ＧＰＳ測位装置
【課題】 マルチパスによる影響を低減し、測位精度の高い「ＧＰＳ測位装置」を提供する。
【解決手段】 ＧＰＳ測位装置は、移動体の高度情報Ｚｏを記憶する高度情報メモリ３４と、捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の中からＧＰＳ衛星の組合せを求める組合せ算出部３０と、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測する位置計測部３２と、計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報メモリ３４かた提供される高度情報Ｚｏとの差分を求める差分抽出部３６と、抽出された差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定部３８とを有する。
【解決手段】 ＧＰＳ測位装置は、移動体の高度情報Ｚｏを記憶する高度情報メモリ３４と、捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の中からＧＰＳ衛星の組合せを求める組合せ算出部３０と、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測する位置計測部３２と、計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報メモリ３４かた提供される高度情報Ｚｏとの差分を求める差分抽出部３６と、抽出された差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定部３８とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置をＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して測位するＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法、ＧＰＳ測位プログラム、およびこれらを用いたナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の移動体の位置を算出する方法として、ＧＰＳ衛星を利用した測位（以下、ＧＰＳ測位という）が広く利用されている。ＧＰＳ測位は、３つのＧＰＳ衛星を捕捉することができれば、移動体の２次元位置（緯度、経度）を測位することができ、４つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉することができれば、移動体の３次元位置（緯度、経度、高度）を測位することができる。ＧＰＳ測位は、測位環境によって捕捉できるＧＰＳ衛星の数に変化がある。このため、２次元位置しか測位できないようなとき、直前の３次元測位で得られた高度を利用する方法もある。
【０００３】
特許文献１は、ＧＰＳ受信機に大気圧検知部を設け、２次元測位しかできないとき、大気圧から算出された高度情報を利用して３次元測位を行うものである。
【０００４】
特許文献２は、気圧データから高度情報を算出し、道路地図上に複数の高度の異なる道路が存在するとき、算出された高度情報に近い道路を選択して自車位置のマップマッチングを行うナビゲーション装置を開示している。
【０００５】
特許文献３は、気圧を計測し、その気圧から移動体の高度を検出し、検出された高度をＧＰＳ測位により得られた移動体の高度を基準に校正し、移動体の位置速度を算出する移動体用航法装置を開示する。また、ＧＰＳ測位ができないときは、気圧から検出された高度を利用する。
【０００６】
特許文献４は、高度変化に由来する気圧変動分を除去し、気象条件に由来する変動分だけを含んだ気圧を測定する気圧計を開示する。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−４５４３６号
【特許文献２】特開２０００−２７５０５１号
【特許文献３】特開２００６−２１４９９３号
【特許文献４】特開平９−６１２６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、移動体の位置を算出するとき、ＧＰＳ測位が利用されるが、概してＧＰＳ受信機は、捕捉できるＧＰＳ衛星のすべての信号を利用し、測位演算を行っている。例えば、ＧＰＳ受信機により５つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉できるとき、その中からＧＰＳ衛星の組合せを求め、求められた組合せの３次元位置の平均値を測位位置としたり、あるいはＧＰＳ衛星の受信強度や仰角から特定のＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置を測位位置としていた。
【０００９】
しかしながら、ＧＰＳ測位は、測位環境に影響され易いという欠点がある。例えば、移動体が高層ビル等が多い都市エリアを移動する場合、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機に到来する信号にマルチパスが生じることがある。現状のＧＰＳ受信機では、どのＧＰＳ衛星からの信号がマルチパスの影響を受けているのかを特定することができないため、マルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星からの信号を利用して測位してしまい、その結果、移動体の位置に大きな誤差を含ませ、ＧＰＳ測位精度を劣化させてしまうという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するために成されたものであり、マルチパスによる影響を低減し、測位精度の高いＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法およびＧＰＳ測位プログラムを提供することを目的とする。
さらに本発明は、マルチパスの影響のあるＧＰＳ衛星を特定し、そのようなＧＰＳ衛星を移動体の測位に用いないＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法およびＧＰＳ測位プログラムを提供することを目的とする。
さらに本発明は、上記のＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法またはＧＰＳ測位プログラムを利用し、車両等の移動体の位置を正確に表示し、かつ移動体の経路案内を行うことができるナビゲーション装置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】
【００１１】
本発明に係るＧＰＳ測位装置は、移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するものであって、移動体の高度情報Ｚｏを取得する取得手段と、捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の中からＧＰＳ衛星の組合せを求め、ＧＰＳ衛星の組合せ毎に移動体の３次元位置を計測する計測手段と、前記計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求める差分抽出手段と、抽出された差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定手段とを有する。
【００１２】
好ましくは計測手段は、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４通りのＧＰＳ衛星の組合せを求める。４つのＧＰＳ衛星の組合せにより移動体の３次元位置の計測が可能である。また、計測手段は、ＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せを除外するようにしてもよい。ＧＰＳ衛星の配置によりＰＤＯＰ値が大きいと測位精度が劣化するためである。
【００１３】
位置決定手段は、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とすることができる。あるいは、複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とすることができる。
【００１４】
また位置決定手段は、差分がしきい値以下となる組合せがないとき、前記計測手段による３次元位置を測位位置としないようにしてもよい。高度情報Ｚｏは、気圧計により計測された気圧から求められた絶対高度を用いることでき、あるいは、道路地図データベースから求められた絶対高度を用いることができる。
【００１５】
さらに好ましくは位置決定手段は、高度情報Ｚｏの信頼度に応じてしきい値を可変するようにしてもよい。高度情報Ｚｏの信頼度は、例えば、気圧計の信頼度である。信頼度が低ければ、しきい値を大きくし、その反対に信頼度が高ければ、しきい値を小さくすることができる。
【００１６】
本発明に係るＧＰＳ測位方法またはそのプログラムは、移動体の高度情報Ｚｏを取得するステップと、捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４通りのＧＰＳ衛星の組合せを求め、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測するステップと、計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求めるステップと、差分としきい値とを比較するステップと、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択するステップと、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＧＰＳ測位以外の方法で取得された移動体の高度情報ＺｏとＧＰＳ測位により計測された高度情報Ｚとの差分がしきい値を越えるとき、ＧＰＳ衛星の組合せにはマルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星が含まれると判定して当該組合せをＧＰＳ測位から除くようにしたので、ＧＰＳ測位におけるマルチパスの影響を防止し、測位精度の劣化を阻止することができる。この結果、従来と比較して移動体の位置精度は向上し、ひいては、ＧＰＳ測位を利用するナビゲーション装置においてディスプレイの道路地図上に正確に移動体を表示させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の実施例に係るＧＰＳ測位装置の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ測位装置１０は、ＧＰＳ衛星から送られてくる信号を受信するＧＰＳ受信アンテナ１２と、受信した信号のデコード等の処理を行い、その信号を位置算出部２０へ出力する受信部１４と、ＧＰＳ測位以外の方法を用いて移動体の高度情報をリアルタイムで取得する高度情報取得部１６と、受信部１４で受信された信号と高度情報取得部１６で取得された高度情報に基づき移動体の位置を算出する位置算出部２０とを含んでいる。位置算出部３０は、例えば、マイクロコンピュータを含み、ＲＯＭ／ＲＡＭに格納されたプログラムによって移動体の位置算出を実行することができる。
【００２０】
図２は、図１に示す位置算出部の機能的な構成を示すブロック図である。位置算出部２０は、受信部１４から受信した信号に基づき捕捉可能なＧＰＳ衛星が複数あるときそれらの中からＧＰＳ衛星の組合せを算出するＧＰＳ衛星組合せ算出部３０と、組み合わされたＧＰＳ衛星の信号に基づき２次元または３次元位置を計測する位置計測部３２と、高度情報取得部１６で取得された高度情報（ここでは、絶対高度Ｚｏとする）を記憶しその内容を逐次最新のものに更新する高度情報メモリ３４と、位置計測部３２で計測された３次元位置に含まれる絶対高度Ｚと高度情報メモリ３４に記憶された絶対高度Ｚｏとの差分を抽出する高度情報差分抽出部３６と、高度情報差分抽出部３６で求められた差分としきい値とを比較し、比較結果に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定部３８とを含んで構成される。
【００２１】
ＧＰＳ衛星組合せ算出部３０は、受信部１４からの信号に基づき、捕捉可能なＧＰＳ衛星を識別する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が５つ以上あるとき、組合せ算出部３０は、ＧＰＳ衛星から４つの組合せを算出する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、５以上の自然数）としたとき、組合せ算出部３０は、ｎ個のＧＰＳ衛星の中から４つのＧＰＳ衛星の組合せ、すなわちｎＣ４を算出する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が５つであれば、その組合せは、５通りとなる。
【００２２】
位置計測部３２は、組合せ算出部３０からＧＰＳ衛星の組合せを受け取ると、組合せ毎に位置を計測する。例えば、図３に示すように、捕捉可能なＧＰＳ衛星の番号が、「３」、「７」、「１５」、「２４」、「２９」であるとき、ＧＰＳ衛星の組合せは、［３，７，１５，２４］、［３，７，１５，２９］、［３，７，２４，２９］、［３，１５，２４，２９］、［７，１５，２４，２９］の５通りであり、これらの５通りの組合せの３次元位置（ＸＹＺ）が計測される。例えば、第1の組合せ［３，７，１５，２４］の計測結果は、緯度（Ｘ位置）が３５度４１分３５４２９７秒、経度（Ｙ位置）が１３９度４１分７８３５３秒、絶対高度（Ｚ）が５７８メートルである。一方、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が４つである場合には、その組合せは１つに決定され、その３次元位置が計測され、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が３つである場合には、その２次元位置が計測される。
【００２３】
高度情報メモリ３４は、図１に示す高度情報取得部１６で取得された高度情報を逐次更新し、移動体のリアルタイムな絶対高度を高度情報差分抽出部３６へ提供する。高度情報を得る方法として、例えば、気圧計（気圧センサ）により移動体が位置する気圧を計測し、計測された気圧から絶対高度を求めることができる。高度情報取得部１６は、それ自身が気圧計を含み構成であってもよいし、あるいは、移動体等に取り付けられた気圧計から気圧および／または絶対高度を入力するものであってもよい。
【００２４】
また、気圧計以外の高度情報を得る手段として、絶対高度または相対高度を格納した地図データベースを利用することができる。この場合、例えば、ＧＰＳ測位で得られた移動体のＸＹ位置（緯度、経度）に対応する高度情報を地図データベースから取得することができる。ＧＰＳ測位以外の自立航法による測位から得られたＸＹ位置を利用して高度情報を取得するようにしてもよい。
【００２５】
高度情報差分抽出部３６は、高度情報メモリ３４に記憶された絶対高度Ｚｏと位置計測部３２において計測された３次元位置に含まれる絶対高度Ｚとを比較し、両者の差分（｜Ｚｏ−Ｚ｜）を抽出する。例えば、ＧＰＳ衛星の組合せが５通りであれば、５通りの絶対高度Ｚと絶対高度Ｚｏの差分が抽出される。高度情報差分抽出部３６による差分は位置決定部３８へ提供される。
【００２６】
図４に位置決定部の動作フローを示す。位置決定部３８は、差分抽出部３６から各組合せの差分を受け取ると（ステップＳ１０１）、それぞれの差分を予め設定されたしきい値Ｓと比較する（ステップＳ１０２）。しきい値Ｓは、ＧＰＳ測位の精度を判定するものである。例えば、気圧計から得られた絶対高度Ｚｏを基準にＧＰＳ測位の精度を判定する場合には、気圧計の精度に基づきしきい値Ｓが決定される。
【００２７】
次に、位置決定部３８は、差分がしきい値Ｓ以下となるＧＰＳ衛星の組合せを検索する（ステップＳ１０３）。しきい値Ｓ以下となる組合せが存在しないとき（ステップＳ１０４）、位置決定部３８は、ＧＰＳ測位の誤差が大きいと判定し、その旨を示す結果を出力する（ステップＳ１０５）。このような出力は、例えばナビゲーション装置に供給され、ナビゲーション装置は、ＧＰＳ測位を自車位置の判定から除外することができる。
【００２８】
差分がしきい値Ｓ以下となるＧＰＳ衛星の組合せが存在するとき（ステップＳ１０４）、位置決定部３８はさらにその組合せが１つか否かを判定する（ステップＳ１０６）。もし、しきい値Ｓ以下の組合せが１つであれば、位置決定部３８は、当該組合せを最適とみなし、この組合せの測位結果を測位位置に決定する（ステップＳ１０７）。しきい値Ｓ以下となる組合せが複数存在する場合には、位置決定部３８は、好ましくは、その中から差分としきい値Ｓとの差が最も小さくなる組合せを選択し、この組合せの測位結果を測位位置とする（ステップＳ１０８）。
【００２９】
図３を参照すると、上記したように、捕捉された５つのＧＰＳ衛星の中から５つの組合せが求められ、それぞれの３次元位置が計測される。また、高度情報メモリから提供される絶対高度Ｚｏは、６２メートルである。第１の組合せないし第５の組合せにより測位された絶対高度Ｚと、高度情報メモリ３４から得られた絶対高度Ｚｏとの差分を求めると、その差分は上から順に、５１６ｍ、１ｍ、３２４ｍ、４２８ｍ、２９４ｍとなる。気圧計の誤差精度が仮に３メートルであるとき、しきい値Ｓは３メートルに設定される。図３の例において、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せは、第２の組合せである。他の組合せは、差分がしきい値Ｓを超えているため、マルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星を含むことになる。言い換えれば、第２の組合せは、ＧＰＳ衛星「２４」を除外しており、他の組合せはすべてＧＰＳ衛星「２４」を含んでいるので、ＧＰＳ衛星「２４」がマルチパスの影響を受けている衛星であると特定することができる。
【００３０】
このように、第２のＧＰＳ衛星の組合せ［３，７，１５，２９］は、絶対高度の差分をしきい値Ｓ以下に収めているため、ＧＰＳ測位精度を良好とみなすことができ、この組合せの測位結果を測位位置に利用する。この場合、絶対高度は、ＧＰＳ測位による６１メートルまたは高度情報メモリ（気圧計）から取得した６２メートルのいずれを用いてもよい。
【００３１】
図３に示す例では、差分がしきい値以下となる組合せは１つしか存在しないが、仮に、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せが複数ある場合は、上記したように差分が最小となる組合せを測位位置としたり、あるいは、複数の組合せの測位結果の平均を測位位置にしてもよい。一方、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せが存在しない場合は、ＧＰＳ測位精度が大きな誤差を含み、その精度が良くないとみなせるため、測位結果の出力を停止したり、精度が悪いことを示す結果を出力するようにすることも可能である。
【００３２】
図５は、気圧計から取得された絶対高度とＧＰＳ測位から得られた絶対高度を比較する市街地の実測データである。図５の縦軸は、絶対高度[ｍ]であり、横軸は経過時間[ｓ]である。実測データは、温度補償機能を有する高精度の気圧計Ｋ１のグラフと、温度補償機能がない低コストの気圧計Ｋ２のグラフと、ＧＰＳ受信機Ｇのグラフとを示している。グラフＫ１とグラフＫ２は、ほぼ近似した絶対高度を出力しているが、経過時間が約１００秒となる期間Ｔ１、および経過時間が約９００秒となる期間Ｔ２において、ＧＰＳ測位の絶対高度がマルチパスの影響により突然大きく変位している。また、経過時間が約６００−８００の期間Ｔ３は、移動体が立体駐車場に進入しＧＰＳ測位をすることができない期間であり、その間、ＧＰＳ測位による絶対高度は一定となっている。他方、気圧計による絶対高度Ｇ１、Ｇ２は、立体駐車場に入ってからそこを出るまでの高度を忠実に反映している。
【００３３】
このように、マルチパスの影響がなければ、ＧＰＳ測位による絶対高度は、気圧計による絶対高度に追従しほぼ同等の大きさである。両者の差分は、気圧計による誤差範囲内に収まると見ることができる。従って、ＧＰＳ測位による絶対高度が気圧計による絶対高度から一定以上乖離したとき、ＧＰＳ衛星がマルチパスの影響を受けているか、ＧＰＳ衛星を測位することができないと認められ、そのようなマルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星を測位対象から除外することで、ＧＰＳ測位の精度の劣化を防止することができる。
【００３４】
次に、本発明の実施例に係るＧＰＳ測位装置の好ましい変形例について説明する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が多いとき、例えば、８つのＧＰＳ衛星が捕捉可能であると、そこから４つのＧＰＳ衛星を選択する組合せは７０通り存在する。位置計測部３２の負担を軽減し、かつ処理速度を向上させるため、位置決定部３８は、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せの存在を確認した時点で、位置計測部３２に対して未処理の組合せの位置計測を停止するように指示を与えるようにしてもよい。この場合、位置決定部３８は、最初に差分がしきい値Ｓ以下となる組合せの測位結果を測位位置に用いるようにする。
【００３５】
また、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、衛星の配置状態の良否の指標であり、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。ＧＰＳ衛星組合せ算出部３０は、ＧＰＳ衛星の組合せから得られたＰＤＯＰ値が所定値以上であるとき、当該組合せの誤差が大きいものとして、組合せから除外し計測をさせないようにしてもよい。これにより、位置計測部３２や位置決定部３８による処理の効率化、高速化を図ることができる。
【００３６】
次に、高度情報を地図データベースから取得する例について説明する。
地図データベースは、ナビゲーション装置等において自車位置周辺の道路や地図を表示するために、道路や地図をデータベース化している。地図データベースに高度情報を格納する方法として、第１の方法は、例えば図６（ａ）に示すように、地図データベースに含まれる道路（リンク）データＲ１、Ｒ２、・・・Ｒｎ毎にそれらの絶対高度Ｚ１、Ｚ２、・・・Ｚｎを含めることができる。例えば、移動体が道路Ｒ２上にあるとき、地図データベースから絶対高度Ｚ２を取得することができる。高度情報は、絶対高度であってもよいし、他の隣接する道路との差分を示す相対高度であってもよい。
【００３７】
第２の方法は、例えば図６（ｂ）に示すように、地図データを一定の面積を持つ矩形状のメッシュＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｐ、・・・Ｍｎに分割し、各メッシュ毎に絶対高度Ｚ１、Ｚ２、・Ｚｐ・Ｚｎを与える。例えば、移動体の位置がメッシュＭ２にあれば、メッシュＭ２の絶対高度Ｚ２を取得することができる。この場合にも、高度情報は、隣接するメッシュの高度との差分である相対高度であっても良い。また、メッシュの形状、大きさは適宜変更することが可能である。
【００３８】
地図データベース上の移動体の位置の特定は、ＧＰＳ測位により得られたＸ、Ｙ座標を用いることができる。あるいは、ＧＰＳ測位以外の自立航法センサ（例えば、角度センサと距離センサ）を備えている場合には、自立航法センサによるＸ、Ｙ座標を用いることができる。
【００３９】
さらに、ＧＰＳ測位装置は、移動体の位置近傍の絶対高度を通信手段を用いて取得するようにしてもよい。例えば、ＶＩＣＳによる光ビーコンや電波ビーコンは、そこを中心とする一定のエリア内の移動体に光または電波を送信するが、この機能を利用して高度情報を送信し、移動体がそのエリア内で絶対高度を受信するようにしてもよい。勿論、ＶＩＣＳ以外の他の道路情報提供サービスが提供する無線情報から絶対高度を受信したり、車々間通信により他の車両が保持する絶対高度を受信するようにしてもよい。
【００４０】
次に、気圧計により絶対高度を求める際の好ましい構成例を説明する。気圧計を用いる場合には、天候による気圧変動を考慮することが好ましい。なぜなら、低気圧や台風が接近し、または通過するとき気圧変動が大きくなり、気圧計による精度が劣化しやすくなるためである。例えば、低気圧の通過による気圧変動が２ｈＰａ／ｈであるとき、１時間で約１６ｍの高さの誤差が発生する。また、台風の通過による気圧変動が２ｈＰａ／１５分であるとき、１５分で約１６ｍの高さの誤差が発生する。
【００４１】
このように気圧変動が大きい場合は、気圧計の測定結果を信頼することができないため、気圧計による絶対高度を利用しないようにするか、上記したしきい値を変化させ、精度を補償することが望ましい。
【００４２】
例えば気圧計の信頼度は、次のような方法により判定することができる。
（１）初めに、地図データベース等の絶対高度を利用して、絶対高度のリファレンス(基準)を得る。気圧計から取得した絶対高度を更新したときに、前回の更新から要した時間と、そのときのオフセット補正量（リファレンスとの差分）を記録しておく。
（２）次に、前回の更新から要した時間と、オフセット補正量を利用して、単位時間当たりの絶対高度オフセット補正量Ａを計算する。
（３）オフセット補正量Ａが、しきい値Ｗ以下であれば、気圧計の信頼度が高いものとして、気圧計をＧＰＳ衛星の組合せの特定に利用する。一方、しきい値Ｗを超える場合、気圧変動が大きいため、次回更新するまでは、気圧計の信頼度が低いとみなし、気圧計をＧＰＳ衛星の組合せの特定に利用しないようにする。あるいは、しきい値Ｗを超える場合には、気圧計の信頼度が低いので、上記したしきい値Ｓを可変するようにしてもよい。すなわち、気圧計の信頼度が低いときのしきい値Ｓを高いときの信頼度Ｓよりも大きな値にする。
【００４３】
図７は、気圧計の信頼度の判定結果を示す例である。同図において、Ｒｆは、リファレンスの絶対高度を示している。更新タイミングｔ１、ｔ２、・・・ｔ５において単位時間当たりのオフセット補正量Ａが計算されるとすると、更新タイミングｔ１では、オフセット補正量Ａ１がしきい値Ｗよりも小さいため、この期間の気圧計の信頼度は高いと判定される。更新タイミングｔ２のオフセット補正量Ａ２がしきい値Ｗを越えると、期間ｔ１−ｔ２までの信頼度は高いが、ｔ２以降は、信頼度が低いと判定される。さらに更新タイミングｔ３のオフセット補正量Ａ３がしきちＷよりも大きいと、ｔ３以降も信頼度が低いと判定される。更新タイミングｔ４のオフセット補正量Ａ４がしきい値Ｗよりも小さくなると、ｔ４以降の信頼度が高いと判定される。
【００４４】
次に、本実施例に係るＧＰＳ測位装置を適用したナビゲーション装置について説明する。図８は、そのようなナビゲーション装置のブロック図である。ナビゲーション装置１００は、本実施例に係るＧＰＳ測位装置１０と、自立航法により位置を測位する自立航法測位装置１１０と、道路地図データベース等を格納するデータベース１２０と、経路探索や経路案内等のナビゲーションを実行するナビゲーション機能部１３０と、スピーカ１４０と、ディスプレイ１５０とを含んで構成される。
【００４５】
ナビゲーション機能部１３０は、ＧＰＳ測位装置１０により決定された測位位置を受け取り、これに基づき自車等の移動体が位置する周辺道路地図をデータベース１２０から読み出し、これをディスプレイ１５０に表示する。また、ナビゲーション機能部１３０は、ＧＰＳ測位装置１０からＧＰＳ測位の誤差が大きいことを示す出力（図４のステップＳ１０５）を受け取ると、ＧＰＳ測位を利用せず、自立航法測位装置１１０による測位位置を利用しあるいは優先させ、移動体の位置を算出する。これにより、マルチパスの影響を受けた誤差の大きなＧＰＳ測位結果を排除する。
【００４６】
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】
【００４７】
本発明に係るＧＰＳ測位装置は、車両等の移動体に搭載されるＧＰＳ受信機、ナビゲーション装置、ナビゲーションシステム、あるいはナビゲーション機能を包含するコンピュータ等の電子装置において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例に係るＧＰＳ測位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】ＧＰＳ衛星の組合せ毎の測位位置と絶対高度との関係を示す例である。
【図４】図１に示す位置決定部の動作フローを示す図である。
【図５】気圧計による絶対高度とＧＰＳ測位による絶対高度との市街地での実測データを示すグラフである。
【図６】地図データベースから高度情報を取得する例を示す図であり、同図（ａ）は道路（リンク）データに絶対高度を与える例、同図（ｂ）は地図データをメッシュ状に分割しそれぞれのエリアに絶対高度を与える例を示している。
【図７】気圧計の信頼度を判定する例を示す図である。
【図８】本実施例に係るＧＰＳ測位装置をナビゲーション装置に適用したときの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：ＧＰＳ測位装置
１２：ＧＰＳアンテナ
１４：受信部
１６：高度情報取得部
２０：位置算出部
３０：ＧＰＳ衛星組合せ算出部
３２：位置計測部
３４：高度情報メモリ
３６：高度情報差分抽出部
３８：位置決定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置をＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して測位するＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法、ＧＰＳ測位プログラム、およびこれらを用いたナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の移動体の位置を算出する方法として、ＧＰＳ衛星を利用した測位（以下、ＧＰＳ測位という）が広く利用されている。ＧＰＳ測位は、３つのＧＰＳ衛星を捕捉することができれば、移動体の２次元位置（緯度、経度）を測位することができ、４つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉することができれば、移動体の３次元位置（緯度、経度、高度）を測位することができる。ＧＰＳ測位は、測位環境によって捕捉できるＧＰＳ衛星の数に変化がある。このため、２次元位置しか測位できないようなとき、直前の３次元測位で得られた高度を利用する方法もある。
【０００３】
特許文献１は、ＧＰＳ受信機に大気圧検知部を設け、２次元測位しかできないとき、大気圧から算出された高度情報を利用して３次元測位を行うものである。
【０００４】
特許文献２は、気圧データから高度情報を算出し、道路地図上に複数の高度の異なる道路が存在するとき、算出された高度情報に近い道路を選択して自車位置のマップマッチングを行うナビゲーション装置を開示している。
【０００５】
特許文献３は、気圧を計測し、その気圧から移動体の高度を検出し、検出された高度をＧＰＳ測位により得られた移動体の高度を基準に校正し、移動体の位置速度を算出する移動体用航法装置を開示する。また、ＧＰＳ測位ができないときは、気圧から検出された高度を利用する。
【０００６】
特許文献４は、高度変化に由来する気圧変動分を除去し、気象条件に由来する変動分だけを含んだ気圧を測定する気圧計を開示する。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−４５４３６号
【特許文献２】特開２０００−２７５０５１号
【特許文献３】特開２００６−２１４９９３号
【特許文献４】特開平９−６１２６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、移動体の位置を算出するとき、ＧＰＳ測位が利用されるが、概してＧＰＳ受信機は、捕捉できるＧＰＳ衛星のすべての信号を利用し、測位演算を行っている。例えば、ＧＰＳ受信機により５つ以上のＧＰＳ衛星を捕捉できるとき、その中からＧＰＳ衛星の組合せを求め、求められた組合せの３次元位置の平均値を測位位置としたり、あるいはＧＰＳ衛星の受信強度や仰角から特定のＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置を測位位置としていた。
【０００９】
しかしながら、ＧＰＳ測位は、測位環境に影響され易いという欠点がある。例えば、移動体が高層ビル等が多い都市エリアを移動する場合、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機に到来する信号にマルチパスが生じることがある。現状のＧＰＳ受信機では、どのＧＰＳ衛星からの信号がマルチパスの影響を受けているのかを特定することができないため、マルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星からの信号を利用して測位してしまい、その結果、移動体の位置に大きな誤差を含ませ、ＧＰＳ測位精度を劣化させてしまうという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するために成されたものであり、マルチパスによる影響を低減し、測位精度の高いＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法およびＧＰＳ測位プログラムを提供することを目的とする。
さらに本発明は、マルチパスの影響のあるＧＰＳ衛星を特定し、そのようなＧＰＳ衛星を移動体の測位に用いないＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法およびＧＰＳ測位プログラムを提供することを目的とする。
さらに本発明は、上記のＧＰＳ測位装置、ＧＰＳ測位方法またはＧＰＳ測位プログラムを利用し、車両等の移動体の位置を正確に表示し、かつ移動体の経路案内を行うことができるナビゲーション装置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】
【００１１】
本発明に係るＧＰＳ測位装置は、移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するものであって、移動体の高度情報Ｚｏを取得する取得手段と、捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の中からＧＰＳ衛星の組合せを求め、ＧＰＳ衛星の組合せ毎に移動体の３次元位置を計測する計測手段と、前記計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求める差分抽出手段と、抽出された差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定手段とを有する。
【００１２】
好ましくは計測手段は、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４通りのＧＰＳ衛星の組合せを求める。４つのＧＰＳ衛星の組合せにより移動体の３次元位置の計測が可能である。また、計測手段は、ＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せを除外するようにしてもよい。ＧＰＳ衛星の配置によりＰＤＯＰ値が大きいと測位精度が劣化するためである。
【００１３】
位置決定手段は、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とすることができる。あるいは、複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とすることができる。
【００１４】
また位置決定手段は、差分がしきい値以下となる組合せがないとき、前記計測手段による３次元位置を測位位置としないようにしてもよい。高度情報Ｚｏは、気圧計により計測された気圧から求められた絶対高度を用いることでき、あるいは、道路地図データベースから求められた絶対高度を用いることができる。
【００１５】
さらに好ましくは位置決定手段は、高度情報Ｚｏの信頼度に応じてしきい値を可変するようにしてもよい。高度情報Ｚｏの信頼度は、例えば、気圧計の信頼度である。信頼度が低ければ、しきい値を大きくし、その反対に信頼度が高ければ、しきい値を小さくすることができる。
【００１６】
本発明に係るＧＰＳ測位方法またはそのプログラムは、移動体の高度情報Ｚｏを取得するステップと、捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４通りのＧＰＳ衛星の組合せを求め、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測するステップと、計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求めるステップと、差分としきい値とを比較するステップと、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択するステップと、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＧＰＳ測位以外の方法で取得された移動体の高度情報ＺｏとＧＰＳ測位により計測された高度情報Ｚとの差分がしきい値を越えるとき、ＧＰＳ衛星の組合せにはマルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星が含まれると判定して当該組合せをＧＰＳ測位から除くようにしたので、ＧＰＳ測位におけるマルチパスの影響を防止し、測位精度の劣化を阻止することができる。この結果、従来と比較して移動体の位置精度は向上し、ひいては、ＧＰＳ測位を利用するナビゲーション装置においてディスプレイの道路地図上に正確に移動体を表示させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の実施例に係るＧＰＳ測位装置の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ測位装置１０は、ＧＰＳ衛星から送られてくる信号を受信するＧＰＳ受信アンテナ１２と、受信した信号のデコード等の処理を行い、その信号を位置算出部２０へ出力する受信部１４と、ＧＰＳ測位以外の方法を用いて移動体の高度情報をリアルタイムで取得する高度情報取得部１６と、受信部１４で受信された信号と高度情報取得部１６で取得された高度情報に基づき移動体の位置を算出する位置算出部２０とを含んでいる。位置算出部３０は、例えば、マイクロコンピュータを含み、ＲＯＭ／ＲＡＭに格納されたプログラムによって移動体の位置算出を実行することができる。
【００２０】
図２は、図１に示す位置算出部の機能的な構成を示すブロック図である。位置算出部２０は、受信部１４から受信した信号に基づき捕捉可能なＧＰＳ衛星が複数あるときそれらの中からＧＰＳ衛星の組合せを算出するＧＰＳ衛星組合せ算出部３０と、組み合わされたＧＰＳ衛星の信号に基づき２次元または３次元位置を計測する位置計測部３２と、高度情報取得部１６で取得された高度情報（ここでは、絶対高度Ｚｏとする）を記憶しその内容を逐次最新のものに更新する高度情報メモリ３４と、位置計測部３２で計測された３次元位置に含まれる絶対高度Ｚと高度情報メモリ３４に記憶された絶対高度Ｚｏとの差分を抽出する高度情報差分抽出部３６と、高度情報差分抽出部３６で求められた差分としきい値とを比較し、比較結果に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定部３８とを含んで構成される。
【００２１】
ＧＰＳ衛星組合せ算出部３０は、受信部１４からの信号に基づき、捕捉可能なＧＰＳ衛星を識別する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が５つ以上あるとき、組合せ算出部３０は、ＧＰＳ衛星から４つの組合せを算出する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、５以上の自然数）としたとき、組合せ算出部３０は、ｎ個のＧＰＳ衛星の中から４つのＧＰＳ衛星の組合せ、すなわちｎＣ４を算出する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が５つであれば、その組合せは、５通りとなる。
【００２２】
位置計測部３２は、組合せ算出部３０からＧＰＳ衛星の組合せを受け取ると、組合せ毎に位置を計測する。例えば、図３に示すように、捕捉可能なＧＰＳ衛星の番号が、「３」、「７」、「１５」、「２４」、「２９」であるとき、ＧＰＳ衛星の組合せは、［３，７，１５，２４］、［３，７，１５，２９］、［３，７，２４，２９］、［３，１５，２４，２９］、［７，１５，２４，２９］の５通りであり、これらの５通りの組合せの３次元位置（ＸＹＺ）が計測される。例えば、第1の組合せ［３，７，１５，２４］の計測結果は、緯度（Ｘ位置）が３５度４１分３５４２９７秒、経度（Ｙ位置）が１３９度４１分７８３５３秒、絶対高度（Ｚ）が５７８メートルである。一方、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が４つである場合には、その組合せは１つに決定され、その３次元位置が計測され、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が３つである場合には、その２次元位置が計測される。
【００２３】
高度情報メモリ３４は、図１に示す高度情報取得部１６で取得された高度情報を逐次更新し、移動体のリアルタイムな絶対高度を高度情報差分抽出部３６へ提供する。高度情報を得る方法として、例えば、気圧計（気圧センサ）により移動体が位置する気圧を計測し、計測された気圧から絶対高度を求めることができる。高度情報取得部１６は、それ自身が気圧計を含み構成であってもよいし、あるいは、移動体等に取り付けられた気圧計から気圧および／または絶対高度を入力するものであってもよい。
【００２４】
また、気圧計以外の高度情報を得る手段として、絶対高度または相対高度を格納した地図データベースを利用することができる。この場合、例えば、ＧＰＳ測位で得られた移動体のＸＹ位置（緯度、経度）に対応する高度情報を地図データベースから取得することができる。ＧＰＳ測位以外の自立航法による測位から得られたＸＹ位置を利用して高度情報を取得するようにしてもよい。
【００２５】
高度情報差分抽出部３６は、高度情報メモリ３４に記憶された絶対高度Ｚｏと位置計測部３２において計測された３次元位置に含まれる絶対高度Ｚとを比較し、両者の差分（｜Ｚｏ−Ｚ｜）を抽出する。例えば、ＧＰＳ衛星の組合せが５通りであれば、５通りの絶対高度Ｚと絶対高度Ｚｏの差分が抽出される。高度情報差分抽出部３６による差分は位置決定部３８へ提供される。
【００２６】
図４に位置決定部の動作フローを示す。位置決定部３８は、差分抽出部３６から各組合せの差分を受け取ると（ステップＳ１０１）、それぞれの差分を予め設定されたしきい値Ｓと比較する（ステップＳ１０２）。しきい値Ｓは、ＧＰＳ測位の精度を判定するものである。例えば、気圧計から得られた絶対高度Ｚｏを基準にＧＰＳ測位の精度を判定する場合には、気圧計の精度に基づきしきい値Ｓが決定される。
【００２７】
次に、位置決定部３８は、差分がしきい値Ｓ以下となるＧＰＳ衛星の組合せを検索する（ステップＳ１０３）。しきい値Ｓ以下となる組合せが存在しないとき（ステップＳ１０４）、位置決定部３８は、ＧＰＳ測位の誤差が大きいと判定し、その旨を示す結果を出力する（ステップＳ１０５）。このような出力は、例えばナビゲーション装置に供給され、ナビゲーション装置は、ＧＰＳ測位を自車位置の判定から除外することができる。
【００２８】
差分がしきい値Ｓ以下となるＧＰＳ衛星の組合せが存在するとき（ステップＳ１０４）、位置決定部３８はさらにその組合せが１つか否かを判定する（ステップＳ１０６）。もし、しきい値Ｓ以下の組合せが１つであれば、位置決定部３８は、当該組合せを最適とみなし、この組合せの測位結果を測位位置に決定する（ステップＳ１０７）。しきい値Ｓ以下となる組合せが複数存在する場合には、位置決定部３８は、好ましくは、その中から差分としきい値Ｓとの差が最も小さくなる組合せを選択し、この組合せの測位結果を測位位置とする（ステップＳ１０８）。
【００２９】
図３を参照すると、上記したように、捕捉された５つのＧＰＳ衛星の中から５つの組合せが求められ、それぞれの３次元位置が計測される。また、高度情報メモリから提供される絶対高度Ｚｏは、６２メートルである。第１の組合せないし第５の組合せにより測位された絶対高度Ｚと、高度情報メモリ３４から得られた絶対高度Ｚｏとの差分を求めると、その差分は上から順に、５１６ｍ、１ｍ、３２４ｍ、４２８ｍ、２９４ｍとなる。気圧計の誤差精度が仮に３メートルであるとき、しきい値Ｓは３メートルに設定される。図３の例において、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せは、第２の組合せである。他の組合せは、差分がしきい値Ｓを超えているため、マルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星を含むことになる。言い換えれば、第２の組合せは、ＧＰＳ衛星「２４」を除外しており、他の組合せはすべてＧＰＳ衛星「２４」を含んでいるので、ＧＰＳ衛星「２４」がマルチパスの影響を受けている衛星であると特定することができる。
【００３０】
このように、第２のＧＰＳ衛星の組合せ［３，７，１５，２９］は、絶対高度の差分をしきい値Ｓ以下に収めているため、ＧＰＳ測位精度を良好とみなすことができ、この組合せの測位結果を測位位置に利用する。この場合、絶対高度は、ＧＰＳ測位による６１メートルまたは高度情報メモリ（気圧計）から取得した６２メートルのいずれを用いてもよい。
【００３１】
図３に示す例では、差分がしきい値以下となる組合せは１つしか存在しないが、仮に、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せが複数ある場合は、上記したように差分が最小となる組合せを測位位置としたり、あるいは、複数の組合せの測位結果の平均を測位位置にしてもよい。一方、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せが存在しない場合は、ＧＰＳ測位精度が大きな誤差を含み、その精度が良くないとみなせるため、測位結果の出力を停止したり、精度が悪いことを示す結果を出力するようにすることも可能である。
【００３２】
図５は、気圧計から取得された絶対高度とＧＰＳ測位から得られた絶対高度を比較する市街地の実測データである。図５の縦軸は、絶対高度[ｍ]であり、横軸は経過時間[ｓ]である。実測データは、温度補償機能を有する高精度の気圧計Ｋ１のグラフと、温度補償機能がない低コストの気圧計Ｋ２のグラフと、ＧＰＳ受信機Ｇのグラフとを示している。グラフＫ１とグラフＫ２は、ほぼ近似した絶対高度を出力しているが、経過時間が約１００秒となる期間Ｔ１、および経過時間が約９００秒となる期間Ｔ２において、ＧＰＳ測位の絶対高度がマルチパスの影響により突然大きく変位している。また、経過時間が約６００−８００の期間Ｔ３は、移動体が立体駐車場に進入しＧＰＳ測位をすることができない期間であり、その間、ＧＰＳ測位による絶対高度は一定となっている。他方、気圧計による絶対高度Ｇ１、Ｇ２は、立体駐車場に入ってからそこを出るまでの高度を忠実に反映している。
【００３３】
このように、マルチパスの影響がなければ、ＧＰＳ測位による絶対高度は、気圧計による絶対高度に追従しほぼ同等の大きさである。両者の差分は、気圧計による誤差範囲内に収まると見ることができる。従って、ＧＰＳ測位による絶対高度が気圧計による絶対高度から一定以上乖離したとき、ＧＰＳ衛星がマルチパスの影響を受けているか、ＧＰＳ衛星を測位することができないと認められ、そのようなマルチパスの影響を受けたＧＰＳ衛星を測位対象から除外することで、ＧＰＳ測位の精度の劣化を防止することができる。
【００３４】
次に、本発明の実施例に係るＧＰＳ測位装置の好ましい変形例について説明する。捕捉可能なＧＰＳ衛星の数が多いとき、例えば、８つのＧＰＳ衛星が捕捉可能であると、そこから４つのＧＰＳ衛星を選択する組合せは７０通り存在する。位置計測部３２の負担を軽減し、かつ処理速度を向上させるため、位置決定部３８は、差分がしきい値Ｓ以下となる組合せの存在を確認した時点で、位置計測部３２に対して未処理の組合せの位置計測を停止するように指示を与えるようにしてもよい。この場合、位置決定部３８は、最初に差分がしきい値Ｓ以下となる組合せの測位結果を測位位置に用いるようにする。
【００３５】
また、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、衛星の配置状態の良否の指標であり、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。ＧＰＳ衛星組合せ算出部３０は、ＧＰＳ衛星の組合せから得られたＰＤＯＰ値が所定値以上であるとき、当該組合せの誤差が大きいものとして、組合せから除外し計測をさせないようにしてもよい。これにより、位置計測部３２や位置決定部３８による処理の効率化、高速化を図ることができる。
【００３６】
次に、高度情報を地図データベースから取得する例について説明する。
地図データベースは、ナビゲーション装置等において自車位置周辺の道路や地図を表示するために、道路や地図をデータベース化している。地図データベースに高度情報を格納する方法として、第１の方法は、例えば図６（ａ）に示すように、地図データベースに含まれる道路（リンク）データＲ１、Ｒ２、・・・Ｒｎ毎にそれらの絶対高度Ｚ１、Ｚ２、・・・Ｚｎを含めることができる。例えば、移動体が道路Ｒ２上にあるとき、地図データベースから絶対高度Ｚ２を取得することができる。高度情報は、絶対高度であってもよいし、他の隣接する道路との差分を示す相対高度であってもよい。
【００３７】
第２の方法は、例えば図６（ｂ）に示すように、地図データを一定の面積を持つ矩形状のメッシュＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｐ、・・・Ｍｎに分割し、各メッシュ毎に絶対高度Ｚ１、Ｚ２、・Ｚｐ・Ｚｎを与える。例えば、移動体の位置がメッシュＭ２にあれば、メッシュＭ２の絶対高度Ｚ２を取得することができる。この場合にも、高度情報は、隣接するメッシュの高度との差分である相対高度であっても良い。また、メッシュの形状、大きさは適宜変更することが可能である。
【００３８】
地図データベース上の移動体の位置の特定は、ＧＰＳ測位により得られたＸ、Ｙ座標を用いることができる。あるいは、ＧＰＳ測位以外の自立航法センサ（例えば、角度センサと距離センサ）を備えている場合には、自立航法センサによるＸ、Ｙ座標を用いることができる。
【００３９】
さらに、ＧＰＳ測位装置は、移動体の位置近傍の絶対高度を通信手段を用いて取得するようにしてもよい。例えば、ＶＩＣＳによる光ビーコンや電波ビーコンは、そこを中心とする一定のエリア内の移動体に光または電波を送信するが、この機能を利用して高度情報を送信し、移動体がそのエリア内で絶対高度を受信するようにしてもよい。勿論、ＶＩＣＳ以外の他の道路情報提供サービスが提供する無線情報から絶対高度を受信したり、車々間通信により他の車両が保持する絶対高度を受信するようにしてもよい。
【００４０】
次に、気圧計により絶対高度を求める際の好ましい構成例を説明する。気圧計を用いる場合には、天候による気圧変動を考慮することが好ましい。なぜなら、低気圧や台風が接近し、または通過するとき気圧変動が大きくなり、気圧計による精度が劣化しやすくなるためである。例えば、低気圧の通過による気圧変動が２ｈＰａ／ｈであるとき、１時間で約１６ｍの高さの誤差が発生する。また、台風の通過による気圧変動が２ｈＰａ／１５分であるとき、１５分で約１６ｍの高さの誤差が発生する。
【００４１】
このように気圧変動が大きい場合は、気圧計の測定結果を信頼することができないため、気圧計による絶対高度を利用しないようにするか、上記したしきい値を変化させ、精度を補償することが望ましい。
【００４２】
例えば気圧計の信頼度は、次のような方法により判定することができる。
（１）初めに、地図データベース等の絶対高度を利用して、絶対高度のリファレンス(基準)を得る。気圧計から取得した絶対高度を更新したときに、前回の更新から要した時間と、そのときのオフセット補正量（リファレンスとの差分）を記録しておく。
（２）次に、前回の更新から要した時間と、オフセット補正量を利用して、単位時間当たりの絶対高度オフセット補正量Ａを計算する。
（３）オフセット補正量Ａが、しきい値Ｗ以下であれば、気圧計の信頼度が高いものとして、気圧計をＧＰＳ衛星の組合せの特定に利用する。一方、しきい値Ｗを超える場合、気圧変動が大きいため、次回更新するまでは、気圧計の信頼度が低いとみなし、気圧計をＧＰＳ衛星の組合せの特定に利用しないようにする。あるいは、しきい値Ｗを超える場合には、気圧計の信頼度が低いので、上記したしきい値Ｓを可変するようにしてもよい。すなわち、気圧計の信頼度が低いときのしきい値Ｓを高いときの信頼度Ｓよりも大きな値にする。
【００４３】
図７は、気圧計の信頼度の判定結果を示す例である。同図において、Ｒｆは、リファレンスの絶対高度を示している。更新タイミングｔ１、ｔ２、・・・ｔ５において単位時間当たりのオフセット補正量Ａが計算されるとすると、更新タイミングｔ１では、オフセット補正量Ａ１がしきい値Ｗよりも小さいため、この期間の気圧計の信頼度は高いと判定される。更新タイミングｔ２のオフセット補正量Ａ２がしきい値Ｗを越えると、期間ｔ１−ｔ２までの信頼度は高いが、ｔ２以降は、信頼度が低いと判定される。さらに更新タイミングｔ３のオフセット補正量Ａ３がしきちＷよりも大きいと、ｔ３以降も信頼度が低いと判定される。更新タイミングｔ４のオフセット補正量Ａ４がしきい値Ｗよりも小さくなると、ｔ４以降の信頼度が高いと判定される。
【００４４】
次に、本実施例に係るＧＰＳ測位装置を適用したナビゲーション装置について説明する。図８は、そのようなナビゲーション装置のブロック図である。ナビゲーション装置１００は、本実施例に係るＧＰＳ測位装置１０と、自立航法により位置を測位する自立航法測位装置１１０と、道路地図データベース等を格納するデータベース１２０と、経路探索や経路案内等のナビゲーションを実行するナビゲーション機能部１３０と、スピーカ１４０と、ディスプレイ１５０とを含んで構成される。
【００４５】
ナビゲーション機能部１３０は、ＧＰＳ測位装置１０により決定された測位位置を受け取り、これに基づき自車等の移動体が位置する周辺道路地図をデータベース１２０から読み出し、これをディスプレイ１５０に表示する。また、ナビゲーション機能部１３０は、ＧＰＳ測位装置１０からＧＰＳ測位の誤差が大きいことを示す出力（図４のステップＳ１０５）を受け取ると、ＧＰＳ測位を利用せず、自立航法測位装置１１０による測位位置を利用しあるいは優先させ、移動体の位置を算出する。これにより、マルチパスの影響を受けた誤差の大きなＧＰＳ測位結果を排除する。
【００４６】
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】
【００４７】
本発明に係るＧＰＳ測位装置は、車両等の移動体に搭載されるＧＰＳ受信機、ナビゲーション装置、ナビゲーションシステム、あるいはナビゲーション機能を包含するコンピュータ等の電子装置において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例に係るＧＰＳ測位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】ＧＰＳ衛星の組合せ毎の測位位置と絶対高度との関係を示す例である。
【図４】図１に示す位置決定部の動作フローを示す図である。
【図５】気圧計による絶対高度とＧＰＳ測位による絶対高度との市街地での実測データを示すグラフである。
【図６】地図データベースから高度情報を取得する例を示す図であり、同図（ａ）は道路（リンク）データに絶対高度を与える例、同図（ｂ）は地図データをメッシュ状に分割しそれぞれのエリアに絶対高度を与える例を示している。
【図７】気圧計の信頼度を判定する例を示す図である。
【図８】本実施例に係るＧＰＳ測位装置をナビゲーション装置に適用したときの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：ＧＰＳ測位装置
１２：ＧＰＳアンテナ
１４：受信部
１６：高度情報取得部
２０：位置算出部
３０：ＧＰＳ衛星組合せ算出部
３２：位置計測部
３４：高度情報メモリ
３６：高度情報差分抽出部
３８：位置決定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するＧＰＳ測位装置であって、
移動体の高度情報Ｚｏを取得する取得手段と、
捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の中からＧＰＳ衛星の組合せを求め、ＧＰＳ衛星の組合せ毎に移動体の３次元位置を計測する計測手段と、
前記計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求める差分抽出手段と、
抽出された差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定手段と、
を有するＧＰＳ測位装置。
【請求項２】
前記計測手段は、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４の数のＧＰＳ衛星の組合せを求める、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項３】
前記計測手段は、ＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せを除外する、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項４】
前記位置決定手段は、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とする、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項５】
前記位置決定手段は、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とする、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項６】
前記位置決定手段は、差分がしきい値以下となる組合せがないとき、前記計測手段による３次元位置を測位位置としない、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項７】
高度情報Ｚｏは、気圧計により計測された気圧から求められた絶対高度である、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項８】
高度情報Ｚｏは、道路地図データベースから求められた絶対高度である、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項９】
前記位置決定手段は、高度情報Ｚｏの信頼度に応じてしきい値を可変する、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか１つに記載のＧＰＳ測位装置から出力された測位位置に基づき移動体の道路案内を行うナビゲーション装置。
【請求項１１】
移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するＧＰＳ測位方法であって、
移動体の高度情報Ｚｏを取得するステップと、
捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４通りのＧＰＳ衛星の組合せを求め、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測するステップと、
計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求めるステップと、
差分としきい値とを比較するステップと、
差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択するステップと、
選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定するステップと、
を有するＧＰＳ測位方法。
【請求項１２】
計測するステップは、ＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せを除外する、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１３】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とする、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１４】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とする、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１５】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せがないとき、計測ステップによる３次元位置を測位位置としない、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１６】
高度情報Ｚｏは、気圧計により計測された気圧から求められた絶対高度である、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１７】
高度情報Ｚｏは、道路地図データベースから求められた絶対高度である、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１８】
比較するステップは、高度情報Ｚｏの信頼度に応じてしきい値を可変するステップを含む、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１９】
移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するＧＰＳ測位プログラムであって、
移動体の高度情報Ｚｏを取得するステップと、
捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは自然数）としたとき、ｎＣ４通りの組合せを求め、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測するステップと、
計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求めるステップと、
差分としきい値とを比較するステップと、
差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択するステップと、
選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定するステップと、
を有するＧＰＳ測位プログラム。
【請求項２０】
計測するステップは、ＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せから除外する、請求項１９に記載のＧＰＳ測位プログラム。
【請求項２１】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とする、請求項１９に記載のＧＰＳ測位プログラム。
【請求項２２】
決定するステップは、差分がしきい値以下となる組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とする、請求項１９に記載のＧＰＳ測位プルグラム。
【請求項１】
移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するＧＰＳ測位装置であって、
移動体の高度情報Ｚｏを取得する取得手段と、
捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の中からＧＰＳ衛星の組合せを求め、ＧＰＳ衛星の組合せ毎に移動体の３次元位置を計測する計測手段と、
前記計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求める差分抽出手段と、
抽出された差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択し、選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定する位置決定手段と、
を有するＧＰＳ測位装置。
【請求項２】
前記計測手段は、捕捉可能なＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４の数のＧＰＳ衛星の組合せを求める、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項３】
前記計測手段は、ＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せを除外する、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項４】
前記位置決定手段は、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とする、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項５】
前記位置決定手段は、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とする、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項６】
前記位置決定手段は、差分がしきい値以下となる組合せがないとき、前記計測手段による３次元位置を測位位置としない、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項７】
高度情報Ｚｏは、気圧計により計測された気圧から求められた絶対高度である、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項８】
高度情報Ｚｏは、道路地図データベースから求められた絶対高度である、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項９】
前記位置決定手段は、高度情報Ｚｏの信頼度に応じてしきい値を可変する、請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか１つに記載のＧＰＳ測位装置から出力された測位位置に基づき移動体の道路案内を行うナビゲーション装置。
【請求項１１】
移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するＧＰＳ測位方法であって、
移動体の高度情報Ｚｏを取得するステップと、
捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは、自然数）としたとき、ｎＣ４通りのＧＰＳ衛星の組合せを求め、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測するステップと、
計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求めるステップと、
差分としきい値とを比較するステップと、
差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択するステップと、
選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定するステップと、
を有するＧＰＳ測位方法。
【請求項１２】
計測するステップは、ＧＰＳ衛星のＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せを除外する、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１３】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とする、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１４】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とする、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１５】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せがないとき、計測ステップによる３次元位置を測位位置としない、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１６】
高度情報Ｚｏは、気圧計により計測された気圧から求められた絶対高度である、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１７】
高度情報Ｚｏは、道路地図データベースから求められた絶対高度である、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１８】
比較するステップは、高度情報Ｚｏの信頼度に応じてしきい値を可変するステップを含む、請求項１１に記載のＧＰＳ測位方法。
【請求項１９】
移動体の位置をＧＰＳ測位により算出するＧＰＳ測位プログラムであって、
移動体の高度情報Ｚｏを取得するステップと、
捕捉可能な複数のＧＰＳ衛星の数をｎ（ｎは自然数）としたとき、ｎＣ４通りの組合せを求め、組合せ毎に移動体の３次元位置を計測するステップと、
計測された３次元位置に含まれる高度情報Ｚと高度情報Ｚｏとの差分を求めるステップと、
差分としきい値とを比較するステップと、
差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せを選択するステップと、
選択された組合せの３次元位置に基づき移動体の測位位置を決定するステップと、
を有するＧＰＳ測位プログラム。
【請求項２０】
計測するステップは、ＰＤＯＰ値が一定値以上の組合せから除外する、請求項１９に記載のＧＰＳ測位プログラム。
【請求項２１】
決定するステップは、差分がしきい値以下となるＧＰＳ衛星の組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの中から差分が最小となる組合せを選択し、当該組合せの３次元位置を測位位置とする、請求項１９に記載のＧＰＳ測位プログラム。
【請求項２２】
決定するステップは、差分がしきい値以下となる組合せが複数あるとき、当該複数の組合せの３次元位置の平均を移動体の測位位置とする、請求項１９に記載のＧＰＳ測位プルグラム。
【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２００８−１３９２４７（Ｐ２００８−１３９２４７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２８１４８（Ｐ２００６−３２８１４８）
【出願日】平成１８年１２月５日（２００６．１２．５）
【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２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月５日（２００６．１２．５）
【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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