JP3827598B2 - 移動***置計測システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの移動体に搭載され、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星から送信される衛星信号を用いて、その移動体の位置を高精度に算出する計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳなどの衛星航法システムを用いて、移動体の位置を計測し、航法に利用する技術は、現在広く一般に用いられている。位置を計測する場合、最も多く用いられている方式は単独測位である。この単独測位方式は、各衛星信号からの搬送波に乗せられている Ｃ／Ａコードと呼ばれる測位用信号を用い、同時に４個以上の衛星からの測位用信号を捕捉することによって、移動***置および時計の誤差等を得る方式である。
【０００３】
この単独測位方式では、測位位置に誤差が大きいので、より高精度を必要とする場合には、既設もしくは自ら設置した基準局より送信される、補正データを受信し、測位データに対して補正を行うディファレンシャルＧＰＳ（以下、ＤＧＰＳ）という相対測位演算方式が用いられる。
【０００４】
図４は、従来のＤＧＰＳによる相対位置演算装置の構成を示す図である。この図４において、複数のＧＰＳ衛星１−１〜１−ｎからの衛星信号をＧＰＳアンテナ２で受信し、この受信した衛星信号を衛星信号受信装置３で処理をし、ＤＧＰＳ位置演算装置４に供給する。一方、基準局から送られてくる補正データを補正データ受信用アンテナ５で受信し、補正データ受信装置６でその受信信号を処理して補正データを得て、この補正データをＤＧＰＳ位置演算装置４に供給する。この補正データは、正確に位置が計測されている基準局にてＧＰＳ単独測位し、各種の誤差成分を衛星毎に求めたものである。
【０００５】
ＤＧＰＳ位置演算装置４では、衛星信号受信装置３で処理された受信信号による測位データ（即ち、単独測位データ）を、基準局からの補正データによって補正することにより、共通する誤差分を除去して相対的な測位データを得ることができる。したがって、ＧＰＳ単独測位での誤差分を改善して、精度良く移動***置Ｐを決定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車向けの汎用システムとして位置計測装置を用いる場合、利用場所としては様々な場所が想定される。郊外など障害物が少なく天空の見通しが良好なところでは、衛星電波の捕捉に関して問題はないが、街中ではビルや街路樹などによって衛星からの電波が反射し、マルチパスが増大することが良く知られている。
【０００７】
単独測位やＤＧＰＳで使用している擬似距離測位では波長約３００ｍ（１μｓ／チップ）のコード位相を使用しているため、マルチパスが多い場所では測位誤差が大きくなってしまう。このマルチパスによる測位誤差は、補正データとは関係がないので、ＤＧＰＳを行っても高精度位置が求められない欠点があった。
【０００８】
本発明は、自動車などの移動体に搭載され、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星から送信される衛星信号を用いて、移動体の位置を計測する移動***置計測システムにおいて、測位誤差の原因となるマルチパスの発生時にも高精度の位置決定を継続して行うことを可能にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の移動***置計測システムは、移動体に搭載され、この移動体の位置を計測する移動***置計測システムであって、
受信した衛星信号に基づいて単独測位位置を含む計測値を演算し、前記単独測位位置の時間変化から移動体の進行方向を示す単独方位角を出力する単独測位演算手段と、
受信した衛星信号及び基準局から送信された補正データを用いて相対測位位置を演算し出力する相対測位演算手段と、
姿勢計測用の基線を構成する２以上のアンテナからの衛星信号を受信し、それら衛星信号の搬送波位相を利用して姿勢方位角を演算し出力する姿勢角演算手段と、
移動速度と前記姿勢角演算手段からの姿勢方位角を用いて、推測して推測航法位置を求める推測位置演算手段と、
前記単独方位角と姿勢方位角との差に基づいてマルチパスの大きさを判定し、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号を出力するマルチパス判定手段と、
前記相対測位演算手段からの相対測位位置と、前記推測位置演算手段からの推測航法位置と、前記マルチパス判定手段からのマルチパス判定信号が入力され、前記相対測位位置及び前記推測航法位置に基づき、かつ前記マルチパス判定信号に応じて、移動***置を決定し出力する移動***置出力手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
この請求項１の移動***置計測システムによれば、衛星信号を利用した相対測位位置と、移動速度と姿勢方位角を利用した推測位置とから、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号にしたがって移動***置を求めるから、マルチパスによる誤差の影響を低減して、移動体の位置決定を行うことができる。
また、姿勢角演算手段は、姿勢計測用の基線を構成する２以上のアンテナからの衛星信号を受信し、それら衛星信号の波長が短い搬送波 ( ＧＰＳの場合、波長約１９ｃｍ ) の位相を利用して姿勢方位角を算出するから、マルチパス環境下であっても、高精度に方位を求めることができる。したがって、別途求められる速度とこの高精度の方位とにより高精度に推測位置が得られる。また、ジャイロ装置などとは異なり、測位位置演算手段で用いられる受信装置などと同様な受信装置等で構成できるから、安価にコンパクトに構成することができる。
また、相対測位演算手段（即ち、ＤＧＰＳ）により常時高精度に位置を決定することができる。また、単独測位演算手段により単独方位角を演算するから、マルチパスの影響による単独方位角の変動を逆に利用して、マルチパス発生を検出することができる。
【００１５】
請求項２の移動***置計測システムは、請求項１に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、マルチパスの大小を判定し、マルチパスが大きいと判定された場合にはマルチパス有りの判定信号を出力し、
前記移動***置出力手段は、前記マルチパス判定手段からのマルチパス有りの判定信号が入力されるときは、前記推測航法位置を移動***置として出力することを特徴とする。
【００１６】
この請求項２の移動***置計測システムによれば、マルチパスが発生していない或いはそれが小さいときには衛星信号を利用した相対測位位置を移動***置として出力する。一方、マルチパスが所定以上になると、方位角と速度を利用した推測航法位置に自動的に切り替えて移動***置として出力する。したがって、マルチパスによる誤差の影響を小さくして、精度良く位置決定を行うことができる。
【００１７】
請求項３の移動***置計測システムは、請求項２に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、前記姿勢角演算手段からの姿勢方位角と前記単独測位演算手段からの単独方位角との差を所定閾値と比較し、その差がその閾値より大きいときにはマルチパス有りの判定信号を出力することを特徴とする。
【００１８】
この請求項３の移動***置計測システムによれば、マルチパスの影響をほとんど受けない姿勢角演算手段からの姿勢方位角と、マルチパスの影響を強く受ける単独測位演算手段からの単独方位角との差を利用してマルチパスを検出するから、マルチパス判定を早くかつ確実に行うことができる。
【００１９】
請求項４の移動***置計測システムは、請求項３記載の移動***置計測システムにおいて、前記閾値は、速度が早くなるにつれて小さくされるように設定されていることを特徴としている。
【００２０】
この請求項４の移動***置計測システムによれば、単独測位演算手段からの単独方位角に対するマルチパスによる影響度が変化するにつれて閾値が変化されるから、適切にマルチパス判定を行うことができる。
【００２１】
請求項５の移動***置計測システムは、請求項２に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、受信された衛星信号の信号レベルの変動が激しいときに、マルチパスが大きいと判定してマルチパス判定信号を出力することを特徴としている。
【００２２】
この請求項５の移動***置計測システムによれば、受信された衛星信号の信号レベルの変動が激しいときにマルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００２３】
請求項６の移動***置計測システムは、請求項２に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、捕捉可能な衛星数が急激に変化する場合に、マルチパスが大きいと判定してマルチパス判定信号を出力することを特徴としている。
【００２４】
この請求項６の移動***置計測システムによれば、捕捉可能な衛星数が急激に変化（増加或いは減少）する場合に、マルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００２５】
請求項７の移動***置計測システムは、請求項１に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、マルチパスの大きさに関係した重み係数を発生し、
前記移動***置出力手段は、前記重み係数に応じて前記相対測位位置と前記推測航法位置の双方を用いたハイブリッド位置を求め、このハイブリッド位置を移動***置として出力することを特徴とする。
【００２６】
この請求項７の移動***置計測システムによれば、重み係数に応じて相対測位位置と推測航法位置の双方を用いたハイブリッド位置を移動***置としているから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた場合でも、推測航法位置のみによる場合に比べて、移動***置の誤差を小さくすることができる。又、この移動***置の誤差を小さくすることができるから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた後にマルチパスが小さくなったときに、移動***置のずれを小さくできる。
【００２９】
請求項８の移動***置計測システムは、請求項１〜７のいずれかに記載の移動***置計測システムにおいて、前記推測位置演算手段に入力される前記移動速度は、前記単独測位演算手段からの速度データを使用することを特徴とする。
【００３０】
この請求項８の移動***置計測システムによれば、速度データとして測位位置演算手段でドップラシフトにより求められる正確な速度データを推測位置演算に用いるから、他の速度センサなどは不要であり、したがって安価にかつ精度良く推測航法位置を演算することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明では、ＧＰＳなどの航法衛星システムを用いて移動体の位置測位を行う場合、マルチパスが少ない通常時には、衛星信号に基づいて測位計算を行う測位位置演算装置のみで高精度の測位位置を得る。街中等ではマルチパスにより測位位置演算装置では測位誤差が大きくなるので、例えば衛星信号の搬送波を利用して得た高精度の方位角と、車速センサ一等から得られる速度を用いた推測航法位置も求める。そして、測位位置と推測航法位置と両方の位置を用いて、マルチパス発生時にも、高精度の位置を得るようにしている。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、マルチパス対策を施した移動***置計測システムの構成を示す図を参照して詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図である。図１において、複数のＧＰＳ衛星１−１〜１−ｎからの衛星信号をＧＰＳアンテナ２−１で受信し、この受信した衛星信号を衛星信号受信装置３−１で処理し、ＤＧＰＳ位置演算装置（即ち、相対測位演算手段）４及び単独測位演算装置（即ち、単独測位演算手段）７に供給する。
【００３４】
基準局から送られてくる補正データを補正データ受信用アンテナ５で受信し、補正データ受信装置６でその受信信号を処理して補正データを得て、この補正データをＤＧＰＳ位置演算装置４に供給する。この補正データは、正確に位置が計測されている基準局にてＧＰＳ単独測位し、各種の誤差成分を衛星毎に求めたものである。
【００３５】
ＤＧＰＳ位置演算装置４では、衛星信号受信装置３−１で処理された受信信号による測位データ（即ち、単独測位データ）を、基準局からの補正データによって補正することにより、共通する誤差分を除去して相対的なＤＧＰＳ測位位置（即ち、相対測位位置）Ｐｇｐｓを得る。このＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓは、ＧＰＳ単独測位での誤差分を基準局からの補正データにより改善しているから、マルチパス等の影響が無い場合には、高精度の移動***置を示している。
【００３６】
単独測位演算装置７は、衛星信号受信装置３−１からの受信信号を受けて、各時点の測位位置（即ち、単独測位位置）を測定する。この単独測位演算装置７による測位位置は、種々の誤差要因による測位誤差を含んでいるが、マルチパス以外の誤差要因による測位誤差は短時間の間ではそれほど変化しない。しかし、マルチパス環境下ではマルチパスの影響による測位誤差が激しく変化する。
【００３７】
単独測位演算装置７では、この測位位置の時間変化を利用して移動体の進行方向の方位角（即ち、単独方位角）θｇを測定する。その測定された方位角θｇは、マルチパスの影響がない或いは小さい時には変動も少なく比較的正しい角度を示す一方、マルチパスが大きい時には変動も大きくかつ大きな誤差を含むことになる。
【００３８】
ＧＰＳアンテナ２−２〜２−ｎは、ＧＰＳアンテナ２−１とともに移動体上に配置される複数の衛星信号受信用アンテナであり、移動体の姿勢角測定のために所定の関係（直線状や三角状等）に配置される。衛星信号受信装置３−２は、ＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎからの衛星信号を受信して処理し、姿勢角演算装置８に入力する。
【００３９】
姿勢角演算装置８は、衛星信号受信装置３−２で処理された各ＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎからの衛星信号の搬送波相対位相を計測することにより、移動体の方位角（即ち、姿勢方位角）θｄやその他ピッチ、ロールなどを高精度に計測する。姿勢角演算装置８では、マルチパスの影響を受けやすいコード位相(ＧＰＳの場合波長約３００ｍ)ではなく、波長が短い搬送波(ＧＰＳの場合波長約１９ｃｍ)を用いているため、マルチパスによる誤差が小さい。したがって、マルチパス環境下であっても、高精度の方位を求めることができる。このように、マルチパス環境下でも高精度の方位角θｄを計測できるから、従来、高精度の方位を得るために用いられていた高価格の光ファイバジャイロ等の使用を必要としない。
【００４０】
推測航法位置演算装置１１は、姿勢角演算装置８で求められた方位角θｄと、車速センサ等の速度検出手段から得られる速度Ｓ、及び前回の測位時における移動***置演算装置１０からの移動***置Ｐとを用いて推測航法位置Ｐｄｒを算出する。この推測航法位置Ｐｄｒは、前回の測位時の移動***置Ｐ、方位角θｄ、速度Ｓにより、新しい移動***置を求めるから、マルチパスによる影響をほとんど受けることがない。
【００４１】
マルチパス判定装置９は、単独測位演算装置７からの方位角θｇと姿勢角演算装置８からの方位角θｄが入力され、その両方位角θｇ、θｄの差分をとり、その差分の絶対値｜θｇ−θｄ｜を所定の閾値ｋ１と比較する。差分の絶対値｜θｇ−θｄ｜が所定の閾値ｋ１を越えたとき、即ち｜θｇ−θｄ｜＞ｋ１のとき、マルチパス有りの判定信号を出力する。そうでない場合、即ち｜θｇ−θｄ｜＜ｋ１のときにはマルチパス無しの判定信号を出力する。
【００４２】
移動***置演算装置１０は、ＤＧＰＳ位置演算装置４からのＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと、推測航法位置演算装置１１からの推測航法位置Ｐｄｒと、マルチパス判定装置９からのマルチパス有り／無しの判定信号を受ける。そして、通常状態であるマルチパス無しの判定信号が入力されている場合には、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓを選択して、移動***置Ｐとして出力する。一方、マルチパス有りの判定信号が入力されている場合には、推測航法位置Ｐｄｒを選択して、移動***置Ｐとして出力する。
【００４３】
以上のように構成されている、図１の第１の実施の形態に係る移動***置計測システムの動作を、簡単に説明する。
【００４４】
ＧＰＳ航法衛星１−１〜１−ｎからの衛星信号を移動体上の複数のＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎでそれぞれ受信する。ＧＰＳアンテナ２−１で受信した衛星信号を衛星信号受信装置３−１で処理し、単独測位演算装置７により移動体の方位角θｇを演算し、マルチパス判定装置９に入力する。
【００４５】
これと同時に、ＤＧＰＳ位置演算装置４では、衛星信号受信装置３−１からの衛星信号と、補正データ受信装置６で受信した基準局からの補正データとにより、相対測位による高精度なＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓを演算して、移動体演算装置１０に入力する。マルチパスが無いときには、このＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓが移動***置Ｐとして出力される。
【００４６】
一方、ＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎでそれぞれ受信した衛星信号を衛星信号受信装置３−２で処理し、姿勢角演算装置８により衛星信号の搬送波相対位相を計測して移動体の方位角θｄを得る。この方位角θｄ、速度信号Ｓ及び前回測位時の移動***置Ｐとから、推測航法位置演算装置１１はその時点の推測航法位置Ｐｄｒを算出して移動***置演算装置１０に入力する。
【００４７】
そして、単独測位演算装置７からの方位角θｇと姿勢角演算装置８からの方位角θｄとの差分の絶対値｜θｇ−θｄ｜がマルチパス判定装置９で所定の閾値ｋ１と比較・判定されて、マルチパス有り／無しの判定信号を移動***置演算装置１０に出力する。
【００４８】
その結果、移動***置演算装置１０では、通常状態であるマルチパス無しの判定信号が入力されている場合には、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓを選択して、移動***置Ｐとして出力する一方、マルチパス有りの判定信号が入力されている場合には、推測航法位置Ｐｄｒを選択して、移動***置Ｐとして出力する。
【００４９】
この第１の実施の形態の移動***置計測システムによれば、衛星信号を利用した測位位置Ｐｇｐｓと、移動速度Ｓと方位角θｄを利用した推測位置Ｐｄｒとから、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号にしたがって移動***置Ｐを求めるから、マルチパスによる誤差の影響を低減して、移動体の位置決定を行うことができる。
【００５０】
また、相対測位演算手段であるＤＧＰＳ位置演算装置４により常時高精度に位置Ｐｇｐｓを決定するとともに、単独測位演算装置７、即ちＧＰＳにより方位角θｇを演算するから、マルチパスの影響による方位角θｇの変動を逆に利用して、マルチパス発生を検出することができる。
【００５１】
この第１の実施の形態において、速度Ｓは車速センサ等の速度センサから得ることとしているが、これに代えて単独測位演算装置７から得られる速度データを用いることができる。単独測位演算装置７から得られる速度データは、ＧＰＳの故意の精度劣化ＳＡ（Selective Availability）が解除されて以降、その精度が向上しており、十分に利用することができる。
【００５２】
また、単独測位から得られる方位角θｇの精度は、速度に依存し、速度が速い程精度が良い。したがって、単独測位の方位角θｇと姿勢角演算の方位角θｄの差分量｜θｇ−θｄ｜から、マルチパス環境下であると判定する閾値ｋ１については、速度Ｓが早くなるにつれて小さくされるように設定することができる。これにより、単独測位から得られる方位角θｇへのマルチパスによる影響度が変化するにつれて閾値ｋ１が変化されるから、適切にマルチパス判定を行うことができる。
【００５３】
なお、移動体が止まっている場合を考えると、この場合、推測航法位置Ｐｄｒは止まった位置となるが、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓは観測ノイズにより変動するので、推測航法位置Ｐｄｒの方が精度は良い。マルチパス環境下と判定する閾値ｋ１を、速度Ｓに依存しない一定値とした場合は、単独測位方位角θｇの精度が悪いために、その閾値以上となりやすい。したがって、マルチパス環境下と判定され、推測航法位置優先となるが、この場合には推測航法位置Ｐｄｒの方が精度は良いので問題は生じない。
【００５４】
また、姿勢角演算装置８から得られる方位角θｄと、単独測位演算装置７から得られる方位角θｇの差によってマルチパスの大小を判定することに代えて、ＤＧＰＳ用の補正データの誤り率が多い時に、マルチパスが大と判定することもできる。これは、マルチパスが多いビル街等では、補正データ用の無線電波も届きにくいことを利用している。
【００５５】
また、受信している衛星信号の信号レベルの変動が激しい場合には、マルチパスが大と判定することもできる。マルチパス環境下では、ときには反射波のみとなる等、マルチパス状況が大きく変化しやすいことを利用する。これによれば、マルチパスの判定が容易に行える。
【００５６】
また、捕捉可能な衛星数、ＤＯＰ(測位精度低下率)が急激に変化する場合は、マルチパスが大と判定する。これは、ビル等障害が多い場合には、衛星信号の遮蔽の多いことを利用する。これによれば、マルチパスの判定が容易に行える。
【００５７】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図であり、図３は、第２の実施の形態におけるマルチパス判定の動作を説明するための図である。
【００５８】
この第２の実施の形態では、ＤＧＰＳ位置演算装置４から得られるＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと推測航法位置演算装置１１から得られる推測航法位置Ｐｄｒのいずれかを選択するのではなく、マルチパス量の大小に応じた重みを設定し、この重みに応じてＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと推測航法位置Ｐｄｒの両方を利用したハイブリッド位置を移動***置Ｐとして出力する。
【００５９】
図２において、マルチパス判定装置９Ａ及び移動***置演算装置１０Ａが、図１のマルチパス判定装置９及び移動***置演算装置１０と異なるが、その他の構成は、図１におけると同様である。
【００６０】
マルチパス判定装置９Ａは、単独測位演算装置７からの方位角θｇと姿勢角演算装置８からの方位角θｄとを受け、マルチパス量を方位角θｇと方位角θｄとの差分から得る。そして、マルチパス量に応じて重み係数αを決定する。
【００６１】
マルチパス量と重み係数αとの関係は、図３に示されるように、マルチパス量が小さいときには重み係数αはほぼ１（即ち、α≒１）となり、マルチパス量が大きくなるにつれて重み係数αは次第に小さくなる。そして、マルチパス量が大きくなると、重み係数αはほぼ０（即ち、α≒０）となる。
【００６２】
移動***置演算装置１０Ａは、ＤＧＰＳ位置演算装置４からのＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと、推測航法位置演算装置１１からの推測航法位置Ｐｄｒと、マルチパス判定装置９Ａからの重み係数αを受ける。そして、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓ及び推測航法位置Ｐｄｒの双方に、係数α、（１−α）を次式のように乗じて移動***置Ｐを得る。即ち、Ｐ＝α×Ｐｇｐｓ＋（１−α）×Ｐｄｒ。
【００６３】
この第２の実施の形態においては、マルチパス量に応じた重み係数αをマルチパス判定装置により設定し、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓ及び推測航法位置Ｐｄｒに係数α、（１−α）を乗じてから加算することにより、ハイブリッド位置を移動***置Ｐとして出力する。
【００６４】
このように移動***置Ｐとしてハイブリッド位置を用いるから、マルチパスが大きい状態が長く続いた場合でも、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと推測航法位置Ｐｄｒとを併用しているから、推測航法位置Ｐｄｒを長時間使用することにより累積する誤差を抑えることができる。また、誤差を抑えることができることにより、マルチパスが小さい状態に復帰したときに、移動***置Ｐのずれを小さくすることができる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１の移動***置計測システムによれば、衛星信号を利用した相対測位位置と、移動速度と姿勢方位角を利用した推測位置とから、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号にしたがって移動***置を求めるから、マルチパスによる誤差の影響を低減して、移動体の位置決定を行うことができる。
また、姿勢角演算手段は、姿勢計測用の基線を構成する２以上のアンテナからの衛星信号を受信し、それら衛星信号の波長が短い搬送波 ( ＧＰＳの場合、波長約１９ｃｍ ) の位相を利用して姿勢方位角を算出するから、マルチパス環境下であっても、高精度に方位を求めることができる。したがって、別途求められる速度とこの高精度の方位とにより高精度に推測位置が得られる。また、ジャイロ装置などとは異なり、測位位置演算手段で用いられる受信装置などと同様な受信装置等で構成できるから、安価にコンパクトに構成することができる。
また、相対測位演算手段（即ち、ＤＧＰＳ）により常時高精度に位置を決定することができる。また、単独測位演算手段により単独方位角を演算するから、マルチパスの影響による単独方位角の変動を逆に利用して、マルチパス発生を検出することができる。
【００６８】
請求項２の移動***置計測システムによれば、マルチパスが発生していない或いはそれが小さいときには衛星信号を利用した相対測位位置を移動***置として出力する。一方、マルチパスが所定以上になると、方位角と速度を利用した推測航法位置に自動的に切り替えて移動***置として出力する。したがって、マルチパスによる誤差の影響を小さくして、精度良く位置決定を行うことができる。
【００６９】
請求項３の移動***置計測システムによれば、マルチパスの影響をほとんど受けない姿勢角演算手段からの姿勢方位角と、マルチパスの影響を強く受ける単独測位演算手段からの単独方位角との差を利用してマルチパスを検出するから、マルチパス判定を早くかつ確実に行うことができる。
【００７０】
請求項４の移動***置計測システムによれば、単独測位演算手段からの単独方位角に対するマルチパスによる影響度が変化するにつれて閾値が変化されるから、適切にマルチパス判定を行うことができる。
【００７１】
請求項５の移動***置計測システムによれば、受信された衛星信号の信号レベルの変動が激しいときにマルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００７２】
請求項６の移動***置計測システムによれば、捕捉可能な衛星数が急激に変化（増加或いは減少）する場合に、マルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００７３】
請求項７の移動***置計測システムによれば、重み係数に応じて相対測位位置と推測航法位置の双方を用いたハイブリッド位置を移動***置としているから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた場合でも、推測航法位置のみによる場合に比べて、移動***置の誤差を小さくすることができる。又、この移動***置の誤差を小さくすることができるから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた後にマルチパスが小さくなったときに、移動***置のずれを小さくできる。
【００７５】
請求項８の移動***置計測システムによれば、速度データとして測位位置演算手段でドップラシフトにより求められる正確な速度データを推測位置演算に用いるから、他の速度センサなどは不要であり、したがって安価にかつ精度良く推測航法位置を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図。
【図３】第２の実施の形態におけるマルチパス判定の説明図。
【図４】従来のＤＧＰＳを用いた移動***置計測システムの構成を示す図。
【符号の説明】
１−１〜１−ｎ ＧＰＳ航法衛星
２−１〜２−ｎ ＧＰＳ受信アンテナ
３−１，３−２ 衛星信号受信装置
４ ＤＧＰＳ位置演算装置
５ 補正データ受信用アンテナ
６ 補正データ受信装置
７ 単独測位演算装置
８ 姿勢角演算装置
９、９Ａ マルチパス判定装置
１０、１０Ａ 移動***置演算装置
１１ 推測航法位置演算装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの移動体に搭載され、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星から送信される衛星信号を用いて、その移動体の位置を高精度に算出する計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳなどの衛星航法システムを用いて、移動体の位置を計測し、航法に利用する技術は、現在広く一般に用いられている。位置を計測する場合、最も多く用いられている方式は単独測位である。この単独測位方式は、各衛星信号からの搬送波に乗せられている Ｃ／Ａコードと呼ばれる測位用信号を用い、同時に４個以上の衛星からの測位用信号を捕捉することによって、移動***置および時計の誤差等を得る方式である。
【０００３】
この単独測位方式では、測位位置に誤差が大きいので、より高精度を必要とする場合には、既設もしくは自ら設置した基準局より送信される、補正データを受信し、測位データに対して補正を行うディファレンシャルＧＰＳ（以下、ＤＧＰＳ）という相対測位演算方式が用いられる。
【０００４】
図４は、従来のＤＧＰＳによる相対位置演算装置の構成を示す図である。この図４において、複数のＧＰＳ衛星１−１〜１−ｎからの衛星信号をＧＰＳアンテナ２で受信し、この受信した衛星信号を衛星信号受信装置３で処理をし、ＤＧＰＳ位置演算装置４に供給する。一方、基準局から送られてくる補正データを補正データ受信用アンテナ５で受信し、補正データ受信装置６でその受信信号を処理して補正データを得て、この補正データをＤＧＰＳ位置演算装置４に供給する。この補正データは、正確に位置が計測されている基準局にてＧＰＳ単独測位し、各種の誤差成分を衛星毎に求めたものである。
【０００５】
ＤＧＰＳ位置演算装置４では、衛星信号受信装置３で処理された受信信号による測位データ（即ち、単独測位データ）を、基準局からの補正データによって補正することにより、共通する誤差分を除去して相対的な測位データを得ることができる。したがって、ＧＰＳ単独測位での誤差分を改善して、精度良く移動***置Ｐを決定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車向けの汎用システムとして位置計測装置を用いる場合、利用場所としては様々な場所が想定される。郊外など障害物が少なく天空の見通しが良好なところでは、衛星電波の捕捉に関して問題はないが、街中ではビルや街路樹などによって衛星からの電波が反射し、マルチパスが増大することが良く知られている。
【０００７】
単独測位やＤＧＰＳで使用している擬似距離測位では波長約３００ｍ（１μｓ／チップ）のコード位相を使用しているため、マルチパスが多い場所では測位誤差が大きくなってしまう。このマルチパスによる測位誤差は、補正データとは関係がないので、ＤＧＰＳを行っても高精度位置が求められない欠点があった。
【０００８】
本発明は、自動車などの移動体に搭載され、ＧＰＳ衛星等の測位用衛星から送信される衛星信号を用いて、移動体の位置を計測する移動***置計測システムにおいて、測位誤差の原因となるマルチパスの発生時にも高精度の位置決定を継続して行うことを可能にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の移動***置計測システムは、移動体に搭載され、この移動体の位置を計測する移動***置計測システムであって、
受信した衛星信号に基づいて単独測位位置を含む計測値を演算し、前記単独測位位置の時間変化から移動体の進行方向を示す単独方位角を出力する単独測位演算手段と、
受信した衛星信号及び基準局から送信された補正データを用いて相対測位位置を演算し出力する相対測位演算手段と、
姿勢計測用の基線を構成する２以上のアンテナからの衛星信号を受信し、それら衛星信号の搬送波位相を利用して姿勢方位角を演算し出力する姿勢角演算手段と、
移動速度と前記姿勢角演算手段からの姿勢方位角を用いて、推測して推測航法位置を求める推測位置演算手段と、
前記単独方位角と姿勢方位角との差に基づいてマルチパスの大きさを判定し、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号を出力するマルチパス判定手段と、
前記相対測位演算手段からの相対測位位置と、前記推測位置演算手段からの推測航法位置と、前記マルチパス判定手段からのマルチパス判定信号が入力され、前記相対測位位置及び前記推測航法位置に基づき、かつ前記マルチパス判定信号に応じて、移動***置を決定し出力する移動***置出力手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
この請求項１の移動***置計測システムによれば、衛星信号を利用した相対測位位置と、移動速度と姿勢方位角を利用した推測位置とから、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号にしたがって移動***置を求めるから、マルチパスによる誤差の影響を低減して、移動体の位置決定を行うことができる。
また、姿勢角演算手段は、姿勢計測用の基線を構成する２以上のアンテナからの衛星信号を受信し、それら衛星信号の波長が短い搬送波 ( ＧＰＳの場合、波長約１９ｃｍ ) の位相を利用して姿勢方位角を算出するから、マルチパス環境下であっても、高精度に方位を求めることができる。したがって、別途求められる速度とこの高精度の方位とにより高精度に推測位置が得られる。また、ジャイロ装置などとは異なり、測位位置演算手段で用いられる受信装置などと同様な受信装置等で構成できるから、安価にコンパクトに構成することができる。
また、相対測位演算手段（即ち、ＤＧＰＳ）により常時高精度に位置を決定することができる。また、単独測位演算手段により単独方位角を演算するから、マルチパスの影響による単独方位角の変動を逆に利用して、マルチパス発生を検出することができる。
【００１５】
請求項２の移動***置計測システムは、請求項１に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、マルチパスの大小を判定し、マルチパスが大きいと判定された場合にはマルチパス有りの判定信号を出力し、
前記移動***置出力手段は、前記マルチパス判定手段からのマルチパス有りの判定信号が入力されるときは、前記推測航法位置を移動***置として出力することを特徴とする。
【００１６】
この請求項２の移動***置計測システムによれば、マルチパスが発生していない或いはそれが小さいときには衛星信号を利用した相対測位位置を移動***置として出力する。一方、マルチパスが所定以上になると、方位角と速度を利用した推測航法位置に自動的に切り替えて移動***置として出力する。したがって、マルチパスによる誤差の影響を小さくして、精度良く位置決定を行うことができる。
【００１７】
請求項３の移動***置計測システムは、請求項２に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、前記姿勢角演算手段からの姿勢方位角と前記単独測位演算手段からの単独方位角との差を所定閾値と比較し、その差がその閾値より大きいときにはマルチパス有りの判定信号を出力することを特徴とする。
【００１８】
この請求項３の移動***置計測システムによれば、マルチパスの影響をほとんど受けない姿勢角演算手段からの姿勢方位角と、マルチパスの影響を強く受ける単独測位演算手段からの単独方位角との差を利用してマルチパスを検出するから、マルチパス判定を早くかつ確実に行うことができる。
【００１９】
請求項４の移動***置計測システムは、請求項３記載の移動***置計測システムにおいて、前記閾値は、速度が早くなるにつれて小さくされるように設定されていることを特徴としている。
【００２０】
この請求項４の移動***置計測システムによれば、単独測位演算手段からの単独方位角に対するマルチパスによる影響度が変化するにつれて閾値が変化されるから、適切にマルチパス判定を行うことができる。
【００２１】
請求項５の移動***置計測システムは、請求項２に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、受信された衛星信号の信号レベルの変動が激しいときに、マルチパスが大きいと判定してマルチパス判定信号を出力することを特徴としている。
【００２２】
この請求項５の移動***置計測システムによれば、受信された衛星信号の信号レベルの変動が激しいときにマルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００２３】
請求項６の移動***置計測システムは、請求項２に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、捕捉可能な衛星数が急激に変化する場合に、マルチパスが大きいと判定してマルチパス判定信号を出力することを特徴としている。
【００２４】
この請求項６の移動***置計測システムによれば、捕捉可能な衛星数が急激に変化（増加或いは減少）する場合に、マルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００２５】
請求項７の移動***置計測システムは、請求項１に記載の移動***置計測システムにおいて、前記マルチパス判定手段は、マルチパスの大きさに関係した重み係数を発生し、
前記移動***置出力手段は、前記重み係数に応じて前記相対測位位置と前記推測航法位置の双方を用いたハイブリッド位置を求め、このハイブリッド位置を移動***置として出力することを特徴とする。
【００２６】
この請求項７の移動***置計測システムによれば、重み係数に応じて相対測位位置と推測航法位置の双方を用いたハイブリッド位置を移動***置としているから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた場合でも、推測航法位置のみによる場合に比べて、移動***置の誤差を小さくすることができる。又、この移動***置の誤差を小さくすることができるから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた後にマルチパスが小さくなったときに、移動***置のずれを小さくできる。
【００２９】
請求項８の移動***置計測システムは、請求項１〜７のいずれかに記載の移動***置計測システムにおいて、前記推測位置演算手段に入力される前記移動速度は、前記単独測位演算手段からの速度データを使用することを特徴とする。
【００３０】
この請求項８の移動***置計測システムによれば、速度データとして測位位置演算手段でドップラシフトにより求められる正確な速度データを推測位置演算に用いるから、他の速度センサなどは不要であり、したがって安価にかつ精度良く推測航法位置を演算することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明では、ＧＰＳなどの航法衛星システムを用いて移動体の位置測位を行う場合、マルチパスが少ない通常時には、衛星信号に基づいて測位計算を行う測位位置演算装置のみで高精度の測位位置を得る。街中等ではマルチパスにより測位位置演算装置では測位誤差が大きくなるので、例えば衛星信号の搬送波を利用して得た高精度の方位角と、車速センサ一等から得られる速度を用いた推測航法位置も求める。そして、測位位置と推測航法位置と両方の位置を用いて、マルチパス発生時にも、高精度の位置を得るようにしている。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、マルチパス対策を施した移動***置計測システムの構成を示す図を参照して詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図である。図１において、複数のＧＰＳ衛星１−１〜１−ｎからの衛星信号をＧＰＳアンテナ２−１で受信し、この受信した衛星信号を衛星信号受信装置３−１で処理し、ＤＧＰＳ位置演算装置（即ち、相対測位演算手段）４及び単独測位演算装置（即ち、単独測位演算手段）７に供給する。
【００３４】
基準局から送られてくる補正データを補正データ受信用アンテナ５で受信し、補正データ受信装置６でその受信信号を処理して補正データを得て、この補正データをＤＧＰＳ位置演算装置４に供給する。この補正データは、正確に位置が計測されている基準局にてＧＰＳ単独測位し、各種の誤差成分を衛星毎に求めたものである。
【００３５】
ＤＧＰＳ位置演算装置４では、衛星信号受信装置３−１で処理された受信信号による測位データ（即ち、単独測位データ）を、基準局からの補正データによって補正することにより、共通する誤差分を除去して相対的なＤＧＰＳ測位位置（即ち、相対測位位置）Ｐｇｐｓを得る。このＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓは、ＧＰＳ単独測位での誤差分を基準局からの補正データにより改善しているから、マルチパス等の影響が無い場合には、高精度の移動***置を示している。
【００３６】
単独測位演算装置７は、衛星信号受信装置３−１からの受信信号を受けて、各時点の測位位置（即ち、単独測位位置）を測定する。この単独測位演算装置７による測位位置は、種々の誤差要因による測位誤差を含んでいるが、マルチパス以外の誤差要因による測位誤差は短時間の間ではそれほど変化しない。しかし、マルチパス環境下ではマルチパスの影響による測位誤差が激しく変化する。
【００３７】
単独測位演算装置７では、この測位位置の時間変化を利用して移動体の進行方向の方位角（即ち、単独方位角）θｇを測定する。その測定された方位角θｇは、マルチパスの影響がない或いは小さい時には変動も少なく比較的正しい角度を示す一方、マルチパスが大きい時には変動も大きくかつ大きな誤差を含むことになる。
【００３８】
ＧＰＳアンテナ２−２〜２−ｎは、ＧＰＳアンテナ２−１とともに移動体上に配置される複数の衛星信号受信用アンテナであり、移動体の姿勢角測定のために所定の関係（直線状や三角状等）に配置される。衛星信号受信装置３−２は、ＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎからの衛星信号を受信して処理し、姿勢角演算装置８に入力する。
【００３９】
姿勢角演算装置８は、衛星信号受信装置３−２で処理された各ＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎからの衛星信号の搬送波相対位相を計測することにより、移動体の方位角（即ち、姿勢方位角）θｄやその他ピッチ、ロールなどを高精度に計測する。姿勢角演算装置８では、マルチパスの影響を受けやすいコード位相(ＧＰＳの場合波長約３００ｍ)ではなく、波長が短い搬送波(ＧＰＳの場合波長約１９ｃｍ)を用いているため、マルチパスによる誤差が小さい。したがって、マルチパス環境下であっても、高精度の方位を求めることができる。このように、マルチパス環境下でも高精度の方位角θｄを計測できるから、従来、高精度の方位を得るために用いられていた高価格の光ファイバジャイロ等の使用を必要としない。
【００４０】
推測航法位置演算装置１１は、姿勢角演算装置８で求められた方位角θｄと、車速センサ等の速度検出手段から得られる速度Ｓ、及び前回の測位時における移動***置演算装置１０からの移動***置Ｐとを用いて推測航法位置Ｐｄｒを算出する。この推測航法位置Ｐｄｒは、前回の測位時の移動***置Ｐ、方位角θｄ、速度Ｓにより、新しい移動***置を求めるから、マルチパスによる影響をほとんど受けることがない。
【００４１】
マルチパス判定装置９は、単独測位演算装置７からの方位角θｇと姿勢角演算装置８からの方位角θｄが入力され、その両方位角θｇ、θｄの差分をとり、その差分の絶対値｜θｇ−θｄ｜を所定の閾値ｋ１と比較する。差分の絶対値｜θｇ−θｄ｜が所定の閾値ｋ１を越えたとき、即ち｜θｇ−θｄ｜＞ｋ１のとき、マルチパス有りの判定信号を出力する。そうでない場合、即ち｜θｇ−θｄ｜＜ｋ１のときにはマルチパス無しの判定信号を出力する。
【００４２】
移動***置演算装置１０は、ＤＧＰＳ位置演算装置４からのＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと、推測航法位置演算装置１１からの推測航法位置Ｐｄｒと、マルチパス判定装置９からのマルチパス有り／無しの判定信号を受ける。そして、通常状態であるマルチパス無しの判定信号が入力されている場合には、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓを選択して、移動***置Ｐとして出力する。一方、マルチパス有りの判定信号が入力されている場合には、推測航法位置Ｐｄｒを選択して、移動***置Ｐとして出力する。
【００４３】
以上のように構成されている、図１の第１の実施の形態に係る移動***置計測システムの動作を、簡単に説明する。
【００４４】
ＧＰＳ航法衛星１−１〜１−ｎからの衛星信号を移動体上の複数のＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎでそれぞれ受信する。ＧＰＳアンテナ２−１で受信した衛星信号を衛星信号受信装置３−１で処理し、単独測位演算装置７により移動体の方位角θｇを演算し、マルチパス判定装置９に入力する。
【００４５】
これと同時に、ＤＧＰＳ位置演算装置４では、衛星信号受信装置３−１からの衛星信号と、補正データ受信装置６で受信した基準局からの補正データとにより、相対測位による高精度なＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓを演算して、移動体演算装置１０に入力する。マルチパスが無いときには、このＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓが移動***置Ｐとして出力される。
【００４６】
一方、ＧＰＳアンテナ２−１〜２−ｎでそれぞれ受信した衛星信号を衛星信号受信装置３−２で処理し、姿勢角演算装置８により衛星信号の搬送波相対位相を計測して移動体の方位角θｄを得る。この方位角θｄ、速度信号Ｓ及び前回測位時の移動***置Ｐとから、推測航法位置演算装置１１はその時点の推測航法位置Ｐｄｒを算出して移動***置演算装置１０に入力する。
【００４７】
そして、単独測位演算装置７からの方位角θｇと姿勢角演算装置８からの方位角θｄとの差分の絶対値｜θｇ−θｄ｜がマルチパス判定装置９で所定の閾値ｋ１と比較・判定されて、マルチパス有り／無しの判定信号を移動***置演算装置１０に出力する。
【００４８】
その結果、移動***置演算装置１０では、通常状態であるマルチパス無しの判定信号が入力されている場合には、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓを選択して、移動***置Ｐとして出力する一方、マルチパス有りの判定信号が入力されている場合には、推測航法位置Ｐｄｒを選択して、移動***置Ｐとして出力する。
【００４９】
この第１の実施の形態の移動***置計測システムによれば、衛星信号を利用した測位位置Ｐｇｐｓと、移動速度Ｓと方位角θｄを利用した推測位置Ｐｄｒとから、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号にしたがって移動***置Ｐを求めるから、マルチパスによる誤差の影響を低減して、移動体の位置決定を行うことができる。
【００５０】
また、相対測位演算手段であるＤＧＰＳ位置演算装置４により常時高精度に位置Ｐｇｐｓを決定するとともに、単独測位演算装置７、即ちＧＰＳにより方位角θｇを演算するから、マルチパスの影響による方位角θｇの変動を逆に利用して、マルチパス発生を検出することができる。
【００５１】
この第１の実施の形態において、速度Ｓは車速センサ等の速度センサから得ることとしているが、これに代えて単独測位演算装置７から得られる速度データを用いることができる。単独測位演算装置７から得られる速度データは、ＧＰＳの故意の精度劣化ＳＡ（Selective Availability）が解除されて以降、その精度が向上しており、十分に利用することができる。
【００５２】
また、単独測位から得られる方位角θｇの精度は、速度に依存し、速度が速い程精度が良い。したがって、単独測位の方位角θｇと姿勢角演算の方位角θｄの差分量｜θｇ−θｄ｜から、マルチパス環境下であると判定する閾値ｋ１については、速度Ｓが早くなるにつれて小さくされるように設定することができる。これにより、単独測位から得られる方位角θｇへのマルチパスによる影響度が変化するにつれて閾値ｋ１が変化されるから、適切にマルチパス判定を行うことができる。
【００５３】
なお、移動体が止まっている場合を考えると、この場合、推測航法位置Ｐｄｒは止まった位置となるが、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓは観測ノイズにより変動するので、推測航法位置Ｐｄｒの方が精度は良い。マルチパス環境下と判定する閾値ｋ１を、速度Ｓに依存しない一定値とした場合は、単独測位方位角θｇの精度が悪いために、その閾値以上となりやすい。したがって、マルチパス環境下と判定され、推測航法位置優先となるが、この場合には推測航法位置Ｐｄｒの方が精度は良いので問題は生じない。
【００５４】
また、姿勢角演算装置８から得られる方位角θｄと、単独測位演算装置７から得られる方位角θｇの差によってマルチパスの大小を判定することに代えて、ＤＧＰＳ用の補正データの誤り率が多い時に、マルチパスが大と判定することもできる。これは、マルチパスが多いビル街等では、補正データ用の無線電波も届きにくいことを利用している。
【００５５】
また、受信している衛星信号の信号レベルの変動が激しい場合には、マルチパスが大と判定することもできる。マルチパス環境下では、ときには反射波のみとなる等、マルチパス状況が大きく変化しやすいことを利用する。これによれば、マルチパスの判定が容易に行える。
【００５６】
また、捕捉可能な衛星数、ＤＯＰ(測位精度低下率)が急激に変化する場合は、マルチパスが大と判定する。これは、ビル等障害が多い場合には、衛星信号の遮蔽の多いことを利用する。これによれば、マルチパスの判定が容易に行える。
【００５７】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図であり、図３は、第２の実施の形態におけるマルチパス判定の動作を説明するための図である。
【００５８】
この第２の実施の形態では、ＤＧＰＳ位置演算装置４から得られるＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと推測航法位置演算装置１１から得られる推測航法位置Ｐｄｒのいずれかを選択するのではなく、マルチパス量の大小に応じた重みを設定し、この重みに応じてＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと推測航法位置Ｐｄｒの両方を利用したハイブリッド位置を移動***置Ｐとして出力する。
【００５９】
図２において、マルチパス判定装置９Ａ及び移動***置演算装置１０Ａが、図１のマルチパス判定装置９及び移動***置演算装置１０と異なるが、その他の構成は、図１におけると同様である。
【００６０】
マルチパス判定装置９Ａは、単独測位演算装置７からの方位角θｇと姿勢角演算装置８からの方位角θｄとを受け、マルチパス量を方位角θｇと方位角θｄとの差分から得る。そして、マルチパス量に応じて重み係数αを決定する。
【００６１】
マルチパス量と重み係数αとの関係は、図３に示されるように、マルチパス量が小さいときには重み係数αはほぼ１（即ち、α≒１）となり、マルチパス量が大きくなるにつれて重み係数αは次第に小さくなる。そして、マルチパス量が大きくなると、重み係数αはほぼ０（即ち、α≒０）となる。
【００６２】
移動***置演算装置１０Ａは、ＤＧＰＳ位置演算装置４からのＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと、推測航法位置演算装置１１からの推測航法位置Ｐｄｒと、マルチパス判定装置９Ａからの重み係数αを受ける。そして、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓ及び推測航法位置Ｐｄｒの双方に、係数α、（１−α）を次式のように乗じて移動***置Ｐを得る。即ち、Ｐ＝α×Ｐｇｐｓ＋（１−α）×Ｐｄｒ。
【００６３】
この第２の実施の形態においては、マルチパス量に応じた重み係数αをマルチパス判定装置により設定し、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓ及び推測航法位置Ｐｄｒに係数α、（１−α）を乗じてから加算することにより、ハイブリッド位置を移動***置Ｐとして出力する。
【００６４】
このように移動***置Ｐとしてハイブリッド位置を用いるから、マルチパスが大きい状態が長く続いた場合でも、ＤＧＰＳ測位位置Ｐｇｐｓと推測航法位置Ｐｄｒとを併用しているから、推測航法位置Ｐｄｒを長時間使用することにより累積する誤差を抑えることができる。また、誤差を抑えることができることにより、マルチパスが小さい状態に復帰したときに、移動***置Ｐのずれを小さくすることができる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１の移動***置計測システムによれば、衛星信号を利用した相対測位位置と、移動速度と姿勢方位角を利用した推測位置とから、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号にしたがって移動***置を求めるから、マルチパスによる誤差の影響を低減して、移動体の位置決定を行うことができる。
また、姿勢角演算手段は、姿勢計測用の基線を構成する２以上のアンテナからの衛星信号を受信し、それら衛星信号の波長が短い搬送波 ( ＧＰＳの場合、波長約１９ｃｍ ) の位相を利用して姿勢方位角を算出するから、マルチパス環境下であっても、高精度に方位を求めることができる。したがって、別途求められる速度とこの高精度の方位とにより高精度に推測位置が得られる。また、ジャイロ装置などとは異なり、測位位置演算手段で用いられる受信装置などと同様な受信装置等で構成できるから、安価にコンパクトに構成することができる。
また、相対測位演算手段（即ち、ＤＧＰＳ）により常時高精度に位置を決定することができる。また、単独測位演算手段により単独方位角を演算するから、マルチパスの影響による単独方位角の変動を逆に利用して、マルチパス発生を検出することができる。
【００６８】
請求項２の移動***置計測システムによれば、マルチパスが発生していない或いはそれが小さいときには衛星信号を利用した相対測位位置を移動***置として出力する。一方、マルチパスが所定以上になると、方位角と速度を利用した推測航法位置に自動的に切り替えて移動***置として出力する。したがって、マルチパスによる誤差の影響を小さくして、精度良く位置決定を行うことができる。
【００６９】
請求項３の移動***置計測システムによれば、マルチパスの影響をほとんど受けない姿勢角演算手段からの姿勢方位角と、マルチパスの影響を強く受ける単独測位演算手段からの単独方位角との差を利用してマルチパスを検出するから、マルチパス判定を早くかつ確実に行うことができる。
【００７０】
請求項４の移動***置計測システムによれば、単独測位演算手段からの単独方位角に対するマルチパスによる影響度が変化するにつれて閾値が変化されるから、適切にマルチパス判定を行うことができる。
【００７１】
請求項５の移動***置計測システムによれば、受信された衛星信号の信号レベルの変動が激しいときにマルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００７２】
請求項６の移動***置計測システムによれば、捕捉可能な衛星数が急激に変化（増加或いは減少）する場合に、マルチパスが大きいと判定するから、マルチパスの判定が容易に行える。
【００７３】
請求項７の移動***置計測システムによれば、重み係数に応じて相対測位位置と推測航法位置の双方を用いたハイブリッド位置を移動***置としているから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた場合でも、推測航法位置のみによる場合に比べて、移動***置の誤差を小さくすることができる。又、この移動***置の誤差を小さくすることができるから、マルチパスが大きい状態が長時間続いた後にマルチパスが小さくなったときに、移動***置のずれを小さくできる。
【００７５】
請求項８の移動***置計測システムによれば、速度データとして測位位置演算手段でドップラシフトにより求められる正確な速度データを推測位置演算に用いるから、他の速度センサなどは不要であり、したがって安価にかつ精度良く推測航法位置を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る移動***置計測システムの構成を示す図。
【図３】第２の実施の形態におけるマルチパス判定の説明図。
【図４】従来のＤＧＰＳを用いた移動***置計測システムの構成を示す図。
【符号の説明】
１−１〜１−ｎ ＧＰＳ航法衛星
２−１〜２−ｎ ＧＰＳ受信アンテナ
３−１，３−２ 衛星信号受信装置
４ ＤＧＰＳ位置演算装置
５ 補正データ受信用アンテナ
６ 補正データ受信装置
７ 単独測位演算装置
８ 姿勢角演算装置
９、９Ａ マルチパス判定装置
１０、１０Ａ 移動***置演算装置
１１ 推測航法位置演算装置
Claims (8)
- 移動体に搭載され、この移動体の位置を計測する移動***置計測システムであって、
受信した衛星信号に基づいて単独測位位置を含む計測値を演算し、前記単独測位位置の時間変化から移動体の進行方向を示す単独方位角を出力する単独測位演算手段と、
受信した衛星信号及び基準局から送信された補正データを用いて相対測位位置を演算し出力する相対測位演算手段と、
姿勢計測用の基線を構成する２以上のアンテナからの衛星信号を受信し、それら衛星信号の搬送波位相を利用して姿勢方位角を演算し出力する姿勢角演算手段と、
移動速度と前記姿勢角演算手段からの姿勢方位角を用いて、推測して推測航法位置を求める推測位置演算手段と、
前記単独方位角と姿勢方位角との差に基づいてマルチパスの大きさを判定し、マルチパスの大きさに応じたマルチパス判定信号を出力するマルチパス判定手段と、
前記相対測位演算手段からの相対測位位置と、前記推測位置演算手段からの推測航法位置と、前記マルチパス判定手段からのマルチパス判定信号が入力され、前記相対測位位置及び前記推測航法位置に基づき、かつ前記マルチパス判定信号に応じて、移動***置を決定し出力する移動***置出力手段とを有することを特徴とする移動***置計測システム。 - 前記マルチパス判定手段は、マルチパスの大小を判定し、マルチパスが大きいと判定された場合にはマルチパス有りの判定信号を出力し、
前記移動***置出力手段は、前記マルチパス判定手段からのマルチパス有りの判定信号が入力されるときは、前記推測航法位置を移動***置として出力することを特徴とする、請求項１に記載の移動***置計測システム。 - 前記マルチパス判定手段は、前記姿勢角演算手段からの姿勢方位角と前記単独測位演算手段からの単独方位角との差を所定閾値と比較し、その差がその閾値より大きいときにはマルチパス有りの判定信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の移動***置計測システム。
- 前記閾値は、速度が早くなるにつれて小さくされるように設定されていることを特徴とする、請求項３記載の移動***置計測システム。
- 前記マルチパス判定手段は、受信された衛星信号の信号レベルの変動が激しいときに、マルチパスが大きいと判定してマルチパス判定信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の移動***置計測システム。
- 前記マルチパス判定手段は、捕捉可能な衛星数が急激に変化する場合に、マルチパスが大きいと判定してマルチパス判定信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載の移動***置計測システム。
- 前記マルチパス判定手段は、マルチパスの大きさに関係した重み係数を発生し、
前記移動***置出力手段は、前記重み係数に応じて前記相対測位位置と前記推測航法位置の双方を用いたハイブリッド位置を求め、このハイブリッド位置を移動***置として出力することを特徴とする、請求項１に記載の移動***置計測システム。 - 前記推測位置演算手段に入力される前記移動速度は、前記単独測位演算手段からの速度データを使用することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の移動***置計測システム。
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