JPS63117282A - Ｇｐｓ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］ この発明は、複数個の衛星からの電波を受信し自車の位
置を測位するＧＰＳ航法装置に関する。

［従来の技術］ 人工衛星を利用した測位システムとして現在米国等で開
発中のＧｐ　３　（Ｇ　Ｉｏｂａｌ　　ｐ　ｏｓｉｔｉ
ｏｎｉｎｇ３ｙｓｔｅｍ　）は、例えば４個の衛星から
の電波を受信することにより、該衛星までの距離を測定
し、地球上における車両・飛行機等の位置を測位するも
のであり、その原理・方法等については数多くの文献等
が発表されている（特開昭６０−１５５３、電気通信学
会技術研究報告Ｖａｔ、　８４．　＆７８．８ＡＮＥ８
４−１２、自動車技１１９８５Ｖ０１、３９−１　（ｆ
ｆｉ星航法グローバル・ボジショニング・システム））
。

第３図は、前記従来のＧＰＳ航法装置の一例で１０１は
アンテナ、１０２は高周波増幅器、１０３，１０５．１
０６ｔ、を混合器、１０４及び１０７は第１及び第２の
中間周波数増幅器、１０８は位相検出器、１０９は搬送
波位相同期用数値制御発振器、１１０は符号発生器、１
１１は符号位相周期用数値制御発振器、１１２は周波数
逓倍器、１１３は基準発振器、１１４は中央処理ｖｇ置
である。

ところで前記ＧＰＳ航法装置を用いて車両の位Ｕを測位
する場合、車両からみた衛星の配置によっては、測位誤
差が著しく大きくなることがある。

したがって、前記ＧＰＳ航法装置において、測位用衛星
としてどのような位置関係にある衛星を選択するかは、
大変重要な問題となる。そこで、前記車両から見た衛星
の配置に対して、測位誤差につながる誤差係数を演算し
、この誤差係数の大小により衛星を選択する方法が開発
されている。

前記の誤差係数としては、Ｐ　Ｄ　ＯＰ　（Ｐｏ５ｉｔ
ｉ。

ｎａｌ　　Ｑ　１ｌｕｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ｐ　ｒｅｃ
ｉｓｉｏｎ）　、　）−Ｉ　Ｄ　ＯＰ（Ｈｏｒｉｚｏｎ
ｔａｌ　　［）ｉｌｕｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｐｒｅｃｉ
ｓｉｏｎ）。

ＶＤＯＰ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　　Ｄｉｌｕｔｉｏｎ　　
ｏｆ　　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）等が知られている。

ＰＯＯＰは、前記車両の３次元測位（例えば地球中心を
原点とした掻出標値（ｒ、θ、ψ）の測位）の測位誤差
につながる誤差係数である。すなわち、所定のＰＤＯＰ
値を有する衛星群を用いて３次元測位を行うと、その測
位結果には該ＰＤＯＰ値に比例する測位誤差が伴う。

又、）−ＩＤＯＰは、水平方向の位置の測位における測
位誤差につながる誤差係数である。すなわち、所定のＨ
ＤＰＯ値を有する衛星群を用いて水平方向の位置を測位
すると、その測位結果には該ＨＤＯＰ値に比例する測位
誤差が伴う。

同様にＶＤＯＰは、垂直方向の位置の測位（高度測位）
の測位誤差につながる誤差係数である。

なお、これらの誤差係数の間には、 （ＰＤＯＰ）２ ＝　（ＨＤＯＰ）２　＋　（ＶＤＯＰ）２という関係が
成立している。

しかしながら、従来のＧＰＳ航法装置にあっては、前記
ＰＤＯＰ値のみに着目し、常に、該ＰＤＯＰ値が最小と
なる衛星を選択するようにしていたため、車両等の測位
において最も重要な水平方向の測位誤差が最小となる衛
星を選択できず、水平方向の測位結果が悪化してしまう
、という問題があった。特にＨＤＯＰ値に比してＶＤＯ
Ｐ値が大きい場合には、ＰＤＯＰ値とＨＤＯＰ値との関
連が薄くなるため（前記関係式参照）、ＰＤＯＰ値が最
小となる衛星群とＨＤＯＰ値が最小となる衛星群が全く
異なってしまい、大きな水平位置誤差が発生することと
なっていたのである。

これに対して、ＶＤＯＰｔｉｌｌ・）−ＩＤＯＰｌｉｌ
！が最小となるｖＤｏＰｆｆｉ最良衛星群−）（ＤＯＰ
（ｉ！！最良衛星群をそれぞれ選択し、−律に、前記ｖ
ｏｏｐ最良衛星群により自車の高度を測位すると共にこ
の高度データを用いてＨＤＯＰ最良衛星群による２次元
測位を行うことも考えられるが、この方法では測位用衛
星数が著しく増大するため、測位時間が長時間化してし
まい実用には供し難いという問題がある。

［発明の目的］ この発明の目的は、前記従来装置の問題点を解決するこ
とであり、従来装置に比較してはるかに高精度の測位を
行うことができるＧＰＳ航法装置を提供することである
。

［発明のｌｌ１ｔ要］ 前記目的を達成するため、本発明のＧＰＳ航法装置は、
打ち上げられている衛星の中からＰＤＯＰ値が最良とな
るＰＤＯＰ最良衛星群全衛星群このＰＤＯＰ最良衛星群
からの電波で自車の３次元位置を測位する第１測位手段
と、打ち上げられている衛星の中からＶＤＯＰ値が最良
となるＶＤＯＰ最良衛星群及びＨＤＯＰ値が最良となる
ＨＤＯＰ最良衛星群をそれぞれ選択し、前記ＶＤＯＰ最
良衛星群の電波で山車の高度を測位すると共にこの高度
データを用いて前記ＨＯＯＰ最良衛星群からの電波で自
己の水平方向の位置を測位する第２測位手段と、ＶＤＯ
Ｐ最良衛星群とＨＤＯＰ最良衛星群との共通衛星数に応
じて、該衛星数が少なければ前記第１測位手段により測
位し、多ければ前記第２測位手段により測位するよう測
位手段を選択する選択手段と、を具備した。

本発明のＧＰＳ装置に於ては、ｖＤＯＰＲ良衛星群とＨ
ＤＯＰ最良衛星群との共通衛星数に応じて、該衛星数が
少なければＰＤＯＰ最良衛星群による測位が行われ、多
ければＶＤＯＰ最良衛星群及びＨＤＯＰ最良衛星群よる
測位が行なわれる。

［実施例］ 以下第１図・第２図に基づいて本発明の一実施例を説明
する。第１図はこの発明の一実施例に係るＧＰＳ航法装
置のブロック図、第２図は前記ＧＰＳ航法装置の動作を
示すフローチャートである。

第１図において、１はＧＰＳ衛星（以下、衛星という）
からの電波を受信するためのアンテナである。

２は周波数変換器で、基準発振器・逓倍器・ミクサ増幅
器などから成り、アンテナ１から送られた受信信号を逓
倍器の出力信号を基準にして周波数変換する。

３は擬似距離測定器で、相関器・ＰＮココ−発生器・コ
ード位相設定切換器・擬似距離計測部等から成り、周波
数変換器２によって周波数変換された受信信号のＰＮコ
ードと内部で発生されたＰＮコードとの相関をとり、Ｐ
Ｎ復調を行う。

４は軌道データ復調器であり、帯域フィルタ・位相変換
器・搬送波ＮＧＯ・搬送波周波数切換器等から成り、擬
似距離測定器３からの相関出力信号を帯域フィルタを介
して位相検波器で検波し、受信信号の位相及び位相差を
検出する。

５は測位演算器で、軌道データ復調器４からの衛星軌道
データ及び擬似距離測定器３からの擬似距離データに基
づいて、自車の高度及び水平位置を演算すると共に、受
信信号のドツプラー周波数シフトに基づいてその速度及
び方位を求める。

６はＣＲＴなどの表示器で、測位演算器５で演算された
高度及び水平位置等を表示する。

７はＰＤＯＰ最良衛星群選択器であり、測位演算器５内
に記憶されているＧＰＳ衛星配置データに基づき、ＰＤ
ＯＰが最良となるＧＰＳ衛星群（以下、ＰＤＯＰ最良衛
星群という）を選択すると共に、このＰＤｏＰＲ良衛星
群についてのＶｆＩ星受信シーケンスを決定する。

８はＶＤＯＰ最良衛星群選択器であり、測位演算器５か
らのＧＰＳｔｆＪ星配置データに基づき、■ＤＰＯが最
良となるＧＰＳ衛星群（以下、ＶＤＯＰＲ良衛星群とい
う）を選択する。

９はＨＤＯＰ！良衛星群選択器であり、ＨＤＯＰが最良
となるＧＰＳ衛星群（以下、ＨＤＯＰ最良Ｗ１星群とい
う）を選択する。

１０は受信衛星選択器であり、前記ＶＤＯＰ最良衛星群
及びＨＤＯＰ最良衛星群に共通する共通衛星を判断する
と共に、当該各衛星群に底する全ての衛星による測位を
一回ずつ行うための衛星受信シーケンスを決定する。

１１は受信衛星切換器であり、前記共通衛星の数がゼロ
であれば、ＰＤＯＰ最良ｗＩ星群からの電波で測位を行
い、ゼロでなければ、受信衛星選択器１０で選択された
ＶＤＯＰ最良衛星群・１−（Ｄ。

ＰＲ良衛星群からの電波で測位するように、受信衛星の
切り換えを行う。

１２は受信制御演算器であり、擬似距離測定器３内のＰ
Ｎコード発生器八へＮコード選択信号・コード位相を与
えると共に、軌道データ復調器４内の搬送波ＮＣＯへ搬
送波周波数データを与える。

次に、第２図のフローチャートを用いて前記ＧＰＳ航法
装置の動作を説明する。

ステップ３００で電源を投入すると、ステップ３０１で
、現在時刻及び自車位置の設定・可視衛星の検索・初期
受信衛星の選択等の以後の演算に必要な初期処理を行う
。

ついでステップ３０２〜３０８で、後述する本格的測位
のための予備的測位を行う。

すなわち、ステップ３０２では、前記選択した衛星に対
するドツプラー周波数合せを行う。

ステップ３０３では、同様に選択した衛星に対するＰＮ
ココ−合せ、のタイミング制御を行う。

ステップ３０４では、ステップ３０３で得られたデータ
に基づき擬似距離を演算する。

ステップ３０５では、受信衛星の軌道データの収集要求
があるか否かを判断し、軌道データの収集要求がある場
合には、ステップ３０６で軌道デ−タを収集する。なお
、前記収集された軌道データに基づいて、その後の衛星
位置が時々刻々計算される。

ステップ３０７では、前記収集又は演算された衛星位置
とその衛星までの擬似距離とを航法方法方程式へ代入す
ることにより自車位置を演算する。

ステップ３０８では、前記測位結果に基づく自車位置を
表示器６に表示された地図上に表わすと共に、捕捉して
いる衛星に関する諸情報を該表示器６の片隅等に表示す
る。

こうして予備的測位を終了すると１次に、前記本格的測
位を行うべくステップ３０９へ進む。

ステップ３０９では、前記計算されたＷＩ星位置及び自
車位置データに基づいて、捕捉している衛星の内でＰＤ
ＯＰ値が最小となる衛星の組み合せ（ＰＤＯＰ最良衛星
群）を決定する。

ステップ３１０では、ＶＤＯＰ値が最小となる衛星の組
み合せ（ＶＤＯＰ！良衛星群）を決定する。

ステップ３１１では、ＨＤＯＰ値が最小となる衛星の組
み合せ（ＨＤＯＰ最良衛星群）を決定する。

ステップ３１２では、前記ＶＤＯＰ最良衛星群とＨＤＯ
Ｐ最良衛星群との共通の衛星数を算出する。

ステップ３１３では、前記共通の衛星数がゼロであるか
否かを判断し、ゼロであれば（適宜のフラグ等を１とし
て）ステップ３１４へ進み、ＰＤＯＰ最良衛星群のｗＩ
星番号・ＰＮコード位相・搬送波周波数・受信順番など
をレットする。

ステップ３１３で共通［ｒ重数がゼロでない場合には、
く前記フラグ等をゼロとして）ステップ３１５へ進み、
ｖ　ｏ　ｏ　ｐｅ良衛星群及びＨＤＯＰ最良衛星群の衛
星番号・ＮＰコード位相・搬送波周波数・受信順番など
をセットする。ここに前記共通衛星については、該衛星
からの電波を一回だけ受信するように、対応する受信デ
ータを１組だけセットする。例えばＶＤｏＰＲ良ＷＩ星
及び）−ＩＤＯＰ最良衛星数がそれぞれ４個及び３個で
あり、共通衛星数が２ｇＡである場合には、５個のＧＰ
Ｓ衛星の受信データをセットする。

こうしてＰＤＯＰ最良衛星群又はＶＤＯＰ及びＨＤＯＰ
最良衛星群の受信データがセットされるとステップ３０
２へ戻る。

而して、例えば前記ＶＤＯＰ及びＨＤＯＰ最良衛星群の
受信データがセットされている場合には、ステップ３０
２・ステップ３０３で、これらの衛星についてのドツプ
ラー周波数合せ・同期合せを順次行い、ステップ３０４
で該衛星群から自車位ｎまでの擬似距離を演算する。

ついで、ステップ３０５（及びステップ３０６）を介し
たステップ３０７では（前記フラグが１であることを確
認した後）、まず、前記ＶＤＯＰ最良衛星群の軌道デー
タと該衛星群からの擬似距離とに基づいて自車位置の３
次元測位を行う。続いてこの３次元測位で得られた高度
データと、前記ＨＤＯＰ最良衛星群の軌道データ及び該
ＨＤＯＰ最良衛星群からの擬似距離と、に基づいて水平
方向の位置を演算する。

ステップ３０７では、前記計算された自車の水平方向の
位置を表示器６の地図上に表示する。

なお、前記ステップ３０２で、ＰＤＯＰ値最良衛星群デ
ータがセットされている場合には（前記フラグがゼロで
あることを確認した後）、従来装置に於けると同様の方
法で自車位置を計算し、この計算結果を表示器６の地図
上に表示する。

そして以後、同様の手続を繰り返して自車の水平方向の
位Ｕを表示器６の地図上に順次表示していく。

なお、前記ステップ３０２・ステップ３０３のドツプラ
ー周波数合せ・同期合せには衛星１個につき１０秒〜６
０秒程度の時間を要する。

したがって、本実施例によれば、ＶＤＯＰ最良ｔ！ｊ星
群とＨＤＯＰ最良衛星群とに共通衛星が存在する場合に
は、水平方向の誤差が最も生じにくい（１−ＩＤＯＰ［
良〉衛星群により水平測位することができるから測位精
度を著しく向上させることができる。

また、前記の測位において、共通衛星については重複す
る電波受信を行わないようにしたので、測位時間を短縮
化できる。すなわら、前記ドツプラー周波数台せ・同期
合せ等には、１個の衛星につき１０〜６０程度の時間を
要するが、前記の如くしたため、例えば、共通衛星が１
個の場合には平均３０秒前後、２ｆＩＩの場合には平均
１分前後、測位′時間を短縮化できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明では、ＶＤＯＰ最良衛星群と
ＨＤＯＰ最良衛星群との共通衛星数が多い場合のみ、Ｖ
ＤＯＰＲ良衛星群からの電波で高度を測位し、この高度
データを用いてＨＤＯＰ最良衛星群からの電波で水平方
向の位置を測位するようにしたので、従来のＧＰＳ装置
に比してはるかに高精度の測位を迅速に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るＧＰＳ航法装置のブ
ロック図、第２図は前記実施例の動作を示すフローチャ
ート、第３図は従来のＧＰＳ航法装置のブロック図であ
る。 ７・・・ＰＤＯＰ最良衛最良衛星型 選択器８ＶＤＯＰ最良衛最良衛星型 選択器９ＨＤＯＰ最良衛星群選択器 １０・・・受信衛星選択器 １１・・・受信衛星切換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の衛星からの電波を受信し地球上の自車の位
   置を測位するＧＰＳ航法装置であつて、打ち上げられて
   いる衛星の中からＰＤＯＰ値が最良となるＰＤＯＰ最良
   衛星群を選択しこのＰＤＯＰ最良衛星群からの電波で自
   車の３次元位置を測位する第１測位手段と、 打ち上げられている衛星の中からＶＤＯＰ値が最良とな
   るＶＤＯＰ最良衛星群及びＨＤＯＰ値が最良となるＨＤ
   ＯＰ最良衛星群をそれぞれ選択し、前記ＶＤＯＰ最良衛
   星群の電波で自車の高度を測位すると共にこの高度デー
   タを用いて前記ＨＤＯＰ最良衛星群からの電波で自己の
   水平方向の位置を測位する第２測位手段と、 ＶＤＯＰ最良衛星群とＨＤＯＰ最良衛星群との共通衛星
   数に応じて、該衛星数が所定数より少なければ前記第１
   測位手段により測位し、多ければ前記第２測位手段によ
   り測位するよう測位手段を選択する選択手段と、 を具備したことを特徴とするＧＰＳ航法装置。