測位方法、プログラム及び測位装置
【課題】計測タイミングと出力タイミングとの時刻差に起因する測位精度の劣化を防止して、より真位置に近い位置が出力されるようにすること。
【解決手段】ＧＰＳ衛星信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置及び速度ベクトルが間欠的に計測される。そして、計測時刻と測位結果の出力時刻との時刻差が算出され、計測された位置と計測された速度ベクトルと算出された時刻差とを用いて、出力時刻における位置が推定される。そして、推定された位置を用いて出力位置が決定されて出力される。
【解決手段】ＧＰＳ衛星信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置及び速度ベクトルが間欠的に計測される。そして、計測時刻と測位結果の出力時刻との時刻差が算出され、計測された位置と計測された速度ベクトルと算出された時刻差とを用いて、出力時刻における位置が推定される。そして、推定された位置を用いて出力位置が決定されて出力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測位装置が実行する測位方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星を利用した計測システムとしては、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測位装置に利用されている。ＧＰＳでは、自測位装置の位置を示す３次元の座標値と、時計誤差との４つのパラメータの値を、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から自測位装置までの擬似距離等の情報に基づいて求める測位演算を行うことで、自測位装置の現在位置を測位する。また、ＧＰＳ衛星と自測位装置の相対的な位置関係に基づいて、自測位装置の速度ベクトルを計測することもできる。
【０００３】
しかし、測位用衛星からの衛星信号を用いた計測では、いわゆるマルチパスによる影響等、種々の誤差要因が存在しており、計測誤差の発生を回避することが困難であるため、計測誤差を低減させるための様々な技術が考案されている。その一例として、特許文献１には、測位演算により算出した測位位置と、推測航法演算により算出した推測航法演算位置との加重平均計算によって出力位置を決定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−６８６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、測位用衛星からの衛星信号を用いて現在位置及び速度ベクトルの計測を行ったタイミング（以下、「計測タイミング」と称す。）と、実際に位置を出力するタイミング（以下、「出力タイミング」と称す。）との間には、僅かながら時刻差が生じる。
【０００５】
特許文献１に開示されている技術では、単純に、測位演算により算出した測位位置と、推測航法演算により算出した推測航法演算位置との加重平均計算を行って出力位置を決定しているが、この２つの位置は異なるタイミングで算出された位置である。このため、計測タイミングと出力タイミングとの時刻差に起因して、測位装置の真位置に対して出力位置が時間的に遅れる位置遅れと呼ばれる測位精度の劣化が発生する問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、計測タイミングと出力タイミングとの時刻差に起因する測位精度の劣化を防止して、より真位置に近い位置が出力されるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第１の発明は、測位装置が実行する測位方法であって、測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測することと、前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出することと、前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することと、前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力することと、を含む測位方法である。
【０００８】
また、他の発明として、測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測する計測部と、前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出する時刻差算出部と、前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定する位置推定部と、前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力する出力位置決定部と、を備えた測位装置を構成してもよい。
【０００９】
この第１の発明等によれば、測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び速度ベクトルが間欠的に計測される。そして、この計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差が算出され、計測された位置と計測された速度ベクトルと算出された時刻差とを用いて、出力タイミングにおける位置が推定される。そして、推定された位置を用いて出力位置が決定されて出力される。
【００１０】
計測した位置を用いて出力位置を決定するのではなく、計測された位置を元に推定した出力タイミングにおける位置を用いて出力位置を決定するようにしたことで、計測タイミングと出力タイミングとの時刻差に起因する位置遅れの発生を防止し、測位精度を向上させて、より真位置に近い位置を出力することが可能となる。
【００１１】
また、第２の発明として、第１の発明の測位方法であって、前記出力タイミングにおける位置を推定することは、最新の及び過去の前記計測の結果に基づいて最新の計測時における加速度ベクトルを算出することと、最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルと、前記算出された加速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける速度ベクトルを推定することと、を含み、最新の前記計測により求められた最新位置と、前記推定された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである測位方法を構成してもよい。
【００１２】
この第２の発明によれば、最新速度ベクトルと、最新の計測時における加速度ベクトルと、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差とを用いて、出力タイミングにおける速度ベクトルが推定される。そして、最新位置と、推定された速度ベクトルと、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差とを用いて、出力タイミングにおける位置が推定される。
【００１３】
また、第３の発明として、第２の発明の測位方法であって、前記出力タイミングにおける位置を推定することは、前記推定された速度ベクトルを、最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルを用いて平滑化することを含み、最新の前記計測により求められた最新位置と、前記平滑化された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである測位方法を構成してもよい。
【００１４】
この第３の発明によれば、推定された速度ベクトルが、最新速度ベクトルを用いて平滑化される。そして、最新位置と、平滑化された速度ベクトルと、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差とを用いて、出力タイミングにおける位置が推定される。
【００１５】
また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の測位方法であって、前記出力位置を決定することは、過去の前記出力位置を用いて所定の推測航法演算により自測位装置の位置である推測航法演算位置を算出することと、前記推定された位置と前記推測航法演算位置とを用いて出力位置を決定することと、を含む測位方法を構成してもよい。
【００１６】
この第４の発明によれば、過去の出力位置を用いて所定の推測航法演算により推測航法演算位置が算出され、推定された位置と推測航法演算位置とを用いて出力位置が決定される。
【００１７】
また、第５の発明として、第４の発明の測位方法であって、前記出力位置を決定することは、前記推定された位置と前記推測航法演算位置との重みづけを前記算出された時刻差に基づいて可変に設定した所定の加重平均計算により前記出力位置を決定することである測位方法を構成してもよい。
【００１８】
この第５の発明によれば、推定された位置と推測航法演算位置との重みづけを、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差に基づいて可変に設定した所定の加重平均計算により、出力位置が決定される。計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差に基づいて重みづけを可変に設定して加重平均計算を行うようにしたことで、計測環境に左右されずに、適切な位置出力を行うことが可能となる。
【００１９】
また、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明の測位方法を、測位装置に内蔵されたコンピュータに実行させるためのプログラムを構成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、測位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。但し、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるわけではない。
【００２１】
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５と、ＧＰＳ受信部１０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）３０と、操作部４０と、表示部５０と、携帯電話用アンテナ６０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。
【００２２】
ＧＰＳアンテナ５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１０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。
【００２３】
ＧＰＳ受信部１０は、ＧＰＳアンテナ５から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置を測位する測位回路であり、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１０は、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０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。
【００２４】
ＲＦ受信回路部１１は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の局部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５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２０に出力する。
【００２５】
ベースバンド処理回路部２０は、ＲＦ受信回路部１１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して測位演算を行う回路部である。ベースバンド処理回路部２０は、衛星捕捉・追尾部２１と、ＣＰＵ２３と、ＲＯＭ２５と、ＲＡＭ２７とを備えて構成される。
【００２６】
衛星捕捉・追尾部２１は、ＲＦ受信回路部１１から出力されたＩＦ信号をもとに、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を行う回路部である。ＧＰＳ衛星信号の捕捉は、捕捉対象とする各ＧＰＳ衛星それぞれについて、装置内部で擬似的に発生させた拡散符合（レプリカＰＲＮコード）とＩＦ信号との相関値を算出し、最も振幅が大きい周波数成分及び位相成分を抽出する相関処理によって実現する。
【００２７】
ホストＣＰＵ３０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である。ホストＣＰＵ３０は、ＣＰＵ２３から入力した出力位置をプロットしたナビゲーション画面を、表示部５０に表示させる。
【００２８】
操作部４０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、押下されたアイコンやボタンの信号をホストＣＰＵ３０に出力する。この操作部４０の操作により、通話要求やメールの送受信要求、ＧＰＳの起動要求等の各種指示入力がなされる。
【００２９】
表示部５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ３０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５０には、ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。
【００３０】
携帯電話用アンテナ６０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。
【００３１】
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。
【００３２】
ＲＯＭ８０は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０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、ナビゲーション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。
【００３３】
ＲＡＭ９０は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０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。
【００３４】
２．データ構成
図２は、ベースバンド処理回路部２０のＲＯＭ２５に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ２５には、ベースバンド処理（図６参照）として実行されるベースバンド処理プログラム２５１が記憶されている。
【００３５】
ベースバンド処理とは、ＣＰＵ２３が、ＧＰＳ計測処理を行って計測したＧＰＳ測位位置及び速度ベクトルと、最新の計測時刻（以下、「最新計測時刻」と称す。）と今回の計測において位置出力を行う時刻（以下、「今回出力時刻」と称す。）との時刻差と、を用いて、今回出力時刻における位置を推定するとともに、当該推定位置と推測航法演算により算出した推測航法演算位置との加重平均計算によって出力位置を決定する処理である。ベースバンド処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００３６】
図３は、ＲＡＭ２７に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ２７には、衛星データ２７１と、計測履歴データ２７３と、計測時刻差データ２７５と、計測出力時刻差データ２７７とが記憶される。
【００３７】
図４は、衛星データ２７１のデータ構成の一例を示す図である。衛星データ２７１には、衛星捕捉・追尾部２１により捕捉された各捕捉衛星２７１１それぞれについて、衛星速度ベクトル２７１２と、衛星位置２７１３とが対応付けて記憶される。衛星速度ベクトル２７１２は、例えば地球基準座標系における３次元のベクトルとして表され、衛星位置２７１３は、例えば地球基準座標系における３次元の座標値として表される。衛星データ２７１は、ベースバンド処理において、ＣＰＵ２３がＧＰＳ計測処理を行うために使用する。
【００３８】
図５は、計測履歴データ２７３のデータ構成の一例を示す図である。計測履歴データ２７３には、時刻２７３１と、時刻種別２７３２と、速度ベクトル２７３３と、加速度ベクトル２７３４と、ＧＰＳ測位位置２７３５と、推定位置２７３６と、推測航法演算位置２７３７と、出力位置２７３８とが対応付けて記憶されたデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２３により更新される。
【００３９】
時刻種別２７３２は、当該時刻２７３１の種別であり、当該時刻２７３１が計測を行った時刻であるか出力を行った時刻であるかに応じて、「計測」又は「出力」が記憶される。尚、同時刻の場合には「計測」と「出力」との２つのデータが計測履歴データ２７３に記憶されることとなり、一方に「計測」が、他方に「出力」が記憶されることとなる。時刻種別が「計測」の時刻のことを「計測時刻」と称し、時刻種別が「出力」の時刻のことを「出力時刻」と称する。
【００４０】
速度ベクトル２７３３は、携帯型電話機１の３次元の速度ベクトルであり、計測時刻については、当該計測時刻にＧＰＳ計測処理によって計測された速度ベクトルが記憶される。また、出力時刻については、計測時刻における速度ベクトルを補正することで得られる当該出力時刻における速度ベクトルが記憶される。
【００４１】
加速度ベクトル２７３４は、携帯型電話機１の３次元の加速度ベクトルであり、計測時刻については、当該計測時刻における速度ベクトルを基に算出された加速度ベクトルが記憶される。また、出力時刻については、加速度ベクトルが算出されないため、加速度ベクトル２７３４には「−（無し）」が記憶される。
【００４２】
ＧＰＳ測位位置２７３５には、当該計測時刻にＧＰＳ計測処理によって計測された携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。出力時刻については、ＧＰＳ計測処理によって位置が計測されないため、ＧＰＳ測位位置２７３５には「−（無し）」が記憶される。
【００４３】
推定位置２７３６には、ＧＰＳ測位位置２７３５と、速度ベクトル２７３３と、計測時刻と出力時刻との時刻差と、に基づいて推定された当該出力時刻における携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。計測時刻については、位置の推定がなされないため、推定位置２７３６には「−（無し）」が記憶される。
【００４４】
推測航法演算位置２７３７には、推測航法演算処理により算出した当該出力時刻における携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。計測時刻については、推測航法演算処理がなされないため、推測航法演算位置２７３７には「−（無し）」が記憶される。
【００４５】
出力位置２７３８には、推定位置２７３６と推測航法演算位置２７３７とを加重平均計算することで算出される携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。計測時刻については、出力位置が算出されることはないため、出力位置２７３８には「−（無し）」が記憶される。
【００４６】
尚、本実施形態では、出力時刻は原則として所定時間間隔（例えば１秒間隔）であるものとする。また、測位環境等の影響により、計測を行うために十分な数のＧＰＳ衛星信号が衛星捕捉・追尾部２１により捕捉されていない場合は、ＧＰＳ計測処理を行うことができないため、計測時刻は所定時間間隔になるとは限らない。例えば、図５の計測履歴データ２７３では、時刻「ｔｐ３」〜「ｔｐ５」は全て出力時刻となっているが、この間にはＧＰＳ計測処理を行うことができなかったことを意味している。
【００４７】
計測時刻差データ２７５は、最新計測時刻と、その１つ前の計測時刻との時刻差（以下、「計測時刻差」と称す。）のデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２３により更新される。
【００４８】
計測出力時刻差データ２７７は、最新計測時刻と、今回出力時刻との時刻差（以下、「計測出力時刻差」と称す。）のデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２３により更新される。
【００４９】
３．処理の流れ
図６は、ＣＰＵ２３によりＲＯＭ２５に記憶されているベースバンド処理プログラム２５１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ベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【００５０】
ベースバンド処理は、ＲＦ受信回路部１１によるＧＰＳ衛星信号の受信と併せて、ＣＰＵ２３が、操作部４０に測位開始指示の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。尚、携帯型電話機１の電源のＯＮ／ＯＦＦとＧＰＳの起動／停止とを連動させ、携帯型電話機１の電源投入操作を検出した場合にベースバンド処理の実行を開始させることにしてもよい。
【００５１】
先ず、ＣＰＵ２３は、衛星捕捉・追尾部２１により捕捉されたＧＰＳ衛星信号に重畳されている航法メッセージを基に、各捕捉衛星２７１１の衛星速度ベクトル２７１２及び衛星位置２７１３を算出し、衛星情報としてＲＡＭ２７の衛星データ２７１に記憶させる（ステップＡ１）。
【００５２】
次いで、ＣＰＵ２３は、ＧＰＳ計測処理を行う（ステップＡ３）。具体的には、ステップＡ１で算出した衛星情報に基づいて、例えば最小二乗法を用いた測位演算を行ってＧＰＳ測位位置２７３５を求める。また、捕捉衛星と携帯型電話機１の相対速度に基づいて携帯型電話機１の速度ベクトル２７３３を求める。そして、求めたＧＰＳ測位位置２７３５及び速度ベクトル２７３３を、現在の時刻２７３１及び時刻種別２７３２と対応付けてＲＡＭ２７の計測履歴データ２７３に記憶させる。
【００５３】
次いで、ＣＰＵ２３は、計測履歴データ２７３に記憶されている最新計測時刻と、その１つ前の計測時刻との時刻差を算出して計測時刻差とし（ステップＡ５）、ＲＡＭ２７の計測時刻差データ２７５を更新する。また、ＣＰＵ２３は、最新計測時刻と、今回出力時刻との時刻差を算出して計測出力時刻差とし（ステップＡ７）、ＲＡＭ２７の計測出力時刻差データ２７７を更新する。
【００５４】
その後、ＣＰＵ２３は、次式（１）に従って、最新計測時刻における携帯型電話機１の加速度ベクトル２７３４を算出し（ステップＡ９）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数１】
但し、「Ａ（ｔ）」は時刻「ｔ」における加速度ベクトル、「Ｖ（ｔ）」は時刻「ｔ」における速度ベクトル、「ｔm」は計測時刻、「Δｔm」は計測時刻差をそれぞれ示している。
【００５５】
次いで、ＣＰＵ２３は、次式（２）に従って、今回出力時刻における携帯型電話機１の速度ベクトル２７３３を推定し（ステップＡ１１）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数２】
但し、「ｔp」は出力時刻、「Δｔp」は計測出力時刻差をそれぞれ示している。
【００５６】
そして、ＣＰＵ２３は、次式（３）に従って、今回出力時刻における推定位置２７３６を算出し（ステップＡ１３）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数３】
但し、「Ｐa（ｔ）」は時刻「ｔ」における推定位置、「Ｐg（ｔ）」は時刻「ｔ」におけるＧＰＳ測位位置をそれぞれ示している。
【００５７】
式（３）からわかるように、本実施形態では、最新計測時刻におけるＧＰＳ測位位置「Ｐg（ｔm）」と、今回出力時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔp）」を最新計測時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔm）」を用いて平滑化した速度ベクトル「（Ｖ（ｔp）＋Ｖ（ｔm））／２」と、計測出力時刻差「Δｔp」とを用いて、今回出力時刻における推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出する。
【００５８】
次いで、ＣＰＵ２３は、次式（４）に従って推測航法演算を行って、今回出力時刻における推測航法演算位置２７３７を算出し（ステップＡ１５）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数４】
但し、「Ｐr（ｔ）」は時刻「ｔ」における推測航法演算位置、「Ｐ（ｔ）」は時刻「ｔ」における出力位置をそれぞれ示している。
【００５９】
その後、ＣＰＵ２３は、ステップＡ１３で算出した推定位置と、ステップＡ１５で算出した推測航法演算位置との加重平均計算の重み「α」を算出する（ステップＡ１７）。重み「α」は、計測出力時刻差「Δｔp」の関数として表され、例えば図７に示すように、「Δｔp＝０」の時に「１．０」で、「Δｔp」が増加するにつれて漸次減衰していく指数関数として表される。尚、「Δｔp」が増加するにつれて漸次減衰していけば、指数関数以外の関数（例えば、１次関数）を用いることとしてもよい。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ２３は、ステップＡ１７で算出した重み「α」を基に、次式（５）に従って推定位置と推測航法演算位置との加重平均計算を行って、今回出力時刻における出力位置２７３８を決定し（ステップＡ１９）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数５】
【００６１】
式（５）から、重み「α」が小さいほど、推定位置寄りの位置が出力位置に決定されることがわかる。従って、図７に示した重み「α」の定性的なグラフとの関係から、計測出力時刻差「Δｔp」が大きくなるほど、推定位置寄りの位置が出力位置に決定されることになる。
【００６２】
その後、ＣＰＵ２３は、ステップＡ１９で決定した出力位置を、ホストＣＰＵ３０に出力する（ステップＡ２１）。そして、ＣＰＵ２３は、計測を終了するか否かを判定し（ステップＡ２３）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ２３；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、計測を終了すると判定した場合は（ステップＡ２３；Ｙｅｓ）、ベースバンド処理を終了する。
【００６３】
４．実験結果
図８は、本実施形態の手法を用いて出力位置を決定した実験結果の一例を示す図である。ここでは、携帯型電話機１が配置された自動車（スポーツカー）が左下のスタート地点において１分間停止した後、時速３００ｋｍまで加速走行した場合の各出力時刻における携帯型電話機１の真位置及び出力位置と、各計測時刻におけるＧＰＳ測位位置とをプロットした結果を示している。尚、出力時刻の時間間隔は１秒である。
【００６４】
この図を見ると、ＧＰＳ測位位置については真位置に対して約０．５秒の遅れが発生していることがわかるが、出力位置については全ての出力時刻において真位置とほぼ一致しており、精確な位置が出力されていることがわかる。
【００６５】
５．作用効果
本実施形態によれば、ＧＰＳ衛星信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置及び速度ベクトルが間欠的に計測される。そして、計測時刻と測位結果の出力時刻との時刻差が算出され、計測された位置と計測された速度ベクトルと算出された時刻差とを用いて、出力時刻における位置が推定される。そして、推定された位置を用いて出力位置が決定されて出力される。
【００６６】
計測した位置を用いて出力位置を決定するのではなく、計測した位置を元に推定した出力時刻における位置を用いて出力位置を決定するようにしたことで、計測時刻と出力時刻との時刻差に起因する位置遅れの発生を効果的に防止し、測位精度を向上させて、より真位置に近い位置を出力することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態では、推定位置と、推測航法演算によって算出した推測航法演算位置との加重平均計算を行って出力位置を決定することにしている。具体的には、計測出力時刻差が大きくなるほど、推定位置寄りの位置が出力位置となるような重みづけを行って加重平均計算を行う。これにより、計測環境に左右されずに、適切な出力位置を提供することが可能となる。
【００６８】
６．変形例
６−１．電子機器
上述した実施形態では、測位装置を備えた電子機器として携帯型電話機を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、測位装置を備えたノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置等の電子機器に適用することも可能である。
【００６９】
６−２．衛星測位システム
また、上述した実施形態では、衛星測位システムとして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等の他の衛星測位システムであってもよい。
【００７０】
６−３．処理の分化
ＣＰＵ２３が行う処理の一部又は全部を、ホストＣＰＵ３０が行うことにしてもよい。例えば、ＣＰＵ２３がＧＰＳ計測処理を行って携帯型電話機１の現在位置及び速度ベクトルを計測して、ホストＣＰＵ３０に出力する。そして、ホストＣＰＵ３０は、ＣＰＵ２３から入力したＧＰＳ測位位置及び速度ベクトルと、計測時刻と出力時刻との時刻差と、に基づいて、出力時刻における位置を推定する。そして、ホストＣＰＵ３０は、推測航法演算を行って推測航法演算位置を算出し、推定位置と推測航法演算位置との加重平均計算を行って出力位置を決定する。さらに、ＧＰＳ計測処理も含めてホストＣＰＵ３０が実行することしてもよい。
【００７１】
６−４．推定位置の算出
上述した実施形態では、最新計測時におけるＧＰＳ測位位置「Ｐg（ｔm）」と、今回出力時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔp）」を最新計測時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔm）」を用いて平滑化した速度ベクトル「（Ｖ（ｔp）＋Ｖ（ｔm））／２」と、計測出力時刻差「Δｔp」とを用いて、式（３）に従って今回出力時刻における推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出するものとして説明した。しかし、適用する実施形態によっては、平滑化を行わずに速度ベクトル「Ｖ（ｔp）」をそのまま用いて推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出することとしてもよい。具体的には、次式（６）に従って推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出する。
【数６】
【００７２】
６−５．推測航法演算位置の算出
また、上述した実施形態では、式（４）に従って推測航法演算位置「Ｐr（ｔp）」を算出するものとして説明した。しかし、計測時刻差「Δｔm」が一定である場合は、最新及び過去３時刻分の計４時刻分の計測された速度ベクトルを用いて、次式（７）に従って推測航法演算位置「Ｐr（ｔp）」を算出することとしてもよい。
【数７】
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。
【図２】ベースバンド処理回路部のＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。
【図３】ベースバンド処理回路部のＲＡＭに格納されたデータの一例を示す図。
【図４】衛星データのデータ構成の一例を示す図。
【図５】計測履歴データのデータ構成の一例を示す図。
【図６】ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図７】加重平均計算の重みの定性的なグラフ。
【図８】実験結果の一例を示す図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 携帯型電話機、 ５ ＧＰＳアンテナ、 １０ ＧＰＳ受信部、 １１ ＲＦ受信回路部、 ２０ ベースバンド処理回路部、 ２１ 衛星捕捉・追尾部、 ２３ ＣＰＵ、 ２５ ＲＯＭ、 ２７ ＲＡＭ、 ３０ ホストＣＰＵ、 ４０ 操作部、 ５０ 表示部、 ６０ 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、測位装置が実行する測位方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星を利用した計測システムとしては、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測位装置に利用されている。ＧＰＳでは、自測位装置の位置を示す３次元の座標値と、時計誤差との４つのパラメータの値を、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から自測位装置までの擬似距離等の情報に基づいて求める測位演算を行うことで、自測位装置の現在位置を測位する。また、ＧＰＳ衛星と自測位装置の相対的な位置関係に基づいて、自測位装置の速度ベクトルを計測することもできる。
【０００３】
しかし、測位用衛星からの衛星信号を用いた計測では、いわゆるマルチパスによる影響等、種々の誤差要因が存在しており、計測誤差の発生を回避することが困難であるため、計測誤差を低減させるための様々な技術が考案されている。その一例として、特許文献１には、測位演算により算出した測位位置と、推測航法演算により算出した推測航法演算位置との加重平均計算によって出力位置を決定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−６８６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、測位用衛星からの衛星信号を用いて現在位置及び速度ベクトルの計測を行ったタイミング（以下、「計測タイミング」と称す。）と、実際に位置を出力するタイミング（以下、「出力タイミング」と称す。）との間には、僅かながら時刻差が生じる。
【０００５】
特許文献１に開示されている技術では、単純に、測位演算により算出した測位位置と、推測航法演算により算出した推測航法演算位置との加重平均計算を行って出力位置を決定しているが、この２つの位置は異なるタイミングで算出された位置である。このため、計測タイミングと出力タイミングとの時刻差に起因して、測位装置の真位置に対して出力位置が時間的に遅れる位置遅れと呼ばれる測位精度の劣化が発生する問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、計測タイミングと出力タイミングとの時刻差に起因する測位精度の劣化を防止して、より真位置に近い位置が出力されるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第１の発明は、測位装置が実行する測位方法であって、測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測することと、前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出することと、前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することと、前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力することと、を含む測位方法である。
【０００８】
また、他の発明として、測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測する計測部と、前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出する時刻差算出部と、前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定する位置推定部と、前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力する出力位置決定部と、を備えた測位装置を構成してもよい。
【０００９】
この第１の発明等によれば、測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び速度ベクトルが間欠的に計測される。そして、この計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差が算出され、計測された位置と計測された速度ベクトルと算出された時刻差とを用いて、出力タイミングにおける位置が推定される。そして、推定された位置を用いて出力位置が決定されて出力される。
【００１０】
計測した位置を用いて出力位置を決定するのではなく、計測された位置を元に推定した出力タイミングにおける位置を用いて出力位置を決定するようにしたことで、計測タイミングと出力タイミングとの時刻差に起因する位置遅れの発生を防止し、測位精度を向上させて、より真位置に近い位置を出力することが可能となる。
【００１１】
また、第２の発明として、第１の発明の測位方法であって、前記出力タイミングにおける位置を推定することは、最新の及び過去の前記計測の結果に基づいて最新の計測時における加速度ベクトルを算出することと、最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルと、前記算出された加速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける速度ベクトルを推定することと、を含み、最新の前記計測により求められた最新位置と、前記推定された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである測位方法を構成してもよい。
【００１２】
この第２の発明によれば、最新速度ベクトルと、最新の計測時における加速度ベクトルと、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差とを用いて、出力タイミングにおける速度ベクトルが推定される。そして、最新位置と、推定された速度ベクトルと、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差とを用いて、出力タイミングにおける位置が推定される。
【００１３】
また、第３の発明として、第２の発明の測位方法であって、前記出力タイミングにおける位置を推定することは、前記推定された速度ベクトルを、最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルを用いて平滑化することを含み、最新の前記計測により求められた最新位置と、前記平滑化された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである測位方法を構成してもよい。
【００１４】
この第３の発明によれば、推定された速度ベクトルが、最新速度ベクトルを用いて平滑化される。そして、最新位置と、平滑化された速度ベクトルと、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差とを用いて、出力タイミングにおける位置が推定される。
【００１５】
また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の測位方法であって、前記出力位置を決定することは、過去の前記出力位置を用いて所定の推測航法演算により自測位装置の位置である推測航法演算位置を算出することと、前記推定された位置と前記推測航法演算位置とを用いて出力位置を決定することと、を含む測位方法を構成してもよい。
【００１６】
この第４の発明によれば、過去の出力位置を用いて所定の推測航法演算により推測航法演算位置が算出され、推定された位置と推測航法演算位置とを用いて出力位置が決定される。
【００１７】
また、第５の発明として、第４の発明の測位方法であって、前記出力位置を決定することは、前記推定された位置と前記推測航法演算位置との重みづけを前記算出された時刻差に基づいて可変に設定した所定の加重平均計算により前記出力位置を決定することである測位方法を構成してもよい。
【００１８】
この第５の発明によれば、推定された位置と推測航法演算位置との重みづけを、計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差に基づいて可変に設定した所定の加重平均計算により、出力位置が決定される。計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差に基づいて重みづけを可変に設定して加重平均計算を行うようにしたことで、計測環境に左右されずに、適切な位置出力を行うことが可能となる。
【００１９】
また、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明の測位方法を、測位装置に内蔵されたコンピュータに実行させるためのプログラムを構成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、測位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。但し、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるわけではない。
【００２１】
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５と、ＧＰＳ受信部１０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）３０と、操作部４０と、表示部５０と、携帯電話用アンテナ６０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。
【００２２】
ＧＰＳアンテナ５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１０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。
【００２３】
ＧＰＳ受信部１０は、ＧＰＳアンテナ５から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置を測位する測位回路であり、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１０は、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部１１と、ベースバンド処理回路部２０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。
【００２４】
ＲＦ受信回路部１１は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の局部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５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２０に出力する。
【００２５】
ベースバンド処理回路部２０は、ＲＦ受信回路部１１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して測位演算を行う回路部である。ベースバンド処理回路部２０は、衛星捕捉・追尾部２１と、ＣＰＵ２３と、ＲＯＭ２５と、ＲＡＭ２７とを備えて構成される。
【００２６】
衛星捕捉・追尾部２１は、ＲＦ受信回路部１１から出力されたＩＦ信号をもとに、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を行う回路部である。ＧＰＳ衛星信号の捕捉は、捕捉対象とする各ＧＰＳ衛星それぞれについて、装置内部で擬似的に発生させた拡散符合（レプリカＰＲＮコード）とＩＦ信号との相関値を算出し、最も振幅が大きい周波数成分及び位相成分を抽出する相関処理によって実現する。
【００２７】
ホストＣＰＵ３０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である。ホストＣＰＵ３０は、ＣＰＵ２３から入力した出力位置をプロットしたナビゲーション画面を、表示部５０に表示させる。
【００２８】
操作部４０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、押下されたアイコンやボタンの信号をホストＣＰＵ３０に出力する。この操作部４０の操作により、通話要求やメールの送受信要求、ＧＰＳの起動要求等の各種指示入力がなされる。
【００２９】
表示部５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ３０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５０には、ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。
【００３０】
携帯電話用アンテナ６０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。
【００３１】
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。
【００３２】
ＲＯＭ８０は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０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、ナビゲーション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。
【００３３】
ＲＡＭ９０は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ３０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。
【００３４】
２．データ構成
図２は、ベースバンド処理回路部２０のＲＯＭ２５に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ２５には、ベースバンド処理（図６参照）として実行されるベースバンド処理プログラム２５１が記憶されている。
【００３５】
ベースバンド処理とは、ＣＰＵ２３が、ＧＰＳ計測処理を行って計測したＧＰＳ測位位置及び速度ベクトルと、最新の計測時刻（以下、「最新計測時刻」と称す。）と今回の計測において位置出力を行う時刻（以下、「今回出力時刻」と称す。）との時刻差と、を用いて、今回出力時刻における位置を推定するとともに、当該推定位置と推測航法演算により算出した推測航法演算位置との加重平均計算によって出力位置を決定する処理である。ベースバンド処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００３６】
図３は、ＲＡＭ２７に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ２７には、衛星データ２７１と、計測履歴データ２７３と、計測時刻差データ２７５と、計測出力時刻差データ２７７とが記憶される。
【００３７】
図４は、衛星データ２７１のデータ構成の一例を示す図である。衛星データ２７１には、衛星捕捉・追尾部２１により捕捉された各捕捉衛星２７１１それぞれについて、衛星速度ベクトル２７１２と、衛星位置２７１３とが対応付けて記憶される。衛星速度ベクトル２７１２は、例えば地球基準座標系における３次元のベクトルとして表され、衛星位置２７１３は、例えば地球基準座標系における３次元の座標値として表される。衛星データ２７１は、ベースバンド処理において、ＣＰＵ２３がＧＰＳ計測処理を行うために使用する。
【００３８】
図５は、計測履歴データ２７３のデータ構成の一例を示す図である。計測履歴データ２７３には、時刻２７３１と、時刻種別２７３２と、速度ベクトル２７３３と、加速度ベクトル２７３４と、ＧＰＳ測位位置２７３５と、推定位置２７３６と、推測航法演算位置２７３７と、出力位置２７３８とが対応付けて記憶されたデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２３により更新される。
【００３９】
時刻種別２７３２は、当該時刻２７３１の種別であり、当該時刻２７３１が計測を行った時刻であるか出力を行った時刻であるかに応じて、「計測」又は「出力」が記憶される。尚、同時刻の場合には「計測」と「出力」との２つのデータが計測履歴データ２７３に記憶されることとなり、一方に「計測」が、他方に「出力」が記憶されることとなる。時刻種別が「計測」の時刻のことを「計測時刻」と称し、時刻種別が「出力」の時刻のことを「出力時刻」と称する。
【００４０】
速度ベクトル２７３３は、携帯型電話機１の３次元の速度ベクトルであり、計測時刻については、当該計測時刻にＧＰＳ計測処理によって計測された速度ベクトルが記憶される。また、出力時刻については、計測時刻における速度ベクトルを補正することで得られる当該出力時刻における速度ベクトルが記憶される。
【００４１】
加速度ベクトル２７３４は、携帯型電話機１の３次元の加速度ベクトルであり、計測時刻については、当該計測時刻における速度ベクトルを基に算出された加速度ベクトルが記憶される。また、出力時刻については、加速度ベクトルが算出されないため、加速度ベクトル２７３４には「−（無し）」が記憶される。
【００４２】
ＧＰＳ測位位置２７３５には、当該計測時刻にＧＰＳ計測処理によって計測された携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。出力時刻については、ＧＰＳ計測処理によって位置が計測されないため、ＧＰＳ測位位置２７３５には「−（無し）」が記憶される。
【００４３】
推定位置２７３６には、ＧＰＳ測位位置２７３５と、速度ベクトル２７３３と、計測時刻と出力時刻との時刻差と、に基づいて推定された当該出力時刻における携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。計測時刻については、位置の推定がなされないため、推定位置２７３６には「−（無し）」が記憶される。
【００４４】
推測航法演算位置２７３７には、推測航法演算処理により算出した当該出力時刻における携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。計測時刻については、推測航法演算処理がなされないため、推測航法演算位置２７３７には「−（無し）」が記憶される。
【００４５】
出力位置２７３８には、推定位置２７３６と推測航法演算位置２７３７とを加重平均計算することで算出される携帯型電話機１の３次元の位置が記憶される。計測時刻については、出力位置が算出されることはないため、出力位置２７３８には「−（無し）」が記憶される。
【００４６】
尚、本実施形態では、出力時刻は原則として所定時間間隔（例えば１秒間隔）であるものとする。また、測位環境等の影響により、計測を行うために十分な数のＧＰＳ衛星信号が衛星捕捉・追尾部２１により捕捉されていない場合は、ＧＰＳ計測処理を行うことができないため、計測時刻は所定時間間隔になるとは限らない。例えば、図５の計測履歴データ２７３では、時刻「ｔｐ３」〜「ｔｐ５」は全て出力時刻となっているが、この間にはＧＰＳ計測処理を行うことができなかったことを意味している。
【００４７】
計測時刻差データ２７５は、最新計測時刻と、その１つ前の計測時刻との時刻差（以下、「計測時刻差」と称す。）のデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２３により更新される。
【００４８】
計測出力時刻差データ２７７は、最新計測時刻と、今回出力時刻との時刻差（以下、「計測出力時刻差」と称す。）のデータであり、ベースバンド処理においてＣＰＵ２３により更新される。
【００４９】
３．処理の流れ
図６は、ＣＰＵ２３によりＲＯＭ２５に記憶されているベースバンド処理プログラム２５１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ベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【００５０】
ベースバンド処理は、ＲＦ受信回路部１１によるＧＰＳ衛星信号の受信と併せて、ＣＰＵ２３が、操作部４０に測位開始指示の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。尚、携帯型電話機１の電源のＯＮ／ＯＦＦとＧＰＳの起動／停止とを連動させ、携帯型電話機１の電源投入操作を検出した場合にベースバンド処理の実行を開始させることにしてもよい。
【００５１】
先ず、ＣＰＵ２３は、衛星捕捉・追尾部２１により捕捉されたＧＰＳ衛星信号に重畳されている航法メッセージを基に、各捕捉衛星２７１１の衛星速度ベクトル２７１２及び衛星位置２７１３を算出し、衛星情報としてＲＡＭ２７の衛星データ２７１に記憶させる（ステップＡ１）。
【００５２】
次いで、ＣＰＵ２３は、ＧＰＳ計測処理を行う（ステップＡ３）。具体的には、ステップＡ１で算出した衛星情報に基づいて、例えば最小二乗法を用いた測位演算を行ってＧＰＳ測位位置２７３５を求める。また、捕捉衛星と携帯型電話機１の相対速度に基づいて携帯型電話機１の速度ベクトル２７３３を求める。そして、求めたＧＰＳ測位位置２７３５及び速度ベクトル２７３３を、現在の時刻２７３１及び時刻種別２７３２と対応付けてＲＡＭ２７の計測履歴データ２７３に記憶させる。
【００５３】
次いで、ＣＰＵ２３は、計測履歴データ２７３に記憶されている最新計測時刻と、その１つ前の計測時刻との時刻差を算出して計測時刻差とし（ステップＡ５）、ＲＡＭ２７の計測時刻差データ２７５を更新する。また、ＣＰＵ２３は、最新計測時刻と、今回出力時刻との時刻差を算出して計測出力時刻差とし（ステップＡ７）、ＲＡＭ２７の計測出力時刻差データ２７７を更新する。
【００５４】
その後、ＣＰＵ２３は、次式（１）に従って、最新計測時刻における携帯型電話機１の加速度ベクトル２７３４を算出し（ステップＡ９）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数１】
但し、「Ａ（ｔ）」は時刻「ｔ」における加速度ベクトル、「Ｖ（ｔ）」は時刻「ｔ」における速度ベクトル、「ｔm」は計測時刻、「Δｔm」は計測時刻差をそれぞれ示している。
【００５５】
次いで、ＣＰＵ２３は、次式（２）に従って、今回出力時刻における携帯型電話機１の速度ベクトル２７３３を推定し（ステップＡ１１）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数２】
但し、「ｔp」は出力時刻、「Δｔp」は計測出力時刻差をそれぞれ示している。
【００５６】
そして、ＣＰＵ２３は、次式（３）に従って、今回出力時刻における推定位置２７３６を算出し（ステップＡ１３）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数３】
但し、「Ｐa（ｔ）」は時刻「ｔ」における推定位置、「Ｐg（ｔ）」は時刻「ｔ」におけるＧＰＳ測位位置をそれぞれ示している。
【００５７】
式（３）からわかるように、本実施形態では、最新計測時刻におけるＧＰＳ測位位置「Ｐg（ｔm）」と、今回出力時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔp）」を最新計測時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔm）」を用いて平滑化した速度ベクトル「（Ｖ（ｔp）＋Ｖ（ｔm））／２」と、計測出力時刻差「Δｔp」とを用いて、今回出力時刻における推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出する。
【００５８】
次いで、ＣＰＵ２３は、次式（４）に従って推測航法演算を行って、今回出力時刻における推測航法演算位置２７３７を算出し（ステップＡ１５）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数４】
但し、「Ｐr（ｔ）」は時刻「ｔ」における推測航法演算位置、「Ｐ（ｔ）」は時刻「ｔ」における出力位置をそれぞれ示している。
【００５９】
その後、ＣＰＵ２３は、ステップＡ１３で算出した推定位置と、ステップＡ１５で算出した推測航法演算位置との加重平均計算の重み「α」を算出する（ステップＡ１７）。重み「α」は、計測出力時刻差「Δｔp」の関数として表され、例えば図７に示すように、「Δｔp＝０」の時に「１．０」で、「Δｔp」が増加するにつれて漸次減衰していく指数関数として表される。尚、「Δｔp」が増加するにつれて漸次減衰していけば、指数関数以外の関数（例えば、１次関数）を用いることとしてもよい。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ２３は、ステップＡ１７で算出した重み「α」を基に、次式（５）に従って推定位置と推測航法演算位置との加重平均計算を行って、今回出力時刻における出力位置２７３８を決定し（ステップＡ１９）、計測履歴データ２７３に記憶させる。
【数５】
【００６１】
式（５）から、重み「α」が小さいほど、推定位置寄りの位置が出力位置に決定されることがわかる。従って、図７に示した重み「α」の定性的なグラフとの関係から、計測出力時刻差「Δｔp」が大きくなるほど、推定位置寄りの位置が出力位置に決定されることになる。
【００６２】
その後、ＣＰＵ２３は、ステップＡ１９で決定した出力位置を、ホストＣＰＵ３０に出力する（ステップＡ２１）。そして、ＣＰＵ２３は、計測を終了するか否かを判定し（ステップＡ２３）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ２３；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、計測を終了すると判定した場合は（ステップＡ２３；Ｙｅｓ）、ベースバンド処理を終了する。
【００６３】
４．実験結果
図８は、本実施形態の手法を用いて出力位置を決定した実験結果の一例を示す図である。ここでは、携帯型電話機１が配置された自動車（スポーツカー）が左下のスタート地点において１分間停止した後、時速３００ｋｍまで加速走行した場合の各出力時刻における携帯型電話機１の真位置及び出力位置と、各計測時刻におけるＧＰＳ測位位置とをプロットした結果を示している。尚、出力時刻の時間間隔は１秒である。
【００６４】
この図を見ると、ＧＰＳ測位位置については真位置に対して約０．５秒の遅れが発生していることがわかるが、出力位置については全ての出力時刻において真位置とほぼ一致しており、精確な位置が出力されていることがわかる。
【００６５】
５．作用効果
本実施形態によれば、ＧＰＳ衛星信号に基づいて携帯型電話機１の現在位置及び速度ベクトルが間欠的に計測される。そして、計測時刻と測位結果の出力時刻との時刻差が算出され、計測された位置と計測された速度ベクトルと算出された時刻差とを用いて、出力時刻における位置が推定される。そして、推定された位置を用いて出力位置が決定されて出力される。
【００６６】
計測した位置を用いて出力位置を決定するのではなく、計測した位置を元に推定した出力時刻における位置を用いて出力位置を決定するようにしたことで、計測時刻と出力時刻との時刻差に起因する位置遅れの発生を効果的に防止し、測位精度を向上させて、より真位置に近い位置を出力することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態では、推定位置と、推測航法演算によって算出した推測航法演算位置との加重平均計算を行って出力位置を決定することにしている。具体的には、計測出力時刻差が大きくなるほど、推定位置寄りの位置が出力位置となるような重みづけを行って加重平均計算を行う。これにより、計測環境に左右されずに、適切な出力位置を提供することが可能となる。
【００６８】
６．変形例
６−１．電子機器
上述した実施形態では、測位装置を備えた電子機器として携帯型電話機を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、測位装置を備えたノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置等の電子機器に適用することも可能である。
【００６９】
６−２．衛星測位システム
また、上述した実施形態では、衛星測位システムとして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等の他の衛星測位システムであってもよい。
【００７０】
６−３．処理の分化
ＣＰＵ２３が行う処理の一部又は全部を、ホストＣＰＵ３０が行うことにしてもよい。例えば、ＣＰＵ２３がＧＰＳ計測処理を行って携帯型電話機１の現在位置及び速度ベクトルを計測して、ホストＣＰＵ３０に出力する。そして、ホストＣＰＵ３０は、ＣＰＵ２３から入力したＧＰＳ測位位置及び速度ベクトルと、計測時刻と出力時刻との時刻差と、に基づいて、出力時刻における位置を推定する。そして、ホストＣＰＵ３０は、推測航法演算を行って推測航法演算位置を算出し、推定位置と推測航法演算位置との加重平均計算を行って出力位置を決定する。さらに、ＧＰＳ計測処理も含めてホストＣＰＵ３０が実行することしてもよい。
【００７１】
６−４．推定位置の算出
上述した実施形態では、最新計測時におけるＧＰＳ測位位置「Ｐg（ｔm）」と、今回出力時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔp）」を最新計測時刻における速度ベクトル「Ｖ（ｔm）」を用いて平滑化した速度ベクトル「（Ｖ（ｔp）＋Ｖ（ｔm））／２」と、計測出力時刻差「Δｔp」とを用いて、式（３）に従って今回出力時刻における推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出するものとして説明した。しかし、適用する実施形態によっては、平滑化を行わずに速度ベクトル「Ｖ（ｔp）」をそのまま用いて推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出することとしてもよい。具体的には、次式（６）に従って推定位置「Ｐa（ｔp）」を算出する。
【数６】
【００７２】
６−５．推測航法演算位置の算出
また、上述した実施形態では、式（４）に従って推測航法演算位置「Ｐr（ｔp）」を算出するものとして説明した。しかし、計測時刻差「Δｔm」が一定である場合は、最新及び過去３時刻分の計４時刻分の計測された速度ベクトルを用いて、次式（７）に従って推測航法演算位置「Ｐr（ｔp）」を算出することとしてもよい。
【数７】
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。
【図２】ベースバンド処理回路部のＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。
【図３】ベースバンド処理回路部のＲＡＭに格納されたデータの一例を示す図。
【図４】衛星データのデータ構成の一例を示す図。
【図５】計測履歴データのデータ構成の一例を示す図。
【図６】ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図７】加重平均計算の重みの定性的なグラフ。
【図８】実験結果の一例を示す図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 携帯型電話機、 ５ ＧＰＳアンテナ、 １０ ＧＰＳ受信部、 １１ ＲＦ受信回路部、 ２０ ベースバンド処理回路部、 ２１ 衛星捕捉・追尾部、 ２３ ＣＰＵ、 ２５ ＲＯＭ、 ２７ ＲＡＭ、 ３０ ホストＣＰＵ、 ４０ 操作部、 ５０ 表示部、 ６０ 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】
測位装置が実行する測位方法であって、
測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測することと、
前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出することと、
前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することと、
前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力することと、
を含む測位方法。
【請求項２】
前記出力タイミングにおける位置を推定することは、
最新の及び過去の前記計測の結果に基づいて最新の計測時における加速度ベクトルを算出することと、
最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルと、前記算出された加速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける速度ベクトルを推定することと、
を含み、最新の前記計測により求められた最新位置と、前記推定された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである、
請求項１に記載の測位方法。
【請求項３】
前記出力タイミングにおける位置を推定することは、
前記推定された速度ベクトルを、最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルを用いて平滑化することを含み、
最新の前記計測により求められた最新位置と、前記平滑化された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである、
請求項２に記載の測位方法。
【請求項４】
前記出力位置を決定することは、
過去の前記出力位置を用いて所定の推測航法演算により自測位装置の位置である推測航法演算位置を算出することと、
前記推定された位置と前記推測航法演算位置とを用いて出力位置を決定することと、
を含む、
請求項１〜３の何れか一項に記載の測位方法。
【請求項５】
前記出力位置を決定することは、前記推定された位置と前記推測航法演算位置との重みづけを前記算出された時刻差に基づいて可変に設定した所定の加重平均計算により前記出力位置を決定することである請求項４に記載の測位方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の測位方法を、測位装置に内蔵されたコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測する計測部と、
前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出する時刻差算出部と、
前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定する位置推定部と、
前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力する出力位置決定部と、
を備えた測位装置。
【請求項１】
測位装置が実行する測位方法であって、
測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測することと、
前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出することと、
前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することと、
前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力することと、
を含む測位方法。
【請求項２】
前記出力タイミングにおける位置を推定することは、
最新の及び過去の前記計測の結果に基づいて最新の計測時における加速度ベクトルを算出することと、
最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルと、前記算出された加速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける速度ベクトルを推定することと、
を含み、最新の前記計測により求められた最新位置と、前記推定された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである、
請求項１に記載の測位方法。
【請求項３】
前記出力タイミングにおける位置を推定することは、
前記推定された速度ベクトルを、最新の前記計測により求められた最新速度ベクトルを用いて平滑化することを含み、
最新の前記計測により求められた最新位置と、前記平滑化された速度ベクトルと、前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定することである、
請求項２に記載の測位方法。
【請求項４】
前記出力位置を決定することは、
過去の前記出力位置を用いて所定の推測航法演算により自測位装置の位置である推測航法演算位置を算出することと、
前記推定された位置と前記推測航法演算位置とを用いて出力位置を決定することと、
を含む、
請求項１〜３の何れか一項に記載の測位方法。
【請求項５】
前記出力位置を決定することは、前記推定された位置と前記推測航法演算位置との重みづけを前記算出された時刻差に基づいて可変に設定した所定の加重平均計算により前記出力位置を決定することである請求項４に記載の測位方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の測位方法を、測位装置に内蔵されたコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
測位用衛星から発信されている測位用信号に基づいて自測位装置の位置及び自測位装置の速度ベクトルを間欠的に計測する計測部と、
前記計測のタイミングと測位結果の出力タイミングとの時刻差を算出する時刻差算出部と、
前記計測された位置と前記計測された速度ベクトルと前記算出された時刻差とを用いて、前記出力タイミングにおける位置を推定する位置推定部と、
前記推定された位置を用いて出力位置を決定して出力する出力位置決定部と、
を備えた測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２２９２９３（Ｐ２００９−２２９２９３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７６１３６（Ｐ２００８−７６１３６）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【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２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]