JP2008292322A - 移動体用測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドップラ周波数の計測値のバイアス成分の影響を適切に除去して測位精度を高めること。
【解決手段】本発明は、移動体に搭載される移動体用測位装置において、衛星からの搬送波のドップラ周波数の計測値に含まれるバイアス成分を推定するバイアス算出部２０６と、前記バイアス算出部２０６から得られるバイアス成分の推定値と、前記ドップラ周波数の計測値とに基づいて、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星−車両間距離算出部２１２と、前記衛星−車両間距離算出部２１２により算出される衛星移動体間距離に基づいて、移動体の位置を測位する測位演算部２１４とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体に搭載される移動体用測位装置に関する。

従来から、基準局から放送されるコードディファレンシャルＧＰＳ補正データに含まれる擬似距離変化率（ＲＲＣ）および擬似距離補正値（ＰＲＣ）で、観測した擬似距離を補正するコードディファレンシャル補正手段と、該手段による補正後の擬似距離を、観測したキャリア位相変化量で平滑化するキャリアスムージング手段とを備えた測位装置において、擬似距離補正値（ＰＲＣ）の変化量と擬似距離変化率（ＲＲＣ）の積算値とから電離層誤差によるキャリア位相変化量を求め、該キャリア位相変化量分だけ、前記観測したキャリア位相変化量を補正する手段を備えたキャリアスムージングディファレンシャル測位装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１９６０６０号公報

ところで、上述の特許文献１に記載されるような相対測位（干渉測位）では、基地局からの補正データを用いて各種の誤差の補正が可能であるが、単独測位では、基地局からの補正データを利用しないので、干渉測位で可能な誤差の補正は行えない。一般的に、車両のような移動体においては、必ずしも単独測位に必要な数の衛星からの電波を常時受信できるとは限らないので、かかる単独測位が不能となった際に、他の測位方法により測位を継続できることは有用である。他の測位方法としては、衛星からの搬送波のドップラ周波数の計測値に基づいて、車両の位置を慣性航法により測位する方法がある。しかしながら、ドップラ周波数の計測値には、電離層等の影響によるバイアス成分が含まれているので、ドップラ周波数の計測値をそのまま用いると、測位精度が悪くなる虞がある。

そこで、本発明は、ドップラ周波数の計測値のバイアス成分の影響を適切に除去して測位精度を高めることが可能な移動体用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、移動体に搭載される移動体用測位装置において、
衛星からの搬送波のドップラ周波数の計測値に含まれるバイアス成分を推定するバイアス推定手段と、
前記バイアス推定手段から得られるバイアス成分の推定値と、前記ドップラ周波数の計測値とに基づいて、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
前記衛星移動体間距離算出手段により算出される衛星移動体間距離に基づいて、移動体の位置を測位する測位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、
前記バイアス推定手段は、前記ドップラ周波数の計測値から導出される衛星と移動体との間の距離と、衛星からの電波に乗せられた擬似雑音コードのコード位相に基づいて計測される擬似距離との関係に基づいて、前記バイアス成分を推定することを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記バイアス推定手段は、前記ドップラ周波数の計測値から算出される衛星と移動体の間の相対速度と、２時点での移動体の位置情報と衛星の位置情報に基づいて算出される衛星と移動体の間の相対速度との関係に基づいて、前記バイアス成分を推定することを特徴とする。

本発明によれば、ドップラ周波数の計測値のバイアス成分の影響を適切に除去して測位精度を高めることが可能な移動体用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用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、移動体用測位装置としてのＧＰＳ受信機２０が搭載される。

図２は、ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。図３は、ＧＰＳ受信機２０のＤＬＬ２０３の主要構成の一例を示すブロック図である。

ここでは、主に、観測可能な複数のＧＰＳ衛星１０のうちのＧＰＳ衛星１０_ｊからの衛星信号に関するＧＰＳ受信機２０の信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０_ｊからの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０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。実際には、以下で説明する衛星信号に関する信号処理は、観測可能な各ＧＰＳ衛星からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行されることになる。

ＧＰＳ受信機２０は、図２に示すように、高周波回路２０１と、Ａ／Ｄ(analog to digital)変換回路２０２と、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０３と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０４と、フィルタ２０５と、バイアス計算部２０６と、モード切替部２０８と、衛星位置算出部２０９と、衛星−車両間距離算出部２１２と、測位演算部２１４とを備える。

Ａ／Ｄ変換回路２０２は、高周波回路２０１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。

ＤＬＬ２０３は、Ｌ１波のＣ／Ａコードに対して、内部で発生させたレプリカＣ／ＡコードによりＣ／Ａコード同期を行い、擬似距離ρ’_ｊを算出するように構成されている。尚、符号の意味として、擬似距離ρ_ｊ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「_ｊ」は、ＧＰＳ衛星１０_ｊに関する値（ρ’_ｊ以外の値についても同様。）であることを示す。また、デジタルＩＦ信号は、実際には、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４から供給されるレプリカキャリアが乗算されてから、ＤＬＬ２０３に入力される。

具体的には、ＤＬＬ２０３は、図３に示すように、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、及び、擬似距離算出部１１８を含む。

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_ｊ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_ｊ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、ＰＬＬ２０４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_ｊ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、ＰＬＬ２０４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_ＣＡ＝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Ｌ（“スペーシング”とも称される）を２θ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コードに基づいて、擬似距離ρ’_ｊが、例えば以下の式により演算される。
ρ’_ｊ＝Ｎ_ＣＡ×３００
ここで、Ｎ_ＣＡは、ＧＰＳ衛星１０_ｊ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’_ｊを表す信号は、ＤＬＬ２０３からフィルタ２０５に入力される。

図２に戻る。ＰＬＬ２０４は、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、受信搬送波（受信キャリア）との相関値演算を行うことにより、ドップラシフトした受信キャリアのドップラ周波数（ドップラ成分）Δｆ_ｊを測定するように構成されている。尚、実際には、デジタルＩＦ信号は、図示しないミキサにより、ＤＬＬ２０３から供給されるレプリカＣ／Ａコードが乗算されてから、ＰＬＬ２０４に入力される。ＰＬＬ２０４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_Ｌ（1575.42ＭＨz）に基づいて、ドップラ周波数Δｆ_ｊ（＝ｆｒ−ｆ_Ｌ）を演算する。

フィルタ２０５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_ｊ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_ｊと車両９０との間の相対速度を表し、ＰＬＬ２０４から得られるドップラ周波数Δｆ_ｊを用いて、例えば以下の関係式により算出されてよい。
Δｆ_ｊ＝ΔＶ・ｆ_Ｌ／（ｃ−ΔＶ） 式（１）
尚、上述のフィルタ２０５のフィルタ処理は、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り、上述のハッチフィルタを用いたフィルタ処理以外にも、例えばカルマンフィルタを用いても実現可能である。

バイアス計算部２０６は、上述のＰＬＬ２０４で計測されるドップラ周波数Δｆ_ｊの計測値に含まれるバイアス成分Δｆ_ｊ０を推定・算出する。バイアス成分Δｆ_ｊ０の算出方法は、多種多様でありえるが、好ましい方法については、後に詳説する。算出されたバイアス成分Δｆ_ｊ０は、後述の衛星−車両間距離算出部２１２がアクセス可能なメモリ２０７に記憶される。

モード切替部２０８は、各種の所定の切替条件に従って、通常モードとキャリアモードとの間でモード選択を行う。所定の切替条件は、多種多様でありえるが、一例については、後に説明する。通常モードが選択された場合には、フィルタ２０５からのフィルタ処理後の擬似距離ρ_ｊが後述の測位演算部２１４に出力される。キャリアモードが選択された場合には、後述の衛星−車両間距離算出部２１２からの衛星−車両間距離ｄ_ｊが後述の測位演算部２１４に出力される。

衛星位置算出部２０９は、航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて、ＧＰＳ衛星１０_ｊの、ワールド座標系での現在位置Ｓ_ｊ＝（Ｘ_ｊ、Ｙ_ｊ、Ｚ_ｊ）及び移動速度Ｖ_ｊ＝（Ｖ_ｊ、Ｖ_ｊ、Ｖ_ｊ）を計算する。衛星移動速度ベクトルＶ_ｊ＝（Ｖ_ｊ、Ｖ_ｊ、Ｖ_ｊ）は、算出した衛星位置Ｓ_ｊ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２０９にて導出される衛星位置Ｓ_ｊ及び衛星移動速度ベクトルＶ_ｊは、測位演算部２１４に入力される。

衛星−車両間距離算出部２１２は、フィルタ２０５から出力される擬似距離ρ_ｊの前回値ρ_ｊ（ｉ−１）、又は衛星−車両間距離算出部２１２自身が算出する衛星−車両間距離ｄ_ｊの前回値ｄ_ｊ（ｉ−１）を、初期値として用い、該初期値に、前回周期（ｉ−１）から今回周期（ｉ）まで間の衛星−車両間距離ｄ_ｊの変化量Δｄ_ｊ（以下、「今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）」という）を足し合わせることで、今回周期の衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）を算出する。即ち、衛星−車両間距離算出部２１２は、ｄ_ｊ（ｉ）＝ρ_ｊ（ｉ−１）＋Δｄ_ｊ（ｉ）、または、ｄ_ｊ（ｉ）＝ｄ_ｊ（ｉ−１）＋Δｄ_ｊ（ｉ）に従って、今回周期の衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）を算出する。擬似距離ρ_ｊの前回値ρ_ｊ（ｉ−１）及び衛星−車両間距離ｄ_ｊの前回値ｄ_ｊ（ｉ−１）のいずれが今回周期（ｉ）の初期値として用いられるかは、前回周期（ｉ−１）のモードに依存する。即ち、前回周期（ｉ−１）のモードが通常モードである場合、擬似距離ρ_ｊの前回値ρ_ｊ（ｉ−１）が今回周期（ｉ）の初期値として用いられ、前回周期（ｉ−１）のモードがキャリアモードである場合、衛星−車両間距離ｄ_ｊの前回値ｄ_ｊ（ｉ−１）が今回周期（ｉ）の初期値として用いられる。

ここで、衛星−車両間距離算出部２１２における今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）の算出方法の一例について説明する。

衛星−車両間距離算出部２１２は、今回周期（ｉ）又は前回周期（ｉ−１）で観測されるドップラ周波数Δｆ_ｊ（ｉ）又はΔｆ_ｊ（ｉ−１）を、バイアス計算部２０６により算出されたバイアス成分Δｆ_ｊ０で補正し、当該補正後のドップラ周波数Δｆ’_ｊ（ｉ）に基づいて、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）を算出してよい。具体的には、衛星−車両間距離算出部２１２は、先ず、補正後のドップラ周波数Δｆ’_ｊ（ｉ）を、Δｆ’_ｊ（ｉ）＝Δｆ_ｊ（ｉ）−Δｆ_ｊ０により、又は、Δｆ’_ｊ（ｉ）＝Δｆ_ｊ（ｉ−１）−Δｆ_ｊ０により、算出する。次いで、衛星−車両間距離算出部２１２は、前回周期（ｉ−１）から今回周期（ｉ）までの間の経過時間（即ちサンプリング間隔）に亘ってＧＰＳ衛星１０_ｊと車両９０との間の相対速度ΔＶを時間積分することで、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）を算出する。即ち、Δｄ_ｊ（ｉ）＝∫ΔＶ・ｄｔにより、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）を算出する。ΔＶは、ＧＰＳ衛星１０_ｊと車両９０とを結ぶ方向における相対速度である。ΔＶは、補正後のドップラ周波数Δｆ’_ｊ（ｉ）を用いて、例えばΔｆ’_ｊ（ｉ）＝ΔＶ・ｆ_Ｌ／（ｃ−ΔＶ）の関係式に従って、算出される。尚、ｃは光速である。或いは、ΔＶは、補正後のドップラ周波数Δｆ’_ｊ（ｉ）を用いて、ΔＶ＝λ・Δｆ’_ｊ（ｉ）により算出されてもよい。尚、λは、搬送波の波長（既知）である。

測位演算部２１４は、フィルタ２０５からのフィルタ処理後の擬似距離ρ_ｊ（ｉ）、又は、衛星−車両間距離算出部２１２からの衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）と、ＧＰＳ衛星１０_ｊに係る衛星位置（Ｘ_ｊ（ｉ），Ｙ_ｊ（ｉ），Ｚ_ｊ（ｉ））とに基づいて、今回周期（ｉ）での車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））を測位演算する。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、例えば測位に用いるＧＰＳ衛星１０_ｊの数が４つである場合には、数２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。尚、この際、ＧＰＳ衛星１０_ｊの観測量に含まれる誤差を推定し、当該推定した誤差レベルを表す指標値（例えば分散）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。
ここで、上記の数２の左辺の観測量に関して、擬似距離ρ_ｊ（ｉ）及び衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）のいずれが用いられるかは、今回周期（ｉ）のモードに依存する。即ち、今回周期（ｉ）のモードが通常モードである場合、擬似距離ρ_ｊが用いられ、今回周期（ｉ）のモードがキャリアモードである場合、衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）が用いられる。

図４は、バイアス計算部２０６によるバイアス成分Δｆ_ｊ０の算出方法の一例を示すフローチャートである。図４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、上述の観測周期又はその倍数周期に対応していてよい。

ステップ３００では、カウンタが初期化される。即ち、カウンタの値が“１”にセットされる。

ステップ３０２では、現在のモードが通常モードであるか否かが判定される。通常モードである場合には、ステップ３０３に進み、通常モードで無い場合（即ちキャリアモードである場合）には、今回の処理ルーチンはそのまま終了する。

ステップ３０３では、車両９０の位置（測位結果）が高精度で確定したか否かが判定される。車両９０の位置が高精度で確定したか否かは、ＤＯＰ（dilution of precision）等に基づいて判断されてもよい。なお、ＤＯＰとしては、位置と時刻の精度の総合的な指標となるＧＤＯＰ（Ｇ＝geometric）が用いられてもよいし、これに代えて、位置のみの精度の指標となるＰＤＯＰ（Ｐ＝position）や、水平方向の位置の精度の指標となるＨＤＯＰ（Ｐ＝horizontal）、垂直方向の位置の精度の指標となるＶＤＯＰ（Ｐ＝vertical）等が用いられてもよい。車両９０の位置が高精度で確定したと判定した場合には、ステップ３０４に進み、それ以外の場合には、今回の処理ルーチンはそのまま終了する。

ステップ３０４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（即ち車両９０の位置が高精度で確定した初回の周期である場合）には、ステップ３０６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３０８に進む。

ステップ３０６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３０８では、ＧＰＳ衛星１０_ｊと車両９０の位置情報（測位結果を含む）の履歴データに基づいて、ＧＰＳ衛星１０_ｊと車両９０との間の相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）が推定される。相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）は、ＧＰＳ衛星１０_ｊに対する車両９０の視線方向における相対速度であり、下付き文字「_ｅｓｔ」は、推定値であることを表す。相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）は、例えば、以下のようにして、前回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））と、今回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））と、前回周期（ｉ−１）のＧＰＳ衛星１０_ｊの位置Ｓ_ｊ＝（Ｘ_ｊ（ｉ−１）、Ｙ_ｊ（ｉ−１）、Ｚ_ｊ（ｉ−１））と、前回周期（ｉ）のＧＰＳ衛星１０_ｊの位置Ｓ_ｊ＝（Ｘ_ｊ（ｉ）、Ｙ_ｊ（ｉ）、Ｚ_ｊ（ｉ））とに基づいて、算出されてもよい。

ここで、Δｔは、前回周期でのＧＰＳ時刻と今回周期でのＧＰＳ時刻との差分であり、処理周期に対応する。即ち、Δｔは、ＧＰＳ衛星１０_ｊの位置がＳ_ｊ＝（Ｘ_ｊ（ｉ−１）、Ｙ_ｊ（ｉ−１）、Ｚ_ｊ（ｉ−１））である時刻から、ＧＰＳ衛星１０_ｊの位置がＳ_ｊ＝（Ｘ_ｊ（ｉ）、Ｙ_ｊ（ｉ）、Ｚ_ｊ（ｉ））である時刻までの時間である。

ステップ３１０では、上記のステップ３０８で算出された相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）に基づいて、参照ドップラ周波数Δｆ_{ｊ、ｒｅｆ}が算出される。参照ドップラ周波数Δｆ_{ｊ、ｒｅｆ}は、例えば以下のような関係式に基づいて、算出されてもよい。
例えば以下の関係式により算出されてよい。
Δｆ_{ｊ、ｒｅｆ}＝ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）・ｆ_Ｌ／（ｃ−ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）） 式（２）
ステップ３２０では、上記のステップ３０８で算出された参照ドップラ周波数Δｆ_{ｊ、ｒｅｆ}に基づいて、例えば以下のような関係式により、今回周期で観測されたドップラ周波数Δｆ_ｊ（ｉ）に含まれるバイアス成分Δｆ_ｊ０が推定・算出される。
Δｆ_ｊ０＝Δｆ_ｊ（ｉ）−Δｆ_{ｊ、ｒｅｆ}
このようにして、バイアス計算部２０６は、バイアス成分Δｆ_ｊ０を算出すると、当該バイアス成分Δｆ_ｊ０をメモリ２０７に記憶する。メモリ２０７に記憶されたバイアス成分Δｆ_ｊ０は、以後形成されうるキャリアモードにおいて、上述の如く衛星−車両間距離算出部２１２により利用される。尚、車両９０の位置が高精度で確定する周期が連続する場合、各周期で算出される複数のバイアス成分Δｆ_ｊ０のうちのいずれかが、メモリ２０７に記憶されてもよいし、複数のバイアス成分Δｆ_ｊ０の各種平均値が、メモリ２０７に記憶されてもよい。また、バイアス成分Δｆ_ｊ０の信頼性は、時間の経過と共に低くなるので、バイアス成分Δｆ_ｊ０が記憶されてからある一定時間経過後に、当該バイアス成分Δｆ_ｊ０のデータがメモリ２０７からクリア（消去）されることとしてもよい。

図５は、バイアス計算部２０６によるバイアス成分Δｆ_ｊ０の算出方法のその他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、上述の観測周期又はその倍数周期に対応していてよい。尚、図５に関して、図４に示した処理と同様であってよい処理については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

ステップ３０８’では、擬似距離ρ_ｊの履歴データに基づいて、ＧＰＳ衛星１０_ｊと車両９０との間の相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）が推定される。例えば、相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）は、今回周期でフィルタ２０５から入力される擬似距離ρ_ｊ（ｉ）と、前回周期でフィルタ２０５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。

ステップ３１０’では、上記のステップ３０８’で算出された相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）に基づいて、参照ドップラ周波数Δｆ_{ｊ、ｒｅｆ}が算出される。参照ドップラ周波数Δｆ_{ｊ、ｒｅｆ}の算出式は上述と同様であってよい。

尚、以上説明した図５に示す処理は、各観測周期で観測される擬似距離ρ_ｊの差分値と、対応する観測周期で観測されたドップラ周波数Δｆ_ｊ（ｉ）との関係から、バイアス成分Δｆ_ｊ０が推定・算出されている。尚、この推定方法は、今回周期で観測される擬似距離ρ_ｊ（ｉ）と、擬似距離ρ_ｊの前回値ρ_ｊ（ｉ−１）を初期値として今回周期で算出される衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）＝ρ_ｊ（ｉ−１）＋Δｄ_ｊ（ｉ）との関係から、バイアス成分Δｆ_ｊ０を推定・算出する推定方法と実質的に等価である。

ここで、図４に示す推定方法により推定されたバイアス成分Δｆ_ｊ０、ｃと、図５に示す推定方法により推定されたバイアス成分Δｆ_ｊ０、ｓとを、合成して、最終的なバイアス成分Δｆ_ｊ０を推定してもよい。例えば、最終的なバイアス成分Δｆ_ｊ０は、以下のように算出されてもよい。
Δｆ_ｊ０＝（α・Δｆ_ｊ０、ｃ＋β・Δｆ_ｊ０、ｓ）／（α＋β）
ここで、α、βは、重み付け係数であり、重み付け係数α、βの値は、車両９０の速度や、車両９０の位置の前回値と今回値の変化量、観測可能なＧＰＳ衛星１０_ｊの減少時間、ＧＰＳ衛星１０_ｊの信号強度ないしＣ／Ｎ、車両９０の方位変化量等のうちの少なくともいずれか１つをパラメータとして決定されてもよい。

図６は、ＧＰＳ受信機２０において実現される主要処理を示すフローチャートである。図６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、上述の観測周期又はその倍数周期に対応していてよい。

ステップ７００では、モード切替部２０８において、キャリアモード移行条件が成立したか否かが判定される。キャリアモード移行条件は、例えば擬似距離ρ_ｊの精度が悪化した場合や、観測可能なＧＰＳ衛星１０_ｊの数が所定数以下となった場合や、マルチパスが検出された場合等に、成立するものであってよい。キャリアモード移行条件が成立した場合には、ステップ７１０に進み、それ以外の場合には、ステップ７２０に進む。

ステップ７１０では、モード切替部２０８によりキャリアモードが形成される。

ステップ７１２では、衛星−車両間距離算出部２１２において、現在観測されているＧＰＳ衛星１０_ｊに係るドップラ周波数Δｆ_ｊに関するバイアス成分Δｆ_ｊ０が利用可能であるか（メモリ２０７に記憶されているか）否かが判定される。バイアス成分Δｆ_ｊ０が利用可能である場合には、ステップ７１４に進み、バイアス成分Δｆ_ｊ０が利用不能である場合には、ステップ７１６に進む。尚、バイアス成分Δｆ_ｊ０が利用不能である場合としては、今回のトリップ中に、未だバイアス成分Δｆ_ｊ０がバイアス計算部２０６により推定されていない場合や、推定後に一定の長時間が経過した場合が想定される。

ステップ７１４では、衛星−車両間距離算出部２１２において、メモリ２０７内に記憶されているバイアス成分Δｆ_ｊ０を用いて、例えば今回周期（ｉ）で観測されるドップラ周波数Δｆ_ｊ（ｉ）が補正され、次いで、当該補正後のドップラ周波数Δｆ’_ｊ（ｉ）を用いて、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）が算出され、次いで、当該算出された距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）に基づいて、今回周期の衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）が算出される。

ステップ７１６では、衛星−車両間距離算出部２１２において、今回周期（ｉ）又は前回周期（ｉ−１）で観測されるドップラ周波数Δｆ_ｊ（ｉ）又はΔｆ_ｊ（ｉ−１）をそのまま用いて（即ち補正することなく）、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）が算出され、次いで、当該算出された距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）に基づいて、今回周期の衛星−車両間距離ｄ_ｊ（ｉ）が算出される。

ステップ７２０では、モード切替部２０８により通常モードが形成される。

ステップ７２２では、バイアス計算部２０６において、上述の図４又は図５で説明したようなバイアス成分Δｆ_ｊ０の推定処理が実行される。

ステップ７３０では、現在のモードに従って測位演算部２１４による測位演算が実行される。

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、車両９０の測位精度が高くなった場合に、その測位結果（又は測位結果を導く過程で用いるパラメータ）を用いて、ドップラ周波数Δｆ_ｊに含まれるバイアス成分Δｆ_ｊ０を推定するので、バイアス成分Δｆ_ｊ０を精度良く推定することができる。また、精度の高いバイアス成分Δｆ_ｊ０の推定値によりドップラ周波数Δｆ_ｊの観測値を補正するので、衛星−車両間距離ｄ_ｊの精度（ひいては車両位置の測位精度）を高めることができる。これにより、例えばキャリアモードが長期間継続しても、バイアス成分に起因した誤差の累積を防止して、車両位置を高い精度で測位し続けることができる。

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、上述した実施例では、バイアス成分Δｆ_ｊ０は、通常モード中に、車両９０の位置精度（測位精度）が高くなった場合に、推定されているが、キャリアモード中に計測されてもよい擬似距離ρ_ｊを用いて、キャリアモード中に推定されてもよい。この場合、キャリアモード中に、推定された新たなバイアス成分Δｆ_ｊ０によりメモリ２０７内のデータが更新され、それに伴い、衛星−車両間距離算出部２１２において用いられるバイアス成分Δｆ_ｊ０が更新されてもよい。

また、上述した実施例では、ＤＯＰに基づいて車両９０の位置精度（測位精度）が高くなったと判定された場合に、バイアス成分Δｆ_ｊ０が推定されているが、本発明はこれに限られない。例えば、ＥＴＣやＶＩＣＳ等のインフラとの路車間通信、又は、車車間通信を介して信頼性の高い車両位置が得られた場合や、画像認識やマップマッチングにより信頼性の高い地図データ上の車両位置が得られた場合に、当該信頼性の高い車両位置に基づいて、バイアス成分Δｆ_ｊ０が推定されてもよい。或いは、車両９０の停止中には比較的信頼性の高い観測量が得られることに着目して、車両９０の停止中にバイアス成分Δｆ_ｊ０が推定されてもよい。

また、上述した実施例では、前回周期（ｉ−１）が通常モードである状況下で、今回周期（ｉ）の距離変化量Δｄ_ｊ（ｉ）を算出する際、初期値として、フィルタ２０５からの擬似距離ρ_ｊの前回値ρ_ｊ（ｉ−１）が用いられているが、本発明はこれに限られない。例えば、以下の数５の式のように、車両９０とＧＰＳ衛星１０_ｊとの間の距離ｒ_ｊを、前回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））と、前回周期（ｉ−１）のＧＰＳ衛星１０_ｊの位置Ｓ_ｊ＝（Ｘ_ｊ（ｉ−１）、Ｙ_ｊ（ｉ−１）、Ｚ_ｊ（ｉ−１））に基づいて導出して、当該導出した距離ｒ_ｊを、初期値として用いてもよい。

この際、前回周期（ｉ−１）の測位結果（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））は、上述の測位演算部２１４における衛星航法による測位演算で得られたものでなく、慣性航法のような他の測位方法で得られたものであってよいし、路車間通信、車車間通信、画像認識やマップマッチングを介して得られた位置情報に基づくものであってもよい。

また、上述した実施例では、ドップラ周波数Δｆ_ｊに含まれるバイアス成分Δｆ_ｊ０を、バイアス成分Δｆ_ｊ０自体を推定することで直接推定しているが、ドップラ周波数Δｆ_ｊに基づいて導出されるパラメータのバイアス成分を推定することで、間接的に推定することとしてもよい。例えば、ドップラ周波数Δｆ_ｊに基づいて導出される距離変化量Δｄ_ｊや衛星−車両間距離ｄ_ｊに含まれうる、ドップラ周波数Δｆ_ｊのバイアス成分Δｆ_ｊ０に起因したバイアス成分を推定してもよい。この場合、距離変化量Δｄ_ｊや衛星−車両間距離ｄ_ｊを、推定したバイアス成分を用いて補正すればよい。

また、上述した実施例において、ＧＰＳ衛星１０_ｊと車両９０との間の相対速度ΔＶ_{ｊ、ｅｓｔ}（ｉ）は、例えば以下のように、２時点における視線ベクトル（視線ベクトルＯＡ，ＯＢについては数３参照）の大きさの差分を用いて近似的に導出されてもよい。

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、上述では、好ましい実施例として、通常モードにおいて、キャリアスムージングのようなフィルタ処理が実行されているが、かかるフィルタ処理が省略されてもよい。

また、上述の実施例では、通常モードにおいて、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_ｊに対する擬似距離ρ_ｊ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_Ｐは、ＧＰＳ衛星１０_ｊ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_ｊ＝Ｍ_Ｐ×３０として求めることができる。

システム全体を示す図である。 ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。 ＧＰＳ受信機２０のＤＬＬ２０３の主要構成の一例を示すブロック図である。 バイアス計算部２０６によるバイアス成分Δｆ_ｊ０の算出方法の一例を示すフローチャートである。 バイアス計算部２０６によるバイアス成分Δｆ_ｊ０の算出方法のその他の一例を示すフローチャートである。 ＧＰＳ受信機２０において実現される主要処理を示すフローチャートである。

符号の説明

２０ ＧＰＳ受信機
９０ 車両
２０１ 高周波回路
２０２ Ａ／Ｄ変換回路
２０３ ＤＬＬ
２０４ ＰＬＬ
２０５ フィルタ
２０６ バイアス算出部
２０８ モード切替部
２０９ 衛星位置算出部
２１２ 衛星−車両間距離算出部
２１４ 測位演算部

Claims (3)

1. 移動体に搭載される移動体用測位装置において、
   衛星からの搬送波のドップラ周波数の計測値に含まれるバイアス成分を推定するバイアス推定手段と、
   前記バイアス推定手段から得られるバイアス成分の推定値と、前記ドップラ周波数の計測値とに基づいて、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
   前記衛星移動体間距離算出手段により算出される衛星移動体間距離に基づいて、移動体の位置を測位する測位手段とを備えることを特徴とする、移動体用測位装置。
2. 前記バイアス推定手段は、前記ドップラ周波数の計測値から導出される衛星と移動体との間の距離と、衛星からの電波に乗せられた擬似雑音コードのコード位相に基づいて計測される擬似距離との関係に基づいて、前記バイアス成分を推定する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
3. 前記バイアス推定手段は、前記ドップラ周波数の計測値から算出される衛星と移動体の間の相対速度と、２時点での移動体の位置情報と衛星の位置情報に基づいて算出される衛星と移動体の間の相対速度との関係に基づいて、前記バイアス成分を推定する、請求項１に記載の移動体用測位装置。

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