(57)【要約】【課題】基準局側において正確な時刻を低コストで同期することができ、移動局側において基準局との間で時刻同期を行うことなく簡易な装置で高精度な位置算出を可能とする位置算出システム等を提供する。【解決手段】位置算出システムは、移動局、基準局、時刻基準局から構成される。時刻基準局は時刻同期情報を基準局へ供給し、基準局は時刻同期手段に基づいて時刻基準局の時刻との同期を行う。基準局は、各基準局が共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで、基準局の位置情報及び送信時刻情報を位置算出情報として移動局へ供給し、移動局は、位置算出情報から基準局と自局との距離関係及び基準局同士の距離関係を表した関係式を求め、これら関係式から自局の絶対位置を算出する。【選択図】図１
2009063539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自局の高精度な位置情報を保持する第１保持手段、時刻を高精度に計測する時計手段、基準局の時刻を同期するための時刻同期情報を供給する第１供給手段を有する時刻基準局と、
自局の高精度な位置情報を保持する第２保持手段、前記第１供給手段からの前記時刻同期情報を取得する第１取得手段、自局の時刻を前記時刻基準局の時刻に同期させる時刻同期手段、移動局の位置を算出するための位置算出情報を供給する第２供給手段を有する前記基準局と、
前記第２供給手段からの前記位置算出情報を取得する第２取得手段、自局の絶対位置を算出する位置算出手段を有する前記移動局と、から構成される位置算出システムであって、
前記時刻基準局は、前記第１供給手段により自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を前記時刻同期情報として前記基準局へ供給し、前記基準局は、前記第１取得手段により取得した前記時刻基準局の前記位置情報及び前記送信時刻情報から、前記時刻同期手段により情報取得までかかった時間を求め前記送信時刻情報に加算して前記時刻基準局の時刻との同期を行い、
前記基準局は、前記第２供給手段により自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を前記位置算出情報として前記移動局へ供給し、前記移動局は、前記第２取得手段により取得した前記基準局の前記位置情報及び前記送信時刻情報から、前記位置算出手段により、前記基準局と自局との距離関係を表した式及び前記基準局同士の距離関係を表した式を求めてこれらの式から自局の絶対位置を算出し、
前記基準局は、前記第２供給手段により前記位置情報及び前記送信時刻情報を前記移動局へ供給するに際し、それぞれの基準局が共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで行うことを特徴とする位置算出システム。
【請求項２】
前記基準局は、あらかじめ基準局間で行われたスケジューリングに従って、それぞれの基準局が一定間隔ごとに決められたタイミングで前記第２供給手段による前記移動局へ供給を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置算出システム。
【請求項３】
前記基準局は、それぞれの基準局が行う供給の間隔に関する情報である供給間隔情報を前記移動局へ供給する情報に含め、前記供給間隔情報に基づく任意のタイミングで前記第２供給手段による前記移動局へ供給を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置算出システム。
【請求項４】
前記時刻基地局及び前記基準局は、地上に設置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置算出システム。
【請求項５】
前記時刻基地局は、前記基準局の１つとして機能することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の位置算出システム。
【請求項６】
自局の高精度な位置情報を保持し、時刻を高精度に計測する機能を有する時刻基準局と、自局の高精度な位置情報を保持し、前記時刻基準局からの時刻同期情報に基づいて自局の時刻を前記時刻基準局の時刻に同期させる機能を有する基準局とともに位置算出システムを構成する移動局であって、
前記基準局から供給される位置算出情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された位置算出情報に基づいて自局の絶対位置を算出する位置算出手段とを有し、
前記取得手段は、それぞれの前記基準局から共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで供給された前記基準局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を取得し、
前記位置算出手段は、前記取得手段により取得された前記位置情報及び前記送信時刻情報から、前記基準局と自局との距離関係を表した式及び前記基準局同士の距離関係を表した式を求め、該求めた式から自局の絶対位置を算出することを特徴とする移動局。
【請求項７】
自局の高精度な位置情報を保持し、時刻を高精度に計測する機能を有する時刻基準局と、自局の高精度な位置情報を保持し、前記時刻基準局からの時刻同期情報に基づいて自局の時刻を前記時刻基準局の時刻に同期させる機能を有する基準局と、前記基準局からの位置算出情報に基づいて自局の絶対位置を算出する機能を有する移動局と、から構成される位置算出システムにおける位置算出方法であって、
前記時刻基準局において、自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を前記時刻同期情報として前記基準局へ供給する第１供給ステップと、
前記基準局において、前記時刻基準局から供給された前記位置情報及び前記送信時刻情報から、情報取得までかかった時間を求めて前記送信時刻情報に加算し、前記時刻基準局の時刻との同期を行う時刻同期ステップと、
前記基準局において、自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を、それぞれの基準局が共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで、前記位置算出情報として前記移動局へ供給する第２供給ステップと、
前記移動局において、前記基準局から供給された前記位置情報及び前記送信時刻情報から、前記基準局と自局との距離関係を表した式及び前記基準局同士の距離関係を表した式を求め、これらの式から自局の絶対位置を算出する位置算出ステップと、
を有することを特徴とする位置算出方法。
【請求項８】
自局の高精度な位置情報を保持し、時刻を高精度に計測する時刻基準局と、自局の高精度な位置情報を保持し、前記時刻基準局からの時刻同期情報に基づいて自局の時刻を前記時刻基準局の時刻に同期させる基準局と、前記基準局からの位置算出情報に基づいて自局の絶対位置を算出する移動局と、から構成される位置算出システムにおけるプログラムであって、
自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を前記時刻同期情報として前記基準局へ供給する第１供給機能を前記時刻基準局に実現させ、
前記時刻基準局から供給された前記位置情報及び前記送信時刻情報から、情報取得までかかった時間を求めて前記送信時刻情報に加算し、前記時刻基準局の時刻との同期を行う時刻同期機能を前記基準局に実現させ、
自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を、それぞれの基準局が共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで、前記位置算出情報として前記移動局へ供給する第２供給機能を前記基準局に実現させ、
前記基準局から供給された前記位置情報及び前記送信時刻情報から、前記基準局と自局との距離関係を表した式及び前記基準局同士の距離関係を表した式を求め、これらの式から自局の絶対位置を算出する位置算出機能を前記移動局に実現させることを特徴とするプログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のプログラムを記録しコンピュータ読み取り可能なことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置算出システム、移動局、位置算出方法、プログラム、及び記録媒体に関し、特に、移動局側における正確な時計合わせを必要とせずに移動局の位置情報（３次元座標）を高い精度で得ることが可能な技術で、高精度な位置情報取得に関してＧＰＳに代替して好適に適用される技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置情報を得るための技術として、複数の人工衛星から受信する衛星電波から測位対象の現在位置座標を計算するＧＰＳ（Global Positioning System）が知られ、近年では、車両のカーナビゲーションシステムや、携帯情報端末を利用した案内サービス等にＧＰＳが用いられている。
【０００３】
このように、ＧＰＳは場所案内サービス等に積極的に活用されているが、他方で、ＧＰＳによる位置情報取得は、例えば衛星を打ち上げるといった大規模な設備が必要となり、設備投資のコストがかかる。また、設備投資の高コスト化から、電波受信状態が悪いエリアを少なくするために衛星を多数設置するといった方策を実施することが困難である。さらに、衛星は宇宙空間上に配置されるため、正確な時刻を維持するために相対論的効果による時間の進み方の違いを考慮した時計を用意する必要がある。
【０００４】
また、一般に測位システムでは、基準局と移動局の両者で精度の高い時刻を同期させて保持し、電波の送信・受信時間等から移動局の位置を算出する方法をとれば、精度の高い位置測定を行うことは可能であるが、この場合、移動局が基準局の時計と同期していることが前提となるため、固定の設備ではない移動局を常にメンテナンスされた状態としておく必要があり、困難を伴う。
【０００５】
ところで、例えば特許文献１では、複数の人工衛星を使用した簡単なアルゴリズム処理による位置検出を行う観測位置検出方法が開示されている。当該観測位置検出方法では、観測者に３つの人工衛星の相対位置関係の情報を与え、地上の時刻基準局から時刻基準信号を与えて３つの人工衛星の動機をとることで観測者に時刻の情報を与え、これらの情報と人口衛生の軌道情報を使用することにより、観測者は特別な時刻装置を持たずに自分の位置を決定できる。
【０００６】
また、例えば特許文献２では、あらかじめ正確な位置がわかっている基準局と端末局との距離について電波を利用して測定し、その距離から端末局の位置を求めることが可能な電波測位システムが開示されている。当該電波測位システムでは、端末局が位置算出器を有し、位置算出器により、電波に記された送信時刻と受信時刻との差に光速を乗ずることで基準局までの距離を算出し、基準局ごとに求めた基準局までの距離と該基準局の位置情報とから端末局の位置を算出している。
【特許文献１】特開昭６３−１２２９７６号公報
【特許文献２】特許第３７０４８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で開示された発明は、人工衛星を利用した位置検出方法で、上述したような、電波受信状態の不良エリアを解消するための設備コストや、移動局に正確な時刻を保持させるうえでの難点が解決されていない。また、特許文献２で開示された発明は、人工衛星ではなく飛行船を基準局として活用するもので、確かに、設備コストが人工衛星に比べてかからず、また端末局（移動局）と基準局との間の時刻同期が不要な点で上記問題点が解消されている。しかしながら、例えば４つの飛行船を基準局として時刻同期を行わずに端末局の位置を測定するには、電波の送受信を４つ同時に行うことが必要で、１つの周波数を用いるときには混信するおそれがあり、３つの周波数の異なる電波を使うときには端末局側の受信制御が複雑なものとなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した事情に鑑み、基準局側において正確な時刻を低コストで同期することができ、移動局側において基準局との間で時刻同期を行うことなく簡易な装置で高精度な位置算出を可能とする位置算出システム等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明の第１の位置算出システムは、自局の高精度な位置情報を保持する第１保持手段、時刻を高精度に計測する時計手段、基準局の時刻を同期するための時刻同期情報を供給する第１供給手段を有する時刻基準局と、自局の高精度な位置情報を保持する第２保持手段、第１供給手段からの時刻同期情報を取得する第１取得手段、自局の時刻を時刻基準局の時刻に同期させる時刻同期手段、移動局の位置を算出するための位置算出情報を供給する第２供給手段を有する基準局と、第２供給手段からの位置算出情報を取得する第２取得手段、自局の絶対位置を算出する位置算出手段を有する移動局と、から構成される。そして、時刻基準局が、第１供給手段により自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を時刻同期情報として基準局へ供給し、基準局が、第１取得手段により取得した時刻基準局の位置情報及び送信時刻情報から、時刻同期手段により情報取得までかかった時間を求め送信時刻情報に加算して時刻基準局の時刻との同期を行い、また、基準局が、第２供給手段により自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を位置算出情報として移動局へ供給し、移動局が、第２取得手段により取得した基準局の位置情報及び送信時刻情報から、位置算出手段により、基準局と自局との距離関係を表した式及び基準局同士の距離関係を表した式を求めてこれらの式から自局の絶対位置を算出し、また、基準局が、第２供給手段により位置情報及び送信時刻情報を移動局へ供給するに際し、それぞれの基準局が共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで行う。
【００１０】
また、本発明の第１の移動局は、自局の高精度な位置情報を保持し、時刻を高精度に計測する機能を有する時刻基準局と、自局の高精度な位置情報を保持し、時刻基準局からの時刻同期情報に基づいて自局の時刻を時刻基準局の時刻に同期させる機能を有する基準局とともに位置算出システムを構成し、基準局から供給される位置算出情報を取得する取得手段と、取得手段により取得された位置算出情報に基づいて自局の絶対位置を算出する位置算出手段とを有する。そして、取得手段が、それぞれの基準局から共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで供給された基準局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を取得し、位置算出手段が、取得手段により取得された位置情報及び送信時刻情報から、基準局と自局との距離関係を表した式及び基準局同士の距離関係を表した式を求め、該求めた式から自局の絶対位置を算出する。
【００１１】
また、本発明の第１の位置算出方法は、自局の高精度な位置情報を保持し、時刻を高精度に計測する機能を有する時刻基準局と、自局の高精度な位置情報を保持し、時刻基準局からの時刻同期情報に基づいて自局の時刻を時刻基準局の時刻に同期させる機能を有する基準局と、基準局からの位置算出情報に基づいて自局の絶対位置を算出する機能を有する移動局と、から構成される位置算出システムにおける位置算出方法であって、時刻基準局において、自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を時刻同期情報として基準局へ供給する第１供給ステップと、基準局において、時刻基準局から供給された位置情報及び送信時刻情報から、情報取得までかかった時間を求めて送信時刻情報に加算し、時刻基準局の時刻との同期を行う時刻同期ステップと、基準局において、自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を、それぞれの基準局が共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで、位置算出情報として移動局へ供給する第２供給ステップと、移動局において、基準局から供給された位置情報及び送信時刻情報から、基準局と自局との距離関係を表した式及び基準局同士の距離関係を表した式を求め、これらの式から自局の絶対位置を算出する位置算出ステップと、を有する。
【００１２】
また、本発明の第１のプログラムは、自局の高精度な位置情報を保持し、時刻を高精度に計測する時刻基準局と、自局の高精度な位置情報を保持し、時刻基準局からの時刻同期情報に基づいて自局の時刻を時刻基準局の時刻に同期させる基準局と、基準局からの位置算出情報に基づいて自局の絶対位置を算出する移動局と、から構成される位置算出システムにおけるプログラムであって、自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を時刻同期情報として基準局へ供給する第１供給機能を時刻基準局に実現させ、時刻基準局から供給された位置情報及び送信時刻情報から、情報取得までかかった時間を求めて送信時刻情報に加算し、時刻基準局の時刻との同期を行う時刻同期機能を基準局に実現させ、自局の位置情報及び供給時点の時刻を表す送信時刻情報を、それぞれの基準局が共通の単一周波数を用いて異なるタイミングで、位置算出情報として移動局へ供給する第２供給機能を基準局に実現させ、基準局から供給された位置情報及び送信時刻情報から、基準局と自局との距離関係を表した式及び基準局同士の距離関係を表した式を求め、これらの式から自局の絶対位置を算出する位置算出機能を移動局に実現させる。
【００１３】
また、本発明の第１の記録媒体は、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基準局側において正確な時刻を低コストで同期することができ、移動局側において基準局との間で時刻同期を行うことなく簡易な装置で高精度な位置算出を可能とする位置算出システム等が提供される
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態である位置算出システムのシステム構成を示した図である。当該位置算出システムは、移動局１０、基準局２０、及び時刻基準局３０から構成される。移動局１０は、本システムでの位置算出対象となるもので、位置算出手段１１及び第２取得手段１２を有する。基準局２０は、移動局１０に対して位置算出のための情報を含む電波を送信するもので、第２供給手段２１、時刻同期手段２２、第２保持手段２３、及び第１取得手段２４を有する。時刻基準局３０は、基準局２０に対して時刻同期のための情報を含む電波を送信するもので、時計手段３１、第１供給手段３２、及び第１保持手段３３を有する。
【００１７】
時計基準局３０では、時計手段３１が正確な時刻を保持し、第１保持手段３３が自局の高精度な位置情報を保持し、第１供給手段３２が自局の位置情報と時刻情報（電波送信時刻の情報）を電波にのせて基準局２０へ送信する。
【００１８】
基準局２０では、第１取得手段２４が時刻基準局３０からの電波を受信して時刻基準局３０の位置情報と電波送信時刻を取得する。また、基準局２０では、第２保持手段２３が自局の高精度な位置情報を保持し、時刻同期手段２２が時刻基準局３０の位置情報、電波送信時刻、自局の位置情報を用いて時刻基準局３０の時刻に同期させる。また、基準局２０では、第２供給手段２１が自局の位置情報及び時刻情報（電波送信時刻の情報）を電波にのせて移動局１０へ送信する。
【００１９】
時刻同期手段２２による時刻同期は、具体的には以下のとおりである。第１取得手段２４で取得した位置情報は３次元座標（緯度、経度、高度）で、時刻同期手段２２は、取得した時刻基準局３０の３次元座標と第２保持手段２３の保持する自局の３次元座標から両局の距離を算出し、該距離と電波の速度から電波送信から電波受信までにかかった時間を求める。そして、時刻基準局３０から取得した電波送信時刻に上記求めた時間を加算し、自局（基準局２０）における時刻を算出する。これにより、時刻基準局３０の高精度な時刻に基準局２０の時刻を同期させることができる。
【００２０】
移動局１０では、第２取得手段１２が基準局２０からの電波を受信して基準局２０の位置情報と電波送信時刻を取得し、位置算出手段１１が基準局２０の位置情報、電波送信時刻、及び移動局１０の電波受信時刻の情報から自局の絶対位置の算出を行う。
【００２１】
位置算出手段１１による位置算出は、具体的には以下のとおりである。基準局２０は４つ以上設置された局で、一定時間間隔ごとにそれぞれ自局の3次元座標及び電波送信時刻を含む電波を送信し、位置算出手段１１は、取得した基準局２０の３次元座標、電波送信時刻、自局（移動局１０）の電波受信時刻から、基準局２０と自局の距離関係を表した式と基準局２０同士の距離関係を表した式を求める。そして、求めたこれらの関係式からなる連立方程式を解き、自局の３次元座標を算出する。これにより、移動局１０の絶対位置として3次元座標を高精度に算出することができる。
【００２２】
続いて、本実施形態の位置算出システムの具体的な適用例として、カーナビゲーションシステムについて説明する。
【００２３】
図２は、本実施形態におけるカーナビゲーションシステムのシステム構成を示した図である。当該カーナビゲーションシステムは、カーナビゲーション装置１００、基準局２００、及び時刻基準局３００から構成される。カーナビゲーション装置１００は、車両に搭載され、本システムでナビゲーションを行うために必要な自車両の位置算出対象となるもので、制御部１１０、位置情報取得手段１２０、時計１３０、及びユーザインタフェース部１４０を有する。基準局２００は、カーナビゲーション装置１００に対して位置算出のための情報を含む電波を送信するもので、位置情報供給装置２１０、制御部２２０、位置情報保存装置２３０、時刻同期情報取得手段２４０、及び時計２５０を有する。時刻基準局３００は、基準局２００に対して時刻同期のための情報を含む電波を送信するもので、時計３１０、時刻同期情報供給手段３２０、位置情報保存装置３３０、及び制御部３４０を有する。
【００２４】
カーナビゲーション装置１００は図１の移動局１０に対応し、制御部１１０は位置算出手段１１に、位置情報取得手段１２０は第２取得手段にそれぞれ対応する。制御部１１０は、カーナビゲーション装置１００全体の動作制御を行うとともに、基準局２００からの電波受信で取得した情報に基づいて自機の位置算出を行う。位置情報取得手段１２０は、基準局２００から送信される電波を受信して、電波に含まれる基準局２００の３次元座標情報や電波送信時刻情報を位置算出のための情報として取得する。時計１３０は、基準局２００から電波受信タイミングを相対的な電波受信時刻として計測する。ユーザインタフェース部１４０は、地図情報を表示装置に画面表示したり入力装置からユーザの入力を受け付けたりする。なお、実際にはユーザインタフェース部１４０は、地図表示画面や入力装置等として実現され、位置情報取得手段１２０は電波受信装置として実現される。
【００２５】
基準局２００は図１の基準局２０に対応し、位置情報供給手段２１０は第２供給手段２１に、制御部２２０は時刻同期手段２２に、位置情報保存装置２３０は第２保持手段２３に、時刻同期情報取得手段２４０は第１取得手段２４にそれぞれ対応する。位置情報供給手段２１０は、カーナビゲーション装置１００に対して、自局の３次元座標（緯度、経度、高度）及び電波送信時刻を含む電波を送信する。制御部２２０は、基準局２００（ここでは各基準局）全体の動作制御を行うとともに、時刻基準局１００からの電波受信で取得した情報に基づいて時刻基準局１００と時刻同期を行う。また、制御部２２０は、あらかじめ行われたスケジューリングに従ったタイミングで電波を発信させる制御情報を位置情報供給手段２１０へ送出する。位置情報保存装置２３０は、自局の高精度な３次元座標を保持する。時刻同期情報取得手段２４０は、時刻基準局３００から送信される電波を受信して、電波に含まれる時刻基準局３００の３次元座標情報や電波送信時刻情報を時刻同期のための情報として取得する。時計２５０は、制御部２２０による時刻基準局３００との時刻同期に基づいて電波を送信する時刻を計測する。なお、実際には位置情報供給手段２１０と時刻同期情報取得手段２４０は、それぞれ電波放送装置と電波受信装置として実現される。
【００２６】
時刻基準局３００は図１の時刻基準局３０に対応し、時計３１０は時計手段３１に、時刻同期情報供給手段３２０は第１供給手段３２に、位置情報保存装置３３０は第１保持手段３３にそれぞれ対応する。時計３１０は、自局の正確な時刻を保持し、電波を送信する時刻を計測する。時刻同期情報供給手段３２０は、基準局２００に対して、自局の３次元座標（緯度、経度、高度）及び電波送信時刻を含む電波を送信する。位置情報保存装置３３０は、自局の高精度な３次元座標を保持する。制御部３４０は、時刻基準局３００全体の動作制御を行う。なお、実際には時刻同期情報供給手段３２０は、電波送信装置として実現される。
【００２７】
ところで、基準局２００は、専用の装置を道路内若しくは道路の近くに配置してもよいし、信号機等の道路上若しくは道路外の設備に組み込んで配置してもよく、いずれにせよ地上に配置することが望ましい。また、時刻基準局３００は、基準局２００としての機能も持ち合わせているため、基準局２００の役割を兼ねさせ、基準局２００の１つとして構成してもよい。
【００２８】
本実施形態におけるカーナビゲーションシステムで行われる時刻同期及び位置算出についてさらに詳細に説明する。
【００２９】
図３は、該カーナビゲーションシステムでの時刻同期及び位置算出を説明するための図である。本システムでは、先に述べたように、基準局で時刻基準局との時刻同期が行われた後、カーナビゲーションシステムにおいて各基準局からの電波放送を受けて位置算出がなされる。例えば、基準局間で行われたスケジューリングにより、カーナビゲーション装置１００への電波送信タイミングが、基準局ａ２０１、基準局ｂ２０２、基準局ｃ２０３、基準局ｄ２０４の順であるとする。このとき、まず時刻同期を行うために、時刻基準局３００は、基準局ａ２０１から基準局ｄ２０４に自局の位置情報（３次元座標）と電波送信時刻情報とを電波にのせて送信する（矢印（１）〜（４））。この際の電波送信は同時でも順次でもよいが、所定間隔ごとに順次行う方が単一の周波数で送信でき、また送信側の時刻基準局３００で簡易な送信制御を行うことができる。
【００３０】
そして、基準局が時刻基準局との間で時刻同期を行い、各基準局間で同期がとられた同一の時刻を保持するようになった後に、基準局からのカーナビゲーション装置に対する電波送信が行われる。このとき、各基準局で単一の周波数を用いて電波を送信するために、それぞれの基準局が別々のタイミングで電波の送信を行う。すなわち、スケジューリングで定められた順序により電波送信が行われる。ここでは一定間隔ごとに電波を送信する例について述べるが、一定間隔でなく任意の異なる間隔で送信してもよく、いずれにせよ同時でなく電波送信タイミングが異なればよい。
【００３１】
１番目に電波を放送する基準局として決められた基準局ａ２０１は、時刻（ｔ１）で自局の３次元座標及び電波送信時刻を含む電波をカーナビゲーション装置１００に送信する（矢印（５））。なお、ｔ１は基準局ａ２０１で計測した時刻で、電波送信時刻となる。次いで、２番目の電波放送局として定められた基準局ｂ２０２は、時刻ｔ１から所定時間ｉの経過後、すなわち時刻（ｔ１＋ｉ）に自局の３次元座標及び電波送信時刻を含む電波をカーナビゲーション装置１００に送信する（矢印（６））。同様に、３番目の電波放送局である基準局ｃ２０３が時刻（ｔ１＋ｉ×２）に、４番目の電波放送局の基準局ｄ２０４が時刻（ｔ１＋ｉ×３）に自局の３次元座標及び電波送信時刻を含む電波を送信する（矢印（７）、矢印（８））。なお、上記の４つの基準局による電波送信は繰り返し（基準局ａ２０１〜基準局ｄ２０４→基準局ａ２０１〜基準局ｄ２０４→・・・）行われるものとする。
【００３２】
図４は、基準局の電波送信時点とナビゲーション装置の電波受信時点の関係を説明するための図で、（ａ）では基準局の電波送信時点を基準に時間軸を表し、（ｂ）ではナビゲーション装置の電波受信時点を基準に時間軸を表している。図４（ａ）を参照すると、基準局による電波放送は一定間隔ｉごとに行われており、基準局ａ２０１の送信時を時刻０としたとき、基準局ｂ２０２は時刻（ｉ）、基準局ｃ２０３は時刻（ｉ×２）、基準局ｄ２０４は時刻（ｉ×３）、基準局ａ２０１（２回目）は時刻（ｉ×４）、・・・というように、それぞれ電波をしたことになる。なお、時刻（ｉ）、時刻（ｉ×２）等は相対時刻（基準局ａ２０１の送信時を時刻０とした場合の時刻）である。そして、カーナビゲーション装置１００は各基準局からの電波を受信するが、それぞれの基準局との距離の違いから電波送信から電波受信までの時間が異なっている。
【００３３】
他方、図４（ｂ）を参照すると、基準局の電波送信時点を基準とした時間軸に加えて、カーナビゲーション装置の電波受信時点を基準とした時間軸が表されている。この電波受信時刻を基準とした時間軸では、カーナビゲーション装置１００の最初の電波（基準局ａ２０１からの電波）の受信時点を時刻（ｔ２）、続いて、基準局ｂ２０２からの電波受信時点を時刻（ｔ３）、基準局ｃ２０３からの電波受信時点を時刻（ｔ４）、基準局ｄ２０４からの電波受信時点を時刻（ｔ５）、基準局ａ２０１（２回目）からの電波受信時点を時刻（ｔ６）、・・・というように、電波の受信時刻が時系列で表されている。なお、時刻（ｔ２）、時刻（ｔ３）等はカーナビゲーション装置１００の時計１３０（図１）で計測した時刻である。
【００３４】
そして、図４（ｂ）に記載されているように、電波送信時刻（時刻（ｉ）〜時刻（ｉ×７））が一定間隔であるのに対して、電波受信時刻（時刻（ｔ２）〜時刻（ｔ９））の間隔は一定となっていない。時刻（ｔ３）を例にとって説明すると、時刻（ｔ３）は時刻（ｔ２）に間隔ｉを加えたものより若干大きくなっており（ｔ３>ｔ２＋ｉ）、これは、カーナビゲーション装置１００と基準局ａ２０１の距離と、カーナビゲーション装置１００と基準局ｂ２０２の距離が同一でなく、双方の距離の差が規則正しい受信間隔ｉからのぶれとして現れるからである。
【００３５】
図５は、本カーナビゲーションシステムにおける位置算出に用いる関係式を説明するための図である。カーナビゲーション装置１００の３次元座標、各基準局の３次元座標、カーナビゲーション装置１００の電波受信時刻、電波の速度、各基準局の電波送信間隔、カーナビゲーション装置１００と各基準局との距離を変数として用いて関係式を求める。これらの変数のうち、カーナビゲーション装置１００の３次元座標、カーナビゲーション装置１００と各基準局との距離が未知変数である。関係式としては、カーナビゲーション装置１００と各基準局との距離をカーナビゲーション装置の座標と各基準局の座標で表した式（カーナビゲーション装置１００と基準局との距離関係を表した式）と、カーナビゲーション装置１００とそれぞれの基準局との距離の差を電波受信時刻、電波送信間隔、及び電波の速度で表した式（基準局同士の距離関係を表した式）の２種類の式を用いる。図５に示すように、関係式１から関係式４が前段の式であり、関係式５から関係式７が後段の式である。なお、関係式５から関係式７は、図４（ｂ）の電波受信時刻を基準とした時間軸から導き出される。
【００３６】
このように、カーナビゲーション装置１００と基準局との距離関係を表した式と、基準局同士の距離関係を表した式とからなる連立方程式を解くことで、カーナビゲーション装置１００で時刻同期を行うことなく位置情報（３次元座標）を求めることができる。
【００３７】
次に、本実施形態におけるカーナビゲーションシステムで行われる時刻同期動作及び位置算出動作について説明する。
【００３８】
図６は、本実施形態におけるカーナビゲーションシステムで行われる時刻同期動作の流れを示したフローチャートである。時刻同期動作は、上述したように、時刻基準局３００と基準局２００との間で行われる。
【００３９】
まず、時刻基準局３００において、任意のタイミングで時刻同期情報を基準局２００に送るための電波放送を開始する（ステップＳ１１）。なお、ここでは、電波放送の開始は、実際の電波送信ではなく電波にのせる情報の取得準備を意味する。次に、時刻基準局３００は、位置情報保存装置３３０から自局の位置情報（緯度、経度、高度）を取得する（ステップＳ１２）。続いて、時刻基準局３００は、時計３１０を利用して時刻を取得する（ステップＳ１２）。そして、時刻基準局３００は、時刻同期情報供給手段３２０を利用して、位置情報保存装置３３０から取得した位置情報、時計３１０から取得した時刻、そして時刻基準局３００からの電波であることを示す識別情報を電波で送信する（ステップＳ１４）。
【００４０】
次に、基準局２００は、時刻同期情報取得手段２４０を利用して時刻基準局３００からの電波を受信し、電波に含まれる時刻基準局３００の位置情報（緯度、経度、高度）、電波送信時刻、及び識別情報を取得する（ステップＳ１５）。続いて、基準局２００は、取得した情報（時刻基準局３００の位置情報、電波送信時刻）と、位置情報保存装置２３０に保存した自局の位置情報（緯度、経度、高度）とから、時刻基準局３００と自局の距離を求め、その距離を電波が進むのに必要な時間を計算し、電波送信時刻に加算することにより電波受信時刻を得る（ステップＳ１６）。そして、基準局２００は、計算した受信時刻を、電波受信時点での自局の現在時刻として採用することにより、時刻基準局３００との間で時刻を同期する（ステップＳ１７）。
【００４１】
図７は、本実施形態におけるカーナビゲーションシステムで行われる位置算出動作の流れを示したフローチャートである。位置算出動作は、上述したように、各基準局とカーナビゲーション装置１００との間で行われる。なお、以下述べる基準局２００は各基準局（図３の基準局ａ２０１から基準局ｄ２０４）を指しており、それぞれの基準局において同様のフローに従った動作が行われる。
【００４２】
まず、基準局２００は、前回行われた電波放送（位置算出情報をカーナビゲーション装置１００に送るための電波放送）から一定間隔が経過した後に位置情報送出のための電波放送を開始する（ステップＳ２１）。なお、ここでは、電波放送の開始は、実際の電波送信ではなく電波にのせる情報の取得準備を意味する。次に、基準局２００は、位置情報保存装置２３０から自局の位置情報（緯度、経度、高度）を取得する（ステップＳ２２）。続いて、基準局２００は、時計２５０を利用して時刻を取得する（ステップＳ２３）。そして、基準局２００は、位置情報供給手段２１０を利用して、位置情報保存装置２３０から取得した位置情報、時計２５０から取得した時刻、そして基準局２００を一意に特定する識別情報を電波で送信する（ステップＳ２４）。
【００４３】
次に、カーナビゲーション装置１００は、位置情報取得手段１２０を利用して基準局２００からの電波を受信し、電波に含まれる基準局２００の位置情報（緯度、経度、高度）、電波放送時刻、及び識別情報を取得する（ステップＳ２５）。そして、カーナビゲーション装置１００は、４つ以上の識別情報の異なる基準局２００から電波を受信するまで、位置情報や電波放送時刻を取得するステップ（ステップＳ２５）を繰り返す（ステップＳ２６）。次に、カーナビゲーション装置１００は、取得した情報（基準局２００の位置情報、電波送信時刻）と、自機が電波を受信した時刻（相対時刻）とに基づいて、図５に示す関係式（連立方程式）を解くことにより、自機の位置情報（緯度、経度、高度）を計算する（ステップＳ２７）。そして、カーナビゲーション装置１００は、計算で得られた自機の位置情報（経度、経度、高度）を数値や地図表示等の形式でユーザインタフェース部にて表示する（ステップＳ２８）。
【００４４】
なお、位置情報供給手段２１０と位置情報取得手段１２０との間で電波にのせて送受信される情報は、基準局２００の位置情報、電波送信時刻、識別情報だけに限られない。例えば、放送間隔を情報として含めることにより、放送間隔を可変とすることができる。また、利用用途に応じた付加情報、例えば交通情報や店舗案内情報等を含め、ユーザインタフェース部１４０で表示するように構成してもよい。
【００４５】
なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【００４６】
すなわち、上記した実施形態におけるカーナビゲーション装置や基準局等は、プログラムの命令によりコンピュータで実行される処理、手段、機能によって動作する。当該プログラムは、コンピュータの各構成要素に指令を送り、先に述べたような所定の処理や機能、例えば、基準局２００の制御部２２０により、位置情報保存装置２３０で保持された自局の位置情報及び時計２５０で取得された電波送信時刻を位置情報供給手段２１０に電波で送信させるとともに、あらかじめスケジューリングされた順序、タイミングに従った電波送信を位置情報供給手段２１０に行わせる制御情報を送出させる処理を行う。また、例えば、カーナビゲーション装置１００の制御部１１０により、位置情報取得手段１２０で取得した基準局２００の位置情報、電波送信時刻、時計１３０で取得した電波受信時刻に基づいて、関係式（連立方程式）を求めてそれらの式を解いて自機の位置情報を算出する処理を行う。このように、上記実施形態における各処理や手段は、プログラムとコンピュータとが協働した具体的手段によって実現されるものである。
【００４７】
そして、上記実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、すなわち記憶メディアを介して、例えばカーナビゲーション装置のコンピュータ（ＣＰＵ）が記憶メディアに格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、本発明の目的は達成される。また、プログラムは、記録メディアを介さず、通信回線を通じて直接にコンピュータにロードし実行することもでき、これによっても同様に本発明の目的は達成される。
【００４８】
この場合、記憶メディアから読み出された又は通信回線を通じてロードし実行されたプログラムコード自体が前述の実施形態の機能を実現することになる。そして、そのプログラムコードを記憶した記憶メディアは本発明を構成する。
【００４９】
また、プログラムコードを供給するための記憶メディアとしては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、磁気テープ等を用いることができる。
【００５０】
上述した実施形態における第１の効果は、基準局の時刻を高精度かつ比較的低コストで同期できることである。その理由は、基準局と、基準局の時刻の同期元となる時刻基準局とがどちらも地上に設置され、両局間で行われる電波の送信時刻及び受信時刻に基づいて時刻を同期するため、また、宇宙空間上に配置されたＧＰＳで配慮が必要な相対論的効果を考慮した補正が不要なためである。
【００５１】
また、上述した実施形態における第２の効果は、移動局側の設備を簡易にすることができることである。その理由は、各基準局が同期された時計の時刻をもとに一定間隔ごとに電波送信を行うので、１つの周波数しか利用しなくても混信する恐れがなく、移動局側で受信する必要のある電波の周波数が１つだけで済むためである。
【００５２】
また、上述した実施形態における第３の効果は、移動局の位置情報（３次元座標）を算出するのに、移動局側において基準局との間で時刻を同期させる必要がないことである。その理由は、図５に示す関係式からわかるように、移動局は、基準局が電波を送信する間隔、各基準局からの放送をいつ受信したかの相対時刻（移動局が電波を受信した時刻）、そして各基準局から送信された３次元座標及び電波送信時刻のみわかっていれば、移動局の３次元座標を算出するのに十分で、放送を受信した絶対時刻を知る必要がないためである。
【００５３】
また、上述した実施形態における第４の効果は、電波受信状態が悪い場所を少なくするために、基準局を多数設置するといったことが比較的容易にできることである。その理由は、衛星のような打ち上げ、維持にコストのかかり寿命が短い装置を基準局とするのではなく、地上に設置する比較的コストの低い装置を基準局とするためである。また、複数の基準局からの電波の送信を、同じタイミングとならないように各基準局からの電波の送信をスケジューリングするためである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る位置算出システムのシステム構成を示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る位置算出システムのシステム構成を示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る位置算出システムでの時刻同期及び位置算出を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態における基準局の電波送信時点と移動局（カーナビゲーション装置）の電波受信時点の関係を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態における位置算出に用いる関係式を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態における時刻同期動作の流れを示したフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態における位置算出動作の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１０    移動局
１１    位置算出手段
１２    第２取得手段
２０，２００    基準局
２１    第２供給手段
２２    時刻同期手段
２３    第２保持手段
２４    第１取得手段
３０，３００    時刻基準局
３１    時計手段
３２    第１供給手段
３３    第１保持手段
１００    カーナビゲーション装置
１１０，２２０，３４０    制御部
１２０    位置情報取得手段
１３０，２５０，３１０    時計
１４０    ユーザインタフェース部
２１０    位置情報供給手段
２３０，３３０    位置情報保存装置
２４０    時刻同期情報取得手段
３２０    時刻同期情報供給手段
【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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