JPS636414A - ハイブリツド衛星航法のデ−タ処理方式 - 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、例えば自動車などの運行体の現在位置や速度
を演算し表示するハイブリッドな衛星航法のデータ処理
方式に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、自動車等の運行体に搭載される衛星航法装置
としてＧ　Ｐ　Ｓ　（Ｇ１ｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉ
ｎｇＳ２ｓｔｅ■）航法装置がある。

衛星航法装置で利用者の位置を３次元的に求めるには、
地球中心、地球固定座標系での３成分、緯度、経度、高
さくＸ、Ｙ、Ｚ）の３つの未知数を求めれば良い、ＧＰ
Ｓ航法装置は、位置がわかっている中高度軌道の複数個
の衛星から利用者までの距離を同時に受信測距するのが
その測位原理である。衛星の刻々の位置は軌道要素から
求めて３次元的に表現できる。利用者の３次元的な位置
を求めるには、３個の衛星からの距離が測定できれば、
それら３衛星の位置を原点とし、それぞれの距離を半径
とする３つの球面の交点（Ｘ、Ｖ、Ｚ）で利用者位置を
求めることができる。

このようにＧＰＳ航法装置では、衛星から利用者への電
波の一方向伝搬によって得られた信号により演算するも
のであるから、本来なら送信側（衛星）と受信側（利用
者）に高精度で、しかも良く合った時計を置いて、電波
の伝搬時間をその２つの時計で直接測定する方法をとる
必要がある。ところが、個々の利用者にそのような高精
度な時計を装備させることは、実際的でない、そこで利
用者は、複数の衛星からの電波を同時に受信し、各衛星
と利用者との間の時刻オフセットを含んだ擬似距離デー
タと各衛星の位置データにより利用者の位置を算出する
。すなわち衛星の時計に合致した時刻Ｔをもう１つの未
知数として追加し、位置に関する３つの未知数に加え、
４未知数（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｔ）を解く必要がある。そのた
めには、上空に散在する４個の衛星からの電波信号を受
信しなければならない、自動車等の運行体では高さの変
化は少ないので、高さに若干の誤差があっても緯度、経
度の２次元位置が大巾に狂って測位されることは少ない
、そのため、高さくＺ）には既知数を入れ、３個の衛星
からの３未知数（Ｘ、Ｙ、Ｔ）を解き、２次元測位をし
ている。

自動車等で山岳地帯や市街地のように、上空との間に遮
蔽物や電波障害物が多く、地形や運行環境の変化の激し
い地域を走行していると、常に３個の衛星からの信号を
受信できるとは限らず、２個の衛星からの信号しか受信
できない場合も多い６時には全く受信できない場合もあ
る。そのために従来、ＧＰＳ航法装置と共に、磁気方位
計などの方位センサおよび距離計より自動車の推測位置
を演算する装Ｍ（推測航法装置）を搭載している。受信
できる衛星が２個以下になった場合には推測航法装置に
より自動車の位置が演算されるようになっている。

一般にＧＰＳ航法装置は、他の航法装Ｍ（例えば推測航
法装置）に比べて測位精度が高い、上空に存在し受信可
能な衛星はなるべく分散しているほど測位精度が高い、
しかし、測位精度を示す幾何学的精度発散ＧＤＯＰ　（
または３次元の測位精度を示すＦＤＯＦ、水平方向精度
発散を示すＨＤＯＦ）がある−定レベル以上になってし
まった場合には、推測航法装置のほうが測位精度が高い
、このような受信状態になった場合にもＧＰＳ航法装置
は測位を中断し、推測航法装置により自動車の位置が演
算されるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

地形や運行環境の変化の激しい地域を自動車が走行して
いるとき、ＧＰＳ航法装置は、測位中に衛星信号の受信
レベルが低下して測位結果に大きな誤差が生じることが
ある。また自動車がトンネルを通過したりして、ＧＰＳ
航法装置が長時間測位しなくなり、推測航法装置が長時
間測位した結果、累積誤差が生じることがある。これら
の事態が生ずると、それ以前にＧＰＳ航法装置で測定し
た位置とは大幅に異なることがある。

従来の航法装置では、ＧＰＳ航法による測位と推測航法
による測位が互いに独立になされ整合していなかった。

そのため測定値の間に連続性がなく、信頼性に乏しいと
いう欠点があった。

本発明はこのような欠点を解消するためになされたもの
で、各測定値の間に連続性を付与し、信頼性を向上させ
るハイブリッド衛星航法のデータ処理方式を提供するも
のである。

〔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の、本発明を適用したハイブ
リッド衛星航法のデータ処理方式を以下に説明する。

本発明のハイブリッド衛星航法のデータ処理方式は、衛
星からの擬似距離データ信号および各衛星の位置データ
信号を受信して運行体の位置を測定する衛星航法と、運
行体に搭載された方位センサのデータおよび距離計のデ
ータにより運行体の位置を測定する推測航法との両者に
より測定位置が得られるデータ処理方式である。そして
衛星航法による測定毎の距離差、運行体から受信衛星に
対する幾何学的精度発散値および受信衛星の信号レベル
をパラメータとし、衛星航法による測定値と推測航法に
よる測定値に重み付け平均をする。

〔作用〕

前記によって測定値に重み付け平均したことにより、衛
星航法による測定毎による測定値相互、または衛星航法
による測定値と推測航法による測定値とが整合し、連続
性が付与される。

〔実施例〕

本発明を適用するハイブリッド衛星航法のデータ処理方
式を、その方式を実施するための第１図のブロック回路
図を用いて説明する。

同図において、１は衛星信号受信用アンテナ、２は受信
部、３はＧＰＳ演算処理部、４は制御部、５は位置表示
操作部、６は測位データ較正部、７は推測位置演算部、
８は方位センサである磁気方位計、９は距離計、１０は
これらの機器を搭載した自動車である。

以下にその動作を説明する。

ＧＰＳ航法装置は、位置表示操作部５に自動車１０の初
期位置、日付１時刻が入力されると測位動作に入る。入
力された自動車１０の初期位置データは制御部４に転送
される。それにもとすき制御部４は、測位に用いる衛星
の選択をし、その衛星を受信するよう受信部２に指令す
る。この指令を受けて受信部２はアンテナ１から送られ
てきた衛星信号をデータ復調し、衛星の擬似距離を測定
する。そして受信部２は、衛星の航法メツセージデータ
および衛星の擬似距離データをＧＰＳ演算処理部３に送
る。演算処理部３はこれらのデータをもとにして自動車
１０の位置を計算する。−方、磁気方位計８は自動車１
０の進行方向を検出して方位データとして推測位置演算
部７に入力させる。距離計９は車輪の回転数を検知して
走行距離データとして推測位置演算部７に入力させる。

推測位置演算部７はこれらのデータから自動車ｌＯの推
測位置を計算する。このようにしてＧＰＳ航法と推測航
法により、夫々測定位置が得られる。

−方、制御部４から測位データ較正部６へ受信衛星の信
号レベルおよび幾何学的精度発散値（ＧＤＯＰ、ＦＤＯ
Ｆ、ＨＤＯＦ）が送られる。

これらをパラメータとして、測位データ較正部６はＧＰ
Ｓ航法の測定位置と推測航法の測定位置の重み付け平均
値を求め、この値を出力データとして位置表示操作部５
に送る。そして位置表示操作部５では自動車ｌＯの位置
を出力する。

測位データ較正部６によりＧＰＳ航法の測定位置と推測
航法の測定位置の重み付け平均値を求めるには以下のよ
うにしてなされる。

ＧＰＳ航法の測位精度に影響を与える要素には主として
、幾何学的精度発散（ＧＤＯＰ、ＰＤＯＰ、ＨＤＯＰ）
および擬似距離データの精度がある。擬似距離データの
精度は受信衛星の信号レベルとの相関が高い、そこで擬
似距離データの精度を受信衛星の信号レベルに置きかえ
て見る。

幾何学的精度発散の最高値を２０としこれを１０等分す
る（例えばＰＤＯＰ＝２０．１８，１６、・・・　２）
、その順に重み付け値Ｖ、（１，２，３１，、、、、、
１０）をもつ（例えばＰＤＯＰ＝２のときＶｌ＝１０と
なる゛）。

また受信衛星の信号レベルの最高値から最低値までを１
０等分し、高い値から順次重み付け値ｖ２を１０．９．
８１．、、、、、ｉと与える０重み付け値ｖ２は、受信
している衛星の中で最低のレベルで受信している衛星の
受信レベルより求める。このとき、ＧＰＳ航法の測定位
置の重み付け値ＷＱは。

ＷＧ　＝ＶＩ　ＸＶ２　／　ｌ　ＯＯ として与える。また、推測航法の測定位置の重み付け値
ＷＱは、 ＷＯ＝　１−　ＷＧ として与えられる。

ここでＧＰＳ航法の測定位置のｘＹＺ座標軸位置をＸＧ
　、ＹＧ　、ＺＧ　とし、推測航法による測定位とのＸ
ＹＺ座標軸位置をｘｏ　、ｙｏ　、ｚｏ　とすると、測
位データ較正部による測位出力データのｘＹＺ座標軸位
置は、 Ｘ＝”ＮＧ　　ＸＧ　　＋ＷＤ　　ＸＤｙ＝ｗＧｙａ　
＋ｗｏ　ｙ。

Ｚ＝ＷＧ　ＺＧ　＋ＷＤ　２０ として求まることになる。

受信衛星の信号レベルの重み付け値Ｖｚ　、幾何学的精
度発散値の重み付け値ｖ１が共に１０ならば、推測航法
の自動車１０位置はＧＰＳ航法の測定位置によって更新
されることになる。

このようにして測位出力は、大きな誤差を生じることな
く表示され、またＧＰＳ航法の測位が中断された時も推
測航法のみの自動車１０位置の出力データも、以前、精
度の高いＧＰＳ航法装置の測位データによって更新され
ているので誤差の少ないものとなる。

なお、測位データ較正部６によりＧＰＳ航法の測定位置
と推測航法の測定位置の重み付け平均値を求めるには、
前記の方法以外に以下のような方法でもよい。

測位データ較正部６による前回の測位出力データのｘ、
ｙ、ｚ座標軸位置をｘｔｏ、　　ｙｔｏ、　　ｚｔｏと
し、ＧＰＳ航法による今回の測定位置の座標軸位置をＸ
Ｇｔｌ　、　　ＶＧｔｌ　、　　ＺＧｔｌ　とし、推測
航法装置による今回の測定位置の座標軸位置をＸＤｔｌ
、７Ｄｔｌ、ＺＤｔｌ　　とする・このとき（ｘ　ｃｔ
＋、　ｙ　ａｔ＋。

ｗＧｔｔ　）と（ｘｔｏ、ｙｔｏ、Ｚ　ｔｏ）との距離
ｎｅｔ＋および（ｗＧｔｔ、ｗＧｔｔ、ｗＧｔｔ　）と
（Ｘｔｏ、ｙｔｏ、Ｚ　ｔｏ）との距ｍＩ）ｏｔ＋を夫
々求める。

ｈｔ＋−（ｗＧｔｔ−ｘｔｏ）２＋（ｗＧｔｔ−ｙｔｏ
）２＋（ｗＧｔｔ−ｚｔｏ）２Ｄｏｔ＋＝　（ｗＧｔｔ
−ｘｔｏ）２＋（ｙｏｔｔ−ｙｔｏ）”（ｗＧｔｔ−ｚ
ｔｏ）２ここでＧＰＳ航法の測定位置の重み付け値ＷＧ
　　　−は、 ｗｃ　　＝Ｄｏｔ＋　　／　　（ＤＧＴＩ　　＋Ｄｏｔ
＋　　）とし、推測航法装置の測定位置の重み付け値Ｗ
Ｄは。

ｗｏ　＝Ｄａｔ＋　／　（ＤＧＴＩ　＋Ｄｏｔ＋　）と
する、これにより、前例と同様に、測位データ較正部に
よる測位出力データのＸＹＺ座標軸位置（ｘ、ｙ、ｚ）
が求まる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を適用したハイブリッド衛
星航法のデータ処理方式は、衛星航法による測定毎によ
る測定値相互、または衛星航法による測定値と推測航法
による測定値とが整合し、連続性が付与される。したが
って出力される測位出力データが連続性のある信頼性の
高いものとなり、地形や運行環境の変化の激しい地域を
走行する自動車等に応用するには最適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するハイブリッド衛星航法のデー
タ処理方式を実施するためのブロック回路図である。 １　３．衛星信号受信用アンテナ ２　　、受信部　　　３０．　演算処理部４　　　制御
部　　　５．　　位置表示操作部６　、　　測位データ
較正部 ７１．推測位置演算部 ８、　、磁気方位計　９　　、距離計 １００．　　自動車 特許出願人　　日本無線株式会社 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、衛星からの擬似距離データ信号および各衛星の位置
   データ信号を受信して運行体の位置を測定する衛星航法
   と、運行体に搭載された方位センサのデータおよび距離
   計のデータにより運行体の位置を測定する推測航法との
   両者により測定位置が得られる航法において、前記衛星
   航法による測定毎の距離差、運行体から受信衛星に対す
   る幾何学的精度発散値および受信衛星の信号レベルをパ
   ラメータとし、前記衛星航法による測定値と前記推測航
   法による測定値に重み付け平均をし、前記衛星航法によ
   る測定毎による測定値相互、または前記衛星航法による
   測定値と前記推測航法による測定値とに連続性を付与す
   ることを特徴とするハイブリッド衛星航法のデータ処理
   方式。