ＧＰＳ受信装置
【課題】指向性の設定処理を単純化して高速な追従処理を実現する。
【解決手段】指向性を変更可能な複数のアンテナ部と、複数のアンテナ部の各々に受信された複数のＧＰＳ信号に基づいて自己の現在位置を算出する自己位置算出手段と、自己の向きを算出する向き算出手段と、算出された現在位置、向き、及び、受信されたＧＰＳ信号に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出する衛星方向算出手段と、衛星方向算出手段により算出された方向に基づいて、複数のアンテナ部の各々がそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定する指向性設定手段とを備えたＧＰＳ受信装置を提供する。
【解決手段】指向性を変更可能な複数のアンテナ部と、複数のアンテナ部の各々に受信された複数のＧＰＳ信号に基づいて自己の現在位置を算出する自己位置算出手段と、自己の向きを算出する向き算出手段と、算出された現在位置、向き、及び、受信されたＧＰＳ信号に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出する衛星方向算出手段と、衛星方向算出手段により算出された方向に基づいて、複数のアンテナ部の各々がそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定する指向性設定手段とを備えたＧＰＳ受信装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のＧＰＳ信号を受信してそれらのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するＧＰＳ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Global Positioning System）は、地球を周回するＧＰＳ衛星から発信されるＧＰＳ信号を用いて位置情報を取得する測位システムであり、例えば移動体に搭載されるナビゲーション機能を有した車載器などで利用されている。このような車載器にはＧＰＳ信号を捕捉・追尾するためのＧＰＳレシーバが備えられている。ＧＰＳレシーバによって自己の位置や移動速度・方位等をより高精度に測位するため、種々の方法が提案されて実用に供されている。
【０００３】
測位精度を低下させる要因の一つに例えばマルチパスが挙げられる。以下、マルチパスについて概説する。
【０００４】
ＧＰＳレシーバが本来受信すべきＧＰＳ信号は直接波である。ここでいう「直接波」とは、例えば障害物に遮られることなく実質的に直線の軌道でＧＰＳ衛星からＧＰＳレシーバに伝搬されたＧＰＳ信号を示す。ところが例えば高層ビル等の建造物が多く存在する都市部ではＧＰＳ信号は必ずしも直接波となり得ない。例えばマルチパスの影響を受けた信号となり得る。ここでいうマルチパスの影響を受けた信号とは、ＧＰＳ衛星からＧＰＳレシーバに伝搬される間に上記建造物の如き障害物により少なくとも一度反射されたＧＰＳ信号（以下、この信号を「反射波」と称する）を示す。すなわちＧＰＳレシーバは所定のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を直接波又は反射波、或いはその両方で受信する可能性がある。
【０００５】
上述したように反射波は、障害物によって少なくとも一度反射した後にＧＰＳレシーバで受信されたＧＰＳ信号である。このため、所望の疑似距離情報よりも長く不正確な疑似距離情報を含むことになる。すなわちＧＰＳレシーバは反射波を受信した場合、誤った擬似距離情報を取得することになる。誤った擬似距離情報を測位に使用することになるため、その測位結果は精度の低いものとなってしまう。
【０００６】
上記のマルチパスの影響を好適に低減させる方法として例えば抑角マスクが挙げられる。これは反射波に成り易いＧＰＳ信号、すなわち抑角の低い（例えば５〜１０度）ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を測位に使用しないという方法である。しかし、マスク対象以上の仰角のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号もマルチパスの影響を受ける可能性が十分にある。このため、仰角マスクを採用して測位を行った場合であってもマルチパスの影響を低減できないことがあった。
【０００７】
マルチパスの影響をより確実に低減させるため、例えば仰角マスクの対象となるＧＰＳ衛星を増加させる、すなわち仰角の低くないＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号も測位に使用しないことが考えられる。この場合、マルチパスの影響を好適に低減させることが可能となる。ところがそのトレードオフとして、測位に利用可能なＧＰＳ信号の数が低減する。このため測位に必要な数（例えば三又は四機）のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾することが困難となる。その結果、測位率が低下し得るため、変化し得る移動体の現在位置を十分に追従できなくなる可能性がある。
【０００８】
ここで、例えば下記特許文献１及び２において上記とは別の方法により、マルチパスの影響を好適に除去して測位精度の向上を実現可能とした測位装置等が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１９５４４８号公報
【特許文献２】特開２００４−３３６３９０号公報
【０００９】
これらの特許文献に記載の装置には例えばアダプティブ・アレー・アンテナ等の可変指向性アンテナが実装されている。これらの装置では例えば自己に対するＧＰＳ衛星の方向を推測し、その推測に基づいてアンテナの指向性を可変させて反射波を検出している。検出された反射波を測位対象から除外することにより測位精度向上を実現している。反射波である可能性が高いものを実際に検出しているため、仰角マスクを採用した装置よりも反射波をより高い精度で除外することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、上述したように、測位を行うためには最低でも三又は四機のＧＰＳ衛星を捕捉する必要がある。従って例えば上記特許文献１や２に記載の装置では複数の指向性を持つようアンテナを設定する必要がある。しかし、持たせるべき指向性が多ければ多いほど処理が複雑化して測位に時間が掛かるようになってしまう。上記特許文献１や２に記載の装置のように測位に時間が掛かる場合、移動体の現在位置を高速に追従することが困難になり得る。
【００１１】
また上記特許文献には、多数存在し得る反射波を測位対象から除外するために多数のヌル点を設定する装置についても記載されている。このような装置も、設定すべきヌル点が多ければ多いほど処理が複雑化して測位に時間が掛かるようになるという問題点を含んでいる。
【００１２】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、指向性の設定処理を単純化して高速な追従処理を実現可能としたＧＰＳ受信装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係るＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ信号を受信してそれらのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するものである。このＧＰＳ受信装置は、指向性を変更可能な複数のアンテナ部と、複数のアンテナ部の各々に受信された複数のＧＰＳ信号に基づいて自己の現在位置を算出する自己位置算出手段と、自己の向きを算出する向き算出手段と、算出された現在位置、向き、及び、受信されたＧＰＳ信号に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出する衛星方向算出手段と、衛星方向算出手段により算出された方向に基づいて、複数のアンテナ部の各々がそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定する指向性設定手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１４】
ここで、上記ＧＰＳ受信装置は自己位置算出手段により算出された現在位置の履歴を保存する履歴保存手段を更に備えたものであっても良い。この場合、衛星方向算出手段は、少なくとも、向き算出手段により算出された自己の向き、複数のアンテナ部の各々に受信されたＧＰＳ信号、及び、履歴保存手段に保存された履歴に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出することができる。
【００１５】
なお、上記ＧＰＳ受信装置において履歴保存手段に履歴がない場合、自己位置算出手段は、指向性が設定されていない複数のアンテナ部の各々で受信されたＧＰＳ信号を用いて現在位置を算出しても良い。
【００１６】
また上記ＧＰＳ受信装置は、複数のアンテナ部の各々でＧＰＳ信号が受信されないとき、少なくとも、履歴保存手段に保存された履歴、及び、向き算出手段により算出された自己の向きに基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を推測する衛星方向推測手段を更に備えたものであっても良い。この場合、指向性設定手段は、推測された各ＧＰＳ衛星の位置する方向に基づいて複数のアンテナ部の各々の指向性を設定することができる。
【００１７】
ここで指向性設定手段は、例えば仰角の高いＧＰＳ衛星を優先して複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定することができる。
【００１８】
また指向性設定手段は、ＤＯＰ（Dilution Of Precision）が小さい組み合わせの各ＧＰＳ衛星を優先して複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定することもできる。
【００１９】
また上記ＧＰＳ受信装置は、複数のアンテナ部の各々で受信された信号のレベルを検出する信号レベル検出手段を更に備えたものであっても良い。この場合、指向性設定手段は所定値よりも低いレベルの信号を受信したアンテナ部に対して、別のＧＰＳ衛星に対する指向性を再設定することができる。
【００２０】
なお、指向性設定手段は指向性を再設定するとき、捕捉・追尾対象でなかったＧＰＳ衛星の中で仰角が最も高いものを選択することができる。
【００２１】
上記ＧＰＳ受信装置はアンテナ部を少なくとも三つ以上備えたものであっても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のＧＰＳ受信装置を採用すると測位に掛かる時間が軽減するため、移動体の現在位置を高速に追従することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の車載器の構成及び作用について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態の車載器２００の構成を示したブロック図である。車載器２００は車両（不図示）に搭載された所謂ナビゲーション装置であり、ＧＰＳアンテナユニット１００、ＧＰＳレシーバ１０２、デッドレコニング（以下、「ＤＲ」と略記）センサ、ナビゲーションユニット１１０、モニタ１２０、及び、スピーカ１３０を有している。ＤＲセンサには、ジャイロセンサ１０４、車両センサ１０６、及び、加速度センサ１０８が含まれる。モニタ１２０は主としてナビゲーショ用画像を表示する。スピーカ１３０は主としてナビゲーション用音声を再生する。
【００２５】
ＧＰＳアンテナユニット１００は、ＧＰＳ衛星が発信するＧＰＳ信号を受信するためのユニットである。ＧＰＳアンテナユニット１００は可変指向性を有したアンテナアレイ（後述）を複数備えている。ＧＰＳアンテナユニット１００はＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号に呼応してその指向性を変化させる。
【００２６】
ＧＰＳレシーバ１０２は、ＧＰＳアンテナユニット１００で受信されたＧＰＳ信号に含まれる航法メッセージ（エフェメリス、アルマナック等）を参照して複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾する。そして捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて測位演算を行う。ＧＰＳレシーバが二次元測位を行うものである場合、捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は少なくとも三機である。またＧＰＳレシーバが三次元測位を行うものである場合、捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は少なくとも四機である。本実施形態のＧＰＳレシーバは例えば三次元測位を行うものであるとする。すなわち本実施形態で捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は少なくとも四機である。
【００２７】
ＧＰＳレシーバ１０２において測位演算された信号は、位置測位結果、及び、速度測位結果としてナビゲーションユニット１１０に出力される。なお、これらの測位結果は算出される毎に、例えばＧＰＳレシーバ１０２が有するメモリ１０２ａやナビゲーションユニット１１０のＲＡＭ（後述）等に履歴として保存される。
【００２８】
位置測位結果は、複数のＧＰＳ衛星の各々とＧＰＳアンテナユニット１００との疑似距離等に基づいて算出される。速度測位結果は、四機のＧＰＳ衛星の各々（好ましくはより多くのＧＰＳ衛星の各々）とＧＰＳレシーバ１０２との相対速度によるドップラーシフト量に基づいて算出される。なお、ＧＰＳレシーバ１０２は、受信したＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードのリファレンスコードを参照してＧＰＳ衛星を捕捉する。更に、捕捉されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号のキャリア、コードへのトラッキングエラーを補正して当該ＧＰＳ衛星の追尾を続行する。ＧＰＳ衛星はこのように捕捉・追尾され、それらの情報が測位に用いられる。
【００２９】
なお初期動作においてＧＰＳレシーバ１０２は、例えば適当な（例えば捕捉可能な）ＧＰＳ衛星を幾つか捕捉して位置測位を行う。次いでその位置測位結果、航法メッセージ等に基づいて車両に対して各ＧＰＳ衛星が何れの方向（ここでいう「方向」とは方位・仰角を意味する）に位置するかを算出する。ここでマルチパスの影響を軽減させる観点から、測位に利用するＧＰＳ衛星は仰角の高いものが望ましい。このためＧＰＳレシーバ１０２は上記算出結果を参照して、例えば仰角の高いＧＰＳ衛星を優先的に捕捉・追尾するよう動作する。
【００３０】
またＧＰＳレシーバ１０２は上記算出結果、すなわち捕捉・追尾対象のＧＰＳ衛星が位置する方向を参照して、上記指向性制御信号をそれぞれのＧＰＳ衛星に対応して生成する。次いで、生成された指向性制御信号の各々を、ＧＰＳアンテナユニット１００の各アンテナアレイに出力する。
【００３１】
ナビゲーションユニット１１０にはＧＰＳレシーバ１０２からの信号以外に、ジャイロセンサ１０４、車両センサ１０６、及び、加速度センサ１０８からの信号が入力される。ジャイロセンサ１０４は車両の方位に関する角速度を計測する。車両センサ１０６は車両の左右の駆動輪の回転速度を検出してその平均速度に応じた車速パルス信号や、ブレーキやサイドブレーキ等の状態を検出して車両の移動状態に関する情報を生成する。加速度センサ１０８は車両の勾配に関する情報を計測する。
【００３２】
ナビゲーションユニット１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３、描画ユニット１１４、及び、オーディオユニット１１５を有している。
【００３３】
ＣＰＵ１１１は車載器２００全体の制御を統括して実行する。ＲＯＭ１１２は地図データやナビゲーション用音声データ、プログラム等の各種データが格納されたメモリである。ＲＡＭ１１３はデータがキャッシュされるメモリである。ＲＡＭ１１３には例えばＲＯＭ１１２に格納されている各種プログラムが展開される。
【００３４】
ＣＰＵ１１１は例えばＲＡＭ１１３に展開されたプログラムを実行して描画ユニット１１４やオーディオユニット１１５を制御する。描画ユニット１１４は、ＣＰＵ１１１の制御により例えば上記地図データを描画してモニタ１２０に出力する。オーディオユニット１１５は、ＣＰＵ１１１の制御により例えば上記ナビゲーション用音声データに再生処理を施してスピーカ１３０に出力する。
【００３５】
またＣＰＵ１１１は、各ＤＲセンサから出力されるデータに基づいてＤＲ演算（すなわち車両の進行方向、向き、距離の演算、移動速度）を行う。またＣＰＵ１１１は、演算したＤＲ測位結果及びＧＰＳレシーバ１０２からのＧＰＳ測位結果と、夫々の測位結果に対する誤差推定値とを比較することにより、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マップマッチングする。また、各測位結果に基づいて現在位置周辺のデジタル地図データをＲＯＭ１１２から抽出する。次いで描画ユニット１１４を制御して、抽出された地図データと共に車両の現在位置を示す自車位置マークを描画させ、モニタ１２０に出力させる。これにより、モニタ１２０にナビゲーション情報を含む各種情報が表示される。また、各測位結果に基づいて現在の車両の走行状況に応じたナビゲーション用音声データをＲＯＭ１１２から抽出する。次いでオーディオユニット１１５を制御して、抽出されたナビゲーション用音声データを処理し、スピーカ１３０に出力させる。これにより、スピーカ１３０でナビゲーション用音声が再生される。
【００３６】
なお、ここでいうマップマッチングとは、モニタ１２０に表示されている地図中の道路から外れた位置に自車位置マークが表示されるなどの誤差を補正することを示す。マップマッチングを行うことによって自車位置と地図との整合性が取れ、運転手は自車の現在位置を正確に知ることができる。
【００３７】
次に、ＧＰＳアンテナユニット１００について詳説する。
【００３８】
図２はＧＰＳアンテナユニット１００の構成を示したブロック図である。図２に示されるように、ＧＰＳアンテナユニット１００は四つのアンテナアレイ１０、２０、３０、４０、合成器５０、ＢＰＦ（Band Pass Filter）５２、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）５４、コンデンサ５６、５８、及び、インダクタ６０を有している。
【００３９】
図３はアンテナアレイ１０の構成を示したブロック図である。なお、アンテナアレイ２０、３０、４０はアンテナアレイ１０と同一の構成を有している。また、ＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号によりアンテナアレイ１０と同様に動作する。従ってアンテナアレイ２０、３０、４０の構成及び動作の説明についてはその重複を避けるため、アンテナアレイ１０の構成及び動作の説明をもって省略する。
【００４０】
なおＧＰＳレシーバ１０２は、アンテナアレイそれぞれに一機のＧＰＳ衛星を割り当てて捕捉・追尾するよう動作する。ここで、上述したようにＧＰＳレシーバ１０２が捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は四機である。これに対応させて、ＧＰＳアンテナユニット１００にはアンテナアレイが四つ実装されている。
【００４１】
アンテナアレイ１０はアンテナ素子、ＬＮＡ、可変減衰器、移相器をそれぞれｎ個有している。すなわち図３に示されているようにアンテナ素子１１ａ〜１１ｎ、ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎ、可変減衰器１３ａ〜１３ｎ、移相器１４ａ〜１４ｎを有している。アンテナ素子１１ａ〜１１ｎはＧＰＳ信号を受信するための素子である。アンテナ素子１１ａ〜１１ｎで受信されたＧＰＳ信号はそれぞれ、ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎに出力される。ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎはそれぞれ、微弱である受信信号を増幅して可変減衰器１３ａ〜１３ｎに出力する。
【００４２】
ここで、アンテナアレイ１０は重み付け回路１５を有している。重み付け回路１５にはＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号が入力される。重み付け回路１５は上記指向性制御信号に基づいて可変減衰器１３ａ〜１３ｎ及び移相器１４ａ〜１４ｎの各々を個別に制御する。
【００４３】
可変減衰器１３ａ〜１３ｎの各々は、上記指向性制御信号に基づいて入力信号の振幅を調整（ここでは減衰）させて移相器１４ａ〜１４ｎに出力する。移相器１４ａ〜１４ｎの各々は上記指向性制御信号に基づいて、可変減衰器からの入力信号の移相量を調整する。各移相器において位相を調整された信号はアンテナアレイ１０が有する合成器１６に出力される。合成器１６はこれらの入力信号を合成して、一つの信号として合成器５０に出力する。
【００４４】
各アンテナ素子の受信信号を各可変減衰器及び移相器で減衰及び位相シフトさせて合成することにより、アンテナアレイ１０の指向性が変化する。すなわちアンテナアレイ１０は、ＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号に基づいてその指向性が変更される。
【００４５】
各アンテナアレイの出力は合成器５０で合成されてＢＰＦ５２により不要な周波数成分が除去される。不要成分除去後、この信号は、ＧＰＳアンテナユニット１００とＧＰＳレシーバ１０２との接続に用いられる同軸ケーブル（不図示）での損失を考慮して、ＬＮＡ５４により増幅される。増幅後、コンデンサ５６を介してＧＰＳレシーバ１０２に出力される。
【００４６】
なお、ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎ及び５４に対してＤＣ電源が供給されるとき、これらがＧＰＳレシーバ１０２に信号を伝送するための信号線が用いられる。コンデンサ５６は、ＤＣ電圧がＬＮＡ５４の上記信号線に流入することを防止するために設置されている。この防止処置により、受信されたＧＰＳ信号に対するＤＣ電圧の影響（例えばＳ／Ｎ比低下等）が抑えられる。またコンデンサ５８は、各ＬＮＡ用電源へのノイズ混入を防止するために設置されている。またインダクタ６０は、受信されたＧＰＳ信号が各ＬＮＡ用電源へ流入して減衰することを防止するために設置されている。
【００４７】
次に、ＧＰＳアンテナユニット１００の指向性を設定する処理について説明する。図４に、ＧＰＳレシーバ１０２により実行されるＧＰＳアンテナユニット１００の指向性設定処理のフローチャートを示す。この処理は車載器２００の電源がオンされると開始され、オフされると終了する。
【００４８】
車載器２００の電源が投入されるとＧＰＳレシーバ１０２は、ＧＰＳアンテナユニット１００で受信された複数のＧＰＳ信号を用いて測位演算を行う（ステップ１、以下の明細書及び図面においてステップを「Ｓ」と略記）。このときＧＰＳレシーバ１０２において上記指向性制御信号が生成されていないため、各アンテナアレイは無指向性の状態でＧＰＳ信号を受信する。なお、算出された測位結果は上述したようにメモリ１０２ａに履歴として保存される。
【００４９】
ＧＰＳレシーバ１０２はＳ１の処理で算出された自己の位置情報、受信されたＧＰＳ信号の航法メッセージ（例えばアルマナック）、及び、ＤＲ演算結果（例えば車両の向き）を参照して自己に対する各ＧＰＳ衛星の方向を検出する（Ｓ２）。
【００５０】
ＧＰＳレシーバ１０２はＳ２の処理の検出結果を参照して、マルチパスの影響を軽減させる観点から、仰角の高い順にＧＰＳ衛星を四機選択する（Ｓ３）。次いで、選択された各ＧＰＳ衛星をアンテナアレイの各々に対応付けて割り当てる（Ｓ４）。すなわち各アンテナアレイでそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を受信させるよう設定して、各アンテナアレイの指向性を制御する。具体的には、各アンテナアレイに対して上記指向性制御信号をそれぞれ生成して送信する。このとき生成される指向性制御信号は、アンテナアレイに対し、捕捉・追尾対象として対応付けられたＧＰＳ衛星の位置する方向に指向性を持たせるための制御信号である。上述したように、各アンテナアレイの重み付け回路１５が指向性制御信号に基づいて、受信信号を減衰させ且つその位相をシフトさせる。これにより各アンテナアレイはそれぞれ、対応付けられたＧＰＳ衛星の位置する方向に対して指向性を持つようになる。
【００５１】
なおＳ４の処理において、何れのアンテナアレイに何れのＧＰＳ衛星を割り当てるかはその設計応じて適宜設定することができる。またＧＰＳレシーバ１０２は、受信したＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮコード等を参照することにより、当該受信信号が何れのＧＰＳ衛星のものであるかを判断することができる。
【００５２】
ここで図５（ａ）及び（ｂ）に、アンテナアレイの指向性を説明するための図を示す。なお説明を明瞭にするため、図５ではアンテナアレイ１０のみの指向性であって、水平方向の指向性のみを示している。図５に示された「Ｎ」を北、「Ｅ」を東、「Ｗ」を西、「Ｓ」を南とする。また「Ｃ」を、車載器２００を搭載した車両とする。また「ＧＰＳ１」を、Ｓ４の割当処理によりアンテナアレイ１０に割り当てられたＧＰＳ衛星とする。また車両Ｃの前後方向を「Ｘ」、左右方向を「Ｙ」とする。なお図５においてＧＰＳ衛星ＧＰＳ１は西側に位置しているものとする。
【００５３】
図５（ａ）では車両Ｃは矢印Ａ方向に（すなわち北に向かって）前進している。このため車両Ｃに対するＧＰＳ衛星ＧＰＳ１の方位は車両Ｃ進行方向に対して左（方角としては西）となる。従ってＧＰＳレシーバ１０２の制御によりアンテナアレイ１０は、車両Ｃ左側に分布した範囲Ｒ１に指向性を持つよう設定される。すなわちアンテナアレイ１０は西側以外に指向性を持たないようになる。西側以外から伝搬されたＧＰＳ信号は微弱な電波として捉えられるため、アンテナアレイ１０はこのような信号を実質的に受信しなくなる。例えばＧＰＳ衛星ＧＰＳ１のＧＰＳ信号がマルチパスにより西側以外から車両Ｃに伝搬された場合、アンテナアレイ１０はこれを受信しない。更に言及すると、アンテナアレイ１０はＳ４の割当処理によりＧＰＳ衛星ＧＰＳ１のＧＰＳ信号を受信するよう設定されている。従ってＧＰＳ衛星ＧＰＳ１以外からのＧＰＳ信号がマルチパスにより西側から伝搬された場合であっても、そのＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮコードが他のＧＰＳ衛星のものであるため、ＧＰＳレシーバ１０２はそのＧＰＳ信号の衛星を捕捉・追尾しない。すなわちＧＰＳレシーバ１０２はマルチパスの影響を受けていないＧＰＳ信号のＧＰＳ衛星のみを確実に捕捉・追尾することができる。
【００５４】
図５（ｂ）では車両Ｃの向きが図５（ａ）に対して変わっている。図５（ｂ）では車両Ｃは矢印Ａ方向に角度θ（例えば４５度）成す方向に（すなわち北東に向かって）前進している。車両Ｃに対するＧＰＳ衛星ＧＰＳ１の方位は、例えば車両Ｃの位置及びその向き、ＧＰＳ衛星ＧＰＳ１の位置等に基づいて算出されるため、車両Ｃ進行方向に対して左斜め後方となる。この場合も図５（ｂ）の例と同様に、アンテナアレイ１０はＧＰＳレシーバ１０２の制御により、車両Ｃ左斜め後方に分布した範囲Ｒ２に指向性を持つよう設定される。
【００５５】
ここで図４のフローチャートに戻る。ＧＰＳレシーバ１０２はＳ４の割当処理に次いで、受信したＧＰＳ信号の中に信号レベルが所定値よりも低いものがあるか否かを判定する（Ｓ５）。ＧＰＳレシーバ１０２は各受信信号のレベルが全て所定値以上と判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、捕捉・追尾対象のＧＰＳ衛星の中にマルチパスの影響を受けているものはないと判断し、所定時間経過後にＳ３の処理に復帰する。
【００５６】
Ｓ５の処理において、受信したＧＰＳ信号の中に信号レベルが所定値よりも低いものがあると判定される場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、例えば受信したＧＰＳ信号の何れかが反射波であると考えられる。すなわち受信されるべきＧＰＳ信号が、対応するアンテナ素子の指向性とは異なった方向から車両に伝搬されたと考えられる。アンテナ素子に直接波が入力せず、指向性のない方向から反射波が入力されるため、ＧＰＳレシーバ１０２は所定値よりも低い信号レベルを検知することになる。従って、ＧＰＳレシーバ１０２は信号レベルが所定値よりも低いものがあると判定した場合、そのＧＰＳ信号（すなわち信号レベルが所定値よりも低いものであり、単数又は複数）のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾対象から除外する。すなわち上記のＧＰＳ衛星が割り当てられていたアンテナアレイを、何れのＧＰＳ衛星も割り当てられていない状態（以下、「空き状態」と記す）に一旦設定する。次いで、別のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾対象として選択する（Ｓ６）。なおこのときマルチパスの影響を軽減させる観点から、捕捉・追尾対象でないＧＰＳ衛星の中で最も高い仰角のものを選択することが望ましい。
【００５７】
ＧＰＳレシーバ１０２はＳ６の再選択処理に次いで、空き状態に設定されたアンテナアレイに再選択されたＧＰＳ衛星を対応づけて再び割り当てる（Ｓ７）。すなわちＧＰＳ衛星が再度対応付けられたアンテナアレイの指向性をそのＧＰＳ衛星に向くように設定する。次いでＳ５の処理に復帰して上記一連の処理を繰り返す。
【００５８】
以上のように本実施形態では、各アンテナアレイが独立して一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定される。このため、各アンテナアレイにおいて所望のＧＰＳ信号が反射波として受信されることなく直接波として受信される。このため測位精度が向上する。また、各アンテナアレイにおいて一機のＧＰＳ衛星だけを考慮して指向性が設定されることから、制御系の処理負担が分散される。この結果、測位に掛かる時間が軽減して、移動体の現在位置を高速に追従することが可能となる。
【００５９】
また、複数の受信信号の中で例えば一つだけマルチパスの影響を受けたものがある場合、従来はこれを除外するために捕捉・追尾対象のＧＰＳ信号全てを考慮した指向性を再設定する必要があった。しかし本実施形態を採用した場合、マルチパスの影響を受けたものだけを考慮して指向性を再設定すれば良い。このような観点からも制御系の処理負担が軽減されて、移動体の現在位置を高速に追従することが可能となる。
【００６０】
以上が本発明の実施の形態である。本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えばＤＯＰが小さい組み合わせのＧＰＳ衛星の各々を優先的に捕捉・追尾するようＧＰＳレシーバ１０２を動作させても良い。また、ＤＯＰが小さい組み合わせのＧＰＳ衛星であり且つその各々が仰角の高いものを優先的に捕捉・追尾するようＧＰＳレシーバ１０２を動作させることもできる。
【００６１】
例えばアンテナアレイの数は四つに限ることなく、より多数であっても良い。例えばアンテナアレイが五つ備えられている場合、測位に使用するか否かに拘わらず、それら全てにＧＰＳ衛星を捕捉・追尾させる。この場合、例えば測位に使用する四つのＧＰＳ衛星の何れかがマルチパスの影響を受けたとしても、その代替として、残りのアンテナアレイによって取得されたＧＰＳ信号を測位に使用することができる。従って測位結果をより迅速且つ途切れることなく出力することができる。このため移動体の現在位置をより高速に追従することが可能となる。
【００６２】
更に、五つのアンテナアレイ全てでＧＰＳ衛星を測位に利用できる場合、より条件の良いＧＰＳ衛星（仰角が高い、ＤＯＰが小さい等）を優先的に四つ選択して測位できるため、測位精度が向上する。
【００６３】
また、例えば車両がＧＰＳ衛星を捕捉・追尾できない場所（例えばトンネル等）に入ったとき、ＧＰＳレシーバ１０２は、トンネル進入直前の各ＧＰＳ衛星の位置情報及びＤＲ演算結果等を参照して、自己に対する各ＧＰＳ衛星の位置する方向を推測する。このような推測を行うことにより、ＧＰＳ衛星を捕捉・追尾できない時間が継続した場合であっても各アンテナアレイの指向性を適正なものに近い状態に保つことができる。従って例えば車両がトンネルを抜けたとき、各ＧＰＳ衛星の再捕捉を迅速に行うことが可能となる。なお、前記の再捕捉をより確実且つ迅速に実現するため、各アンテナアレイのビーム幅（指向性の範囲）を通常よりも広めに設定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態の車載器の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のＧＰＳアンテナユニットの構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態のアンテナアレイの構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態のＧＰＳアンテナユニットの指向性設定処理のフローチャートを示す。
【図５】アンテナアレイの指向性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０、２０、３０、４０ アンテナアレイ
１１ａ〜１１ｎ アンテナ素子
１２ａ〜１２ｎ ＬＮＡ
１３ａ〜１３ｎ 可変減衰器
１４ａ〜１４ｎ 移相器
１５ 重み付け回路
１６、５０ 合成器
１００ ＧＰＳアンテナユニット
１０２ ＧＰＳレシーバ
１１０ ナビゲーションユニット
２００ 車載器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のＧＰＳ信号を受信してそれらのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するＧＰＳ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Global Positioning System）は、地球を周回するＧＰＳ衛星から発信されるＧＰＳ信号を用いて位置情報を取得する測位システムであり、例えば移動体に搭載されるナビゲーション機能を有した車載器などで利用されている。このような車載器にはＧＰＳ信号を捕捉・追尾するためのＧＰＳレシーバが備えられている。ＧＰＳレシーバによって自己の位置や移動速度・方位等をより高精度に測位するため、種々の方法が提案されて実用に供されている。
【０００３】
測位精度を低下させる要因の一つに例えばマルチパスが挙げられる。以下、マルチパスについて概説する。
【０００４】
ＧＰＳレシーバが本来受信すべきＧＰＳ信号は直接波である。ここでいう「直接波」とは、例えば障害物に遮られることなく実質的に直線の軌道でＧＰＳ衛星からＧＰＳレシーバに伝搬されたＧＰＳ信号を示す。ところが例えば高層ビル等の建造物が多く存在する都市部ではＧＰＳ信号は必ずしも直接波となり得ない。例えばマルチパスの影響を受けた信号となり得る。ここでいうマルチパスの影響を受けた信号とは、ＧＰＳ衛星からＧＰＳレシーバに伝搬される間に上記建造物の如き障害物により少なくとも一度反射されたＧＰＳ信号（以下、この信号を「反射波」と称する）を示す。すなわちＧＰＳレシーバは所定のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を直接波又は反射波、或いはその両方で受信する可能性がある。
【０００５】
上述したように反射波は、障害物によって少なくとも一度反射した後にＧＰＳレシーバで受信されたＧＰＳ信号である。このため、所望の疑似距離情報よりも長く不正確な疑似距離情報を含むことになる。すなわちＧＰＳレシーバは反射波を受信した場合、誤った擬似距離情報を取得することになる。誤った擬似距離情報を測位に使用することになるため、その測位結果は精度の低いものとなってしまう。
【０００６】
上記のマルチパスの影響を好適に低減させる方法として例えば抑角マスクが挙げられる。これは反射波に成り易いＧＰＳ信号、すなわち抑角の低い（例えば５〜１０度）ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を測位に使用しないという方法である。しかし、マスク対象以上の仰角のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号もマルチパスの影響を受ける可能性が十分にある。このため、仰角マスクを採用して測位を行った場合であってもマルチパスの影響を低減できないことがあった。
【０００７】
マルチパスの影響をより確実に低減させるため、例えば仰角マスクの対象となるＧＰＳ衛星を増加させる、すなわち仰角の低くないＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号も測位に使用しないことが考えられる。この場合、マルチパスの影響を好適に低減させることが可能となる。ところがそのトレードオフとして、測位に利用可能なＧＰＳ信号の数が低減する。このため測位に必要な数（例えば三又は四機）のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾することが困難となる。その結果、測位率が低下し得るため、変化し得る移動体の現在位置を十分に追従できなくなる可能性がある。
【０００８】
ここで、例えば下記特許文献１及び２において上記とは別の方法により、マルチパスの影響を好適に除去して測位精度の向上を実現可能とした測位装置等が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１９５４４８号公報
【特許文献２】特開２００４−３３６３９０号公報
【０００９】
これらの特許文献に記載の装置には例えばアダプティブ・アレー・アンテナ等の可変指向性アンテナが実装されている。これらの装置では例えば自己に対するＧＰＳ衛星の方向を推測し、その推測に基づいてアンテナの指向性を可変させて反射波を検出している。検出された反射波を測位対象から除外することにより測位精度向上を実現している。反射波である可能性が高いものを実際に検出しているため、仰角マスクを採用した装置よりも反射波をより高い精度で除外することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、上述したように、測位を行うためには最低でも三又は四機のＧＰＳ衛星を捕捉する必要がある。従って例えば上記特許文献１や２に記載の装置では複数の指向性を持つようアンテナを設定する必要がある。しかし、持たせるべき指向性が多ければ多いほど処理が複雑化して測位に時間が掛かるようになってしまう。上記特許文献１や２に記載の装置のように測位に時間が掛かる場合、移動体の現在位置を高速に追従することが困難になり得る。
【００１１】
また上記特許文献には、多数存在し得る反射波を測位対象から除外するために多数のヌル点を設定する装置についても記載されている。このような装置も、設定すべきヌル点が多ければ多いほど処理が複雑化して測位に時間が掛かるようになるという問題点を含んでいる。
【００１２】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、指向性の設定処理を単純化して高速な追従処理を実現可能としたＧＰＳ受信装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係るＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ信号を受信してそれらのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するものである。このＧＰＳ受信装置は、指向性を変更可能な複数のアンテナ部と、複数のアンテナ部の各々に受信された複数のＧＰＳ信号に基づいて自己の現在位置を算出する自己位置算出手段と、自己の向きを算出する向き算出手段と、算出された現在位置、向き、及び、受信されたＧＰＳ信号に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出する衛星方向算出手段と、衛星方向算出手段により算出された方向に基づいて、複数のアンテナ部の各々がそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定する指向性設定手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１４】
ここで、上記ＧＰＳ受信装置は自己位置算出手段により算出された現在位置の履歴を保存する履歴保存手段を更に備えたものであっても良い。この場合、衛星方向算出手段は、少なくとも、向き算出手段により算出された自己の向き、複数のアンテナ部の各々に受信されたＧＰＳ信号、及び、履歴保存手段に保存された履歴に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出することができる。
【００１５】
なお、上記ＧＰＳ受信装置において履歴保存手段に履歴がない場合、自己位置算出手段は、指向性が設定されていない複数のアンテナ部の各々で受信されたＧＰＳ信号を用いて現在位置を算出しても良い。
【００１６】
また上記ＧＰＳ受信装置は、複数のアンテナ部の各々でＧＰＳ信号が受信されないとき、少なくとも、履歴保存手段に保存された履歴、及び、向き算出手段により算出された自己の向きに基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を推測する衛星方向推測手段を更に備えたものであっても良い。この場合、指向性設定手段は、推測された各ＧＰＳ衛星の位置する方向に基づいて複数のアンテナ部の各々の指向性を設定することができる。
【００１７】
ここで指向性設定手段は、例えば仰角の高いＧＰＳ衛星を優先して複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定することができる。
【００１８】
また指向性設定手段は、ＤＯＰ（Dilution Of Precision）が小さい組み合わせの各ＧＰＳ衛星を優先して複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定することもできる。
【００１９】
また上記ＧＰＳ受信装置は、複数のアンテナ部の各々で受信された信号のレベルを検出する信号レベル検出手段を更に備えたものであっても良い。この場合、指向性設定手段は所定値よりも低いレベルの信号を受信したアンテナ部に対して、別のＧＰＳ衛星に対する指向性を再設定することができる。
【００２０】
なお、指向性設定手段は指向性を再設定するとき、捕捉・追尾対象でなかったＧＰＳ衛星の中で仰角が最も高いものを選択することができる。
【００２１】
上記ＧＰＳ受信装置はアンテナ部を少なくとも三つ以上備えたものであっても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のＧＰＳ受信装置を採用すると測位に掛かる時間が軽減するため、移動体の現在位置を高速に追従することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の車載器の構成及び作用について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態の車載器２００の構成を示したブロック図である。車載器２００は車両（不図示）に搭載された所謂ナビゲーション装置であり、ＧＰＳアンテナユニット１００、ＧＰＳレシーバ１０２、デッドレコニング（以下、「ＤＲ」と略記）センサ、ナビゲーションユニット１１０、モニタ１２０、及び、スピーカ１３０を有している。ＤＲセンサには、ジャイロセンサ１０４、車両センサ１０６、及び、加速度センサ１０８が含まれる。モニタ１２０は主としてナビゲーショ用画像を表示する。スピーカ１３０は主としてナビゲーション用音声を再生する。
【００２５】
ＧＰＳアンテナユニット１００は、ＧＰＳ衛星が発信するＧＰＳ信号を受信するためのユニットである。ＧＰＳアンテナユニット１００は可変指向性を有したアンテナアレイ（後述）を複数備えている。ＧＰＳアンテナユニット１００はＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号に呼応してその指向性を変化させる。
【００２６】
ＧＰＳレシーバ１０２は、ＧＰＳアンテナユニット１００で受信されたＧＰＳ信号に含まれる航法メッセージ（エフェメリス、アルマナック等）を参照して複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾する。そして捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を用いて測位演算を行う。ＧＰＳレシーバが二次元測位を行うものである場合、捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は少なくとも三機である。またＧＰＳレシーバが三次元測位を行うものである場合、捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は少なくとも四機である。本実施形態のＧＰＳレシーバは例えば三次元測位を行うものであるとする。すなわち本実施形態で捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は少なくとも四機である。
【００２７】
ＧＰＳレシーバ１０２において測位演算された信号は、位置測位結果、及び、速度測位結果としてナビゲーションユニット１１０に出力される。なお、これらの測位結果は算出される毎に、例えばＧＰＳレシーバ１０２が有するメモリ１０２ａやナビゲーションユニット１１０のＲＡＭ（後述）等に履歴として保存される。
【００２８】
位置測位結果は、複数のＧＰＳ衛星の各々とＧＰＳアンテナユニット１００との疑似距離等に基づいて算出される。速度測位結果は、四機のＧＰＳ衛星の各々（好ましくはより多くのＧＰＳ衛星の各々）とＧＰＳレシーバ１０２との相対速度によるドップラーシフト量に基づいて算出される。なお、ＧＰＳレシーバ１０２は、受信したＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードのリファレンスコードを参照してＧＰＳ衛星を捕捉する。更に、捕捉されたＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号のキャリア、コードへのトラッキングエラーを補正して当該ＧＰＳ衛星の追尾を続行する。ＧＰＳ衛星はこのように捕捉・追尾され、それらの情報が測位に用いられる。
【００２９】
なお初期動作においてＧＰＳレシーバ１０２は、例えば適当な（例えば捕捉可能な）ＧＰＳ衛星を幾つか捕捉して位置測位を行う。次いでその位置測位結果、航法メッセージ等に基づいて車両に対して各ＧＰＳ衛星が何れの方向（ここでいう「方向」とは方位・仰角を意味する）に位置するかを算出する。ここでマルチパスの影響を軽減させる観点から、測位に利用するＧＰＳ衛星は仰角の高いものが望ましい。このためＧＰＳレシーバ１０２は上記算出結果を参照して、例えば仰角の高いＧＰＳ衛星を優先的に捕捉・追尾するよう動作する。
【００３０】
またＧＰＳレシーバ１０２は上記算出結果、すなわち捕捉・追尾対象のＧＰＳ衛星が位置する方向を参照して、上記指向性制御信号をそれぞれのＧＰＳ衛星に対応して生成する。次いで、生成された指向性制御信号の各々を、ＧＰＳアンテナユニット１００の各アンテナアレイに出力する。
【００３１】
ナビゲーションユニット１１０にはＧＰＳレシーバ１０２からの信号以外に、ジャイロセンサ１０４、車両センサ１０６、及び、加速度センサ１０８からの信号が入力される。ジャイロセンサ１０４は車両の方位に関する角速度を計測する。車両センサ１０６は車両の左右の駆動輪の回転速度を検出してその平均速度に応じた車速パルス信号や、ブレーキやサイドブレーキ等の状態を検出して車両の移動状態に関する情報を生成する。加速度センサ１０８は車両の勾配に関する情報を計測する。
【００３２】
ナビゲーションユニット１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３、描画ユニット１１４、及び、オーディオユニット１１５を有している。
【００３３】
ＣＰＵ１１１は車載器２００全体の制御を統括して実行する。ＲＯＭ１１２は地図データやナビゲーション用音声データ、プログラム等の各種データが格納されたメモリである。ＲＡＭ１１３はデータがキャッシュされるメモリである。ＲＡＭ１１３には例えばＲＯＭ１１２に格納されている各種プログラムが展開される。
【００３４】
ＣＰＵ１１１は例えばＲＡＭ１１３に展開されたプログラムを実行して描画ユニット１１４やオーディオユニット１１５を制御する。描画ユニット１１４は、ＣＰＵ１１１の制御により例えば上記地図データを描画してモニタ１２０に出力する。オーディオユニット１１５は、ＣＰＵ１１１の制御により例えば上記ナビゲーション用音声データに再生処理を施してスピーカ１３０に出力する。
【００３５】
またＣＰＵ１１１は、各ＤＲセンサから出力されるデータに基づいてＤＲ演算（すなわち車両の進行方向、向き、距離の演算、移動速度）を行う。またＣＰＵ１１１は、演算したＤＲ測位結果及びＧＰＳレシーバ１０２からのＧＰＳ測位結果と、夫々の測位結果に対する誤差推定値とを比較することにより、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マップマッチングする。また、各測位結果に基づいて現在位置周辺のデジタル地図データをＲＯＭ１１２から抽出する。次いで描画ユニット１１４を制御して、抽出された地図データと共に車両の現在位置を示す自車位置マークを描画させ、モニタ１２０に出力させる。これにより、モニタ１２０にナビゲーション情報を含む各種情報が表示される。また、各測位結果に基づいて現在の車両の走行状況に応じたナビゲーション用音声データをＲＯＭ１１２から抽出する。次いでオーディオユニット１１５を制御して、抽出されたナビゲーション用音声データを処理し、スピーカ１３０に出力させる。これにより、スピーカ１３０でナビゲーション用音声が再生される。
【００３６】
なお、ここでいうマップマッチングとは、モニタ１２０に表示されている地図中の道路から外れた位置に自車位置マークが表示されるなどの誤差を補正することを示す。マップマッチングを行うことによって自車位置と地図との整合性が取れ、運転手は自車の現在位置を正確に知ることができる。
【００３７】
次に、ＧＰＳアンテナユニット１００について詳説する。
【００３８】
図２はＧＰＳアンテナユニット１００の構成を示したブロック図である。図２に示されるように、ＧＰＳアンテナユニット１００は四つのアンテナアレイ１０、２０、３０、４０、合成器５０、ＢＰＦ（Band Pass Filter）５２、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）５４、コンデンサ５６、５８、及び、インダクタ６０を有している。
【００３９】
図３はアンテナアレイ１０の構成を示したブロック図である。なお、アンテナアレイ２０、３０、４０はアンテナアレイ１０と同一の構成を有している。また、ＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号によりアンテナアレイ１０と同様に動作する。従ってアンテナアレイ２０、３０、４０の構成及び動作の説明についてはその重複を避けるため、アンテナアレイ１０の構成及び動作の説明をもって省略する。
【００４０】
なおＧＰＳレシーバ１０２は、アンテナアレイそれぞれに一機のＧＰＳ衛星を割り当てて捕捉・追尾するよう動作する。ここで、上述したようにＧＰＳレシーバ１０２が捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星は四機である。これに対応させて、ＧＰＳアンテナユニット１００にはアンテナアレイが四つ実装されている。
【００４１】
アンテナアレイ１０はアンテナ素子、ＬＮＡ、可変減衰器、移相器をそれぞれｎ個有している。すなわち図３に示されているようにアンテナ素子１１ａ〜１１ｎ、ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎ、可変減衰器１３ａ〜１３ｎ、移相器１４ａ〜１４ｎを有している。アンテナ素子１１ａ〜１１ｎはＧＰＳ信号を受信するための素子である。アンテナ素子１１ａ〜１１ｎで受信されたＧＰＳ信号はそれぞれ、ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎに出力される。ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎはそれぞれ、微弱である受信信号を増幅して可変減衰器１３ａ〜１３ｎに出力する。
【００４２】
ここで、アンテナアレイ１０は重み付け回路１５を有している。重み付け回路１５にはＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号が入力される。重み付け回路１５は上記指向性制御信号に基づいて可変減衰器１３ａ〜１３ｎ及び移相器１４ａ〜１４ｎの各々を個別に制御する。
【００４３】
可変減衰器１３ａ〜１３ｎの各々は、上記指向性制御信号に基づいて入力信号の振幅を調整（ここでは減衰）させて移相器１４ａ〜１４ｎに出力する。移相器１４ａ〜１４ｎの各々は上記指向性制御信号に基づいて、可変減衰器からの入力信号の移相量を調整する。各移相器において位相を調整された信号はアンテナアレイ１０が有する合成器１６に出力される。合成器１６はこれらの入力信号を合成して、一つの信号として合成器５０に出力する。
【００４４】
各アンテナ素子の受信信号を各可変減衰器及び移相器で減衰及び位相シフトさせて合成することにより、アンテナアレイ１０の指向性が変化する。すなわちアンテナアレイ１０は、ＧＰＳレシーバ１０２からの指向性制御信号に基づいてその指向性が変更される。
【００４５】
各アンテナアレイの出力は合成器５０で合成されてＢＰＦ５２により不要な周波数成分が除去される。不要成分除去後、この信号は、ＧＰＳアンテナユニット１００とＧＰＳレシーバ１０２との接続に用いられる同軸ケーブル（不図示）での損失を考慮して、ＬＮＡ５４により増幅される。増幅後、コンデンサ５６を介してＧＰＳレシーバ１０２に出力される。
【００４６】
なお、ＬＮＡ１２ａ〜１２ｎ及び５４に対してＤＣ電源が供給されるとき、これらがＧＰＳレシーバ１０２に信号を伝送するための信号線が用いられる。コンデンサ５６は、ＤＣ電圧がＬＮＡ５４の上記信号線に流入することを防止するために設置されている。この防止処置により、受信されたＧＰＳ信号に対するＤＣ電圧の影響（例えばＳ／Ｎ比低下等）が抑えられる。またコンデンサ５８は、各ＬＮＡ用電源へのノイズ混入を防止するために設置されている。またインダクタ６０は、受信されたＧＰＳ信号が各ＬＮＡ用電源へ流入して減衰することを防止するために設置されている。
【００４７】
次に、ＧＰＳアンテナユニット１００の指向性を設定する処理について説明する。図４に、ＧＰＳレシーバ１０２により実行されるＧＰＳアンテナユニット１００の指向性設定処理のフローチャートを示す。この処理は車載器２００の電源がオンされると開始され、オフされると終了する。
【００４８】
車載器２００の電源が投入されるとＧＰＳレシーバ１０２は、ＧＰＳアンテナユニット１００で受信された複数のＧＰＳ信号を用いて測位演算を行う（ステップ１、以下の明細書及び図面においてステップを「Ｓ」と略記）。このときＧＰＳレシーバ１０２において上記指向性制御信号が生成されていないため、各アンテナアレイは無指向性の状態でＧＰＳ信号を受信する。なお、算出された測位結果は上述したようにメモリ１０２ａに履歴として保存される。
【００４９】
ＧＰＳレシーバ１０２はＳ１の処理で算出された自己の位置情報、受信されたＧＰＳ信号の航法メッセージ（例えばアルマナック）、及び、ＤＲ演算結果（例えば車両の向き）を参照して自己に対する各ＧＰＳ衛星の方向を検出する（Ｓ２）。
【００５０】
ＧＰＳレシーバ１０２はＳ２の処理の検出結果を参照して、マルチパスの影響を軽減させる観点から、仰角の高い順にＧＰＳ衛星を四機選択する（Ｓ３）。次いで、選択された各ＧＰＳ衛星をアンテナアレイの各々に対応付けて割り当てる（Ｓ４）。すなわち各アンテナアレイでそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を受信させるよう設定して、各アンテナアレイの指向性を制御する。具体的には、各アンテナアレイに対して上記指向性制御信号をそれぞれ生成して送信する。このとき生成される指向性制御信号は、アンテナアレイに対し、捕捉・追尾対象として対応付けられたＧＰＳ衛星の位置する方向に指向性を持たせるための制御信号である。上述したように、各アンテナアレイの重み付け回路１５が指向性制御信号に基づいて、受信信号を減衰させ且つその位相をシフトさせる。これにより各アンテナアレイはそれぞれ、対応付けられたＧＰＳ衛星の位置する方向に対して指向性を持つようになる。
【００５１】
なおＳ４の処理において、何れのアンテナアレイに何れのＧＰＳ衛星を割り当てるかはその設計応じて適宜設定することができる。またＧＰＳレシーバ１０２は、受信したＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮコード等を参照することにより、当該受信信号が何れのＧＰＳ衛星のものであるかを判断することができる。
【００５２】
ここで図５（ａ）及び（ｂ）に、アンテナアレイの指向性を説明するための図を示す。なお説明を明瞭にするため、図５ではアンテナアレイ１０のみの指向性であって、水平方向の指向性のみを示している。図５に示された「Ｎ」を北、「Ｅ」を東、「Ｗ」を西、「Ｓ」を南とする。また「Ｃ」を、車載器２００を搭載した車両とする。また「ＧＰＳ１」を、Ｓ４の割当処理によりアンテナアレイ１０に割り当てられたＧＰＳ衛星とする。また車両Ｃの前後方向を「Ｘ」、左右方向を「Ｙ」とする。なお図５においてＧＰＳ衛星ＧＰＳ１は西側に位置しているものとする。
【００５３】
図５（ａ）では車両Ｃは矢印Ａ方向に（すなわち北に向かって）前進している。このため車両Ｃに対するＧＰＳ衛星ＧＰＳ１の方位は車両Ｃ進行方向に対して左（方角としては西）となる。従ってＧＰＳレシーバ１０２の制御によりアンテナアレイ１０は、車両Ｃ左側に分布した範囲Ｒ１に指向性を持つよう設定される。すなわちアンテナアレイ１０は西側以外に指向性を持たないようになる。西側以外から伝搬されたＧＰＳ信号は微弱な電波として捉えられるため、アンテナアレイ１０はこのような信号を実質的に受信しなくなる。例えばＧＰＳ衛星ＧＰＳ１のＧＰＳ信号がマルチパスにより西側以外から車両Ｃに伝搬された場合、アンテナアレイ１０はこれを受信しない。更に言及すると、アンテナアレイ１０はＳ４の割当処理によりＧＰＳ衛星ＧＰＳ１のＧＰＳ信号を受信するよう設定されている。従ってＧＰＳ衛星ＧＰＳ１以外からのＧＰＳ信号がマルチパスにより西側から伝搬された場合であっても、そのＧＰＳ信号に含まれるＰＲＮコードが他のＧＰＳ衛星のものであるため、ＧＰＳレシーバ１０２はそのＧＰＳ信号の衛星を捕捉・追尾しない。すなわちＧＰＳレシーバ１０２はマルチパスの影響を受けていないＧＰＳ信号のＧＰＳ衛星のみを確実に捕捉・追尾することができる。
【００５４】
図５（ｂ）では車両Ｃの向きが図５（ａ）に対して変わっている。図５（ｂ）では車両Ｃは矢印Ａ方向に角度θ（例えば４５度）成す方向に（すなわち北東に向かって）前進している。車両Ｃに対するＧＰＳ衛星ＧＰＳ１の方位は、例えば車両Ｃの位置及びその向き、ＧＰＳ衛星ＧＰＳ１の位置等に基づいて算出されるため、車両Ｃ進行方向に対して左斜め後方となる。この場合も図５（ｂ）の例と同様に、アンテナアレイ１０はＧＰＳレシーバ１０２の制御により、車両Ｃ左斜め後方に分布した範囲Ｒ２に指向性を持つよう設定される。
【００５５】
ここで図４のフローチャートに戻る。ＧＰＳレシーバ１０２はＳ４の割当処理に次いで、受信したＧＰＳ信号の中に信号レベルが所定値よりも低いものがあるか否かを判定する（Ｓ５）。ＧＰＳレシーバ１０２は各受信信号のレベルが全て所定値以上と判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、捕捉・追尾対象のＧＰＳ衛星の中にマルチパスの影響を受けているものはないと判断し、所定時間経過後にＳ３の処理に復帰する。
【００５６】
Ｓ５の処理において、受信したＧＰＳ信号の中に信号レベルが所定値よりも低いものがあると判定される場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、例えば受信したＧＰＳ信号の何れかが反射波であると考えられる。すなわち受信されるべきＧＰＳ信号が、対応するアンテナ素子の指向性とは異なった方向から車両に伝搬されたと考えられる。アンテナ素子に直接波が入力せず、指向性のない方向から反射波が入力されるため、ＧＰＳレシーバ１０２は所定値よりも低い信号レベルを検知することになる。従って、ＧＰＳレシーバ１０２は信号レベルが所定値よりも低いものがあると判定した場合、そのＧＰＳ信号（すなわち信号レベルが所定値よりも低いものであり、単数又は複数）のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾対象から除外する。すなわち上記のＧＰＳ衛星が割り当てられていたアンテナアレイを、何れのＧＰＳ衛星も割り当てられていない状態（以下、「空き状態」と記す）に一旦設定する。次いで、別のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾対象として選択する（Ｓ６）。なおこのときマルチパスの影響を軽減させる観点から、捕捉・追尾対象でないＧＰＳ衛星の中で最も高い仰角のものを選択することが望ましい。
【００５７】
ＧＰＳレシーバ１０２はＳ６の再選択処理に次いで、空き状態に設定されたアンテナアレイに再選択されたＧＰＳ衛星を対応づけて再び割り当てる（Ｓ７）。すなわちＧＰＳ衛星が再度対応付けられたアンテナアレイの指向性をそのＧＰＳ衛星に向くように設定する。次いでＳ５の処理に復帰して上記一連の処理を繰り返す。
【００５８】
以上のように本実施形態では、各アンテナアレイが独立して一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定される。このため、各アンテナアレイにおいて所望のＧＰＳ信号が反射波として受信されることなく直接波として受信される。このため測位精度が向上する。また、各アンテナアレイにおいて一機のＧＰＳ衛星だけを考慮して指向性が設定されることから、制御系の処理負担が分散される。この結果、測位に掛かる時間が軽減して、移動体の現在位置を高速に追従することが可能となる。
【００５９】
また、複数の受信信号の中で例えば一つだけマルチパスの影響を受けたものがある場合、従来はこれを除外するために捕捉・追尾対象のＧＰＳ信号全てを考慮した指向性を再設定する必要があった。しかし本実施形態を採用した場合、マルチパスの影響を受けたものだけを考慮して指向性を再設定すれば良い。このような観点からも制御系の処理負担が軽減されて、移動体の現在位置を高速に追従することが可能となる。
【００６０】
以上が本発明の実施の形態である。本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えばＤＯＰが小さい組み合わせのＧＰＳ衛星の各々を優先的に捕捉・追尾するようＧＰＳレシーバ１０２を動作させても良い。また、ＤＯＰが小さい組み合わせのＧＰＳ衛星であり且つその各々が仰角の高いものを優先的に捕捉・追尾するようＧＰＳレシーバ１０２を動作させることもできる。
【００６１】
例えばアンテナアレイの数は四つに限ることなく、より多数であっても良い。例えばアンテナアレイが五つ備えられている場合、測位に使用するか否かに拘わらず、それら全てにＧＰＳ衛星を捕捉・追尾させる。この場合、例えば測位に使用する四つのＧＰＳ衛星の何れかがマルチパスの影響を受けたとしても、その代替として、残りのアンテナアレイによって取得されたＧＰＳ信号を測位に使用することができる。従って測位結果をより迅速且つ途切れることなく出力することができる。このため移動体の現在位置をより高速に追従することが可能となる。
【００６２】
更に、五つのアンテナアレイ全てでＧＰＳ衛星を測位に利用できる場合、より条件の良いＧＰＳ衛星（仰角が高い、ＤＯＰが小さい等）を優先的に四つ選択して測位できるため、測位精度が向上する。
【００６３】
また、例えば車両がＧＰＳ衛星を捕捉・追尾できない場所（例えばトンネル等）に入ったとき、ＧＰＳレシーバ１０２は、トンネル進入直前の各ＧＰＳ衛星の位置情報及びＤＲ演算結果等を参照して、自己に対する各ＧＰＳ衛星の位置する方向を推測する。このような推測を行うことにより、ＧＰＳ衛星を捕捉・追尾できない時間が継続した場合であっても各アンテナアレイの指向性を適正なものに近い状態に保つことができる。従って例えば車両がトンネルを抜けたとき、各ＧＰＳ衛星の再捕捉を迅速に行うことが可能となる。なお、前記の再捕捉をより確実且つ迅速に実現するため、各アンテナアレイのビーム幅（指向性の範囲）を通常よりも広めに設定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態の車載器の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のＧＰＳアンテナユニットの構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態のアンテナアレイの構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態のＧＰＳアンテナユニットの指向性設定処理のフローチャートを示す。
【図５】アンテナアレイの指向性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０、２０、３０、４０ アンテナアレイ
１１ａ〜１１ｎ アンテナ素子
１２ａ〜１２ｎ ＬＮＡ
１３ａ〜１３ｎ 可変減衰器
１４ａ〜１４ｎ 移相器
１５ 重み付け回路
１６、５０ 合成器
１００ ＧＰＳアンテナユニット
１０２ ＧＰＳレシーバ
１１０ ナビゲーションユニット
２００ 車載器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＧＰＳ信号を受信してそれらのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するＧＰＳ受信装置において、
指向性を変更可能な複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部の各々に受信された複数のＧＰＳ信号に基づいて自己の現在位置を算出する自己位置算出手段と、
自己の向きを算出する向き算出手段と、
算出された現在位置、向き、及び、受信されたＧＰＳ信号に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出する衛星方向算出手段と、
前記衛星方向算出手段により算出された方向に基づいて、前記複数のアンテナ部の各々がそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定する指向性設定手段と、を備えたこと、を特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
前記自己位置算出手段により算出された現在位置の履歴を保存する履歴保存手段を更に備え、
前記衛星方向算出手段は、少なくとも、前記向き算出手段により算出された自己の向き、前記複数のアンテナ部の各々に受信されたＧＰＳ信号、及び、前記履歴保存手段に保存された履歴に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出すること、を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
前記履歴保存手段に履歴がない場合、前記自己位置算出手段は、指向性が設定されていない前記複数のアンテナ部の各々で受信されたＧＰＳ信号を用いて現在位置を算出すること、を特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
前記複数のアンテナ部の各々でＧＰＳ信号が受信されないとき、
少なくとも、前記履歴保存手段に保存された履歴、及び、前記向き算出手段により算出された自己の向きに基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を推測する衛星方向推測手段を更に備え、
前記指向性設定手段は、推測された各ＧＰＳ衛星の位置する方向に基づいて前記複数のアンテナ部の各々の指向性を設定すること、を特徴とする請求項２又は請求項３の何れかに記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項５】
前記指向性設定手段は、仰角の高いＧＰＳ衛星を優先して前記複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定すること、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受信装置。
【請求項６】
前記指向性設定手段は、ＤＯＰ（Dilution Of Precision）が小さい組み合わせのＧＰＳ衛星の各々を優先して前記複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定すること、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受信装置。
【請求項７】
前記複数のアンテナ部の各々で受信された信号のレベルを検出する信号レベル検出手段を更に備え、
前記指向性設定手段は所定値よりも低いレベルの信号を受信したアンテナ部に対して、別のＧＰＳ衛星に対する指向性を再設定すること、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受信装置。
【請求項８】
前記指向性設定手段は指向性を再設定するとき、捕捉・追尾対象でなかったＧＰＳ衛星の中で仰角が最も高いものを選択すること、を特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項９】
前記アンテナ部を少なくとも三つ以上備えたこと、を特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項１】
複数のＧＰＳ信号を受信してそれらのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するＧＰＳ受信装置において、
指向性を変更可能な複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部の各々に受信された複数のＧＰＳ信号に基づいて自己の現在位置を算出する自己位置算出手段と、
自己の向きを算出する向き算出手段と、
算出された現在位置、向き、及び、受信されたＧＰＳ信号に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出する衛星方向算出手段と、
前記衛星方向算出手段により算出された方向に基づいて、前記複数のアンテナ部の各々がそれぞれ異なる一機のＧＰＳ衛星に対して指向性を持つよう設定する指向性設定手段と、を備えたこと、を特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
前記自己位置算出手段により算出された現在位置の履歴を保存する履歴保存手段を更に備え、
前記衛星方向算出手段は、少なくとも、前記向き算出手段により算出された自己の向き、前記複数のアンテナ部の各々に受信されたＧＰＳ信号、及び、前記履歴保存手段に保存された履歴に基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を算出すること、を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
前記履歴保存手段に履歴がない場合、前記自己位置算出手段は、指向性が設定されていない前記複数のアンテナ部の各々で受信されたＧＰＳ信号を用いて現在位置を算出すること、を特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
前記複数のアンテナ部の各々でＧＰＳ信号が受信されないとき、
少なくとも、前記履歴保存手段に保存された履歴、及び、前記向き算出手段により算出された自己の向きに基づいて、自己に対して各ＧＰＳ衛星が位置する方向を推測する衛星方向推測手段を更に備え、
前記指向性設定手段は、推測された各ＧＰＳ衛星の位置する方向に基づいて前記複数のアンテナ部の各々の指向性を設定すること、を特徴とする請求項２又は請求項３の何れかに記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項５】
前記指向性設定手段は、仰角の高いＧＰＳ衛星を優先して前記複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定すること、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受信装置。
【請求項６】
前記指向性設定手段は、ＤＯＰ（Dilution Of Precision）が小さい組み合わせのＧＰＳ衛星の各々を優先して前記複数のアンテナ部の各々に対応付けてそれらの指向性を設定すること、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受信装置。
【請求項７】
前記複数のアンテナ部の各々で受信された信号のレベルを検出する信号レベル検出手段を更に備え、
前記指向性設定手段は所定値よりも低いレベルの信号を受信したアンテナ部に対して、別のＧＰＳ衛星に対する指向性を再設定すること、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受信装置。
【請求項８】
前記指向性設定手段は指向性を再設定するとき、捕捉・追尾対象でなかったＧＰＳ衛星の中で仰角が最も高いものを選択すること、を特徴とする請求項７に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項９】
前記アンテナ部を少なくとも三つ以上備えたこと、を特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載のＧＰＳ受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１５５４８３（Ｐ２００７−１５５４８３Ａ）
【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２００５−３５０５６４（Ｐ２００５−３５０５６４）
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【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１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【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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