JP2006242911A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＧＰＳ測位解の誤差推定値を変更することなく、位置推定精度の低下を抑制することができる位置検出装置を提供すること。
【解決手段】 ナビ情報取得部６２４は、移動体の現在位置がマルチパスの発生し易い地域内である場合にナビゲーション装置６１０から出力される受信強度情報を取得する。受信感度変更部６２５は、ナビ情報取得部６２４の取得した受信強度情報に基づいて、受信感度フィルタ部６２２における閾値レベルを通常レベル（直接波を受信した場合の受信強度）よりも高いレベルに変更することにより、ＧＰＳ信号の受信感度を低下させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、位置検出装置に関するものである。

従来、位置推定精度の低下を抑制するＧＰＳ測位システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されているＧＰＳ測位システムによれば、ＧＰＳ測位とともに、車速センサ、ジャイロセンサ等のセンサ出力を積算して位置を算出する推測航法や、地図データベースによるマップマッチングを併用して位置を推定するシステムにおいて、通信ネットワークを介してサーバーコンピュータのデータベースからマルチパス障害に関する情報を取り出し、現在位置がマルチパス障害が発生する可能性がある位置であると判定すると、ＧＰＳ測位解の誤差推定値を所定の誤差範囲を超えるように増加させる。これにより、ＧＰＳ測位解は使用されなくなり、推測航法による推測結果を使用して現在位置が推定される。
特開２００２−２１４３２１号公報

上記特許文献１にも開示されているように、建物等によって反射したＧＰＳ信号の反射波は、直接波よりも伝搬経路が長く、それにより電波の飛行時間が長くなる為、この反射波を用いてＧＰＳ衛星との疑似距離を測定すると、直接波を用いて測定される疑似距離よりも長くなる。従って、反射波から求めたＧＰＳ測位解には、誤差が大きく含まれる。

一方、ＧＰＳ測位解に対する誤差推定値は、ＧＰＳ信号を復調して得られる航法メッセージに含まれる衛星の軌道情報に基づいて算出され、この軌道情報自体は、直接波を受信して得られるものと変わりがないことから、マルチパスによる影響を受けてＧＰＳ測位解の信頼性が低下しているのにも係わらず、誤差推定値が増加されない。そのため、従来のＧＰＳ測位システムでは、誤差推定値を増加させることで、ＧＰＳ測位解を使用しないようにしている。

しかしながら、従来のＧＰＳ測位システムでは、ＧＰＳ信号を受信する毎に、ＧＰＳレシーバによる測位演算（ＧＰＳ測位解及び誤差推定値の演算）を行い、そのうえでＧＰＳ測位解の誤差推定値を増加させる必要がある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、ＧＰＳ測位解の誤差推定値を変更することなく、位置推定精度の低下を抑制することができる位置検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の位置検出装置は、
ＧＰＳ測位、及び推測航法を併用して現在位置を検出する位置検出装置であって、
ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信手段と、
ＧＰＳ受信手段の受信したＧＰＳ信号が所定の閾値レベル以上の受信強度を示すか否かを判定する受信強度判定手段と、
受信強度判断手段によって、ＧＰＳ信号が閾値レベル以上の受信強度を示すと判定した場合に、当該ＧＰＳ信号に基づいて測位演算を行う測位演算手段と、
マルチパスの発生し易い地域に関するマルチパス情報を記憶するマルチパス情報記憶手段と、
ＧＰＳ測位、及び推測航法の少なくとも一方によって検出された現在位置がマルチパスの発生し易い地域内である場合、閾値レベルを高いレベルに変更することで、ＧＰＳ信号の受信感度を低下させる受信感度変更手段と、を備えることを特徴とする。

ＧＰＳ信号の受信感度の低下は、ＧＰＳ測位率や最初の測位結果を出力するまでの時間（Time to First Fix、以下、ＴＴＦＦ）の悪化をもたらすことになるが、現在の推測航法は、その推定精度が格段に向上しているため、ＧＰＳ測位と推測航法を併用する位置検出装置においては、ＧＰＳ測位に対する依存性は低くてよい。従って、ＧＰＳ信号の受信感度低下は、位置検出精度への弊害となることが少ない。

そこで、本発明の位置検出装置は、マルチパス障害を受けたＧＰＳ信号から測位演算を行わないようにするため、現在位置がマルチパスの発生し易い地域内である場合、上記閾値レベルを高いレベルに変更することで、ＧＰＳ信号の受信感度を低下させる。これにより、マルチパスの発生し易い地域内では、マルチパスの影響を受けて強度の低下したＧＰＳ信号から測位演算を行わないようにすることができるため、従来のように、ＧＰＳ測位解の誤差推定値を変更することなく、位置推定精度の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の位置検出装置によれば、マルチパス情報記憶手段は、マルチパス情報として、マルチパスの発生し易い地域の位置を示すマルチパスポリゴン情報、及び当該地域においてマルチパス障害を受けたＧＰＳ信号を受信した場合のＧＰＳ信号の受信強度の情報を含むものであって、受信感度変更手段は、受信強度の情報に基づいて閾値レベルの変更を行うことを特徴とする。

マルチパス障害を受けたＧＰＳ信号（反射波）は、マルチパス障害を受けていないＧＰＳ信号（直接波）よりも遅れて到着し、また、直接波よりもその信号強度が減衰する。本発明では、例えば、ナビゲーション装置に用いられる地図データとして、マルチパスの発生し易い地域を示すマルチパスポリゴン情報に、その地域において反射波を受信した場合の受信強度の情報を対応付けておく。これにより、受信感度変更手段は、この地図データに含まれる受信強度の情報に基づいてＧＰＳ信号の受信感度を変更することができる。

請求項３に記載の位置検出装置によれば、受信感度変更手段は、
ＧＰＳ衛星の仰角が小さいほど閾値レベルを高いレベルに変更し、
ＧＰＳ衛星の仰角が大きいほど閾値レベルを低いレベルに変更することを特徴とする。

一般に、ＧＰＳ衛星の仰角（ＧＰＳ衛星と位置検出装置とを結ぶ線が地上の水平面となす角）が小さいほど、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号はマルチパス障害を受け易く、一方、ＧＰＳ衛星の仰角が大きいほど、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号はマルチパス障害を受け難い。

従って、ＧＰＳ衛星の仰角が小さいほど閾値レベルを高いレベルに変更し、ＧＰＳ衛星の仰角が大きいほど閾値レベルを低いレベルに変更することで、上述したマルチパス情報に基づく受信感度の変更だけでなく、ＧＰＳ衛星の仰角に応じた受信感度の変更が可能となる。

請求項４に記載の位置検出装置によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の位置検出装置は、ＧＰＳ測位、推測航法、及びマップマッチングを併用して現在位置を検出することを特徴とする。このように、ＧＰＳ測位、推測航法、及びマップマッチングを併用して現在位置を検出することで、位置検出精度をより高めることができる。

以下、本発明の位置検出装置の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施形態では、本発明の位置検出装置を適用したナビゲーションシステムについて説明する。本実施形態のナビゲーションシステムは、図１に示すように、自動車等の移動体に搭載され、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信装置を備えている。

図２に示すように、ＧＰＳ受信装置の受信するＧＰＳ信号は、マルチパス障害の影響を受けた反射波が含まれる。そのため、本実施形態のナビゲーションシステムでは、この反射波による位置検出精度の低下を抑制しようとするものである。

図３に、ナビゲーションシステムの全体構成を示す。同図に示すように、ナビゲーションシステムは、ＧＰＳアンテナ６０１、ＧＰＳ−ＲＦ部６０２、ＧＰＳ−ＢＢ部６０３、ＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４からなるＧＰＳ受信装置、ナビゲーション装置６１０、及び、ナビゲーション装置６１０に接続されるメモリ６１１、ジャイロセンサ６１２、傾斜センサ６１３、車速センサ６１４から構成される。

ＧＰＳ衛星６００は、周知のごとく、地球の上空に複数配置されるもので、衛星の軌道情報や時刻情報等、測位に必要な航法データを地球に向けて定期的に送信している。ＧＰＳアンテナ６０１は、各ＧＰＳ衛星６００に割当てられ暗号化されたＣ／Ａコード（Coarse Acquisition Code）によりスペクトラム拡散変調されて各ＧＰＳ衛星６００から送信される送信信号を捕らえて電気信号に変換する。この電気信号は、ＧＰＳ−ＲＦ部６０２において周波数変換される。ＧＰＳ−ＢＢ部６０３は、ＧＰＳ−ＲＦ部６０２において周波数変換された信号をデジタル信号に変換する。

ＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４は、デジタル信号に変換された信号からＧＰＳ衛星６００の航法データの復調及びＧＰＳ衛星６００とＧＰＳ受信装置との間の電波の伝搬時間から、ＧＰＳ衛星６００とＧＰＳ受信装置との距離（擬似距離）を計測する。

また、ＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４は、この計測された擬似距離と航法データに含まれるＧＰＳ衛星６００の詳細軌道データ（エフェメリス）とからＧＰＳ受信装置の位置（緯度・経度）を計算する。その計算されたＧＰＳ受信装置の位置は、測位情報としてナビゲーション装置６１０に出力される。

メモリ６１１は、道路データ、背景データ及び文字データを含む地図データを記憶する記憶媒体であり、図示しない地図データ格納装置に格納される。この地図データ格納装置は、ナビゲーション装置６１０からの要請により各種データを送信する。これら各種データを記憶する記憶媒体としては、そのデータ量からＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭが一般的であるが、メモリカード、ハードディスク等の書き込み可能な記憶媒体を採用してもよい。ここで、道路データ、背景データ及び文字データの構成について説明する。

道路データは、道路毎に固有の番号を付したリンクＩＤ、リンク座標データ、ノード座標データ、高速道路や国道等の道路種別を示す道路種別データ、道路幅員データ等の各データから構成されている。道路データにおけるリンクとは、地図上の各道路を、交差点、分岐点などを示すノードにより複数に分割し、２つのノード間をリンクとして規定したものである。

そして、リンク座標データには、このリンクの始端と終端の座標が記述される。なお、リンクの途中にノードが含まれる場合には、ノード座標データにノード座標が記述される。この道路データは、地図を表示する以外に、マップマッチング処理を行う際の道路の形状を与えるために用いられたり、目的地までの案内経路を検索する際に用いられたりする。

一方、背景データは、地図の背景を構成するポリゴン等の各データで構成されている。ポリゴンデータは、平面的に描画する２次元地図を描画するために用いられるものである。

なお、本実施形態のメモリ６１１には、マルチパスの発生し易い地域に関するマルチパス情報が記憶されている。このマルチパス情報とは、マルチパスの発生し易い地域の位置を示すマルチパスポリゴン情報と、当該地域においてマルチパス障害を受けたＧＰＳ信号を受信した場合の受信強度の情報（受信強度情報）とによって構成される。

マルチパス障害を受けたＧＰＳ信号（反射波）は、マルチパス障害受けていないＧＰＳ信号（直接波）よりも遅れて到着し、また、直接波よりもその信号強度が減衰する。本実施形態では、上述したように、地図データとして、マルチパスの発生し易い地域を示すマルチパスポリゴン情報に、その地域において反射波を受信した場合の受信強度の情報を対応付けておく。これにより、後述するＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４において、この地図データに含まれる受信強度の情報に基づいてＧＰＳ信号の受信感度を変更することができる。なお、マルチパスの発生し易い地域は、建築物の形状や大きさ等から推定するようにしてもよい。

ジャイロセンサ６１２は、移動体の移動方位を検出するセンサであり、傾斜センサ６１３は、移動体のローリング、ピッチング、ヨーイングによる傾斜角を検出する。車速センサ６１４は、移動体の移動速度を検出する。

ナビゲーション装置６１０は、位置検出精度をより高めることを目的に、ＧＰＳ測位、推測航法、及びマップマッチングを併用して現在位置を検出する。ＧＰＳ測位は、ＧＰＳ受信装置により移動体の現在位置（緯度・経度）を算出する。推測航法は、車速センサ６１４からの移動距離をジャイロセンサ６１２から算出される方位に従って積算することにより、移動体の現在位置を算出する。

ナビゲーション装置６１０では、推測航法によって現在位置を算出しつつ、ＧＰＳ測位による緯度経度に基づいてその現在位置を修正することにより、推測航法におけるセンサの誤差の影響を排除する（ハイブリッド航法）。さらに、より正確な現在位置を算出するために、ハイブリッド航法により算出した移動体の現在位置及び走行軌跡と、地図データを構成する道路データとを比較することにより、移動体が走行している道路を推定する（マップマッチング）。このマップマッチングにより、移動体の現在位置を高精度に求める。

また、ナビゲーション装置６１０は、上記マルチパス情報に基づいて、移動体の現在位置がマルチパスの発生し易い地域内である場合に、その地域の位置を示すマルチパスポリゴン情報に対応付けられた受信強度情報をＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４へ出力する。

続いて、ＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４の機能について、図４に示す機能ブロック図を用いて説明する。同図に示すように、ＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４は、測位演算部６２１、受信感度フィルタ部６２２、ＧＰＳ信号処理部６２３、ナビ情報取得部６２４、受信感度変更部６２５の各種機能を備えている。

ＧＰＳ信号処理部６２３は、上述したように、ＧＰＳ−ＢＢ部６０３よって変換されたデジタル信号からＧＰＳ衛星６００の航法データの復調及びＧＰＳ衛星６００とＧＰＳ受信装置との間の電波の伝搬時間から、ＧＰＳ衛星６００とＧＰＳ受信装置との距離（擬似距離）を計測する処理を実行する。また、ＧＰＳ衛星６００毎のＧＰＳ信号の受信強度を算出する。

受信感度フィルタ部６２２は、ＧＰＳ信号処理部６２３の算出した受信強度が受信感度変更部６２５によって変更される閾値レベル以上の受信強度を示すか否かを判定し、閾値レベル以上の受信強度を示すと判定した場合に、そのＧＰＳ信号に基づいて計測された擬似距離、及び航法データを測位演算部６２１へ送る。

測位演算部６２１は、受信感度フィルタ部６２２から送られた擬似距離と航法データに含まれるＧＰＳ衛星６００の詳細軌道データ（エフェメリス）とからＧＰＳ受信装置の位置（緯度・経度）を計算する。その計算されたＧＰＳ受信装置の位置は、測位情報としてナビゲーション装置６１０に出力される。

ナビ情報取得部６２４は、移動体の現在位置がマルチパスの発生し易い地域内である場合にナビゲーション装置６１０から出力される受信強度情報を取得する。受信感度変更部６２５は、ナビ情報取得部６２４の取得した受信強度情報に基づいて、受信感度フィルタ部６２２における閾値レベルを通常レベル（直接波を受信した場合の受信強度）よりも高いレベルに変更することにより、ＧＰＳ信号の受信感度を低下させる。このように、上記閾値レベルを高いレベルに変更することで、ＧＰＳ信号の受信感度を低下させることができる。

なお、ＧＰＳ受信感度の低下は、ＧＰＳ測位率や最初の測位結果を出力するまでの時間（Time to First Fix、以下、ＴＴＦＦ）の悪化をもたらすことになるが、現在の推測航法は、その推定精度が格段に向上しているため、ＧＰＳ測位と推測航法を併用する位置検出装置においては、ＧＰＳ測位に対する依存性は低くてよい。従って、ＧＰＳ信号の受信感度低下は、位置検出精度への弊害となることが少ない。

そのため、本実施形態のＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４は、マルチパス障害を受ける可能性が高い地域内では、マルチパス障害を受けて受信強度の低下したＧＰＳ信号から測位演算を行わないように、受信感度フィルタ部６２２における閾値レベルを高いレベルに変更する。

これにより、マルチパスの発生し易い地域内では、マルチパスの影響を受けて受信強度の低下したＧＰＳ信号から測位演算を行わないようにすることができるため、従来のように、ＧＰＳ測位解の誤差推定値を変更することなく、位置推定精度の低下を抑制することができる。

（変形例）
本実施形態の受信感度変更部６２５では、マルチパスポリゴン情報に対応付けられた受信強度情報から、受信感度フィルタ部６２２における閾値レベルを変更しているが、さらに、ＧＰＳ衛星６００の詳細軌道データから算出されるＧＰＳ衛星の仰角に応じて、その閾値レベルを変更するようにしてもよい。

一般に、ＧＰＳ衛星の仰角（ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置とを結ぶ線が地上の水平面となす角）が小さいほど、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号はマルチパス障害を受け易く、一方、ＧＰＳ衛星の仰角が大きいほど、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号はマルチパス障害を受け難い。

従って、図５に示すように、受信感度変更部６２５において、ＧＰＳ衛星の仰角が小さいほど閾値レベルを高いレベルに変更し、ＧＰＳ衛星の仰角が大きいほど閾値レベルを低いレベルに変更するようにしてもよい。これにより、上述したマルチパス情報に基づく受信感度の変更だけでなく、ＧＰＳ衛星の仰角に応じた受信感度の変更が可能となる。

本実施形態に係わる、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信装置を搭載する移動体を示す図である。 本実施形態に係わる、直接波と反射波を示す図である。 本実施形態に係わる、ナビゲーションシステムの全体構成を示す図である。 本実施形態に係わる、ＧＰＳ−ＣＰＵ部６０４の内部構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態の変形例に係わる、ＧＰＳ衛星の仰角に応じて受信強度の閾値レベルを変更することを説明するための図である。

符号の説明

６００ ＧＰＳ衛星
６０１ ＧＰＳアンテナ
６０２ ＧＰＳ−ＲＦ部
６０３ ＧＰＳ−ＢＢ部
６０４ ＧＰＳ−ＣＰＵ部
６１０ ナビゲーション装置
６１１ メモリ
６１２ ジャイロセンサ
６１３ 傾斜センサ
６１４ 車速センサ
６２２ 受信感度フィルタ部
６２５ 受信感度変更部

Claims (4)

1. ＧＰＳ測位、及び推測航法を併用して現在位置を検出する位置検出装置であって、
   ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信手段と、
   前記ＧＰＳ受信手段の受信したＧＰＳ信号が所定の閾値レベル以上の受信強度を示すか否かを判定する受信強度判定手段と、
   前記受信強度判断手段によって、前記ＧＰＳ信号が前記閾値レベル以上の受信強度を示すと判定した場合に、当該ＧＰＳ信号に基づいて測位演算を行う測位演算手段と、
   マルチパスの発生し易い地域に関するマルチパス情報を記憶するマルチパス情報記憶手段と、
   前記ＧＰＳ測位、及び推測航法の少なくとも一方によって検出された現在位置が前記マルチパスの発生し易い地域内である場合、前記閾値レベルを高いレベルに変更することで、ＧＰＳ信号の受信感度を低下させる受信感度変更手段と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記マルチパス情報記憶手段は、前記マルチパス情報として、前記マルチパスの発生し易い地域の位置を示すマルチパスポリゴン情報、及び当該地域においてマルチパス障害を受けたＧＰＳ信号を受信した場合の前記ＧＰＳ信号の受信強度の情報を含むものであって、
   前記受信感度変更手段は、前記受信強度の情報に基づいて前記閾値レベルの変更を行うことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記受信感度変更手段は、
   前記ＧＰＳ衛星の仰角が小さいほど前記閾値レベルを高いレベルに変更し、
   前記ＧＰＳ衛星の仰角が大きいほど前記閾値レベルを低いレベルに変更することを特徴とする請求項１又は２記載の位置検出装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の位置検出装置は、ＧＰＳ測位、推測航法、及びマップマッチングを併用して現在位置を検出することを特徴とする位置検出装置。

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