JP2005114601A - ナビゲーション装置及び現在位置算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ衛星を用いて、より適正に現在位置を測定する「ナビゲーション装置及び現在位置算出方法」を提供する。
【解決手段】レーダの走査範囲θ中、車両から見て図中のΨの範囲内の方向ではレーダ波の反射が生じないために一切の物体が検出されない。したがって、車両から見て図中のΨの範囲内にあるＧＰＳ衛星Ｂ、Ｃは利用候補ＧＰＳ衛星に設定される。一方、車両から見て図中の図中のγ１、γ２の範囲内の方向では、高層ビルによるレーダ波の反射が生じ物体が検出されるために、ＧＰＳ衛星Ａ、Ｄは利用候補ＧＰＳ衛星に設定されず、これらＧＰＳ衛星のＧＰＳ受信機１１における利用は禁止される（ｂ）。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として、ＧＰＳ衛星を利用した衛星測位を行うナビゲーション装置における、現在位置の算出精度向上の技術に関するものである。

従来より、ＧＰＳ衛星による衛星測位を利用して現在位置の算出を行うナビゲーション装置が普及している。
また、車載のナビゲーション装置において、ＧＰＳ衛星の利用に際して生じるマルチパスの問題を解決するための技術としては、道路情報と構造物の高さ情報とを含む地図データを予め用意し、自車の現在位置との間に構造物が存在するＧＰＳ衛星については、これを利用しないようにする技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

なお、マルチパスとは、図２ａのようにＧＰＳ衛星からの電波が構造物等によって反射して回折して到来する現象であり、このような電波をＧＰＳ衛星から直接到来した電波と見なして現在位置を算出すると伝搬時間の算定を誤り、現在位置の算出誤差が生じることになる。
特開２０００-１８０１９１号公報

さて、前記マルチパスの問題を解決する技術によれば、以下の問題がある。
まず、予め構造物の高さ情報を含めた地図データを用意する必要があるが、このような地図データを広い地域に渡って正確に作成することには膨大な労力を要する。また、取り壊しや新規建築によって日々変化する構造物に合わせ地図データを遅滞なく更新することも困難である。そして、このために構造物の高さ情報が地図データに存在しない地域や、構造物の高さ情報が現実の構造物と整合していない地点では、正しく現在位置を算出することができなくなる場合がある。

そこで、本発明は、ＧＰＳ衛星を用いて、より適正に現在位置を算出することのできるナビゲーション装置を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、人工衛星からの受信電波を利用した衛星測位を行うナビゲーション装置に、天空を遮蔽する物体が感知されない方向を非遮蔽方向として検出する非遮蔽方向センサと、前記人工衛星の存在する方向を算定する衛星方向算出手段と、前記衛星測位に用いる人工衛星を、前記非遮蔽方向に存在する人工衛星のみに限定する利用衛星選定手段とを備えたものである。

ここで、前記非遮蔽方向センサとしては、前記人工衛星軌道高さ未満の測定距離を有し、上方を走査範囲とする、走査範囲内において物体を検出できなかった方向を前記非遮蔽方向として検出するレーダ装置などを用いることができる。
また、前記衛星方向算出手段の当該人工衛星の方向の算定は、たとえば、前記衛星測位で算出した自身の位置と道路地図データとに応じて前記現在位置を算出する現在位置算出手段を設けて、当該現在位置算出手段が算出した現在位置と、前記人工衛星の位置より求めるようにすることができる。

このようなナビゲーション装置によれば、ナビゲーション装置との間に物体の存在しない人工衛星、すなわち、当該人工衛星からの受信電波にマルチパスの問題が生じていないことが期待できる人工衛星のみを衛星測位に用いることができるので、マルチパスの問題を排除した、より適正な現在位置の測定を行うことができるようになる。

また、併せて本発明は、自動車に搭載されるナビゲーション装置であって、道路地図データに基づいて現在位置を算出する現在位置算出手段と、車両上方を走査範囲とするレーダ装置と、前記道路地図データによって示される前記現在位置算出手段が算出した現在位置周辺の道路または道路施設の配置と、前記レーダ装置による車両上方の物体検出状況との整合性に基づいて、前記現在位置を補正する現在位置補正手段とを備えたナビゲーション装置を提供する。

ここで、このようなナビゲーション装置の構成は、以上の利用衛星選定手段を備えたナビゲーション装置の構成と組み合わせて適用するようにしてよく、この場合において、レーダ装置は、利用衛星選定手段による人工衛星の限定の用途と現在位置補正手段の現在位置の補正の用途に共用することができる。
このようなナビゲーション装置によれば、トンネル出入口や、上下に並行して走る二つの道路といった道路または道路施設の配置の特徴と、レーダ装置の走査結果との整合性の有無を現在位置の補正に用いることによって、より適正な現在位置の算出を行うことができるようになる。

以上のように本発明によれば、ＧＰＳ衛星を用いて、より適正に現在位置を算出することのできるナビゲーション装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに本実施形態に係るナビゲーション装置１の構成を示す。
図示するように、ナビゲーション装置１は、ＧＰＳ受信機１１、角加速度センサや地磁気センサなどの方位センサ１２、車速パルスセンサなどの車速センサ１３、道路地図データを記憶したＤＶＤドライブやＨＤＤなどの記憶装置である道路地図データ記憶部１４、現在状態算出部１５、レーダ装置１６、レーダ解析部１７、レーダ装置１６の走査方向や走査範囲を制御する走査方向制御部１８、追突予測部１９、制御部２０、案内画像生成部２１、操作部２２、表示装置２３とを有する。また、追突予測部１９は、自動車のＥＣＵ３０（電子制御ユニット）に接続されている。

このような構成において、現在状態算出部１５は、方位センサ１２や車速センサ１３やＧＰＳ受信機１１の出力から推定される現在位置や進行方位に対して、道路地図データ記憶部１４から読み出した前回決定した現在位置の周辺の地図とのマップマッチング処理などを施して、現在位置や進行方位を算出する処理を繰り返す。

制御部２０は、操作部２２を介してユーザより目的地の設定を受付け、現在状態算出部１５が算出した現在位置から設定された目的地までの推奨経路を道路地図データを参照して探索し設定する。
また、案内画像生成部２１は、道路地図データが示す道路地図上に、現在状態算出部１５が算出した現在位置を道路地図上で示す現在位置マークを表した案内画像を生成し、表示装置２３に表示する。また、推奨経路が設定されている場合には、推奨経路を表す図形を案内画像の道路地図上に描画する。

次に、ＧＰＳ受信機１１は、ＧＰＳ受信機１１が電波を受信可能なＧＰＳ衛星のうちの、制御部２０から利用候補ＧＰＳ衛星として指定されたＧＰＳ衛星のみを利用した現在位置の衛星測位による測定を行う。ＧＰＳ受信機１１における衛星測位の方式は任意で良いが、通常は４以上のＧＰＳ衛星からの電波の受信によって得られる、各ＧＰＳ衛星の軌道情報や時刻情報に基づき自車位置を算出する。

ここで、ＧＰＳ受信機１１のアンテナと、レーダ装置１６のアンテナは近接して配置する。すなわち、たとえば、図１ｂに示すように車両前端に両アンテナを配置する。
そして、レーダ装置１６は、走査方向制御部１８の制御に応じて機械的または電子的に、走査方向と走査範囲を変更可能なレーダ装置１６であり、通常は、図１ｂに示すように、鉛直上方を走査中心方向とし、鉛直上方を中心軸とする頂角θの円錐内を走査範囲とする。また、測定距離は、数ｋｍ程度あれば充分である。ここで、頂角θは、できるだけ１８０度に近い角度とする。また、レーダ解析部１７は、このようなレーダ装置１６の出力を解析し、物体の存在位置と存在方向を算定する装置である。

さて、このような構成において、制御部２０は、利用候補ＧＰＳ衛星選択処理を行い、ＧＰＳ受信機１１に前述した利用候補ＧＰＳ衛星を指定する。
図３に利用候補ＧＰＳ衛星選択処理の手順を示す。
図示するように、この処理では、まず、現在状態算出部１５が算出した現在位置を取得する（ステップ３０２）。次に、ＧＰＳ受信機１１に問い合わせを行うことにより現在ＧＰＳ受信機が電波を正常受信可能なＧＰＳ衛星の数を取得し、変数ｎを取得したＧＰＳ衛星数とし、変数ｉを１に設定する（ステップ３０４）。

そして、１からｎまでの各ｉについて（ステップ３１４、３１６）、したがって現在ＧＰＳ受信機が電波を正常受信可能な各ＧＰＳ衛星について以下の処理を行う。
すなわち、ＧＰＳ受信機１１からｉ番目のＧＰＳ衛星の軌道情報を取得し（ステップ３０６）、ステップ３０２で取得した現在位置からみたｉ番目のＧＰＳ衛星の仰角と方位角を算出する（ステップ３０８）。そして、レーダ解析部１７において、算出した仰角と方位角から求まるｉ番目のＧＰＳ衛星の方向または当該方向近傍の方向に物体が検出されているかどうかを調べ（ステップ３１０）、ＧＰＳ衛星の方向に物体が検出されていなければｉ番目のＧＰＳ衛星を利用候補ＧＰＳ衛星に設定し（ステップ３１２）、物体が検出されていればｉ番目のＧＰＳ衛星を利用候補ＧＰＳ衛星には設定しないことにより、このｉ番目のＧＰＳ衛星のＧＰＳ受信機１１での利用を禁止する。レーダ解析部１７は、現在状態算出部１５が算出した車両の方位を考慮して、レーダ装置１６が走査する各方向の方位角を求める。また、レーダ解析部１７は車両の傾きを検出する傾きセンサを備えており、この傾きセンサを用いて、レーダ装置１６が走査する各方向の仰角の、車両の傾き分の補正を行う。または、レーザ装置のアンテナが常に水平に対して一定の向きを向くように操作する機構を設けて、この仰角の、車両の傾き分の補正を不必要とするようにしてもよい。

以上のような利用候補ＧＰＳ衛星選択処理によれば、図２ｂに二次元化して模式的に示すように、ＧＰＳ衛星Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤがＧＰＳ受信機１１で現在電波を正常受信可能なＧＰＳ衛星であって、そのうち、ＧＰＳ衛星Ｂ、ＣについてはＧＰＳ受信機１１との間に遮蔽物がないために直接空間を伝搬した電波を受信しているが、ＧＰＳ衛星Ａ、ＤについてはＧＰＳ受信機１１との間に高層ビルが存在するために直接空間を伝搬した電波ではなく高層ビルで反射した電波を受信している場合には、以下のようにＧＰＳ衛星Ｂ、Ｃのみが利用候補ＧＰＳ衛星として選定される。

すなわち、レーダの走査範囲θ中、車両から見て図中のΨの範囲内の方向ではレーダ波の反射が生じないために一切の物体が検出されない。したがって、車両から見て図中のΨの範囲内にあるＧＰＳ衛星Ｂ、Ｃは利用候補ＧＰＳ衛星に設定される。一方、車両から見て図中の図中のγ１、γ２の範囲内の方向では、高層ビルによるレーダ波の反射が生じ物体が検出されるために、ＧＰＳ衛星Ａ、Ｄは利用候補ＧＰＳ衛星に設定されず、これらＧＰＳ衛星のＧＰＳ受信機１１における利用は禁止される。

したがって、本実施形態によれば、ＧＰＳ受信機１１において、マルチパスを排除した、より適正な現在位置の測定を行うことができるようになる。
ところで、制御部２０は、このようなレーダ装置１６を利用して、以下に示す現在位置補正処理も行う。
この現在位置補正処理は、現在状態算出部１５が算出した現在位置をレーダ装置１６からの情報を元に補正する処理である。
図４に、この現在位置補正処理の手順を示す。
図示するように、この処理において、制御部２０は、道路地図データを参照して、現在状態算出部１５が算出した現在位置がトンネル外のトンネル入口周辺に存在するかどうかを監視する（ステップ４０２）。また、現在状態算出部１５が算出した現在位置が、上下に存在する二つの近接した並行な道路のうちのいずれかの上に存在するかどうかを監視する（ステップ４０４）。なお、上下に存在する二つの近接した並行な道路の組の例としては、高速道路と当該高速道路の横を高速道路に沿ってはしる一般道との組や、高架の道路と高架下をはしる道路との組み合わせなどが揚げられる。

そして、現在位置がトンネル外のトンネル入口周辺に存在する場合には（ステップ４０２）、自動車がトンネルに進入するかどうかを、現在状態算出部１５が算出した車両の進行方向や道路地図データが示す道路の接続情報などにより予測し（ステップ４０６）、トンネルへの進入が予測されなかったならば、そのままステップ４０２、４０４の監視に戻る。一方、トンネルへの進入が予測されたならば（ステップ４０６）、レーダ解析部１７が、走査範囲の全てが物体によって遮蔽されていることを検出するのを待ち（ステップ４０８）、当該検出が行われたならば、現在位置をトンネル内のトンネル入口位置に（たとえば、トンネルに数ｍ進入した地点）に補正し（ステップ４１０）、ステップ４０２、４０４の監視に戻る。なお、現在状態算出部１５は、現在位置が補正されると、補正された現在位置を基準に次の現在位置の算出を行う。

一方、現在位置が、上下に存在する二つの近接した並行な道路のうちのいずれかの上に存在することが検出された場合には（ステップ４０４）、まず、レーダ解析部１７が、二つの道路のうちの下の道路から見た上の道路側上方が物体によって遮蔽されていることを検出しているかどうかを調べ（ステップ４１２）、遮蔽されていることを検出しており、かつ、現在位置が上方の道路であれば（ステップ４１８）、下方の道路上の現在位置に最も近い位置に現在位置を補正して（ステップ４２０）ステップ４０２、４０４の監視に戻る。一方、現在位置が下方の道路上であれば（ステップ４１８）、そのままステップ４０２、４０４の監視に戻る。

逆に、レーダ解析部１７が、下の道路から見た上の道路側上方が物体によって遮蔽されていることを検出しておらず（ステップ４１２）、かつ、現在位置が下方の道路であれば（ステップ４１４）、上方の道路上の現在位置に最も近い位置に現在位置を補正して（ステップ４１６）ステップ４０２、４０４の監視に戻る。一方、現在位置が上方の道路上であれば（ステップ４１４）、そのままステップ４０２、４０４の監視に戻る。

以上の現在位置補正処理によれば、たとえば、図５ａに示すように、車両がＡの位置からＢのトンネル内の位置へ進行していくと、レーダ解析部１７によって、図示するように全走査範囲の遮蔽が検出され、現在位置がトンネル入口の真正な位置に補正されることになる。

また、たとえば、図５ｂに示すように、上下に並行して走る二つの道路の下方の道路を走行している車両Ｘにおいて、上方道路上に現在位置が誤算出された場合、図５ｃに示すように車両Ｘにおいてレーダ解析部１７によって下の道路から見た上の道路側上方が物体によって遮蔽されていることが検出され、現在位置が下方の道路上の真正な位置に補正される。また、上下に並行して走る二つの道路の上方の道路を走行している車両Ｙにおいて、下方道路上に現在位置が誤算出された場合、図５ｃに示すように車両Ｙにおいてレーダ解析部１７によって下の道路から見た上の道路側上方が物体によって遮蔽されていることが検出されないので、現在位置が上方の道路上の真正な位置に補正されることになる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、本実施形態におけるレーダ装置１６は、以上のＧＰＳ衛星の選択や現在位置の補正の用途の他、追突予測などにも用いるようにしてよい。
すなわち、追突予測部１９は、レーダ解析部１７が、車両前方の所定距離以内の自車両の車高より低い位置の物体を検出した場合、ユーザに対して音声による警告を行ったり、ＥＣＵ３０を介して物体との追突回避のための減速処理などを行うようにしてもよい。
または、郊外走行中などには、前述した利用候補ＧＰＳ衛星選択処理を停止して、ＧＰＳ受信機１１に正常受信可能な全てのＧＰＳ衛星を利用候補ＧＰＳ衛星として現在位置の測定を行わせると共に、走査方向制御部１８によってレーダ装置１６の走査方向と走査範囲を制御して、図１ｂの破線に示すような車両前方方向を走査し、追突予測部１９において、レーダ解析部１７による前方からの物体の相対的な接近を検知に応答して、ユーザに対して音声による警告を行ったり、ＥＣＵ３０を介して物体との追突回避のための減速処理などを行うようにしてもよい。

ところで、以上の実施形態における利用候補ＧＰＳ衛星選択処理では、レーダ装置１６に代えて、車両上方を撮影するカメラなどの撮像装置を用い、撮像装置で撮像した画像を画像解析し、物体が存在しない方向範囲を算出し、算出した方向範囲内にあるＧＰＳ衛星を利用候補ＧＰＳ衛星として設定するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る利用候補ＧＰＳ衛星選択処理の処理例を示す図である。 本発明の実施形態に係る利用候補ＧＰＳ衛星選択処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る現在位置補正処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る現在位置補正処理の処理例を示す図である。

符号の説明

１…ナビゲーション装置、１１…ＧＰＳ受信機、１２…方位センサ、１３…車速センサ、１４…道路地図データ記憶部、１５…現在状態算出部、１６…レーダ装置、１７…レーダ解析部、１８…走査方向制御部、１９…追突予測部、２０…制御部、２１…案内画像生成部、２２…操作部、２３…表示装置、３０…ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 人工衛星からの受信電波を利用した衛星測位を行うナビゲーション装置であって、
   天空を遮蔽する物体が感知されない方向を非遮蔽方向として検出する非遮蔽方向センサと、
   前記人工衛星の存在する方向を算定する衛星方向算出手段と、
   前記衛星測位に用いる人工衛星を、前記非遮蔽方向に存在する人工衛星のみに限定する利用衛星選定手段とを有することを特徴とするナビゲーション装置。
2. 請求項１記載のナビゲーション装置であって、
   前記非遮蔽方向センサは、前記人工衛星軌道高さ未満の測定距離を有し、上方を走査範囲とする、走査範囲内において物体を検出できなかった方向を前記非遮蔽方向として検出するレーダ装置であることを特徴とするナビゲーション装置。
3. 請求項１または２記載のナビゲーション装置であって、
   前記衛星測位で算出した位置と道路地図データとに応じて現在位置を算出する現在位置算出手段を備え、
   前記衛星方向算出手段は、前記現在位置算出手段が算出した現在位置と、前記人工衛星の位置より当該人工衛星の方向を算定することを特徴とするナビゲーション装置。
4. 請求項２記載のナビゲーション装置であって、
   当該ナビゲーション装置は、自動車に搭載されるナビゲーション装置であって、
   前記衛星測位で算出した位置と道路地図データとに応じて現在位置を算出する現在位置算出手段と、
   前記道路地図データによって示される、前記現在位置算出手段が算出した現在位置周辺の道路または道路施設の配置と、前記レーダ装置による車両上方の物体検出状況との整合性に基づいて、前記現在位置を補正する現在位置補正手段を有することを特徴とするナビゲーション装置。
5. 自動車に搭載されるナビゲーション装置であって、
   道路地図データに基づいて現在位置を算出する現在位置算出手段と、
   車両上方を走査範囲とするレーダ装置と、
   前記道路地図データによって示される、前記現在位置算出手段が算出した現在位置周辺の道路または道路施設の配置と、前記レーダ装置による車両上方の物体検出状況との整合性に基づいて、前記現在位置を補正する現在位置補正手段を有することを特徴とするナビゲーション装置。
6. 人工衛星からの受信電波を利用した衛星測位を行うナビゲーション装置において現在位置を算出する現在算出方法であって、
   天空を遮蔽する物体が感知されない方向を非遮蔽方向として検出するステップと、
   前記人工衛星の存在する方向を算定するステップと、
   前記衛星測位に用いる人工衛星を、前記非遮蔽方向に存在する人工衛星の内から選定するステップとを有することを特徴とする現在位置算出方法。

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