衛星信号捕捉方法及び受信装置
【課題】衛星信号の捕捉を適切に行うための新たな手法の提案。
【解決手段】ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号を用いて、第１のドップラー周波数である仮ドップラー周波数を算出する。そして、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果を用いて慣性航法演算を行う慣性航法装置の算出結果と、仮ドップラー周波数とを用いて、第２のドップラー周波数である補助ドップラー周波数を算出する。そして、補助ドップラー周波数を用いてドップラー周波数を算出して、ＧＰＳ衛星信号を捕捉・追尾する。
【解決手段】ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号を用いて、第１のドップラー周波数である仮ドップラー周波数を算出する。そして、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果を用いて慣性航法演算を行う慣性航法装置の算出結果と、仮ドップラー周波数とを用いて、第２のドップラー周波数である補助ドップラー周波数を算出する。そして、補助ドップラー周波数を用いてドップラー周波数を算出して、ＧＰＳ衛星信号を捕捉・追尾する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星信号捕捉方法及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から位置算出装置までの擬似距離等の情報に基づいて位置算出装置の位置座標と時計誤差とを求める位置算出計算を行う。
【０００３】
衛星信号を利用した測位システムを単独で用いた場合には、種々の誤差要因によって位置算出の正確性が低下するという問題があり、位置算出の正確性を向上させるための様々な技術が考案されている。例えば、特許文献１には、加速度計を搭載した飛翔体において、加速度計の計測結果をＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾回路に反映させて、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
加速度センサーを搭載した移動体に特許文献１の技術をそのまま適用した場合は、以下のようになる。すなわち、加速度センサーにより検出された加速度を積分して速度を算出する。そして、測位用衛星の速度に対する移動体の相対速度と、移動体から測位用衛星に向かう視線方向とを用いてドップラー周波数を算出し、算出したドップラー周波数を、衛星信号を追尾するためのループ回路（典型的にはＰＬＬ（Phase Lock Loop）回路）に反映させる。
【０００６】
ドップラー周波数を正しく求めることができれば、衛星信号の捕捉・追尾を適切に行うことができる。しかし、ドップラー周波数を正しく求めることができるか否かは、加速度センサーの検出精度と、測位用信号を利用した位置算出の精度とに依存する。加速度センサーの検出精度が低ければ、ドップラー周波数を算出するために必要な速度が正しく求まらず、位置算出の精度が低ければ、ドップラー周波数を算出するために必要な視線方向が正しく求まらないためである。
【０００７】
近年では、小型で安価な加速度センサーとして、半導体の微細加工技術を応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサーが種々の民生機器に搭載されている。ＭＥＭＳセンサーは、小型、軽量、安価、低消費電力といった利点を有するが、その反面、衝撃や振動、温度変化といった外界の影響を受け易い欠点を有する。そのため、温度変化や振動といった外界の影響に起因して、加速度センサーの検出結果には大きな誤差が含まれ得る。また、マルチパス環境や弱電界環境といった衛星信号の受信環境や、受信信号の信号強度、測位用衛星の衛星配置といった種々の要因により、位置算出の精度も大きく低下する場合がある。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、衛星信号の捕捉を適切に行うための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置が行う衛星信号捕捉方法であって、前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出することと、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出することと、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、を含む衛星信号捕捉方法である。
【００１０】
また、他の形態として、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置であって、前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出する第１のドップラー算出部と、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出する第２のドップラー算出部と、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、を備えた受信装置を構成してもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、測位用衛星からの衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出するとともに、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出する。そして、第２のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。
【００１２】
衛星信号の受信信号を用いて算出した第１のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉するという単純な手法ではなく、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、第１のドップラー周波数とを用いて算出した第２のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉することとした。これにより、第１のドップラー周波数よりも正確性の高い第２のドップラー周波数を用いて、衛星信号の捕捉を適切に行うことができる。
【００１３】
また、第２の形態として、第１の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記センサー部の計測結果を用いて位置を算出することと、前記第１のドップラー周波数を用いて仮位置を算出することと、前記仮位置を用いて前記位置を補正することと、を更に含み、前記第２のドップラー周波数を算出することは、前記補正された位置における前記測位用衛星への視線方向と、前記計測結果とを用いて前記第２のドップラー周波数を算出することを含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１４】
この第２の形態によれば、センサー部の計測結果を用いて算出した位置を、第１のドップラー周波数を用いて算出した仮位置を用いて補正することで、より正確な位置を求めることができる。そして、当該位置を用いることで、測位用衛星への視線方向が正しく求まり、算出される第２のドップラー周波数の正確性が向上する。
【００１５】
また、第３の形態として、第１の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記第２のドップラー周波数を算出することは、前記センサー部の計測結果と、前記測位用衛星への視線方向とを用いて、第３のドップラー周波数を算出することと、前記第１のドップラー周波数と前記第３のドップラー周波数とを合成して、前記第２のドップラー周波数を算出することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１６】
この第３の形態によれば、センサー部の計測結果と、測位用衛星への視線方向とを用いて、第３のドップラー周波数を算出する。そして、第１のドップラー周波数と第３のドップラー周波数とを合成する。このように異なる手法で算出したドップラー周波数を合成することで、ドップラー周波数をより正確に求めることができる。
【００１７】
また、第４の形態として、第３の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記第３のドップラー周波数を算出することは、前記センサー部により計測された加速度と前記視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量を算出することと、前記ドップラー周波数の変化量を積算することで前記第３のドップラー周波数を算出することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１８】
この第４の形態によれば、センサー部により計測された加速度と、測位用衛星への視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量を算出する。そして、ドップラー周波数の変化量を積算することで、第３のドップラー周波数を算出する。例えば、所定の計測時間間隔で計測される加速度を用いて所定期間におけるドップラー周波数の変化量を算出し、当該ドップラー周波数の変化量を積算していくことで、第３のドップラー周波数を適切に求めることができる。
【００１９】
また、第５の形態として、第３又は第４の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記合成することは、前記第３のドップラー周波数の重み付けを前記第１のドップラー周波数よりも大きくして合成することを含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００２０】
この第５の形態によれば、第３のドップラー周波数の重み付けを第１のドップラー周波数よりも大きくして合成することで、第３のドップラー周波数を信用・重視して第２のドップラー周波数を算出することができる。
【００２１】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅でループフィルター処理する第１のループフィルター処理を実行することと、前記衛星信号の受信信号を前記第１のループ帯域幅よりも狭い第２のループ帯域幅でループフィルター処理する第２のループフィルター処理を実行することと、前記第２のループフィルター処理の処理結果と、前記第２のドップラー周波数とを用いて、第４のドップラー周波数を算出することと、を更に含み、前記第１のドップラー周波数を算出することは、前記第１のループフィルター処理を実行して前記第１のドップラー周波数を算出することを含み、前記捕捉することは、前記第４のドップラー周波数を用いて捕捉することを含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００２２】
この第６の形態によれば、衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅でループフィルター処理する第１のループフィルター処理を実行することで、第１のドップラー周波数を算出する。その一方で、衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅よりも狭い第２のループ帯域幅でループフィルター処理する第２のループフィルター処理を実行する。そして、第２のループフィルター処理の処理結果と、第２のドップラー周波数とを用いて、第４のドップラー周波数を算出し、当該第４のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。
【００２３】
第１のループフィルター処理よりもループ帯域幅を狭くして第２のループフィルター処理を実行することで、ドップラー周波数算出の精度が向上する。それに加えて、第２のループフィルターの処理結果と、第２のドップラー周波数とを用いることで、第４のドップラー周波数を第１のドップラー周波数よりも高精度に求めることができる。そして、第４のドップラー周波数を用いることで、衛星信号捕捉をより確実に行うことができる。
【００２４】
また、第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記捕捉することは、信号強度が高い条件として定められた所定の高強度条件を満たす衛星信号については、前記第１のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、前記高強度条件を満たさない衛星信号については、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００２５】
この第７の形態によれば、信号強度が高い条件として定められた所定の高強度条件を満たす衛星信号については、第１のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。それに対して、信号強度が高強度条件を満たさない衛星信号については、第２のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。これにより、衛星信号捕捉に係る処理負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の位置算出システムのシステム構成の一例を示す図。
【図２】第２の位置算出システムのシステム構成の一例を示す図。
【図３】カーナビゲーション装置の機能構成の一例を示すブロック図。
【図４】ベースバンド処理回路部の回路構成の一例を示す図。
【図５】ＩＮＳ部の機能構成の一例を示す図。
【図６】仮メジャメントデータのデータ構成の一例を示す図。
【図７】メジャメントデータのデータ構成の一例を示す図。
【図８】補助ドップラーデータのデータ構成の一例を示す図。
【図９】第１のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】第１のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】第２実施例におけるベースバンド処理回路部の記憶部のデータ構成の一例。
【図１２】ドップラー積算用データのデータ構成の一例を示す図。
【図１３】第２実施例におけるＩＮＳ部の記憶部のデータ構成の一例。
【図１４】第２のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図１５】補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１６】第２のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャート。
【図１７】強電界環境における実験結果の一例を示す図。
【図１８】弱電界環境における実験結果の一例を示す図。
【図１９】マルチパス環境における実験結果の一例を示す図。
【図２０】第３のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図２１】第４のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図２２】第２の補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
【００２８】
１．原理
先ず、本実施形態における位置算出の原理について説明する。本実施形態は、衛星測位システムの一種であるＧＰＳ（Global Positioning System）と、慣性航法システムの一種であるＩＮＳ（Inertial Navigation System）とを併用して、移動体の位置算出を行う実施形態である。
【００２９】
本実施形態の主要な目的は位置算出であるが、位置算出を実現するために加速度や速度も併せて算出する。加速度及び速度は、方向及び大きさを持っている。そのため、本明細書では、加速度及び速度を、それぞれ「加速度ベクトル」及び「速度ベクトル」として説明する。ここで「ベクトル」とは、方向及び大きさを表す便宜上の用語である。方向及び大きさを表す表現としては、例えば直交座標系や球座標系における各軸の値としてもよいことは勿論であるが、何れの表記法をとったとしても「ベクトル」と等価であることは自明である。従って、本明細書においては、方向及び大きさの両方を表す用語として「ベクトル」を用いる。
【００３０】
１−１．第１の位置算出方法
図１は、本実施形態における第１の位置算出方法を実現するための第１の位置算出システム１のシステム構成の一例を示す図である。第１の位置算出システム１は、ＧＰＳ受信部１Ａと、ＩＮＳ部２Ａと、加速度センサー３Ａと、ジャイロセンサー３Ｂとを備えて構成される。
【００３１】
ＧＰＳ受信部１Ａは、測位用衛星の一種であるＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信して位置・速度算出を行う機能部である。ＧＰＳ衛星信号は、拡散符号の一種であるＣＡ（Coarse and Acquisition）コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって変調された搬送波周波数が１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＣＡ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り、ＧＰＳ衛星毎に異なるものである。
【００３２】
ＧＰＳ受信部１Ａは、ＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信する不図示のＲＦ受信回路部によって受信された受信キャリア信号からキャリア（搬送波）を除去するキャリア除去、及び、キャリアが除去された受信コード信号とレプリカコードとの相関演算を行って、ＧＰＳ衛星信号を捕捉する。レプリカコードは、装置内部で発生させた擬似的なＣＡコードである。詳細には、時間（位相）の異なるＥａｒｌｙ，Ｐｒｏｍｐｔ，Ｌａｔｅの３種類のレプリカコードを生成する。そして、受信信号と３種類のレプリカコードそれぞれとの相関演算を行う。
【００３３】
ＧＰＳ受信部１Ａは、相関演算で得られた相関値を用いてメジャメント情報を算出・取得する。メジャメント情報とは、位置算出や速度算出を行うために用いられる衛星信号に関する諸量である。本実施形態では、「コード位相」と「ドップラー周波数」との２種類の諸量がメジャメント情報に含まれるものとして説明する。
【００３４】
コード位相は、受信したＣＡコードの位相であり、ＧＰＳ衛星との間の擬似距離を算出するために使用される。ドップラー周波数は、ＧＰＳ衛星との相対的な位置関係が変化することで生ずる受信周波数のキャリア周波数からのずれであり、ＧＰＳ衛星との間の相対速度を算出するために使用される。
【００３５】
ＧＰＳ受信部１Ａは、仮捕捉・追尾部１１及び仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２でなる第１の系統と、捕捉・追尾部１３及びＧＰＳ位置・速度算出部１４でなる第２の系統との２つの系統を有する。第１の系統は、仮のＧＰＳデータである「仮ＧＰＳデータ」を算出するための系統である。仮ＧＰＳデータとは、ＩＮＳ部２Ａに提供することを目的として算出されるデータであり、最終的な出力結果とするＧＰＳデータとは異なるものである。仮ＧＰＳデータは、ＩＮＳ部２Ａに提供するための中間データであるとも言える。
【００３６】
仮捕捉・追尾部１１には、仮コード位相算出部１１１と仮ドップラー算出部１１３とが含まれる。本実施形態では、仮コード位相算出部１１１により算出されるコード位相を「仮コード位相」と称し、仮ドップラー算出部１１３により算出されるドップラー周波数を「仮ドップラー周波数」と称する。そして、これらを包括的に「仮メジャメント情報」と称する。
【００３７】
それに対して、第２の系統は、最終的な出力結果とする「ＧＰＳデータ」を算出するための系統である。ＧＰＳデータは、最終的に出力するための最終データであるとも言える。捕捉・追尾部１３には、コード位相算出部１３１とドップラー算出部１３３とが含まれる。本実施形態では、コード位相算出部１３１により算出されるコード位相を「コード位相」と称し、ドップラー算出部１３３により算出されるドップラー周波数を「ドップラー周波数」と称する。そして、これらを包括的に「メジャメント情報」と称する。
【００３８】
仮コード位相算出部１１１及びコード位相算出部１３１は、受信コード信号とレプリカコードとの相関演算をレプリカコードの位相をずらしながら行い、その相関演算結果に対するピーク判定を行ってコード位相を算出する。
【００３９】
仮ドップラー算出部１１３及びドップラー算出部１３３は、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号を用いてドップラー周波数を算出する。ドップラー周波数の算出は、種々の手法により実現することができる。１つの手法としては、キャリア除去用信号の周波数を変化させながら、受信キャリア信号からキャリアを除去する。そして、キャリアが除去された受信コード信号とレプリカコードとの相関演算を行い、相関演算結果を積算することで得られる相関積算値に対するピーク判定を行う。これは、周波数方向の相関演算（周波数サーチ）を行うことに相当する。相関積算値のピークに対応するキャリア除去用信号の周波数とキャリア周波数との差が、求めたいドップラー周波数となる。
【００４０】
また、他の手法として、ＧＰＳ衛星信号の受信信号をループフィルター処理することでドップラー周波数を算出する手法もある。ループフィルター処理は、キャリアの追尾を行うために、制御対象の動作をフィードバック制御する処理として実現される。この場合は、例えばキャリア除去用信号を生成する数値制御発振器（ＮＣＯ（Numerical Controlled Oscillator））が制御対象となる。
【００４１】
ループフィルター処理は、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）処理やＦＬＬ（Frequency Lock Loop）処理、インコヒーレント積算処理といった処理や、これらの処理の組合せによって実現可能である。本実施形態では、一例として、ループフィルター処理によってドップラー周波数を算出する場合について説明する。
【００４２】
仮ドップラー算出部１１３は、仮ループフィルター処理部を機能部として有し、ＧＰＳ衛星信号の受信信号を仮ループ帯域幅（第１のループ帯域幅）で仮ループフィルター処理して仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）を算出する。仮ループ帯域幅は、例えば“４Ｈｚ”といった値が設定される。仮ドップラー算出部１１３により算出される仮ドップラー周波数は、第１のドップラー周波数に相当する。
【００４３】
ドップラー算出部１３３は、ループフィルター処理部を機能部として有し、ＧＰＳ衛星信号の受信信号を仮ループ帯域幅（第１のループ帯域幅）よりも狭いループ帯域幅（第２のループ帯域幅）でループフィルター処理する。そして、ループフィルター処理の処理結果と、後述する補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）とを用いて、最終的なドップラー周波数を算出する。ループ帯域幅は仮ループ帯域幅より狭く、例えば“１Ｈｚ”といった値が設定される。ドップラー算出部１３３により算出されるドップラー周波数は、第４のドップラー周波数に相当する。
【００４４】
仮ループフィルター処理及びループフィルター処理は、受信キャリア信号の周波数に合致させるようにキャリア除去用信号の周波数を制御するループ処理である。キャリア除去用信号は受信キャリア信号の周波数と同一の周波数でなるが、受信キャリア信号の周波数はドップラー等の影響により変動する。そのため追従させるのである。
【００４５】
キャリア除去用信号は、例えばＮＣＯにより生成される。仮ループフィルター処理及びループフィルター処理は、このＮＣＯによる発振周波数を調整することで、キャリア除去用信号の周波数を受信キャリア信号の周波数に追従させる。従って、仮ループフィルター処理及びループフィルター処理は、ドップラー周波数を算出する処理とも言える。なお、受信キャリア信号は、ＲＦ受信回路部で中間周波数に変換される場合もあるが、周波数が異なるだけで、仮ループフィルター処理及びループフィルター処理の処理内容は同じである。
【００４６】
より具体的には、受信キャリア信号の周波数“ω”は、キャリア周波数“ωc”とドップラー周波数“ωd”との和で表すことができる（ω＝ωc＋ωd）。ＮＣＯを制御する際には、例えばキャリア周波数“ωc”を基準としてキャリア除去用信号の周波数を微小量ずつ変化させ、受信キャリア信号の周波数とキャリア除去用信号の周波数との差を小さくするように制御する。上記の式によれば、受信キャリア信号の周波数とキャリア除去用信号との周波数差はドップラー周波数“ωd”に相当するため、ループフィルター処理を行うことは、ドップラー周波数を算出することと等価であると言える。
【００４７】
仮捕捉・追尾部１１は、仮コード位相算出部１１１により算出された仮コード位相と、仮ドップラー算出部１１３により算出された仮ドップラー周波数とを、仮メジャメント情報として仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２に出力する。そして、仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２は、仮メジャメント情報を用いて位置及び速度ベクトルを算出する。位置の算出はコード位相を用いた位置算出計算により実現し、速度ベクトルの算出はドップラー周波数を用いた速度算出計算により実現することができる。なお、これらの計算は従来公知であるため、数式等を用いた説明は省略する。
【００４８】
仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２は、算出した位置及び速度ベクトルを仮位置及び仮速度ベクトルとし、仮ＧＰＳデータとしてＩＮＳ部２Ａに出力する。
【００４９】
ＩＮＳ部２Ａは、慣性航法システム（慣性航法装置）として知られる機能部であり、加速度センサー３Ａを少なくとも含むセンサー部の計測結果を利用して、所定の慣性航法演算を行って位置及び速度ベクトルを算出する。慣性航法演算では、加速度センサー３Ａの計測結果を用いて速度ベクトルを算出し、当該速度ベクトルから移動方向及び移動距離を求めて、位置を新たに算出・更新する。また、ＩＮＳ部２Ａは、算出した位置及び速度ベクトルと、ＧＰＳ受信部１Ａから取得した仮位置及び仮速度ベクトルとを用いて、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。そして、算出した補助ドップラー周波数を、ＧＰＳ受信部１Ａに出力する。
【００５０】
加速度センサー３Ａは位置算出システムに固定的に設置され、システム自身を基準としたローカルな座標系（以下、「ローカル座標系」と称する。）における加速度を計測して出力する。慣性航法演算において求めたいのは、通常は地球表面といった慣性航法演算を行うための絶対的な座標系（以下、「絶対座標系」と称する。）における加速度である。このことを考慮して、本実施形態では、加速度センサー３Ａにより計測された加速度を絶対座標系における加速度に変換する。
【００５１】
ローカル座標系から絶対座標系への座標変換は、システム自身の移動方向や姿勢の情報を用いて実現することができる。移動方向や姿勢は、方位センサーやジャイロセンサーといった慣性センサーの計測結果を用いて算出可能である。本実施形態では、一例として、ジャイロセンサー３Ｂの計測結果を利用して加速度センサー３Ａの計測結果を座標変換する場合について説明する。
【００５２】
以下の説明では、ローカル座標系における角速度及び加速度を「ローカル角速度」及び「ローカル加速度」と称する。なお、加速度は向き及び大きさを持つため、ローカル加速度は正確には「ローカル加速度ベクトル」である。また、絶対座標系における加速度ベクトルを「絶対座標加速度ベクトル」と称する。
【００５３】
ＩＮＳ部２Ａは、姿勢算出部２１と、座標変換部２３と、ＩＮＳ位置・速度算出部２５と、ＩＮＳ位置・速度補正部２７と、補助ドップラー算出部２９とを機能部として有する。
【００５４】
姿勢算出部２１は、ジャイロセンサー３Ｂから出力されるローカル角速度を積分し、その積分結果を継ぎ足し処理することで最新の姿勢角を算定する。ここで、「積分」とは、所定時間分の値を累積的に加算することを意味する。また、「継ぎ足す」とは、積分により得られた結果を最後に更新した結果に足し合わせることを意味する。
【００５５】
より具体的には、姿勢算出部２１は、所定時間の間に検出されたローカル角速度を「積分」することで、その所定時間の間の姿勢角の変化方向及び変化量を算出する。所定時間は角速度の検出時間間隔よりも長く設定され、通常は一定時間とされる。例えば、所定時間を１００ミリ秒とし、角速度の検出時間間隔（より正確にはジャイロセンサーから出力された信号のサンプリング時間間隔）が１〜１０ミリ秒の間で適宜調整されるとした場合には、検出時間間隔がいくつであろうとも、必ず、１００ミリ秒毎に移動体の姿勢角の変化方向及び変化量を算出することとなる。そして、１００ミリ秒毎に算出される姿勢角の変化方向及び変化量（すなわち積分結果）を、最後に更新した姿勢角に「継ぎ足す」ことで、最新の姿勢角を算出する。以下、この最新の姿勢角によって定まる最新の姿勢のことを「算定姿勢」と称する。
【００５６】
座標変換部２３は、姿勢算出部２１により算出された算定姿勢に基づいて、加速度センサー３Ａの計測結果であるローカル加速度ベクトルを絶対座標加速度ベクトルに変換する座標変換処理を行う。
【００５７】
より具体的には、座標変換部２３は、姿勢角を用いてローカル座標系から絶対座標系への座標変換行列を算出し、当該座標変換行列を用いてローカル加速度ベクトルを絶対座標加速度ベクトルに変換する。ローカル座標系から絶対座標系への座標変換行列は従来公知であるため、数式等を用いた説明は省略する。
【００５８】
ＩＮＳ位置・速度算出部２５は、座標変換部２３により変換された絶対座標加速度ベクトルを積分及び継ぎ足し処理して速度ベクトルを算出する。また、算出した速度ベクトルを前回（最新）の位置に加算することで、新たに位置を算出・更新する。
【００５９】
ＩＮＳ位置・速度補正部２７は、仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２から取得した仮位置及び仮速度ベクトルを用いて、ＩＮＳ位置・速度算出部２５により算出された位置及び速度ベクトルを補正する。補正方法は適宜設定可能であるが、例えば、カルマンフィルターを利用した補正を適用することができる。
【００６０】
カルマンフィルターは、求めたいシステムの状態に対する予測処理（時刻更新）と補正処理（観測更新）とを繰り返し行って、尤もらしい状態を推定する手法である。この場合は、推定対象とする状態推定値をシステムの位置及び速度ベクトルとする。そして、例えば、予測処理においては、ＩＮＳ位置・速度算出部２５により算出された位置及び速度ベクトルを考慮して状態推定値の予測を行う。また、補正処理においては、ＧＰＳ受信部１Ａから取得した仮位置及び仮速度ベクトルを観測値（外部観測量）として用いて、予測した状態推定値を補正する。なお、カルマンフィルターは従来公知であるため、数式等を用いた説明は省略する。
【００６１】
また、他の補正方法として平均化処理を利用した補正を行うこととしてもよい。例えば、ＩＮＳ位置・速度算出部２５により算出された位置及び速度ベクトルと、仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２により算出された仮位置及び仮速度ベクトルとの単純な算術平均を行ってもよい。また、何れか一方の重み付けを高くして加重平均を行ってもよい。例えば、位置・速度ベクトルの重み付けを“９９％”に、仮位置・仮速度ベクトルの重み付けを“１％”にそれぞれ設定して、ＧＰＳの結果が１％だけ反映されるように補正してもよい。
【００６２】
補助ドップラー算出部２９は、ＩＮＳ位置・速度補正部２７により補正された位置及び速度ベクトルを用いて、補助ドップラー周波数を算出する。この補助ドップラー周波数は、第２のドップラー周波数に相当する。
【００６３】
補助ドップラー算出部２９は、ＩＮＳ位置・速度補正部２７により補正された最新の位置と、衛星軌道情報から求まる最新の衛星位置とを用いて、ＧＰＳ衛星に向かう視線方向を算出する。また、ＩＮＳ位置・速度補正部２７により補正された最新の速度ベクトルと、衛星軌道情報から求まる最新の衛星速度ベクトルとを用いて、ＧＰＳ衛星との間の相対速度ベクトルを算出する。そして、相対速度ベクトルを視線方向に投影して周波数に換算することで補助ドップラー周波数を求める。補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）は、ドップラー算出部１３３に出力される。
【００６４】
ＧＰＳ受信部１Ａは、ＩＮＳ部２Ａから取得した補助ドップラー周波数を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。補助ドップラー周波数は、ＧＰＳ衛星信号を捕捉するために用いられるドップラー周波数であり、ＩＮＳ部２Ａから提供されるアシスト情報であるとも言える。
【００６５】
本実施形態では、ドップラー算出部１３３は、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号に対するループフィルター処理を実行する。そして、ドップラー算出部１３３は、ループフィルター処理の処理結果と、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。
【００６６】
捕捉・追尾部１３は、コード位相算出部１３１により算出されたコード位相と、ドップラー算出部１３３により算出・補正されたドップラー周波数とを、メジャメント情報としてＧＰＳ位置・速度算出部１４に出力する。
【００６７】
ＧＰＳ位置・速度算出部１４は、捕捉・追尾部１３から取得したメジャメント情報を用いて位置及び速度ベクトルを算出する。そして、算出した位置及び速度ベクトルを、最終結果であるＧＰＳデータとして出力する。
【００６８】
１−２．第２の位置算出方法
図２は、本実施形態における第２の位置算出方法を実現するための第２の位置算出システム２のシステム構成の一例を示す図である。なお、第１の位置算出システム１と同一の機能部については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
第２の位置算出システム２も、ドップラー周波数をより正確に求めてＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を行う点では第１の位置算出システム１と共通する。第１の位置算出システム１では、ＧＰＳの算出結果をＩＮＳの算出結果に反映させて補助ドップラー周波数を算出した後、補助ドップラー周波数をＧＰＳにフィードバックして、最終的なドップラー周波数の算出に用いた。すなわち、ＧＰＳとＩＮＳとのカップリングによって位置及び速度ベクトルを正しく求め、これを介して補助ドップラー周波数を間接的に求めていた。
【００７０】
それに対して、第２の位置算出システム２では、位置及び速度ベクトルを介して補助ドップラー周波数を求めるのではなく、ＩＮＳの算出結果をＧＰＳの算出結果に反映させて補助ドップラー周波数を算出する点が異なる。つまり、補助ドップラー周波数を算出する点は同じであるが、ＩＮＳとＧＰＳとのカップリングによって位置及び速度ベクトルを求めてから間接的に補助ドップラー周波数を求めるのではなく、ＩＮＳとＧＰＳとのカップリングによって直接的に補助ドップラー周波数を求めるものである。
【００７１】
第２の位置算出システム２は、ＧＰＳ受信部１ＢとＩＮＳ部２Ｂとを備える。ＧＰＳ受信部１Ｂは、捕捉・追尾部１５と、ＧＰＳ位置・速度算出部１４とを機能部として有する。また、捕捉・追尾部１５は、仮ドップラー算出部１１３と、コード位相算出部１３１と、ドップラー算出部１３３と、視線方向算出部１５１と、ドップラー変化量算出部１５３と、ドップラー積算部１５５と、補助ドップラー算出部１５７とを含む。
【００７２】
視線方向算出部１５１は、ＧＰＳ位置・速度算出部１４により算出された最新の位置と、衛星軌道情報から求まるＧＰＳ衛星の最新の衛星位置とを用いて、ＧＰＳ衛星に向かう視線方向を算出する。視線方向はドップラー変化量算出部１５３に出力される。
【００７３】
ドップラー変化量算出部１５３は、ＩＮＳ部２Ｂから出力される所定時間分の絶対座標加速度ベクトルを積分して、当該所定時間における速度ベクトルの変化量を算出する。そして、算出した速度ベクトルの変化量と、衛星軌道情報から求まる衛星速度ベクトルの変化量と、視線方向算出部１５１により算出された視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量（以下、「ドップラー変化量」と称す。）を算出する。ドップラー変化量はドップラー積算部１５５に出力される。
【００７４】
ドップラー積算部１５５は、ドップラー変化量算出部１５３により算出されたドップラー変化量を、補助ドップラー算出部１５７により算出された最新の補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）に継ぎ足すことで、積算ドップラー周波数を算出する。積算ドップラー周波数は補助ドップラー算出部１５７に出力される。積算ドップラー周波数は、第３のドップラー周波数に相当する。
【００７５】
補助ドップラー算出部１５７は、仮ドップラー算出部１１３により算出された仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）と、ドップラー積算部１５５により算出された積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）とを合成して、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。
【００７６】
ドップラー周波数を合成する際の重み付けは適宜設定可能である。本実施形態では、積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）の重み付けを仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）よりも大きくして合成する。積算ドップラー周波数は、最新の補助ドップラー周波数にドップラー変化量を継ぎ足すことで求められる精細なドップラー周波数であり、仮ドップラー周波数よりも信頼性が高いと考えられるためである。例えば、合成比率を仮ドップラー周波数：積算ドップラー周波数＝１：９９とし、仮ドップラー周波数が１％だけ反映されるように合成する。
【００７７】
ドップラー算出部１３３は、ループフィルター処理の処理結果と、補助ドップラー算出部１５７により算出された補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。そして、捕捉・追尾部１５は、コード位相算出部１３１により算出されたコード位相と、ドップラー算出部１３３により算出されたドップラー周波数とをメジャメント情報として、ＧＰＳ位置・速度算出部１４に出力する。
【００７８】
ＧＰＳ位置・速度算出部１４は、捕捉・追尾部１５から取得したメジャメント情報を用いて、位置及び速度ベクトルを算出する。そして、これらのデータを最終的なＧＰＳデータとして出力する。
【００７９】
２．実施例
次に、原理で説明した位置算出システムを適用した電子機器の実施例について説明する。ここでは、移動体の一種である四輪自動車に搭載されるカーナビゲーション装置を一例として説明する。
【００８０】
図３は、各実施例に共通するカーナビゲーション装置１０００の機能構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置１０００は、ＧＰＳアンテナ５０と、ＧＰＳ受信部１００と、ＩＮＳ部２００と、ＩＭＵ部３００と、ホスト処理部４００と、操作部５００と、表示部６００と、音出力部７００と、時計部８００と、記憶部９００とを備えて構成される。
【００８１】
ＧＰＳアンテナ５０は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号を受信するアンテナであり、受信信号をＧＰＳ受信部１００に出力する。
【００８２】
ＧＰＳ受信部１００は、ＧＰＳアンテナ５０から出力されたＧＰＳ衛星信号の受信信号を処理する回路部であり、いわゆるＧＰＳ受信装置に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部１００は、ＲＦ受信回路部１１０と、ベースバンド処理回路部１２０とを備えて構成される。なお、ＲＦ受信回路部１１０と、ベースバンド処理回路部１２０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。
【００８３】
ベースバンド処理回路部１２０は、ＲＦ受信回路部１１０から出力された受信信号に対して、キャリア除去や相関演算等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉する。そして、ＧＰＳ衛星信号から取り出した衛星軌道データや時刻データ等を用いて、自動車の位置及び速度ベクトルを算出し、その算出結果をホスト処理部４００に出力する。
【００８４】
図４は、ベースバンド処理回路部１２０の回路構成の一例を示す図であり、本実施例に係わる回路ブロックを中心に記載した図である。ベースバンド処理回路部１２０は、第１の系統回路部１３０と、第２の系統回路部１４０と、処理部１５０と、記憶部１６０とを備えて構成される。
【００８５】
第１の系統回路部１３０は、第１の乗算部１３０１と、第１のキャリア除去用信号発生部１３０３と、第１の相関演算部１３０５と、第１のレプリカコード発生部１３０７とを有する。また、第２の系統回路部１４０は、第２の乗算部１４０１と、第２のキャリア除去用信号発生部１４０３と、第２の相関演算部１４０５と、第２のレプリカコード発生部１４０７とを有する。
【００８６】
第１及び第２の乗算部１３０１，１４０１は、第１及び第２のキャリア除去用信号発生部１３０３，１４０３によりそれぞれ生成・発生された第１及び第２のキャリア除去用信号を受信キャリア信号に乗算することで、受信キャリア信号のキャリア周波数成分を除去して受信コード信号を復調する回路部であり、乗算器等を有して構成される。
【００８７】
第１及び第２のキャリア除去用信号発生部１３０３，１４０３は、受信キャリア信号の周波数に対応する周波数のキャリア除去用信号を生成する回路であり、キャリアＮＣＯ等の発振器を有して構成される。第１及び第２のキャリア除去用信号発生部１３０３，１４０３は、処理部１５０から出力される仮ドップラー周波数及びドップラー周波数に基づく信号を生成・発生させて、第１及び第２の乗算部１３０１，１４０１にそれぞれ出力する。
【００８８】
なお、ＲＦ受信回路部１１０から出力される信号がＩＦ信号である場合には、ＩＦ周波数のキャリア除去用信号を生成する。このように、ＲＦ受信回路部１１０が受信信号をＩＦ信号にダウンコンバージョンする場合も、本実施例は実質的に同一に適用可能である。
【００８９】
第１及び第２の相関演算部１３０５，１４０５は、それぞれ第１及び第２の乗算部１３０１，１４０１から出力される受信コード信号と、第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７により生成・発生されるレプリカコードとの相関演算を行う回路部であり、複数の相関器（コリレーター）等を有して構成される。
【００９０】
第１及び第２の相関演算部１３０５，１４０５は、受信信号のＩＱ成分それぞれに対して、第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７から入力したレプリカコードとの相関演算を行う。なお、受信信号のＩＱ成分の分離（ＩＱ分離）を行う回路ブロックについては図示を省略するが、任意の回路ブロックを適用可能である。例えば、ＲＦ受信回路部１１０において受信信号をＩＦ信号にダウンコンバージョンする際に、位相が９０度異なる局部発振信号を受信信号に乗算することでＩＱ分離を行う構成とすることが考えられる。
【００９１】
第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７は、ＣＡコードを模擬したレプリカコードを生成・発生する回路部であり、コードＮＣＯ等の発振器を有して構成される。第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７は、処理部１５０から指示されたＰＲＮ番号（衛星番号）に応じたレプリカコードを、処理部１５０から指示された位相遅延量（時間）に応じて遅延させて、第１及び第２の相関演算部１３０５，１４０５にそれぞれ出力する。
【００９２】
処理部１５０は、記憶部１６０に記憶されている各種プログラムに従って、ＲＦ受信回路部１１０乃至ベースバンド処理回路部１２０の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。
【００９３】
記憶部１６０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾処理やＧＰＳ位置・速度算出処理といった各種処理を実行するためのプログラムやデータ等を記憶している。また、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有する。
【００９４】
図３の機能ブロックの説明に戻って、ＩＮＳ部２００は、慣性航法システム又は慣性航法装置として知られるモジュールであり、その機能構成の一例を図５に示す。ＩＮＳ部２００は、処理部２１０と、記憶部２２０とを備えて構成される。
【００９５】
ＩＭＵ部３００は、慣性計測ユニットとして知られるセンサー部であり、慣性センサーの一種である加速度センサー３Ａとジャイロセンサー３Ｂとを備えて構成される。ＩＭＵ部３００の検出結果は、ＩＮＳ部２００に随時出力される。
【００９６】
ホスト処理部４００は、カーナビゲーション装置１０００の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ等のプロセッサーを有して構成される。ホスト処理部４００は、ＧＰＳ受信部１００から出力される仮ＧＰＳデータをＩＮＳ部２００に受け渡したり、ＩＮＳ部２００から出力されるＩＮＳデータをＧＰＳ受信部１００に受け渡す役割を果たす。また、ＧＰＳ受信部１００から出力されるＧＰＳデータをもとに、自動車の現在位置を指し示した地図を表示部６００に表示させたり、ナビゲーション用の音声ガイダンスを音出力部７００から音出力させる処理を行う。
【００９７】
操作部５００は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号をホスト処理部４００に出力する。この操作部５００の操作により、目的地の入力等の各種指示入力がなされる。
【００９８】
表示部６００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホスト処理部４００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６００には、ナビゲーション画面等が表示される。
【００９９】
音出力部７００は、スピーカー等により構成され、ホスト処理部４００から入力される音出力信号に基づいた各種音出力を行う音出力装置である。音出力部７００からは、音声ガイダンス等が音出力される。
【０１００】
時計部８００は、カーナビゲーション装置１０００の内部時計であり、水晶発振器等の発振回路を備えて構成される。時計部８００の計時時刻は、ＧＰＳ受信部１００と、ＩＮＳ部２００と、ホスト処理部４００とに随時出力される。
【０１０１】
記憶部９００は、カーナビゲーション装置１０００のシステムプログラムや、ナビゲーション機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶する記憶装置である。
【０１０２】
２−１．第１実施例
第１実施例は、「１−１．第１の位置算出方法」で説明した第１の位置算出システム１をカーナビゲーション装置１０００に適用した実施例である。
【０１０３】
２−１−１．データ構成
図４に示すように、第１実施例のベースバンド処理回路部１２０の記憶部１６０には、プログラムとして、処理部１５０により読み出され、第１のベースバンド処理（図９参照）として実行される第１のベースバンド処理プログラム１６１が記憶されている。第１のベースバンド処理プログラム１６１には、仮捕捉・追尾プログラム１６１１と、捕捉・追尾プログラム１６１３と、仮ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１５と、ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１７とがサブルーチンとして含まれる。
【０１０４】
第１のベースバンド処理とは、処理部１５０が、各捕捉対象衛星それぞれについて仮捕捉・追尾処理及び捕捉・追尾処理の２種類の処理を行って、仮メジャメント情報及びメジャメント情報を算出・取得する処理である。そして、処理部１５０は、仮メジャメント情報を用いた仮ＧＰＳ位置・速度算出処理を行って仮ＧＰＳデータを算出するとともに、メジャメント情報を用いたＧＰＳ位置・速度算出処理を行ってＧＰＳデータを算出する。第１の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。
【０１０５】
記憶部１６０には、データとして、衛星軌道データ１６３と、仮メジャメントデータ１６４と、メジャメントデータ１６５と、補助ドップラーデータ１６６と、仮ＧＰＳデータ１６７と、ＧＰＳデータ１６８と、仮ループ帯域幅１６９と、ループ帯域幅１７０とが記憶される。
【０１０６】
衛星軌道データ１６３は、全てのＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道情報を記憶したアルマナックや、各ＧＰＳ衛星それぞれについて詳細な衛星軌道情報を記憶したエフェメリス等のデータである。衛星軌道データ１６３は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号をデコードすることで取得する他、カーナビゲーション装置１０００のアシストサーバーからアシストデータとして取得することができる。
【０１０７】
仮メジャメントデータ１６４は、衛星別に仮メジャメント情報が記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図６に示す。仮メジャメントデータ１６４には、捕捉対象衛星の番号１６４１と対応付けて、時刻１６４３毎に仮メジャメント情報１６４５が時系列に記憶される。仮メジャメント情報には、仮コード位相と、仮ドップラー周波数とが含まれる。
【０１０８】
メジャメントデータ１６５は、衛星別にメジャメント情報が記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図７に示す。メジャメントデータ１６５には、捕捉対象衛星の番号１６５１と対応付けて、時刻１６５３毎にメジャメント情報１６５５が時系列に記憶される。メジャメント情報１６５５には、コード位相と、ドップラー周波数とが含まれる。
【０１０９】
補助ドップラーデータ１６６は、衛星別に補助ドップラー周波数が記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図８に示す。補助ドップラーデータ１６６には、捕捉対象衛星の番号１６６１と対応付けて、時刻１６６３毎に補助ドップラー周波数１６６５が時系列に記憶される。
【０１１０】
仮ループ帯域幅１６９は、仮ループフィルター処理を行う際の帯域幅であり、所定値（例えば４Ｈｚ）が設定されている。それに対して、ループ帯域幅１７０は、ループフィルター処理を行う際の帯域幅であり、仮ループ帯域幅よりも小さい値（例えば１Ｈｚ）が設定されている。
【０１１１】
図５に示すように、ＩＮＳ部２００の記憶部２２０には、処理部２１０により読み出され、第１のＩＮＳ処理（図１０参照）として実行される第１のＩＮＳ処理プログラム２２１と、衛星軌道データ１６３と、仮ＧＰＳデータ１６７と、ＩＮＳ位置・速度データ２２３と、補助ドップラー周波数２２５とが記憶される。衛星軌道データ１６３及び仮ＧＰＳデータ１６７は、上述した記憶部１６０のデータと同じである。
【０１１２】
第１のＩＮＳ処理とは、処理部２１０が、ＩＭＵ部３００の検出結果を利用した慣性航法演算を行って自動車の位置及び速度ベクトルを算出する処理である。そして、ＧＰＳ受信部１００から取得した仮位置及び仮速度ベクトルを用いて位置及び速度ベクトルを補正し、その補正結果を用いて補助ドップラー周波数を算出して、ＧＰＳ受信部１００に出力する。第１のＩＮＳ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。
【０１１３】
２−１−２．処理の流れ
図９は、ベースバンド処理回路部１２０の処理部１５０が、記憶部１６０に記憶された第１のベースバンド処理プログラム１６１に従って実行する第１のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【０１１４】
最初に、処理部１５０は、ホスト処理部４００を介してＩＮＳ部２００から補助ドップラー周波数のデータを取得したか否かを判定し（ステップＡ１）、取得したと判定した場合は（ステップＡ１；Ｙｅｓ）、当該補助ドップラー周波数を記憶部１６０の補助ドップラーデータ１６６に記憶・更新する（ステップＡ３）。
【０１１５】
ステップＡ３の後、又は、ステップＡ１において取得しなかったと判定した場合は（ステップＡ１；Ｎｏ）、処理部１５０は、捕捉対象衛星判定処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、時計部８００で計時されている現在時刻において、所与の基準位置の天空に位置するＧＰＳ衛星を衛星軌道データ１６３を用いて判定して、捕捉対象衛星を決定する。基準位置は、例えば、電源投入後の初回の位置算出の場合は、いわゆるサーバーアシストによってアシストサーバーから取得した位置としたり、電源切断前の最後に算出した位置とすることができる。また、２回目以降の位置算出の場合は、最新の算出位置とする等の方法で設定できる。
【０１１６】
その後、処理部１５０は、ステップＡ５で判定した各捕捉対象衛星についてループＡの処理を実行する（ステップＡ７〜Ａ１５）。ループＡの処理では、処理部１５０は、記憶部１６０に記憶された仮捕捉・追尾プログラム１６１１に従って仮捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９）。
【０１１７】
仮捕捉・追尾処理では、処理部１５０は、第１の系統回路部１３０にキャリア除去及び相関演算を行わせる。そして、第１の相関演算部１３０５から出力される相関値を所定のコヒーレント積算時間（例えば２０ミリ秒）分積算して、コヒーレント相関積算値を算出する。そして、処理部１５０は、さらにコヒーレント相関積算値を所定のインコヒーレント積算時間（例えば１秒）分積算してインコヒーレント相関積算値を算出し、当該インコヒーレント相関積算値に対するピーク判定を行って、仮コード位相を取得する。また、コヒーレント相関積算値を用いた仮ループフィルター処理を行って、仮ドップラー周波数を算出する。
【０１１８】
弱電界環境等においては、ＧＰＳ衛星信号の受信信号が弱電界の信号となるため、相関演算部により算出される相関値が総じて微小な値となり、相関値のピークが埋もれる傾向がある。この場合、算出されるメジャメント情報の正確性が低下し、位置・速度算出が適切に行われなくなるおそれがある。そこで、仮捕捉・追尾処理では、コヒーレント積算及びインコヒーレント積算の２種類の相関積算を行って、相関値のピークが顕出するようにしている。
【０１１９】
その後、処理部１５０は、記憶部１６０に記憶された捕捉・追尾プログラム１６１３に従って捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１２０】
捕捉・追尾処理では、処理部１５０は、第２の系統回路部１４０にキャリア除去及び相関演算を行わせる。そして、第２の相関演算部１４０５から出力される相関値をコヒーレント積算時間（例えば２０ミリ秒）分積算し、得られるコヒーレント相関積算値に対するピーク判定を行って、最終的なコード位相を取得する。また、コヒーレント相関積算値を用いたループフィルター処理を行い、その処理結果と、補助ドップラーデータ１６６に記憶された最新の補助ドップラー周波数とを用いて、最終的なドップラー周波数を算出する。
【０１２１】
捕捉・追尾処理では、ループフィルター処理の処理結果と、補助ドップラー周波数とを用いてドップラー周波数が算出されるため、仮捕捉・追尾処理と比べてドップラー周波数を正確に求めることができる。そこで、捕捉・追尾処理では、仮捕捉・追尾処理で行ったインコヒーレント積算を省略し、コヒーレント積算のみを行うこととした。そして、コヒーレント積算で得られるコヒーレント相関積算値を用いて、最終的なメジャメント情報を算出・取得する。
【０１２２】
全ての捕捉対象衛星についてステップＡ９及びＡ１１の処理を行った後、処理部１５０は、ループＡの処理を終了する（ステップＡ１５）。その後、処理部１５０は、データの出力タイミングであれば（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、仮ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１５に従って仮ＧＰＳ位置・速度算出処理を行う（ステップＡ１９）。また、処理部１５０は、ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１７に従ってＧＰＳ位置・速度算出処理を行う（ステップＡ２１）。
【０１２３】
その後、処理部１５０は、仮ＧＰＳ位置・速度算出処理及びＧＰＳ位置・速度算出処理の算出結果で記憶部１６０の仮ＧＰＳデータ１６７及びＧＰＳデータ１６８を更新する（ステップＡ２３）。そして、処理部１５０は、仮ＧＰＳデータ１６７及びＧＰＳデータ１６８をホスト処理部４００に出力する（ステップＡ２５）。仮ＧＰＳデータ１６７は、ホスト処理部４００を介してＩＮＳ部２００に提供される。
【０１２４】
ステップＡ２５の後、又は、ステップＡ１７において出力タイミングではないと判定した場合は（ステップＡ１７；Ｎｏ）、処理部１５０は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＡ２７）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ２７；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ２７；Ｙｅｓ）、第１のベースバンド処理を終了する。
【０１２５】
図１０は、ＩＮＳ部２００の処理部２１０が、記憶部２２０に記憶された第１のＩＮＳ処理プログラム２２１に従って実行する第１のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャートである。
【０１２６】
最初に、処理部２１０は、ホスト処理部４００を介してＧＰＳ受信部１００から仮ＧＰＳデータ１６７を取得したか否かを判定し（ステップＢ１）、取得したと判定した場合は（ステップＢ１；Ｙｅｓ）、記憶部２２０の仮ＧＰＳデータ１６７を記憶・更新する（ステップＢ３）。
【０１２７】
ステップＢ３の後、又は、ステップＢ１において取得しなかったと判定した場合は（ステップＢ１；Ｎｏ）、処理部２１０は、ジャイロセンサー３Ｂにより検出されたローカル角速度を積分及び継ぎ足し処理して姿勢角を算出する（ステップＢ５）。そして、処理部２１０は、加速度センサー３Ａにより検出されたローカル加速度ベクトルを座標変換して、絶対座標加速度ベクトルを算出する（ステップＢ７）。
【０１２８】
次いで、処理部２１０は、絶対座標加速度ベクトルを積分及び継ぎ足し処理して、自動車の速度ベクトルを算出する（ステップＢ９）。そして、処理部２１０は、算出した速度ベクトルを最新の算出位置に加算することで、自動車の位置を新たに算出する（ステップＢ１１）。処理部２１０は、速度ベクトル及び位置の算出結果を、記憶部２２０のＩＮＳ位置・速度データ２２３に記憶させる。
【０１２９】
その後、処理部２１０は、ステップＢ７及びＢ９で算出した位置及び速度ベクトルを、仮ＧＰＳデータ１６７に記憶された最新の仮位置及び仮速度ベクトルを用いて補正する（ステップＢ１３）。そして、処理部２１０は、補正した位置及び速度ベクトルと、衛星軌道データ１６３から求まる最新の衛星位置及び衛星速度ベクトルとを用いて、補助ドップラー周波数２２５を算出する（ステップＢ１５）。そして、処理部２１０は、補助ドップラー周波数２２５をホスト処理部４００に出力する（ステップＢ１７）。
【０１３０】
次いで、処理部２１０は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＢ１９）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＢ１９；Ｎｏ）、ステップＢ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＢ１９；Ｙｅｓ）、第１のＩＮＳ処理を終了する。
【０１３１】
２−２．第２実施例
第２実施例は、「１−２．第２の位置算出方法」で説明した第２の位置算出システム２をカーナビゲーション装置１０００に適用した実施例である。なお、第１実施例と同一の機能構成やデータ構成、処理ステップについては同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１３２】
２−２−１．データ構成
図１１は、第２実施例におけるベースバンド処理回路部１２０の記憶部１６０のデータ構成の一例を示す図である。記憶部１６０には、プログラムとして、第２のベースバンド処理（図１４参照）として実行される第２のベースバンド処理プログラム１６２が記憶される。第２のベースバンド処理プログラム１６２には、仮捕捉・追尾プログラム１６１１と、捕捉・追尾プログラム１６１３と、ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１７と、補助ドップラー算出プログラム１６２１とがサブルーチンとして含まれている。
【０１３３】
また、記憶部１６０には、データとして、衛星軌道データ１６３と、仮メジャメントデータ１６４と、メジャメントデータ１６５と、補助ドップラーデータ１６６と、ＧＰＳデータ１６８と、仮ループ帯域幅１６９と、ループ帯域幅１７０と、ドップラー積算用データ１７１とが記憶される。
【０１３４】
図１２は、ドップラー積算用データのデータ構成の一例を示す図である。ドップラー積算用データ１７１には、時刻１７１１と対応付けて、ＩＮＳ部２００から出力される絶対座標加速度ベクトル１７１３が時系列に記憶される。
【０１３５】
図１３は、第２実施例におけるＩＮＳ部２００の記憶部２２０に格納されたデータの一例を示す図である。記憶部２２０には、第２のＩＮＳ処理（図１５参照）として実行される第２のＩＮＳ処理プログラム２２２と、ローカル加速度ベクトルを座標変換することで得られる絶対座標加速度ベクトルデータ２２７とが記憶される。
【０１３６】
２−２−２．処理の流れ
図１４は、ベースバンド処理回路部１２０の処理部１５０が、記憶部１６０に記憶された第２のベースバンド処理プログラム１６２に従って実行する第２のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【０１３７】
処理部１５０は、ステップＣ１においてＩＮＳ部２００から絶対座標加速度ベクトル２２７のデータを取得すると（ステップＣ１；Ｙｅｓ）、ドップラー積算用データ１７１に最新の絶対座標加速度ベクトル１７１３として記憶させる（ステップＣ３）。
【０１３８】
処理部１５０は、各捕捉対象衛星について行うループＢの処理において（ステップＣ７〜Ｃ１５）、仮捕捉・追尾処理を行った後（ステップＡ９）、記憶部１６０に記憶された補助ドップラー算出プログラム１６２１に従って補助ドップラー算出処理を行う（ステップＣ１０）。
【０１３９】
図１５は、補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、処理部１５０は、ＧＰＳデータ１６８に含まれる最新の位置と、衛星軌道データ１６３から求まる当該捕捉対象衛星の最新の衛星位置とを用いて、当該捕捉対象衛星に対する視線方向を算出する（ステップＤ１）。そして、処理部１５０は、ドップラー積算用データ１７１に記憶されている所定時間分の絶対座標加速度ベクトル１７１３を積分して、当該所定時間における速度ベクトル変化量を算出する（ステップＤ３）。
【０１４０】
次いで、処理部１５０は、ステップＤ１で算出した視線方向と、ステップＤ３で算出した速度ベクトル変化量とを用いて、ドップラー変化量を算出する（ステップＤ５）。そして、処理部１５０は、補助ドップラーデータ１６６に記憶された最新の補助ドップラー周波数に、ステップＤ３で算出したドップラー変化量を継ぎ足して、積算ドップラー周波数を算出する（ステップＤ７）。
【０１４１】
その後、処理部１５０は、ステップＤ７で算出した積算ドップラー周波数と、ステップＣ９の仮捕捉・追尾処理で算出した仮ドップラー周波数とを合成する（ステップＤ９）。そして、処理部１５０は、合成したドップラー周波数を、最新の補助ドップラー周波数として補助ドップラーデータ１６６に記憶させる（ステップＤ１１）。そして、処理部１５０は、補助ドップラー算出処理を終了する。
【０１４２】
図１４の第２のベースバンド処理に戻って、補助ドップラー算出処理を行った後、処理部１５０は、捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行し、全ての捕捉対象衛星について処理を行った後、ループＢの処理を終了する。
【０１４３】
ループＢの処理の後、処理部１５０は、ＧＰＳデータの出力タイミングであれば（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、ＧＰＳ位置・速度算出処理を行う（ステップＡ２１）。図９の第１のベースバンド処理とは異なり、第２のベースバンド処理では仮ＧＰＳ位置・速度算出処理は不要であるため省略している。
【０１４４】
そして、処理部１５０は、ＧＰＳ位置・速度算出処理の算出結果で記憶部１６０のＧＰＳデータ１６８を更新する（ステップＣ２３）。そして、処理部１５０は、更新したＧＰＳデータ１６８をホスト処理部４００に出力する（ステップＣ２５）。
【０１４５】
図１６は、ＩＮＳ部２００の処理部２１０が、記憶部２２０に記憶された第２のＩＮＳ処理プログラム２２２に従って実行する第２のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャートである。
【０１４６】
先ず、処理部２１０は、ジャイロセンサー３Ｂにより検出されたローカル角速度を積分及び継ぎ足し処理して姿勢角を算出する（ステップＥ１）。そして、処理部２１０は、加速度センサー３Ａにより検出されたローカル加速度ベクトルを座標変換して、絶対座標加速度ベクトルを算出する（ステップＥ３）。
【０１４７】
次いで、処理部２１０は、ステップＥ３で算出した絶対座標加速度ベクトルを、ホスト処理部４００を介してＧＰＳ受信部１００に出力する（ステップＥ５）。そして、処理部２１０は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＥ７）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＥ７；Ｎｏ）、ステップＥ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＥ７；Ｙｅｓ）、第２のＩＮＳ処理を終了する。
【０１４８】
３．実験結果
本実施形態の位置算出システムを利用して実際に位置算出を行った実験結果について説明する。強電界環境と、弱電界環境と、マルチパス環境との異なる３種類の受信環境において、位置算出システムを搭載した自動車を予め定められた経路に沿って走行させた。そして、従来の手法で算出した位置と、本実施形態の手法で算定した位置とを地図上にプロットした。以下の実験結果の図において、自動車の真の軌跡を点線で、従来の手法で算出した軌跡を細実線で、本実施形態の手法で算出した軌跡を太実線でそれぞれ示す。
【０１４９】
図１７は、強電界環境における実験結果の一例を示す図である。強電界環境では、従来の手法でも比較的良好な軌跡が得られている。しかし、例えば楕円で囲った部分Ｐ１〜Ｐ４において、従来の手法を用いて算出した軌跡が真の軌跡に追従できていないことがわかる。それに対して、本実施形態の手法で算出した軌跡を見ると、部分Ｐ１〜Ｐ４においても真の軌跡にほぼ追従しており、位置算出の正確性が向上していることがわかる。
【０１５０】
図１８は、弱電界環境における実験結果の一例を示す図である。弱電界環境では、強電界環境と比べて位置算出精度の劣化が顕著である。特に、従来の手法で算出した軌跡を見ると、所々に大きな位置飛びやオーバーシュートが発生しており、真の軌跡にほとんど追従できていないことがわかる。それに対して、本実施形態の手法で求めた軌跡を見ると、大きな位置飛びやオーバーシュートが抑制され、比較的良好な結果が得られていることがわかる。但し、「位置飛び」とは、算出位置が真位置から大きく外れる現象のことを意味する。また、「オーバーシュート」とは、算出位置が曲がり角において曲がりきれずに行き過ぎる現象のことを意味する。
【０１５１】
図１９は、マルチパス環境における実験結果の一例を示す図である。図１７及び図１８とは実験場所が異なり、マルチパスが生じ易い場所を選択して実験を行った。この実験結果を見ると、自動車の真の軌跡は道路に沿って真っ直ぐであるのに対し、従来の手法で算出した軌跡は大きく蛇行していることがわかる。それに対して、本実施形態の手法で算出した軌跡を見ると、部分的に真の軌跡から外れている箇所は存在するものの、概ね真の軌跡に沿った軌跡が得られていることがわかる。以上の実験結果により、本実施形態の位置算出手法の有効性が実証された。
【０１５２】
４．作用効果
第１の位置算出方法では、ＧＰＳ測位用衛星からのＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号を仮ループフィルター処理して、仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）を算出する。そして、仮ドップラー周波数を用いて仮位置及び仮速度ベクトルを算出する。その一方で、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果を用いた慣性航法演算を行って位置及び速度ベクトルを算出する。そして、算出した位置及び速度ベクトルを仮位置及び仮速度ベクトルを用いて補正し、その補正結果を用いて補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。そして、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号をループフィルター処理し、その処理結果と、補助ドップラー周波数とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。
【０１５３】
第２の位置算出方法では、ジャイロセンサー及び加速度センサーを含むセンサー部の検出結果を用いて積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）を算出する。そして、仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）と積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）とを合成することで、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。そして、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号をループフィルター処理し、その処理結果と、補助ドップラー周波数とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。
【０１５４】
何れの手法も、ドップラー周波数をより正確に算出し、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を適切に行うことで、位置・速度算出の正確性を向上させることができる。第１の位置算出方法では、ＧＰＳとＩＮＳとのカップリングによって正確性の高い位置及び速度ベクトルを算出し、その算出結果を用いて補助ドップラー周波数を算出することで、補助ドップラー周波数を適切に求めることができる。それに対して、第２の位置算出方法では、ＩＮＳによる位置及び速度ベクトルの算出を省略し、絶対座標系における加速度ベクトルを用いて算出した積算ドップラー周波数と、仮ドップラー周波数とを合成することで、補助ドップラー周波数を簡易且つ適切に求めることができる。
【０１５５】
５．変形例
以下、変形例について説明するが、上述した実施例と共通する構成については上述した実施例と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【０１５６】
５−１．信号強度に基づく捕捉・追尾処理の切替
各捕捉対象衛星から受信した受信信号の信号強度に基づいて、実行する捕捉・追尾処理を切り替えることとしてもよい。
【０１５７】
図２０は、この場合に処理部１５０が図９の第１のベースバンド処理に代えて実行する第３のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
処理部１５０は、各捕捉対象衛星について行うループＣの処理において（ステップＦ７〜Ｆ１５）、当該捕捉対象衛星から受信した受信信号の信号強度“Ｐ”を計測する（ステップＦ９）。受信信号の信号強度“Ｐ”は、例えばＣ／Ｎ比（Carrier to Noise ratio）として計測することができる。
【０１５８】
そして、処理部１５０は、計測した信号強度“Ｐ”を判定し（ステップＦ１１）、信号強度“Ｐ”が所定の高強度閾値“θｓ”を超えている場合は（ステップＦ１１；Ｐ＞θｓ）、仮捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１５９】
一方、信号強度“Ｐ”が所定の低強度閾値“θｗ”未満である場合は（ステップＦ１１；Ｐ＜θｗ）、処理部１５０は、捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６０】
また、信号強度“Ｐ”が低強度閾値“θｗ”以上であり高強度閾値“θｓ”以下であれば（ステップＦ１１；θｗ≦Ｐ≦θｓ）、処理部１５０は、仮捕捉・追尾処理及び捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９及びＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６１】
この処理の特徴は、信号強度が弱い衛星については、仮捕捉・追尾処理を省略し、信号強度が強い衛星については、捕捉・追尾処理を省略した点にある。信号強度が弱い衛星については、ループ帯域幅の広い（例えば４Ｈｚ）仮ループフィルター処理を行ってもドップラー周波数が正しく求まらない可能性がある。そこで、仮捕捉・追尾処理を省略して処理負荷の軽減を図ったものである。それに対して、信号強度が強い衛星については、ループ帯域幅の狭い（例えば１Ｈｚ）ループフィルター処理を行わなくとも、仮ループフィルター処理を行うだけで十分正確なドップラー周波数が求まる可能性がある。そこで、捕捉・追尾処理を省略して処理負荷の軽減を図ったものである。
【０１６２】
以降は第１のベースバンド処理と同じであるが、仮ＧＰＳ位置・速度算出処理では（ステップＡ１９）、ループＣの処理において仮捕捉・追尾処理を実行した捕捉対象衛星の仮メジャメント情報を用いて、仮位置及び仮速度ベクトルを算出する。また、ＧＰＳ位置・速度算出処理では（ステップＡ２１）、ループＣの処理において捕捉・追尾処理を実行した捕捉対象衛星のメジャメント情報を用いて、位置及び速度ベクトルを算出する。
【０１６３】
上記の処理は、第２のベースバンド処理にも同様に適用可能である。図２１は、この場合に処理部１５０が図１４の第２のベースバンド処理に代えて実行する第４のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【０１６４】
各捕捉対象衛星について行うループＤの処理において（ステップＧ７〜Ｇ１５）、信号強度“Ｐ”が所定の高強度閾値“θｓ”を超えていれば（ステップＦ１１；Ｐ＞θｓ）、処理部１５０は、仮捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６５】
また、受信信号の信号強度“Ｐ”が所定の低強度閾値“θｗ”未満であれば（ステップＦ１１；Ｐ＜θｗ）、処理部１５０は、捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６６】
また、信号強度“Ｐ”が低強度閾値“θｗ”以上であり高強度閾値“θｓ”以下であれば（ステップＦ１１；θｗ≦Ｐ≦θｓ）、処理部１５０は、仮捕捉・追尾処理（ステップＡ９）と、補助ドップラー算出処理（ステップＣ１０）と、捕捉・追尾処理（ステップＡ１１）とを行う。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６７】
５−２．積算ドップラー周波数の補正
補助ドップラー周波数の算出に用いる積算ドップラー周波数を、ＩＮＳにより算出される移動方向を用いて補正することとしてもよい。ジャイロセンサーの検出結果を用いて移動体の姿勢角が求まれば、移動体の移動方向も求まる。この場合、ＩＮＳ部は、姿勢角から求まる移動体の移動方向をＧＰＳ受信部に出力する。そして、ＧＰＳ受信部は、ＩＮＳ部から取得した移動方向を用いて積算ドップラー周波数を補正する。
【０１６８】
図２２は、この場合に処理部１５０が図１５の補助ドップラー算出処理に代えて実行する第２の補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャートである。なお、補助ドップラー算出処理と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
【０１６９】
処理部１５０は、ステップＤ７において積算ドップラー周波数を算出した後、ＩＮＳ部から取得した移動方向を用いて積算ドップラー周波数を補正する（ステップＨ８）。具体的には、ステップＤ３で算出した速度ベクトル変化量の向きに積算ドップラー周波数を投影して、当該向きに対するドップラー周波数成分を算出する。そして、当該ドップラー周波数成分の大きさは維持したまま、向きをＩＮＳ部から取得した移動方向に修正し、再び視線方向に投影して積算ドップラー周波数を再構成する。
【０１７０】
次いで、処理部１５０は、ステップＨ８において補正した積算ドップラー周波数と、仮ドップラー周波数とを合成する（ステップＨ９）。そして、処理部１５０は、合成したドップラー周波数を補助ドップラー周波数として記憶させて（ステップＤ１１）、第２の補助ドップラー算出処理を終了する。
【０１７１】
５−３．処理の主体
上述した実施例では、ベースバンド処理回路部の処理部が、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾処理及び位置・速度算出処理を行うものとして説明したが、これらの処理の主体は適宜設定変更可能である。
【０１７２】
例えば、以下のようにしてもよい。ベースバンド処理回路部の処理部が、仮捕捉・追尾処理及び捕捉・追尾処理を行って仮メジャメント情報及びメジャメント情報を取得して、電子機器のプロセッサーであるホスト処理部に出力する。そして、ホスト処理部が、ベースバンド処理回路部から取得した仮メジャメント情報及びメジャメント情報を用いて仮ＧＰＳ位置・速度算出処理及びＧＰＳ位置・速度算出処理を行って、仮ＧＰＳデータ（仮位置及び仮速度ベクトル）及びＧＰＳデータ（位置及び速度ベクトル）を算出する。
【０１７３】
５−４．衛星信号の捕捉・追尾
上述した実施形態では、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を、デジタル信号処理によってソフトウェア的に行うものとして説明したが、捕捉・追尾回路によってハードウェア的に行うこととしてもよい。この場合は、相関演算部からの出力をフィードバックするループ回路として、仮捕捉・追尾を行う仮ループフィルター回路と、捕捉・追尾を行うループフィルター回路との２種類のループ回路を受信装置に構成すればよい。
【０１７４】
仮ループフィルター回路及びループフィルター回路には、それぞれ仮ループフィルター部及びループフィルター部を設ける。そして、仮ループフィルター部の帯域幅として仮ループ帯域幅（第１のループ帯域幅）を設定し、ループフィルター部の帯域幅として仮ループ帯域幅よりも狭いループ帯域幅（第２のループ帯域幅）を設定する。
【０１７５】
また、上記の実施例のベースバンド処理回路部では、受信キャリア信号からのキャリア除去や、受信ＣＡコードとレプリカＣＡコードとの相関演算を、キャリア除去用の回路部や相関演算回路部によってハードウェア的に実現したが、これらをデジタル信号処理としてソフトウェア的に実現することも可能である。
【０１７６】
５−５．ＧＰＳ受信部
第１の位置算出システム１では、ＧＰＳ受信部の中に第１の系統と第２の系統との２種類の系統を設けるものとして説明したが、第１の系統を有する第１のＧＰＳ受信部と、第２の系統を有する第２のＧＰＳ受信部との２つのＧＰＳ受信部を設けることとしてもよい。この場合は、第１のＧＰＳ受信部及び第２のＧＰＳ受信部に相当する２つのＧＰＳ受信装置を電子機器に搭載すればよい。
【０１７７】
５−６．ＩＮＳ部
また、上記の実施形態では、ＩＮＳ部とセンサー部とが別体であるものとして説明したが、ＩＮＳ部とセンサー部とを一体化してもよい。この場合は、処理部と、記憶部と、ＩＭＵ部とを具備するＩＮＳ部を構成し、このＩＮＳ部に相当する慣性航法装置を電子機器に搭載すればよい。
【０１７８】
５−７．電子機器
上述した実施例では、四輪自動車に搭載するカーナビゲーション装置に本発明を適用した場合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、二輪自動車に搭載するナビゲーション装置に適用してもよいし、携帯型ナビゲーション装置に適用することとしてもよい。
【０１７９】
また、ナビゲーション以外の用途の電子機器についても本発明を同様に適用可能であることは勿論である。例えば、携帯型電話機やパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった他の電子機器についても本発明を同様に適用可能である。
【０１８０】
５−８．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ことは勿論である。
【符号の説明】
【０１８１】
１ 第１の位置算出システム、 ２ 第２の位置算出システム、 １Ａ，１Ｂ ＧＰＳ受信部、 ２Ａ，２Ｂ ＩＮＳ部、 ３Ａ 加速度センサー、 ３Ｂ ジャイロセンサー、 １１ 仮捕捉・追尾部、 １２ 仮ＧＰＳ位置・速度算出部、 １３ 捕捉・追尾部、 １４ ＧＰＳ位置・速度算出部、 ２１ 姿勢算出部、 ２３ 座標変換部、 ２５ ＩＮＳ位置・速度算出部、 ２７ ＩＮＳ位置・速度補正部、 ２９ 補助ドップラー算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星信号捕捉方法及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星信号を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から位置算出装置までの擬似距離等の情報に基づいて位置算出装置の位置座標と時計誤差とを求める位置算出計算を行う。
【０００３】
衛星信号を利用した測位システムを単独で用いた場合には、種々の誤差要因によって位置算出の正確性が低下するという問題があり、位置算出の正確性を向上させるための様々な技術が考案されている。例えば、特許文献１には、加速度計を搭載した飛翔体において、加速度計の計測結果をＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾回路に反映させて、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
加速度センサーを搭載した移動体に特許文献１の技術をそのまま適用した場合は、以下のようになる。すなわち、加速度センサーにより検出された加速度を積分して速度を算出する。そして、測位用衛星の速度に対する移動体の相対速度と、移動体から測位用衛星に向かう視線方向とを用いてドップラー周波数を算出し、算出したドップラー周波数を、衛星信号を追尾するためのループ回路（典型的にはＰＬＬ（Phase Lock Loop）回路）に反映させる。
【０００６】
ドップラー周波数を正しく求めることができれば、衛星信号の捕捉・追尾を適切に行うことができる。しかし、ドップラー周波数を正しく求めることができるか否かは、加速度センサーの検出精度と、測位用信号を利用した位置算出の精度とに依存する。加速度センサーの検出精度が低ければ、ドップラー周波数を算出するために必要な速度が正しく求まらず、位置算出の精度が低ければ、ドップラー周波数を算出するために必要な視線方向が正しく求まらないためである。
【０００７】
近年では、小型で安価な加速度センサーとして、半導体の微細加工技術を応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサーが種々の民生機器に搭載されている。ＭＥＭＳセンサーは、小型、軽量、安価、低消費電力といった利点を有するが、その反面、衝撃や振動、温度変化といった外界の影響を受け易い欠点を有する。そのため、温度変化や振動といった外界の影響に起因して、加速度センサーの検出結果には大きな誤差が含まれ得る。また、マルチパス環境や弱電界環境といった衛星信号の受信環境や、受信信号の信号強度、測位用衛星の衛星配置といった種々の要因により、位置算出の精度も大きく低下する場合がある。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、衛星信号の捕捉を適切に行うための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置が行う衛星信号捕捉方法であって、前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出することと、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出することと、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、を含む衛星信号捕捉方法である。
【００１０】
また、他の形態として、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置であって、前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出する第１のドップラー算出部と、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出する第２のドップラー算出部と、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、を備えた受信装置を構成してもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、測位用衛星からの衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出するとともに、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出する。そして、第２のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。
【００１２】
衛星信号の受信信号を用いて算出した第１のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉するという単純な手法ではなく、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、第１のドップラー周波数とを用いて算出した第２のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉することとした。これにより、第１のドップラー周波数よりも正確性の高い第２のドップラー周波数を用いて、衛星信号の捕捉を適切に行うことができる。
【００１３】
また、第２の形態として、第１の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記センサー部の計測結果を用いて位置を算出することと、前記第１のドップラー周波数を用いて仮位置を算出することと、前記仮位置を用いて前記位置を補正することと、を更に含み、前記第２のドップラー周波数を算出することは、前記補正された位置における前記測位用衛星への視線方向と、前記計測結果とを用いて前記第２のドップラー周波数を算出することを含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１４】
この第２の形態によれば、センサー部の計測結果を用いて算出した位置を、第１のドップラー周波数を用いて算出した仮位置を用いて補正することで、より正確な位置を求めることができる。そして、当該位置を用いることで、測位用衛星への視線方向が正しく求まり、算出される第２のドップラー周波数の正確性が向上する。
【００１５】
また、第３の形態として、第１の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記第２のドップラー周波数を算出することは、前記センサー部の計測結果と、前記測位用衛星への視線方向とを用いて、第３のドップラー周波数を算出することと、前記第１のドップラー周波数と前記第３のドップラー周波数とを合成して、前記第２のドップラー周波数を算出することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１６】
この第３の形態によれば、センサー部の計測結果と、測位用衛星への視線方向とを用いて、第３のドップラー周波数を算出する。そして、第１のドップラー周波数と第３のドップラー周波数とを合成する。このように異なる手法で算出したドップラー周波数を合成することで、ドップラー周波数をより正確に求めることができる。
【００１７】
また、第４の形態として、第３の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記第３のドップラー周波数を算出することは、前記センサー部により計測された加速度と前記視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量を算出することと、前記ドップラー周波数の変化量を積算することで前記第３のドップラー周波数を算出することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００１８】
この第４の形態によれば、センサー部により計測された加速度と、測位用衛星への視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量を算出する。そして、ドップラー周波数の変化量を積算することで、第３のドップラー周波数を算出する。例えば、所定の計測時間間隔で計測される加速度を用いて所定期間におけるドップラー周波数の変化量を算出し、当該ドップラー周波数の変化量を積算していくことで、第３のドップラー周波数を適切に求めることができる。
【００１９】
また、第５の形態として、第３又は第４の形態の衛星信号捕捉方法であって、前記合成することは、前記第３のドップラー周波数の重み付けを前記第１のドップラー周波数よりも大きくして合成することを含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００２０】
この第５の形態によれば、第３のドップラー周波数の重み付けを第１のドップラー周波数よりも大きくして合成することで、第３のドップラー周波数を信用・重視して第２のドップラー周波数を算出することができる。
【００２１】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅でループフィルター処理する第１のループフィルター処理を実行することと、前記衛星信号の受信信号を前記第１のループ帯域幅よりも狭い第２のループ帯域幅でループフィルター処理する第２のループフィルター処理を実行することと、前記第２のループフィルター処理の処理結果と、前記第２のドップラー周波数とを用いて、第４のドップラー周波数を算出することと、を更に含み、前記第１のドップラー周波数を算出することは、前記第１のループフィルター処理を実行して前記第１のドップラー周波数を算出することを含み、前記捕捉することは、前記第４のドップラー周波数を用いて捕捉することを含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００２２】
この第６の形態によれば、衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅でループフィルター処理する第１のループフィルター処理を実行することで、第１のドップラー周波数を算出する。その一方で、衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅よりも狭い第２のループ帯域幅でループフィルター処理する第２のループフィルター処理を実行する。そして、第２のループフィルター処理の処理結果と、第２のドップラー周波数とを用いて、第４のドップラー周波数を算出し、当該第４のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。
【００２３】
第１のループフィルター処理よりもループ帯域幅を狭くして第２のループフィルター処理を実行することで、ドップラー周波数算出の精度が向上する。それに加えて、第２のループフィルターの処理結果と、第２のドップラー周波数とを用いることで、第４のドップラー周波数を第１のドップラー周波数よりも高精度に求めることができる。そして、第４のドップラー周波数を用いることで、衛星信号捕捉をより確実に行うことができる。
【００２４】
また、第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の衛星信号捕捉方法であって、前記捕捉することは、信号強度が高い条件として定められた所定の高強度条件を満たす衛星信号については、前記第１のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、前記高強度条件を満たさない衛星信号については、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、を含む、衛星信号捕捉方法を構成してもよい。
【００２５】
この第７の形態によれば、信号強度が高い条件として定められた所定の高強度条件を満たす衛星信号については、第１のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。それに対して、信号強度が高強度条件を満たさない衛星信号については、第２のドップラー周波数を用いて衛星信号を捕捉する。これにより、衛星信号捕捉に係る処理負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の位置算出システムのシステム構成の一例を示す図。
【図２】第２の位置算出システムのシステム構成の一例を示す図。
【図３】カーナビゲーション装置の機能構成の一例を示すブロック図。
【図４】ベースバンド処理回路部の回路構成の一例を示す図。
【図５】ＩＮＳ部の機能構成の一例を示す図。
【図６】仮メジャメントデータのデータ構成の一例を示す図。
【図７】メジャメントデータのデータ構成の一例を示す図。
【図８】補助ドップラーデータのデータ構成の一例を示す図。
【図９】第１のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】第１のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】第２実施例におけるベースバンド処理回路部の記憶部のデータ構成の一例。
【図１２】ドップラー積算用データのデータ構成の一例を示す図。
【図１３】第２実施例におけるＩＮＳ部の記憶部のデータ構成の一例。
【図１４】第２のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図１５】補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１６】第２のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャート。
【図１７】強電界環境における実験結果の一例を示す図。
【図１８】弱電界環境における実験結果の一例を示す図。
【図１９】マルチパス環境における実験結果の一例を示す図。
【図２０】第３のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図２１】第４のベースバンド処理の流れを示すフローチャート。
【図２２】第２の補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
【００２８】
１．原理
先ず、本実施形態における位置算出の原理について説明する。本実施形態は、衛星測位システムの一種であるＧＰＳ（Global Positioning System）と、慣性航法システムの一種であるＩＮＳ（Inertial Navigation System）とを併用して、移動体の位置算出を行う実施形態である。
【００２９】
本実施形態の主要な目的は位置算出であるが、位置算出を実現するために加速度や速度も併せて算出する。加速度及び速度は、方向及び大きさを持っている。そのため、本明細書では、加速度及び速度を、それぞれ「加速度ベクトル」及び「速度ベクトル」として説明する。ここで「ベクトル」とは、方向及び大きさを表す便宜上の用語である。方向及び大きさを表す表現としては、例えば直交座標系や球座標系における各軸の値としてもよいことは勿論であるが、何れの表記法をとったとしても「ベクトル」と等価であることは自明である。従って、本明細書においては、方向及び大きさの両方を表す用語として「ベクトル」を用いる。
【００３０】
１−１．第１の位置算出方法
図１は、本実施形態における第１の位置算出方法を実現するための第１の位置算出システム１のシステム構成の一例を示す図である。第１の位置算出システム１は、ＧＰＳ受信部１Ａと、ＩＮＳ部２Ａと、加速度センサー３Ａと、ジャイロセンサー３Ｂとを備えて構成される。
【００３１】
ＧＰＳ受信部１Ａは、測位用衛星の一種であるＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信して位置・速度算出を行う機能部である。ＧＰＳ衛星信号は、拡散符号の一種であるＣＡ（Coarse and Acquisition）コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって変調された搬送波周波数が１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＣＡ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り、ＧＰＳ衛星毎に異なるものである。
【００３２】
ＧＰＳ受信部１Ａは、ＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信する不図示のＲＦ受信回路部によって受信された受信キャリア信号からキャリア（搬送波）を除去するキャリア除去、及び、キャリアが除去された受信コード信号とレプリカコードとの相関演算を行って、ＧＰＳ衛星信号を捕捉する。レプリカコードは、装置内部で発生させた擬似的なＣＡコードである。詳細には、時間（位相）の異なるＥａｒｌｙ，Ｐｒｏｍｐｔ，Ｌａｔｅの３種類のレプリカコードを生成する。そして、受信信号と３種類のレプリカコードそれぞれとの相関演算を行う。
【００３３】
ＧＰＳ受信部１Ａは、相関演算で得られた相関値を用いてメジャメント情報を算出・取得する。メジャメント情報とは、位置算出や速度算出を行うために用いられる衛星信号に関する諸量である。本実施形態では、「コード位相」と「ドップラー周波数」との２種類の諸量がメジャメント情報に含まれるものとして説明する。
【００３４】
コード位相は、受信したＣＡコードの位相であり、ＧＰＳ衛星との間の擬似距離を算出するために使用される。ドップラー周波数は、ＧＰＳ衛星との相対的な位置関係が変化することで生ずる受信周波数のキャリア周波数からのずれであり、ＧＰＳ衛星との間の相対速度を算出するために使用される。
【００３５】
ＧＰＳ受信部１Ａは、仮捕捉・追尾部１１及び仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２でなる第１の系統と、捕捉・追尾部１３及びＧＰＳ位置・速度算出部１４でなる第２の系統との２つの系統を有する。第１の系統は、仮のＧＰＳデータである「仮ＧＰＳデータ」を算出するための系統である。仮ＧＰＳデータとは、ＩＮＳ部２Ａに提供することを目的として算出されるデータであり、最終的な出力結果とするＧＰＳデータとは異なるものである。仮ＧＰＳデータは、ＩＮＳ部２Ａに提供するための中間データであるとも言える。
【００３６】
仮捕捉・追尾部１１には、仮コード位相算出部１１１と仮ドップラー算出部１１３とが含まれる。本実施形態では、仮コード位相算出部１１１により算出されるコード位相を「仮コード位相」と称し、仮ドップラー算出部１１３により算出されるドップラー周波数を「仮ドップラー周波数」と称する。そして、これらを包括的に「仮メジャメント情報」と称する。
【００３７】
それに対して、第２の系統は、最終的な出力結果とする「ＧＰＳデータ」を算出するための系統である。ＧＰＳデータは、最終的に出力するための最終データであるとも言える。捕捉・追尾部１３には、コード位相算出部１３１とドップラー算出部１３３とが含まれる。本実施形態では、コード位相算出部１３１により算出されるコード位相を「コード位相」と称し、ドップラー算出部１３３により算出されるドップラー周波数を「ドップラー周波数」と称する。そして、これらを包括的に「メジャメント情報」と称する。
【００３８】
仮コード位相算出部１１１及びコード位相算出部１３１は、受信コード信号とレプリカコードとの相関演算をレプリカコードの位相をずらしながら行い、その相関演算結果に対するピーク判定を行ってコード位相を算出する。
【００３９】
仮ドップラー算出部１１３及びドップラー算出部１３３は、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号を用いてドップラー周波数を算出する。ドップラー周波数の算出は、種々の手法により実現することができる。１つの手法としては、キャリア除去用信号の周波数を変化させながら、受信キャリア信号からキャリアを除去する。そして、キャリアが除去された受信コード信号とレプリカコードとの相関演算を行い、相関演算結果を積算することで得られる相関積算値に対するピーク判定を行う。これは、周波数方向の相関演算（周波数サーチ）を行うことに相当する。相関積算値のピークに対応するキャリア除去用信号の周波数とキャリア周波数との差が、求めたいドップラー周波数となる。
【００４０】
また、他の手法として、ＧＰＳ衛星信号の受信信号をループフィルター処理することでドップラー周波数を算出する手法もある。ループフィルター処理は、キャリアの追尾を行うために、制御対象の動作をフィードバック制御する処理として実現される。この場合は、例えばキャリア除去用信号を生成する数値制御発振器（ＮＣＯ（Numerical Controlled Oscillator））が制御対象となる。
【００４１】
ループフィルター処理は、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）処理やＦＬＬ（Frequency Lock Loop）処理、インコヒーレント積算処理といった処理や、これらの処理の組合せによって実現可能である。本実施形態では、一例として、ループフィルター処理によってドップラー周波数を算出する場合について説明する。
【００４２】
仮ドップラー算出部１１３は、仮ループフィルター処理部を機能部として有し、ＧＰＳ衛星信号の受信信号を仮ループ帯域幅（第１のループ帯域幅）で仮ループフィルター処理して仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）を算出する。仮ループ帯域幅は、例えば“４Ｈｚ”といった値が設定される。仮ドップラー算出部１１３により算出される仮ドップラー周波数は、第１のドップラー周波数に相当する。
【００４３】
ドップラー算出部１３３は、ループフィルター処理部を機能部として有し、ＧＰＳ衛星信号の受信信号を仮ループ帯域幅（第１のループ帯域幅）よりも狭いループ帯域幅（第２のループ帯域幅）でループフィルター処理する。そして、ループフィルター処理の処理結果と、後述する補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）とを用いて、最終的なドップラー周波数を算出する。ループ帯域幅は仮ループ帯域幅より狭く、例えば“１Ｈｚ”といった値が設定される。ドップラー算出部１３３により算出されるドップラー周波数は、第４のドップラー周波数に相当する。
【００４４】
仮ループフィルター処理及びループフィルター処理は、受信キャリア信号の周波数に合致させるようにキャリア除去用信号の周波数を制御するループ処理である。キャリア除去用信号は受信キャリア信号の周波数と同一の周波数でなるが、受信キャリア信号の周波数はドップラー等の影響により変動する。そのため追従させるのである。
【００４５】
キャリア除去用信号は、例えばＮＣＯにより生成される。仮ループフィルター処理及びループフィルター処理は、このＮＣＯによる発振周波数を調整することで、キャリア除去用信号の周波数を受信キャリア信号の周波数に追従させる。従って、仮ループフィルター処理及びループフィルター処理は、ドップラー周波数を算出する処理とも言える。なお、受信キャリア信号は、ＲＦ受信回路部で中間周波数に変換される場合もあるが、周波数が異なるだけで、仮ループフィルター処理及びループフィルター処理の処理内容は同じである。
【００４６】
より具体的には、受信キャリア信号の周波数“ω”は、キャリア周波数“ωc”とドップラー周波数“ωd”との和で表すことができる（ω＝ωc＋ωd）。ＮＣＯを制御する際には、例えばキャリア周波数“ωc”を基準としてキャリア除去用信号の周波数を微小量ずつ変化させ、受信キャリア信号の周波数とキャリア除去用信号の周波数との差を小さくするように制御する。上記の式によれば、受信キャリア信号の周波数とキャリア除去用信号との周波数差はドップラー周波数“ωd”に相当するため、ループフィルター処理を行うことは、ドップラー周波数を算出することと等価であると言える。
【００４７】
仮捕捉・追尾部１１は、仮コード位相算出部１１１により算出された仮コード位相と、仮ドップラー算出部１１３により算出された仮ドップラー周波数とを、仮メジャメント情報として仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２に出力する。そして、仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２は、仮メジャメント情報を用いて位置及び速度ベクトルを算出する。位置の算出はコード位相を用いた位置算出計算により実現し、速度ベクトルの算出はドップラー周波数を用いた速度算出計算により実現することができる。なお、これらの計算は従来公知であるため、数式等を用いた説明は省略する。
【００４８】
仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２は、算出した位置及び速度ベクトルを仮位置及び仮速度ベクトルとし、仮ＧＰＳデータとしてＩＮＳ部２Ａに出力する。
【００４９】
ＩＮＳ部２Ａは、慣性航法システム（慣性航法装置）として知られる機能部であり、加速度センサー３Ａを少なくとも含むセンサー部の計測結果を利用して、所定の慣性航法演算を行って位置及び速度ベクトルを算出する。慣性航法演算では、加速度センサー３Ａの計測結果を用いて速度ベクトルを算出し、当該速度ベクトルから移動方向及び移動距離を求めて、位置を新たに算出・更新する。また、ＩＮＳ部２Ａは、算出した位置及び速度ベクトルと、ＧＰＳ受信部１Ａから取得した仮位置及び仮速度ベクトルとを用いて、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。そして、算出した補助ドップラー周波数を、ＧＰＳ受信部１Ａに出力する。
【００５０】
加速度センサー３Ａは位置算出システムに固定的に設置され、システム自身を基準としたローカルな座標系（以下、「ローカル座標系」と称する。）における加速度を計測して出力する。慣性航法演算において求めたいのは、通常は地球表面といった慣性航法演算を行うための絶対的な座標系（以下、「絶対座標系」と称する。）における加速度である。このことを考慮して、本実施形態では、加速度センサー３Ａにより計測された加速度を絶対座標系における加速度に変換する。
【００５１】
ローカル座標系から絶対座標系への座標変換は、システム自身の移動方向や姿勢の情報を用いて実現することができる。移動方向や姿勢は、方位センサーやジャイロセンサーといった慣性センサーの計測結果を用いて算出可能である。本実施形態では、一例として、ジャイロセンサー３Ｂの計測結果を利用して加速度センサー３Ａの計測結果を座標変換する場合について説明する。
【００５２】
以下の説明では、ローカル座標系における角速度及び加速度を「ローカル角速度」及び「ローカル加速度」と称する。なお、加速度は向き及び大きさを持つため、ローカル加速度は正確には「ローカル加速度ベクトル」である。また、絶対座標系における加速度ベクトルを「絶対座標加速度ベクトル」と称する。
【００５３】
ＩＮＳ部２Ａは、姿勢算出部２１と、座標変換部２３と、ＩＮＳ位置・速度算出部２５と、ＩＮＳ位置・速度補正部２７と、補助ドップラー算出部２９とを機能部として有する。
【００５４】
姿勢算出部２１は、ジャイロセンサー３Ｂから出力されるローカル角速度を積分し、その積分結果を継ぎ足し処理することで最新の姿勢角を算定する。ここで、「積分」とは、所定時間分の値を累積的に加算することを意味する。また、「継ぎ足す」とは、積分により得られた結果を最後に更新した結果に足し合わせることを意味する。
【００５５】
より具体的には、姿勢算出部２１は、所定時間の間に検出されたローカル角速度を「積分」することで、その所定時間の間の姿勢角の変化方向及び変化量を算出する。所定時間は角速度の検出時間間隔よりも長く設定され、通常は一定時間とされる。例えば、所定時間を１００ミリ秒とし、角速度の検出時間間隔（より正確にはジャイロセンサーから出力された信号のサンプリング時間間隔）が１〜１０ミリ秒の間で適宜調整されるとした場合には、検出時間間隔がいくつであろうとも、必ず、１００ミリ秒毎に移動体の姿勢角の変化方向及び変化量を算出することとなる。そして、１００ミリ秒毎に算出される姿勢角の変化方向及び変化量（すなわち積分結果）を、最後に更新した姿勢角に「継ぎ足す」ことで、最新の姿勢角を算出する。以下、この最新の姿勢角によって定まる最新の姿勢のことを「算定姿勢」と称する。
【００５６】
座標変換部２３は、姿勢算出部２１により算出された算定姿勢に基づいて、加速度センサー３Ａの計測結果であるローカル加速度ベクトルを絶対座標加速度ベクトルに変換する座標変換処理を行う。
【００５７】
より具体的には、座標変換部２３は、姿勢角を用いてローカル座標系から絶対座標系への座標変換行列を算出し、当該座標変換行列を用いてローカル加速度ベクトルを絶対座標加速度ベクトルに変換する。ローカル座標系から絶対座標系への座標変換行列は従来公知であるため、数式等を用いた説明は省略する。
【００５８】
ＩＮＳ位置・速度算出部２５は、座標変換部２３により変換された絶対座標加速度ベクトルを積分及び継ぎ足し処理して速度ベクトルを算出する。また、算出した速度ベクトルを前回（最新）の位置に加算することで、新たに位置を算出・更新する。
【００５９】
ＩＮＳ位置・速度補正部２７は、仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２から取得した仮位置及び仮速度ベクトルを用いて、ＩＮＳ位置・速度算出部２５により算出された位置及び速度ベクトルを補正する。補正方法は適宜設定可能であるが、例えば、カルマンフィルターを利用した補正を適用することができる。
【００６０】
カルマンフィルターは、求めたいシステムの状態に対する予測処理（時刻更新）と補正処理（観測更新）とを繰り返し行って、尤もらしい状態を推定する手法である。この場合は、推定対象とする状態推定値をシステムの位置及び速度ベクトルとする。そして、例えば、予測処理においては、ＩＮＳ位置・速度算出部２５により算出された位置及び速度ベクトルを考慮して状態推定値の予測を行う。また、補正処理においては、ＧＰＳ受信部１Ａから取得した仮位置及び仮速度ベクトルを観測値（外部観測量）として用いて、予測した状態推定値を補正する。なお、カルマンフィルターは従来公知であるため、数式等を用いた説明は省略する。
【００６１】
また、他の補正方法として平均化処理を利用した補正を行うこととしてもよい。例えば、ＩＮＳ位置・速度算出部２５により算出された位置及び速度ベクトルと、仮ＧＰＳ位置・速度算出部１２により算出された仮位置及び仮速度ベクトルとの単純な算術平均を行ってもよい。また、何れか一方の重み付けを高くして加重平均を行ってもよい。例えば、位置・速度ベクトルの重み付けを“９９％”に、仮位置・仮速度ベクトルの重み付けを“１％”にそれぞれ設定して、ＧＰＳの結果が１％だけ反映されるように補正してもよい。
【００６２】
補助ドップラー算出部２９は、ＩＮＳ位置・速度補正部２７により補正された位置及び速度ベクトルを用いて、補助ドップラー周波数を算出する。この補助ドップラー周波数は、第２のドップラー周波数に相当する。
【００６３】
補助ドップラー算出部２９は、ＩＮＳ位置・速度補正部２７により補正された最新の位置と、衛星軌道情報から求まる最新の衛星位置とを用いて、ＧＰＳ衛星に向かう視線方向を算出する。また、ＩＮＳ位置・速度補正部２７により補正された最新の速度ベクトルと、衛星軌道情報から求まる最新の衛星速度ベクトルとを用いて、ＧＰＳ衛星との間の相対速度ベクトルを算出する。そして、相対速度ベクトルを視線方向に投影して周波数に換算することで補助ドップラー周波数を求める。補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）は、ドップラー算出部１３３に出力される。
【００６４】
ＧＰＳ受信部１Ａは、ＩＮＳ部２Ａから取得した補助ドップラー周波数を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。補助ドップラー周波数は、ＧＰＳ衛星信号を捕捉するために用いられるドップラー周波数であり、ＩＮＳ部２Ａから提供されるアシスト情報であるとも言える。
【００６５】
本実施形態では、ドップラー算出部１３３は、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号に対するループフィルター処理を実行する。そして、ドップラー算出部１３３は、ループフィルター処理の処理結果と、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。
【００６６】
捕捉・追尾部１３は、コード位相算出部１３１により算出されたコード位相と、ドップラー算出部１３３により算出・補正されたドップラー周波数とを、メジャメント情報としてＧＰＳ位置・速度算出部１４に出力する。
【００６７】
ＧＰＳ位置・速度算出部１４は、捕捉・追尾部１３から取得したメジャメント情報を用いて位置及び速度ベクトルを算出する。そして、算出した位置及び速度ベクトルを、最終結果であるＧＰＳデータとして出力する。
【００６８】
１−２．第２の位置算出方法
図２は、本実施形態における第２の位置算出方法を実現するための第２の位置算出システム２のシステム構成の一例を示す図である。なお、第１の位置算出システム１と同一の機能部については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
第２の位置算出システム２も、ドップラー周波数をより正確に求めてＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を行う点では第１の位置算出システム１と共通する。第１の位置算出システム１では、ＧＰＳの算出結果をＩＮＳの算出結果に反映させて補助ドップラー周波数を算出した後、補助ドップラー周波数をＧＰＳにフィードバックして、最終的なドップラー周波数の算出に用いた。すなわち、ＧＰＳとＩＮＳとのカップリングによって位置及び速度ベクトルを正しく求め、これを介して補助ドップラー周波数を間接的に求めていた。
【００７０】
それに対して、第２の位置算出システム２では、位置及び速度ベクトルを介して補助ドップラー周波数を求めるのではなく、ＩＮＳの算出結果をＧＰＳの算出結果に反映させて補助ドップラー周波数を算出する点が異なる。つまり、補助ドップラー周波数を算出する点は同じであるが、ＩＮＳとＧＰＳとのカップリングによって位置及び速度ベクトルを求めてから間接的に補助ドップラー周波数を求めるのではなく、ＩＮＳとＧＰＳとのカップリングによって直接的に補助ドップラー周波数を求めるものである。
【００７１】
第２の位置算出システム２は、ＧＰＳ受信部１ＢとＩＮＳ部２Ｂとを備える。ＧＰＳ受信部１Ｂは、捕捉・追尾部１５と、ＧＰＳ位置・速度算出部１４とを機能部として有する。また、捕捉・追尾部１５は、仮ドップラー算出部１１３と、コード位相算出部１３１と、ドップラー算出部１３３と、視線方向算出部１５１と、ドップラー変化量算出部１５３と、ドップラー積算部１５５と、補助ドップラー算出部１５７とを含む。
【００７２】
視線方向算出部１５１は、ＧＰＳ位置・速度算出部１４により算出された最新の位置と、衛星軌道情報から求まるＧＰＳ衛星の最新の衛星位置とを用いて、ＧＰＳ衛星に向かう視線方向を算出する。視線方向はドップラー変化量算出部１５３に出力される。
【００７３】
ドップラー変化量算出部１５３は、ＩＮＳ部２Ｂから出力される所定時間分の絶対座標加速度ベクトルを積分して、当該所定時間における速度ベクトルの変化量を算出する。そして、算出した速度ベクトルの変化量と、衛星軌道情報から求まる衛星速度ベクトルの変化量と、視線方向算出部１５１により算出された視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量（以下、「ドップラー変化量」と称す。）を算出する。ドップラー変化量はドップラー積算部１５５に出力される。
【００７４】
ドップラー積算部１５５は、ドップラー変化量算出部１５３により算出されたドップラー変化量を、補助ドップラー算出部１５７により算出された最新の補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）に継ぎ足すことで、積算ドップラー周波数を算出する。積算ドップラー周波数は補助ドップラー算出部１５７に出力される。積算ドップラー周波数は、第３のドップラー周波数に相当する。
【００７５】
補助ドップラー算出部１５７は、仮ドップラー算出部１１３により算出された仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）と、ドップラー積算部１５５により算出された積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）とを合成して、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。
【００７６】
ドップラー周波数を合成する際の重み付けは適宜設定可能である。本実施形態では、積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）の重み付けを仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）よりも大きくして合成する。積算ドップラー周波数は、最新の補助ドップラー周波数にドップラー変化量を継ぎ足すことで求められる精細なドップラー周波数であり、仮ドップラー周波数よりも信頼性が高いと考えられるためである。例えば、合成比率を仮ドップラー周波数：積算ドップラー周波数＝１：９９とし、仮ドップラー周波数が１％だけ反映されるように合成する。
【００７７】
ドップラー算出部１３３は、ループフィルター処理の処理結果と、補助ドップラー算出部１５７により算出された補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。そして、捕捉・追尾部１５は、コード位相算出部１３１により算出されたコード位相と、ドップラー算出部１３３により算出されたドップラー周波数とをメジャメント情報として、ＧＰＳ位置・速度算出部１４に出力する。
【００７８】
ＧＰＳ位置・速度算出部１４は、捕捉・追尾部１５から取得したメジャメント情報を用いて、位置及び速度ベクトルを算出する。そして、これらのデータを最終的なＧＰＳデータとして出力する。
【００７９】
２．実施例
次に、原理で説明した位置算出システムを適用した電子機器の実施例について説明する。ここでは、移動体の一種である四輪自動車に搭載されるカーナビゲーション装置を一例として説明する。
【００８０】
図３は、各実施例に共通するカーナビゲーション装置１０００の機能構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置１０００は、ＧＰＳアンテナ５０と、ＧＰＳ受信部１００と、ＩＮＳ部２００と、ＩＭＵ部３００と、ホスト処理部４００と、操作部５００と、表示部６００と、音出力部７００と、時計部８００と、記憶部９００とを備えて構成される。
【００８１】
ＧＰＳアンテナ５０は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号を受信するアンテナであり、受信信号をＧＰＳ受信部１００に出力する。
【００８２】
ＧＰＳ受信部１００は、ＧＰＳアンテナ５０から出力されたＧＰＳ衛星信号の受信信号を処理する回路部であり、いわゆるＧＰＳ受信装置に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部１００は、ＲＦ受信回路部１１０と、ベースバンド処理回路部１２０とを備えて構成される。なお、ＲＦ受信回路部１１０と、ベースバンド処理回路部１２０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。
【００８３】
ベースバンド処理回路部１２０は、ＲＦ受信回路部１１０から出力された受信信号に対して、キャリア除去や相関演算等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉する。そして、ＧＰＳ衛星信号から取り出した衛星軌道データや時刻データ等を用いて、自動車の位置及び速度ベクトルを算出し、その算出結果をホスト処理部４００に出力する。
【００８４】
図４は、ベースバンド処理回路部１２０の回路構成の一例を示す図であり、本実施例に係わる回路ブロックを中心に記載した図である。ベースバンド処理回路部１２０は、第１の系統回路部１３０と、第２の系統回路部１４０と、処理部１５０と、記憶部１６０とを備えて構成される。
【００８５】
第１の系統回路部１３０は、第１の乗算部１３０１と、第１のキャリア除去用信号発生部１３０３と、第１の相関演算部１３０５と、第１のレプリカコード発生部１３０７とを有する。また、第２の系統回路部１４０は、第２の乗算部１４０１と、第２のキャリア除去用信号発生部１４０３と、第２の相関演算部１４０５と、第２のレプリカコード発生部１４０７とを有する。
【００８６】
第１及び第２の乗算部１３０１，１４０１は、第１及び第２のキャリア除去用信号発生部１３０３，１４０３によりそれぞれ生成・発生された第１及び第２のキャリア除去用信号を受信キャリア信号に乗算することで、受信キャリア信号のキャリア周波数成分を除去して受信コード信号を復調する回路部であり、乗算器等を有して構成される。
【００８７】
第１及び第２のキャリア除去用信号発生部１３０３，１４０３は、受信キャリア信号の周波数に対応する周波数のキャリア除去用信号を生成する回路であり、キャリアＮＣＯ等の発振器を有して構成される。第１及び第２のキャリア除去用信号発生部１３０３，１４０３は、処理部１５０から出力される仮ドップラー周波数及びドップラー周波数に基づく信号を生成・発生させて、第１及び第２の乗算部１３０１，１４０１にそれぞれ出力する。
【００８８】
なお、ＲＦ受信回路部１１０から出力される信号がＩＦ信号である場合には、ＩＦ周波数のキャリア除去用信号を生成する。このように、ＲＦ受信回路部１１０が受信信号をＩＦ信号にダウンコンバージョンする場合も、本実施例は実質的に同一に適用可能である。
【００８９】
第１及び第２の相関演算部１３０５，１４０５は、それぞれ第１及び第２の乗算部１３０１，１４０１から出力される受信コード信号と、第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７により生成・発生されるレプリカコードとの相関演算を行う回路部であり、複数の相関器（コリレーター）等を有して構成される。
【００９０】
第１及び第２の相関演算部１３０５，１４０５は、受信信号のＩＱ成分それぞれに対して、第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７から入力したレプリカコードとの相関演算を行う。なお、受信信号のＩＱ成分の分離（ＩＱ分離）を行う回路ブロックについては図示を省略するが、任意の回路ブロックを適用可能である。例えば、ＲＦ受信回路部１１０において受信信号をＩＦ信号にダウンコンバージョンする際に、位相が９０度異なる局部発振信号を受信信号に乗算することでＩＱ分離を行う構成とすることが考えられる。
【００９１】
第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７は、ＣＡコードを模擬したレプリカコードを生成・発生する回路部であり、コードＮＣＯ等の発振器を有して構成される。第１及び第２のレプリカコード発生部１３０７，１４０７は、処理部１５０から指示されたＰＲＮ番号（衛星番号）に応じたレプリカコードを、処理部１５０から指示された位相遅延量（時間）に応じて遅延させて、第１及び第２の相関演算部１３０５，１４０５にそれぞれ出力する。
【００９２】
処理部１５０は、記憶部１６０に記憶されている各種プログラムに従って、ＲＦ受信回路部１１０乃至ベースバンド処理回路部１２０の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。
【００９３】
記憶部１６０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾処理やＧＰＳ位置・速度算出処理といった各種処理を実行するためのプログラムやデータ等を記憶している。また、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有する。
【００９４】
図３の機能ブロックの説明に戻って、ＩＮＳ部２００は、慣性航法システム又は慣性航法装置として知られるモジュールであり、その機能構成の一例を図５に示す。ＩＮＳ部２００は、処理部２１０と、記憶部２２０とを備えて構成される。
【００９５】
ＩＭＵ部３００は、慣性計測ユニットとして知られるセンサー部であり、慣性センサーの一種である加速度センサー３Ａとジャイロセンサー３Ｂとを備えて構成される。ＩＭＵ部３００の検出結果は、ＩＮＳ部２００に随時出力される。
【００９６】
ホスト処理部４００は、カーナビゲーション装置１０００の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ等のプロセッサーを有して構成される。ホスト処理部４００は、ＧＰＳ受信部１００から出力される仮ＧＰＳデータをＩＮＳ部２００に受け渡したり、ＩＮＳ部２００から出力されるＩＮＳデータをＧＰＳ受信部１００に受け渡す役割を果たす。また、ＧＰＳ受信部１００から出力されるＧＰＳデータをもとに、自動車の現在位置を指し示した地図を表示部６００に表示させたり、ナビゲーション用の音声ガイダンスを音出力部７００から音出力させる処理を行う。
【００９７】
操作部５００は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号をホスト処理部４００に出力する。この操作部５００の操作により、目的地の入力等の各種指示入力がなされる。
【００９８】
表示部６００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホスト処理部４００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６００には、ナビゲーション画面等が表示される。
【００９９】
音出力部７００は、スピーカー等により構成され、ホスト処理部４００から入力される音出力信号に基づいた各種音出力を行う音出力装置である。音出力部７００からは、音声ガイダンス等が音出力される。
【０１００】
時計部８００は、カーナビゲーション装置１０００の内部時計であり、水晶発振器等の発振回路を備えて構成される。時計部８００の計時時刻は、ＧＰＳ受信部１００と、ＩＮＳ部２００と、ホスト処理部４００とに随時出力される。
【０１０１】
記憶部９００は、カーナビゲーション装置１０００のシステムプログラムや、ナビゲーション機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶する記憶装置である。
【０１０２】
２−１．第１実施例
第１実施例は、「１−１．第１の位置算出方法」で説明した第１の位置算出システム１をカーナビゲーション装置１０００に適用した実施例である。
【０１０３】
２−１−１．データ構成
図４に示すように、第１実施例のベースバンド処理回路部１２０の記憶部１６０には、プログラムとして、処理部１５０により読み出され、第１のベースバンド処理（図９参照）として実行される第１のベースバンド処理プログラム１６１が記憶されている。第１のベースバンド処理プログラム１６１には、仮捕捉・追尾プログラム１６１１と、捕捉・追尾プログラム１６１３と、仮ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１５と、ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１７とがサブルーチンとして含まれる。
【０１０４】
第１のベースバンド処理とは、処理部１５０が、各捕捉対象衛星それぞれについて仮捕捉・追尾処理及び捕捉・追尾処理の２種類の処理を行って、仮メジャメント情報及びメジャメント情報を算出・取得する処理である。そして、処理部１５０は、仮メジャメント情報を用いた仮ＧＰＳ位置・速度算出処理を行って仮ＧＰＳデータを算出するとともに、メジャメント情報を用いたＧＰＳ位置・速度算出処理を行ってＧＰＳデータを算出する。第１の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。
【０１０５】
記憶部１６０には、データとして、衛星軌道データ１６３と、仮メジャメントデータ１６４と、メジャメントデータ１６５と、補助ドップラーデータ１６６と、仮ＧＰＳデータ１６７と、ＧＰＳデータ１６８と、仮ループ帯域幅１６９と、ループ帯域幅１７０とが記憶される。
【０１０６】
衛星軌道データ１６３は、全てのＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道情報を記憶したアルマナックや、各ＧＰＳ衛星それぞれについて詳細な衛星軌道情報を記憶したエフェメリス等のデータである。衛星軌道データ１６３は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号をデコードすることで取得する他、カーナビゲーション装置１０００のアシストサーバーからアシストデータとして取得することができる。
【０１０７】
仮メジャメントデータ１６４は、衛星別に仮メジャメント情報が記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図６に示す。仮メジャメントデータ１６４には、捕捉対象衛星の番号１６４１と対応付けて、時刻１６４３毎に仮メジャメント情報１６４５が時系列に記憶される。仮メジャメント情報には、仮コード位相と、仮ドップラー周波数とが含まれる。
【０１０８】
メジャメントデータ１６５は、衛星別にメジャメント情報が記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図７に示す。メジャメントデータ１６５には、捕捉対象衛星の番号１６５１と対応付けて、時刻１６５３毎にメジャメント情報１６５５が時系列に記憶される。メジャメント情報１６５５には、コード位相と、ドップラー周波数とが含まれる。
【０１０９】
補助ドップラーデータ１６６は、衛星別に補助ドップラー周波数が記憶されたデータであり、そのデータ構成例を図８に示す。補助ドップラーデータ１６６には、捕捉対象衛星の番号１６６１と対応付けて、時刻１６６３毎に補助ドップラー周波数１６６５が時系列に記憶される。
【０１１０】
仮ループ帯域幅１６９は、仮ループフィルター処理を行う際の帯域幅であり、所定値（例えば４Ｈｚ）が設定されている。それに対して、ループ帯域幅１７０は、ループフィルター処理を行う際の帯域幅であり、仮ループ帯域幅よりも小さい値（例えば１Ｈｚ）が設定されている。
【０１１１】
図５に示すように、ＩＮＳ部２００の記憶部２２０には、処理部２１０により読み出され、第１のＩＮＳ処理（図１０参照）として実行される第１のＩＮＳ処理プログラム２２１と、衛星軌道データ１６３と、仮ＧＰＳデータ１６７と、ＩＮＳ位置・速度データ２２３と、補助ドップラー周波数２２５とが記憶される。衛星軌道データ１６３及び仮ＧＰＳデータ１６７は、上述した記憶部１６０のデータと同じである。
【０１１２】
第１のＩＮＳ処理とは、処理部２１０が、ＩＭＵ部３００の検出結果を利用した慣性航法演算を行って自動車の位置及び速度ベクトルを算出する処理である。そして、ＧＰＳ受信部１００から取得した仮位置及び仮速度ベクトルを用いて位置及び速度ベクトルを補正し、その補正結果を用いて補助ドップラー周波数を算出して、ＧＰＳ受信部１００に出力する。第１のＩＮＳ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。
【０１１３】
２−１−２．処理の流れ
図９は、ベースバンド処理回路部１２０の処理部１５０が、記憶部１６０に記憶された第１のベースバンド処理プログラム１６１に従って実行する第１のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【０１１４】
最初に、処理部１５０は、ホスト処理部４００を介してＩＮＳ部２００から補助ドップラー周波数のデータを取得したか否かを判定し（ステップＡ１）、取得したと判定した場合は（ステップＡ１；Ｙｅｓ）、当該補助ドップラー周波数を記憶部１６０の補助ドップラーデータ１６６に記憶・更新する（ステップＡ３）。
【０１１５】
ステップＡ３の後、又は、ステップＡ１において取得しなかったと判定した場合は（ステップＡ１；Ｎｏ）、処理部１５０は、捕捉対象衛星判定処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、時計部８００で計時されている現在時刻において、所与の基準位置の天空に位置するＧＰＳ衛星を衛星軌道データ１６３を用いて判定して、捕捉対象衛星を決定する。基準位置は、例えば、電源投入後の初回の位置算出の場合は、いわゆるサーバーアシストによってアシストサーバーから取得した位置としたり、電源切断前の最後に算出した位置とすることができる。また、２回目以降の位置算出の場合は、最新の算出位置とする等の方法で設定できる。
【０１１６】
その後、処理部１５０は、ステップＡ５で判定した各捕捉対象衛星についてループＡの処理を実行する（ステップＡ７〜Ａ１５）。ループＡの処理では、処理部１５０は、記憶部１６０に記憶された仮捕捉・追尾プログラム１６１１に従って仮捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９）。
【０１１７】
仮捕捉・追尾処理では、処理部１５０は、第１の系統回路部１３０にキャリア除去及び相関演算を行わせる。そして、第１の相関演算部１３０５から出力される相関値を所定のコヒーレント積算時間（例えば２０ミリ秒）分積算して、コヒーレント相関積算値を算出する。そして、処理部１５０は、さらにコヒーレント相関積算値を所定のインコヒーレント積算時間（例えば１秒）分積算してインコヒーレント相関積算値を算出し、当該インコヒーレント相関積算値に対するピーク判定を行って、仮コード位相を取得する。また、コヒーレント相関積算値を用いた仮ループフィルター処理を行って、仮ドップラー周波数を算出する。
【０１１８】
弱電界環境等においては、ＧＰＳ衛星信号の受信信号が弱電界の信号となるため、相関演算部により算出される相関値が総じて微小な値となり、相関値のピークが埋もれる傾向がある。この場合、算出されるメジャメント情報の正確性が低下し、位置・速度算出が適切に行われなくなるおそれがある。そこで、仮捕捉・追尾処理では、コヒーレント積算及びインコヒーレント積算の２種類の相関積算を行って、相関値のピークが顕出するようにしている。
【０１１９】
その後、処理部１５０は、記憶部１６０に記憶された捕捉・追尾プログラム１６１３に従って捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１２０】
捕捉・追尾処理では、処理部１５０は、第２の系統回路部１４０にキャリア除去及び相関演算を行わせる。そして、第２の相関演算部１４０５から出力される相関値をコヒーレント積算時間（例えば２０ミリ秒）分積算し、得られるコヒーレント相関積算値に対するピーク判定を行って、最終的なコード位相を取得する。また、コヒーレント相関積算値を用いたループフィルター処理を行い、その処理結果と、補助ドップラーデータ１６６に記憶された最新の補助ドップラー周波数とを用いて、最終的なドップラー周波数を算出する。
【０１２１】
捕捉・追尾処理では、ループフィルター処理の処理結果と、補助ドップラー周波数とを用いてドップラー周波数が算出されるため、仮捕捉・追尾処理と比べてドップラー周波数を正確に求めることができる。そこで、捕捉・追尾処理では、仮捕捉・追尾処理で行ったインコヒーレント積算を省略し、コヒーレント積算のみを行うこととした。そして、コヒーレント積算で得られるコヒーレント相関積算値を用いて、最終的なメジャメント情報を算出・取得する。
【０１２２】
全ての捕捉対象衛星についてステップＡ９及びＡ１１の処理を行った後、処理部１５０は、ループＡの処理を終了する（ステップＡ１５）。その後、処理部１５０は、データの出力タイミングであれば（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、仮ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１５に従って仮ＧＰＳ位置・速度算出処理を行う（ステップＡ１９）。また、処理部１５０は、ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１７に従ってＧＰＳ位置・速度算出処理を行う（ステップＡ２１）。
【０１２３】
その後、処理部１５０は、仮ＧＰＳ位置・速度算出処理及びＧＰＳ位置・速度算出処理の算出結果で記憶部１６０の仮ＧＰＳデータ１６７及びＧＰＳデータ１６８を更新する（ステップＡ２３）。そして、処理部１５０は、仮ＧＰＳデータ１６７及びＧＰＳデータ１６８をホスト処理部４００に出力する（ステップＡ２５）。仮ＧＰＳデータ１６７は、ホスト処理部４００を介してＩＮＳ部２００に提供される。
【０１２４】
ステップＡ２５の後、又は、ステップＡ１７において出力タイミングではないと判定した場合は（ステップＡ１７；Ｎｏ）、処理部１５０は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＡ２７）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＡ２７；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ２７；Ｙｅｓ）、第１のベースバンド処理を終了する。
【０１２５】
図１０は、ＩＮＳ部２００の処理部２１０が、記憶部２２０に記憶された第１のＩＮＳ処理プログラム２２１に従って実行する第１のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャートである。
【０１２６】
最初に、処理部２１０は、ホスト処理部４００を介してＧＰＳ受信部１００から仮ＧＰＳデータ１６７を取得したか否かを判定し（ステップＢ１）、取得したと判定した場合は（ステップＢ１；Ｙｅｓ）、記憶部２２０の仮ＧＰＳデータ１６７を記憶・更新する（ステップＢ３）。
【０１２７】
ステップＢ３の後、又は、ステップＢ１において取得しなかったと判定した場合は（ステップＢ１；Ｎｏ）、処理部２１０は、ジャイロセンサー３Ｂにより検出されたローカル角速度を積分及び継ぎ足し処理して姿勢角を算出する（ステップＢ５）。そして、処理部２１０は、加速度センサー３Ａにより検出されたローカル加速度ベクトルを座標変換して、絶対座標加速度ベクトルを算出する（ステップＢ７）。
【０１２８】
次いで、処理部２１０は、絶対座標加速度ベクトルを積分及び継ぎ足し処理して、自動車の速度ベクトルを算出する（ステップＢ９）。そして、処理部２１０は、算出した速度ベクトルを最新の算出位置に加算することで、自動車の位置を新たに算出する（ステップＢ１１）。処理部２１０は、速度ベクトル及び位置の算出結果を、記憶部２２０のＩＮＳ位置・速度データ２２３に記憶させる。
【０１２９】
その後、処理部２１０は、ステップＢ７及びＢ９で算出した位置及び速度ベクトルを、仮ＧＰＳデータ１６７に記憶された最新の仮位置及び仮速度ベクトルを用いて補正する（ステップＢ１３）。そして、処理部２１０は、補正した位置及び速度ベクトルと、衛星軌道データ１６３から求まる最新の衛星位置及び衛星速度ベクトルとを用いて、補助ドップラー周波数２２５を算出する（ステップＢ１５）。そして、処理部２１０は、補助ドップラー周波数２２５をホスト処理部４００に出力する（ステップＢ１７）。
【０１３０】
次いで、処理部２１０は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＢ１９）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＢ１９；Ｎｏ）、ステップＢ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＢ１９；Ｙｅｓ）、第１のＩＮＳ処理を終了する。
【０１３１】
２−２．第２実施例
第２実施例は、「１−２．第２の位置算出方法」で説明した第２の位置算出システム２をカーナビゲーション装置１０００に適用した実施例である。なお、第１実施例と同一の機能構成やデータ構成、処理ステップについては同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１３２】
２−２−１．データ構成
図１１は、第２実施例におけるベースバンド処理回路部１２０の記憶部１６０のデータ構成の一例を示す図である。記憶部１６０には、プログラムとして、第２のベースバンド処理（図１４参照）として実行される第２のベースバンド処理プログラム１６２が記憶される。第２のベースバンド処理プログラム１６２には、仮捕捉・追尾プログラム１６１１と、捕捉・追尾プログラム１６１３と、ＧＰＳ位置・速度算出プログラム１６１７と、補助ドップラー算出プログラム１６２１とがサブルーチンとして含まれている。
【０１３３】
また、記憶部１６０には、データとして、衛星軌道データ１６３と、仮メジャメントデータ１６４と、メジャメントデータ１６５と、補助ドップラーデータ１６６と、ＧＰＳデータ１６８と、仮ループ帯域幅１６９と、ループ帯域幅１７０と、ドップラー積算用データ１７１とが記憶される。
【０１３４】
図１２は、ドップラー積算用データのデータ構成の一例を示す図である。ドップラー積算用データ１７１には、時刻１７１１と対応付けて、ＩＮＳ部２００から出力される絶対座標加速度ベクトル１７１３が時系列に記憶される。
【０１３５】
図１３は、第２実施例におけるＩＮＳ部２００の記憶部２２０に格納されたデータの一例を示す図である。記憶部２２０には、第２のＩＮＳ処理（図１５参照）として実行される第２のＩＮＳ処理プログラム２２２と、ローカル加速度ベクトルを座標変換することで得られる絶対座標加速度ベクトルデータ２２７とが記憶される。
【０１３６】
２−２−２．処理の流れ
図１４は、ベースバンド処理回路部１２０の処理部１５０が、記憶部１６０に記憶された第２のベースバンド処理プログラム１６２に従って実行する第２のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【０１３７】
処理部１５０は、ステップＣ１においてＩＮＳ部２００から絶対座標加速度ベクトル２２７のデータを取得すると（ステップＣ１；Ｙｅｓ）、ドップラー積算用データ１７１に最新の絶対座標加速度ベクトル１７１３として記憶させる（ステップＣ３）。
【０１３８】
処理部１５０は、各捕捉対象衛星について行うループＢの処理において（ステップＣ７〜Ｃ１５）、仮捕捉・追尾処理を行った後（ステップＡ９）、記憶部１６０に記憶された補助ドップラー算出プログラム１６２１に従って補助ドップラー算出処理を行う（ステップＣ１０）。
【０１３９】
図１５は、補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、処理部１５０は、ＧＰＳデータ１６８に含まれる最新の位置と、衛星軌道データ１６３から求まる当該捕捉対象衛星の最新の衛星位置とを用いて、当該捕捉対象衛星に対する視線方向を算出する（ステップＤ１）。そして、処理部１５０は、ドップラー積算用データ１７１に記憶されている所定時間分の絶対座標加速度ベクトル１７１３を積分して、当該所定時間における速度ベクトル変化量を算出する（ステップＤ３）。
【０１４０】
次いで、処理部１５０は、ステップＤ１で算出した視線方向と、ステップＤ３で算出した速度ベクトル変化量とを用いて、ドップラー変化量を算出する（ステップＤ５）。そして、処理部１５０は、補助ドップラーデータ１６６に記憶された最新の補助ドップラー周波数に、ステップＤ３で算出したドップラー変化量を継ぎ足して、積算ドップラー周波数を算出する（ステップＤ７）。
【０１４１】
その後、処理部１５０は、ステップＤ７で算出した積算ドップラー周波数と、ステップＣ９の仮捕捉・追尾処理で算出した仮ドップラー周波数とを合成する（ステップＤ９）。そして、処理部１５０は、合成したドップラー周波数を、最新の補助ドップラー周波数として補助ドップラーデータ１６６に記憶させる（ステップＤ１１）。そして、処理部１５０は、補助ドップラー算出処理を終了する。
【０１４２】
図１４の第２のベースバンド処理に戻って、補助ドップラー算出処理を行った後、処理部１５０は、捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行し、全ての捕捉対象衛星について処理を行った後、ループＢの処理を終了する。
【０１４３】
ループＢの処理の後、処理部１５０は、ＧＰＳデータの出力タイミングであれば（ステップＡ１７；Ｙｅｓ）、ＧＰＳ位置・速度算出処理を行う（ステップＡ２１）。図９の第１のベースバンド処理とは異なり、第２のベースバンド処理では仮ＧＰＳ位置・速度算出処理は不要であるため省略している。
【０１４４】
そして、処理部１５０は、ＧＰＳ位置・速度算出処理の算出結果で記憶部１６０のＧＰＳデータ１６８を更新する（ステップＣ２３）。そして、処理部１５０は、更新したＧＰＳデータ１６８をホスト処理部４００に出力する（ステップＣ２５）。
【０１４５】
図１６は、ＩＮＳ部２００の処理部２１０が、記憶部２２０に記憶された第２のＩＮＳ処理プログラム２２２に従って実行する第２のＩＮＳ処理の流れを示すフローチャートである。
【０１４６】
先ず、処理部２１０は、ジャイロセンサー３Ｂにより検出されたローカル角速度を積分及び継ぎ足し処理して姿勢角を算出する（ステップＥ１）。そして、処理部２１０は、加速度センサー３Ａにより検出されたローカル加速度ベクトルを座標変換して、絶対座標加速度ベクトルを算出する（ステップＥ３）。
【０１４７】
次いで、処理部２１０は、ステップＥ３で算出した絶対座標加速度ベクトルを、ホスト処理部４００を介してＧＰＳ受信部１００に出力する（ステップＥ５）。そして、処理部２１０は、処理を終了するか否かを判定し（ステップＥ７）、まだ終了しないと判定した場合は（ステップＥ７；Ｎｏ）、ステップＥ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＥ７；Ｙｅｓ）、第２のＩＮＳ処理を終了する。
【０１４８】
３．実験結果
本実施形態の位置算出システムを利用して実際に位置算出を行った実験結果について説明する。強電界環境と、弱電界環境と、マルチパス環境との異なる３種類の受信環境において、位置算出システムを搭載した自動車を予め定められた経路に沿って走行させた。そして、従来の手法で算出した位置と、本実施形態の手法で算定した位置とを地図上にプロットした。以下の実験結果の図において、自動車の真の軌跡を点線で、従来の手法で算出した軌跡を細実線で、本実施形態の手法で算出した軌跡を太実線でそれぞれ示す。
【０１４９】
図１７は、強電界環境における実験結果の一例を示す図である。強電界環境では、従来の手法でも比較的良好な軌跡が得られている。しかし、例えば楕円で囲った部分Ｐ１〜Ｐ４において、従来の手法を用いて算出した軌跡が真の軌跡に追従できていないことがわかる。それに対して、本実施形態の手法で算出した軌跡を見ると、部分Ｐ１〜Ｐ４においても真の軌跡にほぼ追従しており、位置算出の正確性が向上していることがわかる。
【０１５０】
図１８は、弱電界環境における実験結果の一例を示す図である。弱電界環境では、強電界環境と比べて位置算出精度の劣化が顕著である。特に、従来の手法で算出した軌跡を見ると、所々に大きな位置飛びやオーバーシュートが発生しており、真の軌跡にほとんど追従できていないことがわかる。それに対して、本実施形態の手法で求めた軌跡を見ると、大きな位置飛びやオーバーシュートが抑制され、比較的良好な結果が得られていることがわかる。但し、「位置飛び」とは、算出位置が真位置から大きく外れる現象のことを意味する。また、「オーバーシュート」とは、算出位置が曲がり角において曲がりきれずに行き過ぎる現象のことを意味する。
【０１５１】
図１９は、マルチパス環境における実験結果の一例を示す図である。図１７及び図１８とは実験場所が異なり、マルチパスが生じ易い場所を選択して実験を行った。この実験結果を見ると、自動車の真の軌跡は道路に沿って真っ直ぐであるのに対し、従来の手法で算出した軌跡は大きく蛇行していることがわかる。それに対して、本実施形態の手法で算出した軌跡を見ると、部分的に真の軌跡から外れている箇所は存在するものの、概ね真の軌跡に沿った軌跡が得られていることがわかる。以上の実験結果により、本実施形態の位置算出手法の有効性が実証された。
【０１５２】
４．作用効果
第１の位置算出方法では、ＧＰＳ測位用衛星からのＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号を仮ループフィルター処理して、仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）を算出する。そして、仮ドップラー周波数を用いて仮位置及び仮速度ベクトルを算出する。その一方で、加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果を用いた慣性航法演算を行って位置及び速度ベクトルを算出する。そして、算出した位置及び速度ベクトルを仮位置及び仮速度ベクトルを用いて補正し、その補正結果を用いて補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。そして、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号をループフィルター処理し、その処理結果と、補助ドップラー周波数とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。
【０１５３】
第２の位置算出方法では、ジャイロセンサー及び加速度センサーを含むセンサー部の検出結果を用いて積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）を算出する。そして、仮ドップラー周波数（第１のドップラー周波数）と積算ドップラー周波数（第３のドップラー周波数）とを合成することで、補助ドップラー周波数（第２のドップラー周波数）を算出する。そして、ＧＰＳ衛星信号を受信した受信信号をループフィルター処理し、その処理結果と、補助ドップラー周波数とを用いて、最終的なドップラー周波数（第４のドップラー周波数）を算出する。
【０１５４】
何れの手法も、ドップラー周波数をより正確に算出し、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を適切に行うことで、位置・速度算出の正確性を向上させることができる。第１の位置算出方法では、ＧＰＳとＩＮＳとのカップリングによって正確性の高い位置及び速度ベクトルを算出し、その算出結果を用いて補助ドップラー周波数を算出することで、補助ドップラー周波数を適切に求めることができる。それに対して、第２の位置算出方法では、ＩＮＳによる位置及び速度ベクトルの算出を省略し、絶対座標系における加速度ベクトルを用いて算出した積算ドップラー周波数と、仮ドップラー周波数とを合成することで、補助ドップラー周波数を簡易且つ適切に求めることができる。
【０１５５】
５．変形例
以下、変形例について説明するが、上述した実施例と共通する構成については上述した実施例と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【０１５６】
５−１．信号強度に基づく捕捉・追尾処理の切替
各捕捉対象衛星から受信した受信信号の信号強度に基づいて、実行する捕捉・追尾処理を切り替えることとしてもよい。
【０１５７】
図２０は、この場合に処理部１５０が図９の第１のベースバンド処理に代えて実行する第３のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
処理部１５０は、各捕捉対象衛星について行うループＣの処理において（ステップＦ７〜Ｆ１５）、当該捕捉対象衛星から受信した受信信号の信号強度“Ｐ”を計測する（ステップＦ９）。受信信号の信号強度“Ｐ”は、例えばＣ／Ｎ比（Carrier to Noise ratio）として計測することができる。
【０１５８】
そして、処理部１５０は、計測した信号強度“Ｐ”を判定し（ステップＦ１１）、信号強度“Ｐ”が所定の高強度閾値“θｓ”を超えている場合は（ステップＦ１１；Ｐ＞θｓ）、仮捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１５９】
一方、信号強度“Ｐ”が所定の低強度閾値“θｗ”未満である場合は（ステップＦ１１；Ｐ＜θｗ）、処理部１５０は、捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６０】
また、信号強度“Ｐ”が低強度閾値“θｗ”以上であり高強度閾値“θｓ”以下であれば（ステップＦ１１；θｗ≦Ｐ≦θｓ）、処理部１５０は、仮捕捉・追尾処理及び捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９及びＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６１】
この処理の特徴は、信号強度が弱い衛星については、仮捕捉・追尾処理を省略し、信号強度が強い衛星については、捕捉・追尾処理を省略した点にある。信号強度が弱い衛星については、ループ帯域幅の広い（例えば４Ｈｚ）仮ループフィルター処理を行ってもドップラー周波数が正しく求まらない可能性がある。そこで、仮捕捉・追尾処理を省略して処理負荷の軽減を図ったものである。それに対して、信号強度が強い衛星については、ループ帯域幅の狭い（例えば１Ｈｚ）ループフィルター処理を行わなくとも、仮ループフィルター処理を行うだけで十分正確なドップラー周波数が求まる可能性がある。そこで、捕捉・追尾処理を省略して処理負荷の軽減を図ったものである。
【０１６２】
以降は第１のベースバンド処理と同じであるが、仮ＧＰＳ位置・速度算出処理では（ステップＡ１９）、ループＣの処理において仮捕捉・追尾処理を実行した捕捉対象衛星の仮メジャメント情報を用いて、仮位置及び仮速度ベクトルを算出する。また、ＧＰＳ位置・速度算出処理では（ステップＡ２１）、ループＣの処理において捕捉・追尾処理を実行した捕捉対象衛星のメジャメント情報を用いて、位置及び速度ベクトルを算出する。
【０１６３】
上記の処理は、第２のベースバンド処理にも同様に適用可能である。図２１は、この場合に処理部１５０が図１４の第２のベースバンド処理に代えて実行する第４のベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
【０１６４】
各捕捉対象衛星について行うループＤの処理において（ステップＧ７〜Ｇ１５）、信号強度“Ｐ”が所定の高強度閾値“θｓ”を超えていれば（ステップＦ１１；Ｐ＞θｓ）、処理部１５０は、仮捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ９）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６５】
また、受信信号の信号強度“Ｐ”が所定の低強度閾値“θｗ”未満であれば（ステップＦ１１；Ｐ＜θｗ）、処理部１５０は、捕捉・追尾処理を行う（ステップＡ１１）。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６６】
また、信号強度“Ｐ”が低強度閾値“θｗ”以上であり高強度閾値“θｓ”以下であれば（ステップＦ１１；θｗ≦Ｐ≦θｓ）、処理部１５０は、仮捕捉・追尾処理（ステップＡ９）と、補助ドップラー算出処理（ステップＣ１０）と、捕捉・追尾処理（ステップＡ１１）とを行う。そして、処理部１５０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。
【０１６７】
５−２．積算ドップラー周波数の補正
補助ドップラー周波数の算出に用いる積算ドップラー周波数を、ＩＮＳにより算出される移動方向を用いて補正することとしてもよい。ジャイロセンサーの検出結果を用いて移動体の姿勢角が求まれば、移動体の移動方向も求まる。この場合、ＩＮＳ部は、姿勢角から求まる移動体の移動方向をＧＰＳ受信部に出力する。そして、ＧＰＳ受信部は、ＩＮＳ部から取得した移動方向を用いて積算ドップラー周波数を補正する。
【０１６８】
図２２は、この場合に処理部１５０が図１５の補助ドップラー算出処理に代えて実行する第２の補助ドップラー算出処理の流れを示すフローチャートである。なお、補助ドップラー算出処理と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
【０１６９】
処理部１５０は、ステップＤ７において積算ドップラー周波数を算出した後、ＩＮＳ部から取得した移動方向を用いて積算ドップラー周波数を補正する（ステップＨ８）。具体的には、ステップＤ３で算出した速度ベクトル変化量の向きに積算ドップラー周波数を投影して、当該向きに対するドップラー周波数成分を算出する。そして、当該ドップラー周波数成分の大きさは維持したまま、向きをＩＮＳ部から取得した移動方向に修正し、再び視線方向に投影して積算ドップラー周波数を再構成する。
【０１７０】
次いで、処理部１５０は、ステップＨ８において補正した積算ドップラー周波数と、仮ドップラー周波数とを合成する（ステップＨ９）。そして、処理部１５０は、合成したドップラー周波数を補助ドップラー周波数として記憶させて（ステップＤ１１）、第２の補助ドップラー算出処理を終了する。
【０１７１】
５−３．処理の主体
上述した実施例では、ベースバンド処理回路部の処理部が、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾処理及び位置・速度算出処理を行うものとして説明したが、これらの処理の主体は適宜設定変更可能である。
【０１７２】
例えば、以下のようにしてもよい。ベースバンド処理回路部の処理部が、仮捕捉・追尾処理及び捕捉・追尾処理を行って仮メジャメント情報及びメジャメント情報を取得して、電子機器のプロセッサーであるホスト処理部に出力する。そして、ホスト処理部が、ベースバンド処理回路部から取得した仮メジャメント情報及びメジャメント情報を用いて仮ＧＰＳ位置・速度算出処理及びＧＰＳ位置・速度算出処理を行って、仮ＧＰＳデータ（仮位置及び仮速度ベクトル）及びＧＰＳデータ（位置及び速度ベクトル）を算出する。
【０１７３】
５−４．衛星信号の捕捉・追尾
上述した実施形態では、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を、デジタル信号処理によってソフトウェア的に行うものとして説明したが、捕捉・追尾回路によってハードウェア的に行うこととしてもよい。この場合は、相関演算部からの出力をフィードバックするループ回路として、仮捕捉・追尾を行う仮ループフィルター回路と、捕捉・追尾を行うループフィルター回路との２種類のループ回路を受信装置に構成すればよい。
【０１７４】
仮ループフィルター回路及びループフィルター回路には、それぞれ仮ループフィルター部及びループフィルター部を設ける。そして、仮ループフィルター部の帯域幅として仮ループ帯域幅（第１のループ帯域幅）を設定し、ループフィルター部の帯域幅として仮ループ帯域幅よりも狭いループ帯域幅（第２のループ帯域幅）を設定する。
【０１７５】
また、上記の実施例のベースバンド処理回路部では、受信キャリア信号からのキャリア除去や、受信ＣＡコードとレプリカＣＡコードとの相関演算を、キャリア除去用の回路部や相関演算回路部によってハードウェア的に実現したが、これらをデジタル信号処理としてソフトウェア的に実現することも可能である。
【０１７６】
５−５．ＧＰＳ受信部
第１の位置算出システム１では、ＧＰＳ受信部の中に第１の系統と第２の系統との２種類の系統を設けるものとして説明したが、第１の系統を有する第１のＧＰＳ受信部と、第２の系統を有する第２のＧＰＳ受信部との２つのＧＰＳ受信部を設けることとしてもよい。この場合は、第１のＧＰＳ受信部及び第２のＧＰＳ受信部に相当する２つのＧＰＳ受信装置を電子機器に搭載すればよい。
【０１７７】
５−６．ＩＮＳ部
また、上記の実施形態では、ＩＮＳ部とセンサー部とが別体であるものとして説明したが、ＩＮＳ部とセンサー部とを一体化してもよい。この場合は、処理部と、記憶部と、ＩＭＵ部とを具備するＩＮＳ部を構成し、このＩＮＳ部に相当する慣性航法装置を電子機器に搭載すればよい。
【０１７８】
５−７．電子機器
上述した実施例では、四輪自動車に搭載するカーナビゲーション装置に本発明を適用した場合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、二輪自動車に搭載するナビゲーション装置に適用してもよいし、携帯型ナビゲーション装置に適用することとしてもよい。
【０１７９】
また、ナビゲーション以外の用途の電子機器についても本発明を同様に適用可能であることは勿論である。例えば、携帯型電話機やパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった他の電子機器についても本発明を同様に適用可能である。
【０１８０】
５−８．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ことは勿論である。
【符号の説明】
【０１８１】
１ 第１の位置算出システム、 ２ 第２の位置算出システム、 １Ａ，１Ｂ ＧＰＳ受信部、 ２Ａ，２Ｂ ＩＮＳ部、 ３Ａ 加速度センサー、 ３Ｂ ジャイロセンサー、 １１ 仮捕捉・追尾部、 １２ 仮ＧＰＳ位置・速度算出部、 １３ 捕捉・追尾部、 １４ ＧＰＳ位置・速度算出部、 ２１ 姿勢算出部、 ２３ 座標変換部、 ２５ ＩＮＳ位置・速度算出部、 ２７ ＩＮＳ位置・速度補正部、 ２９ 補助ドップラー算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置が行う衛星信号捕捉方法であって、
前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出することと、
加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出することと、
前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、
を含む衛星信号捕捉方法。
【請求項２】
前記センサー部の計測結果を用いて位置を算出することと、
前記第１のドップラー周波数を用いて仮位置を算出することと、
前記仮位置を用いて前記位置を補正することと、
を更に含み、
前記第２のドップラー周波数を算出することは、前記補正された位置における前記測位用衛星への視線方向と、前記計測結果とを用いて前記第２のドップラー周波数を算出することを含む、
請求項１に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項３】
前記第２のドップラー周波数を算出することは、
前記センサー部の計測結果と、前記測位用衛星への視線方向とを用いて、第３のドップラー周波数を算出することと、
前記第１のドップラー周波数と前記第３のドップラー周波数とを合成して、前記第２のドップラー周波数を算出することと、
を含む、
請求項１に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項４】
前記第３のドップラー周波数を算出することは、
前記センサー部により計測された加速度と前記視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量を算出することと、
前記ドップラー周波数の変化量を積算することで前記第３のドップラー周波数を算出することと、
を含む、
請求項３に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項５】
前記合成することは、前記第３のドップラー周波数の重み付けを前記第１のドップラー周波数よりも大きくして合成することを含む、
請求項３又は４に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項６】
前記衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅でループフィルター処理する第１のループフィルター処理を実行することと、
前記衛星信号の受信信号を前記第１のループ帯域幅よりも狭い第２のループ帯域幅でループフィルター処理する第２のループフィルター処理を実行することと、
前記第２のループフィルター処理の処理結果と、前記第２のドップラー周波数とを用いて、第４のドップラー周波数を算出することと、
を更に含み、
前記第１のドップラー周波数を算出することは、前記第１のループフィルター処理を実行して前記第１のドップラー周波数を算出することを含み、
前記捕捉することは、前記第４のドップラー周波数を用いて捕捉することを含む、
請求項１〜５の何れか一項に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項７】
前記捕捉することは、
信号強度が高い条件として定められた所定の高強度条件を満たす衛星信号については、前記第１のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、
前記高強度条件を満たさない衛星信号については、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、
を含む、
請求項１〜６の何れか一項に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項８】
測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置であって、
前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出する第１のドップラー算出部と、
加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出する第２のドップラー算出部と、
前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、
を備えた受信装置。
【請求項１】
測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置が行う衛星信号捕捉方法であって、
前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出することと、
加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出することと、
前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、
を含む衛星信号捕捉方法。
【請求項２】
前記センサー部の計測結果を用いて位置を算出することと、
前記第１のドップラー周波数を用いて仮位置を算出することと、
前記仮位置を用いて前記位置を補正することと、
を更に含み、
前記第２のドップラー周波数を算出することは、前記補正された位置における前記測位用衛星への視線方向と、前記計測結果とを用いて前記第２のドップラー周波数を算出することを含む、
請求項１に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項３】
前記第２のドップラー周波数を算出することは、
前記センサー部の計測結果と、前記測位用衛星への視線方向とを用いて、第３のドップラー周波数を算出することと、
前記第１のドップラー周波数と前記第３のドップラー周波数とを合成して、前記第２のドップラー周波数を算出することと、
を含む、
請求項１に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項４】
前記第３のドップラー周波数を算出することは、
前記センサー部により計測された加速度と前記視線方向とを用いて、ドップラー周波数の変化量を算出することと、
前記ドップラー周波数の変化量を積算することで前記第３のドップラー周波数を算出することと、
を含む、
請求項３に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項５】
前記合成することは、前記第３のドップラー周波数の重み付けを前記第１のドップラー周波数よりも大きくして合成することを含む、
請求項３又は４に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項６】
前記衛星信号の受信信号を第１のループ帯域幅でループフィルター処理する第１のループフィルター処理を実行することと、
前記衛星信号の受信信号を前記第１のループ帯域幅よりも狭い第２のループ帯域幅でループフィルター処理する第２のループフィルター処理を実行することと、
前記第２のループフィルター処理の処理結果と、前記第２のドップラー周波数とを用いて、第４のドップラー周波数を算出することと、
を更に含み、
前記第１のドップラー周波数を算出することは、前記第１のループフィルター処理を実行して前記第１のドップラー周波数を算出することを含み、
前記捕捉することは、前記第４のドップラー周波数を用いて捕捉することを含む、
請求項１〜５の何れか一項に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項７】
前記捕捉することは、
信号強度が高い条件として定められた所定の高強度条件を満たす衛星信号については、前記第１のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、
前記高強度条件を満たさない衛星信号については、前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉することと、
を含む、
請求項１〜６の何れか一項に記載の衛星信号捕捉方法。
【請求項８】
測位用衛星からの衛星信号を受信する受信装置であって、
前記衛星信号を受信した受信信号を用いて第１のドップラー周波数を算出する第１のドップラー算出部と、
加速度センサーを少なくとも含むセンサー部の計測結果と、前記第１のドップラー周波数とを用いて第２のドップラー周波数を算出する第２のドップラー算出部と、
前記第２のドップラー周波数を用いて前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、
を備えた受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−４２２４６（Ｐ２０１２−４２２４６Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８１７０１（Ｐ２０１０−１８１７０１）
【出願日】平成２２年８月１６日（２０１０．８．１６）
【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２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１６日（２０１０．８．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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