JPS63127172A - 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１ この発明は複数個の１ｊ３１からの電波を受信し自車の
位置をくりかえし測位する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Ｇ　Ｐ　Ｓ　（Ｇ　Ｉｏｂａｌ　　Ｐ　ｏｓｉｔ
ｉｏｎｉｎ。

５ｙｓｔｅｉ　）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距離をくり返し測定し、地
球上における車両・飛行機等の位置を高精度に測位する
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Ｖ０１゜８４、鬼７’８．５ＡＮＥ８
４−１２、自動車技術１９８５Ｖｏ１．３９−１　（衛
星航法グローバル・ボジショニング・システム））。

第牛図は、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
０６は混合器、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、１１１
は符号位相周期用数値制御光振器１１２は周波数逓倍器
、１１３は基準発振器、１１４は中央処理装置である。

　ところで前記Ｇ　Ｐ　Ｓ　Ｍ　＞ｉ装置を用いて車両
の位置を測位する場合、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、仁の誤差係数
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
ｔ。

ｎａｌ　　Ｄ　１ｌｕｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｐ　ｒｅｃ
ｉｓｉｏｎ）　、　ＨＤ　ＯＰ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ
　　Ｄｉｌｕｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
）。

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

ＰＤＯＰは、前記車両の３次元測位（例えば地球中心を
原点とした極座標（ｒ、０．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
を右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、ＨＤＯＰ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ＨＤＯ
Ｐ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）”＋（ＶＤＯＰ）２ という関係が成立している。

しかしながら、従来のＧＰＳ航法装買にあっては、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ＨＤ　ＯＰ　ｌａに比して
ＶＤＯＰ値が大きい場合には、ＰＤＯＰ値とＨＤＯＰ値
との関係が薄くなるため（前記関係式参照）、ＰＤＯＰ
値が最小となる′ＴｆｔＩ星群とＨＤＯＰ値が最小とな
る衛星群が全く賃なってしまい、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。

そこで、この欠点を改良する方法として、ＶＤＯＰ値が
最良となるＧ　Ｐ　Ｓ　ｂ７ｉ星群（以下ＶＤＯＰ最良
衛星群という）による３次元測位を行った後この測位デ
ータのうちの高度データを用いて、ＨＤＯＰ値が最良と
なるＧ　Ｐ　Ｓ衛星群（以下ＨＤＯＰ最良衛星群という
）による２次元測位を行う山車の水平位置を演鈴する事
を思いついた。

ところが、このようなものにおいては、通常、前記測位
を反復して行うに際して、自車高度はほぼ一定であると
の前提の下にＶＤＯＰ最良ＶｒＩ星群による測位は間欠
的に行うようにしている。このため、面記ＶＤＯＰ最良
衛星からの電波受信の時間間隔が著しく大きくなり、こ
の電波におけるドツプラー周波数ずれ・ＰＮコードずれ
が増大し、この周波数合せ等が困難になり、結果的に測
位の高精度化・短時間化が難しくなることが考えられる
。

［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粘度の測位を短
時間に行うことができるＧＰＳ航法装置を提供すること
である。

［発明の概要コ 前記目的を達成するために、本発明のＧＰＳ航法装置は
、ＶＤＯＰ最良衛星群からの電波で山車の高度を測位す
る等１測位手段と、前記高度データを用いてＨＤＯＰ最
良衛星群からの電波で山車の水平方向位置を測位する第
２測位手段と、前記ＶＤＯＰ最良衛星群とＨＤＯＰ最良
衛星群との共通衛星数が少なくなるにつれて前記第１測
位手段による測位頻度を増加させる測位頻度変更手段と
、を備えた。

本発明のＧＰＳ航法装置によれば、ＶＤＯＰ！良衛星群
とＨＤＯＰ最良衛最良上星群通衛星数が少なくなるにつ
れて前記第１測位手段で測位する測位頻度が増加される
ため、ＶＤＯＰ最良衛星群からの電波についてドツプラ
ー周波数合せＰＮココ−合せの時間間隔が長くなること
がなく、この周波数合せ等が精確かつ迅速に行われる。

［実施例］ 以下第１図・第２図・第３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ＧＰ
Ｓ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、第３図は前記フローチャ
ートに基づく受信・測位のシーケンスを示すシーケンス
図である。

第１図において、１はＧＰＳＷ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コード発生器・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
介して位相検出器で検波し、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
づいて山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ＶＤＯＰ最良衛星群選択器であり、測位演粋器５内
に記憶されているＧＰＳ衛星配置データに基づき、ＶＤ
ＯＰが最良となるＧＰＳ′＃星群（以下、ＶＤＯＰ最良
衛星群という）を選択する。

８はＨＤＯＰ最良衛星群選択器であり、測位演算器５か
らのＧＰＳ衛星配置データに基づき、ＨＤＯＰが最良と
なるＧＰＳＷ星群（以下、］」ＤＯＰ最良衛星群という
）を選択する。

９は受信衛星選択器であり、前記ＶＤＯＰｉ良衛星群及
び１」Ｄ　ＯＰ最良衛星群に共通する共通衛星を判別し
この判別結果に基づいてＶＤＯＰｆｆｉ良衛星群及びＨ
Ｄ、　ＯＰ最良衛星群による測位頻度を決定すると共に
、決定された測位頻度での衛星受信シーケンスを定める
。

１０は受信制御演算器であり、擬似距離測定器３内のＰ
Ｎコード発生器へＰＮコード選択信号・コード位相を与
える共に、軌道データ復調器４内の搬送波ＮＧＯ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。

電源投入によりシステムプログラムはスタートする。

ステップ２０１では、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・初期処理を行
う。

つい・でステップ２０２〜・２０８で、後述する本格的
測位のための予測的測位を行う。

すなわら、ステップ２０２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２０３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２０４では、ステップ２０３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２０５では、受信衛星の軌道データの収集要求
があるか否かを４判断し、軌道データの収集要求がある
場合には、ステップ２０６で軌道データを収集する。な
お前記軌道データの収集はおよそ１時間毎に行われ、そ
の間の軌道データは、前記収集された軌道データに基づ
いて時々刻々計算される。

ステップ２０７では、前記収集又は演口された衛犀位置
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
ることにより山車位置を演算する。

ステップ２０８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に表示する。

こうして子猫的測位を終了すると、次に、前記本格的測
位を行うべくステップ２０９へ進む。

ステップ２０９では、前記計０された衛星位置及び自車
位置データに基づいて、捕捉している衛星の内ＶＤＯＰ
Ｖｉが最小となる衛星の組み合せ（ＶＤＯＰ最良衛最良
上星群定する。例えば３次元測位する場合には４個の衛
星を決定する。

ステップ２１０では、ＨＤＯＰ値が最小となるＶｔＩ星
の組み合せ（ＨＤ　ＯＰ最良衛星群）を決定する。前記
ＶＤＯＰ最良衛最良上星群３次元測位で−得られた高度
データを用いて２次元測位を行う場合には３個の衛星を
決定する。

ステップ２１１では、前記ＶＤＯＰ最良衛最良上星群Ｏ
Ｐ最良衛星群との共通衛星数を算出する。

ステップ２１２では、前記共通衛星数がゼロであるか否
かを判断し、ゼロであればステップ２１３へ進みＶＤＯ
Ｐ最良衛最良上星群受信測位頻度とＩ−Ｉ　Ｄ　ＯＰ最
良衛星群からの受信測位頻度との比率を１対１に設定し
てステップ２０２へ戻る。

使方、共通衛星数がゼロでない場合にはステップ２１４
へ進む。

ステップ２１４では、前記共通衛星数が１であるか否か
を判断し、１である場合にはステップ２１５へ進み、前
記ＶＤＯＰ最良衛最良上星群受信測位頻度とＨＤＯＰ最
良衛星群からの受信測位頻度とを１対２に設定してステ
ップ２０２へ戻る。

ステップ２１４で、共通衛星数が２又は３である場合に
は、ステップ２１６を介してステップ２１７又はステッ
プ２１８へ進み前記ＶＤＯＰ最良￥Ｊ７星群からの受信
測位頻度とＨＤＯＰ最良衛星群からの受信測位頻度とを
それぞれ、１対３及び１対４に設定してステップ２０２
へ戻る。

次に前記設定された比率による、ＶＤＯＰ最良衛最良上
星群ＤＯＰｆｆｌ良衛星群からの受信・測位を第２図・
第３図を参照しながら説明する。

例えば、前記受信・測位比率がＶＤＯＰ　：　ＨＤＯＰ
＝１：１の場合には、ステップ２０２〜２０４で、ＶＤ
ＯＰ最良衛最良上星群ＤＯＰ最良衛星群の各衛星までの
擬似距離を演ａする。本例の場合、ＶＤＯＰ最良衛最良
上星群ＯＰ最良衛星群との共通衛生数はげ口であるから
、通常７個（ＶＤＯＰ最良衛星４個とＨＤＯＰ最良衛星
３個の合計７個）の衛星についての電波受信及び擬似距
離演算を行う。

ステップ２０５では、軌道データ収集要求が有るか無い
かを判断し要求が有る場合はステップ２０６で軌道デー
タを収集し要求が無い場合は直接ステップ２０７へ進む
。

ステップ２０７では、まず、前記ＶＤＯＰ最良衛最良上
星群測位データで口車の３次元位置を測位し、次にこの
３次元位置データのうらの高度データを用いて前記ＨＤ
ＯＰ最良衛星による２次元測位を行い自車の水平位置を
決定する。

ステップ２０８では、ステップ２０７で得られた山車位
置を表示器６上に表示された地図上に表す。

ステップ２０９〜２１２では、各衛星がまだ移動してい
ないので前記と同様の演算を行いステップ２１３へ進む
。そして以後、第３図（ａ）に示す如＜ＶＤＯＰ最良衛
最良上星群３次元測位とＨＤＯＰ最良衛星群による２次
元測位とを交互にくり返し時々刻々山車位置を表示器６
の地図上へ示していく。

ここに、高度変化が通常小さい車両等の測位にＪ５いて
、ＶＤＯＰ最良衛最良上星群測位をくり返し行うことと
したのは次の理由による。すなわち、前記共通衛星が存
在しない場合に、ＶＤＯＰ最良衛最良上星群電波受信を
長い時間間隔を置いて行うと、これらの衛星についての
ドツプラー周波数ずれ及びＰＮコード同期ずれが茗しく
大きくなり、ドツプラー周波数合せ・ＰＮコード合せが
雌しくなるからである。換言すれば、前記ＶＤＯＰ！良
衛星からの電波捕捉を確実にするためである。

次ニ、受信・測位比１ａがＶＤＯＰ　：　ＨＤＯＰ＝１
：２である場合を説明する。この場合にも、まずステッ
プ２０２〜２０８でＶＤＯＰ最良衛星群による３次元測
位及び）ＩＤＯＰＦ良衛星群車両る２次元測位を行い、
自車位置を測定する。

ついでステップ２０９〜２１５を介してステップ２０２
〜２０７へ戻ると、こんどは前回ループ処理で得られた
高度データは変化が無いとし、この高度データを用いて
ＨＤＯＰ最良衛星群による２次元測位のみを行いステッ
プ２０８で測位結果を表示器６上に表示する。

以後、この手続きを第３図（ｂ）に示す如く繰り返し順
次各測位結果を表示器６の地図上に表示していく。

また、竹記受信・測位比率が１対３．１対４の場合にも
第３図（Ｃ）、（ｄ）に示すように最初のループ処理で
ＶＤＯＰ最良衛星群による３次元測位及びＨＤＯＰ最良
衛星群による２次元測位を行い、２回目以後のループ処
理では最初のループ処理で得られた高度データをそのま
ま用いてＨＤＯＰＩ良衛星群車両る２次元測位のみ行い
自車の水平位置を順次波ｃ′５シ表示器Ｇ上に表示して
いく。

ここに共通衛星数が増大するにつれてＶＤＯＰ最良衛星
群からの測位頻度を減少させたのは、第一、に車両の場
合高度データが大きく変化しないことを考慮したからで
あるが、この他、共通衛星についてはくり返し電波受信
が行われるから、ＶＤＯＰＲ良衛星群全衛星群全体ドツ
プラー周波数ずれ・ＰＮコードずれが比較的小さくなる
ためである。

従って、前記実施例によれば、共通衛星数が少くなるに
つれてＶＤＯＰｉ良衛星群車両る測位頻度が増大される
のでこの衛星群からの電波受信の際、ドツプラー周波数
ずれ及びＰＮコード同期ずれ量が小さくなりこのドツプ
ラー周波数合せ等が容易かつ精確になり、結果的に測位
の高精度化・短時間化が可能となる。

また、共通衛星数が多くなった場合にはｖＤＯＰ最良衛
星群による測位が数回ごとに省略されるので、測位時間
を短縮できる。

なお、前記実施例において、更に、高度変化口に応し；
ＴＶＤＯＰ！車両星群とＨＤＯＰ最良ＩＩ群との選択比
率を修正することもできる。すなわら前記ＶＤＯＰ最良
衛星群による高度データの変化Ｒが大きい場合には、強
制的に館記選択比率を１に近づれるようにする。このよ
うにすれば、大きな高度データの変化による測位誤差の
発生を確実に防止することができる。また、前記の場合
において車速が大きい場合には、高度データ聞を参照す
ることなく直接車速データに基づいて前記比率Ｐを１へ
近づけるようにしてもよい。

なおこの発明は上記実施例に限定されるものではなく、
適宜の設計的変更を行うことにより、他の態様でも実施
し得るものである。

［発明の効果１ 以上説明したように、この発明によれば、ＶＤＯＰ最良
衛星群及びＨＤＯＰ最良衛星群からの電波で自車位置を
測位するＧＰＳ航法装置において、ｖｏｏｐ最良衛星群
とＨＤＯＰ！良衛星群車両共通衛星数が少なくなるにつ
れてＶＤＯＰＪｔ！良衛星群によ車両信測位頻度を増大
させるようにしだため、従来装置に比してはるかに高精
度の測位を短時間に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

ｆｆ！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図は舶記ＧＰＳ航、法装置の動作を
示すフローチャート、第３図は前記フローチャートに基
づく受信・測位のシーケンス図、第４図は従来のＧＰＳ
航法装置を示す図である。 ７・・・ｖｏｏｐｉ良衛星群車両器 ８・・・１１Ｄ　ＯＰ　Ｒ車両星群選択器９・・・受信
衛星選択器 代理人　弁理士　　三　好　保　男 ハ　　　　　ハ　　　　　＾　　　　　＾ｃＬＱフ 一ノ　　　　　　　　　−ノ　　　　　　　　　−ノ　
　　　　　　　　＼ノ第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の衛星からの電波を受信して地球上における
   自車位置をくり返し測定するＧＰＳ航法装置であって、 ＶＤＯＰ最良衛星群からの電波で自車の高度を測位する
   第１測位手段と、 この手段で測位された高度を用いてＨＤＯＰ最良衛星群
   からの電波で自車の水平方向の位置を測位する第２測位
   手段と、 前記ＶＤＯＰ最良衛星群とＨＤＯＰ最良衛星群との共通
   衛星数が少なくなったとき前記第１測位手段による測位
   頻度を、第２測位手段に対して増加させる測位頻度変更
   手段と、を備えたことを特徴とするＧＰＳ航法装置。
2. （２）前記測位頻度変更手段は、共通衛星数をｎとする
   とき前記測位頻度をＰ＝１／（ｎ＋１）とすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＧＰＳ航法装置
   。