JP3631799B2 - 航行衛星信号の選択方法及び受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両部分によって部分的に遮蔽された航行衛星信号用車両アンテナの可視領域を車両の走行方向に依存して求めるための方法であって、
アンテナが衛星受信機に接続されており、
前記アンテナの可視領域は、車両部分による当該アンテナの遮蔽によって限定されており、
前記アンテナは、可視領域内へ直接入射する信号も、反射されてきた信号も受信しており、この場合走行方向に依存した可視領域が記憶される形式の方法及び受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置では現在位置の検出に対しては所定の軌道上で地球を周回移動している複数の衛星からの信号が評価される。受信機は、（例えば衛星から受信機へ伝送されたデータによって）その現在位置が受信機にてわかっている衛星までの距離を伝搬時間の測定に基づいて正確に検出することができる。受信機のおかれている位置を数メートルまでの範囲で一義的に正確に検出するためには３つの衛星の位置とこれらの衛星までの距離に関するデータで十分である。受信機が例えばその受信領域が車両部分によって部分的に制限される自動車におかれているならば、位置検出に適して出現した衛星が全て受信されるとは限らない。また他の場合では建物の壁や山からの反射によって衛星信号が受信される可能性もある。これは衛星の位置検出を誤らせる恐れがある。しかしながら受信機はこれらの種々異なる信号を自身で区別することはできない。そのため一部では位置検出が誤って行われる。この種の誤った検出は望まれない。なぜならこの種の誤った検出は装置の信頼性の低下に大きく係っているからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ナビゲーションシステムにおける位置検出の信頼性を高めることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記課題は、受信測定の繰返しによって、どの衛星信号がアンテナによって受信可能であるかを確定し、最適な可視領域を、衛星受信機によって復号化された衛星信号に基づいて経験的に確定し記憶させるようにして解決される。
【０００５】
また上記課題は本発明により、受信装置は第１のメモリ領域を有し、該第１のメモリ領域には受信可能な全ての航行衛星のコードネームと軌道データが記憶されており、第２のメモリ領域が設けられており、該第２のメモリ領域にはアンテナの可視領域に対する値が車両の走行方向に依存して記憶されており、評価回路が設けられており、該評価回路により前記第１及び第２のメモリ領域にファイルされた値からアンテナの現在の可視領域にある航行衛星が検出されるように構成されて解決される。
【０００６】
本発明の上記構成によって得られる利点は、アンテナの可視領域内にある衛星の信号だけが、すなわち衛星からダイレクトにアンテナに入射している信号だけが評価されることである。アンテナの可視領域外にある衛星からの反射されて入射する信号は抑圧される。これにより有利に位置検出の信頼性が高められる。
【０００７】
請求項１及び６に記載の本発明の別の有利な実施例及び改善例は従属請求項に記載される。特に有利には、可視領域の大きさ又は幅の検出の繰返しによって衛星に対する識別領域が最適化される。それにより走行方向と時点に応じてアンテナの可視領域内にある全ての衛星が位置検出のために使用できるようになる。
【０００８】
可視領域の最適化は次のことによって行われる。すなわち再度の測定の際に新たに求められた可視領域が、記憶された先行の可視領域と比較されることによって行われる。それにより複数の試行測定によって最大限の可視領域が走行方向に依存して求められる。
【０００９】
受信可能な衛星はその周回軌道によって決定することができるので、走行方向に応じて所定の時点で特定の衛星のみが受信可能となる。それ故車両の走行方向の検出に対しては有利には車両センサか又は相応のコンパスが用いられる。しかしながら走行方向を衛星信号自体から導出することも可能である（例えば搬送波周波数のドップラーシフトの評価によって）。
【００１０】
地図カードで支援されるナビゲーションシステムに対しては、車両ナビゲーション装置の位置を監視して場合によっては補正するために有利にはＧＰＳ受信機が用いられる。
【００１１】
ＧＰＳ受信機のアンテナの有利な取付け場所は例えば車両のフロントウインドウか又はリアウインドウ内である。またこのアンテナは、トノカバーや計器盤の下に遮蔽して配設することも可能である。これによりアンテナは目につかなくなり、また外傷からも保護される。
【００１２】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１には車両１４におけるアンテナ１０の配置構成が概略的に示されている。図１では車両部分が屋根やトランクで示されている。さらにリアウインドウ１３が示されており、このリアウインドウの後方では例えばトノカバー１７の上にＧＰＳ受信機２２のアンテナ１０が配設されている。このアンテナ１０は前記車両部分１２によって部分的に遮蔽されているため、リアウインドウ又はフロントウインドウ１３を通して制約された可視領域Ｂが生じる。この領域Ｂに続く領域Ａ，Ｃからの信号はアンテナ１０によって受信することはできない。なぜなら車両部分１２によって信号がさえぎられるからである。それにより可視領域ＢにあるＧＰＳ衛星の信号が受信される。この可視領域Ｂにおいては当該の可視領域外にある衛星から送信された信号が入射することもある。しかしながらこのような信号は建物の壁や山等から反射されたものである。このような信号は位置検出を誤らせる恐れがあるのでその受信は望まれていない。
【００１４】
図１にはさらにＧＰＳ受信機２２が示されている。この受信機２２は制御部２０並びに相応のデータ出力部２１を有している。制御部は例えば１つ又は複数のホイールセンサ１５かコンパス１６と接続されている。ホイールセンサ１５又はコンパス１６は車両の走行方向か又は北の方向をＧＰＳ受信機２２に与える。ＧＰＳ受信機２２自体は公知なのでここでの詳細な説明は省く。またホイールセンサ１５の代わりに相応の慣性センサ（ジャイロセンサ）を用いてもよい。走行方向は衛星信号からドップラーシフトの測定又は搬送波フェーズの測定によっても求めることができる。
【００１５】
図２には可視領域Ｂの放射図が示されている。この可視領域Ｂは曲線３０によって区切られている。この曲線３０はリアウインドウ１３の後方でのアンテナ１０の選定された配置構成に対する可視領域Ｂを表わしている。例えばこの図では車両１４が座標系Ｎ，Ｏ，Ｓ，Ｗの中心にあり、Ｄの走行方向に向かって移動していることが示されている。車両の周りには破線で書かれた円が示されている。この円はそれぞれ仰角３０°，６０°，９０°に相応する。さらに当該の座標系には地球を周回している航行衛星１〜７の配置状態が概略的に示されている。これらの航行衛星は３０°〜９０℃の仰角を有している。例えば衛星１及び３はそれぞれ西北西の方向ないし南東の方向で６０°の仰角を有しており、また衛星２及び４は、４０°〜５０°の仰角を有し、さらに衛星５，６，７は３０°以下の仰角を有している。従って可視領域Ｂ内では最大で１〜５の航行衛星が直接受信できる。これに対して衛星６と７は受信不可能か又は間接的にのみ受信可能である。受信可能な衛星１〜５からの受信品質は受信アンテナ１０の相対的な位置に依存する。そのため通常は必ずしもこれらの全てが信号の評価に用いられるわけではない。
【００１６】
図３にはＧＰＳ受信機２２の制御部２０が概略的に示されている。この受信機ではアンテナ１０がデコーダ３１に接続されている。このデコーダ３１は復号化された信号を評価回路３２に転送する。この評価回路３２は第１のメモリ領域３３を有している。この第１のメモリ領域３３には受信可能な衛星のコードネームとその周回軌道が記憶されている。さらに評価回路３２は第２のメモリ領域３４にも接続されている。この第２のメモリ領域３４にはアンテナ１０の、走行方向に依存する可視領域Ｂが記憶されている。
【００１７】
次に図示の実施例に基づいて本発明による方法と、直接入射する信号と反射されて間接的に入射する信号の選択を実施するための当該の受信装置を詳細に説明する。
【００１８】
図２からは車両１４が座標中心点にあって破線の矢印に沿ってＤの走行方向で移動していることが見てとれる。それにより可視領域Ｂでは車両装置が衛星１〜５を直接受信できることがわかる。なぜならこれらの衛星はアンテナ１０に対する可視領域内にあるからである。さらに図からは領域Ａ又はＣ内の衛星６ないし７からの信号も受信され得ることが見ととれる。なぜならそれらの信号は反射によって可視領域Ｂ内に反射され得るからである。しかしながらＧＰＳ受信機２２自体は、衛星１〜７までの各信号が直接入射しているものなのかあるいは間接的に入射しているものなのかを区別することはできない。故に直接入射している衛星信号を検出するためにまず車両１４の走行方向Ｄが算出される。次にこの算出された走行方向Ｄに基づいて評価回路３２により第２のメモリ領域３４から可視領域Ｂに対する相応の値が取り出される。この値は予め、例えば経験的に求められ走行方向に依存して記憶されている。第１のメモリ領域３３にはコードネームと周回軌道が記憶されている。それにより所定の時点において、記憶された衛星のうちのどの衛星がちょうど車両の可視領域Ｂ内にあるのかが求められ得る。評価回路３２は例えば衛星１〜５がちょうど可視領域Ｂ内にあることを検出する。それにより評価回路はそれらの信号を全てか又はその一部を位置検出のために用いることができる。この場合衛星６及び７からの間接的に入射する信号は抑圧される。
【００１９】
車両１４の走行方向Ｄが変化した場合は、それに伴って可視領域Ｂの位置も衛星に相対的に変化する。新たな可視領域においては場合によってその他の衛星も受信され得る。そのため受信した信号からは新たに直接入射する信号を選択しなければならない。
【００２０】
可視領域Ｂは車両１４におけるアンテナ１０の空間的な配置構成によって決定される。この可視領域は垂直角度と水平角度から形成される立体的な領域からなる。車両部分１２との境界領域においては衛星信号は回析や反射によって偏向され得るので、可視領域Ｂの最適化が行われる。基本的にはこの可視領域は各走行方向毎に経験的に求めることができ、相応の値で第２のメモリ領域３４にファイルされ得る。最適化に対しては有利には同じ方向で可及的に反射の少ない領域での走行期間中に複数の衛星の受信測定が行われる。この場合ちょうど可視領域Ｂ内にある衛星の信号が複合化される。同方向での走行の際にはこれらの衛星は所定の時間に対して受信可能である。この場合間接的に入射する信号は出現しないかあるいは受信されてもほんの僅かである。それにより、記憶された先行の測定値との比較によって受信領域Ｂに対する最適な領域が決定される。この領域は場合によっては車両部分１２によって制約された領域よりも小さいことがある。このように最適化された可視領域Ｂは衛星信号のさらなる選択に対して用いられる。
【００２１】
本発明の別の実施例では、受信領域全体が仰角パラメータと走行方向に相対的な角度パラメータでもって部分領域に分割される。これらの各セクタには１つの数値セルが配属される。例えば１つの衛星がその実際の位置と走行方向に従って１つのセクタ内に予期されるけれども実際にはこの衛星の信号が受信されていないような場合には、所属の数値セルは引下げられる（カウントダウン）。しかしながら前記衛星の信号が所期のように受信されている場合には引上げられる（カウントアップ）。個々のセクタの計数状態は、部分領域において実施された計数の数値によって相対的な値に変換される。これにより１つの閾値が決定される（例えば７５％）。この閾値は１つのセクタが可視領域内にあるのかそれとも可視領域外にあるのかに関する情報を提供する。この詳細な内容については以下に一例を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図２によれば衛星６は方向角度（方位角）αが約２９０°で仰角β_６は約１５°である。車両１４は約３１５°の１つの走行角γを有する。すなわち車両に対して相対的に衛星６の方位角はほぼ２８０°−３１５°＝−３５°かないしは０°〜３６０°の間の正の値領域では＋３２５°である。従って車両アンテナ１０に対する衛星６の相対位置は３２５°／１５°である。受信領域Ｂは所定の部分領域に分割されるが前記位置３２５°／１５°はこの部分領域には含まれないので、各部分領域に対する計数値は引下げられる。
【００２３】
これに対して衛星５は座標系８０°／１５°か又は車両に対して相対的に８０°−３１５°＝−２３５°ないし＋１２５°である。すなわち位置は１２５°／１５°である。これらは１つの部分領域にあり、そのため部分領域の問合せの際には計数器はこの部分領域に対して引上げられる。測定の繰返しによって頻度分布が得られる。この場合１つの衛星が１つの部分領域において例えば７５％よりも多く測定される場合は、その信号が直接受信されていたことが前提とされる。その他の場合では大体において反射された信号だけである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、衛星からダイレクトにアンテナに入射している信号だけが評価され装置の信頼性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両におけるアンテナの概略的な配設図である。
【図２】可視領域の放射状特性図である。
【図３】ＧＰＳ受信機のブロック回路図である。
【符号の説明】
１０ アンテナ
１２ 車両部分
１３ リアウインドウ
１４ 車両
１５ ホイールセンサ
１６ コンパス
１７ トノカバー
２０ 制御部
２１ データ出力
２２ ＧＰＳ受信機
３１ デコーダ
３２ 評価回路
３３ 第１のメモリ
３４ 第２のメモリ

Claims (10)

1. 車両部分（１２）によって部分的に遮蔽された航行衛星信号用車両アンテナ（１０）の可視領域（Ｂ）を車両（１４）の走行方向（Ｄ）に依存して求めるための方法であって、
   アンテナ（１０）が衛星受信機（２２）に接続されており、
   前記アンテナ（１０）の可視領域（Ｂ）は、車両部分（１２）による当該アンテナ（１０）の遮蔽によって限定されており、
   前記アンテナ（１０）は、可視領域（Ｂ）内へ直接入射する信号も、反射されてきた信号も受信しており、この場合走行方向に依存した可視領域が記憶されている形式の方法において、
   受信測定の繰返しによって、どの衛星信号がアンテナによって受信可能であるかを確定し、
   最適な可視領域（Ｂ）を、衛星受信機（２２）によって復号化された衛星信号に基づいて経験的に確定し記憶させるようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記可視領域（Ｂ）の大きさ又は幅を走行方向（Ｄ）に対して相対的に繰返し検出し記憶する、請求項１記載の航行衛星信号の選択方法。
3. 前記可視領域(Ｂ)を部分領域に分割し、１つの部分領域にて受信された信号の頻度を計数し、計数された信号頻度の数を直接か又は間接的に受信された衛星信号に対する尺度として評価する、請求項１又は２記載の方法。
4. 車両（１４）の走行方向（Ｄ）を車両センサ（１５）、慣性センサ（ジャイロスコープ）、衛星信号及び／又はコンパス（１６）から検出する、請求項１〜３いずれか１項に記載の方法。
5. 当該の位置検出を車両ナビゲーション装置の位置補正のために使用する、請求項１〜４いずれか１項記載の方法。
6. アンテナ（１０）と、衛星（１〜５）に対して制限された可視領域（Ｂ）を有し、前記アンテナ（１０）は航行衛星からの信号の受信のために例えば車両（１４）のウインドウ（１３）後方に配設されている、請求項１〜５に記載の方法を実施するための受信装置において、
   ａ）受信装置（３）は第１のメモリ領域（３３）を有し、該第１のメモリ領域（３３）には受信可能な全ての航行衛星（１〜５）のコードネームと軌道データが記憶されており、
   ｂ）第２のメモリ領域（３４）が設けられており、該第２のメモリ領域（３４）にはアンテナ（１０）の可視領域（Ｂ）に対する値が車両（１４）の走行方向（Ｄ）に依存して記憶されており、
   ｃ）評価回路（３２）が設けられており、該評価回路（３２）により前記第１及び第２のメモリ領域（３３，３４）にファイルされた値からアンテナ（１０）の現在の可視領域（Ｂ）にある航行衛星（１〜５）が検出されることを特徴とする、装置。
7. 走行方向（Ｄ）の変化が車両（１４）におけるホイールセンサ（１５）とコンパス（１６）及び／又は慣性センサによって検出され得る、請求項６記載の装置。
8. 前記アンテナ（１０）は、車両（１４）のリアウインドウ及び／又はフロントウインドウ（１３）の後方に配設されている、請求項６又は７記載の装置。
9. 前記アンテナ（１０）は、車両（１４）のトノカバー及び／又は計器盤の下方に遮蔽されて配設されている、請求項６〜８いずれか１項記載の装置。
10. 当該受信機（２２）は車両ナビゲーション装置と電気的に接続されている、請求項６〜９いずれか１項記載の装置。

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