JP2009121971A - 移動体測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衛星毎に異なる擬似距離の測定精度を考慮した重み付きＤＯＰを算出すること。
【解決手段】本発明は、観測可能な複数の衛星１０からの信号に基づいて移動体９０の位置を測位する測位手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを備える移動体測位装置１，２，３において、衛星からの信号に含まれうるノイズ量を衛星毎に推定するノイズ量推定手段７０と、前記ノイズ量推定手段により推定された衛星毎のノイズ量に基づいて重み行列Ｒを作成し、該作成した重み行列を用いて、ＤＯＰ（dilution of precision）に重み付けを行うことで、重み付きＤＯＰ（ＷＤＯＰ）を算出する重み付きＤＯＰ算出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、観測可能な複数の衛星からの信号に基づいて移動体の位置を測位する測位手段を備える移動体測位装置に関する。

従来から、現在受信しているＧＰＳ衛星信号のうち、ＧＰＳ衛星の幾何学的配置に基づく位置精度を表す指標として知られているＤＯＰ（dilution of precision）を算出し、該算出したＤＯＰが最良であるＧＰＳ衛星信号の組み合わせを用いて測位演算を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２９７１０６号公報

ところで、測位精度を決める要因としては、主に、擬似距離の測定精度と、移動体と衛星との幾何学的位置関係の２つの要因があるが、ＤＯＰは後者の要因に関するものである。従って、ＤＯＰ自体からは、擬似距離の測定精度（衛星信号に含まれるノイズ量）を衛星毎に評価できない。このため、測位結果の誤差を推定する際や、観測可能な複数の衛星の中から測位に用いる衛星を選別する際に、ＤＯＰを考慮するだけでは、不十分な場合がある。

そこで、本発明は、衛星毎に異なる擬似距離の測定精度を考慮した重み付きＤＯＰを算出することで、測位結果の誤差を精度良く推定することができ、及び／又は、観測可能な複数の衛星の中から測位に用いる衛星を適切に選別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、観測可能な複数の衛星からの信号に基づいて移動体の位置を測位する測位手段を備える移動体測位装置において、
衛星からの信号に含まれるノイズ量を衛星毎に推定するノイズ量推定手段と、
前記ノイズ量推定手段により推定された衛星毎のノイズ量に基づいて重み行列を作成し、該作成した重み行列を用いて、ＤＯＰに重み付けを行うことで、重み付きＤＯＰ（ＷＤＯＰ）を算出する重み付きＤＯＰ算出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測位装置において、
前記重み付きＤＯＰ算出手段により算出された重み付きＤＯＰに基づいて、前記測位手段の測位結果の誤差を推定する誤差推定手段を備え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測位装置において、
前記重み付きＤＯＰ算出手段により算出された重み付きＤＯＰに基づいて、観測可能な複数の衛星の中から測位に用いる衛星を選別する衛星選別手段を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明に係る移動体測位装置において、
前記重み付きＤＯＰ算出手段は、前記複数の衛星のうちの任意の衛星を除外した場合の前記重み付きＤＯＰを、前記除外する衛星を変化させて、複数個算出し、
前記衛星選別手段は、前記複数個算出された前記重み付きＤＯＰを互いに比較して、測位に用いる衛星を選別することを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明に係る移動体測位装置において、
前記重み付きＤＯＰ算出手段は、前記複数個算出された前記重み付きＤＯＰのうちの任意の２つの組み合わせを乗算した乗算値を、前記２つの組み合わせ態様を変化させて、複数個算出し、
前記衛星選別手段は、前記複数個算出された乗算値を互いに比較して、測位に用いる衛星を選別することを特徴とする。

本発明によれば、衛星毎に異なる擬似距離の測定精度を考慮した重み付きＤＯＰを算出することで、測位結果の誤差を精度良く推定することができ、及び／又は、観測可能な複数の衛星の中から測位に用いる衛星を適切に選別することができる。

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。図２に関する説明では、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。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）に実行されることになる。

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４０Ａ、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａ、衛星位置算出部６０、信号ノイズ量推定部７０、及び、誤差推定部８０を備える。

受信部２０は、ＧＰＳ衛星１０_１から発信されている衛星信号を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_１を算出する。擬似距離ρ_１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_１は、例えば以下のように算出されてよい。
ρ_１＝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。

このようにして受信部２０により算出された擬似距離ρ_１を表す信号は、測位演算部４０Ａ及び重み付きＤＯＰ算出部５０Ａに供給される。尚、受信部２０により算出された擬似距離ρ_１は、フィルタ処理（例えばキャリアスムージング）を受けてから測位演算部４０Ａに供給されてもよい。

衛星位置算出部６０は、受信部２０から得られる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（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、測位演算部４０Ａ、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａ及び信号ノイズ量推定部７０に入力される。

測位演算部４０Ａ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_１の算出結果（計測結果）に基づいて、車両９０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を測位する。測位の演算周期は、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、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａ及び信号ノイズ量推定部７０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、時計誤差成分を除去した測位を実現してもよい。或いは、５つ以上の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、統計的な手法により測位解を導出してもよい。

次に、図４を参照して、主に信号ノイズ量推定部７０、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａ及び誤差推定部８０の主要機能について説明する。図４は、本実施例１のＧＰＳ受信機１により実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。図４に示す処理は、例えば観測周期若しくは測位演算部４０Ａの測位周期に同期した周期で繰り返し実行されてよい。

ステップ１００では、受信部２０は、上述の如く、各ＧＰＳ衛星１０_ｉからの衛星信号を受信し、各種処理を行う。尚、参照符号１０の下付き文字ｉは衛星番号を表し、ｉ＝１，２，．．．，ｎである。

ステップ１１０では、衛星位置算出部６０は、上述の如く、各ＧＰＳ衛星１０_ｉの位置（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ、Ｚ_ｉ）を算出する。

ステップ１２０では、信号ノイズ量推定部７０は、各ＧＰＳ衛星１０_ｉからの衛星信号（電波）に含まれうる信号ノイズ量を推定する。尚、信号ノイズ量の推定は、観測されている各ＧＰＳ衛星１０_ｉのそれぞれに対して実行される。従って、信号ノイズ量推定部７０は、ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎の信号ノイズ量を推定することになる。信号ノイズ量は、各ＧＰＳ衛星１０_ｉの仰角θ_ｉに基づいて推定されてよい。この場合、信号ノイズ量は、１／ｓｉｎ^２θ_ｉで表されてよい。仰角θ_ｉは、受信部２０から得られる航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて算出されてもよい。例えば、仰角θ_ｉは、測位演算部４０Ａから供給される前回の測位周期の車両９０の位置と、衛星位置算出部６０から供給される前回又は今回の測位周期のＧＰＳ衛星１０_ｉの衛星位置との関係に基づいて算出されてよい。或いは、信号ノイズ量は、仰角θ_ｉに代えて若しくはこれに加えて、ＧＰＳ衛星１０_ｉからの衛星信号に係るＣ／ＮやＳ／Ｎ、若しくは衛星信号の信号強度（受信強度）に基づいて、評価・算出されてもよい。Ｃ／Ｎは、信号強度と雑音強度の比に相当する。尚、Ｃ／ＮやＳ／Ｎ等は、受信部２０にて算出されてよい。このようにして信号ノイズ量推定部７０により推定された信号ノイズ量を表す信号は、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａに入力される。

ステップ１３０では、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａは、信号ノイズ量推定部７０から得られる信号ノイズ量に基づいて、重み行列Ｒを作成する。重み行列Ｒは、現在観測中のＧＰＳ衛星１０_ｉの数をｎとした場合、ｎ×ｎの正方行列であり、対角成分以外の成分はゼロである。重み行列Ｒの対角成分（ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_ｎ）のそれぞれの値は、それぞれ対応するＧＰＳ衛星１０_ｉの信号ノイズ量に応じて決定される。例えば、ｗ_１は、１番衛星としてのＧＰＳ衛星１０_１の信号ノイズ量に応じて決定され、ｗ_２は、２番衛星としてのＧＰＳ衛星１０_２の信号ノイズ量に応じて決定されるといった具合である。本例では、対角成分（ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_ｎ）の各値は、それぞれ対応するＧＰＳ衛星１０_ｉの信号ノイズ量が小さいほど大きい値に設定される。この場合、対角成分（ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_ｎ）の各値は、それぞれ対応するＧＰＳ衛星１０_ｉが測位精度に及ぼす寄与率を表すことになる。これにより、各ＧＰＳ衛星１０_ｉが測位精度に及ぼす寄与率を、ＧＰＳ衛星１０_ｉ間で相対的に評価することができる。

具体的には、対角成分（ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_ｎ）の各値は、例えば、それぞれ対応するＧＰＳ衛星１０_ｉの信号ノイズ量の逆数として決定されてよい。例えばＧＰＳ衛星１０_ｉの信号ノイズ量が１／ｓｉｎ^２θ_ｉ（θ_ｉはＧＰＳ衛星１０_ｉの仰角）で表される場合、ｗ_ｉ＝ｓｉｎ^２θ_ｉであってよい。また、対角成分（ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_ｎ）の各値は、正規化されてよい。即ち、対角成分（ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_ｎ）の各値は、例えばこれらの値の和が例えば１になるように正規化されてもよい。このような正規化を行う場合には、各ＧＰＳ衛星１０_ｉが測位精度に及ぼす寄与率を絶対的に評価することができる。

ステップ１４０では、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａは、観測行列Ｇを作成する。観測行列Ｇは、以下のようにして作成されてよい。各ＧＰＳ衛星１０_ｉに係る擬似距離ρ_ｉは、ＧＰＳ衛星１０_ｉの位置（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ、Ｚ_ｉ）と、車両９０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）とを用いて、以下の式で表される。
ρ_ｉ＝＝√｛（Ｘ_ｉ−ｘ）^２＋（Ｙ_ｉ−ｙ）^２＋（Ｚ_ｉ−ｚ）^２｝＋ｓ 式（１）
ここで、ｓは、時計誤差を表す。このとき、式（１）を各状態量により線形化した近似式は以下の通りである。

ここで、

は、擬似距離ρ_ｉの変動を表すベクトルであり、

は、各状態量（ｘ，ｙ，ｚ，ｓ）の変動を表すベクトルである。Ｇは、観測行列であり、以下のように表される。

ここで、車両９０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、測位演算部４０Ａから得られる前回の測位周期の測位結果であってもよいし、今回の測位周期の測位結果がフィードバックされてもよい。

ステップ１５０では、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａは、上記のステップ１３０及び１４０にて作成した重み行列Ｒと観測行列Ｇを用いて、重み付きＤＯＰ（ＷＤＯＰ：weighted dilution of precision）を算出する。ＷＤＯＰは、以下の式で算出されてよい。

ここで、Ｇ^Ｔは行列の転置を表す。このようにして重み付きＤＯＰ算出部５０Ａにより算出されたＷＤＯＰを表す信号は、誤差推定部８０に入力される。
尚、参考として、一般的なＤＯＰは、以下の式で算出される。

ステップ１６０では、誤差推定部８０は、重み付きＤＯＰ算出部５０Ａから得られるＷＤＯＰに基づいて、測位演算部４０Ａにおける測位誤差を推定する。具体的には、誤差推定部８０は、ＷＤＯＰが所定許容値よりも大きい場合には、測位演算部４０Ａにおける測位誤差が許容限度を超えて大きくなると推定してもよい。誤差推定部８０による推定結果（又はＷＤＯＰ）は、単に測位演算部４０Ａにおける測位精度を表す指標として用いられてもよいし、或いは、図２にて点線の矢印で示すように、測位演算部４０Ａにおける測位演算に反映されてもよい。後者の場合、例えば、ＷＤＯＰが所定許容値よりも大きい場合には、測位演算部４０Ａにおいて、今回の測位周期では、擬似距離ρを用いない他の測位方法により測位が実行されることとしてもよい。他の測位方法とは、例えば、前回以前の測位周期で得られた車両９０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）に、今回の測位周期に至るまでの車両９０の移動量（移動ベクトル）を積算する方法であってよい。この車両９０の移動量は、ＧＰＳ衛星１０_ｉからの電波のドップラシフト量（ドップラ周波数と搬送周波数の差分）を利用して算出されてもよいし、ＩＮＳセンサ（加速度センサやジャイロセンサ）や、車速センサ等を用いて算出されてもよい。

以上説明した本実施例１による移動体位置測位装置によれば、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、一般的なＤＯＰに代えて、ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎の信号ノイズ量を重み付けにより反映したＷＤＯＰを導出することで、ＧＰＳ衛星１０_ｉと車両９０との幾何学的配置関係だけで無く、ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎の信号ノイズ量をも考慮した態様で、測位演算部４０Ａにおける測位精度を精度良く推定・評価することができる。

実施例２は、ＷＤＯＰを基に、測位に用いるＧＰＳ衛星１０を適切に選別する点に主なる特徴を有する。以下では、実施例２に特有の構成について説明し、上述の実施例１と同様であってよい構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図５は、実施例２に係るＧＰＳ受信機２を示す概略的なシステム構成図である。

本実施例のＧＰＳ受信機２は、図２に示すように、主要な機能部として、受信部２０、衛星選別部３０Ｂ、測位演算部４０Ｂ、重み付きＤＯＰ算出部５０Ｂ、衛星位置算出部６０、及び、信号ノイズ量推定部７０を備える。

図６は、本実施例２のＧＰＳ受信機２により実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。図６に示す処理は、例えば観測周期若しくは測位演算部４０Ｂの測位周期に同期した周期で繰り返し実行されてよい。上述の実施例１（図４）と同様であってよい処理については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

ステップ１７０では、重み付きＤＯＰ算出部５０Ｂは、現在観測中のＧＰＳ衛星１０_ｉの中から、一のＧＰＳ衛星１０_ｐを除いた場合のＷＤＯＰ_ｐを、ＧＰＳ衛星１０_ｐを変化させながら、複数個算出する。従って、現在観測中のＧＰＳ衛星１０_ｉの数がｎ個の場合、一のＧＰＳ衛星１０_ｐを変化させて、ｎ個のＷＤＯＰ_ｐ（ｐ＝１，２，．．．，ｎ）が算出される。ＷＤＯＰ_ｐは、具体的には、以下のように算出される。先ず、上記のステップ１３０にて作成された重み行列Ｒから、ＧＰＳ衛星１０_ｐに係る成分を除去する。また、上記のステップ１４０にて作成された観測行列Ｇから、ＧＰＳ衛星１０_ｐに係る成分を除去する。例えばＷＤＯＰ_１を作成する場合、上記のステップ１３０にて作成された重み行列Ｒから、１行目と１列目が除去される。この結果、重み行列Ｒは、ｎ−１行×ｎ−１列の行列となる。同様に、上記のステップ１４０にて作成された観測行列Ｇから、１列目が除去される。このようにして変形された重み行列Ｒ及び観測行列Ｇを上記の数３の式に代入することで、ＷＤＯＰ_１が算出される。

ステップ１８０では、衛星選別部３０Ｂは、上記のステップ１７０にて算出された各ＷＤＯＰ_ｐを互いに比較して、測位演算に用いるのに適切なＧＰＳ衛星１０を選択する。例えば、現在観測中のＧＰＳ衛星１０_ｉの数が５個である場合であって、ＷＤＯＰ_１＝５、ＷＤＯＰ_２＝１６、ＷＤＯＰ_３＝８、ＷＤＯＰ_４＝６、ＷＤＯＰ_５＝３であったとする。この場合、ＷＤＯＰ_２＝１６から、２番衛星であるＧＰＳ衛星１０_２を除外すると測位誤差が非常に大きくなり、それ故に、ＧＰＳ衛星１０_２が非常に重要なＧＰＳ衛星１０であることを把握することができる。従って、この場合、衛星選別部３０Ｂは、測位に用いるＧＰＳ衛星１０としてＧＰＳ衛星１０_２を最優先に選択する。同様に、この例では、衛星選別部３０Ｂは、５個現在観測可能なＧＰＳ衛星１０のうち、ＷＤＯＰ_ｐの大きな順に、ＧＰＳ衛星１０_２、ＧＰＳ衛星１０_３、ＧＰＳ衛星１０_４及びＧＰＳ衛星１０_１とからなる４つのＧＰＳ衛星１０を、測位に用いるＧＰＳ衛星１０として選別してよい。尚、衛星選別部３０Ｂが選択するＧＰＳ衛星１０の数は、例えば４個や５個といった具合に、予め決定されていてもよい。或いは、衛星選別部３０Ｂは、ＷＤＯＰ_ｐの値が所定基準値以上となるＧＰＳ衛星１０を、任意の数だけ選択してもよい。この場合、選択されるＧＰＳ衛星１０の数が、必要な測位精度を確保する上で不十分となる場合には、測位演算部４０Ｂにおいて、今回の測位周期では、擬似距離ρを用いない他の測位方法（上述参照）により測位が実行されることとしてもよい。

ステップ１９０では、測位演算部４０Ｂは、上述の衛星選別部３０Ｂにより選別されたＧＰＳ衛星１０の衛星位置と、同ＧＰＳ衛星１０に係る擬似距離ρの算出結果に基づいて、車両９０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を測位する。例えば、上述の例のように、５個現在観測可能なＧＰＳ衛星１０のうち、ＷＤＯＰ_ｐの大きな順に、ＧＰＳ衛星１０_２、ＧＰＳ衛星１０_３、ＧＰＳ衛星１０_４及びＧＰＳ衛星１０_１とからなる４つのＧＰＳ衛星１０が選別された場合には、測位演算部４０Ｂは、これらの４つのＧＰＳ衛星１０_{１，２，３，４}に係る衛星位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_２）、（Ｘ_２、Ｙ_２、Ｚ_２）、（Ｘ_３、Ｙ_３、Ｚ_３）、（Ｘ_４、Ｙ_４、Ｚ_４）と擬似距離ρ_{１，２，３，４}の算出結果に基づいて、測位を実行する。測位結果は、重み付きＤＯＰ算出部５０Ｂ及び信号ノイズ量推定部７０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。

以上説明した本実施例２による移動体位置測位装置によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

上述の実施例１と同様、一般的なＤＯＰに代えて、ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎の信号ノイズ量を重み付けにより反映したＷＤＯＰを導出することで、ＧＰＳ衛星１０_ｉと車両９０との幾何学的配置関係だけで無く、ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎の信号ノイズ量をも考慮した態様で、測位演算部４０Ｂにおける測位精度を精度良く評価することができる。

特に本実施例２によれば、各ＧＰＳ衛星１０_ｐを除いたＷＤＯＰ_ｐを算出することで、当該除かれたＧＰＳ衛星１０_ｐの重要度を適切に評価することができる。これにより、例えば多数のＧＰＳ衛星１０が観測されている状況下で、当該多数のＧＰＳ衛星１０の中から、精度の高い測位結果が得られるＧＰＳ衛星１０を適切に選別することができる。

以上説明した本実施例２に対しては、とりわけ、以下のような変形例が考えられる。

例えば、上述の実施例２では、各ＧＰＳ衛星１０_ｐを１つずつ除いてＷＤＯＰ_ｐを算出しているが、任意の２以上のＧＰＳ衛星１０を除いてＷＤＯＰを算出することとしてもよい。この場合、個々のＧＰＳ衛星１０の重要度を評価できないものの、２以上のＧＰＳ衛星１０の組み合わせの重要度を評価することができる。

実施例３は、上述の実施例２と同様、ＷＤＯＰを基に、測位に用いるＧＰＳ衛星１０を適切に選別する点に主なる特徴を有するが、ＷＤＯＰの用い方が上述の実施例２と異なる。以下では、実施例３に特有の構成について説明し、上述の実施例１及び２と同様であってよい構成については、同様の参照符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施例３のＧＰＳ受信機３のハードウェア構成は、上述の実施例２（図５）と同様であってよい。

図７は、本実施例３のＧＰＳ受信機３により実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。図７に示す処理は、例えば観測周期若しくは測位演算部４０Ｃの測位周期に同期した周期で繰り返し実行されてよい。上述の実施例１及び２（図４及び図６）と同様であってよい処理については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

ステップ１５０では、上述の実施例２におけるステップ１７０と同様、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０_ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）全てについて、除外するＧＰＳ衛星１０_ｐを変化させながら、各ＷＤＯＰ_ｐ（ｐ＝１，２，．．．，ｎ）を算出する。

ステップ１７２では、重み付きＤＯＰ算出部５０Ｃは、更に、複数個算出されたＷＤＯＰ_ｐのうちの任意の２つの組み合わせを乗算した乗算値（＝ＷＤＯＰ_ｊ×ＷＤＯＰ_ｋ，但しｊ≠ｋ）を、２つの組み合わせ態様を変化させて（ｊ、ｋを変化させて）、複数個算出する。例えば、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０_ｉの数が８個の場合（ｎ＝８の場合）、_８Ｃ_２＝２８通りの全組み合わせに対して、乗算値（＝ＷＤＯＰ_ｊ×ＷＤＯＰ_ｋ）を算出する。

ステップ１７４では、衛星選別部３０Ｃは、測位演算に用いるＧＰＳ衛星１０の数を決定する。測位演算に用いるＧＰＳ衛星１０の数は、予め決定されてもよいし、状況に応じて可変されてもよい。何れの場合も、測位演算に用いるＧＰＳ衛星１０の数は、例えば演算負荷の制約等を考慮して決定されてよい。ここでは、一例として、測位演算に用いるＧＰＳ衛星１０の数は、６であるとする。

ステップ１７６では、衛星選別部３０Ｃは、上記のステップ１７２で得られる各乗算値（＝ＷＤＯＰ_ｊ×ＷＤＯＰ_ｋ）を互いに比較することにより、測位演算に用いるのに適切なＧＰＳ衛星１０を選択する。この際、衛星選別部３０Ｃは、乗算値が最小となるＧＰＳ衛星１０の組み合わせを選別対象から除外することで、測位演算に用いるＧＰＳ衛星１０を選択する。例えばＷＤＯＰ_１×ＷＤＯＰ_６が最小となる場合には、衛星選別部３０Ｃは、５個現在観測可能なＧＰＳ衛星１０のうち、ＧＰＳ衛星１０_１及びＧＰＳ衛星１０_６を除く６つのＧＰＳ衛星１０_{２，３，４，５，７，８}を、測位に用いるＧＰＳ衛星１０として選別してよい。これは、重要度の低いＧＰＳ衛星１０同士の組み合わせであるほど、乗算値が小さくなるからである。

ステップ１９０では、測位演算部４０Ｃは、上述の衛星選別部３０Ｃにより選別されたＧＰＳ衛星１０の衛星位置と、同ＧＰＳ衛星１０に係る擬似距離ρの算出結果に基づいて、車両９０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を測位する。例えば、上述の例のように、８個現在観測可能なＧＰＳ衛星１０のうち、ＧＰＳ衛星１０_１，６を除く６つのＧＰＳ衛星１０_{２，３，４，５，７，８}が選別された場合には、測位演算部４０Ｃは、これらの６つのＧＰＳ衛星１０_{２，３，４，５，７，８}に係る各衛星位置と各擬似距離ρ_{２，３，４，５，７，８}の算出結果に基づいて、測位を実行する。測位結果は、重み付きＤＯＰ算出部５０Ｃ及び信号ノイズ量推定部７０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。

以上説明した本実施例３による移動体位置測位装置によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

上述の実施例１と同様、一般的なＤＯＰに代えて、ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎の信号ノイズ量を重み付けにより反映したＷＤＯＰを導出することで、ＧＰＳ衛星１０_ｉと車両９０との幾何学的配置関係だけで無く、ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎の信号ノイズ量をも考慮した態様で、測位演算部４０Ｃにおける測位精度を精度良く評価することができる。

特に本実施例３によれば、各ＧＰＳ衛星１０_ｐを除いたＷＤＯＰ_ｐの任意の２つの組み合わせの乗算値を算出することで、当該除かれたＧＰＳ衛星１０_ｐの組み合わせとしての重要度を適切に評価することができる。これにより、例えば多数のＧＰＳ衛星１０が観測されている状況下で、当該多数のＧＰＳ衛星１０の中から、精度の高い測位結果が得られるＧＰＳ衛星１０を適切に選別することができる。

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、上述の実施例では、ＷＤＯＰとして、位置と時刻の精度の総合的な指標となるＧＤＯＰ（Ｇ＝geometric）に係るＷＤＯＰを算出しているが、これに代えて、位置のみの精度の指標となるＰＤＯＰ（Ｐ＝position）、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）等に係るＷＤＯＰを同様の重み付け方法で算出してもよい。

また、上述の実施例では、重み行列ＲはＷＤＯＰを算出するために用いられているが、これに加えて、重み行列Ｒは、重み付け測位演算に利用されてもよい。

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_Ｐ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。

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を示す図である。 本実施例１のＧＰＳ受信機１により実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２に係るＧＰＳ受信機２を示す概略的なシステム構成図である。 本実施例２のＧＰＳ受信機２により実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。 本実施例３のＧＰＳ受信機３により実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１，２，３ ＧＰＳ受信機
１０ ＧＰＳ衛星
２０ 受信部
２２ ＧＰＳアンテナ
３０Ｂ，３０Ｃ 衛星選別部
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 測位演算部
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 重み付きＤＯＰ算出部
６０ 衛星位置算出部
７０ 信号ノイズ量推定部
８０ 誤差推定部
９０ 車両

Claims (5)

1. 観測可能な複数の衛星からの信号に基づいて移動体の位置を測位する測位手段を備える移動体測位装置において、
   衛星からの信号に含まれるノイズ量を衛星毎に推定するノイズ量推定手段と、
   前記ノイズ量推定手段により推定された衛星毎のノイズ量に基づいて重み行列を作成し、該作成した重み行列を用いて、ＤＯＰ（dilution of precision）に重み付けを行うことで、重み付きＤＯＰを算出する重み付きＤＯＰ算出手段とを備えることを特徴とする、移動体測位装置。
2. 前記重み付きＤＯＰ算出手段により算出された重み付きＤＯＰに基づいて、前記測位手段の測位結果の誤差を推定する誤差推定手段を備える、請求項１に記載の移動体測位装置。
3. 前記重み付きＤＯＰ算出手段により算出された重み付きＤＯＰに基づいて、観測可能な複数の衛星の中から測位に用いる衛星を選別する衛星選別手段を備える、請求項１に記載の移動体測位装置。
4. 前記重み付きＤＯＰ算出手段は、前記複数の衛星のうちの任意の衛星を除外した場合の前記重み付きＤＯＰを、前記除外する衛星を変化させて、複数個算出し、
   前記衛星選別手段は、前記複数個算出された前記重み付きＤＯＰを互いに比較して、測位に用いる衛星を選別する、請求項３に記載の移動体測位装置。
5. 前記重み付きＤＯＰ算出手段は、前記複数個算出された前記重み付きＤＯＰのうちの任意の２つの組み合わせを乗算した乗算値を、前記２つの組み合わせ態様を変化させて、複数個算出し、
   前記衛星選別手段は、前記複数個算出された乗算値を互いに比較して、測位に用いる衛星を選別する、請求項４に記載の移動体測位装置。

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