JP2002031676A

JP2002031676A - Ｇｐｓ受信装置及びその支援装置

Info

Publication number: JP2002031676A
Application number: JP2000214726A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hasegawa; 信一長谷川
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】携帯性を阻害せずにＧＰＳ受信装置の測位精
度の向上を図る。【解決手段】衛星からの電波を受信して自位置を特定
する特定手段と、前記特定手段で用いられた衛星の識別
番号及び自身の識別番号を添えて所定の支援装置に誤差
情報の転送を要求する要求手段と、該要求に応答して支
援装置から転送された誤差情報を用いて前記自位置を補
正する補正手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の衛星からの
電波を受信して各衛星の位置を特定し、その位置情報な
どに基づいて、地球上における位置の測定（測位）を行
うＧＰＳ受信装置及びその支援装置に関し、特に、携帯
型ＧＰＳ受信装置の測位精度向上技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ＧＰＳ（Global Positioning Sys
tem）衛星（本明細書では単に衛星と言う）を利用した
全地球的かつ高精度な測位システムが広く用いられてい
る。これは、高度約２万Ｋｍ、傾斜角５５度の六つの軌
道を約１１時間５８分で周回する、各軌道あたり４個
（計２４個）の衛星のうち、３個以上の衛星の電波を受
信することによって、地球上のあらゆる場所の位置を特
定するというものであり、その測位原理は、次のとおり
である。

【０００３】いま、三つの衛星Ａ、Ｂ、Ｃの位置を既知
とし、衛星Ａから測位点までの距離をａとすると、測位
点の位置は、衛星Ａを中心とした半径ａの球体表面のど
こかになるが、同時にもう１個の衛星Ｂからの距離をｂ
とすれば、測位点の位置は半径ａの球体と半径ｂの球体
が重なり合う円周上のどこかになり、さらに、もう１個
の衛星Ｃからの距離をｃとすれば、測位点の位置は、半
径ａ、半径ｂ、半径ｃの三つの球体表面の交点で求める
ことができる。実際の測位にあっては、さらに別の衛星
からの信号を受信し、時間のずれの補正に用いる。な
お、衛星の位置は、地球に固定した直交座標系（ＷＧＳ
−４８測地系：world geodetic system 1984）の位置で
表され、衛星から送信される軌道情報の計算パラメータ
（長半径、離心率、平均近似点離角、軌道傾斜角、昇交
点経度及び近地点引数のいわゆる軌道の６要素）を用い
て、計算上で求めることができる。

【０００４】衛星の身近な応用例は、車両用のナビゲー
ションシステムである。このシステムは、衛星からの電
波を受信して走行位置を特定し、その位置座標をＣＤ−
ＲＯＭなどに収められた地図に基づいて（例えばマップ
マッチングなどの手法によって）適宜に修正するととも
に、同地図と位置座標とをディスプレイ上にオーバーラ
ップ表示するというものであり、運転者や同乗者に対し
て視覚的な走行位置案内を行うというものである。

【０００５】また、ＧＰＳ受信装置を小型化して携行で
きるようにしたもの（以下、携帯型ＧＰＳ受信装置と言
う）も用いられている。この装置は、車両用のナビゲー
ションシステムから自立航法機能やＣＤ−ＲＯＭドライ
ブなどを取り除いたものと言うことができ、コンパクト
なボディにアンテナやバッテリー並びにＧＰＳ位置測位
機能を収め、小さな液晶ディスプレイ上に緯度や経度の
情報（座標情報）を文字で表示できるようにしたもの
で、地理不案内な場所を移動する歩行者、例えば、登山
者やハイカーなどに利用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、携帯型に限
らず一般的なＧＰＳ受信装置の測位精度は、民間開放の
標準測位サービス（ＳＰＳ：standard positioning ser
vice）を利用しているため、米軍専用の精密測位サービ
ス（ＰＰＳ：precise positioning service）に比べて
精度が劣るうえ、しかも、ＳＰＳには、主に軍事目的の
ための意図的な精度低下機能（ＳＡ：selective availa
bility）が備えられており、これは実際に使用されてい
るため、例えば、ＳＰがＯＮの状態では、ＰＰＳの約２
０ｍ（９５％）に対してＳＰＳでは約１００ｍ（９５
％）の精度しか得られないという欠点がある。

【０００７】これは、２ＤＲＭＳ値（いわゆる２シグ
マ）で半径約１００ｍの円内に９５％の確率で入るとい
う精度であり、海や砂漠のような広い場所では妥協でき
るものの、道が複雑に入り組んだ市街地や山岳地帯など
においては不十分----場所によっては半径１００ｍの円
内に何本かの道が入ることがあり、自分のいる道を特定
できない----な精度であることから、最近は、ディファ
レンシャル方式のＧＰＳシステムを導入してＳＰＳの誤
差を低減できるものが採用され始めている。しかしなが
ら、この装置は、高価であるうえ、寸法や重量も大き
く、電源消費も多くなることから、携帯用のＧＰＳ受信
装置としては不利なことが多いという問題点がある。

【０００８】そこで本発明は、携帯性を阻害せずにＧＰ
Ｓ受信装置の測位精度の向上を図ることを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
衛星からの電波を受信して自位置を特定する特定手段
と、前記特定手段で用いられた衛星の識別番号及び自身
の識別番号を添えて所定の支援装置に誤差情報の転送を
要求する要求手段と、該要求に応答して支援装置から転
送された誤差情報を用いて前記自位置を補正する補正手
段と、を備えたことを特徴とする。請求項２記載の発明
は、衛星からの電波を受信して自位置を特定する特定手
段と、既知の基準位置情報と前記特定された自位置との
誤差情報を生成する生成手段と、ＧＰＳ受信機からの転
送要求に添えられた衛星の識別番号に基づいて前記誤差
情報の中から当該衛星に関する誤差情報を取り出して転
送要求元のＧＰＳ受信装置宛てに転送する転送手段と、
を備えたことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、携
帯型のＧＰＳ受信装置及びその支援装置に適用した一実
施例として図面を参照しながら説明する。ここでは、典
型的な例として、レクレーションビークルでキャンプ場
などに行ったとき、車載のカーナビゲーション装置を親
機とし、携帯型ＧＰＳ受信機を家族の各人が持つ場合を
説明する。

【００１１】図１において、１は最低３個の衛星（図で
は便宜的に1個の衛星を示す）であり、この衛星１から
の電波を受信できる任意のいくつかの地点に、少なくと
も1台のマスター局（親機とも言う）Ｍと、ｎ台（ｎ＞
１）のスレーブ局（子機とも言う）Ｓ₁〜Ｓ_nがそれぞれ
配置されている。ｎ台の子機Ｓ_i（ｉ＝１，２，・・・，
ｎ；以下同様）はそれぞれ「携帯型ＧＰＳ受信装置」と
して機能し、１台の親機Ｍは「携帯型ＧＰＳ受信装置の
支援装置」として機能するものである。

【００１２】親機Ｍと子機Ｓ_iは、図１からも明らかな
ように、それぞれ単独に衛星からの電波を受信できるよ
うになっているとともに、少なくとも、親機Ｍと子機Ｓ
_iの間で相互の通信が可能になっている。すなわち、親
機Ｍは、衛星１からの電波２を受信できるとともに、子
機Ｓ_iからの電波３も受信でき、且つ、子機Ｓ_iに電波４
を送信できる機能を有しており、また、子機Ｓ_iは、衛
星１からの電波５を受信できるとともに、親機Ｍからの
電波４も受信でき、且つ、親機Ｍに電波３を送信できる
機能を有している。

【００１３】詳細には、親機Ｍは、衛星１からの電波２
を受信して自位置を特定する機能を備えるほか、既知の
基準位置（親機Ｍの設置位置）と自位置との誤差情報を
生成する機能と、子機Ｓ_iからの誤差情報要求を受信す
る機能と、誤差情報要求に応答してその誤差情報を送信
する機能とを備えており、また、子機Ｓ_iは、親機Ｍと
同様に衛星１からの電波５を受信して自位置を特定する
機能を備えるほか、親機Ｍに対して誤差情報要求を送信
する機能と、要求に応答して親機Ｍから送信された誤差
情報を受信する機能と、受信した誤差情報を用いて自位
置を補正する機能とを備えている。

【００１４】なお、親機Ｍ及び子機Ｓ_iのＡｓは衛星電
波用の受信アンテナ、Ａｄは親子間通信用の送受信アン
テナであるが、可能であれば、これらを一つの共用アン
テナにまとめるべきである。特に子機Ｓ_iに共用アンテ
ナを用いれば小型化に貢献するから好ましい。

【００１５】＜親機の構成＞図２は、親機Ｍのブロック
図である。図において、親機Ｍは、二つのアンテナＡ
ｓ、Ａｄ、ＧＰＳ受信機１０、データリンク装置１１、
スイッチ入力部１２、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５、ディス
プレイ装置１６、音声出力装置１７、基準位置発生部１
８及び制御部１９などで構成されている。各部を説明す
ると、アンテナＡｓは、衛星からの電波（図１の符号２
参照）を受信するためのものであり、アンテナＡｄは、
子機Ｓ_iからの電波（図1の符号３参照）を受信するとと
もに、子機Ｓ_iに対して電波（図1の符号４参照）を送信
できるものである。

【００１６】なお、衛星からの電波は、米国国防総省に
よって周波数１５７５．４２ＭＨｚ、波長約１９ｃｍ、
スペクトラム拡散変調のＬ１電波と規定されているため
に選択の余地はないが、親子間通信用の電波については
（電波法の規定内で）最適なものを選定できる。すなわ
ち、移動体無線に割り当てられた周波数の中から転送デ
ータ量や通信距離及びアンテナ規模（衛星通信用アンテ
ナとの共用化の可能性）などを考慮して適切なものを選
択すれば良いから、本明細書では、特に親子間通信用の
電波の質（周波数や変調方式等）について言及しない。

【００１７】ＧＰＳ受信機１０は、主として次の四つの
タスクを実行するものである。すなわち、記憶されてい
るアマルナック情報（すべての衛星に関するおおよその
軌道情報）に基づいて捕捉すべき衛星（３個以上）を決
定する第１のタスクと、捕捉された３個以上の衛星から
のＬ１電波を受信して各衛星の位置と各衛星までの疑似
距離（Pseudo Range）を計算する第２のタスクと、Ｌ１
電波に含まれる衛星メッセージ（又は航法メッセージ）
を読み取って上記アマルナック情報を更新する第３のタ
スクと、各衛星までの疑似距離を用いて自位置（受信点
とも言う）の座標（緯度・経度又は緯度・経度・高度）
を特定する第４のタスクとを実行する。なお、これらタ
スクの一部（特に第４のタスク）を、制御部１９でソフ
ト的に行うことも可能である（その方が現実的かもしれ
ない）が、説明の便宜上、本明細書では上記説明のとお
り、ＧＰＳ受信機１０において四つのタスクを実行する
ものとする。

【００１８】データリンク装置１１は、子機Ｓ_iとの間
の情報伝達を制御するもので、親機Ｍから子機Ｓ_iへの
情報リンクを「下り」、その逆を「上り」と称すれば、
上りリンクの情報中に含まれる子機アドレス（各子機の
固有識別番号）を解読して呼び出し元の子機Ｓ_iを特定
するとともに、同情報中に含まれる衛星番号（ＳＶＮ又
はＰＲＮコード）の誤差情報を制御部１９から取得して
呼び出し元の子機Ｓ_iに下りリンクを介して転送すると
いうものである。なお、この情報転送は、子機Ｓ_iから
の呼び出しイベントに応答して行われる「イベント起動
型の転送モード」であるが、定期的若しくは所定の条件
を満たした場合に親機Ｍから自発的にそれぞれの子機又
は特定の子機に対して所要の情報を転送する「自発転送
モード」を備えていても構わない。また、情報伝達の形
式やプロトコルも特に限定しないが、複数の子機Ｓ_iと
の間の効率的な情報伝達を考慮すれば、例えば、一定量
の情報に、発信者の識別情報（親機Ｍの個有識別番号）
や宛先の識別情報（子機Ｓ _iの個有識別番号）並びに誤
り検出コードなどを付加して時間多重又は周波数多重で
伝送するパケット通信のような伝送方式の利用は好まし
い。

【００１９】スイッチ入力部１２は、親機Ｍのボディや
リモコンに設けられた各種スイッチ類を含む部分であ
り、これらのスイッチ類は、親機Ｍの測位操作（衛星情
報の表示、経路の設定、地図の縮尺切り換えなど）を行
うほか、子機Ｓ_iの登録や基準位置の登録などを行うた
めのものである。

【００２０】ＲＯＭ１４は、親機Ｍの動作に必要なＯＳ
（オペレーティングシステム）や各種ＡＰ（アプリケー
ションプログラム）及びデータを半永久的に保持するも
のであり、ＲＡＭ１５は、上記ＯＳやＡＰの実行に必要
な記憶空間を提供するとともにテンポラリなデータの一
時記憶空間を提供するものである。

【００２１】ディスプレイ装置１６は、薄型・軽量かつ
低電力の平面表示装置（典型的には液晶ディスプレイ）
であり、自位置や子機Ｓ_iの位置を地図上にオーバーラ
ップ表示するほか、子機Ｓ_iの登録や基準位置の登録な
どの様々な管理画面を表示するものである。なお、表示
画面上に、いわゆるタッチパネルを装着し、このタッチ
パネル上の任意位置をペンや指で触れたときにその座標
情報を発生するようにすれば、上記スイッチ入力部１２
の機能を補強し又は補完できるから好ましい。音声出力
装置１７は、特に必須ではないが、親機Ｍの操作中に警
告音や案内音声を発したり、あるいは、子機Ｓ_iからの
呼び出しを知らせる報知音を発したりするための補助装
置であり、また、基準位置発生部１８は、スイッチ入力
部１２から登録された基準位置の情報を発生するもので
ある。

【００２２】最後に、制御部１９は、親機Ｍの動作を集
中制御するもので、一般的にマイクロコンピュータによ
って構成されており、スイッチ入力部１２の操作イベン
ト（及びタッチパネルを有する場合はタッチイベント）
又は子機Ｓ_iからの呼び出しイベントに応答してＲＯＭ
１４に格納されたプログラムを選択的に実行し、自位置
の表示、子機Ｓ_iの最新位置の表示、子機Ｓ_iの登録、基
準位置の登録などの処理をソフト的に行うとともに、自
位置と基準位置との誤差情報を生成する処理をソフト的
に行うものである。なお、これらの処理をハード的に行
っても構わないが、新機能の追加や改良などの容易性を
考慮すると、ソフト的に行うのが現実的である。

【００２３】＜子機の構成＞図３は、子機Ｓ_iのブロッ
ク図である。図において、子機Ｓ_iは、基準位置発生部
を具備しない点を除けば、親機Ｍと類似の構成を有して
いる。すなわち、二つのアンテナＡｓ、Ａｄ、ＧＰＳ受
信機２０、データリンク装置２１、スイッチ入力部２
２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、ディスプレイ装置２５、
音声出力装置２６及び制御部２７などを備えて構成され
ている。

【００２４】各部の機能は、基本的に親機Ｍのものと同
等であり、相違点は、専ら制御部２７における処理の内
容（すなわち、ＲＯＭ２３に格納されているプログラム
及びデータ）にある。制御部２７は、ＲＯＭ２３に格納
されているプログラムやデータに従って子機Ｓ_iの動作
を集中制御するものである。すなわち、スイッチ入力部
２２の操作イベント（及びタッチパネルを有する場合は
タッチイベント）や定期的若しくは適宜のタイミングで
実行される自位置更新イベントに応答してＲＯＭ２３に
格納されたプログラムを選択的に実行し、親機Ｍの登録
や自位置の表示に必要な処理を行うとともに、自位置の
更新の度に、その自位置の特定に使用した衛星の番号を
添えて親機Ｍに対して誤差情報の要求処理を行い、さら
に、この要求に応答して親機Ｍから転送される誤差情報
を用いて自位置の補正を行うというものである。

【００２５】＜親機における誤差情報の生成＞親機Ｍ
は、まず、各衛星と受信機との間の「疑似距離」を求め
る。この疑似距離は、衛星に搭載している時計の誤差と
受信機に内蔵している時計の誤差を含んでいる。次に、
この疑似距離を各衛星が航法データとして送信している
衛星搭載時計の補正データにより修正し、さらに、受信
機の時計を補正して四つの近似距離が１点で交わる点を
求める。以上の操作により、受信機の時計誤差と受信点
の三次元位置が求められる。今、四つの衛星の三次元位
置（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂），（Ｘ₃，
Ｙ₃，Ｚ₃），（Ｘ₄，Ｙ₄，Ｚ₄）と各衛星が電波を発射
する時刻ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄を既知とし、衛星搭載時計
の誤差が修正済みであるとすると、各衛星と受信機間の
疑似距離は、受信機の時計誤差Δｔ_uによる距離誤差Ｃ
Δｔu（Ｃは電波の伝搬速度）を含むため、四つの近似
距離の交点は１点で交わらず、半径ＣΔｔuの球体内に
ばらつくが、以下の連立方程式を解くことにより、四つ
の未知数、すなわち、受信機の三次元位置（Ｘ_u，Ｙ_u，
Ｚ_u）と受信機の時計誤差Δｔ_uを求めることができる。（Ｘ₁−Ｘ_u）²＋（Ｙ₁−Ｙ_u）²＋（Ｚ₁−Ｚ_u）²＝（ＣΔｔ₁−ＣΔｔ_u）² （Ｘ₂−Ｘ_u）²＋（Ｙ₂−Ｙ_u）²＋（Ｚ₂−Ｚ_u）²＝（ＣΔｔ₂−ＣΔｔ_u）² （Ｘ₃−Ｘ_u）²＋（Ｙ₃−Ｙ_u）²＋（Ｚ₃−Ｚ_u）²＝（ＣΔｔ₃−ＣΔｔ_u）² （Ｘ₄−Ｘ_u）²＋（Ｙ₄−Ｙ_u）²＋（Ｚ₄−Ｚ_u）²＝（ＣΔｔ₄−ＣΔｔ_u）²

【００２６】ところで、このようにして求められた受信
点の三次元位置、すなわち、親機Ｍの位置は、様々な誤
差（衛星軌道誤差、衛星時計誤差、電離層近似誤差、対
流圏遅延誤差など）を含んでおり、冒頭でも述べたよう
に、約１００ｍ（９５％）程度の精度しか得られない。
そこで、親機Ｍにおいては、測位された自位置の情報と
既知の基準位置の情報とを比較して各衛星毎の上記誤差
の値を求め、この値で各衛星までの近似距離を補正する
ことにより、自位置の測位精度向上を図る。さらに、各
衛星毎の誤差値のうち、子機Ｓ_iから要求があったもの
については、その子機Ｓ_iに対して転送するようにして
いる。すなわち、子機Ｓ_iから誤差情報の転送要求があ
ると、その要求情報中の衛星番号に示された衛星の誤差
値を選択し、同要求情報中の子機アドレスに対して転送
するようにしている。

【００２７】＜子機における自位置の補正＞近似距離や
自位置の算出は親機Ｍと同様であるが、誤差値を自分で
求めずに、親機Ｍに要求する点で相違する。すなわち、
子機Ｓ_iは自位置を演算した後、その演算に用いた衛星
の識別番号を添えて、親機Ｍに誤差情報の転送を要求
し、その要求に応答して親機Ｍから転送された誤差情報
を用いて自位置の補正を行うと言うものであり、誤差の
補正機能や親機Ｍとの間のデータリンク機能を備えるだ
けでよいから、親機Ｍと子機Ｓ_iがそれほど離れておら
ず、且つ、親機Ｍにおける誤差情報の取得タイミングと
子機Ｓ_iにおける該誤差情報の利用タイミングとの時間
差が小さければ、携帯性を阻害せずに自位置の精度向上
を図ることができるという効果が得られる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、衛星から
の電波を受信して自位置を特定する特定手段と、前記特
定手段で用いられた衛星の識別番号及び自身の識別番号
を添えて所定の支援装置に誤差情報の転送を要求する要
求手段と、該要求に応答して支援装置から転送された誤
差情報を用いて前記自位置を補正する補正手段と、を備
えたので、近似距離の誤差値を求めるための特別の機能
を持たずに、したがって、装置規模の拡大を招くことな
く携帯性を阻害せずに、自位置の測位性能の向上を図る
ことができる。すなわち、コンパクト・軽量で、バッテ
リー消費量も少なく、長時間の使用が可能で、かつ、安
価に測位性能が向上できる。請求項２記載の発明によれ
ば、衛星からの電波を受信して自位置を特定する特定手
段と、既知の基準位置情報と前記特定された自位置との
誤差情報を生成する生成手段と、ＧＰＳ受信機からの転
送要求に添えられた衛星の識別番号に基づいて前記誤差
情報の中から当該衛星に関する誤差情報を取り出して転
送要求元のＧＰＳ受信装置宛てに転送する転送手段と、
を備えたので、転送要求を出す機能と、その転送要求に
応答して転送される誤差情報を受け取ることのできる機
能とを備えたＧＰＳ受信装置の測位精度向上に貢献する
支援装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の利用状態図である。

【図２】親機のブロック図である。

【図３】子機のブロック図である。

【符号の説明】

Ｍ親機（支援装置）Ｓ_i 子機（ＧＰＳ受信装置）１ＧＰＳ衛星（衛星）１０ＧＰＳ受信機（特定手段）１１データリンク装置（転送手段）１９制御部（生成手段、転送手段）２０ＧＰＳ受信機（特定手段）２１データリンク装置（要求手段）２７制御部（補正手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星からの電波を受信して自位置を特定
する特定手段と、前記特定手段で用いられた衛星の識別
番号及び自身の識別番号を添えて所定の支援装置に誤差
情報の転送を要求する要求手段と、該要求に応答して支
援装置から転送された誤差情報を用いて前記自位置を補
正する補正手段と、を備えたことを特徴とするＧＰＳ受
信装置。
【請求項２】衛星からの電波を受信して自位置を特定
する特定手段と、既知の基準位置情報と前記特定された
自位置との誤差情報を生成する生成手段と、ＧＰＳ受信
機からの転送要求に添えられた衛星の識別番号に基づい
て前記誤差情報の中から当該衛星に関する誤差情報を取
り出して転送要求元のＧＰＳ受信装置宛てに転送する転
送手段と、を備えたことを特徴とするＧＰＳ受信装置の
支援装置。