JP3681241B2 - 相対位置算出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円滑かつ安全な交通を支援するために近接車両同士で情報交換を行なう車車間通信による相対位置算出装置に関し、特にＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、精度良く自車を基準とした近接走行車両の相対位置を算出できる車車間通信による相対位置算出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車車間通信による相対位置算出装置としては、例えば、特開平4-297000号（車車間通信による車群情報収集方式）、特開平5-266399号（自動車間通信による走行制御装置）等に開示されているように、円滑かつ安全な交通を支援する目的で利用される車車間通信応用システムに組み込まれている装置が知られている。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、従来の車車間通信による相対位置算出装置の一例について説明する。
【０００４】
図３は、従来の車車間通信による相対位置算出装置の一例を示す概略ブロック図であって、相対位置算出装置は、車車間通信用トランシーバ１と、ＧＰＳ受信手段２と、ＧＰＳ情報送受手段８と、絶対位置差分による相対位置算出手段９とから構成されている。
【０００５】
次に、以上のように構成された従来の車車間通信による相対位置算出装置について、その動作を説明する。
【０００６】
車車間通信用トランシーバ１としては、例えばミリ波（30GHz〜300GHz）帯の電波を用いて、近接走行車両との間でデータ通信を行なうトランシーバモジュールを使用する。
【０００７】
ＧＰＳ受信手段２は、天空の複数のＧＰＳ衛星から送信された電波を受信して、各ＧＰＳからＧＰＳ受信手段２までの電波伝搬時間、及び各ＧＰＳ衛星の天空での位置、さらにはそれらの情報からＧＰＳ受信手段（自分の車）の絶対位置（例えば地球中心を原点としたときの絶対位置）を求める。
【０００８】
ＧＰＳ情報送受手段８は、前記ＧＰＳ受信手段２で得られた自分の車の位置を、送信用データとして車車間通信用トランシーバ１に渡し、車車間通信用トランシーバ１はそのデータを近接走行車両全車に送信する。一方、ＧＰＳ情報送受手段８は、車車間通信用トランシーバ１を通して近接走行車両全車から得られた車両情報のうち、各車のＧＰＳ受信手段で計算された各車の絶対位置をＧＰＳ情報として入手する。
【０００９】
さて、各近接走行車両の絶対位置もさることながら、自車の安全性確保の用途では、近接走行車両と自車との間の相対位置関係が重要である。例えば、衝突する、しないの予測も相対位置関係から予測できるからである。
【００１０】
そこで、絶対位置差分による相対位置算出手段９は、各車のＧＰＳ受信手段で計算された絶対位置と、ＧＰＳ受信手段２で得られた自分の車の絶対位置との差分から、自分の車を基準としたときの近接走行車両の相対位置を計算する。
【００１１】
以上の構成により、自車を基準とした近接走行車両の相対位置をリアルタイムに知ることができて、交通の安全性、円滑性の幅広い用途での応用が期待できる車車間通信による相対位置算出装置を実現することができる。
【００１２】
また、相対距離を求める別の手段として車載レーダを用いる方法もあるが、目標物との間に別の車のような障害物が入ってきたときにはほとんど測定ができない。しかしながら、車車間通信による相対位置算出装置を用いるならば、例えば直前の車をトランスポンダ（中継機）として用いることによって、レーダでは測定しにくい近接走行車両の位置も把握できるという、利点も有する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような構成の車車間通信による相対位置算出装置では、近傍走行車両各車のＧＰＳ受信手段でそれぞれ独立に各車の絶対位置を計算するために、ＧＰＳ電波伝搬時間に含まれる誤差により各車両の絶対位置にも誤差が生じ、ひいては自車を基準としての各近接走行車両の相対位置にもその誤差が影響して、相対位置精度が確保できないという問題点があった。
【００１４】
例えば、現状ＧＰＳでの位置精度（ＤＧＰＳのように基準局による補正を有しない場合）は、ＧＰＳから送られてくる情報に故意に含まれる誤差等のために電波伝搬時間の精度も確保できず、最悪１５０ｍ程の絶対位置誤差が生じる場合もある。そうすると、最悪相対位置としては、３００ｍもの誤差が生じることがあり、例えば衝突警告のような安全面での利用にはとても使えない。
【００１５】
また、車載レーダ（通常、目標が捉えられれば、数ｍ精度での検知が可能）等の他の方法で求めた相対距離の補正にも、精度が悪すぎて事実上使えない場合があった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために本発明は、各車で個別に計算された絶対位置データを授受し合うのではなく、ＧＰＳ衛星から各近接走行車両（他車）までの電波伝搬時間とそのＧＰＳ衛星の情報（ＩＤ等）を授受し合い、各近接走行車両（他車）でのＧＰＳ電波伝搬時間と自車のＧＰＳ電波伝搬時間との差分を取り、３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって、自車を基準とした近接車両（他車）の相対位置を求める、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
このようにすることにより、ＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、精度良く自車を基準とした近接走行車両（他車）の相対位置を算出できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、近接走行車両とのデータの授受、通信を可能とする車車間通信による相対位置算出装置であって、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信手段と、前記ＧＰＳ受信手段で受信されたＧＰＳ衛星の情報とそのＧＰＳ衛星から送信されて自動車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間のデータを、受信された衛星の全てについて、車車間通信手段を介して近接車両と互いに送受するＧＰＳ情報送受手段と、近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星について、前記ＧＰＳ情報送受手段を介して得た近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求めると共に、これにより求められた３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段と、を備えたことを特徴とする車車間通信による相対位置算出装置としたものであり、ＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、自車を基準とした近接走行車両の相対位置を精度良く得ることができるという作用を有する。これを総括すると、他機がＧＰＳ衛星からの電波を受信して得たＧＰＳ情報を無線によって受信する通信手段と、ＧＰＳ衛星からの電波を受信してＧＰＳ情報を得るＧＰＳ受信手段と、自機が前記ＧＰＳ情報受信手段で得たＧＰＳ情報と前記通信手段で取得した他機のＧＰＳ情報とに基づいて、同一のＧＰＳ衛星からの電波が自機と他機に到達する時間の差分値を算出し、前記差分値によって自機を基準とする他機の相対位置を求める相対位置算出手段を備えることを特徴とする相対位置算出装置であるということができ、この相対位置算出装置によればＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、自機を基準とした他機との相対位置を精度良く得ることができるという作用を有する。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、近接走行車両とのデータの授受、通信を可能とする車車間通信による相対位置算出装置であって、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信手段と、前記ＧＰＳ受信手段で受信されたＧＰＳ衛星の情報とそのＧＰＳ衛星から送信されて自動車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間のデータを、受信された衛星の全てについて、車車間通信手段を介して近接車両と互いに送受するＧＰＳ情報送受手段と、近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星について、前記ＧＰＳ情報送受手段を介して得た近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求めると共に、求められた３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める第１の相対位置算出手段と、近接走行車両を車載レーダにより捉えて自車と近接走行車両との相対距離、相対方位を検出することによって、自車を基準とした近接車両の相対位置を求める第２の相対位置算出手段と、前記第１の相対位置算出手段で求めた相対位置付近の近接走行車両について、前記第２の相対位置算出手段の検出感度を上げたり、検出の重点度を上げたり、あるいは前記第２の相対位置算出手段で求めた相対位置を前記第１の相対位置算出手段で求めた相対位置によって補正することで相対位置算出の精度を向上させる探索性能及び精度向上手段と、を備えたことを特徴とする車車間通信による相対位置算出装置としたものであり、車車間通信で得られた相対位置情報を効果的に用いて、車載レーダの探索性能と精度を向上させることができるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図である。図１において、相対位置算出装置は、車車間通信用トランシーバ１と、ＧＰＳ受信手段２と、ＧＰＳ情報送受手段３と、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段４とから構成されている。
【００２２】
次に、前記のように構成された第１の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置について、その動作を説明する。
【００２３】
車車間通信用トランシーバ１としては、例えばミリ波（30GHz〜300GHz）帯の電波を用いて、近接走行車両との間でデータ通信を行なうトランシーバモジュールを使用する。
【００２４】
また、ＧＰＳ受信手段２は天空の複数のＧＰＳ衛星から送信された電波を受信して、各ＧＰＳからＧＰＳ受信手段２までの電波伝搬時間、及び各ＧＰＳ衛星の天空での位置、さらにはそれらの情報からＧＰＳ受信手段（自分の車）の絶対位置（例えば地球中心を原点としたときの絶対位置）を求める。
【００２５】
ＧＰＳ情報送受手段３は、前記ＧＰＳ受信手段２で得られた自分の車の位置だけでなく、その計算過程で用いた基本データ、例えば、受信された全てのＧＰＳ衛星に関して、そのＧＰＳからの電波が自車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間、ＧＰＳのＩＤ、ＧＰＳの軌道上での現在位置等を、送信用データとして車車間通信用トランシーバ１に渡し、車車間通信用トランシーバ１はそのデータを近接走行車両全車に送信する。
【００２６】
一方、 ＧＰＳ情報送受手段３は、車車間通信用トランシーバ１を通して近接走行車両全車から得られた車両情報のうち、前記したように、 ＧＰＳからの電波が自車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間、ＧＰＳのＩＤ、ＧＰＳの軌道上での現在位置等に代表される各車の現在位置を計算する為の基本データをＧＰＳ情報として入手する。
【００２７】
さて、各近接走行車両の絶対位置もさることながら、自車の安全性確保の用途では、近接走行車両と自車のと間の相対位置関係が重要である。例えば、衝突する、しないの予測も相対位置関係から予測できるからである。
【００２８】
そこで、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段４は、近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星を抽出し、そのＧＰＳに関して近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求める。前記ＧＰＳ電波伝搬時間差分値が３個以上のＧＰＳに関して得られた場合には、相対位置を未知数とした連立方程式を解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める。
【００２９】
ここで、自車を基準とした近接車両の相対位置の求め方を、数式を用いて、より詳細に説明する。
【００３０】
まず、 近接走行車両と自車で共通に受信されるＧＰＳ衛星がｎ個（ｎ＞４）有るとする。ｉ番目の衛星に関して、ｋ台目の近接走行車両のＧＰＳ受信手段で得られたＧＰＳ電波伝搬時間ｐｔに関して、次の関係が成り立つ。
ｐｔk（ｉ）＝ｔｐｔk（ｉ）＋ｇｅｒ（ｉ）＋ｃｅｒk …（１）
（ただし、
・ｔｐｔは真のＧＰＳ電波伝搬時間。
・ｇｅｒは各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差で故意に付加されるＳＡ(Selective Availability)もこれに等価的に含まれる。これは、後述するように自車、近接走行車両のＧＰＳ受信手段全てにおいては共通の値と見なすことができる。・ｃｅｒは電波伝搬時間を測定する際の時計誤差のように、ＧＰＳ受信手段固有に含まれる誤差である。）
【００３１】
また、自車（サフィックスはｍとする）のＧＰＳ受信手段で得られたＧＰＳ電波伝搬時間ｐｔに関しても、同様の関係が成り立つ。
ｐｔm（ｉ）＝ｔｐｔm（ｉ）＋ｇｅｒ（ｉ）＋ｃｅｒm …（２）
（ただし、
・ｔｐｔは真のＧＰＳ電波伝搬時間。
・ｇｅｒは各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差で故意に付加されるＳＡ(Selective Availability)もこれに等価的に含まれる。
・ｃｅｒは電波伝搬時間を測定する際の時計誤差のように、ＧＰＳ受信手段固有に含まれる誤差である。）
【００３２】
よって、前記数式（１）、数式（２）より、近接走行車両と自車とのＧＰＳ電波伝搬時間の差分ｄｐｔを求めると、
ｄｐｔ（ｉ）＝ｐｔｋ（ｉ）− ｐｔｍ（ｉ）
＝ｔｐｔk（ｉ）− ｔｐｔm（ｉ）＋ｃｅｒk−ｃｅｒm
＝ｔｄｐｔ（ｉ）＋ｄｃｅｒ …（３）
（ただし、
・ｔｄｐｔは真のＧＰＳ電波伝搬時間差分。
・ｄｃｅｒは近接走行車両、自車それぞれのＧＰＳ受信手段固有に含まれる誤差の差分である。）
となり、各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差の影響がキャンセルされる。というのは、近接走行車両と自車との距離は高々数百ｍで、各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差の影響は、たとえそれがＳＡの影響にしろ、電離層遅延の影響にしろ、近接走行車両と自車とでほぼ等しいと見なすことができるからである。
【００３３】
さて、前記数式（３）で示した真のＧＰＳ電波伝搬時間差分ｔｄｐｔ（ｉ）と自車を基準とした近接走行車両ｍの相対位置（ｄｘm、ｄｙm、ｄｚm）との間には、次の関係が成り立つ。
ｔｄｐｔ（ｉ）＊Ｃ＝ｃｘ（ｉ）＊ｄｘm＋ｃｙ（ｉ）＊ｄｙm＋ｃｚ（ｉ）
＊ｄｚm …（４）
（ただし、
・ｃｘ（ｉ）は、相対位置座標のｘ軸と、自車とＧＰＳ衛星ｉとを結んだ線分とが成す角の方向余弦。
・ｃｙ（ｉ）は、相対位置座標のｙ軸と、自車とＧＰＳ衛星ｉとを結んだ線分とが成す角の方向余弦。
・ｃｚ（ｉ）は、相対位置座標のｚ軸と、自車とＧＰＳ衛星ｉとを結んだ線分とが成す角の方向余弦。
・Ｃは光速である。）
【００３４】
ところが、実際に得られるのはｔｄｐｔ（ｉ）ではなく誤差を含んだＧＰＳ電波伝搬時間差分ｄｐｔ（ｉ）であるので、
ｄｐｔ（ｉ）＊Ｃ＝ｃｘ（ｉ）＊ｄｘm＋ｃｙ（ｉ）＊ｄｙm＋ｃｚ（ｉ）＊
ｄｚm＋ｄｃｅｒ＊Ｃ …（５）
前記数式（５）において未知数は、ｄｘm、ｄｙm、ｄｚm、ｄｃｅｒの４つであるので、４個以上のＧＰＳについて、数式（５）を連立させることによって、相対位置（ｄｘm、ｄｙm、ｄｚm）を求めることができる。（４個の時は連立方程式を解けばよいし、５個以上の時は一般に最小２乗法で解を求めることができる。以上の解法に関しては、例えば、日本測地学会著“ＧＰＳ”を参考にすることができる。）
なお、ｃｅｒk、ｃｅｒmの値があらかじめわかっているときや、無視できるときは、３個の衛星に関する式を連立させて求めることも可能となる。
【００３５】
以上の説明から明らかなように本発明の第１の実施の形態によれば、ＧＰＳ電波伝搬時間に誤差が存在するときにも、精度良く自車を基準とした近接走行車両の相対位置を算出できる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図である。図２において、相対位置算出装置は、車車間通信用トランシーバ１と、ＧＰＳ受信手段２と、ＧＰＳ情報送受手段３と、第１の相対位置算出手段５と、第２の相対位置算出手段６と、探索性能及び精度向上手段７とから構成されている。
【００３７】
次に、前記のように構成された第２の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置について、その動作を説明する。ただし、第１の相対位置算出手段５は、前記第１の実施の形態で説明したＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段４と全く同じ手段であり、よって、車車間通信用トランシーバ１、ＧＰＳ受信手段２、ＧＰＳ情報送受手段３、第１の相対位置算出手段５の動作については前記第１の実施の形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３８】
第２の相対位置検出手段６は、例えばパルスレーダやＦＭ−ＣＷレーダやパルスドップラーレーダと、電波を用いた各種レーダ（例えば、レーダに関しては、「自動車用レーダ研究開発報告書」電波システム開発センター著などに詳しい説明がある。）考えられるが、自車と目標物である近接走行車両との間に障害物がほとんどない場合に、自車と近接走行車両との相対距離を比較的精度良く測定することができるし、また、車車間通信に比べて、取得サンプル時間を小さくできるので、よりリアルタイムに近いデータが得られ、車両制御等に十分利用することができるというメリットがある。一方、この第２の相対位置検出手段６は、車載用のために出力も小さく、小型化のために例えば使用する電波としてミリ波帯（3GHzから300GHz）を使用すると、他車のレーダの干渉やマルチパス等の外乱の影響を受けやすい。このために、実際に検出できるはずの近接走行車両が信号レベルが小さすぎて検出できなかったり、あるいは一旦検出したものの一瞬消えて見失ってしまうというデメリットがある。
【００３９】
そこで、探索性能及び精度向上手段７は、あらかじめ、第１の相対位置算出手段５により相対位置を算出している近接走行車両（当然複数存在しうる）の中で明らかに第２の相対位置検出手段６で検出可能な車両を抽出し、第１の相対位置算出手段５で掴んでいる相対距離付近を重点的に探索するように第２の相対位置検出手段６に指示を与える。
【００４０】
例えば、第２の相対位置検出手段６がパルスレーダであるならば、送信パルスに対して、対照となる近接走行車両の相対距離の２倍に相当する距離を電波が進む時間が経過したところに対称で反射パルスが受信できるので、その箇所の時間のみにゲートをかけて、積分回数を上げたり、感度を上げたり、あるいは目標発見しきい値を下げることによって、目標である近接走行車両を発見しやすくする。
【００４１】
また、第２の相対位置検出手段６において目標である近接走行車両を見失ったとしても、第１の相対位置算出手段５によって相対位置を掴んでいるのであるならば、現在の近接走行車両の相対位置を補填し、常時近接走行車両を追尾することができるし、また、第１の相対位置算出手段５で求めた相対位置の精度も前記第１の実施の形態で説明したように高いので、第２の相対位置算出手段６との平均、あるいはフィルタを形成することで、より高い精度での相対位置検出が可能となる。
【００４２】
なお、第１の相対位置算出手段５は、第２の相対位置算出手段６では検出しえない場所に存在する近接走行車両の情報（レーダレンジ外、他の走行車両の陰に隠れている車両等の情報）も、例えば直前の車をトランスポンダ（中継機）として用いることによって把握できるので、第２の相対位置算出手段６との共用は十分意味があることである。
【００４３】
以上の説明から明らかなように本発明の第２の実施の形態によれば、車載レーダによる探索性能を向上させ、また、車車間通信による情報と車載レーダからの情報を組み合わせることにより、近接走行車両の相対位置算出の精度を向上させることができる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に示した実施の形態の説明から明らかなように本発明の請求項１に記載された発明によれば、ＧＰＳ電波伝搬時間に誤差が存在したとしても、ＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、精度良く自車を基準とした近接走行車両の相対位置を算出できる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【００４５】
また、本発明の請求項２に記載された発明によれば、車載レーダによる探索性能を向上させ、また、車車間通信による情報と車載レーダからの情報を組み合わせることにより、近接走行車両の相対位置算出の精度を向上させることができる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図、
【図３】従来の車車間通信による相対位置算出装置の一例を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
１ 車車間通信用トランシーバ
２ ＧＰＳ受信手段
３、８ ＧＰＳ情報送受手段
４ ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段
５ 第１の相対位置算出手段
６ 第２の相対位置算出手段
７ 探索性能及び精度向上手段
９ 絶対位置差分による相対位置算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、円滑かつ安全な交通を支援するために近接車両同士で情報交換を行なう車車間通信による相対位置算出装置に関し、特にＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、精度良く自車を基準とした近接走行車両の相対位置を算出できる車車間通信による相対位置算出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車車間通信による相対位置算出装置としては、例えば、特開平4-297000号（車車間通信による車群情報収集方式）、特開平5-266399号（自動車間通信による走行制御装置）等に開示されているように、円滑かつ安全な交通を支援する目的で利用される車車間通信応用システムに組み込まれている装置が知られている。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、従来の車車間通信による相対位置算出装置の一例について説明する。
【０００４】
図３は、従来の車車間通信による相対位置算出装置の一例を示す概略ブロック図であって、相対位置算出装置は、車車間通信用トランシーバ１と、ＧＰＳ受信手段２と、ＧＰＳ情報送受手段８と、絶対位置差分による相対位置算出手段９とから構成されている。
【０００５】
次に、以上のように構成された従来の車車間通信による相対位置算出装置について、その動作を説明する。
【０００６】
車車間通信用トランシーバ１としては、例えばミリ波（30GHz〜300GHz）帯の電波を用いて、近接走行車両との間でデータ通信を行なうトランシーバモジュールを使用する。
【０００７】
ＧＰＳ受信手段２は、天空の複数のＧＰＳ衛星から送信された電波を受信して、各ＧＰＳからＧＰＳ受信手段２までの電波伝搬時間、及び各ＧＰＳ衛星の天空での位置、さらにはそれらの情報からＧＰＳ受信手段（自分の車）の絶対位置（例えば地球中心を原点としたときの絶対位置）を求める。
【０００８】
ＧＰＳ情報送受手段８は、前記ＧＰＳ受信手段２で得られた自分の車の位置を、送信用データとして車車間通信用トランシーバ１に渡し、車車間通信用トランシーバ１はそのデータを近接走行車両全車に送信する。一方、ＧＰＳ情報送受手段８は、車車間通信用トランシーバ１を通して近接走行車両全車から得られた車両情報のうち、各車のＧＰＳ受信手段で計算された各車の絶対位置をＧＰＳ情報として入手する。
【０００９】
さて、各近接走行車両の絶対位置もさることながら、自車の安全性確保の用途では、近接走行車両と自車との間の相対位置関係が重要である。例えば、衝突する、しないの予測も相対位置関係から予測できるからである。
【００１０】
そこで、絶対位置差分による相対位置算出手段９は、各車のＧＰＳ受信手段で計算された絶対位置と、ＧＰＳ受信手段２で得られた自分の車の絶対位置との差分から、自分の車を基準としたときの近接走行車両の相対位置を計算する。
【００１１】
以上の構成により、自車を基準とした近接走行車両の相対位置をリアルタイムに知ることができて、交通の安全性、円滑性の幅広い用途での応用が期待できる車車間通信による相対位置算出装置を実現することができる。
【００１２】
また、相対距離を求める別の手段として車載レーダを用いる方法もあるが、目標物との間に別の車のような障害物が入ってきたときにはほとんど測定ができない。しかしながら、車車間通信による相対位置算出装置を用いるならば、例えば直前の車をトランスポンダ（中継機）として用いることによって、レーダでは測定しにくい近接走行車両の位置も把握できるという、利点も有する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような構成の車車間通信による相対位置算出装置では、近傍走行車両各車のＧＰＳ受信手段でそれぞれ独立に各車の絶対位置を計算するために、ＧＰＳ電波伝搬時間に含まれる誤差により各車両の絶対位置にも誤差が生じ、ひいては自車を基準としての各近接走行車両の相対位置にもその誤差が影響して、相対位置精度が確保できないという問題点があった。
【００１４】
例えば、現状ＧＰＳでの位置精度（ＤＧＰＳのように基準局による補正を有しない場合）は、ＧＰＳから送られてくる情報に故意に含まれる誤差等のために電波伝搬時間の精度も確保できず、最悪１５０ｍ程の絶対位置誤差が生じる場合もある。そうすると、最悪相対位置としては、３００ｍもの誤差が生じることがあり、例えば衝突警告のような安全面での利用にはとても使えない。
【００１５】
また、車載レーダ（通常、目標が捉えられれば、数ｍ精度での検知が可能）等の他の方法で求めた相対距離の補正にも、精度が悪すぎて事実上使えない場合があった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために本発明は、各車で個別に計算された絶対位置データを授受し合うのではなく、ＧＰＳ衛星から各近接走行車両（他車）までの電波伝搬時間とそのＧＰＳ衛星の情報（ＩＤ等）を授受し合い、各近接走行車両（他車）でのＧＰＳ電波伝搬時間と自車のＧＰＳ電波伝搬時間との差分を取り、３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって、自車を基準とした近接車両（他車）の相対位置を求める、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
このようにすることにより、ＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、精度良く自車を基準とした近接走行車両（他車）の相対位置を算出できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、近接走行車両とのデータの授受、通信を可能とする車車間通信による相対位置算出装置であって、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信手段と、前記ＧＰＳ受信手段で受信されたＧＰＳ衛星の情報とそのＧＰＳ衛星から送信されて自動車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間のデータを、受信された衛星の全てについて、車車間通信手段を介して近接車両と互いに送受するＧＰＳ情報送受手段と、近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星について、前記ＧＰＳ情報送受手段を介して得た近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求めると共に、これにより求められた３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段と、を備えたことを特徴とする車車間通信による相対位置算出装置としたものであり、ＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、自車を基準とした近接走行車両の相対位置を精度良く得ることができるという作用を有する。これを総括すると、他機がＧＰＳ衛星からの電波を受信して得たＧＰＳ情報を無線によって受信する通信手段と、ＧＰＳ衛星からの電波を受信してＧＰＳ情報を得るＧＰＳ受信手段と、自機が前記ＧＰＳ情報受信手段で得たＧＰＳ情報と前記通信手段で取得した他機のＧＰＳ情報とに基づいて、同一のＧＰＳ衛星からの電波が自機と他機に到達する時間の差分値を算出し、前記差分値によって自機を基準とする他機の相対位置を求める相対位置算出手段を備えることを特徴とする相対位置算出装置であるということができ、この相対位置算出装置によればＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、自機を基準とした他機との相対位置を精度良く得ることができるという作用を有する。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、近接走行車両とのデータの授受、通信を可能とする車車間通信による相対位置算出装置であって、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信手段と、前記ＧＰＳ受信手段で受信されたＧＰＳ衛星の情報とそのＧＰＳ衛星から送信されて自動車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間のデータを、受信された衛星の全てについて、車車間通信手段を介して近接車両と互いに送受するＧＰＳ情報送受手段と、近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星について、前記ＧＰＳ情報送受手段を介して得た近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求めると共に、求められた３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める第１の相対位置算出手段と、近接走行車両を車載レーダにより捉えて自車と近接走行車両との相対距離、相対方位を検出することによって、自車を基準とした近接車両の相対位置を求める第２の相対位置算出手段と、前記第１の相対位置算出手段で求めた相対位置付近の近接走行車両について、前記第２の相対位置算出手段の検出感度を上げたり、検出の重点度を上げたり、あるいは前記第２の相対位置算出手段で求めた相対位置を前記第１の相対位置算出手段で求めた相対位置によって補正することで相対位置算出の精度を向上させる探索性能及び精度向上手段と、を備えたことを特徴とする車車間通信による相対位置算出装置としたものであり、車車間通信で得られた相対位置情報を効果的に用いて、車載レーダの探索性能と精度を向上させることができるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図である。図１において、相対位置算出装置は、車車間通信用トランシーバ１と、ＧＰＳ受信手段２と、ＧＰＳ情報送受手段３と、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段４とから構成されている。
【００２２】
次に、前記のように構成された第１の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置について、その動作を説明する。
【００２３】
車車間通信用トランシーバ１としては、例えばミリ波（30GHz〜300GHz）帯の電波を用いて、近接走行車両との間でデータ通信を行なうトランシーバモジュールを使用する。
【００２４】
また、ＧＰＳ受信手段２は天空の複数のＧＰＳ衛星から送信された電波を受信して、各ＧＰＳからＧＰＳ受信手段２までの電波伝搬時間、及び各ＧＰＳ衛星の天空での位置、さらにはそれらの情報からＧＰＳ受信手段（自分の車）の絶対位置（例えば地球中心を原点としたときの絶対位置）を求める。
【００２５】
ＧＰＳ情報送受手段３は、前記ＧＰＳ受信手段２で得られた自分の車の位置だけでなく、その計算過程で用いた基本データ、例えば、受信された全てのＧＰＳ衛星に関して、そのＧＰＳからの電波が自車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間、ＧＰＳのＩＤ、ＧＰＳの軌道上での現在位置等を、送信用データとして車車間通信用トランシーバ１に渡し、車車間通信用トランシーバ１はそのデータを近接走行車両全車に送信する。
【００２６】
一方、 ＧＰＳ情報送受手段３は、車車間通信用トランシーバ１を通して近接走行車両全車から得られた車両情報のうち、前記したように、 ＧＰＳからの電波が自車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間、ＧＰＳのＩＤ、ＧＰＳの軌道上での現在位置等に代表される各車の現在位置を計算する為の基本データをＧＰＳ情報として入手する。
【００２７】
さて、各近接走行車両の絶対位置もさることながら、自車の安全性確保の用途では、近接走行車両と自車のと間の相対位置関係が重要である。例えば、衝突する、しないの予測も相対位置関係から予測できるからである。
【００２８】
そこで、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段４は、近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星を抽出し、そのＧＰＳに関して近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求める。前記ＧＰＳ電波伝搬時間差分値が３個以上のＧＰＳに関して得られた場合には、相対位置を未知数とした連立方程式を解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める。
【００２９】
ここで、自車を基準とした近接車両の相対位置の求め方を、数式を用いて、より詳細に説明する。
【００３０】
まず、 近接走行車両と自車で共通に受信されるＧＰＳ衛星がｎ個（ｎ＞４）有るとする。ｉ番目の衛星に関して、ｋ台目の近接走行車両のＧＰＳ受信手段で得られたＧＰＳ電波伝搬時間ｐｔに関して、次の関係が成り立つ。
ｐｔk（ｉ）＝ｔｐｔk（ｉ）＋ｇｅｒ（ｉ）＋ｃｅｒk …（１）
（ただし、
・ｔｐｔは真のＧＰＳ電波伝搬時間。
・ｇｅｒは各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差で故意に付加されるＳＡ(Selective Availability)もこれに等価的に含まれる。これは、後述するように自車、近接走行車両のＧＰＳ受信手段全てにおいては共通の値と見なすことができる。・ｃｅｒは電波伝搬時間を測定する際の時計誤差のように、ＧＰＳ受信手段固有に含まれる誤差である。）
【００３１】
また、自車（サフィックスはｍとする）のＧＰＳ受信手段で得られたＧＰＳ電波伝搬時間ｐｔに関しても、同様の関係が成り立つ。
ｐｔm（ｉ）＝ｔｐｔm（ｉ）＋ｇｅｒ（ｉ）＋ｃｅｒm …（２）
（ただし、
・ｔｐｔは真のＧＰＳ電波伝搬時間。
・ｇｅｒは各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差で故意に付加されるＳＡ(Selective Availability)もこれに等価的に含まれる。
・ｃｅｒは電波伝搬時間を測定する際の時計誤差のように、ＧＰＳ受信手段固有に含まれる誤差である。）
【００３２】
よって、前記数式（１）、数式（２）より、近接走行車両と自車とのＧＰＳ電波伝搬時間の差分ｄｐｔを求めると、
ｄｐｔ（ｉ）＝ｐｔｋ（ｉ）− ｐｔｍ（ｉ）
＝ｔｐｔk（ｉ）− ｔｐｔm（ｉ）＋ｃｅｒk−ｃｅｒm
＝ｔｄｐｔ（ｉ）＋ｄｃｅｒ …（３）
（ただし、
・ｔｄｐｔは真のＧＰＳ電波伝搬時間差分。
・ｄｃｅｒは近接走行車両、自車それぞれのＧＰＳ受信手段固有に含まれる誤差の差分である。）
となり、各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差の影響がキャンセルされる。というのは、近接走行車両と自車との距離は高々数百ｍで、各ＧＰＳ衛星固有に含まれる時間誤差の影響は、たとえそれがＳＡの影響にしろ、電離層遅延の影響にしろ、近接走行車両と自車とでほぼ等しいと見なすことができるからである。
【００３３】
さて、前記数式（３）で示した真のＧＰＳ電波伝搬時間差分ｔｄｐｔ（ｉ）と自車を基準とした近接走行車両ｍの相対位置（ｄｘm、ｄｙm、ｄｚm）との間には、次の関係が成り立つ。
ｔｄｐｔ（ｉ）＊Ｃ＝ｃｘ（ｉ）＊ｄｘm＋ｃｙ（ｉ）＊ｄｙm＋ｃｚ（ｉ）
＊ｄｚm …（４）
（ただし、
・ｃｘ（ｉ）は、相対位置座標のｘ軸と、自車とＧＰＳ衛星ｉとを結んだ線分とが成す角の方向余弦。
・ｃｙ（ｉ）は、相対位置座標のｙ軸と、自車とＧＰＳ衛星ｉとを結んだ線分とが成す角の方向余弦。
・ｃｚ（ｉ）は、相対位置座標のｚ軸と、自車とＧＰＳ衛星ｉとを結んだ線分とが成す角の方向余弦。
・Ｃは光速である。）
【００３４】
ところが、実際に得られるのはｔｄｐｔ（ｉ）ではなく誤差を含んだＧＰＳ電波伝搬時間差分ｄｐｔ（ｉ）であるので、
ｄｐｔ（ｉ）＊Ｃ＝ｃｘ（ｉ）＊ｄｘm＋ｃｙ（ｉ）＊ｄｙm＋ｃｚ（ｉ）＊
ｄｚm＋ｄｃｅｒ＊Ｃ …（５）
前記数式（５）において未知数は、ｄｘm、ｄｙm、ｄｚm、ｄｃｅｒの４つであるので、４個以上のＧＰＳについて、数式（５）を連立させることによって、相対位置（ｄｘm、ｄｙm、ｄｚm）を求めることができる。（４個の時は連立方程式を解けばよいし、５個以上の時は一般に最小２乗法で解を求めることができる。以上の解法に関しては、例えば、日本測地学会著“ＧＰＳ”を参考にすることができる。）
なお、ｃｅｒk、ｃｅｒmの値があらかじめわかっているときや、無視できるときは、３個の衛星に関する式を連立させて求めることも可能となる。
【００３５】
以上の説明から明らかなように本発明の第１の実施の形態によれば、ＧＰＳ電波伝搬時間に誤差が存在するときにも、精度良く自車を基準とした近接走行車両の相対位置を算出できる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図である。図２において、相対位置算出装置は、車車間通信用トランシーバ１と、ＧＰＳ受信手段２と、ＧＰＳ情報送受手段３と、第１の相対位置算出手段５と、第２の相対位置算出手段６と、探索性能及び精度向上手段７とから構成されている。
【００３７】
次に、前記のように構成された第２の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置について、その動作を説明する。ただし、第１の相対位置算出手段５は、前記第１の実施の形態で説明したＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段４と全く同じ手段であり、よって、車車間通信用トランシーバ１、ＧＰＳ受信手段２、ＧＰＳ情報送受手段３、第１の相対位置算出手段５の動作については前記第１の実施の形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３８】
第２の相対位置検出手段６は、例えばパルスレーダやＦＭ−ＣＷレーダやパルスドップラーレーダと、電波を用いた各種レーダ（例えば、レーダに関しては、「自動車用レーダ研究開発報告書」電波システム開発センター著などに詳しい説明がある。）考えられるが、自車と目標物である近接走行車両との間に障害物がほとんどない場合に、自車と近接走行車両との相対距離を比較的精度良く測定することができるし、また、車車間通信に比べて、取得サンプル時間を小さくできるので、よりリアルタイムに近いデータが得られ、車両制御等に十分利用することができるというメリットがある。一方、この第２の相対位置検出手段６は、車載用のために出力も小さく、小型化のために例えば使用する電波としてミリ波帯（3GHzから300GHz）を使用すると、他車のレーダの干渉やマルチパス等の外乱の影響を受けやすい。このために、実際に検出できるはずの近接走行車両が信号レベルが小さすぎて検出できなかったり、あるいは一旦検出したものの一瞬消えて見失ってしまうというデメリットがある。
【００３９】
そこで、探索性能及び精度向上手段７は、あらかじめ、第１の相対位置算出手段５により相対位置を算出している近接走行車両（当然複数存在しうる）の中で明らかに第２の相対位置検出手段６で検出可能な車両を抽出し、第１の相対位置算出手段５で掴んでいる相対距離付近を重点的に探索するように第２の相対位置検出手段６に指示を与える。
【００４０】
例えば、第２の相対位置検出手段６がパルスレーダであるならば、送信パルスに対して、対照となる近接走行車両の相対距離の２倍に相当する距離を電波が進む時間が経過したところに対称で反射パルスが受信できるので、その箇所の時間のみにゲートをかけて、積分回数を上げたり、感度を上げたり、あるいは目標発見しきい値を下げることによって、目標である近接走行車両を発見しやすくする。
【００４１】
また、第２の相対位置検出手段６において目標である近接走行車両を見失ったとしても、第１の相対位置算出手段５によって相対位置を掴んでいるのであるならば、現在の近接走行車両の相対位置を補填し、常時近接走行車両を追尾することができるし、また、第１の相対位置算出手段５で求めた相対位置の精度も前記第１の実施の形態で説明したように高いので、第２の相対位置算出手段６との平均、あるいはフィルタを形成することで、より高い精度での相対位置検出が可能となる。
【００４２】
なお、第１の相対位置算出手段５は、第２の相対位置算出手段６では検出しえない場所に存在する近接走行車両の情報（レーダレンジ外、他の走行車両の陰に隠れている車両等の情報）も、例えば直前の車をトランスポンダ（中継機）として用いることによって把握できるので、第２の相対位置算出手段６との共用は十分意味があることである。
【００４３】
以上の説明から明らかなように本発明の第２の実施の形態によれば、車載レーダによる探索性能を向上させ、また、車車間通信による情報と車載レーダからの情報を組み合わせることにより、近接走行車両の相対位置算出の精度を向上させることができる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に示した実施の形態の説明から明らかなように本発明の請求項１に記載された発明によれば、ＧＰＳ電波伝搬時間に誤差が存在したとしても、ＧＰＳ電波伝搬時間の誤差をキャンセルし、精度良く自車を基準とした近接走行車両の相対位置を算出できる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【００４５】
また、本発明の請求項２に記載された発明によれば、車載レーダによる探索性能を向上させ、また、車車間通信による情報と車載レーダからの情報を組み合わせることにより、近接走行車両の相対位置算出の精度を向上させることができる優れた車車間通信による相対位置算出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の車車間通信による相対位置算出装置の構成を示す概略ブロック図、
【図３】従来の車車間通信による相対位置算出装置の一例を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
１ 車車間通信用トランシーバ
２ ＧＰＳ受信手段
３、８ ＧＰＳ情報送受手段
４ ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段
５ 第１の相対位置算出手段
６ 第２の相対位置算出手段
７ 探索性能及び精度向上手段
９ 絶対位置差分による相対位置算出手段
Claims (3)
- 近接走行車両とのデータの授受、通信を可能とする車車間通信による相対位置算出装置であって、
ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信手段と、
前記ＧＰＳ受信手段で受信されたＧＰＳ衛星の情報とそのＧＰＳ衛星から送信されて自動車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間のデータを、受信された衛星の全てについて、車車間通信手段を介して近接車両と互いに送受するＧＰＳ情報送受手段と、
近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星について、前記ＧＰＳ情報送受手段を介して得た近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求めると共に、これにより求められた３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める、ＧＰＳ電波伝搬時間差分による相対位置算出手段と、
を備えたことを特徴とする車車間通信による相対位置算出装置。 - 近接走行車両とのデータの授受、通信を可能とする車車間通信による相対位置算出装置であって、
ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信手段と、
前記ＧＰＳ受信手段で受信されたＧＰＳ衛星の情報とそのＧＰＳ衛星から送信されて自動車まで到達するまでのＧＰＳ電波伝搬時間のデータを、受信された衛星に全てについて、車車間通信手段を介して近接車両と互いに送受するＧＰＳ情報送受手段と、
近接車両と自分の車で共通に受信できているＧＰＳ衛星について、前記ＧＰＳ情報送受手段を介して得た近接車両でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータと自車でのＧＰＳ電波伝搬時間のデータとの差分を求めると共に、求められた３個以上のＧＰＳ電波伝搬時間差分値と未知数となる相対位置との関係式を連立させて解くことによって自車を基準とした近接車両の相対位置を求める第１の相対位置算出手段と、
近接走行車両を車載レーダにより捉えて自車と近接走行車両との相対距離、相対方位を検出することによって、自車を基準とした近接車両の相対位置を求める第２の相対位置算出手段と、
前記第１の相対位置算出手段で求めた相対位置付近の近接走行車両について、前記第２の相対位置算出手段の検出感度を上げたり、検出の重点度を上げたり、あるいは前記第２の相対位置算出手段で求めた相対位置を前記第１の相対位置算出手段で求めた相対位置によって補正することで相対位置算出の精度を向上させる探索性能及び精度向上手段と、
を備えたことを特徴とする車車間通信による相対位置算出装置。 - 他機がＧＰＳ衛星からの電波を受信して得たＧＰＳ情報を無線によって受信する通信手段と、
ＧＰＳ衛星からの電波を受信してＧＰＳ情報を得るＧＰＳ受信手段と、
自機が前記ＧＰＳ情報受信手段で得たＧＰＳ情報と前記通信手段で取得した他機のＧＰＳ情報とに基づいて、同一のＧＰＳ衛星からの電波が自機と他機に到達する時間の差分値を算出し、前記差分値によって自機を基準とする他機の相対位置を求める相対位置算出手段を備えることを特徴とする相対位置算出装置。
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