測位装置及びプログラム
【課題】自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、測位精度を適切に評価する。
【解決手段】ＧＰＳ受信機１６から出力されたクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアスＢｅ及び受信位置を算出し、過去ｎ点のクロックバイアスＢｅ、またはＧＰＳ受信器から出力されるドップラー情報に基づいてクロックドリフトＤを算出し、算出されたクロックドリフトＤに基づいて、回帰式、またはカルマンフィルタを用いて基準クロックバイアスＢｓを推定する。
【解決手段】ＧＰＳ受信機１６から出力されたクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアスＢｅ及び受信位置を算出し、過去ｎ点のクロックバイアスＢｅ、またはＧＰＳ受信器から出力されるドップラー情報に基づいてクロックドリフトＤを算出し、算出されたクロックドリフトＤに基づいて、回帰式、またはカルマンフィルタを用いて基準クロックバイアスＢｓを推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測位装置及びプログラムに係り、特に、測位精度を評価することができる測位装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナビゲーション装置において、複数の測位衛星からの電波を受信してこの電波を用いて受信位置を測位するＧＰＳ航法と、車両が移動した距離及び方位に基づく走行軌跡から車両の位置を検出する自律航法とを用いて、本装置が搭載された車両の位置（自車位置）を測位することが行われている。
【０００３】
ＧＰＳ航法による測位では、受信環境等の種々の要因により測位に誤差が生じる場合がある。そこで、複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾し測位を行ってＧＰＳ測位解を取得し、出力された自律航法情報とＧＰＳ測位解との比較結果に基づいて所定の参照値を算出し、算出された所定の参照値と、測位の過程で得られるクロック・オフセット値との差分を算出し、算出された差分に基づいてＧＰＳ測位解の精度を判断するナビゲーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ドップラー周波数から得られる移動体の速度ベクトルと、移動体の位置の測位結果に基づいて得られる移動体の移動量を表す変位ベクトルとのなす角度を評価値として算出し、算出された評価値に基づいて測位の異常を判定する移動体位置測位装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５７７０５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のナビゲーションシステムでは、測位の精度を評価するために自律航法システムが必要であり、ＧＰＳ単体で測位精度を評価することができない、という問題がある。また、特許文献１記載のナビゲーションシステムでは、過去に得られたクロック・オフセット値数点の平均値を測位精度の評価に用いているが、クロック・オフセット値に含まれる時間と共に変化するドリフト成分が考慮されておらず、適切な評価をすることができない、という問題がある。
【０００７】
また、特許文献２記載の移動体位置測位装置では、移動体の速度ベクトルと移動体の変位ベクトルとのなす角度を評価値として用いているため、移動体の速度が０になった場合には、評価値として用いる角度を算出することができず、異常判定を行うことができない、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解決するために成されたものであり、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、測位精度を適切に評価することができる測位装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の測位装置は、複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信器から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段とを含んで構成されている。
【００１０】
また、本発明の測位プログラムは、コンピュータを、複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信器から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段として機能させるためのプログラムである。
【００１１】
本発明の測位装置及びプログラムによれば、ＧＰＳ受信機が複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に基づいて算出した測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離を出力する。測位手段は、この擬似距離に基づいて、クロックバイアス及び受信位置を算出する。ここで算出されるクロックバイアスには種々の要因による誤差が含まれている。そこで、クロックドリフト算出手段が、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出し、クロックバイアス推定手段が、クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定する。ここで推定された基準クロックバイアスは、クロックドリフトに基づいて推定されているため、ドリフト成分を考慮した値となっている。そして、評価値算出手段が、測位手段で算出されたクロックバイアスと、クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する。
【００１２】
このように、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックドリフトを算出して、基準クロックバイアスを推定するため、自律航法情報等の外部データを必要とすることなくドリフト成分を考慮した基準クロックバイアスが推定され、この基準クロックバイアスと算出されたクロックバイアスとの差に基づいて、受信位置の算出精度を適切に評価することができる評価値を算出することができる。
【００１３】
また、本発明の測位装置は、前記擬似距離の中から４つ以上を選択した全ての組合せの各々について前記評価値を算出し、算出された前記評価値に基づいて求まる測位誤差が最小となる組合せ以外の擬似距離に対応する衛星信号を異常信号と推定する異常信号推定手段を含んで構成することができる。このように、適切に算出された評価値に基づいて求まる測位誤差により異常信号を推定することで、測位に用いる擬似距離を適切に選択することができる。
【００１４】
また、本発明の測位装置は、前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出されたＧＰＳ測位値、または前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、前記異常信号推定手段で異常信号と推定された衛星信号により求まる擬似距離を含む組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差に基づいて補正されたＧＰＳ測位値を最適測位値として出力する出力手段を含んで構成することができる。このように、適切に算出された評価値に基づいて求まる測位誤差を利用して、測位結果を最適化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る測位装置及びプログラムによれば、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、測位精度を適切に評価することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る測位装置の概略を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態における測位処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態における測位精度評価処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本実施の形態における測位最適化処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】測位誤差ｅ、及び評価値Ｅ×光速ｃの時系列データを示すグラフである。
【図６】測位誤差ｅと評価値Ｅ×光速ｃとの関係を示すグラフである。
【図７】本実施の形態における測位最適化処理ルーチンの他の例を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態に係る測位装置の概略を示すブロック図である。
【図９】第２の実施の形態における測位精度評価処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態におけるカルマンフィルタ初期値リセット処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、車両に搭載されている測位装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１は、第１の実施の形態に係る測位装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１９】
第１の実施形態に係る測位装置１０は、測位装置１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する測位処理のプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このような構成の場合には、各構成要素の機能を実現するためのプログラムをＲＯＭやＨＤＤ等の記憶媒体に記憶しておき、これをＣＰＵが実行することによって、各機能が実現されるようにする。
【００２０】
測位装置１０を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図１に示すように、受信位置（車両位置）の測位精度を評価する測位精度評価部１２、及び測位結果を最適化して最適測位値を出力する最適化部１４を含んだ構成で表すことができる。さらに、測位精度評価部１２は、ＧＰＳ受信機１６から出力された擬似距離に基づいて受信位置を測位する測位部２２、過去のクロックバイアスに基づいて、クロックドリフトを算出するクロックドリフト算出部３４、クロックドリフト算出部３４で算出されたクロックドリフトを用いて、現在の基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定部２４、及び測位部２２での受信位置の測位の際に算出されたクロックバイアスと、クロックバイアス推定部２４で推定された基準クロックバイアスとに基づいて測位精度の評価値を算出する評価値算出部２６を含んだ構成で表すことができる。また、最適化部１４は、入力された擬似距離に対応する衛星信号が正常か異常かを推定する異常信号推定部２８、異常信号推定部の推定結果に基づいて、擬似距離誤差を推定する擬似距離誤差推定部３０、及び異常信号推定部２８または擬似距離誤差推定部３０の推定結果に基づいて、最適測位値を出力する測位最適化部３２を含んだ構成で表すことができる。
【００２１】
ＧＰＳ受信機１６では、受信部１８で受信された測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、擬似距離算出部２０で測位衛星と受信位置との間の擬似距離を算出し、算出した擬似距離を測位装置１０へ出力する。擬似距離には、ＧＰＳ受信機１６の時計の進み（遅れ）によりＧＰＳ受信機１６の時計が示す時刻とＧＰＳ時刻との間に生じる誤差（クロックバイアス）を距離に換算したクロックバイアス誤差が含まれている。
【００２２】
測位部２２は、ＧＰＳ受信機１６から出力された４つ以上の擬似距離を用いて、衛星信号の受信位置を測位する。上述のとおり、擬似距離にはクロックバイアス誤差が含まれているため、測位部２２での測位の際に、このクロックバイアスＢｅもあわせて算出される。なお、クロックバイアスは、前述の通り、ＧＰＳ受信機１６の時計が示す時刻とＧＰＳ時刻との間に生じる誤差であり、時間と共に変化するドリフト成分（クロックドリフト）を含んだ値となる。
【００２３】
クロックドリフト算出部３４は、後述する測位最適化処理において得られた過去のクロックバイアスに基づいて、クロックドリフトＤを算出する。
【００２４】
クロックバイアス推定部２４は、算出されたクロックドリフトＤを用いて基準クロックバイアスＢｓを推定する。基準クロックバイアスＢｓは、クロックドリフトＤを用いて推定されるため、ドリフト成分を考慮した値となる。
【００２５】
評価値算出部２６は、測位部２２での受信位置の測位の際に算出されたクロックバイアスＢｅと、クロックバイアス推定部２４で推定された基準クロックバイアスＢｓとの差に基づいて測位精度の評価値を算出する。
【００２６】
異常信号推定部２８は、受信位置の測位に使用された擬似距離から４つ以上を選択した組合せを、全組合せについて羅列し、組合せ毎に測位精度の評価値から求まる測位誤差を算出し、測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に対応する各衛星信号を正常、測位誤差が最小となる組合せに含まれていない擬似距離に対応する各衛星信号を異常と推定する。
【００２７】
擬似距離誤差推定部３０は、測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、測位に使用された擬似距離（異常と推定された衛星信号に対応する擬似距離を含んでいる）に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差を擬似距離誤差として推定する。
【００２８】
測位最適化部３２は、異常信号推定部２８で得られた測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出される測位値を最適測位値として、測位誤差の情報と共に出力する。または、擬似距離誤差推定部３０で推定された擬似距離誤差に基づいて補正した測位値を最適測位値として、測位誤差の情報と共に出力する。出力された最適測位値及び測位誤差情報は、測位結果を表示する表示装置に入力され、ナビゲーションシステムに利用されたり、車両制御装置に入力され、車両の自動制御に利用されたり、センサ統合装置に入力されてＧＰＳ以外のセンサの計測結果と統合し、測位精度を向上させるのに利用されたりする。また、最適測位値となる測位値を算出した際に得られるクロックバイアスＢｅをクロックドリフト算出部３４におけるクロックドリフトの算出に使用するため、所定の記憶領域に記憶する。
【００２９】
次に、図２を参照して、第１の実施の形態の測位装置１０における測位処理ルーチンについて説明する。
【００３０】
ステップ１００で、ＧＰＳ受信機１６から出力された複数の擬似距離に基づいて、受信位置の測位値及びクロックバイアスＢｅを算出する。
【００３１】
衛星ｉの擬似距離Ｒｉは、衛星ｉの位置座標を（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）、ＧＰＳ受信機１６の推定位置座標の初期値を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、求めたいＧＰＳ受信機１６の真の位置座標を（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）、ＧＰＳ受信機１６の推定クロックバイアスの初期値をＢ０、衛星ｉのクロックバイアスをｂｉとすると、（１）式のように表すことができる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
また、ＧＰＳ受信機１６の真の位置座標と推定値との差分をΔとすると、（２）式となる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
上記（１）式を、（２）式で線形化すると、（３）式となる。
【００３６】
【数３】
【００３７】
（３）式を全衛星について行列表現で書き下すと、（４）式となり、さらに（５）式で置き換えると（６）式となる。
【００３８】
【数４】
【００３９】
ここで、ｍ＞４の場合、求めたい変数の数４つに対して式の本数が多くなり、過剰決定状態となるため、最小二乗法を使ってｍ本の式の制約にできるだけ従うような解を求める。これは、（７）式で示す方程式で求めることができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
（７）式から求められたΔＸを用いて（２）式を更新し、推定値の値が収束するまで繰り返し計算することで、受信位置の測位値及びクロックバイアスＢｅを算出することができる。
【００４２】
次に、ステップ１０２で、後述する測位精度評価処理を実行し、次に、ステップ１０４で、後述する測位最適化処理を実行して、処理を終了する。
【００４３】
次に、図３を参照して、測位処理（図２）のステップ１０２で実行される測位精度評価処理ルーチンについて説明する。
【００４４】
ステップ２００で、所定の記憶領域に記憶された過去ｎ点のクロックバイアスを用いて、（８）式によりクロックドリフトＤを算出する。
【００４５】
【数６】
次に、ステップ２０２で、（９）式の回帰式に（８）式により算出したクロックドリフトＤの値を代入して基準クロックバイアスＢｓを推定する。
【００４６】
Ｂｓ＝Ｄ×ｔ＋Ｂｅ０ ・・・（９）
【００４７】
ここで、Ｂｅ０は、時刻ｔ＝０におけるクロックバイアスの値である。すなわち、（９）式により、時刻ｔにおける基準クロックバイアスＢｓを推定することができる。
【００４８】
次に、ステップ２０４で、上記測位処理（図２）のステップ１００で算出したクロックバイアスＢｅと、上記ステップ２０２で推定した基準クロックバイアスＢｓとの差を評価値Ｅ（Ｅ＝｜Ｂｅ−Ｂｓ｜）として算出して、リターンする。
【００４９】
次に、図４を参照して、測位処理（図２）のステップ１０４で実行される測位最適化処理（１）ルーチンについて説明する。
【００５０】
ステップ３００で、最小測位誤差を示す変数ｅｍｉｎに∞をセットする。次に、ステップ３０２で、測位に使用した擬似距離の中から４つ以上を選択した組合せを全組合せ分羅列し、次に、ステップ３０４で、羅列した組合せの中から１つの組合せｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ：ｎは組合せの総数）を選択する。
【００５１】
次に、ステップ３０６で、上記ステップ３０４で選択した組合せｉについて、測位誤差ｅｉを推定する。ここで、評価値Ｅと測位誤差ｅとは、図５及び図６に示すような相関関係があることがわかっており、この相関関係に基づいて、（１０）式により測位誤差ｅを推定することができる。
【００５２】
ｅ＝ｋ×Ｅ ・・・（１０）
【００５３】
ここで、ｋは係数であり、図５及び図６に示す相関関係から、より詳細には、ｋ＝０．８とすることができる。また、ここでは、組合せｉについての測位誤差ｅｉを推定するため、評価値Ｅは、組合せｉの擬似距離に基づいて算出される評価値Ｅｉとなる。
【００５４】
次に、ステップ３０８で、測位誤差ｅｉが変数ｅｍｉｎより小さいか否かを判断する。ｅｉ＜ｅｍｉｎの場合には、ステップ３１０へ進んで、変数ｅｍｉｎの値をｅｉの値に置き換えて、ステップ３１２へ進む。一方、ｅｉ≧ｅｍｉｎの場合には、そのままステップ３１２へ進む。ステップ３１２で、全組合せについて測位誤差ｅを推定してｅｍｉｎと比較する処理が終了したか否かを判断し、終了した場合には、ステップ３１４へ進み、終了していない場合には、ステップ３０４へ戻って、次の組合せを選択して処理を繰り返す。
【００５５】
ステップ３１４で、変数ｅｍｉｎとなっている測位誤差ｅｉを最小測位誤差とし、測位誤差ｅｉに対応する組合せｉの擬似距離に基づいて算出される測位値を最適測位値として出力する。
【００５６】
次に、ステップ３１６で、組合せｉの擬似距離に基づいて測位値を算出した際に得られるクロックバイアスの値を、クロックドリフトを算出する際に使用するために、所定の記憶領域へ記憶して、リターンする。
【００５７】
次に、図７を参照して、測位最適化処理の他の例である測位最適化処理（２）ルーチンについて説明する。ステップ３００〜ステップ３１２の処理は、上述した測位最適化処理（１）と同一であるので説明を省略する。
【００５８】
ステップ４００で、組合せｉの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、測位に使用された擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差を擬似距離誤差として推定する。測位に使用された擬似距離に基づいて算出された受信位置とは、測位処理（図２）のステップ１００で算出された測位値の受信位置である。
【００５９】
次に、ステップ４０２で、上記ステップ４００で推定された擬似距離誤差に基づいて、測位処理（図２）のステップ１００で算出された測位値を補正して最適測位値として出力する。
【００６０】
なお、測位最適化処理（１）及び（２）は、いずれか一方のみを実行するようにしてもよいし、いずれかを選択して実行するようにしてもよい。また、いずれかを選択する場合には、例えば、最小測位誤差の値に応じて、いずれかを選択するようにすることができる。
【００６１】
以上説明したように、第１の実施の形態の測位装置によれば、過去のクロックバイアスを用いてクロックドリフトを算出して、基準クロックバイアスを推定し、測位の際に算出されたクロックバイアスと推定された基準クロックバイアスとの差を測位精度の評価値として用いるため、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、クロックバイアスのドリフト成分を考慮した適切な評価値を算出することができる。
【００６２】
なお、第１の実施の形態では、算出したクロックドリフトを用いて、回帰式により基準クロックバイアスを推定する場合について説明したが、算出したクロックドリフトを用いて、カルマンフィルタやパーティクルフィルタなどの逐次推定により基準クロックバイアスを推定してもよい。
【００６３】
次に、第２の実施の形態に係る測位装置について説明する。第２の実施の形態に係る測位装置は、基準クロックバイアスを推定するために用いるクロックドリフトの算出方法が第１の実施の形態にかかる測位装置１０と異なる。なお、第１の実施の形態に係る測位装置１０と同一の構成及び処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図８は、第２の実施の形態に係る測位装置５１０の構成を示すブロック図である。
【００６５】
第２の実施形態に係る測位装置５１０は、測位装置５１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する測位処理のプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このような構成の場合には、各構成要素の機能を実現するためのプログラムをＲＯＭやＨＤＤ等の記憶媒体に記憶しておき、これをＣＰＵが実行することによって、各機能が実現されるようにする。
【００６６】
測位装置５１０を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図８に示すように、受信位置（車両位置）の測位精度を評価する測位精度評価部５１２、及び測位結果を最適化して最適測位値を出力する最適化部１４を含んだ構成で表すことができる。さらに、測位精度評価部５１２は、ＧＰＳ受信機１６から出力された擬似距離に基づいて受信位置を測位する測位部２２、ＧＰＳ受信機１６から出力されたドップラー情報に基づいてクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出部２３４、クロックドリフト算出部２３４で算出されたクロックドリフトに基づいて、現在の基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定部５２４、及び測位部２２での受信位置の測位の際に算出されたクロックバイアスと、クロックバイアス推定部５２４で推定された基準クロックバイアスとに基づいて測位精度の評価値を算出する評価値算出部２６を含んだ構成で表すことができる。また、最適化部１４は、第１の実施の形態の測位装置１０の最適化部１４と同様の構成で表すことができる。
【００６７】
ＧＰＳ受信機１６では、擬似距離算出部２０で算出した擬似距離を出力すると共に、受信部１８で受信された測位衛星から送信された衛星信号、及び受信周波数に基づいて、ドップラー情報算出部３６でドップラー情報を算出して出力する。
【００６８】
クロックドリフト算出部２３４は、ＧＰＳ受信機１６から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックドリフトＤｅを算出する。
【００６９】
クロックバイアス推定部５２４は、クロックドリフト算出部２３４で算出されたクロックドリフトＤｅ及び測位部２２で算出されたクロックバイアスＢｅから、カルマンフィルタを用いて基準クロックバイアスＢｓを推定する。基準クロックバイアスＢｓは、クロックドリフトを用いて推定されるため、ドリフト成分を考慮したものとなる。
【００７０】
次に、図９を参照して、第２の実施の形態において、測位処理（図２）のステップ１０２で実行される測位精度評価処理ルーチンについて説明する。
【００７１】
ステップ６００で、ＧＰＳ受信機１６から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックドリフトＤｅを算出する。
【００７２】
衛星ｉのドップラシフトと、衛星ｉの速度ｖｉ及びＧＰＳ受信機１６の速度との関係は、クロックドリフトＤｅを用いて、（１１）式のように表せる。
【００７３】
【数７】
【００７４】
（１１）式を変形して（１２）式とし、さらに（５）式のＡ及び（１３）式を用いて表すと（１４）式となる。
【００７５】
【数８】
【００７６】
ここで、ｍ＞４の場合、求めたい変数の数４つに対して式の本数が多くなり、過剰決定状態となるため、最小二乗法を使ってｍ本の式の制約にできるだけ従うような解を求める。これは、（１５）式で示す方程式で求めることができる。
【００７７】
【数９】
【００７８】
（１５）式からＶを求めることにより、（１３）式からクロックドリフトＤｅを算出することができる。
【００７９】
次に、ステップ６０２で、下記（１６）〜（２１）式の構成で示されるカルマンフィルタを用いて、基準クロックバイアスＢｓを推定する。
【００８０】
【数１０】
【００８１】
ここで、ｔは時刻、Δｔは時刻の単位となるサンプリング時間、Ｂｅは測位処理（図２）のステップ１００で算出されたクロックバイアス、Ｄｅは上記ステップ６００で算出されたクロックドリフトである。
【００８２】
基準クロックバイアスＢｓは、基準クロックバイアスＢｓのドリフト成分（基準クロックドリフトＤｓ：クロックドリフトＤｅからノイズ成分を除去した値）の積分値であり、時刻（ｔ＋１）における基準クロックバイアスＢｓ（ｔ＋１）は、（１８）式のように表される。基準クロックドリフトＤｓは、上記ステップ６００で算出したクロックドリフトＤｅから、（２１）式によりノイズを除去して算出する。（２１）式のＮ（０，ｖ）は、平均０及び標準偏差ｖの正規分布を表す。算出された基準クロックドリフトＤｓの微分値は、（２０）式で示すように、平均０及び標準偏差ｗの正規分布で表され、時刻（ｔ＋１）における基準クロックドリフトＤｓ（ｔ＋１）は、（１９）式のように表される。すなわち、時刻ｔ＝０におけるクロックバイアスＢｅ、及びクロックドリフトＤｅを初期値として与え（（１６）式及び（１７）式）、算出された基準クロックドリフトＤｓを用いて、時刻ｔにおける基準クロックバイアスＢｓを推定することができる。
【００８３】
次に、ステップ２０４で、上記測位処理（図２）のステップ１００で算出したクロックバイアスＢｅと、上記ステップ６０２で推定した基準クロックバイアスＢｓとの差を評価値Ｅ（Ｅ＝｜Ｂｅ−Ｂｓ｜）として算出して、リターンする。
【００８４】
なお、（１６）式及び（１７）式で示される初期値は、時刻ｔ＝０におけるクロックバイアスＢｅ、及びクロックドリフトＤｅの値を用いているが、所定のタイミングでｔ＝０として初期値をリセットすることができる。所定のタイミングは、予め定めた所定間隔毎に実行してもよいし、以下で述べるように評価値Ｅを判定基準として用いて初期値をリセットするタイミングを決定してもよい。これは、第１の実施の形態で述べた測位誤差ｅの値が小さい場合には、擬似距離から算出されるクロックバイアスＢｅの信頼度が高いと判断することができるため、測位誤差の算出式（（１０）式）に基づいて、評価値Ｅを判定基準として用いるものである。
【００８５】
図１０を参照して、カルマンフィルタ初期値リセット処理ルーチンについて説明する。
【００８６】
ステップ７００で、算出された評価値Ｅを時系列に取得し、評価値Ｅが基準値ｔｈ以下となっている時間が所定時間Ｔ秒以上連続しているか否かを判断する。Ｔ秒以上連続している場合には、ステップ７０２へ進み、Ｔ秒以上連続していない場合には、本ステップの判断を繰り返す。
【００８７】
ステップ７０２で、現在の（直近で算出された）クロックバイアスＢｅの値を（１６）式に、現在の（直近で算出された）クロックドリフトＤｅの値を（１７）式に設定することにより、カルマンフィルタの初期値をリセットする。
【００８８】
以上説明したように、第２の実施の形態の測位装置によれば、ドップラー情報に基づいて算出されたクロックドリフトからカルマンフィルタを用いて基準クロックドリフトを算出して、基準クロックバイアスを推定し、測位の際に算出されたクロックバイアスと推定された基準クロックバイアスとの差を測位精度の評価値として用いるため、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、クロックバイアスのドリフト成分を考慮した適切な評価値を算出することができる。
【００８９】
なお、第２の実施の形態では、カルマンフィルタを用いて基準クロックバイアスを推定する場合について説明したが、ドップラー情報に基づいて算出されたクロックドリフトから、第１の実施の形態で述べた回帰式を用いて基準クロックバイアスを推定してもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０、５１０ 測位装置
１２、５１２ 測位精度評価部
１４ 最適化部
１６ ＧＰＳ受信機
２２ 測位部
２４、５２４ クロックバイアス推定部
２６ 評価値算出部
２８ 異常信号推定部
３０ 擬似距離誤差推定部
３２ 測位最適化部
３４、２３４ クロックドリフト算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測位装置及びプログラムに係り、特に、測位精度を評価することができる測位装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナビゲーション装置において、複数の測位衛星からの電波を受信してこの電波を用いて受信位置を測位するＧＰＳ航法と、車両が移動した距離及び方位に基づく走行軌跡から車両の位置を検出する自律航法とを用いて、本装置が搭載された車両の位置（自車位置）を測位することが行われている。
【０００３】
ＧＰＳ航法による測位では、受信環境等の種々の要因により測位に誤差が生じる場合がある。そこで、複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾し測位を行ってＧＰＳ測位解を取得し、出力された自律航法情報とＧＰＳ測位解との比較結果に基づいて所定の参照値を算出し、算出された所定の参照値と、測位の過程で得られるクロック・オフセット値との差分を算出し、算出された差分に基づいてＧＰＳ測位解の精度を判断するナビゲーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ドップラー周波数から得られる移動体の速度ベクトルと、移動体の位置の測位結果に基づいて得られる移動体の移動量を表す変位ベクトルとのなす角度を評価値として算出し、算出された評価値に基づいて測位の異常を判定する移動体位置測位装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５７７０５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のナビゲーションシステムでは、測位の精度を評価するために自律航法システムが必要であり、ＧＰＳ単体で測位精度を評価することができない、という問題がある。また、特許文献１記載のナビゲーションシステムでは、過去に得られたクロック・オフセット値数点の平均値を測位精度の評価に用いているが、クロック・オフセット値に含まれる時間と共に変化するドリフト成分が考慮されておらず、適切な評価をすることができない、という問題がある。
【０００７】
また、特許文献２記載の移動体位置測位装置では、移動体の速度ベクトルと移動体の変位ベクトルとのなす角度を評価値として用いているため、移動体の速度が０になった場合には、評価値として用いる角度を算出することができず、異常判定を行うことができない、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解決するために成されたものであり、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、測位精度を適切に評価することができる測位装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の測位装置は、複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信器から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段とを含んで構成されている。
【００１０】
また、本発明の測位プログラムは、コンピュータを、複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信器から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段として機能させるためのプログラムである。
【００１１】
本発明の測位装置及びプログラムによれば、ＧＰＳ受信機が複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に基づいて算出した測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離を出力する。測位手段は、この擬似距離に基づいて、クロックバイアス及び受信位置を算出する。ここで算出されるクロックバイアスには種々の要因による誤差が含まれている。そこで、クロックドリフト算出手段が、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出し、クロックバイアス推定手段が、クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定する。ここで推定された基準クロックバイアスは、クロックドリフトに基づいて推定されているため、ドリフト成分を考慮した値となっている。そして、評価値算出手段が、測位手段で算出されたクロックバイアスと、クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する。
【００１２】
このように、過去に算出された複数のクロックバイアス、または、ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックドリフトを算出して、基準クロックバイアスを推定するため、自律航法情報等の外部データを必要とすることなくドリフト成分を考慮した基準クロックバイアスが推定され、この基準クロックバイアスと算出されたクロックバイアスとの差に基づいて、受信位置の算出精度を適切に評価することができる評価値を算出することができる。
【００１３】
また、本発明の測位装置は、前記擬似距離の中から４つ以上を選択した全ての組合せの各々について前記評価値を算出し、算出された前記評価値に基づいて求まる測位誤差が最小となる組合せ以外の擬似距離に対応する衛星信号を異常信号と推定する異常信号推定手段を含んで構成することができる。このように、適切に算出された評価値に基づいて求まる測位誤差により異常信号を推定することで、測位に用いる擬似距離を適切に選択することができる。
【００１４】
また、本発明の測位装置は、前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出されたＧＰＳ測位値、または前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、前記異常信号推定手段で異常信号と推定された衛星信号により求まる擬似距離を含む組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差に基づいて補正されたＧＰＳ測位値を最適測位値として出力する出力手段を含んで構成することができる。このように、適切に算出された評価値に基づいて求まる測位誤差を利用して、測位結果を最適化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る測位装置及びプログラムによれば、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、測位精度を適切に評価することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る測位装置の概略を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態における測位処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態における測位精度評価処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本実施の形態における測位最適化処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】測位誤差ｅ、及び評価値Ｅ×光速ｃの時系列データを示すグラフである。
【図６】測位誤差ｅと評価値Ｅ×光速ｃとの関係を示すグラフである。
【図７】本実施の形態における測位最適化処理ルーチンの他の例を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態に係る測位装置の概略を示すブロック図である。
【図９】第２の実施の形態における測位精度評価処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態におけるカルマンフィルタ初期値リセット処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、車両に搭載されている測位装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１は、第１の実施の形態に係る測位装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１９】
第１の実施形態に係る測位装置１０は、測位装置１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する測位処理のプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このような構成の場合には、各構成要素の機能を実現するためのプログラムをＲＯＭやＨＤＤ等の記憶媒体に記憶しておき、これをＣＰＵが実行することによって、各機能が実現されるようにする。
【００２０】
測位装置１０を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図１に示すように、受信位置（車両位置）の測位精度を評価する測位精度評価部１２、及び測位結果を最適化して最適測位値を出力する最適化部１４を含んだ構成で表すことができる。さらに、測位精度評価部１２は、ＧＰＳ受信機１６から出力された擬似距離に基づいて受信位置を測位する測位部２２、過去のクロックバイアスに基づいて、クロックドリフトを算出するクロックドリフト算出部３４、クロックドリフト算出部３４で算出されたクロックドリフトを用いて、現在の基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定部２４、及び測位部２２での受信位置の測位の際に算出されたクロックバイアスと、クロックバイアス推定部２４で推定された基準クロックバイアスとに基づいて測位精度の評価値を算出する評価値算出部２６を含んだ構成で表すことができる。また、最適化部１４は、入力された擬似距離に対応する衛星信号が正常か異常かを推定する異常信号推定部２８、異常信号推定部の推定結果に基づいて、擬似距離誤差を推定する擬似距離誤差推定部３０、及び異常信号推定部２８または擬似距離誤差推定部３０の推定結果に基づいて、最適測位値を出力する測位最適化部３２を含んだ構成で表すことができる。
【００２１】
ＧＰＳ受信機１６では、受信部１８で受信された測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、擬似距離算出部２０で測位衛星と受信位置との間の擬似距離を算出し、算出した擬似距離を測位装置１０へ出力する。擬似距離には、ＧＰＳ受信機１６の時計の進み（遅れ）によりＧＰＳ受信機１６の時計が示す時刻とＧＰＳ時刻との間に生じる誤差（クロックバイアス）を距離に換算したクロックバイアス誤差が含まれている。
【００２２】
測位部２２は、ＧＰＳ受信機１６から出力された４つ以上の擬似距離を用いて、衛星信号の受信位置を測位する。上述のとおり、擬似距離にはクロックバイアス誤差が含まれているため、測位部２２での測位の際に、このクロックバイアスＢｅもあわせて算出される。なお、クロックバイアスは、前述の通り、ＧＰＳ受信機１６の時計が示す時刻とＧＰＳ時刻との間に生じる誤差であり、時間と共に変化するドリフト成分（クロックドリフト）を含んだ値となる。
【００２３】
クロックドリフト算出部３４は、後述する測位最適化処理において得られた過去のクロックバイアスに基づいて、クロックドリフトＤを算出する。
【００２４】
クロックバイアス推定部２４は、算出されたクロックドリフトＤを用いて基準クロックバイアスＢｓを推定する。基準クロックバイアスＢｓは、クロックドリフトＤを用いて推定されるため、ドリフト成分を考慮した値となる。
【００２５】
評価値算出部２６は、測位部２２での受信位置の測位の際に算出されたクロックバイアスＢｅと、クロックバイアス推定部２４で推定された基準クロックバイアスＢｓとの差に基づいて測位精度の評価値を算出する。
【００２６】
異常信号推定部２８は、受信位置の測位に使用された擬似距離から４つ以上を選択した組合せを、全組合せについて羅列し、組合せ毎に測位精度の評価値から求まる測位誤差を算出し、測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に対応する各衛星信号を正常、測位誤差が最小となる組合せに含まれていない擬似距離に対応する各衛星信号を異常と推定する。
【００２７】
擬似距離誤差推定部３０は、測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、測位に使用された擬似距離（異常と推定された衛星信号に対応する擬似距離を含んでいる）に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差を擬似距離誤差として推定する。
【００２８】
測位最適化部３２は、異常信号推定部２８で得られた測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出される測位値を最適測位値として、測位誤差の情報と共に出力する。または、擬似距離誤差推定部３０で推定された擬似距離誤差に基づいて補正した測位値を最適測位値として、測位誤差の情報と共に出力する。出力された最適測位値及び測位誤差情報は、測位結果を表示する表示装置に入力され、ナビゲーションシステムに利用されたり、車両制御装置に入力され、車両の自動制御に利用されたり、センサ統合装置に入力されてＧＰＳ以外のセンサの計測結果と統合し、測位精度を向上させるのに利用されたりする。また、最適測位値となる測位値を算出した際に得られるクロックバイアスＢｅをクロックドリフト算出部３４におけるクロックドリフトの算出に使用するため、所定の記憶領域に記憶する。
【００２９】
次に、図２を参照して、第１の実施の形態の測位装置１０における測位処理ルーチンについて説明する。
【００３０】
ステップ１００で、ＧＰＳ受信機１６から出力された複数の擬似距離に基づいて、受信位置の測位値及びクロックバイアスＢｅを算出する。
【００３１】
衛星ｉの擬似距離Ｒｉは、衛星ｉの位置座標を（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）、ＧＰＳ受信機１６の推定位置座標の初期値を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、求めたいＧＰＳ受信機１６の真の位置座標を（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）、ＧＰＳ受信機１６の推定クロックバイアスの初期値をＢ０、衛星ｉのクロックバイアスをｂｉとすると、（１）式のように表すことができる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
また、ＧＰＳ受信機１６の真の位置座標と推定値との差分をΔとすると、（２）式となる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
上記（１）式を、（２）式で線形化すると、（３）式となる。
【００３６】
【数３】
【００３７】
（３）式を全衛星について行列表現で書き下すと、（４）式となり、さらに（５）式で置き換えると（６）式となる。
【００３８】
【数４】
【００３９】
ここで、ｍ＞４の場合、求めたい変数の数４つに対して式の本数が多くなり、過剰決定状態となるため、最小二乗法を使ってｍ本の式の制約にできるだけ従うような解を求める。これは、（７）式で示す方程式で求めることができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
（７）式から求められたΔＸを用いて（２）式を更新し、推定値の値が収束するまで繰り返し計算することで、受信位置の測位値及びクロックバイアスＢｅを算出することができる。
【００４２】
次に、ステップ１０２で、後述する測位精度評価処理を実行し、次に、ステップ１０４で、後述する測位最適化処理を実行して、処理を終了する。
【００４３】
次に、図３を参照して、測位処理（図２）のステップ１０２で実行される測位精度評価処理ルーチンについて説明する。
【００４４】
ステップ２００で、所定の記憶領域に記憶された過去ｎ点のクロックバイアスを用いて、（８）式によりクロックドリフトＤを算出する。
【００４５】
【数６】
次に、ステップ２０２で、（９）式の回帰式に（８）式により算出したクロックドリフトＤの値を代入して基準クロックバイアスＢｓを推定する。
【００４６】
Ｂｓ＝Ｄ×ｔ＋Ｂｅ０ ・・・（９）
【００４７】
ここで、Ｂｅ０は、時刻ｔ＝０におけるクロックバイアスの値である。すなわち、（９）式により、時刻ｔにおける基準クロックバイアスＢｓを推定することができる。
【００４８】
次に、ステップ２０４で、上記測位処理（図２）のステップ１００で算出したクロックバイアスＢｅと、上記ステップ２０２で推定した基準クロックバイアスＢｓとの差を評価値Ｅ（Ｅ＝｜Ｂｅ−Ｂｓ｜）として算出して、リターンする。
【００４９】
次に、図４を参照して、測位処理（図２）のステップ１０４で実行される測位最適化処理（１）ルーチンについて説明する。
【００５０】
ステップ３００で、最小測位誤差を示す変数ｅｍｉｎに∞をセットする。次に、ステップ３０２で、測位に使用した擬似距離の中から４つ以上を選択した組合せを全組合せ分羅列し、次に、ステップ３０４で、羅列した組合せの中から１つの組合せｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ：ｎは組合せの総数）を選択する。
【００５１】
次に、ステップ３０６で、上記ステップ３０４で選択した組合せｉについて、測位誤差ｅｉを推定する。ここで、評価値Ｅと測位誤差ｅとは、図５及び図６に示すような相関関係があることがわかっており、この相関関係に基づいて、（１０）式により測位誤差ｅを推定することができる。
【００５２】
ｅ＝ｋ×Ｅ ・・・（１０）
【００５３】
ここで、ｋは係数であり、図５及び図６に示す相関関係から、より詳細には、ｋ＝０．８とすることができる。また、ここでは、組合せｉについての測位誤差ｅｉを推定するため、評価値Ｅは、組合せｉの擬似距離に基づいて算出される評価値Ｅｉとなる。
【００５４】
次に、ステップ３０８で、測位誤差ｅｉが変数ｅｍｉｎより小さいか否かを判断する。ｅｉ＜ｅｍｉｎの場合には、ステップ３１０へ進んで、変数ｅｍｉｎの値をｅｉの値に置き換えて、ステップ３１２へ進む。一方、ｅｉ≧ｅｍｉｎの場合には、そのままステップ３１２へ進む。ステップ３１２で、全組合せについて測位誤差ｅを推定してｅｍｉｎと比較する処理が終了したか否かを判断し、終了した場合には、ステップ３１４へ進み、終了していない場合には、ステップ３０４へ戻って、次の組合せを選択して処理を繰り返す。
【００５５】
ステップ３１４で、変数ｅｍｉｎとなっている測位誤差ｅｉを最小測位誤差とし、測位誤差ｅｉに対応する組合せｉの擬似距離に基づいて算出される測位値を最適測位値として出力する。
【００５６】
次に、ステップ３１６で、組合せｉの擬似距離に基づいて測位値を算出した際に得られるクロックバイアスの値を、クロックドリフトを算出する際に使用するために、所定の記憶領域へ記憶して、リターンする。
【００５７】
次に、図７を参照して、測位最適化処理の他の例である測位最適化処理（２）ルーチンについて説明する。ステップ３００〜ステップ３１２の処理は、上述した測位最適化処理（１）と同一であるので説明を省略する。
【００５８】
ステップ４００で、組合せｉの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、測位に使用された擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差を擬似距離誤差として推定する。測位に使用された擬似距離に基づいて算出された受信位置とは、測位処理（図２）のステップ１００で算出された測位値の受信位置である。
【００５９】
次に、ステップ４０２で、上記ステップ４００で推定された擬似距離誤差に基づいて、測位処理（図２）のステップ１００で算出された測位値を補正して最適測位値として出力する。
【００６０】
なお、測位最適化処理（１）及び（２）は、いずれか一方のみを実行するようにしてもよいし、いずれかを選択して実行するようにしてもよい。また、いずれかを選択する場合には、例えば、最小測位誤差の値に応じて、いずれかを選択するようにすることができる。
【００６１】
以上説明したように、第１の実施の形態の測位装置によれば、過去のクロックバイアスを用いてクロックドリフトを算出して、基準クロックバイアスを推定し、測位の際に算出されたクロックバイアスと推定された基準クロックバイアスとの差を測位精度の評価値として用いるため、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、クロックバイアスのドリフト成分を考慮した適切な評価値を算出することができる。
【００６２】
なお、第１の実施の形態では、算出したクロックドリフトを用いて、回帰式により基準クロックバイアスを推定する場合について説明したが、算出したクロックドリフトを用いて、カルマンフィルタやパーティクルフィルタなどの逐次推定により基準クロックバイアスを推定してもよい。
【００６３】
次に、第２の実施の形態に係る測位装置について説明する。第２の実施の形態に係る測位装置は、基準クロックバイアスを推定するために用いるクロックドリフトの算出方法が第１の実施の形態にかかる測位装置１０と異なる。なお、第１の実施の形態に係る測位装置１０と同一の構成及び処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図８は、第２の実施の形態に係る測位装置５１０の構成を示すブロック図である。
【００６５】
第２の実施形態に係る測位装置５１０は、測位装置５１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する測位処理のプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このような構成の場合には、各構成要素の機能を実現するためのプログラムをＲＯＭやＨＤＤ等の記憶媒体に記憶しておき、これをＣＰＵが実行することによって、各機能が実現されるようにする。
【００６６】
測位装置５１０を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図８に示すように、受信位置（車両位置）の測位精度を評価する測位精度評価部５１２、及び測位結果を最適化して最適測位値を出力する最適化部１４を含んだ構成で表すことができる。さらに、測位精度評価部５１２は、ＧＰＳ受信機１６から出力された擬似距離に基づいて受信位置を測位する測位部２２、ＧＰＳ受信機１６から出力されたドップラー情報に基づいてクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出部２３４、クロックドリフト算出部２３４で算出されたクロックドリフトに基づいて、現在の基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定部５２４、及び測位部２２での受信位置の測位の際に算出されたクロックバイアスと、クロックバイアス推定部５２４で推定された基準クロックバイアスとに基づいて測位精度の評価値を算出する評価値算出部２６を含んだ構成で表すことができる。また、最適化部１４は、第１の実施の形態の測位装置１０の最適化部１４と同様の構成で表すことができる。
【００６７】
ＧＰＳ受信機１６では、擬似距離算出部２０で算出した擬似距離を出力すると共に、受信部１８で受信された測位衛星から送信された衛星信号、及び受信周波数に基づいて、ドップラー情報算出部３６でドップラー情報を算出して出力する。
【００６８】
クロックドリフト算出部２３４は、ＧＰＳ受信機１６から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックドリフトＤｅを算出する。
【００６９】
クロックバイアス推定部５２４は、クロックドリフト算出部２３４で算出されたクロックドリフトＤｅ及び測位部２２で算出されたクロックバイアスＢｅから、カルマンフィルタを用いて基準クロックバイアスＢｓを推定する。基準クロックバイアスＢｓは、クロックドリフトを用いて推定されるため、ドリフト成分を考慮したものとなる。
【００７０】
次に、図９を参照して、第２の実施の形態において、測位処理（図２）のステップ１０２で実行される測位精度評価処理ルーチンについて説明する。
【００７１】
ステップ６００で、ＧＰＳ受信機１６から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックドリフトＤｅを算出する。
【００７２】
衛星ｉのドップラシフトと、衛星ｉの速度ｖｉ及びＧＰＳ受信機１６の速度との関係は、クロックドリフトＤｅを用いて、（１１）式のように表せる。
【００７３】
【数７】
【００７４】
（１１）式を変形して（１２）式とし、さらに（５）式のＡ及び（１３）式を用いて表すと（１４）式となる。
【００７５】
【数８】
【００７６】
ここで、ｍ＞４の場合、求めたい変数の数４つに対して式の本数が多くなり、過剰決定状態となるため、最小二乗法を使ってｍ本の式の制約にできるだけ従うような解を求める。これは、（１５）式で示す方程式で求めることができる。
【００７７】
【数９】
【００７８】
（１５）式からＶを求めることにより、（１３）式からクロックドリフトＤｅを算出することができる。
【００７９】
次に、ステップ６０２で、下記（１６）〜（２１）式の構成で示されるカルマンフィルタを用いて、基準クロックバイアスＢｓを推定する。
【００８０】
【数１０】
【００８１】
ここで、ｔは時刻、Δｔは時刻の単位となるサンプリング時間、Ｂｅは測位処理（図２）のステップ１００で算出されたクロックバイアス、Ｄｅは上記ステップ６００で算出されたクロックドリフトである。
【００８２】
基準クロックバイアスＢｓは、基準クロックバイアスＢｓのドリフト成分（基準クロックドリフトＤｓ：クロックドリフトＤｅからノイズ成分を除去した値）の積分値であり、時刻（ｔ＋１）における基準クロックバイアスＢｓ（ｔ＋１）は、（１８）式のように表される。基準クロックドリフトＤｓは、上記ステップ６００で算出したクロックドリフトＤｅから、（２１）式によりノイズを除去して算出する。（２１）式のＮ（０，ｖ）は、平均０及び標準偏差ｖの正規分布を表す。算出された基準クロックドリフトＤｓの微分値は、（２０）式で示すように、平均０及び標準偏差ｗの正規分布で表され、時刻（ｔ＋１）における基準クロックドリフトＤｓ（ｔ＋１）は、（１９）式のように表される。すなわち、時刻ｔ＝０におけるクロックバイアスＢｅ、及びクロックドリフトＤｅを初期値として与え（（１６）式及び（１７）式）、算出された基準クロックドリフトＤｓを用いて、時刻ｔにおける基準クロックバイアスＢｓを推定することができる。
【００８３】
次に、ステップ２０４で、上記測位処理（図２）のステップ１００で算出したクロックバイアスＢｅと、上記ステップ６０２で推定した基準クロックバイアスＢｓとの差を評価値Ｅ（Ｅ＝｜Ｂｅ−Ｂｓ｜）として算出して、リターンする。
【００８４】
なお、（１６）式及び（１７）式で示される初期値は、時刻ｔ＝０におけるクロックバイアスＢｅ、及びクロックドリフトＤｅの値を用いているが、所定のタイミングでｔ＝０として初期値をリセットすることができる。所定のタイミングは、予め定めた所定間隔毎に実行してもよいし、以下で述べるように評価値Ｅを判定基準として用いて初期値をリセットするタイミングを決定してもよい。これは、第１の実施の形態で述べた測位誤差ｅの値が小さい場合には、擬似距離から算出されるクロックバイアスＢｅの信頼度が高いと判断することができるため、測位誤差の算出式（（１０）式）に基づいて、評価値Ｅを判定基準として用いるものである。
【００８５】
図１０を参照して、カルマンフィルタ初期値リセット処理ルーチンについて説明する。
【００８６】
ステップ７００で、算出された評価値Ｅを時系列に取得し、評価値Ｅが基準値ｔｈ以下となっている時間が所定時間Ｔ秒以上連続しているか否かを判断する。Ｔ秒以上連続している場合には、ステップ７０２へ進み、Ｔ秒以上連続していない場合には、本ステップの判断を繰り返す。
【００８７】
ステップ７０２で、現在の（直近で算出された）クロックバイアスＢｅの値を（１６）式に、現在の（直近で算出された）クロックドリフトＤｅの値を（１７）式に設定することにより、カルマンフィルタの初期値をリセットする。
【００８８】
以上説明したように、第２の実施の形態の測位装置によれば、ドップラー情報に基づいて算出されたクロックドリフトからカルマンフィルタを用いて基準クロックドリフトを算出して、基準クロックバイアスを推定し、測位の際に算出されたクロックバイアスと推定された基準クロックバイアスとの差を測位精度の評価値として用いるため、自律航法情報等の外部データを必要とすることなく、クロックバイアスのドリフト成分を考慮した適切な評価値を算出することができる。
【００８９】
なお、第２の実施の形態では、カルマンフィルタを用いて基準クロックバイアスを推定する場合について説明したが、ドップラー情報に基づいて算出されたクロックドリフトから、第１の実施の形態で述べた回帰式を用いて基準クロックバイアスを推定してもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０、５１０ 測位装置
１２、５１２ 測位精度評価部
１４ 最適化部
１６ ＧＰＳ受信機
２２ 測位部
２４、５２４ クロックバイアス推定部
２６ 評価値算出部
２８ 異常信号推定部
３０ 擬似距離誤差推定部
３２ 測位最適化部
３４、２３４ クロックドリフト算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、
過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、
前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、
前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段と、
を含む測位装置。
【請求項２】
前記擬似距離の中から４つ以上を選択した全ての組合せの各々について前記評価値を算出し、算出された前記評価値に基づいて求まる測位誤差が最小となる組合せ以外の擬似距離に対応する衛星信号を異常信号と推定する異常信号推定手段を含む請求項１記載の測位装置。
【請求項３】
前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出されたＧＰＳ測位値、または前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、前記異常信号推定手段で異常信号と推定された衛星信号により求まる擬似距離を含む組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差に基づいて補正されたＧＰＳ測位値を最適測位値として出力する出力手段を含む請求項２記載の測位装置。
【請求項４】
コンピュータを、
複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、
過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、
前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、
前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段と、
して機能させるための測位プログラム。
【請求項５】
コンピュータを、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の測位装置を構成する各手段として機能させるための測位プログラム。
【請求項１】
複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、
過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、
前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、
前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段と、
を含む測位装置。
【請求項２】
前記擬似距離の中から４つ以上を選択した全ての組合せの各々について前記評価値を算出し、算出された前記評価値に基づいて求まる測位誤差が最小となる組合せ以外の擬似距離に対応する衛星信号を異常信号と推定する異常信号推定手段を含む請求項１記載の測位装置。
【請求項３】
前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出されたＧＰＳ測位値、または前記測位誤差が最小となる組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離と、前記異常信号推定手段で異常信号と推定された衛星信号により求まる擬似距離を含む組合せの擬似距離に基づいて算出された受信位置から衛星までの距離との差に基づいて補正されたＧＰＳ測位値を最適測位値として出力する出力手段を含む請求項２記載の測位装置。
【請求項４】
コンピュータを、
複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された前記測位衛星の各々から受信位置までのクロックバイアス誤差を含む疑似距離から、クロックバイアス及び前記受信位置を算出する測位手段と、
過去に算出された複数のクロックバイアス、または、前記ＧＰＳ受信機から出力されたドップラー情報に基づいて、クロックバイアスの時間に伴う変化の割合を示すクロックドリフトを算出するクロックドリフト算出手段と、
前記クロックドリフト算出手段で算出されたクロックドリフトに基づいて、基準クロックバイアスを推定するクロックバイアス推定手段と、
前記測位手段で算出されたクロックバイアスと、前記クロックバイアス推定手段で推定された基準クロックバイアスとの差に基づいて、前記測位手段における受信位置の算出精度を評価するための評価値を算出する評価値算出手段と、
して機能させるための測位プログラム。
【請求項５】
コンピュータを、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の測位装置を構成する各手段として機能させるための測位プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１３１８９（Ｐ２０１１−１３１８９Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９９４１（Ｐ２００９−１５９９４１）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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