JP2008191117A - Ｇｐｓ受信機を用いた測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチパスの影響を受けやすいＧＰＳ衛星の信号を使用しないようにして測位精度を向上させる。
【解決手段】複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号は、アンテナ２１を介してＧＰＳ受信機２２に入力される。ＧＰＳ受信機で特定の座標データを算出し、測位データ取得部２３と衛星位置情報取得部２４に入力し、取得された測位データと位置情報は演算部２５に入力される。演算部２５には測位環境データ記憶部２６から測位環境データが入力される。測位データ取得部２３、衛星位置情報取得部２４及び演算部２５は、マイクロコンピュータ２７から構成される。測位は測位データ取得部２３で行い、その結果と、衛星位置情報取得部２４で取得した情報及び測位環境データ記憶部２６のデータによって演算部２５で最適な測位を行い、結果をＧＰＳ受信機２２に戻し、仰角マスク、ＤＯＰ値のマスクを適正な値に調整して測位精度を上げる。
【選択図】図３

Description

この発明は、ＧＰＳ受信機を用いた測位装置に関するものである。

ＧＰＳを利用した位置情報取得システムは、近年、様々な形態で利用されている。ＧＰＳは、通常３個以上（２次元座標は３個以上、３次元座標は４個以上）の衛星から送られてくる電波を受信機によって受信し、その時間差と衛星の位置から座標を特定するシステムである。衛星は、地球上を一定の速度で飛行しており、衛星の位置が常に変化しているため、位置精度も時々刻々変化する。また、受信機の位置も測位環境により変化するため、樹木の枝葉による電波の減衰、天候、電離層の状態による遅延の変化などにも影響される。

その中で、特に建築物による電波の反射による影響が顕著に位置精度を劣化させる原因となっている。例えば、図８に示すように、ＧＰＳ受信機ＲＸの上空の衛星Ａ，Ｂ，Ｃから直接電波がＧＰＳ受信機ＲＸに到達する場合には、精度良く位置情報が算出可能である。

しかし、図９に示すように、ＧＰＳ衛星Ａからの直接波が建築物ＢＤ１に遮られて、建築物ＢＤ２による反射波が受信機ＲＸに到達すると、電波の波長が短いため、その反射波の強度は強く、直接波は弱くなって受信機ＲＸに到達される。
特開平７−０９１９７６号公報

上述したように、ＧＰＳでは電波の到達時間が直接的に精度に影響を与えるため、上記のように反射波の影響（このことをマルチパスの影響と称している）があると大きく精度を落とす問題がある。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、マルチパスの影響を受ける可能性のある環境を検出し、マルチパスの影響を受けやすいＧＰＳ衛星の信号を使用しないようにして、測位精度の向上を図るようにしたＧＰＳ受信機を用いた測位装置を提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信するＧＰＳ受信機と、このＧＰＳ受信機からの測位データを取得する測位データ取得部と、前記ＧＰＳ受信機からの衛星位置情報を取得する衛星位置情報取得部と、構造物、木立などの測位環境に影響を与えるデータが予め記憶された測位環境データ記憶部と、前記両取得部の出力と測位環境データ記憶部の出力がそれぞれ入力されて演算され、目的のＧＰＳ衛星を選択する信号を得て、その信号をＧＰＳ衛星に与える演算部とを備えたことを特徴とするものである。

第２発明は、前記演算部にＧＰＳ衛星の軌道情報を軌道情報記憶部から与えたことを特徴とするものである。

第３発明は、前記演算部に通信機を設け、この通信機にインターネットを介して測位環境データや衛星軌道情報を有するサーバが接続されたことを特徴とするものである。

以上述べたように、この発明によれば、マルチパスの影響を受ける可能性のある環境を検出し、マルチパスの影響を受けやすいＧＰＳ衛星の信号を使用しないようにして、測位精度を向上させることができるようにした。また、地図情報として建築物の高さや体積を持たせることができるため、ＧＰＳモジュールに簡単な設定を行うだけで測位精度の向上を図ることができる。さらに、地図情報や衛星軌道情報をサーバで支援することにより、ＧＰＳ受信機の処理を軽くすることができる。この他、サーバにより地図情報や衛星情報を更新することにより、データの更新が容易になり、建築物情報の変化があっても柔軟変更が可能になるなどの利点がある。

以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明するに、まず、ＧＰＳ受信機の概略構成図を図１により述べる。

図１において、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号は、アンテナ１１から入力されて、受信部１２を経て複数の信号復調器１〜ｎから構成される信号復調部１３に入力される。複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号は、ＣＤＭＡ変調されており、各衛星のＧＰＳ信号に同調する相関器（図示せず）に入力されると、高い相関を示すことを利用してＧＰＳ信号の識別を行う。

信号復調部１３には、全ての衛星の内どれかに同調することのできる相関器が含まれており、通常、ＧＰＳ受信機には、複数チャネルの相関器を有していて、同時に複数の衛星信号を選別して同時に復調することが可能となっている。

前記信号復調部１３で再生された信号は、ディジタル信号処理部１４でディジタル処理された後、演算部１５に入力され、ここで、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の伝搬時間を計測し、三角法によりその時間から特定の座標が算出される。

従って、３次元の座標を計算するには、最低４個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に捕捉する必要があるため、信号復調部１３内の信号復調器の個数は、最低４チャネルが必要であるが、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号は時々刻々変化していくため、通常、信号復調器は８個以上を装備して、状態の良いＧＰＳ信号を取捨選択して用いるのが一般的である。なお、信号復調器１〜ｎは、設定により有効／無効とすることができるように構成されている。

上記のように構成されたＧＰＳ受信機において、ＧＰＳ衛星の位置は、軌道情報により仰角や位置が既知であるため、時刻さえ判明すれば容易に推定できる。このため、例えば、構造物の多い場所では、ある程度低い仰角にあるＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号は使用しないようにする。

そして、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の幾何学的位置関係の善し悪しを表すＤＯＰ値により、ＤＯＰ値が適正な値になるようにＧＰＳ衛星を取捨選択し、マルチパスの影響が発生しないようにする。そのような機能は、仰角マスク、ＤＯＰ値のマスク等と呼ばれ、ＧＰＳ受信機には、既に搭載されている。

なお、ＤＯＰ値とは、図２に示すように、ＧＰＳ衛星Ａ，Ｂ，ＣとＧＰＳ受信機の三角錐（２次元の場合）の体積の逆数を表すパラメータであり、その値が大きいと体積が小さいことを表し、測位に適切でないことを示す。つまり、衛星が同一方向に固まっている等の条件は、測位精度を低下させることになる。

図３は、この発明の実施の第１形態を示すブロック構成図で、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号は、アンテナ２１を介して図１に示したＧＰＳ受信機２２に入力される。

このＧＰＳ受信機２２で上記のようにして算出された特定の座標データは、測位データ取得部２３と衛星位置情報取得部２４に入力され、この取得部２３，２４で取得された測位データと位置情報は演算部２５に入力される。演算部２５には、建造物などの構造物の位置データが予め記憶された測位環境データ記憶部２６からの測位環境データが入力される。なお、測位データ取得部２３、衛星位置情報取得部２４及び演算部２５は、マイクロコンピュータ２７などから構成される。

上記のように構成された第１形態では、最初に測位データ取得部２３で測位を行い、その結果と、衛星位置情報取得部２４で取得した情報及び測位環境データ記憶部２６の測位環境データによって演算部２５で最適な測位を行い、その結果をＧＰＳ受信機２２に戻して、仰角マスク、ＤＯＰ値のマスク等を適正な値に調整することにより、測位精度の向上を図るようにした。

これにより、図４に示すような、構造物Ａや樹木ＢによりＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号が遮られる場合においても、測位精度の向上が図れるようになる。測位環境データを表すパラメータとしては、建築物の高さを表すパラメータ、樹木の密集部分を表すパラメータや建築物の体積を表すパラメータなどである。

本来、ＧＰＳ衛星から発せられた電波は、直線上の最短距離を通ってＧＰＳ受信機２２にて受信されることが精度の高い測位をする上で重要である。なぜなら、伝搬時間を計測することによって距離に換算するからである。

ところが、図4に示すように電波の経路上に工場のような構造物Ａがあったり、木立Ｂがあったりすると、ＧＰＳ衛星の電波が減衰して弱められたり、反射によって直線上では無い経路を通ったりすることが考えられる。

このような経路を通った電波の受信状態は、座標計算上の誤差要因を増加するため、できるだけ使用すべきでない。従って、他に使用可能な衛星が配置されている場合は、この衛星の情報を使用しないことにより精度を向上することができる。衛星情報の使用／不使用は、前述の信号復調部１３のチャネルを取捨選択することにより、容易に実現することができる。

図５は、この発明の実施の第2形態を示すブロック構成図で、この図５は、図１、図３に示す第１形態を移動体端末３０に構成したものである。

この移動体端末３０には、受信機２２、マイクロコンピュータ２７、測位環境データ記憶部２６の他に、衛星の軌道情報記憶部３１を持たせる。なお、３２は表示器、３３は電源である。

上記のように構成したことにより、最初に測位した位置情報により受信機２２の位置から見た衛星の方向と仰角情報を予測し、特定の方角に存在するであろう構造物Ａの高さや体積により、影響を受けやすい（すなわち、衛星が直視できる）方向に構造物Ａがないかどうかを判断する。

この判断結果により、その衛星を測位に使用する／しないかの選択を行うことによって、マルチパスの影響を排除して測位精度を向上させる。なお、衛星の軌道情報は、衛星から得ることができる。

図６は、この発明の実施の第３形態を示すブロック構成図で、この図６は第２形態に示す移動体端末３０から測位環境データ記憶部２６と軌道情報記憶部３１を省いて、通信機３４を設けた移動体端末４０に構成したものである。

この移動体端末４０においては、通信機３４にマイクロコンピュータ２７を接続するとともに、この通信機３４には、インターネット３５を経由して測位環境データ等である建築物地図情報を有するサーバ３６を接続する。

図７は、上記移動体端末４０を自動車等の移動体４１に搭載し、移動体端末４０とサーバ３６との間で通信が可能なＧＰＳシステムのシステム構成図である。この図７のシステム構成図では、移動体端末４０の通信機３４としては、携帯電話機を使用して、携帯基地局３７からインターネット３５を経由してサーバ３６に接続する例を示してある。

図７に示すＧＰＳシステム構成図において、現在のＧＰＳ受信機２２の位置を測位するには、その受信機２２の位置の測位環境をＧＰＳ衛星３Ａ、３Ｂ、３Ｃに通知すると、ＧＰＳ受信機２２は、サーバ３６から測位環境データを取得するとともに、衛星仰角マスク値やＤＯＰ値および受信信号強度を調整することによりマルチパスの影響を排除して、測位環境を向上させることができる。

図６、図７において、サーバ３６には、建築物地図情報の他に衛星の位置情報を持たせることにより、測位精度をより向上させることができる。

ＧＰＳ受信機の概略構成図。 ＤＯＰ値を説明するための図。 この発明の実施の第１形態を示すブロック構成図。 ＧＰＳ衛星の電波経路上に構造物や木立があるときの説明図。 この発明の実施の第２形態を示すブロック構成図。 この発明の実施の第２形態を示すブロック構成図。 ＧＰＳシステムのシステム構成図。 ＧＰＳ衛星を用いて位置情報が精度良く算出可能ときの説明図。 ＧＰＳ衛星を用いて位置情報が精度良く算出できないときの説明図。

符号の説明

１２…受信部
１３…信号復調部
１４…ディジタル信号処理部
１５…演算部
２１…アンテナ
２２…受信機
２３…測位データ取得部
２４…衛星位置取得部
２５…演算部
２６…測位環境データ記憶部
２７…マイクロコンピュータ
３１…軌道情報記憶部
３２…表示器
３４…通信機
３６…サーバ

Claims (3)

1. 複数のＧＰＳ衛星から電波を受信するＧＰＳ受信機と、
   このＧＰＳ受信機からの測位データを取得する測位データ取得部と、
   前記ＧＰＳ受信機からの衛星位置情報を取得する衛星位置情報取得部と、
   構造物、木立などの測位環境に影響を与えるデータが予め記憶された測位環境データ記憶部と、
   前記両取得部の出力と測位環境データ記憶部の出力がそれぞれ入力されて演算され、目的のＧＰＳ衛星を選択する信号を得て、その信号をＧＰＳ衛星に与える演算部とを備えたことを特徴とするＧＰＳ受信機を用いた測位装置。
2. 前記演算部にＧＰＳ衛星の軌道情報を軌道情報記憶部から与えたことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機を用いた測位装置。
3. 前記演算部に通信機を設け、この通信機にインターネットを介して測位環境データや衛星軌道情報を有するサーバが接続されたことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信機を用いた測位装置。

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