JP3656144B2 - Gps衛星を利用する測位装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、GPS衛星を利用する測位装置に関し、特に、車両上の測位演算に利用する複数の衛星の選択に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、最近の自動車用ナビゲ−ションシステムにおいては、該システムを搭載した自動車の位置を、GPS(Grobal Positioning System)の衛星からの情報を利用して測定することが行なわれている。この種の測位技術は、例えば、特開昭61−137009号公報に開示されている。
【0003】
衛星からはそれの予定軌道を示す情報や、衛星が情報を送出する正確な時刻の情報などが送られている。これらの情報に基づいて、衛星の位置を知ることができ、また電波の伝播遅延時間から、衛星と受信点との距離を知ることができるので、例えば同時に4個の衛星の情報を利用できる時には、各々の衛星の情報から導き出される方程式を連立方程式として解くことにより、受信点の三次元位置(緯度,経度,高度)および受信装置側の時計の誤差を正確に検出することができる。また例えば、高度が既知である場合には、3個の衛星の情報に基づいて、緯度,経度,及び時計の誤差を検出しうる。更に、例えば加速度センサなどを補助的に用いることによって、利用しうる衛星数が2以下の場合でも、測位は可能である。
【0004】
ところが、GPS受信機を市街地等電波環境の悪い地域で使用すると、異常解(位置,速度,方位)が発生することがある。この理由の1つとしてマルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)を用いて測位計算を行なったということが考えられる。特開昭61−137009号公報および特開昭61−167886号公報には、車両上の測位装置において、車両上にジャイロ,速度計および高度計あるいは方位計を備えて、受信できる衛星数が少いとき、それらの測定器の測定デ−タを用いて足らない情報を補完する測位装置が提案されているが、マルチパス等の異常電波を受信した場合の測位エラ−を補償することはできない。
【0005】
本出願人は、特開平7−43446号公報に、GPS受信機が受信した情報の正誤を検証する測位装置を提示した。これにおいては、受信可能なGPS衛星の集合の中の、3以上のGPS衛星(グル−プ)のそれぞれと受信機との距離を、GPS衛星の位置情報と受信機の位置情報から算出しこれを第1距離とし、GPS衛星から受信機までのGPS電波の伝播時間を算出しこれに伝播速度(光速)を乗じた値を算出してこれを第2距離とし、第1距離と第2距離の差が大きいと該グル−プ内に発信情報がエラ−のGPS衛星があるとして、グル−プ内の1つのGPS衛星を、GPS衛星の集合の中の他の1つに置き換えてまた同様な計算とエラ−チェックをして、発信情報がエラ−のGPS衛星を特定し、発信情報が正しいと判定したGPS衛星を、使用可能なGPS衛星として登録し、発信情報がエラ−と判定したGPS衛星は使用不可と登録して、使用可能なGPS衛星のみを利用して測位計算を行なう。これによれば、軌道ずれなど、実位置と発信情報との間にずれを生じたGPS衛星は、測位計算の指標から外されるので、測位計算の誤りが低減する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、GPS衛星の発信情報の正誤検証であるので、市街地等電波環境の悪い地域での、マルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)を受信した場合などの異常解を回避するには不十分と思われる。というのは、GPS衛星からの受信デ−タの中の何れの情報が、電波受信環境(特に地上での局所的なもの)によってエラ−となっているかが分からないからである。また、第1距離および第2距離の演算を、グル−プ内のGPS衛星を1つづつグル−プ外のものと入れ替えて行なうので、比較的に多くの時間がかかる。
【0007】
本発明は、市街地等電波環境の悪い地域での、マルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)による測位エラ−を低減することを第1の目的とし、異常電波受信であるか否かのチェック時間を短くすることを第2の目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
(1)それの軌道情報と時刻の情報を送出する複数のGPS衛星からの情報を受信する受信手段(11,12);
前記GPS衛星が発射する信号の周波数(fo)と前記受信手段が受信した信号の周波数(fR)の差Δf(=fR−fo)を算出する偏差計算手段(16);該差Δfの変化速度ΔΔfを求める変化量計算手段(16);および、
前記変化速度ΔΔfが第1しきい値以下(ΔΔf≦30H z/s)の複数のGPS衛星の、前記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の位置を求め、変化速度ΔΔfが、第1しきい値より小さい第2しきい値以下 ( ΔΔf≦ 15H z/s) の複数のGPS衛星の、前 記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の進行方向方位を求める測位演算手段(16);
を備えるGPS衛星を利用する測位装置。
【0009】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の符号を、参考までに付記した。
【0010】
GPS衛星が発射する信号の周波数(fo)と受信手段(11,12)が受信した信号の周波数(fR)の差Δf(=fR−fo)は、いわゆるドップラーシフトと言われるものであり、GPS衛星に対する受信手段(11,12)の相対移動速度(速度ベクトル)に対応した値となる。
【0011】
受信手段(11,12)がGPS衛星からの直進電波を受信しているときには、このドップラーシフトΔfは、GPS衛星に対する受信手段(11,12)の相対移動速度(速度ベクトル)を表わす。ここでこのドップラーシフトを正常ドップラーシフトと称す。ところが、例えば受信手段(11,12)が高層ビルの反射波を受信しているときには、ドップラーシフトΔfは、GPS衛星に対する高層ビルの相対移動速度(速度ベクトル)および高層ビルに対する受信手段(11,12)の相対移動速度(速度ベクトル)に対応したものとなる。ここでこのドップラーシフトを異常ドップラーシフトと称す。
【0012】
受信手段(11,12)が市街地又はその近辺を走行している車両に搭載されており、受信手段(11,12)がGPS衛星からの直進電波を受信しているときには、ドップラーシフトΔfの変化速度ΔΔfすなわち正常ドップラーシフトの変化速度は、GPS衛星に対する受信手段(11,12)の相対加速度(加速度ベクトル)であり、略車両の、通常の運転状態で生ずる加速度の範囲内である。ところが、受信手段 (11,12)がGPS衛星からの直進電波受信から高層ビルの反射波受信に切換わるときには、正常ドップラーシフトから異常ドップラーシフトへの切換わりになるので、ドップラーシフトΔfの変化速度ΔΔf(の絶対値)がここで急激に高い値となる。
【0013】
本発明の測位装置では、偏差計算手段(16)が、GPS衛星が発射する信号の周波数(fo)と前記受信手段が受信した信号の周波数(fR)の差すなわちドップラーシフトΔf(=fR−fo)を算出し、変化量計算手段(16)が、ドップラーシフトΔfの変化速度ΔΔfを求め、測位演算手段(16)が、前記変化速度ΔΔfが第1しきい値以下(ΔΔf≦30H z/s)の複数のGPS衛星の、前記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の位置を求め、変化速度ΔΔfが、第1しきい値より小さい第2しきい値以下 ( ΔΔf≦ 15H z/s) の複数のGPS衛星の、前記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の進行方向方位を求めるので、受信手段(11,12)の受信がGPS衛星からの直進電波受信から高層ビルの反射波受信に切換わったなどにより変化速度ΔΔfが第1しきい値を超える(ΔΔf>30H z/s)GPS衛星は位置計算の指標から外され、したがって、市街地等電波環境の悪い地域での、マルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)による測位エラ−の可能性が低減する。
【0014】
GPS衛星が発射する電波の受信周波数(fR)は、該電波を受信するときの自動同調処理の過程で得られる。発信周波数(fo)は、公称周波数として知られており、ドップラーシフトΔf(=fR−fo)の算出は容易であって時間がかからない。また、変化速度ΔΔfは、Δfを所定周期(GPS受信機の測位解算出周期Ts)で算出して、今回の算出値Δfから前回(Ts前)の算出値Δf´を減算することにより得られ、これも容易であって時間がかからない。
【0015】
第2しきい値 ( 15 Hz/s) は、衛星からの直進電波受信から、マルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)受信への変化のときほどには大きくないが、代表的には車両の 加,減速あるいは進行方向変化により衛星から受信した情報に基づいた車両(受信機)の速度ベクトル(進行方向方位,速度を示す)の演算値に比較的に大きなエラ−を生ずる可能性がある場合など、進行方向方位および速度演算の信頼性が低いか否かを識別するためのものである。第2しきい値以下 ( ΔΔf≦ 15H z/s) の複数のGPS衛星からの情報に基づいて、受信手段の進行方向方位を求めるので、車両(受信機)の加,減速度が大きいとか、車両の進行方向が急速に変化しているときの進行方向方位演算のエラ−が低減する。このように、衛星が発射する電波の受信環境の良否判定は、ドップラーシフトの変化速度ΔΔfに基づいて行なうが、ドップラーシフトΔfの算出およびその変化速度ΔΔfの算出にはほとんど時間がかからず、測位演算手段が各衛星からの電波受信の良否判定に費す時間は僅少である。
【0016】
【発明の実施の形態】
(2)前記測位演算手段は、第2しきい値以下の複数のGPS衛星の、前記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の速度を求める上記(1)に記載のGPS衛星を利用する測位装置。
【0017】
第2しきい値以下 ( ΔΔf≦ 15H z/s) の複数のGPS衛星からの情報に基づいて、受信手段の速度を求めるので、車両(受信機)の加,減速度が大きいとか、車両の進行方向が急速に変化しているときの速度演算のエラ−が低減する。このように、衛星が発射する電波の受信環境の良否判定は、ドップラーシフトの変化速度ΔΔfに基づいて行なうが、ドップラーシフトΔfの算出およびその変化速度ΔΔfの算出にはほとんど時間がかからず、測位演算手段が各衛星からの電波受信の良否判定に費す時間は僅少である。
【0018】
(3)前記測位演算手段は、複数のGPS衛星のアルマナックデ−タと前記受信手段の位置に基づいて、複数のGPS衛星を選択して登録テ−ブルに書込み、該登録テ−ブルの複数のGPS衛星を選択して前記受信手段を用いてトラッキングし、トラッキングに失敗したGPS衛星、ならびに、前記変化速度ΔΔfが第1しきい値を越えるGPS衛星を前記選択したGPS衛星群から消去し、これにより該GPS衛星群のGPS衛星が設定数未満になると該消去したGPS衛星を除く前記登録テ−ブルのGPS衛星を前記GPS衛星群に加え;前記受信手段は、前記GPS衛星群のGPS衛星からの情報を受信する;上記(1)又は(2)に記載のGPS衛星を利用する測位装置。
【0019】
(4)前記受信手段の高度を検出する高度センサ;を更に備え、前記測位演算手段は、前記変化速度ΔΔfが、第1しきい値以下の複数のGPS衛星の個数が4以上のときは、これらのGPS衛星から前記受信手段が受信した情報に基づいて受信手段の位置を求め、前記変化速度ΔΔfが第1しきい値以下のGPS衛星の個数が3のときは、これらのGPS衛星から前記受信手段が受信した情報ならびに前記高度センサの検出高度に基づいて前記受信手段の位置を求める;上記(1)〜(3)の何れか1つに記載のGPS衛星を利用する測位装置。
【0020】
【実施例】
図1に本発明の一実施例の構成を示す。この装置は、地上を走行する自動車に搭載されており、受信アンテナ10,GPS受信機11,GPS復調器12,表示装置13,圧電振動ジャイロ14,高度センサ15,GPS情報処理ユニット16及び操作ボ−ド17を備えている。GPSの各衛星から送られる1.57542GHzの電波が、受信アンテナ10を介してGPS受信機11で受信され、電波に乗った情報、即ち衛星の軌道を示す関数,時刻等の情報がGPS復調器12で復調され、GPS情報処理ユニット16に入力される。GPS情報処理ユニット16は、基本的には、GPS衛星から送られる情報に基づいて、自車の位置を示す情報(緯度,経度,高度)を生成し、その情報から、走行地の、予め定められている指標(交叉点,よく知られた建物等々)に対する相対位置情報を生成し、自車の位置を示す情報(緯度,経度,高度)および生成した相対位置情報を表示装置13に出力する。受信アンテナ10,GPS受信機11,GPS復調器12及び表示装置13の基本的な構成、ならびにGPS情報処理ユニット16の基本的な動作は、既に市販されている公知の装置の各構成要素と同様である。
【0021】
同時に4個のGPS衛星からの電波を受信できる場合には、その電波に乗った情報のみを計算することによって、自車位置を正確に求めることができる。圧電振動ジャイロ14及び高度センサ15が出力する情報を参照することによって、使用できるGPS衛星の数が3以下の時にも、自車位置を計算することができる。圧電振動ジャイロ14は、車上に固定配置されており、自動車の垂直軸を中心とする回転角速度ωに比例したレベルの信号を出力する。
【0022】
GPS情報処理ユニット16は、コンピュ−タシステムであり、CPU(マイクロプロセッサ)16a,RAM16b,ROM16c,I/Oポ−ト16d,A/D変換器16e,タイマ16f,割込制御回路16g及び時計16hを備えている。圧電振動ジャイロ14及び高度センサ15が出力するアナログ信号は、それぞれA/D変換器16eを介してCPU16aに入力される。GPS復調器12から出力される情報及びGPS復調器12を制御する情報は、I/Oポ−ト16dを介して入力又は出力される。
【0023】
GPS情報処理ユニット16のCPU16aの動作の概略を図2および図3に示す。まず図2を参照すると、電源がオンすると、CPU16aはステップ1に進み、状態レジスタFlag-diを初期化(0の書込みに同義)する。
【0024】
状態レジスタFlag-diは、ドップラーシフト算出済か否かを示すデ−タを書込むものであり、この実施例では、利用可能な衛星として8個まで登録可としており、i=1〜8であり、後述のステップ3で登録される8個の衛星(No.1〜No.8)のそれぞれに状態レジスタFlag-d1〜Flag-d8のそれぞれを対応付けている。以下の説明において、iは、1〜8の全体又は1つを意味し、状態レジスタFlag-diのデ−タ「0」は、後述のステップ3で登録された衛星No.i(ここでiは登録順の番号)からの電波のドップラーシフトを算出していないことを意味し、状態レジスタFlag-diのデ−タ「1」は、登録された衛星No.iからの電波のドップラーシフト算出済を意味する。
【0025】
後に言及する状態レジスタFlag-piは、位置演算可否デ−タを書込むものであり、状態レジスタFlag-piのデ−タ「0」は、登録された衛星No.iが、それに対する自車位置ベクトルの演算に利用しえないことを意味し、状態レジスタFlag-piのデ−タ「1」は、登録された衛星No.iを該演算に利用しうることを意味する。
【0026】
後に言及する状態レジスタFlag-viは、速度演算可否デ−タを書込むものであり、状態レジスタFlag-viのデ−タ「0」は、登録された衛星No.iがそれに対する自車速度ベクトルの演算に利用しえないことを意味し、状態レジスタFlag-viのデ−タ「1」は、登録された衛星No.iを該演算に利用しうることを意味する。
【0027】
状態レジスタFlag-diを初期化するとCPU16aは、表示装置13に、入力を催告する入力画面を表示し、オペレ−タの入力を読込む(ステップ2,3)。なお、以下においてカッコ内には、ステップという語を省略してステップNo.数字のみを記す。オペレ−タはここで、現在位置の緯度,経度を入力し、現在時刻を入力する。これらの入力を読込むとCPU16aは、緯度,経度及び時刻を初期化する。すなわち緯度,経度レジスタに入力があった値を書込み、時計16hを入力があった時刻に合わせる。オペレ−タからの数値入力がない時には、装置の電源が遮断される直前に、RAM16bのブロック内の不揮発メモリ(電池バックアップメモリ)にセ−ブした緯度及び経度を、緯度,経度レジスタに書込む(2)。
【0028】
CPU16aは次に、多数のGPS衛星の中からその時に利用可能なGPS衛星を抽出する。この処理は、内部メモリ16c上に予め用意されたアルマナックデ−タを参照しながら実行する。このアルマナックデ−タには、各々のGPS衛星に関する時刻毎の位置が保持されているので、現在時刻における各GPS衛星の位置を求め、それらの位置と自車位置から、自車から各GPS衛星をみた仰角を算出し、仰角が大きいものから8個のGPS衛星の番号(アルマナックデ−タ上の衛星番号)を抽出し、これらに抽出順に1〜8の番号iを割り当てる(3)。具体的には、登録テ−ブル(メモリの一領域)の第1〜8アドレスに、抽出したGPS衛星の番号(アルマナックデ−タ上の衛星番号)を、抽出順に書込む。
【0029】
次のステップ4では、使用するGPS衛星を選択する(後述のステップ7〜23の処理対象に設定する)。電源オン後初回のステップ4の実行では、ステップ3で抽出した8個のGPS衛星を選択するが、第2回以後のステップ4の実行では、状態レジスタFlag-di,Flag-pi又はFlag-viのデ−タが「1」のGPS衛星を選択し、状態レジスタFlag-di,Flag-piおよびFlag-viのデ−タがすべて「0」のGPS衛星は除外する。この除外により、選択したGPS衛星の数が4以下になるときには、前記8個のGPS衛星の中の、今回除外したGPS衛星を除くものを選択する。
【0030】
そして選択したGPS衛星のそれぞれにつき、ステップ5〜22の処理、すなわちGPS衛星のトラッキング(5〜8,10),ドップラーシフトΔfの算出(9),ドップラーシフトΔfの変化速度ΔΔf(Ts間の変化量)の算出(11〜13),変化速度ΔΔfの異常判定(14,17),GPS衛星情報のセ−ブ(15,16),距離計算(18,19)、および、変化速度ΔΔfによる受信電波の信頼性判定(20〜22)、を実行する。
【0031】
1つのGPS衛星(着目衛星)iに関するこの処理(5〜22)の内容を説明すると、まず、着目衛星iの衛星番号(アルマナックデ−タ上の衛星番号)を、GPS復調器12のコ−ド発生器にセットする(5)。GPS衛星が送信する電波は、その衛星に割り当てられたPNコ−ド(1023ビットで一順するゴ−ルド符号)によってスペクトラム拡散されているので、GPS衛星が送信する情報を復調するためには、受信した信号を送信側と同一のPNコ−ドによってスペクトラム逆拡散する必要がある。各GPS衛星のPNコ−ドは予め分かっており、アルマナックデ−タに登録されているので、デ−タを受信しようとする着目衛星iのPNコ−ドを、アルマナックデ−タの中から取り出して、コ−ド発生器にセットする。また、着目衛星の発信周波数(公称周波数)foをアルマナックデ−タの中から取り出してレジスタにセ−ブする。
【0032】
次のステップ6では、状態レジスタFlag-di,Flag-piおよびFlag-viを、着目衛星iの番号iに対応するものに特定する(i=1〜8の中の、ステップ3で着目衛星が割り当てられたi値で現わされる状態レジスタのみを、以下のステップ10〜22の処理対象レジスタFlag-di,Flag-piおよびFlag-viに定める)。例えば、着目衛星が、ステップ3で第3番目に摘出され、i=3に対応付けられているものであると、ステップ10〜22のFlag-di,Flag-piおよびFlag-viは、Flag-d3,Flag-p3およびFlag-v3と定める。
【0033】
ステップ7では、送信側と受信側のPNコ−ドのトラッキングを実施する。即ち、送信側と受信側のPNコ−ドが同一であっても、それらの位相が一致しなければスペクトラム逆拡散されないので、PNコ−ド間の位相合せを実施する。実際には、送信側のビットレ−ト(1.023Mbps)より少し早いビットレ−ト(1.02 4Mbps)で受信側のPNコ−ドを生成することにより、PNコ−ドが一順する間に送信側と受信側のPNコ−ドの位相が1ビットづつずれ、時間の経過とともに位相差が変化する。
【0034】
そこで、送信側と受信側のPNコ−ドの位相差がなくなった時に、受信側のビットレ−トが送信側と同一になるようにコ−ド発生器のビットレ−トを調整し、PNコ−ドの位相を同期させる。位相の同期がとれると、復調器の出力に信号が現われる。このときの同調周波数(受信周波数)fRをレジスタにセ−ブし、ドップラーシフトΔf=fR−foを算出してレジスタにセ−ブする(9)。結局同期がとれなかったとき(トラッキング不成功のとき)には、ステップ10で、着目衛星に対応する状態レジスタFlag-di,Flag-piおよびFlag-viをクリアして、図3のステップ23の、選択した全衛星のトラッキング以下の処理(5〜22)を完了したかをチェックして(23)、まだ残りがあると、次の衛星のトラッキング(5〜7)に進む。
【0035】
トラッキングに成功し、ドップラーシフトΔf=fR−foを算出したときには、Flag-diのデ−タをチェックして(11)、それが「0」(着目衛星に関して前回のドップラーシフト算出値が無い=変化速度ΔΔfの算出不可)であると、次回は算出可となるので、Flag-diに「1」を書込み、Flag-piおよびF lag-viはクリアして、前回算出値レジスタΔf‘に、今回算出値Δfを書込む(13)。そして、選択した全衛星のトラッキング以下の処理(5〜22)を完了したかをチェックして(23)、まだ残りがあると、次の衛星のトラッキング(5〜7)に進む。ステップ11で、Flag-diのデ−タが「1」(着目衛星に関して前回のドップラーシフト算出値がある=変化速度ΔΔfの算出可)であったときには、変化速度ΔΔf=Δf−Δf‘を算出してレジスタにセ−ブし、前回算出値レジスタΔf‘に、今回算出値Δfを書込む(12)。
【0036】
そして変化速度ΔΔfが第1しきい値30Hz/sを越えているかをチェックする。すなわちΔΔfが異常値であるかをチェックする(14)。この実施例は、異常値か否かの判定の第1しきい値を30Hz/sに設定している。ΔΔf>30Hz/sは、GPS衛星からの直進電波を車両上で受信している場合には、実質上あり得ないと見込まれるドップラーシフト変化速度である。ΔΔf>30Hz/sの場合はしたがって、マルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)受信であるとして、着目衛星を、トラッキング不成功の場合と同様に利用不可と決定する。具体的には、Flag-di,Flag-piおよびFlag-viをクリアして(17)、選択した全衛星のトラッキング以下の処理(5〜22)を完了したかをチェックして(23)、まだ残りがあると、次の衛星のトラッキング(5〜7)に進む。ステップ14のチェックで、ΔΔf≦30Hz/sであったときには、ステップ15を介してステップ16に進み、復調デ−タの入力を開始する。GPS衛星が送信する信号は、50bpsのビットレ−トの二値信号であり、図4に示されるように、300ビットで構成されるサブフレ−ムの繰り返しである。各サブフレ−ムは、それぞれ30ビットで構成されるワ−ド1〜ワ−ド10からなっている。これらのデ−タの中には、フレ−ム同期のためのプリアンブル,送信時刻を示すZカウント,衛星の軌道を示すエフェメリス(Ephemeris),アルマナック等が存在する。まず最初にプリアンブルを検出してフレ−ム同期をとった後、それに続く様々なデ−タをサブフレ−ム内の各々のビット位置に応じたメモリアドレスに記憶する。
【0037】
図3を参照する。次のステップ18では、衛星が信号を送出してからその信号が受信点に到達するまでの、電波の伝播に要する所要時間、即ち伝播遅延時間を測定する。この処理の具体的な内容を、図5に示す。図5の処理を説明する。ステップ41では、まず、Zカウントと呼ばれる時刻デ−タを検出する。Zカウントは、図4に示すように、伝送デ−タの各サブフレ−ムのワ−ド2に含まれているので、それを検出し内容をメモリTZにストアする(42)。また、ビット位置の計数を開始する(43)。Zカウントの内容は、次のサブフレ−ムの先頭が送信される予定の時刻であり、非常に正確である。従って、次のサブフレ−ムの先頭が受信側で検出された時刻とZカウントの時刻との差が、送受信地点間の電波の伝播遅延時間に相当する。但し、次のサブフレ−ムの先頭のタイミングで、遅れを生じることなく、その時刻を正確に検出しなければならない。従って、Zカウントを検出した後、その位置からのビット数を計数してビット位置を常に把握する。そしてステップ44では、次のサブフレ−ムの先頭ビットの立ち上がりが現われるのを待つ。Zカウントを検出した次のサブフレ−ムの先頭ビットの立ち上がりが現われると、ステップ44からステップ45に進み、この時の内部時計16hの時刻情報をメモリTrにストアする。次のステップ46では、メモリTrの内容からメモリTZの内容を減算した結果を、メモリTdにストアする。即ち、Zカウントの時刻と実際の受信時刻との時間差がメモリTdに保持される。内部時計16hの時刻が正確であるとは限らないが、仮に誤差が充分に小さいものとすれば、メモリTdの内容は送受信地点間の電波の伝播遅延時間と一致する。なお、図5に示す処理は、この実施例ではコンピュ−タのソフトウェア処理により実施しているが、この処理の一部分あるいは全部を、専用のハ−ドウェアにより実行するように構成してもよい。再び図3を参照して説明を続ける。ステップ19では、デ−タを受信中のGPS衛星と受信点との間の距離r1を計算により求める。ここでは、前のステップ18で測定された伝播遅延時間、即ちメモリTdの内容に基づいて距離r1を求める。電波の伝播速度は光速と同一で一定であるので、伝播遅延時間に光速を掛けることにより、距離r1が得られる。
【0038】
次のステップ20では、変化速度ΔΔfが第2しきい値15Hz/s以下か否かをチェックする。第2しきい値15Hz/sは、衛星からの直進電波受信から、マルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)受信への変化のときほどには大きくないが、代表的には車両の加,減速あるいは進行方向変化により衛星から受信した情報に基づいた車両(受信機)速度ベクトルの演算値に比較的に大きなエラ−を生ずる可能性がある場合など、速度ベクトル演算の信頼性が低いか否かを識別するためのものである。変化速度ΔΔfが第2しきい値15Hz/sを越えるときには、この着目衛星からの情報に基づいた速度ベクトル演算の信頼性は低いと見込まれるので、レジスタFlag-piには「1」(位置演算には利用可)を書込むが、速度ベクトル演算にこの着目衛星からの情報は参照しないようにするため、レジスタFlag-viはクリアする(22)。変化速度ΔΔfが第2しきい値15H z/s以下のときにはレジスタFlag-piおよびFlag-viに「1」を書込む(21)。
【0039】
次に、ステップ4で選択した衛星のすべてに関して上述のステップ5〜22の処理を実行したかをチェックして(23)、未処理衛星があると、該衛星を着目衛星として上述の処理を行なう。
【0040】
ステップ4で選択した衛星のすべてにつき、上述の処理を完了すると、デ−タが「1」(位置演算に利用可能)のレジスタFlag-piを摘出して、それが4個以上であると「位置ベクトル計算(3D測位)」26を、3個のときには「位置ベクトル計算(2D測位)」27を実行する。2個以下のときには位置ベクトル計算は実行しない(24〜27)。
【0041】
ステップ26の「位置ベクトル計算(3D測位)」及びステップ27の「位置ベクトル計算(2D測位)」の基本的な処理は、良く知られた技術であるので、これらの詳細説明は省略するが、簡単に言えば、「位置ベクトル計算(3D測位)」26では、予め定めた4元連立方程式に、デ−タ「1」を格納したレジスタF lag-pi(4個)に対応する4個の衛星から受信した4組のデ−タをそれぞれパラメ−タとして代入し、この連立方程式を解くことにより、未知数である受信点の緯度,経度,高度,及び受信側の時計の誤差を求める。「位置ベクトル計算(2D測位)」27では、予め定めた3元連立方程式に、3個の衛星から受信した3組のデ−タをそれぞれパラメ−タとして代入し、この連立方程式を解くことにより、未知数である受信点の緯度,経度,及び受信側の時計の誤差を求める。受信点の高度は、この例では高度センサ15が出力する信号から計算により求め、既知デ−タとして上記方程式に代入する。また、これらのいずれかの測位演算を実行することにより、受信側の時計の誤差が得られるので、この誤差情報に基づいて内部時計16hの時刻を校正する。
【0042】
次にステップ28で、デ−タが「1」(速度演算に利用可能)のレジスタFla g-viを摘出して、それが3個以上であると「速度ベクトル計算」29を実行するが、2個以下であるとこれは実行しない。「速度ベクトル計算」29では、3個の衛星からの受信デ−タならびに上述の処理により算出したデ−タに基づいて、車両(受信機)の対地速度および進行方向方位を算出する。
【0043】
次に、ここまでの処理により得られた受信点の緯度,経度,対地速度および進行方向方位(新たに得られなかったデ−タは、それまでに保持しているデ−タとする)、に基づいて、出力デ−タを演算および編集し(30)、表示装置13に出力する(31)。すなわち、受信点の緯度,経度に基づいて、該受信点を含む地域を表わす地域No.をROM16cから検索して、得た地域No.が、表示装置13に表示中の地図の地域No.と同一かをチエックして、異っていると検索して得た地域No.の地図情報をDMA転送でROM16cから表示装置13に転送する。そして表示装置13が表示している地図上に、受信点を表わすマ−クを表示する(受信点表示マ−クを今回得た受信点にシフトする)。そして地図上の、受信点から見た、地図上に書込まれている地上指標までの距離および方位を算出して、受信点の緯度,経度,対地速度,進行方向方位,地上指標までの距離および方位を、表示装置13に追加表示する(すでに表示されているそれらのデ−タを、今回得たものに更新する)。
【0044】
次にステップ4に戻る。ここで、前回のステップ4の実行により選択した衛星の中の、対応するレジスタFlag-di,Flag-piおよびFlag-viのデ−タがいずれも「0」の衛星を摘出して、それらを選択メモリから除外する。そして選択メモリに残った衛星を計数し、計数値が4以下であると、ステップ3で抽出した8個の衛星の中の、今回選択メモリから除外したもの、および選択メモリに残っているもの、を除く衛星を選択メモリに加える。そしてステップ5に進む。
【0045】
なお、GPS受信機がTs=1秒周期で測位解を算出する場合(毎秒測位の場合)、CPU16aは、衛星のそれぞれにつきステップ4〜31の処理をTs=1秒周期で実行する。従って変化速度ΔΔfを算出する周期もTs=1秒周期であり、ΔΔfはTs=1秒の間のドップラーシフトΔfの変化量である。
【0046】
以上に説明した実施例によれば、衛星からの電波のドップラーシフトΔfの変化速度ΔΔfが第1しきい値30Hz/sを越えるときには、トラッキング失敗のときと同様に、該衛星に対応するレジスタFlag-di,Flag-piおよびFlag-viに「0」を書込んで(17)、該衛星を位置演算(26,27)および速度演算(29)には参照しないようにしているので、衛星からの直進電波受信から、マルチパス等の異常電波(例えば高層ビルの反射波)受信に変化したなど、受信異常が想定される場合の、位置演算および速度演算のエラ−が低減する。また、変化速度ΔΔfが第2しきい値15Hz/sを越えるときには、Flag-piには「1」を書込むがFlag-viには「0」を書込んで(22)、該衛星を位置演算(26,27)には参照するが、速度演算(29)には参照しないようにしているので、車両(受信機)の加,減速度が大きいとか、車両の進行方向が急速に変化しているときの速度演算のエラ−が低減する。このように、衛星が発射する電波の受信環境の良否判定は、ドップラーシフトの変化速度ΔΔfに基づいて行なうが、ドップラーシフトΔfの算出(9)およびその変化速度ΔΔfの算出にはほとんど時間がかからず、CPU16aが該良否判定に費す時間は僅少である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1のCPU16aの動作の一部を示すフロ−チャ−トである。
【図3】 図1のCPU16aの動作の残部を示すフロ−チャ−トである。
【図4】 衛星の送信デ−タの構成を示すタイムチャ−トである。
【図5】 図3のステップ18の内容を示すフロ−チャ−トである。
【符号の説明】
10:受信アンテナ 11:GPS受信機
12:GPS復調器 13:表示装置
14:圧電振動ジャイロ 15:高度センサ
16:GPS情報処理ユニット
17:操作ボ−ド 16a:CPU
16b:RAM 16c:ROM
16d:I/Oポ−ト 16e:A/D変換器
16f:タイマ 16g:割込制御回路
16h:時計
Claims (4)
- それの軌道情報と時刻の情報を送出する複数のGPS衛星からの情報を受信する受信手段;
前記GPS衛星が発射する信号の周波数と前記受信手段が受信した信号の周波数の差Δfを算出する偏差計算手段;
該差Δfの変化速度ΔΔfを求める変化量計算手段;および、
前記変化速度ΔΔfが第1しきい値以下の複数のGPS衛星の、前記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の位置を求め、変化速度ΔΔfが、第1しきい値より小さい第2しきい値以下の複数のGPS衛星の、前記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の進行方向方位を求める測位演算手段;
を備えるGPS衛星を利用する測位装置。 - 前記測位演算手段は、第2しきい値以下の複数のGPS衛星の、前記受信手段が受信した情報に基づいて、前記受信手段の速度を求める請求項1に記載のGPS衛星を利用する測位装置。
- 前記測位演算手段は、複数のGPS衛星のアルマナックデ−タと前記受信手段の位置に基づいて、複数のGPS衛星を選択して登録テ−ブルに書込み、該登録テ−ブルの複数のGPS衛星を選択して前記受信手段を用いてトラッキングし、トラッキングに失敗したGPS衛星、ならびに、前記変化速度ΔΔfが第1しきい値を越えるGPS衛星を前記選択したGPS衛星群から消去し、これにより該GPS衛星群のGPS衛星が設定数未満になると該消去したGPS衛星を除く前記登録テ−ブルのGPS衛星を前記GPS衛星群に加え;前記受信手段は、前記GPS衛星群のGPS衛星からの情報を受信する;請求項1又は2に記載のGPS衛星を利用する測位装置。
- 前記受信手段の高度を検出する高度センサ;を更に備え、前記測位演算手段は、前記変化速度ΔΔfが、第1しきい値以下の複数のGPS衛星の個数が4以上のときは、これらのGPS衛星から前記受信手段が受信した情報に基づいて受信手段の位置を求め、前記変化速度ΔΔfが第1しきい値以下のGPS衛星の個数が3のときは、これらのGPS衛星から前記受信手段が受信した情報ならびに前記高度センサの検出高度に基づいて前記受信手段の位置を求める;請求項1乃至3の何れか1つに記載のGPS衛星を利用する測位装置。
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