CN104412065B - 定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种定位装置，该定位装置能在早期可靠地对本车位置进行多次修正，并能在早期可靠地检测出误匹配状态或偏离状态并修正成正确的位置。本发明所涉及的定位装置包括：GPS接收机(11)，该GPS接收机(11)接收发送自多个GPS卫星的发送信号，基于该发送信号对作为本车的位置的GPS位置进行计算；GPS位置计算部(126)，该GPS位置计算部(126)基于发送信号计算与各GPS卫星之间的伪距，基于该伪距对作为本车的位置的GPS再计算位置进行计算；以及多路径影响评价部(128)，该多路径影响评价部(128)基于由GPS接收机(11)所计算出的GPS位置与由GPS位置计算部(126)所计算出的GPS再计算位置之间的差异，来评价多路径对GPS位置的影响。

Description

定位装置
技术领域
本发明涉及一种移动体的定位装置，特别涉及使用来自GPS(Global PositioningSystem：全球定位系统)卫星的发送信号的定位装置。
背景技术
以往，已知有汽车等移动体的导航装置。在该导航装置中，将车辆的位置显示于地图上，以进行到目的地为止的道路引导等。在将车辆的位置显示于地图的道路上时，利用获取GPS卫星的定位结果的GPS定位装置、以及速度传感器、角速度传感器及加速度传感器等各种传感器，来对车辆的运动进行观测/测量，然后，通过进行被称为地图匹配的处理，从而在地图数据的道路链路上辨识出车辆位置。
然而，由于由传感器所测量到的车辆的移动距离、偏转角、或仰角具有测量误差，因此，在对这些参数所表示的运动矢量进行累计计算的自主导航法中，误差(测量误差)会逐渐累积。为了对由此所累积成的误差进行修正，使用由与传感器分开独立设置的GPS接收机所观测到的GPS位置(由GPS接收机所计算出的车辆的位置)以及GPS方位(由GPS接收机所计算出的车辆的方位)来进行适当修正。
这里，对GPS定位原理进行说明，GPS定位是基于三角测量的原理，根据3个以上的GPS卫星的位置(已知数)及该GPS卫星与车辆之间的距离(已知数)，来计算在三维空间内车辆的位置(未知数)。由于各GPS卫星与车辆分别独立进行运动，因此，需要在共通的时间系统(以下也称为GPS Time)内进行时刻同步。因此，利用对3个GPS卫星追加1个GPS卫星后所获得的4个以上的GPS卫星，来求出包括车辆的位置(x，y，z)与内置时钟误差的4个未知数。通过进行时刻同步，能根据到车辆接收到发送自GPS卫星的电波为止的电波传输时间，来算出GPS卫星与车辆之间的距离(伪距(pseudo distances)[m])。
另外，基于GPS卫星与车辆之间的相对运动，来对发送自GPS卫星的电波的载波频率进行多普勒频移，从而根据多普勒频移后的频率偏移量([Hz])在三维空间内求出车辆的速度(vgx，vgy，vgz)，根据所求出的车辆的速度来计算出车辆的方位。对多普勒频移后的频率偏移量进行换算后所获得的距离变化率([m/s])表示伪距的时间变化量(伪距率(deltarange)([m/s]))，但为了计算车辆的速度，需要对假定车辆处于停车中时的距离变化率进行推算。
在利用上述GPS位置和GPS方位来对车辆的位置和方位进行修正时，需要考虑以下关于GPS定位的问题。
(1)存在以下问题：若车辆(本车)上空的GPS卫星的电波被车辆周围的建筑物等所屏蔽，导致能接收电波的GPS卫星数变为3个，则只能求出3个未知数，若能接收电波的GPS卫星数小于3个，则无法对车辆的位置和速度进行观测。
(2)若对发送自GPS卫星并被车辆周围的建筑物等所反射的电波进行接收，则电波的传输时间(或伪距)会产生误差(多路径：multipath)，从而GPS定位的精度会下降。具体而言，若发生多路径，则GPS卫星的轨迹形状会产生畸变，或者即使轨迹形状良好，车辆的位置和方位也会暂时产生偏移。
(3)越是以基于多普勒频移的距离变化率的测量值与假设车辆处于停车中时的距离变化率的推算值之间的差异较小的低速进行行驶，GPS速度(GPS接收机所计算出的车辆的速度)所包含的误差的比例越大。若GPS速度的误差较大，则根据GPS速度所计算出的GPS方位的误差也较大。
(4)由于GPS卫星与车辆各自的时钟会发生漂移(以ns为单位发生变化)，因此，需要对各时钟进行修正。由于搭载于GPS卫星的时钟使用的是漂移较小的昂贵的原子时钟，该原子时钟的误差校正参数由GPS卫星来进行广播(发送)，因此，若接收到发送自GPS卫星的电波，则能在车辆侧对搭载于GPS卫星的时钟的误差进行修正。另一方面，搭载于车辆的时钟(以下也称为内置时钟)使用的是漂移较大的廉价的石英钟等，不具备误差校正参数。因此，虽然会在计算GPS定位时求出内置时钟的误差(以下也称为内置时钟误差)并进行修正，但即使在修正后内置时钟也仍残留有1μsec以下的误差。这样的内置时钟误差会成为对所有接收卫星都共通的距离变化率的测量误差。
(5)无法从GPS接收机输出正确表示定位误差(位置误差、速度误差、方位误差)的指标。
在现有的导航装置中，为了提高本车位置的精度，对GPS定位精度的评价、以及车辆位置(本车位置)的修正方法进行了研究(参照专利文献1、2)。
例如，在专利文献1中，每隔规定时间或规定距离在道路链路上修正自主位置(由传感器所计算出的车辆的位置)，在无法利用自主导航法进行地图匹配的情况下，基于良好的GPS定位结果来对自主位置进行适当修正。具体而言，每隔规定时间或规定距离，保存规定区间部分的距离GPS位置和自主位置最近的轨迹(位置、方位)，基于构成各轨迹的各位置间的运动矢量的合计之差，来认定GPS的可靠度，另外，设定用于基于GPS位置对自主位置进行修正的阈值(GPS误差圆)。若GPS轨迹与自主轨迹基本相一致，则构成各轨迹的各位置间的差较小，当GPS定位状态较差时，GPS轨迹与自主轨迹相背离，构成各轨迹的各位置间的差较大。基于这样的特性，来判断GPS定位结果的可靠度。当可靠度较低时，将阈值设定得较大，若GPS位置与自主位置之差大于阈值，则根据GPS位置来对自主位置进行修正。此外，可以将上述规定区间设为最近的200m，也可以设为从最近的10秒到15秒的程度。
另外，在专利文献2中，以提高自主位置的精度为目的。对自主轨迹进行修正，以减小GPS轨迹(基于接收自GPS卫星的信息而求出的车辆的轨迹)和匹配轨迹(利用地图匹配处理而求出的车辆的轨迹)中的可靠度较高的轨迹与自主轨迹(基于自主导航法求得的车辆的轨迹)之间的差异。关于在对自主位置进行修正时作为基准的轨迹，若GPS轨迹的可靠度较高且较为正确，则选择GPS轨迹，若GPS轨迹的可靠度小于规定值，则选择匹配轨迹。GPS轨迹的可靠度根据自主轨迹与GPS轨迹的比较结果来生成。地图匹配是在自主轨迹与道路链路形状相一致的道路链路上对本车位置进行辨识时，通过对匹配轨迹与自主轨迹进行比较，来生成匹配可靠度。辨识出本车位置的道路链路的宽度越小且车辆的方位变动越小时，匹配轨迹的可靠度越高。此外，关于自主方位的修正也与自主位置的修正方法相同。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3984112号公报
专利文献2：日本专利特开2012-7939号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在导航装置中，利用每隔规定周期所测量出的车辆(本车)的运动矢量来进行地图匹配处理，以在道路链路上对显示位置进行更新。另外，若车辆的运动矢量与道路链路形状相一致，则即使在通过地图匹配处理没有在正确的道路链路上显示车辆的显示位置的状态下(误匹配状态)，也不会注意到处于误匹配状态而继续保持显示上的偏离状态。因此，在导航装置中存在以下课题：即，在早期发现误匹配状态并尽早从该误匹配状态恢复到正确位置。对于这样的课题，以往存在以下的问题。
(1)若在道路宽度内车辆的变动与道路链路不同时(例如车道变更、超越前车、路上停车、U形转弯、道路链路的坐标误差、道路链路的形状误差)对自主位置进行修正，则存在对自主位置进行误修正的可能性。
(2)若在直线行驶时的距离误差变大后进行左转或右转，则存在误匹配成并行道路从而对自主位置进行误修正的可能性。
(3)在较窄的范围内平行(或重叠)存在直线区间较长的道路的场所，即使显示位置的轨迹与自主轨迹相一致，也不能说辨识出显示位置的道路链路一定是正确的。例如，在高架道路的正下方存在其它道路的场所，在导航装置中有时为了方便而将高架道路与其它道路平行地进行显示。在这种情况下，不能说辨识出显示位置的一条道路链路一定是正确的，存在其它道路链路正确的可能性，因此，若对自主位置进行修正，则存在导致误修正的可能性。
另外，如上所述，在GPS定位中也存在几个问题。因此，在利用GPS定位来对自主位置进行修正时，存在以下问题。
(4)若因多路径的影响而导致地图匹配失败前后的GPS轨迹形状(例如，在专利文献1中最近的200m区间)与自主轨迹形状不一致，则无法对自主位置进行修正而继续保持偏离状态。另外，在有建筑物的街道上，GPS轨迹形状良好的道路受到限定。
(5)若为了更正确地对GPS轨迹的可靠度进行判断而增长用于对轨迹进行比较的长度，则在多路径环境下能提取出可靠度较高的GPS轨迹的机会减少，在多路径环境下的自主位置的修正机会减少。
(6)若陀螺仪的温度漂移的校正不够充分，从而导致自主方位误差增大，则自主轨迹形状会产生畸变，基于自主轨迹形状的可靠度会降低。
(7)在使用对多路径环境下的GPS位置的不需要的变动进行抑制从而输出稳定的GPS方位的GPS接收机的情况下，在多路径环境下进行直线行驶时，有可能会得到在GPS位置和GPS方位保持偏移的情况下表示直行状态的GPS轨迹形状。这是由于进行了基于由未直接受到多路径影响的多普勒频移所测量出的GPS速度(由GPS接收机所计算出的车辆的速度)和GPS方位(由GPS接收机所计算出的车辆的方位)的自主定位那样的GPS定位。在这种情况下，即使GPS轨迹与自主轨迹相一致，也不能说GPS位置一定是正确的，若对自主位置进行修正，则会导致误修正。
另外，若利用地图匹配或GPS位置来对自主位置进行误修正，则会产生以下问题，因此，在每次对自主位置进行修正时都要求有效的解决对策。
(8)继续进行地图匹配较为困难。
(9)由于将显示位置误修正至道路链路上的前后，因此，之后继续进行地图匹配较为困难。
(10)由于显示位置移到其它候选位置(例如错误的道路链路上)而发生误匹配，因此，会进一步对自主位置进行误修正。
(11)在正行驶于以下场所、即车辆附近存在进入沿道路的停车场等的道路的情况下，无论是否正在道路上行驶，都会误判断为正在道路外(进入停车场等的道路)行驶，之后继续进行地图匹配较为困难。
(12)与上述(11)相反，无论是否正在道路外行驶，都会误判断为正在道路上行驶，从而会对自主位置进行误修正。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种定位装置，该定位装置能在早期可靠地多次对本车位置进行修正，并能提前并可靠地对误匹配状态或盲目行驶状态进行检测并修正成正确的位置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述课题，本发明所涉及的定位装置的特征在于，包括：第1移动体位置计算部，该第1移动体位置计算部接收发送自多个GPS卫星的发送信号，基于该发送信号来获取离开所述GPS卫星的模拟距离和多普勒频移，并基于获取到的所述模拟距离和所述多普勒频移来计算移动体的位置即第1移动体位置；第2移动体位置计算部，该第2移动体位置计算部基于伪距来计算移动体的位置即第2移动体位置；以及多路径影响评价部，该多路径影响评价部基于由第1移动体位置计算部所计算出的第1移动体位置与由第2移动体位置计算部所计算出的第2移动体位置之间的差异，来评价多路径对第1移动体位置的影响。
发明效果
根据本发明，由于包括：第1移动体位置计算部，该第1移动体位置计算部接收发送自多个GPS卫星的发送信号，基于该发送信号来获取与所述GPS卫星之间的伪距和多普勒频移，并基于获取到的所述伪距和所述多普勒频移来计算移动体的位置即第1移动体位置；第2移动体位置计算部，该第2移动体位置计算部基于伪距来计算移动体的位置即第2移动体位置；以及多路径影响评价部，该多路径影响评价部基于由第1移动体位置计算部所计算出的第1移动体位置与由第2移动体位置计算部所计算出的第2移动体位置之间的差异，来评价多路径对第1移动体位置的影响，因此，能在早期可靠地对本车位置进行多次修正，并能在早期可靠地对误匹配状态或偏离状态进行检测并将其修正成正确的位置。
本发明的目的、特征、方面以及优点通过以下详细的说明和附图会变得更为明了。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的导航装置的结构的一个示例的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的导航装置的动作的一个示例的流程图。
图3是表示伪距率、计算距离变化率的图。
图4是表示内置时钟误差的图。
图5是表示停车距离变化率、修正距离变化率、伪距率的图。
图6是表示多路径的图。
图7是表示由速度传感器所测量出的本车的速度的图。
图8是表示多路径的影响的评价的一个示例的图。
图9是表示多路径的影响的评价的一个示例的图。
图10是表示多路径的影响的一个示例的图。
图11是表示多路径的影响的评价的一个示例的图。
图12是表示多路径的影响的评价的一个示例的图。
图13是表示本发明的实施方式2所涉及的导航装置的结构的一个示例的框图。
图14是表示本发明的实施方式2所涉及的导航装置的动作的一个示例的流程图。
图15是用于对自主位置和自主方位的修正进行说明的图。
图16是用于对自主位置和自主方位的修正进行说明的图。
图17是用于对自主位置和自主方位的修正进行说明的图。
图18是表示本发明的实施方式3所涉及的导航装置的结构的一个示例的框图。
图19是表示本发明的实施方式3所涉及的导航装置的动作的一个示例的流程图。
图20是表示本发明的实施方式3所涉及的导航装置的动作的一个示例的流程图。
图21是用于对混合位置进行说明的图。
具体实施方式
下面，基于附图，说明本发明的实施方式。
<实施方式1>
在以下说明中，对包括汽车等移动体的定位装置的导航装置进行说明。图1是表示本发明实施方式1所涉及的导航装置的结构中的、为了对上述车辆(以下也称为本车)的位置等进行定位而需要的结构的一个例子的框图。
如图1所示，本实施方式1所涉及的导航装置包括：GPS接收机11，该GPS接收机11接收来自GPS卫星(未图示)的发送信号，基于该发送信号来获取Raw数据(伪距、多普勒频移、导航消息、GPS-Time等定位计算所需的数据)；以及定位部12，该定位部12基于由GPS接收机11所获取的Raw数据，来对GPS接收机11所计算出的GPS位置和GPS方位受到多路径何种程度的影响进行评价。此外，以下，也将基于GPS接收机11所获取的Raw数据所计算出的本车的位置、速度、方位分别称为GPS位置、GPS速度、GPS方位。
接着，对GPS接收机11和定位部12进行详细说明。
GPS接收机11(第1移动体位置计算部)包括GPS天线，该GPS天线接收发送自本车上空所存在的多个GPS卫星的发送信号(电波)。GPS接收机11基于由GPS天线所接收到的发送自各GPS卫星的发送信号，来获取Raw数据(伪距、多普勒频移、导航消息、GPS-Time等)，对GPS位置(第1移动体位置)、GPS速度、GPS方位(第1移动体方位)等进行计算，将所计算出的定位结果和Raw数据输出至定位部12。
定位部12包括GPS输出数据计算部121(计算部)、伪距修正部122、内置时钟误差推算部123、GPS卫星变动推算部124、距离变化率推算部125、GPS位置计算部126(第2移动体位置计算部)、GPS速度/方位计算部127、以及多路径影响评价部128。
GPS输出数据计算部121(计算部)将在后文中详细说明，该GPS输出数据计算部121基于来自GPS接收机11的伪距ρCτ(ti)(实质上是来自GPS卫星的发送信号)，来计算伪距的时间差分值以作为伪距率ΔρCτ(ti)。此外，ti表示以处理周期ΔT重复进行的定位部12的定位处理的时刻，下标i表示每隔处理周期ΔT增加1的编号。
另外，GPS输出数据计算部121对上述伪距率进行计算，并基于来自GPS接收机11的多普勒频移fdop(ti)(实质上是来自GPS卫星的发送信号的多普勒频移)，对具有与伪距率ΔρCτ(ti)相同单位([m/s])的距离变化率Δρrate(ti)(第1距离变化率)进行计算。GPS输出数据计算部121对由GPS接收机11接收发送信号的GPS卫星(以下，也称为接收卫星)计算伪距率ΔρCτ(ti)和距离变化率Δρrate(ti)。
此外，在以下说明中，由于会出现多种距离变化率，因此，为便于说明，也将由GPS输出数据计算部121所计算出的距离变化率Δρrate(ti)称为计算距离变化率Δρrate(ti)。
伪距修正部122利用GPS接收机11所输出的导航消息等，对GPS接收机11所输出的伪距ρCτ(ti)所包含的卫星搭载时钟误差dTsat、电离层电波传播延迟误差diono、对流圈电波传播延迟误差dtrop进行计算，并计算出修正后的伪距(以下也称为修正伪距ρCτ'(ti))来去除这些误差。
将由GPS输出数据计算部121所计算出的、关于所有接收卫星的伪距率ΔρCτ(ti)和计算距离变化率Δρrate(ti)输入内置时钟误差推算部123。内置时钟误差推算部123基于伪距率ΔρCτ(ti)与计算距离变化率Δρrate(ti)的差异(这里为差分)，推算设置于本车侧的内置时钟的误差来作为内置时钟误差εtcar(ti)。
此外，内置时钟误差推算部123能根据关于一个接收卫星的伪距率ΔρCτ(ti)和计算距离变化率Δρrate(ti)来推算出1个内置时钟误差εtcar(ti)，但假设在输入有关于多个接收卫星的伪距率ΔρCτ(ti)和计算距离变化率Δρrate(ti)的情况下，将据此所推算出的多个内置时钟误差εtcar(ti)的平均值推算作为1个内置时钟误差εtcar(ti)。
GPS卫星变动推算部124基于从GPS接收机11所输出的导航消息，来对GPS-Time中的GPS卫星的位置Ps和速度Vs进行推算。GPS卫星变动推算部124在定位部12的每个处理周期对所有的接收卫星推算该位置Ps和速度Vs。
将来自GPS输出数据计算部121的计算距离变化率Δρrate(ti)、来自内置时钟误差推算部123的内置时钟误差εtcar(ti)、来自GPS卫星变动推算部124的所有接收卫星的位置Ps和速度Vs、以及由后述的GPS位置计算部126所计算出的GPS再计算位置(本车位置Po、第2移动体位置)输入距离变化率推算部125。
距离变化率推算部125基于所有接收卫星的位置Ps和速度Vs、以及GPS再计算位置(本车位置Po)，来对假定为车辆停止时的距离变化率Δρrate-s(ti)(第2距离变化率)进行推算。此外，在以下的说明中，也将距离变化率推算部125所推算出的、假定为车辆停止时的距离变化率Δρrate-s(ti)称为停车距离变化率Δρrate-s(ti)。
另外，距离变化率推算部125对停车距离变化率Δρrate-s(ti)进行推算，并基于由内置时钟误差推算部123所推算出的内置时钟误差εtcar(ti)，来对由GPS输出数据计算部121所计算出的计算距离变化率Δρrate(ti)进行修正。
GPS位置计算部126(第2移动体位置计算部)基于来自伪距修正部122的修正伪距ρCτ’(ti)、以及来自GPS卫星变动推算部124的所有接收卫星的位置Ps和速度Vs，来进行数值计算，从而计算出GPS再计算位置(本车位置Po、第2移动体位置)，并将该GPS再计算位置输出至距离变化率推算部125和多路径影响评价部128。另外，GPS位置计算部126生成包含来自GPS卫星变动推算部124的所有接收卫星的位置Ps、以及自身所计算出的GPS再计算位置的导航矩阵A，将该导航矩阵A输出至GPS速度/方位计算部127。这里，所谓GPS再计算位置是指基于从GPS接收机11接收到的Raw数据而在定位部12侧(GPS位置计算部126)进行再计算(为了与由GPS接收机11所计算出的GPS位置相区别，这里为便于说明而称为再计算)而得的本车位置。
GPS速度/方位计算部127基于来自GPS位置计算部126的导航矩阵A、由距离变化率推算部125所推算出的停车距离变化率Δρrate-s(ti)、以及经距离变化率推算部125修正后的计算距离变化率Δρrate(ti)，来对与形成ENU坐标系(将向东的方向规定为x轴、向北的方向规定为y轴、垂直方向规定为z轴、xy平面规定为水平面的直角坐标系)的3轴方向的各方向相关的GPS再计算速度(本车速度Vo)进行计算。另外，GPS速度/方位计算部127基于GPS再计算速度来对GPS再计算方位(本车方位、第2移动体方位)进行计算。这里，所谓GPS再计算速度是指基于从GPS接收机11接收到的Raw数据而在定位部12侧(GPS速度/方位计算部127)进行再计算(为了与由GPS接收机11所计算出的GPS速度相区别，这里为便于说明而称为再计算)而得的本车速度。另外，关于GPS再计算方位也相同。
多路径影响评价部128基于由距离变化率推算部125所推算出的停车距离变化率Δρrate-s(ti)、经距离变化率推算部125修正后的计算距离变化率Δρrate(ti)、由GPS位置计算部126所计算出的GPS再计算位置、由GPS速度/方位计算部127所计算出的GPS再计算速度和GPS再计算方位、以及由伪距修正部122所计算出的修正伪距ρCτ’(ti)，来评价多路径对由GPS接收机11所计算出的GPS位置和GPS方位的影响。
接着，参照表示定位部12在每个处理周期所进行的定位处理的图2的流程图，来对图1的导航装置的动作进行说明。
首先，在步骤S1中，导航装置对定位部12的处理进行初始化。
在步骤S2中，定位部12对接收卫星的数量是否为1个以上、即是否接收到发送自1个以上GPS卫星的发送信号进行判断。在判断为接收到发送信号的情况下，转移至步骤S3，在判断为未接收到发送信号的情况下，不进行任何处理而结束本次的定位处理。
在步骤S3中，GPS输出数据计算部121将从GPS接收机11输出的上次定位处理的伪距ρCτ(ti-1)、以及本次定位处理的伪距ρCτ(ti)运用于下式(1)，从而计算出它们的时间差分值来作为伪距率ΔρCτ(ti)。
[数学式1]
ΔρCτ(ti)＝(ρCτ(ti)-ρCτ(ti-1))/Δt ···(1)
这里
ΔρCτ(ti):伪距率 [m/s]
ρCτ(ti):本次的定位处理中从GPS接收机输出的伪距 [m]
ρCτ(ti-1):上次的定位处理中从GPS接收机输出的伪距 [m]
Δt:处理周期 [s]
另外，在同一步骤S3中，GPS输出数据计算部121将从GPS接收机11输出的多普勒频移fdop(ti)运用于下式(2)，从而计算出计算距离变化率Δρrate(ti)。
[数学式2]
Δρrate(ti)＝fdop(ti)·C/fL1 ···(2)
这里
Δρrate(ti):计算距离变化率 [m/s]
fL1:卫星电波的载波频率 [Hz]
C：光速 [m/s]
在步骤S4中，伪距修正部122基于来自GPS接收机11的导航消息，来计算出伪距ρCτ(ti)中所包含的卫星搭载时钟误差dTsat和电离层电波传播延迟误差diono，并基于误差模型，来计算出伪距ρCτ(ti)中所包含的对流圈电波传播延迟误差dtrop。然后，伪距修正部122将伪距ρCτ(ti)和它们的误差运用于下式(3)以对伪距ρCτ(ti)进行修正，从而计算出修正伪距ρCτ’(ti)。
[数学式3]
ρCτ'(ti)＝ρCτ(ti)+dTsat-diono-dtrop ···(3)
这里
ρCτ'(ti):修正伪距 [m]
dTsat:卫星搭载时钟误差 [m]
diono:电离层电波传播延迟误差 [m]
dtrop:对流圈电波传播延迟误差 [m]
在步骤S5中，内置时钟误差推算部123将步骤S3中所获得的所有接收卫星相关的伪距率ΔρCτ(ti)及计算距离变化率Δρrate(ti)运用于包含有它们的差分的下式(4)，以对内置时钟误差εtcar(ti)进行推算。在所有接收卫星有多个的情况下，即，在获得了多个内置时钟误差εtcar(ti)的情况下，将它们的平均值设为1个内置时钟误差εtcar(ti)。
[数学式4]
εtcar(ti)＝(Δρrate(ti)-ΔρCτ(ti))·Δt/C ···(4)
这里
εtcar(ti):内置时钟误差 [s]
Δρrate(ti):计算距离变化率 [m/s]
ΔρCτ(ti):伪距率 [m/s]
Δt：处理周期 [s]
C：光速 [m/s]
图3是表示伪距率ΔρCτ(ti)和计算距离变化率Δρrate(ti)的实际计算结果的图。在图3中，伪距率ΔρCτ(ti)用实线来表示，计算距离变化率Δρrate(ti)用虚线来表示。
图4是表示将图3所示的计算结果运用于数学式(4)而得的内置时钟误差εtcar(ti)的图。如图4所示，由于无法用线性公式来表达内置时钟误差εtcar(ti)、即内置时钟的漂移，因此，推算内置时钟误差εtcar(ti)的频度越多越好。
返回图2，在步骤S5之后，定位部12在一次定位处理中进行以下步骤S6～步骤S11的循环处理，从而基于Raw数据(即，来自GPS卫星的发送信号)，来对GPS再计算位置(本车位置Po)进行收敛计算。例如，定位部12在上次循环处理中所获得的GPS再计算位置与本次循环处理中所获得的GPS再计算位置之差为规定值以下的情况下，结束循环处理，将该情况下所获得的GPS再计算位置作为本次定位处理所获得的GPS再计算位置(本车位置)，并将其运用于多路径影响评价部128中的评价。
接着，对从步骤S6到步骤S11为止的各步骤的动作进行详细说明。
在步骤S6中，GPS卫星变动推算部124利用来自GPS接收机11的导航消息中所包含的星历表，来对GPS-Time中的所有接收卫星的位置Ps(xs，ys，zs)和速度Vs(Vsx，Vsy，Vsz)进行推算。GPS-Time在被来自GPS接收机11的GPS-Time进行初始化后，由于在收敛计算中值发生变化，因此，卫星轨道上的GPS卫星的位置Ps和速度Vs也会随之发生变化。
在步骤S7中，距离变化率推算部125对所有接收卫星将GPS卫星变动推算部124所推算出的GPS卫星的位置Ps(xs，ys，zs)和速度Vs(Vsx，Vsy，Vsz)、以及GPS位置计算部126所推算出的GPS再计算位置即本车位置Po(xo，yo，zo)运用于下式(5)，从而对停车距离变化率Δρrate-s(ti)进行推算。此外，将上次处理(上次循环处理或上次定位处理)中的步骤S9中所计算出的GPS再计算位置(本车位置Po)用于这里的本车位置Po。
[数学式5]
Δρrate-s(ti)＝LOSx·vsx+LOSy·vsy+LOSz·vsz ···(5)
但し、
LOSx＝(xo-xs)/||Ps-Po||
LOSy＝(yo-ys)/||Ps-Po||
LOSz＝(zo-zs)/||Ps-Po||
| | P s - P o | | = ( x s - x o ) 2 + ( y s - y o ) 2 + ( z s - z o ) 2
这里
Δρrate-s(ti):停车距离变化率 [m/s]
ρs:根据导航消息所计算出的GPS卫星的位置(xs，ys，zs) [m]
Vs:根据导航消息所计算出的GPS卫星的速度(vsx，vsy，vsz) [m/s]
Po：本车位置(xo，yo,zo) [m]
||Ps-Po||:GPS卫星位置与本车位置之间的距离 [m]
LOS:从本车观察GPS卫星的视线方向矢量 (line of site vector)
另外，与停车距离变化率的推算不同，距离变化率推算部125将GPS输出数据计算部121在步骤S3中所计算出的计算距离变化率Δρrate(ti)、以及内置时钟误差推算部123在步骤S5中所推算出的内置时钟误差εtcar(ti)运用于下式(6)。即，距离变化率推算部125基于内置时钟误差εtcar(ti)来对计算距离变化率Δρrate(ti)进行修正。此外，在以下说明中，也将在距离变化率推算部125中进行修正后的距离变化率称为修正距离变化率Δρrate’(ti)。
[数学式6]
Δρrate’(ti)＝Δρrate(ti)-εtcar(ti)/Δt·C ···(6)
这里
Δρrate’(ti):修正距离变化率 [m/s]
Δρrate(ti)::计算距离变化率 [m/s]
εtcar(ti)：内置时钟误差 [s]
Δt：处理周期 [s]
C：光速 [m/s]
这里，为了容易理解根据数学式(5)而获得的停车距离变化率Δρrate-s(ti)、根据数学式(6)而获得的修正距离变化率Δρrate’(ti)、与根据数学式(1)而获得的伪距率ΔρCτ(ti)之间的关系，在图5中示出根据图3所示的数据而获得的这些数值的时间推移。此外，在图5中，停车距离变化率Δρrate-s(ti)用虚线来表示，修正距离变化率Δρrate’(ti)用粗实线来表示，伪距率ΔρCτ(ti)用细实线来表示。
图6是表示被建筑物等所反射的GPS卫星电波(反射波)与未被反射的GPS卫星电波(直接波)的路径相混合的多路径的图。图5中用细实线所示出的伪距率ΔρCτ(ti)所表现出的突发性变化表示多路径的影响。此外，图5中示出了从周围建筑物等较少的空旷的停车场开出时所获得的数据结果，但可知即使在这种情况下，在伪距率ΔρCτ(ti)中虽然多路径的影响较小但也会暂时产生多路径的影响。
另一方面，如图5所示，根据上式(6)而获得的修正距离变化率Δρrate’(ti)与伪距率ΔρCτ(ti)不同，多路径的影响(突发性变化)受到抑制，但除此以外，与伪距率ΔρCτ(ti)基本相一致。而且，该修正距离变化率Δρrate’(ti)在停车时与停车距离变化率Δρrate-s(ti)基本相一致。
这里，图7示出了在与图5相同的状况下由速度传感器(图1中未图示)所测量到的本车速度。可知图5所示的修正距离变化率Δρrate’(ti)与停车距离变化率Δρrate-s(ti)之差和图7所示的速度传感器所测量到的本车速度相关。这样，若求出修正距离变化率Δρrate’(ti)与停车距离变化率Δρrate-s(ti)之差，则能求出本车速度。因此可知，基于内置时钟误差εtcar(ti)来对计算距离变化率Δρrate(ti)进行修正、即求出修正距离变化率Δρrate’(ti)是非常重要的。
返回图2，在步骤S8中，定位部12对可进行定位计算的GPS卫星、即所有接收卫星的数量是否为3个以上进行确认。若所有接收卫星的数量为3个以上，则转移至下一步骤S9，若所有接收卫星的数量小于3个，则结束本次的定位处理。
在步骤S9中，GPS位置计算部126将步骤S4中所计算出的修正伪距ρCτ’(ti)、步骤S6中所推算出的所有接收卫星的位置Ps和速度Vs、以及GPS位置计算部126在上次的处理(上次的循环处理或上次的定位处理)中所计算出的本车位置Po(GPS再计算位置)运用于下式(7)的右边，以对本次循环处理的本车位置Po(GPS再计算位置)进行计算。此时，GPS位置计算部126生成包含步骤S6中所推算出的所有接收卫星的位置Ps和自身所计算出的本车位置Po的导航矩阵A。
[数学式7]
Po＝Po+δPo ···(7)
其中
&delta;Po = ( A T WA ) - 1 ( A T W ) &times; &rho; C&tau; , 1 - R 1 &rho; C&tau; , 2 - R 2 . . . &rho; C&tau; , n - R n
R = ( x s - x o ) 2 + ( y s - y o ) 2 + ( z s - z o ) 2
W = 1 / ( &sigma; &delta;&rho; 1 ) 2 0 0 0 0 1 / ( &sigma; &delta;&rho; 2 ) 2 0 0 . . . . . . . . . . . . 0 0 0 1 / ( &sigma; &delta;&rho;n ) 2
A = LOS 1 x LOS 1 y LOS 1 z 1 LOS 2 x LOS 2 y LOS 2 z 1 . . . . . . . . . . . . LOS nx LOS ny LOS nz 1
这里
Po：本车位置(xo，yo，zo) [m]
δPo：本车位置的变化量(δxo，δyo，δzo) [m]
A：导航矩阵
W：加权矩阵
n：所有接收卫星的数量
σδρ：与伪距的误差有关的标准偏差 [m]
此外，数学式(7)中的伪距的误差的标准偏差σδρ是每个接收卫星都具有的参数，根据每个处理周期的履历来进行计算。另外，在数学式(7)中，为便于说明而省略了“(ti)”的记载。
在步骤S10中，GPS速度/方位计算部127将来自GPS位置计算部126的导航矩阵A、由距离变化率推算部125所推算出的停车距离变化率Δρrate-s(ti)、以及修正距离变化率Δρrate’(ti)运用于下式(8)，以对与形成ENU坐标系的3轴方向的各方向相关的本车速度Vo(Vox，Voy，Voz)进行计算。包含于该数学式(8)的、停车距离变化率Δρrate-s(ti)与修正距离变化率Δρrate’(ti)之间的差分相当于本车速度(GPS再计算速度)的情况如利用图5和图7所说明的那样。此外，在数学式(8)中，与数学式(7)相同，为便于说明而省略了“(ti)”的记载。
[数学式8]
Vo = ( A T WA ) - 1 ( A T W ) &times; &Delta; &rho; rate &prime; 1 - &Delta;&rho; rate - s 1 &Delta; &rho; rate &prime; 2 - &Delta;&rho; rate - s 2 . . . &Delta;&rho; rate &prime; n - &Delta;&rho; rate - sn . . . ( 8 )
这里
Vo：本车速度(vox，voy，voz) [m/s]
在步骤S11中，定位部12对本次定位处理中本车位置Po(GPS再计算位置)是否收敛进行判断。具体而言，在上式(7)中的本车位置Po的变化量δPo小于规定值的情况下，判断为本车位置Po收敛，转移至步骤S12。
另一方面，在变化量δPo为规定值以上且本车位置Po的计算次数小于规定次数的情况下，判断为本车位置Po未收敛并返回步骤S6，再次进行收敛计算。另外，在变化量δPo为规定值以上且本车位置Po的计算次数为规定次数的情况下，也可以判断为无法收敛并使定位部12的处理异常结束。
在步骤S12中，多路径影响评价部128基于由距离变化率推算部125所推算出的停车距离变化率Δρrate-s(ti)、经距离变化率推算部125修正后的计算距离变化率Δρrate(ti)、由GPS位置计算部126所计算出的GPS再计算位置、由GPS速度/方位计算部127所计算出的GPS再计算速度和GPS再计算方位、以及由伪距修正部122所计算出的修正伪距ρCτ’(ti)，来评价多路径对由GPS接收机11所计算出的GPS位置和GPS方位的影响。在多路径影响评价部128中，基于4个倾向(倾向A～D)来评价多路径对GPS位置和GPS方位的影响。以下，依次对多路径影响评价部128所使用的4个倾向A～D进行说明。
首先，对倾向A进行说明。
图8是表示将GPS接收机11所计算出的GPS位置及GPS位置计算部126在图2的步骤S9中所计算出的GPS再计算位置显示于地图上时的一个例子的图。此外，在图8中，利用3D定位而获得的GPS位置用圆形标记来表示，利用2D定位而获得的GPS位置用三角形标记来表示，GPS再计算位置用叉形标记来表示。另外，图中的A～D表示本车的停车位置。这里，所谓3D定位是指由4个以上的卫星所进行的定位。另外，所谓2D定位是指由3个以上的卫星所进行的定位。
GPS接收机11为了在多路径环境下也能获得流畅的GPS轨迹，而使用不会直接受多路径影响的多普勒频移来计算GPS位置。另一方面，GPS位置计算部126利用直接受到多路径影响的伪距来计算GPS再计算位置。
如图8所示，停车位置D～E的区间中多路径的影响较大，其它区间中多路径的影响较小(或者没有影响)。即，存在以下倾向：在多路径的影响较大的停车位置D～E的区间中GPS位置与GPS再计算位置不相一致，在多路径的影响较小(或者不受影响)的其它场所GPS位置与GPS再计算位置相一致。这样，GPS位置与GPS再计算位置具有以下倾向：即，在多路径的影响较小(或者没有影响)的位置相一致，而在多路径的影响较大的场所不相一致(倾向A)。
在多路径影响评价部128中，对于成为GPS接收机11的接收对象的所有接收卫星，基于上述倾向A来对GPS位置受到多路径何种程度的影响进行评价。具体而言，基于GPS位置与GPS再计算位置这两点间的距离，若该距离大于规定值则判断为多路径的影响较大，若该距离小于规定值则判断为多路径的影响较小(或者没有影响)。此外，多路径影响评价部128中每隔规定时间进行基于倾向A的判断。
接着，对倾向B进行说明。
图9是表示本车移动中的、GPS接收机11所计算出的GPS位置的移动方向即GPS方位、与GPS速度/方位计算部127在图2的步骤S10中所计算出的GPS再计算方位相比较的一个例子的图，在与图8相同的环境下(与图8相同数据)进行计算。此外，在图9中，GPS方位用虚线来表示，GPS再计算方位用实线来表示。另外，图9所示的A～D与图8的停车位置A～D相对应，但由于本车在停车过程中GPS方位和GPS再计算方位的偏差(变动)都较大，因此，省略停车位置A～D处的GPS方位和GPS再计算方位的图示。
由图9所示可知，GPS再计算方位不容易受到多路径的影响从而变动较小。另一方面，GPS方位容易受到多路径的影响从而变动较大。另外，可知在停车位置E以后，存在GPS方位和GPS再计算位置的变动较小且相一致的场所，该场所是多路径的影响较小的场所。这样，GPS方位与GPS再计算方位具有以下倾向：即，在多路径的影响较小(或者没有影响)的场所速度越大越相一致，而在多路径的影响较大的场所速度越小越不相一致(倾向B)。
在多路径影响评价部128中，对于成为GPS接收机11的接收对象的所有接收卫星，基于上述倾向B来对GPS方位受到多路径何种程度的影响进行评价。具体而言，基于GPS方位与GPS再计算方位间的方位差，若该方位差大于规定值则判断为多路径的影响较大，若该方位差小于规定值则判断为多路径的影响较小(或者没有影响)。此外，在多路径影响评价部128中每隔规定时间进行基于倾向B的判断。
接着，对倾向C、D进行说明。
图10是表示对应于成为GPS接收机11的接收对象的1个卫星的伪距率、修正距离变化率及停车距离变化率的时间推移的图，是在与图8相同环境下与图8相同数据)所计算出的数据。此外，在图10中，伪距率用细实线来表示，修正距离变化率用粗实线来表示，停车距离变化率用虚线来表示。
如图10所示，横轴的115[秒]附近(图8的停车位置D)产生有过大的多路径a。
在图10所示状态下，计算伪距平滑值，求出所述伪距与伪距平滑值之间的差异(绝对值)来作为伪距误差的推算值，并将结果示出于图11，其中，所述伪距平滑值是通过将修正距离变化率(修正后的第1距离变化率)累计到规定时间前由多路径影响评价部128所评价出的多路径的影响为规定以下时的伪距来计算得到的。图11所示的多路径a～c与图10所示的多路径a～c相对应。此外，在图11中，对规定时间前的伪距累计修正距离变化率，但使规定时间前的伪距随着时间经过而发生偏移，以防止产生累计误差。即，多路径影响评价部128在经过规定时间后，重新选择所评价出的多路径的影响为规定以下时的伪距。
另外，在图10所示的状态下，适用下式(9)。即，对规定时间前所推算出的伪距误差累计伪距率与距离变化率之间的差异δΔρCτ(ti)，并减去规定时间所对应的差异的平均值(移动平均)δΔρCτ-ave(ti)的规定比例k，求出该差值作为伪距误差的推算值，将结果示出于图12。图12所示的多路径a～c与图10所示的多路径a～c相对应。
[数学式9]
δρCτ(ti)＝δρCτ(ti-1)+(δΔρCτ(ti)-δΔρCτ-ave(ti)·k)Δt …(9)
其中
δΔρCτ(ti)＝ΔρCτ(ti)-Δρrate(ti) [m/s]
这里
δΔρCτ-ave(ti)：伪距率与距离变化率之间的差异在规定时间内的平均值 [m/s]
k：规定比例
如图10所示可知，在一段时间内产生一定大小的多路径的情况下，在产生多路径时和消除多路径时，伪距率与距离变化率之间会产生较大的差异，而在其之间(产生多路径时与消除多路径时之间)的差异较小(例如，参照多路径a)。
对于这样的多路径的产生，如图11所示，累计未直接受多路径影响的距离变化率后所得的伪距平滑值与根据电波传输时间而计算出的伪距之间的差异(伪距误差)在受到多路径的影响时存在增大的倾向(倾向C)。
另外，如图12所示，伪距率与距离变化率之间的差异(伪距误差)的累计值在受到多路径的影响时存在增大的倾向(倾向D)。
在多路径影响评价部128中，对于成为GPS接收机11的接收对象的每个接收卫星，基于上述倾向C、D来对GPS位置受到多路径何种程度的影响进行评价。具体而言，若上述伪距误差大于规定值则判断为多路径的影响较大，若上述伪距误差小于规定值则判断为多路径的影响较小(或者没有影响)。
如上所述，在多路径影响评价部128中，在上述倾向A～D中的任意一个大于规定值的情况下，评价为存在多路径的影响(多路径的影响较大)。即，在多路径影响评价部128中，评价多路径对GPS接收机11所计算出的GPS位置和GPS方位的影响的大小，得出与该评价相对应的指标。作为指标的具体例，存在以下指标：表示有无多路径的影响的指标；用分等级(分级别)来表示多路径的影响的指标；基于两点间的距离来定量地得出存在几米的误差(例如，参照图8)的指标；同样得出存在几度的误差(例如，参照图9)的指标；以及对每个卫星得出存在几米左右的多路径影响的指标。
返回图2，在步骤S12中，在用多路径影响评价部128来对多路径的影响进行评价后，结束定位部12的处理。
如上所述，根据本实施方式1所涉及的导航装置，根据未直接受到多路径影响的GPS位置(第1移动体位置)、与基于直接受到多路径影响的伪距而计算出的GPS再计算位置(第2移动体位置)之间的差异，能对多路径影响的大小进行评价，例如能判断出是否受到多路径的影响而导致GPS位置发生变动、或者是否未受到多路径的影响而良好地求出了GPS位置。
另外，即使在GPS接收机11内所进行的GPS定位计算时的内置时钟误差修正不充分，若接收卫星为1个以上，则也能在导航装置侧对计算距离变化率所包含的内置时钟误差部分进一步进行修正，因此，能对低速行驶时的GPS再计算速度(移动体的速度)的精度进行改善，对于低速行驶时的GPS再计算方位(移动体的方位)也能改善其精度。另外，能通过比较GPS位置的移动方向(第1移动方位)与GPS再计算方位来推算多路径的影响。
另外，能基于利用未直接受到多路径影响的距离变化率而进行平滑后的伪距、与直接受到多路径影响的伪距之间的差异来推算每个接收卫星的多路径影响的大小，即使在一段时间内产生了一定大小多路径的场所也能对伪距误差进行推算。另外，由于对伪距率与距离变化率之间的差异进行累计以使得能对累计误差进行修正，因此，即使在暂时产生了一定大小多路径的场所也能对伪距误差进行推算。
例如，GPS位置在停车过程中有时会缓缓开始偏移，在发车后会从所偏移的位置以良好的轨迹形状被更新，但即使在这种情况下，也能判断出GPS位置受到多路径影响。另外，在大范围内容易受到多路径影响的有建筑物的街道上，只有上空的视野较为开阔的狭窄场所有可能不受多路径的影响，但即使在这种情况下，也能判断出GPS位置未受到多路径影响。
此外，在本实施方式1中，对利用加权最小2乘法来计算本车位置(GPS再计算位置)和本车速度(GPS再计算速度)的情况进行了说明，但也可以利用逐次计算或卡尔曼滤波器来进行计算。
另外，对于在经平滑后的伪距的计算中、对规定时间前的伪距累计其之后的距离变化率的情况进行了说明，但在判断为规定时间前的伪距受到多路径的影响较大的情况下，也可以变更所述规定时间，以使用多路径影响更小的伪距，而不使用此时的伪距。
另外，关于对距离变化率进行累计的伪距经过规定时间以上而变得陈旧的接收卫星，由于存在因平滑后的伪距的误差而无法正确进行多路径影响的判断的可能性，因此，也可以不对这样的经过规定时间以上的接收卫星受到的多路径影响进行判断。另外，关于同一接收卫星，也可以生成多个平滑后的伪距。
另外，在上述数学式(9)中，说明了对伪距率与距离变化率之间的差异求出规定时间部分的平均值的情况，但也可以使用规定距离部分的平均值，或者也可以使用低通滤波器等来代替平均值。
另外，在多路径影响评价部128所进行的多路径影响评价中，基于上述倾向C、D的评价也可以在图2的步骤S10与步骤S11之间进行。
<实施方式2>
图13是表示本发明实施方式2所涉及的导航装置的结构中的、为了对本车的位置等进行定位而需要的结构的框图。本实施方式2是实施方式1的扩展方式，省略说明与实施方式1相同的部分，主要对不同部分进行说明。
图13所示的导航装置具有以下结构：即，在图1所示的导航装置的定位部12的外部增加了速度传感器13和角速度传感器14，并在定位部12的内部增加了距离测量部129、偏转角测量部130、自主位置/方位计算部131、自主位置/方位修正部132、以及GPS定位误差评价部133。
速度传感器13输出与车辆的移动距离相对应的脉冲信号。
距离测量部129基于每隔规定时刻所测量到的来自速度传感器13的脉冲信号的脉冲数，来测量本车沿行驶方向的移动距离、速度。
角速度传感器14输出与导航装置的偏航率(偏转角速度)相对应的电压。
偏转角测量部130基于每隔规定时刻所测量到的由角速度传感器14所输出的电压(输出电压)，来测量偏转角(例如以本车的行驶方向为基准的向左右方向的旋转角)。
自主位置/方位计算部131(移动体位置方位计算部)基于由距离测量部129所测量出的移动距离、以及由偏转角测量部130所测量出的偏转角，来计算自主位置(第3移动体位置)和自主方位(第3移动体方位)。这里，所谓自主位置是指基于传感器的测量结果所计算出的本车(移动体)的位置。另外，所谓自主方位是指基于传感器的测量结果所计算出的本车(移动体)的方位。
自主位置/方位修正部132(移动体位置方位修正部)以由多路径影响评价部128评价为多路径的影响较小(规定以下)时的GPS位置(第1移动体位置)和GPS再计算方位(第2移动体方位)为基准，对自主位置和自主方位进行修正。
GPS定位误差评价部133(移动体位置方位误差计算部)以自主位置为基准，计算该自主位置与GPS位置之间的差异来作为GPS位置误差(第1移动体位置误差)，并以自主方位为基准，计算该自主方位与GPS方位之间的差异来作为GPS方位误差(第1移动体方位误差)。
接着，参照表示定位部12在每个处理周期所进行的定位处理的图14的流程图，来对图13的导航装置的动作进行说明。此外，在以下的动作说明中，关于与实施方式1相同的部分省略详细说明，对不同部分进行说明。
在步骤S21中，导航装置对由上次的定位处理所获得的信息中的、在本次的定位处理中需要进行初始化的信息进行初始化。此外，也可以在电源刚起动后等需要进行初始化的情况下适当进行该初始化。
在步骤S22中，距离测量部129对每隔规定时刻所测量出的速度传感器13的脉冲数乘以距离系数，以对每个规定时刻测量移动距离。另外，距离测量部129使每个规定时刻的脉冲数通过低通滤波器，利用由此所获得的值，在每个规定时刻测量本车沿行驶方向的速度。
在步骤S23中，偏转角测量部130对从每隔规定时刻所测量出的角速度传感器14的输出电压减去零点电压所得的值乘以灵敏度，以计算(测量)出偏转角。
在步骤S24中，自主位置/方位计算部131基于在步骤S22中由距离测量部129所测量出的移动距离、以及在步骤S23中由偏转角测量部130所测量出的偏转角，来求出水平方向(xy平面上的方向)上的本车的移动量(本车的位置(方位)的变化量)。然后，自主位置/方位计算部131将上述移动量与上次的定位处理中所求出的自主位置(自主方位)相加，由此计算出由本次的定位处理所获得的自主位置(自主方位)。
在步骤S24之后的步骤S25～步骤S35中，进行与上述步骤S2～步骤S12(参照图2)相同的动作。
在步骤S35之后的步骤S36中，自主位置/方位修正部132根据由多路径影响评价部128所评价出的多路径影响的大小来决定检测自主位置误差的范围，在该范围内以GPS位置和GPS再计算方位为基准来计算出自主位置和自主方位的误差(纬度、经度、方位)。然后，在达到所计算出的规定值以上的误差时对自主位置和自主方位进行修正。这里，作为自主位置/方位修正部132将GPS再计算方位而非GPS方位用作为基准的理由在于，GPS再计算方位在低速时能求出更正确的方位，这是由于，在本车低速行驶时的情况下，能较快地对方位进行修正。另外，这里，虽然将GPS位置作为基准，但在由多路径影响评价部128判断为多路径的影响较小的情况下，可以以GPS位置或GPS再计算位置的任意一个作为基准。
另外，自主位置/方位修正部132将到行驶规定距离或规定角度以上为止未进行修正的自主位置或自主方位判断为无效，将到行驶规定距离或规定角度以上为止进行了修正的自主位置或自主方位判断为有效。以下，利用图15～图17对检测并修正自主位置和自主方位的误差的处理进行说明。
在图15中，Ps表示行驶开始地点，Pa、Pb表示任意的地点。另外，从行驶开始地点Ps到地点Pa的实线表示本车所实际行驶的路线，从行驶开始地点Ps到地点Pb的虚线表示基于速度传感器13和角速度传感器14的测量结果所计算出的自主位置和自主方位的更新结果即自主轨迹。
如图15所示，在导航装置的电源起动时，本来从行驶开始地点Ps向地点Pa行驶，却在自主方位偏移了180度的状态下从行驶开始地点Ps朝向地点Pb来计算自主位置。这样，若在行驶开始时保持自主方位偏移180度的状态进行行驶，则会形成仍然在错误的状态下对自主位置和自主方位进行更新后的自主轨迹(偏离状态)。这样的现象例如会发生在立体停车场。以下，对将基于多路径影响而误更新后的自主轨迹修正为表示正确的本车轨迹的GPS轨迹的具体处理进行说明。
在图16中，Ps表示行驶开始地点，Pa、Pb表示任意的地点。另外，从行驶开始地点Ps到地点Pa的粗虚线表示基于由多路径影响评价部128判断为没有多路径影响时的GPS位置和GPS再计算方位的GPS轨迹，从行驶开始地点Ps到地点Pb的细虚线表示误更新后的自主轨迹。另外，用虚线所描绘出的圆表示自主位置的误差的检测范围。自主位置的误差的检测范围(圆的大小)根据由多路径影响评价部128所评价出的多路径影响的大小来进行设定。即，在由多路径影响评价部128评价(判断)为多路径影响较小(或者没有影响)的情况下，将检测范围设定得较窄(圆较小)，在评价为多路径影响较大的情况下，将检测范围设定得较大。
如图16所示，在由多路径影响评价部128评价为行驶开始地点Ps附近没有多路径影响的情况下，将行驶刚开始后的自主位置的误差的检测范围设定得较小。然后，在检测范围内误差为规定以上的情况下，将自主轨迹上的自主位置修正到GPS轨迹上。这样，在行驶开始时没有多路径影响的情况下，能在行驶刚开始后立即对自主位置进行修正。
另外，在图17中，Ps表示行驶开始地点，Pa、Pb表示任意的地点。另外，从行驶开始地点Ps到地点Pa的粗虚线表示基于由多路径影响评价部128判断为多路径影响较小时的GPS位置和GPS再计算方位的GPS轨迹，从行驶开始地点Ps到地点Pb的细虚线表示误更新后的自主轨迹。另外，用虚线所描绘出的圆表示自主位置的误差的检测范围。
如图17所示，由于在行驶开始地点Ps附近，多路径的影响较大，因此，无法对自主位置进行修正。然而，在从行驶开始地点Ps向地点Pa的途中，由于由多路径影响评价部128判断为多路径影响较小，因此，设定图示的检测范围。然后，在该检测范围内误差为规定以上的情况下，将自主轨迹上的自主位置修正到GPS轨迹上。这样，即使在行驶开始时多路径影响较大的情况下，也能在之后影响变小时对自主位置进行修正。
此外，在上述图16和图17中，对自主位置的修正进行了说明，但对自主方位也能进行同样的修正。
另外，以上对在自主位置/方位修正部132中对自主位置和自主方位进行修正的情况进行了说明，但也可以如图13所示，在自主位置/方位修正部132中对自主位置误差和自主方位误差进行检测并将该误差反馈至自主位置/方位计算部131，并在自主位置/方位计算部131中基于该误差来对自主位置和自主方位进行修正。
返回图14，在步骤S37中，GPS定位误差评价部133在所修正的自主位置有效的情况下，计算该修正后的自主位置与GPS位置之间的差异来作为GPS位置误差。另外，在修正后的自主方位有效的情况下也同样计算该修正后的自主方位与GPS方位之间的差异来作为GPS方位误差。
经过步骤S37之后，结束定位部12的处理。
如上所述，根据本实施方式2所涉及的导航装置，能根据多路径影响的程度来改变求取自主位置和自主方位的误差的范围，从而能在早期可靠地对自主位置和自主方位的误差进行检测和修正。
另外，能以修正后的自主位置和自主方位为基准，定量并实时地对GPS位置和GPS方位的误差进行推算。
另外，由于能对自主位置或自主方位的有效性进行判断，因此，能获得可靠度较高的GPS位置误差或GPS方位误差，并能不使用可靠度较低的GPS位置误差或GPS方位误差。
此外，在实施方式2中，对根据多路径影响来设定检测自主位置误差的范围、并在该范围内以GPS位置和GPS再计算方位为基准来计算出自主位置和自主方位的误差的情况进行了说明，但在多路径影响大于规定值的情况下，也可以不计算自主位置和自主方位的误差，另外，即使没有多路径影响，但只要速度在规定值以下，也可以不计算自主位置和自主方位的误差。
检测自主位置的误差的范围也可以用时间或距离来进行设定。另外，也可以考虑自主位置和自主方位的有效性，在有效的情况下将所检测的范围设为更宽的范围，在无效的情况下将所检测的范围设为更窄的范围。
在上述图16和图17中，对自主位置的修正进行了说明，但对自主方位也能进行同样的修正。
以上对在自主位置/方位修正部132中对自主位置和自主方位进行修正的情况进行了说明，但如图13所示，也可以在自主位置/方位修正部132中对自主位置误差和自主方位误差进行检测，并在自主位置/方位计算部131中基于误差来对自主位置和自主方位进行修正。
在GPS定位误差评价部133中，若在因角速度传感器14的温度漂移而发生方位偏移时无法利用GPS位置和GPS方位来进行修正的状态持续规定条件以上，则自主位置和自主方位的误差会缓缓增大，但也可以将此时的自主位置和自主方位设为无效。由此，也可以不计算不确定的GPS位置误差和GPS方位误差。
<实施方式3>
图18是表示本发明实施方式3所涉及的导航装置的结构中的、为了对本车的位置等进行定位而需要的结构的框图。本实施方式3是实施方式2的扩展方式，省略对与实施方式2相同部分的说明，主要对不同部分进行说明。
图18所示的导航装置具有以下结构：即，在图13所示的导航装置的定位部12的外部增加了地图数据存储部15和道路核对部16，在定位部12的内部增加了混合(Hybrid)位置/方位计算部134。
混合位置/方位计算部134基于由距离测量部129所测量出的移动距离、以及由偏转角测量部130所测量出的偏转角，对混合位置和混合方位进行更新，并以GPS位置和GPS再计算方位为基准，对混合位置和混合方位进行修正。
这里，所谓混合位置(第4移动体位置)是指以GPS位置(也可以是GPS再计算位置)为基准来对自主位置进行适时修正的位置。另外，所谓混合方位(第4移动体方位)是指以GPS再计算方位(也可以是GPS方位)为基准来对自主方位进行适时修正的方位。
地图数据存储部15对包含表示线状的数据和用坐标点来表现的道路链路等的地图数据进行存储。
道路核对部16基于由定位部12所定位而得的本车的混合位置和混合方位，从地图数据存储部15读取道路链路，在该道路链路上辨识(地图匹配)本车的位置。关于以混合定位和混合位置为基础的地图匹配的处理的详细情况，例如记载于日本专利第3745165号公报、或者日本专利第4795206号公报，也可以将其运用于本发明。
接着，参照表示定位部12在每个处理周期所进行的定位处理的图19和图20的流程图，来对图18的导航装置的动作进行说明。此外，在以下的动作说明中，关于与实施方式2相同的部分省略详细说明，主要对不同部分进行说明。
在步骤S41～步骤S44中，进行与上述步骤S21～步骤S24(参照图14)相同的动作。
在步骤S44之后的步骤S45中，混合位置/方位计算部134基于每隔规定时刻所测量出的距离测量部129的移动距离、以及偏转角测量部130的偏转角，来求出自主位置和自主方位的移动量，并与上次定位处理中所求出的混合位置和混合方位相加，作为新的混合位置和混合方位来进行更新。
在步骤S45之后的步骤S46～步骤S58中，进行与上述步骤S25～步骤S37(参照图14)相同的动作。
在步骤S58之后的步骤S59中，混合位置/方位计算部134基于自主位置和自主方位有效时的GPS位置误差和GPS方位误差、GPS位置和GPS再计算方位(或者GPS方位)、以及由多路径影响评价部128所进行的评价，来对混合位置和混合方位进行修正。
经过步骤S59之后，结束定位部12的处理。
以下利用图21来对自主位置与混合位置之间的差异进行说明。
在图21中，用虚线来表示更新GPS位置时的轨迹，用细实线来表示更新自主位置时的轨迹，用粗实线来表示更新混合位置时的轨迹。
如图21所示，在隧道等无法进行GPS定位的场所，基于同一移动距离和偏转角来分别对自主位置和混合位置进行位置更新。此外，图中所谓的自主位置“有效”的状态表示如实施方式2中所说明的那样对自主位置进行修正的状态，自主位置“无效”的状态表示不对自主位置进行修正的状态。
对于通过隧道后紧接着的直行区间，假设没有多路径影响的环境(天空开放的环境下)，在这样的场所，GPS位置正确，因此，基于GPS位置来对自主位置和混合位置进行修正。
在直行区间之后，在右转后存在缓慢弯曲的道路，在右转时GPS位置向前方(纸面上方)发生位置偏移。此时，若对自主位置与GPS位置之间的误差(GPS位置误差)进行计算，则立即对自主位置进行修正，以使得与GPS位置所示出的坐标(位置)相一致，而对于混合位置，进行计算以使其只以与GPS位置误差和传感器误差(移动距离、偏转角)相对应的量而缓缓地逐渐靠近GPS位置。此外，若混合位置为偏离状态(沿与本来不同的位置、方向进行行驶的状态)，则在对自主位置进行修正的同时，也对混合位置进行修正。这里，由混合位置/方位计算部134来求出上述传感器误差。即，对于传感器误差，将分别从距离测量部129和偏转角测量部130输入的移动距离和偏转角中的规定比例作为误差来进行处理，利用从GPS定位误差评价部133输出的GPS位置误差和GPS方位误差来对其进行修正。
弯曲道路的后半部分表示假设在存在多路径影响的环境下、GPS位置受到多路径的影响而与本车本来的变动不同的轨迹。此时，在多路径影响评价部128评价为受到多路径影响较大的情况下，用于对自主位置进行修正的GPS位置不存在，因此，即使是GPS定位中也与在隧道中行驶时相同，基于移动距离和偏转角来对自主位置进行更新。此时，若角速度传感器14发生温度漂移导致校正处理(未图示)不充分，则自主方位的误差会缓缓增大。另一方面，以与传感器误差和GPS误差相对应的程度来将混合位置向GPS位置进行修正。
若多路径影响在弯曲道路后的左转的场所消失，则用GPS位置来对自主位置和混合位置进行修正。
如上所述，利用传感器来对于自主位置进行位置更新，在多路径影响较小时，能用GPS位置来进行修正，但在多路径影响较大时，无法用GPS位置来进行修正。另外，若角速度传感器发生温度漂移的状态持续，则以自主位置为基准的GPS位置误差变得不正确。因此，自主位置在多路径影响下变得不充分，为了应对这样的问题而使用混合位置。
混合位置以GPS位置为基准，对自主位置进行适时修正，并根据GPS位置误差和传感器误差来修正为缓缓接近GPS位置侧。这样，可以说混合位置的精度比自主位置和GPS位置要高。因此，在存在多路径影响的环境下，GPS位置的精度会下降，但能用混合位置来代替GPS位置以补偿该精度的下降。
如上所述，根据本实施方式3所涉及的导航装置，能基于GPS位置、GPS再计算方位、移动距离及偏转角以及它们的误差，来获得经最优计算后的混合位置。另外，能通过自主位置的可靠度来判断混合位置的可靠度。另外，在自主位置有效的情况下，能基于独立于地图匹配的可信的混合位置和混合方位、以及它们的误差，来更正确地对显示位置和显示候选位置进行修正，从而不仅能提高本车的位置精度，还能早期发现/修正误匹配(地图匹配的错误)。
此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。
标号说明
11 GPS接收机
12 定位部
13 速度传感器
14 角速度传感器
15 地图数据存储部
16 道路核对部
121 GPS输出数据计算部
122 伪距修正部
123 内置时钟误差推算部
124 GPS卫星变动推算部
125 距离变化率推算部
126 GPS位置计算部
127 GPS速度/方位计算部
128 多路径影响评价部
129 距离测量部
130 偏转角测量部
131 自主位置/方位计算部
132 自主位置/方位修正部
133 GPS定位误差评价部
134 混合位置/方位计算部

Claims (9)

1.一种定位装置，其特征在于，包括：
第1移动体位置计算部，该第1移动体位置计算部接收发送自多个GPS卫星的发送信号，基于该发送信号来获取与所述GPS卫星之间的伪距和多普勒频移，并基于获取到的所述伪距和所述多普勒频移来计算作为移动体的位置的第1移动体位置；
第2移动体位置计算部，该第2移动体位置计算部基于伪距来计算作为所述移动体的位置的第2移动体位置；
多路径影响评价部，该多路径影响评价部基于由所述第1移动体位置计算部所计算出的所述第1移动体位置与由所述第2移动体位置计算部所计算出的所述第2移动体位置之间的差异，来评价多路径对所述第1移动体位置的影响；
计算部，该计算部计算所述伪距的时间差分以作为伪距率，基于所述多普勒频移来计算第1距离变化率；
内置时钟误差推算部，该内置时钟误差推算部基于所述伪距率与所述第1距离变化率之间的误差，将所述移动体侧的内置时钟的误差推算作为内置时钟误差；
距离变化率推算部，该距离变化率推算部基于以所述发送信号为基础的所述GPS卫星的位置、速度及所述第2移动体位置，来推算所述移动体停止时的第2距离变化率，并基于所述内置时钟误差来对由所述计算部所计算出的所述第1距离变化率进行修正；以及
移动体速度方位计算部，该移动体速度方位计算部基于包含以所述发送信号为基础的所述GPS卫星的位置和所述第2移动体位置的导航矩阵、由所述距离变化率推算部所推算出的所述第2距离变化率、及由所述距离变化率推算部进行修正后的所述第1距离变化率，来对所述移动体的速度和作为所述移动体的方位的第2移动体方位进行计算，
所述多路径影响评价部基于作为所述第1移动体位置的移动方向的第1移动体方位与所述第2移动体方位之间的差异，来评价多路径对所述第1移动体位置的影响。
2.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，
所述多路径影响评价部将所述第1距离变化率累计至所述评价出的多路径的影响为规定以下时的所述伪距，从而计算出伪距平滑值，基于所述伪距与所述伪距平滑值之间的差异即伪距误差，来对每个所述GPS卫星的多路径的影响进行评价。
3.如权利要求2所述的定位装置，其特征在于，
所述多路径影响评价部在经过规定时间后，重新选择所述评价出的多路径的影响为规定以下时的所述伪距。
4.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，
所述多路径影响评价部对所述伪距率与所述第1距离变化率之间的差异进行累计，并基于减去所述差异的移动平均的规定比例而求出的所述伪距的误差，来对每个所述GPS卫星的多路径的影响进行评价。
5.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，还包括：
速度传感器，该速度传感器输出与所述移动体的移动距离相对应的脉冲信号；
距离测量部，该距离测量部基于所述速度传感器所输出的所述脉冲信号，至少对所述移动体的移动距离进行测量；
角速度传感器，该角速度传感器输出与所述定位装置的偏航率相对应的电压；
偏转角测量部，该偏转角测量部基于所述角速度传感器所输出的电压，来对偏转角进行测量；
移动体位置方位计算部，该移动体位置方位计算部基于由所述距离测量部所测量出的所述移动距离、及由所述偏转角测量部所测量出的所述偏转角，来计算作为所述移动体的位置的第3移动体位置、及作为所述移动体的方位的第3移动体方位；以及
移动体位置方位修正部，该移动体位置方位修正部以由所述多路径影响评价部评价为多路径的影响为规定以下时的所述第1移动体位置和所述第2移动体方位为基准，对所述第3移动体位置和所述第3移动体方位进行修正。
6.如权利要求5所述的定位装置，其特征在于，还包括：
移动体位置方位误差计算部，该移动体位置方位误差计算部以由所述移动体位置方位修正部进行修正后的所述第3移动体位置为基准，计算出该第3移动体位置与所述第1移动体位置之间的差异来作为第1移动体位置误差，并以由所述移动体位置方位修正部进行修正后的所述第3移动体方位为基准，计算出该第3移动体方位与所述第1移动体方位之间的差异来作为第1移动体方位误差。
7.如权利要求5所述的定位装置，其特征在于，
所述移动体位置方位修正部将行驶规定距离或规定角度以上为止未进行修正的所述第3移动体位置或所述第3移动体方位判断为无效，将行驶规定距离或规定角度以上为止进行了修正的所述第3移动体位置或所述第3移动体方位判断为有效。
8.如权利要求7所述的定位装置，其特征在于，还包括：
混合位置方位计算部，该混合位置方位计算部基于由所述距离测量部所测量出的所述移动距离、及由所述偏转角测量部所测量出的所述偏转角，对第4移动体位置和第4移动体方位进行更新，并基于所述第3移动体位置和所述第3移动体方位有效时的第1移动体位置误差和第1移动体方位误差、所述第1移动体位置和所述第1移动体方位、以及由所述多路径影响评价部所作出的所述评价，来对所述第4移动体位置和所述第4移动体方位进行修正。
9.如权利要求8所述的定位装置，其特征在于，还包括：
道路核对部，该道路核对部基于由所述混合位置方位计算部所计算出的所述第4移动体位置和所述第4移动体方位，在地图上的道路链路中辨识所述移动体的位置。
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