JPS63238480A - 車両用ナビゲ−シヨン装置 - Google Patents

車両用ナビゲ−シヨン装置

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Publication number
JPS63238480A
JPS63238480A JP7271287A JP7271287A JPS63238480A JP S63238480 A JPS63238480 A JP S63238480A JP 7271287 A JP7271287 A JP 7271287A JP 7271287 A JP7271287 A JP 7271287A JP S63238480 A JPS63238480 A JP S63238480A
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JP
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vehicle
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data
satellite
present position
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JP7271287A
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English (en)
Inventor
Masaki Kakihara
正樹 柿原
Futoshi Shoji
正路 太
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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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、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5
8−70117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。
ずなわち、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。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、いわば、基準とさ
れた地点との相対位置として測定されているので、走行
距離や方位の測定誤差による精度の低下を生じる。
そこで、衡屋から発射させる高波を利用して、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′#星システム
(Global  Positioning3 yst
en+、以下、GPS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メ一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)。
(発明が解決しようとする問題点) 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、自己の現在位置を絶対位置として捕えることがで
きるので、方位センサを利用した現在位置認識手段にお
けるような誤差の累積による測定精度の低下という問題
はなくなるのであるが、GPSを利用した現在位置の測
定yfR度は、30メ一トル程度のバラツキがあり、こ
のバラツキは各IIj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、このようなこと
から現在位置の測定精度が低下するおそれが大きいとい
う問題がある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記のような従来のナビゲーション装置にお
ける測定精度の問題に鑑み、できる限り現在位置の検出
′IR度を高めることができるようにして上記問題を解
決せんとするものであり、そのための手段して、停車中
において現在位置の補正を行なって現在のできる限り正
確な位置を把握し、この補正して正確となった現在位置
を次の走行に際しての現在位置の基準となし、現在位置
の検出精度を高くしようとするものである。具体的には
、本発明のナビゲーション装置は、第1図に示すように
、′#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(a)と、車両の停止状態を検出す
る停車検出手段(b)と、この停車検出手段(b)によ
って車両の停止状態が検出されているときには、′#星
初利用測位手段a)によって継続して現在位置の測定を
行なうとともにこの測定の都度、車両の停止状態が検出
されたときから今までの測定データの平均値を求め、こ
の平均値を現在のデータとして読取るデータ補正手段(
C)とから構成されており、データ補正手段(C)を介
して送られてくる現在位置のデータを、ナビゲーション
コントールユニット(d)を介してCRT (表示器)
 (e)に表示するようにしている。
(作用) 上記ナビゲーシ」ン装置を用いた場合、WI星利用測位
手段(a)によって検出された車両の現在位置のデータ
はデータ補正手段(C)およびナビゲーションコントロ
ールユニット(d)を介してCRT(e)上に表示され
るのであるが、データ補正手段(C)においては、停車
検出手段(b)によって車両が停止していることが検出
されている場合には、衛星利用測位手段(a)による現
在位置の測定を継続するとともに、その測定の都度、停
止状態が検出されたときから現時点までに測定された現
在位置の平均値を求め、この平均値を現在位置のデータ
として読取って現在位置のデータが順次補正される。衛
星利用測位手段(a)による位置の測定精度は、前述の
ようにある程度のバラツキがあるのであるが、このバラ
ツキは真の現在位置を中心に正規分布に近いバラツキで
あると考えられ、停車中において継続して現在位置の測
定を行なうとともにこの測定値の平均値を求めると、こ
の平均値は真の現在位置に近ずくので、この停車中にお
ける現在位置のデータ補正により、現在位置の測定精度
を高めることができる。そして、次に走行するときには
、この精度が高められた現在位置に基づいてCRT上に
現在位置の表示が行なわれる。
(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2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、
vtI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4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、車−速センサ4は車両の停車状
態を検出する停車検出手段上しての役割を果たし、′#
星初利用測位手段1よび車速センサ4からの信号を受け
た制a装置10において、停車状態が検出されていると
きには現在位置の測定は継続するが、この測定の都度、
停車状態が検出されてから現時点までの測定データの平
均値を惇出し、この平均値を現在位置のデータとして記
憶するようになっている。
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9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
ROM11a、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W1.1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、この場合おい
て、車速センサ4により停車状態が検出されている場合
には、表示器16(例えば、CRT)への現在位置の表
示は、停車状態が検出される直前の測定データを表示さ
せたまま保持し、停車中においては、表示器1θ上での
現在位置を示す点を静止保持するのが好ましい。これは
、停車中においても検出された現在位置をそのまま表示
すると、検出位置精度の問題から測定現在位置にバラツ
キがあるため、車両は静止しているのに表示された現在
位置が変動するという不都合を避けるためである。なお
、この後、車両が動きだすと、上述のようにして停車中
において測定データを平均することによって補正された
現在位置のデータが発進時の現在位置として用いられ、
これ以降の位置表示はこの補正後の位置を基準に行なわ
れる。
ここで、まず、1flI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@の′#星のうち、受信可能領域
(視野)内の4個の衛星81〜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、WI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f!jWめ
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の受性データ等に慕づいて各
′If1足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
i星S1、S2、S3があり、それぞれの衛星81.8
2、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、$3と受信点9間の距離が
求まり、受信点Pは各′#星S1、S2、S3を中心と
する三つの球面の交点とじ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′ff1星の数
をもう1個j台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△tu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△tu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R1とΔtucだけ異なる距離の測定値を疑似
距離と呼ぶ。WI星iに対する疑似距fltRi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fR間、△tsviは′#星iの時計・
の時間オフセットである。′#屋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、△tsviの値を計篩できる形にして1ff
lから送信する形をとる。三次元測位をするには1==
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△tU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ツプラー周波数、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、′#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′#星の位置および衛星上の時
計の状態を利用者が知らなければならず、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10.23 M Hz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LsVg送波(1575,
42MH2)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Lz
l送波(1227,6MH2)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
測距信号として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′#I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、軍と特に認めら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、上記し1、し2両搬送波を
直交変調する形で送信され、繰り返しM度が10.23
 Mbit /s 、長さが1週間続く長いコードであ
る。C/Aコードは租測位(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、Ll 、12両搬送波を変
調する形で送信され、繰り返し速度が1.023Mbi
t /sで、長さは1,023ビツト、すなわち、1r
MS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溝成される。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I用遅延補正
、時計補正データの年代、時計補正用基準時間、G’P
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
、軌道孔れの補正項、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■が各′#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′#星の麿(aln
anac )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WI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wI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、′#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81c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
気象制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n2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、GPS受信機2の前段に接続されたアンテナ31、
プリアンプ32および帯域フィルタ33を有する。
上記GPS受信受信線水晶発振器38が発振する基準周
波数信号に基づいて衛星の送信器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、り
Oツク発振回路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′#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チヤンネルのGP
S受信橢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W1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可能で
ある。また、5チャンネル受信機の場合は、4チヤンネ
ルで4個の衛星の同時連続追尾・行い、これと並行して
他の1チヤンネルで次のj星の予備捕捉を行い、使用衛
星の切り換えを瞬1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本伴う誤差
は全て距離に換算され、利用者等1■@l (User
  E quivalent  Range  E r
ror。
UEREと略称される)と呼ばれる。このUEFEの原
因とPコードにおける原因別の大きさのり称値は後掲の
第1表の通りである。C/AコートにおけるLIERE
は電離層の誤差と受信機の誤大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を乗するだけで求まり、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% ) ト’i:5 tL ティ6゜ぴ   
             第  1  表に    
  利用者装置の等価測距誤雅の腎      種類と
大きさくPコード)キ 以上のような構成のナビゲーション装置による現在位置
認識の作動について、第7図の70−チャートを用いて
説明する。この作動は、まず、ステップ71においてG
PS受信器2が衛星からの電波を受信しているが否かの
判断をなし、受信していない場合は、現在位置の認識が
できなので何の作動も行なわないで上記判断を繰返す・
一方・GPS受信器2によりWtmからの電波が受信さ
れている場合にはステップ72において、車両が停車状
態にあるか否かを判断する。この判断は車速センサ4か
らの信号に基づいて行なわれ、停車状態のときには、ス
テップ73に進み、ここで測定カウント数Nを1つだけ
進める。この後、ステップ74に進んで合計値Xおよび
Yに測定座標値Xおよびyを加え、この加えた値を合計
値XおよびYとして読取り、この合計値XおよびYを上
記カウント数で序して平均値X′およびy′を求める。
なお、上記合計値の初期値は零である。そして、ステッ
プ75において上記平均値X′およびy′を現在位置を
示す座標値として記憶する。以下、停車が継続するかぎ
り、上記ステップを繰返し、測位の都度、停車開始直後
から現在までの測定値の平均値を新しい現在位置として
記憶して現在位置の補正が行なわれる。
一方、ステップ72において車両が発進して走行状態に
なったと判断されると、ステップ76においてカウント
数Nを零にリセットし、ステップ77において合計fj
n×およびYを零にリセットする。そして、GPSによ
る測定値の座標値Xおよびyをそのまま現在位置として
読取る。以下、上記作動を繰返すことにより、CRT上
には走行に応じて移動する車両の現在位置の表示がなさ
れる。
なお、以上においてはGPSを利用したナビゲーション
装置につりで説明したが、GPSはトンネル内走行のよ
うに条件によってはがなり測定精度が低下することがあ
り、このようなことがらGPSを利用する測位装置に加
えて地磁気センサ等の方位センサを利用して現在位置の
め識を行なわせる装置も併用することが多い。この地磁
気センサにおいては、走行方位の測定誤差が測位精度の
低下の主たる原因であり、このためこの走行方位の誤差
の補正を正確に行なうことができれば、地磁気センサに
よる現在位置の測定v1度もがなり向上させることがで
きる。ここで、上記のように停車中におけるGPSを利
用した現在位置の測定を行なったデータを利用すること
が考えられる。すなわち、少なくとも2か所において車
両が停車した場合に、この2か所の位置の測定精度は上
記本発明に係る停車中でのデータ補正手段による補正を
行なった測定によりかなり正確に行なうことができるの
で、この2か所における測定値から車両の方位を正確に
算出することができ、この方位に基づいて地磁気センサ
の方位の補正を行なわせれば、かなり正確な方位の補正
を行なうことができ、地磁気センサを用いた現在位置の
測定精度がかなり高まる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、停車検出手段に
よって車両が停止していることが検出されている場合に
は、衛星利用測位手段による現在位置の測定を継続する
とともに、そ゛の測定の都度、停止状態が検出されたと
きから現時点までに測定された現在位置の平均値を求め
、この平均値を現在位置のデータとして読取って現在位
置のデータが順次補正されるようになっているので、衛
星利用測位手段による位置の測定精度にはある程度のバ
ラツキがあるのであるが、このバラツキは真の現在位置
を中心に正規分布に近いバラツキであると考えられ、上
記平均値は真の現在位置に近ずくので、この停車中にお
ける現在位置のデータ補正により、現在位置の測定精度
を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2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、 m3図はGPSの概略を示す斜視図、 第4図はGPSの測位の原理の説明図、第5図は西星の
送信回路のブロック図、第6図は′#星初利用測位手段
ブロック図、第7図は本発明に係るナビゲーション装置
の作動を示すフローチャートである。 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・・・G
PS受信器   4・・・車速センサ10・・・制tl
l]装置     16・・・表示器20・・・送信回
路 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 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、車両の停止状態を検出する停車
    検出手段と、該停車検出手段によつて車両の停止状態が
    検出されているときには、上記衛星利用測位手段によつ
    て継続して現在位置のデータを測定するとともに、その
    測定の都度、車両の停止状態が検出されたときからの測
    定データの平均値を求め、該平均値を現在の位置のデー
    タとして読取るデータ補正手段とからなることを特徴と
    する車両用ナビゲーション装置。
JP7271287A 1987-03-26 1987-03-26 車両用ナビゲ−シヨン装置 Pending JPS63238480A (ja)

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US07/174,418 US4912645A (en) 1987-03-26 1988-03-25 Automotive navigation system

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Cited By (3)

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