JP2009025116A - ナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動的にアンテナ設置位置を従来技術に比較して高精度で検出し、正しく位置を測定できるナビゲーション装置を提供する。
【解決手段】ナビゲーション装置は、測位部２１と、アンテナ位置メモリ２２ｍと、アンテナ位置推定部２２と、マッチング部２３とを備える。測位部２１は、ＧＰＳ衛星からの無線信号に基づいて現在位置を測位する。アンテナ位置メモリ２２ｍは、前回のアンテナ位置Ｃｐを格納する。アンテナ位置推定部２２は、現在のアンテナ位置Ｃｃ及び前回のアンテナ位置Ｃｐに基づいて算出される走行軌跡情報と、ＥＴＣゲートの位置とに基づいて、アンテナ補正値Ｌｃを算出する。マッチング部２３は、アンテナ補正値Ｌｃを用いて現在位置を補正し、所定の地図データと補正された現在位置とに基づいて、正確な車両位置を特定するようにマッチング処理を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明はナビゲーション装置に関し、特に、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムからの信号に基づいて位置を測定するナビゲーション装置に関する。

ＧＰＳ受信機を搭載するナビゲーション装置は、高度約２０，０００ｋｍを周回するＧＰＳ衛星からの信号を受信することによって地球上での絶対位置を特定する。ＧＰＳは、１９９０年代中頃から正式な運用が始まった、米国が管理する衛星測位システムである。ＧＰＳ受信機の位置算出における誤差要因には、衛星から送信される情報に含まれる誤差、電離層及び対流圏の影響、ＧＰＳ受信機の伝播距離の測定誤差等が上げられるが、運用当時は故意に精度を悪化させるＳＡ（Selective Availability）の影響もあり、位置精度は１００ｍ程度であった。しかし、その後、米国により精度の改善が進められ、２０００年にはＳＡが解除されたことによって、見晴らしの良い場所での位置精度は５〜１０ｍまで向上している。また、ＤＧＰＳ（Differential GPS）やＳＢＡＳ（Satellite-Based Augmentation System）等のＧＰＳを補強する種々のシステムも実用段階に入っており、さらに、これまで民生用の信号として開放されていたＬ１帯に加えて、新たにＬ２及びＬ５帯の信号が民生用に開放される予定である。これらにより、ＧＰＳ受信機の位置精度はさらに改善され、近い将来、車載システムにおいても１ｍ以下の精度が実現される可能性がある。なお、精度が求められる測量の分野では、ＧＰＳ衛星が用いる信号の搬送波を利用することによって、非常に高精度に位置を算出することもできる。（例えばＬ１帯においては１．５７５４２ＧＨｚの周波数、即ち約１９ｃｍの波長を有する搬送波が用いられる。）

しかし、ＧＰＳ受信機の測位原理からも分かるように、測位される位置は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するアンテナの位置であり、車両のどこにアンテナが設置されているかを特定しなければ、高精度な現在位置を活用することができない。つまり、車両におけるアンテナ設置位置を正確に求め、それを用いて測位された位置を補正することが好ましい。そのため、操作部を用いてユーザが手動でアンテナ設置位置を設定する従来例のナビゲーション装置が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００１−２３５３３６号公報（第５−７頁、第１図）。

しかしながら、上記従来例のナビゲーション装置では、手動でアンテナ設置位置を入力するという手間をユーザに負担させるものであり、また、手動で入力された設定値は必ずしも正しいとは限らず、誤って設定された場合には位置算出精度が悪化する可能性があるという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、自動的にアンテナ設置位置を従来技術に比較して高精度で検出し、正しく位置を測定できるナビゲーション装置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、所定の測位システムの各送信局からの無線信号に基づいて現在位置を測位する測位部と、前記測位部により前回測位された現在位置を前回測位位置として格納する記憶部と、前記現在位置及び前記前回測位位置に基づいて算出される走行軌跡情報と、予め位置の決まった特定施設の位置とに基づいて、アンテナ補正値を算出するアンテナ位置推定部と、前記アンテナ補正値を用いて現在位置を補正し、所定の地図データと前記補正された現在位置とに基づいて、正確な車両位置を特定するようにマッチング処理を実行するマッチング部とを備えたことを特徴とする。

上記ナビゲーション装置において、前記特定施設は、ＥＴＣゲート又は駐車場ゲートであることを特徴とする。

また、上記ナビゲーション装置において、前記特定施設から当該特定施設の位置情報を取得する受信部をさらに備え、前記アンテナ位置算出部は、前記受信部により取得された前記特定施設の位置情報を用いてアンテナ補正値を算出することを特徴とする。

本発明に係るナビゲーション装置によれば、現在位置及び前回測位位置に基づいて算出される走行軌跡情報と、予め位置の決まった特定施設の位置とに基づいて、アンテナ補正値を算出するアンテナ位置推定部を備えたので、自動的にアンテナ設置位置を従来技術に比較して高精度で検出し、正しく位置を測定することができる。

以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、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．
図１は、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。図１において、ナビゲーション装置は、センサ回路部１と、コントローラ２と、道路情報データベースメモリ３と、ディスプレイ４とを備えて構成される。センサ回路部１は、ＧＰＳ受信機１１と、ＧＰＳアンテナ１１ａと、車速センサ１２と、ジャイロセンサ１３と、加速度センサ１４とを備えて構成される。また、コントローラ２は、測位部２１と、アンテナ位置推定部２２と、マッチング部２３とを備えて構成され、アンテナ位置推定部２２は、アンテナ位置メモリ２２ｍを備える。

センサ回路部１において、ＧＰＳ受信機１１は、ＧＰＳアンテナ１１ａを介して、ＧＰＳ衛星から送信される無線信号を受信する。車速センサ１２は、ナビゲーション装置が搭載される車両のタイヤの回転を検出することによって車速パルスを生成して出力する。生成された車速パルスの単位時間当たりのパルス数をコントローラ２により計測することで、車両の移動速度を求めることができる。ジャイロセンサ１３は、車両の旋回時における角速度を検出する。検出された角速度をコントローラ２により積分することで相対的な旋回角度を求めることができる。ジャイロセンサ１３としては、様々なセンサが存在するが、ナビゲーション装置用としては、振動子を用いてコリオリの力を検出するジャイロセンサが一般的に使用されている。加速度センサ１４は、車両の加速度を検出する。検出された加速度をコントローラ２により例えば重力加速度と比較することで、車両の傾斜角を求めることができる。道路情報データベースメモリ３は、例えばＤＶＤやハードディスク等の記憶媒体であって、地図データ、道路網を示すデータ（ノード、リンク）、施設情報等を含む道路情報を格納する。

ここで、まず、ＧＰＳ受信機１１の測位原理について説明する。ＧＰＳ衛星は、高度約２０，０００ｋｍの軌道上に約２４衛星存在し、２４時間地球上のどこからでもＧＰＳ衛星からの信号を受信することができる。ＧＰＳ衛星からの信号には、ＧＰＳ衛星自身の詳細な位置を算出するための軌道情報と、全てのＧＰＳ衛星で同期した時刻情報とが含まれる。ＧＰＳ受信機１１は、受信信号に含まれる正確な信号の送信時刻情報とＧＰＳ受信機１１での信号の受信時刻との差を求めることで、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機１１までの信号の伝播時間を算出し、伝播時間に光速を乗じることで信号の伝播距離を算出する。また、ＧＰＳ衛星から送られる軌道情報を元に、信号が送信された時刻情報を用いてＧＰＳ衛星の正確な位置を算出する。

このようにして算出されたＧＰＳ衛星の位置と信号の伝播距離とから、ＧＰＳ衛星の位置を中心とし、伝播距離を半径とする球の表面上にＧＰＳ受信機１１が存在すると仮定する。この仮定に基づいて、ＧＰＳ受信機１１の位置を未知数として球の方程式を立てる。ここで、ＧＰＳ受信機１１の位置は、緯度、経度及び高度の３次元で表すことができ、未知数が３つとなるので、少なくとも３つのＧＰＳ衛星から同時に信号を受信することが必要である。しかしながら、実際には伝播距離を求める際に使用するＧＰＳ受信機１１内の時計の誤差が１つの未知数となるため、少なくとも４つのＧＰＳ衛星から同時に信号を受信することが要求される。従って、上記球の方程式を少なくとも４つのＧＰＳ衛星について求め、それらの連立方程式を解くことで、ＧＰＳ受信機１１の位置を求めることができる。

ＧＰＳ受信機１１は、ＧＰＳ衛星からの信号の伝播距離を測定するという測位原理から、信号の受信環境に大きな影響を受ける。例えば、トンネル等ではＧＰＳ衛星からの信号を受信できないため位置を算出できない。また、ビル街等では建物に信号が反射するため伝播距離を正確に測定できず、位置算出精度が著しく悪化することがある。このため、ナビゲーション装置では、車速センサ１２、ジャイロセンサ１３及び加速度センサ１４を用いることで、測位部２１において車両の速度ベクトルを算出して積分することで、相対的な位置の変化を算出する。このとき、相対的な位置の変化から絶対位置を算出するためには、初期位置及び初期方位が必要となるが、一般的には、ＧＰＳ受信機１１により算出される位置及び方位が用いられる。車速センサ１２、ジャイロセンサ１３及び加速度センサ１４は周囲の環境の影響を受けにくいので、短期的には高精度で位置を算出することができる。しかしながら、相対的な速度ベクトルを積分する際、各センサの出力に含まれる誤差も積分されてしまうので、時間経過とともに誤差が蓄積して大きくなるという問題がある。従って、測位部２１は、ＧＰＳ受信機１１により算出された絶対位置と、車速センサ１２、ジャイロセンサ１３及び加速度センサ１４の出力から算出される相対的な位置の変化との両方を用いて、各位置情報の特徴を考慮して、最終的に現在位置を決定して、アンテナ位置推定部２２及びマッチング部２３に出力する。

アンテナ位置推定部２２は、所定時間毎に、測位部２１により測定された現在位置である現在のアンテナ位置と、アンテナ位置メモリ２２ｍに格納された前回のアンテナ位置と、道路情報データベースメモリ３内に格納された道路情報とに基づいて、ＧＰＳアンテナ１１ａのアンテナ設置位置を推定することによってアンテナ補正値Ｌｃを算出してマッチング部２３に出力する（詳細は図４及び図５を参照して後述する。）。マッチング部２３は、測位部２１により測定された現在位置と、道路情報データベースメモリ３内に格納された道路情報と、アンテナ位置推定部２２により算出されたアンテナ補正値Ｌｃとを用いて、総合的に地図データ上での自車位置を決定して、地図データとともに自車位置をディスプレイ４に表示する。ディスプレイ６は、例えば液晶ディスプレイ等である。

ところで、将来的に、道路情報に道路車線毎のデータが格納されることが期待される。このように状況になると、新たなアプリケーションとして、現在の車両の走行車線を特定し、利用者にレーンチェンジを促す等、いわゆるレーン案内と呼ばれる機能が追加されることが想定される。このようなアプリケーションを実現するためには、正確に現在の走行車線を特定することが非常に重要となる。

図２は、図１のナビゲーション装置を搭載した車両３０が道路２１を走行中である場合のアンテナ位置Ｃ１を示す平面図である。図２において、車両３０は、道路リンクＬ１上を道路リンク２に近い場所を走行している。例えば、ＧＰＳアンテナ１１ａが車両３０において前方左側に設置されている場合、測位部２１によって測位される現在位置であるアンテナ位置は図中Ｃ１で示す位置となる。この場合、アンテナ位置Ｃ１から道路リンクＬ１及びＬ２までの距離はほぼ同じであるため、車両３０がどちらの道路リンクを走行しているのかは正確に判断できない。

図３は、図１のナビゲーション装置を搭載した車両３０が道路３１を走行中である場合のアンテナ位置Ｃ１とアンテナ位置Ｃ１からアンテナ補正値Ｌｃだけ補正された位置Ｃ２とを示す平面図である。図３において、測位部２１によって測位されるアンテナ位置Ｃ１は、アンテナ位置推定部２２により算出されるアンテナ補正値Ｌｃを用いて、マッチング部２３により車両の中心位置の近傍に補正される。補正後の位置Ｃ２から道路リンクＬ１までの距離は、補正後の位置Ｃ２から道路リンクＬ２までの距離よりも短いので、車両３０が道路リンクＬ１を走行していると判断することができる。

図４は、図１のナビゲーション装置を搭載した車両３０がＥＴＣ（Electronic Toll Collection）ゲートを通過したときのアンテナ補正値Ｌｃの算出方法を説明する平面図である。一般的に、車両３０は車線の中心を走行していると考えられるが、必ずしも正確に中心を走行しているとは限らない。しかし、道路に対して左右対称の設備が設置されている例えばＥＴＣゲート等の特定施設を通過するときは、ほぼ車線の中心を走行するものと考えられる。道路情報データベースメモリ３は、このようなゲート右位置Ｐｒ及びゲート左位置Ｐｌを含むＥＴＣゲート位置を既知の座標情報として予め格納している。アンテナ位置推定部２２は、測位部２１により算出された現在位置である現在のアンテナ位置Ｃｃと、アンテナ位置メモリ２２ｍに格納された前回のアンテナ位置Ｃｐとから走行軌跡を求め、走行軌跡情報とＥＴＣゲート位置とを比較することによって、車両３０がＥＴＣゲートを通過したか否かを判断する。車両３０がＥＴＣゲートを通過したと判断されるときは、走行軌跡情報とＥＴＣゲートの位置とに基づいて、ゲート通過位置Ｐ１を算出する。

ＥＴＣゲート通過時、車両３０の中心と道路３２の中心Ｒｃとがほぼ一致すると考えることができるので、ゲート通過位置Ｐ１とゲート右位置Ｐｒ及びゲート左位置Ｐｌとから、ＧＰＳアンテナ１１ａの設置位置と車両３０の中心との相対的な距離であるアンテナ推定距離Ｌａを算出することができる。具体的には、ＥＴＣゲートが道路に対して左右対称に設置されているので、まず、ゲート通過位置Ｐ１からゲート右位置Ｐｒまでの距離Ｌ１を算出し、ゲート間距離Ｌと距離Ｌ１とを用いて、次式（１）によりアンテナ推定距離Ｌａを算出する。ここで、距離Ｌ１はゲート通過位置Ｐ１からゲート左位置Ｐｌまでの距離であってもよい。

［数１］
Ｌａ＝Ｌ１−（Ｌ／２） （１）

さらに、アンテナ位置推定部２２は、車両３０が正確にＥＴＣゲートの中心を走行していない場合や、測位部２１の測位誤差の影響を考慮するために、例えば過去所定回数のアンテナ推定距離Ｌａの算出結果の平均値を求めることによってアンテナ補正値Ｌｃとし、アンテナ推定距離Ｌａを用いてアンテナ補正値Ｌｃを学習させる。

図５は、アンテナ位置推定部２２により実行されるアンテナ位置推定処理を示すフローチャートである。図５のステップＳ１において、まず、測位部２１により算出された現在のアンテナ位置Ｃｃが有効であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２に進む一方、ＮＯのときはステップＳ８に進む。現在のアンテナ位置Ｃｃが有効であるか否かは、例えばＧＰＳ受信機１１において信号を正常に受信しているＧＰＳ衛星の配置及び数、ＧＰＳ受信機１１が信号を受信できなくなってからの経過時間等から総合的に判断される。現在のアンテナ位置Ｃｃが有効でない場合は、測位結果の誤差が大きいので、アンテナ補正値Ｌｃの算出を行わない。ステップＳ２において、アンテナ位置メモリ２２ｍに格納された前回のアンテナ位置Ｃｐが有効であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ８に進む。前回のアンテナ位置Ｃｐが有効であるか否かは、アンテナ位置メモリ２２ｍに格納された、前回のアンテナ位置Ｃｐが有効であるか否かを示す情報により判断される。ステップＳ３において、現在のアンテナ位置Ｃｃ及び前回のアンテナ位置Ｃｐから算出される走行軌跡情報と、道路情報データベースメモリ３の道路情報に含まれるＥＴＣゲート位置とから車両３０がＥＴＣゲートを通過したと判断されるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ８に進む。具体的には、前回のアンテナ位置Ｃｐ及び今回のアンテナ位置Ｃｃの２点を結んだ直線と、ゲート右位置Ｐｒ及びゲート左位置Ｐｌを結んだ直線とが交差するか否かによって車両３０がＥＴＣゲートを通過したかどうか判断する。

ステップＳ４において、走行軌跡情報とゲート位置とに基づいてゲート通過位置Ｐ１を算出した後、ステップＳ５に進む。具体的には、ゲート通過位置Ｐ１は、前回のアンテナ位置Ｃｐ及び今回のアンテナ位置Ｃｃの２点を結んだ直線と、ゲート右位置Ｐｒ及びゲート左位置Ｐｌを結んだ直線とが交差する点の位置を求めることによって算出される。ステップＳ５において、ステップＳ４で算出されたゲート通過位置Ｐ１とゲート右位置Ｐｒ（又はゲート左位置Ｐｌ）との距離Ｌ１を算出した後、ステップＳ６に進む。ステップＳ６において、上記式（１）に基づいて、距離Ｌ１とゲート間距離Ｌの２分の１との差をアンテナ推定距離Ｌａとして算出し、ステップＳ７において、算出されたアンテナ推定距離Ｌａを用いてアンテナ補正値Ｌｃを決定して更新した後、ステップＳ８に進む。具体的には、例えばアンテナ推定距離Ｌａの過去所定回数の算出結果の平均値をアンテナ補正値Ｌｃとする。ステップＳ８において、現在のアンテナ位置Ｃｃと、現在のアンテナ位置Ｃｃが有効であるか否かを示す情報とを、それぞれ前回のアンテナ位置Ｃｐ及び前回のアンテナ位置Ｃｐが有効であるか否かを示す情報としてアンテナ位置メモリ２２ｍに格納する。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係るナビゲーション装置によれば、現在のアンテナ位置Ｃｃ及び前回のアンテナ位置Ｃｐに基づいて算出される走行軌跡情報と、予め位置の決まったＥＴＣゲートの位置とに基づいて、アンテナ補正値Ｌｃを算出するアンテナ位置推定部２２を備えたので、自動的にアンテナ設置位置を従来技術に比較して高精度で検出し、正しく車両の位置を測定することができる。

なお、本実施形態において、道路情報データベースメモリ３にゲート右位置Ｐｒ及びゲート左位置Ｐｌを含むＥＴＣゲート位置が予め格納されていた。しかし、本発明はこの構成に限らず、ＥＴＣゲートを通過する際に路側機（ゲート）からＥＴＣゲート位置の情報を取得してもよい。図６は、本発明の一実施形態の変形例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。図６において、本変形例に係るナビゲーション装置は、図１に示した一実施形態に係るナビゲーション装置と比較して、アンテナ位置推定部２２はＥＴＣアンテナ５ａを備えたＥＴＣ送受信回路５に接続された点が異なる。一般に、ＥＴＣは、車載機、ＥＴＣカード及び路側機で構成され、車載機を車両に設置する際には、車両の大きさやナンバープレートなどの車両を特定する情報を車載機に入力するセットアップ処理が行われる。図６において、車両がＥＴＣゲートを通過するとき、車載機はセットアップ処理により入力された車両の情報とＥＴＣカードの情報とをＥＴＣ送受信回路５により路側機に送信し、路側機は入口又は出口の情報、料金の情報等を車載機に送信し、車載機は路側機からの情報をＥＴＣ送受信回路５により受信し、これらの一連の通信によって料金を決裁する。従って、このとき、路側機は、料金決裁情報等の一部としてゲート右位置Ｐｒおよびゲート左位置Ｐｌを追加して車載機に送信してもよい。ゲート位置の情報としては、３０〜４０ｂｙｔｅ程度のデータサイズで表現できる内容であり、ＥＴＣで使用される通信速度１０２４ｋｂｐｓでは大きな負荷とはならない。また、車載機は、料金決裁情報の受信のタイミングでＥＴＣゲートを通過したと判断してもよい。この構成により、道路情報データベースメモリ３が予めＥＴＣゲートの位置を格納していなくても、アンテナ位置推定部２２はＥＴＣゲートの位置を取得することができる。

また、アンテナ位置推定部２２はＥＴＣゲートを通過するときにアンテナ補正値Ｌｃを算出したが、本発明はこれに限らず、ＥＴＣゲートに代えて駐車場のゲート等、他の特定施設を通過するときにアンテナ補正値Ｌｃを算出してもよい。

さらに、アンテナ補正値Ｌｃを、過去所定回数のアンテナ推定距離Ｌａの算出結果の平均値を求めることによって算出した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば過去所定回数のアンテナ推定距離Ｌａの算出結果のうち最も多い値をアンテナ補正値Ｌｃとする等、他の方法を用いて算出してもよい。

またさらに、アンテナ位置メモリ２２ｍをアンテナ位置推定部２２の内部に設けたが、本発明はこれに限らず、アンテナ位置推定部２２の内部に代えてコントローラ２の内部又は外部に設けてもよい。

本発明に係るナビゲーション装置によれば、現在位置及び前回測位位置に基づいて算出される走行軌跡情報と、予め位置の決まった特定施設の位置とに基づいて、アンテナ補正値を算出するアンテナ位置推定部を備えたので、自動的にアンテナ設置位置を従来技術に比較して高精度で検出し、正しく位置を測定できる。

本発明に係るナビゲーション装置は、例えばＧＰＳ衛星からの信号に基づいて車両の位置を測定する車載用ナビゲーション装置として利用することができる。

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。 図１のナビゲーション装置を搭載した車両３０が道路３１を走行中である場合の測位位置Ｃ１を示す平面図である。 図１のナビゲーション装置を搭載した車両３０が道路３１を走行中である場合の測位位置Ｃ１と補正後の位置Ｃ２とを示す平面図である。 図１のナビゲーション装置を搭載した車両３０がＥＴＣゲートを通過したときのアンテナ補正値Ｌｃの算出方法を説明する平面図である。 図１のアンテナ位置推定部２２により実行されるアンテナ位置推定処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の変形例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。

符号の説明

１…センサ回路部、
２…コントローラ、
３…道路情報データベースメモリ、
４…ディスプレイ、
５…ＥＴＣ送受信回路、
５ａ…ＥＴＣアンテナ、
１１…ＧＰＳ受信機、
１１ａ…ＧＰＳアンテナ、
１２…車速センサ、
１３…ジャイロセンサ、
１４…加速度センサ、
２１…測位部、
２２…アンテナ位置推定部、
２２ｍ…アンテナ位置メモリ、
２３…マッチング部、
３０…車両、
３１…道路、
３２…ゲート道路。

Claims (3)

1. 所定の測位システムの各送信局からの無線信号に基づいて現在位置を測位する測位部と、
   前記測位部により前回測位された現在位置を前回測位位置として格納する記憶部と、
   前記現在位置及び前記前回測位位置に基づいて算出される走行軌跡情報と、予め位置の決まった特定施設の位置とに基づいて、アンテナ補正値を算出するアンテナ位置推定部と、
   前記アンテナ補正値を用いて現在位置を補正し、所定の地図データと前記補正された現在位置とに基づいて、正確な車両位置を特定するようにマッチング処理を実行するマッチング部とを備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
2. 前記特定施設は、ＥＴＣゲート又は駐車場ゲートであ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. 前記特定施設から当該特定施設の位置情報を取得する受信部をさらに備え、
   前記アンテナ位置算出部は、前記受信部により取得された前記特定施設の位置情報を用いてアンテナ補正値を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーション装置。

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