JP2015004678A - 高反射環境における乗り物の位置決め - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ等の測位システムにおいてマルチパス信号によって生じる測位精度劣化を低減する方法を提供する。
【解決手段】測位システムが、位置または速度が推定されるべき物体の向きの推定を、たとえばジャイロスコープまたは加速度計のような向きセンサーから、得る。複数の送信機からそれぞれの信号が追跡され、前記追跡される信号のそれぞれからそれぞれのドップラー測定が得られる。前記追跡される信号のそれぞれについて、前記物体の向きの前記推定および前記それぞれのドップラー測定を使って前記物体の速さが推定される。次いで、前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかが判定される。前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合しない前記物体の速さについての情報を与える信号は、その後、前記物体の位置または速度を推定するときに度外視される。
【選択図】図６

Description

本発明は、測位システムに、詳細には乗り物の測位システムに関する。

ナビゲーションおよび測位システムは、たとえば全地球測位システム（GPS: Global Positioning System）のような利用可能なさまざまな全地球ナビゲーション衛星システム（GNSS: Global Navigation Satellite System）の一つを使って、普通に利用されている。そのようなシステムでは、ユーザー装置は、それぞれ所定の軌道をもつ複数の衛星ビークルからの信号を受信する。結果として、ユーザー装置は受信信号に対する測定を行なうことができ、それを使ってユーザーの位置および速度の推定を提供することができる。

そのようなシステムのよく知られた一つの問題は、衛星ビークルからの信号が、衛星ビークルとユーザー装置の間の見通し経路にあるまたは該見通し経路に近い障害物によって反射されたり屈折されたりした後にユーザー装置に到着することがあるということである。これらの障害物は、直接の見通し信号が有意に、可能性としてはユーザー装置が事実上受信できないほどまでに減衰させられるという効果をもつこともある。

この問題の効果は、ユーザー装置がユーザーの位置および速度について良好な推定をすることができないということでありうる。

米国特許第7,702,459号

特許文献１は、当該システムが反射の結果としてマルチパス信号を受信しうる環境において使うための測位システムを記載している。記載されるシステムでは、GPS測定が、以前のGPS測定に基づいて現在推定される当該装置の位置および速度と比較される。（たとえば反射された信号に基づくため）現在の推定と整合しない測定は異常値と見なされ、当該装置の位置および速度の次の推定値を生成するときに度外視することができる。これは、システムが潜在的な障害物についての、よって受信信号に対する反射の効果についての知識をもつことができないことを前提としている。

本発明のある側面によれば、測位システムの動作方法が提供される。位置または速度が推定されるべき物体の向き（heading）の推定が得られる。複数の送信機からのそれぞれの信号が追跡され、前記追跡される信号のそれぞれからそれぞれのドップラー測定が得られる。前記追跡される信号のそれぞれについて、前記物体の向きの前記推定および前記それぞれのドップラー測定を使って前記物体の速さが推定され、前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかが判定される。前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合しない前記物体の速さについての情報を与える信号は、その後、前記物体の位置または速度を推定するときに度外視される。

当該方法は、前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかを判定することを、前記物体の推定された速さが、前記それぞれの信号が反射により前記送信機から得られたものであることを示すかどうかを判定することによって行なうことを含んでいてもよい。

当該方法は、前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかを判定することを、前記推定された向きの方向の前記物体の推定された速さを、ある閾値速度と比較することによって行なうことを含んでいてもよい。

前記閾値速さは0であってもよく、その場合、前記推定された向きの方向の前記物体の推定された速さが負である場合に、前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合しないことが判定される。

前記閾値速さは、位置または速度が推定されるべき物体の推定された向きと前記送信機からの前記直接経路との間の角度に基づいて適応可能であってもよい。

前記物体の向きの前記推定は、前記物体上に設けられた向きセンサーから受信される信号に基づいていてもよい。

前記向きセンサーからの信号はさらに、前記物体の速さについての情報を含んでいてもよく、当該方法は、前記物体の向きの前記推定および前記それぞれのドップラー測定を使って得られた前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかを判定することを、前記物体の向きの前記推定および前記それぞれのドップラー測定を使って得られた前記物体の前記推定された速さを、前記向きセンサーから得られた前記物体の速さについての前記情報と比較することによって行なうことを含む。

前記物体の向きの前記推定は、前記物体が、静止していると判定されたあとに動き始めたことを判定した直後に得られてもよい。

当該方法はさらに、度外視された信号の将来の追跡を防止することを含んでいてもよい。

度外視されない信号からの測定は、前記物体についての位置／速度／時間の解を更新するために使われてもよい。

前記向きセンサーは、前記物体の配向を示すために、前記物体と既知の位置関係をもつジャイロスコープを有していてもよく、前記ジャイロスコープの出力を較正するためにさらに温度センサーを有していてもよい。

前記向きセンサーは、前記物体の運動の方向を示すために、加速度計または磁気計を有していてもよい。

本発明の第二の側面によれば、位置または速度が推定されるべき物体の向きの推定を生成するための向きセンサーと、複数の送信機からの信号を検出する受信機とを有する測位システムが提供される。本システムは、本発明の上記第一の側面に基づく方法を実行するためのプロセッサをも含む。

好ましい実施形態についてこれから付属の図面を参照して、あくまでも例として述べる。
ナビゲーションおよび測位システムを含む電子装置の概略的なブロック図である。 図１のシステムの可能な展開を示す図である。 ある特別な場合に前記ナビゲーションおよび測位システムによって受信される信号に対する反射の効果を示す図である。 より一般的な場合に前記ナビゲーションおよび測位システムによって受信される信号に対する反射の効果を示す図である。 前記ナビゲーションおよび測位システムによって受信される信号に対する反射のさらなる効果を示す図である。 前記ナビゲーションおよび測位システムによって実行される方法を示す流れ図である。

図１は、電子装置１０において提供されるナビゲーションおよび測位システムを示している。例として、電子装置１０はスマートフォン、タブレットまたはノートブック・コンピュータなどであってもよい。もう一つの例として、電子装置１０は、乗り物に取り付けるための手段を備えた、特化した衛星ナビゲーション装置であってもよい。

ナビゲーションおよび測位システムは、図１では、複数の別個の処理装置の間に分割されたものとして示されている。一例では、電子装置１０は全地球ナビゲーション衛星システム（GNSS）、たとえば全地球測位システム（GPS）チップセット１２と、電子装置１０の他の必要な機能を提供するためにも使用されるホスト・プロセッサ１４とを含んでいる。しかしながら、処理のすべてが単一の集積回路に設けられることができることも可能である。

電子装置１０は、少なくとも一つの追加的なセンサー１６をも含む。これについてはのちにより詳細に述べる。

GNSSチップセット１２は、衛星ビークルによって送信される信号を受信するための無線周波数（RF: radio frequency）フロントエンド回路２２を含む。受信信号は測定エンジン２４の形のソフトウェアに渡される。これは、追跡コントローラ２６および測定プロセッサ２８を含むものと考えることができる。追跡コントローラ２６はRFフロントエンド回路の動作を制御して、衛星ビークルからの意図された信号を受信するようにする。当該装置の位置および速度の決定のために必要とされる測定値は測定プロセッサ２８によって抽出される。

ホスト・プロセッサ１４は測位エンジン３２の形のソフトウェアを走らせる。これはコントローラ３４および位置‐速度‐時間（PVT: position-velocity-time）プロセッサ３６を含む。GNSSチップセット１２および追加的なセンサー１６から受信された測定値を使ってPVTプロセッサ３６が当該装置の位置および速度ならびに時刻を計算する間、コントローラ３４が測位エンジン３２および測定エンジン２４を協調させる。本発明はここではGNSS衛星ナビゲーションおよび測位システムにおける使用に言及しつつ記述されているが、装置が位置（適切であれば速度も）がわかっている送信機からの信号を受信する他のシステムにおいても等しく使用できる。たとえば、そのような送信機はGNSS擬似衛星、屋内メッセージング・システム（IMES: Indoor Messaging System）送信機、ブルートゥース送信機、WiFi送信機、セルラー無線送信機または近距離場通信（NFC: near field communication）送信機の形を取ってもよい。

広く理解されるように、RFフロントエンド回路２２は、図示した例での衛星ビークルのような複数の送信機からの信号を受信するよう制御される。それらの信号から測定エンジン２４によって測定値が抽出され、測位エンジン３２に与えられる。すると測位エンジン３２が当該装置の位置および速度ならびに時刻の推定値を計算する。

典型的には、測定は受信機によって信号が受信される時刻に関係する。受信機が衛星の時刻に完全に同期しているとわかっているクロックを有するならば、信号が受信される時刻は衛星ビークルからの受信機の距離、すなわちレンジを示す。三つ以上の衛星ビークルからのレンジ測定値を得ることによって、受信機の位置が計算できる。実際には、たいていのナビゲーション装置はそのようなクロックはもたず、よって時間オフセットが、信号が受信される時刻に関係する追加的な測定を使って計算されるべきパラメータの一つとなる。同期していない受信機クロックを使って計算されるレンジ測定値は擬似レンジ〔擬似距離〕と称される。典型的には、受信機の三次元的な位置を受信機クロック時間オフセットとともに計算するために、四つ以上の衛星ビークルからの擬似レンジ測定値が使われる。

測定値は衛星から受信される各信号の搬送波の位相にも関係しうる。これは、当該装置の位置および速度ならびに時刻を計算するときに使用できる追加的な情報を提供する。

装置１０の動きにより、受信機によって受信される信号にドップラー効果が生じる。すなわち、受信信号の周波数が、RFフロントエンド回路２２内の局部発振器の周波数と比較されることができる。受信信号の見かけの周波数は、衛星に向かうまたは衛星から遠ざかる当該装置の動きの速さの成分に依存する量だけ偏位する。見かけの周波数は、衛星の時間枠に対する局部発振器の周波数の誤差にも依存する。局部発振器の周波数誤差のドップラー測定に対する効果は、レンジ測定に対する受信機の時間オフセットの効果と類似である。しかしながら、ドップラー測定は「擬似ドップラー」ではなくやはり「ドップラー」と称されるのが通例である。ドップラー測定は、装置１０の動きの速度を計算するために使用できる。典型的には、四つ以上の衛星ビークルからのドップラー測定が、受信機クロック周波数オフセットとともに受信機の三次元的な速度を計算するために使われる。装置１０の位置を決定するために反復されるドップラー測定を使うことも可能である。たとえば、ある時刻におけるドップラー測定が装置１０の速度を計算するために使われる場合、これは次のドップラー測定が行なわれるまでの期間内の当該装置の動きを推定するために使われることができ、このプロセスの逐次的な反復が当該装置がたどる経路の推定を得るために使用できる。

図２は、電子装置１０が使用されうる状況を示している。

具体的には、図２の（ａ）は、建物５２、５４を含む都市環境における速さSで動いている乗り物５０の側面図であり、図２の（ｂ）は上から見た図である。乗り物５０は図１に示した型の電子装置１０を含むものと想定される。のちにより詳細に述べるいくつかの目的のために、電子装置１０が乗り物５０に固定されていて、乗り物に対するその配向が一般に乗り物が動く際同じままであると想定することが有用である。図２は、二つの衛星ビークル６０、６２からの信号を受信する位置にあるユーザー５０を示している。当該装置の位置および速度ならびに受信機クロック時刻および周波数オフセットの正確な推定を得ることができるためには、通例、少なくとも四つの衛星ビークルからの信号を受信することが必要であることが認識されるであろう。だが、図２では、明確のため、二つの衛星ビークルしか示していない。本発明の動作を例解するにはこれで十分である。

図２は、第一の衛星ビークル６０から乗り物５０によって受信される見通し信号７０を示しており、建物５２から反射した後に第一の衛星ビークル６０から乗り物５０によって受信される信号７２も示している。図２は、第二の衛星ビークル６２から乗り物５０によって受信される見通し信号７４をも示しており、建物５４から反射した後に第二の衛星ビークル６２から乗り物５０によって受信される信号７６も示している。

上述したように、乗り物５０は、建物５２と第一の衛星ビークル６２との間の直線上である方向に、速さSで、第一の衛星ビークル６２に向かって動いている。

乗り物５０の動きは、GNSSチップセット１２によって受信される信号に対してドップラー効果を引き起こし、その効果を使ってドップラー測定値を生成することができる。ドップラー測定値は、一般的な用語では、衛星ビークルからのユーザーの擬似距離の変化レートを意味するものと解釈される。この議論は、衛星ビークルの動きによって引き起こされるドップラー効果は除去済みであることを想定している。しかしながら、各ドップラー測定値にはいまだ、GNSSチップセットのRFフロントエンド回路内の発振器によって生成される信号の周波数のオフセットによって引き起こされる誤差がある。

図３は、特殊な場合におけるドップラー測定に対するマルチパスの効果を示している。具体的には、図３は、図２に示した状況において第一の衛星ビークル６０から乗り物５０によって取得されることのできるドップラー測定における誤差を示している。

上記のように、図２は、乗り物５０が衛星ビークル６０と反射体５２との間に延在する直線に沿って速さSで動いている状況を示している。（この状況では、Sの正の値は衛星ビークル６０に向かう動きを表わし、Sの負の値は衛星ビークル６０から遠ざかって信号を反射する建物５２に向かう動きを表わす。）ドップラー測定は、相続く測定の間に信号が伝搬する距離の変化に関係する。

したがって、乗り物５０が衛星ビークル６０に向かって、すなわち図２の右に動いているとき、乗り物５０と第一の衛星ビークル６０との間の真の距離は短縮しつつある。しかしながら、反射される信号７２が伝搬する距離は増大しつつある。それは通常なら、乗り物５０が衛星ビークル６０から遠ざかっていることを示すはずのものである。より具体的には、乗り物５０が衛星ビークル６０に向かって速度Sで動いているとき、ドップラー測定は、乗り物５０が速さSで衛星ビークル６０から遠ざかりつつあることを示す。よって、ドップラー測定から得られる速度の符号に誤りがあり、ドップラー測定から得られる速度の絶対値に2Sの誤差がある。

図３は、−1から＋1の範囲の（好適な単位で表わした）速さについて、この状況を図的に示している。任意の所与の速さについて、ドップラー測定から得られた速度の誤差は、逆符号であり、速度の二倍の大きさをもつ。

図３は、乗り物５０が衛星ビークル６０と反射体５２との間に延在する直線に沿って動いている上記の特殊な場合に当てはまる。より一般的な場合には、反射体の位置は既知ではない。

図４は、より一般的な状況におけるドップラー測定から得られうる速度の誤差を示している。

図４は、電子装置１０が、乗り物５０の速度を推定するために使用できる少なくとも一つの追加的なセンサー１６を含むと想定している。追加的なセンサーは加速度計を含んでいてもよく、さらにジャイロスコープおよび／または磁気計を含んでいてもよい。こうして、乗り物５０の速度が推定されることができる。

このように、図４は、乗り物が速さSで動いていることはわかっているが、乗り物の動きの方向は既知であるとは想定されない状況を示している。具体的には、衛星ビークルの位置に対する乗り物の動きの方向について、あるいは衛星ビークルと当該乗り物の間の見通し線に対する反射体の位置について何の仮定もしない。（例解の目的のため、これは、乗り物が第二の衛星ビークル６２からの反射信号７６を受信している図２の（ｂ）の状況に対応する。）これは、反射体が三次元的であるおよび／または曲がった表面をもつ場合にも当てはまる。

図４では、横軸は、反射された信号が受信されつつある衛星ビークル（satellite vehicle）に向かう方向の乗り物の速度の成分を表わす。よって、乗り物が衛星ビークルに向かって速さSで動いている場合、これは＋Sの速度を表わし、乗り物が衛星ビークルから速さSでまっすぐ遠ざかっている場合には、これは−Sの速度を表わす。他の方向への動きは中間的な速度を表わす。たとえば、乗り物が衛星ビークルの方向と垂直な方向に速さSで動いている場合には、衛星ビークルに向かう方向の速度は0となる。

図４では、縦軸は反射によって引き起こされるドップラー測定の誤差を表わす。ドップラー測定は、衛星ビークルに対する乗り物の位置の変化を示すものと想定される。しかしながら、追跡されているのが反射された信号である場合には、ドップラー測定は実際には反射体に対する乗り物の位置の変化を示すことになってしまう。よって、乗り物の動きは反射体に対する乗り物の位置の変化を引き起こし、これは衛星ビークルに対する乗り物の位置の変化とは異なるという事実によって、誤差が生じる。

図４は、乗り物の種々の進行方向についておよび反射体の種々の位置について、可能な誤差の範囲を示している。たとえば、線８０は、図３に示した特殊な場合に対応し、乗り物は衛星ビークルと反射体の間にまさに位置されており、よってドップラー測定から得られた速度の符号に誤りがあり、ドップラー測定から得られた速度の絶対値に誤りがある。誤差の大きさは、衛星ビークルに向かう方向の速度の成分の二倍に等しい。

もう一つの例として、線８２は、乗り物が反射体に向かってまっすぐ動いており、よって乗り物の速さが衛星ビークルに向かう方向に（0からSまでの範囲の）成分をもち、よってドップラー測定が乗り物の速度を過大評価する場合の範囲に対応する。

さらなる例として、線８４は、反射体の種々の位置について、乗り物が衛星ビークルに向かってまっすぐ動いている（よってその方向に速さSをもつ）場合に対応する。よって、乗り物の真後ろ（衛星ビークルから見て）の反射体は、ドップラー測定に−2Sの誤差を引き起こす。一方、衛星ビークルと乗り物との間の見通し経路にすぐ隣接する反射体がドップラー測定に引き起こす誤差は非常に小さい。

本稿に記載される方法の目的のためには、乗り物の速さが0であるときは、反射体の存在はドップラー測定に誤差を生じさせないことを認識しておくことが重要である。（これは、衛星の動きから帰結する衛星‐反射体‐受信機の幾何配位の変化による小さな効果は無視している。）また、乗り物の動きの方向に関わりなく、また反射体の形状および位置に関わりなく、ドップラー測定の誤差は図４の灰色の平行四辺形内にあることを認識しておくことも重要である。

本発明のある実施形態では、電子装置１０はほぼ固定した配位で乗り物５０に取り付けられていることが想定される。また、横向きの動きは不可能であるとして、乗り物の動きの方向がほぼ、実質的に前向きまたは実質的に後ろ向きのいずれかであることも想定されてもよい。

このように、上記少なくとも一つの追加的センサー１６は、乗り物５０の動きの方向を推定するために使用されることができ、よって向きセンサーのはたらきをする。追加的なセンサーは加速度計を含んでいてもよく、さらにジャイロスコープおよび／または磁気計を含んでいてもよい。したがって、追加的なセンサーは、乗り物５０の速さの推定値を提供するために使われてもよい。

図５は、乗り物の速さを推定するために反射された信号から導出されるドップラー測定を使うことの効果を示している。ここで、ドップラー測定に影響する他のすべての誤差は0であると想定しており、受信機クロックの周波数オフセットは0であると想定している。図５では、横軸は衛星ビークルに対する乗り物の動きの方向を表わし、0°がまっすぐ衛星ビークルに向かう方向を表わし、180°が衛星ビークルからまっすぐ遠ざかる方向を表わす。効果は見通し線に対して対称的であり、よって図５は0°から180°までの間の方向についての効果のみを示している。180°から360°までの間の方向が生じる効果は同じである。図５では、縦軸は、反射体の位置に依存して、ドップラー測定に基づいて推定されることのできるユーザー速さを表わす。図５は、非常に低い高度にある衛星ビークルの場合を考えることによって、また乗り物の鉛直方向の速さが0であると想定することによって、やや単純化した解析を呈示している。

図５では、線１３０によって示されるように、ユーザーの速さは1単位であると取られる。この状況では、灰色の領域１３２は、反射体の位置に依存して、乗り物の動きの所与の方向についての単一のドップラー測定から導出されることができる速さの範囲を示す。

このように、先述したように、乗り物がまっすぐ衛星ビークルに向かって動いており（すなわち、横軸の0°の位置にある）、かつ乗り物の真後ろ（衛星ビークルから見て）に反射体がある場合、ドップラー測定は、−1単位の推定された速さを与える。一方、衛星ビークルと乗り物の間の見通し経路にすぐ隣接する反射体はドップラー測定に非常に小さな誤差しか生じさせない。他の位置における反射体は−1ないし＋1単位の範囲の推定速さを与える。

乗り物の動きの他の方向については（すなわち、横軸上の他の位置においては）、反射信号の使用は推定される速さに一層大きな誤差を引き起こしうる。特に、乗り物が衛星ビークルへの見通し経路に対して90°の方向に進むときは、反射信号から得られる単一のドップラー測定値の使用は、ある種の反射体位置については、無限大に近づく推定される速さを生じることがある。

しかしながら、たいていの場合、速さの推定は負になるか、その絶対値が過小評価されることを注意しておく。よって、反射信号がユーザーの速さを推定するために使われ、その推定値が今度は動いているユーザーの位置を推定するために使われたとしても、これはユーザーが「押し戻される」ように見える、すなわち、実際よりも短い距離を進んだように見える効果をもつ。これは、速さの推定される絶対値が真の値より小さいため、あるいは動きの方向が反転しているためである。

特に、多くの反射体位置について、反射信号から得られるドップラー測定を使って推定される速さが負になる（すなわち、乗り物の実際の動きの方向と反対方向になる）ことを注意しておく。よって、乗り物の動きの実際の方向が、たとえば乗り物上に設けられる別個の向きセンサーからわかれば、そのようなドップラー測定を使って推定される速さが既知の動きの方向と整合しないことは容易に認識される。よって、図５から、ドップラー測定がおそらく反射信号から得られたものであることが判別できる。

別個の速さセンサーも乗り物に設けられていれば、単一のドップラー測定を使って推定される速さが該追加的なセンサーから推定される速さと整合しないことが認識できる他の状況（反射体位置のより幅広い範囲に対応する）を同定することが可能である。そのような状況では、図５から、ドップラー測定はおそらく反射信号から得られたものであることが判別できる。

図６は、本発明のある実施形態に基づく方法を示すフローチャートである。図６に示されるプロセスは、測定エンジンと測位エンジンとの間で分割されることもでき、あるいは単一の装置において実行されることもでき、あるいは異なる装置間で異なる仕方で分割されることもできる。たとえば、図６に示されるプロセスは主に測位エンジンにおいて実行されることができ、測定エンジンは単に測位エンジンの制御のもとで必要な測定値を測位エンジンに提供するのでもよい。

プロセスは、乗り物が動いているか静止しているかが判定されるステップ１４０で始まる。この判定は、GNSS測定および／またはジャイロスコープ、加速度計または磁気計のような追加的なセンサーから受領される信号に基づくことができる。

乗り物が動いていると判定される場合、GNSS測定およびジャイロスコープ信号は、乗り物向きの推定値を提供するために逐次的な推定プロセスにおいて組み合わされる。センサーが加速度計を含む場合、該加速度計から受領される信号もその推定プロセスにおいて使用できる。測定値は、さまざまな機能もしくは較正パラメータを更新するステップ１４２でも使われる。たとえば、上記センサーは温度センサーを含んでいてもよく、その場合、温度測定値は、ジャイロスコープ「ゼロ・レベル」オフセットの温度依存モデルの係数およびGNSS発振器周波数オフセットの温度依存モデルの係数の推定を改善するために使用されることができる。

より具体的には、ジャイロスコープは温度とともに変化する出力信号を生成してもよく、これがモデル化できる（多数あるうちの）一つの仕方は：
Rt＝(G−A0−A1*T)*S＋e
となる。ここで、
Rtは真の回転レート；
Gはジャイロスコープ出力；
Tは温度；
Sはスケール因子；
eは残差誤差；
A0およびA1は較正係数である。

種々の温度でジャイロスコープ出力値を測定することにより、係数A0およびA1の値を得ることが可能であり、その後の測定の機会の際に真の回転レートについてのより正確な値を得ることができる。

同様に、RFフロントエンド回路内の発振器は温度とともに変化する周波数で出力信号を生成してもよく、これがモデル化できる（多数あるうちの）一つの仕方は：
Ft＝Fa＋B0＋B1*T＋e
となる。ここで、
Ftは真の周波数；
Faは公称周波数；
Tは温度；
eは残差誤差；
B0およびB1は較正係数である。

種々の温度で出力周波数値を受信信号の周波数と比較することにより、係数B0およびB1についての値を得ることが可能であり、その後の測定の機会の際に真の周波数についてのより正確な値を得ることができる。

このように、乗り物が動いている間、GNSSおよびセンサー測定は乗り物に対してジャイロスコープを較正するような仕方で組み合わされる。すなわち、ジャイロスコープのみからのデータが、乗り物の向きを推定するために使用できるよう、パラメータが推定される。より具体的には、システムは、どのジャイロスコープ信号が乗り物の動きに関連しているかを学習する。上記で論じたように、乗り物は自らの軸に対して前方または後方に進み、動きの横方向の成分は比較的小さいのが通例である。最初は、装置１０が乗り物内または乗り物上にどのように取り付けられているかは必ずしも既知ではなく、よってジャイロスコープの出力は最初は乗り物の何らかの特定の方向の動きに関連付けられないが、そのような較正後はこれが可能になる。

ステップ１４０において、乗り物が静止していると判定される場合、プロセスはステップ１４４に進み、この「ゼロ速度」の知識を利用して、ジャイロスコープ・ゼロ・レベル・オフセットおよびGNSS発振器周波数オフセットの「スナップショット」較正が実行される。

このように、真の回転レートが0であるとわかっている時点においてジャイロスコープ出力値を測定することによって、上記で定義した係数A0およびA1についての値を得ることが可能であり、その後の測定の機会の際に真の回転レートについてのより正確な値を得ることができる。

同様に、乗り物が静止しておりよってドップラー誤差がないとわかっている時点において出力周波数値を受信信号の既知の周波数と比較することによって、係数B0およびB1についての値を得ることが可能であり、その後の測定の機会の際に真の周波数についてのより正確な値を得ることができる。

この較正後、プロセスは、乗り物が動き始めたかどうかが判定されるステップ１４６に進む。まだであれば、動きが検出されるまでプロセスはステップ１４４を繰り返し、それからプロセスはステップ１４８に進む。

ステップ１４８では、ジャイロスコープまたは磁気計などの他の向きセンサーからのデータが、乗り物向きの以前の更新およびさまざまな機能もしくは較正パラメータからの推定値とともに、現時点での乗り物向きを予測するために使われる。乗り物速さは加速度計データから推定されてもよい。

さらに、同時にまたは別個に、GNSSおよび（任意的には）温度データが、さまざまな機能もしくは較正パラメータの以前の更新からの推定値とともに、現時点でのGNSS発振器周波数オフセットを予測するために使われる。以前の更新からの推定値は、ステップ１４４において実行された最も最近の静止スナップショット較正からの推定値でもよいが、他の実装も可能である。

このように、現在の更新時において、ユーザー向き、クロック・ドリフトおよび任意的には速さの推定がなされ、これらの推定は、現在のGNSS測定とは独立であるか、あるいはこれに弱く依存するのみである。

プロセスは次いで、最新のGNSS測定値が考慮されるステップ１５０に進む。たとえば、これらの測定値は、処理が測定エンジンと測位エンジンの二つのモジュールの間で分割される場合、測定エンジンから測位エンジンに送られてもよい。

明白であろうが、RFフロントエンドは複数の衛星ビークルから信号を受信することになる。反射がファクターとなる場合、RFフロントエンドは少なくともいくつかの衛星ビークルからは二つ以上の信号を受信することになる。各信号はドップラー測定を生成するために使用できる。

先に論じたように、ドップラー測定は、受信機の発振器の想定される周波数の誤差によって影響を受ける。受信機が静止しているとわかっているときに受信された信号の周波数を調べることによって、局部発振器信号の周波数を較正できる。局部発振器の既知の周波数と受信機が動いているとわかっているときに受信される信号の周波数との間に何らかの差があれば、それはその動きのためであると想定できる。このように、ドップラー測定は、乗り物の鉛直方向速度はあったとしても小さいとして、水平面内で衛星ビークルの方向の乗り物の速さの成分を推定するために使用できる。次いでそれは、ユーザーの向きの方向におけるユーザーの速さの推定値を生成するために、衛星の方向に対するユーザーの向きの方向の知識と組み合わされることができる。ドップラー測定における誤差の影響のため、速さのそのような推定値が特に正確である可能性は低いことは認識されるであろう。速さのそのような推定値の精度は、衛星の方向に対するユーザーの向きの方向に強く依存することも認識されるであろう。しかしながら、この推定は受信機の速さの最終的な推定ではないことを強調しておく。それはむしろ、どの測定値が反射信号から導出された可能性が高いかを決定し、そのような測定値を受信機の位置および速度のその後の最終的な推定から除外できるようにする手段の一部である。

次いでプロセスはステップ１５２に進み、乗り物速さのこれら個々の推定値のそれぞれが、衛星信号が反射されたことと整合するか否かを判定するために調べられる。たとえば、これは単に速さ推定値が負であるかどうかを判定することを含んでいてもよい。すなわち、速さ推定値はステップ１４８で得られた動きの方向と比較される。ステップ１４８で見出された動きの方向が衛星ビークルから遠ざかる成分をもつときにドップラー測定から導出された速さ推定値が衛星ビークルに向かう成分をもつことが見出される場合（またはその逆の場合）、その測定は反射信号から導出された可能性が高いと判定される。

より一般には、乗り物速さの個々の推定値のそれぞれの検査は、その推定値を閾値と比較することに関わってもよい。

こうして、試験は
S＜x
か否かである。ここで、
Sは、衛星の方向に対するユーザーの測定された向きに基づく単一のドップラー測定から得られた乗り物速さの推定値であり、xは閾値である。

上述した一例では、閾値xは0に設定されてもよく、その場合、乗り物速さの個々の推定値は、速さ推定値が負であるときに、衛星信号が反射されたことと整合すると判定される。

もう一つの例では、閾値xは負の定数に設定されてもよく、その場合、乗り物速さの個々の推定値は、速さ推定値がその定数よりも絶対値が大きい負であるときに、衛星信号が反射されたことと整合すると判定される。

さらなる例では、閾値xは負の定数と測定の不確定性を表わす値との和に設定されてもよく、その場合、閾値は測定の期待される精度に基づいて適応される。

さらなる例として、閾値xは、乗り物が衛星への方向と垂直に近い向きをもって動いているとき、乗り物の速さの推定は比較的貧弱な品質である可能性が高いという事実を考慮に入れるよう適応されてもよい。これは、乗り物速さの推定値が衛星信号が反射されたことと整合すると判定される可能性を変更する（高くするまたは低くする）よう閾値を設定するために使用できる。

特定の信号から導出されるドップラー測定値が衛星からの直接経路に沿って受信されたことと整合しないことが見出されるならば（すなわち、反射経路に沿って受信されたこととより整合するならば）、その特定のドップラー測定は、その後のすべての処理から拒否するためにフラグ付けされる。

具体的には、その後のステップ１５４において、乗り物の位置および速度を計算し、可能性としてはまた時刻をも計算する（すなわち、PVT解の成分の計算）とき、前記ドップラー測定値が度外視される。計算ステップは一般に通常のものであり、乗り物の位置および／または速さの推定値に到達するために複数の受信信号から得られる測定値を組み合わせるが、反射されたものである可能性が高いと判定された信号から得られた測定値は度外視する。

さらに、同じ信号から得られる擬似距離測定も度外視されてもよい。さらに、測位エンジンは測定エンジンにその信号の追跡をやめるよう命令してもよく、それにより反射された信号からはそれ以上測定値が導出されなくなる。

このように、反射に焦点を当てた異常値拒否プロセスが実行される。GNSS測定値およびセンサー入力等を使ってPVT解を計算するときに異常測定値を拒否することが知られている。この既知のプロセスは典型的には、一時に受信される測定値の群を考慮し、これらの測定値の小さな割合のみが誤っていると想定する。したがって、誤った測定が、他の測定と整合しないことで認識できると想定している。本稿で記述した異常値拒否プロセスでは、他の源から、特に向きセンサーから得られた情報と整合するかどうかを判定するに当たり、各GNSS測定は他のGNSS測定とは分離して考慮される。測定がこの試験に合格すれば、PVT解の計算において使用される。この計算がさらなる異常値拒否ステップを含んでいてもよいことは認識される。

図６に示したプロセスは次いでステップ１５６に進み、ステップ１４４を参照して述べたのと同じ仕方で、計算されたPVT解を考慮に入れて、パラメータ推定値が更新される。

このように、特にGNSS信号が建物などからの反射の影響を非常に受けやすい環境における乗り物の場合に、ユーザーの位置および／または速度がより高い精度で決定できるようにするプロセスが記述された。

１０ 電子装置
１２ GNSSチップセット
１４ ホスト・プロセッサ
１６ センサー
２２ RFフロントエンド
２４ 測定エンジン
２６ 追跡コントローラ
２８ 測定プロセッサ
３２ 測位エンジン
３４ コントローラ
３６ PVTプロセッサ
１４０ 乗り物は動いているか静止しているか
１４２ パラメータ推定値を更新
１４４ パラメータ推定値を更新
１４６ 乗り物が動き始めたか？
１４８ センサー・データから動きの方向および速さを推定
１５０ GNSS測定から速さを推定
１５２ 反射と整合する測定を拒否
１５４ PVT解を計算
１５６ パラメータ推定値を更新

Claims (15)

1. 測位システムの動作方法であって：
   位置または速度が推定されるべき物体の向きの推定を得る段階と；
   複数の送信機からのそれぞれの信号を追跡する段階と；
   前記追跡される信号のそれぞれからそれぞれのドップラー測定を得る段階と；
   前記追跡される信号のそれぞれについて、前記物体の向きの前記推定および前記それぞれのドップラー測定を使って前記物体の速さを推定し、前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかを判定する段階と；
   前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合しない前記物体の速さについての情報を与える信号を、前記物体の位置または速度を推定するときに度外視する段階とを含む、
   方法。
2. 前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかを判定することを、前記物体の推定された速さが、前記それぞれの信号が反射により前記送信機から得られたものであることを示すかどうかを判定することによって行なうことを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかを判定することを、前記推定された向きの方向における前記物体の推定された速さを、ある閾値速度と比較することによって行なうことを含む、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記閾値速さが0であり、それにより、前記推定された向きの方向における前記物体の推定された速さが負である場合に、前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合しないことが判定される、請求項３記載の方法。
5. 前記閾値速さは、位置または速度が推定されるべき物体の推定された向きと前記送信機からの前記直接経路との間の角度に基づいて適応可能である、請求項３記載の方法。
6. 前記物体の向きの前記推定は、前記物体上に設けられた向きセンサーから受信される信号に基づく、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の方法。
7. 前記向きセンサーからの信号がさらに、前記物体の速さについての情報を含み、当該方法は、前記物体の向きの前記推定および前記それぞれのドップラー測定を使って得られた前記物体の推定された速さが前記信号が前記送信機からの直接経路に沿って受信されたことと整合するかどうかを判定することを、前記物体の向きの前記推定および前記それぞれのドップラー測定を使って得られた前記物体の前記推定された速さを、前記向きセンサーから得られた前記物体の速さについての前記情報と比較することによって行なうことを含む、請求項６記載の方法。
8. 前記物体の向きの前記推定を、前記物体が、静止していると判定されたあとに動き始めたことを判定した直後に得ることを含む、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の方法。
9. 度外視された信号の将来の追跡を防止することを含む、請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法。
10. 度外視されない信号からの測定を、前記物体についての位置／速度／時間の解を更新するために使うことをさらに含む、請求項１ないし９のうちいずれか一項記載の方法。
11. 前記向きセンサーが、前記物体の配向を示すために、前記物体に対して既知の位置関係をもつジャイロスコープを有する、請求項１ないし１０のうちいずれか一項記載の方法。
12. 前記向きセンサーが、前記ジャイロスコープの出力を較正するためにさらに温度センサーを有する、請求項１１記載の方法。
13. 前記物体の運動の方向を示すために、加速度計をさらに有する、請求項１０または１１記載の方法。
14. 前記向きセンサーが、前記物体の運動の方向を示すために、磁気計を有する、請求項１ないし１０のうちいずれか一項記載の方法。
15. 位置または速度が推定されるべき物体の向きの推定を生成するための向きセンサーと；
    複数の送信機からの信号を検出する受信機と；
    請求項１ないし１４のうちいずれか一項記載の方法を実行するプロセッサとを有する、
    測位システム。

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