JP2010266267A - 受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】受信装置を搭載した移動体が走行している道路情報を取得し、取得した道路の軌道と受信信号から得られる情報とを用いて測位し、取得する道路情報を限定した受信装置を提供することにある。
【解決手段】移動体に備え付けられる受信装置であって、衛星信号受信手段が衛星から衛星信号を受信し、信号処理手段が前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出し、道路情報取得手段が、限定された道路に関する３次元の道路情報を取得し、測位計算手段が前記道路情報に基づいた軌道、前記衛星位置情報、及び前記擬似距離情報に基づいて前記受信機の位置情報を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、衛星信号に基づいて受信機の位置を特定する方法に関する。

従来、衛星信号を用いて自動車や電車等の位置を測位する受信機では、衛星信号から取得した情報に基づいた方程式から、受信機位置のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標及び距離誤差の４つの未知数を解くことにより、受信機の位置を特定し、当該受信機の位置から受信機を搭載した自動車等の移動体の位置を特定する。よって、受信機は、上記の未知数を特定するためには、４以上の衛星から衛星信号を取得する必要がある。なお、距離誤差とは、衛星と受信機との時計誤差に起因する距離の誤差をいう。

従って、受信機は、衛星信号の受信環境が良くない道路で測位計算しようとすると、４つ以上の衛星から衛星信号を受信することが困難となるため、測位計算ができなくなるという問題点がある。

そこで、上記の問題点を解決する装置の例として、線路の座標情報を保持しておき、過去の位置情報に基づいて走行線路を特定し、当該走行線路の座標情報から特定した走行線路の軌道と、正確に受信できた衛星信号とを用いて測位計算するＧＰＳ測位装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、過去の位置情報に基づいて走行方向を特定し、走行方向の軌道と、正確に受信できた衛星信号とを用いて測位計算する移動体搭載測位装置がある（例えば、特許文献２参照）。

上記のように、軌道を特定した場合、受信機位置のｘ、ｙ、ｚの各座標を媒介変数で置き換えることができるため、未知数が距離誤差と、媒介変数の２つとなり、２衛星から信号を受信できれば、受信機の位置を特定できる。

特開２００１−５６２３４号公報 特開２００７−２７８８８１号公報

特許文献１のＧＰＳ測位装置の場合、保持している情報が線路の座標情報である。受信機を自動車に適用することを考慮すると、自動車の場合、走行道路について３次元の座標情報を全て保持すると膨大なデータ量となるため、多大な記憶容量が必要とされるという問題点がある。また、受信機が膨大なデータを保持していると、データ検索に時間がかかり、測位に必要となる道路情報を特定する処理に時間がかかってしまうという問題点もある。

一方、特許文献２の移動体搭載測位装置は、保持している過去の位置情報が古かったり、当該移動体搭載測位装置を搭載している移動体が進行方向を頻繁に変更したりした場合に、正確に測位することができないという問題点がある。

本発明が解決しようとする課題としては、上記のようなものが例として挙げられる。本発明の目的は、受信装置を搭載した移動体が走行している道路情報を取得し、取得した道路の軌道と受信信号から得られる情報とを用いて測位し、取得する道路情報を限定した受信装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、移動体に備え付けられる受信装置であって、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段と、限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得手段と、前記道路情報に基づいた軌道、前記衛星位置情報、及び前記擬似距離情報に基づいて前記受信機の位置情報を算出する測位計算手段と、を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、移動体に備え付けられる装置で行う装置位置算出方法であって、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信工程と、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理工程と、限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得工程と、前記道路情報に基づいた軌道、前記衛星位置情報、及び前記擬似距離情報に基づいて前記装置の位置情報を算出する測位計算工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、移動体に備え付けられ、コンピュータを備える装置で行う装置位置算出プログラムであって、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段、限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得手段、前記道路情報に基づいた軌道、前記衛星位置情報、及び前記擬似距離情報に基づいて前記受信機の位置情報を算出する測位計算手段、として前記コンピュータを機能させることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、ナビゲーション装置であって、移動体に備え付けられる受信装置と、限定された道路に関する３次元の道路情報を保持する道路情報保持手段とを備え、前記受信装置は、衛星から前記衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段と、前記道路情報保持手段から前記道路情報を取得する道路情報取得手段と、前記道路情報に基づいた軌道と、前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信装置の位置情報を算出する測位計算手段と、を備えることを特徴とする。

従来のＧＰＳ受信機の概念図である。 軌道を用いた受信機位置特定方法の概念図（１）である。 軌道を用いた受信機位置特定方法の概念図（２）である。 第１実施例に係るＧＰＳ受信機のブロック図である。 道路情報のデータ構造を示す図である。 道路情報を用いた測位処理のフローチャートである。 ナビゲーション装置のブロック図である。 第２実施例に係るＧＰＳ受信機のブロック図である。 ナビゲーション装置で管理する道路情報の説明のための図である。 第３実施例に係るＧＰＳ受信機のブロック図である。

本発明の好適な実施形態では、移動体に備え付けられる受信装置であって、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段と、限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得手段と、前記道路情報に基づいた軌道、前記衛星位置情報、及び前記擬似距離情報に基づいて前記受信機の位置情報を算出する測位計算手段と、を備える。

上記受信装置は、具体的には、ＧＰＳ受信装置等に適用できる。上記の受信装置は、衛星から衛星信号を受信し、所定の方法で上記受信機を搭載した自動車等が走行している道路や走行すると予想される道路に関する３次元の道路情報を取得し、当該道路情報に基づいた道路の軌道と、衛星信号とを用いて受信装置の位置情報を算出する。

この場合、受信装置は、３次元の道路情報を取得して、当該道路情報に基づき受信装置を備えた移動体の走行軌道を特定し、当該走行軌道と、受信した衛星信号から得られる衛星位置情報と、擬似距離情報とを用いて受信装置の位置を算出することとなるため、走行軌道を特定している分、必要数（例えば、４つ）分の衛星から衛星信号を取得していなくても受信装置の位置を適切に特定することができる。また、受信装置は、取得する道路情報を限定しているため、道路情報の取得処理負担を最小限に留めている。よって、上記受信装置を自動車等の移動体に適用することが可能となる。

ここでいう擬似距離とは、衛星と受信装置との時計が同期していないことによる時計誤差に起因する距離誤差を含んだ、衛星と受信装置との距離をいう。また、衛星位置情報とは、衛星の位置情報をいう。

上記の受信装置の一態様では、前記道路情報を前記衛星信号の受信環境が悪いと予想される道路に関する道路情報とする。この場合、受信装置は、受信環境が悪いことにより、衛星から衛星信号を適切に受信できない箇所でも、走行道路の軌道を特定し、特定した軌道と、受信した衛星信号とを用いて、適切に受信装置の位置を特定することができる。

ここで、受信環境の悪い道路として、「高架下を通過する道路」、「トンネルがある道路」、「地下駐車場の出口道路」、「ビル間の道路」等がある。

上記の受信装置の他の一態様では、前記道路情報を保持する道路情報保持手段をさらに備え、前記道路情報取得手段は、前記道路情報保持手段で保持している道路情報を取得する。この場合、受信装置は、予め保持している道路情報を用いて当該道路情報から移動体の走行軌道を特定することができるので、当該軌道と、衛星信号から得られる情報とを用いて受信装置の位置を特定することができる。

上記の受信装置の他の一態様では、他の装置と接続可能な通信手段をさらに備え、前記道路情報取得手段は、前記通信手段を介して前記道路情報を取得する。この場合、受信装置は、大容量の道路情報を記憶することが可能なサーバ装置から受信装置で必要となる道路情報を取得し、当該道路情報から算出した軌道や、衛星信号に基づいた擬似距離情報や衛星位置情報を用いて受信装置の位置を特定することができる。

上記の受信装置の他の一態様では、前記測位計算手段は、測位に必要な数の衛星から衛星信号を取得できない場合に、前記軌道と前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信機の位置情報を算出する。この場合、受信装置は、衛星信号から取得できる衛星位置情報と擬似距離情報とから受信機の位置を特定できない場合に、道路情報を取得し、当該道路情報を用いて算出した軌道を用いて、受信装置の位置を特定することができる。

上記の受信装置の他の一態様では、前記測位計算手段は、信号レベルが閾値以上の衛星信号を、測位に必要な数以上の衛星から取得していない場合に、前記軌道と前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信装置の位置情報を算出する。この場合、受信装置は、信号レベルの低い衛星信号を用いる代わりに、信頼度の高い道路情報から走行道路の軌道を特定し、当該軌道と、信号レベルの高い衛星信号から算出した情報（衛星位置情報や擬似距離情報）とを用いて受信装置の位置を特定するので、適切に受信装置の位置を特定することができる。

上記の受信装置の他の一態様では、前記道路情報取得手段は、前記移動体の位置周辺における道路の道路情報を取得する。この場合、受信装置は、予め移動体周辺の道路の道路情報をまとめて取得するので、必要数分の衛星の衛星信号を受信できないことを検知してから道路情報を取得する場合に比して、早急に受信機の位置を特定することができる。

上記の受信装置の他の一態様では、前記道路情報取得手段は、前記移動体の経路中の道路における道路情報を取得する。この場合、受信装置は、移動体の経路中の道路の道路情報を予め取得することになるので、必要数分の衛星信号を受信できないことを検知してから道路情報を取得する場合に比して、早急に受信機の位置を特定することができる。

本発明の他の観点では、移動体に備え付けられる装置で行う装置位置算出方法であって、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信工程と、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理工程と、限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得工程と、前記道路情報に基づいた軌道、前記衛星位置情報、及び前記擬似距離情報に基づいて前記装置の位置情報を算出する測位計算工程と、を備える。

上記の装置位置算出方法でも、３次元の道路情報を取得して、当該道路情報に基づき受信装置の走行軌道を特定し、当該走行軌道と、受信した衛星信号から得られる衛星位置情報と、擬似距離情報とを用いて受信装置の位置を算出することとなるため、走行軌道を特定している分、必要数分の衛星から衛星信号を取得していなくても受信装置の位置を適切に特定することができる。

本発明の他の観点では、移動体に備え付けられ、コンピュータを備える装置で行う装置位置算出プログラムであって、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段、前記衛星信号の受信環境が悪いと予想される道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得手段、前記道路情報に基づいた軌道、前記衛星位置情報、及び前記擬似距離情報に基づいて前記受信機の位置情報を算出する測位計算手段、として前記コンピュータを機能させる。このような、装置位置算出プログラムを、各種装置上で実行することにより、本発明の受信装置を実現することができる。なお、上記装置位置算出プログラムは、記録媒体に記録した状態で好適に取り扱うことができる。

本発明の他の観点では、ナビゲーション装置であって、移動体に備え付けられる受信装置と、限定された道路に関する３次元の道路情報を保持する道路情報保持手段とを備え、前記受信装置は、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段と、前記道路情報保持手段から前記道路情報を取得する道路情報取得手段と、前記道路情報に基づいた軌道と、前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信装置の位置情報を算出する測位計算手段と、を備える。

この場合、ナビゲーション装置に含まれる受信装置は、ナビゲーション装置で保持している道路情報を取得し、当該道路情報から移動体が走行している道路の軌道を特定する。そして、上記受信装置は、上記軌道と、受信した衛星信号から得られる情報（衛星位置情報や擬似距離情報）とを用いて受信装置の位置を算出することとなるため、走行軌道を特定している分、必要数以上の衛星から衛星信号を取得していなくても受信装置の位置を適切に特定することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［一般的なＧＰＳ受信機について］
一般的なＧＰＳ受信機の構成を図１に示す。図１に示すＧＰＳ受信機１００は、アンテナ１１０、信号処理部１２０、及び測位計算部１７０を備える。アンテナ１１０は、衛星から送信された衛星信号を受信する。信号処理部１２０は、衛星からの衛星信号を処理して各衛星の位置情報と擬似距離情報とを算出する。測位計算部１７０は、信号処理部１２０から衛星位置情報や擬似距離情報を取得し、当該衛星位置情報及び擬似距離情報を使用して、ＧＰＳ受信機１００の位置を計算する。

信号処理部１２０は、衛星からの電波を処理することにより、複数の衛星の位置情報と、ＧＰＳ受信機１００から各衛星までの距離を算出する。ＧＰＳ受信機１００から各衛星までの距離は、電波の送信時刻と受信時刻の差から計算されるが、衛星の時計と、ＧＰＳ受信機１００の時計とは正確に同期していないため、時計誤差に起因する距離誤差が生じる。この誤差が載った距離のことを「擬似距離」という。なお、距離誤差は、受信している全ての衛星に対して同じ量となる。

信号処理部１２０で算出された複数の衛星の位置情報と擬似距離情報が測位計算部１７０に入力され、測位計算部１７０は、上記複数の衛星の位置情報と擬似距離情報とに基づいてＧＰＳ受信機１００の位置を計算する。未知数は、ＧＰＳ受信機１００の位置を示す座標値ｘ、ｙ、ｚと、時計誤差に起因する距離誤差Ｔの４つである。

よって、通常は４衛星以上の衛星位置情報と擬似距離情報が必要となり、４つ以上の衛星から衛星信号を受信できていない場合、ＧＰＳ受信機１００は、測位することができない。４つの衛星から受信した衛星信号に基づいて測位する場合に使用する連立方程式を以下の式に示す。この連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機１００の位置と時計誤差を求めることができる。

もし、未知数の数を減らすことができれば、４つよりも少ない衛星数で測位することが可能である。未知数の数を減らす方法として、「高度を何らかの方法で予測する」、「時計誤差を何らかの方法で予測する」等が一般的に知られており、この場合、ＧＰＳ受信機１００は、２つ又は３つの衛星から取得した衛星信号に基づいて測位することができる。しかし、上記の方法を適用できる状況は、限定的である。

未知数を減らす別の方法として、上述の特許文献１や特許文献２に記載したように受信機の軌道を３次元で予測して利用する方法がある。

予測軌道が直線の場合、以下の式の連立方程式を解くことによって、ＧＰＳ受信機１００の位置を求めることができる。

予測軌道からＧＰＳ受信機１００の位置を示すｘ、ｙ、ｚ座標を媒介変数ｓで置き換えることができ、未知数が距離誤差Ｔと媒介変数ｓの２つとなるため、ＧＰＳ受信機１００は、２衛星からの電波を受信するだけで測位することが可能となる。

式２が持つ意味を概念的に示した図を図２に示す。距離誤差Ｔを固定した場合、衛星からの擬似距離は、各衛星を中心とした球を描く。２つの衛星が作る球の交点を距離誤差Ｔを変化させながらつないでいくと曲面が得られる。この曲面と予測軌道の交点が求めるＧＰＳ受信機１００の位置となる。なお、簡単のため予測軌道を直線として説明したが、曲面と１点で交わるのであれば、予測軌道は曲線であっても構わない。

さらに予測軌道に加えて距離誤差Ｔが予測できるような場合には、距離誤差Ｔも未知数とならなくなるため、１衛星の位置情報と擬似距離だけでＧＰＳ受信機１００の位置を求めることも可能である。このときは図３のように、衛星を中心、擬似距離を半径とする球と予測軌道交点として受信機の位置が求まる。

以上のことから、ＧＰＳ受信機１００の軌道を予測することによって受信しなければならない衛星の数を大きく減らせることが分かる。

カーナビゲーション装置に搭載されるＧＰＳ受信機１００においてこの手法を利用するためには、自動車の軌道を予測することが必要である。自動車が走行している道路の軌道を特定することができれば、自動車の軌道を推測することができる。本発明に係るＧＰＳ受信機は、道路上の３次元データを取得し、当該道路上の３次元データに基づいて軌道を予測し、予測した軌道を用いてＧＰＳ受信機の位置を特定する。

［第１実施例］
次に、第１実施例に係るＧＰＳ受信機３００Ａの構成を図４に示す。ＧＰＳ受信機３００Ａは、いわゆるＧＰＳモジュール等であり、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）やノートパソコンやカーナビゲーション装置に接続した状態で使用される。

図４に示すように、ＧＰＳ受信機３００Ａは、アンテナ１１０と、信号処理部１２０と、記憶部３３０と、道路情報取得部３５０Ａと、測位計算部３７０とを備える。アンテナ１１０や信号処理部１２０は、図１で示したＧＰＳ受信機１００のアンテナ１１０や信号処理部１２０と同様であるので、説明を省略する。なお、アンテナ１１０が衛星信号受信手段として機能する。

記憶部３３０は、メモリであり、各種データを保存する。具体的に、記憶部３３０は、道路情報ＤＢ３３５を保持する。道路情報ＤＢ３３５は、道路情報３６０を管理する。ここで道路情報３６０のデータ構造について、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて説明する。

図５（Ａ）に示すように、道路情報３６０は、道路ＩＤ３６１、始点座標３６２、終点座標３６３、及び中間座標群３６４を有する。

道路ＩＤ３６１は、道路を一意に識別し得る情報である。始点座標３６２は、道路の始点箇所の座標情報である。終点座標３６３は、道路の終点箇所の座標情報である。中間座標群３６４は、道路の始点から終点までの間の０以上の座標情報である。なお、始点座標３６２、終点座標３６３、及び中間座標群３６４の座標情報は、ｘ、ｙ、ｚの３次元の座標情報である。

図５（Ｂ）に道路の例を示す。点Ｐ１から点Ｐ２までの道路Ｌ１の場合、ほぼ直線の道路であるので、起伏の激しい坂道でない限り、始点と終点の座標を有していれば、適切に軌道を特定し得る。しかし、点Ｐ２〜Ｐ６で構成される道路Ｌ２の場合、道路自体が曲がっているので、ＧＰＳ受信機３００Ａは、道路の経由点となる点Ｐ３、点Ｐ４、点Ｐ５の座標情報を中間座標情報群３６４として保持する。このように、ＧＰＳ受信機３００Ａは、道路の始点から終点までの間の座標情報も道路情報３６０に含める。これにより、ＧＰＳ受信機３００Ａは、道路が曲がっている場合や、起伏の激しい坂道の場合に、始点と終点のみから推測してしまい、実際の道路と異なる軌道を算出してしまうことを回避することができる。

なお、本実施例における道路情報ＤＢ３３５で管理する道路情報３６０は、「高架下を通過する道路」、「トンネルがある道路」、「地下駐車場の出口道路」、「ビル間の道路」等の衛星信号の受信環境が悪いと予想される道路に関する道路情報である。このように、ＧＰＳ受信機３００Ａは、受信環境が悪いと予想される道路に関する道路情報３６０に限定して保持することにより、道路情報を保持するために消費するメモリ容量を限定させることができる。

道路情報取得部３５０Ａは、道路情報３６０を道路情報ＤＢ３３５から取得する。道路情報取得部３５０Ａが取得対象の道路情報３６０を特定する方法として、過去の位置情報に基づいて取得対象の道路情報３６０を特定する方法等がある。

測位計算部３７０は、道路情報取得部３５０Ａが取得した道路情報３６０に含まれる始点座標３６２、終点座標３６３、及び中間座標群３６４に基づいてＧＰＳ受信機３００Ａの走行軌道を特定した後に、当該走行軌道と、衛星の位置情報と、擬似距離情報とを用いてＧＰＳ受信機３００Ａの位置情報を算出する。

［測位方法］
第１実施例に係るＧＰＳ受信機３００Ａが行う測位方法について図６に示すフローチャートを用いて説明する。ここでいう測位方法とは、アンテナ１１０が取得できた衛星信号の衛星数が必要数（例えば、４つ）に満たない場合に、ＧＰＳ受信機３００Ａが走行していると推測し得る道路情報３６０を取得し、取得できた衛星信号から算出した衛星の位置情報と擬似距離情報と、道路情報３６０に基づいた軌道とを用いて測位する方法をいう。当該測位方法は、ＧＰＳ受信機３００Ａの記憶部３３０で組み込まれているプログラムを実行することより実現される。上記測位方法は、装置位置算出方法に対応し、ＧＰＳ受信機３００Ａの記憶部３３０で組み込まれているプログラムは、装置位置算出プログラムに対応する。

最初に、アンテナ１１０が衛星信号を取得し、衛星から送信された衛星信号を受信する。信号処理部１２０は、衛星からの衛星信号を処理して各衛星の位置情報と擬似距離情報とを算出する。測位計算部３７０は、信号処理部１２０から各衛星の位置情報と擬似距離情報を取得する。

そして、信号処理部１２０が衛星の位置情報と擬似距離情報とを算出することができた衛星数が十分である場合、即ちアンテナ１１０が取得できた衛星信号の衛星数が必要数以上である場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ＧＰＳ受信機３５０Ａは、通常の測位を行って（ステップＳ２）、処理を終了する。ここでいう通常の測位とは、走行道路の軌道情報を用いることなく、受信した衛星信号に基づいて測位することをいう。

一方、当該衛星の位置情報と擬似距離情報とを取得できた衛星数が十分でない場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、ＧＰＳ受信機３００Ａが走行している道路を特定する。ここで道路を特定する方法として、直近に正確に取得できた位置情報に基づいて道路を特定したり、予め定められている経路情報に基づいて道路を特定したりする方法等がある。

道路情報取得部３５０Ａは、ＧＰＳ受信機３００Ａが走行していると推定される道路（以下、「検索対象道路」とも呼ぶ）の道路情報３６０を道路情報ＤＢ３３５から検索する（ステップＳ３）。

道路情報取得部３５０Ａが検索対象道路の道路情報３６０を検索した結果、道路情報ＤＢ３３５に検索対象道路の道路情報３６０がない場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、測位することができないので、測位処理を行わずに（ステップＳ７）、処理を終了する。

道路情報取得部３５０Ａが検索対象道路の道路情報３６０を検索した結果、道路情報ＤＢ３３５に検索対象道路の道路情報３６０がある場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、道路情報取得部３５０Ａは、検索対象道路の道路情報３６０を道路情報ＤＢ３３５から取得し（ステップＳ５）、測位計算部３７０は、信号処理部１２０が算出した衛星の位置情報及び擬似距離情報や、検索対象道路の道路情報３６０から特定した道路の軌道を用いてＧＰＳ受信機３００Ａの位置を算出して（ステップＳ６）、測位処理を終了する。

このように、ＧＰＳ受信機３００Ａは、衛星の位置情報等を取得できた衛星数が不十分な場合に、ＧＰＳ受信機３００Ａの現在位置を走行していると推測し得る道路の道路情報３６０を取得し、当該道路情報３６０から特定し得る走行道路の軌道、取得した衛星の位置情報、及び擬似距離情報を用いてＧＰＳ受信機３００Ａの位置を算出している。

これにより、ＧＰＳ受信機３００Ａは、衛星の位置情報等を取得できた衛星の数が不十分でも、ＧＰＳ受信機３００Ａが走行している道路に基づく軌道を補完的に用いることで、正確にＧＰＳ受信機３００Ａの位置を算出することができる。

したがって、ＧＰＳ受信機３００Ａを搭載した移動体が、十分な数の衛星から衛星信号を適切に取得できないような箇所（例えば、高いビルに囲まれた道路等）を走行している場合でも、走行中の道路に関する道路情報３６０から特定し得る軌道を用いることにより適切にＧＰＳ受信機３００Ａの位置を特定することができ、当該ＧＰＳ受信機３００Ａを備えた移動体の位置も特定することができる。

［第２実施例］
次に、第２実施例に係るＧＰＳ受信機について説明する。第２実施例に係るＧＰＳ受信機は、ナビゲーション装置に備え付けられており、ナビゲーション装置で保持している道路情報から当該ナビゲーション装置を搭載した移動体の走行軌道を特定し、当該走行軌道や受信した衛星信号から算出した衛星位置情報や擬似距離情報を用いて測位を行う。最初に、ナビゲーション装置の説明をした後に、ナビゲーション装置に接続されているＧＰＳ受信機について説明する。

（ナビゲーション装置）
最初にナビゲーション装置について、図７を用いて説明する。図７に示すように、ナビゲーション装置２００は、自立測位装置１０、ＧＰＳ受信機３００Ｂ、システムコントローラ２０、ディスクドライブ３１、データ記憶ユニット３６、通信用インタフェース３７、通信装置３８、表示ユニット４０、音声出力ユニット５０、及び入力装置６０を備える。

自立測位装置１０は、加速度センサ１１、角速度センサ１２及び距離センサ１３を備える。加速度センサ１１は、例えば圧電素子からなり、自動車の加速度を検出し、加速度データを出力する。角速度センサ１２は、例えば振動ジャイロからなり、自動車の方向変換時における自動車の角速度を検出し、角速度データ及び相対方位データを出力する。距離センサ１３は、自動車の車輪の回転に伴って発生されているパルス信号からなる車速パルスを計測する。

ＧＰＳ受信機３００Ｂは、複数の衛星から、測位用データを含む下り回線データを搬送する電波１９を受信する。測位用データは、緯度及び経度情報等から自動車の絶対的な位置を検出するために用いられる。詳細については、後述する。

システムコントローラ２０は、インタフェース２１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２３及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２４を含んでおり、ナビゲーション装置２００全体の制御を行う。

インタフェース２１は、加速度センサ１１、角速度センサ１２及び距離センサ１３並びにＧＰＳ受信機１８とのインタフェース動作を行う。そして、これらから、車速パルス、加速度データ、相対方位データ、角速度データ、ＧＰＳ測位データ、絶対方位データ等をシステムコントローラ２０に入力する。ＣＰＵ２２は、システムコントローラ２０全体を制御する。ＲＯＭ２３は、システムコントローラ２０を制御する制御プログラム等が格納された図示しない不揮発性メモリ等を有する。ＲＡＭ２４は、入力装置６０を介して利用者により予め設定された経路データ等の各種データを読み出し可能に格納したり、ＣＰＵ２２に対してワーキングエリアを提供したりする。

システムコントローラ２０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ又はＤＶＤ−ＲＯＭドライブなどのディスクドライブ３１、データ記憶ユニット３６、通信用インタフェース３７、表示ユニット４０、音声出力ユニット５０及び入力装置６０は、バスライン３０を介して相互に接続されている。

ディスクドライブ３１は、システムコントローラ２０の制御の下、ＣＤ又はＤＶＤといったディスク３３から、音楽データ、映像データなどのコンテンツデータを読み出し、出力する。なお、ディスクドライブ３１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ又はＤＶＤ−ＲＯＭドライブのうち、いずれか一方としても良いし、ＣＤ及びＤＶＤコンパチブルのドライブとしても良く、また、テレビチューナを内蔵したハードディスクレコーダでも良い。

データ記憶ユニット３６は、例えば、ＨＤＤなどにより構成され、地図データや施設データや、道路情報ＤＢ３３５に含まれる道路情報３６０などのナビゲーション処理に用いられる各種データを記憶する。

通信装置３８は、例えば、ＦＭチューナやビーコンレシーバ、携帯電話や専用の通信カードなどにより構成され、通信用インタフェース３７を介して、ＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）センタから配信される渋滞や交通情報などの道路交通情報を受信したり、所定のサーバからの種々の情報（例えば、天気情報等）を受信したりする。

表示ユニット４０は、システムコントローラ２０の制御の下、各種表示データをディスプレイなどの表示装置に表示する。具体的には、システムコントローラ２０は、データ記憶ユニット３６から地図データを読み出す。表示ユニット４０は、システムコントローラ２０によってデータ記憶ユニット３６から読み出された地図データを、ディスプレイなどの表示画面上に表示する。表示ユニット４０は、バスライン３０を介してＣＰＵ２２から送られる制御データに基づいて表示ユニット４０全体の制御を行うグラフィックコントローラ４１と、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ ＲＡＭ）等のメモリからなり即時表示可能な画像情報を一時的に記憶するバッファメモリ４２と、グラフィックコントローラ４１から出力される画像データに基づいて、液晶、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等のディスプレイ４４を表示制御する表示制御部４３と、ディスプレイ４４とを備える。ディスプレイ４４は、例えば対角５〜１０インチ程度の液晶表示装置等からなり、車内のフロントパネル付近に装着される。

音声出力ユニット５０は、システムコントローラ２０の制御の下、ディスクドライブ３１、又はＲＡＭ２４等からバスライン３０を介して送られる音声デジタルデータのＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換を行うＤ／Ａコンバータ５１と、Ｄ／Ａコンバータ５１から出力される音声アナログ信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）５２と、増幅された音声アナログ信号を音声に変換して車内に出力するスピーカ５３とを備えて構成されている。

入力装置６０は、各種コマンドやデータを入力するための、キー、スイッチ、ボタン、リモコン、音声入力装置等から構成されている。入力装置６０は、車内に搭載された当該車載用電子システムの本体のフロントパネルやディスプレイ４４の周囲に配置される。また、ディスプレイ４４がタッチパネル方式である場合には、ディスプレイ４４の表示画面上に設けられたタッチパネルも入力装置６０として機能する。

（第２実施例に係るＧＰＳ受信機）
次に、第２実施例に係るＧＰＳ受信機３００Ｂを図８に示す。ＧＰＳ受信機３００Ｂは、アンテナ１１０と、信号処理部１２０と、道路情報取得部３５０Ｂと、測位計算部３７０とを備える。アンテナ１１０や信号処理部１２０は、図１で示したＧＰＳ受信機１００のアンテナ１１０や信号処理部１２０と同様であるので、説明を省略する。また、測位計算部３７０は、第１実施例のＧＰＳ受信機３００Ａの測位計算部３７０と同様であるので、説明を省略する。道路情報取得部３５０Ｂは、第１実施例とは異なり、ナビゲーション装置２００のデータ記憶ユニット３６で保持している道路情報ＤＢ３３５から道路情報３６０を取得する。ここでいう道路情報ＤＢ３３５内の道路情報３６０は、第１実施例の道路情報ＤＢ３３５内の道路情報３６０とデータ構造が同一であるものとする。また、ナビゲーション装置２００のデータ記憶ユニット３６では、上記道路情報ＤＢ３３５以外に、一般的なナビゲーション装置で保持している地図情報ＤＢ１６０を有している。

データ記憶ユニット３６で保持している道路情報ＤＢ３３５と地図情報ＤＢ１６０で管理している情報を図９で概念的に示す。第２実施例では、地図情報ＤＢ１６０で有している道路情報の内、受信環境が悪いと考えられる道路については、別途道路情報ＤＢ３３５で、３次元の座標値を管理する道路情報３６０を有する。

例えば、図９に示すように、トンネルＴＮを通過する道路Ｌ１１、ビルＢ１〜ビルＢ４の谷間にある道路Ｌ１２、地下駐車場ＰＫを出た場所に位置する道路Ｌ１３、高速道路ＨＷの下を通過する道路Ｌ１４については、衛星信号の受信環境が悪いと推定することができるので、道路Ｌ１１〜Ｌ１４の３次元の座標を管理した道路情報３６０を道路情報ＤＢ３３５で管理する。他の各地図情報については、２次元座標で地図情報ＤＢ１６０が管理する。

第２実施例に係るＧＰＳ受信機３００Ｂが行う測位方法は、道路情報取得部３５０Ｂが道路情報３６０を取得する方法が第１実施例の測位方法と異なるだけで、他の方法は同じである。

このように、衛星信号の受信環境が悪いと予想される道路について３次元の座標を有する道路情報３６０を管理する道路情報ＤＢ３３５をナビゲーション装置２００のデータ記憶ユニット３６で保持しているので、ＧＰＳ受信機３００Ｂは、衛星信号の受信環境が悪いと予想される箇所でも、衛星信号から算出した衛星位置情報と擬似距離情報と、道路情報３６０から導いた軌道とを用いることにより、適切にＧＰＳ受信機３００Ｂの位置を算出することができる。

［第３実施例］
次に、第３実施例に係るＧＰＳ受信機３００Ｃについて図１０を用いて説明する。ＧＰＳ受信機３００Ｃは、いわゆるＧＰＳモジュール等であり、ＰＤＡやノートパソコンやカーナビゲーション装置に接続した状態で使用される。第３実施例に係るＧＰＳ受信機３００Ｃは、通信装置を介して道路情報３６０を取得する点で異なる。

ＧＰＳ受信機３００Ｃは、アンテナ１１０、信号処理部１２０、道路情報取得部３５０Ｃ、測位計算部３７０、及び通信部３８０を備える。

通信部３８０は、公知の種々の通信装置である。アンテナ１１０、信号処理部１２０、及び測位計算部３７０は、第１実施例、第２実施例のＧＰＳ受信機３００Ａ及びＢの同一符号の構成要素と同一のため、説明を省略する。道路情報取得部３５０Ｃは、通信部３８０を介して外部サーバ５００で保持している道路情報ＤＢ３３５の道路情報３６０を取得する。

第３実施例に係るＧＰＳ受信機３００Ｃが行う測位方法は、道路情報取得部３５０Ｃが行う道路情報３６０の取得方法が異なるだけで、他の方法については、第１実施例の測位方法と同じである。

この場合でも、ＧＰＳ受信機３００Ｃは、外部サーバ５００から道路情報３６０を取得することができるので、受信環境が悪いことにより、必要数以上の衛星から適切な衛星信号を受信することができなくても、過去の位置情報等から特定した道路情報３６０を用いてＧＰＳ受信機３００Ｃを搭載した移動体の走行軌道を特定し、当該特定した走行軌道と、衛星信号から算出した情報（衛星位置情報や擬似距離情報）とを用いてＧＰＳ受信機３００Ｃの位置を特定することができる。なお、外部サーバ５００の場合、一般的に記憶容量が多いため、大量の道路情報３６０を保持しておくことができる。

以上説明したように、移動体に備え付けられるＧＰＳ受信機３００Ａ〜Ｃ（以下、総括して「ＧＰＳ受信機３００」とも呼ぶ）は、衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ衛星から受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段と、限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得手段と、道路情報に基づいた軌道、衛星位置情報、及び擬似距離情報に基づいて受信機の位置情報を算出する測位計算手段と、を備える。

ＧＰＳ受信機３００は、３次元の道路情報を取得して、当該道路情報に基づき受信装置を備えた移動体の走行軌道を特定し、当該走行軌道と、受信した衛星信号から得られる衛星位置情報と、擬似距離情報とを用いてＧＰＳ受信機３００の位置を算出することとなるため、走行軌道を特定している分、必要数の衛星から衛星信号を取得していなくても受信装置の位置を適切に特定することができる。また、ＧＰＳ受信機３００は、取得する道路情報を限定しているため、道路情報の取得処理負担を最小限に留めている。よって、上記ＧＰＳ受信機３００を自動車等の移動体に適用することが可能となる。

［他の実施例］
上述の実施例では、取得できた衛星信号の衛星数が必要数に満たない場合に、ＧＰＳ受信機３００が道路情報３６０を取得して、当該道路情報３６０から軌道を特定してＧＰＳ受信機３００の位置を特定する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、ＧＰＳ受信機３００の現在地周辺に受信環境が悪いと予想される道路がある場合に、予め道路情報取得部３５０Ａ〜Ｃ（以下、総括して「道路情報取得部３５０」とも呼ぶ）が、ＧＰＳ受信機３００の現在地周辺の受信環境が悪いと予想される道路の道路情報３６０を取得するようにしても良い。

この場合、ＧＰＳ受信機３００は、予め道路情報３６０を取得しているので、必要数以上の衛星から衛星信号を受信できないことを検知してから道路情報３６０を取得する場合に比して、早急にＧＰＳ受信機３００の位置を特定することができる。

上述の実施例では、必要数以上の衛星から衛星信号を受信できなかった場合に、道路情報３６０を取得して、道路情報３６０から軌道を特定してＧＰＳ受信機３００の位置を特定する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、衛星信号のレベルが所定以上である衛星信号を必要数以上の衛星から取得していない場合に、道路情報取得部３５０が道路情報３６０を取得して、当該道路情報３６０の軌道を特定してＧＰＳ受信機３００の位置を特定するようにしても良い。

この場合、ＧＰＳ受信機３００は、信号レベルの低い衛星信号を用いる代わりに、信頼度の高い道路情報３６０から走行道路の軌道を特定し、当該軌道と、信号レベルの高い衛星信号から算出した情報（衛星位置情報や擬似距離情報）とを用いてＧＰＳ受信機３００の位置を特定するので、適切にＧＰＳ受信機３００の位置を特定することができる。

上述の実施例では、必要数以上の衛星から衛星信号を受信できなかった場合に、ＧＰＳ受信機３００が道路情報３６０を取得して、道路情報３６０から軌道を特定して、ＧＰＳ受信機３００の位置を特定する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、衛星信号の受信状況に関わらず、ＧＰＳ受信機３００の位置周辺に対応する道路情報３６０を取得できる場合には、取得した道路情報３６０から特定した軌道を用いて、ＧＰＳ受信機３００の位置を特定するようにしても良い。

この場合、ＧＰＳ受信機３００は、道路情報３６０における各種座標情報の精度が高い場合、衛星信号にはノイズ等が含まれていることを考慮すると、衛星信号のみからＧＰＳ受信機３００の位置を特定する場合に比して、精度の高い位置検出をすることができる。

上述の実施例では、必要数以上の衛星から衛星信号を受信できなかった場合に、道路情報３６０を取得して、道路情報３６０から軌道を特定してＧＰＳ受信機３００の位置を特定する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、ＧＰＳ受信機３００を搭載している移動体の経路中の道路に関する道路情報３６０を予め取得するようにしても良い。

この場合、ＧＰＳ受信機３００は、予め道路情報３６０を取得しているので、必要数以上の衛星信号を受信できないことを検知してから道路情報３６０を取得する場合に比して、早急にＧＰＳ受信機３００の位置を特定することができる。

上述の第２実施例では、ＧＰＳ受信機３００Ｂが特定した過去の位置から現状の走行道路を特定する場合について、述べたが、本発明は、これに限られず、過去の位置と、加速度センサ１１等の各種センサの情報も加味して、現状の走行道路を特定するようにしても良い。

上述の実施例では、ＧＰＳ受信機３００を、ＧＰＳの受信装置として適用する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、例えば、Ｇａｌｉｌｅｏに代表されるＧＰＳ以外の測位衛星システムにおける受信装置にも適用することができる。

上述の実施例では、衛星信号の受信環境が悪いと予想される道路に関する情報を取得する場合について述べたが、本発明は、これに限られず、利用頻度の高い道路等、ある一定の特定範囲の道路情報を取得するようにしても良い。

１１０ アンテナ
１２０ 信号処理部
３００ ＧＰＳ受信機
３３０ 記憶部
３５０ 道路情報取得部
３６０ 道路情報
３７０ 測位計算部

Claims (11)

1. 移動体に備え付けられる受信装置であって、
   衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、
   前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段と、
   限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得手段と、
   前記道路情報に基づいた軌道と、前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信機の位置情報を算出する測位計算手段と、を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記道路情報は、前記衛星信号の受信環境が悪いと予想される道路に関する道路情報であることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記道路情報を保持する道路情報保持手段をさらに備え、
   前記道路情報取得手段は、前記道路情報保持手段で保持している道路情報を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 他の装置と接続可能な通信手段をさらに備え、
   前記道路情報取得手段は、前記通信手段を介して前記道路情報を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
5. 前記測位計算手段は、測位に必要な数の衛星信号を取得できない場合に、前記軌道と前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信機の位置情報を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受信装置。
6. 前記測位計算手段は、信号レベルが閾値以上の衛星信号を、測位に必要な数以上の衛星から取得していない場合に、前記軌道と前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信機の位置情報を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受信装置。
7. 前記道路情報取得手段は、前記移動体の位置周辺における道路情報を取得することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受信装置。
8. 前記道路情報取得手段は、前記移動体の経路中の道路における道路情報を取得することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受信装置。
9. 移動体に備え付けられる装置で行う装置位置算出方法であって、
   衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信工程と、
   前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理工程と、
   限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得工程と、
   前記道路情報に基づいた軌道と、前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記装置の位置情報を算出する測位計算工程と、を備えることを特徴とする装置位置算出方法。
10. 移動体に備え付けられ、コンピュータを備える装置で行う装置位置算出プログラムであって、
    衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段、
    前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段、
    限定された道路に関する３次元の道路情報を取得する道路情報取得手段、
    前記道路情報に基づいた軌道と、前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信機の位置情報を算出する測位計算手段、として前記コンピュータを機能させることを特徴とする装置位置算出プログラム。
11. 移動体に備え付けられる受信装置と、限定された道路に関する３次元の道路情報を保持する道路情報保持手段とを備え、
    前記受信装置は、
    衛星から前記衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、
    前記衛星信号から衛星位置情報と、誤差を含んだ前記衛星から前記受信装置までの距離である擬似距離情報とを算出する信号処理手段と、
    前記道路情報保持手段から前記道路情報を取得する道路情報取得手段と、
    前記道路情報に基づいた軌道と、前記衛星位置情報と、前記擬似距離情報とに基づいて前記受信装置の位置情報を算出する測位計算手段と、を備えることを特徴とするナビゲーション装置。

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