JP4463130B2

JP4463130B2 - Ｇｐｓ受信装置およびｇｐｓ受信装置における誤差円半径の設定方法

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Publication number: JP4463130B2
Application number: JP2005074450A
Authority: JP
Inventors: 隆行渡辺; 光洋長谷川
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: JP2006258525A

Description

本発明は、ナビゲーション装置に用いられるＧＰＳ受信装置およびＧＰＳ受信装置における誤差円半径の設定方法に関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を利用して受信点の位置を算出するものであり、このシステムは、車両等の移動体用のナビゲーション装置に広く利用されている。ＧＰＳにおいて、４つ以上のＧＰＳ衛星を測位に利用すれば、受信機の緯度、経度および高さを算出することができ、３つのＧＰＳ衛星を測位に利用すれば、受信機の緯度および経度を算出することができる。一般に、前者を３次元測位といい、後者を２次元測位と呼んでいる。

測位の精度を考えれば、当然に３次元測位をすることが望ましいが、受信機の受信環境（例えば、高層ビル群や奥深い山中など）によっては、３つのＧＰＳ衛星しか捕捉することができず、２次元測位となることがある。２次元測位では、ＧＰＳ衛星からの信号により高度を算出することができないため、３次元測位時に得られた高度情報を記憶(ホールド)しておき、これを高度情報の予測値として利用している。

例えば特許文献１は、３次元測位から２次元測位に切り替わった際、３次元測位で用いた測位用衛星の配置から高さ方向誤差情報を求め、この高さ方向誤差情報から３次元測位で求めた高さ情報をホールドする有効時間を決定し、２次元測位時の緯度、経度の測位精度を改善している。

また、ＧＰＳによる測位位置は、実際の位置に対して誤差を含んでいる。ＧＰＳによる測位位置が、実際の位置に対してどれくらい離れているのかの目安の距離を円で表したものを誤差円半径と呼んでいる。誤差円半径が小さければ、測位位置の精度が高く、誤差円半径が大きければ、精度が低いことになる。測位位置に誤差を生じさせる要因として、２次元測位時に予測される高さ情報、測位されるＧＰＳ衛星の仰角、ＧＰＳ衛星の配置、マルチパスなどが挙げられる。

車載用ナビゲーション装置では、ＧＰＳによる測位に加えて、角速度センサやジャイロセンサなどを用いた自立航法による位置検出手段を備えている。自立航法による位置検出は、誤差が累積されるため、誤差円半径を用いて自立航法の位置修正を行っている。例えば、図９（ａ）に示すように、ＧＰＳによる測位位置Ｓ１と自律航法による位置Ｓ２の距離が誤差円半径Ｒを超えたとき、図９（ｂ）に示すように自立航法による位置Ｓ２をＧＰＳによる測位位置Ｓ１に引き付ける処理を行っている。

車載用ナビゲーション装置では、道路上に自車位置を正確に描画するため、測位位置を道路位置へマッチングさせるマップマッチング技術が用いられている。マップマッチングでは、誤差円半径内に含まれる道路をマッチング候補とし、その中で一定の条件を満足する道路に測位位置をマッチングさせている。

特許文献２は、ＧＰＳ衛星から送られてくる精度情報（ＵＲＡ(User Range Accuracy)）と、衛星の配置により算出される精度低下率(ＰＤＯＰ（Position Dilution of Precision）やＨＤＯＰ（Horizontal DOP）)とにより誤差円半径を算出し、誤差円半径内の道路を対象としてマップマッチングを行い、現在位置を推定している。誤差円半径の精度が高い場合にはマップマッチングの対象とする範囲が狭くなり、演算処理の負担が軽減され、一方、誤差円半径の精度が低い場合にはマップマッチングの対象とする範囲が広くなるが、その代わりに現在位置の推定精度が向上する。

特開平８−８６８５２号特開平６−１４８３０７号

ＧＰＳ測位による誤差円半径が正確でないと、上記したように自立航法の位置に誤差が累積したとき、正しい位置への復帰が遅れるという問題がある。特許文献２に開示されるように、ＧＰＳ衛星からの精度情報やＧＰＳ衛星の配置による精度低下率を用いて誤差円半径を設定しても、依然として誤差円半径の正確さは不十分である。

特に、２次元測位時には、現実の高度と測位計算に使用する高度（直前に３次元測位したもの）に高度誤差があるため、緯度、経度にも誤差が生じてしまう。このことは特許文献１においても示されており、図１０に示すように、高さ誤差と緯度・経度誤差に比例関係が生じている。したがって、現実の高度と２次元測位の高度の差が大きいほど、誤差円半径が大きくなってしまう。

また、３次元測位時は、高度に加えてＶＤＯＰ(Vertical DOP)を得ることができる。ＶＤＯＰは、垂直方向の測位位置精度であり、ＶＤＯＰが小さいほど高度の精度が良い。ＶＤＯＰは、現実の高度と３次元測位高度との誤差と密接な関係があり、このことは特許文献１においても示されており、図１１に示すように、ＶＤＯＰと高さ誤差に比例関係が生じている。すなわち、ＶＤＯＰが大きいほど、高さ誤差が大きくなる。以上から、２次元測位時の誤差円半径は、現実の高度と直前の３次元測位の高度との誤差、およびＶＤＯＰに関係があると考えられる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ＧＰＳによる測位誤差を正確に反映した誤差円半径を設定することができるＧＰＳ受信装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、ＧＰＳ受信装置による測位位置に基づき正確な自車位置を得ることができるナビゲーション装置を提供することを目的とする。

本発明に係る、ＧＰＳ衛星からの信号を用いて２次元測位または３次元測位を行うＧＰＳ受信装置は、２次元測位時に、３次元測位時の高度情報、垂直方向の測位位置精度情報、および速度情報を利用して高度誤差を予測する高度誤差予測手段と、予測された高度誤差に基づき２次元測位時の測位誤差を示す誤差量を設定する第１の設定手段とを有する。

好ましくは、高度誤差予測手段は、少なくとも３次元測位時の高度情報および速度情報から単位速度あたりの高度変化量を算出して高度誤差を予測し、また、少なくとも３次元測位時の垂直方向の測位位置精度情報および速度情報から単位速度あたりの垂直方向の測位位置精度情報の加算量を算出し、高度誤差を予測する。

さらに好ましくはＧＰＳ受信装置は、２次元測位または３次元測位の測位結果に基づき移動特性を算出する移動特性算出手段と、算出された移動特性に基づき第１の設定手段により設定された誤差量を修正する修正手段とを有する。誤差量は、例えば誤差円半径である。

本発明に係る、ＧＰＳ衛星からの信号により２次元測位または３次元測位が可能なＧＰＳ受信装置における誤差量の設定方法は、２次元測位時に、３次元測位時の高度情報、垂直方向の測位位置精度情報、および速度情報を利用して高度誤差を予測するステップと、予測された高度誤差に基づき２次元測位時の測位誤差を示す誤差量を設定するステップを有する。誤差量の設定方法はさらに好ましくは、２次元測位または３次元測位の測位結果に基づき移動特性を算出するステップと、算出された移動特性に基づき設定された誤差量を修正するステップとを有する。

本発明に係るＧＰＳ受信装置によれば、２次元測位時のときに、３次元測位時の高度情報、垂直方向の測位位置精度情報、および速度情報を利用して高度誤差を予測し、その予測された高度誤差に基づき２次元測位時の誤差量を設定するようにしたので、実際の位置との誤差をより正確に反映した誤差量を得ることができる。その結果、誤差量に基づく、マップマッチング処理や自立航法による位置の引き付け処理などを、正確にかつ迅速に行うことができ、ひいては、ナビゲーション装置における自車位置の表示処理を正確にかつ円滑に行うことができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係るＧＳＰ受信装置は、好ましくは車載用ナビゲーション装置において実施される。

図１は、本発明の実施例に係るＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。同図において、ＧＰＳ受信装置１は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号をアンテナ１０を介して受信するＲＦ受信部１２と、ＲＦ受信部１２で受信されたＧＰＳ信号に基づきＧＰＳ受信装置を測位する演算制御部１４と、演算されたデータ等を記憶するデータメモリ１６と、演算制御部１４が実行するプログラムを格納するプログラムメモリ１８とを備えている。プログラムメモリ１８には、ＧＰＳによる３次元測位または２次元測位による誤差円半径の算出を行うプログラムなどが格納されている。

ＧＰＳ衛星から発せられたＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星に関する軌道情報を含むアルマナックデータ、各衛星の正確な軌道情報と信号を発射した時刻情報を含むエフェメリスデータ等を含み、これらは所定のフォーマットで符号化されている。ＲＦ受信部１２は、受信したＧＰＳ信号をデコードし、これを演算制御部１４へ出力する。演算制御部１４は、デコードされた信号に基づき位置を測位する。測位されたデータは、ナビゲーション装置本体へ供給され、そこで、道路地図上に自車位置マーク等を描画するために利用される。

図２は、ＧＰＳ受信装置の誤差円半径算出フローを示す図である。このフローは、ＧＰＳ誤差要因に基づき誤差円半径を算出するステップと（ステップＳ１０１）、算出された誤差円半径を走行特性を考慮して修正するステップと（ステップＳ１０２）を有している。ステップＳ１０１の誤差円半径の算出は、主に受信装置を定点においたときの静的測位の誤差であり、ステップＳ１０２の誤差円半径の修正は、主に受信装置を移動させたときの動的測位の誤差である。

ＧＰＳ誤差要因として、次のようなものが挙げられる。
１．測位ステータス
３次元測位か２次元測位かの測位状態である。４つ以上の衛星を測位に使用すれば、高度を測定できる３次元測位となる。一方、衛星３つのときは、高度を測定できない２次元測位となる。３次元測位は、２次元測位よりも精度が良い。

２．仰角
測位に使用している衛星の地上からの角度である。一般的に仰角が低いと、電離層や対流圏の遅延により誤差が大きくなるといわれる。電離層遅延とは、ＧＰＳが使用するマイクロ波が、電離層の屈折率変化によって進行速度が遅れることである。また、対流圏遅延とは、大気の屈折率が１でないために生じる、ＧＰＳ信号の通過遅れである。

３．ＰＤＯＰ・ＨＤＯＰ
ＰＤＯＰとは、衛星同士を結んだ立体の体積であり、３次元測位での位置精度を示す。ＰＤＯＰが小さい（立体の体積が大きい）ときに、精度が良くなる。但し、２次元測位のときはＰＤＯＰを計算できないため、ＨＤＯＰを使用する。ＨＤＯＰは、水平方向の測位位置精度を示し、小さいときに緯度・経度の精度が良いといわれる。

４．重心ベクトル
ＰＤＯＰは、衛星同士を結んだ立体の体積であることから、衛星の散らばり具合を示すことができる。しかし、衛星が中心付近に集まっているか、端に固まっているかの偏りを示すことはできない。衛星が端に固まっている場合は、同方向からの受信信号が多くなるため、測位位置の精度が悪くなる。そこで衛星の偏りを示すため、重心ベクトルを指標として考慮する。重心ベクトルとは、測位に使用する複数の衛星をＸＹ平面上で1つの図形とみなし、その図形の重心と、原点からの距離である。重心ベクトルが小さいほど、衛星が中心方向に集まり、大きいほど端に偏ることを示す。

５．擬似距離
衛星から受信機までの距離測定値である。マルチパスが起こりやすい遮蔽環境では時間変動が起こりやすく、測位精度と密接な関係がある。

６．高度・速度・２次元測位継続時間・ＶＤＯＰ
３次元測位から２次元測位に変化した際、参考にする誤差要因である。
２次元測位のときの誤差要因は、上記したように、実際の高度と測位計算に用いる３次元測位で得られた高度との高度誤差である。この高度誤差は、緯度、経度の誤差と比例関係にある（図１０参照）。さらに高度誤差は、ＶＤＯＰと比例関係にある（図１１参照）。

本実施例のＧＰＳ受信装置では、ＧＰＳ誤差要因のうち、仰角、ＤＯＰ、衛星配置の偏り、高度誤差から誤差円半径を算出する。特に、高度誤差を計算するにあたり、直前の３次元測位ステータスを利用して、現実の高度を予測する。

図３は、ＧＰＳ誤差要因による誤差円半径の算出フローを示す図である。本実施例のＧＰＳ受信装置では、１秒毎に２次元測位または３次元測位が行われるものとする。ＧＰＳ受信装置による測位が開始されると、演算制御部１４において、２次元測位か３次元測位かの測位状態が判別される（ステップＳ２０１）。この判別は、測位可能なＧＰＳ衛星の数によって判別される。

３次元測位されているとき、最低仰角による誤差円半径Ｒ_０、ＰＤＯＰによる誤差円半径Ｒ_１、および重心ベクトルによる誤差円半径Ｒ_２が算出される（ステップＳ２０２）。Ｒ_０は、最低仰角のＬｏｇ関数に定数を加えたもの（−7.2175×Ｌｎ（ELVmin）+30.921）、Ｒ_１は、ＰＤＯＰのｌｏｇ関数に定数を加えたもの（5.2614×Ｌｎ（PDOP）＋9.9656）、Ｒ_２は、重心ベクトルのｌｏｇ関数に定数を加えたもの（4.3835×Ｌｎ(Vector)＋20.409）である。なお、「ELVmin」は、最低仰角、「Vector」は重心ベクトルの意である。

これらの式は、ＧＰＳ受信装置により測位された分析データに基づき決定されている。分析データの実際の誤差はバラツキがあるため、９５％確率で含まれる２σ値として扱っている。ここでいう「実際の誤差」とは、ＧＰＳ定点測位の場合には、測位位置から基準点（ＧＰＳ受信装置の実際の位置）までの距離であり、ＧＰＳ動的測位の場合には、測位位置から走行道路までの法線距離である。

次に、演算制御部１４は、高度誤差Δｈ＝０を設定する（ステップＳ２０３）。３次元測位では高度を算出することができるためである。従って、高度誤差による誤差円半径Ｒ_３についても、Ｒ_３＝０を設定する（ステップＳ２０４）。

次に、演算制御部１４は、ＧＰＳ誤差要因による誤差円半径Ｒを算出する（ステップＳ２０５）。誤差円半径Ｒは、Ｒ＝Ｒ_０＋（Ｒ_１−Ｒ_０）＋（Ｒ_２−Ｒ_０）によって規定される。ここで、最低仰角による誤差円半径Ｒ_０を基準とするのは、最低仰角が最も精度に影響を及ぼすためである。さらに、演算制御部１４は、測位された高度、ＶＤＯＰ、速度を履歴として保存する（ステップＳ２０６）。

測位状態が２次元測位であるとき、演算制御部１４は、２次元測位に切り替わる前に３次元測位が行われていたかを判定する（ステップＳ２０７）。３次元測位が行われていないと、高度誤差を正確に予測することができないので、その場合にはエラー処理となる。切替前に３次元測位が行われていた場合、演算制御部１４は、２次元測位の継続時間が１０秒以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。１０秒以上の２次元測位が継続する場合には、データ精度が古くその精度が低下したとみなされるので、エラー処理となる。

２次元測位が１０秒未満の状態にあるとき、演算制御部１４は、３次元測位における高度、ＶＤＯＰ、速度の履歴が２秒分あるか否かを判定する（ステップＳ２０９）。履歴がないときは、高度誤差を予測できないので、エラー処理となる。これらの履歴情報があるとき、演算制御部１４は、最低仰角による誤差円半径Ｒ_０、ＨＤＯＰによる誤差円半径Ｒ_１、および重心ベクトルによる誤差円半径Ｒ_２を算出する（ステップＳ２１０）。Ｒ_０は、最低仰角のＬｏｇ関数に定数を加えたもの（−6.6343×Ｌｎ（ELVmin）+31.861）、Ｒ_１は、ＨＤＯＰのｌｏｇ関数に定数を加えたもの（4.393×Ｌｎ（HDOP）＋13.151）、Ｒ_２は、重心ベクトルのｌｏｇ関数に定数を加えたもの（3.6807×Ｌｎ(Vector)＋19.063）であり、これの式は、実験値などに基づく経験則によって決定されている。

次に、演算制御部１４は、２次元測位時の高度誤差を予測するために、以下の式による計算を行う（ステップＳ２１１）。なお、速度および進行角未測位によりＶおよびＶｏが得られなかった場合は、１秒前のＧＰＳ速度でミラーリングしたものを使用する。

高度誤差Δｈを算出したならば、次に、演算制御部１４は、高度誤差による誤算半径Ｒ_３（Ｒ_３＝０．２１４９×Δｈ＋１．５８３６＋１秒前のＲ_３）を計算する（ステップＳ２１２）。

次に、演算制御部１４は、ＧＰＳ誤差要因による誤差円半径Ｒを算出する（ステップＳ２１３）。誤差円半径Ｒは、Ｒ＝Ｒ_０＋（Ｒ_１−Ｒ_０）＋（Ｒ_２−Ｒ_０）＋Ｒ_３によって規定される。そして、今回の測位された高度誤差による誤差円半径Ｒ_３が履歴として保存される（ステップＳ２１４）。

上記ステップＳ２１１およびステップＳ２１２による計算の意味は、次のようなことである。２次元測位の直前の、過去２回の３次元測位の高度、ＶＤＯＰ、速度を利用して、単位速度（１ｋｍ／ｈ）当りの高度変化量を計算する。次に、単位速度当りの高度変化量に、２次元測位時の速度Ｖを掛けることで、過去の高度変化量に基づく高度誤差が求まる。さらに、過去の３次元測位時のＶＤＯＰに基づく高度誤差を加えることで、２次元測位時の高度誤差が求まる。そして、２次元測位時の高度誤差に係数を掛けて、定数を加えることで、高度誤差による誤差円半径が求まる。

一方、未測位のとき（ステップＳ２０１）、２次元測位に切り替わる前に３次元測位がされていないとき（ステップＳ２０７）、２次元測位が１０秒以上であるとき（ステップＳ２０８）、および高度、ＶＤＯＰ、速度の履歴がないとき（ステップＳ２０９）、エラー処理として、異常フラグをオンにし（ステップＳ２１５）、最低仰角による誤差円半径Ｒ_０、ＰＤＯＰ・ＨＤＯＰによる誤差円半径Ｒ_１、および重心ベクトルによる誤差円半径Ｒ_２をすべて「０」にする（ステップＳ２１６）。さらに、高度誤差Δｈ＝０（ステップＳ２１７）、高度誤差による誤差円半径Ｒ_３＝０（ステップＳ２１８）、ＧＰＳ誤差要因による誤差円半径Ｒ＝１０００ｍ（ステップＳ２１９）とする。

このように、２次元測位時の高度誤差Δｈは、直前の３次元測位時の高度、ＶＤＯＰ、速度を考慮して算出されるので、高度誤差による誤差円半径Ｒ_３の精度も高くなり、結果として、ＧＰＳ誤差要因による誤差円半径Ｒの精度を高くすることができる。

次に、図２に示した走行特性考慮による誤差円半径の計算について説明する。上記したように、本発明では、ＧＰＳ誤差要因に加え、ＧＰＳ衛星受信装置すなわち車両の走行特性（または移動特性）を考慮することで、誤差円半径を拡張もしくは伸縮する係数を算出する。本実施例の走行特性は、どれだけ走行したかという走行距離と、どちらの方向を向いているかという進行角の２つの特性を算出する。

１．走行距離
ＧＰＳ測位点間の距離が、実際の走行距離にどれだけ近いかを判断する。走行距離比率は、測位された緯度、経度座標値から算出した走行距離と、ドップラー効果による速度から算出された走行距離との比である。ドップラー効果による速度は精度が高いため、この走行距離比率が「１」に近いほど、実際の走行距離に近くなる。以下の式により、「走行距離比率」として信頼度を決定する。

ここで、ＸはＧＰＳ経度の直交座標[ｍ]、ＹはＧＰＳ緯度の直交座標[ｍ]、ｖはＧＰＳ速度、ｔは４秒間分の時間（０：今回、−１．１秒前、−２．２秒前、−３．３秒前）である。

２．進行角
ＧＰＳ測位点間の角度が、実際の進行角にどれだけ近いかを判断する。進行角誤差は、測位された緯度、経度座標値から算出された進行角と、ドップラー効果による方位から算出された進行角との差である。ドップラー効果による方位は精度が高いため、この差が「０」に近いほど、実際の進行角に近くなる。以下の式により、「進行角誤差」として信頼度を決定する。

ここで、θ_GPSは、ＧＰＳ方位［度］、θ_XYは測位位置進行角［度］である。

図４は、走行特性考慮による誤差円半径の計算フローを示す図である。同図に示すように、先ず、演算制御部１４は、測位開始後５秒未満であるか、あるいは異常フラグがオンであるかをチェックする（ステップＳ３０１）。測位開始が５秒未満のとき、データが不十分であるためエラー処理となる。異常フラグがオン（図３のステップ２１５）のときもエラー処理となる。

次に、４秒間連続で速度／進行角を測位しているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。４秒間連続で測位している場合には、４秒間連続で速度が０か否かが判定される（ステップＳ３０３）。速度が０でないとき、すなわち走行がされているとき、演算制御部１４は、走行距離比率Ｐが０．９８≦Ｐ≦１．０２か否かを判定する（ステップＳ３０４）。走行距離比率Ｐがこの範囲を満たす場合には、進行角誤差が３０度以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。進行角誤差が３０度以下であれば、演算制御部１４は、ＧＰＳ誤差要因による誤差円半径Ｒに係数０．１３を乗じ、走行特性考慮後の誤差円半径Ｒｓ＝Ｒ×０．１３を算出する（ステップＳ３０６）。進行角誤差が３０度以上の場合には、Ｒｓ＝Ｒ×０．７５とする（ステップＳ３０７）。走行特性の信頼度が幾分低いので、それに応じて係数を０．７５とし、ステップＳ３０６のときよりも誤差円半径が大きくなる。なお、ＧＰＳ誤差要因による誤差円半径Ｒは、２次元測位時または３次元測位時のいずれかである。

ステップＳ３０４において、走行距離比率Ｐが０．９８≦Ｐ≦１．０２の範囲を満足しないとき、演算制御部１４は、走行距離比率Ｐが、０．９≦Ｐ≦１．１の範囲に含まれるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。満足する場合には、進行角誤差が３０度以下か否かが判定され（ステップＳ３０９）、３０度以下であれば、誤差円半径Ｒｓ＝０．１９×Ｒとなり（ステップＳ３１０）、３０度以下でなければ、誤差円半径Ｒｓ＝０．８１×Ｒとなる（ステップＳ３１１）。

また、ステップＳ３０８の範囲を満足していないときにも、進行角誤差が３０度以下か否かが判定され（ステップＳ３１２）、３０度以下であれば、誤差円半径Ｒｓ＝Ｒ×０．９３（ステップＳ３１３）となり、３０度以下でなければ、誤差円半径Ｒｓ＝Ｒ×１．５９となる（ステップＳ３１４）。

一方、ステップＳ３０１においてエラー処理となったとき、走行特性を全く考慮できないので、誤差円半径Ｒｓ＝Ｒとする（ステップＳ３１５）。ステップＳ３０２においてエラー処理となったとき、誤差円半径Ｒｓ＝Ｒ×３．３となり（ステップＳ３１６）、ステップＳ３０３においてエラー処理となったとき、誤差円半径Ｒｓ＝Ｒ×０．４４とする（ステップＳ３１７）。これらの係数は、経験則から算出された値である。

以上のようにして、走行特性を考慮した誤差円半径Ｒｓが算出されると、今回の緯度、経度を履歴として保存し、かつ、今回の速度、進行角を履歴として保存し（ステップＳ３１８）、これらのデータは、次の走行特定考慮による誤差円半径の計算に使用される。

次に、本実施例のＧＰＳ受信装置による効果について説明する。効果の評価方法として、「正解率」と「精度」の２を用いる。「正解率」とは、誤差円半径が実際の誤差よりも大きい確率を示す。すなわち、誤差円半径としての正当性を示す指標である。正解率は、以下の式により定義される。

「精度」とは、誤差円半径と実際の誤差との差を絶対値で示したものである。すなわち、誤差円半径が実際の誤差にどれだけ近いかという指標である。これは、以下の式により定義される。

精度の計算には、誤差円半径＝１０００ｍとなるエラー処理の箇所は含めないこととし、また、実際の誤差は、ＧＰＳ測位位置から走行道路に引いた垂線の距離（法線誤差）とした。理想としては、「正解率」が１００％で、かつ精度が０に近いことが誤差円半径にとって望ましい。

図５は、縦軸が実際の誤差［ｍ］、横軸が｜実際の誤差−誤差円半径｜［ｍ］のグラフに、分析データをもとに従来手法により算出された誤差円半径（菱形のプロット）と、本実施例により算出された誤差円半径（四角のプロット）とを表示している。従来手法による誤差円半径は、実際の誤差と誤差円半径の差が２０〜５００ｍとバラツキが非常に大きいのに対し、本実施例による誤差円半径は、その差が０〜６０ｍとバラツキが小さく、その精度が良いことがわかる。

図６は、図５にプロットされたデータを１σ（上位６８％確率値）と２σ（上位９５％確率値）により評価した精度を示している。従来の誤差円半径は、１σのとき４９２．９ｍ、２σのとき５００ｍであるのに対し、本実施例による誤差円半径は、１σのとき２６．１ｍ、２σのとき３７．７ｍであり、実際の誤差により近くなっている。

図７（ａ）は、市街地Ａを走行したときに実際にサンプリングした測位データに基づき算出された誤差円半径の正解率と精度を示す表である。従来手法による誤差円半径では、正解率は１００％であるが、精度は２７２．１８ｍと非常に大きく、実際の誤差と隔たりが大きいことが分かる。一方、本実施例による誤差円半径では、正解率は９８．２％であり、精度は４２．４９ｍである。つまり、高い正解率を維持しつつ、精度も高いことがわかる。

図７（ｂ）は、高層ビル群が多い市街地Ｂを走行したときに実際にサンプリングした測位データに基づき算出された誤差円半径の正解率と精度を示す表である。従来手法による正解率は、９４．５％であり、精度は４７８．１１ｍであるのに対し、本実施例による正解率は、９０．１％であり、精度は１１３．０２ｍである。このことからも、本実施例による誤差円半径は、実際の誤差に近く、かつ実際の誤差の大部分を含み得る、適正な大きさであることがわかる。

図８は、本実施例に係るＧＰＳ受信装置をナビゲーション装置に適用したときのブロック図である。ナビゲーション装置１００は、上記したＧＰＳ衛星からの電波を受信して車両の現在位置と現在方位を測定するＧＰＳ受信装置１、自立航法用センサ１１２、アンテナ１１４を介して車両外部の現在の道路交通情報を受信するＶＩＣＳ・ＦＭ多重レシーバ１１６、操作パネル１２２、音声入力部１２４およびリモコン操作部１２６を含むユーザ入力インターフェース１２０、大容量のハードディスクを有する記憶装置１３０、無線または有線によりデータ通信を可能とするデータ通信制御部１３２、スピーカ１４２から音声を出力させる音声出力部１４０、ディスプレイ１５２に画像を表示させる表示制御部１５０、種々のプログラムを記憶するプログラムメモリ１６０、データを一時記憶するデータメモリ１７０、および制御部１８０を含んでいる。

記憶装置１３０は、ナビゲーションの各種機能を実行するためのプログラムおよびデータベースを記憶する。データベースは、地図データ、施設データを含み、地図データは、道路に関するリンクデータおよび交差点データが含まれる。プログラムメモリ１６０は、記憶装置１３０に記憶されたプログラムをロードし、そこには、ＧＰＳ受信装置からの測位データに基づき、自車位置をマップマッチングさせるプログラムや自立航法用センサ１１２の累積誤差を修正するためのプログラム等が格納される。データメモリ１７０は、記憶装置１３０から読み出した地図データやＧＰＳ受信装置１からの測位データ等を記憶する。

本実施例に係るＧＰＳ受信装置１をナビゲーション装置１００に用いることで、実際の位置との誤差をより正確に反映した誤差円半径を提供することができ、自立航法用センサ１１２の誤差の累積を迅速に解消し、また、マップマッチングによる処理負担を軽減し、自車位置の表示等を高速に行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係るＧＰＳ受信装置は、車両等の移動体のナビゲーション装置やシステムなどに広く利用される。

本発明の実施例に係るＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例に係るＧＰＳ受信装置の誤差円半径算出フローを示す図である。図２に示すＧＰＳ誤差要因による誤差円半径算出フローを示す図である。図２に示す走行特性考慮による誤差円半径算出フローを示す図である。本実施例のＧＰＳ受信装置の効果を示す図である。本実施例のＧＰＳ受信装置の効果を示す図である。従来手法と本実施例の正解率と精度とを対比した表である。ＧＰＳ受信装置をナビゲーション装置に適用した図である。誤差円半径の利用方法の１つを説明する図である。高さ誤差と緯度・経度誤差の関係を示す図である。高さ誤差とＶＤＯＰとの関係を示す図である。

符号の説明

１：ＧＰＳ受信装置１０：アンテナ
１２：ＲＦ受信部１４：演算制御部
１６：データメモリ１８：プログラムメモリ

Claims

ＧＰＳ衛星からの信号を用いて２次元測位または３次元測位を行うＧＰＳ受信装置であって、
２次元測位時に、３次元測位時の高度情報、垂直方向の測位位置精度情報、および速度情報を利用して２次元測位時の高度誤差を予測する高度誤差予測手段と、
予測された高度誤差を利用して２次元測位時の測位誤差を示す誤差量を設定する第１の設定手段とを有し、
前記高度誤差予測手段は、過去２回の３次元測位時の高度情報および垂直方向の測位位置精度情報と３次元測位時の速度情報を用いて３次元測位時の単位速度あたりの高度変化量を算出し、当該単位速度あたりの高度変化量に２次元測位時の速度情報を乗することで２次元測位時の高度誤差を求める、
ＧＰＳ受信装置。
前記単位速度あたりの高度変化量は、過去２回の３次元測位時の高度情報の変化量に過去２回の垂直方向の測位位置精度情報の累積を加えたものを３次元測位時の速度で除することにより求められる、請求項１に記載のＧＰＳ受信装置。
高度誤差予測手段は、以下の式により高度誤差を求める、請求項１または２に記載のＧＰＳ受信装置。
ＧＰＳ受信装置はさらに、２次元測位または３次元測位の測位結果に基づき移動特性を算出する移動特性算出手段と、算出された移動特性に基づき第１の設定手段により設定された誤差量を修正する修正手段とを有する、請求項１ないし３いずれか１つに記載のＧＰＳ受信装置。
ＧＰＳ受信装置はさらに、３次元測位のときにＧＰＳ誤差要因に基づき誤差量を設定する第２の設定手段を有し、前記修正手段は、第２の設定手段により設定された誤差量を修正する、請求項４に記載のＧＰＳ受信装置。
前記移動特性算出手段は、測位により得られた所定期間の緯度および経度から第１の移動距離を算出し、かつ、測位により得られた所定期間の速度から第２の移動距離を算出し、第１の移動距離と第２の移動距離の比を算出する、請求項４または５に記載のＧＰＳ受信装置。
前記移動特性算出手段は、測位により得られた所定期間の緯度および経度から第１の進行角を算出し、かつ、測位により得られた所定期間の方位から第２の進行角を算出し、第１の進行角と第２の進行角の差を算出する、請求項４または５に記載のＧＰＳ受信装置。
前記修正手段は、前記第１または第２の設定手段により設定された誤差量に、前記移動特性算出手段による移動特性に応じた係数を乗じる、請求項４ないし７いずれか１つに記載のＧＰＳ受信装置。
前記速度および方位は、ドップラー効果により算出される、請求項６または７に記載のＧＰＳ受信装置。
請求項１ないし９いずれか１つに記載のＧＰＳ受信装置と、ＧＰＳ受信装置による誤差量を利用して自車位置を検出する検出し、これをディスプレイ上に表示する手段とを備えたナビゲーション装置。
ＧＰＳ衛星からの信号により２次元測位または３次元測位が可能なＧＰＳ受信装置における誤差量の設定方法であって、
２次元測位時に、３次元測位時の高度情報、垂直方向の測位位置精度情報、および速度情報を利用して高度誤差を予測するステップと、
予測された高度誤差に基づき２次元測位時の測位誤差を示す誤差量を設定するステップをと有し、
前記予測するステップは、過去２回の３次元測位時の高度情報および垂直方向の測位位置精度情報と３次元測位時の速度情報を用いて３次元測位時の単位速度あたりの高度変化量を算出し、当該単位速度あたりの高度変化量に２次元測位時の速度情報を乗することで２次元測位時の高度誤差を求める、
誤差量の設定方法。
誤差量設定方法はさらに、２次元測位または３次元測位の測位結果に基づき移動特性を算出するステップと、算出された移動特性に基づき設定された誤差量を修正するステップとを有する、請求項１１に記載の誤差量の設定方法。
前記予測するステップは、以下の式により高度誤差を求める、請求項１１または１２に記載の誤差量の設定方法。
前記移動特性を算出するステップは、２次元測位または３次元測位から得られた所定期間の緯度および経度から第１の移動距離および第１の進行角を算出し、かつ、測位から得られた所定期間の速度および方位から第２の移動距離および第２の進行角を算出し、第１の移動距離と第２の移動距離の比、および第１の進行角と第２の進行角の差を算出する、請求項１２に記載の誤差量の設定方法。