JP2019203710A - Ｇｎｓｓ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＮＳＳ受信装置の検出する位置の精度を向上させる．【解決手段】ＧＮＳＳ受信装置は、アンテナ部１１と、判定部４１と、設定部４２と、を備える。アンテナ部１１は、少なくとも１つのアンテナ２１を含み、指向性が異なる第１受信モードと第２受信モードと、の２つの受信モードを実現可能に構成されている。判定部４１は、周囲の環境が、マルチパスが発生する蓋然性が高い環境であるマルチパス環境であるか否かを判定する。設定部４２は、判定部４１によりマルチパス環境であると判定されているときは、アンテナ部１１を相対的に指向性が高仰角である第２受信モードとする。【選択図】図１

Description

本開示は、全地球衛星測位システム（以下、ＧＮＳＳ）の衛星から送信される電波を受信する装置であるＧＮＳＳ受信装置に関する。

車載用のＧＮＳＳ受信装置では、高い位置検出の精度と、アンテナを含む装置全体の小型化と、の両立が求められる。下記特許文献１には、ＧＮＳＳ信号受信後の信号処理により、マルチパスを除去する方法が提案されている。

特許５５０８５１５号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、上記特許文献１の発明には以下の課題が見出された。上記特許文献１の発明では、マルチパス受信前のデータを用いてマルチパス受信後の処理によってマルチパスデータを除去するため、演算処理負荷が高くなりやすい。そのため演算結果の出力が遅延し、リアルタイムな位置データの提供が困難となる恐れがある。また、上記特許文献１の発明では、マルチパス自身が本来の所望する直接波と干渉した場合にはマルチパスの影響は除去できない。

本開示の１つの局面は、ＧＮＳＳ受信装置の検出する位置の精度を向上させることにある。

車両に搭載されて用いられるＧＮＳＳ受信装置（１）であって、アンテナ部（１１）と、判定部（４１）と、設定部（４２）と、を備える。アンテナ部は、少なくとも１つのアンテナ（２１，２１ａ，２１ｂ，５１）を含み、所定の指向性で受信を行う第１受信モードと、指向性が第１受信モードよりも高仰角である第２受信モードと、の２つの受信モードを実現可能に構成されている。判定部は、当該ＧＮＳＳ受信装置の周囲の環境が、マルチパスが発生する蓋然性が高い環境であるマルチパス環境であるか否かを判定するように構成されている。設定部は、判定部によりマルチパス環境であると判定されていないときは、アンテナ部を第１受信モードとする一方、判定部によりマルチパス環境であると判定されているときは、アンテナ部を第２受信モードとするように構成されている。

このような構成によれば、ＧＮＳＳ受信装置の周囲の環境がマルチパス環境である場合には、ＧＮＳＳの衛星から出力された電波を第２受信モードにて受信する。第２受信モードは指向性が相対的に高仰角であるため、第１受信モードと比較して低仰角な反射波の影響を抑制することができる。その結果、マルチパスによる測位精度の低下が抑制され、検出される位置の精度を向上させることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態のＧＮＳＳ受信装置の構成を説明するブロック図である。 アンテナ部の構成を説明するブロック図である。 制御部の構成を説明するブロック図である。 アンテナの仰角及び方位の位相ずれの補正方法を説明する図である。 アンテナの仰角及び方位の位相ずれの補正方法を説明する図である。 アンテナの仰角及び方位の位相ずれの補正方法を説明する図である。 補正パラメータのテーブルの例である。 第１実施形態のモード設定処理のフローチャートである。 アンテナの変形例を説明する図である。 アンテナの変形例を説明する図である。 第２実施形態のＧＮＳＳ受信装置の構成を説明するブロック図である。 第２施形態のモード設定処理のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１に示すＧＮＳＳ受信装置１は、車両に搭載されて用いられる。このＧＮＳＳ受信装置１は、アンテナ部１１と、制御部１２と、を備える。

［１−２．アンテナ部］
アンテナ部１１は、少なくとも１つのアンテナを含み、所定の指向性で受信を行う第１受信モードと、指向性が第１受信モードよりも高仰角である第２受信モードと、の２つの受信モードを実現可能に構成されている。アンテナの指向性が高仰角であれば、上方からアンテナに届く信号の受信感度を向上できる。

図２に示されるように、アンテナ部１１は、２つのパッチアンテナ２１ａ、２１ｂと、ＲＦスイッチ２２と、を備えていてもよい。パッチアンテナ２１ａは相対的に低仰角である指向性を有するアンテナであり、パッチアンテナ２１ｂは相対的に高仰角である指向性を有するアンテナである。ＲＦスイッチ２２は、制御部１２から出力される切替信号を受けて、制御部１２に信号を出力するアンテナを、パッチアンテナ２１ａ及びパッチアンテナ２１ｂのうちのいずれかに切替える。このＲＦスイッチ２２による切り替えによって、アンテナ部１１の動作モードが設定される。パッチアンテナ２１ａが受信信号を出力する動作モードが上述した第１受信モードであり、パッチアンテナ２１ｂが受信信号を出力する動作モードが上述した第２受信モードである。

［１−３．制御部］
図３に示されるように、制御部１２は、ＣＰＵ３１と、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ３２）と、を有するマイクロコンピュータを備える。制御部１２の各機能は、ＣＰＵ３１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ３２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部１２は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

制御部１２は、図１に示すように、判定部４１と、設定部４２と、を備える。また制御部１２は、補正部４３と、測位部４４と、を備えていてもよい。制御部１２に含まれる各部の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又は
アナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

判定部４１は、当該ＧＮＳＳ受信装置１の周囲の環境が、マルチパスが発生する蓋然性が高い環境であるマルチパス環境であるか否かを判定するように構成されている。判定部４１は地図データ３３を参照可能に構成されている。地図データ３３には、マルチパス環境として予め定められた地図上の範囲が記憶されている。以下の説明では、この範囲をマルチパス領域と記載する。マルチパス領域の例としては、マルチパスを発生させる原因となりうる高層ビルの多い地域が挙げられるが、これに限定されない。

判定部４１は、受信したＧＮＳＳ信号に基づいて特定される現在位置と地図データ３３に記憶されるマルチパス領域とを比較する。ＧＮＳＳ受信装置１の現在位置がマルチパス領域に位置する場合に、マルチパス環境であると判定する。当該ＧＮＳＳ受信装置１がマルチパス領域に位置しない場合は、マルチパス環境ではないと判定する。

設定部４２は、判定部４１により周囲の環境がマルチパス環境であると判定されていないときは、アンテナ部１１を第１受信モードとする一方、判定部４１により周囲の環境がマルチパス環境であると判定されているときは、アンテナ部１１を第２受信モードとするように構成されている。

補正部４３は、少なくとも１つのアンテナの仰角及び方位の位相ずれを、当該アンテナ固有の補正パラメータを用いて補正するように構成されている。この補正部４３によるアンテナの仰角及び方位の位相ずれの補正方法を、図４を用いて説明する。

図４Ａに示されるように、ＸＹ平面に配置されたパッチアンテナ２１を想定する。そして、パッチアンテナ２１に対するＧＮＳＳ信号が到来する方向の仰角Θ及び方位角Φを変化させてアンテナ位相中心のずれを算出し、そのずれが小さくなるように補正パラメータを設定する。仰角Θ及は図４Ｂに示されるようにＺ軸に対する傾斜を示す角度であり、方位角Φは図４Ｃに示されるようにＺ軸を中心とした水平方向の方位を示す角度である。

図５は補正パラメータを示すテーブルの例である。このテーブルはメモリ３２に記憶されている。このテーブルは、仰角Θについては０〜９０°の範囲で１°毎に、また方位角Φについては０〜３５９°の範囲で１°毎に補正パラメータを示している。この補正パラメータは、アンテナごとの固有の値であり、個体差が生じ易いので、アンテナごと、又は製造ロットなど変化の小さいグループごとに、実際に測定して求めることが望ましい。この補正パラメータを用いてアンテナ出力値を補正することで、アンテナの仰角及び方位の位相ずれを抑制し、パッチアンテナ２１を基準としたＧＮＳＳ衛星の方向によってアンテナ位相中心がずれてしまうことを抑制する。ＧＮＳＳ受信装置１は、補正部４３を備えることにより、マルチパスの影響の抑制以外のアプローチによってアンテナ精度向上を図ることができる。

測位部４４は、受信したＧＮＳＳ信号に基づいて当該ＧＮＳＳ受信装置１の現在位置、つまり車両の現在位置を特定するように構成されている。この測位部４４の機能は公知の機能である。

［１−４．処理］
次に、制御部１２のＣＰＵ３１が実行するモード設定処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。本処理は、所定の周期で実行される。

まず、Ｓ１では、ＣＰＵ３１は、ＧＮＳＳ衛星からの信号に基づいて当該ＧＮＳＳ受信装置１の現在位置を特定する。
Ｓ２では、ＣＰＵ３１は、当該ＧＮＳＳ受信装置１の周囲の環境がマルチパス環境であるか否かを判定する。つまり、Ｓ１で求めた現在位置がマルチパス領域に位置するか否かを判定する。ＣＰＵ３１は、Ｓ２でマルチパス環境ではないと判定した場合には、Ｓ３へ移行する。一方、ＣＰＵ３１は、Ｓ２でマルチパス環境であると判定した場合には、Ｓ４へ移行する。

Ｓ３では、ＣＰＵ３１は、受信モードを第１受信モードに設定する。その後、本処理が終了する。
Ｓ４では、ＣＰＵ３１は、受信モードを第２受信モードに設定する。その後、本処理が終了する。

［１−５．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）ＧＮＳＳ受信装置１は、周囲の環境がマルチパス環境である場合には、ＧＮＳＳの衛星から出力された電波を第２受信モードにて受信する。第２受信モードは指向性が相対的に高仰角であるため、第１受信モードと比較して低仰角な反射波の影響を抑制することができる。その結果、マルチパスによる測位精度の低下が抑制され、検出される位置の精度を向上させることができる。また、ＧＮＳＳ受信装置１がマルチパス環境にない場合は、第１受信モードとなり、広い仰角の範囲でＧＮＳＳ信号を受信することができる。

（１ｂ）ＧＮＳＳ受信装置１は、補正部４３により、パッチアンテナ２１の仰角及び方位の位相ずれを補正し、アンテナ位相中心のＧＮＳＳ信号の入射角による誤差を抑制する。それにより、アンテナの受信精度向上を図ることができる。

（１ｃ）ＧＮＳＳ受信装置１は、判定部４１が当該ＧＮＳＳ受信装置１の地図上の位置に基づいてマルチパス環境であるか否かを判定するため、精度良く受信モードの切替えを実行することができる。

［１−６．アンテナ部の変形例］
アンテナ部１１は、少なくとも１つのアンテナを含み、第１受信モードと第２受信モードと、の２つの受信モードを実現可能に構成されていれば、上記第１実施形態の構成とは異なる様々な構成を採用することができる。

例えばアンテナ部１１は、複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナを用いてもよい。アレイアンテナであれば指向性を電子的に制御することができるため、本開示のアンテナ部１１の備えるアンテナとして利用することができる。

また、図７に示されるように、アンテナ５１の地板５２の形状を制御可能に構成してもよい。地板５２の寸法や形状が変化することで、アンテナ５１の指向性を制御することができる。

また、ＲＦスイッチを用いたアンテナ切り替えによる指向性制御の具体的な構成は、図２の構成に限定されない。例えば図８に示されるように、ＲＦスイッチ２２は、制御部１２からの切替信号に基づいて、パッチアンテナ２１ａ単独で信号を出力する受信モードと、パッチアンテナ２１ａ及びパッチアンテナ２１ｂの合成信号を出力する受信モードと、のいずれかに切替えるように構成されていてもよい。このとき、パッチアンテナ２１ａとパッチアンテナ２１ｂとの指向性を異ならせておくことで、受信モードによって指向性を異ならせることができる。

また、アンテナ部１１の備えるアンテナの数は特に限定されず、３つ以上のアンテナを
備えていてもよい。また、受信モードの数が３つ以上であってもよい。即ち、アンテナ部全体として実現可能な指向性の種類も２種類に限らず、３種類以上であってもよい。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、地図データ３３を参照してＧＮＳＳ受信装置１の周囲の環境がマルチパス環境であるか否かを判断する構成を例示した。これに対し、第２実施形態では、車両の外部を撮影するカメラの撮像画像に基づいてマルチパス環境であるか否かを判断する点で、第１実施形態と相違する。

図９に示されるように、受信装置１０１は、車両の外部を撮影可能に構成された車載カメラ１１１と通信可能に構成されている。制御部１１２の判定部１１３は、車載カメラ１１１の撮影画像を取得し、車載カメラ１１１の撮影画像に基づいて、車両の周囲の環境がマルチパス環境であるか否かを識別するように構成されている。車載カメラ１１１が撮影部に相当する。

［２−２．処理］
次に、第２実施形態の制御部１１２のＣＰＵ３１が、第１実施形態のモード設定処理（図６）に代えて実行するモード設定処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。

まず、Ｓ１１では、ＣＰＵ３１は、車載カメラ１１１の撮像画像を取得する。
Ｓ１２では、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１にて取得した撮像画像を解析し、ビルが多数存在する地域であるか否かを判定する。具体的な画像解析及び判定の方法は特に限定されない。例えば判定部１１３は、一定期間内に撮影された撮像画像のうち、ビルが写された撮像画像の割合が所定の閾値以上である場合に、ビルが多数存在する地域に当該ＧＮＳＳ受信装置１０１が位置すると判定する。ビルが写された撮像画像であるか否かの判定方法は特に限定されない。例えば、撮像画像の全ての画素のうち、明度、彩度、及び色相のいずれか１つ以上について、予め学習により求められた範囲にある画素の割合が基準範囲にある撮像画像を、ビルが写された撮像画像と判定してもよい。

ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でビルが多数存在する地域でないと判定した場合には、Ｓ１３へ移行する。一方、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でビルが多数存在する地域であると判定した場合には、Ｓ１４へ移行する。
なお、図１０におけるＳ１３、Ｓ１４の処理は、図６におけるＳ３、Ｓ４の処理と同様であるため、説明を割愛する。

［２−３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）、（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２ａ）ＧＮＳＳ受信装置１０１は、判定部４１が車載カメラ１１１の撮像画像に基づいてマルチパス環境であるか否かを判定するため、精度良く受信モードの切替えを実行することができる。

［２−４．マルチパス環境判定方法の変形例］
車両周辺の撮像画像に基づいてマルチパス環境であるか否かを判定する具体的な方法は上記実施形態の方法に限定されない。例えば判定部１１３は、空の見える範囲の広さを撮像画像から求め、その広さに基づいてマルチパス環境であるか否かを判断してもよい。また判定部１１３は、ビル以外の所定の設置物、例えば標識を撮像画像から取得し、その種類、多さ、設置頻度などからマルチパス環境であるか否かを判定してもよい。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（３ａ）上記各実施形態では、ＧＮＳＳ受信装置の周囲の環境がマルチパス環境であるか否かを、地図データ又は車両周辺の撮像画像に基づいて判定する構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、低仰角のＧＮＳＳ信号の割合、又はその割合の変化に基づいて判定してもよいし、車両の走行速度や停止頻度などに基づいて判定してもよい。

（３ｂ）上記実施形態では、補正部４３が図５に示されるテーブルを参照して仰角及び方位の位相ずれを補正する構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、補正データを自身で格納せずに、セルラー通信等により外部サーバーから補正データ受け取ってもよい。

（３ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（３ｄ）上述したＧＮＳＳ受信装置の他、当該ＧＮＳＳ受信装置を構成要素とするシステム、当該ＧＮＳＳ受信装置の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、信号受信方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１，１０１…受信装置、１１…アンテナ部、２１，２１ａ，２１ｂ，５１…アンテナ、４１，１１３…判定部、４２…設定部

Claims (5)

1. 車両に搭載されて用いられるＧＮＳＳ受信装置（１，１０１）であって、
   少なくとも１つのアンテナ（２１，２１ａ，２１ｂ，５１）を含み、所定の指向性で受信を行う第１受信モードと、指向性が前記第１受信モードよりも高仰角である第２受信モードと、の２つの受信モードを実現可能に構成されたアンテナ部（１１）と、
   当該ＧＮＳＳ受信装置の周囲の環境が、マルチパスが発生する蓋然性が高い環境であるマルチパス環境であるか否かを判定するように構成された判定部（４１）と、
   前記判定部により前記マルチパス環境であると判定されていないときは、前記アンテナ部を前記第１受信モードとする一方、前記判定部により前記マルチパス環境であると判定されているときは、前記アンテナ部を前記第２受信モードとするように構成された設定部（４２）と、を備える、ＧＮＳＳ受信装置。
2. 請求項１に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
   前記少なくとも１つのアンテナの仰角及び方位の位相ずれを、当該アンテナ固有の補正パラメータを用いて補正するように構成された補正部（４３）を備える、ＧＮＳＳ受信装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
   前記判定部は、前記マルチパス環境である地図上の範囲として予め定められた範囲に当該ＧＮＳＳ受信装置が位置する場合に、前記マルチパス環境であると判定する、ＧＮＳＳ受信装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
   前記判定部は、前記車両の外部を撮影可能に構成された撮影部の撮影画像を取得し、前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記車両の周囲の環境が前記マルチパス環境であるか否かを識別するように構成されている、ＧＮＳＳ受信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＧＮＳＳ受信装置であって、
   前記アンテナ部は、前記少なくとも１つのアンテナとしてパッチアンテナ（２１，２１ａ，２１ｂ，５１）を備える、ＧＮＳＳ受信装置。

Images