JPWO2006067968A1 - 進行方向測定装置 - Google Patents

Abstract

進行方向測定装置１１には、移動体に設置され、衛星から信号を受信する２つのアンテナ１２及び１３が接続される。また、進行方向測定装置１１は、各アンテナ１２及び１３の受信信号に基づいて２つのアンテナ１２及び１３の一方の位置から他方の位置を見た方位を表すアンテナ配列方位を測定するアンテナ方位測定部２１と、各アンテナ１２及び１３の受信信号に基づいて前記移動体の速度ベクトルを算出する速度算出部２２と、算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上であったときの速度ベクトルの向きと前記アンテナ配列方位とがなす角度を補正値として算出する補正値算出部２３と、算出した補正値および前記アンテナ配列方位を用いて前記移動体の進行方向を算出する進行方向算出部２４とを備える。これによって、アンテナの設置に関して制限がなく、自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供することができる。

Description

本発明は、移動体の進行方向を測定する進行方向測定装置に関する。

従来、カーナビゲーションシステムに用いられる進行方向を測定する装置としては、地磁気センサ又はジャイロセンサを用いた進行方向測定装置が一般的に使われてきた。地磁気センサを用いた場合、一般的な進行方向測定装置は、自動車の進行方向を絶対方位で測定できる。しかしながら、地磁気センサは、金属が多用される車体自身の磁気ひずみの影響、若しくは、例えば踏切又は電力線に起因する周囲の磁場の乱れなどに影響を受けやすいため、地磁気センサを用いた進行方向測定装置は、正確な方位を検出できないといった欠点がある。また、ジャイロセンサを用いた場合、一般的な進行方向測定装置は、自動車の進行方向を絶対方位で求めることはできず、ある時点での方向に対して相対的な方向のみしか測定することはできないという別な欠点がある。

また、一般的な進行方向測定装置の他の例としては、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用い、衛星からＧＰＳ用のアンテナが受信した搬送波のドップラー効果による周波数偏移を観測し、既知の衛星の軌道情報および自動車の位置情報に基づいて自動車の進行方向を絶対方位で測定するものが知られている。このような進行方向測定装置の他の例では、自動車が停止しているとき、又は自動車が低速度で移動しているときには進行方向を測定することができないという欠点がある。

また、上述の欠点を改善した従来の進行方向測定装置としては、２つのＧＰＳ用アンテナの一方から他方を見た方向を表すアンテナ配列方向と、自動車の正面方向とが平行になるように２つのＧＰＳ用のアンテナおよび主アンテナを自動車に設置し、それぞれのアンテナが同一衛星から受信した搬送波の時間差に基づいてこの衛星からそれぞれのアンテナまでの距離の差を求め、この伝播距離の差から絶対方位を測定し、測定した絶対方位から主アンテナの指向方向を求めるものが知られている（例えば、特開平７−１３１２２８号公報を参照）。

しかしながら、上述した従来の進行方向測定装置では、自動車の正面方向に対して２つのＧＰＳ用のアンテナを平行な状態で正確に設置することは困難であり、また、自動車の走行中にアンテナが固定されずに動いてしまうこともあるため、２つのアンテナの設置が平行な状態からずれてしまうと、そのずれの大きさに応じて進行方向の誤差が生じてしまうという問題があった。

本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたもので、アンテナの設置に関して制限がなく、自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一局面に係る進行方向測定装置は、移動体に設置され、衛星から信号を受信する２つのアンテナと接続される進行方向測定装置に向けられている。進行方向測定装置は、各アンテナが受信した信号に基づいて、２つのアンテナの一方の位置から他方の位置を見た方位を表すアンテナ配列方位を測定するアンテナ方位測定部と、各アンテナが受信した信号に基づいて移動体の速度ベクトルを算出する速度算出部と、速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上であったときの速度ベクトルの向きとアンテナ配列方位とがなす角度を補正値として算出する補正値算出部と、補正値算出部が算出した補正値およびアンテナ配列方位を用いて移動体の進行方向を算出する進行方向算出部とを備えている。

速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合、進行方向算出部は、この速度ベクトルの方向を移動体の進行方向とする。それに対して、速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値を超えない場合、進行方向算出部は、アンテナ方位測定部によって測定されたアンテナ配列方位および補正値算出部が算出した補正値を用いて移動体の進行方向を算出する。

速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合において、補正値算出部は、既に算出した補正値が存在するとき、補正値を新たに算出し、新たに算出した補正値に基づいて既存の補正値を修正する。

２つのアンテナの一方が信号を受信する衛星の組合せと、他方が前記信号を受信する衛星の組合せとは互いに同一である。

以上のように本発明は、アンテナの設置に関して制限がなく、自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供するものである。

図１は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１を設置した自動車を上方から見た図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１のブロック図である。 図３は、各衛星の速度ベクトルの算出について説明するための図である。 図４は、自動車の速度ベクトルの算出について説明するための図である。

符号の説明

１、２、３、４ 衛星
１０ 観測者（自動車）
１１ 進行方向測定装置
１２、１３ アンテナ
１４ 進行方向
１５ 配列方向
２１ アンテナ方位測定部
２２ 速度算出部
２３ 補正値算出部
２４ 進行方向算出部
２５ 通知部

以下、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１について、図面を参照して説明する。

図１は、本進行方向測定装置１１を設置した自動車を上方から見た図である。図１において、自動車１１には、ＧＰＳ用のアンテナ１２および１３が設置される。各アンテナ１２および１３の設置位置としては、例えばダッシュボード又はボンネット上のように、衛星から信号を受信できる位置が好ましい。これらアンテナ１２及び１３は、ＧＰＳ用の人工衛星（以下、衛星という。）から、搬送波からなる信号を受信する。

また、矢印１４は、本進行方向測定装置１１が測定すべき自動車１０の進行方向を示し、矢印１５は、アンテナ１２からアンテナ１３を見た方位を表すアンテナ配列方位（以下、配列方向という。）を示している。また、角度θは、進行方向１４と配列方向１５とがなす角度であり、自動車１０の進行方向１４を測定するための補正値として用いられる。

図２は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１のブロック図である。図２において、進行方向測定装置１１は、上述したアンテナ１２および１３と接続されており、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号を用いて配列方向１５を測定するアンテナ方位測定部２１と、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号を用いて自動車１０の速度ベクトルを算出する速度算出部２２と、配列方向１５および速度ベクトルを用いて角度θを補正値として算出する補正値算出部２３と、速度ベクトル、補正値および配列方向１５を用いて進行方向１４を算出する進行方向算出部２４と、進行方向１４を使用者に通知するディスプレイ及び／又はスピーカを含む通知部２５とを備えて構成される。

なお、本進行方向測定装置１１は、例えば、プロセッサ及びメモリ等を有するコンピュータを用いて構成される。また、代替的に、アンテナ方位測定部２１、速度算出部２２、補正値算出部２３、および進行方向算出部２４は、プロセッサによって実行されるプログラムのモジュールで実現されてもよく、電気回路等によって構成されてもよい。

以上のように構成された進行方向測定装置１１の動作について以下に説明する。

アンテナ方位測定部２１は、アンテナ１２および１３が衛星からそれぞれ受信した信号に基づいてアンテナ１２およびアンテナ１３の位置を測位し、測位したアンテナ１２の位置からアンテナ１３の位置を見た方位を表す配列方向１５を測定する。また、配列方向１５は、絶対方位として測定される。なお、衛星とアンテナとの間で発生するマルチパス、及び／又は衛星とアンテナとの間に存在する電離層の影響を受け、さらには時計の誤差等の影響を受け、測位の精度が低下するので、アンテナ方位測定部２１が測位した位置には、誤差が含まれる。

また、ＧＰＳにより測位される位置は、一般的に、複数の衛星から送信される信号から測位される。各アンテナが受信する衛星の組合せが異なれば、算出されるアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係に誤差が生じるが、受信する衛星の組合せが同じであれば、算出されるアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係には誤差が生じず、絶対方位は、正確に測定される。

本実施の形態では、アンテナ方位測定部２１は、算出されるアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係の精度をさらに高めるため、アンテナ１２およびアンテナ１３が信号を受信する衛星の組合せをそれぞれ同一にして、配列方向１５を測定する。

速度算出部２２は、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号に基づいて自動車１０の速度ベクトルを算出する。ところで、衛星は地球を周回しているため、アンテナが移動、停止しているに関わらず、アンテナ１２およびアンテナ１３が受信する搬送波には、ドップラー効果による周波数偏移が生ずる。このドップラー効果による周波数偏移を利用して速度算出部２２は、速度ベクトルを算出することができる。

図３は、各衛星の速度ベクトルの算出について説明するための図である。図３に示すように、衛星１〜衛星４の各速度ベクトルをＶ１〜Ｖ４として表し、観測者（つまり自動車）１０の位置及び衛星１〜衛星４の位置を結ぶ単位ベクトルをＳ１〜Ｓ４として表す。また、観測者１０の速度ベクトルをνとして表す。

衛星１〜衛星４までの軌道に関する情報は既知であるため、速度ベクトルＶ１〜Ｖ４も既知であり、観測者１０の位置は測位により得られるため、単位ベクトルＳ１〜Ｓ４も既知である。

ここで、衛星１〜衛星４の何れか１つを対象とし、対象となる衛星を衛星ｉ（ｉ＝１、２、３、４）として表せば、観測者１０と衛星ｉとの相対速度は、（Ｖｉ−ν）となる。また、相対速度（Ｖｉ−ν）と単位ベクトルＳｉとの内積をρｉとすれば、（１）式による関係が成り立つ。

一方、衛星ｉから受信する搬送波の周波数は既知であり、周波数ｆとして表す。また、衛星ｉから受信する搬送波に生じるドップラー効果による周波数偏移をΔｆｉ、受信機内部の周波数誤差をδｆ、光速をｃとすれば、（２）式による関係が成り立つ。

また、（１）式および（２）式から（３）式による関係が成り立つ。

（３）式の未知数は、観測者１０の速度ベクトルνに含まれる３つの成分と受信機内部の周波数誤差δｆであり、合計４つである。このため、４つの衛星について周波数偏移Δｆ１〜Δｆ４までの４つを観測して（３）式に当てはめると、４つの（３）式からなる方程式ができ、この方程式を解くことにより、周波数誤差δｆおよび速度ベクトルνが算出される。

以上説明したように、速度算出部２２は、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号に基づいて、ドップラー効果による周波数偏移を観測し、アンテナ１２およびアンテナ１３それぞれに対応する速度ベクトルνを算出することにより、自動車１０の速度ベクトルを算出する。

より詳細な例としては、図４に示すように、速度算出部２２は、アンテナ１２に対応する速度ベクトルν１２とアンテナ１３に対応する速度ベクトルν１３とからなる平均を自動車１０の速度ベクトルν１１として算出する。ここで、平均を算出するためには、（４）式が用いられる。

なお、自動車１０が停止している場合では、衛星の移動で起こるドップラー効果による周波数偏移のみが観測されるため、自動車１０の速度ベクトルν１１を算出することができない。また、自動車１０が低速で走行している場合では、自動車１０の移動による周波数偏移が小さくなり、速度算出部２２によって算出される速度ベクトルν１１の誤差が大きくなってしまう。

つまり、自動車１０が相対的に高速で走行している場合、速度算出部２２は、誤差の小さい速度ベクトルν１１を算出することになる。従って、速度算出部２２は、算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上であるときには、速度ベクトルを進行方向１４とする。ここで、この所定値以上の速度とは、その速度においてドップラー効果による周波数偏移によって算出された速度ベクトルの絶対方位の誤差が、アンテナ１２およびアンテナ１３の位置を測位することにより、測定された配列方向１５の誤差よりも小さいときの速度である。

進行方向算出部２４は速度算出部２２から自動車１０の速度ベクトルν１１を受け取り、速度算出部２２が算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である場合、自動車１０が所定値以上の速さで前進しているものとし、進行方向算出部２４は、所定値以上であるときの速度ベクトルν１１の方向を進行方向１４として通知部２５に出力する。

一方、補正値算出部２３はアンテナ方位測定部２１が測定した配列方向１５と速度算出部２２から自動車１０の速度ベクトルν１１を受け取り、速度算出部２２が算出したベクトルν１１の大きさが所定値以上であるときの速度ベクトルν１１の方向を表す進行方向１４と、アンテナ方位測定部２１が測定した配列方向１５とがなす角度θを補正値として算出して保持する。このとき、既に算出され保持されている補正値が存在する場合には、補正値算出部２３は、新しく算出した補正値に近づくように既存の補正値を修正して保持する。また、補正値算出部２３は、既存の補正値を新しく算出した補正値に更新してもよい。

また、速度算出部２２は、算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値を超えない場合、自動車１０が所定値を超えない速さで移動しているか、自動車１０が停止しているものとみなす。このような場合、進行方向算出部２４は、補正値算出部２３が算出した補正値および配列方向１５の減算値を用いて進行方向１４を算出し、算出した進行方向１４を通知部２５に出力する。

例えば、速度算出部２２が算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である時点ｔ１において、アンテナ方位測定部２１が配列方向１５を測定し、補正値算出部２３は、測定された配列方向１５と進行方向１４とがなす角度θとする補正値を修正し、進行方向算出部２４は、速度ベクトルν１１の方向を進行方向１４として通知部２５に出力する。その後、時点ｔ１から速度ベクトルν１１の大きさが所定値を超えない時点ｔ２になったとき、アンテナ方位測定部２１が配列方向１５を測定し、進行方向算出部２４は、測定された配列方向１５および時点ｔ１で修正された補正値を用いて進行方向１４を算出し、算出した進行方向１４を通知部２５に出力する。

通知部２５は、進行方向算出部２４が算出した進行方向１４をディスプレイを介して表示して使用者に通知する。また、通知部２５は、進行方向１４の表示に限定されず、スピーカを介して進行方向１４を音声で通知するようにしてもよい。進行方向算出部２４が算出した進行方向１４は、使用者に通知することだけに限定されず、例えば、カーナビゲーションシステムが行う自動車１０の位置を補正するマッチング操作等の様々なものに利用してもよい。

なお、以上の実施の形態では、進行方向測定装置１１は、アンテナ１２及び１３と接続される例について説明したが、これに限らず、アンテナ１２及び１３を含んでいても構わない。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１は、速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上であったときの補正値を算出し、算出した補正値および配列方向１５を用いて自動車１０の進行方向１４を算出する。これによって、アンテナ１２およびアンテナ１３の設置に関して制限がなく、進行方向１４を正確に測定することができる。

また、互いのアンテナ１２及び１３が信号を受信する衛星の組合せを同一にするため、互いのアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係の誤差が微小となり、進行方向測定装置１１は、配列方向１５を高い精度で測定することができる。

また、速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である場合において、既に算出した補正値が存在するとき、新たに算出した補正値に基づいて既存の補正値を修正するため、移動中に補正値を自動的に修正することができ、自動車１０が停止または低速で移動中のときには、進行方向測定装置１１は、補正値を算出するために自動車１０を所定値以上の速さで移動させる必要がなく、さらに、アンテナ１２または１３の設置位置がずれた場合などにも新たに算出される補正値で対応することができる。さらに、既存の補正値を修正する際、例えば、自動車が直進している場合に限り既存の補正値を修正する、あるいは自動車が右折または左折している場合には、車輪と後輪とのなす角度に応じて補正値を修正するなど、速度以外の自動車の走行状態を考慮してもよいことは言うまでもない。

また、進行方向測定装置１１は、速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である場合、この速度ベクトルν１１の方向を自動車１０の進行方向とし、速度ベクトルの大きさが所定値を超えない場合、補正値および配列方向１５を用いて進行方向１４を算出するため、自動車１０がどのような速さで移動していても、進行方向１４を高い精度で算出することができる。

以上、本発明を詳細に説明したが、上記説明はあらゆる意味において例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲から逸脱することなしに多くの他の改変例及び変形例が可能であることが理解される。

以上のように、本発明に係る進行方向算出装置は、移動体の進行方向を測定する装置であって、アンテナの設置に関して制限がなく、移動体の進行方向を正確に測定することができるという効果を有し、特に、自動車又は飛行機などの移動体におけるナビゲーションシステム等として有用である。

【書類名】明細書
【発明の名称】進行方向測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の進行方向を測定する進行方向測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーナビゲーションシステムに用いられる進行方向を測定する装置としては、地磁気センサ又はジャイロセンサを用いた進行方向測定装置が一般的に使われてきた。地磁気センサを用いた場合、一般的な進行方向測定装置は、自動車の進行方向を絶対方位で測定できる。しかしながら、地磁気センサは、金属が多用される車体自身の磁気ひずみの影響、若しくは、例えば踏切又は電力線に起因する周囲の磁場の乱れなどに影響を受けやすいため、地磁気センサを用いた進行方向測定装置は、正確な方位を検出できないといった欠点がある。また、ジャイロセンサを用いた場合、一般的な進行方向測定装置は、自動車の進行方向を絶対方位で求めることはできず、ある時点での方向に対して相対的な方向のみしか測定することはできないという別な欠点がある。
【０００３】
また、一般的な進行方向測定装置の他の例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用い、衛星からＧＰＳ用のアンテナが受信した搬送波のドップラー効果による周波数偏移を観測し、既知の衛星の軌道情報および自動車の位置情報に基づいて自動車の進行方向を絶対方位で測定するものが知られている。このような進行方向測定装置の他の例では、自動車が停止しているとき、又は自動車が低速度で移動しているときには進行方向を測定することができないという欠点がある。
【０００４】
また、上述の欠点を改善した従来の進行方向測定装置としては、２つのＧＰＳ用アンテナの一方から他方を見た方向を表すアンテナ配列方向と、自動車の正面方向とが平行になるように２つのＧＰＳ用のアンテナおよび主アンテナを自動車に設置し、それぞれのアンテナが同一衛星から受信した搬送波の時間差に基づいてこの衛星からそれぞれのアンテナまでの距離の差を求め、この伝播距離の差から絶対方位を測定し、測定した絶対方位から主アンテナの指向方向を求めるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平７−１３１２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の進行方向測定装置では、自動車の正面方向に対して２つのＧＰＳ用のアンテナを平行な状態で正確に設置することは困難であり、また、自動車の走行中にアンテナが固定されずに動いてしまうこともあるため、２つのアンテナの設置が平行な状態からずれてしまうと、そのずれの大きさに応じて進行方向の誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたもので、アンテナの設置に関して制限がなく、自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一局面に係る進行方向測定装置は、移動体に設置され、衛星から信号を受信する２つのアンテナと接続される進行方向測定装置に向けられている。進行方向測定装置は、各アンテナが受信した信号に基づいて、２つのアンテナの一方の位置から他方の位置を見た方位を表すアンテナ配列方位を測定するアンテナ方位測定部と、各アンテナが受信した信号に基づいて移動体の速度ベクトルを算出する速度算出部と、速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上であったときの速度ベクトルの向きとアンテナ配列方位とがなす角度を補正値として算出する補正値算出部と、補正値算出部が算出した補正値およびアンテナ配列方位を用いて移動体の進行方向を算出する進行方向算出部とを備えている。
【０００８】
速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合、進行方向算出部は、この速度ベクトルの方向を移動体の進行方向とする。それに対して、速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値を超えない場合、進行方向算出部は、アンテナ方位測定部によって測定されたアンテナ配列方位および補正値算出部が算出した補正値を用いて移動体の進行方向を算出する。
【０００９】
速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合において、補正値算出部は、既に算出した補正値が存在するとき、補正値を新たに算出し、新たに算出した補正値に基づいて既存の補正値を修正する。
【００１０】
２つのアンテナの一方が信号を受信する衛星の組合せと、他方が前記信号を受信する衛星の組合せとは互いに同一である。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明は、アンテナの設置に関して制限がなく、自動車等の移動体の進行方向を正確に測定することができる進行方向測定装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本進行方向測定装置１１を設置した自動車を上方から見た図である。図１において、自動車１１には、ＧＰＳ用のアンテナ１２および１３が設置される。各アンテナ１２および１３の設置位置としては、例えばダッシュボード又はボンネット上のように、衛星から信号を受信できる位置が好ましい。これらアンテナ１２及び１３は、ＧＰＳ用の人工衛星（以下、衛星という。）から、搬送波からなる信号を受信する。
【００１６】
また、矢印１４は、本進行方向測定装置１１が測定すべき自動車１０の進行方向を示し、矢印１５は、アンテナ１２からアンテナ１３を見た方位を表すアンテナ配列方位（以下、配列方向という。）を示している。また、角度θは、進行方向１４と配列方向１５とがなす角度であり、自動車１０の進行方向１４を測定するための補正値として用いられる。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１のブロック図である。図２において、進行方向測定装置１１は、上述したアンテナ１２および１３と接続されており、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号を用いて配列方向１５を測定するアンテナ方位測定部２１と、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号を用いて自動車１０の速度ベクトルを算出する速度算出部２２と、配列方向１５および速度ベクトルを用いて角度θを補正値として算出する補正値算出部２３と、速度ベクトル、補正値および配列方向１５を用いて進行方向１４を算出する進行方向算出部２４と、進行方向１４を使用者に通知するディスプレイ及び／又はスピーカを含む通知部２５とを備えて構成される。
【００１８】
なお、本進行方向測定装置１１は、例えば、プロセッサ及びメモリ等を有するコンピュータを用いて構成される。また、代替的に、アンテナ方位測定部２１、速度算出部２２、補正値算出部２３、および進行方向算出部２４は、プロセッサによって実行されるプログラムのモジュールで実現されてもよく、電気回路等によって構成されてもよい。
【００１９】
以上のように構成された進行方向測定装置１１の動作について以下に説明する。
【００２０】
アンテナ方位測定部２１は、アンテナ１２および１３が衛星からそれぞれ受信した信号に基づいてアンテナ１２およびアンテナ１３の位置を測位し、測位したアンテナ１２の位置からアンテナ１３の位置を見た方位を表す配列方向１５を測定する。また、配列方向１５は、絶対方位として測定される。なお、衛星とアンテナとの間で発生するマルチパス、及び／又は衛星とアンテナとの間に存在する電離層の影響を受け、さらには時計の誤差等の影響を受け、測位の精度が低下するので、アンテナ方位測定部２１が測位した位置には、誤差が含まれる。
【００２１】
また、ＧＰＳにより測位される位置は、一般的に、複数の衛星から送信される信号から測位される。各アンテナが受信する衛星の組合せが異なれば、算出されるアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係に誤差が生じるが、受信する衛星の組合せが同じであれば、算出されるアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係には誤差が生じず、絶対方位は、正確に測定される。
【００２２】
本実施の形態では、アンテナ方位測定部２１は、算出されるアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係の精度をさらに高めるため、アンテナ１２およびアンテナ１３が信号を受信する衛星の組合せをそれぞれ同一にして、配列方向１５を測定する。
【００２３】
速度算出部２２は、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号に基づいて自動車１０の速度ベクトルを算出する。ところで、衛星は地球を周回しているため、アンテナが移動、停止しているに関わらず、アンテナ１２およびアンテナ１３が受信する搬送波には、ドップラー効果による周波数偏移が生ずる。このドップラー効果による周波数偏移を利用して速度算出部２２は、速度ベクトルを算出することができる。
【００２４】
図３は、各衛星の速度ベクトルの算出について説明するための図である。図３に示すように、衛星１〜衛星４の各速度ベクトルをＶ１〜Ｖ４として表し、観測者（つまり自動車）１０の位置及び衛星１〜衛星４の位置を結ぶ単位ベクトルをＳ１〜Ｓ４として表す。また、観測者１０の速度ベクトルをνとして表す。
【００２５】
衛星１〜衛星４までの軌道に関する情報は既知であるため、速度ベクトルＶ１〜Ｖ４も既知であり、観測者１０の位置は測位により得られるため、単位ベクトルＳ１〜Ｓ４も既知である。
【００２６】
ここで、衛星１〜衛星４の何れか１つを対象とし、対象となる衛星を衛星ｉ（ｉ＝１、２、３、４）として表せば、観測者１０と衛星ｉとの相対速度は、（Ｖｉ−ν）となる。また、相対速度（Ｖｉ−ν）と単位ベクトルＳｉとの内積をρｉとすれば、（１）式による関係が成り立つ。
【００２７】

【００２８】
一方、衛星ｉから受信する搬送波の周波数は既知であり、周波数ｆとして表す。また、衛星ｉから受信する搬送波に生じるドップラー効果による周波数偏移をΔｆｉ、受信機内部の周波数誤差をδｆ、光速をｃとすれば、（２）式による関係が成り立つ。

【００２９】
また、（１）式および（２）式から（３）式による関係が成り立つ。

【００３０】
（３）式の未知数は、観測者１０の速度ベクトルνに含まれる３つの成分と受信機内部の周波数誤差δｆであり、合計４つである。このため、４つの衛星について周波数偏移Δｆ１〜Δｆ４までの４つを観測して（３）式に当てはめると、４つの（３）式からなる方程式ができ、この方程式を解くことにより、周波数誤差δｆおよび速度ベクトルνが算出される。
【００３１】
以上説明したように、速度算出部２２は、アンテナ１２およびアンテナ１３がそれぞれ受信した信号に基づいて、ドップラー効果による周波数偏移を観測し、アンテナ１２およびアンテナ１３それぞれに対応する速度ベクトルνを算出することにより、自動車１０の速度ベクトルを算出する。
【００３２】
より詳細な例としては、図４に示すように、速度算出部２２は、アンテナ１２に対応する速度ベクトルν１２とアンテナ１３に対応する速度ベクトルν１３とからなる平均を自動車１０の速度ベクトルν１１として算出する。ここで、平均を算出するためには、（４）式が用いられる。

【００３３】
なお、自動車１０が停止している場合では、衛星の移動で起こるドップラー効果による周波数偏移のみが観測されるため、自動車１０の速度ベクトルν１１を算出することができない。また、自動車１０が低速で走行している場合では、自動車１０の移動による周波数偏移が小さくなり、速度算出部２２によって算出される速度ベクトルν１１の誤差が大きくなってしまう。
【００３４】
つまり、自動車１０が相対的に高速で走行している場合、速度算出部２２は、誤差の小さい速度ベクトルν１１を算出することになる。従って、速度算出部２２は、算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上であるときには、速度ベクトルを進行方向１４とする。ここで、この所定値以上の速度とは、その速度においてドップラー効果による周波数偏移によって算出された速度ベクトルの絶対方位の誤差が、アンテナ１２およびアンテナ１３の位置を測位することにより、測定された配列方向１５の誤差よりも小さいときの速度である。
【００３５】
進行方向算出部２４は速度算出部２２から自動車１０の速度ベクトルν１１を受け取り、速度算出部２２が算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である場合、自動車１０が所定値以上の速さで前進しているものとし、進行方向算出部２４は、所定値以上であるときの速度ベクトルν１１の方向を進行方向１４として通知部２５に出力する。
【００３６】
一方、補正値算出部２３はアンテナ方位測定部２１が測定した配列方向１５と速度算出部２２から自動車１０の速度ベクトルν１１を受け取り、速度算出部２２が算出したベクトルν１１の大きさが所定値以上であるときの速度ベクトルν１１の方向を表す進行方向１４と、アンテナ方位測定部２１が測定した配列方向１５とがなす角度θを補正値として算出して保持する。このとき、既に算出され保持されている補正値が存在する場合には、補正値算出部２３は、新しく算出した補正値に近づくように既存の補正値を修正して保持する。また、補正値算出部２３は、既存の補正値を新しく算出した補正値に更新してもよい。
【００３７】
また、速度算出部２２は、算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値を超えない場合、自動車１０が所定値を超えない速さで移動しているか、自動車１０が停止しているものとみなす。このような場合、進行方向算出部２４は、補正値算出部２３が算出した補正値および配列方向１５の減算値を用いて進行方向１４を算出し、算出した進行方向１４を通知部２５に出力する。
【００３８】
例えば、速度算出部２２が算出した速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である時点ｔ１において、アンテナ方位測定部２１が配列方向１５を測定し、補正値算出部２３は、測定された配列方向１５と進行方向１４とがなす角度θとする補正値を修正し、進行方向算出部２４は、速度ベクトルν１１の方向を進行方向１４として通知部２５に出力する。その後、時点ｔ１から速度ベクトルν１１の大きさが所定値を超えない時点ｔ２になったとき、アンテナ方位測定部２１が配列方向１５を測定し、進行方向算出部２４は、測定された配列方向１５および時点ｔ１で修正された補正値を用いて進行方向１４を算出し、算出した進行方向１４を通知部２５に出力する。
【００３９】
通知部２５は、進行方向算出部２４が算出した進行方向１４をディスプレイを介して表示して使用者に通知する。また、通知部２５は、進行方向１４の表示に限定されず、スピーカを介して進行方向１４を音声で通知するようにしてもよい。進行方向算出部２４が算出した進行方向１４は、使用者に通知することだけに限定されず、例えば、カーナビゲーションシステムが行う自動車１０の位置を補正するマッチング操作等の様々なものに利用してもよい。
【００４０】
なお、以上の実施の形態では、進行方向測定装置１１は、アンテナ１２及び１３と接続される例について説明したが、これに限らず、アンテナ１２及び１３を含んでいても構わない。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１は、速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上であったときの補正値を算出し、算出した補正値および配列方向１５を用いて自動車１０の進行方向１４を算出する。これによって、アンテナ１２およびアンテナ１３の設置に関して制限がなく、進行方向１４を正確に測定することができる。
【００４２】
また、互いのアンテナ１２及び１３が信号を受信する衛星の組合せを同一にするため、互いのアンテナ１２及び１３の相対的な位置関係の誤差が微小となり、進行方向測定装置１１は、配列方向１５を高い精度で測定することができる。
【００４３】
また、速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である場合において、既に算出した補正値が存在するとき、新たに算出した補正値に基づいて既存の補正値を修正するため、移動中に補正値を自動的に修正することができ、自動車１０が停止または低速で移動中のときには、進行方向測定装置１１は、補正値を算出するために自動車１０を所定値以上の速さで移動させる必要がなく、さらに、アンテナ１２または１３の設置位置がずれた場合などにも新たに算出される補正値で対応することができる。さらに、既存の補正値を修正する際、例えば、自動車が直進している場合に限り既存の補正値を修正する、あるいは自動車が右折または左折している場合には、車輪と後輪とのなす角度に応じて補正値を修正するなど、速度以外の自動車の走行状態を考慮してもよいことは言うまでもない。
【００４４】
また、進行方向測定装置１１は、速度ベクトルν１１の大きさが所定値以上である場合、この速度ベクトルν１１の方向を自動車１０の進行方向とし、速度ベクトルの大きさが所定値を超えない場合、補正値および配列方向１５を用いて進行方向１４を算出するため、自動車１０がどのような速さで移動していても、進行方向１４を高い精度で算出することができる。
【００４５】
以上、本発明を詳細に説明したが、上記説明はあらゆる意味において例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲から逸脱することなしに多くの他の改変例及び変形例が可能であることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係る進行方向算出装置は、移動体の進行方向を測定する装置であって、アンテナの設置に関して制限がなく、移動体の進行方向を正確に測定することができるという効果を有し、特に、自動車又は飛行機などの移動体におけるナビゲーションシステム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１を設置した自動車を上方から見た図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る進行方向測定装置１１のブロック図である。
【図３】図３は、各衛星の速度ベクトルの算出について説明するための図である。
【図４】図４は、自動車の速度ベクトルの算出について説明するための図である。
【符号の説明】
【００１３】
１、２、３、４ 衛星
１０ 観測者（自動車）
１１ 進行方向測定装置
１２、１３ アンテナ
１４ 進行方向
１５ 配列方向
２１ アンテナ方位測定部
２２ 速度算出部
２３ 補正値算出部
２４ 進行方向算出部
２５ 通知部

Claims (4)

1. 移動体に設置され、衛星から信号を受信する２つのアンテナと接続される進行方向測定装置であって、
   前記装置は、
   前記２つのアンテナそれぞれが受信した信号に基づいて、前記２つのアンテナの一方の位置から他方の位置を見た方位を表すアンテナ配列方位を測定するアンテナ方位測定部と、
   前記２つのアンテナそれぞれが受信した信号に基づいて前記移動体の速度ベクトルを算出する速度算出部と、
   前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上であったときの速度ベクトルの向きと前記アンテナ配列方位とがなす角度を補正値として算出する補正値算出部と、
   前記補正値算出部が算出した補正値および前記アンテナ配列方位を用いて前記移動体の進行方向を算出する進行方向算出部とを備えたことを特徴とする進行方向測定装置。
2. 前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合、前記進行方向算出部は、この速度ベクトルの方向を前記移動体の進行方向とし、
   前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値を超えない場合、前記進行方向算出部は、前記アンテナ方位測定部によって測定されたアンテナ配列方位および前記補正値算出部が算出した補正値を用いて前記移動体の進行方向を算出することを特徴とする請求項１に記載の進行方向測定装置。
3. 前記速度算出部によって算出された速度ベクトルの大きさが所定値以上である場合において、前記補正値算出部は、既に算出した前記補正値が存在するとき、前記補正値を新たに算出し、新たに算出した前記補正値に基づいて既存の前記補正値を修正することを特徴とする請求項１に記載の進行方向測定装置。
4. 前記２つのアンテナの一方が前記信号を受信する衛星の組合せと、他方が前記信号を受信する衛星の組合せとは互いに同一であることを特徴とする請求項１に記載の進行方向測定装置。

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