JP2005195493A - 位置検出装置および位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチパスの影響を除去し、正確な位置検出を行うことができる「位置検出装置および位置検出方法」を提供する。
【解決手段】 本発明に係るＧＰＳ衛星を利用したＧＰＳ受信装置２０は、建物等の構造物についての位置情報および高さ情報を記憶するデータベース３０と、ＧＰＳ衛星からの信号に基づき移動体の位置を検出する位置検出部１０８と、データベース４０に記憶された構造物の位置情報および高さ情報を参照し、移動体の原位置Ｐ０とＧＰＳ衛星の位置とを結ぶ直線上に構造物が存在するか否かを判定するマルチパス判定部１１０と、マルチパス判定部１１０により構造物が存在すると判定されたとき、移動体の原位置Ｐ０を前記直線が構造物の面と反射したときに得られる位置Ｐ１に補正する位置補正部１１２とを有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した位置検出装置および位置検出方法に関し、特に、位置検出装置におけるマルチパスの除去に関する。

ナビゲーション装置等における車両の位置検出には、ＧＰＳが利用されている。ＧＰＳは、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信し、三角交差法により位置を検出するものである。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）の検出が可能であり、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）の検出が可能である。

ナビゲーション装置は、ＧＰＳにより検出された自車位置周辺の地図をディスプレイに表示したり、自車位置から目的地までの探索経路を案内し、運転者の支援を行っている。

特許文献１は、ＧＰＳ衛星を利用した測位用受信装置に関し、ＧＰＳ衛星のエフェリメスデータおよびＧＰＳ衛星との擬似距離データを含む観測データを受信し、この観測データから別途提供される誤差推定値に基づいて誤差成分を除去し、その後、自装置の位置を検出するものである。これにより、測位精度を向上させている。

特開２００１−２０８８２１号

しかしながら、上記従来のＧＰＳを利用したナビゲーション装置には次のような課題がある。ナビゲーション装置を搭載した車両が、主に都市部のような高層ビル群に囲まれた道路を走行すると、ＧＰＳ衛星からの電波が高層ビルによって遮蔽されてしまい、建物によって反射された間接波（マルチパスされた信号）しか受信できない場合がある。ＧＰＳによる位置検出は、ＧＰＳ衛星からの純粋な直接波のみを位置検出に使用しないと位置演算に誤差を生じてしまい、マルチパスの影響が生じると正確な自車位置を検出することができないという課題がある。

そこで発明は、上記従来の課題を解決し、マルチパスの影響を除去し、正確な位置検出を行うことができる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衛星を利用した移動体の位置検出装置は、建物等の構造物についての位置情報および高さ情報を記憶する記憶手段と、ＧＰＳ衛星からの信号に基づき移動体の位置を検出する位置検出手段と、前記記憶手段に記憶された構造物の位置情報および高さ情報を参照し、前記移動体の検出された位置とＧＰＳ衛星の位置とを結ぶ直線上に構造物が存在するか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により構造物が存在すると判定されたとき、前記移動体の位置を前記直線が前記構造物の面で反射したときに得られる位置に補正する位置補正手段とを有している。

さらに本発明に係るＧＰＳ衛星を利用した移動体の位置検出方法は、複数のＧＰＳ衛星からの信号に基づき移動体の原位置を検出するステップと、複数のＧＰＳ衛星のいずれか１つの位置と移動体の位置とを結ぶ直線上に構造物が存在するか否かを判定するステップと、構造物が存在すると判定されたとき、移動体の位置を前記直線が前記構造物の面で反射したときに得られる位置に補正するステップとを有して構成される。

本発明に係る位置検出装置によれば、ＧＰＳ衛星と移動体の検出された位置とを結ぶ直線上に構造物が存在するとき、移動体の検出された位置はマルチパスによる影響を受けていると推測される。このため、移動体の位置を位置補正手段により構造物の面で反射したときに得られる位置に補正するようにしたので、マルチパスの影響を除去することができ、位置検出精度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。本発明に係る位置検出装置および位置検出方法は、好ましくは、車載用ナビゲーション装置のＧＰＳ受信装置において実施される。

図１は、本発明の実施例に係る車載用のナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、ナビゲーション装置１０は、ＧＰＳ受信装置２０、ナビゲーション制御部３０、地図や構造物等のデータを記憶するデータベース４０、演算結果等を含む種々のデータを記憶するメモリ５０、スピーカ６０およびディスプレイ７０を含んで構成される。

ＧＰＳ受信装置２０は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信することにより自車位置の検出を行う。ナビゲーション制御部３０は、ＧＰＳ受信装置２０からの位置検出信号に基づきデータベース４０から自車位置周辺の地図データを読み出し、これをディスプレイ７０に自車位置マークとともに表示する。自車位置が移動すると、それに伴い地図画面がスクロールされる。さらに、ナビゲーション制御部３０は、自車位置から目的地までの経路を探索し、目的地までの経路の案内などを行う。なお、データベース４０は、好ましくは書き換え可能な大容量記憶媒体のハードディスクが用いられる。

図２は、ＧＰＳ受信装置２０の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ受信装置２０は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するためのアンテナ１０２、アンテナ１０２からの信号を増幅したり、ベースバンド信号に復調などを行う復調部１０４、復調された信号にＧＰＳ衛星に固有のＰＮ符号を乗算して逆拡散する逆拡散部１０６、逆拡散された信号に基づき三角交差法により位置検出を行う位置検出部１０８、位置検出部１０８からの位置検出信号に基づき検出された位置がマルチパスの影響を受けているか否かを判定するマルチパス判定部１１０、マルチパス判定部１１０により受信信号がマルチパス状態であると判定されたときに検出された位置の補正を行う位置補正部１１２とを含んで構成される。

位置検出部１０８は、３機または４機のＧＰＳ衛星を利用し、ＧＰＳ受信装置からＧＰＳ衛星までの擬似距離を算出し、この擬似距離から二次元的または三次元的な位置を検出する。ＧＰＳ衛星からの電波には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、アルマナックデータに基づき全衛星についての軌道情報を得ることができ、エフェメリスデータに基づき衛星の正確な位置および信号を発信した時刻を得ることができる。位置検出部１０８は、信号の到達時間から各ＧＰＳ衛星までの擬似距離を算出し、位置検出を行う。

マルチパス判定部１１０は、データベース４０に含まれる構造物データを参照し、ＧＰＳ衛星と検出された自車位置との間にマルチパスの影響を及ぼすような構造物が存在するか否かを判定する。構造物が存在しなければ、マルチパスはないものと判定し、位置検出部１０８により検出された位置が最終的な検出位置としてナビゲーション制御部３０へ供給される。一方、障害を及ぼすような構造物が存在する場合には、マルチパスがあると判定し、その結果を位置補正部１１２に供給する。位置補正部１１２は、後述するように、マルチパスの影響を除去するような位置補正を行う。そして、位置検出部１０８は、補正された位置に基づいて擬似距離を測定し、最終的な位置を再検出する。

図３に示すように、自車Ｍが、高層ビルが立ち並ぶ都市部を走行しているような場合、ＧＰＳ衛星１２０からの直接波１２２は高層ビルＢ１に遮断され自車Ｍには到達しない。その代わり、高層ビルＢ２の壁面によって反射された間接波１２４が自車Ｍで受信される。こうした間接波１２４は、マルチパスの影響を受けているため、間接波１２４を用いた擬似距離には誤差が含まれ、その結果、実際の自車位置からずれた検出位置（図面では自車Ｍ１にて表示）となってしまう。

本実施例では、検出位置がマルチパスの影響を受けているか否かを判定し、影響があると判定したときには、出来るだけマルチパスの影響を除去し、位置検出精度を向上させるものである。

次に、本実施例に係る位置検出を図４のフローチャートを参照して説明する。初めに位置検出部１０８により自車位置が検出される。すなわち、図５に示すように、４機のＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４までの擬似距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を算出し、これにより自車位置Ｐ０を検出する（ステップＳ１０１）。以後、検出された自車位置Ｐ０を原位置という。検出が行われると、位置検出部１０８から位置検出信号がマルチパス判定部１１０に送信され、原位置Ｐ０がマルチパスによる影響を受けたものか否かが判定される（ステップＳ１０２）。

マルチパス判定部１１０は、原位置Ｐ０と各ＧＰＳ衛星Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４との間に構造物が存在するか否を判定する。この判定を行うために、マルチパス判定部１１０は、ナビゲーション装置のデータベース４０に記憶されている構造物に関するデータを参照する。

図６は、構造物に関するデータを説明する図である。一般に、高層ビル等の構造物は、図６（ｂ）に示すように、矩形状を有している。ビルの底面を構成する頂点Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の緯度、経度が位置情報として、ビルの高さＨが高さ情報として、図６(ａ)に示すように、各構造物毎に記憶されている。円筒状のビルの場合には、その中心Ｃの緯度、経度と半径Ｒが位置情報として記憶されている。また、ビルの外観の面情報として、平面若しくは曲面であることを示す情報が記憶され、不規則な外観のビルの場合には不定とされる。

ここでは、ＧＰＳ衛星Ｓ１と自車位置との間に構造物が存在するか否かを例に説明する。図７は、図５の状態をＸ−Ｙ平面に投影したものである。衛星Ｓ１と原位置Ｐ０を結ぶ直線Ｌ１をＸ−Ｙ平面に直線Ｌ２として投影し、その直線Ｌ２上に、構造物が存在するか否かをチェックする（ステップＳ１０３）。上記したように、データベース４０には、各構造物の位置情報として、各頂点の緯度、経度が記憶されている。従って、構造物の各頂点Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を結ぶ各線分のいずれか１つが直線Ｌ２と交差すれば、直線Ｌ２上に構造物が存在することになる。例えば、線分Ａ１−Ａ２と線分Ａ３−Ａ４が直線Ｌ２に対して、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂで交差すれば、構造物が存在することになる。交差しなければ、構造物は存在せず、マルチパスの影響が無いと推定され、原位置Ｐ０が最終的な検出位置としてＧＰＳ受信装置２０から出力される（ステップＳ１０８）。

上記ステップにおいて構造物が存在した場合には、当該構造物がマルチパスの影響を与えるような構造物であるか否かを判定する。マルチパス判定部１１０は、データベースの構造物の高さ情報を参照し、当該構造物の高さが直線Ｌ１と交差するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。例えば、図８に示すように、交点Ｌ２ａ、Ｌ２ｂからの垂線が直線Ｌ１と交差する交点Ｌ１ａ、Ｌ１ｂまでの高さをＨ１、Ｈ２としたとき、これらの高さＨ１、Ｈ２と構造物の高さ情報Ｈとを比較する。

構造物の高さが、高さＨ１、Ｈ２より小さいとき、すなわち、構造物が直線Ｌ１に交差しない場合には、マルチパス無しと推定され、原位置Ｐ０が最終的な検出位置としてＧＰＳ受信装置から出力される(ステップＳ１０８)。構造物の高さが、Ｈ１、Ｈ２よりも大きいとき、すなわち構造物が直線Ｌ１に交差する場合には、マルチパス判定部１１０から位置補正部１１２に対して原位置Ｐ０はマルチパスの影響を受けている旨の結果が伝えられる。

次に、位置補正部１１２は、直線Ｌ１が構造物の面で反射されたときに得られる位置Ｐ１に原位置Ｐ０を補正する（ステップＳ１０５）。この補正方法を図９を用いて説明する。位置補正部１１２は、データベース４０に記憶された構造物の面情報から、面が平坦な面か曲面か、あるいはそれ以外かを識別する。ここでは、構造物の面が平坦の場合を例にする。衛星Ｓ１と原位置Ｐ０とを結ぶ直線Ｌ１と構造物の面Ｍ１との交点Ｋ１（反射点）を求め、交点Ｋ１における入射角θを求める。次に、入射角θと等しい出射角θで反射される方向に直線Ｌ３を求める。次に、構造物の面Ｍ１から原位置Ｐ０までの距離Ｄを算出し、面Ｍ１を基準に原位置Ｐ０と反対側に距離Ｄと直線Ｌ３の交点を求め、これを補正位置Ｐ１とする。衛星Ｓ１と原位置Ｐ０とを結ぶ直線Ｌ１は、衛星Ｓ１から到来する電波の方向と一致するものであり、当該電波が構造物の面Ｍ１にてあたかも反射されたような補正位置Ｐ１を求める。

位置検出部１０８は、位置補正部１１２からの補正位置Ｐ１の情報を受け取り、衛星Ｓ１から補正位置Ｐ１までの補正された擬似距離Ｒ１’を算出し（ステップＳ１０６）、自車位置を再検出する（ステップＳ１０７）。そして、再検出された位置が最終的な位置情報としてＧＰＳ受信装置２０から出力される（ステップＳ１０８）。

上記したように、衛星Ｓ１から原位置Ｐ０までの擬似距離Ｒ１は、構造物の反射によるマルチパスの誤差を含んでおり、これを反射がない補正位置Ｐ１に補正し、マルチパスの誤差のない擬似距離Ｒ１’を算出し、再度の位置検出を行うようにしたので、位置精度の向上を図ることができる。

ナビゲーション制御部３０は、ＧＰＳ受信装置２０からの精度の高い位置情報を取得し、ディスプレイ７０上に自車位置マークを地図上に合成して表示する。

上記実施例では、構造物の面が平坦な例を示したが、データベース４０に記憶された面情報により高層ビルの面が曲面であるときには、位置補正部１１２により曲面において反射するときの位置が算出される。高層ビルの面形状が不定であるときは、その反射位置を推測することが容易ではないため、位置補正部１１２による位置補正は必ずしも要しない。

また、ＧＰＳ受信装置２０におけるマルチパスの判定動作は、常時行うようにしてもよいが、必ずしもこれに限定されない。例えば、予めマルチパスが生じ易い高層ビルが乱立しているような都市部のエリア(住所)をデータベース４０に登録しておき、自車が当該エリアに侵入したときに、マルチパスの判定および位置補正を行うようにしてもよい。

さらに、測位しているＧＰＳ衛星の位置情報に基づき、自車位置と各ＧＰＳ衛星との仰角を算出し、いずれかの仰角が一定よりも小さい場合に、マルチパスの判定を行うようにしてもよい。仰角が小さいと、ＧＰＳ衛星からの電波が遮断され易く、マルチパスによる間接波の受信頻度が高くなると推測されるためである。

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。

本発明に係る位置検出装置は、車両や船舶等に搭載されるナビゲーション装置等のＧＰＳ受信装置において利用することが可能である。ＧＰＳ受信装置は、移動体に固定されるものに限らず、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯端末装置、ハンディタイプ（腕時計など）に実装するものであってもよい。

本発明の実施例に係る車載用のナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。 図１のＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。 ＧＰＳ衛星からの電波のマルチパスを説明する図である。 本実施例における位置検出動作を説明するフローチャートである。 原位置Ｐ０の検出を説明する図である。 構造物に関するデータを説明する図である。 衛星と原位置間に構造物が存在するか否かの判定を説明する図である。 衛星と原位置間にマルチパスの影響を与える構造物が存在するか否かを判定する図である。 位置補正部による位置補正を説明する図である。

符号の説明

１０： ＧＰＳ受信装置 ２０： ナビゲーション装置
３０： ナビゲーション制御部 ４０： データベース
５０： メモリ ６０： スピーカ
７０： ディスプレイ １０２：アンテナ
１０４：復調部 １０６：逆拡散部
１０８：位置検出部 １１０：マルチパス判定部
１１２：位置補正部

Claims (9)

1. ＧＰＳ衛星を利用した移動体の位置検出装置であって、
   建物等の構造物についての位置情報および高さ情報を記憶する記憶手段と、
   ＧＰＳ衛星からの信号に基づき移動体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記記憶手段に記憶された構造物の位置情報および高さ情報を参照し、前記移動体の検出された位置とＧＰＳ衛星の位置とを結ぶ直線上に構造物が存在するか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により構造物が存在すると判定されたとき、前記移動体の位置を、前記直線が前記構造物の面で反射したときに得られる位置に補正する位置補正手段と、
   を有する位置検出装置。
2. 前記位置補正手段は、前記直線が前記構造物の面と交差する点を基準に当該面と対称となる位置に補正する、請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記位置検出手段は、複数のＧＰＳ衛星からの信号に基づき移動体の位置を検出し、前記位置補正手段は、前記判定手段により複数のＧＰＳ衛星のいずれか１つの位置と前記移動体の検出された位置との間に構造物が存在すると判定されたとき、検出された位置を補正する、請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記位置検出手段は、前記位置補正手段により補正された位置とＧＰＳ衛星との測位距離に基づき移動体の位置を再検出する、請求項１ないし３いずれか１つに記載の位置検出装置。
5. 請求項１ないし４いずれか１つに記載の位置検出装置と、
   前記位置検出手段から得られる移動体の位置情報に基づきナビゲーションに必要な地図案内を行うナビゲーション制御部と、
   を有するナビゲーション装置。
6. ナビゲーション装置は、マルチパスが生じ易いエリアを予め記憶する記憶手段を含み、前記移動体の位置が前記記憶手段に記憶されたエリア内に進入したとき、前記判定手段により前記直線上に構造物が存在するか否かを判定する、請求項５に記載の位置検出装置。
7. ＧＰＳ衛星を利用した移動体の位置検出方法であって、
   複数のＧＰＳ衛星からの信号に基づき移動体の位置を検出するステップと、
   複数のＧＰＳ衛星のいずれか１つの位置と移動体の位置とを結ぶ直線上に構造物が存在するか否かを判定するステップと、
   構造物が存在すると判定されたとき、移動体の位置を、前記直線が前記構造物の面で反射したときに得られる位置に補正するステップと、
   を有する位置検出方法。
8. 位置検出方法はさらに、補正された位置とＧＰＳ衛星との距離を測位し、この測位結果に基づき位置検出を行うステップを有する、請求項７に記載の位置検出方法。
9. 前記判定するステップは、予め記憶装置に記憶されている構造物の位置情報および高さ情報を参照して判定を行う、請求項７に記載の位置検出方法。

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