JP6863501B2 - 測位制御方法及び測位機器 - Google Patents

Description

本発明は、身体に装着される測位機器等に関する。

スポーツ愛好者をターゲットとして、スポーツウォッチと呼ばれるＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を搭載した腕時計型の測位機器が普及している。スポーツウォッチは、マラソンやウォーキング、サイクリング、登山、トレッキングといった屋外での移動を伴うスポーツにおいて、移動軌跡や速度を記録する目的で使用される。しかし、屋外での移動を伴うスポーツの１つである水泳においては、ＧＰＳ受信機を搭載した測位機器が使用される場合は少なかった。その理由は、電波、特に衛星測位信号である高い周波数の電波は水中で著しく減衰することから、水泳中は衛星からの信号受信が困難となり、位置が正確に計測できないという問題があったためと考えられる。なお、ＧＰＳに限らず、他の衛星測位システムを利用した場合も同様である。

なお、スポーツウォッチとは分野が異なるが、例えば特許文献１には、水中と陸上との双方での使用を目的とし、撮影画像に関連付ける位置情報を検出するためのＧＰＳ受信機を搭載した撮影装置において、水中ではＧＰＳをオフにする技術が開示されている。

特開２０１４−１８００３６号公報

しかし、スポーツウォッチは、ユーザーの手首に装着されて使用されるものであり、水泳中は水中と空中とを行き来し得る。また、泳いだ軌跡を記録するために、水中であっても継続的な位置算出が要求される。従って、上述の特許文献１のように、水中であると判断されると以降の動作はＧＰＳをオフにしたこととして撮影する撮影装置の技術をそのままスポーツウォッチに適用することはできない。そもそも、撮影装置は、撮影するときにだけスイッチをＯＮにし、撮影が終わるとＯＦＦにする装置である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ユーザーの身体に装着されて使用される測位機器において、水泳に適した測位演算を行えるようにすることである。

上記課題を解決するための第１の形態は、身体に装着される測位機器の測位制御方法であって、測位モードを水泳モードに切り替えることと、前記水泳モードに切り替えた際に、前記水泳モード用の測位演算を実行することと、を含む測位制御方法である。

また、他の形態として、身体に装着される測位機器であって、測位モードを水泳モードに切り替えるモード切替部と、前記水泳モードに切り替えた際に、前記水泳モード用の測位演算を実行する測位演算部と、を備えた測位機器を構成しても良い。

この第１の形態等によれば、身体に装着される測位機器において、水泳モードへの切り替えが可能であるため、水泳モードに適した測位演算を実行することができる。

第２の形態として、第１の形態の測位制御方法であって、前記測位機器は、測位用衛星からの測位用衛星信号を受信する受信部を備えており、前記測位演算を実行することは、前記受信部による受信結果に含まれる受信周波数の使用を抑止し、前記受信結果に含まれる擬似距離を用いて位置を算出することを含む、測位制御方法を構成しても良い。

この第２の形態によれば、測位用衛星からの測位用衛星信号を受信する受信部による受信周波数の使用を抑止し、擬似距離を用いて位置を算出することができる。水泳では、ユーザーが腕振り動作を行うとともに、その腕が水中（水面下）と空気中（水面上）とを行き来することによる信号減衰に起因して、受信周波数に大きな変動が生じ得るという問題がある。しかし、この第２の形態のように、誤差が大きい受信周波数を使用せず、擬似距離を用いて位置を算出することで、測位精度を向上させることができる。

第３の形態として、第２の形態の測位制御方法であって、前記位置を算出することは、前記擬似距離を用いた最小二乗法で前記位置を算出することである、測位制御方法を構成しても良い。

この第３の形態によれば、擬似距離を用いた最小二乗法によって位置を算出することができる。

第４の形態として、第２の形態の測位制御方法であって、前記位置を算出することは、前記擬似距離を用いたカルマンフィルター処理で前記位置を算出することである、測位制御方法を構成しても良い。

この第４の形態によれば、擬似距離を用いたカルマンフィルター処理で位置を算出することができる。

第５の形態として、第４の形態の測位制御方法であって、前記位置を算出することは、前記カルマンフィルター処理の予測ステップにおいて、前記受信周波数から求まる速度に代えて、所与の単位時間当たりの移動距離を使用して位置を予測する、または、移動しないこととして位置を予測する、測位制御方法を構成しても良い。

この第５の形態によれば、カルマンフィルター処理の予測ステップにおいて、受信周波数から求まる速度に代えて、所与の単位時間当たりの移動距離を使用して位置を予測する、または、移動しないこととして位置を予測することができる。

第６の形態として、第１の形態の測位制御方法であって、前記測位機器は、測位用衛星からの測位用衛星信号を受信する受信部を備えており、前記測位機器が水中にあるか否かを判定すること、を更に含み、前記測位演算を実行することは、水中にないと判定したときの前記受信部の受信信号を用いて位置を算出することを含む、測位制御方法を構成しても良い。

この第６の形態によれば、測位機器が水中にないときの測位用衛星信号からの測位用衛星信号の受信信号を用いて位置を算出することができる。つまり、測位機器が水中にあるときの受信信号は位置の算出に使用しないため、測位精度を向上させることができる。

第７の形態として、第６の形態の測位制御方法であって、水中にあると判定した場合に前記受信部の動作を停止させること、を更に含む、測位制御方法を構成しても良い。

この第７の形態によれば、測位機器が水中にあるときに受信部の動作を停止させ、受信信号を用いて位置算出することができる。つまり、測位機器が水中にないときのみ受信部を動作させ、そのときの受信信号を用いて位置を算出するため、測位精度を向上させるとともに、消費電力を削減することができる。

測位機器の構成図。 第１実施例におけるベースバンド処理回路部の回路構成図。 測位モード判定処理のフローチャート。 第１実施例における測位処理のフローチャート。 第２実施例におけるベースバンド処理回路部の回路構成図。 第２実施例における測位処理のフローチャート。 第３実施例におけるベースバンド処理回路部の回路構成図。 第３実施例における水泳モード用測位処理のフローチャート。 第４実施例におけるベースバンド処理回路部の回路構成図。 第４実施例における水泳モード用測位処理のフローチャート。

［機器構成］
図１は、本実施形態における測位機器１の全体構成図である。図１によれば、測位機器１は、受信アンテナ１０と、ＧＰＳ受信機２０と、気圧センサー３０と、水中判定センサー３２と、メイン処理部４０と、操作部４２と、表示部４４と、音出力部４６と、時計部４８と、通信部５０と、メイン記憶部５２とを備えて構成される。

受信アンテナ１０は、ＧＰＳ衛星から送信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナである。

ＧＰＳ受信機２０は、ＧＰＳアンテナ１２で受信されたＧＰＳ衛星信号に重畳されて搬送されているＧＰＳ衛星の軌道情報（エフェメリスやアルマナック）等の航法メッセージに基づいて、ＧＰＳ受信機２０の位置や時計誤差を算出する。ＧＰＳ受信機２０は、ＲＦ受信回路部２２と、ベースバンド処理回路部２４とを有して構成される。なお、ＲＦ受信回路部２２及びベースバンド処理回路部２４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。

ＲＦ受信回路部２２は、測位用衛星であるＧＰＳ衛星からの測位用衛星信号であるＧＰＳ衛星信号を受信する受信部であり、受信アンテナ１０によって受信されたＲＦ信号を中間周波数の信号にダウンコンバートし、増幅した後、デジタル信号に変換して出力する。なお、ダイレクトコンバージョン方式の回路とするならば、直接ベースバンド周波数の信号に変換した上で、デジタル信号に変換して出力することができる。

ベースバンド処理回路部２４は、ＲＦ受信回路部２２から出力される受信信号のデータを用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉し、捕捉したＧＰＳ衛星信号から取り出した時刻情報や衛星軌道情報を用いて、ＧＰＳ受信機２０の位置（或いは、測位機器１の位置ともいえる）や、ＧＰＳ受信機２０の内部時計或いは時計部４８が計時する時計誤差を算出する。

気圧センサー３０は、測位機器１の周囲の気圧を計測するセンサーである。水中判定センサー３２は、測位機器１が水中にあるか否かを検出するセンサーである。

メイン処理部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成される演算処理装置であり、メイン記憶部５２に記憶されたシステムプログラム等の各種プログラムに従って測位機器１の各部を統括的に制御する。また、ＧＰＳ受信機２０の測位結果に基づいて各種の処理を実行する。

操作部４２は、タッチパネルやボタンスイッチで構成される入力装置であり、ユーザーの操作に応じた操作信号をメイン処理部４０に出力する。表示部４４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等で構成される表示装置であり、メイン処理部４０からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部４６は、スピーカー等で構成される音声出力装置であり、メイン処理部４０からの音信号に基づく各種音声出力を行う。時計部４８は、内部時計であり、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、現在時刻や、指定されたタイミングからの経過時間を計時する。通信部５０は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信装置であり、外部装置との通信を行う。

メイン記憶部５２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される記憶装置であり、メイン処理部４０が測位機器１の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、メイン処理部４０の作業領域として用いられ、メイン処理部４０の演算結果や、操作部４２からの操作データ等を一時的に格納する。

［概要］
本実施形態の測位機器１は、ＧＰＳ受信機２０を搭載し、腕時計型を成して形成されてユーザーの身体である腕や手首に装着して使用される、いわゆるスポーツウォッチである。本実施形態の特徴として、この測位機器１は、測位モードとして、水泳に適応した水泳モードを有している。

水泳中の測位には、他のスポーツと異なり、水中ではＧＰＳ衛星信号の信号強度が著しく減少することによる測位精度の劣化という欠点がある。すなわち、クロールやバタフライ、背泳ぎといった一般的な泳法で泳ぐ場合を考えると、１ストローク（腕のひとかき）毎に、ユーザーの手首や腕に装着された測位機器１は、水中（水面下）と空中（水面上）とを行き来する。つまり、測位機器１では、通常（空中）のＧＰＳ衛星信号と、著しく減衰したＧＰＳ衛星信号とを、比較的短時間の間に交互に受信するため、測位精度が劣化する。

また、水泳では、腕を周期的に前後に動かす腕振り動作によって、ＧＰＳ受信機２０とＧＰＳ衛星との相対速度ベクトルが周期的に変動し、ドップラー周波数が周期的に変動する結果、受信周波数に誤差が重畳する。腕振り動作のうち、主に、腕を前方に移動させるときは空中（水面上）であり、後方に移動させるときは水中（水面下）である。このため、ユーザーの手首や腕に装着された測位機器１は、ユーザーの実際の速度よりも速い速度を計測してしまう。

水泳モードは、水中ではＧＰＳ衛星信号が著しく減衰するという問題点に対処したモードである。以下、水泳モードについての４つの実施例を説明する。なお、以下の実施例では、測位機器１が有する測位モードは、本実施形態の特徴である水泳モードと、水中でのＧＰＳ衛星信号の減衰の影響を受けない陸上モードとの２種類であるとして説明する。

［第１実施例］
＜概要＞
第１実施例の水泳モードは、ＧＰＳ衛星信号の受信結果として得られたメジャメント情報のうち、受信周波数（ドップラー周波数）の使用を抑止し、擬似距離（コード位相）を使用して測位演算を行う。具体的には、ＧＰＳ受信機２０の位置（或いは、測位機器１の位置ともいえる）や時計誤差を変数とした、複数のＧＰＳ衛星についての擬似距離に基づく連立方程式を、反復演算によって近似推定的に解く最小二乗法を利用した位置算出を行う。

＜ベースバンド処理回路部＞
図２は、第１実施例におけるベースバンド処理回路部２４Ａの構成図である。図２によれば、ベースバンド処理回路部２４Ａは、ＢＢ（ベースバンド）処理部１００Ａと、ＢＢ記憶部２００Ａとを有する。

ＢＢ処理部１００Ａは、ＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサーで実現され、ＧＰＳ受信機２０の各部を統括的に制御する。ＢＢ処理部１００Ａは、第１ベースバンドプログラム２０２Ａの実行により実現される機能部として、モード切替部１０２と、衛星捕捉部１０４と、第１測位演算部１０６と、を有する。

モード切替部１０２は、気圧センサー３０の計測値をもとに、測位モードを、水泳モード、或いは、陸上モードに切り替える。水中は、空気中よりも環境圧（空気中であれば気圧、水中であれば水圧）が高い。なお、以下ではこの環境圧のことを適宜「気圧」と称して説明する。また、水泳中は、腕が水中と空気中とを行き来するため、水泳中のユーザーの手首に装着された測位機器１の気圧センサー３０の計測値は周期的に変化する。このため、所定時間（例えば、４秒）における気圧変化が所定閾値（例えば、１０ｈＰａ）を超えるかを判断し、所定回数（例えば、２回）以上連続して超えると判断したならば、水泳モードとする。また、所定時間（例えば、５分や１０分）以上、所定閾値以上の気圧変化が無いならば、陸上モードとする。設定した現在の測位モードは、測位モード情報２２０として記憶される。

衛星捕捉部１０４は、受信信号に対してキャリア除去や相関演算等の信号処理を行ってＧＰＳ衛星を捕捉し、捕捉したＧＰＳ衛星それぞれの衛星軌道情報やメジャメント情報２２２を取得する。メジャメント情報２２２は、捕捉した衛星のコード位相や受信周波数を含む。

第１測位演算部１０６は、衛星捕捉部１０４によって捕捉された衛星信号から取得された衛星軌道情報やメジャメント情報２２２を用いた位置算出処理を行って、ＧＰＳ受信機２０の位置や時計誤差を算出する。具体的には、測位モードが水泳モードならば、得られたメジャメント情報２２２のうち、受信周波数（ドップラー周波数）の使用を抑止し、受信結果に基づく擬似距離（コード位相）を使用した最小二乗法によって位置算出（ＬＳ（Least Squares）測位）を行う。一方、測位モードが陸上モードならば、メジャメント情報２２２の擬似距離（コード位相）及びドップラー周波数（受信周波数）の両方を使用した測位演算として、例えば、カルマンフィルターを用いた位置算出（ＫＦ（Kalman Filter）測位）を行う。位置算出の結果は、第１測位結果情報２２４として記憶される。

ＢＢ記憶部２００Ａは、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置で実現され、ＢＢ処理部１００Ａがベースバンド処理回路部２４Ａを統括的に制御するためのシステムプログラムやデータ等を記憶しているとともに、ＢＢ処理部１００Ａの作業領域として用いられ、ＢＢ処理部１００Ａの演算結果を一時的に格納する。本実施形態では、ＢＢ記憶部２００Ａには、第１ベースバンドプログラム２０２Ａと、測位モード情報２２０と、メジャメント情報２２２と、第１測位結果情報２２４と、が記憶される。第１ベースバンドプログラム２０２Ａは、後述の測位モード判定処理（図３参照）を実現するための測位モード判定プログラム２０４と、測位処理（図４参照）を実現するための第１測位プログラム２０６とを含んでいる。

＜処理の流れ＞
（Ａ）測位モード判定処理
図３は、測位モード判定処理を説明するフローチャートである。測位モード判定処理では、モード切替部１０２は、先ず、初期設定として、測位モードを陸上モードに設定する（ステップＡ１）。次いで、気圧センサー３０の計測値をもとに、所定時間（例えば、４秒間）における気圧変化を算出する（ステップＡ３）。算出した気圧変化が所定閾値（例えば、１０ｈＰａ）を超えるならば（ステップＡ５：ＹＥＳ）、気圧変化カウント値を「１」加算した値に更新する（ステップＡ７）。また、最終カウント時刻を現在時刻に更新する（ステップＡ９）。一方、気圧変化が所定閾値以下ならば（ステップＡ５：ＮＯ）、気圧カウント値を「０」に更新する（ステップＡ１１）。

次いで、現在の測位モードが陸上モードに設定されているならば（ステップＡ１３：ＮＯ）、気圧変化カウント値を、所定閾値（例えば、２）と比較する。気圧カウント値が所定閾値を超えているならば（ステップＡ１５：ＹＥＳ）、測位モードを水泳モードに変更する（ステップＡ１７）。気圧変化カウント値が所定閾値超えていないならば（ステップＡ１５：ＮＯ）、測位モードを変更しない。一方、現在の測位モードが水泳モードに設定されているならば（ステップＡ１３：ＹＥＳ）、最終カウント時刻からの経過時間を算出し、この経過時間を所定閾値時間（例えば、１０分）と比較する。経過時間が所定閾値時間を超えているならば（ステップＡ１９：ＹＥＳ）、測位モードを陸上モードに変更する（ステップＡ２１）。経過時間が所定閾値時間を超えていないならば（ステップＡ１９：ＮＯ）、測位モードを変更しない。その後、ステップＡ３に戻り、同様の処理を繰り返す。

（Ｂ）測位処理
図４は、測位処理を説明するフローチャートである。測位処理では、先ず、現在の測位モードを判定する。現在の測位モードが水泳モードならば（ステップＢ１：ＹＥＳ）、衛星捕捉部１０４が、受信信号に対する相関演算処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉し、メジャメント情報２２２を取得する（ステップＢ３）。次いで、第１測位演算部１０６が、取得したメジャメント情報２２２のうち、擬似距離（コード位相）を使用し、ドップラー周波数（受信周波数）を使用しない測位演算として、複数のＧＰＳ衛星についての擬似距離に基づく最小二乗法を利用した位置算出（ＬＳ測位）を行う（ステップＢ５）。

一方、現在の測位モードが陸上モードならば（ステップＢ１：ＮＯ）、衛星捕捉部１０４が、受信信号に対する相関演算処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉し、メジャメント情報を取得する（ステップＢ７）。次いで、第１測位演算部１０６が、取得したメジャメント情報２２２の擬似距離（コード位相）及びドップラー周波数（受信周波数）の両方を使用した測位演算として、例えば、カルマンフィルターを用いた位置算出（ＫＦ測位）を行う（ステップＢ９）。

その後、測位を終了するかを判断し、終了しないならば（ステップＢ１１：ＮＯ）、ステップＢ１に戻る。測位を終了するならば（ステップＢ１１：ＹＥＳ）、測位処理は終了となる。

＜作用効果＞
このように、第１実施例の水泳モードでは、ＧＰＳ衛星信号の受信結果として得られたメジャメント情報のうち、擬似距離（コード位相）を使用し、ドップラー周波数（受信周波数）を使用しない測位演算として、複数のＧＰＳ衛星についての擬似距離に基づく最小二乗法を利用した位置算出を行う。

水泳では、ユーザーの前後の腕振り動作によって、ユーザーの手首に装着した測位機器１で計測される受信周波数（ドップラー周波数）に大きな誤差が生じ得る。また、水泳では、ユーザーの腕が水面下（水中）と水面上（空中）とを行き来するが、水中ではＧＰＳ衛星信号が著しく減衰する。このため、受信周波数（ドップラー周波数）と擬似距離とのうち、擬似距離のみを使用して測位演算を行うことで、測位精度を向上させることができる。

［第２実施例］
次に、第２実施例を説明する。第２実施例において、上述の第１実施例の同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略する。

＜概要＞
第２実施例の水泳モードは、ＧＰＳ衛星信号の受信結果として得られたメジャメント情報のうち、擬似距離（コード位相）を使用し、受信周波数（ドップラー周波数）を使用しないで測位演算を行う。具体的には、カルマンフィルターを利用した位置算出を行うが、カルマンフィルターの予測ステップにおいて、ドップラー周波数から求まる速度の代わりに、過去直近の測位演算の結果である位置の時間変化から求まる速度を用いることで実行する。つまり、擬似距離を用いたカルマンフィルター処理を、その予測ステップにおいて、受信周波数から求まる速度に代えて所与の単位時間当たりの移動距離を用いることで実行する。

＜構成＞
図５は、第２実施例におけるベースバンド処理回路部２４Ｂの構成図である。図５によれば、ベースバンド処理回路部２４Ｂにおいて、ＢＢ処理部１００Ｂは、モード切替部１０２と、衛星捕捉部１０４と、第２測位演算部１０８とを有する。

第２測位演算部１０８は、衛星捕捉部１０４によって捕捉された衛星信号から取得された衛星軌道情報やメジャメント情報２２２を用いた位置算出処理を行って、ＧＰＳ受信機２０の位置や時計誤差を算出する。

具体的には、測位モードが水泳モードならば、得られたメジャメント情報２２２のうち、擬似距離（コード位相）を使用し、ドップラー周波数（受信周波数）を使用しない測位演算として、カルマンフィルターを用いた位置算出を行う。従来のカルマンフィルターを用いた位置算出の一例として、（イ）受信周波数から求められる速度から位置を予測する予測ステップと、（ロ）観測量である擬似距離（コード位相）を用いて予測ステップで予測した位置を補正して位置を決定する補正ステップと、を行う場合が考えられる。これを、本実施例では、（イ）予測ステップにおいて、受信周波数から求められる速度を使用せず、所与の単位時間当たりの移動距離である、直近の測位によって得られた位置の時間変化として求められる速度を使用して、位置を補正する。

一方、測位モードが陸上モードならば、メジャメント情報２２２の擬似距離（コード位相）及びドップラー周波数（受信周波数）の両方を使用した測位演算として、例えば、上述の従来のカルマンフィルターを用いた位置算出を行う。位置算出の結果は、第２測位結果情報２２６として記憶される。

ＢＢ記憶部２００Ｂには、第２ベースバンドプログラム２０２Ｂと、測位モード情報２２０と、メジャメント情報２２２と、第２測位結果情報２２６とが記憶される。第２ベースバンドプログラム２０２Ｂは、上述の測位モード判定処理（図３参照）を実現するための測位モード判定プログラム２０４と、後述の測位処理（図６参照）を実行するための第２測位プログラム２０８とを含んでいる。

＜処理の流れ＞
図６は、第２測位プログラム２０８を実行することで実現される測位処理の流れを説明するフローチャートである。測位処理では、先ず、現在の測位モードを判定する。現在の測位モードが水泳モードならば（ステップＢ１：ＹＥＳ）、衛星捕捉部１０４が、受信信号に対する相関演算処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉し、メジャメント情報２２２を取得する（ステップＢ３）。次いで、第２測位演算部１０８が、取得したメジャメント情報２２２のうち、擬似距離（コード位相）を使用し、ドップラー周波数（受信周波数）を使用しない測位演算として、カルマンフィルターを利用した位置算出であって、予測ステップにおいて、受信周波数から求められる速度の代わりに、直近の測位から得られた位置の時間変化として求められる速度を用いた位置算出を行う（ステップＣ５）。

一方、現在の測位モードが陸上モードならば（ステップＢ１：ＮＯ）、衛星捕捉部１０４が、受信信号に対する相関演算処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉し、メジャメント情報を取得する（ステップＢ７）。次いで、第２測位演算部１０８が、取得したメジャメント情報２２２の擬似距離（コード位相）及びドップラー周波数（受信周波数）の両方を使用した測位演算として、例えば、従来のカルマンフィルターを用いた位置算出（ＫＦ測位）を行う（ステップＢ９）。

その後、測位を終了するかを判断し、終了しないならば（ステップＢ１１：ＮＯ）、ステップＢ１に戻る。測位を終了するならば（ステップＢ１１：ＹＥＳ）、測位処理は終了となる。

＜作用効果＞
このように、第２実施例の水泳モードでは、ＧＰＳ衛星信号の受信結果として得られたメジャメント情報のうち、擬似距離（コード位相）を使用し、ドップラー周波数（受信周波数）を使用しないカルマンフィルターを利用した位置算出であって、当該カルマンフィルターの予測ステップにおいて、受信周波数から求められる速度の代わりに、直近の測位から得られた位置の時間変化として求められる速度を用いた位置算出を行う。

水泳では、ユーザーの前後の腕振り動作によって、ユーザーの手首に装着した測位機器１で計測される受信周波数（ドップラー周波数）に大きな誤差が生じ得る。また、水泳では、ユーザーの腕が水面下（水中）と水面上（空中）とを行き来するが、水中ではＧＰＳ衛星信号が著しく減衰する。このため、受信周波数（ドップラー周波数）と擬似距離とのうち、擬似距離のみを使用して測位演算を行うことで、測位精度を向上させることができる。

［第３実施例］
次に、第３実施例を説明する。第３実施例において、上述の第１及び第２実施例と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略する。

＜概要＞
第３実施例の水泳モードは、測位機器１が水中（水面下）にあるときの受信信号のデータを使用せず、空中（水面上）にあるときの受信信号のデータのみを使用して、測位演算を行う。

＜構成＞
図７は、第３実施例におけるベースバンド処理回路部２４Ｃの構成図である。図７によれば、ベースバンド処理回路部２４Ｃは、ＢＢ処理部１００Ｃと、サンプルメモリー３００と、ＢＢ記憶部２００Ｃとを有する。

サンプルメモリー３００は、それぞれが２０ミリ秒分の受信信号のデータを格納することができる２つのバンクを有する。

ＢＢ処理部１００Ｃは、モード切替部１０２と、サンプリング部１１０と、相関演算部１１２と、第３測位演算部１１４と、を有する。

サンプリング部１１０は、ＲＦ受信回路部２２から出力される受信信号のデータを所定のサンプル間隔でサンプリングし、サンプリングしたデータを、２０ミリ秒を単位として、サンプルメモリー３００の２つのバンクに交互に記憶する（書き込む）。

相関演算部１１２は、サンプリング部１１０の書き込み対象となっていないサンプルメモリー３００のバンクからデータを読み出し、読み出した２０ミリ秒分の受信信号のデータに対して、レプリカコードとの相関演算を行う。相関演算によって得られたドップラー周波数、及び、コード位相は、１つの相関演算結果として、第１相関演算結果蓄積情報２２８として蓄積記憶される。

第３測位演算部１１４は、相関演算部１１２による相関演算結果にもとづく測位演算を行う。具体的には、水中判定センサー３２により水中と判定されているならば、相関演算部１１２に対して受信データに対する相関演算を行わせない。そして、測位機器１が水中にない期間の受信データに対する相関演算結果のみを用いて測位演算を行う。測位演算は、第１相関演算結果蓄積情報２２８として所定数（例えば、５０個）以上の相関演算結果が蓄積される毎に、これらの相関演算結果に対する平均処理を行って求めた、ドップラー周波数及びコード位相の平均値を用いて行う。測位演算の結果は、第３測位結果情報２３０として記憶される。

ＢＢ記憶部２００Ｃには、第３ベースバンドプログラム２０２Ｃと、測位モード情報２２０と、第１相関演算結果蓄積情報２２８と、第３測位結果情報２３０と、が記憶される。第３ベースバンドプログラム２０２Ｃには、上述の測位モード判定処理（図３参照）を実現するための測位モード判定プログラム２０４と、後述の水泳モード用測位処理（図８参照）を実現するための第１水泳モード用測位プログラム２１０と、が含まれる。

＜処理の流れ＞
図８は、第１水泳モード用測位プログラム２１０を実行することで実現される水泳モード用測位処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、測位モードが水泳モードである場合に実行される。水泳モード用測位処理では、まず、サンプルメモリー３００の１つのバンクに２０ミリ秒分の受信信号のデータが蓄積されていないならば（ステップＤ１：ＮＯ）、蓄積されるまで待機する。２０ミリ秒分の受信信号のデータが蓄積されたならば（ステップＤ１：ＹＥＳ）、水中判定センサー３２によって測位機器１が水中にあると判定されているかを判断する。

水中でないならば（ステップＤ３：ＮＯ）、相関演算部１１２が、サンプルメモリー３００から読み出した２０ミリ秒分の受信信号のデータに対する相関演算を行い、相関演算結果（ドップラー周波数、及び、コード位相）を蓄積記憶する（ステップＤ５）。次いで、蓄積記憶している相関演算結果が所定数（例えば、５０）に達したならば（ステップＤ７：ＹＥＳ）、第３測位演算部１１４が、これらの蓄積記憶している相関演算結果を用いた測位演算を行う（ステップＤ９）。そして、蓄積記憶している相関演算結果をクリアする（ステップＤ１１）。蓄積記憶している相関演算結果が所定数に達していないならば（ステップＤ７：ＮＯ）、測位演算処理、及び、蓄積している相関演算結果のクリアを行わない。

一方、測位機器１が水中にあるならば（ステップＤ３：ＹＥＳ）、第３測位演算部１１４は、相関演算部１１２に対して相関演算を行わせず、蓄積記憶している相関演算結果が所定数（例えば、２５）に達しているかを判断し、達しているならば（ステップＤ１３：ＹＥＳ）、これらの相関演算結果を用いた測位演算を行う（ステップＤ１５）。蓄積記憶している相関演算結果が所定数に達していないならば（ステップＤ１３：ＮＯ）、測位演算処理を行わない。そして、蓄積記憶している相関演算結果をクリアする（ステップＤ１７）。以上の処理を行うと、ステップＤ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

＜作用効果＞
このように、第４実施例の水泳モードによれば、測位機器１が水中にあるときの受信信号のデータに対する相関演算を行わず、水中にないときの受信信号のデータに対する相関演算の結果のみを用いて、測位演算を行う。これにより、測位機器１が水中にあるときに受信した著しく減衰した受信信号を用いず、測位機器１が空中にあるときに受信した水中時に比べて信号強度の強い受信信号のみを用いて測位演算を行うので、測位精度を向上させることができる。

［第４実施例］
次に、第４実施例を説明する。第４の実施例において、上述の第１〜第３実施例と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略する。

＜概要＞
第４実施例の水泳モードは、測位機器１が水中（水面下）にあるときには、受信部であるＲＦ受信回路部２２によるＧＰＳ衛星信号の受信動作を一時的に停止し、空中（水面上）にあるときの受信信号のデータのみを使用して、測位演算を行う。

＜構成＞
図９は、第４の実施例におけるベースバンド処理回路部２４Ｄの構成図である。図９によれば、ベースバンド処理回路部２４Ｄにおいて、ＢＢ処理部１００Ｄは、モード切替部１０２と、ＲＦ動作制御部１１６と、タイマー部１１８と、相関演算部１１２と、第４測位演算部１２０と、を有する。

ＲＦ動作制御部１１６は、ＲＦ受信回路部２２の動作を制御する。具体的には、水中判定センサー３２により水中と判定されている場合に、ＲＦ受信回路部２２の受信動作を停止させるとともに、サンプリング部１１０に対して、受信信号のデータのサンプリングを停止させる。受信動作を停止させた後は、タイマー部１１８によって計時される経過時間が１回の相関演算の単位となる２０ミリ秒に達する毎に、水中判定センサー３２により水中と判定されていかを判断し、水中でないと判定されると、ＲＦ動作制御部１１６の受信動作を開始させるとともに、サンプリング部１１０に受信信号のデータのサンプリングを開始させる。

タイマー部１１８は、ＲＦ動作制御部１１６の指示に従って経過時間を計時する。

第４測位演算部１２０は、相関演算部１１２による相関演算結果にもとづく測位演算を行う。具体的には、ＲＦ動作制御部１１６により、測位機器１が水中にある期間は、ＲＦ受信回路部２２の受信動作、及び、サンプリング部１１０のサンプリング動作が停止されるので、測位機器１が水中にない期間の受信データに対する相関演算結果のみを用いて測位演算を行うことになる。測位演算は、第２相関演算結果蓄積情報２３２として所定数（例えば、５０個）以上の相関演算結果が蓄積される毎に、これらの相関演算結果に対する平均処理を行って求めた、ドップラー周波数及びコード位相の平均値を用いて行う。測位演算の結果は、第４測位結果情報２３４として記憶される。

ＢＢ記憶部２００Ｄには、第４ベースバンドプログラム２０２Ｄと、測位モード情報２２０と、第２相関演算結果蓄積情報２３２と、第４測位結果情報２３４とが記憶される。第４ベースバンドプログラム２０２Ｄには、上述の測位モード判定処理（図３参照）を実現するための測位モード判定プログラム２０４と、後述の水泳モード用測位処理（図１０参照）を実現するための第２水泳モード用測位プログラム２１２と、が含まれる。

＜処理の流れ＞
図１０は、第４実施例における第２水泳モード用測位プログラム２１２を実行することで実現される水泳モード用測位処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、測位モードが水泳モードである場合に実行される。水泳モード用測位処理では、先ず、水中判定センサー３２によって測位機器１が水中にあると判定されているかを判断する。測位機器１が水中にあるならば（ステップＥ１：ＹＥＳ）、ＲＦ動作制御部１１６が、サンプリング部１１０に対して受信信号のサンプリングを停止させるとともに、ＲＦ受信回路部２２の受信動作を停止させる（ステップＥ３）。次いで、タイマー部１１８の計時を開始させる（ステップＥ５）。そして、タイマー部１１８の計時時間が２０ミリ秒に達すると（ステップＥ７：ＹＥＳ）、ステップＥ１に戻り、再度、測位機器１が水中にあるか否かを判断する。

測位機器１が水中にないならば（ステップＥ１：ＮＯ）、ＲＦ動作制御部１１６は、ＲＦ受信回路部２２の受信動作を開始させるとともに、サンプリング部１１０に対する受信信号のサンプリングを開始させる（ステップＥ９）。そして、サンプルメモリー３００の１つのバンクに２０ミリ秒分の受信信号のデータが蓄積されていないならば（ステップＥ１１：ＮＯ）、蓄積されるまで待機する。２０ミリ秒分の受信信号のデータが蓄積されたならば（ステップＥ１１：ＹＥＳ）、相関演算部１１２が、サンプルメモリー３００から読み出した２０ミリ秒分の受信信号のデータに対する相関演算を行い、相関演算結果（ドップラー周波数、及び、コード位相）を蓄積記憶する（ステップＥ１３）。

次いで、水中判定センサー３２によって測位機器１が水中にあると判定されているかを判断する。水中でないならば（ステップＥ１５：ＮＯ）、蓄積記憶している相関演算結果が所定数（例えば、５０）に達しているかを判断し、達したならば（ステップＥ１７：ＹＥＳ）、第４測位演算部１２０が、これらの蓄積記憶している相関演算結果を用いた測位演算を行う（ステップＥ１９）。そして、蓄積記憶している相関演算結果をクリアする（ステップＥ２１）。蓄積記憶している相関演算結果が所定数に達していないならば（ステップＥ１７：ＮＯ）、相関演算処理、及び、蓄積している相関演算結果のクリアを行わない。以上の処理を行うと、ステップＥ１１に戻り、同様の処理を繰り返す。

一方、測位機器１が水中にあるならば（ステップＥ１５：ＹＥＳ）、蓄積記憶している相関演算結果が所定数（例えば、２５）に達しているかを判断し、達しているならば（ステップＥ２３：ＹＥＳ）、これらの相関演算結果を用いた測位演算を行う（ステップＥ２５）。蓄積記憶している相関演算結果が所定数に達していないならば（ステップＥ２３：ＮＯ）、測位演算処理を行わない。そして、蓄積記憶している相関演算結果をクリアする（ステップＥ２７）。以上の処理を行うと、ステップＥ３に戻り、同様の処理を繰り返す。

＜作用効果＞
このように、第４実施例の水泳モードによれば、測位機器１が水中にあるときには衛星信号の受信動作を行わず、水中にないときの受信信号のデータに対する相関演算の結果のみを用いて、測位演算を行う。これにより、測位機器１が水中にあるときに受信した著しく減衰した受信信号を用いず、測位機器１が空中にあるときに受信した水中時に比べて信号強度の強い受信信号のみを用いて測位演算を行うので、測位精度を向上させることができる。更に、測位機器１が水中にある場合にはＲＦ受信回路部２２の受信動作を停止させるので、消費電力の削減を図ることができる。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態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のは勿論である。

（Ａ）測位モードの切り替え
上述の実施形態では、気圧センサー３０の計測値に基づいて測位モードを自動的に切り替えることとしたが、操作部４２を介したユーザーに操作指示に従って切り替えることとしても良い。

（Ｂ）ＫＦ測位処理
第４実施例において、カルマンフィルターを用いた測位演算の予測ステップにおいては、位置を移動しないこと、すなわち速度がゼロであるとして演算することとしても良い。測位演算の間隔は１秒程度であり、水泳の場合、その間の移動距離は短いためであり、直後の補正ステップで補正可能であるからである。

（Ｃ）衛星測位システム
上述の実施形態では、衛星測位システムとしてＧＰＳを例に挙げて説明したが、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＢｅｉＤｏｕ等の他の衛星測位システムであっても良い。

（Ｄ）例示した数値
上述の実施形態で例示した数値は一例であり、他の数値としてもよいことは勿論である。
また、第３実施例及び第４実施例において、サンプルメモリー３００が２つのバンクを有することとして説明したが、３つ以上のバンクを有することとしてもよい。

１…測位機器、１０…受信アンテナ２０…ＧＰＳ受信機、２２…ＲＦ受信回路部、２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）…ベースバンド処理回路部、１００Ａ…ＢＢ（ベースバンド）処理部、１００Ｂ…第２処理部、１００Ｃ…第３処理部、１００Ｄ…第４処理部、１０２…モード切替部、１０４…衛星捕捉部、１０６…第１測位演算部、１０８…第２測位演算部、１１０…サンプリング部、１１２…相関演算部、１１４…第３測位演算部、１１６…ＲＦ動作制御部、１１８…タイマー部、１２０…第４測位演算部、２００Ａ…第１記憶部、２００Ｂ…第２記憶部、２００Ｃ…第３記憶部、２００Ｄ…第４記憶部、２０２Ａ…第１ベースバンドプログラム、２０２Ｂ…第２ベースバンドプログラム、２０２Ｃ…第３ベースバンドプログラム、２０２Ｄ…第４ベースバンドプログラム、２０４…測位モード判定プログラム、２０６…第１測位プログラム、２０８…第２測位プログラム、２１０…第１水泳モード用測位プログラム、２１２…第２水泳モード用測位プログラム、２２０…測位モード情報、２２２…メジャメント情報、２２４…第１測位結果情報、２２６…第２測位結果情報、２２８…第１相関演算結果蓄積情報、２３０…第３測位結果情報、２３２…第２相関演算結果蓄積情報、２３４…第４測位結果情報、３００…サンプルメモリー、３０…メイン処理部、３０…気圧センサー、３２…水中判定センサー、４０…メイン処理部、４２…操作部、４４…表示部、４６…音出力部、４８…時計部、５０…通信部、５２…メイン記憶部

Claims (6)

1. 身体に装着される測位機器の測位制御方法であって、
   測位用衛星から衛星信号を受信し、
   前記衛星信号を用いて、擬似距離とドップラー周波数とを含むメジャメント情報を取得
   し、
   操作部からのユーザーの操作に応じた操作信号に基づいて、測位モードを水泳モードあ
   るいは陸上モードに設定することと、
   前記測位モードが前記水泳モードのとき、前記擬似距離を用いて測位演算を行い、前記
   陸上モードのとき前記擬似距離と前記ドップラー周波数とを用いて前記測位演算を行うこ
   と、
   を含む測位制御方法。
2. 前記測位演算は、カルマンフィルター処理である、
   請求項１に記載の測位制御方法。
3. 前記水泳モードにおける前記測位演算は、前記カルマンフィルター処理の予測ステップ
   において、前記ドップラー周波数から求まる速度に代えて、所与の単位時間当たりの移動
   距離を使用して位置を予測する、または、移動しないこととして位置を予測する、
   請求項２に記載の測位制御方法。
4. 身体に装着される測位機器であって、
   測位用衛星から衛星信号を受信する受信回路部と、
   ユーザーの操作に応じた操作信号を出力する操作部と、
   前記衛星信号を用いて擬似距離とドップラー周波数とを含むメジャメント情報を取得し
   、前記操作信号に基づいて、測位モードを水泳モードあるいは陸上モードに設定する処理
   部と、を備え、
   前記処理部は、前記測位モードが前記水泳モードのとき、前記擬似距離を用いて測位演
   算を行い、前記陸上モードのとき、前記擬似距離と前記ドップラー周波数とを用いて前記
   測位演算を行うこと、
   を特徴とする測位機器。
5. 前記処理部は、カルマンフィルター処理によって前記測位演算を行うことを特徴とする
   、請求項４に記載の測位機器。
6. 前記処理部は、前記水泳モードにおける前記測位演算として、前記カルマンフィルター
   処理の予測ステップにおいて、前記ドップラー周波数から求まる速度に代えて、所与の単
   位時間当たりの移動距離を使用して位置を予測する、または、移動しないこととして位置
   を予測する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の測位機器。

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