JP4259490B2 - 測位装置 - Google Patents

Description

本発明は、測位装置に関するものである。

従来、衛星航法システムである例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用してＧＰＳ受信機の現在位置を測位する測位システムが実用化されている。
ＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星から信号を受信し、信号が各ＧＰＳ衛星から発信された時刻とＧＰＳ受信機に到達した時刻との差（以後、遅延時間と呼ぶ）によって、各ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間の距離（以後、擬似距離と呼ぶ）を求める。そして、各ＧＰＳ衛星から受信した信号に乗せられている各ＧＰＳ衛星の衛星軌道情報と、上述の擬似距離を使用して、現在位置の測位演算を行うようになっている。
ＧＰＳ受信機は、４個以上のＧＰＳ衛星から信号を受信することができるときは、現在位置の緯度、経度、高度を算出する３次元測位を行うことができる。
そして、ＧＰＳ受信機は、３個のＧＰＳ衛星から信号を受信することができるときは、現在位置の緯度及び経度を算出する２次元測位を行うことができる。ＧＰＳ受信機は、例えば、地球の中心を一つのＧＰＳ衛星とみなし、地球の中心からの現在位置までの距離を擬似距離とする。そして、３次元測位と同様の測位演算を行う。このため、２次元測位においては、ＧＰＳ受信機は、現在位置の高度情報を予め保持している必要がある。
これに対して、地図データから取得した高度を使用して２次元測位を行う技術（例えば、特許文献１）や、前回測位時にＶＤＯＰ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）が最小のＧＰＳ衛星の組を使用して算出した高度、又は、前回の３次元測位によって算出した高度を使用して２次元測位を行う技術（例えば、特許文献２）が提案されている。
特開２００２―３４１０１２号公報 特公平６―７５１０３号公報

しかし、地図データを保持するためには記憶手段の負担が大きいし、地図データから取得した高度情報の誤差が大きい場合もある。
また、前回測位時にＶＤＯＰが最小のＧＰＳ衛星の組を使用して算出した高度を使用するとしても、前回測位時の不良な測位条件（信号強度が弱い環境、マルチパスが多い環境など）によって、その高度の誤差が大きい場合がある。さらに、前回の３次元測位によって算出した高度を使用する方法においても、前回測位時の不良な測位条件によって、高度の誤差が大きい場合があるという問題がある。

そこで、本発明は、高度データを保持する記憶負担を低減し、かつ、前回測位時の不良な測位条件の影響を低減しつつ、２次元測位に使用するための正確な高度情報を取得することができる測位装置を提供することを目的とする。

前記目的は、第１の発明によれば、高度を示す高度情報を格納する高度情報格納手段と、測位衛星からの信号である衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、前記衛星信号に基づく３次元測位を行って、３次元座標情報を生成する３次元座標情報生成手段と、前記３次元座標情報を生成したときの測位条件を示す測位条件情報を生成する測位条件情報生成手段と、前記測位条件情報に基づいて、前記３次元座標情報に含まれる３次元高度情報の信頼性が、予め規定した信頼性許容範囲内か否かを判断する信頼性許容範囲内外判断手段と、前記信頼性許容範囲内外判断手段の判断結果に基づいて、前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新する高度情報更新手段と、前記高度情報の更新の回数が、予め規定した２次元測位使用許容範囲内か否かを判断する更新回数評価手段と、前記衛星信号及び前記高度情報に基づく２次元測位を行って、２次元座標情報を生成する２次元座標情報生成手段と、前記更新回数評価手段の判断結果に基づいて、次回の測位時に前記３次元座標情報生成手段を使用するか、又は、前記２次元座標情報生成手段を使用するかを決定する測位方法決定手段と、を有することを特徴とする測位装置により達成される。

第１の発明の構成によれば、前記測位装置は、前記信頼性許容範囲内外判断手段を有するから、前記３次元高度情報が、前記信頼性許容範囲内か否かを判断することができる。例えば、前記測位装置は、ＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ＤＯＰ）が予め規定した数値よりも大きい場合には、その前記３次元高度情報は前記信頼性許容範囲内ではないという判断をすることができる。

また、前記測位装置は、前記高度情報更新手段を有するから、前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新することができる。前記３次元高度情報は、前記３次元測位によって生成した新しい情報であるから、前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新することは、既に保持している前記高度情報を新たな情報によって補正することを意味する。これにより、前記高度情報に示される高度を、より真の高度に近づけることができる。
そして、上述の前記信頼性許容範囲内外判断手段によって、前記３次元高度情報の信頼性が、前記信頼性許容範囲内か否かを判断することができるから、前記３次元高度情報が前記信頼性許容範囲内か否かによって、前記３次元高度情報に対する前記高度情報の重みを調整することができる。このため、更新後の前記高度情報が示す高度は、より正確な高度になる。
なお、真の高度に近い高度を、正確な高度と呼ぶ。そして、真の高度に近い高度を示す情報を、正確な高度情報と呼ぶ。
さらに、前記測位装置は、前記更新回数評価手段を有するから、前記高度情報の更新の回数が、予め規定した２次元測位使用許容範囲内か否かを判断することができる。
そして、前記測位装置は、前記２次元座標情報生成手段を有するから、前記更新回数評価手段の判断結果に基づいて、前記衛星信号及び前記高度情報に基づく２次元測位を行って、２次元座標情報を生成することができる。前記３次元高度情報の信頼性は、前記高度情報信頼性判断手段によって、その信頼性が前記信頼性許容範囲内か否かの判断がなされているが、より多くの新たな前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新することによって、前記高度情報をより正確な高度情報にすることができる。すなわち、前記高度情報の更新の回数が複数回であって、前記２次元測位使用許容範囲内であれば、更新された前記高度情報は正確な情報である。そして、正確な前記高度情報を使用して行う２次元測位によって生成された前記２次元測位座標情報は、真の位置に近い正確な位置を示す情報となる。
ここで、前記測位装置は、前記高度情報を例えば、一つだけ保持し、前記高度情報更新手段によって更新することができるから、高度データを保持する記憶負担は少ない。
これにより、前記測位装置によれば、高度データを保持する記憶負担を低減し、かつ、前回測位時の不良な測位条件の影響を低減しつつ、２次元測位に使用するための正確な高度情報を取得することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記高度情報更新手段は、前記高度情報の更新回数が増えるに連れて、前記３次元高度情報に対する前記高度情報の重みを重くして、前記高度情報を更新する構成となっていることを特徴とする測位装置である。
一般に、物が地表を移動するときには、平面方向の移動量に比べて、上下方向の移動量は少ない。このため、前記高度情報を複数回更新した結果正確な高度情報になった後においては、新たな前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新する必要はあるにしても、新たな前記３次元高度情報の重みを軽くして、保持している前記高度情報の重みを重くすることによって、前記高度情報を正確な情報にすることができる。
この点、第２の発明の構成によれば、前記高度情報更新手段は、前記高度情報の更新回数が増えるに連れて、前記３次元高度情報に対する前記高度情報の重みを重くして、前記高度情報を更新する構成となっているから、新たな前記３次元高度情報の要素を取り込みつつも、前記高度情報を正確な情報にすることができる。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明の構成において、前記測位装置の移動速度を示す速度情報を生成する速度情報生成手段を有し、前記高度情報更新手段は、前記移動速度が予め規定した速度許容範囲内であれば、前記３次元高度情報に対する前記高度情報の重みを重くして、前記高度情報を更新する構成となっており、前記移動速度が前記速度許容範囲内ではなければ、前記３次元高度情報に対する前記高度情報の重みを軽くして、前記高度情報を更新する構成となっていることを特徴とする測位装置である。

一般に、物が地表を移動するときには、高速で移動する場合に比べて、より低速で移動する場合の方が、上下方向の移動量は少ない。言い換えると、物が地表を移動するときには、低速で移動する場合に比べて、より高速で移動する場合の方が、上下方向の移動量は多い。
この点、第３の発明の構成によれば、前記高度情報更新手段は、前記移動速度が予め規定した速度許容範囲内であれば、前記３次元高度情報に対する前記高度情報の重みを重くして、前記高度情報を更新する構成となっており、前記移動速度が前記速度許容範囲内でなければ、前記３次元高度情報に対する前記高度情報の重みを軽くして、前記高度情報を更新する構成となっているから、前記測位装置の移動速度に基づいて、前記高度情報を一層正確な情報にすることができる。

第４の発明は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかの構成において、前記高度情報格納手段は、前記高度情報を一つ格納することを特徴とする測位装置である。

第４の発明の構成によれば、前記高度情報格納手段は、前記高度情報を一つ格納する。
そして、前記測位装置は、前記高度情報更新手段によってその前記高度情報を更新することができる。
このため、前記測位装置は、高度データを保持する記憶負担を最小限度にしつつ、前回測位時の不良な測位条件の影響を低減し、２次元測位に使用するための正確な高度情報を取得することができる。

前記目的は、第５の発明によれば、高度を示す高度情報を格納する高度情報格納手段と、測位衛星からの信号である衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、を有する測位装置が、前記衛星信号に基づく３次元測位を行って、３次元座標情報を生成する３次元座標情報生成ステップと、前記測位装置が、前記３次元座標情報を生成したときの測位条件を示す測位条件情報を生成する測位条件情報生成ステップと、前記測位装置が、前記測位条件情報に基づいて、前記３次元座標情報に含まれる３次元高度情報の信頼性が、予め規定した信頼性許容範囲内であるか否かを判断する信頼性許容範囲内外判断ステップと、前記測位装置が、前記信頼性許容範囲内外判断ステップにおける判断結果に基づいて、前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新する高度情報更新ステップと、前記測位装置が、前記高度情報の更新の回数が、予め規定した２次元測位使用許容範囲内か否かを判断する更新回数評価ステップと、前記測位装置が、前記更新回数評価ステップにおける判断結果に基づいて、次回の測位時に３次元測位を行うか、又は、２次元測位を行うかを決定する測位方法決定ステップと、を有することを特徴とする測位装置の制御方法によって達成される。

第５の発明の構成によれば、第１の発明の構成と同様に、高度データを保持する記憶負担を低減し、かつ、前回測位時の不良な測位条件の影響を低減しつつ、２次元測位に使用するための正確な高度情報を取得することができる。

前記目的は、第６の発明によれば、コンピュータに、高度を示す高度情報を格納する高度情報格納手段と、測位衛星からの信号である衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、を有する測位装置が、前記衛星信号に基づく３次元測位を行って、３次元座標情報を生成する３次元座標情報生成ステップと、前記測位装置が、前記３次元座標情報を生成したときの測位条件を示す測位条件情報を生成する測位条件情報生成ステップと、前記測位装置が、前記測位条件情報に基づいて、前記３次元座標情報に含まれる３次元高度情報の信頼性が、予め規定した信頼性許容範囲内であるか否かを判断する信頼性許容範囲内外判断ステップと、前記測位装置が、前記信頼性許容範囲内外判断ステップにおける判断結果に基づいて、前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新する高度情報更新ステップと、前記測位装置が、前記高度情報の更新の回数が、予め規定した２次元測位使用許容範囲内か否かを判断する更新回数評価ステップと、前記測位装置が、前記更新回数評価ステップにおける判断結果に基づいて、次回の測位時に３次元測位を行うか、又は、２次元測位を行うかを決定する測位方法決定ステップと、を実行させることを特徴とする測位装置の制御プログラムによって達成される。

前記目的は、第７の発明によれば、コンピュータに、高度を示す高度情報を格納する高度情報格納手段と、測位衛星からの信号である衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、を有する測位装置が、前記衛星信号に基づく３次元測位を行って、３次元座標情報を生成する３次元座標情報生成ステップと、前記測位装置が、前記３次元座標情報を生成したときの測位条件を示す測位条件情報を生成する測位条件情報生成ステップと、前記測位装置が、前記測位条件情報に基づいて、前記３次元座標情報に含まれる３次元高度情報の信頼性が、予め規定した信頼性許容範囲内であるか否かを判断する信頼性許容範囲内外判断ステップと、前記測位装置が、前記信頼性許容範囲内外判断ステップにおける判断結果に基づいて、前記３次元高度情報を使用して前記高度情報を更新する高度情報更新ステップと、前記測位装置が、前記高度情報の更新の回数が、予め規定した２次元測位使用許容範囲内か否かを判断する更新回数評価ステップと、前記測位装置が、前記更新回数評価ステップにおける判断結果に基づいて、次回の測位時に３次元測位を行うか、又は、２次元測位を行うかを決定する測位方法決定ステップと、を実行させることを特徴とする測位装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によって達成される。

以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る測位システム１０を示す概略図である。
図１に示すように、測位システム１０は、端末２０を有する。端末２０は、測位衛星である例えば、ＧＰＳ衛星１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１２ｄからの信号である信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及びＳ４を受信することができる。この信号Ｓ１等は、衛星信号の一例である。そして、端末２０は、測位装置の一例である。
端末２０は、その使用者甲に保持されて、地面Ｇ上を移動している。

端末２０は、例えば、４つのＧＰＳ衛星１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１２ｄから信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及びＳ４を受信して、３次元測位を行い、現在位置の座標を緯度、経度及び高度で示す情報を生成することができる。
また、端末２０は、例えば、３つのＧＰＳ衛星１２ａ，１２ｂ，１２ｃから信号Ｓ１，Ｓ２及びＳ３を受信して、２次元測位を行い、現在位置の座標を緯度及び経度で示す情報を生成することができる。２次元測位においては、端末２０は、高度Ｈを示す情報を予め取得しておく必要がある。そして、高度Ｈが正確であるほど、精度の高い２次元測位を行うことができる。
なお、高度Ｈは、地球の中心Ｅから端末２０までの距離である。以後、本明細書において、「高度」は、地球の中心Ｅから端末２０までの距離を意味するものとして使用する。

端末２０は例えば、携帯電話機であるが、その他に、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ_）、カーナビゲーション装置等であってもよく、また、これらに限らない。
なお、本実施の形態とは異なり、ＧＰＳ衛星１２ａ等は４個に限らず例えば、３個でもよいし、５個以上でもよい。

（端末２０の主なハードウエア構成について）
図２は端末２０の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図２に示すように、端末２０は、コンピュータを有しており、コンピュータは、バス２２を有する。
このバス２２には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２４、記憶装置２６等が接続されている。記憶装置２６は例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等である。

また、このバス２２には、各種情報等を入力するための入力装置２８、ＧＰＳ衛星１２ａ等から信号Ｓ１等を受信するためのＧＰＳ装置３０が接続されている。このＧＰＳ装置３０は、衛星信号受信手段の一例である。
また、このバス２２には、外部と通信するための通信装置３２、各種情報を表示するための表示装置３４が接続されている。

（端末２０の主なソフトウエア構成について）
図３は、端末２０の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図３に示すように、端末２０は、各部を制御する制御部１００、図２の端末ＧＰＳ装置３０に対応するＧＰＳ部１０２、通信装置３２に対応する通信部１０４、速度計測部１０６等を有する。
この速度計測部１０６は、ＧＰＳ部１０２によって受信した複数の信号Ｓ１等のドップラー偏移等に基づいて、端末２０の移動速度を示す移動速度情報１７０を生成する（例えば、特開平８−６８６５１の段落〔００１６〕乃至〔００１８〕参照）。すなわち、速度計測部１０６は、速度情報生成手段の一例である。
制御部１００は、速度計測部１０６が生成した速度情報１７０を第２記憶部１５０に格納する。
端末２０は、また、各種プログラムを格納する第１記憶部１１０、各種情報を格納する第２記憶部１５０を有する。
なお、本実施の形態とは異なり、端末２０にハードウエアとしての速度計を備え、その速度計によって端末２０の移動速度を計測するようにしてもよい。

図３に示すように、端末２０は、第２記憶部１５０に、衛星軌道情報１５２を格納している。衛星軌道情報１５２は、アルマナック１５４及びエフェメリス１５６を含む。
アルマナック１５４は、すべてのＧＰＳ衛星１２ａ等（図１参照）の概略の軌道を示す情報である。アルマナック１５４は、例えば、７日間は有効である。このため、端末２０は、いずれかのＧＰＳ衛星１２ａ等の信号Ｓ１等から、７日間ごとにアルマナック１５４をデコードして更新している。
エフェメリス１５６は、各ＧＰＳ衛星１２ａ等（図１参照）の精密な軌道を、その取得時刻とともに示す情報である。エフェメリス１５６の有効期間は、例えば、４時間（ｈ）である。このため、端末２０は、４時間ごとに、観測可能な各ＧＰＳ衛星１２ａ等のエフェメリス１５６をデコードして更新している。

図３に示すように、端末２０は、第２記憶部１５０に、高度Ｈ１を示す高度情報１５８を一つ格納している。高度情報１５８は、高度情報の一例である。そして、第２記憶部１５０は、高度情報格納手段の一例である。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、３次元測位プログラム１１２を格納している。３次元測位プログラム１１２は、制御部１００が、ＧＰＳ部１０２によって受信した信号Ｓ１等に基づいて、３次元測位を行って、３次元座標情報１６０を生成するためのプログラムである。この３次元座標情報１６０は、３次元座標情報の一例である。そして、３次元測位プログラム１１２と制御部１００は、３次元座標情報生成手段の一例である。
具体的には、端末２０は、例えば、４個のＧＰＳ衛星１２ａ等から信号Ｓ１等を受信し、信号Ｓ１等が各ＧＰＳ衛星１２ａ等から発信された時刻と端末２０に到達した時刻との差である遅延時間に基づいて、各ＧＰＳ衛星１２ａ等と端末２０との間の距離である擬似距離を求める。そして、各ＧＰＳ衛星１２ａ等についてのエフェメリス１５６と、上述の擬似距離を使用して、現在位置の測位演算を行う。
３次元座標情報１６０は、端末２０の現在位置の緯度及び経度を示す３次元緯度経度情報１６２、及び、端末２０の現在位置の高度Ｈ２を示す３次元高度情報１６４を含む。
制御部１００は、生成した３次元座標情報１６０を第２記憶部１５０に格納する。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、２次元測位プログラム１１４を格納している。２次元測位プログラム１１４は、制御部１００が、ＧＰＳ部１０２によって受信した信号Ｓ１等及び高度情報１５８に基づいて、２次元測位を行って、２次元座標情報１６６を生成するためのプログラムである。２次元座標情報１６６は、２次元座標情報の一例である。そして、２次元測位プログラム１１４と制御部１００は、２次元座標情報生成手段の一例である。
具体的には、端末２０は、例えば、３個のＧＰＳ衛星１２ａ等から信号Ｓ１等を受信し、信号Ｓ１等が各ＧＰＳ衛星１２ａ等から発信された時刻と端末２０に到達した時刻との差である遅延時間に基づいて、各ＧＰＳ衛星１２ａ等と端末２０との間の距離である擬似距離を求める。そして、端末２０は、地球の中心Ｅ（図１参照）を一つのＧＰＳ衛星と見なして、高度情報１５８に示される高度Ｈ１を地球の中心Ｅとの擬似距離と見なす。
次に、各ＧＰＳ衛星１２ａ等についてのエフェメリス１５６によって各ＧＰＳ衛星１２ａ等の現在時刻における衛星軌道上の位置を算出する。地球の中心Ｅの位置は既知である。そして、端末２０は、各ＧＰＳ衛星１２ａ等の衛星軌道上の位置、地球の中心Ｅの位置、擬似距離及び高度Ｈ１に基づいて、現在位置の測位演算を行う。
２次元座標情報１６６は、端末２０の現在位置を緯度及び経度で示す情報である。
制御部１００は、生成した２次元座標情報１６６を第２記憶部１５０に格納する。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、測位条件情報生成プログラム１１６を格納している。測位条件情報生成プログラム１１６は、制御部１００が、３次元座標情報１６０を生成したときの測位条件を示す測位条件情報１６８を生成するためのプログラムである。測位条件情報１６８は、測位条件の一例である。そして、測位条件情報生成プログラム１１６と制御部１００は、測位条件情報生成手段の一例である。
測位条件情報１６８は、例えば、ＰＯＤＰ、測位衛星数、測位誤差を示す情報である。
なお、本実施の形態とは異なり、測位条件情報は、ＰＯＤＰ、測位衛星数、測位誤差のうち、一つ又は二つを示す情報であってもよい。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、高度情報信頼性判断プログラム１１８を格納している。高度情報信頼性判断プログラム１１８は、制御部１００が、測位条件情報１６８に基づいて、３次元高度情報１６４が予め規定した信頼性許容範囲内か否かを判断するためのプログラムである。すなわち、高度情報信頼性判断プログラム１１８及び制御部１００は、高度情報信頼性許容範囲内外判断手段の一例である。
例えば、制御部１００は、測位条件情報１６８に示されるＰＤＯＰが３以下であれば、
３次元高度情報１６４の信頼性が、信頼性許容範囲内であると判断する。ＰＤＯＰが３以下であるという条件は、予め規定されている。すなわち、ＰＤＯＰが３以下であるという条件は、信頼性許容範囲内の一例である。
なお、本実施の形態とは異なり、制御部１００は、測位条件情報１６８に示される測位衛星数が５個以上である場合、及び／又は、測位誤差が１００メートル（ｍ）以下である場合に、３次元高度情報１６４の信頼性が、信頼性許容範囲内であると判断するようにしてもよい。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、速度評価プログラム１２０を格納している。速度評価プログラム１２０は、制御部１００が、速度情報１７０に示される速度Ｖが、毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）以内か否かを判断するためのプログラムである。毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）以内の速度は、予め規定した速度許容範囲内の速度の一例である。そして、毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）より早い速度は、予め規定した速度許容範囲外の速度の一例である。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、ゲイン決定プログラム１２２を格納している。ゲイン決定プログラム１２２は、制御部１００が、３次元高度情報１６４に基づいて高度情報１５８を更新するときの、３次元高度情報１６４に対する高度情報１５８の重みα（以後、ゲインαと呼ぶ）を決定するためのプログラムである。

図４は、ゲイン決定プログラム１２２の一例を示す図である。
図４（ａ）に示すように、端末２０は、ゲイン決定プログラム１２２として、ゲインカウンタに対応するゲインを記憶している。ゲイン決定プログラム１２２は、初期設定として、例えば、ゲインカウンタを５に設定し、ゲインαが３．５になるようにしている。
そして、制御部１００は、高度情報信頼性判断プログラム１１８によって、３次元高度情報１６４が予め規定した信頼性許容範囲内であると判断して、３次元高度情報１６４に基づいて高度情報１５８を更新するときには、ゲインカウンタを１つ大きくして、ゲインαを大きくするようにしている（以後、原則動作と呼ぶ）。例えば、第１回目の更新のときには、制御部１００は、ゲインカウンタを６に設定し、ゲインαが４になるようにする。そして、第２回目の更新のときには、制御部１００は、ゲインカウンタを７に設定し、ゲインαが４．５になるようにする。このように、制御部１００は、高度情報１５８の更新回数が増えるにつれてゲインαを大きくするようになっている。なお、ゲインαを大きくすることを、ゲインαを強めるともいう。また、ゲインαを小さくすることを、ゲインαを弱めるともいう。制御部１００は、高度情報１５８の更新の度にゲインカウンタを１つづつ大きくすることによって、ゲインを徐々に大きくする。これにより、高度情報１５８に示される高度Ｈ１を真の高度の近傍に、徐々に固定させることができる。
これに対して、制御部１００は、高度情報信頼性判断プログラム１１８によって、３次元高度情報１６４が予め規定した信頼性許容範囲内ではないと判断して、３次元高度情報１６４に基づいて高度情報１５８を更新するときには、ゲインカウンタを最大の９にして、最大のゲインαで高度情報１５８の更新を行う。これにより、高度情報１５８の更新の際の、信頼性許容範囲外の３次元高度情報１６４の影響を最小限にしつつ、新たな３次元高度情報１６４の要素を取り入れて高度情報１５８を更新することができる。
図４（ｂ）に示すように、ゲインαが大きくなるほど、更新後の高度情報１５８に示される高度は、保持している高度情報１５８の高度Ｈ１に近くなる。そして、ゲインαが小さくなるほど、更新後の高度情報１５８に示される高度は、３次元高度情報１６４の高度Ｈ２に近くなる。

また、制御部１００は、速度情報１７０に示される速度Ｖが、毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）以内である場合には、上述の原則動作の通り、ゲインカウンタを１つ大きくして、ゲインαを大きくする。
これに対して、制御部１００は、速度情報１７０に示される速度Ｖが、毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）よりも早い場合には、上述の原則動作の例外として、ゲインカウンタを一つ小さくして、ゲインαを小さくする。例えば、第１回目の更新のときには、制御部１００は、ゲインカウンタを４に設定し、ゲインαが３になるようにする。
なお、本実施の形態とは異なり、ゲイン決定プログラム１２２は、図４（ｃ）に示すように、２つの値のゲインカウンタに対して、１つのゲインを割り当てるようにしてもよい。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、高度情報更新プログラム１２４を格納している。高度情報更新プログラム１２４は、制御部１００が、上述のゲイン決定プログラム１２２によって設定したゲインαを使用して、３次元高度情報１６４によって高度情報１５８を更新するためのプログラムである。上述のゲイン決定プログラム１２２、高度情報更新プログラム１２４及び制御部１００は、高度情報更新手段の一例である。
具体的には、制御部１００は、設定したゲインαを使用して、更新後高度Ｈ１ａを示す更新後高度情報１７４を生成する。そして、生成した更新後高度情報１７４を第２記憶部１５０に格納するとともに、更新後高度情報１７４を新たな高度情報１５８として第２記憶部１５０に格納する。
更新後高度情報１７４に示される更新後高度Ｈ１ａは、例えば、Ｈ１ａ＝Ｈ１＋（Ｈ２−Ｈ１）÷αという式によって算出される。
また、制御部１００は、更新後高度情報１７４を生成すると、更新回数情報１７６に示される更新回数ｎを１つ増やす。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、更新回数評価プログラム１２６を格納している。更新回数評価プログラム１２６は、制御部１００が、更新回数情報１７６に示される更新回数ｎが、２次元測位使用許容回数情報１７８に示される２次元測位使用許容回数か否かを判断するためのプログラムである。この２次元測位使用許容回数は、予め規定した２次元測位許容範囲内の一例である。そして、更新回数評価プログラム１２６と制御部１００は、更新回数評価手段の一例である。
具体的には、制御部１００は、更新回数ｎが、２次元測位使用許容回数である例えば、５回以上であれば、更新回数ｎが２次元測位使用許容回数であると判断する。

図３に示すように、端末２０は、第１記憶部１１０に、測位方法決定プログラム１２８を格納している。測位方法決定プログラム１２８は、制御部１００が、上述の更新回数評価プログラム１２６による判断結果に基づいて、次回の測位を３次元測位で行うのか、または、２次元測位で行うのかを決定するためのプログラムである。すなわち、測位方法決定プログラム１２８と制御部１００は、測位方法決定手段の一例である。
具体的には、制御部１００は、更新回数ｎが５回以上であれば、次回の測位を２次元測位で行うことを決定し、２次元測位を示す次回測位方法情報１８０を生成する。
これに対して、制御部１００は、更新回数ｎが５回未満であれば、次回の測位を３次元測位で行うことを決定し、３次元測位を示す次回測位方法情報１８０を生成する。更新回数ｎが５回未満であれば、高度情報１５８に示される高度Ｈ１が安定していないから、次回測位時には、３次元測位の測位結果の方が２次元測位の測位結果よりも信頼性を有すると考えられるからである。
制御部１００は、生成した次回測位方法情報１８０を、第２記憶部１５０に格納する。

測位システム１０は、上述のように構成されている。
上述のように、端末２０は、高度情報１５８の更新回数が増えるに連れて、ゲインαを大きくして、高度情報１５８を更新する構成となっている。
一般に、物が地表を移動するときには、平面方向の移動量に比べて、上下方向の移動量は少ない。このため、高度情報１５８を複数回更新した結果正確な高度情報になった後においては、新たな３次元高度情報１６４を使用して高度情報１５８を更新する必要はあるにしても、新たな３次元高度情報１６４の重みを軽くして、保持している高度情報１５８の重みを重くすることによって、高度情報１５８を正確な情報にすることができる。
この点、端末２０は、高度情報１５８の更新回数が増えるに連れて、既に保持している高度情報１５８の重みを重くして、高度情報１５８を更新する構成になっているから高度情報１５８を、一層正確な情報にすることができる。
また、上述のように、端末２０は、すべての３次元高度情報１６４（図３参照）を、高度情報１５８の更新のために同様に使用するのではなくて、例えば、ＰＤＯＰが大きいなど、不良な測位条件の下に生成された３次元高度情報１６４を、高度情報１５８の更新に使用する場合には、ゲインαを最大にする。このため、高度情報１５８が前回測位時の不良な測位条件の影響を受けることを低減することができる。

さらに、端末２０は、その移動速度Ｖが予め規定した速度許容範囲内であれば、ゲインαを大きくして、高度情報１５８を更新する構成となっており、移動速度Ｖが速度許容範囲内ではない場合には、ゲインαを軽くして、高度情報１５８を更新する構成となっている。
一般に、物が地表を移動するときには、高速で移動する場合に比べて、より低速で移動する場合の方が、上下方向の移動量は少ない。言い換えると、物が地表を移動するときには、低速で移動する場合に比べて、より高速で移動する場合の方が、上下方向の移動量は多い。
このため、端末２０が高速で移動する場合に比べて、より低速で移動する場合においては、新たな３次元高度情報１６４の重みを軽くして、保持している高度情報１５８の重みを重くして高度情報１５８を更新することによって、高度情報１５８を正確な情報にすることができる。
この点、端末２０は、高速で移動する場合に比べて、より低速で移動する場合において、ゲインαを大きくして高度情報１５８を更新する。これとは逆に、端末２０は、低速で移動する場合に比べて、より高速で移動する場合において、ゲインαを小さくして高度情報１５８を更新する。このため、端末２０は、速度に応じたゲインαによって高度情報１５８を更新し、正確な情報にすることができる。

そして、端末２０は、測位条件及び移動速度に基づいて設定されたゲインαを使用して、３次元高度情報１６４に基づいて高度情報１５８を更新することができる。３次元高度情報１６４は、３次元測位によって生成した新しい情報であるから、３次元高度情報１６４を使用して高度情報１５８を更新することは、既に保持している高度情報１５８を新たな情報によって補正することを意味する。これにより、高度情報１５８に示される高度を、より真の高度に近づけることができる。

さらに、端末２０は、高度情報１５８の更新の回数が、予め規定した２次元測位使用許容回数であるか否かを判断することができる。
そして、端末２０は、高度情報１５８の更新の回数が、例えば、５回以上である場合に、ＧＰＳ衛星１２ａからの信号Ｓ１等及び高度情報１５８に基づく２次元測位を行って、２次元座標情報１６６を生成することができる。端末２０は、２次元測位に先立って、３次元高度情報１６４を高度情報１５８の更新に使用するかどうかの判断がなされているが、より多くの新たな３次元高度情報１６４を使用して高度情報１５８を更新することによって、高度情報１５８をより正確な高度を示す情報にすることができる。高度情報１５８を複数回更新することで、個々の３次元高度情報１６４の誤差が相殺される。このため、例えば、５回以上更新した後の高度情報１５８は真の高度に近くなるのである。そして、その高度情報１５８を使用する２次元測位の測位精度は高いものになる。
また、正確な高度情報１５８を使用して行う２次元測位は、３次元測位よりも測位精度が高い。これは、観測可能なＧＰＳ衛星１２ａ等のうち、測位に使用するＧＰＳ衛星の組が２次元測位の方が多いため、多数の測位結果から現在位置をより正確に示すものを選択することができるからである。例えば、観測可能なＧＰＳ衛星１２ａ等の数が５個の場合、３次元測位の場合には一度の測位演算に使用するＧＰＳ衛星は４個以上であるから、測位に使用するＧＰＳ衛星の組は、ＧＰＳ衛星が４個の組が５組、ＧＰＳ衛星が５個の組が１組の合計６組である。これに対して、観測可能なＧＰＳ衛星１２ａ等の数が５個の場合、２次元測位の場合には一度の測位演算に使用するＧＰＳ衛星は３個以上であるから、測位に使用するＧＰＳ衛星の組は、ＧＰＳ衛星が３個の組が１０組、ＧＰＳ衛星が４個の組が５組、ＧＰＳ衛星が５個の組が１組の合計１６組である。

そして、高度情報１５８の更新の回数が、２次元測位使用許容回数であれば、更新された高度情報１５８を使用して行う２次元測位によって生成された２次元座標情報１６６は、真の位置に近い正確な位置情報となる。
ここで、端末２０は、高度情報１５８を一つだけ保持し、３次元高度情報１６４に基づいて更新するだけであるから、高度データを保持する記憶負担は少ない。
これにより、端末２０によれば、高度データを保持する記憶負担を低減し、かつ、前回測位時の不良な測位条件の影響を低減しつつ、２次元測位に使用するための正確な高度情報を取得することができる。
特に、端末２０は、高度情報１５８を一つだけ保持しているから、高度データを保持する記憶負担は最小限度になっている。

図５は、高度情報１５８が更新される様子の一例を示す図である。
図５に示すように、高度情報１５８に示される高度Ｈ１は、３次元高度情報１６４に基づいて、更新される回数が増えるにつれて、真の高度Ｈに近づき、かつ、真の高度Ｈに近い状態で安定する。

以上が本実施の形態に係る測位システム１０の構成であるが、以下、その動作例を主に
図６及び図７を使用して説明する。
図６及び図７は本実施の形態に係る測位システム１０の動作例を示す概略フローチャートである。
なお、端末２０が、３次元高度情報１６４によって、高度情報１５８を更新する動作を、フィルタとも呼ぶ。そして、ゲインα（図３参照）を、フィルタのゲインαとも言う。

まず、端末２０は、３次元測位を行い、３次元座標情報１６０（図３参照）を生成する（図６のステップＳＴ１）。このステップＳＴ１は、３次元座標情報生成ステップの一例である。
続いて、端末２０は、測位条件情報１６８（図３参照）を生成する（ステップＳＴ２）。このステップＳＴ２は、測位条件情報生成ステップの一例である。

続いて、端末２０は、３次元高度情報１６４の信頼性が信頼性許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ３）。このステップＳＴ３は、高度情報信頼性判断ステップの一例である。
ステップＳＴ３において、端末２０が、３次元高度情報１６４の信頼性が信頼性許容範囲内であると判断した場合には、保持している高度情報１５８を５回以上更新しているか否かを判断する（ステップＳＴ４）。このステップＳＴ４は、更新回数評価ステップの一例である。

ステップＳＴ４において、端末２０が、保持している高度情報１５８を５回以上更新していると判断した場合には、端末２０は、次回測位時は保持している高度情報１５８を使用して２次元測位を行う決定をする（ステップＳＴ５）。このステップＳＴ５は、測位方法決定ステップの一例である。具体的には、端末２０は、２次元測位を示す次回測位方法情報１８０（図３参照）を生成する。

続いて、端末２０は、移動速度が毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）以上か否かを判断する（ステップＳＴ６）。

ステップＳＴ６において、端末２０が、移動速度が毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）以上であると判断した場合には、フィルタのゲインαを弱める（ステップＳＴ７）。ただし、ゲインαを弱めすぎると、新しい高度が大きく間違っていた場合の影響が大きいため、最低のゲインαを下回らないようにしている。
これに対して、ステップＳＴ６において、端末２０が、移動速度が毎時６０キロメートル（ｋｍ／ｈ）以上ではないと判断した場合には、フィルタのゲインαを強める（ステップＳＴ７Ａ）。ただし、ゲインαを強めすぎると、新しい高度の要素を取り込めなくなるため、最大のゲインαを上回らないようにしている。

続いて、端末２０は、ステップＳＴ７又はステップＳＴ７Ａで設定したゲインαを使用して、３次元高度情報１６４に基づいて、保持している高度情報１５８を更新する（ステップＳＴ８）。
上述の、ステップＳＴ７、ステップＳＴ７Ａ及びステップＳＴ８は、高度情報更新ステップの一例である。
端末２０は、次回測位時は保持している高度情報１５８を使用して２次元測位を行う。

上述のステップＳＴ４において、端末２０が、保持している高度情報１５８を５回以上更新していないと判断した場合には、端末２０は、次回測位時は３次元測位を行う決定をする（ステップＳＴ５１）。このステップＳＴ５１もまた、測位方法決定ステップの一例である。具体的には、端末２０は、３次元測位を示す次回測位方法情報１８０（図３参照）を生成する。保持している高度情報１５８を５回以上更新していない場合には、高度情報１５８に示される高度Ｈ１が、真の高度から遠く、また、真の高度の近傍で安定していないから、その高度情報１５８を用いて２次元測位を行うと、測位誤差が大きくなる可能性がある。このため、保持している高度情報１５８を５回以上更新していない場合には、次回測位は、３次元測位を行うのである。
続いて、端末２０は、フィルタのゲインを強める（ステップＳＴ５２）。
続いて、端末２０は、３次元高度情報１６４に基づいて、高度情報１５８を更新する（ステップＳＴ５３）。このステップＳＴ５２及びＳＴ５３もまた、高度情報更新ステップの一例である。
そして、端末２０は、次回測位時は信号Ｓ１等を受信して、３次元測位を行う。

上述のステップＳＴ３において、端末２０が、３次元高度情報１６４の信頼性が信頼性許容範囲内ではないと判断した場合には、保持している高度情報１５８を５回以上更新しているか否かを判断する（図７のステップＳＴ６１）。このステップＳＴ６１もまた、更新回数評価ステップの一例である。

ステップＳＴ６１において、端末２０が、保持している高度情報１５８を５回以上更新していると判断した場合には、端末２０は、次回測位時は保持している高度情報１５８を使用して２次元測位を行う決定をする（ステップＳＴ６２）。このステップＳＴ６２もまた、測位方法決定ステップの一例である。
続いて、端末２０は、フィルタのゲインαを最大にする（ステップＳＴ６３）。
続いて、端末２０は、ステップＳＴ６３で設定したゲインαを使用して、３次元高度情報１６４に基づいて、保持している高度情報１５８を更新する（ステップＳＴ６４）。
上述の、ステップＳＴ６３及びステップＳＴ６４もまた、高度情報更新ステップの一例である。
そして、端末２０は、次回測位時は保持している高度情報１５８を使用して２次元測位を行う。

上述のステップＳＴ６１において、端末２０が、保持している高度情報１５８を５回以上更新していないと判断した場合には、端末２０は、次回測位時は３次元測位を行う決定をする（ステップＳＴ６２Ａ）。このステップＳＴ６２Ａもまた、測位方法決定ステップの一例である。
そして、端末２０は、高度情報１５８の更新を行わない。高度情報１５８が５回以上更新されていない場合には、高度情報１５８は真の高度とは乖離している場合があり、また、真の高度近傍で安定しているとも限らない。ここで、信頼性許容範囲内ではない３次元高度情報１６４を使用して、高度情報１５８を更新すると、更新後の高度情報１５８は、一層真の高度と乖離する可能性が大きいからである。
そして、端末２０は、次回測位時は３次元測位を行う。

以上で説明したように、端末２０によれば、高度データを保持する記憶負担を低減し、かつ、前回測位時の不良な測位条件の影響を低減しつつ、２次元測位に使用するための正確な高度情報を取得することができる。

図８は、高度の実測値の一例を示す図である。
図８のグラフにおいて、縦軸は高度を示し、横軸は時刻を示す。
なお、図８のグラフにおいては、高度は、水準面に準拠した標高に引き直されている。
ラインＬ１は、ＶＤＯＰが最小のＧＰＳ衛星の組合せを使用した測位（以後、従来例と呼ぶ）の結果取得した標高の実測値を示す。
ラインＬ２は、端末２０が生成した標高の実測値を示す。端末２０が生成した標高は、高度情報１５８の高度Ｈ１を、水準面に準拠して引き直したものである。
図８に示すように、ラインＬ１に比べてラインＬ２の方が早く真の標高である１００メートル（ｍ）に近づき、かつ、１００メートル（ｍ）近傍で安定する。
この結果、端末２０が生成した標高（ラインＬ２上の値）を使用する２次元測位の測位結果は、従来例の標高を使用する場合に比べて、測位誤差の小さい、精度が高い情報となる。

（プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等について）
コンピュータに上述の動作例の３次元座標情報生成ステップと、測位条件情報生成ステップと、高度情報信頼性判断ステップと、高度情報更新ステップと、更新回数評価ステップと、測位方法決定ステップ等を実行させるための測位装置の制御プログラムとすることができる。
また、このような測位装置の制御プログラム等を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等とすることもできる。

これら測位装置の制御プログラム等をコンピュータにインストールし、コンピュータによって実行可能な状態とするために用いられるプログラム格納媒体は、例えばフロッピー（登録商標）のようなフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＣＤ−ＲＷ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などのパッケージメディアのみならず、プログラムが一時的若しくは永続的に格納される半導体メモリ、磁気ディスクあるいは光磁気ディスクなどで実現することができる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。さらに、上述の各実施の形態は、相互に組み合わせて構成するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る測位システムを示す概略図である。 端末の主なハードウエア構成を示す概略図である。 端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。 ゲイン決定プログラムの一例を示す図である。 高度情報が更新される様子の一例を示す図である。 測位システムの動作例を示す概略フローチャートである。 測位システムの動作例を示す概略フローチャートである。 高度の実測値の一例を示す図である。

符号の説明

１０・・・測位システム、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ・・・ＧＰＳ衛星、２０・・・端末、１１２・・３次元測位プログラム、１１４・・・２次元測位プログラム、１１６・・・測位条件情報生成プログラム、１１８・・・高度情報信頼性判断プログラム、１２０・・・速度評価プログラム、１２２・・・ゲイン決定プログラム、１２４・・・高度情報更新プログラム、１２６・・・更新回数評価プログラム、１２８・・・測位方法決定プログラム

Claims (1)

1. 高度を示す高度情報を格納する高度情報格納手段と、
   所定のゲインを記憶するゲイン記憶手段と、
   測位衛星からの信号である衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、
   前記衛星信号に基づく３次元測位を行って、３次元座標情報を生成する３次元座標情報生成手段と、
   前記高度情報格納手段に格納された高度情報と前記３次元座標情報生成手段により生成された３次元座標情報に含まれる３次元高度情報とに基づいて、前記高度情報格納手段に格納された高度情報を更新する高度情報更新手段と、
   前記３次元座標情報生成手段により前記３次元座標情報が生成されたときの測位条件を判定する測位条件判定手段と、
   前記判定された測位条件に基づいて、前記３次元座標情報に含まれる３次元高度情報の信頼性が、予め規定した信頼性許容範囲内であるか否かを判断する信頼性許容範囲内外判断手段と、
   前記高度情報更新手段による前記高度情報の更新の回数が、前記所定回数に達するまでの間、前記高度情報更新手段による前記高度情報の更新の度に、前記信頼性許容範囲内外判断手段により前記信頼性許容範囲内ではないと判断された場合には前記ゲイン記憶手段に記憶されたゲインを更新せず、前記信頼性許容範囲内であると判断された場合には前記ゲイン記憶手段に記憶されたゲインをより大きなゲインに更新するゲイン更新手段と、
   を備え、
   前記高度情報更新手段は、
   １）前記高度情報格納手段に格納された高度情報の高度と、
   ２）前記３次元座標情報生成手段により生成された３次元座標情報に含まれる３次元高度情報の高度と
   の間を、前記ゲイン記憶手段に記憶されたゲインが大きくなるほど１）の高度に近い高度を更新高度として求め、該更新高度で前記高度情報格納手段に格納された高度情報を更新し、
   前記高度情報更新手段による前記高度情報の更新の回数が、予め規定した所定回数に達した場合に、次回の測位を前記高度情報格納手段に格納された高度情報を用いた２次元測位で行う測位装置。

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