JP2015072252A - 位置検出装置、位置検出システム及び位置検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測位衛星からの衛星信号を受信し、衛星信号に基づき、測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、3次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて初期位置の周辺の複数位置における測位衛星までの擬似距離を算出し、擬似距離に基づいて複数位置のうちから候補位置を選択し、初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを有する。
【選択図】図1
Description
M. Obst, S. Bauer, P. Reisdorf, G. Wanielik,"Multipath detection with 3D digital maps for robust multi-constellation GNSS/INS vehicle localization in urban areas, "in Intelligent Vehicles Symposium (IV), 2012 IEEE, pp. 184-190 (2012) 。
Rn =ρn +c(δtr −δTn )+In +Tn +εn ・・・式(2)
ここで、ρn は、n番目の測位衛星41までの幾何学的距離、δTn は、衛星時計のGPS時系からの遅れ、Iは、電離層による遅延距離、Tは、対流圏による遅延距離、εは、マルチパス、受信ユニット12のノイズ及びアンテナ15の遅れに起因するエラーである。
(7)最小2乗法の残差:位置検出装置11の現在位置の検出は、加重最小2乗法を用いて、前記式(1)のような擬似距離列の式の解を求めることによって行われるが、その残差をもって尤もらしさの指標とする。具体的には、NLOSであるとして、そのマルチパス遅延距離を擬似距離に含めた場合の残差と、LOSであるとした場合の残差とを比較し、残差の小さい方を選択する。
(8)信号受信強度:測位衛星41からの衛星信号のある時点における信号受信強度、すなわち、受信電力がその時点までの受信電力の平均値より非常に大きい場合には、LOSであるとし、非常に小さい場合にはNLOSであるとする。
(10)NLOSであると仮定するよりも、LOSであると仮定する方が最小2乗法の残差が小さい場合には、構造物が存在しないと判定する。
(11)ある方向の単数又は複数の測位衛星41からのレイについての判定がNLOSであるにも拘わらず、反射パスが見つからない場合には、構造物が存在しないと判定する。
(12)ある方向の単数又は複数の測位衛星41からのレイについての判定がNLOSであるにも拘わらず、それらの受信強度がそれぞれの測位衛星41の平均受信強度と比較して十分に強い場合には、構造物が存在しないと判定する。
(13)前記(10)〜(12)で説明したケースの1つ又は複数が時間的に連続する場合には、構造物が存在しないと判定する。
(14)複数の位置検出装置11によって、前記(10)〜(13)で説明したケースが観測される場合には、構造物が存在しないと判定する。
久保信明、安田明生、鈴木崇史、「衛星測位におけるマルチパス誤差の削減と高精度化への可能性について」、電子情報通信学会、ITS研究会研究報告、2004年7月「信学技報」、1−6頁。
(18)平均化された(経験値による)モデルを仮定し、検波(測距)の誤差を見積もる。
(19)ビル等の構造物の表面の素材(反射率)を考慮した反射波を実際に波形に重ねて、検波(測距)の誤差を見積もる。
M. Braasch, "Performance comparison of multipath mitigating receiver architectures,"in Aerospace Conference, 2001, IEEE Proceedings., vol. 3, 2001, pp.3/1309-3/1315 vol.3 。
ε=(α/30)d (d<30の場合) ・・・式(19)
ε=α (d≧30の場合) ・・・式(20)
ここで、αは、経験的に、6〔m〕であるものとする。
12 受信ユニット
21 測位ユニット
22 位置算出部
23 周辺探索部
25 候補位置選択部
26 出力決定部
31 情報提供サーバ
41 測位衛星
Claims (19)
- 測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、
該受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、3次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを有することを特徴とする位置検出装置。 - 前記複数位置は、前記初期位置の周囲に設定されたメッシュの格子点であり、
前記測位ユニットは、前記メッシュを設定し、該メッシュの格子点を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて評価位置を算出し、該評価位置と前記初期位置との距離が閾値以下である探索点を候補位置として選択する請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記測位ユニットは、選択した候補位置の周囲にメッシュを設定し、前記探索点の設定、前記探索点擬似距離の算出、前記評価位置の算出、及び、前記候補位置の選択を繰り返す請求項2に記載の位置検出装置。
- 前記測位ユニットは、選択した候補位置の数が所定数未満である場合、前記初期位置との距離が最小の候補位置を現在位置に決定し、選択した候補位置の数が前記所定数以上である場合、前記初期位置との距離が閾値以下の候補位置を再度選択し、再度選択した候補位置に対して前記初期位置との距離の逆数で重みを付けた平均値を算出して現在位置を決定する請求項1〜3のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記複数位置は、前記初期位置の周囲にランダムに設定された位置であり、
前記測位ユニットは、前記複数位置を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて候補位置を選択し、該候補位置と前記初期位置との距離に基づく値を尤度とし、前記候補位置の尤度に応じた加重平均を現在位置と決定する請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記測位ユニットは、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度が高い探索点を候補位置として選択する請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記測位ユニットは、前記候補位置を選択する基準に、前記探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度を更に加える請求項2〜5のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記測位ユニットは、前記初期位置を算出する位置算出部と、前記複数位置を探索する周辺探索部と、前記候補位置を選択する候補位置選択部と、前記現在位置を決定する現在位置決定部とを備える請求項1〜7のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記測位衛星からの電波伝播が前記3次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記電波伝播がLOS及びNLOSの2つの場合を仮定して、双方において前記測位衛星までの擬似距離を算出し、LOS又はNLOSのうちの尤もらしい方を選択する請求項1〜8のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記測位衛星からの電波伝播が前記3次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記エッジの存在位置に誤差モデルを仮定し、前記電波伝播がLOSである確率及びNLOSである確率を定義する請求項1〜8のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記測位衛星からの電波伝播が、前記3次元地図情報に含まれる構造物に反射する反射パスであると仮定したときと比較して、直接パスであると仮定したときの方が前記初期位置を算出する際の最小2乗法の残差が小さい場合には、前記構造物が存在しないと判定する請求項1〜8のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記構造物が存在しないとの判定が複数の位置検出装置によって行われた場合、前記判定を3次元地図情報に反映させる請求項11に記載の位置検出装置。
- 前記測位衛星からの受信電力の強度が弱い場合、前記受信ユニットが備えるコリレータが出力する相関波の波形に基づき、前記測位衛星からの電波伝播がLOSであるかNLOSであるかを判定する請求項1〜8のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記相関波の左右対称性が高いときは、前記測位衛星からの電波伝播がLOSであって逆相マルチパスであると判定する請求項13に記載の位置検出装置。
- 前記測位衛星からの受信電力の強度が強い場合、3次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記測位衛星からの電波伝播がLOSであるかNLOSであるかを判定し、LOSであるときは、遅延を考慮して擬似距離を補正する請求項1〜8のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 遅延距離に応じたマルチパス誤差を算出し、該マルチパス誤差によって前記擬似距離を補正する請求項15に記載の位置検出装置。
- 前記3次元地図情報に含まれる構造物の壁面に対する垂線方向の位置エラーの可能性を考慮し、前記壁面の座標を前記垂線方向に変化させ、最小2乗法の残差が小さくなる位置を探索し、該位置が前記壁面の位置であると推定する請求項1〜8のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットを備える位置検出装置と、
該位置検出装置と通信可能に接続されたサーバとを有する位置検出システムであって、
前記サーバは、受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、3次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを備え、決定した現在位置を前記位置検出装置に送信することを特徴とする位置検出システム。 - 測位衛星からの衛星信号を受信し、
該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出し、
該擬似距離に基づいて初期位置を算出し、
3次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記初期位置の周辺の複数位置における前記測位衛星までの擬似距離を算出し、
該擬似距離に基づいて前記複数位置のうちから候補位置を選択し、
前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定することを特徴とする位置検出方法。
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