ＧＰＳ受信装置
【課題】制御系の処理負担を抑えつつマルチパスやＣＷノイズ等の影響で受信状態が変化しても精度の高い測位を継続して行う。
【解決手段】測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、差分算出手段により算出された差分が所定値よりも大きいとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段とを備えたＧＰＳ受信装置を提供する。
【解決手段】測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、差分算出手段により算出された差分が所定値よりも大きいとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段とを備えた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衛星を捕捉・追尾して測位を行う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、例えば車載器や携帯電話等の種々の機器で利用されている。これらの機器にはＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行い、自己の位置情報を取得するためのＧＰＳ受信装置が実装されている。
【０００３】
ＧＰＳ受信装置において高精度の測位が実現されるためには、ＧＰＳ受信装置が良好な受信状態でＧＰＳ信号を受信する必要がある。ＧＰＳ受信装置が例えばマルチパスやＣＷ（continuous wave）ノイズの影響を受けたＧＰＳ信号を受信した場合、そのＧＰＳ信号を用いて算出される疑似距離には大きな誤差が含まれる。このように誤差が含まれた疑似距離を用いてＧＰＳ受信装置の座標とクロック・オフセット値を算出した場合もやはりその算出結果に大きな誤差が含まれることになる。なお、ＧＰＳ受信装置には一般に精度の低いクロック（水晶時計）が内蔵されている。ＧＰＳ受信装置では複数の衛星の軌道情報と疑似距離から、自己の位置とクロック・オフセット値（水晶振動子の振動周波数の設計値からの偏差の値、すなわちクロックの誤差であり、ＧＰＳ衛星に搭載された原子時計との差）が算出される。ＧＰＳ受信装置は、このクロック・オフセット値を用いて時計誤差を除去する。
【０００４】
なお、マルチパスの影響を受けたＧＰＳ信号とは、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信装置に伝搬される間に高層ビル等の障害物によって少なくとも一度反射されたＧＰＳ信号を示す。また、ＧＰＳ信号に影響を及ぼすＣＷノイズには、例えばＧＰＳ受信装置に近接して設置された電子機器からの不要輻射等で発生する搬送波周波数に近い周波数のＣＷノイズ等が挙げられる。例えばＧＰＳ受信装置が車載器に実装されたものである場合、上記電子機器は、車載器に備えられたＧＰＳ受信装置以外の構成要素であったり、車載器に近接して設置された車両の構成要素等であったりする。
【０００５】
例えば下記特許文献１や２には、測位精度を低下させ得る種々の要因（すなわちマルチパスやＣＷノイズ等）の影響を軽減させることで測位精度を向上させることができるＧＰＳ受信装置が記載されている。
【０００６】
例えば下記特許文献１には、ＧＰＳ衛星の組み合わせを何通りか試して測位を行い、複数の誤差領域を求め、それらの領域の交わりを求めることで誤差領域をより限定して測位精度向上を実現するＧＰＳ受信装置が記載されている。
【０００７】
また例えば下記特許文献２には、期待範囲外の疑似距離が算出されるとそのＧＰＳ衛星を異常なＧＰＳ衛星として除外し、他のＧＰＳ衛星を選択して測位を再試行することで測位精度向上を実現するＧＰＳ受信装置が記載されている。
【特許文献１】特開平６−１１５６０号公報
【特許文献２】特開平７−６３８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載されたＧＰＳ受信装置では現在の受信状態が良好であるか否か（換言すると誤差が少ない疑似距離を取得できる状態にあるか否か）を判定できない。従って高精度な測位を継続して行うためには受信状態が実際には良好であり測位精度が高い場合であっても、種々の組み合わせのＧＰＳ衛星を何通りも試して測位演算を行わなければならない。すなわち現在捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の受信状態が良好であるか否かに拘わらずＧＰＳ衛星の組み合わせを何通りも試して測位する必要があるため、その制御系に掛かる測位演算処理の負担が極めて大きい。
【０００９】
これに対して上記特許文献２に記載されたＧＰＳ受信装置では、期待範囲に基づいて現在の受信状態が良好であるか否かを判定することができる。ところがこのようなＧＰＳ受信装置では、上記の判定処理を行うために捕捉・追尾中の全てのＧＰＳ衛星に対して疑似距離の期待範囲を設定する必要がある。このため、上記特許文献１のＧＰＳ受信装置と同様に、その制御系に掛かる測位演算処理の負担が大きい。
【００１０】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、制御系の処理負担を抑えつつマルチパスやＣＷノイズ等の影響で受信状態が変化しても精度の高い測位を継続して行うことができる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】
【００１１】
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衛星を捕捉・追尾して測位を行う装置である。このＧＰＳ受信装置は、該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、差分算出手段により算出された差分が所定値よりも大きいとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１２】
ここで上記組み合わせ変更手段は、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせが未試行なものになるよう、除外されるべきＧＰＳ衛星を選択することができる。
【００１３】
また上記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を、
（１）仰角の低い順
（２）ＧＰＳ信号の受信Ｃ／Ｎ値が低い順
（３）衛星番号（昇順又は降順）
（４）無作為
の何れか一つの順序に従って選択することができる。
【００１４】
また上記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を段階的に増加させることもできる。
【００１５】
なお上記ＧＰＳ受信装置は、該測位において算出されたクロック・オフセット値を保存する保存手段と、保存手段に保存されている複数のクロック・オフセット値に基づいて該所定の参照値を算出する参照値算出手段とを更に備えたものであっても良い。
【００１６】
また上記ＧＰＳ受信装置は、安定した受信状況下で測位が行われたか否かを判定する受信状況判定手段を更に備えたものであっても良い。この場合、受信状況判定手段により受信状況が安定していると判定されたときのみ、保存手段は、該測位により算出されたクロック・オフセット値を保存することができる。
【００１７】
ここで上記受信状況判定手段は、
（Ａ）規定数以上のＧＰＳ衛星で測位が行われている
（Ｂ）ＤＯＰが規定値以下である
（Ｃ）ＧＰＳ信号のＣ／Ｎ値が規定値以上である
（Ｄ）測位速度が規定速度以下である
（Ｅ）測位高度が規定範囲内に収まっている
の少なくとも一つが満たされるとき、受信状況が安定していると判定しても良い。
【００１８】
また上記ＧＰＳ受信装置は、保存手段に保存されて所定期間経過したクロック・オフセット値を削除する削除手段を更に備えたものであっても良い。
【００１９】
また上記の課題を解決する本発明の別の態様に係るＧＰＳ受信装置は複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行う装置である。このＧＰＳ受信装置は、該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値とを比較する比較手段と、比較手段による比較結果に基づいて測位精度の良否を判定する測位精度判定手段と、測位精度判定手段により測位精度が低いと判定されたとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段とを備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のＧＰＳ受信装置では単一の参照用データに基づいて、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更すべきか否かを判定する。すなわち本発明のＧＰＳ受信装置では上記判定処理を行うために複数の参照用データを必要としない。ＧＰＳ受信装置の制御系は単一の参照用データに関してのみ判定処理を行えば良いため、その処理負担が従来に比べて軽減されている。
【００２１】
また測位精度が低下したと判定されたときだけ、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更することが可能となる。このため上記組み合わせの変更を最小限に抑えつつ、マルチパスやＣＷノイズ等の影響で受信状態が変化しても精度の高い測位を継続して行うことが可能となる。このような観点からも、本発明のＧＰＳ受信装置では制御系に対する処理負担が軽減されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のＧＰＳ受信装置の構成及び動作について説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態のＧＰＳ受信装置１００の構成を示したブロック図である。本実施形態のＧＰＳ受信装置１００は、アンテナ１０２、乗算器１０４、周波数シンセサイザ１０６、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１０８、Ａ／Ｄ（Analog / Digital）変換器１１０、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１４、クロック１１６、及び、メモリ１１８を備えている。
【００２４】
ＧＰＳ受信装置１００は、各ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ信号を受信して幾つかのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾する。次いで、これらの捕捉・追尾状態のＧＰＳ衛星の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）を用いて測位演算し、自己の現在位置や移動速度・方位等を取得する。
【００２５】
ＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ信号をアンテナ１０２が受信すると、その受信信号は、図示しない低雑音増幅器、所定周波数を通過させるフィルタ等を介してＧＰＳ信号帯域外（例えば１．５７５４２ＧＨｚと大きく異なる帯域）のノイズが減衰される。受信信号はノイズが減衰された後、乗算器１０４に入力される。
【００２６】
乗算器１０４は、周波数シンセサイザ１０６の発振周波数に基づいて受信信号をダウンコンバートして、ＬＰＦ１０８に出力する。なお、受信信号は、安定動作や選択特性が改善される中間周波数すなわちＩＦ（Intermediate Frequency）信号に変換される。ＩＦ信号は、ＬＰＦ１０８によってノイズが減衰された後、Ａ／Ｄ変換器１１０に入力される。Ａ／Ｄ変換器１１０は、ＩＦ信号をサンプリングしてデジタルＩＦ信号に変換し、ＤＳＰ１１２に出力する。
【００２７】
ここで、ＧＰＳ受信装置１００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受信装置１００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。本実施形態ではＧＰＳ受信装置１００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。
【００２８】
ＤＳＰ１１２はｎ個の受信チャンネル１〜ｎを有している。ＧＰＳ受信装置１００でＧＰＳ測位を行うためには、上述したように最低四機のＧＰＳ衛星を同時に捕捉・追尾する必要がある。このためＤＳＰ１１２には、通常、四つ以上に分配されたデジタルＩＦ信号が入力される。これらの分配されたデジタルＩＦ信号はそれぞれ別個の系統の回路で処理される必要がある。各デジタルＩＦ信号を処理できるよう、ＤＳＰ１１２は複数のＧＰＳ衛星の同時捕捉・追尾を行うために受信チャンネルを複数有している。なお、少なくとも四機のＧＰＳ衛星が、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置１００との疑似距離を求めて当該ＧＰＳ受信装置１００の三次元位置を特定するためと、クロック１１６の誤差を補正するために用いられる。
【００２９】
各受信チャンネルは、例えば受信可能なＧＰＳ信号全て（又はＣＰＵ１１４により指定されたＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ信号）を捕捉・追尾して、航法メッセージや疑似距離、ドップラーシフト量等を取得する。ＣＰＵ１１４は、これらのデータに基づいてＧＰＳ測位情報（自己の現在位置情、移動速度・方位等）を算出する。
【００３０】
ここで、図２に、ＤＳＰ１１２が有している受信チャンネル１の構成をブロックで示す。なお、各受信チャンネルは、全て同一に構成されており且つ同一の信号処理を行う。各受信チャンネルにおいて異なる点といえば、それぞれ別のＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ信号（別の言い方をすると、それぞれ別のＰＲＮコードで変調されたＧＰＳ信号）に対して信号処理を行うという点だけである。従って受信チャンネル２〜ｎに対する詳細な説明は、受信チャンネル１の以下の詳細な説明をもってここでは省略する。
【００３１】
受信チャンネル１は、キャリア・トラッキング・ループ１０とコード・トラッキング・ループ３０とに大別される。キャリア・トラッキング・ループ１０は、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）で、キャリアをロックするための回路であり、乗算器１２、１４、インテグレート＆ダンプ・フィルタ１６、キャリア・ループ弁別器１８、キャリア・ループ・フィルタ２０、加算器２２、及び、キャリアＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator）２４を有している。コード・トラッキング・ループ３０は、ＤＬＬ（Delay Lock Loop）で、コードをロックするための回路であり、乗算器３２、３４、インテグレート＆ダンプ・フィルタ３６、３８、コード・ループ弁別器４０、コード・ループ・フィルタ４２、加算器４４、４６、コードＮＣＯ４８、ＰＲＮコード発生器５０、及び、３ビット・シフト・レジスタ５２を有している。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器１１０から出力されたデジタルＩＦ信号は、キャリア・トラッキング・ループ１０の乗算器１２に入力される。乗算器１２は、キャリアＮＣＯ２４から出力される再生キャリア信号に基づいてデジタルＩＦ信号を直交復調し、Ｉ信号とＱ信号に変換して出力する。なお、上記再生キャリア信号は、キャリアＮＣＯ２４により生成される信号である。また、Ｉ（In-phase）信号は直交復調の際の同相成分である。また、Ｑ（Quadra-phase）信号はＩ信号と直交関係にある成分である。本明細書では説明を簡単にするため、Ｉ信号とＱ信号とをまとめて「ＩＱ信号」と略記する。
【００３３】
乗算器１２から出力されたＩＱ信号は、乗算器１４、及び、コード・トラッキング・ループ３０の乗算器３２、３４に入力される。乗算器１４は、コード・トラッキング・ループ３０の３ビット・シフト・レジスタ５２から出力される再生コードＰに基づいてＩＱ信号を逆拡散してベースバンド信号に復調し、インテグレート＆ダンプ・フィルタ１６に出力する。なお、上記再生コードＰは、コード・トラッキング・ループ３０（より正確には３ビット・シフト・レジスタ５２）により生成される信号であり、ＰＲＮコードのリファレンスコードである。
【００３４】
インテグレート＆ダンプ・フィルタ１６は、ベースバンド信号をインテグレート及びダンプして、キャリア・ループ弁別器１８に出力する。キャリア・ループ弁別器１８は、入力信号を所定の電圧レベルに応じて弁別し、キャリア・ループ・フィルタ２０に出力する。キャリア・ループ・フィルタ２０は、入力信号に対して所定のフィルタリング処理を施して、それをＮＣＯ制御信号として、加算器２２、及び、コード・トラッキング・ループ３０の加算器４４に出力する。
【００３５】
加算器２２には、キャリア・ループ・フィルタ２０からのＮＣＯ制御信号以外に、ＣＰＵ１１４から出力されたキャリアの周波数を補正するための信号が入力される。加算器２２は、これらの信号を加算して、キャリアＮＣＯ２４に出力する。キャリアＮＣＯ２４は上記の入力信号、クロック１１６からのクロック周波数に基づいて上記再生キャリア信号を生成し、乗算器１２に出力する。
【００３６】
また、乗算器３２は、３ビット・シフト・レジスタ５２から出力される再生コードＥに基づいてＩＱ信号を逆拡散してベースバンド信号に復調し、インテグレート＆ダンプ・フィルタ３６に出力する。乗算器３４は、３ビット・シフト・レジスタ５２から出力される再生コードＬに基づいてＩＱ信号を逆拡散してベースバンド信号に復調し、インテグレート＆ダンプ・フィルタ３８に出力する。なお、上記再生コードＥ及びＬは、３ビット・シフト・レジスタ５２により生成される信号であり、ＰＲＮコードのリファレンスコードである。
【００３７】
インテグレート＆ダンプ・フィルタ３６及び３８は、ベースバンド信号をインテグレート及びダンプして、コード・ループ弁別器４０に出力する。コード・ループ弁別器４０は、入力信号を所定の電圧レベルに応じて弁別し、コード・ループ・フィルタ４２に出力する。コード・ループ・フィルタ４２は、入力信号に対して所定のフィルタリング処理を施して、加算器４４に出力する。
【００３８】
加算器４４は、キャリア・ループ・フィルタ２０から出力されたＮＣＯ制御信号と、コード・ループ・フィルタ４２から出力された信号とを加算して加算器４６に出力する。加算器４６には、加算器４４からの信号以外に、ＣＰＵ１１４から出力された再生コードの周波数を補正するための信号が入力される。加算器４６はこれらの信号を加算して、コードＮＣＯ４８に出力する。コードＮＣＯ４８はクロック１１６からのクロック周波数に基づいて動作し、加算器４６からの入力信号に所定の処理を施してそれをＰＲＮコード発生器５０に出力する。ＰＲＮコード発生器５０は、ＧＰＳ信号と相関性のあるコードを発生させて３ビット・シフト・レジスタ５２に出力する。３ビット・シフト・レジスタ５２は、入力信号に基づいて上記再生コードＰ、Ｅ、Ｌ（すなわちＰＲＮコードのリファレンスコード）を作成して、それぞれを乗算器１４、３２、３４に出力する。
【００３９】
キャリア・トラッキング・ループ１０における上述した一連の処理が行われることにより、ＧＰＳ信号のＰＲＮコードが取得される。加えて、コード・トラッキング・ループ３０における上述した一連の処理が行われることにより、上記ＰＲＮコードと、受信チャンネル１で生成された各再生コード信号とが位相同期されて、航法メッセージが取得される。また更に、受信チャンネル１は、図示しない算出手段により、航法メッセージに基づいて、ＧＰＳ衛星の座標、ドップラーシフト量、キャリア周波数（疑似距離レート）、キャリア位相、ＧＰＳ受信装置１００におけるＧＰＳタイムラグ等を算出する。
【００４０】
コード・トラッキング・ループ３０でのＧＰＳ信号のＰＲＮコードとの同期処理を行う過程において、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信装置１００までのＧＰＳ信号の伝搬時間が取得される。受信チャンネル１は、ＧＰＳ衛星の座標と伝搬時間とに基づいてＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置１００との疑似距離を算出し、ＣＰＵ１１４に出力する。
【００４１】
例えばＧＰＳ衛星ｉの疑似距離ｒｉは以下の式（１）で表される。三次元測位では式（１）に示されるように未知のパラメータが四つ存在するため、捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星が少なくとも四機必要となる。
【数１】
ただし、ＧＰＳ衛星ｉの位置座標を（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、ＧＰＳ受信装置１００の位置座標を（ｘ、ｙ、ｚ）、「ｃ」を光の速度、「δ」をクロック１１６の誤差を除去するためのクロック・オフセット値とする。
【００４２】
ＣＰＵ１１４は、各受信チャンネルで取得された航法メッセージに基づいて算出された各測定値やデータ、疑似距離等により、ＧＰＳ測位情報（車載器１００の現在位置情報、移動速度・方位等、正確な時刻）を算出する。ＣＰＵ１１４は、例えば航法メッセージに基づいて算出された少なくとも四つの疑似距離に基づいて上記式（１）を解き、自己の現在位置情報を算出する。上記式（１）は非線形の連立方程式であるため、通常は適当な初期値を用いて線形化を行い、ニュートン・ラフソン法により解を求める。
【００４３】
なお、二次元測位の場合は高度を既知と仮定する。従って少なくとも三機のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するだけで自己の現在位置情報を算出することができる。また、五機以上のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位に利用する場合は、ＧＰＳ衛星の数が未知のパラメータの数よりも多くなる。このため最小二乗法を用いて上記式を解くことができる。従ってより正確な解を得ることが可能となる。
【００４４】
ここで、上述したようにマルチパスやＣＷノイズ等の影響で受信状態が悪化した場合、取得される疑似距離に誤差が含まれるため測位精度が低下する。本実施形態では図３に示されたフローチャートの処理により、疑似距離に誤差が含まれているか否かを検知して測位精度を向上させることができる。なお、図３に示された処理はＣＰＵ１１４により実行されるものであり、ＧＰＳ受信装置１００の図示しない電源がオンされると開始され、オフされると終了する。
【００４５】
ＧＰＳ受信装置１００の電源がオンされるとＣＰＵ１１４は、先ず、受信可能なＧＰＳ信号全てを受信して四機以上のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するようＤＳＰ１１２に指令を出す。次いで、測位計算に使用可能なＧＰＳ衛星の総数Ａが四以上であるか否かを判定する（ステップ１、以下、ステップを「Ｓ」と略記）。「Ａ」が四に満たない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は所定時間待機した後にＳ１の判定処理を再び実行する。「Ａ」が四以上の場合（Ｓ１：ＹＥＳ）ＣＰＵ１１４は測位を行う（Ｓ２）。すなわち各受信チャンネルで取得された疑似距離を用いて上記式（１）を解き、ＧＰＳ受信装置１００の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）及びクロック・オフセット値δの解を得る。
【００４６】
ＣＰＵ１１４はＳ２の測位処理に次いで、クロック・オフセット基準値δｒｅｆが算出されているか否かを判定する（Ｓ３）。クロック・オフセット基準値δｒｅｆが算出されていない場合（Ｓ３：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４はクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出する（Ｓ６）。なおクロック・オフセット基準値δｒｅｆは、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響の有無を判断するために算出される値である。また、ｎ個以上のクロック・オフセット値δの平均値であって、以下の条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たすクロック・オフセット値δの平均値である。
（Ａ）直近（一定の期間、例えば過去数秒間）で算出されたクロック・オフセット値δ
（Ｂ）良好な受信状態で算出されたクロック・オフセット値δ
【００４７】
図４に、図３のＳ６の「δｒｅｆ」算出処理のサブルーチンを示す。以下、図４を用いて「δｒｅｆ」算出処理を説明する。
【００４８】
ＣＰＵ１１４は、先ず、例えばメモリ１１８の所定領域をフォーマットして変数ｎを０にリセットする（Ｓ６１）。次いで、現在の受信状態が良好であるか否かを判定する（Ｓ６２）。Ｓ６２の判定処理は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたときに受信状態が不安定になることを利用して、一定の期間安定的な測位が継続して行われていたか否か（換言すると一定の期間不安定になることなく測位が継続して行われていたか否か）に基づいて実行される。安定的な測位を行っているか否かに関しては例えば以下の条件（Ｃ）〜（Ｇ）に基づいて判定される。これらの条件を満たす場合、ＧＰＳ受信装置１００で安定的な測位が行われていると言える。
（Ｃ）規定数以上のＧＰＳ衛星で測位演算が行われている
（Ｄ）ＤＯＰ（Dilution Of Precision）が規定値以下である
（Ｅ）受信したＧＰＳ信号の各々が規定値以上のＣ／Ｎ値である
（Ｆ）測位速度が規定速度以下である
（Ｇ）測位高度が規定範囲内に収まっている
【００４９】
なお、ＧＰＳ受信装置１００を例えばナビゲーション機能を備えた車載器に実装する場合、ＧＰＳ測位での位置情報とＤＲ（Dead Reckoning）センサ等による推定位置情報との比較や、ＧＰＳ測位での速度情報と車速パルスとの比較等に基づいて安定的な測位を行っているか否かを判定することができる。すなわち上記の比較において互いの値が大きく乖離している場合、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けた可能性があるとして、安定的な測位が行われていないと判定することができる。
【００５０】
Ｓ６２の判定処理において現在の受信状態が良好であると判定される場合（Ｓ６２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δが誤差の少ない値であるとして、当該クロック・オフセット値δをメモリ１１８の所定領域に保存する（Ｓ６３）。次いで変数ｎを１インクリメントして（Ｓ６４）、Ｓ６５の処理に進む。このとき、保存するクロック・オフセット値δに関連づけて、測位が行われた時刻情報も保存する。また、現在の受信状態が良好でないと判定される場合（Ｓ６２：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δに比較的大きな誤差が含まれていると判断して、それをメモリ１１８の所定領域に保存することなくＳ６５の処理に進む。
【００５１】
Ｓ６５の処理においてＣＰＵ１１４は、メモリ１１８の所定領域に保存された時刻情報を参照して、保存されてから一定の期間（「有効期間Ｔ」とする）が経過したクロック・オフセット値δがあるか否かを判定する。保存後に有効期間Ｔが経過したクロック・オフセット値δがある場合（Ｓ６５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、そのクロック・オフセット値δが直近のデータでなく信頼性が低いものとして削除する（Ｓ６６）。次いで変数ｎを１デクリメントして（Ｓ６７）、Ｓ６８の処理に進む。また、保存後に有効期間Ｔが経過したクロック・オフセット値δがない場合（Ｓ６５：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は、保存されている各クロック・オフセット値δが直近のデータであり信頼性が高いものであるとして、それらを削除することなくＳ６８の処理に進む。
【００５２】
ここで、保存されてから有効期間Ｔが経過してないクロック・オフセット値δの信頼性が高い理由について説明を加える。クロック１１６の水晶振動子の振動周波数の偏差は周辺温度に依存して変化する。また経時的にも変化する。しかし、ＧＰＳ受信装置は一般にシールドケース等により外気と遮断されている。また車載器や携帯電話等の機器に内蔵されているため、クロック１１６は温度変化を受け難い環境にあると言える。従って温度変化による上記偏差の変化は短期間（ここでは「有効期間Ｔ」）では実質的には起こらない。また経時変化も短期間では無視することができる。このため、直近のデータ（すなわち保存後に有効期間Ｔが経過していないデータ）の信頼性が高いと言える。
【００５３】
Ｓ６８の処理においてＣＰＵ１１４は、変数ｎが所定数以上であるか否かを判定する。変数ｎが所定数以上である場合（Ｓ６８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、精度の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出できる程度のサンプリング数が収集できたとして、下記式（２）に基づいてクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出する（Ｓ６９）。次いで、算出されたクロック・オフセット基準値δｒｅｆをメモリ１１８に保存して図４のサブルーチンをリターンし、図３のＳ１の処理に復帰する。また変数ｎが所定数未満である場合（Ｓ６８：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は、オフセット基準値δｒｅｆを算出することなく、図４のサブルーチンをリターンして図３のＳ１の処理に復帰する。
【数２】
【００５４】
ここで、図３のフローチャートの説明に戻る。Ｓ３の処理においてクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出されている場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響の有無を判断するために、図４のＳ６９の処理で算出されたクロック・オフセット基準値δｒｅｆと、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δとの差の絶対値ｄを算出する（Ｓ４）。
【００５５】
次に、ＣＰＵ１１４は算出された絶対値ｄが所定値Ｒ以下か否かを判定する（Ｓ５）。絶対値ｄが所定値Ｒ以下の場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆと、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δとの乖離が小さいことを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響がなく（すなわち影響が小さく測位精度が高い）測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせが好適なものであるとしてＳ６の処理に進み、当該組み合わせで算出された測位結果を出力する。
【００５６】
これに対して絶対値ｄが所定値Ｒよりも大きい場合（Ｓ５：ＮＯ）、信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆと、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δとの乖離が大きいことを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響があり（すなわち影響が大きく測位精度が低い）測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する必要があるとして、Ｓ７の処理に進む。
【００５７】
Ｓ７の処理においてＣＰＵ１１４は除外数Ｅを０にリセットする。次いでＣＰＵ１１４は除外数Ｅを１インクリメントして（Ｓ８）、更に、総数Ａから除外数Ｅを減算して測位利用数Ｕを算出する（Ｓ９）。なお除外数Ｅは測位演算から除外されるＧＰＳ衛星の数を示す。また測位利用数Ｕは測位に利用するＧＰＳ衛星の数を示す。すなわちＳ９の処理においてＣＰＵ１１４は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けているＧＰＳ信号を検出するため、捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星の中から任意の幾つかを除外して、測位に利用するＧＰＳ衛星の数を設定する。
【００５８】
Ｓ１０の処理においてＣＰＵ１１４は、測位利用数Ｕが四以上（二次元測位の場合は三以上）か否かを判定する。測位利用数Ｕが四未満の場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は「非測位」としてＳ１の処理に復帰し、上述した一連の処理を繰り返す。また測位利用数Ｕが四以上の場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせが未試行なものになるように除外されるべきＧＰＳ衛星を選択する（Ｓ１１）。除外されるべきＧＰＳ衛星の選択方法として例えば以下の方法が挙げられる。
・選択方法１・・・仰角の低いＧＰＳ衛星から順に選択
・選択方法２・・・ＧＰＳ信号の受信Ｃ／Ｎ値が低いものから順に選択
・選択方法３・・・衛星番号（昇順又は降順）に従って選択
・選択方法４・・・無作為に選択
これらの選択方法の中では特に選択方法１及び２が好ましい。これは、選択方法１ではマルチパスの影響を受けた可能性が高いものを優先的に選択することができ、選択方法２ではマルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けた可能性が高いものを優先的に選択することができるからである。
【００５９】
次にＣＰＵ１１４は、捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星の中から除外対象以外のものを利用して測位演算を行い（Ｓ１２）、ここで算出されたクロック・オフセット値δと、現在のクロック・オフセット基準値δｒｅｆとの差の絶対値ｄを算出する（Ｓ１３）。次いで、算出された絶対値ｄが所定値Ｒ以下か否かを判定する（Ｓ１４）。絶対値ｄが所定値Ｒ以下の場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１２の処理で算出されたクロック・オフセット値δが信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆに近似した値であることを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたＧＰＳ衛星が除外されて、測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせが好適なものであるとしてＳ６の処理に進み、当該組み合わせで算出された測位結果を出力する。
【００６０】
これに対して絶対値ｄが所定値Ｒよりも大きい場合（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１２の処理で算出されたクロック・オフセット値δが信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆに対して相変わらず大きく乖離していることを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたＧＰＳ衛星が除外されておらず、測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する必要があるとして、Ｓ１５の処理に進む。
【００６１】
Ｓ１５の処理においてＣＰＵ１１４は、現在設定されている測位利用数Ｕで全ての組み合わせの測位が試行されたか否かを判定する。未試行の組み合わせが残っている場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４はＳ１１の処理に復帰して新たな組み合わせで測位を再試行する。また全ての組み合わせで測位が試行された場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４はＳ８の処理に復帰して除外されるべきＧＰＳ衛星の数を増やし、新たな組み合わせで測位を再試行する。なお、試行される組み合わせ数Ｌは以下の式（３）で算出される。
【数３】
すなわちＣＰＵ１１４はある除外数Ｅに対して最大でＬ回、Ｓ１１〜Ｓ１５の処理を行う。そしてこの一連の処理をある除外数Ｅに対してＬ回繰り返しても絶対値ｄが所定値Ｒ以下にならない場合、除外数Ｅを一つ増やして当該処理を再び実行する。
【００６２】
例えば捕捉・追尾可能なＧＰＳ衛星の総数Ａが「六」（説明の便宜上、各ＧＰＳ衛星に対して「ＳＶ１」、「ＳＶ２」、「ＳＶ３」、「ＳＶ４」、「ＳＶ５」、「ＳＶ６」を付す）であり、Ｓ５の処理で絶対値ｄが所定値Ｒよりも大きいと判定された場合、Ｓ８の処理において除外数Ｅが「一」に設定される。このとき測位利用数Ｕは「五」であるため、ＣＰＵ１１４はＳ１１〜Ｓ１５の処理に移行する。ここで、除外されるべきＧＰＳ衛星の選択方法として例えば上記選択方法１が採用されており、各ＧＰＳ衛星の仰角は「ＳＶ２」が最も低く、「ＳＶ４」、「ＳＶ１」、「ＳＶ５」、「ＳＶ３」、「ＳＶ６」の順に高くなっていくものとする。この場合、絶対値ｄが所定値Ｒ以下になるまでＧＰＳ衛星の組み合わせが以下の順番（Ｔ１〜Ｔ６）で設定され、最大で六回の測位が施行される。
（Ｔ１）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」を除外）
（Ｔ２）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ３）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」を除外）
（Ｔ４）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ５）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ３」を除外）
（Ｔ６）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ６」を除外）
上記の何れかの組み合わせで絶対値ｄが所定値Ｒ以下になった場合、ＣＰＵ１１４はその組み合わせをマルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けないものと判定し、その時点でＳ１１〜Ｓ１５の処理からＳ６の処理に移行して、当該組み合わせで測位を継続して行う。
【００６３】
これに対して上記六回の測位においても絶対値ｄが所定値Ｒ以下にならない場合、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたＧＰＳ衛星が除外されておらず、測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する必要があるとして、ＣＰＵ１１４は除外数Ｅを「二」に増やす。次いで、絶対値ｄが所定値Ｒ以下になるまでＧＰＳ衛星の組み合わせを以下の順番（Ｔ'１〜Ｔ'１５）で設定して、最大で十五回の測位を試行する。
（Ｔ'１）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ'２）「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ２」を除外）
（Ｔ'３）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'４）「ＳＶ１」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」「ＳＶ３」を除外）
（Ｔ'５）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ２」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'６）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ'７）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ６」（「ＳＶ４」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'８）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ３」「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ'９）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ５」（「ＳＶ４」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'１０）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'１１）「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ３」を除外）
（Ｔ'１２）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ１」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'１３）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ３」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'１４）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」（「ＳＶ５」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'１５）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ３」「ＳＶ６」を除外）
なお、これらの測位でも絶対値ｄが所定値Ｒ以下にならない場合、ＣＰＵ１１４は除外数Ｅを「三」に増やす。ところがこの場合、測位利用数Ｕが「三」となるため三次元測位ができない。従ってＣＰＵ１１４は「非測位」としてＳ１の処理に復帰し、測位可となるまで待機する。
【００６４】
本実施形態によると、クロック・オフセット基準値δｒｅｆとクロック・オフセット値δとの乖離が大きくなった（すなわちマルチパスやＣＷノイズ等の影響で測位精度が低下した）ときだけ、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更すれば良い。すなわちその組み合わせを不必要に変更しなくても良い。従ってＣＰＵ１１４に大きな処理負担が掛からない。また、測位精度低下を判断するために予め算出されるべき参照用データはクロック・オフセット基準値δｒｅｆだけである。つまりＣＰＵ１１４は複数の参照用データを算出する必要がない（換言すると算出されるべき参照用データは単一で良い）。このような観点からもＣＰＵ１１４に大きな処理負担が掛からない。
【００６５】
また本実施形態によると、マルチパスやＣＷノイズの影響を受けていない可能性の高い直近の測位解に基づくクロック・オフセット基準値δｒｅｆとの比較により位置飛び（位置の真値からの飛び）を検出しているため、正確な、すなわち真値に近い測位解の取得が実現可能となる。
【００６６】
ここで、例えば上記特許文献２に記載されたＧＰＳ受信装置においては、移動速度に基づいて現在の疑似距離の推定値を算出してそれを前回の測位の疑似距離と比較し、その差が期待範囲内であるか否かによって判定対象のＧＰＳ衛星を除外するか否かを決定している。このような場合、例えばマルチパスやＣＷノイズ等により疑似距離誤差が徐々に増加するような状況では、判定処理毎において上記差が期待範囲を越えない可能性が十分にある。別の観点で説明すると、参照値として用いている前回測位の疑似距離自体に誤差が含まれる可能性が十分にある。このため疑似距離誤差を良好に除去できないこともある。
【００６７】
また上記特許文献２に記載されたＧＰＳ受信装置において、位置飛びしてしまった後にノイズの影響がなくなって正しい位置に復帰した場合、位置飛びしているときの誤った疑似距離推定値と、ノイズ等の影響がなく誤差の小さい疑似距離測定値との差が大きくなってしまう。このため、正確な位置情報を再び取得するために時間が掛かる可能性がある。
【００６８】
これに対して本実施形態では、クロック・オフセット基準値δｒｅｆに対するクロック・オフセット値δの乖離が所定値以上になれば疑似距離誤差を検知できるため、マルチパスやＣＷノイズ等により疑似距離誤差が徐々に増加するような状況であっても誤差を確実に除去することが可能である。またノイズの影響を受けていない可能性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆを参照値として用いているため、正確な位置情報の再取得も迅速に実現可能である。
【００６９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態のＧＰＳ受信装置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受信装置に備えられたＤＳＰが有している受信チャンネル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ＧＰＳ受信装置に備えられたＣＰＵにより実行される処理を示したフローチャートである。
【図４】図３のＳ６の「δｒｅｆ」算出処理のサブルーチンである。
【符号の説明】
【００７１】
１〜ｎ 受信チャンネル
１００ ＧＰＳ受信装置
１１２ ＤＳＰ
１１４ ＣＰＵ
１１６ クロック
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行う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、例えば車載器や携帯電話等の種々の機器で利用されている。これらの機器にはＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行い、自己の位置情報を取得するためのＧＰＳ受信装置が実装されている。
【０００３】
ＧＰＳ受信装置において高精度の測位が実現されるためには、ＧＰＳ受信装置が良好な受信状態でＧＰＳ信号を受信する必要がある。ＧＰＳ受信装置が例えばマルチパスやＣＷ（continuous wave）ノイズの影響を受けたＧＰＳ信号を受信した場合、そのＧＰＳ信号を用いて算出される疑似距離には大きな誤差が含まれる。このように誤差が含まれた疑似距離を用いてＧＰＳ受信装置の座標とクロック・オフセット値を算出した場合もやはりその算出結果に大きな誤差が含まれることになる。なお、ＧＰＳ受信装置には一般に精度の低いクロック（水晶時計）が内蔵されている。ＧＰＳ受信装置では複数の衛星の軌道情報と疑似距離から、自己の位置とクロック・オフセット値（水晶振動子の振動周波数の設計値からの偏差の値、すなわちクロックの誤差であり、ＧＰＳ衛星に搭載された原子時計との差）が算出される。ＧＰＳ受信装置は、このクロック・オフセット値を用いて時計誤差を除去する。
【０００４】
なお、マルチパスの影響を受けたＧＰＳ信号とは、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信装置に伝搬される間に高層ビル等の障害物によって少なくとも一度反射されたＧＰＳ信号を示す。また、ＧＰＳ信号に影響を及ぼすＣＷノイズには、例えばＧＰＳ受信装置に近接して設置された電子機器からの不要輻射等で発生する搬送波周波数に近い周波数のＣＷノイズ等が挙げられる。例えばＧＰＳ受信装置が車載器に実装されたものである場合、上記電子機器は、車載器に備えられたＧＰＳ受信装置以外の構成要素であったり、車載器に近接して設置された車両の構成要素等であったりする。
【０００５】
例えば下記特許文献１や２には、測位精度を低下させ得る種々の要因（すなわちマルチパスやＣＷノイズ等）の影響を軽減させることで測位精度を向上させることができるＧＰＳ受信装置が記載されている。
【０００６】
例えば下記特許文献１には、ＧＰＳ衛星の組み合わせを何通りか試して測位を行い、複数の誤差領域を求め、それらの領域の交わりを求めることで誤差領域をより限定して測位精度向上を実現するＧＰＳ受信装置が記載されている。
【０００７】
また例えば下記特許文献２には、期待範囲外の疑似距離が算出されるとそのＧＰＳ衛星を異常なＧＰＳ衛星として除外し、他のＧＰＳ衛星を選択して測位を再試行することで測位精度向上を実現するＧＰＳ受信装置が記載されている。
【特許文献１】特開平６−１１５６０号公報
【特許文献２】特開平７−６３８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載されたＧＰＳ受信装置では現在の受信状態が良好であるか否か（換言すると誤差が少ない疑似距離を取得できる状態にあるか否か）を判定できない。従って高精度な測位を継続して行うためには受信状態が実際には良好であり測位精度が高い場合であっても、種々の組み合わせのＧＰＳ衛星を何通りも試して測位演算を行わなければならない。すなわち現在捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の受信状態が良好であるか否かに拘わらずＧＰＳ衛星の組み合わせを何通りも試して測位する必要があるため、その制御系に掛かる測位演算処理の負担が極めて大きい。
【０００９】
これに対して上記特許文献２に記載されたＧＰＳ受信装置では、期待範囲に基づいて現在の受信状態が良好であるか否かを判定することができる。ところがこのようなＧＰＳ受信装置では、上記の判定処理を行うために捕捉・追尾中の全てのＧＰＳ衛星に対して疑似距離の期待範囲を設定する必要がある。このため、上記特許文献１のＧＰＳ受信装置と同様に、その制御系に掛かる測位演算処理の負担が大きい。
【００１０】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、制御系の処理負担を抑えつつマルチパスやＣＷノイズ等の影響で受信状態が変化しても精度の高い測位を継続して行うことができる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】
【００１１】
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衛星を捕捉・追尾して測位を行う装置である。このＧＰＳ受信装置は、該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、差分算出手段により算出された差分が所定値よりも大きいとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１２】
ここで上記組み合わせ変更手段は、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせが未試行なものになるよう、除外されるべきＧＰＳ衛星を選択することができる。
【００１３】
また上記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を、
（１）仰角の低い順
（２）ＧＰＳ信号の受信Ｃ／Ｎ値が低い順
（３）衛星番号（昇順又は降順）
（４）無作為
の何れか一つの順序に従って選択することができる。
【００１４】
また上記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を段階的に増加させることもできる。
【００１５】
なお上記ＧＰＳ受信装置は、該測位において算出されたクロック・オフセット値を保存する保存手段と、保存手段に保存されている複数のクロック・オフセット値に基づいて該所定の参照値を算出する参照値算出手段とを更に備えたものであっても良い。
【００１６】
また上記ＧＰＳ受信装置は、安定した受信状況下で測位が行われたか否かを判定する受信状況判定手段を更に備えたものであっても良い。この場合、受信状況判定手段により受信状況が安定していると判定されたときのみ、保存手段は、該測位により算出されたクロック・オフセット値を保存することができる。
【００１７】
ここで上記受信状況判定手段は、
（Ａ）規定数以上のＧＰＳ衛星で測位が行われている
（Ｂ）ＤＯＰが規定値以下である
（Ｃ）ＧＰＳ信号のＣ／Ｎ値が規定値以上である
（Ｄ）測位速度が規定速度以下である
（Ｅ）測位高度が規定範囲内に収まっている
の少なくとも一つが満たされるとき、受信状況が安定していると判定しても良い。
【００１８】
また上記ＧＰＳ受信装置は、保存手段に保存されて所定期間経過したクロック・オフセット値を削除する削除手段を更に備えたものであっても良い。
【００１９】
また上記の課題を解決する本発明の別の態様に係るＧＰＳ受信装置は複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行う装置である。このＧＰＳ受信装置は、該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値とを比較する比較手段と、比較手段による比較結果に基づいて測位精度の良否を判定する測位精度判定手段と、測位精度判定手段により測位精度が低いと判定されたとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段とを備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のＧＰＳ受信装置では単一の参照用データに基づいて、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更すべきか否かを判定する。すなわち本発明のＧＰＳ受信装置では上記判定処理を行うために複数の参照用データを必要としない。ＧＰＳ受信装置の制御系は単一の参照用データに関してのみ判定処理を行えば良いため、その処理負担が従来に比べて軽減されている。
【００２１】
また測位精度が低下したと判定されたときだけ、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更することが可能となる。このため上記組み合わせの変更を最小限に抑えつつ、マルチパスやＣＷノイズ等の影響で受信状態が変化しても精度の高い測位を継続して行うことが可能となる。このような観点からも、本発明のＧＰＳ受信装置では制御系に対する処理負担が軽減されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のＧＰＳ受信装置の構成及び動作について説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態のＧＰＳ受信装置１００の構成を示したブロック図である。本実施形態のＧＰＳ受信装置１００は、アンテナ１０２、乗算器１０４、周波数シンセサイザ１０６、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１０８、Ａ／Ｄ（Analog / Digital）変換器１１０、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１４、クロック１１６、及び、メモリ１１８を備えている。
【００２４】
ＧＰＳ受信装置１００は、各ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ信号を受信して幾つかのＧＰＳ衛星を捕捉・追尾する。次いで、これらの捕捉・追尾状態のＧＰＳ衛星の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）を用いて測位演算し、自己の現在位置や移動速度・方位等を取得する。
【００２５】
ＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ信号をアンテナ１０２が受信すると、その受信信号は、図示しない低雑音増幅器、所定周波数を通過させるフィルタ等を介してＧＰＳ信号帯域外（例えば１．５７５４２ＧＨｚと大きく異なる帯域）のノイズが減衰される。受信信号はノイズが減衰された後、乗算器１０４に入力される。
【００２６】
乗算器１０４は、周波数シンセサイザ１０６の発振周波数に基づいて受信信号をダウンコンバートして、ＬＰＦ１０８に出力する。なお、受信信号は、安定動作や選択特性が改善される中間周波数すなわちＩＦ（Intermediate Frequency）信号に変換される。ＩＦ信号は、ＬＰＦ１０８によってノイズが減衰された後、Ａ／Ｄ変換器１１０に入力される。Ａ／Ｄ変換器１１０は、ＩＦ信号をサンプリングしてデジタルＩＦ信号に変換し、ＤＳＰ１１２に出力する。
【００２７】
ここで、ＧＰＳ受信装置１００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受信装置１００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。本実施形態ではＧＰＳ受信装置１００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。
【００２８】
ＤＳＰ１１２はｎ個の受信チャンネル１〜ｎを有している。ＧＰＳ受信装置１００でＧＰＳ測位を行うためには、上述したように最低四機のＧＰＳ衛星を同時に捕捉・追尾する必要がある。このためＤＳＰ１１２には、通常、四つ以上に分配されたデジタルＩＦ信号が入力される。これらの分配されたデジタルＩＦ信号はそれぞれ別個の系統の回路で処理される必要がある。各デジタルＩＦ信号を処理できるよう、ＤＳＰ１１２は複数のＧＰＳ衛星の同時捕捉・追尾を行うために受信チャンネルを複数有している。なお、少なくとも四機のＧＰＳ衛星が、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置１００との疑似距離を求めて当該ＧＰＳ受信装置１００の三次元位置を特定するためと、クロック１１６の誤差を補正するために用いられる。
【００２９】
各受信チャンネルは、例えば受信可能なＧＰＳ信号全て（又はＣＰＵ１１４により指定されたＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ信号）を捕捉・追尾して、航法メッセージや疑似距離、ドップラーシフト量等を取得する。ＣＰＵ１１４は、これらのデータに基づいてＧＰＳ測位情報（自己の現在位置情、移動速度・方位等）を算出する。
【００３０】
ここで、図２に、ＤＳＰ１１２が有している受信チャンネル１の構成をブロックで示す。なお、各受信チャンネルは、全て同一に構成されており且つ同一の信号処理を行う。各受信チャンネルにおいて異なる点といえば、それぞれ別のＧＰＳ衛星から発信されたＧＰＳ信号（別の言い方をすると、それぞれ別のＰＲＮコードで変調されたＧＰＳ信号）に対して信号処理を行うという点だけである。従って受信チャンネル２〜ｎに対する詳細な説明は、受信チャンネル１の以下の詳細な説明をもってここでは省略する。
【００３１】
受信チャンネル１は、キャリア・トラッキング・ループ１０とコード・トラッキング・ループ３０とに大別される。キャリア・トラッキング・ループ１０は、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）で、キャリアをロックするための回路であり、乗算器１２、１４、インテグレート＆ダンプ・フィルタ１６、キャリア・ループ弁別器１８、キャリア・ループ・フィルタ２０、加算器２２、及び、キャリアＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator）２４を有している。コード・トラッキング・ループ３０は、ＤＬＬ（Delay Lock Loop）で、コードをロックするための回路であり、乗算器３２、３４、インテグレート＆ダンプ・フィルタ３６、３８、コード・ループ弁別器４０、コード・ループ・フィルタ４２、加算器４４、４６、コードＮＣＯ４８、ＰＲＮコード発生器５０、及び、３ビット・シフト・レジスタ５２を有している。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器１１０から出力されたデジタルＩＦ信号は、キャリア・トラッキング・ループ１０の乗算器１２に入力される。乗算器１２は、キャリアＮＣＯ２４から出力される再生キャリア信号に基づいてデジタルＩＦ信号を直交復調し、Ｉ信号とＱ信号に変換して出力する。なお、上記再生キャリア信号は、キャリアＮＣＯ２４により生成される信号である。また、Ｉ（In-phase）信号は直交復調の際の同相成分である。また、Ｑ（Quadra-phase）信号はＩ信号と直交関係にある成分である。本明細書では説明を簡単にするため、Ｉ信号とＱ信号とをまとめて「ＩＱ信号」と略記する。
【００３３】
乗算器１２から出力されたＩＱ信号は、乗算器１４、及び、コード・トラッキング・ループ３０の乗算器３２、３４に入力される。乗算器１４は、コード・トラッキング・ループ３０の３ビット・シフト・レジスタ５２から出力される再生コードＰに基づいてＩＱ信号を逆拡散してベースバンド信号に復調し、インテグレート＆ダンプ・フィルタ１６に出力する。なお、上記再生コードＰは、コード・トラッキング・ループ３０（より正確には３ビット・シフト・レジスタ５２）により生成される信号であり、ＰＲＮコードのリファレンスコードである。
【００３４】
インテグレート＆ダンプ・フィルタ１６は、ベースバンド信号をインテグレート及びダンプして、キャリア・ループ弁別器１８に出力する。キャリア・ループ弁別器１８は、入力信号を所定の電圧レベルに応じて弁別し、キャリア・ループ・フィルタ２０に出力する。キャリア・ループ・フィルタ２０は、入力信号に対して所定のフィルタリング処理を施して、それをＮＣＯ制御信号として、加算器２２、及び、コード・トラッキング・ループ３０の加算器４４に出力する。
【００３５】
加算器２２には、キャリア・ループ・フィルタ２０からのＮＣＯ制御信号以外に、ＣＰＵ１１４から出力されたキャリアの周波数を補正するための信号が入力される。加算器２２は、これらの信号を加算して、キャリアＮＣＯ２４に出力する。キャリアＮＣＯ２４は上記の入力信号、クロック１１６からのクロック周波数に基づいて上記再生キャリア信号を生成し、乗算器１２に出力する。
【００３６】
また、乗算器３２は、３ビット・シフト・レジスタ５２から出力される再生コードＥに基づいてＩＱ信号を逆拡散してベースバンド信号に復調し、インテグレート＆ダンプ・フィルタ３６に出力する。乗算器３４は、３ビット・シフト・レジスタ５２から出力される再生コードＬに基づいてＩＱ信号を逆拡散してベースバンド信号に復調し、インテグレート＆ダンプ・フィルタ３８に出力する。なお、上記再生コードＥ及びＬは、３ビット・シフト・レジスタ５２により生成される信号であり、ＰＲＮコードのリファレンスコードである。
【００３７】
インテグレート＆ダンプ・フィルタ３６及び３８は、ベースバンド信号をインテグレート及びダンプして、コード・ループ弁別器４０に出力する。コード・ループ弁別器４０は、入力信号を所定の電圧レベルに応じて弁別し、コード・ループ・フィルタ４２に出力する。コード・ループ・フィルタ４２は、入力信号に対して所定のフィルタリング処理を施して、加算器４４に出力する。
【００３８】
加算器４４は、キャリア・ループ・フィルタ２０から出力されたＮＣＯ制御信号と、コード・ループ・フィルタ４２から出力された信号とを加算して加算器４６に出力する。加算器４６には、加算器４４からの信号以外に、ＣＰＵ１１４から出力された再生コードの周波数を補正するための信号が入力される。加算器４６はこれらの信号を加算して、コードＮＣＯ４８に出力する。コードＮＣＯ４８はクロック１１６からのクロック周波数に基づいて動作し、加算器４６からの入力信号に所定の処理を施してそれをＰＲＮコード発生器５０に出力する。ＰＲＮコード発生器５０は、ＧＰＳ信号と相関性のあるコードを発生させて３ビット・シフト・レジスタ５２に出力する。３ビット・シフト・レジスタ５２は、入力信号に基づいて上記再生コードＰ、Ｅ、Ｌ（すなわちＰＲＮコードのリファレンスコード）を作成して、それぞれを乗算器１４、３２、３４に出力する。
【００３９】
キャリア・トラッキング・ループ１０における上述した一連の処理が行われることにより、ＧＰＳ信号のＰＲＮコードが取得される。加えて、コード・トラッキング・ループ３０における上述した一連の処理が行われることにより、上記ＰＲＮコードと、受信チャンネル１で生成された各再生コード信号とが位相同期されて、航法メッセージが取得される。また更に、受信チャンネル１は、図示しない算出手段により、航法メッセージに基づいて、ＧＰＳ衛星の座標、ドップラーシフト量、キャリア周波数（疑似距離レート）、キャリア位相、ＧＰＳ受信装置１００におけるＧＰＳタイムラグ等を算出する。
【００４０】
コード・トラッキング・ループ３０でのＧＰＳ信号のＰＲＮコードとの同期処理を行う過程において、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信装置１００までのＧＰＳ信号の伝搬時間が取得される。受信チャンネル１は、ＧＰＳ衛星の座標と伝搬時間とに基づいてＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置１００との疑似距離を算出し、ＣＰＵ１１４に出力する。
【００４１】
例えばＧＰＳ衛星ｉの疑似距離ｒｉは以下の式（１）で表される。三次元測位では式（１）に示されるように未知のパラメータが四つ存在するため、捕捉・追尾すべきＧＰＳ衛星が少なくとも四機必要となる。
【数１】
ただし、ＧＰＳ衛星ｉの位置座標を（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、ＧＰＳ受信装置１００の位置座標を（ｘ、ｙ、ｚ）、「ｃ」を光の速度、「δ」をクロック１１６の誤差を除去するためのクロック・オフセット値とする。
【００４２】
ＣＰＵ１１４は、各受信チャンネルで取得された航法メッセージに基づいて算出された各測定値やデータ、疑似距離等により、ＧＰＳ測位情報（車載器１００の現在位置情報、移動速度・方位等、正確な時刻）を算出する。ＣＰＵ１１４は、例えば航法メッセージに基づいて算出された少なくとも四つの疑似距離に基づいて上記式（１）を解き、自己の現在位置情報を算出する。上記式（１）は非線形の連立方程式であるため、通常は適当な初期値を用いて線形化を行い、ニュートン・ラフソン法により解を求める。
【００４３】
なお、二次元測位の場合は高度を既知と仮定する。従って少なくとも三機のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するだけで自己の現在位置情報を算出することができる。また、五機以上のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位に利用する場合は、ＧＰＳ衛星の数が未知のパラメータの数よりも多くなる。このため最小二乗法を用いて上記式を解くことができる。従ってより正確な解を得ることが可能となる。
【００４４】
ここで、上述したようにマルチパスやＣＷノイズ等の影響で受信状態が悪化した場合、取得される疑似距離に誤差が含まれるため測位精度が低下する。本実施形態では図３に示されたフローチャートの処理により、疑似距離に誤差が含まれているか否かを検知して測位精度を向上させることができる。なお、図３に示された処理はＣＰＵ１１４により実行されるものであり、ＧＰＳ受信装置１００の図示しない電源がオンされると開始され、オフされると終了する。
【００４５】
ＧＰＳ受信装置１００の電源がオンされるとＣＰＵ１１４は、先ず、受信可能なＧＰＳ信号全てを受信して四機以上のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾するようＤＳＰ１１２に指令を出す。次いで、測位計算に使用可能なＧＰＳ衛星の総数Ａが四以上であるか否かを判定する（ステップ１、以下、ステップを「Ｓ」と略記）。「Ａ」が四に満たない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は所定時間待機した後にＳ１の判定処理を再び実行する。「Ａ」が四以上の場合（Ｓ１：ＹＥＳ）ＣＰＵ１１４は測位を行う（Ｓ２）。すなわち各受信チャンネルで取得された疑似距離を用いて上記式（１）を解き、ＧＰＳ受信装置１００の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）及びクロック・オフセット値δの解を得る。
【００４６】
ＣＰＵ１１４はＳ２の測位処理に次いで、クロック・オフセット基準値δｒｅｆが算出されているか否かを判定する（Ｓ３）。クロック・オフセット基準値δｒｅｆが算出されていない場合（Ｓ３：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４はクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出する（Ｓ６）。なおクロック・オフセット基準値δｒｅｆは、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響の有無を判断するために算出される値である。また、ｎ個以上のクロック・オフセット値δの平均値であって、以下の条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たすクロック・オフセット値δの平均値である。
（Ａ）直近（一定の期間、例えば過去数秒間）で算出されたクロック・オフセット値δ
（Ｂ）良好な受信状態で算出されたクロック・オフセット値δ
【００４７】
図４に、図３のＳ６の「δｒｅｆ」算出処理のサブルーチンを示す。以下、図４を用いて「δｒｅｆ」算出処理を説明する。
【００４８】
ＣＰＵ１１４は、先ず、例えばメモリ１１８の所定領域をフォーマットして変数ｎを０にリセットする（Ｓ６１）。次いで、現在の受信状態が良好であるか否かを判定する（Ｓ６２）。Ｓ６２の判定処理は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたときに受信状態が不安定になることを利用して、一定の期間安定的な測位が継続して行われていたか否か（換言すると一定の期間不安定になることなく測位が継続して行われていたか否か）に基づいて実行される。安定的な測位を行っているか否かに関しては例えば以下の条件（Ｃ）〜（Ｇ）に基づいて判定される。これらの条件を満たす場合、ＧＰＳ受信装置１００で安定的な測位が行われていると言える。
（Ｃ）規定数以上のＧＰＳ衛星で測位演算が行われている
（Ｄ）ＤＯＰ（Dilution Of Precision）が規定値以下である
（Ｅ）受信したＧＰＳ信号の各々が規定値以上のＣ／Ｎ値である
（Ｆ）測位速度が規定速度以下である
（Ｇ）測位高度が規定範囲内に収まっている
【００４９】
なお、ＧＰＳ受信装置１００を例えばナビゲーション機能を備えた車載器に実装する場合、ＧＰＳ測位での位置情報とＤＲ（Dead Reckoning）センサ等による推定位置情報との比較や、ＧＰＳ測位での速度情報と車速パルスとの比較等に基づいて安定的な測位を行っているか否かを判定することができる。すなわち上記の比較において互いの値が大きく乖離している場合、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けた可能性があるとして、安定的な測位が行われていないと判定することができる。
【００５０】
Ｓ６２の判定処理において現在の受信状態が良好であると判定される場合（Ｓ６２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δが誤差の少ない値であるとして、当該クロック・オフセット値δをメモリ１１８の所定領域に保存する（Ｓ６３）。次いで変数ｎを１インクリメントして（Ｓ６４）、Ｓ６５の処理に進む。このとき、保存するクロック・オフセット値δに関連づけて、測位が行われた時刻情報も保存する。また、現在の受信状態が良好でないと判定される場合（Ｓ６２：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δに比較的大きな誤差が含まれていると判断して、それをメモリ１１８の所定領域に保存することなくＳ６５の処理に進む。
【００５１】
Ｓ６５の処理においてＣＰＵ１１４は、メモリ１１８の所定領域に保存された時刻情報を参照して、保存されてから一定の期間（「有効期間Ｔ」とする）が経過したクロック・オフセット値δがあるか否かを判定する。保存後に有効期間Ｔが経過したクロック・オフセット値δがある場合（Ｓ６５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、そのクロック・オフセット値δが直近のデータでなく信頼性が低いものとして削除する（Ｓ６６）。次いで変数ｎを１デクリメントして（Ｓ６７）、Ｓ６８の処理に進む。また、保存後に有効期間Ｔが経過したクロック・オフセット値δがない場合（Ｓ６５：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は、保存されている各クロック・オフセット値δが直近のデータであり信頼性が高いものであるとして、それらを削除することなくＳ６８の処理に進む。
【００５２】
ここで、保存されてから有効期間Ｔが経過してないクロック・オフセット値δの信頼性が高い理由について説明を加える。クロック１１６の水晶振動子の振動周波数の偏差は周辺温度に依存して変化する。また経時的にも変化する。しかし、ＧＰＳ受信装置は一般にシールドケース等により外気と遮断されている。また車載器や携帯電話等の機器に内蔵されているため、クロック１１６は温度変化を受け難い環境にあると言える。従って温度変化による上記偏差の変化は短期間（ここでは「有効期間Ｔ」）では実質的には起こらない。また経時変化も短期間では無視することができる。このため、直近のデータ（すなわち保存後に有効期間Ｔが経過していないデータ）の信頼性が高いと言える。
【００５３】
Ｓ６８の処理においてＣＰＵ１１４は、変数ｎが所定数以上であるか否かを判定する。変数ｎが所定数以上である場合（Ｓ６８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、精度の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出できる程度のサンプリング数が収集できたとして、下記式（２）に基づいてクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出する（Ｓ６９）。次いで、算出されたクロック・オフセット基準値δｒｅｆをメモリ１１８に保存して図４のサブルーチンをリターンし、図３のＳ１の処理に復帰する。また変数ｎが所定数未満である場合（Ｓ６８：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は、オフセット基準値δｒｅｆを算出することなく、図４のサブルーチンをリターンして図３のＳ１の処理に復帰する。
【数２】
【００５４】
ここで、図３のフローチャートの説明に戻る。Ｓ３の処理においてクロック・オフセット基準値δｒｅｆを算出されている場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響の有無を判断するために、図４のＳ６９の処理で算出されたクロック・オフセット基準値δｒｅｆと、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δとの差の絶対値ｄを算出する（Ｓ４）。
【００５５】
次に、ＣＰＵ１１４は算出された絶対値ｄが所定値Ｒ以下か否かを判定する（Ｓ５）。絶対値ｄが所定値Ｒ以下の場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆと、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δとの乖離が小さいことを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響がなく（すなわち影響が小さく測位精度が高い）測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせが好適なものであるとしてＳ６の処理に進み、当該組み合わせで算出された測位結果を出力する。
【００５６】
これに対して絶対値ｄが所定値Ｒよりも大きい場合（Ｓ５：ＮＯ）、信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆと、Ｓ２の処理で算出されたクロック・オフセット値δとの乖離が大きいことを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、測位解におけるマルチパスやＣＷノイズ等の影響があり（すなわち影響が大きく測位精度が低い）測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する必要があるとして、Ｓ７の処理に進む。
【００５７】
Ｓ７の処理においてＣＰＵ１１４は除外数Ｅを０にリセットする。次いでＣＰＵ１１４は除外数Ｅを１インクリメントして（Ｓ８）、更に、総数Ａから除外数Ｅを減算して測位利用数Ｕを算出する（Ｓ９）。なお除外数Ｅは測位演算から除外されるＧＰＳ衛星の数を示す。また測位利用数Ｕは測位に利用するＧＰＳ衛星の数を示す。すなわちＳ９の処理においてＣＰＵ１１４は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けているＧＰＳ信号を検出するため、捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星の中から任意の幾つかを除外して、測位に利用するＧＰＳ衛星の数を設定する。
【００５８】
Ｓ１０の処理においてＣＰＵ１１４は、測位利用数Ｕが四以上（二次元測位の場合は三以上）か否かを判定する。測位利用数Ｕが四未満の場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４は「非測位」としてＳ１の処理に復帰し、上述した一連の処理を繰り返す。また測位利用数Ｕが四以上の場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４は、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせが未試行なものになるように除外されるべきＧＰＳ衛星を選択する（Ｓ１１）。除外されるべきＧＰＳ衛星の選択方法として例えば以下の方法が挙げられる。
・選択方法１・・・仰角の低いＧＰＳ衛星から順に選択
・選択方法２・・・ＧＰＳ信号の受信Ｃ／Ｎ値が低いものから順に選択
・選択方法３・・・衛星番号（昇順又は降順）に従って選択
・選択方法４・・・無作為に選択
これらの選択方法の中では特に選択方法１及び２が好ましい。これは、選択方法１ではマルチパスの影響を受けた可能性が高いものを優先的に選択することができ、選択方法２ではマルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けた可能性が高いものを優先的に選択することができるからである。
【００５９】
次にＣＰＵ１１４は、捕捉・追尾中のＧＰＳ衛星の中から除外対象以外のものを利用して測位演算を行い（Ｓ１２）、ここで算出されたクロック・オフセット値δと、現在のクロック・オフセット基準値δｒｅｆとの差の絶対値ｄを算出する（Ｓ１３）。次いで、算出された絶対値ｄが所定値Ｒ以下か否かを判定する（Ｓ１４）。絶対値ｄが所定値Ｒ以下の場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１２の処理で算出されたクロック・オフセット値δが信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆに近似した値であることを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたＧＰＳ衛星が除外されて、測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせが好適なものであるとしてＳ６の処理に進み、当該組み合わせで算出された測位結果を出力する。
【００６０】
これに対して絶対値ｄが所定値Ｒよりも大きい場合（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１２の処理で算出されたクロック・オフセット値δが信頼性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆに対して相変わらず大きく乖離していることを意味する。従ってＣＰＵ１１４は、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたＧＰＳ衛星が除外されておらず、測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する必要があるとして、Ｓ１５の処理に進む。
【００６１】
Ｓ１５の処理においてＣＰＵ１１４は、現在設定されている測位利用数Ｕで全ての組み合わせの測位が試行されたか否かを判定する。未試行の組み合わせが残っている場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵ１１４はＳ１１の処理に復帰して新たな組み合わせで測位を再試行する。また全ての組み合わせで測位が試行された場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１４はＳ８の処理に復帰して除外されるべきＧＰＳ衛星の数を増やし、新たな組み合わせで測位を再試行する。なお、試行される組み合わせ数Ｌは以下の式（３）で算出される。
【数３】
すなわちＣＰＵ１１４はある除外数Ｅに対して最大でＬ回、Ｓ１１〜Ｓ１５の処理を行う。そしてこの一連の処理をある除外数Ｅに対してＬ回繰り返しても絶対値ｄが所定値Ｒ以下にならない場合、除外数Ｅを一つ増やして当該処理を再び実行する。
【００６２】
例えば捕捉・追尾可能なＧＰＳ衛星の総数Ａが「六」（説明の便宜上、各ＧＰＳ衛星に対して「ＳＶ１」、「ＳＶ２」、「ＳＶ３」、「ＳＶ４」、「ＳＶ５」、「ＳＶ６」を付す）であり、Ｓ５の処理で絶対値ｄが所定値Ｒよりも大きいと判定された場合、Ｓ８の処理において除外数Ｅが「一」に設定される。このとき測位利用数Ｕは「五」であるため、ＣＰＵ１１４はＳ１１〜Ｓ１５の処理に移行する。ここで、除外されるべきＧＰＳ衛星の選択方法として例えば上記選択方法１が採用されており、各ＧＰＳ衛星の仰角は「ＳＶ２」が最も低く、「ＳＶ４」、「ＳＶ１」、「ＳＶ５」、「ＳＶ３」、「ＳＶ６」の順に高くなっていくものとする。この場合、絶対値ｄが所定値Ｒ以下になるまでＧＰＳ衛星の組み合わせが以下の順番（Ｔ１〜Ｔ６）で設定され、最大で六回の測位が施行される。
（Ｔ１）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」を除外）
（Ｔ２）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ３）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」を除外）
（Ｔ４）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ５）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ３」を除外）
（Ｔ６）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ６」を除外）
上記の何れかの組み合わせで絶対値ｄが所定値Ｒ以下になった場合、ＣＰＵ１１４はその組み合わせをマルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けないものと判定し、その時点でＳ１１〜Ｓ１５の処理からＳ６の処理に移行して、当該組み合わせで測位を継続して行う。
【００６３】
これに対して上記六回の測位においても絶対値ｄが所定値Ｒ以下にならない場合、マルチパスやＣＷノイズ等の影響を受けたＧＰＳ衛星が除外されておらず、測位に用いるＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する必要があるとして、ＣＰＵ１１４は除外数Ｅを「二」に増やす。次いで、絶対値ｄが所定値Ｒ以下になるまでＧＰＳ衛星の組み合わせを以下の順番（Ｔ'１〜Ｔ'１５）で設定して、最大で十五回の測位を試行する。
（Ｔ'１）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ'２）「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ２」を除外）
（Ｔ'３）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'４）「ＳＶ１」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ２」「ＳＶ３」を除外）
（Ｔ'５）「ＳＶ１」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ２」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'６）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ'７）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ６」（「ＳＶ４」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'８）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ３」「ＳＶ４」を除外）
（Ｔ'９）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ５」（「ＳＶ４」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'１０）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'１１）「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ５」「ＳＶ６」（「ＳＶ１」「ＳＶ３」を除外）
（Ｔ'１２）「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ１」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'１３）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ６」（「ＳＶ３」「ＳＶ５」を除外）
（Ｔ'１４）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ３」「ＳＶ４」（「ＳＶ５」「ＳＶ６」を除外）
（Ｔ'１５）「ＳＶ１」「ＳＶ２」「ＳＶ４」「ＳＶ５」（「ＳＶ３」「ＳＶ６」を除外）
なお、これらの測位でも絶対値ｄが所定値Ｒ以下にならない場合、ＣＰＵ１１４は除外数Ｅを「三」に増やす。ところがこの場合、測位利用数Ｕが「三」となるため三次元測位ができない。従ってＣＰＵ１１４は「非測位」としてＳ１の処理に復帰し、測位可となるまで待機する。
【００６４】
本実施形態によると、クロック・オフセット基準値δｒｅｆとクロック・オフセット値δとの乖離が大きくなった（すなわちマルチパスやＣＷノイズ等の影響で測位精度が低下した）ときだけ、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更すれば良い。すなわちその組み合わせを不必要に変更しなくても良い。従ってＣＰＵ１１４に大きな処理負担が掛からない。また、測位精度低下を判断するために予め算出されるべき参照用データはクロック・オフセット基準値δｒｅｆだけである。つまりＣＰＵ１１４は複数の参照用データを算出する必要がない（換言すると算出されるべき参照用データは単一で良い）。このような観点からもＣＰＵ１１４に大きな処理負担が掛からない。
【００６５】
また本実施形態によると、マルチパスやＣＷノイズの影響を受けていない可能性の高い直近の測位解に基づくクロック・オフセット基準値δｒｅｆとの比較により位置飛び（位置の真値からの飛び）を検出しているため、正確な、すなわち真値に近い測位解の取得が実現可能となる。
【００６６】
ここで、例えば上記特許文献２に記載されたＧＰＳ受信装置においては、移動速度に基づいて現在の疑似距離の推定値を算出してそれを前回の測位の疑似距離と比較し、その差が期待範囲内であるか否かによって判定対象のＧＰＳ衛星を除外するか否かを決定している。このような場合、例えばマルチパスやＣＷノイズ等により疑似距離誤差が徐々に増加するような状況では、判定処理毎において上記差が期待範囲を越えない可能性が十分にある。別の観点で説明すると、参照値として用いている前回測位の疑似距離自体に誤差が含まれる可能性が十分にある。このため疑似距離誤差を良好に除去できないこともある。
【００６７】
また上記特許文献２に記載されたＧＰＳ受信装置において、位置飛びしてしまった後にノイズの影響がなくなって正しい位置に復帰した場合、位置飛びしているときの誤った疑似距離推定値と、ノイズ等の影響がなく誤差の小さい疑似距離測定値との差が大きくなってしまう。このため、正確な位置情報を再び取得するために時間が掛かる可能性がある。
【００６８】
これに対して本実施形態では、クロック・オフセット基準値δｒｅｆに対するクロック・オフセット値δの乖離が所定値以上になれば疑似距離誤差を検知できるため、マルチパスやＣＷノイズ等により疑似距離誤差が徐々に増加するような状況であっても誤差を確実に除去することが可能である。またノイズの影響を受けていない可能性の高いクロック・オフセット基準値δｒｅｆを参照値として用いているため、正確な位置情報の再取得も迅速に実現可能である。
【００６９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態のＧＰＳ受信装置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受信装置に備えられたＤＳＰが有している受信チャンネル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ＧＰＳ受信装置に備えられたＣＰＵにより実行される処理を示したフローチャートである。
【図４】図３のＳ６の「δｒｅｆ」算出処理のサブルーチンである。
【符号の説明】
【００７１】
１〜ｎ 受信チャンネル
１００ ＧＰＳ受信装置
１１２ ＤＳＰ
１１４ ＣＰＵ
１１６ クロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行うＧＰＳ受信装置において、
該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段により算出された差分が所定値よりも大きいとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段と、を備えたこと、を特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
前記組み合わせ変更手段は、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせが未試行なものになるよう、除外されるべきＧＰＳ衛星を選択すること、を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
前記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を、
（１）仰角の低い順
（２）ＧＰＳ信号の受信Ｃ／Ｎ値が低い順
（３）衛星番号（昇順又は降順）
（４）無作為
の何れか一つの順序に従って選択すること、を特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
前記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を段階的に増加させること、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】
該測位において算出されたクロック・オフセット値を保存する保存手段と、
前記保存手段に保存されている複数のクロック・オフセット値に基づいて該所定の参照値を算出する参照値算出手段と、を更に備えたこと、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】
安定した受信状況下で測位が行われたか否かを判定する受信状況判定手段を更に備え、
前記受信状況判定手段により受信状況が安定していると判定されたときのみ、前記保存手段は、該測位により算出されたクロック・オフセット値を保存すること、を特徴とする請求項５に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項７】
前記受信状況判定手段は、
（Ａ）規定数以上のＧＰＳ衛星で測位が行われている
（Ｂ）ＤＯＰが規定値以下である
（Ｃ）ＧＰＳ信号のＣ／Ｎ値が規定値以上である
（Ｄ）測位速度が規定速度以下である
（Ｅ）測位高度が規定範囲内に収まっている
の少なくとも一つが満たされるとき、受信状況が安定していると判定すること、を特徴とする請求項６に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項８】
前記保存手段に保存されて所定期間経過したクロック・オフセット値を削除する削除手段を更に備えたこと、を特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項９】
複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行うＧＰＳ受信装置において、
該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて測位精度の良否を判定する測位精度判定手段と、
前記測位精度判定手段により測位精度が低いと判定されたとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段と、を備えたこと、を特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行うＧＰＳ受信装置において、
該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段により算出された差分が所定値よりも大きいとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段と、を備えたこと、を特徴とするＧＰＳ受信装置。
【請求項２】
前記組み合わせ変更手段は、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせが未試行なものになるよう、除外されるべきＧＰＳ衛星を選択すること、を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項３】
前記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を、
（１）仰角の低い順
（２）ＧＰＳ信号の受信Ｃ／Ｎ値が低い順
（３）衛星番号（昇順又は降順）
（４）無作為
の何れか一つの順序に従って選択すること、を特徴とする請求項２に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項４】
前記組み合わせ変更手段は除外されるべきＧＰＳ衛星を段階的に増加させること、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】
該測位において算出されたクロック・オフセット値を保存する保存手段と、
前記保存手段に保存されている複数のクロック・オフセット値に基づいて該所定の参照値を算出する参照値算出手段と、を更に備えたこと、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】
安定した受信状況下で測位が行われたか否かを判定する受信状況判定手段を更に備え、
前記受信状況判定手段により受信状況が安定していると判定されたときのみ、前記保存手段は、該測位により算出されたクロック・オフセット値を保存すること、を特徴とする請求項５に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項７】
前記受信状況判定手段は、
（Ａ）規定数以上のＧＰＳ衛星で測位が行われている
（Ｂ）ＤＯＰが規定値以下である
（Ｃ）ＧＰＳ信号のＣ／Ｎ値が規定値以上である
（Ｄ）測位速度が規定速度以下である
（Ｅ）測位高度が規定範囲内に収まっている
の少なくとも一つが満たされるとき、受信状況が安定していると判定すること、を特徴とする請求項６に記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項８】
前記保存手段に保存されて所定期間経過したクロック・オフセット値を削除する削除手段を更に備えたこと、を特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載のＧＰＳ受信装置。
【請求項９】
複数のＧＰＳ衛星を捕捉・追尾して測位を行うＧＰＳ受信装置において、
該測位において算出されたクロック・オフセット値と所定の参照値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて測位精度の良否を判定する測位精度判定手段と、
前記測位精度判定手段により測位精度が低いと判定されたとき、測位に利用するＧＰＳ衛星の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段と、を備えたこと、を特徴とするＧＰＳ受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１８３１２７（Ｐ２００７−１８３１２７Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１７（Ｐ２００６−５１７）
【出願日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【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７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【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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