位置算出方法及び位置算出装置
【課題】位置算出の正確性を向上させることのできる観測誤差の新たな設定方法を提案すること。
【解決手段】ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相をメジャメントとし、このメジャメントを観測値として用いて、カルマンフィルターの理論に基づく位置算出処理を行って位置を算出する。位置算出処理では、最新のメジャメント観測値と最新のメジャメント予測値との差で表される最新観測予測差値（第１のメジャメントパラメーターの値）を算出し、算出した最新観測予測差値を用いて、カルマンフィルターの補正処理に使用する観測誤差行列「Ｒ」を設定する。
【解決手段】ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相をメジャメントとし、このメジャメントを観測値として用いて、カルマンフィルターの理論に基づく位置算出処理を行って位置を算出する。位置算出処理では、最新のメジャメント観測値と最新のメジャメント予測値との差で表される最新観測予測差値（第１のメジャメントパラメーターの値）を算出し、算出した最新観測予測差値を用いて、カルマンフィルターの補正処理に使用する観測誤差行列「Ｒ」を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置算出方法及び位置算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測位用信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から自機までの擬似距離等の情報に基づいて自機の位置を求める位置算出計算を行う。
【０００３】
従来より、位置算出計算としては、最小二乗法を利用した計算が広く用いられている。また、別の手法として、カルマンフィルターを利用した位置算出計算を行って位置を算出する技術も考案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カルマンフィルターは、誤差を含む観測値を利用して、時々刻々と変化する状態量を推定する確率理論に基づく推定方法である。カルマンフィルターでは、対象とする系の状態量を予測する予測処理と、予測処理で予測された状態量を補正する補正処理とを行って、状態量を推定する。補正処理では、所定の外部観測量を観測値として与えて状態量の補正・更新を行うが、この際、想定される観測値の誤差を観測誤差として与えて演算を行う。観測誤差は、一般にＲ値として知られるものである。
【０００６】
カルマンフィルターを利用した位置算出処理では、位置算出装置の位置や移動速度を状態量とし、位置算出装置が受信したＧＰＳ衛星信号の位相や周波数といった外部観測量を観測値として用いて、カルマンフィルターの理論に基づく位置算出計算を行う方法が一般的である。但し、観測値に実際に含まれる誤差の大きさは不明であるため、観測誤差に固定値を設定して計算を行う場合が多い。
【０００７】
しかしながら、観測値に実際に含まれる誤差よりも大きな値を観測誤差に設定して位置算出計算を行うと、フィルターが強く作用してしまい、算出位置が実際の位置よりも時間的に遅れる“位置遅れ”や、カーブや曲がり角において算出位置の追従性が悪化する“ショートカット”といった事象が発生し、位置算出の正確性が低下するという問題があった。
【０００８】
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、位置算出の正確性を向上させることのできる観測誤差の新たな設定方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測することと、前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得することと、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定することと、前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することと、を含む位置算出方法である。
【００１０】
また、他の形態として、測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測する予測部と、前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得する観測部と、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定する設定部と、前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測する。また、測位用衛星から受信した測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得する。そして、観測メジャメントと予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定する。そして、誤差パラメーターの値を用いて位置算出処理を行って位置を算出する。
【００１２】
測位用信号の受信に係るメジャメントには、少なくとも測位用信号の受信周波数及びコード位相が含まれ、誤差パラメーターには、想定されるメジャメントの誤差の大きさを示すパラメーターが含まれる。詳細は後述するが、本願発明者は、メジャメントの実誤差との間で強い相関を示すパラメーターの値を用いて誤差パラメーターの値を設定し、当該誤差パラメーターの値を用いて位置算出計算を行うことで、算出位置の誤差が小さくなることを発見した。また、観測メジャメントと予測メジャメントとの差で表されるパラメーターは、メジャメントの実誤差との関係で線形的な特性を示し、相関が強いことが明らかとなった。従って、観測メジャメントと予測メジャメントとの差に基づいて誤差パラメーターの値を設定することで、観測値の実誤差に近似した観測誤差を設定することが可能となり、位置算出の正確性が向上する。
【００１３】
また、第２の形態として、第１の形態の位置算出方法であって、前記位置算出処理で用いる状態ベクトルの予測を行うことと、前記予測された状態ベクトルの補正を行うことと、を更に含み、前記予測メジャメントを予測することは、前記予測された状態ベクトルに基づいて第１の予測メジャメントを予測する第１の予測処理を含み、前記位置を算出することは、前記補正された状態ベクトルに基づいて位置を算出することを含む位置算出方法を構成してもよい。
【００１４】
この第２の形態によれば、位置算出処理で用いる状態ベクトルの予測と、予測された状態ベクトルの補正とを行う。そして、予測された状態ベクトルに基づいて第１の予測メジャメントを予測するとともに、補正された状態ベクトルに基づいて位置を算出する。
【００１５】
また、第３の形態として、第２の形態の位置算出方法であって、前記予測メジャメントを予測することは、前記測位用信号を受信した際に取得された過去の観測メジャメントと当該過去の観測メジャメントを観測した時からの経過時間とに基づいて、位置算出処理を行う時の第２の予測メジャメントを予測する第２の予測処理を含む位置算出方法を構成してもよい。
【００１６】
この第３の形態によれば、測位用信号を受信した際に取得された過去の観測メジャメントと当該過去の観測メジャメントを観測した時からの経過時間とに基づいて、位置算出処理を行う時の第２の予測メジャメントを予測する。この予測は、過去に観測されたメジャメントに基づく予測であるため、位置算出時点のメジャメントを適切に予測することができ、観測誤差の設定が適切に行われるようになる。
【００１７】
また、第４の形態として、第３の形態の位置算出方法であって、第１の予測メジャメント及び第２の予測メジャメントの信頼性を判定することを更に含むとともに、前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記信頼性の判定結果に応じて、前記第１の予測メジャメント及び前記第２の予測メジャメントの少なくとも何れかを用いて前記誤差パラメーターの値を設定することを含む位置算出方法を構成してもよい。
【００１８】
この第４の形態によれば、第１の予測メジャメント及び第２の予測メジャメントの信頼性を判定し、その判定結果に応じて、第１の予測メジャメント及び第２の予測メジャメントの少なくとも何れかを用いて誤差パラメーターの値を設定する。これにより、例えば、第１の予測メジャメントの信頼性が低い場合は、第２の予測メジャメントを用いて誤差パラメーターの値を設定するといったことや、第１の予測メジャメントの信頼性と第２の予測メジャメントの信頼性とが共に高い場合は、第１の予測メジャメントと第２の予測メジャメントとの両方を用いて誤差パラメーターの値を設定するといったことが可能となる。
【００１９】
また、第５の形態として、第４の形態の位置算出方法であって、前記判定により前記信頼性が所定の低信頼性条件を満たすと判定された場合に、前記設定された誤差パラメーターの値を過去の値に基づいて調整することを更に含むとともに、前記位置を算出することは、前記調整された誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することを含む位置算出方法を構成してもよい。
【００２０】
この第５の形態によれば、予測メジャメントの信頼性が所定の低信頼性条件を満たすと判定した場合は、設定された誤差パラメーターの値を過去の値に基づいて調整する。そして、調整された誤差パラメーターの値を用いて位置算出処理を行って位置を算出する。例えば、第１の予測メジャメントの信頼性が低い場合は、誤差パラメーターの過去の値のうちの信頼性の高い誤差パラメーターの値を用いて、設定した誤差パラメーターの値を調整する。これにより、より適切な誤差パラメーターの値を用いて位置算出処理を行うことが可能となり、位置算出の正確性が一層向上する。
【００２１】
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であって、前記測位用信号の信号強度と、前記観測メジャメント及び前記予測メジャメントの差と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、受信した前記測位用信号の信号強度を測定することを更に含み、前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記測定された信号強度、及び、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差を用いて前記想定誤差を求めることと、前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、を含む位置算出方法を構成してもよい。
【００２２】
この第６の形態によれば、受信した測位用信号の信号強度を測定し、測定された信号強度、及び、観測メジャメントと予測メジャメントとの差を用いて、予め定められた対応関係に従って想定誤差を求める。そして、求めた想定誤差に基づいて誤差パラメーターの値を設定する。
【００２３】
観測メジャメントと予測メジャメントとの差と、メジャメントの想定誤差との対応関係を予め定めておき、当該対応関係に従って想定誤差を求めることで、誤差パラメーターの値の設定を簡易に行うことが可能となる。また、測位用信号の信号強度別に対応関係を定めておくことで、受信した測位用信号の信号強度に応じて誤差パラメーターの値を適切に設定することができる。
【００２４】
また、第７の形態として、第１の形態の位置算出方法であって、前記測位用信号の信号強度と、前記測位用信号の信号品質の評価指標値である信号品質評価指標値と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、受信した前記測位用信号の信号強度を測定することと、受信した前記測位用信号の前記信号品質評価指標値を算出することと、を更に含み、前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記測定された信号強度と前記算出された信号品質評価指標値とを用いて前記想定誤差を求めることと、前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、を含む位置算出方法を構成してもよい。
【００２５】
この第７の形態によれば、受信した測位用信号の信号強度を測定するとともに、受信した測位用信号の信号品質評価指標値を算出する。そして、測定された信号強度と算出された信号品質評価指標値とを用いて、予め定められた対応関係に従って想定誤差を求め、当該想定誤差に基づいて誤差パラメーターの値を設定する。
【００２６】
信号品質評価指標値は、測位用信号の信号品質を評価するためのパラメーターであり、例えば信頼度指標ＸＰＲがこれに相当する。測位用信号の信号強度と、信号品質評価指標値と、メジャメントの想定誤差との対応関係を予め定めておき、当該対応関係に従って想定誤差を求めることで、誤差パラメーターの値の設定を簡易且つ適切に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。
【図２】観測誤差行列の一例を示す図。
【図３】コード位相観測誤差とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図４】受信周波数観測誤差と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図５】コード位相観測誤差とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図６】受信周波数観測誤差と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図７】緯度方向の誤差を示すグラフ。
【図８】経度方向の誤差を示すグラフ。
【図９】高度方向の誤差を示すグラフ。
【図１０】平均位置誤差及び平均移動速度誤差を示す図。
【図１１】メジャメントパラメーターの説明図。
【図１２】コード位相最新観測予測差値とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図１３】コード位相最新前回観測差値とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図１４】ＸＰＲとコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図１５】受信周波数最新観測予測差値と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図１６】受信周波数最新前回観測差値と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図１７】ＸＰＲと受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図１８】受信感度とモデル式係数との関係を示すグラフ。
【図１９】信頼度判定用データのデータ構成の一例を示す図。
【図２０】第１実施例においてＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。
【図２１】第１実施例においてＲＡＭに格納されるデータの一例を示す図。
【図２２】メジャメント想定誤差値モデル式データのデータ構成例を示す図。
【図２３】メジャメントデータのデータ構成例を示す図。
【図２４】メイン処理の流れを示すフローチャート。
【図２５】ＫＦ位置算出処理の流れを示すフローチャート。
【図２６】第１の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャート。
【図２７】第１のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャート。
【図２８】第２実施例においてＲＯＭに格納されるデータの一例を示す図。
【図２９】第２のメジャメント想定誤差値モデル式データのデータ構成例を示す図。
【図３０】第２の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャート。
【図３１】第２の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャート。
【図３２】第２のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャート。
【図３３】位置算出処理を行った実験結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、位置算出装置を備えた電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合の実施形態について説明する。尚、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけではない。
【００２９】
１．機能構成
図１は、本実施形態における携帯型電話機１の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機１は、ＧＰＳアンテナ１０と、ＧＰＳ受信部２０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）４０と、操作部５０と、表示部６０と、携帯電話用アンテナ６５と、携帯電話用無線通信回路部７０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）８０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９０とを備えて構成される。
【００３０】
ＧＰＳアンテナ１０は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信した信号をＧＰＳ受信部２０に出力する。尚、ＧＰＳ衛星信号は、衛星毎に異なる拡散符号の一種であるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＰＲＮコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号である。
【００３１】
ＧＰＳ受信部２０は、ＧＰＳアンテナ１０から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の位置を計測する位置算出回路であり、いわゆるＧＰＳ受信機に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部２０は、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部２１と、ベースバンド処理回路部３０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部２１と、ベースバンド処理回路部３０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。
【００３２】
ＲＦ受信回路部２１は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の発振信号を分周或いは逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、ＧＰＳアンテナ１０から出力されたＲＦ信号に乗算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部３０に出力する。
【００３３】
ベースバンド処理回路部３０は、ＲＦ受信回路部２１から出力されたＩＦ信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出す回路部である。ベースバンド処理回路部３０は、演算制御部３１と、ＲＯＭ３５と、ＲＡＭ３７とを備えて構成される。また、演算制御部３１は、メジャメント取得演算部３３を備えて構成される。
【００３４】
メジャメント取得演算部３３は、ＲＦ受信回路部２１から出力された受信信号（ＩＦ信号）から、ＧＰＳ衛星信号の捕捉を行う回路部であり、相関演算部３３１を備えて構成されている。メジャメント取得演算部３３は、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数やコード位相等の情報を取得し、メジャメント観測値としてホストＣＰＵ４０に出力する。また、メジャメント取得演算部３３は、捕捉したＧＰＳ衛星信号の信号強度を測定し、測定した信号強度をホストＣＰＵ４０に出力する。
【００３５】
相関演算部３３１は、受信信号に含まれるＰＲＮコードと、装置内部で発生させたレプリカコードとの相関を、例えばＦＦＴ（Fast Fourier transform）演算を用いて算出し積算する相関演算処理を行うことで、受信信号からＧＰＳ衛星信号を捕捉する。レプリカコードとは、擬似的に発生させた捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号に含まれるＰＲＮコードを模擬した信号である。
【００３６】
捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号が間違いなければ、そのＧＰＳ衛星信号に含まれるＰＲＮコードとレプリカコードとは一致し（捕捉成功）、間違っていれば一致しない（捕捉失敗）。そのため、算出された相関値のピークを判定することによってＧＰＳ衛星信号の捕捉が成功したか否かを判定でき、レプリカコードを次々に変更して、同じ受信信号との相関演算を行うことで、ＧＰＳ衛星信号を捕捉することが可能となる。
【００３７】
また、相関演算部３３１は、上述した相関演算処理を、レプリカコードの発生信号の周波数及び位相を変更しつつ行っている。レプリカコードの発生信号の周波数と受信信号の周波数とが一致し、且つ、ＰＲＮコードとレプリカコードとの位相が一致した場合に、相関値が最大となる。
【００３８】
より具体的には、捕捉対象のＧＰＳ衛星信号に応じた所定の周波数及び位相の範囲をサーチ範囲として設定する。そして、このサーチ範囲内で、ＰＲＮコードの開始位置（コード位相）を検出するための位相方向の相関演算と、周波数を検出するための周波数方向の相関演算とを行う。サーチ範囲は、例えば、周波数についてはＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数である１．５７５４２［ＧＨｚ］を中心とする所定の周波数掃引範囲、位相についてはＰＲＮコードのチップ長である１０２３チップのコード位相範囲内に定められる。
【００３９】
ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０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携帯型電話機１の各部を統括的に制御するプロセッサーである。また、ホストＣＰＵ４０は、位置算出処理を行って携帯型電話機１の位置を計測して出力位置を決定し、当該出力位置をプロットした位置表示画面を生成して表示部６０に表示させる。
【００４０】
操作部５０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ホストＣＰＵ４０に出力する。この操作部５０の操作により、通話要求やメール送受信要求、位置算出要求等の各種指示操作入力がなされる。
【００４１】
表示部６０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ４０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６０には、位置表示画面や時刻情報等が表示される。
【００４２】
携帯電話用アンテナ６５は、携帯型電話機１の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。
【００４３】
携帯電話用無線通信回路部７０は、ＲＦ変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。
【００４４】
ＲＯＭ８０は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ４０が携帯型電話機１を制御するためのシステムプログラムや、位置算出機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。
【００４５】
ＲＡＭ９０は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ４０により実行されるシステムプログラム、各種処理プログラム、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形成している。
【００４６】
２．原理
携帯型電話機１は、カルマンフィルター（以下、適宜「ＫＦ（Kalman Filter）」と表す。）を利用した位置算出処理（以下、「ＫＦ位置算出処理」と称す。）を行って位置を算出する。カルマンフィルターは、誤差を含む観測値を利用して、時々刻々と変化する状態量を推定する確率理論に基づく推定手法である。
【００４７】
本実施形態では、携帯型電話機１の状態を表す状態量として、状態ベクトル「Ｘ」と呼ばれる行列を定義する。状態ベクトル「Ｘ」は、例えば、携帯型電話機１の３次元の位置「（ｘ，ｙ，ｚ）」、３次元の移動速度「（ｕ，ｖ，ｗ）」、３次元の加速度「（ａx，ａy，ａz）」、クロックのバイアス「ｂ」及びクロックのドリフト「ｄ」を成分とする次式（１）に示すような行列とすることができる。
【数１】
【００４８】
また、携帯型電話機１の状態量に含まれる誤差を表すための行列として、誤差共分散行列「Ｐ」を定義する。誤差共分散行列「Ｐ」は、状態ベクトル「Ｘ」の各成分の誤差の共分散を表す１１×１１の行列である。
【００４９】
ＫＦ位置算出処理では、携帯型電話機１は、状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の予測処理と補正処理とを行って、携帯型電話機１の位置を算出する。予測処理では、直前の補正処理において算出された状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」に対して、状態遷移行列「φ」と呼ばれる行列を作用させることで、現在の時刻における状態ベクトルの予測値「Ｘ−」を演算する。
【００５０】
補正処理では、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号の受信に係る外部観測量（以下、本実施形態において「メジャメント」と称す。）を観測値として、予測処理により算出された状態ベクトルの予測値「Ｘ−」を補正・更新して、現在の時刻における状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」を演算する。具体的には、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相の２つの成分をメジャメントとし、メジャメント取得演算部３３により取得・演算されたメジャメント（以下、このメジャメントを受信機が観測したメジャメントという意味で「メジャメント観測値」と称する。）を用いて補正処理を行う。尚、メジャメントはＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相に限られず、適宜追加・変更することができる。
【００５１】
カルマンフィルターの理論では、観測値には誤差が含まれることを前提とし、この観測値に含まれる誤差を観測誤差（いわゆるＲ値）として、補正処理に反映させる。本実施形態では、ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の２つの成分であるメジャメントが観測値となるため、この２つの成分に含まれる誤差をそれぞれ設定する必要がある。
【００５２】
具体的には、コード位相に含まれる誤差をコード位相観測誤差「ＲCP」、受信周波数に含まれる誤差を受信周波数観測誤差「ＲF」とした場合に、図２に示すような、コード位相観測誤差「ＲCP」と受信周波数観測誤差「ＲF」とを成分とする２×２の観測誤差行列「Ｒ」を定義する。本実施形態では観測誤差は行列の形で表されるため、「観測誤差行列」ともいう。
【００５３】
観測値がホワイトノイズの特性を示すとき、観測値の分散「σ2」を観測誤差として設定すると、効果的なフィルターを実現できることが知られている。しかし、観測値がホワイトノイズの特性を示すことは少なく、実際には、携帯型電話機１が備えるクロックのドリフトやバイアスの影響、ＧＰＳ衛星信号を受信する際のマルチパスの影響等により、ホワイトノイズ以外のノイズ成分が含まれ得る。そのため、観測値の分散「σ2」を単純に観測誤差として設定したのでは、効果的なフィルターを実現できるとは限らない。
【００５４】
このことを実証するため、本願発明者は次の２つの実験を行った。第１の実験は、メジャメントを取得・収集してメジャメントの分散「σ2」を求め、求めた分散「σ2」を観測誤差として設定して位置算出計算を行う実験である。第２の実験は、メジャメントに実際に含まれている誤差（メジャメントの実誤差）を計測・収集し、このメジャメントの実誤差を観測誤差として設定して位置算出計算を行う実験である。
【００５５】
メジャメントの実誤差は、携帯型電話機１が観測したＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数（メジャメント観測値）と、数学モデルによって理論的に求められるＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の真値（メジャメント理論値）との差である。メジャメント理論値は、ＧＰＳ受信機の位置、移動速度及び移動方向の情報（受信機情報）が既知である場合に、当該受信機情報と、衛星軌道モデルを用いて算出したＧＰＳ衛星の位置、移動速度及び移動方向の情報（衛星情報）とを用いて、公知の手法に基づいて算出することができる。以下、この２つの実験の実験結果について説明する。
【００５６】
図３は、第１の実験において、観測誤差行列「Ｒ」に設定したコード位相観測誤差「ＲCP」の大きさと、コード位相の実誤差「ＥCP」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフである。同様に、図４は、第１の実験において、受信周波数観測誤差「ＲＦ」の大きさと、受信周波数の実誤差「ＥＦ」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフである。図３において、横軸はコード位相観測誤差「ＲCP」、縦軸はコード位相の実誤差「ＥCP」であり、それぞれメートル換算［ｍ］で示している。また、図４において、横軸は受信周波数観測誤差「ＲＦ」、縦軸は受信周波数の実誤差「ＥＦ」であり、それぞれメートル毎秒換算［ｍ／ｓ］で示している。また、各図において、１つのプロットが、１回の実験で得られた結果を示している。
【００５７】
図３のコード位相の実験結果を見ると、コード位相観測誤差「ＲCP」の大きさは、「１００ｍ」の近傍のグループと、「１０００ｍ」の近傍のグループとの２つのグループに大きく分けられていることがわかる。しかし、コード位相観測誤差「ＲCP」の大きさが同じであっても、プロットが縦軸方向に広がっており、コード位相の実誤差「ＥCP」は広範な値となっていることがわかる。
【００５８】
図４の受信周波数の実験結果についても同様であり、受信周波数観測誤差「ＲＦ」の大きさは、「２ｍ／ｓ」の近傍のグループと、「１０ｍ／ｓ」の近傍のグループとの２つのグループに大きく分けられていることがわかる。しかし、受信周波数観測誤差「ＲF」の大きさが同じであっても、受信周波数の実誤差「ＥF」は広範な値となっている。
【００５９】
図５は、第２の実験において、観測誤差行列「Ｒ」に設定したコード位相観測誤差「ＲCP」の大きさと、コード位相の実誤差「ＥCP」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフであり、横軸がコード位相観測誤差「ＲCP」、縦軸がコード位相の実誤差「ＥCP」である。この実験結果を見ると、コード位相の実誤差「ＥCP」をコード位相観測誤差「ＲCP」に設定したことで（ＲCP＝ＥCP）、「ＲCP」と「ＥCP」との関係が線形となっていることがわかる。
【００６０】
図６は、第２の実験において、観測誤差行列「Ｒ」に設定した受信周波数観測誤差「ＲF」の大きさと、受信周波数の実誤差「ＥF」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフであり、横軸が受信周波数観測誤差「ＲF」、縦軸が受信周波数の実誤差「ＥF」である。この場合も、受信周波数の実誤差「ＥCP」を受信周波数観測誤差「ＲF」に設定したことで（ＲF＝ＥF）、「ＲF」と「ＥF」との関係が線形となっている。
【００６１】
図７〜図９は、第１及び第２の実験それぞれについて、位置算出計算で求められた算出位置に含まれていた誤差（位置誤差）の大きさを示す実験結果である。位置算出計算で求められた算出位置と、携帯型電話機１の真位置との間の距離を計測して位置誤差とした。図７が緯度方向の誤差を、図８が経度方向の誤差を、図９が高度方向の誤差をそれぞれ示しており、各図において、横軸は時間、縦軸は誤差の大きさ［ｍ］を示している。また、第１の実験で求められた誤差を点線で、第２の実験で求められた誤差を実線でそれぞれ示している。
【００６２】
これらの実験結果を見ると、第１の実験では、緯度方向、経度方向、高度方向それぞれについて誤差が上下に大きく揺らいでおり、位置誤差が大きくなっていることがわかる。一方、第２の実験では、緯度方向、経度方向、高度方向のどれを見ても誤差は「０」の近傍の値をとっており、位置誤差が小さくなっていることがわかる。
【００６３】
図１０は、第１及び第２の実験それぞれについて、全ての算出位置の位置誤差を平均することで得られた平均位置誤差の大きさを示す図である。また、第１及び第２の実験では、位置の他に、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数の時間変化に基づいて携帯型電話機１の移動速度も算出したため、全ての移動速度を平均することで得られた平均移動速度誤差の大きさも併せて図示している。
【００６４】
この実験結果を見ると、第１の実験では、平均位置誤差が「７．１０３ｍ」、平均移動速度誤差が「０．３６２０ｍ／ｓ」であるのに対し、第２の実験では、平均位置誤差が「０．９６９９ｍ」、平均速度誤差が「０．１８９７ｍ／ｓ」となっており、どちらも第１の実験結果に比べて誤差が小さくなっていることがわかる。特に、平均位置誤差はその差が顕著であり、第１の実験と比べて平均位置誤差がおよそ１／１０となっていることがわかる。
【００６５】
これらの実験結果から、メジャメントの実誤差との間で強い相関を示すパラメーターを見つけることができれば、当該パラメーターの値を用いて適切な観測誤差を設定することが可能となり、位置算出の正確性が向上することがわかる。そこで、本願発明者は、３種類のパラメーターに着目し、これらのパラメーターを第１種〜第３種メジャメントパラメーターとして、メジャメントの実誤差との関係を調べた。
【００６６】
図１１は、メジャメントパラメーターの説明図であり、メジャメントを模式化して概念的に示したものである。図１１において、白丸はメジャメント観測値を示している。メジャメント観測値は、ＧＰＳ衛星信号を受信した際に観測したメジャメントであり、ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の実測値である。
【００６７】
メジャメント予測値は、カルマンフィルターの理論を用いて予測されたメジャメントであり、ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の予測値である。本実施形態では、予測処理を行うことで得られた状態ベクトルの予測値「Ｘ−」に対して観測行列「Ｈ」と呼ばれる行列を作用させることで、メジャメントの予測値「ＨＸ−」を算出する。
【００６８】
観測行列「Ｈ」は、状態ベクトルの予測値「Ｘ−」の各成分を用いて、メジャメントであるＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数を予測するための行列であり、次式（２）に示すような２×１１の行列で表される。
【数２】
【００６９】
ここで、観測行列「Ｈ」に含まれる「Ｄx」、「Ｄy」及び「Ｄz」は、次式（３−１）〜（３−３）で表される。
【数３】
但し、「ｘu」、「ｙu」及び「ｚu」は、予測処理で求められた状態ベクトルの予測値「Ｘ−」に含まれる３次元の位置成分、すなわちＧＰＳ受信機の予測位置の３次元成分をそれぞれ示している。また、「ｘs」、「ｙs」及び「ｚs」は、捕捉衛星の現在の位置の３次元成分をそれぞれ示している。捕捉衛星の現在の位置は、衛星軌道モデル（例えばエフェメリス）と現在の時刻とを用いて算出することができる。また、「Ｒ」は、ＧＰＳ受信機の予測位置と捕捉衛星の衛星位置との間の距離である。
【００７０】
図１１の説明に戻って、メジャメント観測値のうち、最新のメジャメント観測値（以下、「最新メジャメント観測値」と称す。）の直前に取得されたメジャメント観測値を「前回メジャメント観測値」とし、前回メジャメント観測値を最新メジャメント観測値の取得時刻までプロパゲートさせた値（以下、「メジャメントのプロパゲート値」と称す。）を求める。ここで、プロパゲートとは、経過時間を用いた値の推定演算処理のことであり、ある時刻において取得・演算されたメジャメント観測値から、当該時刻よりも後の所定時刻（ここでは、最新メジャメント観測値の取得時刻）で取得した場合の値を推定する処理である。
【００７１】
具体的には、受信周波数及びコード位相それぞれについて、次式（４）及び（５）に従って、前回メジャメント観測値のプロパゲート値を求める。
【数４】
【数５】
但し、「Ｆ」は受信周波数、「ＣＰ」はコード位相、「ｔ」は最新のメジャメント取得時刻、「ｔ−１」は前回のメジャメント取得時刻、「Δｔ」は最新のメジャメント取得時刻と前回のメジャメント取得時刻との時刻差、「ΔＦd」は単位時間あたりのドップラー変化量、「ΔＦ」は単位時間当たりの受信周波数の変化量をそれぞれ示している。
【００７２】
第１種メジャメントパラメーターは、最新メジャメント観測値と最新メジャメント予測値との差（以下、「最新観測予測差値」と称す。）として表されるパラメーターである。ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数それぞれについて、最新観測予測差値を算出する。
【００７３】
第２種メジャメントパラメーターは、最新メジャメント観測値と、前回メジャメント観測値のプロパゲート値との差（以下、「最新前回観測差値」と称す。）として表されるパラメーターである。ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数それぞれについて、最新前回観測差値を算出する。
【００７４】
第３種メジャメントパラメーターは、ＧＰＳ衛星信号の信号品質を評価するためのパラメーターの一種である信頼度指標ＸＰＲ（以下、単に「ＸＰＲ」と称す。）である。ＸＰＲは、相関演算部３３１がコード位相方向の相関演算を行うことで得られた相関積算値の最大値「Ｐ1」と、相関積算値が最大となったコード位相から±１／２チップ以上離れたコード位相における相関積算値のうちの最大の相関積算値「Ｐ2」とを用いて、次式（６）に従って算出することができる。
【数６】
尚、ＸＰＲは、コード位相及び受信周波数それぞれに共通の値である。
【００７５】
これらの３種類のメジャメントパラメーターそれぞれについて、実際に取得・演算されたメジャメント観測値と、予測処理により求めたメジャメント予測値とを用いてメジャメントパラメーターの値を実際に計算し、その計算値と、メジャメントの実誤差との関係を調べる実験を行った。その実験結果を以下に示す。
【００７６】
図１２は、コード位相について、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値と、コード位相の実誤差との関係を示すグラフである。１つのプロットが、１回の計測における結果を示している。横軸はコード位相の最新観測予測差値、縦軸はコード位相の実誤差である。このグラフを見ると、プロットが原点近傍から右上方向に向けて広がっており、コード位相の最新観測予測差値と実誤差とはおよそ線形的な関係にあり、強い正の相関を示すことがわかる。
【００７７】
図１３は、コード位相について、第２種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値と、コード位相の実誤差との関係を示すグラフである。１つのプロットが、１回の計測における結果を示している。横軸はコード位相の最新前回観測差値、縦軸はコード位相の実誤差である。このグラフを見ると、プロットは縦軸方向にはそれほど広がっていないが、横軸方向には広範に広がっていることがわかる。また、図１２の結果ほどではないが、プロットが原点近傍から右上方向に向けて広がっており、弱い正の相関が見られる。
【００７８】
図１４は、コード位相について、第３種メジャメントパラメーターであるＸＰＲと、コード位相の実誤差とを２次元的にプロットしたグラフである。１つのプロットが、１回の計測における結果を示している。横軸はコード位相のＸＰＲ、縦軸はコード位相の実誤差である。このグラフを見ると、プロットは、原点近傍には存在せず、グラフの中央部に集中していることがわかる。この中央部のプロットを見ると、プロットは左上方向から右下方向に広がっており、ＸＰＲとメジャメントの実誤差との間には負の相関が見られる。
【００７９】
図１５〜図１７は、受信周波数について同様の実験を行った実験結果である。図１５が、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値と受信周波数の実誤差との関係を示すグラフであり、図１６が、第２種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値と受信周波数の実誤差との関係を示すグラフであり、図１７が、第３種メジャメントパラメーターであるＸＰＲと受信周波数の実誤差との関係を示すグラフである。これらのグラフを見ると、受信周波数についても、コード位相の場合と同様の相関特性を示していることがわかる。
【００８０】
以上の実験結果から、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値は、メジャメントの実誤差との関係で強い正の相関を示すことがわかった。また、第２種及び第３種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値及びＸＰＲについても、第１種メジャメントパラメーターほどではないものの、メジャメントの実誤差との間で相関を示すことがわかった。
【００８１】
この結果に基づき、メジャメントパラメーターの値と、想定されるメジャメント観測値に含まれる誤差の値（以下、「メジャメント想定誤差値」と称す。）との対応関係を定めたモデル式（以下、「メジャメント想定誤差値モデル式」と称す。）を定式化し、このメジャメント想定誤差値モデル式に従って算出したメジャメント想定誤差値を用いて、観測誤差行列「Ｒ」に設定する観測誤差の値を決定する実施形態を考案した。
【００８２】
具体的には、図１２〜図１７の実験結果を用いて、全てのプロットとの間の距離が最小となるような近似式を最小二乗法を用いて求め、当該近似式をメジャメント想定誤差モデル式に決定する。例えば、図１２に示した第１種メジャメントパラメーターについてのコード位相の実験結果に対して最小二乗法を利用した関数のフィッティングを行うことで、図１２に示すような正の一次関数で表される近似式を得ることができる。この近似式を、第１種メジャメントパラメーターの値を用いてコード位相の想定誤差値を算出するためのモデル式とし、以下、第２種及び第３種メジャメントパラメーターに関する近似式も同様のモデル式とする。また、これらのモデル式を包括的に「メジャメント想定誤差値モデル式」と呼ぶ。
【００８３】
同様に、図１３に示した第２種メジャメントパラメーターについてのコード位相の実験結果に対して関数のフィッティングを行うと、図１３に示すような正の一次関数で表される近似式を得ることができ、図１４に示した第３種メジャメントパラメーターについてのコード位相の実験結果に対して関数のフィッティングを行うと、図１４に示すような２つの負の一次関数を組み合わせた近似式を得ることができる。
【００８４】
また、本願発明者は、ＧＰＳ受信機の受信感度によって、得られるメジャメント想定誤差値モデル式が変化することを発見した。具体的には、屋内環境（インドア環境）と屋外環境（アウトドア環境）のそれぞれについて、受信感度を変えながらメジャメントパラメーターの値とメジャメントの実誤差との関係を求め、上述した関数のフィッティングを行ってメジャメント想定誤差値モデル式を決定した。
【００８５】
図１８は、ＧＰＳ衛星信号の受信感度とメジャメント想定誤差値モデル式の係数（モデル式係数）との関係を示すグラフである。ここで示すモデル式係数は、第１種メジャメントパラメーターについて求めたメジャメント想定誤差値モデル式の一次の係数（一次関数の傾き）である。図１８において、横軸は受信感度［ｄＢｍ］、縦軸はモデル式係数をそれぞれ示している。ダイヤ形は、受信周波数についての実験結果を示しており、白のダイヤ形はアウトドア環境で求めたモデル式係数、黒のダイヤ形はインドア環境で求めたモデル式係数である。また、矩形は、コード位相についての実験結果を示しており、白の矩形はアウトドア環境で求めたモデル式係数、黒の矩形はインドア環境で求めたモデル式係数である。
【００８６】
この結果を見ると、受信周波数については、アウトドア環境では、モデル式係数はほぼ横ばいであるが、インドア環境では、受信感度が良くなるにつれて、モデル式係数が漸増していることがわかる。また、コード位相については、アウトドア環境では、受信感度が「−１３０ｄＢｍ〜−１４２ｄＢｍ」の範囲ではモデル式係数は横ばいであるが、「−１４２ｄＢｍ〜−１４４ｄＢｍ」の範囲では漸増し、「−１４４ｄＢｍ〜−１４５ｄＢｍ」の範囲では急増していることがわかる。他方、インドア環境では、モデル式係数はほぼ横ばいである。
【００８７】
この結果からわかることは、ＧＰＳ受信機の受信感度に応じてモデル式係数が変化するため、１つのモデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出するのは適切ではないということである。すなわち、受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度を測定し、測定した信号強度に応じたモデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出することが適切であるということである。
【００８８】
ところで、上述した３種類のメジャメントパラメーターの値は、ＧＰＳ衛星信号の受信環境に応じて、その正確性が変化する。すなわち、ＧＰＳ衛星信号の受信環境が良ければ、メジャメントパラメーターの値の正確性は高くなり、ＧＰＳ衛星信号の受信環境が悪ければ、メジャメントパラメーターの値の正確性は低くなる。メジャメント想定誤差値は、メジャメントパラメーターの値をメジャメント想定誤差値モデル式に代入することで算出されるため、メジャメント想定誤差値の正確性は、メジャメントパラメーターの値の正確性に依存する。
【００８９】
そこで、本実施形態では、メジャメントパラメーターの値に基づいて、算出されたメジャメント想定誤差値の信頼性を判定する。具体的には、メジャメント想定誤差値の信頼性を示す指標値として、「１」〜「３」の３段階で表される信頼度を定義する。信頼度は、数値が低い方が信頼性が高く、「１」が最も信頼性が高いことを意味する。信頼度の判定方法は、メジャメントパラメーターの種類に応じて異なる。
【００９０】
図１９は、信頼度の判定方法を定めた信頼度判定用データのデータ構成例を示す図である。信頼度判定用データには、「１」〜「３」の信頼度と、メジャメント想定誤差値の種類とが対応付けられている。第１〜第３種メジャメントパラメーターを用いて算出されたメジャメント想定誤差値を、それぞれ「第１種〜第３種メジャメント想定誤差値」と称する。
【００９１】
本願発明者が実験を行った結果、携帯型電話機１（ＧＰＳ受信機）が急加速状態にある場合は、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値が極端に大きくなる傾向があることがわかった。これは次の理由によるものである。携帯型電話機１が急加速の状態にある場合には、カルマンフィルターの予測処理において状態ベクトル「Ｘ」の予測が正しく行われず、求められる状態ベクトルの予測値「Ｘ−」の正確性が低下する。その結果、式（２）及び（３）に従って算出される観測行列「Ｈ」が適切なものではなくなり、状態ベクトルの予測値「Ｘ−」に観測行列「Ｈ」を作用させることで得られるメジャメントの予測値「ＨＸ−」の正確性が低下する。最新観測予測差値は、最新メジャメント観測値と最新メジャメント予測値との差であるため、メジャメント予測値の正確性が低くなると、結果的に、最新観測予測差値の正確性も低下する。
【００９２】
そこで、第１種メジャメント想定誤差値の信頼性については、最新観測予測差値に対する閾値判定を行うための所定の閾値（以下、「第１の閾値」として説明する。）を設定しておき、最新観測予測差値が第１の閾値に満たない場合は信頼度「１」、最新観測予測差値が第１の閾値以上である場合は信頼度「２」と判定する。また、初期定点化前（First Fix前）は、状態ベクトル「Ｘ」の予測が正確に行われない可能性が高いため、信頼度「３」と判定する。第１種メジャメント想定誤差値の信頼性は、最新観測予測差値の信頼性と等価であり、最新観測予測差値の信頼性はメジャメント予測値の正確性によって決まるため、メジャメント予測値の信頼性とも言える。
【００９３】
次に、第２種メジャメント想定誤差値の信頼性について説明する。図１３及び図１６のグラフを見ると、最新前回観測差値が小さい領域では、メジャメントの実誤差が縦軸方向に広範に分布しており、実誤差の振れ幅が大きくなっていることがわかる。すなわち、最新前回観測差値が小さい領域では、実誤差の収束性が悪い。このことから、最新前回観測差値が小さい場合には、メジャメント想定誤差値モデル式に従って算出されるメジャメント想定誤差値の正確性が低下するものと考えられる。
【００９４】
そこで、第２種メジャメントパラメーターについては、最新前回観測差値に対する閾値判定を行うための所定の閾値（以下、「第２の閾値」として説明する。）を設定しておき、算出された最新観測予測差値が第２の閾値以上である場合は信頼度「１」、最新前回観測差値が第２の閾値に満たない場合は信頼度「２」と判定する。また、前回メジャメント観測値が取得できていない場合は、最新前回観測差値を算出することができない。そのため、この場合は、メジャメント想定誤差値の算出が不可であるとして信頼度「３」と判定する。第２種メジャメント想定誤差値の信頼性は、最新前回観測差値の信頼性と等価であり、最新前回観測差値の信頼性はメジャメントのプロパゲート値の正確性によって決まるため、プロパゲート値の信頼性とも言える。
【００９５】
第３種メジャメント想定誤差値の信頼性については、ＸＰＲが大きいほど、受信したＧＰＳ衛星信号に含まれるノイズ成分の割合が低いため信号品質が高く、ＸＰＲが小さいほど、受信したＧＰＳ衛星信号に含まれるノイズ成分の割合が高いため信号品質は低いと言える。そのため、ＸＰＲに対する閾値判定を行うための所定の閾値（以下、「第３の閾値」として説明する。）を設定しておき、算出されたＸＰＲが第３の閾値以上である場合は信頼度「１」、ＸＰＲが第３の閾値に満たない場合は信頼度「２」と判定する。第３種メジャメント想定値の信頼性は、ＸＰＲの信頼性と等価である。
【００９６】
上述した判定方法に従ってメジャメント想定誤差値の信頼性を判定したら、第１種〜第３種メジャメント想定誤差値に優先順位を付ける。詳細は第２実施例で説明するが、基本的には、第１種メジャメント想定誤差値の優先順位を最も高くする。但し、第１種メジャメント想定誤差値の信頼性が低い場合があるため、その場合は第２種メジャメント想定誤差値の優先順位を高くし、第２種メジャメント想定誤差値の信頼性が低い場合は、第３種メジャメント想定誤差値の優先順位を高くする。
【００９７】
優先順位が決まれば、優先順位の最も高いメジャメント想定誤差値を用いて観測誤差行列「Ｒ」に設定する観測誤差の値を決定する。具体的には、コード位相については、優先順位の最も高いメジャメント想定誤差値の二乗値を算出してコード位相観測誤差「ＲCF」に設定し、受信周波数については、優先順位の最も高いメジャメント想定誤差値の二乗値を算出して受信周波数観測誤差「ＲF」に設定する。
【００９８】
３．第１実施例
第１実施例は、原理で説明した第１種〜第３種メジャメント想定誤差値のうち、第１種メジャメント想定誤差値のみを用いて観測誤差行列「Ｒ」を設定して、カルマンフィルターを利用した位置算出処理を行って位置を算出する実施例である。
【００９９】
３−１．データ構成
図２０は、第１実施例において携帯型電話機１のＲＯＭ８０に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＯＭ８０には、ホストＣＰＵ４０により読み出され、メイン処理（図２４参照）として実行されるメインプログラム８０１と、メジャメント想定誤差値モデル式データ８０３とが記憶されている。また、メインプログラム８０１には、ＫＦ位置算出処理（図２５参照）として実行されるＫＦ位置算出プログラム８０１１と、第１の観測誤差行列設定処理（図２６参照）として実行される第１の観測誤差行列設定プログラム８０１３と、第１のメジャメント想定誤差値調整処理（図２７参照）として実行される第１のメジャメント想定誤差値調整プログラム８０１５とがサブルーチンとして含まれている。
【０１００】
メイン処理とは、ホストＣＰＵ４０が、通話処理やメール送受信処理といった携帯電話機としての本来の機能を実現するための処理を行う他、ＫＦ位置算出処理を行って携帯型電話機１の位置を算出する処理である。
【０１０１】
ＫＦ位置算出処理とは、ホストＣＰＵ４０が、カルマンフィルターの理論に基づいて、携帯型電話機１の位置及び移動速度を含む状態ベクトル「Ｘ」に対する予測処理及び補正処理を行って携帯型電話機１の位置を算出し、算出した位置を出力位置として表示部６０に表示させる処理である。
【０１０２】
第１の観測誤差行列設定処理とは、ホストＣＰＵ４０が、上述した原理に従って、ＫＦ位置算出処理の補正処理で使用するＫＦパラメーターの一種である観測誤差行列「Ｒ」を設定する処理である。
【０１０３】
また、第１のメジャメント想定誤差値調整処理とは、ホストＣＰＵ４０が、第１の観測誤差行列設定処理で算出したメジャメント想定誤差値の信頼性が低いと判定した場合に、過去に位置算出計算に使用されたメジャメント想定誤差値の平均値を用いて、メジャメント想定誤差値を調整する処理である。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。
【０１０４】
図２２は、メジャメント想定誤差値モデル式データ８０３のデータ構成の一例を示す図である。メジャメント想定誤差値モデル式データ８０３には、ＧＰＳ衛星信号の信号強度８０３１と対応付けて、メジャメント観測値であるコード位相及び受信周波数それぞれについて、メジャメント想定誤差値を算出するためのメジャメント想定誤差値モデル式８０３３が記憶されている。
【０１０５】
メジャメント想定誤差値モデル式８０３３において、「ＥCP」はコード位相想定誤差値、「ＥF」は受信周波数想定誤差値を示している。「ｘ」はメジャメントパラメーターを示しており、本実施例では最新観測予測差値がこれに該当する。また、「ａ（ａ1，ａ2，ａ3，・・・）」及び「ｂ（ｂ1，ｂ2，ｂ3，・・・）」は、それぞれコード位相用のモデル式の１次及び０次の係数、すなわちモデル式の傾き及び切片を示している。同様に、「ｃ（ｃ1，ｃ2，ｃ3，・・・）」及び「ｄ（ｄ1，ｄ2，ｄ3，・・・）」は、それぞれ受信周波数用のモデル式の１次及び０次の係数を示している。
【０１０６】
例えば、ＧＰＳ衛星信号の信号強度が「−１３２ｄＢｍ」である場合は、コード位相については「ＥCP＝ａ3ｘ＋ｂ3」という一次のモデル式に従ってコード位相想定誤差値「ＥCP」を算出し、受信周波数については「ＥF＝ｃ3ｘ＋ｄ3」という一次のモデル式に従って受信周波数想定誤差値「ＥF」を算出する。
【０１０７】
図２１は、第１実施例において携帯型電話機１のＲＡＭ９０に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ９０には、メジャメントデータ９０１と、衛星軌道データ９０３と、ＫＦパラメーターデータ９０５と、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７とが記憶される。
【０１０８】
図２３は、メジャメントデータ９０１のデータ構成の一例を示す図である。メジャメントデータ９０１には、各捕捉衛星９０１１について、メジャメント取得演算部３３により取得・演算されたＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の観測値であるメジャメント観測値９０１３と、ＫＦ位置算出処理において予測されたＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相の予測値であるメジャメント予測値９０１５とが対応付けて記憶される。
【０１０９】
例えば、捕捉衛星９０１１のうちの衛星「Ｓ１」についてメジャメント取得演算部３３により取得・演算されたメジャメント観測値９０１３は、コード位相が「ＣＰ１１」、受信周波数が「Ｆ１１」であり、メジャメント予測値９０１５は、コード位相が「ＣＰ２１」、受信周波数が「Ｆ２１」である。
【０１１０】
衛星軌道データ９０３は、ＧＰＳ衛星の衛星軌道情報を記憶したデータであり、各ＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道を示すアルマナックや、各ＧＰＳ衛星の詳細な衛星軌道を示すエフェメリスがこれに含まれる。衛星軌道データ９０３は、例えばＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号を復調することで取得したり、基地局のサーバーからサーバーアシストによって取得することができる。
【０１１１】
ＫＦパラメーターデータ９０５は、ＫＦ位置算出処理において予測処理及び補正処理が行われることで随時更新されるＫＦパラメーターのデータである。例えば、状態ベクトル「Ｘ」や誤差共分散行列「Ｐ」の値がこれに含まれ、特に本実施例では、観測誤差行列「Ｒ」９０５１がこれに含まれる。
【０１１２】
最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７は、第１のメジャメント想定誤差値調整処理により最終的なメジャメント想定誤差値として求められたメジャメント想定誤差値（以下、「最終メジャメント想定誤差値」と称す。）の履歴のデータである。ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数それぞれについて、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値が蓄積記憶される。
【０１１３】
３−２．処理の流れ
図２４は、ホストＣＰＵ４０によりＲＯＭ８０に記憶されているメインプログラム８０１が読み出されて実行されることで、携帯型電話機１において実行されるメイン処理の流れを示すフローチャートである。メイン処理は、ホストＣＰＵ４０が、操作部５０を介してユーザーにより携帯型電話機１の電源投入指示操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理である。
【０１１４】
特に説明しないが、以下のメイン処理の実行中は、ＧＰＳアンテナ１０によるＲＦ信号の受信や、ＲＦ受信回路部２１によるＩＦ信号へのダウンコンバート、メジャメント取得演算部３３によるＧＰＳ衛星信号の受信周波数やコード位相（メジャメント観測値）の取得・演算等が随時行われている状態にあるものとする。
【０１１５】
先ず、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してなされた指示操作を判定し（ステップＡ１）、指示操作が通話指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；通話指示操作）、通話処理を行う（ステップＡ３）。具体的には、携帯電話用無線通信回路部７０に無線基地局との間の基地局通信を行わせ、携帯型電話機１と他機との間の通話を実現する。
【０１１６】
また、ステップＡ１において指示操作がメール送受信指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；メール送受信指示操作）、ホストＣＰＵ４０は、メール送受信処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、携帯電話用無線通信回路部７０に基地局通信を行わせ、携帯型電話機１と他機との間のメールの送受信を実現する。
【０１１７】
また、ステップＡ１において指示操作が位置算出指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；位置算出指示操作）、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されているＫＦ位置算出プログラム８０１１を読み出して実行することで、ＫＦ位置算出処理を行う（ステップＡ７）。
【０１１８】
図２５は、ＫＦ位置算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、ＫＦ位置算出処理用の状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の初期値を設定する（ステップＢ１）。状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の初期値は、例えば直前の補正処理で求められた状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の補正値「Ｘ＋」及び「Ｐ＋」とすることができる。
【０１１９】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」について、次式（７）及び（８）に従って予測処理を行い、状態ベクトルの予測値「Ｘ−」及び誤差共分散行列の予測値「Ｐ−」を算出する（ステップＢ３）。
【数７】
【数８】
【０１２０】
但し、各式における添え字の「−」は予測値、「＋」は補正値であることを示しており、「Ｔ」は転置行列であることを示している。また、「φ」は、状態遷移行列と呼ばれる状態ベクトル「Ｘ」の遷移を表す１１×１１の行列であり、「Ｑ」は、システムノイズ行列と呼ばれる状態ベクトル「Ｘ」に含まれる各成分の変化の許容度を決定付ける１１×１１の行列である。状態遷移行列「φ」及びシステムノイズ行列「Ｑ」は、例えば固定値として計算することができる。
【０１２１】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、式（２）及び（３）に従って観測行列「Ｈ」を設定する（ステップＢ５）。具体的には、ＲＡＭ９０の衛星軌道データ９０３と現在の時刻とを用いて、捕捉衛星の衛星位置を算出する。そして、ステップＢ３の予測処理で求めた携帯型電話機１の予測位置と、捕捉衛星の衛星位置とを用いて、式（３−１）〜（３−３）に従って「Ｄx」、「Ｄy」及び「Ｄz」の値を算出し、これらの値を用いて、式（２）に従って観測行列「Ｈ」を設定する。
【０１２２】
その後、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント取得演算部３３から各捕捉衛星からのＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数を取得して、メジャメント観測値９０１３としてＲＡＭ９０のメジャメントデータ９０１に記憶させるとともに、当該メジャメント観測値９０１３を含む２×１の行列を観測ベクトル「Ｚ」として設定する（ステップＢ７）。
【０１２３】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＢ３で算出した状態ベクトルの予測値「Ｘ−」にステップＢ５で設定した観測行列「Ｈ」を乗算することで、予測観測ベクトル「ＨＸ−」を算出する。そして、予測観測ベクトル「ＨＸ−」の成分であるＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の予測値をメジャメント予測値９０１５として、メジャメントデータ９０１に記憶させる（ステップＢ９）。
【０１２４】
その後、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されている第１の観測誤差行列設定プログラム８０１３を読み出して実行することで、第１の観測誤差行列設定処理を行う（ステップＢ１１）。
【０１２５】
図２６は、第１の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント取得演算部３３から、捕捉されたＧＰＳ衛星信号の信号強度を取得する（ステップＣ１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されているメジャメント想定誤差値モデル式データ８０３を参照し、取得した信号強度８０３１に対応付けられているメジャメント想定誤差値モデル式８０３３を選択する（ステップＣ３）。
【０１２６】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、コード位相と受信周波数それぞれについて、ループＡの処理を実行する（ステップＣ５〜Ｃ１５）。ループＡの処理では、ホストＣＰＵ４０は、ＲＡＭ９０のメジャメントデータ９０１に記憶されている最新のメジャメント観測値９０１３と、最新のメジャメント予測値９０１５との差を算出して、最新観測予測差値とする（ステップＣ７）。そして、ホストＣＰＵ４０は、算出した最新観測予測差値を用いて、ステップＣ１で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出する（ステップＣ９）。
【０１２７】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＣ９で算出したメジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＣ１１）。具体的には、図１９に示した信頼度判定用データに含まれる第１種メジャメントパラメーターの信頼度の判定方法に従い、最新観測予測差値に対する閾値判定を行うことで、算出したメジャメント想定誤差値の信頼度が「１」〜「３」の何れに該当するかを判定する。
【０１２８】
その後、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されている第１のメジャメント想定誤差値調整プログラム８０１５を読み出して実行することで、第１のメジャメント想定誤差値調整処理を行う（ステップＣ１３）。
【０１２９】
図２７は、第１のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、第１のメジャメント想定誤差値の信頼度が「２」であるか否かを判定し（ステップＤ１）、「２」であると判定した場合は（ステップＤ１；Ｙｅｓ）、ＲＡＭ９０に記憶されている最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７を参照し、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値の平均値（以下、「過去平均値」と称す。）を算出する（ステップＤ３）。
【０１３０】
そして、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント想定誤差値と過去平均値とを加重平均計算し、その計算値を最終メジャメント想定誤差値として、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＤ５）。メジャメント想定誤差値の信頼度が「２」である場合は、メジャメント想定誤差値の信頼性が低いため、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値を用いて、メジャメント想定誤差値を調整することにしている。具体的には、メジャメント想定誤差値の重みを「α」、過去平均値の重みを「１−α」として加重平均計算を行う。重み「α」は「０〜１」までの値で表され、例えば固定値（α＝０．５）として計算することができる。
【０１３１】
一方、ステップＤ１において第１のメジャメント想定誤差値の信頼度が「２」ではなく「１」又は「３」であると判定した場合は（ステップＤ１：Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値として、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＤ７）。
【０１３２】
メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」である場合は、メジャメント想定誤差値の信頼性が高いと言えるため、メジャメント想定誤差値の調整を行わずに最終メジャメント想定誤差値とする。また、メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」である場合は、初期定点化前（First Fix前）であり、メジャメント想定誤差値の信頼性は低いと言える。しかし、この場合は過去のメジャメント想定誤差値が存在せず、メジャメント想定誤差値の調整を行うことができないため、メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値としている。
【０１３３】
ステップＤ５又はＤ７の処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、第１のメジャメント想定誤差値調整処理を終了する。
【０１３４】
図２６の第１の観測誤差行列設定処理に戻って、第１のメジャメント想定誤差値調整処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、次のメジャメントの種類へと処理を移行する。そして、コード位相及び受信周波数のそれぞれについてステップＣ７〜Ｃ１３の処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、ループＡの処理を終了する（ステップＣ１５）。
【０１３５】
ループＡの処理を終了すると、ホストＣＰＵ４０は、コード位相及び受信周波数それぞれについて、ステップＣ１１で得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値を観測誤差とした観測誤差行列「Ｒ」を設定する（ステップＣ１７）。具体的には、コード位相について得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値をコード位相観測誤差「ＲCP」、受信周波数について得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値を受信周波数観測誤差「ＲF」として、図２に示したような観測誤差行列「Ｒ」を設定する。そして、ホストＣＰＵ４０は、第１の観測誤差行列設定処理を終了する。
【０１３６】
図２５のＫＦ位置算出処理に戻って、第１の観測誤差行列設定処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、次式（９）〜（１１）に従って補正処理を行い、状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」及び誤差共分散行列の補正値「Ｐ＋」を算出する（ステップＢ１３）。
【数９】
【数１０】
【数１１】
但し、「Ｋ」はカルマンゲイン行列と呼ばれる行列であり、「Ｒ」はステップＢ１１で設定した観測誤差行列である。また、「Ｉ」は単位行列である。
【０１３７】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、補正処理で求めた状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」に含まれる３次元の位置成分（ｘ，ｙ，ｚ）で表される位置を出力位置に決定する（ステップＢ１５）。そして、ホストＣＰＵ４０は、出力位置をプロットした位置表示画面を生成して、表示部６０に表示させる（ステップＢ１７）。
【０１３８】
そして、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してユーザーにより位置算出終了指示がなされたか否かを判定し（ステップＢ１９）、なされなかったと判定した場合は（ステップＢ１９；Ｎｏ）、ステップＢ１に戻る。また、位置算出終了指示がなされたと判定した場合は（ステップＢ１９；Ｙｅｓ）、位置算出処理を終了する。
【０１３９】
図２４のメイン処理に戻って、ステップＡ３〜Ａ７の何れかの処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してユーザーにより電源切断指示操作がなされたか否かを判定する（ステップＡ９）。そして、なされなかったと判定した場合は（ステップＡ９；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、電源切断指示操作がなされたと判定した場合は（ステップＡ９；Ｙｅｓ）、メイン処理を終了する。
【０１４０】
３−３．作用効果
携帯型電話機１は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相をメジャメントとし、このメジャメントを観測値として用いて、カルマンフィルターの理論に基づく位置算出処理を行って位置を算出する。位置算出処理では、最新のメジャメント観測値と最新のメジャメント予測値との差で表される最新観測予測差値（第１のメジャメントパラメーターの値）を算出し、算出した最新観測予測差値を用いて、カルマンフィルターの補正処理に使用する観測誤差行列「Ｒ」を設定する。
【０１４１】
より具体的には、最新観測予測差値を用いてメジャメントに含まれる想定誤差値を算出するためのモデル式が、ＧＰＳ衛星信号の信号強度に応じて予め定められている。携帯型電話機１は、受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度を測定し、測定した信号強度に対応付けられたモデル式を選択する。そして、選択したモデル式に最新観測予測差値を代入することで、メジャメントの想定誤差値を算出する。
【０１４２】
最新観測予測差値と、メジャメントに含まれる実誤差とはおよそ線形的な関係にあり、相関性が強い。メジャメントに含まれる実誤差との間で強い相関を示すパラメーターを用いて想定誤差値を算出し、その二乗値を観測誤差行列「Ｒ」に設定することで、位置算出処理においてフィルターを効果的に作用させることができる。これにより、算出位置が真位置に対して時間的に遅れる“位置遅れ”や、カーブや曲がり角において算出位置の追従性が悪化する“ショートカット”といった事象が発生することを抑制し、位置算出の正確性を向上させることができる。
【０１４３】
また、最新観測予測差値を用いて算出したメジャメント想定誤差値の信頼度が「２」である場合は、過去のメジャメント想定誤差値の平均値を用いて、算出したメジャメント想定誤差値を調整することにしている。具体的には、算出したメジャメント想定誤差値とメジャメント想定誤差値の過去平均値との加重平均計算を行うことにしている。これにより、算出したメジャメント想定誤差値の信頼性がそれほど高くない場合であっても、過去の値に基づいて妥当な値に修正して観測誤差を設定することが可能となる。
【０１４４】
４．第２実施例
第２実施例は、原理で説明した第１種〜第３種メジャメント想定誤差値を切り替えながら観測誤差行列「Ｒ」を設定し、カルマンフィルターを利用した位置算出処理を行って位置を算出する実施例である。
【０１４５】
４−１．データ構成
図２８は、第２実施例において携帯型電話機１のＲＯＭ８２に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ８２には、メインプログラム８０１と、第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３と、信頼度判定用データ８２５とが記憶されている。また、メインプログラム８０１には、ＫＦ位置算出プログラム８０１１と、第２の観測誤差行列設定処理（図３０及び図３１参照）として実行される第２の観測誤差行列設定プログラム８２１３と、第２のメジャメント想定誤差値調整処理（図３２参照）として実行される第２のメジャメント想定誤差値調整プログラム８２１５とがサブルーチンとして含まれている。
【０１４６】
図２９は、第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３のデータ構成の一例を示す図である。第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３には、ＧＰＳ衛星信号の信号強度８２３１と対応付けて、メジャメント想定誤差値モデル式８２３３が記憶されている。メジャメント想定誤差値モデル式８２３３には、第１種〜第３種メジャメントパラメーターそれぞれについて、メジャメント観測値であるコード位相及び受信周波数のメジャメント想定誤差値を算出するためのモデル式が記憶されている。
【０１４７】
４−２．処理の流れ
図３０及び図３１は、ホストＣＰＵ４０が、ＲＯＭ８２に記憶されている第２の観測誤行列設定プログラム８２１３を読み出して実行することで、携帯型電話機１において実行される第２の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャートである。
【０１４８】
先ず、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント取得演算部３３から、捕捉されたＧＰＳ衛星信号の信号強度を取得する（ステップＥ１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８２に記憶されている第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３を参照し、３種類の各メジャメントパラメーターそれぞれについて、取得した信号強度８２３１に対応付けられているメジャメント想定誤差値モデル式８２３３を選択する（ステップＥ３）。
【０１４９】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、コード位相と受信周波数それぞれについて、ループＢの処理を実行する（ステップＥ５〜Ｅ３９）。ループＢの処理では、ホストＣＰＵ４０は、ＲＡＭ９０のメジャメントデータ９０１に記憶されている最新のメジャメント観測値９０１３と、最新のメジャメント予測値９０１５との差を算出して、最新観測予測差値とする（ステップＥ７）。そして、ホストＣＰＵ４０は、算出した最新観測予測差値を用いて、ステップＥ３で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出して、第１種メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ９）。
【０１５０】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＥ９で算出した第１種メジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＥ１１）。具体的には、ＲＯＭ８２に記憶されている信頼度判定用データ８２３を参照し、第１種メジャメントパラメーターに対応付けられている信頼度の判定方法に従って最新観測予測差値に対する閾値判定を行うことで、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」〜「３」の何れに該当するかを判定する。
【０１５１】
その後、ホストＣＰＵ４０は、プロパゲート処理を行って、メジャメントデータ９０１に記憶されている前回のメジャメント観測値９０１３を、最新のメジャメント観測値９０１３の取得時刻までプロパゲートする（ステップＥ１３）。
【０１５２】
そして、ホストＣＰＵ４０は、プロパゲート処理で得られた前回のメジャメント観測値９０１３のプロパゲート値と、最新のメジャメント観測値との差を算出して、最新前回観測差値とする（ステップＥ１５）。また、ホストＣＰＵ４０は、算出した最新前回観測差値を用いて、ステップＥ３で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出して、第２種メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ１７）。
【０１５３】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＥ１７で算出した第２種メジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＥ１９）。具体的には、ＲＯＭ８２に記憶されている信頼度判定用データ８２３を参照し、第２種メジャメントパラメーターに対応付けられている信頼度の判定方法に従って最新前回観測差値に対する閾値判定を行うことで、第２種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」〜「３」の何れに該当するかを判定する。
【０１５４】
その後、ホストＣＰＵ４０は、捕捉衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の相関積算値に基づいてＸＰＲを算出する（ステップＥ２１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、算出したＸＰＲを用いて、ステップＥ３で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出して、第３種メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ２３）。
【０１５５】
次に、ホストＣＰＵ４０は、ステップＥ２３で算出した第３種メジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＥ２５）。具体的には、ＲＯＭ８２に記憶されている信頼度判定用データ８２５を参照し、第３種メジャメントパラメーターに対応付けられている信頼度の判定方法に従ってＸＰＲに対する閾値判定を行うことで、第３種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」と「２」の何れに該当するかを判定する。
【０１５６】
その後、ホストＣＰＵ４０は、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」であるか否かを判定し（ステップＥ２７）、「３」ではない、すなわち「１」か「２」であると判定した場合は（ステップＥ２７；Ｎｏ）、第１種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ２９）。
【０１５７】
一方、ステップＥ２７において第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」であると判定した場合は（ステップＥ２７；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、第２種メジャメント想定誤差値の信頼度が、第３種メジャメント想定誤差値の信頼度以下であるか否かを判定する（ステップＥ３１）。すなわち、第２種メジャメント想定誤差値の信頼性が、第３種メジャメント想定誤差値の信頼性と同じかそれよりも高いかどうかを判定する。
【０１５８】
そして、上述した条件を満たすと判定した場合は（ステップＥ３１；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、第２種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ３３）。一方、上述した条件を満たさないと判定した場合は（ステップＥ３１；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、第３種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ３５）。
【０１５９】
ステップＥ２９、Ｅ３３及びＥ３５の何れかの処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８２に記憶されている第２のメジャメント想定誤差値調整プログラム８２１５を読み出して実行することで、第２のメジャメント想定誤差値調整処理を行う（ステップＥ３７）。
【０１６０】
図３２は、第２のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値が第１種メジャメント想定誤差値であるか否かを判定し（ステップＦ１）、第１種メジャメント想定誤差値であると判定した場合は（ステップＦ１；Ｙｅｓ）、暫定メジャメント想定誤差値である第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「２」であるか否かを判定する（ステップＦ３）。
【０１６１】
そして、信頼度が「２」であると判定した場合は（ステップＦ３；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値の大きさが所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＦ５）。そして、閾値以下であると判定した場合は（ステップＦ５；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、ＲＡＭ９０の最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７を参照し、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値の平均値を算出して過去平均値とする（ステップＦ７）。
【０１６２】
そして、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値と過去平均値とを加重平均計算し、その計算値を最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ９）。具体的には、暫定メジャメント想定誤差値の重みを「α」、過去平均値の重みを「１−α」として加重平均計算を行う。
【０１６３】
一方、ステップＦ５において暫定メジャメント想定誤差値が閾値を超えていると判定した場合は（ステップＦ５；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、第２種メジャメント想定誤差値と第３種メジャメント想定誤差値とのうち、信頼性が高い方のメジャメント想定誤差値を選択して最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ１１）。
【０１６４】
また、ステップＦ１において暫定メジャメント想定誤差値が第１種メジャメント想定誤差値ではなく第２種又は第３種メジャメント想定誤差値であると判定した場合は（ステップＦ１；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ１３）。この場合は、第２種又は第３種メジャメント想定誤差値が最終メジャメント想定誤差値となる。
【０１６５】
また、ステップＦ３において暫定メジャメント想定誤差値である第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「２」ではなく「１」であると判定した場合にも（ステップＦ３；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ１３）。この場合は、第１種メジャメント想定誤差値が最終メジャメント想定誤差値となる。
【０１６６】
尚、図３１のステップＥ２７、Ｅ２９より、第１種メジャメント想定誤差値が暫定メジャメント想定誤差値となるのは、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」の場合である。従って、図３２でステップＦ１；Ｙｅｓとなるのは、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」の場合であり、ステップＦ３；Ｎｏとなるのは、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」の場合に限られる。
【０１６７】
そして、ステップＦ９〜Ｆ１３の何れかの処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、第２のメジャメント想定誤差値調整処理を終了する。
【０１６８】
図３１の第２の観測誤差行列設定処理に戻って、第２のメジャメント想定誤差値調整処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、次のメジャメントの種類へと処理を移行する。そして、コード位相及び受信周波数のそれぞれについてステップＥ７〜Ｅ３７の処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、ループＢの処理を終了する（ステップＥ３９）。
【０１６９】
ループＢの処理を終了すると、ホストＣＰＵ４０は、コード位相及び受信周波数それぞれについて、ステップＥ３７で得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値を観測誤差とした観測誤差行列「Ｒ」を設定する（ステップＥ４１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、第２の観測誤差行列設定処理を終了する。
【０１７０】
４−３．作用効果
第２実施例によれば、第１種〜第３種メジャメントパラメーターそれぞれについて、メジャメント想定誤差値モデル式に従って算出した第１種〜第３種メジャメント想定誤差値の信頼度に基づいて、観測誤差として設定するメジャメント想定誤差値を切り替える。具体的には、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」であれば、第１種メジャメント想定誤差値を用いて観測誤差を設定するが、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」である場合は、第２種メジャメント想定誤差値の信頼度が第３種メジャメント想定誤差値の信頼度以下であれば、第２種メジャメント想定誤差値を用いて観測誤差を設定する。
【０１７１】
第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値は、メジャメントの実誤差との間で強い正の相関を示し、第１種〜第３種メジャメントパラメーターの中で観測誤差の設定に最も適したパラメーターである。そのため、第１種メジャメントパラメーターの信頼度が「３」となる場合を除いて、第１種メジャメント想定誤差値を用いて観測誤差を設定することにした。
【０１７２】
また、第２種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値は、メジャメントの実誤差との相関が第１種メジャメントパラメーターほど強くはないが、ある程度の正の相関を示すことがわかった。そのため、第１種メジャメントパラメーターの信頼性が低い場合は、第２種メジャメントパラメーター想定誤差値を用いて観測誤差を設定することにした。
【０１７３】
このように、メジャメント想定誤差値の信頼性に応じて観測誤差の設定に使用するメジャメント想定誤差値を切り替えることで、適切な観測誤差を設定して位置算出計算を行うことが可能となり、位置算出の正確性が一層向上する。
【０１７４】
５．実験結果
図３３は、第１実施例で説明した手法と、第２実施例で説明した手法と、従来の手法とのそれぞれについて、位置算出計算を行って携帯型電話機１の位置を算出した場合の位置誤差の大きさを示す実験結果である。携帯型電話機１を搭載した自動車を高速走行と低速走行させ、位置算出計算で求められた算出位置と自動車の真位置との間の距離を位置誤差として計測した。
【０１７５】
図３３において、横軸はＧＰＳ受信機の受信感度［ｄＢｍ］、縦軸は位置誤差［ｍ］である。また、丸印が第２実施例の手法で位置算出を行った場合の実験結果を、三角形が第１実施例の手法で位置算出を行った場合の実験結果を、矩形が従来の手法で位置算出を行った場合の実験結果をそれぞれ示している。
【０１７６】
この結果を見ると、全ての受信感度において、従来の手法を用いて位置算出計算を行った場合の位置誤差が最大となっていることがわかる。その一方で、第２実施例の手法を用いて位置算出を行った場合の位置誤差が最小となっており、それに次いで、第１実施例の手法を用いて位置算出を行った場合の位置誤差も小さくなっていることがわかる。
【０１７７】
６．変形例
６−１．電子機器
本発明は、携帯型電話機の他にも、位置算出装置を備えた電子機器であれば何れの電子機器にも適用可能である。例えば、ノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置、携帯型ナビゲーション装置等についても同様に適用可能である。
【０１７８】
６−２．衛星位置算出システム
上述した実施形態では、衛星位置算出システムとしてＧＰＳ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等の他の衛星位置算出システムであってもよい。
【０１７９】
６−３．処理の分化
ホストＣＰＵ４０が実行する処理の一部又は全部を、ベースバンド処理回路部３０の演算制御部３１が行う構成としてもよい。例えば、メジャメント取得演算部３３により演算されたメジャメント観測値を用いて演算制御部３１がＫＦ位置算出処理を行って出力位置を決定し、ホストＣＰＵ４０に出力することとしてもよい。そして、ホストＣＰＵ４０は、演算制御部３１から入力した出力位置を各種アプリケーションに利用する。
【０１８０】
６−４．メジャメント想定誤差値の切替
第２実施例では、メジャメント想定誤差値の信頼度に基づいて、暫定メジャメント想定誤差値を第１種〜第３種メジャメント想定誤差値を切り替えて観測誤差の設定に使用するものとして説明したが、第３種メジャメント想定誤差値を用いずに、第１種及び第２種メジャメント想定誤差値の２種類を切り替えて観測誤差の設定に使用してもよい。
【０１８１】
具体的には、例えば、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」である場合は、第１種メジャメント想定誤差値は信用できないものとして、第２種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする。一方、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」である場合は、第１種メジャメント想定誤差値を信用して、第１種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする。
【０１８２】
また、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度と第２種メジャメント想定誤差値の信頼度とがともに「１」か「２」の場合には両方の値を信用して、第１種メジャメント想定誤差値と第２種メジャメント想定誤差値の平均値を暫定メジャメント想定誤差値としてもよい。
【０１８３】
６−５．メジャメント想定誤差値の調整
上述した実施形態では、メジャメント想定誤差値の調整処理において、メジャメント想定誤差値とメジャメント想定誤差値の過去平均値との加重平均計算を行ってメジャメント想定誤差値を調整するものとして説明した。この際、加重平均計算の重み「α」を固定値とするものとして説明したが、重み「α」を可変に設定することとしてもよい。
【０１８４】
例えば、過去のメジャメント想定誤差値が信頼性の高いもの（例えば信頼度「１」）を多く含んでいる場合は、過去平均値を重視するように重み「α」に小さな値（例えばα＝０．２）を設定することが考えられる。逆に、過去のメジャメント想定誤差値が信頼性の低いもの（例えば信頼度「３」）を多く含んでいる場合は、メジャメント想定誤差値を重視するように重み「α」に大きな値（例えばα＝０．８）を設定すればよい。
【０１８５】
また、過去のメジャメント想定誤差値の履歴に基づいて位置算出時刻におけるメジャメント想定誤差値を推定し、その推定値（以下、「メジャメント想定誤差推定値」と称す。）を用いてメジャメント想定誤差値を調整してもよい。例えば、メジャメント想定誤差値をメジャメント想定誤差推定値に修正してもよいし、メジャメント想定誤差値とメジャメント想定誤差推定値との平均値を求めて当該平均値に修正することとしてもよい。
【０１８６】
６−６．対応関係
上述した実施形態では、ＧＰＳ衛星信号の信号強度別に、メジャメント想定誤差値を算出するためのモデル式が定められているものとして説明したが、モデル式ではなくテーブルを定めておいてもよい。すなわち、ＧＰＳ衛星信号の信号強度別に、メジャメントパラメーターの値とメジャメント想定誤差値とが対応付けられたテーブルを用意しておき、当該テーブルからメジャメント想定誤差値を読み出して、観測誤差を設定するようにする。
【０１８７】
６−７．メジャメント想定誤差値モデル式
上述した実施形態では、第３種メジャメントパラメーターであるＸＰＲを用いてメジャメント想定誤差値を算出するためのモデル式として、２つの一次関数を組み合わせたモデル式を定義するものとして説明したが、例えば双曲線によってモデル式を定義することとしてもよく、モデル式の種類は適宜設定変更可能である。
【符号の説明】
【０１８８】
１ 携帯型電話機、 １０ ＧＰＳアンテナ、 ２０ ＧＰＳ受信部、
２１ ＲＦ受信回路部、 ３０ ベースバンド処理回路部、 ３１ 演算制御部、
３３ メジャメント取得演算部、 ３５ ＲＯＭ、 ３７ ＲＡＭ、
４０ ホストＣＰＵ、 ５０ 操作部、 ６０ 表示部、 ６５ 携帯電話用アンテナ、
７０ 携帯電話用無線通信回路部、 ８０ ＲＯＭ、 ９０ ＲＡＭ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置算出方法及び位置算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測位用信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から自機までの擬似距離等の情報に基づいて自機の位置を求める位置算出計算を行う。
【０００３】
従来より、位置算出計算としては、最小二乗法を利用した計算が広く用いられている。また、別の手法として、カルマンフィルターを利用した位置算出計算を行って位置を算出する技術も考案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カルマンフィルターは、誤差を含む観測値を利用して、時々刻々と変化する状態量を推定する確率理論に基づく推定方法である。カルマンフィルターでは、対象とする系の状態量を予測する予測処理と、予測処理で予測された状態量を補正する補正処理とを行って、状態量を推定する。補正処理では、所定の外部観測量を観測値として与えて状態量の補正・更新を行うが、この際、想定される観測値の誤差を観測誤差として与えて演算を行う。観測誤差は、一般にＲ値として知られるものである。
【０００６】
カルマンフィルターを利用した位置算出処理では、位置算出装置の位置や移動速度を状態量とし、位置算出装置が受信したＧＰＳ衛星信号の位相や周波数といった外部観測量を観測値として用いて、カルマンフィルターの理論に基づく位置算出計算を行う方法が一般的である。但し、観測値に実際に含まれる誤差の大きさは不明であるため、観測誤差に固定値を設定して計算を行う場合が多い。
【０００７】
しかしながら、観測値に実際に含まれる誤差よりも大きな値を観測誤差に設定して位置算出計算を行うと、フィルターが強く作用してしまい、算出位置が実際の位置よりも時間的に遅れる“位置遅れ”や、カーブや曲がり角において算出位置の追従性が悪化する“ショートカット”といった事象が発生し、位置算出の正確性が低下するという問題があった。
【０００８】
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、位置算出の正確性を向上させることのできる観測誤差の新たな設定方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測することと、前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得することと、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定することと、前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することと、を含む位置算出方法である。
【００１０】
また、他の形態として、測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測する予測部と、前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得する観測部と、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定する設定部と、前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測する。また、測位用衛星から受信した測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得する。そして、観測メジャメントと予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定する。そして、誤差パラメーターの値を用いて位置算出処理を行って位置を算出する。
【００１２】
測位用信号の受信に係るメジャメントには、少なくとも測位用信号の受信周波数及びコード位相が含まれ、誤差パラメーターには、想定されるメジャメントの誤差の大きさを示すパラメーターが含まれる。詳細は後述するが、本願発明者は、メジャメントの実誤差との間で強い相関を示すパラメーターの値を用いて誤差パラメーターの値を設定し、当該誤差パラメーターの値を用いて位置算出計算を行うことで、算出位置の誤差が小さくなることを発見した。また、観測メジャメントと予測メジャメントとの差で表されるパラメーターは、メジャメントの実誤差との関係で線形的な特性を示し、相関が強いことが明らかとなった。従って、観測メジャメントと予測メジャメントとの差に基づいて誤差パラメーターの値を設定することで、観測値の実誤差に近似した観測誤差を設定することが可能となり、位置算出の正確性が向上する。
【００１３】
また、第２の形態として、第１の形態の位置算出方法であって、前記位置算出処理で用いる状態ベクトルの予測を行うことと、前記予測された状態ベクトルの補正を行うことと、を更に含み、前記予測メジャメントを予測することは、前記予測された状態ベクトルに基づいて第１の予測メジャメントを予測する第１の予測処理を含み、前記位置を算出することは、前記補正された状態ベクトルに基づいて位置を算出することを含む位置算出方法を構成してもよい。
【００１４】
この第２の形態によれば、位置算出処理で用いる状態ベクトルの予測と、予測された状態ベクトルの補正とを行う。そして、予測された状態ベクトルに基づいて第１の予測メジャメントを予測するとともに、補正された状態ベクトルに基づいて位置を算出する。
【００１５】
また、第３の形態として、第２の形態の位置算出方法であって、前記予測メジャメントを予測することは、前記測位用信号を受信した際に取得された過去の観測メジャメントと当該過去の観測メジャメントを観測した時からの経過時間とに基づいて、位置算出処理を行う時の第２の予測メジャメントを予測する第２の予測処理を含む位置算出方法を構成してもよい。
【００１６】
この第３の形態によれば、測位用信号を受信した際に取得された過去の観測メジャメントと当該過去の観測メジャメントを観測した時からの経過時間とに基づいて、位置算出処理を行う時の第２の予測メジャメントを予測する。この予測は、過去に観測されたメジャメントに基づく予測であるため、位置算出時点のメジャメントを適切に予測することができ、観測誤差の設定が適切に行われるようになる。
【００１７】
また、第４の形態として、第３の形態の位置算出方法であって、第１の予測メジャメント及び第２の予測メジャメントの信頼性を判定することを更に含むとともに、前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記信頼性の判定結果に応じて、前記第１の予測メジャメント及び前記第２の予測メジャメントの少なくとも何れかを用いて前記誤差パラメーターの値を設定することを含む位置算出方法を構成してもよい。
【００１８】
この第４の形態によれば、第１の予測メジャメント及び第２の予測メジャメントの信頼性を判定し、その判定結果に応じて、第１の予測メジャメント及び第２の予測メジャメントの少なくとも何れかを用いて誤差パラメーターの値を設定する。これにより、例えば、第１の予測メジャメントの信頼性が低い場合は、第２の予測メジャメントを用いて誤差パラメーターの値を設定するといったことや、第１の予測メジャメントの信頼性と第２の予測メジャメントの信頼性とが共に高い場合は、第１の予測メジャメントと第２の予測メジャメントとの両方を用いて誤差パラメーターの値を設定するといったことが可能となる。
【００１９】
また、第５の形態として、第４の形態の位置算出方法であって、前記判定により前記信頼性が所定の低信頼性条件を満たすと判定された場合に、前記設定された誤差パラメーターの値を過去の値に基づいて調整することを更に含むとともに、前記位置を算出することは、前記調整された誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することを含む位置算出方法を構成してもよい。
【００２０】
この第５の形態によれば、予測メジャメントの信頼性が所定の低信頼性条件を満たすと判定した場合は、設定された誤差パラメーターの値を過去の値に基づいて調整する。そして、調整された誤差パラメーターの値を用いて位置算出処理を行って位置を算出する。例えば、第１の予測メジャメントの信頼性が低い場合は、誤差パラメーターの過去の値のうちの信頼性の高い誤差パラメーターの値を用いて、設定した誤差パラメーターの値を調整する。これにより、より適切な誤差パラメーターの値を用いて位置算出処理を行うことが可能となり、位置算出の正確性が一層向上する。
【００２１】
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であって、前記測位用信号の信号強度と、前記観測メジャメント及び前記予測メジャメントの差と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、受信した前記測位用信号の信号強度を測定することを更に含み、前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記測定された信号強度、及び、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差を用いて前記想定誤差を求めることと、前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、を含む位置算出方法を構成してもよい。
【００２２】
この第６の形態によれば、受信した測位用信号の信号強度を測定し、測定された信号強度、及び、観測メジャメントと予測メジャメントとの差を用いて、予め定められた対応関係に従って想定誤差を求める。そして、求めた想定誤差に基づいて誤差パラメーターの値を設定する。
【００２３】
観測メジャメントと予測メジャメントとの差と、メジャメントの想定誤差との対応関係を予め定めておき、当該対応関係に従って想定誤差を求めることで、誤差パラメーターの値の設定を簡易に行うことが可能となる。また、測位用信号の信号強度別に対応関係を定めておくことで、受信した測位用信号の信号強度に応じて誤差パラメーターの値を適切に設定することができる。
【００２４】
また、第７の形態として、第１の形態の位置算出方法であって、前記測位用信号の信号強度と、前記測位用信号の信号品質の評価指標値である信号品質評価指標値と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、受信した前記測位用信号の信号強度を測定することと、受信した前記測位用信号の前記信号品質評価指標値を算出することと、を更に含み、前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記測定された信号強度と前記算出された信号品質評価指標値とを用いて前記想定誤差を求めることと、前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、を含む位置算出方法を構成してもよい。
【００２５】
この第７の形態によれば、受信した測位用信号の信号強度を測定するとともに、受信した測位用信号の信号品質評価指標値を算出する。そして、測定された信号強度と算出された信号品質評価指標値とを用いて、予め定められた対応関係に従って想定誤差を求め、当該想定誤差に基づいて誤差パラメーターの値を設定する。
【００２６】
信号品質評価指標値は、測位用信号の信号品質を評価するためのパラメーターであり、例えば信頼度指標ＸＰＲがこれに相当する。測位用信号の信号強度と、信号品質評価指標値と、メジャメントの想定誤差との対応関係を予め定めておき、当該対応関係に従って想定誤差を求めることで、誤差パラメーターの値の設定を簡易且つ適切に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。
【図２】観測誤差行列の一例を示す図。
【図３】コード位相観測誤差とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図４】受信周波数観測誤差と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図５】コード位相観測誤差とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図６】受信周波数観測誤差と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図７】緯度方向の誤差を示すグラフ。
【図８】経度方向の誤差を示すグラフ。
【図９】高度方向の誤差を示すグラフ。
【図１０】平均位置誤差及び平均移動速度誤差を示す図。
【図１１】メジャメントパラメーターの説明図。
【図１２】コード位相最新観測予測差値とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図１３】コード位相最新前回観測差値とコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図１４】ＸＰＲとコード位相実誤差との関係を示すグラフ。
【図１５】受信周波数最新観測予測差値と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図１６】受信周波数最新前回観測差値と受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図１７】ＸＰＲと受信周波数実誤差との関係を示すグラフ。
【図１８】受信感度とモデル式係数との関係を示すグラフ。
【図１９】信頼度判定用データのデータ構成の一例を示す図。
【図２０】第１実施例においてＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。
【図２１】第１実施例においてＲＡＭに格納されるデータの一例を示す図。
【図２２】メジャメント想定誤差値モデル式データのデータ構成例を示す図。
【図２３】メジャメントデータのデータ構成例を示す図。
【図２４】メイン処理の流れを示すフローチャート。
【図２５】ＫＦ位置算出処理の流れを示すフローチャート。
【図２６】第１の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャート。
【図２７】第１のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャート。
【図２８】第２実施例においてＲＯＭに格納されるデータの一例を示す図。
【図２９】第２のメジャメント想定誤差値モデル式データのデータ構成例を示す図。
【図３０】第２の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャート。
【図３１】第２の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャート。
【図３２】第２のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャート。
【図３３】位置算出処理を行った実験結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、位置算出装置を備えた電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合の実施形態について説明する。尚、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけではない。
【００２９】
１．機能構成
図１は、本実施形態における携帯型電話機１の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機１は、ＧＰＳアンテナ１０と、ＧＰＳ受信部２０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）４０と、操作部５０と、表示部６０と、携帯電話用アンテナ６５と、携帯電話用無線通信回路部７０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）８０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９０とを備えて構成される。
【００３０】
ＧＰＳアンテナ１０は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信した信号をＧＰＳ受信部２０に出力する。尚、ＧＰＳ衛星信号は、衛星毎に異なる拡散符号の一種であるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＰＲＮコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号である。
【００３１】
ＧＰＳ受信部２０は、ＧＰＳアンテナ１０から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の位置を計測する位置算出回路であり、いわゆるＧＰＳ受信機に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部２０は、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部２１と、ベースバンド処理回路部３０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部２１と、ベースバンド処理回路部３０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。
【００３２】
ＲＦ受信回路部２１は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の発振信号を分周或いは逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、ＧＰＳアンテナ１０から出力されたＲＦ信号に乗算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部３０に出力する。
【００３３】
ベースバンド処理回路部３０は、ＲＦ受信回路部２１から出力されたＩＦ信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出す回路部である。ベースバンド処理回路部３０は、演算制御部３１と、ＲＯＭ３５と、ＲＡＭ３７とを備えて構成される。また、演算制御部３１は、メジャメント取得演算部３３を備えて構成される。
【００３４】
メジャメント取得演算部３３は、ＲＦ受信回路部２１から出力された受信信号（ＩＦ信号）から、ＧＰＳ衛星信号の捕捉を行う回路部であり、相関演算部３３１を備えて構成されている。メジャメント取得演算部３３は、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数やコード位相等の情報を取得し、メジャメント観測値としてホストＣＰＵ４０に出力する。また、メジャメント取得演算部３３は、捕捉したＧＰＳ衛星信号の信号強度を測定し、測定した信号強度をホストＣＰＵ４０に出力する。
【００３５】
相関演算部３３１は、受信信号に含まれるＰＲＮコードと、装置内部で発生させたレプリカコードとの相関を、例えばＦＦＴ（Fast Fourier transform）演算を用いて算出し積算する相関演算処理を行うことで、受信信号からＧＰＳ衛星信号を捕捉する。レプリカコードとは、擬似的に発生させた捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号に含まれるＰＲＮコードを模擬した信号である。
【００３６】
捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号が間違いなければ、そのＧＰＳ衛星信号に含まれるＰＲＮコードとレプリカコードとは一致し（捕捉成功）、間違っていれば一致しない（捕捉失敗）。そのため、算出された相関値のピークを判定することによってＧＰＳ衛星信号の捕捉が成功したか否かを判定でき、レプリカコードを次々に変更して、同じ受信信号との相関演算を行うことで、ＧＰＳ衛星信号を捕捉することが可能となる。
【００３７】
また、相関演算部３３１は、上述した相関演算処理を、レプリカコードの発生信号の周波数及び位相を変更しつつ行っている。レプリカコードの発生信号の周波数と受信信号の周波数とが一致し、且つ、ＰＲＮコードとレプリカコードとの位相が一致した場合に、相関値が最大となる。
【００３８】
より具体的には、捕捉対象のＧＰＳ衛星信号に応じた所定の周波数及び位相の範囲をサーチ範囲として設定する。そして、このサーチ範囲内で、ＰＲＮコードの開始位置（コード位相）を検出するための位相方向の相関演算と、周波数を検出するための周波数方向の相関演算とを行う。サーチ範囲は、例えば、周波数についてはＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数である１．５７５４２［ＧＨｚ］を中心とする所定の周波数掃引範囲、位相についてはＰＲＮコードのチップ長である１０２３チップのコード位相範囲内に定められる。
【００３９】
ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０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携帯型電話機１の各部を統括的に制御するプロセッサーである。また、ホストＣＰＵ４０は、位置算出処理を行って携帯型電話機１の位置を計測して出力位置を決定し、当該出力位置をプロットした位置表示画面を生成して表示部６０に表示させる。
【００４０】
操作部５０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ホストＣＰＵ４０に出力する。この操作部５０の操作により、通話要求やメール送受信要求、位置算出要求等の各種指示操作入力がなされる。
【００４１】
表示部６０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ４０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６０には、位置表示画面や時刻情報等が表示される。
【００４２】
携帯電話用アンテナ６５は、携帯型電話機１の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。
【００４３】
携帯電話用無線通信回路部７０は、ＲＦ変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。
【００４４】
ＲＯＭ８０は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ４０が携帯型電話機１を制御するためのシステムプログラムや、位置算出機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。
【００４５】
ＲＡＭ９０は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ４０により実行されるシステムプログラム、各種処理プログラム、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形成している。
【００４６】
２．原理
携帯型電話機１は、カルマンフィルター（以下、適宜「ＫＦ（Kalman Filter）」と表す。）を利用した位置算出処理（以下、「ＫＦ位置算出処理」と称す。）を行って位置を算出する。カルマンフィルターは、誤差を含む観測値を利用して、時々刻々と変化する状態量を推定する確率理論に基づく推定手法である。
【００４７】
本実施形態では、携帯型電話機１の状態を表す状態量として、状態ベクトル「Ｘ」と呼ばれる行列を定義する。状態ベクトル「Ｘ」は、例えば、携帯型電話機１の３次元の位置「（ｘ，ｙ，ｚ）」、３次元の移動速度「（ｕ，ｖ，ｗ）」、３次元の加速度「（ａx，ａy，ａz）」、クロックのバイアス「ｂ」及びクロックのドリフト「ｄ」を成分とする次式（１）に示すような行列とすることができる。
【数１】
【００４８】
また、携帯型電話機１の状態量に含まれる誤差を表すための行列として、誤差共分散行列「Ｐ」を定義する。誤差共分散行列「Ｐ」は、状態ベクトル「Ｘ」の各成分の誤差の共分散を表す１１×１１の行列である。
【００４９】
ＫＦ位置算出処理では、携帯型電話機１は、状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の予測処理と補正処理とを行って、携帯型電話機１の位置を算出する。予測処理では、直前の補正処理において算出された状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」に対して、状態遷移行列「φ」と呼ばれる行列を作用させることで、現在の時刻における状態ベクトルの予測値「Ｘ−」を演算する。
【００５０】
補正処理では、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号の受信に係る外部観測量（以下、本実施形態において「メジャメント」と称す。）を観測値として、予測処理により算出された状態ベクトルの予測値「Ｘ−」を補正・更新して、現在の時刻における状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」を演算する。具体的には、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相の２つの成分をメジャメントとし、メジャメント取得演算部３３により取得・演算されたメジャメント（以下、このメジャメントを受信機が観測したメジャメントという意味で「メジャメント観測値」と称する。）を用いて補正処理を行う。尚、メジャメントはＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相に限られず、適宜追加・変更することができる。
【００５１】
カルマンフィルターの理論では、観測値には誤差が含まれることを前提とし、この観測値に含まれる誤差を観測誤差（いわゆるＲ値）として、補正処理に反映させる。本実施形態では、ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の２つの成分であるメジャメントが観測値となるため、この２つの成分に含まれる誤差をそれぞれ設定する必要がある。
【００５２】
具体的には、コード位相に含まれる誤差をコード位相観測誤差「ＲCP」、受信周波数に含まれる誤差を受信周波数観測誤差「ＲF」とした場合に、図２に示すような、コード位相観測誤差「ＲCP」と受信周波数観測誤差「ＲF」とを成分とする２×２の観測誤差行列「Ｒ」を定義する。本実施形態では観測誤差は行列の形で表されるため、「観測誤差行列」ともいう。
【００５３】
観測値がホワイトノイズの特性を示すとき、観測値の分散「σ2」を観測誤差として設定すると、効果的なフィルターを実現できることが知られている。しかし、観測値がホワイトノイズの特性を示すことは少なく、実際には、携帯型電話機１が備えるクロックのドリフトやバイアスの影響、ＧＰＳ衛星信号を受信する際のマルチパスの影響等により、ホワイトノイズ以外のノイズ成分が含まれ得る。そのため、観測値の分散「σ2」を単純に観測誤差として設定したのでは、効果的なフィルターを実現できるとは限らない。
【００５４】
このことを実証するため、本願発明者は次の２つの実験を行った。第１の実験は、メジャメントを取得・収集してメジャメントの分散「σ2」を求め、求めた分散「σ2」を観測誤差として設定して位置算出計算を行う実験である。第２の実験は、メジャメントに実際に含まれている誤差（メジャメントの実誤差）を計測・収集し、このメジャメントの実誤差を観測誤差として設定して位置算出計算を行う実験である。
【００５５】
メジャメントの実誤差は、携帯型電話機１が観測したＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数（メジャメント観測値）と、数学モデルによって理論的に求められるＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の真値（メジャメント理論値）との差である。メジャメント理論値は、ＧＰＳ受信機の位置、移動速度及び移動方向の情報（受信機情報）が既知である場合に、当該受信機情報と、衛星軌道モデルを用いて算出したＧＰＳ衛星の位置、移動速度及び移動方向の情報（衛星情報）とを用いて、公知の手法に基づいて算出することができる。以下、この２つの実験の実験結果について説明する。
【００５６】
図３は、第１の実験において、観測誤差行列「Ｒ」に設定したコード位相観測誤差「ＲCP」の大きさと、コード位相の実誤差「ＥCP」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフである。同様に、図４は、第１の実験において、受信周波数観測誤差「ＲＦ」の大きさと、受信周波数の実誤差「ＥＦ」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフである。図３において、横軸はコード位相観測誤差「ＲCP」、縦軸はコード位相の実誤差「ＥCP」であり、それぞれメートル換算［ｍ］で示している。また、図４において、横軸は受信周波数観測誤差「ＲＦ」、縦軸は受信周波数の実誤差「ＥＦ」であり、それぞれメートル毎秒換算［ｍ／ｓ］で示している。また、各図において、１つのプロットが、１回の実験で得られた結果を示している。
【００５７】
図３のコード位相の実験結果を見ると、コード位相観測誤差「ＲCP」の大きさは、「１００ｍ」の近傍のグループと、「１０００ｍ」の近傍のグループとの２つのグループに大きく分けられていることがわかる。しかし、コード位相観測誤差「ＲCP」の大きさが同じであっても、プロットが縦軸方向に広がっており、コード位相の実誤差「ＥCP」は広範な値となっていることがわかる。
【００５８】
図４の受信周波数の実験結果についても同様であり、受信周波数観測誤差「ＲＦ」の大きさは、「２ｍ／ｓ」の近傍のグループと、「１０ｍ／ｓ」の近傍のグループとの２つのグループに大きく分けられていることがわかる。しかし、受信周波数観測誤差「ＲF」の大きさが同じであっても、受信周波数の実誤差「ＥF」は広範な値となっている。
【００５９】
図５は、第２の実験において、観測誤差行列「Ｒ」に設定したコード位相観測誤差「ＲCP」の大きさと、コード位相の実誤差「ＥCP」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフであり、横軸がコード位相観測誤差「ＲCP」、縦軸がコード位相の実誤差「ＥCP」である。この実験結果を見ると、コード位相の実誤差「ＥCP」をコード位相観測誤差「ＲCP」に設定したことで（ＲCP＝ＥCP）、「ＲCP」と「ＥCP」との関係が線形となっていることがわかる。
【００６０】
図６は、第２の実験において、観測誤差行列「Ｒ」に設定した受信周波数観測誤差「ＲF」の大きさと、受信周波数の実誤差「ＥF」の大きさとを２次元的にプロットしたグラフであり、横軸が受信周波数観測誤差「ＲF」、縦軸が受信周波数の実誤差「ＥF」である。この場合も、受信周波数の実誤差「ＥCP」を受信周波数観測誤差「ＲF」に設定したことで（ＲF＝ＥF）、「ＲF」と「ＥF」との関係が線形となっている。
【００６１】
図７〜図９は、第１及び第２の実験それぞれについて、位置算出計算で求められた算出位置に含まれていた誤差（位置誤差）の大きさを示す実験結果である。位置算出計算で求められた算出位置と、携帯型電話機１の真位置との間の距離を計測して位置誤差とした。図７が緯度方向の誤差を、図８が経度方向の誤差を、図９が高度方向の誤差をそれぞれ示しており、各図において、横軸は時間、縦軸は誤差の大きさ［ｍ］を示している。また、第１の実験で求められた誤差を点線で、第２の実験で求められた誤差を実線でそれぞれ示している。
【００６２】
これらの実験結果を見ると、第１の実験では、緯度方向、経度方向、高度方向それぞれについて誤差が上下に大きく揺らいでおり、位置誤差が大きくなっていることがわかる。一方、第２の実験では、緯度方向、経度方向、高度方向のどれを見ても誤差は「０」の近傍の値をとっており、位置誤差が小さくなっていることがわかる。
【００６３】
図１０は、第１及び第２の実験それぞれについて、全ての算出位置の位置誤差を平均することで得られた平均位置誤差の大きさを示す図である。また、第１及び第２の実験では、位置の他に、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数の時間変化に基づいて携帯型電話機１の移動速度も算出したため、全ての移動速度を平均することで得られた平均移動速度誤差の大きさも併せて図示している。
【００６４】
この実験結果を見ると、第１の実験では、平均位置誤差が「７．１０３ｍ」、平均移動速度誤差が「０．３６２０ｍ／ｓ」であるのに対し、第２の実験では、平均位置誤差が「０．９６９９ｍ」、平均速度誤差が「０．１８９７ｍ／ｓ」となっており、どちらも第１の実験結果に比べて誤差が小さくなっていることがわかる。特に、平均位置誤差はその差が顕著であり、第１の実験と比べて平均位置誤差がおよそ１／１０となっていることがわかる。
【００６５】
これらの実験結果から、メジャメントの実誤差との間で強い相関を示すパラメーターを見つけることができれば、当該パラメーターの値を用いて適切な観測誤差を設定することが可能となり、位置算出の正確性が向上することがわかる。そこで、本願発明者は、３種類のパラメーターに着目し、これらのパラメーターを第１種〜第３種メジャメントパラメーターとして、メジャメントの実誤差との関係を調べた。
【００６６】
図１１は、メジャメントパラメーターの説明図であり、メジャメントを模式化して概念的に示したものである。図１１において、白丸はメジャメント観測値を示している。メジャメント観測値は、ＧＰＳ衛星信号を受信した際に観測したメジャメントであり、ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の実測値である。
【００６７】
メジャメント予測値は、カルマンフィルターの理論を用いて予測されたメジャメントであり、ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の予測値である。本実施形態では、予測処理を行うことで得られた状態ベクトルの予測値「Ｘ−」に対して観測行列「Ｈ」と呼ばれる行列を作用させることで、メジャメントの予測値「ＨＸ−」を算出する。
【００６８】
観測行列「Ｈ」は、状態ベクトルの予測値「Ｘ−」の各成分を用いて、メジャメントであるＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数を予測するための行列であり、次式（２）に示すような２×１１の行列で表される。
【数２】
【００６９】
ここで、観測行列「Ｈ」に含まれる「Ｄx」、「Ｄy」及び「Ｄz」は、次式（３−１）〜（３−３）で表される。
【数３】
但し、「ｘu」、「ｙu」及び「ｚu」は、予測処理で求められた状態ベクトルの予測値「Ｘ−」に含まれる３次元の位置成分、すなわちＧＰＳ受信機の予測位置の３次元成分をそれぞれ示している。また、「ｘs」、「ｙs」及び「ｚs」は、捕捉衛星の現在の位置の３次元成分をそれぞれ示している。捕捉衛星の現在の位置は、衛星軌道モデル（例えばエフェメリス）と現在の時刻とを用いて算出することができる。また、「Ｒ」は、ＧＰＳ受信機の予測位置と捕捉衛星の衛星位置との間の距離である。
【００７０】
図１１の説明に戻って、メジャメント観測値のうち、最新のメジャメント観測値（以下、「最新メジャメント観測値」と称す。）の直前に取得されたメジャメント観測値を「前回メジャメント観測値」とし、前回メジャメント観測値を最新メジャメント観測値の取得時刻までプロパゲートさせた値（以下、「メジャメントのプロパゲート値」と称す。）を求める。ここで、プロパゲートとは、経過時間を用いた値の推定演算処理のことであり、ある時刻において取得・演算されたメジャメント観測値から、当該時刻よりも後の所定時刻（ここでは、最新メジャメント観測値の取得時刻）で取得した場合の値を推定する処理である。
【００７１】
具体的には、受信周波数及びコード位相それぞれについて、次式（４）及び（５）に従って、前回メジャメント観測値のプロパゲート値を求める。
【数４】
【数５】
但し、「Ｆ」は受信周波数、「ＣＰ」はコード位相、「ｔ」は最新のメジャメント取得時刻、「ｔ−１」は前回のメジャメント取得時刻、「Δｔ」は最新のメジャメント取得時刻と前回のメジャメント取得時刻との時刻差、「ΔＦd」は単位時間あたりのドップラー変化量、「ΔＦ」は単位時間当たりの受信周波数の変化量をそれぞれ示している。
【００７２】
第１種メジャメントパラメーターは、最新メジャメント観測値と最新メジャメント予測値との差（以下、「最新観測予測差値」と称す。）として表されるパラメーターである。ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数それぞれについて、最新観測予測差値を算出する。
【００７３】
第２種メジャメントパラメーターは、最新メジャメント観測値と、前回メジャメント観測値のプロパゲート値との差（以下、「最新前回観測差値」と称す。）として表されるパラメーターである。ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数それぞれについて、最新前回観測差値を算出する。
【００７４】
第３種メジャメントパラメーターは、ＧＰＳ衛星信号の信号品質を評価するためのパラメーターの一種である信頼度指標ＸＰＲ（以下、単に「ＸＰＲ」と称す。）である。ＸＰＲは、相関演算部３３１がコード位相方向の相関演算を行うことで得られた相関積算値の最大値「Ｐ1」と、相関積算値が最大となったコード位相から±１／２チップ以上離れたコード位相における相関積算値のうちの最大の相関積算値「Ｐ2」とを用いて、次式（６）に従って算出することができる。
【数６】
尚、ＸＰＲは、コード位相及び受信周波数それぞれに共通の値である。
【００７５】
これらの３種類のメジャメントパラメーターそれぞれについて、実際に取得・演算されたメジャメント観測値と、予測処理により求めたメジャメント予測値とを用いてメジャメントパラメーターの値を実際に計算し、その計算値と、メジャメントの実誤差との関係を調べる実験を行った。その実験結果を以下に示す。
【００７６】
図１２は、コード位相について、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値と、コード位相の実誤差との関係を示すグラフである。１つのプロットが、１回の計測における結果を示している。横軸はコード位相の最新観測予測差値、縦軸はコード位相の実誤差である。このグラフを見ると、プロットが原点近傍から右上方向に向けて広がっており、コード位相の最新観測予測差値と実誤差とはおよそ線形的な関係にあり、強い正の相関を示すことがわかる。
【００７７】
図１３は、コード位相について、第２種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値と、コード位相の実誤差との関係を示すグラフである。１つのプロットが、１回の計測における結果を示している。横軸はコード位相の最新前回観測差値、縦軸はコード位相の実誤差である。このグラフを見ると、プロットは縦軸方向にはそれほど広がっていないが、横軸方向には広範に広がっていることがわかる。また、図１２の結果ほどではないが、プロットが原点近傍から右上方向に向けて広がっており、弱い正の相関が見られる。
【００７８】
図１４は、コード位相について、第３種メジャメントパラメーターであるＸＰＲと、コード位相の実誤差とを２次元的にプロットしたグラフである。１つのプロットが、１回の計測における結果を示している。横軸はコード位相のＸＰＲ、縦軸はコード位相の実誤差である。このグラフを見ると、プロットは、原点近傍には存在せず、グラフの中央部に集中していることがわかる。この中央部のプロットを見ると、プロットは左上方向から右下方向に広がっており、ＸＰＲとメジャメントの実誤差との間には負の相関が見られる。
【００７９】
図１５〜図１７は、受信周波数について同様の実験を行った実験結果である。図１５が、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値と受信周波数の実誤差との関係を示すグラフであり、図１６が、第２種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値と受信周波数の実誤差との関係を示すグラフであり、図１７が、第３種メジャメントパラメーターであるＸＰＲと受信周波数の実誤差との関係を示すグラフである。これらのグラフを見ると、受信周波数についても、コード位相の場合と同様の相関特性を示していることがわかる。
【００８０】
以上の実験結果から、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値は、メジャメントの実誤差との関係で強い正の相関を示すことがわかった。また、第２種及び第３種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値及びＸＰＲについても、第１種メジャメントパラメーターほどではないものの、メジャメントの実誤差との間で相関を示すことがわかった。
【００８１】
この結果に基づき、メジャメントパラメーターの値と、想定されるメジャメント観測値に含まれる誤差の値（以下、「メジャメント想定誤差値」と称す。）との対応関係を定めたモデル式（以下、「メジャメント想定誤差値モデル式」と称す。）を定式化し、このメジャメント想定誤差値モデル式に従って算出したメジャメント想定誤差値を用いて、観測誤差行列「Ｒ」に設定する観測誤差の値を決定する実施形態を考案した。
【００８２】
具体的には、図１２〜図１７の実験結果を用いて、全てのプロットとの間の距離が最小となるような近似式を最小二乗法を用いて求め、当該近似式をメジャメント想定誤差モデル式に決定する。例えば、図１２に示した第１種メジャメントパラメーターについてのコード位相の実験結果に対して最小二乗法を利用した関数のフィッティングを行うことで、図１２に示すような正の一次関数で表される近似式を得ることができる。この近似式を、第１種メジャメントパラメーターの値を用いてコード位相の想定誤差値を算出するためのモデル式とし、以下、第２種及び第３種メジャメントパラメーターに関する近似式も同様のモデル式とする。また、これらのモデル式を包括的に「メジャメント想定誤差値モデル式」と呼ぶ。
【００８３】
同様に、図１３に示した第２種メジャメントパラメーターについてのコード位相の実験結果に対して関数のフィッティングを行うと、図１３に示すような正の一次関数で表される近似式を得ることができ、図１４に示した第３種メジャメントパラメーターについてのコード位相の実験結果に対して関数のフィッティングを行うと、図１４に示すような２つの負の一次関数を組み合わせた近似式を得ることができる。
【００８４】
また、本願発明者は、ＧＰＳ受信機の受信感度によって、得られるメジャメント想定誤差値モデル式が変化することを発見した。具体的には、屋内環境（インドア環境）と屋外環境（アウトドア環境）のそれぞれについて、受信感度を変えながらメジャメントパラメーターの値とメジャメントの実誤差との関係を求め、上述した関数のフィッティングを行ってメジャメント想定誤差値モデル式を決定した。
【００８５】
図１８は、ＧＰＳ衛星信号の受信感度とメジャメント想定誤差値モデル式の係数（モデル式係数）との関係を示すグラフである。ここで示すモデル式係数は、第１種メジャメントパラメーターについて求めたメジャメント想定誤差値モデル式の一次の係数（一次関数の傾き）である。図１８において、横軸は受信感度［ｄＢｍ］、縦軸はモデル式係数をそれぞれ示している。ダイヤ形は、受信周波数についての実験結果を示しており、白のダイヤ形はアウトドア環境で求めたモデル式係数、黒のダイヤ形はインドア環境で求めたモデル式係数である。また、矩形は、コード位相についての実験結果を示しており、白の矩形はアウトドア環境で求めたモデル式係数、黒の矩形はインドア環境で求めたモデル式係数である。
【００８６】
この結果を見ると、受信周波数については、アウトドア環境では、モデル式係数はほぼ横ばいであるが、インドア環境では、受信感度が良くなるにつれて、モデル式係数が漸増していることがわかる。また、コード位相については、アウトドア環境では、受信感度が「−１３０ｄＢｍ〜−１４２ｄＢｍ」の範囲ではモデル式係数は横ばいであるが、「−１４２ｄＢｍ〜−１４４ｄＢｍ」の範囲では漸増し、「−１４４ｄＢｍ〜−１４５ｄＢｍ」の範囲では急増していることがわかる。他方、インドア環境では、モデル式係数はほぼ横ばいである。
【００８７】
この結果からわかることは、ＧＰＳ受信機の受信感度に応じてモデル式係数が変化するため、１つのモデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出するのは適切ではないということである。すなわち、受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度を測定し、測定した信号強度に応じたモデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出することが適切であるということである。
【００８８】
ところで、上述した３種類のメジャメントパラメーターの値は、ＧＰＳ衛星信号の受信環境に応じて、その正確性が変化する。すなわち、ＧＰＳ衛星信号の受信環境が良ければ、メジャメントパラメーターの値の正確性は高くなり、ＧＰＳ衛星信号の受信環境が悪ければ、メジャメントパラメーターの値の正確性は低くなる。メジャメント想定誤差値は、メジャメントパラメーターの値をメジャメント想定誤差値モデル式に代入することで算出されるため、メジャメント想定誤差値の正確性は、メジャメントパラメーターの値の正確性に依存する。
【００８９】
そこで、本実施形態では、メジャメントパラメーターの値に基づいて、算出されたメジャメント想定誤差値の信頼性を判定する。具体的には、メジャメント想定誤差値の信頼性を示す指標値として、「１」〜「３」の３段階で表される信頼度を定義する。信頼度は、数値が低い方が信頼性が高く、「１」が最も信頼性が高いことを意味する。信頼度の判定方法は、メジャメントパラメーターの種類に応じて異なる。
【００９０】
図１９は、信頼度の判定方法を定めた信頼度判定用データのデータ構成例を示す図である。信頼度判定用データには、「１」〜「３」の信頼度と、メジャメント想定誤差値の種類とが対応付けられている。第１〜第３種メジャメントパラメーターを用いて算出されたメジャメント想定誤差値を、それぞれ「第１種〜第３種メジャメント想定誤差値」と称する。
【００９１】
本願発明者が実験を行った結果、携帯型電話機１（ＧＰＳ受信機）が急加速状態にある場合は、第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値が極端に大きくなる傾向があることがわかった。これは次の理由によるものである。携帯型電話機１が急加速の状態にある場合には、カルマンフィルターの予測処理において状態ベクトル「Ｘ」の予測が正しく行われず、求められる状態ベクトルの予測値「Ｘ−」の正確性が低下する。その結果、式（２）及び（３）に従って算出される観測行列「Ｈ」が適切なものではなくなり、状態ベクトルの予測値「Ｘ−」に観測行列「Ｈ」を作用させることで得られるメジャメントの予測値「ＨＸ−」の正確性が低下する。最新観測予測差値は、最新メジャメント観測値と最新メジャメント予測値との差であるため、メジャメント予測値の正確性が低くなると、結果的に、最新観測予測差値の正確性も低下する。
【００９２】
そこで、第１種メジャメント想定誤差値の信頼性については、最新観測予測差値に対する閾値判定を行うための所定の閾値（以下、「第１の閾値」として説明する。）を設定しておき、最新観測予測差値が第１の閾値に満たない場合は信頼度「１」、最新観測予測差値が第１の閾値以上である場合は信頼度「２」と判定する。また、初期定点化前（First Fix前）は、状態ベクトル「Ｘ」の予測が正確に行われない可能性が高いため、信頼度「３」と判定する。第１種メジャメント想定誤差値の信頼性は、最新観測予測差値の信頼性と等価であり、最新観測予測差値の信頼性はメジャメント予測値の正確性によって決まるため、メジャメント予測値の信頼性とも言える。
【００９３】
次に、第２種メジャメント想定誤差値の信頼性について説明する。図１３及び図１６のグラフを見ると、最新前回観測差値が小さい領域では、メジャメントの実誤差が縦軸方向に広範に分布しており、実誤差の振れ幅が大きくなっていることがわかる。すなわち、最新前回観測差値が小さい領域では、実誤差の収束性が悪い。このことから、最新前回観測差値が小さい場合には、メジャメント想定誤差値モデル式に従って算出されるメジャメント想定誤差値の正確性が低下するものと考えられる。
【００９４】
そこで、第２種メジャメントパラメーターについては、最新前回観測差値に対する閾値判定を行うための所定の閾値（以下、「第２の閾値」として説明する。）を設定しておき、算出された最新観測予測差値が第２の閾値以上である場合は信頼度「１」、最新前回観測差値が第２の閾値に満たない場合は信頼度「２」と判定する。また、前回メジャメント観測値が取得できていない場合は、最新前回観測差値を算出することができない。そのため、この場合は、メジャメント想定誤差値の算出が不可であるとして信頼度「３」と判定する。第２種メジャメント想定誤差値の信頼性は、最新前回観測差値の信頼性と等価であり、最新前回観測差値の信頼性はメジャメントのプロパゲート値の正確性によって決まるため、プロパゲート値の信頼性とも言える。
【００９５】
第３種メジャメント想定誤差値の信頼性については、ＸＰＲが大きいほど、受信したＧＰＳ衛星信号に含まれるノイズ成分の割合が低いため信号品質が高く、ＸＰＲが小さいほど、受信したＧＰＳ衛星信号に含まれるノイズ成分の割合が高いため信号品質は低いと言える。そのため、ＸＰＲに対する閾値判定を行うための所定の閾値（以下、「第３の閾値」として説明する。）を設定しておき、算出されたＸＰＲが第３の閾値以上である場合は信頼度「１」、ＸＰＲが第３の閾値に満たない場合は信頼度「２」と判定する。第３種メジャメント想定値の信頼性は、ＸＰＲの信頼性と等価である。
【００９６】
上述した判定方法に従ってメジャメント想定誤差値の信頼性を判定したら、第１種〜第３種メジャメント想定誤差値に優先順位を付ける。詳細は第２実施例で説明するが、基本的には、第１種メジャメント想定誤差値の優先順位を最も高くする。但し、第１種メジャメント想定誤差値の信頼性が低い場合があるため、その場合は第２種メジャメント想定誤差値の優先順位を高くし、第２種メジャメント想定誤差値の信頼性が低い場合は、第３種メジャメント想定誤差値の優先順位を高くする。
【００９７】
優先順位が決まれば、優先順位の最も高いメジャメント想定誤差値を用いて観測誤差行列「Ｒ」に設定する観測誤差の値を決定する。具体的には、コード位相については、優先順位の最も高いメジャメント想定誤差値の二乗値を算出してコード位相観測誤差「ＲCF」に設定し、受信周波数については、優先順位の最も高いメジャメント想定誤差値の二乗値を算出して受信周波数観測誤差「ＲF」に設定する。
【００９８】
３．第１実施例
第１実施例は、原理で説明した第１種〜第３種メジャメント想定誤差値のうち、第１種メジャメント想定誤差値のみを用いて観測誤差行列「Ｒ」を設定して、カルマンフィルターを利用した位置算出処理を行って位置を算出する実施例である。
【００９９】
３−１．データ構成
図２０は、第１実施例において携帯型電話機１のＲＯＭ８０に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＯＭ８０には、ホストＣＰＵ４０により読み出され、メイン処理（図２４参照）として実行されるメインプログラム８０１と、メジャメント想定誤差値モデル式データ８０３とが記憶されている。また、メインプログラム８０１には、ＫＦ位置算出処理（図２５参照）として実行されるＫＦ位置算出プログラム８０１１と、第１の観測誤差行列設定処理（図２６参照）として実行される第１の観測誤差行列設定プログラム８０１３と、第１のメジャメント想定誤差値調整処理（図２７参照）として実行される第１のメジャメント想定誤差値調整プログラム８０１５とがサブルーチンとして含まれている。
【０１００】
メイン処理とは、ホストＣＰＵ４０が、通話処理やメール送受信処理といった携帯電話機としての本来の機能を実現するための処理を行う他、ＫＦ位置算出処理を行って携帯型電話機１の位置を算出する処理である。
【０１０１】
ＫＦ位置算出処理とは、ホストＣＰＵ４０が、カルマンフィルターの理論に基づいて、携帯型電話機１の位置及び移動速度を含む状態ベクトル「Ｘ」に対する予測処理及び補正処理を行って携帯型電話機１の位置を算出し、算出した位置を出力位置として表示部６０に表示させる処理である。
【０１０２】
第１の観測誤差行列設定処理とは、ホストＣＰＵ４０が、上述した原理に従って、ＫＦ位置算出処理の補正処理で使用するＫＦパラメーターの一種である観測誤差行列「Ｒ」を設定する処理である。
【０１０３】
また、第１のメジャメント想定誤差値調整処理とは、ホストＣＰＵ４０が、第１の観測誤差行列設定処理で算出したメジャメント想定誤差値の信頼性が低いと判定した場合に、過去に位置算出計算に使用されたメジャメント想定誤差値の平均値を用いて、メジャメント想定誤差値を調整する処理である。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。
【０１０４】
図２２は、メジャメント想定誤差値モデル式データ８０３のデータ構成の一例を示す図である。メジャメント想定誤差値モデル式データ８０３には、ＧＰＳ衛星信号の信号強度８０３１と対応付けて、メジャメント観測値であるコード位相及び受信周波数それぞれについて、メジャメント想定誤差値を算出するためのメジャメント想定誤差値モデル式８０３３が記憶されている。
【０１０５】
メジャメント想定誤差値モデル式８０３３において、「ＥCP」はコード位相想定誤差値、「ＥF」は受信周波数想定誤差値を示している。「ｘ」はメジャメントパラメーターを示しており、本実施例では最新観測予測差値がこれに該当する。また、「ａ（ａ1，ａ2，ａ3，・・・）」及び「ｂ（ｂ1，ｂ2，ｂ3，・・・）」は、それぞれコード位相用のモデル式の１次及び０次の係数、すなわちモデル式の傾き及び切片を示している。同様に、「ｃ（ｃ1，ｃ2，ｃ3，・・・）」及び「ｄ（ｄ1，ｄ2，ｄ3，・・・）」は、それぞれ受信周波数用のモデル式の１次及び０次の係数を示している。
【０１０６】
例えば、ＧＰＳ衛星信号の信号強度が「−１３２ｄＢｍ」である場合は、コード位相については「ＥCP＝ａ3ｘ＋ｂ3」という一次のモデル式に従ってコード位相想定誤差値「ＥCP」を算出し、受信周波数については「ＥF＝ｃ3ｘ＋ｄ3」という一次のモデル式に従って受信周波数想定誤差値「ＥF」を算出する。
【０１０７】
図２１は、第１実施例において携帯型電話機１のＲＡＭ９０に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ９０には、メジャメントデータ９０１と、衛星軌道データ９０３と、ＫＦパラメーターデータ９０５と、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７とが記憶される。
【０１０８】
図２３は、メジャメントデータ９０１のデータ構成の一例を示す図である。メジャメントデータ９０１には、各捕捉衛星９０１１について、メジャメント取得演算部３３により取得・演算されたＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の観測値であるメジャメント観測値９０１３と、ＫＦ位置算出処理において予測されたＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相の予測値であるメジャメント予測値９０１５とが対応付けて記憶される。
【０１０９】
例えば、捕捉衛星９０１１のうちの衛星「Ｓ１」についてメジャメント取得演算部３３により取得・演算されたメジャメント観測値９０１３は、コード位相が「ＣＰ１１」、受信周波数が「Ｆ１１」であり、メジャメント予測値９０１５は、コード位相が「ＣＰ２１」、受信周波数が「Ｆ２１」である。
【０１１０】
衛星軌道データ９０３は、ＧＰＳ衛星の衛星軌道情報を記憶したデータであり、各ＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道を示すアルマナックや、各ＧＰＳ衛星の詳細な衛星軌道を示すエフェメリスがこれに含まれる。衛星軌道データ９０３は、例えばＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号を復調することで取得したり、基地局のサーバーからサーバーアシストによって取得することができる。
【０１１１】
ＫＦパラメーターデータ９０５は、ＫＦ位置算出処理において予測処理及び補正処理が行われることで随時更新されるＫＦパラメーターのデータである。例えば、状態ベクトル「Ｘ」や誤差共分散行列「Ｐ」の値がこれに含まれ、特に本実施例では、観測誤差行列「Ｒ」９０５１がこれに含まれる。
【０１１２】
最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７は、第１のメジャメント想定誤差値調整処理により最終的なメジャメント想定誤差値として求められたメジャメント想定誤差値（以下、「最終メジャメント想定誤差値」と称す。）の履歴のデータである。ＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数それぞれについて、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値が蓄積記憶される。
【０１１３】
３−２．処理の流れ
図２４は、ホストＣＰＵ４０によりＲＯＭ８０に記憶されているメインプログラム８０１が読み出されて実行されることで、携帯型電話機１において実行されるメイン処理の流れを示すフローチャートである。メイン処理は、ホストＣＰＵ４０が、操作部５０を介してユーザーにより携帯型電話機１の電源投入指示操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理である。
【０１１４】
特に説明しないが、以下のメイン処理の実行中は、ＧＰＳアンテナ１０によるＲＦ信号の受信や、ＲＦ受信回路部２１によるＩＦ信号へのダウンコンバート、メジャメント取得演算部３３によるＧＰＳ衛星信号の受信周波数やコード位相（メジャメント観測値）の取得・演算等が随時行われている状態にあるものとする。
【０１１５】
先ず、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してなされた指示操作を判定し（ステップＡ１）、指示操作が通話指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；通話指示操作）、通話処理を行う（ステップＡ３）。具体的には、携帯電話用無線通信回路部７０に無線基地局との間の基地局通信を行わせ、携帯型電話機１と他機との間の通話を実現する。
【０１１６】
また、ステップＡ１において指示操作がメール送受信指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；メール送受信指示操作）、ホストＣＰＵ４０は、メール送受信処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、携帯電話用無線通信回路部７０に基地局通信を行わせ、携帯型電話機１と他機との間のメールの送受信を実現する。
【０１１７】
また、ステップＡ１において指示操作が位置算出指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；位置算出指示操作）、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されているＫＦ位置算出プログラム８０１１を読み出して実行することで、ＫＦ位置算出処理を行う（ステップＡ７）。
【０１１８】
図２５は、ＫＦ位置算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、ＫＦ位置算出処理用の状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の初期値を設定する（ステップＢ１）。状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の初期値は、例えば直前の補正処理で求められた状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の補正値「Ｘ＋」及び「Ｐ＋」とすることができる。
【０１１９】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」について、次式（７）及び（８）に従って予測処理を行い、状態ベクトルの予測値「Ｘ−」及び誤差共分散行列の予測値「Ｐ−」を算出する（ステップＢ３）。
【数７】
【数８】
【０１２０】
但し、各式における添え字の「−」は予測値、「＋」は補正値であることを示しており、「Ｔ」は転置行列であることを示している。また、「φ」は、状態遷移行列と呼ばれる状態ベクトル「Ｘ」の遷移を表す１１×１１の行列であり、「Ｑ」は、システムノイズ行列と呼ばれる状態ベクトル「Ｘ」に含まれる各成分の変化の許容度を決定付ける１１×１１の行列である。状態遷移行列「φ」及びシステムノイズ行列「Ｑ」は、例えば固定値として計算することができる。
【０１２１】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、式（２）及び（３）に従って観測行列「Ｈ」を設定する（ステップＢ５）。具体的には、ＲＡＭ９０の衛星軌道データ９０３と現在の時刻とを用いて、捕捉衛星の衛星位置を算出する。そして、ステップＢ３の予測処理で求めた携帯型電話機１の予測位置と、捕捉衛星の衛星位置とを用いて、式（３−１）〜（３−３）に従って「Ｄx」、「Ｄy」及び「Ｄz」の値を算出し、これらの値を用いて、式（２）に従って観測行列「Ｈ」を設定する。
【０１２２】
その後、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント取得演算部３３から各捕捉衛星からのＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数を取得して、メジャメント観測値９０１３としてＲＡＭ９０のメジャメントデータ９０１に記憶させるとともに、当該メジャメント観測値９０１３を含む２×１の行列を観測ベクトル「Ｚ」として設定する（ステップＢ７）。
【０１２３】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＢ３で算出した状態ベクトルの予測値「Ｘ−」にステップＢ５で設定した観測行列「Ｈ」を乗算することで、予測観測ベクトル「ＨＸ−」を算出する。そして、予測観測ベクトル「ＨＸ−」の成分であるＧＰＳ衛星信号のコード位相及び受信周波数の予測値をメジャメント予測値９０１５として、メジャメントデータ９０１に記憶させる（ステップＢ９）。
【０１２４】
その後、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されている第１の観測誤差行列設定プログラム８０１３を読み出して実行することで、第１の観測誤差行列設定処理を行う（ステップＢ１１）。
【０１２５】
図２６は、第１の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント取得演算部３３から、捕捉されたＧＰＳ衛星信号の信号強度を取得する（ステップＣ１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されているメジャメント想定誤差値モデル式データ８０３を参照し、取得した信号強度８０３１に対応付けられているメジャメント想定誤差値モデル式８０３３を選択する（ステップＣ３）。
【０１２６】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、コード位相と受信周波数それぞれについて、ループＡの処理を実行する（ステップＣ５〜Ｃ１５）。ループＡの処理では、ホストＣＰＵ４０は、ＲＡＭ９０のメジャメントデータ９０１に記憶されている最新のメジャメント観測値９０１３と、最新のメジャメント予測値９０１５との差を算出して、最新観測予測差値とする（ステップＣ７）。そして、ホストＣＰＵ４０は、算出した最新観測予測差値を用いて、ステップＣ１で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出する（ステップＣ９）。
【０１２７】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＣ９で算出したメジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＣ１１）。具体的には、図１９に示した信頼度判定用データに含まれる第１種メジャメントパラメーターの信頼度の判定方法に従い、最新観測予測差値に対する閾値判定を行うことで、算出したメジャメント想定誤差値の信頼度が「１」〜「３」の何れに該当するかを判定する。
【０１２８】
その後、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されている第１のメジャメント想定誤差値調整プログラム８０１５を読み出して実行することで、第１のメジャメント想定誤差値調整処理を行う（ステップＣ１３）。
【０１２９】
図２７は、第１のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、第１のメジャメント想定誤差値の信頼度が「２」であるか否かを判定し（ステップＤ１）、「２」であると判定した場合は（ステップＤ１；Ｙｅｓ）、ＲＡＭ９０に記憶されている最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７を参照し、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値の平均値（以下、「過去平均値」と称す。）を算出する（ステップＤ３）。
【０１３０】
そして、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント想定誤差値と過去平均値とを加重平均計算し、その計算値を最終メジャメント想定誤差値として、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＤ５）。メジャメント想定誤差値の信頼度が「２」である場合は、メジャメント想定誤差値の信頼性が低いため、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値を用いて、メジャメント想定誤差値を調整することにしている。具体的には、メジャメント想定誤差値の重みを「α」、過去平均値の重みを「１−α」として加重平均計算を行う。重み「α」は「０〜１」までの値で表され、例えば固定値（α＝０．５）として計算することができる。
【０１３１】
一方、ステップＤ１において第１のメジャメント想定誤差値の信頼度が「２」ではなく「１」又は「３」であると判定した場合は（ステップＤ１：Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値として、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＤ７）。
【０１３２】
メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」である場合は、メジャメント想定誤差値の信頼性が高いと言えるため、メジャメント想定誤差値の調整を行わずに最終メジャメント想定誤差値とする。また、メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」である場合は、初期定点化前（First Fix前）であり、メジャメント想定誤差値の信頼性は低いと言える。しかし、この場合は過去のメジャメント想定誤差値が存在せず、メジャメント想定誤差値の調整を行うことができないため、メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値としている。
【０１３３】
ステップＤ５又はＤ７の処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、第１のメジャメント想定誤差値調整処理を終了する。
【０１３４】
図２６の第１の観測誤差行列設定処理に戻って、第１のメジャメント想定誤差値調整処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、次のメジャメントの種類へと処理を移行する。そして、コード位相及び受信周波数のそれぞれについてステップＣ７〜Ｃ１３の処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、ループＡの処理を終了する（ステップＣ１５）。
【０１３５】
ループＡの処理を終了すると、ホストＣＰＵ４０は、コード位相及び受信周波数それぞれについて、ステップＣ１１で得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値を観測誤差とした観測誤差行列「Ｒ」を設定する（ステップＣ１７）。具体的には、コード位相について得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値をコード位相観測誤差「ＲCP」、受信周波数について得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値を受信周波数観測誤差「ＲF」として、図２に示したような観測誤差行列「Ｒ」を設定する。そして、ホストＣＰＵ４０は、第１の観測誤差行列設定処理を終了する。
【０１３６】
図２５のＫＦ位置算出処理に戻って、第１の観測誤差行列設定処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、次式（９）〜（１１）に従って補正処理を行い、状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」及び誤差共分散行列の補正値「Ｐ＋」を算出する（ステップＢ１３）。
【数９】
【数１０】
【数１１】
但し、「Ｋ」はカルマンゲイン行列と呼ばれる行列であり、「Ｒ」はステップＢ１１で設定した観測誤差行列である。また、「Ｉ」は単位行列である。
【０１３７】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、補正処理で求めた状態ベクトルの補正値「Ｘ＋」に含まれる３次元の位置成分（ｘ，ｙ，ｚ）で表される位置を出力位置に決定する（ステップＢ１５）。そして、ホストＣＰＵ４０は、出力位置をプロットした位置表示画面を生成して、表示部６０に表示させる（ステップＢ１７）。
【０１３８】
そして、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してユーザーにより位置算出終了指示がなされたか否かを判定し（ステップＢ１９）、なされなかったと判定した場合は（ステップＢ１９；Ｎｏ）、ステップＢ１に戻る。また、位置算出終了指示がなされたと判定した場合は（ステップＢ１９；Ｙｅｓ）、位置算出処理を終了する。
【０１３９】
図２４のメイン処理に戻って、ステップＡ３〜Ａ７の何れかの処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してユーザーにより電源切断指示操作がなされたか否かを判定する（ステップＡ９）。そして、なされなかったと判定した場合は（ステップＡ９；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、電源切断指示操作がなされたと判定した場合は（ステップＡ９；Ｙｅｓ）、メイン処理を終了する。
【０１４０】
３−３．作用効果
携帯型電話機１は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相をメジャメントとし、このメジャメントを観測値として用いて、カルマンフィルターの理論に基づく位置算出処理を行って位置を算出する。位置算出処理では、最新のメジャメント観測値と最新のメジャメント予測値との差で表される最新観測予測差値（第１のメジャメントパラメーターの値）を算出し、算出した最新観測予測差値を用いて、カルマンフィルターの補正処理に使用する観測誤差行列「Ｒ」を設定する。
【０１４１】
より具体的には、最新観測予測差値を用いてメジャメントに含まれる想定誤差値を算出するためのモデル式が、ＧＰＳ衛星信号の信号強度に応じて予め定められている。携帯型電話機１は、受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度を測定し、測定した信号強度に対応付けられたモデル式を選択する。そして、選択したモデル式に最新観測予測差値を代入することで、メジャメントの想定誤差値を算出する。
【０１４２】
最新観測予測差値と、メジャメントに含まれる実誤差とはおよそ線形的な関係にあり、相関性が強い。メジャメントに含まれる実誤差との間で強い相関を示すパラメーターを用いて想定誤差値を算出し、その二乗値を観測誤差行列「Ｒ」に設定することで、位置算出処理においてフィルターを効果的に作用させることができる。これにより、算出位置が真位置に対して時間的に遅れる“位置遅れ”や、カーブや曲がり角において算出位置の追従性が悪化する“ショートカット”といった事象が発生することを抑制し、位置算出の正確性を向上させることができる。
【０１４３】
また、最新観測予測差値を用いて算出したメジャメント想定誤差値の信頼度が「２」である場合は、過去のメジャメント想定誤差値の平均値を用いて、算出したメジャメント想定誤差値を調整することにしている。具体的には、算出したメジャメント想定誤差値とメジャメント想定誤差値の過去平均値との加重平均計算を行うことにしている。これにより、算出したメジャメント想定誤差値の信頼性がそれほど高くない場合であっても、過去の値に基づいて妥当な値に修正して観測誤差を設定することが可能となる。
【０１４４】
４．第２実施例
第２実施例は、原理で説明した第１種〜第３種メジャメント想定誤差値を切り替えながら観測誤差行列「Ｒ」を設定し、カルマンフィルターを利用した位置算出処理を行って位置を算出する実施例である。
【０１４５】
４−１．データ構成
図２８は、第２実施例において携帯型電話機１のＲＯＭ８２に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ８２には、メインプログラム８０１と、第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３と、信頼度判定用データ８２５とが記憶されている。また、メインプログラム８０１には、ＫＦ位置算出プログラム８０１１と、第２の観測誤差行列設定処理（図３０及び図３１参照）として実行される第２の観測誤差行列設定プログラム８２１３と、第２のメジャメント想定誤差値調整処理（図３２参照）として実行される第２のメジャメント想定誤差値調整プログラム８２１５とがサブルーチンとして含まれている。
【０１４６】
図２９は、第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３のデータ構成の一例を示す図である。第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３には、ＧＰＳ衛星信号の信号強度８２３１と対応付けて、メジャメント想定誤差値モデル式８２３３が記憶されている。メジャメント想定誤差値モデル式８２３３には、第１種〜第３種メジャメントパラメーターそれぞれについて、メジャメント観測値であるコード位相及び受信周波数のメジャメント想定誤差値を算出するためのモデル式が記憶されている。
【０１４７】
４−２．処理の流れ
図３０及び図３１は、ホストＣＰＵ４０が、ＲＯＭ８２に記憶されている第２の観測誤行列設定プログラム８２１３を読み出して実行することで、携帯型電話機１において実行される第２の観測誤差行列設定処理の流れを示すフローチャートである。
【０１４８】
先ず、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント取得演算部３３から、捕捉されたＧＰＳ衛星信号の信号強度を取得する（ステップＥ１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８２に記憶されている第２のメジャメント想定誤差値モデル式データ８２３を参照し、３種類の各メジャメントパラメーターそれぞれについて、取得した信号強度８２３１に対応付けられているメジャメント想定誤差値モデル式８２３３を選択する（ステップＥ３）。
【０１４９】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、コード位相と受信周波数それぞれについて、ループＢの処理を実行する（ステップＥ５〜Ｅ３９）。ループＢの処理では、ホストＣＰＵ４０は、ＲＡＭ９０のメジャメントデータ９０１に記憶されている最新のメジャメント観測値９０１３と、最新のメジャメント予測値９０１５との差を算出して、最新観測予測差値とする（ステップＥ７）。そして、ホストＣＰＵ４０は、算出した最新観測予測差値を用いて、ステップＥ３で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出して、第１種メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ９）。
【０１５０】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＥ９で算出した第１種メジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＥ１１）。具体的には、ＲＯＭ８２に記憶されている信頼度判定用データ８２３を参照し、第１種メジャメントパラメーターに対応付けられている信頼度の判定方法に従って最新観測予測差値に対する閾値判定を行うことで、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」〜「３」の何れに該当するかを判定する。
【０１５１】
その後、ホストＣＰＵ４０は、プロパゲート処理を行って、メジャメントデータ９０１に記憶されている前回のメジャメント観測値９０１３を、最新のメジャメント観測値９０１３の取得時刻までプロパゲートする（ステップＥ１３）。
【０１５２】
そして、ホストＣＰＵ４０は、プロパゲート処理で得られた前回のメジャメント観測値９０１３のプロパゲート値と、最新のメジャメント観測値との差を算出して、最新前回観測差値とする（ステップＥ１５）。また、ホストＣＰＵ４０は、算出した最新前回観測差値を用いて、ステップＥ３で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出して、第２種メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ１７）。
【０１５３】
次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＥ１７で算出した第２種メジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＥ１９）。具体的には、ＲＯＭ８２に記憶されている信頼度判定用データ８２３を参照し、第２種メジャメントパラメーターに対応付けられている信頼度の判定方法に従って最新前回観測差値に対する閾値判定を行うことで、第２種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」〜「３」の何れに該当するかを判定する。
【０１５４】
その後、ホストＣＰＵ４０は、捕捉衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の相関積算値に基づいてＸＰＲを算出する（ステップＥ２１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、算出したＸＰＲを用いて、ステップＥ３で選択したメジャメント想定誤差値モデル式に従ってメジャメント想定誤差値を算出して、第３種メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ２３）。
【０１５５】
次に、ホストＣＰＵ４０は、ステップＥ２３で算出した第３種メジャメント想定誤差値の信頼度を判定する（ステップＥ２５）。具体的には、ＲＯＭ８２に記憶されている信頼度判定用データ８２５を参照し、第３種メジャメントパラメーターに対応付けられている信頼度の判定方法に従ってＸＰＲに対する閾値判定を行うことで、第３種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」と「２」の何れに該当するかを判定する。
【０１５６】
その後、ホストＣＰＵ４０は、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」であるか否かを判定し（ステップＥ２７）、「３」ではない、すなわち「１」か「２」であると判定した場合は（ステップＥ２７；Ｎｏ）、第１種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ２９）。
【０１５７】
一方、ステップＥ２７において第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」であると判定した場合は（ステップＥ２７；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、第２種メジャメント想定誤差値の信頼度が、第３種メジャメント想定誤差値の信頼度以下であるか否かを判定する（ステップＥ３１）。すなわち、第２種メジャメント想定誤差値の信頼性が、第３種メジャメント想定誤差値の信頼性と同じかそれよりも高いかどうかを判定する。
【０１５８】
そして、上述した条件を満たすと判定した場合は（ステップＥ３１；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、第２種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ３３）。一方、上述した条件を満たさないと判定した場合は（ステップＥ３１；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、第３種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする（ステップＥ３５）。
【０１５９】
ステップＥ２９、Ｅ３３及びＥ３５の何れかの処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８２に記憶されている第２のメジャメント想定誤差値調整プログラム８２１５を読み出して実行することで、第２のメジャメント想定誤差値調整処理を行う（ステップＥ３７）。
【０１６０】
図３２は、第２のメジャメント想定誤差値調整処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値が第１種メジャメント想定誤差値であるか否かを判定し（ステップＦ１）、第１種メジャメント想定誤差値であると判定した場合は（ステップＦ１；Ｙｅｓ）、暫定メジャメント想定誤差値である第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「２」であるか否かを判定する（ステップＦ３）。
【０１６１】
そして、信頼度が「２」であると判定した場合は（ステップＦ３；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値の大きさが所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＦ５）。そして、閾値以下であると判定した場合は（ステップＦ５；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、ＲＡＭ９０の最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７を参照し、過去に求められた最終メジャメント想定誤差値の平均値を算出して過去平均値とする（ステップＦ７）。
【０１６２】
そして、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値と過去平均値とを加重平均計算し、その計算値を最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ９）。具体的には、暫定メジャメント想定誤差値の重みを「α」、過去平均値の重みを「１−α」として加重平均計算を行う。
【０１６３】
一方、ステップＦ５において暫定メジャメント想定誤差値が閾値を超えていると判定した場合は（ステップＦ５；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、第２種メジャメント想定誤差値と第３種メジャメント想定誤差値とのうち、信頼性が高い方のメジャメント想定誤差値を選択して最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ１１）。
【０１６４】
また、ステップＦ１において暫定メジャメント想定誤差値が第１種メジャメント想定誤差値ではなく第２種又は第３種メジャメント想定誤差値であると判定した場合は（ステップＦ１；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ１３）。この場合は、第２種又は第３種メジャメント想定誤差値が最終メジャメント想定誤差値となる。
【０１６５】
また、ステップＦ３において暫定メジャメント想定誤差値である第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「２」ではなく「１」であると判定した場合にも（ステップＦ３；Ｎｏ）、ホストＣＰＵ４０は、暫定メジャメント想定誤差値を最終メジャメント想定誤差値とし、最終メジャメント想定誤差値履歴データ９０７に記憶させる（ステップＦ１３）。この場合は、第１種メジャメント想定誤差値が最終メジャメント想定誤差値となる。
【０１６６】
尚、図３１のステップＥ２７、Ｅ２９より、第１種メジャメント想定誤差値が暫定メジャメント想定誤差値となるのは、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」の場合である。従って、図３２でステップＦ１；Ｙｅｓとなるのは、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」の場合であり、ステップＦ３；Ｎｏとなるのは、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」の場合に限られる。
【０１６７】
そして、ステップＦ９〜Ｆ１３の何れかの処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、第２のメジャメント想定誤差値調整処理を終了する。
【０１６８】
図３１の第２の観測誤差行列設定処理に戻って、第２のメジャメント想定誤差値調整処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、次のメジャメントの種類へと処理を移行する。そして、コード位相及び受信周波数のそれぞれについてステップＥ７〜Ｅ３７の処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、ループＢの処理を終了する（ステップＥ３９）。
【０１６９】
ループＢの処理を終了すると、ホストＣＰＵ４０は、コード位相及び受信周波数それぞれについて、ステップＥ３７で得られた最終メジャメント想定誤差値の二乗値を観測誤差とした観測誤差行列「Ｒ」を設定する（ステップＥ４１）。そして、ホストＣＰＵ４０は、第２の観測誤差行列設定処理を終了する。
【０１７０】
４−３．作用効果
第２実施例によれば、第１種〜第３種メジャメントパラメーターそれぞれについて、メジャメント想定誤差値モデル式に従って算出した第１種〜第３種メジャメント想定誤差値の信頼度に基づいて、観測誤差として設定するメジャメント想定誤差値を切り替える。具体的には、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」であれば、第１種メジャメント想定誤差値を用いて観測誤差を設定するが、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」である場合は、第２種メジャメント想定誤差値の信頼度が第３種メジャメント想定誤差値の信頼度以下であれば、第２種メジャメント想定誤差値を用いて観測誤差を設定する。
【０１７１】
第１種メジャメントパラメーターである最新観測予測差値は、メジャメントの実誤差との間で強い正の相関を示し、第１種〜第３種メジャメントパラメーターの中で観測誤差の設定に最も適したパラメーターである。そのため、第１種メジャメントパラメーターの信頼度が「３」となる場合を除いて、第１種メジャメント想定誤差値を用いて観測誤差を設定することにした。
【０１７２】
また、第２種メジャメントパラメーターである最新前回観測差値は、メジャメントの実誤差との相関が第１種メジャメントパラメーターほど強くはないが、ある程度の正の相関を示すことがわかった。そのため、第１種メジャメントパラメーターの信頼性が低い場合は、第２種メジャメントパラメーター想定誤差値を用いて観測誤差を設定することにした。
【０１７３】
このように、メジャメント想定誤差値の信頼性に応じて観測誤差の設定に使用するメジャメント想定誤差値を切り替えることで、適切な観測誤差を設定して位置算出計算を行うことが可能となり、位置算出の正確性が一層向上する。
【０１７４】
５．実験結果
図３３は、第１実施例で説明した手法と、第２実施例で説明した手法と、従来の手法とのそれぞれについて、位置算出計算を行って携帯型電話機１の位置を算出した場合の位置誤差の大きさを示す実験結果である。携帯型電話機１を搭載した自動車を高速走行と低速走行させ、位置算出計算で求められた算出位置と自動車の真位置との間の距離を位置誤差として計測した。
【０１７５】
図３３において、横軸はＧＰＳ受信機の受信感度［ｄＢｍ］、縦軸は位置誤差［ｍ］である。また、丸印が第２実施例の手法で位置算出を行った場合の実験結果を、三角形が第１実施例の手法で位置算出を行った場合の実験結果を、矩形が従来の手法で位置算出を行った場合の実験結果をそれぞれ示している。
【０１７６】
この結果を見ると、全ての受信感度において、従来の手法を用いて位置算出計算を行った場合の位置誤差が最大となっていることがわかる。その一方で、第２実施例の手法を用いて位置算出を行った場合の位置誤差が最小となっており、それに次いで、第１実施例の手法を用いて位置算出を行った場合の位置誤差も小さくなっていることがわかる。
【０１７７】
６．変形例
６−１．電子機器
本発明は、携帯型電話機の他にも、位置算出装置を備えた電子機器であれば何れの電子機器にも適用可能である。例えば、ノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置、携帯型ナビゲーション装置等についても同様に適用可能である。
【０１７８】
６−２．衛星位置算出システム
上述した実施形態では、衛星位置算出システムとしてＧＰＳ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等の他の衛星位置算出システムであってもよい。
【０１７９】
６−３．処理の分化
ホストＣＰＵ４０が実行する処理の一部又は全部を、ベースバンド処理回路部３０の演算制御部３１が行う構成としてもよい。例えば、メジャメント取得演算部３３により演算されたメジャメント観測値を用いて演算制御部３１がＫＦ位置算出処理を行って出力位置を決定し、ホストＣＰＵ４０に出力することとしてもよい。そして、ホストＣＰＵ４０は、演算制御部３１から入力した出力位置を各種アプリケーションに利用する。
【０１８０】
６−４．メジャメント想定誤差値の切替
第２実施例では、メジャメント想定誤差値の信頼度に基づいて、暫定メジャメント想定誤差値を第１種〜第３種メジャメント想定誤差値を切り替えて観測誤差の設定に使用するものとして説明したが、第３種メジャメント想定誤差値を用いずに、第１種及び第２種メジャメント想定誤差値の２種類を切り替えて観測誤差の設定に使用してもよい。
【０１８１】
具体的には、例えば、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「３」である場合は、第１種メジャメント想定誤差値は信用できないものとして、第２種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする。一方、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度が「１」か「２」である場合は、第１種メジャメント想定誤差値を信用して、第１種メジャメント想定誤差値を暫定メジャメント想定誤差値とする。
【０１８２】
また、第１種メジャメント想定誤差値の信頼度と第２種メジャメント想定誤差値の信頼度とがともに「１」か「２」の場合には両方の値を信用して、第１種メジャメント想定誤差値と第２種メジャメント想定誤差値の平均値を暫定メジャメント想定誤差値としてもよい。
【０１８３】
６−５．メジャメント想定誤差値の調整
上述した実施形態では、メジャメント想定誤差値の調整処理において、メジャメント想定誤差値とメジャメント想定誤差値の過去平均値との加重平均計算を行ってメジャメント想定誤差値を調整するものとして説明した。この際、加重平均計算の重み「α」を固定値とするものとして説明したが、重み「α」を可変に設定することとしてもよい。
【０１８４】
例えば、過去のメジャメント想定誤差値が信頼性の高いもの（例えば信頼度「１」）を多く含んでいる場合は、過去平均値を重視するように重み「α」に小さな値（例えばα＝０．２）を設定することが考えられる。逆に、過去のメジャメント想定誤差値が信頼性の低いもの（例えば信頼度「３」）を多く含んでいる場合は、メジャメント想定誤差値を重視するように重み「α」に大きな値（例えばα＝０．８）を設定すればよい。
【０１８５】
また、過去のメジャメント想定誤差値の履歴に基づいて位置算出時刻におけるメジャメント想定誤差値を推定し、その推定値（以下、「メジャメント想定誤差推定値」と称す。）を用いてメジャメント想定誤差値を調整してもよい。例えば、メジャメント想定誤差値をメジャメント想定誤差推定値に修正してもよいし、メジャメント想定誤差値とメジャメント想定誤差推定値との平均値を求めて当該平均値に修正することとしてもよい。
【０１８６】
６−６．対応関係
上述した実施形態では、ＧＰＳ衛星信号の信号強度別に、メジャメント想定誤差値を算出するためのモデル式が定められているものとして説明したが、モデル式ではなくテーブルを定めておいてもよい。すなわち、ＧＰＳ衛星信号の信号強度別に、メジャメントパラメーターの値とメジャメント想定誤差値とが対応付けられたテーブルを用意しておき、当該テーブルからメジャメント想定誤差値を読み出して、観測誤差を設定するようにする。
【０１８７】
６−７．メジャメント想定誤差値モデル式
上述した実施形態では、第３種メジャメントパラメーターであるＸＰＲを用いてメジャメント想定誤差値を算出するためのモデル式として、２つの一次関数を組み合わせたモデル式を定義するものとして説明したが、例えば双曲線によってモデル式を定義することとしてもよく、モデル式の種類は適宜設定変更可能である。
【符号の説明】
【０１８８】
１ 携帯型電話機、 １０ ＧＰＳアンテナ、 ２０ ＧＰＳ受信部、
２１ ＲＦ受信回路部、 ３０ ベースバンド処理回路部、 ３１ 演算制御部、
３３ メジャメント取得演算部、 ３５ ＲＯＭ、 ３７ ＲＡＭ、
４０ ホストＣＰＵ、 ５０ 操作部、 ６０ 表示部、 ６５ 携帯電話用アンテナ、
７０ 携帯電話用無線通信回路部、 ８０ ＲＯＭ、 ９０ ＲＡＭ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測することと、
前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得することと、
前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定することと、
前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することと、
を含む位置算出方法。
【請求項２】
前記位置算出処理で用いる状態ベクトルの予測を行うことと、
前記予測された状態ベクトルの補正を行うことと、
を更に含み、
前記予測メジャメントを予測することは、前記予測された状態ベクトルに基づいて第１の予測メジャメントを予測する第１の予測処理を含み、
前記位置を算出することは、前記補正された状態ベクトルに基づいて位置を算出することを含む、
請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項３】
前記予測メジャメントを予測することは、前記測位用信号を受信した際に取得された過去の観測メジャメントと当該過去の観測メジャメントを観測した時からの経過時間とに基づいて、前記位置算出処理を行う時の第２の予測メジャメントを予測する第２の予測処理を含む、
請求項２に記載の位置算出方法。
【請求項４】
前記第１の予測メジャメント及び前記第２の予測メジャメントの信頼性を判定することを更に含むとともに、
前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記信頼性の判定結果に応じて、前記第１の予測メジャメント及び前記第２の予測メジャメントの少なくとも何れかを用いて前記誤差パラメーターの値を設定することを含む、
請求項３に記載の位置算出方法。
【請求項５】
前記判定により前記信頼性が所定の低信頼性条件を満たすと判定された場合に、前記設定された誤差パラメーターの値を過去の値に基づいて調整することを更に含むとともに、
前記位置を算出することは、前記調整された誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することを含む、
請求項４に記載の位置算出方法。
【請求項６】
前記測位用信号の信号強度と、前記観測メジャメント及び前記予測メジャメントの差と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、
受信した前記測位用信号の信号強度を測定することを更に含み、
前記誤差パラメーターの値を設定することは、
前記測定された信号強度、及び、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差を用いて前記想定誤差を求めることと、
前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、
を含む、
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】
前記測位用信号の信号強度と、前記測位用信号の信号品質の評価指標値である信号品質評価指標値と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、
受信した前記測位用信号の信号強度を測定することと、
受信した前記測位用信号の前記信号品質評価指標値を算出することと、
を更に含み、
前記誤差パラメーターの値を設定することは、
前記測定された信号強度と前記算出された信号品質評価指標値とを用いて前記想定誤差を求めることと、
前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、
を含む、
請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項８】
測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測する予測部と、
前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得する観測部と、
前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定する設定部と、
前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出する位置算出部と、
を備えた位置算出装置。
【請求項１】
測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測することと、
前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得することと、
前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定することと、
前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することと、
を含む位置算出方法。
【請求項２】
前記位置算出処理で用いる状態ベクトルの予測を行うことと、
前記予測された状態ベクトルの補正を行うことと、
を更に含み、
前記予測メジャメントを予測することは、前記予測された状態ベクトルに基づいて第１の予測メジャメントを予測する第１の予測処理を含み、
前記位置を算出することは、前記補正された状態ベクトルに基づいて位置を算出することを含む、
請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項３】
前記予測メジャメントを予測することは、前記測位用信号を受信した際に取得された過去の観測メジャメントと当該過去の観測メジャメントを観測した時からの経過時間とに基づいて、前記位置算出処理を行う時の第２の予測メジャメントを予測する第２の予測処理を含む、
請求項２に記載の位置算出方法。
【請求項４】
前記第１の予測メジャメント及び前記第２の予測メジャメントの信頼性を判定することを更に含むとともに、
前記誤差パラメーターの値を設定することは、前記信頼性の判定結果に応じて、前記第１の予測メジャメント及び前記第２の予測メジャメントの少なくとも何れかを用いて前記誤差パラメーターの値を設定することを含む、
請求項３に記載の位置算出方法。
【請求項５】
前記判定により前記信頼性が所定の低信頼性条件を満たすと判定された場合に、前記設定された誤差パラメーターの値を過去の値に基づいて調整することを更に含むとともに、
前記位置を算出することは、前記調整された誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出することを含む、
請求項４に記載の位置算出方法。
【請求項６】
前記測位用信号の信号強度と、前記観測メジャメント及び前記予測メジャメントの差と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、
受信した前記測位用信号の信号強度を測定することを更に含み、
前記誤差パラメーターの値を設定することは、
前記測定された信号強度、及び、前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差を用いて前記想定誤差を求めることと、
前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、
を含む、
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】
前記測位用信号の信号強度と、前記測位用信号の信号品質の評価指標値である信号品質評価指標値と、前記観測メジャメントの想定誤差との対応関係が予め定められており、
受信した前記測位用信号の信号強度を測定することと、
受信した前記測位用信号の前記信号品質評価指標値を算出することと、
を更に含み、
前記誤差パラメーターの値を設定することは、
前記測定された信号強度と前記算出された信号品質評価指標値とを用いて前記想定誤差を求めることと、
前記想定誤差に基づいて前記誤差パラメーターの値を設定することと、
を含む、
請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項８】
測位用衛星からの測位用信号の受信に係る少なくとも受信周波数及びコード位相を含む予測メジャメントを予測する予測部と、
前記測位用衛星から受信した前記測位用信号に基づいて、少なくとも受信周波数及びコード位相を含む観測メジャメントを取得する観測部と、
前記観測メジャメントと前記予測メジャメントとの差に基づいて、カルマンフィルターを利用した位置算出処理で用いる誤差パラメーターの値を設定する設定部と、
前記誤差パラメーターの値を用いて前記位置算出処理を行って位置を算出する位置算出部と、
を備えた位置算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１０−２４９７５９（Ｐ２０１０−２４９７５９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０１５７１（Ｐ２００９−１０１５７１）
【出願日】平成２１年４月２０日（２００９．４．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２０日（２００９．４．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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