CN101606080A - 移动单元定位装置 - Google Patents

Abstract

在移动单元定位装置中，在移动单元处观测来自卫星的卫星信号上承载的伪噪声码的相位，来测量移动单元的位置。利用在移动单元的停止期间获得的所述相位的观测值，来针对每个卫星测量在移动单元的停止期间多个卫星中的一个卫星与移动单元之间的伪距离。基于在移动单元的停止期间在多个时间点由伪距离测量部分测量得到的伪距离，来针对每个卫星计算误差指标值，所述误差指标值表示测量得到的伪距离的误差。基于针对每个卫星计算得到的误差指标值，来确定对于每个卫星的权重系数。利用针对每个卫星确定的权重系数来执行加权定位计算，以利用在移动期间获得的所述相位的观测值来确定移动单元在移动期间的位置。还提出了一种利用相似方法测量位置的其他装置，但是在此情况下，误差指标是基于所计算的移动单元速度的误差，而不是基于伪距离。

Description

移动单元定位装置

技术领域

本发明涉及移动单元定位装置，其测量移动单元等的位置。

背景技术

传统地，公知通过联立速度方程计算在地心直角坐标系上的用户速度及其时间偏移率的方法。使用由联立位置方程确定的地心直角坐标系上的用户位置来构造联立速度方程。通过解联立速度方程来确定地心直角坐标系上的速度相对于时间的微分值。通过经由将地心直角坐标系变换为用户位置处的地心直角坐标系获得地心直角坐标系上的速度相对于时间的微分值，来计算用户所需的每个值。例如，参考日本专利No.2963912。

通常，在GPS(全球定位系统)定位中，基于从多个卫星接收信号的结果来进行移动单元的位置的测量。此时，从各个卫星到移动单元的无线电传播路径彼此不同，并且在基于从各个卫星接收到的信号获得的测量值(例如，伪距离)中包含对于各个卫星而言不同的误差。为此，当执行GPS定位时，存在为各个卫星分配权重的情况。

传统地，在许多情况下，根据定位计算的先前瞬时的剩余差(residualdifference)，或者从各个卫星接收到的信号的强度的差，来确定在上述权重分配中使用的权重系数。但是，存在如下问题：使用所确定的权重系数不能适当地反应每个卫星的不同误差。

发明内容

根据本发明的一个方面，揭示了一种改善的移动单元定位装置，其中去除了上述问题。

根据本发明的一个方面，揭示了一种移动单元定位装置，其能够执行适当地反映对于每个卫星而言不同误差的加权定位计算。

在解决或减少上述问题中的一个或多个的本发明的实施例中，揭示了一种移动单元定位装置，其中在移动单元处观测来自多个卫星的卫星信号上承载的伪噪声码的相位，来测量所述移动单元的位置，所述移动单元定位装置包括：伪距离测量部分，其利用在所述移动单元的停止期间获得的所述伪噪声码相位的观测值，来针对每个卫星测量在所述移动单元的停止期间所述多个卫星中的一个卫星与所述移动单元之间的伪距离；误差指标值计算部分，其基于在所述移动单元的停止期间在多个时间点由所述伪距离测量部分测量得到的所述伪距离，来针对每个卫星计算误差指标值，所述误差指标值表示测量得到的所述伪距离的误差；权重系数确定部分，其基于由所述误差指标值计算部分针对每个卫星计算得到的所述误差指标值，来确定对于每个卫星的权重系数；以及定位计算部分，其利用由所述权重系数确定部分针对每个卫星确定的所述权重系数来执行加权定位计算，以利用在所述移动单元的移动期间获得的所述伪噪声码相位的观测值来确定所述移动单元在移动期间的位置。

上述移动单元定位装置可以被配置为使得所述误差指标值是方差或标准偏差。

上述移动单元定位装置可以被配置为还包括误差平均部分，所述误差平均部分基于在所述移动单元的停止期间的多个时间点由所述伪距离测量部分测量得到的所述伪距离，来针对每个卫星计算测量得到的伪距离的误差平均值，使得所述定位计算部分利用通过由所述误差平均部分计算得到的所述误差平均值进行校正的所述相位的观测值，来确定所述移动单元在移动期间的位置。

在解决或减少上述问题中的一个或多个的本发明的实施例中，揭示了一种移动单元定位装置，其中在移动单元处观测来自多个卫星的卫星信号的载波的多普勒频率，以测量所述移动单元的速度，所述移动单元定位装置包括：移动单元速度计算部分，其利用在所述移动单元的停止期间获得的多普勒频率的观测值，来针对每个卫星计算在所述移动单元的停止期间所述移动单元的速度；误差指标值计算部分，其基于在所述移动单元的停止期间在多个时间点由所述移动单元速度计算部分计算得到的所述移动单元速度，来针对每个卫星计算误差指标值，所述误差指标值表示计算得到的所述移动单元速度的误差；权重系数确定部分，其基于由所述误差指标值计算部分针对每个卫星计算得到的所述误差指标值，来针对每个卫星确定权重系数；以及定位计算部分，其利用由所述权重系数确定部分针对每个卫星确定的所述权重系数来执行加权定位计算，以利用在所述移动单元的移动期间获得的所述多普勒频率的观测值来确定所述移动单元在移动期间的速度。

上述移动单元定位装置可以被配置为使得所述误差指标值是方差或标准偏差。

上述移动单元定位装置可以被配置为还包括卫星选择部分，所述卫星选择部分基于由所述移动单元速度计算部分针对每个卫星计算得到的移动单元速度，来选择所述多个卫星中用于所述加权定位计算的一个卫星。

上述移动单元定位装置可以被配置为还包括移动单元停止判定部分，所述移动单元停止判定部分基于布置在所述移动单元中的传感器的输出信号来判定所述移动单元是否处于停止状态，使得所述卫星选择部分根据由所述误差指标值计算部分针对每个卫星计算得到的所述误差指标值，来选择所述多个卫星中用于所述加权定位计算的一个卫星。

上述移动单元定位装置可以被配置为使得所述卫星选择部分优先选择由所述误差指标值计算部分计算得到的误差指标值较小的卫星。

上述移动单元定位装置可以被配置为使得所述误差指标值是以下各个值或以下各个值的组合中的任一种：在由所述移动单元停止判定部分判定的所述移动单元的停止期间的多个时间点由所述移动单元速度计算部分计算得到的所述移动单元速度的平均值、计算得到的所述移动单元速度的误差的方差、计算得到的所述移动单元速度的误差的标准偏差、将计算得到的所述移动单元速度施加至低通滤波器而获得的低通值、以及所述低通值的改变率。

根据本发明的实施例，可以提供一种移动单元定位装置，其能够执行适当地反映对于每个卫星而言不同误差的加权定位计算。

附图说明

图1是示出本发明的实施例中移动单元定位装置所应用的GPS的总体构成的图。

图2是示出车载装置的构成的图。

图3是示出GPS接收器的内部构成的图。

图4是示出此实施例的定位部分的构成的框图。

图5是用于解释由此实施例的定位部分执行的车辆位置定位处理的流程图。

图6是用于解释由此实施例的定位部分执行的车辆速度定位处理的流程图。

图7是示出在本发明的另一个实施例中的定位部分的构成的框图。

图8是用于解释由此实施例的定位部分执行的位置定位处理的流程图。

图9是用于解释在图8的定位处理中的位置数据处理(步骤S818)的流程图。

图10是用于解释在图8的定位处理中的另一种位置数据处理(步骤S818)的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图给出关于本发明实施例的说明。

图1是示出本发明实施例中的移动单元定位装置所应用于其的GPS(全球定位系统)的总体构成的图。

如图1所示，该GPS包括GPS卫星10和机动车辆90，GPS卫星10绕地球沿轨道飞行，车辆90位于地球上并可在地球的表面上移动。

车辆90是移动单元的示例。移动单元的其他示例包括诸如摩托车之类的信息终端、轨道火车、船舶、航空器、叉式升运机(fork lift)、自动机械和诸如可随着其占有者的移动而移动的蜂窝电话之类的信息终端。

每个GPS卫星10一直向地球传播导航讯息(卫星信号)。导航讯息包含相应GPS卫星10的卫星轨道信息(星历数据或历书数据)、其时钟的校正值、以及电离层的校正系数。

导航讯息通过C/A(粗捕获)码散播并承载于L1波(频率：1575.42MHz)，并且其一直向地球广播。L1波是由C/A码调制的正弦波和由P码(精测距码)调制的余弦波的组合波，并且其经历积分调制。C/A码和P码是伪噪声码，其由其中-1和1以给定周期的间隔随机地排列的码序列组成。

目前，24个GPS卫星10在约20,000km的高度绕地球沿轨道飞行，并且在六个绕地球的轨道平面(其轨道倾角是约55度)的每个轨道平面中均匀地布置了四个GPS卫星10。因此，在地球上对天空开放的任意位置，总是可以观测到GPS卫星10中的五个或更多个。

如图1所示，作为本发明的移动单元定位装置的车内装置1布置在车辆90内。图2示出了车内装置1的构成。

如图2所示，车内装置1包括作为主要部件的GPS接收器20和车辆停止判断部分40。GPS接收器20的功能将在后文说明。

车辆停止判断部分40判断车辆90是否处于停止状态。具有判断车辆停止的许多方法，并且可以任意采用这些方法中的任一者。例如，车辆停止判断部分40可以基于布置在车辆90中的加速度传感器或角速度传感器的输出信号(微分值等)来判断车辆是否处于停止状态。

可替换的，车辆停止判断部分40可以基于布置在车辆90中的轮速传感器的输出信号，来判断车辆是否处于停止状态。可替换的，车辆停止判断部分40可以代替或附加于轮速传感器的输出信号而使用能够输出于车速相关的物理量的其他车内传感器(例如，感测变速器的输出轴的转速、检测制动踏板的操作状况、或检测档位的传感器)的输出信号，来判断车辆是否处于停止状态。

图3示出了GPS接收器20的内部构成。

以下，为了说明的方便，将对从多个卫星中的某个GPS卫星10接收到的卫星信号的信号处理(一个信道的信号处理)给出说明。

以针对来自可观测的GPS卫星10₁、10₂、10₃的各个卫星的信号并行的方式，来对每个观测周期执行信号处理。

GPS接收器20包括GPS天线21、RF(射频)电路22、A/D(模拟到数字)转换电路24、DDL(延时锁定环路)110、PLL(相位锁定环路)120、卫星位置计算部分124、以及滤波器130。

DDL 110包括互相关计算部分111、112，相位提前部分113，相位延迟部分114，相移量计算部分115，相位校正量计算部分116，复制C/A码产生部分117，伪距离计算部分118，以及定位部分50。

GPS天线21接收从GPS卫星10₁发送的卫星信号，并将接收到的卫星信号转换为电压信号(在此实施例中，其频率是约1.5GHz)。此1.5GHz电压信号被称为RF(射频)信号。

RF电路22将经由GPS天线21接收到的较弱的RF信号放大到能够在随后的部分中进行A/D转换的程度，并将RF信号的频率转换为能够对RF信号的频率进行信号处理的中频(通常，在1MHz-20MHz的范围内)。通过RF信号频率的降频转换获得的信号被称为IF(中频)信号。

A/D转换电路24将从RF电路22接收到的IF信号(模拟信号)转换为能够执行数字信号处理的数字IF信号。此数字IF信号被供应至DDL110、PLL 120和其他部分。

DDL 110的复制C/A码产生部分117产生复制C/A码。复制C/A码具有与来自GPS卫星10的卫星信号所承载的C/A码相同的+1和-1的码序列。

由复制C/A码产生部分117产生的复制C/A码经由相提前部分113被供应至互相关计算部分111。即，提前的复制码被供应至互相关计算部分111。由相提前部分113将所供应的复制C/A码的相位提前了预定相位。假定由相提前部分113引起的相位提前量被设定为θ1。

数字IF信号在混合器(未示出)处与由PLL 120产生的复制载波叠加，并且得到的信号也被供应至互相关计算部分111。

互相关计算部分111利用输入的数字IF信号和具有相位提前量θ1的提前复制码来计算相关值(提前相关值ECA)。例如，由以下方程计算提前相关值ECA：

提前相关值ECA＝∑{(数字IF)×(提前复制码)}

此外，由复制C/A码产生部分117产生的复制C/A码经由相位延迟部分114被供应至互相关计算部分112。即，延迟复制码被供应至互相关计算部分112。由相位延迟部分114将复制C/A码的相位延迟了预定相位。由相位延迟部分114引起的相位延迟量与θ1相同，但是相位延迟量的符号与相位提前量的符号相反。

此外，数字IF信号在混合器(未示出)处与由PLL 120产生的复制载波叠加，并且得到的信号也被供应至互相关计算部分112。

互相关计算部分112利用输入的数字IF信号和具有相位延迟量θ1的延迟复制码来计算相关值(延迟相关值LCA)。例如，由以下方程计算延迟相关值LCA：

延迟相关值ECA＝∑{(数字IF)×(延迟复制码)}

以此方式，互相关计算部分111和112执行其中相关器间隔(correlator interval)(所谓“间隔”)被设定为2θ1的相关值计算。分别由互相关计算部分111和112计算得到的提前相关值ECA和延迟相关值LCA被供应至相位改变量计算部分115。

相移量计算部分115计算数字IF信号与由复制C/A码产生部分117产生的复制C/A码之间的相位差。即，相位改变量计算部分115计算(或估计)所产生的复制C/A码与接收到的C/A码的相移量Δφ。例如，由以下方程计算复制C/A码的相移量Δφ：

Δφ＝(ECA-LCA)/2(ECA+LCA)

这样计算得到的相移量Δφ被供应至相位校正量计算部分116。

相位校正量计算部分116计算用于抵消相移量Δφ的合适相位校正量。例如，由以下方程计算合适的相位校正量：

(相位校正量)＝(P增益)×(相移量Δφ)+(I增益)×∑(相移量Δφ)

此方程表示使用PI控制的反馈控制，并且通过响应和波动的平衡考虑在内来分别以实验方式确定P增益和I增益。以此方式，计算得到的相位校正量被供应至复制C/A码产生部分117。

复制C/A码产生部分117将正被产生的复制C/A码的相位校正了由相位校正量计算部分116计算的相位校正量。即，校正了复制C/A码的跟踪点。

这样产生的复制C/A码经由相位提前部分113和相位延迟部分114被供应至互相关计算部分111和112，并被供应至伪距离计算部分118。在互相关计算部分111和112中，这样产生的复制C/A码被用于下一个观测周期输入的IF数字信号的校正值计算。

伪距离计算部分118基于由复制C/A码产生部分117产生的复制C/A码的相位信息来计算伪距离ρ₁′。例如，由以下方程计算伪距离ρ₁′：

ρ₁′＝N₁×300

其中伪距离ρ所附的“′”表示不执行对伪距离的滤波，下标“1”表示基于GPS卫星10₁的C/A码计算的特定伪距离，“N₁”表示GPS卫星10₁与车辆90之间C/A码的比特数。基于由复制C/A码产生部分117产生的复制C/A码的相位和设置在GPS接收器1中的本地时钟来计算“N₁”。在以上方程中的数值“300”由以下情况获得：与1比特相当的单位时间是1微秒，并且与C/A码相当的长度是约300m(1微秒×光速)。

以此方式，表示计算得到的伪距离ρ₁′的信号从DDL 110供应至滤波器130。

在PLL 120中，利用内部产生的载波复制信号来测量经过多普勒变换的接收到的载波的多普勒频率Δf1。即，PLL 120基于复制载波的频率fr和已知的载波频率fL1(＝1575.42MHz)来测量多普勒频率Δf1(＝fr-fL1)。供应至PLL 120的数字IF信号是通过混合器(未示出)而与来自DDL 110的复制C/A码叠加的数字IF信号。来自PLL 120的表示多普勒频率Δf1的信号被供应至滤波器130和定位部分50。

在滤波器130中，利用多普勒频率Δf1执行伪距离ρ₁′的滤波。例如，由以下等式计算在由滤波器130滤波之后的伪距离ρ₁。

等式1

${\mathrm{\ρ}}_1\left(i\right)=\frac{{{\mathrm{\ρ}}_1}^{\′}\left(i\right)+(M-1)\×\{{\mathrm{\ρ}}_1(i-1)+\∫\mathrm{\ΔV}\·\mathrm{dt}\}}{M}$

在以上等式中，(i)表示当前周期，(i-1)表示先前周期，M表示权重系数。在考虑精确度和响应性的平衡的情况下，确定M的值。ΔV表示GPS卫星10₁和车辆90之间的相对速度(多普勒速度)。例如，由以下方程计算ΔV：

ΔfL1＝ΔV·fL1/(c-ΔV)

其中c表示光速。由以上等式1进行的滤波可以是所谓载波平滑。利用上述窗口滤波器(hatch filter)或卡尔曼滤波器(Kalman filter)来实现该滤波。表示伪距离ρ₁的信号被供应至定位部分50。

卫星位置计算部分124基于导航讯息的卫星轨道信息，来计算GPS卫星10₁在世界坐标系上的当前位置S₁＝(X₁，Y₁，Z₁)及其移动速度V₁＝(V₁，V₁，V₁)。可以通过将计算得到的卫星位置S₁的当前周期值和先前周期值之间的差除以计算周期的时间段来计算卫星移动速度向量V₁＝(V₁，V₁，V₁)。以此方式，由卫星位置计算部分124计算得到的卫星位置S₁和卫星移动速度向量V₁被供应至定位部分50。

接着，将解释此实施例的定位部分50的构成。图4示出了此实施例的定位部分50的构成。

如图4所示，此实施例的定位部分50包括σv计算部分42、d_ave计算部分44、σd计算部分46、权重矩阵产生部分48、以及加权定位计算部分49。将参考图5和图6解释部分42、44、46、48和49的各自功能。

图5是用于解释由此实施例的定位部分50执行的车辆位置定位处理的流程图。

在从车辆90的点火开关打开的瞬间到点火开关关闭的瞬间的有效操作时段期间，对于每个预定周期重复执行如图5所示的处理例程。预定周期可以等于上述观测周期。

在步骤S500，对计数器进行初始化。即，将计数器的值设定为1。

在步骤S502，基于来自车辆停止判断部分40的判断结果来判定车辆90当前是否处于停止状态。当车辆90处于停止状态时，控制进行至步骤S504。通常，此状况可以是在发动机起动之后车辆90开始行驶之前的状况，或者在车辆开始行驶之后车辆90在交通信号前暂时停止的状况。

另一方面，当车辆90正在移动时，控制进行至步骤S514。

在步骤S504，判定计数器的当前值是否等于1。当计数器的当前值等于1时，控制进行至步骤S506，否则(即，当计数器的当前值大于1时)，控制进行至步骤S508。

在步骤S506，将基于最新定位结果得到的车辆90的位置(Xu，Yu，Zu)存储作为紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)。紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)可以是通过加权定位计算而计算得到的，或者可以是通过其他定位方法(例如，惯性导航)计算得到的。

当使用惯性导航时，优选地使用如下惯性导航，其中通过将利用车载相机得到的道路信号的图像识别结果与包括已知道路信号的位置信息进行匹配而校正得到的车辆位置被用作初始位置。

在步骤S508，将计数器的值增加1。

在步骤S510，由d_ave计算部分44来针对每个GPS卫星10j计算当前可以观测到的GPS卫星10j的伪距离ρj的误差的平均值d_ave_j(所谓“值域误差平均值d_ave_j”)。后缀“j”表示当前能够观测到的GPS卫星10的卫星编号(j＝1，2，3，4，...)，并且是对于各个GPS卫星10而言特定的值。

应该注意，值域误差平均值d_ave_j是在车辆的停止状态下观测到的伪距离ρj的误差的平均值。例如，如下计算值域误差平均值d_ave_j。

等式2

$d_{\mathrm{ave}\_}j=\frac{1}{n}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_j\left(i\right)$

其中n表示数据项的数量。在此示例中，n＝(计数器值)。d_j(i)表示在假定dj(1)表示在检测到车辆停止之后的的一个周期检测到的伪距离ρj(i)的误差的情况下，对于第i个周期检测到的伪距离ρj(i)的误差。例如，利用紧接着车辆停止之后的定位结果具有最高定位精度的原理，通过以下等式来计算dj(i)。

等式3

$d_j\left(i\right)=\sqrt{{(X_j\left(i\right)-X_{u0})}^2+{(Y_j\left(i\right)-Y_{u0})}^2+{(Z_j\left(i\right)-Z_{u0})}^2}+c\·\mathrm{\ΔT}-{\mathrm{\ρ}}_j\left(i\right)$

在以上等式中，(Xj(i)，Yj(i)，Zj(i))表示对于第i个周期计算得到的卫星位置。由卫星位置计算部分124对于与第i个周期对应的周期计算得到的卫星位置Sj被用作(Xj(i)，Yj(i)，Zj(i))。(Xu0，Yu0，Zu0)表示在以上步骤S506存储的紧接着车辆停止之后的车辆位置u0。类似地，ρj(i)表示对于第i个周期计算得到的GPS卫星10j的伪距离ρj。c·ΔT表示GPS接收器20中的时钟误差。随后通过加权定位计算部分49确定的值可以被用作c·ΔT。

在步骤S512，σd计算部分46对于每个GPS卫星10j计算针对当前能够观测到的GPS卫星10j计算得到的伪距离ρj的误差的标准差σd_j(所谓“值域误差标准差σd_j”)。

类似地，应该注意，值域误差标准差σd_j是在车辆的停止状态下观测到的伪距离ρj的误差的标准差。例如，通过以下方程来计算值域误差标准差σd_j：

σd_j²＝∑(dj(i)-d_ave_j)²/n

在以上方程中，σd_j²表示伪距离ρj的误差dj的方差。可以利用由d_ave计算部分44计算得到的各个值dj(i)和d_ave_j来计算值域误差标准差σd_j。

以此方式，当车辆90处于停止状态时，重复步骤S508和步骤S510的处理。基于当车辆90处于停止状态下的任意时间观测到的数据，对于每个预定周期针对各个GPS卫星10j计算值域误差平均值d_ave_j和值域误差标准差σd_j。

当然，随着在车辆90处于停止状态下时的周期数i增大，样本数量增大，并且值域误差平均值d_ave_j和值域误差标准差σd_j的可靠性也因此提高。

以此方式，在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的值域误差平均值d_ave_j和值域误差标准差σd_j在随后的步骤S514-S518中被有效地用于在车辆停止之后车辆90开始移动以后对车辆90的位置的定位。

在步骤S514，判定计数器的值是否大于预定阈值。在此判断中，判定在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的值域误差平均值d_ave_j和值域误差标准差σd_j是否可靠。在对该因素进行考虑的情况下，将该预定阈值设定为合适值。例如，针对10-20或更多个样本数量，该预定阈值可以设定为在11和21之间的范围内的任意值。

当计数器的值大于预定阈值时，控制进行至步骤S516。当计数器的值小于预定阈值时，判定在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的值域误差平均值d_ave_j和值域误差标准差σd_j的可靠性为低(例如，当车辆停止的时间非常短时)。在此情况下，结束当前周期的处理例程，并且控制返回到步骤S500。

在步骤S516，基于在车辆停止期间的最后一个周期在以上步骤S510和S512计算得到的值域误差平均值d_ave_j和值域误差标准差σd_j，通过权重矩阵产生部分48来确定权重矩阵W的各个分量。权重矩阵W的分量除了其对角分量之外均为零，并且对于各个对角分量代入由σd计算部分46计算得到的值域误差标准差σd_j。

以下，为了方便描述，假定当前可以观测到四个GPS卫星10₁、10₂、10₃和10₄。在此情况下，权重矩阵W由以下等式表示。

等式4

$W=\left(\begin{array}{cccc}1/\mathrm{\σ}\_d_1& 0& 0& 0\\ 0& 1/\mathrm{\σ}\_d_2& 0& 0\\ 0& 0& 1/\mathrm{\σ}\_d_3& 0\\ 0& 0& 0& 1/\mathrm{\σ}\_d_4\end{array}\right)$

在步骤S518，加权定位计算部分49基于对于当前周期观测到的伪距离ρ1、ρ2、ρ3和ρ4，利用在以上步骤S516产生的权重矩阵W执行加权定位计算，以确定车辆90的当前位置(Xu，Yu，Zu)。

例如，利用如下所述的加权最小二乘法来执行加权定位计算。

首先，作为前提，在伪距离ρj、卫星位置(Xj，Yj，Zj)和车辆位置(Xu，Yu，Zu)之间满足以下等式。

等式5

${\mathrm{\ρ}}_j=\sqrt{{(X_j-X_u)}^2+{(Y_j-Y_u)}^2+{(Z_j-Z_u)}^2}+c\·\mathrm{\ΔT}$

假定b＝c·ΔT，未知值(Xu，Yu，Zu)被设定为状态量η，并且其中通过状态量η使以上等式5线性化的通用近似方程如下。

等式6

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_j=\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_j}{{\∂X}_u}\mathrm{\Δ}{X}_u+\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_j}{{\∂Y}_u}{\mathrm{\ΔY}}_u+\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_j}{{\∂Z}_u}{\mathrm{\ΔZ}}_u+\mathrm{\Δb}$

假定状态量η的初始近似值被设定为(0，0，0，0)，则Δρ_j由以下等式表示。

等式光学拾取器7

${\mathrm{\Δ\ρ}}_j={\mathrm{\ρ}}_j-\sqrt{X_j^2+Y_j^2+Z_j^2}$

等式6的部分微分项由以下等式表示：

等式8

$\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_j}{{\∂X}_u}=\frac{X_j}{{\mathrm{\ρ}}_j}={\mathrm{\α}}_j$ $\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_j}{{\∂Y}_u}=\frac{Y_j}{{\mathrm{\ρ}}_j}={\mathrm{\β}}_j$ $\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_j}{{\∂Z}_u}=\frac{Z_j}{{\mathrm{\ρ}}_j}={\mathrm{\γ}}_j$

如果将Δρj假定为观测量zj，则如下利用观测矩阵H来表示观测量zj与状态量η之间的关系。

zj＝H·η^T

在以上方程中，四个GPS卫星10₁、10₂、10₃和10₄的观测量z和观测矩阵H如下表示。

等式9

$H=\left(\begin{array}{cccc}{\mathrm{\α}}_1& {\mathrm{\β}}_1& {\mathrm{\γ}}_1& 1\\ {\mathrm{\α}}_2& {\mathrm{\β}}_2& {\mathrm{\γ}}_2& 1\\ {\mathrm{\α}}_3& {\mathrm{\β}}_3& {\mathrm{\γ}}_3& 1\\ {\mathrm{\α}}_4& {\mathrm{\β}}_4& {\mathrm{\γ}}_4& 1\end{array}\right)$ $z=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_1\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_2\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_3\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_4\end{array}\right)$

因此，可以如下利用权重矩阵W来确定状态量η。

等式10

η＝(H^TWH)^-1H^TWz

优选地，在上述加权定位计算中，通过值域误差平均值d_ave_j校正的校正伪距离ρj被用作观测量zj，而不是将伪距离ρj用作观测量zj。

即，优选的观测量zj如下表示。

等式11

$z_j={\mathrm{\Δ\ρ}}_j-d_{\mathrm{ave}\_j}=({\mathrm{\ρ}}_j-d_{\mathrm{ave}\_j})-\sqrt{X_j^2+Y_j^2+Z_j^2}$

这样获得的针对车辆90的位置(Xu，Yu，Zu)的定位结果可以输出至例如导航系统。

在步骤S520，基于来自车辆停止判断部分40的判断结果，判定车辆90的移动状态是否改变为停止状态。当车辆90从移动状态改变为停止状态时，控制返回至步骤S500。另一方面，当车辆90正在移动时，控制进行至步骤S518。在此情况下，基于在车辆90的移动期间的任意时间观测到的伪距离ρj和卫星位置(Xj，Yj，Zj)，来连续地执行S518的处理。

当在车辆90的移动期间能够观测到的GPS卫星10改变时，可以根据GPS卫星10的改变来再次确定权重矩阵W。例如，当某个GPS卫星10k的观测变为不可能时，产生其中将与GPS卫星10k相关的分量去除的权重矩阵W，并接着基于其中将GPS卫星10k的观测量zk去除的、应用于其他GPS卫星10j的观测量zj，来执行加权定位计算。

当观测到新的GPS卫星10k(其在车辆90处于停止状态的情况下未曾观测到)时，未针对新的GPS卫星10k计算值域误差平均值d_ave_j和值域误差标准差σd_j。在此情况下，可以对于权重矩阵的对角分量利用合适的加权因子的初始值来执行加权定位计算。

根据图5的车辆位置定位处理，基于当车辆90处于停止状态的情况下各个GPS卫星10j的观测数据来计算被用作权重矩阵W的加权因子的值域误差平均值d_ave_j，并且能以良好的可靠性建立权重矩阵W的加权因子。因为当车辆90处于停止状态时不存在由车辆90的移动引起的误差因子的影响，所以能以高精度对各个GPS卫星10j估计包括在各个GPS卫星10j的观测数据(伪距离ρj的观测值)中的误差。因此，根据图5的车辆位置定位处理，在车辆90的停止期间建立合适的权重矩阵W，并可以在车辆90的移动期间获得精确的定位结果。

因为通过值域误差平均值d_ave_j来校正伪距离ρj，并执行加权定位计算，所以可以获得精确的定位结果。即，通过利用值域误差平均值d_ave_j来去除伪距离ρj中包括的误差，并可以获得精确的定位结果。

因为在车辆90处于停止状态的情况下基于各个GPS卫星10j的观测数据来计算值域误差平均值d_ave_j，所以可以使定位结果的精度较高。

在如图5所示的车辆位置定位处理中，伪距离ρj的误差的方差σd_j²可以代替值域误差标准差σd_j代入权重矩阵W的对角分量。

图6是用于解释由此实施例的定位部分50执行的车速定位处理的流程图。

在从车辆90的点火开关打开的瞬间到点火开关关闭的瞬间的有效操作时段期间，对于每个预定周期重复执行如图6所示的处理例程。预定周期可以等于上述观测周期。

虽然图6的处理例程与图5的处理例程分开地图示，但是这些例程可以分别并行地执行。或者，这些例程可以集成为一个处理例程，并可以由此实施例的定位部分50来执行该集成的处理例程。

在步骤S600，对计数器进行初始化。即，将计数器的值设定为1。

在步骤S602，基于来自车辆停止判断部分40的判断结果来判定车辆90当前是否处于停止状态。当车辆90处于停止状态时，控制进行至步骤S604。另一方面，当车辆90正在移动时，控制进行至步骤S614。

在步骤S604，判定计数器的当前值是否等于1。当计数器的当前值等于1时，控制进行至步骤S606。另一方面，当计数器的当前值大于1时，控制进行至步骤S608。

在步骤S606，将基于最新定位结果得到的车辆90的位置(Xu，Yu，Zu)存储作为紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)。紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)可以是通过加权定位计算而计算得到的，或者可以是通过其他定位方法(例如，惯性导航)计算得到的。

在步骤S608，将计数器的值增加1。

在步骤S610，由σv计算部分42来针对每个GPS卫星10j计算在车辆90到GPS卫星10j的视线方向上车速Vu_j的误差的标准差σv_j(所谓“速度标准差σv_j”)。

应该注意，速度标准差σv_j是在车辆的停止状态下观测到的车速Vu_j的误差的标准差。例如，通过以下方程计算GPS卫星10j的速度标准差σv_j：

σv_j²＝∑(Vu_j(i)-Vave_j)²/n

在以上方程中，σv_j²表示车速Vu_j的误差的方差，Vu_j(i)表示在假定Vu_j(1)表示对于在检测到车辆停止之后的第一个周期计算得到的针对GPS卫星10j的车速Vu_j的情况下、对于第i个周期计算的针对GPS卫星10j的车速Vu_j，并且Vave_j表示对于各个周期计算得到的Vu_j(i)的平均值。例如，由以下等式来计算Vave_j：

等式12

$V_{\mathrm{ave}\_}j=\frac{1}{n}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{u\_j}\left(i\right)$

其中n表示数据项的数量。在此示例中，n＝(计数器值)。考虑到车辆90处于停止状态的情况，Vave_j的值可以被设定为零。在此情况下，速度标准差σv_j实质上是车速Vu_j的误差的标准差。

利用GPS卫星10j的多普勒值域dρj、在车辆90到GPS卫星10j的视线方向上的单位向量lj(i)、和卫星移动速度向量Vj＝(Vj(i)，Vj(i)，Vj(i))之间的关系，如下计算车速Vu_j(i)。

等式13

V_{u_j}(i)＝dρ_j-l_j·V_j

例如，利用载波的波长λ(已知)以及在周期(i)获得的GPS卫星10j的多普勒频率Δfj，通过方程：dρj(i)＝λ·Δfj(i)来计算多普勒值域dρj(i)。在上述方程中，lj·Vj是单位向量lj和卫星移动速度Vj的内积。例如，利用在以上步骤S606存储的紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)、GPS卫星10j的位置S(i)＝(Xj，Yj，Zj)以及车辆90与GPS卫星10j之间的距离rj(i)，如下计算单位向量lj(i)。

等式14

l_j＝1/r_j(i)·(X_j(i)-X_u0，Y_j(i)-Y_u0，Z_j(i)-Z_u0)

在以上等式中，rj(i)由以下方程表示。

等式15

$r_j\left(i\right)=\sqrt{{(X_j\left(i\right)-X_{u0})}^2+{(Y_j\left(i\right)-Y_{u0})}^2+{(Z_j\left(i\right)-Z_{u0})}^2}$

以此方式，当车辆90处于停止状态下时，重复步骤S608和步骤S610的处理，并基于车辆90的停止状态期间观察到的数据，对于每个预定周期针对各个GPS卫星10j计算速度标准差σv_j。当然，随着在车辆90处于停止状态下时的周期数(i)增大，样本数量增大，并且速度标准差σv_j的可靠性也因此提高。

因此，在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的速度标准差σv_j在随后的步骤S614-S618中被有效地用于在停止状态之后车辆90开始行驶时对车辆90的速度的定位。

在步骤S614，判定计数器的值是否大于预定阈值，在此判断中，判定在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的速度标准差σv_j是否可靠。在对该因素进行考虑的情况下，将该预定阈值设定为合适值。例如，针对10-20或更多个样本数量，该预定阈值可以设定为在11和21之间的范围内的任意值。

当计数器的值大于预定阈值时，控制进行至步骤S616。当计数器的值小于预定阈值时，判定在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的速度标准差σv_j的可靠性为低(例如，当车辆停止的时间非常短时)。在此情况下，结束当前周期的处理例程，并且控制返回到步骤S600。

在步骤S616，基于在车辆停止期间的最后一个周期在以上步骤S610计算得到的速度标准差σv_j，通过权重矩阵产生部分48来确定权重矩阵W_v的各个分量。权重矩阵W_v的分量除了其对角分量之外均为零，并且对于各个对角分量代入由σv计算部分42计算得到的速度标准差σv_j。

以下，为了方便描述，假定当前可以观测到四个GPS卫星10₁、10₂、10₃和10₄。在此情况下，权重矩阵W_v由以下等式表示。

等式16

$W\_v=\left(\begin{array}{cccc}1/\mathrm{\σ}\_v_1& 0& 0& 0\\ 0& 1/\mathrm{\σ}\_v_2& 0& 0\\ 0& 0& 1/\mathrm{\σ}\_v_3& 0\\ 0& 0& 0& 1/\mathrm{\σ}\_v_4\end{array}\right)$

在步骤S618，加权定位计算部分49基于对于当前周期观测到的多普勒值域dρ1、dρ2、dρ3和dρ4，利用在以上步骤S616产生的权重矩阵W_v执行加权定位计算，以确定车辆90的当前车速v＝(vu，vu，vu)。

例如，利用如下所述的加权最小二乘法来执行加权定位计算。

首先，作为前提，在多普勒值域dρj、卫星移动速度向量V和车辆90的车辆速度向量v＝(vu，vu，vu)之间满足以下等式。

等式17

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}_j={\stackrel{\·}{r}}_j+\stackrel{\·}{b}+\stackrel{\·}{I}+\stackrel{\·}{T}=(V_j-v)\·\mathrm{lj}+\stackrel{\·}{b}+\mathrm{\ϵ}$

在以上等式中，附加于字符顶部的黑点表示点(时间微分)。例如，多普勒值域dρj的时间微分表示为ρj点(时间微分)。

因为I点和T点表示电离层误差的变化量和对流层误差的变化量，并且它们非常小，所以它们由白噪声ε表示。b点表示时钟误差的微分值。当使用来自四个GPS卫星10₁、10₂、10₃和10₄的观测数据时，以上等式17可以如下修改。

等式18

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}_1-l_1\·v_1\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}_2-l_2\·v_2\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}_3-l_3\·v_3\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}_4-l_4\·v_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\left({-l}_1\right)}^T& 1\\ {\left({-l}_2\right)}^T& 1\\ {\left({-l}_3\right)}^T& 1\\ {\left({-l}_4\right)}^T& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}v\\ \stackrel{\·}{b}\end{array}\right]+\mathrm{\ϵ}$

使以上等式18的左侧矩阵成为观测量z，基于多普勒频率Δfi(i)，通过方程：dρj(i)＝λ·Δfj(i)来计算GPS卫星10j的观测量zj的“dρj”。GPS卫星10j的观测量zj的“lj·Vj”是对于周期(i)的单位向量lj(i)和卫星移动速度向量Vj(i)的内积。例如，基于导航信息的卫星轨道信息，由卫星位置计算部分124来计算卫星移动速度向量Vj(i)。例如，可以利用由加权定位计算部分49针对周期(i)计算得到的车辆90的位置的定位结果(Xu(i)，Yu(i)，Zu(i))，如下计算对于周期(i)的单位向量lj(i)(图5的步骤S518)。

等式19

l_j＝1/r_j(i)·(X_j(i)-X_u，Y_j(i)-Y_u，Z_j(i)-Z_u)

$r_j\left(i\right)=\sqrt{{(X_j\left(i\right)-X_u)}^2+{(Y_j\left(i\right)-Y_u)}^2+{(Z_j\left(i\right)-Z_u)}^2}$

如下建立观测矩阵G。

等式20

$G=\left[\begin{array}{cc}{\left({-l}_1\right)}^T& 1\\ {\left({-l}_2\right)}^T& 1\\ {\left({-l}_3\right)}^T& 1\\ {\left({-l}_4\right)}^T& 1\end{array}\right]$

状态量η包括车辆90的车速向量v＝(vu，vu，vu)和b点。如果假定η＝(v，b点)，则可以如下利用权重矩阵W_v来确定状态量η。

等式21

η＝(G^TW_vG)^-1G^TW_vz

这样针对车辆90的车速向量v获得的定位结果可以输出至例如导航系统。

在步骤S620，基于来自车辆停止判断部分40的判断结果，判定车辆90的移动状态是否改变为停止状态。当车辆90从移动状态改变为停止状态时，控制返回至步骤S600。另一方面，当车辆90正在移动时，控制进行至步骤S618。在此情况下，基于在车辆90的移动期间的任意时间观测到的多普勒值域dρj、卫星移动速度向量Vj等，来连续地执行S618的处理。

当在车辆90的移动期间能够观测到的GPS卫星10改变时，可以根据GPS卫星10的改变来再次确定权重矩阵W_v。例如，当某个GPS卫星10k的观测变为不可能时，产生其中将与GPS卫星10k相关的分量去除的权重矩阵W_v，并接着基于其中将GPS卫星10k的观测量zk去除的、应用于其他GPS卫星10j的观测量zj，来执行加权定位计算。

当观测到新的GPS卫星10k(其在车辆90处于停止状态的情况下未曾观测到)时，未针对新的GPS卫星10k计算速度标准差σv_k。在此情况下，可以对于权重矩阵的对角分量利用合适的加权因子的初始值来执行加权定位计算。

根据图6的车辆位置定位处理，基于当车辆90处于停止状态的情况下各个GPS卫星10j的观测数据来计算被用作权重矩阵W_v的加权因子的速度标准差σv_k，并且能以良好的可靠性建立权重矩阵W_v的加权因子。因为当车辆90处于停止状态时不存在由车辆90的移动引起的误差因子的影响，所以能以高精度对各个GPS卫星10j估计包括在各个GPS卫星10j的观测数据(多普勒值域dρj的观测值)中的误差。因此，根据图6的车辆速度定位处理，在车辆90的停止期间建立合适的权重矩阵W_v，并可以在车辆90的移动期间获得精确的定位结果。

在如图6所示的车辆速度定位处理中，方差σv_j²可以代替速度标准差σd_j代入权重矩阵W_v的对角分量。

本发明不限于上述实施例，而可以在不偏离本发明范围的情况下进行各种改变和修改。

例如，可选地，可以在考虑其他因素的情况下建立上述实施例中的权重矩阵W和加权因子W_v，所述其他因素例如时在先前周期的定位计算时的残差，各个卫星的仰角差，以及从各个卫星接收的卫星信号的强度差。

在上述实施例中，利用C/A码来计算伪距离ρ。可选地，可以基于另一伪噪声码(例如L2波的P码)来测量伪距离ρ。因为在P码的情况下其被编码为W码，所以通过利用互相关系统的DLL，在执行P码同步时获得P码。

注意到P码是GPS卫星10₁中第0比特，通过测量在车辆90接受的P码的第M_p比特，可以将基于P码的伪距离ρ确定为ρ′_P＝M_p×30。

在上述实施例中，已经描述了其中将本发明应用于GPS的示例。但是，本发明也可应用于其他GNSS(全球导航卫星系统)，例如除了GPS之外的卫星系统，伽利略(Galileo)等。

接着，图7示出了本发明的另一实施例中定位部分50的构成。

如图7所示，此实施例的定位部分50包括车速计算部分52，对由车速计算部分52计算的车速进行存储的存储器54，误差指标值计算部分56，卫星选择部分58，以及定位计算部分59。将参考图8至图GPS卫星10来解释部分52、54、56、58和59的各个功能。

图8是用于解释由此实施例的定位部分50执行的定位处理的流程图。

在从车辆90的点火开关打开的瞬间到点火开关关闭的瞬间的有效操作时段期间，对于每个预定周期重复执行如图8所示的处理例程。预定周期可以等于上述观测周期。

在步骤S800，对计数器和存储器54进行初始化。即，将计数器的值设定为1，并对存储器54中的数据进行初始化(清除)。

在步骤S802，基于来自车辆停止判断部分40的判断结果来判定车辆90当前是否处于停止状态。

当车辆90处于停止状态时，控制进行至步骤S804。通常，此状况可以是在发动机起动之后车辆90开始行驶之前的状况，或者在车辆开始行驶之后车辆90在交通信号前暂时停止的状况。另一方面，当车辆90正在移动时，控制进行至步骤S814。

在步骤S804，判定计数器的值当前是否等于1。当计数器的值当前等于1时，控制进行至步骤S806。另一方面，当计数器的值大于1时，控制进行至步骤S808。

在步骤S806，将基于最新定位结果得到的车辆90的位置(Xu，Yu，Zu)存储作为紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)。

紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)可以是通过加权定位计算而计算得到的，或者可以是通过其他定位方法(例如，惯性导航)计算得到的。当使用惯性导航时，优选地使用如下惯性导航，其中通过将利用车载相机得到的道路信号的图像识别结果与包括已知道路信号的位置信息进行匹配而校正得到的车辆位置被用作初始位置。

在步骤S808，将计数器的值增加1。

在步骤S810，关于当前能够观测到的GPS卫星10j，由车速计算部分52针对各个GPS卫星10j来计算在车辆90到GPS卫星10j的视线方向上的车速Vu_j。后缀“j”表示当前能够观测到的GPS卫星10的卫星编号(j＝1，2，3，4，...)，并且是对于各个GPS卫星10而言特定的值。

应该注意，车速Vu_j是在车辆的停止状态下观测到的车速Vu_j。利用GPS卫星10j的多普勒值域dρj、在车辆90到GPS卫星10j的实现方向上的单位向量lj(i)和GPS卫星10j的卫星移动速度向量Vj＝(Vj(i)，Vj(i)，Vj(i))之间的关系，来计算车速Vu_j(i)。例如，由以下等式来计算车速Vu_j(i)，其中(i)表示在假定检测到车速停止之后对于第一个周期获得第一值的情况下，对于第i个周期获得的值。

等式22

V_{u_j}(i)＝dρ_j-l_j·V_j

例如，利用载波的波长λ(已知)以及在周期(i)获得的GPS卫星10j的多普勒频率Δfj，通过方程：dρj(i)＝λ·Δfj(i)来计算多普勒值域dρj(i)。在上述等式22中，lj·Vj是单位向量lj和卫星移动速度Vj的内积。例如，利用在以上步骤S806存储的紧接着车辆停止之后的车辆位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)、GPS卫星10j的位置S(i)＝(Xj，Yj，Zj)以及车辆90与GPS卫星10j之间的距离rj(i)，如下计算单位向量lj(i)。

等式23

l_j＝1/r_j(i)·(X_j(i)-X_u0，Y_j(i)-Y_u0，Z_j(i)-Z_u0)

在以上等式23中，rj(i)由以下方程表示。

等式24

$r_j\left(i\right)=\sqrt{{(X_j\left(i\right)-X_{u0})}^2+{(Y_j\left(i\right)-Y_{u0})}^2+{(Z_j\left(i\right)-Z_{u0})}^2}$

可选地，可以利用从滤波器130输入的对于当前周期的伪距离ρj(i)，以及从滤波器130输入的对于先前周期的伪距离ρj(i-1)，由以下求近似来计算车速Vu_j(i)。

等式25

$V_{u\_j}\left(i\right)=\frac{{\mathrm{\ρ}}_j\left(i\right)-{\mathrm{\ρ}}_j(i-1)}{\mathrm{\Δt}}$

其中Δt表示伪距离ρj的采样周期(观测周期)。

可选地，可以利用对于当前周期观测到的载波相位的积分值φj(i)，以及对于先前周期观测到的载波相位的积分值φj(i-1)，由以下求近似来计算车速Vu_j(i)。

等式26

为了测量载波相位的积分值φ(i)，需要利用通过近似估计法(例如，干涉定位法)估计的积分值偏差。但是，因为可以适当获得先前周期和当前周期之间积分值φj的差，所以可以使用合适的积分值偏差。

优选地，对于各个GPS卫星10j共同地使用以上描述的三种车速Vu_j的计算方法中的一种。这是因为应该在相同条件下相对估计各个GPS卫星10j的车速Vu_j。

此时，可以通过将合适的加权因子与利用全部三种上述计算方法或者其中任意两种方法计算得到的各个车速Vu_j相结合，来计算对于各个GPS卫星10j的最终车速Vu_j。

可选地，考虑如下表1所示的三种计算方法的特征，可以根据对于每次发生车辆停止时的状况来选择三种上述车速Vu_j的计算方法中的一种。例如，在检测到多条路径的状况下，可以选择对于多条路径具有良好抵抗的等式22或等式26的计算方法，或者可以将相对较大的权重给予等式22或等式26的计算值。例如，在其中由于GIM(全球电离层图，Global Ionoshere Map)等导致容易受到来自电离层的影响的状况下，可以采用对于来自电离层的影响具有良好抵抗的等式22的计算方法，或者可以将相对较大的权重给予等式22的计算值。

表1

计算方法                    特征

多普勒(等式22)              -较小受到电离层的影响

                            -对多条路径的良好抵抗

                            -可以输出一个样本

伪值域(等式25)              -可以测量距卫星的距离

载波(等式26)                -对噪声的良好抵抗

                            -对多条路径的良好抵抗

以此方式，由车速计算部分52计算的车速Vu_j(i)存储在存储器54中。因此，当车辆90处于停止状态时，重复步骤S808和步骤S810的处理。基于在车辆90处于停止状态时的任意时间观测到的数据，对于每个预定周期针对各个GPS卫星10j计算速度标准差σv_j，并在任意时间将其存储在存储器54中。

当然，随着在车辆90处于停止状态下时的周期数i增大，样本数量增大，并且速度标准差σv_j的可靠性也因此提高。

以此方式，当车辆90处于停止状态时计算得到的车速Vu_j在随后的步骤S814-S818中被有效地用于在停止状态之后车辆90开始行驶时对车辆90的位置的定位。

在步骤S814，判定计数器的值是否大于预定阈值，在此判断中，判定在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的车速Vu_j是否可靠。在对该因素进行考虑的情况下，将该预定阈值设定为合适值。例如，针对10-20或更多个样本数量，该预定阈值可以设定为在11和21之间的范围内的任意值。

当计数器的值大于预定阈值时，控制进行至步骤S816。当计数器的值小于预定阈值时，判定在车辆90处于停止状态的情况下计算得到的车速Vu_j的可靠性为低(例如，当车辆停止的时间非常短时)。在此情况下，结束当前周期的处理例程，并且控制返回到步骤S800。

在步骤S816，基于在车辆90处于停止状态时计算得到的车速(存储器54中的存储数据)，由误差指标值计算部分56对于各个GPS卫星10j来计算表示车速Vu_j的误差的指标值qj。

应该注意，因为车速Vu_j是当车辆90处于停止状态时的速度，所以车速Vu_j的真实值是零。因此，车速Vu_j的值表示计算得到的车速Vu_j的误差。例如，可以通过以下等式来将表示车速Vu_j的误差的指标值qj计算作为车速Vu_j的误差的平均值Vave_j：

等式27

$q_j=\frac{1}{n}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{u\_j}\left(i\right)$

其中n表示数据项的数量。在此示例中，n＝(计数器值)。

可选地，可以通过以下等式来将误差指标值qj计算作为车速Vu_j的误差的方差σv_j²。

等式28

$q_j={{\mathrm{\σ}}_{v\_j}}^2=\frac{1}{n}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(V_{u\_j}\left(i\right)-V_{\mathrm{ave}\_j})}^2$

其中可以通过以上等式27来计算Vave_j，或者考虑到车辆90处于停止状态的事实，使用固定值零。

可选地，可以将误差指标值qj计算为车速Vu_j的误差的标准差σv_j。即，可以将其计算为qj＝σv_j。可选地，误差指标值qj可以是通过将车速Vu_j施加至低通滤波器获得的低通值LPFv_j。例如，可以使用具有给定时间常数τ的由以下等式表示的低通滤波器来用于计算对于周期(i)的低通值LPFv_j。

等式29

${\mathrm{LPF}}_{v\_j}\left(i\right)=\frac{\mathrm{ST}}{\mathrm{ST}+\mathrm{\τ}}\×V_{u\_j}\left(i\right)+\frac{\mathrm{\τ}}{\mathrm{ST}+\mathrm{\τ}}\×{\mathrm{LPF}}_{v\_j}(i-1)$

其中ST表示车速Vu_j的数据的采样间隔。相继或者一并将车辆停止期间获得的对于各个周期(i＝1，2，3，...，n)的车速Vu_j(i)施加至低通滤波器，并将最终获得的低通值LPFv_j(n)作为误差指标值qj处理。

可选地，可以通过以下等式将误差指标值qj(i)计算作为低通值LPFv_j的改变率ΔLPFv_j。

等式30

${\mathrm{\ΔLPF}}_{v\_j}\left(i\right)=\frac{{\mathrm{LPF}}_{v\_j}\left(n\right)-{\mathrm{LPF}}_{v\_j}\left(m\right)}{(n-m)\×\mathrm{ST}}$

其中m是预定正数，并且是通过实验预定的。即使在m＞n时也可以使用以上等式30。以上等式30用于确定对于周期(m)的低通值LPFV_j(m)与对于最后周期(n)的低通值LFV_j(n)之间的低通值改变率ΔLPFv_j。可选地，可以通过分别在多个周期之间获得多个低通值改变率，并对所述多个变化率取平均，来确定低通值改变率。

可选地，可以通过将包括平均值Vave_j、方差σv_j²、标准差σv_j、低通值LPFv_j和低通值改变率ΔLPFv_j在内的上述指标值中的两个或多个进行组合，来计算误差指标值qj。在此情况下，考虑如下表2所示的各个误差指标值的特征，可以根据状况向各个指标值施加并结合合适的权重。

可选地，考虑如下表2所示的各个误差指标值的特征，可以根据状况选择各个误差指标值中的合适一个。

例如，当车辆停止的时间较短，并且需要从十个或更少样本获取数据项时，可以使用低通值LPFv_j或低通值的改变率ΔLPFv_j。当低通值LPFv_j和/或低通值改变率ΔLPFv_j与其他误差指标值组合时，可以将相对较大的权重给予低通值LPFv_j和/或低通值改变率ΔLPFv_j。

当低通值LPFv_j或低通值改变率ΔLPFv_j用作误差指标值qj时，可以使得在图8的步骤S814使用的阈值较小。

相反，当车辆停止的时间较长，并且从十个或更多个样本获取数据项时，可以使用平均值Vave_j、方差σv_j²和标准差σv_j中的一个，并可以给予其相对较大的权重。

表2

误差指标值                 特征

车速的平均值               -由电离层引起的偏移可测

                           -需要相对较大数量的数据项(例如，

                          10个样本或更多)

车速的误差的方差          -可以估计卫星信号的精度(可靠性)

(标志差)                  -需要相对较大数量的数据项(例如，

                          10个样本或更多)

低通值改变率              -可以进行最近状态中的界定

                          -可以估计新特征中的趋势

                          -采样数量较小

不过，优选地对各个GPS卫星10j共同地使用相同的误差指标值qj。这是因为需要在相同条件下相对估计对于各个GPS卫星10j的误差指标值qj。

在步骤S818，执行定位计算处理。稍后将参考图9或图10解释此处理的细节。

在步骤S820，基于来自车辆停止判断部分40的判断结果，判定车辆90的移动状态是否改变为停止状态。

当车辆90从移动状态改变为停止状态时，控制返回至步骤S800。另一方面，当车辆90仍处于移动状态时，控制进行至步骤S818。即，基于在移动期间的任意时间观测到的伪距离ρj和卫星位置(Xj，Yj，Zj)等，来在车辆90的移动期间连续地执行S818的处理。

图9是用于解释图8的定位计算处理(步骤S818)的流程图。

在步骤S900，判定当前观测到的GPS卫星10j的数量是否大于为定位所需的卫星数量(可观测卫星的数量)。

为定位所需的卫星数量是应该根据定位方法确定的数量。例如，该数量可以设定为3。例如，在其中排除时钟误差的定位方法的情况下，该数字可以设定为4或更多。

当可观测卫星的数量大于所需卫星数量时，控制进行至步骤S902。当可观测卫星的数量不大于所需卫星数量时，控制进行至步骤S904。

在步骤S902，基于在图8的步骤S816计算得到的各个GPS卫星10j的误差指标值qj，由卫星选择部分58从当前可观测的GPS卫星10j中选择一些用于定位的GPS卫星10k。

此时，卫星选择部分58优先选择所具有的误差指标值qj的绝对值较小的GPS卫星10j。例如，当所需卫星数量是4时，卫星选择部分58在按照误差指标值qj的绝对值的升序排列中选择误差指标值qj的绝对值最小的四个GPS卫星10j，作为用于定位的GPS卫星10k。换言之，卫星选择部分58忽略误差指标值qj的降序排列中具有较大绝对值的GPS卫星10j，直到达到所需卫星数量。

在步骤S904，由卫星选择部分58将全部当前可观测的GPS卫星10j用作用于定位的GPS卫星10k。

在步骤S906，从对于当前周期从滤波器130输入的各个GPS卫星10j的伪距离ρj(i)中，基于在以上步骤S902或S904选择的GPS卫星10k的伪距离ρk，由定位计算部分59执行车辆90的当前位置(Xu(i)，Yu(i)，Zu(i))的定位。利用最小二乘法等，由以下等式来执行车辆90的当前位置的定位。

等式31

${\mathrm{\ρ}}_k=\sqrt{{(X_k-X_u)}^2+{(Y_k-Y_u)}^2+{(Z_k-Z_u)}^2}+c\·\mathrm{\ΔT}$

其中c·ΔT表示GPS接收器20中的时钟误差。在此情况下，当所选择的GPS卫星的数量是4时，获得四项对于GPS卫星10k的等式31，并执行其中去除了时钟误差c·ΔT的对车辆90的当前位置的定位。

此时，上述GPS卫星10k的误差指标值qk可以用于权重矩阵的对角分量，并可以执行加权定位计算。

在以上步骤S906，可以基于在以上步骤S902或S904从对于当前周期输入的各个GPS卫星10j的伪距离ρj(i)中选择的GPS卫星10k的多普勒值域dρk，以及GPS卫星10k的卫星移动速度向量Vk＝(Vk，Vk，Vk)，由定位计算部分59执行车辆90的当前车速v＝(vu(i)，vu(i)，vu(i))的定位。

等式32

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}_k={\stackrel{\·}{r}}_k+\stackrel{\·}{b}+\stackrel{\·}{I}+\stackrel{\·}{T}=(V_k-v)\·l_k+\stackrel{\·}{b}+\mathrm{\ϵ}$

在以上等式中，附加于字符顶部的黑点表示点(时间微分)。例如，多普勒值域dρk的时间微分表示为ρk点(时间微分)。

因为I点和T点表示电离层误差的变化量和对流层误差的变化量，并且它们非常小，所以它们由白噪声ε表示。(Vk-V)·lk的Vk·lk部分是对于周期(i)的单位向量lk(i)和卫星移动速度向量Vk的内积。可以基于导航信息的卫星轨道信息，由卫星位置计算部分124来计算卫星移动速度向量Vk，并且可以，可以利用由定位计算部分59针对周期(i)计算得到的车辆90的位置的定位结果(Xu，Yu，Zu)，如下计算对于单位向量lk(i)。

等式33

l_j＝1/r_j(i)·(X_j(i)-X_u，Y_j(i)-Y_u，Z_j(i)-Z_u)

$r_j\left(i\right)=\sqrt{{(X_j\left(i\right)-X_u)}^2+{(Y_j\left(i\right)-Y_u)}^2+{(Z_j\left(i\right)-Z_u)}^2}$

在车辆90的速度的定位的情况下，上述选择的GPS卫星10k的误差指标值qk用于加权矩阵的对角分量，并且可以执行加权定位计算。

图10是用于解释图8的另一定位数据处理(步骤S818)的流程图。

在步骤S1000，基于在图8的以上步骤S816对各个GPS卫星10j计算得到的误差指标值qj，由卫星选择部分58从选择其误差指标值qj的绝对值小于预定值的GPS卫星10k。

在步骤S1002，判定在以上步骤S1000选择的GPS卫星10k的数量是否大于为定位所需的卫星的数量。例如，为定位所需的卫星数量可以设定为3。在其中去除了时钟误差的定位方法的情况下，该数量可以设定为4或更多。

当所选择的GPS卫星10k的数量大于所需卫星的数量时，控制进行至步骤S1004。另一方面，当所选择GPS卫星10k的数量不大于所需卫星的数量时，控制进行至步骤S1006。

在步骤S1004，基于在以上步骤S1000选择的全部GPS卫星10k的观测数据，由定位计算部分59执行对车辆90的当前位置和速度的定位。定位方法可以与图9的步骤S906相同。当所选择的GPS卫星10k的数量是5或更多时，可以从车辆90的位置和速度计算确定具有最可能的最终位置和速度的定位结果。

在步骤S1006，利用INS传感器等根据惯性导航方法，由定位计算部分59执行定位。

根据上述实施例的移动单元定位装置，当车辆90处于停止状态时基于各个GPS卫星10j的观测数据来计算各个GPS卫星10j的车速Vu_j。并且可以相对推定各个GPS卫星10j之间的误差指标值qj，能够以良好的精度在GPS卫星10j之间比较包括在各个GPS卫星10j的观测数据中的误差因子的大小。

如上所述，本发明不限于上述实施例，并可以在不偏离本发明范围的情况下进行各种改变和修改。

例如，在上述实施例中，车速计算部分52可以计算车速Vu_j的绝对值。在此情况下，误差指标值计算部分56可以基于车速Vu_j的绝对值来计算上述误差指标值qj。

在上述实施例中，车速计算部分52可以合适地针对各个GPS卫星10j使用上述三种车速Vu_j的计算方法中的任意一种。

例如，针对位于由于GIM等容易受到电离层影响的位置的GPS卫星10j，可以采用不易受电离层影响的等式22的计算方法，并可以将较大的权重给予等式22的计算值。

类似地，在上述实施例中，误差指标值计算部分56可以合适地针对各个GPS卫星10j使用上述多种误差指标值qj的计算方法中的任意一种。

在上述实施例中，利用C/A码来计算伪距离ρ。可选地，可以基于其他伪噪声码(例如L2波的P码)，来测量伪距离ρ。因为在P码的情况下其被编码为W码，所以通过利用互相关系统的DLL，在执行P码同步时获得P码。

注意到P码是GPS卫星10₁中第0比特，通过测量在车辆90接受的P码的第M_p比特，可以将基于P码的伪距离ρ确定为ρ′_P＝M_p×30。

在上述实施例中，已经描述了其中将本发明应用于GPS的示例。但是，本发明也可应用于其他GNSS(全球导航卫星系统)，例如除了GPS之外的卫星系统，伽利略(Galileo)等。

本发明基于2007年2月26日递交的日本专利申请No.2007-045882和2007年3月30日递交的日本专利申请No.2007-094610，并要求享有其优先权，其全文通过引用被结合于此。

Claims (10)

1.一种移动单元定位装置，其中在移动单元处观测来自多个卫星的卫星信号上承载的伪噪声码的相位，来测量所述移动单元的位置，所述移动单元定位装置包括：

伪距离测量部分，其利用在所述移动单元的停止期间获得的所述伪噪声码相位的观测值，来针对每个卫星测量在所述移动单元的停止期间所述多个卫星中的一个卫星与所述移动单元之间的伪距离；

误差指标值计算部分，其基于在所述移动单元的停止期间在多个时间点由所述伪距离测量部分测量得到的所述伪距离，来针对每个卫星计算误差指标值，所述误差指标值表示测量得到的所述伪距离的误差；

权重系数确定部分，其基于由所述误差指标值计算部分针对每个卫星计算得到的所述误差指标值，来确定对于每个卫星的权重系数；以及

定位计算部分，其利用由所述权重系数确定部分针对每个卫星确定的所述权重系数来执行加权定位计算，以利用在所述移动单元的移动期间获得的所述伪噪声码相位的观测值来确定所述移动单元在移动期间的位置。

2.根据权利要求1所述的移动单元定位装置，其中，所述误差指标值是方差或标准偏差。

3.根据权利要求1所述的移动单元定位装置，还包括误差平均部分，所述误差平均部分基于在所述移动单元的停止期间的多个时间点由所述伪距离测量部分测量得到的所述伪距离，来针对每个卫星计算测量得到的伪距离的误差平均值，

其中，所述定位计算部分利用通过由所述误差平均部分计算得到的所述误差平均值进行校正的所述相位的观测值，来确定所述移动单元在移动期间的位置。

4.一种移动单元定位装置，其中在移动单元处观测来自多个卫星的卫星信号的载波的多普勒频率，以测量所述移动单元的速度，所述移动单元定位装置包括：

移动单元速度计算部分，其利用在所述移动单元的停止期间获得的多普勒频率的观测值，来针对每个卫星计算在所述移动单元的停止期间所述移动单元的速度；

误差指标值计算部分，其基于在所述移动单元的停止期间在多个时间点由所述移动单元速度计算部分计算得到的所述移动单元速度，来针对每个卫星计算误差指标值，所述误差指标值表示计算得到的所述移动单元速度的误差；

权重系数确定部分，其基于由所述误差指标值计算部分针对每个卫星计算得到的所述误差指标值，来针对每个卫星确定权重系数；以及

定位计算部分，其利用由所述权重系数确定部分针对每个卫星确定的所述权重系数来执行加权定位计算，以利用在所述移动单元的移动期间获得的所述多普勒频率的观测值来确定所述移动单元在移动期间的速度。

5.根据权利要求4所述的移动单元定位装置，其中，所述误差指标值是方差或标准偏差。

6.根据权利要求4所述的移动单元定位装置，还包括卫星选择部分，所述卫星选择部分基于由所述移动单元速度计算部分针对每个卫星计算得到的移动单元速度，来选择所述多个卫星中用于所述加权定位计算的一个卫星。

7.根据权利要求6所述的移动单元定位装置，还包括移动单元停止判定部分，所述移动单元停止判定部分基于布置在所述移动单元中的传感器的输出信号来判定所述移动单元是否处于停止状态，

其中，所述卫星选择部分根据由所述误差指标值计算部分针对每个卫星计算得到的所述误差指标值，来选择所述多个卫星中用于所述加权定位计算的一个卫星。

8.根据权利要求7所述的移动单元定位装置，其中，所述卫星选择部分优先选择由所述误差指标值计算部分计算得到的误差指标值较小的卫星。

9.根据权利要求7所述的移动单元定位装置，其中，所述误差指标值是以下各个值或以下各个值的组合中的任一种：在由所述移动单元停止判定部分判定的所述移动单元的停止期间的多个时间点由所述移动单元速度计算部分计算得到的所述移动单元速度的平均值、计算得到的所述移动单元速度的误差的方差、计算得到的所述移动单元速度的误差的标准偏差、将计算得到的所述移动单元速度施加至低通滤波器而获得的低通值、以及所述低通值的改变率。

10.一种移动单元定位方法，其中在移动单元处观测来自多个卫星的卫星信号上承载的伪噪声码的相位，来测量所述移动单元的位置，所述移动单元定位方法包括以下步骤：

利用在所述移动单元的停止期间获得的所述伪噪声码相位的观测值，来针对每个卫星测量在所述移动单元的停止期间所述多个卫星中的一个卫星与所述移动单元之间的伪距离；

基于所述测量步骤中在所述移动单元的停止期间在多个时间点测量得到的所述伪距离，来针对每个卫星计算误差指标值，所述误差指标值表示测量得到的所述伪距离的误差；

基于在所述计算步骤中针对每个卫星计算得到的所述误差指标值，来针对每个卫星确定权重系数；并且

利用在所述确定步骤中针对每个卫星确定的所述权重系数来执行加权定位计算，以利用在所述移动单元的移动期间获得的所述伪噪声码相位的观测值来确定所述移动单元在移动期间的位置。

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