JP2008249614A - 車載ナビゲーション装置、ナビゲーションシステム及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳを利用して車輌の位置を測位する場合に、電波を直接受信可能なＧＰＳ衛星の数が少ない場合にも、高精度で測位を行なえるようにする。
【解決手段】ＧＰＳ衛星からの直接波による測位結果に基づいて、ＧＰＳ衛星からの反射波の経路長Ｌｄ１＋Ｌｄ２を直線距離Ｌに補正する補正量をデータベース化しておく。直接波を受信可能なＧＰＳ衛星の数が必要な数に満たない場合に、他のＧＰＳ衛星からの反射波をデータベースに基づいて補正することにより、直接波と補正された反射波とによって測位を行なう。
【選択図】図８

Description

本発明は、車輌用のナビゲーション装置、即ち車載ナビゲーション装置に関し、より具体的にはＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を直接受信できない場合の測位処理を改善した車載ナビゲーション装置に関する。また本発明は、そのような車載ナビゲーション装置を汎用コンピュータで実現するためのコンピュータプログラムに関する。更に本発明は複数の車載ナビゲーション装置と、これらの複数の車載ナビゲーション装置とデータ通信することが可能なサーバとを含むナビゲーションシステムに関する。

車輌用のナビゲーション装置（以下、車載ナビゲーション装置）は、通常は現在の推定位置（以下、単に現在位置という）を検出、即ち測位して地図データとマップマッチングすることにより、その車載ナビゲーション装置を搭載している車輌が道路上を走行しているように表示装置上に表示する。しかし、現在位置の推定は必ずしも正確であるとはいえない。近年ではＧＰＳを利用する他律航法が広く利用されている。しかし、ＧＰＳを利用する場合には市街地の高層建築物の密集地域を走行する間等にはＧＰＳ衛星からの電波を直接受信できず、その代わりに建築物からの反射波を受信する可能性が高くなる。

上述のように、ＧＰＳ衛星からの電波を直接受信できず、即ち直接波を受信できず、反射波を受信した場合には、ＧＰＳ衛星と車輌に搭載されたＧＰＳアンテナとの間の距離が実距離と反射波の経路との差の分だけ長くなる。従ってこの場合には、ＧＰＳによる測位精度に誤差が生じることになる。

ところで、ＧＰＳの利用が一般化する以前の車載ナビゲーション装置は、車速センサ，方位センサ等を使用して、特定地点、たとえば出発地点等からの走行距離及び進行方位の累算によって現在位置を測位する自律航法が広く利用されていた。自律航法による場合には、たとえば車速センサでは路面の状態、タイヤの磨耗状態等に応じて走行距離に誤差が生じる可能性が大きい。従って、車速センサの検出結果を積分することにより得られる走行距離にも誤差が生じ易い。また方位センサとして利用されるジャイロ，加速度センサ等は周囲温度等による誤差を生じ易い。このように、自律航法ではそれぞれのセンサの基本的な検出精度の限界、実使用環境による誤差発生等に起因して現在位置の推定精度がそれほど高くないのが実情であった。

以上のような事情から、近年の車載ナビゲーション装置では他律航法と自律航法とを組み合わせる構成が多く採用されている。具体的には、ＧＰＳを利用した他律航法を基本とし、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない間の補助、及び誤差補正のために自律航法が併用されることが多い。そして更に、推定された現在位置に基づいて道路上の位置を特定することにより、測位誤差の発生を抑制する構成が採られている。

更に近年では、車輌の現在位置の検出制度を向上させる技術として、ＤＧＰＳ（Diffrerntial Global Positioning System) が開発されている。ＤＧＰＳは、正確な経緯度が既知である地上局においてＧＰＳ衛星の電波を受信することにより、その時点でのＧＰＳの誤差を検出し、この検出された誤差に基づいた補正情報をＦＭ多重放送等により送信する。そして、車載ナビゲーション装置がこの補正情報を受信して、ＧＰＳにより測位した現在位置を補正することにより、１０ｍ程度の誤差半径にまで精度が向上する。

ところで、ＧＰＳを利用した従来の車載ナビゲーション装置では、ＧＰＳ衛星から受信する電波は直接波であることを前提としているため、前述したように反射波を受信した場合には現在位置に誤差が生じることはいうまでもない。一般的に、ＧＰＳを利用して測位を行なう場合、４個のＧＰＳ衛星からの直接波を受信する必要がある。具体的には、ＧＰＳ衛星の位置と、ＧＰＳ衛星からの電波が到達するまでの時間に基づいて求められるＧＰＳ衛星と車載ナビゲーション装置（より具体的にはＧＰＳアンテナ）の位置との間の距離とを利用することにより、自車（車載ナビゲーション装置を搭載している車輌）位置（経緯度及び高度）を未知数（Ｘ, Ｙ, Ｚ）とした場合、３個の未知数を求めるためには３個のＧＰＳ衛星からの電波を受信する必要がある。但し、現実にはＧＰＳ受信機の計時誤差をも未知数として考慮すると、４個の未知数を求める必要があり、結果的には４個（可能であればそれ以上）のＧＰＳ衛星からの電波を直接受信する必要がある。

しかし、市街地においては４個のＧＰＳ衛星から直接波を受信することが難しい場合が多く、反射波に基づいて測位が行なわれる場合が多い。従って、この場合には測位結果に誤差が生じる可能性が高い。このような事情から特許文献１には、車載ナビゲーション装置が受信しているＧＰＳ衛星からの電波が直接波であるのか、又は反射波であるのかを判断し、４個以上のＧＰＳ衛星から直接波を受信している場合にのみＧＰＳを利用して測位を行ない、３個以下のＧＰＳ衛星からしか直接波を受信していない場合には主として自律航法により測位を行なう発明が開示されている。なお、特許文献１に開示されている発明では、ＧＰＳ衛星からの電波が直接波であるか否かは、自車位置の周囲の建築物の高さと、自車位置からのＧＰＳ衛星の方位及び高度（方位角及び仰角）との関係から、直接波を受信しているか否かを判断する構成が採られている。
特開平１０−２５３３７１号公報

上述した特許文献１に開示されている発明では、直接波を受信可能なＧＰＳ衛星が３個以下である場合にはＧＰＳによる測位は基本的には行なわないことにより、反射波により誤差が生じた測位結果を予め使用しないようにしている。以上のことから、従来の車載ナビゲーション装置においては、反射波による誤差を含んだ測位結果をそのまま利用するか、又は反射波による誤差を含んだ測位結果は予め利用しないようにするか、のいずれかであった。しかし、これらのいずれにしても、測位精度が低下することには変わりは無く、４個以上のＧＰＳ衛星からの直接波を受信することが出来ない場合の車載ナビゲーション装置の測位精度を向上させることは出来ないといわざるを得ない。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、４個以上のＧＰＳ衛星から直接波を受信できない場合にも、測位精度をより向上させることが可能な車載ナビゲーション装置の提供にある。また本発明は、そのような車載ナビゲーション装置を汎用コンピュータで実現するためのコンピュータプログラムの提供を目的とする。更に本発明は、車載ナビゲーション装置が受信した反射波を補正するための補正情報を、個々の車載ナビゲーション装置自身が保持していない場合にもサーバから受信することが可能なナビゲーションシステムの提供を目的とする。

本発明に係る車載ナビゲーション装置は端的には、直接波のみによる測位結果に基づいて、反射波の経路長を直線距離に補正する補正情報をデータベース化しておき、直接波を必要な数受信できない場合に、反射波をデータベースに基づいて補正することにより、直接波と補正された反射波とによって測位を行なうように構成したものである。

また本発明に係るナビゲーションシステムは端的には、多数の上述のような車載ナビゲーション装置によりデータベース化された補正情報をデータ通信によりサーバが収集して蓄積し、サーバに蓄積された補正情報をデータ通信により個々の車載ナビゲーション装置のデータベースに格納させ、反射波を受信した場合にデータベースに基づいて補正して測位を行なうように構成したものである。

更に本発明に係る車載ナビゲーション装置は端的には、予め用意された標準的な補正情報をデータベースに登録しておき、反射波を受信した場合にデータベースに基づいて補正して測位を行なうように構成したものである。

本発明に係る車載ナビゲーション装置は基本的には、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信する受信手段を備え、該受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波により得られる情報に基づいて車輌の位置と各ＧＰＳ衛星との間の距離を求めることにより車輌の位置を測位する車載ナビゲーション装置である。そして、本発明に係る車載ナビゲーション装置は、建築物の位置及び高さに関する情報を含む地図データを記憶する地図データ記憶手段と、前記受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波それぞれがＧＰＳ衛星から直接受信されたか、反射波が受信されたかを、前記地図データ上の車輌の位置と、前記地図データ記憶手段が記憶している建築物の位置及び高さに関する情報とから判断する判断手段と、該判断手段が、所定数以上のＧＰＳ衛星からの電波を直接受信しており、且つ反射波も受信していると判断した場合に、直接受信している電波により得られる情報に基づく測位結果に基づいて、反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離と、反射波の経路長との差を算出する経路長差算出手段と、該経路長差算出手段が差を算出した反射波が受信されている方位角及び仰角に対応付けて、前記経路長差算出手段が算出した差を補正量として記憶する補正量記憶手段と、前記判断手段が、前記所定数以上のＧＰＳ衛星から電波を受信しており、その内の前記所定数未満のＧＰＳ衛星から電波を直接受信していると判断した場合に、反射波が受信されている他のＧＰＳ衛星との間の直線距離を、反射波の経路長から当該反射波の方位角及び仰角に対応して前記補正量記憶手段が記憶している補正量を差し引いて求める補正手段と、電波が直接受信されている前記所定数未満のＧＰＳ衛星との間の距離と、前記補正手段により補正された直線距離とに基づいて車輌の位置を測位する手段とを備えたことを特徴とする。

このような本発明に係る車載ナビゲーション装置では、受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波それぞれがＧＰＳ衛星から直接受信されたか、反射波が受信されたかが、地図データ上の車輌の位置と、地図データ記憶手段が記憶している建築物の位置及び高さに関する情報とから判断される。所定数以上のＧＰＳ衛星から電波を直接受信しており、且つ他のＧＰＳ衛星からは反射波も受信していると判断された場合には、直接受信している電波による測位結果に基づいて、反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離と、反射波の経路長との差が算出される。算出された差は、この差が算出された反射波が受信されている方位角及び仰角に対応付けられた補正量として記憶される。そして、所定数以上のＧＰＳ衛星から電波を受信しており、その内の所定数未満のＧＰＳ衛星から電波を直接受信していると判断された場合には、反射波が受信されている他のＧＰＳ衛星との間の直線距離が、反射波の経路長から当該反射波の方位角及び仰角に対応して記憶されている補正量を差し引いて求められ、電波が直接受信されている所定数未満のＧＰＳ衛星との間の距離と、補正手段により補正された直線距離とに基づいて車輌の位置が測位される。

また本発明に係るコンピュータプログラムは、上記のような本発明に係る車載ナビゲーション装置をソフトウェア制御するためのコンピュータプログラム、又は上記のような本発明に係る車載ナビゲーション装置を汎用コンピュータで実現させることを可能としたコンピュータプログラムである。

また、本発明に係るナビゲーションシステムは基本的には、前記のような車載ナビゲーション装置を複数と、前記複数の車載ナビゲーション装置それぞれとデータ通信することが可能なサーバとを含むナビゲーションシステムである。そして本発明に係るナビゲーションシステムは、前記複数の車載ナビゲーション装置はそれぞれ、前記経路長差算出手段が差を算出した反射波の方位角及び仰角と、前記経路長差算出手段が算出した差である補正量とを対応付けた補正情報をデータ通信により送受信することが可能な通信手段を更に備え、前記サーバは、前記複数の車載ナビゲーション装置それぞれの前記通信手段が送信した補正情報を受信し、受信した補正情報を蓄積することにより平均的な補正情報としての標準補正情報を生成し、前記複数の車載ナビゲーション装置はそれぞれ、前記サーバが生成した標準補正情報を前記通信手段を介して受信して前記補正量記憶手段に記憶するようにしてあることを特徴とする。

このような本発明に係るナビゲーションシステムでは、複数の車載ナビゲーション装置それぞれが送信した補正情報をサーバが受信して平均的な補正情報としての標準補正情報を生成するので、各車載ナビゲーション装置はそれぞれサーバが生成した標準補正情報を受信して利用できる。

また本発明に係る車載ナビゲーション装置は基本的には、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信する受信手段を備え、該受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波により得られる情報に基づいて車輌の位置と各ＧＰＳ衛星との間の距離を求めることにより車輌の位置を測位する車載ナビゲーション装置である。そして本発明に係る車載ナビゲーション装置は、ＧＰＳ衛星からの電波の反射波を受信した場合の反射波の方位角及び仰角と、当該反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離を求めるための補正量とを対応付けた補正情報が予め登録された補正情報登録手段と、ＧＰＳ衛星からの電波の反射波を受信した場合に、前記補正量登録手段に登録されている補正情報に従って、当該反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離を求める補正手段とを備え、複数のＧＰＳ衛星から直接受信した電波及び／又は前記補正手段により補正された反射波により得られる情報に基づいて車輌の位置を測位するようにしてあることを特徴とする。

このような本発明に係る車載ナビゲーション装置では、ＧＰＳ衛星からの電波の反射波を受信した場合に、予め登録されている補正情報に従って、当該反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離を求め、複数のＧＰＳ衛星から直接受信した電波及び／又は補正情報に基づいて補正された反射波により得られる情報に基づいて車輌の位置を測位することができる。

本発明に係る車載ナビゲーション装置によれば、電波を直接受信することが可能なＧＰＳ衛星が所定数未満である場合においても、反射波が受信されているＧＰＳ衛星と合わせて所定数以上であれば、反射波が受信されているＧＰＳ衛星からの反射波の経路長を直線距離に補正することによって、高精度の測位が可能になる。

また本発明に係るコンピュータプログラムによれば、上記のような本発明に係る車載ナビゲーション装置を汎用コンピュータで実現させることが可能になる。

また本発明に係るナビゲーションシステムによれば、複数の車載ナビゲーション装置それぞれが送信した補正情報に基づいてサーバが生成した標準補正情報を各車載ナビゲーション装置が利用できるので、個々の車載ナビゲーション装置は自身をも含む多数の車載ナビゲーション装置により得られた補正情報を利用することが可能になる。またそのような補正情報はサーバにより求められた平均的な標準補正情報であるので、個々の車載ナビゲーション装置のみにて補正情報を収集する場合に比して、より高精度で補正を行なうことが、即ちより高精度で車輌の位置を測位することが可能になる。

更に本発明に係る車載ナビゲーション装置によれば、個々の車載ナビゲーション装置において反射波を受信した場合に、予め登録されている補正情報に従って補正することが可能になるので、反射波を受信する都度補正情報を求める処理を行なう必要がなく、しかも反射波をそのまま利用する場合に比してはるかに高精度で車輌の位置を測位することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る車載ナビゲーション装置の構成例を示すブロック図である。なお、以下においては本発明に係る車載ナビゲーション装置は専用の装置として構成されている例を示すが、少なくともＧＰＳ受信機を内蔵した、又は接続した汎用コンピュータ（ノートブックタイプのパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話機等）に本発明に係るコンピュータプログラムを実行させることによっても実現可能である。

本発明に係る車載ナビゲーション装置は、メインユニット１を中心として、これにＧＰＳ受信機２、ビーコン受信機３、ＦＭ多重受信機４、速度検出手段としての車速センサ，方位検出センサとしての方位センサ等の各種センサ５、ディスクドライブ装置６、表示手段としてのディスプレイ７、スピーカ８等が接続されている。

ＧＰＳ受信機２は複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信することによって三角測量の原理に基づいてＧＰＳ受信機２自身の絶対位置を検出する。但し、ＧＰＳ受信機２自身の絶対位置はメインユニット１の絶対位置、より具体的には本発明に係る車載ナビゲーション装置が搭載されている車輌の絶対位置とみなしても問題はない。

ビーコン受信機３は道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ）用に高速道路に設置されている電波ビーコン、同じく一般道路に設置されている光ビーコンを受信する。なお、ＶＩＣＳは日本道路交通情報センターが提供する渋滞情報、交通規制情報等を走行中の車輌で受信することが可能なシステムであり、上述した他にも一般道路に設置されていて都道府県単位の広域情報を扱うＦＭ多重放送によっても提供されている。

ＦＭ多重受信機４はＦＭ多重放送によって提供されているＤＧＰＳサービスを受信するために使用される。ＤＧＰＳサービスとは、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態に起因する測位誤差を補正するためのサービスである。なお上述したように、一般道路に設置されていて都道府県単位の広域情報を扱うＦＭ多重放送によって提供されるＶＩＣＳの受信にもＦＭ多重受信機４は使用される。

各種センサ５には車速センサ，方位センサ等のセンサが含まれる。車速センサは、通常の車輌であれば一般的に装備されているスピードメータ用のセンサであり、その検出信号を分岐した検出信号を取得することが可能である。この検出信号を時間積分することによって車輌の走行距離が算出される。また、方位センサとしてはジャイロ，加速度センサ等が利用可能である。

ディスクドライブ装置６はいわゆるハードディスクドライブ（ＣＤ，ＤＶＤドライブであってもよい）であり、主として地図データを記憶しているが、他にも種々の情報、たとえば本発明において必須である建築物の位置及び高さ等の情報を記憶している。また、本発明に係る車載ナビゲーション装置をＣＰＵ１１が制御するためのコンピュータプログラムもディスクドライブ装置６に記憶されている。

ディスプレイ７はたとえば液晶パネルを使用した表示装置であり、主として上述したディスクドライブ装置６に記憶されている地図データに基づいて現在の推定位置（以下、単に現在位置という）を含む所定範囲の地図画像を表示する。勿論、ディスプレイ７に表示された地図画像上に所定のマークによって現在位置（通常は矢符状のマークによって現在位置と進行方向とが示される）が表示されることはいうまでもない。但し、通常はディスプレイ７には現在位置を含む所定範囲の地図画像が表示されるが、ユーザが希望する地域の地図画像をユーザの操作に従って表示することも可能である。なお、ディスプレイ７にはタッチパネルが併設されており、ユーザの操作入力を受け付ける操作入力受付手段としても使用される。

また、図示しないが、ディスプレイ７に併設されたタッチパネルの他に、独立した操作パネルを備えることも、更にはリモートコントロール装置による操作を行なえる構成とすることも勿論可能である。なお、スピーカ８は合成音声によって種々の案内等を行なうために使用される。

メインユニット１には、ＣＰＵ１１、各種センサ５による検出信号を受信するインタフェイス１２、ディスクドライブ装置６から読み出したデータをデコードするデコーダ１３、スピーカ８に合成音声を発声させるための音声出力部１４、ディスプレイ７に併設されているタッチパネルへのユーザによる操作入力を受信するユーザインタフェイス１５、ディスクドライブ装置６から読み出されてデコーダ１３によりデコードされた地図データをディスプレイ７に地図画像としてグラフィック表示するために図示しない画像メモリに地図画像を描画する描画手段としてのグラフィックレンダ１６、種々のデータを一時記憶するための記憶部１７等がシステムバス１０を介して相互に接続されている。

更に、メインユニット１には通信部１８が備えられている。通信部１８はインターネットＩＮを介してサーバ２０とデータ通信することが可能であればよい。たとえば近年では、携帯電話機と有線又は無線（たとえばBluetooth 等）接続することにより携帯電話機を通じてインターネット経由でデータ通信を行なうことが可能な車載ナビゲーション装置が実用化されている。従って、本発明に係る車載ナビゲーション装置のメインユニット１も、通信部１８によりそのような手法によりデータ通信を行なうことが可能である。なお、通信部１８そのものをデータ通信することが可能な通信モジュールとして構成することも勿論可能である。

このような構成の本発明に係る車載ナビゲーション装置は基本的には従来のこの種の装置と同様に動作する。即ち、ＣＰＵ１１は、ＧＰＳ受信機２により随時受信するＧＰＳ衛星からの電波に基づいて絶対位置の測位及び進行方位の検出を行ない、この検出結果に各種センサ５の検出信号に基づく走行距離及び進行方位の変化を加味して現在位置を推定するための演算を行なう。そして、演算された現在位置を含む所定範囲の地図データがディスクドライブ装置６から読み出され、デコーダ１３によってデコードされたデータをグラフィックレンダ１６が図示しないビットマップメモリ等に描画することによってディスプレイ７に地図画像として表示すると共に、先に演算されている現在位置及び進行方向が表示される。また、目的地が設定されている場合には、ＣＰＵ１１が出発地点から目的地までの走行予定経路を予めサーチし、この走行予定経路がディスプレイ７上に表示された地図画像上に重畳されて表示されると共に、右折，左折等の案内も適宜のタイミングで音声出力部１４から音声データがスピーカ８に与えられることにより合成音声によって行なわれる。

このように、本発明に係る車載ナビゲーション装置の基本的な構成及び動作は従来のこの種の装置と同一であるが、ＧＰＳ衛星から受信する電波に基づく測位処理の手法が従来のこの種の装置とは大きく異なる。

以下、本発明に係る車載ナビゲーション装置による、具体的にはＣＰＵ１１による測位処理の概略を、図２、図３及び図４の模式図を参照して説明する。なお、図２は４個のＧＰＳ衛星から直接波を受信しており、１個のＧＰＳ衛星から反射波を受信している状態を、図３は３個のＧＰＳ衛星から直接波を受信しており、１個のＧＰＳ衛星から反射波を受信している状態を、図４は補正量の算出手法を説明するための、それぞれ模式図である。但し、図２及び図３は模式的斜視図を、図４は模式的平面図をそれぞれ示している。

図２に示すように、本発明に係る車載ナビゲーション装置を搭載した車輌（以下、単に車輌という）Ｖが市街地の道路Ｒを走行している際に、道路の周囲の建築物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４の影響により、５個のＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５からの電波を受信しているとしても、それらの内の４個のＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ５からは直接波を受信しているが、他の１個のＧＰＳ衛星Ｓ４からは建築物Ｂ３に遮られて直接波を受信できない状況があり得る。但しこの場合でも、車輌ＶはＧＰＳ衛星Ｓ４からの電波を建築物Ｂ１で反射した反射波として受信している。

このような図２に示す状況においては、４個のＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ５から直接波を受信しているので、車輌Ｖに搭載されている車載ナビゲーション装置はＧＰＳによる測位を行なうことが可能である。特に、特許文献１に開示されている発明によれば、ＧＰＳ衛星Ｓ４からの反射波は測位には使用されないので、高精度の測位が可能である。

一方、図３に示すように、車輌Ｖが市街地の道路Ｒを走行している際に、道路の周囲の建築物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４の影響により、４個のＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４からの電波を受信しているとしても、それらの内の３個のＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２及びＳ３からは直接波を受信しているが、他の１個のＧＰＳ衛星Ｓ４からは建築物Ｂ３に遮られて直接波を受信できない状況があり得る。この場合、車輌ＶはＧＰＳ衛星Ｓ４からの電波を建築物Ｂ１で反射した反射波として受信している。

このような図３に示す状況においては、３個のＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２及びＳ３からしか直接波を受信することができず、ＧＰＳ衛星Ｓ４からは反射波を受信しているので、車輌Ｖに搭載されている車載ナビゲーション装置はＧＰＳによる測位を行なったとしても誤差を生じる。また、特許文献１に開示されている発明では、このような場合にはＧＰＳによる測位は行なわれない。

しかし、本発明に係る車載ナビゲーション装置では、図４の模式図に示すように、反射波しか受信できないＧＰＳ衛星Ｓ４に関して、反射波ＲＷに関する情報（方位角、仰角）に基づいて直接波ＤＷの経路長と反射波ＲＷの経路長との差を求める補正量算出処理を行なう。以下に、ＣＰＵ１１により実行される測位処理の手順のメインルーチンを示す図５及び図６のフローチャート、及び補正量算出処理の手順のサブルーチンを示す図７のフローチャートを参照して具体的に説明する。なおこれらのフローチャートに示す処理手順は、たとえばディスクドライブ装置６に記憶されているコンピュータプログラムに従ってＣＰＵ１１が実行する。但し、図５及び図６は一つのフローチャートを分割して示している。

まず、本発明に係る車載ナビゲーション装置のメインユニット１のＣＰＵ１１は、前回の測位時の位置を仮の現在位置として設定する（ステップＳ１１）。なお、各回の測位はたとえば1/10秒程度の間隔で反復して行なわれている。従って、本発明に係る車載ナビゲーション装置が搭載されている車輌が市街地を走行する場合には前回の測位時の位置と現在位置との間の距離はせいぜい１０ｍ程度である。また、仮の現在位置は、地球上の経緯度で表される絶対位置及び高度（海抜高度）で表される。

次にＣＰＵ１１は、現時点においてＧＰＳ受信機２が受信している各ＧＰＳ衛星の位置を求める（ステップＳ１２）。ここでいう各ＧＰＳ衛星の位置は、絶対位置、即ち地球上の経緯度で表される位置及び高度で表される位置である。次にＣＰＵ１１は、ステップＳ１１で設定した仮の現在位置と各ＧＰＳ衛星の位置との関係から、各ＧＰＳ衛星の方位角及び仰角を求める（ステップＳ１３）。この方位角及び仰角を求める手法はナビゲーションシステムにおいては公知の手法である。

次にＣＰＵ１１は、各ＧＰＳ衛星について、現在位置からそれぞれの方位角の方向の建築物の情報を取得する（ステップＳ１４）。具体的には、ＣＰＵ１１はディスクドライブ装置６内の記憶媒体（ハードディス, ＣＤ，ＤＶＤ等）に記憶されている建築物に関する情報を現在位置に基づいて読み出す。ここでディスクドライブ装置６から読み出される建築物の情報には個々の建築物の高さも含まれている。従って、次にＣＰＵ１１は、現在位置と、各ＧＰＳ衛星の方位角及び仰角と、建築物の位置及び高さとから、各ＧＰＳ衛星から受信している電波が直接波であるか、反射波であるか、即ち直接波を受信しているか否かを判断する（ステップＳ１５）。

具体的には、現在位置（厳密にはＧＰＳ受信機２のアンテナの位置）から各ＧＰＳ衛星の方位角の方向に存在する建築物の高さの仰角が、現在位置での各ＧＰＳ衛星の仰角未満であれば、それぞれのＧＰＳ衛星からは直接波を受信していると判断可能である。また逆に、現在位置から各ＧＰＳ衛星の方位角の方向に存在する建築物の高さの仰角が、現在位置での各ＧＰＳ衛星の仰角以上であれば、そのＧＰＳ衛星と現在位置との間は建築物によって遮られていることになるので、それぞれのＧＰＳ衛星からは直接波を受信しているのではなく、反射波を受信していると判断可能である。

次にＣＰＵ１１は、ＧＰＳ受信機２が４個以上のＧＰＳ衛星から電波を受信しているか否かを判断する（ステップＳ１６）。ＧＰＳ受信機２がいくつのＧＰＳ衛星から、またいずれのＧＰＳ衛星から電波を受信しているかは、ＧＰＳ受信機２自身が検出可能であることは公知である。ＧＰＳ受信機２が電波を受信しているＧＰＳ衛星の数が４以上でない場合、即ち３以下である場合（ステップＳ１６でＮＯ）、ＣＰＵ１１はＧＰＳによる測位は行なわず、この測位処理を一旦終了する。なお、前述したようにこの測位処理自体は周期的に、たとえば1/10秒間隔で行なわれているので、ＧＰＳによる測位を行なわない場合にも、ＣＰＵ１１は1/10秒後には再度ステップＳ１１からの測位処理を再開する。

ＧＰＳ受信機２が電波を受信しているＧＰＳ衛星の数が４以上である場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、受信している電波の全てが直接波であるか否か、即ち直接波のみを受信しているか否かを判断する（ステップＳ１７）。受信している電波の全てが直接波である場合（ステップＳ１７でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は受信している４以上の電波（全て直接波）に基づいて測位を行なう（ステップＳ１８）。この後、前述したようにこの測位処理自体は周期的に、たとえば1/10秒間隔で行なわれているので、ＣＰＵ１１は一旦この測位処理を終了した後、1/10秒後には再度ステップＳ１１からの測位処理を再開する。

ステップＳ１７において、受信している電波が直接波のみではないと判断された場合（ステップＳ１７でＮＯ）、即ち少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの直接波と、それ以外のＧＰＳ衛星からの反射波をも受信している場合、ＣＰＵ１１は４個以上のＧＰＳ衛星から直接波を受信しているか否かを判断する（ステップＳ１９）。４個以上のＧＰＳ衛星から直接波を受信している場合（ステップＳ１９でＹＥＳ）、反射波をも受信してはいるが、ＣＰＵ１１は受信している４以上の直接波のみに基づいて測位を行なう（ステップＳ２０）。

次にＣＰＵ１１は、測位に使用しなかった反射波の補正量算出処理を行なう（ステップＳ２１）。この反射波の補正量算出処理はサブルーチンとして用意されており、そのフローチャートを図７に示す。また、図８は反射波の補正量算出処理の説明図である。

図７に示す反射波の補正量算出処理のサブルーチンにおいては、ＣＰＵ１１はまず、直接波のみに基づく測位結果に基づいて、反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離Ｌを求める（ステップＳ２１１）。具体的には、たとえば図２に示されている状態においては、ＧＰＳ衛星Ｓ４からの電波は車輌Ｖには建築物Ｂ３に遮られて直接には届かない。しかし、図８に示されているように、ＧＰＳ衛星Ｓ４からの電波は建築物Ｂ１に反射されて反射波として車輌Ｖに届くので、車輌Ｖに搭載されている本発明に係る車載ナビゲーション装置により受信される。この場合、反射波が受信されているＧＰＳ衛星Ｓ４の位置は既知であるので、この位置と、メインルーチンのステップＳ２０における測位結果に基づく自車位置（車輌Ｖの位置）との間の建築物Ｂ３に遮られている直線距離Ｌが求められる。

次にＣＰＵ１１は、反射波が受信されているＧＰＳ衛星Ｓ４との間の、反射波に基づく距離Ｌｄを求める（ステップＳ２１２）。具体的には、反射波が受信されているＧＰＳ衛星Ｓ４からの電波を受信したタイミングから距離を求める。この場合に求まる距離はＧＰＳ衛星Ｓ４からの電波が建築物Ｂ１により反射されて車輌Ｖに届くまでの最短経路の距離であるとみなす。即ち、図８に示されているように、ＧＰＳ衛星Ｓ４からの電波が建築物Ｂ１に届くまでの距離Ｌｄ１と、建築物Ｂ１で反射した電波が車輌Ｖに届くまでの距離Ｌｄ２との和（Ｌｄ）である。なお、反射波の最短経路は、具体的な説明は省略するが、モーペルテュイ（Maupertui)の最小作用の原理により求めることが可能である。

次にＣＰＵ１１は、補正量ΔＬを「Ｌｄ（＝Ｌｄ１＋Ｌｄ２）−Ｌ」により求める（ステップＳ２１３）。これにより求まる補正量ΔＬは、反射波が少なくとも一回は建築物等で反射した後にＧＰＳ受信機２により受信された最短経路と、当該ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機２との間の直線距離との差になる。またＣＰＵ１１は、当該反射波の方位角と仰角とを求める（ステップＳ２１４）。

最後にＣＰＵ１１は、ステップＳ２１４で求めた方位角及び仰角をインデクスとして、補正量ΔＬをデータベース（ＤＢ）に登録し（ステップＳ２１５）、メインルーチンへリターンする。但し、反射波を複数受信している場合、ＣＰＵ１１は全ての反射波について、上述した補正量算出処理を実行し、それぞれの結果をデータベースに登録する。

以上のようにして、ＣＰＵ１１は受信している反射波の全てについて補正量算出処理を行ない、その結果を補正情報としてデータベースに登録する（ステップＳ２１）。具体的には、ＣＰＵ１１はステップＳ２１３での処理により求めた補正量ΔＬのデータ（ｍ）を、たとえば図９に示すような方位角（°）及び仰角（°）をインデクスとして、たとえばディスクドライブ装置６内の記憶媒体の所定の領域に設定されているデータベースに補正情報として登録する。

なお、データベースに登録される補正情報の各レコードは、方位角と仰角との組み合わせをインデクスとして補正量ΔＬが登録される。従って、図９に示す例では、方位角が２０°であり、且つ仰角が５６°である反射波を受信した場合に、その反射波を送信しているＧＰＳ衛星との間の直線距離は反射波に基づく実測値よりも0.05ｍ短い、ということになる。

但し、上述の方位角及び仰角はたとえば小数点以下を四捨五入することにより、ある程度の幅を持たせておくことが望ましい。また、同一の方位角及び仰角の補正情報が複数回求まった場合には、その都度、補正量を平均化する等の処理を行なうことにより、補正情報の信頼性を高くすることが可能になる。なお、上述のようにしてデータベースに登録される補正情報は、特定のＧＰＳ衛星を対象とするのではなく、いずれのＧＰＳ衛星であるかには拘わらずに、反射波に関する補正情報として求められる。

一方、ステップＳ１９において、４個以上のＧＰＳ衛星からは直接波を受信してないと判断された場合（ステップＳ１９でＮＯ）、具体的には直接波が３以下である場合、従来は特許文献１に開示されている発明のように、ＧＰＳによる測位は行なわれないか、又はＧＰＳによる測位を行なったとしても精度が非常に低い結果しか得られなかった。しかし、本発明では、データベースに登録されている補正情報に基づいて反射波の経路長を補正することにより、ＧＰＳによる測位を高精度で行なうことが可能になる。

この場合、ＣＰＵ１１はまず、補正可能な反射波が存在するか否かを判断する（ステップＳ２３）。補正可能な反射波とは、その反射波の補正情報、即ち方位角と仰角とに対応して補正量がデータベースに登録されている反射波である。従って、その時点で受信しているある反射波の方位角が２０°であり、仰角が５６°である場合は、図９に示されているように、その反射波を送信しているＧＰＳ衛星との間の距離を実測値（反射波による実測値）よりも0.05ｍ短くする補正を行なうことにより、直接波による実測距離とみなしてＧＰＳによる測位に使用することとする。

上述のような補正可能な反射波があると判断された場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は次に、現在位置において受信している直接波と、補正可能な反射波との総計が４以上であるか否かを判断する（ステップＳ２４）。直接波と補正可能な反射波との総計が４以上である場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は補正可能な反射波を補正し、具体的には補正可能な反射波の経路長を補正し、直接波と補正後の反射波とに基づいて測位を実行する（ステップＳ２５）。従ってこの場合、反射波をも含めて４以上の電波に基づいて測位を行なう従来の場合に比してより高精度の測位結果が得られることになる。この後、前述したようにこの測位処理自体は周期的に、たとえば1/10秒間隔で行なわれているので、ＣＰＵ１１は一旦この測位処理を終了した後、1/10秒後には再度ステップＳ１１からの測位処理を再開する。

一方、ステップＳ２３において補正可能な反射波が無いと判断された場合（ステップＳ２３でＮＯ）、又はステップＳ２４において直接波と補正可能な反射波との総計が４未満（３以下）であると判断された場合（ステップＳ２４でＮＯ）、直接波と補正可能な反射波との総計は３以下ではあるが受信している電波そのものは４以上であるので、ＣＰＵ１１は以下のようにして補正不可能な反射波を上述した補正情報を利用する手法とは異なる手法で補正した上で測位を行なう。

具体的には、ＣＰＵ１１は、補正不可能な反射波のＧＰＳ衛星の位置と前回の測位時の自車位置とから、当該ＧＰＳ衛星からの反射波の最短経路と直接波の経路との差を求め、この差の分だけ現在位置において受信している反射波から求まる当該ＧＰＳ衛星との間の距離を補正する（ステップＳ２６）。このようにして全ての補正不可能な反射波を補正した後、ＣＰＵ１１は直接波がある場合には直接波をも利用して測位を実行する（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２６での処理は、前述したステップＳ２１（図７のサブルーチン）での処理と実質的に同一である。

このような測位結果は、前回の測位時の自車位置を利用しているので幾分精度は劣る可能性はあり得るが、４個以上のＧＰＳ衛星からの電波を補正して利用しているので、反射波を全く補正せずに測位を実行する場合よりは高精度な結果が得られることは言うまでもない。この後、前述したようにこの測位処理自体は周期的に、たとえば1/10秒間隔で行なわれているので、ＣＰＵ１１は一旦この測位処理を終了した後、1/10秒後には再度ステップＳ１１からの測位処理を再開する。

以上のように、本発明に係る車載ナビゲーション装置によれば、少なくとも４個以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信している場合には、その全てが直接波で無いとしても補正を行なった上で測位を行なうことが可能になる。またこの場合、全く補正を行なわずに反射波をそのまま利用して測位を行なう場合に比してもより高精度な測位結果が得られる。

なお、上述の実施の形態は、個々の車輌におけるＧＰＳアンテナの取り付け位置、具体的には、バス等の車高が高い車輌の屋根上にＧＰＳアンテナを取り付けた場合と、スポーツカー等の車高が低い車輌のダッシュボード等にＧＰＳアンテナを取り付けた場合とでは補正量の検出結果に差が生じる可能性があること、及び個々の車輌の大きさ、具体的には、バス、大型トラックのような車長が長い車輌と、軽自動車等の車長が短い車輌とでも補正量の検出結果に差が生じる可能性があることに鑑みて、個々の車輌に搭載されている車載ナビゲーション装置が自身で補正情報を取得し、自身が取得した補正情報のみを利用する形態を示した。しかし、補正情報を多数の車輌、具体的には多数の車輌それぞれに搭載されている車載ナビゲーション装置で共有することも勿論可能である。以下にそのような本発明に係るナビゲーションシステムの実施の形態について説明する。

図１に示されているように、通信部１８によりインターネットＩＮを介してサーバ２０とデータ通信することが可能である場合には、各車輌に搭載されている本発明に係る車載ナビゲーション装置から補正情報をインターネットＩＮ経由でサーバ２０へ送信することが可能である。この場合、個々の車輌に搭載されている多数の本発明に係る車載ナビゲーション装置とサーバ２０とで本発明に係るナビゲーションシステムが構成される。

このような本発明に係るナビゲーションシステムにおいては、サーバ２０は多数の車輌にそれぞれ搭載されている本発明に係る車載ナビゲーション装置から補正情報を収集することが可能であるので、それらを蓄積してたとえば同一の方位角及び仰角の補正量に関して平均値を求める等により補正情報の信頼性を高めることが可能になる。またこのようにしてサーバ２０に収集された補正情報は逆に各車輌に搭載されている本発明に係る車載ナビゲーション装置へインターネットＩＮを通じて送信することも勿論可能である。従って、複数の車輌に搭載されている本発明に係る車載ナビゲーション装置それぞれは、サーバ２０から補正情報を通信部１８により受信してそれぞれのデータベースに登録することができる。

なお上述のような本発明に係るナビゲーションシステムの場合、個々の車載ナビゲーション装置においては最初にサーバ２０から補正情報を受信し、その後は個々の車載ナビゲーション装置において補正情報の取得を行なった結果により、個々の車輌に応じた適切な補正情報に修正するという利用方法も可能になる。

更に、個々の車輌、具体的には個々の車輌に搭載されているそれぞれの車載ナビゲーション装置では補正情報を取得しない構成も可能である。以下にそのような本発明に係る車載ナビゲーション装置について説明する。

個々の車載ナビゲーション装置において、その製造時点、又は車輌への搭載時点等のような適宜の時点において、予め用意された標準的な補正情報を個々の車載ナビゲーション装置のデータベース（具体的には、ディスクドライブ装置６）に格納する。そしてそれ以降は、個々の車載ナビゲーション装置においては、補正情報の取得は行なわずに、データベースに予め登録されている補正情報のみを利用して、反射波を受信した場合の補正に利用する。

このような本発明に係る車載ナビゲーション装置の実施形態では、個々の車輌に固有の条件に応じて補正情報を登録することはできないが、反射波を受信する都度必要な補正情報を取得するための負荷が生じないにも拘わらず、反射波を受信した場合に全く補正を行なわない従来の場合に比してより高精度の測位が可能になる。また、４以上の直接波を受信できない場合は測位を行なわない特許文献１に開示されている発明と比較しても、上述の実施形態の車載ナビゲーション装置では、直接波であると反射波であるとを問わず少なくとも４個のＧＰＳ衛星から電波を受信できれば比較的高精度で測位が可能になる。

本発明に係る車載ナビゲーション装置の構成例を示すブロック図である。 ４個のＧＰＳ衛星から直接波を受信しており、１個のＧＰＳ衛星から反射波を受信している状態を示す模式図である。 ３個のＧＰＳ衛星から直接波を受信しており、１個のＧＰＳ衛星から反射波を受信している状態を示す模式図である。 補正量の算出手法を説明するための模式図である。 本発明に係る車載ナビゲーション装置により実行される測位処理の手順のメインルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る車載ナビゲーション装置により実行される測位処理の手順のメインルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る車載ナビゲーション装置により実行される測位処理の手順中の反射波の補正量算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 反射波の補正量算出処理の説明図である。 反射波の方位角及び仰角をインデクスとして補正量を登録したデータベースのレコード構成を示す模式図である。

符号の説明

１ メインユニット
２ ＧＰＳ受信機
５ 各種センサ
６ ディスクドライブ装置
１１ ＣＰＵ
２０ サーバ
Ｓ１〜Ｓ５ ＧＰＳ衛星
Ｂ１〜Ｂ４ 建築物
Ｖ 車輌

Claims (4)

1. 複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信する受信手段を備え、該受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波により得られる情報に基づいて車輌の位置と各ＧＰＳ衛星との間の距離を求めることにより車輌の位置を測位する車載ナビゲーション装置において、
   建築物の位置及び高さに関する情報を含む地図データを記憶する地図データ記憶手段と、
   前記受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波それぞれがＧＰＳ衛星から直接受信されたか、反射波が受信されたかを、前記地図データ上の車輌の位置と、前記地図データ記憶手段が記憶している建築物の位置及び高さに関する情報とから判断する判断手段と、
   該判断手段が、所定数以上のＧＰＳ衛星からの電波を直接受信しており、且つ反射波も受信していると判断した場合に、直接受信している電波により得られる情報に基づく測位結果に基づいて、反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離と、反射波の経路長との差を算出する経路長差算出手段と、
   該経路長差算出手段が差を算出した反射波が受信されている方位角及び仰角に対応付けて、前記経路長差算出手段が算出した差を補正量として記憶する補正量記憶手段と、
   前記判断手段が、前記所定数以上のＧＰＳ衛星から電波を受信しており、その内の前記所定数未満のＧＰＳ衛星から電波を直接受信していると判断した場合に、反射波が受信されている他のＧＰＳ衛星との間の直線距離を、反射波の経路長から当該反射波の方位角及び仰角に対応して前記補正量記憶手段が記憶している補正量を差し引いて求める補正手段と、
   電波が直接受信されている前記所定数未満のＧＰＳ衛星との間の距離と、前記補正手段により補正された直線距離とに基づいて車輌の位置を測位する手段と
   を備えたことを特徴とする車載ナビゲーション装置。
2. 請求項１記載の車載ナビゲーション装置を複数と、前記複数の車載ナビゲーション装置それぞれとデータ通信することが可能なサーバとを含むナビゲーションシステムにおいて、
   前記複数の車載ナビゲーション装置はそれぞれ、前記経路長差算出手段が差を算出した反射波の方位角及び仰角と、前記経路長差算出手段が算出した差である補正量とを対応付けた補正情報をデータ通信により送受信することが可能な通信手段を更に備え、
   前記サーバは、前記複数の車載ナビゲーション装置それぞれの前記通信手段が送信した補正情報を受信し、受信した補正情報を蓄積することにより平均的な補正情報としての標準補正情報を生成し、
   前記複数の車載ナビゲーション装置はそれぞれ、前記サーバが生成した標準補正情報を前記通信手段を介して受信して前記補正量記憶手段に記憶するようにしてあること
   を特徴とするナビゲーションシステム。
3. 複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信する受信手段を備え、該受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波により得られる情報に基づいて車輌の位置と各ＧＰＳ衛星との間の距離を求めることにより車輌の位置を測位する車載ナビゲーション装置において、
   ＧＰＳ衛星からの電波の反射波を受信した場合の反射波の方位角及び仰角と、当該反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離を求めるための補正量とを対応付けた補正情報が予め登録された補正情報登録手段と、
   ＧＰＳ衛星からの電波の反射波を受信した場合に、前記補正量登録手段に登録されている補正情報に従って、当該反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離を求める補正手段と
   を備え、
   複数のＧＰＳ衛星から直接受信した電波及び／又は前記補正手段により補正された反射波により得られる情報に基づいて車輌の位置を測位するようにしてあることを特徴とする車載ナビゲーション装置。
4. 複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信する受信手段と、地図データを記憶した記憶手段とに接続されたコンピュータに、前記受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波により得られる情報に基づいて車輌の位置と各ＧＰＳ衛星との間の距離を求めることにより車輌の位置を測位させるコンピュータプログラムにおいて、
   コンピュータに、建築物の位置及び高さに関する情報を含む地図データを前記記憶手段から読み出させる手順と、
   コンピュータに、前記受信手段が受信した複数のＧＰＳ衛星からの電波それぞれがＧＰＳ衛星から直接受信されたか、反射波が受信されたかを、前記地図データ上の車輌の位置と、前記記憶手段から読み出した建築物の位置及び高さに関する情報とから判断させる手順と、
   コンピュータに、所定数以上のＧＰＳ衛星からの電波を直接受信しており、且つ反射波も受信していると判断された場合に、直接受信している電波により得られる情報に基づく測位結果に基づいて、反射波が受信されているＧＰＳ衛星との間の直線距離と、反射波の経路長との差を算出させる手順と、
   コンピュータに、前記の差が算出された反射波が受信されているＧＰＳ衛星の方位角及び仰角に対応付けて、前記算出された差を補正量として記憶記憶手段に記憶させる手順と、
   コンピュータに、前記所定数以上のＧＰＳ衛星から電波を受信しており、その内の前記所定数未満のＧＰＳ衛星から電波を直接受信していると判断された場合に、反射波が受信されている他のＧＰＳ衛星との間の直線距離を、反射波の経路長から当該反射波の方位角及び仰角に対応して前記記憶手段が記憶している補正量を差し引くことにより求めさせる手順と、
   コンピュータに、電波が直接受信されている前記所定数未満のＧＰＳ衛星との間の距離と、前記補正された直線距離とに基づいて車輌の位置を測位させる手順と
   を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。

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