JP4978337B2 - 携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳ機能を利用して位置計測を行う携帯端末に関する。

ＧＰＳによる位置計測を行う腕時計型の測位装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この測位装置では、１回計測モードに比べて精度の高い精度優先計測モードを有する。この測位装置のＧＰＳモジュール８は、衛星データに基づき、現在位置を算出する位置計測および位置計測の精度を示すＤＯＰ（Dilution of Precision）値算出を行う。

第２の実施の形態では、精度優先計測モードにおいて、使用者が事前に所望のＤＯＰ値と連続測位の継続時間を入力する。そして、測位装置は、この継続時間の範囲内で、連続的に衛星サーチを行い、衛星データに基づき、位置計測およびＤＯＰ値算出を行い、ＤＯＰ値を精度インジケータ１００に表示する。そして、測位装置は、算出したＤＯＰ値が前記所望のＤＯＰ値以下となった時点で計測された位置計測の経度緯度を表示部１２に表示し、ＧＰＳモジュールの電源をオフとし、測位を終了する。また、連続測位が前記継続時間となった場合にもＧＰＳモジュールの電源をオフとし、測位を終了する。これにより、使用者が所望する精度の測位を行うと共に、無駄な電力消費を回避している。
特開２００２−２４３８３２号公報（段落番号００２７〜００４２、図４、図５、図６）

特許文献１の測位装置では、位置計測の精度を示すＤＯＰ算出を行っている。ＤＯＰは、測位装置が受信している衛星の個数や衛星自体の幾何学的配置に基づいて決まる理論精度である。また、測位装置が算出する測位装置の現在位置は、ＤＯＰによる理論精度およびＤＯＰとは別の要因、たとえば、測位装置が現在位置する環境であるビルの反射などの誤差による不確定のバラツキ要因も含む。

したがって、特許文献１の測位装置において、算出したＤＯＰ値が所望のＤＯＰ値以下、すなわち理論精度が良い時点の位置計測が常に精度が良いということではなく、誤差が多い場合も多々発生してしまうという問題がある。

本発明は、位置計測の測位データの精度を向上することができる携帯端末を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の携帯端末は、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信して、携帯端末の現在位置を測定する携帯端末であって、携帯端末の現在位置を表示する表示手段と、前記電波に含まれるＧＰＳ衛星自体の位置情報を基に複数のＧＰＳ衛星の幾何学的配置により理論的に決まる理論精度データの算出と、前記電波の到達時間により携帯端末の現在位置を表す測位データを算出する測位処理を行うＧＰＳ受信手段と、前記ＧＰＳ受信手段による測位処理を複数回繰り返し行わせ、前記測位データの累積平均を算出し、前記理論精度データの累積平均と当該理論精度データ累積平均の差分を算出し、当該差分が所定値以下の状態が連続して所定回数続いたときの前記測位データの累積平均を携帯端末の現在位置として前記表示手段に表示させる制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、余分な回数の測位や使用者を待たせることなく、真値に近い測位データを得ることが可能となる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例に係るＡ−ＧＰＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＰＳ）のシステム図および携帯端末のブロック図である。
Ａ−ＧＰＳのシステムは、携帯端末１００、携帯電話網の基地局２００、ＧＰＳ衛星３００などにより構成される。ＧＰＳ衛星３００は、よく知られているように２４個の衛星が地球を周回しており静止衛星ではなく時々刻々移動している。携帯端末１００は、予め、基地局２００からアシスト情報として、どのＧＰＳ衛星に対してサーチを行うかを入手する。

携帯電話網のサーバ（図示せず）は、携帯端末１００がＧＰＳ測位を行う時、予め、携帯端末１００が現在属する携帯電話網のセルや基地局の位置に基づいて、携帯端末１００がＧＰＳ受信を行うために最適なＧＰＳ衛星４個分のＩＤなどをアシスト情報として、携帯端末１００に送信する。

携帯端末１００は、このＧＰＳ衛星４個に対してサーチし、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ衛星自体の宇宙上の位置情報や各種コードを電波で受信する。そして、各ＧＰＳ衛星からの電波のコードの到達時間により各ＧＰＳ衛星と携帯端末間の距離を算出し、これを基に三角測量の原理で、携帯端末１００の現在位置を地表上のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の測位データとして算出する。ＧＰＳ衛星４個の内、１個は、到達時間を計測する時計の補正に使われる。

携帯端末１００が測位した測位データには、誤差が発生する。誤差の要因の１つとして、それぞれのＧＰＳ衛星と携帯端末の幾何学的配置により理論的に決まる理論精度がある。携帯端末１００は、各ＧＰＳ衛星自体の宇宙上の位置情報などを基に、この理論精度データを算出する。

測位データの誤差の他の要因として、電波の到達時間に影響する伝播遅延があり、電離層の電子密度、空気中の水蒸気量、気圧、空気層の距離などが影響する。また、建物や地面で電波が反射するマルチパスなどがある。幾何学的配置以外のこれらの誤差は算出が難しい。また、高いビルや山地では上空の見通し状態が悪くなり、最良のＧＰＳ衛星をサーチできずに、誤差が増えるなどがある。
従って、理論精度データが良い場合は測位データの精度も良いとは、必ずしもは言えない。

携帯端末１００の内部は、携帯電話網通信部１、アシスト情報記憶部２、ＧＰＳ受信部３、キー入力部４、表示部５、制御部６などから構成される。携帯電話網通信部１は、携帯電話網における無線信号の送信受信、増幅、変調復調などの処理を行い、携帯電話網のサーバ（図示せず）から基地局２００を経由して、ＧＰＳ測定のためのアシスト情報を入手する。アシスト情報記憶部２は、このアシスト情報を記憶する。

ＧＰＳ受信部３は、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、理論精度データおよび携帯端末１００の現在地を示す測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）を算出し、制御部６へ送出する。

キー入力部４は、各種キー操作用の入力手段である。表示部５は、各種表示出力用であり、ＬＣＤなどで構成される。

制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、コントローラなどを有して、他の構成要素部分を制御し、携帯端末１００の主な機能を実行する。特に、本発明に関連して、ＧＰＳ測位に関する処理を行う。

図２は、本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での理論精度データと測位データ誤差を時系列で表したグラフである。同一場所で動かずに、その場所を連続的に所定周期で３０回測位し、それぞれの理論精度データと測位データ（Ｚ座標は省略）を示す。ＧＰＳ受信部３が算出した３０回分のデータは、携帯電話網からアシストされた指定のＧＰＳ衛星のままで、当該ＧＰＳ衛星からの電波受信に基づいて算出した理論精度データと測位データである。

なお、実験データであり、測位場所のＸ座標、Ｙ座標は予め真値としてわかっており、この真値に対する測位データの差、すなわち誤差（ΔＸ、ΔＹ）が実験としては算出できる。

携帯端末の通常のＧＰＳ使用状態では、真値は不明であり、理論精度データと測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標）しか分からない。

図２（Ａ）は、理論精度データである。理論精度データは、それぞれのＧＰＳ衛星と携帯端末の幾何学的配置により理論的に決まる理論精度であり、同じＧＰＳ衛星からの受信データにより理論精度データを算出している限りは、短時間の３０回測定では、ＧＰＳ衛星の宇宙上の移動もそれほど大きくないので、本来大きくは変わらないはずである。

しかし、実験データはばらついており、その原因は、測定場所の環境における自動車によるマルチパスや、見通しの変化による補足衛星の違いなどが考えられる。

図２（Ｂ）は、ＧＰＳ衛星からの受信データにより算出した測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標）を基に、予め実験としてわかっている真値に対する誤差ΔＸ、ΔＹを求めたものである。
図２（Ｃ）は、誤差ΔＸ、ΔＹのベクトル合成した誤差の絶対値＝「（ΔＸの２乗＋ΔＹの２乗）の平方根」である。通常の使用状態では、真値および誤差は不明であり、測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標）しかわからない。

図２（Ａ）の理論精度データと図２（Ｃ）の測位誤差絶対値を、３０回それぞれ毎に比較してみると、理論精度データが良い場合は測位データの精度も良いとは、必ずしも言えない。また、理論精度データが悪い場合は測位データの精度も悪いとは、必ずしも言えない。つまり、両者の相関性が低いと言える。これは、測位データの誤差には、ＧＰＳ衛星と携帯端末の幾何学的配置により決まる理論精度以外に、電離層の電子密度、空気中の水蒸気量、気圧、空気層の距離などが影響する。特に、建物や地面やその他の自動車などで電波が反射するマルチパスは、時々刻々ランダムに変化する要因があるからと考えられる。

従って従来のように、理論精度データが良いときの測位データが正しいと判断することは、問題が多い。

図３は、本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での測位データをＸＹ座標上にプロットした図である。
図３（Ａ）は、測位データの誤差ΔＸと誤差ΔＹを１回目から３０回目まで順番にプロットしたものであり、座標中心が実験上わかっている真値である。これを見ると、真値に対して、上下左右方向にランダムに発生している。これは、測位データの誤差の要因である建物や地面やその他の自動車などで電波が反射するマルチパスなどの影響が測位データに対して、ランダムに正規分布状に発生していると考えられる。

従って、測位データの平均化を行うと、累積回数が増えるにつれて徐々に真値に近い値になってくる。

図３（Ｂ）は、この測位データの平均値を累積回数が増える毎にプロットしたものであり、誤差ΔＸの累積平均と誤差ΔＹの累積平均で示す。
誤差ΔＸ累積平均（ｎ回目）＝Σ（１〜ｎ）誤差ΔＸ／ｎである。
誤差ΔＹ累積平均（ｎ回目）＝Σ（１〜ｎ）誤差ΔＹ／ｎである。
ｎ＝１〜３０である。このように、３０回目になると、真値に近付くことがわかる。

図４は、本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での測位データに対して累積平均を算出し時系列に表したグラフである。内容は、図３（Ｂ）と同じものを時系列で表したものである。

携帯端末の通常の使用では、真値は不明なので、測位データの誤差ΔＸ、ΔＹを求めることはできないが、測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標）の累積平均を算出することにより、累積回数が増えるにつれて、Ｘ座標累積平均、Ｙ座標累積平均が真値に近付くことになる。

図４（Ａ）は、毎回の測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標）に対して実験上求めた真値に対する測位データの誤差ΔＸ、ΔＹであり、図２（Ｂ）と同じである。通常使用時は、測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標）が得られるが、誤差ΔＸ、ΔＹは不明である。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の測位データの誤差ΔＸ、ΔＹに対して、毎回の誤差の累積を累積回数で割った誤差ΔＸ累積平均と誤差ΔＹ累積平均を示す。内容は、図３（Ｂ）と同じものを時系列で表したものである。

図４（Ｃ）は、誤差ΔＸ累積平均と誤差ΔＹ累積平均のベクトルの絶対値を計算したものである。

これからわかるように、累積回数が増えて行く毎に、累積平均値は真値に近付いている。累積回数が１０回程度以降は、誤差が約２０ｍ以下となり、携帯端末として満足できる範囲になっている。

通常使用時は、真値が不明なため、この誤差ΔＸ累積平均と誤差ΔＹ累積平均の算出はできない。しかし、測位データ（Ｘ座標、Ｙ座標）に対しても同様に、測位データＸの累積平均と測位データＹの累積平均を求めれば、累積回数が増えるにつれて真値Ｘ、真値Ｙに近付く。

しかし、累積回数がどの時点以降、真値に近くなっているかを直接、測位データＸの累積平均と測位データＹの累積平均から認識することはできない。十分な累積回数の累積平均を求めれば、測位データＸの累積平均、測位データＹの累積平均が真値Ｘ、真値Ｙに近い状態になることはわかるが、それでは時間が掛かり過ぎ、携帯端末の消費電流や、使用者を待たせることにもなり、好ましくない。

この累積回数がどの時点以降、測位データＸの累積平均、測位データＹの累積平均が真値Ｘ、真値Ｙに近くなっているかを判断する方法について次に説明する。
図５は、本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での理論精度データに対して累積平均を算出し時系列に表したグラフである。

図５（Ａ）は、毎回の理論精度データであり、図２（Ａ）と同じである。
図５（Ｂ）は、この毎回の理論精度データの累積を累積回数で割った理論精度データ累積平均を示す。累積回数が増えるにつれて、変化が少なくなってくる。
図５（Ｃ）は、この理論精度データ累積平均の変化を差分として求めたものである。差分は、回数が６回目以降は小さくなって、その状態が継続している。

一方、図４（Ｃ）で説明したように、測位データの累積平均の誤差は、回数が１０回目以降程度から真値に近付いている。このことから、理論精度データ累積平均の差分が所定の小さな値以下の状態が所定回数以上継続すると、測位データの累積平均が真値に近付くと考えてよい。

この考えによる制御部の動作を次に説明する。
図６は、本発明の実施例に係る携帯端末の制御部の動作フローチャートである。制御部６は、携帯電話網からアシスト情報を入手する（ステップＳ１）。そのアシスト情報を基に、ＧＰＳサーチを行うようＧＰＳ受信部３に指示する（ステップＳ２）。そして、まず、１回目として、ＧＰＳ受信部３から理論精度データと測位データを入手する（ステップＳ３）。

そして、その測位データ（座標Ｘ、座標Ｙ）の累積平均である座標Ｘ累積平均と座標Ｙ累積平均を算出する（ステップＳ４）。これは、１回目では、１回目に測定した座標Ｘ、座標Ｙそのものとなる。

次に、理論精度データの累積平均を算出する（ステップＳ５）。これも１回目では、１回目に測定した理論精度データそのものとなる。そして、この理論精度データ累積平均の前回からの差分を算出する（ステップＳ６）。これは、１回目では、１回目の理論精度データ累積平均そのものとなる。

そして、当該差分が所定値以下の状態が連続して所定回数続いたかをチェックする（ステップＳ７）。続いていなければ、ステップＳ３に戻り、２回目の理論精度データと測位データをＧＰＳ受信部３から入手する。

そして、同様に処理を行い、ステップＳ７において、当該差分が所定値以下の状態が連続して所定回数続いた場合、測位データの累積平均である座標Ｘ累積平均と座標Ｙ累積平均が真値に近いと見なして、直近のステップＳ３、Ｓ４における測位データの累積平均（座標Ｘの累積平均、座標Ｙの累積平均）を表示部５に現在位置として座標表示する（ステップＳ８）。そして、測位を停止する（ステップＳ９）。

なお、ステップＳ７、Ｓ８において、自動で、真値に近付いたと判断して、表示部に現在位置として座標表示したが、使用者を介した方法として、ステップＳ６で算出した理論精度データの累積平均の差分を精度収束のインジケータとして表示部５に表示し、使用者がそれを見て判断して、キー入力部４からの操作指示された時点における測位データの累積平均（座標Ｘの累積平均、座標Ｙの累積平均）を表示部５に現在位置として座標表示するようにしてもよい。

本発明の実施例によれば、複数回連続測位を行いながら、測位データの累積平均を算出し、また、理論精度データの累積平均とその差分を算出し、この理論精度データ累積平均の差分により、測位データの累積平均が真値に近付いてきたことを判断する。これにより、余分な回数の測位や使用者を待たせることなく、真値に近い測位データを得ることが可能となる。

なお、携帯端末として、携帯電話機、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ＧＰＳ機器等に適用することができる。

本発明の実施例に係るＡ−ＧＰＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＰＳ）のシステム図および携帯端末のブロック図。 本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での理論精度データと測位データ誤差を時系列で表したグラフ。 本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での測位データをＸＹ座標上にプロットした図。 本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での測位データに対して累積平均を算出し時系列に表したグラフ。 本発明の実施例に係る携帯端末の位置測定の実験での理論精度データに対して累積平均を算出し時系列に表したグラフ。 本発明の実施例に係る携帯端末の制御部の動作フローチャート。

符号の説明

１ 携帯電話網通信部
２ アシスト情報記憶部
３ ＧＰＳ受信部
４ キー入力部
５ 表示部
６ 制御部
１００ 携帯端末
２００ 基地局
３００ ＧＰＳ衛星

Claims (2)

1. 複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信して、携帯端末の現在位置を測定する携帯端末であって、
   携帯端末の現在位置を表示する表示手段と、
   前記電波に含まれる前記複数のＧＰＳ衛星の位置情報を基に前記複数のＧＰＳ衛星の幾何学的配置により理論的に決まる理論精度データを算出し、前記電波の到達時間により前記携帯端末の現在位置を表す測位データを算出して測位処理を行うＧＰＳ受信手段と、
   前記ＧＰＳ受信手段による前記測位処理を複数回繰り返し行わせ、前記理論精度データの累積平均と前記測位データの累積平均を算出し、前記理論精度データの今回の累積平均と当該理論精度データの前回の累積平均の差分を算出し、前記差分が所定値以下の状態が連続して所定回数続いたときの前記測位データの累積平均を前記携帯端末の現在位置として前記表示手段に表示させる制御手段とを
   具備することを特徴とする携帯端末。
2. 複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信して、携帯端末の現在位置を測定する携帯端末であって、
   携帯端末の現在位置を表示する表示手段と、
   キー入力を行う入力手段と、
   前記電波に含まれる前記複数のＧＰＳ衛星の位置情報を基に前記複数のＧＰＳ衛星の幾何学的配置により理論的に決まる理論精度データを算出し、前記電波の到達時間により前記携帯端末の現在位置を表す測位データを算出して測位処理を行うＧＰＳ受信手段と、
   前記ＧＰＳ受信手段による前記測位処理を複数回繰り返し行わせ、前記理論制度データの累積平均と前記測位データの累積平均を算出し、前記理論精度データの今回の累積平均と当該理論精度データの前回の累積平均の差分を算出し、前記差分を位置測定精度として前記表示手段に表示させ、前記入力手段からの指示があったときの前記測位データの累積平均を前記携帯端末の現在位置として前記表示手段に表示させる制御手段とを
   具備することを特徴とする携帯端末。

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