移動体用測位装置
【課題】航法メッセージの暦データと精密暦の予報データとを適切に組み合わせて用いることで移動体の位置等を精度良く測位すること。
【解決手段】本発明の移動体用測位装置は、航法メッセージの暦データを受信する手段と、精密暦の予報データを受信する手段と、前記暦データと前記精密暦の予報データの双方を用いて衛星位置を算出する衛星位置算出手段と、前記算出された衛星位置に基づいて、移動体の位置又は速度を測位する測位手段とを備え、前記衛星位置算出手段は、前記暦データ及び前記精密暦のうちの少なくとも一方のデータの鮮度に基づいて、該鮮度に応じた重みにより前記暦データと前記精密暦の予報データを加重平均して用いることを特徴とする。
【解決手段】本発明の移動体用測位装置は、航法メッセージの暦データを受信する手段と、精密暦の予報データを受信する手段と、前記暦データと前記精密暦の予報データの双方を用いて衛星位置を算出する衛星位置算出手段と、前記算出された衛星位置に基づいて、移動体の位置又は速度を測位する測位手段とを備え、前記衛星位置算出手段は、前記暦データ及び前記精密暦のうちの少なくとも一方のデータの鮮度に基づいて、該鮮度に応じた重みにより前記暦データと前記精密暦の予報データを加重平均して用い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、移動体の位置等を測位する移動体用測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、絶対座標を算出したい地点（未地点）、そこから近い地点（近地点）、国際ＧＰＳ機関（ＩＧＳ）等の機関から公開される地点（ＩＧＳ点）に設置されているＧＰＳ受信システムが収集するＧＰＳ観測データを用いて、基線解析を実施し、そのとき、測定する距離（基線長の長さ）に応じて使用するＧＰＳの放送暦、速報暦又は最終暦を選択して用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、最終暦を用いてＩＧＳ点−近地点間及びＩＧＳ点−未地点間の基線解析を行うとともに、放送暦又は速報暦を用いて近地点−未地点間の基線解析を行っている。尚、この技術では、ＩＧＳ等の機関から提供されるＧＰＳの放送暦、速報暦、最終暦が用いられている。
【特許文献１】特許第３５０８６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、国際ＧＰＳ機関から提供される一般的な精密暦（最終暦）は、航法メッセージに含まれる放送暦が予報であるのとは対照的に、過去の記録であるから、リアルタイム計測に用いることができない。しかしながら、近年では、国際ＧＰＳ機関等の機関から、予報を含む精密暦が提供されている。
【０００４】
そこで、本発明は、航法メッセージの一部として送信される暦データと精密暦の予報データとを適切に組み合わせて用いることで移動体の位置等を精度良く測位することができる移動体用測位装置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の発明に係る移動体用測位装置は、航法メッセージの一部として送信される暦データを受信する手段と、
精密暦の予報データを受信する手段と、
前記暦データと前記精密暦の予報データの双方を用いて衛星位置を算出する衛星位置算出手段と、
前記算出された衛星位置に基づいて、移動体の位置又は速度を測位する測位手段とを備え、
前記衛星位置算出手段は、前記暦データ及び前記精密暦のうちの少なくとも一方のデータの鮮度を算出し、該算出した鮮度に応じた重みにより前記暦データと前記精密暦の予報データを加重平均して用い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、
前記測位手段により測位された測位結果を、慣性航法により測位された測位結果と比較し、その比較結果に応じて前記重み付けに用いる係数を更新することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、第１又は２の発明に係る移動体用測位装置において、
前記データの鮮度は、該データの直近の更新時点からの経過時間に基づいて算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、航法メッセージの一部として送信される暦データと精密暦の予報データとを適切に組み合わせて用いることで移動体の位置等を精度良く測位することができる移動体用測位装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、本発明に係る移動体位置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。
【００１１】
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に関する放送暦、ＧＰＳ衛星１０に搭載の時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。尚、放送暦は、地上の制御部分で行われた軌道追跡データに基づく予報値であり、ケプラー軌道要素と補正係数を含む。以下では、航法メッセージに含まれる放送暦と時計の補正値のデータを含めて、ＧＰＳ暦データと称する。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
車両９０には、移動体位置測位装置としてのＧＰＳ受信機１が搭載される。ＧＰＳ受信機１は、以下で詳説する如く、ＧＰＳ衛星１０からの衛星信号に基づいて、車両９０の位置や速度を実時間で測位する。
【００１５】
図２は、図１の車両９０に搭載されるＧＰＳ受信機１の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。図２には、説明の複雑化を避けるため、ＧＰＳ衛星１０１（下付きの符号は、衛星番号）が１つだけ示されている。ここでは、ＧＰＳ衛星１０１からの衛星信号に関する信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０１からの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０２，１０３等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１０１，１０２，１０３等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。
【００１６】
本実施例のＧＰＳ受信機１は、図２に示すように、主要な機能部として、受信部２０、測位演算部４０、加重平均部５０、及び、通信部７０を備える。
【００１７】
受信部２０は、ＧＰＳ衛星１０１から発信されている衛星信号をＧＰＳアンテナ２２を介して受信し、内部で発生させたレプリカＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行い、航法メッセージを取り出す。Ｃ／Ａコード同期の方法は、多種多様でありえ、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、ＤＤＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ
Ｌｏｏｐ）を用いて、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの相関値がピークとなるコード位相を追尾する方法であってよい。受信部２０は、航法メッセージが更新される毎に、航法メッセージを、加重平均部５０及び測位演算部４０に供給する。
【００１８】
また、受信部２０は、ＧＰＳ衛星１０１からの衛星信号の受信結果に基づいて、ＧＰＳ衛星１０１と車両９０（正確にはＧＰＳ受信機１）との間の擬似距離ρを算出する。擬似距離ρとは、ＧＰＳ衛星１０１と車両９０との間の真の距離とは異なり、ＧＰＳ受信機１の時計誤差（クロックバイアス）や、電離層遅延誤差のような電波伝搬速度変化による誤差を含む。
【００１９】
ここで、ＧＰＳ衛星１０１に対する擬似距離ρは、例えば以下のように算出されてよい。
ρ＝Ｎ×３００
ここで、Ｎは、ＧＰＳ衛星１０１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コードの位相及びＧＰＳ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を表す信号は、ＧＰＳ観測データとして測位演算部４０に入力される。尚、擬似距離ρは、キャリアスムージング等のような適切なフィルタ処理を受けてから測位演算部４０に入力されてもよい。
【００２０】
更に、受信部２０は、衛星信号の搬送波位相を測定する機能を備えてよい。具体的には、受信部２０は、内部で発生させたレプリカキャリアを用いて、ドップラーシフトした受信搬送波のドップラー周波数変化量Δｆを測定する。ドップラー周波数変化量Δｆは、レプリカキャリアの周波数ｆｒと既知の搬送波周波数ｆｃ（1575.42ＭＨz）の差分（＝ｆｒ−ｆｃ）として測定される。この機能は、レプリカキャリアを用いてキャリア相関値を演算して受信キャリアを追尾するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）により実現されてよい。ドップラー周波数変化量Δｆを表す信号は、ＧＰＳ観測データとして測位演算部４０に入力される。
【００２１】
通信部７０は、アンテナ７２を介して、外部センタ８０との無線通信を介して精密暦の予報値を取得する。精密暦の予報データは、国際ＧＰＳ機関（ＩＧＳ）等の機関により提供されるデータであってよい。精密暦の予報値（以下、単に「精密暦データ」ともいう）は、衛星軌道及び衛星時計に関する予報値を含む。精密暦データは、必ずしも外部センタ８０を介して取得される必要はなく、提供元の機関から直接的に取得されてもよい。通信部７０は、例えばＧＰＳ受信機１の起動時に最新の精密暦データを取得し、その後、ＧＰＳ受信機１が継続して動作している限り、最新の精密暦データが更新される毎に、最新の精密暦データを取得するように動作してよい。通信部７０により取得される精密暦データは、加重平均部５０に供給される。
【００２２】
加重平均部５０は、受信部２０により受信される航法メッセージ内のＧＰＳ暦データ（放送暦と時計の補正値）に基づいて、ＧＰＳ衛星１０１のワールド座標系（例えばWGS84）での現時点の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。尚、ＧＰＳ暦データに基づいてＧＰＳ衛星１０１の位置を算出する方法は多種多様であり、任意の適切な方法が採用されてもよい。この際、加重平均部５０は、好ましくは、ＧＰＳ衛星１０１の時計の補正値（補正係数）を用いて、ＧＰＳ衛星１０１の時計誤差が補償されたＧＰＳ衛星１０１の位置を算出する。尚、以下では、ＧＰＳ暦データに基づき算出されるＧＰＳ衛星１０１の位置を下付き文字「Ｇ」を用いて、（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）で表す。
【００２３】
加重平均部５０は、通信部７０により取得される精密暦データ（衛星軌道及び衛星時計を表す予報データ）に基づいて、ＧＰＳ衛星１０１のワールド座標系での現時点の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。この際、加重平均部５０は、上述のＧＰＳ暦データに基づくＧＰＳ衛星１０１の位置（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）と同一時刻に係る位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を精密暦データに基づいて計算する。これは、例えばＧＰＳ時を基準として同期されてよい。加重平均部５０は、例えば、精密暦データが例えば１５分おきのＧＰＳ衛星１０１の位置を表す場合には、現時点のＧＰＳ衛星１０１の位置を補間により算出してよい。この際、加重平均部５０は、好ましくは、ＧＰＳ衛星１０１に係る衛星時計を表す予報データを用いて、ＧＰＳ衛星１０１の時計誤差が補償されたＧＰＳ衛星１０１の位置を算出する。尚、以下では、ＧＰＳ暦データに基づき算出されるＧＰＳ衛星１０１の位置を下付き文字「Ｐ」を用いて、（ＸＰ１、ＹＰ１、ＺＰ１）で表す。
【００２４】
加重平均部５０は、上述の如く算出した２つのＧＰＳ衛星１０１の位置を結合して、最終的なＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。この際、加重平均部５０は、２つのＧＰＳ衛星１０１の位置を、ある重みを掛けて加重平均し、最終的なＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。具体的には、重みをαとすると、以下の通りである。
（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）＝α×（ＸＰ１、ＹＰ１、ＺＰ１）＋（１−α）×（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）
ここで、重み付け係数αは、｜α｜<１であり、ＧＰＳ暦データ及び精密暦データの鮮度に依存して変化する可変値とされる。具体的には、例えば、以下のような式で決定されてよい。
α＝１−ｔ１／ΔＴ１ 式（１）
ここで、ΔＴ１は、精密暦データの更新周期（本例では６時間）であり、ｔ１は、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間を表す。従って、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間が長くなるにつれて、精密暦データに対する重み付けが小さくなり、且つ、ＧＰＳ暦データに対する重み付けが大きくなる。これは、精密暦データの更新周期が長く、更新直後は非常に精度が高いが、更新後からの時間の経過と共に信頼性が悪くなることを考慮したものである。また、ＧＰＳ暦データは、更新周期が短いが（現在、更新周期は２時間）、精度が全般的に精密暦データよりも悪いことを考慮したものである。尚、上記の式（１）は、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間と共に連続的にαが減少する式となっているが、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間と共に不連続的にαが減少するような式が用いられてもよい。このようにして加重平均により導出されたＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を表す信号は、測位演算部４０に入力される。
【００２５】
測位演算部４０は、加重平均部５０から供給される衛星位置の算出結果と、受信部２０から供給される擬似距離ρの算出結果に基づいて、車両９０の絶対位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）を測位する。具体的には、以下の関係式が用いられてよい。
ρ＝√｛（Ｘ１−Ｘｕ）２＋（Ｙ１−Ｙｕ）２＋（Ｚ１−Ｚｕ）２｝＋Δτ・ｃ 式（２）
ここで、Δτ・ｃは、主に受信部２０の時計誤差を表す。尚、この式は、ＧＰＳ衛星１０１に関するものであるが、他の観測可能なＧＰＳ衛星１０に対しても同様の関係式が利用される。車両９０の位置は、３つのＧＰＳ衛星１０に対して上述の如く得られるそれぞれの擬似距離ρ及び衛星位置を用いて、三角測量の原理で導出されてよい。この場合、擬似距離ρは上述の如く時計誤差を含むので、４つ目のＧＰＳ衛星１０に対して得られる擬似距離ρ及び衛星位置を用いて、時計誤差成分が除去されてよい。
【００２６】
測位演算部４０は、また、加重平均部５０から供給される衛星位置の算出結果と、受信部２０から供給されるドップラー周波数変化量Δｆの算出結果に基づいて、車両９０の速度を測位してもよい。
【００２７】
測位演算部４０による測位周期は、例えば観測周期（例えば１ｍｓ）或いは所定数の観測周期（例えば５０ｍｓや１００ｍｓ）であってよい。測位結果（絶対位置や速度）は、例えば図示しないナビゲーションシステムに出力されてもよい。
【００２８】
図３は、本実施例のＧＰＳ受信機１により実行される主要処理の流れを示すフローチャートである。
【００２９】
ステップ２００では、通信部７０において、精密暦データが更新されたか否かが判定される。精密暦データの更新は、基本的には６時間おきに行われる。尚、精密暦データが更新されたか否かは、外部センタ８０からの情報に基づいて判断されてもよいし、前回の更新時からの経過時間（＝ｔ１）に基づいて判断されてもよい。精密暦データが更新された場合には、ステップ２０２に進み、精密暦データが更新されていない場合には、ステップ２０２をスキップしてステップ２０４に進む。
【００３０】
ステップ２０２では、通信部７０において、更新された精密暦データが外部センタ８０から取得される。更新された精密暦データの取得態様は、プッシュ型やプル型の如何なる方式であってもよい。
【００３１】
ステップ２０４では、受信部２０において、ＧＰＳ暦データが更新されたか否かが判定される。ＧＰＳ暦データは、現在、２時間に１回更新されている。ＧＰＳ暦データが更新されたか否かは、航法メッセージの解読結果に基づいて判断されてもよいし、前回の更新時からの経過時間に基づいて判断されてもよい。ＧＰＳ暦データが更新された場合には、ステップ２０６に進み、ＧＰＳ暦データが更新されていない場合には、ステップ２０６をスキップしてステップ２０８に進む。
【００３２】
ステップ２０６では、加重平均部５０において、更新されたＧＰＳ暦データが受信部２０から取得される。
【００３３】
ステップ２０８では、加重平均部５０において、上述の如く算出態様で、ＧＰＳ暦データ及び精密暦データに基づいて加重平均により、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０の各位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が算出される。尚、重み付け係数αは、上述の如く可変値とされるが、急変が生じないようにフィルタ処理されてもよい。
【００３４】
ステップ２１０では、測位演算部４０において、上述の如く算出態様で、上記ステップ２０８で得られたＧＰＳ衛星１０の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）等を用いて、車両９０の位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）や速度が測位される。
【００３５】
ステップ２２０では、上記ステップ２１０の測位結果が例えばナビゲーション装置に出力され利用される。
【００３６】
以上説明した本実施例の移動体位置測位装置によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【００３７】
上述の如く精密暦データとＧＰＳ暦データを、それぞれの特性・特徴に応じて適切に加重平均することで、衛星軌道誤差及び衛星時計誤差が低減された高精度の衛星位置を算出することができ、その結果、高精度の測位が可能となる。この点、更に詳説すると以下の通りである。放送暦は、現在、２時間に１回更新されているが、そのパラメータは２４〜４８時間前に予測されるものであるため、精度がさほど高くない。一方、精密暦は、現在、６時間に一回の更新であるが、世界中の３００を超える施設を通じて、その観測結果から計算された精密なデータであるが故に、精度が良い。本実施例では、この点に着目し、各データの鮮度（更新周期や更新後の経過時間等）と、各データの精度との関係を考慮して、適切に重み付けを行うことで、高精度の衛星位置を算出することができ、その結果、高精度の測位が可能となる。
【００３８】
次に、本発明による移動体位置測位装置のその他の実施例について説明する。以下では、このその他の実施例特有の構成について重点的に説明するが、他の構成は、上述の実施例と同様であってよい。
【００３９】
図４は、本実施例のＧＰＳ受信機１０１を示す概略的なシステム構成図である。本実施例のＧＰＳ受信機１０１は、上述のＧＰＳ受信機１に対して、主に、ＩＮＳ測位部６０と比較部６２を更に備える点が異なる。図４において、上述の実施例と同様であってよい構成については同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４０】
ＩＮＳ測位部６０は、３軸加速度センサ及び３軸角速度センサを含むＩＭＵ（慣性測定ユニット）６４の出力信号に基づいて、車両９０の位置や速度を実時間で測位する。慣性航法による車両位置の測位方法は、多種多様でありえ、如何なる方法であってもよい。例えば車両９０の位置は、加速度センサの出力値に、姿勢変換、重力補正、コリオリ力補正を行って２回積分し、当該２回積分により得られる移動距離を、車両位置の初期値に積算することで導出されてよい。車両位置の初期値は、測位演算部４０の過去の測位結果が利用されてもよい。ＩＮＳ測位部６０により測位される車両位置及び車両速度（ＩＮＳ測位結果）は、測位演算部４０により測位される車両位置及び車両速度（ＧＰＳ測位結果）と同期して、比較部６２に入力される。この同期は、例えばＧＰＳ時を基準として実現されてもよい。
【００４１】
比較部６２は、同期して入力される同一時刻に係るＩＮＳ測位結果とＧＰＳ測位結果とを比較する。比較部６２の比較処理の一例を後に説明する。比較部６２の比較結果は、加重平均部５０での加重平均処理に反映される。
【００４２】
図５は、本実施例のＧＰＳ受信機１０１により実行される主要処理の流れを示すフローチャートである。図５において、上述の実施例（図３）と同様であってよい処理については同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４３】
ステップ２１１では、測位演算部４０において、上述の如く算出態様で、上記ステップ２０８で得られたＧＰＳ衛星１０の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）等を用いて、車両９０の位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）や速度が測位される。また、ＩＮＳ測位部６０において、慣性航法により車両９０の位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）や速度が測位される。
【００４４】
ステップ２１２では、比較部６２において、上記ステップ２１１で得られるＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差の絶対値が所定の閾値以内か否かが判定される。ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差は、それぞれの測位結果に係る車両９０の位置の間の距離により評価されてもよい。所定の閾値は、ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の整合性が取れていないことを検出できるような値に設定され、試験等により適合された値が用いられてもよい。ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差の絶対値が所定の閾値以内である場合には、ステップ２２０に進み、それ以外の場合、ステップ２１４を介して、ステップ２０８に戻る。
【００４５】
ステップ２１４では、加重平均部５０において、重み付け係数αが変更（調整）され、当該変更後の重み付け係数αを用いて、上述の如く算出態様で、ＧＰＳ暦データ及び精密暦データに基づいて加重平均により、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０の各位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が算出される。ここで、重み付け係数αの変更は、ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差に応じて重み付け係数αの値を増減することで実現されてもよい。或いは、ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差がゼロになるような重み付け係数αの値を収束計算で求めることで実現されてもよい。
【００４６】
以上説明したその他の実施例の移動体位置測位装置によれば、上述の実施例と同様の効果に加えて、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【００４７】
上述の如く精密暦データとＧＰＳ暦データを加重平均する際の重み付け係数αを、それぞれのデータの特性・特徴に加えて、ＩＮＳ測位結果との整合性を考慮して決定するので、例え精密暦データとＧＰＳ暦データの鮮度に有意な差異が無い場合でも、重み付け係数を適切に決定できる。これにより、衛星軌道誤差及び衛星時計誤差が低減された高精度の衛星位置を算出することができ、その結果、高精度の測位が可能となる。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、上述した実施例では、精密暦データとＧＰＳ暦データを加重平均する際の重み付け係数αは、精密暦データに係る鮮度に基づいて決定されているが、同様の態様で、ＧＰＳ暦データに係る鮮度に基づいて決定されてもよい。或いは、加重平均は、精密暦データに係る鮮度とＧＰＳ暦データに係る鮮度の双方を考慮した重み付けにより実現されてもよい。例えば、精密暦データに係る鮮度をαとし、ＧＰＳ暦データに係る鮮度をβとしたとき、最終的なＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、以下の通りで算出されてもよい。
（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）＝α／（α＋β）×（ＸＰ１、ＹＰ１、ＺＰ１）＋β／（α＋β）×（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）
ここで、β＝１−ｔ２／ΔＴ２であり、ΔＴ２は、ＧＰＳ暦データの更新周期（本例では２時間）であり、ｔ２は、直近のＧＰＳ暦データの更新時からの現時点までの経過時間を表す。
【００５０】
また、上述した実施例では、精密暦データが、ＧＰＳ暦データの形式と異なり、各種補正係数でなく衛星軌道や衛星時計自体を表す形式であることを考慮し、上述の如くそれぞれのデータに基づいてＧＰＳ衛星１０の位置を算出してから、これらの算出結果を加重平均している。しかしながら、例えば精密暦データが、ＧＰＳ暦データの形式と同様に、衛星軌道や衛星時計に関する補正係数の形式である場合、精密暦データの補正係数とＧＰＳ暦データの補正係数を、同様の鮮度に応じた重み付けで加重平均することとしてよい。即ち、補正係数レベルで加重平均し、当該加重平均により得られた新たな補正係数を用いて、ＧＰＳ衛星１０の位置を算出することとしてよい。これは、精密暦データが補正値の形式である場合も同様である。
【００５１】
また、上述した実施例では、精密暦データとＧＰＳ暦データを加重平均する際の重み付け係数αは、当該データの鮮度を考慮して決定しているが、他の因子を考慮してもよい。例えば、衛星軌道誤差や電離層遅延については周期的或いは比較的ゆっくりとした変動を生ずるが、衛星時計誤差は短時間の変動が起こり得る、といったような物理的な背景による特徴を考慮してもよい。
【００５２】
また、上述の実施例では、Ｃ／Ａコードを用いて擬似距離ρを導出しているが、擬似距離ρは、Ｌ２波のＰコードのような他の擬似雑音コードに基づいて計測されてもよい。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ρは、ＧＰＳ衛星１０１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、ρ＝ＭＰ×３０として求めることができる。
【００５３】
また、上述の実施例では、単独測位法により測位が実行されているが、本発明は、干渉測位のような他の測位方法に対しても適用可能である。
【００５４】
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。
【００５５】
また、上述の実施例では、外部センタ８０から精密暦データが車両９０に送信されているが、その他の態様であってもよい。例えば、路側の施設がインターネットを介して取得した精密暦データを、路車間通信により車両９０側で取得してもよいし、車両９０の通信部７０自体が無線通信によりインターネットにアクセスして直接取得してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る移動体位置測位装置が適用されるＧＰＳの全体的な構成を示すシステム構成図である。
【図２】図１の車両９０に搭載されるＧＰＳ受信機１の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。
【図３】本実施例のＧＰＳ受信機１により実行される主要処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】その他の実施例によるＧＰＳ受信機１０１を示す概略的なシステム構成図である。
【図５】その他の実施例によるＧＰＳ受信機１により実行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】
【００５７】
１，１０１ ＧＰＳ受信機
１０ ＧＰＳ衛星
２０ 受信部
４０ 測位演算部
５０ 加重平均部
６０ ＩＮＳ測位部
６２ 比較部
７０ 通信部
８０ 外部センタ
９０ 車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置等を測位する移動体用測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、絶対座標を算出したい地点（未地点）、そこから近い地点（近地点）、国際ＧＰＳ機関（ＩＧＳ）等の機関から公開される地点（ＩＧＳ点）に設置されているＧＰＳ受信システムが収集するＧＰＳ観測データを用いて、基線解析を実施し、そのとき、測定する距離（基線長の長さ）に応じて使用するＧＰＳの放送暦、速報暦又は最終暦を選択して用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、最終暦を用いてＩＧＳ点−近地点間及びＩＧＳ点−未地点間の基線解析を行うとともに、放送暦又は速報暦を用いて近地点−未地点間の基線解析を行っている。尚、この技術では、ＩＧＳ等の機関から提供されるＧＰＳの放送暦、速報暦、最終暦が用いられている。
【特許文献１】特許第３５０８６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、国際ＧＰＳ機関から提供される一般的な精密暦（最終暦）は、航法メッセージに含まれる放送暦が予報であるのとは対照的に、過去の記録であるから、リアルタイム計測に用いることができない。しかしながら、近年では、国際ＧＰＳ機関等の機関から、予報を含む精密暦が提供されている。
【０００４】
そこで、本発明は、航法メッセージの一部として送信される暦データと精密暦の予報データとを適切に組み合わせて用いることで移動体の位置等を精度良く測位することができる移動体用測位装置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の発明に係る移動体用測位装置は、航法メッセージの一部として送信される暦データを受信する手段と、
精密暦の予報データを受信する手段と、
前記暦データと前記精密暦の予報データの双方を用いて衛星位置を算出する衛星位置算出手段と、
前記算出された衛星位置に基づいて、移動体の位置又は速度を測位する測位手段とを備え、
前記衛星位置算出手段は、前記暦データ及び前記精密暦のうちの少なくとも一方のデータの鮮度を算出し、該算出した鮮度に応じた重みにより前記暦データと前記精密暦の予報データを加重平均して用い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、
前記測位手段により測位された測位結果を、慣性航法により測位された測位結果と比較し、その比較結果に応じて前記重み付けに用いる係数を更新することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、第１又は２の発明に係る移動体用測位装置において、
前記データの鮮度は、該データの直近の更新時点からの経過時間に基づいて算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、航法メッセージの一部として送信される暦データと精密暦の予報データとを適切に組み合わせて用いることで移動体の位置等を精度良く測位することができる移動体用測位装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、本発明に係る移動体位置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。
【００１１】
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に関する放送暦、ＧＰＳ衛星１０に搭載の時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。尚、放送暦は、地上の制御部分で行われた軌道追跡データに基づく予報値であり、ケプラー軌道要素と補正係数を含む。以下では、航法メッセージに含まれる放送暦と時計の補正値のデータを含めて、ＧＰＳ暦データと称する。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
車両９０には、移動体位置測位装置としてのＧＰＳ受信機１が搭載される。ＧＰＳ受信機１は、以下で詳説する如く、ＧＰＳ衛星１０からの衛星信号に基づいて、車両９０の位置や速度を実時間で測位する。
【００１５】
図２は、図１の車両９０に搭載されるＧＰＳ受信機１の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。図２には、説明の複雑化を避けるため、ＧＰＳ衛星１０１（下付きの符号は、衛星番号）が１つだけ示されている。ここでは、ＧＰＳ衛星１０１からの衛星信号に関する信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０１からの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０２，１０３等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１０１，１０２，１０３等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。
【００１６】
本実施例のＧＰＳ受信機１は、図２に示すように、主要な機能部として、受信部２０、測位演算部４０、加重平均部５０、及び、通信部７０を備える。
【００１７】
受信部２０は、ＧＰＳ衛星１０１から発信されている衛星信号をＧＰＳアンテナ２２を介して受信し、内部で発生させたレプリカＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行い、航法メッセージを取り出す。Ｃ／Ａコード同期の方法は、多種多様でありえ、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、ＤＤＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ
Ｌｏｏｐ）を用いて、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの相関値がピークとなるコード位相を追尾する方法であってよい。受信部２０は、航法メッセージが更新される毎に、航法メッセージを、加重平均部５０及び測位演算部４０に供給する。
【００１８】
また、受信部２０は、ＧＰＳ衛星１０１からの衛星信号の受信結果に基づいて、ＧＰＳ衛星１０１と車両９０（正確にはＧＰＳ受信機１）との間の擬似距離ρを算出する。擬似距離ρとは、ＧＰＳ衛星１０１と車両９０との間の真の距離とは異なり、ＧＰＳ受信機１の時計誤差（クロックバイアス）や、電離層遅延誤差のような電波伝搬速度変化による誤差を含む。
【００１９】
ここで、ＧＰＳ衛星１０１に対する擬似距離ρは、例えば以下のように算出されてよい。
ρ＝Ｎ×３００
ここで、Ｎは、ＧＰＳ衛星１０１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コードの位相及びＧＰＳ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を表す信号は、ＧＰＳ観測データとして測位演算部４０に入力される。尚、擬似距離ρは、キャリアスムージング等のような適切なフィルタ処理を受けてから測位演算部４０に入力されてもよい。
【００２０】
更に、受信部２０は、衛星信号の搬送波位相を測定する機能を備えてよい。具体的には、受信部２０は、内部で発生させたレプリカキャリアを用いて、ドップラーシフトした受信搬送波のドップラー周波数変化量Δｆを測定する。ドップラー周波数変化量Δｆは、レプリカキャリアの周波数ｆｒと既知の搬送波周波数ｆｃ（1575.42ＭＨz）の差分（＝ｆｒ−ｆｃ）として測定される。この機能は、レプリカキャリアを用いてキャリア相関値を演算して受信キャリアを追尾するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）により実現されてよい。ドップラー周波数変化量Δｆを表す信号は、ＧＰＳ観測データとして測位演算部４０に入力される。
【００２１】
通信部７０は、アンテナ７２を介して、外部センタ８０との無線通信を介して精密暦の予報値を取得する。精密暦の予報データは、国際ＧＰＳ機関（ＩＧＳ）等の機関により提供されるデータであってよい。精密暦の予報値（以下、単に「精密暦データ」ともいう）は、衛星軌道及び衛星時計に関する予報値を含む。精密暦データは、必ずしも外部センタ８０を介して取得される必要はなく、提供元の機関から直接的に取得されてもよい。通信部７０は、例えばＧＰＳ受信機１の起動時に最新の精密暦データを取得し、その後、ＧＰＳ受信機１が継続して動作している限り、最新の精密暦データが更新される毎に、最新の精密暦データを取得するように動作してよい。通信部７０により取得される精密暦データは、加重平均部５０に供給される。
【００２２】
加重平均部５０は、受信部２０により受信される航法メッセージ内のＧＰＳ暦データ（放送暦と時計の補正値）に基づいて、ＧＰＳ衛星１０１のワールド座標系（例えばWGS84）での現時点の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。尚、ＧＰＳ暦データに基づいてＧＰＳ衛星１０１の位置を算出する方法は多種多様であり、任意の適切な方法が採用されてもよい。この際、加重平均部５０は、好ましくは、ＧＰＳ衛星１０１の時計の補正値（補正係数）を用いて、ＧＰＳ衛星１０１の時計誤差が補償されたＧＰＳ衛星１０１の位置を算出する。尚、以下では、ＧＰＳ暦データに基づき算出されるＧＰＳ衛星１０１の位置を下付き文字「Ｇ」を用いて、（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）で表す。
【００２３】
加重平均部５０は、通信部７０により取得される精密暦データ（衛星軌道及び衛星時計を表す予報データ）に基づいて、ＧＰＳ衛星１０１のワールド座標系での現時点の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。この際、加重平均部５０は、上述のＧＰＳ暦データに基づくＧＰＳ衛星１０１の位置（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）と同一時刻に係る位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を精密暦データに基づいて計算する。これは、例えばＧＰＳ時を基準として同期されてよい。加重平均部５０は、例えば、精密暦データが例えば１５分おきのＧＰＳ衛星１０１の位置を表す場合には、現時点のＧＰＳ衛星１０１の位置を補間により算出してよい。この際、加重平均部５０は、好ましくは、ＧＰＳ衛星１０１に係る衛星時計を表す予報データを用いて、ＧＰＳ衛星１０１の時計誤差が補償されたＧＰＳ衛星１０１の位置を算出する。尚、以下では、ＧＰＳ暦データに基づき算出されるＧＰＳ衛星１０１の位置を下付き文字「Ｐ」を用いて、（ＸＰ１、ＹＰ１、ＺＰ１）で表す。
【００２４】
加重平均部５０は、上述の如く算出した２つのＧＰＳ衛星１０１の位置を結合して、最終的なＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。この際、加重平均部５０は、２つのＧＰＳ衛星１０１の位置を、ある重みを掛けて加重平均し、最終的なＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。具体的には、重みをαとすると、以下の通りである。
（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）＝α×（ＸＰ１、ＹＰ１、ＺＰ１）＋（１−α）×（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）
ここで、重み付け係数αは、｜α｜<１であり、ＧＰＳ暦データ及び精密暦データの鮮度に依存して変化する可変値とされる。具体的には、例えば、以下のような式で決定されてよい。
α＝１−ｔ１／ΔＴ１ 式（１）
ここで、ΔＴ１は、精密暦データの更新周期（本例では６時間）であり、ｔ１は、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間を表す。従って、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間が長くなるにつれて、精密暦データに対する重み付けが小さくなり、且つ、ＧＰＳ暦データに対する重み付けが大きくなる。これは、精密暦データの更新周期が長く、更新直後は非常に精度が高いが、更新後からの時間の経過と共に信頼性が悪くなることを考慮したものである。また、ＧＰＳ暦データは、更新周期が短いが（現在、更新周期は２時間）、精度が全般的に精密暦データよりも悪いことを考慮したものである。尚、上記の式（１）は、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間と共に連続的にαが減少する式となっているが、直近の精密暦データの更新時からの現時点までの経過時間と共に不連続的にαが減少するような式が用いられてもよい。このようにして加重平均により導出されたＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を表す信号は、測位演算部４０に入力される。
【００２５】
測位演算部４０は、加重平均部５０から供給される衛星位置の算出結果と、受信部２０から供給される擬似距離ρの算出結果に基づいて、車両９０の絶対位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）を測位する。具体的には、以下の関係式が用いられてよい。
ρ＝√｛（Ｘ１−Ｘｕ）２＋（Ｙ１−Ｙｕ）２＋（Ｚ１−Ｚｕ）２｝＋Δτ・ｃ 式（２）
ここで、Δτ・ｃは、主に受信部２０の時計誤差を表す。尚、この式は、ＧＰＳ衛星１０１に関するものであるが、他の観測可能なＧＰＳ衛星１０に対しても同様の関係式が利用される。車両９０の位置は、３つのＧＰＳ衛星１０に対して上述の如く得られるそれぞれの擬似距離ρ及び衛星位置を用いて、三角測量の原理で導出されてよい。この場合、擬似距離ρは上述の如く時計誤差を含むので、４つ目のＧＰＳ衛星１０に対して得られる擬似距離ρ及び衛星位置を用いて、時計誤差成分が除去されてよい。
【００２６】
測位演算部４０は、また、加重平均部５０から供給される衛星位置の算出結果と、受信部２０から供給されるドップラー周波数変化量Δｆの算出結果に基づいて、車両９０の速度を測位してもよい。
【００２７】
測位演算部４０による測位周期は、例えば観測周期（例えば１ｍｓ）或いは所定数の観測周期（例えば５０ｍｓや１００ｍｓ）であってよい。測位結果（絶対位置や速度）は、例えば図示しないナビゲーションシステムに出力されてもよい。
【００２８】
図３は、本実施例のＧＰＳ受信機１により実行される主要処理の流れを示すフローチャートである。
【００２９】
ステップ２００では、通信部７０において、精密暦データが更新されたか否かが判定される。精密暦データの更新は、基本的には６時間おきに行われる。尚、精密暦データが更新されたか否かは、外部センタ８０からの情報に基づいて判断されてもよいし、前回の更新時からの経過時間（＝ｔ１）に基づいて判断されてもよい。精密暦データが更新された場合には、ステップ２０２に進み、精密暦データが更新されていない場合には、ステップ２０２をスキップしてステップ２０４に進む。
【００３０】
ステップ２０２では、通信部７０において、更新された精密暦データが外部センタ８０から取得される。更新された精密暦データの取得態様は、プッシュ型やプル型の如何なる方式であってもよい。
【００３１】
ステップ２０４では、受信部２０において、ＧＰＳ暦データが更新されたか否かが判定される。ＧＰＳ暦データは、現在、２時間に１回更新されている。ＧＰＳ暦データが更新されたか否かは、航法メッセージの解読結果に基づいて判断されてもよいし、前回の更新時からの経過時間に基づいて判断されてもよい。ＧＰＳ暦データが更新された場合には、ステップ２０６に進み、ＧＰＳ暦データが更新されていない場合には、ステップ２０６をスキップしてステップ２０８に進む。
【００３２】
ステップ２０６では、加重平均部５０において、更新されたＧＰＳ暦データが受信部２０から取得される。
【００３３】
ステップ２０８では、加重平均部５０において、上述の如く算出態様で、ＧＰＳ暦データ及び精密暦データに基づいて加重平均により、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０の各位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が算出される。尚、重み付け係数αは、上述の如く可変値とされるが、急変が生じないようにフィルタ処理されてもよい。
【００３４】
ステップ２１０では、測位演算部４０において、上述の如く算出態様で、上記ステップ２０８で得られたＧＰＳ衛星１０の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）等を用いて、車両９０の位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）や速度が測位される。
【００３５】
ステップ２２０では、上記ステップ２１０の測位結果が例えばナビゲーション装置に出力され利用される。
【００３６】
以上説明した本実施例の移動体位置測位装置によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【００３７】
上述の如く精密暦データとＧＰＳ暦データを、それぞれの特性・特徴に応じて適切に加重平均することで、衛星軌道誤差及び衛星時計誤差が低減された高精度の衛星位置を算出することができ、その結果、高精度の測位が可能となる。この点、更に詳説すると以下の通りである。放送暦は、現在、２時間に１回更新されているが、そのパラメータは２４〜４８時間前に予測されるものであるため、精度がさほど高くない。一方、精密暦は、現在、６時間に一回の更新であるが、世界中の３００を超える施設を通じて、その観測結果から計算された精密なデータであるが故に、精度が良い。本実施例では、この点に着目し、各データの鮮度（更新周期や更新後の経過時間等）と、各データの精度との関係を考慮して、適切に重み付けを行うことで、高精度の衛星位置を算出することができ、その結果、高精度の測位が可能となる。
【００３８】
次に、本発明による移動体位置測位装置のその他の実施例について説明する。以下では、このその他の実施例特有の構成について重点的に説明するが、他の構成は、上述の実施例と同様であってよい。
【００３９】
図４は、本実施例のＧＰＳ受信機１０１を示す概略的なシステム構成図である。本実施例のＧＰＳ受信機１０１は、上述のＧＰＳ受信機１に対して、主に、ＩＮＳ測位部６０と比較部６２を更に備える点が異なる。図４において、上述の実施例と同様であってよい構成については同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４０】
ＩＮＳ測位部６０は、３軸加速度センサ及び３軸角速度センサを含むＩＭＵ（慣性測定ユニット）６４の出力信号に基づいて、車両９０の位置や速度を実時間で測位する。慣性航法による車両位置の測位方法は、多種多様でありえ、如何なる方法であってもよい。例えば車両９０の位置は、加速度センサの出力値に、姿勢変換、重力補正、コリオリ力補正を行って２回積分し、当該２回積分により得られる移動距離を、車両位置の初期値に積算することで導出されてよい。車両位置の初期値は、測位演算部４０の過去の測位結果が利用されてもよい。ＩＮＳ測位部６０により測位される車両位置及び車両速度（ＩＮＳ測位結果）は、測位演算部４０により測位される車両位置及び車両速度（ＧＰＳ測位結果）と同期して、比較部６２に入力される。この同期は、例えばＧＰＳ時を基準として実現されてもよい。
【００４１】
比較部６２は、同期して入力される同一時刻に係るＩＮＳ測位結果とＧＰＳ測位結果とを比較する。比較部６２の比較処理の一例を後に説明する。比較部６２の比較結果は、加重平均部５０での加重平均処理に反映される。
【００４２】
図５は、本実施例のＧＰＳ受信機１０１により実行される主要処理の流れを示すフローチャートである。図５において、上述の実施例（図３）と同様であってよい処理については同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４３】
ステップ２１１では、測位演算部４０において、上述の如く算出態様で、上記ステップ２０８で得られたＧＰＳ衛星１０の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）等を用いて、車両９０の位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）や速度が測位される。また、ＩＮＳ測位部６０において、慣性航法により車両９０の位置（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）や速度が測位される。
【００４４】
ステップ２１２では、比較部６２において、上記ステップ２１１で得られるＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差の絶対値が所定の閾値以内か否かが判定される。ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差は、それぞれの測位結果に係る車両９０の位置の間の距離により評価されてもよい。所定の閾値は、ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の整合性が取れていないことを検出できるような値に設定され、試験等により適合された値が用いられてもよい。ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差の絶対値が所定の閾値以内である場合には、ステップ２２０に進み、それ以外の場合、ステップ２１４を介して、ステップ２０８に戻る。
【００４５】
ステップ２１４では、加重平均部５０において、重み付け係数αが変更（調整）され、当該変更後の重み付け係数αを用いて、上述の如く算出態様で、ＧＰＳ暦データ及び精密暦データに基づいて加重平均により、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０の各位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が算出される。ここで、重み付け係数αの変更は、ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差に応じて重み付け係数αの値を増減することで実現されてもよい。或いは、ＧＰＳ測位結果とＩＮＳ測位結果の間の偏差がゼロになるような重み付け係数αの値を収束計算で求めることで実現されてもよい。
【００４６】
以上説明したその他の実施例の移動体位置測位装置によれば、上述の実施例と同様の効果に加えて、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【００４７】
上述の如く精密暦データとＧＰＳ暦データを加重平均する際の重み付け係数αを、それぞれのデータの特性・特徴に加えて、ＩＮＳ測位結果との整合性を考慮して決定するので、例え精密暦データとＧＰＳ暦データの鮮度に有意な差異が無い場合でも、重み付け係数を適切に決定できる。これにより、衛星軌道誤差及び衛星時計誤差が低減された高精度の衛星位置を算出することができ、その結果、高精度の測位が可能となる。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、上述した実施例では、精密暦データとＧＰＳ暦データを加重平均する際の重み付け係数αは、精密暦データに係る鮮度に基づいて決定されているが、同様の態様で、ＧＰＳ暦データに係る鮮度に基づいて決定されてもよい。或いは、加重平均は、精密暦データに係る鮮度とＧＰＳ暦データに係る鮮度の双方を考慮した重み付けにより実現されてもよい。例えば、精密暦データに係る鮮度をαとし、ＧＰＳ暦データに係る鮮度をβとしたとき、最終的なＧＰＳ衛星１０１の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、以下の通りで算出されてもよい。
（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）＝α／（α＋β）×（ＸＰ１、ＹＰ１、ＺＰ１）＋β／（α＋β）×（ＸＧ１、ＹＧ１、ＺＧ１）
ここで、β＝１−ｔ２／ΔＴ２であり、ΔＴ２は、ＧＰＳ暦データの更新周期（本例では２時間）であり、ｔ２は、直近のＧＰＳ暦データの更新時からの現時点までの経過時間を表す。
【００５０】
また、上述した実施例では、精密暦データが、ＧＰＳ暦データの形式と異なり、各種補正係数でなく衛星軌道や衛星時計自体を表す形式であることを考慮し、上述の如くそれぞれのデータに基づいてＧＰＳ衛星１０の位置を算出してから、これらの算出結果を加重平均している。しかしながら、例えば精密暦データが、ＧＰＳ暦データの形式と同様に、衛星軌道や衛星時計に関する補正係数の形式である場合、精密暦データの補正係数とＧＰＳ暦データの補正係数を、同様の鮮度に応じた重み付けで加重平均することとしてよい。即ち、補正係数レベルで加重平均し、当該加重平均により得られた新たな補正係数を用いて、ＧＰＳ衛星１０の位置を算出することとしてよい。これは、精密暦データが補正値の形式である場合も同様である。
【００５１】
また、上述した実施例では、精密暦データとＧＰＳ暦データを加重平均する際の重み付け係数αは、当該データの鮮度を考慮して決定しているが、他の因子を考慮してもよい。例えば、衛星軌道誤差や電離層遅延については周期的或いは比較的ゆっくりとした変動を生ずるが、衛星時計誤差は短時間の変動が起こり得る、といったような物理的な背景による特徴を考慮してもよい。
【００５２】
また、上述の実施例では、Ｃ／Ａコードを用いて擬似距離ρを導出しているが、擬似距離ρは、Ｌ２波のＰコードのような他の擬似雑音コードに基づいて計測されてもよい。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ρは、ＧＰＳ衛星１０１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、ρ＝ＭＰ×３０として求めることができる。
【００５３】
また、上述の実施例では、単独測位法により測位が実行されているが、本発明は、干渉測位のような他の測位方法に対しても適用可能である。
【００５４】
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。
【００５５】
また、上述の実施例では、外部センタ８０から精密暦データが車両９０に送信されているが、その他の態様であってもよい。例えば、路側の施設がインターネットを介して取得した精密暦データを、路車間通信により車両９０側で取得してもよいし、車両９０の通信部７０自体が無線通信によりインターネットにアクセスして直接取得してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る移動体位置測位装置が適用されるＧＰＳの全体的な構成を示すシステム構成図である。
【図２】図１の車両９０に搭載されるＧＰＳ受信機１の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。
【図３】本実施例のＧＰＳ受信機１により実行される主要処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】その他の実施例によるＧＰＳ受信機１０１を示す概略的なシステム構成図である。
【図５】その他の実施例によるＧＰＳ受信機１により実行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】
【００５７】
１，１０１ ＧＰＳ受信機
１０ ＧＰＳ衛星
２０ 受信部
４０ 測位演算部
５０ 加重平均部
６０ ＩＮＳ測位部
６２ 比較部
７０ 通信部
８０ 外部センタ
９０ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法メッセージの一部として送信される暦データを受信する手段と、
精密暦の予報データを受信する手段と、
前記暦データと前記精密暦の予報データの双方を用いて衛星位置を算出する衛星位置算出手段と、
前記算出された衛星位置に基づいて、移動体の位置又は速度を測位する測位手段とを備え、
前記衛星位置算出手段は、前記暦データ及び前記精密暦のうちの少なくとも一方のデータの鮮度を算出し、該算出した鮮度に応じた重みにより前記暦データと前記精密暦の予報データを加重平均して用いることを特徴とする、移動体用測位装置。
【請求項２】
前記測位手段により測位された測位結果を、慣性航法により測位された測位結果と比較し、その比較結果に応じて前記重み付けに用いる係数を更新する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
【請求項３】
前記データの鮮度は、該データの直近の更新時点からの経過時間に基づいて算出される、請求項１又は２に記載の移動体用測位装置。
【請求項１】
航法メッセージの一部として送信される暦データを受信する手段と、
精密暦の予報データを受信する手段と、
前記暦データと前記精密暦の予報データの双方を用いて衛星位置を算出する衛星位置算出手段と、
前記算出された衛星位置に基づいて、移動体の位置又は速度を測位する測位手段とを備え、
前記衛星位置算出手段は、前記暦データ及び前記精密暦のうちの少なくとも一方のデータの鮮度を算出し、該算出した鮮度に応じた重みにより前記暦データと前記精密暦の予報データを加重平均して用いることを特徴とする、移動体用測位装置。
【請求項２】
前記測位手段により測位された測位結果を、慣性航法により測位された測位結果と比較し、その比較結果に応じて前記重み付けに用いる係数を更新する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
【請求項３】
前記データの鮮度は、該データの直近の更新時点からの経過時間に基づいて算出される、請求項１又は２に記載の移動体用測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−９８０９９（Ｐ２００９−９８０９９Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７２４５９（Ｐ２００７−２７２４５９）
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【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２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]