JP2008039454A - ナビゲーション装置及び、その方法、並びにそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マッチング処理及びセンサ補正の各要求精度を満たし、従来技術に比較して高い精度で車両の現在位置を測定する。
【解決手段】ナビゲーション装置１０は、信頼性判定器１３と、位置計算器１６と、速度計算器１５と、センサ部２と、マッチング部４とを備える。信頼性判定器１３は、複数のＧＰＳ衛星からの各受信無線信号が基準レベルＶｒｅｆ１よりも高いとき、当該受信無線信号が位置計算に使用可能と判定し、各受信無線信号が基準レベルＶｒｅｆ２よりも高いとき、当該受信無線信号が速度計算に使用可能と判定する。位置計算器１６は、位置計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて位置を算出し、速度計算器１５は、速度計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて速度を算出する。マッチング部４は、所定の地図データと、センサ部２により算出された速度ベクトルと、位置計算器１６により算出された位置とに基づいて、現在位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナビゲーション装置及び、その方法、並びにそのプログラムに関する。特に、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムからの受信無線信号に基づいて高精度に自車位置を地図上に表示するナビゲーション装置及び、その方法、並びにそのプログラムに関する。

近年、利用者を目的地まで案内する車載用ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ等の衛星測位システムからの受信無線信号に基づいて、位置計算及び速度計算を含む測位計算を行うものが主流となっている。例えば、位置計算は衛星の位置を中心として、衛星からアンテナまでの信号の伝播距離を測定し、その伝播距離を半径とする球の連立方程式を解くことにより算出する。また速度計算は、キャリア信号の測定値から衛星と測位部間のドップラーシフト周波数を算出することにより求める。このようなナビゲーション装置では、衛星測位システムからの受信無線信号に基づいて計算された自車位置及び自車速度は、それぞれ、地図データベースとのマッチング処理、及び自立センサの補正等に使用される。

しかし、ビル街等では反射によるマルチパス波の影響を受けるため、衛星からの無線信号の伝播距離を正しく測定できず、測位計算の計算結果に大きな誤差を生じることがあった。その対策として、特許文献１に、ビル街等のマルチパス頻発地域では、各衛星の受信無線信号レベルが予め決められた信号レベル以下である場合、マルチパス波の影響を受けた衛星からの受信無線信号を計算から排除する技術が開示されている。

特開２００１−２７２４５０号公報

しかしながら、従来の技術では、測位計算の信頼性判定のための信号レベルは、車両の現在位置から推測される受信環境に基づいて変更され、マッチング処理及び自立センサの補正については考慮されていなかった。そのため、マッチング処理及びセンサの補正それぞれの処理に対して、測位計算の信頼性判定のための信号レベルが適切でない場合があり、その結果、装置全体としての精度を向上させることが困難であるという問題があった。

本発明の目的は、以上の問題点を解決するもので、測位計算の信頼性判定のための信号レベルをマッチング処理及びセンサ補正に対してより適切なものとし、高い精度で自車位置を地図上に表示することが可能なナビゲーション装置及び、その方法、並びにそのプログラムを提供することにある。

第１の発明に係るナビゲーション装置は、衛星測位システムからの受信無線信号を用いて、現在位置を地図上に表示するナビゲーション装置において、複数の衛星からの各受信無線信号が第１の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が位置計算に使用可能と判定するとともに、複数の衛星からの各受信無線信号が第２の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が速度計算に使用可能と判定する信頼性判定手段と、前記信頼性判定手段により、位置計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて位置を算出する位置計算手段と、前記信頼性判定手段により、速度計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて速度を算出する速度計算手段と、少なくとも１つの自立センサからの信号及び前記速度計算手段により算出された速度に基づいて、速度ベクトルを算出するセンサ手段と、所定の地図データと、前記センサ手段により算出された速度ベクトルと、前記位置計算手段により算出された位置とに基づいて、現在位置を算出するマッチング処理を実行するマッチング手段とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、受信された無線信号の信号レベルが、当該無線信号が位置計算に利用可能か否かを判定するための第１の基準レベルよりも高いとき、無線信号に基づいて位置計算手段が位置計算を実行し、受信された無線信号の信号レベルが、当該無線信号が速度計算に利用可能か否かを判定するための第２の基準レベルよりも高いとき、受信信号に基づいて速度計算手段が速度計算を実行するので、測位計算の信頼性判定のための信号レベルをマッチング処理及びセンサ補正に対してより適切なものとし、従来技術に比較して高い精度で車両の現在位置を測定できる。

また、上記ナビゲーション装置において、前記地図データは道路形状に関する情報を含み、前記マッチング手段は、前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されるか否かを判定し、前記信頼性判定手段は、前記マッチング手段が前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されると判定されたとき、前記第１の基準レベルを高くするように制御し、前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されないと判定されたとき、前記第１の基準レベルを低くするように制御することを特徴とする。

この構成によれば、信頼性判定手段は、現在位置と地図データの道路形状との整合性に応じて第１の基準レベルを変更するので、マッチング処理の状況に応じた要求精度で車両の現在位置を測定でき、従来技術に比較してさらに高い精度で車両の現在位置を測定できる。

さらに、上記ナビゲーション装置において、前記信頼性判定手段は、前記マッチング手段が前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されると判定している期間に応じて、前記第１の基準レベルを変更するように制御することを特徴とする。

この構成によれば、測位信頼性判定手段は、現在位置が地図データの道路上に投影されると判定されている期間に応じて第１の基準レベルを変更するので、マッチング処理の安定度に応じた要求精度で車両の現在位置を測定でき、従来技術に比較してさらに高い精度で車両の現在位置を測定できる。

またさらに、上記ナビゲーション装置において、前記センサ手段は、算出した速度ベクトルを前記速度計算手段により算出された速度に基づいて補正処理を実行し、前記補正処理の回数及び前記補正処理が行われなかった期間の少なくとも１つに基づいて、センサの学習の度合いを表すセンサ学習レベルを管理し、前記信頼性判定手段は、前記センサ学習レベルに基づいて、前記第２の基準レベルを変更することを特徴とする。

この構成によれば、信頼性判定手段は、センサ手段での補正処理の回数及び補正処理が行われなかった期間の少なくとも１つに基づいて第２の基準レベルを変更するので、センサ補正の状況に応じた要求精度で車両の現在位置を測定でき、従来技術に比較してさらに高い精度で車両の現在位置を測定できる。

また、上記ナビゲーション装置において、前記信頼性判定手段は、電源投入後所定時間が経過するまでの間、前記第１及び第２の基準レベルをそれぞれ所定のしきい値以下の所定値に保持するように制御することを特徴とする。

この構成によれば、信頼性判定手段は、電源投入後所定時間が経過するまでの間、第１の基準レベル及び第２の基準レベルをそれぞれ所定のしきい値以下の所定値に保持するので、初期状態等において精度が低下しても、短時間で精度を向上させることができる。

第２の発明に係るナビゲーション方法は、衛星測位システムからの受信無線信号を用いて、現在位置を地図上に表示するナビゲーション方法であって、複数の衛星からの各受信無線信号が第１の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が位置計算に使用可能と判定するとともに、複数の衛星からの各受信無線信号が第２の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が速度計算に使用可能と判定する信頼性判定ステップと、前記信頼性判定ステップにより、位置計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて位置を算出する位置計算ステップと、前記信頼性判定ステップにより、速度計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて速度を算出する速度計算ステップと、少なくとも１つの自立センサからの信号及び前記速度計算ステップにより算出された速度に基づいて、速度ベクトルを算出するセンサ計算ステップと、所定の地図データと、前記センサ計算ステップにより算出された速度ベクトルと、前記位置計算ステップにより算出された位置とに基づいて、現在位置を算出するマッチング処理を実行するマッチングステップとを備えたことを特徴とする。

第３の発明に係るナビゲーションプログラムは、コンピュータによって実行され、衛星測位システムからの受信無線信号を用いて、現在位置を地図上に表示するためのナビゲーションプログラムであって、複数の衛星からの各受信無線信号が第１の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が位置計算に使用可能と判定するとともに、複数の衛星からの各受信無線信号が第２の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が速度計算に使用可能と判定する信頼性判定ステップと、前記信頼性判定ステップにより、位置計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて位置を算出する位置計算ステップと、前記信頼性判定ステップにより、速度計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて速度を算出する速度計算ステップと、少なくとも１つの自立センサからの信号及び前記速度計算ステップにより算出された速度に基づいて、速度ベクトルを算出するセンサ計算ステップと、所定の地図データと、前記センサ計算ステップにより算出された速度ベクトルと、前記位置計算ステップにより算出された位置とに基づいて、現在位置を算出するマッチング処理を実行するマッチングステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係るナビゲーション装置及び、その方法、並びにそのプログラムによれば、測位計算の信頼性判定のための信号レベルをマッチング処理及びセンサ補正に対してより適切なものとし、高い精度で自車位置を地図上に表示することが可能となる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係るナビゲーション装置１０について、図面を用いて説明する。本実施形態に係るナビゲーション装置１０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの受信無線信号に基づいて車両の現在位置を測定してユーザに知らせることを目的とする車載用ナビゲーション装置である。

ＧＰＳ衛星測位システムは、一般的に、高度約２００００Ｋｍの軌道面で地球を周回し、測位用の無線信号を放送する複数のＧＰＳ衛星と、それらＧＰＳ衛星を監視する地上局と、ＧＰＳ衛星から受信無線信号に基づいて位置、速度及び時刻を測定する受信機とで構成されている。ＧＰＳ衛星は、現在２８個打ち上げられており、６つの軌道面をそれぞれ軌道周期約１２時間で周回し、地球上どこでもほぼ２４時間衛星からの無線信号を受信することができる。以下、このようなＧＰＳ衛星測位システムにおいて用いられ、ＧＰＳ衛星からの無線信号を受信する受信機としてのナビゲーション装置１０について説明する。

図１は、本実施形態に係るナビゲーション装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態に係るナビゲーション装置１０は、ＧＰＳ衛星測位システムからの無線信号を受信して現在位置を測位する。図１において、ナビゲーション装置１０は、測位部１と、センサ部２と、地図データベースメモリ３と、マッチング部４と、ディスプレイ５とを備えて構成される。測位部１は、アンテナ１１と、信号復調器１２と、信頼性判定器１３と、速度計算器１５と、位置計算器１６とを備えて構成される。

測位部１は、受信された無線信号の信号レベルが、当該無線信号が位置計算に利用可能か否かを判定するための基準レベルＶｒｅｆ１よりも高いとき、無線信号に基づいて位置計算を実行して自車位置を算出するとともに、受信された無線信号の信号レベルが、当該無線信号が速度計算に利用可能か否かを判定するための基準レベルＶｒｅｆ２よりも高いとき、受信信号に基づいて速度計算を実行して自車速度を算出する。センサ部２は、角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３からの信号及び算出された自車速度に基づいて、速度ベクトルを算出する。マッチング部４は、所定の地図データと、算出された速度ベクトルと、算出された自車位置とに基づいて、正確な現在位置を特定するようにマッチング処理を実行して現在位置を出力する。

ここで、地図データは道路形状に関する情報を含み、マッチング部４は、現在位置が地図データの道路上に投影されるか否かを判定し、測位部１は、現在位置が地図データの道路上に投影されると判定されたとき、基準レベルＶｒｅｆ１を高くするように制御し、現在位置が地図データの道路上に投影されないと判定されたとき、基準レベルＶｒｅｆ１を低くするように制御する。また、センサ部２は、算出した速度ベクトルを自車速度に基づいて補正処理を実行し、測位部１は、センサ手段による補正処理に基づいて、基準レベルＶｒｅｆ２を変更する。さらに、測位部１は、電源投入後所定時間が経過するまでの間、基準レベルＶｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２をそれぞれ所定のしきい値以下の所定値に保持するように制御する。

アンテナ１１は、ＧＰＳ衛星からの無線信号を受信する。ＧＰＳ衛星測位システムにおいて、ＧＰＳ衛星は、１．５７５４２ＧＨｚのＬ１帯と１．２２７６ＧＨｚのＬ２帯とを利用して無線信号を放送し、現在Ｌ１帯が民生用に利用されている。全てのＧＰＳ衛星からの無線信号は、同一のＬ１帯の周波数を用いて放送されるが、各ＧＰＳ衛星に固有の擬似ランダムノイズ符号（Pseudo Random Noise：ＰＲＮ符号）でスペクトラム拡散されるため、同一周波数を用いた場合でも互いに干渉することなくそれぞれ受信できる。Ｌ１帯で用いられるＰＲＮ符号は１０２３ビットの符号系列であり、図２に、ＰＲＮ符号と、それを所定のビットだけシフトした符号とを比較したときの自己相関（信号強度）特性を示す。

図２に示すように、２つの符号の位相差が０ビットのとき、つまり２つの符号の位相が完全に一致するとき、自己相関値が最大のピーク値となり、２つの符号の位相差が±１ビット以内のとき、その位相差に比例して相関値が変動し、２つの符号の位相差が＋１ビットより大きい、もしくは、２つの符号の位相差が−１ビットよりも小さいとき、相関値はほぼ０に近い値となる。信号復調器１２は、無線信号を受信したい衛星のＰＲＮ符号と同一のＰＲＮ符号（以下、レプリカ信号と言う。）を発生し、そのレプリカ信号を用いて、アンテナ１１により受信された無線信号に対して逆拡散処理を行うことで当該無線信号を復調して、信頼性判定器１３に出力する。また、信号復調器１２は、受信された無線信号の情報データに基づき、発生したレプリカ信号を参照することで、ＧＰＳ衛星の正確な時刻を取得する。取得された時刻は、信頼性判定器１３を介して位置計算器１６に出力される。

次に、測位部１の各構成について詳しく説明する。信頼性判定器１３は、基準レベルメモリ１７を備える。基準レベルメモリ１７は、信号復調器１２により復調された受信無線信号の信号レベルが位置計算器１６における位置計算に利用可能か否かを判定するための基準レベルＶｒｅｆ１と、信号復調器１２により復調された受信無線信号の信号レベルが速度計算器１５における速度計算に利用可能か否かを判定するための基準レベルＶｒｅｆ２とを格納する。後述するように、信頼性判定器１３は、マッチング部４からのマッチング結果に基づいて基準レベルＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を個別に変更する（図４、図５、図６参照）。

また、信頼性判定器１３は、信号復調器１２が復調した受信無線信号の位置計算及び速度計算の信頼性をそれぞれ基準レベルメモリ１７に格納された基準レベルＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２に基づいて判定する。図２を用いて説明したように、ＰＲＮ符号の位相とレプリカ信号の位相とが完全に一致しているときに相関値（信号強度）が最大のピーク値となり、ＰＲＮ符号の位相とレプリカ信号の位相がずれている場合は相関値（信号強度）が上記ピーク値よりも小さくなる。また、周囲のビル等の影響によるマルチパス波は、反射時に一部反射面に吸収されて信号レベルが低下する。そのため、受信無線信号の信号レベルを調べることで、ＰＲＮ符号の一致度、つまりＧＰＳ衛星の時刻の測定誤差や、マルチパス波による影響等を定性的に判定することができる。信頼性判定器１３は、受信無線信号の信号レベルが基準レベルＶｒｅｆ１を越えているときに、その受信無線信号が位置計算に利用可能であると判断し、位置計算器１６に受信無線信号に含まれるデータを出力して位置計算を実行させる。また、信頼性判定器１３は、受信無線信号の信号レベルが基準レベルＶｒｅｆ２を越えているときに、その受信無線信号が速度計算に利用可能であると判断し、速度計算器１５に受信無線信号に含まれるデータを出力して速度計算を実行させる。

位置計算器１６は、信頼性判定器１３において使用できると判定した受信無線信号に含まれるデータを用いて、位置計算を実行して自車位置を算出する。信号復調器１２においてレプリカ信号から取得したＧＰＳ衛星の正確な時刻情報は、ＧＰＳ衛星からアンテナの伝播時間だけ遅延することになるため、ナビゲーション装置１０が無線信号を受信した瞬間の受信時刻と、レプリカ信号から取得したＧＰＳ衛星の送信時刻の差を求め、その差に光速をかけることで無線信号の伝播距離が求められる。また、ＧＰＳ衛星からの無線受信信号にはそのＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報が含まれており、レプリカ信号から取得した送信時刻におけるＧＰＳ衛星の詳細な位置を算出することができる。このＧＰＳ衛星の正確な位置と伝播距離とを用いて、ＧＰＳ衛星ｉの位置を中心として伝播距離を半径とする以下の球の方程式を少なくとも３つである複数のＧＰＳ衛星について求め、その連立方程式を解くことにより、ナビゲーション装置１０のアンテナ１１の位置を計算できる。以下の式（１）において、ＧＰＳ衛星ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ；Ｎは使用する衛星の数）の座標を（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とし、ナビゲーション装置１０のアンテナ１１の座標を（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）とし、ＧＰＳ衛星ｉからナビゲーション装置１０のアンテナ１１までの伝搬距離をＬｉとする。位置計算器１６は、各衛星ｉ毎にこのように算出した自車位置を含む自車位置データをマッチング部４に送信する。また、位置計算器１６は、受信無線信号を使用可能なＧＰＳ衛星の数が３より少なく、正確な自車位置を計算できない場合は、計算できなかったことを示す特定の信号を含む自車位置データを送信する。なお、当該明細書において、数式がイメージ入力された墨付き括弧の数番号と、数式が文字入力された大括弧の数式番号とを混在して用いており、また、当該明細書での一連の数式番号として「式（１）」の形式を用いて数式番号を式の最後部に付与して（付与していない数式も存在する）用いることとする。

速度計算器１５は、信頼性判定器１３において使用できると判定した受信無線信号に含まれるデータを用いて、速度計算を実行して自車速度を算出する。ＧＰＳ衛星からは、Ｌ１帯の固定の周波数で無線信号が放送されるが、ＧＰＳ衛星の移動とナビゲーション装置１０の移動による相対的な位置の変化（速度）により、実際に受信された無線信号のキャリア周波数には最大で±５０００Ｈｚ程度のドップラーシフト周波数が発生する。従って、速度計算器１５は、受信無線信号のキャリア周波数の測定値から、このドップラーシフト周波数を算出することで、ＧＰＳ衛星とナビゲーション装置１０間の相対速度を求めることができる。また、ＧＰＳ衛星から送られる軌道情報からＧＰＳ衛星の正確な速度を算出することができるため、測定した相対速度からＧＰＳ衛星の移動速度を除去することで、ナビゲーション装置１０の各ＧＰＳ衛星方向の速度の大きさを算出できる。従って、以下に示す式（２）を、少なくとも３つである複数のＧＰＳ衛星について求め、その連立方程式を解くことにより、ナビゲーション装置１０のアンテナ１１の速度を計算できる。以下の式（２）において、ナビゲーション装置１０のアンテナ１１の各座標方向速度を（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とし、ナビゲーション装置１０のアンテナ１１からＧＰＳ衛星ｉを見た場合の各座標方向角度を（αｉ，βｉ，γｉ）とし、ドップラーシフト周波数から算出した相対速度をＶｄｏｐとし、ＧＰＳ衛星の軌道情報から算出したアンテナ方向速度をＶｓｖとする。速度計算器１５は、各衛星毎にこのように算出した自車速度を含む自車速度データをセンサ部２に送信する。また、速度計算器１５は、受信無線信号を使用可能なＧＰＳ衛星の数が３より少なく、正確な自車速度を計算できない場合は、計算できなかったことを示す特定の信号を含む自車速度データを送信する。

次にセンサ部２の各構成について詳しく説明する。センサ部２は、振動ジャイロ等の角速度センサ２２と、車速パルス発生器２３と、センサ補正処理部２１とを備えることは前述した。角速度センサ２２は、車両の相対的な角速度を検出する。車速パルス発生器２３は、タイヤの回転等から、車両の速度に応じたパルス信号を出力する。センサ補正処理部２１は、角速度センサ２２から算出される角速度を積分することにより車両の相対的な角度を求め、車速パルス発生器２３から速度を求めることで、車両の速度ベクトルを出力する。なお、初期方位については、速度計算器１５で算出された自車速度の変化から推定する。また、一般に、角速度センサ２２は温度変化等による影響を受けやすく、角速度センサ２２の出力値と、実際の角速度との間には誤差がある。そのため、センサ補正処理部２１は、速度計算器１５で算出された自車速度の方位変化から求めた角度と、角速度センサ２２の出力値を積分した角度とを比較して、角速度センサ２２の感度を補正する。また、車速パルス発生器２３は、車の種類、タイヤのサイズ、タイヤの空気圧等により、走行距離に対するパルス間隔が異なる。そのため、センサ補正処理部２１では、単位時間当たりの車速パルス数を計測し、速度計算器１５で算出された自車速度と比較して、１パルス当たりの距離変換係数を補正する。これらの補正は、速度計算器１５で算出される自車速度に誤差が含まれる可能性があるため、センサ補正処理部２１は、センサの補正回数に基づいて変化してセンサの学習の度合いを表すセンサ学習レベルＬｓを管理することで段階的に学習するが、詳細は後述する（図３参照）。また、これらの補正は、速度計算器１５から受信される自車速度データが、正確に自車速度を計算できなかったことを示す特定の信号を含む場合には行われない。センサ学習レベルＬｓはマッチング部を介して、測位部１の信頼性判定器１３に出力され、基準レベルＶｒｅｆ２の変更に用いられる。なお、図１において、自立センサとして角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３のみ図示しているが、それ以外にも２軸又は３軸の加速度センサや地磁気センサ等を備えていてもよい。

地図データベースメモリ３は、道路形状や建物形状等に関する情報含む地図データを格納する。マッチング部４は、位置計算器１５で算出した自車位置の誤差を補償するために、地図データベースメモリ３に格納されている地図データに含まれる道路形状、センサ部２から出力される速度ベクトルを積分することで求められる相対位置、及び、位置計算器１６で求められた自車位置を用いて総合的にマッチング処理を行い、現在位置を地図データ上で特定する。しかし、ビル街等におけるマルチパス波の影響等により位置計算結果が数十ｍの誤差を含んでしまう可能性がある。このマルチパス波の影響を排除するために、マッチング部４は、上記マッチング処理において特定した現在位置が地図データの道路上に投影されるか否かを判定し、この判定結果を含むマッチング結果を測位部１の信頼性判定器１３に出力する。ディスプレイ５は、マッチング部４で決定されたナビゲーション装置の現在位置を地図上に表示する。

次に、測位部１の信頼性判定器１３における、基準信号レベルＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の変更について詳しく説明する。信頼性判定器１３は、マッチング部４からのマッチング結果、及び、センサ補正処理部２１からマッチング部４を介して入力されるセンサ学習レベルＬｓに基づいて、基準信号レベルＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２をそれぞれ変更する。基準レベルＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２が比較的低く設定された場合、位置計算及び速度計算で利用できるＧＰＳ衛星数が増加し、ＧＰＳ衛星からの無線信号の受信回数に対する位置計算及び速度計算の回数の比（以下、計算確率という。）が大きくなる一方、誤差のあるＧＰＳ衛星からの受信無線信号を計算に使用する可能性が高くなるため、一般的に位置計算及び速度計算の精度（以下、計算精度という。）が低下する。反対に、基準レベルＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２が比較的高く設定された場合、誤差のあるＧＰＳ衛星からの受信無線信号を計算に使用する可能性が低くなり計算精度が向上する一方、位置計算及び速度計算で利用できるＧＰＳ衛星数が減少し計算確率が低くなる。例えば、センサ部４では、ナビゲーション装置１０を車両に設置した直後においては、初期方位が不明で、角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３の補正も行われていないので、センサ学習レベルＬｓが低く、センサ補正処理部２１が算出する速度ベクトルの誤差が大きい。したがって、後述する図４〜図６に示すように、信頼性判定器１３は、センサ学習レベルＬｓが低いときは、基準レベルＶｒｅｆ２を低くすることで、速度計算器１５での速度計算の計算確率を高くするように制御して、短時間でセンサ学習レベルＬｓを向上させる。逆に、センサ学習レベルＬｓが高いときは、基準レベルＶｒｅｆ２を高くすることで、速度計算器１５での速度計算の計算精度を高くするように制御して、センサ部２の補正精度を向上させる。また、ナビゲーション装置１０を車両に設置した直後においては、自車位置が不明で、マッチングの精度が低下する。従って、信頼性判定器１３は、マッチング部４におけるマッチング処理において、現在位置を地図上で特定できたと判定された場合、基準レベルＶｒｅｆ１を低くすることで、位置計算器１６での位置計算の計算確率を高くするよう制御して、短時間で精度を向上させて、初期位置を決定できるようにする。逆に、マッチング部４におけるマッチング処理において、現在位置を地図上で特定できなかったと判定された場合、基準レベルＶｒｅｆ１を高くすることで、位置計算器１６での位置計算の計算精度を高くするよう制御して、マッチングの精度を向上させる。

なお、以上説明した信頼性判定器１３、速度計算器１５、位置計算器１６、センサ補正処理部２１、マッチング部４における各処理は、コンピュータが所定のプログラムを実行することにより実行される。

図３、図４、図５、図６を参照して、以上のように構成されたナビゲーション装置における動作を説明する。図３は、センサ補正処理部２１におけるセンサ学習レベル更新処理を示すフローチャートである。

図３のステップＳ３０Ａにおいて、まず、補正計数値ＣＮＴを１に初期化し、ステップＳ３０において、測位部１の速度計算器１５から自車速度データを受信したか否かが判定され、ＹＥＳのときはステップＳ３１に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３０に戻って処理を繰り返す。ステップＳ３１において、受信した自車速度データが有効であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３２に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３４に進む。受信した自車速度データの有効性は、例えば、受信無線信号が使用可能な衛星が３より少なく、速度計算が行えない場合に、そのことを示す特定の信号が速度計算器１５から受信されることによって判定し得る。ステップＳ３２において、角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３に対して自立センサ補正処理を実行する。各センサの補正処理については、既に上で述べた。ステップＳ３３において、補正計数値ＣＮＴを所定数ＮＵＭｉｎｃ（例えば３）だけ増やす。ステップＳ３４において、補正計数値ＣＮＴを所定数ＮＵＭｄｅｃ（例えば１）だけ減ずる。これは、長時間センサ補正処理が行われない状態が続いた場合、センサ誤差が蓄積して大きくなる可能性があるため、補正計数値ＣＮＴを減ずるように制御することでセンサ学習レベルＬｓを下げ、計算確率を上げるように制御するためである。ステップＳ３５において、補正計数値ＣＮＴが第１のしきい値ＴＨ１（例えば１８００）を越えているか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３６に進む。ステップＳ３６において、補正計数値ＣＮＴが第１のしきい値ＴＨ１よりも小さい第２のしきい値ＴＨ２（例えば９００）を越えているか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３９に進む。ステップＳ３９において、センサ学習レベルＬｓを所定値Ｌｌｏｗに設定した後、ステップＳ３０に戻って処理を繰り返す。ステップＳ３８において、センサ学習レベルＬｓを所定値Ｌｍｉｄに設定した後、ステップＳ３０に戻って処理を繰り返す。ステップＳ３７において、センサ学習レベルＬｓを所定値Ｌｈｉｇｈに設定する。ステップＳ４０において、補正計数値ＣＮＴが第１のしきい値ＴＨ１よりも大きい上限値ＣＮＴＭＡＸ（例えば２７００）を越えているか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４１に進む一方、ＮＯのときは処理を終了する。ステップＳ４１において、補正計数値ＣＮＴを上限値ＣＮＴＭＡＸに設定した後、ステップＳ３０に戻って処理を繰り返す。

図４は、信頼性判定器１３における基準レベル変更処理を示すフローチャートである。図４のステップＳ１において、所定期間、例えば１秒間待機する。ステップＳ２において、基準レベルＶｒｅｆ１変更処理を実行する。ステップＳ３において、基準レベルＶｒｅｆ２変更処理を実行した後、ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

図５は、図４におけるステップＳ２の基準レベルＶｒｅｆ１変更処理の詳細を示すフローチャートである。

図５のステップＳ１１において、まず、ナビゲーション装置１０の電源投入後Ｎ分（例えば５分）以内か否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において、マッチング状態であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１８に進む。ここで、マッチング状態とは、マッチング部４のマッチング処理において特定した車両の現在位置が地図データの道路上に投影されている状態であることをいう。ステップＳ１８において、マッチング状態であると判定された回数を示すマッチング計数値ＣＮＴｍを０にリセットする。ステップＳ１９において、電源投入後Ｎ分以内は、初期位置が不明である可能性があるので、基準レベルＶｒｅｆ１を基準レベル値Ｖｌｏｗに設定し、その後、図４の元のルーチンに戻る。ステップＳ１３において、マッチング計数値ＣＮＴｍを１だけ増やす。ステップＳ１４において、マッチング計数値ＣＮＴｍに基づいてマッチング状態の継続時間Ｔｍ（以下、マッチング継続時間Ｔｍ（分）という）を算出する。マッチング継続時間Ｔｍは、例えば、マッチング計数値ＣＮＴｍと、図４の基準レベル変更処理のステップＳ１での待機時間との積を算出することにより求められる。ステップＳ１５において、マッチング継続時間ＴｍがＭ（例えば５（分））より小さいか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１６に進む。ステップＳ１７において、基準レベルＶｒｅｆ１を基準レベル値Ｖｍｉｄに設定した後、図４の元のルーチンに戻る。ステップＳ１６において、マッチング継続時間ＴｍがＭ分よりも長い場合は、無線信号の受信状況が良好で安定していると判断し、基準レベルＶｒｅｆ１を基準レベル値Ｖｈｉｇｈに設定し、その後、図４の元のルーチンに戻る。なお、ここで、基準レベル値Ｖｌｏｗ，Ｖｍｉｄ，Ｖｈｉｇｈの間には、以下の関係式（３）が成り立つ。基準レベルＶｒｅｆ１が高い程、位置計算の計算精度が向上し、基準レベルＶｒｅｆ１が低い程、位置計算の計算確率が向上する。

［数１］
Ｖｌｏｗ＜Ｖｍｉｄ＜Ｖｈｉｇｈ （３）

図６は、図４におけるステップＳ３の基準レベルＶｒｅｆ２変更処理の詳細を示すフローチャートである。

図６のステップＳ２１において、まず、電源投入後Ｎ分（例えば５分）以内か否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、図３のセンサ学習レベル更新処理において更新されたセンサ学習レベルＬｓがセンサ学習レベル値Ｌｌｏｗと等しいか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ２４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２３に進む。ステップＳ２４において、電源投入後Ｎ分以内は、角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３の補正が十分行われておらず、センサ補正処理部２１が算出する速度ベクトルの誤差が大きいと判断し、基準レベルＶｒｅｆ２を基準レベル値Ｖｌｏｗに設定し、その後、図４の元のルーチンに戻る。ステップＳ２３において、センサ学習レベルＬｓがセンサ学習レベル値Ｌｍｉｄと等しいか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ２５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２６に進む。ステップＳ２５において、基準レベルＶｒｅｆ２を基準レベル値Ｖｍｉｄに設定した後、図４の元のルーチンに戻る。ステップＳ２６において、センサ学習レベルＬｓが一定レベルまで向上した後は、より正確なセンサ補正値を算出する必要があるため、基準レベルＶｒｅｆ２を基準レベル値Ｖｈｉｇｈに設定し、その後、図４の元のルーチンに戻る。なお、ここでも、図５の基準レベルＶｒｅｆ１変更処理と同様に、基準レベル値Ｖｌｏｗ，Ｖｍｉｄ，Ｖｈｉｇｈの間には、上記関係式（３）が成り立つ。基準レベルＶｒｅｆ２が高い程、速度計算の計算精度が向上し、基準レベルＶｒｅｆ２が低い程、速度計算の計算確率が向上する。

以上のように構成されたナビゲーション装置１０では、センサ部２が要求する速度計算の計算精度とマッチング部４が要求する位置計算の計算精度とが異なる場合、例えば、センサ学習レベルは高いが自車位置が不定である場合には、基準レベルＶｒｅｆ２を高く保持したまま、基準レベルＶｒｅｆ１を低く設定できる。これにより、角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３の補正の精度を保持しつつ、位置計算の計算確率を上げ、短時間で自車位置を修正でき、マッチング処理の精度を向上させることができる。また、逆に、長時間トンネル等を走行して角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３のセンサ学習レベルＬｓは低下したが、自車位置は地図データとそれまでの走行軌跡からほぼ正確に特定できる場合には、基準レベルＶｒｅｆ１を高く保持したまま、基準レベルＶｒｅｆ２を低く設定できる。これにより、自車位置の精度を保持しつつ、速度計算の計算確率を上げ、角速度センサ２２及び車速パルス発生器２３のセンサ学習レベルＬｓを短時間で向上させ、センサ補正の精度を向上させることができる。

また、センサ部２で算出した各センサの補正値やマッチング部４で求めた車両の現在位置は、通常、ナビゲーション装置１０の電源が遮断された場合でも、バックアップ用のメモリ等に保存され、次の電源投入後、メモリから読み出して使用される。しかし、ナビゲーション装置１０の電源が遮断されている間に、例えば、立体駐車場におけるターンテーブル等により車両が回転した場合、フェリーなどで車両が移動した場合等には、車両の方位や位置が大きく変化する。そこで、電源投入直後Ｍ分以内（例えば５分以内）は、基準レベルＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を共に所定のしきい値以下の所定値に保持し、自車位置及び自車速度の計算確率を上げるように制御して現在位置及びセンサ補正状態の検証を行う。このとき、メモリに保存した位置と新たに計算した位置がある範囲内で一致すれば、基準レベルＶｒｅｆ１を高く設定し、また速度計算で算出した速度と自立センサから算出した速度が、ある範囲内で一致すれば基準レベルＶｒｅｆ２を高く設定することで、電源遮断期間に車両の方位又は位置が大きく変化した場合にも対応できる。

なお、本実施形態において、米国が運用するＧＰＳ衛星からの無線信号を受信する場合について説明した。しかし、本発明はこの構成に限らず、ロシアが運用するＧＬＯＮＡＳＳ(Global Navigation Satellite System)や欧州が計画しているＧａｌｉｌｅｏシステム等のＧＰＳ以外の衛星測位システムにおいて適用してもよい。

また、本実施形態において、基準レベルＶｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２の設定値として、ともに同じ基準レベル値Ｖｌｏｗ，Ｖｍｉｄ，Ｖｈｉｇｈを用いた。しかし、本発明はこの構成に限らず、基準レベルＶｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２の設定値として、互いに異なる基準レベル値を用いてもよく、また、これらの設定値は３段階に限らず、２段階であっても、４段階以上であってもよい。

以上説明したように、本発明に係るナビゲーション装置によれば、ＧＰＳ衛星から受信された無線信号の信号レベルが、当該無線信号が位置計算に利用可能か否かを判定するための基準レベルＶｒｅｆ１よりも高いと信頼性判定器１３が判定したとき、位置計算器１６は、無線信号に基づいて位置計算を実行して自車位置を算出し、ＧＰＳ衛星から受信された無線信号の信号レベルが、当該無線信号が速度計算に利用可能か否かを判定するための基準レベルＶｒｅｆ２よりも高いと信頼性判定器１３が判定したとき、速度計算器１５は、受信信号に基づいて速度計算を実行して自車速度を算出するので、測位計算の信頼性判定のための信号レベルをマッチング処理及びセンサ補正に対してより適切なものとし、従来技術に比較して高い精度で車両の現在位置を測定できる。

また、マッチング部４は、現在位置が地図データの道路上に投影されるか否かを判定し、信頼性判定器１３は、現在位置が地図データの道路上に投影されると判定されたとき、基準レベルＶｒｅｆ１を高くするように制御するので、位置計算器１６でマルチパス波等による影響を低減した高精度な位置計算を行うことができる。また、現在位置が地図データの道路上に投影されないと判定されたとき、基準レベルＶｒｅｆ１を低くするように制御するので、位置計算器１６の位置計算の計算確率を上げてすばやく自車位置を修正することができ、初期状態等において精度が低下しても、短時間で精度を向上させることができる。これにより、マッチング処理の状況に応じた要求精度で車両の現在位置を測定でき、従来技術に比較してさらに高い精度で車両の現在位置を測定できる。

さらに、信頼性判定器１３は、マッチング部４が現在位置が地図データの道路上に投影されると判定している期間に応じて、基準レベルＶｒｅｆ１を変更するので、マッチング処理の安定度に応じた要求精度で車両の現在位置を測定でき、従来技術に比較してさらに高い精度で車両の現在位置を測定できる。

さらに、センサ部２は、算出した速度ベクトルを自車速度に基づいて補正処理を実行し、信頼性判定器１３は、センサ部２による補正処理に基づいて、基準レベルＶｒｅｆ２を変更するので、センサ学習レベルＬｓが高く、精度よくセンサ補正が行われているときは、基準レベルＶｒｅｆ２を高く設定することで、速度計算器１５で高精度な速度計算を行い、更にセンサ補正精度を向上させることができる。反対に、センサ学習レベルＬｓが低いときは、基準レベルＶｒｅｆ２を低く設定することで、速度計算器１５の速度計算の計算確率を上げ、すばやくセンサ学習レベルＬｓを引き上げることができ、初期状態等において精度が低下しても、短時間で精度を向上させることができる。これにより、センサ補正の状況に応じた要求精度で車両の現在位置を測定でき、従来技術に比較してさらに高い精度で車両の現在位置を測定できる。

またさらに、信頼性判定器１３は、電源投入後所定時間が経過するまでの間、基準レベルＶｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２をそれぞれ所定のしきい値以下の所定値に保持するように制御するので、位置計算及び速度計算の計算確率を上げることにより、初期状態等において精度が低下しても、短時間で精度を向上させることができる。

以上詳述したように、本発明に係るナビゲーション装置及び、その方法、並びにそのプログラムによれば、測位計算の信頼性判定のための信号レベルをマッチング処理及びセンサ補正に対してより適切なものとし、高い精度で自車位置を地図上に表示することが可能となる。本発明に係るナビゲーション装置及び、その方法、並びにそのプログラムは、例えばＧＰＳ衛星測位システムを利用した車載用ナビゲーション装置に利用できる。

本発明の一実施形態に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態で用いる一般的なＰＲＮ符号の自己相関を示す特性図である。 図１の信頼性判定器１３における基準レベル変更処理を示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおけるステップＳ１の基準レベルＶｒｅｆ１変更処理を示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおけるステップＳ２の基準レベルＶｒｅｆ２変更処理を示すフローチャートである。 図１のセンサ補正処理部２１におけるセンサ学習レベル更新処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…測位部、
２…センサ部、
３…地図データベースメモリ、
４…マッチング部、
５…ディスプレイ、
１０…ナビゲーション装置、
１１…アンテナ、
１２…信号復調器、
１３…信頼性判定器、
１５…速度計算器、
１６…位置計算器、
２１…センサ補正処理部、
２２…角速度センサ、
２３…車速パルス発生器。

Claims (7)

1. 衛星測位システムからの受信無線信号を用いて、現在位置を地図上に表示するナビゲーション装置において、
   複数の衛星からの各受信無線信号が第１の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が位置計算に使用可能と判定するとともに、複数の衛星からの各受信無線信号が第２の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が速度計算に使用可能と判定する信頼性判定手段と、
   前記信頼性判定手段により、位置計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて位置を算出する位置計算手段と、
   前記信頼性判定手段により、速度計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて速度を算出する速度計算手段と、
   少なくとも１つの自立センサからの信号及び前記速度計算手段により算出された速度に基づいて、速度ベクトルを算出するセンサ手段と、
   所定の地図データと、前記センサ手段により算出された速度ベクトルと、前記位置計算手段により算出された位置とに基づいて、現在位置を算出するマッチング処理を実行するマッチング手段とを備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
2. 前記地図データは道路形状に関する情報を含み、
   前記マッチング手段は、前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されるか否かを判定し、
   前記信頼性判定手段は、前記マッチング手段が前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されると判定されたとき、前記第１の基準レベルを高くするように制御し、前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されないと判定されたとき、前記第１の基準レベルを低くするように制御することを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
3. 前記信頼性判定手段は、前記マッチング手段が前記現在位置が前記地図データの道路上に投影されると判定している期間に応じて、前記第１の基準レベルを変更するように制御することを特徴とする請求項２記載のナビゲーション装置。
4. 前記センサ手段は、算出した前記速度ベクトルを前記速度計算手段により算出された速度に基づいて補正処理を実行し、前記補正処理の回数及び前記補正処理が行われなかった期間の少なくとも１つに基づいて、センサの学習の度合いを表すセンサ学習レベルを管理し、
   前記信頼性判定手段は、前記センサ学習レベルに基づいて、前記第２の基準レベルを変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のナビゲーション装置。
5. 前記信頼性判定手段は、電源投入後所定時間が経過するまでの間、前記第１及び第２の基準レベルをそれぞれ所定のしきい値以下の所定値に保持するように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のナビゲーション装置。
6. 衛星測位システムからの受信無線信号を用いて、現在位置を地図上に表示するナビゲーション方法であって、
   複数の衛星からの各受信無線信号が第１の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が位置計算に使用可能と判定するとともに、複数の衛星からの各受信無線信号が第２の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が速度計算に使用可能と判定する信頼性判定ステップと、
   前記信頼性判定ステップにより、位置計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて位置を算出する位置計算ステップと、
   前記信頼性判定ステップにより、速度計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて速度を算出する速度計算ステップと、
   少なくとも１つの自立センサからの信号及び前記速度計算ステップにより算出された速度に基づいて、速度ベクトルを算出するセンサ計算ステップと、
   所定の地図データと、前記センサ計算ステップにより算出された速度ベクトルと、前記位置計算ステップにより算出された位置とに基づいて、現在位置を算出するマッチング処理を実行するマッチングステップとを備えたことを特徴とするナビゲーション方法。
7. コンピュータによって実行され、衛星測位システムからの受信無線信号を用いて、現在位置を地図上に表示するためのナビゲーションプログラムであって、
   複数の衛星からの各受信無線信号が第１の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が位置計算に使用可能と判定するとともに、複数の衛星からの各受信無線信号が第２の基準レベルよりも高いとき、当該受信無線信号が速度計算に使用可能と判定する信頼性判定ステップと、
   前記信頼性判定ステップにより、位置計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて位置を算出する位置計算ステップと、
   前記信頼性判定ステップにより、速度計算に使用可能と判定された受信無線信号を用いて速度を算出する速度計算ステップと、
   少なくとも１つの自立センサからの信号及び前記速度計算ステップにより算出された速度に基づいて、速度ベクトルを算出するセンサ計算ステップと、
   所定の地図データと、前記センサ計算ステップにより算出された速度ベクトルと、前記位置計算ステップにより算出された位置とに基づいて、現在位置を算出するマッチング処理を実行するマッチングステップとを含むことを特徴とするナビゲーションプログラム。
   

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