JP7210874B2 - 衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラム - Google Patents

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Description

この発明は、衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラムに関する。
測位情報を送信する測位衛星からの電波を受信して測位動作を行う衛星電波受信装置(測位装置)がある。衛星電波受信装置では、複数の測位衛星の現在位置と、当該測位衛星からの送信電波の伝播時間(擬似距離)の差とに基づいて、世界各地で測位が可能となっている。
しかしながら、衛星電波受信装置では、周囲の地形や高層建築物などの影響により電波を受信可能な測位衛星の分布が偏ったり、これら高層建築物などにより反射された電波が受信されたりして、測位精度が低下する場合がある。衛星電波受信装置では、取得された現在位置の使用用途によっては、基準となる位置精度以下の位置情報を出力、利用することが好ましくない場合がある。特許文献1には、捕捉された測位衛星のうち、測位に用いる測位衛星の数を変更して各々測位演算を行って比較したり、測位衛星の配置に応じた測位精度の低下を示すパラメータであるDOP(Dilution of Precision)を用いて精度判定を行ったりする技術が開示されている。
特開2003-167043号公報
しかしながら、求められる位置の精度には、各測位衛星からの電波が通過する電離層、大気圏や建築物の壁面などによる電波受信強度の低下や伝播遅延なども影響する。これらの影響により、複数の測位衛星からの電波に基づく測位動作では、測位に用いられる測位衛星のうち電波受信強度が十分な測位衛星の数や電波受信強度の低い測位衛星の配置などに応じて全体としての位置精度が変化する。したがって、単純に測位衛星の配置のみでは、必ずしも適切に測位結果の位置精度に係る情報が取得されないという課題がある。
この発明の目的は、より適切に測位結果の位置精度に係る情報を得ることができる衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、
測位衛星からの電波を受信する受信部と、
前記受信部が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度に係る第1の誤差と、前回の測位位置から過去の測位結果に基づいて算出した自機の移動速度で移動した場合の予測位置に対する取得された現在位置のずれに応じた第2の誤差と、をそれぞれ算出し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とを比較し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とのいずれか大きいほうの値を前記現在位置の誤差として設定する
ことを特徴とする衛星電波受信装置である。
本発明に従うと、より適切に測位結果の位置精度に係る情報を得ることができるという効果がある。
本発明の実施形態の電子時計の機能構成を示すブロック図である。 第1の精度算出方法について説明する図である。 測位衛星から受信される電波のSNRと、このSNRで受信される測位衛星の測距精度との関係の例を示す図である。 第2の精度算出方法について説明する図である。 測位制御処理の手順を示すフローチャートである。 位置精度判定処理の制御手順を示すフローチャートである。 定期測位処理の制御手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態の電子時計1の機能構成を示すブロック図である。
電子時計1は、マイコン40と、衛星電波受信処理部50及びアンテナA1と、操作受付部61と、表示部62と、ROM63(Read Only Memory)(本発明の記憶部の実施形態)と、電力供給部70などを備える。
マイコン40は、電子時計1の制御動作、記憶動作及び日時の計数動作などに係る各種処理を行う。マイコン40は、ホスト制御部41と、発振回路45と、分周回路46と、計時回路47(計時部)などを備える。
ホスト制御部41は、電子時計1の全体動作を統括制御する。ホスト制御部41は、CPU411(Central Processing Unit)と、RAM412(Random Access Memory)などを備える。
CPU411は、各種演算処理を行って制御動作を行う。制御動作としては、通常の日時表示動作に加え、電子時計1が有する各種機能に応じた動作、例えば、アラーム報知機能、タイマ機能、ストップウォッチ機能が含まれ得る。また、CPU411は、衛星電波受信処理部50による測位動作や日時取得動作などの結果に応じた表示動作や報知動作などに係る制御処理を行う。
RAM412は、CPU411に作業用のメモリ空間を提供し、一時データを記憶する。一時データには、現在位置などの設定された世界の地域における現在日時(地方時)を表示、利用する際のタイムゾーン設定や夏時間設定を含む地方時設定に係る情報などが含まれる。これらの地方時設定は、測位動作により得られた現在位置の情報に従って更新され得る。この場合、電子時計1では、後述のように、測位の結果が十分な精度でないと判定されている場合には、地方時設定を更新しないこととすることができる。RAM412は、マイコン40に対して外付けされてもよい。このRAM412には、DRAMに加えて書き換え可能な不揮発性メモリが含まれていてもよい。
発振回路45は、所定周波数、ここでは、例えば、32.768kHzの信号(クロック信号)を生成して出力する。クロック信号の生成には、例えば、水晶発振子などが用いられる。この水晶発振子は、マイコン40に対して外付けされてよい。この発振回路45から出力されるクロック信号の周波数には、電子時計1で定められた許容範囲内のオフセット誤差が含まれ得る。また、このクロック信号の周波数は、外部環境、主に温度によって変化する。
分周回路46は、発振回路45から入力されたクロック信号を設定された分周比で分周した分周信号を出力する。分周比の設定は、CPU411により変更されてよい。
計時回路47は、分周回路46から入力された所定の周波数の信号(クロック信号と同一周波数であってもよい)を計数することで現在の日時(時刻及び日付)を計数、保持する。計時回路47による日時の計数精度は、発振回路45からのクロック信号の精度、すなわち、上述のオフセット誤差や変化の度合に依存し、正確な日時からの誤差を含み得る。CPU411は、衛星電波受信処理部50が取得した現在日時に基づいて、計数されている日時を修正することが可能である。
衛星電波受信処理部50は、本発明の実施形態の衛星電波受信装置であり、米国のGPS(Global Positioning System)といった衛星測位システム(GNSS;Global Navigation Satellite System)に係る測位衛星からの送信電波を受信可能であり、受信したこれらの電波を処理する受信動作を行って現在日時や現在位置の情報を取得し、ホスト制御部41(CPU411)から要求された情報を所定のフォーマットでホスト制御部41に出力する。衛星電波受信処理部50は、受信部51と、モジュール制御部52(制御部)と、記憶部53などを備える。
受信部51は、受信対象の測位衛星からの送信電波を受信、検出してその測位衛星の識別及び送信電波に含まれる信号(航法メッセージ)の位相を同定する捕捉処理を行い、また、捕捉した測位衛星の識別情報及び位相に基づいて当該測位衛星からの送信電波を追尾して継続的に信号を復調、取得する。
モジュール制御部52は、CPUとRAMなどを備え、衛星電波受信処理部50の動作に係る各種制御を行う。モジュール制御部52は、ホスト制御部41からの指示に従って適切なタイミングで測位衛星からの電波受信を受信部51により行わせ、受信した電波から必要な情報を取得、演算する各種処理により測位を行って、現在日時や現在位置を取得する。モジュール制御部52は、各種演算処理を行う構成として専用のハードウェア回路を有していてもよい。測位結果の出力は、例えば、NMEA-0183などの共通フォーマットに従ってなされてもよいし、電子時計1に独自のフォーマットであってもよい。また、ハードウェア回路が出力した所定のフォーマットのデータをCPUが適宜加工して処理し、また、出力してもよい。RAMは、モジュール制御部52の制御チップ(基板)上に設けられるが、制御チップに対して外付けされてもよい。モジュール制御部52は、現在日時及び現在位置の取得時に、各測位衛星からの電波のSNR(シグナルノイズ比、ここではC/N比と同義)、各測位衛星の位置及びDOP、並びに現在位置の移動速度を算出可能である。
記憶部53には、各種設定データや受信情報などの受信制御情報531と、衛星電波受信処理部50においてモジュール制御部52が実行する制御に係るプログラムなどが記憶される。設定データとしては、例えば、各測位衛星の航法メッセージのフォーマットデータなどが含まれる。また、受信情報としては、例えば、取得されている各測位衛星の予測軌道情報(アルマナック)や精密軌道情報(エフェメリス)などが含まれる。記憶部53は、不揮発性メモリなどであり、モジュール制御部52の制御チップ(基板)に対して外付けされてもよい。
操作受付部61は、ユーザ操作などの外部からの入力操作を受け付ける。操作受付部61は、押しボタンスイッチやりゅうずなどを備え、押しボタンスイッチの押下動作や、りゅうずの引き出し、回転及び押し戻しの各動作に応じた操作信号をホスト制御部41(CPU411)に出力する。あるいは、操作受付部61は、タッチセンサなどを有していてもよい。
表示部62は、ホスト制御部41の制御に基づいて各種情報の表示を行う。表示部62は、表示ドライバ622と、表示画面621などを備える。表示画面621は、例えば、セグメント方式若しくはドットマトリクス方式又はこれらの組み合わせによる液晶表示画面(LCD)などによりデジタル表示を行う。あるいは、表示部62として、表示画面621によるデジタル表示に代えて、指針及びこれを回転動作させるステッピングモータなどによる表示が可能な構成を有していてもよい。表示ドライバ622は、CPU411からの制御信号に基づいて、表示画面621に表示を行わせるための駆動信号を表示画面621に出力する。表示部62により表示可能な内容には、少なくとも計時回路47により計数される日時に応じた日時情報(特に、現在日時)が含まれ、また、アラーム報知機能、タイマ機能やストップウォッチ機能に係る設定日時、設定時間や計測時間などが含まれる。また、測位動作に応じて得られた現在位置に係る情報や地方時設定などが表示可能とされ得る。
ROM63は、ホスト制御部41やモジュール制御部52が制御動作を実行するためのプログラム631や初期設定データなどを格納する。ROM63としては、マスクROMに加えて又は代えてデータの書き換え更新が可能なフラッシュメモリなどの不揮発性メモリを有していてもよい。ROM63は、ホスト制御部41及びモジュール制御部52のいずれからも読み書きアクセスが可能に設けられており、スロットなどの取り付け部に対して着脱可能であってもよい。
プログラム631には、現在日時の取得や測位動作に係る制御プログラムが含まれる。また、ROM63には、衛星電波受信処理部50による電波受信強度と当該電波受信強度に応じた測距精度、すなわち、測位衛星と電子時計1(自機)との間の距離の測定精度との対応関係を示す測距精度/SNR換算データ632が記憶されている。この測距精度/SNR換算データ632は、複数のSNRに対して各々測距精度の値が対応付けられたテーブルデータであってもよいし、SNRから測距精度を算出する計算式(近似式を含む)であってもよい。測距精度/SNR換算データ632は、衛星電波受信処理部50の記憶部53に記憶されていてもよい。
電力供給部70は、電子時計1のマイコン40や衛星電波受信処理部50などの各部に所定の駆動電圧でバッテリ71から電力供給を行う。ここでは、衛星電波受信処理部50への電力供給有無は、ホスト制御部41の制御によりマイコン40への電力供給とは別に制御され得る。バッテリ71としては、ここでは、着脱可能な乾電池や充電池などが用いられるが、ソーラパネルと充電部(蓄電部)などを備えていてもよい。
次に、本実施形態の電子時計1における測位動作について説明する。
電子時計1では、衛星電波受信処理部50が複数(4機以上)の測位衛星からの電波を受信して取得された航法メッセージとそのタイミングに基づいて測位演算を行う。また、電子時計1では、測位演算の際に、測位結果の精度、すなわち、現在位置の誤差範囲を算出する。
測位演算は、周知のように、4機以上の測位衛星から受信される航法メッセージ中に含まれる精密軌道情報(エフェメリス)に基づく各機の現在位置と、各測位衛星からの受信タイミングの差(擬似距離)とを用いて、電子時計1の現在位置3成分と現在日時の合計4つの未知数を求める。この演算は、所定の初期値から数値的に収束させていく反復計算(逐次近似)、例えば、ニュートン・ラフソン法(ニュートン法)により行われる。
測位結果の精度算出では、電波が受信された複数の測位衛星の位置関係、受信された電波の各受信状態、及び電子時計1(自機)の運動状態(移動状況)に応じて求められる予測位置に対する取得された現在位置のずれをそれぞれ考慮して、以下の2通りの精度の算出方法で誤差範囲を算出して、より適切な値を定める。適切な値としては、ここでは、単純に大きいほう(精度の悪いほう)に定めることとして、想定され得る最大誤差範囲をカバーする。
図2は、本実施形態の電子時計1における第1の精度算出方法について説明する図である。
第1の精度算出方法では、測位衛星からの電波の受信状態に基づいて第1の誤差範囲が求められる。
電波受信が可能な測位衛星は、仰角φ(現在位置から測位衛星への線分の水平面Eに対する角度。水平面Eに垂直な鉛直方向をx方向とする)及び方位角λ(ここでは、上記線分の水平面E内成分の北極方向Nとの角度。北極方向をx方向、水平面E内でx方向に直交する方向をx方向とする)を用いて現在位置に対する相対方向が特定される。このとき、現在位置の3成分及び時間成分を精度よく得るには、電波が受信される複数の測位衛星が適切に分散した位置関係であることが好ましい。すなわち、複数の測位衛星が現在位置に対して一方向に偏在している場合には、測位精度が低下する。
通常、測位精度の評価に用いられるDOPは、各測位衛星s(i=1~n;nは測位に用いられる測位衛星の機数)の現在位置からの方向3成分(xij;j=1~3)及び時間成分(xi4;ここでは、xi4=1)からなるn行4列行列A(x)について、D=A・A、すなわち、jk成分がDjk=Σ(i=1~n)(xij・xik)で表される4行4列の行列Dの逆行列D-1=Uの対角成分を用いて表される。すなわち、DOPは、各測位衛星sの配置にのみ依存して定まる。方向3成分は、(xi1、xi2、xi3)=(cosλ・cosφ、sinλ・cosφ、sinφ)により長さ1で求められ、水平方向に係るHDOPは行列Uの対角成分uiiにより(|u11|+|u22|)1/2となり、鉛直方向に係るVDOPは(|u33|)1/2となり、位置座標に係るPDOPは(Σ(i=1~3)|uii|)1/2となる。これらDOPの各値は、最良の状態で1程度となり、値が大きくなるほど精度が低下する。
しかしながら、実際には、DOPを小さくする測位衛星の配置では、現在位置から見た複数の測位衛星の間で角度差が大きくなり、その結果、仰角φが小さいものが含まれるのが通常である。一方で、仰角φが小さいほど電波受信強度が低下しやすい。本実施形態の電子時計1では、第1の精度算出方法として、各測位衛星の配置(現在位置に対する相対位置)と、当該測位衛星からの電波受信強度にそれぞれ応じた前記測距精度との組み合わせに基づいて、各相対位置のばらつきに対して更にそれぞれSNRに基づく重み付けを行った精度計算を行う。
図3は、測位衛星から受信される電波のSNRと、このSNRで受信される測位衛星の測距精度との関係の例を示す図である。
SNR[dBHz]が低下すると擬似距離の同定精度(測距精度e[km])が悪化(値が増加)し、すなわち、測位により求められる位置に見込まれる最大ずれ量が増加する。ここでは、実線(a)に示すように、SNRが上昇するにつれて指数関数に従って測距精度eが改善(値が減少)するものとされている。このような関係は、実測値(検査値)などに基づいて得られたテーブルデータ又は計算式が予め製品出荷前にROM63に測距精度/SNR換算データ632として記憶保持される。測距精度/SNR換算データ632がテーブルデータの場合、当該テーブルに含まれるSNRの値の中間値に対応する測距精度eは、適宜線形補間されて求められればよい。計算式の場合には、必要な精度が維持される限りで近似式であってよく、例えば、破線(b)に示すように、複数の直線の組み合わせで容易に表現、算出され得る。
上述のように、測位は複数の測位衛星からの電波受信により行われるので、各測位衛星のSNR、すなわち、測距精度eの組み合わせによって最終的に測位結果に含まれ得る最大ずれ量が変化する。ここでは、行列Dの各成分Djk=Σ(i=1~n)(xij・xik)の各要素(xij・xik)に対し、測位衛星sごとにそれぞれSNRに対応する測距精度eを用いてe -2の重み付けを行う。すなわち、対角成分wii=e -2となるn行n列の重み付け行列W(非対角成分は全て「0」)を用いて、D=A・W・A(各成分Djk=Σ(i=1~n)(xij・wii・xik))の逆行列D-1=Uにより受信強度で重み付けされた測位精度値を第1のずれ見積もり量Δx(第1の誤差範囲)として算出する。上述のように、最良の状態でのDOPは、ほぼ1となるので、得られる第1のずれ見積もり量Δxは、測距精度eの二乗の平方根、すなわち、測距精度eと同じオーダーの値となる。あるいは、第1のずれ見積もり量Δxは、適宜所定の係数倍されてもよい。
第1の精度算出方法で得られる第1のずれ見積もり量Δxは、このように受信強度及び測位衛星の配置に応じて直接求められる値とすることができる。
図4は、本実施形態の電子時計1における第2の精度算出方法について説明する図である。
第2の精度算出方法では、予測位置と現在位置とのずれに応じて第2の誤差範囲が求められる。
複数回(少なくとも2回)の位置情報が取得されると、これらの位置の変化に応じて電子時計1(自機)の移動速度が算出可能となる。大きな加速度が生じていない場合には、直近の位置(測位位置)からこの移動速度で移動した場合の次の測位時の位置が予測される。この予測された位置(予測位置)と次の測位位置とを比較することで、測位結果のずれが得られる。求められる予測速度vf(t)は、ここでは、直近(過去)の二回の測位により求められた測位位置pm(t-1)、pm(t-2)(測位結果)の差分を当該二回の測位の時間差Δtで除した一回前の計測速度vm(t-1)と等しいと仮定し、すなわち、vf(t)=vm(t-1)=(pm(t-1)-pm(t-2))/Δtにより得られる。
このように求められた予測速度vf(t)を用いて予測位置pf(t)=pm(t-1)+vf(t)・Δtが得られる。この予測位置pf(t)と測位位置pm(t)とのずれ量が第2のずれ見積もり量Δp=|pf(t)-pm(t)|(第2の誤差範囲)となる。
なお、前回の測位位置pm(t-1)をそのまま用いて予測位置pf(t)を求めるのではなく、測位位置pm(t-1)と前回の予測位置pf(t-1)とを用いてよりもっともらしい推定位置pe(t-1)を得て、予測位置pf(t)=pe(t-1)+vf(t)・Δtを得てもよい。推定位置pe(t-1)は、適宜な方法、例えば、カルマンフィルタなどを用いて得ることができる。カルマンフィルタを用いない場合であっても、推定位置pe(t)は、当該カルマンフィルタにおける誤差の共分散行列と同様に、予測位置と測位位置とのずれ量に基づく両者の適度な重み付けにより求められるものとすることができる。
また、予測位置pf(t)を算出する際に、速度の差分に基づいて加速度を考慮してもよい。また、測位衛星との位置関係に基づいて当該測位衛星からの距離方向の移動速度がドップラー効果による周波数変化として計測可能な場合には、この周波数変化に基づいて速度を求めてもよい。また、直近2回(加速度を含む場合には3回)の測位位置だけではなく、それ以前の位置の履歴に基づいて移動傾向などを統計処理してもよい。
このような第2の精度算出方法としては、速度やその履歴に応じて予測される現在位置と実際の測位位置とのずれやその影響を考慮したものとすることができる。
本実施形態の電子時計1では、第1のずれ見積もり量Δxと第2のずれ見積もり量Δpとを更に比較し、大きいほうの値を推定誤差範囲ε(現在位置の誤差範囲)とする。そして、この推定誤差範囲εが所定の基準値Rth(所定の基準範囲)よりも大きいか否かを判別し、判別結果に応じて測位結果の良否、すなわち、位置精度がOK(良好)/NG(不良)であると判断する。所定の基準値Rthは、固定値(例えば、20m)であってもよいが、位置情報の出力対象のアプリケーションや当該アプリケーションにおける設定に応じて可変に定められ得る。設定は、操作受付部61により受け付けられる所定の入力操作により変更可能とされる。
図5は、本実施形態の電子時計1における測位処理のモジュール制御部52による制御手順を示すフローチャートである。
この測位制御処理は、ホスト制御部41から入力された測位命令に応じて開始される。
測位制御処理が開始されると、モジュール制御部52(CPU)は、受信部51を起動して、受信動作を開始させる(ステップS101)。モジュール制御部52は、受信部51に各測位衛星の電波の捕捉動作を開始させ、また、捕捉された電波を順次追尾開始させる(ステップS102)。このとき、予め有効なエフェメリスやアルマナックのデータが保持されている場合には、前回の測位結果や、必要があれば前回の測位からの経過時間に応じて、捕捉対象とする測位衛星を限定したり、優先順を設定したりすることができる。
モジュール制御部52は、捕捉、追尾開始された測位衛星からの電波の中にSNRが所定の基準値以上のものがあるか否かを判別する(ステップS103)。ないと判別された場合には(ステップS103で“NO”)、モジュール制御部52は、捕捉動作の開始から5秒が経過したか否かを判別する(ステップS104)。5秒が経過していないと判別された場合には(ステップS104で“NO”)、モジュール制御部52の処理は、ステップS103に戻る。5秒経過したと判別された場合には(ステップS104で“YES”)、モジュール制御部52の処理は、ステップS121に移行する。
ステップS103の判別処理で、所定の基準値以上のSNRの電波が捕捉されていると判別された場合には(ステップS103で“YES”)、モジュール制御部52は、測位に必要な数の測位衛星からの電波が捕捉されて測位演算を開始し、値が収束したか否かを判別する(ステップS105)。すなわち、モジュール制御部52は、少なくとも一機の測位衛星で基準値以上の強度で電波が受信されている場合にだけ、測位演算を開始する。なお、一度収束した後は、毎秒、収束するか否かにかかわらず測位演算が行われる。収束していないと判別された場合には(ステップS105で“NO”)、モジュール制御部52は、捕捉動作の開始から120秒が経過したか否かを判別する(ステップS106)。120秒が経過していないと判別された場合には(ステップS106で“NO”)、モジュール制御部52の処理は、ステップS105に戻る。120秒が経過したと判別された場合には(ステップS106で“YES”)、モジュール制御部52の処理は、ステップS121に移行する。
ステップS105の判別処理で演算が収束したと判別された場合には(ステップS105で“YES”)、モジュール制御部52は、位置精度判定処理を呼び出して実行する(ステップS107)。モジュール制御部52は、位置精度判定処理で得られた判定結果により、位置精度が基準内であるか否かを判別する(ステップS108)。基準内ではない(収束しなかった場合を含む)と判別された場合には(ステップS108で“NO”)、モジュール制御部52は、5回(5秒)連続して収束しなかった(測位に失敗した)か、又は捕捉動作の開始から180秒が経過したか否かを判別する(ステップS109)。
5回連続して収束しなかったのでも捕捉動作の開始から180秒経過したのでもないと判別された場合には(ステップS109で“NO”)、モジュール制御部52の処理は、ステップS107に戻る。5回連続して収束しなかったか、又は捕捉動作の開始から180秒が経過したと判別された場合には(ステップS109で“YES”)、モジュール制御部52の処理は、ステップS121に移行する。
ステップS108の判別処理で、位置精度が基準内であると判別された場合には(ステップS108で“YES”)、モジュール制御部52は、定期測位処理を呼び出して実行する(ステップS110)。定期測位処理が終了すると、モジュール制御部52は、測位制御処理を終了する。
ステップS104、S106、S109の処理からステップS121の処理に移行すると、モジュール制御部52は、受信部51の動作を中断させ、また、15秒タイマを設定して自身の動作を停止させる(ステップS121)。このとき、衛星電波受信処理部50内の図示略の発振回路の動作は維持されて、15秒タイマの計数動作に用いられる。また、RAMのリフレッシュ動作は、この発振回路からのクロック信号に基づいて維持されてよい。あるいは、RAMの一時データのうち必要なものを不揮発性メモリに退避させてRAMの動作も一時停止させてもよい。モジュール制御部52は、15秒タイマにより15秒後に再起動されて再起動動作を行い(ステップS122)、それから、処理をステップS101に戻す。
図6は、測位制御処理で呼び出される位置精度判定処理の制御手順を示すフローチャートである。
位置精度判定処理が呼び出されると、モジュール制御部52は、測位演算結果を取得し、上述の第1のずれ見積もり量Δx及び第2のずれ見積もり量Δpを算出する(ステップS141)。モジュール制御部52は、第1のずれ見積もり量Δxと第2のずれ見積もり量Δpを比較し、大きいほうを推定誤差範囲εとして設定する(ステップS142)。
ステップS141が本発明の実施形態の測位制御方法(プログラム)に係る測位演算ステップ(測位演算手段)を構成し、ステップS141及びステップS142が誤差範囲算出ステップ(誤差範囲算出手段)を構成する。
モジュール制御部52は、推定誤差範囲εが所定の基準値Rthより小さいか否かを判別する(ステップS143)。基準値Rthよりも小さいと判別された場合には(ステップS143で“YES”)、モジュール制御部52は、カウント値cに「1」を加算する(ステップS144)。モジュール制御部52は、カウント値cが「3」以上であるか否かを判別し(ステップS145)、「3」以上である(すなわち、3秒(所定時間)以上続けて推定誤差範囲εが基準値Rth内であると判別された)と判別された場合には(ステップS145で“YES”)、モジュール制御部52は、測位結果の位置精度がOK(良好)であると判定する(ステップS146)。それから、モジュール制御部52は、位置精度判定処理を終了して処理を測位制御処理に戻す。
カウント値cが「3」以上ではない(1又は2である)と判別された場合には(ステップS145で“NO”)、モジュール制御部52は、位置精度がNGであると判定する(ステップS155)。それから、モジュール制御部52は、位置精度判定処理を終了して処理を測位制御処理に戻す。
ステップS143の判別処理で、推定誤差範囲εが基準値Rthより小さくない(基準値Rth以上である)と判別された場合には(ステップS143で“NO”)、モジュール制御部52は、カウント値cを「0」とする(ステップS154)。それから、モジュール制御部52の処理は、ステップS155に移行して位置精度がNGであると判定する(ステップS155)。
図7は、測位制御処理で呼び出される定期測位処理の制御手順を示すフローチャートである。
定期測位処理が呼び出されると、モジュール制御部52は、ホスト制御部41から測位終了命令が取得されたか否かを判別する(ステップS161)。測位終了命令は、操作受付部61が所定の操作を受け付けた場合や、電力供給部70からの供給電圧が基準電圧未満に低下した場合などにホスト制御部41からモジュール制御部52へ出力される。測位終了命令が取得されたと判別された場合には(ステップS161で“YES”)、モジュール制御部52は、受信部51の受信動作を停止させ(ステップS162)、定期測位処理を終了して処理を測位制御処理に戻す。
測位終了命令が取得されていないと判別された場合には(ステップS161で“NO”)、モジュール制御部52は、測位演算結果を取得し、第1のずれ見積もり量Δx及び第2のずれ見積もり量Δpを算出する(ステップS171)。モジュール制御部52は、第1のずれ見積もり量Δx及び第2のずれ見積もり量Δpのうち大きいほうを推定誤差範囲εとして設定する(ステップS172)。
モジュール制御部52は、推定誤差範囲εが所定の基準値Rth未満であるか否かを判別する(ステップS173)。基準値Rth未満であると判別された場合には(ステップS173で“YES”)、モジュール制御部52は、位置精度がOKであるとして(ステップS174)、測位結果を出力する(ステップS175)。それから、モジュール制御部52の処理は、ステップS161に戻る。
推定誤差範囲εが基準値Rth未満ではない(以上である)と判別された場合には(ステップS173で“NO”)、モジュール制御部52は、位置精度がNGであるとして(ステップS184)、エラー出力を行う(ステップS185)。なお、モジュール制御部52は、NG判定の場合にも判定結果と測位結果とを共に出力してもよい。それから、モジュール制御部52の処理は、ステップS161に戻る。
以上のように、本実施形態の電子時計1の衛星電波受信処理部50は、測位衛星からの電波を受信する受信部51と、受信部51が受信した電波により測位を行って現在位置を取得するモジュール制御部52と、を備える。モジュール制御部52は、電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度と、電子時計1(衛星電波受信処理部50)の移動状況に応じて求められる予測位置に対する取得された現在位置のずれとをそれぞれ考慮して、現在位置の誤差範囲として推定誤差範囲εを算出する。
このように、定量的な測位結果の精度算出を行う際に、特に、複数の測位衛星から受信された電波の受信状態、特に受信強度を単に全体平均値や最小値などではなく、それぞれを考慮することで、衛星電波受信処理部50では、より適切に誤差範囲を定量的に評価することが可能となる。すなわち、衛星電波受信処理部50では、より適切に測位結果の位置精度に係る情報を得ることができる。
また、モジュール制御部52は、測位精度に係る第1のずれ見積もり量Δxと、予測位置と現在位置とのずれに応じた第2のずれ見積もり量Δpとをそれぞれ算出し、第1のずれ見積もり量Δxと第2のずれ見積もり量Δpとに基づいて推定誤差範囲εを算出する。このように、複数の誤差要因を考慮し、特に、上述のように適切に受信強度による誤差に対する影響を考慮することで、誤差範囲としてより適切な数値を得ることができる。
また、モジュール制御部52は、第1のずれ見積もり量Δx及び第2のずれ見積もり量Δpのうち大きいほうを推定誤差範囲εとする。このような簡単な処理で最大の誤差を容易に想定し得るので、ずれを過小評価せずに必要な精度のデータのみを確実に利用可能とすることができる。
また、測位衛星からの電波受信強度と当該電波受信強度に応じた当該測位衛星の測距精度eとの対応関係を測距精度/SNR換算データ632として記憶するROM63(又は記憶部53)を備え、モジュール制御部52は、現在位置の算出に用いられた複数の測位衛星の現在位置に対する相対位置xと、当該複数の測位衛星からの電波受信強度にそれぞれ応じた測距精度eとの組み合わせに基づいて、第1のずれ見積もり量Δxを算出する。
このようにDOPに準じて測位衛星の配置に基づく第1のずれ見積もり量Δxの算出に測距精度eiを組み込むことで、各測位衛星の配置だけでなく、当該複数の測位衛星からの電波受信強度の影響を各々適切に考慮して位置精度を見積もることができる。
また、モジュール制御部52は、複数の測位衛星の現在位置に対する相対位置のばらつきを測距精度eで各々重み付け演算することで第1のずれ見積もり量Δxを算出する。このように、各測位衛星のSNRに応じた測距精度を各々反映して第1のずれ見積もり量Δxを求めるので、より適切に誤差範囲を定量的に示す数値を得ることができる。
また、モジュール制御部52は、過去の測位結果に基づいて電子時計1(衛星電波受信処理部50)の移動速度を算出し、前回の測位位置から当該移動速度で移動した場合の位置を新たな予測位置として求める。
このように、シンプルな予測モデルで現在位置を算出することでも細かい時間間隔での予測では比較的容易に適切な予測位置を得ることができ、すなわち、適切に定量的な誤差範囲の評価を行うことができる。
また、モジュール制御部52は、推定誤差範囲εが所定の基準値Rth内であるか否かを判別し、当該判別の結果に応じて測位結果の良否を定める。このように、推定誤差範囲εの数値を出力するのではなく、基準値Rthとの比較結果を得ることで、特定のアプリケーションプログラムなどにおいて測位結果を使用してよいか否かを容易に判断可能となる。
また、基準値Rthの設定は、変更可能である。測位結果が用いられるプログラムに応じて必要な精度は異なる場合があるので、これらプログラムの種別に応じて基準値Rthを設定変更可能とすることで、測位結果を利用とするプログラムが容易に適正な判断結果を得ることが可能となる。
また、モジュール制御部52は、所定時間、ここでは3秒以上続けて推定誤差範囲εが基準値Rth内である場合に測位結果の精度がOKであると判断する。このように、測位結果が良好な精度で安定して得られている場合にのみOKと判定することで、一時的な変動の影響を抑え、安定的に高精度の測位がなされているか否かを判断することができる。
特に、測位開始時に測位結果が安定するまでOK判定を保留とすることで、収束演算の初期設定の問題などによる見かけ上の適正位置を除外して本当に正確な位置を安定して取得し、その誤差範囲を評価することができる。
また、本実施形態の電子時計1は、上述の衛星電波受信処理部50と、日時を計数する計時回路47と、計時回路47が計数する日時を表示可能な表示部62と、を備える。
このように、電子時計1は、上述のように測位精度をより適切に定量評価可能な測位結果を得ることができるので、位置の誤表示を避けることができる。また、特に、地方時の設定などを誤って行う可能性をより確実に排除することができる。
また、本実施形態の測位制御方法は、受信部51が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する測位演算ステップ、電波が受信された複数の測位衛星の位置関係と、受信された電波の各受信状態と、自機の移動状況に応じて求められる予測位置に対する取得された現在位置のずれとをそれぞれ考慮して、現在位置の誤差範囲を算出する誤差範囲算出ステップ、を含む。このように、測位を行う場合に、併せてより適切な誤差範囲を算出することで、より適切に測位結果の位置精度に係る情報を得て、当該測位結果の利用可否を容易に判断したり利用時の結果評価を行ったりすることが可能となる。
また、上述の測位制御方法に係るプログラム631をコンピュータにインストールすることで、容易により適切に定量的な誤差範囲の算出を行う処理をソフトウェア的に制御部(CPU)が実行することができる。よって、より適切に測位結果の位置精度に係る情報を得ることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、第1のずれ見積もり量Δx及び第2のずれ見積もり量Δpをそれぞれ算出して、両者に基づいて推定誤差範囲εを求めることとしたが、第1のずれ見積もり量Δxの算出の際に、更に予測位置からのずれ量をオフセット位置として考慮することとしてもよい。
また、ずれの見積もり量としては、第1のずれ見積もり量Δx及び第2のずれ見積もり量Δpとして他のパラメータが算出されてもよい。例えば、NMEA-0183のGSTメッセージフォーマット(Pseudorange Noise Statistics)における誤差範囲(Error ellipse)のうち長軸方向の値や、当該誤差範囲に従って得られる緯度誤差の標準偏差と経度誤差の標準偏差のうちの大きいほうの値などが用いられてもよい。あるいは、重み付けではなく、受信強度に基づく各軸(x~x)方向へのオフセット値を設定して全体としての測位結果のバイアスを算出するなどしてもよい。これらの場合でも、2つの見積もり量において、測位衛星の配置、各測位衛星からの電波受信状況、及び過去の測位結果に基づく予測位置と現在位置とのずれが全て考慮されるように定められる。
また、上記実施の形態では、第1のずれ見積もり量Δxと第2のずれ見積もり量Δpとのうち大きいほうを推定誤差範囲εとしたが、これに限られない。例えば、推定誤差範囲εはこれらの平均値であってもよいし、あるいは、移動加速度やその変化状況などに応じて第2のずれ見積もり量Δpの考慮度合を変化させた重み付き平均などであってもよい。また加速度の大小や変化状況に基づく重み付けの設定については、別途加速度センサなどを備えて行うこととしてもよい。
また、上記実施の形態では、最初の測位結果の取得から3回連続して基準値Rth以下の誤差範囲となって初めて測位精度をOKとし、その後は各測位について各々測位精度のOK/NGの判定を行うこととしたが、これに限られない。最初の基準値Rth以下の推定誤差範囲εが得られた時点で測位精度をOKとしてもよいし、一度NG判定が出た後には、改めて所定数回(3回)続けて基準値Rth以下の推定誤差範囲εが得られるまで測位精度をNGとしてもよい。
また、基準値Rthは水平方向と鉛直方向とで別個に設定されてもよい。
また、上記実施の形態では、電子時計1が備える衛星電波受信処理部50による測位制御動作を例に挙げて説明したが、衛星電波受信処理部50は、電子時計1に設けられているものに限られない。他の電子機器に設けられるものであってもよく、また、これら電子機器に搭載される衛星電波受信用のモジュール単体であってもよい。
また、以上の説明では、現在日時情報の取得時における本発明の衛星電波受信制御に係るプログラム631を記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体としてフラッシュメモリなどの不揮発性メモリやマスクROMなどからなるROM63を例に挙げて説明したが、これらに限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、HDD(Hard Disk Drive)、CD-ROMやDVDディスクなどの可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウェーブ(搬送波)も本発明に適用される。
その他、上記実施の形態で示した構成、制御手順や表示例などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
[付記]
<請求項1>
測位衛星からの電波を受信する受信部と、
前記受信部が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度と、自機の移動状況に応じて求められる予測位置に対する取得された現在位置のずれとをそれぞれ考慮して、前記現在位置の誤差範囲を算出する
ことを特徴とする衛星電波受信装置。
<請求項2>
前記制御部は、前記測位精度に係る第1の誤差範囲と、前記予測位置と現在位置とのずれに応じた第2の誤差範囲とをそれぞれ算出し、前記第1の誤差範囲と前記第2の誤差範囲とに基づいて前記現在位置の誤差範囲を算出することを特徴とする請求項1記載の衛星電波受信装置。
<請求項3>
前記制御部は、前記第1の誤差範囲及び前記第2の誤差範囲のうち大きいほうを前記現在位置の誤差範囲とすることを特徴とする請求項2記載の衛星電波受信装置。
<請求項4>
前記測位衛星からの電波受信強度と当該電波受信強度に応じた当該測位衛星の測距精度との対応関係を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、現在位置の算出に用いられた複数の測位衛星の現在位置に対する相対位置と、当該複数の測位衛星からの電波受信強度にそれぞれ応じた前記測距精度との組み合わせに基づいて、前記第1の誤差範囲を算出する
ことを特徴とする請求項2又は3記載の衛星電波受信装置。
<請求項5>
前記制御部は、前記複数の測位衛星の現在位置に対する相対位置のばらつきを前記測距精度で各々重み付け演算することで前記第1の誤差範囲を算出することを特徴とする請求項4記載の衛星電波受信装置。
<請求項6>
前記制御部は、過去の測位結果に基づいて自機の移動速度を算出し、前回の測位位置から当該移動速度で移動した場合の位置を新たな予測位置として求めることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項7>
前記制御部は、前記現在位置の誤差範囲が所定の基準範囲内であるか否かを判別し、当該判別の結果に応じて測位結果の良否を定めることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項8>
前記基準範囲の設定は、変更可能であることを特徴とする請求項7記載の衛星電波受信装置。
<請求項9>
前記制御部は、所定時間以上続けて前記誤差範囲が前記基準範囲内である場合に前記測位結果の精度が良好であると判断することを特徴とする請求項7又は8記載の衛星電波受信装置。
<請求項10>
請求項1~9のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置と、
日時を計数する計時部と、
前記計時部が計数する日時を表示可能な表示部と、
を備えることを特徴とする電子時計。
<請求項11>
測位衛星からの電波を受信する受信部を備える衛星電波受信装置の測位制御方法であって、
前記受信部が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する測位演算ステップ、
電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度と、自機の移動状況に応じて求められる予測位置に対する取得された現在位置のずれとをそれぞれ考慮して、前記現在位置の誤差範囲を算出する誤差範囲算出ステップ
を含むことを特徴とする測位制御方法。
<請求項12>
測位衛星からの電波を受信する受信部を備える衛星電波受信装置のコンピュータを、
前記受信部が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する測位演算手段、
電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度と、自機の移動状況に応じて求められる予測位置に対する取得された現在位置のずれとをそれぞれ考慮して、前記現在位置の誤差範囲を算出する誤差範囲算出手段
として機能させることを特徴とするプログラム。
1 電子時計
40 マイコン
41 ホスト制御部
411 CPU
412 RAM
45 発振回路
46 分周回路
47 計時回路
50 衛星電波受信処理部
51 受信部
52 モジュール制御部
53 記憶部
531 受信制御情報
61 操作受付部
62 表示部
621 表示画面
622 表示ドライバ
63 ROM
631 プログラム
632 測距精度/SNR換算データ
70 電力供給部
71 バッテリ
A1 アンテナ
測距精度
pf 予測位置
pm 測位位置
Rth 基準値
W 重み付けテンソル
Δp 第2のずれ見積もり量
Δt 時間差
Δx 第1のずれ見積もり量
ε 推定誤差範囲

Claims (9)

  1. 測位衛星からの電波を受信する受信部と、
    前記受信部が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度に係る第1の誤差と、前回の測位位置から過去の測位結果に基づいて算出した自機の移動速度で移動した場合の予測位置に対する取得された現在位置のずれに応じた第2の誤差と、をそれぞれ算出し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とを比較し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とのいずれか大きいほうの値を前記現在位置の誤差として設定する
    ことを特徴とする衛星電波受信装置。
  2. 前記測位衛星からの電波受信強度と当該電波受信強度に応じた当該測位衛星の測距精度との対応関係を記憶する記憶部を備え、
    前記制御部は、現在位置の算出に用いられた複数の測位衛星の現在位置に対する相対位置と、当該複数の測位衛星からの電波受信強度にそれぞれ応じた前記測距精度との組み合わせに基づいて、前記第1の誤差を算出する
    ことを特徴とする請求項1記載の衛星電波受信装置。
  3. 前記制御部は、前記複数の測位衛星の現在位置に対する相対位置のばらつきを前記測距精度で各々重み付け演算することで前記第1の誤差を算出することを特徴とする請求項2記載の衛星電波受信装置。
  4. 前記制御部は、前記現在位置の誤差が所定の基準範囲内であるか否かを判別し、当該判別の結果に応じて測位結果の良否を定めることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
  5. 前記基準範囲の設定は、変更可能であることを特徴とする請求項4記載の衛星電波受信装置。
  6. 前記制御部は、所定時間以上続けて前記誤差が前記基準範囲内である場合に前記測位結果の精度が良好であると判断することを特徴とする請求項4又は5記載の衛星電波受信装置。
  7. 請求項1~6のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置と、
    日時を計数する計時部と、
    前記計時部が計数する日時を表示可能な表示部と、
    を備えることを特徴とする電子時計。
  8. 測位衛星からの電波を受信する受信部を備える衛星電波受信装置の測位制御方法であって、
    前記受信部が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する測位演算ステップと、
    電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度に係る第1の誤差と、前回の測位位置から過去の測位結果に基づいて算出した自機の移動速度で移動した場合の予測位置に対する取得された現在位置のずれに応じた第2の誤差と、をそれぞれ算出し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とを比較し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とのいずれか大きいほうの値を前記現在位置の誤差として設定する誤差算出ステップと、
    を含むことを特徴とする測位制御方法。
  9. 測位衛星からの電波を受信する受信部を備える衛星電波受信装置のコンピュータを、
    前記受信部が受信した電波により測位を行って現在位置を取得する測位演算手段、
    電波が受信された複数の測位衛星の各位置に対して電波の各受信状態をそれぞれ組み合わせて得られる測位精度に係る第1の誤差と、前回の測位位置から過去の測位結果に基づいて算出した自機の移動速度で移動した場合の予測位置に対する取得された現在位置のずれに応じた第2の誤差と、をそれぞれ算出し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とを比較し、前記第1の誤差と前記第2の誤差とのいずれか大きいほうの値を前記現在位置の誤差として設定する誤差範囲算出手段、
    として機能させることを特徴とするプログラム。
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