JP2009236517A - Gps receiver - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、GPS(Global Positioning System)信号を用いてGPS測位を行うGPSレシーバに関連し、詳しくは、該GPS測位の結果に基づいて計算した推定位置を外部に出力するGPSレシーバに関する。 The present invention relates to a GPS receiver that performs GPS positioning using a GPS (Global Positioning System) signal. Specifically, the present invention relates to a GPS receiver that outputs an estimated position calculated based on a result of the GPS positioning to the outside.
GPSは、地球を周回するGPS衛星から発信されるGPS信号を用いて対象物の位置情報等を測定するための測位システムであり、日常生活においても広く利用されている。 GPS is a positioning system for measuring position information and the like of an object using GPS signals transmitted from GPS satellites orbiting the earth, and is widely used in daily life.
GPSでは、CDMA(Code Division Multiple Access)方式によって複数のGPS衛星が同じ周波数帯を共用してGPS信号を送信する。すなわち、GPS信号は、GPS衛星の軌道情報やクロック情報を含む通信信号としての航法メッセージと、GPS衛星毎に定められた拡散符号としてのPRNコード(Pseudo Random Noise code)とにより、1575.42MHzのキャリアをBPSK(Binary Phase Shift Keying)変調したものである。GPSレシーバは、原理上必要とされる個数以上のGPS衛星を選択し、選択したGPS衛星に対応するPRNコードを生成し、生成したPRNコードの位相をGPS信号に同期させて乗じることにより航法データを復調する。そして、復調して得られた航法データを用いて演算を行い、対象物の位置情報、移動速度等を得る。以下、GPSレシーバによるGPS信号を利用した位置測位、移動速度測定等を「GPS測位」と記す。 In GPS, a plurality of GPS satellites share the same frequency band and transmit a GPS signal by a CDMA (Code Division Multiple Access) method. That is, the GPS signal is 1575.42 MHz by a navigation message as a communication signal including GPS satellite orbit information and clock information and a PRN code (Pseudo Random Noise code) as a spread code determined for each GPS satellite. The carrier is obtained by BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation. The GPS receiver selects the number of GPS satellites more than necessary in principle, generates a PRN code corresponding to the selected GPS satellite, and multiplies the phase of the generated PRN code in synchronization with the GPS signal to multiply the navigation data. Is demodulated. And it calculates using the navigation data obtained by demodulating, and obtains position information, moving speed, etc. of the object. Hereinafter, position measurement, movement speed measurement, and the like using a GPS signal by a GPS receiver will be referred to as “GPS positioning”.
GPSレシーバを備えたエンドユーザ向け製品には、例えば乗用車に搭載されるカーナビゲーション装置がある。カーナビゲーション装置は、GPS測位に加えてDR(dead reckoning)センサを用いた周知のDR測位も行い、2つの測位方式の弱点を補完するように、両方式による測位結果から最終的な測位結果を演算する。そして、演算して得られた測位結果に基づいて、画面上に表示する自車位置を更新する。また、ユーザによって目的地が設定されている場合には、カーナビゲーション装置は画面上の自車位置の更新と併せて当該目的地に向けたナビゲーションを行う。 An end-user product including a GPS receiver includes, for example, a car navigation device mounted on a passenger car. In addition to GPS positioning, the car navigation system also performs well-known DR positioning using a DR (dead reckoning) sensor, and the final positioning result is obtained from the positioning results of both systems so as to complement the weaknesses of the two positioning methods. Calculate. And based on the positioning result obtained by calculation, the own vehicle position displayed on the screen is updated. When the destination is set by the user, the car navigation device performs navigation toward the destination together with the update of the vehicle position on the screen.
このようなカーナビゲーション装置では、GPSレシーバがGPS測位に利用できるGPS衛星は、建造物等によるGPS信号の遮蔽により刻々と変化する。このためGPS測位に利用されるGPS衛星の幾何学的配置がばらついてGPS測位解に含まれる誤差が変動し、次の図1(a)に示されるようにGPS測位による測定位置がばらつく。 In such a car navigation apparatus, the GPS satellite that can be used by the GPS receiver for GPS positioning changes every moment due to the shielding of the GPS signal by a building or the like. For this reason, the geometrical arrangement of the GPS satellites used for GPS positioning varies, and the error included in the GPS positioning solution fluctuates. As shown in FIG.
図1(a)はGPS測位による測定位置のばらつきを説明するための図である。図1(a)の線Aは乗用車の実際の走行軌跡を、●印の各プロットは所定の周期で実行されるGPS測位により得られる測定位置を、線A’は各測定位置を時系列で結んだ軌跡を示す。図1(a)に示されるように、測位に利用されるGPS衛星の幾何学的配置のばらつきに起因して測位誤差が変動するため、各測定位置を時系列で結んだ軌跡A’が乗用車の実際の走行軌跡Aに対して大きくばらついていることが分かる。 FIG. 1A is a diagram for explaining variation in measurement positions due to GPS positioning. Line A in FIG. 1 (a) shows the actual travel trajectory of the passenger car, each plot marked with ● indicates a measurement position obtained by GPS positioning executed at a predetermined cycle, and line A ′ shows each measurement position in time series. Shows the connected trajectory. As shown in FIG. 1 (a), the positioning error fluctuates due to variations in the geometrical arrangement of GPS satellites used for positioning. Therefore, a trajectory A ′ connecting the measurement positions in time series is a passenger car. It can be seen that the actual travel locus A greatly varies.
カーナビゲーション装置等においては、このように不規則にゆらいだ軌跡を画面表示することは好ましくない。このため一般的なGPSレシーバは、カルマンフィルタを使用してGPS測位結果から統計的に誤差成分を除去した推定値を計算する構成を有している。GPSレシーバは、カルマンフィルタが過去のGPS測位結果や測定条件等の情報を統合して求めた推定値に基づいてGPS測位結果を修正して出力する。図1(b)は、図1(a)と同一の走行軌跡Aと、カルマンフィルタによる推定値に基づいて修正された各測定位置を時系列で結んだ軌跡A”との関係を表す図である。図1(b)に示されるように、カルマンフィルタの処理によって、実際の走行軌跡Aと修正後の測定位置との誤差は小さくなり、また時間的に隣り合う測定位置が連続性を有するように位置修正されるため、修正後の各測定位置を時系列で結んだ軌跡は滑らかな軌跡を描くようになる。 In a car navigation device or the like, it is not preferable to display such an irregularly trajectory on the screen. For this reason, a general GPS receiver has a configuration for calculating an estimated value obtained by statistically removing an error component from a GPS positioning result using a Kalman filter. The GPS receiver corrects and outputs the GPS positioning result based on the estimated value obtained by the Kalman filter integrating information such as past GPS positioning results and measurement conditions. FIG. 1B is a diagram showing the relationship between the same traveling locus A as in FIG. 1A and the locus A ″ that connects the measurement positions corrected based on the estimated values by the Kalman filter in time series. 1B, the error between the actual travel locus A and the corrected measurement position is reduced by the Kalman filter process, and the measurement positions adjacent in time are continuous. Since the position is corrected, the trajectory connecting the corrected measurement positions in time series draws a smooth trajectory.
ここで、例えば乗用車がトンネルに進入するとGPS衛星からのGPS信号がトンネルで遮蔽されるため、GPSレシーバはGPS測位を行うことができない。このようなGPSレシーバの非測位状態が長く継続すると、例えば前回測定位置からの移動距離や方位の変化が大きくなるため、カルマンフィルタの推定値の精度が低下してGPS測位結果の誤差が大きくなる。このためGPSレシーバは、非測位状態が一定時間以上継続した場合にはカルマンフィルタの推定値をリセットするように構成されている。 Here, for example, when a passenger car enters a tunnel, a GPS signal from a GPS satellite is shielded by the tunnel, so the GPS receiver cannot perform GPS positioning. If such a non-positioning state of the GPS receiver continues for a long time, for example, a change in the moving distance and direction from the previous measurement position becomes large, so that the accuracy of the estimated value of the Kalman filter decreases and the error of the GPS positioning result increases. For this reason, the GPS receiver is configured to reset the estimated value of the Kalman filter when the non-positioning state continues for a certain time or more.
また、乗用車がトンネルから抜けるとGPSレシーバはGPS信号を遮蔽する要素がなくなるためGPS測位を再開するが、このときGPS測位による測定位置が大きく位置飛びすることがある。 Further, when the passenger car exits from the tunnel, the GPS receiver resumes GPS positioning because there is no element that blocks the GPS signal. At this time, the measurement position by the GPS positioning may jump greatly.
例えば長時間の非測位状態から測位可能状態に復帰した時に最初に行うGPS測位(以下、「初回測位」と記す。)では、非測位時にキャリア周波数やPRNコードの位相が変動しているため、非測位状態になる前のGPS測位で用いた値(GPS衛星を捕捉する際に用いた各種設定値)を利用した場合、GPS衛星を再捕捉することが難しい。このためGPSレシーバは、GPS衛星を再捕捉する際のキャリア周波数やPRNコードの位相のサーチレンジを広めに設定する。このためGPSレシーバはGPS衛星の捕捉に時間がかかり、初回測位で十分な数のGPS衛星を捕捉できず、精度の良いGPS測位結果を演算できないことがある。このとき測定位置が大きく位置飛びしたものになる。 For example, in the first GPS positioning (hereinafter referred to as “initial positioning”) performed when returning from a long-time non-positioning state to a positioning ready state, the carrier frequency and the phase of the PRN code fluctuate during non-positioning. When the values used in GPS positioning before entering the non-positioning state (various setting values used when capturing the GPS satellites) are used, it is difficult to re-acquire the GPS satellites. For this reason, the GPS receiver sets a wider search range for the carrier frequency and the phase of the PRN code when reacquiring the GPS satellite. For this reason, the GPS receiver takes time to capture the GPS satellites, and it may not be possible to acquire a sufficient number of GPS satellites in the first positioning, and it may not be possible to calculate accurate GPS positioning results. At this time, the measurement position greatly jumps.
さらに、非測位状態が一定時間以上継続してカルマンフィルタの推定値がリセットされている場合、カルマンフィルタは、精度の低い初回測位結果によって初期値が設定され、それ以降の推定値を精度の低い初回測位結果に基づいて推定することになる。このため乗用車がトンネルから抜けた直後はカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下する。カルマンフィルタは過去の推定値を用いて新たな推定値を演算するように設計されているため、一旦推定値に大きな誤差が含まれるとその誤差が除去されるまでに時間がかかる欠点がある。 In addition, if the Kalman filter estimated value is reset after a non-positioning state has continued for a certain period of time, the initial value is set for the Kalman filter based on the initial positioning result with low accuracy, and the subsequent estimated values are used for the initial positioning with low accuracy. It will be estimated based on the result. For this reason, the accuracy of the estimated value of the Kalman filter is significantly reduced immediately after the passenger car leaves the tunnel. Since the Kalman filter is designed to calculate a new estimated value using a past estimated value, once the estimated value includes a large error, there is a drawback that it takes time until the error is removed.
図2は、カルマンフィルタの推定値の精度が低下した場合の問題を説明するための図である。図2の線Aは図1(a)等と同一の走行軌跡を、線Bはトンネルと該トンネルの外との境界を、プロットCは初回測位で得られる測定位置を、●印の各プロットはカルマンフィルタで処理されていない場合の二回目以降の各測定位置(初回測位の次回(二回目)以降のGPS測位で得られる測定位置)を、×印の各プロットはカルマンフィルタで処理された場合の二回目以降の測定位置を示す。図2に示されるように、大きく位置飛びした測定位置Cによりカルマンフィルタの推定値の精度が一旦劣化すると、カルマンフィルタで処理された測定位置が良好な値(直線Aの近傍)に収束するまでに時間がかかることが分かる。 FIG. 2 is a diagram for explaining a problem when the accuracy of the estimated value of the Kalman filter is lowered. Line A in FIG. 2 shows the same traveling trajectory as in FIG. 1A, etc., line B shows the boundary between the tunnel and the outside of the tunnel, plot C shows the measurement position obtained by the first positioning, and each plot marked with ● Indicates each measurement position after the second time when not processed by Kalman filter (measurement position obtained by GPS positioning after the next (second time) of the first positioning), and each plot marked with × is when processed by Kalman filter The measurement position after the second time is shown. As shown in FIG. 2, once the accuracy of the estimated value of the Kalman filter is once deteriorated due to the measurement position C greatly jumped, it takes time until the measurement position processed by the Kalman filter converges to a good value (near the straight line A). It turns out that it takes.
初回測位を速やかに行なうための技術については、特許文献1〜3に幾つかの方法が示されている。特許文献1に記載のGPSレシーバは、キャリアとGPSレシーバ内部で発生させた信号との同期レベルを監視し、トンネル等の遮蔽物によりGPS信号が遮蔽されているかを判定する。そして、GPS信号が遮蔽されていると判定した場合にはその代替として別のGPS衛星をサーチすることを禁止する。また特許文献2に記載のGPSレシーバは、GPS信号の遮断を検知したときに、過去に捕捉したGPS衛星を優先的にサーチする。このため特許文献1や2に記載のGPSレシーバでは、例えばトンネルを通過した際にサーチレンジを広げて新たなGPS衛星をサーチするといった必要がなくなるため、速やかな初回測位が達成される。
Regarding techniques for promptly performing initial positioning, Patent Documents 1 to 3 disclose several methods. The GPS receiver described in Patent Document 1 monitors the synchronization level between a carrier and a signal generated inside the GPS receiver, and determines whether the GPS signal is shielded by a shield such as a tunnel. If it is determined that the GPS signal is blocked, searching for another GPS satellite is prohibited as an alternative. Further, the GPS receiver described in
また特許文献3に記載のGPSレシーバは、キャリア周波数に基づいてGPSレシーバ内部の基準周波数発振器の周波数ズレ量を算出する。そして、算出された周波数ズレ量に基づいてキャリア周波数やPRNコードの位相のサーチレンジを設定して次のサーチ動作を行う。特許文献3に記載のGPSレシーバは、適切なサーチレンジを予め設定することで速やかな初回測位を達成する。
しかし、特許文献1〜3の何れにも上述した問題、つまり初回測位による測定位置が位置飛びするようなときにカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下する問題については提起されておらず、これまで当該問題を解決する手段についての検討は行なわれていなかった。 However, none of Patent Documents 1 to 3 raises the problem described above, that is, the problem that the accuracy of the estimated value of the Kalman filter is significantly lowered when the measurement position by the initial positioning jumps. There has been no study on means for solving the problem.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、初回測位の精度が低い場合であってもその後の測定位置の精度低下を有効に避けることができるGPSレシーバを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a GPS receiver capable of effectively avoiding a subsequent decrease in accuracy of the measurement position even when the accuracy of the initial positioning is low. Is to provide.
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るGPSレシーバは、GPS信号を用いてGPS測位を行い、該GPS測位により求められた測定位置に基づいて推定位置を計算して外部に出力するように構成されたものであり、GPS測位の結果に基づいてGPSレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、第一の範囲に基づいて、過去のある時点でGPSレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、過去のある時点のGPS測位で計算された過去測定位置が第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段とを備え、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴としたものである。 A GPS receiver according to an embodiment of the present invention that solves the above problem performs GPS positioning using a GPS signal, calculates an estimated position based on a measurement position obtained by the GPS positioning, and outputs the estimated position to the outside. A current position estimating means for estimating a first range in which the GPS receiver can be currently located based on a result of GPS positioning, and a GPS receiver at a past time based on the first range. Past position estimation means for estimating a second range where the position can be located, and past measurement position determination for determining whether or not a past measurement position calculated by GPS positioning at a certain past time is included in the second range And a past measurement position is not used for calculation of the estimated position when the past measurement position is not included in the second range.
このように構成されたGPSレシーバによれば、初回測位の精度が低く位置飛びするようなときにカルマンフィルタが該初回測位結果の影響を受けてその推定値の精度が低下することを有効に避けることができる。これにより、初回測位の次以降のGPS測位による測定位置は該初回測位の影響を受けず、該影響により精度が低下することがない。 According to the GPS receiver configured in this way, when the accuracy of the initial positioning is low and the position jumps, the Kalman filter effectively avoids the accuracy of the estimated value from being affected by the initial positioning result. Can do. Thereby, the measurement position by the GPS positioning after the first positioning is not affected by the first positioning, and the accuracy does not deteriorate due to the influence.
上記GPSレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合に、現在のGPS測位におけるDOP(Dilution of Precision)と、過去のある時点のGPS測位におけるDOPとを比較するDOP比較手段をさらに備えた構成としてもよい。このように構成されたGPSレシーバは、現在のGPS測位におけるDOPの方が良好である場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しない。 The GPS receiver includes a DOP comparison means for comparing a DOP (Dilution of Precision) in the current GPS positioning and a DOP in the GPS positioning at a past time when the past measurement position is not included in the second range. It is good also as composition provided further. The GPS receiver configured as described above does not use the past measurement position for calculating the estimated position when the DOP in the current GPS positioning is better.
また上記GPSレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合に、現在のGPS測位におけるDOPが規定値以下であるか否かを判定するDOP判定手段をさらに備えた構成としてもよい。このように構成されたGPSレシーバは、現在のGPS測位におけるDOPが規定値以下である場合には、推定位置の計算に該過去測定位置を使用しない。 The GPS receiver may further include a DOP determination unit that determines whether or not the DOP in the current GPS positioning is equal to or less than a specified value when the past measurement position is not included in the second range. . The GPS receiver configured in this manner does not use the past measurement position for calculation of the estimated position when the DOP in the current GPS positioning is equal to or less than the specified value.
上記現在位置推定手段は、GPS測位時に利用したGPS衛星の幾何学的配置および該GPS測位結果から求められる疑似距離誤差に基づいて第一の範囲を推定する構成としてもよい。 The current position estimating means may be configured to estimate the first range based on a geometric arrangement of GPS satellites used at the time of GPS positioning and a pseudorange error obtained from the GPS positioning result.
また上記過去位置推定手段は、現在のGPS測位による測位結果に含まれる測定方位および測定速度に基づいて第一の範囲をシフトさせたものを第二の範囲とする構成としてもよい。 The past position estimating means may be configured such that the second range is obtained by shifting the first range based on the measurement direction and the measurement speed included in the positioning result by the current GPS positioning.
ここで、上述した過去のある時点とは、例えば一定時間以上継続してGPS測位ができない状態から、GPS測位ができる状態に復帰した時点である。 Here, the above-mentioned certain point in the past is, for example, a point in time when the GPS positioning is resumed from a state where GPS positioning cannot be continued for a certain period of time or longer.
また上記GPSレシーバにおいて、推定位置の計算はカルマンフィルタを使用した推定計算であってもよい。このように構成されたGPSレシーバは、過去測定位置が第二の範囲に含まれない場合には、カルマンフィルタを使用した推定計算に該過去測定位置が用いられないよう、該カルマンフィルタをリセットする。 In the GPS receiver, the estimated position may be calculated using a Kalman filter. When the past measurement position is not included in the second range, the GPS receiver configured as described above resets the Kalman filter so that the past measurement position is not used in the estimation calculation using the Kalman filter.
本発明のGPSレシーバによれば、初回測位の精度が低く測定位置が位置飛びした場合であってもその後のカルマンフィルタの推定値の精度低下を有効に避けることができる。 According to the GPS receiver of the present invention, even if the accuracy of the first positioning is low and the measurement position jumps, it is possible to effectively avoid the subsequent decrease in accuracy of the estimated value of the Kalman filter.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のカーナビゲーション装置の構成および動作について説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of a car navigation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は、ナビゲーション装置200の構成を示すブロック図である。図3に示されるように、ナビゲーション装置200は、GPSレシーバ100、ジャイロセンサ102、車速センサ104、A/D変換部102a、104a、CPU(Central Processing Unit)108、ROM(Read Only Memory)110、RAM(Random Access Memory)112、HDD(Hard Disk Drive)114、表示部116、および入力部118を備えている。CPU108は、ナビゲーション装置200全体の制御を統括し、ナビゲーション装置200の各構成要素との連携動作により各種機能を実現する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the
GPSレシーバ100は、複数のGPS衛星からGPS測位に必要な数以上のGPS信号を捕捉、追尾してGPS測位を行い、得られたGPS測位結果をCPU108に出力する。GPSレシーバ100によるGPS測位は例えば毎秒一回行われる。
The
ジャイロセンサ102および車速センサ104は周知のDRセンサである。ジャイロセンサ102は、カーナビゲーション装置200を搭載した車両の水平面における方位に関する角速度を計測し、その計測結果をA/D変換部102aに出力する。また、車速センサ104は、当該車両の左右の駆動輪の回転速度を検出し、その検出結果に応じたパルス数をA/D変換部104aに出力する。A/D変換部102a、104aに入力された信号はデジタル信号に変換された後、CPU108に入力される。
The
ROM110は、ナビゲーション処理を実行するための各種プログラムを格納している。これらのプログラムは、ナビゲーション装置200起動時にRAM112のワークエリアにロードされる。CPU108は、当該ワークエリア上のプログラムを実行するとともに、HDD114に格納されている地図データを適宜読み出して表示部116に地図を表示させる。
The
具体的には、CPU108は、各DRセンサの出力に基づいてDR測位演算を行い、DR測位結果を取得する。次いで、取得したDR測位結果と、GPSレシーバ100のGPS測位結果とを、夫々の測位結果に対する誤差の推定値を加味した上で比較する。そして、その比較結果に基づいて高精度と判定される測位結果を選択し、選択された測位結果を最終的な測位結果(以下、「最終測位結果」と記す。)として決定する。なおGPS測位結果の出力が無い場合には、上記の比較処理を行うことなくDR測位結果を最終測位結果とする。
Specifically, the
そして、CPU108は、決定した測位結果に基づいてHDD114に格納されている地図データベースを検索し、対応する地図画像を抽出する。最後にマップマッチングを行い、抽出した地図画像に自車位置マークを重畳して表示部116に表示させる。このときユーザが入力部118を操作して目的地を設定していれば、CPU108はその目的地に向けたナビゲーション処理も行う。
Then, the
次に、GPSレシーバ100について詳細に説明する。図4は、GPSレシーバ100の構成を示すブロック図である。図4に示されるように、GPSレシーバ100は、ダウンコンバータ部1、受信信号処理部2、および測位演算制御部3を備えている。ダウンコンバータ部1は、GPS信号を受信して中間周波数に変換した後、受信信号処理部2に出力する。受信信号処理部2と測位演算制御部3は連携動作して、ダウンコンバータ部1から出力される信号を用いてGPS信号の捕捉、追尾、および測位の各処理を実行する。測位演算制御部3は、受信信号処理部2との連携動作で得られたGPS測位結果をCPU108に出力する。
Next, the
ダウンコンバータ部1は、GPSアンテナ10、RF(radio frequency)入力部11、BPF(Band Pass Filter)12および14、LNA(Low Noise Amplifier)13、ダウンコンバータ15、AGC(Auto Gain Control)16、TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)17、周波数シンセサイザー18、およびA/D変換部19を有している。
The down converter unit 1 includes a
GPS衛星から発信されたGPS信号は、GPSアンテナ10により受信され、RF入力部11を介してBPF12に入力する。次いで、この入力信号(以下、「RF信号」と記す。)は、BPF12により所定帯域にフィルタリングされ、低雑音増幅器であるLNA13、BPF14を経てGPS帯域外のノイズが減衰された後、ダウンコンバータ15に入力する。
A GPS signal transmitted from a GPS satellite is received by the
TCXO17は所定の周波数を発振する局部発振器であり、その発振周波数はダウンコンバータ15に入力されるRF信号の周波数よりも低い。また、周波数シンセサイザー18は、TCXO17からの入力に基づいて局部発振器信号を生成し、ダウンコンバータ15に出力する。ダウンコンバータ15は入力された局部発振器信号を用いて、AGC16の制御下で、RF信号を信号処理に有利な中間周波数、すなわちIF(Intermediate Frequency)信号に変換してA/D変換部19に出力する。
The TCXO 17 is a local oscillator that oscillates at a predetermined frequency, and the oscillation frequency is lower than the frequency of the RF signal input to the
A/D変換部19は、IF信号をサンプリングして直交復調し、I(In-phase)信号とQ(Quadra-phase)信号に変換する。なお、I信号は直交復調の際の同相成分であり、Q信号はI信号と直交関係にある成分である。以下、説明の便宜上、I信号とQ信号とをまとめて「IQ信号」という。A/D変換部19は、変換処理で得られたIQ信号を受信信号処理部2に出力する。
The A /
受信信号処理部2は、チャンネル21およびNCO(Number Controlled Oscillator)22を有している。受信信号処理部2は、CDMA方式により複数のGPS衛星からのGPS信号を同時に捕捉、追尾できるようにチャンネル21を複数備えた構成となっている。
The reception
また測位演算制御部3は、CPU31、RTC(Real-Time Clock)32、ROM33、RAM34、およびインターフェース35を有している。CPU31は、周波数シンセサイザー18から出力されるクロックに基づいて動作し、受信信号処理部2および測位演算制御部3の制御を統括的に行う。RTC32は、水晶発振器(不図示)によって動作する時計IC(Integrated Circuit)であり、計時手段として機能する。ROM33は、測位演算を行うためのプログラム(例えば上述したカルマンフィルタ等)やデータを格納している。当該プログラムは、ナビゲーション装置200起動時にRAM34のワークエリアにロードされる。CPU31は、RAM34のワークエリアにロードされたプログラムにしたがって動作し、NCO22を制御するとともに各チャンネル21からの信号に基づいて測位演算を行う。そして、演算によって得られたGPS測位結果をインターフェース35を介してCPU108に出力する。
The positioning calculation control unit 3 includes a
詳細には、CPU31は、前回までの測位で取得した航法メッセージ、前回のGPS測位結果、RTC32で計時される現在時刻に基づいて、各チャンネル21に入力されるIQ信号のドップラーシフト量、および、GPS信号を捕捉するために必要なPRNコードの位相のサーチレンジを推定し、推定結果に基づいてドップラーシフト量およびサーチレンジの設定値を生成してNCO22に出力する。CPU31は、各チャンネル21でそれぞれ異なるGPS衛星のGPS信号が捕捉、追尾されるように、各チャンネル21でサーチするPRNコードをチャンネル21毎にNCO22を通じて指定する。
Specifically, the
NCO22は、周波数シンセサイザー18から出力されるクロックを基準に動作し、CPU31からの設定値に基づいてPRNコードのリファレンスコードを生成するとともに、各チャンネル21と必要なデータ交換を行って各チャンネル21を制御する。
The
各チャンネル21は、NCO22の制御下で、A/D変換部19からのIQ信号に対して、CPU31が設定したドップラーシフト量に基づいてドップラーシフトの補償を行う。また、同じくCPU31が設定したサーチレンジ内において、PRNコードのリファレンスコードとIQ信号とを乗積および積算することにより、GPS信号に含まれるPRNコードと、リファレンスコード(すなわちGPSレシーバ100側で生成したPRNコード)との相関値を求める。そして、各チャンネル21は、求めた相関値が所定の閾値を超えた場合、当該IQ信号すなわちGPS信号を捕捉する。このときの積算処理の時間が長く設定されるほどGPS信号に含まれるノイズの影響を除去することができ、捕捉感度が上昇する。この積算処理時間もCPU31によって設定される。
Each
CPU31は、各チャンネル21で求められた相関値に基づいて、各チャンネル21で捕捉されたIQ信号とリファレンスコードとの位相差を検出するとともに、リファレンスコードの位相をIQ信号の位相に同期させて該IQ信号を復調し、航法データを得る。またCPU31は、各チャンネル21に対応したフィードバック制御であって、各チャンネル21の出力値が最大となるようにNCO22をフィードバック制御することにより、各チャンネル21で捕捉されたGPS信号の追尾を行う。なおCPU31は、GPS信号の捕捉、追尾に失敗した場合、サーチレンジの再設定等を行った上でGPS信号の捕捉、追尾を再試行する。チャンネル21で捕捉、追尾されているGPS信号の総数がGPS測位に必要な数以上である場合、CPU31は、航法データを始めとする測位に必要なデータを各チャンネル21から受け取って、測位および速度測定を行い、各測定結果をカルマンフィルタにかけてGPS測位結果を取得してCPU108に出力する。GPSレシーバ100は、上述のように、毎秒一回測位演算を行い、得られたGPS測位結果をCPU108に出力する。
The
このような処理(以下「GPS測位演算処理」と記す。)を経て得られたGPS測位結果がGPSレシーバ100からCPU108に出力されると、CPU108は該GPS測位結果、上記DR測位結果等を用いて最終測位結果を決定する。
When a GPS positioning result obtained through such processing (hereinafter referred to as “GPS positioning calculation processing”) is output from the
以上がGPSレシーバ100が実行するGPS測位の基本的な動作であるが、GPSレシーバ100は、上述した問題、すなわち初回測位による測定位置が位置飛びした場合にその後の測定位置の精度が劣化する問題を解消するため、図5〜図7のフローチャートに示されるGPS測定位置向上処理を実行する。以下、図5〜図7のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態によるGPS測定位置向上処理について説明する。なお、図5〜7のフローチャート及び以下の説明において、ステップを「S」と略記する。
The above is the basic operation of the GPS positioning performed by the
GPSレシーバ100のCPU31は、図5に示されるように、上述したGPS測位(ここでは測定結果をカルマンフィルタにかける前までの処理)を行う度に(S1)、非測位状態が一定時間以上継続しているか否かを判定する(S2)。例えばGPS測位が連続して失敗して非測位状態が一定時間以上継続した場合(S2:YES)、過去に測定された位置から現在位置までの乗用車の移動距離や方位の変化が大きいため、カルマンフィルタの推定値の精度が低下する。このためCPU31は、次回のGPS測位演算処理を実行する前に後述するS33のポストフィルタリセット処理においてカルマンフィルタの推定値をリセットするために、ポストフィルタリセットフラグをオンにする(S3)。さらに、カルマンフィルタの推定値をリセットするか否かを判断する処理ルーチンを実行するためにポストフィルタリセット判断実施フラグをオンにして(S4)、GPS測定位置向上処理を図6のS11に進める。またCPU31は、非測位状態の継続時間が一定時間未満である場合には(S2:NO)、S3およびS4のフラグ設定処理を実行することなく図6のS11に処理を進める。なお電源投入直後の初期設定では、ポストフィルタリセットフラグがオンで、ポストフィルタリセット判断実施フラグがオフである。これらのフラグは電源投入直後のリセット処理により初期値に設定される。
As shown in FIG. 5, every time the
図6のS11の処理においてCPU31は、ポストフィルタリセット判断実施フラグがオンになっていれば(S11:YES)、図6のS12以降の処理を実行する。またポストフィルタリセット判断実施フラグがオフになっていれば(S11:NO)、図6のS12以降の処理を実行することなく図7のS31に処理を進める。
In the process of S11 of FIG. 6, if the post filter reset determination execution flag is on (S11: YES), the
S12の処理においてCPU31は、一定時間以上の非測位状態から測位可能状態に復帰した後(以下、「測位可能状態復帰後」と記す。)にGPS測位により位置(以下、「測定位置POS_cur」と記す。)が求められているか否かを判定する。(なお、S12の処理では、後述の「測定位置POS_pre」が求められているか否かは判定しない)。そして測定位置POS_curが求められている場合(S12:YES)、測位可能状態復帰後で、かつ該測定位置POS_curが求められる以前に、GPS測位により位置が求められているか否かを判定する(S13)。
In the process of S12, the
測定位置POS_curが求められる以前にGPS測位により位置が求められていなければ(S13:NO)、該測定位置POS_curは初回測位により得られた測定位置である。この場合CPU31は、該測定位置POS_curを初回測位により得られた測定位置POS_preとして図示しないキャッシュメモリに保存する(S14)。なおキャッシュメモリに保持可能な測定位置は、キャッシュメモリの容量の関係上、直近の測定位置に限られる。
If the position is not obtained by GPS positioning before the measurement position POS_cur is obtained (S13: NO), the measurement position POS_cur is the measurement position obtained by the initial positioning. In this case, the
CPU31は次いで、制限時間t_jdgのカウンタを初期値に設定して(S15)、図7のS31に処理を進める。なお制限時間t_jdgは、GPS測定位置向上処理の特徴的な処理(図6のS21等の処理)の実行の可否を判断するための制限時間である。
Next, the
またCPU31は、測位可能状態復帰後にGPS測位により位置が一度も求められていない(つまり測定位置POS_cur、POS_preのいずれも求められていない)場合(S12:NO、S16:NO)、非測位状態が未だ継続していることから、図6の処理を実行することなく図7のS31に処理を進める。また測位可能状態復帰後にGPS測位により測定位置POS_preだけが求められている場合には(S12:NO、S16:YES)、制限時間t_jdgをカウントアップする(S17)。そしてカウントアップされた制限時間t_jdgが規定時間を超過していないか判定する(S18)。
Further, when the position has not been obtained by GPS positioning after returning to the positioning enabled state (that is, neither of the measurement positions POS_cur and POS_pre has been obtained) (S12: NO, S16: NO), the
CPU31は、制限時間t_jdgが規定時間を超過している場合(S18:YES)、所定のタイムアウト処理を実行(すなわち図6のS21等の処理を実行しないようにポストフィルタリセット判断実施フラグをオフ)し(S19)、さらに、キャッシュメモリに保持されている測定位置POS_preを破棄して(S20)、図7のS31に処理を進める。また制限時間t_jdgが規定時間を超過していない場合には(S18:NO)、S19およびS20の処理を実行することなく図7のS31に処理を進める。
When the time limit t_jdg exceeds the specified time (S18: YES), the
CPU31は、測位可能状態復帰後にGPS測位により位置が二度求められている(つまり測定位置POS_preに加えてその次の測定位置POS_curも求められている)場合(S12:YES、S13:YES)、測定位置POS_curに対応する誤差楕円ELL_curを算出する(S21)。 When the position is obtained twice by GPS positioning after returning to the positioning enabled state (that is, the next measurement position POS_cur is obtained in addition to the measurement position POS_pre) (S12: YES, S13: YES), An error ellipse ELL_cur corresponding to the measurement position POS_cur is calculated (S21).
誤差楕円はGPS測位時にGPSレシーバ100が存在し得る二次元平面上の範囲(つまり測定位置誤差)を楕円で表現したものであり、該GPS測位時に利用したGPS衛星の幾何学的配置から求められる誤差の共分散行列および疑似距離誤差(GPSレシーバで測距したGPS衛星からの距離に含まれる誤差)に基づいて計算される。例えばGPS衛星の幾何学的配置が一方向に偏る場合、該一方向に直交する方向に軸(長軸)が長い誤差楕円が求められる。またGPS衛星の幾何学的配置が均一である場合、短軸と長軸が同等の長さの誤差楕円が求められる。前者の場合、長軸方向の測定位置誤差が他の方向の測定位置誤差に比べて大きくなり、後者の場合、何れの方向の測定位置誤差も同じような値となる。また誤差楕円全体の大きさは疑似距離誤差に比例して大きくなる。なお誤差楕円はGPS測位時にGPSレシーバ100が存在し得る三次元空間内の範囲を楕円で表現したものとしてもよい。
The error ellipse represents a range on the two-dimensional plane in which the
CPU31は続いて、測定位置POS_curと同じGPS測位結果に含まれる測定方位DIR_cur、測定速度SPE_cur、および誤差楕円ELL_curに基づいて測定位置POS_preに対応する推定誤差楕円ELL_preを算出する(S22)。詳細には、CPU31は、誤差楕円ELL_curを測定方位DIR_curと逆方向に測定速度SPE_curの大きさに応じた距離だけシフトさせたものを推定誤差楕円ELL_preとする。このときシフトされる距離は、例えば測定位置POS_curと測定位置POS_preが求められた時間差を測定速度SPE_curで乗算した値としてもよい。
Subsequently, the
GPS31は、測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入るか否かを判定する(S23)。そして測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入る場合(S23:YES)、CPU31は、測定位置POS_preが比較的安定した測定条件で求められた値であり、初回測位の精度が良好であると判断する。このためカルマンフィルタによる推定を継続(すなわち、S20の処理のように測定位置POS_preを破棄することなく該測定位置POS_preもカルマンフィルタの推定に利用)した方が精度の高いGPS測位結果が得られると判断し、ポストフィルタリセットフラグをオフに(S24)、ポストフィルタリセット判断実施フラグをオフにして(S25)図7のS31に処理を進める。
The
また測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入らない場合(S23:NO)、CPU31は、測定位置POS_preと測定位置POS_curとの間でばらつき等が大きく、大きな位置飛びが発生していると判断する。そして測定位置POS_curに対応するHDOP(Horizontal Dilution of Precision)_curが測定位置POS_preに対応するHDOP_preより良好で、かつHDOP_curが既定値以下であるか否かを判定する(S26)。
When the measurement position POS_pre does not fall within the estimation error ellipse ELL_pre (S23: NO), the
なおS23の判定処理は、タイムアウトにならない限り(すなわち制限時間t_jdg以内であれば)測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入るまで何度も試行される。 Note that the determination process of S23 is repeated many times until the measurement position POS_pre falls within the estimation error ellipse ELL_pre unless time-out occurs (that is, within the time limit t_jdg).
CPU31は、HDOP_curがHDOP_preより良好で、かつHDOP_curが既定値以下である場合(S26:YES)、測定位置POS_curの精度が高く測定位置POS_preの精度が低い、つまり初回測位の精度が低くその次のGPS測位の精度が高いと判断する。この場合、カルマンフィルタリセット後に精度の低い測定位置POS_preがカルマンフィルタの初期値に設定されると、上述した問題、つまりカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下して該推定値が良好な値に収束するまでに時間がかかる問題が発生する。このためCPU31は、良好な測定位置POS_curをカルマンフィルタの初期値とするためポストフィルタリセットフラグをオンにして(S27)、S19およびS20の処理を実行し、図7のS31に処理を進める。
When HDOP_cur is better than HDOP_pre and HDOP_cur is equal to or less than the predetermined value (S26: YES), the
図7のS31に処理においてCPU31は、非測位状態が継続していれば(S31:NO)、非測位時の推定値も含む過去の推定値を継承して新たに推定された推定値を用いてGPS測位結果を修正し、CPU108に出力する(S35)。またGPS測位が行われていれば(S31:YES)、ポストフィルタリセットフラグがオンであるか否かを判定する(S32)。
If the non-positioning state continues in S31 of FIG. 7 (S31: NO), the
CPU31は、ポストフィルタリセットフラグがオンであれば(S32:YES)、カルマンフィルタの推定値を一旦リセットしてポストフィルタリセットフラグをオフする(S33、S34)。そして例えば、キャッシュメモリに残されている測定位置に基づいてカルマンフィルタの初期値を設定し、該設定値に基づいて推定された推定値を用いてGPS測位結果を修正し、CPU108に出力する(S35)。
If the post filter reset flag is on (S32: YES), the
またCPU31は、ポストフィルタリセットフラグがオフであれば(S32:NO)、カルマンフィルタの推定値をリセットすることなく、過去の推定値を継承して新たに推定された推定値を用いてGPS測位結果を修正し、CPU108に出力する(S35)。
On the other hand, if the post filter reset flag is off (S32: NO), the
ここで、図8(a)、(b)、および図9に示される例を用いてGPS測定位置向上処理を説明する。図9の●印の各プロットはカルマンフィルタで処理されていない場合の二回目以降の測定位置を、△印の各プロットはカルマンフィルタで処理された場合の二回目以降の測定位置を示す。 Here, the GPS measurement position improvement processing will be described using the examples shown in FIGS. 8A and 8B and FIG. In FIG. 9, each plot marked with ● represents the second and subsequent measurement positions when not processed with the Kalman filter, and each plot marked with Δ represents the second and subsequent measurement positions when processed with the Kalman filter.
図8(a)に示されるように測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入る場合、上述したように初回測位結果が比較的安定した測定条件で求められており、測定位置POS_preを用いてカルマンフィルタの推定値を求めたとしても該推定値の精度は低下しない、あるいは低下しても問題にならない程度であると考えられる。このためCPU31は、カルマンフィルタをリセットすることなく、キャッシュメモリに残されている測定位置POS_preおよびPOS_curを用いて新たな推定値を設定してGPS測位結果の修正を行う。つまりこの場合カルマンフィルタでは、測位可能状態復帰後に推定値が一旦リセットされた後、測定位置POS_pre以降の測定位置を用いて新たに推定値が計算される。
When the measurement position POS_pre falls within the estimation error ellipse ELL_pre as shown in FIG. 8A, the initial positioning result is obtained under relatively stable measurement conditions as described above, and the Kalman filter is used using the measurement position POS_pre. Even if the estimated value is obtained, the accuracy of the estimated value does not decrease, or even if it decreases, it is considered that it does not cause a problem. For this reason, the
また図8(b)に示されるように測定位置POS_preが推定誤差楕円ELL_pre内に入らない場合、測定位置POS_preの精度が低く、図2に示された問題、つまりカルマンフィルタの推定値の精度が著しく低下して該推定値が良好な値に収束するまでに時間がかかる問題が発生する可能性がある。この場合CPU31は、S33の処理でカルマンフィルタの推定値を一旦リセットした後、低精度が懸念される測定位置POS_preを用いることなくその次の測定位置POS_curを初期値として新たな推定値を設定し、GPS測位結果の修正を行う。つまりこの場合、精度の低い測定位置POS_preがカルマンフィルタの初期値に設定されることがなくなる。
Also, as shown in FIG. 8B, when the measurement position POS_pre does not fall within the estimation error ellipse ELL_pre, the accuracy of the measurement position POS_pre is low, and the accuracy shown in FIG. There is a possibility that it takes time until the estimated value converges to a good value. In this case, after resetting the estimated value of the Kalman filter in the process of S33, the
この結果、カルマンフィルタで処理された二回目以降の測定位置は、図2の×印のプロットで示された例のように初回測位結果の影響を受けて精度が低下することなく、二回目以降のGPS測位による位置(すなわち比較的安定した測定条件で測定されたカルマンフィルタ処理前の位置であり、図9の●印のプロットで示される位置)に近い位置(図9の△印のプロット)であって、各測定位置を時系列で結んだときに滑らかな軌跡を描くような位置に修正される。 As a result, the second and subsequent measurement positions processed by the Kalman filter are affected by the first positioning result as in the example shown by the x mark plot in FIG. It is a position close to the position by GPS positioning (that is, the position before the Kalman filter processing measured under relatively stable measurement conditions, and the position indicated by the ● mark plot in FIG. 9) (the Δ mark plot in FIG. 9). Thus, the position is corrected to draw a smooth trajectory when the measurement positions are connected in time series.
このように本実施形態のGPSレシーバ100によれば、初回測位の精度が低く測定位置が位置飛びした場合であってもその後のカルマンフィルタの推定値の精度低下を有効に避けることができる。
As described above, according to the
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば本発明は本実施形態のカーナビゲーション装置に限らず、地図データベースを保持しない簡易ナビゲーション装置であるPND(Personal Navigation Device)や、携帯電話等のモバイル端末等にも適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the present invention can be applied not only to the car navigation apparatus of the present embodiment but also to a PND (Personal Navigation Device) that is a simple navigation apparatus that does not hold a map database, a mobile terminal such as a mobile phone, and the like.
また図6のS26の処理において、
(1)HDOP_curがHDOP_preより良好であるか
(2)HDOP_curが既定値以下であるか
の2つを判定条件としているが、S26の判定条件は条件(1)または(2)の何れか一方であってもよい。
In the process of S26 of FIG.
(1) HDOP_cur is better than HDOP_pre or (2) HDOP_cur is equal to or less than a predetermined value as a determination condition. There may be.
1 ダウンコンバータ部
2 受信信号処理部
3 測位演算制御部
100 GPSレシーバ
102 ジャイロセンサ
104 車速センサ
108 CPU
200 ナビゲーション装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
200 Navigation device
Claims (7)
前記GPS測位の結果に基づいて前記GPSレシーバが現在位置し得る第一の範囲を推定する現在位置推定手段と、
前記第一の範囲に基づいて、過去のある時点で前記GPSレシーバが位置し得た第二の範囲を推定する過去位置推定手段と、
前記過去のある時点の前記GPS測位で計算された過去測定位置が前記第二の範囲に含まれるか否かを判定する過去測定位置判定手段と
を備え、前記過去測定位置が前記第二の範囲に含まれない場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とするGPSレシーバ。 In a GPS receiver that performs GPS positioning using a GPS (Global Positioning System) signal, calculates an estimated position based on the measurement position obtained by the GPS positioning, and outputs the estimated position to the outside.
Current position estimating means for estimating a first range in which the GPS receiver can currently be located based on the result of the GPS positioning;
Based on the first range, past position estimating means for estimating a second range in which the GPS receiver could be located at a certain time in the past;
Past measurement position determining means for determining whether or not a past measurement position calculated by the GPS positioning at a certain time in the past is included in the second range, and the past measurement position is the second range When not included in the GPS receiver, the past measurement position is not used for the calculation of the estimated position.
現在の前記GPS測位におけるDOPの方が良好である場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とする請求項2に記載のGPSレシーバ。 DOP comparison means for comparing DOP (Dilution of Precision) in the current GPS positioning and DOP in the GPS positioning at a certain past time when the past measurement position is not included in the second range. In addition,
The GPS receiver according to claim 2, wherein when the current DOP in the GPS positioning is better, the past measurement position is not used for the calculation of the estimated position.
現在の前記GPS測位におけるDOPが規定値以下である場合には、前記推定位置の計算に該過去測定位置を使用しないことを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載のGPSレシーバ。 DOP determination means for determining whether or not the current DOP in the GPS positioning is below a specified value when the past measurement position is not included in the second range;
3. The GPS receiver according to claim 1, wherein when the current DOP in the GPS positioning is equal to or less than a predetermined value, the past measurement position is not used in the calculation of the estimated position. 4. .
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