JP2007155581A - 測位システム，測位演算装置，及び測位システム用回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の航法システムにより相互に独立したタイミングで得られる測位データに基づいて、精度良く測位演算を行う測位システム，測位演算装置，及び測位システム用回路を実現する。
【解決手段】測位システム１は、擬似距離データを出力する衛星捕捉追尾回路１１と、センサデータを出力するセンサ５と、それらに対して共通の時間情報を発生する時間情報発生部１３と、を備えている。この測位システム１は、各々の測位データに、測位演算に先立って、時間情報を関連付けておく。そして、測位システム１は、測位演算回路２０で、時間情報が関連付けられた測位データ間の時間的整合性を図りつつ測位演算を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の航法システムにより得られる測位データに基づいて測位演算を行う測位システム，測位演算装置及び測位システム用回路に関する。

現在位置や移動速度等の測位を行うシステムとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）に代表される衛星航法システムが知られている。衛星航法システムは、地球周回軌道上にある測位衛星から送信された衛星航法データ（衛星軌道データ、衛星時計データ、電離層補正データ等を含む測位データ）を、地上にある受信機にて受信し、その衛星航法データに基づいて、受信機（又は受信機が搭載された測位装置）の現在位置（緯度、経度等）を導出するシステムである。衛星航法システムは、車両に搭載されるカーナビゲーション装置、人が携帯する携帯型ＧＰＳ測位装置をはじめ、あらゆる分野の測位装置に利用されている。

一方、速度センサや方位センサを用いる自立航法システムも一般的に知られている。この自立航法システムは、衛星航法システムのように外部から情報を取得することなく（自立して）自立航法データ（速度データ及び方位データを含む測位データ）を得て測位を行うことができる。このため、自立航法システムは、前述したような衛星航法システムの利用が困難なトンネルや地下等といった場所で用いられている。

また、衛星航法システムと自立航法システムとを併用した航法システムは、「ハイブリッド航法システム」と呼ばれ、一般的な「ナビゲーション装置」に利用されている（特許文献１）。さらに、移動速度や捕捉した測位衛星の数等により求めた測位データの「信頼度」に基づいて、複数の航法システムにより得られる測位データに重み付けを行い、重み付けが行われた測位データに基づいて現在位置を導出する「ナビゲーション装置」が提案されている（特許文献２）。

特開平１０−３０７０３６号公報 特開平１０−１５３４４２号公報

特許文献１及び２に記載された「ナビゲーション装置」は、衛星航法システムと自立航法システムとを併用する測位システムである。このような測位システムでは、ＧＰＳ装置から出力されたデータと、速度センサや方位センサから出力されたデータと、が同一又は比較的近い時間に取得されたものでなければ精度良く補正された（又は時間的連続性の保たれた）測位演算を行うことができない。

一般的に、ＧＰＳ装置から有効なデータが出力されるタイミングは受信環境の影響を受けやすく一定では無い。一方、速度センサや方位センサからデータが出力されるタイミングは外部環境の影響を受けにくく比較的一定である。したがって、各々のデータは相互に独立したタイミング（すなわち非同期）で出力されている。このような非同期に出力されているデータに基づいて精度良く測位演算を行う手法の検討は、従来なされていない。

本発明の目的は、複数の航法システムにより相互に独立したタイミングで得られる測位データに基づいて、精度良く測位演算を行う測位システム，測位演算装置，及び測位システム用回路を実現することにある。

本発明は、複数の測位データを相互に独立したタイミングで出力する複数の測位データ出力手段と、複数の測位データ出力手段から出力される複数の測位データに基づいて測位演算を行う測位演算手段と、を備えた測位システムであって、複数の測位データ出力手段に対して共通の時間情報を発生する時間情報発生手段と、複数の測位データ出力手段から出力される測位データに対して、前記測位演算に先立って、時間情報を関連付けておく複数の関連付け手段と、を備え、前記測位演算手段は、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算を行うことを特徴とする。

このように、測位演算装置で、測位データ間の時間的整合性を図りつつ測位演算を行うため、精度の高い測位を行うことができる。また、時間的整合性とは、測位時刻の関連性の高さを意味する。すなわち、時間的整合性を図りつつ測位演算を行うとは、測位時刻の関連性の高い複数の測位データを用いて測位演算を行うことを意味する。

また、共通の時間情報とは、複数の測位データ出力手段で共有する時間情報を意味する。さらに、時間情報の共有であるため、時間情報を発生する手段は、発生する時間情報が同期していれば複数でも良い。

また、時間情報を関連付けるとは、測位データ出力手段から出力された測位データが、何時取得されたものであるかを判別できる状態にしておくことを意味する。したがって、測位データに予め時間情報を付加しておいても良いし、測位演算手段が測位データに基づいて測位演算を行う際に時間情報を取り込んでおき、測位データが何時取得されたものであるかを逆算する構成であっても良い。

また、測位データは、ＧＰＳに代表される衛星航法システムによる測位データや速度センサと方位センサを用いる自立航法システムによる測位データに限ったものではなく、ＧＰＳ以外の衛星航法システムやセルラ方式の携帯電話基地局を用いた航法システムから得られる測位データであっても良い。

また、本発明は、前記測位演算手段が、前記複数の測位データに関連付けられた時間情報を参照しつつ、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データを同調させる同調手段と、前記同調手段により同調された複数の測位データを用いて測位演算を行う演算手段と、を備えることが望ましい。

このように、測位演算手段が、複数の測位データに関連付けられた時間情報を参照しつつ、時間情報が関連付けられた複数の測位データを同調させることにより、相互に独立したタイミングで出力された複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算を行うことができる。

また、本発明は、前記同調手段が、前記複数の測位データに関連付けられた時間情報の差分を検出する検出手段と、前記時間情報の差分が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段と、を備え、前記演算手段が、前記判定手段により時間情報の差分が所定の範囲内であると判定された複数の測位データを用いて測位演算を行うことが望ましい。

すなわち、複数の測位データに関連付けされた時間情報の差が所定の範囲内であるときは、その時間情報が関連付けされた測位データ間の時間的整合性が高い。したがって、このような時間的整合性の高い複数の測位データを用いることにより、より精度の高い測位演算をすることができる。

また、本発明は、前記複数の測位データが、衛星航法システムにおける擬似距離データ及び自立航法システムにおけるセンサデータを含むことが望ましい。

ＧＰＳ等に代表される衛星航法システムでは、複数の測位衛星から得られた衛星航法データ（又は擬似距離データ）を用いた連立方程式を解法することにより、位置情報（現在地の座標データ）等を導出している。また、このような、連立方程式の解法は、捕捉した測位衛星の数に応じてその演算量が変動する。このため、衛星航法システムにおける受信機（例えばＧＰＳ受信機）で受信してから位置情報が出力される時間も変動する。測位演算装置は、演算処理に係る時間変動の影響を受けにくい演算処理前のデータである擬似距離データに時刻情報を関連付けることにより、入力された複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算することができ、より精度の高い測位システムを実現することができる。

他の本発明は、複数の測位データを相互に独立したタイミングで出力する複数の測位データ出力手段と、複数の測位データ出力手段に対して共通の時間情報を発生する時間情報発生手段と、複数の測位データ出力手段から出力される測位データに対して、測位演算に先立って、時間情報を関連付けておく複数の関連付け手段と、を備え、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データに基づいて測位演算を行う測位システムにおいて用いられる測位演算装置であって、時間情報が関連付けられた複数の測位データが入力される入力手段と、入力された複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算を行う測位演算手段と、を備えることを特徴とする。

また、他の本発明は、前記測位演算手段が、前記複数の測位データに関連付けられた時間情報を参照しつつ、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データを同調させる同調手段と、前記同調手段により同調された複数の測位データを用いて測位演算を行う演算手段と、を備えていることが望ましい。

また、他の本発明は、前記同調手段が、前記複数の測位データに関連付けられた時間情報の差分を検出する検出手段と、前記時間情報の差分が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段と、を備え、前記演算手段が、前記判定手段により時間情報の差分が所定の範囲内であると判定された複数の測位データを用いて測位演算を行うことが望ましい。

他の本発明は、複数の測位データを相互に独立したタイミングで出力する複数の測位データ出力手段と、前記複数の測位データ出力手段から出力される複数の測位データに基づいて測位演算を行う測位演算手段と、を備えた測位システムに用いられる測位システム用回路であって、前記複数の測位データ出力手段のうちの少なくとも１つと、前記複数の測位データ出力手段に対して共通の時間情報を発生する時間情報発生手段と、前記測位演算手段により、複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算が行われるよう、出力する測位データに対して、前記測位演算に先立って、前記時間情報を関連付けておく関連付け手段と、を備えることを特徴とする。

また、他の本発明は、前記複数の測位データは、衛星航法システムにおける擬似距離データ及び自立航法システムにおけるセンサデータを含むことが望ましい。

本発明によれば、複数の航法システムにより相互に独立したタイミングで得られる測位データに基づいて、精度良く測位演算を行う測位システム，測位演算装置，及び測位システム用回路を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係る測位システム（，測位演算装置，及び測位システム用回路）の構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る測位システムの動作フローを示す図である。なお、図２では、上から下へ向かって時間が経過しているものとする。本実施形態に係る測位システムは、衛星航法システム（ＧＰＳ）と、自立航法システム（速度センサ及び方位センサ）と、を併用するカーナビゲーション装置に搭載されているものとする。

まず、図１を用いて本実施形態に係る測位システムの全体構成について説明する。図１に示す測位システム１は、測位衛星用の受信アンテナ及び無線回路により構成されるＲＦフロントエンド３と、速度センサ部及び方位センサ部により構成されるセンサ５と、ＲＦフロントエンド３及びセンサ５から出力された測位データにより測位演算を行う演算装置７と、測位演算結果に基づいて画像処理を行う画像処理部８と、画像処理された測位演算結果を表示するモニタ部９と、を備えている。なお、画像処理部８は、後述する演算装置７の測位演算回路２０に搭載されていても良い（これについては後述する）。

次に、演算装置７の構成について説明する。演算装置７は、ＲＦフロントエンド３で受信した信号を処理し擬似距離データを出力する擬似距離演算回路１０と、センサ５から出力されるセンサデータと擬似距離演算回路１０から出力される擬似距離データとに基づいて測位演算を行う測位演算回路２０と、を備えている。なお、演算装置７内部の信号線は、そのデータ量に応じて適宜バス等により構成しても良い。

また、擬似距離演算回路１０は、ＲＦフロントエンド３で受信した信号を相関演算等の処理をして擬似距離データを出力する衛星捕捉追尾回路１１と、衛星捕捉追尾回路１１と後述するセンサ５とに対して共通の時間情報を発生する時間情報発生部１３と、衛星捕捉追尾回路１１から出力される擬似距離データを記憶する記憶部１５と、を備えている。なお、後述するが、衛星捕捉追尾回路１１から出力される擬似距離データには、時間情報発生部１３で発生した時間情報が関連付けられている。

また、衛星捕捉追尾回路１１は、ＲＦフロントエンド３で受信した信号に基づき測位衛星を捕捉する捕捉部１７と、捕捉された測位衛星を追尾する追尾部１８と、ＲＦフロントエンド３で受信した信号に基づく擬似距離データを出力する擬似距離演算部１９と、を備えている。なお、追尾部１８は、複数の測位衛星を追尾するよう構成されている。

また、時間情報発生部１３が発生する時間情報は、日付や何時何分何秒等の絶対時刻を表したものであっても良いし、相対時刻を表した値であっても良い。例えば、相対時刻を表す値に時間の経過によりカウントアップされるカウント値を用いる場合、より簡単な構成で測位データと時間情報を関連付けることができる。記憶部１５は、記憶されたデータが、後述する衛星測位演算部２１により読み出し可能な状態になっている。なお、記憶部１５は、処理速度の向上のために、書き込みと読み出しを同時にできるデュアルポートＲＡＭを用いるのが好適である。

測位演算回路２０は、記憶部１５に記憶された擬似距離データを読み出して測位演算し（現在地の緯度・経度等の）座標データを出力する衛星測位演算部２１と、センサ５からのセンサデータに基づいた（現在地の移動量を表す）移動データに時間情報を関連付けて出力するセンサデータ処理部２３と、入力される測位データ（座標データと移動データ）に基づいて測位演算を行う測位演算部２５と、を備えている。なお、前述したように測位演算部２５に入力される測位データには共通する時間情報が関連付けられているため、測位演算部２５は、各々の測位データに関連付けられている時間情報を参照しつつその時間的整合性を図りつつ測位演算を行うことができる。さらに、測位演算回路２０に、画像処理部８を搭載しても良い。これにより、演算装置７は、測位演算に係る連立方程式の解法や画像処理等の比較的演算負荷の高いプロセッサ（測位演算回路２０）と、相関演算等の比較的演算付加の低いプロセッサ（衛星捕捉追尾回路１１）と、から構成することができる。

また、測位演算部２５は、測位データ間の時間的整合性を図るために、複数の測位データに関連付けられた時間情報を参照しつつ、時間情報が関連付けられた複数の測位データを同調させる同調回路と、同調手段により同調された複数の測位データを用いて測位演算を行う演算回路と、を備えている。また、同調回路は、複数の測位データに関連付けられた時間情報の差分を検出する検出回路と、時間情報の差分が所定の範囲内であるか否かを判定する判定回路と、を備えている。さらに、演算回路は、判定回路により時間情報の差分が所定の範囲内であると判定された複数の測位データを用いて測位演算を行う。

また、測位演算回路２０は、擬似距離演算回路１０（の衛星捕捉追尾回路１１）に対して測位衛星の捕捉や選択等を指示するための衛星選択情報を出力する衛星選択部２７を備えている。以上のような構成により、図１に示す測位システム１は、複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算を行うことができる。

次に、図１及び図２を用いて本実施形態に示す測位システム１の動作について説明する。測位衛星から送信された衛星航法データは、ＲＦフロントエンド３を介して受信される。ＲＦフロントエンド３は、受信した信号を増幅等の処理を施して擬似距離演算回路１０に出力する。擬似距離演算回路１０は、入力された信号に基づき測位衛星の捕捉及び追尾等の相関演算処理を行い、ＲＦフロントエンド３によって受信された信号を擬似距離演算部１９に入力する。

前述したように、時間情報発生部１３は、衛星捕捉追尾回路１１と、後述するセンサデータを出力するセンサ５と、に対して共通の時間情報を発生している。また、時間情報発生部１３が発生した時間情報の一部は、擬似距離演算部１９に入力される。

擬似距離演算部１９は、入力された受信信号（と図示しない内部時計の時刻）に基づく擬似距離データを出力する。また、擬似距離演算部１９は、出力する擬似距離データに時間情報発生部１３で発生した時間情報を関連付けて出力する。また、擬似距離演算部１９から出力された（時間情報が関連付けられた）擬似距離データは、記憶部１５に書き込まれる。また、衛星測位演算部２１は、記憶部１５に書き込まれた（時間情報が関連付けられた）擬似距離データを読み込み、読み込まれた擬似距離データに基づいて測位演算を行い（現在地の緯度・経度等の）座標データを出力する。

これと並行して、センサ５から出力されるセンサデータは、センサデータ処理部２３に入力される。センサデータ処理部２３は、（速度データ及び方位データを含む）センサデータに基づいて（現在地の移動量を表す）移動データを出力する。また、センサデータ処理部２３は、出力する移動データに時間情報発生部１３で発生した時間情報を関連付けて出力する。

これにより、測位演算部２５には、時間情報が関連付けられた座標データと、時間情報が関連付けられた移動データと、が入力される。測位演算部２５は、各々の測位データに関連付けられた時間情報を参照しつつ、その差分を検出する。また、測位演算部２５は、検出された時間情報の差分が所定の範囲内（例えば、０．１秒以内）であるか否かを判定する。そして、測位演算部２５は、時間情報の差分が所定の範囲内であると判定された複数の測位データを用いて測位演算を行う。さらに、測位演算部２５は、上述のような演算処理を連続的に行う。このように、測位時刻の関連性の高い測位データを用いて測位演算をすることにより、精度の高い測位を行うことができる。

このような測位演算を、「ハイブリッド航法システム」を用いる「カーナビゲーション装置」の場合は、時間情報を参照しつつ各々の航法システムから得られる測位データに基づいて座標等の位置情報を導出しているため、時間的連続性が確保された位置情報を得ることができる。また、衛星航法システムにおける測位データの（移動体の移動速度や測位衛星数等により求めた）信頼性によって、各々の測位データに重み付けを行い、重み付けされた測位データに基づいて位置情報を得ても良い。本実施形態に係る測位システムは、測位データ間の時間的整合性が図られているため、精度の高い補正を行うことができる。

以上のように、本実施形態に示す測位システムは、各々の測位データが独立したタイミングで出力されていたとしても、各々の航法システムにより得られる測位データに時間情報を関連付けているため、測位データ間の時間的整合性を図りつつ測位演算を行うことができる。

さらに、航法システムの一つとして衛星航法システムを用いる場合は、擬似距離データ以外の測位データ（例えば、緯度・経度等の座標データ等）に時間情報を関連付けても良いが、座標データの演算処理に伴う時間の変動の影響を受けにくくするよう、座標データの演算処理前の測位データである擬似距離データ（や衛星航法データ）に時間情報を関連付けるのが、より好適である。また、本実施形態では、時間情報発生部を、ＧＰＳ用演算回路内に配置したが、仕様に応じて適宜配置場所を変更しても良い。また、時間情報発生部は発生する時間情報が同期していれば複数あっても良い。

また、本実施形態に示す測位システムは、測位データ出力装置が異種の航法システムの場合のものである場合に、とりわけ好適である。さらに、測位データは、ＧＰＳに代表される衛星航法システムによる測位データや速度センサと方位センサを用いる自立航法システムによる測位データに限ったものではなく、例えば、ＧＰＳ以外の衛星航法システム，ロラン，セルラ方式の携帯電話の基地局を用いた航法システムから得られる測位データであっても良い。また、本発明の適用範囲は、２つの航法システムからの測位データに限ったものではない。

なお、演算装置は、ＧＰＳ用演算回路と、測位演算装置と、を一体にしたＡＳＩＣで構成しても良いし、別体で構成しても良い。すなわち、演算装置は、演算処理の負荷が低い処理（測位衛星の捕捉、追尾、擬似距離演算）用のプロセッサと、演算処理の負荷が高い処理（擬似距離データを用いた測位演算処理や画像処理）用のプロセッサと、により構成しても良い。このように、各々の処理の負荷に合わせたプロセッサを用いることにより、計算機資源を有効活用することができる。

また、別体で構成することにより、例えば、ＧＰＳ用演算回路をＧＰＳ受信機近傍（又は同一コンポーネント）に配置することができる。これにより、ＧＰＳ受信機で受信した信号（無線信号）を長いケーブル等を要することなく、ＧＰＳ用演算回路で相関等の処理を行うことができ、ケーブル等で重畳するノイズの影響を軽減することができる。また、ＧＰＳ受信機の配置場所に対する自由度も向上する。

本発明の実施形態における測位システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態における測位システムの動作フローを示す図である。

符号の説明

１ 測位システム、３ ＲＦフロントエンド、５ センサ、７ 演算装置、８ 画像処理部、９ モニタ部、１０ 擬似距離演算回路、１１ 衛星捕捉追尾回路、１３ 時間情報発生部、１５ 記憶部、１７ 衛星捕捉部、１８ 衛星追尾部、１９ 擬似距離演算部、２０ 測位演算回路、２１ 衛星測位演算部、２３ センサデータ処理部、２５ 測位演算部、２７ 衛星選択部。

Claims (9)

1. 複数の測位データを相互に独立したタイミングで出力する複数の測位データ出力手段と、
   複数の測位データ出力手段から出力される複数の測位データに基づいて測位演算を行う測位演算手段と、
   を備えた測位システムであって、
   複数の測位データ出力手段に対して共通の時間情報を発生する時間情報発生手段と、
   複数の測位データ出力手段から出力される測位データに対して、前記測位演算に先立って、時間情報を関連付けておく複数の関連付け手段と、
   を備え、
   前記測位演算手段は、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算を行うことを特徴とする測位システム。
2. 請求項１記載の測位システムであって、
   前記測位演算手段は、
   前記複数の測位データに関連付けられた時間情報を参照しつつ、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データを同調させる同調手段と、
   前記同調手段により同調された複数の測位データを用いて測位演算を行う演算手段と、
   を備えることを特徴とする測位システム。
3. 請求項２記載の測位システムであって、
   前記同調手段は、
   前記複数の測位データに関連付けられた時間情報の差分を検出する検出手段と、
   前記時間情報の差分が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記演算手段は、
   前記判定手段により時間情報の差分が所定の範囲内であると判定された複数の測位データを用いて測位演算を行うことを特徴とする測位システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測位システムであって、
   前記複数の測位データは、衛星航法システムにおける擬似距離データ及び自立航法システムにおけるセンサデータを含むことを特徴とする測位システム。
5. 複数の測位データを相互に独立したタイミングで出力する複数の測位データ出力手段と、複数の測位データ出力手段に対して共通の時間情報を発生する時間情報発生手段と、複数の測位データ出力手段から出力される測位データに対して、測位演算に先立って、時間情報を関連付けておく複数の関連付け手段と、を備え、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データに基づいて測位演算を行う測位システムにおいて用いられる測位演算装置であって、
   時間情報が関連付けられた複数の測位データが入力される入力手段と、
   入力された複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算を行う測位演算手段と、
   を備えることを特徴とする測位演算装置。
6. 請求項５記載の測位演算装置であって、
   前記測位演算手段は、
   前記複数の測位データに関連付けられた時間情報を参照しつつ、前記時間情報が関連付けられた複数の測位データを同調させる同調手段と、
   前記同調手段により同調された複数の測位データを用いて測位演算を行う演算手段と、
   を備えていることを特徴とする測位演算装置。
7. 請求項６記載の測位演算装置であって、
   前記同調手段は、
   前記複数の測位データに関連付けられた時間情報の差分を検出する検出手段と、
   前記時間情報の差分が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記演算手段は、
   前記判定手段により時間情報の差分が所定の範囲内であると判定された複数の測位データを用いて測位演算を行うことを特徴とする測位演算装置。
8. 複数の測位データを相互に独立したタイミングで出力する複数の測位データ出力手段と、前記複数の測位データ出力手段から出力される複数の測位データに基づいて測位演算を行う測位演算手段と、を備えた測位システムに用いられる測位システム用回路であって、
   前記複数の測位データ出力手段のうちの少なくとも１つと、
   前記複数の測位データ出力手段に対して共通の時間情報を発生する時間情報発生手段と、
   前記測位演算手段により、複数の測位データの時間的整合性を図りつつ測位演算が行われるよう、出力する測位データに対して、前記測位演算に先立って、前記時間情報を関連付けておく関連付け手段と、
   を備えることを特徴とする測位システム用回路。
9. 請求項８記載の測位システム用回路であって、
   前記複数の測位データは、衛星航法システムにおける擬似距離データ及び自立航法システムにおけるセンサデータを含むことを特徴とする測位システム用回路。

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