説明

高さ情報を生成する衛星ナビゲーションシステム

車両用の衛星ナビゲーションシステム(100)が、車両が位置する地理的位置の標準高さ情報の生成機能を備える。このシステム(100)は、ナビゲーション衛星からの受信信号の関数として位置データを生成できる衛星受信器(110)を有し得る。この位置データは、軽度、緯度、および楕円高さの情報を有し得る。このシステム(100)は、起伏グリッドモデル(146)またはデジタル地図(142)中のある地理的範囲に対して起伏値を記憶し得る。このシステム(100)は、その位置の近似起伏値を決定し、その位置の標準高度値を計算し得る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、ナビゲーションシステムに関し、さらにより詳しくは、衛星ナビゲーションシステムを有する標準高さの生成に関する。
【背景技術】
【0002】
(発明の背景)
一般に、地形図におよび物理的マーカーに示される高さは標準高さHである。標準高さHは、基準海面上からの高さを示し、測地水準によって決定される。この標準高さシステムは、海抜高度システムまたは正規高システムについて時々参照され得る。
【0003】
NGS(National Geodetic Survey)は、物理的な計測および測地水準を使用することによって、米国における標準高さシステム用の高さを決定する。他国の諸官庁は、例えば、ドイツのバーデンビュッテンベルグの連邦地理調査局(State Survey Authority of the Federal State)、およびスイスにある地理連邦局などは、同様な機能を達成する。
【0004】
米国のGPS(Global Positioning Systems)、またはロシア連邦のGlonass(Global Orbiting Navigation Satellite System)のような衛星ナビゲーションシステムから得られる高さは、測地水準により得られる高さとは異なる高度(height)システムを利用する。衛星ナビゲーションシステムデータは、概して楕円高さh(ellipsoidal height)を得るように処理される。楕円高さhは、例えば、WGS84(World Geodetic System 1984)のような、地球の単純楕円モデルを基準とした高さである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
異なる高度システムが使用されるため、ある位置の衛星ナビゲーションシステムにより示される楕円高さhは、発行地図に示される同位置の標準高さHと50m程度相違し得る。この相違は、衛星ナビゲーションシステムにより提供される高さを発行地図により提供される高さに調節しようとする場合に、問題を示し得る。デジタル地図を有する車両用のナビゲーションシステムは多くあるけれども、この高さの相違は、オフロードかまたはデジタル地図以外の範囲のいずれか一方で走行する場合に問題であり得る。
【0006】
楕円高さhから標準高さHに変換するためには、起伏値N(undulation value N)を必要とし得る。楕円高度システムおよび標準高度システム間の関係は、方程式:h=H+Nにより表現され得る。楕円高さhおよび標準高さH間の正確な変換では、計測高さデータの正確さに見合う高分解能な起伏Nのモデルを要する。このようなモデルの2つの例は、米国におけるGEOID96モデルおよびドイツにおけるDFHBFモデルである。
【0007】
ある位置の標準高さHを示す、車両用の衛星ナビゲーションシステムを提供することが望まれる。さらに、道路セクション(section of road)の標準高さHを提供する、車両用の衛星ナビゲーションシステムを提供することが望まれる。さらには、車両が道路上にいる場合には、道路セクションの標準高さHを提供し、およびさらに車両が道路上にいない場合にはオフロード位置の標準高さHを提供する、車両用の衛星ナビゲーションシステムを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
(発明の要旨)
車両用の衛星ナビゲーションシステムは、車両が位置するある地理上の位置に対する標準高さを生成する機能を供える。このシステムは、例えば、GPS受信器またはGlonass受信器のような、ナビゲーション衛星から無線信号を受信出来る衛星受信器を有し得る。この衛星受信器は、その位置に対する位置データを生成し得る。この位置データは、経度、緯度、および楕円高さを有し得る。
【0009】
さらにこのシステムは、該データ記憶装置を有し得る。データ記憶装置は、地理的範囲に対する起伏値を記憶し得る。この起伏値は、起伏グリッドモデル(undulation grid model)またはデジタル地図中に記憶され得る。起伏値は、起伏グリッドモデル中の点に、またはデジタル地図における道路セクションを示すベクトルに関連する。
【0010】
このシステムはさらにプロセッサを有する。このプロセッサは、衛星受信器におよびデータ記憶装置に接続され得る。このプロセッサは、衛星受信器から位置データを受信し、およびデータ記憶装置から位置に関連する起伏値を検索し得る。このプロセッサはさらに、この位置に対する標準高度値を計算し得る。その位置に対する標準高度値は、楕円高度値、および起伏値の関数として計算され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の他のシステム、方法、特徴、および利点は、次に示す図面および詳細な説明を検討することにより当業者にとって明らかになり得る。このような全ての付加システム、方法、特徴、および利点が、この明細書内に存在し、本発明の範囲内にあり、および添付する特許請求の範囲により保護されることが意図される。
【0012】
本発明は、添付図面を参照してよりよく理解され得る。図面構成要素は、動縮尺である必要があるわけではない;そのかわり、本発明の原理を示すことが強調される。さらに、図面中では、同じ参照番号は、異なる図面にわたって、対応部分を示す。
【0013】
図1は、例示の車両用の衛星ナビゲーションシステム100のシステムのレベルのブロックダイアグラムである。車両用の衛星ナビゲーションシステム100は、衛星受信器110、プロセッサ130、ディスプレイ112、およびデータ記憶装置140を有し得る。衛星受信器110は、ナビゲーション衛星から無線信号を受信し、および無線信号の関数として位置Pに対する緯度x、経度y、および楕円高さhを決定し得る。車両用のナビゲーションシステム100は、乗用車、トラック、バス、電車、バイク、自転車などの使用に適応し得る。
【0014】
位置Pは、P(x,y,h)として示され得、ここで、xは緯度、yは経度、およびzは位置Pの高さである。位置P(x,y,h)の高さhは、地球の単純楕円モデルを基準とした高さである楕円高さhであり得る。例えば、衛星受信器110は、GPS受信器またはグロナス(Glonass)受信器であり得る。
【0015】
衛星受信器110はアンテナ124を有し得る。該アンテナ124は、衛星受信機110の操作周波数範囲の電波を受信し得る。例えば、アンテナ124はGPSアンテナまたはグロナスアンテナであり得る。
【0016】
データ記憶装置140は、起伏値およびデジタル地図142を記憶し得る。もしくは、車両用の衛星ナビゲーションシステム100は、ケースデジタル地図(case digital map)142が省略され得るマップ機能を欠き得る。起伏値が、起伏グリッドモデル146および/またはデジタル地図142の一部分として、データ記憶装置140により記憶され得る。データ記憶装置140は、ハードディスクドライブ、コンパクトディスクドライブ、デジタルバーサチルディスクドライブ(digital versatile disc drive)、ミニディスクドライブ、フロッピー(登録商標)ディスク、スマートカードドライブ、メモリースティック、メモリカートリッジドライブ、フラッシュメモリドライブなどのような記憶媒体を有し得る。
【0017】
起伏グリッドモデル146は、地理的範囲中の位置P(X,Y)に対する高度起伏値の集合N(X,Y)を有し得、ここでXは、範囲中の緯度xの集合であり、およびYは、範囲中の経度yの集合である。それぞれの起伏値N(x,y)は、N(x,y)が位置P(x,y)に対する起伏値を示すように集合XおよびYの構成要素の唯一の組合せに関連し得る。集合N(X,Y)の起伏値は、例えばGEOID96モデルまたはDFHBFモデル由来のデータを有し得る。
【0018】
車両用のナビゲーションシステムにおいては共通だが、デジタル地図142は、道路のシステムを示すベクトルを有し得る。デジタル地図142は、複数のベクトルVxを有し得、ここで、それぞれのVxは、道路セクションSxを示す。道路セクションSxの位置および高さは概して固定である。それゆえ、道路セクションSxに対する起伏値Nxの動的な計算よりもむしろ、デジタル地図142中に記憶される道路セクションSxに対する起伏値Nxは、例えば、デジタル地図142の”プリプロセッサ”中に、前もって計算され得る。それぞれの道路セクションSxに対して、値Nxは道路セクションSxを示すベクトルVxの付加的な条件としてデジタル地図142中に記憶される。
【0019】
プロセッサ130は、位置P(x,y)に対する起伏値を識別および検索し、位置P(x,y)に対する標準高さを生成し得る。プロセッサ130は、ナビゲーションアプリケーション132および高さ変換アプリケーション134を有し得る。ナビゲーションアプリケーション132は、プロセッサ130に、現在位置P(x,y)に基づくベクトルVxから起伏値Nxを識別、および検索させるための命令を有し得る。ナビゲーションアプリケーション132がさらに、プロセッサ130にNxの関数として、この位置の標準高さを生成するための命令を有し得る。
【0020】
プロセッサ130は、例えば、インテルペンティアム(登録商標)マイクロプロセッサ、サンスパーク(SPARC)マイクロプロセッサ、モトローラ(Motorola)マイクロプロセッサ等のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラーを有し得る。データ記憶装置140から離れて示されるけれども、プロセッサ130およびデータ記憶装置140はかわりに、シングルユニットに組み込まれ得る。
【0021】
ナビゲーションアプリケーション132および高さ変換アプリケーション134は、プロセッサ130のメモリ135中に記憶され得る。もしくは、製品136は、ナビゲーションアプリケーション132および高さ変換アプリケーション134を明白に具現化し得る。製品136は、磁気記憶装置、光学記憶装置、または電磁気記憶装置などのようなプログラム記憶装置であり得る。例えば、製品136は、コンパクトディスク、デジタルバーサチルディスク、ミニディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、スマートカード、メモリースティック、メモリカートリッジ、フラッシュメモリ装置などであり得る。
【0022】
もしくは、電磁気信号137は、ナビゲーションアプリケーション132および高さ変換アプリケーション134を具現化し得る。電磁気信号137は、空間を通って伝播するモジュレートされた搬送波(modulated carrier wave)、空間を通って伝播される光波(light wave)、または光ファイバー導線(fiber optic conductor)、電気導線を通って伝送される電気信号などであり得る。例えば、電磁気信号137は、アクセスポイントによって車両用の衛星システム100に伝播されるワイヤレスローカルエリアネットワーク信号であり得る。さらに、電磁気信号137は、ブルートゥース(Bluetooth)を利用可能なコンピュータによって伝播されるブルートゥース信号、またはワイヤレスサービスプロバイダーによって伝播される3G信号(third generation signal)であり得る。さらに、電磁気信号137は、発光ダイオード、または光ファイバーのレーザーを使用可能コンピュータにより発する光波であり得る。電磁気信号137は、例えば、RS−232信号、RS−488信号、IEEE802信号、IEEE1394のような、通信規格(communications standard)に同調するコンピュータからの電気信号でもあり得る。
【0023】
ナビゲーションアプリケーション132および高さ変換アプリケーション134は、プロセッサ130によって実行可能な命令の1以上のプログラムとして具現化され得る。プロセッサ130は、製品136または電磁気信号137から直接の命令の1以上のプログラムを実行し得る。もしくは、プロセッサは、製品136からの命令、または電磁気信号137から命令を読み得、および実行の前にメモリ135に命令を記憶し得る。
【0024】
同様にして、データ記憶装置140により記憶される起伏値は、メモリ147に記憶され、製品148から読み込まれ、または電磁気信号149から読み込まれ得る。例えば、データ記憶装置140は、地理的範囲に入った時、電磁気の搬送波149を通ってデジタル地図142および/または起伏グリッドモデル146を取得し得る。電磁気の搬送波149は電磁気信号137、つまり電磁気信号137に関して上述したものと実質的に同様な電磁気信号であり得る。
【0025】
さらに、製品148および製品136は同じ物理的装置であり得る。同様に、電気信号137および電磁気信号149は同じ信号であり得る。若しくは、製品148および製品136を有する複数の物理的装置が存在し得る。さらに、電磁気信号137または電磁気信号149を有する複数の信号が存在し得る。
【0026】
操作においては、衛星受信器110は、ナビゲーション衛星から電波(無線信号)を受信し得、車両用の衛星ナビゲーションシステム100の現在位置P(x,y,h)を生成し得る。位置P(x,y,h)の高さhは、楕円高さhであり得る。プロセッサ130は、位置P(x,y,h)の楕円高さhを、位置P(x,y,h)の標準高さHに変換し得る。
【0027】
図2は、高さ変換アプリケーション134の命令実行時のプロセッサ130の処理を示すフローチャートである。ステップ202では、位置P(x,y,h)を示す位置信号が、衛星受信器110から信号路114を通ってプロセッサ130により受信され得る。
【0028】
ステップ204においては、プロセッサ130は、起伏グリッドモデル146から、位置P(x,y,h)の緯度xおよび経度yに実質的に対応する起伏値N(x,y)を検索し得る。ステップ206においては、プロセッサ130は、位置P(x,y,h)の楕円高さhを標準高さHに変換し得る。プロセッサ130は、楕円高さhから起伏値N(x,y)を引き算することにより標準高さHを計算し得る。起伏値N(x,y)は、正または負の数として表現され得るので、明細書中で使用される用語「引き算(subtracting)」は、正の値を引き算することと同様に、負の値を加えることとする。
【0029】
ステップ208においては、プロセッサ130は、位置P(x,y,h)に対する標準高さHを示すディスプレイ信号を生成し得る。プロセッサ130は、信号路116を通ってディスプレイ信号をディスプレイ112に伝送し得る。この方式では、位置P(x,y,h)に対する標準高さHがユーザーに伝送され得る。
【0030】
図3は、実行命令がナビゲーションアプリケーション132中にある場合の、プロセッサ130の処理を示すフローチャートである。ステップ302においては、位置P(x,y,h)を示す位置信号は、信号路114を通ってプロセッサ130によって衛星受信器110から受信され得る。ステップ304においては、プロセッサ130は、位置P(x,y,h)付近の道路セクションSxを示すベクトルVx決定および検索し得、ベクトルVxから起伏値Nxを読み込み得る。地図142のプリプロセッシング中に、複数の正方形グリッドに存在する任意の道路セクションSxは、それぞれのベクトルVxが唯一の起伏値Nxを有し得るように、複数のセクションに分割され得る。
【0031】
ステップ306においては、プロセッサ130は、位置P(x,y,h)の楕円高さhを標準高さHに変換し得る。プロセッサ130は、楕円高さhから起伏値Nxを引き算することにより標準高さHを計算し得る。工程308においては、プロセッサ130は、位置P(x,y,h)の標準高さHを示すディスプレイ信号を生成する。プロセッサ130は、信号路116を通ってディスプレイ112にディスプレイ信号を伝送する。この形式では、位置P(x,y,h)の標準高さHは、ユーザーに伝送され得る。
【0032】
操作においては、プロセッサ130は、現在位置P(x,y,h)が「オンロード」、またはほとんど道路付近である場合、ナビゲーションアプリケーション132を実行し得る。しかしながら、現在位置P(x,y,h)が「オフロード」、または道路付近にいない場合、プロセッサ130は、高さ変換アプリケーション134を実行し得る。このことにより、利用時に地図等が表示可能となり、オフロード操作中に標準高さHが表示可能となる。
【0033】
図4は、例示の車両用の衛星ナビゲーションシステム100を有する例示的な車両150を示す。衛星受信器110、プロセッサ130、ディスプレイ112、およびデータ記憶装置140は車両150に接続される。ディスプレイ112は、好ましくは、車両150のドライバーにより見える位置(図中の点線)の客室に取り付けられる。
【0034】
プロセッサ130およびデータ記憶装置140は、例えば、点線の後ろ側、つまり車両150の座席の下に取り付けられ得る。もしくは、データ記憶装置140が、例えばコンパクトディスク、データ記憶装置140などのような移動媒体の一定の形式を利用する場所は、好ましくは、車両150のドライバーによりアクセスし易い位置(例えば、図中の点線)に取り付けられ得る。
【0035】
衛星受信器110は、例えば、車両150のトランク中に取り付けられ得る。アンテナ124は、非遮蔽の無線周波数が空間にある位置の車両150外または車両150内に取り付けられ得る。図4は単に例示に過ぎず、いずれにせよクレーム記載の発明を制限することを意図されない。
【0036】
本発明の様々な実施形態が記載されたが、本発明の範囲内の多くの具体物および実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明は、添付された特許請求の範囲およびその均等物以外には、制限されない。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】車両用の衛星ナビゲーションシステムの機能ブロックダイアグラムである。
【図2】高さ変換アプリケーションの命令を実行する場合の、衛星ナビゲーションシステムのプロセッサの処理を示すフローチャートである。
【図3】ナビゲーションアプリケーションの命令を実行する場合に、衛星ナビゲーションシステムのプロセッサの処理を示すフローチャートである。
【図4】車両用の衛星ナビゲーションシステムを有する車両である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ある位置の標準高さを決定する車両用の衛星ナビゲーションシステムであって、該システムが:
ナビゲーション衛星から無線信号を受信し、該無線信号の関数として、該車両位置を生成することが可能な衛星受信器;
該位置の起伏値を記憶可能なデータ記憶装置;および
該衛星受信器、および該データ記憶装置に接続されたプロセッサ;
を有し、該位置が楕円高度値を有し、該プロセッサが、該楕円高度値および該起伏値の関数として該位置に対する標準高度値を生成するよう操作可能であるシステム。
【請求項2】
前記起伏値を有するベクトルとして道路セクションを示すデジタル地図を有し、前記データ記憶装置が該デジタル地図を有する、請求項1に記載の車両用の衛星ナビゲーションシステム。
【請求項3】
前記起伏値を有する高度グリッドモデルを有し、前記データ記憶装置が該高度グリッドモデルを有する、請求項2に記載の車両用の衛星ナビゲーションシステム。
【請求項4】
前記起伏値を有する高度グリッドモデルを有し、前記データ記憶装置が該高度グリッドモデルを有する、請求項1に記載の車両用の衛星ナビゲーションシステム。
【請求項5】
ベクトルとして道路を表すデジタル地図、および前記起伏値を有する高度グリッドモデルを有し、前記データ記憶装置が該デジタル地図および該高度グリッドモデルを有する、請求項1に記載の車両用の衛星ナビゲーションシステム。
【請求項6】
車両位置の標準高さを決定するための方法であって、該方法が:
ナビゲーション衛星から無線信号を受信する工程;
該無線信号の関数として、車両位置の経度、緯度、および楕円高さを決定する工程;
記憶された起伏値を検索する工程;および
該楕円高度値および該起伏値の関数として、該車両位置の標準高さを生成する工程、
を包含する方法。
【請求項7】
前記記憶された起伏値の集合がエリアの起伏値を有する、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
前記起伏値を検索する工程が、前記車両位置の経度および緯度に基づく前記起伏値の集合から1の起伏値を識別する工程を含む、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
後に検索するために起伏値を記憶する工程をさらに含む、請求項6に記載の方法。
【請求項10】
後に検索するために前記起伏値を記憶する工程が、起伏値を有する起伏グリッドモデルを記憶する工程を含み、起伏グリッドモデルにおけるそれぞれの起伏値がエリアと連関する、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
前記車両位置の標準高さを生成する工程が、前記楕円高さから前記記憶された起伏値を引き算する工程を含む、請求項6に記載の方法。
【請求項12】
前記車両位置の標準高さを生成する工程が、前記楕円高さに前記記憶された起伏値を加算する工程を含む、請求項6に記載の方法。
【請求項13】
ある車両位置の標準高さを決定する方法であって、該方法が:
ナビゲーション衛星から無線信号を受信する工程;
該無線信号の関数として、該車両位置の経度、緯度、および楕円高さを決定する工程;
該車両位置の経度、緯度に基づいて、デジタル地図中に記憶された起伏値の集合から起伏値を検索する工程;および
該楕円高さおよび該起伏値の関数として、該車両位置の標準高さを生成する工程、
を包含する方法。
【請求項14】
デジタル地図を記憶する工程をさらに包含する、請求項12に記載の方法。
【請求項15】
前記デジタル地図を記憶する工程が道路セクションを表すベクトルを記憶する工程、および起伏値の前記集合中の1の起伏値を前記ベクトルと関連付ける工程を包含する、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記デジタル地図を記憶する工程が、前記起伏値の集合を有する高度グリッドモデルを記憶する工程を含む、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記デジタル地図を記憶する工程が、前記起伏値の集合からの起伏値の部分集合を前記ベクトルと関連付ける工程を含む、請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記位置の標準高さを生成する工程が、前記起伏値を前記楕円高さと組み合わせる工程を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項19】
車両用のナビゲーションシステムに、車両位置の標準高さを決定させるために具現化される命令のプログラムを有するプログラム記憶装置を有する製品であって、該製品中の該命令のプログラムが;
該車両用のナビゲーションシステムにナビゲーション衛星から無線信号を受信させる命令;
該車両用のナビゲーションシステムに、該無線信号の関数として、該車両位置の経度、緯度、および楕円高さを決定させる命令;
該車両用のナビゲーションシステムに、記憶された起伏値を検索させるための命令;および
該車両用のナビゲーションシステムに、該楕円高さおよび該起伏値の関数として、該車両位置の標準高さを生成させる命令、
を有する製品。
【請求項20】
前記プログラム記憶装置が、磁気記憶装置、光学記憶装置、および電磁気記憶装置を有する群から選択される、請求項19に記載の製品。
【請求項21】
前記命令のプログラムが前記車両用のナビゲーションシステムにエリアに対するデジタル地図を記憶させるための命令を有し、該デジタル地図が起伏値の集合を有する、請求項19に記載の製品。
【請求項22】
車両用のナビゲーションシステムに車両位置の標準高さを決定させるために具現化される命令のプログラムを有する電磁気信号であって、該命令のプログラムが:
該車両用のナビゲーションシステムにナビゲーション衛星から無線信号を受信させるための命令;
該車両用のナビゲーションシステムに、該無線信号の関数として、該車両位置に対する経度、緯度、および楕円高さを決定させる命令;
該車両用のナビゲーションシステムに、記憶された起伏値を検索させるための命令;および
該車両用のナビゲーションシステムに、該楕円高さおよび該起伏値の関数として該車両位置に対する標準高さを生成させるための命令、
を有する電磁気信号。
【請求項23】
デジタル地図を記憶する工程をさらに含む、請求項22に記載の電磁気信号。
【請求項24】
前記デジタル地図を記憶する工程が道路セクションを表すベクトルを記憶する工程、および前記起伏値を前記ベクトルに関連付ける工程を有する、請求項23に記載の電磁気信号。
【請求項25】
ある位置の標準高さを決定するための車両用の衛星ナビゲーションシステムであって、該システムが:
ナビゲーション衛星から無線信号を受信し、および該無線信号の関数として、該車両の位置を生成することが可能な衛星受信器;
該位置の起伏値を記憶するための手段;
命令のプログラムを具現化するための手段;および
該衛星受信器、該記憶手段、および具現化手段に接続されたプロセッサ、
を有し、ここで、該位置が楕円高度値を有し、および該プロセッサが、該楕円高度値および該起伏値の関数として該位置の標準高度値を生成するように命令のプログラムを実行可能であるシステム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2006−514740(P2006−514740A)
【公表日】平成18年5月11日(2006.5.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−568270(P2004−568270)
【出願日】平成15年2月11日(2003.2.11)
【国際出願番号】PCT/US2003/004118
【国際公開番号】WO2004/072583
【国際公開日】平成16年8月26日(2004.8.26)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
Bluetooth
【出願人】(504147933)ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ ゲーエムベーハー (165)
【Fターム(参考)】