JP2008249660A - 移動体測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衛星毎に異なる誤差を精度良く反映する指標値を用いて、測位に用いる衛星を適切に選択すること。
【解決手段】本発明は、移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、移動体に搭載されるセンサの出力信号により移動体が停止しているか否かを判定する移動体停止判定手段と、前記移動体停止判定手段により移動体が停止していると判定されている間に観測される衛星電波の観測値を用いて、移動体の速度を、衛星毎に導出する移動体速度導出手段と、
前記移動体速度導出手段により導出された衛星毎の移動体速度に基づいて、測位に用いる衛星を選択する衛星選択手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動体の位置等を測位する移動体測位装置に関する。

従来から、移動体の速度ベクトルの水平面からの角度を算出するのに用いる衛星を選択する際、衛星情報から求められた衛星位置の仰角が大きい衛星や、衛星位置の方位角が移動体の進行方向もしくはその１８０度反対方向により近い衛星を、優先的に選択する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１１１１３７号公報

ところで、ＧＰＳ測位では、一般的に、複数の衛星からの信号の受信結果に基づいて移動体位置の測位を行っている。この際、衛星から移動体までの電波の伝播経路は衛星毎に異なるので、各衛星からの信号に基づき計測される測定値（例えば擬似距離）には、衛星毎に異なる誤差が含まれうる。このため、観測可能な衛星数が測位に必要な衛星数よりも多い場合に、測位に用いる衛星として、誤差の少ない衛星を選択するのが、測位精度を高める上で有効となる。従来では、かかる選択に用いる指標としては、前回測位演算時の残差や、各衛星の仰角の差異、各衛星からの信号の受信強度の差異等の因子が用いられることが多い。しかしながら、このような指標値は、衛星毎に異なる誤差を精度良く反映するもので無いので、かかる指標値を用いた場合には、誤差要因の大きい不適切な衛星を選択してしまう虞がある。

そこで、本発明は、衛星毎に異なる誤差を精度良く反映する指標値を用いて、測位に用いる衛星を適切に選択することができる移動体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の発明は、移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
移動体に搭載されるセンサの出力信号により移動体が停止しているか否かを判定する移動体停止判定手段と、
前記移動体停止判定手段により移動体が停止していると判定されている間に観測される衛星電波の観測値を用いて、移動体の速度を、衛星毎に導出する移動体速度導出手段と、
前記移動体速度導出手段により導出された衛星毎の移動体速度に基づいて、測位に用いる衛星を選択する衛星選択手段とを備え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用測位装置において、
前記移動体停止判定手段により移動体が停止していると判定されている間における複数の時点で前記移動体速度導出手段により導出された移動体速度に基づいて、該導出された移動体速度の誤差を表わす指標値を、衛星毎に算出する誤差指標値算出手段を更に備え、
前記衛星選択手段は、前記誤差指標値算出手段により算出された衛星毎の誤差指標値に応じて、測位に用いる衛星を選択することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に係る移動体用測位装置において、
前記衛星選択手段は、前記誤差指標値算出手段により算出された誤差指標値が小さい衛星を優先して選択することを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明に係る移動体用測位装置において、
前記誤差指標値は、前記移動体停止判定手段により移動体が停止していると判定されている間における複数の時点で前記移動体速度導出手段により導出された移動体速度の平均値、同移動体速度の分散、同移動体速度の標準偏差、同移動体速度をローパスフィルタにかけたローパス値、該ローパス値の変化率、又は、これらの任意の組み合わせからなる指標値であることを特徴とする。

本発明によれば、衛星毎に異なる誤差を精度良く反映する指標値を用いて、測位に用いる衛星を適切に選択することができる移動体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車載器１が搭載される。

図２は、車載器１の主要構成を示すブロック図である。車載器１は、図２に示すように、主要な構成要素として、ＧＰＳ受信機２０と、車両停止判定部４０とを備える。ＧＰＳ受信機２０の主要機能について後述する。

車両停止判定部４０は、車両９０が停止しているか否かを判定する。かかる判定方法は、多種多様であり、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、車両停止判定部４０は、車両９０に搭載される加速度センサや角速度センサの出力信号（微分値等）に基づいて、車両が停止しているか否かを判定してもよい。或いは、車両停止判定部４０は、車両９０に搭載される車輪速センサの出力信号に基づいて、車両が停止しているか否かを判定してもよい。車両停止判定部４０は、車輪速センサに代えて若しくはそれに加えて、トランスミッションの出力軸の回転数を測定するセンサ等のような、車速に関連する物理量を出力できる他の車載センサの出力信号や、ブレーキペダルの操作状態やシフト位置等の検出するセンサの出力信号を用いて、車両が停止しているか否かを判定してもよい。

図３は、ＧＰＳ受信機２０の内部構成の一例を示す。以下では、説明の複雑化を避けるため、ある１つのＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理（１チャンネルの信号処理）を代表して説明する。以下で説明する信号処理は、観測周期毎(例えば１ｍｓ)に、観測可能な各ＧＰＳ衛星１０_１，１０_２，１０_３等からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行される。

ＧＰＳ受信機２０は、ＧＰＳアンテナ２１、高周波回路２２、Ａ／Ｄ(analog-to-digital)変換回路２４、ＤＬＬ（Delay-Locked Loop）１１０、ＰＬＬ（Phase-Locked Loop）１２０、衛星位置算出部１２４、及び、フィルタ１３０を含む。ＤＬＬ１１０は、相互相関演算部１１１，１１２、位相進め部１１３、位相遅れ部１１４、位相ずれ計算部１１５、位相補正量計算部１１６、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７、擬似距離算出部１１８、及び、測位部５０を含む。

ＧＰＳアンテナ２１は、ＧＰＳ衛星１０_１から発信されている衛生信号を受信し、受信した衛星信号を電圧信号（本例では、周波数１．５ＧＨｚ）に変換する。１．５ＧＨｚの電圧信号をＲＦ(radio frequency)信号と称する。

高周波回路２２は、ＧＰＳアンテナ２１を介して供給される微弱なＲＦ信号を後段でＡ／Ｄ変換できるレベルまで増幅すると共に、ＲＦ信号の周波数を信号処理できる中間周波数（典型的には、１ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ）に変換する。尚、このようにＲＦ信号をダウンコンバートして得られる信号を、ＩＦ（Intermediate frequency）信号と称する。

Ａ／Ｄ変換回路２４は、高周波回路２２から供給されるＩＦ信号（アナログ信号）を、デジタル信号処理ができるようにデジタルＩＦ信号に変換する。デジタルＩＦ信号は、ＤＬＬ１１０及びＰＬＬ１２０等に供給される。

ＤＬＬ１１０のレプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、レプリカＣ／Ａコードが生成される。レプリカＣ／Ａコードとは、ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に乗せられるＣ／Ａコードに対して、＋１、−１の並びが同一のコードである。

相互相関演算部１１１には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相進め部１１３を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１１には、Ｅａｒｌｙレプリカ符号が入力される。位相進め部１１３では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ進められる。位相進め部１１３で進められる位相進み量をθ_１とする。

相互相関演算部１１１には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ１２０で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。

相互相関演算部１１１では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相進み量θ_１のＥａｒｌｙレプリカ符号を用いて、相関値（Ｅａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ）が演算される。Ｅａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｅａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｅａｒｌｙレプリカ符号）｝
相互相関演算部１１２には、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードが、位相遅れ部１１４を介して入力される。即ち、相互相関演算部１１２には、Ｌａｔｅレプリカ符号が入力される。位相遅れ部１１４では、レプリカＣ／Ａコードが所定の位相だけ遅らされる。位相遅れ部１１４で遅らされる位相遅れ量は、位相進み量θ_１と大きさ同一で符号が異なる。

相互相関演算部１１２には、また、デジタルＩＦ信号が、図示しないミキサにより、ＰＬＬ１２０で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。

相互相関演算部１１２では、入力されるデジタルＩＦ信号と、位相遅れ量−θ_１のＬａｔｅレプリカ符号を用いて、相関値（Ｌａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡ）が演算される。Ｌａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡは、例えば以下の式で演算される。
Ｌａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡ１＝Σ｛（デジタルＩＦ）×（Ｌａｔｅレプリカ符号）｝
このようにして、相互相関演算部１１１、１１２では、コリレータ間隔ｄ_１（“スペーシング”とも称される）を２θ_１とした相関値演算が実行される。相互相関演算部１１１、１１２にてそれぞれ演算されたＥａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ及びＬａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡは、位相ずれ計算部１１５に入力される。

位相ずれ計算部１１５では、デジタルＩＦ信号と、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードとの間に、どの程度位相のずれがあるかが算出される。即ち、位相ずれ計算部１１５では、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφが算出（推定）される。レプリカＣ／Ａコードの位相ずれ量Δφは、例えば以下の式で演算される。
（位相ずれ量Δφ）＝（Ｅ_ＣＡ−Ｌ_ＣＡ）／２（Ｅ_ＣＡ＋Ｌ_ＣＡ）
このようにして算出された位相ずれ量Δφは、位相補正量計算部１１６に入力される。

位相補正量計算部１１６では、位相ずれ量Δφを無くすべく、適切な位相補正量が算出される。適切な位相補正量が、例えば以下の演算式に従って、算出される。
（位相補正量）＝（Ｐゲイン）×（位相ずれ量Δφ）＋（Ｉゲイン）×Σ（位相ずれ量Δφ）
この式は、ＰＩ制御を利用したフィードバック制御を表す式であり、Ｐゲイン及びＩゲインは、それぞれバラツキと応答性の兼ね合いから実験的に決定される。このようにして算出された位相補正量は、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７に入力される。

レプリカＣ／Ａコード生成部１１７では、生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相が、位相補正量計算部１１６により算出された位相補正量だけ補正される。即ち、レプリカＣ／Ａコードの追尾点が補正される。かくして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、上述の如く位相進め部１１３及び位相遅れ部１１４を介して相互相関演算部１１１、１１２に入力されると共に、擬似距離算出部１１８に入力される。尚、相互相関演算部１１１、１１２では、このようにして生成されたレプリカＣ／Ａコードは、次回の観測周期で入力されるＩＦデジタル信号に対する相関値演算に用いられることになる。

擬似距離算出部１１８では、レプリカＣ／Ａコード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相情報に基づいて、擬似距離ρ’_１が、例えば以下の式により演算される。尚、符号の意味として、擬似距離ρに付された「’」は、後述のフィルタ処理が実行されていないことを示し、下付き文字「_１」は、ＧＰＳ衛星１０_１に係るＣ／Ａコードに基づいて算出された擬似距離ρであることを示す。
ρ’_１＝Ｎ_１×３００
ここで、Ｎ_１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コード生成部１１７で生成されるレプリカＣ／Ａコードの位相及び受信機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’_１を表す信号は、ＤＬＬ１１０からフィルタ１３０に入力される。

ＰＬＬ１２０では、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、ドップラシフトした受信搬送波（受信キャリア）のドップラ周波数Δｆ_１が測定される。即ち、ＰＬＬ１２０では、レプリカキャリアの周波数ｆｒと既知の搬送波周波数ｆ_Ｌ１（1575.42ＭＨz）に基づいて、ドップラ周波数Δｆ_１（＝ｆｒ−ｆ_Ｌ１）が測定される。尚、ＰＬＬ１２０に入力されるデジタルＩＦ信号は、図示しないミキサにより、ＤＬＬ１１０から供給されるレプリカＣ／Ａコードが乗算されたものである。ＰＬＬ１２０からのドップラ周波数Δｆ_１を表す信号は、フィルタ１３０及び測位部５０に入力される。

フィルタ１３０では、ドップラ周波数Δｆ_１を用いて、擬似距離ρ’_１のフィルタ処理が実行される。フィルタ１３０では、例えば以下の演算式に従って、フィルタ処理後の擬似距離ρ_１が計算される。

ここで、（ｉ）は今回値を表し、（ｉ−１）は前回値を表し、Ｍは、重み係数である。Ｍの値は、精度と応答性を考慮しつつ適切に決定される。また、ΔＶは、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０との間の相対速度（ドップラ速度）であり、例えば以下の関係式を用いて、算出される。
Δｆ_Ｌ１＝ΔＶ・ｆ_Ｌ１／（ｃ−ΔＶ）
尚、ｃは光速である。数１で示すフィルタ処理は、本分野で知られているキャリアスムージングと呼ばれる処理であってよく、上記のハッチフィルタの他、カルマンフィルタを用いても実現可能である。フィルタ１３０からの擬似距離ρ_１を表す信号は、測位部５０に入力される。

衛星位置算出部１２４は、航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１の、ワールド座標系での現在位置Ｓ_１＝（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）及び移動速度Ｖ_１＝（Ｖ_１、Ｖ_１、Ｖ_１）を計算する。衛星移動速度ベクトルＶ_１＝（Ｖ_１、Ｖ_１、Ｖ_１）は、算出した衛星位置Ｓ_１の今回値と前回値の差分を、演算周期の時間幅で除算することにより演算されてよい。このようにして衛星位置算出部１２４にて導出される衛星位置Ｓ_１及び衛星移動速度ベクトルＶ_１は、測位部５０に入力される。

次に、本実施例の測位部５０の詳細について説明する。

図４は、本実施例の測位部５０の主要構成を示すブロック図である。本実施例の測位部５０は、図４に示すように、車両速度算出部４２と、車両速度算出部４２で算出される車両速度を記憶するメモリ４４と、誤差指標値算出部４６と、衛星選択部４８と、測位演算部４９とを備える。各部４２，４４，４６，４８，４９の機能については、図５乃至図７を参照しながら説明する。

図５は、本実施例の測位部５０により実現される測位処理の一例を示すフローチャートである。図５に示す処理ルーチンは、例えば車両９０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定の周期毎に繰り返し実行される。所定の周期は、上述の観測周期に対応していてよい。

ステップ６００では、カウンタ及びメモリ４４が初期化される。即ち、カウンタの値が“１”にセットされ、メモリ４４内のデータが初期化（クリア）される。

ステップ６０２では、車両停止判定部４０からの判定結果に基づいて、現在車両９０が停車中であるか否かが判定される。停車中である場合には、ステップ６０４に進む。かかる状況としては、典型的には、エンジン始動後の車両走行開始前の状況や、車両走行開始後に信号待ち等により車両９０が一時的に停止する状況が想定される。一方、車両９０が移動中である場合には、ステップ６１４に進む。

ステップ６０４では、現在のカウンタの値が“１”であるか否かが判定される。カウンタの値が“１”である場合には、ステップ６０６に進み、それ以外の場合には（即ち、カウンタの値が１より大きい場合には）、ステップ６０８に進む。

ステップ６０６では、最新の測位結果に基づく車両９０の位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）が、停止直後の車両位置ｕ_０＝（Ｘ_ｕ０，Ｙ_ｕ０，Ｚ_ｕ０）として記憶される。停止直後の車両位置ｕ_０＝（Ｘ_ｕ０，Ｙ_ｕ０，Ｚ_ｕ０）は、測位演算部４９における測位演算により導出されたものであってもよいし、他の測位方法（例えば慣性航法）により導出されたものであってもよい。尚、慣性航法を用いる場合には、道路標識の既知の位置情報を含む地図データと、車載カメラを用いた同道路標識の画像認識結果とのマッチングにより補正した車両位置を、初期位置として用いる慣性航法が好適である。

ステップ６０８では、カウンタの値が“１”だけインクリメントされる。

ステップ６１０では、車両速度算出部４２において、ＧＰＳ衛星１０_ｊに対する車両９０の視線方向における車両速度Ｖ_ｕ＿ｊが、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０_ｊに関してＧＰＳ衛星１０_ｊ毎に算出される。尚、下付き文字「_ｊ」は、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０の衛星番号（ｊ＝１，２，３，４，．．．）に対応し、ＧＰＳ衛星１０毎の値であることを表わす。ここで、注意すべきことは、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊは、停車状態における車両速度Ｖ_ｕ＿ｊである。車両速度Ｖ_ｕ＿ｊ（ｉ）は、ＧＰＳ衛星１０_ｊに関するドップラレンジｄρ_ｊ（ｉ）と、ＧＰＳ衛星１０_ｊに対する車両９０の視線方向の単位ベクトルｌ_ｊ（ｉ）と、ＧＰＳ衛星１０_ｊの衛星移動速度ベクトルＶ_ｊ＝（Ｖ_ｊ（ｉ）、Ｖ_ｊ（ｉ）、Ｖ_ｊ（ｉ））との関係を用いて、例えば以下のようにして算出される。尚、（ｉ）は、停車が検出された初回の周期を１番目としたｉ番目の周期での各値であることを表わす。

ここで、ドップラレンジｄρ_ｊ（ｉ）は、搬送波の波長λ（既知）と、周期（ｉ）で得られるＧＰＳ衛星１０_ｊに関するドップラ周波数Δｆ_ｊ（ｉ）を用いて、例えばｄρ_ｊ（ｉ）＝λ・Δｆ_ｊ（ｉ）により、算出される。また、上記の式において、ｌ_ｊ・Ｖ_ｊは、単位ベクトルｌ_ｊと衛星移動速度ベクトルＶ_ｊとの内積である。単位ベクトルｌ_ｊは、上記のステップ６０６で記憶された停止直後の車両位置ｕ_０＝（Ｘ_ｕ０，Ｙ_ｕ０，Ｚ_ｕ０）と、ＧＰＳ衛星１０_ｊの位置Ｓ（ｉ）＝（Ｘ_ｊ（ｉ），Ｙ_ｊ（ｉ），Ｚ_ｊ（ｉ））と、車両９０とＧＰＳ衛星１０_ｊとの間の距離ｒ_ｊ（ｉ）とを用いて、例えば以下のようにして算出される。

尚、ｒ_ｊ（ｉ）は、以下のとおりである。

或いは、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊ（ｉ）は、今回周期でフィルタ１３０から入力される擬似距離ρ_ｊ（ｉ）と、前回周期でフィルタ１３０から入力される擬似距離ρ_ｊ（ｉ−１）とを用いて、例えば以下のようにして近似して算出されてもよい。

尚、Δｔは、擬似距離ρ_ｊのサンプリング周期（観測周期）である。

或いは、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊ（ｉ）は、今回周期で観測される搬送波位相の積算値Φ_ｊ（ｉ）と、前回周期で観測される搬送波位相の積算値Φ_ｊ（ｉ−１）とを用いて、例えば以下のようにして近似して算出されてもよい。

尚、搬送波位相の積算値Φ_ｊ（ｉ）の正確な値を観測するのには、適切な方法（例えば干渉測位方法）により推定される整数値バイアスを用いる必要があるが、ここでは、周期間での積算値Φ_ｊの差分だけが問題となるので、適当な整数値バイアスが用いられてもよい。

尚、好ましくは、各ＧＰＳ衛星１０_ｊに対して、上述の車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの３種類の算出方法のうちの共通の一の算出方法が用いられる。これは、各ＧＰＳ衛星１０_ｊに係る車両速度Ｖ_ｕ＿ｊは、同等の条件で相対的に評価されるべきであるからである。この際、各ＧＰＳ衛星１０_ｊに対して、上述の３種類の算出方法のすべての方法又はいずれか２つの方法で算出した各車両速度Ｖ_ｕ＿ｊを、適切な重み付け係数を用いて結合して最終的な車両速度Ｖ_ｕ＿ｊを算出することとしてもよい。また、以下の表１に示すような３種類の算出方法の特徴を考慮して、停車の発生毎に、状況に応じて、上述の車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの３種類の算出方法を切り替えてもよい。例えば、マルチパスが検出されている状況下では、マルチパスに強い数２や数６の算出方法が採用されてもよいし、数２や数６の算出値に対して大きい重みが付けられてもよい。また、例えばＧＩＭ（Global Ionoshere Map）等に基づいて電離層の影響を受けやすい状況下では、電離層の影響を受け難い数２の算出方法が採用されてもよいし、数２の算出値に対して大きい重みが付けられてもよい。

このようにして車両速度算出部４２において導出される車両速度Ｖ_ｕ＿ｊ（ｉ）は、メモリ４４に記憶される。したがって、車両９０が停止している間、ステップ６０８及びステップ６１０の処理が繰り返され、車両９０が停止している間に随時観測されるデータに基づいて、速度標準偏差値σ_ｖ＿ｊがＧＰＳ衛星１０_ｊ毎に所定周期毎に算出され、随時メモリ４４に記憶されていくことになる。尚、明らかであるが、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊは、車両９０が停止している間の周期数ｉが増加するにつれて、標本数が増加するが故に信頼性が高くなる。このようにして車両９０が停止している間に算出される車両速度Ｖ_ｕ＿ｊは、以下で説明するステップ６１４〜６１８において、当該停止後に車両９０が移動し始めた後の車両９０の位置等の測位に有効に利用される。

ステップ６１４では、カウンタが所定の閾値より大きいか否かが判定される。この判定は、車両９０が停止している間に算出された車両速度Ｖ_ｕ＿ｊが信頼性のあるものかを判定するものであり、所定の閾値は、かかる観点から適切に設定されればよい。例えば、１０〜２０個以上の標本数に対応して、所定の閾値は、１１〜２１の間の任意の値であってもよい。カウンタが所定の閾値より大きい場合には、ステップ６１６に進む。カウンタが所定の閾値以下の場合には（例えば停車時間が非常に短い場合には）、車両９０が停止している間に算出された車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの信頼性が低いと判断して、今回周期の処理ルーチンが終了する（ステップ６００に戻る）。

ステップ６１６では、誤差指標値算出部４６において、車両９０が停止している間に上述の如く算出された車両速度（メモリ４４内の記憶データ）に基づいて、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの誤差を表わす指標値ｑ_ｊが、ＧＰＳ衛星１０_ｊ毎に算出される。ここで、注意すべきこととして、上述の如く車両速度Ｖ_ｕ＿ｊは、車両９０が停止している間の速度であるが故に、真値はゼロである。したがって、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの値は、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの誤差そのものを表すことになる。したがって、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの誤差を表わす指標値ｑ_ｊは、例えば以下のように、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの平均値Ｖ_{ａｖｅ＿ｊ}として算出されてよい。

ここで、ｎは、データ数であり、この例では、ｎ＝（カウンタ値）である。

或いは、誤差指標値ｑ_ｊは、例えば以下のように、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの分散σ_ｖ＿ｊ ^２として算出されてもよい。

ここで、Ｖ_{ａｖｅ＿ｊ}は、上記の数７の式で導出されてもよいし、車両９０が停止状態であることを考慮して、固定値ゼロが用いられてもよい。

或いは、誤差指標値ｑ_ｊは、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの標準偏差σ_ｖ＿ｊとして算出されてもよい。即ち、ｑ_ｊ＝σ_ｖ＿ｊとして算出されてよい。

或いは、誤差指標値ｑ_ｊは、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊをローパスフィルタにかけて得られるローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊであってよい。周期（ｉ）でのローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ（ｉ）の導出には、例えば以下の式で表される一般的な時定数τのローパスフィルタが用いられてよい。

尚、ＳＴは、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊのデータのサンプリング間隔を表す。このローパスフィルタには、停車中に得られる各周期（ｉ＝１，２，３，．．．，ｎ）の車両速度Ｖ_ｕ＿ｊ（ｉ）が順次又は一括で適用され、最終的なローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ（ｎ）が誤差指標値ｑ_ｊとして扱われる。

或いは、誤差指標値ｑ_ｊは、例えば以下のように、ローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ（ｉ）の変化率ΔＬＰＦ_ｖ＿ｊとして算出されてもよい。

ここで、ｍは、所定の正の数であり、実験的に求めておく。数１０の式は、ｍ＞ｎのときに用いられてよい。尚、数１０の式は、周期（ｍ）でのローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ（ｍ）と最終周期（ｎ）でのローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ（ｎ）との間のローパス値変化率ΔＬＰＦ_ｖ＿ｊを求めるものであるが、複数の周期間で同様のローパス値変化率を複数個求めて、これらを平均化してもよい。

或いは、誤差指標値ｑ_ｊは、上述の平均値Ｖ_{ａｖｅ＿ｊ}、分散σ_ｖ＿ｊ ^２、標準偏差σ_ｖ＿ｊ、ローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ及びローパス値変化率ΔＬＰＦ_ｖ＿ｊのうちの任意の２つ以上の指標値を組み合わせて導出されてもよい。この場合、例えば以下の表２に示すような各誤差指標値の特徴を考慮して、状況に応じて各指標値に対して適切な重み付けを付与して組み合わせられてよい。或いは、以下の表２に示すような各誤差指標値の特徴を考慮して、状況に応じて各誤差指標値を使い分けてもよい。例えば、停車時間が短く１０サンプル以上のデータが取得されない場合には、ローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ又はローパス値変化率ΔＬＰＦ_ｖ＿ｊが用いられてもよいし、ローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ及び／又はローパス値変化率ΔＬＰＦ_ｖ＿ｊが他の誤差指標値と組み合わせられる場合に、ローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ及び／又はローパス値変化率ΔＬＰＦ_ｖ＿ｊに相対的に大きな重みが付与されてもよい。尚、ローパス値ＬＰＦ_ｖ＿ｊ又はローパス値変化率ΔＬＰＦ_ｖ＿ｊが誤差指標値ｑ_ｊとして用いられる場合には、図５のステップ６１４で用いる閾値を小さくすることが可能である。逆に、停車時間が長く１０サンプル以上のデータが取得された場合には、平均値Ｖ_{ａｖｅ＿ｊ}、分散σ_ｖ＿ｊ ^２又は標準偏差σ_ｖ＿ｊが用いられてもよいし、これらに相対的に大きな重みが付与されてもよい。

いずれにしても、好ましくは、各ＧＰＳ衛星１０_ｊに対しては、共通の誤差指標値ｑ_ｊが用いられる。これは、各ＧＰＳ衛星１０_ｊに係る誤差指標値ｑ_ｊは、同等の条件で相対的に評価されるべきであるからである。

ステップ６１８では、測位演算処理が実行される。この処理の詳細については、図６及び図７を参照して後述する。

ステップ６２０では、車両停止判定部４０からの判定結果に基づいて、車両９０が移動状態から停止状態に変化したか否かが判定される。車両９０が移動状態から停止状態に変化した場合には、ステップ６００に戻り、それ以外の場合には（即ち車両９０が移動中である場合には）、ステップ６１８に進む。即ち、ステップ６１８の測位演算処理は、車両９０の移動中、随時観測される擬似距離ρ_ｊ及び衛星位置（Ｘ_ｊ，Ｙ_ｊ，Ｚ_ｊ）等に基づいて継続して実行されることになる。

図６は、図５の測位演算処理（ステップ６１８）の一例を示すフローチャートである。

ステップ７００では、現在観測されているＧＰＳ衛星１０_ｊの数（可視衛星数）が、測位に必要な衛星数より多いか否かが判定される。測位に必要な衛星数は、測位方法に応じて決定されるべき数であるが、例えば３であってもよいし、時計誤差を除く測位方法であれば４以上であってよい。可視衛星数が必要衛星数より多い場合には、ステップ７０２に進み、それ以外の場合には、ステップ７０４に進む。

ステップ７０２では、衛星選択部４８において、上述の図５のステップ６１６で算出されたＧＰＳ衛星１０_ｊ毎の誤差指標値ｑ_ｊに基づいて、現在観測されているＧＰＳ衛星１０_ｊのうちから、測位に用いるＧＰＳ衛星１０_ｋが選択される。この際、衛星選択部４８は、誤差指標値ｑ_ｊの絶対値が小さいＧＰＳ衛星１０_ｊを優先して選択する。例えば、必要衛星数が“４”の場合、衛星選択部４８は、誤差指標値ｑ_ｊの絶対値が小さい順に４つのＧＰＳ衛星１０_ｊを測位に用いるＧＰＳ衛星１０_ｋとして選択する。換言すると、衛星選択部４８は、必要衛星数になるまで、誤差指標値ｑ_ｊの大きい順にＧＰＳ衛星１０_ｊを除外していく。

ステップ７０４では、衛星選択部４８において、現在観測されているＧＰＳ衛星１０_ｊのすべてが、測位に用いるＧＰＳ衛星１０_ｋとして選択される。

ステップ７０６では、測位演算部４９において、今回周期でフィルタ１３０から入力される各ＧＰＳ衛星１０_ｊに係る擬似距離ρ_ｊ（ｉ）のうちの、上記ステップ７０２又は７０４で選択されたＧＰＳ衛星１０_ｋに係る擬似距離ρ_ｋ（ｉ）と、同ＧＰＳ衛星１０_ｋに係る衛星位置（Ｘ_ｋ（ｉ），Ｙ_ｋ（ｉ），Ｚ_ｋ（ｉ））とに基づいて、現在の車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））が測位される。車両９０の位置の測位は、例えば以下のような関係式に基づいて、最小二乗法等を用いて実行されてよい。

尚、ｃ・ΔＴは、ＧＰＳ受信機２０における時計誤差を表わす。この場合、例えば選択されたＧＰＳ衛星１０_ｋの数が４つである場合には、数１１の式が４つ立つので、時計誤差ｃ・ΔＴを除去した測位が実現される。また、この際、上述の選択されたＧＰＳ衛星１０_ｋに係る誤差指標値ｑ_ｋを重み付け行列の対角成分に用いて、重み付け測位演算が実行されてもよい。

尚、本ステップ７０６では、測位演算部４９において、今回周期でフィルタ１３０から入力される各ＧＰＳ衛星１０_ｊに係る擬似距離ρ_ｊ（ｉ）のうちの、上記ステップ７０２又は７０４で選択されたＧＰＳ衛星１０_ｋに係るドップラレンジｄρ_ｋ（ｉ）と、同ＧＰＳ衛星１０_ｋに係る衛星移動速度ベクトルＶ_ｋ＝（Ｖ_ｋ（ｉ）、Ｖ_ｋ（ｉ）、Ｖ_ｋ（ｉ））等とに基づいて、現在の車両９０の速度ｖ＝（ｖ_ｕ（ｉ），ｖ_ｕ（ｉ），ｖ_ｕ（ｉ））が測位されてもよい。車両９０の速度の測位は、例えば以下のような関係式に基づいて、最小二乗法等を用いて実行されてよい。尚、文字の上についた記号黒丸は、ドット（時間微分）を表し、例えばドップラレンジｄρ_ｋは、ρ_ｋドット（時間微分）である。

尚、Ｉドット及びＴドットは、電離層誤差の変動量及び対流圏誤差の変動量を表すが、非常に小さいので、ここでは、白色ノイズεとして扱う。また、ｂドットは、時計誤差の微分値である。また、（Ｖ_ｋ−ｖ）・ｌ_ｋのＶ_ｋ・ｌ_ｋの部分は、周期（ｉ）における単位ベクトルｌ_ｋ（ｉ）と衛星移動速度ベクトルＶ_ｋ（ｉ）との内積であり、衛星移動速度ベクトルＶ_ｋ（ｉ）は、上述の如く衛星位置算出部１２４にて航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて算出され、単位ベクトルｌ_ｋ（ｉ）は、周期（ｉ）において上述の如く測位演算部４９にて算出される車両９０の位置の測位結果（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））を用いて、以下のように、算出されてよい。

また、車両９０の速度の測位の際、上述の選択されたＧＰＳ衛星１０_ｋに係る誤差指標値ｑ_ｋを重み付け行列の対角成分に用いて、重み付け測位演算が実行されてもよい。

図７は、図５の測位演算処理（ステップ６１８）のその他の一例を示すフローチャートである。

ステップ８００では、衛星選択部４８において、上述の図５のステップ６１６で算出されたＧＰＳ衛星１０_ｊ毎の誤差指標値ｑ_ｊに基づいて、現在観測されているＧＰＳ衛星１０_ｊのうちから、誤差指標値ｑ_ｊの絶対値が所定値以下であるＧＰＳ衛星１０_ｋが選択される。

ステップ８０２では、上記ステップ８００で選択されたＧＰＳ衛星１０_ｋの数が、測位に必要な衛星数より多いか否かが判定される。測位に必要な衛星数は、例えば３であってもよいし、時計誤差を除く測位方法であれば４以上であってよい。可視衛星数が必要衛星数より多い場合には、ステップ８０４に進み、それ以外の場合には、ステップ８０６に進む。

ステップ８０４では、測位演算部４９において、上記ステップ８００で選択されたすべてのＧＰＳ衛星１０_ｋの観測データに基づいて、現在の車両９０の位置や速度が測位される。測位方法については、上述の図６のステップ７０６と同様であってよい。尚、選択されたすべてのＧＰＳ衛星１０_ｋの数が５以上である場合には、複数求まる車両９０の位置や速度から、確率的に最も正しい位置や速度が最終的な測位結果として導出されてもよい。

ステップ８０６では、測位演算部４９において、例えばＩＮＳセンサ等を用いた慣性航法による測位が実行される。

以上説明した本実施例による移動体用測位装置によれば、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、本実施例によれば、車両９０が停止している間の各ＧＰＳ衛星１０_ｊの観測データに基づいて、ＧＰＳ衛星１０_ｊ毎の車両速度Ｖ_ｕ＿ｊを算出し、その誤差指標値ｑ_ｊを各ＧＰＳ衛星１０_ｊ間で相対的に評価することで、各ＧＰＳ衛星１０_ｊの観測データに含まれる誤差要因の大小レベルを各ＧＰＳ衛星１０_ｊ間で相対的に精度良く評価することができる。これは、車両９０が停止している間は、車両９０の移動に起因した誤差要因の影響を受けないことから、各ＧＰＳ衛星１０_ｊの観測データ（特に擬似距離ρ_ｊやドップラレンジｄρ_ｊの観測値）に含まれる要因の大小レベルをＧＰＳ衛星１０_ｊ毎に高い精度で評価できるからである。また、車両９０が停止している間は、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの真値は既知のゼロであり、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの誤差（ひいては各ＧＰＳ衛星１０_ｊの観測データに含まれる誤差）を高い精度で評価できるからである。このように、本実施例によれば、車両９０の停止中の車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの真値が既知のゼロであることを利用して、各ＧＰＳ衛星１０_ｊの観測データに含まれる誤差要因のレベルを各ＧＰＳ衛星１０_ｊ間で相対的に評価することで、測位に用いのに適した誤差要因のレベルの低いＧＰＳ衛星１０_ｋを高い精度で選択することができ、その結果、車両９０の移動中に精度の高い測位結果を得ることができる。

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、上述の実施例において、車両速度算出部４２は、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの絶対値を算出してもよい。この場合、誤差指標値算出部４６は、車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの絶対値に基づいて、上述の誤差指標値ｑ_ｊを算出してもよい。

また、上述の実施例において、車両速度算出部４２は、上述の車両速度Ｖ_ｕ＿ｊの３種類の算出方法を、ＧＰＳ衛星１０_ｊ毎に使い分けてもよい。例えばＧＩＭ等に基づいて電離層の影響を受けやすい位置にあるＧＰＳ衛星１０_ｊに対しては、電離層の影響を受け難い数２の算出方法が採用されてもよいし、数２の算出値に対して大きい重みが付けられてもよい。また、同様に、上述の実施例において、誤差指標値算出部４６は、上述の誤差指標値ｑ_ｊの複数種類の算出方法を、ＧＰＳ衛星１０_ｊ毎に使い分けてもよい。

また、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、擬似距離ρは、Ｌ２波のＰコードのような他の擬似雑音コードに基づいて計測されてもよい。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Ｍ_Ｐ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’_Ｐ＝Ｍ_Ｐ×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。

本発明に係る移動体用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。 車載器１の主要構成を示すブロック図である。 ＧＰＳ受信機２０の内部構成の一例を示す図である。 本実施例の測位部５０の主要構成を示すブロック図である。 本実施例の測位部５０により実現される測位処理の一例を示すフローチャートである。 図５の測位演算処理（ステップ６１８）の一例を示すフローチャートである。 図５の測位演算処理（ステップ６１８）のその他の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車載器
１０ ＧＰＳ衛星
２０ ＧＰＳ受信機
４０ 車両停止判定部
４２ 車両速度算出部
４４ メモリ
４６ 誤差指標値算出部
４８ 衛星選択部
４９ 測位演算部
５０ 測位部
９０ 車両

Claims (4)

1. 移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
   移動体に搭載されるセンサの出力信号により移動体が停止しているか否かを判定する移動体停止判定手段と、
   前記移動体停止判定手段により移動体が停止していると判定されている間に観測される衛星電波の観測値を用いて、移動体の速度を、衛星毎に導出する移動体速度導出手段と、
   前記移動体速度導出手段により導出された衛星毎の移動体速度に基づいて、測位に用いる衛星を選択する衛星選択手段とを備えることを特徴とする、移動体用測位装置。
2. 前記移動体停止判定手段により移動体が停止していると判定されている間における複数の時点で前記移動体速度導出手段により導出された移動体速度に基づいて、該導出された移動体速度の誤差を表わす指標値を、衛星毎に算出する誤差指標値算出手段を更に備え、
   前記衛星選択手段は、前記誤差指標値算出手段により算出された衛星毎の誤差指標値に応じて、測位に用いる衛星を選択する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
3. 前記衛星選択手段は、前記誤差指標値算出手段により算出された誤差指標値が小さい衛星を優先して選択する、請求項２に記載の移動体用測位装置。
4. 前記誤差指標値は、前記移動体停止判定手段により移動体が停止していると判定されている間における複数の時点で前記移動体速度導出手段により導出された移動体速度の平均値、同移動体速度の分散、同移動体速度の標準偏差、同移動体速度をローパスフィルタにかけたローパス値、該ローパス値の変化率、又は、これらの任意の組み合わせからなる指標値である、請求項２に記載の移動体用測位装置。

Images