移動体用測位装置及び移動体用測位方法
【課題】マルチパス発生時にも精度良く測位すること。
【解決手段】本発明による移動体用測位装置は、擬似距離算出手段２０３と、衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段２１２と、前記擬似距離算出手段による第１距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第２距離算出モードとを切り替えるモード切替手段２０８と、衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段２０６とを備え、前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第１距離算出モードから前記第２距離算出モードに切り替えることを特徴とする。
【解決手段】本発明による移動体用測位装置は、擬似距離算出手段２０３と、衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段２１２と、前記擬似距離算出手段による第１距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第２距離算出モードとを切り替えるモード切替手段２０８と、衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段２０６とを備え、前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第１距離算出モードから前記第２距離算出モードに切り替えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＧＰＳ衛星から受信した信号に係るＰＮコードの位相を検出しこの位相を用いてＧＰＳ衛星からの擬似距離を求める手段と、ＧＰＳ衛星から受信したキャリアに含まれるドップラ成分を所定時点から積算することにより当該時点からの擬似距離の変化量を求める手段と、求められた変化量に基づき擬似距離を補正する手段と、補正された擬似距離を用いて搭載に係る移動体又は携帯に係る使用者の位置を求める手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ受信機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１９８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術では、いわゆるキャリアスムージングを行う測位方法を採用しているが、マルチパス（多重経路で伝播する電波を受信）が発生した場合には、ＰＮコードの位相から求める擬似距離の精度は、キャリアスムージングを行ったとしても悪くなる。
【０００４】
そこで、本発明は、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明は、衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
前記擬似距離算出手段による第１距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第２距離算出モードとを切り替えるモード切替手段と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第１距離算出モードから前記第２距離算出モードに切り替えることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される前に前記擬似距離算出手段により算出された擬似距離を、前記初期値として用いることを特徴とする。前記合成波の受信が検出される前とは、好ましくは、直接波のみの受信状態から合成波の受信状態に変化する直前（直近の観測周期）を指す。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、各周期で前記擬似距離算出手段により算出される各擬似距離の差分値として算出することを特徴とする。所定周期は、初回の周期の直ぐ次の周期であってもよいし、初回の周期から複数周期後の周期であってもよいし、周期間の間隔や、ドップラ周波数の観測値に含まれるバイアス成分に起因した誤差の蓄積態様を勘案して決定されてよい。
【０００８】
第４の発明は、衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位方法において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出段階と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出段階と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を所定周期毎に検出する合成波検出段階と、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階で算出された衛星移動体間距離を用いて、移動体の位置を測位する段階とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、第４の発明に係る移動体用測位方法において、
前記衛星移動体間距離算出段階では、前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出される周期以前に前記擬似距離算出段階で算出された擬似距離を、前記初期値として用いることを特徴とする。
【００１０】
第６の発明は、第４の発明に係る移動体用測位方法において、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が連続した周期で検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階において、前記合成波の受信が検出された初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、前記擬似距離算出段階の各周期で算出される各擬似距離の差分値として算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明に係る移動体用測位装置が適用されるＧＰＳ（Global Positioning System）の全体的な構成を示すシステム構成図である。図１に示すように、ＧＰＳは、地球周りを周回するＧＰＳ衛星１０と、地球上に位置し地球上を移動しうる車両９０とから構成される。尚、車両９０は、あくまで移動体の一例であり、その他の移動体としては、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末等がありうる。
【００１４】
ＧＰＳ衛星１０は、航法メッセージ（衛星信号）を地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するＧＰＳ衛星１０に関する衛星軌道情報（エフェメリスやアルマナク）、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。尚、Ｌ１波は、Ｃ／Ａコードで変調されたＳｉｎ波とＰコード（Precision Code）で変調されたＣｏｓ波の合成波であり、直交変調されている。Ｃ／Ａコード及びＰコードは、擬似雑音（Pseudo Noise）符号であり、−１と１が不規則に周期的に並ぶ符号列である。
【００１５】
尚、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２０，０００kmの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。
【００１６】
車両９０には、移動体用測位装置としてのＧＰＳ受信機２０が搭載される。
【００１７】
図２は、ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。図３は、ＧＰＳ受信機２０のＤＬＬ２０３の主要構成の一例を示すブロック図である。
【００１８】
ここでは、主に、観測可能な複数のＧＰＳ衛星１０のうちのＧＰＳ衛星１０ｊからの衛星信号に関するＧＰＳ受信機２０の信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０ｊからの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０からの衛星信号に関する信号処理と実質的に同じである。実際には、以下で説明する衛星信号に関する信号処理は、観測可能な各ＧＰＳ衛星からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行されることになる。
【００１９】
ＧＰＳ受信機２０は、図２に示すように、高周波回路２０１と、Ａ／Ｄ(analog-to-digital)変換回路２０２と、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０３と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０４と、フィルタ２０５と、マルチパス検出部２０６と、モード切替部２０８と、衛星位置算出部２０９と、衛星−車両間距離算出部２１２と、測位演算部２１４とを備える。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換回路２０２は、高周波回路２０１から供給されるＩＦ信号（アナログ信号）を、デジタル信号処理ができるようにデジタルＩＦ信号に変換する。
【００２１】
ＤＬＬ２０３は、Ｌ１波のＣ／Ａコードに対して、内部で発生させたレプリカＣ／ＡコードによりＣ／Ａコード同期を行い、擬似距離ρ’ｊを算出するように構成されている。尚、符号の意味として、擬似距離ρｊに付された「’」は、後述のフィルタ処理が実行されていないことを示し、下付き文字「ｊ」は、ＧＰＳ衛星１０ｊに関する値（ρ’ｊ以外の値についても同様。）であることを示す。また、デジタルＩＦ信号は、実際には、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４から供給されるレプリカキャリアが乗算されてから、ＤＬＬ２０３に入力される。
【００２２】
具体的には、ＤＬＬ２０３は、図３に示すように、相互相関演算部１１１，１１２、位相進め部１１３、位相遅れ部１１４、位相ずれ計算部１１５、位相補正量計算部１１６、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７、及び、擬似距離算出部１１８を含む。
【００２３】
レプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、レプリカＣ／Ａコードが生成される。レプリカＣ／Ａコードとは、ＧＰＳ衛星１０ｊからの衛星信号に乗せられるＣ／Ａコードに対して、＋１、−１の並びが同一のコードである。
【００２４】
相互相関演算部１１１には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相進め部１１３を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１１には、Ｅａｒｌｙレプリカ符号が入力される。位相進め部１１３では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ進められる。位相進め部１１３で進められる位相進み量をθｊとする。
【００２５】
相互相関演算部１１１には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。
【００２６】
相互相関演算部１１１では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相進み量θｊのＥａｒｌｙレプリカ符号を用いて、相関値（Ｅａｒｌｙ相関値ＥＣＡ）が演算される。Ｅａｒｌｙ相関値ＥＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｅａｒｌｙ相関値ＥＣＡ＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｅａｒｌｙレプリカ符号）｝
相互相関演算部１１２には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相遅れ部１１４を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１２には、Ｌａｔｅレプリカ符号が入力される。位相遅れ部１１４では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ遅らされる。位相遅れ部１１４で遅らされる位相遅れ量は、位相進み量θと大きさ同一で符号が異なる。
【００２７】
相互相関演算部１１２には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。
【００２８】
相互相関演算部１１２では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相遅れ量−θのＬａｔｅレプリカ符号を用いて、相関値（Ｌａｔｅ相関値ＬＣＡ）が演算される。Ｌａｔｅ相関値ＬＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｌａｔｅ相関値ＬＣＡ＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｌａｔｅレプリカ符号）｝
このようにして、相互相関演算部１１１、１１２では、コリレータ間隔Ｌ（“スペーシング”とも称される）を２θとした相関値演算が実行される。相互相関演算部１１１、１１２にてそれぞれ演算されたＥａｒｌｙ相関値ＥＣＡ及びＬａｔｅ相関値ＬＣＡは、位相ずれ計算部１１５に入力される。
【００２９】
位相ずれ計算部１１５では、デジタルＩＦ信号と、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードとの間に、どの程度位相のずれがあるかが算出される。即ち、位相ずれ計算部１１５では、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφが算出（推定）される。レプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφは、例えば以下の式で演算される。
（位相ずれ量Δφ）＝（ＥＣＡ−ＬＣＡ）／２（ＥＣＡ＋ＬＣＡ）
このようにして算出された位相ずれ量Δφは、位相補正量計算部１１６に入力される。
【００３０】
位相補正量計算部１１６では、位相ずれ量Δφを無くすべく、適切な位相補正量が算出される。適切な位相補正量が、例えば以下の演算式に従って、算出される。
（位相補正量）＝（Ｐゲイン）×（位相ずれ量Δφ）＋（Ｉゲイン）×Σ（位相ずれ量Δφ）
この式は、ＰＩ制御を利用したフィードバック制御を表す式であり、Ｐゲイン及びＩゲインは、それぞれバラツキと応答性の兼ね合いから実験的に決定される。このようにして算出された位相補正量は、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７に入力される。
【００３１】
レプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相が、位相補正量計算部１１６により算出された位相補正量だけ補正される。即ち、レプリカＣ／Ａコードの追尾点が補正される。かくして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、上述の如く位相進め部１１３及び位相遅れ部１１４を介して相互相関演算部１１１、１１２に入力されると共に、擬似距離算出部１１８に入力される。尚、相互相関演算部１１１、１１２では、このようにして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、次回の観測周期で入力されるＩＦデジタル信号に対する相関値演算に用いられることになる。
【００３２】
擬似距離算出部１１８では、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードに基づいて、擬似距離ρ’ｊが、例えば以下の式により演算される。
ρ’ｊ＝ＮＣＡ×３００
ここで、ＮＣＡは、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０との間のＣ／Ａコードのビット数に相当し、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相及び受信機１内部の受信機時計に基づいて算出される。尚、数値３００は、Ｃ／Ａコードが、１ビットの長さが１μｓであり、１ビットに相当する長さが約３００ｍ（１μｓ×光速）であることに由来する。このようにして算出された擬似距離ρ’ｊを表す信号は、ＤＬＬ２０３からフィルタ２０５に入力される。
【００３３】
図２に戻る。ＰＬＬ２０４は、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、受信搬送波（受信キャリア）との相関値演算を行うことにより、ドップラシフトした受信キャリアのドップラ周波数（ドップラ成分）Δｆｊを測定するように構成されている。尚、実際には、デジタルＩＦ信号は、図示しないミキサにより、ＤＬＬ２０３から供給されるレプリカＣ／Ａコードが乗算されてから、ＰＬＬ２０４に入力される。ＰＬＬ２０４は、レプリカキャリアの周波数ｆｒと既知の搬送波周波数ｆＬ（1575.42ＭＨz）に基づいて、ドップラ周波数Δｆｊ（＝ｆｒ−ｆＬ）を演算する。
【００３４】
フィルタ２０５では、例えば以下の演算式に従って、フィルタ処理後の擬似距離ρｊが計算される。
【００３５】
【数１】
ここで、（ｉ）は今回値を表し、（ｉ−１）は前回値を表し、Ｍは、重み係数である。Ｍの値は、精度と応答性を考慮しつつ適切に決定される。また、ΔＶは、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０との間の相対速度を表し、ＰＬＬ２０４から得られるドップラ周波数Δｆｊを用いて、例えば以下の関係式により算出されてよい。
Δｆｊ＝ΔＶ・ｆＬ／（ｃ−ΔＶ）
尚、上述のフィルタ２０５のフィルタ処理は、本分野で知られているキャリアスムージングと呼ばれる処理であり、上述のハッチフィルタを用いたフィルタ処理以外にも、例えばカルマンフィルタを用いても実現可能である。
【００３６】
マルチパス検出部２０６は、マルチパス（多重経路で伝播する電波を受信）の発生、即ち、衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する。マルチパス検出部２０６によるマルチパス検出処理の周期は、上述の擬似距離の観測周期と同期される。
【００３７】
図４は、マルチパスが発生しない時刻ｔ＝ｔ１での車両の状態と、マルチパスが発生する時刻ｔ＝ｔ２での車両の状態とを模式的に示す図である。マルチパスは、主に車両周辺に存在する反射物（例えば高層の建物）等に起因して生ずる。マルチパスの発生の検出方法は、様々な方法が提案されており、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、ＤＬＬ２０３で算出される擬似距離の時間変化が、マルチパスが発生した周期で異常に大きくなることを利用して、マルチパスの発生が検出されてもよい。或いは、搬送波の強度（電力）と雑音の強度（電力）の比であるＣ／Ｎが、マルチパスが発生した周期で減少することを利用して、マルチパスの発生が検出されてもよい。
【００３８】
図５は、マルチパスの発生の検出方法のその他の一例を示す図である。図５では、横軸にＣＡコードのコード位相が示され、縦軸に相関値が示されている。
【００３９】
マルチバスが発生していない状況では、ＧＰＳ衛星１０ｊから直接波だけが受信されることになるので、Ｃ／ＡコードとレプリカＣ／Ａコードとの相関特性は、図５にて直接波の直線で示すように、相関ピーク値を中心とした左右対称となる。一方、マルチバスが発生した場合には、図５にて反射波の直線で示すように、直接波に係る相関ピーク値のコード位相からずれたコード位相で相関ピーク値を有する反射波が受信される。従って、マルチバスが発生した場合には、図５にて受信波の直線で示すような直接波と反射波の合成波が受信される。尚、図５に示す例では、反射波は上に凸の相関値特性を有しているが、下に凸の相関値特性を有する場合もある。いずれにしても、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関値特性において、直接波に係る相関ピークが明瞭に現れなくなるので、相関ピーク値を取るコード位相を検出し難くなる。この結果、位相ずれ量Δφが大きく変化しうる。また、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関ピーク値は、マルチバスが発生していない状況での相関ピーク値に対して大きく変化する。従って、マルチパス検出部２０６は、このような位相ずれ量Δφや相関ピーク値の変化態様を検出することで、マルチパスが発生したと判定してもよい。
【００４０】
マルチパス検出部２０６は、マルチパスの発生を検出すると、モード切替部２０８に対して、通常モードからマルチパスモードへのモード切替指令を出力する。また、マルチパス検出部２０６は、マルチパスの発生を検出した後、マルチパスの発生が検出されなくなると、モード切替部２０８に対して、マルチパスモードから通常モードへのモード切替指令を出力する。尚、モード切替指令は、上述の擬似距離の観測周期と同期して、モード切替部２０８に供給される。
【００４１】
モード切替部２０８は、マルチパス検出部２０６からのモード切替指令に応じて、通常モードとマルチパスモードとの間でモード選択を行う。モード切替部２０８によるモード切替周期は、観測周期と同期される。モード切替部２０８は、図６に示すように、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出された周期（ステップ７００のＹＥＳ）では、マルチパスモードを形成し（ステップ７１０）、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出されない周期（ステップ７００のＮＯ）では、通常モードを形成する（ステップ７２０）。通常モードが選択された場合には、フィルタ２０５からのフィルタ処理後の擬似距離ρｊが後述の測位演算部２１４に出力される。マルチパスモードが選択された場合には、後述の衛星−車両間距離算出部２１２からの衛星−車両間距離ｄｊが後述の測位演算部２１４に出力される。
【００４２】
図２に戻る。衛星位置算出部２０９は、航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて、ＧＰＳ衛星１０ｊの、ワールド座標系での現在位置Ｓｊ＝（Ｘｊ、Ｙｊ、Ｚｊ）及び移動速度Ｖｊ＝（Ｖｊ、Ｖｊ、Ｖｊ）を計算する。衛星移動速度ベクトルＶｊ＝（Ｖｊ、Ｖｊ、Ｖｊ）は、算出した衛星位置Ｓｊの今回値と前回値の差分を、演算周期の時間幅で除算することにより演算されてよい。このようにして衛星位置算出部２０９にて導出される衛星位置Ｓｊ及び衛星移動速度ベクトルＶｊは、測位演算部２１４に入力される。
【００４３】
衛星−車両間距離算出部２１２は、フィルタ２０５から出力される擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）、又は衛星−車両間距離算出部２１２自身が算出する衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）を、初期値として用い、該初期値に、前回周期（ｉ−１）から今回周期（ｉ）まで間の衛星−車両間距離ｄｊの変化量Δｄｊ（以下、「今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）」という）を足し合わせることで、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出する。即ち、衛星−車両間距離算出部２１２は、ｄｊ（ｉ）＝ρｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）、または、ｄｊ（ｉ）＝ｄｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）に従って、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出する。擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）及び衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）のいずれが今回周期（ｉ）の初期値として用いられるかは、前回周期（ｉ−１）のモードに依存する。即ち、前回周期（ｉ−１）のモードが通常モードである場合、擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）が今回周期（ｉ）の初期値として用いられ、前回周期（ｉ−１）のモードがマルチパスモードである場合、衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）が今回周期（ｉ）の初期値として用いられる。したがって、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が初めて検出された周期（ｉ）では、衛星−車両間距離算出部２１２は、擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）を初期値として、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出し、その後の周期（ｉ）で、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が継続して検出される場合には、衛星−車両間距離算出部２１２は、衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）を初期値として、各周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出していくことになる。
【００４４】
ここで、衛星−車両間距離算出部２１２における今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）の算出方法の一例について説明する。
【００４５】
今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）は、今回周期（ｉ）又は前回周期（ｉ−１）で観測されるドップラ周波数Δｆｊ（ｉ）又はΔｆｊ（ｉ−１）に基づいて算出されてよい。具体的には、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）は、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０との間の相対速度ΔＶを、前回周期（ｉ−１）から今回周期（ｉ）まで間の経過時間（即ちサンプリング間隔）に亘って時間積分することで算出されてよい。即ち、Δｄｊ（ｉ）＝∫ΔＶ・ｄｔにより算出されてよい。ΔＶは、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０とを結ぶ方向における相対速度であり、例えばΔｆｊ＝ΔＶ・ｆＬ／（ｃ−ΔＶ）の関係式に従って、算出される。Δｆｊとしては、今回周期（ｉ）又は前回周期（ｉ−１）で観測されるドップラ周波数Δｆｊ（ｉ）又はΔｆｊ（ｉ−１）が用いられてよい。尚、ｃは光速である。或いは、ΔＶは、ドップラ周波数Δｆｊ（ｉ）又はΔｆｊ（ｉ−１）をΔｆｊとして用いて、ΔＶ＝λ・Δｆｊにより算出されてもよい。尚、λは、搬送波の波長（既知）である。
【００４６】
測位演算部２１４は、フィルタ２０５からのフィルタ処理後の擬似距離ρｊ（ｉ）、又は、衛星−車両間距離算出部２１２からの衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）と、ＧＰＳ衛星１０ｊに係る衛星位置（Ｘｊ（ｉ），Ｙｊ（ｉ），Ｚｊ（ｉ））とに基づいて、今回周期（ｉ）での車両９０の位置（Ｘｕ（ｉ），Ｙｕ（ｉ），Ｚｕ（ｉ））を測位演算する。車両９０の位置の測位は、例えば以下のような関係式に基づいて、最小二乗法等を用いて実行されてよい。
【００４７】
【数２】
尚、ｃ・ΔＴは、ＧＰＳ受信機２０における時計誤差を表わす。この場合、例えば測位に用いるＧＰＳ衛星１０ｊの数が４つである場合には、数５の式が４つ立つので、時計誤差ｃ・ΔＴを除去した測位が実現される。尚、この際、ＧＰＳ衛星１０ｊの観測量に含まれる誤差を推定し、当該推定した誤差レベルを表す指標値（例えば分散）を重み付け行列の対角成分に用いて、重み付け測位演算が実行されてもよい。
ここで、上記の数５の左辺の観測量に関して、擬似距離ρｊ（ｉ）及び衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）のいずれが用いられるかは、今回周期（ｉ）のモードに依存する。即ち、今回周期（ｉ）のモードが通常モードである場合、擬似距離ρｊが用いられ、今回周期（ｉ）のモードがマルチパスモードである場合、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）が用いられる。したがって、測位演算部２１４は、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出されていない各周期（ｉ）では、擬似距離ρｊを観測量として用いて測位演算を行う一方、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出されている各周期（ｉ）では、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を観測量として用いて測位演算を行う。
【００４８】
図７は、マルチパス発生時の擬似距離ρｊの変動態様と、同マルチパス発生時のドップラ周波数Δｆｊの変動態様とを模式的に示す図である。図７には、擬似距離ρｊ及びドップラ周波数Δｆｊの各算出値（各観測値）が実線で示され、擬似距離ρｊ及びドップラ周波数Δｆｊの各真値が一点鎖線で示されている。
【００４９】
マルチバスが発生した場合には、受信波の相関値特性において、直接波に係る相関ピークが明瞭に現れなくなるので、相関ピーク値を取るコード位相を検出し難くなくなり、この結果、コード位相追尾（コード同期）の精度が悪くなる。かかる問題は、マルチバス発生時に追尾方法を可変させて、コード位相追尾の精度をある程度高める構成においても同様に生じうる。このため、擬似距離ρｊは、図７の上段に示すように、マルチパスが発生した時刻ｔ＝ｔ２やマルチパスが終了した時刻ｔ＝ｔ３で、擬似距離ρｊの時間変化率が大きく変動する。即ち、擬似距離ρｊは、マルチパスが発生した時刻ｔ＝ｔ２で、コード位相追尾の精度悪化に起因して真値に対する誤差が急増する。これに対して、ドップラ周波数Δｆｊは、かかるマルチパスの影響を受けないので、マルチパスが発生した時刻ｔ＝ｔ２においても真値に対する誤差が大きくならない。
【００５０】
本実施例では、この点に着目し、上述の如く、マルチバスの発生が検出された場合に、マルチパスモードが形成されて、擬似距離ρｊに代えて、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊが測位演算に用いられるので、マルチバスの発生時に生じうる測位精度の悪化を防止することができる。
【実施例２】
【００５１】
実施例２は、上述の実施例１に対して、主に、マルチパスモード中の衛星−車両間距離ｄｊの算出態様が異なる。以下では、特に実施例２に特有の処理についてのみ説明する。その他の構成及び処理は、上述の実施例１と同様であってよく、各種用語の定義は、上述の実施例１と同様である。
【００５２】
図８は、実施例２によるＧＰＳ受信機２０において実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。図８に示す処理ルーチンは、上述の実施例１における図６の処理ルーチンと同様、例えば車両９０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定の周期毎に繰り返し実行される。所定の周期は、上述の観測周期に対応していてよい。
【００５３】
ステップ５００では、カウンタが初期化される。即ち、カウンタの値が“１”にセットされる。
【００５４】
ステップ５０２では、マルチパス検出部２０６による今回周期の検出結果に基づいて、今回周期でマルチパスが発生したか否かが判定される。今回周期でマルチパスが発生した場合には、ステップ５０３に進み、それ以外の場合には、ステップ５１４に進む。
【００５５】
ステップ５０３では、モード切替部２０８においてマルチパスモードが形成される。
【００５６】
ステップ５０４では、現在のカウンタの値が“１”であるか否かが判定される。カウンタの値が“１”である場合（即ちマルチパスが検出された初回の周期である場合）には、ステップ５０６に進み、それ以外の場合には（即ち、カウンタの値が１より大きい場合には）、ステップ５０８に進む。
【００５７】
ステップ５０６では、衛星−車両間距離算出部２１２において、上述の実施例１で説明した算出態様で、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が算出される。
【００５８】
ステップ５０８では、カウンタの値が“１”だけインクリメントされる。
【００５９】
ステップ５１０では、衛星−車両間距離算出部２１２において、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が、フィルタ２０５から得られる今回周期の擬似距離ρｊ（ｉ）から前回周期の擬似距離ρｊ（ｉ−１）を差分することで、算出される。即ち、Δｄｊ（ｉ）＝ρｊ（ｉ）−ρｊ（ｉ−１）により、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が算出される。
【００６０】
ステップ５１２では、衛星−車両間距離算出部２１２において、上記ステップ５０６又は５１０で算出された距離変化量Δｄｊ（ｉ）を用いて、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）が算出される。尚、今回周期が、マルチパスが検出された初回の周期である場合には、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）は、ｄｊ（ｉ）＝ρｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）により算出され、今回周期の前周期でも、マルチパスが検出されていた場合には、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）は、ｄｊ（ｉ）＝ｄｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）により算出されることになる。
【００６１】
このようにして、ステップ５０３乃至５１２の処理（但し、ステップ５０６の処理は初回のみ）は、マルチパスが検出されている間、継続して繰り返し実行される。このとき、カウンタの値は、マルチパスモードが連続して継続されている周期数を表すことになる。
【００６２】
ステップ５１４では、現在のカウンタの値が１より大きいか否かが判定される。即ち、前回周期がマルチパスモードであった否かが判定される。現在のカウンタの値が１より大きい場合には、前回周期がマルチパスモードであった場合には、ステップ５１６に進む。それ以外の場合（即ち、現在のカウンタの値が“１”である場合）には、ステップ５２０に進む。
【００６３】
ステップ５１６では、マルチパスモードが維持され、衛星−車両間距離算出部２１２において、上記ステップ５０６と同様の算出態様で、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が算出される。
【００６４】
ステップ５１８では、衛星−車両間距離算出部２１２において、上記ステップ５１６で算出された距離変化量Δｄｊ（ｉ）を用いて、ｄｊ（ｉ）＝ｄｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）により、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）が算出される。ステップ５１８の処理が終了すると、次回周期の処理ルーチンはステップ５００から開始される。この結果、次回周期では、カウンタが初期化されることになる。
【００６５】
ステップ５２０では、モード切替部２０８において通常モードが形成される。
【００６６】
ところで、上述の如く、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊは、擬似距離ρｊと異なり、マルチパスの影響を受け難い特性を有するものの、ドップラ周波数Δｆｊの観測値に含まれるバイアス成分に起因した誤差を含む。このバイアス成分に起因した誤差は、それ自体さほど大きくは無いが、マルチパスモードが長期間継続すると、それに応じてバイアス成分に起因した誤差が累積されていくので、測位精度の悪化を招く虞がある。一方、各周期間の擬似距離ρｊの差分値は、上述の如く、マルチパスの開始時（及びマルチパスの終了時）に誤差が大きくなる特性を有するものの（図７参照）、マルチパスの開始後から終了までの間の周期では、各周期間の擬似距離ρｊの差分値は、差分によりマルチパスの影響が相殺されるので、マルチパスの影響を受け難い特性を有する。
【００６７】
本実施例では、この点に着目し、マルチパスの開始時の周期と、マルチパスの終了時の周期においては、擬似距離ρｊに代えて、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊが測位演算に用いられる一方で、マルチパスの開始後から終了までの間の周期では、各周期間の擬似距離ρｊの差分値が測位演算に用いられる。これにより、バイアス成分に起因した誤差の累積を防止しつつ、マルチパスの影響を受け難い測位演算を実現することができ、測位精度が向上する。
【００６８】
以上説明した本実施例に対しては、以下のような変形例が考えられる。
【００６９】
例えば、本実施例において、マルチパスの終了時の周期に直ちに通常モードに復帰させることとしてもよい。即ち、図８のステップ５１４，５１６，５１８の処理を無くし、図８のステップ５０２で否定判定された場合には、ステップ５２０の処理が実行されることとしてもよい。
【００７０】
また、上述の実施例では、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊは、マルチパスの開始時の１周期で用いられているが、バイアス成分に起因した誤差の累積が許容レベルを超えない限り、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊが、マルチパスの開始時及びその後の複数周期で用いられてもよい。即ち、図８のステップ５０４で、カウンタの値が所定値より大きいか否かを判定し、カウンタの値が所定値より大きい場合には、ステップ５０８に進むように構成してもよい。この場合、所定値は、２以上の値であり、バイアス成分に起因した誤差の累積が許容レベルを超えないように適合された値とされる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７２】
例えば、上述した実施例では、前回周期（ｉ−１）が通常モードである状況下で、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）を算出する際、初期値として、フィルタ２０５からの擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）が用いられているが、本発明はこれに限られない。例えば、以下の数３の式のように、車両９０とＧＰＳ衛星１０ｊとの間の距離ｒｊを、前回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘｕ（ｉ−１），Ｙｕ（ｉ−１），Ｚｕ（ｉ−１））と、前回周期（ｉ−１）のＧＰＳ衛星１０ｊの位置Ｓｊ＝（Ｘｊ（ｉ−１）、Ｙｊ（ｉ−１）、Ｚｊ（ｉ−１））に基づいて導出して、当該導出した距離ｒｊを、初期値として用いてもよい。
【００７３】
【数３】
この際、前回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘｕ（ｉ−１），Ｙｕ（ｉ−１），Ｚｕ（ｉ−１））は、上述の測位演算部２１４における衛星航法による測位演算で得られたものでなく、慣性航法のような他の測位方法で得られたものであってよい。
【００７４】
また、上述では、好ましい実施例として、通常モードにおいて、キャリアスムージングのようなフィルタ処理が実行されているが、かかるフィルタ処理が省略されてもよい。
【００７５】
また、上述の実施例では、通常モードにおいて、Ｃ／Ａコードを用いて擬似距離ρを導出しているが、本発明は、Ｌ１波のＰコード及び／又はＬ２波のＰコードに基づいて、同様に、ＧＰＳ衛星１０に対する擬似距離ρを算出する構成にも適用可能である。尚、Ｐコードの場合、Ｗコードで暗号化されているので、Ｐコード同期を行う際に、クロス相関方式を利用したＤＬＬにより、Ｐコードを取り出すこととしてよい。Ｐコードに基づく擬似距離ρｊは、ＧＰＳ衛星１０ｊでＰコードが０ビット目であるとしてＰコードのＭＰビット目が車両９０にて受信されているかを計測することで、ρｊ＝ＭＰ×３０として求めることができる。
【００７６】
また、上述の実施例では、ＧＰＳに本発明が適用された例を示したが、本発明は、ＧＰＳ以下の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS (Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】システム全体を示す図である。
【図２】ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。
【図３】ＧＰＳ受信機２０のＤＬＬ２０３の主要構成の一例を示すブロック図である。
【図４】マルチパス発生状況を模式的に示す図である。
【図５】その他のマルチパス検出方法を説明するための概念図である。
【図６】モード切替部２０８によるモード切替方法を示すフローチャートである。
【図７】マルチパス発生時の擬似距離ρｊ（ｉ）の変動態様と、同マルチパス発生時のドップラ周波数Δｆｊの変動態様とを模式的に示す図である。
【図８】実施例２によるＧＰＳ受信機２０において実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
２０ ＧＰＳ受信機
９０ 車両
２０１ 高周波回路
２０２ Ａ／Ｄ変換回路
２０３ ＤＬＬ
２０４ ＰＬＬ
２０５ フィルタ
２０６ マルチパス検出部
２０８ モード切替部
２０９ 衛星位置算出部
２１２ 衛星−車両間距離算出部
２１４ 測位演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＧＰＳ衛星から受信した信号に係るＰＮコードの位相を検出しこの位相を用いてＧＰＳ衛星からの擬似距離を求める手段と、ＧＰＳ衛星から受信したキャリアに含まれるドップラ成分を所定時点から積算することにより当該時点からの擬似距離の変化量を求める手段と、求められた変化量に基づき擬似距離を補正する手段と、補正された擬似距離を用いて搭載に係る移動体又は携帯に係る使用者の位置を求める手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ受信機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１９８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術では、いわゆるキャリアスムージングを行う測位方法を採用しているが、マルチパス（多重経路で伝播する電波を受信）が発生した場合には、ＰＮコードの位相から求める擬似距離の精度は、キャリアスムージングを行ったとしても悪くなる。
【０００４】
そこで、本発明は、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明は、衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
前記擬似距離算出手段による第１距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第２距離算出モードとを切り替えるモード切替手段と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第１距離算出モードから前記第２距離算出モードに切り替えることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される前に前記擬似距離算出手段により算出された擬似距離を、前記初期値として用いることを特徴とする。前記合成波の受信が検出される前とは、好ましくは、直接波のみの受信状態から合成波の受信状態に変化する直前（直近の観測周期）を指す。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、各周期で前記擬似距離算出手段により算出される各擬似距離の差分値として算出することを特徴とする。所定周期は、初回の周期の直ぐ次の周期であってもよいし、初回の周期から複数周期後の周期であってもよいし、周期間の間隔や、ドップラ周波数の観測値に含まれるバイアス成分に起因した誤差の蓄積態様を勘案して決定されてよい。
【０００８】
第４の発明は、衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位方法において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出段階と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出段階と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を所定周期毎に検出する合成波検出段階と、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階で算出された衛星移動体間距離を用いて、移動体の位置を測位する段階とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、第４の発明に係る移動体用測位方法において、
前記衛星移動体間距離算出段階では、前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出される周期以前に前記擬似距離算出段階で算出された擬似距離を、前記初期値として用いることを特徴とする。
【００１０】
第６の発明は、第４の発明に係る移動体用測位方法において、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が連続した周期で検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階において、前記合成波の受信が検出された初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、前記擬似距離算出段階の各周期で算出される各擬似距離の差分値として算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明に係る移動体用測位装置が適用されるＧＰＳ（Global Positioning System）の全体的な構成を示すシステム構成図である。図１に示すように、ＧＰＳは、地球周りを周回するＧＰＳ衛星１０と、地球上に位置し地球上を移動しうる車両９０とから構成される。尚、車両９０は、あくまで移動体の一例であり、その他の移動体としては、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末等がありうる。
【００１４】
ＧＰＳ衛星１０は、航法メッセージ（衛星信号）を地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するＧＰＳ衛星１０に関する衛星軌道情報（エフェメリスやアルマナク）、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。尚、Ｌ１波は、Ｃ／Ａコードで変調されたＳｉｎ波とＰコード（Precision Code）で変調されたＣｏｓ波の合成波であり、直交変調されている。Ｃ／Ａコード及びＰコードは、擬似雑音（Pseudo Noise）符号であり、−１と１が不規則に周期的に並ぶ符号列である。
【００１５】
尚、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２０，０００kmの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。
【００１６】
車両９０には、移動体用測位装置としてのＧＰＳ受信機２０が搭載される。
【００１７】
図２は、ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。図３は、ＧＰＳ受信機２０のＤＬＬ２０３の主要構成の一例を示すブロック図である。
【００１８】
ここでは、主に、観測可能な複数のＧＰＳ衛星１０のうちのＧＰＳ衛星１０ｊからの衛星信号に関するＧＰＳ受信機２０の信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０ｊからの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０からの衛星信号に関する信号処理と実質的に同じである。実際には、以下で説明する衛星信号に関する信号処理は、観測可能な各ＧＰＳ衛星からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行されることになる。
【００１９】
ＧＰＳ受信機２０は、図２に示すように、高周波回路２０１と、Ａ／Ｄ(analog-to-digital)変換回路２０２と、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０３と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０４と、フィルタ２０５と、マルチパス検出部２０６と、モード切替部２０８と、衛星位置算出部２０９と、衛星−車両間距離算出部２１２と、測位演算部２１４とを備える。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換回路２０２は、高周波回路２０１から供給されるＩＦ信号（アナログ信号）を、デジタル信号処理ができるようにデジタルＩＦ信号に変換する。
【００２１】
ＤＬＬ２０３は、Ｌ１波のＣ／Ａコードに対して、内部で発生させたレプリカＣ／ＡコードによりＣ／Ａコード同期を行い、擬似距離ρ’ｊを算出するように構成されている。尚、符号の意味として、擬似距離ρｊに付された「’」は、後述のフィルタ処理が実行されていないことを示し、下付き文字「ｊ」は、ＧＰＳ衛星１０ｊに関する値（ρ’ｊ以外の値についても同様。）であることを示す。また、デジタルＩＦ信号は、実際には、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４から供給されるレプリカキャリアが乗算されてから、ＤＬＬ２０３に入力される。
【００２２】
具体的には、ＤＬＬ２０３は、図３に示すように、相互相関演算部１１１，１１２、位相進め部１１３、位相遅れ部１１４、位相ずれ計算部１１５、位相補正量計算部１１６、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７、及び、擬似距離算出部１１８を含む。
【００２３】
レプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、レプリカＣ／Ａコードが生成される。レプリカＣ／Ａコードとは、ＧＰＳ衛星１０ｊからの衛星信号に乗せられるＣ／Ａコードに対して、＋１、−１の並びが同一のコードである。
【００２４】
相互相関演算部１１１には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相進め部１１３を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１１には、Ｅａｒｌｙレプリカ符号が入力される。位相進め部１１３では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ進められる。位相進め部１１３で進められる位相進み量をθｊとする。
【００２５】
相互相関演算部１１１には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。
【００２６】
相互相関演算部１１１では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相進み量θｊのＥａｒｌｙレプリカ符号を用いて、相関値（Ｅａｒｌｙ相関値ＥＣＡ）が演算される。Ｅａｒｌｙ相関値ＥＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｅａｒｌｙ相関値ＥＣＡ＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｅａｒｌｙレプリカ符号）｝
相互相関演算部１１２には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相遅れ部１１４を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１２には、Ｌａｔｅレプリカ符号が入力される。位相遅れ部１１４では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ遅らされる。位相遅れ部１１４で遅らされる位相遅れ量は、位相進み量θと大きさ同一で符号が異なる。
【００２７】
相互相関演算部１１２には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。
【００２８】
相互相関演算部１１２では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相遅れ量−θのＬａｔｅレプリカ符号を用いて、相関値（Ｌａｔｅ相関値ＬＣＡ）が演算される。Ｌａｔｅ相関値ＬＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｌａｔｅ相関値ＬＣＡ＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｌａｔｅレプリカ符号）｝
このようにして、相互相関演算部１１１、１１２では、コリレータ間隔Ｌ（“スペーシング”とも称される）を２θとした相関値演算が実行される。相互相関演算部１１１、１１２にてそれぞれ演算されたＥａｒｌｙ相関値ＥＣＡ及びＬａｔｅ相関値ＬＣＡは、位相ずれ計算部１１５に入力される。
【００２９】
位相ずれ計算部１１５では、デジタルＩＦ信号と、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードとの間に、どの程度位相のずれがあるかが算出される。即ち、位相ずれ計算部１１５では、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφが算出（推定）される。レプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφは、例えば以下の式で演算される。
（位相ずれ量Δφ）＝（ＥＣＡ−ＬＣＡ）／２（ＥＣＡ＋ＬＣＡ）
このようにして算出された位相ずれ量Δφは、位相補正量計算部１１６に入力される。
【００３０】
位相補正量計算部１１６では、位相ずれ量Δφを無くすべく、適切な位相補正量が算出される。適切な位相補正量が、例えば以下の演算式に従って、算出される。
（位相補正量）＝（Ｐゲイン）×（位相ずれ量Δφ）＋（Ｉゲイン）×Σ（位相ずれ量Δφ）
この式は、ＰＩ制御を利用したフィードバック制御を表す式であり、Ｐゲイン及びＩゲインは、それぞれバラツキと応答性の兼ね合いから実験的に決定される。このようにして算出された位相補正量は、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７に入力される。
【００３１】
レプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相が、位相補正量計算部１１６により算出された位相補正量だけ補正される。即ち、レプリカＣ／Ａコードの追尾点が補正される。かくして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、上述の如く位相進め部１１３及び位相遅れ部１１４を介して相互相関演算部１１１、１１２に入力されると共に、擬似距離算出部１１８に入力される。尚、相互相関演算部１１１、１１２では、このようにして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、次回の観測周期で入力されるＩＦデジタル信号に対する相関値演算に用いられることになる。
【００３２】
擬似距離算出部１１８では、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードに基づいて、擬似距離ρ’ｊが、例えば以下の式により演算される。
ρ’ｊ＝ＮＣＡ×３００
ここで、ＮＣＡは、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０との間のＣ／Ａコードのビット数に相当し、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相及び受信機１内部の受信機時計に基づいて算出される。尚、数値３００は、Ｃ／Ａコードが、１ビットの長さが１μｓであり、１ビットに相当する長さが約３００ｍ（１μｓ×光速）であることに由来する。このようにして算出された擬似距離ρ’ｊを表す信号は、ＤＬＬ２０３からフィルタ２０５に入力される。
【００３３】
図２に戻る。ＰＬＬ２０４は、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、受信搬送波（受信キャリア）との相関値演算を行うことにより、ドップラシフトした受信キャリアのドップラ周波数（ドップラ成分）Δｆｊを測定するように構成されている。尚、実際には、デジタルＩＦ信号は、図示しないミキサにより、ＤＬＬ２０３から供給されるレプリカＣ／Ａコードが乗算されてから、ＰＬＬ２０４に入力される。ＰＬＬ２０４は、レプリカキャリアの周波数ｆｒと既知の搬送波周波数ｆＬ（1575.42ＭＨz）に基づいて、ドップラ周波数Δｆｊ（＝ｆｒ−ｆＬ）を演算する。
【００３４】
フィルタ２０５では、例えば以下の演算式に従って、フィルタ処理後の擬似距離ρｊが計算される。
【００３５】
【数１】
ここで、（ｉ）は今回値を表し、（ｉ−１）は前回値を表し、Ｍは、重み係数である。Ｍの値は、精度と応答性を考慮しつつ適切に決定される。また、ΔＶは、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０との間の相対速度を表し、ＰＬＬ２０４から得られるドップラ周波数Δｆｊを用いて、例えば以下の関係式により算出されてよい。
Δｆｊ＝ΔＶ・ｆＬ／（ｃ−ΔＶ）
尚、上述のフィルタ２０５のフィルタ処理は、本分野で知られているキャリアスムージングと呼ばれる処理であり、上述のハッチフィルタを用いたフィルタ処理以外にも、例えばカルマンフィルタを用いても実現可能である。
【００３６】
マルチパス検出部２０６は、マルチパス（多重経路で伝播する電波を受信）の発生、即ち、衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する。マルチパス検出部２０６によるマルチパス検出処理の周期は、上述の擬似距離の観測周期と同期される。
【００３７】
図４は、マルチパスが発生しない時刻ｔ＝ｔ１での車両の状態と、マルチパスが発生する時刻ｔ＝ｔ２での車両の状態とを模式的に示す図である。マルチパスは、主に車両周辺に存在する反射物（例えば高層の建物）等に起因して生ずる。マルチパスの発生の検出方法は、様々な方法が提案されており、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、ＤＬＬ２０３で算出される擬似距離の時間変化が、マルチパスが発生した周期で異常に大きくなることを利用して、マルチパスの発生が検出されてもよい。或いは、搬送波の強度（電力）と雑音の強度（電力）の比であるＣ／Ｎが、マルチパスが発生した周期で減少することを利用して、マルチパスの発生が検出されてもよい。
【００３８】
図５は、マルチパスの発生の検出方法のその他の一例を示す図である。図５では、横軸にＣＡコードのコード位相が示され、縦軸に相関値が示されている。
【００３９】
マルチバスが発生していない状況では、ＧＰＳ衛星１０ｊから直接波だけが受信されることになるので、Ｃ／ＡコードとレプリカＣ／Ａコードとの相関特性は、図５にて直接波の直線で示すように、相関ピーク値を中心とした左右対称となる。一方、マルチバスが発生した場合には、図５にて反射波の直線で示すように、直接波に係る相関ピーク値のコード位相からずれたコード位相で相関ピーク値を有する反射波が受信される。従って、マルチバスが発生した場合には、図５にて受信波の直線で示すような直接波と反射波の合成波が受信される。尚、図５に示す例では、反射波は上に凸の相関値特性を有しているが、下に凸の相関値特性を有する場合もある。いずれにしても、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関値特性において、直接波に係る相関ピークが明瞭に現れなくなるので、相関ピーク値を取るコード位相を検出し難くなる。この結果、位相ずれ量Δφが大きく変化しうる。また、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関ピーク値は、マルチバスが発生していない状況での相関ピーク値に対して大きく変化する。従って、マルチパス検出部２０６は、このような位相ずれ量Δφや相関ピーク値の変化態様を検出することで、マルチパスが発生したと判定してもよい。
【００４０】
マルチパス検出部２０６は、マルチパスの発生を検出すると、モード切替部２０８に対して、通常モードからマルチパスモードへのモード切替指令を出力する。また、マルチパス検出部２０６は、マルチパスの発生を検出した後、マルチパスの発生が検出されなくなると、モード切替部２０８に対して、マルチパスモードから通常モードへのモード切替指令を出力する。尚、モード切替指令は、上述の擬似距離の観測周期と同期して、モード切替部２０８に供給される。
【００４１】
モード切替部２０８は、マルチパス検出部２０６からのモード切替指令に応じて、通常モードとマルチパスモードとの間でモード選択を行う。モード切替部２０８によるモード切替周期は、観測周期と同期される。モード切替部２０８は、図６に示すように、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出された周期（ステップ７００のＹＥＳ）では、マルチパスモードを形成し（ステップ７１０）、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出されない周期（ステップ７００のＮＯ）では、通常モードを形成する（ステップ７２０）。通常モードが選択された場合には、フィルタ２０５からのフィルタ処理後の擬似距離ρｊが後述の測位演算部２１４に出力される。マルチパスモードが選択された場合には、後述の衛星−車両間距離算出部２１２からの衛星−車両間距離ｄｊが後述の測位演算部２１４に出力される。
【００４２】
図２に戻る。衛星位置算出部２０９は、航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて、ＧＰＳ衛星１０ｊの、ワールド座標系での現在位置Ｓｊ＝（Ｘｊ、Ｙｊ、Ｚｊ）及び移動速度Ｖｊ＝（Ｖｊ、Ｖｊ、Ｖｊ）を計算する。衛星移動速度ベクトルＶｊ＝（Ｖｊ、Ｖｊ、Ｖｊ）は、算出した衛星位置Ｓｊの今回値と前回値の差分を、演算周期の時間幅で除算することにより演算されてよい。このようにして衛星位置算出部２０９にて導出される衛星位置Ｓｊ及び衛星移動速度ベクトルＶｊは、測位演算部２１４に入力される。
【００４３】
衛星−車両間距離算出部２１２は、フィルタ２０５から出力される擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）、又は衛星−車両間距離算出部２１２自身が算出する衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）を、初期値として用い、該初期値に、前回周期（ｉ−１）から今回周期（ｉ）まで間の衛星−車両間距離ｄｊの変化量Δｄｊ（以下、「今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）」という）を足し合わせることで、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出する。即ち、衛星−車両間距離算出部２１２は、ｄｊ（ｉ）＝ρｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）、または、ｄｊ（ｉ）＝ｄｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）に従って、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出する。擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）及び衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）のいずれが今回周期（ｉ）の初期値として用いられるかは、前回周期（ｉ−１）のモードに依存する。即ち、前回周期（ｉ−１）のモードが通常モードである場合、擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）が今回周期（ｉ）の初期値として用いられ、前回周期（ｉ−１）のモードがマルチパスモードである場合、衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）が今回周期（ｉ）の初期値として用いられる。したがって、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が初めて検出された周期（ｉ）では、衛星−車両間距離算出部２１２は、擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）を初期値として、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出し、その後の周期（ｉ）で、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が継続して検出される場合には、衛星−車両間距離算出部２１２は、衛星−車両間距離ｄｊの前回値ｄｊ（ｉ−１）を初期値として、各周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を算出していくことになる。
【００４４】
ここで、衛星−車両間距離算出部２１２における今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）の算出方法の一例について説明する。
【００４５】
今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）は、今回周期（ｉ）又は前回周期（ｉ−１）で観測されるドップラ周波数Δｆｊ（ｉ）又はΔｆｊ（ｉ−１）に基づいて算出されてよい。具体的には、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）は、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０との間の相対速度ΔＶを、前回周期（ｉ−１）から今回周期（ｉ）まで間の経過時間（即ちサンプリング間隔）に亘って時間積分することで算出されてよい。即ち、Δｄｊ（ｉ）＝∫ΔＶ・ｄｔにより算出されてよい。ΔＶは、ＧＰＳ衛星１０ｊと車両９０とを結ぶ方向における相対速度であり、例えばΔｆｊ＝ΔＶ・ｆＬ／（ｃ−ΔＶ）の関係式に従って、算出される。Δｆｊとしては、今回周期（ｉ）又は前回周期（ｉ−１）で観測されるドップラ周波数Δｆｊ（ｉ）又はΔｆｊ（ｉ−１）が用いられてよい。尚、ｃは光速である。或いは、ΔＶは、ドップラ周波数Δｆｊ（ｉ）又はΔｆｊ（ｉ−１）をΔｆｊとして用いて、ΔＶ＝λ・Δｆｊにより算出されてもよい。尚、λは、搬送波の波長（既知）である。
【００４６】
測位演算部２１４は、フィルタ２０５からのフィルタ処理後の擬似距離ρｊ（ｉ）、又は、衛星−車両間距離算出部２１２からの衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）と、ＧＰＳ衛星１０ｊに係る衛星位置（Ｘｊ（ｉ），Ｙｊ（ｉ），Ｚｊ（ｉ））とに基づいて、今回周期（ｉ）での車両９０の位置（Ｘｕ（ｉ），Ｙｕ（ｉ），Ｚｕ（ｉ））を測位演算する。車両９０の位置の測位は、例えば以下のような関係式に基づいて、最小二乗法等を用いて実行されてよい。
【００４７】
【数２】
尚、ｃ・ΔＴは、ＧＰＳ受信機２０における時計誤差を表わす。この場合、例えば測位に用いるＧＰＳ衛星１０ｊの数が４つである場合には、数５の式が４つ立つので、時計誤差ｃ・ΔＴを除去した測位が実現される。尚、この際、ＧＰＳ衛星１０ｊの観測量に含まれる誤差を推定し、当該推定した誤差レベルを表す指標値（例えば分散）を重み付け行列の対角成分に用いて、重み付け測位演算が実行されてもよい。
ここで、上記の数５の左辺の観測量に関して、擬似距離ρｊ（ｉ）及び衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）のいずれが用いられるかは、今回周期（ｉ）のモードに依存する。即ち、今回周期（ｉ）のモードが通常モードである場合、擬似距離ρｊが用いられ、今回周期（ｉ）のモードがマルチパスモードである場合、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）が用いられる。したがって、測位演算部２１４は、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出されていない各周期（ｉ）では、擬似距離ρｊを観測量として用いて測位演算を行う一方、マルチパス検出部２０６によりマルチパスの発生が検出されている各周期（ｉ）では、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）を観測量として用いて測位演算を行う。
【００４８】
図７は、マルチパス発生時の擬似距離ρｊの変動態様と、同マルチパス発生時のドップラ周波数Δｆｊの変動態様とを模式的に示す図である。図７には、擬似距離ρｊ及びドップラ周波数Δｆｊの各算出値（各観測値）が実線で示され、擬似距離ρｊ及びドップラ周波数Δｆｊの各真値が一点鎖線で示されている。
【００４９】
マルチバスが発生した場合には、受信波の相関値特性において、直接波に係る相関ピークが明瞭に現れなくなるので、相関ピーク値を取るコード位相を検出し難くなくなり、この結果、コード位相追尾（コード同期）の精度が悪くなる。かかる問題は、マルチバス発生時に追尾方法を可変させて、コード位相追尾の精度をある程度高める構成においても同様に生じうる。このため、擬似距離ρｊは、図７の上段に示すように、マルチパスが発生した時刻ｔ＝ｔ２やマルチパスが終了した時刻ｔ＝ｔ３で、擬似距離ρｊの時間変化率が大きく変動する。即ち、擬似距離ρｊは、マルチパスが発生した時刻ｔ＝ｔ２で、コード位相追尾の精度悪化に起因して真値に対する誤差が急増する。これに対して、ドップラ周波数Δｆｊは、かかるマルチパスの影響を受けないので、マルチパスが発生した時刻ｔ＝ｔ２においても真値に対する誤差が大きくならない。
【００５０】
本実施例では、この点に着目し、上述の如く、マルチバスの発生が検出された場合に、マルチパスモードが形成されて、擬似距離ρｊに代えて、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊが測位演算に用いられるので、マルチバスの発生時に生じうる測位精度の悪化を防止することができる。
【実施例２】
【００５１】
実施例２は、上述の実施例１に対して、主に、マルチパスモード中の衛星−車両間距離ｄｊの算出態様が異なる。以下では、特に実施例２に特有の処理についてのみ説明する。その他の構成及び処理は、上述の実施例１と同様であってよく、各種用語の定義は、上述の実施例１と同様である。
【００５２】
図８は、実施例２によるＧＰＳ受信機２０において実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。図８に示す処理ルーチンは、上述の実施例１における図６の処理ルーチンと同様、例えば車両９０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定の周期毎に繰り返し実行される。所定の周期は、上述の観測周期に対応していてよい。
【００５３】
ステップ５００では、カウンタが初期化される。即ち、カウンタの値が“１”にセットされる。
【００５４】
ステップ５０２では、マルチパス検出部２０６による今回周期の検出結果に基づいて、今回周期でマルチパスが発生したか否かが判定される。今回周期でマルチパスが発生した場合には、ステップ５０３に進み、それ以外の場合には、ステップ５１４に進む。
【００５５】
ステップ５０３では、モード切替部２０８においてマルチパスモードが形成される。
【００５６】
ステップ５０４では、現在のカウンタの値が“１”であるか否かが判定される。カウンタの値が“１”である場合（即ちマルチパスが検出された初回の周期である場合）には、ステップ５０６に進み、それ以外の場合には（即ち、カウンタの値が１より大きい場合には）、ステップ５０８に進む。
【００５７】
ステップ５０６では、衛星−車両間距離算出部２１２において、上述の実施例１で説明した算出態様で、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が算出される。
【００５８】
ステップ５０８では、カウンタの値が“１”だけインクリメントされる。
【００５９】
ステップ５１０では、衛星−車両間距離算出部２１２において、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が、フィルタ２０５から得られる今回周期の擬似距離ρｊ（ｉ）から前回周期の擬似距離ρｊ（ｉ−１）を差分することで、算出される。即ち、Δｄｊ（ｉ）＝ρｊ（ｉ）−ρｊ（ｉ−１）により、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が算出される。
【００６０】
ステップ５１２では、衛星−車両間距離算出部２１２において、上記ステップ５０６又は５１０で算出された距離変化量Δｄｊ（ｉ）を用いて、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）が算出される。尚、今回周期が、マルチパスが検出された初回の周期である場合には、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）は、ｄｊ（ｉ）＝ρｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）により算出され、今回周期の前周期でも、マルチパスが検出されていた場合には、衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）は、ｄｊ（ｉ）＝ｄｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）により算出されることになる。
【００６１】
このようにして、ステップ５０３乃至５１２の処理（但し、ステップ５０６の処理は初回のみ）は、マルチパスが検出されている間、継続して繰り返し実行される。このとき、カウンタの値は、マルチパスモードが連続して継続されている周期数を表すことになる。
【００６２】
ステップ５１４では、現在のカウンタの値が１より大きいか否かが判定される。即ち、前回周期がマルチパスモードであった否かが判定される。現在のカウンタの値が１より大きい場合には、前回周期がマルチパスモードであった場合には、ステップ５１６に進む。それ以外の場合（即ち、現在のカウンタの値が“１”である場合）には、ステップ５２０に進む。
【００６３】
ステップ５１６では、マルチパスモードが維持され、衛星−車両間距離算出部２１２において、上記ステップ５０６と同様の算出態様で、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）が算出される。
【００６４】
ステップ５１８では、衛星−車両間距離算出部２１２において、上記ステップ５１６で算出された距離変化量Δｄｊ（ｉ）を用いて、ｄｊ（ｉ）＝ｄｊ（ｉ−１）＋Δｄｊ（ｉ）により、今回周期の衛星−車両間距離ｄｊ（ｉ）が算出される。ステップ５１８の処理が終了すると、次回周期の処理ルーチンはステップ５００から開始される。この結果、次回周期では、カウンタが初期化されることになる。
【００６５】
ステップ５２０では、モード切替部２０８において通常モードが形成される。
【００６６】
ところで、上述の如く、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊは、擬似距離ρｊと異なり、マルチパスの影響を受け難い特性を有するものの、ドップラ周波数Δｆｊの観測値に含まれるバイアス成分に起因した誤差を含む。このバイアス成分に起因した誤差は、それ自体さほど大きくは無いが、マルチパスモードが長期間継続すると、それに応じてバイアス成分に起因した誤差が累積されていくので、測位精度の悪化を招く虞がある。一方、各周期間の擬似距離ρｊの差分値は、上述の如く、マルチパスの開始時（及びマルチパスの終了時）に誤差が大きくなる特性を有するものの（図７参照）、マルチパスの開始後から終了までの間の周期では、各周期間の擬似距離ρｊの差分値は、差分によりマルチパスの影響が相殺されるので、マルチパスの影響を受け難い特性を有する。
【００６７】
本実施例では、この点に着目し、マルチパスの開始時の周期と、マルチパスの終了時の周期においては、擬似距離ρｊに代えて、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊが測位演算に用いられる一方で、マルチパスの開始後から終了までの間の周期では、各周期間の擬似距離ρｊの差分値が測位演算に用いられる。これにより、バイアス成分に起因した誤差の累積を防止しつつ、マルチパスの影響を受け難い測位演算を実現することができ、測位精度が向上する。
【００６８】
以上説明した本実施例に対しては、以下のような変形例が考えられる。
【００６９】
例えば、本実施例において、マルチパスの終了時の周期に直ちに通常モードに復帰させることとしてもよい。即ち、図８のステップ５１４，５１６，５１８の処理を無くし、図８のステップ５０２で否定判定された場合には、ステップ５２０の処理が実行されることとしてもよい。
【００７０】
また、上述の実施例では、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊは、マルチパスの開始時の１周期で用いられているが、バイアス成分に起因した誤差の累積が許容レベルを超えない限り、ドップラ周波数Δｆｊに基づく衛星−車両間距離ｄｊが、マルチパスの開始時及びその後の複数周期で用いられてもよい。即ち、図８のステップ５０４で、カウンタの値が所定値より大きいか否かを判定し、カウンタの値が所定値より大きい場合には、ステップ５０８に進むように構成してもよい。この場合、所定値は、２以上の値であり、バイアス成分に起因した誤差の累積が許容レベルを超えないように適合された値とされる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７２】
例えば、上述した実施例では、前回周期（ｉ−１）が通常モードである状況下で、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄｊ（ｉ）を算出する際、初期値として、フィルタ２０５からの擬似距離ρｊの前回値ρｊ（ｉ−１）が用いられているが、本発明はこれに限られない。例えば、以下の数３の式のように、車両９０とＧＰＳ衛星１０ｊとの間の距離ｒｊを、前回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘｕ（ｉ−１），Ｙｕ（ｉ−１），Ｚｕ（ｉ−１））と、前回周期（ｉ−１）のＧＰＳ衛星１０ｊの位置Ｓｊ＝（Ｘｊ（ｉ−１）、Ｙｊ（ｉ−１）、Ｚｊ（ｉ−１））に基づいて導出して、当該導出した距離ｒｊを、初期値として用いてもよい。
【００７３】
【数３】
この際、前回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘｕ（ｉ−１），Ｙｕ（ｉ−１），Ｚｕ（ｉ−１））は、上述の測位演算部２１４における衛星航法による測位演算で得られたものでなく、慣性航法のような他の測位方法で得られたものであってよい。
【００７４】
また、上述では、好ましい実施例として、通常モードにおいて、キャリアスムージングのようなフィルタ処理が実行されているが、かかるフィルタ処理が省略されてもよい。
【００７５】
また、上述の実施例では、通常モードにおいて、Ｃ／Ａコードを用いて擬似距離ρを導出しているが、本発明は、Ｌ１波のＰコード及び／又はＬ２波のＰコードに基づいて、同様に、ＧＰＳ衛星１０に対する擬似距離ρを算出する構成にも適用可能である。尚、Ｐコードの場合、Ｗコードで暗号化されているので、Ｐコード同期を行う際に、クロス相関方式を利用したＤＬＬにより、Ｐコードを取り出すこととしてよい。Ｐコードに基づく擬似距離ρｊは、ＧＰＳ衛星１０ｊでＰコードが０ビット目であるとしてＰコードのＭＰビット目が車両９０にて受信されているかを計測することで、ρｊ＝ＭＰ×３０として求めることができる。
【００７６】
また、上述の実施例では、ＧＰＳに本発明が適用された例を示したが、本発明は、ＧＰＳ以下の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS (Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】システム全体を示す図である。
【図２】ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。
【図３】ＧＰＳ受信機２０のＤＬＬ２０３の主要構成の一例を示すブロック図である。
【図４】マルチパス発生状況を模式的に示す図である。
【図５】その他のマルチパス検出方法を説明するための概念図である。
【図６】モード切替部２０８によるモード切替方法を示すフローチャートである。
【図７】マルチパス発生時の擬似距離ρｊ（ｉ）の変動態様と、同マルチパス発生時のドップラ周波数Δｆｊの変動態様とを模式的に示す図である。
【図８】実施例２によるＧＰＳ受信機２０において実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
２０ ＧＰＳ受信機
９０ 車両
２０１ 高周波回路
２０２ Ａ／Ｄ変換回路
２０３ ＤＬＬ
２０４ ＰＬＬ
２０５ フィルタ
２０６ マルチパス検出部
２０８ モード切替部
２０９ 衛星位置算出部
２１２ 衛星−車両間距離算出部
２１４ 測位演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
前記擬似距離算出手段による第１距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第２距離算出モードとを切り替えるモード切替手段と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第１距離算出モードから前記第２距離算出モードに切り替えることを特徴とする、移動体用測位装置。
【請求項２】
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される前に前記擬似距離算出手段により算出された擬似距離を、前記初期値として用いる、請求項１に記載の移動体用測位装置。
【請求項３】
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、各周期で前記擬似距離算出手段により算出される各擬似距離の差分値として算出する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
【請求項４】
衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位方法において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出段階と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出段階と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を所定周期毎に検出する合成波検出段階と、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階で算出された衛星移動体間距離を用いて、移動体の位置を測位する段階とを備えることを特徴とする、移動体用測位方法。
【請求項５】
前記衛星移動体間距離算出段階では、前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出される周期以前に前記擬似距離算出段階で算出された擬似距離を、前記初期値として用いる、請求項４に記載の移動体用測位方法。
【請求項６】
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が連続した周期で検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階において、前記合成波の受信が検出された初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、前記擬似距離算出段階の各周期で算出される各擬似距離の差分値として算出する、請求項４に記載の移動体用測位方法。
【請求項１】
衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
前記擬似距離算出手段による第１距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第２距離算出モードとを切り替えるモード切替手段と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第１距離算出モードから前記第２距離算出モードに切り替えることを特徴とする、移動体用測位装置。
【請求項２】
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される前に前記擬似距離算出手段により算出された擬似距離を、前記初期値として用いる、請求項１に記載の移動体用測位装置。
【請求項３】
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、各周期で前記擬似距離算出手段により算出される各擬似距離の差分値として算出する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
【請求項４】
衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位方法において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出段階と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量（以下、距離変化量という）を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出段階と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を所定周期毎に検出する合成波検出段階と、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階で算出された衛星移動体間距離を用いて、移動体の位置を測位する段階とを備えることを特徴とする、移動体用測位方法。
【請求項５】
前記衛星移動体間距離算出段階では、前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出される周期以前に前記擬似距離算出段階で算出された擬似距離を、前記初期値として用いる、請求項４に記載の移動体用測位方法。
【請求項６】
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が連続した周期で検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階において、前記合成波の受信が検出された初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、前記擬似距離算出段階の各周期で算出される各擬似距離の差分値として算出する、請求項４に記載の移動体用測位方法。
【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２００８−２４９４２７（Ｐ２００８−２４９４２７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８９６９５（Ｐ２００７−８９６９５）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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