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒi'は、ｒiの近似値）、
前記１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒn+1'＋（∂ｒn+1／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒn+1／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒn+1／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒn+1／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒn+1'は、ｒn+1の近似値）、
前記収束計算は、前記第１算出工程では、前記ｎ元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi'│（但し、i＝１，２，・・・，ｎ）を所定値以内に収束させる計算であり、前記第２算出工程では、前記ｎ＋１元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi'│（但し、i＝１，２，・・・，ｎ，ｎ＋１）を所定値以内に収束させる計算であることを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項３】
前記第２算出工程は、前記１個の関数に代えて、前記時間誤差ｔを推定する関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項４】
前記第１算出工程は、ｎ行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，・・・，Δｒn）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、
ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの測位解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出し、
前記第２算出工程は、ｎ＋１行目に重み付けαがされたｎ＋１行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，・・・，Δｒn，α・Δｒn+1）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ＋１行目にαの重み付けがされたｎ＋１行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、
ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項５】
前記検出工程は、前記測定工程により測定される擬似距離ｒｉが不安定であるか否かで前記マルチパルスの発生を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項６】
前記検出工程は、前記測定工程により測定される擬似距離ｒｉの分散に基づいて前記マルチパルスの発生を検出することを特徴とする請求項５に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項７】
移動体に搭載されたＧＰＳ受信器により捕捉されているｎ（但し、ｎは４以上の自然数）個のＧＰＳ衛星からの受信電波から夫々、擬似距離ｒi（但し、i＝１，２，・・・，ｎ）を測定する測定手段と、
前記受信電波におけるマルチパスの発生を検出する検出手段と、
前記擬似距離ｒｉを夫々表す前記ＧＰＳ受信器の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とするｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対して、収束計算を行うことでｎ元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第１算出手段と、
前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離ｒn+1を表す前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して収束計算を行ってｎ＋１元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第２算出手段と、
前記第１又は第２算出手段で算出された前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、前記移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力する出力手段と、
前記検出手段により前記マルチパスの発生が検出されたときに、前記第２算出手段を選択する選択手段と
を備えたことを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項８】
前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒi'＋（∂ｒi／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒi／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒi／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒi／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒi'は、ｒiの近似値）、
前記１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒn+1'＋（∂ｒn+1／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒn+1／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒn+1／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒn+1／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒn+1'は、ｒn+1の近似値）、
前記収束計算は、前記第１算出手段では、前記ｎ元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi'│（但し、i＝１，２，・・・，ｎ）を所定値以内に収束させる計算であり、前記第２算出手段では、前記ｎ＋１元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi'│（但し、i＝１，２，・・・，ｎ，ｎ＋１）を所定値以内に収束させる計算であることを特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項９】
前記第２算出手段は、前記１個の関数に代えて、前記時間誤差ｔを推定する関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いることを特徴とする請求項７又は８に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項１０】
前記第１算出手段は、ｎ行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，・・・，Δｒn）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、
ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの測位解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出し、
前記第２算出手段は、ｎ＋１行目に重み付けαがされたｎ＋１行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，・・・，Δｒn，α・Δｒn+1）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ＋１行目にαの重み付けがされたｎ＋１行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、
ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出することを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項１１】
前記検出手段は、前記測定手段により測定される擬似距離ｒｉが不安定であるか否かで前記マルチパルスの発生を検出することを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項１２】
前記検出手段は、前記測定手段により測定される擬似距離ｒｉの分散に基づいて前記マルチパルスの発生を検出することを特徴とする請求項１１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか一項に記載のＧＰＳ測位装置と、
前記ＧＰＳ受信器と、
前記出力手段から出力された現在位置データを所定フォーマットで地図データ上に表示する表示手段と
を備えたことを特徴とするナビゲーションシステム。
【請求項１４】
コンピュータを、請求項７から１２のいずれか一項に記載のＧＰＳ測位装置として機能させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの受信電波に基づき移動体の現在位置を測位するＧＰＳ測位方法及び装置、そのようなＧＰＳ測位装置を含むナビゲーションシステム、並びにコンピュータをそのようなＧＰＳ測位装置として機能させるコンピュータプログラムの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車、航空機、船舶等の移動体のナビゲーションシステムには、ＧＰＳ測位が広く利用されている。ＧＰＳ測位の基本となるＧＰＳ衛星の座標は、地上に設けられた複数のモニタ局により、受信電波中の、即ち下り回線の送信データに含まれるシステム時刻によりケプラー方程式を解くことで得られる。そして、このように得られた衛星の軌道定数（位置）は、対応するＧＰＳ衛星への送信電波、即ち上り回線の送信データの一部として送信される。これにより、各ＧＰＳ衛星は、自己の位置情報を下り回線のデータに含ませて送信する。
【０００３】
このようなＧＰＳ衛星からの受信電波に基づく３次元測位の場合には、基本的に４個のＧＰＳ衛星について、各ＧＰＳ衛星からの受信電波に含まれる各ＧＰＳ衛星の位置情報及びその受信電波が各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信器に到達するのに要する時間に基づいて、各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信器までの擬似距離ｒを計測する。このような擬似距離ｒは、ＧＰＳ受信器の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを４つの変数とする関数で表されるので、４個のＧＰＳ衛星からの受信電波に応じて４つの擬似距離ｒを計測すれば、４つの関数が得られ、よって４元連立非線形方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信器の座標（ｘ、ｙ、ｚ）及び時計誤差ｔを算出できる。そして、このように算出された座標が、当該ＧＰＳ受信器が搭載された移動体の現在位置とされる。
【０００４】
但し、実際には、同時に５個以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信できることも多いので、５個以上の擬似距離ｒに基づき、４つの変数ｘ，ｙ，ｚ，ｔに対して５（又は６以上）元連立非線形方程式の測位解を最小二乗法を用いて算出することにより、測位精度を上げるようにしている。
【０００５】
ところで、このようなＧＰＳ測位の欠点の一つにマルチパルスによる擬似距離測定誤差の発生がある。即ち、ＧＰＳ衛星からの電波は、特に高層ビル等の巨大建造物等の付近では、ＧＰＳ受信器に直接届く経路の他に、巨大建造物等の表面で一度或いは複数回反射してからＧＰＳ受信器に届く別の経路を有することがある。このように同一ＧＰＳ衛星から同時に複数の電波経路を介して電波が受信される現象をマルチパスというが、このマルチパスが発生すると、その受信電波がＧＰＳ受信器に到達するのに要する時間に誤差が発生し、これに基づく擬似距離に誤差が発生する。そして、マルチパスが発生すると、正規電波経路に基づく擬似距離と異常電波経路に基づく擬似距離とが不規則に交互に計測されるので、到達時間や擬似距離が短周期でばたつくことになり、ＧＰＳ測位精度が極端に低下してしまうのである。
【０００６】
そこで従来は、このようなマルチパスの発生を検出する検出手段を設け、マルチパスが発生した場合には、例えば当該マルチパスが発生したＧＰＳ衛星については、ＧＰＳ測位の対象から外すという補正が行われる。このマルチパス検出及び補正によれば、いずれか１つ又は複数の受信電波についてマルチパスの発生が検出されると、これ又はこれらを測定対象から除外して、最低４つの受信電波に基づくＧＰＳ測位を行う。更に、電波受信環境が悪いために、マルチパスの発生が検出された電波を測定対象から除外した結果、３つの受信電波しか残らない場合には、ＧＰＳ測位を３次元測位から２次元測位に切り替えて行う技術も開発されている。より具体的には、ＧＰＳ２次元測位では、地球の中心からの高さは短時間では殆ど変化しないとの仮定の下で、基本的に３個のＧＰＳ衛星について、各ＧＰＳ衛星からの受信電波に含まれる各ＧＰＳ衛星の位置情報及びその受信電波が各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信器に到達するのに要する時間から、各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信器までの擬似距離を計測する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者の研究によれば、上述したマルチパスの発生を検出して擬似距離誤差を除去する技術では、検出精度が本質的に高くない。このため、マルチパスの誤検出により正規電波経路で受信された受信電波を誤ってＧＰＳ測位の測定対象から外してしまい、ＧＰＳ測位精度が返って低下してしまう事態が頻発するという問題点がある。
【０００８】
本発明は上述の問題的に鑑みなされたものであり、マルチパスの発生を検出してマルチパスの影響による擬似距離誤差を補正できると共にマルチパスの発生を誤検出しても測位精度の低下を低減し得るＧＰＳ測位方法及び装置、そのようなＧＰＳ測位装置を備えたナビゲーションシステム及びコンピュータをそのようなＧＰＳ測位装置として機能させるコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＧＰＳ測位方法は上記課題を解決するために、移動体に搭載されたＧＰＳ受信器により捕捉されているｎ（但し、ｎは３以上の自然数）個のＧＰＳ衛星からの受信電波から夫々、擬似距離ｒi（但し、i＝１，２，…，ｎ）を測定する測定工程と、前記受信電波におけるマルチパスの発生を検出する検出工程と、前記擬似距離ｒｉを夫々表す前記ＧＰＳ受信器の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とするｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対して、収束計算を行うことでｎ元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第１算出工程と、前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離ｒn+1を表す前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して収束計算を行ってｎ＋１元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第２算出工程と、前記第１又は第２算出工程で算出された前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、前記移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力する出力工程と、前記検出工程により前記マルチパスの発生が検出されたときに、前記第２算出工程を選択する選択工程とを備える。
【００１０】
本発明のＧＰＳ測位方法によれば、測定工程により、ＧＰＳ受信器により捕捉されているｎ個のＧＰＳ衛星からの受信電波から夫々、擬似距離ｒiが測定される。この測定は、基本的には到達に要した時間を計測して、これに光の速度を掛け合わせることにより行われる。そして、例えばこのように測定した擬似距離ｒｉが不安定であるなど、経験的、実験的或いは理論的にマルチパスの発生時に得られるであろう測定結果が得られるか否か等に基づいて、検出工程により受信電波におけるマルチパスの発生が検出される。ここで、該検出工程によりマルチパスの発生が検出されない場合には、第１算出工程により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対して、例えばニュートン法による収束計算が行われる。即ち、ｎ元連立非線形方程式の測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔが近似的に算出される。この結果、マルチパスが発生していない状況では、移動体の現在位置を示す座標（ｘ、ｙ、ｚ）が高精度で算出される。
【００１１】
他方、検出工程によりマルチパスの発生が検出された場合には、選択工程により第２算出工程が選択される。従って、第２算出工程により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離ｒn+1を表す座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して、例えばニュートン法による、収束計算が行われる。即ち、ｎ＋１元連立非線形方程式の測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔが近似的に算出される。この結果、マルチパスが発生している状況においては、地球をＧＰＳ衛星と見立てたことに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）も安定する。逆に、マルチパスが発生していないのに検出工程でマルチパスの発生が誤検出された場合には、やはり地球をＧＰＳ衛星と見立てたことに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）が安定する。そして、マルチパスの発生による誤差或いはマルチパスの発生を誤検出することによる誤差に起因したばらつきの影響が低減された座標が、出力手段により移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力される。
【００１２】
以上のように、マルチパスが実際に発生した場合でも或いはマルチパスの発生が誤検出された場合でも、どちらの場合であるかが不明のまま、安定な測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。特に、マルチパスの発生の検出における精度を高くすることが困難である現実に鑑みれば、このようにマルチパスの発生の検出が正しく行われた場合にも誤っても行われた場合にも、比較的安定なＧＰＳ測位結果が得られる本発明は、実用上極めて有利である。
【００１３】
本発明のＧＰＳ測位方法の一態様では、前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒi’＋（∂ｒi／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒi／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒi／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒi／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒi’は、ｒiの近似値）、前記１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒn+1’＋（∂ｒn+1／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒn+1／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒn+1／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒn+1／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒn+1’は、ｒn+1の近似値）、前記収束計算は、前記第１算出工程では、前記ｎ元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│（但し、i＝１，２，…，ｎ）を所定値以内に収束させる計算であり、前記第２算出工程では、前記ｎ＋１元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│（但し、i＝１，２，…，ｎ，ｎ＋１）を所定値以内に収束させる計算である。
【００１４】
この態様によれば、第１及び第２算出工程で、コンピュータ等を用いて、比較的簡単且つ迅速に、擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│を、例えば０に近い微小値以内など、所定値以内に収束させる計算を行うことにより、測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。
【００１５】
尚、この収束計算に用いる所定値は、希望する測位精度に対応して設定されるものであり、一般に測位精度を高めると０に近付き、測位精度を低めると０から離れる。このような所定値は、例えば、経験的、実験的、理論的に希望の測位精度に応じて予め設定される。
【００１６】
本発明のＧＰＳ測位方法の他の態様では、前記第２算出工程は、前記１個の関数に代えて、前記時間誤差ｔを推定する関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いる。
【００１７】
この態様によれば、検出工程によりマルチパスの発生が検出された場合には、第２算出工程により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、時間誤差ｔを推定する１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して、該１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）への１以上のαの重み付け後に、例えばニュートン法による、収束計算が行われる。即ち、ｎ＋１元連立非線形方程式の測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔが近似的に算出される。この結果、マルチパスが発生している状況においては、時間誤差ｔを推定することに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）も安定する。逆に、マルチパスが発生していないのに検出工程でマルチパスの発生が誤検出された場合には、やはり時間誤差ｔを推定することに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）が安定する。そして、マルチパスの発生による誤差或いはマルチパスの発生を誤検出することによる誤差に起因したばらつきの影響が低減された座標が、出力手段により移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力される。
【００１８】
以上のように、マルチパスが実際に発生した場合でも或いはマルチパスの発生が誤検出された場合でも、どちらの場合であるかが不明のまま、安定な測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。
【００１９】
尚、第２算出工程では、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星と見立てて得られる１個の関数に加えて、このような時間誤差を推定する１個の関数を用いて、これらの少なくとも一方に重み付けαを行った後に、ｎ＋２元連立非線形方程式を解くことにより測位解たる座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出することも可能である。
【００２０】
本発明のＧＰＳ測位方法の他の態様では、前記第１算出工程は、ｎ行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，…，Δｒn）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの測位解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出し、前記第２算出工程は、ｎ＋１行目に重み付けαがされたｎ＋１行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，…，Δｒn，α・Δｒn+1）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ＋１行目にαの重み付けがされたｎ＋１行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出する。
【００２１】
この態様によれば、第１及び第２算出工程で、コンピュータ等を用いた行列演算により、比較的簡単且つ迅速に、ΔＲ＝Ａ・ΔＸを、例えば０に近い微小値以内など、所定値以内に収束させる計算を行うことにより、測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。
【００２２】
本発明のＧＰＳ測位方法の他の態様では、前記検出工程は、前記測定工程により測定される擬似距離ｒｉが不安定であるか否かで前記マルチパルスの発生を検出する。
【００２３】
この態様によれば、測定工程により測定される擬似距離ｒｉが不安定であるか否かで、検出工程によりマルチパルスの発生が検出される。即ち、擬似距離ｒｉが所定基準に従って不安定でなければ、検出工程によりマルチパルスが発生してないものとされ、擬似距離ｒｉが所定基準に従って不安定であれば、検出工程によりマルチパルスが発生したものとされる。
【００２４】
この態様では、前記検出工程は、前記測定工程により測定される擬似距離ｒｉの分散に基づいて前記マルチパルスの発生を検出するように構成してもよい。
【００２５】
このように構成すれば、マルチパスが発生すると、捕捉しているＧＰＳ衛星間で測定値の分散が異なる場合が多いという事実に基づいて、比較的高精度且つ容易に、マルチパスの発生を検出できる。
【００２６】
尚、検出工程で、マルチパルスの発生が検出された受信電波に対応する関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）については第１及び第２算出手段の演算対象から除外して、残る受信電波について、例えばｎ（又はｎ−１以下）元連立非線形方程式を解くことで、当該第１及び第２算出工程を行うようにしてもよい。但し、一般には、地球の中心をＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離を示す関数や時間誤差を推定する関数を含めて少なくとも４つの関数を第１及び第２算出工程の演算対象としないと、一般に測位解は得られないので、最低でも、このように４つの関数を第１及び第２算出工程の演算対象とする。
【００２７】
本発明のＧＰＳ測位装置は上記課題を解決するために、移動体に搭載されたＧＰＳ受信器により捕捉されているｎ（但し、ｎは３以上の自然数）個のＧＰＳ衛星からの受信電波から夫々、擬似距離ｒi（但し、i＝１，２，…，ｎ）を測定する測定手段と、前記受信電波におけるマルチパスの発生を検出する検出手段と、前記擬似距離ｒｉを夫々表す前記ＧＰＳ受信器の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とするｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対して、収束計算を行うことでｎ元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第１算出手段と、前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離ｒn+1を表す前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して収束計算を行ってｎ＋１元連立方程式の解として前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び前記時計誤差ｔを近似的に算出する第２算出手段と、前記第１又は第２算出手段で算出された前記座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、前記移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力する出力手段と、前記検出手段により前記マルチパスの発生が検出されたときに、前記第２算出手段を選択する選択手段とを備える。
【００２８】
本発明のＧＰＳ測位装置によれば、測定手段により、ＧＰＳ受信器により捕捉されているｎ個のＧＰＳ衛星からの受信電波から夫々、擬似距離ｒiが測定される。ここで、該検出手段によりマルチパスの発生が検出されない場合には、第１算出手段により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対して、例えばニュートン法による、収束計算が行われる。即ち、ｎ元連立非線形方程式の測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔが近似的に算出される。この結果、マルチパスが発生していない状況では、移動体の現在位置を示す座標（ｘ、ｙ、ｚ）が高精度で算出される。
【００２９】
他方、検出手段によりマルチパスの発生が検出された場合には、選択手段により第２算出手段が選択される。従って、第２算出手段により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離ｒn+1を表す座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して、例えばニュートン法による、収束計算が行われる。この結果、マルチパスが発生している状況においては、地球をＧＰＳ衛星と見立てたことに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）も安定する。逆に、マルチパスが発生していないのに検出手段でマルチパスの発生が誤検出された場合には、やはり地球をＧＰＳ衛星と見立てたことに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）が安定する。そして、マルチパスの発生による誤差或いはマルチパスの発生を誤検出することによる誤差に起因したばらつきの影響が低減された座標が、出力手段により移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力される。
【００３０】
以上のように、マルチパスが実際に発生した場合でも或いはマルチパスの発生が誤検出された場合でも、どちらの場合であるかが不明のまま、安定な測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。
【００３１】
本発明のＧＰＳ測位装置の一態様では、前記ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒi’＋（∂ｒi／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒi／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒi／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒi／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒi’は、ｒiの近似値）、前記１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒn+1’＋（∂ｒn+1／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒn+1／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒn+1／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒn+1／∂ｔ）Δｔであり（但し、ｒn+1’は、ｒn+1の近似値）、前記収束計算は、前記第１算出手段では、前記ｎ元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│（但し、i＝１，２，…，ｎ）を所定値以内に収束させる計算であり、前記第２算出手段では、前記ｎ＋１元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│（但し、i＝１，２，…，ｎ，ｎ＋１）を所定値以内に収束させる計算である。
【００３２】
この態様によれば、第１及び第２算出手段で、コンピュータ等を用いて、比較的簡単且つ迅速に、擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│を、例えば０に近い微小値以内など、所定値以内に収束させる計算を行うことにより、測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。
【００３３】
本発明のＧＰＳ測位装置の他の態様では、前記第２算出手段は、前記１個の関数に代えて、前記時間誤差ｔを推定する関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いる。
【００３４】
この態様によれば、検出手段によりマルチパスの発生が検出された場合には、第２算出手段により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、時間誤差ｔを推定する１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して、該１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）への１以上のαの重み付け後に、例えばニュートン法による、収束計算が行われる。この結果、マルチパスが発生している状況においては、時間誤差ｔを推定することに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）も安定する。逆に、マルチパスが発生していないのに検出手段でマルチパスの発生が誤検出された場合には、やはり時間誤差ｔを推定することに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）が安定する。そして、マルチパスの発生による誤差或いはマルチパスの発生を誤検出することによる誤差に起因したばらつきの影響が低減された座標が、出力手段により移動体の現在位置を示す現在位置データとして出力される。
【００３５】
本発明のＧＰＳ測位装置の他の態様では、前記第１算出手段は、ｎ行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，…，Δｒn）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの測位解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出し、前記第２算出手段は、ｎ＋１行目に重み付けαがされたｎ＋１行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，…，Δｒn，α・Δｒn+1）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ＋１行目にαの重み付けがされたｎ＋１行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、ΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値以内に収束させるときの解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出する。
【００３６】
この態様によれば、第１及び第２算出手段で、コンピュータ等を用いた行列演算により、比較的簡単且つ迅速に、ΔＲ＝Ａ・ΔＸを、例えば０に近い所定値以内など、所定値以内に収束させる計算を行うことにより、測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。
【００３７】
本発明のＧＰＳ測位装置の他の態様では、前記検出手段は、前記測定手段により測定される擬似距離ｒｉが不安定であるか否かで前記マルチパルスの発生を検出する。
【００３８】
この態様によれば、測定手段により測定される擬似距離ｒｉが不安定であるか否かで、検出手段によりマルチパルスの発生が検出される。即ち、擬似距離ｒｉが所定基準に従って不安定でなければ、検出手段によりマルチパルスが発生してないものとされ、擬似距離ｒｉが所定基準に従って不安定であれば、検出手段によりマルチパルスが発生したものとされる。
【００３９】
この態様では、前記検出手段は、前記測定手段により測定される擬似距離ｒｉの分散に基づいて前記マルチパルスの発生を検出するように構成してもよい。
【００４０】
このように構成すれば、マルチパスが発生すると、捕捉しているＧＰＳ衛星間で測定値の分散が異なる場合が多いという事実に基づいて、比較的高精度且つ容易に、マルチパスの発生を検出できる。
【００４１】
本発明のナビゲーションシステムは上記課題を解決するために、上述した本発明のＧＰＳ測位装置（但し、その各種態様を含む）と、前記ＧＰＳ受信器と、前記出力手段から出力された現在位置データを所定フォーマットで地図データ上に表示する表示手段とを備える。
【００４２】
本発明のナビゲーションシステムによれば、上述した本発明のＧＰＳ測位装置を備えているので、マルチパスが実際に発生していない場合にも、マルチパスの発生が正常に検出できた場合にも、マルチパスの発生が誤検出された場合にも、安定した測位結果に基づいて、現在位置データを地図データ上に表示可能となる。
【００４３】
本発明のコンピュータプログラムは上記課題を解決するために、コンピュータを上述した本発明のＧＰＳ測位装置（但し、その各種態様を含む）として機能させる。
【００４４】
本発明のコンピュータプログラムによれば、当該コンピュータプログラムを格納するＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc  Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（DVD  Read Only Memory）等の記録媒体から、当該コンピュータプログラムをコンピュータに読み込んで実行させれば、或いは、当該コンピュータプログラムを通信手段を介してコンピュータにダウンロードさせた後に実行させれば、上述した本発明のＧＰＳ測位装置を比較的簡単に実現できる。またこのようなコンピュータプログラムをナビゲーションに必要なアプリケーションプログラムや地図等の他のデータと共にセンタ装置から送信することも可能である。
【００４５】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４７】
（第１実施形態）
先ず、第１実施形態の車載用ナビゲーションシステムについて図１から図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の車載用ナビゲーションシステムのブロック図である。図２は、ＧＰＳ測位の概念図であり、図３は、マルチパスを示す一の図式的概念図であり、図４は、マルチパスを示す他の図式的概念図である。図５は、第１実施形態におけるＧＰＳ測位動作を示すフローチャートである。
【００４８】
図１に示すように、本実施形態の車載用ナビゲーションシステムは、自立測位装置１０、ＧＰＳ受信器１８、システムコントローラ２０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３１、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ３２、表示ユニット４０、音声出力ユニット５０及び入力装置６０を備えて構成されている。
【００４９】
自立測位装置１０は、加速度センサ１１、角速度センサ１２及び速度センサ１３を含んで構成されている。加速度センサ１１は、例えば圧電素子からなり、車両の加速度を検出し、加速度データを出力する。角速度センサ２は、例えば振動ジャイロからなり、車両の方向変換時における車両の角速度を検出し、角速度データ及び相対方位データを出力する。
【００５０】
速度センサ１３は、機械的、磁気的又は光学的に車両の車軸の回転を検出し、車軸における所定角度の回転毎に、パルス信号たる車速パルスを発生す車速センサからなる。
【００５１】
ＧＰＳ受信器１８は、緯度及び経度情報等から車両の絶対的な位置を検出するために用いられるべき複数のＧＰＳ衛星からの測位用のデータを含む下り回線データを搬送する電波１９を受信する部分である。
【００５２】
システムコントローラ２０は、インタフェース２１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３及びＲＡＭ（Random Access Memory）２４を含んでおり、ナビゲーション装置全体の制御を行うように構成されている。
【００５３】
インタフェース２１は、加速度センサ１１、角速度センサ１２及び速度センサ１３並びにＧＰＳ受信器１８とのインタフェース動作を行う。そして、これらから、車速パルスの他、加速度データ、相対方位データ、角速度データ、ＧＰＳ測位データ、絶対方位データ等をシステムコントローラ２０に入力する。ＣＰＵ２２は、システムコントローラ２０全体を制御する。ＲＯＭ２３は、システムコントローラ４を制御する制御プログラム等が格納された図示しない不揮発性メモリ等を有する。ＲＡＭ２４は、入力装置１０を介して使用者により予め設定された経路データ等の各種データを読み出し可能に格納したり、ＣＰＵ２２に対してワーキングエリアを提供したりする。
【００５４】
システムコントローラ２０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３１、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ３２、表示ユニット４０、音声出力ユニット５０及び入力装置６０は、バスライン３０を介して相互に接続されている。
【００５５】
ＣＤ−ＲＯＭドライブ３１及びＤＶＤ−ＲＯＭドライブ３２は、システムコントローラ２０の制御の下、ＣＤ３３及びＤＶＤ３４から夫々、車線数、道幅等を含む道路データ等の各種データ及び後述の各実施形態に対応する制御プログラムを読み出し、出力する。尚、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３１及びＤＶＤ−ＲＯＭドライブ３２は、いずれか一方だけ設けてもよいし、ＣＤ及びＤＶＤコンパチブルのドライブを設けてもよい。
【００５６】
表示ユニット４０は、システムコントローラ２０の制御の下、各種表示データを表示する。表示ユニット４０は、バスライン３０を介してＣＰＵ２２から送られる制御データに基づいて表示ユニット４０全体の制御を行うグラフィックコントローラ４１と、ＶＲＡＭ（Video RAM ）等のメモリからなり即時表示可能な画像情報を一時的に記憶するバッファメモリ４２と、グラフィックコントローラ４１から出力される画像データに基づいて、液晶、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等のディスプレイ４４を表示制御する表示制御部４３と、ディスプレイ４４とを備えて構成されている。ディスプレイ４４は、例えば対角５〜１０インチ程度の液晶表示装置等からなり、車内のフロントパネル付近に装着される。
【００５７】
音声出力ユニット５０は、システムコントローラ２０の制御の下、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３１又はＤＶＤ−ＲＯＭ３２、若しくはＲＡＭ２４等からバスライン３０を介して送られる音声ディジタルデータのＤ／Ａ（Digital to Analog）変換を行うＤ／Ａコンバータ５１と、Ｄ／Ａコンバータ５１から出力される音声アナログ信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）５２と、増幅された音声アナログ信号を音声に変換して車内に出力するスピーカ５３とを備えて構成されている。
【００５８】
入力装置６０は、各種コマンドやデータを入力するための、キー、スイッチ、ボタン、リモコン等から構成されている。入力装置１６は、車内に搭載された当該車載用ナビゲーションシステムの本体のフロントパネルやディスプレイ４４の周囲に配置される。
【００５９】
次に、図１と共に図２を参照して、以上のように構成された車載用ナビゲーションシステムが搭載された車両とＧＰＳ衛星との位置関係及びＧＰＳ測位の原理について説明する。
【００６０】
図２に示すように、ＧＰＳ衛星２００ｉは、地球３００の衛星軌道に現在２０個程度打ち上げられており、トンネルの内部や、巨大建造物等の内部或いは陰でない限り、一般に４個以上のＧＰＳ衛星２００ｉから発信される下り回線データを搬送する電波１９を、ＧＰＳ受信器１８は同時に受信可能である。
【００６１】
各ＧＰＳ衛星２００ｉから発信される下り回線データを搬送する電波１９は、地球３００上にあるモニタ局２１０により受信されて、主制御局２２０に集められる。そして、各ＧＰＳ衛星２００ｉの位置は、下り回線データ中のシステム時刻によりケプラー方程式を解くことで得られる。そして、このように得られた各ＧＰＳ衛星２００ｉの軌道定数（位置）は、時計の補正係数、暦（アルマナック）等の諸情報と共に、対応するＧＰＳ衛星２００ｉへの上り回線データを搬送する電波２９の一部として送信局２１２から各ＧＰＳ衛星２００ｉに向けて送信される。これを受信した各ＧＰＳ衛星２００ｉは、測距コード、暦（アルマナック）等の諸情報と共に、自己の位置情報を下り回線データに含ませて電波１９に載せて送信する。
【００６２】
そして、車両１１８に搭載されたＧＰＳ受信器１８は、複数のＧＰＳ衛星２００ｉから夫々の位置情報を含めた下り回線データを搬送する電波１９を受信し、各ＧＰＳ衛星２００ｉからＧＰＳ受信器１８に電波１９が到達するのに要する時間を測定するように構成されている。
【００６３】
図１及び図２において、第１実施形態では特に、車両１１８に搭載されたＧＰＳ受信器１８により捕捉されているｎ個のＧＰＳ衛星２００ｉ（但し、i＝１，２，…，ｎ）から発信される電波１９に搬送される下り回線データから夫々、擬似距離ｒiを測定する測定手段の一例と、この電波１９におけるマルチパスの発生を検出する検出手段の一例と、この検出結果に応じて、車両１１８の座標を選択的に算出する第１算出手段の一例及び第２算出手段の一例と、第１又は第２算出手段により算出された車両１１８の座標を車両１１８の現在位置を示す現在位置データとして出力する出力手段の一例とが、ＣＤ３３又はＤＶＤ３４若しくはＲＯＭ２３等に格納されたコンピュータプログラムを実行するシステムコントローラ２０から構築されている。ここで、第１算出手段は、マルチパスの発生が検出されない場合に、擬似距離ｒｉを夫々表す車両１１８の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とするｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対して、ニュートン法による収束計算を行うことでｎ元連立方程式の解として、車両１１８の現在位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを近似的に算出するものである。他方、第２算出手段は、マルチパスの発生が検出された場合に、ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星２００n+1として見立てた擬似距離ｒn+1を表す座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対して、ニュートン法による収束計算を行ってｎ＋１元連立方程式の解として車両１１８の現在位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを近似的に算出するものである。
【００６４】
本実施形態では、ニュートン法による収束計算を行って測位解を算出するが、この方法は、近似解を算出するための一例であり、他の方法でｎ元連立方程式の測位解を算出することも可能である。
【００６５】
ここで、本実施形態において、このような第１算出手段により車両１１８の現在位置座標を算出するのか、第２算出手段により車両１１８の現在位置座標を算出するのかの選択の基本となるマルチパスについて、図３及び図４を参照して説明を加える。
【００６６】
図３に示すように、ＧＰＳ衛星２００ｉからの電波１９は、特に高層ビル等の建造物３００ａの付近では、ＧＰＳ受信器１８に直接届く経路を通る直接波１９ａの他に、建造物３００ａの表面で一度或いは複数回反射してからＧＰＳ受信器１８に届く別の経路を通る反射波１９ｂを有することがある。このように同一ＧＰＳ衛星２００ｉから同時に複数の電波経路を介して直接波１９ａ及び反射波１９ｂが受信される、即ちマルチパスが発生すると、直接波１９ａ及び反射波１９ｂがＧＰＳ受信器１８の到達するのに要する時間に誤差が発生し、これに基づく擬似距離ｒｉに誤差が発生する。例えばマルチパスが発生すると、一般に直接波１９ａに基づく擬似距離と反射波１９ｂに基づく擬似距離とが不規則に交互に計測されるので、到達時間や擬似距離ｒｉが短周期でばたつくことになり、ＧＰＳ測位精度が極端に低下してしまうのである。
【００６７】
更に、理論上は反射波１９ｂのみを検出除去できればよいが、実際には図４に示すように、ＧＰＳ受信器１８は、直接波と反射波とが合成された合成波１９ｃを受信することとなるので、実際上はどちらを受信しているか検出しづらい。即ち、マルチパスの発生時に反射波１９ｂのみを検出除去することは困難であることに加えて、マルチパスの発生を検出すること自体も比較的困難である。
【００６８】
例えば、本実施形態では、測定される擬似距離ｒｉの分散に基づいて、擬似距離ｒｉが不安定でなければ、マルチパルスが発生してないものとされ、擬似距離ｒｉが不安定であれば、マルチパルスが発生したものとされる。このように構成すれば、マルチパスが発生すると捕捉しているＧＰＳ衛星２００ｉ間で測定値の分散が異なる場合が多いという事実に基づいて、比較的高精度且つ容易に、マルチパスの発生を検出できるが、それでも尚、図４から分かるように、マルチパスの発生を誤検出する可能性は低くはない。
【００６９】
以上の如きマルチパスの検出特性に鑑み、本実施形態では、以下に説明するよううに、マルチパスが検出されない場合にも、マルチパスの検出が正しく行われた場合にも、マルチパスの検出が誤って行われた場合にも、安定したＧＰＳ測位結果が得られるようにＧＰＳ測位方法が実行される。
【００７０】
尚、第１実施形態並びに後述する第２実施形態におけるＧＰＳ測位方法は、主として図１に示したＣＰＵ２２において実行されるものであり、車載用ナビゲーションシステム全体を制御してナビゲーション動作を実行するメインナビゲーションプログラムの一部として実行される。従って、メインナビゲーションプログラム実行中は、常時各実施形態のフローチャートで示される動作が実行されていることとなる。また、このようなコンピュータプログラムは、ＲＯＭ２３、ＣＤ−ＲＯＭ３１又はＤＶＤ−ＲＯＭ３２に格納されていてもよく、モデム、携帯電話等の通信手段を介してＲＡＭ４２等にダウンロードされてもよい。更にこれに代えて又は加えて、ナビゲーションに必要な地図データ等をダウンロードしてもよい。
【００７１】
次に、以上のように構成された第１実施形態の車載用ナビゲーションシステムにおけるＧＰＳ測位方法について図５のフローチャートを参照して説明する。
【００７２】
図５において、ＧＰＳ受信器１８が、ＧＰＳ衛星２００ｉからの電波１９を受信すると、擬似距離ｒｉが測定される。この測定は、基本的には到達に要した時間を計測して、これに光の速度を掛け合わせることにより行われる。そして先ず、受信しているＧＰＳ衛星２００ｉより測定される擬似距離ｒｉが不安定であるか否か、即ち、擬似距離ｒｉの分散等に基づいて、マルチパスが発生しているか否かが判定される（ステップＳ１１）。
【００７３】
この判定の結果、擬似距離ｒｉが不安定でなければ（ステップＳ１１：いいえ）、マルチパスが発生していないものとして、そのまま測位処理が継続される（ステップＳ１３）。ここでは、第１算出工程として、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に対してニュートン法による収束計算が行われる（ステップＳ１３）。即ち、ｎ元連立非線形方程式の測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔが近似的に算出される。この結果、マルチパスが発生していない状況では、移動体の現在位置を示す座標（ｘ、ｙ、ｚ）が高精度で算出される。
【００７４】
より具体的には、ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒiの近似値をｒi’とするとき、
ｒi’＋（∂ｒi／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒi／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒi／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒi／∂ｔ）Δｔである。
【００７５】
この際、収束計算は、ｎ元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│（但し、i＝１，２，…，ｎ）を、０に近い所定値ε（但しεは、必要とする測位精度に応じて、経験的、実験的、理論的に或いはシミュレーション等により予め設定される値）以内に収束させる計算である。
【００７６】
即ち、ｎ行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，…，Δｒn）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、下記の式１で示されるΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値ε以内に収束させるときの測位解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出する。
【００７７】
【数１】
0004257045.tif 000002
【００７８】
他方、ステップＳ１１における判定の結果、擬似距離ｒｉが不安定であれば（ステップＳ１１：はい）、マルチパスが発生しているものとして、測位方法が、上述した３次元測位から、重み付けαを用いた２次元測位に切り替えられる（ステップＳ１４）。ここでは、重み付けαを用いた２次元測位における第２算出工程により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、地球の中心を１個のＧＰＳ衛星として見立てた擬似距離ｒn+1を表す座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔを変数とする１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対してニュートン法による収束計算が行われる。即ち、ｎ＋１元連立非線形方程式の測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔが近似的に算出される。尚、このステップ１４で用いる重み付けαの値は、１以上で適宜設定可能であるが、この値が１より大きい方が以下に説明する測位解を安定させる効果が大きい。
【００７９】
より具体的には、ｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒiの近似値をｒi’とするとき、
ｒi’＋（∂ｒi／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒi／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒi／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒi／∂ｔ）Δｔである。
【００８０】
他方、１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、ｒn+1の近似値をｒn+1’とするとき、
ｒn+1’＋（∂ｒn+1／∂ｘ）Δｘ＋（∂ｒn+1／∂ｙ）Δｙ＋（∂ｒn+1／∂ｚ）Δｚ＋（∂ｒn+1／∂ｔ）Δｔである。
【００８１】
この際、収束計算は、ｎ＋１元連立方程式において擬似距離誤差Δｒi＝│ｒi−ｒi’│（但し、i＝１，２，…，ｎ，ｎ＋１）を所定値ε以内に収束させる計算である。
【００８２】
即ち、ｎ＋１行目に重み付けαがされたｎ＋１行１列の擬似距離誤差行列をΔＲ＝（Δｒ1，Δｒ2，…，Δｒn，α・Δｒn+1）とし、４行１列の位置誤差行列をΔＸ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｔ）とし、ｎ＋１行目にαの重み付けがされたｎ＋１行４列の偏微分項行列をＡとしたときの、下記の式２で示されるΔＲ＝Ａ・ΔＸを所定値ε以内に収束させるときの解（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を算出する。
【００８３】
【数２】
0004257045.tif 000003
【００８４】
特にこの場合、地球３００の中心を一つのＧＰＳ衛星２００n+1と見立てて追加される最下行にある項、即ち左辺におけるΔｒn+1と、右辺の偏微分項行列（或いは方向余弦行列）Ａ中におけるＡx,n+1，Ａy,n+1，Ａz,n+1，Ａt,n+1とに対する重み付けαが行われる。
【００８５】
以上の結果、第１実施形態によれば、マルチパスが発生している状況においては、ステップＳ１４により、地球をＧＰＳ衛星と見立てたことに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）も安定する。逆に、マルチパスが発生していないのにマルチパスの発生が誤検出された場合には、ステップＳ１４により、やはり地球をＧＰＳ衛星と見立てたことに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）が安定する。他方、マルチパスが発生していない状況においては、ステップＳ１３により、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、特別な重み付けを用いたり、２次元測位に切り替えることなく、安定している。そして、マルチパスの発生による誤差或いはマルチパスの発生を誤検出することによる誤差に起因したばらつきの影響が低減された車両１１８の現在位置座標が、現在位置データとしてディスプレイ４４（図１参照）で表示地図上に表示される。
【００８６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。ここに、図６は、第２実施形態におけるＧＰＳ測位方法のフローチャートである。尚、第２実施形態のハードウエア構成は、図１に示した第１実施形態のものと同様である。また図５と同様のステップには、同様のステップ番号を付し、それらの説明は省略する。
【００８７】
図６に示すように、第２実施形態のＧＰＳ測位方法では、第１実施形態における地球３００の中心を１個のＧＰＳ衛星２００n+１に見立てて追加された１個の関数に代えて、時間誤差ｔを推定する関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いる。この時間誤差ｔを推定する関数としては、既に当業者において知られており２衛星測位において使用されている関数を使用することが可能であり、ここでは、係る関数の具体的な説明は表略する。
【００８８】
即ち、図６において、ステップＳ１０からＳ１３が第１実施形態と同様に行われる。
【００８９】
そして、ステップＳ１１の判定の結果、擬似距離ｒｉが不安定であれば（ステップＳ１１：はい）、マルチパスが発生しているものとして、時計誤差ｔを推定できるか否かが判定される（ステップＳ２２）。ここに、「時計誤差ｔ」とは、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信器１８の時刻の誤差であり、ＧＰＳ衛星の原子時計と、ＧＰＳ受信器１８の水晶時計とを完全に同期させることが不可能なために生じる誤差であり、下り回線データの電波１９の受信状況によっては、下り回線データに基づき、ＧＰＳ受信器１８により推定可能なものである。そして、この判定の結果、時計誤差ｔを推定できない場合（ステップＳ２２：いいえ）、ステップＳ１３に分岐して、そのまま上述した測位処理が継続される。
【００９０】
他方、ステップＳ２２における判定の結果、時計誤差ｔを推定できる場合（ステップＳ２２：はい）、測位方法が、上述した３次元測位から、重み付けαを用いた時計誤差推定による測位に切り替えられる。ここでは、重み付けαを用いた時計誤差推定による測位における第２算出工程により、擬似距離ｒｉを夫々表すｎ個の関数ｆｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に、時計誤差を推定する１個の関数ｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に重み付けα（但し、αは１以上の実数）を行ったαｆn+1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を加えた合計ｎ＋１個の関数に対してニュートン法による収束計算が行われる（ステップＳ２４）。即ち、第１実施形態の場合とほぼ同様に、前記式２に示したように、ｎ＋１元連立非線形方程式の測位解として座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び時計誤差ｔが近似的に算出される。尚、このステップ２４で用いる重み付けαの値は、１以上で適宜設定可能であるが、この値が１より大きい方が測位解を安定させる効果が大きい。
【００９１】
特にこの場合にも、前記式２において、時計誤差ｔを推定して測位するときに追加される最下行にある項、即ち左辺におけるΔｒn+1と、右辺の偏微分項行列（或いは方向余弦行列）Ａ中におけるＡx,n+1，Ａy,n+1，Ａz,n+1，Ａt,n+1とに対する重み付けαが行われる。
【００９２】
以上の結果、第２実施形態によれば、マルチパスが発生している状況においては、ステップＳ２４により、時計誤差推定により測位することに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）も安定する。逆に、マルチパスが発生していないのにマルチパスの発生が誤検出された場合には、ステップＳ２４により、やはり時計誤差推定により測位することに対応して安定している筈の擬似距離ｒn+1に係る項に重み付けαを行った分だけ、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）が安定する。他方、マルチパスが発生していない状況においては、ステップＳ１３により、測位解としての座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、特別な重み付けを用いたり、時計誤差推定による測位に切り替えることなく、安定している。そして、マルチパスの発生による誤差或いはマルチパスの発生を誤検出することによる誤差に起因したばらつきの影響が低減された車両１１８の現在位置座標が、現在位置データとしてディスプレイ４４（図１参照）で表示地図上に表示される。
【００９３】
以上説明した各実施形態は、車載用ナビゲーション装置に係るものであるが、本発明のＧＰＳ測位方法及び装置は、これに限られるものではなく、航空機、船舶等や、更にナビゲーション装置を携帯して移動する人間、動物など、任意の移動体の現在位置を安定に測位できるＧＰＳ測位方法及び装置として適用可能である。
【００９４】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうＧＰＳ測位方法及び装置、ナビゲーションシステム並びにコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、マルチパスが発生していない場合でも、マルチパスが実際に発生した場合でも、或いはマルチパスの発生が誤検出された場合でも、安定なＧＰＳ測位結果が得られ、高品位のナビゲーションが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の車載用ナビゲーションシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態におけるＧＰＳ測位の概念図である。
【図３】実施形態におけるマルチパスを示す一の図式的概念図である。
【図４】実施形態におけるマルチパスを示す他の図式的概念図である。
【図５】第１実施形態におけるＧＰＳ測位方法のフローチャートである。
【図６】第２実施形態におけるＧＰＳ測位方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１０…自立測位装置
１１…加速度センサ
１２…角速度センサ
１３…速度センサ
１８…ＧＰＳ測位装置
１９…電波
１９ａ…直接波
１９ｂ…反射波
２０…システムコントローラ
２１…インタフェース
２２…ＣＰＵ
２３…ＲＯＭ
２４…ＲＡＭ
３０…バス
３１…ＣＤ−ＲＯＭドライブ
３２…ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ
４０…表示ユニット
５０…音声出力ユニット
６０…入力装置
２００…ＧＰＳ衛星
３００…地球
３００ａ…建造物
【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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