JP2009222438A - 移動体用測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測位結果と他のセンサの検出結果とを精度良く同期させることができる移動体用測位装置の提供。
【解決手段】基準時刻における移動体の位置及び速度を測位する測位手段と、移動体の状態を検出する状態検出センサと、状態検出センサの検出結果をクロック周期で伝送する伝送路と、同期手段とを備え、同期手段は、複数のクロック周期に亘った状態検出センサの各検出結果のうちから、同期させるべき検出結果を特定する第１同期手段と、基準時刻を推定する推定手段と、第１同期手段により特定された検出結果が検出された検出時刻と、基準時刻との時間差を算出する時間差算出手段と、算出した時間差と、基準時刻における移動体の位置及び速度の測位結果とを用いて、検出時刻における移動体の位置を補間により算出し、該移動体の位置の算出結果と、第１同期手段により特定された検出結果とを対応付ける第２同期手段とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、測位結果と他のセンサの検出結果とを同期させる手段を備える移動体用測位装置に関する。

従来から、ＧＰＳ受信機による測位計算に要した時間に基づいて内部に有するシステム時間を設定すると共に、設定された当該システム時間を用いて、移動体の状態を検出するセンサからの検出結果と、ＧＰＳ受信機による測位計算結果とを同期させるナビゲーション装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３２４５６０号公報

しかしながら、センサの検出結果は、CAN（controller area network）などのバス中を所定のクロック周期で伝送されている。従って、上記特許文献１のように、ＧＰＳ受信機における測位演算時間のみを考慮して同期を行う構成では、クロック周期以下の時間誤差を取り除くことができないという問題がある。また、上記特許文献１では、ＧＰＳ受信機における測位演算後の測位結果の転送による遅延が考慮されておらず、同期の精度に不十分な側面がある。

そこで、本発明は、測位結果と他のセンサの検出結果とを精度良く同期させることができる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の発明に係る移動体用測位装置は、衛星からの電波の受信結果に基づいて、基準時刻における移動体の位置及び速度を測位する測位手段と、
移動体の状態を検出する状態検出センサと、
前記状態検出センサの検出結果を所定のクロック周期で伝送する伝送路と、
前記状態検出センサの検出結果と前記測位手段の測位結果とを同期させる同期手段とを備え、
前記同期手段は、
連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちから、同期させるべき検出結果を特定する第１同期手段と、
前記基準時刻を推定する推定手段と、
前記第１同期手段により特定された検出結果が検出された検出時刻と、前記推定手段により推定された基準時刻との時間差を算出する時間差算出手段と、
前記時間差算出手段により算出された時間差と、前記基準時刻における移動体の位置及び速度の測位結果とを用いて、前記検出時刻における移動体の位置を補間により算出し、該移動体の位置の算出結果と、前記第１同期手段により特定された検出結果とを対応付ける第２同期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、
前記第１同期手段は、前記推定手段の推定結果を用いて、前記基準時刻に対応するクロック周期における検出結果、前記基準時刻に対応するクロック周期の直後のクロック周期における検出結果、又は、前記基準時刻に最も近い検出時刻の検出結果を、前記同期させるべき検出結果として特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、
前記第２同期手段は、前記基準時刻における移動体の速度の測位結果に基づいて、前記時間差算出手段により算出された時間差の間における前記移動体の移動量を算出し、該算出した移動量と、前記基準時刻における移動体の位置の測位結果とに基づいて、前記検出時刻における移動体の位置を算出することを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記移動体の速度の測位結果は、衛星からの電波のドップラ周波数の観測結果を用いて導出されることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記推定手段は、前記測位手段の測位演算に要する測位演算時間と、前記同期手段に前記測位手段からの測位結果が伝送されるときに要する伝送時間とを考慮して、前記基準時刻を推定することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明に係る移動体用測位装置において、
前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に第２伝送路を介して接続されたコンピューターにより実現され、
前記伝送時間は、前記第２伝送路における伝送時間であることを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明に係る移動体用測位装置において、
前記時間差算出手段は、連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちの所定番目のクロック周期における検出結果が受信された時刻と、前記所定番目のクロック周期と前記第１同期手段により特定された検出結果のクロック周期との周期数の差とに基づいて、前記第１同期手段により特定された検出結果が検出された検出時刻を推定することを特徴とする。

第８の発明に係る移動体用測位装置は、衛星からの電波の受信結果に基づいて、基準時刻における移動体の位置又は速度を測位する測位手段と、
移動体の状態を検出する状態検出センサと、
前記状態検出センサの検出結果を所定のクロック周期で伝送する伝送路と、
連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちから、同期させるべき検出結果を特定して、該特定した検出結果を、前記基準時刻における移動体の位置又は速度の測位結果に対応付ける同期手段とを備え、
前記同期手段は、前記測位手段の測位演算に要する測位演算時間と、該同期手段に前記測位手段からの測位結果が伝送されるときに要する伝送時間とを考慮して、前記基準時刻を推定する推定手段を備え、前記推定手段により推定された基準時刻に対応する又は近接するクロック周期における検出結果を、前記同期させるべき検出結果として特定することを特徴とする。

第９の発明は、第８の発明に係る移動体用測位装置において、
前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に第２伝送路を介して接続されたコンピューターにより実現され、
前記伝送時間は、前記第２伝送路における伝送時間であることを特徴とする。

第１０の発明に係る移動体用測位装置は、衛星からの電波の受信結果に基づいて、基準時刻における移動体の位置及び速度を測位する測位手段と、
移動体の状態を検出する状態検出センサと、
前記状態検出センサの検出結果を所定のクロック周期で伝送する伝送路と、
連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちから、同期させるべき検出結果を特定して、該特定した検出結果を、前記基準時刻における移動体の位置の測位結果に対応付ける同期手段とを備え、
前記状態検出センサにより検出される移動体の状態は、移動体の速度を含むと共に、更に、移動体の速度以外の状態を含み、
前記同期手段は、連続した複数のクロック周期に亘って前記状態検出センサから伝送された移動体の速度の各検出結果のうちから、前記基準時刻における移動体の速度の測位結果に最も近似する検出結果を、探索し、該最も近似する検出結果に係るクロック周期における検出結果を、前記同期させるべき検出結果として特定することを特徴とする。

第１１の発明は、第１〜１０のうちのいずれかの発明に係る移動体用測位装置において、
前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に接続されたコンピューターにより実現され、
前記ＧＰＳ受信機から前記コンピューターへは、前記基準時刻を表すＰＰＳ信号が伝送されないことを特徴とする。

第１２の発明は、第１〜１０のうちのいずれかの発明に係る移動体用測位装置において、
前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に接続されたコンピューターにより実現され、
前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機から前記コンピューターにＰＰＳ信号が供給されない場合に機能することを特徴とする。

第１３の発明は、第１〜９のうちのいずれかの発明に係る移動体用測位装置において、
前記状態検出センサにより検出される移動体の状態は、移動体の速度、加速度、角速度及び舵角のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。

第１４の発明は、第１〜１３のうちのいずれかの発明に係る移動体用測位装置において、
前記移動体は車両であることを特徴とする。

第１５の発明は、第１〜１４のうちのいずれかの発明に係る移動体用測位装置における前記同期手段を実現するコンピューターに関する。

本発明によれば、測位結果と他のセンサの検出結果とを精度良く同期させることができる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１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１が搭載される。

図２は、移動体用測位装置１の一実施例の主要構成を示す図である。

移動体用測位装置１は、図２に示すように、マイクロコンピューター１１と、マイクロコンピューター１１に伝送路１８を介して接続されるＧＰＳ受信機１２と、マイクロコンピューター１１に伝送路１６を介して接続される車両センサ１４とを備える。マイクロコンピューター１１は、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果の双方を用いるシステム内のＥＣＵであってよい。

ＧＰＳ受信機１２は、ＧＰＳアンテナを介してＧＰＳ衛星１０から受信した電波を中間周波数に変換後、ＧＰＳ受信機内で発生させた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。また、ＧＰＳ受信機１２は、ＧＰＳ衛星１０から受信した電波に基づいて、車両９０の位置及び速度を測位する。尚、位置の測位方法は、任意であり、単独測位や干渉測位が用いられてもよい。また、速度の測位方法は、搬送波のドップラ周波数を用いて実現されてもよい。

ＧＰＳ受信機１２の測位結果（以下、「ＧＰＳ測位結果」ともいう）は、所定のクロック周期ΔＴ１で伝送路１６を介してマイクロコンピューター１１に伝送される。所定のクロック周期ΔＴ１は、例えば１秒のような比較的長い周期であり、例えばＰＰＳ信号の周期と同一であってよい。尚、クロック周期ΔＴ１は、必ずしも発振器（クロック）の発振周期と同一である必要はなく、その整数倍の周期を含む。

車両センサ１４は、車速センサ（車輪速センサ）、加速度センサ、ジャイロセンサ（ヨーレートセンサ）、舵角センサ、圧力センサ、温度センサ、荷重センサ、地磁気センサ等のような、車両の状態を検出する任意のセンサであってよい。

車両センサ１４の検出結果は、所定のクロック周期ΔＴ２（各センサで異なるクロック周期であってもよい）で伝送路１８に伝送される。クロック周期ΔＴ２は、センサ出力の用途等に依存するが、一般的に、測位結果の伝送用のクロック周期ΔＴ１よりも十分小さい。尚、クロック周期ΔＴ２は、必ずしも発振器（クロック）の発振周期と同一である必要はなく、その整数倍の周期を含む。伝送路１８は、CAN（controller area network）、BEAN（双方向多重通信ネットワークの一種）、LIN等の任意のバスであってよい。

ところで、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果は、車両の状態を検出する情報として共通するので、これらを組み合わせることにより、車両の状態を精度良く多面的に検出することが可能となる。しかしながら、ＧＰＳ受信機１２の測位結果は、車両センサ１４の検出結果と異なり、演算負荷の高い処理を必要とするので、ＧＰＳ受信機１２の演算処理に要する時間等に起因して、ＧＰＳ受信機１２の測位結果に時間的遅れが生じる。このため、従来構成では、図３に示すように、ＧＰＳ受信機からＰＰＳ信号を取り出して同期回路に入力し、ＰＰＳ信号に基づいてＧＰＳ受信機の測位結果と車両センサの検出結果との同期を取ることで、ＧＰＳ受信機１２の測位結果の時間的遅れに起因した同期誤差を防止していた。

しかしながら、このような従来構成では、ＧＰＳ受信機からＰＰＳ信号を取り出す端子及び伝送路を必要とし、汎用性が低いという問題がある。即ち、例えばナビゲーション装置はユーザの好み等により多種多様なメーカーの製品が利用・交換されうるので、ＰＰＳ信号を取り出すことが不能又は困難なＧＰＳ受信機を備えるナビゲーション装置に対しても、同期が可能な汎用性を持たせることが有用である。

そこで、移動体用測位装置１には、以下で詳説する如く、ＰＰＳ信号を取り出すことが不能又は困難なＧＰＳ受信機１２を備えるナビゲーション装置に対しても、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果とを適切に同期させることができる構成が付与される。

図４は、本実施例１における同期処理の説明図であり、（Ａ）はＧＰＳ受信機１２における主要処理の時系列を示し、（Ｂ）は車両センサ１４から伝送されるデータの時系列（データストリーム）を示し、（Ｃ）はマイクロコンピューター１１における主要処理の時系列を示す。

図４に示す例では、図４（Ａ）に示すように、ＧＰＳ受信機１２は、ＰＰＳ信号に同期して、測位演算を実行し、その結果得られるＧＰＳ測位結果（ＧＰＳデータＡ）をマイクロコンピューター１１に伝送路１８を介して転送する。このとき、測位演算に要した時間はｔ１であり、データＡの転送に要した時間ｔ２である。尚、このとき得られるＧＰＳデータＡは、ＰＰＳ信号のタイミングに同期したデータである。

また、図４（Ｂ）に示すように、車両センサ１４からのデータは、上述の如く所定のクロック周期ΔＴ２（この例では、ΔＴ２＝ａ）でマイクロコンピューター１１に伝送路１６を介して伝送されている。本例では、車両センサ１４からのデータは、１０周期分のデータ（data0〜data9）毎に、マイクロコンピューター１１の所定のメモリに格納される。尚、各周期のデータ(data＊)は、上述の如く複数の車両センサ１４の検出データ（例えば速度、加速度、舵角等の検出データ）を含んでよく、この場合、これらのデータ間での同期は取られているものとする。尚、記号の定義として、“data＊”等で用いられる“＊”は0〜9のいずれかを表す。

また、図４（Ｃ）に示すように、マイクロコンピューター１１は、data0が入力される毎に、その時刻（即ちdata0の入力時刻）Ｔｉを所定のメモリに記憶すると共に、当該data0直前のdata9以前の１０周期分のデータ（data0〜data9）を格納する。また、マイクロコンピューター１１は、ＧＰＳ測位結果（ＧＰＳデータＡ）が入力される毎に、その時刻（即ちＧＰＳデータＡの入力時刻）Ｔｇを記憶すると共に、データＡを所定のメモリに格納する。次いで、マイクロコンピューター１１は、ＧＰＳデータＡを所定のメモリに格納すると、図５に示す同期処理を実行する。

図５は、本実施例１においてマイクロコンピューター１１により実行される同期処理の一例を示すフローチャートである。

ステップ１００では、ＧＰＳデータＡの転送時間ｔ２（図４参照）が算出される。転送時間ｔ２は、予め試験等により導出しておき、既知情報としてマイクロコンピューター１１がアクセス可能なメモリに予め記憶されてもよい。

ステップ１０２では、測位演算時間ｔ１（図４参照）が見積もられる。測位演算時間ｔ１は、転送時間ｔ２と同様、予め試験等により導出しておき、既知情報としてマイクロコンピューター１１がアクセス可能なメモリに予め記憶されてもよい。

ステップ１０４では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐが推定される。具体的には、上述の如くＧＰＳデータＡの入力時刻Ｔｇを用いて、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐ＝Ｔｇ−ｔ１−ｔ２として算出される。

ステップ１０６では、data0の入力時刻Ｔｉと、車両センサ１４の周期ΔＴ２（＝ａ）を用いて、１０周期分のデータ（data0〜data9）に対して、検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9を割り当てる。具体的には、data9には、検出時刻Ｔｉ9＝Ｔｉ−ａが割り当てられ、data8には、検出時刻Ｔｉ8＝Ｔｉ−２×ａが割り当てられ、以下同様で、data0には、検出時刻Ｔｉ0＝Ｔｉ−10×ａが割り当てられる。尚、検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9は、各data0〜data9が検出された時刻に対応し、ここでは、車両センサ１４における処理時間及び伝送時間の遅れは微小であるとして無視される。但し、これらの処理時間及び／又は伝送時間を差し引いて検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9を導出してもよい。

ステップ１０８では、上記ステップ１０４で推定したＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐと、上記ステップ１０６で割り当てた検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9とを比較し、検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9のうち、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期に係るdata＊を特定し、当該特定したdata＊を、今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付ける（同期させる）。尚、図４に示した例では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐは、Ｔｉ７〜Ｔｉ８間のクロック周期に対応し、従って、Ｔｉ７〜Ｔｉ８間のクロック周期に係るdata７が、今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けられることになる。或いは、代替例として、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに最も近い検出時刻Ｔｉ＊に係るdata＊が今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けられてもよい。この場合、図４に示した例では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐは、検出時刻Ｔｉ７よりも検出時刻Ｔｉ８に近く、従って、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに最も近い検出時刻Ｔｉ８に係るdata８が、今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けられることになる。また、その他の代替例として、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期の直後のクロック周期のdata＊を、今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けてもよい。この場合、図４に示した例では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期の直後のクロック周期に係るdata８が今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けられることになる。

尚、このようにして同期されたＧＰＳデータＡ及び車両センサ１４のdata＊は、多種多様なシステムで利用可能である。例えば、同期されたＧＰＳデータＡ及び車両センサ１４のdata＊は、慣性航法による測位システムで利用されてもよいし、ＧＰＳデータＡの位置情報を利用する各種の車両走行制御システムや情報出力システムに利用されてもよいし、マップマッチング等に利用されてもよい。

このように本実施例１によれば、ＰＰＳ信号を取り出すことが不能又は困難なＧＰＳ受信機１２を備えるナビゲーション装置に対しても、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果とをソフトウェア的に同期させることができる。また、特に強調すべきこととして、本実施例１によれば、測位演算時間ｔ１のみならず、ＧＰＳデータＡの転送時間ｔ２をも考慮して、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐを推定するので、その推定精度が高く、それ故に、同期誤差を効果的に低減することができる。

実施例２は、上述の実施例１に対して、マイクロコンピューター１１により実行される同期処理の詳細のみが異なる。従って、以下では、実施例２に特有の構成のみを説明し、その他の構成については上述の実施例１と同様であってよい。

図６は、本実施例２における同期処理の説明図である。ここで、図４で示した内容を参照しつつ、本実施例２における同期処理を説明する。上述の実施例１では、上述の如く所定のクロック周期のdata＊が、ＧＰＳデータＡに対応付けられる。しかしながら、この場合、クロック周期以下の同期誤差が残る。例えば、図４で示した例において、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期に係るdata７がＧＰＳデータＡに対応付けられる場合、依然として、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐと検出時刻Ｔｉ７との時間差分（＝ａ−β）だけ同期誤差が残存する。

そこで、本実施例２では、マイクロコンピューター１１は、このようなクロック周期以下の同期誤差を取り除くために、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐと、同期させるべきdata＊に係る検出時刻Ｔｉ＊との時間差ΔＴｐを算出し、ＧＰＳ測位結果（ＧＰＳデータＡ）を、時間差ΔＴｐ分だけ外挿補間して補正してから、同期させるべきdata＊に対応付ける。尚、本実施例２では、ＧＰＳ測位結果のうち車両９０の位置の測位結果が車両センサ１４の検出結果と対応付けられる（同期される）。

ここでは、一例として、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに最も近い検出時刻Ｔｉ８に係るdata８がＧＰＳデータＡに対応付けられる場合を考える。この場合、図６に示すように、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐと、同期させるべきdata８に係る検出時刻Ｔｉ８との時間差ΔＴｐは、ΔＴｐ＝Ｔｉ８−Ｔｐ（＝β）となる。従って、マイクロコンピューター１１は、ＧＰＳ測位結果（ＧＰＳデータＡ）を、時間差ΔＴｐ（＝β）分だけ外挿補間することで、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐから時間ΔＴｐ経過したときのＧＰＳ測位結果を算出し、当該算出したＧＰＳ測位結果を、data８に対応付ける。外挿補間は、車両９０の速度情報に基づいて、時間差ΔＴｐ間における車両９０の移動量を算出し、当該移動量を、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに係る車両９０の位置の測位結果に積算することで実現される。車両９０の速度情報としては、好ましくは、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに係る車両９０の速度の測位結果（例えばドップラ周波数の観測結果を用いて算出される速度）が用いられる。

尚、ドップラ周波数の観測結果を用いて車両９０の速度の測位方法は任意の方法が用いられてもよいが、例えば以下の方法が用いられてよい。先ず、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、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応した周期（ｉ）におけるドップラ周波数Δｆ_ｋ（ｉ）（＝ｆｒ−ｆ_Ｌ１）が測定される。次いで、ドップラ周波数Δｆ_ｋ（ｉ）を用いて、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応した周期（ｉ）における車両９０の速度ベクトルｖ＝（ｖ_ｘ（ｉ），ｖ_ｙ（ｉ），ｖ_ｚ（ｉ））が測位される。この測位は、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（擬似距離ρ_ｋの時間微分）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、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）において測位された車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））、及び、周期（ｉ）において算出されるＧＰＳ衛星１０_ｋの衛星位置（Ｘ_ｋ（ｉ），Ｙ_ｋ（ｉ），Ｚ_ｋ（ｉ））を用いて、以下のように、算出されてよい。

また、ドップラレンジｄρ_ｋ（ｉ）は、搬送波の波長λ（既知）と、周期（ｉ）で得られるＧＰＳ衛星１０_ｋに関するドップラ周波数Δｆ_ｋ（ｉ）を用いて、例えばｄρ_ｋ（ｉ）＝λ・Δｆ_ｋ（ｉ）により、算出される。尚、この場合、外挿補間は、得られた速度ベクトルｖ＝（ｖ_ｘ（ｉ），ｖ_ｙ（ｉ），ｖ_ｚ（ｉ））に、時間差ΔＴｐを乗算し、当該乗算して得られた変位ベクトルを、周期（ｉ）において測位された車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））に積算することで実現される。即ち、補正後の車両９０の位置（Ｘ_ｕ’（ｉ），Ｙ_ｕ’（ｉ），Ｚ_ｕ’（ｉ））＝ΔＴｐ・（ｖ_ｘ（ｉ），ｖ_ｙ（ｉ），ｖ_ｚ（ｉ））＋（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））として算出される。

図７は、本実施例２においてマイクロコンピューター１１により実行される同期処理の一例を示すフローチャートである。

ステップ２００では、ＧＰＳデータＡの転送時間ｔ２（図４参照）が算出される。転送時間ｔ２は、予め試験等により導出しておき、既知情報としてマイクロコンピューター１１がアクセス可能なメモリに予め記憶されてもよい。

ステップ２０２では、測位演算時間ｔ１（図４参照）が見積もられる。測位演算時間ｔ１は、転送時間ｔ２と同様、予め試験等により導出しておき、既知情報としてマイクロコンピューター１１がアクセス可能なメモリに予め記憶されてもよい。

ステップ２０４では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐが推定される。具体的には、上述の如くＧＰＳデータＡの入力時刻Ｔｇを用いて、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐ＝Ｔｇ−ｔ１−ｔ２として算出される。

ステップ２０６では、data0の入力時刻Ｔｉと、車両センサ１４の周期ΔＴ２（＝ａ）を用いて、１０周期分のデータ（data0〜data9）に対して、検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9を割り当てる。具体的には、data9には、検出時刻Ｔｉ9＝Ｔｉ−ａが割り当てられ、data8には、検出時刻Ｔｉ8＝Ｔｉ−２×ａが割り当てられ、以下同様で、data0には、検出時刻Ｔｉ0＝Ｔｉ−10×ａが割り当てられる。尚、検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9は、各data0〜data9が検出された時刻に対応し、ここでは、車両センサ１４における処理時間及び伝送時間の遅れは微小であるとして無視される。但し、これらの処理時間及び／又は伝送時間を差し引いて検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9を導出してもよい。

ステップ２０８では、上記ステップ２０４で推定したＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐと、上記ステップ２０６で割り当てた検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9とを比較し、検出時刻Ｔｉ0〜Ｔｉ9のうち、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期に係るdata＊を、今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けるべき（同期させるべき）data＊として特定する。尚、図４に示した例では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期に係るdata７が特定されることになる。或いは、代替例として、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに最も近い検出時刻Ｔｉ＊に係るdata＊が特定されてもよい。この場合、図４に示した例では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに最も近い検出時刻Ｔｉ８に係るdata８が特定されることになる。また、その他の代替例として、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期の直後のクロック周期のdata＊が特定されてもよい。この場合、図４に示した例では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期の直後のクロック周期に係るdata８が特定されることになる。但し、本実施例２では、上述の如く後のステップ２１４にて外挿補間を行うので、好ましくは、このその他の実施例のように、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期の直後のクロック周期のdata＊が特定される。以下では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応したクロック周期の直後のクロック周期のdata＊が特定されるものとして説明を続ける。

ステップ２１０では、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐと、上記ステップ２０８で特定されたdata＊に係る検出時刻Ｔｉ＊との時間差ΔＴｐ（＝Ｔｉ＊−Ｔｐ）が算出される。

ステップ２１２では、上記ステップ２１０で算出された時間差ΔＴｐにより、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに係る車両９０の位置の測位結果が外挿補間される。外挿補間の方法は上述した方法が用いられてよい。

ステップ２１４では、外挿補間により補正された車両９０の位置の測位結果が、上記ステップ２０８で特定されたdata＊に対応付けられる（同期される）。尚、このようにして同期されたＧＰＳデータＡ及び車両センサ１４のdata＊は、多種多様なシステムで利用可能である。例えば、同期されたＧＰＳデータＡ及び車両センサ１４のdata＊は、慣性航法による測位システムで利用されてもよいし、ＧＰＳデータＡの位置情報を利用する各種の車両走行制御システムや情報出力システムに利用されてもよいし、マップマッチング等に利用されてもよい。

このように本実施例２によれば、ＰＰＳ信号を取り出すことが不能又は困難なＧＰＳ受信機１２を備えるナビゲーション装置に対しても、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果とをソフトウェア的に同期させることができる。また、特に強調すべきこととして、本実施例２によれば、上述の如く、車両９０の位置の測位結果を、クロック周期以下の時間差ΔＴｐを用いて補間による補正を行った上で、車両センサ１４の検出結果に同期させるので、クロック周期以下の同期誤差を無くすことができる。また、本実施例２によれば、測位演算時間ｔ１のみならず、ＧＰＳデータＡの転送時間ｔ２をも考慮して、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐを推定するので、推定精度が高く、それ故に、同期誤差を効果的に低減することができる。

実施例３は、上述の実施例１に対して、マイクロコンピューター１１により実行される同期処理の詳細のみが異なる。従って、以下では、実施例３に特有の構成のみを説明し、その他の構成については上述の実施例１と同様であってよい。

図８は、本実施例３においてマイクロコンピューター１１により実行される同期処理の一例を示すフローチャートである。

ステップ３００では、ＧＰＳデータＡから速度情報（車両９０の速度の測位結果）が抽出される。

ステップ３０２では、抽出したＧＰＳデータＡの速度情報と、車両センサ１４の１０周期分のデータ（data0〜data9）とを比較する。この際、車両センサ１４の各data＊における速度情報（例えば車輪速センサからの速度情報）が、ＧＰＳデータＡの速度情報と比較される。この目的のため、車両センサ１４の各data＊は、好ましくは、車輪速センサからの速度情報のような速度情報を直接的に含むが、車輪速センサからの速度情報に代えて、加速度情報のような速度情報を導出可能なデータを含んでもよい。また、車両センサ１４の各data＊は、好ましくは、車輪速センサからの速度情報以外の情報（例えば加速度情報や舵角情報等）を含む。これは、車両センサ１４の各data＊が速度情報しか含まない場合には、本実施例３による同期させる意義が実質的に無くなるからである。

ステップ３０４では、上記ステップ３０２の比較の結果、車両センサ１４の１０周期分のデータ（data0〜data9）のうちから、ＧＰＳデータＡの速度情報に最も近似する車両情報を含む車両センサ１４のdata＊を特定し、当該特定したdata＊を、今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付ける（同期させる）。例えば、図４に示した例で、検出時刻Ｔｉ８に係るdata８に係る速度情報が、ＧＰＳデータＡの速度情報に最も近似する場合には、検出時刻Ｔｉ８に係るdata８が今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けられることになる。即ち、この場合、検出時刻Ｔｉ８がＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐであると推定され、検出時刻Ｔｉ８に係るdata８が今回入力されたＧＰＳデータＡに対応付けられることになる。

尚、このようにして同期されたＧＰＳデータＡ及び車両センサ１４のdata＊は、多種多様なシステムで利用可能である。例えば、同期されたＧＰＳデータＡ及び車両センサ１４のdata＊は、慣性航法による測位システムで利用されてもよいし、ＧＰＳデータＡの位置情報を利用する各種の車両走行制御システムや情報出力システムに利用されてもよいし、マップマッチング等に利用されてもよい。

このように本実施例３によれば、ＰＰＳ信号を取り出すことが不能又は困難なＧＰＳ受信機１２を備えるナビゲーション装置に対しても、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果とをソフトウェア的に同期させることができる。また、特に強調すべきこととして、本実施例３によれば、上述の如く、測位演算時間ｔ１やＧＰＳデータＡの転送時間ｔ２を導出不能又は困難な場合でも、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐを精度良く推定して、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果とを同期させることができる。

図９（Ａ）は、ＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果との同期ができていない場合のＩＮＳを用いた慣性航法による測位結果を示し、図９（Ｂ）は、上述の実施例によりＧＰＳ受信機１２の測位結果と車両センサ１４の検出結果との同期ができている場合の同測位結果を示す。測位結果はカルマンフィルタを通した結果であるが、同期ができている場合は滑らかな軌跡を描くことが分かる。

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、ＰＰＳ信号発生時刻ＴｐがＧＰＳ測位で通常的に同期に利用されていることを考慮して、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐを基準時刻として推定しているが、その他の時刻を基準時刻として設定し、推定してもよい。例えば、等価的に、測位に用いるＧＰＳ電波の受信時刻や、測位に用いるＧＰＳ電波の送信時刻（ＧＰＳ衛星１０の電波発信時刻）を基準時刻として設定し、推定してもよい。

また、上述した実施例２では、衛星からの電波のドップラ周波数から測位されて得られる速度情報を用いて外挿補間を実行しているが、その他の方法で測位されて得られる速度情報を用いてもよい。例えば、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐに対応する周期（ｉ）において測位された車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ），Ｙ_ｕ（ｉ），Ｚ_ｕ（ｉ））と、前回周期（ｉ−１）において測位された車両９０の位置（Ｘ_ｕ（ｉ−１），Ｙ_ｕ（ｉ−１），Ｚ_ｕ（ｉ−１））との差分ベクトルを導出し、当該差分ベクトルを周期時間で除算することで、速度情報を導出し、当該速度情報を用いて外挿補間を実行してもよい。

また、上述した実施例２では、好ましい実施例として、測位演算時間ｔ１のみならず、ＧＰＳデータＡの転送時間ｔ２をも考慮して、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐを推定しているが、いずれか一方（例えば測位演算時間ｔ１）のみを考慮して、ＰＰＳ信号発生時刻Ｔｐを推定してもよい。

また、上述した実施例において、マイクロコンピューター１１は、ＧＰＳ受信機からＰＰＳ信号が入力されない場合に限り、上述の同期処理を実行することとしてもよい。即ち、ＧＰＳ受信機からＰＰＳ信号が入力される場合には、マイクロコンピューター１１は、従来と同様の態様でＰＰＳ信号に基づいて同期を取るようにしてもよい。

また、上述した実施例では、車両センサ１４の検出結果は、１０周期分のデータ（data0〜data9）単位で格納されているが、１０周期という数字は一例であり、任意の周期数のデータ単位で格納されてもよい。例えば、１周期毎にデータが格納されてもよく、この場合、例えば図５に示したようなステップ１０６の処理は不要となる。

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以外の衛星システム、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１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。 移動体用測位装置１の一実施例の主要構成を示す図である。 対照例として従来技術を示す図である。 実施例１における同期処理の説明図である。 実施例１においてマイクロコンピューター１１により実行される同期処理の一例を示すフローチャートである。 実施例２における同期処理の説明図である。 実施例２においてマイクロコンピューター１１により実行される同期処理の一例を示すフローチャートである。 実施例３においてマイクロコンピューター１１により実行される同期処理の一例を示すフローチャートである。 ＩＮＳ測位例を示す図である。

符号の説明

１ 移動体用測位装置
１０ ＧＰＳ衛星
１１ マイクロコンピューター
１２ ＧＰＳ受信機
１４ 車両センサ
１６ 伝送路
１８ 伝送路
９０ 車両

Claims (15)

1. 衛星からの電波の受信結果に基づいて、基準時刻における移動体の位置及び速度を測位する測位手段と、
   移動体の状態を検出する状態検出センサと、
   前記状態検出センサの検出結果を所定のクロック周期で伝送する伝送路と、
   前記状態検出センサの検出結果と前記測位手段の測位結果とを同期させる同期手段とを備え、
   前記同期手段は、
   連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちから、同期させるべき検出結果を特定する第１同期手段と、
   前記基準時刻を推定する推定手段と、
   前記第１同期手段により特定された検出結果が検出された検出時刻と、前記推定手段により推定された基準時刻との時間差を算出する時間差算出手段と、
   前記時間差算出手段により算出された時間差と、前記基準時刻における移動体の位置及び速度の測位結果とを用いて、前記検出時刻における移動体の位置を補間により算出し、該移動体の位置の算出結果と、前記第１同期手段により特定された検出結果とを対応付ける第２同期手段とを備えることを特徴とする、移動体用測位装置。
2. 前記第１同期手段は、前記推定手段の推定結果を用いて、前記基準時刻に対応するクロック周期における検出結果、前記基準時刻に対応するクロック周期の直後のクロック周期における検出結果、又は、前記基準時刻に最も近い検出時刻の検出結果を、前記同期させるべき検出結果として特定する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
3. 前記第２同期手段は、前記基準時刻における移動体の速度の測位結果に基づいて、前記時間差算出手段により算出された時間差の間における前記移動体の移動量を算出し、該算出した移動量と、前記基準時刻における移動体の位置の測位結果とに基づいて、前記検出時刻における移動体の位置を算出する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
4. 前記移動体の速度の測位結果は、衛星からの電波のドップラ周波数の観測結果を用いて導出される、請求項１に記載の移動体用測位装置。
5. 前記推定手段は、前記測位手段の測位演算に要する測位演算時間と、前記同期手段に前記測位手段からの測位結果が伝送されるときに要する伝送時間とを考慮して、前記基準時刻を推定する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
6. 前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
   前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に第２伝送路を介して接続されたコンピューターにより実現され、
   前記伝送時間は、前記第２伝送路における伝送時間である、請求項５に記載の移動体用測位装置。
7. 前記時間差算出手段は、連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちの所定番目のクロック周期における検出結果が受信された時刻と、前記所定番目のクロック周期と前記第１同期手段により特定された検出結果のクロック周期との周期数の差とに基づいて、前記第１同期手段により特定された検出結果が検出された検出時刻を推定する、請求項１に記載の移動体用測位装置。
8. 衛星からの電波の受信結果に基づいて、基準時刻における移動体の位置又は速度を測位する測位手段と、
   移動体の状態を検出する状態検出センサと、
   前記状態検出センサの検出結果を所定のクロック周期で伝送する伝送路と、
   連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちから、同期させるべき検出結果を特定して、該特定した検出結果を、前記基準時刻における移動体の位置又は速度の測位結果に対応付ける同期手段とを備え、
   前記同期手段は、前記測位手段の測位演算に要する測位演算時間と、該同期手段に前記測位手段からの測位結果が伝送されるときに要する伝送時間とを考慮して、前記基準時刻を推定する推定手段を備え、前記推定手段により推定された基準時刻に対応する又は近接するクロック周期における検出結果を、前記同期させるべき検出結果として特定することを特徴とする、移動体用測位装置。
9. 前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
   前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に第２伝送路を介して接続されたコンピューターにより実現され、
   前記伝送時間は、前記第２伝送路における伝送時間である、請求項８に記載の移動体用測位装置。
10. 衛星からの電波の受信結果に基づいて、基準時刻における移動体の位置及び速度を測位する測位手段と、
    移動体の状態を検出する状態検出センサと、
    前記状態検出センサの検出結果を所定のクロック周期で伝送する伝送路と、
    連続した複数のクロック周期に亘って前記伝送路を介して受信した前記状態検出センサの各検出結果のうちから、同期させるべき検出結果を特定して、該特定した検出結果を、前記基準時刻における移動体の位置の測位結果に対応付ける同期手段とを備え、
    前記状態検出センサにより検出される移動体の状態は、移動体の速度を含むと共に、更に、移動体の速度以外の状態を含み、
    前記同期手段は、連続した複数のクロック周期に亘って前記状態検出センサから伝送された移動体の速度の各検出結果のうちから、前記基準時刻における移動体の速度の測位結果に最も近似する検出結果を、探索し、該最も近似する検出結果に係るクロック周期における検出結果を、前記同期させるべき検出結果として特定することを特徴とする、移動体用測位装置。
11. 前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
    前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に接続されたコンピューターにより実現され、
    前記ＧＰＳ受信機から前記コンピューターへは、前記基準時刻を表すＰＰＳ信号が伝送されない、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の移動体用測位装置。
12. 前記測位手段は、ＧＰＳ受信機により実現され、
    前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機に接続されたコンピューターにより実現され、
    前記同期手段は、前記ＧＰＳ受信機から前記コンピューターにＰＰＳ信号が供給されない場合に機能する、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の移動体用測位装置。
13. 前記状態検出センサにより検出される移動体の状態は、移動体の速度、加速度、角速度及び舵角のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の移動体用測位装置。
14. 前記移動体は車両である、請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載の移動体用測位装置。
15. 請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の移動体用測位装置における前記同期手段を実現するコンピューター。

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