JP2006125876A

JP2006125876A - 移動体の位置算出装置および算出方法

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Publication number: JP2006125876A
Application number: JP2004311288A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Watanabe; 隆行渡辺; Kotaro Wakamatsu; 浩太郎若松
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: JP4498095B2

Abstract

【課題】電源投入後や長時間無測位状態からの測位開始時に、精度の高い初期位置を得ることができる「移動体の位置算出装置および算出方法」を提供する。
【解決手段】ＧＰＳ受信装置は、測位開始時に、差分距離Ｌを算出するステップと、少なくとも差分距離Ｌが閾値より小さいか否かを判定するステップと、閾値よりも小さいと判定されたとき、測位データから算出された位置を初期基準点位置と決定し、閾値以上であると判定されたとき、前回測位時の基準点位置に今回測位時の速度ベクトルを加算した値を暫定的な基準点位置と決定するステップとを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ナビゲーション装置またはナビゲーションシステムに用いられるＧＰＳ受信装置に関し、特にＧＰＳ受信装置における初期位置（イニシャル位置）の決定方法に関する。

ナビゲーション装置は、ＧＰＳ受信装置を利用して自車の現在位置を検出している。ディスプレイには、自車位置周辺の地図データ表示され、かつ、その地図上に自車位置マークが表示され、自車位置の変化に応じて画面がスクロールされ、道路や地図の案内が行われるようになっている。

ＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ衛星からの受信電波に基づき車両の位置（緯度、経度）を測位する。加えて、受信電波のドップラーシフトに基づき速度、方位（進行角）を算出する。ＧＰＳ受信装置による、こららの測位データの精度は非常に優れている。しかし、電源投入直後あるいは長時間無測位状態から測位する場合、測位環境が良くないと、初期位置の精度が悪化することがある。

こうした問題に鑑み、特許文献１は、ｍ回目のＧＰＳによる修正位置とｎ回目のＧＰＳによる修正位置間を結ぶ直線の傾きと、ｍ回目の修正時とｎ回目の修正時の自立走行位置間を結ぶ直線の傾きとの差分により車両方位を算出し車両走行方位を修正することで、初期位置、初期方向を設定する必要がない車載用ナビゲーション装置を提供している。

特開平６−１８０２３４号

上記したように測位環境が良くない所、例えば、測位衛星の数が少ない場所やマルチパスの影響が生じ易い高層ビル街では、ＧＰＳ受信装置の電源投入直後の初期位置の精度が悪化する。この状態から位置フィルタを利用して、以降の位置算出を行うと、精度の悪い初期位置の影響を受けて大きな位置ズレが生じてしまうことがある。例えば図７に示すように、実際の車両の初期位置Ｓ１であるにも拘わらず、ＧＰＳよる初期位置Ｓ２がそこからオフセットされてしまい、その結果、初期位置Ｓ２を基準としたＧＰＳの軌跡Ｐ２（△で表示）が実際の軌跡Ｐ１（直線で表示）から大きくずれてしまう。

一方、特許文献１では、初期設定が不要になるが、正確な位置および方位に収束するまでには、複数回の修正が必要となる。したがって、依然として、電源投入直後における初期位置の精度の問題は解決されていない。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、電源投入後や長時間無測位状態からの測位開始時に、精度の高い初期位置を得ることができる位置算出装置および算出方法を提供することを目的とする。

本発明に係る位置算出装置は、測位衛星から得られた測位データに基づき移動体の位置を算出する装置であって、測位開始時に、少なくとも数式(１)で示す差分距離Ｌが閾値よりも小さいか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて移動体の位置を算出する位置算出手段とを有する。判定手段が差分距離Ｌが閾値より小さいと判定したとき、位置算出手段は、測位データから算出された位置を初期基準点位置と決定する。

本発明に係る位置算出方法は、測位衛星から得られた測位データに基づき移動体の位置を算出する方法であって、測位開始時に、数式(１)で示す差分距離Ｌを算出するステップと、少なくとも差分距離Ｌが閾値より小さいか否かを判定するステップと、閾値よりも小さいと判定されたとき、測位データから算出された位置を初期基準点位置と決定し、閾値以上であると判定されたとき、前回測位時の測位データによって算出された位置に今回測位時の速度ベクトルを加算した値を暫定的な基準点位置とするステップとを有する。

本発明に係る位置算出装置によれば、電源投入後または長期間無測位の状態から測位開始を行う場合、初期位置の精度の判定に差分距離Ｌを用いる。これは、経験則から差分距離Ｌが小さいほど、直線性が高く、精度が良いという事実に基づくものである。このような判定方法を用いることで、初期位置の精度を向上させることができ、その結果、初期基準点位置を基準とした以降の算出位置の精度も向上させることができる。

以下、本発明に係る位置算出装置の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る位置算出装置は、好ましくは車載用ナビゲーション装置またはナビゲーションシステムに用いられる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ＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。同図において、ＧＰＳ受信装置１は、アンテナ１０、ＲＦ受信部１２、測位演算部１４、初期位置判定部１６、および位置算出部１８とを含んでいる。

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。ＧＳＰ信号は、アンテナ１０を介してＲＦ受信部１２において受信され、そこでデコードされた結果が測位演算部１４へ出力される。

測位演算部１４は、デコードされたＧＰＳ信号に基づき図２に示すような測位データを演算により算出する。測位演算部１４は、例えば１秒間隔（１、２、３・・・ｎ）で測位演算を行い、それにより、車両の経度（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｎ）および緯度（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｎ）の絶対位置情報を求める。さらに、車両の相対位置情報として、車両の速度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３・・・Ｖｎ）および方位または進行角（θ１、θ２、θ３・・・θｎ）を求める。

初期位置判定部１６は、ＧＰＳ受信装置の電源投入直後や長時間測位を行っていない状態から測位を開始または復帰させるときに、測位データの絶対位置の精度が良いものか否かを判定する。上記したように、マルチパスが発生し易い高層ビル街や測位可能なＧＰＳ衛星の数が少ない場所では、絶対位置が不正確となり、実際の車両の初期位置からずれてしまうことがある。これを回避するため、初期位置判定部１６は精度の高い初期位置を決定するための判定方法を提供する。

位置算出部１８は、初期位置判定部１６の判定結果に応じて車両の位置を算出する。さらに位置算出部１８は、初期基準点位置が決定されると、初期基準点位置に基づき移動予測範囲（位置フィルタ）を設定し、異常な測位データの補正を行いつつ、位置の算出を行う。算出された位置は、ナビゲーション制御部へ出力される。なお、初期位置補正部１６および位置算出部１８は、処理に必要な過去に供給された測位データを記憶するメモリを備えている。

次に、本実施例によるＧＰＳ受信装置の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。ＧＰＳ受信装置の電源が投入されると（ステップＳ１０１）、測位演算部１４により測位データの演算が開始される。そして、測位演算部１４からは、一定の時間間隔で図２に示した絶対位置情報と相対位置情報とを含む測位データが初期位置判定部１６および位置算出部１８に供給される。

初期位置判定部１６は、測位データを受け取ると、測位開始時であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。測位開始時とは、電源投入直後の測位のみならず、長期間測位をしていない状態からの測位を含む。初期位置判定部１６は、測位データを最初に供給されたときに、測位開始時と判定する。あるいは、電源投入時に生成されるパワーオンリセット信号を受けたときに、測位開始時と判定してもよい。

初期位置判定部１６は、測位開始時であると判定すると、イニシャルフラグを取得する（ステップＳ１０３）。イニシャルフラグは、初期基準点位置が決定されているか否かを判別するためのフラグである。測位開始時を判定した状態では、イニシャルフラグを取得だけで、測位データの精度の判定は以後のフローで行われる。次いで、位置算出部１８は、測位演算部１４から供給された今回の緯度および経度によって特定される位置を暫定的に基準点位置とする（ステップＳ１０４）。

次に、動作が継続される場合には(ステップＳ１０５)、再びステップＳ１０２へ戻る。このとき、測位演算部１４から初期位置判定部１６および位置算出部１８には次の測位データが供給されている。初期位置判定部１６は、測位開始時ではないと判定し、次に、取得されたイニシャルフラグの状態を判定する（ステップＳ１０６）。イニシャルフラグが有りのとき（例えば、フラグが論理「１」）、初期基準点位置は未定であり、初期位置判定部１６は、測位データが以下の３つの条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

条件（１）：３次元測位が継続して２秒以上可能であること。３次元測位が可能であれば、測位データの精度が高いものと推測されるからである。
条件（２）：前回（１秒前）と今回の速度が閾値以上であること。例えば、閾値は、時速１ｋｍであり、これは車両が停止していないことを意味する。ＧＰＳ受信装置は、停止時よりも移動時の方が精度が高いためである。
条件（３）：差分距離Ｌ＜２ｍであり、かつ２秒以上継続されること。差分距離Ｌは、以下の式（２）によって定義される。差分距離Ｌが小さいほど、測位データの精度が高くなる。

条件（１）の判定は、少なくとも４つ以上のＧＰＳ衛星からの電波を測位に使用可能か否かをチェックする。条件（２）の判定は、測位演算部１４からの測位データを監視し、例えば、時刻Ｔ＝ｍ（ｓ）のときの速度Ｖ_ｍと、時刻Ｔ＝ｍ+１（ｓ）のときの速度Ｖ_ｍ+１とを比較し、Ｖ_ｍ−Ｖ_ｍ+１＞０か否かをチェックする。条件（３）の判定は、時刻Ｔ＝ｍ（ｓ）のときのＬ_ｍと、時刻Ｔ＝ｍ+１のときのＬ_ｍ+１とが、Ｌ_ｍ＜２、Ｌ_ｍ+１＜２を満足しているか否かをチェックする。

初期位置判定部１６は、測位データが条件（１）ないし（３）をすべて満足していると判定した場合、イニシャルフラグをリセット（フラグを論理「０」）する（ステップＳ１０８）。そして、条件を満足していることを示す判定結果を位置算出部１８に出力する。

位置算出部１８は、条件を満足する判定結果を受け取ると、今回の測位データの緯度および経度によって特定される位置を初期基準点位置に決定する（ステップＳ１０４）。初期基準点位置が決定されると、位置算出部１８は、図４に示すように初期基準点位置Ｉを基準とする移動予測範囲Ｅを設定する。移動予測範囲Ｅは、所定のルールに従い、最大・最小進行角θ_ｍａｘ、θ_ｍｉｎと、移動可能最大距離・移動可能最小距離Ｄ_ｍａｘ、Ｄ_ｍｉｎとによって囲まれた領域である。移動予測範囲Ｅは、次回の測位データが移動予測範囲Ｅに入るか否かをチェックするための位置フィルタとして機能し、移動予測範囲Ｅに入らない測位データは異常であると判定され、その測位データが補正される。

一方、上記条件（１）ないし（３）のうち、いずれか１つの条件式が満足されないとき、初期位置判定部１６は、条件を満足していないことを示す判定結果を位置算出部１８に出力する。位置算出部１８は、その判定結果を受け取った場合、前回（１秒前）の基準点位置に今回の速度ベクトルを加算した値を暫定的な基準点位置と決定する（ステップＳ１０９）。この場合、イニシャルフラグはリセットされていないため、暫定的な位置として扱われる。

例えば、今回測位時がＴ＝ｍ（ｓ）であるとき、前回測位時Ｔ＝ｍ−１（ｓ）の経度（Ｘ_ｍ−１）および緯度（Ｙ_ｍ−１）によって算出された位置が基準点位置となり、これに、今回測位時Ｔ＝ｍ（ｓ）の速度ベクトルが加算される。速度ベクトルは、式（３）によって表される。

さらに動作が継続されると、再びステップＳ１０２から処理が行われる。このとき、測位演算部１４から次の測位データが初期位置判定部１６および位置算出部１８に供給される。初期位置判定部１６は、イニシャルフラグの状態を判定する（ステップＳ１０６）。前回のフローにおいて、イニシャルフラグがリセットされていなければ、再び、測位データの判定が行われる（ステップＳ１０７）。他方、イニシャルフラグがリセットされていれば、既に条件（１）ないし（３）が満足され、かつ、初期基準点位置が決定されているので、位置算出部１８は、初期基準点位置に基づき設定された移動予測範囲をフィルタとして用い、フィルタ実行後の位置を基準点位置とする（ステップＳ１１０）。

図５は、本実施例のＧＰＳ受信装置による初期位置の決定を行ったときの算出位置を示している。同図に示すように、従来のときのＧＰＳの初期位置Ｓ２と異なり、本実施例によるＧＰＳの初期位置Ｓ３は、実際の車両の初期位置とほぼ一致する点に移動されている。その結果、本実施例によるＧＰＳの軌跡Ｐ３も実際の軌跡Ｐ１と一致している。

このように、ＧＰＳ受信装置の測位開始時に、条件（１）ないし（３）を満足したときに、測位データに信頼性があるものとして、当該測位データから算出された位置をき初期基準点位置と決定するようにしたので、ＧＰＳ受信装置の初期位置の精度が向上し、以後の算出位置の精度も向上させることができる。

なお、上記した条件（１）ないし（３）の値は、一例でありこれに限定されるものではない。さらに、条件（１）ないし（３）のすべての条件を満足することを初期位置の判定基準としたが、例えば条件（１）と（３）、（２）と（３）の組み合わせの満足を判定基準としても良い。さらに、条件（３）だけを判定基準に用いてもよい。

図６は、本発明に係るＧＰＳ受信装置１を車載用ナビゲーション装置に適用したときの構成を示す図である。車載用ナビゲーション装置１００は、第１の実施例で説明したＧＰＳ受信装置１、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、ユーザーからの指示等を入力する操作入力部１２０、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、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、スピーカ１５２から音声を出力するための音声出力部１５０、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、これらの各部の制御を行うナビゲーション制御部１７０を含んで構成される。

ナビゲーション制御部１７０は、ＧＰＳ受信装置１によって測位された位置データを受け取り、それに基づいて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が重ねて描画され、自車の移動に伴い、地図画面がスクロールされる。

本実施例のＧＰＳ受信装置をナビゲーション装置に適用することで、地図画面上における自車の位置ズレや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ーに提供することができる。

なおＧＰＳ受信装置１による位置精度が高い場合には、必ずしも自立航法用センサを常用しなくともよい。また、車両がＧＰＳ衛星からの電波が受信できないような位置（トンネル内や地下）にあるときだけ、自立航法用センサを使用するようにしてもよい。さらに本実施例のＧＰＳ受信装置１は、それ単独で使用するものであってもよいし、ナビゲーション装置と一体となって使用されるものであってもよい。

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。

本発明に係る位置算出装置および算出方法は、ＧＰＳ受信装置などの位置検出装置に用いることができ、ひいては、車載用または船舶用などのナビゲーション装置やシステムにおいて利用することができる。

本発明の実施例に係るＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。測位データを説明する図である。本実施例の動作を説明するフローチャートである。移動予測範囲を説明する図である。本実施例による初期位置決定を行ったときの効果を示す図である。本実施例のＧＰＳ受信装置をナビゲーション装置に適用したときの構成を示す図である。従来のＧＰＳ受信装置における電源投入直後の位置ズレを示す図である。

符号の説明

１：ＧＰＳ受信装置１０：アンテナ
１２：ＲＦ受信部１４：測位演算部
１６：初期位置判定部１８：位置算出部
１００：ナビゲーション装置１７０：ナビゲーション制御部

Claims

測位衛星から得られた測位データに基づき移動体の位置を算出する位置算出装置であって、
測位開始時に、少なくとも以下の数式(１)で示す差分距離Ｌが閾値よりも小さいか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に応じて移動体の位置を算出する位置算出手段と
を有する位置算出装置。
前記判定手段により差分距離Ｌが閾値より小さいと判定されたとき、位置算出手段は、測位データから算出された位置を初期基準点位置と決定する、請求項１に記載の位置算出装置。
前記判定手段はさらに、差分距離Ｌが閾値よりも小さいことに加えて、３次元測位を所定期間だけ継続することが可能であること、および移動体が所定の速度以上であることの判定を含み、位置算出手段は、これらのすべての条件が満足されたと判定されたとき、測位データから算出された位置を初期基準点位置と決定する、請求項３に記載の位置算出装置。
位置算出手段は、初期基準点位置を決定した後、当該初期基準点位置を基準に移動予測範囲を設定し、当該移動予測範囲を用いて位置を算出する、請求項３に記載の位置算出装置。
前記判定手段により差分距離Ｌが閾値以上であると判定されたとき、位置算出手段は、前回測位時の測位データによって算出された位置に今回測位時の速度ベクトルを加算した値を暫定的な基準点位置とする、請求項１に記載の位置算出装置。
前記判定手段は、電源投入後または長期間無測位状態から測位開始するときに、差分距離Ｌが閾値より小さいか否かの判定を行う、請求項１ないし５いずれか１つに記載の位置算出装置。
請求項１ないし６いずれか１つに記載の位置算出装置と、
位置算出装置によって算出された位置情報に基づきディスプレイ上に移動体の現在位置を表示するとともに現在位置周辺の道路地図を表示する表示制御手段と、
ナビゲーション機能を実行するためのナビゲーション制御手段と、
を有するナビゲーション装置。
測位衛星から得られた測位データに基づき移動体の位置を算出する位置算出方法であって、
測位開始時に、以下の数式(１)で示す差分距離Ｌを算出するステップと、
少なくとも差分距離Ｌが閾値より小さいか否かを判定するステップと、
閾値よりも小さいと判定されたとき、測位データから算出された位置を初期基準点位置と決定し、閾値以上であると判定されたとき、前回測位時の測位データによって算出された位置に今回測位時の速度ベクトルを加算した値を暫定的な基準点位置とするステップと、
を有する位置算出方法。
前記判定するステップがさらに、３次元測位を所定期間だけ継続することが可能であること、および移動体が所定の速度以上であることの判定を含み、決定するステップは、これらのすべての条件が満足されたと判定されたときに初期基準点位置を決定する、請求項８に記載の位置算出方法。
位置算出方法はさらに、初期基準点位置に基づき移動予測範囲を設定し、当該移動予測範囲を用いて測位データに基づく位置算出を行うステップを有する、請求項８に記載の位置算出方法。