JPS6391583A - 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】 本発明は自動車用ＧＰＳ航法装置に関し、−層詳細には
、全世界測位システム（ＧｒｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎ
ｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ、以下ＧＰＳシステムと称する）
に属する複数個の人工衛星からの電波を受信して走行す
る自動車の現在位置を演算処理して測定検出する際、予
め記憶しである地図情報とＧＰＳシステムで測定した擬
似距離データとから正確な高度を算出すると共に、それ
以降二次元航法を行う際、前記高度データを用いて高精
度の二次元測位が出来るように構成した自動車用ＧＰＳ
航法装置に関する。

船舶や航空機のような時々刻々移動する利用者に対し、
複数個の人工衛星から電波を送信してその現在位置、走
行速度等を確認乃至決定するために、近年、ＧＰＳ測位
装置の有用性が注目を集めている。このＧＰＳ測位装置
は、■　全世界で何時でも連続して利用出来る、■　位
置、速度の測定精度が極めて高い、■　利用者数に制限
がない 等の特徴を備えており、このような観点からすれば、Ｇ
ＰＳ測位装置を利用する客体は船舶、航空機に限ること
なく、自動車もその対象となって然るべきである。

特に、都市部の交通の混雑を回避し、短時間に自らの現
在位置を確認し、目的地までの迂回路を発見する等に利
用出来れば、時間的、経済的に頗る大きな効果が得られ
よう。

一般的に、ＧＰＳ測位装置は通常３個以上の衛星を利用
する。これらの人工衛星には夫々高精度の原子時計等が
搭載されているが、一方、受信側では斯様に高価な計時
装置は配備されていない。従って、受信側の時刻情報に
は時計オフセットが出てくる。そこで、現在の測位方法
にあっては、人工衛星からの電波を同時に受信し、各衛
星と受信点との間の受信機の時計オフセットを含んだＩ
Ｍ似距離データと、各衛星の位置データとにより受信点
の位置を計算し、表示する。

ここで、受信出来る衛星の数により可能な測位次元数に
ついて述べると、４個以上の衛星電波が受信出来る時は
三次元（緯度、経度、高度）測位が可能であり、受信出
来る衛星電波が３個の時は二次元（緯度、経度）測位が
可能である。

然るに、自動車の走行に関しては、通常、二次元航法で
あり３個の衛星電波の受信でよいが、この場合において
、高度は予め固定して走行することになる。このため、
この固定された設定高度に誤差があると緯度、経度にか
かる測定位置に大きな誤差を生じる欠点がある。この誤
差解消のためには４個以上の衛星電波を受信出来ればよ
いことは勿論である。

ところが、周知の通り、都市部、山間部では特に高層建
築物や高度が極めて大きい山等によりＧＰＳに属する人
工衛星からの所定数の電波が当該自動車に到達すること
が阻止されることが多く、このため、利用者自体の現在
地点の高度確認が困難になる不都合がある。特に、ＧＰ
Ｓを構成する人工衛星はその配置状態から１若しくはそ
れ以上の衛星自体の仰角が低い場合が多く、前記不都合
が大きく露呈するに至る。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、自動車が基準となる地点を通過する際、予め記
憶しである地図情報と３個以上の衛星電波を受信して測
定した擬似距離データとを参照して正確な高度を算出す
ると共に、それ以降二次元航法を行う際、前記算出され
た高度に基づき高精度の二次元測位を可能とすることが
可能な自動車用ＧＰＳ航法装置を提供することを目的と
する。

前記の目的を達成するために、本発明はＧＰＳ衛星電波
を受信して測位データを算出する手段と、車輌の進行方
位を検出する手段と、地図情報を記憶する手段と、中央
演算処理装置と、高度データを得るための高度演算手段
とを含み、前記高度演算手段は前記測位データ算出手段
から得られる測位データと地図情報から得られる位置デ
ータに基づき自動車の高度を算出し且つこの高度データ
をデータ記憶手段に記憶し、ＧＰＳ衛星からの所望の衛
星電波が得られない時前記データ記憶手段からの高度デ
ータに基づき自動車の位置を確定することを特徴とする
。

次に、本発明に係るＧＰＳ航法装置について好適な実施
例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。

第１図において、参照符号１０は衛星電波受信用アンテ
ナであって、図示しない自動車の一部に搭載されている
。当該衛星電波受信用アンテナ１０の出力側はＧＰＳ受
信部１２に接続され、この受信部１２によって得られる
擬似距離データ出力は高度演算器１４並びに位置演算器
１６に導入される。この時、高度演算器１４ではＣＰＵ
１８を介して地図記憶部２０から地図情報を得て、当該
地図情報と前記擬似距離データとから高度を算出した後
、前記ＣＰＵ１８を介してデータ記憶部２２に当該高度
データを格納する。データ記憶部２２に格納された高度
データはＣＰＵ１Ｂを介して位置演算器１６に導入され
る。位置演算器１６ではこの高度データと前記擬イ以距
離データとにより正確な位置（緯度と経度）を算出する
。当該位置情報はＣＰＵ１８を介してデータ記憶部２２
に格納される。さらに、前記ＣＰＵ１８には地図並びに
自動車の現在位置を表示するＣＲＴ等の表示手段を有す
る表示器２４、当該ＧＰＳ航法装置の機能選択等を指令
するキーボード２６、自動車の走行方位を検出する方位
センサ２８および車輪の回転数を検出して距離を測定す
る距離センサ３０等が接続される。

本発明に係るＧＰＳ航法装置は基本的には以上のように
構成されるものであり、次にその作用並びに効果につい
て説明する。

先ず、キーボード２６上の図示しない、例えば、スター
トキーのキー操作により当該ＧＰＳ航法装置は動作状態
になる。この動作状態のもとで当該ＧＰＳ航法装置は３
個の衛星電波を受信用アンテナ１０で受信する。ＧＰＳ
受信部１２はこの受信電波に基づく各衛星までの擬似距
離を測定し、当該擬似距離データを高度演算器１４並び
に位置演算器１６に送給する。

そこで、第２図に示すように、自動車が基準となるべき
交差点Ａで右折したとすると、方位センサ２８が方位の
変化を検出し方位変化信号をＣＰＵ１Ｂへ転送する。こ
の変化信号によりＣＰｏｌＢは自動車が右折したことを
認識し、通常、リードオンリメモリ　（ＲＯＭ）で構成
される地図記憶部２０に予め記憶されている交差点Ａの
緯度と経度に係る正確な位置データを読み出し、高度演
算器１４に導入する。この場合、高度演算器１４は前記
３個の衛星に係る擬似距離と交差点への正確な緯度、経
度データとから自動車が交差点を通過する際の正確な高
度を算出する。すなわち、衛星の軌道位置、衛星と自動
車との間の擬似距離並びに交差点への正確な緯度、経度
データとから自動車の高度および時計オフセットを算出
する。

次に、この高度並びに時計オフセットの算出方法につい
て詳述する。

先ず、自動車の位置および衛星の位置座標を、当該自動
車の位置する緯度、経度地点を原点として緯度方向をＸ
軸、経度方向をＹ軸、高度方向をＺ軸とする新しい三輪
直交地球固定座標系で考察する。この新しい座標軸上で
の自動車の位置をＲＨ，とじ、受信電波を発信している
衛星ｉの座標位置をＳＨよと定める。この時の航法方程
式は次に示す（１１乃至（４）弐で表される。

ＲＨ，＝ρｔ−（Ｔｕ＋Ｒｔ（ｚｕ））　　　　・（ｔ
）Ｒｉ　（Ｚｕ）＝ Ｊ（Ｘｓｔ−Ｘｕ）”＋（ｙｉｔ−ｙｕ）”十（Ｚｓｉ
−Ｚｕ）”・・・（２） ＲＨｉ＝ＲＨｉ（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）　　・・・（３）
ＳＨ；　＝ＳＨｔ　（Ｘｓｔ＋　　ｙｉｔ、Ｚｓｔ）　
　　・・・（４）ここで、 ＲＨ，：直交座標系上での自動車の位置ρ、：衛星と自
動車間の擬似距離 Ｔｕ　二重動車に搭載されている計時器と衛星に搭載さ
れている原子時計との時間差 を距離に換算した値（以下、時計オフ セットと称す）。

Ｒｉ（ｚ、）：衛、ｌｉと自動車間の距離ＳＨ，：直交
座標系上での衛星の位置 である。

上記（１）乃至（４）式において、未知数は自動車の高
度Ｚｕ並びに時計オフセットＴ、である。その他の値は
地図データ並びに衛星の受信データから直ちに得られる
。この場合において、自動車の位１ＲＨ８の微少変位に
ついて考察すると、ＲＨ，はＴ、とｚｕを変数とする関
数で表すことが出来る。つまり、ＲＨ，は、 ＲＨｚ　＝Ｒｏｔ　（Ｔ、　、　　Ｚ、　）　　　　　
　　−（ｆｉ）と表現可能である。

然るに、基準点、すなわち、前記交差点Ａにおける自動
車の推測時計オフセントをＴ　ｕｏ、推測高度をＺ　ｕ
ｎとすると交差点Ａにおける推測位置ＲＨ＋。は（６）
式で得られる。

ＲＨ，。−ρ□−（Ｔ、、。＋Ｒｉ（Ｚ、、。））　　
　・・・（６）そこで、（５）弐に基づき（１）式の全
微分について考察すると、（６）式を考慮して（７）式
が得られる。

ＣＴｕｏｉΔＴ　ｕ　”　Ｃｔｏ　ｉ　ΔＺｕ＝ＲＨ，
。−（７）ここでＣＴ　ｕ　ｏ　ｉとＣ□。、は、であ
る。

（６）乃至（９）式は交差点で受信出来たｎ個（ｎ≧２
）の衛星について成立する。

−　　　　　　ここで、未知数ΔＴ１、ΔＺ。について
・個の測定結果から最も確からしい値（ＨｆＪ′５．値
）を求めるために、最小自乗法を使用することはよく知
られている。その手法を適用すれば、この場合、次に示
す基準方程式を解けばよい。

−ΣＣＴｕ。、ＲＨ，。　　　　　　　　・・・０ωこ
れらの式は方程式が２個で未知数が２個である、所謂、
連立二元−次方程弐であるので容品に解ける。こうして
求めたΔＴｕ、ΔＺ、、を夫々ΔＴ、。、ΔＺ　ｕａと
してもとの推測時計オフセントＴ　ｕｏ、推測高度Ｚ　
ｕａに加えるとより確度の高い推測時計オフセットＴＬ
ＩＩおよびより確度の高い推測高度Ｚｕｌが得られる。

つまり、 Ｔ　ｕ　ｌ　＝　Ｔ　ｔｌ　６＋ΔＴ　、、　　　　　
　　　　−０２５Ｚ　ｕｌ　＝　Ｚ　ｕｏ＋ΔＺ、、　
　　　　　　　　　　・Ｑ３）である。叩弐、０１）式
で求められた値を（６）式に代入しく６）乃至０１式を
実行をさらに繰り返すことにより精度の高い時計オフセ
ットＴｕ、自動車の高度Ｚｕが求められる。そこで、こ
れらの値および地図上の緯度、経度に係る位置情報を前
記航法方程式（１）式に代入して自動車の位置ＲＨ８＝
ＲＨ１（Ｘｕ、Ｙ、、Ｚｕ） が正確に求められる。

なお、この際、当該自動車の位置ＲＨ，および前記時計
オフセットデータＴｕ並びに高度データＺｕはＣＰＵ１
８を介してデータ記憶部２２に格納しておく。そうする
ことにより、これ以降（前記交差点を曲がって以降）の
測位においては、受信可能なＧＰＳ衛星が３個の場合で
あっても、前記高度データＺ１をデータ記憶部２２から
読み出して前記位置演算器１６に入力することにより精
度よく自動車位置を算出することが出来る。また、前記
高度データＺ、は次に三次元測位が可能な時に更新させ
る。

さて、ここで高度を正確に算出して走行した場合と、高
度を推定しキーボード等によって入力して走行した場合
の走行軌跡の違いについてその概略を示せば第２図のよ
うになる。

第２図において、Ｂは道路を示し、三角印で表された自
動車走行軌跡は推定して設定した高度を用いた走行軌跡
であって、道路より外れたものとなる。また、丸印を付
した自動車走行軌跡は本発明による高度補正を施した後
の自動車の走行軌跡であって道路内に正しく走行軌跡を
描くことが出来る。

以上のように、本発明によれば、ＧＰＳ受信部による擬
似距離データと地図記ｔα部からの正確な交差点位置デ
ータとが入力される高度演算器を設け、自動車が基準点
を通過する際、予め記憶しである地図情報と３個の衛星
電波を受信して測定した擬似距離データとを参照して正
確な高度を算出出来るため、それ以降二次元航法を行う
際、当該高度を用いて高精度の二次元測位を可能にする
効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高度演算器を含むＧＰＳ航法装置
の回路ブロック図、 第２図は表示器上に映された自動車の走行軌跡および地
図の模式図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＧＰＳ衛星電波を受信して測位データを算出する
   手段と、車輌の進行方位を検出する手段と、地図情報を
   記憶する手段と、中央演算処理装置と、高度データを得
   るための高度演算手段とを含み、前記高度演算手段は前
   記測位データ算出手段から得られる測位データと地図情
   報から得られる位置データに基づき自動車の高度を算出
   し且つこの高度データをデータ記憶手段に記憶し、ＧＰ
   Ｓ衛星からの所望の衛星電波が得られない時前記データ
   記憶手段からの高度データに基づき自動車の位置を確定
   することを特徴とするＧＰＳ航法装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、中央
   演算処理装置に測位データ記憶手段と表示手段を接続し
   、当該測位データに基づく車輌の位置と前記地図記憶手
   段からの地図データを前記表示手段に表示してなるＧＰ
   Ｓ航法装置。