JP3952148B2 - 測位装置および測位方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）用の衛星からの電波を受信して移動体の位置を測定する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ測位装置（受信装置）では、地球を周回する複数の衛星からの電波を同時に受信して、測位点（受信点）の位置を測定する。
【０００３】
具体的に、測位装置が搭載された移動体の３次元の位置（緯度、経度、標高）を測定する場合には、４個以上の衛星からの電波を受信して、各衛星からの航法メッセージに含まれる位置情報および時刻情報と、測位装置の時計が示す時刻とから、測位点の３次元座標、および測位装置の時計の誤差を算出し、その算出結果から、測位装置の時計の誤差を除去した状態の３次元位置を算出する。また、各衛星および移動体の位置とドップラー周波数とから、移動体の速度を求めることができる。
【０００４】
位置精度は、原理的に数十メートル程度であるが、実際には、測位演算に用いる衛星の配置の偏り、衛星軌道の誤差、電離層による電波伝播の遅延、電波の受信環境などの誤差要因によって、測定結果がばらつき、位置精度が劣化する。
【０００５】
そのため、測定された位置を、平滑化フィルタなどによって補正して、測定結果のばらつきを抑え、より精度の高い測位出力を得るようにしている。
【０００６】
具体的には、上記の測定と併行して、測定された速度および方位によって、過去に測定された位置から現在の位置を推定し、その推定された位置と上記の測定された位置を演算して、補正後の位置を算出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
パーソナル用のＧＰＳ測位装置は、従来、車載用として考えられ、上記の測定位置の補正も、クルマで移動する場合を想定して補正特性が定められていた。
【０００８】
しかし、現在では、装置の小型化の実現や需要の多様化などによって、携帯型や多目的の測位装置が考えられている。
【０００９】
このような測位装置は、これを携帯して歩行する場合、これを携帯し、または自転車やクルマなどに搭載して、自転車やクルマなどで移動する場合など、様々な用途で用いられる。
【００１０】
しかしながら、（ａ）歩行の場合には、移動速度が遅く、速度変化および方位変化が大きく、高度変化が小さい、（ｂ）自転車の場合には、移動速度が中程度、速度変化および方位変化が大きく、高度変化が小さい、（ｃ）クルマの場合には、移動速度が早く、速度変化および方位変化が中程度、高度変化が大きい、などというように、移動手段によって、移動速度、速度変化、方位変化または高度変化が異なる。
【００１１】
そのため、従来のように位置補正の補正特性を一定にすると、例えば、歩行中に交差点で曲がっても、測定方位がすぐには追従せず、オーバーシュートした後に正しい方位を示すようになってしまうことや、クルマで移動する場合に、補正後の位置において位置飛びを生じてしまうことがある。
【００１２】
そこで、この発明は、位置補正の補正特性を、それぞれの移動手段ごとに最適なものとすることができ、それぞれの移動手段で最適な測位出力を得ることができるようにしたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の測位装置は、
衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定し、当該測位装置の速度、方位および高度を算出する測定演算部と、
この測定演算部で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
前記測定演算部で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する移動手段推定部と、
を備えるものとする。
【００１４】
第２の発明の測位装置は、
衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定し、当該測位装置の速度、方位および高度を算出する測定演算部と、
この測定演算部で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
地図情報を記憶した地図情報記憶部と、
前記測定演算部で測定された位置、前記地図情報記憶部に記憶されている地図情報、および前記測定演算部で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する移動手段推定部と、
を備えるものとする。
【００１５】
第３の発明の測位装置は、
衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定する測定演算部と、
この測定演算部で過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
当該測位装置の移動手段が指示される設定入力部と、
その指示された移動手段に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する制御部と、
を備えるものとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を示す。なお、以下の実施形態で、測位装置を携帯して歩行する場合には、移動体は人、移動手段は歩行であり、測位装置を携帯し、または自転車やクルマなどに搭載して、自転車やクルマなどで移動する場合には、移動体および移動手段は自転車やクルマなどである。
【００１７】
〔第１の実施形態：図１〜図５〕
図１は、この発明の測位装置の第１の実施形態を示す。
【００１８】
（装置の概要：図１）
この実施形態の測位装置では、ＧＰＳ用の衛星群１中の少なくとも４個の衛星１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄからの信号が、アンテナ１１および受信部１３によって受信され、復調部１５によって復調される。
【００１９】
測位演算部２１は、例えば、ソフトウェア処理によって位置の測定および補正を行うが、機能ブロック的に示すと、測定演算部２３、推定演算部２５、補正演算部２７および移動手段推定部２９によって構成される。
【００２０】
測定演算部２３では、各衛星１ａ，１ｂ…からの航法メッセージに含まれる位置情報および時刻情報と、測位装置の時計が示す時刻とから、測位点の３次元座標、および測位装置の時計の誤差を算出し、その算出結果から、測位装置の時計の誤差を除去した状態の３次元位置（緯度、経度、標高）Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇを算出するとともに、各衛星１ａ，１ｂ…および移動体（測位装置）の位置と、ドップラー周波数とから、移動体（移動手段）の速度を算出する。各衛星１ａ，１ｂ…からの航法メッセージは、メモリ４３に書き込まれる。
【００２１】
さらに、測定演算部２３では、移動手段を推定するためのパラメータとして、例えば、上記の速度とともに、速度変化（速度の変化量、すなわち加速度）、および位置変化（位置の変化量）としての方位変化および高度変化を算出する。
【００２２】
推定演算部２５では、測定演算部２３で測定された速度および方位によって、過去に測定された位置から現在の位置を推定する。すなわち、時刻ｔより前の時刻において測定された位置Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇから、時刻ｔにおける位置を推定する。
【００２３】
補正演算部２７では、測定演算部２３で測定された位置Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇと推定演算部２５で推定された位置Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄとを演算して、測定位置を補正し、補正後の位置Ｘ，Ｙ，Ｚを算出する。
【００２４】
移動手段推定部２９では、測定演算部２３で測定された速度、速度変化、方位変化、高度変化のうちの、一つまたは複数から、移動手段を推定し、その推定結果に応じて、補正演算部２７の補正特性を変更する。
【００２５】
補正演算部２７の出力、すなわち測位演算部２１の出力の、補正後の位置情報は、出力処理部３１で出力用に処理された後、表示部３３に供給され、表示部３３上に、補正後の位置が表示される。
【００２６】
システムコントローラ４１は、測位装置の各部を制御するもので、図では省略したが、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行すべきプログラムや固定データなどが書き込まれたＲＯＭ、およびＣＰＵのワークエリアなどとして機能するＲＡＭによって構成される。
【００２７】
設定入力部４５は、ユーザによって測位装置に対して各種の設定や入力が行われるものである。
【００２８】
（移動手段と推定パラメータ：図２）
移動手段としては、例えば、図２に示すように、歩行、自転車、クルマ、鉄道、船舶、航空機を想定する。クルマは、バイクやトラックなどを含むものとする。
【００２９】
測位装置を携帯して歩行する場合には、移動速度は遅い。また、歩行の場合には、ゆっくり歩くときや走るときがあるので、速度変化が大きく、進行方位を瞬間的に変えることができるため、方位変化も大きいが、高度変化は小さい。
【００３０】
自転車の場合には、移動速度は、歩行の場合より早く、クルマの場合より遅いが、速度変化および方位変化は、歩行の場合と同様に大きく、高度変化は、歩行の場合と同様に小さい。
【００３１】
クルマの場合には、移動速度は、自転車の場合より早いが、速度変化は、歩行や自転車の場合より小さく、歩行や自転車のようには小回りが利かないので、方位変化も、歩行や自転車の場合より小さいとともに、高度変化が大きい。
【００３２】
同様に、鉄道、船舶、航空機の場合には、速度、速度変化、方位変化および高度変化は、それぞれ図２に示すようになる。
【００３３】
移動手段推定部２９では、この速度、速度変化、方位変化および高度変化のうちの少なくとも一つを、ある程度の時間でサンプリングして、移動手段を推定する。
【００３４】
例えば、速度、速度変化および方位変化から、速度が低速（低速のみ）で、速度変化および方位変化が大きい場合には、歩行と推定し、速度が中速（低速または中速）で、速度変化および方位変化が大きい場合には、自転車と推定し、速度が高速（低速、中速または高速）で、速度変化および方位変化が中程度の場合には、クルマと推定し、速度が高速で、速度変化および方位変化が小さい場合には、鉄道と推定し、速度が中速で、速度変化および方位変化が極小の場合には、船舶と推定し、速度が超高速で、速度変化および方位変化が小さい場合には、航空機と推定する。
【００３５】
また、全ての移動手段を区別して推定しないで、移動手段を幾つかの種別に分けて推定する場合には、例えば、速度変化のみから、速度変化が大きい場合には、歩行または自転車と推定し、速度変化が中程度の場合には、クルマと推定し、速度変化が小さい場合、または極小の場合には、鉄道、船舶または航空機と推定することができる。
【００３６】
また、移動手段として、歩行、自転車、クルマのみを想定する場合にも、例えば、速度のみから、速度が低速の場合には、歩行と推定し、速度が中速の場合には、自転車と推定し、速度が高速の場合には、クルマと推定することができる。
【００３７】
（測定位置の補正と補正特性の変更：図３〜図５）
補正演算部２７は、例えば、図３に示すように、フィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚによって構成し、そのフィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚでは、例えば、図４の式（１），（２），（３）で示すように、時刻ｔにおける測定位置（測定演算部２３で測定された位置）Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔと、時刻ｔにおける推定位置（推定演算部２５で推定された位置）Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔとを、それぞれ（１−Ｋ）：Ｋの比率で加算して、時刻ｔにおける補正後の位置Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔを算出する。
【００３８】
そして、移動手段推定部２９での推定結果に応じて、係数（フィルタゲイン）Ｋを変更する。
【００３９】
例えば、時刻ｔにおいて、移動体（歩行の場合には人）の速度または方位が急変した場合、係数Ｋが小さい場合には、一方で、ノイズを含む測定位置Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔの比重が大きくなるため、ノイズの影響が大きくなるが、他方で、推定位置Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔの比重が小さくなるため、速度または方位の急変の影響は小さくなる。
【００４０】
逆に、係数Ｋが大きい場合には、一方で、推定位置Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔの比重が大きくなるため、速度または方位の急変の影響が大きくなるが、他方で、ノイズを含む測定位置Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔの比重が小さくなるため、ノイズの影響は小さくなる。
【００４１】
そこで、速度変化および方位変化が大きく、速度や方位の急変の可能性が高い歩行または自転車については、係数Ｋを小さくし、速度変化および方位変化が中程度で、速度や方位が比較的滑らかに変化するクルマについては、係数Ｋを中程度にし、速度変化および方位変化が小さく、速度や方位の急変の可能性が低い鉄道、船舶または航空機については、係数Ｋを大きくする。
【００４２】
これによって、歩行または自転車の場合には、速度や方位の急変の影響が小さくなって、補正後の位置Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔにおいて位置飛びを生じなくなるとともに、鉄道、船舶または航空機の場合には、ノイズの影響が小さくなって、測位精度が向上する。
【００４３】
具体的に、この場合、係数Ｋとして、例えば、個々の移動手段につき、図５に示すように、それぞれ係数Ｋｗ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｒ，Ｋｓ，Ｋａを設定するとともに、例えば、０＜Ｋｗ＝Ｋｂ＜Ｋｃ＜Ｋｒ＝Ｋｓ＝Ｋａ＜１の関係に選定する。
【００４４】
〔第２の実施形態：図６および図７〕
図６は、この発明の測位装置の第２の実施形態を示す。
【００４５】
この実施形態では、測位装置内に、地図情報のコードデータを記憶した地図情報記憶部４９を設け、移動手段推定部２９は、測定演算部２３から測定結果の位置情報を取り込み、その位置情報によって地図情報記憶部４９に記憶されている地図情報を参照するとともに、測定演算部２３から測定結果の速度情報を取り込んで、移動手段を推定するものとする。
【００４６】
具体的に、移動手段推定部２９では、測定結果の標高が、測定結果の緯度・経度と同程度の緯度・経度の地図上の位置の標高より高い場合には、測位点は空中と判断し、移動手段は航空機と推定する。
【００４７】
また、測定結果の標高が、測定結果の緯度・経度と同程度の緯度・経度の地図上の位置の標高と同程度である場合には、測位点は水上（海上、湖上または河川上）または地上と判断し、地図上で水上とされているときには、移動手段は船舶と推定し、地図上で地上とされているときには、移動手段は鉄道、クルマ、自転車、歩行のいずれかであると推定する。
【００４８】
地図上で地上とされている場合、地図上で鉄道があるとされているときには、移動手段は鉄道と推定し、地図上で道路があるとされているときには、さらに測定結果の速度情報から、ある時間のサンプリングでの最高速度Ｖｍが、どの程度であるかによって、クルマ、自転車、歩行を区別して移動手段を推定する。地図上で道路がないとされているときには、移動手段は歩行と推定する。
【００４９】
図７は、以上のような移動手段推定部２９が行う移動手段推定処理ルーチンの一例を示す。
【００５０】
この例の移動手段推定処理ルーチン５０では、まずステップ５１で、測位点が空中か否かを判断し、空中と判断したときには、ステップ６１に進んで、移動手段は航空機と推定する。
【００５１】
ステップ５１で、測位点が空中ではない（水上または地上である）と判断したときには、ステップ５２に進んで、測位点が水上か否かを判断し、水上と判断したときには、ステップ６２に進んで、移動手段は船舶と推定する。
【００５２】
ステップ５２で、測位点が水上ではないと判断したときには、ステップ５３に進んで、測位点が鉄道上か否かを判断し、鉄道上と判断したときには、ステップ６３に進んで、移動手段は鉄道と推定する。
【００５３】
ステップ５３で、測位点が鉄道上ではないと判断したときには、ステップ５４に進んで、測位点が道路上か否かを判断する。
【００５４】
そして、測位点が道路上と判断したときには、ステップ５４からステップ５５に進んで、上記の最高速度Ｖｍが、比較的高速の所定速度ＶＨ以上であるか、比較的低速の所定速度ＶＬ以下であるか、速度ＶＬと速度ＶＨの間であるかを判断する。
【００５５】
そして、最高速度Ｖｍが速度ＶＨ以上であるときには、ステップ５５からステップ６４に進んで、移動手段はクルマと推定し、最高速度Ｖｍが速度ＶＬと速度ＶＨの間であるときには、ステップ５５からステップ６５に進んで、移動手段は自転車と推定し、最高速度Ｖｍが速度ＶＬ以下であるときには、ステップ５５からステップ６６に進んで、移動手段は歩行と推定する。
【００５６】
ステップ５４で、測位点が道路上ではないと判断したときには、ステップ６７に進んで、移動手段は歩行と推定する。
【００５７】
図１の実施形態と同様に、補正演算部２７は、例えば、図３に示すように、フィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚによって構成し、そのフィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚでは、例えば、図４の式（１），（２），（３）で示すように、時刻ｔにおける測定位置（測定演算部２３で測定された位置）Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔと、時刻ｔにおける推定位置（推定演算部２５で推定された位置）Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔとを、それぞれ（１−Ｋ）：Ｋの比率で加算して、時刻ｔにおける補正後の位置Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔを算出する。
【００５８】
そして、この実施形態では、移動手段推定部２９において図７のような移動手段推定処理ルーチンによって推定した結果に応じて、係数（フィルタゲイン）Ｋを変更する。具体的な係数値については、図１の実施形態と同じである。
【００５９】
この実施形態では、補正演算部２７の出力、すなわち測位演算部２１の出力の、補正後の位置情報と、地図情報記憶部４９から読み出された地図情報とが、出力処理部３１で出力用に処理された後、表示部３３に供給され、表示部３３において、補正後の位置が、現在地として地図上に表示され、ナビゲーション機能を実現することができる。
【００６０】
なお、内部記憶手段である地図情報記憶部４９に地図情報を記憶させる代わりに、地図情報を記憶した外部記憶手段を測位装置に装着または接続するように、測位装置を構成してもよい。
【００６１】
また、上記の例は、速度情報を併用して移動手段を推定する場合であるが、例えば、移動手段として、航空機、船舶、鉄道、クルマのみを想定する場合には、移動手段推定部２９が地図情報のみによって移動手段を推定するように、測位装置を構成することもできる。
【００６２】
〔第３の実施形態：図８〕
図８は、この発明の測位装置の第３の実施形態を示す。
【００６３】
この実施形態では、図１または図６の実施形態のように移動手段推定部２９を設ける代わりに、ユーザが設定入力部４５で、システムコントローラ４１に対して移動手段を指示するように、測位装置を構成する。
【００６４】
すなわち、ユーザは、設定入力部４５でのキー操作によって、測位装置を携帯して歩行する場合には、測位装置を歩行モードに設定し、測位装置を携帯し、または自転車に搭載して、自転車で移動する場合には、測位装置を自転車モードに設定し、測位装置を携帯し、またはクルマに搭載して、クルマで移動する場合には、測位装置をクルマ・モードに設定する。鉄道、船舶または航空機で移動する場合にも、同様である。
【００６５】
システムコントローラ４１は、ユーザによって設定されたモードを識別し、その識別結果に応じて、補正演算部２７における上記の係数（フィルタゲイン）Ｋを変更する。具体的な係数値については、図１の実施形態と同じである。
【００６６】
この実施形態では、測定演算部２３の測定結果から移動手段を推定するのではなく、ユーザの指示によって移動手段を判定するので、移動手段を正確に検出することができ、位置補正の補正特性を確実に移動手段に応じたものとすることができる。
【００６７】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、位置補正の補正特性を、それぞれの移動手段ごとに最適なものとすることができ、それぞれの移動手段で最適な測位出力を得ることができる。
【００６８】
また、第１または第２の発明によれば、ユーザの操作を必要とすることなく、測位装置において移動手段を推定して、それぞれの移動手段ごとに位置補正の補正特性を最適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の測位装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】移動手段と推定パラメータとの関係を示す図である。
【図３】補正演算部の一例を示す図である。
【図４】補正演算部での演算式の一例を示す図である。
【図５】推定された移動手段と演算式の係数との関係を示す図である。
【図６】この発明の測位装置の第２の実施形態を示す図である。
【図７】図６の実施形態の移動手段推定処理ルーチンの一例を示す図である。
【図８】この発明の測位装置の第３の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）用の衛星からの電波を受信して移動体の位置を測定する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ測位装置（受信装置）では、地球を周回する複数の衛星からの電波を同時に受信して、測位点（受信点）の位置を測定する。
【０００３】
具体的に、測位装置が搭載された移動体の３次元の位置（緯度、経度、標高）を測定する場合には、４個以上の衛星からの電波を受信して、各衛星からの航法メッセージに含まれる位置情報および時刻情報と、測位装置の時計が示す時刻とから、測位点の３次元座標、および測位装置の時計の誤差を算出し、その算出結果から、測位装置の時計の誤差を除去した状態の３次元位置を算出する。また、各衛星および移動体の位置とドップラー周波数とから、移動体の速度を求めることができる。
【０００４】
位置精度は、原理的に数十メートル程度であるが、実際には、測位演算に用いる衛星の配置の偏り、衛星軌道の誤差、電離層による電波伝播の遅延、電波の受信環境などの誤差要因によって、測定結果がばらつき、位置精度が劣化する。
【０００５】
そのため、測定された位置を、平滑化フィルタなどによって補正して、測定結果のばらつきを抑え、より精度の高い測位出力を得るようにしている。
【０００６】
具体的には、上記の測定と併行して、測定された速度および方位によって、過去に測定された位置から現在の位置を推定し、その推定された位置と上記の測定された位置を演算して、補正後の位置を算出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
パーソナル用のＧＰＳ測位装置は、従来、車載用として考えられ、上記の測定位置の補正も、クルマで移動する場合を想定して補正特性が定められていた。
【０００８】
しかし、現在では、装置の小型化の実現や需要の多様化などによって、携帯型や多目的の測位装置が考えられている。
【０００９】
このような測位装置は、これを携帯して歩行する場合、これを携帯し、または自転車やクルマなどに搭載して、自転車やクルマなどで移動する場合など、様々な用途で用いられる。
【００１０】
しかしながら、（ａ）歩行の場合には、移動速度が遅く、速度変化および方位変化が大きく、高度変化が小さい、（ｂ）自転車の場合には、移動速度が中程度、速度変化および方位変化が大きく、高度変化が小さい、（ｃ）クルマの場合には、移動速度が早く、速度変化および方位変化が中程度、高度変化が大きい、などというように、移動手段によって、移動速度、速度変化、方位変化または高度変化が異なる。
【００１１】
そのため、従来のように位置補正の補正特性を一定にすると、例えば、歩行中に交差点で曲がっても、測定方位がすぐには追従せず、オーバーシュートした後に正しい方位を示すようになってしまうことや、クルマで移動する場合に、補正後の位置において位置飛びを生じてしまうことがある。
【００１２】
そこで、この発明は、位置補正の補正特性を、それぞれの移動手段ごとに最適なものとすることができ、それぞれの移動手段で最適な測位出力を得ることができるようにしたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の測位装置は、
衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定し、当該測位装置の速度、方位および高度を算出する測定演算部と、
この測定演算部で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
前記測定演算部で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する移動手段推定部と、
を備えるものとする。
【００１４】
第２の発明の測位装置は、
衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定し、当該測位装置の速度、方位および高度を算出する測定演算部と、
この測定演算部で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
地図情報を記憶した地図情報記憶部と、
前記測定演算部で測定された位置、前記地図情報記憶部に記憶されている地図情報、および前記測定演算部で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する移動手段推定部と、
を備えるものとする。
【００１５】
第３の発明の測位装置は、
衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定する測定演算部と、
この測定演算部で過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
当該測位装置の移動手段が指示される設定入力部と、
その指示された移動手段に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する制御部と、
を備えるものとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を示す。なお、以下の実施形態で、測位装置を携帯して歩行する場合には、移動体は人、移動手段は歩行であり、測位装置を携帯し、または自転車やクルマなどに搭載して、自転車やクルマなどで移動する場合には、移動体および移動手段は自転車やクルマなどである。
【００１７】
〔第１の実施形態：図１〜図５〕
図１は、この発明の測位装置の第１の実施形態を示す。
【００１８】
（装置の概要：図１）
この実施形態の測位装置では、ＧＰＳ用の衛星群１中の少なくとも４個の衛星１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄからの信号が、アンテナ１１および受信部１３によって受信され、復調部１５によって復調される。
【００１９】
測位演算部２１は、例えば、ソフトウェア処理によって位置の測定および補正を行うが、機能ブロック的に示すと、測定演算部２３、推定演算部２５、補正演算部２７および移動手段推定部２９によって構成される。
【００２０】
測定演算部２３では、各衛星１ａ，１ｂ…からの航法メッセージに含まれる位置情報および時刻情報と、測位装置の時計が示す時刻とから、測位点の３次元座標、および測位装置の時計の誤差を算出し、その算出結果から、測位装置の時計の誤差を除去した状態の３次元位置（緯度、経度、標高）Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇを算出するとともに、各衛星１ａ，１ｂ…および移動体（測位装置）の位置と、ドップラー周波数とから、移動体（移動手段）の速度を算出する。各衛星１ａ，１ｂ…からの航法メッセージは、メモリ４３に書き込まれる。
【００２１】
さらに、測定演算部２３では、移動手段を推定するためのパラメータとして、例えば、上記の速度とともに、速度変化（速度の変化量、すなわち加速度）、および位置変化（位置の変化量）としての方位変化および高度変化を算出する。
【００２２】
推定演算部２５では、測定演算部２３で測定された速度および方位によって、過去に測定された位置から現在の位置を推定する。すなわち、時刻ｔより前の時刻において測定された位置Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇから、時刻ｔにおける位置を推定する。
【００２３】
補正演算部２７では、測定演算部２３で測定された位置Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇと推定演算部２５で推定された位置Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄとを演算して、測定位置を補正し、補正後の位置Ｘ，Ｙ，Ｚを算出する。
【００２４】
移動手段推定部２９では、測定演算部２３で測定された速度、速度変化、方位変化、高度変化のうちの、一つまたは複数から、移動手段を推定し、その推定結果に応じて、補正演算部２７の補正特性を変更する。
【００２５】
補正演算部２７の出力、すなわち測位演算部２１の出力の、補正後の位置情報は、出力処理部３１で出力用に処理された後、表示部３３に供給され、表示部３３上に、補正後の位置が表示される。
【００２６】
システムコントローラ４１は、測位装置の各部を制御するもので、図では省略したが、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行すべきプログラムや固定データなどが書き込まれたＲＯＭ、およびＣＰＵのワークエリアなどとして機能するＲＡＭによって構成される。
【００２７】
設定入力部４５は、ユーザによって測位装置に対して各種の設定や入力が行われるものである。
【００２８】
（移動手段と推定パラメータ：図２）
移動手段としては、例えば、図２に示すように、歩行、自転車、クルマ、鉄道、船舶、航空機を想定する。クルマは、バイクやトラックなどを含むものとする。
【００２９】
測位装置を携帯して歩行する場合には、移動速度は遅い。また、歩行の場合には、ゆっくり歩くときや走るときがあるので、速度変化が大きく、進行方位を瞬間的に変えることができるため、方位変化も大きいが、高度変化は小さい。
【００３０】
自転車の場合には、移動速度は、歩行の場合より早く、クルマの場合より遅いが、速度変化および方位変化は、歩行の場合と同様に大きく、高度変化は、歩行の場合と同様に小さい。
【００３１】
クルマの場合には、移動速度は、自転車の場合より早いが、速度変化は、歩行や自転車の場合より小さく、歩行や自転車のようには小回りが利かないので、方位変化も、歩行や自転車の場合より小さいとともに、高度変化が大きい。
【００３２】
同様に、鉄道、船舶、航空機の場合には、速度、速度変化、方位変化および高度変化は、それぞれ図２に示すようになる。
【００３３】
移動手段推定部２９では、この速度、速度変化、方位変化および高度変化のうちの少なくとも一つを、ある程度の時間でサンプリングして、移動手段を推定する。
【００３４】
例えば、速度、速度変化および方位変化から、速度が低速（低速のみ）で、速度変化および方位変化が大きい場合には、歩行と推定し、速度が中速（低速または中速）で、速度変化および方位変化が大きい場合には、自転車と推定し、速度が高速（低速、中速または高速）で、速度変化および方位変化が中程度の場合には、クルマと推定し、速度が高速で、速度変化および方位変化が小さい場合には、鉄道と推定し、速度が中速で、速度変化および方位変化が極小の場合には、船舶と推定し、速度が超高速で、速度変化および方位変化が小さい場合には、航空機と推定する。
【００３５】
また、全ての移動手段を区別して推定しないで、移動手段を幾つかの種別に分けて推定する場合には、例えば、速度変化のみから、速度変化が大きい場合には、歩行または自転車と推定し、速度変化が中程度の場合には、クルマと推定し、速度変化が小さい場合、または極小の場合には、鉄道、船舶または航空機と推定することができる。
【００３６】
また、移動手段として、歩行、自転車、クルマのみを想定する場合にも、例えば、速度のみから、速度が低速の場合には、歩行と推定し、速度が中速の場合には、自転車と推定し、速度が高速の場合には、クルマと推定することができる。
【００３７】
（測定位置の補正と補正特性の変更：図３〜図５）
補正演算部２７は、例えば、図３に示すように、フィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚによって構成し、そのフィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚでは、例えば、図４の式（１），（２），（３）で示すように、時刻ｔにおける測定位置（測定演算部２３で測定された位置）Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔと、時刻ｔにおける推定位置（推定演算部２５で推定された位置）Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔとを、それぞれ（１−Ｋ）：Ｋの比率で加算して、時刻ｔにおける補正後の位置Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔを算出する。
【００３８】
そして、移動手段推定部２９での推定結果に応じて、係数（フィルタゲイン）Ｋを変更する。
【００３９】
例えば、時刻ｔにおいて、移動体（歩行の場合には人）の速度または方位が急変した場合、係数Ｋが小さい場合には、一方で、ノイズを含む測定位置Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔの比重が大きくなるため、ノイズの影響が大きくなるが、他方で、推定位置Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔの比重が小さくなるため、速度または方位の急変の影響は小さくなる。
【００４０】
逆に、係数Ｋが大きい場合には、一方で、推定位置Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔの比重が大きくなるため、速度または方位の急変の影響が大きくなるが、他方で、ノイズを含む測定位置Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔの比重が小さくなるため、ノイズの影響は小さくなる。
【００４１】
そこで、速度変化および方位変化が大きく、速度や方位の急変の可能性が高い歩行または自転車については、係数Ｋを小さくし、速度変化および方位変化が中程度で、速度や方位が比較的滑らかに変化するクルマについては、係数Ｋを中程度にし、速度変化および方位変化が小さく、速度や方位の急変の可能性が低い鉄道、船舶または航空機については、係数Ｋを大きくする。
【００４２】
これによって、歩行または自転車の場合には、速度や方位の急変の影響が小さくなって、補正後の位置Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔにおいて位置飛びを生じなくなるとともに、鉄道、船舶または航空機の場合には、ノイズの影響が小さくなって、測位精度が向上する。
【００４３】
具体的に、この場合、係数Ｋとして、例えば、個々の移動手段につき、図５に示すように、それぞれ係数Ｋｗ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｒ，Ｋｓ，Ｋａを設定するとともに、例えば、０＜Ｋｗ＝Ｋｂ＜Ｋｃ＜Ｋｒ＝Ｋｓ＝Ｋａ＜１の関係に選定する。
【００４４】
〔第２の実施形態：図６および図７〕
図６は、この発明の測位装置の第２の実施形態を示す。
【００４５】
この実施形態では、測位装置内に、地図情報のコードデータを記憶した地図情報記憶部４９を設け、移動手段推定部２９は、測定演算部２３から測定結果の位置情報を取り込み、その位置情報によって地図情報記憶部４９に記憶されている地図情報を参照するとともに、測定演算部２３から測定結果の速度情報を取り込んで、移動手段を推定するものとする。
【００４６】
具体的に、移動手段推定部２９では、測定結果の標高が、測定結果の緯度・経度と同程度の緯度・経度の地図上の位置の標高より高い場合には、測位点は空中と判断し、移動手段は航空機と推定する。
【００４７】
また、測定結果の標高が、測定結果の緯度・経度と同程度の緯度・経度の地図上の位置の標高と同程度である場合には、測位点は水上（海上、湖上または河川上）または地上と判断し、地図上で水上とされているときには、移動手段は船舶と推定し、地図上で地上とされているときには、移動手段は鉄道、クルマ、自転車、歩行のいずれかであると推定する。
【００４８】
地図上で地上とされている場合、地図上で鉄道があるとされているときには、移動手段は鉄道と推定し、地図上で道路があるとされているときには、さらに測定結果の速度情報から、ある時間のサンプリングでの最高速度Ｖｍが、どの程度であるかによって、クルマ、自転車、歩行を区別して移動手段を推定する。地図上で道路がないとされているときには、移動手段は歩行と推定する。
【００４９】
図７は、以上のような移動手段推定部２９が行う移動手段推定処理ルーチンの一例を示す。
【００５０】
この例の移動手段推定処理ルーチン５０では、まずステップ５１で、測位点が空中か否かを判断し、空中と判断したときには、ステップ６１に進んで、移動手段は航空機と推定する。
【００５１】
ステップ５１で、測位点が空中ではない（水上または地上である）と判断したときには、ステップ５２に進んで、測位点が水上か否かを判断し、水上と判断したときには、ステップ６２に進んで、移動手段は船舶と推定する。
【００５２】
ステップ５２で、測位点が水上ではないと判断したときには、ステップ５３に進んで、測位点が鉄道上か否かを判断し、鉄道上と判断したときには、ステップ６３に進んで、移動手段は鉄道と推定する。
【００５３】
ステップ５３で、測位点が鉄道上ではないと判断したときには、ステップ５４に進んで、測位点が道路上か否かを判断する。
【００５４】
そして、測位点が道路上と判断したときには、ステップ５４からステップ５５に進んで、上記の最高速度Ｖｍが、比較的高速の所定速度ＶＨ以上であるか、比較的低速の所定速度ＶＬ以下であるか、速度ＶＬと速度ＶＨの間であるかを判断する。
【００５５】
そして、最高速度Ｖｍが速度ＶＨ以上であるときには、ステップ５５からステップ６４に進んで、移動手段はクルマと推定し、最高速度Ｖｍが速度ＶＬと速度ＶＨの間であるときには、ステップ５５からステップ６５に進んで、移動手段は自転車と推定し、最高速度Ｖｍが速度ＶＬ以下であるときには、ステップ５５からステップ６６に進んで、移動手段は歩行と推定する。
【００５６】
ステップ５４で、測位点が道路上ではないと判断したときには、ステップ６７に進んで、移動手段は歩行と推定する。
【００５７】
図１の実施形態と同様に、補正演算部２７は、例えば、図３に示すように、フィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚによって構成し、そのフィルタ２７ｘ，２７ｙ，２７ｚでは、例えば、図４の式（１），（２），（３）で示すように、時刻ｔにおける測定位置（測定演算部２３で測定された位置）Ｘｇｔ，Ｙｇｔ，Ｚｇｔと、時刻ｔにおける推定位置（推定演算部２５で推定された位置）Ｘｄｔ，Ｙｄｔ，Ｚｄｔとを、それぞれ（１−Ｋ）：Ｋの比率で加算して、時刻ｔにおける補正後の位置Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔを算出する。
【００５８】
そして、この実施形態では、移動手段推定部２９において図７のような移動手段推定処理ルーチンによって推定した結果に応じて、係数（フィルタゲイン）Ｋを変更する。具体的な係数値については、図１の実施形態と同じである。
【００５９】
この実施形態では、補正演算部２７の出力、すなわち測位演算部２１の出力の、補正後の位置情報と、地図情報記憶部４９から読み出された地図情報とが、出力処理部３１で出力用に処理された後、表示部３３に供給され、表示部３３において、補正後の位置が、現在地として地図上に表示され、ナビゲーション機能を実現することができる。
【００６０】
なお、内部記憶手段である地図情報記憶部４９に地図情報を記憶させる代わりに、地図情報を記憶した外部記憶手段を測位装置に装着または接続するように、測位装置を構成してもよい。
【００６１】
また、上記の例は、速度情報を併用して移動手段を推定する場合であるが、例えば、移動手段として、航空機、船舶、鉄道、クルマのみを想定する場合には、移動手段推定部２９が地図情報のみによって移動手段を推定するように、測位装置を構成することもできる。
【００６２】
〔第３の実施形態：図８〕
図８は、この発明の測位装置の第３の実施形態を示す。
【００６３】
この実施形態では、図１または図６の実施形態のように移動手段推定部２９を設ける代わりに、ユーザが設定入力部４５で、システムコントローラ４１に対して移動手段を指示するように、測位装置を構成する。
【００６４】
すなわち、ユーザは、設定入力部４５でのキー操作によって、測位装置を携帯して歩行する場合には、測位装置を歩行モードに設定し、測位装置を携帯し、または自転車に搭載して、自転車で移動する場合には、測位装置を自転車モードに設定し、測位装置を携帯し、またはクルマに搭載して、クルマで移動する場合には、測位装置をクルマ・モードに設定する。鉄道、船舶または航空機で移動する場合にも、同様である。
【００６５】
システムコントローラ４１は、ユーザによって設定されたモードを識別し、その識別結果に応じて、補正演算部２７における上記の係数（フィルタゲイン）Ｋを変更する。具体的な係数値については、図１の実施形態と同じである。
【００６６】
この実施形態では、測定演算部２３の測定結果から移動手段を推定するのではなく、ユーザの指示によって移動手段を判定するので、移動手段を正確に検出することができ、位置補正の補正特性を確実に移動手段に応じたものとすることができる。
【００６７】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、位置補正の補正特性を、それぞれの移動手段ごとに最適なものとすることができ、それぞれの移動手段で最適な測位出力を得ることができる。
【００６８】
また、第１または第２の発明によれば、ユーザの操作を必要とすることなく、測位装置において移動手段を推定して、それぞれの移動手段ごとに位置補正の補正特性を最適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の測位装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】移動手段と推定パラメータとの関係を示す図である。
【図３】補正演算部の一例を示す図である。
【図４】補正演算部での演算式の一例を示す図である。
【図５】推定された移動手段と演算式の係数との関係を示す図である。
【図６】この発明の測位装置の第２の実施形態を示す図である。
【図７】図６の実施形態の移動手段推定処理ルーチンの一例を示す図である。
【図８】この発明の測位装置の第３の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
Claims (8)
- 衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定し、当該測位装置の速度、方位および高度を算出する測定演算部と、
この測定演算部で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
前記測定演算部で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する移動手段推定部と、
を備える測位装置。 - 衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定し、当該測位装置の速度、方位および高度を算出する測定演算部と、
この測定演算部で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
地図情報を記憶した地図情報記憶部と、
前記測定演算部で測定された位置、前記地図情報記憶部に記憶されている地図情報、および前記測定演算部で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する移動手段推定部と、
を備える測位装置。 - 衛星からの信号を受信する受信部と、
この受信部で受信された信号に基づいて、当該測位装置の位置を測定する測定演算部と、
この測定演算部で過去に測定された位置から、当該測位装置の現在の位置を推定する推定演算部と、
前記測定演算部で測定された位置と前記推定演算部で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する補正演算部と、
当該測位装置の移動手段が指示される設定入力部と、
その指示された移動手段に応じて前記補正演算部の補正係数を変更する制御部と、
を備える測位装置。 - 請求項１〜３のいずれかの測位装置において、
前記移動手段は、歩行、自転車、クルマ、鉄道、船舶または航空機である測位装置。 - 衛星からの信号を受信する受信工程と、
その受信された信号に基づいて、測位装置の位置を測定し、前記測位装置の速度、方位および高度を算出する測定工程と、
この測定工程で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、前記測位装置の現在の位置を推定する推定工程と、
前記測定工程で測定された位置と前記推定工程で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する位置補正工程と、
前記測定工程で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記位置補正の補正係数を変更する特性変更工程と、
を備える測位方法。 - 衛星からの信号を受信する受信工程と、
その受信された信号に基づいて、測位装置の位置を測定し、前記測位装置の速度、方位および高度を算出する測定工程と、
この測定工程で算出された速度および方位によって、過去に測定された位置から、前記測位装置の現在の位置を推定する推定工程と、
前記測定工程で測定された位置と前記推定工程で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する位置補正工程と、
前記測定工程で測定された位置、地図情報記憶部に記憶されている地図情報、および前記測定工程で算出された速度、方位および高度のうちの一つまたは複数から、前記移動手段を推定し、その推定結果に応じて前記位置補正の補正係数を変更する特性変更工程と、
を備える測位方法。 - 衛星からの信号を受信する受信工程と、
その受信された信号に基づいて、測位装置の位置を測定する測定工程と、
この測定工程で過去に測定された位置から、前記測位装置の現在の位置を推定する推定工程と、
前記測定工程で測定された位置と前記推定工程で推定された位置とを演算して、測定位置を補正する位置補正工程と、
前記測位装置の移動手段が指示されることによって、その指示された移動手段に応じて前記位置補正の補正係数を変更する特性変更工程と、
を備える測位方法。 - 請求項５〜７のいずれかの測位方法において、
前記移動手段は、歩行、自転車、クルマ、鉄道、船舶または航空機である測位方法。
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