ＧＰＳレシーバ
【課題】初回測位の精度が低い場合であってもその後の測定位置の精度低下を有効に避けることができるＧＰＳレシーバを提供する。
【解決手段】ＧＰＳ測位の結果に基づいてＧＰＳレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、第一の範囲に基づいて、過去のある時点でＧＰＳレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、過去のある時点のＧＰＳ測位で計算された過去測定位置が第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段とを備え、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないようにＧＰＳレシーバを構成する。
【解決手段】ＧＰＳ測位の結果に基づいてＧＰＳレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、第一の範囲に基づいて、過去のある時点でＧＰＳレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、過去のある時点のＧＰＳ測位で計算された過去測定位置が第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段とを備え、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないようにＧＰＳレシーバを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を用いてＧＰＳ測位を行うＧＰＳレシーバに関連し、詳しくは、該ＧＰＳ測位の結果に基づいて計算した推定位置を外部に出力するＧＰＳレシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、地球を周回するＧＰＳ衛星から発信されるＧＰＳ信号を用いて対象物の位置情報等を測定するための測位システムであり、日常生活においても広く利用されている。
【０００３】
ＧＰＳでは、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって複数のＧＰＳ衛星が同じ周波数帯を共用してＧＰＳ信号を送信する。すなわち、ＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星の軌道情報やクロック情報を含む通信信号としての航法メッセージと、ＧＰＳ衛星毎に定められた拡散符号としてのＰＲＮコード（Pseudo Random Noise code）とにより、１５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調したものである。ＧＰＳレシーバは、原理上必要とされる個数以上のＧＰＳ衛星を選択し、選択したＧＰＳ衛星に対応するＰＲＮコードを生成し、生成したＰＲＮコードの位相をＧＰＳ信号に同期させて乗じることにより航法データを復調する。そして、復調して得られた航法データを用いて演算を行い、対象物の位置情報、移動速度等を得る。以下、ＧＰＳレシーバによるＧＰＳ信号を利用した位置測位、移動速度測定等を「ＧＰＳ測位」と記す。
【０００４】
ＧＰＳレシーバを備えたエンドユーザ向け製品には、例えば乗用車に搭載されるカーナビゲーション装置がある。カーナビゲーション装置は、ＧＰＳ測位に加えてＤＲ（dead reckoning）センサを用いた周知のＤＲ測位も行い、２つの測位方式の弱点を補完するように、両方式による測位結果から最終的な測位結果を演算する。そして、演算して得られた測位結果に基づいて、画面上に表示する自車位置を更新する。また、ユーザによって目的地が設定されている場合には、カーナビゲーション装置は画面上の自車位置の更新と併せて当該目的地に向けたナビゲーションを行う。
【０００５】
このようなカーナビゲーション装置では、ＧＰＳレシーバがＧＰＳ測位に利用できるＧＰＳ衛星は、建造物等によるＧＰＳ信号の遮蔽により刻々と変化する。このためＧＰＳ測位に利用されるＧＰＳ衛星の幾何学的配置がばらついてＧＰＳ測位解に含まれる誤差が変動し、次の図１（ａ）に示されるようにＧＰＳ測位による測定位置がばらつく。
【０００６】
図１（ａ）はＧＰＳ測位による測定位置のばらつきを説明するための図である。図１（ａ）の線Ａは乗用車の実際の走行軌跡を、●印の各プロットは所定の周期で実行されるＧＰＳ測位により得られる測定位置を、線Ａ’は各測定位置を時系列で結んだ軌跡を示す。図１（ａ）に示されるように、測位に利用されるＧＰＳ衛星の幾何学的配置のばらつきに起因して測位誤差が変動するため、各測定位置を時系列で結んだ軌跡Ａ’が乗用車の実際の走行軌跡Ａに対して大きくばらついていることが分かる。
【０００７】
カーナビゲーション装置等においては、このように不規則にゆらいだ軌跡を画面表示することは好ましくない。このため一般的なＧＰＳレシーバは、カルマンフィルタを使用してＧＰＳ測位結果から統計的に誤差成分を除去した推定値を計算する構成を有している。ＧＰＳレシーバは、カルマンフィルタが過去のＧＰＳ測位結果や測定条件等の情報を統合して求めた推定値に基づいてＧＰＳ測位結果を修正して出力する。図１（ｂ）は、図１（ａ）と同一の走行軌跡Ａと、カルマンフィルタによる推定値に基づいて修正された各測定位置を時系列で結んだ軌跡Ａ”との関係を表す図である。図１（ｂ）に示されるように、カルマンフィルタの処理によって、実際の走行軌跡Ａと修正後の測定位置との誤差は小さくなり、また時間的に隣り合う測定位置が連続性を有するように位置修正されるため、修正後の各測定位置を時系列で結んだ軌跡は滑らかな軌跡を描くようになる。
【０００８】
ここで、例えば乗用車がトンネルに進入するとＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号がトンネルで遮蔽されるため、ＧＰＳレシーバはＧＰＳ測位を行うことができない。このようなＧＰＳレシーバの非測位状態が長く継続すると、例えば前回測定位置からの移動距離や方位の変化が大きくなるため、カルマンフィルタの推定値の精度が低下してＧＰＳ測位結果の誤差が大きくなる。このためＧＰＳレシーバは、非測位状態が一定時間以上継続した場合にはカルマンフィルタの推定値をリセットするように構成されている。
【０００９】
また、乗用車がトンネルから抜けるとＧＰＳレシーバはＧＰＳ信号を遮蔽する要素がなくなるためＧＰＳ測位を再開するが、このときＧＰＳ測位による測定位置が大きく位置飛びすることがある。
【００１０】
例えば長時間の非測位状態から測位可能状態に復帰した時に最初に行うＧＰＳ測位（以下、「初回測位」と記す。）では、非測位時にキャリア周波数やＰＲＮコードの位相が変動しているため、非測位状態になる前のＧＰＳ測位で用いた値（ＧＰＳ衛星を捕捉する際に用いた各種設定値）を利用した場合、ＧＰＳ衛星を再捕捉することが難しい。このためＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星を再捕捉する際のキャリア周波数やＰＲＮコードの位相のサーチレンジを広めに設定する。このためＧＰＳレシーバはＧＰＳ衛星の捕捉に時間がかかり、初回測位で十分な数のＧＰＳ衛星を捕捉できず、精度の良いＧＰＳ測位結果を演算できないことがある。このとき測定位置が大きく位置飛びしたものになる。
【００１１】
さらに、非測位状態が一定時間以上継続してカルマンフィルタの推定値がリセットされている場合、カルマンフィルタは、精度の低い初回測位結果によって初期値が設定され、それ以降の推定値を精度の低い初回測位結果に基づいて推定することになる。このため乗用車がトンネルから抜けた直後はカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下する。カルマンフィルタは過去の推定値を用いて新たな推定値を演算するように設計されているため、一旦推定値に大きな誤差が含まれるとその誤差が除去されるまでに時間がかかる欠点がある。
【００１２】
図２は、カルマンフィルタの推定値の精度が低下した場合の問題を説明するための図である。図２の線Ａは図１（ａ）等と同一の走行軌跡を、線Ｂはトンネルと該トンネルの外との境界を、プロットＣは初回測位で得られる測定位置を、●印の各プロットはカルマンフィルタで処理されていない場合の二回目以降の各測定位置（初回測位の次回（二回目）以降のＧＰＳ測位で得られる測定位置）を、×印の各プロットはカルマンフィルタで処理された場合の二回目以降の測定位置を示す。図２に示されるように、大きく位置飛びした測定位置Ｃによりカルマンフィルタの推定値の精度が一旦劣化すると、カルマンフィルタで処理された測定位置が良好な値（直線Ａの近傍）に収束するまでに時間がかかることが分かる。
【００１３】
初回測位を速やかに行なうための技術については、特許文献１〜３に幾つかの方法が示されている。特許文献１に記載のＧＰＳレシーバは、キャリアとＧＰＳレシーバ内部で発生させた信号との同期レベルを監視し、トンネル等の遮蔽物によりＧＰＳ信号が遮蔽されているかを判定する。そして、ＧＰＳ信号が遮蔽されていると判定した場合にはその代替として別のＧＰＳ衛星をサーチすることを禁止する。また特許文献２に記載のＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ信号の遮断を検知したときに、過去に捕捉したＧＰＳ衛星を優先的にサーチする。このため特許文献１や２に記載のＧＰＳレシーバでは、例えばトンネルを通過した際にサーチレンジを広げて新たなＧＰＳ衛星をサーチするといった必要がなくなるため、速やかな初回測位が達成される。
【００１４】
また特許文献３に記載のＧＰＳレシーバは、キャリア周波数に基づいてＧＰＳレシーバ内部の基準周波数発振器の周波数ズレ量を算出する。そして、算出された周波数ズレ量に基づいてキャリア周波数やＰＲＮコードの位相のサーチレンジを設定して次のサーチ動作を行う。特許文献３に記載のＧＰＳレシーバは、適切なサーチレンジを予め設定することで速やかな初回測位を達成する。
【特許文献１】特開平８−２０１５０３号公報
【特許文献２】特開平８−２１１１４２号公報
【特許文献３】特開平１０−２６８０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献１〜３の何れにも上述した問題、つまり初回測位による測定位置が位置飛びするようなときにカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下する問題については提起されておらず、これまで当該問題を解決する手段についての検討は行なわれていなかった。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、初回測位の精度が低い場合であってもその後の測定位置の精度低下を有効に避けることができるＧＰＳレシーバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ信号を用いてＧＰＳ測位を行い、該ＧＰＳ測位により求められた測定位置に基づいて推定位置を計算して外部に出力するように構成されたものであり、ＧＰＳ測位の結果に基づいてＧＰＳレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、第一の範囲に基づいて、過去のある時点でＧＰＳレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、過去のある時点のＧＰＳ測位で計算された過去測定位置が第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段とを備え、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴としたものである。
【００１８】
このように構成されたＧＰＳレシーバによれば、初回測位の精度が低く位置飛びするようなときにカルマンフィルタが該初回測位結果の影響を受けてその推定値の精度が低下することを有効に避けることができる。これにより、初回測位の次以降のＧＰＳ測位による測定位置は該初回測位の影響を受けず、該影響により精度が低下することがない。
【００１９】
上記ＧＰＳレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合に、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰ（Dilution of Precision）と、過去のある時点のＧＰＳ測位におけるＤＯＰとを比較するＤＯＰ比較手段をさらに備えた構成としてもよい。このように構成されたＧＰＳレシーバは、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰの方が良好である場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しない。
【００２０】
また上記ＧＰＳレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合に、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下であるか否かを判定するＤＯＰ判定手段をさらに備えた構成としてもよい。このように構成されたＧＰＳレシーバは、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下である場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しない。
【００２１】
上記現在位置推定手段は、ＧＰＳ測位時に利用したＧＰＳ衛星の幾何学的配置および該ＧＰＳ測位結果から求められる疑似距離誤差に基づいて第一の範囲を推定する構成としてもよい。
【００２２】
また上記過去位置推定手段は、現在のＧＰＳ測位による測位結果に含まれる測定方位および測定速度に基づいて第一の範囲をシフトさせたものを第二の範囲とする構成としてもよい。
【００２３】
ここで、上述した過去のある時点とは、例えば一定時間以上継続してＧＰＳ測位ができない状態から、ＧＰＳ測位ができる状態に復帰した時点である。
【００２４】
また上記ＧＰＳレシーバにおいて、推定位置の計算はカルマンフィルタを使用した推定計算であってもよい。このように構成されたＧＰＳレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、カルマンフィルタを使用した推定計算に該過去測定位置が用いられないよう、該カルマンフィルタをリセットする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のＧＰＳレシーバによれば、初回測位の精度が低く測定位置が位置飛びした場合であってもその後のカルマンフィルタの推定値の精度低下を有効に避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のカーナビゲーション装置の構成および動作について説明する。
【００２７】
図３は、ナビゲーション装置２００の構成を示すブロック図である。図３に示されるように、ナビゲーション装置２００は、ＧＰＳレシーバ１００、ジャイロセンサ１０２、車速センサ１０４、Ａ／Ｄ変換部１０２ａ、１０４ａ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０８、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１１４、表示部１１６、および入力部１１８を備えている。ＣＰＵ１０８は、ナビゲーション装置２００全体の制御を統括し、ナビゲーション装置２００の各構成要素との連携動作により各種機能を実現する。
【００２８】
ＧＰＳレシーバ１００は、複数のＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位に必要な数以上のＧＰＳ信号を捕捉、追尾してＧＰＳ測位を行い、得られたＧＰＳ測位結果をＣＰＵ１０８に出力する。ＧＰＳレシーバ１００によるＧＰＳ測位は例えば毎秒一回行われる。
【００２９】
ジャイロセンサ１０２および車速センサ１０４は周知のＤＲセンサである。ジャイロセンサ１０２は、カーナビゲーション装置２００を搭載した車両の水平面における方位に関する角速度を計測し、その計測結果をＡ／Ｄ変換部１０２ａに出力する。また、車速センサ１０４は、当該車両の左右の駆動輪の回転速度を検出し、その検出結果に応じたパルス数をＡ／Ｄ変換部１０４ａに出力する。Ａ／Ｄ変換部１０２ａ、１０４ａに入力された信号はデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１０８に入力される。
【００３０】
ＲＯＭ１１０は、ナビゲーション処理を実行するための各種プログラムを格納している。これらのプログラムは、ナビゲーション装置２００起動時にＲＡＭ１１２のワークエリアにロードされる。ＣＰＵ１０８は、当該ワークエリア上のプログラムを実行するとともに、ＨＤＤ１１４に格納されている地図データを適宜読み出して表示部１１６に地図を表示させる。
【００３１】
具体的には、ＣＰＵ１０８は、各ＤＲセンサの出力に基づいてＤＲ測位演算を行い、ＤＲ測位結果を取得する。次いで、取得したＤＲ測位結果と、ＧＰＳレシーバ１００のＧＰＳ測位結果とを、夫々の測位結果に対する誤差の推定値を加味した上で比較する。そして、その比較結果に基づいて高精度と判定される測位結果を選択し、選択された測位結果を最終的な測位結果（以下、「最終測位結果」と記す。）として決定する。なおＧＰＳ測位結果の出力が無い場合には、上記の比較処理を行うことなくＤＲ測位結果を最終測位結果とする。
【００３２】
そして、ＣＰＵ１０８は、決定した測位結果に基づいてＨＤＤ１１４に格納されている地図データベースを検索し、対応する地図画像を抽出する。最後にマップマッチングを行い、抽出した地図画像に自車位置マークを重畳して表示部１１６に表示させる。このときユーザが入力部１１８を操作して目的地を設定していれば、ＣＰＵ１０８はその目的地に向けたナビゲーション処理も行う。
【００３３】
次に、ＧＰＳレシーバ１００について詳細に説明する。図４は、ＧＰＳレシーバ１００の構成を示すブロック図である。図４に示されるように、ＧＰＳレシーバ１００は、ダウンコンバータ部１、受信信号処理部２、および測位演算制御部３を備えている。ダウンコンバータ部１は、ＧＰＳ信号を受信して中間周波数に変換した後、受信信号処理部２に出力する。受信信号処理部２と測位演算制御部３は連携動作して、ダウンコンバータ部１から出力される信号を用いてＧＰＳ信号の捕捉、追尾、および測位の各処理を実行する。測位演算制御部３は、受信信号処理部２との連携動作で得られたＧＰＳ測位結果をＣＰＵ１０８に出力する。
【００３４】
ダウンコンバータ部１は、ＧＰＳアンテナ１０、ＲＦ（radio frequency）入力部１１、ＢＰＦ（Band Pass Filter）１２および１４、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１３、ダウンコンバータ１５、ＡＧＣ（Auto Gain Control）１６、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator）１７、周波数シンセサイザー１８、およびＡ／Ｄ変換部１９を有している。
【００３５】
ＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ信号は、ＧＰＳアンテナ１０により受信され、ＲＦ入力部１１を介してＢＰＦ１２に入力する。次いで、この入力信号（以下、「ＲＦ信号」と記す。）は、ＢＰＦ１２により所定帯域にフィルタリングされ、低雑音増幅器であるＬＮＡ１３、ＢＰＦ１４を経てＧＰＳ帯域外のノイズが減衰された後、ダウンコンバータ１５に入力する。
【００３６】
ＴＣＸＯ１７は所定の周波数を発振する局部発振器であり、その発振周波数はダウンコンバータ１５に入力されるＲＦ信号の周波数よりも低い。また、周波数シンセサイザー１８は、ＴＣＸＯ１７からの入力に基づいて局部発振器信号を生成し、ダウンコンバータ１５に出力する。ダウンコンバータ１５は入力された局部発振器信号を用いて、ＡＧＣ１６の制御下で、ＲＦ信号を信号処理に有利な中間周波数、すなわちＩＦ（Intermediate Frequency）信号に変換してＡ／Ｄ変換部１９に出力する。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換部１９は、ＩＦ信号をサンプリングして直交復調し、Ｉ（In-phase）信号とＱ（Quadra-phase）信号に変換する。なお、Ｉ信号は直交復調の際の同相成分であり、Ｑ信号はＩ信号と直交関係にある成分である。以下、説明の便宜上、Ｉ信号とＱ信号とをまとめて「ＩＱ信号」という。Ａ／Ｄ変換部１９は、変換処理で得られたＩＱ信号を受信信号処理部２に出力する。
【００３８】
受信信号処理部２は、チャンネル２１およびＮＣＯ（Number Controlled Oscillator）２２を有している。受信信号処理部２は、ＣＤＭＡ方式により複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に捕捉、追尾できるようにチャンネル２１を複数備えた構成となっている。
【００３９】
また測位演算制御部３は、ＣＰＵ３１、ＲＴＣ（Real-Time Clock）３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、およびインターフェース３５を有している。ＣＰＵ３１は、周波数シンセサイザー１８から出力されるクロックに基づいて動作し、受信信号処理部２および測位演算制御部３の制御を統括的に行う。ＲＴＣ３２は、水晶発振器（不図示）によって動作する時計ＩＣ（Integrated Circuit）であり、計時手段として機能する。ＲＯＭ３３は、測位演算を行うためのプログラム（例えば上述したカルマンフィルタ等）やデータを格納している。当該プログラムは、ナビゲーション装置２００起動時にＲＡＭ３４のワークエリアにロードされる。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３４のワークエリアにロードされたプログラムにしたがって動作し、ＮＣＯ２２を制御するとともに各チャンネル２１からの信号に基づいて測位演算を行う。そして、演算によって得られたＧＰＳ測位結果をインターフェース３５を介してＣＰＵ１０８に出力する。
【００４０】
詳細には、ＣＰＵ３１は、前回までの測位で取得した航法メッセージ、前回のＧＰＳ測位結果、ＲＴＣ３２で計時される現在時刻に基づいて、各チャンネル２１に入力されるＩＱ信号のドップラーシフト量、および、ＧＰＳ信号を捕捉するために必要なＰＲＮコードの位相のサーチレンジを推定し、推定結果に基づいてドップラーシフト量およびサーチレンジの設定値を生成してＮＣＯ２２に出力する。ＣＰＵ３１は、各チャンネル２１でそれぞれ異なるＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号が捕捉、追尾されるように、各チャンネル２１でサーチするＰＲＮコードをチャンネル２１毎にＮＣＯ２２を通じて指定する。
【００４１】
ＮＣＯ２２は、周波数シンセサイザー１８から出力されるクロックを基準に動作し、ＣＰＵ３１からの設定値に基づいてＰＲＮコードのリファレンスコードを生成するとともに、各チャンネル２１と必要なデータ交換を行って各チャンネル２１を制御する。
【００４２】
各チャンネル２１は、ＮＣＯ２２の制御下で、Ａ／Ｄ変換部１９からのＩＱ信号に対して、ＣＰＵ３１が設定したドップラーシフト量に基づいてドップラーシフトの補償を行う。また、同じくＣＰＵ３１が設定したサーチレンジ内において、ＰＲＮコードのリファレンスコードとＩＱ信号とを乗積および積算することにより、ＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮコードと、リファレンスコード（すなわちＧＰＳレシーバ１００側で生成したＰＲＮコード）との相関値を求める。そして、各チャンネル２１は、求めた相関値が所定の閾値を超えた場合、当該ＩＱ信号すなわちＧＰＳ信号を捕捉する。このときの積算処理の時間が長く設定されるほどＧＰＳ信号に含まれるノイズの影響を除去することができ、捕捉感度が上昇する。この積算処理時間もＣＰＵ３１によって設定される。
【００４３】
ＣＰＵ３１は、各チャンネル２１で求められた相関値に基づいて、各チャンネル２１で捕捉されたＩＱ信号とリファレンスコードとの位相差を検出するとともに、リファレンスコードの位相をＩＱ信号の位相に同期させて該ＩＱ信号を復調し、航法データを得る。またＣＰＵ３１は、各チャンネル２１に対応したフィードバック制御であって、各チャンネル２１の出力値が最大となるようにＮＣＯ２２をフィードバック制御することにより、各チャンネル２１で捕捉されたＧＰＳ信号の追尾を行う。なおＣＰＵ３１は、ＧＰＳ信号の捕捉、追尾に失敗した場合、サーチレンジの再設定等を行った上でＧＰＳ信号の捕捉、追尾を再試行する。チャンネル２１で捕捉、追尾されているＧＰＳ信号の総数がＧＰＳ測位に必要な数以上である場合、ＣＰＵ３１は、航法データを始めとする測位に必要なデータを各チャンネル２１から受け取って、測位および速度測定を行い、各測定結果をカルマンフィルタにかけてＧＰＳ測位結果を取得してＣＰＵ１０８に出力する。ＧＰＳレシーバ１００は、上述のように、毎秒一回測位演算を行い、得られたＧＰＳ測位結果をＣＰＵ１０８に出力する。
【００４４】
このような処理（以下「ＧＰＳ測位演算処理」と記す。）を経て得られたＧＰＳ測位結果がＧＰＳレシーバ１００からＣＰＵ１０８に出力されると、ＣＰＵ１０８は該ＧＰＳ測位結果、上記ＤＲ測位結果等を用いて最終測位結果を決定する。
【００４５】
以上がＧＰＳレシーバ１００が実行するＧＰＳ測位の基本的な動作であるが、ＧＰＳレシーバ１００は、上述した問題、すなわち初回測位による測定位置が位置飛びした場合にその後の測定位置の精度が劣化する問題を解消するため、図５〜図７のフローチャートに示されるＧＰＳ測定位置向上処理を実行する。以下、図５〜図７のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態によるＧＰＳ測定位置向上処理について説明する。なお、図５〜７のフローチャート及び以下の説明において、ステップを「Ｓ」と略記する。
【００４６】
ＧＰＳレシーバ１００のＣＰＵ３１は、図５に示されるように、上述したＧＰＳ測位（ここでは測定結果をカルマンフィルタにかける前までの処理）を行う度に（Ｓ１）、非測位状態が一定時間以上継続しているか否かを判定する（Ｓ２）。例えばＧＰＳ測位が連続して失敗して非測位状態が一定時間以上継続した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、過去に測定された位置から現在位置までの乗用車の移動距離や方位の変化が大きいため、カルマンフィルタの推定値の精度が低下する。このためＣＰＵ３１は、次回のＧＰＳ測位演算処理を実行する前に後述するＳ３３のポストフィルタリセット処理においてカルマンフィルタの推定値をリセットするために、ポストフィルタリセットフラグをオンにする（Ｓ３）。さらに、カルマンフィルタの推定値をリセットするか否かを判断する処理ルーチンを実行するためにポストフィルタリセット判断実施フラグをオンにして（Ｓ４）、ＧＰＳ測定位置向上処理を図６のＳ１１に進める。またＣＰＵ３１は、非測位状態の継続時間が一定時間未満である場合には（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ３およびＳ４のフラグ設定処理を実行することなく図６のＳ１１に処理を進める。なお電源投入直後の初期設定では、ポストフィルタリセットフラグがオンで、ポストフィルタリセット判断実施フラグがオフである。これらのフラグは電源投入直後のリセット処理により初期値に設定される。
【００４７】
図６のＳ１１の処理においてＣＰＵ３１は、ポストフィルタリセット判断実施フラグがオンになっていれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、図６のＳ１２以降の処理を実行する。またポストフィルタリセット判断実施フラグがオフになっていれば（Ｓ１１：ＮＯ）、図６のＳ１２以降の処理を実行することなく図７のＳ３１に処理を進める。
【００４８】
Ｓ１２の処理においてＣＰＵ３１は、一定時間以上の非測位状態から測位可能状態に復帰した後（以下、「測位可能状態復帰後」と記す。）にＧＰＳ測位により位置（以下、「測定位置POS_cur」と記す。）が求められているか否かを判定する。（なお、Ｓ１２の処理では、後述の「測定位置POS_pre」が求められているか否かは判定しない）。そして測定位置POS_curが求められている場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、測位可能状態復帰後で、かつ該測定位置POS_curが求められる以前に、ＧＰＳ測位により位置が求められているか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００４９】
測定位置POS_curが求められる以前にＧＰＳ測位により位置が求められていなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、該測定位置POS_curは初回測位により得られた測定位置である。この場合ＣＰＵ３１は、該測定位置POS_curを初回測位により得られた測定位置POS_preとして図示しないキャッシュメモリに保存する（Ｓ１４）。なおキャッシュメモリに保持可能な測定位置は、キャッシュメモリの容量の関係上、直近の測定位置に限られる。
【００５０】
ＣＰＵ３１は次いで、制限時間t_jdgのカウンタを初期値に設定して（Ｓ１５）、図７のＳ３１に処理を進める。なお制限時間t_jdgは、ＧＰＳ測定位置向上処理の特徴的な処理（図６のＳ２１等の処理）の実行の可否を判断するための制限時間である。
【００５１】
またＣＰＵ３１は、測位可能状態復帰後にＧＰＳ測位により位置が一度も求められていない（つまり測定位置POS_cur、POS_preのいずれも求められていない）場合（Ｓ１２：ＮＯ、Ｓ１６：ＮＯ）、非測位状態が未だ継続していることから、図６の処理を実行することなく図７のＳ３１に処理を進める。また測位可能状態復帰後にＧＰＳ測位により測定位置POS_preだけが求められている場合には（Ｓ１２：ＮＯ、Ｓ１６：ＹＥＳ）、制限時間t_jdgをカウントアップする（Ｓ１７）。そしてカウントアップされた制限時間t_jdgが規定時間を超過していないか判定する（Ｓ１８）。
【００５２】
ＣＰＵ３１は、制限時間t_jdgが規定時間を超過している場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、所定のタイムアウト処理を実行（すなわち図６のＳ２１等の処理を実行しないようにポストフィルタリセット判断実施フラグをオフ）し（Ｓ１９）、さらに、キャッシュメモリに保持されている測定位置POS_preを破棄して（Ｓ２０）、図７のＳ３１に処理を進める。また制限時間t_jdgが規定時間を超過していない場合には（Ｓ１８：ＮＯ）、Ｓ１９およびＳ２０の処理を実行することなく図７のＳ３１に処理を進める。
【００５３】
ＣＰＵ３１は、測位可能状態復帰後にＧＰＳ測位により位置が二度求められている（つまり測定位置POS_preに加えてその次の測定位置POS_curも求められている）場合（Ｓ１２：ＹＥＳ、Ｓ１３：ＹＥＳ）、測定位置POS_curに対応する誤差楕円ELL_curを算出する（Ｓ２１）。
【００５４】
誤差楕円はＧＰＳ測位時にＧＰＳレシーバ１００が存在し得る二次元平面上の範囲（つまり測定位置誤差）を楕円で表現したものであり、該ＧＰＳ測位時に利用したＧＰＳ衛星の幾何学的配置から求められる誤差の共分散行列および疑似距離誤差（ＧＰＳレシーバで測距したＧＰＳ衛星からの距離に含まれる誤差）に基づいて計算される。例えばＧＰＳ衛星の幾何学的配置が一方向に偏る場合、該一方向に直交する方向に軸（長軸）が長い誤差楕円が求められる。またＧＰＳ衛星の幾何学的配置が均一である場合、短軸と長軸が同等の長さの誤差楕円が求められる。前者の場合、長軸方向の測定位置誤差が他の方向の測定位置誤差に比べて大きくなり、後者の場合、何れの方向の測定位置誤差も同じような値となる。また誤差楕円全体の大きさは疑似距離誤差に比例して大きくなる。なお誤差楕円はＧＰＳ測位時にＧＰＳレシーバ１００が存在し得る三次元空間内の範囲を楕円で表現したものとしてもよい。
【００５５】
ＣＰＵ３１は続いて、測定位置POS_curと同じＧＰＳ測位結果に含まれる測定方位DIR_cur、測定速度SPE_cur、および誤差楕円ELL_curに基づいて測定位置POS_preに対応する推定誤差楕円ELL_preを算出する（Ｓ２２）。詳細には、ＣＰＵ３１は、誤差楕円ELL_curを測定方位DIR_curと逆方向に測定速度SPE_curの大きさに応じた距離だけシフトさせたものを推定誤差楕円ELL_preとする。このときシフトされる距離は、例えば測定位置POS_curと測定位置POS_preが求められた時間差を測定速度SPE_curで乗算した値としてもよい。
【００５６】
ＧＰＳ３１は、測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入るか否かを判定する（Ｓ２３）。そして測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入る場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、測定位置POS_preが比較的安定した測定条件で求められた値であり、初回測位の精度が良好であると判断する。このためカルマンフィルタによる推定を継続（すなわち、Ｓ２０の処理のように測定位置POS_preを破棄することなく該測定位置POS_preもカルマンフィルタの推定に利用）した方が精度の高いＧＰＳ測位結果が得られると判断し、ポストフィルタリセットフラグをオフに（Ｓ２４）、ポストフィルタリセット判断実施フラグをオフにして（Ｓ２５）図７のＳ３１に処理を進める。
【００５７】
また測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入らない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、測定位置POS_preと測定位置POS_curとの間でばらつき等が大きく、大きな位置飛びが発生していると判断する。そして測定位置POS_curに対応するＨＤＯＰ（Horizontal Dilution of Precision）_curが測定位置POS_preに対応するＨＤＯＰ_preより良好で、かつＨＤＯＰ_curが既定値以下であるか否かを判定する（Ｓ２６）。
【００５８】
なおＳ２３の判定処理は、タイムアウトにならない限り（すなわち制限時間t_jdg以内であれば）測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入るまで何度も試行される。
【００５９】
ＣＰＵ３１は、ＨＤＯＰ_curがＨＤＯＰ_preより良好で、かつＨＤＯＰ_curが既定値以下である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、測定位置POS_curの精度が高く測定位置POS_preの精度が低い、つまり初回測位の精度が低くその次のＧＰＳ測位の精度が高いと判断する。この場合、カルマンフィルタリセット後に精度の低い測定位置POS_preがカルマンフィルタの初期値に設定されると、上述した問題、つまりカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下して該推定値が良好な値に収束するまでに時間がかかる問題が発生する。このためＣＰＵ３１は、良好な測定位置POS_curをカルマンフィルタの初期値とするためポストフィルタリセットフラグをオンにして（Ｓ２７）、Ｓ１９およびＳ２０の処理を実行し、図７のＳ３１に処理を進める。
【００６０】
図７のＳ３１に処理においてＣＰＵ３１は、非測位状態が継続していれば（Ｓ３１：ＮＯ）、非測位時の推定値も含む過去の推定値を継承して新たに推定された推定値を用いてＧＰＳ測位結果を修正し、ＣＰＵ１０８に出力する（Ｓ３５）。またＧＰＳ測位が行われていれば（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ポストフィルタリセットフラグがオンであるか否かを判定する（Ｓ３２）。
【００６１】
ＣＰＵ３１は、ポストフィルタリセットフラグがオンであれば（Ｓ３２：ＹＥＳ）、カルマンフィルタの推定値を一旦リセットしてポストフィルタリセットフラグをオフする（Ｓ３３、Ｓ３４）。そして例えば、キャッシュメモリに残されている測定位置に基づいてカルマンフィルタの初期値を設定し、該設定値に基づいて推定された推定値を用いてＧＰＳ測位結果を修正し、ＣＰＵ１０８に出力する（Ｓ３５）。
【００６２】
またＣＰＵ３１は、ポストフィルタリセットフラグがオフであれば（Ｓ３２：ＮＯ）、カルマンフィルタの推定値をリセットすることなく、過去の推定値を継承して新たに推定された推定値を用いてＧＰＳ測位結果を修正し、ＣＰＵ１０８に出力する（Ｓ３５）。
【００６３】
ここで、図８（ａ）、（ｂ）、および図９に示される例を用いてＧＰＳ測定位置向上処理を説明する。図９の●印の各プロットはカルマンフィルタで処理されていない場合の二回目以降の測定位置を、△印の各プロットはカルマンフィルタで処理された場合の二回目以降の測定位置を示す。
【００６４】
図８（ａ）に示されるように測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入る場合、上述したように初回測位結果が比較的安定した測定条件で求められており、測定位置POS_preを用いてカルマンフィルタの推定値を求めたとしても該推定値の精度は低下しない、あるいは低下しても問題にならない程度であると考えられる。このためＣＰＵ３１は、カルマンフィルタをリセットすることなく、キャッシュメモリに残されている測定位置POS_preおよびPOS_curを用いて新たな推定値を設定してＧＰＳ測位結果の修正を行う。つまりこの場合カルマンフィルタでは、測位可能状態復帰後に推定値が一旦リセットされた後、測定位置POS_pre以降の測定位置を用いて新たに推定値が計算される。
【００６５】
また図８（ｂ）に示されるように測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入らない場合、測定位置POS_preの精度が低く、図２に示された問題、つまりカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下して該推定値が良好な値に収束するまでに時間がかかる問題が発生する可能性がある。この場合ＣＰＵ３１は、Ｓ３３の処理でカルマンフィルタの推定値を一旦リセットした後、低精度が懸念される測定位置POS_preを用いることなくその次の測定位置POS_curを初期値として新たな推定値を設定し、ＧＰＳ測位結果の修正を行う。つまりこの場合、精度の低い測定位置POS_preがカルマンフィルタの初期値に設定されることがなくなる。
【００６６】
この結果、カルマンフィルタで処理された二回目以降の測定位置は、図２の×印のプロットで示された例のように初回測位結果の影響を受けて精度が低下することなく、二回目以降のＧＰＳ測位による位置（すなわち比較的安定した測定条件で測定されたカルマンフィルタ処理前の位置であり、図９の●印のプロットで示される位置）に近い位置（図９の△印のプロット）であって、各測定位置を時系列で結んだときに滑らかな軌跡を描くような位置に修正される。
【００６７】
このように本実施形態のＧＰＳレシーバ１００によれば、初回測位の精度が低く測定位置が位置飛びした場合であってもその後のカルマンフィルタの推定値の精度低下を有効に避けることができる。
【００６８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば本発明は本実施形態のカーナビゲーション装置に限らず、地図データベースを保持しない簡易ナビゲーション装置であるＰＮＤ（Personal Navigation Device）や、携帯電話等のモバイル端末等にも適用することができる。
【００６９】
また図６のＳ２６の処理において、
（１）ＨＤＯＰ_curがＨＤＯＰ_preより良好であるか
（２）ＨＤＯＰ_curが既定値以下であるか
の２つを判定条件としているが、Ｓ２６の判定条件は条件（１）または（２）の何れか一方であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】カルマンフィルタの効果を説明するための図である。
【図２】カルマンフィルタの推定値の精度が低下した場合の問題を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態のカーナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態のＧＰＳレシーバの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ ダウンコンバータ部
２ 受信信号処理部
３ 測位演算制御部
１００ ＧＰＳレシーバ
１０２ ジャイロセンサ
１０４ 車速センサ
１０８ ＣＰＵ
２００ ナビゲーション装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を用いてＧＰＳ測位を行うＧＰＳレシーバに関連し、詳しくは、該ＧＰＳ測位の結果に基づいて計算した推定位置を外部に出力するＧＰＳレシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、地球を周回するＧＰＳ衛星から発信されるＧＰＳ信号を用いて対象物の位置情報等を測定するための測位システムであり、日常生活においても広く利用されている。
【０００３】
ＧＰＳでは、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式によって複数のＧＰＳ衛星が同じ周波数帯を共用してＧＰＳ信号を送信する。すなわち、ＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星の軌道情報やクロック情報を含む通信信号としての航法メッセージと、ＧＰＳ衛星毎に定められた拡散符号としてのＰＲＮコード（Pseudo Random Noise code）とにより、１５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調したものである。ＧＰＳレシーバは、原理上必要とされる個数以上のＧＰＳ衛星を選択し、選択したＧＰＳ衛星に対応するＰＲＮコードを生成し、生成したＰＲＮコードの位相をＧＰＳ信号に同期させて乗じることにより航法データを復調する。そして、復調して得られた航法データを用いて演算を行い、対象物の位置情報、移動速度等を得る。以下、ＧＰＳレシーバによるＧＰＳ信号を利用した位置測位、移動速度測定等を「ＧＰＳ測位」と記す。
【０００４】
ＧＰＳレシーバを備えたエンドユーザ向け製品には、例えば乗用車に搭載されるカーナビゲーション装置がある。カーナビゲーション装置は、ＧＰＳ測位に加えてＤＲ（dead reckoning）センサを用いた周知のＤＲ測位も行い、２つの測位方式の弱点を補完するように、両方式による測位結果から最終的な測位結果を演算する。そして、演算して得られた測位結果に基づいて、画面上に表示する自車位置を更新する。また、ユーザによって目的地が設定されている場合には、カーナビゲーション装置は画面上の自車位置の更新と併せて当該目的地に向けたナビゲーションを行う。
【０００５】
このようなカーナビゲーション装置では、ＧＰＳレシーバがＧＰＳ測位に利用できるＧＰＳ衛星は、建造物等によるＧＰＳ信号の遮蔽により刻々と変化する。このためＧＰＳ測位に利用されるＧＰＳ衛星の幾何学的配置がばらついてＧＰＳ測位解に含まれる誤差が変動し、次の図１（ａ）に示されるようにＧＰＳ測位による測定位置がばらつく。
【０００６】
図１（ａ）はＧＰＳ測位による測定位置のばらつきを説明するための図である。図１（ａ）の線Ａは乗用車の実際の走行軌跡を、●印の各プロットは所定の周期で実行されるＧＰＳ測位により得られる測定位置を、線Ａ’は各測定位置を時系列で結んだ軌跡を示す。図１（ａ）に示されるように、測位に利用されるＧＰＳ衛星の幾何学的配置のばらつきに起因して測位誤差が変動するため、各測定位置を時系列で結んだ軌跡Ａ’が乗用車の実際の走行軌跡Ａに対して大きくばらついていることが分かる。
【０００７】
カーナビゲーション装置等においては、このように不規則にゆらいだ軌跡を画面表示することは好ましくない。このため一般的なＧＰＳレシーバは、カルマンフィルタを使用してＧＰＳ測位結果から統計的に誤差成分を除去した推定値を計算する構成を有している。ＧＰＳレシーバは、カルマンフィルタが過去のＧＰＳ測位結果や測定条件等の情報を統合して求めた推定値に基づいてＧＰＳ測位結果を修正して出力する。図１（ｂ）は、図１（ａ）と同一の走行軌跡Ａと、カルマンフィルタによる推定値に基づいて修正された各測定位置を時系列で結んだ軌跡Ａ”との関係を表す図である。図１（ｂ）に示されるように、カルマンフィルタの処理によって、実際の走行軌跡Ａと修正後の測定位置との誤差は小さくなり、また時間的に隣り合う測定位置が連続性を有するように位置修正されるため、修正後の各測定位置を時系列で結んだ軌跡は滑らかな軌跡を描くようになる。
【０００８】
ここで、例えば乗用車がトンネルに進入するとＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号がトンネルで遮蔽されるため、ＧＰＳレシーバはＧＰＳ測位を行うことができない。このようなＧＰＳレシーバの非測位状態が長く継続すると、例えば前回測定位置からの移動距離や方位の変化が大きくなるため、カルマンフィルタの推定値の精度が低下してＧＰＳ測位結果の誤差が大きくなる。このためＧＰＳレシーバは、非測位状態が一定時間以上継続した場合にはカルマンフィルタの推定値をリセットするように構成されている。
【０００９】
また、乗用車がトンネルから抜けるとＧＰＳレシーバはＧＰＳ信号を遮蔽する要素がなくなるためＧＰＳ測位を再開するが、このときＧＰＳ測位による測定位置が大きく位置飛びすることがある。
【００１０】
例えば長時間の非測位状態から測位可能状態に復帰した時に最初に行うＧＰＳ測位（以下、「初回測位」と記す。）では、非測位時にキャリア周波数やＰＲＮコードの位相が変動しているため、非測位状態になる前のＧＰＳ測位で用いた値（ＧＰＳ衛星を捕捉する際に用いた各種設定値）を利用した場合、ＧＰＳ衛星を再捕捉することが難しい。このためＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星を再捕捉する際のキャリア周波数やＰＲＮコードの位相のサーチレンジを広めに設定する。このためＧＰＳレシーバはＧＰＳ衛星の捕捉に時間がかかり、初回測位で十分な数のＧＰＳ衛星を捕捉できず、精度の良いＧＰＳ測位結果を演算できないことがある。このとき測定位置が大きく位置飛びしたものになる。
【００１１】
さらに、非測位状態が一定時間以上継続してカルマンフィルタの推定値がリセットされている場合、カルマンフィルタは、精度の低い初回測位結果によって初期値が設定され、それ以降の推定値を精度の低い初回測位結果に基づいて推定することになる。このため乗用車がトンネルから抜けた直後はカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下する。カルマンフィルタは過去の推定値を用いて新たな推定値を演算するように設計されているため、一旦推定値に大きな誤差が含まれるとその誤差が除去されるまでに時間がかかる欠点がある。
【００１２】
図２は、カルマンフィルタの推定値の精度が低下した場合の問題を説明するための図である。図２の線Ａは図１（ａ）等と同一の走行軌跡を、線Ｂはトンネルと該トンネルの外との境界を、プロットＣは初回測位で得られる測定位置を、●印の各プロットはカルマンフィルタで処理されていない場合の二回目以降の各測定位置（初回測位の次回（二回目）以降のＧＰＳ測位で得られる測定位置）を、×印の各プロットはカルマンフィルタで処理された場合の二回目以降の測定位置を示す。図２に示されるように、大きく位置飛びした測定位置Ｃによりカルマンフィルタの推定値の精度が一旦劣化すると、カルマンフィルタで処理された測定位置が良好な値（直線Ａの近傍）に収束するまでに時間がかかることが分かる。
【００１３】
初回測位を速やかに行なうための技術については、特許文献１〜３に幾つかの方法が示されている。特許文献１に記載のＧＰＳレシーバは、キャリアとＧＰＳレシーバ内部で発生させた信号との同期レベルを監視し、トンネル等の遮蔽物によりＧＰＳ信号が遮蔽されているかを判定する。そして、ＧＰＳ信号が遮蔽されていると判定した場合にはその代替として別のＧＰＳ衛星をサーチすることを禁止する。また特許文献２に記載のＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ信号の遮断を検知したときに、過去に捕捉したＧＰＳ衛星を優先的にサーチする。このため特許文献１や２に記載のＧＰＳレシーバでは、例えばトンネルを通過した際にサーチレンジを広げて新たなＧＰＳ衛星をサーチするといった必要がなくなるため、速やかな初回測位が達成される。
【００１４】
また特許文献３に記載のＧＰＳレシーバは、キャリア周波数に基づいてＧＰＳレシーバ内部の基準周波数発振器の周波数ズレ量を算出する。そして、算出された周波数ズレ量に基づいてキャリア周波数やＰＲＮコードの位相のサーチレンジを設定して次のサーチ動作を行う。特許文献３に記載のＧＰＳレシーバは、適切なサーチレンジを予め設定することで速やかな初回測位を達成する。
【特許文献１】特開平８−２０１５０３号公報
【特許文献２】特開平８−２１１１４２号公報
【特許文献３】特開平１０−２６８０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献１〜３の何れにも上述した問題、つまり初回測位による測定位置が位置飛びするようなときにカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下する問題については提起されておらず、これまで当該問題を解決する手段についての検討は行なわれていなかった。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、初回測位の精度が低い場合であってもその後の測定位置の精度低下を有効に避けることができるＧＰＳレシーバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ信号を用いてＧＰＳ測位を行い、該ＧＰＳ測位により求められた測定位置に基づいて推定位置を計算して外部に出力するように構成されたものであり、ＧＰＳ測位の結果に基づいてＧＰＳレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、第一の範囲に基づいて、過去のある時点でＧＰＳレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、過去のある時点のＧＰＳ測位で計算された過去測定位置が第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段とを備え、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴としたものである。
【００１８】
このように構成されたＧＰＳレシーバによれば、初回測位の精度が低く位置飛びするようなときにカルマンフィルタが該初回測位結果の影響を受けてその推定値の精度が低下することを有効に避けることができる。これにより、初回測位の次以降のＧＰＳ測位による測定位置は該初回測位の影響を受けず、該影響により精度が低下することがない。
【００１９】
上記ＧＰＳレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合に、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰ（Dilution of Precision）と、過去のある時点のＧＰＳ測位におけるＤＯＰとを比較するＤＯＰ比較手段をさらに備えた構成としてもよい。このように構成されたＧＰＳレシーバは、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰの方が良好である場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しない。
【００２０】
また上記ＧＰＳレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合に、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下であるか否かを判定するＤＯＰ判定手段をさらに備えた構成としてもよい。このように構成されたＧＰＳレシーバは、現在のＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下である場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しない。
【００２１】
上記現在位置推定手段は、ＧＰＳ測位時に利用したＧＰＳ衛星の幾何学的配置および該ＧＰＳ測位結果から求められる疑似距離誤差に基づいて第一の範囲を推定する構成としてもよい。
【００２２】
また上記過去位置推定手段は、現在のＧＰＳ測位による測位結果に含まれる測定方位および測定速度に基づいて第一の範囲をシフトさせたものを第二の範囲とする構成としてもよい。
【００２３】
ここで、上述した過去のある時点とは、例えば一定時間以上継続してＧＰＳ測位ができない状態から、ＧＰＳ測位ができる状態に復帰した時点である。
【００２４】
また上記ＧＰＳレシーバにおいて、推定位置の計算はカルマンフィルタを使用した推定計算であってもよい。このように構成されたＧＰＳレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、カルマンフィルタを使用した推定計算に該過去測定位置が用いられないよう、該カルマンフィルタをリセットする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のＧＰＳレシーバによれば、初回測位の精度が低く測定位置が位置飛びした場合であってもその後のカルマンフィルタの推定値の精度低下を有効に避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のカーナビゲーション装置の構成および動作について説明する。
【００２７】
図３は、ナビゲーション装置２００の構成を示すブロック図である。図３に示されるように、ナビゲーション装置２００は、ＧＰＳレシーバ１００、ジャイロセンサ１０２、車速センサ１０４、Ａ／Ｄ変換部１０２ａ、１０４ａ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０８、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１１４、表示部１１６、および入力部１１８を備えている。ＣＰＵ１０８は、ナビゲーション装置２００全体の制御を統括し、ナビゲーション装置２００の各構成要素との連携動作により各種機能を実現する。
【００２８】
ＧＰＳレシーバ１００は、複数のＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位に必要な数以上のＧＰＳ信号を捕捉、追尾してＧＰＳ測位を行い、得られたＧＰＳ測位結果をＣＰＵ１０８に出力する。ＧＰＳレシーバ１００によるＧＰＳ測位は例えば毎秒一回行われる。
【００２９】
ジャイロセンサ１０２および車速センサ１０４は周知のＤＲセンサである。ジャイロセンサ１０２は、カーナビゲーション装置２００を搭載した車両の水平面における方位に関する角速度を計測し、その計測結果をＡ／Ｄ変換部１０２ａに出力する。また、車速センサ１０４は、当該車両の左右の駆動輪の回転速度を検出し、その検出結果に応じたパルス数をＡ／Ｄ変換部１０４ａに出力する。Ａ／Ｄ変換部１０２ａ、１０４ａに入力された信号はデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１０８に入力される。
【００３０】
ＲＯＭ１１０は、ナビゲーション処理を実行するための各種プログラムを格納している。これらのプログラムは、ナビゲーション装置２００起動時にＲＡＭ１１２のワークエリアにロードされる。ＣＰＵ１０８は、当該ワークエリア上のプログラムを実行するとともに、ＨＤＤ１１４に格納されている地図データを適宜読み出して表示部１１６に地図を表示させる。
【００３１】
具体的には、ＣＰＵ１０８は、各ＤＲセンサの出力に基づいてＤＲ測位演算を行い、ＤＲ測位結果を取得する。次いで、取得したＤＲ測位結果と、ＧＰＳレシーバ１００のＧＰＳ測位結果とを、夫々の測位結果に対する誤差の推定値を加味した上で比較する。そして、その比較結果に基づいて高精度と判定される測位結果を選択し、選択された測位結果を最終的な測位結果（以下、「最終測位結果」と記す。）として決定する。なおＧＰＳ測位結果の出力が無い場合には、上記の比較処理を行うことなくＤＲ測位結果を最終測位結果とする。
【００３２】
そして、ＣＰＵ１０８は、決定した測位結果に基づいてＨＤＤ１１４に格納されている地図データベースを検索し、対応する地図画像を抽出する。最後にマップマッチングを行い、抽出した地図画像に自車位置マークを重畳して表示部１１６に表示させる。このときユーザが入力部１１８を操作して目的地を設定していれば、ＣＰＵ１０８はその目的地に向けたナビゲーション処理も行う。
【００３３】
次に、ＧＰＳレシーバ１００について詳細に説明する。図４は、ＧＰＳレシーバ１００の構成を示すブロック図である。図４に示されるように、ＧＰＳレシーバ１００は、ダウンコンバータ部１、受信信号処理部２、および測位演算制御部３を備えている。ダウンコンバータ部１は、ＧＰＳ信号を受信して中間周波数に変換した後、受信信号処理部２に出力する。受信信号処理部２と測位演算制御部３は連携動作して、ダウンコンバータ部１から出力される信号を用いてＧＰＳ信号の捕捉、追尾、および測位の各処理を実行する。測位演算制御部３は、受信信号処理部２との連携動作で得られたＧＰＳ測位結果をＣＰＵ１０８に出力する。
【００３４】
ダウンコンバータ部１は、ＧＰＳアンテナ１０、ＲＦ（radio frequency）入力部１１、ＢＰＦ（Band Pass Filter）１２および１４、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１３、ダウンコンバータ１５、ＡＧＣ（Auto Gain Control）１６、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator）１７、周波数シンセサイザー１８、およびＡ／Ｄ変換部１９を有している。
【００３５】
ＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ信号は、ＧＰＳアンテナ１０により受信され、ＲＦ入力部１１を介してＢＰＦ１２に入力する。次いで、この入力信号（以下、「ＲＦ信号」と記す。）は、ＢＰＦ１２により所定帯域にフィルタリングされ、低雑音増幅器であるＬＮＡ１３、ＢＰＦ１４を経てＧＰＳ帯域外のノイズが減衰された後、ダウンコンバータ１５に入力する。
【００３６】
ＴＣＸＯ１７は所定の周波数を発振する局部発振器であり、その発振周波数はダウンコンバータ１５に入力されるＲＦ信号の周波数よりも低い。また、周波数シンセサイザー１８は、ＴＣＸＯ１７からの入力に基づいて局部発振器信号を生成し、ダウンコンバータ１５に出力する。ダウンコンバータ１５は入力された局部発振器信号を用いて、ＡＧＣ１６の制御下で、ＲＦ信号を信号処理に有利な中間周波数、すなわちＩＦ（Intermediate Frequency）信号に変換してＡ／Ｄ変換部１９に出力する。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換部１９は、ＩＦ信号をサンプリングして直交復調し、Ｉ（In-phase）信号とＱ（Quadra-phase）信号に変換する。なお、Ｉ信号は直交復調の際の同相成分であり、Ｑ信号はＩ信号と直交関係にある成分である。以下、説明の便宜上、Ｉ信号とＱ信号とをまとめて「ＩＱ信号」という。Ａ／Ｄ変換部１９は、変換処理で得られたＩＱ信号を受信信号処理部２に出力する。
【００３８】
受信信号処理部２は、チャンネル２１およびＮＣＯ（Number Controlled Oscillator）２２を有している。受信信号処理部２は、ＣＤＭＡ方式により複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に捕捉、追尾できるようにチャンネル２１を複数備えた構成となっている。
【００３９】
また測位演算制御部３は、ＣＰＵ３１、ＲＴＣ（Real-Time Clock）３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、およびインターフェース３５を有している。ＣＰＵ３１は、周波数シンセサイザー１８から出力されるクロックに基づいて動作し、受信信号処理部２および測位演算制御部３の制御を統括的に行う。ＲＴＣ３２は、水晶発振器（不図示）によって動作する時計ＩＣ（Integrated Circuit）であり、計時手段として機能する。ＲＯＭ３３は、測位演算を行うためのプログラム（例えば上述したカルマンフィルタ等）やデータを格納している。当該プログラムは、ナビゲーション装置２００起動時にＲＡＭ３４のワークエリアにロードされる。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３４のワークエリアにロードされたプログラムにしたがって動作し、ＮＣＯ２２を制御するとともに各チャンネル２１からの信号に基づいて測位演算を行う。そして、演算によって得られたＧＰＳ測位結果をインターフェース３５を介してＣＰＵ１０８に出力する。
【００４０】
詳細には、ＣＰＵ３１は、前回までの測位で取得した航法メッセージ、前回のＧＰＳ測位結果、ＲＴＣ３２で計時される現在時刻に基づいて、各チャンネル２１に入力されるＩＱ信号のドップラーシフト量、および、ＧＰＳ信号を捕捉するために必要なＰＲＮコードの位相のサーチレンジを推定し、推定結果に基づいてドップラーシフト量およびサーチレンジの設定値を生成してＮＣＯ２２に出力する。ＣＰＵ３１は、各チャンネル２１でそれぞれ異なるＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号が捕捉、追尾されるように、各チャンネル２１でサーチするＰＲＮコードをチャンネル２１毎にＮＣＯ２２を通じて指定する。
【００４１】
ＮＣＯ２２は、周波数シンセサイザー１８から出力されるクロックを基準に動作し、ＣＰＵ３１からの設定値に基づいてＰＲＮコードのリファレンスコードを生成するとともに、各チャンネル２１と必要なデータ交換を行って各チャンネル２１を制御する。
【００４２】
各チャンネル２１は、ＮＣＯ２２の制御下で、Ａ／Ｄ変換部１９からのＩＱ信号に対して、ＣＰＵ３１が設定したドップラーシフト量に基づいてドップラーシフトの補償を行う。また、同じくＣＰＵ３１が設定したサーチレンジ内において、ＰＲＮコードのリファレンスコードとＩＱ信号とを乗積および積算することにより、ＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮコードと、リファレンスコード（すなわちＧＰＳレシーバ１００側で生成したＰＲＮコード）との相関値を求める。そして、各チャンネル２１は、求めた相関値が所定の閾値を超えた場合、当該ＩＱ信号すなわちＧＰＳ信号を捕捉する。このときの積算処理の時間が長く設定されるほどＧＰＳ信号に含まれるノイズの影響を除去することができ、捕捉感度が上昇する。この積算処理時間もＣＰＵ３１によって設定される。
【００４３】
ＣＰＵ３１は、各チャンネル２１で求められた相関値に基づいて、各チャンネル２１で捕捉されたＩＱ信号とリファレンスコードとの位相差を検出するとともに、リファレンスコードの位相をＩＱ信号の位相に同期させて該ＩＱ信号を復調し、航法データを得る。またＣＰＵ３１は、各チャンネル２１に対応したフィードバック制御であって、各チャンネル２１の出力値が最大となるようにＮＣＯ２２をフィードバック制御することにより、各チャンネル２１で捕捉されたＧＰＳ信号の追尾を行う。なおＣＰＵ３１は、ＧＰＳ信号の捕捉、追尾に失敗した場合、サーチレンジの再設定等を行った上でＧＰＳ信号の捕捉、追尾を再試行する。チャンネル２１で捕捉、追尾されているＧＰＳ信号の総数がＧＰＳ測位に必要な数以上である場合、ＣＰＵ３１は、航法データを始めとする測位に必要なデータを各チャンネル２１から受け取って、測位および速度測定を行い、各測定結果をカルマンフィルタにかけてＧＰＳ測位結果を取得してＣＰＵ１０８に出力する。ＧＰＳレシーバ１００は、上述のように、毎秒一回測位演算を行い、得られたＧＰＳ測位結果をＣＰＵ１０８に出力する。
【００４４】
このような処理（以下「ＧＰＳ測位演算処理」と記す。）を経て得られたＧＰＳ測位結果がＧＰＳレシーバ１００からＣＰＵ１０８に出力されると、ＣＰＵ１０８は該ＧＰＳ測位結果、上記ＤＲ測位結果等を用いて最終測位結果を決定する。
【００４５】
以上がＧＰＳレシーバ１００が実行するＧＰＳ測位の基本的な動作であるが、ＧＰＳレシーバ１００は、上述した問題、すなわち初回測位による測定位置が位置飛びした場合にその後の測定位置の精度が劣化する問題を解消するため、図５〜図７のフローチャートに示されるＧＰＳ測定位置向上処理を実行する。以下、図５〜図７のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態によるＧＰＳ測定位置向上処理について説明する。なお、図５〜７のフローチャート及び以下の説明において、ステップを「Ｓ」と略記する。
【００４６】
ＧＰＳレシーバ１００のＣＰＵ３１は、図５に示されるように、上述したＧＰＳ測位（ここでは測定結果をカルマンフィルタにかける前までの処理）を行う度に（Ｓ１）、非測位状態が一定時間以上継続しているか否かを判定する（Ｓ２）。例えばＧＰＳ測位が連続して失敗して非測位状態が一定時間以上継続した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、過去に測定された位置から現在位置までの乗用車の移動距離や方位の変化が大きいため、カルマンフィルタの推定値の精度が低下する。このためＣＰＵ３１は、次回のＧＰＳ測位演算処理を実行する前に後述するＳ３３のポストフィルタリセット処理においてカルマンフィルタの推定値をリセットするために、ポストフィルタリセットフラグをオンにする（Ｓ３）。さらに、カルマンフィルタの推定値をリセットするか否かを判断する処理ルーチンを実行するためにポストフィルタリセット判断実施フラグをオンにして（Ｓ４）、ＧＰＳ測定位置向上処理を図６のＳ１１に進める。またＣＰＵ３１は、非測位状態の継続時間が一定時間未満である場合には（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ３およびＳ４のフラグ設定処理を実行することなく図６のＳ１１に処理を進める。なお電源投入直後の初期設定では、ポストフィルタリセットフラグがオンで、ポストフィルタリセット判断実施フラグがオフである。これらのフラグは電源投入直後のリセット処理により初期値に設定される。
【００４７】
図６のＳ１１の処理においてＣＰＵ３１は、ポストフィルタリセット判断実施フラグがオンになっていれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、図６のＳ１２以降の処理を実行する。またポストフィルタリセット判断実施フラグがオフになっていれば（Ｓ１１：ＮＯ）、図６のＳ１２以降の処理を実行することなく図７のＳ３１に処理を進める。
【００４８】
Ｓ１２の処理においてＣＰＵ３１は、一定時間以上の非測位状態から測位可能状態に復帰した後（以下、「測位可能状態復帰後」と記す。）にＧＰＳ測位により位置（以下、「測定位置POS_cur」と記す。）が求められているか否かを判定する。（なお、Ｓ１２の処理では、後述の「測定位置POS_pre」が求められているか否かは判定しない）。そして測定位置POS_curが求められている場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、測位可能状態復帰後で、かつ該測定位置POS_curが求められる以前に、ＧＰＳ測位により位置が求められているか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００４９】
測定位置POS_curが求められる以前にＧＰＳ測位により位置が求められていなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、該測定位置POS_curは初回測位により得られた測定位置である。この場合ＣＰＵ３１は、該測定位置POS_curを初回測位により得られた測定位置POS_preとして図示しないキャッシュメモリに保存する（Ｓ１４）。なおキャッシュメモリに保持可能な測定位置は、キャッシュメモリの容量の関係上、直近の測定位置に限られる。
【００５０】
ＣＰＵ３１は次いで、制限時間t_jdgのカウンタを初期値に設定して（Ｓ１５）、図７のＳ３１に処理を進める。なお制限時間t_jdgは、ＧＰＳ測定位置向上処理の特徴的な処理（図６のＳ２１等の処理）の実行の可否を判断するための制限時間である。
【００５１】
またＣＰＵ３１は、測位可能状態復帰後にＧＰＳ測位により位置が一度も求められていない（つまり測定位置POS_cur、POS_preのいずれも求められていない）場合（Ｓ１２：ＮＯ、Ｓ１６：ＮＯ）、非測位状態が未だ継続していることから、図６の処理を実行することなく図７のＳ３１に処理を進める。また測位可能状態復帰後にＧＰＳ測位により測定位置POS_preだけが求められている場合には（Ｓ１２：ＮＯ、Ｓ１６：ＹＥＳ）、制限時間t_jdgをカウントアップする（Ｓ１７）。そしてカウントアップされた制限時間t_jdgが規定時間を超過していないか判定する（Ｓ１８）。
【００５２】
ＣＰＵ３１は、制限時間t_jdgが規定時間を超過している場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、所定のタイムアウト処理を実行（すなわち図６のＳ２１等の処理を実行しないようにポストフィルタリセット判断実施フラグをオフ）し（Ｓ１９）、さらに、キャッシュメモリに保持されている測定位置POS_preを破棄して（Ｓ２０）、図７のＳ３１に処理を進める。また制限時間t_jdgが規定時間を超過していない場合には（Ｓ１８：ＮＯ）、Ｓ１９およびＳ２０の処理を実行することなく図７のＳ３１に処理を進める。
【００５３】
ＣＰＵ３１は、測位可能状態復帰後にＧＰＳ測位により位置が二度求められている（つまり測定位置POS_preに加えてその次の測定位置POS_curも求められている）場合（Ｓ１２：ＹＥＳ、Ｓ１３：ＹＥＳ）、測定位置POS_curに対応する誤差楕円ELL_curを算出する（Ｓ２１）。
【００５４】
誤差楕円はＧＰＳ測位時にＧＰＳレシーバ１００が存在し得る二次元平面上の範囲（つまり測定位置誤差）を楕円で表現したものであり、該ＧＰＳ測位時に利用したＧＰＳ衛星の幾何学的配置から求められる誤差の共分散行列および疑似距離誤差（ＧＰＳレシーバで測距したＧＰＳ衛星からの距離に含まれる誤差）に基づいて計算される。例えばＧＰＳ衛星の幾何学的配置が一方向に偏る場合、該一方向に直交する方向に軸（長軸）が長い誤差楕円が求められる。またＧＰＳ衛星の幾何学的配置が均一である場合、短軸と長軸が同等の長さの誤差楕円が求められる。前者の場合、長軸方向の測定位置誤差が他の方向の測定位置誤差に比べて大きくなり、後者の場合、何れの方向の測定位置誤差も同じような値となる。また誤差楕円全体の大きさは疑似距離誤差に比例して大きくなる。なお誤差楕円はＧＰＳ測位時にＧＰＳレシーバ１００が存在し得る三次元空間内の範囲を楕円で表現したものとしてもよい。
【００５５】
ＣＰＵ３１は続いて、測定位置POS_curと同じＧＰＳ測位結果に含まれる測定方位DIR_cur、測定速度SPE_cur、および誤差楕円ELL_curに基づいて測定位置POS_preに対応する推定誤差楕円ELL_preを算出する（Ｓ２２）。詳細には、ＣＰＵ３１は、誤差楕円ELL_curを測定方位DIR_curと逆方向に測定速度SPE_curの大きさに応じた距離だけシフトさせたものを推定誤差楕円ELL_preとする。このときシフトされる距離は、例えば測定位置POS_curと測定位置POS_preが求められた時間差を測定速度SPE_curで乗算した値としてもよい。
【００５６】
ＧＰＳ３１は、測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入るか否かを判定する（Ｓ２３）。そして測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入る場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、測定位置POS_preが比較的安定した測定条件で求められた値であり、初回測位の精度が良好であると判断する。このためカルマンフィルタによる推定を継続（すなわち、Ｓ２０の処理のように測定位置POS_preを破棄することなく該測定位置POS_preもカルマンフィルタの推定に利用）した方が精度の高いＧＰＳ測位結果が得られると判断し、ポストフィルタリセットフラグをオフに（Ｓ２４）、ポストフィルタリセット判断実施フラグをオフにして（Ｓ２５）図７のＳ３１に処理を進める。
【００５７】
また測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入らない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、測定位置POS_preと測定位置POS_curとの間でばらつき等が大きく、大きな位置飛びが発生していると判断する。そして測定位置POS_curに対応するＨＤＯＰ（Horizontal Dilution of Precision）_curが測定位置POS_preに対応するＨＤＯＰ_preより良好で、かつＨＤＯＰ_curが既定値以下であるか否かを判定する（Ｓ２６）。
【００５８】
なおＳ２３の判定処理は、タイムアウトにならない限り（すなわち制限時間t_jdg以内であれば）測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入るまで何度も試行される。
【００５９】
ＣＰＵ３１は、ＨＤＯＰ_curがＨＤＯＰ_preより良好で、かつＨＤＯＰ_curが既定値以下である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、測定位置POS_curの精度が高く測定位置POS_preの精度が低い、つまり初回測位の精度が低くその次のＧＰＳ測位の精度が高いと判断する。この場合、カルマンフィルタリセット後に精度の低い測定位置POS_preがカルマンフィルタの初期値に設定されると、上述した問題、つまりカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下して該推定値が良好な値に収束するまでに時間がかかる問題が発生する。このためＣＰＵ３１は、良好な測定位置POS_curをカルマンフィルタの初期値とするためポストフィルタリセットフラグをオンにして（Ｓ２７）、Ｓ１９およびＳ２０の処理を実行し、図７のＳ３１に処理を進める。
【００６０】
図７のＳ３１に処理においてＣＰＵ３１は、非測位状態が継続していれば（Ｓ３１：ＮＯ）、非測位時の推定値も含む過去の推定値を継承して新たに推定された推定値を用いてＧＰＳ測位結果を修正し、ＣＰＵ１０８に出力する（Ｓ３５）。またＧＰＳ測位が行われていれば（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ポストフィルタリセットフラグがオンであるか否かを判定する（Ｓ３２）。
【００６１】
ＣＰＵ３１は、ポストフィルタリセットフラグがオンであれば（Ｓ３２：ＹＥＳ）、カルマンフィルタの推定値を一旦リセットしてポストフィルタリセットフラグをオフする（Ｓ３３、Ｓ３４）。そして例えば、キャッシュメモリに残されている測定位置に基づいてカルマンフィルタの初期値を設定し、該設定値に基づいて推定された推定値を用いてＧＰＳ測位結果を修正し、ＣＰＵ１０８に出力する（Ｓ３５）。
【００６２】
またＣＰＵ３１は、ポストフィルタリセットフラグがオフであれば（Ｓ３２：ＮＯ）、カルマンフィルタの推定値をリセットすることなく、過去の推定値を継承して新たに推定された推定値を用いてＧＰＳ測位結果を修正し、ＣＰＵ１０８に出力する（Ｓ３５）。
【００６３】
ここで、図８（ａ）、（ｂ）、および図９に示される例を用いてＧＰＳ測定位置向上処理を説明する。図９の●印の各プロットはカルマンフィルタで処理されていない場合の二回目以降の測定位置を、△印の各プロットはカルマンフィルタで処理された場合の二回目以降の測定位置を示す。
【００６４】
図８（ａ）に示されるように測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入る場合、上述したように初回測位結果が比較的安定した測定条件で求められており、測定位置POS_preを用いてカルマンフィルタの推定値を求めたとしても該推定値の精度は低下しない、あるいは低下しても問題にならない程度であると考えられる。このためＣＰＵ３１は、カルマンフィルタをリセットすることなく、キャッシュメモリに残されている測定位置POS_preおよびPOS_curを用いて新たな推定値を設定してＧＰＳ測位結果の修正を行う。つまりこの場合カルマンフィルタでは、測位可能状態復帰後に推定値が一旦リセットされた後、測定位置POS_pre以降の測定位置を用いて新たに推定値が計算される。
【００６５】
また図８（ｂ）に示されるように測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入らない場合、測定位置POS_preの精度が低く、図２に示された問題、つまりカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下して該推定値が良好な値に収束するまでに時間がかかる問題が発生する可能性がある。この場合ＣＰＵ３１は、Ｓ３３の処理でカルマンフィルタの推定値を一旦リセットした後、低精度が懸念される測定位置POS_preを用いることなくその次の測定位置POS_curを初期値として新たな推定値を設定し、ＧＰＳ測位結果の修正を行う。つまりこの場合、精度の低い測定位置POS_preがカルマンフィルタの初期値に設定されることがなくなる。
【００６６】
この結果、カルマンフィルタで処理された二回目以降の測定位置は、図２の×印のプロットで示された例のように初回測位結果の影響を受けて精度が低下することなく、二回目以降のＧＰＳ測位による位置（すなわち比較的安定した測定条件で測定されたカルマンフィルタ処理前の位置であり、図９の●印のプロットで示される位置）に近い位置（図９の△印のプロット）であって、各測定位置を時系列で結んだときに滑らかな軌跡を描くような位置に修正される。
【００６７】
このように本実施形態のＧＰＳレシーバ１００によれば、初回測位の精度が低く測定位置が位置飛びした場合であってもその後のカルマンフィルタの推定値の精度低下を有効に避けることができる。
【００６８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば本発明は本実施形態のカーナビゲーション装置に限らず、地図データベースを保持しない簡易ナビゲーション装置であるＰＮＤ（Personal Navigation Device）や、携帯電話等のモバイル端末等にも適用することができる。
【００６９】
また図６のＳ２６の処理において、
（１）ＨＤＯＰ_curがＨＤＯＰ_preより良好であるか
（２）ＨＤＯＰ_curが既定値以下であるか
の２つを判定条件としているが、Ｓ２６の判定条件は条件（１）または（２）の何れか一方であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】カルマンフィルタの効果を説明するための図である。
【図２】カルマンフィルタの推定値の精度が低下した場合の問題を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態のカーナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態のＧＰＳレシーバの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態で実行されるＧＰＳ測定位置向上処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ ダウンコンバータ部
２ 受信信号処理部
３ 測位演算制御部
１００ ＧＰＳレシーバ
１０２ ジャイロセンサ
１０４ 車速センサ
１０８ ＣＰＵ
２００ ナビゲーション装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を用いてＧＰＳ測位を行い、該ＧＰＳ測位により求められた測定位置に基づいて推定位置を計算して外部に出力するＧＰＳレシーバにおいて、
前記ＧＰＳ測位の結果に基づいて前記ＧＰＳレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、
前記第一の範囲に基づいて、過去のある時点で前記ＧＰＳレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、
前記過去のある時点の前記ＧＰＳ測位で計算された過去測定位置が前記第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段と
を備え、前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とするＧＰＳレシーバ。
【請求項２】
前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合に、現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰ（Dilution of Precision）と、前記過去のある時点の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰとを比較するＤＯＰ比較手段をさらに備え、
現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰの方が良好である場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項３】
前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合に、現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下であるか否かを判定するＤＯＰ判定手段をさらに備え、
現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下である場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項４】
前記現在位置推定手段は、ＧＰＳ測位時に利用したＧＰＳ衛星の幾何学的配置および該ＧＰＳ測位結果から求められる疑似距離誤差に基づいて前記第一の範囲を推定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項５】
前記過去位置推定手段は、現在の前記ＧＰＳ測位による測位結果に含まれる測定方位および測定速度に基づいて前記第一の範囲をシフトさせたものを前記第二の範囲とすることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項６】
前記過去のある時点とは、一定時間以上継続してＧＰＳ測位ができない状態から、ＧＰＳ測位ができる状態に復帰した時点であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項７】
前記推定位置の計算はカルマンフィルタを使用した推定計算であり、前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合には、前記カルマンフィルタを使用した推定計算に該過去測定位置が用いられないよう、該カルマンフィルタをリセットすることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項１】
ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を用いてＧＰＳ測位を行い、該ＧＰＳ測位により求められた測定位置に基づいて推定位置を計算して外部に出力するＧＰＳレシーバにおいて、
前記ＧＰＳ測位の結果に基づいて前記ＧＰＳレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、
前記第一の範囲に基づいて、過去のある時点で前記ＧＰＳレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、
前記過去のある時点の前記ＧＰＳ測位で計算された過去測定位置が前記第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段と
を備え、前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とするＧＰＳレシーバ。
【請求項２】
前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合に、現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰ（Dilution of Precision）と、前記過去のある時点の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰとを比較するＤＯＰ比較手段をさらに備え、
現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰの方が良好である場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項３】
前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合に、現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下であるか否かを判定するＤＯＰ判定手段をさらに備え、
現在の前記ＧＰＳ測位におけるＤＯＰが規定値以下である場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項４】
前記現在位置推定手段は、ＧＰＳ測位時に利用したＧＰＳ衛星の幾何学的配置および該ＧＰＳ測位結果から求められる疑似距離誤差に基づいて前記第一の範囲を推定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項５】
前記過去位置推定手段は、現在の前記ＧＰＳ測位による測位結果に含まれる測定方位および測定速度に基づいて前記第一の範囲をシフトさせたものを前記第二の範囲とすることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項６】
前記過去のある時点とは、一定時間以上継続してＧＰＳ測位ができない状態から、ＧＰＳ測位ができる状態に復帰した時点であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【請求項７】
前記推定位置の計算はカルマンフィルタを使用した推定計算であり、前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合には、前記カルマンフィルタを使用した推定計算に該過去測定位置が用いられないよう、該カルマンフィルタをリセットすることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のＧＰＳレシーバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２３６５１７（Ｐ２００９−２３６５１７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７９７０３（Ｐ２００８−７９７０３）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００１４８７）クラリオン株式会社 (1,722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００１４８７）クラリオン株式会社 (1,722)
【Ｆターム（参考）】
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