JPH06100646B2 - 陸上運行体の衛星航法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人工衛星からの信号を受信し、移動する運行
体の位置を演算する衛星航法であって、例えば自動車、
列車などの陸上運行体に適した衛星航法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来より衛星航法としてGPS（Global Positioning Syst
em）航法がある。

この衛星航法で、自動車等、利用者の位置を３次元的に
求めるには、地球中心を原点とする直角座標で表される
利用者の位置に対応するＸ、Ｙ、Ｚの３つの未知数を求
めれば良い。GPS航法は、位置がわかっている中高度軌
道の複数個の衛星から利用者までの距離をほぼ同時に受
信測距するのがその測位原理である。衛星の刻々の位置
は軌道要素から求めて３次元的に表現できる。利用者の
３次元的な位置（X,Y,Z）を求めるには、３個の衛星か
ら利用者までの距離が測定できれば、それら３衛星の位
置を原点とし、それぞれの距離を半径とする３つの球面
の交点（X,Y,Z）が利用者の位置である。

このようにGPS航法では、衛星から利用者への電波の一
方向伝搬によって得られた信号により演算するものであ
るから、本来なら送信側（衛星）と受信側（利用者）に
高精度で、しかも良く合った時計を置いて、電波の伝搬
時間をその２つの時計で直接測定する方法をとる必要が
ある。ところが、衛星上の時計はすべて良く一致させて
ある（実際にはその時計の進み遅れが良く分っている）
が、個々の利用者にそれと同等の高精度な時計を装備さ
せ、その時計の進み遅れを合致させることは、経費等の
点から適当でない。そこで利用者は、衛星の時計に合致
した時刻Ｔをもう１つの未知数として追加して位置に関
する３つの未知数に加え、４未知数（X,Y,Z,T）を解く
必要がある。そのためには、上空に散在する４個の衛星
からの電波信号を受信しなければならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、自動車等で山岳地帯や市街地のように上空と
の間に遮蔽物や電波障害物の多い地域を走行している
と、常に４個の衛星からの信号を受信できるとは限ら
ず、３個の衛星からの信号しか受信できない場合も多
い。そのために上記した従来のGPS航法では、位置を求
めることができなくなり、表示もできなくなるという欠
点があった。また利用者から与えられた利用者の位置の
推定高度データを用いて、２次元位置（緯度、経度）を
求めることも可能であるが、この２次元位置は推定高度
データを一定に保つという前提のため、山岳地帯を走行
した場合には高度誤差に起因した測位誤差を含んでいる
という欠点があった。

本発明は、従来のGPS航法が持つ上記の欠点を解消する
ためになされたものである。従来のGPS航法を改良し、
自動車等の陸上運行体が山岳地帯等、障害物の多い地域
を走行している場合でも、位置を演算し表示することが
できる衛星航法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための本発明を適用した陸上運行
体の衛星航法を、実施例に対応する第１図のブロック回
路図と第２図の衛星の配置状態図を用いて説明する。

本発明の衛星航法は、運行体上空に存在する複数の衛星
から発した衛星軌道データおよび時刻データを運行体10
の受信部19で受信し、その受信データから運行体10の緯
度、経度および高さを測位演算部20で演算して、表示部
21で表示する衛星航法である。受信中の衛星数が４個1₁
・2₁・3₁・4₁のときには、４個の衛星軌道データおよび時
刻データから緯度、経度および高さを測位演算部20で演
算して、表示部21で表示する。受信中の衛星数が３個1₂
・2₂・3₂のときには、方位センサ12および方位演算部23で
求めた方位データと、速度センサ13および速度演算部24
で求めた速度データとから推測位置演算部15で推測緯度
および推測経度を演算する。そして緯度、経度および標
高が組み合わされて記録されている地図のメモリィ16か
ら、前記のように推測位置演算部15で演算した推測緯度
および推測経度で特定される標高を呼出して高さデータ
とする。その高さデータと３個の衛星軌道データおよび
時刻データとから緯度、経度を測位演算部20で演算し
て、表示部21で表示する。

〔作用〕

運行体10が10₁の位置を走行しており夫々1₁・2₁・3₁・4₁に
ある衛星１・２・３・４の電波を受信部12で受信可能で
あるから、４個の衛星軌道データおよび時刻データから
運行体10₁の位置を演算し表示することができる。

運行体10が移動し10₂の位置を走行しているときは、山
などの遮蔽物７の影響で衛星4₂の電波を受信不可能であ
る。そのときは、1₂・2₂・3₂にある衛星１・２・３の電波
を受信部12で受信可能であるから、３個の衛星軌道デー
タおよび時刻データとメモリィ16内の運行体10₂の位置
に対応する標高（高さデータ）とから運行体10₂の位置
を演算し表示することができる。

すなわち、受信可能な衛星の数が３個しかない場合で
も、絶えることなく運行体10の現在位置を測位し、表示
することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明を適用する衛星航法を実施するための装
置のブロック回路図である。

同図において、12は例えば磁気方位計など運行体10の進
行方向を検知する方位センサ、23は方位演算部で方位セ
ンサ12で検知した進行方向の微小変化を演算する。13は
運行体10の速度を検知する速度センサ、24は速度演算部
で速度センサ13で検知した速度の微小変化を演算する。
15は推測位置演算部で、方位演算部23の進行方向の微小
変化と速度演算部24の速度の微小変化からベクトル距離
の微小変化を求め、それを積分して運行体10の推測位置
を演算するものである。

16は例えばCD（コンパクトディスク）、磁気デイスク、
ICカード、カセットテープなどのメモリィ（ROM）で、
地図が電子的情報として記憶されている。地図上には緯
度、経度とともに標高が付されている。例えば第４図に
示すような山岳の地形の地図では、緯度x_i、経度y_iの位
置P_iにおける標高z_iであるとすると、メモリィ16には表
のように緯度x_iのデータ、経度y_iのデータとともに標高
z_iのデータが記憶されている。

表 緯度 経度 標高 x₁ y₁ z₁ x₂ y₂ z₂ ・・・・・・・・・ x_i y_i z_i ・・・・・ ・・・ x_n y_n z_n 18は例えば自動車などの運行体10の外部（例えば屋根の
上）に取付けられたアンテナである。19はプリアンプ、
周波数変換器、スペクトル逆拡散・復調等を含む受信部
である。20は衛星の衛星軌道データおよび時刻データか
ら航法方程式を作成し、運行体10までの距離を計算し位
置を求め、ドプラ変化を計算して移動速度と方位を求
め、運行体10の位置を演算する測位演算部である。21は
例えばCRTやプラズマディスプレイなどを用いた表示部
であり、測位演算部20で演算した運行体10の位置を表示
する。

第１図に示す回路の装置を搭載した運行体10が走行しな
がら衛星航法により自己位置を測位してゆく動作を、第
３図に示すフローチャートを参照しながら以下に説明す
る。

運行体10が10₁の位置を走行していると（第２図参
照）、受信部12が４個の衛星1₁・2₁・3₁・4₁を受信し、そ
れを数える（ステップ30）。有効な衛星数が４である
と、４個の衛星の軌道データおよび時刻データにより測
位演算部20で運行体10の位置（緯度、経度および高さ）
が計算される（ステップ31）。測位演算部20で求めた位
置のうち緯度、経度を推測位置演算部15に入力させてお
く（ステップ38）。この緯度、経度は測位演算部20で演
算される都度更新されてゆく。さらに運行体10の位置は
表示部21で表示される（ステップ39）。

運行体10が移動し10₂の位置を走行しているときは、山
などの遮蔽物７の影響で衛星4₂の電波を受信不可能であ
る。すなわち受信部12が３個の衛星1₁・2₁・3₁を受信し、
それを数える（ステップ30）。有効な衛星数が３である
から、３個の衛星の軌道データおよび時刻データとメモ
リィ16中のデータを使用する。そのため先ず方位センサ
12からのデータで方位演算部23により方位データを演算
し（ステップ32）、速度センサ13からのデータで速度演
算部24により速度データを演算する（ステップ33）。こ
の方位データと速度データとにより、ステップ38で推測
位置演算部15に入力させてある位置を初期位置とし、推
測位置演算部15で運行体10₂の推測位置を求める（ステ
ップ34）。その推測位置に最も近い位置の緯度、経度に
対応する標高をメモリィ16から読出す（ステップ35）。
例えば第３図に示すように運行体10が山岳の中腹位置を
走行中に推測位置演算部15で推測位置Ｐ（x,y）を算出
したら、メモリィ16内に前記表のように記憶されている
データのなかで、その推測位置Ｐ（x,y）から最も近い
位置の緯度x_i、経度y_iに対応する標高z_iが読出される。
読出された標高を高さデータとし、この高さデータと３
個の衛星軌道データおよび時刻データとから測位演算部
20で運行体10の位置（緯度、経度）を演算する（ステッ
プ36）。この緯度、経度は測位演算部20で演算される都
度更新されてゆく。さらに運行体10の位置は表示部21で
表示される（ステップ39）。

方位センサ12と方位演算部23で求めた方位データおよび
速度センサ13と速度演算部24で求めた速度データにより
演算される運行体10の推測位置は実位置との若干の誤差
を生じやすいが、自動車等の運行体が運行可能な地形に
おいては極端な高低差はありえず、推測位置の誤差で生
じる程度に位置がずれたとしても高さデータが極端に変
ることはない。したがってメモリィ16内に記憶されてい
る緯度、経度および標高の組合わせのなかから、推測位
置に最も近い位置の緯度、経度に対応する標高を使用し
て運行体10の現在位置を測位しても実際上の不都合は生
じない。

なお第４図の実施例の地図では、碁盤目状の一定間隔に
緯度x_i、経度y_iが示してあるが、メモリィ16には緯度x_i
と経度y_iの全部の交点の位置P_iに標高z_iを付しておく必
要はない。山岳地帯のように起伏が多い地形では、緯度
x_iと経度y_iを細いピッチにして標高z_iを付す必要がある
が、平野部では粗いピッチで標高z_iを付しておけばよ
い。

またメモリィ16に記憶されている標高は、第５図に示す
ように、一定の標高z_iに属する緯度x_iおよび経度y_i、い
わゆる等高線Ｈとして記憶させておくものであってもよ
い。さらに第６図に示すように、地図の道路Ｒに相当す
る部分の緯度x_iおよび経度y_iにのみ標高z_iを付しメモリ
ィ16に記憶させておいてもよい。本発明の衛星航法は自
動車等に利用されるものであるから、高さデータは道路
部分だけ記憶させておけば充分で、そのようにすること
により、メモリィ16の記憶容量を無駄にすることがなく
なる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の陸上運行体の衛星航法に
よれば、高さデータとしてメモリィに記憶した地図上の
標高を使用しているため、遮蔽物のために受信可能な衛
星の数が３個しかない場合でも、絶えることなく運行体
の現在位置を測位し、表示することができる。また市街
地のように平坦な地形だけでなく、山岳地帯のように起
伏が多い地形でも運行体の測位を確実に行うことがで
き、正確な位置を表示できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する衛星航法を実施するための装
置のブロック回路図、第２図は運行体が走行する状態・
衛星の位置・遮蔽物を示した図、第３図は本発明を適用
する衛星航法の実行手順を示すフローチャート図、第４
図、第５図、第６図は運行体と緯度、経度、標高の関係
を説明する見取図である。 １・２・３・４……衛星 ７……遮蔽物、10……運行体 12……方位センサ、13……速度センサ 15……推測位置演算部 16……メモリィ、18……アンテナ 19……受信部、20……測位演算部 21……表示部、23……方位演算部 24……速度演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運行体上空に存在する複数の衛星から発し
   た衛星軌道データおよび時刻データを受信し、その受信
   データから運行体の緯度、経度および高さを演算して表
   示する衛星航法において、 受信中の衛星数が４個のときには、４個の衛星軌道デー
   タおよび時刻データから緯度、経度および高さを演算し
   て表示し、 受信中の衛星数が３個のときには、方位センサと速度セ
   ンサのデータから推測緯度および推測経度を演算し、緯
   度、経度および標高が組み合わされて記録されている地
   図のメモリィから前記推測緯度および推測経度で特定さ
   れる標高を呼出して高さデータとし、その高さデータと
   ３個の衛星軌道データおよび時刻データとから緯度、経
   度を演算して表示することを特徴とする陸上運行体の衛
   星航法。