JP2006126018A

JP2006126018A - 移動体の位置算出装置および算出方法

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Publication number: JP2006126018A
Application number: JP2004315008A
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: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】速度データの補正をより正確に行うことができる「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１は、測位された速度データが予測加速度最大値（第１の予測範囲）内にあるか否かを判定する第１の判定部１６ａと、測位された速度データが予測加速度最大値外と判定されたとき、当該速度データが予測加速度最大値の２倍の範囲（第２の予測範囲）内にあるか否かを判定する第２の判定部１６ｂと、当該速度データが第１の予測範囲外であってかつ第２の予測範囲内であるとき、当該速度データを第１の補正速度に補正し、当該速度データが第２の予測範囲外であるとき、当該速度データを異常速度として当該速度データを第２の補正速度に補正し、補正された速度データに基づき移動体の位置を算出する位置算出部１８とを有する。
【選択図】図１

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受信装置における速度データの補正方法に関する。

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、これらの測位データの精度は非常に優れている。しかし、測位環境の悪い高層ビル街などでは、マルチパスや測位衛星数が少ない等の影響により、急激に変化する異常な速度データが出力されることがあり、移動体の位置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、移動体の位置精度を正しく検出するために、ＧＰＳ航法により検出された運動情報と移動体の運動特性から、今回ＧＰＳ航法で検出した運動情報が正しいか否かを判別し、正しいと判別したときは今回のＧＰＳ航法で検出した運動情報を有効とし、そうでないときは無効とし、無効のときには、過去の検出した運動情報から推測して今回の運動情報を求めている。

特開平７−１３４０４０号

上記特許文献１に示すように、位置精度の劣化を防ぐ手法として、前回の測位データから今回の予測位置が取り得る範囲を設定する方法がある。図７は、移動予測範囲を説明する図である。移動予測範囲Ｅは、前回（Ｔ−１秒時）の測位データから算出された予測位置Ｐ_ｔ−１を中心とする最大進行角θmaxと最小進行角θminの範囲であって、かつ、前回の予測位置Ｐ_ｔ−１から移動可能最大距離Ｄmaxと移動可能最小距離Ｄminの範囲で表される。今回（Ｔ秒時）の測位データによって算出される測位位置Ｐ_ｔが移動予測範囲Ｅ内であれば、その位置は信頼性のあるデータと判定されるが、移動予測範囲Ｅを逸脱していれば、測位データに異常があると判定される。上記したように、測位環境の良くない場所では、速度データに異常が生じることがあり、図７に示すように、測位位置Ｐ_ｔが移動予測範囲Ｅを超える場合には、これを異常値と判定し、前回（Ｔ−１秒時）の速度に補正している。

移動予測範囲Ｅの境界である移動予測最大距離Ｄmaxと移動予測最小距離Ｄminは、図８に示す速度／速度の変化量（加速度）との関数によって決定される。同図において、横軸は速度、縦軸は速度の変化量であり、複数の実測値（ドットで表示）から３σの関数を規定し、前回の速度から今回の速度の変化量を予測する。例えば、前回（Ｔ−１秒時）の速度が３０ｋｍ／ｈであれば、今回（Ｔ秒時）の生じ得る速度の変化量は、約±１０ｋｍ／ｈであり、これを用いて、移動予測最大距離Ｄmaxと移動予測最小距離Ｄminが決定されている。

しかしながら、上記のような移動予測範囲を用いて速度データの判定を行った場合でも、誤った移動距離が設定され、予測位置に位置とびが生じることがある。図９(ａ)は、急激な速度変化の例を示すグラフであり、横軸に時間[秒]、縦軸に速度[km/h]、１秒毎に測位された速度がプロットされている。範囲Aに示すように、速度データが６ｋｍ／ｈから８０ｋｍ／ｈへ急激に上昇する変化は、異常な速度と判定され、前回測位の速度に補正される。しかし、実際に車両が加速しているにもかかわらず、前回測位時の速度が繰り返し用いられてしまうと、その加速が無視され、予測位置に誤差が徐々に蓄積されてしまい、最終的に、図９（ｂ）の範囲Bに示すように、予測位置Ｐ（△で示す）に位置とびが生じてしまう。同様に、図１０(ａ)の範囲Ａに示すように、速度データが２０ｋｍ／ｈから７５ｋｍ／ｈへ急激に変化したときも、図１０（ｂ）の範囲Ｂに示すように、予測位置Ｐに位置とびが生じてしまう。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、速度データの補正をより正確に行うことができる位置算出装置および位置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、測位された速度データが第１の予測範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段と、当該測位された速度データが第１の予測範囲内にないとき、当該測位された速度データが第２の予測範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段と、当該測位された速度データが第１の予測範囲外であってかつ第２の予測範囲内であるとき、当該速度データを第１の補正速度に補正し、当該測位された速度データが第２の予測範囲外であるとき、当該速度データを異常速度として当該速度データを第２の補正速度に補正し、補正された速度データに基づき移動体の位置を算出する位置算出手段とを有する。

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、測位された速度データが第１の予測範囲内にあるか否かを判定する第１の判定ステップと、第１の判定ステップにおいて測位された速度データが第１の予測範囲内にないと判定されたとき、当該測位された速度データが第２の予測範囲内にあるか否かを判定する第２の判定ステップと、当該測位された速度データが第１の予測範囲外であってかつて第２の予測範囲内であるとき、当該速度データを第１の補正速度に補正し、当該測位された速度データが第２の予測範囲外であるとき、当該速度データを異常速度として当該速度データを第２の補正速度に補正し、当該補正された速度データに基づき移動体の位置を算出する位置算出ステップとを有する。

本発明の位置算出装置によれば、速度データが異常であるか否かの判定を第１、第２の予測範囲を用いて複数レベルで行うようにしたので、現実的に起こり得る急激な速度変化にも対応した補正を行うことができ、その結果、算出される予測位置の位置とびが抑制され、かつ予測位置の精度が向上される。

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、速度データ判定部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。ＧＰＳ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。

速度データ判定部１６は、測位された速度データが異常であるか否かの判定を行う。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において、急激に変化する速度データが測位されることがあり、これが異常値であるか車両の実際の加速であるのかを判定する。速度データ判定部１６は、測位された速度データが第1の予測範囲内にあるか否かを判定する第1の判定部１６ａと、第１の予測範囲外であると判定されたとき、当該速度データが第２の予測範囲内にあるか否かを判定する第２の判定部１６ｂとを備えている。

位置算出部１８は、速度データ判定部１６の判定結果に応じて車両の位置を算出する。位置算出部１８で算出された位置情報は、ナビゲーション制御部へ供給される。なお、速度データ判定部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、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。測位演算部１４による測位データの演算開始に伴い、速度データ判定部１６は、異常値フラグがセットされているか否かをチェックする（ステップＳ１０１）。異常値フラグは、速度データが異常値であると判定されたときにセットされる。通常、動作開始時または初期値では、異常値フラグはリセットされた状態にある。

異常値フラグがリセットされている場合、速度データ判定部１６の第１の判定部１６ａは、今回測位された速度データの変化量（加速度）が予測加速度最大値以上であるか否かを判定する。予測加速度最大値は、移動予測範囲Ｅの移動可能最大距離Ｄmaxと等価である。ここで注意すべきことは、速度データの増加する変化量（正の変化量）が予測加速度最大値（移動可能最大距離Ｄmax）を越えるか否かを判定し、速度データの減少する変化量（負の変化量）については判定しない。経験則上、速度データの変化量が減少するとき、そのデータの信頼性が高いと考えられるためである。

第１の判定部１６ａは、判定結果を第２の判定部１６ｂおよび位置算出部１８へ出力する。第１の判定部１６ａにより今回測位された速度データが予測加速度最大値内と判定されたとき、第２の判定部１６ｂはさらなる判定を行なわない。そして、位置算出部１８は、今回の速度データを信頼できる速度であるとみなし、今回の速度データを補正速度と決定し（ステップＳ１０３）、この補正速度に基づき今回の予測位置を算出する。

一方、第１の判定部１６ａにより今回の速度データが予測加速度最大値を超えると判定されたとき（ステップＳ１０２）、第２の判定部１６ｂは、当該速度データの変化量が、予測加速度最大値の２倍を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。移動加速度最大値の２倍は、上記した図８に示す速度／加速度（速度変化量）の関数を+６σ（３σ×２）にすることによって規定することができる。

第２の判定部１６ｂにより今回測位された速度データの変化量が予測加速度最大値の２倍を超えないと判定されたとき、位置算出部１８は、現実的に起こり得る速度であるとみなし、前回（１秒前）の補正速度に今回の速度の変化量の最大値を加えた値を補正速度と決定し（ステップＳ１０５）、この補正速度に基づき今回の予測位置を算出する。

一方、第２の判定部１６ｂにより今回測位された速度データの変化量が予測加速度最大値の２倍を超えると判定されたとき（ステップＳ１０４）、速度データ判定部１６は、異常値フラグをセットする（ステップＳ１０６）。そして、位置算出部１８は、この判定結果を異常速度とみなし、前回の補正速度を今回の補正速度にする（ステップＳ１０７）。

異常値フラグが一旦セットされると、速度データ判定部１６は、異常値フラグのセットに応答して（ステップＳ１０１）、第１の判定部１６ａにより今回の速度データが予測速度範囲内であるか否かを判定させる（ステップＳ１０８）。ここで予測速度範囲とは、予測速度最大値と予測速度最小値とによって規定される範囲である。予測速度最大値は、１秒前の速度に速度の変化量の最大値を加えた値であり、予測速度最小値は、１秒前の速度に速度の変化量の最小値を加えた値である。

今回の速度データが予測速度範囲内と判定されると、速度データの異常が終了したと判定し、速度データ判定部１６が異常値フラグをリセットする（ステップＳ１０９）。そして、位置算出部１８は、今回の速度データを補正速度とみなして位置を算出する（ステップＳ１０３）。

一方、今回の速度データが移動予測範囲を超えている場合（ステップＳ１０８）、依然として速度データの異常が継続していると判定し、位置算出部１８は、予測速度の最大値または最小値で今回の速度データに近いものを今回の補正速度とみなして位置を算出する（ステップＳ１１０）。

図４は、本実施例の効果を示す図である。図４(ａ)は、ＧＰＳ受信装置における速度と時間の関係を１秒毎にプロットしたグラフである。範囲Ｈにおいて測位された速度データが６ｋｍ／ｈから８０ｋｍ／ｈに急激に上昇変化したとき、当該速度データが補正速度Ｋのように補正されている。従来のように速度データを異常値とみなして前回の速度を用いたときと比較して、本実施例では、実際に起こり得る車両の速度変化を考慮した補正速度Ｋを得ることができる。その結果、図４（ｂ）に示すように、速度変化の範囲Ｈに対応する範囲Ｈ’において、ＧＰＳ受信装置による算出位置Ｐ（△で表示）の位置とびが抑制されている。

同様に、図５(ａ)は、範囲Ｈ１において速度データが２０ｋｍ／ｈから７５ｋｍ／ｈに変化したとき、速度データが補正速度Ｋ１のように補正されている。この補正速度Ｋ１も、実際の車両に起こり得る速度変化を考慮した値になっている。図５(ｂ)は、速度変化Ｈ１に対応する範囲Ｈ１’において算出位置Ｐの位置とびが抑制されている。

このように本実施例によれば、速度データの信頼性を複数レベルの予測値を用いて判定するようにしたので、速度データが異常値であるか否かの判定精度を向上させることができ、これにより、算出された予測位置の位置とびが抑制され、かつ予測位置の精度が向上する。

なお記実施例では、速度データの変化量の判定を予測加速度最大値（移動可能最大距離Ｄmax）および予測加速度最大値の２倍（２Dmax）の２つの判定レベルを用いたが、これに限らず３つ若しくはそれ以上の判定レベルを用いるようにしてもよいし、そのレベルは設計事項等に応じて適宜変更することができる。

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。本実施例の効果を説明する図であり、図４（ａ）は、急激な速度変化に対する速度データの補正を示し、図４(ｂ)は位置とびの抑制を示している。本実施例の効果を説明する図であり、図５（ａ）は、急激な速度変化に対する補正を示し、図５(ｂ)は位置とびの抑制を示している。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ブロック図である。ＧＰＳ受信装置において用いられる移動予測範囲を示す図である。速度から予測される加速度（速度の変化量）の関数を示すグラフである。従来のＧＰＳ受信装置における速度異常変化時の位置とびを示す図である。従来のＧＰＳ受信装置における速度異常変化時の位置とびを示す図である。

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：速度データ判定部１６ａ：第１の判定部
１６ｂ：第２の判定部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、
測位された速度データが第１の予測範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段と、
当該測位された速度データが第１の予測範囲内にないとき、当該測位された速度データが第２の予測範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段と、
当該測位された速度データが第１の予測範囲外であってかつ第２の予測範囲内であるとき、当該速度データを第１の補正速度に補正し、当該測位された速度データが第２の予測範囲外であるとき、当該速度データを異常速度として当該速度データを第２の補正速度に補正し、補正された速度データに基づき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。
第１の補正速度は、前回測位時の補正速度に今回測位時において変化し得る速度の最大値を加えた値であり、第２の補正速度は、前回測位時の補正速度である、請求項１に記載の位置算出装置。
前記位置算出装置は、測位された速度データが第１の予測範囲内にあるとき、当該速度データを補正速度として移動体の位置を算出する、請求項１に記載の位置算出装置。
第１の判定手段は、速度と速度の変化量とを規定する第１の関数により第１の予測範囲を設定し、第２の判定手段は、速度と速度の変化量とを規定する第２の関数により第２の予測範囲を設定し、第２の関数により予測される速度の変化量は、第１の関数により予測される速度の変化量よりも大きい、請求項１ないし３いずれか１つに記載の位置算出装置。
請求項１ないし４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、
測位された速度データが第１の予測範囲内にあるか否かを判定する第１の判定ステップと、
第１の判定ステップにおいて測位された速度データが第１の予測範囲内にないと判定されたとき、当該測位された速度データが第２の予測範囲内にあるか否かを判定する第２の判定ステップと、
当該測位された速度データが第１の予測範囲外であってかつて第２の予測範囲内であるとき、当該速度データを第１の補正速度に補正し、当該測位された速度データが第２の予測範囲外であるとき、当該速度データを異常速度として当該速度データを第２の補正速度に補正し、当該補正された速度データに基づき移動体の位置を算出する位置算出ステップと、
を有する位置算出方法。
第１の補正速度は、前回測位時の補正速度に今回測位時において変化し得る速度の最大値を加えた値であり、第２の補正速度は、前回測位時の補正速度である、請求項６に記載の位置算出方法。
第１、第２の予測範囲は、速度と速度の変化量とを規定する関数によって設定され、第２の関数により予測される速度の変化量は、第１の関数により予測される速度の変化量よりも大きい、請求項６に記載の位置算出方法。