JP2003270321A - Ｇｐｓ受信機、プログラムおよび情報記憶媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つのＧＰＳ衛星からの信号を用いてより簡
易かつ正確に現在位置を測定することが可能なＧＰＳ受
信機、プログラムおよび情報記憶媒体を提供すること。 【解決手段】 ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信する受
信部２２と、受信部２２に衛星信号を受信させる制御部
２３と、受信された衛星信号に基づき、測位演算を行う
ための衛星データ３１を更新する更新部２６と、衛星デ
ータ３１に基づき、現在位置を求める測位演算部２８と
をＧＰＳ受信機２０に設け、第１の時点において、２つ
のＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信して衛星データ３１
の一部として第１および第２のデータを記憶し、第１の
時点から所定時間経過した第２の時点において、２つの
ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信して衛星データ３１の
一部として第３および第４のデータを記憶し、第１から
第４までのデータに基づき、現在位置を求める。

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衛星からの
信号に基づいて位置を測定するＧＰＳ受信機、プログラ
ムおよび情報記憶媒体に関する。

【０００２】

【背景技術および発明が解決しようとする課題】従来
は、一般的に３つ以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信し
て測位を行っていた。

【０００３】しかし、ビルの谷間等のように受信状況が
よくない場所においては、３つ以上のＧＰＳ衛星からの
信号を受信できず、測位を行えない場合があった。

【０００４】また、過去に３つ以上のＧＰＳ衛星からの
信号を受信して測位を行った後、２つのＧＰＳ衛星から
の信号に基づいて速度ベクトルを演算し、最後に測定し
た位置と経過時間に基づいて現在位置を予測する手法が
提案されているが、一度は３つ以上のＧＰＳ衛星からの
信号を受信して測位を行うことが必要であり、２つのＧ
ＰＳ衛星からの信号に基づいて現在位置を測定する手法
ではなかった。

【０００５】このような課題を解決するため、特開２０
００−２３５０６７号公報では、２つのＧＰＳ衛星にお
けるドップラ周波数と、２つのＧＰＳ衛星の速度ベクト
ルに基づいて現在位置を概算するＧＰＳ受信機に関する
発明が提案されている。

【０００６】しかし、特開２０００−２３５０６７号公
報に記載された発明では、複雑な演算が必要となる上、
当該公報の明細書の段落番号００２８に記載されている
ように、数ｋｍの誤差を生じる可能性がある。

【０００７】本発明は、上記の課題に鑑みなされたもの
であり、その目的は、２つのＧＰＳ衛星からの信号を用
いてより簡易かつ正確に現在位置を測定することが可能
なＧＰＳ受信機、プログラムおよび情報記憶媒体を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの衛
星信号を受信する受信手段と、当該受信手段によって受
信された衛星信号に基づき、測位演算を行うための衛星
データを更新する更新手段と、衛星データに基づき、現
在位置を求める測位演算手段と、を含み、第１の時点に
おいて、前記受信手段は、２つのＧＰＳ衛星からの衛星
信号を受信し、前記更新手段は、当該２種類の衛星信号
に基づき、前記衛星データの一部として第１および第２
のデータを記憶し、第１の時点から所定時間経過した第
２の時点において、前記受信手段は、２つのＧＰＳ衛星
からの衛星信号を受信し、前記更新手段は、当該２種類
の衛星信号に基づき、前記衛星データの一部として第３
および第４のデータを記憶し、前記測位演算手段は、少
なくとも第１から第４までのデータに基づき、現在位置
を求めることを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係るプログラムは、ＧＰＳ
衛星からの衛星信号を受信する受信手段を有するコンピ
ュータにより読み取り可能なプログラムであって、コン
ピュータを、前記受信手段に衛星信号を受信させる制御
手段と、当該受信手段によって受信された衛星信号に基
づき、測位演算を行うための衛星データを更新する更新
手段と、衛星データに基づき、現在位置を求める測位演
算手段として機能させ、第１の時点において、前記制御
手段は、前記受信手段に２つのＧＰＳ衛星からの衛星信
号を受信させ、前記更新手段は、当該２種類の衛星信号
に基づき、前記衛星データの一部として第１および第２
のデータを記憶し、第１の時点から所定時間経過した第
２の時点において、前記制御手段は、前記受信手段に２
つのＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信させ、前記更新手
段は、当該２種類の衛星信号に基づき、前記衛星データ
の一部として第３および第４のデータを記憶し、前記測
位演算手段は、少なくとも第１から第４までのデータに
基づき、現在位置を求めることを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係る情報記憶媒体は、コン
ピュータにより読み取り可能な情報記憶媒体であって、
コンピュータを上記手段として機能させるためのプログ
ラムを記憶したことを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、２つのＧＰＳ衛星からの
信号を異なる時点で受信することにより、４衛星分のデ
ータ（第１から第４までのデータ）を得ることができ
る。

【００１２】４衛星分のデータを得ることができれば、
一般的なＧＰＳの測位演算を行って現在位置を求めるこ
とができる。

【００１３】したがって、本発明によれば、２つのＧＰ
Ｓ衛星からの信号しか受信できない状況においても、現
在位置を簡易かつ正確に測定することができる。

【００１４】また、前記ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ受信機
の移動速度を計測する移動速度計測手段を含み、前記更
新手段は、当該移動速度計測手段によって計測された移
動速度に基づき、前記所定時間を設定してもよい。

【００１５】また、前記プログラムおよび前記情報記憶
媒体は、コンピュータを、ＧＰＳ受信機の移動速度を計
測する移動速度計測手段として機能させ、前記更新手段
は、当該移動速度計測手段によって計測された移動速度
に基づき、前記所定時間を設定してもよい。

【００１６】これによれば、ＧＰＳ受信機の移動時間に
応じて衛星信号の受信間隔を調整することにより、より
正確に現在位置を特定することができる。

【００１７】例えば、前記更新手段は、移動速度が所定
値以上の場合には所定時間を標準の値よりも小さく設定
し、移動速度が所定値未満の場合には所定時間を標準の
値よりも大きく設定してもよい。

【００１８】また、前記ＧＰＳ受信機、前記プログラム
および前記情報記憶媒体において、前記測位演算手段
は、前記第１および第２のデータに基づく第１の時点に
おけるＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との時計誤差Δｔ１
と、前記第３および第４のデータに基づく第２の時点に
おけるＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との時計誤差Δｔ２と
に基づき、現在位置を求めてもよい。

【００１９】ＧＰＳを用いた測位においては、時計の正
確さが非常に重要である。例えば、ＧＰＳ衛星の時計と
ＧＰＳ受信機の時計の誤差が０．００１秒あれば距離の
誤差は約３００ｋｍとなる。また、時計の誤差が０．０
００００１秒であっても距離の誤差は約３００ｍとな
る。

【００２０】したがって、第１の時点と第２の時点との
差が短時間であっても、それぞれの時計誤差に基づき演
算を行うことにより、より正確に現在位置を求めること
ができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、ＧＰＳ受信機に
適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載さ
れた発明の内容を何ら限定するものではない。また、以
下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記
載された発明の解決手段として必須であるとは限らな
い。

【００２２】（システム全体の説明）図１は、本実施形
態の一例に係るシステム全体の概略図である。

【００２３】本システムは、複数のＧＰＳ衛星９０と、
自動車１０と、自動車１０に搭載され、ＧＰＳアンテナ
２１を用いてＧＰＳ衛星９０からの衛星信号を受信して
自動車１０の現在位置を求めるＧＰＳ受信機２０とを含
んで構成されている。

【００２４】本実施形態では、２つのＧＰＳ衛星９０か
らの衛星信号を異なる時点で受信することにより、自動
車１０の現在位置を求める。

【００２５】なお、本実施形態では、測位方式として単
独測位の手法を用いている。ここで、単独測位の手法に
ついて簡単に説明する。

【００２６】例えば、ＧＰＳ受信機２０の仮定位置から
見たＧＰＳ衛星９０への視線の方向余弦の各座標成分を
（αｉ，βｉ，γｉ）とし、仮定位置とＧＰＳ衛星９０
との距離をρｉ、疑似距離（ＧＰＳ衛星９０からの衛星
信号の伝搬時間×光速）をρｉ’、ＧＰＳ受信機２０と
仮定位置との３次元座標における補正量を（Δｘ，Δ
ｙ，Δｚ）、ＧＰＳ受信機２０と仮定位置との時計誤差
の補正量をΔｔとする。

【００２７】この場合、近似値で線形化して（１）式が
成立する。

【００２８】

【数１】

【００２９】（１）式が示すように、４つの衛星信号が
受信できれば現在位置を特定することができる。具体的
には、（１）式を用いて得られるＧＰＳ受信機２０の仮
定位置を改めて推定値として（１）式を繰り返し計算す
ることにより、ＧＰＳ受信機２０の仮定位置は真のＧＰ
Ｓ受信機２０の現在位置に収束する。

【００３０】本実施形態では、（１）式を変形した
（２）式を用いる。

【００３１】

【数２】

【００３２】ここで、Δｔ１は、時刻ｔ１におけるＧＰ
Ｓ衛星９０とＧＰＳ受信機２０との時計誤差を示し、Δ
ｔ２は、時刻ｔ２におけるＧＰＳ衛星９０とＧＰＳ受信
機２０との時計誤差を示す。

【００３３】本実施の形態では、時刻ｔ１における第１
のＧＰＳ衛星９０からの衛星信号および第２のＧＰＳ衛
星９０からの衛星信号から第１のデータであるα１、β
１およびγ１、第２のデータであるα２、β２およびγ
２並びにΔｔ１を求めることができる。

【００３４】また、本実施の形態では、時刻ｔ２におけ
る第３のＧＰＳ衛星９０からの衛星信号および第４のＧ
ＰＳ衛星９０からの衛星信号から第３のデータであるα
３、β３およびγ３、第４のデータであるα４、β４お
よびγ４並びにΔｔ２を求めることができる。

【００３５】さらに、第５の衛星として既知の地球の中
心位置を用いることにより、α５、β５、γ５を求める
ことができる。

【００３６】以上のことから（１）式と同様に、（２）
式を用いた場合でも、ＧＰＳ受信機２０の現在位置を特
定することができる。

【００３７】なお、時刻ｔ１における第１および第２の
ＧＰＳ衛星９０と、時刻ｔ２における第３および第４の
ＧＰＳ衛星９０は異なっていることが好ましいが、どち
らか一方のＧＰＳ衛星９０が一緒だったり、両方のＧＰ
Ｓ衛星９０が一緒だったりしてもよい。

【００３８】次に、このような機能を実現するためのＧ
ＰＳ受信機２０の機能ブロックについて説明する。

【００３９】図２は、本実施形態の一例に係るＧＰＳ受
信機２０の機能ブロック図である。

【００４０】ＧＰＳ受信機２０は、ＧＰＳアンテナ２１
を用いてＧＰＳ衛星９０からの衛星信号を受信する受信
部２２と、タイマー部２４のタイマー値に基づき、記憶
部２７に記憶された受信間隔データ３０に基づく時間間
隔Ｔごとに衛星信号を受信するように受信部２２を制御
する制御部２３と、受信部２２で受信された衛星信号に
基づいて記憶部２７に記憶された衛星データ３１を更新
する更新部２６と、衛星データ３１に基づいて（２）式
の演算を行って現在位置を特定する測位演算部２８とを
含んで構成されている。

【００４１】なお、制御部２３およびタイマー部２４の
機能を受信部２２に含め、当該受信部２２をＧＰＳ衛星
９０からの衛星信号を受信する受信手段として構成して
もよい。

【００４２】また、ＧＰＳ受信機２０は、自動車１０の
移動速度を計測する移動速度計測部２５を含み、更新部
２６は、移動速度に基づき、受信間隔データ３０を更新
する。より具体的には、更新部２６は、自動車１０の移
動速度が所定値以上の場合には衛星信号の受信間隔を標
準の値よりも小さく設定し、移動速度が所定値未満の場
合には衛星信号の受信間隔を標準の値よりも大きく設定
する。

【００４３】なお、自動車１０が走行している場合に
は、上記受信間隔は１、２秒であることが好ましい。

【００４４】また、これらの各部を実現するためのハー
ドウェアとしては、例えば、受信部２２としてはＧＰＳ
アンテナ２１等、制御部２３、更新部２６および測位演
算部２８としてはＣＰＵ等、移動速度計測部２５として
は車速パルス等、記憶部２７としてはＲＡＭ等、タイマ
ー部２４としてはシステムタイマー等を用いて実現でき
る。

【００４５】また、制御部２３等の機能は、回路等のハ
ードウェアで実現してもよいし、例えば、情報記憶媒体
４０からプログラムを読み取って実現したり、インター
ネットを介してホスト装置等からプログラムを読み取っ
て実現してもよい。

【００４６】なお、情報記憶媒体４０としては、例え
ば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、
ＨＤＤ等を適用でき、そのプログラムの読み取り方式は
接触方式であっても、非接触方式であってもよい。

【００４７】次に、ＧＰＳ受信機２０を用いて現在位置
を特定する場合の処理の流れについて説明する。

【００４８】図３は、本実施形態の一例に係るＧＰＳ受
信機２０を用いた処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【００４９】受信部２２は、所定のタイミングで複数の
ＧＰＳ衛星９０からの衛星信号を受信する。

【００５０】受信部２２からの衛星信号に基づき、更新
部２６は、受信部２２が同時に２つ以上のＧＰＳ衛星９
０からの衛星信号を受信したかどうかを判定し（ステッ
プＳ１）、２衛星以上の衛星信号を受信していない場合
には、２衛星以上の衛星信号を受信するまで待つ。

【００５１】そして、２衛星以上の衛星信号を受信した
場合、更新部２６は、受信部２２が同時に３つ以上のＧ
ＰＳ衛星９０からの衛星信号を受信したかどうかを判定
する（ステップＳ２）。

【００５２】同時に３つ以上のＧＰＳ衛星９０からの衛
星信号を受信した場合、測位演算部２８は、上述した
（１）式で示す通常の測位演算を行って自動車１０の現
在位置を特定する（ステップＳ３）。

【００５３】また、３衛星以上の衛星信号を受信してい
ない場合、すなわち、同時に２つのＧＰＳ衛星９０から
の衛星信号のみ受信した場合、更新部２６は、２回目か
どうかを判定する（ステップＳ４）。

【００５４】同時に２つのＧＰＳ衛星９０からの衛星信
号のみ受信した初回の場合、移動速度計測部２５は自動
車１０の移動速度を計測する（ステップＳ５）。

【００５５】また、この場合、更新部２６は、移動速度
計測部２５からの自動車１０の移動速度を示す情報に基
づき、受信間隔データ３０を設定する（ステップＳ
６）。

【００５６】さらに、この場合、更新部２６は、受信部
２２からの２種類の衛星信号に基づき、上述した第１お
よび第２のデータを衛星データ３１の一部として記憶す
る（ステップＳ７）。

【００５７】制御部２３は、受信間隔データ３０と、タ
イマー部２４のタイマー値に基づき、同時に２つのＧＰ
Ｓ衛星９０からの衛星信号を受信した初回の計測から所
定時間（設定された受信間隔）経過した時点で受信部２
２に再び衛星信号の受信を行わせるように受信部２２を
制御する。

【００５８】そして、同時に２つのＧＰＳ衛星９０から
の衛星信号のみ受信した２回目の場合、更新部２６は、
受信部２２からの２種類の衛星信号に基づき、上述した
第３および第４のデータを衛星データ３１の一部として
記憶する（ステップＳ８）。

【００５９】測位演算部２８は、第１から第４までのデ
ータおよび地球の中心を基準位置としてあらかじめ衛星
データ３１として記憶されたデータに基づき、上述した
（２）式の測位演算を行って自動車１０の現在位置を特
定する（ステップＳ９）。

【００６０】このようにして求めた自動車１０の現在位
置は画像表示や音声出力によってユーザーに伝達され
る。

【００６１】以上のように、本実施の形態によれば、同
時に２つのＧＰＳ衛星９０からしか衛星信号を得られな
い場合であっても、あらかじめ３つ以上のＧＰＳ衛星９
０からの衛星信号を用いて基準位置を求めることなく、
現在位置を特定することができる。

【００６２】特に、本実施の形態によれば、一般的なＧ
ＰＳ測位演算の手法に沿った手法を用いているため、通
常のＧＰＳの誤差と同程度の誤差で現在位置を特定する
ことができる。

【００６３】具体的には、本発明者による実験によれ
ば、ｔ１時点における２つのＧＰＳ衛星９０と、ｔ２時
点における２つのＧＰＳ衛星９０のうち１つが重複して
いる場合であっても、誤差は数十〜数百ｍであり、数ｋ
ｍといった大きな誤差は生じない。また、ｔ１時点にお
ける２つのＧＰＳ衛星９０と、ｔ２時点における２つの
ＧＰＳ衛星９０の４つがそれぞれ異なる場合の誤差は数
十〜１００ｍ以内であり、さらに高精度となる。

【００６４】また、移動速度計測部２５による自動車１
０の移動速度に応じて受信間隔を設定することにより、
異なる時点で計測する場合であっても現在位置を正確に
特定することができる。

【００６５】さらに、本実施の形態では、（２）式に示
すように、測位演算部２８が第１の時点におけるＧＰＳ
受信機２０とＧＰＳ衛星９０との時計誤差Δｔ１と、第
２の時点における時計誤差Δｔ２とに基づき、現在位置
を求めている。

【００６６】ＧＰＳを用いた測位においては、時計の正
確さが非常に重要である。例えば、ＧＰＳ衛星の時計と
ＧＰＳ受信機の時計の誤差が０．００１秒あれば距離の
誤差は約３００ｋｍとなる。また、時計の誤差が０．０
００００１秒であっても距離の誤差は約３００ｍとな
る。

【００６７】したがって、第１の時点と第２の時点との
差が短時間であっても、本実施の形態によれば、それぞ
れの時計誤差に基づき演算を行うことにより、より正確
に現在位置を求めることができる。

【００６８】（変形例）以上、本発明を適用したＧＰＳ
受信機２０について説明してきたが、本発明の適用は、
上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能であ
る。

【００６９】例えば、上述した実施例では、時刻ｔ１、
ｔ２という異なる２時点で衛星信号を受信したが、時刻
ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３を加えて異なる３時
点で衛星信号を受信してもよい。

【００７０】この場合の式（２）は、以下の式（３）の
ようになる。

【００７１】

【数３】

【００７２】なお、ここで、時刻ｔ３における第５のＧ
ＰＳ衛星９０からの衛星信号および第６のＧＰＳ衛星９
０からの衛星信号から第５のデータであるα５、β５お
よびγ５、第６のデータであるα６、β６およびγ６並
びにΔｔ３を求めることができる。

【００７３】なお、ここで、Δｔ３は、時刻ｔ３におけ
るＧＰＳ受信機２０と仮定位置との時計誤差である。

【００７４】これによれば、既知の位置データ、すなわ
ち、地球の中心位置を示すデータを用いることなく、同
時に２つのＧＰＳ衛星９０を受信できる状況であれば、
現在位置を特定することが可能となる。

【００７５】また、上述した実施例ではＧＰＳ受信機２
０を単体の装置として構成したが、ＧＰＳ受信機２０の
機能を複数の装置に分散して実現してもよい。

【００７６】さらに、ＧＰＳ受信機２０を実装する対象
は、自動車１０に限定されず、ＰＤＡや携帯電話等の携
帯型端末装置等に実装してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の一例に係るシステム全体の概略図
である。

【図２】本実施形態の一例に係るＧＰＳ受信機の機能ブ
ロック図である。

【図３】本実施形態の一例に係るＧＰＳ受信機を用いた
処理の流れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

２０ ＧＰＳ受信機 ２１ ＧＰＳアンテナ ２２ 受信部 ２３ 制御部 ２５ 移動速度計測部 ２６ 更新部 ２８ 測位演算部 ３０ 受信間隔データ ３１ 衛星データ ４０ 情報記憶媒体 ９０ ＧＰＳ衛星

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信する受
   信手段と、 当該受信手段によって受信された衛星信号に基づき、測
   位演算を行うための衛星データを更新する更新手段と、 衛星データに基づき、現在位置を求める測位演算手段
   と、 を含み、 第１の時点において、 前記受信手段は、２つのＧＰＳ衛星からの衛星信号を受
   信し、 前記更新手段は、当該２種類の衛星信号に基づき、前記
   衛星データの一部として第１および第２のデータを記憶
   し、 第１の時点から所定時間経過した第２の時点において、 前記受信手段は、２つのＧＰＳ衛星からの衛星信号を受
   信し、 前記更新手段は、当該２種類の衛星信号に基づき、前記
   衛星データの一部として第３および第４のデータを記憶
   し、 前記測位演算手段は、少なくとも第１から第４までのデ
   ータに基づき、現在位置を求めることを特徴とするＧＰ
   Ｓ受信機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 ＧＰＳ受信機の移動速度を計測する移動速度計測手段を
   含み、 前記更新手段は、当該移動速度計測手段によって計測さ
   れた移動速度に基づき、前記所定時間を設定することを
   特徴とするＧＰＳ受信機。
3. 【請求項３】 ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信する受
   信手段を有するコンピュータにより読み取り可能なプロ
   グラムであって、 コンピュータを、 前記受信手段に衛星信号を受信させる制御手段と、 当該受信手段によって受信された衛星信号に基づき、測
   位演算を行うための衛星データを更新する更新手段と、 衛星データに基づき、現在位置を求める測位演算手段と
   して機能させ、 第１の時点において、 前記制御手段は、前記受信手段に２つのＧＰＳ衛星から
   の衛星信号を受信させ、 前記更新手段は、当該２種類の衛星信号に基づき、前記
   衛星データの一部として第１および第２のデータを記憶
   し、 第１の時点から所定時間経過した第２の時点において、 前記制御手段は、前記受信手段に２つのＧＰＳ衛星から
   の衛星信号を受信させ、 前記更新手段は、当該２種類の衛星信号に基づき、前記
   衛星データの一部として第３および第４のデータを記憶
   し、 前記測位演算手段は、少なくとも第１から第４までのデ
   ータに基づき、現在位置を求めることを特徴とするプロ
   グラム。
4. 【請求項４】 請求項３において、 コンピュータを、ＧＰＳ受信機の移動速度を計測する移
   動速度計測手段として機能させ、 前記更新手段は、当該移動速度計測手段によって計測さ
   れた移動速度に基づき、前記所定時間を設定することを
   特徴とするプログラム。
5. 【請求項５】 コンピュータにより読み取り可能な情報
   記憶媒体であって、 請求項３、４のいずれかのプログラムを記憶したことを
   特徴とする情報記憶媒体。