JP2011508192A - 改善されたナビゲーション装置及び方法 - Google Patents

Abstract

比較的弱いＧＰＳ信号のみが利用可能な場合の、ナビゲーション装置（５００）の位置を決定する方法と、このような状況で自身の位置を決定できるナビゲーション装置とが説明される。この方法は、複数のＧＰＳ衛星（５１−５４）から複数のＧＰＳ信号（５０２）を受信する工程と、衛星のそれぞれに特有の識別情報とともに信号の一部を構成するタイミング情報から、距離情報を決定する工程と、信号のそれぞれの一部をさらに構成する、衛星のそれぞれに特有の軌道歴データペイロードの全体を受信及び格納することを試みる工程とを含む。この方法はさらに、無線通信プロトコルを用いて、近傍の装置（５０８）との通信（５１０）を確立する工程と、近傍の装置が、特定された衛星についての衛星位置に関する軌道歴データ又は軌道歴データの特定の部分を、既に格納していることを判定する工程と、特定された衛星についての軌道歴データ又は軌道歴データの特定の部分を、要求及び受信する工程と、ナビゲーション装置が続けて、距離情報と、距離情報が決定された衛星に特有の無線で受信された軌道歴データと、を用いてナビゲーション装置の位置を決定する工程と、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、改善されたナビゲーション装置及び方法に関する。

ＧＰＳ（全地球測位システム）信号の受信処理手段を含む可搬ナビゲーション装置（ＰＮＤ）は周知であり、車載ナビゲーションシステムとして広く採用されている。本質的には現代のＰＮＤは、
−プロセッサと
−（揮発性及び不揮発性の少なくとも一方であって、通常は双方の）メモリと
−メモリに格納された地図データと
−装置の機能を制御し様々な特徴を提供するための、ソフトウェア・オペレーティング・システムと、任意的ではあるが、ソフトウェア・オペレーティング・システム上で動作する１以上の追加のプログラムと
−これによって、位置データを含む衛星報知信号が、受信されかつ続けて装置の現在位置を決定するために処理されうる、ＧＰＳアンテナと
−任意的にではあるが、現在の角加速度及び線形加速度を決定するために、続けてＧＰＳ信号から導かれる位置情報と組み合わせて装置の、従って装置が設置されている車両の、速度及び相対変位を決定するために、処理されうる信号を生成する電子ジャイロスコープ及び加速度計と、
−例として（ユーザ入力を可能とするために接触感度を有してもよい）視覚的表示装置と、装置のオン／オフ動作又は他の特徴を制御するための１以上の物理的ボタンと、聞き取り可能な出力のためのスピーカと、を含む入力及び出力手段と
−任意的にではあるが、電力及び任意的には１以上のデータ信号が装置へと送信されることができかつ装置から受信されることができる１以上の物理コネクタと
−任意的にではあるが、モバイル遠距離電気通信、並びに例えばＷｉ−Ｆｉ、Ｗｉ−Ｍａｘ、ＧＳＭなどの他の信号及びデータネットワークを介する通信を可能とする１以上の無線送信機／受信機と、
を備える。

ＰＮＤの有効性は主に、幅広い様々な方法のうち任意のものによって、例えば郵便番号、通りの名前及び番号、並びによく知られているか、お気に入りか、又は最近訪れている、以前に格納されている目的地によって、コンピューティング装置のユーザによって入力されうる、開始位置又は現在位置と、目的地との間の経路を決定するその能力によって明らかにされる。典型的には、ＰＮＤは、開始アドレス位置と目的地アドレス位置との間の「最良の」又は「最適の」経路を地図データから計算するためのソフトウェアによって実現される。「最良の」又は「最適の」経路は所定の基準に基づいて決定され、必ずしも最も速い又は最も短い経路である必要はない。運転者をこれに沿って誘導するための経路の選択は非常に複雑なものであることができ、選択された経路は現にある、予想される、並びに、動的に若しくは無線で又はこの双方により受信される、交通情報及び道路情報、道路の速度についての歴史的な情報、及び道路選択を決定する要素についての運転者自身の好みを考慮することができる。さらに、この装置は継続的に道路状況及び交通状況を監視することができ、変化した状況のために、残りの移動がなされるであろう経路の変更を勧め、又は変更を選択してもよい。様々な技術（例えばモバイル電話コール、固定カメラ、ＧＰＳ車両トラッキング）に基づいたリアルタイム交通監視システムが、交通の遅延を特定し、情報を通知システムへと送るために用いられている。

ナビゲーション装置は、典型的には乗物のダッシュボードに据え付けられてもよいが、乗物又は車の無線のオンボードコンピュータの一部として形成されてもよい。ナビゲーション装置は、ＰＤＡ（個人ナビゲーション装置）メディアプレイヤ、モバイル電話などの手持ちシステム（又はその一部）であってもよく、これらの場合、手持ちシステムの通常の機能は、経路計算と計算された経路に沿ったナビゲーションとの双方を実行するために装置上にソフトウェアをインストールすることによって拡張される。どのような場合でも一度経路が計算されると、任意的には提案された経路のリストから、望ましい計算された経路を選択するために、ユーザはナビゲーション装置と対話する。任意的には、例えば特定の経路、道路、位置又は基準が避けられるべきであるか又は必須であることを特定の移動について特定することによって、ユーザは経路選択プロセスに介入し、又は経路選択プロセスを管理してもよい。ＰＮＤの経路計算という観点は提供される１つの主要な機能を形成し、このような経路に沿ったナビゲーションはもう１つの主要な機能である。計算された経路に沿ったナビゲーションの間、経路の終点、すなわち望まれる到着地への選択された経路に沿ってユーザを導くために、ＰＮＤは視覚的指示と聞き取り可能な指示との少なくとも一方を提供する。ナビゲーションの間に画面上に地図情報を表示することは、ＰＮＤにとって普通であり、表示される地図情報が装置の現在位置を表すように、したがって装置が車内でのナビゲーションのために用いられているのならばユーザ又はユーザの車両の現在位置と関連するように、このような情報は画面上で定期的に更新される。画面上に表示されるアイコンは、典型的には現在の装置の位置を表し、現在の及び周りの道路、並びに表示されている他の地図要素の地図情報の中心に置かれる。さらに、ナビゲーション情報が、任意的には表示されている地図情報の上、下、又は一方の側の、状態バーに表示されてもよく、ナビゲーション情報の例は、現在の道路からのユーザが通る必要がある次の進路変更までの距離を含み、このような進路変更の特徴は、特定の進路変更の種類、例えば左折又は右折、を示唆するさらなるアイコンによって示されうる。ナビゲーション機能はまた、聞き取り可能な指示の内容、間隔及びタイミングを決定し、これらによってユーザは経路にそって誘導されうる。理解されうるように、「１００ｍで左折」のような単純な指示でさえ、かなりの処理及び解析を必要とする。前に述べたように、装置とのユーザの対話はタッチスクリーンによるものであってよく、追加的に又は代わりに、遠隔制御装置に据え付けられた柱状体を操ること、声で作動させること、又は他の任意の適切な方法によるものであってもよい。

装置によって提供されるさらなる重要な機能が、
−以前に計算された経路に沿ったナビゲーションの間に、ユーザが以前に計算された経路から逸脱する場合、
−他の経路がより好都合であることをリアルタイムの交通状況が示し、装置がこのような状況を自動的に認識するように適切に対応している場合、又は
−何らかの理由のために、ユーザが能動的に装置に経路再計算を行わせる場合、
の自動経路再計算である。

ユーザが定義した基準と一致するように経路が計算されることを可能とすることもまた知られている。例えば、ユーザは眺めのよい経路が装置によって計算されることを好むかもしれないし、交通渋滞がありそうな、又は交通渋滞が広がっていると予想されるか若しくは現在広がっているあらゆる道路を避けることを望むかもしれない。装置ソフトウェアはすると様々な経路を計算し、経路に沿って、例えば風景が美しいとタグ付けされた、最も多い数の興味のある点（ＰＯＩとして知られる）を含む経路をより好ましく重み付けするか、又は、特定の道路において広がっている交通状況を示す格納された情報を用いて、ありそうな渋滞のレベルの観点から、又はこのための遅延という観点から、計算された経路を配列するだろう。他のＰＯＩに基づく、及び交通情報に基づく、経路計算及びナビゲーションの基準もまた、可能である。

経路計算及びナビゲーションの機能はＰＮＤの総合的な有用性の基礎をなすにもかかわらず、現在の装置の位置に関連する地図情報のみが表示され、経路は計算されておらず、装置によって現在ナビゲーションが行われていないように、装置を純粋に情報表示のために用いる、すなわち「自由運転」のために用いることが可能である。このような動作モードは、ユーザが沿って移動することを望む経路をすでに知っており、ナビゲーションの補助を必要としない時に、しばしば適用可能である。

もちろん、どんなＰＮＤ又はナビゲーションシステムの利用も、ＧＰＳ信号を、最も好ましくは４つ以上の衛星から、取得することに依存する。通常の動作において、衛星から送信される信号は、人間が作った物体には遮られず、比較的強い。また、それぞれの衛星からの信号の一部を形成するクロックパルスから、ＰＮＤは、衛星のそれぞれからの信号の送信と受信との間にかかる時間の計算により、これらの衛星のそれぞれの距離を導き出すことができる。衛星報知信号にさらに抱き合わせられている、又は衛星報知信号の一部として送信されるのが、特定の座標系（例えば球状）における衛星のグローバル座標、軌道情報、並びに他の天文学的データ及び天体データのような、衛星に特有の幅広い範囲のデータを含む、いわゆる衛星歴データ又は軌道歴データである。ＰＮＤの現在位置についての信頼性のあるどのような決定もが行われうる前に、それぞれの衛星について、ＰＮＤによって受信されかつ復号されなければならないのが、この情報である。

一般的には４つの未知量が存在するために、４つの衛星からの信号が必要とされる。ＰＮＤの位置を決定するための既知の三角測量技術は、３つの未知量を含む一連の３つの式であり、これらの未知量は、それぞれの衛星の具体的な位置から決定される、地球表面上の予め決定された３つの参照点に関する現在位置の座標である。４番目の未知量は、（相対論的な、ドリフト及び他の効果のために）衛星内の原子時計がＧＰＳ時刻系から量Δｔだけずれるために、クロック信号が、したがって衛星からの信号のそれぞれの送信時間が、補正を必要とするという事実から生じ、このことはＧＰＳシステムの一部を形成する全ての衛星にとって同じであるが、ＰＮＤにおいては未知である。したがって、衛星の距離が計算され、時刻のずれについて補正されると、ＰＮＤの現在位置を決定するために三角測量技術が用いられうる。

しかしながら、軌道歴データの受信及び復号は、ＰＮＤが良好であり妨害を受けていない衛星信号を受信している時にのみ起こりうる。さらに、軌道歴データはそれぞれの衛星に特有でありかつ３０秒ごとにのみ送信され、したがってＧＰＳ信号が不十分な場合には、それぞれの衛星についての軌道歴データペイロードの全体をそれぞれの報知信号からＰＮＤが成功裏に受信及び復号し、及びこうして三角測量計算によって用いられる地球表面上の特定の参照点を決定するためには、とても長い時間がかかるだろう。

このように、比較的不十分なＧＰＳ信号が広がっている場所においては、追加の軌道歴データなしにはほとんど役に立たずＰＮＤの現在位置についてどのような決定を行うにも不十分な衛星距離情報を決定することのみが、ＰＮＤには可能である。比較的弱いＧＰＳ信号のみが受信されうる区域であっても、ＰＮＤは受信した信号からクロックパルス及びタイミング情報を決定すること、したがってＰＮＤからの衛星の距離を決定することが依然として可能であることが、この段階で言及されるべきである。クロック及びタイミング情報は軌道歴データ規格の一部を構成するが、これは残りの軌道歴データから実質的に隔離されており、データペイロードの大部分が解読不能な場合であっても、解読可能である。

ＰＮＤ又はナビゲーションシステムが、比較的弱いＧＰＳ信号のみが受信されているにもかかわらず現在の位置を正確に決定することを可能とする、ＰＮＤ又はナビゲーションシステムを提供すること、これらを動作させる方法を提供すること、及びこれらが制御されるためのコンピュータプログラムを提供すること、が本発明の目的である。

本発明によれば、
ナビゲーション装置の位置を決定する方法であって、
複数のＧＰＳ衛星から複数のＧＰＳ信号を受信する工程と、
前記衛星のそれぞれに特有の識別情報とともに前記信号の一部を構成するタイミング情報から、距離情報を決定する工程と、
前記信号のそれぞれの一部をさらに構成する、前記衛星のそれぞれに特有の軌道歴データペイロードの全体を受信及び格納することを試みる工程と、
無線通信プロトコルを用いて、近傍の装置との通信を確立する工程と、
前記近傍の装置が、特定された衛星についての衛星位置に関する前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、既に格納していることを判定する工程と、
前記特定された衛星についての前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、要求及び受信する工程と、
前記ナビゲーション装置が続けて、距離情報と、前記距離情報が決定された前記衛星に特有の無線で受信された軌道歴データと、を用いて前記ナビゲーション装置の位置を決定する工程と、
を含むことを特徴とする方法が提供される。

一実施形態においては、近傍の装置との前記通信の確立と、続く軌道歴データの前記要求と、軌道歴データの前記受信とは、前記特定された衛星のそれぞれについての前記軌道歴データペイロードの全体を前記ナビゲーション装置が完全に受信及び格納できないことを条件とする。

他の実施形態においては、近傍の装置との前記通信の確立を試みることと、続く軌道歴データの前記要求と、前記近傍の装置からの軌道歴データの前記受信とは、前記ナビゲーション装置が前記特定された衛星のそれぞれについての前記軌道歴データペイロードの全体を完全に受信及び格納することを試みることと、同時に行われるか無関係に行われるかの少なくとも一方である。

前記ナビゲーション装置が４つ以上の衛星からの衛星信号を受信する場合、前記ナビゲーション装置は４つの最も強い前記信号を決定し、前記４つの衛星についてのみの距離情報及び識別情報を決定及び格納することが、特に好ましい。

前記ナビゲーション装置と近傍の装置との間での通信を確立した後で、前記ナビゲーション装置に前記距離情報が格納されている前記４つの特定された衛星について軌道歴データが利用可能であるか否かを判断するために、前記ナビゲーション装置は前記近傍の装置に問い合わせを行い、
肯定的な判断の場合、前記４つの衛星に特有の前記軌道歴データについての要求がなされることが、さらに好ましい。

特に好ましくは、前記ナビゲーション装置は、１つの形式の信号伝送プロトコル又は通信プロトコルを用いて衛星信号を受信し、異なるプロトコルを用いて前記近傍の装置と通信し、
前記異なるプロトコルは、広く利用可能なモバイル遠距離電気通信プロトコル又は短距離無線通信のうち任意のもの、例えばＧＰＲＳ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｗｉ−Ｍａｘ、ＵＭＴＳ、ＨＳＣＳＤ、ＥＤＧＥ、及びＷ−ＣＤＭＡ等であることが特に好ましい。

好ましい実施形態においては、前記ナビゲーション装置は、前記特定された衛星に関する前記軌道歴データの特定の部分のみを、要求及び受信し、
前記データの特定の部分は、前記特定された衛星の位置を表す情報を含む。

本発明のさらなる態様において、要求に応じてコンピュータが読み取り可能な媒体に実装されるコンピュータプログラムが、上述の方法を実現するために提供され、同様に上述の方法を実行するように構成されたＰＮＤとナビゲーションシステムとの少なくとも一方が提供される。

例としての実施形態を用いて、以下で本願がより詳細に説明される。実施形態は、図面の助けによって説明される。

全地球測位システム（ＧＰＳ）の一例としての図を示す。 ナビゲーション装置の電子構成要素の一例としてのブロック図を示す。 ナビゲーション装置が無線通信チャネルを介して情報を受信するだろう方法の一例としてのブロック図を示す。 、 ナビゲーション装置の一実施形態の実施例の、斜視図である。 衛星信号から装置の位置を確認するための、従来技術である三角測量技術を説明する概略図である。 ＰＮＤが衛星信号と無線遠距離電気通信信号との双方を受信することができる本発明を概略的に説明する。

図１は、ナビゲーション装置により使用可能な全地球測位システム（ＧＰＳ）の一例を示す図である。そのようなシステムは周知であり、種々の目的に使用される。一般に、ＧＰＳは、連続的な位置、速度、時間及びいくつかの例においては方向情報を無数のユーザに対して判定できる衛星無線ナビゲーションシステムである。以前はＮＡＶＳＴＡＲとして周知であったが、ＧＰＳは極めて正確な軌道で地球と共に動作する複数の衛星を使用する。これらの正確な軌道に基づいて、ＧＰＳ衛星は、それらの場所を任意の数の受信装置に中継できる。

ＧＰＳデータを受信する能力を特別に備える装置がＧＰＳ衛星信号に対する無線周波数の走査を開始する場合、ＧＰＳシステムは実現される。ＧＰＳ衛星から無線信号を受信すると、装置は、複数の異なる従来の方法のうちの１つを用いて、その衛星の正確な場所を判定する。殆どの例において、装置は、少なくとも３つの異なる衛星信号を取得するまで信号の走査を継続する（尚、位置は、通常は２つの信号のみでは判定されないが、他の三角測量技術を使用して２つの信号から判定することもできる）。幾何学的三角測量を実現する場合、受信機は、３つの既知の位置を利用して、衛星に対する自身の２次元位置を判定する。これは、周知の方法で行われる。更に、第４の衛星信号を取得することにより、受信装置は、同一の幾何学計算によって周知の方法でその３次元位置を計算できる。位置及び速度データは、無数のユーザにより連続的にリアルタイムで更新可能である。

図１に示すように、ＧＰＳシステム全体を参照番号１００で示す。複数の衛星１２０は、地球１２４の周囲の軌道上にある。各衛星１２０の軌道は、他の衛星１２０の軌道と必ずしも同期せず、実際には非同期であることが多い。ＧＰＳ受信機１４０は、種々の衛星１２０からスペクトル拡散ＧＰＳ衛星信号１６０を受信するように示される。

各衛星１２０から連続的に送信されるスペクトル拡散信号１６０は、極めて正確な原子時計を用いて達成される非常に正確な周波数標準を利用する。各衛星１２０は、そのデータ信号送信１６０の一部として、その特定の衛星１２０を示すデータストリームを送信する。一般に、ＧＰＳ受信機１４０が三角測量によりその２次元位置を計算するために、ＧＰＳ受信機１４０は少なくとも３つの衛星１２０からスペクトル拡散ＧＰＳ衛星信号１６０を取得することが当業者には理解される。更なる信号を取得すると、全部で４つの衛星１２０から信号１６０を取得する結果となり、これによってＧＰＳ受信機１４０は、その３次元位置を周知の方法で計算できる。図２は、ナビゲーション装置２００の電子構成要素の一例を、ブロック構成要素の形式で示すブロック図である。尚、ナビゲーション装置２００のブロック図は、ナビゲーション装置の全ての構成要素を含むものではなく、構成要素の多くの例を表すにすぎない。

ナビゲーション装置２００は、筐体（不図示）内に位置付けられる。筐体は、入力装置２２０及び表示画面２４０に接続されるプロセッサ２１０を含む。入力装置２２０は、キーボード装置、音声入力装置、タッチパネル及び／又は情報を入力するために利用される他の任意の周知の入力装置を含むことができ、表示画面２４０は、例えばＬＣＤディスプレイ等の任意の種類の表示画面を含むことができる。入力装置２２０及び表示画面２４０は、タッチパッド又はタッチスクリーン入力を含む一体型入力表示装置に一体化され、その場合、ユーザは、複数の表示選択肢のうちの１つを選択するか又は複数の仮想ボタンのうちの１つを操作するために、表示画面２４０の一部分に接触するだけでよい。

更に、他の種類の出力装置２５０は可聴出力装置を含むことができるが、これに限定されない。出力装置２４１がナビゲーション装置２００のユーザに対して可聴情報を生成できるため、同様に、入力装置２４０は入力音声コマンドを受信するマイク及びソフトウェアを更に含むことができると理解される。ナビゲーション装置２００において、プロセッサ２１０は、接続２２５を介して入力装置２４０に動作可能に接続され且つ入力装置２４０から入力情報を受信するように設定される。また、プロセッサ２１０は、情報を出力するために、表示画面２４０及び出力装置２４１のうちの少なくとも一方に出力接続２４５を介して動作可能に接続される。更に、プロセッサ２１０は、接続２３５を介してメモリ２３０に動作可能に接続され、接続２７５を介して入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２７０との間で情報を送受信するように更に構成される。この場合、Ｉ／Ｏポート２７０は、ナビゲーション装置２００の外部のＩ／Ｏ装置２８０に接続可能である。外部Ｉ／Ｏ装置２７０は、例えばイヤホン等の外部聴音装置を含んでもよいが、これに限定されない。更に、Ｉ／Ｏ装置２８０への接続は、例えばハンズフリー動作及び／又は音声起動動作のため、イヤホン又はヘッドフォンへの接続のため、並びに／あるいは例えば移動電話への接続のためのカーステレオユニット等の他の任意の外部装置への有線接続又は無線接続であってもよい。この場合、移動電話接続は、例えばナビゲーション装置２００とインターネット又は他の任意のネットワークとの間のデータ接続を確立するため及び／又はインターネット又は例えば他の任意のネットワークを介するサーバへの接続を確立するために使用されてもよい。

ナビゲーション装置２００は、デジタル接続（例えば、周知のBluetooth技術を介するデジタル接続）を確立する移動装置４００（移動電話、ＰＤＡ及び／又は移動電話技術を用いる任意の装置等）を介して、サーバ３０２との「モバイル」ネットワーク接続又は遠距離電気通信ネットワークを確立してもよい。そうして、そのネットワークサービスプロバイダを介して、移動装置４００は、サーバ３０２とのネットワーク接続を（例えば、インターネットを介して）確立できる。そのため、「モバイル」ネットワーク接続は、情報に対する「リアルタイム」又は少なくとも非常に「最新」のゲートウェイを提供するために、ナビゲーション装置２００（単体で及び／又は車載走行時に移動可能であり且つ多くの場合移動している）とサーバ３０２との間に確立される。

例えばインターネット４１０を使用して、移動装置４００と（サービスプロバイダを介して）サーバ３０２等の別の装置との間にネットワーク接続を確立することは、周知の方法で行われうる。これは、例えばＴＣＰ／ＩＰ層プロトコルの使用を含む。移動装置４００は、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＷＡＮ等の任意の数の通信規格を利用できる。

そのため、例えば移動電話又はナビゲーション装置２００内の移動電話技術を介するデータ接続を介して達成されるインターネット接続が利用されてもよい。この接続の場合、サーバ３０２とナビゲーション装置２００との間のインターネット接続が確立される。これは、例えば、移動電話又は他の移動装置及びＧＰＲＳ（汎用パケット無線サービス）接続（ＧＰＲＳ接続は、通信会社により提供される移動装置用高速データ接続であり、ＧＰＲＳはインターネットへの接続方法である）を介して行われうる。

更に、ナビゲーション装置２００は、移動装置４００とのデータ接続を完成し、例えば既存のBluetooth技術を介して周知の方法でインターネット４１０及びサーバ３０２とのデータ接続を最終的に完成する。この場合、例えばデータプロトコルは、ＧＳＭ規格に対するデータプロトコル規格であるＧＳＲＭ等の任意の数の規格を利用できる。

ナビゲーション装置２００は、ナビゲーション装置２００自体の内部にそれ自体の移動電話技術を含んでもよい（例えばアンテナを含み、その場合、ナビゲーション装置２００の内部アンテナが更に代わりに使用可能である）。ナビゲーション装置２００内の移動電話技術は、上述のような内部構成要素を含むことができ且つ／又は例えば必要な移動電話技術及び／又はアンテナを備える挿入可能なカード（例えば、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カード）を含むことができる。そのため、ナビゲーション装置２００内の移動電話技術は、任意の移動装置４００の方法と同様の方法で、例えばインターネット４１０を介して、ナビゲーション装置２００とサーバ３０２との間にネットワーク接続を同様に確立できる。

ＧＲＰＳ電話設定の場合、移動電話の機種、製造業者等の多様な範囲に関して正しく動作するために、Bluetooth対応の装置が使用されてもよく、機種／製造業者専用設定は、例えばナビゲーション装置２００に格納されてもよい。この情報のために格納されたデータは更新されうる。

図２は、接続２５５を介するプロセッサ２１０とアンテナ／受信機２５０との間の動作可能な接続を更に示す。この場合、アンテナ／受信機２５０は、例えばＧＰＳアンテナ／受信機であってもよい。参照番号２５０で示されるアンテナ及び受信機は、図示のために概略的に組み合わされるが、アンテナ及び受信機は、別個に位置する構成要素であってもよく、アンテナは、例えばＧＰＳパッチアンテナ又はヘリカルアンテナであってもよいことが理解されるだろう。

更に、図２に示す電子構成要素が従来の方法で電源（不図示）により電力を供給されることが当業者には理解されるだろう。当業者により理解されるように、図２に示す構成要素の異なる構成が本願の範囲内であると考えられる。例えば、図２に示す構成要素は、有線接続及び／又は無線接続等を介して互いに通信状態にあってもよい。従って、本願のナビゲーション装置２００の範囲は、ポータブル又はハンドヘルドナビゲーション装置２００を含む。

更に、図２のポータブル又はハンドヘルドナビゲーション装置２００は、例えば自動車又は船舶等の電動車両に周知の方法で接続されるか又は「ドッキング」される。その場合、そのようなナビゲーション装置２００は、ポータブル又はハンドヘルドナビゲーションとして使用するために、ドッキング場所から取り外し可能である。

図３は、汎用通信チャネル３１８を介して通信することができる、サーバ３０２及びナビゲーション装置２００の一例を示すブロック図である。通信チャネル３１８を介する接続がサーバ３０２とナビゲーション装置２００との間に確立される場合、本願のサーバ３０２及びナビゲーション装置２００は通信可能である（尚、そのような接続は、移動装置を介するデータ接続、インターネットを介するパーソナルコンピュータを介する直接接続等である）。サーバ３０２は、図示しない他の構成要素に加えて、メモリ３０６に動作可能に接続され且つ有線又は無線接続３１４を介して大容量データ記憶装置３１２に動作可能に更に接続されるプロセッサ３０４を含む。更に、プロセッサ３０４は、通信チャネル３１８を介してナビゲーション装置２００と情報の送受信を行うために、送信機３０８及び受信機３１０に動作可能に接続される。送受信される信号は、データ信号、通信信号及び又は他の伝搬信号を含んでもよい。送信機３０８及び受信機３１０は、ナビゲーション装置２００の通信設計において使用される通信条件及び通信技術に従って選択又は設計されてもよい。尚、送信機３０８及び受信機３１０の機能は、信号送受信機に組み合わされてもよい。サーバ３０２は、大容量記憶装置３１２に更に接続される（又は、大容量記憶装置３１２を含む）。尚、大容量記憶装置３１２は、通信リンク３１４を介してサーバ３０２に結合されてもよい。大容量記憶装置３１２は、ナビゲーションデータ及び地図情報のストアを含む。また、大容量記憶装置３１２は、サーバ３０２とは別個の装置であってもよく、サーバ３０２に組み込まれてもよい。

ナビゲーション装置２００は、通信チャネル３１８を介してサーバ３０２と通信するように構成され、図２に関して上述したように、プロセッサ、メモリ等を含み、更に、通信チャネル３１８を介して信号及び／又はデータを送出する送信機３２０及び受信する受信機３２２を含む。尚、これらの装置は、サーバ３０２以外の装置と通信するためにも使用されうる。更に、送信機３２０及び受信機３２２は、ナビゲーション装置２００の通信設計において使用される通信条件及び通信技術に従って選択又は設計され、送信機３２０及び受信機３２２の機能は、単一の送受信機に組み合わされてもよい。

サーバメモリ３０６に格納されるソフトウェアは、プロセッサ３０４に命令を提供し、サーバ３０２がナビゲーション装置２００にサービスを提供できるようにする。サーバ３０２により提供される１つのサービスは、ナビゲーション装置２００からの要求の処理及び大容量データ記憶装置３１２からナビゲーション装置２００へのナビゲーションデータの送信を含む。サーバ３０２により提供される別のサービスは、所望のアプリケーションに対する種々のアルゴリズムを使用したナビゲーションデータの処理及びナビゲーション装置２００へのこれらの計算の結果の送出を含む。

一般に、通信チャネル３１８は、ナビゲーション装置２００とサーバ３０２とを接続する伝搬媒体又はパスを表す。サーバ３０２及びナビゲーション装置２００の双方は、通信チャネルを介してデータを送信する送信機及び通信チャネルを介して送信されたデータを受信する受信機を含む。通信チャネル３１８は、特定の通信技術に限定されない。更に、通信チャネル３１８は、単一の通信技術に限定されない。すなわち、チャネル３１８は、種々の技術を使用する複数の通信リンクを含んでもよい。例えば、通信チャネル３１８は、電気通信、光通信及び／又は電磁通信等のためのパスを提供するように構成されることができる。そのため、通信チャネル３１８は、電気回路、ワイヤ及び同軸ケーブル等の電気導体、光ファイバケーブル、コンバータ、無線周波数（ｒｆ）波、大気、空間等のうちの１つ又はそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない。更に、通信チャネル３１８は例えば、ルータ、中継器、バッファ、送信機及び受信機等の中間装置を含むことができる。

例えば通信チャネル３１８は、電話及びコンピュータネットワークを含む。更に、通信チャネル３１８は、無線周波数、マイクロ波周波数、赤外線通信等の無線通信に適応できてもよい。更に、通信チャネル３１８は衛星通信に適応できる。

通信チャネル３１８を介して送信される通信信号は、所定の通信技術に必要とされるか又は望まれる信号を含むが、それらに限定されない。例えば、信号は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ(Global System for Mobile Communications)（ＧＳＭ）等のセルラ通信技術において使用されるように構成されてもよい。デジタル信号及びアナログ信号の双方が通信チャネル３１８を介して送信できる。これらの信号は、通信技術にとって望ましい変調信号、暗号化信号及び／又は圧縮信号であってもよい。

サーバ３０２は、無線チャネルを介してナビゲーション装置２００によりアクセス可能なリモートサーバを含む。サーバ３０２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）等に位置するネットワークサーバを含んでもよい。

本願の少なくとも１つの実施形態に従うと、サーバ３０２は、デスクトップ又はラップトップコンピュータ等のパーソナルコンピュータを含んでもよく、通信チャネル３１８は、パーソナルコンピュータとナビゲーション装置２００との間に接続されるケーブルであってもよい。あるいは、パーソナルコンピュータは、ナビゲーション装置２００とサーバ３０２との間に接続されて、サーバ３０２とナビゲーション装置２００との間にインターネット接続を確立してもよい。あるいは、インターネットを介してナビゲーション装置２００をサーバ３０２に接続するために、移動電話又は他のハンドヘルド装置がインターネットへの無線接続を確立してもよい。

ナビゲーション装置２００は、情報ダウンロードを介してサーバ３０２から情報を与えられてもよい。情報は、ユーザがナビゲーション装置２００をサーバ３０２に接続する場合に周期的に更新されてもよく且つ／又は例えば無線移動接続装置及びＴＣＰ／ＩＰ接続を介してサーバ３０２とナビゲーション装置２００との間に接続がより継続して又は頻繁に確立される場合に更に動的に更新されてもよい。多くの動的計算のために、サーバ３０２内のプロセッサ３０４が大量の処理要求を処理するために使用されてもよい。しかし、ナビゲーション装置２００のプロセッサ２１０も同様に、多くの場合においてはサーバ３０２への接続に関係なく、多くの処理及び計算を処理できる。

上記のように図２に示す様に、ナビゲーション装置２００はプロセッサ２１０、入力装置２２０、及び表示画面２４０を含む。入力装置２２０及び表示画面２４０は、例えばタッチパネルスクリーンを介して情報（直接入力、メニュー選択など）を入力すること及び情報を表示することとの両方を可能にするために、一体型入力表示装置に統合される。このようなスクリーンは、当業者には周知のものであるように、例えばタッチ入力ＬＣＤスクリーンであってもよい。更に、ナビゲーション装置２００は、例えばオーディオ入力／出力装置などの、更なる任意の入力装置２２０及び／又は更なる任意の出力装置２４１を有しても良い。

図４Ａ及び図４Ｂは、ナビゲーション装置２００の斜視図を示している。図４Ａに示すように、ナビゲーション装置２００は、一体型入力表示装置２９０（例えばタッチパネル画面）と図２の他の構成要素（内蔵ＧＰＳ受信機２５０、マイクロプロセッサ２１０、電源、メモリシステム２２０などを含むがこれに限定されない）を含むユニットであっても良い。

ナビゲーション装置２００は、アーム２９２上に備え付けられても良い。このアーム２９２は、大きな吸着カップ２９４を用いて、車両のダッシュボード／窓／等に固定されても良い。このアーム２９２は、ナビゲーション装置２００がドッキング可能なドッキングステーションの一例である。

図４Ｂに示すように、ナビゲーション装置２００は、例えば、アーム２９２に対してナビゲーション装置２９２をスナップ接続することで、ドッキングステーションのアーム２９２にドッキング若しくは接続することができる（これは単なる一例で、他に考え得るドッキングステーションへの接続の代替案は、本願の範疇内である）。図４Ｂにおける矢印で示すように、ナビゲーション装置２００は、アーム２９２上で回転可能であってもよい。ナビゲーション装置２００とドッキングステーションとの間の接続を解除するためには、例えば、ナビゲーション装置２００上のボタンを押下すればよい（これは単なる一例で、他に考え得るドッキングステーションからの分離の代替案は、本願の範疇内である）。

ここで図５を参照すると、三次元三角測量問題の解決策についての数学的導出が、３つの球についての式を導入し、これらを互いに等しく設定することにより、見いだされる。これを行うためには、これらの球の中心に対して、３つの恣意的な制約が適用される。３つ全てがｚ＝０平面上になければならず、１つは原点になければならず、他の１つはｘ軸上になければならない。しかしながら、３つの点のどんな組をもこれらの制約に従うように平行移動し、解決点を発見し、そして元の座標系における解決点を発見するために平行移動を逆に向けることが、可能である。

及び、

である、３つの球から始め、１つ目から２つ目を引き、ｘについて解く。

これを１つ目の球についての式に代入して戻すことにより、最初の２つの球の交差部分の解である、円についての式が生成される。

この式を３番目の球についての式にと等しくすることにより、

が得られる。ここで、解決点のｘ座標及びｙ座標が既知であるから、この式は、ｚ座標を得るために、１つ目の球について単純に再整理されることができる。

これは、全ての３つの点ｘ，ｙ，及びｚについての解を与える。ｚは平方根として表されるために、この課題については０、１、又は２つの解が存在しうる。

この最後の部分は、１つ目の球と２つ目の球との交差部分から得られる円、及びこの円と３つ目の球との交点の形で、視覚化されうる。もしこの円が完全にこの球の外側にあるのなら、ｚは負の数の平方根に相当し、実数解は存在しない。もしこの円が正確に１つの点でこの球と接するのなら、ｚは０に等しい。もしこの円が２つの点でこの球と接するのなら、ｚは正の数の平方根の、プラスの数又はマイナスの数に相当する。

解が存在しない場合、これはノイズが多いデータを用いる場合にはまれであるが、最も近い解は０である。しかしながら、「健康チェック(sanity check)」を行い、誤りが適当に小さい時にのみ０と仮定することが普通である。

２つの解がある場合、２つの間で明確にするために、いくつかの技術が用いられなければならない。このことは、他の３つの中心と同じ平面上に中心が位置しない４つ目の球（すなわち第４の衛星Ｐ４からの位置データ）を用い、どちらの点がこの球の表面に最も近いかを判断することにより、数学的になされうる。又はこのことは、論理的に行われることもできる。例えばＧＰＳ受信機は、この不明確さに直面した時には、衛星の軌道の外にある宇宙空間にユーザはいるはずがないと仮定することが一般的には安全であるため、衛星の軌道の内部に位置する点が正しいものであると仮定する。

図６を参照すると、どのようにＰＮＤ（又は他のナビゲーション装置）５００が、無線通信信号アンテナ（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＧＰＲＳ）「Ａ」、及び異なる衛星Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４からのＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳアンテナ「Ｂ」を備えるかを説明する概略図が示されており、ＧＰＳ信号は点線５０２で示され、原子時計データと、幅広い種類の衛星特有の情報を、他の一般的な情報、天体情報、機械情報、及び天文学的情報とともに含む軌道歴データペイロードと、の双方を含む。分かるように、衛星Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４からの信号は、例えば建物、木、又は他の構造でありうる何らかの形の障害物５０４によって妨害されているように示されている。５０６として示されているように、衛星信号がこのような何らかの障害物をいくらか透過することは可能であるが、衛星信号が実際に障害物を少しでも透過したとしても、このような障害物を通過する時にはＧＰＳ信号は明らかに劣化する。このようなＧＰＳ信号がＰＮＤによって検知されうる場合であっても、これらの信号によって伝えられる軌道歴データペイロードの全体を復号又は導出することは一般的には不可能であるが、このペイロードに含まれるクロックパルスから距離情報を導出することは可能であるかもしれず、これらは、衛星によって通常３０秒ごとにしか報知されないペイロードと比べ、より頻繁に繰り返される。

したがってこのような場合には、信号によって伝えられる原子時計データと、軌道歴データの少なくともいくらかを必要とする続く計算の結果として誤差係数（通常はΔｔ）が決定された際に原子時計データが変換又は転換されるＧＰＳ時刻系と、の間の誤差によるいくらかのシステム的な誤差を含むものの、ＰＮＤが衛星Ｓ１−Ｓ４を特定することとこれらの距離を確認することとは可能であるが、ＰＮＤがその現在位置についての信頼できる座標を取得することは不可能である。

現在のＰＮＤに関連する問題の例が、このような装置が最も普通に用いられる車にとっては、ＧＰＳデータがつぎだらけとなるような車庫に駐車されることが最もよいことが普通であることである。装置が最初に電源を入れられると、ＧＰＳアンテナは受信したあらゆる信号を、装置のメモリにロードされたソフトウェアの制御下で動作する関連する処理電子機器に送り、衛星Ｓ１−Ｓ４から受信したＧＰＳ信号のそれぞれについて１つの軌道歴データペイロードの全体を格納することを試みる。ＧＰＳ信号伝達が不十分な場所においてはこのことは不可能であり、現在の位置に関連する地図情報を装置の表示画面に表示する前に、装置はそれぞれの衛星にロックオンすることの試行を続ける。特に市街の中心のような非常に建て込んだ区域においては、このことにはいくらかの、少なくとも３０秒を越える、多くの場合には著しく長い、時間がかかるだろう。

しかしながら本発明に従って装置には、第２の無線信号送受信アンテナがまた備えられ、この第２の無線信号送受信アンテナを用いて、装置５００の場所の近くにある同様の装備を有する他の任意の装置との通信要求を含む信号５１０が報知される。図において、近接する装置ＰＮＤ２（５０８）は報知信号５１０を受信し、この要求を検知し、確立された通信チャネルを介した通信を開始するために続けて適切に応答する。

図から分かるように、装置５０８は全ての衛星Ｓ１−Ｓ４から障害のないＧＰＳ信号５０２を受信することが可能であり、したがって既に関連する軌道歴データペイロードを受信しかつこのデータ又は関連するこのデータのサブセットをメモリに格納している。装置５００によって既に特定されている衛星Ｓ１−Ｓ４に関するこのデータ、又は装置５００によって衛星の位置決定のために必要とされるこのデータの一部、についての装置５００からの要求を受信すると、このデータは適切なプロトコルを用いて通信チャネルを介して装置５００へと送信される。近接する装置から軌道歴データを要求する処理は、ＧＰＳデータの受信若しくは受信試行と同時に若しくは一致して起きることができ、又は軌道歴データを現在取得することができない若しくは取得するのに３０秒より長くかかるであろうと装置５００において判断された結果として開始されてもよいことが、言及されるべきである。

関連する軌道歴データが装置５００によって取得されると、現在位置計算が始まることができ、この現在位置計算には、任意的には装置５０８においてデータが受信及び格納された時からの衛星の変位を考慮した、衛星の位置に特有の軌道歴データの何らかの補正を含む。

さらに説明すると、装置５００，５０８において行われる現在位置計算は、特定の時刻における衛星の位置の正確な決定に根本的に依存する。これは、衛星から送られる、衛星の軌道、衛星の速度、又はドリフト、デクライン、インクライン、若しくは進行方向における軌道からの他の逸脱、のパラメータを規定する衛星から送信された軌道歴データと、ＰＮＤによって決定された衛星距離測定と、からのみ決定されうる。ＧＰＳ衛星は一般的には静止軌道上になく、様々な異なる軌道で、及び異なる速度で、地球を回っていることには、言及する価値がある。したがって、どんな時であれ送信された軌道歴データは、送信時の衛星の位置に特有のものであり、衛星の軌道が非常になめらかであり、したがって何らかの以前の座標に関する情報が与えられれば衛星の位置は数学的に予測されうるにもかかわらず、近接する装置から最も最近の軌道歴データを取得することは望ましく、これはこのことがより正確な位置の特定につながるからである。

したがって、不十分なＧＰＳ信号しか受信できないにもかかわらず、装置５００が迅速にその現在位置を決定することが可能である。

最後に図８を参照すると、データ信号が受信及び送信されうる、無線（又は他の遠距離電気通信）アンテナ／受信機２８０の追加によって向上された図２のＰＮＤが示されており、このような信号は続けて装置内の接続２８５を介してプロセッサ２１０に送られる（又はそこから発せられる）。

Claims (13)

1. ナビゲーション装置の位置を決定する方法であって、
   複数のＧＰＳ衛星から複数のＧＰＳ信号を受信する工程と、
   前記衛星のそれぞれに特有の識別情報とともに前記信号の一部を構成するタイミング情報から、距離情報を決定する工程と、
   前記信号のそれぞれの一部をさらに構成する、前記衛星のそれぞれに特有の軌道歴データペイロードの全体を受信及び格納することを試みる工程と、
   無線通信プロトコルを用いて、近傍の装置との通信を確立する工程と、
   前記近傍の装置が、特定された衛星についての衛星位置に関する前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、既に格納していることを判定する工程と、
   前記特定された衛星についての前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、要求及び受信する工程と、
   前記ナビゲーション装置が続けて、距離情報と、前記距離情報が決定された前記衛星に特有の無線で受信された軌道歴データと、を用いて前記ナビゲーション装置の位置を決定する工程と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 近傍の装置との前記通信の確立と、続く軌道歴データの前記要求と、軌道歴データの前記受信とは、前記特定された衛星のそれぞれについての前記軌道歴データペイロードの全体を前記ナビゲーション装置が完全に受信及び格納できないことを条件とすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 近傍の装置との前記通信の確立を試みることと、続く軌道歴データの前記要求と、前記近傍の装置からの軌道歴データの前記受信とは、前記ナビゲーション装置が前記特定された衛星のそれぞれについての前記軌道歴データペイロードの全体を完全に受信及び格納することを試みることと、同時に行われるか無関係に行われるかの少なくとも一方であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ナビゲーション装置が４つ以上の衛星からの衛星信号を受信する場合、前記ナビゲーション装置は４つの最も強い前記信号を決定し、前記４つの衛星についてのみの距離情報及び識別情報を決定及び格納することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
5. 前記ナビゲーション装置と近傍の装置との間での通信を確立した後で、前記ナビゲーション装置に前記距離情報が格納されている前記４つの特定された衛星について軌道歴データが利用可能であるか否かを判断するために、前記ナビゲーション装置は前記近傍の装置に問い合わせを行い、
   肯定的な判断の場合、前記４つの衛星に特有の前記軌道歴データについての要求がなされることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記ナビゲーション装置は、１つの形式の信号伝送プロトコル又は通信プロトコルを用いて衛星信号を受信し、異なるプロトコルを用いて前記近傍の装置と通信し、
   前記異なるプロトコルは、ＧＰＲＳと、ＧＳＭと、ＣＤＭＡと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈと、Ｗｉ−Ｆｉと、Ｗｉ−Ｍａｘと、ＵＭＴＳと、ＨＳＣＳＤと、ＥＤＧＥと、Ｗ−ＣＤＭＡと、から構成される群から選択されることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
7. 前記ナビゲーション装置は、前記特定された衛星に関する前記軌道歴データの特定の部分のみを、要求及び受信し、
   前記データの特定の部分は、前記特定された衛星の位置を表す情報を含むことを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
8. コンピュータにおいて実行された時に、請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法における全ての工程を実行するように構成されたコンピュータプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。
9. コンピュータが読み取り可能な媒体に実装された、請求項８に記載のコンピュータプログラム。
10. 少なくともプロセッサと、メモリと、視覚的出力装置と、複数のＧＰＳ衛星から複数のＧＰＳ信号を受信可能なＧＰＳ信号アンテナと、を備えるナビゲーションシステムであって、
    前記プロセッサは、前記衛星のそれぞれに特有の識別情報とともに前記信号の一部を構成するタイミング情報から距離情報を決定し、当該情報を前記メモリに格納し、
    前記アンテナ及び前記プロセッサはともに、前記信号のそれぞれの一部をさらに構成する、前記衛星のそれぞれに特有の軌道歴データペイロードの全体を受信及び格納することを試み、
    前記システムは、無線通信プロトコルを用いて近傍の装置との通信を確立しうる第２の無線信号送受信手段を備え、
    前記プロセッサは、前記メモリに以前に格納された識別情報を有する衛星についての衛星位置に関する、前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、前記近傍の装置が既に格納しているか否かを判定するために前記近傍の装置に問い合わせ、
    前記プロセッサはさらに、要求信号を発行させ、以前に格納された前記距離情報と組み合わせて前記システムが自身の現在位置を特定しうる、特定された衛星についての前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、続けて受信する
    ことを特徴とするナビゲーションシステム。
11. 請求項２乃至７の何れか１項に記載の方法を実行するようにさらに構成された、請求項１０に記載のナビゲーションシステム。
12. 少なくともプロセッサと、メモリと、視覚的出力装置と、複数のＧＰＳ衛星から複数のＧＰＳ信号を受信可能なＧＰＳ信号アンテナと、を備える可搬ナビゲーション装置（ＰＮＤ）であって、
    前記プロセッサは、前記衛星のそれぞれに特有の識別情報とともに前記信号の一部を構成するタイミング情報から距離情報を決定し、当該情報を前記メモリに格納し、
    前記アンテナ及び前記プロセッサはともに、前記信号のそれぞれの一部をさらに構成する、前記衛星のそれぞれに特有の軌道歴データペイロードの全体を受信及び格納することを試み、
    前記ＰＮＤは、無線通信プロトコルを用いて近傍の装置との通信を確立しうる第２の無線信号送受信手段を備え、
    前記プロセッサは、前記メモリに以前に格納された識別情報を有する衛星についての衛星位置に関する、前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、前記近傍の装置が既に格納しているか否かを判定するために前記近傍の装置に問い合わせ、
    前記プロセッサはさらに、要求信号を発行させ、以前に格納された前記距離情報と組み合わせて前記ＰＮＤが自身の現在位置を特定しうる、特定された衛星についての前記軌道歴データ又は前記軌道歴データの特定の部分を、続けて受信する
    ことを特徴とする可搬ナビゲーションシステム（ＰＮＤ）。
13. 請求項２乃至７の何れか１項に記載の方法を実行するようにさらに構成された、請求項１２に記載のＰＮＤ。

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