JPH0766054B2 - Gps航法装置 - Google Patents

Gps航法装置

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JPH0766054B2
JPH0766054B2 JP23774286A JP23774286A JPH0766054B2 JP H0766054 B2 JPH0766054 B2 JP H0766054B2 JP 23774286 A JP23774286 A JP 23774286A JP 23774286 A JP23774286 A JP 23774286A JP H0766054 B2 JPH0766054 B2 JP H0766054B2
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昭 奥山
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車用GPS航法装置に関し、一層詳細には、
全世界測位システム(Grobal Positioning System、以
下GPSシステムと称する)に属する複数個の人工衛星か
らの電波を受信して走行する自動車の現在位置を演算処
理して測定検出する際、予め記憶してある地図情報とGP
Sシステムで測定した擬似距離データとから正確な高度
を算出すると共に、それ以降二次元航法を行う際、前記
高度データを用いて高精度の二次元測位が出来るように
構成した自動車用GPS航法装置に関する。
船舶や航空機のような時々刻々移動する利用者に対し、
複数個の人工衛星から電波を送信してその現在位置、走
行速度等を確認乃至決定するために、近年、GPS測位装
置の有用性が注目を集めている。このGPS測位装置は、 全世界で何時でも連続して利用出来る、 位置、速度の測定精度が極めて高い、 利用者数に制限がない 等の特徴を備えており、このような観点からすれば、GP
S測位装置を利用する客体は船舶、航空機に限ることな
く、自動車もその対象となって然るべきである。
特に、都市部の交通の混雑を回避し、短時間に自らの現
在位置を確認し、目的地までの迂回路を発見する等に利
用出来れば、時間的、経済的に頗る大きな効果が得られ
よう。
一般的に、GPS測位装置は通常3個以上の衛星を利用す
る。これらの人工衛星には夫々高精度の原子時計等が搭
載されているが、一方、受信側では斯様に高価な計時装
置は配備されていない。従って、受信側の時刻情報には
時計オフセットが出てくる。そこで、現在の測位方法に
あっては、人工衛星からの電波を同時に受信し、各衛星
と受信点との間の受信機の時計オフセットを含んだ擬似
距離データと、各衛星の位置データとにより受信点の位
置を計算し、表示する。
ここで、受信出来る衛星の数により可能な測位次元数に
ついて述べると、4個以上の衛星電波が受信出来る時は
三次元(緯度、経度、高度)測位が可能であり、受信出
来る衛星電波が3個の時は二次元(緯度、経度)測位が
可能である。
然るに、自動車の走行に関しては、通常、二次元航法で
あり3個の衛星電波の受信でよいが、この場合におい
て、高度は予め固定して走行することになる。このた
め、この固定された設定高度に誤差があると緯度、経度
にかかる測定位置に大きな誤差を生じる欠点がある。こ
の誤差解消のためには4個以上の衛星電波を受信出来れ
ばよいことは勿論である。
ところが、周知の通り、都市部、山間部では特に高層建
築物や高度が極めて大きい山等によりGPSに属する人工
衛星からの所定数の電波が当該自動車に到達することが
阻止されることが多く、このため、利用者自体の現在地
点の高度確認が困難になる不都合がある。特に、GPSを
構成する人工衛星はその配置状態から1若しくはそれ以
上の衛星自体の仰角が低い場合が多く、前記不都合が大
きく露呈するに至る。
本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、自動車が基準となる地点を通過する際、予め記
憶してある地図情報と3個以上の衛星電波を受信して測
定した擬似距離データとを参照して正確な高度を算出す
ると共に、それ以降二次元航法を行う際、前記算出され
た高度に基づき高精度の二次元測位を可能とすることが
可能な自動車用GPS航法装置を提供することを目的とす
る。
前記の目的を達成するために、本発明は所望数のGPS衛
星電波を受信して夫々の衛星と自動車間の擬似距離を測
定する測定手段と、該測定手段によって測定した所望数
の擬似距離データから三次元位置を算出する位置算出手
段と、自動車の進行方位を検出する進行方位検出手段
と、地図情報を記憶する地図記憶手段と、前記進行方位
検出手段が交差点で所定値以上の進行方位の変化を検出
したとき前記位置算出手段から得られる三次元位置デー
タを前記地図記憶手段から得られる交差点の位置データ
に基づき修正し、かつ自動車の高度を算出する高度演算
手段と、該高度演算手段により得られた高度データを格
納する高度データ記憶手段と、GPS衛星からの前記所望
数の衛星電波が得られないとき前記位置算出手段は得ら
れた衛星電波と前記高度データ記憶手段から読み出した
高度データとに基づき自動車の二次元位置を確定する確
定手段とを備えたことを特徴とする。
次に、本発明に係るGPS航法装置について好適な実施例
を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
第1図において、参照符号10は衛星電波受信用アンテナ
であって、図示しない自動車の一部に搭載されている。
当該衛星電波受信用アンテナ10の出力側はGPS受信部12
に接続され、この受信部12によって得られる擬似距離デ
ータ出力は高度演算器14並びに位置演算器16に導入され
る。この時、高度演算器14ではCPU18を介して地図記憶
部20から地図情報を得て、当該地図情報と前記擬似距離
データとから高度を算出した後、前記CPU18を介してデ
ータ記憶部22に当該高度データを格納する。データ記憶
部22に格納された高度データはCPU18を介して位置演算
器16に導入される。位置演算器16ではこの高度データと
前記擬似距離データとにより正確な位置(緯度と経度)
を算出する。当該位置情報はCPU18を介してデータ記憶
部22に格納される。さらに、前記CPU18には地図並びに
自動車の現在位置を表示するCRT等の表示手段を有する
表示器24、当該GPS航法装置の機能選択等を指令するキ
ーボード26、自動車の走行方位を検出する方位センサ28
および車輪の回転数を検出して距離を測定する距離セン
サ30等が接続される。
本発明に係るGPS航法装置は基本的には以上のように構
成されるものであり、次にその作用並びに効果について
説明する。
先ず、キーボード26上の図示しない、例えば、スタート
キーのキー操作により当該GPS航法装置は動作状態にな
る。この動作状態のもとで当該GPS航法装置は3個の衛
星電波を受信用アンテナ10で受信する。GPS受信部12は
この受信電波に基づく各衛星までの擬似距離を測定し、
当該擬似距離データを高度演算器14並びに位置演算器16
に送給する。
そこで、第2図に示すように、自動車の走行方位の変化
は方位センサ28によって検出されており、自動車の走行
方位の変化が所定値以上のときはCPU18によってその旨
検出される。自動車がある位置で右折したとすると方位
センサ28が方位の変化を検出し、方位変化信号をCPU18
へ転送する。この変化角度が一定値以上の大きさのとき
は、CPUはこの場合は自動車が右折したことを認識す
る。このときCPU18は、同時に位置演算器16が求めた位
置から所定範囲内にある地図情報上の右折可能な分岐点
Aを探索し、この分岐点Aを自動車が右折したと認識す
る。分岐点Aにおいて複数の右折道路が存在する場合、
方位センサからの方位変化信号値に基づく1つの道路へ
右折したと認識する。右折道路が存在しても右折せず、
直進しているときは方位センサ28からの方位変化信号に
変化はなく、直進と認識される。そして、右折と認識さ
れたとき通常、リードオンメモリ(ROM)で構成される
地図記憶部20に予め記憶されている交差点Aの緯度と経
度に係る正確な位置データを読み出し、高度演算器14に
導入する。この場合、高度演算器14は前記3個の衛星に
係る擬似距離と交差点Aの正確な緯度、経度データとか
ら自動車が交差点を通過する際の正確な高度を算出す
る。すなわち、衛星の軌道位置、衛星と自動車との間の
擬似距離並びに交差点Aの正確な緯度、経度データとか
ら自動車の高度および時計オフセットを算出する。
次に、この高度並びに時計オフセットの算出方法につい
て詳述する。
先ず、自動車の位置および衛星の位置座標を、当該自動
車の位置する緯度、経度地点を原点として緯度方向をX
軸、経度方向をY軸、高度方向をZ軸とする新しい三軸
直交地球固定座標系で考察する。この新しい座標軸上で
の自動車の位置をRHiとし、受信電波を発信している衛
星iの座標位置をSHiと定める。この時の航法方程式は
次に示す(1)乃至(4)式で表される。
RHi=ρ−{Tu+Ri(zu)} …(1) RHi=RHi(xu,yu,zu) …(3) SHi=SHi(xsi,ysi,zsi) …(4) ここで、 RHi:直交座標系上での自動車の位置 ρ:衛星と自動車間の擬似距離 Tu:自動車に搭載されている計時器と衛星に搭載されて
いる原子時計との時間差を距離に換算した値(以下、時
計オフセットと称す)。
Ri(zu):衛星iと自動車間の距離 SHi:直交座標系上での衛星の位置 である。
上記(1)乃至(4)式において、未知数は自動車の高
度Zu並びに時計オフセットTuである。その他の値は地図
データ並びに衛星の受信データから直ちに得られる。こ
の場合において、自動車の位置RHiの微少変位について
考察すると、RHiはTuとZuを変数とする関数で表すこと
が出来る。つまり、RHiは、 RHi=RHi(Tu,Zu) …(5) と表現可能である。
然るに、基準点、すなわち、前記交差点Aにおける自動
車の推測時計オフセットをTuo、推測高度をZuoとすると
交差点Aにおける推測位置RHioは(6)式で得られる。
RHio=ρ−{Tuo+Ri(Zuo)} …(6) そこで、(5)式に基づき(1)式の全微分について考
察すると、(6)式を考慮して(7)式が得られる。
CTuoiΔTu+CzoiΔZu=RHio …(7) ここでCTuoiとCzoiは、 である。
(6)乃至(9)式は交差点で受信出来たn個(n≧
2)の衛星について成立する。
ここで。未知数ΔTu、ΔZuについてn個の測定結果から
最も確からしい値(最確値)を求めるために、最小自乗
法を使用することはよく知られている。その手法を適用
すれば、この場合、次に示す基準方程式を解けばよい。
これらの式は方程式が2個で未知数が2個である、所
謂、連立二元一次方程式であるので容易に解ける。こう
して求めたΔTu、ΔZuを夫々ΔTuo、ΔZuoとしてもとの
推測時計オフセットTuo、推測高度Zuoに加えるとより確
度の高い推測時計オフセットTu1およびより確度の高い
推測高度Zu1が得られる。
つまり、 Tu1=Tuo+ΔTuo …(12) Zu1=Zuo+ΔZuo …(13) である。(12)式、(13)式で求められた値を(6)式
に代入し(6)乃至(13)式を実行をさらに繰り返すこ
とにより精度の高い時計オフセットTu、自動車の高度Zu
が求められる。そこで、これらの値および地図上の緯
度、経度に係る位置情報を前記航法方程式(1)式に代
入して自動車の位置 RHi=RHi(Xu,Yu,Zu) が正確に求められる。
なお、この際、当該自動車の位置RHiおよび前記時計オ
フセットデータTu並びに高度データZuはCPU18を介して
データ記憶部22に格納しておく。そうすることにより、
これ以降(前記交差点を曲がって以降)の測位において
は、受信可能なGPS衛星が3個の場合であっても、前記
高度データZuをデータ記憶部22から読み出して前記位置
演算器16に入力することにより精度よく自動車位置を算
出することが出来る。また、前記高度データZuは次に三
次元測位が可能な時に更新させる。
さて、ここで高度を正確に算出して走行した場合と、高
度を推定しキーボード等によって入力して走行した場合
の走行軌跡の違いについてその概略を示せば第2図のよ
うになる。
第2図において、Bは道路を示し、三角印で表された自
動車走行軌跡は推定して設定した高度を用いた走行軌跡
であって、道路より外れたものとなる。また、丸印を付
した自動車走行軌跡は本発明による高度補正を施した後
の自動車の走行軌跡であって道路内に正しく走行軌跡を
描くことが出来る。
以上のように、本発明によれば、GPS受信部による擬似
距離データと地図記憶部からの正確な交差点位置データ
とが入力される高度演算器を設け、自動車が基準点を通
過する際、予め記憶してある地図情報と3個の衛星電波
を受信して測定した擬似距離データとを参照して正確な
高度を算出出来るため、それ以降二次元航法を行う際、
当該高度を用いて高精度の二次元測位を可能にする効果
が得られる。
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに
設計の変更が可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る高度演算器を含むGPS航法装置の
回路ブロック図、 第2図は表示器上に映された自動車の走行軌跡および地
図の模式図である。 10……衛星電波受信用アンテナ 12……GPS受信部、14……高度演算器 16……位置演算器、18……CPU 20……地図記憶部、22……データ記憶部 24……表示部、26……キーボード 28……方位センサ、30……距離センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 耕司 東京都三鷹市下連雀5丁目1番1号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 奥山 昭 東京都三鷹市下連雀5丁目1番1号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 川添 利洋 東京都三鷹市下連雀5丁目1番1号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 平田 誠一郎 京都府長岡京市馬場図所1番地 三菱電機 株式会社京都製作所内 (72)発明者 御厨 誠 兵庫県尼崎市塚口本町8−1−1 三菱電 機株式会社応用機器研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所望数のGPS衛星電波を受信して夫々の衛
    星と自動車間の擬似距離を測定する測定手段と、該測定
    手段によって測定した所望数の擬似距離データから三次
    元位置を算出する位置算出手段と、自動車の進行方位を
    検出する進行方位検出手段と、地図情報を記憶する地図
    記憶手段と、前記進行方位検出手段が交差点で所定値以
    上の進行方位の変化を検出したとき前記位置算出手段か
    ら得られる三次元位置データを前記地図記憶手段から得
    られる交差点の位置データに基づき修正し、かつ自動車
    の高度を算出する高度演算手段と、該高度演算手段によ
    り得られた高度データを格納する高度データ記憶手段
    と、GPS衛星からの前記所望数の衛星電波が得られない
    とき前記位置算出手段は得られた衛星電波と前記高度デ
    ータ記憶手段から読み出した高度データとに基づき自動
    車の二次元位置を確定する確定手段とを備えたことを特
    徴とするGPS航法装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のGPS航法装置
    において、確定手段によって確定された二次元位置を格
    納する位置データ記憶手段と表示手段とを備えて、前記
    位置データ記憶手段から読み出した位置データに基づく
    自動車の位置と地図記憶手段から読み出した地図情報に
    基づく地図を前記表示手段に表示してなるGPS航法装
    置。
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JPH03220413A (ja) * 1990-01-24 1991-09-27 Mazda Motor Corp 車両用ナビゲーション装置
JP2656144B2 (ja) * 1990-09-18 1997-09-24 三菱電機株式会社 車両用ナビゲーション装置
JP2003057329A (ja) * 2001-08-14 2003-02-26 Xanavi Informatics Corp 衛星からの信号を使用した位置検出装置

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