JP4470944B2 - 移動体位置測位装置 - Google Patents

Description

本発明は、測位モードを適切に切り替えて測位を行う移動体位置測位装置に関する。

従来から、ＧＰＳ衛星から受信した信号に係るＰＮコードの位相を検出しこの位相を用いてＧＰＳ衛星からの擬似距離を求める手段と、ＧＰＳ衛星から受信したキャリアに含まれるドップラ成分を所定時点から積算することにより当該時点からの擬似距離の変化量を求める手段と、求められた変化量に基づき擬似距離を補正する手段と、補正された擬似距離を用いて搭載に係る移動体又は携帯に係る使用者の位置を求める手段と、を備えることを特徴とするＧＰＳ受信機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１９８８２１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術では、いわゆるキャリアスムージングを行う測位方法を採用しているが、ＰＮコードの位相から求める擬似距離は、電離層や対流圏といった誤差要因の影響を受けるので、キャリアスムージングを行ったとしても測位結果の精度を高めるのには限界がある。

そこで、本発明は、測位モードを適切に切り替えて精度の高い測位を行うことができる移動体位置測位装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る移動体位置測位装置は、衛星からの信号のコード位相に基づいて移動体の位置を測位する第１測位手段と、
前記移動体の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段と、
前記位置情報取得手段により取得された位置情報と、衛星からの搬送波の周波数のドップラ成分の計測値とに基づいて、前記位置情報から導出される衛星と移動体との間の距離の初期値に、前記ドップラ成分の計測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量を積算し、該積算により得られる衛星と移動体との間の距離に基づいて、移動体の位置を測位する第２測位手段と、
前記第１測位手段による第１測位モードと前記第２測位手段による第２測位モードとを切り替えるモード切替手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記位置情報取得手段により所定レベル以上の信頼性の高い位置情報が取得された場合に、前記第１測位手段による第１測位モードから前記第２測位手段による第２測位モードに切り替えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る移動体位置測位装置において、
前記位置情報取得手段は、既知の標識の位置情報と、標識と移動体との間の相対距離の測定結果と、に基づいて移動体の位置を算出する手段であり、
前記切替手段は、前記位置情報取得手段により前記移動体の位置が算出された場合に、前記第１測位手段による第１測位モードから前記第２測位手段による第２測位モードに切り替えることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明に係る移動体位置測位装置において、
前記モード切替手段は、更に、観測可能な衛星数が所定数以下となった場合にも、前記第１測位手段による第１測位モードから前記第２測位手段による第２測位モードに切り替えることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明に係る移動体位置測位装置において、
前記第２測位手段は、前記位置情報取得手段により取得された位置情報の移動体の位置に移動体が位置する時点の衛星と移動体との間の距離を初期距離として、該初期距離に、前記ドップラ成分の計測値から求まる衛星と移動体との間の距離の変化量を積算して、現在の衛星と移動体との間の距離を算出し、該算出した現在の衛星と移動体との間の距離に基づいて、現在の移動体の位置を測位することを特徴とする。

また、第５の発明に係る移動体位置測位装置は、衛星からの信号のコード位相から計測可能な衛星と移動体との間の擬似距離に基づいて、移動体の位置を測位する第１測位手段と、
移動体の位置の適当な初期値に、衛星からの搬送波の周波数のドップラ成分の計測値からから求まる衛星と移動体の間の距離の変化量を積算して、現在の衛星と移動体との間の距離（以下、「衛星移動体間距離」という）を算出し、該算出した衛星移動体間距離に基づいて、現在の移動体の位置を測位する第２測位手段と、
前記第１測位手段で用いられる擬似距離の精度と、前記第２測位手段で用いられる前記衛星移動体間距離の精度とを比較する精度比較手段と、
前記第１測位手段による第１測位モードと前記第２測位手段による第２測位モードとを切り替えるモード切替手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記精度比較手段の比較結果に基づいて、前記第１測位モードと第２測位モードのうちの精度の良い方のモードを選択することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明に係る移動体位置測位装置において、
前記精度比較手段は、前記第１測位手段で用いられる擬似距離のばらつき度合いを表す指標値と、前記第２測位手段で用いられる前記衛星移動体間距離のばらつき度合いを表す指標値とを比較することで、前記精度の比較を行うことを特徴とする。

本発明によれば、測位モードを適切に切り替えて精度の高い測位を行うことができる移動体位置測位装置が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る移動体位置測位装置が適用されるＧＰＳ（Global Positioning System）の全体的な構成を示すシステム構成図である。図１に示すように、ＧＰＳは、地球周りを周回するＧＰＳ衛星１０と、地球上に位置し地球上を移動しうる車両９０とから構成される。尚、車両９０は、あくまで移動体の一例であり、その他の移動体としては、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末等がありうる。

ＧＰＳ衛星１０は、航法メッセージ（衛星信号）を地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するＧＰＳ衛星１０に関する衛星軌道情報（エフェメリスやアルマナク）、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。尚、Ｌ１波は、Ｃ／Ａコードで変調されたＳｉｎ波とＰコード（Precision Code）で変調されたＣｏｓ波の合成波であり、直交変調されている。Ｃ／Ａコード及びＰコードは、擬似雑音（Pseudo Noise）符号であり、−１と１が不規則に周期的に並ぶ符号列である。

尚、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２０，０００kmの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。

車両９０には、移動体位置測位装置としての車載器１が搭載される。

図２は、車載器１の一実施例を含むシステム全体を示す図である。図２には、説明の複雑化を避けるため、ＧＰＳ衛星１０_１（下付きの符号は、衛星番号）が１つだけ示されている。ここでは、ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０_２，１０_３等からの衛星信号に関する信号処理と実質的に同じである。実際には、以下で説明する衛星信号に関する信号処理は、観測可能な各ＧＰＳ衛星１０_１，１０_２，１０_３等からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行されることになる。

本実施例の車載器１は、ＧＰＳ受信機２０を備える。ＧＰＳ受信機２０の構成の詳細は後述する。ＧＰＳ受信機２０は、ＧＰＳ衛星１０_１から発信されている衛星信号をＧＰＳアンテナ２２を介して受信し、内部で発生させたレプリカＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行い、航法メッセージを取り出す。Ｃ／Ａコード同期の方法は、多種多様でありえ、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を用いて、受信したＣ／Ａコードに対するレプリカＣ／Ａコードの相関値がピークとなるコード位相を追尾する方法であってよい。

また、ＧＰＳ受信機２０は、後述の如く、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０（正確にはＧＰＳ受信機２０）との間の擬似距離ρを算出する。擬似距離ρとは、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０との間の真の距離とは異なり、時計誤差（クロックバイアス）や、電離層遅延誤差のような電波伝搬速度変化による誤差を含む。

ＧＰＳ受信機２０には、測位演算部２４が接続される。

測位演算部２４は、先ず、航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１の、ワールド座標系での現在位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）を計算する。尚、ＧＰＳ衛星１０_１は、人工衛星の１つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内（軌道面）に限定される。また、ＧＰＳ衛星１０_１の軌道は地球重心を１つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０_１の位置が計算できる。また、ＧＰＳ衛星１０_１の位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）は、ＧＰＳ衛星１０_１の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０_１の位置を３次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、図３に示すように、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するＸ軸及びY軸、並びに、この両軸に直交するＺ軸により定義される。

測位演算部２４は、衛星位置の算出結果と、ＧＰＳ受信機２０から供給される擬似距離ρの算出結果に基づいて、車両９０の位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）を測位する。車両９０の位置は、３つのＧＰＳ衛星１０に対して得られるそれぞれの擬似距離及び衛星位置を用いて、三角測量の原理で導出されてよい。この場合、擬似距離は上述の如く時計誤差を含むので、４つ目のＧＰＳ衛星１０に対して得られる擬似距離及び衛星位置を用いて、時計誤差成分が除去される。尚、車両９０の位置の測位方法としては、上述のような単独測位に限られず、干渉測位（既知の点に設置された固定局での受信データを併用する方式）であってもよい。干渉測位の場合、上述の如く固定局及び車両９０にてそれぞれ得られる擬似距離の１重位相差や２重位相差等を用いて車両９０の位置が測位されることになる。

或いは、測位演算部２４は、必要に応じて、車両９０の移動態様を検出するＩＮＳ（inertial navigation system）センサ２６や、車速センサ、舵角センサ、方位角計等のような車両センサ２８からの情報を用いて、測位結果を補正してよい。ＩＮＳセンサ２６は、ジャイロセンサやＧ（加速度）センサを含んでよい。例えば、測位演算部２４は、トンネル走行中などのように衛星信号が受信できない間、ＩＮＳセンサ２６や車両センサ２８に基づいて推定される車両９０の移動態様に基づいて、車両９０の位置情報を生成してもよい。尚、例えば車両（車両９０）の速度ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）は、車体を基準としたボディ座標系（図３参照）に基づいているため、測位演算部２４は、速度ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）を、ローカル座標系を介してワールド座標系へと座標変換する。通常、座標の回転変換は、オイラー角を用いて実現できるが、ボディ座標系からローカル座標系への変換に関しては、ロール角及びピッチ角が小さいとしてヨー角ψのみで実現することとしてよい（但し、ロール角及びピッチ角を考慮することも、ヨー角を無視することも当然に可能である。）。また、ローカル座標系からワールド座標系への変換に関しては、車両位置の経度及び緯度を用いた変換で実現される。

このようにして測位演算部２４により測位又は測位後に補正された車両９０の位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）は、ＧＰＳ上の車両位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）として、ブロック３０及び３６に出力される。

ブロック３０では、ＧＰＳ上の車両位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）は、ＭＡＰデータベース５２からの地図データ（ＭＡＰデータ）の道路上の位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）へと補正され、更に、カメラ５０からの画像に基づいて実行される白線認識処理（ブロック３４）結果に基づいて、白線補正（ブロック３２）を受ける。カメラ５０は、例えば、ルームミラーの前側に搭載される前方監視カメラであってもよいし、車両９０の後部に配置される後方監視カメラであってもよい。白線認識方法は、多種多様でありえ、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、撮像画像の所定領域を画像処理対象領域としてエッジ処理を行い、パターンマッチング等を用いて、道路区画線である白線を認識してよい。白線補正（ブロック３２）では、例えば複数車線のうちのどの車線を車両９０が走行しているかが特定され、特定された車線の位置情報に基づいて、位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が補正される。

このようにして補正された車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）は、最終的な車両位置として、例えばナビゲーション装置に出力されてよい。

一方、ブロック３６では、測位演算部２４により測位又は測位後に補正された車両９０の位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）の履歴が、車両９０の走行状態（走行軌跡）を表す情報として、車両状態メモリに記憶される。車両状態メモリに記憶された走行軌跡は、ブロック３８において、ＭＡＰデータベース５２からの地図データに基づいて、マップマッチング処理を受ける。このマップマッチング処理は、ＭＡＰデータベース５２からの地図データの道路形状と、車両状態メモリに記憶された走行軌跡とをパターンマッチングすること（相関性・一致性を評価すること）により実現されてよい。この結果、ブロック４０では、車両状態メモリに記憶された走行軌跡に基づいて、地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が算出される。このようにして算出された地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）は、ブロック４６に入力される。

また、ブロック４２では、カメラ５０からの画像に基づいて標識認識処理が実行される。標識認識方法は、多種多様でありえ、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、撮像画像の所定領域を画像処理対象領域としてエッジ処理を行い、パターンマッチング等を用いて、標識を認識してよい。標識は、例えば、道路の表面に描かれる横断歩道や一時停止線，進行方向矢印，「横断歩道あり」の菱形標示，最高速度標示，転回禁止標示などを含む。これらの標識のパターンデータは、標識パターンデータベース５４内に記憶されており、上述のパターンマッチングに用いられる。ブロック４４では、標識認識結果と、ＭＡＰデータベース５２からの地図データに基づいて、地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が算出される。具体的には、認識された標識の位置情報と、標識と車両９０の位置関係に基づいて、地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が算出される。標識の位置情報は、標識パターンデータベース５４内に記憶されていてよい。このようにして算出された地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）は、ブロック４６に入力される。

ブロック４６では、ブロック４０及び４４からそれぞれの地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が入力される場合に、信頼性の高い方の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が選択される。尚、ブロック４０及び４４の一方のみが入力される場合には、当該一方からの地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が自動的に選択されてよい。信頼性は、例えばマッチング時の相関性や適合度等に基づいて判断されてもよい。或いは、ブロック４６は、簡易的に、ブロック４４から地図データ上の車両位置を優先的に選択してもよい。これは、ブロック４４から地図データ上の車両位置は、標識が認識された際に不定期的に算出されるが、標識の位置情報を用いるので精度が高いからである。ブロック４６にて選択された地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）は、ＧＰＳ受信機２０に入力される。尚、ブロック４０及び４４からの何れからも地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）がブロック４６に入力されない場合には、それに対応してブロック４６からＧＰＳ受信機２０への地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）の出力は行われない。

ここで、標識認識結果から、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）を算出する方法の一例について説明する。

図４は、標識の位置と車両位置と位置関係を概略的に示す平面図である。本例では、横断歩道のある一時停止線手前の路面上に描かれる菱形標示を、認識対象とした場合について説明する。

図４には、菱形標示がカメラ５０により捕捉された時点の車両位置が示されている。この時点での地図データ上の車両位置は、カメラ５０からの画像情報に基づいて、菱形標示と車両の相対距離Ｌ０を算出し、菱形標示の位置（既知）に、相対距離Ｌ０を足し合わせることにより導出される。この際、相対距離Ｌ０に対応する大きさのベクトルを生成し、菱形標示の位置（既知）に当該ベクトルの始点を置いたときの当該ベクトルの終点の位置座標を、車両位置として算出してもよい。この場合、ベクトルの方向は、道路又は車線の方向に対応させてよい。或いは、菱形標示が交差点手前何ｍに存在するという既知情報を利用して、交差点の位置情報に基づいて地図データ上の車両位置を導出してもよい。

或いは、菱形標示は、カメラ５０により捕捉される関係上、菱形標示の位置を車両が距離Ｌ０だけ通り過ぎた時点で認識され、この距離Ｌ０は、カメラ５０の俯角や搭載位置等のような、動的に変化しないパラメータに依存する。即ち、標識が認識されるときの車両位置は、標識の種類と、カメラ５０の俯角等に依存する。従って、予め標識の種類に応じて、標識が認識されるときの車両位置と当該標識の相対距離Ｌ０を導出しメモリに記憶しておき、かかる相対距離Ｌ０を、標識が認識された時点でメモリから読み出して用いてもよい。この場合、相対距離Ｌ０を画像処理により演算する処理負担が軽減される。

次に、ＧＰＳ受信機２０の主要構成（主要処理）について詳説する。ここでは、ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関するＧＰＳ受信機２０の信号処理について代表して説明する。ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に関する信号処理は、他のＧＰＳ衛星１０_２，１０_３等からの衛星信号に関する信号処理と実質的に同じである。実際には、以下で説明する衛星信号に関する信号処理は、観測可能な各ＧＰＳ衛星１０_１，１０_２，１０_３等からの衛星信号に対して並列的（同時）に実行されることになる。

図５は、ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。

本実施例のＧＰＳ受信機２０は、図５に示すように、高周波回路２０１と、Ａ／Ｄ(analog-to-digital)変換回路２０２と、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ―Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０３と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２０４と、初期距離計算部２０６と、モード切替部２０８と、通常モードブロック２１０と、キャリア重視モードブロック２１２とを備える。また、ＧＰＳ受信機２０は、後述の精度比較部２２２を備えていてもよい。精度比較部２２２の機能については、後に、図１０乃至図１２を参照して説明する。

高周波回路２０１は、ＧＰＳアンテナ２２を介して供給される微弱なＲＦ信号を後段でＡ／Ｄ変換できるレベルまで増幅すると共に、ＲＦ信号の周波数を信号処理できる中間周波数（典型的には、１ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ）に変換する。尚、このようにＲＦ信号をダウンコンバートして得られる信号を、ＩＦ（Intermediate frequency）信号と称する。

Ａ／Ｄ変換回路２０２は、高周波回路２０１から供給されるＩＦ信号（アナログ信号）を、デジタル信号処理ができるようにデジタルＩＦ信号に変換する。

ＤＬＬ２０３は、Ｌ１波のＣ／Ａコードに対して、内部で発生させたレプリカＣ／ＡコードによりＣ／Ａコード同期を行い、上述の擬似距離を算出するように構成されている。尚、実際には、デジタルＩＦ信号は、図示しないミキサにより、ＰＬＬ２０４から供給されるレプリカキャリアが乗算されてから、ＤＬＬ２０３に入力される。レプリカＣ／Ａコードとは、ＧＰＳ衛星１０_１からの衛星信号に乗せられるＣ／Ａコードに対して、＋１、−１の並びが同一のコードである。Ｃ／Ａコード同期とは、受信したＣ／Ａコードの位相に対してレプリカＣ／Ａコードの位相を同期（一致）させることをいう。Ｃ／Ａコードは、１ビットの長さが１μｓであり、１ビットに相当する長さが約３００ｍ（１μｓ×光速）である。従って、ＧＰＳ衛星１０_１に係る擬似距離ρは、ＧＰＳ衛星１０_１でＣ／Ａコードが０ビット目であるとしてＣ／ＡコードのＮビット目が車両９０にて受信されているかを計測することで、ρ＝Ｎ×３００として求めることができる。即ち、受信したＣ／ＡコードのＧＰＳ衛星１０_１側のコード位相時刻とＧＰＳ受信機２０側の時刻との差を測ることで、擬似距離ρが算出される。

ＰＬＬ２０４は、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、受信搬送波（受信キャリア）との相関値演算を行うことにより、ドップラシフトした受信キャリアのドップラ成分（ドップラ成分）Δｆを測定するように構成されている。尚、実際には、デジタルＩＦ信号は、図示しないミキサにより、ＤＬＬ２０３から供給されるレプリカＣ／Ａコードが乗算されてから、ＰＬＬ２０４に入力される。ＰＬＬ２０４は、レプリカキャリアの周波数ｆｒと既知の搬送波周波数ｆ_Ｌ１（1575.42ＭＨz）に基づいて、ドップラ成分Δｆ（＝ｆｒ−ｆ_Ｌ１）を演算する。

初期距離計算部２０６は、電離層や対流圏、時計誤差の影響を受けない衛星−車両間距離ρ”₀（下付き文字「₀」は初期距離を表す）を算出する。衛星−車両間距離ρ”₀は、上述の図２のブロック４６から供給される信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）と、ＧＰＳ衛星１０_１の位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）とに基づいて、以下のように算出される。
ρ”₀＝sqrt｛（Ｘ_ｕＭＡＰ−Ｘ_１）^２＋（Ｙ_ｕＭＡＰ−Ｙ_１）^２＋（Ｚ_ｕＭＡＰ−Ｚ_１）^２｝
尚、ρ”₀を求める際に用いる位置情報（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）及び（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）は、時間的に同期されて、例えば同一のＧＰＳ時刻に係る位置情報が用いられる。即ち、衛星−車両間距離ρ”₀の算出には、車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）に車両が位置した時点（以下、基準時刻ｔ₀という）に対応するＧＰＳ時刻でのＧＰＳ衛星１０_１の位置（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）が用いられる。

モード切替部２０８は、通常モードとキャリア重視モードとの間でモード選択を行う。モード選択方法の具体例については後述する。

通常モードブロック２１０は、常時若しくは通常モードが選択された時に動作する。通常モードブロック２１０では、ＰＬＬ２０４からのドップラ成分Δｆを用いて、ＤＬＬ２０３からの擬似距離ρに対してフィルタ処理が実行される。フィルタ処理は、本分野で知られているいわゆるキャリアスムージングを実現する処理であってよい。キャリアスムージングは、例えばハッチフィルタやカルマンフィルタを用いて実現可能である。

通常モードが選択された時は、通常モードブロック２１０で算出された擬似距離ρが、通常モードブロック２１０から測位演算部２４に供給される。測位演算部２４は、通常モードブロック２１０から供給される擬似距離ρに基づいて、上述の測位演算を行うことになる。

キャリア重視モードブロック２１２は、上述の図２のブロック４６から信頼性の高い地図データ上の車両位置が供給された時に動作する。尚、信頼性の高い地図データ上の車両位置が順次新たに供給される場合には、信頼性の高い地図データ上の車両位置が供給される毎に、キャリア重視モードブロック２１２の演算処理が初期化されてよい（即ち、新たな衛星−車両間距離ρ”₀が演算されてよい）。

キャリア重視モードブロック２１２では、初期距離計算部２０６からの衛星−車両間距離ρ”₀を初期距離として、衛星−車両間距離ρ”₀に、基準時刻ｔ₀後の衛星−車両間距離変化量（以下、「擬似距離変化量」という）を積算することにより、基準時刻ｔ₀後の衛星−車両間距離ρ”が算出される。具体的には、キャリア重視モードブロック２１２では、先ず、入力されたドップラ成分Δｆに基づいて、ＧＰＳ衛星１０_１と車両９０との間の相対速度ΔＶが、例えば以下の関係式を用いて、算出される。
Δｆ＝ΔＶ・ｆ_Ｌ１／（ｃ−ΔＶ）
次いで、相対速度ΔＶを、基準時刻ｔ₀からの経過時間に亘って時間積分し、擬似距離変化量（＝∫ΔＶ・ｄｔ）を算出する。そして、算出した擬似距離変化量を、基準時刻ｔ₀での衛星−車両間距離ρ”₀に足し合わせることにより、基準時刻ｔ₀以後の衛星−車両間距離ρ”（＝ρ”₀＋∫ΔＶ・ｄｔ）を算出する。

キャリア重視モードが選択された時は、キャリア重視モードブロック２１２で算出された衛星−車両間距離ρ”が、キャリア重視モードブロック２１２から測位演算部２４に供給される。測位演算部２４は、キャリア重視モードブロック２１２から供給される衛星−車両間距離ρ”を、擬似距離ρと同様に扱い、上述の測位演算を行う。即ち、擬似距離ρに代えて、衛星−車両間距離ρ”を用いて、例えば三角測量の原理に基づいて、上述の測位演算を行う。

このように、本実施例によれば、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）とドップラ成分Δｆとを用いて、衛星−車両間距離ρ”を算出し、算出した衛星−車両間距離ρ”に基づいて、測位演算を行うことで、電離層や対流圏といった通常モードでは除去できない誤差要因の影響を受けない測位を実現することができる。また、衛星−車両間距離ρ”は、一般的にばらつきの小さいドップラ成分Δｆを用いて導出されるので、ばらつきの小さい衛星−車両間距離ρ”を算出することが可能である。これにより、誤差とばらつきの双方が低減された衛星−車両間距離ρ”を用いて測位を行うことができ、測位結果の誤差とばらつきを効果的に低減することができる。

また、本実施例によれば、地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）を用いて、衛星−車両間距離ρ”₀（及びひいてはρ” ）を算出するので、地図データに対する整合性の高い測位結果を得ることができる。即ち、図６に示すように、通常モードが実現された際の測位演算部２４の測位結果は、地図データから乖離する一方で、キャリア重視モードが実現された際の測位演算部２４の測位結果は、地図データに近く、地図データに対する整合性を高めることができる。また、衛星−車両間距離ρ”には、擬似距離ρに含まれる時計誤差が含まれないので、通常モードに比して測位精度が向上する。

次に、上述のモード切替部２０８により実現されるモード切替態様について説明する。

図７は、モード切替部２０８により実現されるモード切替方法の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理ルーチンは、例えば車両９０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定周期毎に繰り返し実行されてよい。

ステップ６００では、モード切替部２０８は、上述の図２のブロック４６からの情報に基づいて、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が取得されたか否かを判定する。即ち、上述の図２のブロック４６から信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）がＧＰＳ受信機２０に入力されたか否かを判定する。本ステップ６００で肯定判定された場合には、ステップ６１０に進み、本ステップ６００で否定判定された場合には、ステップ６２０に進む。

ステップ６１０では、モード切替部２０８は、キャリア重視モードを形成する。この結果、測位演算部２４は、上述の如く、キャリア重視モードブロック２１２から供給される衛星−車両間距離ρ”を、擬似距離ρと同様に扱い、上述の測位演算を行う。この場合、モード切替部２０８は、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が取得された時点から、所定時間経過するまで、或いは、車両９０が所定距離走行するまでの間、キャリア重視モードを維持することとしてよい。

ステップ６２０では、モード切替部２０８は、通常モードを形成する。この結果、測位演算部２４は、上述の如く、通常モードブロック２１０から供給される擬似距離ρに基づいて、上述の測位演算を行うことになる。

図７に示すモード切替方法によれば、信頼性の高い地図データ上の車両位置が取得された時点から、キャリア重視モードが形成されるので、キャリア重視モードの利点（ばらつきや誤差の少ない点）を最大限に利用することができる。

図８は、モード切替部２０８により実現されるモード切替方法のその他の一例を示すフローチャートである。図８に示す処理ルーチンは、例えば車両９０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定周期毎に繰り返し実行されてよい。

ステップ７００では、モード切替部２０８は、現在観測可能なＧＰＳ衛星１０の数が所定数Ｔｈ以下であるか否かを判定する。所定数Ｔｈは、通常モードで測位した場合に電離層等の影響をカバーできるようなＧＰＳ衛星１０の数の最小値であってよい。即ち、原則的に、観測可能なＧＰＳ衛星１０の数が多いほど、測位解が多数求まり、電離層等に起因した誤差を除去することが可能となるので、所定数Ｔｈは、かかる誤差要因の除去が可能な最小のＧＰＳ衛星１０の数に対応してよい。尚、観測可能なＧＰＳ衛星１０とは、例えば、仰角が所定値より大きく（仰角マスクされることが無く）、所定レベル以上の電波強度で衛星信号が受信されているＧＰＳ衛星１０であってよい。観測可能なＧＰＳ衛星１０の数が減少する状況は、例えば車両９０の周辺環境に存在する建物や森林等の影響により生じうる。

ステップ７１０では、モード切替部２０８は、キャリア重視モードを形成する。この結果、測位演算部２４は、上述の如く、キャリア重視モードブロック２１２から供給される衛星−車両間距離ρ”を、擬似距離ρと同様に扱い、上述の測位演算を行う。尚、本例では、キャリア重視モードブロック２１２においては、モード切替部２０８によりキャリア重視モードが選択されていない間も、本ステップ７１０に備えて衛星−車両間距離ρ”が継続的に演算（更新）される。

ステップ７２０では、モード切替部２０８は、通常モードを形成する。この結果、測位演算部２４は、上述の如く、通常モードブロック２１０から供給される擬似距離ρに基づいて、上述の測位演算を行うことになる。

図８に示すモード切替方法によれば、観測可能なＧＰＳ衛星１０の数が減少した場合には、キャリア重視モードが形成されるので、観測可能なＧＰＳ衛星１０の数が減少することによる精度悪化（測位結果の飛び）を防止して、精度の高い測位を維持することができる。

以上の図８に示すモード切替方法においては、以下のような変形例が考えられる。

図８に示すモード切替方法では、観測可能なＧＰＳ衛星１０の数が所定数Ｔｈ以下である場合に、キャリア重視モードを形成しているが、マルチパス（ＧＰＳ衛星１０からの直接波に反射波が重畳されて受信される現象）が発生した場合に、キャリア重視モードを形成してもよい。この場合、観測可能なＧＰＳ衛星１０の数から、マルチパスが発生したＧＰＳ衛星１０の数を差し引いた数が、所定数Ｔｈ以下である場合に、キャリア重視モードを形成することとしてもよい。マルチパスの発生の有無を判定する方法は、多種多様でありえ、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、車両９０のＧＰＳ衛星１０に対する速度ベクトルをドップラ成分Δｆから算出すると共に、方位センサや車速センサ等の車両センサ２８からの情報に基づいて同速度ベクトルを算出し、これらの算出した両速度ベクトルの向き及び／又は大きさの乖離度を評価し、乖離度が大きい場合にマルチパスが発生したと判定してもよい。

また、図８に示すモード切替方法では、観測可能なＧＰＳ衛星１０の数が所定数Ｔｈ以下である場合に、キャリア重視モードを形成しているが、森林等の影響でＧＰＳ衛星１０からの信号の信号強度（受信レベル）が低下した場合に、キャリア重視モードを形成してもよい。或いは、同様の観点から、例えば、車両９０が移動状態にある状況下で、電離層の活動が活発のとき（屈折誤差の増大が生じやすいとき）や、市街地に車両９０が存在するとき（電波遮断や反射波の影響を受けて誤差が出やすい環境下に車両９０が存在するとき）等のような、電波環境が悪いときには、キャリア重視モードを形成してもよい。

図９は、モード切替部２０８により実現されるモード切替方法のその他の一例を示す状態遷移図である。図９に示すモード切替方法は、実質的には、図７を参照して説明したモード切替方法の詳細に相当する。

図９において、初期距離計算モードとは、初期距離計算部２０６が、上述の如く取得された信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）に基づいて、衛星−車両間距離（初期距離）ρ”₀を算出するモードである。即ち、初期距離計算モードは、実質的には、図７を参照して説明したモード切替方法における、通常モードからキャリア重視モードへ切り替わる過渡期のモードに相当する。初期距離計算モードは、上述の如く信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が取得された周期だけ実現されることになるが、信頼性の高い地図データ上の車両位置が連続的な周期で取得された場合には、初期距離計算モードは、図９の矢印４０１に示すように、当該連続的な周期で継続的に実現される。尚、初期距離計算モードでは、測位演算部２４は測位演算を行わず、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）がそのまま測位結果として出力される。

図９において、キャリア計算モードとは、上述の如く衛星−車両間距離ρ”₀に擬似距離変化量を積算して算出された衛星−車両間距離ρ”
に基づいて、測位を行うモードである。従って、上述のキャリア重視モードは、実質的には、上述の初期距離計算モードとキャリア計算モードを含むモードであるといえる。キャリア計算モードでは、キャリア重視モードブロック２１２において、上述の如く、直近の初期距離計算モードで算出された衛星−車両間距離（初期距離）ρ”₀に基づいて、衛星−車両間距離ρ”が演算される。そして、測位演算部２４は、キャリア重視モードブロック２１２から得られる衛星−車両間距離ρ”を、擬似距離ρと同様に扱って、上述の測位演算を行うことになる。

図９に示すモード切替方法では、モード切替部２０８は、現在のモードが通常モードである状況下で、上述の如く信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が取得された場合には、初期距離計算モードを形成する（矢印４０５）。その後、モード切替部２０８は、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が継続して取得される場合には、初期距離計算モードを維持し（矢印４０１）、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）の取得が途絶えた場合には、キャリア計算モードを形成する（矢印４０４）。その後、モード切替部２０８は、所定の通常モード復帰条件（矢印４００参照）が成立せず、且つ、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が取得されない場合には、キャリア計算モードを維持する（矢印４０３）。そして、モード切替部２０８は、現在のモードがキャリア計算モードである状況下で、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が取得された場合には、図９の矢印４０２に示すように、初期距離計算モードを形成する。その後、同様に、モード切替部２０８は、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が継続して取得される場合には、初期距離計算モードを維持し（矢印４０１）、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）の取得が途絶えた場合には、キャリア計算モードを形成する（矢印４０４）。

図１０は、モード切替方法のその他の一例を示すフローチャートである。図１０に示すモード切替方法は、モード切替部２０８及び精度比較部２２２（図５参照）により協動して実現される。図１０に示すモード切替方法は、主に、図９を参照して説明したモード切替方法の通常モード復帰条件（矢印４００参照）に関するものである。図１０に示す処理ルーチンは、例えば車両９０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定周期毎に繰り返し実行されてよい。

ステップ８００では、モード切替部２０８は、現在のモードがキャリア計算モードであるか否かを判定する。現在のモードがキャリア計算モードである場合には、ステップ８１０に進み、それ以外の場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する。

ステップ８１０では、精度比較部２２２は、キャリア計算モードで算出されている衛星−車両間距離ρ”の分散σ_１を算出する。衛星−車両間距離ρ”の分散σ_１の算出方法は、多種態様でありうるが、例えば、衛星−車両間距離ρ”の分散σ_１は、図１１に示すような分散σ_１と経過時間ｔとの関係を表す曲線αを用いて、算出されてよい。これは、衛星−車両間距離ρ”の分散σ_１が時間の経過に応じて変化（増加）する傾向を利用したものである。ここで、経過時間ｔとは、キャリア計算モードが形成されている継続時間に相当し、基準時刻ｔ_０から現時点までの経過時間であってよい。曲線αは、試験により特性を適合することで予め用意される。この場合、精度比較部２２２は、曲線αを表す関数（又はマップ）に基づいて現時点の経過時間ｔに応じた分散σ_１を算出する。

ステップ８２０では、精度比較部２２２は、通常モードブロック２１０で算出されている擬似距離ρの分散σ_２を算出する。擬似距離ρの分散σ_２の算出方法は、多種態様でありうるが、ある１つのＧＰＳ衛星１０に係る擬似距離ρの分散σ_２’は、例えば以下の式に従って算出されてよい。
σ_２’＝Σ（ρ”_１−ave（ρ”_１））^２／（ｎ−１） 式（１）
式（１）において、ρ”_１は、擬似距離ρから観測周期毎の擬似距離変化量を差し引いたものである。擬似距離変化量は、上述のドップラ成分Δｆから導出されてよい。ave（ρ”_１）は、データ数ｎのρ”_１の平均を表す。

或いは、擬似距離ρの分散値σ_２’は、例えば以下の式に従って算出されてよい。
σ_２’＝λ×√（ｄ_１／τ・Ｃ／Ｎ） 式（２）
式（２）において、Ｃ／Ｎは、搬送波の強度（電力）と雑音の強度（電力）の比である。Ｃ／Ｎ以外は固定値であり、λは、Ｃ／Ａコードの１ビットの長さであり、約３００［ｍ］である。ｄ_１は、擬似距離ρを算出した際に用いたレプリカＣ／Ａコードに係るＥａｒｌｙレプリカ符号とＬａｔｅレプリカ符号の位相差（コリレータ間隔）である。τは、フィルタにおけるフィルタ時定数であり、データ数に相当する。
この場合、Ｃ／Ｎの算出方法は、多種多様であり、例えば以下の式（３）に従って算出されてよい。
Ｃ／Ｎ＝{（ＧＰＳ衛星１０の発信電波強度）−α×Ｌ^２}／（熱雑音レベル） 式（３）
これは、Ｃ／Ｎを理論式により推測する方法があり、熱雑音は基本的に常に一定であり、信号は距離の二乗に比例して減衰するという特徴を利用したものである。ここで、ＧＰＳ衛星１０の発信電波強度及び熱雑音レベルは、既知の値を用いる。Ｌは、ＧＰＳ衛星１０と車両９０との間の距離であり、ＧＰＳ衛星１０の位置と、車両９０の位置とに基づいて、算出される。Ｌとして、衛星−車両間距離ρ”が利用されてもよい。ＧＰＳ衛星１０の位置は、衛星位置算出部１２４からの情報が用いられてよく、車両９０の位置は、測位演算部５０における前回周期の測位結果であってよく、又は今回周期の測位結果をフィードバックして利用してもよい。また、αは、減衰係数である。尚、式（２）において、ＧＰＳアンテナ２２の指向性ないしＧＰＳ衛星１０の仰角を加味するための項を追加してもよい。
或いは、Ｃ／Ｎは、例えば以下の式（４）に従って算出されてよい。
Ｃ／Ｎ＝ｌｏｇ（Ｅ_ＣＡ＋Ｌ_ＣＡ）＋β 式（４）
これは、Ｃ／Ｎがノイズ電力Ｗｎと信号電力（搬送波電力）Ｗｃを用いて、Ｃ／Ｎ＝１０ｌｏｇ（Ｗｃ／Ｗｎ）で表され、Ｗｃ／ＷｎがＥａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ及びＬａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡの和（＝Ｅ_ＣＡ＋Ｌ_ＣＡ）に比例関係にあることを考慮したものである。式（３）において、βは、適切な固定値であり、例えば既知のノイズ電力Ｗｎを用いて、−１０ｌｏｇＷｎで表されてよい。尚、Ｅａｒｌｙ相関値Ｅ_ＣＡ及びＬａｔｅ相関値Ｌ_ＣＡは、熱雑音に起因してバラツキが発生するため、式（４）により求めるＣ／Ｎには、バラツキが発生する。従って、以下の式（５）のように、ある程度データをためてフィルタ（平均）処理を行うことで、各相関値Ｅ_ＣＡ、Ｌ_ＣＡのバラツキの影響を低減することが可能である。
Ｃ／Ｎ＝Σ（Ｃ／Ｎ’）／ｎ 式（５）
Ｃ／Ｎ’は、上記の式（４）により算出されたＣ／Ｎで表す。ｎは、データ数（例えば、１ｍｓ毎にデータを収集し、１００ｍｓ分のデータを用いる場合には、ｎ＝１００）である。尚、データ数ｎは、観測開始時をゼロとして、その後、観測周期（例えば１ｍｓ)毎に１つずつ増加するものである。
或いは、Ｃ／Ｎは、例えば以下の式（６）に従って算出されてよい。
Ｃ／Ｎ＝（Ｃ／Ｎ_推測＋ｎ×Ｃ／Ｎ_実測）／（ｎ＋１） 式（６）
Ｃ／Ｎ_推測は、上記の式（３）により算出されたＣ／Ｎを表し、Ｃ／Ｎ_実測は、上記の式（４）又は（５）により算出されたＣ／Ｎを表す。この式（６）では、データ数ｎが増えるに従って、Ｃ／Ｎ_実測に大きい重みが付与されるようになっている。即ち、観測開始直後は、実測データ量の少なさに起因したＣ／Ｎ_実測のバラツキを考慮してＣ／Ｎ_推測に相対的に大きな重みが付与され、時間が経過するに従って、実測データ量の増加に伴って信頼性が高くなったＣ／Ｎ_実測に相対的に大きな重みが付与されるようになっている。

上述の算出態様を採用した場合には、精度比較部２２２は、観測可能な全てのＧＰＳ衛星１０について、ＧＰＳ衛星１０毎に分散σ_２’を算出し、これらを積算して平均をとることで最終的な分散σ_２を算出する。

ステップ８３０では、精度比較部２２２は、上記のステップ８１０で算出した分散σ_１と、上記のステップ８２０で算出した分散σ_２とを比較し、σ_１≧σ_２であるか否かを判定する。σ_１≧σ_２である場合には、ステップ８４０に進み、それ以外の場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する（即ちキャリア計算モードが維持される）。

ステップ８４０では、モード切替部２０８は、キャリア計算モードから通常モードにモードを切り替える。この結果、測位演算部２４は、上述の如く、通常モードブロック２１０から供給される擬似距離ρに基づいて、上述の測位演算を行うことになる。

ところで、キャリア計算モードでは、擬似距離ρに代えて、ばらつき及び誤差の小さい衛星−車両間距離ρ”が用いられるので、上述の如く、測位結果の誤差とばらつきを効果的に低減することができる。しかしながら、その反面、キャリア計算モードが長時間継続して維持されると、受信キャリアのドップラ成分Δｆの計測値に含まれるバイアス成分に起因した誤差が蓄積し、測位結果の精度が悪化する虞がある。

これに対して、図１０に示すモード切替方法によれば、キャリア計算モードで用いられる衛星−車両間距離ρ”の分散σ_１が、通常モードで用いられる擬似距離ρの分散σ_２以上となった場合には、キャリア計算モードから通常モードへ移行されるので、上記のバイアス成分に起因した誤差の蓄積による精度悪化を防止して、精度の高い測位を維持することができる。

以上の図１１に示すモード切替方法においては、以下のような変形例が考えられる。

図１１に示すモード切替方法では、衛星−車両間距離ρ”及び擬似距離ρのばらつきを評価する指標として好適な分散を用いているが、ばらつきを表すことが可能な他の指標を用いてもよい。

図１２は、モード切替方法のその他の一例を示すフローチャートである。図１２に示すモード切替方法は、主に、図９を参照して説明したモード切替方法の通常モード復帰条件（矢印４００参照）に関するものである。図１２に示す処理ルーチンは、例えば車両９０のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定周期毎に繰り返し実行されてよい。

ステップ９００では、モード切替部２０８は、現在のモードがキャリア計算モードであるか否かを判定する。現在のモードがキャリア計算モードである場合には、ステップ９１０に進み、それ以外の場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する。

ステップ９１０では、通常モードブロック２１０にて今回周期の擬似距離ρが算出される。

ステップ９２０では、キャリア重視モードブロック２１２にて今回周期の衛星−車両間距離ρ”が算出される。

ステップ９３０では、測位演算部２４において、上記ステップ９１０で算出された衛星−車両間距離ρ”に基づいて、車両位置が測位される。このようにして測位される車両位置をここでは「車両位置１」という。また、ステップ９３０では、測位演算部２４において、上記ステップ９２０で算出された擬似距離ρに基づいて、車両位置が測位される。このようにして測位される車両位置をここでは「車両位置２」という。尚、現在の測位モードはキャリア計算モードであるが、本例では、測位演算部２４において、擬似距離ρに基づく車両位置２についても測位されるものとする。

ステップ９４０では、精度比較部２２２は、上記のステップ９３０で得られる車両位置１及び車両位置２のそれぞれの精度を、地図データ（ＭＡＰデータベース５２からの地図データ）との関係で比較する。具体的には、精度比較部２２２は、車両位置１及び車両位置２のいずれの方が地図データとの整合度が高いかを評価する。例えば、精度比較部２２２は、車両位置１及び車両位置２が上述のブロック３０で地図データの道路上の位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）へと補正された場合の補正量（即ちマップマッチングの際の補正量）に基づいて、精度を比較してもよい。この場合、精度比較部２２２は、車両位置１及び車両位置２のうちの補正量が小さい方が、精度の高い車両位置であると評価する。

ステップ９５０では、上記のステップ９４０の比較結果に基づいて、車両位置１の方が車両位置２よりも精度が悪い場合にはステップ９６０に進み、それ以外の場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する（即ちキャリア計算モードが維持される）。

ステップ９６０では、モード切替部２０８は、キャリア計算モードから通常モードにモードを切り替える。この結果、測位演算部２４は、上述の如く、通常モードブロック２１０から供給される擬似距離ρに基づいて、上述の測位演算を行うことになる。

図１２に示すモード切替方法によれば、キャリア計算モードで測位される場合の車両位置１の精度が、通常モードで測位される場合の車両位置２の精度よりも悪くなった場合には、キャリア計算モードから通常モードへ移行されるので、精度の高い測位を維持することができる。また、地図データ上で精度の評価を行うので、地図データに対する整合性の高い測位を維持することができる。

尚、以上説明した本実施例においては、添付の特許請求の範囲における「第１測位手段」は、通常モードブロック２１０及び通常モード時の測位演算部２４により協動して実現され、同特許請求の範囲における「位置情報取得手段」は、主に図２のブロック４０，４４、４６等での処理により実現され、同特許請求の範囲における「第２測位手段」は、キャリア重視モードブロック２１２及びキャリア重視モード時の測位演算部２４により協動して実現され、同特許請求の範囲における「モード切替手段」は、モード切替部２０８により実現され、同特許請求の範囲における「精度比較手段」は、精度比較部２２２により実現されている。また、同特許請求の範囲における「第１測位モード」は、通常モードに対応し、同特許請求の範囲における「第２測位モード」は、キャリア重視モードに対応している。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、画像認識やマップマッチングにより信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が得られた場合に、当該地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）を初期位置として用いて、衛星−車両間距離ρ"_０が導出されているが、ＥＴＣ（登録商標）やＶＩＣＳ（登録商標）等のインフラとの路車間通信、又は、車車間通信を介して得られた信頼性の高い車両位置を初期位置として用いて、衛星−車両間距離ρ"_０を導出することとしてもよい。

或いは、信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）に代えて、通常モード時の精度の良い測位結果に基づいて、衛星−車両間距離ρ”_０を導出することとしてもよい。この場合、測位結果の精度は、車両９０とＧＰＳ衛星１０との幾何学的位置関係が測位精度に及ぼす影響の大きさを表す指標であるＤＯＰ（dilution of precision）を用いて評価されてよい。例えば、ＤＯＰが高精度を保証する値である場合には、その際に測位される車両位置（Ｘ_ｕ，Ｙ_ｕ，Ｚ_ｕ）を、上述の地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）の代わりに用いて、衛星−車両間距離ρ”_０を導出し、上述のキャリア重視モードを実現することとしてもよい。

また、上述の実施例では、キャリア重視モードでは、衛星−車両間距離ρ”を擬似距離として用いて測位を行っているが、他の方法により同様にドップラ成分Δｆを用いて、測位を実現してもよい。例えば、上述の図２のブロック４６から供給される信頼性の高い地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）に基づいて、当該初期位置から、基準時刻ｔ_０から現時点までの車両９０の移動ベクトル分だけ移動した位置を、車両９０の位置として測位してもよい。この場合、車両９０のＧＰＳ衛星１０に対する速度ベクトルを、ドップラ成分Δｆから算出し、当該算出した速度ベクトルと、ＧＰＳ衛星１０の移動ベクトルとの差分ベクトルとして、上記の移動ベクトルが算出されてもよい。

また、上述の実施例では、ＧＰＳに本発明が適用された例を示したが、本発明は、ＧＰＳ以外の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS (Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。

また、上述の実施例では、通常モードにおいて、Ｃ／Ａコードを用いて擬似距離ρを導出しているが、本発明は、Ｌ１波のＰコード及び／又はＬ２波のＰコードに基づいて、同様に、ＧＰＳ衛星１０に対する擬似距離ρを算出する構成にも適用可能である。尚、Ｐコードの場合、Ｗコードで暗号化されているので、Ｐコード同期を行う際に、クロス相関方式を利用したＤＬＬにより、Ｐコードを取り出すこととしてよい。Ｐコードに基づく擬似距離ρ_Ｐは、ＧＰＳ衛星１０_１でＰコードが０ビット目であるとしてＰコードのＭ_Ｐビット目が車両９０にて受信されているかを計測することで、ρ_Ｐ＝Ｍ_Ｐ×３０として求めることができる。

また、上述では、好ましい実施例として、通常モードにおいて、キャリアスムージングのようなフィルタ処理が実行されているが、かかるフィルタ処理が省略されてもよい。

また、上述の実施例では、図２に示すように、ブロック４６は、ブロック４０及び４４からそれぞれの地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が所定レベル以上の高い信頼性があると看做して、ブロック４０及び４４からの地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）のうちの一方をＧＰＳ受信機２０に出力している。しかしながら、ブロック４０及び／又は４４からの地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が所定レベル以上の高い信頼性があるか否かを評価した上で、所定レベル以上の地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）だけをＧＰＳ受信機２０に出力することとしてもよい。この場合、ブロック４０及び４４の双方から地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が入力された場合であっても、双方ともＧＰＳ受信機２０に出力されない場合がありうる。或いは、ブロック４０及び４４にフィルタ機能を付与し、算出された地図データ上の車両位置（Ｘ_ｕＭＡＰ，Ｙ_ｕＭＡＰ，Ｚ_ｕＭＡＰ）が所定レベル以上の高い信頼性があるときだけ、ブロック４６への出力が実現されることとしてもよい。

本発明に係る移動体位置測位装置が適用されるＧＰＳの全体的な構成を示すシステム構成図である。 車載器１の一実施例を含むシステム全体を示す図である。 ワールド座標系とローカル座標系との関係を示す図である。 標識の位置と車両位置と位置関係を概略的に示す平面図である。 ＧＰＳ受信機２０の主要構成の一例を示すブロック図である。 通常モードが実現された際の測位演算部２４の測位結果と、キャリア重視モードが実現された際の測位演算部２４の測位結果と、地図データとの関係を概念的に示す図である。 モード切替部２０８により実現されるモード切替方法の一例を示すフローチャートである。 モード切替部２０８により実現されるモード切替方法のその他の一例を示すフローチャートである。 モード切替部２０８により実現されるモード切替方法のその他の一例を示す状態遷移図である。 モード切替方法のその他の一例を示すフローチャートである。 衛星−車両間距離ρ”の分散σ_１の算出方法を示す図であり、衛星−車両間距離ρ”の分散σ_１と経過時間ｔとの関係を示す図である。 モード切替方法のその他の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車載器
１０ ＧＰＳ衛星
２０ ＧＰＳ受信機
２４ 測位演算部
９０ 車両
２０８ モード切替部
２２２ 精度比較部

Claims (6)

1. 衛星からの信号のコード位相に基づいて移動体の位置を測位する第１測位手段と、
   前記移動体の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段と、
   前記位置情報取得手段により取得された位置情報と、衛星からの搬送波の周波数のドップラ成分の計測値とに基づいて、前記位置情報から導出される衛星と移動体との間の距離の初期値に、前記ドップラ成分の計測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量を積算し、該積算により得られる衛星と移動体との間の距離に基づいて、移動体の位置を測位する第２測位手段と、
   前記第１測位手段による第１測位モードと前記第２測位手段による第２測位モードとを切り替えるモード切替手段とを備え、
   前記モード切替手段は、前記位置情報取得手段により所定レベル以上の信頼性の高い位置情報が取得された場合に、前記第１測位手段による第１測位モードから前記第２測位手段による第２測位モードに切り替えることを特徴とする、移動体位置測位装置。
2. 前記位置情報取得手段は、既知の標識の位置情報と、標識と移動体との間の相対距離の測定結果と、に基づいて移動体の位置を算出する手段であり、
   前記切替手段は、前記位置情報取得手段により前記移動体の位置が算出された場合に、前記第１測位手段による第１測位モードから前記第２測位手段による第２測位モードに切り替える、請求項１に記載の移動体位置測位装置。
3. 前記モード切替手段は、更に、観測可能な衛星数が所定数以下となった場合にも、前記第１測位手段による第１測位モードから前記第２測位手段による第２測位モードに切り替える、請求項１に記載の移動体位置測位装置。
4. 前記第２測位手段は、前記位置情報取得手段により取得された位置情報の移動体の位置に移動体が位置する時点の衛星と移動体との間の距離を初期距離として、該初期距離に、前記ドップラ成分の計測値から求まる衛星と移動体との間の距離の変化量を積算して、現在の衛星と移動体との間の距離を算出し、該算出した現在の衛星と移動体との間の距離に基づいて、現在の移動体の位置を測位する、請求項１に記載の移動体位置測位装置。
5. 衛星からの信号のコード位相から計測可能な衛星と移動体との間の擬似距離に基づいて、移動体の位置を測位する第１測位手段と、
   移動体の位置の適当な初期値に、衛星からの搬送波の周波数のドップラ成分の計測値からから求まる衛星と移動体の間の距離の変化量を積算して、現在の衛星と移動体との間の距離（以下、「衛星移動体間距離」という）を算出し、該算出した衛星移動体間距離に基づいて、現在の移動体の位置を測位する第２測位手段と、
   前記第１測位手段で用いられる擬似距離の精度と、前記第２測位手段で用いられる前記衛星移動体間距離の精度とを比較する精度比較手段と、
   前記第１測位手段による第１測位モードと前記第２測位手段による第２測位モードとを切り替えるモード切替手段とを備え、
   前記モード切替手段は、前記精度比較手段の比較結果に基づいて、前記第１測位モードと第２測位モードのうちの精度の良い方のモードを選択することを特徴とする、移動体位置測位装置。
6. 前記精度比較手段は、前記第１測位手段で用いられる擬似距離のばらつき度合いを表す指標値と、前記第２測位手段で用いられる前記衛星移動体間距離のばらつき度合いを表す指標値とを比較することで、前記精度の比較を行う、請求項５に記載の移動体位置測位装置。

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