JP6865521B2

JP6865521B2 - 航法信号処理装置、航法信号処理方法および航法信号処理用プログラム

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Publication number: JP6865521B2
Application number: JP2015133349A
Authority: JP
Inventors: 陽佐々木; 忠之伊藤
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Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2021-04-28
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Description

本発明は、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)を用いた測位技術に関する。

ＧＮＳＳでは、航法衛星からの測位信号を受信し測位（位置の計測）を行う。ＧＮＳＳを用いた測位では、建物や立ち木等によって測位信号の直接波が遮蔽されているにも関わらず、反射波（マルチパス）を受信して測位精度が劣化する問題が生じる。ＧＮＳＳでは、仰角マスクを設けることができ、反射波が生じやすいような低い角度からの測位信号を利用しないようにする設定が可能である（例えば、特許文献１参照）。また、この技術に関連して、特許文献２には、建物等の三次元地理情報のデータベースを用い、衛星への視線方向に建物がないかどうかを判定し、建物からの反射波の可能性について判定する技術が記載されている。

特開２０１３−８３４８０号公報特開２００６−１６２５６３号公報

移動体の場合、測位は移動しながら行われるので、最適な仰角マスクの設定はリアルタイムに変化する。この点、特許文献１の技術は適切でない。また、三次元地理情報が用意された場所で測位が行われるとは限らない。また、立ち木の影響等は、時間経過や季節によって変わるので、予め用意された三次元地理情報が有効に活用できるとは限らない。これは、建物が新築、増築、あるいは改築等された場合においても同様にいえる。この点で特許文献２の技術も十分でない。

このような背景において、本発明は、ＧＮＳＳを用いた測位技術において、障害物によって遮蔽された航法衛星からの反射波により測位精度が劣化する問題を解決する技術の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、航法衛星からの航法信号に基づいて測位を行う測位部と、特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定部と、周囲環境のレーザースキャンが行なわれることによる三次元点群位置データを取得する三次元点群位置データ取得部と、前記三次元点群位置データに基づき、前記航法衛星の直接波を受信できる空の範囲である空領域を算出する空領域算出部とを備えた演算装置を有し、前記演算装置は移動体に搭載され、前記空領域に基づき、前記設定部での前記設定が行われ、前記移動体が移動している状況において、前記設定部での前記設定と前記航法信号の取得のタイミングには、時間差Δｔがあり、前記空領域は、前記三次元点群位置データの取得から前記時間差Δｔ後の時刻における前記移動体の位置において算出され、前記設定部は、前記航法信号を受信するアンテナから見た天球面に前記三次元点群位置データを構成する点群を投影し、前記天球面の前記点群が投影された領域に位置する航法衛星の利用を制限する設定を行うと共に、前記航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る重み付けを設定し、前記航法信号には、当該航法衛星の軌道情報が含まれ、前記軌道情報から当該航法衛星の前記天球面での移動方向を算出し、前記天球面において、特定の時間が経過した時点での前記移動体の未来位置における前記アンテナから見て、前記三次元点群位置データを構成する前記点群との重複が予想される航法衛星について、以後受信される当該航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る前記重み付けが低くされることを特徴とする航法信号処理装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記三次元点群位置データが特定の時間間隔で更新され、前記三次元点群位置データの更新に従って前記航法信号の利用を制限する設定が更新されることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、利用に適切でない航法衛星の情報が刻々と更新される。

例えば、移動する車両がＧＮＳＳを利用して測位を行いながら走行する場合、ＧＮＳＳ用アンテナと遮蔽物（建物や立木等）との相対位置関係は刻々と変化する。

請求項２に記載の発明によれば、航法信号の利用を制限する処理が三次元点群位置データの更新に従って行われるので、周囲の三次元環境に合わせて航法信号の利用を制限する設定が刻々と更新される。このため、移動しながら測位する場合における測位精度の低下を抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、航法衛星からの航法信号に基づいて測位を行う測位ステップと、特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定ステップと、周囲環境のレーザースキャンが行なわれることによる三次元点群位置データを取得する三次元点群位置データ取得ステップと、前記三次元点群位置データに基づき、前記航法衛星の直接波を受信できる空の範囲である空領域を算出する空領域算出ステップとを有し、前記測位ステップと前記三次元点群位置データ取得ステップとは、移動する移動体上で行なわれ、前記移動体が移動している状況において、前記設定ステップでの前記設定と前記航法信号の取得のタイミングには、時間差Δｔがあり、前記空領域は、前記三次元点群位置データの取得から前記時間差Δｔ後の時刻における前記移動体の位置において算出され、前記設定ステップでは、前記航法信号を受信するアンテナから見た天球面に前記三次元点群位置データを構成する点群を投影し、前記天球面の前記点群が投影された領域に位置する航法衛星の利用を制限する設定を行うと共に、前記航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る重み付けを設定し、前記航法信号には、当該航法衛星の軌道情報が含まれ、前記軌道情報から当該航法衛星の前記天球面での移動方向を算出し、前記天球面において、特定の時間が経過した時点での前記移動体の未来位置における前記アンテナから見て、前記三次元点群位置データを構成する前記点群との重複が予想される航法衛星について、以後受信される当該航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る前記重み付けが低くされることを特徴とする航法信号処理方法である。

請求項４に記載の発明は、コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、コンピュータに航法衛星からの航法信号に基づいて測位を行う測位ステップと、特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定ステップと、周囲環境のレーザースキャンが行なわれることによる三次元点群位置データを取得する三次元点群位置データ取得ステップと、前記三次元点群位置データに基づき、前記航法衛星の直接波を受信できる空の範囲である空領域を算出する空領域算出ステップとを実行させ、前記測位ステップと前記三次元点群位置データ取得ステップとは、移動する移動体上で行なわれ、前記移動体が移動している状況において、前記設定ステップでの前記設定と前記航法信号の取得のタイミングには、時間差Δｔがあり、前記空領域は、前記三次元点群位置データの取得から前記時間差Δｔ後の時刻における前記移動体の位置において算出され、前記設定ステップでは、前記航法信号を受信するアンテナから見た天球面に前記三次元点群位置データを構成する点群を投影し、前記天球面の前記点群が投影された領域に位置する航法衛星の利用を制限する設定を行うと共に、前記航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る重み付けを設定し、前記航法信号には、当該航法衛星の軌道情報が含まれ、前記軌道情報から当該航法衛星の前記天球面での移動方向を算出し、前記天球面において、特定の時間が経過した時点での前記移動体の未来位置における前記アンテナから見て、前記三次元点群位置データを構成する前記点群との重複が予想される航法衛星について、以後受信される当該航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る前記重み付けが低くされることを特徴とする航法信号処理用プログラムである。

本発明によれば、ＧＮＳＳを用いた測位技術において、障害物によって遮蔽された航法衛星からの反射波により測位精度が劣化する問題を解決する技術が得られる。

実施形態における走行しながら測位を行う原理を示す図である。実施形態における演算装置のブロック図である。処理の手順の一例を示すフローチャートである。仰角マスクを設定する原理を説明するイメージ図である。実施形態における演算装置のブロック図である。処理の手順の一例を示すフローチャートである。重み付けを小さくする航法衛星を決める原理を示す図である。

（概要）
本実施形態では、ＧＮＳＳを用いた測位装置およびレーザスキャナやステレオカメラ等の周囲の三次元情報を取得する装置を備えた車両について説明する。この車両は、走行しながらＧＮＳＳを用いた測位を行い、同時に周囲の三次元情報を取得する。ここで、車両におけるアンテナの位置は既知であるので、周囲の三次元情報を得ることで、アンテナを視点とした空領域（建築物等に遮蔽されずに空として見える範囲）の情報が得られる。空領域の情報が得られることで、アンテナから見た有効な航法信号が得られる範囲が判る。

この空領域の情報は、移動する車両周囲の三次元情報の変化に従ってリアルタイムに計算され、更新される。そして、車両の側では、このリアルタイムに変更される空領域の情報に基づき、仰角マスクの設定をリアルタイムに修正する。これにより、建築物等に遮蔽されてアンテナから直視できない範囲にある航法衛星からの不良測位信号（マルチパス等で受信される精度の低い航法信号）を測位のための演算から排除し（あるいはその優先度を下げ）、測位精度の低下を防ぐ。

上記の仰角マスクの設定を行わず、検出された航法衛星の位置が空領域にあるか否かを判定し、当該航法衛星が空領域に位置する場合、その航法信号を測位に利用し、当該航法衛星が空領域に位置しない場合、その航法信号を測位に利用しない処理（あるいは測位に係る演算における優先度を下げる処理）を行う態様も可能である。

図１には、車両１００が示されている。車両１００には、アンテナ１１１、演算装置１１３、カメラ１１４およびレーザスキャナ１１５が搭載されている。アンテナ１１１は、ＧＰＳ衛星等の航法衛星からの航法信号を受信する。航法信号には、航法信号の発信時刻、航法衛星の軌道情報、航法信号の伝搬時間等の測定に利用されるコード情報等が含まれている。利用する航法衛星は、ＧＰＳ衛星に限定されず、他の形態の航法衛星であってもよい。航法衛星として、ＧＰＳシステムを補完する航法衛星を用いることもできる。この例としては、準天頂衛星システム(Qusai-Zenith Satellite System)で運行される航法衛星が挙げられる。

演算装置１１３は、コンピュータとして機能するハードウェアであり、後述する図２に示す構成を有し、また図３および図６に示す処理を行う。カメラ１１４は、周囲全周の動画を撮影する全周動画カメラである。ここでは説明を省略するが、カメラ１１４が撮影した動画の画像データは、後述するレーザスキャナ１１５が計測する３次元点群位置データと組み合わされて走行中に取得した周囲の環境をデータとして把握する処理に利用される。

レーザスキャナ１１５は、測距光（レーザ測距光）を対象物に照射し、その反射光を検出することで、対象物までの距離を計測し、対象物までの距離と測距光の照射方向に基づいて対象物の三次元点群位置データを取得する。三次元点群位置データは、三次元座標値が特定された多数の点のデータであり、対象物の三次元形状を多数の点で定量的に把握したデータである。レーザスキャナ１１５は、特定の時間間隔で動作する。この時間間隔としては、例えば１Ｈｚ〜１０Ｈｚ（０．１秒間隔〜１秒間隔）程度が挙げられる。

レーザスキャナについては、特開２００８−２６８００４号公報や特開２０１０−１５１６８２号公報に記載されている。また、車両１００におけるアンテナ１１１の位置、カメラ１１４とレーザスキャナ１１５の車両１００における外部標定要素（位置と向き）は予め取得されており、既知となっている。

１．第１の実施形態
（演算装置の構成）
ここでは、車両周囲の三次元情報をリアルタイムで取得し、それに基づき仰角マスクの設定を行う例を説明する。図２には、車両１００に搭載された演算装置１１３のブロック図が示されている。演算装置１１３は、機能部としてデータ取得部１２１、車両位置算出部１２２、点群位置データ取得部１２３、空領域算出部１２４、仰角マスク設定部１２５を備えている。演算装置１１３は、コンピュータとしての機能を有し、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他必要とする記憶装置、各種の演算装置（例えば、画像処理用集積回路）、各種インターフェースを備えている。演算装置１１３が備える機能部は、ソフトウェア的に構成されていてもよいし、専用のハードウェアで構成されていてもよい。例えば、図示する各機能部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路により構成される。

データ取得部１２１は、航法衛星から受信した航法信号のデータを取得する。データ取得部１２１は、図３のステップＳ１０１の処理を行う。車両位置算出部１２２は、ＧＮＳＳを利用した測位装置であり、アンテナ１１１が受信した航法信号に基づき、車両１００の測位を行う。車両位置算出部１２２で行われる処理は、通常のＧＮＳＳ装置におけるものと同じである。車両位置算出部１２２は、図３のステップＳ１０２の処理を実行する。

車両位置算出部１２２には、利用する航法衛星の仰角位置について制限を加える仰角マスクの設定が可能である。例えば、仰角マスクを「１５°以下をマスク」の状態に設定すると、仰角が１５°以下の天球上に位置する航法衛星からの情報を利用しない、あるいはその重み付けを下げる（優先度を下げる）設定が可能である。また、この仰角マスクの設定は、方位角毎に設定することも可能である。仰角マスクの設定等については、例えば、国土技術政策総合研究所資料ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＮＯＴＥ of ＮＩＬＩＭＮｏ，５１３ January 2009に記載されている。この文献には、ＧＮＳＳで用いるソフトウェアの仕様について記載されている。

点群位置データ取得部１２３は、レーザスキャナ１１５が計測した車両周囲の三次元点群位置データを取得する。点群位置データ取得部１２３は、図３のステップＳ１０３の処理を実行する。空領域算出部１２４は、車両周囲環境の三次元点群位置データに基づき、空領域を算出する。空領域というのは、アンテナ１１１から見た航法衛星の直接波を受信できる範囲である。簡単にいうと、アンテナ１１１を視点として、遮蔽物に邪魔されずに空が見える範囲である。空領域算出部１２４は、図３のステップＳ１０４の処理を実行する。

仰角マスク設定部１２５は、空領域算出部１２４が算出した空領域に基づいて、車両位置算出部１２２に対して仰角マスクの設定を行う。仰角マスク設定部１２５は、図３のステップＳ１０５の処理を行う。仰角マスク設定部１２５は、特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定部の一例である。

（処理例）
図３には、図２のハードウェアによって実行される処理の一例が示されている。図３の処理を行うためのプログラムは、適当な記憶媒体や記憶装置に記憶され、そこから読み出されて図１の演算装置１１３において実行される。図３の処理は、車両が走行中に行われる（勿論、駐車中や停車中に行ってもよい）。

図３の処理は、例えば５Ｈｚの周期で行われる。この場合、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理が０．２秒間隔で連続して、あるいは間欠的に行われる。処理の間隔は、ハードウェアの能力や消費電力に応じて適宜設定することが可能である。また、処理の間隔を可変として、状況に応じて複数の設定の中の一つを選択する方法も可能である。これらのことは、図６の処理についても同じである。

まず、受信した航法衛星からの航法信号のデータを取得する（ステップＳ１０１）。航法信号のデータを取得したら、航法信号に基づく位置の算出を行う（ステップＳ１０２）。この処理における演算は、通常のＧＮＳＳを用いた位置の算出を行う場合と同じである。ＧＮＳＳを用いた測位の詳細については、例えば特開２００６―１６２５６３号公報に記載されている。

次にレーザスキャナ１１５を用いた周囲の三次元点群位置データの取得を行う（ステップＳ１０３）。なお、時間差をおいて撮影した２枚の静止画像を用いてステレオ法により三次元点群位置データを得る方法もある。この技術については、例えば特開２０１３−１８６８１６号公報に記載されている。

周囲の三次元点群位置データを得たら、アンテナ１１１を視点とする空領域の算出を行う（ステップＳ１０４）。以下、ステップＳ１０４で行われる処理の詳細な一例を説明する。図４（Ａ）には、アンテナ１１１の位置を視点として車両１００から見える周りの風景の一例が示されている。図４（Ａ）には、樹木４０１と建物４０２が示されている。

図４（Ｂ）には、樹木４０１と建物４０２を対象にレーザースキャンを行い、点群位置データを得た様子が示されている。ここで、○印がステップＳ１０３で得た点群の各点であり、当該○印は、目立ち易いように大きく記載されている。この場合、アンテナ１１１を視点（中心）とした天球面に取得した点群を投影する。

具体的には、以下の処理を行う。まず、ＧＮＳＳで用いられる座標系等の適当な座標系上でアンテナ１１１の三次元位置と、ステップＳ１０３で得た点群の各点の三次元位置とをプロットした座標系を作成する。この際、極力同じ時刻における位置情報を利用する。次に、上記の座標系を、アンテナ１１１を原点とした座標系に座標変換する。次に、座標変換で得られた座標系に、アンテナ１１１の位置を中心とした天球面を設定する。そして、原点（アンテナ１１１の位置）と点群の各点とを直線で結び、この直線が先の天球面と交差する点を点群の天球面への投影点とする。

ここで、点群が存在していない領域が空領域となる。すなわち、アンテナ１１１と航法衛星との間に障害物がない天球面の領域が空領域となる。ここで、ステップＳ１０４における空領域の算出において、点群の各点はある程度の大きさに膨張させ、隣接する点の間が空領域として認識されないようにする。なお、レーザスキャナ１１５で三次元情報が取得できない遠方の遮蔽物の存在はここでは取り扱えない。

空領域を算出したら、ステップＳ１０４で設定した空領域の情報に基づいて仰角マスクの設定を行う（ステップＳ１０５）。ここでは、図４（Ｂ）の符号４０４のように遮蔽物の縁に沿うように仰角マスクの設定を行い、アンテナから見て点群と重なる位置にある航法衛星をマスクする（つまり、当該航法衛星を利用しない）設定とされる。この場合、方位によって仰角マスクの設定値が異なる態様となる。また、方位によっては、２０°〜４０°の仰角範囲をマスクする、といった設定となる。仰角マスクを設定することで、特定方位における特定の仰角範囲の航法衛星からの航法信号の利用が制限される。この場合、当該航法衛星の航法信号のデータは、重み付けが軽くされるか無視され、当該航法衛星の測位結果への悪影響が出ないようにされる。

なお、仰角マスクの設定は、方位角で考えて５°の範囲毎、１０°の範囲毎というように行うことも可能である。また、仰角マスクの設定を符号４０３で示されるように、全周に渡り一律に同じ値（例えば、周囲３６０°の全周に渡り、３０°以下をマスク）といった設定も可能である。

仰角マスクの設定を行ったら、処理を継続するか否か、を判定し（ステップＳ１０６）、処理を継続する場合は、ステップＳ１０１以下の処理を再度実行する。ステップＳ１０６→ステップＳ１０１→ステップＳ１０２と進んだ場合、直前のステップＳ１０５で設定された仰角マスクによってステップＳ１０１で取得される航法信号に制限が加えられる。図３の処理のサイクルを繰り返すことで、極力多くの航法衛星を利用しつつ、測位に適さない航法信号の悪影響を抑えることができる。

例えば、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を５Ｈｚの周期で行う場合、１秒間に５回の割合で、周囲の三次元情報に応じて仰角マスクの設定が更新される（勿論、更新されない場合もある）。このため、仰角マスクが動的に刻々と変更され、航法衛星を効率よく利用でき、且つ、測位に適さない航法衛星の影響を排除できる。

（変形例）
ステップＳ１０４の処理において、空領域の算出を特定の時間経過後におけるものとする処理も可能である。すなわち、移動する車両の未来位置における空領域を算出してもよい。ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理を間欠的に行う場合、ステップＳ１０５での仰角マスクの設定とステップＳ１０１で利用される航法信号のデータの取得タイミングにタイムラグが生じる。このタイムラグがあると、車両は移動しているので、周囲の状況が変わり、仰角マスクの設定が適切な設定条件からずれる可能性が生じる。そこで、上記のタイムラグに対応する時間差を見込んで車両の未来位置を推定し、その推定未来位置を基準とした仰角マスクの設定を行う。

具体的には、タイムラグの時間をΔｔとして、ステップＳ１０４の処理を、その時点からΔｔ後の時刻における車両の推定位置を用いて算出する。車両の推定位置は、それまでの車両の移動軌跡に基づいて算出する。例えば、ステップＳ１０４の処理における車両の速度がそのままΔｔの期間維持されるものとして、Δｔ後の車両の位置を算出し、その位置における空領域の算出を行う。この処理において、ｔ２の時刻は、図３の処理のサイクルを制御するクロック信号から取得し、ステップＳ１０４の処理を行う時刻ｔ１から、Δｔ＝ｔ２−ｔ１により、Δｔは求められる。

２．第２の実施形態
ここでは、アンテナと航法衛星との間に遮蔽物があるか否かの判定を行い、適切な航法衛星を選択する処理を行う例を説明する。

（構成）
図５には、図２とは別バージョンの演算装置１１３のブロック図が示されている。演算装置１１３は、データ取得部１２１、車両位置算出部１２２、点群位置データ取得部１２３、方向線設定部１２６、重複判定部１２７、重み付け設定部１２８を備えている。ここで、データ取得部１２１、車両位置算出部１２２、点群位置データ取得部１２３は、図２の場合と同じである。

方向線設定部１２６は、アンテナ１１１と捕獲した航法衛星とを結ぶ線を方向線として選定する。方向線の設定は、以下のようにして行う。まず、特定の時刻におけるアンテナ１１１の位置と航法衛星の位置とを適当な座標系上にプロットする。次に、この座標系を、アンテナ１１１を原点とした座標系に座標変換する。そして、アンテナ１１１の位置と航法衛星の位置とを結ぶ線を当該方向線として設定する。方向線設定部１２６は、図６のステップＳ２０４の処理を行う。

重複判定部１２７は、点群位置データ取得部１２３が取得した点群が上記の方向線上にあるか否か、すなわち点群と方向線とが重複するか否かを判定する。この処理では、まずアンテナ１１１を中心とした天球上に点群位置データ取得部１２３が取得した周囲環境の点群を投影する。

具体的には、まず、ＧＮＳＳで用いられる座標系等の適当な座標系上でアンテナ１１１の三次元位置と、ステップＳ２０３で得た点群の各点の三次元位置とをプロットした座標系を作成する。この際、極力同じ時刻における位置情報を利用する。次に、上記の座標系を、アンテナ１１１を原点とした座標系に座標変換する。次に、当該座標変換で得られた座標系に、アンテナ１１１の位置を中心とした天球面を設定する。そして、原点（アンテナ１１１の位置）と点群の各点とを直線で結び、この直線が先の天球面と交差する点を点群の天球面への投影点とする。

そして、上記の天球面に投影した点群と、方向線設定部１２６が設定した方向線とが重複するか否かを図７の原理により判定する。この判定により、アンテナから見て、着目している航法衛星が建物等の影になっているのか否かが判定される。重複判定部１２７は、図６のステップＳ２０５の処理を行う。

重み付け設定部１２８は、重複判定部１２７の判定の結果に基づいて、航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る重み付けを設定する。例えば、アンテナ１１１と航法衛星との間に点群位置データ取得部１２３が取得した点群がある場合、アンテナ１１１から見て、当該点群の基となる物体（建物等）の影に当該航法衛星が隠れる。この場合は、当該航法衛星からの航法信号の取り扱い、あるいは当該航法衛星に基づく測位データの取り扱いの重み付けを軽くする。こうすることで、建物等の影にある航法衛星に起因する測位データの誤差を低減する。重み付け設定部１２８は、図６のステップＳ２０６およびＳ２０７の処理を行う。重み付け設定部１２８は、特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定部の一例である。

（処理例）
図６には、図５のハードウェアによって実行される処理の一例が示されている。図６の処理を行うためのプログラムは、適当な記憶媒体や記憶装置に記憶され、そこから読み出されて図５の演算装置１１３において実行される。図６の処理は、車両が走行中に行われる（勿論、停車中や駐車中でもよい）。図６の処理において、ステップＳ２０１の処理は、図３のステップＳ１０１の処理と同じであり、ステップＳ２０２の処理は、図３のステップＳ１０２の処理と同じであり、ステップＳ２０３の処理は、図３のステップＳ１０３の処理と同じである。

図６のステップＳ２０４では、ＧＮＳＳのアンテナ位置と各航法衛星とを結ぶ方向線を設定する。ステップＳ２０４の後、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で設定した方向線とステップＳ２０３で取得した点群の点とが重複するか否かが判定される。

図７にステップＳ２０５で行われる判定の原理を示す。図７には、原点となるアンテナ位置Ｏから▲印で示される航法衛星への方向線を設定した場合が示されている。この場合、原点Ｏと航法衛星との間にステップＳ２０３で取得した点群があると、ステップＳ２０５はＹＥＳとなり、原点Ｏと航法衛星との間にステップＳ２０３で取得した点群がないと、ステップＳ２０５はＮＯとなる。なお、Ｓ２０５の処理では、点群を構成する各点を膨張させある程度の大きさの点とする。この例では、隣接する点との隙間がなくなる大きさに各点の大きさを設定する。

ステップＳ２０５の判定において、ステップＳ２０４で設定した方向線と点群とが重複している場合、ステップＳ２０６に進み、そうでない場合、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０６では、当該航法衛星からの航法信号の取り扱いに関する重み付けを低設定とする。勿論、この低設定には、重みゼロ、すなわち当該航法衛星を無視する設定も含まれる。この場合、当該航法衛星は、建物等によって遮蔽され、アンテナから見えない（当該航法衛星からの航法信号が建物等で遮蔽される）と判定され、それに応じた処理が行なわれる。

ＧＮＳＳでは、複数の航法衛星からの航法信号を利用して測位を行う。この際、各種の誤差要因があるので、計算結果には誤差が含まれる。そこで、高精度の測位が期待できる航法衛星の情報の重みを高くし、精度が期待できない航法衛星の重みを低く設定することで、最終的な測位の精度を極力高める工夫がされている。

上記の例では、アンテナから見て点群と重なる航法衛星のデータの取り扱いの重みを下げることで、アンテナから見て建物等によって遮蔽される航法衛星の測位結果に与える影響が小さくなる（あるいはなくなる）ようにしている。

ステップＳ２０７では、当該航法衛星の重みを高く設定する。この結果、障害物に遮蔽されない航法衛星の航法信号に基づく演算結果の重みが高くなる。ステップＳ２０６またはＳ２０７の後、ステップＳ２０８に進み、処理を継続するか否か、を判定する。ここで、処理を継続するのであれば、ステップＳ２０１以下の処理を実行し、処理を終了するのであれば、処理を終了する。

ステップＳ２０４およびＳ２０５の処理で用いるアンテナ位置として、図３に関連して説明した未来推定位置を用いることもできる。すなわち、ステップＳ２０４→Ｓ２０５→Ｓ２０６（Ｓ２０７）→Ｓ２０８→Ｓ２０１と進む場合に、Ｓ２０４およびＳ２０５とその後に行われるＳ２０１との間にタイムラグが発生する。動作サイクルの間隔にもよるが、この場合、ステップＳ２０４の時点で見えていた航法衛星が、後のタイミングで行われるステップＳ２０１の時点で見えなくなる場合があり得る。この場合、上記のタイムラグの分を考慮して、少し未来の推定アンテナ位置に基づいてステップＳ２０４およびＳ２０５の処理を行う。この際の処理の詳細は、図３に関連して説明した内容と同じである。

（変形例）
航法衛星の軌道情報の推移からその天空での移動方向を算出し、取得した三次元点群に近づく方向に移動し、且つ、当該三次元点群との重複が特定時間以内に予想される航法衛星について、ステップＳ２０６の処理を行ってもよい。この場合、近々精度の低下が予想される、あるいはその可能性が高い航法衛星の重み付けを低くする（あるいはゼロにする）。こうすることで、測位精度の低下を未然に防ぐことができる。

（優位性）
図３および図５の処理によれば、測位に悪影響を与える航法衛星、あるいは測位に悪影響を与える可能性のある航法衛星（例えば、アンテナから見て、建物の縁近くに位置する航法衛星）をリアルタイムに取得される周囲の三次元情報に基づいて検出する。周囲環境の三次元構造は、新たな建築、増築、改修、木々の成長、季節による葉の状態の変化等によって変化する。したがって、走行中に取得する三次元情報に基づいて利用しない航法衛星あるいは優先度の低い航法衛星を見定めることで、その場の三次元状況に応じた精度の高い測位が可能となる。

３．第３の実施形態
建物の影になる等の理由により利用に適切でない衛星に係る処理を後処理で行うことも可能である。この場合、走行しながら航法衛星から受信したＧＮＳＳデータをそのまま記憶する。この際、不良衛星の検出は行なわず、また受信した生データをそのまま時刻情報と関連付けした上で半導体メモリやハードディスク装置等の記憶装置に記憶する。他方で上記ＧＮＳＳデータを利用してリアルタイムに車両１００の測位を行い、同時にレーザスキャナ１１５による三次元点群位置データを取得する。

そして、後のタイミングで当該取得データに以下の処理を加える。ここでは、得られたＧＮＳＳデータと三次元点群位置データを利用して、図３の処理を行う。図３の処理を行うことで、後処理で特定の時刻（例えば０．２秒毎）における仰角マスクの設定が行なわれ、該当する時刻およびその前後を含む期間において利用に適切でない航法衛星が判明する。

航法衛星の軌道情報は、取得し記憶しておいたＧＮＳＳデータから得られるので、後処理において特定の時刻において利用が適切でなかった衛星の情報が得られる。そこで、上記の利用が適切でなかった航法衛星の航法信号を利用しないで（あるいはその利用を制限して）、各時刻における測位の処理を再度行う。すなわち、既に得ているＧＮＳＳデータを用い、仰角マスクを設定した上での再度の測位の計算を行う。この計算により、走行中に得た車両１００の軌跡が修正される。また、車両１００の軌跡が修正されることで、レーザスキャナ１１５が得た三次元点群位置データもまた修正される。

こうして、後処理において仰角マスクを設定した再処理を行うことで、適切でない衛星からの航法信号の影響を排除した再計算を行い、車両１００の軌跡のデータおよび車両１００が走行しながら取得した三次元点群位置データを修正し、更にその精度を高めることができる。

上記の処理では、航法衛星からの航法信号のデータおよびレーザスキャナ１１５が得た三次元点群位置データを一旦記憶し、その記憶したデータを後で読み出し、仰角マスクを用いて測位の為の処理および三次元点群位置データの修正を行う。この方法は、後処理であるので、リアルタイム処理に比べてハードウェアへの負担が少ない。

上記の処理において、走行中の車両１００の軌跡をカメラ１１４が撮影した動画に基づいて算出してもよい。この技術については、例えば特開２０１３−１８６８１６号公報に記載されている。また、ここでは、後処理において図３の処理を行う場合を説明したが、後処理において図６の処理を採用してもよい。勿論、図３と図６の処理を組み合わせて利用することも可能である。

Claims

航法衛星からの航法信号に基づいて測位を行う測位部と、
特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定部と、
周囲環境のレーザースキャンが行なわれることによる三次元点群位置データを取得する三次元点群位置データ取得部と、
前記三次元点群位置データに基づき、前記航法衛星の直接波を受信できる空の範囲である空領域を算出する空領域算出部と
を備えた演算装置を有し、
前記演算装置は移動体に搭載され、
前記空領域に基づき、前記設定部での前記設定が行われ、
前記移動体が移動している状況において、前記設定部での前記設定と前記航法信号の取得のタイミングには、時間差Δｔがあり、
前記空領域は、前記三次元点群位置データの取得から前記時間差Δｔ後の時刻における前記移動体の位置において算出され、
前記設定部は、前記航法信号を受信するアンテナから見た天球面に前記三次元点群位置データを構成する点群を投影し、前記天球面の前記点群が投影された領域に位置する航法衛星の利用を制限する設定を行うと共に、前記航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る重み付けを設定し、
前記航法信号には、当該航法衛星の軌道情報が含まれ、
前記軌道情報から当該航法衛星の前記天球面での移動方向を算出し、前記天球面において、特定の時間が経過した時点での前記移動体の未来位置における前記アンテナから見て、前記三次元点群位置データを構成する前記点群との重複が予想される航法衛星について、以後受信される当該航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る前記重み付けが低くされることを特徴とする航法信号処理装置。
前記三次元点群位置データが特定の時間間隔で更新され、
前記三次元点群位置データの更新に従って前記航法信号の利用を制限する設定が更新されることを特徴とする請求項１に記載の航法信号処理装置。
航法衛星からの航法信号に基づいて測位を行う測位ステップと、
特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定ステップと、
周囲環境のレーザースキャンが行なわれることによる三次元点群位置データを取得する三次元点群位置データ取得ステップと、
前記三次元点群位置データに基づき、前記航法衛星の直接波を受信できる空の範囲である空領域を算出する空領域算出ステップと
を有し、
前記測位ステップと前記三次元点群位置データ取得ステップとは、移動する移動体上で行なわれ、
前記移動体が移動している状況において、前記設定ステップでの前記設定と前記航法信号の取得のタイミングには、時間差Δｔがあり、
前記空領域は、前記三次元点群位置データの取得から前記時間差Δｔ後の時刻における前記移動体の位置において算出され、
前記設定ステップでは、前記航法信号を受信するアンテナから見た天球面に前記三次元点群位置データを構成する点群を投影し、前記天球面の前記点群が投影された領域に位置する航法衛星の利用を制限する設定を行うと共に、前記航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る重み付けを設定し、
前記航法信号には、当該航法衛星の軌道情報が含まれ、
前記軌道情報から当該航法衛星の前記天球面での移動方向を算出し、前記天球面において、特定の時間が経過した時点での前記移動体の未来位置における前記アンテナから見て、前記三次元点群位置データを構成する前記点群との重複が予想される航法衛星について、以後受信される当該航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る前記重み付けが低くされることを特徴とする航法信号処理方法。
コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータに
航法衛星からの航法信号に基づいて測位を行う測位ステップと、
特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限する設定を行う設定ステップと、
周囲環境のレーザースキャンが行なわれることによる三次元点群位置データを取得する三次元点群位置データ取得ステップと、
前記三次元点群位置データに基づき、前記航法衛星の直接波を受信できる空の範囲である空領域を算出する空領域算出ステップと
を実行させ、
前記測位ステップと前記三次元点群位置データ取得ステップとは、移動する移動体上で行なわれ、
前記移動体が移動している状況において、前記設定ステップでの前記設定と前記航法信号の取得のタイミングには、時間差Δｔがあり、
前記空領域は、前記三次元点群位置データの取得から前記時間差Δｔ後の時刻における前記移動体の位置において算出され、
前記設定ステップでは、前記航法信号を受信するアンテナから見た天球面に前記三次元点群位置データを構成する点群を投影し、前記天球面の前記点群が投影された領域に位置する航法衛星の利用を制限する設定を行うと共に、前記航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る重み付けを設定し、
前記航法信号には、当該航法衛星の軌道情報が含まれ、
前記軌道情報から当該航法衛星の前記天球面での移動方向を算出し、前記天球面において、特定の時間が経過した時点での前記移動体の未来位置における前記アンテナから見て、前記三次元点群位置データを構成する前記点群との重複が予想される航法衛星について、以後受信される当該航法衛星からの航法信号の取り扱いに係る前記重み付けが低くされることを特徴とする航法信号処理用プログラム。