ＧＰＳ測位による位置算出装置
【課題】 ＧＰＳ測位環境や移動体の高さ方向の動きを監視して、３次元測位を判定するためのしきい値を動的に決定する「ＧＰＳ測位による位置算出装置」を提供する。
【解決手段】 ＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出方法は、ＧＰＳ測位環境の良否を判定するステップと（Ｓ１０１）、測位環境が悪いと判定されたとき、しきい値を下げるステップと（Ｓ１０２）、測位環境が良好と判定された場合に移動体の高さ変動があるか否かを判定するステップ（Ｓ１０３）と、高さ変動があると判定されたとき、しきい値を上げるステップと（Ｓ１０４）を含み、ＰＤＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を行い、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を行う。
【解決手段】 ＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出方法は、ＧＰＳ測位環境の良否を判定するステップと（Ｓ１０１）、測位環境が悪いと判定されたとき、しきい値を下げるステップと（Ｓ１０２）、測位環境が良好と判定された場合に移動体の高さ変動があるか否かを判定するステップ（Ｓ１０３）と、高さ変動があると判定されたとき、しきい値を上げるステップと（Ｓ１０４）を含み、ＰＤＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を行い、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた位置算出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーション装置において、自車位置を算出するために、ＧＰＳ衛星を用いたＧＰＳ測位が広く利用されている。一般的に、ＧＰＳ受信機は、４つ以上の衛星を補足する場合、ＸＹＺの絶対位置を測位計算（３次元測位）し、３つの衛星しか補足できない場合は、最終の３次元測位時の高さＺを固定した状態で、ＸＹの水平位置を測位計算（２次元測位）する。
【０００３】
ＧＰＳ測位の精度を表す概念に、ドップ（ＤＯＰ：Dilution of Precision）がある。ＰＤＯＰ(Position Dilution of Precision)は、ＧＰＳ衛星の配置状態の良否を示す指標であり、４つの衛星を結んでできる４面体の体積が大きいほど、精度が高く、ＰＤＯＰ値が小さくなる。ＨＤＯＰ（Horizontal Dilution of Precision）は、ＰＤＯＰの水平成分を指標化したものであり、ＶＤＯＰ(Vertical Dilution of Precision)は、ＰＤＯＰの垂直成分を指標化したものであり、両者の関係は、以下の数式１にて示される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
特許文献１は、ＧＰＳによる位置計測装置に関し、捕捉衛星の中から３次元測位に対するＨＤＯＰ値が最小となる衛星の組合せを選択し、かつ、捕捉衛星の中から２次元測位に対するＨＤＯＰ値が最小となる衛星の組合せを選択し、３次元測位のＨＤＯＰの最小値と２次元測位のＨＤＯＰの最小値を比較し、３次元測位のＨＤＯＰ値が２次元測位のＨＤＯＰ値よりも小さければ、３次元測位を行いし、２次元測位のＨＤＯＰ値が３次元測位のＨＤＯＰ値よりも小さければ、２次元測位を行うものである。これにより、ＨＤＯＰ値の小さな測位モードで車両の位置計算を可能にしている。
【０００６】
特許文献２は、ＧＰＳナビゲーション装置に関し、ＧＰＳ衛星により測位された前回の第１位置データと今回の第１位置データとを比較しその差が第１所定値以内であるか否かを判別する第１位置データ比較判別手段と、今回の第１位置データのＰＤＯＰ値が第２所定値以下であるか否かを判別するＰＤＯＰ値判別手段と、移動体自身に設けられた測位センサにより測位された第２位置データと今回の第１位置データを比較し、今回の第１位置データが示す移動体の現在位置と第２位置データが示す移動体の現在位置との間の距離差が第３所定値以上か否かを判別する距離差判別手段とを有し、前回の第１位置データと今回の第１位置データとの差が第１所定値以内であり、ＰＤＯＰ値が第２所定値以下であり、かつ、距離差が第３所定値以上のとき、ＧＰＳ衛星による精度が自立航法による精度よりも高いものとして、第１位置データを現在位置データを出力する。
【０００７】
【特許文献１】特公平６−７５１０３号
【特許文献２】特許３０６２３０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のＧＰＳ受信機において、４つ以上のＧＰＳ衛星を補足したとき、ＰＤＯＰ値としきい値と比較し、その比較結果に応じて３次元測位を行うか、または２次元測位を行うかの切替えが行われている。つまり、ＰＤＯＰ値がしきい値よりも小さければ、測位精度が高いため３次元測位が選択され、ＰＤＯＰ値がしきい値よりも大きければ、測位精度が悪いため２次元測位が選択される。
【０００９】
しかしながら、ＰＤＯＰ値の大きさを判定するためのしきい値は、ＧＰＳ受信機において固定されており、移動体の測位環境が動的に変化する状況において、固定されたしきい値が必ずしも最適値となり得ず、次のような課題を引き起こすことがある。
【００１０】
（１）３次元測位を行うためのしきい値が高い場合：
衛星配置が悪いとき、測位精度が劣化し、ＰＤＯＰ値が大きくなる。ＰＤＯＰ値が大きくても、しきい値が高ければ３次元測位が行われ、測位環境の悪い高層ビルなどの都市部を走行時に、マルチパスの影響を受け、異常な高さを出力することがある。例えば、実際の高さが海抜５０ｍであるにもかかわらず、ＧＰＳ受信機の出力が海抜１０００ｍ以上となってしまうことがある。これにより、ＸＹ水平位置の誤差が大きくなってしまう。
（２）３次元測位を行うためのしきい閾値が低い場合：
衛星配置が良いとき、測位精度が良く、ＰＤＯＰ値が小さくなる。ＰＤＯＰ値が小さくても、しきい値が低ければ、２次元測位が行われ、山道など高さが変化しやすいコースを走行時に、２次元測位が長時間連続で行われると、実際の高さと、３次元測位時に記憶した高さが次第にずれていくため、ＸＹ水平位置も、誤った位置へずれていってしまう。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、ＧＰＳ測位環境や移動体の高さ方向の動きを監視して、３次元測位を行うか否かのしきい値を動的に決定することができる位置算出装置および位置算出方法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】
【００１２】
本発明に係る位置算出装置は、ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出することが可能であり、ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値としきい値を比較し、ＰＳＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とする切替手段と、前記しきい値を移動体の移動中に可変する可変手段とを備えている。
【００１３】
好ましくは位置算出装置はさらに、ＧＰＳ測位環境の良否を判定する測位環境判定手段を含み、可変手段は、測位環境判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する。すなわち、可変手段は、ＧＰＳ測位環境が悪いと判定されたとき、しきい値を小さくすることにより、３次元測位に切り替え難くする。
【００１４】
好ましくは位置算出装置はさらに、移動体の高さ方向の変動を判定する高さ変動判定手段を含み、可変手段は、高さ変動判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する。すなわち、可変手段は、移動体の高さ方向の変動があると判定されたとき、しきい値を大きくすることにより、３次元測位に切り替え易くする。
【００１５】
好ましくは可変手段は、測位環境判定手段による判定を高さ変動判定手段による判定よりも優先し、測位環境判定手段により測位環境が良好であると判定され、かつ高さ変動判定手段により高さ変動があると判定されたときしきい値を可変する。
【００１６】
測位環境判定手段は、一定期間におけるＧＰＳ測位による移動距離と自立航法による移動体の走行距離との比が所定値を超えるとき、測位環境が悪いと判定する。この場合、マルチパスが発生していると推認されるので、しきい値を小さくして３次元測位に切り替え難くする。
【００１７】
好ましくは高さ変動判定手段は、加速度センサの出力から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定する。また、高さ変動判定手段は、ＧＰＳ測位によるＧＰＳ速度から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定するようにしてもよい。
【００１８】
本発明に係る、ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出方法は、測位環境の良否または移動体の高さ変動の少なくとも一方を判定するステップと、前記判定結果に応じてしきい値を設定するステップと、ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値としきい値を比較し、ＰＳＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とするステップとを有する。
【００１９】
さらに本発明の位置算出装置または位置算出方法は、コンピュータプログラムによって実行するようにしてもよい。さらに好ましくは、本発明の位置算出装置は、ナビゲーション装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＧＰＳ測位環境や移動体の高さ方向の変動を監視して、移動体の移動中に３次元測位か否かを判定するためのしきい値を可変するようにしたので、従来のしきい値を固定する方法と比較して、測位精度を向上させ、移動体の位置ずれを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る位置算出装置は、好ましくは車載用ナビゲーション装置において利用される。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明の実施例に係る位置算出装置の構成を示すブロック図である。位置算出装置１は、ＧＰＳ衛星から送られてくるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機１０と、移動体に取り付けられた各種センサにより相対方位、走行距離に関するデータ等を出力する自立航法センサ２０と、ＧＰＳ受信機１０および自立航法センサ２０から出力されるデータを入力し、入力したデータに基づき移動体の位置を算出する位置算出部３０と、メモリ４０とを含んで構成される。
【００２３】
ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星からの信号を受け取るアンテナ１２、アンテナ１２で受信したＧＰＳ信号のデコード等の処理を行い、その信号を位置算出部へ出力する受信部１４を備えている。自立航法センサ２０は、移動体の回転角度を検出するジャイロなどの角速度センサ２２、速度センサ２４および加速度センサ２６を含む。角速度センサ２２は、移動体の相対方位θｇｙｒｏを出力し、速度センサ２４は、移動体の速度Ｓを出力し、加速度センサ２６は、移動体の加速度Ａを出力する。
【００２４】
位置算出部３０は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ／ＲＡＭに格納されたプログラムによって位置算出を実行する。メモリ４０は、位置算出部３０により算出された位置情報を逐次記憶する。
【００２５】
図２に、位置算出部３０の機能的なブロック図を示す。位置算出部３０は、捕捉したＧＰＳ衛星の幾何学的配置からＰＤＯＰ値を算出するＰＤＯＰ算出部５０、ＧＰＳ受信機の測位環境の良否を判定する測位環境判定部５２、移動体の高さ変動を判定する高さ変動判定部５４、３次元測位をするか否かを判定するためのしきい値を格納するしきい値記憶部５６、測位環境判定部５２および高さ変動判定部５４の判定結果に基づきしきい値を可変するしきい値設定部５８、しきい値記憶部５６に記憶されたしきい値とＰＤＯＰ算出部５０からのＰＤＯＰ値とを比較し、ＰＤＯＰ値がしきい値を超えれば２次元測位に切替え、ＰＤＯＰ値がしきい値以下であれば３次元測位に切り替える切替信号を出力する測位切替部６０、切替信号に応じて３次元測位または２次元測位演算を行い、移動体の位置を算出する測位演算部６２、および３次元測位されたときの高度情報を更新しながら記憶する高度記憶部６４を含んでいる。
【００２６】
ＰＤＯＰ算出部５０は、受信機が４つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉したとき、それらの衛星の配置に基づきＰＤＯＰ値を算出する。仮に５つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉している場合には、捕捉された全てのＧＰＳ衛星についてのＰＤＯＰ値を算出するようにしてもよい。あるいは、５つ以上の捕捉されたＧＰＳ衛星からＰＤＯＰ値が最小となるＧＰＳ衛星の組み合わせにより３次元測位を行うのであれば、その最小となるＧＰＳ衛星の組み合わせのＰＤＯＰ値であってもよい。
【００２７】
しきい値記憶部５６は、初期値として標準的なしきい値が記憶される。例えば、ＧＰＳ受信機が都市型の指向性をもつものであれば、しきい値は５に設定され、それとは反対に、山岳部の指向性をもつものであれば、しきい値は１０に設定される。この初期設定されたしきい値は、後述するように、ＧＰＳ測位環境や移動体の高さ変動を監視することで、動的に変更され、最適化される。
【００２８】
測位演算部６２は、測位切替部６０からの切替信号が３次元測位を示せば、ＧＰＳ受信機１０からの受信信号に基づきＸＹＺの３次元測位演算を行う。３次元測位により求められた高さ（Ｚ）は、高度記憶部６４の高さを更新する。測位切替部６０からの切替信号が２次元測位に切替わると、測位演算部６２は、高度記憶部６４に記憶された高度を用いて２次元測位演算を行う。測位演算部６２はまた、ＧＰＳ受信機１０によりＧＰＳ衛星を捕捉することができないとき、あるいは３つ未満のＧＰＳ衛星しか捕捉することができないとき、自立航法センサ２０からの相対角度θGYRO、速度Ｓ、加速度Ａを利用して移動体の位置を算出することができる。さらに、位置算出部３０は、必要に応じて、ＧＰＳ受信機１０による測位と、自立航法センサ２０とを併用することもできる。
【００２９】
次に、本実施例における位置算出部の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。ＧＰＳ受信機１０により測位が開始されると、まず、測位環境判定部５２は、ＧＰＳ測位環境の良否を判定する（ステップＳ１０１）。測位環境判定部５２は、次のような条件を満たす場合、測位環境が悪いと判定する。
【００３０】
（１）一定時間のＧＰＳ位置の２点間の位置飛び距離（移動軌跡）と、自律航法センサによる走行距離の比が閾値を超えるとき、測位環境が悪いと判定する。例えば、両者の比が５倍を超えるとき、測位環境が悪いと判定する。５倍程度の開きが生じると、マルチパス等の影響によりＧＰＳ位置の軌跡に大きなバラツキが生じているとみなすことができる。ＧＰＳ測位のサンプリング周期が１秒であるとき、約１０秒間のＧＰＳ位置の移動軌跡と、１０秒間の走行距離の比を算出する。なお、自立航法センサによる走行距離は、車速センサ２４からの速度Ｓから算出される。
【００３１】
（２）上記走行距離比率以外にも、例えば移動体に取り付けられたカメラ画像を利用し、移動体の前方または周辺に高層建築物があると認識できるとき、測位環境が悪いと判定するようにしてもよい。たとえば、移動体周辺の撮像データを画像処理し、そこに一定の高さ、例えば５０メートル以上の高層建築物があれば、マルチパスの影響が生じ得るものとし、測位環境が悪いと判定する。高層建築物の高さや個数は、状況に応じて適宜変更できるようにしても良い。
【００３２】
（３）さらに、位置算出装置をナビゲーション装置に適用した場合には、ナビゲーション装置で用いられる地図データを利用し、移動体の周辺に高層建築物があると認識できたとき、測位環境が悪いと判定することができる。地図データは、道路（リンク）データに加えて、建物の家屋データを含んでおり、移動体の周辺に、例えば５０メートル以上の高層建築物があれば、マルチパスの影響により測位環境が悪いと判定しても良い。
【００３３】
測位環境判定部５２により測位環境が悪いと判定された場合、しきい値設定部５８は、しきい値記憶部５６のしきい値が小さくなるようにしきい値を可変する（ステップＳ１０２）。しきい値が小さくなると、３次元測位が行われ難くなる。
【００３４】
一方、測位環境判定部５２により測位環境が良好であると判定された場合（ステップＳ１０１）には、高さ変動判定部５４により移動体の高さの変動の有無が判定される（ステップＳ１０３）。高さ変動判定部５４は、次のような条件を満たす場合、移動体の高さ変動があると判定する。
【００３５】
（１）自律航法センサ２０による加速度センサ２８の出力を利用し、その静的加速度または重力方向の加速度が閾値を越えたとき、高さ変動があると判定する。
【００３６】
加速度センサ２８を利用して、高さ変動を検出する方法を以下に示す。移動体に対して発生する加速度は、大きく２つに分けられる。１つは、移動体の移動中の加減速により発生する加速度であり、これは動的加速度と呼ばれるものである。もう１つは、傾斜した場所に移動体があるときに発生する重力方向の加速度であり、これは静的加速度と呼ばれるものである。
【００３７】
加速度センサ２８を、移動体の前後方向を軸として取り付けた場合、図４に示すように、これら２つの静的加速度ｇと移動体の加減速による動的加速度ｋが合成された加速度Ａが加速度センサ出力として検出される。加速度センサにより高さ変動を検出するには、合成された加速度Ａから、傾斜により発生する静的加速度成分だけ取り出す必要がある。そのため、移動体の加減速による動的加速度を、今回と前回のＧＰＳ速度差分ΔＶ＝（Ｖ（ｔ）−Ｖ（ｔ−１））から算出し、ＧＰＳ速度差分ΔＶを加速度Ａから差し引くことで、静的加速度ｇを求めることができる（ｇ＝Ａ−ΔＶ）。
【００３８】
好ましくは、加速度センサ２８の出力を４０Ｈｚ（４０回／秒）でサンプリングし、３秒間（１２０回）の静的加速度の平均加速度が、約０．１Ｇを超える場合は、高さ変動があると判定する。静的加速度は、上記以外にも、ある程度長い時間における平均値または一定の走行距離における平均値を利用してもよい。
【００３９】
（２）ＧＰＳ速度を用いて高さ変動を検出する場合には、次の２つの方法がある。
（ａ）ＸＹ方向合成のＧＰＳ速度を使う場合：
図５（ａ）に示すように、移動体の加減速による動的加速度ｋを今回と前回のＧＰＳ速度差分ΔＶ＝（Ｖ（ｔ）−Ｖ（ｔ−１））から算出する。今回と前回のＧＰＳ速度のＸＹ合成の差分（Ｖgpsxy（ｔ）−Ｖgpsxy（ｔ−１））から移動体の前後方向の加速度Ａ１を算出する。動的加速度ｋから移動体の前後方向加速度Ａ１を差し引くことで、静的加速度ｇを求める。
（ｂ）Ｚ方向のＧＰＳ速度を使う場合：
図５（ｂ）に示すように、ＧＰＳ速度のＺ方向（Ｖgpsz）を直接利用して、移動体の高さ変動検出を可能する。
【００４０】
ＧＰＳ信号を１Ｈｚ（１回／秒）でサンプリングし、３秒間（＝３回）のＺ方向のＧＰＳ速度（Ｚ方向）が約１ｍ/ｓを超える場合は、高さ変動があると判定する。ノイズ成分を除去するには、ある程度のサンプル数が必要である。ＧＰＳ速度（Ｚ方向）は、1回ごとの値を利用する以外にも、ある程度長い時間における平均値、または一定の走行距離における平均値を利用してもよい。
【００４１】
（３）加速度センサやＧＰＳ速度を用いる以外にも、例えば移動体に取り付けられたカメラ画像を利用し、移動体の周囲に高低があると認識できるとき、高さ変動があると判定するようにしてもよい。
（４）さらに、位置算出装置をナビゲーション装置に適用した場合には、ナビゲーション装置で用いられる地図データを利用し、周辺が山岳地帯であると認識できたとき、高さ変動があると判定してもよい。また、地図データは、メッシュ状（格子状）に海抜高さ情報を含むことができるので、移動体に誘導経路が設定されている場合には、その進行方向の高さ情報を参照して、現在の高さとの差分が一定以上になれば、高さ変動があると判定してもよい。あるいは、地図データに含まれるリンクデータが高さ情報を含んでいれば、その情報を参照するようにしてもよい。
【００４２】
高さ変動判定部５４により高さ変動があると判定されると（ステップＳ１０３）、しきい値設定部５８は、しきい値記憶部５６に記憶されたしきい値が上がるようにしきい値を更新する（ステップＳ１０４）。これにより、３次元測位がされ易くなる。
【００４３】
測位環境が良好であり、かつ高さ変動がないと判定された場合には、しきい値記憶部５６のしきい値はそのまま維持される（ステップＳ１０５）。
【００４４】
本実施例の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星の測位環境および移動体の高さ変動を監視し、測位環境が悪化すれば、ＰＤＯＰ値と比較するしきい値を小さくし、移動体の高さ変動が生じれば、しきい値を大きくし、動的にしきい値を変動させることで、最適な状態で２次元測位または３次元測位を行うことができ、より正確な位置算出をすることができる。
【００４５】
図６は、本実施例に係る位置算出装置をナビゲーション装置に適用したときのブロック図である。ナビゲーション装置１００は、上記したＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機１０、自立航法センサ２０、アンテナ１１４を介して車両外部の現在の道路交通情報を受信するＶＩＣＳ・ＦＭ多重レシーバ１１６、操作パネル１２２、音声入力部１２４およびリモコン操作部１２６を含むユーザ入力インターフェース１２０、大容量のハードディスクを有する記憶装置１３０、無線または有線によりデータ通信を可能とするデータ通信制御部１３２、スピーカ１４２から音声を出力させる音声出力部１４０、ディスプレイ１５２に画像を表示させる表示制御部１５０、種々のプログラムを記憶するプログラムメモリ１６０、データを一時記憶するデータメモリ１７０、および制御部１８０を含んでいる。制御部１８０は、図１に示す位置算出部３０のしきい値の設定や３次元／２次元の位置算出等の動作を包含する。
【００４６】
記憶装置１３０は、ナビゲーションの各種機能を実行するためのプログラムおよびデータベースを記憶する。データベースは、地図データ、施設データを含み、地図データは、道路に関するリンクデータおよび交差点データが含まれる。プログラムメモリ１６０は、記憶装置１３０に記憶されたプログラムをロードし、そこには、ＰＤＯＰ値と比較するしきい値を決定するプログラム、２次元または３次元測位による位置算出を行うプログラム、算出された自車位置を地図データ上にマップマッチングさせるプログラム、目的地までの最適経路を探索するためのプログラム等が格納されている。データメモリ１７０は、記憶装置１３０から読み出した地図データやＧＰＳ受信機１０や自立航法センサ２０からの測位データ等を記憶する。
【００４７】
位置算出装置をナビゲーション装置に適用したとき、ＧＰＳ測位環境の良否判定は、ナビゲーションの機能を利用することができる。ナビゲーション装置において、目的地までのルートが設定され、そのルートに沿って車両が誘導される場合、制御部１８０は、出発地から目的地までのルートが設定されたリンクデータを参照し、高低差を算出する。例えば、図７（ａ）に示すように、スタート地点Ｓから目的地ＧまでのリンクＬの高低差が得られた場合、スタート地点Ｓ１の高さＺ０を基準に、Ｚ０よりも高さＺ１だけ高い範囲Ｒ１、およびＺ１よりも高さＺ２だけ低い範囲Ｒ２において、高さ変動があると判定する。そして、制御部１８０は、自車位置が領域Ｒ１および領域Ｒ２に進入したとき、しきい値を可変する。
【００４８】
また、スタート地点ＳからゴールＧまでのルートを含む地図データＭにおいて、図７（ｂ）に示すように、メッシュ状の領域に高さ情報が設定されている場合には、制御部１８０は、図７（ａ）のときと同様に、スタート地点Ｓを基準に、そこから一定の高さの差分がある領域Ｒ１、Ｒ２を予め認識し、その領域Ｒ１、Ｒ２内に車両が進入したときに、しきい値を可変するようにしてもよい。
【００４９】
さらに、ＧＰＳ測位環境の良否判定についても地図データを利用することができる。図８に示すように、スタート地点Ｓから目的地Ｇまでのルートが設定されている場合には、リンクデータと道路沿いに存在する家屋データを参照し、一定の高さの高層建築物Ｂが一定数あれば、それを含む領域Ｒ３の測位環境が悪いと予め認識し、車両が領域Ｒ３に進入したとき、制御部１８０はしきい値を下げるようにしてもよい。
【００５０】
このように本実施例の位置算出装置をナビゲーション装置に適用することで、精度の高い自車位置情報を地図データに表示でき、かつ、自車位置の正確なタイミングで誘導案内を行うことができる。さらに、マップマッチング処理を行う場合にも、算出された位置精度が高ければ、自車位置を誤った道路にマッチングさせることが防止される。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る位置算出装置は、車両等の移動体用のナビゲーション装置やナビゲーションシステムにおいて利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例に係る位置算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置算出部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る位置算出装置の動作フローを示す図である。
【図４】加速度センサにより移動体の高さ変動を検出する方法を説明する図である。
【図５】ＧＰＳ速度により移動体の高さ変動を検出する方法を説明する図である。
【図６】本実施例の位置算出装置を適用したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施例の位置算出装置をナビゲーション装置に適用したときの高さ変動判定の例を説明する図である。
【図８】本実施例の位置算出装置をナビゲーション装置に適用したときのＧＰＳ測位環境判定の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：位置算出装置 １０：ＧＰＳ受信機
１２：アンテナ １４：受信部
２０：自立航法センサ ２２：角度センサ
２４：速度センサ ２６：加速度センサ
３０：位置算出部 ４０：メモリ
５０：ＰＤＯＰ算出部 ５２：測位環境判定部
５４：高さ変動判定部 ５６：しきい値記憶部
５８：しきい値設定部 ６０：測位切替部
６２：２次元／３次元測位演算部 ６４：高度記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた位置算出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーション装置において、自車位置を算出するために、ＧＰＳ衛星を用いたＧＰＳ測位が広く利用されている。一般的に、ＧＰＳ受信機は、４つ以上の衛星を補足する場合、ＸＹＺの絶対位置を測位計算（３次元測位）し、３つの衛星しか補足できない場合は、最終の３次元測位時の高さＺを固定した状態で、ＸＹの水平位置を測位計算（２次元測位）する。
【０００３】
ＧＰＳ測位の精度を表す概念に、ドップ（ＤＯＰ：Dilution of Precision）がある。ＰＤＯＰ(Position Dilution of Precision)は、ＧＰＳ衛星の配置状態の良否を示す指標であり、４つの衛星を結んでできる４面体の体積が大きいほど、精度が高く、ＰＤＯＰ値が小さくなる。ＨＤＯＰ（Horizontal Dilution of Precision）は、ＰＤＯＰの水平成分を指標化したものであり、ＶＤＯＰ(Vertical Dilution of Precision)は、ＰＤＯＰの垂直成分を指標化したものであり、両者の関係は、以下の数式１にて示される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
特許文献１は、ＧＰＳによる位置計測装置に関し、捕捉衛星の中から３次元測位に対するＨＤＯＰ値が最小となる衛星の組合せを選択し、かつ、捕捉衛星の中から２次元測位に対するＨＤＯＰ値が最小となる衛星の組合せを選択し、３次元測位のＨＤＯＰの最小値と２次元測位のＨＤＯＰの最小値を比較し、３次元測位のＨＤＯＰ値が２次元測位のＨＤＯＰ値よりも小さければ、３次元測位を行いし、２次元測位のＨＤＯＰ値が３次元測位のＨＤＯＰ値よりも小さければ、２次元測位を行うものである。これにより、ＨＤＯＰ値の小さな測位モードで車両の位置計算を可能にしている。
【０００６】
特許文献２は、ＧＰＳナビゲーション装置に関し、ＧＰＳ衛星により測位された前回の第１位置データと今回の第１位置データとを比較しその差が第１所定値以内であるか否かを判別する第１位置データ比較判別手段と、今回の第１位置データのＰＤＯＰ値が第２所定値以下であるか否かを判別するＰＤＯＰ値判別手段と、移動体自身に設けられた測位センサにより測位された第２位置データと今回の第１位置データを比較し、今回の第１位置データが示す移動体の現在位置と第２位置データが示す移動体の現在位置との間の距離差が第３所定値以上か否かを判別する距離差判別手段とを有し、前回の第１位置データと今回の第１位置データとの差が第１所定値以内であり、ＰＤＯＰ値が第２所定値以下であり、かつ、距離差が第３所定値以上のとき、ＧＰＳ衛星による精度が自立航法による精度よりも高いものとして、第１位置データを現在位置データを出力する。
【０００７】
【特許文献１】特公平６−７５１０３号
【特許文献２】特許３０６２３０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のＧＰＳ受信機において、４つ以上のＧＰＳ衛星を補足したとき、ＰＤＯＰ値としきい値と比較し、その比較結果に応じて３次元測位を行うか、または２次元測位を行うかの切替えが行われている。つまり、ＰＤＯＰ値がしきい値よりも小さければ、測位精度が高いため３次元測位が選択され、ＰＤＯＰ値がしきい値よりも大きければ、測位精度が悪いため２次元測位が選択される。
【０００９】
しかしながら、ＰＤＯＰ値の大きさを判定するためのしきい値は、ＧＰＳ受信機において固定されており、移動体の測位環境が動的に変化する状況において、固定されたしきい値が必ずしも最適値となり得ず、次のような課題を引き起こすことがある。
【００１０】
（１）３次元測位を行うためのしきい値が高い場合：
衛星配置が悪いとき、測位精度が劣化し、ＰＤＯＰ値が大きくなる。ＰＤＯＰ値が大きくても、しきい値が高ければ３次元測位が行われ、測位環境の悪い高層ビルなどの都市部を走行時に、マルチパスの影響を受け、異常な高さを出力することがある。例えば、実際の高さが海抜５０ｍであるにもかかわらず、ＧＰＳ受信機の出力が海抜１０００ｍ以上となってしまうことがある。これにより、ＸＹ水平位置の誤差が大きくなってしまう。
（２）３次元測位を行うためのしきい閾値が低い場合：
衛星配置が良いとき、測位精度が良く、ＰＤＯＰ値が小さくなる。ＰＤＯＰ値が小さくても、しきい値が低ければ、２次元測位が行われ、山道など高さが変化しやすいコースを走行時に、２次元測位が長時間連続で行われると、実際の高さと、３次元測位時に記憶した高さが次第にずれていくため、ＸＹ水平位置も、誤った位置へずれていってしまう。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、ＧＰＳ測位環境や移動体の高さ方向の動きを監視して、３次元測位を行うか否かのしきい値を動的に決定することができる位置算出装置および位置算出方法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】
【００１２】
本発明に係る位置算出装置は、ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出することが可能であり、ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値としきい値を比較し、ＰＳＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とする切替手段と、前記しきい値を移動体の移動中に可変する可変手段とを備えている。
【００１３】
好ましくは位置算出装置はさらに、ＧＰＳ測位環境の良否を判定する測位環境判定手段を含み、可変手段は、測位環境判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する。すなわち、可変手段は、ＧＰＳ測位環境が悪いと判定されたとき、しきい値を小さくすることにより、３次元測位に切り替え難くする。
【００１４】
好ましくは位置算出装置はさらに、移動体の高さ方向の変動を判定する高さ変動判定手段を含み、可変手段は、高さ変動判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する。すなわち、可変手段は、移動体の高さ方向の変動があると判定されたとき、しきい値を大きくすることにより、３次元測位に切り替え易くする。
【００１５】
好ましくは可変手段は、測位環境判定手段による判定を高さ変動判定手段による判定よりも優先し、測位環境判定手段により測位環境が良好であると判定され、かつ高さ変動判定手段により高さ変動があると判定されたときしきい値を可変する。
【００１６】
測位環境判定手段は、一定期間におけるＧＰＳ測位による移動距離と自立航法による移動体の走行距離との比が所定値を超えるとき、測位環境が悪いと判定する。この場合、マルチパスが発生していると推認されるので、しきい値を小さくして３次元測位に切り替え難くする。
【００１７】
好ましくは高さ変動判定手段は、加速度センサの出力から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定する。また、高さ変動判定手段は、ＧＰＳ測位によるＧＰＳ速度から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定するようにしてもよい。
【００１８】
本発明に係る、ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出方法は、測位環境の良否または移動体の高さ変動の少なくとも一方を判定するステップと、前記判定結果に応じてしきい値を設定するステップと、ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値としきい値を比較し、ＰＳＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とするステップとを有する。
【００１９】
さらに本発明の位置算出装置または位置算出方法は、コンピュータプログラムによって実行するようにしてもよい。さらに好ましくは、本発明の位置算出装置は、ナビゲーション装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＧＰＳ測位環境や移動体の高さ方向の変動を監視して、移動体の移動中に３次元測位か否かを判定するためのしきい値を可変するようにしたので、従来のしきい値を固定する方法と比較して、測位精度を向上させ、移動体の位置ずれを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る位置算出装置は、好ましくは車載用ナビゲーション装置において利用される。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明の実施例に係る位置算出装置の構成を示すブロック図である。位置算出装置１は、ＧＰＳ衛星から送られてくるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機１０と、移動体に取り付けられた各種センサにより相対方位、走行距離に関するデータ等を出力する自立航法センサ２０と、ＧＰＳ受信機１０および自立航法センサ２０から出力されるデータを入力し、入力したデータに基づき移動体の位置を算出する位置算出部３０と、メモリ４０とを含んで構成される。
【００２３】
ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星からの信号を受け取るアンテナ１２、アンテナ１２で受信したＧＰＳ信号のデコード等の処理を行い、その信号を位置算出部へ出力する受信部１４を備えている。自立航法センサ２０は、移動体の回転角度を検出するジャイロなどの角速度センサ２２、速度センサ２４および加速度センサ２６を含む。角速度センサ２２は、移動体の相対方位θｇｙｒｏを出力し、速度センサ２４は、移動体の速度Ｓを出力し、加速度センサ２６は、移動体の加速度Ａを出力する。
【００２４】
位置算出部３０は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ／ＲＡＭに格納されたプログラムによって位置算出を実行する。メモリ４０は、位置算出部３０により算出された位置情報を逐次記憶する。
【００２５】
図２に、位置算出部３０の機能的なブロック図を示す。位置算出部３０は、捕捉したＧＰＳ衛星の幾何学的配置からＰＤＯＰ値を算出するＰＤＯＰ算出部５０、ＧＰＳ受信機の測位環境の良否を判定する測位環境判定部５２、移動体の高さ変動を判定する高さ変動判定部５４、３次元測位をするか否かを判定するためのしきい値を格納するしきい値記憶部５６、測位環境判定部５２および高さ変動判定部５４の判定結果に基づきしきい値を可変するしきい値設定部５８、しきい値記憶部５６に記憶されたしきい値とＰＤＯＰ算出部５０からのＰＤＯＰ値とを比較し、ＰＤＯＰ値がしきい値を超えれば２次元測位に切替え、ＰＤＯＰ値がしきい値以下であれば３次元測位に切り替える切替信号を出力する測位切替部６０、切替信号に応じて３次元測位または２次元測位演算を行い、移動体の位置を算出する測位演算部６２、および３次元測位されたときの高度情報を更新しながら記憶する高度記憶部６４を含んでいる。
【００２６】
ＰＤＯＰ算出部５０は、受信機が４つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉したとき、それらの衛星の配置に基づきＰＤＯＰ値を算出する。仮に５つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉している場合には、捕捉された全てのＧＰＳ衛星についてのＰＤＯＰ値を算出するようにしてもよい。あるいは、５つ以上の捕捉されたＧＰＳ衛星からＰＤＯＰ値が最小となるＧＰＳ衛星の組み合わせにより３次元測位を行うのであれば、その最小となるＧＰＳ衛星の組み合わせのＰＤＯＰ値であってもよい。
【００２７】
しきい値記憶部５６は、初期値として標準的なしきい値が記憶される。例えば、ＧＰＳ受信機が都市型の指向性をもつものであれば、しきい値は５に設定され、それとは反対に、山岳部の指向性をもつものであれば、しきい値は１０に設定される。この初期設定されたしきい値は、後述するように、ＧＰＳ測位環境や移動体の高さ変動を監視することで、動的に変更され、最適化される。
【００２８】
測位演算部６２は、測位切替部６０からの切替信号が３次元測位を示せば、ＧＰＳ受信機１０からの受信信号に基づきＸＹＺの３次元測位演算を行う。３次元測位により求められた高さ（Ｚ）は、高度記憶部６４の高さを更新する。測位切替部６０からの切替信号が２次元測位に切替わると、測位演算部６２は、高度記憶部６４に記憶された高度を用いて２次元測位演算を行う。測位演算部６２はまた、ＧＰＳ受信機１０によりＧＰＳ衛星を捕捉することができないとき、あるいは３つ未満のＧＰＳ衛星しか捕捉することができないとき、自立航法センサ２０からの相対角度θGYRO、速度Ｓ、加速度Ａを利用して移動体の位置を算出することができる。さらに、位置算出部３０は、必要に応じて、ＧＰＳ受信機１０による測位と、自立航法センサ２０とを併用することもできる。
【００２９】
次に、本実施例における位置算出部の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。ＧＰＳ受信機１０により測位が開始されると、まず、測位環境判定部５２は、ＧＰＳ測位環境の良否を判定する（ステップＳ１０１）。測位環境判定部５２は、次のような条件を満たす場合、測位環境が悪いと判定する。
【００３０】
（１）一定時間のＧＰＳ位置の２点間の位置飛び距離（移動軌跡）と、自律航法センサによる走行距離の比が閾値を超えるとき、測位環境が悪いと判定する。例えば、両者の比が５倍を超えるとき、測位環境が悪いと判定する。５倍程度の開きが生じると、マルチパス等の影響によりＧＰＳ位置の軌跡に大きなバラツキが生じているとみなすことができる。ＧＰＳ測位のサンプリング周期が１秒であるとき、約１０秒間のＧＰＳ位置の移動軌跡と、１０秒間の走行距離の比を算出する。なお、自立航法センサによる走行距離は、車速センサ２４からの速度Ｓから算出される。
【００３１】
（２）上記走行距離比率以外にも、例えば移動体に取り付けられたカメラ画像を利用し、移動体の前方または周辺に高層建築物があると認識できるとき、測位環境が悪いと判定するようにしてもよい。たとえば、移動体周辺の撮像データを画像処理し、そこに一定の高さ、例えば５０メートル以上の高層建築物があれば、マルチパスの影響が生じ得るものとし、測位環境が悪いと判定する。高層建築物の高さや個数は、状況に応じて適宜変更できるようにしても良い。
【００３２】
（３）さらに、位置算出装置をナビゲーション装置に適用した場合には、ナビゲーション装置で用いられる地図データを利用し、移動体の周辺に高層建築物があると認識できたとき、測位環境が悪いと判定することができる。地図データは、道路（リンク）データに加えて、建物の家屋データを含んでおり、移動体の周辺に、例えば５０メートル以上の高層建築物があれば、マルチパスの影響により測位環境が悪いと判定しても良い。
【００３３】
測位環境判定部５２により測位環境が悪いと判定された場合、しきい値設定部５８は、しきい値記憶部５６のしきい値が小さくなるようにしきい値を可変する（ステップＳ１０２）。しきい値が小さくなると、３次元測位が行われ難くなる。
【００３４】
一方、測位環境判定部５２により測位環境が良好であると判定された場合（ステップＳ１０１）には、高さ変動判定部５４により移動体の高さの変動の有無が判定される（ステップＳ１０３）。高さ変動判定部５４は、次のような条件を満たす場合、移動体の高さ変動があると判定する。
【００３５】
（１）自律航法センサ２０による加速度センサ２８の出力を利用し、その静的加速度または重力方向の加速度が閾値を越えたとき、高さ変動があると判定する。
【００３６】
加速度センサ２８を利用して、高さ変動を検出する方法を以下に示す。移動体に対して発生する加速度は、大きく２つに分けられる。１つは、移動体の移動中の加減速により発生する加速度であり、これは動的加速度と呼ばれるものである。もう１つは、傾斜した場所に移動体があるときに発生する重力方向の加速度であり、これは静的加速度と呼ばれるものである。
【００３７】
加速度センサ２８を、移動体の前後方向を軸として取り付けた場合、図４に示すように、これら２つの静的加速度ｇと移動体の加減速による動的加速度ｋが合成された加速度Ａが加速度センサ出力として検出される。加速度センサにより高さ変動を検出するには、合成された加速度Ａから、傾斜により発生する静的加速度成分だけ取り出す必要がある。そのため、移動体の加減速による動的加速度を、今回と前回のＧＰＳ速度差分ΔＶ＝（Ｖ（ｔ）−Ｖ（ｔ−１））から算出し、ＧＰＳ速度差分ΔＶを加速度Ａから差し引くことで、静的加速度ｇを求めることができる（ｇ＝Ａ−ΔＶ）。
【００３８】
好ましくは、加速度センサ２８の出力を４０Ｈｚ（４０回／秒）でサンプリングし、３秒間（１２０回）の静的加速度の平均加速度が、約０．１Ｇを超える場合は、高さ変動があると判定する。静的加速度は、上記以外にも、ある程度長い時間における平均値または一定の走行距離における平均値を利用してもよい。
【００３９】
（２）ＧＰＳ速度を用いて高さ変動を検出する場合には、次の２つの方法がある。
（ａ）ＸＹ方向合成のＧＰＳ速度を使う場合：
図５（ａ）に示すように、移動体の加減速による動的加速度ｋを今回と前回のＧＰＳ速度差分ΔＶ＝（Ｖ（ｔ）−Ｖ（ｔ−１））から算出する。今回と前回のＧＰＳ速度のＸＹ合成の差分（Ｖgpsxy（ｔ）−Ｖgpsxy（ｔ−１））から移動体の前後方向の加速度Ａ１を算出する。動的加速度ｋから移動体の前後方向加速度Ａ１を差し引くことで、静的加速度ｇを求める。
（ｂ）Ｚ方向のＧＰＳ速度を使う場合：
図５（ｂ）に示すように、ＧＰＳ速度のＺ方向（Ｖgpsz）を直接利用して、移動体の高さ変動検出を可能する。
【００４０】
ＧＰＳ信号を１Ｈｚ（１回／秒）でサンプリングし、３秒間（＝３回）のＺ方向のＧＰＳ速度（Ｚ方向）が約１ｍ/ｓを超える場合は、高さ変動があると判定する。ノイズ成分を除去するには、ある程度のサンプル数が必要である。ＧＰＳ速度（Ｚ方向）は、1回ごとの値を利用する以外にも、ある程度長い時間における平均値、または一定の走行距離における平均値を利用してもよい。
【００４１】
（３）加速度センサやＧＰＳ速度を用いる以外にも、例えば移動体に取り付けられたカメラ画像を利用し、移動体の周囲に高低があると認識できるとき、高さ変動があると判定するようにしてもよい。
（４）さらに、位置算出装置をナビゲーション装置に適用した場合には、ナビゲーション装置で用いられる地図データを利用し、周辺が山岳地帯であると認識できたとき、高さ変動があると判定してもよい。また、地図データは、メッシュ状（格子状）に海抜高さ情報を含むことができるので、移動体に誘導経路が設定されている場合には、その進行方向の高さ情報を参照して、現在の高さとの差分が一定以上になれば、高さ変動があると判定してもよい。あるいは、地図データに含まれるリンクデータが高さ情報を含んでいれば、その情報を参照するようにしてもよい。
【００４２】
高さ変動判定部５４により高さ変動があると判定されると（ステップＳ１０３）、しきい値設定部５８は、しきい値記憶部５６に記憶されたしきい値が上がるようにしきい値を更新する（ステップＳ１０４）。これにより、３次元測位がされ易くなる。
【００４３】
測位環境が良好であり、かつ高さ変動がないと判定された場合には、しきい値記憶部５６のしきい値はそのまま維持される（ステップＳ１０５）。
【００４４】
本実施例の位置算出装置によれば、ＧＰＳ衛星の測位環境および移動体の高さ変動を監視し、測位環境が悪化すれば、ＰＤＯＰ値と比較するしきい値を小さくし、移動体の高さ変動が生じれば、しきい値を大きくし、動的にしきい値を変動させることで、最適な状態で２次元測位または３次元測位を行うことができ、より正確な位置算出をすることができる。
【００４５】
図６は、本実施例に係る位置算出装置をナビゲーション装置に適用したときのブロック図である。ナビゲーション装置１００は、上記したＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機１０、自立航法センサ２０、アンテナ１１４を介して車両外部の現在の道路交通情報を受信するＶＩＣＳ・ＦＭ多重レシーバ１１６、操作パネル１２２、音声入力部１２４およびリモコン操作部１２６を含むユーザ入力インターフェース１２０、大容量のハードディスクを有する記憶装置１３０、無線または有線によりデータ通信を可能とするデータ通信制御部１３２、スピーカ１４２から音声を出力させる音声出力部１４０、ディスプレイ１５２に画像を表示させる表示制御部１５０、種々のプログラムを記憶するプログラムメモリ１６０、データを一時記憶するデータメモリ１７０、および制御部１８０を含んでいる。制御部１８０は、図１に示す位置算出部３０のしきい値の設定や３次元／２次元の位置算出等の動作を包含する。
【００４６】
記憶装置１３０は、ナビゲーションの各種機能を実行するためのプログラムおよびデータベースを記憶する。データベースは、地図データ、施設データを含み、地図データは、道路に関するリンクデータおよび交差点データが含まれる。プログラムメモリ１６０は、記憶装置１３０に記憶されたプログラムをロードし、そこには、ＰＤＯＰ値と比較するしきい値を決定するプログラム、２次元または３次元測位による位置算出を行うプログラム、算出された自車位置を地図データ上にマップマッチングさせるプログラム、目的地までの最適経路を探索するためのプログラム等が格納されている。データメモリ１７０は、記憶装置１３０から読み出した地図データやＧＰＳ受信機１０や自立航法センサ２０からの測位データ等を記憶する。
【００４７】
位置算出装置をナビゲーション装置に適用したとき、ＧＰＳ測位環境の良否判定は、ナビゲーションの機能を利用することができる。ナビゲーション装置において、目的地までのルートが設定され、そのルートに沿って車両が誘導される場合、制御部１８０は、出発地から目的地までのルートが設定されたリンクデータを参照し、高低差を算出する。例えば、図７（ａ）に示すように、スタート地点Ｓから目的地ＧまでのリンクＬの高低差が得られた場合、スタート地点Ｓ１の高さＺ０を基準に、Ｚ０よりも高さＺ１だけ高い範囲Ｒ１、およびＺ１よりも高さＺ２だけ低い範囲Ｒ２において、高さ変動があると判定する。そして、制御部１８０は、自車位置が領域Ｒ１および領域Ｒ２に進入したとき、しきい値を可変する。
【００４８】
また、スタート地点ＳからゴールＧまでのルートを含む地図データＭにおいて、図７（ｂ）に示すように、メッシュ状の領域に高さ情報が設定されている場合には、制御部１８０は、図７（ａ）のときと同様に、スタート地点Ｓを基準に、そこから一定の高さの差分がある領域Ｒ１、Ｒ２を予め認識し、その領域Ｒ１、Ｒ２内に車両が進入したときに、しきい値を可変するようにしてもよい。
【００４９】
さらに、ＧＰＳ測位環境の良否判定についても地図データを利用することができる。図８に示すように、スタート地点Ｓから目的地Ｇまでのルートが設定されている場合には、リンクデータと道路沿いに存在する家屋データを参照し、一定の高さの高層建築物Ｂが一定数あれば、それを含む領域Ｒ３の測位環境が悪いと予め認識し、車両が領域Ｒ３に進入したとき、制御部１８０はしきい値を下げるようにしてもよい。
【００５０】
このように本実施例の位置算出装置をナビゲーション装置に適用することで、精度の高い自車位置情報を地図データに表示でき、かつ、自車位置の正確なタイミングで誘導案内を行うことができる。さらに、マップマッチング処理を行う場合にも、算出された位置精度が高ければ、自車位置を誤った道路にマッチングさせることが防止される。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る位置算出装置は、車両等の移動体用のナビゲーション装置やナビゲーションシステムにおいて利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例に係る位置算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置算出部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る位置算出装置の動作フローを示す図である。
【図４】加速度センサにより移動体の高さ変動を検出する方法を説明する図である。
【図５】ＧＰＳ速度により移動体の高さ変動を検出する方法を説明する図である。
【図６】本実施例の位置算出装置を適用したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施例の位置算出装置をナビゲーション装置に適用したときの高さ変動判定の例を説明する図である。
【図８】本実施例の位置算出装置をナビゲーション装置に適用したときのＧＰＳ測位環境判定の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：位置算出装置 １０：ＧＰＳ受信機
１２：アンテナ １４：受信部
２０：自立航法センサ ２２：角度センサ
２４：速度センサ ２６：加速度センサ
３０：位置算出部 ４０：メモリ
５０：ＰＤＯＰ算出部 ５２：測位環境判定部
５４：高さ変動判定部 ５６：しきい値記憶部
５８：しきい値設定部 ６０：測位切替部
６２：２次元／３次元測位演算部 ６４：高度記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値としきい値を比較し、ＰＳＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とする切替手段と、
前記しきい値を移動体の移動中に可変する可変手段と、
を有する位置算出装置。
【請求項２】
位置算出装置はさらに、ＧＰＳ測位環境の良否を判定する測位環境判定手段を含み、前記可変手段は、前記測位環境判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する、請求項１に記載の位置算出装置。
【請求項３】
前記可変手段は、ＧＰＳ測位環境が悪いと判定されたとき、しきい値を小さくする、請求項２に記載の位置算出装置。
【請求項４】
位置算出装置はさらに、移動体の高さ方向の変動を判定する高さ変動判定手段を含み、前記可変手段は、前記高さ変動判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する、請求項１に記載の位置算出装置。
【請求項５】
前記可変手段は、移動体の高さ方向の変動があると判定されたとき、しきい値を大きくする、請求項４に記載の位置算出装置。
【請求項６】
前記可変手段は、測位環境判定手段による判定を高さ変動判定手段による判定よりも優先し、測位環境判定手段により測位環境が良好であると判定され、かつ高さ変動判定手段により高さ変動があると判定されたとき、しきい値を可変する、請求項２または４に記載の位置算出装置。
【請求項７】
前記測位環境判定手段は、一定期間におけるＧＰＳ測位による移動距離と自立航法による移動体の走行距離との比が所定値を超えるとき、測位環境が悪いと判定する、請求項２または３に記載の位置算出装置。
【請求項８】
前記測位環境判定手段は、移動体の周囲を撮像する撮像カメラを含み、撮像カメラにより撮像された撮像データから、所定の高さの高層建築物があると認識されたとき、測位環境が悪いと判定する、請求項２または３に記載の位置算出装置。
【請求項９】
前記測位環境判定手段は、地図データを利用し、移動体の周辺に所定の高さの高層建築物があると認識されたとき、測位環境が悪いと判定する、請求項２または３に記載の位置算出装置。
【請求項１０】
前記高さ変動判定手段は、加速度センサの出力から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１１】
前記高さ変動判定手段は、ＧＰＳ測位によるＧＰＳ速度から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１２】
前記高さ変動判定手段は、移動体の周囲を撮像する撮像カメラを含み、撮像カメラにより撮像された撮像データから移動体の周辺に高低が認識されたとき、高さ方向に変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１３】
前記高さ変動判定手段は、地図データを利用し、移動体の周辺が山岳地帯と認識されたとき、高さ方向に変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１４】
ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出方法であって、
ＧＰＳ測位環境の良否または移動体の高さ変動の少なくとも一方を判定するステップと、
前記判定結果に応じてしきい値を設定するステップと、
ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値と前記しきい値を比較し、ＰＳＯＰ値が前記しきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とするステップと、
を有する位置算出方法。
【請求項１５】
前記しきい値を設定するステップは、ＧＰＳ測位環境の良否の判定を、移動体の高さ変動の判定よりも優先して行う、請求項１４に記載の位置算出方法。
【請求項１６】
測位環境が悪いと判定されたときのしきい値は、高さ変動があると判定されたときのしきい値よりも小さい、請求項１５に記載の位置算出方法。
【請求項１７】
一定期間におけるＧＰＳ測位により得られた移動距離と自立航法による移動体の走行距離との比が所定値を超えるとき、測位環境が悪いと判定し、前記しきい値を小さくする、請求項１５に記載の位置算出方法。
【請求項１８】
ＧＰＳ速度または加速度センサから得られた移動体の重力方向の加速度が所定値を超えるとき、移動体の高さ変動があると判定し、前記しきい値を大きくする、請求項１５に記載の位置算出方法。
【請求項１９】
ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出プログラムであって、
ＧＰＳ測位環境の良否または移動体の高さ変動の少なくとも一方を判定するステップと、
前記判定結果に応じてしきい値を設定するステップと、
ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値と前記しきい値を比較し、ＰＳＯＰ値が前記しきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値が前記しきい値以下の場合には３次元測位を可能とするステップと、
を有する位置算出プログラム。
【請求項２０】
請求項１ないし１３いずれか１つに記載の位置算出装置と、
位置算出装置によって出力された移動体の位置情報を、道路地図上に表示する表示手段と、
を有するナビゲーション装置。
【請求項１】
ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値としきい値を比較し、ＰＳＯＰ値がしきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とする切替手段と、
前記しきい値を移動体の移動中に可変する可変手段と、
を有する位置算出装置。
【請求項２】
位置算出装置はさらに、ＧＰＳ測位環境の良否を判定する測位環境判定手段を含み、前記可変手段は、前記測位環境判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する、請求項１に記載の位置算出装置。
【請求項３】
前記可変手段は、ＧＰＳ測位環境が悪いと判定されたとき、しきい値を小さくする、請求項２に記載の位置算出装置。
【請求項４】
位置算出装置はさらに、移動体の高さ方向の変動を判定する高さ変動判定手段を含み、前記可変手段は、前記高さ変動判定手段の判定結果に応じてしきい値を可変する、請求項１に記載の位置算出装置。
【請求項５】
前記可変手段は、移動体の高さ方向の変動があると判定されたとき、しきい値を大きくする、請求項４に記載の位置算出装置。
【請求項６】
前記可変手段は、測位環境判定手段による判定を高さ変動判定手段による判定よりも優先し、測位環境判定手段により測位環境が良好であると判定され、かつ高さ変動判定手段により高さ変動があると判定されたとき、しきい値を可変する、請求項２または４に記載の位置算出装置。
【請求項７】
前記測位環境判定手段は、一定期間におけるＧＰＳ測位による移動距離と自立航法による移動体の走行距離との比が所定値を超えるとき、測位環境が悪いと判定する、請求項２または３に記載の位置算出装置。
【請求項８】
前記測位環境判定手段は、移動体の周囲を撮像する撮像カメラを含み、撮像カメラにより撮像された撮像データから、所定の高さの高層建築物があると認識されたとき、測位環境が悪いと判定する、請求項２または３に記載の位置算出装置。
【請求項９】
前記測位環境判定手段は、地図データを利用し、移動体の周辺に所定の高さの高層建築物があると認識されたとき、測位環境が悪いと判定する、請求項２または３に記載の位置算出装置。
【請求項１０】
前記高さ変動判定手段は、加速度センサの出力から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１１】
前記高さ変動判定手段は、ＧＰＳ測位によるＧＰＳ速度から得られた重力方向の加速度が所定値より大きいとき、高さ変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１２】
前記高さ変動判定手段は、移動体の周囲を撮像する撮像カメラを含み、撮像カメラにより撮像された撮像データから移動体の周辺に高低が認識されたとき、高さ方向に変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１３】
前記高さ変動判定手段は、地図データを利用し、移動体の周辺が山岳地帯と認識されたとき、高さ方向に変動があると判定する、請求項４または５に記載の位置算出装置。
【請求項１４】
ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出方法であって、
ＧＰＳ測位環境の良否または移動体の高さ変動の少なくとも一方を判定するステップと、
前記判定結果に応じてしきい値を設定するステップと、
ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値と前記しきい値を比較し、ＰＳＯＰ値が前記しきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値がしきい値以下の場合には３次元測位を可能とするステップと、
を有する位置算出方法。
【請求項１５】
前記しきい値を設定するステップは、ＧＰＳ測位環境の良否の判定を、移動体の高さ変動の判定よりも優先して行う、請求項１４に記載の位置算出方法。
【請求項１６】
測位環境が悪いと判定されたときのしきい値は、高さ変動があると判定されたときのしきい値よりも小さい、請求項１５に記載の位置算出方法。
【請求項１７】
一定期間におけるＧＰＳ測位により得られた移動距離と自立航法による移動体の走行距離との比が所定値を超えるとき、測位環境が悪いと判定し、前記しきい値を小さくする、請求項１５に記載の位置算出方法。
【請求項１８】
ＧＰＳ速度または加速度センサから得られた移動体の重力方向の加速度が所定値を超えるとき、移動体の高さ変動があると判定し、前記しきい値を大きくする、請求項１５に記載の位置算出方法。
【請求項１９】
ＧＰＳ衛星によるＧＰＳ測位を利用して移動体の位置を算出する位置算出プログラムであって、
ＧＰＳ測位環境の良否または移動体の高さ変動の少なくとも一方を判定するステップと、
前記判定結果に応じてしきい値を設定するステップと、
ＧＰＳ衛星の捕捉状況によって得られるＰＤＯＰ値と前記しきい値を比較し、ＰＳＯＰ値が前記しきい値より大きい場合には２次元測位を可能とし、ＰＤＯＰ値が前記しきい値以下の場合には３次元測位を可能とするステップと、
を有する位置算出プログラム。
【請求項２０】
請求項１ないし１３いずれか１つに記載の位置算出装置と、
位置算出装置によって出力された移動体の位置情報を、道路地図上に表示する表示手段と、
を有するナビゲーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２５６０４１（Ｐ２００７−２５６０４１Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８０１４５（Ｐ２００６−８０１４５）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００１０１７３２）アルパイン株式会社 (2,424)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００１０１７３２）アルパイン株式会社 (2,424)
【Ｆターム（参考）】
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