JP2010117178A - 位置算出方法及び位置算出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】長期予測エフェメリスを用いて位置算出において、位置算出の正確性を向上させること。
【解決手段】予測対象期間毎に各GPS衛星の衛星軌道のパラメータ値と、当該衛星軌道の信頼性を示す指標値である予測軌道信頼度とが対応付けられた長期予測エフェメリスに定められた位置算出時点に対応する予測対象期間の予測軌道信頼度に基づいて、位置算出に使用するGPS衛星を決定する。そして、決定したGPS衛星から受信したGPS衛星信号に基づいて位置を算出する。
【選択図】図4

Description

本発明は、位置算出方法及び位置算出装置に関する。
測位用信号を利用した位置算出システムとしては、GPS(Global Positioning System)が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された位置算出装置に利用されている。GPSでは、複数のGPS衛星の位置や各GPS衛星から自機までの擬似距離等の情報に基づいて自機の位置を示す3次元の座標値と時計誤差とを求める位置算出演算を行う。
GPSによる位置算出では、先ず、GPS衛星から発信されるGPS衛星信号に重畳されているアルマナックやエフェメリスといった航法データに基づいて、GPS衛星の位置、速度、移動方向等の衛星情報を算出する。アルマナックは衛星を捕捉する際の有力な手掛かりとはなるが、衛星軌道の正確性が低いため位置算出演算に使用しないのが一般的である。一方、エフェメリスは、衛星軌道の正確性が高いため、衛星を捕捉する際の有力な手掛かりとなるだけでなく、位置算出演算にも使用することができる。従って、例えばエフェメリスを保持していない状態で位置算出を開始した場合には、エフェメリスをGPS衛星信号から取得しなければならず、初回位置算出時間(TTFF:Time To First Fix)が増大する。
GPS衛星信号に重畳されているエフェメリスには、衛星軌道の信頼性を示す指標値としてURA Indexと呼ばれるパラメータの値が含まれている。URA Indexが小さいほどエフェメリスとしての衛星情報の信頼性が高く、位置算出に適している。特許文献1には、エフェメリスに含まれるURA Indexに基づいて位置算出に使用する衛星を決定する技術が開示されている。
特開2003−279637号公報
近年では、GPS衛星から送出されるエフェメリスを用いて位置算出を行うのではなく、サーバ等の情報提供装置が1週間といった長期間有効なエフェメリス(以下、「長期予測エフェメリス(長期予測軌道データ)」と称す。)を生成し、これを用いて位置算出を行う技術が考案されている。
長期予測エフェメリスの定義方法の1つとしては、通常のエフェメリスと同様のデータフォーマットで定義する方法が考えられる。すなわち、衛星軌道の近似モデルの1つであるケプラーの楕円軌道モデルを用いて衛星軌道を近似し、その時のモデル式のパラメータ(以下、「衛星軌道パラメータ」と称す。)の値によって、長期予測エフェメリスを定義する方法である。測位用衛星の将来の位置を所定時間おきに時系列に予測した予測位置でなる衛星予測暦(予測位置データ)は、所定の商用システムから提供されている。ケプラーの楕円軌道モデルによる近似計算は、この衛星予測暦を用いて行うことが可能である。
しかし、衛星予測暦に含まれる測位用衛星の予測位置は、将来になるほど、測位用衛星の実際位置からずれる傾向があることが分かった。そのため、ケプラーの楕円軌道モデルによる近似計算を行って長期予測エフェメリスを生成する場合に、近似計算により求めた衛星軌道は、生成日時から将来のものであるほど、実際の衛星軌道からずれたものとなる可能性がある。そのため、位置算出装置が位置算出を行う時点によっては、実際の衛星軌道からずれた信頼性の低い長期予測エフェメリスを用いて位置算出を行うことになる場合があり、位置算出の正確性が低下する要因となっていた。
本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、長期予測エフェメリスを使用した位置算出において、位置算出の正確性を向上させることを目的としている。
以上の課題を解決するための第1の発明は、予測対象期間毎に各測位用衛星の衛星軌道と当該衛星軌道の信頼性とが対応付けられた長期予測軌道データに定められた、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間の各衛星軌道の信頼性に基づいて、位置算出に使用する測位用衛星を決定することと、前記決定された測位用衛星から受信した測位用信号に基づいて位置を算出することと、を含む位置算出方法である。
また、他の発明として、予測対象期間毎に各測位用衛星の衛星軌道と当該衛星軌道の信頼性とが対応付けられた長期予測軌道データに定められた、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間の各衛星軌道の信頼性に基づいて、位置算出に使用する測位用衛星を決定する決定部と、前記決定された測位用衛星から受信した測位用信号に基づいて位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。
この第1の発明等によれば、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間の各衛星軌道の信頼性に基づいて、位置算出に使用する測位用衛星を決定する。そして、決定した測位用衛星から受信した測位用信号に基づいて位置を算出する。位置算出時点に対応する予測対象期間の衛星軌道の信頼性が高い測位用衛星を優先して位置算出に使用することで、正確性の高い位置算出を実現することが可能となる。
また、第2の発明として、第1の発明の位置算出方法であって、衛星軌道の信頼性が高い順に所定数の測位用衛星を抽出して位置算出に使用する衛星を決定することを含む位置算出方法を構成してもよい。
この第2の発明によれば、衛星軌道の信頼性が高い順に所定数の測位用衛星を抽出して位置算出に使用する衛星を決定する。信頼性が高い順に測位用衛星を抽出して位置算出に使用することで、位置算出の正確性を向上させることができる。
また、第3の発明として、第1又は第2の発明の位置算出方法であって、位置算出時点に対応する予測対象期間での前記衛星軌道の信頼性が同等な測位用衛星を判定することを含み、前記決定することは、前記衛星軌道の信頼性が同等な測位用衛星については、位置算出時点に対応する予測対象期間よりも前又は後の予測対象期間の衛星軌道の信頼性を加味して位置算出に使用するか否かを決定することを含む位置算出方法を構成してもよい。
この第3の発明によれば、位置算出時点に対応する予測対象期間での衛星軌道の信頼性が同等な測位用衛星を判定する。そして、衛星軌道の信頼性が同等な測位用衛星については、位置算出時点に対応する予測対象期間よりも前又は後の予測対象期間の衛星軌道の信頼性を加味して位置算出に使用するか否かを決定する。位置算出時点に対応する予測対象期間において衛星軌道の信頼性が同等な測位用衛星については、何れの測位用衛星が位置算出に適しているか優劣をつけることができない。そのため、位置算出時点に対応する予測対象期間の前又は後の予測対象期間の衛星軌道の信頼性を考慮して、位置算出に使用する衛星を決定する。
また、第4の発明として、第1〜第3の何れかの発明の位置算出方法であって、前記測位用信号の受信環境を判定することと、前記判定された受信環境に基づいて位置算出に使用する衛星を決定することと、を更に含む位置算出方法を構成してもよい。
この第4の発明によれば、測位用信号の受信環境を判定し、判定した受信環境に基づいて位置算出に使用する衛星を決定する。これにより、測位用信号の受信環境に応じた適切な位置算出を実現することが可能となる。
また、第5の発明として、第4の発明の位置算出方法であって、前記長期予測軌道データに含まれる予測対象期間のうち、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間を含む判断対象期間を、前記判定された受信環境に応じて可変に設定することと、前記判断対象期間の信頼性に基づいて位置算出に使用する衛星を決定することと、を更に含む位置算出方法を構成してもよい。
この第5の発明によれば、長期予測軌道データに含まれる予測対象期間のうち、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間を含む判断対象期間を、判定した受信環境に応じて可変に設定する。そして、判断対象期間の信頼性に基づいて位置算出に使用する衛星を決定する。この場合、測位用衛星の受信環境に応じて、位置算出に使用する衛星を適切に選択することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態の一例を説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるわけではない。
1.システム構成
図1は、本実施形態における位置算出システム1の概略構成を示す図である。位置算出システム1は、外部システム2と、情報提供装置の一種であるサーバシステム3と、位置算出装置を備えた電子機器の一種である携帯型電話機4と、測位用衛星である複数のGPS衛星SV(SV1,SV2,SV3,SV4,・・・)とを備えて構成される。尚、携帯型電話機4が必要なデータをサーバシステム3から取得した後は、携帯型電話機4とGPS衛星SVとで位置算出が可能であるため、携帯型電話機4とGPS衛星SVとで1つの位置算出システムが構成されるということもできる。また、地上側のシステムとして、サーバシステム3と携帯型電話機4とで位置算出システムと呼ぶこともできる。
外部システム2は、GPS衛星SVから定期的に衛星信号を受信し、当該衛星信号に含まれる航法データ等に基づいて衛星予測暦を生成してサーバシステム3に提供する公知のシステムである。外部システム2が提供する衛星予測暦は、各GPS衛星SVそれぞれについて、将来の位置を予測した予測位置及びGPS衛星SVに搭載された原子時計の誤差を予測した時計予測誤差を所定時間おき(例えば15分おき)に時系列に並べた位置のデータである。
また、外部システム2は、将来のデータとしての衛星予測暦を提供する他に、過去の事実のデータも提供する。すなわち、外部システム2は、GPS衛星SVの実際の位置である実績位置及びGPS衛星SVに搭載された原子時計の実際の誤差である時計実績誤差を含む衛星精密暦を過去の事実のデータとして生成して、サーバシステム3に提供する。実績位置及び時計実績誤差の算出方法については公知であるため、詳細な説明を省略する。外部システム2は、例えば衛星予測暦や衛星精密暦の提供を業務とする民間や公営の団体のコンピュータシステムに相当する。
サーバシステム3は、衛星予測暦及び衛星精密暦を外部システム2から取得し、当該衛星予測暦及び衛星精密暦を用いて、全てのGPS衛星SVの予測されるエフェメリスであって、少なくとも1日以上の例えば1週間といった長期間有効なエフェメリス(以下、本実施形態において「長期予測エフェメリス」と称す。長期間有効な軌道でもあるため、長期予測軌道データとも言える。)を生成・提供するサーバを備えたシステムである。
携帯型電話機4は、ユーザが通話やメールの送受信等を行うための電子機器であり、通話やメールの送受信といった携帯型電話機としての本来の機能の他、位置を算出する機能をなす位置算出装置を具備している。携帯型電話機4は、ユーザ操作に従って、サーバシステム3に対して長期予測エフェメリスの要求信号を送信し、サーバシステム3から長期予測エフェメリスを受信する。そして、受信した長期予測エフェメリスを用いてGPS衛星SVを捕捉し、衛星信号に基づく位置算出を実行する。
2.原理
サーバシステム3は、外部システム2から取得した衛星予測暦を用いて、長期予測エフェメリスを生成する処理を行う。具体的には、長期予測エフェメリスの生成日時を基準として1週間後までの期間を生成対象期間とし、当該生成対象期間を衛星軌道の近似・モデル化を行う複数の期間(以下、「予測対象期間」と称す。)に区切る。本実施形態では、予測対象期間の長さを一律に6時間とする。すなわち、1週間の生成対象期間を6時間毎に28個の予測対象期間(第1予測対象期間〜第28予測対象期間)に区切る。
そして、サーバシステム3は、外部システム2から取得した衛星予測暦に含まれる予測位置のうち、各予測対象期間内の予測位置を抽出する。そして、抽出した全ての予測位置からの距離の二乗和が最小となるようなケプラーの衛星軌道モデル式(以下、「近似モデル」ともいう。)を、各予測対象期間それぞれについて求める。このとき求めた衛星軌道の近似モデル式のパラメータを「衛星軌道パラメータ」と称し、近似モデルを算出する計算を「近似計算」ともいう。また、近似計算により求めた予測された衛星軌道のことを「予測軌道」と称する。長期予測エフェメリスは、全てのGPS衛星の全ての予測対象期間の衛星軌道パラメータの値が格納されたデータである(図10及び図11参照)。
衛星予測暦に含まれるGPS衛星SVの予測位置は、将来になるほど、GPS衛星SVの実際の位置からずれる傾向がある。そのため、近似計算を行って長期予測エフェメリスを生成した場合に、近似計算により求めた予測軌道は、生成日時から将来のものであるほど、実際の衛星軌道からずれたものとなる可能性がある。
本実施形態では、サーバシステム3は、各GPS衛星の各予測対象期間について、当該予測対象期間における予測軌道の信頼性を示す指標値である「予測軌道信頼度」を決定し、決定した予測軌道信頼度を信頼性パラメータとして長期予測エフェメリスに含めて携帯型電話機4に提供する。本実施形態では、予測軌道信頼度は「0」〜「12」の13段階で表され、「0」が予測軌道の信頼性が最も高く、「12」が予測軌道の信頼性が最も低いことを示している。尚、予測軌道信頼度の数値範囲は適宜設定変更可能であり、例えば「0」〜「15」の16段階で表すこととしてもよい。予測軌道信頼度は、エフェメリスに含まれている「URA index」に相当する値である。
具体的に説明する。サーバシステム3は、予測誤差を分析する機能部である予測誤差分析部31と、長期予測エフェメリスを生成する機能部である長期予測エフェメリス生成部33とを備えて構成されている。予測誤差分析部31は、外部システム2から受信した衛星予測暦に含まれるデータに対応付けられた各日時(例えば15分おき)について、GPS衛星SV毎に、衛星予測暦に含まれる予測位置と、衛星精密暦に含まれる実績位置との間の距離を予測誤差として算出・分析する。
図2は、予測誤差をプロットしたグラフの一例であり、代表衛星として4つのGPS衛星SV1〜SV4の1週間分の予測誤差を時系列にプロットしたグラフを示している。図2において、横軸は日数、縦軸は予測誤差をそれぞれ示している。この図を見ると、全てのGPS衛星SVについて、時間経過に伴って、予測誤差が振動しながらも漸増していることがわかる。特に、GPS衛星SV1では、予測誤差が大きく振動しながらも急増している。従って、長期予測エフェメリスの生成日時から将来の予測対象期間ほど予測軌道の信頼性が低くなるように予測軌道信頼度を設定する。
長期予測エフェメリス生成部33は、予測誤差分析部31により算出された予測誤差に基づいて予測軌道信頼度を設定する。具体的には、長期予測エフェメリス生成部33は、図3に示すような予測軌道信頼度設定テーブルに基づいて予測誤差を設定する。予測軌道信頼度設定テーブルには、予測誤差が含まれる範囲である予測誤差範囲と、予測誤差が当該予測誤差範囲に含まれる場合に設定する予測軌道信頼度とが対応付けて記憶されている。予測誤差が大きいほど予測軌道信頼度として大きな値が設定されるように、予測誤差範囲と予測軌道信頼度とが定められている。
長期予測エフェメリス生成部33は、各予測対象期間について、当該予測対象期間における予測誤差が何れの予測誤差範囲に含まれるかを判定する。そして、判定した予測誤差範囲に対応する予測軌道信頼度を読み出して、当該予測対象期間における予測軌道信頼度として設定する。尚、予測誤差は、衛星予測暦に含まれる各日時について算出することが可能であるが、各予測対象期間における予測誤差は、例えば当該予測対象期間の全ての日時における予測誤差の平均値(平均予測誤差)とすることができる。
携帯型電話機4は、サーバシステム3から、予測軌道信頼度が格納された長期予測エフェメリスを受信・記憶する。そして、当該長期予測エフェメリスを用いて捕捉対象とする衛星(以下、「捕捉対象衛星」と称す。)を判定するとともに、捕捉対象衛星からのGPS衛星信号の捕捉を試みる。そして、GPS衛星信号の捕捉に成功した衛星(以下、「捕捉衛星」と称す。)の中から、位置算出に使用する衛星(以下、「使用衛星」と称す。)を決定し、決定した使用衛星から受信したGPS衛星信号に基づいて、携帯型電話機4の位置を算出する。
図4は、使用衛星の決定の原理を説明するための図である。図4において、横方向の1つの帯は長期予測エフェメリスの中の1つの衛星に着目したデータを示しており、帯の中の数字は、各予測対象期間における予測軌道信頼度を示している。ここでは、衛星SV1〜SV5の5つの衛星が捕捉され、この5つの捕捉衛星の中から4つの衛星を使用衛星として選択・決定する場合について説明する。また、位置を算出する時点(以下、「位置算出時点」)が、第1期間〜第28期間のうちの第5期間に該当するものとして説明する。
先ず、位置算出時点に対応する予測対象期間について、予測軌道信頼度が小さい順に衛星の順位付けを行う。図4では、位置算出時点に対応する予測対象期間である第5期間において予測軌道信頼度が一番小さいのは衛星「SV5」であるため、衛星「SV5」が1位となり、次に予測軌道信頼度が小さいのは衛星「SV1」であるため、衛星「SV1」が2位となる。そして、その次に予測軌道信頼度が小さい衛星「SV3」が3位となる。
問題は、衛星「SV2」及び衛星「SV4」が、第5期間における予測軌道信頼度が何れも「3」で等しいため、このままではどちらの衛星が位置算出に適しているか優劣をつけることができないことである。このように予測軌道信頼度が等しい衛星が存在する場合は、位置算出時点に対応する予測対象期間よりも前の予測対象期間における予測軌道信頼度を加味して順位を割り当てる。
具体的には、第5期間よりも前の予測対象期間である第1期間〜第4期間の予測軌道信頼度を合算し、合算値が小さい衛星の順位が高くなるように順位を割り当てる。合算値が小さい衛星の方が、過去において予測軌道の信頼性が高かったことになるため、当該衛星を優先して位置算出に使用することにしたものである。この場合、衛星「SV2」は、第1期間〜第4期間の予測軌道信頼度の合算値が「5」であり、衛星「SV4」は、第1期間〜第4期間の予測軌道信頼度の合算値が「8」であるため、衛星「SV2」の方が順位が高くなるように順位を割り当てる。その結果、衛星「SV2」が4位で、衛星「SV4」が5位となる。
順位の割り当てを行ったら、順位が高い順に位置算出に必要な衛星数だけ捕捉衛星を選択し、選択した捕捉衛星を使用衛星に決定する。例えば、位置算出に必要な衛星数が「4個」である場合は、順位が1位〜4位の捕捉衛星を選択して使用衛星に決定する。その結果、図4では、衛星「SV5」、「SV1」、「SV3」及び「SV2」が使用衛星に選択・決定される。
3.機能構成
図5は、携帯型電話機4の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機4は、GPSアンテナ405と、GPS受信部410と、ホストCPU420と、操作部430と、表示部440と、携帯電話用アンテナ450と、携帯電話用無線通信回路部460と、ROM470と、フラッシュROM480と、RAM490とを備えて構成される。
GPSアンテナ405は、GPS衛星SVから発信されているGPS衛星信号を含むRF(Radio Frequency)信号を受信するアンテナであり、受信した信号をGPS受信部410に出力する。尚、GPS衛星信号は、衛星毎に異なる拡散符号の一種であるPRN(Pseudo Random Noise)コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された1.57542[GHz]の通信信号である。PRNコードは、コード長1023チップを1PNフレームとする繰返し周期1msの擬似ランダム雑音符号である。
GPS受信部410は、GPSアンテナ405から出力された信号に基づいて位置算出を行う位置算出回路であり、いわゆるGPS受信機に相当する機能ブロックである。GPS受信部410は、RF(Radio Frequency)受信回路部411と、ベースバンド処理回路部413とを備えて構成される。尚、RF受信回路部411と、ベースバンド処理回路部413とは、それぞれ別のLSI(Large Scale Integration)として製造することも、1チップとして製造することも可能である。
RF受信回路部411は、RF信号の処理回路ブロックであり、所定の局部発振信号を分周或いは逓倍することで、RF信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、GPSアンテナ405から出力されたRF信号に乗算することで、RF信号を中間周波数の信号(以下、「IF(Intermediate Frequency)信号」と称す。)にダウンコンバートする。そして、IF信号を増幅等した後、A/D(Analog Digital)変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部413に出力する。
ベースバンド処理回路部413は、RF受信回路部411から出力されたIF信号に対して相関処理等を行ってGPS衛星信号を捕捉・抽出する回路部である。ベースバンド処理回路部413は、プロセッサとしてのCPU415と、メモリとしてのROM417及びRAM419とを備えて構成される。CPU415は、ホストCPU420がサーバシステム3から取得した長期予測エフェメリスデータを用いて、GPS衛星信号を捕捉・抽出する。
ホストCPU420は、ROM470に記憶されている位置算出プログラムやシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電話機4の各部を統括的に制御するプロセッサである。ホストCPU420は、ベースバンド処理回路部413によって捕捉・抽出されたGPS衛星信号に基づいて位置算出を行う。そして、位置算出により求めた算出位置をプロットしたナビゲーション画面を、表示部440に表示させる。
操作部430は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたアイコンやボタンの信号をホストCPU420に出力する。この操作部430の操作により、通話要求やメールの送受信要求、GPSの起動要求等の各種指示入力がなされる。
表示部440は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成され、ホストCPU420から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部440には、ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。
携帯電話用アンテナ450は、携帯型電話機4の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。
携帯電話用無線通信回路部460は、RF変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。
ROM470は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストCPU420が携帯型電話機4を制御するためのシステムプログラムや、位置算出を実現するための位置算出プログラム、ナビゲーション機能を実現するためのナビゲーションプログラム等の各種プログラムやデータ等を記憶している。
フラッシュROM480は、読み書き可能な不揮発性の記憶装置であり、ROM470と同様に、ホストCPU420が携帯型電話機4を制御するための各種プログラムやデータ等を記憶している。フラッシュROM480に記憶されているデータは、携帯型電話機4の電源を切断しても失われない。
RAM490は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストCPU420により実行されるシステムプログラム、位置算出プログラム、各種処理プログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを形成している。
4.データ構成
図6は、ROM470に格納されたデータの一例を示す図である。ROM470には、ホストCPU420により読み出され、メイン処理(図12参照)として実行されるメインプログラム471と、必要衛星数データ473とが記憶されている。また、メインプログラム471には、位置算出処理(図13参照)として実行される位置算出プログラム4711と、使用衛星決定処理(図14参照)として実行される使用衛星決定プログラム4713とがサブルーチンとして含まれている。
メイン処理とは、ホストCPU420が、携帯型電話機4の本来の機能である通話やメールの送受信のための処理を行う他、長期予測エフェメリスデータ481をサーバシステム3から取得する処理、携帯型電話機4の位置を算出する処理等を行う処理である。
位置算出処理とは、ホストCPU420が、サーバシステム3から受信した長期予測エフェメリスデータ481を用いて、ベースバンド処理回路部413にGPS衛星SVからのGPS衛星信号を捕捉させ、捕捉されたGPS衛星信号に基づいて、携帯型電話機4の位置を算出して出力する処理である。
また、使用衛星決定処理とは、ホストCPU420が、GPS衛星信号の受信環境を判定し、判定した受信環境に応じて、捕捉衛星の中から位置算出に使用する衛星を選択・決定する処理である。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
図9は、必要衛星数データ473のデータ構成の一例を示す図である。必要衛星数データ473は、GPS衛星信号の受信環境4731と、当該受信環境において位置算出に必要な衛星数である必要衛星数4733とが対応付けて記憶されている。GPS衛星信号の受信環境が「オープンスカイ環境」である場合は、必要衛星数は「N1」であり、「マルチパス環境」である場合は、必要衛星数は「N2」である。また、「弱電界環境」である場合は、必要衛星数は「N3」である。但し、N1≦N2≦N3である。
図7は、フラッシュROM480に格納されたデータの一例を示す図である。フラッシュROM480には、サーバシステム3から受信した長期予測エフェメリスデータ481と、最新の位置算出により得られた位置である最新算出位置483とが記憶される。
図10は、長期予測エフェメリスデータ481のデータ構成の一例を示す図である。長期予測エフェメリスデータ481には、長期予測エフェメリスデータの生成日時4811と、GPS衛星SV1〜SV32の予測エフェメリス4813(4813−1〜4813−32)とが対応付けて記憶されている。
図11は、予測エフェメリス4813のデータ構成の一例を示す図である。予測エフェメリス4813(4813−1,4813−2,・・・,4813−32)には、各予測対象期間それぞれについて、軌道長半径や離心率、軌道傾斜角といったケプラーの衛星軌道パラメータの値と、衛星時計の基準時刻、衛星時計のオフセット、衛星時計のドリフト及び衛星時計周波数のドリフトでなるクロック補正パラメータの値と、信頼性パラメータである予測軌道信頼度とが記憶されている。
サーバシステム3の長期予測エフェメリス生成部33は、各GPS衛星SVについて、予測対象期間毎に衛星軌道パラメータ、クロック補正パラメータ及び信頼性パラメータの値を算出して予測エフェメリス4813を生成する。そして、全てのGPS衛星SVについて生成した予測エフェメリス4813を纏めて生成日時4811と対応付けて長期予測エフェメリスデータ481を生成し、携帯型電話機4からの要求を受けて、携帯型電話機4に長期予測エフェメリス481を送信・提供する。
他方、携帯型電話機4のホストCPU420は、メイン処理の長期予測エフェメリス取得処理において、長期予測エフェメリスデータ481の要求信号をサーバシステム3に送信する。そして、サーバシステム3から長期予測エフェメリスデータ481を受信して、フラッシュROM480に記憶させる。
図8は、RAM490に格納されるデータの一例を示す図である。RAM490には、捕捉衛星491と、捕捉衛星の中から使用衛星の候補として選択された衛星である候補衛星493と、候補衛星493の中から位置算出に使用する衛星として決定された使用衛星495と、使用衛星495から受信したGPS衛星信号に基づいて位置算出を行って算出した位置である算出位置497とが記憶される。これらのデータは、位置算出処理においてホストCPU420により更新される。
5.処理の流れ
図12は、ROM470に記憶されているメインプログラム471がホストCPU420により読み出されて実行されることで、携帯型電話機4において実行されるメイン処理の流れを示すフローチャートである。
メイン処理は、ホストCPU420が、操作部430を介してユーザにより電源投入操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理である。また、特に説明しないが、以下のメイン処理の実行中は、GPSアンテナ405によるRF信号の受信や、RF受信回路部411によるRF信号のIF信号へのダウンコンバージョンが行われ、IF信号がベースバンド処理回路部413に随時出力される状態にあるものとする。
先ず、ホストCPU420は、操作部430を介してなされた指示操作を判定し(ステップA1)、指示操作が通話指示操作であると判定した場合は(ステップA1;通話指示操作)、通話処理を行う(ステップA3)。具体的には、携帯電話用無線通信回路部460に無線基地局との間の基地局通信を行わせ、携帯型電話機4と他機との間の通話を実現する。
また、ステップA1において指示操作がメール送受信指示操作であると判定した場合は(ステップA1;メール送受信指示操作)、ホストCPU420は、メール送受信処理を行う(ステップA5)。具体的には、携帯電話用無線通信回路部460に基地局通信を行わせ、携帯型電話機4と他機との間のメールの送受信を実現する。
また、ステップA1において指示操作が長期予測エフェメリス取得指示操作であると判定した場合は(ステップA1;長期予測エフェメリス取得指示操作)、ホストCPU420は、長期予測エフェメリス取得処理を行う(ステップA7)。具体的には、サーバシステム3に対して長期予測エフェメリスデータ481の要求信号を送信する。そして、サーバシステム3から長期予測エフェメリスデータ481を受信して、フラッシュROM480に記憶させる。
また、ステップA1において指示操作が位置算出指示操作であると判定した場合は(ステップA1;位置算出指示操作)、ホストCPU420は、ROM470に記憶されている位置算出プログラム4711を読み出して実行することで、位置算出処理を行う(ステップA9)。
図13は、位置算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストCPU420は、フラッシュROM480に長期予測エフェメリスデータ481が記憶されているか否かを判定し(ステップB1)、記憶されていると判定した場合は(ステップB1;Yes)、その長期予測エフェメリスデータ481は現在日時(位置算出日時)が含まれる予測対象期間(以下、「当該予測対象期間」と称す。)を有するデータであるか否かを判定する(ステップB3)。
そして、当該予測対象期間を有するデータであると判定した場合は(ステップB3;Yes)、ホストCPU420は、長期予測エフェメリスデータ481を参照して、当該予測対象期間を判定する(ステップB5)。
その後、ホストCPU420は、捕捉対象衛星判定処理を行う(ステップB7)。より詳細には、現在日時において、フラッシュROM480に記憶されている最新算出位置483の天空に位置するGPS衛星SVをフラッシュROM480に記憶されている長期予測エフェメリスデータ481を用いて判定して、捕捉対象衛星とする。
次いで、ホストCPU420は、衛星信号捕捉処理を行い、ベースバンド処理回路部413のCPU415に周波数方向及び位相方向の相関演算を行わせることで、ステップB7で判定した捕捉対象衛星からのGPS衛星信号の捕捉を試みる(ステップB9)。そして、GPS衛星信号の捕捉に成功した衛星を捕捉衛星491として、RAM490に記憶させる。
衛星信号捕捉処理を行った後、ホストCPU420は、ROM470に記憶されている使用衛星決定プログラム4713を読み出して実行することで、使用衛星決定処理を行う(ステップB11)。
図14は、使用衛星決定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストCPU420は、受信環境判定処理を行う(ステップC1)。受信環境判定処理では、ホストCPU420は、捕捉衛星491から受信したGPS衛星信号の信号強度と、捕捉衛星491の天空配置とに基づいて受信環境を判定する。
具体的には、例えば、全ての捕捉衛星491について、受信したGPS衛星信号の信号強度が第1閾値(例えば“−130dBm”)よりも大きい場合は、受信環境はオープンスカイ環境であると判定する。また、信号強度が第1閾値よりも小さい衛星が存在する場合であって、低仰角(例えば“60度以下”)の衛星から受信したGPS衛星信号の信号強度の平均値が第2閾値(例えば“−140dBm”)よりも小さい場合は、マルチパス環境であると判定する。また、これら以外の場合は、受信環境は弱電界環境であると判定する。
尚、受信環境の判定方法は、その他の公知の手法を適用することが可能である。例えば、特開2008−26134号公報には、受信環境が第1環境〜第9環境の何れの受信環境であるかを判定する環境判定の手法が開示されており、この手法を用いて受信環境を判定することも可能である。
受信環境が「弱電界環境」であると判定した場合は(ステップC3;弱電界環境)、ホストCPU420は、全ての捕捉衛星491を候補衛星493としてRAM490に記憶させる(ステップC5)。
また、受信環境が「オープンスカイ環境」であると判定した場合は(ステップC3;オープンスカイ環境)、ホストCPU420は、長期予測エフェメリスデータ481を参照して、当該予測対象期間の予測軌道信頼度が「0〜5」の捕捉衛星491を抽出し、候補衛星493としてRAM490に記憶させる(ステップC7)。
また、受信環境が「マルチパス環境」であると判定した場合は(ステップC3;マルチパス環境)、ホストCPU420は、長期予測エフェメリスデータ481を参照して、当該予測対象期間の予測軌道信頼度が「0〜10」であって、且つ、捕捉したGPS衛星信号の信号強度が所定の高強度条件を満たす捕捉衛星491を抽出して、候補衛星493としてRAM490に記憶させる(ステップC9)。高強度条件は、例えば、捕捉衛星491の信号強度が「−130dBm」よりも大きいことである。
ステップC5〜C9の何れかにおいて候補衛星493を決定した後、ホストCPU420は、ROM470に記憶されている必要衛星数データ473を参照し、候補衛星493の数が当該受信環境4731における必要衛星数4733に達しているか否かを判定する(ステップC11)。そして、必要衛星数4733に達していないと判定した場合は(ステップC11;No)、ステップB17へと処理を移行する。
また、必要衛星数4733に達していると判定した場合は(ステップC11;Yes)、ホストCPU420は、当該予測対象期間において予測軌道信頼度が同一の候補衛星493が存在するか否かを判定する(ステップC13)。そして、存在すると判定した場合は(ステップC13;Yes)、この予測軌道信頼度が同一の候補衛星493について、当該予測対象期間よりも前の予測対象期間の予測軌道信頼度を合算する(ステップC15)。
そして、ホストCPU420は、ステップC15において算出した合算値を加味して、全ての候補衛星493に順位を割り当てる(ステップC17)。具体的には、当該予測対象期間において予測軌道信頼度が小さい衛星ほど順位が高くなるように各候補衛星493に順位を割り当てる。また、予測軌道信頼度が等しい衛星については、ステップC15で算出した合算値が小さい衛星ほど順位が高くなるように順位を割り当てる。
そして、ホストCPU420は、ステップC17で割り当てた順位が高い順に当該受信環境の必要衛星数4733の候補衛星493を選択して使用衛星495に決定し、RAM490に記憶させる(ステップC19)。そして、ホストCPU420は、使用衛星決定処理を終了する。
また、ステップC13において予測軌道信頼度が同一の候補衛星493が存在しないと判定した場合は(ステップC13;No)、ホストCPU420は、当該予測対象期間における予測軌道信頼度が小さい順に当該受信環境の必要衛星数4733の候補衛星493を選択して使用衛星495に決定し、RAM490に記憶させる(ステップC21)。そして、ホストCPU420は、使用衛星決定処理を終了する。
図13の位置算出処理に戻って、使用衛星決定処理を行った後、ホストCPU420は、使用衛星495から受信したGPS衛星信号に基づいて位置算出を実行する(ステップB13)。具体的には、ホストCPU420は、フラッシュROM480の長期予測エフェメリスデータ481に記憶されている当該予測対象期間における使用衛星495の衛星軌道パラメータ値及びクロック補正パラメータ値を用いて、使用衛星495の衛星位置及び衛星クロック補正量を算出する。
また、ステップB9において捕捉した使用衛星495のGPS衛星信号のコード位相(コードフェーズ)を用いて、携帯型電話機4と使用衛星495間の擬似距離を算出する。そして、算出した衛星位置と衛星クロック補正量と擬似距離とを用いて、例えば最小二乗法を利用した位置収束演算を行う。そして、位置収束演算により得られた位置を算出位置497として、RAM490に記憶させる。
次いで、ホストCPU420は、RAM490に記憶されている算出位置497を表示部440に出力して、ナビゲーション画面を表示部440に表示させる(ステップB15)。そして、ホストCPU420は、操作部430を介して位置算出の終了指示がなされたか否かを判定し(ステップB17)、なされなかったと判定した場合は(ステップB17;No)、ステップB1に戻る。また、位置算出の終了指示がなされたと判定した場合は(ステップB17;Yes)、位置算出処理を終了する。
一方、ステップB1において長期予測エフェメリスデータ481が記憶されていないと判定した場合(ステップB1;No)、又は、ステップB3において長期予測エフェメリスデータ481は当該予測対象期間を有しないデータであると判定した場合は(ステップB3;No)、ホストCPU420は、長期予測エフェメリス取得処理を行い、サーバシステム3から長期予測エフェメリスデータ481を取得して、フラッシュROM480に記憶させる(ステップB19)。そして、ホストCPU420は、ステップB5へと処理を移行する。
図12のメイン処理に戻って、ステップA3〜A9の何れかの処理を行った後、ホストCPU420は、操作部430を介してユーザにより電源切断指示操作がなされたか否かを判定し(ステップA11)、なされなかったと判定した場合は(ステップA11;No)、ステップA1に戻る。また、電源切断指示操作がなされたと判定した場合は(ステップA11;Yes)、メイン処理を終了する。
6.作用効果
本実施形態によれば、予測対象期間毎に各GPS衛星の衛星軌道のパラメータ値と、当該衛星軌道の信頼性を示す指標値である予測軌道信頼度とが対応付けられた長期予測エフェメリスに定められた位置算出時点に対応する予測対象期間の予測軌道信頼度に基づいて、位置算出に使用するGPS衛星を決定する。そして、決定したGPS衛星から受信したGPS衛星信号に基づいて位置を算出する。
より具体的には、位置算出時点に対応する予測対象期間の予測軌道信頼度が小さい順にGPS衛星に順位を割り当てる。この際、予測軌道信頼度が同一であるGPS衛星については、当該予測対象期間よりも前の全ての予測対象期間の予測軌道信頼度を合算し、合算値が小さいほど順位が高くなるように順位を割り当てる。そして、割り当てた順位が高い順に位置算出に必要な数のGPS衛星を選択して使用衛星に決定し、当該使用衛星から受信したGPS衛星信号に基づいて位置算出を行う。これにより、予測軌道の信頼性が高いGPS衛星が優先して位置算出に使用されるようになるため、正確性の高い位置算出を実現することが可能となる。
また、本実施形態では、GPS衛星信号の受信環境を判定し、判定した受信環境に応じて使用衛星の選択方法を変更する。具体的には、弱電界環境では、衛星を捕捉することが困難であり、予測軌道の信頼性が低い衛星も位置算出に使用したいため、全ての捕捉衛星の中から使用衛星を選択する。一方、オープンスカイ環境では、衛星を捕捉することが容易であり、予測軌道の信頼性の高い衛星を優先して位置算出に使用したいため、予測軌道信頼度が「0」〜「5」の捕捉衛星の中から使用衛星を選択する。また、マルチパス環境では、マルチパスの影響を受けた衛星が含まれている可能性があるため、予測軌道信頼度が「0」〜「10」の捕捉衛星のうち、信号強度が所定の高強度条件を満たす捕捉衛星の中から使用衛星を選択する。かかる構成により、受信環境に応じて使用衛星を適切に選択することが可能となり、位置算出の正確性が向上する。
7.変形例
7−1.位置算出システム
上述した実施形態では、サーバシステム3と携帯型電話機4を備えた位置算出システム1を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な位置算出システムはこれに限られるわけではない。例えば、携帯型電話機4の代わりに、位置算出装置を備えたノート型パソコンやPDA(Personal Digital Assistant)、カーナビゲーション装置等の電子機器に適用することも可能である。
7−2.衛星位置算出システム
また、上述した実施形態では、衛星位置算出システムとしてGPSを例に挙げて説明したが、WAAS(Wide Area Augmentation System)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO等の他の衛星位置算出システムであってもよい。
7−3.使用衛星の順位の割り当て
上述した実施形態では、位置算出時点に対応する予測対象期間(当該予測対象期間)の予測軌道信頼度が等しい捕捉衛星が存在する場合は、当該予測対象期間よりも前の全ての予測対象期間の予測軌道信頼度を合算し、その合算値を加味して捕捉衛星に順位を割り当てるものとして説明したが、合算値の代わりに平均値や最大値を加味して順位を割り当てることにしてもよい。
また、当該予測対象期間よりも前の予測対象期間ではなく、当該予測対象期間よりも後の予測対象期間の予測軌道の信頼度を合算又は平均し、この合算値又は平均値を加味して順位を割り当てることにしてもよい。また、全ての予測対象期間の予測軌道信頼度の合算値又は平均値を加味して順位を割り当てることにしてもよい。何れの場合も、合算値又は平均値が小さいほど順位が高くなるように各衛星に順位を割り当てるようにする。
7−4.判断対象期間の設定
上述した実施形態では、位置算出時点に対応する予測対象期間(当該予測対象期間)の予測軌道信頼度に基づいて使用衛星を決定するものとして説明したが、当該予測対象期間を含む所定の判断対象期間の予測軌道信頼度に基づいて使用衛星を決定することにしてもよい。例えば、各捕捉衛星について、当該予測対象期間を含む前後2つ(計3つ)の予測対象期間を判断対象期間として設定する。そして、設定した判断対象期間の予測軌道信頼度を合算又は平均し、この合算値又は平均値が小さい順に捕捉衛星を選択して使用衛星に決定する。
また、GPS衛星信号の受信環境に応じて、上述した判断対象期間を可変に設定することにしてもよい。弱電界環境では、他の受信環境に比べて信頼性の高い軌道情報を用いて位置算出を行うことが要求される。そのため、判断対象期間を他の受信環境よりも広く設定することが好適である。例えば、弱電界環境では、当該予測対象期間以前の全ての予測対象期間を判断対象期間として設定するが、マルチパス環境及びオープンスカイ環境では、当該予測対象期間及び当該予測対象期間の1つ前の予測対象期間を判断対象期間として設定する。
また、将来の期間を判断対象期間に含めることにしてもよい。例えば、弱電界環境では、当該予測対象期間以降の全ての予測対象期間を判断対象期間として設定し、マルチパス環境及びオープンスカイ環境では、当該予測対象期間及び当該予測対象期間の1つ後の予測対象期間を判断対象期間として設定する。
7−5.生成対象期間
上述した実施形態では、長期予測エフェメリスの生成日時を基準として1週間後までの期間を生成対象期間として長期予測エフェメリスを生成するものとして説明したが、生成対象期間は1週間よりも長い期間(例えば2週間)としてもよいし、1週間よりも短い期間(例えば3日)としてもよい。GPS衛星SVから送信される航法データとしてのエフェメリスは有効期間が一般に4時間程度であるが、長期予測エフェメリスは少なくともGPS衛星SVから送信される航法データとしてのエフェメリスよりも有効期間が長ければよい。1日以上であれば好適である。
7−6.予測対象期間
また、上述した実施形態では、予測対象期間の長さを6時間とするものとして説明したが、これに限定されるわけではなく、4時間や8時間等としてもよく、適宜設定可能であることは勿論である。
位置算出システムの概略構成を示す図。 予測誤差の変化の一例を示すグラフ。 予測軌道信頼度決定用テーブルのテーブル構成の一例を示す図。 使用衛星決定の原理の説明図。 携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。 携帯型電話機のROMに格納されたデータの一例を示す図。 携帯型電話機のフラッシュROMに格納されたデータの一例を示す図。 携帯型電話機のRAMに格納されるデータの一例を示す図。 必要衛星数データのデータ構成の一例を示す図。 長期予測エフェメリスデータのデータ構成の一例を示す図。 予測エフェメリスのデータ構成の一例を示す図。 メイン処理の流れを示すフローチャート。 位置算出処理の流れを示すフローチャート。 使用衛星決定処理の流れを示すフローチャート。
符号の説明
1 位置算出システム 、 2 外部システム、 3 サーバシステム、
4 携帯型電話機、 405 GPSアンテナ、 410 GPS受信部、
411 RF受信回路部、 413 ベースバンド処理回路部、 415 CPU、
417 ROM、 419 RAM、 420 ホストCPU、 430 操作部、
440 表示部、 450 携帯電話用アンテナ、
460 携帯電話用無線通信回路部、 470 ROM、 480 フラッシュROM、
490 RAM、 SV GPS衛星

Claims (6)

  1. 予測対象期間毎に各測位用衛星の衛星軌道と当該衛星軌道の信頼性とが対応付けられた長期予測軌道データに定められた、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間の各衛星軌道の信頼性に基づいて、位置算出に使用する測位用衛星を決定することと、
    前記決定された測位用衛星から受信した測位用信号に基づいて位置を算出することと、
    を含む位置算出方法。
  2. 衛星軌道の信頼性が高い順に所定数の測位用衛星を抽出して位置算出に使用する衛星を決定することを含む、
    請求項1に記載の位置算出方法。
  3. 位置算出時点に対応する予測対象期間での前記衛星軌道の信頼性が同等な測位用衛星を判定することを含み、
    前記決定することは、前記衛星軌道の信頼性が同等な測位用衛星については、位置算出時点に対応する予測対象期間よりも前又は後の予測対象期間の衛星軌道の信頼性を加味して位置算出に使用するか否かを決定することを含む、
    請求項1又は2に記載の位置算出方法。
  4. 前記測位用信号の受信環境を判定することと、
    前記判定された受信環境に基づいて位置算出に使用する衛星を決定することと、
    を更に含む請求項1〜3の何れか一項に記載の位置算出方法。
  5. 前記長期予測軌道データに含まれる予測対象期間のうち、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間を含む判断対象期間を、前記判定された受信環境に応じて可変に設定することと、
    前記判断対象期間の信頼性に基づいて位置算出に使用する衛星を決定することと、
    を更に含む請求項4に記載の位置算出方法。
  6. 予測対象期間毎に各測位用衛星の衛星軌道と当該衛星軌道の信頼性とが対応付けられた長期予測軌道データに定められた、少なくとも位置算出時点に対応する予測対象期間の各衛星軌道の信頼性に基づいて、位置算出に使用する測位用衛星を決定する決定部と、
    前記決定された測位用衛星から受信した測位用信号に基づいて位置を算出する位置算出部と、
    を備えた位置算出装置。
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