JP2004309134A - 方位検出装置および方位検出システム - Google Patents
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Abstract
【課題】短時間で移動体の絶対方位角を求められるようにする。
【解決手段】移動体２０１に搭載される方位検出装置２０２は、サーバ２０８に対して衛星方位情報の送信要求を送信し、サーバ２０８は、この要求を受けて方位検出装置２０２の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤと絶対方位角とを含む衛星方位情報を生成し、これを方位検出装置２０２へ送信する。方位検出装置２０２は、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルから移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を求め、この相対方位角と絶対方位角とから移動体２０１の進行方向の絶対方位角を算出する。これにより、方位検出装置２０１では、ＧＰＳ衛星２２１の位置情報や時刻情報を取得することなく、移動体２０１の位置におけるＧＰＳ衛星２２１の絶対方位が得られるために、短時間で移動体２０１の絶対方位角が求められる。
【選択図】 図１
【解決手段】移動体２０１に搭載される方位検出装置２０２は、サーバ２０８に対して衛星方位情報の送信要求を送信し、サーバ２０８は、この要求を受けて方位検出装置２０２の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤと絶対方位角とを含む衛星方位情報を生成し、これを方位検出装置２０２へ送信する。方位検出装置２０２は、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルから移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を求め、この相対方位角と絶対方位角とから移動体２０１の進行方向の絶対方位角を算出する。これにより、方位検出装置２０１では、ＧＰＳ衛星２２１の位置情報や時刻情報を取得することなく、移動体２０１の位置におけるＧＰＳ衛星２２１の絶対方位が得られるために、短時間で移動体２０１の絶対方位角が求められる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方位検出装置および方位検出システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号を受信して方位を検出する方位検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されている方位検出装置によれば、例えば、無指向性アンテナを用いてＧＰＳ信号を受信し、この受信したＧＰＳ信号に基づいて移動体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出する。さらに、指向性アンテナを用いてＧＰＳ信号を受信し、この受信したＧＰＳ信号の強弱に基づいて移動体において特定される方向（例えば、移動体の進行方向等）に対するＧＰＳ衛星の相対方位角を算出する。そして、この特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角と移動体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角とから、移動体の特定方向の絶対方位角を算出する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３１０３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方位検出装置において、移動体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出するためには、ＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ衛星の位置情報及び時刻情報を取得する必要があるが、この位置情報及び時刻情報を取得するためには少なくとも３０秒程度の時間を要する。そのため、移動体の特定方向の絶対方位角を短時間で得ることができない。
【０００５】
また、ＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出する際、移動体の位置を算出する必要があるが、例えば、ビル等によりＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号が遮蔽される場合には、移動体の位置を求める際に必要な数のＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信することができないことがあり、この場合、ＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出することができない。
【０００６】
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたもので、短時間で移動体の特定方向の絶対方位角を求めることができる方位検出装置および方位検出システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の方位検出装置は、物体に搭載され、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信手段と、受信手段の受信するＧＰＳ信号に基づいて物体において特定される特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角を検出する相対方位角検出手段と、物体の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の識別コードとＧＰＳ衛星の絶対方位角とを含む衛星方位情報を外部から受信する通信手段と、相対方位角検出手段によって検出される特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角と通信手段の受信する衛星方位情報とから特定方向の絶対方位角を算出する絶対方位角算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明の方位検出装置は、物体の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の識別コードと絶対方位角を外部から取得するとともに、ＧＰＳ衛星と物体において特定される特定方向（例えば、物体の進行方向等）との相対方位角を検出する。そして、ＧＰＳ衛星の絶対方位角とＧＰＳ衛星と上述の物体の特定方向に対する相対方位角とから、物体の特定方向の絶対方位角を算出する。
【０００９】
これにより、方位検出装置では、物体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出するために、ＧＰＳ信号に含まれる衛星の位置情報や時刻情報を取得することなく、短時間で物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００１０】
また、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角は、例えば、請求項２に記載のように、受信手段は、指向性を有し、この指向する向きが異なる方向（例えば、物体の前方向、後方向、右方向、左方向の４方向等）に配置される複数の指向性アンテナを備え、相対方位角検出手段は、各指向性アンテナの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルに基づいて検出される。
【００１１】
従って、最低でも１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信できれば、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角が検出できる。これにより、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の受信環境が悪い場合であっても、物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００１２】
なお、受信手段は、指向性を有するアンテナを必ずしも複数備える必要はなく、例えば、この指向性アンテナを１つ備え、このアンテナを回転させる回転手段をさらに備えて、この回転手段によって指向性アンテナを回転させながらＧＰＳ信号を受信してもよい。
【００１３】
請求項３に記載の方位検出装置では、相対方位角検出手段は、衛星方位情報に含まれるＧＰＳ衛星の識別コードを用いて受信手段の受信するＧＰＳ信号を復号化する復号化手段と、受信手段の受信したＧＰＳ信号の受信強度レベルを測定する受信強度レベル測定手段とを備え、復号化手段によって復号された場合、受信強度レベル測定手段の測定結果に基づいて相対方位角を検出することを特徴とする。
【００１４】
ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号は、衛星毎に割当てられ暗号化されたＣ／Ａコード（Ｃｏａｒｓｅ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）によりスペクトラム拡散変調されて送信される。そのため、受信したＧＰＳ信号に対して復号化処理を行う必要がある。そこで、この復号化の際に、外部から受信する衛星方位情報の識別コード（衛星ＩＤ）を参照し、この衛星ＩＤに対応するＣ／Ａコードを予め設定することで、復号化処理に要する時間を短縮することができる。また、この復号化されたＧＰＳ信号を受信した際の受信強度レベルの差異に基づいて、相対方位角を求めることができる。
【００１５】
請求項４に記載の方位検出装置によれば、通信手段は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を受信し、相対方位角検出手段は、各指向性アンテナの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルが受信強度レベルの推定値よりも低く、かつ、受信強度レベルと受信強度レベルの推定値との差が所定値以上である場合、各指向性アンテナの受信したＧＰＳ信号を特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角の検出に用いないことを特徴とする。
【００１６】
例えば、建造物等によって反射したＧＰＳ信号（マルチパス）は、ＧＰＳ衛星から直接受信する電波よりも長い経路を通ってくるため受信強度レベルが低下する。この場合、物体の位置からＧＰＳ衛星の位置までの実際の距離に対応した受信強度レベルとならないため、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角を正確に検出することができない。
【００１７】
そこで、物体の位置において受信されるべきＧＰＳ信号の受信強度レベルを外部から取得し、この受信強度レベルよりも実際の受信したＧＰＳ信号の受信強度レベルが小さい場合には、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角の検出に用いないようにする。これにより、正確な相対方位角の検出が可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の方位検出システムは、請求項１〜４のいずれかに記載の方位検出装置と、基地局を介して通信手段と接続するサーバとを備え、基地局は、基地局の通信エリア内に存在する物体の位置を検出する物体位置検出手段を備え、サーバは、ＧＰＳ衛星の軌道情報を記憶する衛星軌道情報記憶手段と、物体位置検出手段の検出する物体の位置と衛星軌道情報記憶手段の記憶する軌道情報とに基づいて物体の位置における衛星方位情報を算出する衛星方位情報算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
このように、基地局において物体の位置を把握し、また外部のサーバによって物体の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の識別コードとＧＰＳ衛星の絶対方位角とを含む衛星方位情報を生成し、この生成した衛星方位情報を物体へ送信することで、物体側では、ＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ衛星の位置情報及び時刻情報を取得することなく、短時間で物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００２０】
請求項６に記載の方位検出システムでは、サーバは、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を遮蔽する可能性のある建造物の位置及び大きさの情報を記憶する遮蔽物情報記憶手段を備え、衛星方位情報算出手段は、遮蔽物情報記憶手段の記憶する遮蔽物情報、物体の位置、及び軌道情報に基づいて物体の位置において建造物によりＧＰＳ信号が遮蔽されることのないＧＰＳ衛星の衛星方位情報を算出することを特徴とする。これにより、物体の位置において実際にＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の衛星方位情報を物体側へ送信することができる。
【００２１】
請求項７に記載の方位検出システムは、請求項１〜４のいずれかに記載の方位検出装置と、基地局を介して通信手段と接続するサーバとを備え、サーバは、基地局の識別ＩＤ及び位置の情報を記憶する基地局位置情報記憶手段と、ＧＰＳ衛星の軌道情報を記憶する衛星軌道情報記憶手段と、基地局位置情報記憶手段の記憶する基地局の位置と衛星軌道情報記憶手段の記憶する軌道情報とに基づいて基地局の位置に対する衛星方位情報を算出する衛星方位情報算出手段とを備え、基地局は、衛星方位情報算出手段の算出した衛星方位情報を基地局の通信エリア内に位置する通信手段に所定時間毎に送信する送信制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
これにより、例えば、ＦＭ多重放送等の単方向通信により、サーバと物体の通信手段との通信を介する基地局の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の衛星方位情報を物体側へ送信することで、物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における方位検出装置及び方位検出システムに関して、図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１に、本実施形態における方位検出システムの概略構成を示す。同図に示すように、本実施形態の方位検出システムは、車両等の移動体２０１に搭載される方位検出装置２０２及びナビゲーション装置２１２、ネットワーク２０６、無線基地局２０７、サーバ２０８、及びＧＰＳ衛星２２１とによって構成される。
【００２５】
ＧＰＳ衛星２２１は、周知のごとく、地球の上空に複数配置されるもので、衛星の軌道情報（エフェメリス・アルマナック）や時刻情報等の航法データを含むＧＰＳ信号を地球に向けて送信している。また、衛星の軌道情報や時刻情報等の航法データは定期的に更新されている。
【００２６】
サーバ２０８は、インターネット等のネットワーク２０６に接続されるもので、衛星軌道情報データベース２０９、遮蔽物情報データベース２１０、及び無線基地局位置情報データベース２１１を備える。
【００２７】
衛星軌道情報データベース２０９は、ＧＰＳ衛星２２１の航法データを記憶しており、定期的に更新される航法データを取得して常に最新の情報を記憶する。遮蔽物情報データベース２１０は、図９に示すように、ＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号を遮蔽する可能性のある建造物の位置（緯度／経度）及び大きさ（高さ・底面半径）の情報を記憶する。無線基地局位置情報データベース２１１は、図１０に示すように、ネットワーク２０６を介して接続される無線基地局２０７の識別ＩＤと無線基地局２０７の設置位置（緯度／経度）の情報を記憶する。
【００２８】
無線基地局２０７は、方位検出装置２０２を構成する無線装置２０５の位置を検出する検出部（図示せず）を有しており、サーバ２０８からの要求に応じて、この検出部の検出した無線装置２０５の位置情報をサーバ２０８へ送信する。
【００２９】
また、無線基地局２０７が無線装置２０５の位置を検出できない構成においては無線基地局２０７の位置情報を無線装置２０５の位置として利用してもよい。すなわち無線基地局２０７はそのエリア内に存在する無線装置２０５のＩＤを検出できるため、サーバ２０８からの要求に応じて、無線装置２０５がどの無線基地局エリア内に存在するかをサーバ２０８へ通知することができる。このとき無線装置２０５の位置情報の代わりとして、無線基地局２０７の識別ＩＤがサーバ２０８へ通知される。一方、サーバ２０８においては受信した識別ＩＤと無線基地局位置情報データベース２１１から、無線基地局２０７の位置情報を算出し、これを無線装置２０５の概算位置として用いる。
【００３０】
また、サーバ２０８は、無線基地局２０７を介して方位検出装置２０２から衛星方位情報の送信要求を受信した場合、無線基地局２０７に対して方位検出装置２０２を構成する無線装置２０５の位置情報の送信要求を送信し、この要求に応じた無線装置２０５の位置情報を受信する。そして、この無線装置２０５の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、このＧＰＳ衛星２２１の無線装置２０５の位置における絶対方位角、及びＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号の受信強度レベルを含む衛星方位情報を生成して無線装置２０５へ送信する。
【００３１】
すなわち、サーバ２０８では、衛星軌道情報データベース２０９の航法データと時刻、無線装置２０５の位置情報を用いて、無線装置２０５の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１を特定し、ＧＰＳ衛星２２１毎に割当てられる衛星ＩＤを把握する。
【００３２】
なお、ＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１を特定する際、上述した遮蔽物情報を用いてＧＰＳ信号が建造物等によって遮蔽されることのないＧＰＳ衛星２２１を特定してもよい。これにより、無線装置２０５の位置において、実際にＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１のみを特定することができる。
【００３３】
また、サーバ２０８では、無線装置２０５の位置における特定したＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角を算出する。この無線装置２０５の位置における特定したＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角の算出方法について、図１１を用いて説明する。
【００３４】
図１１は、無線基地局２０７の地点Ｏで地球面に接するＮＥ平面（Ｎは北、Ｅは東を意味する）を示すものである。地点Ｒは、上空のＧＰＳ衛星２２１の位置をこのＮＥ平面に射影した地点であり、地点Ｐは、移動体２０１の位置を示す。また、方向ＰＳは、移動体２０１において特定される特定方向（例えば、進行方向等）である。
【００３５】
同図において、地点Ｏを原点とする無線基地局２０７において検出される移動体２０１の地点Ｐを（ｅ１、ｎ１）、また、航法データを用いて算出される地点Ｏを原点とするＧＰＳ衛星２２１の地点Ｒを（ｅ２、ｎ２）とする。この２つの地点から、移動体２０１の地点ＰにおけるＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角（ｘ１）は次式により求めることができる。
【００３６】
【数１】絶対方位角（ｘ１）＝ｔａｎ−１｛（ｅ２−ｅ１）／（ｎ２−ｎ１）｝
なお、一般的には、ｅ１＜＜ｅ２、ｎ１＜＜ｎ２であるため、数１の代わりに次式を用いてもよい。
【００３７】
【数２】絶対方位角（ｘ１）＝ｔａｎ−１｛ｅ２／ｎ２｝
さらに、サーバ２０８では、特定したＧＰＳ衛星２２１の航法データと時刻、無線装置２０５の位置情報を用いて、無線装置２０５からＧＰＳ衛星２２１までの距離を算出する。ＧＰＳ信号は空間伝播によって減衰するため、この距離に基づいて、移動体２０１において受信されるべきＧＰＳ信号の受信強度レベルを推定する。このように、サーバ２０８によって算出される衛星方位情報を図８に示す。
【００３８】
図１に示す移動体２０１に搭載される方位検出装置２０２は、ＧＰＳ受信機２０３、アンテナ２０４ａ〜ｄ、無線装置２０５によって構成される。無線装置２０５は、例えば、携帯電話機等の移動体通信装置が用いられ、無線基地局２０７を介してサーバ２０８に接続される。
【００３９】
アンテナ２０４ａ〜ｄは、指向性を有するアンテナが用いられる。これらのアンテナ２０４ａ〜ｄは、図２に示すように、移動体２０１の上部に設けられ、移動体２０１の前方向にアンテナ２０４ａ、後方向にアンテナ２０４ｃ、右方向にアンテナ２０４ｄ、左方向にアンテナ２０４ｂが各々配置される。
【００４０】
アンテナ２０４ａは、領域Ａの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号を受信し、アンテナ２０４ｃは、領域Ｃの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信する。また、アンテナ２０４ｂは、領域Ｂの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信し、アンテナ２０４ｄは、領域Ｄの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信する。
【００４１】
なお、指向性を有するアンテナ２０４ａ〜ｄを必ずしも複数備える必要はなく、例えば、この指向性を有するアンテナを１つ備え、このアンテナを回転させる回転手段をさらに備えて、この回転手段によって指向性アンテナを回転させながら移動体２０１周囲のＧＰＳ信号を受信してもよい。
【００４２】
ＧＰＳ受信機２０３は、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号を取得する。このＧＰＳ信号は、衛星毎に割当てられたＣ／Ａコードにより航法データがスペクトラム拡散変調されて送信される。そのため、ＧＰＳ受信機２０３では、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信したＧＰＳ信号に対して復号化処理を行う。この復号化の際には、無線装置２０５から受信する衛星方位情報の衛星ＩＤを参照し、この衛星ＩＤに対応するＣ／Ａコードを予め設定することで、復号化処理を速やかに行うことができる。
【００４３】
そして、復号化処理の施されたＧＰＳ信号の受信強度レベルをアンテナ２０４ａ〜ｄ毎に測定し、その測定した複数の受信強度レベルを用いて、最大受信強度レベルとなる角度（例えば、移動体２０１の進行方向に対する角度）を推定する。これにより、図１１に示した移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角（ｘ２）が求められる。なお、最も受信強度レベルの高いＧＰＳ信号を受信したアンテナ２０４ａ〜ｄを把握して、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の方向（前／後／左／右）を求めるものであってもよい。
【００４４】
また、ＧＰＳ受信機２０３は、衛星方位情報に含まれる無線装置２０５の位置におけるＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角（ｘ１）と上述した相対方位角（ｘ２）とから、図１１に示す移動体２０１の進行方向の絶対方位角（Ｘ）を算出する。この最終的に算出された移動体２０１の絶対方位角（Ｘ）は、方位検出装置２０２に接続されるナビゲーション装置２１２に送信され、移動体２０１の現在位置を示す地図表示において、移動体２０１の進行方向の表示等に用いられる。
【００４５】
次に、本実施形態における方位検出システムの処理の流れについて、図３に示すタイムシーケンスを用いて説明する。先ず、方位検出装置２０２の電源が投入された後、方位検出装置２０２の無線装置２０５とサーバ２０８との通信リンクを確立する。次に、方位検出装置２０２からサーバ２０８に対して衛星方位情報の送信要求を送信する（１）。この衛星方位情報の送信要求は、無線基地局２０７を介してサーバ２０８に送信される。
【００４６】
サーバ２０８では、衛星方位情報の送信要求を受信すると、無線基地局２０７に対して通信接続中の無線装置２０５の概略位置の送信要求を送信する（２）。無線基地局２０７では、この概略位置の送信要求を受信すると、サーバ２０８と通信接続中の無線装置２０５の概略位置を検出し、検出した位置情報をサーバ２０８へ送信する（３）。
【００４７】
次に、サーバ２０８では、受信した無線装置２０５の概略位置、衛星軌道情報データベース２０９、遮蔽物情報データベース２１０の記憶する各情報を用いて、移動体２０１の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、ＧＰＳ衛星２２１の無線装置２０５の位置における絶対方位角（ｘ１）、及びＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号の受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を生成する。そして、生成した衛星方位情報を方位検出装置２０２へ送信する（４）。
【００４８】
そして、方位検出装置２０２では、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角（ｘ２）を求め、受信した衛星方位情報に含まれる絶対方位角（ｘ１）とから、移動体２０１の進行方向の絶対方位角（Ｘ）を算出する。
【００４９】
続いて、方位検出装置２０２における方位検出処理の流れについて、図５に示すフローチャートを用いて説明する。同図に示すステップＳ１０では、サーバ２０８に対して衛星方位情報の送信要求を送信する。
【００５０】
ステップＳ２０では、サーバ２０８から衛星方位情報を受信する。ステップＳ３０では、ＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号を受信して、受信強度レベルを測定する。
【００５１】
ステップＳ４０では、受信強度レベルから移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を算出し、この算出した相対方位角と衛星方位情報に含まれる移動体２０１の位置に対するＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角とから、移動体の進行方向の絶対方位角を算出する。
【００５２】
次に、サーバ２０８における処理の流れについて、図６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１００では、衛星方位情報の送信要求を受信したか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合には、ステップＳ１１０へ処理を進め、否定判定される場合には、ステップＳ１５０へ処理を移行する。
【００５３】
ステップＳ１１０では、無線装置２０５の概略位置の送信要求を無線基地局２０７へ送信する。ステップＳ１２０では、無線基地局２０７から送信される無線装置２０５の位置情報を受信する。ステップＳ１３０では衛星方位情報を生成し、ステップＳ１４０において、生成した衛星方位情報を方位検出装置２０２へ送信する。
【００５４】
衛星方位情報の送信要求を受信していない場合には、ステップＳ１５０において航法データが更新されたか否かを判定し、更新されている場合には、衛星軌道情報データベース２０９に記憶している航法データを最新の情報に更新する。
【００５５】
このように、本実施形態における方位検出装置及び方位検出システムは、移動体２０１の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤと絶対方位角をサーバ２０８から取得するとともに、この衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星２２１の移動体２０１の進行方向に対する相対方位角をＧＰＳ信号の受信強度レベルを用いて検出する。そして、ＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角とＧＰＳ衛星２２１の移動体２０１の進行方向に対する相対方位角とから、移動体２０１の進行方向の絶対方位角を算出する。
【００５６】
これにより、方位検出装置２０２では、ＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角を算出するために、ＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ衛星２２１の位置情報や時刻情報を取得することなく、短時間で移動体２０１の進行方向の絶対方位角を求めることができる。
【００５７】
また、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角は、複数配置される指向性を有するアンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルに基づいて検出されるため、最低でも１つのＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信できれば、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を検出することができる。そのため、ＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号の受信環境が悪い場合であっても、移動体２０１の進行方向の絶対方位角を求めることができる。
【００５８】
（変形例）
本実施形態において、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルから、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２０１の相対方位角を求める際、衛星方位情報に含まれる受信強度レベルの推定値よりも各アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルが小さいレベルである場合には、受信したＧＰＳ信号を移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角の検出に用いないようにするとよい。
【００５９】
すなわち、例えば、建造物等によって反射したＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星２２１から直接受信する電波よりも長い経路を通ってくるため、また反射時に信号が拡散されるため受信強度レベルが低下する。この場合、移動体２０１の位置からＧＰＳ衛星２２１の位置までの直線距離に対応した受信強度レベルとならないため、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を正確に検出することができない。
【００６０】
従って、移動体２０１の位置において受信されるべきＧＰＳ信号の受信強度レベルの推定値よりも実際の受信したＧＰＳ信号の受信強度レベルが小さい場合には、相対方位角の検出に用いないようにすることで、正確な相対方位角の検出が可能となる。
【００６１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００６２】
第１の実施形態における方位検出システムでは、移動体２０１とサーバ２０８とを接続する通信として、例えばインターネット等の双方向通信の可能な通信形態を想定しているが、本実施形態における方位検出システムでは、ＦＭ多重放送等の単方向通信によって移動体２０１とサーバ２０８とを接続する点で異なる。
【００６３】
この単方向通信による方位検出システムの処理の流れについて、図４に示すタイムチャートを用いて説明する。無線基地局２０７では、サーバ２０８から受信した衛星方向情報を一定間隔（例えば、５秒周期など）毎に、無線基地局２０７の通信エリア内に送信する（１）。
【００６４】
サーバ２０８では、約２時間毎に衛星軌道情報データベース２０９の記憶する航法データを更新し、この更新された航法データ、無線基地局位置情報データベース２１１に記憶される無線基地局２０７の位置、及び遮蔽物情報とに基づいて、無線基地局２０７の位置において受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、絶対方位角、及び受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を生成する。そして、この生成した衛星方位情報を無線基地局２０７へ送信する（２）。
【００６５】
方位検出装置２０２では、電源が投入された後、無線基地局２０７から衛星方位情報を受信する（３）。そして、移動体２０１の前後方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角（ｘ２）を求め、受信した衛星方位情報の絶対方位角（ｘ１）とから、移動体２０１の進行方向の絶対方位角（Ｘ）を算出する。
【００６６】
続いて、サーバ２０８における処理の流れについて、図７に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２００では、航法データが更新されたか否かを判定し、更新されている場合には、ステップＳ２１０において、衛星軌道情報データベース２０９に記憶している航法データを最新の情報に更新する。一方、更新されていない場合には、更新されるまで待機状態となる。
【００６７】
ステップＳ２２０では、無線基地局位置データベース２１１より無線基地局２０７の位置情報を取得する。ステップＳ２３０では、無線基地局２０７の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、絶対方位角、受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を生成する。ステップＳ２４０では、この生成した衛星方位情報を無線基地局２０７へ送信する。
【００６８】
なお、方位検出装置２０２における方位検出処理は、図５に示したステップＳ１０を除いたステップＳ２０〜ステップＳ４０と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
本実施形態のように、ＦＭ多重放送等の単方向通信によって無線基地局２０７から移動体２０１へ定期的に送信する場合であっても、移動体２０１の進行方向の絶対方位角を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方位検出システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】移動体２０１に搭載されるアンテナ２０４ａ〜２０４ｄの配置と各アンテナの受信可能領域Ａ〜Ｄを示す図である。
【図３】第１の実施形態に係わる、方位検出システムの処理の流れを示すタイムシーケンスの図である。
【図４】第２の実施形態に係わる、方位検出システムの処理の流れを示すタイムシーケンスの図である。
【図５】第１の実施形態に係わる、方位検出装置２０２における方位検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係わる、サーバ２０８の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２の実施形態に係わる、サーバ２０８の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態に係わる、衛星方位情報を示す図である。
【図９】第１の実施形態に係わる、遮蔽物情報を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係わる、無線基地局位置情報を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に係わる、無線基地局２０７の地点Ｏで地球面に接するＮＥ平面を示す図である。
【符号の説明】
２０１ 移動体
２０２ 方位検出装置
２０３ ＧＰＳ受信機
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ アンテナ
２０５ 無線装置
２０６ ネットワーク
２０７ 無線基地局
２０８ サーバ
２０９ 衛星軌道情報データベース
２１０ 遮蔽物情報データベース
２１１ 無線基地局位置情報データベース
２１２ ナビゲーション装置
２２１ ＧＰＳ衛星
【発明の属する技術分野】
本発明は、方位検出装置および方位検出システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号を受信して方位を検出する方位検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されている方位検出装置によれば、例えば、無指向性アンテナを用いてＧＰＳ信号を受信し、この受信したＧＰＳ信号に基づいて移動体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出する。さらに、指向性アンテナを用いてＧＰＳ信号を受信し、この受信したＧＰＳ信号の強弱に基づいて移動体において特定される方向（例えば、移動体の進行方向等）に対するＧＰＳ衛星の相対方位角を算出する。そして、この特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角と移動体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角とから、移動体の特定方向の絶対方位角を算出する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３１０３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方位検出装置において、移動体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出するためには、ＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ衛星の位置情報及び時刻情報を取得する必要があるが、この位置情報及び時刻情報を取得するためには少なくとも３０秒程度の時間を要する。そのため、移動体の特定方向の絶対方位角を短時間で得ることができない。
【０００５】
また、ＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出する際、移動体の位置を算出する必要があるが、例えば、ビル等によりＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号が遮蔽される場合には、移動体の位置を求める際に必要な数のＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信することができないことがあり、この場合、ＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出することができない。
【０００６】
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたもので、短時間で移動体の特定方向の絶対方位角を求めることができる方位検出装置および方位検出システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の方位検出装置は、物体に搭載され、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信手段と、受信手段の受信するＧＰＳ信号に基づいて物体において特定される特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角を検出する相対方位角検出手段と、物体の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の識別コードとＧＰＳ衛星の絶対方位角とを含む衛星方位情報を外部から受信する通信手段と、相対方位角検出手段によって検出される特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角と通信手段の受信する衛星方位情報とから特定方向の絶対方位角を算出する絶対方位角算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明の方位検出装置は、物体の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の識別コードと絶対方位角を外部から取得するとともに、ＧＰＳ衛星と物体において特定される特定方向（例えば、物体の進行方向等）との相対方位角を検出する。そして、ＧＰＳ衛星の絶対方位角とＧＰＳ衛星と上述の物体の特定方向に対する相対方位角とから、物体の特定方向の絶対方位角を算出する。
【０００９】
これにより、方位検出装置では、物体からみたＧＰＳ衛星の絶対方位角を算出するために、ＧＰＳ信号に含まれる衛星の位置情報や時刻情報を取得することなく、短時間で物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００１０】
また、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角は、例えば、請求項２に記載のように、受信手段は、指向性を有し、この指向する向きが異なる方向（例えば、物体の前方向、後方向、右方向、左方向の４方向等）に配置される複数の指向性アンテナを備え、相対方位角検出手段は、各指向性アンテナの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルに基づいて検出される。
【００１１】
従って、最低でも１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信できれば、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角が検出できる。これにより、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の受信環境が悪い場合であっても、物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００１２】
なお、受信手段は、指向性を有するアンテナを必ずしも複数備える必要はなく、例えば、この指向性アンテナを１つ備え、このアンテナを回転させる回転手段をさらに備えて、この回転手段によって指向性アンテナを回転させながらＧＰＳ信号を受信してもよい。
【００１３】
請求項３に記載の方位検出装置では、相対方位角検出手段は、衛星方位情報に含まれるＧＰＳ衛星の識別コードを用いて受信手段の受信するＧＰＳ信号を復号化する復号化手段と、受信手段の受信したＧＰＳ信号の受信強度レベルを測定する受信強度レベル測定手段とを備え、復号化手段によって復号された場合、受信強度レベル測定手段の測定結果に基づいて相対方位角を検出することを特徴とする。
【００１４】
ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号は、衛星毎に割当てられ暗号化されたＣ／Ａコード（Ｃｏａｒｓｅ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）によりスペクトラム拡散変調されて送信される。そのため、受信したＧＰＳ信号に対して復号化処理を行う必要がある。そこで、この復号化の際に、外部から受信する衛星方位情報の識別コード（衛星ＩＤ）を参照し、この衛星ＩＤに対応するＣ／Ａコードを予め設定することで、復号化処理に要する時間を短縮することができる。また、この復号化されたＧＰＳ信号を受信した際の受信強度レベルの差異に基づいて、相対方位角を求めることができる。
【００１５】
請求項４に記載の方位検出装置によれば、通信手段は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を受信し、相対方位角検出手段は、各指向性アンテナの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルが受信強度レベルの推定値よりも低く、かつ、受信強度レベルと受信強度レベルの推定値との差が所定値以上である場合、各指向性アンテナの受信したＧＰＳ信号を特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角の検出に用いないことを特徴とする。
【００１６】
例えば、建造物等によって反射したＧＰＳ信号（マルチパス）は、ＧＰＳ衛星から直接受信する電波よりも長い経路を通ってくるため受信強度レベルが低下する。この場合、物体の位置からＧＰＳ衛星の位置までの実際の距離に対応した受信強度レベルとならないため、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角を正確に検出することができない。
【００１７】
そこで、物体の位置において受信されるべきＧＰＳ信号の受信強度レベルを外部から取得し、この受信強度レベルよりも実際の受信したＧＰＳ信号の受信強度レベルが小さい場合には、物体の特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角の検出に用いないようにする。これにより、正確な相対方位角の検出が可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の方位検出システムは、請求項１〜４のいずれかに記載の方位検出装置と、基地局を介して通信手段と接続するサーバとを備え、基地局は、基地局の通信エリア内に存在する物体の位置を検出する物体位置検出手段を備え、サーバは、ＧＰＳ衛星の軌道情報を記憶する衛星軌道情報記憶手段と、物体位置検出手段の検出する物体の位置と衛星軌道情報記憶手段の記憶する軌道情報とに基づいて物体の位置における衛星方位情報を算出する衛星方位情報算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
このように、基地局において物体の位置を把握し、また外部のサーバによって物体の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の識別コードとＧＰＳ衛星の絶対方位角とを含む衛星方位情報を生成し、この生成した衛星方位情報を物体へ送信することで、物体側では、ＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ衛星の位置情報及び時刻情報を取得することなく、短時間で物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００２０】
請求項６に記載の方位検出システムでは、サーバは、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を遮蔽する可能性のある建造物の位置及び大きさの情報を記憶する遮蔽物情報記憶手段を備え、衛星方位情報算出手段は、遮蔽物情報記憶手段の記憶する遮蔽物情報、物体の位置、及び軌道情報に基づいて物体の位置において建造物によりＧＰＳ信号が遮蔽されることのないＧＰＳ衛星の衛星方位情報を算出することを特徴とする。これにより、物体の位置において実際にＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の衛星方位情報を物体側へ送信することができる。
【００２１】
請求項７に記載の方位検出システムは、請求項１〜４のいずれかに記載の方位検出装置と、基地局を介して通信手段と接続するサーバとを備え、サーバは、基地局の識別ＩＤ及び位置の情報を記憶する基地局位置情報記憶手段と、ＧＰＳ衛星の軌道情報を記憶する衛星軌道情報記憶手段と、基地局位置情報記憶手段の記憶する基地局の位置と衛星軌道情報記憶手段の記憶する軌道情報とに基づいて基地局の位置に対する衛星方位情報を算出する衛星方位情報算出手段とを備え、基地局は、衛星方位情報算出手段の算出した衛星方位情報を基地局の通信エリア内に位置する通信手段に所定時間毎に送信する送信制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
これにより、例えば、ＦＭ多重放送等の単方向通信により、サーバと物体の通信手段との通信を介する基地局の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の衛星方位情報を物体側へ送信することで、物体の特定方向の絶対方位角を求めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における方位検出装置及び方位検出システムに関して、図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１に、本実施形態における方位検出システムの概略構成を示す。同図に示すように、本実施形態の方位検出システムは、車両等の移動体２０１に搭載される方位検出装置２０２及びナビゲーション装置２１２、ネットワーク２０６、無線基地局２０７、サーバ２０８、及びＧＰＳ衛星２２１とによって構成される。
【００２５】
ＧＰＳ衛星２２１は、周知のごとく、地球の上空に複数配置されるもので、衛星の軌道情報（エフェメリス・アルマナック）や時刻情報等の航法データを含むＧＰＳ信号を地球に向けて送信している。また、衛星の軌道情報や時刻情報等の航法データは定期的に更新されている。
【００２６】
サーバ２０８は、インターネット等のネットワーク２０６に接続されるもので、衛星軌道情報データベース２０９、遮蔽物情報データベース２１０、及び無線基地局位置情報データベース２１１を備える。
【００２７】
衛星軌道情報データベース２０９は、ＧＰＳ衛星２２１の航法データを記憶しており、定期的に更新される航法データを取得して常に最新の情報を記憶する。遮蔽物情報データベース２１０は、図９に示すように、ＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号を遮蔽する可能性のある建造物の位置（緯度／経度）及び大きさ（高さ・底面半径）の情報を記憶する。無線基地局位置情報データベース２１１は、図１０に示すように、ネットワーク２０６を介して接続される無線基地局２０７の識別ＩＤと無線基地局２０７の設置位置（緯度／経度）の情報を記憶する。
【００２８】
無線基地局２０７は、方位検出装置２０２を構成する無線装置２０５の位置を検出する検出部（図示せず）を有しており、サーバ２０８からの要求に応じて、この検出部の検出した無線装置２０５の位置情報をサーバ２０８へ送信する。
【００２９】
また、無線基地局２０７が無線装置２０５の位置を検出できない構成においては無線基地局２０７の位置情報を無線装置２０５の位置として利用してもよい。すなわち無線基地局２０７はそのエリア内に存在する無線装置２０５のＩＤを検出できるため、サーバ２０８からの要求に応じて、無線装置２０５がどの無線基地局エリア内に存在するかをサーバ２０８へ通知することができる。このとき無線装置２０５の位置情報の代わりとして、無線基地局２０７の識別ＩＤがサーバ２０８へ通知される。一方、サーバ２０８においては受信した識別ＩＤと無線基地局位置情報データベース２１１から、無線基地局２０７の位置情報を算出し、これを無線装置２０５の概算位置として用いる。
【００３０】
また、サーバ２０８は、無線基地局２０７を介して方位検出装置２０２から衛星方位情報の送信要求を受信した場合、無線基地局２０７に対して方位検出装置２０２を構成する無線装置２０５の位置情報の送信要求を送信し、この要求に応じた無線装置２０５の位置情報を受信する。そして、この無線装置２０５の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、このＧＰＳ衛星２２１の無線装置２０５の位置における絶対方位角、及びＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号の受信強度レベルを含む衛星方位情報を生成して無線装置２０５へ送信する。
【００３１】
すなわち、サーバ２０８では、衛星軌道情報データベース２０９の航法データと時刻、無線装置２０５の位置情報を用いて、無線装置２０５の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１を特定し、ＧＰＳ衛星２２１毎に割当てられる衛星ＩＤを把握する。
【００３２】
なお、ＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１を特定する際、上述した遮蔽物情報を用いてＧＰＳ信号が建造物等によって遮蔽されることのないＧＰＳ衛星２２１を特定してもよい。これにより、無線装置２０５の位置において、実際にＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１のみを特定することができる。
【００３３】
また、サーバ２０８では、無線装置２０５の位置における特定したＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角を算出する。この無線装置２０５の位置における特定したＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角の算出方法について、図１１を用いて説明する。
【００３４】
図１１は、無線基地局２０７の地点Ｏで地球面に接するＮＥ平面（Ｎは北、Ｅは東を意味する）を示すものである。地点Ｒは、上空のＧＰＳ衛星２２１の位置をこのＮＥ平面に射影した地点であり、地点Ｐは、移動体２０１の位置を示す。また、方向ＰＳは、移動体２０１において特定される特定方向（例えば、進行方向等）である。
【００３５】
同図において、地点Ｏを原点とする無線基地局２０７において検出される移動体２０１の地点Ｐを（ｅ１、ｎ１）、また、航法データを用いて算出される地点Ｏを原点とするＧＰＳ衛星２２１の地点Ｒを（ｅ２、ｎ２）とする。この２つの地点から、移動体２０１の地点ＰにおけるＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角（ｘ１）は次式により求めることができる。
【００３６】
【数１】絶対方位角（ｘ１）＝ｔａｎ−１｛（ｅ２−ｅ１）／（ｎ２−ｎ１）｝
なお、一般的には、ｅ１＜＜ｅ２、ｎ１＜＜ｎ２であるため、数１の代わりに次式を用いてもよい。
【００３７】
【数２】絶対方位角（ｘ１）＝ｔａｎ−１｛ｅ２／ｎ２｝
さらに、サーバ２０８では、特定したＧＰＳ衛星２２１の航法データと時刻、無線装置２０５の位置情報を用いて、無線装置２０５からＧＰＳ衛星２２１までの距離を算出する。ＧＰＳ信号は空間伝播によって減衰するため、この距離に基づいて、移動体２０１において受信されるべきＧＰＳ信号の受信強度レベルを推定する。このように、サーバ２０８によって算出される衛星方位情報を図８に示す。
【００３８】
図１に示す移動体２０１に搭載される方位検出装置２０２は、ＧＰＳ受信機２０３、アンテナ２０４ａ〜ｄ、無線装置２０５によって構成される。無線装置２０５は、例えば、携帯電話機等の移動体通信装置が用いられ、無線基地局２０７を介してサーバ２０８に接続される。
【００３９】
アンテナ２０４ａ〜ｄは、指向性を有するアンテナが用いられる。これらのアンテナ２０４ａ〜ｄは、図２に示すように、移動体２０１の上部に設けられ、移動体２０１の前方向にアンテナ２０４ａ、後方向にアンテナ２０４ｃ、右方向にアンテナ２０４ｄ、左方向にアンテナ２０４ｂが各々配置される。
【００４０】
アンテナ２０４ａは、領域Ａの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号を受信し、アンテナ２０４ｃは、領域Ｃの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信する。また、アンテナ２０４ｂは、領域Ｂの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信し、アンテナ２０４ｄは、領域Ｄの方向に位置するＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信する。
【００４１】
なお、指向性を有するアンテナ２０４ａ〜ｄを必ずしも複数備える必要はなく、例えば、この指向性を有するアンテナを１つ備え、このアンテナを回転させる回転手段をさらに備えて、この回転手段によって指向性アンテナを回転させながら移動体２０１周囲のＧＰＳ信号を受信してもよい。
【００４２】
ＧＰＳ受信機２０３は、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号を取得する。このＧＰＳ信号は、衛星毎に割当てられたＣ／Ａコードにより航法データがスペクトラム拡散変調されて送信される。そのため、ＧＰＳ受信機２０３では、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信したＧＰＳ信号に対して復号化処理を行う。この復号化の際には、無線装置２０５から受信する衛星方位情報の衛星ＩＤを参照し、この衛星ＩＤに対応するＣ／Ａコードを予め設定することで、復号化処理を速やかに行うことができる。
【００４３】
そして、復号化処理の施されたＧＰＳ信号の受信強度レベルをアンテナ２０４ａ〜ｄ毎に測定し、その測定した複数の受信強度レベルを用いて、最大受信強度レベルとなる角度（例えば、移動体２０１の進行方向に対する角度）を推定する。これにより、図１１に示した移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角（ｘ２）が求められる。なお、最も受信強度レベルの高いＧＰＳ信号を受信したアンテナ２０４ａ〜ｄを把握して、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の方向（前／後／左／右）を求めるものであってもよい。
【００４４】
また、ＧＰＳ受信機２０３は、衛星方位情報に含まれる無線装置２０５の位置におけるＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角（ｘ１）と上述した相対方位角（ｘ２）とから、図１１に示す移動体２０１の進行方向の絶対方位角（Ｘ）を算出する。この最終的に算出された移動体２０１の絶対方位角（Ｘ）は、方位検出装置２０２に接続されるナビゲーション装置２１２に送信され、移動体２０１の現在位置を示す地図表示において、移動体２０１の進行方向の表示等に用いられる。
【００４５】
次に、本実施形態における方位検出システムの処理の流れについて、図３に示すタイムシーケンスを用いて説明する。先ず、方位検出装置２０２の電源が投入された後、方位検出装置２０２の無線装置２０５とサーバ２０８との通信リンクを確立する。次に、方位検出装置２０２からサーバ２０８に対して衛星方位情報の送信要求を送信する（１）。この衛星方位情報の送信要求は、無線基地局２０７を介してサーバ２０８に送信される。
【００４６】
サーバ２０８では、衛星方位情報の送信要求を受信すると、無線基地局２０７に対して通信接続中の無線装置２０５の概略位置の送信要求を送信する（２）。無線基地局２０７では、この概略位置の送信要求を受信すると、サーバ２０８と通信接続中の無線装置２０５の概略位置を検出し、検出した位置情報をサーバ２０８へ送信する（３）。
【００４７】
次に、サーバ２０８では、受信した無線装置２０５の概略位置、衛星軌道情報データベース２０９、遮蔽物情報データベース２１０の記憶する各情報を用いて、移動体２０１の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、ＧＰＳ衛星２２１の無線装置２０５の位置における絶対方位角（ｘ１）、及びＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号の受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を生成する。そして、生成した衛星方位情報を方位検出装置２０２へ送信する（４）。
【００４８】
そして、方位検出装置２０２では、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角（ｘ２）を求め、受信した衛星方位情報に含まれる絶対方位角（ｘ１）とから、移動体２０１の進行方向の絶対方位角（Ｘ）を算出する。
【００４９】
続いて、方位検出装置２０２における方位検出処理の流れについて、図５に示すフローチャートを用いて説明する。同図に示すステップＳ１０では、サーバ２０８に対して衛星方位情報の送信要求を送信する。
【００５０】
ステップＳ２０では、サーバ２０８から衛星方位情報を受信する。ステップＳ３０では、ＧＰＳ衛星２２１から送信されるＧＰＳ信号を受信して、受信強度レベルを測定する。
【００５１】
ステップＳ４０では、受信強度レベルから移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を算出し、この算出した相対方位角と衛星方位情報に含まれる移動体２０１の位置に対するＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角とから、移動体の進行方向の絶対方位角を算出する。
【００５２】
次に、サーバ２０８における処理の流れについて、図６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１００では、衛星方位情報の送信要求を受信したか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合には、ステップＳ１１０へ処理を進め、否定判定される場合には、ステップＳ１５０へ処理を移行する。
【００５３】
ステップＳ１１０では、無線装置２０５の概略位置の送信要求を無線基地局２０７へ送信する。ステップＳ１２０では、無線基地局２０７から送信される無線装置２０５の位置情報を受信する。ステップＳ１３０では衛星方位情報を生成し、ステップＳ１４０において、生成した衛星方位情報を方位検出装置２０２へ送信する。
【００５４】
衛星方位情報の送信要求を受信していない場合には、ステップＳ１５０において航法データが更新されたか否かを判定し、更新されている場合には、衛星軌道情報データベース２０９に記憶している航法データを最新の情報に更新する。
【００５５】
このように、本実施形態における方位検出装置及び方位検出システムは、移動体２０１の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤと絶対方位角をサーバ２０８から取得するとともに、この衛星ＩＤに対応するＧＰＳ衛星２２１の移動体２０１の進行方向に対する相対方位角をＧＰＳ信号の受信強度レベルを用いて検出する。そして、ＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角とＧＰＳ衛星２２１の移動体２０１の進行方向に対する相対方位角とから、移動体２０１の進行方向の絶対方位角を算出する。
【００５６】
これにより、方位検出装置２０２では、ＧＰＳ衛星２２１の絶対方位角を算出するために、ＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ衛星２２１の位置情報や時刻情報を取得することなく、短時間で移動体２０１の進行方向の絶対方位角を求めることができる。
【００５７】
また、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角は、複数配置される指向性を有するアンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルに基づいて検出されるため、最低でも１つのＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号を受信できれば、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を検出することができる。そのため、ＧＰＳ衛星２２１からのＧＰＳ信号の受信環境が悪い場合であっても、移動体２０１の進行方向の絶対方位角を求めることができる。
【００５８】
（変形例）
本実施形態において、アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルから、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２０１の相対方位角を求める際、衛星方位情報に含まれる受信強度レベルの推定値よりも各アンテナ２０４ａ〜ｄの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルが小さいレベルである場合には、受信したＧＰＳ信号を移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角の検出に用いないようにするとよい。
【００５９】
すなわち、例えば、建造物等によって反射したＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星２２１から直接受信する電波よりも長い経路を通ってくるため、また反射時に信号が拡散されるため受信強度レベルが低下する。この場合、移動体２０１の位置からＧＰＳ衛星２２１の位置までの直線距離に対応した受信強度レベルとならないため、移動体２０１の進行方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角を正確に検出することができない。
【００６０】
従って、移動体２０１の位置において受信されるべきＧＰＳ信号の受信強度レベルの推定値よりも実際の受信したＧＰＳ信号の受信強度レベルが小さい場合には、相対方位角の検出に用いないようにすることで、正確な相対方位角の検出が可能となる。
【００６１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００６２】
第１の実施形態における方位検出システムでは、移動体２０１とサーバ２０８とを接続する通信として、例えばインターネット等の双方向通信の可能な通信形態を想定しているが、本実施形態における方位検出システムでは、ＦＭ多重放送等の単方向通信によって移動体２０１とサーバ２０８とを接続する点で異なる。
【００６３】
この単方向通信による方位検出システムの処理の流れについて、図４に示すタイムチャートを用いて説明する。無線基地局２０７では、サーバ２０８から受信した衛星方向情報を一定間隔（例えば、５秒周期など）毎に、無線基地局２０７の通信エリア内に送信する（１）。
【００６４】
サーバ２０８では、約２時間毎に衛星軌道情報データベース２０９の記憶する航法データを更新し、この更新された航法データ、無線基地局位置情報データベース２１１に記憶される無線基地局２０７の位置、及び遮蔽物情報とに基づいて、無線基地局２０７の位置において受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、絶対方位角、及び受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を生成する。そして、この生成した衛星方位情報を無線基地局２０７へ送信する（２）。
【００６５】
方位検出装置２０２では、電源が投入された後、無線基地局２０７から衛星方位情報を受信する（３）。そして、移動体２０１の前後方向に対するＧＰＳ衛星２２１の相対方位角（ｘ２）を求め、受信した衛星方位情報の絶対方位角（ｘ１）とから、移動体２０１の進行方向の絶対方位角（Ｘ）を算出する。
【００６６】
続いて、サーバ２０８における処理の流れについて、図７に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２００では、航法データが更新されたか否かを判定し、更新されている場合には、ステップＳ２１０において、衛星軌道情報データベース２０９に記憶している航法データを最新の情報に更新する。一方、更新されていない場合には、更新されるまで待機状態となる。
【００６７】
ステップＳ２２０では、無線基地局位置データベース２１１より無線基地局２０７の位置情報を取得する。ステップＳ２３０では、無線基地局２０７の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星２２１の衛星ＩＤ、絶対方位角、受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を生成する。ステップＳ２４０では、この生成した衛星方位情報を無線基地局２０７へ送信する。
【００６８】
なお、方位検出装置２０２における方位検出処理は、図５に示したステップＳ１０を除いたステップＳ２０〜ステップＳ４０と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
本実施形態のように、ＦＭ多重放送等の単方向通信によって無線基地局２０７から移動体２０１へ定期的に送信する場合であっても、移動体２０１の進行方向の絶対方位角を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方位検出システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】移動体２０１に搭載されるアンテナ２０４ａ〜２０４ｄの配置と各アンテナの受信可能領域Ａ〜Ｄを示す図である。
【図３】第１の実施形態に係わる、方位検出システムの処理の流れを示すタイムシーケンスの図である。
【図４】第２の実施形態に係わる、方位検出システムの処理の流れを示すタイムシーケンスの図である。
【図５】第１の実施形態に係わる、方位検出装置２０２における方位検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係わる、サーバ２０８の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２の実施形態に係わる、サーバ２０８の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態に係わる、衛星方位情報を示す図である。
【図９】第１の実施形態に係わる、遮蔽物情報を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係わる、無線基地局位置情報を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に係わる、無線基地局２０７の地点Ｏで地球面に接するＮＥ平面を示す図である。
【符号の説明】
２０１ 移動体
２０２ 方位検出装置
２０３ ＧＰＳ受信機
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ アンテナ
２０５ 無線装置
２０６ ネットワーク
２０７ 無線基地局
２０８ サーバ
２０９ 衛星軌道情報データベース
２１０ 遮蔽物情報データベース
２１１ 無線基地局位置情報データベース
２１２ ナビゲーション装置
２２１ ＧＰＳ衛星
Claims (7)
- 物体に搭載され、
ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信手段と、
前記受信手段の受信するＧＰＳ信号に基づいて前記物体において特定される特定方向に対する前記ＧＰＳ衛星の相対方位角を検出する相対方位角検出手段と、
前記物体の位置においてＧＰＳ信号の受信可能なＧＰＳ衛星の識別コードと前記ＧＰＳ衛星の絶対方位角とを含む衛星方位情報を外部から受信する通信手段と、
前記相対方位角検出手段によって検出される前記特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角と前記通信手段の受信する衛星方位情報とから前記特定方向の絶対方位角を算出する絶対方位角算出手段とを備えることを特徴とする方位検出装置。 - 前記受信手段は、指向性を有し、この指向する向きが異なる方向に配置される複数の指向性アンテナを備え、
前記相対方位角検出手段は、前記各指向性アンテナの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルに基づいて前記特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角を検出することを特徴とする請求項１記載の方位検出装置。 - 前記相対方位角検出手段は、
前記衛星方位情報に含まれるＧＰＳ衛星の識別コードを用いて前記受信手段の受信するＧＰＳ信号を復号化する復号化手段と、
前記受信手段の受信したＧＰＳ信号の受信強度レベルを測定する受信強度レベル測定手段とを備え、
前記復号化手段によって復号された場合、前記受信強度レベル測定手段の測定結果に基づいて前記相対方位角を検出することを特徴とする請求項２記載の方位検出装置。 - 前記通信手段は、前記ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の受信強度レベルの推定値を含む衛星方位情報を受信し、
前記相対方位角検出手段は、前記各指向性アンテナの受信するＧＰＳ信号の受信強度レベルが前記受信強度レベルの推定値よりも低く、かつ、前記受信強度レベルと前記受信強度レベルの推定値との差が所定値以上である場合、前記各指向性アンテナの受信したＧＰＳ信号を前記特定方向に対するＧＰＳ衛星の相対方位角の検出に用いないことを特徴とする請求項２又は３記載の方位検出装置。 - 請求項１〜４のいずれかに記載の方位検出装置と、
基地局を介して前記通信手段と接続するサーバとを備え、
前記基地局は、前記基地局の通信エリア内に存在する前記物体の位置を検出する物体位置検出手段を備え、
前記サーバは、前記ＧＰＳ衛星の軌道情報を記憶する衛星軌道情報記憶手段と、
前記物体位置検出手段の検出する物体の位置と前記衛星軌道情報記憶手段の記憶する軌道情報とに基づいて前記物体の位置における前記衛星方位情報を算出する衛星方位情報算出手段とを備えることを特徴とする方位検出システム。 - 前記サーバは、前記ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を遮蔽する可能性のある建造物の位置及び大きさの情報を記憶する遮蔽物情報記憶手段を備え、
前記衛星方位情報算出手段は、前記遮蔽物情報記憶手段の記憶する遮蔽物情報、前記物体の位置、及び前記軌道情報に基づいて前記物体の位置において前記建造物によりＧＰＳ信号が遮蔽されることのないＧＰＳ衛星の前記衛星方位情報を算出することを特徴とする請求項５記載の方位検出システム。 - 請求項１〜４のいずれかに記載の方位検出装置と、
基地局を介して前記通信手段と接続するサーバとを備え、
前記サーバは、前記基地局の識別ＩＤ及び位置の情報を記憶する基地局位置情報記憶手段と、
前記ＧＰＳ衛星の軌道情報を記憶する衛星軌道情報記憶手段と、
前記基地局位置情報記憶手段の記憶する基地局の位置と前記衛星軌道情報記憶手段の記憶する軌道情報とに基づいて前記基地局の位置に対する前記衛星方位情報を算出する衛星方位情報算出手段とを備え、
前記基地局は、前記衛星方位情報算出手段の算出した衛星方位情報を前記基地局の通信エリア内に位置する前記通信手段に所定時間毎に送信する送信制御手段とを備えることを特徴とする方位検出システム。
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| JP2003098460A JP2004309134A (ja) | 2003-04-01 | 2003-04-01 | 方位検出装置および方位検出システム |
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| JP2003098460A Pending JP2004309134A (ja) | 2003-04-01 | 2003-04-01 | 方位検出装置および方位検出システム |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011215087A (ja) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Furuno Electric Co Ltd | 方位検出装置 |
| WO2016104032A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 古野電気株式会社 | 姿勢角算出装置、姿勢角算出方法、および姿勢角算出プログラム |
-
2003
- 2003-04-01 JP JP2003098460A patent/JP2004309134A/ja active Pending
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