ＧＰＳ受信機
【課題】アベイラビリティの低下を招くことなく、擬似距離誤差を低減して、測位精度を高めることができるＧＰＳ受信機を得ることを目的とする。
【解決手段】信号処理手段により今回計測された擬似距離変化率を用いて、その擬似距離を平滑化し、前回計測された擬似距離と今回計測された擬似距離の差分と、今回計測された擬似距離変化率との差異が、所定値より小さいかまたは該所定値と等しい場合、信号処理手段により前回計測された擬似距離、今回計測された擬似距離および今回計測された擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた今回計測された擬似距離と今回計測された擬似距離変化率の重み加算を用いた平滑化を実施する平滑化手段と、
平滑化手段により平滑化された擬似距離と衛星位置特定手段により特定されたＧＰＳ衛星の位置から現在位置を測位する。
【解決手段】信号処理手段により今回計測された擬似距離変化率を用いて、その擬似距離を平滑化し、前回計測された擬似距離と今回計測された擬似距離の差分と、今回計測された擬似距離変化率との差異が、所定値より小さいかまたは該所定値と等しい場合、信号処理手段により前回計測された擬似距離、今回計測された擬似距離および今回計測された擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた今回計測された擬似距離と今回計測された擬似距離変化率の重み加算を用いた平滑化を実施する平滑化手段と、
平滑化手段により平滑化された擬似距離と衛星位置特定手段により特定されたＧＰＳ衛星の位置から現在位置を測位する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ衛星を利用して、自動車等の位置を測位するＧＰＳ受信機に関するものであり、特にＧＰＳ衛星と自動車等間の距離（擬似距離）を補正して、自動車等の位置を測位するＧＰＳ受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、ＧＰＳ衛星の位置を三角測量して、地上のＧＰＳ受信機の位置を計測する米国の測位システムである。
三角測量を行うには、３つ以上のＧＰＳ衛星の位置と、個々のＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機間の距離（以下、擬似距離と呼ぶ）とが必要になる。
ＧＰＳ衛星の位置については、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星から放送される航法メッセージを受信すれば、その航法メッセージに含まれている軌道情報から時々刻々の位置を把握することができる。
一方、擬似距離については、ＧＰＳ衛星から放射された電波が地上に届く伝播時間τから算出することができる。
ただし、ＧＰＳ受信機が伝播時間τを算出するには、ＧＰＳ受信機の内蔵時計をＧＰＳの時系である“ＧＰＳ Ｔｉｍｅ”に同期させる必要がある。
なお、測位計算に使用するＧＰＳ衛星の数が３つであれば、ＧＰＳ受信機の３次元位置を計測することができる。また、ＧＰＳ衛星の数が４つ以上になれば、さらにＧＰＳ受信機の内蔵時計を“ＧＰＳ Ｔｉｍｅ”に同期させることができる。
【０００３】
擬似距離ρCτには、ＧＰＳ衛星から放射された電波が電離層・対流圏を通過する際に生じる伝播遅延誤差δρion，δρtroと、地上のビル等に電波が反射することにより生じる誤差δρmp（以下、マルチパスと呼ぶ）と、ＧＰＳ衛星が搭載している時計の誤差ｄＴSATＣとが含まれている。
これらの誤差が未補正な状態で擬似距離ρCτを測位計算に使用すると、測位結果である位置に誤差を生じるほか、ＧＰＳ受信機の内蔵時計を“ＧＰＳ Ｔｉｍｅ”に上手く同期させることができなくなるので、電波伝搬遅延誤差とＧＰＳ衛星搭載時計誤差を除去する必要がある。
ρ＝ρCτ＋ｄＴSATＣ−δρion−δρtro−δρmp ［ｍ］ （１）
ただし、Ｃは光速である。
【０００４】
ここで、ＧＰＳ衛星が搭載している時計の誤差ｄＴSATＣと、電離層・対流圏を通過する際に生じる伝播遅延誤差δρion，δρtroについては、ＧＰＳ衛星から放送される航法メッセージの中に補正モデルのパラメータが含まれており、また、地上のＤＧＰＳ基準局が電離層・対流圏の通過時の伝搬遅延誤差補正データを観測し、ＤＧＰＳ基準局が伝搬遅延誤差補正データを放送するので、ＧＰＳ受信機が補正モデルのパラメータや伝搬遅延誤差補正データを受信すれば、時計の誤差ｄＴSATＣや、電離層・対流圏を通過する際に生じる伝播遅延誤差δρion，δρtroを除去することができる。
【０００５】
しかし、マルチパス誤差δρmpについては、ＧＰＳ基準局において検出することが不可能であり、ＧＰＳ受信機でも検出が困難である。このため、マルチパス誤差δρmpが位置精度を劣化させる最大の要因になる。
マルチパスなどの擬似距離誤差を低減して、測位精度を高めているＧＰＳ受信機が以下の特許文献１〜３に開示されている。
【０００６】
以下の特許文献１では、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー効果で搬送波周波数ｆL1［Ｈｚ］が偏位した周波数（以下、ドップラー偏位周波数ｆdopと呼ぶ）は、電波伝搬時間から求めていないために、擬似距離と比べて、マルチパスの影響（誤差）が少ないことを利用している。
即ち、特許文献１では、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estを算出する。式（２）において、Ｖ0はＧＰＳ衛星の進行方向に対する速度［ｍ／ｓ］、θ1はＧＰＳ衛星と自動車とを結ぶ線と、ＧＰＳ衛星の進行方向とがなす角度［ｒａｄ］である。
ｆdop-est＝ｆL1Ｖ0ｃｏｓθ1／（Ｃ−Ｖ0ｃｏｓθ1） （２）
そして、ＧＰＳ受信機により計測されたドップラー偏位周波数ｆdopと、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estとの差異が所定値以上になると、そのＧＰＳ衛星の擬似距離ρCτに大きなマルチパス誤差が含まれていると判断し、この擬似距離ρCτを測位計算に使用しないようにしている。
【０００７】
以下の特許文献２では、ＤＧＰＳ基準局により観測された電離層・対流圏通過時の伝搬遅延誤差補正データがなくても、擬似距離の誤差を推定して、測位精度を高めるようにしている。
即ち、特許文献２では、下記の式（３）を用いて、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estを算出する。
ｆdop-est＝｛ＬＯＳx（ＶSxi−ＶCxi）＋ＬＯＳy（ＶSyi−ＶCyi）
＋ＬＯＳz（ＶSzi−ＶCzi）｝ｆL1／Ｃ ［Ｈｚ］ （３）
ＬＯＳx＝（ＰSxi−ＰCxi）／Ｒ
ＬＯＳy＝（ＰSyi−ＰCyi）／Ｒ
ＬＯＳz＝（ＰSzi−ＰCzi）／Ｒ
Ｒ＝｛（ＰSxi−ＰCxi）2＋（ＰSyi−ＰCyi）2＋（ＰSzi−ＰCzi）2｝1/2
ただし、（ＰSxi，ＰSyi，ＰSzi）はＧＰＳ衛星の位置のｘｙｚ成分、（ＶSxi，ＶSyi，ＶSzi）はＧＰＳ衛星の速度のｘｙｚ成分、（ＰCxi，ＰCyi，ＰCzi）は自動車の位置のｘｙｚ成分、（ＶCxi，ＶCyi，ＶCzi）は自動車の速度のｘｙｚ成分である。
ＬＯＳは地上の自動車から上空のＧＰＳ衛星を見る視線方向ベクトル（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｔｅ ｖｅｃｔｏｒ；ＬＯＳ）である。
【０００８】
そして、下記の式（４）（５）を用いて、ＧＰＳ受信機により計測されたドップラー偏位周波数ｆdopと、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estとの差異から擬似距離ρCτiの誤差オフセット成分δρOFiと、擬似距離誤差δρiを算出する。
そして、下記の式（６）のように、擬似距離ρCτiから擬似距離誤差δρiを除去し、擬似距離誤差除去後の擬似距離ρiを測位計算に使用するようにする。
ρi＝ρCτi−δρi （６）
【０００９】
以下の特許文献３では、電離層誤差による影響を考慮したキャリアスムージングを実施することにより、測位精度を高めるようにしている。
具体的には、下記の通りである。
まず、キャリアスムージングは、下記の式（７）に示すように、搬送波位相（ドップラー偏位周波数ｆdopi）の積算値φiの差分（φi−φi-1）を用いて、電波伝播時間から計測された擬似距離ρCτiを平滑化（重み付け平均）する方法であり、このキャリアスムージングは、擬似距離の誤差が周期的に変動する場合に有効である。
ρSi＝ρCτi／Ｎ＋（Ｎ−１）／Ｎ｛ρSi-1＋（φi−φi-1）λΔＴ｝ ［ｍ］
（７）
ただし、Ｎはスムージングのサンプル数であり、通常１００に設定される。λは搬送波の波長［ｍ］、ΔＴは測位インターバル時間［ｓ］である。
【００１０】
これに対して、特許文献３では、電離層誤差による影響を考慮したキャリアスムージングを実施することにより、測位精度を高めるようにしている。これは、電離層内では、搬送波が位相速度で伝搬し、真空中より位相が進む特性があることから、これを補正するために、ＤＧＰＳ補正データから電離層誤差による搬送波位相の変化量を求め、搬送波位相の積算値φiの差分を補正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１１８９０３号公報（段落番号［００２２］から［００２７］、図１）
【特許文献２】特開２０００−１８６９３６号公報（段落番号［００１８］から［００３５］、図１）
【特許文献３】特開２００２−１９６０６０号公報（段落番号［００１２］から［００２１］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のＧＰＳ受信機は以上のように構成されているので、特許文献１では、マルチパス誤差を含んでいる擬似距離を測位計算に使用しないようにしている。そのため、電波受信可能なＧＰＳ衛星数が不足して、アベイラビリティが下がる課題があった。即ち、マルチパスが発生し易い市街地では、多くのビルなどが建設されているため、自動車上空の視界が狭められ、電波受信可能なＧＰＳ衛星数がもともと少ない。そのため、マルチパス誤差を含んでいる擬似距離を測位計算から除外すれば、最悪の場合、ＧＰＳ衛星数が不足して位置を測位することができなくなることがある。
【００１３】
また、特許文献２では、ＤＧＰＳ基準局により観測された電離層・対流圏通過時の伝搬遅延誤差補正データがなくても、擬似距離の誤差を推定するようにしているが、ドップラー偏位周波数に関するＧＰＳ受信機の計測値と推定値の差異は、マルチパスのように周期や大きさが不規則な誤差を反映するものでないため、大きなマルチパス誤差が発生したときには、擬似距離の誤差を除去することができず、大きな測位誤差が発生する課題があった。
【００１４】
さらに、特許文献３では、電離層誤差による影響を考慮したキャリアスムージングを実施するが、マルチパス誤差を含む擬似距離を固定係数（１／Ｎ）分だけ用いる重み付け平均をしたところで、マルチパス誤差の１／Ｎが大きくなると、このマルチパス誤差が平滑化された擬似距離に残留して、擬似距離誤差が有色化する課題があった。なお、擬似距離誤差が有色化すると、測位位置に偏った誤差を生じる（位置の平均を求めても、偏った誤差が残る）。また、搬送波位相を長時間積算すると、搬送波位相の誤差が累積して、擬似距離誤差が有色化する。なお、搬送波位相の累積誤差を小さくしようとすれば、搬送波位相を高精度に計測することが可能な高価な回路が必要となる（安価なＧＰＳ受信機は精度が悪い）。
【００１５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アベイラビリティの低下を招くことなく、擬似距離誤差を低減して、測位精度を高めることができるＧＰＳ受信機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
複数のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信する電波受信手段と、電波受信手段により受信された電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別して、そのＧＰＳ衛星の擬似距離と擬似距離変化率を計測するとともに、その電波に含まれている航法メッセージを抽出する信号処理手段と、信号処理手段により抽出された航法メッセージからＧＰＳ衛星の位置を特定する衛星位置特定手段と、信号処理手段が計測した擬似距離変化率により、該擬似距離変化率とともに計測した擬似距離を平滑化する平滑化手段と、該平滑化手段により平滑化された擬似距離と衛星位置特定手段により特定されたＧＰＳ衛星の位置から現在位置を測位する位置測位手段とを備え、平滑化手段は、信号処理手段が計測した第一の擬似距離と、該第一の擬似距離を計測する前に該信号処理手段が計測した第二の擬似距離との差分を求め、第一の擬似距離とともに信号処理手段が計測した第一の擬似距離変化率と差分との差異が、所定値より小さいかまたは該所定値と等しい場合、第二の擬似距離、第一の擬似距離および第一の擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を用いて、第一の擬似距離を平滑化するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、信号処理部により今回計測された擬似距離を使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するように構成したので、平滑化した擬似距離に大きな誤差が残留しなくなり、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図３】ＧＰＳ衛星を利用した三角測量の原理を示す説明図である。
【図４】ＧＰＳ衛星から放射された電波の誤差要因を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図６】この発明の実施の形態３によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図７】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図９】市街地を自動車で走行した際に安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の一例を示す説明図である。
【図１０】市街地を自動車で走行した際に安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の差分と擬似距離変化率の一例を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、市街地を自動車で走行した際の擬似距離変化率を自動車が停車していると仮定して推定した結果の一例を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、市街地を自動車で走行した際の擬似距離変化率を自動車が走行していると仮定して推定した結果の一例を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、擬似距離を平滑化したことにより、安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の異常が修復された結果を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、擬似距離を平滑化したことにより、安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の誤差が低減した結果を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、ＧＰＳ受信機が計測した擬似距離と擬似距離平滑化部により平滑化された擬似距離の差異を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、擬似距離を平滑化したことにより、各衛星の不均等な擬似距離の誤差が均等になった結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機を示す構成図であり、図において、ＧＰＳアンテナ１は例えば自動車に取り付けられるＧＰＳ受信機のアンテナであり、例えば、自動車の上空に位置する複数個のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信する。なお、ＧＰＳアンテナ１は電波受信手段を構成している。
信号処理部２はＧＰＳアンテナ１により受信された電波に含まれているＧＰＳ衛星のコードを参照して電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別し、ＧＰＳ衛星毎にＧＰＳ衛星の擬似距離と擬似距離変化率を計測する処理を実施する。また、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波からＧＰＳ衛星の軌道情報などが記述されている航法メッセージを抽出し、その航法メッセージや電波の受信時刻を出力する処理を実施する。なお、信号処理部２は信号処理手段を構成している。
【００２０】
衛星位置算出部３は信号処理部２から出力された電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置を算出する処理を実施する。なお、衛星位置算出部３は衛星位置特定手段を構成している。
擬似距離誤差算出部４は信号処理部２から出力された電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（電離層通過時の擬似距離誤差の補正パラメータと、ＧＰＳ衛星に搭載されている時計の誤差の補正パラメータ）などを用いて、各ＧＰＳ衛星から放射された電波が大気中（電離層、対流圏）を通過する際に生じる擬似距離誤差と衛星搭載時計誤差を算出する処理を実施する。なお、擬似距離誤差算出部４は擬似距離誤差算出手段を構成している。
【００２１】
擬似距離平滑化部５は信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離を平滑化する処理を実施する。なお、擬似距離平滑化部５は平滑化手段を構成している。
擬似距離誤差評価部６は信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離の誤差分散を算出する処理を実施する。なお、擬似距離誤差評価部６は誤差分散算出手段を構成している。
【００２２】
位置算出部７は擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差と擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離を補正し、補正後の擬似距離と衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置を測位するとともに、擬似距離誤差算出部４により算出された衛星搭載時計誤差を用いて、ＧＰＳ受信機が内蔵している時計誤差を算出する処理を実施する。なお、位置算出部７は位置測位手段を構成している。
図２はこの発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【００２３】
次に動作について説明する。
信号処理部２は、ＧＰＳアンテナ１が自動車の上空に位置するＧＰＳ衛星から放射された電波を受信すると、例えば所定の測位周期（１Ｈｚ）毎に、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波に含まれているＧＰＳ衛星のコードを参照して電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別する（図３、図４を参照）。
信号処理部２は、電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別すると、そのＧＰＳ衛星の擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを計測し、その擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを擬似距離平滑化部５及び擬似距離誤差評価部６に出力する。
また、信号処理部２は、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波からＧＰＳ衛星の軌道情報などが記述されている航法メッセージを抽出し、その航法メッセージや電波の受信時刻を衛星位置算出部３及び擬似距離誤差算出部４に出力する。
【００２４】
衛星位置算出部３は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、その電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置を算出する（ステップＳＴ１）。
擬似距離誤差算出部４は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（電離層通過時の擬似距離誤差の補正パラメータ）などを用いて、各ＧＰＳ衛星から放射された電波が大気中（電離層、対流圏）を通過する際に生じる擬似距離誤差を算出する（ステップＳＴ２）。
また、擬似距離誤差算出部４は、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（ＧＰＳ衛星に搭載されている時計誤差の補正パラメータ）などを用いて、衛星搭載時計誤差を算出する（ステップＳＴ２）。
【００２５】
擬似距離平滑化部５は、信号処理部２から擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを受けると、下記の式（８）〜（１０）を用いて、その擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み係数ｋを求める。
Δρratei＝ｆdopiＣ／ｆL1 ［ｍ／ｓ］ （８）
ΔρCτi＝（ρCτi−ρCτi-1）／Δｔ （９）
ｋ＝１／｜ΔρCτi−Δρratei｜ （１０）
ただし、ｆL1は搬送波周波数、ｆdopはドップラー偏位周波数、Ｃは光速、Δｔは測位インターバル時間（例えば、１秒）である。
【００２６】
擬似距離平滑化部５は、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み係数ｋを求めると、下記の式（１１）に示すように、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化する（ステップＳＴ３）。
ρSi＝ρCτiｋ＋｛ρSi-1＋ΔρrateiΔｔ｝（１−ｋ） （１１）
なお、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの双方に誤差が含まれていない場合、擬似距離の差分ΔρCτiと擬似距離変化率Δρrateiは同じ値になる。
【００２７】
擬似距離誤差評価部６は、擬似距離平滑化部５が各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化すると、下記の式（１２）に示すように、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離ρSiの差分ΔδρCτiを求め、その差分ΔδρCτiの分散を擬似距離の誤差分散として計算する（ステップＳＴ４）。
ΔδρCτi＝｜ρCτi−ρSi｜ （１２）
【００２８】
位置算出部７は、自動車の位置を測位するのに必要なＧＰＳ衛星数だけ電波を受信できているか否かを確認（例えば、４衛星以上の電波を受信できているか否かを確認）するとともに、自動車の位置の収束計算の回数を確認する（ステップＳＴ５）。
【００２９】
位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星以上であり、かつ、収束計算の回数が所定回数未満であれば、擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差と擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離ρSiを補正し、補正後の擬似距離ρSiと衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置ＰCを測位すると同時に、擬似距離誤差算出部４により算出された衛星搭載時計誤差を用いて、ＧＰＳ受信機が内蔵している時計誤差を算出し、その時計誤差を信号処理部２に出力する（ステップＳＴ６）。
補正後のρSi＝ρSi＋ｄＴSATＣ−δρion−δρtro ［ｍ］ （１３）
【００３０】
即ち、位置算出部７は、下記の式（１４）を用いて、自動車の現在位置ＰCを計算する。
ただし、（ＰCxi，ＰCyi，ＰCzi）は自動車の位置のｘｙｚ成分、（ＰSxi，ＰSyi，ＰSzi）はＧＰＳ衛星の位置のｘｙｚ成分、Ａは航法行列、Ｗは擬似距離誤差の重み付き行列である。
【００３１】
なお、信号処理部２は、位置算出部７により算出された時計誤差を受けると、電波の受信時刻を衛星位置算出部３や擬似距離誤差算出部４に出力する際、その時計誤差を考慮して、電波の受信時刻を補正することになる。
【００３２】
位置算出部７は、上記のようにして、自動車の現在位置ＰCを測位すると、自動車の現在位置ＰCが収束しているか否かを判定し（ステップＳＴ７）、収束していれば、測位周期毎の動作を終了する。
一方、収束していなければ、ステップＳＴ１〜ＳＴ６の処理を繰り返し実施させる制御信号を衛星位置算出部３や擬似距離平滑化部５などに出力する。
なお、位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星未満、または、収束計算の回数が所定回数以上であれば、自動車の位置を測位することができないと判断して、測位周期毎の動作を終了する。
【００３３】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiから重み係数ｋを求め、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、その擬似距離ρCτiを平滑化する擬似距離平滑化部５を設け、その擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離ρSiと衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置ＰCを測位するように構成したので、アベイラビリティの低下を招くことなく、擬似距離誤差を低減して、測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００３４】
即ち、この実施の形態１によれば、誤差の小さい擬似距離変化率Δρrateiを基準にして、擬似距離の差分ΔρCτiとの差異から擬似距離の誤差を求め、擬似距離の誤差に応じた重み係数ｋにしたがって、擬似距離変化率Δρrateiを用いて擬似距離ρCτiを平滑化するようにしたので、マルチパスが発生しても、平滑化した擬似距離ρSiにマルチパス誤差が残留することがなくなり（有色化しなくなる）、擬似距離誤差を低減することができる。このことは、測位誤差の低減につながる。
また、電波伝搬時間τから計測した擬似距離の誤差が小さい場合、この擬似距離を多く使うような重み係数ｋとなるため、擬似距離変化率Δρrateiを不必要に多用しなくなり、安価なＧＰＳ受信機を使用しても、精度の高い測位結果を得ることができる。
【００３５】
また、この実施の形態１によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波の受信時刻と信号処理部２により抽出された航法メッセージから当該電波が大気中を通過する際に生じる擬似距離誤差を算出する擬似距離誤差算出部４を設け、位置算出部７が擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差を用いて、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離を補正し、補正後の擬似距離と衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置ＰCを測位するように構成したので、電離層通過時の擬似距離誤差が大きくなっても、精度よく自動車の現在位置ＰCを測位することができる効果を奏する。
【００３６】
また、この実施の形態１によれば、信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離の誤差分散を算出する擬似距離誤差評価部６を設け、その擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、自動車の現在位置ＰCを測位するように構成したので、マルチパスが大きくなっても、精度よく自動車の現在位置ＰCを測位することができる効果を奏する。
【００３７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiから重み係数ｋを求め、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、その擬似距離ρCτiを平滑化するものについて示したが、信号処理部２により前回計測された擬似距離ρCτi-1（第二の擬似距離）と今回計測された擬似距離ρCτi（第一の擬似距離）の差分と、信号処理部２により今回計測された擬似距離変化率Δρratei（第一の擬似距離変化率）との差異が所定値より大きい場合、今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するようにしてもよい。
【００３８】
具体的には、以下の通りである。
図５はこの発明の実施の形態２によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
なお、この実施の形態２では、擬似距離平滑化部５の処理内容のみが、上記実施の形態１と異なるので、擬似距離平滑化部５の処理内容のみを説明する。
【００３９】
擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳ衛星の電波受信状況に応じて、擬似距離の平滑化方法を切替えるものであり、すべてのＧＰＳ衛星について、ＧＰＳ衛星毎に行うものである。
即ち、擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳアンテナ１が所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信しているか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していれば、さらに、連続受信であるか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。即ち、電波を途切れ途切れに受信している状況であるか否かを判定する。
【００４０】
擬似距離平滑化部５は、途切れ途切れの受信ではなく、連続受信であれば、擬似距離誤差評価部６により計算された擬似距離の誤差分散が所定値以上であるか否かを判定し、その擬似距離の誤差分散が所定値以上であれば、擬似距離の誤差が過大であると判断する（ステップＳＴ１３）。
即ち、擬似距離平滑化部５は、信号処理部２により前回計測された擬似距離ρCτi-1と今回計測された擬似距離ρCτiの差分と、信号処理部２により今回計測された擬似距離変化率Δρrateiとの差異が所定値より大きい場合、擬似距離の誤差が過大であると判断する。
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、下記の式（１５）に示すように、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ１４）。
ρSi＝ρSi-1＋ΔρrateiΔｔ （１５）
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大でないと判断すると、上記実施の形態１と同様に、式（１１）を用いて、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ１５）。
【００４１】
擬似距離平滑化部５は、途切れ途切れの受信である場合、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔを計測し、非受信時間ｔが所定時間を超えているか否かを判定する（ステップＳＴ１６）。
擬似距離平滑化部５は、非受信時間ｔが所定時間に満たない場合、下記の式（１６）に示すように、電波が途絶える前の擬似距離変化率Δρratei-tを用いて擬似距離の平滑化を再開する（ステップＳＴ１７）。
ρSi＝ρSi-t＋Δρratei-tｔ （１６）
擬似距離平滑化部５は、非受信時間ｔが所定時間を超えた後、同じＧＰＳ衛星の電波を再受信した場合、下記の式（１７）に示すように、擬似距離の平滑値を初期化する（ステップＳＴ１８）。
ρSi＝ρCτi （１７）
【００４２】
擬似距離平滑化部５は、上記のようにして、擬似距離を平滑化すると、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔをゼロにして、測位周期毎の擬似距離の平滑化処理を終了する（ステップＳＴ１９）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していなければ、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔを計測し、測位周期毎の擬似距離の平滑化処理を終了する（ステップＳＴ２０）。
【００４３】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するように構成したので、平滑化した擬似距離に大きな誤差が残留しなくなり、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【００４４】
また、この実施の形態２によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えたのち、同じＧＰＳ衛星から放射された電波が再受信された場合、その電波の遮断時間が所定時間より短ければ、電波が途絶える前の擬似距離変化率Δρratei-tを用いて擬似距離の平滑化を再開するように構成したので、再受信時に擬似距離の誤差が大きくなっても、平滑化した擬似距離の誤差が大きくならず、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【００４５】
また、この実施の形態２によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えたのち、同じＧＰＳ衛星から放射された電波が再受信された場合、その電波の遮断時間が所定時間より長ければ、擬似距離の平滑値を初期化するように構成したので、擬似距離変化率を長時間積算することで、却って擬似距離誤差が大きくなることを未然に防止することができるようになり、その結果、電波受信が途切れがちとなり、従来のＧＰＳ受信機では、測位が間欠的又は測位精度が低下する場所でも、測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００４６】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiから重み係数ｋを求め、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、その擬似距離ρCτiを平滑化するものについて示したが、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えても、その電波が途絶えてから所定時間を経過するまでは、電波が途絶える前の擬似距離変化率を用いて擬似距離の平滑化を継続するようにしてもよい。
【００４７】
具体的には、以下の通りである。
図６はこの発明の実施の形態３によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
なお、この実施の形態３では、擬似距離平滑化部５の処理内容のみが、上記実施の形態１と異なるので、擬似距離平滑化部５の処理内容のみを説明する。
【００４８】
擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳ衛星の電波受信状況に応じて、擬似距離の平滑化方法を切替えるものであり、すべてのＧＰＳ衛星について、ＧＰＳ衛星毎に行うものである。
即ち、擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳアンテナ１が所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信しているか否かを判定する（ステップＳＴ２１）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していれば、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達しているか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。
【００４９】
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達していなければ、擬似距離誤差評価部６により計算された擬似距離の誤差分散が所定値以上であるか否かを判定し、その擬似距離の誤差分散が所定値以上であれば、擬似距離の誤差が過大であると判断する（ステップＳＴ２３）。
即ち、擬似距離平滑化部５は、信号処理部２により前回計測された擬似距離ρCτi-1と今回計測された擬似距離ρCτiの差分と、信号処理部２により今回計測された擬似距離変化率Δρrateiとの差異が所定値より大きい場合、擬似距離の誤差が過大であると判断する。
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、上記実施の形態２と同様に、式（１５）を用いて、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ２４）。
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大でないと判断すると、上記実施の形態１と同様に、式（１１）を用いて、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ２５）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間を超えていれば、上記実施の形態２と同様に、式（１７）を用いて、擬似距離の平滑値を初期化する（ステップＳＴ２６）。
擬似距離平滑化部５は、上記のようにして、擬似距離を平滑化すると、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔをゼロにして、測位周期毎の擬似距離の平滑化処理を終了する（ステップＳＴ２７）。
【００５０】
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していなければ、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔを計測する（ステップＳＴ２８）。
そして、擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達しているか否かを判定する（ステップＳＴ２９）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達していなければ、下記の式（１８）に示すように、電波が途絶える前の擬似距離変化率Δρratei-tを用いて擬似距離の平滑化を継続する（ステップＳＴ３０）。
ρSi＝ρSi-1＋Δρratei-tΔｔ （１８）
【００５１】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するように構成したので、平滑化した擬似距離に大きな誤差が残留しなくなり、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【００５２】
また、この実施の形態３によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えても、その電波が途絶えてから所定時間を経過するまでは、電波が途絶える前の擬似距離変化率を用いて擬似距離の平滑化を継続するように構成したので、再受信時に擬似距離の誤差が大きくなっても、平滑化した擬似距離の誤差が大きくならず、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
なお、自動車の上空のＧＰＳ衛星数が４衛星未満の場合に、電波が途絶える前の擬似距離変化率を用いて擬似距離の平滑化を継続するようにすれば、電波受信が途切れがちとなり、測位が間欠的になっていた場所（例えば、市街地、橋の下）でも、自動車の位置を連続的に測位して、アベイラビリティを高めることができる効果を奏する。
【００５３】
また、この実施の形態３によれば、ＧＰＳアンテナ１からの電波受信が長時間途絶えた場合、同じＧＰＳ衛星の電波を再受信した直後に擬似距離の平滑値を初期化するように構成したので、擬似距離変化率を長時間積算することで、却って擬似距離誤差が大きくなることを未然に防止することができるようになり、その結果、電波受信が途切れがちとなり、従来のＧＰＳ受信機では、測位が間欠的又は測位精度が低下する場所でも、測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
衛星位置・速度算出部１１は信号処理部２から出力された電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置と速度を算出する処理を実施する。なお、衛星位置・速度算出部１１は衛星位置特定手段を構成している。
擬似距離変化推定部１２はＧＰＳ衛星に対する相対運動のドップラー効果を考慮して、衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置及び速度と、速度算出部１３により算出された自動車の速度と、位置算出部７により算出された自動車の位置とから擬似距離変化率を推定する処理を実施する。
【００５５】
速度算出部１３は衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置や、位置算出部７により算出された自動車の位置などから自動車の速度を算出する処理を実施する。
なお、衛星位置・速度算出部１１、擬似距離変化推定部１２及び速度算出部１３から擬似距離変化率推定手段が構成されている。
擬似距離平滑化部１４は信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離を平滑化する処理を実施する。擬似距離平滑化部１４は平滑化手段を構成している。
図８はこの発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【００５６】
次に動作について説明する。
信号処理部２は、ＧＰＳアンテナ１が自動車の上空に位置するＧＰＳ衛星から放射された電波を受信すると、例えば所定の測位周期（１Ｈｚ）毎に、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波に含まれているＧＰＳ衛星のコードを参照して電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別する（図３、図４を参照）。
信号処理部２は、電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別すると、そのＧＰＳ衛星の擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを計測し、その擬似距離ρCτiを擬似距離平滑化部１４及び擬似距離誤差評価部６に出力する。また、その擬似距離変化率Δρrateiを速度算出部１３に出力する。
また、信号処理部２は、上記実施の形態１と同様に、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波からＧＰＳ衛星の軌道情報などが記述されている航法メッセージを抽出し、その航法メッセージや電波の受信時刻を衛星位置算出部３及び擬似距離誤差算出部４に出力する。
【００５７】
衛星位置・速度算出部１１は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、その電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置と速度を算出する（ステップＳＴ３１）。
擬似距離誤差算出部４は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、上記実施の形態１と同様に、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（電離層通過時の擬似距離誤差の補正パラメータ）などを用いて、各ＧＰＳ衛星から放射された電波が大気中（電離層、対流圏）を通過する際に生じる擬似距離誤差を算出する（ステップＳＴ３２）。
また、擬似距離誤差算出部４は、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（ＧＰＳ衛星に搭載されている時計の誤差の補正パラメータ）などを用いて、衛星搭載時計誤差を算出する（ステップＳＴ３２）。
【００５８】
速度算出部１３は、下記の式（１９）（２０）に示すように、衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置ＰSや、位置算出部７により算出された自動車の位置ＰCなどから自動車の速度ＶCを算出する。
【００５９】
擬似距離変化推定部１２は、速度算出部１３が自動車の速度ＶCを算出すると、下記の式（２１）に示すように、ＧＰＳ衛星に対する相対運動のドップラー効果を考慮して、衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置ＰS及び速度ＶSと、速度算出部１３により算出された自動車の速度ＶCと、位置算出部７により算出された自動車の位置ＰCとから擬似距離変化率Δρratei-miを推定する（ステップＳＴ３３）。
Δρratei-mi＝｛ＬＯＳxi（ＶSxi−ＶCxi）＋ＬＯＳyi（ＶSyi−ＶCyi）
＋ＬＯＳzi（ＶSzi−ＶCzi）｝ ［ｍ／ｓ］ （２１）
ＬＯＳxi＝（ＰSxi−ＰCxi）／Ｒ
ＬＯＳyi＝（ＰSyi−ＰCyi）／Ｒ
ＬＯＳzi＝（ＰSzi−ＰCzi）／Ｒ
Ｒ＝｛（ＰSxi−ＰCxi）2＋（ＰSyi−ＰCyi）2＋（ＰSzi−ＰCzi）2｝1/2
【００６０】
擬似距離平滑化部１４は、信号処理部２から擬似距離ρCτiを受けて、擬似距離変化推定部１２から擬似距離変化率Δρratei-miを受けると、下記の式（２２）〜（２４）を用いて、その擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの重み係数ｋを求める。
Δρratei-mi＝ｆdopiＣ／ｆL1 ［ｍ／ｓ］ （２２）
ΔρCτi＝（ρCτi−ρCτi-1）／Δｔ （２３）
ｋ＝１／｜ΔρCτi−Δρratei-mi｜ （２４）
ただし、ｆL1は搬送波周波数、ｆdopはドップラー偏位周波数、Ｃは光速、Δｔが測位インターバル時間（例えば、１秒）である。
【００６１】
擬似距離平滑化部１４は、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの重み係数ｋを求めると、下記の式（２５）に示すように、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化する（ステップＳＴ３４）。
ρSi＝ρCτiｋ＋｛ρSi-1＋Δρratei-miΔｔ｝（１−ｋ） （２５）
なお、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの双方に誤差が含まれていない場合、擬似距離の差分ΔρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miは同じ値になる。
【００６２】
擬似距離誤差評価部６は、擬似距離平滑化部１４が各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化すると、上記実施の形態１と同様に、式（１２）を用いて、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと、擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiの差分ΔδρCτiを求め、その差分ΔδρCτiの分散を擬似距離の誤差分散として計算する（ステップＳＴ３５）。
【００６３】
位置算出部７は、上記実施の形態１と同様に、自動車の位置を測位するのに必要なＧＰＳ衛星数だけ電波を受信できているか否かを確認（例えば、４衛星以上の電波を受信できているか否かを確認）するとともに、自動車の位置の収束計算の回数を確認する（ステップＳＴ３６）。
【００６４】
位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星以上であり、かつ、収束計算の回数が所定回数未満であれば、上記実施の形態１と同様に、擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差と擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiを補正し、補正後の擬似距離ρSiと衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の速度と現在位置ＰCを測位する（ステップＳＴ３７，ＳＴ３８）。
また、位置算出部７は、擬似距離誤差算出部４により算出された衛星搭載時計誤差を用いて、ＧＰＳ受信機が内蔵している時計誤差を算出し、その時計誤差を信号処理部２に出力する。
これにより、信号処理部２は、電波の受信時刻を衛星位置・速度算出部１１や擬似距離誤差算出部４に出力する際、位置算出部７により算出された時計誤差を考慮して、電波の受信時刻を補正することになる。
【００６５】
位置算出部７は、上記のようにして、自動車の現在位置ＰCを測位すると、自動車の現在位置ＰCが収束しているか否かを判定し（ステップＳＴ３９）、収束していれば、測位周期毎の動作を終了する。
一方、収束していなければ、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３８の処理を繰り返し実施させる制御信号を衛星位置・速度算出部１１や擬似距離平滑化部５などに出力する。
なお、位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星未満、または、収束計算の回数が所定回数以上であれば、自動車の位置を測位することができないと判断して、測位周期毎の動作を終了する。
【００６６】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、下記に示す効果が得られる。
即ち、この実施の形態４では、重み付き最小二乗法で自動車位置を収束計算する過程で、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率と自動車速度が徐々に正確になり、自動車位置が収束した時点では、ＧＰＳ衛星毎の擬似距離誤差変化率の誤差が均等になる。また、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率を用いて平滑化された擬似距離も同様に、ＧＰＳ衛星毎の擬似距離の誤差が均等になる。
このような擬似距離を用いて擬似距離誤差を求めるので、ＧＰＳ受信機により計測された擬似距離の誤差をより正確に検出することができる。
このような擬似距離を用いて自動車の位置計算を行えば、擬似距離誤差の大きさが大幅に小さくなるだけでなく、三角測量の原理で算出した自動車位置の３次元空間の重心が、より正確な自動車の位置を示すようになる（測位精度が向上する）。
【００６７】
なお、この実施の形態４では、擬似距離変化率又は自動車速度を用いて、自動車位置を算出していないが、拡張カルマンフィルタなどで、擬似距離変化率又は自動車速度を用いて、自動車位置を算出するようにしてもよい。
また、この実施の形態４では、式（１９）又は式（２１）で擬似距離変化率を推定する際に、ＧＰＳ測位で算出した自動車位置と自動車速度を使用しているが、例えば、ＧＰＳ受信機をカーナビなどに組み込んで使用する場合には、自律測位やマップマッチングで算出した位置や速度を適宜使うように切り替えることで、マルチパスの影響をさらに軽減したり、ＧＰＳ衛星の電波受信状態が悪い場所でも、自動車の位置や速度を連続して計測したりすることができる。また、高い精度を安定して維持することができる効果があるなど、測位精度をさらに向上するための拡張性を有する。
【００６８】
ここで、この実施の形態４の効果を実際の信号を用いて説明する。
安価なＧＰＳ受信機を自動車に搭載して市街地を走行する場合、ＧＰＳアンテナ１により受信された複数個のＧＰＳ衛星の電波の中には、異常を含む擬似距離ρCτがある（図９を参照）。同じＧＰＳ衛星の擬似距離変化率Δρrateについては、擬似距離ρCτが異常となった同じ時間帯に、程度は小さいが異常を生じる（図１０を参照）。
図１０には、擬似距離の差分ΔρCτを擬似距離変化率Δρrateと合わせてグラフ化しているが、擬似距離変化率Δρrateと比較すれば、擬似距離ρCτの変動が大きいことがわかる。このような擬似距離ρCτと擬似距離変化率ΔρrateがＧＰＳ受信機から出力された場合には、従来の方法では、次のような問題がある。
【００６９】
上記の特許文献１では、この擬似距離ρCτが、マルチパス誤差が大きいと判断されて測位計算に使われないことが多発する。これは測位に使用できるＧＰＳ衛星数の低下、さらには測位できないことにつながる。
擬似距離変化率Δρrateには、擬似距離ρCτと同じ誤差が生じていないので、上記の特許文献２の方法では、擬似距離ρCτの大きな誤差を検出できない。これは測位精度の低下につながる。
上記の特許文献３であれば、平滑化した擬似距離にマルチパス誤差が残留して擬似距離誤差が有色化する。これは測位精度の低下につながる。
【００７０】
これに対して、この実施の形態４では、次のような効果が得られる。
式（１９）より、図１０で擬似距離変化率が異常である時間帯を含めて、自動車が停車していた場合の擬似距離変化率Δρrate-siを高精度に推定することができる（図１１を参照）。
また、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-siは、複数個のＧＰＳ衛星と自動車の相対運動より算出したものなので、他のＧＰＳ衛星の擬似距離変化率についても、同様に推定することができる。
擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-siを用いれば、図示していないが、式（２０）により、自動車速度も高精度に算出することができる。
【００７１】
式（２１）により、図１０で擬似距離変化率が異常である時間帯を含めて、走行中の自動車の擬似距離変化率Δρrate-miを高精度に推定することができる（図１２を参照）。
また、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-miは、複数個のＧＰＳ衛星と自動車の相対運動より算出したものなので、他のＧＰＳ衛星の擬似距離変化率についても、同様に推定することができる。
擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-miを基準にすれば、下記の式（２６）に示すように、信号処理部２により計測された擬似距離変化率Δρrateの誤差も検出することができる。
δΔρrate＝｜Δρrate−Δρrate-mi｜ ［ｍ／ｓ］ （２６）
【００７２】
式（２１）による擬似距離変化率Δρrate-miを用いて、擬似距離平滑化部１４が擬似距離を平滑化すると、その擬似距離の異常を修復することができる（図１３を参照）。
擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρsiの差分ΔρSiと、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiの差分ΔρCτiを比較すれば、図１４より、平滑化された擬似距離ρSiの誤差が大幅に低減したことがわかる。
式（２１）による擬似距離変化率Δρrate-miと比較すれば、平滑化された擬似距離ρSiに約１０ｍ以下で変動する誤差が残っているが、この誤差は、下記の式（２７）により検出することができる。
δΔρSi＝｜ΔρSi−Δρrate-mi｜ ［ｍ／ｓ］ （２７）
【００７３】
擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiと、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiとの差異（図１５を参照）を見れば、図９の異常やマルチパスの影響で、両擬似距離の差異が大きく発生することがあるが、両擬似離の差異に偏向した誤差はない（有色化していない）。
自動車上空の複数個のＧＰＳ衛星（ＰＲＮ：５，６，９，１４，１８，２２，２５，３０）について、式（２１）で推定した擬似距離変化率Δρrate-miを基準にして、擬似距離ρCτiの差分ΔρCτiとの差異、平滑化した擬似距離ρSiの差分ΔρSiとの差異のそれぞれの標準偏差を計算すれば、擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiには、各ＧＰＳ衛星の不均等な擬似距離誤差が均等になる改善効果があることがわかる。なお、図中において、平滑化なしの欄は、下記の式（２８）、平滑化ありの欄は上記の式（２７）の結果である。
δΔρCτi＝｜ΔρCτi−Δρrate-mi｜ ［ｍ／ｓ］ （２８）
【符号の説明】
【００７４】
１ ＧＰＳアンテナ（電波受信手段）、２ 信号処理部（信号処理手段）、３ 衛星位置算出部（衛星位置特定手段）、４ 擬似距離誤差算出部（擬似距離誤差算出手段）、５ 擬似距離平滑化部（平滑化手段）、６ 擬似距離誤差評価部（誤差分散算出手段）、７ 位置算出部（位置測位手段）、１１ 衛星位置・速度算出部（衛星位置特定手段、擬似距離変化率推定手段）、１２ 擬似距離変化推定部（擬似距離変化率推定手段）、１３ 速度算出部（擬似距離変化率推定手段）、１４ 擬似距離平滑化部（平滑化手段）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ衛星を利用して、自動車等の位置を測位するＧＰＳ受信機に関するものであり、特にＧＰＳ衛星と自動車等間の距離（擬似距離）を補正して、自動車等の位置を測位するＧＰＳ受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、ＧＰＳ衛星の位置を三角測量して、地上のＧＰＳ受信機の位置を計測する米国の測位システムである。
三角測量を行うには、３つ以上のＧＰＳ衛星の位置と、個々のＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機間の距離（以下、擬似距離と呼ぶ）とが必要になる。
ＧＰＳ衛星の位置については、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星から放送される航法メッセージを受信すれば、その航法メッセージに含まれている軌道情報から時々刻々の位置を把握することができる。
一方、擬似距離については、ＧＰＳ衛星から放射された電波が地上に届く伝播時間τから算出することができる。
ただし、ＧＰＳ受信機が伝播時間τを算出するには、ＧＰＳ受信機の内蔵時計をＧＰＳの時系である“ＧＰＳ Ｔｉｍｅ”に同期させる必要がある。
なお、測位計算に使用するＧＰＳ衛星の数が３つであれば、ＧＰＳ受信機の３次元位置を計測することができる。また、ＧＰＳ衛星の数が４つ以上になれば、さらにＧＰＳ受信機の内蔵時計を“ＧＰＳ Ｔｉｍｅ”に同期させることができる。
【０００３】
擬似距離ρCτには、ＧＰＳ衛星から放射された電波が電離層・対流圏を通過する際に生じる伝播遅延誤差δρion，δρtroと、地上のビル等に電波が反射することにより生じる誤差δρmp（以下、マルチパスと呼ぶ）と、ＧＰＳ衛星が搭載している時計の誤差ｄＴSATＣとが含まれている。
これらの誤差が未補正な状態で擬似距離ρCτを測位計算に使用すると、測位結果である位置に誤差を生じるほか、ＧＰＳ受信機の内蔵時計を“ＧＰＳ Ｔｉｍｅ”に上手く同期させることができなくなるので、電波伝搬遅延誤差とＧＰＳ衛星搭載時計誤差を除去する必要がある。
ρ＝ρCτ＋ｄＴSATＣ−δρion−δρtro−δρmp ［ｍ］ （１）
ただし、Ｃは光速である。
【０００４】
ここで、ＧＰＳ衛星が搭載している時計の誤差ｄＴSATＣと、電離層・対流圏を通過する際に生じる伝播遅延誤差δρion，δρtroについては、ＧＰＳ衛星から放送される航法メッセージの中に補正モデルのパラメータが含まれており、また、地上のＤＧＰＳ基準局が電離層・対流圏の通過時の伝搬遅延誤差補正データを観測し、ＤＧＰＳ基準局が伝搬遅延誤差補正データを放送するので、ＧＰＳ受信機が補正モデルのパラメータや伝搬遅延誤差補正データを受信すれば、時計の誤差ｄＴSATＣや、電離層・対流圏を通過する際に生じる伝播遅延誤差δρion，δρtroを除去することができる。
【０００５】
しかし、マルチパス誤差δρmpについては、ＧＰＳ基準局において検出することが不可能であり、ＧＰＳ受信機でも検出が困難である。このため、マルチパス誤差δρmpが位置精度を劣化させる最大の要因になる。
マルチパスなどの擬似距離誤差を低減して、測位精度を高めているＧＰＳ受信機が以下の特許文献１〜３に開示されている。
【０００６】
以下の特許文献１では、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー効果で搬送波周波数ｆL1［Ｈｚ］が偏位した周波数（以下、ドップラー偏位周波数ｆdopと呼ぶ）は、電波伝搬時間から求めていないために、擬似距離と比べて、マルチパスの影響（誤差）が少ないことを利用している。
即ち、特許文献１では、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estを算出する。式（２）において、Ｖ0はＧＰＳ衛星の進行方向に対する速度［ｍ／ｓ］、θ1はＧＰＳ衛星と自動車とを結ぶ線と、ＧＰＳ衛星の進行方向とがなす角度［ｒａｄ］である。
ｆdop-est＝ｆL1Ｖ0ｃｏｓθ1／（Ｃ−Ｖ0ｃｏｓθ1） （２）
そして、ＧＰＳ受信機により計測されたドップラー偏位周波数ｆdopと、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estとの差異が所定値以上になると、そのＧＰＳ衛星の擬似距離ρCτに大きなマルチパス誤差が含まれていると判断し、この擬似距離ρCτを測位計算に使用しないようにしている。
【０００７】
以下の特許文献２では、ＤＧＰＳ基準局により観測された電離層・対流圏通過時の伝搬遅延誤差補正データがなくても、擬似距離の誤差を推定して、測位精度を高めるようにしている。
即ち、特許文献２では、下記の式（３）を用いて、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estを算出する。
ｆdop-est＝｛ＬＯＳx（ＶSxi−ＶCxi）＋ＬＯＳy（ＶSyi−ＶCyi）
＋ＬＯＳz（ＶSzi−ＶCzi）｝ｆL1／Ｃ ［Ｈｚ］ （３）
ＬＯＳx＝（ＰSxi−ＰCxi）／Ｒ
ＬＯＳy＝（ＰSyi−ＰCyi）／Ｒ
ＬＯＳz＝（ＰSzi−ＰCzi）／Ｒ
Ｒ＝｛（ＰSxi−ＰCxi）2＋（ＰSyi−ＰCyi）2＋（ＰSzi−ＰCzi）2｝1/2
ただし、（ＰSxi，ＰSyi，ＰSzi）はＧＰＳ衛星の位置のｘｙｚ成分、（ＶSxi，ＶSyi，ＶSzi）はＧＰＳ衛星の速度のｘｙｚ成分、（ＰCxi，ＰCyi，ＰCzi）は自動車の位置のｘｙｚ成分、（ＶCxi，ＶCyi，ＶCzi）は自動車の速度のｘｙｚ成分である。
ＬＯＳは地上の自動車から上空のＧＰＳ衛星を見る視線方向ベクトル（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｔｅ ｖｅｃｔｏｒ；ＬＯＳ）である。
【０００８】
そして、下記の式（４）（５）を用いて、ＧＰＳ受信機により計測されたドップラー偏位周波数ｆdopと、ＧＰＳ衛星と自動車の相対運動によるドップラー偏位周波数ｆdop-estとの差異から擬似距離ρCτiの誤差オフセット成分δρOFiと、擬似距離誤差δρiを算出する。
そして、下記の式（６）のように、擬似距離ρCτiから擬似距離誤差δρiを除去し、擬似距離誤差除去後の擬似距離ρiを測位計算に使用するようにする。
ρi＝ρCτi−δρi （６）
【０００９】
以下の特許文献３では、電離層誤差による影響を考慮したキャリアスムージングを実施することにより、測位精度を高めるようにしている。
具体的には、下記の通りである。
まず、キャリアスムージングは、下記の式（７）に示すように、搬送波位相（ドップラー偏位周波数ｆdopi）の積算値φiの差分（φi−φi-1）を用いて、電波伝播時間から計測された擬似距離ρCτiを平滑化（重み付け平均）する方法であり、このキャリアスムージングは、擬似距離の誤差が周期的に変動する場合に有効である。
ρSi＝ρCτi／Ｎ＋（Ｎ−１）／Ｎ｛ρSi-1＋（φi−φi-1）λΔＴ｝ ［ｍ］
（７）
ただし、Ｎはスムージングのサンプル数であり、通常１００に設定される。λは搬送波の波長［ｍ］、ΔＴは測位インターバル時間［ｓ］である。
【００１０】
これに対して、特許文献３では、電離層誤差による影響を考慮したキャリアスムージングを実施することにより、測位精度を高めるようにしている。これは、電離層内では、搬送波が位相速度で伝搬し、真空中より位相が進む特性があることから、これを補正するために、ＤＧＰＳ補正データから電離層誤差による搬送波位相の変化量を求め、搬送波位相の積算値φiの差分を補正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１１８９０３号公報（段落番号［００２２］から［００２７］、図１）
【特許文献２】特開２０００−１８６９３６号公報（段落番号［００１８］から［００３５］、図１）
【特許文献３】特開２００２−１９６０６０号公報（段落番号［００１２］から［００２１］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のＧＰＳ受信機は以上のように構成されているので、特許文献１では、マルチパス誤差を含んでいる擬似距離を測位計算に使用しないようにしている。そのため、電波受信可能なＧＰＳ衛星数が不足して、アベイラビリティが下がる課題があった。即ち、マルチパスが発生し易い市街地では、多くのビルなどが建設されているため、自動車上空の視界が狭められ、電波受信可能なＧＰＳ衛星数がもともと少ない。そのため、マルチパス誤差を含んでいる擬似距離を測位計算から除外すれば、最悪の場合、ＧＰＳ衛星数が不足して位置を測位することができなくなることがある。
【００１３】
また、特許文献２では、ＤＧＰＳ基準局により観測された電離層・対流圏通過時の伝搬遅延誤差補正データがなくても、擬似距離の誤差を推定するようにしているが、ドップラー偏位周波数に関するＧＰＳ受信機の計測値と推定値の差異は、マルチパスのように周期や大きさが不規則な誤差を反映するものでないため、大きなマルチパス誤差が発生したときには、擬似距離の誤差を除去することができず、大きな測位誤差が発生する課題があった。
【００１４】
さらに、特許文献３では、電離層誤差による影響を考慮したキャリアスムージングを実施するが、マルチパス誤差を含む擬似距離を固定係数（１／Ｎ）分だけ用いる重み付け平均をしたところで、マルチパス誤差の１／Ｎが大きくなると、このマルチパス誤差が平滑化された擬似距離に残留して、擬似距離誤差が有色化する課題があった。なお、擬似距離誤差が有色化すると、測位位置に偏った誤差を生じる（位置の平均を求めても、偏った誤差が残る）。また、搬送波位相を長時間積算すると、搬送波位相の誤差が累積して、擬似距離誤差が有色化する。なお、搬送波位相の累積誤差を小さくしようとすれば、搬送波位相を高精度に計測することが可能な高価な回路が必要となる（安価なＧＰＳ受信機は精度が悪い）。
【００１５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アベイラビリティの低下を招くことなく、擬似距離誤差を低減して、測位精度を高めることができるＧＰＳ受信機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
複数のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信する電波受信手段と、電波受信手段により受信された電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別して、そのＧＰＳ衛星の擬似距離と擬似距離変化率を計測するとともに、その電波に含まれている航法メッセージを抽出する信号処理手段と、信号処理手段により抽出された航法メッセージからＧＰＳ衛星の位置を特定する衛星位置特定手段と、信号処理手段が計測した擬似距離変化率により、該擬似距離変化率とともに計測した擬似距離を平滑化する平滑化手段と、該平滑化手段により平滑化された擬似距離と衛星位置特定手段により特定されたＧＰＳ衛星の位置から現在位置を測位する位置測位手段とを備え、平滑化手段は、信号処理手段が計測した第一の擬似距離と、該第一の擬似距離を計測する前に該信号処理手段が計測した第二の擬似距離との差分を求め、第一の擬似距離とともに信号処理手段が計測した第一の擬似距離変化率と差分との差異が、所定値より小さいかまたは該所定値と等しい場合、第二の擬似距離、第一の擬似距離および第一の擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を用いて、第一の擬似距離を平滑化するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、信号処理部により今回計測された擬似距離を使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するように構成したので、平滑化した擬似距離に大きな誤差が残留しなくなり、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図３】ＧＰＳ衛星を利用した三角測量の原理を示す説明図である。
【図４】ＧＰＳ衛星から放射された電波の誤差要因を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図６】この発明の実施の形態３によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図７】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【図９】市街地を自動車で走行した際に安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の一例を示す説明図である。
【図１０】市街地を自動車で走行した際に安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の差分と擬似距離変化率の一例を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、市街地を自動車で走行した際の擬似距離変化率を自動車が停車していると仮定して推定した結果の一例を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、市街地を自動車で走行した際の擬似距離変化率を自動車が走行していると仮定して推定した結果の一例を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、擬似距離を平滑化したことにより、安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の異常が修復された結果を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、擬似距離を平滑化したことにより、安価なＧＰＳ受信機が計測した擬似距離の誤差が低減した結果を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、ＧＰＳ受信機が計測した擬似距離と擬似距離平滑化部により平滑化された擬似距離の差異を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機において、擬似距離を平滑化したことにより、各衛星の不均等な擬似距離の誤差が均等になった結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機を示す構成図であり、図において、ＧＰＳアンテナ１は例えば自動車に取り付けられるＧＰＳ受信機のアンテナであり、例えば、自動車の上空に位置する複数個のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信する。なお、ＧＰＳアンテナ１は電波受信手段を構成している。
信号処理部２はＧＰＳアンテナ１により受信された電波に含まれているＧＰＳ衛星のコードを参照して電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別し、ＧＰＳ衛星毎にＧＰＳ衛星の擬似距離と擬似距離変化率を計測する処理を実施する。また、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波からＧＰＳ衛星の軌道情報などが記述されている航法メッセージを抽出し、その航法メッセージや電波の受信時刻を出力する処理を実施する。なお、信号処理部２は信号処理手段を構成している。
【００２０】
衛星位置算出部３は信号処理部２から出力された電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置を算出する処理を実施する。なお、衛星位置算出部３は衛星位置特定手段を構成している。
擬似距離誤差算出部４は信号処理部２から出力された電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（電離層通過時の擬似距離誤差の補正パラメータと、ＧＰＳ衛星に搭載されている時計の誤差の補正パラメータ）などを用いて、各ＧＰＳ衛星から放射された電波が大気中（電離層、対流圏）を通過する際に生じる擬似距離誤差と衛星搭載時計誤差を算出する処理を実施する。なお、擬似距離誤差算出部４は擬似距離誤差算出手段を構成している。
【００２１】
擬似距離平滑化部５は信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離を平滑化する処理を実施する。なお、擬似距離平滑化部５は平滑化手段を構成している。
擬似距離誤差評価部６は信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離の誤差分散を算出する処理を実施する。なお、擬似距離誤差評価部６は誤差分散算出手段を構成している。
【００２２】
位置算出部７は擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差と擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離を補正し、補正後の擬似距離と衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置を測位するとともに、擬似距離誤差算出部４により算出された衛星搭載時計誤差を用いて、ＧＰＳ受信機が内蔵している時計誤差を算出する処理を実施する。なお、位置算出部７は位置測位手段を構成している。
図２はこの発明の実施の形態１によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【００２３】
次に動作について説明する。
信号処理部２は、ＧＰＳアンテナ１が自動車の上空に位置するＧＰＳ衛星から放射された電波を受信すると、例えば所定の測位周期（１Ｈｚ）毎に、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波に含まれているＧＰＳ衛星のコードを参照して電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別する（図３、図４を参照）。
信号処理部２は、電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別すると、そのＧＰＳ衛星の擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを計測し、その擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを擬似距離平滑化部５及び擬似距離誤差評価部６に出力する。
また、信号処理部２は、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波からＧＰＳ衛星の軌道情報などが記述されている航法メッセージを抽出し、その航法メッセージや電波の受信時刻を衛星位置算出部３及び擬似距離誤差算出部４に出力する。
【００２４】
衛星位置算出部３は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、その電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置を算出する（ステップＳＴ１）。
擬似距離誤差算出部４は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（電離層通過時の擬似距離誤差の補正パラメータ）などを用いて、各ＧＰＳ衛星から放射された電波が大気中（電離層、対流圏）を通過する際に生じる擬似距離誤差を算出する（ステップＳＴ２）。
また、擬似距離誤差算出部４は、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（ＧＰＳ衛星に搭載されている時計誤差の補正パラメータ）などを用いて、衛星搭載時計誤差を算出する（ステップＳＴ２）。
【００２５】
擬似距離平滑化部５は、信号処理部２から擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを受けると、下記の式（８）〜（１０）を用いて、その擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み係数ｋを求める。
Δρratei＝ｆdopiＣ／ｆL1 ［ｍ／ｓ］ （８）
ΔρCτi＝（ρCτi−ρCτi-1）／Δｔ （９）
ｋ＝１／｜ΔρCτi−Δρratei｜ （１０）
ただし、ｆL1は搬送波周波数、ｆdopはドップラー偏位周波数、Ｃは光速、Δｔは測位インターバル時間（例えば、１秒）である。
【００２６】
擬似距離平滑化部５は、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み係数ｋを求めると、下記の式（１１）に示すように、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化する（ステップＳＴ３）。
ρSi＝ρCτiｋ＋｛ρSi-1＋ΔρrateiΔｔ｝（１−ｋ） （１１）
なお、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの双方に誤差が含まれていない場合、擬似距離の差分ΔρCτiと擬似距離変化率Δρrateiは同じ値になる。
【００２７】
擬似距離誤差評価部６は、擬似距離平滑化部５が各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化すると、下記の式（１２）に示すように、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離ρSiの差分ΔδρCτiを求め、その差分ΔδρCτiの分散を擬似距離の誤差分散として計算する（ステップＳＴ４）。
ΔδρCτi＝｜ρCτi−ρSi｜ （１２）
【００２８】
位置算出部７は、自動車の位置を測位するのに必要なＧＰＳ衛星数だけ電波を受信できているか否かを確認（例えば、４衛星以上の電波を受信できているか否かを確認）するとともに、自動車の位置の収束計算の回数を確認する（ステップＳＴ５）。
【００２９】
位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星以上であり、かつ、収束計算の回数が所定回数未満であれば、擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差と擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離ρSiを補正し、補正後の擬似距離ρSiと衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置ＰCを測位すると同時に、擬似距離誤差算出部４により算出された衛星搭載時計誤差を用いて、ＧＰＳ受信機が内蔵している時計誤差を算出し、その時計誤差を信号処理部２に出力する（ステップＳＴ６）。
補正後のρSi＝ρSi＋ｄＴSATＣ−δρion−δρtro ［ｍ］ （１３）
【００３０】
即ち、位置算出部７は、下記の式（１４）を用いて、自動車の現在位置ＰCを計算する。
ただし、（ＰCxi，ＰCyi，ＰCzi）は自動車の位置のｘｙｚ成分、（ＰSxi，ＰSyi，ＰSzi）はＧＰＳ衛星の位置のｘｙｚ成分、Ａは航法行列、Ｗは擬似距離誤差の重み付き行列である。
【００３１】
なお、信号処理部２は、位置算出部７により算出された時計誤差を受けると、電波の受信時刻を衛星位置算出部３や擬似距離誤差算出部４に出力する際、その時計誤差を考慮して、電波の受信時刻を補正することになる。
【００３２】
位置算出部７は、上記のようにして、自動車の現在位置ＰCを測位すると、自動車の現在位置ＰCが収束しているか否かを判定し（ステップＳＴ７）、収束していれば、測位周期毎の動作を終了する。
一方、収束していなければ、ステップＳＴ１〜ＳＴ６の処理を繰り返し実施させる制御信号を衛星位置算出部３や擬似距離平滑化部５などに出力する。
なお、位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星未満、または、収束計算の回数が所定回数以上であれば、自動車の位置を測位することができないと判断して、測位周期毎の動作を終了する。
【００３３】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiから重み係数ｋを求め、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、その擬似距離ρCτiを平滑化する擬似距離平滑化部５を設け、その擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離ρSiと衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置ＰCを測位するように構成したので、アベイラビリティの低下を招くことなく、擬似距離誤差を低減して、測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００３４】
即ち、この実施の形態１によれば、誤差の小さい擬似距離変化率Δρrateiを基準にして、擬似距離の差分ΔρCτiとの差異から擬似距離の誤差を求め、擬似距離の誤差に応じた重み係数ｋにしたがって、擬似距離変化率Δρrateiを用いて擬似距離ρCτiを平滑化するようにしたので、マルチパスが発生しても、平滑化した擬似距離ρSiにマルチパス誤差が残留することがなくなり（有色化しなくなる）、擬似距離誤差を低減することができる。このことは、測位誤差の低減につながる。
また、電波伝搬時間τから計測した擬似距離の誤差が小さい場合、この擬似距離を多く使うような重み係数ｋとなるため、擬似距離変化率Δρrateiを不必要に多用しなくなり、安価なＧＰＳ受信機を使用しても、精度の高い測位結果を得ることができる。
【００３５】
また、この実施の形態１によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波の受信時刻と信号処理部２により抽出された航法メッセージから当該電波が大気中を通過する際に生じる擬似距離誤差を算出する擬似距離誤差算出部４を設け、位置算出部７が擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差を用いて、擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離を補正し、補正後の擬似距離と衛星位置算出部３により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の現在位置ＰCを測位するように構成したので、電離層通過時の擬似距離誤差が大きくなっても、精度よく自動車の現在位置ＰCを測位することができる効果を奏する。
【００３６】
また、この実施の形態１によれば、信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離平滑化部５により平滑化された擬似距離の誤差分散を算出する擬似距離誤差評価部６を設け、その擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、自動車の現在位置ＰCを測位するように構成したので、マルチパスが大きくなっても、精度よく自動車の現在位置ＰCを測位することができる効果を奏する。
【００３７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiから重み係数ｋを求め、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、その擬似距離ρCτiを平滑化するものについて示したが、信号処理部２により前回計測された擬似距離ρCτi-1（第二の擬似距離）と今回計測された擬似距離ρCτi（第一の擬似距離）の差分と、信号処理部２により今回計測された擬似距離変化率Δρratei（第一の擬似距離変化率）との差異が所定値より大きい場合、今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するようにしてもよい。
【００３８】
具体的には、以下の通りである。
図５はこの発明の実施の形態２によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
なお、この実施の形態２では、擬似距離平滑化部５の処理内容のみが、上記実施の形態１と異なるので、擬似距離平滑化部５の処理内容のみを説明する。
【００３９】
擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳ衛星の電波受信状況に応じて、擬似距離の平滑化方法を切替えるものであり、すべてのＧＰＳ衛星について、ＧＰＳ衛星毎に行うものである。
即ち、擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳアンテナ１が所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信しているか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していれば、さらに、連続受信であるか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。即ち、電波を途切れ途切れに受信している状況であるか否かを判定する。
【００４０】
擬似距離平滑化部５は、途切れ途切れの受信ではなく、連続受信であれば、擬似距離誤差評価部６により計算された擬似距離の誤差分散が所定値以上であるか否かを判定し、その擬似距離の誤差分散が所定値以上であれば、擬似距離の誤差が過大であると判断する（ステップＳＴ１３）。
即ち、擬似距離平滑化部５は、信号処理部２により前回計測された擬似距離ρCτi-1と今回計測された擬似距離ρCτiの差分と、信号処理部２により今回計測された擬似距離変化率Δρrateiとの差異が所定値より大きい場合、擬似距離の誤差が過大であると判断する。
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、下記の式（１５）に示すように、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ１４）。
ρSi＝ρSi-1＋ΔρrateiΔｔ （１５）
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大でないと判断すると、上記実施の形態１と同様に、式（１１）を用いて、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ１５）。
【００４１】
擬似距離平滑化部５は、途切れ途切れの受信である場合、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔを計測し、非受信時間ｔが所定時間を超えているか否かを判定する（ステップＳＴ１６）。
擬似距離平滑化部５は、非受信時間ｔが所定時間に満たない場合、下記の式（１６）に示すように、電波が途絶える前の擬似距離変化率Δρratei-tを用いて擬似距離の平滑化を再開する（ステップＳＴ１７）。
ρSi＝ρSi-t＋Δρratei-tｔ （１６）
擬似距離平滑化部５は、非受信時間ｔが所定時間を超えた後、同じＧＰＳ衛星の電波を再受信した場合、下記の式（１７）に示すように、擬似距離の平滑値を初期化する（ステップＳＴ１８）。
ρSi＝ρCτi （１７）
【００４２】
擬似距離平滑化部５は、上記のようにして、擬似距離を平滑化すると、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔをゼロにして、測位周期毎の擬似距離の平滑化処理を終了する（ステップＳＴ１９）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していなければ、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔを計測し、測位周期毎の擬似距離の平滑化処理を終了する（ステップＳＴ２０）。
【００４３】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するように構成したので、平滑化した擬似距離に大きな誤差が残留しなくなり、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【００４４】
また、この実施の形態２によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えたのち、同じＧＰＳ衛星から放射された電波が再受信された場合、その電波の遮断時間が所定時間より短ければ、電波が途絶える前の擬似距離変化率Δρratei-tを用いて擬似距離の平滑化を再開するように構成したので、再受信時に擬似距離の誤差が大きくなっても、平滑化した擬似距離の誤差が大きくならず、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【００４５】
また、この実施の形態２によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えたのち、同じＧＰＳ衛星から放射された電波が再受信された場合、その電波の遮断時間が所定時間より長ければ、擬似距離の平滑値を初期化するように構成したので、擬似距離変化率を長時間積算することで、却って擬似距離誤差が大きくなることを未然に防止することができるようになり、その結果、電波受信が途切れがちとなり、従来のＧＰＳ受信機では、測位が間欠的又は測位精度が低下する場所でも、測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００４６】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiから重み係数ｋを求め、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiの重み加算を実施して、その擬似距離ρCτiを平滑化するものについて示したが、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えても、その電波が途絶えてから所定時間を経過するまでは、電波が途絶える前の擬似距離変化率を用いて擬似距離の平滑化を継続するようにしてもよい。
【００４７】
具体的には、以下の通りである。
図６はこの発明の実施の形態３によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
なお、この実施の形態３では、擬似距離平滑化部５の処理内容のみが、上記実施の形態１と異なるので、擬似距離平滑化部５の処理内容のみを説明する。
【００４８】
擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳ衛星の電波受信状況に応じて、擬似距離の平滑化方法を切替えるものであり、すべてのＧＰＳ衛星について、ＧＰＳ衛星毎に行うものである。
即ち、擬似距離平滑化部５は、ＧＰＳアンテナ１が所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信しているか否かを判定する（ステップＳＴ２１）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していれば、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達しているか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。
【００４９】
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達していなければ、擬似距離誤差評価部６により計算された擬似距離の誤差分散が所定値以上であるか否かを判定し、その擬似距離の誤差分散が所定値以上であれば、擬似距離の誤差が過大であると判断する（ステップＳＴ２３）。
即ち、擬似距離平滑化部５は、信号処理部２により前回計測された擬似距離ρCτi-1と今回計測された擬似距離ρCτiの差分と、信号処理部２により今回計測された擬似距離変化率Δρrateiとの差異が所定値より大きい場合、擬似距離の誤差が過大であると判断する。
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、上記実施の形態２と同様に、式（１５）を用いて、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ２４）。
擬似距離平滑化部５は、擬似距離の誤差が過大でないと判断すると、上記実施の形態１と同様に、式（１１）を用いて、擬似距離の平滑化を実施する（ステップＳＴ２５）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間を超えていれば、上記実施の形態２と同様に、式（１７）を用いて、擬似距離の平滑値を初期化する（ステップＳＴ２６）。
擬似距離平滑化部５は、上記のようにして、擬似距離を平滑化すると、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔをゼロにして、測位周期毎の擬似距離の平滑化処理を終了する（ステップＳＴ２７）。
【００５０】
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信していなければ、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔを計測する（ステップＳＴ２８）。
そして、擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達しているか否かを判定する（ステップＳＴ２９）。
擬似距離平滑化部５は、所定のＧＰＳ衛星の電波が連続して非受信となっている時間ｔが所定時間に到達していなければ、下記の式（１８）に示すように、電波が途絶える前の擬似距離変化率Δρratei-tを用いて擬似距離の平滑化を継続する（ステップＳＴ３０）。
ρSi＝ρSi-1＋Δρratei-tΔｔ （１８）
【００５１】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、擬似距離の誤差が過大であると判断すると、信号処理部２により今回計測された擬似距離ρCτiを使用しないで、擬似距離の平滑化を実施するように構成したので、平滑化した擬似距離に大きな誤差が残留しなくなり、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
【００５２】
また、この実施の形態３によれば、ＧＰＳアンテナ１により受信されているＧＰＳ衛星の電波が途絶えても、その電波が途絶えてから所定時間を経過するまでは、電波が途絶える前の擬似距離変化率を用いて擬似距離の平滑化を継続するように構成したので、再受信時に擬似距離の誤差が大きくなっても、平滑化した擬似距離の誤差が大きくならず、測位精度の劣化を防止することができる効果を奏する。
なお、自動車の上空のＧＰＳ衛星数が４衛星未満の場合に、電波が途絶える前の擬似距離変化率を用いて擬似距離の平滑化を継続するようにすれば、電波受信が途切れがちとなり、測位が間欠的になっていた場所（例えば、市街地、橋の下）でも、自動車の位置を連続的に測位して、アベイラビリティを高めることができる効果を奏する。
【００５３】
また、この実施の形態３によれば、ＧＰＳアンテナ１からの電波受信が長時間途絶えた場合、同じＧＰＳ衛星の電波を再受信した直後に擬似距離の平滑値を初期化するように構成したので、擬似距離変化率を長時間積算することで、却って擬似距離誤差が大きくなることを未然に防止することができるようになり、その結果、電波受信が途切れがちとなり、従来のＧＰＳ受信機では、測位が間欠的又は測位精度が低下する場所でも、測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
衛星位置・速度算出部１１は信号処理部２から出力された電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置と速度を算出する処理を実施する。なお、衛星位置・速度算出部１１は衛星位置特定手段を構成している。
擬似距離変化推定部１２はＧＰＳ衛星に対する相対運動のドップラー効果を考慮して、衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置及び速度と、速度算出部１３により算出された自動車の速度と、位置算出部７により算出された自動車の位置とから擬似距離変化率を推定する処理を実施する。
【００５５】
速度算出部１３は衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置や、位置算出部７により算出された自動車の位置などから自動車の速度を算出する処理を実施する。
なお、衛星位置・速度算出部１１、擬似距離変化推定部１２及び速度算出部１３から擬似距離変化率推定手段が構成されている。
擬似距離平滑化部１４は信号処理部２により計測された擬似距離と擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離を平滑化する処理を実施する。擬似距離平滑化部１４は平滑化手段を構成している。
図８はこの発明の実施の形態４によるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャートある。
【００５６】
次に動作について説明する。
信号処理部２は、ＧＰＳアンテナ１が自動車の上空に位置するＧＰＳ衛星から放射された電波を受信すると、例えば所定の測位周期（１Ｈｚ）毎に、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波に含まれているＧＰＳ衛星のコードを参照して電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別する（図３、図４を参照）。
信号処理部２は、電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別すると、そのＧＰＳ衛星の擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρrateiを計測し、その擬似距離ρCτiを擬似距離平滑化部１４及び擬似距離誤差評価部６に出力する。また、その擬似距離変化率Δρrateiを速度算出部１３に出力する。
また、信号処理部２は、上記実施の形態１と同様に、ＧＰＳアンテナ１により受信された電波からＧＰＳ衛星の軌道情報などが記述されている航法メッセージを抽出し、その航法メッセージや電波の受信時刻を衛星位置算出部３及び擬似距離誤差算出部４に出力する。
【００５７】
衛星位置・速度算出部１１は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、その電波の受信時刻と航法メッセージ中の軌道情報（エフェメリスなど）を用いて、各ＧＰＳ衛星の時々刻々の位置と速度を算出する（ステップＳＴ３１）。
擬似距離誤差算出部４は、信号処理部２から電波の受信時刻と航法メッセージを受けると、上記実施の形態１と同様に、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（電離層通過時の擬似距離誤差の補正パラメータ）などを用いて、各ＧＰＳ衛星から放射された電波が大気中（電離層、対流圏）を通過する際に生じる擬似距離誤差を算出する（ステップＳＴ３２）。
また、擬似距離誤差算出部４は、電波の受信時刻と航法メッセージ中の補正パラメータ（ＧＰＳ衛星に搭載されている時計の誤差の補正パラメータ）などを用いて、衛星搭載時計誤差を算出する（ステップＳＴ３２）。
【００５８】
速度算出部１３は、下記の式（１９）（２０）に示すように、衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置ＰSや、位置算出部７により算出された自動車の位置ＰCなどから自動車の速度ＶCを算出する。
【００５９】
擬似距離変化推定部１２は、速度算出部１３が自動車の速度ＶCを算出すると、下記の式（２１）に示すように、ＧＰＳ衛星に対する相対運動のドップラー効果を考慮して、衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置ＰS及び速度ＶSと、速度算出部１３により算出された自動車の速度ＶCと、位置算出部７により算出された自動車の位置ＰCとから擬似距離変化率Δρratei-miを推定する（ステップＳＴ３３）。
Δρratei-mi＝｛ＬＯＳxi（ＶSxi−ＶCxi）＋ＬＯＳyi（ＶSyi−ＶCyi）
＋ＬＯＳzi（ＶSzi−ＶCzi）｝ ［ｍ／ｓ］ （２１）
ＬＯＳxi＝（ＰSxi−ＰCxi）／Ｒ
ＬＯＳyi＝（ＰSyi−ＰCyi）／Ｒ
ＬＯＳzi＝（ＰSzi−ＰCzi）／Ｒ
Ｒ＝｛（ＰSxi−ＰCxi）2＋（ＰSyi−ＰCyi）2＋（ＰSzi−ＰCzi）2｝1/2
【００６０】
擬似距離平滑化部１４は、信号処理部２から擬似距離ρCτiを受けて、擬似距離変化推定部１２から擬似距離変化率Δρratei-miを受けると、下記の式（２２）〜（２４）を用いて、その擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの重み係数ｋを求める。
Δρratei-mi＝ｆdopiＣ／ｆL1 ［ｍ／ｓ］ （２２）
ΔρCτi＝（ρCτi−ρCτi-1）／Δｔ （２３）
ｋ＝１／｜ΔρCτi−Δρratei-mi｜ （２４）
ただし、ｆL1は搬送波周波数、ｆdopはドップラー偏位周波数、Ｃは光速、Δｔが測位インターバル時間（例えば、１秒）である。
【００６１】
擬似距離平滑化部１４は、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの重み係数ｋを求めると、下記の式（２５）に示すように、その重み係数ｋに応じた擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの重み加算を実施して、各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化する（ステップＳＴ３４）。
ρSi＝ρCτiｋ＋｛ρSi-1＋Δρratei-miΔｔ｝（１−ｋ） （２５）
なお、擬似距離ρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miの双方に誤差が含まれていない場合、擬似距離の差分ΔρCτiと擬似距離変化率Δρratei-miは同じ値になる。
【００６２】
擬似距離誤差評価部６は、擬似距離平滑化部１４が各ＧＰＳ衛星の擬似距離ρSiを平滑化すると、上記実施の形態１と同様に、式（１２）を用いて、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiと、擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiの差分ΔδρCτiを求め、その差分ΔδρCτiの分散を擬似距離の誤差分散として計算する（ステップＳＴ３５）。
【００６３】
位置算出部７は、上記実施の形態１と同様に、自動車の位置を測位するのに必要なＧＰＳ衛星数だけ電波を受信できているか否かを確認（例えば、４衛星以上の電波を受信できているか否かを確認）するとともに、自動車の位置の収束計算の回数を確認する（ステップＳＴ３６）。
【００６４】
位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星以上であり、かつ、収束計算の回数が所定回数未満であれば、上記実施の形態１と同様に、擬似距離誤差算出部４により算出された擬似距離誤差と擬似距離誤差評価部６により算出された擬似距離の誤差分散を用いて、擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiを補正し、補正後の擬似距離ρSiと衛星位置・速度算出部１１により算出されたＧＰＳ衛星の位置から自動車の速度と現在位置ＰCを測位する（ステップＳＴ３７，ＳＴ３８）。
また、位置算出部７は、擬似距離誤差算出部４により算出された衛星搭載時計誤差を用いて、ＧＰＳ受信機が内蔵している時計誤差を算出し、その時計誤差を信号処理部２に出力する。
これにより、信号処理部２は、電波の受信時刻を衛星位置・速度算出部１１や擬似距離誤差算出部４に出力する際、位置算出部７により算出された時計誤差を考慮して、電波の受信時刻を補正することになる。
【００６５】
位置算出部７は、上記のようにして、自動車の現在位置ＰCを測位すると、自動車の現在位置ＰCが収束しているか否かを判定し（ステップＳＴ３９）、収束していれば、測位周期毎の動作を終了する。
一方、収束していなければ、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３８の処理を繰り返し実施させる制御信号を衛星位置・速度算出部１１や擬似距離平滑化部５などに出力する。
なお、位置算出部７は、電波を受信できているＧＰＳ衛星の個数が４衛星未満、または、収束計算の回数が所定回数以上であれば、自動車の位置を測位することができないと判断して、測位周期毎の動作を終了する。
【００６６】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、下記に示す効果が得られる。
即ち、この実施の形態４では、重み付き最小二乗法で自動車位置を収束計算する過程で、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率と自動車速度が徐々に正確になり、自動車位置が収束した時点では、ＧＰＳ衛星毎の擬似距離誤差変化率の誤差が均等になる。また、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率を用いて平滑化された擬似距離も同様に、ＧＰＳ衛星毎の擬似距離の誤差が均等になる。
このような擬似距離を用いて擬似距離誤差を求めるので、ＧＰＳ受信機により計測された擬似距離の誤差をより正確に検出することができる。
このような擬似距離を用いて自動車の位置計算を行えば、擬似距離誤差の大きさが大幅に小さくなるだけでなく、三角測量の原理で算出した自動車位置の３次元空間の重心が、より正確な自動車の位置を示すようになる（測位精度が向上する）。
【００６７】
なお、この実施の形態４では、擬似距離変化率又は自動車速度を用いて、自動車位置を算出していないが、拡張カルマンフィルタなどで、擬似距離変化率又は自動車速度を用いて、自動車位置を算出するようにしてもよい。
また、この実施の形態４では、式（１９）又は式（２１）で擬似距離変化率を推定する際に、ＧＰＳ測位で算出した自動車位置と自動車速度を使用しているが、例えば、ＧＰＳ受信機をカーナビなどに組み込んで使用する場合には、自律測位やマップマッチングで算出した位置や速度を適宜使うように切り替えることで、マルチパスの影響をさらに軽減したり、ＧＰＳ衛星の電波受信状態が悪い場所でも、自動車の位置や速度を連続して計測したりすることができる。また、高い精度を安定して維持することができる効果があるなど、測位精度をさらに向上するための拡張性を有する。
【００６８】
ここで、この実施の形態４の効果を実際の信号を用いて説明する。
安価なＧＰＳ受信機を自動車に搭載して市街地を走行する場合、ＧＰＳアンテナ１により受信された複数個のＧＰＳ衛星の電波の中には、異常を含む擬似距離ρCτがある（図９を参照）。同じＧＰＳ衛星の擬似距離変化率Δρrateについては、擬似距離ρCτが異常となった同じ時間帯に、程度は小さいが異常を生じる（図１０を参照）。
図１０には、擬似距離の差分ΔρCτを擬似距離変化率Δρrateと合わせてグラフ化しているが、擬似距離変化率Δρrateと比較すれば、擬似距離ρCτの変動が大きいことがわかる。このような擬似距離ρCτと擬似距離変化率ΔρrateがＧＰＳ受信機から出力された場合には、従来の方法では、次のような問題がある。
【００６９】
上記の特許文献１では、この擬似距離ρCτが、マルチパス誤差が大きいと判断されて測位計算に使われないことが多発する。これは測位に使用できるＧＰＳ衛星数の低下、さらには測位できないことにつながる。
擬似距離変化率Δρrateには、擬似距離ρCτと同じ誤差が生じていないので、上記の特許文献２の方法では、擬似距離ρCτの大きな誤差を検出できない。これは測位精度の低下につながる。
上記の特許文献３であれば、平滑化した擬似距離にマルチパス誤差が残留して擬似距離誤差が有色化する。これは測位精度の低下につながる。
【００７０】
これに対して、この実施の形態４では、次のような効果が得られる。
式（１９）より、図１０で擬似距離変化率が異常である時間帯を含めて、自動車が停車していた場合の擬似距離変化率Δρrate-siを高精度に推定することができる（図１１を参照）。
また、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-siは、複数個のＧＰＳ衛星と自動車の相対運動より算出したものなので、他のＧＰＳ衛星の擬似距離変化率についても、同様に推定することができる。
擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-siを用いれば、図示していないが、式（２０）により、自動車速度も高精度に算出することができる。
【００７１】
式（２１）により、図１０で擬似距離変化率が異常である時間帯を含めて、走行中の自動車の擬似距離変化率Δρrate-miを高精度に推定することができる（図１２を参照）。
また、擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-miは、複数個のＧＰＳ衛星と自動車の相対運動より算出したものなので、他のＧＰＳ衛星の擬似距離変化率についても、同様に推定することができる。
擬似距離変化推定部１２により推定された擬似距離変化率Δρrate-miを基準にすれば、下記の式（２６）に示すように、信号処理部２により計測された擬似距離変化率Δρrateの誤差も検出することができる。
δΔρrate＝｜Δρrate−Δρrate-mi｜ ［ｍ／ｓ］ （２６）
【００７２】
式（２１）による擬似距離変化率Δρrate-miを用いて、擬似距離平滑化部１４が擬似距離を平滑化すると、その擬似距離の異常を修復することができる（図１３を参照）。
擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρsiの差分ΔρSiと、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiの差分ΔρCτiを比較すれば、図１４より、平滑化された擬似距離ρSiの誤差が大幅に低減したことがわかる。
式（２１）による擬似距離変化率Δρrate-miと比較すれば、平滑化された擬似距離ρSiに約１０ｍ以下で変動する誤差が残っているが、この誤差は、下記の式（２７）により検出することができる。
δΔρSi＝｜ΔρSi−Δρrate-mi｜ ［ｍ／ｓ］ （２７）
【００７３】
擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiと、信号処理部２により計測された擬似距離ρCτiとの差異（図１５を参照）を見れば、図９の異常やマルチパスの影響で、両擬似距離の差異が大きく発生することがあるが、両擬似離の差異に偏向した誤差はない（有色化していない）。
自動車上空の複数個のＧＰＳ衛星（ＰＲＮ：５，６，９，１４，１８，２２，２５，３０）について、式（２１）で推定した擬似距離変化率Δρrate-miを基準にして、擬似距離ρCτiの差分ΔρCτiとの差異、平滑化した擬似距離ρSiの差分ΔρSiとの差異のそれぞれの標準偏差を計算すれば、擬似距離平滑化部１４により平滑化された擬似距離ρSiには、各ＧＰＳ衛星の不均等な擬似距離誤差が均等になる改善効果があることがわかる。なお、図中において、平滑化なしの欄は、下記の式（２８）、平滑化ありの欄は上記の式（２７）の結果である。
δΔρCτi＝｜ΔρCτi−Δρrate-mi｜ ［ｍ／ｓ］ （２８）
【符号の説明】
【００７４】
１ ＧＰＳアンテナ（電波受信手段）、２ 信号処理部（信号処理手段）、３ 衛星位置算出部（衛星位置特定手段）、４ 擬似距離誤差算出部（擬似距離誤差算出手段）、５ 擬似距離平滑化部（平滑化手段）、６ 擬似距離誤差評価部（誤差分散算出手段）、７ 位置算出部（位置測位手段）、１１ 衛星位置・速度算出部（衛星位置特定手段、擬似距離変化率推定手段）、１２ 擬似距離変化推定部（擬似距離変化率推定手段）、１３ 速度算出部（擬似距離変化率推定手段）、１４ 擬似距離平滑化部（平滑化手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信する電波受信手段と、
上記電波受信手段により受信された電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別して、そのＧＰＳ衛星の擬似距離と擬似距離変化率を計測するとともに、その電波に含まれている航法メッセージを抽出する信号処理手段と、
上記信号処理手段により抽出された航法メッセージからＧＰＳ衛星の位置を特定する衛星位置特定手段と、
上記信号処理手段が計測した擬似距離変化率により、該擬似距離変化率とともに計測した擬似距離を平滑化する平滑化手段と、
該平滑化手段により平滑化された擬似距離と上記衛星位置特定手段により特定されたＧＰＳ衛星の位置から現在位置を測位する位置測位手段とを備え、
上記平滑化手段は、上記信号処理手段が計測した第一の擬似距離と、該第一の擬似距離を計測する前に該信号処理手段が計測した第二の擬似距離との差分を求め、上記第一の擬似距離とともに上記信号処理手段が計測した第一の擬似距離変化率と上記差分との差異が、所定値より小さいかまたは該所定値と等しい場合、上記第二の擬似距離、上記第一の擬似距離および上記第一の擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を用いて、上記第一の擬似距離を平滑化するＧＰＳ受信機。
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星から放射された電波を受信する電波受信手段と、
上記電波受信手段により受信された電波の放射元であるＧＰＳ衛星を識別して、そのＧＰＳ衛星の擬似距離と擬似距離変化率を計測するとともに、その電波に含まれている航法メッセージを抽出する信号処理手段と、
上記信号処理手段により抽出された航法メッセージからＧＰＳ衛星の位置を特定する衛星位置特定手段と、
上記信号処理手段が計測した擬似距離変化率により、該擬似距離変化率とともに計測した擬似距離を平滑化する平滑化手段と、
該平滑化手段により平滑化された擬似距離と上記衛星位置特定手段により特定されたＧＰＳ衛星の位置から現在位置を測位する位置測位手段とを備え、
上記平滑化手段は、上記信号処理手段が計測した第一の擬似距離と、該第一の擬似距離を計測する前に該信号処理手段が計測した第二の擬似距離との差分を求め、上記第一の擬似距離とともに上記信号処理手段が計測した第一の擬似距離変化率と上記差分との差異が、所定値より小さいかまたは該所定値と等しい場合、上記第二の擬似距離、上記第一の擬似距離および上記第一の擬似距離変化率から重み係数を求め、その重み係数に応じた擬似距離と擬似距離変化率の重み加算を用いて、上記第一の擬似距離を平滑化するＧＰＳ受信機。
【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】
【公開番号】特開２０１１−５３２２３（Ｐ２０１１−５３２２３Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８９６２（Ｐ２０１０−２５８９６２）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【分割の表示】特願２００５−１４７０８３（Ｐ２００５−１４７０８３）の分割
【原出願日】平成１７年５月１９日（２００５．５．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【分割の表示】特願２００５−１４７０８３（Ｐ２００５−１４７０８３）の分割
【原出願日】平成１７年５月１９日（２００５．５．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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