ＧＰＳ受信装置、カーナビゲーションシステム
【課題】ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮するＧＰＳ受信装置、ＧＰＳ受信装置を搭載したカーナビゲーションシステムを提供すること。
【解決手段】衛星１から発信される電波に搬送された航法データを衛星１に固有のコードで復調する受信部１１と、受信部１１が受信した航法データに基づいて所定物２の位置を検出する航法データ処理部１４とを有するＧＰＳ受信装置４において、衛星１の速度に基づき電波のドップラー量を算出し、受信する電波の周波数を決定する周波数決定部１２と、自立航法又はマップマッチング法により所定物の位置を推定する位置推定部１８と、所定物２の位置と予め記憶する衛星１の位置とに基づき算出した電波の到達時間に基づきコードの位相を決定する位相決定部１３とを有し、受信部１１は、電波を受信すると共に決定された位相のコードにより搬送された航法データを復調することを特徴とする。
【解決手段】衛星１から発信される電波に搬送された航法データを衛星１に固有のコードで復調する受信部１１と、受信部１１が受信した航法データに基づいて所定物２の位置を検出する航法データ処理部１４とを有するＧＰＳ受信装置４において、衛星１の速度に基づき電波のドップラー量を算出し、受信する電波の周波数を決定する周波数決定部１２と、自立航法又はマップマッチング法により所定物の位置を推定する位置推定部１８と、所定物２の位置と予め記憶する衛星１の位置とに基づき算出した電波の到達時間に基づきコードの位相を決定する位相決定部１３とを有し、受信部１１は、電波を受信すると共に決定された位相のコードにより搬送された航法データを復調することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星からの送信電波を受信して受信機の位置を検出するＧＰＳ受信装置、カーナビゲーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機は、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信して、衛星の位置及びこの衛星から受信機までの距離を演算することにより、自動車等の所定物の位置を推定するものである。複数のＧＰＳ衛星はそれぞれについて予め定まった軌道を周回しており、各ＧＰＳ衛星の位置は航法データのエフェメリスを受信することにより求められる。この場合、ＧＰＳ受信機は、３次元で所定物の位置を推定するため、少なくとも３個の衛星からの航法データと時間誤差を補正するための１個の衛星という計４つの衛星から航法データを必要とする。
【０００３】
ＧＰＳ受信機では、航法データを受信するため複数のチューナを有しており、同時に４個以上のＧＰＳ衛星の航法データを受信するようにして、複数のＧＰＳ衛星の中から所定以上の仰角に入る衛星を選択して、受信可能なＧＰＳ衛星から航法データを受信して、所定物の位置検出を行う。
【０００４】
しかしながら、ＧＰＳ受信機を自動車等の移動体に搭載した場合、トンネルの中など航法データを受信できない場所が存在する。航法データを受信できない場合、カーナビゲーションでは、車速センサによる走行距離やジャイロセンサから走行距離の情報に基づいて車両の走行経路を累積しながら自律航法により車両の現在位置を推定する。また、カーナビゲーションでは道路地図データを搭載しているため、ＧＰＳ航法及び自律航法による位置推定により抽出した道路地図データの道路と車両の位置とを対応づけるマップマッチング法により現在位置を推定することができる。
【０００５】
しかしながら、ＧＰＳの電波が得られない（以下、遮断という）状態が長時間にわたると、自立航法やマップマッチングによる位置推定に誤差が累積されることとなり、所定物の位置を精度よく推定することが困難となる。この場合、ＧＰＳ衛星から電波を受信可能な状態（以下、復帰という）となったら航法データを捕捉する処理を開始するが、捕捉処理が終了する前に再び電波が遮断されることも多い。
【０００６】
そこで、ＧＰＳ衛星の電波が遮断されて復帰した場合に、早期に航法データの捕捉を可能とするＧＰＳ受信機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載のＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ衛星が発信する基準周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）に対するドップラー量を考慮してＧＰＳ衛星の発信する電波の周波数を予測する。そして、予測された周波数を中心に所定のサーチ幅でＧＰＳ衛星からの電波をサーチする。
【特許文献１】特開平１０−２６８０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、航法データは疑似雑音符号化され、基準周波数の電波を搬送波としてＧＰＳ衛星から送信される。疑似雑音符号（Ｃ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code））は所定長のビット数により構成されるものであるが、従来のＧＰＳ受信機では疑似雑音符号の位相について考慮されておらず、ＧＰＳ衛星の電波が復帰した場合に、早期に航法データを捕捉することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮するＧＰＳ受信装置、ＧＰＳ受信装置を搭載したカーナビゲーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題に鑑み、本発明は、衛星から発信される電波に搬送された航法データを衛星に固有のコード（Ｃ／Ａコード）で復調する受信部と、受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、衛星の速度に基づき電波のドップラー量を算出し、受信する電波の周波数を決定する周波数決定部と、自立航法又はマップマッチング法により所定物の位置を推定する位置推定部と、位置推定部により推定された所定物の位置と予め記憶する衛星の位置とに基づき算出した電波の到達時間に基づきコードの位相を決定する位相決定部（Ｃ／Ａ位相決定部）と、を有し、受信部は、周波数決定部により決定された周波数の電波を受信すると共に位相決定部により決定された位相のコードにより搬送された航法データを復調することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ＧＰＳ衛星からのドップラー量とＣ／Ａコードの位相を決定してから電波を復調するので、航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。
【００１１】
また、本発明の一形態において、電波が遮断されてからの経過時間又は位置検出部が検出した所定物の移動量（経過時間を計る時計のずれの推定量と自車位置推定誤差）が所定以下である場合、周波数決定部は周波数を決定し、位相決定部はコードの位相を決定することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、電波が遮断されてからの経過時間又は位置検出部が検出した所定物の移動量が所定以下でる場合に周波数及びＣ／Ａコードの位相を決定するので、これらの推定が可能な場合にのみ周波数及びＣ／Ａコードの位相を決定できる。
【００１３】
また、本発明は、衛星から発信される電波に搬送された航法データを衛星に固有のコードで復調する受信部と、受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、電波のドップラー量とコードの位相を時刻と共に電波状態として記憶する電波状態記憶部と、電波状態記憶部に記憶された過去の電波状態及び電波が遮断されてからの経過時間に基づき、電波状態を推定する電波状態推定部と、を有し、受信部は、電波状態推定部により推定された電波状態における周波数の電波を受信すると共に、位相のコードにより搬送された航法データを復調することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ＧＰＳ衛星からのドップラー量とＣ／Ａコードの位相を推定してから電波を復調するので、航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。
【００１５】
また、本発明の一形態において、電波が遮断されてからの経過時間が所定以下である場合、電波状態推定部は電波状態を推定することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、電波が遮断されてからの経過時間が所定以下でる場合に電波状態を推定するので、これらの推定が可能な場合にのみ電波状態を推定できる。
【００１７】
また、本発明は、請求項１ないし４記載のＧＰＳ受信装置を使用したカーナビゲーションシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１８】
ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮するＧＰＳ受信装置、ＧＰＳ受信装置を搭載したカーナビゲーションシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のＧＰＳ受信装置を適用したＧＰＳ受信システムの全体構成図を示す。車両２はカーナビゲーションシステム（以下、単にカーナビという）３を有し、ＧＰＳ衛星１から発信される航法データを利用して現在の走行位置を推定する。カーナビ３は航法データを受信するためのＧＰＳ受信装置４を有し、ＧＰＳ衛星からの電波を受信すると共に搬送される航法データを捕捉するまでの時間を短縮する。
【００２０】
なお、航法データによる位置の決定には４つ以上のＧＰＳ衛星から電波を受信することが必要となるが、本実施の形態のＧＰＳ受信装置４はＧＰＳ衛星が異なっても同様に作動するため、複数のＧＰＳ衛星を区別しないこととする。
【００２１】
図２はカーナビ３の機能構成図を示す。カーナビ３はカーナビ制御部２０により制御され、カーナビ制御部２０は操作部１７と表示装置２１とに接続されている。操作部１７は、押下式のキーボード、ボタン、リモコン、十字キー、タッチパネル等で運転者からの操作を入力する。マイクを備え運転者の発する音声を音声認識回路で認識して操作を入力してもよい。目的までのルート検索を行う場合、運転者は目的地を住所、地名、ランドマーク名、郵便番号等で入力することができる。
【００２２】
表示装置２１は、液晶や有機ＥＬ、ＨＵＤ（Head Up Display）等であり、道路地図や交通情報、目的地までのルートを表示する。なお、操作部１７が例えばタッチパネルである場合、表示装置２１と操作部１７を兼用してもよい。また、表示装置２１はスピーカと接続されており、制御部１７はスピーカによりカーナビ３が案内する交差点などの進行方向を音声により出力する。
【００２３】
受信部１１はＧＰＳ衛星から発信される電波を受信して疑似雑音符号（以下、Ｃ／Ａコードという）を復調するものである。受信部１１は、搬送波の周波数を決定する周波数決定部１２が接続されている。周波数決定部１２については後述するが、周波数決定部１２は基準周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）に対するドップラー量を車両２の車速及びＧＰＳ衛星１の速度に基づき決定する。
【００２４】
ＧＰＳ衛星１から発信される電波（航法データ）は衛星毎に固定のＣ／Ａコードにより変調されている。ＧＰＳ衛星の軌道は既知であるので、車両２の現在の位置から所定の仰角に入るＧＰＳ衛星の位置も既知となる。受信部１１はこの既知のＧＰＳ衛星１のＣ／Ａコードを生成して、変調されている航法データを復調する。
【００２５】
ところで、Ｃ／Ａコードは１又は０のビット列を繰り返しながら１０２３ビットで１つの情報を構成するものであるが、Ｃ／Ａコードは繰り返し発信されるものであるため、そのままでは受信しているビットが１０２３のうち何ビット目かを知ることができない（以下、１０２３ビットの１又は０のビット状態を位相という）。このため、受信可能な位置にあるＧＰＳ衛星１を選択しＣ／Ａコードを生成し航法データを復調しても、位相が不確定なのでそのままでは元の航法データを復調することができない。そこで、同一のＧＰＳ衛星１から復調した複数個の航法データを積算して最終的に航法データを復調可能な位相のＣ／Ａコードを生成する必要があった。この結果、従来では、電波を受信してから航法データを捕捉するまでに時間がかかることとなっていた。本実施の形態のＣ／Ａ位相決定部１３は、積算することなしにＣ／Ａコードの位相を決定するものである。
【００２６】
なお、Ｃ／Ａコードの位相が決定されるとＧＰＳ衛星を捕捉したこととなり、以降は、当該ＧＰＳ衛星１を追尾する。
【００２７】
受信部１１により復調された１０２３ビットのＣ／Ａコードは航法データ処理部１４に送出される。航法データ処理部１４はＣ／Ａコードに含まれる航法データに基づいて車両２の座標位置を決定する。
【００２８】
３個のＧＰＳ衛星から送信される航法データには、各ＧＰＳ衛星の位置情報（エフェメリスデータ及びアルマナックデータ）と航法データを発信した発信時刻情報が含まれている。航法データ処理部１４はＧＰＳデータを受信した時刻と発信時刻との差に光速を乗じることで各ＧＰＳ衛星との距離を算出し、ついで、３つのＧＰＳ衛星との距離を半径とする球体の交点を車両２の位置座標として演算する。
【００２９】
このようにして算出された位置座標はＷＧＳ（Ｗｏｒｌｄ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ）基準座標系による位置座標であるため、航法データ処理部１４はこれを地球固定直交座標系に変換する。以上により航法データから、地図データ１９を利用できるような位置情報が得られる。航法データ処理部１４が算出した位置情報は位置推定部１８に送出される。
【００３０】
位置推定部１８は航法データ処理部１４が送出した緯度・経度など位置情報に基づき、地図データ１９から現在の車両２の地図情報位置を抽出する。道路地図を格納する地図データ１９は、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等で構成され、道路網や交差点などの道路地図情報が、緯度・経度に対応づけて格納されている。地図データ１９は、実際の道路網に対応して、ノード(道路と道路が交差する点、すなわち交差点)に関係する情報と、リンク(ノードとノードを接続する道路)に関係する情報とからなるテーブル状のデータベースに格納される。
【００３１】
ノードテーブルは、ノードの番号、座標、そのノードから流出するリンク数及びそれらのリンク番号を有する。また、リンクテーブルは、リンクの番号、リンクを構成する始点ノードと終点ノード、リンク長を有する。ノード番号及びリンク番号は、互いに重複しないように定められている。したがって、ノード番号とリンク番号をそれぞれ辿ることで道路網が形成される。
【００３２】
また、位置推定部１８には車速センサ１５及びジャイロセンサ１６が接続されている。位置推定部１８は、車速センサ１５により測定された車速及びジャイロセンサ１６により測定された車両２の走行方向に基づいて、走行距離と走行方向による走行経路を累積しながら自律航法により車両の現在位置を推定する。
【００３３】
また、位置推定部１８は、航法データによる位置の演算と自律航法による位置推定に対して、さらに地図データ１９から抽出した道路地図情報の道路と車両の位置とを対応づけるマップマッチング法により最終的に現在位置を精度よく推定する。
【００３４】
なお、車速センサ１２は、各車輪に設けられた例えばパルスセンサであり、所定時間間隔に検出されるパルス数に基づき車速を検出する。ジャイロセンサ１３は車両の方位を検出し、車両に働く横Ｇやその変化速度に基づき車両の進行方向を検出するものである。
【実施例１】
【００３５】
続いて、カーナビ３が電波を再度受信してから（復帰してから）航法データを捕捉する処理の動作について図３のフローチャート図に基づき説明する。図３の処理は車両２が例えばトンネルに入り電波が遮断された状態からスタートする。
【００３６】
電波が遮断された状態では、位置推定部１８が車速センサ１５及びジャイロセンサ１６により車両２の走行経路を累積すると共に、マップマッチング法により車両２の位置は継続して推定されている。したがって、最後に航法データを受信した時刻、該時刻における位置と該位置からの走行経路は既知である。
【００３７】
また、電波が遮断された状態においても、複数（例えば２８個）のＧＰＳ衛星の軌道は既知であるので当該時刻におけるＧＰＳ衛星１の位置も既知である。そして、ＧＰＳ受信装置４が電波を受信すると、航法データ処理部１４は複数のＧＰＳ衛星から所定の仰角に入るＧＰＳ衛星１を選択する（Ｓ１）。
【００３８】
ついで、位置推定部１８はＧＰＳ衛星から発信される電波の推定が可能か否かを判定する（Ｓ２）。電波の推定が可能か否かとは、Ｃ／Ａコードの位相を決定及びドップラー量を決定できるか否かをいう。Ｃ／Ａコードの位相やドップラー量を推定した場合の推定エラーは、ＧＰＳ受信装置４とＧＰＳ衛星１の時計のずれ（電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが長いほど大きくなる）が大きいほど大きくなる。また、推定エラーは、車両の推定位置が実際の位置とずれるほど電波の到達時間が異なることとなるため大きくなる。すなわち、経過時間を計る時計のずれの推定量と自車位置推定誤差が所定以内の場合、位置推定部１８はＧＰＳ衛星から発信される電波の推定が可能と判定する。
【００３９】
したがって、位置推定部１８は、
経過時間ｔ＜所定時間Ｔ、かつ
走行距離＜所定距離Ｌ、方位の変化（舵角）＜所定角σ
の場合に、ＧＰＳ衛星１から発信される電波の推定が可能であると判定する。
【００４０】
ＧＰＳ衛星１から発信される電波の推定ができない場合（Ｓ２のＮｏ）、受信部１１は電波が捕捉されるか否かを判定する（Ｓ３）。受信部１１はステップＳ１で選択したＧＰＳ衛星１のＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算することで、航法データを取得する。積算によっても航法データが得られない場合や、ＧＰＳ衛星１の電波強度が所定よりも小さい場合（Ｓ３のＮｏ）、ＧＰＳ衛星１の選択から繰り返す。
【００４１】
ＧＰＳ衛星１から発信される電波の推定ができる場合（Ｓ２のＹｅｓ）、周波数決定部１２はドップラー量を決定し、Ｃ／Ａ位相決定部１３はＣ／Ａ位相を決定する（Ｓ４）。
【００４２】
ＧＰＳ衛星１の衛星位置は既知であるので、周波数決定部１２は衛星位置を微分処理し現在の時刻を入力することで、現在のＧＰＳ衛星１の衛星速度Ｖｓを算出できる。衛星速度Ｖｓは車両の速度Ｖｃに対するベクトル量であるが、Ｖｓ＞＞ＶｃであるのでＶｃの大きさは無視してよい。衛星速度Ｖｓが求められれば、ドップラー量ΔＤは次式で算出できる。
ΔＤ＝Ｖｓ・基準周波数ｆ０／Ｃ（光速） 〜 （１）
周波数決定部１２は式（１）を使用してドップラー効果を補正し、ＧＰＳ衛星１から到達する電波の周波数を決定する。
【００４３】
また、Ｃ／Ａ位相決定部１３は、車速センサ１５及びジャイロセンサ１６、並びにマップマッチング法により位置推定部１８が推定した車両２の現在位置に基づき、ＧＰＳ衛星１が発振するＣ／Ａコードの位相を決定する。車両２とＧＰＳ衛星１の位置は既知であるので、車両２とＧＰＳ衛星１の距離も既知である。
【００４４】
Ｃ／Ａコードは常に１ミリ秒に１０２３ビットずつ送信されているので、電波が遮断されてから復帰して電波が車両２に到達するまでの時間が算出されれば、復帰した際のＣ／Ａコードの位相を決定することができる。電波が遮断されてから経過した経過時間ｔは既知である。また、到達時間は、車両２からＧＰＳ衛星１までの距離を光速で割れば算出される。Ｃ／Ａ位相決定部１３は以上のようにしてＣ／Ａコードの位相を決定する。
【００４５】
周波数決定部１２が決定した周波数、Ｃ／Ａ位相決定部１３が決定したＣ／Ａ位相は受信部１１に送出され、受信部１１は決定された周波数の電波を受信して、決定された位相のＣ／Ａコードにより航法データを復調する。これにより、位相の異なるＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算することなく航法データを捕捉できる。
【００４６】
航法データが捕捉されると受信部１１は、ＧＰＳ衛星１を追尾する（Ｓ５）。受信部１１は、ＧＰＳ衛星１のドップラー量ΔＤをＧＰＳ衛星１との距離に基づき補正しながら、Ｃ／Ａコードを用いて航法データを復調を継続する。
【００４７】
また、受信部１１はＧＰＳ衛星１を追尾しながら、追尾が可能か否かの判定を繰り返す（Ｓ６）。追尾が可能か否かの判定は、受信した電波の強度が所定以上か否かに基づき行われる。例えば、ＧＰＳ衛星１がトンネルや高速道路下に入り、電波が受信できなくなると（Ｓ６のＮｏ）、ステップＳ１へ進み、ＧＰＳ衛星１の選択から処理する。
【００４８】
以上のように、本実施例のＧＰＳ受信装置４によれば、ドップラー量とＣ／Ａコードの位相を決定してからＧＰＳ衛星１を捕捉するので、ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。したがって、例えば、ＧＰＳ衛星の電波が受信されたもののすぐに遮断されるような状態であっても、ＧＰＳ衛星１からの電波を捕捉し、航法データにより車両２の位置を算出することができるので、自立航法やマップマッチング法による位置の誤差が累積することがない。
【実施例２】
【００４９】
本実施例では、ＧＰＳ電波が受信されていた状態のドップラー量とＣ／Ａコードを格納しておき、ＧＰＳ電波が遮断され復帰した場合には、格納されている過去のドップラー量とＣ／Ａコードから復帰後の電波状態を予測することで、航法データを捕捉するまでの時間を短縮する。
【００５０】
図４は本実施例のカーナビ３の機能構成図を示す。なお、図４において図３と同一部分には同一の符号を付しその説明は省略する。本実施例では、ＧＰＳ受信装置４が周波数決定部１２及びＣ／Ａ位相決定部１３の代わりに電波状態推定部３１と電波状態格納部３０を有する。
【００５１】
電波状態格納部３０は、各ＧＰＳ衛星毎に、ＧＰＳ衛星の捕捉が可能であったＣ／Ａコードの位相とドップラー量ΔＤを格納したものである。図５は、航法データの捕捉の概念を示す図である。図５のＸ軸はＣ／Ａコードの位相、Ｙ軸はドップラー量である。図５では、ある時刻において、Ｃ／Ａコードの位相が５００（ビット）、ドップラー量ΔＤが０（ｋＨｚ）の場合に航法データが捕捉されたことを示している。以下では、航法データが捕捉されるドップラー量ΔＤとＣ／Ａコードとの関係を電波状態という。受信部１１は図５のような電波状態を時刻と共に電波状態格納部３０に格納する。また、電波状態推定部３１は、電波状態格納部３０に格納された電波状態に基づき復帰した場合の電波状態を推定するものである。
【００５２】
続いて、カーナビ３が電波を再度受信してから（復帰してから）航法データを捕捉する処理の動作について図６のフローチャート図に基づき説明する。図６の処理は車両２が例えばトンネルに入り電波が遮断された状態からスタートする。なお、図６において図３と同一ステップには同一の符号を付し、その説明は簡単に行う。なお、電波が遮断される前に、電波状態は電波状態格納部３０に格納されている。
【００５３】
電波が遮断された状態では、位置推定部１８が車速センサ１５及びジャイロセンサ１６により車両２の走行経路を累積すると共に、マップマッチング法により車両２の位置は継続して推定されている。したがって、最後に航法データを受信した時刻、該時刻における位置と該位置からの走行経路は既知である。
【００５４】
また、電波が遮断された状態においても、複数（例えば２８個）のＧＰＳ衛星の軌道は既知であるので当該時刻におけるＧＰＳ衛星１の位置も既知である。そして、ＧＰＳ受信装置４が電波を受信すると、航法データ処理部１４は複数のＧＰＳ衛星から所定の仰角に入るＧＰＳ衛星１を選択する（Ｓ１）。
【００５５】
ついで、電波推定部３１は電波が遮断されてからの経過時間ｔが所定以下か否かを判定する（Ｓ２０）。電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが長いほど推定される電波状態のエラーが大きくなるが、ステップＳ２０の判定により電波状態のエラーが所定より大きくなることが防止される。
【００５６】
電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが所定より長い場合（Ｓ２０のＮｏ）、受信部１１は電波が捕捉されるか否かを判定する（Ｓ３）。受信部１１はステップＳ１で選択したＧＰＳ衛星１のＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算することで、航法データを取得する。積算によっても航法データが得られない場合や、ＧＰＳ衛星１の電波強度が所定よりも小さい場合（Ｓ３のＮｏ）、ＧＰＳ衛星１の選択から繰り返す。
【００５７】
電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが所定以下の場合（Ｓ２０のＹｅｓ）、電波状態推定部３１は、電波状態格納部３０に格納された電波状態に基づき現在の電波状態を推定する（Ｓ２１）。図６は現在の電波状態の推定を説明するための図である。図６では過去の時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２における電波状態の変動の様子を示す。電波状態は２次元平面で示されるので電波状態の変動はベクトルで表せる。
【００５８】
短い時間であれば、電波状態は過去の変動のベクトルに沿って変動する。したがって、ステップＳ２０で遮断されてから経過した経過時間ｔが所定以下の状態では、電波状態を過去の変動のベクトルに沿って推定できる。
【００５９】
例えば、電波が遮断された後、復帰した時刻をｔｒとすれば、電波状態推定部３１は時刻ｔｒにおける電波状態を図６の点線で示すような所定の範囲に含まれると推定する。電波状態推定部３１は推定したドップラー量ΔＤとＣ／Ａコードの位相を受信部１１に送出し、受信部１１は推定された周波数の電波を受信して、推定された位相のＣ／Ａコードにより航法データを復調する。受信部１１は推定された範囲で航法データを復調するので、位相の異なるＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算するよりも早期に航法データを捕捉できる。経過時間ｔに応じて、推定する範囲に広狭を設けてもよい。
【００６０】
航法データが捕捉されると受信部１１は、ＧＰＳ衛星１を追尾する（Ｓ５）。受信部１１は、ＧＰＳ衛星１のドップラー量ΔＤをＧＰＳ衛星１との距離に基づき補正しながら、Ｃ／Ａコードを用いて航法データを復調を継続する。
【００６１】
また、受信部１１はＧＰＳ衛星１を追尾しながら、追尾が可能か否かの判定を繰り返す（Ｓ６）。追尾が可能か否かの判定は、受信した電波の強度が所定以上か否かに基づき行われる。例えば、ＧＰＳ衛星１がトンネルや高速道路下に入り、電波が受信できなくなると（Ｓ６のＮｏ）、ステップＳ１へ進み、ＧＰＳ衛星１の選択から処理する。
【００６２】
以上のように、本実施例のＧＰＳ受信装置４によれば、電波状態を推定してからＧＰＳ衛星１を捕捉するので、ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。したがって、例えば、ＧＰＳ衛星の電波が受信されたもののすぐに遮断されるような状態であっても、ＧＰＳ衛星１からの電波を捕捉し、航法データにより車両２の位置を算出することができるので、自立航法やマップマッチング法による位置の誤差が累積することがない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ＧＰＳ受信装置を適用したＧＰＳ受信システムの全体構成図である。
【図２】カーナビ３の機能構成図である。
【図３】カーナビが電波を再度受信してから航法データを捕捉する処理の動作を示すフローチャート図である。
【図４】実施例２におけるカーナビの機能構成図である。
【図５】航法データの捕捉の概念を示す図である。
【図６】カーナビが電波を再度受信してから航法データを捕捉する処理の動作を示すフローチャート図である。
【図７】現在の電波状態の推定を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ ＧＰＳ衛星
２ 車両
３ カーナビゲーションシステム
４ ＧＰＳ受信装置
１１ 受信部
１２ 周波数決定部
１３ Ｃ／Ａ位相決定部
１４ 航法データ処理部
１８ 位置推定部
３０ 電波状態格納部
３１ 電波状態推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星からの送信電波を受信して受信機の位置を検出するＧＰＳ受信装置、カーナビゲーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機は、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信して、衛星の位置及びこの衛星から受信機までの距離を演算することにより、自動車等の所定物の位置を推定するものである。複数のＧＰＳ衛星はそれぞれについて予め定まった軌道を周回しており、各ＧＰＳ衛星の位置は航法データのエフェメリスを受信することにより求められる。この場合、ＧＰＳ受信機は、３次元で所定物の位置を推定するため、少なくとも３個の衛星からの航法データと時間誤差を補正するための１個の衛星という計４つの衛星から航法データを必要とする。
【０００３】
ＧＰＳ受信機では、航法データを受信するため複数のチューナを有しており、同時に４個以上のＧＰＳ衛星の航法データを受信するようにして、複数のＧＰＳ衛星の中から所定以上の仰角に入る衛星を選択して、受信可能なＧＰＳ衛星から航法データを受信して、所定物の位置検出を行う。
【０００４】
しかしながら、ＧＰＳ受信機を自動車等の移動体に搭載した場合、トンネルの中など航法データを受信できない場所が存在する。航法データを受信できない場合、カーナビゲーションでは、車速センサによる走行距離やジャイロセンサから走行距離の情報に基づいて車両の走行経路を累積しながら自律航法により車両の現在位置を推定する。また、カーナビゲーションでは道路地図データを搭載しているため、ＧＰＳ航法及び自律航法による位置推定により抽出した道路地図データの道路と車両の位置とを対応づけるマップマッチング法により現在位置を推定することができる。
【０００５】
しかしながら、ＧＰＳの電波が得られない（以下、遮断という）状態が長時間にわたると、自立航法やマップマッチングによる位置推定に誤差が累積されることとなり、所定物の位置を精度よく推定することが困難となる。この場合、ＧＰＳ衛星から電波を受信可能な状態（以下、復帰という）となったら航法データを捕捉する処理を開始するが、捕捉処理が終了する前に再び電波が遮断されることも多い。
【０００６】
そこで、ＧＰＳ衛星の電波が遮断されて復帰した場合に、早期に航法データの捕捉を可能とするＧＰＳ受信機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載のＧＰＳ受信機では、ＧＰＳ衛星が発信する基準周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）に対するドップラー量を考慮してＧＰＳ衛星の発信する電波の周波数を予測する。そして、予測された周波数を中心に所定のサーチ幅でＧＰＳ衛星からの電波をサーチする。
【特許文献１】特開平１０−２６８０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、航法データは疑似雑音符号化され、基準周波数の電波を搬送波としてＧＰＳ衛星から送信される。疑似雑音符号（Ｃ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code））は所定長のビット数により構成されるものであるが、従来のＧＰＳ受信機では疑似雑音符号の位相について考慮されておらず、ＧＰＳ衛星の電波が復帰した場合に、早期に航法データを捕捉することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮するＧＰＳ受信装置、ＧＰＳ受信装置を搭載したカーナビゲーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題に鑑み、本発明は、衛星から発信される電波に搬送された航法データを衛星に固有のコード（Ｃ／Ａコード）で復調する受信部と、受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、衛星の速度に基づき電波のドップラー量を算出し、受信する電波の周波数を決定する周波数決定部と、自立航法又はマップマッチング法により所定物の位置を推定する位置推定部と、位置推定部により推定された所定物の位置と予め記憶する衛星の位置とに基づき算出した電波の到達時間に基づきコードの位相を決定する位相決定部（Ｃ／Ａ位相決定部）と、を有し、受信部は、周波数決定部により決定された周波数の電波を受信すると共に位相決定部により決定された位相のコードにより搬送された航法データを復調することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ＧＰＳ衛星からのドップラー量とＣ／Ａコードの位相を決定してから電波を復調するので、航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。
【００１１】
また、本発明の一形態において、電波が遮断されてからの経過時間又は位置検出部が検出した所定物の移動量（経過時間を計る時計のずれの推定量と自車位置推定誤差）が所定以下である場合、周波数決定部は周波数を決定し、位相決定部はコードの位相を決定することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、電波が遮断されてからの経過時間又は位置検出部が検出した所定物の移動量が所定以下でる場合に周波数及びＣ／Ａコードの位相を決定するので、これらの推定が可能な場合にのみ周波数及びＣ／Ａコードの位相を決定できる。
【００１３】
また、本発明は、衛星から発信される電波に搬送された航法データを衛星に固有のコードで復調する受信部と、受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、電波のドップラー量とコードの位相を時刻と共に電波状態として記憶する電波状態記憶部と、電波状態記憶部に記憶された過去の電波状態及び電波が遮断されてからの経過時間に基づき、電波状態を推定する電波状態推定部と、を有し、受信部は、電波状態推定部により推定された電波状態における周波数の電波を受信すると共に、位相のコードにより搬送された航法データを復調することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ＧＰＳ衛星からのドップラー量とＣ／Ａコードの位相を推定してから電波を復調するので、航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。
【００１５】
また、本発明の一形態において、電波が遮断されてからの経過時間が所定以下である場合、電波状態推定部は電波状態を推定することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、電波が遮断されてからの経過時間が所定以下でる場合に電波状態を推定するので、これらの推定が可能な場合にのみ電波状態を推定できる。
【００１７】
また、本発明は、請求項１ないし４記載のＧＰＳ受信装置を使用したカーナビゲーションシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１８】
ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮するＧＰＳ受信装置、ＧＰＳ受信装置を搭載したカーナビゲーションシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のＧＰＳ受信装置を適用したＧＰＳ受信システムの全体構成図を示す。車両２はカーナビゲーションシステム（以下、単にカーナビという）３を有し、ＧＰＳ衛星１から発信される航法データを利用して現在の走行位置を推定する。カーナビ３は航法データを受信するためのＧＰＳ受信装置４を有し、ＧＰＳ衛星からの電波を受信すると共に搬送される航法データを捕捉するまでの時間を短縮する。
【００２０】
なお、航法データによる位置の決定には４つ以上のＧＰＳ衛星から電波を受信することが必要となるが、本実施の形態のＧＰＳ受信装置４はＧＰＳ衛星が異なっても同様に作動するため、複数のＧＰＳ衛星を区別しないこととする。
【００２１】
図２はカーナビ３の機能構成図を示す。カーナビ３はカーナビ制御部２０により制御され、カーナビ制御部２０は操作部１７と表示装置２１とに接続されている。操作部１７は、押下式のキーボード、ボタン、リモコン、十字キー、タッチパネル等で運転者からの操作を入力する。マイクを備え運転者の発する音声を音声認識回路で認識して操作を入力してもよい。目的までのルート検索を行う場合、運転者は目的地を住所、地名、ランドマーク名、郵便番号等で入力することができる。
【００２２】
表示装置２１は、液晶や有機ＥＬ、ＨＵＤ（Head Up Display）等であり、道路地図や交通情報、目的地までのルートを表示する。なお、操作部１７が例えばタッチパネルである場合、表示装置２１と操作部１７を兼用してもよい。また、表示装置２１はスピーカと接続されており、制御部１７はスピーカによりカーナビ３が案内する交差点などの進行方向を音声により出力する。
【００２３】
受信部１１はＧＰＳ衛星から発信される電波を受信して疑似雑音符号（以下、Ｃ／Ａコードという）を復調するものである。受信部１１は、搬送波の周波数を決定する周波数決定部１２が接続されている。周波数決定部１２については後述するが、周波数決定部１２は基準周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）に対するドップラー量を車両２の車速及びＧＰＳ衛星１の速度に基づき決定する。
【００２４】
ＧＰＳ衛星１から発信される電波（航法データ）は衛星毎に固定のＣ／Ａコードにより変調されている。ＧＰＳ衛星の軌道は既知であるので、車両２の現在の位置から所定の仰角に入るＧＰＳ衛星の位置も既知となる。受信部１１はこの既知のＧＰＳ衛星１のＣ／Ａコードを生成して、変調されている航法データを復調する。
【００２５】
ところで、Ｃ／Ａコードは１又は０のビット列を繰り返しながら１０２３ビットで１つの情報を構成するものであるが、Ｃ／Ａコードは繰り返し発信されるものであるため、そのままでは受信しているビットが１０２３のうち何ビット目かを知ることができない（以下、１０２３ビットの１又は０のビット状態を位相という）。このため、受信可能な位置にあるＧＰＳ衛星１を選択しＣ／Ａコードを生成し航法データを復調しても、位相が不確定なのでそのままでは元の航法データを復調することができない。そこで、同一のＧＰＳ衛星１から復調した複数個の航法データを積算して最終的に航法データを復調可能な位相のＣ／Ａコードを生成する必要があった。この結果、従来では、電波を受信してから航法データを捕捉するまでに時間がかかることとなっていた。本実施の形態のＣ／Ａ位相決定部１３は、積算することなしにＣ／Ａコードの位相を決定するものである。
【００２６】
なお、Ｃ／Ａコードの位相が決定されるとＧＰＳ衛星を捕捉したこととなり、以降は、当該ＧＰＳ衛星１を追尾する。
【００２７】
受信部１１により復調された１０２３ビットのＣ／Ａコードは航法データ処理部１４に送出される。航法データ処理部１４はＣ／Ａコードに含まれる航法データに基づいて車両２の座標位置を決定する。
【００２８】
３個のＧＰＳ衛星から送信される航法データには、各ＧＰＳ衛星の位置情報（エフェメリスデータ及びアルマナックデータ）と航法データを発信した発信時刻情報が含まれている。航法データ処理部１４はＧＰＳデータを受信した時刻と発信時刻との差に光速を乗じることで各ＧＰＳ衛星との距離を算出し、ついで、３つのＧＰＳ衛星との距離を半径とする球体の交点を車両２の位置座標として演算する。
【００２９】
このようにして算出された位置座標はＷＧＳ（Ｗｏｒｌｄ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ）基準座標系による位置座標であるため、航法データ処理部１４はこれを地球固定直交座標系に変換する。以上により航法データから、地図データ１９を利用できるような位置情報が得られる。航法データ処理部１４が算出した位置情報は位置推定部１８に送出される。
【００３０】
位置推定部１８は航法データ処理部１４が送出した緯度・経度など位置情報に基づき、地図データ１９から現在の車両２の地図情報位置を抽出する。道路地図を格納する地図データ１９は、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等で構成され、道路網や交差点などの道路地図情報が、緯度・経度に対応づけて格納されている。地図データ１９は、実際の道路網に対応して、ノード(道路と道路が交差する点、すなわち交差点)に関係する情報と、リンク(ノードとノードを接続する道路)に関係する情報とからなるテーブル状のデータベースに格納される。
【００３１】
ノードテーブルは、ノードの番号、座標、そのノードから流出するリンク数及びそれらのリンク番号を有する。また、リンクテーブルは、リンクの番号、リンクを構成する始点ノードと終点ノード、リンク長を有する。ノード番号及びリンク番号は、互いに重複しないように定められている。したがって、ノード番号とリンク番号をそれぞれ辿ることで道路網が形成される。
【００３２】
また、位置推定部１８には車速センサ１５及びジャイロセンサ１６が接続されている。位置推定部１８は、車速センサ１５により測定された車速及びジャイロセンサ１６により測定された車両２の走行方向に基づいて、走行距離と走行方向による走行経路を累積しながら自律航法により車両の現在位置を推定する。
【００３３】
また、位置推定部１８は、航法データによる位置の演算と自律航法による位置推定に対して、さらに地図データ１９から抽出した道路地図情報の道路と車両の位置とを対応づけるマップマッチング法により最終的に現在位置を精度よく推定する。
【００３４】
なお、車速センサ１２は、各車輪に設けられた例えばパルスセンサであり、所定時間間隔に検出されるパルス数に基づき車速を検出する。ジャイロセンサ１３は車両の方位を検出し、車両に働く横Ｇやその変化速度に基づき車両の進行方向を検出するものである。
【実施例１】
【００３５】
続いて、カーナビ３が電波を再度受信してから（復帰してから）航法データを捕捉する処理の動作について図３のフローチャート図に基づき説明する。図３の処理は車両２が例えばトンネルに入り電波が遮断された状態からスタートする。
【００３６】
電波が遮断された状態では、位置推定部１８が車速センサ１５及びジャイロセンサ１６により車両２の走行経路を累積すると共に、マップマッチング法により車両２の位置は継続して推定されている。したがって、最後に航法データを受信した時刻、該時刻における位置と該位置からの走行経路は既知である。
【００３７】
また、電波が遮断された状態においても、複数（例えば２８個）のＧＰＳ衛星の軌道は既知であるので当該時刻におけるＧＰＳ衛星１の位置も既知である。そして、ＧＰＳ受信装置４が電波を受信すると、航法データ処理部１４は複数のＧＰＳ衛星から所定の仰角に入るＧＰＳ衛星１を選択する（Ｓ１）。
【００３８】
ついで、位置推定部１８はＧＰＳ衛星から発信される電波の推定が可能か否かを判定する（Ｓ２）。電波の推定が可能か否かとは、Ｃ／Ａコードの位相を決定及びドップラー量を決定できるか否かをいう。Ｃ／Ａコードの位相やドップラー量を推定した場合の推定エラーは、ＧＰＳ受信装置４とＧＰＳ衛星１の時計のずれ（電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが長いほど大きくなる）が大きいほど大きくなる。また、推定エラーは、車両の推定位置が実際の位置とずれるほど電波の到達時間が異なることとなるため大きくなる。すなわち、経過時間を計る時計のずれの推定量と自車位置推定誤差が所定以内の場合、位置推定部１８はＧＰＳ衛星から発信される電波の推定が可能と判定する。
【００３９】
したがって、位置推定部１８は、
経過時間ｔ＜所定時間Ｔ、かつ
走行距離＜所定距離Ｌ、方位の変化（舵角）＜所定角σ
の場合に、ＧＰＳ衛星１から発信される電波の推定が可能であると判定する。
【００４０】
ＧＰＳ衛星１から発信される電波の推定ができない場合（Ｓ２のＮｏ）、受信部１１は電波が捕捉されるか否かを判定する（Ｓ３）。受信部１１はステップＳ１で選択したＧＰＳ衛星１のＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算することで、航法データを取得する。積算によっても航法データが得られない場合や、ＧＰＳ衛星１の電波強度が所定よりも小さい場合（Ｓ３のＮｏ）、ＧＰＳ衛星１の選択から繰り返す。
【００４１】
ＧＰＳ衛星１から発信される電波の推定ができる場合（Ｓ２のＹｅｓ）、周波数決定部１２はドップラー量を決定し、Ｃ／Ａ位相決定部１３はＣ／Ａ位相を決定する（Ｓ４）。
【００４２】
ＧＰＳ衛星１の衛星位置は既知であるので、周波数決定部１２は衛星位置を微分処理し現在の時刻を入力することで、現在のＧＰＳ衛星１の衛星速度Ｖｓを算出できる。衛星速度Ｖｓは車両の速度Ｖｃに対するベクトル量であるが、Ｖｓ＞＞ＶｃであるのでＶｃの大きさは無視してよい。衛星速度Ｖｓが求められれば、ドップラー量ΔＤは次式で算出できる。
ΔＤ＝Ｖｓ・基準周波数ｆ０／Ｃ（光速） 〜 （１）
周波数決定部１２は式（１）を使用してドップラー効果を補正し、ＧＰＳ衛星１から到達する電波の周波数を決定する。
【００４３】
また、Ｃ／Ａ位相決定部１３は、車速センサ１５及びジャイロセンサ１６、並びにマップマッチング法により位置推定部１８が推定した車両２の現在位置に基づき、ＧＰＳ衛星１が発振するＣ／Ａコードの位相を決定する。車両２とＧＰＳ衛星１の位置は既知であるので、車両２とＧＰＳ衛星１の距離も既知である。
【００４４】
Ｃ／Ａコードは常に１ミリ秒に１０２３ビットずつ送信されているので、電波が遮断されてから復帰して電波が車両２に到達するまでの時間が算出されれば、復帰した際のＣ／Ａコードの位相を決定することができる。電波が遮断されてから経過した経過時間ｔは既知である。また、到達時間は、車両２からＧＰＳ衛星１までの距離を光速で割れば算出される。Ｃ／Ａ位相決定部１３は以上のようにしてＣ／Ａコードの位相を決定する。
【００４５】
周波数決定部１２が決定した周波数、Ｃ／Ａ位相決定部１３が決定したＣ／Ａ位相は受信部１１に送出され、受信部１１は決定された周波数の電波を受信して、決定された位相のＣ／Ａコードにより航法データを復調する。これにより、位相の異なるＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算することなく航法データを捕捉できる。
【００４６】
航法データが捕捉されると受信部１１は、ＧＰＳ衛星１を追尾する（Ｓ５）。受信部１１は、ＧＰＳ衛星１のドップラー量ΔＤをＧＰＳ衛星１との距離に基づき補正しながら、Ｃ／Ａコードを用いて航法データを復調を継続する。
【００４７】
また、受信部１１はＧＰＳ衛星１を追尾しながら、追尾が可能か否かの判定を繰り返す（Ｓ６）。追尾が可能か否かの判定は、受信した電波の強度が所定以上か否かに基づき行われる。例えば、ＧＰＳ衛星１がトンネルや高速道路下に入り、電波が受信できなくなると（Ｓ６のＮｏ）、ステップＳ１へ進み、ＧＰＳ衛星１の選択から処理する。
【００４８】
以上のように、本実施例のＧＰＳ受信装置４によれば、ドップラー量とＣ／Ａコードの位相を決定してからＧＰＳ衛星１を捕捉するので、ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。したがって、例えば、ＧＰＳ衛星の電波が受信されたもののすぐに遮断されるような状態であっても、ＧＰＳ衛星１からの電波を捕捉し、航法データにより車両２の位置を算出することができるので、自立航法やマップマッチング法による位置の誤差が累積することがない。
【実施例２】
【００４９】
本実施例では、ＧＰＳ電波が受信されていた状態のドップラー量とＣ／Ａコードを格納しておき、ＧＰＳ電波が遮断され復帰した場合には、格納されている過去のドップラー量とＣ／Ａコードから復帰後の電波状態を予測することで、航法データを捕捉するまでの時間を短縮する。
【００５０】
図４は本実施例のカーナビ３の機能構成図を示す。なお、図４において図３と同一部分には同一の符号を付しその説明は省略する。本実施例では、ＧＰＳ受信装置４が周波数決定部１２及びＣ／Ａ位相決定部１３の代わりに電波状態推定部３１と電波状態格納部３０を有する。
【００５１】
電波状態格納部３０は、各ＧＰＳ衛星毎に、ＧＰＳ衛星の捕捉が可能であったＣ／Ａコードの位相とドップラー量ΔＤを格納したものである。図５は、航法データの捕捉の概念を示す図である。図５のＸ軸はＣ／Ａコードの位相、Ｙ軸はドップラー量である。図５では、ある時刻において、Ｃ／Ａコードの位相が５００（ビット）、ドップラー量ΔＤが０（ｋＨｚ）の場合に航法データが捕捉されたことを示している。以下では、航法データが捕捉されるドップラー量ΔＤとＣ／Ａコードとの関係を電波状態という。受信部１１は図５のような電波状態を時刻と共に電波状態格納部３０に格納する。また、電波状態推定部３１は、電波状態格納部３０に格納された電波状態に基づき復帰した場合の電波状態を推定するものである。
【００５２】
続いて、カーナビ３が電波を再度受信してから（復帰してから）航法データを捕捉する処理の動作について図６のフローチャート図に基づき説明する。図６の処理は車両２が例えばトンネルに入り電波が遮断された状態からスタートする。なお、図６において図３と同一ステップには同一の符号を付し、その説明は簡単に行う。なお、電波が遮断される前に、電波状態は電波状態格納部３０に格納されている。
【００５３】
電波が遮断された状態では、位置推定部１８が車速センサ１５及びジャイロセンサ１６により車両２の走行経路を累積すると共に、マップマッチング法により車両２の位置は継続して推定されている。したがって、最後に航法データを受信した時刻、該時刻における位置と該位置からの走行経路は既知である。
【００５４】
また、電波が遮断された状態においても、複数（例えば２８個）のＧＰＳ衛星の軌道は既知であるので当該時刻におけるＧＰＳ衛星１の位置も既知である。そして、ＧＰＳ受信装置４が電波を受信すると、航法データ処理部１４は複数のＧＰＳ衛星から所定の仰角に入るＧＰＳ衛星１を選択する（Ｓ１）。
【００５５】
ついで、電波推定部３１は電波が遮断されてからの経過時間ｔが所定以下か否かを判定する（Ｓ２０）。電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが長いほど推定される電波状態のエラーが大きくなるが、ステップＳ２０の判定により電波状態のエラーが所定より大きくなることが防止される。
【００５６】
電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが所定より長い場合（Ｓ２０のＮｏ）、受信部１１は電波が捕捉されるか否かを判定する（Ｓ３）。受信部１１はステップＳ１で選択したＧＰＳ衛星１のＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算することで、航法データを取得する。積算によっても航法データが得られない場合や、ＧＰＳ衛星１の電波強度が所定よりも小さい場合（Ｓ３のＮｏ）、ＧＰＳ衛星１の選択から繰り返す。
【００５７】
電波が遮断されてから経過した経過時間ｔが所定以下の場合（Ｓ２０のＹｅｓ）、電波状態推定部３１は、電波状態格納部３０に格納された電波状態に基づき現在の電波状態を推定する（Ｓ２１）。図６は現在の電波状態の推定を説明するための図である。図６では過去の時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２における電波状態の変動の様子を示す。電波状態は２次元平面で示されるので電波状態の変動はベクトルで表せる。
【００５８】
短い時間であれば、電波状態は過去の変動のベクトルに沿って変動する。したがって、ステップＳ２０で遮断されてから経過した経過時間ｔが所定以下の状態では、電波状態を過去の変動のベクトルに沿って推定できる。
【００５９】
例えば、電波が遮断された後、復帰した時刻をｔｒとすれば、電波状態推定部３１は時刻ｔｒにおける電波状態を図６の点線で示すような所定の範囲に含まれると推定する。電波状態推定部３１は推定したドップラー量ΔＤとＣ／Ａコードの位相を受信部１１に送出し、受信部１１は推定された周波数の電波を受信して、推定された位相のＣ／Ａコードにより航法データを復調する。受信部１１は推定された範囲で航法データを復調するので、位相の異なるＣ／Ａコードを用いて電波を復調し積算するよりも早期に航法データを捕捉できる。経過時間ｔに応じて、推定する範囲に広狭を設けてもよい。
【００６０】
航法データが捕捉されると受信部１１は、ＧＰＳ衛星１を追尾する（Ｓ５）。受信部１１は、ＧＰＳ衛星１のドップラー量ΔＤをＧＰＳ衛星１との距離に基づき補正しながら、Ｃ／Ａコードを用いて航法データを復調を継続する。
【００６１】
また、受信部１１はＧＰＳ衛星１を追尾しながら、追尾が可能か否かの判定を繰り返す（Ｓ６）。追尾が可能か否かの判定は、受信した電波の強度が所定以上か否かに基づき行われる。例えば、ＧＰＳ衛星１がトンネルや高速道路下に入り、電波が受信できなくなると（Ｓ６のＮｏ）、ステップＳ１へ進み、ＧＰＳ衛星１の選択から処理する。
【００６２】
以上のように、本実施例のＧＰＳ受信装置４によれば、電波状態を推定してからＧＰＳ衛星１を捕捉するので、ＧＰＳ衛星から送信される航法データを捕捉するまでの時間を短縮できる。したがって、例えば、ＧＰＳ衛星の電波が受信されたもののすぐに遮断されるような状態であっても、ＧＰＳ衛星１からの電波を捕捉し、航法データにより車両２の位置を算出することができるので、自立航法やマップマッチング法による位置の誤差が累積することがない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ＧＰＳ受信装置を適用したＧＰＳ受信システムの全体構成図である。
【図２】カーナビ３の機能構成図である。
【図３】カーナビが電波を再度受信してから航法データを捕捉する処理の動作を示すフローチャート図である。
【図４】実施例２におけるカーナビの機能構成図である。
【図５】航法データの捕捉の概念を示す図である。
【図６】カーナビが電波を再度受信してから航法データを捕捉する処理の動作を示すフローチャート図である。
【図７】現在の電波状態の推定を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ ＧＰＳ衛星
２ 車両
３ カーナビゲーションシステム
４ ＧＰＳ受信装置
１１ 受信部
１２ 周波数決定部
１３ Ｃ／Ａ位相決定部
１４ 航法データ処理部
１８ 位置推定部
３０ 電波状態格納部
３１ 電波状態推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星から発信される電波に搬送された航法データを前記衛星に固有のコードで復調する受信部と、前記受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、
前記衛星の速度に基づき前記電波のドップラー量を算出し、受信する前記電波の周波数を決定する周波数決定部と、
自立航法又はマップマッチング法により前記所定物の位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部により推定された前記所定物の位置と予め記憶する前記衛星の位置とに基づき算出した前記電波の到達時間に基づき前記コードの位相を決定する位相決定部と、を有し、
前記受信部は、前記周波数決定部により決定された前記周波数の前記電波を受信すると共に、前記位相決定部により決定された前記位相の前記コードにより搬送された前記航法データを復調する、
ことを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
前記電波が遮断されてからの経過時間又は前記位置検出部が検出した前記所定物の移動量（経過時間を計る時計のずれの推定量と自車位置推定誤差）が所定以下である場合、
前記周波数決定部は前記周波数を決定し、前記位相決定部は前記コードの前記位相を決定する、
ことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
衛星から発信される電波に搬送された航法データを前記衛星に固有のコードで復調する受信部と、前記受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、
前記電波のドップラー量と前記コードの位相を時刻と共に電波状態として記憶する電波状態記憶部と、
前記電波状態記憶部に記憶された過去の前記電波状態及び前記電波が遮断されてからの経過時間に基づき、前記電波状態を推定する電波状態推定部と、を有し、
前記受信部は、前記電波状態推定部により推定された前記電波状態における前記周波数の前記電波を受信すると共に、前記位相の前記コードにより搬送された前記航法データを復調する、
ことを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
前記電波が遮断されてからの経過時間が所定以下である場合、
前記電波状態推定部は前記電波状態を推定する、
ことを特徴とする請求項３記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項５】
請求項１ないし４記載のＧＰＳ受信装置を使用したカーナビゲーションシステム。
【請求項１】
衛星から発信される電波に搬送された航法データを前記衛星に固有のコードで復調する受信部と、前記受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、
前記衛星の速度に基づき前記電波のドップラー量を算出し、受信する前記電波の周波数を決定する周波数決定部と、
自立航法又はマップマッチング法により前記所定物の位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部により推定された前記所定物の位置と予め記憶する前記衛星の位置とに基づき算出した前記電波の到達時間に基づき前記コードの位相を決定する位相決定部と、を有し、
前記受信部は、前記周波数決定部により決定された前記周波数の前記電波を受信すると共に、前記位相決定部により決定された前記位相の前記コードにより搬送された前記航法データを復調する、
ことを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
前記電波が遮断されてからの経過時間又は前記位置検出部が検出した前記所定物の移動量（経過時間を計る時計のずれの推定量と自車位置推定誤差）が所定以下である場合、
前記周波数決定部は前記周波数を決定し、前記位相決定部は前記コードの前記位相を決定する、
ことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
衛星から発信される電波に搬送された航法データを前記衛星に固有のコードで復調する受信部と、前記受信部が受信した航法データに基づいて所定物の位置を検出する航法データ処理部とを有するＧＰＳ受信装置において、
前記電波のドップラー量と前記コードの位相を時刻と共に電波状態として記憶する電波状態記憶部と、
前記電波状態記憶部に記憶された過去の前記電波状態及び前記電波が遮断されてからの経過時間に基づき、前記電波状態を推定する電波状態推定部と、を有し、
前記受信部は、前記電波状態推定部により推定された前記電波状態における前記周波数の前記電波を受信すると共に、前記位相の前記コードにより搬送された前記航法データを復調する、
ことを特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
前記電波が遮断されてからの経過時間が所定以下である場合、
前記電波状態推定部は前記電波状態を推定する、
ことを特徴とする請求項３記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項５】
請求項１ないし４記載のＧＰＳ受信装置を使用したカーナビゲーションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１５５６４４（Ｐ２００７−１５５６４４Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５４５３３（Ｐ２００５−３５４５３３）
【出願日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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