JPS62261087A - 移動体の衛星航法装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、衛星からの電波を受信して、地上を走行する
車両等の測位を行う移動体の衛星航法装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、走行車両の位置を検出し、ナビゲーションを行う
装置として、地磁気センサ、レートジャイロセンサ等を
用いて測位を行う手段がある。しかし、このような手段
では、走行距離が積算されるにしたがって誤差が累積さ
れるという問題点がある。

これを解決する装置として、複数の衛星からの電波（以
下、衛星電波という。）に基づいて車両の位置を検出す
るＧ　Ｐ　Ｓ　（Ｇｌｏｂａｌ　ｒ’ｏｓｉｔｉｏｎｉ
ｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）がある。

すなわち、第２図に示すように、衛星１が所定の軌通に
２１個配置され°Ｃ１これにより地上のあらゆる場所に
て常時ｉｌっ以上の衛星電波を受信できるようになって
いる。一方、移動体側の衛星航法装置では、複数の衛星
電波を受信機にて受信し、各ｉ’ｄｊ　Ｍを中心とした
移動体との距離を３つ測定し、衛星を半径とした円の交
点を求める。ここで、３つの電波を受信すれば、移動体
の測位が可能になるが、実際には、電波の伝搬時間を測
定するためには、受信側に非常に正、確な時計を持つ必
要があり、これは困難であるため、実際には、４番目の
衛星電波を時間補正用として用いて衛星との距離を求め
ていることから、４つの衛星電波を受信している。この
ようにして円の交点で求めた移動体の現位ｉδを経瓜、
緯度及び高度に換算して、表示装置の地図」ユに移動体
の現位置を表示している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記３次元的に測位する装置では、地上に衛Ｍ
電波を遮る建物等があった場合に、３つ以下のｕｔｉ　
Ｅ−電波しか受信できない場合があり、このとき、２次
元測位しかできず、走行車両の正確な位置が不明になる
という問題点がある。

［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になされた本発明は、第１図
に示すように、 複数の衛星からの電波に基づいて移動体の測位を行う衛
星航法装置において、 少なくとも３つ以上のｆｆｆｊ星からの電波を受信して
各電波を分離して出力する受信ｌｉ！Ａと、この受信機
Ａからの各電波に基づいて各衛星との距離を測定する第
１の演算手段Ｂと。

高度を含む地図情報を予め記憶している地図情報記憶手
段Ｃと、 移動体の高度演算値を設定する高度演算値設定手段りと
、 上記第１の演算手段Ｂにて求めた距離と高度演算値設定
手段りの高度演算値とに基づいて移動体の現位置を求め
る第２の演算手段Ｅとを具備し、上記高度演算値設定手
段りは、高度演算値における初期値を設定する初期値設
定手段ｄ１と、上記第２の演算手段Ｅからの現位置を示
す結果と地図情報の高度とに基づいて高度演算値を求め
るとともに、高度演算値を順次更新して設定する高度演
算値更新手段ｄ２とを有してなることを特徴とするｖｔ
ｉ星航法装置を要旨とする。

なお、初期値設定手段ｄ１とは、３次元測位を行う手段
を、本発明の構成とともに組み込んだものでは、３次元
測位の最終的な高度演算値を出力する手段や、ＧＰＳの
電波が受信できないときに、地磁気方位センサやジャイ
ロセンサ等の補助センサを用いて移動体の現位置を測位
し、この現位置に対応する地図上の高度により、現位置
での高度情報を出力する手段等により構成することがで
きる。

［作用］ まず、本発明において、少なくとも、３つ以上の衛星電
波を受信機Ａにて受信し、各電波を分離して出力する。

これらの各電波は、第１の演算手段Ｂに入力されて各衛
星との距離が測定される。

一方、高度演算値設定手段りでは、まず、初期値設定手
段ｄ１から初期値が出力される。この初期値は、第２の
演算手段Ｅに入力されて上記第１の演算手段Ｂにて求め
た各衛星からの距離とともに、移動体の現位置が求めら
れる。移動体の現位置は、高度演算値更新手段ｄ２に入
力されて、ここで、地図情報記憶手段Ｃからの地図情報
と比較されて現位置における地図上の高度演算値が求め
られる。

そして、この高度演算値は、第２の演算手段Ｅに送られ
、初期値又はすでに入力されている高度演算値を更新す
る。そして、更新された高度演算値と衛星との距離に基
づいて移動体の現位置が求められ、表示装置等の地図上
に移動体の位置が表示される。

したがって、衛星との距離が３つしが求められない場合
であっても、順次更新される地図上の高度情報により補
償されて、移動体の現位置が求められるので、精度の高
い現位置が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の一実７１１！例を図面にしたがって３）
ト明する。

第３図は衛星航法装置を示すブロック図であり、所定の
軌道上を移動している人工１η１星からの電波、すなわ
ち、１．５７５ＧＨｚと１．２２７ＧＨｚのスペクトラ
ム拡散変調を行ったｉＱｉ星電減電波信して所定の処理
をすることにより、車両の現位置を求めて表示する装置
である。

第３ＵｊＵにおいて、衛星航法装置は、アンテナ部６５
、本体部６６、電子制御口ｉ？８９０、表示装置１４か
ら構成されている。

上記アンテナ部６５は、アンテナ７１．第１受信周波数
変換器７２および第１受信局部発信器７２ａから構成さ
れ、アンテナ７１で受信された１゜５７５　［ＧＨｚ］
の信号が第１受信周波数変換器７２にて第１受信局部発
信器７２ａの発信信号と混合されて、７５．４２　［Ｍ
Ｈｚコの第１中間周波数に変換されて本体部６６に伝送
される。

本体部６６では、該伝送された信号が第２受信周波数変
換器７３にて第２受信局部発信器７３ａの発信信号と混
合されて１０．７　［ＭＨｚｌの第２中間周波数に変換
され、その後に、第１チャンネル７１１．第２チャンネ
ル７５．第３チヤンネル７６、第４チヤンネル７７に配
分される。各チャンネル７４ないし７７の構成は同様で
あるので、第１チヤンネル７４を一例として説明する。

第１チヤンネル７４のスペクトラム逆拡散器８１に入力
された第２中間１４波数の１３号は、疑似雑音発生器８
２から出力される疑σス雑音と混合されて、もとのＰＳ
Ｋ（Ｐｈａｓｅ　　５ｈｉｆｔ　　Ｋｅｙｉｎｇ）信号
にＩＭ、調される。その後、帯域ろ波器８３を通過し、
後述する電子制御回路９０により制御される第３受信局
部発信器８４の局部発信周波数を用いて第３中間周波数
変換器８５で４５５　［ＫＨｚｌの第３中間周波数に変
換される。

該第３中間周波数に変換された信号は、ドツプラーシフ
トを含まないように補正されている。この信号は、復調
器８６により復調されて、電子制御回路９０に入力され
る。

また、ディジタルカウンタで構成されたレンジ測定器８
７は、各衛星から受信点までの距離に相当する疑似レン
ジ信号を測定して電子制御回路９０に出力する。

電子制御回路９０は、ＣＰ　Ｕ　９０　ａ　、　ＲＯＭ
　９０ｂ、ＲＡＭ９０ｃを中心に３１−理演算回路とし
て構成され、コモンバス９０ｄを介して入出力部９、　
　Ｏｅに接続されて各チャンネル７４ないし７７、およ
び表示装置１４との間で信号の伝達を行う。

次に、上記衛星航法装置６２の電子制御回路９０により
実行される車両の測位処理について第４図のフローチャ
ートに基づいて説明する１本フローヂャートは、所定距
離走行する毎に繰り返して実行される。

まず、ステップ１００にて、受信機の本体部６６から車
両と衛星との距離を読み込んだ後に、反テップ１１０に
進み、３次元測位が可能か否かの判定が行われる。すな
わち、１！１１星からの電波が４つ受信でき、３次元測
位に必要な衛星と車両との４つの距離情報が求めらる状
！序であるが否かについて判定し、４つ以上束められる
状態である場合には、ステップ１２０にて３次元Ｊｉｉ
１位による車両の現位置が求められる。

３次元測位の処理は、第５図に示すフローチャートによ
り実行される。

すなわち、ステップ４００にて、ＲＯＭ９０ｂに記憶さ
れている各ｔｒｔｉ　ＪＬのｌ１ｌｌＬ逅要索に基づい
て、測位精度がＭ高となる４つの衛星の組み合わせを選
択する処理が行われる０次にステ・ンプ４０５に進み、
上記４つの衛星に対応した疑（Ｉｊ、　’ｚＴ！音符号
全符号する。続くステップ４１０にて、該疑似雑音符号
を各チャンネルの疑似雑音発生器８２に出力する０次に
ステップ４１５に進み、ドツプラー周波数を算出する。

続くステップ４２０にて、該ドツプラー周波数に応じて
定めた第３受信局部発信周波数を第３受信局部発信器８
４に出力する１次に、ステップ４２５に進み、衛星から
の信号と、同期が完了するまで待機し、同期するとステ
ップ４３０に進む。

ステップ４３０では、復調器８６で復調されたデータを
読み込む処理が行われる。続くステップ４３５では、顔
データ中の１９ｉ星の軌う４要素を１土用して所定の時
刻の各衛星の位置を算出する処理が行われる。これは、
ケプラーの方程式を繰り返して解くことにより実現され
る０次にステップ４４０に進み、レンジ測定器８７から
レンジ測定値を読み込む処理が行われる０次に、ステッ
プ４４５にて、受信点の緯度、経度、高度および受信側
の時計とＧＰＳ時間との差を未知数とした方程式を解く
ことにより、受信点の現在位置を算出する処理が行われ
る。

すなわち、各衛星と受信点間との電波伝搬時間から各衛
星までの距離を求め、衛星を中心とする各距離を各々半
径として、各衛星を中心とする球の交点が受信点の現在
位置となる。こうして求められた現位置は、第４図のス
テップ１８０にて表示装置１４の地図上に表示される。

一方、第４図のステップ１１０にて、３次元測位かでき
ないと判定された場合、すなわち、衛星からの電波が３
つしか受信できず、衛星との距離が３つしか求められな
い状！古の場合には、ステップ１３０にて、２次元測位
の処理が初めてか否かの判定が行われる。ここで、初め
てと判定された場合には、ステップ１４０にて、車両の
現位置の高度ＥＯを推定する。高度のｔＩＩ定手段とし
ては、たとえば、直１）りまで３次元測位を行っていた
場合にその３次元測位における最終の高度を与えるもの
、または、大木の車両の現位置における高度が地図上か
ら明らかな場合にその高度を与えるもの、あるいは車両
の位置するその地域又は全地域の平均高度の代表値を与
えるもの等がある。

ついで、ステップ１５０に進み、高度情報を含んだ地図
情報をＲＯＭ９０ｂから読み込んだ後に、２次元測位に
よる距離とステップ１４０にて求めた推定高度ＥＯとか
ら車両の現位置（Ｎｌ、Ｅｌ）を演算するくステップ１
６０）、ここで、車両の現位置は、地球の中心として推
定高度ＥＯを半径とした１つの球と衛星との２つの距離
とを第５図と同様な処理により現位置を求める０次に、
ステップ１７０にて、車両の現位置（Ｎ１．Ｅｌ）およ
び地図とを用いて、地図上の位置に対応する高度Ｈ１（
＝　（ＮＬ、Ｅｌ））が演算される。そして、ステラ１
１８０にて、車両の現位置が表示装置１４の画面上の地
１図に表示されて、一旦本処理を終了する。

そして、次回の処理にて、２次元測位状ＩＢが継続して
いる場合、つまり、ステップ１３０にて、２次元測位が
初めてでないと判定された場合には、ステップ１５０に
て地図情報の読み込みの後に、ステップ１６０にて、＋
ｆ：ｉ回の処理（ステップ１７０）にて求めた高度Ｅ１
と今回の処理で求めた衛星との２つの距離から車両の現
位置（Ｎ２．Ｅ２）が求められる。そして、この現位置
（Ｎ２．　Ｅ２＞における地図上に対応する高度Ｅ２　
（＝　（Ｎ２゜Ｅ２））を求めて、さらに前回求めた高
度情報Ｅ１をＥ２に更新するとともに、表示装置１４に
車両の現位置（Ｎ２．Ｅ２＞を表示する。

以後、この処理を繰り返すことにより、車両の２次元側
位の距離と、逐次更新される高度とから、車両の現位置
（Ｎｎ、Ｅｎ）が求められて、表示装置１４に表示され
る。

したがつζ、上記実施例によれば、衛星電波の障害等に
より３次元測位が不可能になった場合に、地図上の高度
情報に補足された２次元測位が行われる。

すなわち、上記第４図のフローチャー１・では、車両の
現位置（Ｎｎ、Ｅｎ）に対応する高度を、予め記憶され
ている地図上の高度情報により求めて、この高度を３次
元測位が不可能な場合の補足情報として用いている。

このような第４図のフローチャートの処理を繰り返して
行うことで現位；ξは、第６７のように車両の真の現位
置に逐次近づいていく、というのは、車両は山岳地帯を
走行以外には、走行の際に、通常、高度の急激な変ｆヒ
がないために、真の現在地を（Ｎ、Ｅ）とすると、測位
した位置は、（Ｎ１゜Ｅｌ）→（Ｎ２．Ｅ２）→（Ｎ３
．Ｅ３）へと、逐次真の位置に近づいていく。

特に、演算の繰り返し処理の途中にて、正しい高度Ｈｎ
が求められると（偶然に求められた場合も含む、）、急
速に、真の現位置を求めることができる。そして、一旦
真の現位置におけろ高度悄報が求められると以後の現位
置の演算結果は、すべて真の現位置を出力することにな
る。

つまり、山岳地帯以外の地域を走行中の車両では、地表
上の高度は、どこでもあまり差がないので、大木の高度
情報を与えた後に、地図情報から精度のよい高度情報が
得られるので、迅速に車両の現在位置を正確に求めるこ
とができる。

しかも、従来の技術で説明したような、位置を地磁気セ
ンサ等により求めるものより、精度の高い現在位置が求
めることができる。

なお、上記実施例では、３次元測位の保障装置として用
いているが、２次元測位の装置として単独で構成して簡
単な構成の衛星航法装置としてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、２次元測位によ
っても、予め記憶されている高度情報を含む地図情報に
より、精度の高い移動体の現位置が求められるので、た
とえば、３次元測位を行っている場合に、地上に衛星か
らの電波を遮る建物等があっても、走行車両の正確な位
置を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成の一例を示す構成図、第２図はＧ
ＰＳの原理を説明する説明図、第３図は本発明の一実施
例による車両の衛星航法装置を示すシステム構成図゛、
第４図は同実施例により処理されるフローチャート、第
５図は３次元測位による処理を示すフローチャート、第
６図は同実施例の作用を説明する説明図である。 Ａ・・・受１３機　　　　　　Ｂ・・・第１の演算手段
Ｃ・・・地図情報記憶手段 Ｄ・・・高度演算値設定手段 ｄｌ・・・初期値設定手段 ｄ２・・・高度演算値更新手段 Ｅ・・・第２の演算手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数の衛星からの電波に基づいて移動体の測位を行う
   衛星航法装置において、 少なくとも３個以上の衛星からの電波を受信して各電波
   を分離して出力する受信機と、 この受信機からの各電波に基づいて各衛星との距離を測
   定する第１の演算手段と、 高度を含む地図情報を予め記憶している地図情報記憶手
   段と、 移動体の高度演算値を設定する高度演算値設定手段と、 上記第１の演算手段にて求めた距離と高度演算値設定手
   段の高度演算値とに基づいて移動体の現位置を求める第
   ２の演算手段とを具備し、 上記高度演算値設定手段は、高度演算値における初期値
   を設定する初期値設定手段と、上記第２の演算手段から
   の現位置を示す結果と地図情報の高度とに基づいて高度
   演算値を求めるとともに、高度演算値を順次更新して設
   定する高度演算値更新手段とを有してなることを特徴と
   する移動体の衛星航法装置。