JP6069840B2 - 移動速度算出方法及び移動速度算出装置 - Google Patents
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Description
GPSを利用した衛星測位システムにおいて、測位用衛星の一種であるGPS衛星は、エフェメリスやアルマナックといった衛星軌道データを含む航法データを、測位用の衛星信号の一種であるGPS衛星信号に乗せて発信している。本実施形態では、このGPS衛星が所定の発信源に相当する。
最初に、変数の定義を行う。速度には大きさの他に方向がある。そのため、以下の説明では、原則的に、速度と言ったときは速度の大きさ(スカラー量)を表すものとし、速度ベクトルと言ったときは速度の大きさ(スカラー量)に加えて方向を表すものとする。すなわち、速度とは「Speed」を、速度ベクトルとは「Velocity」を意味する。
次に、本実施形態における移動速度の算出方法について説明する。本実施形態は、特に、移動中のGPS受信機の速度、つまり、GPS受信機の移動速度を算出することを想定した実施形態である。
GPS受信機が捕捉した衛星(以下、「捕捉衛星」と称す。)それぞれについて、受信信号の種別を判定する。具体的には、受信信号の信号強度や捕捉衛星の仰角等の情報に基づいて、受信信号が直接波、間接波及びマルチパス信号(直接波+間接波)の何れに該当するかの種別を判定する。
勿論、ここで挙げた信号強度や仰角を用いた受信信号の種別の判定方法は一例に過ぎず、他の従来公知の手法を用いて受信信号の種別を判定してもよいことは勿論である。
次いで、予め定められた選択条件に従って、移動速度の算出に使用する捕捉衛星(以下、「移動速度算出用衛星」と称す。)を選択する。本実施形態では、受信機速度ベクトルvrに含まれる3次元の速度成分(ur,vr,wr)と、GPS受信機のクロックドリフトdとの4個のパラメーターを未知数とする。4個の未知数が存在するため、少なくとも4個の捕捉衛星を移動速度算出用衛星として選択する必要がある。この場合、例えば、受信信号の種別に基づき定められた優先順位に従って移動速度算出用衛星を選択する。
次いで、GPS衛星信号の発信周波数とGPS受信機での受信周波数と受信信号が間接波であるか否かに応じて定まる相対速度の補正係数とを用いてGPS受信機の移動速度を算出する処理を行う。この移動速度の算出処理では、例えば、各移動速度算出用衛星に係る観測周波数と推定周波数との差の二乗和を最小化させる、いわゆる最小二乗法を適用した収束計算を行う。観測周波数は、GPS受信機で観測したGPS衛星信号の周波数であり、例えば周波数方向の相関演算を行うことで求められる。推定周波数は、式(13)によって推定される周波数である。
次に、上記の原理に従って移動速度の算出を行う移動速度算出装置の実施例について説明する。本実施例では、移動速度算出装置を具備する電子機器の一例として携帯型電話機(スマートフォンを含む)の実施例について説明する。
図4は、本実施例における携帯型電話機1の機能構成の一例を示すブロック図である。携帯型電話機1は、GPSアンテナ5と、GPS受信部10と、ホスト処理部30と、操作部40と、表示部50と、音出力部55と、携帯電話用アンテナ60と、携帯電話用無線通信回路部70と、記憶部80と、時計部90とを備えて構成される。
図5は、ベースバンド処理回路部20の回路構成及び記憶部23のデータ構成の一例を示す図であり、本実施例に係わる回路ブロックを中心に記載した図である。ベースバンド処理回路部20は、主要な構成として、処理部21と、記憶部23とを備える。本実施例におけるベースバンド処理回路部20は、GPS衛星信号の捕捉をデジタル信号処理としてソフトウェア的に実現する構成である。
図6は、記憶部23に記憶されているベースバンド処理プログラム231が処理部21によって読み出されることで、ベースバンド処理回路部20において実行されるベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、移動速度算出部217は、記憶部23の選択条件テーブル232に定められた選択条件に従って、捕捉衛星の中から移動速度算出用衛星を選択する(ステップB1)。そして、移動速度算出部217は、選択した移動速度算出用衛星毎に、式(13)で表される推定周波数の算出式を立式する(ステップB3)。
本実施形態によれば、GPS受信機の受信信号が間接波であるか否かを判定する。そして、GPS衛星とGPS受信機との相対速度に応じて受信周波数が変化する原理を利用して、GPS衛星信号の発信周波数とGPS受信機での受信周波数と受信信号が間接波であるか否かに応じて定まる相対速度の補正係数とを用いてGPS受信機の移動速度を算出する。GPS衛星からの受信信号が間接波である場合に、GPS衛星とGPS受信機との相対速度の補正係数として間接波受信用の補正係数を適用し、相対速度に応じて受信周波数が変化する原理を利用することで、GPS受信機の移動速度を正しく算出することができる。
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
上記の実施形態では、所定の発信源をGPS衛星とする場合の実施形態について説明したが、所定の発信源はこれに限られない。例えば、GPS以外の衛星測位システムであるWAAS(Wide Area Augmentation System)やQZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO等の衛星測位システムにおける測位用衛星を発信源としてもよい。
上記の実施形態では、GPS受信機の速度を3次元の速度ベクトルとして考え、クロックドリフトを含めた4個の未知数を求める場合を例示したが、これはあくまでも一例に過ぎない。例えば、クロックドリフトの値を既知として、3次元の速度ベクトルに係る3個の未知数を求めることとしてもよい。この場合は、3個以上の捕捉衛星を移動速度算出用衛星として選択すればよい。
上記の実施形態で説明した移動速度算出用衛星の選択方法はあくまでも一例であり、適宜設定変更可能であることは勿論である。例えば、受信信号がマルチパス信号であると判定した捕捉衛星は移動速度算出用衛星として選択せずに、受信信号が直接波であると判定した全ての捕捉衛星と受信信号が間接波であると判定した全ての捕捉衛星とを移動速度算出用衛星として選択することとしてもよい。
上記の実施形態では、受信信号が間接波である場合の補正係数を「α=2.0」とし、受信信号が直接波である場合の補正係数を「α=0」とし、受信信号がマルチパス信号である場合の補正係数を「α=1.0」としたが、これらの値は一例に過ぎない。
擬似距離を利用して算出した受信機位置と、受信機速度ベクトルを積分することで算出した受信機位置とを用いて、最終的な出力位置を決定することとしてもよい。
上記の実施例では、電子機器に内蔵されたGPS受信機が、中間周波数にダウンコンバートした後の周波数を用いて移動速度を算出するものとして説明した。しかし、式(13)の推定周波数の算出式は、ダウンコンバートする前と後の何れの帯域の周波数に対しても実質的に同一に適用可能である。そのため、GPS受信機がダウンコンバートする前の周波数を用いて移動速度を算出するように構成してもよいのは勿論である。
上記の実施例では、電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、カーナビゲーション装置や携帯型ナビゲーション装置、パソコン、PDA(Personal Digital Assistant)、腕時計といった他の電子機器についても同様に適用することが可能である。また、移動体である車やバイク、自転車等の速度を計測する速度計として構成することも可能である。
上記の実施例では、移動速度算出処理を、ベースバンド処理回路部の処理部が実行するものとして説明したが、電子機器のホスト処理部が移動速度算出処理を行うように構成してもよい。また、位置算出処理はベースバンド処理回路部の処理部が実行し、移動速度算出処理は電子機器のホスト処理部が実行するといったように、ベースバンド処理回路部とホスト処理部とで処理を分散させることとしてもよい。
Claims (6)
- 所定の発信源からの発信信号を受信する受信機の移動速度を算出する移動速度算出方法であって、
前記受信機が受信する受信信号が間接波であるか否かを判定するステップと、
前記発信源と前記受信機との相対速度に応じて受信周波数が変化する原理を利用して、
前記発信信号の発信周波数、
前記受信機での受信周波数、
及び、前記受信信号が直接波である場合にドップラー周波数の誤差を、前記発信源と前記受信機との相対移動方向に近づけるための前記相対速度の補正係数であって、前記受信信号が間接波であるか否かに応じて定まる所定の補正係数、
を用いることにより、前記受信機の移動速度を算出するステップと、
を含む移動速度算出方法。 - 前記移動速度を算出するステップは、前記補正係数を用いて、前記受信信号が直接波であると判定した場合の前記相対速度に対する誤差を推定することを含む、
請求項1に記載の移動速度算出方法。 - 前記誤差の推定は、前記受信機の移動速度と前記誤差とが正の相関であるとして前記誤差を推定することを含む、
請求項2に記載の移動速度算出方法。 - 前記誤差の推定は、前記受信機の移動速度に対する前記誤差の増大度合を1.0以上3.0以下とする前記正の相関に基づいて前記誤差を推定することを含む、
請求項3に記載の移動速度算出方法。 - 複数の発信源それぞれからの発信信号を受信するステップを更に含み、
前記判定するステップは、各受信信号について間接波であるか否かを判定することを含み、
前記移動速度を算出するステップは、各受信信号に係る前記相対速度の補正係数を用いて、前記受信機の移動速度を算出することを含む、
請求項1乃至4の何れか一項に記載の移動速度算出方法。 - 所定の発信源からの発信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信する受信信号が間接波であるか否かを判定する判定部と、
前記発信源と前記受信部との相対速度に応じて受信周波数が変化する原理を利用して、
前記発信信号の発信周波数、
前記受信部での受信周波数、
及び、前記受信信号が直接波である場合に、ドップラー周波数の誤差を、前記発信源と前記受信機との相対移動方向に近づけるための前記相対速度の補正係数であって、前記受信信号が間接波であるか否かに応じて定まる所定の補正係数、
を用いることにより、前記受信部の移動速度を算出する算出部と、
を備えている、
移動速度算出装置。
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