JP4910676B2 - 演算回路、測位装置、指標算出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、演算回路、測位装置、指標算出方法及びプログラムに関する。

衛星測位システムとしてグロナス（GLONASS：GLObal NAvigation Satellite System）やガリレオ（GALILEO）、準天頂衛星（Quasi Zenith Satellite）等が知られているが、中でも最も普及しているのがＧＰＳ（Global Positioning System）である。

ＧＰＳでは、５５度の傾斜角をなす６つの地球周回軌道にＧＰＳ衛星が４機ずつ配置され、約１１時間５８分２秒で地球を周回するよう運用されている。従って、現在位置や測位時刻に応じてＧＰＳ衛星の衛星配置が変化することとなる。この衛星配置が測位精度に与える影響の指標としてＤＯＰ（Dilution Of Precision）が知られている。ＤＯＰは、地上のある地点（現在位置）から天空を見た時の各ＧＰＳ衛星の衛星配置を数値的に示したものである。換言すると、ＧＰＳ衛星の衛星配置が測位精度を低下させる度合いを数値化したものである。このＤＯＰを用いて高精度に測位する技術が種々開発されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−１１２９３６号公報

しかしながら、測位精度に影響を与える原因は衛星配置だけではない。例えば、ＧＰＳの測位装置を携帯し、建物内に入った場合やマルチパスによる影響がそれである。衛星信号を受信する受信環境に応じて測位精度が大きく左右されるのである。従って、衛星配置や受信環境を考慮した総合的な指標を算出することができれば至便である。更には、ＤＯＰは衛星配置全体の指標であるため、現在の衛星配置における各衛星それぞれの相対的な指標を算出することができれば至便である。

本発明は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、測位精度の向上に寄与する指標、即ち衛星配置や受信環境を考慮した新たな指標を算出・利用可能とすることである。

上記課題を解決するための第１の発明は、受信した測位用の衛星信号を発信した衛星の所与の方位と、受信した当該衛星信号の所与の信号強度とに基づいて、受信した衛星信号の信頼度を示す指標を算出する指標算出部を備えた演算回路である。

また、第１４の発明は、受信した測位用の衛星信号を発信した衛星の所与の方位と、受信した当該衛星信号の所与の信号強度とに基づいて、受信した衛星信号の信頼度を示す指標を算出する指標値算出方法である。

この第１又は第１４の発明によれば、受信した衛星信号を発信した衛星の方位と衛星信号の信号強度とに基づいて、衛星信号の信頼度を示す指標が算出される。衛星信号の信号強度は、例えばマルチパス環境においては直接波に比べて反射波の方が弱く、また、建物内では窓側等の信号伝搬方向に比べて壁側等の信号遮断物方向の方向が弱い。従って、このような衛星の方位（衛星配置）や受信環境（信号強度）を考慮した新たな指標の算出が実現される。

第２の発明は、第１の発明の演算回路であって、前記指標算出部は、前記各衛星それぞれの所与の方位を、受信した当該衛星信号の所与の信号強度に基づき重み付けした加重計算を行って、受信した衛星信号全体の偏向値を算出する全体偏向値算出部を有する演算回路である。

この第２の発明によれば、各衛星それぞれの方位を、受信した衛星信号の所与の強度に基づき重み付けした加重計算によって、受信した衛星信号全体の偏向値が算出される。このため、算出される偏向値から、受信した“衛星信号”全体の偏向方位やその程度を伺い知ることができ、“衛星”の配置に対する指標であるＤＯＰとは異なる新たな指標を算出することができる。

具体的には、第３の発明として、第２の発明の演算回路であって、前記全体偏向値算出部が、前記偏向値として衛星信号全体の偏向方位及び偏向強度を算出する演算回路を構成しても良い。

第４の発明は、第２又は３の発明の演算回路であって、前記全体偏向値算出部は、測位演算部により行われる予め定められた複数の測位モードのうちの現在の測位モードに従って、衛星信号の信号強度に対する重み付け係数を可変する対応係数可変部と、前記対応係数可変部により可変された衛星信号の信号強度と重み付け係数との対応関係に従って、受信した各衛星信号それぞれの所与の信号強度に対する重み付け係数を求める係数算出部とを有し、前記係数算出部により算出された重み付け係数で、対応する衛星の所与の方位を重み付けして前記加重計算を行う演算回路である。

この第４の発明によれば、衛星信号の信号強度に対する加重計算を行う際の重み付け係数の対応関係が、測位モードに従って可変される。これにより、例えば受信信号の電界強度に応じて測位演算のモードが切り替わる場合には、その測位モードに応じた適切な重み付け係数とすることが可能となる。

具体的には、第５の発明として、第４の発明の演算回路であって、前記対応係数可変部は、現在の測位モードがより弱電界環境の測位に適したモードであるほど、同一の信号強度に対する重み付け係数を高くするように信号強度と重み付け係数との対応関係を可変する演算回路を構成しても良い。

より弱電界環境の測位モードに切り替えられたということは、受信した衛星信号の信号強度がより低い状態になったものと考えられる。このため、第５の発明のように、同一の信号強度であっても、より弱電界の受信環境にあっては、重み付け係数をより高くでき、好適な値とすることができる。

第６の発明は、第２〜第５の何れかの発明の演算回路であって、前記全体偏向値算出部は、受信した各衛星信号の偏向度合いを調節する調節係数を可変に設定する調節係数設定部を有し、前記各衛星それぞれの所与の方位を、受信した当該衛星信号の所与の受信強度に基づく重み付けに加えて、前記調節係数設定部により設定された調節係数に基づく重み付けを行って前記加重計算を行う演算回路である。

この第６の発明によれば、各衛星それぞれの方位を、受信した当該衛星信号の信号強度に基づく重み付けに加えて、可変に設定される調整係数に基づく重み付けを行って加重計算が行われる。これにより、例えば受信環境に応じて調節係数を可変することで、より細やかな受信環境の変化に応じた指標を算出することが可能となる。

具体的には、第７の発明として、第６の発明の演算回路であって、前記調節係数設定部は、受信した衛星信号の数に応じて前記調節係数を可変する演算回路を構成しても良い。

第８の発明は、第２〜第７の何れかの発明の演算回路であって、前記全体偏向値算出部により算出された衛星信号全体の偏向値に基づいて、受信した衛星信号の中から測位演算に適当又は不適当な衛星信号を選択する第１の衛星信号選択部を備えた演算回路である。

この第８の発明によれば、算出された衛星信号全体の偏向値に基づいて、受信した衛星信号の中から測位演算に適当又は不適当な衛星信号が選択される。これにより、例えば算出された衛星信号全体の偏向値に対して方位が明らかに異なる衛星の衛星信号を除外して測位演算を行うといった、新たな指標を用いたより高精度な測位演算が可能となる。

具体的には、第９の発明として、第８の発明の演算回路であって、前記第１の衛星信号選択部は、前記算出された偏向値の偏向方位の反対側の方位の衛星に係る衛星信号を不適当な衛星信号として選択する演算回路を構成しても良い。

第１０の発明は、第２〜第９の何れかの発明の演算回路であって、前記指標算出部は、前記全体偏向値算出部により算出された偏向値と、各衛星それぞれの所与の方位とに基づいて、受信した当該各衛星信号それぞれの測位に対する有用度を算出する有用度算出部を有する演算回路である。

この第１０の発明によれば、算出された衛星信号全体の偏向値と、各衛星それぞれの方位とに基づいて、各衛星信号それぞれの指標である測位に対する有用度が算出される。従来のＤＯＰは衛星配置全体に対する指標であったが、本発明によれば、各衛星信号それぞれに対する指標が算出される。

第１１の発明は、第１０の発明の演算回路であって、前記有用度算出部は、中心からの方向が方位を示す所定の単位円内に前記全体偏向値算出部により算出された偏向値をプロットし、当該単位円の円周上の当該衛星の方位に対応する位置に各衛星それぞれをプロットした場合の当該偏向値のプロットと当該各衛星それぞれのプロット間の距離に基づいて、当該各衛星の衛星信号それぞれの測位に対する有用度を算出する演算回路である。

この第１１の発明によれば、受信した衛星信号全体の偏向値を基準として、相対的な各衛星信号の指標が測位に対する有用度として算出されることとなる。従って、現在の受信環境において、相対的に何れの衛星信号が測位に適しているのか、或いは、適していないのかを判断する基準を数値で示すことが可能となる。

第１２の発明は、第１１の発明の演算回路であって、前記有用度算出部により算出された各衛星信号の有用度に基づいて、測位演算に適当又は不適当な衛星信号を選択する第２の衛星信号選択部を備えた演算回路である。

この第１２の発明によれば、算出された各衛星信号の有用度に基づいて、測位演算に適当又は不適当な衛星信号が選択される。

第１３の発明として、第１〜第１２の何れかの発明の演算回路を備えた測位装置であって、受信した衛星信号の中から、前記指標算出部により算出された指標に基づいて測位に用いる衛星信号を選択して測位演算を行う測位装置を構成しても良い。

この第１３の発明によれば、算出された指標に基づいて測位に用いる衛星信号を選択して測位演算が行われる。即ち、新たな指標を用いることで、衛星の方位（衛星配置）や受信環境（信号強度）を考慮したより高精度な測位演算が可能となる。

また、第１５の発明として、第１４の発明の指標算出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを構成してもよい。

この第１５の発明によれば、このプログラムに従った処理をコンピュータに実行させることで、第１４の発明と同様の作用効果を奏することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下では、測位装置を具備する電子機器である携帯電話機について説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

本実施形態の携帯電話機１は、電話機としての通話機能を有するとともに、測位装置を内蔵し、この測位装置により測位された携帯電話機１の現在位置を地図上にプロットしてディスプレイに表示するといったナビゲーション機能を有する。測位回路は、複数（例えば、４個以上）のＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号に基づく演算処理を行うことで現在位置を算出する。

［構成］
図１は、携帯電話機１の内部構成を示すブロック図である。図１によれば、携帯電話機１は、ＧＰＳアンテナ１０と、測位装置であるＧＰＳ受信部２０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、操作部４２と、表示部４３と、ＲＯＭ（Read Only Memory）４４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）４５とを備えて構成される。

ＧＰＳアンテナ１０は、ＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号を受信するアンテナであり、受信したＲＦ信号を出力する。

ＧＰＳ受信部２０は、ＧＰＳアンテナ１０で受信されたＲＦ信号からＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、ＧＰＳ衛星信号から取り出した航法メッセージ等に基づく測位演算を行って現在位置を算出する。このＧＰＳ受信部２０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ２１と、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２２と、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部２３と、ＴＣＸＯ（Temperature Controlled Crystal Oscillators）２４と、ベースバンド処理回路部３０とを有している。尚、このＧＰＳ受信部２０のうち、ＲＦ受信回路部２３とベースバンド処理回路部３０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。更に、ＳＡＷフィルタ２１、ＬＮＡ２２及びＴＣＸＯ２４を含んだＧＰＳ受信部２０全体を１チップとして製造することも可能である。

ＳＡＷフィルタ２１は、バンドパスフィルタであり、ＧＰＳアンテナ１０から入力されるＲＦ信号に対して所定帯域の信号を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断して出力する。ＬＮＡ２２は、低雑音アンプであり、ＳＡＷフィルタ２１から入力される信号を増幅して出力する。ＴＣＸＯ２４は、温度補償型水晶発振器であり、所定の発振周波数を有する発振信号を生成して出力する。ＲＦ受信回路部２３は、ＬＮＡ２２から入力される信号を、ＴＣＸＯ２４から入力される発振信号を分周或いは逓倍した信号と乗算（合成）して中間周波信号（ＩＦ信号）に変換（ダウンコンバート）し、このＩＦ信号を増幅した後、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル信号に変換して出力する。

ベースバンド処理回路部３０は、ＲＦ受信回路部２３から入力されるＩＦ信号の中からＧＰＳ衛星信号を捕捉・追尾し、データを復号して取り出した航法メッセージや時刻情報等に基づいて、擬似距離の算出演算や測位演算等を行う回路部である。このベースバンド処理回路部３０は、信号捕捉・追尾部３１と、ＣＰＵ３２と、ＲＯＭ３５と、ＲＡＭ３６とを有する。

信号捕捉・追尾部３１は、ＲＦ受信回路部２３から入力されたＩＦ信号に基づくＧＰＳ衛星信号の捕捉を行う。ＧＰＳ衛星信号の捕捉は、ＩＦ信号からＧＰＳ衛星信号を抽出する処理であり、ＩＦ信号に対する相関処理を行う。具体的には、ＩＦ信号と擬似的に発生させたレプリカＣ／Ａコード（コードレプリカ）との相関処理を行い、この処理結果である相関値を積算して相関積算値を算出する処理を行う。これにより、ＧＰＳ衛星信号に含まれるＣ／Ａコード及び搬送波周波数の位相が得られる。

ＧＰＳ衛星信号を捕捉したならば、信号捕捉・追尾部３１は、次いで、捕捉したＧＰＳ衛星信号を追尾する。ＧＰＳ信号の追尾は、捕捉した複数のＧＰＳ衛星信号の同期保持を並列的に行う処理であり、例えば遅延ロックループ（ＤＬＬ）で実現されてＣ／Ａコードの位相を追尾するコールドループと、例えば位相ロックループ（ＰＬＬ）で実現されて搬送波周波数の位相を追尾するキャリアループとを行う。

ＣＰＵ３２は、ベースバンド処理回路部３０を構成する各部を統括的に制御する。また、信号捕捉・追尾部３１より捕捉・追尾された各ＧＰＳ衛星信号のデータを復号して航法メッセージを取り出し、擬似距離の演算や測位演算等を行って現在位置を測位する処理を行う。このＣＰＵ３２は、ＢＯＰ算出部３３と、測位演算部３４とを含む。

ＢＯＰ算出部３３は、信号捕捉・追尾部３１により捕捉されたＧＰＳ衛星についてのＢＯＰを算出する。「ＢＯＰ」とは、捕捉衛星の衛星信号（以下「捕捉衛星信号」という）の信頼度を示す指標であり、捕捉衛星信号全体の偏向値（偏りの方向（方位）及び程度）を示す指標である全体ＢＯＰと、各捕捉衛星信号個別の測位に対する有用度を示す指標である個別ＢＯＰとがあり、それぞれ数値として算出されるものである。

全体ＢＯＰ及び個別ＢＯＰそれぞれの算出原理を説明するが、全体ＢＯＰが算出された後に個別ＢＯＰが算出されるため、全体ＢＯＰの算出原理から順に説明する。はじめに、各捕捉衛星信号のゲインＧが算出される。ゲインＧは、次式（１）で与えられる。
Ｇ＝（Ｓ／Ｐ２）^Ｐ１ ・・（１）
式（１）において、「Ｓ」は、受信した該当する捕捉衛星信号（受信信号）の信号強度である。また、「Ｐ１」，「Ｐ２」は、衛星信号の信号強度に対する重み付け係数であり、測位モードに応じた値となる。

測位モードは、受信環境を表すモードであり、本実施形態では、第１測位モード及び第２測位モードの二種類がある。第１測位モードは、受信信号の電界強度（信号強度）が弱い場合の測位モードであり、例えば室内での測位がこれに該当する。また、第２測位モードは、受信信号の電界強度が第１測位モードに比較して強い場合の測位モードであり、例えば屋外での測位がこれに該当する。

図２に、係数Ｐ１，Ｐ２の設定値の一例を示す。この係数Ｐ１、Ｐ２は、信号強度ＳとゲインＧとの関係が、例えば図３に示す関係となるように定められている。図３では、横軸を信号強度Ｓ、縦軸をゲインＧとして、第１測位モード及び第２測位モードそれぞれについての信号強度ＳとゲインＧとの関係を表すグラフを示している。ここで、ゲインＧの値は「０．０〜１．０」である。従って、式（１）により算出したゲインＧが上限値である「１．０」を超えた場合には、ゲインＧは「１．０」と補正される。

次いで、各捕捉衛星信号のベクトル座標が算出される。捕捉衛星信号のベクトル座標とは、現在位置を基準とした方位をベクトルの向きとし、捕捉衛星信号のゲインＧに応じた大きさＲをベクトルの大きさとしたベクトルの始点を現在位置に置いた場合の終点の座標である。即ち捕捉衛星信号１つに対する指標ともいえる。図４は、捕捉衛星信号のベクトル座標の一例である。図４では、現在位置を原点Ｏとした二次元座標平面に、各捕捉衛星信号のベクトル座標をプロットした様子を示している。但し、上方向が「北」、下方向が「南」、右方向が「東」、左方向が「西」である。図４では、７つの捕捉衛星それぞれについてのベクトル座標がプロットされており、各ベクトル座標の近傍に表示されている数字は、該当する捕捉衛星の衛星番号（「１」〜「７」）を表している。

ベクトル座標は、原点Ｏから、現在位置を基準とした捕捉衛星の方向（方位）に、次式（２）で与えられる距離Ｒだけ離れた座標として算出される。従って、ベクトル座標は（捕捉衛星の方位，Ｒ）の極座標ともいえる。
Ｒ＝ゲインＧ×Ｐ３ ・・（２）
式（２）において、「Ｐ３」は、衛星信号の偏向度合いを調整するための調節係数であり、本実施形態では、捕捉衛星の数に応じて定められる。

図５は、係数Ｐ３と捕捉衛星の数との関係の一例を示すグラフである。図５では、横軸を捕捉衛星の数、縦軸を係数Ｐ３としている。図５によれば、係数Ｐ３の値は「１．０」以上であり、捕捉衛星の数が多くなるにつれて大きくなるように定められている。

ベクトル座標は、原点Ｏを中心とする単位円１００内に位置するように定められる。算出したベクトル座標が単位円１００の外側に位置する場合（即ち、Ｒが１を超える場合）には、このベクトル座標は単位円１００の円周上（即ちＲ＝１）に補正される。詳細には、原点Ｏからこのベクトル座標の位置に向う方向と交差する単位円１００の円周上の位置に、該ベクトル座標が補正される。

次いで、各捕捉衛星信号のベクトル座標を加算することで全体ＢＯＰが算出される。即ち、原点Ｏから各捕捉衛星信号のベクトル座標に向かうベクトルの和が算出され、算出された和ベクトルの座標が全体ＢＯＰの位置となる。また、全体ＢＯＰは、単位円１００内に位置するように定められる。仮に算出した全体ＢＯＰが単位円１００の外側に位置する場合には、この全体ＢＯＰは単位円１００の円周上の位置に補正される。詳細には、原点Ｏから算出した全体ＢＯＰの位置に向う方向と交差する単位円１００の円周上に、全体ＢＯＰの位置が補正される。

このようにして算出される全体ＢＯＰは、捕捉衛星信号全体の偏り（偏向値）を示す。具体的には、二次元座標平面における原点Ｏ（現在位置）から見た全体ＢＯＰの方向が偏りの方向（偏向方位）を表し、原点Ｏからの距離が偏りの度合い（偏向強度）を表す。従って、算出された全体ＢＯＰから、捕捉衛星信号全体の偏りの方向及び度合いが判断できる。つまり、捕捉衛星信号は全体として、全体ＢＯＰが位置する方向（方位）からの電波が強いため、この方向（方位）がＧＰＳ衛星信号の直接の到来方向である可能性が高いと判断できる。そして、全体ＢＯＰの位置と逆の方向（方位）には、例えば壁や建物等の遮蔽物があり、この方向の捕捉衛星信号はマルチパス等の影響を受けている可能性が高いと判断できる。一方、全体ＢＯＰの位置が原点Ｏに近い場合には、捕捉衛星信号の偏りが少ないと判断でき、ＧＰＳ衛星の受信環境として、全方位とも同じような受信環境にあるといえる。

このため、全体ＢＯＰから判断される捕捉衛星信号の偏りが大きい場合、この偏りの方向と逆方向の衛星信号は測位演算に用いるには不適切であるとして除外するのが好適である。そのため、本実施形態では以下のように除外の判断を行う。即ち、図６に示すように、全体ＢＯＰの絶対値が所定値以上（例えば、「０．９」以上）である場合、全体ＢＯＰの方向と逆方向の象限に位置する捕捉衛星信号を、測位演算には不適切であると判断する。図６では、全体ＢＯＰの方向は南西方向（第３象限）であり、その逆方向である北東方向（第１象限）の捕捉衛星信号が、測位演算には不適切であると判断される。

次に、個別ＢＯＰの算出原理について説明する。上述したように、個別ＢＯＰは、各捕捉衛星信号個別の指標であって、各捕捉衛星信号の測位に対する有用度として算出される。この個別ＢＯＰは全体ＢＯＰとは異なり１つの数値として表されるため、個別ＢＯＰの値を以下では「個別ＢＯＰ値」という。先ず、図７に示すように、各捕捉衛星信号のベクトル座標が単位円１００の円周上に移動される。即ち、各ベクトル座標について、原点Ｏから該ベクトル座標に向う方向が交差する単位円１００の円周上に、該ベクトル座標の位置が変更される。

次いで、図８に示すように、移動後の各ベクトル座標について、全体ＢＯＰの位置との間の距離Ｄが算出される。そして、次式（３）に従って個別ＢＯＰ値が算出される。
個別ＢＯＰ値＝１−Ｄ／２ ・・（３）
ここで、全てのベクトル座標は単位円１００の円周上に位置するとともに、全体ＢＯＰはその円周を含む単位円１００内に位置するため、距離Ｄは「０．０〜２．０」となる。
従って、個別ＢＯＰ値は「０．０〜１．０」となる。

個別ＢＯＰ値は、その値が大きいほど信頼度が高いことを表す。つまり、全体ＢＯＰは、捕捉衛星信号全体の偏りの方向及び度合いを示すものである。ある捕捉衛星信号の方向が捕捉衛星信号全体の偏りの方向に近いほど、その捕捉衛星信号のベクトル座標と全体ＢＯＰとの間の距離Ｄが小さくなる。従って、個別ＢＯＰ値が「１．０」に近づく。一方、捕捉衛星信号の方向が捕捉衛星信号全体の偏りの逆方向に近づくほど、その捕捉衛星信号のベクトル座標と全体ＢＯＰとの間の距離Ｄが大きくなる。従って、個別ＢＯＰ値が「０．０」に近づく。図９は、図８に示した各捕捉衛星信号のベクトル座標から算出された個別ＢＯＰ値の一例を示すグラフである。

ところで、図８に示したように、各捕捉衛星信号は単位円１００の円周上に位置し、全体ＢＯＰはその円周を含む単位円１００内に位置する。つまり、捕捉対象信号全体の偏りが無い場合、全体ＢＯＰは原点Ｏに位置し、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値は全て等しく「０．５」となる。そして、信号全体の偏りが大きくなるほど、全体ＢＯＰの位置は原点Ｏから離れ、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値のばらつきが大きくなる。これにより、各捕捉衛星信号の信頼度を判断する個別ＢＯＰ値の目安として、例えば個別ＢＯＰ値が「０．３」以下の捕捉衛星信号の信頼性が低いといった判断が可能である。

図１０，図１１は、受信環境がそれぞれ異なる場合のＢＯＰの一例を示す図である。図１０は、南に窓が在る室内において測位を行った場合のＢＯＰの一例である。図１０（ａ）は、各捕捉衛星信号のベクトル座標及び全体ＢＯＰを示し、図１０（ｂ）は、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値のグラフを示している。図１０（ａ）によれば、全体ＢＯＰは、単位円１００の円周上であって「南」の方位に位置している。つまり、捕捉衛星信号全体が「南」に大きく偏っていることが分かる。詳細には、全ての捕捉衛星信号のうち、衛星番号「４」を除く各捕捉衛星の方向が「南」であり、主に窓が在る「南」の方向に位置するＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号を受信していることがわかる。言い換えれば、「北」の方向には壁といった遮蔽物があり、この方角に位置するＧＰＳ衛星からの受信信号は、マルチパス等の影響を受けて信頼度が低い可能性があると判断することができる。実際に、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値を比較した図１０（ｂ）によれば、この衛星番号「４」の個別ＢＯＰ値が低い、即ち信頼度が低いことが分かる。この場合、この衛星番号「４」の衛星信号を除外して測位演算を行うことで、測位された位置に対する信頼度が大きく向上する。

図１１は、四方が開放した屋外において測位を行った場合のＢＯＰの一例である。図１１（ａ）は、各捕捉衛星信号のベクトル座標及び全体ＢＯＰを示し、図１１（ｂ）は、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値のグラフを示している。図１１（ａ）によれば、全体ＢＯＰは、僅かに「北」に偏ってはいるが、ほぼ原点Ｏの近くに位置している。つまり、捕捉衛星信号全体の偏りは殆ど無く、ＧＰＳ衛星信号を全方位から受信していることが分かる。そして、図１１（ｂ）に示すように、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値がほぼ同じであり、特に信頼性の低い捕捉衛星信号が無いことが検出されている。

図１に戻り、測位演算部３４は、信号捕捉・追尾部３１により捕捉・追尾された各ＧＰＳ衛星信号から復号されたＧＰＳ衛星の軌道情報や時刻情報を基に、擬似距離の演算や測位演算を行って現在位置を測位する処理を行う。このとき、捕捉されたＧＰＳ衛星信号のうち、ＢＯＰ算出部３３によって測位演算に「適当」と判断されたＧＰＳ衛星信号のみを用いた測位演算を行う。

ＲＯＭ３５は、ＣＰＵ３２がベースバンド処理回路部３０を統括的に制御するためのシステムプログラムや、ＣＰＵ３２がベースバンド処理を含む各種処理を実行するためのプログラム及びデータを記憶する。

図１２は、ＲＯＭ３５の構成を示す図である。図１２によれば、ＲＯＭ３５には、ベースバンド処理プログラム１１０と、係数設定データ１２１とが格納されている。

係数設定データ１２１は、ＢＯＰ算出部３３がＢＯＰを算出する際に用いられる係数Ｐ１，Ｐ２の値を定義したデータと、係数Ｐ３の値を定義したデータとを含む。具体的には、係数Ｐ１，Ｐ２についてのデータとして、図２に一例を示したように、測位モード毎に、係数Ｐ１，Ｐ２それぞれの値を対応付けたデータテーブルが格納される。また、係数Ｐ３についてのデータとして、図５に一例を示したように、捕捉対象衛星の数と係数Ｐ３との関係を表すグラフの関数式、或いは捕捉対象衛星の数に対応付けて係数Ｐ３の値を格納したデータテーブルが格納される。

ＲＡＭ３６は、ＣＰＵ３２の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３５から読み出されたプログラムやデータ、ＲＦ受信回路部２３から入力されたデータ、ＣＰＵ３２が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

図１３は、ＲＡＭ３６の構成を示す図である。図１３によれば、ＲＡＭ３６は、測位モードデータ１３１と、捕捉衛星データ１３３と、ベクトル座標データ１３５と、全体ＢＯＰデータ１３７と、個別ＢＯＰ値データ１３９と、を格納している。測位モードデータ１３１は、現在の測位モードを示すデータである。

捕捉衛星データ１３３は、現在の捕捉衛星についてのデータである。図１４は、捕捉衛星データ１３３のデータ構成の一例を示す図である。図１４によれば、捕捉衛星データ１３３は、捕捉衛星毎に、衛星番号１３３ａと、位置１３３ｂと、移動速度１３３ｃと、移動方向１３３ｄと、信号強度１３３ｅとを対応付けて格納している。位置１３３ｂ及び移動方向１３３ｄは、地球基準座標系における三次元座標で表現されることとするが、例えば緯度、経度及び高度といった他の表現方法によって表現されることにしても良い。

図１５は、ベクトル座標データ１３５のデータ構成の一例を示す図である。図１５によれば、ベクトル座標データ１３５は、捕捉衛星毎に、衛星番号１３５ａと、算出されたゲイン１３５ｂと、ベクトル座標１３５ｃとを対応付けて格納している。このベクトル座標データ１３５は、ＢＯＰ算出部３３によりＢＯＰの算出毎に更新される。

図１６は、全体ＢＯＰデータ１３７のデータ構成の一例を示す図である。図１６によれば、全体ＢＯＰデータ１３７は、算出された全体ＢＯＰのベクトル座標を格納している。この全体ＢＯＰデータ１３７は、ＢＯＰ算出部３３により全体ＢＯＰが算出される毎に更新される。

図１７は、個別ＢＯＰ値データ１３９のデータ構成の一例を示す図である。図１７によれば、個別ＢＯＰ値データ１３９は、捕捉衛星毎に、衛星番号１３９ａと、算出された個別ＢＯＰ値１３９Ｂと、不適フラグ１３９ｃとを対応付けて格納している。不適フラグ１３９ｃは、対応する捕捉衛星からの受信信号が、測位演算に不適切であるか否かを示すフラグであり、不適切である場合に「１」が設定される。この個別ＢＯＰ値データ１３９は、ＢＯＰ算出部３３により個別ＢＯＰが算出される毎に更新される。

図１に戻り、ホストＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４４に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯電話機１の各部を統括的に制御する。具体的には、主に、電話機としての通話機能を実現するとともに、ベースバンド処理回路部３０から入力された携帯電話機１の現在位置を地図上にプロットしたナビゲーション画面を表示部４３に表示させるといったナビゲーション機能を含む各種機能を実現するための処理を行う。

操作部４２は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザによる操作に応じた操作信号をホストＣＰＵ４１に出力する。表示部４３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ホストＣＰＵ４１から入力される表示信号に基づく表示画面を表示する。

ＲＯＭ４４は、ホストＣＰＵ４１が携帯電話機１を統括的に制御するためのシステムプログラムや、ナビゲーション機能を含む各種機能を実現するためのアプリケーションプログラム及びデータを記憶する。ＲＡＭ４５は、ホストＣＰＵ４１の作業領域として用いられ、ＲＯＭ４４から読み出されたプログラムやデータ、操作部４２から入力された操作データ、ホストＣＰＵ４１が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

携帯用無線通信部４６は、携帯電話機の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で無線信号の送受信を行うアンテナやＲＦ変換回路等によって実現される公知の通信回路部であり、ホストＣＰＵ４１の制御に基づいて無線信号の送受信を行う。

［動作］
図１８は、ベースバンド処理の流れを説明するためのフローチャートを説明するためのフローチャートである。この処理は、ＣＰＵ３２がＲＯＭ３５のベースバンド処理プログラム１１０に従った処理を実行することで実現される。

図１８によれば、ＣＰＵ３２は、先ず初期設定を行う（ステップＡ１）。具体的には、例えば携帯電話機１の携帯電話事業者側のサーバ乃至携帯電話基地局から現在の概略位置や概略の軌道情報を取得する。また、現在の測位モードを、初期のモードとして予め定められた測位モードに設定する。現在の測位モードは、測位モードデータ１３１に格納される。

次いで概略の軌道情報やアルマナック等のＧＰＳ衛星の軌道情報に基づいて、現在の概略位置又は前回測位した位置においてＧＰＳ衛星信号を受信可能なＧＰＳ衛星を判定して新規の捕捉対象のＧＰＳ衛星を追加したり、捕捉不可能な位置になったと考えられるＧＰＳ衛星を捕捉対象から除外するといった、捕捉対象のＧＰＳ衛星を判定する処理を行う（ステップＡ３）。

続いて、信号捕捉・追尾部３１により追尾・捕捉されたＧＰＳ衛星信号から航法メッセージを復号し、復号した航法メッセージを基に、各捕捉対象のＧＰＳ衛星（捕捉衛星）の位置や移動速度、移動方向等を算出するとともに、各捕捉衛星からの受信信号の強度を算出する。算出した値は捕捉衛星データ１３３に格納される（ステップＡ５）。

その後、ＢＯＰ算出部３３がＢＯＰ算出処理を行う。即ち、係数設定データ１２１を参照して、現在の測位モードを基に係数Ｐ１、Ｐ２の値を決定する。次いで、捕捉衛星データ１３３を参照し、各捕捉衛星について、信号強度Ｓと決定した係数Ｐ１，Ｐ２とを基に、式（１）に従ってゲインＧを算出する（ステップＡ７）。

続いて、各捕捉衛星信号のベクトル座標を算出する。即ち、係数設定データ１２１を参照して、現在の捕捉衛星の数を基に係数Ｐ３の値を決定する。次いで、捕捉衛星データ１３３を参照し、各捕捉衛星信号について、向きが該捕捉衛星の方向に一致し、大きさＲが式（２）で与えられるベクトルを算出し、算出したベクトルの座標を該捕捉衛星信号のベクトル座標とする。このとき、大きさＲが単位円１００の半径以上の大きさである場合には単位円の半径の大きさに補正してベクトル座標を算出する（ステップＡ９）。算出したゲインＧ及びベクトル座標は、ベクトル座標データ１３５に格納される。

そして、算出した各ベクトル座標を加算して全体ＢＯＰのベクトル座標を算出する。このとき、算出した全体ＢＯＰが現在位置を原点Ｏとする単位円１００の外側に位置する場合、原点Ｏからこの全体ＢＯＰの位置に向う方向と交差する単位円１００の円周上に、該全体ＢＯＰを補正する（ステップＡ１１）。算出した全体ＢＯＰは、全体ＢＯＰデータ１３７に格納される。

その後、捕捉衛星それぞれについて、測位演算に適切であるか否かを判断する（ステップＡ１３）。即ち、原点と全体ＢＯＰ間の距離が０．９以上であった場合に、原点Ｏを挟んで全体ＢＯＰの逆方向の象限にベクトル座標が位置する捕捉衛星信号を、測位演算に「不適切」であると判断する。この判断結果は、個別ＢＯＰ値データ１３９に格納される。

続いて、ＢＯＰ算出部３３は、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値を算出する。即ち、捕捉衛星信号のベクトル座標を、原点Ｏからこのベクトル座標に向う方向と交差する単位円１００の円周上に移動させる（ステップＡ１５）。そして、移動後のベクトル座標と全体ＢＯＰとの間の距離Ｄを算出し、式（３）に従って個別ＢＯＰ値を算出する（ステップＡ１７）。算出した個別ＢＯＰ値は、個別ＢＯＰ値データ１３９に格納される。ここまでが、ＢＯＰ算出処理である。

ＢＯＰ算出処理が終了すると、測位演算部３４が、個別ＢＯＰ値データ１３９を参照して、全ての捕捉衛星信号のうちから、測位演算に「適切」と判断された捕捉衛星信号を選択する。次いで、選択した捕捉衛星信号から復号された航法メッセージに含まれる軌道情報や時刻情報等を基に、現在位置を測位する測位演算を行う（ステップＡ１９）。そして、算出した現在位置を後段のホストＣＰＵ４１に出力する（ステップＡ２１）。また、ＣＰＵ３２は、捕捉衛星データ１３３を参照して、各捕捉衛星の信号強度を基に次回測位用の測位モードを判定し、判定した測位モードに切り替える（ステップＡ２３）。

その後、ＣＰＵ３２は、測位を終了するか否かを判断する。即ち、例えばナビゲーション機能を「ＯＦＦ」にする指示操作がなされた、或いは電源を「ＯＦＦ」にする指示操作がなされたことで、ホストＣＰＵ４１から測位の終了指示が入力された場合に、測位を終了すると判断する。測位を終了しないならば（ステップＡ２５：ＮＯ）、ステップＡ３に戻り、終了するならば（ステップＡ２５：ＹＥＳ）、本処理を終了する。

［作用・効果］
このように、本実施形態によれば、捕捉衛星の方位と該捕捉衛星信号の信号強度とに基づいて、捕捉衛星信号全体の偏りの方向（方位）及び度合いを示す新たな指標である全体ＢＯＰが算出される。更に、各捕捉衛星信号の信頼度を示す指標である個別ＢＯＰ値が算出される。そして、これらのＢＯＰを用いることで、例えば算出された衛星信号全体の偏りに対して方向（方位）が明らかに異なる捕捉衛星信号を除外して測位演算を行うといった、より高精度な測位演算が可能となる。

［変形例］
尚、本発明の適用は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）捕捉衛星信号の適切／不適切の判断
例えば、各捕捉衛星信号が測位演算に適切であるか否かの判断を、個別ＢＯＰ値に基づいて行うことにしても良い。具体的には、各捕捉衛星信号のうち、個別ＢＯＰ値が他の捕捉衛星信号に比較して極端に低いものについて、不適切と判断する。例えば、各捕捉衛星信号の個別ＢＯＰ値の偏差値を算出し、算出した偏差値が所定値以下の信号を、不適切であると判断する。

（Ｂ）ホストＣＰＵ
例えば、ベースバンド処理回路部３０のＣＰＵ３１が行う処理の一部又は全部を、ホストＣＰＵ４１がソフトウェア的に行うことにしても良い。

（Ｃ）電子機器
また、上述の実施形態では、測位回路を備えた電子機器として、携帯電話機に適用した場合を説明したが、他の電子機器、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistants）や携帯型のナビゲーション装置、カーナビゲーション装置といった他の電子機器にも同様に適用可能である、

（Ｄ）衛星測位システム
また、上述の実施形態では、ＧＰＳを利用した場合を説明したが、例えばＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）といった他の衛星測位システムにも同様に適用可能なのは勿論である。

（Ｅ）記録媒体
また、ベーバンド処理プログラム１１０をＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録して、ＧＰＳ受信部２０を有する電子機器にインストールする構成としても良い。

携帯電話機の内部構成図。 係数Ｐ１，Ｐ２の設定例。 信号強度とゲインとの関係の一例。 全体ＢＯＰの算出の説明図。 捕捉衛星数と係数Ｐ３の関係の一例。 全体ＢＯＰに基づく「不適切」な捕捉衛星の判断の説明図。 個別ＢＯＰ値の算出の説明図。 個別ＢＯＰ値の算出の説明図。 個別ＢＯＰ値の一例。 「室内」で測位した場合のＢＯＰの一例。 「屋外」で測位した場合のＢＯＰの一例。 ＲＯＭの構成図。 ＲＡＭの構成図。 捕捉衛星データのデータ構成例。 ベクトル座標データのデータ構成例。 全体ＢＯＰデータのデータ構成例。 個別ＢＯＰ値データのデータ構成例。 ベースバンド処理の流れ図。

符号の説明

１ 携帯電話機、２０ ＧＰＳ受信部、３０ ベースバンド処理回路部、
３２ ＣＰＵ、３３ ＢＯＰ算出部、３４ 測位演算部

Claims (13)

1. 受信した測位用の衛星信号を発信した衛星の所与の方位を、受信した当該衛星信号の所与の信号強度に基づき重み付けした加重計算を行って、受信した衛星信号全体の偏向値を算出する全体偏向値算出部を備えた演算回路であって、
   前記全体偏向値算出部は、
   測位演算部により行われる予め定められた複数の測位モードのうちの現在の測位モードに従って、衛星信号の信号強度に対する重み付け係数を可変する対応係数可変部と、
   前記対応係数可変部により可変された衛星信号の信号強度と重み付け係数との対応関係に従って、受信した各衛星信号それぞれの所与の信号強度に対する重み付け係数を求める係数算出部と、
   を有し、前記係数算出部により算出された重み付け係数で、対応する衛星の所与の方位を重み付けして前記加重計算を行う演算回路。
2. 前記対応係数可変部は、現在の測位モードがより弱電界環境の測位に適したモードであるほど、同一の信号強度に対する重み付け係数を高くするように信号強度と重み付け係数との対応関係を可変する請求項１に記載の演算回路。
3. 前記全体偏向値算出部は、
   受信した各衛星信号の偏向度合いを調節する調節係数を可変に設定する調節係数設定部を有し、
   前記各衛星それぞれの所与の方位を、受信した当該衛星信号の所与の受信強度に基づく重み付けに加えて、前記調節係数設定部により設定された調節係数に基づく重み付けを行って前記加重計算を行う請求項１又は２に記載の演算回路。
4. 前記調節係数設定部は、受信した衛星信号の数に応じて前記調節係数を可変する請求項３に記載の演算回路。
5. 前記全体偏向値算出部により算出された衛星信号全体の偏向値に基づいて、受信した衛星信号の中から測位演算に適当又は不適当な衛星信号を選択する第１の衛星信号選択部を備えた請求項１〜４の何れか一項に記載の演算回路。
6. 前記第１の衛星信号選択部は、前記算出された偏向値の偏向方位の反対側の方位の衛星に係る衛星信号を不適当な衛星信号として選択する請求項５に記載の演算回路。
7. 受信した測位用の衛星信号を発信した衛星の所与の方位を、受信した当該衛星信号の所与の信号強度に基づき重み付けした加重計算を行って、受信した衛星信号全体の偏向値を算出する全体偏向値算出部を備えた演算回路であって、
   前記全体偏向値算出部により算出された偏向値と、各衛星それぞれの所与の方位とに基づいて、受信した当該各衛星信号それぞれの測位に対する有用度を算出する有用度算出部を更に備えた演算回路。
8. 前記有用度算出部は、中心からの方向が方位を示す所定の単位円内に前記全体偏向値算出部により算出された偏向値をプロットし、当該単位円の円周上の当該衛星の方位に対応する位置に各衛星それぞれをプロットした場合の当該偏向値のプロットと当該各衛星それぞれのプロット間の距離に基づいて、当該各衛星の衛星信号それぞれの測位に対する有用度を算出する請求項７に記載の演算回路。
9. 前記有用度算出部により算出された各衛星信号の有用度に基づいて、測位演算に適当又は不適当な衛星信号を選択する第２の衛星信号選択部を備えた請求項８に記載の演算回路。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の演算回路を備えた測位装置であって、
    受信した衛星信号の中から、前記指標算出部により算出された指標に基づいて測位に用いる衛星信号を選択して測位演算を行う測位装置。
11. 受信した測位用の衛星信号を発信した衛星の所与の方位を、受信した当該衛星信号の所与の信号強度に基づき重み付けした加重計算を行って、受信した衛星信号全体の偏向値を算出することを含む指標算出方法であって、
    前記衛星信号全体の偏向値を算出することは、
    測位演算部により行われる予め定められた複数の測位モードのうちの現在の測位モードに従って、衛星信号の信号強度に対する重み付け係数を可変することと、
    前記可変された衛星信号の信号強度と重み付け係数との対応関係に従って、受信した各衛星信号それぞれの所与の信号強度に対する重み付け係数を求めることと、
    前記求められた重み付け係数で、対応する衛星の所与の方位を重み付けして前記加重計算を行うことと、
    を含む、
    指標算出方法。
12. 受信した測位用の衛星信号を発信した衛星の所与の方位を、受信した当該衛星信号の所与の信号強度に基づき重み付けした加重計算を行って、受信した衛星信号全体の偏向値を算出することを含む指標算出方法であって、
    前記算出された衛星信号全体の偏向値と、各衛星それぞれの所与の方位とに基づいて、受信した当該各衛星信号それぞれの測位に対する有用度を算出することを更に含む指標算出方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の指標算出方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
    

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