JP2010032306A - Ｇｐｓ位置特定装置及びそのための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス成分によるＧＰＳの測位性能の劣化を低減して誤差要因を除去して、単独でも位置特定精度を向上可能な位置特定装置、及び、その方法を提供する。
【解決手段】複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部と、ＧＰＳ受信部で受信した電波から複数のＧＰＳ衛星の各々に対して、擬似距離を含む衛星データを出力するＧＰＳ信号処理部とを含み、単独で設けられたＧＰＳ位置特定装置において、ＧＰＳ信号処理部から得られる、各衛星毎の衛星データから前記擬似距離を抽出し、抽出した擬似距離に含まれるマルチパス成分の有無を判定し、マルチパス成分の有無の判定に基づいて、擬似距離に対する加工処理の判定を行い、そして、擬似距離を含む衛星データを利用して位置計算処理を行う。即ち、受信データ中に含まれる擬似距離の変化量を使用して、マルチパスによる誤差要因を判定する解析処理と除去及び補正処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ受信機により得られたＧＰＳからの電波を基に、現在位置を特定するＧＰＳ位置特定装置に関し、特に、マルチパス成分による誤差を低減して高精度な測位を実現するためのＧＰＳ位置特定装置、及び、そのための方法に関する。

所謂、ＧＰＳと呼ばれる衛星からの信号を受信して移動体などの現在位置を特定（測位）するＧＰＳ測位装置は、自動車などのナビゲーションをはじめとして、種々の分野で利用されている。

ところで、かかるＧＰＳ測位においては、電波の反射などに伴うマルチパス成分を原因とする測位誤差が既に知られており、従来、例えば、以下の特許文献にも知られるように、複数の基準局を用いてＤＧＰＳ補正データの精度を向上し、もって、測位の精度を向上させることが既に知られている。また、従来、基準局と移動局のそれぞれにおける、衛星からの受信信号の強度を比較することにより、衛星からの受信信号にマルチパス成分（エラー）が含まれているか否かを判定するマルチパスの判定手法が既に知られている。

特開２００２−１２２６５２号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、複数の基地局、又は、基準局と移動局とで受信された衛星信号の強度を比較することにより、上記のマルチパス成分が含まれるか否かの判定を行うことから、当該信号強度の比較を精度よく行うためには、複数の基地局、又は、基準局と移動局とでは、同一のＧＰＳ信号処理部とＧＰＳアンテナを使用する必要がある、更には、これら複数の基地局、又は、基準局と移動局との間をネットワーク等を介して高速で接続する必要があるなどの制約があった。

そこで、本発明は、上述した従来技術における不具合に鑑みて達成されたものであり、その目的は、単一（単独）のＧＰＳ受信機から得られる受信データのみを使用しながらも、なお、マルチパス成分（誤差）の判定を行うことを可能とし、もって、測位精度の向上を可能とする位置特定装置、及び、そのための方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明では、相対測位ＧＰＳなどにより、ＧＰＳの測位性能は大幅に向上しているが、相対測位ＧＰＳ技術によっては取り除くことの出来ない課題である、マルチパスによるＧＰＳの測位性能の劣化を、ＧＰＳ信号処理部により得られた受信データ中に含まれる擬似距離、特に、その変化量を使用することにより、受信した電波信号にマルチパス成分が含まれることを判定することを可能とし、もって、単独でも、測位可能な位置精度を向上させることを可能にする位置特定装置と、そのための方法を提供するものである。

より具体的には、本発明によれば、上記の目的を達成するため、まず、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信し、単独で、位置を特定することが可能なＧＰＳ位置特定装置であって、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部と、前記ＧＰＳ受信部で受信した電波から、前記複数のＧＰＳ衛星の各々に対して、少なくとも擬似距離を含む衛星データを出力するＧＰＳ信号処理部と、前記ＧＰＳ信号処理部から得られる、各衛星毎の衛星データから前記擬似距離を抽出し、当該擬似距離に含まれるマルチパス成分の有無を判定し、当該マルチパス成分の有無の判定に基づいて、当該擬似距離に対する加工処理の判定を行い、そして、前記擬似距離を含む衛星データを利用して位置計算処理を行うＧＰＳデータ処理部とを備えているＧＰＳ位置特定装置が提供される。

また、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部と、前記ＧＰＳ受信部で受信した電波から、前記複数のＧＰＳ衛星の各々に対して、少なくとも擬似距離を含む衛星データを出力するＧＰＳ信号処理部とを含み、単独で設けられたＧＰＳ位置特定装置において、当該複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信してその位置を特定するＧＰＳ位置特定方法であって、前記ＧＰＳ信号処理部から得られる、各衛星毎の衛星データから前記擬似距離を抽出するステップと、当該抽出した擬似距離に含まれるマルチパス成分の有無を判定するステップと、当該マルチパス成分の有無の判定に基づいて、当該擬似距離に対する加工処理の判定を行うステップと、そして、前記擬似距離を含む衛星データを利用して位置計算処理を行うステップとを備えているＧＰＳ位置特定方法が提供される。

加えて、本発明によれば、上述したＧＰＳ位置特定装置及び方法において、衛星毎に抽出した擬似距離を使用して、前回取得した擬似距離と今回取得した擬似距離との差分と、過去の差分の平均値とから変化量を算出し、当該変化量に基づいて、各衛星毎に、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれるか否か判定することが好ましい。更には、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれていないと判定した場合には、当該擬似距離をそのまま出力して、又は、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれていると判定した場合には、当該衛星からのデータを除去当該擬似距離を除去、又は、前回の擬似距離に過去の差分距離の平均値を足しこむことによる補間処理を行って、前記衛星データを利用した位置計算処理を行うことが好ましい。

上述した本発明になるＧＰＳ位置特定装置及び方法によれば、装置を単独に設置した場合においても、マルチパス誤差を原因とする測位性能の劣化を防止して、高精度な位置情報を取得することが可能になるという実用的にも優れた効果を発揮することとなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の一実施例になる位置特定装置の全体構成について、添付の図１を用いて説明を加える。図中において、符号１０１は、ＧＰＳと呼ばれる複数個の衛星（但し、ここでは図示せず）からの信号を受信するためのＧＰＳアンテナを示しており、このＧＰＳアンテナ１０１により受信された電波信号は、ＧＰＳ信号処理部１０２により所定の信号処理が施され、上記複数個の衛星ｉ（ｉ＝自然数＝１、２、３…）毎に、それぞれのデータ、即ち、衛星データとして出力される。そして、これら複数個の衛星からのデータ（衛星データ１、衛星データ２…）は、以下にも詳細に説明するＧＰＳデータ処理部１０３において、各々、マルチパス成分の有無を判定する処理が行われ、必要な補正を行うことにより、位置計算を行ない、その測位結果を出力すると共に、例えば、メモリなどの情報記録装置１１０内に格納されることとなる。

なお、上述したＧＰＳアンテナ１０１とＧＰＳ信号処理部１０２とは、一般に、ＧＰＳ受信機として市場において入手可能であり（例えば、ＮｏＶＡｔｅｌＮＯＶＡｔｅｌ社製の型式ＯＥＭＣＥＭ ＩＶやＴＯＰＣＯＮ社製のＧＢ−１０００等）、これ採用することも可能であろう。また、上記の各衛星からの電波信号を受信して得られる衛星データ１、衛星データ２…とは、以下にも説明するが、かかる装置から得られる各衛星毎の補正前のデータである、所謂、生データであり、特に、擬似距離である。

続いて、以下には、上述したＧＰＳデータ処理部１０３において実行されるデータ処理、特に、上記各衛星毎の擬似距離を利用してマルチパス成分の有無を判定する処理の原理について、添付の図３〜図５を参照しながら説明する。

まず、添付の図３には、例えば、本発明の位置特定装置を列車など、所謂、移動体に搭載した場合における、擬似距離（Ｐｄ０、Ｐｄ１、Ｐｄ２）と、その差分距離（Ｐｄ１−Ｐｄ０、Ｐｄ２−Ｐｄ１）との関係が示されている。即ち、複数個の衛星ｉ（ｉ＝自然数＝１、２、３…）のうちの或る１の衛星に対し、異なる時間における擬似距離（Ｐｄ０〜Ｐｄ２）と、その差分距離（Ｐｄ１−Ｐｄ０、Ｐｄ２−Ｐｄ１）とを利用することにより、即ち、差分を抽出することによってマルチパス成分の有無を判定する。

続いて、擬似距離の変化量の抽出について、添付の図４を用いて説明する。即ち、今回抽出した差分距離４０２（Ｂ＝Ｐｄ１−Ｐｄ０）と、過去の複数の時点で得られた差分距離を平均した差分距離４０１（即ち、保持している差分距離の直近までの平均値：Ａ）とを使用して、擬似距離の変化量４０３（擬似距離の変化量Ｃ）を、計算式４０４（Ｃ＝Ｂ−Ａ）を用いて抽出を行う。その後、得られた、即ち、抽出された擬似距離の変化量Ｃを、予め設定しておいた判定用閾値と比較を行う。その結果、当該擬似距離の変化量Ｃが閾値より大きい場合には、当該衛星から受信される電波にはマルチパス成分が存在するものと判定され、他方、変化量Ｃが閾値より小さい場合には、マルチパス成分は存在しないものと判定される。即ち、マルチパス成分の存在の判定に基づいて、今回得られた擬似距離が、位置計測のために利用するのに適切であるか否かを判定することとなる。

更に、添付の図５を参照して、上記の比較の結果、擬似距離の変化量であるＣの値が閾値より大きい場合における、上記擬似距離の補間処理について説明する。即ち、この場合には、今回得られた擬似距離は、マルチパス成分の存在の判定に基づいて、位置計測のための利用には不適であるものと判定されたものであるが、しかしながら、例えば、複数の衛星から得られる擬似距離の数が、マルチパス成分の存在を原因として、その後に行われる位置計測を実行するために不十分である場合などにおいては、今回得られた擬似距離に代えて、前回擬似距離（Ｐｔ＿ｏｌｄ１）５０１に対し、差分距離の直近までの平均値Ａを足し込んで、補間擬似距離（Ｐｔ２＿ｎｅｗ）５０２を求める。即ち、かかる補間演算によれば、マルチパス成分の存在を理由に不適であると判定された場合にも、必要な数の擬似距離を確保することが可能となる。また、その後、計算された結果により、前回擬似距離（Ｐｔ＿ｏｌｄ１）を補間後の前回擬似距離（Ｐｔ＿ｏｌｄ２）５０３に更新する。このように、補間後、補間後前回擬似距離５０３を更新することによれば、次回の差分距離抽出に利用することが可能となる。

続いて、以上に詳細に説明したマルチパス成分の有無を判定する処理の原理に基づいて、上記のＧＰＳ信号処理部１０２から得られる各衛星毎のデータ（衛星データ１、衛星データ２…）である擬似距離を処理するためのＧＰＳデータ処理部１０４の詳細について、以下に詳細に説明する。

即ち、擬似距離を処理するＧＰＳデータ処理部１０３は、図からも明らかなように、上記ＧＰＳ信号処理部１０２から各衛星毎のデータ（衛星データ１、衛星データ２…）を入力して、上述した擬似距離を抽出するための擬似距離抽出部１０４と、上記擬似距離抽出部で抽出された擬似距離を利用し、上述した判定原理に基づいて、各衛星からの電波にマルチパス成分が存在するか否かを判定するための判定処理部１０５と、やはり上述した判定原理において使用される各種の判定パラメータ（例えば、閾値情報、過去の複数の時点で得られた差分距離を平均した差分距離４０１、即ち、差分距離の直近までの平均値：Ａなどを含む）を格納するためのメモリ装置１０６と、上記の判定の結果、影響衛星、即ち、衛星からの電波にマルチパス成分が存在するため、位置計測に悪影響を及ぼすと考えられる衛星からデータを除去すると共に、上記にも説明した補間処理を行うための影響衛星除去及び補間処理部１０７と、上記影響衛星除去及び補間処理部からの加工後衛星毎データを出力するデータ出力部１０８と、そして、上記データ出力部から出力されるデータ（加工後衛星毎データ）に基づいて位置計算処理を行う位置計算処理部１０９によって構成されている。なお、より具体的には、このＧＰＳデータ処理部１０３は、例えば、マイクロコンピュータなどによって構成されている。

続いて、上述した構成になるＧＰＳデータ処理部１０３を備えた位置特定装置における、各部分の詳細な動作について、上述した図１を参照しながら、以下に説明する。

(1) まず、複数の衛星毎に、ＧＰＳアンテナ１０１で受信した電波信号に基づいて上記ＧＰＳ信号処理部１０２が出力した衛星毎のデータ（衛星データ１、衛星データ２…）を、上記ＧＰＳデータ処理部１０３に対して出力する。

(2) 前項(1)で特定した衛星データから、擬似距離抽出部１０４は、擬似距離の抽出を行う。そして、抽出されたデータは、判定処理部１０５へ渡される。

(3) 判定処理部１０５では、前回取得した擬似距離と今回取得した擬似距離の差分を計算して、過去に平均した差分と計算を行い、擬似距離の変化量を抽出する。

(4) 判定用パラメータを格納したメモリ１０６より取得した閾値情報を使用して、抽出した擬似距離の変化量の比較を行い、閾値より大きい場合は、当該衛星データは、マルチパス成分が含まれる衛星からのデータであると判定される（上記図４を参照）。

(5) 前項(4)の判定結果は、影響衛星除去及び補間処理部１０７へ、影響衛星情報として渡される。なお、ここで、マルチパス成分が含まれると判定された以外の衛星からのデータは、その差分距離の過去の時点における値の平均（所謂、スムージング処理）値の更新処理に利用される。

(6) 他方、マルチパス成分があると判定を受けた衛星からのデータは除去される。

(7) 更に、補間処理においては、マルチパス成分があると判定を受けた衛星のデータに対して、前回の擬似距離に差分距離の過去の平均値を足しこむことにより、擬似距離を補間する加工を行う（上記図５を参照）。

(8) そして、マルチパス成分があると判定を受けた衛星データの場合には、前回の擬似距離に差分距離の過去の平均値を足し込み、補間した擬似距離を前回の擬似距離データとして保持する。

(9) マルチパス成分があると判定を受けた衛星については、上記の加工が完了した衛星データを、データ出力部１０８を介して、演算処理部１０９に対して出力する。

(10) 演算処理部１０９では、所定の演算処理により、衛星毎のデータを使用して位置計算処理を行い、その測位結果を、例えば、メモリなどの情報記録装置１１０に出力して、その内部に格納する。

加えて、上記に詳細に説明したＧＰＳデータ処理部１０３における動作の処理手順について、添付の図２のフロー図を参照しながら、以下に説明を加える。

(1) 図２において、上記ＧＰＳデータ処理部１０３における処理を開始する（Ｓ２０１）。

(2) 処理判定部１０４では、マルチパス成分の判定を行い（Ｓ２０２）、その結果により、各衛星毎の衛星データに対する加工方法を指定する。即ち、上記処理判定部での加工処理判定（Ｓ２０３）において、当該衛星からの電波にマルチパス成分が存在しないと判定された場合、即ち、上述した加工を実施する必要が無い場合には、そのまま、衛星データをデータ出力部１０８へ渡す（Ｓ２０３）。他方、加工処理判定（Ｓ２０３）において、マルチパス成分の存在を理由に除去する場合には、当該衛星データの除去処理（Ｓ２０４）を行い、衛星データをデータ出力部１０８へ渡す（Ｓ２０６）。また、その際、マルチパス成分の存在にも拘わらず、補間により擬似距離を求める場合には、上記図５に示した擬似距離の補間処理を行い（Ｓ２０５）、当該補間により得られたデータをデータ出力部１０８へ渡す（Ｓ２０６）。なお、以上の処理を、上記位置特定装置によってその電波を受信可能な複数個の衛星ｉ（ｉ＝自然数＝１、２、３…）毎に、連続して行う。

以上、詳述したように、本実施例によれば、装置を単独に設置した場合であっても、マルチパスによるＧＰＳの測位性能の劣化を低減し、もって、高精度な位置精度を保つことが可能なＧＰＳ位置特定装置が得られることとなる。

本発明の一実施の形態になるＧＰＳ位置特定装置の全体構成を示すブロック図である。 前記ＧＰＳ位置特定装置の、特に、ＧＰＳデータ処理部における処理の詳細を示す処理フロー図である。 本発明におけるマルチパス成分判定処理の原理を説明するための、擬似距離の差分距離抽出方法について説明する図である。 本発明におけるマルチパス成分判定処理の原理を説明するための、擬似距離の変化量抽出方法について説明する図である。 更に、マルチパス成分が存在する場合における擬似距離の補間方法について説明する図である。

符号の説明

１０１ ＧＰＳアンテナ
１０２ ＧＰＳ信号処理部
１０３ 位置特定装置
１０４ 擬似距離抽出部
１０５ 判定処理部
１０６ 判定用パラメータ格納用メモリ
１０７ 影響衛星除去及び補間処理部
１０８ データ出力部
１０９ 位置計算処理
１１０ 測位結果格納用メモリ。

Claims (8)

1. 複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信し、単独で、位置を特定することが可能なＧＰＳ位置特定装置であって、
   複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部と、
   前記ＧＰＳ受信部で受信した電波から、前記複数のＧＰＳ衛星の各々に対して、少なくとも擬似距離を含む衛星データを出力するＧＰＳ信号処理部と、
   前記ＧＰＳ信号処理部から得られる、各衛星毎の衛星データから前記擬似距離を抽出し、当該擬似距離に含まれるマルチパス成分の有無を判定し、当該マルチパス成分の有無の判定に基づいて、当該擬似距離に対する加工処理の判定を行い、そして、前記擬似距離を含む衛星データを利用して位置計算処理を行うＧＰＳデータ処理部とを備えていることを特徴とするＧＰＳ位置特定装置。
2. 前記請求項１に記載したＧＰＳ位置特定装置において、前記ＧＰＳデータ処理部は、衛星毎に抽出した擬似距離を使用して、前回取得した擬似距離と今回取得した擬似距離との差分と、過去の差分の平均値とから変化量を算出し、当該変化量に基づいて、各衛星毎に、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれるか否か判定することを特徴とするＧＰＳ位置特定装置。
3. 前記請求項２に記載したＧＰＳ位置特定装置において、前記ＧＰＳデータ処理部は、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれていないと判定した場合には、当該擬似距離をそのまま出力して、前記衛星データを利用した位置計算処理を行うことを特徴とするＧＰＳ位置特定装置。
4. 前記請求項２に記載したＧＰＳ位置特定装置において、前記ＧＰＳデータ処理部は、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれていると判定した場合には、当該擬似距離を除去、又は、前回の擬似距離に過去の差分距離の平均値を足しこむことによる補間処理を行って、前記衛星データを利用した位置計算処理を行うことを特徴とするＧＰＳ位置特定装置。
5. 複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部と、前記ＧＰＳ受信部で受信した電波から、前記複数のＧＰＳ衛星の各々に対して、少なくとも擬似距離を含む衛星データを出力するＧＰＳ信号処理部とを含み、単独で設けられたＧＰＳ位置特定装置において、当該複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信してその位置を特定するＧＰＳ位置特定方法であって、
   前記ＧＰＳ信号処理部から得られる、各衛星毎の衛星データから前記擬似距離を抽出するステップと、
   当該抽出した擬似距離に含まれるマルチパス成分の有無を判定するステップと、
   当該マルチパス成分の有無の判定に基づいて、当該擬似距離に対する加工処理の判定を行うステップと、そして、
   前記擬似距離を含む衛星データを利用して位置計算処理を行うステップとを備えていることを特徴とするＧＰＳ位置特定方法。
6. 前記請求項５に記載したＧＰＳ位置特定方法において、前記マルチパス成分の有無判定ステップでは、衛星毎に抽出した擬似距離を使用して、前回取得した擬似距離と今回取得した擬似距離との差分と、過去の差分の平均値とから変化量を算出し、当該変化量に基づいて、各衛星毎に、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれるか否か判定することを特徴とするＧＰＳ位置特定方法。
7. 前記請求項６に記載したＧＰＳ位置特定方法において、前記擬似距離にマルチパス成分が含まれていないと判定した場合には、当該擬似距離をそのまま出力して、前記衛星データを利用した位置計算処理を行うことを特徴とするＧＰＳ位置特定方法。
8. 前記請求項６に記載したＧＰＳ位置特定方法において、当該擬似距離にマルチパス成分が含まれていると判定した場合には、当該擬似距離を除去、又は、前回の擬似距離に過去の差分距離の平均値を足しこむことによる補間処理を行って、前記衛星データを利用した位置計算処理を行うことを特徴とするＧＰＳ位置特定方法。

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