JP3167693B2 - 携帯型距離・速度計 - Google Patents
携帯型距離・速度計Info
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- Electric Clocks (AREA)
Description
って受信されるGPS電波からユーザの移動速度および
移動距離を演算して提示するとともに、腕時計のように
腕に装着して使用可能な携帯型距離・速度計に関する。
全世界測位システム)は、地球上約20,200km、
傾斜角55度の6つの軌道を一周約12時間で周回する
24個のGPS衛星のうち、最も受信しやすい3〜4個
以上の衛星から測位に必要な航法データを地球上の受信
機で受信し、その伝搬遅延時間を測定することによっ
て、ユーザの位置や移動方向などの測位演算を行うもの
である。
数L1(1.57542GHz)と周波数L2(1.2
2760GHz)の2つがあり、民間用に符号が無料公
開されているC/Aコードが1.57542GHz(周
波数L1)で送出されていることから、一般的な測位に
は周波数L1が用いられている。なお、周波数L1は擬
似雑音符号(衛星を識別するC/Aコードと、衛星の軌
道と衛星の軌道情報、時刻情報などの航法データの合成
波)でPSK(phase shift keying)変調され、スペク
トラム拡散されて送信される。
(周波数L1)を受信するためのGPS受信機の概略構
成を示す図である。図5において、GPS受信機200
は、GPS衛星からGPS電波を受信する受信アンテナ
201と、受信したL帯域の信号を増幅するL帯増幅回
路202と、受信した信号と局部発振回路207で発生
した信号とを乗算して信号変換を行うダウンコンバータ
回路203と、ダウンコンバータ回路203からの信号
をディジタル変換する電圧比較回路204と、電圧比較
回路204から入力した信号にC/A符号発生回路20
8で発生したC/Aコードを乗算し、航法データと擬似
距離に相当する搬送波位相情報を得るメッセージ解読回
路205と、メッセージ解読回路205から入力した航
法データおよび搬送波位相情報を用いて測位データを演
算する測位演算回路206と、から構成されている。な
お、局部発振回路207は、受信した信号を所望の周波
数の信号に変換するための信号を発生する回路である。
作について説明する。図5において、まず、L帯増幅回
路202が、受信アンテナ201で受信した1.575
42GHzの信号を選択的に増幅する。L帯増幅回路に
おいて増幅された信号は、ダウンコンバータ回路203
に入力され、ダウンコンバータ回路203は、入力した
信号を、局部発振回路207において生成された信号を
用いて数十MHz〜200MHzの第1のIF(中間周
波)信号に変換し、さらに2MHz〜5MHz程度の第
2のIF信号に変換する。そして、電圧比較回路204
が、この第2のIF信号を入力し、入力した第2のIF
信号の数倍のクロックを用いてこの信号をディジタル変
換する。ここで、このディジタル変換された信号は、ス
ペクトラム拡散されたデータ(ディジタル信号)とな
る。
タル信号は、メッセージ解読回路205に入力され、メ
ッセージ解読回路205は、入力したディジタル信号に
対して、C/A符号発生回路208で生成されるC/A
コード(GPS衛星と同一の擬似雑音符号)を逆拡散
し、航法データと擬似距離に相当する搬送波位相情報を
取得する。
して行われ、通常は4つの衛星の航法データおよび搬送
波位相情報を取得して、測位演算回路206がこれら情
報に基づいて測位データを求める。測位演算回路206
において求められた測位データは、機器全体の動作を制
御するCPU(図示せず)へ出力されるか、またはディ
ジタル信号として外部へ出力される。このようなGPS
受信機は、GPSの位置情報とCD−ROMによる地図
情報などとを組み合わせ、カーナビゲーションシステム
として利用されている。
は、最近の半導体をはじめとする技術進歩によってディ
ジタルASIC(Application Specific IC)として供
給することが可能となっており、人の移動速度や移動距
離を計測することを可能とした携帯型GPS受信装置の
提供が実現されている。この携帯型GPS受信装置はG
PS受信機200を備えることで得られる測位データに
基づいて、ユーザの移動距離や移動距離を演算し、その
表示を行うものである。
の小型・軽量化を図ることによって、腕時計のように腕
に装着して使用することが提案されており、これは、特
にマラソンランナーが走行速度および走行距離を計測し
たい場合に有用なものとなる。このように携帯型GPS
受信装置を腕に装着して使用する際、その携帯型GPS
受信装置に搭載されたGPS受信機は、通常、ユーザの
体全体の位置変化に腕振りによる位置変化が重畳された
結果を、ユーザの移動速度および移動距離として演算し
ている。
の移動(以下、真の移動と称する)に基づく移動速度お
よび移動距離であるため、腕振りによる位置変化に影響
された分だけ誤差が生じることになる。そこで、従来の
携帯型GPS受信装置においては、腕振り動作が歩行ま
たは走行方向に対して前後に変化する周期的なものであ
ることに着目し、所定時間内にGPS受信機から得られ
た移動速度の平均値を演算することによって、腕振り動
作の影響の低減を実現していた。
受信機において行われるGPS受信処理は、通常、所定
のサンプリング周期(例えば1秒間隔)でGPS電波を
受信し、受信したGPS電波から測位データを得るもの
であり、ユーザの腕振りによって周期的に変化する位置
のすべての測位データを取得することはできず、上記し
た移動速度の平均化は、必ずしも真の移動による移動速
度を演算することはできなかった。
リング周期との関係を示した図である。図6に示す正弦
波は、時間経過とともに変化する腕振り振幅を示すもの
であり、GPS受信機は必ずこの正弦波上において測位
データを取得することになる。図6において、この正弦
波の周期、すなわち腕振り周期をT0とし、GPS受信
機における測位データのサンプリングが周期T0と同じ
周期T1で行われた場合、このサンプリングにより算出
された移動速度は、腕振りの軌跡上において常に固定し
た位置(a1,a2,a3...)での瞬間速度を示す
ことになり、それらの平均値は意味を持たなくなる。す
なわち、この場合、ユーザに提示される移動速度は、腕
振りの影響を大きく含むことになり、真の移動による移
動速度を示したものではない。
と違っていても、周期T2のように、非常に近い周期で
ある場合には、図6のb1,b2,b3...に示すよ
うに、腕振り振幅の1周期分の位置変化を得るため、す
なわち平均化の効果を得るためには多くの時間を要して
しまう。これは、ユーザに真の移動による移動速度を提
示するまでに、多くの時間を要してしまうことになる。
によって受信されるGPS電波からユーザの移動速度お
よび移動距離を演算して提示するとともに、腕時計のよ
うに腕に装着してユーザの腕振り周期を検出し、検出さ
れた腕振り周期に応じてGPS受信機のサンプリング周
期を変更する携帯型距離・速度計を提供することを目的
としている。
帯型距離・速度計の原理図である。図1において、本発
明に係る携帯型距離・速度計は、上記の目的を達成する
ために、GPS衛星から送信されるGPS電波を受信
し、受信したGPS電波から所定のサンプリング周期で
測位データを取得するGPS受信機10と、取得した測
位データに基づいてユーザの移動速度を演算する移動速
度演算手段13と、演算された移動速度においてユーザ
の移動時間を計時する計時手段15と、移動速度演算手
段13において演算された移動速度と計時手段15にお
いて計時された移動時間とに基づいてユーザの移動距離
を演算する移動距離演算手段14と、移動速度演算手段
13において演算された移動速度に基づいてユーザの平
均移動速度を演算する平均移動速度演算手段16と、ユ
ーザの歩行または走行による移動を検出し、その検出結
果を移動信号として出力する移動検出手段11と、移動
検出手段11から出力された移動信号を入力し、入力し
た移動信号に基づいて、サンプリング周期を変更するサ
ンプリング周期変更手段12と、を備えている。
おいて移動検出手段11は、ユーザの腕振りを検出して
その検出結果を移動信号として出力するとともに、サン
プリング周期変更手段12は、移動検出手段11から出
力された移動信号を入力し、入力した移動信号に基づい
て腕振り周期を演算して、演算した腕振り周期に基づい
てサンプリング周期を変更することができる。
S受信機10において得られたGPS電波に基づいて、
ユーザの移動距離および平均移動速度を演算するととも
に、移動検出手段11によって検出される腕振り周期に
応じて、測位データを取得するためのサンプリング周期
を変更しているので、腕振り周期とサンプリング周期と
が略等しくなることによって生じる平均移動速度の誤差
を低減することができる。
・速度計の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、この実施の形態によりこの発明が限定される
ものではない。特に、この実施の形態においては、本発
明に係る携帯型距離・速度計を腕に装着して使用した場
合について説明する。
度計の構成を示すブロック図である。図2に示す携帯型
距離・速度計は、複数のGPS衛星20から送信される
電波を受信して、経度・緯度を測位するGPS受信機2
2(概略構成については図5参照)と、腕振り動作や足
が着地するときの振動等のユーザの歩行または走行によ
る移動動作を検出し、ユーザの移動動作に応じた移動信
号を生成する加速度センサ、ジャイロセンサ等からなる
体動検出センサ23(本発明の移動検出手段に相当す
る)と、体動検出センサ23で生成した移動信号を増幅
するAMP(増幅器)24と、AMP(増幅器)24で
増幅した移動信号をディジタル信号に変換するA/D変
換器25と、後述する演算処理をおこなうことでユーザ
の移動距離および移動速度を演算するCPU21と、L
CD(liquid crystal display)等からなる表示パネル
31を制御して、CPU21で演算した移動距離および
移動速度を表示パネル31に表示させるLCD駆動回路
30と、を有している。
動作プログラムが記憶されたROMを、28はCPU2
1のワークエリアおよび後述するストライドデータ等を
記憶する領域として利用されるRAMを、26は距離・
速度の計測開始等を指示するための入力スイッチを、2
7は基準周波数信号を発生するOSC(発振回路)をそ
れぞれ示している。
離・速度計の動作について説明する。図3は、実施の形
態に係る携帯型距離計または携帯型距離・速度計の動作
を示すフローチャートである。図3において、まず、ユ
ーザによる入力スイッチ26の操作等によりユーザの移
動距離および移動速度の計測が開始される(ステップS
101)。これにより、GPS受信機22によるGPS
受信が開始される(ステップS102)。ここで、GP
S受信とは、GPS電波から所定のサンプリング周期
(例えば1秒間隔)で測位データを取得する処理を意味
する。
シフト周波数情報から速度を算出し(ステップS10
3)、これを累積することにより移動距離を演算する
(ステップS104)。この移動距離は、具体的には、
CPU21が、図1に示した計時手段15に相当する計
時カウンタを用いて所定時間の計時をおこない、ドップ
ラーシフト周波数から求められた速度にこの計時された
所定時間を乗じることで算出される。また、ドップラー
シフト周波数を利用すること以外にも、上記した所定時
間の開始時点と終了時点に相当する各時点においてそれ
ぞれ位置情報を取得し、取得した2つの位置情報の差分
から移動距離を算出してもよい。
れた移動速度の平均移動速度を演算する(ステップS1
05)。このステップS105は、具体的には、今回の
ステップS103において算出された移動速度を前回ま
でにステップS103において算出された移動速度に積
算し、この積算結果を積算回数で除算することにより行
う。
において演算された移動距離および平均移動速度は、L
CD駆動回路30による制御を介して表示パネル31上
に表示される(ステップS106)。つぎに、後述する
腕振り周期計測処理によって、ユーザの腕振り周期を演
算し、GPS受信機22において実行されているGPS
受信のサンプリング周期の変更を行う(ステップS10
8)。この変更による新たなサンプリング周期は、周期
計測処理によって演算された腕振り周期に応じて決定
し、特に、腕振り周期がサンプリング周期に略等しい場
合(例えば、腕振り周期がサンプリング周期のプラスマ
イナス5%の範囲内にある場合)には、その腕振り周期
よりも数十%大きな値にすることが好ましい。腕振り周
期の整数倍がサンプリング周期に略等しい場合も同様に
サンプリング周期の変更を行う。
る入力スイッチ26の操作等により移動距離および移動
速度の計測の終了が指示されたか否かを判定する(ステ
ップS109)。ステップS109において、計測の終
了が指示された場合は、図3に示した一連の処理を終了
し、計測の終了が指示されていない場合は、再びステッ
プS102に処理を戻し、以上に説明した移動距離およ
び移動速度を演算するための処理を繰り返す。
いて説明する。図4は、腕振り周期計測処理を示すフロ
ーチャートである。図4において、まず、体動検出セン
サ23、AMP24、A/D変換器25を介して移動信
号(特にこの場合は信号ピークを示す)が検出されてい
るか否かを判定する(ステップS111)。ステップS
111において移動信号が検出されない場合は、処理を
終了する。
されている場合は、既にCPU21によって起動されて
いる周期計測用の時間カウンタのカウンタ値を取得する
(ステップS112)。周期計測には周期開始時刻と周
期終了時刻の2度のカウンタ値取得が必要であり、周期
開始時刻の取得が既に行われていることを識別するため
の識別フラグを参照することにより、周期開始時刻と周
期終了時刻の取得をしたか否かを判定する(ステップS
113)。ステップS113において、上記した識別フ
ラグがセットされていない場合は、処理を終了する。
フラグがセットされている場合は、2度のカウンタ値が
示す周期開始時刻と周期終了時刻の差を測定し腕振り周
期とする(ステップ114)。腕振り周期計測処理は、
腕振りの周期より充分短い間隔で行う。腕振り周期計測
処理のスタートは、ハードウェアタイマーによる割り込
みでもソフトウェアタイマーによる起動でもよい。
携帯型距離・速度計によれば、GPS受信機22におい
て得られたGPS電波に基づいて、ユーザの移動距離お
よび平均移動速度を演算するとともに、体動検出センサ
23によって検出される腕振り周期に応じて、測位デー
タを取得するためのサンプリング周期の変更を行うの
で、腕振り周期とサンプリング周期とが略等しくなるこ
とによって平均移動速度に誤差が含まれることが低減さ
れ、移動速度の平均化による効果を十分に得ることがで
き、ユーザに対して、真の移動速度により近似した平均
移動速度を提示することができる。
計は、特にマラソンランナーが走行練習を行う際の距離
・速度計として使用するのに最適である。よって、入力
スイッチ32のラップ入力等による移動速度および移動
距離の計測を行うようにすることもできる。
帯型距離・速度計によれば、GPS受信機において所定
のサンプリング周期で取得された測位データに基づい
て、ユーザの移動距離および平均移動速度を演算すると
ともに、移動検出手段によってユーザの移動を検出し、
その検出結果に応じてGPS受信機のサンプリング周期
を最適な値に変更するので、例えば、移動検出手段によ
って腕振りを検出し、その腕振り周期に応じて、上記し
たサンプリング周期の変更を行うことで、腕振り周期と
サンプリング周期とが略等しくなることによって生じる
平均移動速度の誤差を低減することができ、移動速度の
平均化による効果を十分に得ることができるとともに、
ユーザに対して、より正確な平均移動速度を提示するこ
とができる。
る。
示すブロック図である。
離・速度計の動作を示すフローチャートである。
る。
る。
の関係を示した図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 GPS衛星から送信されるGPS電波を
受信し、受信したGPS電波から所定のサンプリング周
期で測位データを取得するGPS受信機と、 前記測位データに基づいてユーザの移動速度を演算する
移動速度演算手段と、 前記移動速度におけるユーザの移動時間を計時する計時
手段と、 前記移動速度演算手段により求められた移動速度と前記
計時手段により計時された移動時間とに基づいて、ユー
ザの移動距離を求める移動距離演算手段と、 前記移動速度演算手段で演算された移動速度に基づいて
ユーザの平均移動速度を演算する平均移動速度演算手段
と、 ユーザの歩行または走行による移動動作を検出し、前記
移動動作の周期を算出する計測手段と、 前記移動動作の周期と前記所定のサンプリング周期が一
致しないように サンプリング周期を変更するサンプリン
グ周期変更手段と、 を備えることを特徴とする携帯型距離・速度計。 - 【請求項2】 前記計測手段は、ユーザの腕振りを検出
して腕振り周期を計測する腕振り周期計測手段であっ
て、 前記サンプリング周期変更手段が、前記腕振り周期計測
手段で求められた腕振り周期と前記所定のサンプリング
周期が一致しないように、サンプリング周期を変更する
ことを特徴とする 請求項1に記載の携帯型距離・速度
計。 - 【請求項3】 前記腕振り周期計測手段は、ユーザの腕
振りを検出し、その検出結果に応じた移動信号を出力す
る移動検出手段と、前記移動信号に基づいて腕振り周期
を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする請求
項2に記載の携帯型距離・速度計。 - 【請求項4】 GPS衛星から送信されるGPS電波を
受信し、受信したGPS電波から所定のサンプリング周
期で測位データを取得するGPS受信機と、 前記測位データに基づいてユーザの移動速度を演算する
移動速度演算手段と、 前記移動速度におけるユーザの移動時間を計時する計時
手段と、 前記移動速度演算手段で演算された移動速度と前記計時
手段で計時された移動時間とに基づいてユーザの移動距
離を演算する移動距離演算手段と、 前記移動速度演算手段において演算された移動速度に基
づいてユーザの平均移動速度を演算する平均移動速度演
算手段と、 ユーザの腕振りを検出し、その検出結果を移動信号とし
て出力する移動検出手段と、 前記移動信号に基づいて腕振り周期を演算し、前記腕振
り周期と前記所定のサンプリング周期が一致しないよう
にサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手
段と、 を備えることを特徴とする携帯型距離・速度計。 - 【請求項5】 前記サンプリング周期変更手段は、前記
腕振り周期が前記所定のサンプリングと略等しい場合
に、あるいは、前記腕振り周期の整数倍が前記所定のサ
ンプリングと略等しい場合に、前記腕振り周期よりも数
十%大きな値にサンプリング周期を変更することを特徴
とする請求項2または4に記載の携帯型距離・速度計。
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