JP2005300167A - 衛星測位装置及びナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衛星測位における測位位置の位置飛びを抑制する「衛星測位装置及びナビゲーション装置」を提供する。
【解決手段】時間T＝１において、GPS受信機４がGPS衛星からの受信電波の伝搬遅延に基づく衛星測位によって求めた位置P１と、その前の時間T＝０にGPS受信機４が衛星測位によって求めた位置P０との間の距離LSにしきい値Thdを越える大きな開きがある場合には、以降の第１の期間中の測位（T=１、２）では、最後に衛星測位位置を測位位置としたT＝０にGPS受信機４がGPS衛星からの受信電波に生じたドップラシフトから求めた速度ベクトルV０と前回の測位位置とから今回の測位位置を求める。また、その後の第２の期間中（T=３、４）の測位では、その時間においてGPS受信機４が求めた速度ベクトルVと、前回の測位位置とから今回の測位位置を求める。そして、その後（T=５、６）は衛星測位位置を測位位置とする処理に復帰する。
【選択図】図４

Description

本発明は、GPS等の衛星測位システムにおいて、衛星からの受信信号に基づいて自身の位置を測定する衛星測位装置に関するものである。

複数の衛星と自動車等の移動体と共に移動する衛星測位装置とより構成される衛星航法システムとしては、GPS（Global Positioning System）が広く利用されている。
また、このようなGPSにおける衛星測位装置であるGPS受信機における測位の技術としては、信号を受信可能な衛星のうちから、衛星の幾何学的配置関係に依存して定まる測位精度（DOP：Dilution of Precision）が最も良い値となる衛星の組み合わせを求め、求めた組み合わせに属する衛星から受信した信号を用いて測位を行う技術も知られている（たとえば、特許文献１）。

また、GPS受信機における測位の技術としては、衛星の異なる組み合わせのそれぞれについて、測位と測位誤差の算出を行うと共に、測位位置と測位誤差より現在位置が存在し得る範囲を誤差領域として求め、各衛星の組み合わせについて求めた誤差領域が重複する範囲を、最終的に現在位置が存在し得る範囲とする技術も知られている（たとえば、特許文献２）。

また、GPS受信機における測位の技術としては、GPS受信機において位置の測位の他、衛星からの受信信号のドップラシフトに基づいた速度ベクトルの算出も行う技術も知られている（たとえば、特許文献３）。
特開平５−２９７１０４号公報 特開平６-１１５６０号公報 特開平６−６６９１６号公報

さて、衛星測位装置における測位の精度や誤差の傾向は、測位に用いる衛星の組み合わせによって変動する。そしてこのために、測位に用いる衛星の組み合わせが変化すると、衛星測位装置における測位の安定性が劣化し、測位した位置の大きな飛び（時間的に連続する位置間が大きく離れること）が生じやすい。また、このような測位位置の大きな飛びが生じると、利用者に不審感を与えるのみならず、衛星測位装置によって測位した位置を、測位した位置やその履歴が表す軌跡と道路地図と照合して修正するマップマッチングなど補正手法により、正しい位置に補正することが困難となる。また、逆にマップマッチングによって位置の飛びを、さらに大きくしてしまうことも多い。

そこで、本発明は、衛星測位における測位位置の位置飛びの発生を抑制することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位装置に、複数の衛星から受信した信号を用いた衛星測位を行う衛星測位部と、前記衛星測位部が測位した位置を測位位置として出力する測位位置出力部と、複数の衛星から受信した信号を用いて速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部とを備え、前記測位位置出力手段において、予め定めた、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生したことを条件として含む第１の条件が満たされた場合に、その後、予め定めた第２の条件が満たされるまで、当該変化発生前に前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置と、当該変化発生前に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記衛星測位部が測位した位置に代えて前記測位位置として出力するようにしたものである。

このように本衛星測位装置は、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生することを条件として含む第１の条件が満たされた場合には、その後、所定の第２の条件が満たされるまでは、衛星測位部が衛星測位した位置ではなく、当該変化発生前に前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置と、当該変化発生前に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を測位位置とする。一方で、たとえば、衛星測位に用いる衛星の組み合わせの変化などの原因によって衛星測位部が衛星測位した位置に大きな変化が生じた場合には、変化直後に衛星測位した位置の信頼性が低い場合があり、この場合には、前述のように位置の変化前の速度ベクトルに基づいて推定される現在の位置の方が、より現在位置に近似している可能性が高い。

したがって、このような衛星測位装置によれば、より適正と推定される位置を測位位置として算定しつつ、測位位置の急激な変化を抑制することができる。
ここで、この衛星測位装置は、前記衛星位置出力手段において、前記第２の条件が満たされた後に、予め定めた第３の条件が満たされるまで、前回測位位置とした位置と、最近に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記測位位置として出力するように構成してもよい。

このようにすることにより、衛星測位に用いる衛星の組み合わせの変化などの原因によって衛星測位部が衛星測位した位置に大きな変化が生じた場合に、衛星測位した位置に比べ、より速やかに精度を回復する速度ベクトルを用いて、衛星測位した位置に大きな変化が生じる前の速度ベクトルを用い続ける場合よりも、適正に現在位置を推定し、前記測位位置として出力することができるようになる。

また、この場合において、前記第３の条件は、前記第２の条件が満たされた後、または、前記第１の条件が発生した後、所定時間が経過した場合に満たされるものとしてよい。または、前記第３の条件は、前記第１の条件満たされた後、前記第１の条件満たされたときの前記衛星測位した位置の変化の大きさに応じて、位置の変化が大きいほど大きくなるように定めた時間が経過した場合に満たされるものとしてもよい。または、前記第３の条件は、前述のように推定される現在の位置と、前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置とが、所定距離内に近接した場合に満たされるものとしてもよい。これらのようにすることにより、衛星測位の信頼性が回復した後に、衛星測位した位置を測位位置として用いる状態に復帰することができると共に、この復帰の際の測位位置の位置飛びも抑制することができるようになる。

また、このような衛星測位装置においては、前記測位位置出力手段は、前記衛星測位部が衛星測位に失敗した場合に、前記衛星測位部が最後に衛星測位に成功してから予め定めた期間が経過していない場合には、前記衛星測位部が衛星測位に失敗する前に当該衛星測位部が衛星測位によって求めた位置と、前記衛星測位部が衛星測位に失敗する前に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記衛星測位部が測位した位置に代えて前記測位位置として出力するようにしてもよい。

また、この場合において、前記衛星測位部が衛星測位に失敗したときの、前記衛星測位部が衛星測位した位置が所定のレベル以上大きく変化したかどうかの判定は、その失敗の前後で前記衛星測位部が衛星測位した位置の変化が所定のレベル以上大きいかどうかに応じて行うようにしてもよい。

このようにすることにより、短時間、衛星測位が行えなくなった場合にも測位位置の大きな位置飛びの発生を抑制することができるようになる。
また、前記課題達成のために、本発明は、衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位装置に、複数の衛星から受信した信号を用いた衛星測位を行う衛星測位部と、前記衛星測位部が測位した位置を測位位置として出力する測位位置出力部と、複数の衛星から受信した信号を用いて速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部とを備え、前記測位位置出力手段において、予め定めた、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生したことを条件として含む第１の条件が満たされた場合に、その後、予め定めた第２の条件が満たされるまで、前回測位位置とした位置と、最近に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記衛星測位部が測位した位置に代えて前記測位位置として出力するようにしたものである。

このように、本衛星測位装置は、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生した場合には、その後、所定の第２の条件が満たされるまでは、衛星測位部が衛星測位した位置ではなく、当該変化発生前に前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置と、最近に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を測位位置とする。一方で、たとえば、衛星測位に用いる衛星の組み合わせの変化などの原因によって衛星測位部が衛星測位した位置に大きな変化が生じた場合には、変化直後に衛星測位によって測位される位置の信頼性が低い場合があり、この場合には、速度ベクトルに基づいて推定される現在の位置の方が、より現在位置に近似している可能性が高い。

したがって、このような衛星測位装置によれば、より適正と推定される位置を測位位置として算定しつつ、測位位置の急激な変化を抑制することができる。
ここで、以上の各衛星測位装置においては、前記第２の条件は、前記第１の条件が満たされた後に、所定時間が経過した場合に満たされるものとしてよい。または、前記第２の条件は、前記第１の条件が満たされた後に、前記第１の条件が満たされたときの前記衛星測位した位置の変化の大きさに応じて、位置の変化が大きいほど大きくなるように定めた時間が経過した場合に満たされるものとしてもよい。または、以上の各衛星測位装置において、前記第２の条件は、前述のように推定される現在の位置と、前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置とが、所定距離内に近接した場合に満たされるものとしてもよい。

これらのようにすることにより、衛星測位の信頼性が回復した後に衛星測位した位置を測位位置として用いる状態に復帰することができると共に、この復帰の際の測位位置の位置飛びも抑制することができるようになる。
また、さらに、以上の各衛星測位装置において、前記第１の条件は、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が少なくとも発生し、かつ、前記衛星測位部が衛星測位に用いた複数の衛星の組み合わせが所定のレベル以上変化した場合に満たされるものとしてよい。

また、前記達成のために、本発明は、以上の各衛星測位装置と、当該衛星測位装置の前記測位位置出力手段が出力した測位位置に対して、道路地図とのマップマッチング処理を施して現在位置を算定するマップマッチング処理部とを備えたナビゲーション装置を提供するものである。

このようなナビゲーション装置によれば、衛星測位装置からは、大きな位置飛びの発生が抑制された測位位置が出力される。したがって、マップマッチング処理部によって、良好に測位位置の正しい現在位置への補正を行うことができるようになる。結果、本ナビゲーション装置によれば、より適正に現在位置を算定することができるようになる。

以上のように本発明によれば、衛星測位における測位位置の位置飛びの発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について、自動車に搭載されるナビゲーションシステムへの適用を例にとり説明する。
図１に、本実施形態に係るナビゲーションシステムの構成を示す。
図示するように、ナビゲーションシステムは、ナビゲーション装置１と、操作部２と、表示装置３と、GPS受信機４とを備えて構成される。
そして、ナビゲーション装置１は、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１１、測位処理部１２、マップマッチング処理部１３、ルート探索部１４、メモリ１５、制御部１６、案内画像生成部１７を有する。
また、GPS受信機４は、アンテナ４１、RF処理部４２、復調部４３、速度ベクトル算出部４４、衛星測位部４５、衛星選択部４６、受信機制御部４７とを有する。RF処理部４２は、アンテナ４１による受信信号の増幅や中間周波数信号への変換などを行う。復調部４３は、RF処理部４２が処理した信号から、各衛星が送信した送信信号を抽出し、そのベースバンド信号を復調する。衛星選択部４６は、ベースバンド信号を復調できた衛星のうちから、測位に用いる衛星を選択する。また、衛星測位部４５は、衛星選択部４６が選択した衛星からのベースバンド信号を用いた衛星測位を行う。また、速度ベクトル算出部４４は、衛星選択部４６が選択した衛星が送信した送信信号のドップラシフト量より、自車の速度ベクトル（速度の大きさvと、進行方向θ）を算出する。

そして、受信機制御部４７は、以上各部の制御を行うと共に、ナビゲーション装置１の測位処理部１２に、衛星測位部４５が測位した位置である衛星測位位置Pと、速度ベクトル算出部４４が算出した速度ベクトルVと、衛星選択部４６が選択した衛星の衛星番号のリストである測位使用衛星番号リストLを出力する。

ここで、衛星選択部４６は、各衛星の送信電波の受信電界強度や、各衛星の仰角や、DOP値に応じて、より少ない誤差で衛星測位を行える複数の衛星を選択する。選択する衛星の数は、二次元測位を行う場合には３以上、三次元測位を行う場合には４以上である。なお、DOPとしては、水平方向位置の決定精度を表すHDOP、垂直方向位置の決定精度を表すVDOP、水平及び垂直方向の位置の決定精度を表すPDOP、時刻の決定精度を表すTDOP、水平及び垂直方向の位置と時刻との決定精度を総合的に表すGDOPが周知であるが、本実施形態において、測位に用いることのできる衛星の選択には、好ましくはGDOPを用いるようにする。

次に、衛星測位部４５が行う衛星測位は、周知の通り、各衛星からGPS受信機４までの、各衛星が送信した信号の伝搬遅延時間と、既知の各衛星の位置より自身の現在位置を求めることを原理とするものである。また、速度ベクトル算出部４４が行う速度ベクトルの算出は、各衛星が送信した信号に生じたドップラシフト量と、既知の各衛星の位置より、自身の速度ベクトルを求めるものである。すなわち、現在位置の衛星測位と、速度ベクトルの算出は、その測定原理の主たる部分において、異なる測定値に基づいて独立して行われるものである。したがって、衛星測位位置の誤差と速度ベルトの算出誤差も、相互に独立的に生じる。より具体的には、現在位置の測位精度が劣化している期間でも、速度ベクトルの算出精度は比較的劣化していない場合が多い。

さて、このような構成において、ナビゲーション装置１の測位処理部１２は、後述する測位処理を行い、GPS受信機４が測位した衛星測位位置Pと、GPS受信機４が測定した速度ベクトルVと、GPS受信機４が衛星測位に用いた衛星の組み合わせを衛星番号によって示す測位使用衛星番号リストLより、測位位置Locを算定し、マップマッチング処理部１３に出力することを繰り返す。

次に、マップマッチング処理部１３は、測位位置Locに基づく、道路地図データ記憶部１１から読み出した前回決定した現在位置の周辺の道路地図とのマップマッチング処理を行い、現在位置や、車両の進行方向を算出し、メモリ１５にセットする処理を繰り返す。より具体的には、マップマッチング処理部１３は、測位位置Locまたは測位位置Locの軌跡と地図とのマップマッチング処理により求まる測位位置Locに最も整合する道路上の位置を現在位置として算出する。

次に、ルート探索部１４は、制御部１６が操作部２を介してユーザから受け付けメモリ１５にセットされた目的地までの、メモリ１５にセットされた現在位置からのルートを推奨ルートとして探索し、探索した推奨ルートをメモリ１５にセットする。
また、案内画像生成部１７は、道路地図データ記憶部１１に記憶された道路地図上に、メモリ１５にセットされている現在位置や推奨ルートや目的地を表した案内画像を生成し、表示装置３に表示する。
図２は、このようにして表示装置３に表示される案内画像の例を示すものであり、図示するように案内画像は、自車位置周辺の道路地図画像２０１上に、現在位置を表す現在位置マーク２０２や、推奨ルートを表すルート図形２０３などが表されたものとなる。なお、道路地図画像２０１の表示範囲内に目的地が含まれる場合には、目的地を表す目的地マーク２０４も道路画像上に表示されることになる。

なお、制御部１６は、メモリ１５にセットされた現在位置が目的地近傍となったならば、目的地到着と判定し、メモリ１５にセットされている目的地と推奨ルートをクリアする処理も行う。
以下、このようなナビゲーション装置１の測位処理部１２が測位位置Locの算出を行うために行う測位処理の詳細について説明する。
図３に、この測位処理の手順を示す。
ここで、測位処理では、処理に用いるパラメータとして測位モードを用いる。測位モードは、通常測位モードと慣性測位モードと速度ベクトル基準測位モードの３つモードのいずれかの値をとる。
さて、図示するように、この測位処理において測位処理部１２は、まず、GPS受信機４から、GPS受信機４が測位した現時刻tの衛星測位位置Ptと、GPS受信機４が測定した現時刻tの速度ベクトルVtと、GPS受信機４が現時刻tの衛星測位に用いた衛星の組み合わせを衛星番号によって示す測位使用衛星番号リストLtを取得する（ステップ３０２）。

そして、タイマT０をスタートする（ステップ３０４）。ここで、このタイマT０は、定期的（たとえば、１秒毎）に測位位置Locの算出を行うために用いるタイマであり、そのタイムアウト時間はたとえば１秒である。
そして、次に、現在の測位モードが、慣性測位モードと速度ベクトル基準測位モードと通常測位モードのいずれであるかを調べ（ステップ３０６、３０８、３１０）、通常モードであれば、次に、前回測位位置Loc t-1を算出したときの測位モードも通常モードであったかどうかを調べる（ステップ３１２）。

そして、前回測位位置Loc t-1を算出したときの測位モードが通常モードでなければ、今回GPS受信機から取得した衛星測位位置Ptを、そのまま、測位位置Loc tとし（ステップ３３４）、今回取得した速度ベクトルVtを基準速度ベクトルVfに設定した上で（ステップ３３６）、ステップ３２６に進む。

一方、前回測位位置Loc t-1を算出したときの測位モードも通常モードである場合には（ステップ３１２）、前回測位位置Loc t-1を算出したときに取得した衛星測位位置Pt-1と今回取得した衛星測位位置Ptとの間で、急激な位置飛びが発生したかどうかを調べる（ステップ３１４）。より具体的には、たとえば、今回取得した衛星測位位置Ptと前回測位位置Loc t-1を算出したときの衛星測位位置Pt-1との距離が、しきい値Thdより大きいかどうかを調べ、しきい値を超えている場合に、急激な位置飛びが発生したものとする。ここで、しきい値Thbとしては、おおよそタイマT０のタイムアウト時間内に自動車が移動できない距離を設定する。たとえば、タイマT０のタイムアウト時間を１秒とした場合、すなわち、１秒間隔で測位位置Loc tの算出する場合には、しきい値Thdを１００mなどとする。

そして、急激な位置飛びが発生していない場合には、今回GPS受信機から取得した衛星測位位置Ptを、そのまま、測位位置Loc tとし（ステップ３３４）、今回取得した速度ベクトルVtを基準速度ベクトルVfに設定した上で（ステップ３３６）、ステップ３２６に進む。

一方、急激な位置飛びが発生している場合には、さらに、今回取得した測位使用衛星番号リストLtと、前回測位位置Loc t-1を算出したときに取得した測位使用衛星番号リストLt-1とを比較し、GPS受信機４において衛星測位に用いられた衛星の組み合わせが大きく変化したかどうかを調べる（ステップ３１６）。より具体的には、たとえば、今回取得した測位使用衛星番号リストLtと、前回測位位置Loc t-1を算出したときに取得した測位使用衛星番号リストLt-1に共通に含まれている衛星番号の数が２以下である場合に、衛星測位に用いられた衛星の組み合わせが大きく変化したものとする。

そして、衛星測位に用いられた衛星が大きく変化していない場合には、今回GPS受信機から取得した衛星測位位置Ptを、そのまま、測位位置Loc tとし（ステップ３３４）、今回取得した速度ベクトルVtを基準速度ベクトルVfに設定した上で（ステップ３３６）、ステップ３２６に進む。

一方、衛星測位に用いられた衛星が大きく変化した場合には、復帰時間TRを、発生した位置飛びの大きさが大きいほど長くなるように設定する（ステップ３１８）。たとえば、今回取得した衛星測位位置Ptと前回測位位置Loc t-1を算出したときの衛星測位位置Pt-1との距離が１００mであれば、復帰時間TRを５秒とする。また、この距離が１００m-１kmまでの間である場合には、距離が１００m増える毎に、復帰時間TRが３秒増えるように、復帰時間TRを設定する。そして、この距離が１km以上であれば、復帰時間TRを３２秒とする。

そして、次に、測位モードを慣性測位モードに設定し（ステップ３２０）、タイマT１とタイマT２をスタートする（ステップ３２２）。ここで、タイマT１は、たとえば、１秒または２秒のタイムアウト時間を持つタイマである。
そして、前回測位位置Loc t-1を算出してから現在までの経過時間分、基準速度ベクトルVfを時間積分して得られる変位を、前回算出した測位位置Loc t-1に加えた位置を今回の測位位置Loc tとし（ステップ３２４）、ステップ３２４に進む。すなわち、前回算出した測位位置Loc t-1から、基準速度ベクトルVfが示す進行方向θ方向に、基準速度ベクトルVfが示す速度vで、測位位置Loc t-1を前回算出してから現在までの時間進んだと仮定した場合の位置を、今回の測位位置Loc tとする。

さて、次にステップ３０６に戻り、このステップ３０６で測位モードが慣性測位モードであると判定された場合には、ステップ３２４と同様に、前回測位位置Loc t-1を算出してから現在までの経過時間分、基準速度ベクトルVfを時間積分して得られる変位を、前回算出した測位位置Loc t-1に加えた位置を今回の測位位置Loc tとし（ステップ３３８）、ステップ３２６に進む。

また、ステップ３０８で、測位モードが速度ベクトル基準測位モードであると判定された場合には、前回測位位置Loc t-1を算出してから現在までの経過時間分、今回取得した速度ベクトルVtを時間積分して得られる変位を、前回算出した測位位置Loc t-1に加えた位置を今回の測位位置Loc tとし（ステップ３４０）、ステップ３２６に進む。すなわち、前回算出した測位位置Loc t-1から、今回取得した速度ベクトルVtが示す進行方向θ方向に、速度ベクトルVtが示す速度vで、測位位置Loc t-1を前回算出してから現在までの時間進んだと仮定した場合の位置を、今回の測位位置Loc tとする。ただし、このステップでは、前回測位位置Loc t-1を算出してから現在までの時間分、前回取得した速度ベクトルVt-1を時間積分して得られる変位を、前回算出した測位位置Loc t-1に加えた位置を今回の測位位置Loc tとするようにしてもよい。または、このステップでは、前回測位位置Loc t-1を算出してから現在までの経過時間分、前回取得した速度ベクトルVt-1と今回取得した速度ベクトルVt平均して得られる速度ベクトルを時間積分して得られる変位を、前回算出した測位位置Loc t-1に加えた位置を今回の測位位置Loc tとするようにしてもよい。

さて、このようにして今回の測位位置Loc tが算出されたならば、ステップ３２６において、今回の測位位置Loc tをマップマッチング処理部１３に出力する。
そして、タイマT１のタイムアウトと（ステップ３２８）、タイマT２の測定時間が復帰時間TRを越えたことと（ステップ３３０）、タイマT０のタイムアウトの発生（ステップ３３２）を監視する。ただし、タイマT１のタイムアウトは測位モードが慣性測位モードのときのみに発生し、タイマT２の時間の測定は測位モードが速度ベクトル基準測位モードの場合にのみ行われる。

そして、タイマT０のタイムアウト前にタイマT１のタイムアウトが発生した場合には（ステップ３２８）、測位モードを速度ベクトル基準測位モードに変更する（ステップ３４２）。また、タイマT０のタイムアウト前にタイマT２の測定時間が復帰時間TRを越えた場合には（ステップ３３０）、タイマT２をリセットして停止し、測位モードを通常測位モードに設定する（ステップ３４４）。

そして、タイマT０のタイムアウトが発生した場合には（ステップ３３２）、ステップ３０２からの処理に戻る。
以上、測位処理部１２が行う測位処理について説明した。
ここで、このような測位処理の動作例を図４aに示す。
いま、図示するように時間T＝-１、０において測位モードが通常モードである場合、時間-１、０の測位位置Loc -１、測位位置Loc ０としては、GPS受信機４が衛星測位によって求めた位置P-１、P０が算出される。
次に、時間T＝１において、GPS受信機４が衛星測位によって求めた位置P１と、その前の時間T＝０にGPS受信機４が衛星測位によって求めた位置P０との間の距離Lsにしきい値Thdを越える大きな開きがある場合には、位置飛びが発生したものと判定される。そして、測位使用衛星の組み合わせが大きく変化しているかどうかが調査され、大きく変化している場合には、測位モードが慣性測位モードに切り替えられる。また、この時間T＝１の測位位置Loc １としては、通常測位モードで最後に測位位置を算出した回（図ではT＝０の回）にGPS受信機４が求めた速度ベクトル（図ではV０）である基準速度ベクトルVfを時間T＝０からを時間T１までの時間で時間積分して得られる変位を、前回の測位位置（図ではLoc ０）に加えた位置が算出される。

また、以降所定期間（慣性測位モード設定時にスタートするタイマT１のタイムアウトまでの期間）は、基準速度ベクトルVfを時間積分して得られる変位を、前回の測位位置に加えた位置が算出される。たとえば、図では、時間T＝２の測位位置Loc ２として、基準速度ベクトルVfであるV０を前回から今回の測位までの時間で時間積分して得られる変位を、前回（T＝１）の測位位置Loc １に加えた位置が算出されている。

次に、所定期間が経過すると（タイマT１がタイムアウトすると）、測位モードが速度ベクトル基準測位モードに切り替わる。図示した例では、時間T＝２の時点では慣性測位モードであった測位モードが、時間T＝３までに速度ベクトル基準測位モードに切り替わっている。

そして、測位モードが速度ベクトル基準測位モードに切り替わった時間T＝３では、測位位置Loc ３は、当該時間T＝３にGPS受信機４が求めた速度ベクトルV３を、前回から今回の測位までの時間で時間積分して得られる変位を、前回（T＝２）の測位位置Loc ２に加えた位置として算出される。

そして、以降、所定期間（慣性測位モード切替後の復帰時間TR経過までの期間）は、時間T＝３と同様に、その時間においてGPS受信機４が求めた速度ベクトルVを、前回から今回の測位までの時間で時間積分して得られる変位を、前回の測位位置に加えた位置として算出される。たとえば、図では、時間T＝４の測位位置Loc ４として、当該時間T＝４にGPS受信機４が求めた速度ベクトルV４を、前回から今回の測位までの時間で時間積分して得られる変位を、前回（T＝３）の測位位置Loc ３に加えた位置が算出されている。

そして、次に、所定期間（慣性測位モード切替後の復帰時間TR経過までの期間）が経過すると、測位モードが通常モードに戻され、以降、通常モードが維持されている限り、測位位置として、その時間においてGPS受信機４が衛星測位によって求めた位置Pが、測位位置Loc として算出されることになる。図では、時間T＝４と時間T＝５の間の時点で測位モードが通常測位モードに切り替えられ、時間T＝５、６において測位モードが通常モードに維持されている。そして、この時間T＝５、６では測位位置Loc ５、測位位置Loc ６として、GPS受信機４が衛星測位によって求めた位置P５、P６が算出されている。

このように、本測位処理では、GPS受信機４において衛星測位に使用される衛星の組み合わせの変化時に、衛星測位位置Pの大きな変化（位置飛び）が発生した場合には、その後の第１の期間は、位置飛び発生前にGPS受信機４が求めた速度ベクトル及び測位位置に基づいて各時点の測位位置を算出する。

ここで、この第１の期間に、このような測位を行うのは、使用衛星の変化と衛星測位位置の大きな変化が生じた場合には、その直後の期間は、GPS受信機４の衛星測位も、GPS受信機４の速度ベクトルの算出も安定的に行われておらず、その信頼性が乏しいと考えられるからである。
また、第１の期間経過後の第２の期間には、測位位置算出の各回において今回GPS受信機が求めた速度ベクトルと、前回求めた測位位置に基づいて、今回の測位位置を決定する。ただし、前述したように、この第２の期間には、測位位置算出の各回において前回GPS受信機が求めた速度ベクトルと、前回求めた測位位置に基づいて、今回の測位位置を決定するようにしてもよいし、測位位置算出の各回において前回GPS受信機が求めた速度ベクトルと今回GPS受信機が求めた速度ベクトルを平均して得られる速度ベクトルと、前回求めた測位位置に基づいて、今回の測位位置を決定するようにしてもよい。
ここで、この第２の期間にこのような測位を行うのは、第１の期間経過後は、GPS受信機４の速度ベクトルの測定精度は信頼性が高い状態に既に復帰していると考えられるからである。また、この第２の期間は、まだGPS受信機４の衛星測位の測位精度は充分な精度まで復帰していない状態にあると考えられることと、この期間内に、GPS受信機４が衛星測位した位置を測位位置として用いると、測位位置の位置飛びが発生する可能性が高いと考えられることによるものである。

そして、第２の期間経過後は、GPS受信機４が衛星測位した位置を測位位置として用いる状態に復帰する。
ここで、この第２の期間（復帰時間TRにより定まる時間）は、初めに生じた位置飛び（Ls）の大きさに応じて、位置飛びが大きいほど長くなるように設定している。したがって、第２の期間終了時には、GPS受信機４の衛星測位の測位精度は充分な精度まで復帰しており、かつ、GPS受信機４が衛星測位した位置と、前回の測位位置と今回の速度ベクトルに基づいて算出される位置との距離が充分に近接していることが期待できる。したがって、第２の期間経過後にGPS受信機４が衛星測位した位置を測位位置として用いるようにしても、測位位置の位置飛びは発生せずに、適正な位置を測位位置として算出することができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上では、測位モードを慣性測位モードに切り替えた後、復帰時間TRの経過したときに、測位モードを通常モードに復帰させるようにしたが、これは、測位モードを慣性測位モードに切り替えた後、測位位置Loc tとGPS受信機４が衛星測位した位置Ptが、所定距離以内に近接した時点で、測位モードを通常モードに復帰させるようにしてもよい。

すなわち、この場合には、測位処理を図５に示すように行えばよい。
図示するように、この測位処理は、図３に示した測位処理において、慣性測位モードまたは速度ベクトル基準測位モードにおいて測位位置Loc tを算出した（ステップ３３８、３４０）後にと、測位位置Loc tと今回取得した衛星測位位置Ptとの距離を調べ、当該距離が、所定のしきい値ThRより小さい場合には、測位モードを通常モードに復帰し、タイマT１、タイマ２をリセットするステップ５０２、５０４を加えたものである。ここで、しきい値ThRは、たとえば２０mなどとする。

なお、この測位処理は、さらに復帰時間TRとタイマ２に関するステップ３１８、３３０、３４４、を排するようにしてもよい。
このようにすることにより、図４bに示すように、基準速度ベクトルまたは今回の速度ベクトルと前回の測位位置に従って求めた測位位置（図ではLoc ３）と衛星測位位置（図ではP３）との距離（図ではLR）が近接した時点（図ではT＝３）で、衛星測位の精度が復帰し、かつ、衛星測位位置を測位位置としても測位位置の位置飛びが発生しない状態となったものとして、それ以上の時間の経過を待つことなく、衛星測位位置をそのまま測位位置として求める通常測位モードに復帰させることができるようになる。すなわち、図示した場合では、T＝３の次のT＝４の以降、衛星測位位置P４、P５、、、が測位位置Loc ４、Loc ５、、、として算出されている。

さて、以上の実施形態では、測位モードとして、通常測位モードの他に、慣性測位モードと速度ベクトル基準測位モードを設けたが、これは、慣性測位モードと速度ベクトル基準測位モードのうちの一方のみを設けるようにしてもよい。すなわち、衛星測位位置の大きな位置飛び発生時に、衛星測位使用衛星の変化が検出された場合には、測位モードを慣性測位モードとし、その後、所定期間経過した時または衛星測位位置と測位位置が近接した時に、測位モードを通常測位モードに復帰させるようにしてもよい。または、衛星測位位置の大きな位置飛び発生時に、衛星測位使用衛星の変化が検出された場合には、測位モードを速度ベクトル基準測位モードとし、その後、所定期間経過した時または衛星測位位置と測位位置が近接した時に、測位モードを通常測位モードに復帰させるようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、衛星測位位置の大きな位置飛び発生時に、衛星測位使用衛星の変化が検出された場合に、測位モードを通常測位モードから慣性測位モードまたは速度ベクトル基準測位モードに切り替えるようにしたが、これは、衛星測位位置の大きな位置飛び発生時には、衛星測位使用衛星の変化に関わらずに、測位モードを通常測位モードから慣性測位モードまたは速度ベクトル基準測位モードに切り替えるようにしてもよい。

また、以上の図３、５に示した測位処理は、以下のように修正を加えて実施するようにしてもよい。
すなわち、まず、測位モードとしてエラーモードとブラインドモードを加える。
そして、図３、５の測位処理のステップ３０４とステップ３０６の間に、図６に示す処理を挿入する。
すなわち、図３、５の測位処理においてステップ３０４実行後は、ステップ６０２に進むようにする。
そして、図６のステップ６０２では、GPS受信機４からの衛星測位位置PtやVtの取得に成功したかどうかを調べ、取得に成功していれば、現在の測位モードがエラーモードまたはブラインドモードであるかどうかを調べ（ステップ６０４）、エラーモードまたはブラインドモードであれば、測位モードを通常モードに復帰し（ステップ６０６）、図３、５の測位処理のステップ３０６に進む。一方、エラーモードでもブラインドモードでもなければ、そのまま図３、５の測位処理のステップ３０６に進む。

一方、ステップ６０２で、GPS受信機４からの衛星測位位置PtやVtやLtの取得に失敗したと判定された場合には、現在の測位モードと前回測位位置Loc t-1を算出したときの測位モードの双方が通常モードであったかどうかを調べる（ステップ６０８、６１０）。そして、双方が通常モードであれば、測位モードをブラインドモードに設定し（ステップ６１２）、ステップ６１４に進む。一方、いずれかが通常モードでなければ、そのままステップ６１４に進む。

そして、ステップ６１４では、測位モードがブラインドモードであるかどうかを調べ、ブラインドモードでない場合には、測位エラーをマップマッチング処理部１３に出力し（ステップ６２０）、測位モードをエラーモードに設定する（ステップ６２２）。そして、タイマ０のタイムアウトをまって（ステップ６２４）、図３、５の測位処理のステップ３０２に戻る。

一方、測位モードがブラインドモードであれば（ステップ６１４）、ブラインドモードの継続時間がThb（たとえば、２秒）以下であるかどうかを調べ（ステップ６１６）、Thb以下でなければ、測位エラーをマップマッチング処理部１３に出力し（ステップ６２０）、測位モードをエラーモードに設定する（ステップ６２２）。そして、タイマ０のタイムアウトをまって（ステップ６２４）、図３、５の測位処理のステップ３０２に戻る。

一方、ブラインドモードの継続時間がThb以下であれば、前回測位位置Loc t-1を算出してから現在までの経過時間分、基準速度ベクトルVfを積分して得られる変位を、前回算出した測位位置Loc t-1に加えた位置を今回の測位位置Loc tとし（ステップ６１８）、図３、５の測位処理のステップ３２６に進む。

また、このような図６に示す処理を図３、５の測位処理のステップ３０４とステップ３０６の間に、挿入した上で、図３、５の測位処理のステップ３１２では、前回測位位置Loc t-1 を算出したときの測位モードが通常モードであった場合の他、前回測位位置Loc t-1 を算出したときの測位モードがブラインドモードであった場合にもステップ３１４に進むようにする。また、ステップ３１４では、最後に通常モードにおいて測位位置Loc t-xを算出したときに取得した衛星測位位置Pt-xと今回取得した衛星測位位置Ptとの間で、急激な位置飛びが発生したかどうかを調べ、急激な位置飛びが発生した場合に、ステップ３１６に進むようにする。また、ステップ３１６では、前回測位位置Loc t-1 を算出したときの測位モードがブラインドモードである場合には、Lt-1が取得できていないことより、GPS受信機４において衛星測位に用いられた衛星が大きく変化したと判定する。

このような修正を図３、５に施すことにより、短時間、GPS受信機４において衛星測位が行えなくなった場合にも、図３、５の測位処理と同様の効果を得ることができる。
たとえば、図７に示したように、通常測位モードで時間T＝-１、０の測位が行われた後、時間T１においてGPS受信機４において衛星測位が失敗した場合にも、この時間T＝０の測位位置Loc 1として、通常測位モードで最後に測位位置を算出した回（図ではT＝０の回）にGPS受信機４が求めた速度ベクトル（図ではV０）である基準速度ベクトルVfを時間T＝０からを時間T１までの時間で時間積分して得られる変位を、前回の測位位置（図ではLoc ０）に加えた位置が算出される。

また、その後は、時間T=２において、最後に通常モードで算出した衛星測位位置P０とGPS受信機４において衛星測位が可能な状態に復帰して最初に出力された衛星測位位置P２との間の距離Lsによる大きな位置飛びと、衛星測位使用衛星の組み合わせの大きな変化が検出され、測位モードが慣性測位モードに設定される。そして、以降は、図３、５の測位処理と同様に、慣性測位モード（時間T=２、３）、速度ベクトル基準測位モード（時間T＝４、５）によって測位位置が順次算出され、最終的に測位モードが通常モード（時間T＝６以降）に復帰されることになる。

したがって、短時間、GPS受信機４において衛星測位が行えなくなった場合にも測位位置の大きな位置飛びの発生を抑制することができるようになる。
なお、以上のナビゲーション装置１としては、実際にはCPUやメモリ１５や外部記憶装置などの構成を備えたコンピュータを用いることができ、また、この場合には、測位処理部１２やマップマッチング処理部１３は、当該コンピュータが以上の測位処理を定義したプログラムを実行することにより実現されるものであって良い。

本発明の実施形態に係るナビゲーションシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態において表示する案内画像の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る測位処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る測位処理の動作例を示す図である。 本発明の実施形態に係る測位処理の他の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る測位処理の他の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る測位処理の動作例を示す図である。

符号の説明

１…ナビゲーション装置、２…操作部、３…表示装置、４…GPS受信機、１１…道路地図データ記憶部、１２…測位処理部、１３…マップマッチング処理部、１４…ルート探索部、１５…メモリ、１６…制御部、１７…案内画像生成部、４１…アンテナ、４２…RF処理部、４３…復調部、４４…速度ベクトル算出部、４５…衛星測位部、４６…衛星選択部、４７…受信機制御部。

Claims (21)

1. 衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位装置であって、
   複数の衛星から受信した信号を用いた衛星測位を行う衛星測位部と、
   前記衛星測位部が測位した位置を測位位置として出力する測位位置出力部と、
   複数の衛星から受信した信号を用いて速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部とを有し、
   前記測位位置出力手段は、予め定めた、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生したことを条件として含む第１の条件が満たされた場合に、その後、予め定めた第２の条件が満たされるまで、当該変化発生前に前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置と、当該変化発生前に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記衛星測位部が測位した位置に代えて前記測位位置として出力することを特徴とする衛星測位装置。
2. 請求項１記載の衛星測位装置であって、
   前記第２の条件は、前記第１の条件が満たされた後に所定時間が経過した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
3. 請求項１記載の衛星測位装置であって、
   前記第２の条件は、前記推定される現在の位置と、前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置とが、所定距離内に近接した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
4. 衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位装置であって、
   複数の衛星から受信した信号を用いた衛星測位を行う衛星測位部と、
   前記衛星測位部が測位した位置を測位位置として出力する測位位置出力部と、
   複数の衛星から受信した信号を用いて速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部とを有し、
   前記測位位置出力手段は、予め定めた、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生したことを条件として含む第１の条件が満たされた場合に、その後、予め定めた第２の条件が満たされるまで、前回測位位置とした位置と、最近に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記衛星測位部が測位した位置に代えて前記測位位置として出力することを特徴とする衛星測位装置。
5. 請求項４記載の衛星測位装置であって、
   前記第２の条件は、前記第１の条件が満たされた後、所定時間が経過した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
6. 請求項４記載の衛星測位装置であって、
   前記第２の条件は、前記第１の条件が満たされた後、前記第１の条件が満たされたときの前記衛星測位した位置の変化の大きさに応じて、位置の変化が大きいほど大きくなるように定めた時間が経過した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
7. 請求項４記載の衛星測位装置であって、
   前記第２の条件は、前記推定される現在の位置と、前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置とが、所定距離内に近接した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
8. 請求項１記載の衛星測位装置であって、
   前記衛星位置出力手段は、前記第２の条件が満たされた後に、予め定めた第３の条件が満たされるまで、前回測位位置とした位置と、最近に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記測位位置として出力することを特徴とする衛星測位装置。
9. 請求項８記載の衛星測位装置であって、
   前記第３の条件は、前記第１の条件が満たされた後、所定時間が経過した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
10. 請求項８記載の衛星測位装置であって、
    前記第３の条件は、前記第１の条件が満たされた後、前記第１の条件が満たされたときの前記衛星測位した位置の変化の大きさに応じて、位置の変化が大きいほど大きくなるように定めた時間が経過した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
11. 請求項８記載の衛星測位装置であって、
    前記第３の条件は、前記推定される現在の位置と、前記衛星測位部が衛星測位によって求めた位置とが、所定距離内に近接した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
12. 請求項１記載の衛星測位装置であって、
    前記第１の条件は、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が少なくとも発生し、かつ、前記衛星測位部が衛星測位に用いた複数の衛星の組み合わせが所定のレベル以上変化した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
13. 請求項４記載の衛星測位装置であって、
    前記第１の条件は、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が少なくとも発生し、かつ、前記衛星測位部が衛星測位に用いた複数の衛星の組み合わせが所定のレベル以上変化した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
14. 請求項８記載の衛星測位装置であって、
    前記第１の条件は、前記衛星測位部が衛星測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が少なくとも発生し、かつ、前記衛星測位部が衛星測位に用いた複数の衛星の組み合わせが所定のレベル以上変化した場合に満たされることを特徴とする衛星測位装置。
15. 請求項１記載の衛星測位装置であって、
    前記測位位置出力手段は、前記衛星測位部が衛星測位に失敗した場合に、前記衛星測位部が最後に衛星測位に成功してから予め定めた期間が経過していない場合には、前記衛星測位部が衛星測位に失敗する前に当該衛星測位部が衛星測位によって求めた位置と、前記衛星測位部が衛星測位に失敗する前に前記速度ベクトル算出部が算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記衛星測位部が測位した位置に代えて前記測位位置として出力することを特徴とする衛星測位装置。
16. 請求項１記載の衛星測位装置と、
    当該衛星測位装置の前記測位位置出力手段が出力した測位位置に対して、道路地図とのマップマッチング処理を施して現在位置を算定するマップマッチング処理部とを有することを特徴とするナビゲーション装置。
17. 請求項４記載の衛星測位装置と、
    当該衛星測位装置の前記測位位置出力手段が出力した測位位置に対して、道路地図とのマップマッチング処理を施して現在位置を算定するマップマッチング処理部とを有することを特徴とするナビゲーション装置。
18. 請求項８記載の衛星測位装置と、
    当該衛星測位装置の前記測位位置出力手段が出力した測位位置に対して、道路地図とのマップマッチング処理を施して現在位置を算定するマップマッチング処理部とを有することを特徴とするナビゲーション装置。
19. 衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位方法であって、
    複数の衛星から受信した信号を用いた衛星測位を行うステップと、
    複数の衛星から受信した信号を用いて速度ベクトルを算出するステップと、
    予め定めた、前記衛星測位で測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生したことを条件として含む第１の条件が満たされていない場合に、前記衛星測位で測位した位置を測位位置として出力するステップと、
    前記第１の条件が満たされた場合に、その後、予め定めた第２の条件が満たされるまで、当該変化発生前に前記衛星測位で測位した位置と、当該変化発生前に算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、測位位置として出力するステップとを有することを特徴とする衛星測位方法。
20. 衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位方法であって、
    複数の衛星から受信した信号を用いた衛星測位を行うステップと、
    複数の衛星から受信した信号を用いて速度ベクトルを算出するステップと、
    予め定めた、前記衛星測位で測位した位置に所定のレベル以上の大きな変化が発生したことを条件として含む第１の条件が満たされていない場合に、前記衛星測位で測位した位置を測位位置として出力するステップと、
    前記第１の条件が満たされた場合に、その後、予め定めた第２の条件が満たされるまで、前回測位位置とした位置と、最近に算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、測位位置として出力するステップとを有することを特徴とする衛星測位方法。
21. 請求項１９記載の衛星測位方法であって、
    前記第２の条件が満たされた後に、予め定めた第３の条件が満たされるまで、前回測位位置とした位置と、最近に算出した速度ベクトルとに基づいて推定される現在の位置を、前記測位位置として出力するステップとを有することを特徴とする衛星測位方法。

Images