JPH0814493B2

JPH0814493B2 - 車両用ナビゲ−シヨン装置

Info

Publication number: JPH0814493B2
Application number: JP8190487A
Authority: JP
Inventors: 正樹柿原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPS63247612A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動車のナビゲーション装置、特に、衛星
からの電波を受信して車両の現在位置を認識する衛星利
用測位手段と、地磁気、走行距離などに基づき走行履歴
を検出してこの走行履歴に基づき現在位置の検出を行な
う走行履歴測位手段を備えたナビゲーション装置に関す
るものである。

（従来の技術）自動車のナビゲーション装置としては、例えば特開昭
58-70117号に開示されているように、車両の現在位置お
よびその周辺の地図を表示器の画面上に表示して走行案
内を行うものが知られている。このようなナビゲーショ
ン装置における車両の現在位置認識手段として、地磁気
センセ等の方位センサを利用したものがすでに実用化さ
れている。すなわち、車速センサおよび上記方位センサ
により、ある基準となる地点からの車両の走行距離およ
び方位を検出し、これにより車両の現在位置の認識を行
うようにしたものである。さらに、方位センサによら
ず、左右の車輪の回転差、ハンドルの舵角等の検出によ
り方位を算出するということも考えられている。しかし
ながら、このような従来の現在位置認識手段では、車両
の現在位置が、基準とされた地点からの走行に応じた方
位変化に対応する走行距離の積算により算出される、す
なわち、基準地点からの走行履歴に基づいて現在位置が
基準地点に対する相対位置として測定されるので、走行
距離や方位の測定誤差による精度の低下を生じ、この精
度低下は、基準地点から離れれば離れる程大きくなる。
なお、このような基準地点からの走行履歴に基づいて現
在位置の測定を行なう手段を走行履歴測位手段と称す
る。

上記のようなことから、衛星から発射させる電波を利
用して、車両の現在位置を、いわば絶対位置として測定
することが考えられる。例えば、現在開発中の全世界測
位衛星システム（Global Positioning System.以下、GP
Sという）を利用して、車両の現在位置を絶対位置とし
て測定することが考えられる。このGPSは、４つの人工
衛星（NAVSTARと呼ばれる）から発射される電波に基づ
いて車両の現在位置を、測位精度30メートル程度で測定
することが可能である（利用が一般に開放されるC/Aコ
ードの場合）。

このようなGPSにより現在位置を検出する衛星利用測
位手段を備えたナビゲーション装置を用いた車両におい
ては、例えば、車載のCRT等の画面に走行区域の地図を
表示し、この地図上に上記衛星利用測位手段により検出
した現在位置を表示するようになっている。なお、車両
が走行するとこれに伴ってその現在位置も移動するた
め、この移動を画面上に表示する必要がある。このた
め、上記ナビゲーション装置においては所定間隔を置い
て各衛星からの電波を繰返し受信するとともに各受信毎
に現在位置の検出を行なって、車両の走行に伴う移動を
画面上に表示するようになっている。

（発明が解決しようとする問題点）上記ナビゲーション装置を用いた場合、車両の現在位
置を絶対位置として検出することができるので、走行履
歴測位手段におけるような累積誤差の問題はなくなるの
であるが、GPSを利用した現在位置の測定精度は、30メ
ートル程度のバラツキがあり、このバラツキは各衛星の
位置や衛星からの電波の受信状態によりさらに悪化する
ことが多く、この場合には衛星利用測位手段により測定
された現在位置の測定誤差が走行履歴測位手段により測
定された現在位置の測定誤差より大きくなるという問題
がある。特に、走行履歴測位手段による測定誤差は走行
距離に比例して大きくなる累積誤差であるので、測定開
始地点からの走行距離が小さいときには、衛星利用測位
手段による測定誤差の方が大きくなりやすい。

（問題点を解決するための手段）以上のように、衛星利用測位手段を用いて現在位置の
測定を行なうと、現在位置を絶対位置として把握するこ
とができるのであるが、衛星からの電波の受信状態が良
くないときや、走行距離が少ないときなどの場合には、
衛星利用測位手段の測定誤差の方が走行履歴測位手段の
測定誤差より大きくなるという問題に鑑みてなされたの
が本発明で、このため本発明においては上記問題を解決
する手段として、衛星利用測位手段による現在位置の測
定を行なわせるとともにこの測定の誤差の大きさを検知
し、この測定誤差の大きさに基づいて上記測定された現
在位置を中心とする現在位置の認識誤差範囲を算出し、
走行履歴測位手段により測定された現在位置が上記認識
誤差範囲内に位置するか否かを判断してこの認識誤差範
囲外に位置するときには、衛星利用測位手段により測定
された現在位置を現在位置を示す値として読込む制御装
置を備えている。なお、この制御装置においては、走行
履歴測位手段により測定された現在位置が上記認識誤差
範囲内に位置する場合には走行履歴測位手段により測定
された現在位置が現在位置を示す値として読込まれるこ
とになる。

（作用）上記構成の本発明に係るナビゲーション装置を用いる
場合には、衛星利用測位手段による現在位置の測定と走
行履歴測位手段による現在位置の測定とを共に行なわせ
るのであるが、制御位置において、このときの衛星利用
測位手段の測定誤差の大きさを検知し、この測定誤差に
基づいて衛星利用測位手段により測定される現在位置の
認識誤差範囲が算出されるとともに、この認識誤差範囲
外に走行履歴測位手段による測定現在位置が位置してい
るか否かが判断され、認識誤差範囲外に位置している場
合には衛星利用測位手段による測定位置が現在位置を示
す値として読込まれ、認識誤差範囲内に位置していると
きには走行履歴測位手段による測定位置が現在位置を示
す値として読込まれる。これによって上記両測位手段の
うちの測定精度の高くなっている方による測定位置を現
在位置として認識させ、現在位置の測定精度を向上させ
るようにしている。

（実施例）以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図は本発明に係る車両用ナビゲーション装置の１
例を示す全体構成図である。このナビゲーション装置
は、衛星からの電波を受信するGPS受信器２と、車速を
検出する車速センサ4aと、地磁気を検出する地磁気セン
サ4bと、GPS受信器２により受信された電波から車両の
現在位置を認識したり、車速センサ4aおよび地磁気セン
サ4bからの信号に基づく走行履歴から現在位置を認識し
たりするする現在位置認識手段３と、この現在位置認識
手段３からの信号を受けて、種々の信号制御を行なう制
御装置10とを有してなる。さらに、この制御装置10に
は、地図情報等を記憶したコンパクトディスク、ROM等
からなる記憶装置５および種々のキー操作を行なう操作
装置７が、それぞれデコーダ６およびエンコーダ８を介
して接続されるとともに、CRT等の表示器16およびビデ
オRAM15が表示制御装置14を介して接続されている。

GPS受信器２と現在位置認識装置３とにより衛星利用
測位手段１が構成され、一方、車速センサ4aと地磁気セ
ンサ4bと現在位置認識装置３とにより走行履歴の算出お
よびこの走行履歴に基づく現在位置の認識を行なう走行
履歴測位手段９が構成されている。また、記憶装置５は
道路、建物等車両の走行案内に必要な内容が表わされた
地図等を記憶している。操作装置７は、運転者等が操作
できるキースイッチ等であり、この操作に応じて表示器
16に表示される内容を切換えたりすることができるよう
になっている。

制御回路10は、演算回路12およびこれに接続されたRO
M11a,RAM11bを備えたマイクロコンピュータからなり、
演算回路12はインタフェイス13を介して図示の如く現在
位置認識装置３等に接続されている。そして、この制御
回路10において、現在位置認識装置３からの信号に基づ
いて車両の現在位置の算出がなされ、この現在位置の周
辺の地図を記憶装置５から引出してこの現在位置を表示
器16に表示させたり、ビデオRAM15に記憶させたりす
る。なお、現在位置認識装置３による現現在位置の認識
は、上述のように衛星利用測位手段１による認識と走行
履歴測位手段９による認識との２種類のものがあるが、
この制御装置においては、例えば、衛星利用測位手段１
による現在位置の測定誤差の大きさを検知してこの衛星
利用測位手段１により測定された現在位置を中心とする
現在位置の認識誤差範囲を算出し、走行履歴測位手段９
により測定された現在位置が上記認識誤差範囲外にある
ときには衛星利用測位手段１により測定された現在位置
の値を読取ってこの位置を表示器16上に表示させ、一
方、走行履歴測位手段９により測定された現在位置が上
記認識誤差範囲内にあるときには走行履歴測位手段９に
より測定された現在位置の値を読取ってこの位置を表示
器16上に表示させるようになっている。なお、衛星利用
測位手段１による測定誤差の大きさは、後述する劣化係
数GDOP（Geometrical Dilution Of Precision）により
求めることができ、走行履歴測位手段９による測定誤差
の大きさは走行距離に比例する値であるため、走行距離
に累積誤差として生じる比率を乗じて求めることができ
る。

ここで、まず、衛星利用測位手段１について説明す
る。衛星利用測位手段１は、例えば第３図に概略的に示
すようなGPSにおいて、地上の主制御局1aが適当に分散
配置された例えば４基の地上アンテナ1bを介して制御す
る18〜21個の衛星のうち、受信可能領域（視野）内の４
個の衛星S1〜S4から送信される電波に基づいて車両の現
在位置を測定する。GPSの利用者部分を構成するもので
ある。なお、この衛星利用測位手段１の測位精度は、衛
星の位置、衛星の摂動、電離層の状態等によって測位精
度が低下したり、ごく短時間ではあるが地域的に測位不
能になったりし、また、例えばトンネル内走行等、地上
の障害物によって必要な電波の受信が困難になったり、
不可能になったりする。

衛星利用測位手段１における測位精度の低下の度合
は、劣化係数および電界強度により変動するものであ
る。すなわち、劣化係数は、測位の際の利用衛星と車両
との幾何学的関係で決まる値であって、劣化係数が大き
くなると測位誤差も増大し、測位精度を低下させること
となる。これ以外の上記測位精度の低下要因は、電界強
度の低下となって現われる。そして、上記劣化係数が増
大し、あるいは電界強度が低下すると、測位誤差が増大
することになる。この劣化係数は、測位の際の利用衛星
の位置データが、地上アンテナ1bによる衛星の追跡結果
および地上のモニタ局1cの受行データ等に基づいて各衛
星から送信されるので、これらから求めることが可能で
あり、電界強度は、衛星から受信した電波の強さで検出
することが可能である。

GPSによる測位の原理は次の通りである。

電波の送信点と受信点に完全に同期した時計があっ
て、送信信号がその時計で制御されていたとすると、受
信点でその受信のタイミングを測定すれば送受信点間の
電波の伝搬時間を求めることができ、それに光速度を乗
ずれば送受信点間の距離を求めることができる。今、第
４図に示すように、利用者の視野（受信可能領域）に３
個の衛星S1、S2、S3があり、それぞれの衛星S1、S2、S3
が互いに同期した時計によって測距信号を送信していた
とする。受信点Ｐでこれら信号の受信時間を測定すれば
各衛星S1、S2、S3と受信点Ｐ間の距離が求まり、受信点
Ｐは各衛星S1、S2、S3を中心とする三つの球面の交点と
して求めることができる。しかし、受信点Ｐの時計を送
信点のものに同期させることは、技術的に問題があるう
え、受信機を安価にする上でも不利である。この問題は
信号を受信する衛星の数をもう１個増加することにより
解決される。第４図はこのことを理解し易いように二次
元的に示している。もし、受信点の時計がΔtuだけ各衛
星の時計よりも遅れていたとすると、測定される三つの
円の半径は実際のものよりもΔtuc（ｃは光速度）だけ
大きくなり、本来１点で交わるべき三つの円は交わらな
くなる（実線図）。この三つの円が１点で交わるように
Δtucの値を調整して行けば、受信点Ｐの位置と同時に
Δtuも求めることができる。GPSではこのように衛星ｉ
に対する真の距離RiとΔtucだけ異なる距離の測定値を
疑似距離と呼ぶ。衛星ｉに対する疑似距離Riは Ri＝Ri＋ｃΔtai＋ｃ（Δtu−Δtsvi）で表される。ここで、Δtaiは電離層と対流圏における
電波の遅延時間、Δtsviは衛星ｉの時計の時間オフセッ
トである。衛星上の原子時計は互いに同期させる代わり
にそのオフセット値を測定し、その予測を行い、Δtsvi
の値を計算できる形にして衛星から送信する形をとる。
三次元測位をするにはｉ＝１〜４の４個の衛星について
四つの疑似距離の測定値を使って位置座標三つとΔtuと
いう合計四つの未知数を解くことができる。同様にし
て、衛星からの信号のドップラー周波数、即ち、疑似距
離変化率の測定値を使えば、利用者の三次元の速度の測
定ができる。

なお、衛星の位置を基準にして利用者の位置を求める
場合、時々刻々変化する衛星の位置および衛星上の時計
の状態を利用者が知られなければならず、これらのデー
タも後述のようにして衛星から放送される。

各衛星には主制御局1aから地上アンテナ1bを介して送
信される電波を受信するための図示しない受信回路と第
５図に示す送信回路20が搭載される。この送信回路20
は、例えば10.23MHzの基準周波数信号を出力する基準周
波数発振回路21と、これから出力される基準周波数信号
の周波数を154倍に逓倍して第１の搬送波であるL₁搬送
波（1575.42MHz）を形成する逓倍器22と、基準周波数信
号の周波数を120倍に逓倍して第２の搬送波であるL₂搬
送波（1227.6MHz）を形成する逓倍器23とを有してい
る。また、この送信回路20は、基準周波数信号から所定
周期のクロック信号を形成するクロック形成回路24と、
基準周波数信号とこのクロック信号から測位信号として
ＰコードとC/Aコードと呼ばれる２種類のコード信号を
形成するコード発生回路25と、上記クロック信号により
タイミング制御され、時々刻々変化する衛星の位置およ
び衛星上の時計の状態に関するデータを出力するコンピ
ュータ26を有する。Ｐコードは高精度で、軍と特に認め
れた利用者しか利用できない秘密のコードであり、コン
ピュータ26から出力されるデータと重畳されてから、上
記L₁、L₂両搬送波を直交変調する形で送信され、繰り返
し速度が10.23Mbit/s、長さが１週間続く長いコードで
ある。C/Aコードは粗測位（標準測位）とＰコードの捕
捉用に使われ、かつ、一般に公開されるコードである。
このC/Aコード信号は、コンピュータ26から出力される
データと重畳された後、L₁、L₂両搬送波を変調する形で
送信され、繰り返し速度が1.023Mbit/sで、長さは1,023
ビット、すなわち、1msごとに繰り返される。なお、上
記C/Aコード発生回路は、例えば、10段のシフトレジス
タ２個を用いるゴールド符号発生回路で構成される。上
記コンピュータ26が出力するデータは、地上の制御部分
で測定および予測をして、衛星の図示しない記憶回路に
納めておき、順次読み出される。これらのデータは例え
ば50bit/sの送信速度で、所定のタイミングで伝送され
る。なお、このデータ中には、テレメータ語、ハンドオ
ーバ語、電離層補正用パラメータ、１周波受信機用遅延
補正、時計補正データの年代、時計補正用基準時間、GP
Sシステム時間、軌道予測の年代、軌道要素の基準時
間、軌道要素基準時間における平均近点角、離心率、長
半径の２乗根、昇交点赤経、軌道傾斜角、近地点引数、
昇交点の摂動、平均運動の補正、傾斜角補正用パラメー
タ、軌道乱れの補正項、衛星の識別番号、データサブフ
レームの基準時間、衛星の健康状態等のデータが含まれ
ている。また、利用者の受信機が各衛星の信号を受信し
得る期間の予知、視野の中の衛星から最高の測位精度が
得られる衛星の組み合わせの選択、衛星からの信号をで
きるだけ早く捕捉するための受信回路の事前設定等がで
きるように、システムに属する他の衛星の暦（almana
c）データも含まれている。

上記制御部分は主制御局1aと、地上の複数（４箇所以
上が予定されている）の定点に配置された地上アンテナ
1bと、地上の複数（４箇所以上が予定されている）の定
点に配置されるモニタ局1cを有している。主制御局1aは
地上アンテナ1bを介して衛星を追跡し、その結果によっ
て衛星上の時計と衛星の軌道とを予測し、それらを衛星
から放送するように衛星のメモリ中に入れるためのデー
タの送信をするとともに、その他、衛星の制御に必要と
するテレメータの受信、コマンドの受信を行うために設
けられ、大型計算機と一連の運用管制制御卓を備えた有
人施設である。モニタ局1cは衛星からの信号の受信機、
原子時計及び対流圏遅延計算のための気象測器を備えた
無人局である。

利用者部分である衛星利用測位手段１は、第２図に示
すように、所要の衛星の信号を受信するGPS受信機２と
その受信信号から車両の現在位置を測定し、現在位置に
対応する位置信号を出力する現在位置認識装置３とを有
する。また、第６図に示すように、衛星利用測位手段１
には、全体的なタイミング制御信号である基準周波数信
号を出力する水晶発振器38と、この基準周波数信号から
信号処理手段37の動作タイミングを制御するクロック信
号を形成するクロック発振回路39を備えるとともに、GP
S受信機２の前段に接続されたアンテナ31、プリアンプ3
2および帯域フィルタ33を有する。

上記GPS受信機２は水晶発振器38が発振する基準周波
数信号に基づいて衛星の送信機20の搬送波および衛星の
位置および衛星上の時計の状態に関するデータと同じパ
ターンの信号を作り出す周波数合成回路61と、クロック
発振回路39が出力するクロック信号を入力し、測距信号
と同じパターンを有するコード信号を形成するコード発
生回路62と、上記周波数合成回路61およびコード信号発
生回路62の出力信号によって衛星上の時計と衛星の軌道
に関するデータおよび搬送波を相関検波するデータおよ
び搬送波検波器63と、上記コード発生回路62が出力する
コード信号により上記測距信号を相関検波するコードロ
ック検波器64を有している。また、上記信号処理手段37
はクロック発振回路39の出力するクロック信号によって
タイミング制御される。

なお、第６図には受信チャンネルが１チャンネルのGP
S受信機２が示されているが、受信チャンネルを２チャ
ンネル設け、第１の受信チャンネルは視野内の４つの衛
星からの信号の順次切換え受信用に専念させ、第２の受
信チャンネルは各衛星からの放送データの取得と次に受
信する予定の衛星からの信号の予備的な捕捉などに当
て、第１の受信チャンネルの衛星からのデータ取得のた
めの順次受信停止による測位の中断をなくすことが可能
である。また、５チャンネル受信機の場合には、４チャ
ンネルで４個の衛星の同時連続追尾を行い、これと並行
して他の１チャンネルで次の衛星の予備捕捉を行い、使
用衛星の切り換えを瞬時に行うことが可能である。

ところで、GPSでは、上記疑似距離の測定に伴う誤差
は全て距離に換算され、利用者等価測距離差（User Equ
ivalent Range Error.UEREと略称される）と呼ばれる。
このUEREの原因とＰコードにおける原因別の大きさの公
称値は後掲の第１表の通りである。C/AコードにおけるU
EREは電離層の誤差と受信機の誤差がともに数倍になる
と考えられている。

GPSの測位誤差値（測位精度）はこのUEREと、劣化係
数GDOPを乗ずるだけで求まり、C/Aコードでは測位精度
が確率誤差用の半径（CEP）で公称40m（50％）とされて
いる。

また、走行履歴測位手段９は、第２図に示すように、
車速センサ4aと、地磁気センサ（磁気コンパス）4bとこ
れらの出力から車両の現在位置を測定し、その現在位置
に対応する位置信号を制御装置10に出力する現在位置認
識装置３とを有する。車速センサ4aは公知の回転数セン
サ等が用いられ、このセンサ4aによる車速を積分するこ
とにより、走行距離が算出され、この走行距離を地磁気
センサ4bにより検出した走行方向の変化に対応させて累
積することにより、走行の履歴を得ることができ、これ
により基準地点からの走行経路を算出し現在位置の測定
がなされる。このような走行履歴測位手段９については
既に良く知られているのでその詳細説明は省略する。

以上において説明した衛星利用測位手段１および走行
履歴測位手段９を有するナビゲーション装置による現在
位置の認識を行なう作動を第６図に示すフローチャート
および第７図の説明図に基づいて説明する。この作動で
は、まず、ステップ71において走行履歴測位手段９によ
る現在位置Pd（Xd,Yd）の測定がなされる。次いで、ス
テップ72において衛星からの電波が受信されているか否
かの判断がなされ、受信されている場合には衛星利用測
位手段１による現在位置Pg（Xg,Yg）の測定がなされ
る。なお、このとき同時に、衛星利用測位手段１による
測定現在位置の測定誤差の大きさΔLgが算出される。こ
の測定誤差ΔLgは、前述のように、利用者等価測距離差
（UERE）に劣化係数（GDOP）を乗じることによって算出
される。この後、ステップ73に進み、上記のようにして
求めた衛星利用測位手段１による測定誤差ΔLgの大きさ
を、衛星利用測位手段１による測定現在位置と走行履歴
測位手段９による測定現在位置との距離“D"と比較す
る。Ｄ＞ΔLgの場合には、ステップ74において衛星利用
測位手段による測定値Pg（Xg,Yg）が現在位置として読
込まれて表示器16に現在位置として表示されるととも
に、この位置が以後の走行履歴測位手段９による現在位
置測定のための基準位置Po（Xo,Yo）として記憶され
る。一方、ステップ72において衛星からの電波が受信さ
れていないことが検知された場合には、ステップ75に進
み、ステップ71において走行履歴測位手段９により測定
した値Pd（Xd,Yd）を現在位置として読込み、この位置
を表示器16に表示させる。また、衛星からの電波が受信
はされているが、ステップ73においてＤ≦ΔLgと判定さ
れた場合には、ステップ75に進み、走行履歴測位手段９
による測定値Pdが現在位置として読込まれる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、衛星利用測位
手段による現在位置の測定と走行履歴測位手段による現
在位置の測定とを共に行なわせ、制御装置において、こ
のときの衛星利用測位手段の測定誤差の大きさを検知
し、この測定誤差に基づいて衛星利用測位手段により測
定される現在位置の認識誤差範囲を算出させるととも
に、この認識誤差範囲外に走行履歴測位手段による測定
現在位置が位置しているか否かを判断させ、認識誤差範
囲外に位置している場合には衛星利用測位手段による測
定位置を現在位置を示す値として読込ませ、認識誤差範
囲内に位置しているときには走行履歴測位手段による測
定位置を現在位置を示す値として読込ませるようにして
いるので、現在位置の測定の都度、上記両測位手段のう
ち測定精度の高くなっている方による測定位置を現在位
置として認識させ、現在位置の測定精度を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るナビゲーション装置の１例を示す
全体構成図、第２図はGPSの概略を示す斜視図、第３図はGPSの測位の原理の説明図、第４図は衛星の送信回路のブロック図、第５図は衛星利用測位手段のブロック図、第６図は本発明に係るナビゲーション装置により現在位
置の認識を行なう作動を示すフローチャート、第７図は上記現在位置の認識の作動を説明するための説
明図である。１……衛星利用測位手段、1a……主制御局 1b……地上アンテナ、1c……モニタ局２……GPS受信器、4a……車速センサ 4b……地磁気センサ、９……走行履歴測位手段 10……制御装置、16……表示器 20……送信回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星からの電波を受信して車両の現在位置
を測定する衛星利用測位手段と、走行履歴に基づき現在
位置の測定を行なう走行履歴測位手段とを有してなり、上記衛星利用測位手段による現在位置の測定および上記
走行履歴測位手段による現在位置の測定を行なわせると
ともに、上記衛星利用測位手段による現在位置の測位誤
差の大きさを検知し、該測定誤差に基づき上記衛星利用
測位手段により測定された現在位置を中心とする現在位
置の認識誤差範囲を算出し、上記走行履歴測位手段によ
り測定された現在位置が上記認識誤差範囲外に位置して
いる場合には上記衛星利用測位手段により測定された現
在位置を現在位置を示す値として読込む制御装置を有す
ることを特徴とする車両用ナビゲーション装置。