JP2005106720A - Gps信号を用いた位置検出装置および位置検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電源投下時に効率よく短時間で位置検出を行うことが可能な「GPS信号を用いた位置検出装置および位置検出方法」を提供する。
【解決手段】 GPS受信装置10は、GPS衛星を識別するための衛星識別データ、アルマナックデータおよびエフェメリスデータを含むGPS信号を受信するRF受信部14と、GPS信号に基づき位置検出を行う位置検出手段と、電源がオフされるとき、観測可能であったGPS衛星を識別するための衛星識別データ、アルマナックデータおよびエフェメリスデータとを保存するバックアップメモリ20と、電源が投下されたときに観測可能であるGPS衛星とバックアップメモリ20に保存された衛星識別データによって識別されるGPS衛星とが一致するか否かを比較し、一致しているときはバックアップメモリに保存されたアルマナックデータおよびエフェメリスデータが有効であると判定する判定手段とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 GPS受信装置10は、GPS衛星を識別するための衛星識別データ、アルマナックデータおよびエフェメリスデータを含むGPS信号を受信するRF受信部14と、GPS信号に基づき位置検出を行う位置検出手段と、電源がオフされるとき、観測可能であったGPS衛星を識別するための衛星識別データ、アルマナックデータおよびエフェメリスデータとを保存するバックアップメモリ20と、電源が投下されたときに観測可能であるGPS衛星とバックアップメモリ20に保存された衛星識別データによって識別されるGPS衛星とが一致するか否かを比較し、一致しているときはバックアップメモリに保存されたアルマナックデータおよびエフェメリスデータが有効であると判定する判定手段とを有する。
【選択図】 図1
Description
本発明はGPS衛星からGPS信号を受け取り、このGPS信号に基づき位置検出を行う位置検出装置および位置検出方法に関し、特に車載用ナビゲーション装置において利用される位置検出装置に関する。
車載用ナビゲーション装置は、GPS(Global Positioning System)を利用することで自車位置を検出し、検出された自車位置周辺の地図データをハードディスク等の記憶媒体から読出してディスプレイに描画するとともに自車位置マークを重ねて描画する。車両の移動により現在位置が変化すると、その位置変化に応じて地図がスクロールされ、現在位置が分かるようになっている。
GPSにより位置検出を行うためには、地球を周回する複数のGPS衛星からのGPS信号を必要とする。3機以上のGPS衛星を利用すれば、2次元的な位置(緯度、経度)を検出可能であり、4機以上のGPS衛星を利用すれば、3次元的な位置(経度、緯度、高度)を検出可能である。
GPS衛星からのGPS信号には、すべてのGPS衛星に関する軌道情報であるアルマナックデータと、各衛星の正確な軌道情報と信号を発射した時刻情報を示すエフェリメスデータとが含まれている。こうしたGPS信号を受信するGPS受信装置は、アルマナックデータに基づき捕捉することが可能な軌道をもつGPS衛星を3つまたは4つ選択し、これらのGPS衛星からのエフェメリスデータに基づき各GPS衛星とのレンジング(時刻を同期させ距離を算出する)を行い、三角交差法により現在位置の検出を行う。
アルマナックデータを受信するための周期は比較的長く、それを入手するには10数分を要し、エフェメリスデータの場合は30秒〜3分程度を要する。GPS受信装置の電源がオフされたとき、これらのデータが消去されてしまうと、次回のGPS受信装置の電源オン時に、観測可能なGPS衛星を順番にサーチし、アルマナックデータおよびエフェメリスデータの受信を待たなければならず、位置検出を行うまでに長時間を要してしまう。
こうした問題を回避するために、例えば特許文献1は、GPS受信装置の電源オフ後においてもアルマナックデータを記憶させておき、次回の電源オン時に記憶されたアルマナックデータに基づき捕捉可能なGPS衛星を短時間で選択することができるようにしている。
さらに、GPS受信装置をオフしたときの位置から遠く離れた位置でGPS受信装置をオンした場合、アルマナックデータのずれが原因でGPS信号をうまく受信できないことがある。こうした問題を回避するために、GPS受信装置の電源をオフしたときの時間と、次回に電源オンしたときの時間の差をチェックし、時間差が一定よりも小さければ記憶されたアルマナックデータを有効と判定し、そうでない場合には無効とする手法が用いられている。
しかしながら上記従来のGPS受信装置には次のような課題がある。上記したように電源をオフしたときに記憶されたアルマナックデータは、GPS受信装置が遠く離れた位置で電源オンされた場合には、有効に使用できないことがある。さらに、アルマナックデータが有効か否かを、電源がオフした時間からオンする時間までの時間差によって判定する場合でも、同様にGPS受信装置が遠く離れた位置でオンされた場合には上手くGPS信号を受信できないことがある。さらに、電源オフから電源オンまでの時間を管理する場合には、その間の時間計測等を行うクロック回路等をバッテリーからの電源により動作させなければならず、回路構成が煩雑化するという課題がある。従って、こうした従来の方法は、GPS受信装置を短時間で測位可能にさせるには必ずしも十分とは言いえなかった。
本発明は、上記従来の課題を解決し、電源投下時に短時間でかつ効率よく位置検出を行うことが可能なGPS信号を用いた位置検出装置および位置検出方法を提供することを目的とする。
本発明に係るGPS信号を用いた位置検出装置は、GPS衛星を識別するための衛星識別データと位置検出に必要な衛星軌道データとを含むGPS信号を受信する受信手段と、受信されたGPS信号に基づき位置検出を行う位置検出手段と、電源がオフされるとき、観測可能であったGPS衛星を識別するための衛星識別データと衛星軌道データとを保存する保存手段と、電源が投下されたときに観測可能であるGPS衛星と前記保存手段に保存された衛星識別データによって識別されるGPS衛星とが一致するか否かを比較し、一致しているときは前記保存手段に保存された衛星軌道データが有効であると判定する判定手段とを有する。
好ましくは判定手段により衛星軌道データが有効であると判定されたとき、位置検出手段は、当該有効とされた衛星軌道データを利用して捕捉されたGPS衛星と交信し、そこから受信されたGPS信号を用いて位置検出を行う。
好ましくは位置検出装置は、判定手段により衛星軌道データが有効でないと判定されたとき、外部機器が保有する衛星軌道データを取得する手段を有する。例えば衛星軌道データを保有するサーバーと通信し、そこからデータを取得したり、あるいは、他の車両機器等に搭載された位置検出装置が保有する衛星軌道データを取得するものであってもよい。衛星軌道データは、アルマナックデータまたは/およびエフェメリスデータを含むものである。
本発明に係るGPS信号を用いて位置検出を行う位置検出装置における位置検出方法は、以下のステップを有する。位置検出装置の電源がオフされるときに、観測可能であったGPS衛星を識別するための衛星識別データと位置検出に必要な衛星軌道データを保存するステップと、電源が投下されたときに観測可能であるGPS衛星と衛星識別データによって識別されるGPS衛星とを比較し、両者が一致しているときに保存された衛星軌道データが有効であると判定するステップと、有効と判定された衛星軌道データを利用して位置検出を行うステップとを有する。
本発明の位置検出装置によれば、電源がオフされるとき、観測可能であったGPS衛星を識別するための衛星識別データと衛星軌道データとを保存し、電源が投下されたときに測位可能であるGPS衛星と衛星識別データによって識別されるGPS衛星とが一致するか否かを比較し、一致しているときは保存された衛星軌道データが有効であると判定するようにしたので、従来と比較して効率よく簡単に衛星軌道データの有効性を判定することができ、かつ電源投下時の位置検出までの時間を短くすることができる。さらに、衛星軌道データが有効でないと判定された場合であっても、外部機器から衛星軌道データを取得することを可能にすることで、位置検出までの時間を短縮させることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明に係るGPS信号を用いた位置検出装置は、それ単独で用いることも可能であるが、好ましくは、車両や船舶等のナビゲーション装置や携帯電話等の携帯端末に接続して用いられる。
図1は、本発明の実施例に係るGPS受信装置(位置検出装置)の内部構成を示すブロック図である。同図において、GPS受信装置10は、アンテナ12を介してGPS信号を受信するRF受信部14と、GPS受信装置の各動作を制御するためのプログラムデータを記憶するプログラムメモリ16と、GPS信号から受信された種々のデータを記憶するデータメモリ18と、電源をオフする際にデータメモリ18に記憶されたデータのバックアップ保存を行うバックアップメモリ20と、外部機器との間でデータ通信を行う通信ポート22と、プログラムに従い演算等の処理を実行する中央処理部24とを含んで構成される。
GPS衛星からのGPS信号は、上記したように、すべてのGPS衛星に関する軌道情報を含むアルマナックデータ、各衛星の正確な軌道情報と信号を発射した時刻情報を含むエフェメリスデータ等を含み、これらは所定のフォーマットで符号化されている。さらに後述するようにGPS衛星を識別するための衛星識別データも含まれている。RF受信部14は、受信したGPS信号をデコードし、デコードされたデータはデータメモリ18に記憶される。
プログラムメモリ16は、GPS信号に基づき位置検出を行うためのプログラムや、電源投下時に観測可能なGPS衛星をサーチするプログラム等を含み、さらに本実施例では、GPS受信装置をホットスタートさせるためのプログラムを含んでいる。ここで、ホットスタートとは、GPS受信装置を電源投下したときに、有効なアルマナックデータまたは/およびエフェメリスデータを保有することで短時間にGPS信号による位置検出を開始できることをいう。プログラムメモリ16は、予めプログラムを固定的に記憶するマスクROM、読み書き可能なフラッシュメモリあるいはハードディスク等を用いることができる。
データメモリ18は、好ましくは読み書き可能なDRAM、SRAM、フラッシュメモリ等を用いて構成される。あるいはハードディスクであってもよい。バックアップメモリ20は、データメモリ18の必要な記憶内容を電源オフ後においても保存する。好ましくは電源供給がなくともデータを保持することができる不揮発性メモリやハードディスクを用いる。但し、バッテリーにより電源を供給する場合には、SRAM等の揮発性メモリを用いてもよい。
通信ポート22は、GPS受信装置10によって検出された位置データを外部機器に送信したり、あるいは外部機器から必要なデータやプログラムを受信する。データの送受は有線を用いても良いし、無線通信であってもよい。さらに、通信機能を内蔵する以外に、携帯電話等の通信機能を有する通信端末装置を接続するようにしてもよい。
次に、本実施例のGPS受信装置の動作について説明する。本実施例のGPS受信装置は、従来と異なる手法によりホットスタートを可能とするものであり、その動作を図2のフローチャートを参照して説明する。
GPS受信装置10が動作中であるとき、RF受信部14を介して観測可能であるGPS衛星を識別するための衛星識別データ、アルマナックデータ、エフェメリスデータ等がデータメモリ18に記憶され、これらの内容は時間の経過とともに逐次更新される(ステップS101)。衛星識別データは、GPS信号の例えばNMEAデータフォーマットのGAA出力により入手することができる。
次に、ユーザー等によってGPS受信装置10を停止する指示が成されると(ステップS102)、ホットスタートプログラムが起動され、中央処理部24は、そのプログラムに従いデータメモリ18に記憶されている必要なデータをバックアップメモリ20へ転送しそこに保存する(ステップS103)。バックアップメモリ20に保存されるデータは、少なくとも衛星識別データ、アルマナックデータおよびエフェメリスデータが含まれる。バックアップメモリ20への保存が完了した後、装置の電源がオフされる(ステップS104)
次に、GPS受信装置10が電源オンされたとき(ステップS105)、中央処理部24の制御下において観測可能な衛星がサーチされる(ステップS106)。サーチされた衛星に関するデータは、データメモリ18に一時蓄えられ、次に、中央処理部24は、バックアップメモリ20に保存された衛星識別データを読み出し、電源オフ時のGPS衛星と電源オン時のGPS衛星とが一致するか否かを比較する(ステップS107)。観測可能なGPS衛星を比較した結果、すべての衛星識別データすなわち観測可能なGPS衛星が一致するとき、バックアップメモリ20に保存されたアルマナックデータおよびエフェリメスデータを有効と判定する(ステップS108)。
図3(a)は、電源オフ時の観測可能なGPS衛星と電源オン時の観測可能なGPS衛星とがすべて一致している状態を示している。電源をオフする際に観測可能であったGPS衛星の番号が“1、5、7、8、10”であり、次回に電源をオンしてサーチされた観測可能なGPS衛星の番号が“1、5、7、8、10”で一致している(一致するGPS衛星にはハッチングをしている)。一方、図3(b)はGPS衛星の番号が一致しない例を示しており、電源をオンしてサーチされたGPS衛星の番号が“1、5、8、12、15”であり、2つのGPS衛星が一致しておらず、この場合にはバックアップメモリ20に保存されたアルマナックデータおよびエフェメリスデータは無効と判定される。
アルマナックデータおよびエフェメリスデータが有効であると判定されると(ステップS108)、中央処理部24は、バックアップメモリ20からアルマナックデータおよびエフェメリスデータを読出し、これをデータメモリ18に書き込むとともに、これらのデータに基づき現在位置の測位を開始する(ステップS109)。
すべてのGPS衛星が一致しないとき、バックアップメモリ20に記憶されたアルマナックデータおよびエフェメリスデータが無効であると判定される(ステップS110)。中央処理部24は、通信ポート22を制御し、外部機器からアルマナックデータを入手させる(ステップS111)。例えば、アルマナックデータを保存している交通センター等のサーバーにアクセスしそこからアルマナックデータを入手したり、あるいは、通信機能を備えた他のGPS受信装置に記憶されているアルマナックデータを入手することも可能である。
中央処理部24は、アルマナックデータに基づき捕捉可能な軌道を有するGPS衛星を選択し(ステップS112)、そこからエフェリメスデータを受信することで現在位置の測位を開始する(ステップS109)。
このように本実施例では、電源オフのときに観測可能であったGPS衛星と電源オンのときに観測可能であるGPS衛星とを比較し、両者が一致する場合にはバックアップメモリに保存されたアルマナックデータおよびエフェメリスデータを用いて測位を行えるようにしたので、GPS受信装置のホットスタートを可能にすることができる。また、バックアップされたデータが有効でない場合にも、外部から少なくともアルマナックデータを入手することで、ホットスタートまでは至らないけれども、GPS受信装置を短時間で測位可能な状態にさせることができる。但し、外部機器からアルマナックデータのみならず、これと同時にエフェメリスデータを入手するようにしてもよい。
さらに上記実施例では、データメモリ18とバックアップメモリ20とを別々に構成する例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、データメモリ18とバックアップメモリ20とが単一のハードディスク記憶装置や不揮発性メモリによって構成されてもよく、この場合、データメモリ18はバックアップメモリとしての機能を包含する。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例は、第1の実施例に係るGPS受信装置10を車載用ナビゲーション装置に適用したものである。図4は、第2の実施例に係る車載用ナビゲーション装置の内部構成を示すブロック図である。車載用ナビゲーション装置100は、第1の実施例に係るGPS受信装置10と、車速センサやジャイロセンサ等を含む自立航法用センサ110と、ユーザーからの指示等を入力する操作入力部120と、インターネット等のネットワーク通信や車両間のいわゆる車々間通信を行う通信制御部130と、ナビゲーションに必要な地図データ等を保存する記憶部140と、スピーカ152から音声を出力するための音声出力部150と、ディスプレイ162に地図等を描画するための表示制御部160と、これらの各部の制御を行うナビゲーション制御部170とを含んで構成される。
GPS受信装置10は、現在の自車位置の位置検出を行い、その位置情報をナビゲーション制御部170へ送る。ナビゲーション制御部170は、その位置情報に基づき、自車位置周辺の地図データを記憶部140から読出し、これを表示制御部160によりディスプレイ162へ描画させる。同時に、自車位置を示すマークを地図上に重ねて描画させる。
車両のイグニッションスイッチがオフされるとき、その指示がGPS受信装置10に与えられる。GPS受信装置10は、観測可能であるGPS衛星を識別するためのGPS衛星識別データ、アルマナックデータ、エフェメリスデータ等をバックアップメモリ20に保存する。そして、次に車両のイグニッションスイッチがオンされると、GPS受信装置10は、観測可能なGPS衛星をサーチし、第1の実施例のときと同様に、アルマナックデータおよびエフェリメスデータが有効か否かをチェックする。
第2の実施例では、アルマナックデータおよびエフェメリスデータが無効であると判定されたとき、車々間通信等を利用して近隣の車両または交通センターが保有しているアルマナックデータおよびエフェメリスデータを入手する。図5はその動作を説明するためのフローチャートである。アルマナックデータおよびエフェメリスデータが無効であると判定されると(ステップS201)、ナビゲーション制御部170はディスプレイ162上に他の車両からアルマナックデータおよびエフェメリスデータを取得するか否かを表示する(ステップS202)。
操作入力部120を介してユーザーが他の車両からのデータ取得を指示すると、ナビゲーション制御部170は、ディスプレイ162上に車々間通信可能な車両を表示させる(ステップS203)。好ましくは、自車位置周辺において車々間通信が可能な車両を表示させる。その様子を図6に示す。この場合、GPS信号を用いた自車位置の測定は行われていないため、電源オフ時の位置情報を記憶しておき、さらに自立航法用センサ110によって検出された位置情報に基づきおおよその自車位置を特定する。ディスプレイ162には、自車位置200を中心とする所定の半径210内において無線通信可能な車両212、214、216、218が表示される。
ディスプレイ162の画面左側には、無線通信を行うべき車両を選択するための指示が表示される(ステップS204)。ユーザーは、カーソル等を用いて車両212、214、216、218のいずれかの車両を選択することができる。ユーザーからの選択指示がないときは、一番近い車両を自動的に選択するようにしてもよい。
通信すべき相手車両が選択されると、ナビゲーション制御部170は、通信制御部130を制御し、相手車両との通信を確立し(ステップS205)、そして、相手車両が保有しているアルマナックデータおよびエフェメリスデータを取得し、これを自車のGPS受信装置10のデータメモリ18に記憶させる(ステップS206)。
一方、他の車両からアルマナックデータおよびエフェメリスデータを取得しない旨の指示がユーザーから成された場合、および自車位置の周辺に車々間通信を行うべき相手車両がないとき、アルマナックデータを保有している交通センターからアルマナックデータを取得するか否かの表示がディスプレイ162に成される(ステップS207)。交通センターからのデータ入手を希望する場合には、通信制御部130により交通センターとの通信が確立され、アルマナックデータが取得され、GPS受信装置10に記憶される(ステップS208)。GPS受信装置10は、アルマナックデータに基づき観測可能なGPS衛星の選択を行い(ステップS209)、自車位置の測位を開始する。
このように第2の実施例によれば、アルマナックデータおよびエフェメリスデータが無効と判定されたとき、外部の車両もしくは交通センターから、アルマナックデータ等を取得することで、ナビゲーション装置の電源投下時における位置検出までの開始時間を極力短くすることができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
上記実施例では、GPS受信装置を車載用ナビゲーション装置に適用した例を示したが、これに限らず船舶用のナビゲーション装置に適用したり、携帯用の端末装置(携帯電話)に適用することも可能である。
本発明に係るGPS信号を用いた位置検出装置は、好ましくはGPS受信装置、GPS受信装置を利用したナビゲーション装置、ナビゲーションシステム、ナビゲーション機能を有する電子機器等において利用することができる。
10:GPS受信装置 12:アンテナ
14:RF受信部 16:プログラムメモリ
18:データメモリ 20:バックアップメモリ
22:通信ポート 24:中央処理部
100:ナビゲーション装置 110:自立航法用センサ
120:操作入力部 130:通信制御部
140:記憶部 150:音声出力部
160:表示制御部 170:ナビゲーション制御部
14:RF受信部 16:プログラムメモリ
18:データメモリ 20:バックアップメモリ
22:通信ポート 24:中央処理部
100:ナビゲーション装置 110:自立航法用センサ
120:操作入力部 130:通信制御部
140:記憶部 150:音声出力部
160:表示制御部 170:ナビゲーション制御部
Claims (11)
- GPS衛星を識別するための衛星識別データと位置検出に必要な衛星軌道データとを含むGPS信号を受信する受信手段と、
受信されたGPS信号に基づき位置検出を行う位置検出手段と、
電源がオフされるとき、観測可能であったGPS衛星を識別するための衛星識別データと衛星軌道データとを保存する保存手段と、
電源が投下されたときに観測可能であるGPS衛星と前記保存手段に保存された衛星識別データによって識別されるGPS衛星とが一致するか否かを比較し、一致しているときは前記保存手段に保存された衛星軌道データが有効であると判定する判定手段とを有する、GPS信号を用いた位置検出装置。 - 前記判定手段により衛星軌道データが有効であると判定されたとき、前記位置検出手段は、当該有効とされた衛星軌道データに基づき位置検出を行う、請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記判定手段は、前記保存手段に保存された衛星識別データによって識別される複数のGPS衛星が、電源投下時に観測可能である複数のGPS衛星とすべて一致したときに、衛星軌道データが有効であると判定する、請求項1または2に記載の位置検出装置。
- 前記衛星軌道データはアルマナックデータとエフェメリスデータを含み、前記判定手段は、比較する衛星が一致するとき、アルマナックデータおよびエフェメリスデータが有効であると判定する、請求項1ないし3いずれかに記載の位置検出装置。
- 前記判定手段は、電源が投下されたとき、観測可能となるGPS衛星をサーチする手段を含む、請求項1ないし4いずれかに記載の位置検出装置。
- 前記保存手段は、衛星識別データおよび衛星軌道データを記憶するための不揮発性記憶装置を含む、請求項1ないし5いずれかに記載の位置検出装置。
- 位置検出装置はさらに、前記判定手段により衛星軌道データが有効でないと判定されたとき、外部機器が保有する衛星軌道データを取得する手段を有する、請求項1ないし6いずれかに記載の位置検出装置。
- 請求項1ないし7いずれかに記載の位置検出装置と、
前記位置検出装置によって検出された位置検出結果に基づき地図画面上に位置表示を行う表示装置と、を備えたナビゲーション装置。 - GPS信号を用いて位置検出を行う位置検出装置における位置検出方法であって、
位置検出装置の電源がオフされるときに、観測可能であったGPS衛星を識別するための衛星識別データと位置検出に必要な衛星軌道データを保存するステップと、
電源が投下されたときに観測可能であるGPS衛星と衛星識別データによって識別されるGPS衛星とを比較し、両者が一致しているときに保存された衛星軌道データが有効であると判定するステップと、
有効と判定された衛星軌道データを利用して位置検出を行うステップと、を有する位置検出方法。 - 前記判定するステップは、電源が投下されたときに観測可能であるGPS衛星をサーチするステップを含む、請求項9に記載の位置検出方法。
- 位置検出方法はさらに、比較する衛星が一致しないとき保存された衛星軌道データが無効であると判定するステップと、衛星軌道データが無効であると判定されたときに外部機器が保有する衛星軌道データを取得するステップとを有する、請求項9または10に記載の位置検出方法。
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