JP2001255364A

JP2001255364A - カーナビゲーション装置

Info

Publication number: JP2001255364A
Application number: JP2000065789A
Authority: JP
Inventors: Masaki Suyama; 正樹須山
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP4334104B2

Abstract

(57)【要約】【課題】擬似距離補正値等の情報を自ら取得してその
補正値を反映した高精度の測位解を出力するＧＰＳレシ
ーバを提供し、また、ＤＧＰＳ受信機を備えることなく
高精度のＧＰＳ測位解を得ることのできるカーナビゲー
ション装置を提供する。【解決手段】ＲＦ処理手段と、ＧＰＳ信号の相関処理
を行うＧＰＳ相関処理手段と、ＳＢＡＳ信号の相関処理
を行うＳＢＡＳ相関処理手段と、前記ＧＰＳ相関処理手
段及び前記ＳＢＡＳ相関処理手段から夫々データを取得
しこれらのデータに基づいて測位演算を行う演算手段と
によってＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバを構成する。ま
た、ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバを備えることにより、
高精度のＧＰＳ測位解及びＳＢＡＳから得られる情報に
基づいて自車位置の決定を行うカーナビゲーション装置
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳレシーバ及
びＧＰＳを測位の手段として使用するカーナビゲーショ
ン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カーナビゲーション装置は、ＧＰＳレシ
ーバとＧＰＳ測位解その他のセンサ入力等をもとに自車
位置を決定する自車位置決定部とによって構成される。
ここで、ＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星から送信される
ＧＰＳ信号をトラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ）してＧ
ＰＳデータを取得することにより、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ
レシーバ自身との距離（擬似距離）を計測し、同時に計
測した複数のＧＰＳ衛星に関する疑似距離をもとに幾何
学的に測位演算を実行する。更に、ＧＰＳレシーバは、
各ＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数の変化率を測定（ドッ
プラ測定）することで自車の移動速度や進行方位も算出
し、これらの算出結果をＧＰＳ出力メッセージとして出
力する。

【０００３】このとき、トラッキングしている衛星の数
が３つの場合、緯度及び軽度を位置として算出する２次
元測位となり、衛星の数が４つ以上で緯度、経度及び高
度を位置として算出する３次元測位が行なわれる。ここ
で、ＧＰＳレシーバが同時に捕捉可能なＧＰＳ信号の数
（すなわち、ＧＰＳ衛星の数）は、ＧＰＳレシーバのチ
ャネル数で決定される。

【０００４】一方、自車位置決定部は、デッドレコニン
グ、マップマッチング及びＧＰＳレシーバの測位解に基
づいて合理的に自車位置を決定するアルゴリズムを実行
する。

【０００５】ＧＰＳ信号は、民間に開放されているＬ１
周波数（約１．５７５ＧＨｚ）のＣ／Ａコードである。
また、Ｃ／Ａコードを利用したＧＰＳ測位では、複数の
誤差要因により、その測位解は１００ｍ程度の誤差を持
つと見積もられている。この誤差要因としてもっとも大
きなものはＳＡ（Selective Availability）であり、そ
れ以外に、電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差、衛星軌道
情報誤差、衛星時計誤差、マルチパスに起因する誤差、
ＧＰＳレシーバの熱雑音に起因する誤差等がある。

【０００６】このようなＧＰＳ測位における誤差を除去
してＧＰＳ測位の精度を向上するために、ＤＧＰＳ（Ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳ）と呼ばれるシステム
が利用されている。ＤＧＰＳでは、ＳＡによる誤差、電
離層遅延誤差、対流圏遅延誤差、衛星軌道情報誤差、衛
星時計誤差に起因する疑似距離誤差を除去或いは低減す
ることができる。ＤＧＰＳは、地上の基準局から擬似距
離補正値等の情報を放送し、カーナビゲーション装置等
でこの放送を受信することによってＧＰＳ測位解の精度
を向上させるものであり、現在、この放送はカーナビゲ
ーション向けにはＦＭ多重によって放送されている。

【０００７】上記のＤＧＰＳに対応したカーナビゲーシ
ョン装置は、ＧＰＳレシーバ、自車位置決定部とは別に
ＤＡＲＣ方式ＦＭ多重ＤＧＰＳ受信機を内部ユニット或
いは外部ユニットとして備えて構成されている。カーナ
ビゲーション装置内部の自車位置決定部は、ＤＡＲＣ方
式ＦＭ多重ＤＧＰＳ受信機が受信した擬似距離補正値を
受け取ってその擬似距離補正値をＧＰＳレシーバに送
り、ＧＰＳレシーバ内の演算部は、擬似距離に対してこ
の補正値を適用し測位演算を実行している。すなわち、
カーナビゲーション装置としてＤＧＰＳに対応する為に
は、ＤＡＲＣ方式ＦＭ多重ＤＧＰＳ受信機等のＧＰＳレ
シーバとは別の受信機を装置内に搭載する必要があり、
そのための物理的負担及び費用的負担を伴うことが問題
となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みてなされたものであり、擬似距離補正値等の情報を
自ら取得してその補正値を反映した高精度の測位解を出
力するＧＰＳレシーバを提供し、また、ＤＧＰＳ受信機
を備えることなく高精度のＧＰＳ測位解を得ることので
きるカーナビゲーション装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
請求項１に記載のＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバは、ＲＦ
処理手段と、ＧＰＳ信号の相関処理を行うＧＰＳ相関処
理手段と、ＳＢＡＳ信号の相関処理を行うＳＢＡＳ相関
処理手段と、前記ＧＰＳ相関処理手段及び前記ＳＢＡＳ
相関処理手段から夫々データを取得しこれらのデータに
基づいて測位演算を行う演算手段とを備えて構成され
る。ＲＦ処理手段で処理された信号のうち、ＧＰＳのデ
ータはＧＰＳ相関処理手段及び演算手段によって取り出
され、ＳＢＡＳのメッセージはＳＢＡＳ相関処理手段及
び演算手段によって取り出される。

【００１０】また、請求項２に記載のカーナビゲーショ
ン装置は、前記ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバを備えて構
成され、ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバが算出する測位解
に基づいて自車位置の決定を行う。

【００１１】請求項３に記載のカーナビゲーション装置
は、更に、ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバが取得したＳＢ
ＡＳに関する情報を用いて自車位置の決定を行う。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるＧＰＳレシ
ーバのブロック図を示す。ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバ
１０は、高精度の測位解を得るために、ＳＢＡＳ信号を
受信するように構成されている。ＳＢＡＳは、静止衛星
を利用したＧＰＳの補強システムである。ＳＢＡＳの内
容について、次に説明する。

【００１３】上述したＤＧＰＳは、利用者（ＧＰＳレシ
ーバ）が基準局から一定の距離範囲にあるときに有効な
システムであり、一般的にはその距離は２００ｋｍ程度
とされている。これに対して、航空機向けに整備が予定
されているＳＢＡＳは、数千ｋｍの範囲をカバーするシ
ステムである。ＳＢＡＳとは、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳ
Ｓによる航空機の航法システムであるＧＮＳＳにおい
て、静止衛星を利用した広域補強システムであり、米国
のＷＡＡＳ、ＥＵ（欧州連合）のＥＧＮＯＳ、日本のＭ
ＳＡＳとして運用が予定されている。ＳＢＡＳでは、広
範囲に設置された基準局のデータをもとにして、ＳＡに
よる誤差を含む衛星時計誤差、衛星軌道情報誤差、電離
層遅延誤差の各々を独立した情報として推定する為、地
域相関性の少ない誤差データとして広範囲に適用するこ
とが可能となっている。ここで使用した略称の定義につ
いて以下に示す。 GLONASS: Global Orbiting Navigation Satellite GNSS: Global Navigation Satellite System WAAS: Wide Area Augmentation System EGNOS: European Geostationary Navigation Overlay S
ervice MSAS: MTSAT Satellite-based Augmentation System

【００１４】ＳＢＡＳの信号には、ＧＰＳと同じＬ１周
波数のＣ／Ａコードが用いられており、ＧＰＳ衛星から
のデータ伝送レートが５０ｂｐｓであるのに対して、情
報伝送レート２５０ｂｐｓ（データ伝送レート５００ｂ
ｐｓ）である点が異なっている。なお、ＳＢＡＳの信号
フォーマットは、米国航空無線技術委員会（ＲＴＣＡ）
の特別委員会（ＳＣ−１５９）が定めた最小運用基準
（MOPS: Minimum Operational Performance Standard）
DO-229のAPPENDIX A:Wide Area Augmentation System
Signal Specificationに準拠している。

【００１５】以下、図１を参照してＳＢＡＳ対応ＧＰＳ
レシーバ１０の動作について詳細に説明する。図１に示
されるように、ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバ１０は、ア
ンテナ５で捕らえられた信号をダウンコンバートするＲ
Ｆ部２１、ＲＦ部２１の出力信号からＧＰＳ信号に対し
ての相関演算を行うＧＰＳデジタル相関処理部２２、Ｒ
Ｆ処理部２１の出力信号からＳＢＡＳ信号に対しての相
関演算を行うＳＢＡＳデジタル相関処理部５１、ＧＰＳ
デジタル相関処理部２２及びＳＢＡＳデジタル相関処理
部５１を制御すると共にこれら相関処理部からの出力を
もとに測位演算を行う測位演算部２３によって構成され
る。なお、図１には、４つのＧＰＳデジタル相関処理部
２２が示されているが、このＧＰＳデジタル相関処理部
２２の数は、同時捕捉可能なＧＰＳ衛星の数に対応する
ものであり、任意に変更が可能である。

【００１６】図１に於いて、ＧＰＳアンテナ５、ＲＦ部
２１、ＧＰＳデジタル相関処理部２２、測位演算部２３
で構成されるＧＰＳ信号の処理に関する部分は、従来に
於けるＳＢＡＳ信号の処理を伴わないＧＰＳレシーバの
構成と同様なものである。すなわち、ＳＢＡＳ対応ＧＰ
Ｓレシーバ１０は、ＧＰＳデジタル相関処理部２２に入
力される信号と同じ信号を入力とするＳＢＡＳデジタル
相関処理部５２と、ＧＰＳデジタル相関処理部２２及び
ＳＢＡＳデジタル相関処理部５１からの相関処理出力が
入力される測位演算部２３とを備える点において特徴を
有する構成となっている。

【００１７】図１に於いてＧＰＳ信号は次のように処理
される。ＧＰＳアンテナ５で捕らえられた搬送波周波数
１５７５．４２ＭＨｚのＧＰＳ信号は、ＲＦ部２１に送
られる。ＲＦ部２１において、シンセサイザ３３は、基
準クロック３４の発信周波数をもとに局部発振周波数を
発生する。ダウンコンバータ３１は、アンテナ５から入
力されるＧＰＳ信号の周波数と局部発振周波数を混合し
て、ＧＰＳ信号を中間周波数の信号へとダウンコンバー
トする（周波数を落とす）。中間周波数に変換されたＧ
ＰＳ信号はＡ／Ｄコンバータ３２によってデジタル信号
に変換され、ＧＰＳデジタル相関処理部２２に出力され
る。

【００１８】ＧＰＳデジタル相関部２２のキャリア相関
部３５では、Ａ／Ｄコンバータ３２からの入力信号と、
キャリアＮＣＯ３７で発生される搬送波周波数の信号と
が乗積及び積分され、相関値の計算が行なわれる。更
に、キャリア相関部３５の出力信号は、ＰＲＮコード
（疑似ランダムコード）相関部３６へ送られ、コードＮ
ＣＯ３９及びＰＲＮコード発生部３８で生成されるＰＲ
Ｎコードの信号と乗積及び積分され、それによって、キ
ャリア相関部３５の出力信号とＰＲＮコードの信号との
相関値が計算される。なお、ここで発生されるＰＲＮコ
ードは、捕捉の対象となるＧＰＳ衛星固有のＰＲＮコー
ドである。

【００１９】また、キャリアＮＣＯ３７、コードＮＣＯ
３９は、それぞれキャリア追尾ループ４３、コード追尾
ループ４２によって測位演算部２３と接続されている。
測位演算部２３は、ＧＰＳ相関処理出力４１の振幅値が
最大となるように、キャリアＮＣＯ３７で発生される搬
送波周波数信号の周波数及び位相をフィードバック制御
すると共に、コードＮＣＯ３９及びＰＲＮコード発生部
３８で生成されるＰＲＮコード信号の周波数及び位相を
フィードバック制御する。これらの、フィードバック制
御により、ＧＰＳ信号はトラッキングされ、更に、もと
の狭帯域の変調信号に逆スペクトラム拡散される。

【００２０】測位演算部２３は、ＧＰＳ相関処理出力４
１からの信号を復調してＧＰＳデータを取り出すと共
に、後に述べるように、ＳＢＡＳ信号から得られる補正
値によって擬似距離を補正して測位演算を実行する。な
お、ＧＰＳデジタル相関処理部２２は同時捕捉を行うＧ
ＰＳ衛星の数の分設けられ（図の場合は４チャンネ
ル）、それぞれの相関処理出力が測位演算部２３に送ら
れる。

【００２１】図１に於いて、ＳＢＡＳ信号は次のように
処理される。前述したように、ＳＢＡＳ信号は、ＧＰＳ
信号と同じＬ１周波数のＣ／Ａコードである為、図１に
示すように、ＧＰＳデジタル相関処理部２２用のＧＰＳ
アンテナ５とＲＦ部２１が共用されている。ＳＢＡＳ信
号は、ＲＦ部２１でＧＰＳ信号と区別されることなく前
述したように処理され、中間周波数の信号に変換され
る。

【００２２】ＳＢＡＳチャネル・デジタル相関処理部５
１は、ＧＰＳデジタル相関処理部２２と同様な機能を達
成するように構成されている。ＳＢＡＳキャリア相関部
３５’では、ＲＦ部２１からの出力信号とＳＢＡＳキャ
リアＮＣＯ３７’で発生される搬送波周波数の信号が乗
積及び積分されることにより、相関値の計算が実行され
る。更に、ＳＢＡＳキャリア相関部３５’の出力信号
は、ＳＢＡＳＰＲＮコード相関部３６’へ送られ、ＳＢ
ＡＳコードＮＣＯ３９’及びＳＢＡＳＰＲＮコード発生
部３８’で生成されるＰＲＮコードの信号と乗積及び積
分され、それによって、ＳＢＡＳキャリア相関部３５’
の出力信号とＳＢＡＳＰＲＮコード発生部３８’から出
力されるＰＲＮコードの信号との相関値が計算される。
なお、ここで生成されるＰＲＮコードは、捕捉の対象と
なるＳＢＡＳ用静止衛星固有のＰＲＮコードである。

【００２３】ＳＢＡＳは、通常、１機の静止衛星を使用
したものでありＳＢＡＳデジタル相関処理部５１は１つ
備えていれば良い。もしも複数の、例えば２つの静止衛
星からのＳＢＡＳ信号を同時に捕捉する場合には、ＳＢ
ＡＳチャネル・デジタル相関処理部５１を２つ設けてレ
シーバを構成すれば良い。

【００２４】ＳＢＡＳチャネル相関処理出力５２は、測
位演算部２３に出力される。また、ＳＢＡＳキャリアＮ
ＣＯ３７’、ＳＢＡＳコードＮＣＯ３９’は、それぞれ
キャリア追尾ループ４３’、コード追尾ループ４２’に
よって測位演算部２３と接続されている。測位演算部２
３は、ＳＢＡＳチャネル相関処理出力５２の振幅値が最
大となるように、ＳＢＡＳキャリアＮＣＯ３７’で発生
される搬送波周波数信号の周波数及び位相をフィードバ
ック制御すると共に、ＳＢＡＳコードＮＣＯ３９’及び
ＳＢＡＳＰＲＮコード発生部３８’で生成されるＰＲＮ
コード信号の周波数及び位相をフィードバック制御す
る。これらの、フィードバック制御により、ＳＢＡＳ信
号はトラッキングされ、更に、もとの狭帯域の変調信号
に逆スペクトラム拡散される。

【００２５】更に、測位演算部２３は、ＳＢＡＳチャネ
ル相関処理出力５２の信号からＳＢＡＳのデータ伝送速
度（５００ｂｐｓ）に従って信号を復調してＳＢＡＳメ
ッセージを取得する。測位演算部２３では、取得したＳ
ＢＡＳメッセージに含まれる擬似距離に対する補正値を
反映して測位演算を行うことで、ＧＰＳ出力メッセージ
３として、ＳＢＡＳによる補正データを反映した高精度
の測位解を送ることが可能となる。

【００２６】測位演算部２３は、ＳＢＡＳメッセージを
取得して、そのメッセージに含まれる情報から、下記の
１）から７）のうちの１又は２以上の情報（ＳＢＡＳか
ら得られる情報）をＧＰＳメッセージ３として出力す
る。１）ＳＢＡＳによる補正が適用されているか否かの情報２）ＵＤＲＥ（User Differential Range Error）に関
する情報３）ＵＤＲＥ劣化係数（変化率）に関する情報４）最後の補正適用からの経過時間５）電離層遅延の補正情報６）ＳＢＡＳ適用時の水平面内誤差（２ｄｒｍｓ又は３
σで規定）７）ＳＢＡＳ適用時の３次元誤差（２σ又は３σで規
定）

【００２７】なお、上記６）または７）の誤差情報は、
ＳＢＡＳメッセージには直接含まれておらず、測位演算
部２３が、上記２）乃至５）の情報を利用し、これらの
情報を変換して得る。例えば、ＵＤＲＥは、擬似距離に
ついてＳＢＡＳの適用によっても取り除くことのできな
い誤差値（完全性情報としての誤差値）を示しており、
この誤差値を幾何学的原理によって水平面内（２次元）
または３次元空間上の値に変換することによって６）ま
たは７）の情報が得られる。この場合、上記６）の水平
面内誤差は、上記完全性情報としての誤差値の３σ
（σ：標準偏差）で規定するか、または、誤差の水平方
向半径を意味する２ｄｒｍｓで規定してもよい。上記
７）の３次元誤差も上記完全性情報としての誤差値の２
σで規定するかまたは３σで規定してもよい。これらの
ＳＢＡＳから得られる情報は、ＧＰＳ出力メッセージ３
に含まれるＧＰＳ測位解にＳＢＡＳによる補正が適用さ
れているか否かを知ることを可能とすると共に、ＳＢＡ
Ｓの適用における高精度のＧＰＳ測位解に含まれる誤差
の程度を正確に見積もることを可能とするものである。

【００２８】カーナビゲーション装置は、以上で説明し
たＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバ１０を搭載することで、
自車位置の決定する際にＧＰＳによる測位解の結果のみ
でなく上記のＳＢＡＳから得られる情報を利用すること
が可能となる。図２は、ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバ１
０を搭載したカーナビゲーション装置の構成を表わして
いる。

【００２９】図２において、ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１は、デ
ッドレコニング、マップマッチング及びＧＰＳ測位解に
基づいて自車位置の決定をし、また、現在位置から目的
地までの経路計算等のカーナビゲーション装置として必
要な全ての処理を行う為のＣＰＵである。スピードパル
ス１３は、自動車の走行速度に比例して周波数が変化す
るパルス信号であり、ほとんどの自動車から取り出すこ
とのできるものである。ジャイロ１２は、自動車の旋回
方向の角速度に応じた直流電圧を出力する。デジタル地
図１１は、道路を主体とした地図をデジタルデータ化し
たもので、通常ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の媒体
としてパッケージングされている。

【００３０】ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１は、ＳＢＡＳ対応ＧＰ
Ｓレシーバ１０と接続されており、ＧＰＳ測位解と共に
上述のＳＢＡＳから得られる情報を取得する。また、Ｎ
ＡＶＩ＿ＣＰＵ１に入力される、ジャイロ１２及びスピ
ードパルス１３の各センサ入力は、デッドレコニング
（推測航法）を行う為に使用される。なお、デッドレコ
ニングの為のセンサとして、地磁気センサその他のセン
サを利用する技術も知られており、カーナビゲーション
装置２０をそのようなセンサを使用する構成としても良
い。デジタル地図１１に含まれるの情報は、図示しない
表示デバイスに地図を表示する為に用いられると共にマ
ップマッチングを行う為にも用いられる。

【００３１】ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ１は、デッドレコニング
用のセンサから得られた位置と、ＧＰＳ測位解のどちら
の位置情報が信頼性が高いのかを判断する場面に於い
て、ＧＰＳ測位解の推定誤差値として上述したＳＢＡＳ
から得られる情報のうち例えば上記６）の水平面内誤差
を使用し、デッドレコニング用のセンサ出力が含む誤差
の推定値については各センサ固有に方法で求め、それぞ
れの誤差推定値を比較値として使用し、誤差推定値の小
さい方の位置情報を自車位置として採用することが可能
である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバによればＳＢＡＳによる擬
似距離補正値を取得して、高精度のＧＰＳ測位解を出力
すると共にＳＢＡＳから得られる情報を出力することが
可能となる。また、請求項２に記載のカーナビゲーショ
ン装置によれば、ＤＡＲＣ方式ＦＭ多重受信機備えるこ
となく、高精度のＧＰＳ測位解を取得し、その測位解に
基づいて自車位置を決定することが可能である。更に、
請求項３に記載のカーナビゲーション装置によれば、Ｓ
ＢＡＳから得られる情報を有効に利用したナビゲーショ
ン・アルゴリズムを構築して実行することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバの内
部ブロック図である。

【図２】ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバを搭載したカーナ
ビゲーション装置のブロック図である。

【符号の説明】

１ＮＡＶＩ＿ＣＰＵ５ＧＰＳアンテナ１０ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバ１１デジタル地図１２ジャイロ１３スピードパルス２０カーナビゲーション装置２１ＲＦ部２２デジタル相関処理部２３測位演算部５１ＳＢＡＳチャネル・デジタル相関処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＲＦ処理手段と、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号の相関処理
を行うＧＰＳ相関処理手段と、ＳＢＡＳ（Satellite Based Augmentation System）信
号の相関処理を行うＳＢＡＳ相関処理手段と、前記ＧＰＳ相関処理手段及び前記ＳＢＡＳ相関処理手段
から夫々データを取得しこれらのデータに基づいて測位
演算を行う演算手段と、を備えることを特徴とするＳＢ
ＡＳ対応ＧＰＳレシーバ。
【請求項２】請求項１に記載のＳＢＡＳ対応ＧＰＳ
レシーバを備え、該ＳＢＡＳ対応ＧＰＳレシーバによる
ＧＰＳ測位解に基づいて自車位置の決定を行うこと、を
特徴とするカーナビゲーション装置。
【請求項３】ＳＢＡＳから得られる情報を用いて自車位
置の決定を行うこと、を特徴とする請求項２に記載のカ
ーナビゲーション装置。