JP2007051951A

JP2007051951A - 測位装置

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Publication number: JP2007051951A
Application number: JP2005237864A
Authority: JP
Inventors: Naoto Yoshida; 直人吉田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】衛星からの受信信号が、反射波のみ、または直接波と反射波が混ざった状態である状況において、その状況に応じて測位計算に使用する衛星を選択したい。
【解決手段】測位精度指標判定部７２は、受信したＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータをＧＰＳ衛星距離計算部２２から取得する。衛星信頼性判定部７４は、受信信号強度測定部６０から各ＧＰＳ衛星の受信信号強度を取得し、衛星信頼性度数を判定する。測位精度指標判定部７２は、衛星信頼性度数がαより高いＧＰＳ衛星の組合せでＤＯＰ値を計算する。また、測位精度指標しきい値、計算したＤＯＰ値とを比較することによって、測位に使用すべきＧＰＳ衛星の組合せを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、衛星が送信する信号を受信して測位を行う測位装置に関する。

衛星測位システムは、複数の衛星から送信される信号を受信し、受信信号に含まれる情報から各衛星の軌道情報を得るとともに各衛星との間の距離を算出した後に、各衛星の軌道情報と各衛星との間の距離にもとづいて測位計算を実行する。このような衛星測位システムとしては、例えばＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）衛星測位システムがある（例えば、特許文献１参照。）。以下、衛星測位システムを構成する装置のうち、衛星から送信される信号を受信して測位計算を行う装置を測位装置と称し、特にＧＰＳ衛星測位システムに含まれる測位装置をＧＰＳ測位装置と称する。
特開平７−１９８８２１号公報

ＧＰＳ衛星から送信され、ＧＰＳ測位装置で受信される電磁波には、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位装置に直接到来する直接波のほか、建造物などにおいて反射して到来する反射波が含まれる。反射波は、直接波に比べて、反射した経路の分だけ長い距離を進みながら、ＧＰＳ測位装置に受信される。そのため、反射波の伝搬時間は、直接波の伝搬時間よりも長くなる。その結果、長くなった伝搬時間の分が、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ測位装置との間の距離、すなわちＧＰＳ衛星距離の誤差になる。すなわち、反射波のみまたは直接波と反射波とが混ざった信号をもとに、ＧＰＳ衛星距離を導出し、導出したＧＰＳ衛星距離を使用して測位計算を行うと、算出された測位結果に含まれる誤差が大きくなってしまう。以下では、反射波のみ、または直接波と反射波とが混ざった信号に対応したＧＰＳ衛星を異常衛星とする。

一方、測位計算にて算出される測位位置の精度は、測位計算に使用した複数のＧＰＳ衛星を測位装置から見た場合における複数のＧＰＳ衛星の天空上の配置にも影響される。例えば、測位計算に使用した複数のＧＰＳ衛星の配置が天空上のある特定の方向に集中していると、複数のＧＰＳ衛星それぞれのＧＰＳ衛星距離に含まれている誤差によって、測位計算の算出結果の誤差が大きくなる傾向にある。複数のＧＰＳ衛星の配置が天空上に均一に分散していると、複数のＧＰＳ衛星それぞれのＧＰＳ衛星距離に含まれている誤差が打ち消しあうので、測位計算の算出結果の誤差が小さくなる傾向にある。

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。前述の異常衛星の影響を小さくするために、異常衛星は測位計算から除外することが望ましい。一方、異常衛星を測位計算に使用しないようにすると、測位計算に使用すべき残りのＧＰＳ衛星の数が少なくなる。そのため、複数のＧＰＳ衛星の配置が天空上のある特定の方向に集中する可能性が大きくなって、測位計算の算出結果の誤差が大きくなる可能性もある。

よって、異常衛星を測位計算から除外しても残りの複数のＧＰＳ衛星の天空上の配置に問題がない場合は異常衛星を測位計算から除外する。一方、異常衛星を測位計算から除外すると残りの複数のＧＰＳ衛星の天空上の配置に問題が生じる場合は、異常衛星に含まれる誤差の程度と残りの複数のＧＰＳ衛星の天空上の配置の状況を考慮して異常衛星を測位計算に残すか除外するかを決定することが望ましい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常衛星が存在する状況において、その状況に応じて測位計算に使用するＧＰＳ衛星を決定し、精度の高い測位を実行するための測位装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の測位装置は、複数の衛星からの信号をそれぞれ受信する受信部と、受信部においてそれぞれ受信した信号から、複数の衛星のそれぞれとの間の距離を導出する導出部と、導出部において距離を導出した複数の衛星のうち、測位に使用すべき衛星の組合せを選択する選択部と、選択部において選択した衛星の組合せに含まれた衛星との間の距離であって、かつ導出部において導出した距離をもとに、測位を実行する測位部とを備える。選択部は、導出部において導出した距離に対して、複数の衛星のそれぞれを単位に、信頼性を判定する判定部と、判定部において判定した信頼性をもとに、測位に使用すべき衛星の仮の組合せを少なくともひとつ選択する手段と、少なくともひとつの仮の組合せのそれぞれに対して、仮の組合せに含まれた衛星の相対的な配置を推定する手段と、推定した相対的な配置をもとに、測位に使用すべき衛星の組合せを選択する手段とを含む実行部と、を備える。

この態様によると、衛星の信頼性と相対的な配置とを考慮しながら、測位に使用すべき衛星の組合せを選択するので、遅延波の影響を低減しながら、天空上に均一的に配置された衛星の組合せを使用でき、精度の高い測位を実行できる。

判定部は、受信部においてそれぞれ受信した信号に対して、複数の衛星のそれぞれを単位に、信号強度を測定する測定部と、測定部において測定した信号強度と比較すべきしきい値であって、かつ少なくともひとつのしきい値を記憶する記憶部と、記憶部において記憶した少なくともひとつのしきい値と、測定部において測定した信号強度とを比較することによって、信頼性の判定を実行する比較部と、を備えてもよい。この場合、直接波の信号強度が高くなり、反射波の信号強度が低くなる状況下、信号強度に応じて信頼性を付与するので、反射波の影響の少ない信号を特定できる。

実行部は、少なくともひとつの仮の組合せのそれぞれに対して、衛星の相対的な配置として、ＤＯＰ値を導出する手段と、導出したＤＯＰ値と予め規定したしきい値とを比較する手段と、比較結果に応じて、少なくともひとつの仮の組合せの中から、測位に使用すべき衛星の組合せを選択する手段とを含んでもよい。この場合、ＤＯＰ値がしきい値よりも小さくなるように、測位に使用すべき衛星の組合せを選択するので、天空上に均一的に配置された衛星の組合せを使用でき、精度の高い測位を実行できる。

実行部は、測位に使用すべき衛星の組合せが選択されなかった場合、仮の組合せを選択する際に参照されるべき信頼性を下げることによって、新たな仮の組合せを少なくともひとつ選択し、少なくともひとつの新たな仮の組合せに対して、測位に使用すべき衛星の組合せの選択処理を繰り返し実行してもよい。この場合、遅延波の影響の低減と、天空上の衛星の均一的な配置とを両立しながら、衛星の組合せを選択できる。

測位部は、判定部において判定した信頼性をもとに、複数の衛星のそれぞれに対する重み係数を決定する決定部と、決定部において決定した重み係数と、導出部において導出した距離とを対応づけながら、測位を実行する計算部と、を備えてもよい。この場合、信頼性をもとに重みづけを実行するので、測位の精度を向上できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、異常衛星が存在する状況において、その状況に応じて測位計算に使用するＧＰＳ衛星を決定し、精度の高い測位を実行できる。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、ＧＰＳ衛星測位システムにおいて、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、受信した信号をもとに測位計算を実行する測位装置に関する。前述のごとく、受信した信号に含まれる反射波の影響が大きくなる場合や、測位計算に使用すべき複数のＧＰＳ衛星の配置が天空上のある特定の方向に集中している場合に、測位計算の算出結果の誤差が大きくなる。特に、反射波の影響を小さくするために、異常衛星を測位計算から除外すると、複数のＧＰＳ衛星の配置が天空上のある特定の方向に集中する可能性が高くなる。本実施例に係る測位装置は、受信した信号に含まれる反射波の影響を小さくしながら、測位計算に使用すべき複数のＧＰＳ衛星として、天空上に均一に分散して配置されているＧＰＳ衛星を選択するために、以下の処理を実行する。

測位装置は、複数のＧＰＳ衛星から受信した信号をもとに、ＧＰＳ衛星距離をそれぞれ計算する。また、測位装置は、受信した信号の信号強度をそれぞれ測定し、計算したＧＰＳ衛星距離のそれぞれに対する信頼性を特定する。さらに、測位装置は、信頼性がある程度高くなっているＧＰＳ衛星距離を選択し、選択したＧＰＳ衛星距離に対応したＧＰＳ衛星の仮の組合せを生成する。仮の組合せに含まれたＧＰＳ衛星に対して、ＤＯＰ（ＤｉｌｕｔｉｏｎｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎ）が計算される。計算されたＤＯＰ値は、しきい値と比較され、しきい値よりも小さいＤＯＰ値に対応した仮の組合せが、測位計算に使用すべきＧＰＳ衛星の組合せとされる。また、ＤＯＰ値がしきい値よりも小さくなければ、測位装置は、信頼性の基準を低くしながら、新たな仮の組合せを生成する。さらに、生成された仮の組合せに対して、前述の処理が繰り返し実行される。

図１は、本発明の実施例に係るＧＰＳ測位装置１００の構成を示す。ＧＰＳ測位装置１００は、アンテナ３２、信号受信部５０、測距部１０と総称される第１測距部１０ａ、第２測距部１０ｂ、第Ｎ測距部１０ｎ、選択部３０、時計５２、測位計算部５４を含む。また、測距部１０は、ＧＰＳ衛星識別部１２、測距制御部１４、航法データ復調部１６、衛星送信時刻計算部１８、衛星位置計算部２０、ＧＰＳ衛星距離計算部２２、受信信号強度測定部６０を含み、選択部３０は、測位精度指標しきい値テーブル７０、測位精度指標判定部７２、衛星信頼性判定部７４、受信信号強度しきい値テーブル７６を含む。

信号受信部５０は、図示しない複数のＧＰＳ衛星から送信された信号をそれぞれ受信し、増幅、周波数変換、およびＡ／Ｄ変換を行った後、その結果をＧＰＳ衛星識別部１２に出力する。ＧＰＳ衛星から送信される信号には、ＰＮ符号によってスペクトラム拡散が施されているので、受信信号から情報を得るためには、ＧＰＳ衛星側で用いられたＰＮ符号と同一のＰＮ符号によって、スペクトラム逆拡散が実行される。複数のＧＰＳ衛星に対してはそれぞれ異なるＰＮ符号が割り当てられているので、あるＰＮ符号でのスペクトラム逆拡散によって、情報が得られたということは、そのＰＮ符号が割り当てられたＧＰＳ衛星を他の衛星から識別したことに相当する。

ＧＰＳ衛星識別部１２は、予め各衛星に対応するＰＮ符号を記憶しており、記憶しているＰＮ符号を用いて受信信号を逆拡散する。この逆拡散された信号は、ＧＰＳ衛星側で用いられたＰＮ符号と逆拡散に用いたＰＮ符号との相関値を表す信号として使用される。ＧＰＳ衛星識別部１２は、相関値としての意味を持つ逆拡散信号を測距制御部１４に出力する。なお、ＧＰＳ衛星識別部１２等は、複数の測距部１０のそれぞれに備えられており、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれに対応しているものとする。そのため、ＧＰＳ衛星識別部１２以降の処理は、ＧＰＳ衛星のそれぞれを単位にした処理であるといえる。

測距制御部１４では、相関値が所定の値を超えた場合に、当該受信信号が逆拡散に用いたＰＮ符号が割り当てられたＧＰＳ衛星信号から送信された信号であると認識する。また、測距制御部１４は、当該ＧＰＳ衛星から送信される信号からデータを取得するようＧＰＳ衛星識別部１２を制御する。ＧＰＳ衛星識別部１２は、航法データ復調部１６および衛星送信時刻計算部１８に、識別したＧＰＳ衛星からの受信信号を出力する。

航法データ復調部１６は、受信信号からＧＰＳ衛星の軌道情報などを含む航法データを抽出し、衛星位置計算部２０に出力する。衛星送信時刻計算部１８は、受信信号から、ＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻を表したデータを抽出し、衛星位置計算部２０およびＧＰＳ衛星距離計算部２２に出力する。衛星位置計算部２０は、航法データに含まれた衛星の軌道情報、およびＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻にもとづいて、信号を送信したＧＰＳ衛星が衛星軌道上の何処に位置していたのかを算出する。また、衛星位置計算部２０は、算出結果からＧＰＳ衛星の位置データを算出し、その位置データをＧＰＳ衛星距離計算部２２に出力する。

ＧＰＳ衛星距離計算部２２は、時計５２からの時刻から、ＧＰＳ衛星が信号を送信した時刻を減算することによって、信号がＧＰＳ衛星からＧＰＳ測位装置１００に到達するために要した期間、すなわち伝搬時間を算出する。さらに、算出した伝搬時間に電磁波の伝搬速度を乗ずることによって、ＧＰＳ測位装置１００とＧＰＳ衛星との間の距離を算出する。ＧＰＳ測位装置１００とＧＰＳ衛星との間の距離の算出に関しては、公知の技術を使用すればよい。なお、複数の測距部１０は、複数のＧＰＳ衛星に対して以上の処理をそれぞれ実行することによって、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれとの間の距離を導出する。以下、ＧＰＳ測位装置１００とＧＰＳ衛星との間の距離をＧＰＳ衛星距離とする。ＧＰＳ衛星距離計算部２２は、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータを測位精度指標判定部７２に出力する。

受信信号強度測定部６０は、信号受信部５０からの受信信号に対して、信号強度を測定し、測定結果を衛星信頼性判定部７４に出力する。このような処理によって、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれを単位した信号強度が測定される。なお、信号強度の測定は、公知の技術によってなされればよく、例えば、ＲＳＳＩ（ＲｅｃｉｅｖｉｎｇＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）の測定によって実現される。

受信信号強度しきい値テーブル７６には、受信信号の信号強度に対するしきい値（以下、「受信信号強度しきい値」という）が、値の高い順に複数ならべられており、さらに各受信信号強度しきい値に対応付けられながら衛星信頼性度数が格納されている。ここで、受信信号強度しきい値は、受信信号強度測定部６０において測定した信号強度と比較すべきしきい値であって、かつ少なくともひとつのしきい値といえる。また、衛星信頼性度数は、受信信号に対応したＧＰＳ衛星距離の信頼性、すなわち確からしさを示した値といえる。

図２は、受信信号強度しきい値テーブル７６におけるデータ構造を示す。図示のごとく、しきい値欄８０と信頼性度数欄８２とが規定されている。しきい値欄８０には、受信信号強度しきい値が「Ａ１」、「Ａ２」のごとく格納されている。ここで、「Ａ１」等は、信号強度の単位、例えば「ｄＢ」を有しているものとする。また、「Ａ１」から「ＡＮ」への方向にしたがって、値が小さくなるものとする。信頼性度数欄８２には、しきい値に対応づけられた衛星信頼性度数が格納されている。ここで、衛星信頼性度数「１」が最も信頼性の高い状態に相当しており、衛星信頼性度数「Ｎ」が最も信頼性の低い状態に相当している。図１に戻る。

衛星信頼性判定部７４は、複数の測距部１０のそれぞれに備えられた受信信号強度測定部６０から、受信信号強度を入力し、受信信号強度しきい値テーブル７６において記憶した少なくともひとつの受信信号強度しきい値と、受信信号強度とを比較する。また、衛星信頼性判定部７４は、比較の結果に応じて衛星信頼性度数を取得する。ここで、衛星信頼性判定部７４は、受信信号強度しきい値テーブル７６に設定されている複数の受信信号強度しきい値の値が高い順に比較を実行し、受信信号強度が受信信号強度しきい値よりも高くなったときに、当該受信信号強度しきい値に対応した衛星信頼性度数を取得する。

測位精度指標しきい値テーブル７０は、衛星信頼性度数とそれに対応したしきい値（以下、「測位精度指標しきい値」という）が格納されている。ここで、測位精度指標しきい値は、後述するＤＯＰ値に対するしきい値である。ＤＯＰ値が測定精度指標しきい値よりも小さい場合、測位計算に使用すべき複数のＧＰＳ衛星の天空上における配置が、ある程度分散しているといえる。図３は、測位精度指標しきい値テーブル７０におけるデータ構造を示す。図示のごとく、信頼性度数欄８４としきい値欄８６とが規定されている。信頼性度数欄８４は、図２の信頼性度数欄８２と同様に、衛星信頼性度数が格納されている。しきい値欄８６には、衛星信頼性度数に対応付けられた測位精度指標しきい値が格納されている。図１に戻る。

測位精度指標判定部７２は、ＧＰＳ衛星距離計算部２２から、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれに対応したデータを受けつける。ここで、データには、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられながら含まれている。一方、測位精度指標判定部７２は、衛星信頼性判定部７４から、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれに対応した衛星信頼性度数を受けつける。測位計算に使用すべきＧＰＳ衛星に対する衛星信頼性度数が「α」に設定されている場合、測位精度指標判定部７２は、衛星信頼性度数がα以上となっているＧＰＳ衛星に対応したデータを選択する。なお、初期の段階において、衛星信頼性度数は高い信頼性の値に設定されているものとする。例えば、最初、衛星信頼性度数は「１」に設定される。その結果、信頼性がある程度高いデータが選択される。以上の処理によって、測位精度指標判定部７２は、衛星信頼性度数をもとに、測位に使用すべきＧＰＳ衛星の仮の組合せを選択する。ここで、仮の組合せが複数選択されてもよい。

測位精度指標判定部７２は、仮の組合せに対して、測位精度指標βを計算する。すなわち、測位精度指標判定部７２は、少なくともひとつの仮の組合せのそれぞれに対して、測位精度指標βとして、ＤＯＰ値を導出する。ここで、ＤＯＰ値は、仮の組合せに含まれたＧＰＳ衛星の相対的な配置に相当する。ＤＯＰ値のうちのＧＤＯＰは、観測行列をＨとすると、以下のように示される。

また、ＤＯＰ値のうちのＰＤＯＰは、以下のように示される。

ここで、ＧＤＯＰは、位置と時刻の決定精度を総合的に示しており、ＰＤＯＰは、位置の決定精度を示す。測位精度指標判定部７２は、ＤＯＰ値として、ＧＤＯＰあるいはＰＤＯＰのどちらを導出してもよい。一方、測位精度指標判定部７２は、測位精度指標しきい値テーブル７０から、衛星信頼性度数「α」に対応する測位精度指標しきい値「Ｂ」を取得する。ここで、測位精度指標しきい値「Ｂ」は、図３における「Ｂ１」、「Ｂ２」等を総称した値に相当する。例えば、衛星信頼性度数が「１」であれば、測位精度指標しきい値「Ｂ１」が取得される。

測位精度指標判定部７２は、導出したＤＯＰ値と、取得した測位精度使用しきい値「Ｂ」とを比較する。また、測位精度指標判定部７２は、比較結果に応じて、少なくともひとつの仮の組合せの中から、測位に使用すべきＧＰＳ衛星の組合せを選択する。すなわち、測位精度指標判定部７２は、ＤＯＰ値をもとに、測位に使用すべきＧＰＳ衛星の組合せを選択する。ここで、測位に使用すべきＧＰＳ衛星の組合せを選択する際の処理をさらに詳しく説明する。測位精度指標判定部７２は、仮の組合せに対応したＤＯＰ値、すなわち測位精度指標βと、測位精度指標しきい値「Ｂ」とを比較する。測位精度指標βが測位精度指標しきい値「Ｂ」よりも悪い場合、測位精度指標判定部７２は、設定した衛星信頼性度数を「α」よりも低い値の「α′」に変更する。すなわち、測位精度指標判定部７２は、測位に使用すべきＧＰＳ衛星の組合せが選択されなかった場合、仮の組合せを選択する際に参照されるべき信頼性を下げることによって、新たな仮の組合せを少なくともひとつ選択する。例えば、既に設定されている衛星信頼性度数が「１」であれば、「２」に変更される。

測位精度指標判定部７２は、新たな組合せ、すなわち衛星信頼性度数が「α′」よりも高いＧＰＳ衛星のみから測位精度指標β′を計算する。一方、測位精度指標判定部７２は、測位精度指標判定部７２から、衛星信頼性度数「α′」に対応する測位精度指標しきい値「Ｂ′」を取得する。さらに、測位精度指標判定部７２は、計算した測位精度指標β′と測位精度指標しきい値「Ｂ′」とを比較する。

測位精度指標判定部７２は、以上の処理を繰り返し実行することによって、測位精度指標しきい値よりも測位精度指標が良くなるような組合せを選択する。また、測位精度指標判定部７２は、選択した組合せに対応した衛星信頼性度数「αＡＮＳ」を特定する。さらに、測位精度指標判定部７２は、衛星信頼性度数が「αＡＮＳ」より高くなっている複数のＧＰＳ衛星に対して、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータ、および衛星信頼性度数を特定してから、それらを測位計算部５４に出力する。

測位計算部５４は、測位精度指標判定部７２から、データおよび衛星信頼性度数を受けつけ、これらをもとに測位計算を実行する。ここでは、基本的な測位計算をまず説明する。少なくとも４個のＧＰＳ衛星からデータであって、かつ取得したＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータをもとに、ＧＰＳ測位装置１００の３次元座標位置を求める計算、すなわち測位計算が実行される。原理的に３個のＧＰＳ衛星から取得したＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータを使用すれば、３次元座標位置が算出される。

しかしながら、ＧＰＳ衛星が備える時計に対して、時計５２における時刻に含まれる誤差が大きい。そのため、少なくとも４個のＧＰＳ衛星から取得したデータであって、かつＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータを使用することによって、時計５２が持つ誤差が、算出される３次元座標位置の精度に与える影響を低減する。このように、測位計算部５４が測位計算を行うためには少なくとも４個のＧＰＳ衛星から、同時にそれぞれのＧＰＳ衛星に対して、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とを取得しなければならない。上述したような測距部１０を構成する構成要素各部の動作は、測距制御部１４によって制御される。ただし、図においては測距制御部１４から各部に至る制御線については、便宜上記載を省略している。

次に、本実施例に係る測位計算部５４においてさらに実行される処理を説明する。測位計算部５４は、取得した衛星信頼性度数をもとに、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれに対する重み係数を決定する。すなわち、信頼性の高いＧＰＳ衛星に対して、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータを測位計算に使用する割合を増やすような重み係数が決定される。また、このような重み係数は、信頼性の低いＧＰＳ衛星に対して、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータが測位計算に使用される割合を減らすような重み係数ともいえる。測位計算の修正量ΔＸは、ＧＰＳ衛星が５つ以上存在する場合に、一般的に以下のように示される。

ここで、ΔＲは、各ＧＰＳ衛星との間の概略距離の修正量を示す。例えば、ΔＲは、概略距離からＧＰＳ衛星距離を減じた値になる。測位計算部５４は、重み係数Ｗを３式に乗じることによって、以下のごとく、測位計算の修正量ΔＸを計算する。

測位計算部５４は、決定した重み係数と、データとを対応づけながら、測位計算を実行することによって、ＧＰＳ測位装置１００の３次元座標位置を求める。

測位精度を悪化させる反射波のみ、または直接波と反射波が混ざった信号は、反射による信号の減衰または直接波と反射波の干渉により、信号強度が低くなる場合が多い。また、複数回建物に反射した伝搬時間の誤差が大きいＧＰＳ衛星の信号は、複数回の反射によって、信号強度の減衰も大きい。そのため、衛星信頼性判定部７４では衛星信頼性判定基準としてＧＰＳ衛星の信号強度を用い、信号強度の低いＧＰＳ衛星ほど信頼性の低いＧＰＳ衛星と判断する。

一方、測位計算に使用した複数のＧＰＳ衛星の配置が、ＧＰＳ測位装置１００から見て天空上のある特定の方向に集中していると、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれのＧＰＳ衛星距離に含まれている誤差によって、測位計算の算出結果の誤差が大きくなる場合がある。複数のＧＰＳ衛星の配置が天空上に均一に分散していると、複数のＧＰＳ衛星それぞれのＧＰＳ衛星距離に含まれている誤差が打ち消しあい、測位計算の算出結果の誤差が小さくなる。そのため、測位精度指標判定部７２の測位精度指標判定は、ＤＯＰ値を測位精度指標として使用する。ＤＯＰ値は、ＧＰＳ測位装置１００を中心とした場合に、各ＧＰＳ衛星の天空上の幾何学的配置を反映した値であり、ＧＰＳ衛星の天空での配置が与える測位精度への影響に相当する。

測位計算部５４は、重み付けを実行することによって、信頼性の低いＧＰＳ衛星に対して、ＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星距離とが対応付けられたデータを測位計算に使用される割合を減らす。その結果、測位計算部５４では、信頼性が低いＧＰＳ衛星のデータに含まれる誤差が、測位計算において算出される結果に与える悪影響を軽減する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた通信機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

上述のように本実施例では、ＧＰＳ衛星の信号の信頼性を判定し、かつＧＰＳ衛星の組合せによる測位精度への影響を判定して、信頼性の低いＧＰＳ衛星を測位計算から除外するか残すか決定する。その結果、高精度な測位計算を行うのに最適なＧＰＳ衛星の組合せが選択される。

また、受信信号強度しきい値テーブル７６を作成するに際しては、受信信号の信号強度と、測位精度の関係をシミュレーションや実験などによって求めることによって、受信信号強度しきい値に対応する衛星信頼性度数を決定するのが好適である。測位精度指標しきい値テーブル７０を作成するにあたっては、測位精度指標を示すＤＯＰ値と測位精度の関係と、衛星信頼性度数と測位精度の関係とをシミュレーションや実験などによって求めることによって、衛星信頼性度数に対応する測位精度指標しきい値を決定するのが好適である。

処理時間を短縮するためには、受信信号強度しきい値テーブル７６において、受信信号の信号強度に対応した衛星信頼性度数を１個だけにすること、すなわち固定値とすることが有効である。また、測位精度指標しきい値テーブル７０においても、衛星信頼性度数と対応した測位精度指標しきい値を１個だけにすること、すなわち固定値とすることも有効である。

以上の構成によるＧＰＳ測位装置１００の動作を説明する。図４は、選択部３０における選択手順を示すフローチャートである。ＧＰＳ衛星距離計算部２２は、ＧＰＳ衛星距離を計算する（Ｓ１０）。受信信号強度測定部６０は、受信信号強度を測定する（Ｓ１２）。衛星信頼性判定部７４は、信号強度をもとに信頼性を判定する（Ｓ１４）。測位精度指標判定部７２は、衛星信頼性度数が「１」となる仮の組合せを選択し（Ｓ１６）、仮の組合せに対応したＤＯＰ値を計算する（Ｓ１８）。また、測位精度指標判定部７２は、測位精度指標しきい値テーブル７０を参照しながら、設定された衛星信頼性度数に応じて測位精度指標しきい値を選択する（Ｓ２０）。

ＤＯＰ値がしきい値を満足するとき（Ｓ２２のＹ）、測位精度指標判定部７２は、仮の組合せをＧＰＳ衛星の組合せとして選択する（Ｓ２４）。一方、ＤＯＰ値がしきい値を満足しないとき（Ｓ２２のＮ）、信頼性を下げることができれば（Ｓ２６のＹ）、測位精度指標判定部７２は、信頼性を下げて仮の組合せを新たに選択する（Ｓ２８）。ここで、「信頼性を下げる」とは、設定された衛星信頼性度数を大きくすることに相当する。さらに、ステップ１８に戻る。一方、信頼性を下げることができなければ（Ｓ２６のＮ）、処理を終了する。

本発明の実施例によれば、ＧＰＳ衛星の信頼性と相対的な配置とを考慮しながら、測位に使用すべき衛星の組合せを選択できる。また、ＧＰＳ衛星の信頼性と相対的な配置とを考慮しながら、測位に使用すべき衛星の組合せを選択するので、遅延波の影響を低減しながら、天空上に均一的に配置されたＧＰＳ衛星の組合せを使用できる。また、遅延波の影響を低減しながら、天空上に均一的に配置されたＧＰＳ衛星の組合せを使用できるので、精度の高い測位を実行できる。また、直接波の信号強度が高くなり、反射波の信号強度が低くなる状況下、信号強度に応じて衛星信頼性度数を付与するので、反射波の影響の強い信号と弱い信号とを区別しながら特定できる。

また、反射波の影響の強い信号と弱い信号とを区別しながら特定できるので、反射波の影響の少ない信号を特定できる。また、ＤＯＰ値が測位精度指標しきい値よりも大きくなるように、測位に使用すべき衛星の組合せを選択するので、天空上に均一的に配置された衛星の組合せを使用できる。また、ＤＯＰ値が測位精度指標しきい値よりも小さければ、衛星信頼性度数を低くしながらＧＰＳ衛星を選択するので、遅延波の影響の低減と、天空上のＧＰＳ衛星の均一的な配置とを両立しながら、ＧＰＳ衛星の組合せを選択できる。また、衛星信頼性度数をもとに重みづけを実行するので、測位の精度を向上できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、ＧＰＳ測位装置１００を適用すべき衛星測位システムとして、ＧＰＳ衛星測位システムを対象にしている。しかしながらこれに限らず、ＧＰＳ衛星測位システム以外の衛星測位システムに、ＧＰＳ測位装置１００を適用してもよい。ＧＰＳ衛星測位システム以外の衛星測位システムの一例は、ガリレオである。本変形例によれば、さまざまな衛星測位システムに、本発明を適用できる。

本発明の実施例に係る測位装置の構成を示す図である。図１の受信信号強度しきい値テーブルにおけるデータ構造を示す図である。図１の測位精度指標しきい値テーブルにおけるデータ構造を示す図である。図１の選択部における選択手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０測距部、１２ＧＰＳ衛星識別部、１４測距制御部、１６航法データ復調部、１８衛星送信時刻計算部、２０衛星位置計算部、２２ＧＰＳ衛星距離計算部、３０選択部、３２アンテナ、５０信号受信部、５２時計、５４測位計算部、６０受信信号強度測定部、７０測位精度指標しきい値テーブル、７２測位精度指標判定部、７４衛星信頼性判定部、７６受信信号強度しきい値テーブル、１００ＧＰＳ測位装置。

Claims

複数の衛星からの信号をそれぞれ受信する受信部と、
前記受信部においてそれぞれ受信した信号から、複数の衛星のそれぞれとの間の距離を導出する導出部と、
前記導出部において距離を導出した複数の衛星のうち、測位に使用すべき衛星の組合せを選択する選択部と、
前記選択部において選択した衛星の組合せに含まれた衛星との間の距離であって、かつ前記導出部において導出した距離をもとに、測位を実行する測位部とを備え、
前記選択部は、
前記導出部において導出した距離に対して、複数の衛星のそれぞれを単位に、信頼性を判定する判定部と、
前記判定部において判定した信頼性をもとに、測位に使用すべき衛星の仮の組合せを少なくともひとつ選択する手段と、少なくともひとつの仮の組合せのそれぞれに対して、仮の組合せに含まれた衛星の相対的な配置を推定する手段と、推定した相対的な配置をもとに、測位に使用すべき衛星の組合せを選択する手段とを含む実行部と、
を備えることを特徴とする測位装置。
前記判定部は、
前記受信部においてそれぞれ受信した信号に対して、複数の衛星のそれぞれを単位に、信号強度を測定する測定部と、
前記測定部において測定した信号強度と比較すべきしきい値であって、かつ少なくともひとつのしきい値を記憶する記憶部と、
前記記憶部において記憶した少なくともひとつのしきい値と、前記測定部において測定した信号強度とを比較することによって、信頼性の判定を実行する比較部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
前記実行部は、前記少なくともひとつの仮の組合せのそれぞれに対して、衛星の相対的な配置として、ＤＯＰ値を導出する手段と、導出したＤＯＰ値と予め規定したしきい値とを比較する手段と、比較結果に応じて、少なくともひとつの仮の組合せの中から、測位に使用すべき衛星の組合せを選択する手段とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の測位装置。
前記実行部は、測位に使用すべき衛星の組合せが選択されなかった場合、仮の組合せを選択する際に参照されるべき信頼性を下げることによって、新たな仮の組合せを少なくともひとつ選択し、少なくともひとつの新たな仮の組合せに対して、測位に使用すべき衛星の組合せの選択処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項３に記載の測位装置。
前記測位部は、
前記判定部において判定した信頼性をもとに、複数の衛星のそれぞれに対する重み係数を決定する決定部と、
前記決定部において決定した重み係数と、前記導出部において導出した距離とを対応づけながら、測位を実行する計算部と、
を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の測位装置。