JP3705187B2 - ナビゲーション装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体に搭載され、当該移動体の位置や移動方位、移動速度等を算出するナビゲーション装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、車両に搭載され、自車の現在位置や移動方位、移動速度等を算出し、自車の現在位置、移動経路等を運転席に設置されたディスプレイに地図と共に表示して、運転者を目的地まで案内するナビゲーション装置が開発されている。
【0003】
一般的に、ナビゲーション装置には、自車に搭載された速度センサや方位センサ等を用いて自車の移動方位や移動速度を検出すると共に、これら移動方位及び移動速度から自車の移動距離を算出し、これら検出値や算出値と、ナビゲーション装置に予め記憶された地図データとに基づいて、自車の現在位置を把握する、所謂、自律航法が広く用いられてきた。しかし、自律航法は、前回算出した自車の現在位置を起点として次の現在位置の算出を行うため、センサ自体の特性や自車に働く外乱等により、センサを用いて検出した移動方位や移動速度と、実際の自車の移動方位や移動速度との間に誤差が生じていると、ナビゲーション装置が算出する自車の現在位置と実際の自車の現在位置との間の誤差が蓄積されてしまういう問題があった。
【0004】
そのため、地球の所定軌道上に配置されたGPS(Global Positioning System)衛星から送信される電波(以下、「GPS電波」という。)を利用した測量が一般化されるに伴い、GPS衛星を利用して自車の現在位置、移動方位、移動速度を算出する、所謂、GPS航法がナビゲーション装置に用いられるようになった。
【0005】
GPS航法を用いたナビゲーション装置は、全てのGPS衛星の軌道データを記憶しており、常に全てのGPS衛星の座標を把握できるようにされている。このため、複数のGPS衛星から受信したGPS電波のうちから3つ又は4つのGPS電波を選択し、選択したGPS電波に重畳されている信号(以下、「GPS信号」という。)を用いて、夫々の送信元のGPS衛星から自車までの距離(疑似距離)を算出し、三角測量を行うことにより自車の座標を算出できるようにされている。そして、GPS航法を用いたナビゲーション装置は、算出した座標データに基づいて、自車の現在位置や移動方位、移動速度の算出を行う。但し、自車の移動速度や移動方位の算出は、座標データに基づいて算出を行う方法の他、受信したGPS電波に発生するドップラー効果による周波数偏移を測定し、これに基づいて自車の移動速度、移動方位の算出を行う方法も用いられている。
【0006】
GPS航法は、自律航法のように前回の自車の現在位置を基準とすることがなく、自車の座標を随時測量するため、誤差の蓄積がないという長所がある。
しかし、GPS航法を用いたナビゲーション装置は、トンネル内のように外部からの電波が遮断されてしまう場所では、GPS電波を受信できないため、山岳地帯のようにトンネルが長く続く道路において自車の現在位置や移動方位、移動速度を把握できないという問題があった。
【0007】
そのため、近年では、自律航法とGPS航法とを併用した、所謂、ハイブリッド方式ナビゲーション装置が開発されている。ハイブリッド方式ナビゲーション装置は、GPS電波が受信可能な場所では、GPS航法により算出した自車の現在位置や移動方位、移動速度(以下、「GPSデータ」という。)に基づいて、自律航法により検出又は算出した自車の現在位置や移動方位、移動速度(以下、「自律航法データ」という。)を補正する一方、GPS電波が受信不能な場所では、自律航法のみを用いて自車の現在位置や移動方位、移動速度の算出を行うようにされている。
【0008】
このため、誤差の蓄積がない上、GPS電波を受信できなくとも、自車の現在位置や移動方位、移動速度を算出できるようになった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図3に示すように、高い建物等が立ち並ぶ街中では、GPS衛星から送信されたGPS電波は、ナビゲーション装置の受信アンテナに直接到達するのではなく、自車周辺に存在する建物等に反射したのち受信アンテナに到達する、所謂、マルチパス伝搬を生じることがある。この場合、上記ハイブリッド方式のナビゲーション装置では、自律航法データがマルチパス伝搬の影響を受けたGPSデータに基づいて補正されてしまうため、大きな誤差を有した情報を運転者に提供してしまうという問題があった。
【0010】
つまり、マルチパス伝搬が生じた時に、GPS衛星から受信される電波は、マルチパス伝搬が生じていない通常時よりも伝搬距離が長くなるため、マルチパス伝搬を生じたGPS電波を用いて算出したGPSデータには大きな誤差が生じてしまうのである。特に、受信したGPS電波に発生している周波数偏移を測定して自車の移動速度や移動方位を算出している場合には、例えば、自車の後方から送信されてきたGPS電波がマルチパス伝搬により自車の前方から受信されると、受信されたGPS電波には本来とは逆の周波数偏移が発生するため、自車の移動速度及び移動方位にも誤差が生じてしまうことがあった。
【0011】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、マルチパス伝搬した人工衛星の電波を受信しても、大きな誤差を発生することのないナビゲーション装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項1記載のナビゲーション装置では、方位検出手段が移動体の移動方位を検出し、速度検出手段が移動体の移動速度を検出する。そして、これら方位検出手段及び速度検出手段からの入力に基づいて、位置算出手段が移動体の位置を算出する。又、衛星電波受信手段が、複数の人工衛星から送信される電波を受信し、測位データ算出手段が、衛星電波受信手段により受信された電波に重畳されている信号に基づいて、移動体の測位データを算出する。そして、補正手段が、測位データ算出手段が算出する測位データに基づいて、方位検出手段が検出した移動体の移動方位、速度検出手段が検出した移動体の移動速度、位置算出手段が算出した移動体の位置のうち少なくともいずれか1つの補正を行う。
【0013】
但し、方位検出手段が検出した移動体の移動方位、及び速度検出手段が検出した移動体の移動速度、位置算出手段が算出した移動体の位置のうち少なくともいずれか1つと、測位データ算出手段が算出した測位データとに基づいて、マルチパス伝搬判定手段が、衛星電波受信手段により受信された電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定すると、補正禁止手段が、補正手段による補正を禁止する。
又、組み合わせ特定手段が、衛星電波受信手段により受信された電波に重畳される信号に基づいて、測位データの算出に使用される電波の送信元となった人工衛星の組み合わせを特定し、組み合わせ特定手段により特定された組み合わせが、測位データ算出手段における前回の算出時と異なる組み合わせである場合には、判定禁止手段が、マルチパス伝搬判定手段による判定を禁止する。
【0014】
従って、本発明のナビゲーション装置によれば、人工衛星から受信した電波がマルチパス伝搬してきた電波であるとマルチパス伝搬判定手段が判定すると、方位検出手段が検出した移動体の移動方位や、速度検出手段が検出した移動体の移動速度、位置算出手段が算出した移動体の位置の補正は実行されないため、マルチパス伝搬した人工衛星の電波を受信しても、大きな誤差を発生することがない。
又、マルチパス伝搬判定手段が、測位データ算出に用いる人工衛星の組み合わせが変わることで発生する測位データのズレに基づいて、人工衛星から受信した電波がマルチパス伝搬してきた電波であると誤判定してしまうことを防止できる。
【0015】
尚、測位データに少なくとも移動体の位置が含まれている場合には、マルチパス伝搬判定手段は、請求項2記載のナビゲーション装置のように、位置算出手段が算出した移動体の位置と、測位データに含まれる移動体の位置との差が、予め設定されたしきい値よりも大きい場合に、衛星電波受信手段により受信された電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定する第1の判定手段を具備していることが望ましい。
【0016】
つまり、人工衛星からの電波がマルチパス伝搬すると、人工衛星から移動体までの電波の伝搬経路がマルチパス伝搬していない通常時の伝搬経路よりも長くなるため、位置算出手段が算出する移動体の位置と、測位データに含まれる移動体の位置との差が、通常時に発生しうる差よりも大きい場合は、衛星電波受信手段がマルチパス伝搬した電波を受信したと判定できる。
【0017】
従って、マルチパス伝搬判定手段を請求項2記載のナビゲーション装置のように構成すれば、衛星電波受信手段により受信された人工衛星からの電波がマルチパス伝搬した電波であるか否かを容易に判定することができる。
又、測位データに少なくとも移動体の移動方位が含まれている場合には、マルチパス伝搬手段は、請求項3記載のナビゲーション装置のように、方位検出手段が検出した移動方位と、測位データに含まれる移動方位との方位差が、予め設定された方位差しきい値より大きい場合に、衛星電波受信手段により受信された電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定する第2の判定手段を具備していることが望ましい。
【0018】
マルチパス伝搬により電波の伝搬経路が通常時よりも長くなれば、受信された電波の伝搬経路の長さに基づいて、測位データ算出手段が移動体の移動方位を算出した場合、算出方位検出手段が検出した移動体の移動方位と、測位データに含まれる移動体の移動方位との方位差も、通常時に発生しうる方位差よりも大きくなる。
【0019】
又、測位データ算出手段が、受信された電波に発生している周波数偏移を測定して移動体の移動方位を算出する場合も、例えば、移動体の後方から送信されてきた電波が、マルチパス伝搬により本来とは逆に移動体の前方から受信されると、受信した電波には本来とは逆の周波数偏移が発生するため、方位検出主手段が検出する移動体の移動方位と、測位データ算出手段が算出する移動体の移動方位との方位差が、通常時に発生しうる方位差よりも大きくなる。
【0020】
従って、マルチパス伝搬手段を請求項3記載のナビゲーション装置のように構成すれば、衛星電波受信手段により受信された人工衛星からの電波がマルチパス伝搬した電波であるか否かを容易に判定することができる。
又、測位データに少なくとも移動体の移動速度が含まれている場合には、マルチパス伝搬手段は、請求項4記載のナビゲーション装置のように、速度検出手段が検出した移動速度と、測位データに含まれる移動速度との速度差が、予め設定された速度差しきい値より大きい場合に、衛星電波受信手段により受信された電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定する第3の判定手段を具備していることが望ましい。
【0021】
即ち、上記請求項3記載のナビゲーション装置の場合と同様、測位データ算出手段が、受信された電波の伝搬経路の長さに基づいて移動体の移動速度を算出しても、受信された電波に発生している周波数偏移に基づいて移動体の移動速度を算出しても、速度検出手段が検出する移動体の移動速度との速度差は、通常時に発生しうる速度差よりも大きくなる。
【0022】
従って、マルチパス伝搬判定手段を請求項4記載のナビゲーション装置のように構成すれば、衛星電波受信手段により受信された人工衛星からの電波がマルチパス伝搬した電波であるか否かを容易に判定することができる。
【0024】
尚、複数の人工衛星から受信する電波としては、請求項5記載のナビゲーション装置のように、GPS衛星から送出される電波を用いることが望ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1は、本発明に係るナビゲーション装置の構成ブロック図である。
図1に示すように、本実施形態のナビゲーション装置1は、交通情報センターから送信される道路交通情報を受信するVICS受信機2と、GPS電波を受信するGPS受信機3と、自車の移動速度を検出する車速センサ4と、自車の移動方位を検出する方位センサ5と、地形や道路形状等の地図データを格納した地図メモリ6と、当該ナビゲーション装置1に目的地の位置情報やコマンド等を入力するための操作インターフェイス(例えば、キースイッチ。)7と、当該ナビゲーション装置1に装備されたディスプレイ(図示せず)への画面表示処理を行うCRTコントローラ8と、当該ナビゲーション装置1を構成する各部からの入力に基づいて、自車の現在位置や移動方位、移動速度(以下、「航法データ」という。)等を算出し、算出結果をCRTコントローラ8に出力する演算部9とから構成されている。
【0026】
尚、演算部9は、航法データの算出や当該ナビゲーション装置1の各部の制御等を行うCPU91と、CPU91が実行するプログラムや、CPU91や当該ナビゲーション装置1の各部から転送されてくるデータを格納すると共に、必要に応じてそれらプログラムやデータをCPU91や当該ナビゲーション装置1の各部に供給するROM92及びRAM93と、演算部9と当該ナビゲーション装置1の各部とを仲介する入出力回路94とから構成されている。
【0027】
ここで、CPU91は、GPS受信機3が受信する複数のGPS電波のうち4つのGPS電波を選択し、選択したGPS電波を用いてGPS航法データの算出を行うようにされている。但し、自車の現在位置は、夫々のGPS電波の送信元であるGPS衛星と自車との疑似距離から三角測量により求められる自車の座標に基づいて算出され、又、自車の移動方位及び移動速度は、選択したGPS電波に発生している周波数偏移に基づいて算出されるように設定されている。又、GPS電波に重畳されているGPS信号には、GPS電波の送信元がどのGPS衛星なのかを示す識別信号が挿入されており、CPU91は、この識別信号に基づいて、受信したGPS電波の夫々の送信元を認識する。そして、ROM92には、全てのGPS衛星の軌道データが記憶されているため、CPU91は、この軌道データに基づいて夫々のGPS衛星の座標を把握し、自車から見て、最も大きな間隔を互いに形成している4つのGPS衛星から送信されたGPS電波をGPS航法データ算出に用いるように設定されている。
【0028】
以下、ナビゲーション装置1のCPU91が行う航法データ算出処理の流れを図2に示すフローチャートに沿って詳述する。但し、CPU91は、当該ナビゲーション装置1が起動されると、直ちに、GPS電波を用いて自車の現在位置を算出し、算出した現在位置を自律航法における最初の起点に設定(初期化設定)するようにされており、図2のフローチャートは初期化設定後の処理の流れを示す。
【0029】
図2に示すように、初期化設定が終了すると、CPU91は、まず、車速センサ4及び方位センサ5からの入力に基づいて、自律航法データを算出する(S100)。そして、自律航法データの算出を終了すると、CPU91は、GPS受信機3がGPS電波を受信したか確認する(S110)。ここで、GPS受信機3がGPS電波を受信したことを確認すると、CPU91は、GPS航法データの算出を行う(S120)。
【0030】
GPS航法データの算出を終了すると、CPU91は、前回のGPS航法データ算出に用いたGPS信号に挿入されていた識別信号をRAM93から読み込み、今回のGPS航法データ算出に用いた全てのGPS信号に挿入されている識別信号と比較し、今回のGPS航法データ算出に用いたGPS衛星の組み合わせが、前回のGPS航法データ算出に用いたGPS衛星の組み合わせと同じであるか確認する(S130)。
【0031】
ここで、組み合わせが同じであることを確認すると、CPU91は、自律航法データにおける自車の現在位置と、GPS航法データにおける自車の現在位置との差を算出する(S140)。そして、現在位置の差の絶対値が所定値(本実施形態では、200m。)より小さければ(Yes:S150)、CPU91は、自律航法データにおける自車の移動方位と、GPS航法データにおける自車の移動方位との方位差の算出を行う(S160)。
【0032】
ここで、方位差の絶対値も所定値(実施形態では、45度。)より小さければ(Yes:S170)、CPU91は、更に、自律航法データにおける移動速度と、GPS航法データにおける移動速度との速度差の算出を行う(S180)。そして、速度差の絶対値も所定値(本実施形態では、180km/h。)より小さければ(Yes:S190)、CPU91は、受信したGPS電波はマルチパス伝搬していないと判断し、GPS航法データに基づいて、自律航法データを補正する(S200)。
【0033】
自律航法データの補正を終了すると、CPU91は、地図メモリ6に記憶された地図データを当該CPU91に読み込み、自律航法データをマップマッチング処理して航法データを確定する(S210)。そして、確定した航法データをCRTコントローラ8に出力し、自車の現在位置や移動経路等を地図と共にディスプレイに表示するよう指令する(S220)。
【0034】
尚、S110において、GPS受信機3がGPS電波を受信していないことを確認した場合には、CPU91は、直ちに処理をS210及びS220に移行し、GPS航法データに基づいた補正がなされていない自律航法データにマップマッチング処理を施して航法データを確定し、確定した航法データをCRTコントローラ8へ出力し、自車の現在位置や移動経路等を地図と共にディスプレイへ表示するように指令する。
【0035】
又、S130において、今回のGPSデータ算出に用いたGPS衛星の組み合わせと、前回のGPS航法データの算出に用いたGPS衛星の組み合わせが異なっている場合には、CPU91は、直ちに処理をS200〜S220へ移行し、マルチパス伝搬の判定処理(S140〜S190)の実行を禁止する。
【0036】
又、S150,170,190において、現在位置の差、方位差、速度差のいずれか1つでも所定値を越えていた場合には、CPU91は、マルチパス伝搬したGPS電波を受信したと判定し、直ちに処理をS210及びS220に移行して、マルチパス伝搬の影響を受けたGPS航法データに基づいた自律航法データの補正の実行を禁止する。
【0037】
以上の処理により、ナビゲーション装置1は、航法データの算出を行うと共に、マルチパス伝搬の検出を行い、マルチパス伝搬を検出した場合には、GPS航法データに基づいた自律航法データの補正処理を禁止する。
従って、当該ナビゲーション装置1は、マルチパス伝搬したGPS電波を受信しても、大きな誤差を発生することがなく、精度の高い現在位置等の情報を運転者に提供するができる。
【0038】
又、自律航法データ及びGPS航法データにおける現在位置、移動方位、移動速度との差を全て検証してマルチパス伝搬の判定を行っているため、マルチパス伝搬検出の精度が高い。
又、GPS航法データの算出に用いるGPS衛星の組み合わせが切り替わった場合には、マルチパス伝搬の判定処理の実行を禁止しているため、GPS衛星の組み合わせが切り替わったことで発生するGPS航法データと自律航法データとの誤差をマルチパス伝搬の発生によるものであると誤判定することを防止できる。
【0039】
尚、本実施形態において、方位センサ5が、本発明の方位検出手段に相当し、車速センサ4が、本発明の速度検出手段に相当し、GPS受信機3が本発明の衛星電波受信手段に相当する。又、CPU91におけるS100が、本発明の位置算出手段に相当し、S120が、本発明の測位データ算出手段に相当し、S200が本発明の補正手段に相当する。
【0040】
そして、S140〜S190が本発明のマルチパス伝搬判定手段、及び補正禁止手段に相当する。但し、S140及びS150が本発明の第1の判定手段に相当し、S160及びS170が本発明の第2の判定手段に相当し、S180及びS190が本発明の第3の判定手段に相当する。
【0041】
又、S130が、本発明の組み合わせ特定手段、及び判定禁止手段に相当する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【0042】
例えば、上記実施形態では、航法データにおける自車の移動速度及び移動方位を受信したGPS電波に発生している周波数偏移を測定することにより算出していたが、現在位置の算出と同様に、疑似距離を用いて求めた自車の座標から自車の移動速度や移動方位を算出しても勿論良い。
【0043】
又、上記実施形態では、GPS航法データを算出するのに4つのGPS電波を用いていたが、自車の現在位置等を2次元で算出するだけで良い場合には、3つのGPS電波を用いてGPS航法データの算出を行えば良い。
又、上記実施形態では、車両に搭載したナビゲーション装置に本発明を適用したが、航空機や船舶等の他の移動体のうち、マルチパス伝搬が発生するような場所を移動することがあるものに搭載されるナビゲーション装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るナビゲーション装置の構成ブロック図である。
【図2】本発明に係るナビゲーション装置のCPUが行う航法データ算出処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】街中において発生するマルチパス伝搬の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
1…ナビゲーション装置、 2…VICS受信機、 3…GPS受信機、 4…車速センサ、 5…方位センサ、 6…地図メモリ、 7…操作インターフェイス、 8…CRTコントローラ、 9…演算部、 91…CPU、 92…ROM、 93…RAM、 94…入出力回路。
Claims (5)
- 移動体に搭載され、
前記移動体の移動方位を検出する方位検出手段と、
前記移動体の移動速度を検出する速度検出手段と、
複数の人工衛星から送信される電波を受信する衛星電波受信手段と、
前記方位検出手段、及び前記速度検出手段からの入力に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段と、
前記衛星電波受信手段が受信した前記電波に重畳されている信号に基づいて、前記移動体の測位データを算出する測位データ算出手段と、
該測位データ算出手段が算出する測位データに基づいて、前記方位検出手段が検出した前記移動体の移動方位、前記速度検出手段が検出した前記移動体の移動速度、前記位置算出手段が算出した前記移動体の位置のうち少なくともいずれか1つの補正を行う補正手段と、
を備えたナビゲーション装置において、
前記方位検出手段が検出した前記移動体の移動方位、及び前記速度検出手段が検出した前記移動体の移動速度、前記位置算出手段が算出した前記移動体の位置のうち少なくともいずれか1つと、前記測位データ算出手段が算出した測位データとに基づいて、前記衛星電波受信手段により受信された前記電波が、マルチパス伝搬されてきた電波であるか否かを判定するマルチパス伝搬判定手段と、
該マルチパス伝搬判定手段が、前記衛星電波受信手段により受信された前記電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定すると、前記補正手段による補正を禁止する補正禁止手段と、
前記衛星電波受信手段が受信した電波に重畳される信号に基づき、前記測位データ算出手段における測位データの算出に使用される電波の送信元となった人工衛星の組み合わせを特定する組み合わせ特定手段と、
該組み合わせ特定手段により特定された組み合わせが、前記測位データ算出手段における前回の算出時とは異なる場合には、前記マルチパス伝搬判定手段による判定を禁止する判定禁止手段と
を具備していることを特徴とするナビゲーション装置。 - 前記測位データ算出手段が算出する測位データには、少なくとも前記移動体の位置が含まれ、
前記マルチパス伝搬判定手段は、前記位置算出手段が算出した前記移動体の位置と、前記測位データに含まれる前記移動体の位置との位置の差が、予め設定されたしきい値より大きい場合に、前記衛星電波受信手段により受信された前記電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定する第1の判定手段を具備していることを特徴とする請求項1記載のナビゲーション装置。 - 前記測位データ算出手段が算出する測位データには、少なくとも前記移動体の移動方位が含まれ、
前記マルチパス伝搬判定手段は、前記方位検出手段が検出した移動方位と、前記測位データに含まれる移動方位との方位差が、予め設定された方位差しきい値より大きい場合に、前記衛星電波受信手段により受信された前記電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定する第2の判定手段を具備していることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のナビゲーション装置。 - 前記測位データ算出手段が算出する測位データには、少なくとも前記移動体の移動速度が含まれ、
前記マルチパス伝搬判定手段は、前記速度検出手段が検出した移動速度と、前記測位データに含まれる移動速度との速度差が、予め設定された速度差しきい値より大きい場合に、前記衛星電波受信手段により受信された前記電波をマルチパス伝搬されてきた電波であると判定する第3の判定手段を具備していることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれか記載のナビゲーション装置。 - 前記衛星電波受信手段が受信する電波は、GPS衛星から送出される電波であることを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれか記載のナビゲーション装置。
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