JP2005326198A - Gps衛星の測位装置、測位方法およびこれを利用したナビゲーション装置 - Google Patents

Gps衛星の測位装置、測位方法およびこれを利用したナビゲーション装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 移動体が低速域になっても精度良く位置を検出することができる「GPS衛星の測位方法、測位装置およびこれを利用したナビゲーション装置」を提供する。
【解決手段】 本発明に係るGPS受信機1は、GPS衛星からGPS信号を受信するRF受信部12と、RF受信部12で受信されたGPS信号に基づきGPS衛星の測位を行う測位演算部14と、測位演算部14によって測位されたGPS衛星の識別情報を記憶するメモリ16と、移動体が一定速度以下になったとき、メモリ16に記憶された識別情報によって識別されるGPS衛星を測位対象とするように測位演算部14を制御する制御部18とを有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、GPS衛星からGPS信号を受信することでGPS衛星を測位するGPS測位装置に関し、特に低速域でのGPS衛星の測位に関する。
GPS(Global Positioning System)は、地球を周回する複数の衛星からの電波を受信することで衛星までの距離を測位し、三角交差法により位置を検出するシステムである。このような位置検出システムは、移動体である、車両、船舶、飛行機などのナビゲーション装置やナビゲーションシステムにおいて利用されている。
GPSにより位置検出を行うためには、少なくとも3機以上のGPS衛星から電波またはGPS信号を受信する必要がある。3機の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機以上であれば、3次元的な位置(経度、緯度、高度)を検出することができる。
また、位置検出精度を高めるためには、好ましくは、GPS衛星からの直接波を受信することが望ましい。しかし、GPS衛星の仰角が小さいとき、あるいは、高層ビル等の障害物が多い市街地を走行するときなど、GPS衛星からの直接波を必ずしも受信することができず、マルチパスによる間接波やノイズ成分を多く含む状態の悪い信号を受信してしまい、その結果、位置精度が劣化してしまうことがある。
こうした問題を回避するために、特許文献1は、仰角の高いGPS衛星からの信号だけで測位演算を行うことを開示している。特許文献1によれば、ナビゲーション装置は、使用者が任意の仰角を設定する仰角設定手段を備えており、仰角設定手段により設定された仰角以上のGPS衛星からの電波信号だけで移動体の現在位置を測位演算している。
特開平6−281721
しかしながら、従来のGPSの測位には次のような課題がある。GPS受信機は、少なくとも4機のGPS衛星からの信号を受信できれば、3次元位置検出をすることができるが、最近のGPS受信機は、チャンネル数を増加させ、観測が可能なすべてのGPS衛星からの信号を測位に利用する、いわゆるオールインビュウー方式を主流にしている。オールインビュー方式の場合、すべてのGPS衛星からの電波状態がよければ、測位精度すなわち位置検出精度は向上するが、その一方、1つでも状態の悪いGPS信号があると、位置検出精度が悪化してしまう。
例えば、ナビゲーション装置において、自車が中・高速で移動している場合には、一定の受信強度をもつGPS信号が受信されるが、自車が低速、例えば10〜15km/hぐらいになると、受信強度の小さなGPS信号までキャッチしてしまうことがある。このような微弱な信号は、常時受信されるのではなく、断続的または突発的に受信されることが多く、この信号が測位に利用されると、位置ズレや位置飛びを引き起こし、位置検出精度が悪化する。
図8は、GPS衛星の配置を模式的に示した図であり、図9は、そこに配置されたGPS衛星の番号、SNR(S/N比)、方位角、仰角、受信状態を示す表であり、図9(a)が中・高速走行時、図9(b)が低速走行時のものである。
自車が中・高速で走行しているとき、図9(a)に示すように、衛星番号7、11、20、28の受信レベルが比較的高い信号が信号受信され、これらの衛星の測位が行われる。図8には、これらの衛星が黒塗りの円で示され、測位対象であるとして破線の円Qの範囲内に示されている。衛星番号1、4、31は、信号が受信されないか、あるいは、受信されても、その受信レベルがほぼゼロに等しく、測位の対象にはならない。一方、自車が低速域での走行になると、今まで受信されなかった衛星番号4から微弱な電波(SNR:33dB、仰角:9.8度)が突発的、または断続的に受信される。図8には、衛星4が斜線の円で示されている。
例えば、交差点を右折するような場合、自車は交差点の手前で低速になるが、ナビゲーション装置のディスプレイには、図10に示すように、衛星番号4を測位に利用した瞬間に、自車位置マークMの位置飛びPが発生してしまう。右折し終わって、自車の速度が上がりだすと、再び、衛星番号4からの電波の受信が途絶えるため、軌跡は正常に戻るが、絶対位置精度は悪くなってしまう。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、移動体が低速域になっても精度良く位置を検出することができるGPS衛星の測位方法、測位装置およびこれを利用したナビゲーション装置を提供することを目的とする。
本発明に係る測位装置は、GPS衛星から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GPS衛星の測位を行う測位手段と、測位手段によって測位されたGPS衛星の識別情報を記憶する記憶手段と、移動体が一定速度以下になったとき、記憶手段に記憶された識別情報によって識別されるGPS衛星を測位対象とするように測位手段を制御する測位制御手段とを有するものである。
本発明に係るナビゲーション装置は、上記特徴を有する測位装置と、測位装置からの測位結果に基づき移動体の位置を検出する位置検出手段と、地図データを記憶する地図データ記憶手段と、ディスプレイと、位置検出手段による位置検出結果に基づき地図データ記憶手段から地図データを読出し、かつ、移動体の位置を地図データ上に重ね、これらをディスプレイ上に表示する表示制御手段とを有するものである。
また、本発明に係る、GPS衛星からGPS信号を受信することでGPS衛星の測位を行う測位方法は、移動体が一定速度よりも大きな速度で移動しているときに測位されたGPS衛星を識別する識別情報をメモリに記憶するステップと、移動体が一定速度以下になったとき、メモリに記憶された識別情報により識別されるGPS衛星を測位対象とするステップとを含む。
さらに本発明に係るGPS衛星からGPS信号を受信することでGPS衛星の測位を行う測位方法は、移動体の速度を検出するステップと、移動体が一定速度以下になったとき、GPS信号の電波強度が一定値以下のGPS衛星を測位対象から除外するステップとを含む。
さらに本発明に係るGPS衛星からGPS信号を受信することでGPS衛星の測位を行う測位方法は、移動体の速度を検出するステップと、移動体が一定速度以下になったとき、GPS衛星の仰角が一定角以下のGPS衛星を測位対象から除外するステップとを含む。
本発明の測位装置および測位方法によれば、移動体が一定速度以下になったとき、記憶手段に記憶された識別情報によって識別されるGPS衛星の測位が可能となるため、特に低速域における状態の良くないGPS衛星を測位対象から除外することができ、その結果、位置検出精度の悪化を最小限にすることができる。また、本発明に係るナビゲーション装置によれば、ディスプレイ上の地図画面上に精度よく自車位置マークを描画することができる。
本発明に係る測位装置は、好ましくは、GPS受信機を搭載した車両、船舶等の移動体のナビゲーション装置において実施される。以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例に係るGPS受信機の構成を示すブロック図である。同図において、GPS受信機1は、GPS衛星からのGPS信号をアンテナ10を介して受信するRF受信部12と、RF受信部12で受信されたGPS信号に基づきGPS衛星までの距離を測位する測位演算部14と、測位演算部14で測位されたGPS衛星を識別する識別情報を記憶するメモリ16と、移動体の速度に応じて測位演算部14を制御する制御部18と、識別情報に用いてGPS衛星の測位を指示するときの速度しきい値を設定する速度設定部20とを含んで構成される。
GPS衛星から発せられたGPS信号は、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。RF受信部12は、受信したGPS信号をデコードし、これを測位演算部14へ出力する。
測位演算部14は、デコードされたGPS信号に基づきGPS衛星の距離の測位を行う。測位されたデータは、ナビゲーション装置の位置検出部へ供給され、そこで、移動体の現在位置が検出される。また、測位されたデータは制御部18へ供給され、制御部18は、距離の変化から移動体の速度を算出する。
メモリ16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のような記録媒体であってもよい。メモリ16は、制御部18によって読み書きが制御され、移動体が中・高速域で走行しているとき、測位演算部14で測位されたGPS衛星の識別情報を記憶する。
図2は、メモリ16の識別情報の記憶例である。例えば、識別番号#001は、測位演算部14において、衛星番号7、11、20、28の測位が行われたことを示し、かつ、測位された時刻がAM11時20分であることを示している。識別番号#002は、AM10:50分に衛星番号7、11、20、28が測位されたことを示し、識別番号#003は、AM10:20分に衛星番号7、11,25、28、31が測位されたことを示している。メモリ16は、少なくとも最新の識別情報を記憶すれば良く(図2では識別番号#001)、必ずしも、過去の識別情報を保持する必要はない。
速度設定部20は、デフォルト状態のとき、低速域を15km/hに設定している。但し、ユーザにより速度の設定値を適宜変更することが可能である。例えば、高層ビルの多い市街地を走行するときや、障害物の少ない平坦な郊外を走行するときに、設定値を変更するようにしてもよい。
制御部18は、速度設定部20で設定された速度と、GPS信号から算出された実際の移動体の速度とを比較し、移動体の速度が、設定された速度以下になったとき、メモリ16の識別情報を用いて測位演算部14の測位を制御する。
次に、本実施例のGPS受信機における動作を図3のフローチャートを参照して説明する。初めに、速度設定部20に、低速域を定義するための速度が設定される(ステップS101)。本実施例では、低速域を15km/hに設定する。
移動体の移動に伴い、GPS衛星の測位が開始される(ステップS102)。RF受信部12は、すべてのGPS衛星からGPS信号を受信し、これを測位演算部14へ供給する。測位演算部14における測位結果は、図示しない位置検出部へ供給されるとともに、制御部18へ供給される。
制御部18は、移動体の速度と設定された速度とを比較し、移動体の速度が設定された速度よりも大きい場合、言い換えれば、移動体が中・高速域で移動している場合(ステップS103)、測位演算部14に通常の測位を行わせる(ステップS104)。すなわち、RF受信部12によって受信されたGPS信号による測位を行わせる。さらにに、制御部18は、測位演算部14において測位されたGPS衛星の識別情報をメモリ16に記憶する(ステップS105)。
移動体の速度が設定された速度以下になると、言い換えれば低速域になると、制御部18は、測位演算部14に対して、メモリ16に記憶された衛星以外を測位に使用しないように使用禁止命令を出力する(ステップS106)。これとともに、制御部18は、メモリ16から最新の識別情報を読出し、当該識別情報を測位演算部14へ通知する。
測位演算部14は、使用禁止命令を受け取ると、識別情報によって識別されるGPS衛星のみを用いて測位を行う(ステップS107)。例えば、図9(a)に示す信号の受信を例にすると、移動体が中・高速域で移動しているとき、GPS衛星7、11、20、28の測位が行われ、それらの識別情報(#001)がメモリ16に記憶される。そして、移動体が低速域になったとき、識別情報が測位演算部14へ供給される。RF受信部12によってGPS衛星4のGPS信号が受信されるが、測位演算部14は、使用禁止命令に応答して、識別情報に含まれないGPS衛星4を測位対象から除外する。その結果、識別情報に該当するGPS衛星7、11、20、28が測位対象とされる。
移動体の速度が設定された速度よりも大きくなったとき、測位演算部14は、再び、RF受信部12からのGPS信号に基づき通常の測位を行う(ステップS108)。
次に、本発明の第2の実施例の動作を図4のフローチャートを参照して説明する。第1の実施例では、移動体が低速域になったとき、制御部18が使用禁止命令を測位演算部14に送信したが、第2の実施例では、使用禁止命令を送信する代わりに、測位演算部14にマスク命令を送信する(ステップS205)。測位演算部14は、マスク命令を受け取ると、受信しているGPS衛星の中で、最低の仰角または最低の信号レベルをマスクし、これらを測位対象から除外する(ステップS206)。
例えば、図9(b)の信号状態を例にすると、移動体が低速域になると、GPS衛星番号4からの信号が断続的または突発的に受信される。測位演算部14は、制御部18からのマスク命令に応答して、受信されたGPS衛星の中から、最低の仰角のGPS衛星を除外する。これは、GPS衛星の仰角が小さいほど、その信号は障害物や遮蔽物の影響を受け易く、電波状態が良くない信号となる傾向があるためである。GPS衛星番号4は、仰角が9.8度であり、仰角が最も低いため、これが測位対象から除外される。
また、測位演算部14は、受信されたGPS衛星の中から、信号レベル(SNR)が最低のものを測位対象から除外する。図 の場合、GPS衛星番号4の信号レベルは、33[dB]と最も低く、これが測位対象から除外される。
第2の実施例では、メモリ16に識別情報を記憶することなく、マスク命令によって最低の仰角または最低の信号レベルのGPS衛星を測位対象から除外するが、このことは、第1の実施例において中・高速域で利用したGPS衛星を測位対象とするのと、結果的に同様の位置精度をもたらす。
また、第2の実施例では、最低の仰角または最低の信号レベルを測位対象から除外したが、これ以外にも、低速域になった時点で、全体の中から仰角が高いものを少なくとも4つ選択したり、信号レベルの高いものを少なくとも4つ選択するようにしてもよい。あるいは、仰角や信号レベルのしきい値を予め設定しておき、当該しきい値よりも小さなPS衛星を測位対象から除外するようにしてもよい。
次に、本発明の第3の実施例の動作を図5のフローチャートを参照して説明する。第3の実施例では、メモリ16に記憶された識別情報の有効時間を判定する。メモリ16に記憶された識別情報が古すぎた場合、GPS衛星の配置が変化しているおそれがある。このため、識別情報の有効時間を判定し、これを越えた場合には、通常測位を行うようにする。
図5において、ステップS301からS305は第1の実施例のときと同様である。移動体の速度が設定された速度以下になったとき(ステップS303)、制御部80は、メモリ16の識別情報に含まれる測位時刻をチェックする(ステップS306)。制御部18は、最新に記憶された測位時刻と現在時刻との差分を求め、これが一定期間の閾値より小さいか否かを判定する(ステップS307)。閾値より小さい場合には、識別情報が有効であるとして、測位演算部14に対して使用禁止命令を送信する(ステップS308)。そして、測位演算部14は、識別情報に基づく測位を行う(ステップS309)。一方、閾値よりも大きい場合には、識別情報が無効であるとして、制御部18は、使用禁止命令を送信することなく、測位演算部14に通常の測位を行わせる(ステップS307)。
また、移動体が中・高速で移動を継続しているとき、メモリに記憶された識別情報を一定の期間毎に更新するようにしてもよい。例えば、制御部18は、測位演算部14で測位されているGPS衛星を一定のサンプリング周期で識別し、それに応答してメモリ16の内容を更新する。
次に、本発明の第4の実施例に係るGPS受信機の構成を図6に示す。第1の実施例では、制御部18がGPS信号から移動体の速度を算出するようにしたが、第4の実施例では、移動体の速度を外部のセンサ等から取得するものである。図6に示すように、GPS受信機1は、インターフェース(I/F)22を含む。インターフェース22は、移動体の速度を検出するセンサなどから、速度データを受け取り、これを制御部18へ供給する。制御部18は、この速度データと、速度設定部20で設定された速度を比較し、移動体が低速域になったか否かを判別する。
次に、本発明の第5の実施例について説明する。第5の実施例は、第4の実施例に係るGPS受信機1を車載用ナビゲーション装置に適用したものであり、このブロック構成を図7に示す。車載用ナビゲーション装置100は、第4の実施例に係るGPS受信機1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を行い、サーバ等から地図データや交通情報を取得する通信制御部130と、ナビゲーションに必要な地図データ等を記憶する記憶部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。
ナビゲーション制御部170は、GPS受信機1によって測位されたデータを受け取ると、自車の現在位置を検出し、自車位置に対応する地図データを記憶部140から読出し、これをディスプレイ162へ表示させる。同時に、ディスプレイの地図画面上に自車位置を示すマークを重ねて描画させる。そして、自車の移動に伴い、地図画面がスクロールされる。
自車が走行しているとき、自立航法用センサ110から得られた車速データがインターフェース22を介してGPS受信機1の制御部18へ供給され、制御部18は、当該速度データに基づき自車が低速域の走行か否かを判定する。また、操作入力部120を介してユーザーが低速域を定義する速度を速度設定部20に設定するようにしてもよい。
本実施例のGPS受信機をナビゲーション装置に適用することで、自車が交差点などの手前で減速し、低速域で走行するような場合であっても、電波状態の良くないGPS衛星を測位対象から除外し、GPS受信機による測位精度の誤差を最小限にすることができる。このため、地図画面上における自車の位置ズレ、位置飛びなどの発生を抑制することができ、経路誘導案内時あるいは非経路誘導案内時において、正確な自車位置情報をユーザに与えることができる。
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受信機を車載用ナビゲーション装置に適用した例を示したが、これに限らず船舶や航空機などのナビゲーション装置に適用することも可能である。
本発明に係るGPS衛星の測位装置は、好ましくはGPS受信機、GPS受信機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広く利用することができる。
本発明の第1の実施例に係るGPS受信機の内部構成を示すブロック図である。 メモリに記憶される識別情報の記憶例を示す図である。 第1の実施例に係るGPS受信機の動作を説明するフローチャートである。 第2の実施例に係るGPS受信機の動作を説明するフローチャートである。 第3の実施例に係るGPS受信機の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第4の実施例に係るGPS受信機の内部構成を示すブロック図である。 本実施例のGPS受信機を適用したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。 GPS衛星の配置図である。 GPS衛星からの信号の受信状態を示す表であり、図9(a)は中・高速走行時、図9(b)は低速走行時のものである。 交差点で右折するときの位置飛びを説明する図である。
符号の説明
1:GPS受信機 10:アンテナ
12:RF受信部 14:測位演算部
16:メモリ 18:制御部
20:速度設定部 22:インターフィース
100:ナビゲーション装置 170:ナビゲーション制御部

Claims (19)

  1. GPS衛星から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GPS衛星の測位を行う測位手段と、
    測位手段によって測位されたGPS衛星の識別情報を記憶する記憶手段と、
    移動体が一定速度以下になったとき、記憶手段に記憶された識別情報によって識別されるGPS衛星を測位対象とするように測位手段を制御する測位制御手段と、
    を有する測位装置。
  2. 記憶手段は、移動体が前記一定速度よりも大きいとき、測位手段によって測位されたGPS衛星の識別情報を記憶する、請求項1に記載の測位装置。
  3. 測位手段は、受信手段によって受信されたGPS衛星から、識別情報によって識別することができないGPS衛星を除外する、請求項1または2に記載の測位装置。
  4. 測位制御手段は、記憶手段に記憶された識別情報の時間をチェックし、識別情報が一定期間内に記憶されたものである場合に、識別情報を有効と判定し、識別情報に基づき測位手段を制御する、請求項1ないし3いずれか1つに記載の測位装置。
  5. 識別情報は、GPS衛星の測位された時間情報を含み、測位制御手段は、当該時間情報に基づき識別情報が有効か否かを判定する、請求項4に記載の測位装置。
  6. GPS衛星から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GPS衛星の測位を行う測位手段と、
    移動体が一定速度以下になったとき、受信手段によって受信されたGPS衛星から受信強度が高いGPS衛星を選択し、これを測位対象とするように測位手段を制御する測位制御手段と、
    を有する測位装置。
  7. 測位制御手段は、GPS信号の受信強度が一定値以上のものを測位対象として選択させる、請求項6に記載の測位装置。
  8. GPS衛星から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GPS衛星の測位を行う測位手段と、
    移動体が一定速度以下になったとき、受信手段によって受信されたGPS衛星から仰角が高いGPS衛星を選択し、これを測位対象とするように測位手段を制御する測位制御手段と、
    を有する測位装置。
  9. 測位制御手段は、GPSの仰角が一定値以上のものを測位対象として選択させる、請求項8に記載の測位装置。
  10. 測位装置はさらに、前記一定速度を設定する速度設定手段を有する、請求項1ないし9いずれか1つに記載の測位装置。
  11. 請求項1ないし10いずれか1つに記載の測位装置と、
    測位装置からの測位結果に基づき移動体の位置を検出する位置検出手段と、
    地図データを記憶する地図データ記憶手段と、
    ディスプレイと、
    位置検出手段による位置検出結果に基づき地図データ記憶手段から地図データを読出し、かつ、移動体の位置を地図データ上に重ね、これらをディスプレイ上に表示する表示制御手段と、
    を有するナビゲーション装置。
  12. GPS衛星からGPS信号を受信することでGPS衛星の測位を行う測位方法であって、
    移動体が一定速度よりも大きな速度で移動しているとき、測位対象とされたGPS衛星を識別する識別情報をメモリに記憶し、
    移動体が一定速度以下になったとき、メモリに記憶された識別情報により識別されるGPS衛星を測位対象とする、測位方法。
  13. 測位方法はさらに、前記一定速度を設定するステップを含む、請求項12に記載の測位方法。
  14. 測位方法はさらに、識別情報がメモリに記憶された時刻をチェックし、識別情報が一定期間内に記憶された場合にのみ、当該識別情報を有効と判定し、該識別情報に基づきGPS衛星を測位する、請求項12に記載の測位方法。
  15. 測位方法はさらに、移動体が一定速度よりも大きな速度で移動するとき、一定のサンプリング周期でメモリの識別情報を更新する、請求項12に記載の測位方法。
  16. GPS衛星からGPS信号を受信することでGPS衛星の測位を行う測位方法であって、
    移動体の速度を検出し、
    移動体が一定速度以下になったとき、GPS信号の受信強度が高いGPS衛星を選択し、選択されたGPS衛星の測位を行う、測位方法。
  17. GPS衛星の選択は、受信強度が一定値以上のものを選択する、請求項16に記載の測位方法。
  18. GPS衛星からGPS信号を受信することでGPS衛星の測位を行う測位方法であって、
    移動体の速度を検出し、
    移動体が一定速度以下になったとき、GPS信号の仰角が高いGPS衛星を選択し、選択されたGPS衛星の測位を行う、測位方法。
  19. GPS衛星の選択は、仰角が一定値以上のものを選択する、請求項18に記載の測位方法。
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