JP2006258735A - 測位装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 利用者に大きな負担をかけず、測位できる地域を狭くすることなく、反射波による影響を低減することができる測位装置を提供する。
【解決手段】 車両から出力される車速パルス等に基づいて移動速度を算出する速度算出部5と、複数の衛星によって送信された衛星信号の信号レベルと閾値とを比較することによって衛星信号を選択する衛星信号選択部6と、選択された衛星信号に基づいて測位装置の位置を算出する位置算出部7とを備え、衛星信号選択部6は、速度算出部5によって算出された移動速度に応じて閾値を変更する。
【選択図】 図1
【解決手段】 車両から出力される車速パルス等に基づいて移動速度を算出する速度算出部5と、複数の衛星によって送信された衛星信号の信号レベルと閾値とを比較することによって衛星信号を選択する衛星信号選択部6と、選択された衛星信号に基づいて測位装置の位置を算出する位置算出部7とを備え、衛星信号選択部6は、速度算出部5によって算出された移動速度に応じて閾値を変更する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、GPS(Global Positioning System)を代表とする衛星測位システム(Global Navigation Satellite System、以下単に「GNSS」という。)に適用される測位装置に関するものである。
従来の測位装置は、図6に示すように、衛星から送出された電波を受信するアンテナ部11と、受信した受信信号を復調処理する信号処理部12と、復調処理して得られた衛星信号に基づいて測位する測位部13とを備え、測位された位置を基準として、地図データ格納部17から対応する地図データを読み出して表示装置に表示させている。
測位部13は、衛星信号を選択する衛星信号選択部15と、選択された衛星信号に基づいて測位装置の位置を算出する位置算出部16とを備えている。位置算出部16は、衛星信号選択部15によって選択された衛星信号を送信した各衛星の位置を中心とし、各衛星から測位装置までの伝搬距離を半径とする各球の交点を導くことによって測位装置の位置を算出するようになっている。
ビル街等のように衛星から送出された電波が反射しやすい環境では、反射波の影響により位置算出部16が伝搬距離を正しく測定することができなくなることがあり、位置算出部16による算出結果に数十mの位置ずれが発生してしまうことがある。
この反射波は、周囲の建物の影響を強く受けるものであり、見晴らしの良い場所と、ビル街等とで大きく異なるため、衛星信号選択部15は、衛星によって送信された衛星信号の信号レベルと閾値とを比較することによって、伝搬距離の測定誤差が大きくなると考えられる衛星信号を選択しないようになっている。
しかしながら、測位装置の周囲の環境によっては、信号レベルが閾値を超える衛星信号でも、反射波の影響を強く受けている場合があり、この場合には、大きな測位誤差が発生してしまう。
この反射波の影響を低減するため、従来の測位装置は、あらかじめ地図データに反射波の発生しやすさの目安となる情報を記憶させておき、衛星信号選択部15で信号レベルと比較する閾値を反射波が発生しやすい地域では大きくして相対的に受信感度を下げることにより、信号レベルが高く安定した衛星信号だけを用いて測位していた(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−264076号公報(第3−4頁、第1図)
しかしながら、従来の測位装置においては、格子状に区分された地域毎の地図データで反射波が発生しやすいか否かを管理するため、反射波が発生しやすいとされた区分の全域で受信感度を下げてしまい、測位できる地域が狭くなるという問題があった。
また、従来の測位装置においては、地図データを常に最新のものにしておかなければならないため、全国を調査して地図データを更新するための莫大な費用がかかり、利用者に大きな負担をかけるという問題があった。
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、利用者に大きな負担をかけず、測位できる地域を狭くすることなく、反射波による影響を低減することができる測位装置を提供することを目的とする。
本発明の測位装置は、複数の衛星によって送信された衛星信号の信号レベルと閾値とを比較することによって前記衛星信号を選択し、選択した衛星信号に基づいて測位する測位装置において、前記測位装置の移動速度に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段を備えた構成を有している。
例えば、前記閾値変更手段は、前記移動速度が高くなるにつれて前記閾値を低くし、前記移動速度が低くなるにつれて前記閾値を高くする。
この構成により、本発明の測位装置は、反射波の影響を受けやすい低速移動時には閾値を高くし、反射波の影響を受けにくい高速移動時には、閾値を低くすることで、走行速度に応じた最適な閾値を決定することができ、利用者に大きな負担をかけず、測位できる地域を狭くすることなく、反射波による影響を低減することができる。
なお、前記閾値変更手段は、前記測位装置が設けられた車両によって出力される車速パルスに基づいて前記移動速度を算出するようにしてもよく、前記測位装置の測位結果に基づいて前記移動速度を算出するようにしてもよい。
本発明は、利用者に大きな負担をかけず、測位できる地域を狭くすることなく、反射波による影響を低減することができるといった効果を有する測位装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
なお、GPSを代表とするGNSSは、衛星を用いた全地球上で利用できる衛星測位システムであり、米国が管理するGPSの他にも、ロシアのGLONASS(Global Orbiting Navigation Satellite System)が知られており、欧州のGalileoも実用化が予定されている。これらの衛星測位システムに対して、単独または統合した測位装置が開発されており、陸海空のさまざまな場所で利用されることが想定される。
今日では、GPSを用いた車両用ナビゲーション装置が広く普及しており、本実施形態は、本発明の測位装置をGPSに適用して車両に搭載した例について説明するが、本発明は、その他のGNSSについても適用可能であり、GPSに限定されるものではない。
本発明の一実施の形態の測位装置を図1に示す。
測位装置1は、衛星から送出された電波を受信するアンテナ部2と、アンテナ部2に受信された受信信号を復調処理する信号処理部3と、復調処理によって得られた衛星信号に基づいて測位する測位部4と、車両から出力される車速パルス等に基づいて測位装置1の移動速度を算出する速度算出部5とを備えている。
信号処理部3は、測位部4および速度算出部5と共に、LSI(Large Scale Integration)やプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)によって一体に構成されている。
信号処理部3は、同時に受信可能なチャンネル(一般的には8〜16チャンネル)を有し、異なる衛星から送信された信号を各チャンネルで復調処理するようになっている。
測位部4は、衛星信号を選択する衛星信号選択部6と、選択された衛星信号に基づいて測位装置1の位置を算出する位置算出部7とを有している。なお、速度算出部5および衛星信号選択部6は、本発明における閾値変更手段を構成する。
以上のように構成された測位装置1について、その動作を説明する。
GPSでは、L1帯(1.57542GHz)の搬送波周波数が民生用として開放されており、将来的にはL2帯(1.2276GHz)およびL5帯(1.17645GHz)の搬送波周波数についても民生用に開放される予定である。
これらの搬送波周波数で衛星から送信された信号は、アンテナ部2に受信される。
衛星から送信される信号には、C/A(Clear and AcquisitionまたはCoarse and Access)コードと呼ばれる衛星固有の符号でスペクトラム拡散されてノイズ以下のレベルに拡散された衛星信号が含まれている。
C/Aコードは、同一のC/Aコードでスペクトル拡散した信号と相関(以下単に「自己相関」という。)を取った場合、同位相のときの相関値が最大で、位相が1bit以上ずれたときの相関値がほぼ0となる特徴がある。また、C/Aコードは、異なるC/Aコードでスペクトル拡散した信号と相関(「相互相関」ともいう。)を取った場合には、相関値がほぼ0となる特徴がある。さらに、C/Aコードは、自己相関の位相差が0〜1bitの範囲では、相関値がその位相差に比例する特徴がある。
したがって、アンテナ部2に受信された受信信号に各C/Aコードの位相を合わせて逆拡散することによって各チャンネルの衛星信号が取得できる。
C/Aコードの位相を合わせるものとして、DLL(Delay Lock Loop)という方式が一般的に用いられており、DLLは、図2に示すように、同期が取れているC/Aコードの位相から±0.5bitずらした自己相関値を同時に求め、それぞれの相関値が同じになるように制御することによってC/Aコードの位相を合わせる。
一方、衛星は、約12時間で地球を周回する速度で移動しているため、この移動に伴って最大で±5000Hzのドップラーシフト周波数が発生する。
信号処理部3は、アンテナ部2に受信された受信信号にDLLを用いてC/Aコードの位相を合わせて逆拡散処理すると共にドップラーシフト周波数を検出して除去することによって衛星信号を取得する。
ここで、衛星信号は、衛星の軌道情報等を含む航法データを含み、航法データは、50bpsの速度で衛星から放送されている。これらの航法データは、信号処理部3によって衛星信号から取得される。
航法データは、300bit毎にサブフレームと呼ばれる単位で構成されており、1〜5までの5種類のサブフレームが順番に衛星から放送される。
サブフレームには、先頭を示すプリアンブルパターンと呼ばれるbit列が格納されており、サブフレームのデータを取得するためには、まず、プリアンブルパターンを検出する。
サブフレーム1〜5は、まとめてメインフレームと呼ばれ、25種類のメインフレームが順番に放送される。つまり、メインフレーム1を構成するサブフレーム1、メインフレーム1を構成するサブフレーム2、・・・・、メインフレーム1を構成するサブフレーム5、メインフレーム2を構成するサブフレーム1、・・・・、メインフレーム25を構成するサブフレーム5という順番で放送され、再びメインフレーム1を構成するサブフレーム1が放送される。
サブフレーム1〜3は、放送している衛星の詳細な軌道情報や衛星管理時刻の補正値等が主に格納されており、測位するためには必要不可欠なものである。サブフレーム1〜3は、基本的には4時間の有効期限があり、2時間は同一のものが放送されている。一方、サブフレーム4〜5は、他の衛星の軌道情報や健康状態情報等が主に格納されている。
位置算出部7は、衛星信号選択部6によって選択された衛星信号毎に、衛星信号を送信した衛星の位置を中心として、当該衛星から送信された信号の伝播距離を半径とする式1に示した球の方程式を立てて、これらの方程式よりなる連立方程式を解くことによって測位装置1の位置を算出する。
衛星iの位置(Xi,Yi,Zi)は、信号処理部3によって取得された航法データに含まれる各衛星の詳細な軌道情報により正確に算出することができる。また、伝搬距離Liは、「(測位装置1の信号受信時刻−衛星iの信号送信時刻)×光速」で算出することができるが、測位装置1の信号受信時刻には、測位装置1の内部時計による時刻誤差が含まれるため正確な距離は算出できない。しかし、この時刻誤差は、全ての衛星に対して同じ量になるため、1つの未知数として扱える。
したがって、連立方程式の未知数は、測位装置1の位置(Xr,Yr,Zr)と測位装置1の時刻誤差との4つとなり、位置算出部7は、4衛星以上の衛星に対して立てた球の方程式よりなる連立方程式を解くことにより、測位装置1の位置と正確な時刻を算出する。
具体的には、伝搬距離Liを算出する際に基づく衛星iの信号送信時刻は、衛星信号から算出することができる。
例えば、サブフレームの先頭には6秒単位の時刻情報が格納されており、この時刻はサブフレームの先頭が送信された時刻を表している。すなわち、サブフレームの先頭に格納されているプリアンブルパターンを検出し、6秒単位の時刻データを取得すれば6秒単位で正確な時刻を算出することができる。
また、前述したとおり、サブフレームの先頭から50bpsで航法データが送信されているため、サブフレームの先頭からのデータ数をカウントすることで、20msec単位の時刻を算出することができる。
さらに、航法データの先頭とC/Aコードの先頭は完全に同期しており、C/Aコードの周期は1msecであるため、航法データのbitエッジからのC/Aコードの発生数をカウントすることで、1msec単位の時刻を算出することができる。また、C/Aコードの先頭からの位相によって、1msec以下の時刻が算出できる。
このように、信号処理部3が正確にC/Aコードの位相を合わせることによって、測位部4が衛星の信号送信時刻を正確に決定することができ、測位装置1の測位精度を向上させることができる。
衛星信号選択部6は、衛星信号の信号レベルと閾値とを比較することによって衛星信号を選択する。
信号処理部3は、DLLを用いて位相を±0.5bitずらしたC/Aコードと受信信号との相関値が同一となるように制御するため、図3に示すように、ビル等に反射した反射波21が直接波22に合成された合成波23がアンテナ部2に受信されたときには、C/Aコードの位相が合っているときに、位相を±0.5bitずらしたC/Aコードの相関値が同一とならず、C/Aコードの位相を合わせることができなくなる。
図3からも分かるように、C/Aコードは、1.5bit以上遅れた反射波については、その影響をほとんど受けない。したがって、C/Aコードは、1.023Mbpsのビットレートで光速で伝搬されるため、約450m以上遅れた反射波の影響をほとんど受けない。つまり、C/Aコードは、遠くの建物で反射した反射波よりも近くの建物で反射した反射波に強い影響を受ける。
このため、測位装置1が高速で移動している場合には、周囲の建物との位置関係が常に変化するため、反射波の影響があったとしても、その影響が短時間で解消し、測位装置1の位置の算出精度に与える影響が極めて小さくなる。
一方、測位装置1が低速で移動している場合や停止している場合には、周囲の建物との位置関係がほとんど変わらないため、反射波の影響を長く受けてしまい、測位装置1の位置の算出精度が悪くなってしまう。
このため、衛星信号選択部6は、速度算出部5によって算出された速度に応じて閾値を変更する。例えば、衛星信号選択部6は、反射波の影響を受けにくい高速移動時では、閾値を低くし、反射波の影響を受けやすい低速移動時または停車時では、閾値を高くする。
一般的な車両からは、総走行距離の積算や、速度メータの表示等の目的で、タイヤの回転数に比例する形でパルス情報が出力される。速度算出部5は、このパルス情報を読み出して、一定の係数を乗算することで測位装置1の移動速度を算出する。
図4は、測位装置1から見た衛星の仰角と反射波との関係を説明するための概念図である。
図4に示すように、測位装置1から見た仰角が高い位置にある衛星から送出された電波よりも仰角が低い位置にある衛星から送出された電波の方が影響範囲が広い反射波を発生する。例えば、天頂にある衛星SV1から送出された電波の反射波31は、影響を与える範囲が狭いが、測位装置1から見た仰角が低い位置にある衛星SV2から送出された電波の反射波32は、影響を与える範囲が広くなる。
図5は、測位装置1から見た仰角と衛星までの距離との関係を説明するための概念図である。なお、図5においては、説明を簡単にするため、地球41を半径約6370kmの球とし、衛星42の軌道を高度約20000kmの円軌道とする。
図5から分かるように、測位装置1が位置する観測点43に対して仰角44が大きい位置にある衛星42ほど観測点43までの距離が長くなる。アンテナ部2の指向性を考慮しない場合には、信号レベルは距離の2乗に反比例するため、観測点43に対して仰角44が小さい位置にある衛星42から送信された衛星信号ほど信号レベルが低くなる。
このように、反射波の影響を与えやすいのは仰角が小さい位置にある衛星であり、仰角が小さい位置にある衛星ほど信号レベルが小さくなるため、衛星信号選択部6が、反射波の影響を受けやすい低速移動時または停車時で閾値を高くすることによって、仰角が小さい位置にある衛星から送信された衛星信号に基づいて位置算出部7が測位装置1の位置を算出することを防止できる。
このような本発明の一実施の形態の測位装置1は、反射波の影響を受けやすい低速移動時には閾値を高くし、反射波の影響を受けにくい高速移動時には、閾値を低くすることで、走行速度に応じた最適な閾値を決定することができ、利用者に大きな負担をかけず、測位できる地域を狭くすることなく、反射波による影響を低減することができる。
なお、前述したように、衛星信号を受信しているときは、ドップラーシフト周波数を検出している状態であり、ドップラーシフト周波数は、衛星と測位装置1との間の相対速度に等しく、衛星の移動速度は、衛星の軌道情報に基づいて算出できる。
したがって、速度算出部5は、検出したドップラーシフト周波数から、軌道情報に基づいて算出した衛星の移動速度を引くことにより、測位装置1の移動速度を算出するようにしてもよい。この移動速度は、衛星方向の速度ベクトルであり、複数の衛星について速度ベクトルを求めることにより、測位装置1の移動速度に加えて移動方位を算出することもできる。
例えば、ポータブルナビゲーションのように、車速パルスが入力されない測位装置1においては、閾値を決定するための移動速度が取得できない。本発明の測位装置は、車両用のものを想定しており、車両の移動速度は、時間的に見ると大きな変化が発生しない。したがって、速度算出部5は、車速パルスが入力されていない場合には、例えば1秒前に得られた軌道情報に基づいて算出した移動速度を用いて、閾値を決定するようにしてもよい。
以上のように、本発明にかかる測位装置は、利用者に大きな負担をかけず、測位できる地域を狭くすることなく、反射波による影響を低減することができるという効果を有し、例えば、GPSを代表とするGNSSに適用される測位装置等として有用である。
1 測位装置
2、11 アンテナ部
3、12 信号処理部
4、13 測位部
5 速度算出部
6、15 衛星信号選択部
7、16 位置算出部
17 地図データ格納部
2、11 アンテナ部
3、12 信号処理部
4、13 測位部
5 速度算出部
6、15 衛星信号選択部
7、16 位置算出部
17 地図データ格納部
Claims (5)
- 複数の衛星によって送信された衛星信号の信号レベルと閾値とを比較することによって前記衛星信号を選択し、選択した衛星信号に基づいて測位する測位装置において、
前記測位装置の移動速度に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段を備えたことを特徴とする測位装置。 - 前記閾値変更手段は、前記移動速度が高くなるにつれて前記閾値を低くすることを特徴とする請求項1に記載の測位装置。
- 前記閾値変更手段は、前記移動速度が低くなるにつれて前記閾値を高くすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の測位装置。
- 前記閾値変更手段は、前記測位装置が設けられた車両によって出力される車速パルスに基づいて前記移動速度を算出することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の測位装置。
- 前記閾値変更手段は、前記測位装置の測位結果に基づいて前記移動速度を算出することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の測位装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005079722A JP2006258735A (ja) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | 測位装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005079722A JP2006258735A (ja) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | 測位装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006258735A true JP2006258735A (ja) | 2006-09-28 |
Family
ID=37098150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005079722A Withdrawn JP2006258735A (ja) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | 測位装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006258735A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009128027A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Seiko Epson Corp | 受信信号判定方法、プログラム、測位装置及び電子機器 |
JP2010266267A (ja) * | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Pioneer Electronic Corp | 受信機 |
JP2019168257A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | 株式会社豊田中央研究所 | 移動体情報推定装置及びプログラム |
-
2005
- 2005-03-18 JP JP2005079722A patent/JP2006258735A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
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JP2019168257A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | 株式会社豊田中央研究所 | 移動体情報推定装置及びプログラム |
JP7148039B2 (ja) | 2018-03-22 | 2022-10-05 | 株式会社豊田中央研究所 | 移動体情報推定装置及びプログラム |
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Legal Events
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A621 | Written request for application examination |
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A761 | Written withdrawal of application |
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