JP2007093436A - Ｇｐｓ測位精度早期安定化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁や歩道橋などの物体が存在する道路においても常に高精度の現在位置表示が得られようにしたＧＰＳ測位精度早期安定化方法を提供すること。
【解決手段】道路にある歩道橋やトンネルなどの構造物１００の出口１０５の近傍に、ＧＰＳアンテナ１０２とリピータアンテナ１０３を備えたリピータ１０１を設け、構造物１００の下の道路を走行している自動車などの移動体２００が出口１０５の近傍にきたとき、ＧＰＳ衛星からＧＰＳアンテナ１０２で受信した電波を、リピータアンテナ１０３を介して当該移動体２００に中継し、移動体２００に搭載したＧＰＳ受信機２１０による位置算出処理が、移動体２００が構造物１００を通過する際、その手前から開始されるようにし、ＧＰＳ衛星からの電波を直接受信できる場所に移動体１００が移動した際、ＧＰＳ受信機が算出する位置の精度が早く復帰されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ測位システムの測位精度を早期に安定化する方法に係り、特に自動車の位置測定に適用されるＧＰＳ測位システムの測位精度早期安定化方法に関する。

人工衛星の電波を利用したＧＰＳ測位システムは、いわゆるカーナビシステムとして、特に自動車には極めて有用な装備品として近年広く認識されるようになっているが、この場合、走行中も常に精度よく安定して車両位置の表示が与えられるのが望ましい。

そこで、特定の場所で外部から与えられる情報に依存し、その都度、現在の正確な車両位置を取込み、ＧＰＳ測位システムにより与えられる位置を補正することにより、高精度の車両位置が表示できるようにした現在位置算出装置が従来技術として提案されている(例えば、特許文献１参照。)。

そして、この従来技術では、車両の現在位置情報を外部から受信する手段として、有料道路のＥＴＣ料金収受システムに用いられている通信手段を利用している。
特開２００１−２８９６５３号公報

上記従来技術は、道路に存在する橋梁や歩道橋など各種物体に配慮がされておらず、このため、以下に説明するように、車両位置精度の維持に問題があった。

自動車の走行は、当然のことではあるが道路上に限られるのが通例であり、この場合、走行路には橋梁や歩道橋など各種の物体が存在することになる。そこで、この場合は、ＧＰＳ測位システムを搭載した車両が走行移動し、橋梁や歩道橋などの物体の下に入ったとすると、当該物体により電波が遮蔽され、ＧＰＳ衛星からの電波の捕捉が途切れてしまう。

そして、車両が橋梁や歩道橋などの下を通過した時点で衛星からの電波がＧＰＳ受信機に再び捕捉されることになるが、このとき、電波を再捕捉してから安定した位置が検出できるまでにはかなりの時間を要し、その間、正しい位置から数百メートルもずれた位置を算出してしまう虞がある。

しかるに上記従来技術では、有料道路のＥＴＣ料金収受システムなどが置かれている特定の位置でしか現在位置の補正ができないので、上記した電波の再捕捉時での位置ずれに対応できず、従って車両位置精度の維持に問題が生じてしまうのである。

本発明の目的は、橋梁や歩道橋などの物体が存在する道路においても常に高精度の現在位置表示が得られようにしたＧＰＳ測位精度早期安定化方法を提供することにある。

上記目的は、移動体に装備したＧＰＳ測位システムのＧＰＳ測位精度早期安定化方法であって、前記移動体が走行する道路上にある構造物の出口の近傍にＧＰＳ電波中継用の手段を設け、前記移動体が前記構造物の出口の近傍にさしかかった際、前記移動体に装備したＧＰＳ測位システムによる測位処理が予め開始させられているようにして達成される。

このとき、ＧＰＳ電波中継用の手段とは、例えばＧＰＳアンテナとリピータアンテナを備えたリピータのことであり、ここでリピータとは中継装置のことで、これを橋下・歩道橋・架下等の出入り口付近に設置することにより、橋下・歩道橋・架下等を出る前から、衛星を捕捉可能な状態にすることができ、これにより、移動体のＧＰＳ受信機は、衛星捕捉処理を橋下・歩道橋・架下等を出る前から行うことができるようになる。

これにより、橋下・歩道橋・架下等を通過後、ＧＰＳ受信機が衛星を再捕捉するまでに要する時間を短くし、橋下・歩道橋・架下等を通過直後に正しい位置から数百メートル離れた位置を算出してしまうという事象の発生頻度を下げることができる。

本発明によれば、ＧＰＳ受信機を搭載した移動体が橋などの構造物の下でＧＰＳ衛星からの電波を直接受信できない場所を通過してから、再びＧＰＳ衛星からの電波を直接受信できる場所へ移動した際、ＧＰＳ受信機が算出する位置の精度が早く復帰するので、復帰直後に位置が誤って算出される虞がなく、従って、正しい位置から数百メートル離れた位置を算出してしまうという事象の発生頻度を下げる効果がある。

また、本発明によれば、ＧＰＳ受信機に特別な信号受信手段を設ける必要がないので、車両側の装置にコストの上昇を伴う虞がない。

以下、本発明によるＧＰＳ測位精度早期安定化方法について、図示の実施の形態により詳細に説明する。

ここで、図１は本発明によるＧＰＳ測位精度早期安定化方法の一実施形態が適用されたＧＰＳ測位システムの一例で、この場合、システムは、大きく分けて構造物１００と移動体２００で構成され、ここで、構造物１００とは、橋梁や歩道橋など道路に存在する各種の物体のことで、移動体２００は、この道路を走行している自動車などの車両のことであり、このとき矢印は、図示のように、車両の移動方向を表わしている。

そして、まず、構造物１００には、リピータ１０１とＧＰＳアンテナ１０２、それにリピータアンテナ１０３が備えられている。このときリピータ１０１の設置箇所は構造物１００の中など何処でもよいが、ＧＰＳアンテナ１０２は、天空が開けていて、少なくとも３基のＧＰＳ衛星によるＧＰＳ電波が同時に受信できる位置に設置され、他方、リピータアンテナ１０３は、構造物１００の出口１０４の近傍において道路に向けて設置される。

次に、移動体２００にはカーナビシステムを構成しているＧＰＳ受信機２１０とＧＰＳアンテナ２１１が装備してあり、このときＧＰＳ受信機２１０は、一般的なＧＰＳ受信機に必要な構成として電波捕捉部２１２と位置算出部２１３が備えられている。

次に、各部分の構成について詳細に説明する。このとき移動体２００は、構造物１００の中、つまり橋の下や建物の中など、ＧＰＳ衛星からの直接波を受信できない場所から矢印方向に移動を開始し、出口１０４からＧＰＳ衛星によるＧＰＳ電波が直接受信できる場所(天空の開けている屋外等を想定)に抜けて移動するものとする。

まず、リピータ１０１は、ＧＰＳアンテナ１０２によりＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ電波による信号を増幅し、リピータアンテナ１０３から電波として再び送信する中継装置としての働きをする。このとき、少なくとも３基のＧＰＳ衛星による信号を中継する必要があり、このため、上記したように、天空が開けている場所にＧＰＳアンテナ１０２を設置し、複数のＧＰＳ衛星によるＧＰＳ電波が同時に受信できるようにしてある。

次に、リピータアンテナ１０３は、中継すべきＧＰＳ衛星による信号を電波に乗せて送信する働きをする。そして、これにより構造物１００の中を走行している移動体２００が出口１０４の近傍にさしかかったとき、このリピータアンテナ１０３から送信されている電波が当該移動体２００により受信できるようにしている。

このとき、移動体２００に搭載されているＧＰＳ受信機２１０とＧＰＳアンテナ２１１は、図示してないＧＰＳ衛星からの電波を受信する働きをし、電波捕捉部２１２と位置算出部２１３は、移動体１００の位置を検出し、位置情報を算出する働きをする。

ここで、算出された位置情報は図示してないモニタ装置に供給される。そして、その表示面に映出させた地図上にマークとして表示され、これによりカーナビシステムとしての働きが得られることになる。このとき、モニタ装置の設置位置は、移動体２００の外であっても良い。

次に、この実施形態の動作について説明すると、ここで、まず、移動体２００は、構造物１００の下又は中にあったとき、ＧＰＳ衛星からの直接波は受信できず、また、出口１０４付近からも離れているので、リピータアンテナ１０１からの電波も受信できない状態にある。従って、この状態では、ＧＰＳ受信機２１０にはＧＰＳ衛星からの電波が全く届かないため、ＧＰＳ受信機２１０の電波捕捉部２１２と位置算出部２１３は、自車の位置を算出する処理はできない。

次に、移動体２００が移動し、出口１０４に近づいたとすると、リピータ１０１のリピータアンテナ１０３から出口１０４付近に向けて送信されている電波が移動体２００のＧＰＳアンテナ２１１により受信されるようになり、これから信号がＧＰＳ受信機２１０内の電波捕捉部２１２に出力される。

そこで、電波捕捉部２１２は、当該信号をデータ化し、ＧＰＳ衛星からリピータ１０１のＧＰＳアンテナ１０２までの擬似距離や搬送波位相値などの位置算出に必要な諸物理量を算出し、位置算出部２１３は、電波捕捉部２１２から入力された擬似距離や搬送波位相値などの位置算出に必要な諸物理量に基づいてＧＰＳアンテナ１０２の位置を算出する。

このとき、電波捕捉部２１２は、前述のとおり、ＧＰＳ電波の捕捉を開始した後、しばらくは安定した位置の算出ができず、データが安定するまでにはある程度の時間を要する。そこで、この電波が捕捉された直後のときは、電波捕捉部２１２から供給された擬似距離や搬送波位相値などの位置算出に必要な諸物理量については、また精度が低く、データのばらつきなども大きくなっている。

従って、このときは、当初は位置算出部２１３での位置の算出が不可能であったり、上記したように、正しい位置から数百メートル離れた位置を算出してまう可能性があるが、とにかく電波捕捉部２１２と位置算出部２１３による位置算出のための処理は、リピータ１０１の電波により開始されている。そして、或る程度の時間経過後は安定してＧＰＳアンテナ１０２の位置が算出されていることになる。

次に、移動体２００が更に移動して構造物１００の外に出たとする。そうすると、ここで移動体２００のＧＰＳアンテナ２１１は、リピータアンテナ１０３からの電波は受信できなくなるが、その代りに今度はＧＰＳ衛星から直接波が受信されるようになり、この時点からＧＰＳ受信機２１１の電波捕捉部２１２による処理は、ＧＰＳ衛星から受信した信号に基づくものとなる。

ここで、いま、従来技術のように、リピータ１０１が無かったとすると、この場合、電波捕捉部２１２は、前述のとおり、ＧＰＳ電波の捕捉を開始した後しばらくは安定した位置の算出ができず、データが安定するまでにはある程度の時間を要するので、上記したように、安定した位置の算出ができない。

しかし、この実施形態の場合は、電波捕捉部２１２と位置算出部２１３による位置算出のための処理が、既にリピータ１０１の電波により開始されているので、正しい位置を算出するまでに要する時間が短縮されており、従って、位置算出部２１３は、移動体２００が構造物１００から外に出たあと、直ちに安定して正しい位置を算出することができる。

つまり、この実施形態によれば、ＧＰＳ受信機２１０内の電波捕捉部２１２は、ＧＰＳ衛星からの電波捕捉開始直後の精度が低く、データのばらつきなども大きくなってしまう処理については、移動体２００が構造物１００の外に出る前、既に実行し終えておくことができ、従って、移動体２００が構造物１００の外に出た直後から、安定した位置精度が確保できるのである。

次に、この実施形態の動作について、図２により更に具体的に説明すると、ここで、まず、この図２にはＧＰＳ衛星２０１が示してある。次に、この図２では、図１の構造体１００については歩道橋・トンネル２０２として示してあり、この下に道路Ｌが通っているものとする。そして、同じく図１の移動体２００については、それぞれ自動車２２１、２３１、２４１として示してあり、これらは、道路Ｌ上を走行しているものとする。つまり、自動車２２１から自動車２３１、自動車２４１へと移動するものとする。

そうすると、まず、自動車２２１の場合は、歩道橋・トンネル２０２の下又は中を走行していて、ＧＰＳ衛星からの直接波は受信できず、また、出口１０４付近からも離れているので、リピータアンテナ１０１からの電波も受信できない状態にある。

従って、この状態では、ＧＰＳ受信機２１０にはＧＰＳ衛星からの電波が全く届かないため、ＧＰＳ受信機２１０の電波捕捉部２１２と位置算出部２１３は、自車の位置を算出するための処理はできない。そこで、自動車２２１が歩道橋・トンネル２０２の下又は中に至る前の位置情報が更新されずに表示されていることになる。

次に、自動車２２１が走行し、出口１０４に近づいていって、自動車２３１の状態になると、リピータ１０１のリピータアンテナ１０３から歩道橋・トンネル２０２内の出口１０４付近に向けて送信されている電波が自動車２３１のＧＰＳアンテナ２１１により受信されるようになる。

そこで、リピータ１０１から電波を受信したＧＰＳアンテナ２１１は、捕捉した信号をＧＰＳ受信機２１０内の電波捕捉部２１２に出力する。信号を受信した電波捕捉部２１２は、信号をデータ化し、ＧＰＳ衛星１０２からリピータアンテナ１０３までの擬似距離や搬送波位相値などの位置算出に必要な諸物理量を算出し、その値を位置算出部２１３に出力する。

これにより、位置算出部２１３は、電波捕捉部２１２から入力された擬似距離や搬送波位相値などの位置算出に必要な諸物理量に基づいてＧＰＳアンテナ１０２の位置を算出するが、しかし、この状態では、まだ電波の捕捉を開始した直後であるため、電波捕捉部２１２から供給された擬似距離や搬送波位相値などの位置算出に必要な諸物理量については精度が低く、データのばらつきなども大きくなっている。

従って、自動車２３１の場合、位置算出部２１３では、位置の算出が不可能であったり、上記したように、正しい位置から数百メートル離れた位置を算出してまうなどの好ましくない事態が発生してしまう虞があるが、このとき、リピータアンテナ１０３からの電波が受信されているため、ＧＰＳ受信機２１０は、衛星捕捉に必要な処理をここで既に開始させておくことができる。

そして、更に自動車２３１が走行を続け、歩道橋・トンネル２０２から抜けて自動車２４１の位置に到達したとする。そうすると、この自動車２４１のＧＰＳアンテナ２１１は、ここでリピータ１０１から送信されている電波は、距離が長くなって届かなくなり、受信できなくなるが、その代わりに、歩道橋・トンネル２０２から外に出たことにより、今度はＧＰＳ衛星２０１からの直接波が受信できるようになる。

このとき自動車２４１に搭載されているＧＰＳ受信機２１０は、本来であれば、自動車２４１の位置に到着してから衛星捕捉のための処理を開始するのであるが、この実施形態の場合、自動車２４１に搭載されているＧＰＳ受信機２１０は、自動車２３１の位置にいた段階で既に衛星捕捉処理を開始しているため、自動車２４１が歩道橋・トンネル２０２から抜け出た直後、速やかに安定した位置を算出できるようになる。

従って、この実施形態によれば、自動車が歩道橋・トンネル２０２に入ったあと、それを抜け出たときでも直ちに安定した精度の位置に復帰するので、復帰直後の正しい位置から数百メートル離れた位置を算出してしまうなどの好ましくない事象が発生する頻度を下げることができる。

また、この実施形態によれば、ＧＰＳ受信機２１１に特別な信号受信手段を設ける必要がないので、自動車側の装置にコストの上昇を伴う虞がなく、優れた性能のカーナビシステムの提供に寄与することができる。

本発明によるＧＰＳ測位精度早期安定化方法の一実施形態を示すシステム構成図である。 本発明によるＧＰＳ測位精度早期安定化方法の一実施形態による動作を説明するための模式図である。

符号の説明

１００：構造物
１０１：リピータ(中継装置)
１０２：ＧＰＳアンテナ
１０３：リピータアンテナ
１０４：出口(構造物の出口)
２００：移動体
２１０：ＧＰＳ受信機
２１１：ＧＰＳアンテナ
２１２：電波捕捉部
２１３：位置算出部
２０１：ＧＰＳ衛星
２０２：歩道橋・トンネル
２１１：ＧＰＳアンテナ
２２１、２３１、２４１：自動車
Ｌ：道路

Claims (1)

1. 移動体に装備したＧＰＳ測位システムのＧＰＳ測位精度早期安定化方法であって、
   前記移動体が走行する道路上にある構造物の出口の近傍にＧＰＳ電波中継用の手段を設け、
   前記移動体が前記構造物の出口の近傍にさしかかった際、前記移動体に装備したＧＰＳ測位システムによる測位処理が予め開始させられているようにしたことを特徴とするＧＰＳ測位精度早期安定化方法。