JP2008139105A - 移動体位置測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス発生中におけるマルチパス終了判定の誤判定を適切に防止すること。
【解決手段】本発明による移動体位置測位装置は、衛星１０からの信号を受信する受信手段２０Ａと、移動体の速度ベクトルＶを算出する速度ベクトル算出手段６０Ａと、移動体の位置を測位する測位演算手段４０と、測位結果の履歴に基づいて移動体の移動量を表す変位ベクトルＭを算出する変位ベクトル算出手段５０と、速度ベクトルＶと変位ベクトルＭとのなす角度を評価値として算出する角度算出手段と、評価値に基づいて測位演算手段の測位の異常を判定する異常判定手段７２とを備え、異常判定手段７２は、前記評価値が所定閾値Ｔｈ１以上となった場合に、測位に異常がある旨の異常判定をし、該異常判定時から前記評価値が所定閾値Ｔｈ３未満となる間の時間又は移動体の移動距離が、所定時間Ｔｈ５又は所定距離を越えた場合には、前記異常判定を解除し、所定時間又は所定距離を越えない場合には、前記異常判定を維持することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、測位演算手段の測位の異常を判定する異常判定手段を備える移動体位置測位装置に関する。

従来から、ＧＰＳ衛星の信号のドップラー周波数から算出した速度ベクトルと、前回の測位位置と今回の測位位置により移動体の変位ベクトルとのなす角度を算出し、算出した角度によってマルチパスの発生を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、この特許文献１には、ＧＰＳ衛星の信号のドップラー周波数から算出した速度ベクトルと、方位センサと車速センサからの情報に基づいて算出した速度ベクトルとの差分ベクトルを求め、差分ベクトルの大きさによってマルチパスの発生を検出する技術も開示されている。
特開２００１−１２４８４０号公報

しかしながら、マルチパス発生中であっても速度ベクトルと変位ベクトルとのなす角度が一時的に小さくなる場合があるので、かかる場合、上述の特許文献１に記載される構成では、マルチパス発生中であるにも拘らず、マルチパスが発生していないと誤判定してしまう虞がある。また、同様に、マルチパス発生中であっても差分ベクトルの大きさが一時的に小さくなる場合があるので、かかる場合、上述の特許文献１に記載される構成では、実際にはマルチパス発生中であるにも拘らず、マルチパスが発生していないと（即ちマルチパスが終了したと）誤判定してしまう虞がある。

そこで、本発明は、マルチパス発生中における誤判定を適切に防止することができる移動体位置測位装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る移動体位置測位装置は、移動体に設けられ衛星からの信号を受信する受信手段と、
移動体の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、
受信した信号に基づいて移動体の位置を測位する測位演算手段と、
前記測位演算手段による測位結果の履歴に基づいて移動体の移動量を表す変位ベクトルを算出する変位ベクトル算出手段と、
前記算出された速度ベクトルと前記変位ベクトルとのなす角度を評価値として算出する角度算出手段と、
前記算出された評価値に基づいて測位演算手段の測位の異常を判定する異常判定手段とを備え、
前記異常判定手段は、前記評価値が所定閾値以上となった場合に、測位に異常がある旨の異常判定をし、前記評価値が所定閾値未満となる間の時間又は移動体の移動距離が、所定時間又は所定距離を越えた場合に、前記異常判定を解除することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る移動体位置測位装置において、
前記速度ベクトルの大きさと、単位時間あたりの前記変位ベクトルの大きさの差の絶対値を第２評価値として算出する算出手段を更に備え、
前記異常判定手段は、前記評価値が所定閾値以上となり且つ前記第２評価値が所定閾値以上となった場合に、測位に異常がある旨の異常判定をし、前記評価値が所定閾値未満となり且つ前記第２評価値が所定閾値未満となる間の時間又は移動体の移動距離が、所定時間又は所定距離を越えた場合に、前記異常判定を解除することを特徴とする。

第３の発明は、第１又は２の発明に係る移動体位置測位装置において、
前記測位演算手段の測位の異常は、マルチパスの発生による異常を含むことを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明に係る移動体位置測位装置において、
前記移動体の変位ベクトルは、移動体に搭載されたセンサにより検出される移動体の姿勢と移動量に関連する情報、又は、衛星信号の搬送波のドップラー周波数変化量に基づいて算出されることを特徴とする。

本発明によれば、マルチパス発生中における誤判定を適切に防止することができる移動体位置測位装置が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る移動体位置測位装置が適用されるＧＰＳ（Global Positioning System）の全体的な構成を示すシステム構成図である。図１に示すように、ＧＰＳは、地球周りを周回するＧＰＳ衛星１０と、地球上に位置し地球上を移動しうる車両９０とから構成される。尚、車両９０は、あくまで移動体の一例であり、その他の移動体としては、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末等がありうる。

ＧＰＳ衛星１０は、航法メッセージ（衛星信号）を地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するＧＰＳ衛星１０に関する衛星軌道情報（エフェメリスやアルマナク）、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。尚、Ｌ１波は、Ｃ／Ａコードで変調されたＳｉｎ波とＰコード（Precision Code）で変調されたＣｏｓ波の合成波であり、直交変調されている。Ｃ／Ａコード及びＰコードは、擬似雑音（Pseudo Noise）符号であり、−１と１が不規則に周期的に並ぶ符号列である。

尚、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２０，０００kmの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。

車両９０には、移動体位置測位装置としてのＧＰＳ受信機１が搭載される。ＧＰＳ受信機１は、以下で詳説する如く、ＧＰＳ衛星１０からの衛星信号に基づいて、車両９０の位置を測位する。

図２は、図１の車両９０に搭載されるＧＰＳ受信機１の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。図２には、説明の複雑化を避けるため、ＧＰＳ衛星１０_１（下付きの符号は、衛星番号）が１つだけ示されている。ここでは、ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０_２，１０_３等からの衛星信号に関する信号処理と実質的に同じである。

本実施例のＧＰＳ受信機１は、図２に示すように、主要な機能部として、受信部２０、測位演算部４０、変位ベクトル算出部５０、速度ベクトル算出部６０Ａ、評価値算出部７０、マルチパス判定部７２、及び、車両センサ８０を備える。尚、変位ベクトル算出部５０、速度ベクトル算出部６０Ａ、評価値算出部７０、マルチパス判定部７２等の各部の区分けはあくまで便宜上のものであり、例えば、変位ベクトル算出部５０等は、測位演算部４０内に組み込まれてもよい。

車両センサ８０は、ＧＰＳ受信機１に内蔵されてもよいし、ＧＰＳ受信機１の外部に設けられ、バス等により接続されるものであってもよい。車両センサ８０は、車両９０の移動量及び向き（方位）に関連する情報（以下、「車両情報」という）を取得するセンサであり、複数種のセンサの組み合わせであってよい。例えば、車両センサ８０は、車両９０の方位を検出する磁気インピーダンスセンサ（地磁気センサ）と、車両９０の加速度を検出する加速度センサとの組み合わせであってよい。或いは、車両センサ８０は、加速度センサと、車両９０のヨー方向の速度（角速度）を検出するヨーレートセンサ（ジャイロセンサ）との組み合わせ（即ち、ＩＮＳセンサ）であってもよい。車両センサ８０からの車両情報は、所定周期毎に、測位演算部４０に入力される。

受信部２０は、ＧＰＳ衛星１０_１から発信されている衛生信号をＧＰＳアンテナ２２を介して受信し、内部で発生させたレプリカＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行い、航法メッセージを取り出すと共に、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０（正確にはＧＰＳ受信機１）との間の擬似距離ρを算出する。擬似距離ρとは、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０との間の真の距離とは異なり、時計誤差（クロックバイアス）や電波伝搬速度変化による誤差を含む。Ｃ／Ａコード同期の方法は、多種多様でありえ、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、ＤＤＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を用いて、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの相関値がピークとなるコード位相を追尾する方法であってよい。

ここで、ＧＰＳ衛星１０_１に対する擬似距離ρは、例えば以下のように算出されてよい。
ρ＝Ｎ×３００
ここで、Ｎは、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０との間のＣ／Ａコードのビット数に相当し、レプリカＣ／Ａコードの位相及びＧＰＳ受信機１内部の受信機時計に基づいて算出される。尚、数値３００は、Ｃ／Ａコードが、１ビットの長さが１μｓであり、１ビットに相当する長さが約３００ｍ（１μｓ×光速）であることに由来する。このようにして算出された擬似距離ρを表す信号は、測位演算部４０に入力される。尚、算出された擬似距離ρは、例えば後述のドップラー周波数変化量Δｆを用いてフィルタ（図示せず）によりキャリアスムージングを受けてから測位演算部４０に入力されてもよい。

受信部２０は、衛星信号の搬送波位相を測定する機能を備え、内部で発生させたレプリカキャリアを用いて、ドップラーシフトした受信搬送波のドップラー周波数変化量Δｆを測定する機能を備える。ドップラー周波数変化量Δｆは、レプリカキャリアの周波数ｆｒと既知の搬送波周波数ｆ_ｃ（1575.42ＭＨz）の差分（＝ｆｒ−ｆ_ｃ）として測定される。この機能は、レプリカキャリアを用いてキャリア相関値を演算して受信キャリアを追尾するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）により実現されてよい。ドップラー周波数変化量Δｆを表す信号は、速度ベクトル算出部６０Ａに入力される。

測位演算部４０は、ＧＰＳ衛星１０_１の位置（以下、「衛星位置」という）を算出する。具体的には、測位演算部４０は、航法メッセージの衛星軌道情報及び現在の時間に基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１の、ワールド座標系での現在位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）を計算する。尚、ＧＰＳ衛星１０_１は、人工衛星の１つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内（軌道面）に限定される。また、ＧＰＳ衛星１０_１の軌道は地球重心を１つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０_１の位置が計算できる。また、ＧＰＳ衛星１０_１の位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）は、ＧＰＳ衛星１０_１の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０_１の位置を３次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、図３に示すように、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するＸ軸及びY軸、並びに、この両軸に直交するＺ軸により定義される。衛星位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）を表す信号は、速度ベクトル算出部６０Ａに入力される。

更に、測位演算部４０は、後述のマルチパス判定部７２によりマルチパスが発生していないと判定されている通常時には、衛星位置の算出結果と、受信部２０から供給される擬似距離ρの算出結果に基づいて、車両９０の位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）を測位する。以下、この測位方法を通常測位と称する。通常測位の測位周期は、例えば観測周期（例えば１ｍｓ）或いは所定数の観測周期（例えば５０ｍｓや１００ｍｓ）であってよい。測位結果は、変位ベクトル算出部５０に供給されると共に、例えばナビゲーションシステムに供給される。車両９０の位置は、３つのＧＰＳ衛星１０に対して得られるそれぞれの擬似距離ρ及び衛星位置を用いて、三角測量の原理で導出されてよい。この場合、擬似距離ρは上述の如く時計誤差を含むので、４つ目のＧＰＳ衛星１０に対して得られる擬似距離ρ及び衛星位置を用いて、時計誤差成分が除去される。尚、車両９０の位置の測位方法としては、上述のような単独測位に限られず、干渉測位（既知の点に設置された固定局での受信データを併用する方式）であってもよい。干渉測位の場合、上述の如く固定局及び車両９０にてそれぞれ得られる擬似距離ρの一重位相差や２重位相差等を用いて車両９０の位置が測位されることになる。

一方、測位演算部４０は、後述のマルチパス判定部７２によりマルチパスが発生したと判定されている異常時には、移動ベクトル積算測位を実行する。移動ベクトル積算測位は、通常測位若しくは移動ベクトル積算測位による前回の測位周期（ｉ−１）で得られる車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））に、前回の測位周期から今回の測位周期に至るまでの移動ベクトルを積算することにより実現されてよい。移動ベクトル積算測位の測位周期は、通常測位と同一であってよい。測位結果は、通常測位の測位結果と同様、変位ベクトル算出部５０に供給されると共に、例えばナビゲーションシステムに供給される。尚、移動ベクトルは、車両９０の車体を基準としたボディ座標系（図３参照）に基づいているため、測位演算部４０は、ボディ座標系に基づく移動ベクトルを、ローカル座標系を介してワールド座標系へと座標変換する。通常、座標の回転変換は、オイラー角を用いて実現できるが、ボディ座標系からローカル座標系への変換に関しては、ロール角及びピッチ角が小さいとしてヨー角ψのみで実現することとしてよい（但し、ロール角及びピッチ角を考慮することも、ヨー角を無視することも当然に可能である。）。また、ローカル座標系からワールド座標系への変換に関しては、車両位置の経度及び緯度を用いた変換で実現される。

変位ベクトル算出部５０は、測位演算部４０により得られる車両９０の位置の測位結果に基づいて、車両９０の変位ベクトルＭを算出する。例えば、変位ベクトル算出部５０は、今回の測位周期（ｉ）で得られる車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））から、前回の測位周期（ｉ−１）で得られる車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））を差分し、その差分ベクトルを測位周期の時間間隔の逆数を乗算することで、車両９０の変位ベクトルＭを算出する。即ち、測位周期をΔＴ［ｓ］とすると、
変位ベクトルＭ＝１／ΔＴ｛（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））−（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））｝
このようにして算出される車両９０の変位ベクトルＭは、評価値算出部７０に入力される。

速度ベクトル算出部６０Ａは、ドップラー周波数変化量ΔｆとＧＰＳ衛星１０_１の速度ベクトルに基づいて、車両９０の速度ベクトルＶを算出する。

具体的には、速度ベクトル算出部６０Ａは、先ず、ドップラー周波数変化量Δｆに基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０との間の相対速度ΔＶの大きさを、例えば以下の関係式を用いて、算出する。
Δｆ＝ΔＶ・ｆ_ｃ／（ｃ−ΔＶ）
ここで、ｃは光速である。
次いで、速度ベクトル算出部６０Ａは、上述の如く導出した相対速度ΔＶの大きさと、車両９０の位置を基準としたＧＰＳ衛星１０_１の位置ベクトル（以下、「視線ベクトル」と称する）とに基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１の相対速度ベクトルを算出する。視線ベクトルの方向は、ＧＰＳ衛星１０_１の相対速度ベクトルの方向に対応する。視線ベクトルは、ＧＰＳ衛星１０_１の仰角情報等から簡易的に算出されてもよいし、或いは、今回周期で得られるＧＰＳ衛星１０_１の位置（Ｘ_１（ｉ）、Ｙ_１（ｉ）、Ｚ_１（ｉ））から、今回周期での測位結果に基づく車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））を差し引くことで導出されてよい。
次いで、速度ベクトル算出部６０Ａは、ＧＰＳ衛星１０_１の相対速度ベクトルと、ＧＰＳ衛星１０_１の速度ベクトルとに基づいて、車両９０の速度ベクトルＶを算出する。即ち、ＧＰＳ衛星１０_１の相対速度ベクトルとＧＰＳ衛星１０_１の速度ベクトルとの差分ベクトルを、車両９０の速度ベクトルＶとして算出する。この際、ＧＰＳ衛星１０_１の速度ベクトルは、今回の測位周期（ｉ）で得られる車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））から、前回の測位周期（ｉ−１）で得られる車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））を差分し、その差分ベクトルを測位周期の時間間隔の逆数を乗算することにより、導出されてよい。このようにして算出される車両９０の速度ベクトルＶは、評価値算出部７０に入力される。

評価値算出部７０は、車両９０の変位ベクトルＭと車両９０の速度ベクトルＶとのなす角度を、第１評価値として算出する。また、評価値算出部７０は、車両９０の変位ベクトルＭの大きさと車両９０の速度ベクトルＶの大きさとの差の絶対値を、第２評価値として算出する。尚、第１評価値及び第２評価値は、同期した（時間的に対応した）周期で算出される変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとに基づいて算出される。このようにして算出される第１評価値及び第２評価値は、演算周期毎に、マルチパス判定部７２に入力される。

マルチパス判定部７２は、評価値算出部７０から得られる第１評価値及び第２評価値に基づいて、マルチパスが発生したか否かを判定する。尚、マルチパスとは、受信部２０で受信される受信波に、ＧＰＳ衛星１０_１からの電波の直接波に加えて反射波が含まれている状態をいう。マルチパスは、典型的には、車両９０の周囲建物での電波の反射により発生する。

マルチパス判定部７２は、以下の２点（ａ）、（ｂ）の条件が満たされた場合に、マルチパスが発生したと判定する。
（ａ）第１評価値（＝変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとのなす角度）が所定閾値Ｔｈ１以上であること。
（ｂ）第２評価値（＝変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとの大きさの差の絶対値）が所定閾値Ｔｈ２以上であること。

条件（ａ）、（ｂ）は、変位ベクトルＭは、測位結果（衛星信号のＣ／Ａコード）に基づいて導出されるので、マルチパスの影響を受けやすい一方で、速度ベクトルＶは、ドップラー周波数成分から導出されるので、マルチパスの影響を受け難いことを利用している。即ち、マルチパスが発生すると、その影響を受ける変位ベクトルＭが、本来的には略同一であるはずの速度ベクトルＶと大きく乖離することを利用している。

マルチパス判定部７２は、一旦マルチパスが発生したと判定すると、その後、以下の４点（ｃ）〜（ｆ）の条件が満たされた場合に、マルチパスが無くなったと（マルチパスが発生していないと）判定する。
（ｃ）第１評価値が所定閾値Ｔｈ３未満であること。
（ｄ）第２評価値が所定閾値Ｔｈ４未満であること。
（ｅ）速度ベクトルＶの大きさが所定閾値Ｔｈ５以上であること。
（ｆ）上記の条件（ｃ）〜（ｅ）が所定時間Ｔｈ６以上満たされていること。
ここで、所定閾値Ｔｈ３は、上記の条件（ａ）に係る所定閾値Ｔｈ１と同一であってよい。所定閾値Ｔｈ３は、所定閾値Ｔｈ１と同様、試験等によりマルチパスが発生している状況下で第１評価値の取りうる範囲を評価することにより決定されてよく、また、試験等によりマルチパスが発生していない状況下（開放地域）で第１評価値の取りうる範囲を評価することにより決定されてよい。また、所定閾値Ｔｈ４は、上記の条件（ｂ）に係る所定閾値Ｔｈ２と同一であってよい。所定閾値Ｔｈ４は、所定閾値Ｔｈ２と同様、試験等によりマルチパスが発生している状況下での第２評価値の取りうる範囲を評価することにより決定されてよく、また、試験等によりマルチパスが発生していない状況下での第２評価値の取りうる範囲を評価することにより決定されてよい。

上記の条件（ｅ）に関して、所定閾値Ｔｈ５は、車両９０が移動している状態（停止していない状態）を表すことができる値であってよい。これは、マルチパスは、上述の如く主に周囲環境に起因して発生するので、車両９０が移動していない状態でマルチパスが終了することは少ないからである。

上記の条件（ｆ）に関して、所定閾値Ｔｈ６は、マルチパス環境から車両９０が脱出するのに要する時間に対応し、例えば数秒程度のオーダーであってよい。マルチパス環境から車両９０が脱出するのに要する時間は、車両９０の周辺環境や速度等に依存するので、これらのパラメータに応じて所定閾値Ｔｈ６を可変値としてもよい。この場合、車両９０の周辺環境は、ナビゲーションシステム（図示せず）が備える地図データベースのデータに基づいて判断されてもよい。また、同様に、上記の条件（ｆ）は、「上記の条件（ｃ）〜（ｅ）が所定の走行距離以上満たされていること」とする条件に置換されてもよい。この場合、所定距離は、マルチパス環境から車両９０が脱出するのに要する走行距離に対応し、例えば数１０ｍ程度のオーダーであってよい。マルチパス環境から車両９０が脱出するのに要する走行距離は、車両９０の周辺環境や速度等に依存するので、これらのパラメータに応じて所定距離を可変値としてもよい。

マルチパス判定部７２は、上記の条件（ａ），（ｂ）が満たされ、マルチパスが発生したと判定した場合、その旨の判定結果（例えばフラグの形態）を測位演算部４０に供給する。その後、マルチパス判定部７２は、上記の４つの条件（ｃ）〜（ｆ）の成立／不成立を監視し、上記の４つの条件（ｃ）〜（ｆ）が満たされた場合、マルチパスが終了したと判断して、その旨の判定結果を測位演算部４０に供給する。従って、マルチパス発生を表す判定結果は、上記の４つの条件（ｃ）〜（ｆ）が満たされるまで維持され、上記の４つの条件（ｃ）〜（ｆ）が満たされた時点で解除されることになる。

図４は、上述の如く構成される本実施例のＧＰＳ受信機１において実行される主要な処理流れを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、例えば車両１０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフになるまでの間、測位周期毎に繰り返し実行される。

ステップ１００では、受信部２０により衛星信号が受信され、今回周期で得られた衛星信号に基づいて、上述の如く擬似距離ρやドップラー周波数変化量Δｆが算出される。

ステップ１１０では、速度ベクトル算出部６０Ａにより、今回周期で得られたドップラー周波数変化量Δｆ等に基づいて車両９０の速度ベクトルＶが算出される。

ステップ１２０では、今回周期で得られた衛星位置及び擬似距離算出結果に基づいて、測位演算部４０により車両９０の位置の通常測位が実行される。

ステップ１３０では、変位ベクトル算出部５０により、今回周期で得られた車両９０の位置と前回周期で得られた車両９０の位置（記憶データ）とに基づいて、変位ベクトルＭが演算される。

ステップ１４０では、評価値算出部７０により、上記のステップ１１０，１３０で算出された速度ベクトルＶ及び変位ベクトルＭに基づいて、第１評価値及び第２評価値が演算される。

ステップ１５０では、マルチパス判定部７２により、上記のステップ１４０で算出された第１評価値及び第２評価値に基づいて、今回周期でマルチパスが発生したか否か（上述の２つの条件（ａ）及び（ｂ）が満たされたか否か）が判定される。今回周期でマルチパスが発生したと判定された場合には、ステップ２００で示されるマルチパルループ処理に移行する。今回周期でマルチパスが発生していないと判定された場合には、ステップ１６０に進み、上記のステップ１４０にて得られた通常測位による測位結果が例えばナビゲーションシステムに対して出力される。

マルチパルループ処理２００は、マルチパス判定部７２によりマルチパスが終了したと判定されるまで（ステップ２２０のＹＥＳ判定）、繰り返し実行される。

ステップ２１０では、前回周期で得られた車両９０の位置（測位結果）と、今回周期で得られた車両の移動ベクトルとに基づいて、移動ベクトル積算測位が実行される。

ステップ２１５では、上記のステップ２１０にて得られた移動ベクトル積算測位による測位結果が例えばナビゲーションシステムに対して出力される。

ステップ２２０では、マルチパス判定部７２により、上述のステップ１５０でマルチパスが発生したと判定された以降の各周期で評価値算出部７０により算出される第１評価値及び第２評価値に基づいて、発生したマルチパスが終了したか否か（上述の４つの条件（ｃ）〜（ｆ）が満たされたか否か）が判定される。

図５は、上述の如く実行されるマルチパス判定部７２の判定の有用性（効果）の説明図である。図５には、理解が容易なように、各周期で得られる変位ベクトルＭ及び速度ベクトルＶとを並べて示している。図５において、ベクトル表示のＭ，Ｖに付される数字は、それらが得られたときの周期番号を表しているとする。

図５に示す例では、４番目の周期で得られる変位ベクトルＭ_４と速度ベクトルＶ_４とのなす角度が大きく、且つ、変位ベクトルＭ_４と速度ベクトルＶ_４の大きさが大きく相違するので、上述の条件（ａ），（ｂ）が満たされて、マルチパスの発生が検出されることになる。図５に示すように、マルチパス発生中には、常に、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとのなす角度が大きく、且つ、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶの大きさが大きく相違するわけでなく、例えば、６番目の周期で得られる変位ベクトルＭ_６と速度ベクトルＶ_６のように、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとのなす角度が小さく、且つ、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶの大きさの差が小さくなることもある。かかる６番目の周期で得られる変位ベクトルＭ_６と速度ベクトルＶ_６に対しては、マルチパスが終了したと誤判定され易くなる。

これに対して、本実施例によれば、上述の如く、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとのなす角度（第１評価値）が所定閾値Ｔｈ３未満であり、且つ、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶの大きさの差が所定閾値Ｔｈ４未満であり状態が、所定時間Ｔｈ６以上継続した場合に初めて、マルチパスが終了したと判定するので、例えば図５に示す例の６番目の周期で得られるような変位ベクトルＭ_６と速度ベクトルＶ_６が一時的に取得された場合でも、マルチパスが終了したと誤判定されることが防止される。

以上説明した実施例１によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

上述の如く、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとのなす角度が小さく、且つ、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶの大きさの差が小さくなる状態が、所定時間Ｔｈ６以上継続した場合に初めて、マルチパスが終了したと判定するので、マルチパス発生中に一時的に発生する正常な関係の変位ベクトルＭと速度ベクトルＶが取得されることに起因してマルチパスが終了したと誤判定してしまうことを、効果的に防止することができる。

実施例２は、上述の実施例１に対して、速度ベクトルＶの算出方法が主に異なる。以下では、実施例２特有の構成について重点的に説明する。その他の構成については、特に言及しない限り、上述の実施例１と同様であってよい。

図６は、実施例２に係るＧＰＳ受信機２の要部構成を示す概略的なシステム構成図である。図６において、上述の実施例１と同様の構成については同一の参照符号が付されており、それらの説明は省略する。また、ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理について代表して説明する。

速度ベクトル算出部６０Ｂには、車両センサ８０が接続される。速度ベクトル算出部６０Ｂは、車両センサ８０からの車両情報に基づいて、車両９０の速度ベクトルＶを算出する。この際、例えば、速度ベクトルＶの向きは、車両９０の向き（例えば地磁気センサからの情報）に基づいて導出され、車両９０の速度（速度ベクトルＶの大きさ）は、加速度センサからの加速度信号（フィルタ後でもよい）を１回積分することで導出されてよい。速度ベクトルＶの大きさは、加速度センサからの加速度に代えて、車輪速センサで検出される車速パルスやトランスミッションの出力軸の回転数のような車速を表すパラメータを用いて導出されてもよい。

尚、本実施例２においても、マルチパス判定部７２は、以下の２点（ａ）、（ｂ）の条件が満たされた場合に、マルチパスが発生したと判定する。
（ａ）第１評価値（＝変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとのなす角度）が所定閾値Ｔｈ１以上であること。
（ｂ）第２評価値（＝変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとの大きさの差の絶対値）が所定閾値Ｔｈ２以上であること。

条件（ａ）、（ｂ）は、変位ベクトルＭは、衛星信号に基づく測位結果に基づいて導出されるので、マルチパスの影響を受けやすい一方で、速度ベクトルＶは、上述の如く車両センサ８０からの車両情報から導出されるので、マルチパスの影響を受けないことを利用している。即ち、マルチパスが発生すると、その影響を受ける変位ベクトルＭが、本来的には略同一であるはずの速度ベクトルＶと大きく乖離することを利用している。

実施例２に係るＧＰＳ受信機２においても、上述の図４を参照して説明した処理流れで各種処理が実行されてよい。

以上説明した実施例２によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

上述の実施例１と同様、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶとのなす角度が小さく、且つ、変位ベクトルＭと速度ベクトルＶの大きさの差が小さくなる状態が、所定時間Ｔｈ６以上継続した場合に初めて、マルチパスが終了したと判定するので、マルチパス発生中に一時的に発生する正常な関係の変位ベクトルＭと速度ベクトルＶが取得されることに起因してマルチパスが終了したと誤判定してしまうことを、効果的に防止することができる。

また、実施例２では、ドップラー周波数変化量Δｆを用いて速度ベクトルＶが算出されるのではなく、車両センサ８０に基づいて速度ベクトルＶが算出される。従って、実施例２においては、衛星信号の搬送波位相を測定する機能を省いた安価なＧＰＳ受信機２を用いることも可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、Ｃ／Ａコードを用いて擬似距離ρを導出しているが、本発明は、Ｌ１波のＰコード及び／又はＬ２波のＰコードに基づいて、同様に、ＧＰＳ衛星１０に対する擬似距離ρを算出する構成にも適用可能である。尚、Ｐコードの場合、Ｗコードで暗号化されているので、Ｐコード同期を行う際に、クロス相関方式を利用したＤＬＬにより、Ｐコードを取り出すこととしてよい。Ｐコードに基づく擬似距離ρは、ＧＰＳ衛星１０_１でＰコードが０ビット目であるとしてＰコードのＮビット目が車両９０にて受信されているかを計測することで、ρ＝Ｎ×３０として求めることができる。

また、上述の実施例では、ＧＰＳに本発明が適用された例を示したが、本発明は、ＧＰＳ以下の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS(Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。

また、上述の実施例では、移動体位置測位装置がＧＰＳ受信機１，２により実現されているが、移動体位置測位装置は、ＧＰＳ受信機１，２とそれに接続される他の電子部品とにより協働して実現されてもよい。

また、上述の実施例では、車両９０の位置の測位方法としては、マルチパスの影響を受けやすい擬似雑音符号（Ｃ／ＡコードやＰコード）を用いた相関値演算による測位方法が採用されているが、搬送波位相の積算値やその一重位相差や２重位相差等を用いて車両９０の位置を測位する搬送波位相式測位方法が用いられてもよい。

また、上述の実施例では、好ましい実施例として、マルチパスの終了判定条件に、上記の条件（ｅ）が含まれているが、上記の条件（ｅ）は省略されてもよい。この場合、好ましくは、車両９０が停止しているか否かを判定し、車両停止が判定された状態では、マルチパスの終了判定条件を判断しないこととしてもよい。

本発明に係る移動体位置測位装置が適用されるＧＰＳの全体的な構成を示すシステム構成図である。 図１の車両９０に搭載されるＧＰＳ受信機１の一実施例を示す概略的なシステム構成図である。 ワールド座標系とローカル座標系との関係、及び、ローカル座標系とボディ座標との関係を示す図である。 実施例１のＧＰＳ受信機１において実行される主要な処理流れを示すフローチャートである。 マルチパス判定部７２による判定ロジックの有用性の説明図である。 実施例２に係るＧＰＳ受信機２の要部構成を示す概略的なシステム構成図である。

符号の説明

１,２ ＧＰＳ受信機
１０ ＧＰＳ衛星
２０Ａ，２０Ｂ 受信部
４０ 測位演算部
５０ 変位ベクトル算出部
６０Ａ,６０Ｂ 速度ベクトル算出部
６０ 衛星位置算出部
７０ 評価値算出部
７２ マルチパス判定部
８０ 車両センサ
９０ 車両

Claims (4)

1. 移動体に設けられ衛星からの信号を受信する受信手段と、
   移動体の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、
   受信した信号に基づいて移動体の位置を測位する測位演算手段と、
   前記測位演算手段による測位結果の履歴に基づいて移動体の移動量を表す変位ベクトルを算出する変位ベクトル算出手段と、
   前記算出された速度ベクトルと前記変位ベクトルとのなす角度を評価値として算出する角度算出手段と、
   前記算出された評価値に基づいて測位演算手段の測位の異常を判定する異常判定手段とを備え、
   前記異常判定手段は、前記評価値が所定閾値以上となった場合に、測位に異常がある旨の異常判定をし、前記評価値が所定閾値未満となる間の時間又は移動体の移動距離が、所定時間又は所定距離を越えた場合に、前記異常判定を解除することを特徴とする、移動体位置測位装置。
2. 前記速度ベクトルの大きさと、単位時間あたりの前記変位ベクトルの大きさの差の絶対値を第２評価値として算出する算出手段を更に備え、
   前記異常判定手段は、前記評価値が所定閾値以上となり且つ前記第２評価値が所定閾値以上となった場合に、測位に異常がある旨の異常判定をし、前記評価値が所定閾値未満となり且つ前記第２評価値が所定閾値未満となる間の時間又は移動体の移動距離が、所定時間又は所定距離を越えた場合に、前記異常判定を解除する、請求項１に記載の移動体位置測位装置。
3. 前記測位演算手段の測位の異常は、マルチパスの発生による異常を含む、請求項１又は２に記載の移動体位置測位装置。
4. 前記移動体の変位ベクトルは、移動体に搭載されたセンサにより検出される移動体の姿勢と移動量に関連する情報、又は、衛星信号の搬送波のドップラー周波数変化量に基づいて算出される、請求項２に記載の移動体位置測位装置。

Images