JP2012098158A - 衛星信号判定装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ受信機が内部に設けられていても、測位衛星の遮蔽状態を精度良く判定することができるようにする。
【解決手段】車両方向推定部３０によって、各ＧＰＳ情報と、検出された車速及びヨーレートとに基づいて、車両の進行方向の絶対方向を推定する。衛星方向推定部３２によって、各ＧＰＳ情報に基づいて、各測位衛星が存在する絶対方向を推定する。衛星方向推定部３２によって、車両の進行方向の絶対方向、及び各測位衛星の絶対方向に基づいて、車両の進行方向に対する各測位衛星の相対方向を算出する。遮蔽判定部３８によって、各測位衛星について、車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した複数の分割範囲のうち、算出された相対方向が属する分割範囲に対して予め定められたＳ／Ｎの閾値を用いて、当該測位衛星の衛星信号のＳ／Ｎが、閾値以上であるか否かを判定して、当該測位衛星の遮蔽状態を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、衛星信号判定装置及びプログラムに係り、特に、測位衛星からの衛星信号に基づいて、測位衛星の遮蔽状態を判定する衛星信号判定装置及びプログラムに関する。

従来より、簡単かつ確実な方法によってマルチパスの影響を受けた衛星信号を判別し、移動局の測定位置を補正するＧＰＳ測位補正方法が知られている（特許文献１）。この方法では、基準局が、位置補正用データと基準局の衛星信号の受信強度を移動局に送信し、移動局が、各衛星の衛星信号について基準局の受信強度と移動局の受信強度とを比較し、その差が所定の閾値以上である場合は、当該衛星の衛星信号を測位用衛星信号から除いている。

国際公開第２００６／１３２００３号パンフレット

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、ＧＰＳ受信機が屋外に設置されることを仮定しており、車体による信号減衰が考慮されていない。一方、ＧＰＳ受信機を車内に設置した場合には、ルーフやピラーにより信号が減衰するため、屋外における信号強度（Ｓ／Ｎ）の閾値を使うと、測位衛星の遮蔽状態を精度良く判定できない、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ＧＰＳ受信機が内部に設けられていても、測位衛星の遮蔽状態を精度良く判定することができる衛星信号判定装置及びプログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る衛星信号判定装置は、移動体の内部に設置され、かつ、測位衛星から送信された衛星信号を受信するＧＰＳ受信機と、複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいて前記ＧＰＳ受信機から出力された各ＧＰＳ情報、又は前記移動体の移動体情報を検出する検出手段によって検出された前記移動体情報に基づいて、前記移動体の進行方向の絶対方向を推定する移動体方向推定手段と、判定対象の測位衛星から送信された衛星信号に基づいて前記ＧＰＳ受信機から出力された前記ＧＰＳ情報に基づいて、前記判定対象の測位衛星が存在する絶対方向を推定する衛星方向推定手段と、前記移動体方向推定手段によって推定された前記移動体の進行方向の絶対方向、及び前記衛星方向推定手段によって推定された前記判定対象の測位衛星の絶対方向に基づいて、前記移動体の進行方向に対する前記判定対象の測位衛星の相対方向を算出する相対方向算出手段と、前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した複数の分割範囲のうち、前記相対方向算出手段によって算出された前記相対方向が属する前記分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、前記判定対象の測位衛星から送信された衛星信号の信号強度が、前記閾値以上であるか否かを判定することにより、前記判定対象の測位衛星の遮蔽状態を判定する判定手段と、を含んで構成されている。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、移動体の内部に設置されたＧＰＳ受信機から出力された各ＧＰＳ情報、又は前記移動体の移動体情報を検出する検出手段によって検出された前記移動体情報に基づいて、前記移動体の進行方向の絶対方向を推定する移動体方向推定手段、判定対象の測位衛星から送信された衛星信号に基づいて前記ＧＰＳ受信機から出力された前記ＧＰＳ情報に基づいて、前記判定対象の測位衛星が存在する絶対方向を推定する衛星方向推定手段、前記移動体方向推定手段によって推定された前記移動体の進行方向の絶対方向、及び前記衛星方向推定手段によって推定された前記判定対象の測位衛星の絶対方向に基づいて、前記移動体の進行方向に対する前記判定対象の測位衛星の相対方向を算出する相対方向算出手段、及び前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した複数の分割範囲のうち、前記相対方向算出手段によって算出された前記相対方向が属する前記分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、前記判定対象の測位衛星から送信された衛星信号の信号強度が、前記閾値以上であるか否かを判定することにより、前記判定対象の測位衛星の遮蔽状態を判定する判定手段として機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、移動体の内部に設置されたＧＰＳ受信機によって、測位衛星から送信された衛星信号を受信する。移動体方向推定手段によって、複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力された各ＧＰＳ情報、又は移動体の移動体情報を検出する検出手段によって検出された移動体情報に基づいて、移動体の進行方向の絶対方向を推定する。

そして、衛星方向推定手段によって、判定対象の測位衛星から送信された衛星信号に基づいてＧＰＳ受信機から出力されたＧＰＳ情報に基づいて、判定対象の測位衛星が存在する絶対方向を推定する。相対方向算出手段によって、移動体方向推定手段によって推定された移動体の進行方向の絶対方向、及び衛星方向推定手段によって推定された判定対象の測位衛星の絶対方向に基づいて、移動体の進行方向に対する判定対象の測位衛星の相対方向を算出する。

そして、判定手段によって、移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した複数の分割範囲のうち、相対方向算出手段によって算出された相対方向が属する分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、判定対象の測位衛星から送信された衛星信号の信号強度が、閾値以上であるか否かを判定することにより、判定対象の測位衛星の遮蔽状態を判定する。

このように、判定対象の測位衛星の相対方向が属する分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、判定対象の測位衛星から送信された衛星信号の信号強度が、閾値以上であるか否かを判定することにより、ＧＰＳ受信機が内部に設けられていても、測位衛星の遮蔽状態を精度良く判定することができる。

本発明に係る前記分割範囲を、前記複数の分割範囲の各々について得られる信号強度の分布のうちピークを含む部分の鋭さの平均値が最大になるように、前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割したものとすることができる。これによって、測位衛星の遮蔽状態をより精度良く判定することができる。

本発明に係る前記分割範囲を、前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を、分割した前記立体方向の範囲の各々の大きさが対応するように分割したものとすることができる。これによって、測位衛星の遮蔽状態をより精度良く判定することができる。

本発明に係る衛星信号判定装置は、各測位衛星から送信された衛星信号の信号強度と、前記相対方向算出手段によって算出された各測位衛星の前記相対方向とに基づいて、前記複数の分割範囲の各々について得られる信号強度の分布のうちピークを含む部分の鋭さの平均値が最大になるように、前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を、前記複数の分割範囲に分割する分割手段を更に含み、前記判定手段は、前記分割手段によって分割した前記複数の分割範囲のうち、前記相対方向算出手段によって算出された前記相対方向が属する前記分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、前記判定対象の測位衛星の遮蔽状態を判定するようにすることができる。これによって、測位衛星の遮蔽状態をより精度良く判定することができる。

上記の前記分割範囲に対する前記閾値を、前記分割範囲について得られる信号強度の分布のうちピークを含む部分に応じて決定したものとすることができる。これによって、測位衛星の遮蔽状態をより精度良く判定することができる。

上記の前記分割範囲に対する前記閾値を、前記分割範囲について得られる信号強度の分布を２つの分布に分類したときの、前記分類の境界に対応する信号強度とすることができる。これによって、測位衛星の遮蔽状態をより精度良く判定することができる。

本発明に係るプログラムを、記憶媒体に格納して提供することができる。

以上説明したように、本発明の衛星信号判定装置及びプログラムによれば、判定対象の測位衛星の相対方向が属する分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、判定対象の測位衛星から送信された衛星信号の信号強度が、閾値以上であるか否かを判定することにより、ＧＰＳ受信機が内部に設けられていても、測位衛星の遮蔽状態を精度良く判定することができる、という効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る車載測位装置を示すブロック図である。 Ｓ／Ｎ分布を示すグラフである。 ＧＰＳ受信機のアンテナをルーフ上及び車内に設置した場合のＳ／Ｎ分布を示すグラフである。 ＹＺ面、ＸＺ面を説明するための図である。 （Ａ）ＹＺ面、ＸＺ面でのＳ／Ｎ分布を示すグラフ、及び（Ｂ）水平面を仰角３０度、４０度、５０度傾けた平面でのＳ／Ｎ分布を示すグラフである。 車両方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した様子を示す図である。 分割範囲におけるＳ／Ｎ分布を示すグラフである。 （Ａ）車両方向に対する相対的な立体方向の範囲を所定角度で分割した様子を示す図、及び（Ｂ）車両方向に対する相対的な立体方向の範囲を均等に分割した様子を示す図である。 （Ａ）分割範囲におけるＳ／Ｎ分布を示すグラフ、（Ｂ）Ｓ／Ｎに関する閾値を仮設定した様子を示す図、及び（Ｃ）Ｓ／Ｎ分布におけるとがり具合を示す数値を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車載測位装置のコンピュータにおけるＳ／Ｎ分布学習処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る車載測位装置のコンピュータにおける遮蔽判定処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 車両方向に対する相対的な立体方向の範囲を最適分割する方法を説明するための図である。 Ｓ／Ｎ分布におけるとがり具合を示す数値を説明するための図である。 車両方向に対する相対的な立体方向の範囲を最適分割した様子を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る車載測位装置のコンピュータにおける遮蔽判定処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、車両に搭載されて受信位置（自車両の位置）を測定する車載測位装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態に係る車載測位装置１０は、測位衛星からの電波を受信して衛星信号の情報を出力するＧＰＳ受信機１２と、自車両の車速を検出する車速センサ１４と、ヨーレートを検出する角速度センサ１６と、ＧＰＳ受信機１２、車速センサ１４、及び角速度センサ１６からの出力に基づいて、受信位置を測定するコンピュータ１８と、を備えている。

ＧＰＳ受信機１２は、自車両の車内に設定されている。ＧＰＳ受信機１２は、測位衛星から送信された衛星信号を受信する受信部２０と、受信部２０で受信された全ての測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、測位衛星と受信位置との間の擬似距離（各測位衛星から受信した信号の伝播距離）を算出し、算出した擬似距離をコンピュータ１８へ出力する擬似距離算出部２２と、受信部２０で受信された全ての測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、衛星信号のドップラーシフト周波数を算出するドップラー算出部２４と、受信部２０で受信された全ての測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、衛星信号の信号強度として、Ｓ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を算出するＳ／Ｎ算出部２６とを備えている。また、ＧＰＳ受信機１２は、受信部２０で受信された全ての測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、ＧＰＳ情報として、更に、測位衛星の衛星番号や、搬送波位相、衛星軌道情報（エフェメリスデータ）などを取得して、コンピュータ１８に出力している。

コンピュータ１８は、ＣＰＵ、後述するＳ／Ｎ分布学習処理ルーチン及び遮蔽判定処理ルーチンを実現するためのプログラムを記憶したＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びＨＤＤ等の記憶装置で構成されている。

コンピュータ１８を、以下で説明するＳ／Ｎ分布学習処理ルーチン及び遮蔽判定処理ルーチンに従って機能ブロックで表すと、図１に示すように、ＧＰＳ受信機１２から、ＧＰＳ情報を取得するＧＰＳ情報取得部２８と、取得したドップラーシフト周波数、車速、及びヨーレートに基づいて、自車両の進行方向の絶対方向を推定する車両方向推定部３０と、ＧＰＳ受信機１２から出力された衛星軌道情報に基づいて、測位衛星が存在する絶対方向を推定すると共に、推定された自車両の進行方向の絶対方向、及び測位衛星が存在する絶対方向に基づいて、自車両の進行方向に対する、測位衛星が存在する相対方向を衛星する衛星方向推定部３２と、取得した衛星信号のＳ／Ｎ及び測位衛星の相対方向の組み合わせを蓄積して、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した分割範囲毎にＳ／Ｎ分布を作成するＳ／Ｎ分布作成部３４と、分割範囲毎にＳ／Ｎに関する閾値を決定する閾値決定部３６とを備えている。なお、衛星方向推定部３２は、衛星方向推定手段及び相対方向算出手段の一例である。

ＧＰＳ情報取得部２８は、ＧＰＳ受信機１２から、各測位衛星のＧＰＳ情報（擬似距離、ドップラーシフト周波数、Ｓ／Ｎ、衛星軌道情報、測位衛星の衛星番号、搬送波位相など）を取得すると共に、各測位衛星について、取得した衛星軌道情報と現在時刻とに基づいて、測位衛星の軌道上の現在位置を各々算出する。なお、衛星位置の算出方法は、非特許文献（坂井丈泰、「ＧＰＳのための実用プログラミング」、東京電機大学出版局、２００７年）に記載されている方法と同様であるため、説明を省略する。

車両方向推定部３０は、ＧＰＳ情報取得部２８によって取得された複数の測位衛星の衛星信号のドップラーシフト周波数を用いて、以下に説明するように、車両の速度ベクトルを計算する。

まず、ドップラーシフト周波数と測位衛星に対する相対速度との関係を表わす以下の（１）式に従って、各測位衛星からの受信信号のドップラーシフト周波数から、各測位衛星に対する自車両の相対速度を算出する。

ただし、ｖ_ｊは測位衛星ｊに対する相対速度であり、Ｄ１_ｊは測位衛星ｊから得られるドップラーシフト周波数（ドップラーシフト量）である。また、Ｃは光速であり、Ｆ_１は、測位衛星から送信される信号の既知のＬ１周波数である。

次に、ＧＰＳ情報取得部２８で算出された各測位衛星の位置座標の時系列データから、ケプラーの方程式の微分を用いて、各測位衛星の速度ベクトル（３次元速度ＶＸ_ｊ、ＶＹ_ｊ、ＶＺ_ｊ）を算出する。例えば、非特許文献（Ｐｒａｔａｐ Ｍｉｓｒａ ａｎｄ Ｐｅｒ Ｅｎｇｅ原著 日本航海学会ＧＰＳ研究会訳：“精説ＧＰＳ基本概念・測位原理・信号と受信機”正陽文庫，２００４．）に記載された方法を用いて、各測位衛星の速度ベクトルを算出することができる。

また、算出された各測位衛星の速度ベクトル（ＶＸ_ｊ、ＶＹ_ｊ、ＶＺ_ｊ）及び各測位衛星の方向（θ_ｊ、φ_ｊ）に基づいて、自車方向の各測位衛星の速度Ｖｓ_ｊを算出する
次に、各測位衛星ｊに対する自車両の相対速度ｖ_ｊ及び自車方向の各測位衛星ｊの速度Ｖｓ_ｊに基づいて、以下の（２）式に従って、各測位衛星ｊの方向の自車両の速度Ｖｖ_ｊを算出する。

ただし、ｖ_ｊは、測位衛星ｊに対する自車両の相対速度（衛星方向における測位衛星との相対速度）であり、Ｖｓ_ｊは、自車方向の測位衛星ｊの速度である。また、Ｖｖ_ｊは、測位衛星ｊの方向の自車速であり、Ｃｂのドットは、クロックバイアスドリフトである。

そして、以下に説明するように、自車両の速度ベクトルの最適推定を行う。

まず、自車の速度ベクトルを（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とした時、測位衛星方向の自車両の速度Ｖｖ_ｊとの関係は以下の（３）式、（４）式で表される。

各測位衛星ｊについて得られる上記（３）式、（４）式より、Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ及びＣｂのドットを推定値とした、以下の（５）式で表される連立方程式が得られる。

４個の測位衛星からなる各組み合わせについて、上記（５）式の連立方程式を解くことによって、自車両の速度ベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を各々算出し、算出された自車両の速度ベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）の最小二乗解を求めることによって、自車両の速度ベクトルの最適値を推定する。

そして、推定された自車両の速度ベクトルの向きに基づいて、自車両の進行方向の絶対方向を推定する。

上記のように、車両方向推定部３０は、ドップラーシフト周波数を用いて、各衛星方向に対する自車両の速度を算出し、各衛星方向に対する自車両の速度から、自車両の進行方向の絶対方向を推定する。

また、車両方向推定部３０は、ＧＰＳ受信機１２によって衛星信号が受信されない場合には、車速センサ１４によって検出された車速、及び角速度センサ１６によって検出された角速度を用いて、自車両の速度ベクトルの変化分を算出する。また、車両方向推定部３０は、直近で算出された自車両の速度ベクトルと、算出された自車両の速度ベクトルの変化分とに基づいて、現在の自車両の速度ベクトルを算出し、自車両の速度ベクトルの向きに基づいて、自車両の進行方向の絶対方向を推定する。

衛星方向推定部３２は、各測位衛星について、ＧＰＳ情報取得部２８で算出された測位衛星の位置座標と、自車両の位置座標とに基づいて、測位衛星が存在する絶対方向を推定する。なお、自車両の位置座標としては、前回算出された自車両の位置座標を用いればよい。あるいは、ＧＰＳ情報取得部２８で取得された各測位衛星の擬似距離に基づいて、自車両の位置座標を求めればよい。

また、衛星方向推定部３２は、車両方向推定部３０により推定された自車両の進行方向の絶対方向、及び測位衛星が存在する絶対方向に基づいて、自車両の進行方向に対する、測位衛星が存在する相対方向（衛星仰角及び水平面上の対車両角）を推定する。

次に、本実施の形態の原理について説明する。

まず、図２に、車両のルーフ上にＧＰＳ受信機のアンテナを設置し、都市部を走行した際の、ある１衛星の受信信号強度（Ｓ／Ｎ）の分布を表す。測位衛星から直接信号がＧＰＳ受信機のアンテナに届く場合は、Ｓ／Ｎの値が大きく、一方、衛星信号が建物に遮蔽されてしまい反射・回折波のみがＧＰＳアンテナに届く場合には、Ｓ／Ｎの値は小さくなる。また、直接波のＳ／Ｎは高い値で安定して観測されるため、Ｓ／Ｎ分布中では、高いピークを含む部分として現れる。ピークを含む部分以外の低いＳ／Ｎ部分は、測位衛星が遮蔽された時の間接波を表す。直接波のＳ／Ｎと間接波のＳ／Ｎは、Ｓ／Ｎ分布中で明らかに異なっている。従来技術では、この違いを利用して、Ｓ／Ｎに関する閾値を設け、測位衛星が建物に遮蔽されているか否かの判定を行う。

しかし、通常車載用のＧＰＳ受信機では、アンテナは車内に設置される。図３に、ＧＰＳ受信機のアンテナをルーフに設置した場合と車内に設置した場合の、同一衛星のＳ／Ｎ分布の比較を示す。ＧＰＳ受信機のアンテナが車内に設置された場合は、ルーフに設置した時のような、直接波の明確なピークを含む部分が現れず、分布形状から間接波と直接波を識別するのが難しくなっていることがわかる。

このように、ＧＰＳ受信機のアンテナを車内に設置した場合、車体によって衛星信号が遮蔽されてしまうため、Ｓ／Ｎによる測位衛星の遮蔽状態の判定が困難になる。

ここで、ＧＰＳ受信機のアンテナを車内に置いた時に上記図３に示すように直接波のピークを含む部分が出なくなってしまうのは、車体によって衛星信号が遮蔽されて信号強度が減衰するからである。しかし、車体もウインドウ部分は良く衛星信号を通し、ルーフやピラー部分は金属であるので衛星信号を遮蔽するといったように、図４に示すように、車体の部位によって信号遮蔽具合は異なる。例えば、図５（Ａ）に示すように、ＹＺ面上の方向やＸＺ面上の方向に応じて、信号強度が異なる。また、図５（Ｂ）に示すように、水平面から所定の仰角だけ傾けた面上においても、方向に応じて信号強度が異なる。

そこで、本実施の形態では、Ｓ／Ｎ分布作成部３４は、ＧＰＳ情報取得部２８によって取得した衛星信号のＳ／Ｎ、及び衛星方向推定部３２によって推定された測位衛星の相対方向の組み合わせを蓄積する。また、Ｓ／Ｎ分布作成部３４は、図６に示すように、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を複数の分割範囲に予め分割しておき、蓄積したデータに基づいて、分割範囲毎にＳ／Ｎ分布を作成する。

これによって、ピラーやウインドウなどによる遮蔽の違いを分割範囲別のＳ／Ｎ分布として分離できる。例えば、上記図３と同じ衛星のＳ／Ｎ分布について、対車両角［−１２０、−９０］の範囲からなる分割範囲のＳ／Ｎ分布を図７に示す。上記図３と異なり、車体の各部位の遮蔽状態の違いが分離されるため、直接波のピークを含む部分が明確に現れている。

なお、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割する分割方法については、例えば、図８（Ａ）に示すように、方位角方向の所定値、及び仰角方向の所定値で分割すればよい。

あるいは、図８（Ｂ）に示すように、分割範囲の大きさ（面積）が均等になるように分割してもよい。測位衛星の電波（直接波）の到来方向に依存して、Ｓ／Ｎの適切な閾値が決まるため、上記図８（Ｂ）のように、立体方向の範囲をできるだけ均等に分割するのが好ましい。この場合には、判定精度を維持したまま、分割数を削減することができ、Ｓ／Ｎ分布の学習を効率化することができる。

閾値決定部３６は、分割範囲毎に、当該分割範囲について作成されたＳ／Ｎ分布に基づいて、以下に説明するように、直接波と間接波を区別するための、当該分割範囲のＳ／Ｎに関する閾値を決定する。

図９（Ａ）に示すようなＳ／Ｎ分布において、図９（Ｂ）に示すように、移動させながらＳ／Ｎに関する閾値を仮設定し、ピークを含む直接波部分（仮設定された閾値以上の部分）のとがり具合を示す数値（面積Ｍ／幅σ ）を算出し、Ｍ／σが最大化となる閾値を検索する。これによって、図９（Ｃ）に示すように、直接波部分のＳ／Ｎ分布のばらつきが小さく、かつ面積が大きくなるように、閾値が決定される。なお、上記のとがり具合を示す数値が、鋭さの一例である。

コンピュータ１８は、更に、各測位衛星について、ＧＰＳ情報取得部２８で取得した衛星信号のＳ／Ｎに基づいて、当該測位衛星の遮蔽状態を判定する遮蔽判定部３８と、遮蔽判定部３８の判定結果と、ＧＰＳ情報取得部２８で取得した各測位衛星の擬似距離及び衛星位置とに基づいて、受信位置の位置座標を算出する自車位置算出部４０とを備えている。

遮蔽判定部３８は、各測位衛星について、ＧＰＳ情報取得部２８で取得した衛星信号のＳ／Ｎと、衛星方向推定部３２によって推定された当該測位衛星の相対方向が属する分割範囲について決定された閾値とに基づいて、衛星信号のＳ／Ｎが閾値以上であれば、当該測位衛星が遮蔽されていないと判定し、一方、衛星信号のＳ／Ｎが閾値以上であれば、当該測位衛星が遮蔽されていると判定する。

自車位置算出部４０は、遮蔽判定部３８によって遮蔽されていると判定された測位衛星以外の、衛星信号を受信した４つ以上の測位衛星の組み合わせについて、ＧＰＳ情報取得部２８で取得した各測位衛星の擬似距離及び衛星位置に基づいて、受信位置の位置座標を、自車位置として算出する。なお、受信位置の位置座標の算出方法については、従来既知の方法を用いればよいため、詳細な説明を省略する。

次に、第１の実施の形態に係る車載測位装置１０の作用について説明する。

ＧＰＳ受信機１２の受信部２０によって、複数の測位衛星から電波を受信しているときに、コンピュータ１８において、図１０に示すＳ／Ｎ分布学習処理ルーチンが実行される。

まず、ステップ１００において、ＧＰＳ受信機１２から出力される複数のＧＰＳ情報（擬似距離、ドップラーシフト周波数、衛星軌道情報、Ｓ／Ｎ、衛星番号など）を取得する。また、各測位衛星について、取得した衛星軌道情報に基づいて、衛星位置を算出する。

そして、ステップ１０２において、上記ステップ１００で取得した各測位衛星のドップラーシフト周波数に基づいて、自車両の進行方向の絶対方向を推定する。次のステップ１０４では、上記ステップ１００で算出した各測位衛星の衛星位置に基づいて、各測位衛星が存在する絶対方向を推定する。次のステップ１０６において、上記ステップ１０２で推定した自車両の進行方向の絶対方向と、上記ステップ１０４で推定した各測位衛星が存在する絶対方向とに基づいて、各測位衛星の相対方向を推定する。

そして、ステップ１０８において、各測位衛星について、上記ステップ１００で取得した当該測位衛星の衛星信号のＳ／Ｎと、上記ステップ１０６で推定された当該測位衛星の相対方向との組み合わせを、メモリ（図示省略）に記録する。

次のステップ１１０では、データ収集を終了するか否かを判定する。例えば、上記ステップ１０８で記録されたデータ数が、所定値に到達していない場合には、上記ステップ１００へ戻り、一方、記録されたデータ数が、所定値に到達した場合には、データ収集を終了すると判定し、ステップ１１２へ進む。

ステップ１１２では、上記ステップ１０８で記録されたデータから、予め定められた分割範囲毎に、当該分割範囲に属する当該測位衛星の相対方向に対応するＳ／Ｎを収集して、各Ｓ／Ｎ値に対する確率密度を表わすＳ／Ｎ分布を作成する。

そして、ステップ１１４において、上記ステップ１１２で作成された各分割範囲のＳ／Ｎ分布に基づいて、各分割範囲に対するＳ／Ｎの閾値を決定して、メモリ（図示省略）に記憶し、Ｓ／Ｎ分布学習処理ルーチンを終了する。

また、ＧＰＳ受信機１２の受信部２０によって、複数の測位衛星から電波を受信しているときに、コンピュータ１８において、図１１に示す遮蔽判定処理ルーチンが実行される。

まず、ステップ１２０において、ＧＰＳ受信機１２から出力される複数のＧＰＳ情報（擬似距離、ドップラーシフト周波数、衛星軌道情報、Ｓ／Ｎ、衛星番号など）を取得する。また、各測位衛星について、衛星軌道情報に基づいて、衛星位置を算出する。

そして、ステップ１２２において、上記ステップ１２０で取得した各測位衛星のドップラーシフト周波数に基づいて、自車両の進行方向の絶対方向を推定する。次のステップ１２４では、上記ステップ１２０で算出した各測位衛星の衛星位置に基づいて、各測位衛星が存在する絶対方向を推定する。そして、ステップ１２６において、上記ステップ１２２で推定した自車両の進行方向の絶対方向と、上記ステップ１２４で推定した各測位衛星が存在する絶対方向とに基づいて、各測位衛星の相対方向を推定する。

次のステップ１２８では、各測位衛星について、上記ステップ１２６で推定された当該測位衛星の相対方向に属する分割範囲に対応する閾値を、メモリから取得する。そして、ステップ１３０において、各測位衛星について、上記ステップ１２０で取得した当該測位衛星の衛星信号のＳ／Ｎと、上記ステップ１２８で取得した閾値とを比較して、当該測位衛星の遮蔽状態を判定し、遮蔽判定処理ルーチンを終了する。

そして、コンピュータ１８は、上記遮蔽判定処理ルーチンにおいて、遮蔽されていると判定された測位衛星以外の、衛星信号を受信した４つ以上の測位衛星の組み合わせについて、取得した各測位衛星の擬似距離及び衛星位置を用いて、自車位置を算出する。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る車載測位装置によれば、測位衛星の相対方向が属する分割範囲に対して予め定められたＳ／Ｎの閾値を用いて、測位衛星から送信された衛星信号のＳ／Ｎが、閾値以上であるか否かを判定することにより、ＧＰＳ受信機が車両内部に設けられていても、衛星信号のＳ／Ｎに基づいて測位衛星の遮蔽状態を精度良く判定することができる。

また、仰角方向だけでなく対車両方位角方向にも、自車両に対する衛星方向（衛星信号の到来方向）の範囲を分割して、分割範囲別に、観測されたＳ／Ｎの分布を学習し、各々の分割範囲でのＳ／Ｎの閾値を設定することで、車体やピラーによる信号減衰の影響をキャンセルすることができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態に係る車載測位装置の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲の分割結果を、最適化している点が、主に第１の実施の形態と異なっている。

第２の実施の形態では、Ｓ／Ｎ分布作成部３４によって、ＧＰＳ情報取得部２８によって取得した衛星信号のＳ／Ｎ、及び衛星方向推定部３２によって推定された測位衛星の相対方向の組み合わせを蓄積する。また、Ｓ／Ｎ分布作成部３４は、以下に説明するように、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を、複数の分割範囲に分割する。

まず、分割過程として、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、相対的な立体方向の注目範囲の分割前と、相対的な立体方向の注目範囲を４分割した後とで、分割範囲毎のＳ／Ｎ分布におけるピークを含む直接波部分（とがり部分）のとがり具合を示す数値（面積Ｍ／幅σ ）を算出し（図１３参照）、とがり具合を示す数値の平均値が、分割前より分割後の方が大きい場合には、相対的な立体方向の範囲を４分割する。一方、とがり具合を示す数値の平均値が、分割前より分割後の方が小さい場合、又は分割前と分割後が同じ場合には、相対的な立体方向の注目範囲を分割しない。なお、とがり具合を示す数値を算出する前には、分割範囲毎のＳ／Ｎ分布に基づいて、各分割範囲に対するＳ／Ｎの閾値を決定する。決定された各分割範囲に対するＳ／Ｎの閾値を用いて、分割範囲毎のとがり具合を示す数値を算出する。

そして、図１２（Ｃ）に示すように、分割された分割範囲について、変化がなくなるまで、上記の分割を繰り返し行う。

次に、統合過程として、図１２（Ｄ）に示すように、注目の分割範囲と隣接した１つの分割範囲とを統合した場合における、統合した分割範囲のＳ／Ｎ分布におけるピークを含む直接波部分のとがり具合を示す数値（面積Ｍ／幅σ ）を算出し、算出された値が、統合前の分割範囲の各々についての直接波部分のとがり具合を示す数値の平均値よりも大きい場合には、注目の分割範囲と、当該隣接した１つの分割範囲とを統合する。なお、とがり具合を示す数値を算出する前には、分割範囲毎のＳ／Ｎ分布に基づいて、各分割範囲に対するＳ／Ｎの閾値を決定する。決定された各分割範囲に対するＳ／Ｎの閾値を用いて、分割範囲毎のとがり具合を示す数値を算出する。

そして、図１２（Ｅ）に示すように、分割された分割範囲について、変化がなくなるまで、上記の統合を繰り返し行う。

以上の処理により、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を、複数の分割範囲に分割し、図１４に示すように、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲の分割結果が、各分割範囲のＳ／Ｎ分布の直接波部分のとがり具合を示す数値の平均値が最大となるように、最適化される。

次に、第２の実施の形態に係るＳ／Ｎ分布学習処理ルーチンについて、図１５を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して説明を省略する。

まず、ステップ１００において、ＧＰＳ受信機１２から出力される複数のＧＰＳ情報を取得すると共に、各測位衛星について、衛星軌道情報に基づいて、衛星位置を算出する。そして、ステップ１０２において、自車両の進行方向の絶対方向を推定する。次のステップ１０４では、各測位衛星が存在する絶対方向を推定し、ステップ１０６において、各測位衛星の相対方向を推定する。

そして、ステップ１０８において、各測位衛星について、上記ステップ１００で取得した当該測位衛星の衛星信号のＳ／Ｎと、上記ステップ１０６で推定された当該測位衛星の相対方向との組み合わせを、メモリ（図示省略）に記録する。

次のステップ１１０では、データ収集を終了するか否かを判定し、データ収集を終了すると判定した場合には、ステップ２００へ進む。

ステップ２００では、上記ステップ１０８で記録されたデータに基づいて、各分割範囲のＳ／Ｎ分布の直接波部分のとがり具合を示す数値の平均値が最大となるように、自車両の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を、複数の分割範囲に分割する。

次のステップ２０２では、上記ステップ２００の処理において最終的に得られた各分割範囲に対するＳ／Ｎの閾値を取得して、メモリ（図示省略）に記憶し、Ｓ／Ｎ分布学習処理ルーチンを終了する。

なお、第２の実施の形態に係る車載測位装置の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る車載測定装置によれば、自車両に対する衛星方向の範囲の分割を、各分割範囲に対するＳ／Ｎ分布におけるピークを含む直接波部分が際立つように最適化することにより、測位衛星の遮蔽状態をより精度良く判定することができる。

なお、上記の実施の形態では、分割過程と統合過程を経て、自車両に対する衛星方向の範囲の分割を最適化する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の手法を用いて、自車両に対する衛星方向の範囲の分割を最適化するようにしてもよい。

次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態に係る車載測位装置の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態では、直接波と間接波を区別するためのＳ／Ｎの閾値を決定する方法が、第１の実施の形態と異なっている。

第３の実施の形態では、閾値決定部３６によって、分割範囲毎に、当該分割範囲について作成されたＳ／Ｎ分布を、ｋ−ｍｅａｎ法により、直接波部分と間接波部分とに分類し、分類の境界に対応するＳ／Ｎを、直接波と間接波を区別するための、Ｓ／Ｎに関する閾値として決定する。

なお、第３の実施の形態に係る車載測位装置の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る車載測定装置によれば、分割範囲に対するＳ／Ｎ分布を、直接波部分と間接波部分とに分類して、直接波と間接波を区別するためのＳ／Ｎに関する閾値を決定しているため、このＳ／Ｎに関する閾値を用いて、測位衛星の遮蔽状態を精度良く判定することができる。

なお、上記の実施の形態では、分類手法を用いてＳ／Ｎの閾値を決定している場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、分割範囲に対するＳ／Ｎ分布の曲線を２階微分し、Ｓ／Ｎ分布におけるピークを含む直接波部分の開始の点を特定し、特定された点に対応するＳ／Ｎを、閾値として決定してもよい。または、直接波の分布を正規分布、間接波の分布をレイリー分布で表現し、ＥＭアルゴリズムで分布パラメータを学習し、学習した分布を使って５０％確率点を求めることにより、閾値を決定してもよい。

また、上記の第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、ドップラーシフト周波数と、車速及びヨーレートとを用いて、自車両の進行方向の絶対方向を推定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、車載カメラによって、周辺画像を撮像し、予め用意しておいたランドマークの位置が記録された地図データと、周辺画像から検出されたランドマークとを照らし合わせて、周辺画像中のランドマークの位置から、車両の進行方向の絶対方向を推定するようにしてもよい。

または、磁気方位計から出力される方角と、検出される車速及びヨーレートとを用いて、自車両の進行方向の絶対方向を推定するようにしてもよい。この場合には、磁気方位計は、車両の運動の影響を受けて揺れるので、ローパスフィルタを通して滑らかにした出力を使えばよい。また、検出される車速及びヨーレートから磁気方位計にかかる力を求めて、磁気方位計の運動方程式を解くことで、車両運動の影響を除去した正しい方角を推定するようにすればよい。

または、上述した推定手法を組み合わせて、自車両の進行方向の絶対方向を推定するようにしてもよい。例えば、各推定手法によって推定された結果の平均をとっても良いし、各推定手法の推定結果の誤差量を考慮して、カルマンフィルタを使って、推定結果を統合しても良い。

また、ドップラーシフト周波数を用いた他の手法により、自車両の進行方向の絶対方向を推定するようにしてもよい。例えば、非特許文献（Ｗ Ｄｉｎｇ,“Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＥＭＳ ＩＮＳ ｗｉｔｈ ＧＰＳＣａｒｒｉｅｒ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｖｅｌｏｓｉｔｙ：Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＯＮ ＧＮＳＳ ２００７,（２００７））に記載された手法を用いて、自車両の進行方向の絶対方向を推定するようにしてもよい。

また、必要なデータ数となるまで、データ（Ｓ／Ｎと相対方向の組み合わせ）を蓄積してから、Ｓ／Ｎ分布を作成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、データを保持せずに、Ｓ／Ｎ分布曲線と今までのデータ数Ｎだけを保持しておくようにしてもよい。この場合には、新しいデータが入った時に、そのデータ点中心のガウスカーネルを１／Ｎ倍して、Ｓ／Ｎ分布曲線に足し合わせたものを、新しいＳ／Ｎ分布曲線として更新するようにすればよい。

また、直接波の分布を正規分布、間接波の分布をレイリー分布で別々に表現し、分布パラメータを、データを使って最尤推定して、Ｓ／Ｎ分布を作成するようにしてもよい。この場合には、ある分割範囲に属する新しいデータが入ってきたときに、前回までに決定されたＳ／Ｎの閾値を用いて、新しいデータが、直接波の分布に属するか、間接波の分布に属するかを決定して、当該分割範囲のＳ／Ｎ分布を更新する。なお、新しいデータのＳ／Ｎが、閾値に近いときは、新しいデータは両方の分布に属することにしてもよい。次に、各分割範囲のＳ／Ｎ分布ごとに、直接波と間接波を区別するＳ／Ｎの閾値を決定する。このように、Ｓ／Ｎ分布の更新と閾値の決定とを交互に繰り返して行うようにしてもよい。

また、車載測位装置において、Ｓ／Ｎ分布を作成し、閾値を決定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、予め型が決められた車体の、決められた位置に、車載測位装置が設置される場合には、同じ型の車体の、同じ位置に設置された他の車載測位装置によって、Ｓ／Ｎ分布を作成し、閾値を決定するようにしてもよい。この場合には、例えば、車載測位装置の製造時に、予め決定された閾値を設定すると共に、車体の内部の決められた位置に、車載測位装置を設置するようにすればよい。また、同じ型の車体の、同じ位置に設置された他の車載測位装置によって、車両方向に対する立体方向の範囲の最適分割を行うと共に、分割範囲毎に閾値を決定するようにしてもよい。

１０ 車載測位装置
１２ ＧＰＳ受信機
１４ 車速センサ
１６ 角速度センサ
１８ コンピュータ
２０ ＧＰＳ受信部
２２ 擬似距離算出部
２４ ドップラー算出部
２６ Ｓ／Ｎ算出部
３０ 車両方向推定部
３２ 衛星方向推定部
３４ Ｓ／Ｎ分布作成部
３６ 閾値決定部
３８ 遮蔽判定部

Claims (7)

1. 移動体の内部に設置され、かつ、測位衛星から送信された衛星信号を受信するＧＰＳ受信機と、
   複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいて前記ＧＰＳ受信機から出力された各ＧＰＳ情報、又は前記移動体の移動体情報を検出する検出手段によって検出された前記移動体情報に基づいて、前記移動体の進行方向の絶対方向を推定する移動体方向推定手段と、
   判定対象の測位衛星から送信された衛星信号に基づいて前記ＧＰＳ受信機から出力された前記ＧＰＳ情報に基づいて、前記判定対象の測位衛星が存在する絶対方向を推定する衛星方向推定手段と、
   前記移動体方向推定手段によって推定された前記移動体の進行方向の絶対方向、及び前記衛星方向推定手段によって推定された前記判定対象の測位衛星の絶対方向に基づいて、前記移動体の進行方向に対する前記判定対象の測位衛星の相対方向を算出する相対方向算出手段と、
   前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した複数の分割範囲のうち、前記相対方向算出手段によって算出された前記相対方向が属する前記分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、前記判定対象の測位衛星から送信された衛星信号の信号強度が、前記閾値以上であるか否かを判定することにより、前記判定対象の測位衛星の遮蔽状態を判定する判定手段と、
   を含む衛星信号判定装置。
2. 前記分割範囲を、前記複数の分割範囲の各々について得られる信号強度の分布のうちピークを含む部分の鋭さの平均値が最大になるように、前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割したものとした請求項１記載の衛星信号判定装置。
3. 前記分割範囲を、前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を、分割した前記立体方向の範囲の各々の大きさが対応するように分割したものとした請求項１記載の衛星信号判定装置。
4. 各測位衛星から送信された衛星信号の信号強度と、前記相対方向算出手段によって算出された各測位衛星の前記相対方向とに基づいて、前記複数の分割範囲の各々について得られる信号強度の分布のうちピークを含む部分の鋭さの平均値が最大になるように、前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を、前記複数の分割範囲に分割する分割手段を更に含み、
   前記判定手段は、前記分割手段によって分割した前記複数の分割範囲のうち、前記相対方向算出手段によって算出された前記相対方向が属する前記分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、前記判定対象の測位衛星の遮蔽状態を判定する請求項１記載の衛星信号判定装置。
5. 前記分割範囲に対する前記閾値を、前記分割範囲について得られる信号強度の分布のうちピークを含む部分に応じて決定したものとした請求項１〜請求項４の何れか１項記載の衛星信号判定装置。
6. 前記分割範囲に対する前記閾値を、前記分割範囲について得られる信号強度の分布を２つの分布に分類したときの、前記分類の境界に対応する信号強度とした請求項１〜請求項４の何れか１項記載の衛星信号判定装置。
7. コンピュータを、
   複数の異なる測位衛星から送信された衛星信号に基づいて、移動体の内部に設置されたＧＰＳ受信機から出力された各ＧＰＳ情報、又は前記移動体の移動体情報を検出する検出手段によって検出された前記移動体情報に基づいて、前記移動体の進行方向の絶対方向を推定する移動体方向推定手段、
   判定対象の測位衛星から送信された衛星信号に基づいて前記ＧＰＳ受信機から出力された前記ＧＰＳ情報に基づいて、前記判定対象の測位衛星が存在する絶対方向を推定する衛星方向推定手段、
   前記移動体方向推定手段によって推定された前記移動体の進行方向の絶対方向、及び前記衛星方向推定手段によって推定された前記判定対象の測位衛星の絶対方向に基づいて、前記移動体の進行方向に対する前記判定対象の測位衛星の相対方向を算出する相対方向算出手段、及び
   前記移動体の進行方向に対する相対的な立体方向の範囲を分割した複数の分割範囲のうち、前記相対方向算出手段によって算出された前記相対方向が属する前記分割範囲に対して予め定められた信号強度の閾値を用いて、前記判定対象の測位衛星から送信された衛星信号の信号強度が、前記閾値以上であるか否かを判定することにより、前記判定対象の測位衛星の遮蔽状態を判定する判定手段
   として機能させるためのプログラム。

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