JP2005069743A - 測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＧＰＳ衛星を用いて移動体の測位を行う測位装置において、測位の検出精度を向上させると共に、信頼性を向上させる。
【解決手段】 ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナ１０−１〜１０−ｎと、受信信号を復調するｎ個の受信処理部１１−１〜１１−ｎと、ベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎｍを設け、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎｍで算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報から、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を検出算出する。空間ダイバシティと時間ダイバシティとにより、移動体の位置を算出するように構成することで、信頼性が向上し、また、位置検出精度が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等の移動体を測位するのに用いられるＧＰＳ受信機に関するもので、特に、測位された移動体の位置の精度と信頼性の向上に関する。

自動車等の移動体の位置を測位するのに、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ：Global Positioning System)が使われている。ＧＰＳシステムは、地球上を回る複数の衛星を使って、現在地を測位するものである。現在利用されているＧＰＳ衛星は、高度２万ｍの上空を１２時間の周期で回転している。各ＧＰＳ衛星からは、たとえば１．５ＧＨｚ帯で電波が送信される。

ＧＰＳシステムの受信機で現在地を測位する場合、それぞれのＧＰＳ衛星からの信号が受信される。各ＧＰＳ衛星からの信号の伝搬遅延時間の時間差が計測され、各ＧＰＳ衛星からの信号の伝搬遅延時間の時間差により、各衛星までの疑似距離が求められる。そして、各衛星の位置情報を基に、現在地の計算が行われる。３次元空間では、３つの独立した球の方程式から交点の一つを求めることができるが、ＧＰＳシステムでは、受信機の時計の誤差も未知パラメータの一つとなる。このため、４つの独立した方程式が必要になる。このことから、ＧＰＳシステムの受信機では、４個以上のＧＰＳ衛星からの電波が受信できたとき、現在地を正しく求めることができる。

方程式のパラメータは、定期的に更新され、航法メッセージとして送られている。方程式のパラメータは、衛星の位置を求めることから、エフェメリス（Ephemeris）と呼ばれる。エフェメリスは、地上の監視局によって求められており、各衛星ごとに地上からの制御信号によってアップリンクされる。アップリンクされたエフェメリスは、航法メッセージとして放送されている。

また、衛星の位置を求めるためのパラメータとしてアルマナック（Almanac）も用意されている。航法メッセージに含まれるエフェメリスは受信した衛星だけの位置パラメータであるのに対して、その他の衛星の位置パラメータは、アルマナックとして伝送されている。

このような移動体の測位を行う従来のＧＰＳシステムの受信機は、従来、１つのアンテナで、１つの時刻によるデータを用いて、移動体の位置を測位するようにしている。

図１０は、従来のＧＰＳシステムの受信機の構成を示すものである。図１０において、アンテナ１１０でＧＰＳ衛星からの電波が受信される。アンテナ１１０は、図１１に示すように、自動車等の移動体１０１のルーフに設けられる。アンテナ１１０で受信された１．５ＧＨｚ帯のＧＰＳ衛星からの信号は、受信処理部１１１に供給される。

受信処理部１１１は、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）２０２と、周波数変換器２０３と、Ａ／Ｄコンバータ２０４と、スペクトラム逆拡散回路２０５と、同期追跡回路２０６と、復調回路２０７とを有している。

アンテナ１１０の受信信号は、低雑音増幅器２０２で増幅される。低雑音増幅器２０２の出力が周波数変換器２０３に供給される。周波数変換器２０３で、１．５ＧＨｚ帯の受信信号が中間周波数へダウンコンバートされる。周波数変換器２０３でダウンコンバートされた受信信号は、Ａ／Ｄコンバータ２０４でディジタル化された後、スペクトラム逆拡散回路２０５に供給される。スペクトラム逆拡散回路２０５で、受信信号に疑似雑音信号が乗算され、スペクトル拡散信号が逆拡散され、搬送波信号が復調される。スペクトラム逆拡散回路２０５の出力が同期追跡回路２０６を介して、復調回路２０７に供給される。同期追跡回路２０６は、検出したスペクトル拡散信号の位相変化に追従させるものである。復調回路２０７で、信号の検出／同期に合わせて、航法メッセージが復調される。

復調回路２０７の出力がベースバンド信号処理部１１３に供給される。ベースバンド信号処理部１１３で、航法メッセージからエフェメリスや衛星時計のずれなどが解読され、各ＧＰＳ衛星の位置と、擬似距離が求められる。受信しているＧＰＳ衛星が４個以上になれば、これらの情報から、移動体の現在位置が求められる。

ＧＰＳ衛星からは、図１２（Ａ）に示すように、各時刻Ｔ１、Ｔ２、…毎に航法メッセージが送られてくる。アンテナ１１０で受信された信号は復調回路２０７でベースバンド信号に復調される。このベースバンド信号がベースバンド信号処理部１１３に送られ、図１２（Ｂ）に示すように、このベースバンド信号の受信から、処理時間τの後に、３次元位置情報が求められる。

ＧＰＳシステムを使った先行技術としては、たとえば特許文献１に示すようなものがある。特許文献１には、このようなＧＰＳにより、タクシーの呼び出し者が現在地を測位し、移動物体呼び出し者がＧＰＳシステム等の位置測定装置により測定した位置情報を、無線電話機でタクシー会社等の移動物体の管理場所に伝送し、移動物体の管理場所よりタクシー無線等の車輌無線により、移動物体呼び出し者の位置を伝送することにより、移動物体呼び出し者が自己の位置が分からなくてもタクシー等の移動物体を呼び出すことができるようにしたものが開示されている。
特開平１１−４６１６４号公報

図１０に示したように、従来のＧＰＳ受信機では、１つのアンテナ１１０で１つの時刻による情報を用いて、位置情報を算出している。ところが、１つのアンテナ１１０で１つの時刻による情報を用いて位置情報を算出しているのでは、各ＧＰＳ衛星の軌道配置や走行中の移動体の周辺のビルからの反射によるマルチパスの影響やＧＰＳ受信機の特性のばらつき等により位置測定精度が劣化するという問題がある。

本発明は、上述の課題を鑑み、周辺のビルからの反射によるマルチパスの影響による誤差が軽減でき、信頼性の向上と精度の向上が図れるようにした測位装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、第１の発明に係わる測位装置は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号を復調するｎ個の受信処理部と、受信処理部で復調されたｎ個の各ベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報から、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を検出算出する演算部とを備えることを特徴とする。

好ましくは、移動体の位置情報は、緯度、経度、高度の３次元位置情報であることを特徴とする。

好ましくは、演算部は、（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の合計をサンプル数で除算して移動体の位置情報とするようにしたことを特徴とする。

好ましくは、ベースバンド処理部で、３次元位置情報に加えて、方位、車速情報を得て、方位、車速それぞれの和をサンプル数で除した値を移動体の方位および車速とすることを特徴とする。

好ましくは、上記の分配数ｍは移動体の車速で変更することを特徴とする。

第２の発明に係わる測位装置は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号をそれぞれベースバンド信号に復調するｎ個の受信処理部と、受信処理部で復調されたｎ個の各ベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、ＧＰＳ衛星からの信号の受信状態を検出する受信状態検出部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の中から、受信状態検出部で検出された受信状態の情報に応じて、受信状態の悪いチャンネルの位置情報をスクリーニングするスクリーニング部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報からスクリーングされた情報を除いた後、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を検出算出する演算部とを備えることを特徴とする。

好ましくは、受信環状態検出部は、移動体から見た周囲の３次元画像データとＧＰＳ衛星の位置とを対応させ、移動体とＧＰＳ衛星との間に障害物があるかどうかを識別してＧＰＳ衛星からの信号が良好に受信できるかどうかを判断し、該良好に受信可能なＧＰＳ衛星の数を受信状態の情報としてスクリーニング部に送出するようにしたことを特徴とする。

好ましくは、３次元の画像データとして、３次元地図または魚眼レンズでの撮影した映像を用いることを特徴とする。

好ましくは、ＧＰＳ衛星の位置は、ベースバンド信号処理部で復号された航法メッセージの軌道情報を用いるようにしたことを特徴とする。

好ましくは、ベースバンド信号処理部は、受信状態検出部で検出された良好に受信可能なＧＰＳ衛星の情報を用いてＧＰＳ衛星を選択するようにしたことを特徴とする。

好ましくは、スクリーニング部は、受信状態検出部から受信状態の情報として送られてきた良好に受信可能なＧＰＳ衛星の数が規定値以下の場合には、そのチャンネルの位置情報を削除するようにスクリーニングすることを特徴とする。

第３の発明に係わる測位装置は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号を復調するｎ個の受信処理部と、受信処理部で復調されたｎ個の各ベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、ＧＰＳ衛星からの信号の受信状態を検出する受信状態検出部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の中から、受信状態検出部で検出された受信状態の情報に応じて、受信状態の悪いチャンネルの位置情報をスクリーニングするスクリーニング部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報からスクリーングされた情報を除いた後、信頼性の高い情報を抽出し、抽出された位置情報から、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を検出算出する有効サンプル抽出および演算部とを備えることを特徴とする。

好ましくは、ｎ個のアンテナは、半径ｒの範囲内に設けられ、有効サンプル抽出演算処理部は、スクリーニングされた３次元位置情報のサンプルを３次元空間にプロットして、半径ｒに規定値を乗じた半径の球体に含まれるプロット数が最も多い球体を探索し、プロット数が最も多い球体に含まれる位置情報の合計をサンプル数で除算した値を移動体の３次元の位置情報とすることを特徴とする。

第１の発明に係わる測位装置によれば、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号を復調するｎ個の受信処理部と、受信処理部で復調されたｎ個の各ベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報から、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を検出算出する演算部とを備えている。

このように、ｎ個のアンテナのそれぞれから受信信号を復調してｎ個のベースバンド信号に変換し、各ｎ個のベースバンド信号毎に、時間の異なるｍ個のデータに分配し、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号を得て、空間ダイバシティと時間ダイバシティとにより、移動体の位置を算出するように構成することで、信頼性が向上され、また、位置検出精度が向上される。

第２の発明に係わる測位装置によれば、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号をベースバンド信号に復調するｎ個の受信処理部と、受信処理部で復調されたｎ個の各ベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、ＧＰＳ衛星からの信号の受信状態を検出する受信状態検出部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の中から、受信状態検出部で検出された受信状態の情報に応じて、受信状態の悪いチャンネルの位置情報をスクリーニングするスクリーニング部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報からスクリーングされた情報を除いた後、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を検出算出する演算部とを備えている。

このように、ｎ個のアンテナのそれぞれから受信信号を復調してｎ個のベースバンド信号に変換し、各ｎ個のベースバンド信号毎に、時間の異なるｍ個のデータに分配し、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号を得て、空間ダイバシティと時間ダイバシティとにより、移動体の位置を算出するように構成することで、信頼性が向上され、また、位置検出精度が向上される。

更に、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の中から、受信状態検出部で検出された受信状態の情報に応じて、受信状態の悪いチャンネルの位置情報をスクリーニングすることで、信頼性の向上が図られる。たとえば、受信可能なＧＰＳ衛星の数が「４」未満の場合には、その情報を遮断することで、位置検出精度の向上と信頼性の向上が図れる。

受信環状態の検出は、移動体から見た周囲の３次元画像データにＧＰＳ衛星の位置に対応させ、移動体とＧＰＳ衛星との間に障害物があるかどうかを識別してＧＰＳ衛星からの信号が良好に受信できるかどうかを判断し、該良好に受信可能なＧＰＳ衛星の数を受信状態の情報としている。これにより、信頼性の高い受信状態を得られる。また、受信状態検出部で検出された良好に受信可能なＧＰＳ衛星の情報を用いてＧＰＳ衛星を選択することで、各ベースバンド信号処理部で効率的に位置情報が検出できる。

第３の発明に係わる測位装置によれば、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号をベースバンド信号に復調するｎ個の受信処理部と、受信処理部で復調されたｎ個の各ベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、ＧＰＳ衛星からの信号の受信状態を検出する受信状態検出部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の中から、受信状態検出部で検出された受信状態の情報に応じて、受信状態の悪いチャンネルの位置情報をスクリーニングするスクリーニング部と、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報からスクリーングされた情報を除いた後、信頼性の高い情報を抽出して、位置情報から、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を検出算出する有効サンプル抽出および演算部とを備えている。

このように、ｎ個のアンテナのそれぞれから受信信号を復調してｎ個のベースバンド信号に変換し、各ｎ個のベースバンド信号毎に、時間の異なるｍ個のデータに分配し、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号を得て、空間ダイバシティと時間ダイバシティとにより、移動体の位置を算出するように構成することで、信頼性が向上され、また、位置検出精度が向上される。

更に、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報からスクリーングされた情報を除いた後、信頼性の高い情報を抽出して、抽出された位置情報から、ダイバシティ処理を行って、移動体の位置情報を算出している。たとえば、ｎ個のアンテナを半径ｒの範囲内に設け、スクリーニングされた３次元位置情報のサンプルを３次元空間にプロットして、半径ｒに規定値を乗じた半径の球体に含まれるプロット数が最も多い球体を探索し、プロット数が最も多い球体に含まれる位置情報の合計をサンプル数で除算した値を移動体の３次元の位置情報としている。これにより、位置検出精度の向上と、信頼性の向上が図れる。

第１の実施の形態．
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。図１において、アンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎで、ＧＰＳ衛星からの電波が受信される。アンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎは、図２に示すように、自動車等の移動体１のルーフに取り付けられる。アンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎの受信出力は、受信処理部１１−１、１１−２、…、１１−ｎにそれぞれ供給される。受信処理部１１−１、１１−２、…、１１−ｎは、ＧＰＳ衛星からの１．５ＧＨｚ帯の信号を増幅する低雑音増幅器と、受信した１．５ＧＨｚ帯の信号を中間周波数へダウンコンバートする周波数変換器と、受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータと、受信信号に疑似雑音信号を乗算し、スペクトル拡散信号を逆拡散して元の搬送波信号に戻すスペクトラム逆拡散回路と、検出したスペクトル拡散信号の位相を追跡する同期追跡回路と、ベースバンド信号に復調する復調回路とを有している。受信処理部１１−１〜１１−ｎからは、ｎチャンネルのベースバンド信号が得られる。

受信処理部１１−１〜１１−ｎからのｎチャンネルのベースバンド信号は分配部１２−１〜１２−ｎにそれぞれ供給される。分配部１２−１〜１２−ｎにより、受信処理部１１−１〜１１−ｎからのｎチャンネルの各ベースバンド信号は、時間の異なるｍ個のデータに分配される。

すなわち、受信処理部１１−１からのベースバンド信号は、分配部１２−１によりチャンネルＣｈ１１、Ｃｈ１２、…、Ｃｈ１ｍのｍ個の時間の異なるベースバンド信号に分配される。受信処理部１１−２からのベースバンド信号は、分配部１２−２により、チャンネルＣｈ２１、Ｃｈ２２、…、Ｃｈ２ｍのｍ個の時間の異なるベースバンド信号に分配される。受信処理部１１−ｎからのベースバンド信号は、分配部１２−ｎにより、チャンネルＣｈｎ１、Ｃｈｎ２、…、Ｃｈｎｍのｍ個の時間の異なるベースバンド信号に分配される。

各チャンネルのベースバンド信号は、ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍにそれぞれ供給される。各ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍは、ベースバンド信号が復号された航法メッセージから、各ＧＰＳ衛星の軌道情報と、各ＧＰＳ衛星までの擬似距離を求め、これらの情報から、移動体１の３次元位置情報（緯度、経度、高度）を求めるものである。

ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍで求められた移動体１の３次元位置情報は、演算部１４に送られる。演算部１４は、各チャンネルのベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍで求められた３次元位置情報から、空間と時間のダイバシティ処理を行って、移動体１の位置を算出する。

以上のように、第１の実施の形態では、ｎ個のアンテナ１０−１〜１０−ｎのそれぞれから受信信号を復調してｎ個のベースバンド信号に変換し、各ｎ個のベースバンド信号毎に、時間の異なるｍ個のデータに分配し、（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号を得て、空間ダイバシティと時間ダイバシティとにより、移動体１の位置を算出するように構成されている。このように、空間ダイバシティと時間ダイバシティとを行うことで、信頼性が向上され、また、位置検出精度が向上される。

つまり、ＧＰＳ衛星からは、図３（Ａ）に示すように、各時刻Ｔ１、Ｔ２、…毎に航法メッセージが送られてくる。アンテナ１０−１で受信された信号は受信処理部１１−１でベースバンド信号に復調される。このアンテナ１０−１のベースバンド信号は、図３（Ｂ）に示すように、分配部１２−１で、チャンネルＣｈ１１、Ｃｈ１２、…、Ｃｈ１ｍのｍ個の時間の異なるベースバンド信号に分配される。アンテナ１０−２で受信された信号は受信処理部１１−２でベースバンド信号に復調される。このアンテナ１０−２のベースバンド信号は、図３（Ｃ）に示すように、分配部１２−２で、チャンネルＣｈ２１、Ｃｈ２２、…、Ｃｈ２ｍのｍ個の時間の異なるベースバンド信号に分配される。アンテナ１０−ｎで受信された信号は受信処理部１１−ｎでベースバンド信号に復調される。このアンテナ１０−ｎのベースバンド信号は、図３（Ｄ）に示すように、分配部１２−ｎで、チャンネルＣｈ２１、Ｃｈ２２、…、Ｃｈｎｍのｍ個の時間の異なるベースバンド信号に分配される。

ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍは、各チャンネルＣｈ１１〜Ｃｈ１ｍ、Ｃｈ２１〜Ｃｈ２ｍ、…Ｃｈｎ１〜Ｃｈｎｍのベースバンド信号を並列処理し、処理時間τの後に、各チャンネルＣｈ１１〜Ｃｈ１ｍ、Ｃｈ２１〜Ｃｈ２ｍ、…Ｃｈｎ１〜Ｃｈｎｍ毎の３次元位置情報を出力する。

１ブロック分の３次元位置情報（チャンネルＣｈ１１〜Ｃｈ１ｍ、Ｃｈ２１〜Ｃｈ２ｍ、…Ｃｈｎ１〜Ｃｈｎｍの位置情報）が得られたら、この１ブロック分の３次元位置情報を合計し、そのサンプル数で除算することで、移動体１の３次元位置座標が求められる。

ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態は、電波を受信する位置と、電波を受信した時間とにより変化し、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態により、求められる３次元位置情報にばらつきが生じる。この実施の形態では、異なるアンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎで受信を行う空間ダイバシティと、各アンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎの受信信号を復調して得られるベースバンド信号を時点Ｔ１、Ｔ２、…毎に分配する時間ダイバシティにより、（ｎ×ｍ）個のチャンネルで３次元位置情報が求められる。これら（ｎ×ｍ）個の３次元位置情報を合計し、そのサンプル数で除算することにより、信頼性が高く、精度のよい３次元位置情報を得ることができる。

なお、上述の例では、（ｍ×ｎ）の各チャンネルから得られる３次元位置情報の座標を求めているが、各チャンネルからは、３次元位置情報ばかりでなく、移動体１の方位や車速が得られる。（ｍ×ｎ）の各チャンネルから得られる移動体１の方位や車速についても、それぞれのチャンネルの方位や車速の値を合計し、サンプル数で除算して、これを移動体１の車速や方位とするようにしてもよい。

また、移動体１の移動速度が速い場合には、時間分割されたデータが移動速度の影響を受ける。そこで、移動速度の影響を大きく受けることがないように、ベースバンド信号の時間方向の分割数ｍを移動体１の速度に応じて変更するようにしてもよい。
第２の実施の形態．
図４は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。この第２の実施の形態では、３次元画像データ取得部１５と、受信状態検出部１６が設けられる。また、受信状態検出部１６により得られた受信状態に応じて、（ｍ×ｎ）の各チャンネルのうち受信状態の悪いチャンネルをスクリーニングするためのスクリーニング部１７が設けられる。他の構成については、第１の実施の形態と同一であり、対応する部分には同一の符号が付されている。

図４において、３次元画像データ取得部１５には、３次元画像データが送られる。３次元画像データは、たとえば、魚眼レンズつきのカメラで天空の写真を取得し、得られた写真の映像から作成される。３次元画像データには、ビル等の立体物の情報が含まれる。衛星の軌道情報は、基準局から無線回線を介して取得するようにしてもよいし、ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍで航法メッセージから取得するようにしてもよい。受信状態検出部１６で、各ＧＰＳ衛星の位置と３次元画像データとが対応するように重ね合わされる。そして、移動体１とＧＰＳ衛星とを結ぶ間に、３次元画像データで示される立体物の情報があるかどうかが識別され、移動体１とＧＰＳ衛星とを結ぶ間にＧＰＳ衛星がなければ、良好に受信可能なＧＰＳ衛星と判断され、移動体１とＧＰＳ衛星とを結ぶ間に、３次元画像データで示される立体物の情報があれば、受信不可能なＧＰＳ衛星と判断される。

図５は、移動体１の中心が位置Ｐ０にあるとき、魚眼レンズつきのカメラで天空の写真を取得し、得られた写真の映像から３次元画像データを作成し、進行方向を上面にして、ＧＰＳ衛星の軌道情報と重ねて表示したものである。この例では、魚眼レンズによる天空の写真から得られた３次元画像データに建物Ａ、Ｂ、Ｃがあり、各ＧＰＳ衛星の位置をこの３次元画像データに重ね合わせたときに、建物Ａの中にＧＰＳ衛星＃７が入り、建物Ｂの中にＧＰＳ衛星＃１８が入っている。この場合、移動体１が位置Ｐ０の位置にあると、ＧＰＳ衛星＃７からの電波は、位置Ｐ０にある移動体１に届くまでに建物Ａで反射され、ＧＰＳ衛星＃１８からの電波は、位置Ｐ０にある移動体１に届くまでに建物Ｂで反射されるため、ＧＰＳ衛星＃７と、ＧＰＳ衛星＃１８からの電波の受信状態は悪化する。

受信状態検出部１６で検出された良好に受信可能なＧＰＳ衛星の情報は、アンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎを介してベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍに送られる。ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍは、それぞれの位置情報を求める際に、この良好に受信可能なＧＰＳ衛星の情報を用いて、位置情報の計算を行う。

すなわち、図５の場合には、ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍで移動体１の位置情報を求める際に、ＧＰＳ衛星＃７からの信号と、ＧＰＳ衛星＃１８からの信号は除かれ、これ以外のＧＰＳ衛星＃４、＃１０、＃２４、＃１９からの信号を使って処理が行われる。このように、受信状態の悪いＧＰＳ衛星を除外することで、ビル陰等の影響で受信品質の悪い衛星からの信号を処理することによる誤差を演算前に防止でき、ベースバンド処理装置の処理効率を向上させることができる。

図４において、受信状態検出部１６で、各ＧＰＳ衛星の位置と移動体１の３次元画像データとを対応するように重ね合わせて求められた受信可能なＧＰＳ衛星の数の情報は、受信状態の情報として、スクリーニング部１７に送られる。たとえば、図４の場合には、４つのＧＰＳ衛星＃４、＃１０、＃２４、＃１９が受信可能であるから、その数「４」が受信状態の情報としてスクリーニング部１７に送られる。

スクリーニング部１７に送られてきた受信可能なＧＰＳ衛星の数の情報は、スクリーニング処理に利用される。すなわち、移動体１の周囲に障害物が多く、受信環境が悪化すると、良好に受信できるＧＰＳ衛星の数は少なくなる。良好に受信できるＧＰＳ衛星の数が「４」未満の場合には、正しい位置情報は得られない。スクリーニング部１７は、受信状態の情報として送られてきた受信可能なＧＰＳ衛星の数が「４」未満の場合には、その情報を遮断するように、スクリーニングする。

なお、上述の例では、３次元画像データは、たとえば移動体１のルーフに取り付けた魚眼レンズつきのカメラで天空の写真を取得して得るようにしているが、その代わりに、３次元地図データを用いるようにしてもよい。３次元地図データには、図６（Ａ）に示すように、移動体１の垂直面を基準に立体角α、β、γ、…の一定間隔毎の円錐を作成し、その円錐と建物との関連を描いて、図６（Ｂ）に作成される。図６（Ｂ）に示すように、このようにして作成された３次元地図は、前述の移動体１のルーフに取り付けた魚眼レンズつきのカメラで天空の写真を取得して得られた画像と同様なものとなる。

以上のように、第２の実施の形態では、３次元画像データ取得部１５と受信状態検出部１６とが設けられ、受信状態検出部１６で、各ＧＰＳ衛星の位置と移動体１の３次元画像データたが対応するように重ね合わされ、受信可能なＧＰＳ衛星の数が求められる。そして、受信可能なＧＰＳ衛星の数が受信状態の情報としてスクリーニング部１７に送られ、スクリーニング部１７では、たとえば、受信可能なＧＰＳ衛星の数が「４」未満の場合には、その情報を遮断するように、スクリーニングが行われる。これにより、（ｍ×ｎ）の各チャンネルから得られる位置情報の中で、信頼性の低い情報を予め除いて処理することができるようになり、信頼性の向上と、精度の向上が図れる。
第３の実施の形態．
図７は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。この第３の実施の形態では、図８に示すように、アンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎは、移動体１のルーフの所定の半径ｒ円内に配置される。アンテナ１０−１、１０−２、…、１０−ｎの受信出力は、受信処理部１１−１、１１−２、…、１１−ｎにそれぞれ供給され、受信処理部１１−１〜１１−ｎからは、ｎチャンネルのベースバンド信号が出力される。

このｎチャンネルのベースバンド信号は、分配部１２−１〜１２−ｎにより、時間の異なるｍ個のデータに分配され、分配部１２−１〜１２−ｎからは、空間と時間の異なる（ｍ×ｎ）チャンネルのベースバンド信号が得られる。ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍで各チャンネルのベースバンド信号から、３次元位置情報（緯度、経度、高度）が求められる。

各チャンネルのベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍで求められた移動体１の３次元位置情報は、スクリーニング部１７に送られる。また、たとえば、魚眼レンズつきのカメラで天空の写真を取得し、得られた写真の映像から作成された３次元画像データが３次元画像データ取得部１５から受信状態検出部１６に送られる。受信状態検出部１６で、各ＧＰＳ衛星の位置と移動体１の３次元画像データとを対応するように重ね合わせて、受信可能な衛星が識別される。受信状態検出部１６で求められた受信可能なＧＰＳ衛星の数の情報は、受信状態の情報として、スクリーニング部１７に送られる。受信可能なＧＰＳ衛星の数が「４」未満の場合には、その情報はスクリーニング部１７でスクリーニングされる。

スクリーニング部１７の出力が有効サンプル抽出および演算部２０に送られる。有効サンプル抽出および演算部２０は、ベースバンド信号処理部１３−１１〜１３−ｎ１、１３−１２〜１３−ｎ２、…、１３−１ｍ〜１３−ｎｍで求められた各チャンネルの３次元位置情報のサンプルから、誤差が所定値内にあるサンプルを抽出し、誤差が所定値以内にあると推定されるサンプルの３次元位置情報を合計し、その合計値をサンプル数で除算して、移動体１の位置座標を算出するものである。

つまり、（ｍ×ｎ）の各チャンネルから得られる３次元位置情報には誤差があるため、各チャンネルから３次元位置情報は、移動体１の実際の位置を中心として、ばらつく。図８に示したように、アンテナ１０−１、１０−２、…は、半径ｒを中心とした円内に配置されている。したがって、各チャンネルから得られる３次元位置情報は、図９に示すように、半径ｒに規定値αを乗じた範囲にばらついていると考えられる。

そこで、この実施の形態では、有効サンプル抽出および演算部２０で、（ｍ×ｎ）の各チャンネルから得られる３次元位置情報を３次元座標上にプロットし、アンテナを設置した半径ｒに位置検出誤差に関する規定値αを乗じた値ａ・ｒを半径とする球体でプロットされた点を覆い、プロットされた点がその球内に最も多く含まれる球を探索し、探索された球の中に含まれるプロット点の座標のサンプルを抽出し、この探索された球の中に含まれこの探索された球の中に含まれるプロット点の座標のサンプルの３次元位置情報を合計し、るプロット点の座標のサンプルの３次元位置情報を合計し、その合計値をサンプル数で除算して、移動体１の位置情報が求められる。

すなわち、図９に示すように、（ｍ×ｎ）チャンネルの各チャンネルで求められた３次元の位置情報は、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表される。この各チャンネルの３次元の位置座標が３次元空間上にプロットされる。図９では、チャネルＣｈ１１で求められた３次元位置情報Ｐ１１が３次元座標（ｘ１１，ｙ１１，ｚ１１）にプロットされ、チャネルＣｈ１２で求められた３次元位置情報Ｐ１２が３次元位置座標（ｘ１２，ｙ１２，ｚ１２）にプロットされ、チャネルＣｈｍｎで求められた３次元位置情報Ｐｍｎが３次元座標（ｘｍｎ，ｙｍｎ，ｚｍｎ）にプロットされている。

位置検出誤差に関する規定値αをアンテナが設置される半径ｒに乗じた値ａ・ｒを半径とする球体でプロットされた点を覆い、プロット点がその球内に最も多く含まれる球を探索することで、位置Ｐ００を中心とする半径ａ・ｒの球が求められる。有効サンプル抽出および演算部２０で、この位置Ｐ００を中心とする半径ａ・ｒの球内に含まれるプロット点のサンプルが抽出される。抽出されたサンプルの座標の総和をサンプル数で除した値から、移動体１の３次元位置座標が求められる。

たとえば図９の場合は、移動体１の位置座標ＰＥＳＴは
ＰＥＳＴ＝（Ｐ１１（ｘ１１，ｙ１１，ｚ１１）＋Ｐ２１（ｘ２１，ｙ２１，ｚ２１）＋Ｐ２２（ｘ２２，ｙ２２，ｚ２２）＋Ｐ３４（ｘ３４，ｙ３４，ｚ３４）／４
として算出される。

また、このようにして求められた移動体１の位置座標ＰＥＳＴを用いて、移動体１の姿勢情報を算出するようにしてもよい。たとえば、図９の場合には、半径ａ・ｒの球内に含まれるアンテナ１０−１からのサンプルはＰ１１のみであるので、アンテナ１０−１の位置Ｐ１は、
Ｐ１＝Ｐ１１（ｘ１１，ｙ１１，ｚ１１）
とされる。半径ａ・ｒの球内に含まれるアンテナ１０−２からのサンプルはＰ２１とＰ２２であるので、アンテナ１０−２の位置Ｐ２は、
Ｐ２＝（Ｐ２１（ｘ２１，ｙ２１，ｚ２１）＋Ｐ２２（ｘ２２，ｙ２２，ｚ２２））／２
で算出される。半径ａ・ｒの球内に含まれるアンテナ１０−３からのサンプルはＰ３４のみであるので、アンテナ１０−３の位置Ｐ３は、
Ｐ３＝Ｐ１１（ｘ３４，ｙ３４，ｚ３４）
とされる。

位置座標ＰＥＳＴを中心にして、求められたアンテナ１０−１、１０−２、…の位置座標Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…がプロットされる。そして、プロットされたアンテナの位置座標Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…と、移動体１上に取り付けられたアンテナの位置との関係を比較することにより、移動体１の姿勢を求めることができる。

以上のように、本発明の第４の実施の形態では、アンテナを設置した半径ｒに位置検出誤差に関する規定値ａを乗じた値OLE_LINK1ａOLE_LINK1・ｒを半径とする球体でプロットされた点を覆い、プロット点がその球内に最も多く含まれる球を探索することで、位置Ｐ００を中心とする半径ａ・ｒの球が求められ、この位置Ｐ００を中心とする半径ａ・ｒの球内に含まれるプロット点のサンプルを抽出し、抽出されたサンプルの座標の総和をサンプル数で除した値から、移動体１の３次元位置座標を求めるようにしている。これにより、信頼性が向上され、また、位置検出精度が向上される。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態を適宜、組み合わせてもよい。また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、簡易な方法で信頼性の高い位置検出を行うことにより、自動車のような移動体の運転支援の他、建設機械のクレーンのような可動な装置の位置の自動制御にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態のアンテナの取り付けの説明に用いる斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の説明に用いるタイミング図である。 本発明の第２の実施の形態のブロック図である。 ３次元画像データの一例の説明に用いる図である。 ３次元画像データの他の例の説明に用いる図である。 本発明に第３の実施の形態のブロック図である。 本発明の第３の実施の形態のアンテナの取り付けの説明に用いる斜視図である。 本発明の第３の実施の形態における位置の算出の説明に用いる図である。 従来のＧＰＳ受信機の一例のブロック図である。 従来のＧＰＳ受信機のアンテナの取り付けの説明に用いる斜視図である。 従来のＧＰＳ受信機の説明に用いるタイミング図である。

符号の説明

１…移動体、
１０−１〜１０−ｎ アンテナ、
１１−１〜１１−ｎ 受信処理部、
１２−１〜１２−ｎ 分配部、
１３−１１〜１３−ｎｍ ベースバンド信号処理部、
１４ 演算部、
１５ ３次元画像データ取得部、
１６ 受信状態検出部、
１７ スクリーニング部、
２０ 有効サンプル抽出および演算部

Claims (13)

1. ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、
   前記ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号をそれぞれベースバンド信号に復調するｎ個の受信処理部と、
   前記ｎ個の受信処理部で復調されたそれぞれのベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、
   前記分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、
   前記（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報から、ダイバシティ処理を行って、前記移動体の位置情報を検出算出する演算部と
   を備えることを特徴とする測位装置。
2. 前記位置情報は、緯度、経度、高度の３次元位置情報であることを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
3. 前記演算部は、前記（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の合計をサンプル数で除算して前記移動体の位置情報とするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
4. 前記ベースバンド処理部で、方位、車速情報を得て、方位、車速それぞれの和をサンプル数で除した値を前記移動体の方位および車速とすることを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
5. 前記分配数ｍは移動体の車速で変更することを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
6. ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、
   前記ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号からそれぞれベースバンド信号を復調するｎ個の受信処理部と、
   前記ｎ個の受信処理部で復調されたそれぞれのベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、
   前記分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、
   前記ＧＰＳ衛星からの信号の受信状態を検出する受信状態検出部と、
   前記（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の中から、前記受信状態検出部で検出された受信状態の情報に応じて、受信状態の悪いチャンネルの位置情報をスクリーニングするスクリーニング部と、
   前記（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報から前記スクリーングされた情報を除いた後、ダイバシティ処理を行って、前記移動体の位置情報を検出算出する演算部と
   を備えることを特徴とする測位装置。
7. 前記受信環状態検出部は、移動体から見た周囲の３次元画像データに前記ＧＰＳ衛星の位置に対応させ、前記移動体と前記ＧＰＳ衛星との間に障害物があるかどうかを識別して前記ＧＰＳ衛星からの信号が良好に受信できるかどうかを判断し、該良好に受信可能なＧＰＳ衛星の数を受信状態の情報として前記スクリーニング部に送出するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の測位装置。
8. 前記３次元の画像データとして、３次元地図または魚眼レンズでの撮影した映像を用いることを特徴とする請求項７に記載の測位装置。
9. 前記ＧＰＳ衛星の位置は、前記ベースバンド信号処理部で復号された航法メッセージの軌道情報を用いるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の測位装置
10. 前記ベースバンド信号処理部は、前記受信状態検出部で検出された良好に受信可能なＧＰＳ衛星の情報を用いてＧＰＳ衛星を選択するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の測位装置。
11. 前記スクリーニング部は、前記受信状態検出部から受信状態の情報として送られてきた良好に受信可能なＧＰＳ衛星の数が規定値以下の場合には、そのチャンネルの位置情報を削除するようにスクリーニングすることを特徴とする請求項６に記載の測位装置。
12. ＧＰＳ衛星からの信号を受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナと、
    前記ｎ個のアンテナで受信したＧＰＳ衛星からの信号をベースバンド信号に復調するｎ個の受信処理部と、
    前記ｎ個の受信処理部で復調されたそれぞれのベースバンド信号を時間軸方向にｍ分配する分配部と、
    前記分配部によりｎ個のベースバンド信号を時間軸方向にｍ個分割して得られた（ｍ×ｎ）のベースバンド信号から（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報を算出する（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部と、
    前記ＧＰＳ衛星からの信号の受信状態を検出する受信状態検出部と、
    前記（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報の中から、前記受信状態検出部で検出された受信状態の情報に応じて、受信状態の悪いチャンネルの位置情報をスクリーニングするスクリーニング部と、
    前記（ｍ×ｎ）個のベースバンド信号処理部で算出された（ｍ×ｎ）チャンネルの位置情報から前記スクリーングされた情報を除いた後、信頼性の高い情報を抽出し、抽出した位置情報から、ダイバシティ処理を行って、前記移動体の位置情報を検出算出する有効サンプル抽出および演算部と
    を備えることを特徴とする測位装置。
13. 前記ｎ個のアンテナは、半径ｒの範囲内に設けられ、
    前記有効サンプル抽出演算処理部は、前記スクリーニングされた３次元位置情報のサンプルを３次元空間にプロットして、前記半径ｒに規定値を乗じた半径の球体に含まれるプロット数が最も多い球体を探索し、前記プロット数が最も多い球体に含まれる位置情報の合計をサンプル数で除算した値を前記移動体の３次元の位置情報とすることを特徴とする請求項１２に記載の測位装置。