JP6061316B2 - Ｇｎｓｓ受信機の位置を決定する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、汎地球測位航法衛星システム（Global Navigation Satellite System: GNSS）において衛星を捕捉し、ＧＮＳＳ受信機の位置を決定する方法及び装置に関する。

汎地球測位航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機は、その３次元位置を決定するために、少なくとも４機のＧＮＳＳ衛星からの情報を必要とする。ＧＮＳＳ衛星と受信機の間の近似距離は、一般的に疑似距離(pseudorange)といわれる。受信機に対するＧＮＳＳ衛星の位置は、決定された３次元位置の全体の精度に大きな影響を有する。一般に、良い衛星幾何学(satellite geometry)は、衛星が受信機に対して均等に分散するときに生じる。４機未満のＧＮＳＳ衛星が捕捉されるとき又は悪い衛星幾何学である場合、スタンドアローンのＧＮＳＳ受信機は、その３次元位置を決定できないことがある。衛星を捕捉する難しさは、典型的には、信号劣化によるもの、及び、例えば減衰やマルチパス効果によってＧＮＳＳ受信機が必要とされる数のＧＮＳＳ衛星からの情報を識別し取得するのを困難にする室内、濃霧地域内、又は深い都市部内のような困難な環境で衛星が利用できないことによるものである。

他の非ＧＮＳＳ位置決め技術(non-GNSS positioning technique)は、例えば、スタンドアローンのＧＮＳＳ受信機が十分な数のＧＮＳＳ衛星を捕捉できないとき又は悪い衛星幾何学の場合に、そのＧＮＳＳ受信機を援助する追加的な情報源を提供することができる、ＷｉＦｉやセルラー方式を基にした位置決めのようないくつかの技術を使用する。ＧＮＳＳ受信機とその他の位置決め技術の協働は、アシスト型ＧＮＳＳ（Ａ‐ＧＮＳＳ）といわれる。支援情報は一般に（本物の又は合成された）天体暦データ、タイミングデータ及び／又は位置推定を含む。

良く知られたＧＮＳＳはグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）である。最初の位置支援(initial position assistance)が利用可能である従来のアシスト型ＧＰＳ（Ａ‐ＧＰＳ）では、最初の位置支援は、受信機が頭上を通る衛星からの信号に焦点を合わせられる受信機によって支援として使用されうる。しかしながら全般的には、ＧＰＳ受信機が十分な数の衛星から依然として情報を取得できない場合や悪い衛星幾何学の場合に、最初の位置支援はフォールバック位置(fallback position)を提供する。このような方法は、ハイブリッド位置決めとして説明されてきており、例えばＧＰＳ、Ａ‐ＧＰＳ、ＷｉＦｉ及びセルラー方式を基にした位置決めを含む２つ以上の位置決め技術の出力の間での二者択一の選択を含む。

国際公開第２０１１／１２４９５９号は、位置決め信号の信号強度が閾値以上の場合に、当該信号を第２の相関ピーク検出ユニットへ入力し、当該信号強度が閾値未満の場合に、当該信号を第１の相関ピーク検出ユニットへ入力するスイッチングユニットを含む、ＧＮＳＳ受信機を記載する。第１の相関ピーク検出ユニットは、位置決め信号とＣ／Ａコードレプリカ信号との間の相関値のピークを検出し、第２の相関ピーク検出ユニットは、マルチパスエラー低減技術により相関値のピークを検出する。米国特許出願公開２００７／０２３３３８３号は、システム内において衛星ネットワークがＧＰＳ周波数帯域外の衛星周波数帯域上でＧＰＳデータを伝送するように構成される無線通信システム、及びＧＰＳ周波数帯域外の衛星周波数上で受信されるＧＰＳデータを用いて疑似距離測定を実行するモバイル端末を記載する。

国際公開第２０１１／１２４９５９号 米国特許出願公開２００７／０２３３３８３号明細書

本開示の態様では、ＧＮＳＳ受信機の位置を決定する方法が提供される。当該方法は、ＧＮＳＳ受信機で少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星から情報を受信するステップと、ＧＮＳＳ受信機で非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション(non-GNSS positioning application)から推定位置エリア(location area)を受信するステップと、少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星から受信された情報に基づいて決定される候補相関ピーク(correlation peak)に対応する候補疑似距離を決定するステップと、候補疑似距離及び推定位置エリアを使用してＧＮＳＳ受信機の可能性のある位置を決定するステップと、可能性のある位置からＧＮＳＳ受信機の最良の位置を決定するステップと、ＧＮＳＳ受信機の位置として最良の位置を設定するステップと、を含み、少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星の１つに対応する複数の候補相関ピークが決定されるとき、推定位置エリアは、決定される候補疑似距離より前に候補相関ピークの数を減らすのに使用できる。

本開示の他の態様では、モバイルデバイスが提供される。当該モバイルデバイスは、アンテナと、少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星から情報を受信し、かつ非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションから推定位置エリアを受信するＧＮＳＳ受信機と、ＧＮＳＳ受信機と通信するプロセッサと、を含む。当該プロセッサは、少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星から受信された情報に基づいて決定される候補相関ピークに対応する候補疑似距離を決定し、候補疑似距離と推定位置エリアを使用して決定されるＧＮＳＳ受信機の可能性のある位置からＧＮＳＳ受信機の最良の位置を決定し、及びＧＮＳＳ受信機の位置として最良の位置を設定する。そこで、少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星の１つに対応する複数の候補相関ピークが決定されるとき、推定位置エリアは、決定される候補疑似距離より前に候補相関ピークの数を減らすのに使用できる。

最初の位置支援の使用についてのＧＮＳＳ受信機と非ＧＮＳＳ受信機位置決めの間の協働（コラボレーション）方法が説明される。本実施形態の方法及び装置では、非ＧＮＳＳ技術は、ＧＮＳＳ受信機と協働し、ＧＮＳＳ受信機が独立してその位置を決定することができないときに、ＧＮＳＳ受信機の位置の決定を促進する位置決め情報を提供する。

図１は、ＧＰＳ衛星と通信するＧＰＳ受信機を含むモバイルデバイスのいくつかのコンポーネントの略図である。 図２は、図１のモバイルデバイスのコンポーネントのブロック図である。 図３は、ＧＰＳ衛星及び非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションと通信するＧＰＳ受信機のブロック図である。 図４は、ある実施形態に従ったＧＰＳ受信機の機能を描くブロック図である。 図５は、相関ピークの処理を描く系統線図である。 図６は、衛星捕捉アプリケーションの機能を描く系統線図である。 図７は、衛星捕捉アプリケーションを使用して決定されるＧＰＳ受信機の可能性のある位置を示す略図である。 図８は、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの支援された位置決め情報を使用してＧＰＳ受信機の位置を決定する方法を描く系統線図である。 図９Ａは、２機のＧＰＳ衛星からの情報が受信されるときのＧＰＳ受信機の２つの可能性のある位置を示す略図である。 図９Ｂは、図８の方法を使用して決定されるＧＰＳ受信機の可能性のある位置を示す略図である。 図９Ｃは、先行技術のハイブリッド位置決めシステムを使用して決定されるＧＰＳ受信機の可能性のある位置を示す略図である。 図１０は、ある実施形態に従った衛星捕捉アプリケーション及び位置決定アプリケーションを使用するＧＰＳ受信機の機能を描く略図である。 図１１は、ある実施形態に従った衛星捕捉アプリケーション及び位置決定アプリケーションを使用するＧＰＳ受信機の可能性のある位置を示す略図である。 図１２は、ＧＰＳ受信機、衛星捕捉アプリケーション、位置決定アプリケーション及び位置アシスト型ＧＰＳアプリケーションの間のコラボレーションを描くフローチャートである。

本実施形態の他の態様及び特徴は、添付図面と共に以下の明細書の実施形態の説明を見直すことによって当業者にとっては明らかである。

本出願の実施形態は、添付図面を参照して、ほんの例示として記載される。

当然のことながら、説明の簡単化及び明瞭化のために、適当であると考えられる場合に、参照番号は、対応する又は類似する要素を示す図の間で繰り返されうる。加えて、ここに記載される実施形態の完全な理解をもたらすために非常に多くの具体的な詳細が説明される。しかし当然のことながら、当業者によって、ここに記載された実施形態は、これらの具体的な詳細なしで実施されうる。他の例示では、ここに記載された実施形態を分かりにくくしないように、良く知られた方法、手順及びコンポーネントは詳細に説明されていない。同様に説明は、ここに記載された実施形態の範囲を限定するものと考えられない。

当然のことながら、当業者によって、ＧＰＳは、ほんの例示として本出願の全体にわたって言及される。本出願の方法及び装置は任意のＧＮＳＳに適用できる。

図１を参照すると、モバイルデバイス１０は、その位置を決定するためにＧＰＳ衛星から情報を受信する。モバイルデバイス１０は、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマートフォン、アセットトラッキングデバイス、タブレット若しくはラップトップコンピュータ、ナビゲーションデバイス、又は非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションの助けでその位置を決定することができる他のデバイスでありうる。ここに記載される実施形態では、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションから得られる支援された位置情報は、少なくとも、最初の、つまり精密でない、位置支援を含み、これは例えばＧＰＳ受信機１４がスタンドアローンＧＰＳ受信機よりも速く頭上を通るＧＰＳ衛星の位置を定めるのに役立つ。非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションから得られる支援された位置情報は、モバイルデバイス１０で局地的に利用可能であり、コンピュータと直接通信によって利用可能であり、又はサーバ若しくはデータベースと無線通信によって利用可能でありうる。

図２に示すように、モバイルデバイス１０は、無線信号を受信するアンテナ１２と、アンテナ１２と通信するＧＰＳ受信機１４と、アンテナ１２及び受信機１４と通信するプロセッサ１６と、を含む。モバイルデバイス１０は、プロセッサ１６と通信するメモリ１８をさらに含む。モバイルデバイス１０は、例えばＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、４Ｇ、ＷＬＡＮ、７６２．１１ｇ、又は７６２．１１ｎのようなセルラーデータネットワークによって非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションから推定位置エリアを受信するコンピュータと通信しうる。モバイルデバイス１０は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を使用して、近距離の通信をさらに行いうる。１つの実施形態では、モバイルデバイス１０は、１つのアンテナ１２及びいくつかのＧＰＳ受信機コンポーネントを含む。例えば、ＧＰＳ受信機１４は、フロントエンド及びデジタイザーのみを含む。この実施形態では、例えば他のＧＰＳ受信機コンポーネント、プロセッサ１６及びメモリ１８は、サーバ上で遠く離れてホストされうる。

図３に示すように、ＧＰＳ受信機１４は、ＧＰＳ衛星から信号を受信することができ、かつ非ＧＮＳＳ位置決めソフトウェアアプリケーション２０と通信することができる。非ＧＮＳＳ位置決めソフトウェアアプリケーション２０は、モバイルデバイス１０のメモリ１８内にコンピュータ読み取り可能なコードとして記憶されうるか、又は代替方法としてモバイルデバイス１０から離れたサーバ上に記憶されうる。非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０は、精密でない位置推定を提供することができる任意の位置決めアプリケーションでありうる。非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションの例としては、ＷｉＦｉを基にした位置決め、セルラー方式を基にした位置決め（ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳ、ＬＴＥのようなモバイル標準を含むがこれに限定されない）、陸上移動(landmobile)無線システム（私的又は公的な安全アプリケーションで使用されるＶＨＦシステムを含むがこれに限定されない）、無線放送位置決め（ＦＭやＴＶ局のような無線放送塔に基づいた位置を含むがこれに限定されない）、又は他のデータネットワークインフラを基にした位置決め（ＩＰルータ、データモデム、又はＧｅｏＩＰのようなインターネットプロトコルを含むがこれに限定されない）を含む。

同様に図４を参照すると、ＧＰＳ受信機１４は、衛星を捕捉する信号処理ユニット２２、及びＧＰＳ受信機１４の位置を決定するナビゲーションユニット２４を含む。示されるように、ＧＰＳ受信機１４は、衛星捕捉アプリケーション２６及び位置決定アプリケーション２８と通信する。衛星捕捉アプリケーション２６及び位置決定アプリケーション２８は、メモリ１８内にコンピュータ読み取り可能なコードとして記憶され、かつプロセッサ１６によって実行可能なソフトウェアアプリケーションである。一般に、衛星捕捉アプリケーション２６は、より多くのＧＰＳ衛星を捕捉するために複数の候補疑似距離が決定されるときに「本当の(true)」又は「最善の(best)」疑似距離を識別し、位置決定アプリケーション２８は、衛星利用可能性が制限されるときに位置決め不確実性を減らす。図４のＧＰＳ受信機１４は、４機以下の衛星が信号処理ユニット２２によって捕捉されるときにその位置を決定することができる。

さらに図４を参照すると、ＧＰＳ受信機１４の信号処理ユニットは、利用可能なＧＰＳ衛星から衛星信号を受信し、衛星捕捉アプリケーション２６へ予備的処理されたデジタル化された衛星信号（Ｉ，Ｑ）を送信する。信号処理ユニット２２は、捕捉された衛星の疑似距離を決定し、ナビゲーションユニット２４へ送信し、次にナビゲーションユニット２４は、捕捉された衛星の疑似距離を位置決定アプリケーション２８へ送信する。非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアは、ＧＰＳ受信機１４の位置を決定するために、衛星捕捉アプリケーション２６及び位置決定アプリケーション２８の両方によって受信される。１つの実施形態では、衛星信号と推定位置エリアは、概して同じ時間に受信される。

衛星捕捉アプリケーション２６は、どれが「本当の」又は「最善の」相関ピークであるかを決定するために、複数の候補ピークを区別するのに非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアを使用する。ＧＰＳ受信機が予備的処理された衛星信号をその局地的に生じたレプリカと相関させるとき、ＧＰＳ受信機は、ｉ）信号の中に任意の候補相関ピークを見つけられない、ｉｉ）信号減衰又はマルチパスによって複数の候補相関ピークを見つけうる、又はｉｉｉ）はっきり識別できる１つの候補相関ピークを見つけうる。はっきり識別できる１つの候補相関ピークが識別されるとき、その候補相関ピークと関連した疑似距離は、ＧＰＳ受信機１４によって、捕捉された衛星であると決定される。

図５を参照すると、相関ピークは、相関器(correlator)３０、つまりＧＰＳ受信機１４の、信号処理ユニット２２の一部である整合フィルタからの出力である。相関器３０の入力は、ＧＰＳ予備的処理された信号及びＧＰＳ受信機で局地的に発生した当該信号のレプリカである。相関器３０は、既定義サーチスペースを含むため、相関器のグリッドに言及される。先行技術の（アシスト型）ＧＰＳ受信機では、はっきり認識できる相関ピークが見つからなければ、衛星は捕捉されえない。

一般に相関器３０は、はっきり識別できる相関ピークを引き出すために、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアを使用して、相関サーチスペースを定め、サーチを促進し、及び不確実性のエリアを減らす。はっきり識別できる相関ピークが見つからないときは、複数の候補相関ピークが衛星捕捉アプリケーション２６によって考えられる。複数の候補相関ピークが特定のＧＰＳ衛星に識別されるとき、複数の候補相関ピークに対応する候補疑似距離が計算される。非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアは、「本当の」又は「最善の」疑似距離が存在するときに候補疑似距離から「本当の」又は「最善の」疑似距離を選択するために捕捉されたＧＰＳ衛星（すなわち衛星のためにはっきり認識できる相関ピークが見つかった衛星）の疑似距離と組み合わせて使用される。

図６を参照すると、衛星捕捉アプリケーション２６は、３２で信号中の候補相関ピークを識別する。候補相関ピークが見つからないときは、３４でＧＰＳ衛星は捕捉されない。１つのはっきり識別できる相関ピークが見つかるとき、３６でＧＰＳ衛星は捕捉される。１つより多い候補相関ピークが見つかるとき、３８で候補相関ピークは選択され、４０で候補疑似距離は決定される。捕捉されたＧＰＳ衛星の疑似距離を含む候補疑似距離のすべて及び非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアは、衛星捕捉アプリケーション２６の一部である推定器(estimator)を使用して受信機の位置を推定し、候補疑似距離から不正確な疑似距離を検出し、及び推定器を使用して最善の疑似距離の受信機の位置を再推定するのに、４２で使用される。候補の間での最善の疑似距離を識別するのに統計分析が使用される。統計分析は、候補疑似距離と推定器により推定されたものとの間のエラーを識別する推定器の環閉合差ベクトル(misclosure vector)、及び受信される信号強度と衛星高度の関数であって疑似距離の最初の標準偏差を提供する疑似距離の品質のア・プリオリな知識、に依存する。疑似距離の品質のア・プリオリな知識及び環閉合差ベクトルに基づいて、統計分布は得られる。統計分布に該当しない候補疑似距離は排除され、最善の疑似距離を残す。４４で、ナビゲーションユニット２４又は位置決定アプリケーション２８を使用してＧＰＳ受信機の位置は決定されうる。

図７を参照すると、一例として、衛星ビークル（ＳＶ）の４つの候補相関ピークが見つかり、４つの候補疑似距離
が候補相関ピークに基づいて計算される。それから推定器は、参照番号４６と４８によって識別される捕捉されたＧＰＳ衛星の疑似距離を含む候補疑似距離のすべて、及び受信機の位置を推定する非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアを使用する。推定位置は、不正確な疑似距離の存在のために偏りがある。統計分析は、「本当の」又は「最善の」疑似距離を識別する、疑似距離のア・プリオリな知識及び環閉合差ベクトルを使用して実行される。推定器は、偏りがなく最善の推定である受信機の最終位置を推定するのに、最善の疑似距離及び非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアを使用する。図７に示すように、候補疑似距離
が最善の疑似距離として識別される。したがって、第３のＧＰＳ衛星は、
と等しい本当の疑似距離の値である
で捕捉されると考えられる。示されるように、最終２次元位置決定は、捕捉されたＧＰＳ衛星、及び非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリアの位置不確実性から推定される。

一般に、衛星捕捉アプリケーション２６は、捕捉されたＧＰＳ衛星の数を増やし、したがって全体の衛星利用可能性及び衛星幾何学を向上させる。衛星捕捉アプリケーション２６は、複数の候補相関ピークを受け入れ、それとともに計算を実行し、及び「本当の」又は「最善の」相関ピークを提示する非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリアを使用する、能力を有する。

戻って図４を参照すると、位置決定アプリケーション２８は、利用可能であるＧＰＳ衛星の数次第で、ＧＰＳ受信機１４の位置の決定を探索するのに異なる方法を使用する。図８もまた参照すると、３機のＧＰＳ衛星から情報を受信するとき、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリア、受信機クロックバイアス（ｔ_u）、及び候補疑似距離と同様にはっきり識別できる疑似距離を含みうる疑似距離のすべてを使用して、ＧＰＳ受信機１４の位置は解決される。例えば、２機の衛星の２つのはっきり識別できる相関ピークと第３の衛星の複数の候補相関ピークが含まれうる。

図８を参照すると、５０で、少なくとも２機の衛星から情報を受信し、疑似距離は、信号処理ユニット２２及び衛星捕捉アプリケーション２６のうちの１つ又は両方によって、計算される。５２で、受信機クロックバイアス（ｔ_u）は、ＧＰＳ受信機の前の位置決定から推定される。位置決定アプリケーション２８は、５４で、捕捉されたＧＰＳ衛星の疑似距離を含みうる候補疑似距離、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリア、及び受信機クロックバイアス（ｔ_u）、を使用して可能性のあるＧＰＳ受信機位置を計算する。環閉合差ベクトルのような位置決定アプリケーション２８の統計的出力は、５６で、大誤差検出(blunder detection)方法といわれうる統計分析を使用して不正確な疑似距離を検出するのに使用される。一般に大誤差検出方法は、５４で決定される推定疑似距離と５０で決定される捕捉されない衛星に対応する候補疑似距離の間の差異を使用する。統計的大誤差を引き起こす候補疑似距離は、５６で大誤差検出方法によって識別され、５８で、統計的大誤差を引き起こす候補疑似距離は、最善の疑似距離を残して削除される。続いて最善の疑似距離は、５４で、その後の繰り返しで位置推定のために使用される。５６で大誤差が検出されないときは、５６で当該方法は終了する。

一つの例として、図９Ａに示すように２機のＧＰＳ衛星６０、６２から情報を受信したとき、ＧＰＳ受信機１４は、その位置を推定することができず、したがって図８のＧＰＳ受信機１４の位置を決定する方法を実行する。５０で、ＧＰＳ受信機１４は２機のＧＰＳ衛星から情報を受信する。この例示では、各ＧＰＳ衛星に対応する単一の疑似距離が決定されるように、２つのはっきり識別できる相関ピークが決定される。５２で、受信機クロックバイアス（ｔ_u）は、ＧＰＳ受信機の前の位置決定から推定される。続いて位置決定アプリケーション２８の推定器は、５４で、捕捉されたＧＰＳ衛星の疑似距離、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの推定位置エリア、及び受信機クロックバイアス（ｔ_u）を使用して、可能性のあるＧＰＳ受信機位置を計算する。５６で、推定器の環閉合差ベクトル及び疑似距離の品質のア・プリオリな知識は、不正確な候補疑似距離を識別する大誤差検出方法によって使用される。候補疑似距離は最初に決定されなかったので、５６で、大誤差は検出されず、受信機位置推定は終了する。

図９Ｂに示すように、例えばアクセスポイント（ＡＰｓ）を使用する非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０から得られる推定位置６４は、受信機の位置を推定する推定器によって使用される。ＡＰは、データネットワークにアクセスするのに使用される無線ルータ又はデバイスである。ＡＰは、ＷＬＡＮルータ、７６２．１１ｇ、７６２．１１ｂ、又はセルラー基地局（すなわちＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、４Ｇ）でありうる。示されるように、ＧＰＳ受信機１４の最終位置６６推定は、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリア６４（すなわち２次元位置分散）と同様に捕捉されたＧＰＳ衛星情報６０と６２に基づいている。

図９Ｃは、先行技術のハイブリッド位置決めシステムがＧＰＳ受信機の位置をどのように決定するかを概略的に描いている。このシナリオでは、ハイブリッド位置決めエンジンは、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリア７０により依存する。これは、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリア７０と比較されるときに、疑似距離がより大きな不確実性（すなわち大きな標準偏差）を有するときに、起こりうる。最終位置決定６８は、
で表され、決定された位置の周りの影のエリアは、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリア７０から得られる位置決め不確実性を表す。

ＧＰＳ受信機１４の位置を決定する方法の利点は、位置不確実性と同様に最終位置は、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリアと同様に捕捉されたＧＰＳ衛星からの情報に基づくことである。そのようにして、最終位置決定、及びその不確実性は、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの位置エリアに重きを置かれた場合、先行技術のハイブリッド及び非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションよりも正確で信頼できるものである。

ＧＰＳ受信機１４は、衛星捕捉アプリケーション２６、位置決定アプリケーション２８、又は衛星捕捉アプリケーション２６と位置決定アプリケーション２８の両方を使用して動作しうる。図１０を参照すると、ＧＰＳ受信機１４は、７２で、衛星を捕捉する衛星捕捉アプリケーション２６を使用し、７４で、ＧＰＳ受信機１４の位置を決定する位置決定アプリケーション２８を使用する。衛星捕捉アプリケーション２６を使用して、異なる２セットの疑似距離が決定される。第１セットの疑似距離［１，…，Ｍ］は、各々はっきり識別できる相関ピークのある捕捉されたＧＰＳ衛星から得られる。第２セットの疑似距離［１，…，Ｎ］は、それぞれのＧＰＳ衛星疑似距離ごとに複数の候補相関ピークから得られる候補疑似距離である。衛星捕捉アプリケーション２６は、大誤差検出及び非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションに基づいてそれぞれのＧＰＳ衛星にとって「本当の」又は「最善の」疑似距離を決定する。「本当の」又は「最善の」疑似距離が決定されたとき、衛星疑似距離は、取得され、その後で図４の位置決定アプリケーション２８で使用されると考えられる。

図１１を参照すると、衛星を捕捉しＧＰＳ受信機１４の位置を決定する衛星捕捉アプリケーション２６及び位置決定アプリケーション２８を両方使用するＧＰＳ受信機１４の異なる例示が示される。この例示では、参照番号７６で示されるように、１機のＧＰＳ衛星がスタンドアローンＧＰＳ受信機によって捕捉されて、スタンドアローンＧＰＳ受信機はその位置を決定できない。第２のＧＰＳ衛星を捕捉するために、相関器３２によって見つけられた２つの候補相関ピークが、参照番号７８及び８０で示される２つの候補疑似距離を計算するのに使用される。捕捉されたＧＰＳ衛星の疑似距離を含む３つの候補疑似距離は、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリア８２と共に、受信機の位置を推定する推定器によって使用される。その後に大誤差検出方法は、ＧＰＳ受信機１４の位置８４を決定する推定器によって使用される最善の疑似距離を識別する。

ある実施形態では、ＧＰＳ受信機１４は、ｉ）４機のＧＰＳ衛星からの信号を受信するスタンドアローンＧＰＳ受信機、ｉｉ）ＧＰＳ受信機がより速く範囲内にＧＰＳ衛星を発見できるように、ＧＮＳＳ軌道データ又は非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの推定位置エリアを使用する、アシスト型ＧＰＳ受信機、ｉｉｉ）衛星利用可能性が制限されるときに使用可能なＧＰＳ受信機、及びｉｖ）１つよりも多い相関ピークが決定されるときに使用可能なＧＰＳ受信機１４、として動作することの間で切り替えることができる。

図１２は、ＧＰＳ受信機１４、衛星捕捉アプリケーション２６、位置決定アプリケーション２８、及び非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０の間のコラボレーションの例示を描く。モバイルデバイス１０の衛星捕捉アプリケーション２６及び位置決めアプリケーション２８は、同じ又は異なるモバイルデバイスで動作する、他の関連した衛星捕捉アプリケーション２６及び位置決めアプリケーション２８と協働しうる。一般に、異なるデバイスにおけるＧＰＳ受信機は、当該ＧＰＳ受信機が非ＧＮＳＳ位置決めに基づいてお互いの許容範囲内にあるときに、協働しうる。

ＧＰＳ受信機１４の信号処理ユニット２２は、相関を実行し、候補相関ピークの数を識別する。示されるように、信号処理ユニット２２は、伝搬遅延を推定することによって候補相関ピークを疑似距離に変換する信号トラッキングアプリケーション８６を使用する。８８で、疑似距離のすべてが唯一のものであると識別され、９０で、疑似距離の総数が少なくとも４つになるように決定されるとき、９２で、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション２０からの位置エリア推定を使用しないでＧＰＳ位置が決定される。８８で、複数の候補相関ピークにより疑似距離が唯一のものでないときは、衛星捕捉アプリケーション２６は、大誤差検出方法５６を使用して最善の疑似距離を識別するために使用される。大誤差検出後、位置決定アプリケーション２８は受信機の位置を推定するのに使用される。これは、少なくとも２つの疑似距離をチェックすること、及びｉ）９４で示されるように、非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーションからの位置エリア推定と同様に疑似距離のすべてを使用して受信機の位置を推定すること、又はｉｉ）９６で示されるように、フォールバックとして非ＧＮＳＳ位置を報告すること、を含む。

本実施形態の方法及び装置は、捕捉される衛星の数が４機未満であるときや、衛星幾何学が最適とは程遠いときに、ＧＰＳ受信機のようなＧＮＳＳ受信機の３次元位置の決定を容易にする。ＧＮＳＳ及び非ＧＮＳＳ位置決めシステムを統合することによって、フォールバックとしての非ＧＮＳＳ位置決めシステムを使用するよりも、位置決定でより大きな精度が達成されうる。ここに記載される方法及び装置は、１）スタンドアローンモードと比べてより多くの衛星が捕捉されうるように、可能性のある疑似距離の間で改善された識別、及び２）位置決め不確実性のエリアの減少、を提供する。

上記の実施形態は例示のみを目的としている。代替形態、修正形態及び変形形態は、本出願に添付される請求項によってのみ定められる本発明の範囲を逸脱しないで、個別の実施形態に対して当業者によって達成されうる。

１０ モバイルデバイス
１２ アンテナ
１４ ＧＰＳ受信機
１６ プロセッサ
１８ メモリ
２０ 非ＧＮＳＳ位置決めアプリケーション
２２ 信号処理ユニット
２４ ナビゲーションユニット
２６ 衛星捕捉アプリケーション
２８ 位置決定アプリケーション
３０ 相関器

Claims (9)

1. ＧＮＳＳ受信機の位置を決定する方法であって、
   前記ＧＮＳＳ受信機で、少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星から情報を受信するステップと、
   前記ＧＮＳＳ受信機と通信するプロセッサで、非ＧＮＳＳ位置決めソフトウェアアプリケーションから推定位置エリアを受信するステップであって、前記ＧＮＳＳ受信機は前記推定位置エリア内に位置する、ステップと、
   前記推定位置エリアを利用して相関サーチスペースを定めるステップと、
   前記プロセッサで、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの第１の衛星に対応する単一の候補相関ピークを決定し、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第１の衛星を捕捉するステップであって、第１の疑似距離は前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第１の衛星に対応する、ステップと、
   前記プロセッサで、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの第２の衛星に対応する前記相関サーチスペース内の複数の候補相関ピークを決定するステップと、
   前記プロセッサで、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第２の衛星の前記複数の候補相関ピークに対応する複数の候補疑似距離を決定するステップと、
   前の位置から推定される受信機クロックバイアスを利用して、前記プロセッサで、前記推定位置エリア、前記第１の疑似距離及び前記複数の候補疑似距離を利用して前記ＧＮＳＳ受信機の可能性のある位置を決定するステップと、
   前記プロセッサで、大誤差検出を利用して、統計的大誤差と関連する前記可能性のある位置のうちの候補疑似距離を識別し、統計的大誤差と関連する前記可能性のある位置のうちの候補疑似距離を決定するのに利用された前記複数の候補疑似距離のうちの候補疑似距離を削除することにより、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ受信機のうちの前記第２の衛星について前記複数の候補疑似距離から最善の疑似距離を選択するステップと、
   前記第１の疑似距離、前記最善の疑似距離、及び前記推定位置エリアを利用して、前記プロセッサで、前記ＧＮＳＳ受信機の位置を決定するステップと、を有し、
   前記複数の候補相関ピークは減衰及びマルチパスの少なくとも１つに起因する、ＧＮＳＳ受信機の位置を決定する方法。
2. 前記大誤差検出は、
   前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第２の衛星からの環閉合差ベクトル及び前記複数の候補疑似距離の疑似距離品質に基づく統計的解析を含む、請求項１に記載の方法。
3. 疑似距離品質は、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第２の衛星の受信される信号強度及び衛星高度に基づく、請求項１に記載の方法。
4. ＧＮＳＳ受信機の位置を決定するプログラムであって、
   非ＧＮＳＳ位置決めソフトウェアアプリケーションから受信された推定位置エリアを利用して相関サーチスペースを定めるステップであって、前記ＧＮＳＳ受信機は前記推定位置エリア内に位置する、ステップと、
   少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの第１の衛星からの情報を利用して前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第１の衛星に対応する単一の候補相関ピークを決定し、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第１の衛星を捕捉するステップであって、第１の疑似距離は前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第１の衛星に対応する、ステップと、
   前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの第２の衛星からの情報を利用して前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第２の衛星に対応する前記相関サーチスペース内の複数の候補相関ピークを決定し、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第２の衛星の前記複数の候補相関ピークに対応する複数の候補疑似距離を決定するステップと、
   前の位置から推定される受信機クロックバイアスを利用して、前記推定位置エリア、前記第１の疑似距離及び前記複数の候補疑似距離を利用して前記ＧＮＳＳ受信機の可能性のある位置を決定するステップと、
   大誤差検出を利用して、統計的大誤差と関連する前記可能性のある位置のうちの候補疑似距離を識別し、統計的大誤差と関連する前記可能性のある位置のうちの候補疑似距離を決定するのに利用された前記複数の候補疑似距離のうちの候補疑似距離を削除することにより、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ受信機のうちの前記第２の衛星について前記複数の候補疑似距離から最善の疑似距離を検出するステップと、をコンピュータに実行させるプログラム。
5. 前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星からの前記情報及び前記非ＧＮＳＳ位置決めソフトウェアアプリケーションからの前記推定位置エリアは概して同時に受信される、請求項１に記載の方法。
6. 前記非ＧＮＳＳ位置決めソフトウェアアプリケーションは、ＷｉＦｉ、セルラー方式、陸上移動無線、無線放送及びＧｅｏＩＰのうちの１つに基づく、請求項５に記載の方法。
7. 前記方法は、他のＧＮＳＳ受信機からの前記情報を受信するステップを有する、請求項１に記載の方法。
8. 少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星から情報を受信し、非ＧＮＳＳ位置決めソフトウェアアプリケーションから推定位置エリアを受信するためにＧＮＳＳ受信機と通信するアンテナであって、前記ＧＮＳＳ受信機の位置は前記推定位置エリア内に位置する、アンテナと、
   前記ＧＮＳＳ受信機と通信するプロセッサと、を備えるモバイルデバイスであって、
   前記プロセッサは、
   前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの第１の衛星に対応する単一の候補相関ピークを決定し、前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第１の衛星を捕捉し、第１の疑似距離は前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの前記第１の衛星に対応するものであり、
   前記推定位置エリアにより定められた相関サーチスペース内を探索することにより前記少なくとも２機のＧＮＳＳ衛星のうちの第２の衛星に対応する複数の候補相関ピークを決定し、前記複数の候補相関ピークに対応する複数の候補疑似距離を決定し、
   前の位置から推定される受信機クロックバイアスを利用して、前記推定位置エリア、前記第１の疑似距離及び前記複数の候補疑似距離を利用して前記モバイルデバイスの可能性のある位置を決定し、及び
   大誤差検出を利用して、統計的大誤差と関連する前記可能性のある位置のうちの候補疑似距離を識別し、統計的大誤差と関連する前記可能性のある位置のうちの候補疑似距離を決定するのに利用された前記複数の候補疑似距離のうちの候補疑似距離を削除することにより、前記複数の候補疑似距離から最善の疑似距離を検出し、前記最善の疑似距離と、前記第１の疑似距離と、前記推定位置エリアとを利用して、位置推定を決定し、
   前記複数の候補相関ピークは減衰及びマルチパスの少なくとも１つに起因する、モバイルデバイス。
9. 前記プロセッサは、他のモバイルデバイスのＧＮＳＳ受信機から前記情報を受信する、請求項８に記載のモバイルデバイス。