CN104412066B

CN104412066B - 定位装置

Info

Publication number: CN104412066B
Application number: CN201280074348.4A
Authority: CN
Inventors: 石上忠富; 前田淳志; 藤井将智; 千代延宏和; 藤本浩平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: US10267920B2; JP5606656B2; JPWO2014002210A1; DE112012006602T5; CN104412066A; WO2014002210A1; DE112012006602B4; US20150138015A1

Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够在车辆等移动体的定位装置中，对移动体侧的内置时钟的误差进行修正，从而提高速度精度的技术。定位装置包括：内置时钟误差推定部(123)，该内置时钟误差推定部(123)基于伪距变化率与计算变化率之间的差异来推定车辆侧的内置时钟的误差作为内置时钟误差；以及距离变化率推定部(125)，该距离变化率推定部(125)根据基于发送信号得到的GPS卫星的位置和速度以及车辆的位置来推定停止距离变化率，并且基于内置时钟误差来修正计算距离变化率。定位装置还包括本车速度计算部(127)，该本车速度计算部(127)基于导航矩阵、停止距离变化率、以及经过修正的计算距离变化率，来计算与构成正交坐标系的三轴方向的各方向相关的本车速度V_o。

Description

定位装置

技术领域

本发明涉及一种移动体的定位装置，特别涉及使用来自GPS(GlobalPositioningSystem：全球定位系统)卫星的发送信号的定位装置。

背景技术

目前，已知有汽车等移动体的导航装置。在该导航装置中，将车辆的位置显示在地图上，进行到目的地的道路引导等。在将车辆的位置显示在地图的道路上时，利用获取GPS卫星的定位结果的GPS定位装置、和速度传感器、角速度传感器及加速度传感器等各种传感器，来对车辆的运动进行观测/测量，然后，通过进行被称为地图匹配的处理，从而在地图数据的道路链路上辨识出(identify)车辆位置。

然而，用于根据速度传感器的输出脉冲求出移动距离、速度等的距离系数(ScaleFactor)每辆车各不相同，并且角速度传感器和加速度传感器各自的零点电压会发生变动(漂移)，因此，需要对各种传感器进行适当的校正。在对各种传感器进行校正时，一般使用GPS卫星发送的定位结果作为校正的基准值，或者将该定位结果用作为校正条件。

例如，在专利文献1所公开的技术中，公开了基于来自GPS卫星的信号(定位结果)，计算水平方向(与垂直方向垂直的水平面上的方向)的车辆速度，基于该计算出的车辆速度来校正距离系数。此外，在专利文献2和专利文献3所公开的技术中，公开了基于来自GPS卫星的信号计算出俯仰角(车辆的前进方向与上述水平面所成的角度)，基于该计算出的俯仰角，来分别求出车辆的前进方向的加速度、重力加速度、以及加速度传感器的零点电压的变动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4370565号公报

专利文献2：日本专利第4776570号公报

专利文献3：日本专利特开2003－307524号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述这种定位装置、即基于来自GPS卫星的定位结果和来自各种传感器的测量结果来对车辆进行定位的定位装置中，存在以下问题点。

(1)速度传感器的输出脉冲根据轮胎在路面上滚动这样的旋转而输出。因此，当在作为来自GPS卫星的定位结果而被获取的水平面上的二维车辆速度与实际的三维车辆速度不一致的倾斜道路上行驶时，存在以下问题，即：测量到比水平面的地图数据所表示的道路链路要长的较长距离(＝脉冲数×距离系数)。

(2)为了基于来自GPS卫星的定位结果，求出三维ENU坐标系(将向东方向规定为x轴，向北方向规定为y轴，垂直方向规定为z轴，xy平面规定为水平面的正交坐标系)的车辆速度，首先，根据GPS卫星电波的载波频率的变化量(多普勒频移)求出伪距的时间变化以及具有相同单位([m/s(米/秒)])的距离变化率。与此同时，推定车辆处于停车中的情况下的距离变化率，根据两者的距离变化率的差异来求出车辆速度。然而，存在以下问题，即：在计算出的距离变化率与推定得到的距离变化率的差异较小的低速行驶时，车辆速度的误差变大。

(3)定位装置中，是以GPS卫星侧的内置时钟、与车辆侧的内置时钟在共同的时间系统(GPS-Time)中进行了时刻同步为前提来进行定位的，然而GPS卫星和车辆各自的内置时钟会出现漂移，因此，需要对各时钟进行适当的修正。一般而言，GPS卫星侧的内置时钟使用的是漂移较小的昂贵的原子时钟，车辆侧的内置时钟使用的是漂移较大的低廉的石英钟等，且原子时钟的漂移校正参数从GPS卫星被发送至车辆，因此，只要车辆接收到来自GPS卫星的信号，就能够对车辆侧的内置时钟的漂移进行修正。然而，存在以下问题，即：即使进行了这种修正，车辆侧的内置时钟也仍然残留有1μsec以下的误差，该内置时钟的误差会成为向车辆发送信号的所有GPS卫星中共通的距离变化率的测量误差，从而导致车辆速度等的定位精度变差。

因此，本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种能够在车辆等移动体的定位装置中，对移动体侧的内置时钟的误差进行修正从而提高速度精度的技术。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的定位装置是移动体的定位装置，包括：计算部，该计算部基于来自GPS卫星的发送信号计算与该GPS卫星之间的伪距的时间差分作为伪距变化率，并且基于发送信号的多普勒频移计算出第1距离变化率；以及内置时钟误差推定部，该内置时钟误差推定部基于伪距变化率与第1距离变化率之间的差异，推定移动体侧的内置时钟的误差作为内置时钟误差。此外，定位装置还包括距离变化率推定部，该距离变化率推定部根据基于发送信号得到的GPS卫星的位置和速度、以及移动体的位置，推定移动体处于停止时的第2距离变化率，并且基于内置时钟误差对计算部计算得到的第1距离变化率进行修正。定位装置还包括移动体速度计算部，该移动体速度计算部根据包含基于发送信号得到的GPS卫星的位置和移动体的位置的导航矩阵、由距离变化率推定部推定得到的第2距离变化率、以及经过距离变化率推定部修正后的第1距离变化率，计算出与构成正交坐标系的三轴方向的各方向相关的移动体的第1速度。

发明效果

根据本发明，基于伪距变化率与第1距离变化率之间的差分来求出内置时钟误差，使用该内置时钟误差对第1距离变化率的误差进行修正。因此，能够减少因内置时钟误差而产生的第1速度的误差，从而能够提高第1速度的精度。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的导航装置的结构的框图。

图2是表示实施方式1所涉及的导航装置的动作的流程图。

图3是表示伪距变化率、计算距离变化率的图。

图4是表示内置时钟误差的图。

图5是表示停车距离变化率、修正距离变化率、伪距变化率的图。

图6是表示多路径的图。

图7是表示由速度传感器测量得到的本车速度的图。

图8是表示实施方式2所涉及的导航装置的结构的框图。

图9是表示实施方式2所涉及的导航装置的动作的流程图。

图10是表示实施方式3所涉及的导航装置的结构的框图。

图11是表示实施方式3所涉及的导航装置的动作的流程图。

图12是表示利用本实施方式3所涉及的导航装置得到的结果的图。

图13是表示利用本实施方式3所涉及的导航装置得到的结果的图。

图14是表示利用本实施方式3所涉及的导航装置得到的结果的图。

图15是表示实施方式4所涉及的导航装置的结构的框图。

图16是表示实施方式4所涉及的导航装置的动作的流程图。

图17是表示实施方式4所涉及的导航装置的动作的流程图。

图18是表示俯仰角测量部所测量得到的测量俯仰角的图。

具体实施方式

<实施方式1>

在以下说明中，对包括汽车等移动体的定位装置的导航装置进行说明。图1是表示本发明实施方式1所涉及的导航装置的结构中，对上述车辆(以下称为“本车”)的位置等进行定位所需的结构的框图。

图1所示的导航装置包括：GPS接收机11，该GPS接收机11接收来自GPS卫星的发送信号，基于该发送信号获取原始(Raw)数据(伪距、多普勒频移、导航电文、GPS-Time等定位计算所需的数据)；以及定位部12，该定位部12基于GPS接收机11获取到的原始数据，对本车位置(例如，经纬度上的位置)、本车速度以及本车方位进行定位。

该导航装置还包括：地图数据存储部13，该地图数据存储部13存储包含有表示线形状的数据以及通过坐标点来呈现的道路链路等的地图数据；以及道路匹配部14，该道路匹配部14基于定位部12定位得到的本车位置、本车速度以及本车方位，从地图数据存储部13中读取出道路链路，在该道路链路上辨识本车位置。

接着，对GPS接收机11和定位部12进行详细说明。

GPS接收机11包括GPS天线，该GPS天线接收发送自本车上空所存在的多个GPS卫星的发送信号(电波)。GPS接收机11基于GPS天线所接收到的来自各GPS卫星的发送信号，得到原始数据，将该原始数据输出至定位部12。

定位部12包括GPS输出数据计算部121、伪距修正部122、内置时钟误差推定部123、GPS卫星行为推定部124、距离变化率推定部125、本车位置计算部126、以及本车速度计算部(移动体速度计算部)127。

GPS输出数据计算部121将在后文中详细说明，该GPS输出数据计算部121基于来自GPS接收机11的伪距ρ_Cτ(t_i)(实际来自GPS卫星的发送信号)，来计算伪距的时间差分值以作为伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)。此外，t_i表示以处理周期ΔT重复进行的定位部12的定位处理的时刻，下标i表示每隔处理周期ΔT增加1的编号。

GPS输出数据计算部121在进行该计算的同时，基于来自GPS接收机11的多普勒频移f_dop(t_i)(实际来自GPS卫星的发送信号的多普勒频移)，对具有与伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)相同的单位([m/s])的第1距离变化率Δρ_rate(t_i)进行计算。GPS输出数据计算部121对其发送信号被GPS接收机11接收的GPS卫星(以下，称为“接收卫星”)计算伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)和第1距离变化率Δρ_rate(t_i)。

在以下说明中，由于会出现多种距离变化率，因此，为便于说明，将GPS输出数据计算部121所计算得到的第1距离变化率Δρ_rate(t_i)称为“计算距离变化率Δρ_rate(t_i)”。

伪距修正部122利用由GPS接收机11输出的导航电文等，对从GPS接收机11输出的伪距ρ_Cτ(t_i)中所包含的卫星搭载时钟误差dT_sat、电离层电波传播延迟误差d_iono、对流圈电波传播延迟误差d_trop进行计算，并计算出经过修正从而使得上述误差被去除后的伪距(以下称为“修正伪距ρ_Cτ'(t_i)”)。

将GPS输出数据计算部121所计算出的、关于所有接收卫星的伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)和计算距离变化率Δρ_rate(t_i)输入到内置时钟误差推定部123。内置时钟误差推定部123基于伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)与计算距离变化率Δρ_rate(t_i)之间的差异(这里为差分)，推定设置于本车侧的内置时钟的误差来作为内置时钟误差ε_tcar(t_i)。

此外，内置时钟误差推定部123可根据1个接收卫星的伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)和计算距离变化率Δρ_rate(t_i)来推定1个内置时钟误差ε_tcar(t_i)，但假设在输入有多个接收卫星的伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)和计算距离变化率Δρ_rate(t_i)的情况下，将据此推定得到的多个内置时钟误差ε_tcar(t_i)的平均值推定作为1个内置时钟误差ε_tcar(t_i)。

GPS卫星行为推定部124基于从GPS接收机11输出的导航电文，推定GPS-Time下的GPS卫星的位置P_s和速度V_s。GPS卫星行为推定部124在定位部12的每个处理周期的收敛计算中，对所有接收卫星的该位置P_s和速度V_s进行多次推定。

将来自GPS输出数据计算部121的计算距离变化率Δρ_rate(t_i)、来自内置时钟误差推定部123的内置时钟误差ε_tcar(t_i)、来自GPS卫星行为推定部124的所有接收卫星的位置P_s和速度V_s、以及由后述的本车位置计算部126计算出的本车位置P_o(GPS再计算位置)输入到距离变化率推定部125。

距离变化率推定部125基于所有接收卫星的位置P_s和速度V_s、以及本车位置P_o，推定假设车辆处于停止状态时的第2距离变化率Δρ_rate-s(t_i)。另外，在以下的说明中，将距离变化率推定部125所推定得到的假设车辆处于停止状态时的第2距离变化率Δρ_rate-s(t_i)称为“停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)”。

并且，距离变化率推定部125在进行该推定的同时，还基于内置时钟误差推定部123推定得到的内置时钟误差ε_tcar(t_i)，来对由GPS输出数据计算部121所计算出的计算距离变化率Δρ_rate(t_i)进行修正。

本车位置计算部126基于来自伪距修正部122的修正伪距ρ_Cτ'(t_i)、来自GPS卫星行为推定部124的所有接收卫星的P_s和速度V_s来进行数值计算，由此计算出本车位置P_o，然后将该本车位置P_o输出到距离变化率推定部125和道路匹配部14。并且，本车位置计算部126生成包含有来自GPS卫星行为推定部124的所有接收卫星的位置P_s、以及自身所计算出的本车位置P_o的导航矩阵A，然后将该导航矩阵A输出到本车速度计算部127。

本车速度计算部127基于来自本车位置计算部126的导航矩阵A、由距离变化率推定部125推定得到的停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)、以及经距离变化率推定部125修正后的计算距离变化率Δρ_rate(t_i)，来计算与形成ENU坐标系(将向东方向规定为x轴、向北方向规定为y轴、垂直方向规定为z轴、xy平面规定为水平面的正交坐标系)的3轴方向的各方向相关的本车速度V_o(第一速度V_o)，即GPS再计算速度。另外，本车速度计算部127可通过计算该本车速度V_o，计算出本车方位。

接着，参照表示定位部12在每个处理周期所进行的定位处理的图2的流程图，来对图1的导航装置的动作进行说明。

首先，在图2所示的步骤S1中，导航装置对定位部12的处理进行初始化。

在步骤S2中，定位部12对接收卫星的个数是否在1个以上进行判断、即，判断是否接收到发送自1个以上的GPS卫星的发送信号。在判断为接收到发送信号的情况下，前进至步骤S3，在判断为未接收到发送信号的情况下，结束本次的定位处理而不进行任何处理。

在步骤S3中，GPS输出数据计算部121将从GPS接收0机11输出的上次定位处理的伪距ρ_Cτ(t_i-1)、以及本次定位处理的伪距ρ_Cτ(t_i)应用于下式(1)，由此计算出它们的时间差分值来作为伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)。

[数学式1]

Δρ_Cτ(t_i)＝(ρ_Cτ(t_i)-ρ_Cτ(t_i-1))/Δt…(1)

这里，

Δρ_Cτ(t_i):·伪距变化率[m/s]

ρ_Cτ(t_i):本次的定位处理中从GPS接收机输出的伪距[m]

ρ_Cτ(t_i-1):本次的定位处理中从GPS接收机输出的伪距[m]

Δt:处理周期[s]

在同一步骤S3中，GPS输出数据计算部121将从GPS接收机11输出的多普勒频移f_dop(t_i)应用于下式(2)，由此计算出计算距离变化率Δρ_rate(t_i)。

[数学式2]

Δρ_rate(t_i)＝f_dop(t_i)·C/f_Ll…(2)

这里，

Δρ_rate(t_i):计算距离变化率[m/s]

f_L1：卫星电波的载波频率[Hz]

C:光速[m/s]

在步骤S4中，伪距修正部122基于来自GPS接收机11的导航电文，计算伪距ρ_Cτ(t_i)中所包含的卫星搭载时钟误差dT_sat和电离层电波传播延迟误差d_iono，并基于误差模型，计算伪距ρ_Cτ(t_i)中所包含的对流圈电波传播延迟误差d_trop。然后，伪距修正部122将伪距ρ_Cτ(t_i)和它们的误差应用于下式(3)来对伪距ρ_Cτ(t_i)进行修正，由此计算出修正伪距_ρCτ’(t_i)。

[数学式3]

ρ_Cτ’(t_i)＝ρ_Cτ(t_i)+dT_sat-d_iono-d_trop…(3)

这里，

ρ_Cτ(t_i):修正伪距[m]

dT_sat:卫星搭载时钟误差[m]

d_iono:电离层电波传输延迟误差[m]

d_trop:对流圈电波传输延迟误差[m]

在步骤S5中，内置时钟误差推定部123将步骤S3中得到的所有接收卫星的伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)及计算距离变化率Δρ_rate(t_i)应用于包含有它们的差分的下式(4)，来推定内置时钟误差ε_tcar(t_i)。在所有接收卫星存在有多个的情况下，即，在得到多个内置时钟误差ε_tcar(t_i)的情况下，将它们的平均值作为1个内置时钟误差ε_tcar(t_i)。

[数学式4]

ε_tcar(t_i)＝(Δρ_rate(t_i)-Δρ_Cτ(t_i))·Δt/C…(4)

这里。

ε_tcar(t_i):内置时钟误差[s]

Δρ_rate(t_i):计算距离变化率[m/s]

Δρ_Cτ(t_i):伪距变化率[m/s]

Δt：处理周期[s]

C：光速[m/s]

图3是表示伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)和计算距离变化率Δρ_rate(t_i)的实际计算结果的图。在图3中，伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)用实线来表示，计算距离变化率Δρ_rate(t_i)用虚线来表示。

图4是表示将图3所示的计算结果应用于式(4)而得到的内置时钟误差ε_tcar(t_i)的图。如图4所示，由于无法用线性公式来表示内置时钟误差ε_tcar(t_i)、即内置时钟的漂移，因此，优选为推定内置时钟误差ε_tcar(t_i)的频度尽可能多。

返回图2，在步骤S5之后，定位部12在一次定位处理中进行步骤S6～步骤S11的循环处理，由此基于原始数据(即，来自GPS卫星的发送信号)来进行本车位置P_o的收敛计算。例如，定位部12在上次循环处理中得到的本车位置P_o与本次循环处理中得到的本车位置P_o之间的差变为规定值以下时，结束循环处理，并将该情况下得到的本车位置作为通过本次定位处理得到的本车位置来进行输出。

接着，对步骤S6到步骤S11的各步骤的动作进行详细说明。

首先，在步骤S6中，GPS卫星行为推定部124利用来自GPS接收机11的导航电文中所包含的表示GPS卫星在轨道上的位置的星历表，来推定GPS-Time下所有接收卫星的位置P_s(x_s，y_s，z_s)和速度V_s(V_sx，V_sy，V_sz)。由于在利用来自GPS接收机11的GPS-Time初始化后，GPS-Time的值在收敛计算的过程中会发生变化，因此，卫星轨道上的GPS卫星的位置P_s和速度V_s也会随之发生变化。

在步骤S7中，距离变化率推定部125将所有接收卫星的由GPS卫星行动推定部124推定得到的GPS卫星的位置P_s(x_s，y_s，z_s)和速度V_s(V_sx，V_sy，V_sz)、以及由本车位置计算部126推定得到的本车位置P_o(x_o，y_o，z_o)应用于下式(5)，由此来推定停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)。此外，将上次的循环处理或上次的定位处理中的步骤S9中所计算出的本车位置P_o用于此处的本车位置P_o。

[数学式5]

Δρ_rate-s(t_i)＝LOS_x·v_sx+LOS_y·v_sy+LOS_z·v_sz…(5)

其中，

LOS_x＝(x_o-x_s)/||P_s-P_o||

LOS_y＝(y_O-y_s)/||P_s-P_o||

LOS_z＝(z_o-z_s)/||P_s-P_o||

| | P_{s} - P_{o} | | = \sqrt{{(x_{s} - x_{o})}^{2} + {(y_{s} - y_{o})}^{2} + {(z_{s} - z_{o})}^{2}}

这里，

Δρ_rate-s(t_i):停车距离变化率[m/s]

P_s:根据导航电文计算得到的GPS卫星的位置(x_s,y_s,z_s)[m]

V_s:根据导航电文计算得到的GPS卫星的速度(v_sx，v_sy，v_sz)[m/s]

P_o:本车位置(x_o，y_o，z_o)[m]

||P_s-P_o||:GPS卫星位置与本车位置之间的距离[m]

LOS:从本车观察GPS卫星的视线方向的矢量(视线矢量)

另外，除了该推定，距离变化率推定部125还将GPS输出数据计算部121在步骤S3中所计算出的计算距离变化率Δρ_rate(t_i)、以及内置时钟误差推定部123在步骤S5中所推定得到的内置时钟误差ε_tcar(t_i)应用于下式(6)。即，距离变化率推定部125基于内置时钟误差ε_tcar(t_i)来对计算距离变化率Δρ_rate(t_i)进行修正。另外，在以下说明中，也将在距离变化率推定部125中进行修正后的计算距离变化率称为“修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)”。

[数学式6]

Δρ_rate′(t_i)＝Δρ_rate(t_i)-ε_tcar(t_i)/Δt·C…(6)

这里，

Δρ_rate(t_i)：修正距离变化率[m/s]

Δρ_rate(t_i):计算距离变化率[m/s]

ε_tcar(t_i)：内置时钟误差[s]

Δt：处理周期[s]

C：光速[m/s]

这里，为了便于理解由数学式(5)得到的停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)、由数学式(6)得到的修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)、与由数学式(1)得到的伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)之间的关系，在图5中示出根据图3所示的数据而获得的这些数据的时间推移。此外，在图5中，停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)用虚线来表示，修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)用粗实线来表示，伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)用细实线来表示。

图6是表示被建筑物等反射的卫星电波(反射波)与未被反射的卫星电波(直达波)的路径混在一起的多路径的图。图5中由细实线表示的伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)中出现的突发性变化表示多路径的影响。此外，图5中示出了从周围建筑物等较少的空旷的停车场开出时所获得的数据结果，但可知即使在这种情况下，虽然多路径的影响较小，但伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)中也会暂时产生突发性的变化。

另一方面，如图5所示，与伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)不同，由上式(6)得到的修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)中多路径的影响(突发性变化)得到抑制，但除此以外，修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)与伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)基本一致。而且，在停车时，该修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)与停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)基本一致。

这里，图7示出了在与图5相同的状况下由速度传感器测量得到的本车速度。由图7可知，图5所示的修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)与停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)之间的差和图7所示的速度传感器测量得到的本车速度相关。由此，若求出修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)与停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)之间的差分，则能求得本车速度。因此可知，基于内置时钟误差ε_tcar(t_i)来修正计算距离变化率Δρ_rate(t_i)、即求得修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)是非常重要的。

返回图2，在步骤S8中，定位部12对可进行定位计算的GPS卫星、即所有接收卫星的个数是否为3个以上进行确认。若所有接收卫星的个数在3个以上，则前进至下一步骤S9，若所有接收卫星的个数小于3个，则结束本次的定位处理。

在步骤S9中，本车位置计算部126将步骤S4中计算得到的修正伪距ρ_Cτ’(t_i)、步骤S6中推定得到的所有接收卫星的位置P_s和速度V_s、以及本车位置计算部126在上次的循环处理或上次的定位处理中计算得到的本车位置P_o应用到下式(7)的右边，由此计算本次循环处理的本车位置P_o。此时，本车位置计算部126生成包含有步骤S6中推定得到的所有接收卫星的位置P_s、以及自身所计算得到的本车位置P_o的导航矩阵A。

[数学式7]

P_O＝P_O+δP_O…(7)

其中，

δ P_{O} = {(A^{T} WA)}^{- 1} (A^{T} W) \times |\begin{matrix} ρ_{Cτ 1}^{'} - R_{1} \\ ρ_{Cτ 2}^{'} - R_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ ρ_{Cτn}^{'} - R_{n} \end{matrix}|

R = \sqrt{{(x_{s} - x_{o})}^{2} + {(y_{s} - y_{o})}^{2} + {(z_{s} - z_{o})}^{2}}

W = |\begin{matrix} 1 / {(σ_{δρ 1})}^{2} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 / {(σ_{δρ 2})}^{2} & 0 & 0 \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ 0 & 0 & 0 & 1 / {(σ_{δρn})}^{2} \end{matrix}|

A = |\begin{matrix} {LOS}_{1 x} & {LOS}_{1 y} & {LOS}_{1 z} & 1 \\ {LOS}_{2 x} & {LOS}_{2 y} & {LOS}_{2 z} & 1 \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ {LOS}_{nx} & {LOS}_{ny} & {LOS}_{nz} & 1 \end{matrix}|

这里，

P_O：本车位置:(x_o，y_o，z_o)[m]

δP_O；本车位置的变化量(δx_o，δy_o，δz_o)[m]

A：导航矩阵

W：加权系数矩阵

n：所有接收卫星的个数

σ_δρ：与伪距的误差相关的标准偏差[m]

此外，数学式(7)中的伪距的误差的标准偏差σ_δρ是每个接收卫星都具有的参数，根据每个处理周期的履历来进行计算。并且，在数学式(7)中，为便于说明而省略了“(t_i)”的记载。

在步骤S10中，本车速度计算部127将来自本车位置计算部126的导航矩阵A、由距离变化率推定部125推定得到的停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)、以及修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)应用于下式(8)，从而计算出与形成ENU坐标系的3轴方向的各方向相关的本车速度V_o(v_ox，v_oy，v_oz)。该数学式(8)所包含的停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)与修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)之间的差分相当于本车速度的情况如利用图5和图7所说明的那样。此外，在数学式(8)中，与数学式(7)相同，为便于说明而省略了“(t_i)”的记载。

[数学式8]

V_{o} = {(A^{T} WA)}^{- 1} (A^{T} W) \times |\begin{matrix} Δ ρ_{rate 1}^{'} - Δ ρ_{rate - s 1} \\ {Δρ}_{rate 2}^{'} - {Δρ}_{rate - s 2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ Δ ρ_{raten}^{'} - {Δρ}_{rate - sn} \end{matrix}| \cdot \cdot \cdot (8)

这里，

V_o:本车速度(v_ox，v_oy，v_oz)[m/s]

在步骤S11中，定位部12对本次定位处理中本车位置P_o是否收敛进行判断。具体而言，在上式(7)中的本车位置P_o的变化量δP_o小于规定值的情况下，判断为本车位置P_o收敛，从而定位部12的处理正常结束。

另一方面，在变化量δP_o为规定值以上且本车位置P_o的计算次数小于规定次数的情况下，判断为本车位置P_o不收敛，从而返回步骤S6，再次进行收敛计算。在变化量δP_o为规定值以上且本车位置P_o的计算次数为规定次数的情况下，判断为无法收敛，从而定位部12的处理异常结束。另外，定位部12也可以采用由GPS接收机11计算得到的本车位置、本车速度以及本车方位作为自身的定位结果。

根据上述本实施方式1所涉及的导航装置，基于作为易于受到多路径影响的伪距的时间差分而求得的伪距变化率Δρ_Cτ(t_i)、以及根据不易受到多路径影响的多普勒频移而求得的计算距离变化率Δρ_rate(t_i)之间的差分，来求得内置时钟误差ε_tcar(t_i)，利用该内置时钟误差ε_tcar(t_i)来对计算距离变化率Δρ_rate(t_i)的偏移误差进行修正。因此，能够减少由内置时钟误差ε_tcar(t_i)引起的本车速度V_o的误差，从而能够提高本车速度V_o(例如低速行驶时的本车速度V_o)的精度。随着本车速度Vo的精度的提高，本车方位的相关精度也可得到提高。

在本实施方式1中，若接收卫星在1个以上，则能够推定内置时钟误差ε_tcar(t_i)，因此，能够长期监视会对定位精度产生影响的内置时钟误差ε_tcar(t_i)的变化状况。另外，在本实施方式1中，对利用加权最小二乘法来计算本车位置和本车速度的情况进行了说明，但也可以利用逐次计算或卡尔曼滤波器来计算本车位置和本车速度。

<实施方式2>

图8是表示本发明实施方式2所涉及的导航装置的结构中、对本车位置等进行定位所需的结构的框图。本实施方式2是实施方式1的扩展方式，省略与实施方式1相同的部分的说明，主要对不同部分进行说明。

图8所示的导航装置构成为在图1所示的导航装置的定位部12的内部增加多路径发生评价部128。该多路径发生评价部128在内置时钟误差推定部123推定得到的内置时钟误差ε_tcar(t_i)的变化大于规定值的情况下，判断为存在多路径的影响，在内置时钟误差ε_tcar(t_i)的变化在规定值以下的情况下，判断为不存在多路径的影响。多路径发生评价部128对各接收卫星进行上述这种判断。

接着，参照表示定位部12在每个处理周期所进行的定位处理的图9的流程图，对图8的导航装置的动作进行说明。此外，在以下的动作说明中，关于与实施方式1相同的部分省略详细说明，对不同部分进行说明。

首先，在步骤S21～S24中，进行与上述步骤S1～S4(图2)相同的动作。接着，在步骤S24之后，定位部12与实施方式1相同，在一次定位处理中进行步骤S25～S31的循环处理，从而基于原始数据来进行本车位置P_o的收敛计算。接着，对本循环处理中各步骤的动作进行说明。

在步骤S25中，内置时钟误差推定部123将所有接收卫星的伪距变化率Δρ_C _τ(t_i)及计算距离变化率Δρ_rate(t_i)应用于上式(4)，计算出每个接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)。

接着，在相同的步骤S25中，多路径发生评价部128生成各接收卫星的由内置时钟误差推定部123计算得到的内置时钟误差ε_tcar(t_i)的履历，对每个接收卫星进行下述判断，即：判断内置时钟误差ε_tcar(t_i)的变化(标准偏差、或上次定位处理与本次定位处理之间的差分)是否大于规定值。然后，多路径发生评价部128在该变化(标准偏差或差分)大于规定值的情况下，判断为对于所判断的接收卫星存在有多路径影响，在该变化为规定值以下的情况下，判断为对于所判断的接收卫星不存在多路径影响。

并且，在相同的步骤S25中，内置时钟误差推定部123将所有接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)中的除被多路径发生评价部128判断为存在多路径影响的接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)以外的剩余接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)的平均值推定作为距离变化率推定部125所使用的内置时钟误差ε_tcar(t_i)。

在步骤S26中，对于被多路径发生评价部128判断为不存在多路径影响的接收卫星，GPS卫星行为推定部124进行与上述步骤S6相同的处理。在步骤S27中，对于被多路径发生评价部128判断为不存在多路径影响的接收卫星，距离变化率推定部125进行与上述步骤S7相同的处理。

在步骤S28中，定位部12确认被多路径发生评价部128判断为不存在多路径影响的接收卫星的个数是否在3个以上。若该接收卫星的个数在3个以上，则前进至下一步骤S29，若该接收卫星的个数小于3个，则结束本次的定位处理。

在步骤S29中，对于被多路径发生评价部128判断为不存在多路径影响的接收卫星，本车位置计算部126进行与上述步骤S9相同的处理。在步骤S30中，对于被多路径发生评价部128判断为不存在多路径影响的接收卫星，本车速度计算部127进行与上述步骤S10相同的处理。

在步骤S31中，定位部12与上述步骤S11相同，对本次定位处理中本车位置P_o是否收敛进行判断。具体而言，在上式(7)中的本车位置P_o的变化量δP_o小于规定值的情况下，判断为本车位置P_o收敛，从而定位部12的处理正常结束。

另一方面，在变化量δP_o为规定值以上且本车位置P_o的计算次数小于规定次数的情况下，判断为本车位置P_o不收敛，从而返回步骤S25，再次进行收敛计算。在变化量δP_o为规定值以上且本车位置P_o的计算次数为规定次数的情况下，判断为无法收敛，从而定位部12的处理异常结束。另外，定位部12也可以采用由GPS接收机11计算得到的本车位置、本车速度以及本车方位作为自身的定位结果。

根据上述本实施方式2所涉及的导航装置，通过将多个接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)中判断为大于规定值的内置时钟误差除外，对由此得到的多个内置时钟误差进行平均，由此来推定距离变化率推定部125中所使用的内置时钟误差。因此，即使在某几个接收卫星受到多路径影响的情况下，也能够高精度地求得内置时钟误差ε_tcar(t_i)，进而能够可靠地提高本车速度V_o的精度。此外，也能够实现根据受到多路径影响的接收卫星的比例来判断本车速度V_o的可靠性的结构。

在以上说明中，内置时钟误差推定部123将多个接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)中的被判断为存在多路径影响的接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)除外，由此来推定距离变化率推定部125中所使用的内置时钟误差。但并不限于此，也可以取而代之分多个阶段来对多路径影响进行评价，基于该阶段性结果进行上述的除外处理。或者即使不进行除外处理，对于多个接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)中被判断为大于规定值的内置时钟误差，内置时钟误差推定部123可以减小该内置时钟误差的加权系数，通过对由此得到的内置时钟误差进行平均，来推定距离变化率推定部125中所使用的内置时钟误差。

在以上说明中，根据多个接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)来推定距离变化率推定部125中所使用的内置时钟误差，但并不限于此，也可以根据一个接收卫星的内置时钟误差ε_tcar(t_i)来推定距离变化率推定部125中所使用的内置时钟误差。

即，对于一个接收卫星，内置时钟误差推定部123可以通过将被多路径发生评价部128判断为大于规定值的内置时钟误差ε_tcar(t_i)除外，或减小该内置时钟误差ε_tcar(t_i)的加权系数，来推定距离变化率推定部125中所使用的内置时钟误差。在具有这种结构的情况下，能够从一个接收卫星监视内置时钟误差ε_tcar(t_i)，因此，能够长期监视内置时钟的漂移状况，并且能够在再次进行定位时，尽早判断本车速度V_o等与定位结果相关的可靠性。

另外，在以上所说明的导航装置中，在将内置时钟误差ε_tcar(t_i)除外后，未残留有可进行上述平均的内置时钟误差ε_tcar(t_i)的情况下，可结束图9所示的定位部12的处理。

<实施方式3>

图10是表示本发明实施方式3所涉及的导航装置的结构中、对本车位置等进行定位所需的结构的框图。本实施方式3是实施方式2的扩展方式，省略与实施方式2相同的部分的说明，主要对不同部分进行说明。

图10所示的导航装置构成为在图8所示的导航装置的定位部12的外部增加速度传感器15和角速度传感器16，在该定位部12的内部增加距离系数计算部129、距离测量部130、偏航角测量部131以及本车位置推定部132。

速度传感器15输出与车辆的移动距离相对应的脉冲信号。距离系数计算部129基于本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o(v_ox，v_oy，v_oz)、以及速度传感器15输出的脉冲信号，计算距离系数(ScaleFactor)。距离测量部130基于每个规定时刻测量得到的来自速度传感器15的脉冲信号的脉冲数、以及来自距离系数计算部129的距离系数，测量沿车辆的前进方向的移动距离、速度(第2速度)以及加速度(第1加速度)。

另外，对于上述本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o、以及距离测量部130测量得到的本车速度，其计算对象(测量对象)均为本车速度，在这一点上是相同的，但为了在以下说明中进行区别，因而将前者直接称为本车速度V_o，而将后者称为“传感器本车速度V_osen”。

角速度传感器16输出与导航装置的偏航率(偏航角速度)相对应的电压。偏航角测量部131基于每个规定时刻测量得到的由角速度传感器16输出的电压，来测量偏航角(例如以车辆的前进方向为基准的向左右方向的旋转角)。本车位置推定部132基于距离测量部130测量得到的移动距离、以及偏航角测量部131测量得到的偏航角，来推定本车位置和本车方位。

另外，对于上述本车位置计算部126计算得到的本车位置P_o、以及本车位置推定部132推定得到的本车位置，其计算对象(推定对象)均为本车位置，在这一点上是相同的，但为了在以下说明中进行区别，将前者直接称为本车位置P_o，而将后者称为“传感器本车位置”。

对于本车速度计算部127计算得到的本车方位、以及本车位置推定部132推定得到的本车方位，其计算对象(推定对象)均为本车方位，在这一点上是相同的，但为了在以下的说明中进行区别，因而在下述说明中，将前者直接称为本车方位，而将后者称为“传感器本车方位”。

接着，参照表示定位部12在每个处理周期所进行的定位处理的图11的流程图，来对图10的导航装置的动作进行说明。此外，在以下的动作说明中，关于与实施方式2相同的部分省略详细说明，对不同部分进行说明。

在步骤S41中，导航装置对由上次的定位处理所获得的信息中的、在本次的定位处理中需要进行初始化的信息进行初始化。此外，也可以在电源起动后等需要进行初始化的情况下适当进行该初始化。

在步骤S42中，距离测量部130将每个规定时刻测量得到的速度传感器15的脉冲数乘以距离系数，从而测量每个规定时刻的移动距离。另外，对于距离系数，使用上次的定位处理中在步骤S56中得到的距离系数。

此外，在相同的步骤S42中，距离测量部130使每个规定时刻的脉冲数通过低通滤波器，利用由此得到的值，来测量每个规定时刻的沿车辆的前进方向的传感器本车速度V_osen和加速度。

在步骤S43中，偏航角测量部131基于每个规定时刻测量得到的角速度传感器16的输出电压、零点电压以及灵敏度，来测量偏航角。

在步骤S44中，本车位置推定部132基于在步骤S42中测量得到的距离测量部130的移动距离、以及在步骤S43中测量得到的偏航角测量部131的偏航角，来求出水平方向(xy平面上的方向)上本车的移动量(本车位置的变化量)。接着，本车位置推定部132将该移动量与上次定位处理中求得的传感器本车位置相加，推定本次定位处理的传感器本车位置。然后，本次位置推定部132将本次推定得到的传感器本车位置更新为下次的定位处理中应加上移动量进行计算的传感器本车位置。另外，对于本车位置推定部132推定得到的传感器本车位置，会以本车位置计算部126计算得到的本车位置P_o为基准对其进行修正(这会在后述的步骤S55中进行)。

在步骤S44之后，在步骤S45～步骤S47中，进行与上述步骤S22～S24(图9)相同的动作。接着，在步骤47之后，定位部12与实施方式2相同，在一次定位处理中进行步骤S48～S54的循环处理，基于原始数据来进行本车位置的收敛计算。接着，对本循环处理中各步骤的动作进行说明。

在步骤S48中，内置时钟误差推定部123和多路径发生评价部128进行与上述步骤S25相同的处理。在步骤S49中，GPS卫星行动推定部124进行与上述步骤S26相同的处理。

在步骤S50中，距离变化率推定部125对停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)进行推定。但是，在本实施方式3中，不使用由本车位置计算部126计算得到的本车位置P_o(基于发送信号的本车位置P_o)，而使用由本车位置推定部132推定得到的传感器本车位置和传感器本车方位来推定停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)。

具体而言，距离变化率推定部125将由GPS卫星行为推定部124推定得到的GPS卫星的位置P_s和速度V_s(基于发送信号的GPS卫星的位置P_s和速度V_s)、以及由本车位置推定部132推定得到传感器本车位置和传感器本车方位应用于关于所有接收卫星的上式(5)，由此来推定停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)。

此外，对于在上述步骤S48中被判断为不存在多路径影响(内置时钟误差的变化在规定值以下)的GPS卫星，距离变化率推定部125在推定上述停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)的同时，还与实施方式1相同，对计算距离变化率Δρ_rate(t_i)进行修正，从而求得修正距离变化率Δρ_rate-s'(t_i)。

另一方面，对于在上述步骤S48中被判断为存在多路径影响(内置时钟误差的变化大于规定值)的GPS卫星，距离变化率推定部125对上述停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)进行推定，但与实施方式1不同，还对假设车辆处于行驶状态时的第3距离变化率Δρ_rate-m(t_i)进行推定。

即，对于在上述步骤S48中被判断为存在多路径影响的GPS卫星，距离变化率推定部125将由GPS卫星行为推定部124推定得到的GPS卫星的位置P_s和速度V_s、由本车位置推定部132推定得到的传感器本车位置和传感器本车方位、以及由距离测量部130测量得到的传感器本车速度V_osen应用于下式(9)，由此来推定第3距离变化率Δρ_rate-m(t_i)(以下称为“行驶距离变化率Δρ_rate-m(t_i)”)。另外，通过将该式(9)与上式(5)进行比较后可知，除了包含有传感器本车速度V_osen(v_osenx，v_oseny，v_osenz)的分量以外，与式(5)相同。

[数学式9]

Δρ_rate-m(t_i)＝LOSx·(v_sx-v_osenx)+LOS_y·(v_sy-v_oseny)+LOS_z·(v_sz-v_osenz)…(9)

这里，

Δρ_rate-m(t_i):行驶距离变化率[m/s]

V_osen：传感器本车速度(v_osenx，v_oseny，v_osenz)[m/s]

在步骤S50之后，在步骤S51和S52中，进行与上述步骤S28和S29(图9)相同的动作。

在步骤S53中，本车速度计算部127基于修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)和行驶距离变化率Δρ_rate-m(t_i)中的至少一个、以及停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)，计算本车速度V_o(v_ox，v_oy，v_oz)。

具体而言，对于步骤S48中被判断为不存在多路径影响的GPS卫星，本车速度计算部127与实施方式1相同，将上述导航矩阵A、停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)、修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)应用于上式(8)，由此计算出本车速度V_o(v_ox，v_oy，v_oz)。

另一方面，对于步骤S48中被判断为存在多路径影响的GPS卫星，本车速度计算部127与实施方式1不同，不使用修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)，而使用距离变化率推定部125推定得到的行驶距离变化率Δρ_rate-m(t_i)来计算本车速度V_o(v_ox，v_oy，v_oz)。具体而言，本车速度计算部127将上述导航矩阵A、停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)、行驶距离变化率Δρ_rate-m(t_i)应用于下式(10)，由此来计算本车速度V_o(v_ox，v_oy，v_oz)。

[数学式10]

V_{o} = {(A^{T} WA)}^{- 1} (A^{T} W) \times |\begin{matrix} Δ ρ_{rate - m 1} - Δ ρ_{rate - s 1} \\ {Δρ}_{rate - m 2} - {Δρ}_{rate - s 2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ Δ ρ_{rate - mn} - {Δρ}_{rate - sn} \end{matrix}| \cdot \cdot \cdot (10)

这里，

V_o:本车速度(v_ox，v_oy，v_oz)[m/s]

另外，虽然在式(8)和式(10)中没有表示，但在构成上述本车速度计算部127的情况下，将在式(8)和式(10)中分别混入行驶距离变化率Δρ_rate-m(t_i)和修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)而得到的公式用于步骤S48。

图12～图14是表示利用本实施方式3所涉及的导航装置而得到的结果的一个示例的图。图12是表示在沿平坦道路开始行驶，然后驶上坡道，在山丘上环绕行驶之后，再从相同的坡道驶下，回到原先的道路这样的路线中所观测到的GPS高度的图。图13是表示在与图12的相同的路线中，用粗实线来表示速度传感器15所测量得到的速度、用细实线来表示本车速度计算部127所计算得到的本车速度V_o的水平分量(v_ox和v_oy的合成矢量)的图。图14是表示在与图12相同的路线中，由本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o的垂直方向的速度v_oz的图。如图13所示，在GPS高度的变化较小时，速度传感器15的速度(粗实线)、与本车速度计算部127所计算得到的本车速度V_o的水平分量(细实线)基本一致。

在步骤S54(图11)中，定位部12与上述步骤S31(图9)相同，对本次定位处理中本车位置P_o是否收敛进行判断。

在步骤S55中(即，在步骤S51中被判断为不存在多路径影响的接收卫星的个数在三个以上，且在步骤S54中判断为本车位置P_o收敛之后)，本车位置推定部132以步骤S52中由本车位置计算部126计算得到的本车位置P_o为基准，对自身在步骤S44中推定得到的传感器本车位置进行修正。对于这种本车位置推定处理的详细内容，例如记载于日本专利3321096号公报中，可以将其应用于本发明。

因此，在步骤S56中(即，在步骤S51中被判断为不存在多路径影响之后)，距离系数计算部129基于由本车速度计算部127计算得到的本车速度Vo的大小(v_ox、v_oy以及v_oz的合成矢量的大小)、以及速度传感器15输出的脉冲信号的脉冲数，来计算距离系数。

此时，本实施方式3所涉及的距离系数计算部129基于由本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o，判断本车是否进行规定的行驶(是否行驶于倾斜道路，以及是否以低速进行行驶)。例如，距离系数计算部129在由本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o的垂直方向的速度v_oz的绝对值在规定值以上的情况下，判断为在倾斜道路上行驶。除了该判断外，距离系数计算部129在本车速度Vo的大小(v_ox、v_oy以及v_oz的合成矢量的大小)在规定值以下的情况下，判断为以低速进行行驶。接着，距离系数计算部129在判断为没有在倾斜道路上行驶、或者没有以低速进行行驶的情况下，对上述距离系数进行计算。距离系数的详细计算处理例如记载于日本专利3321096号公报中，可以将其应用于本发明。

在步骤S56结束后，本次定位处理结束。

根据上述本实施方式3所涉及的导航装置，不使用由本车位置计算部126计算得到的本车位置P_o，而使用由本车位置推定部132推定得到的传感器本车位置和传感器本车方位来推定停车距离变化率Δρ_rate-s(t_i)。由此，能够提高本车速度V_o的精度。并且，即使在来自GPS卫星的电波被本车周围的建筑物屏蔽从而只能间断地接收电波的情况下，也能够计算出本车速度V_o。

在本实施方式3中，对于多个接收卫星中被判断为存在多路径影响(内置时钟误差的变化大于规定值)的接收卫星，使用行驶距离变化率Δρ_rate-m(t_i)来代替或多或少都会受到多路径影响的修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)。由此，即使在多路径影响较大的环境下内置时钟误差的修正不充分时，也能够高精度地计算出本车速度V_o。在以上的说明中，对接收卫星为多个的情况进行了说明，但并不限于此，在接收卫星为一个的情况下也是同样。即，对于一个接收卫星，在判断为存在多路径影响的情况下，也可以使用行驶距离变化率Δρ_rate-m(t_i)来代替或多或少都会受到多路径影响的修正距离变化率Δρ_rate’(t_i)。

在本实施方式3中，在被判断为不存在多路径影响(内置时钟误差的变化在规定值以下)的GPS卫星的个数在规定个数(这里为3个)以上的情况下，基于由本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o、以及速度传感器15输出的脉冲信号来计算距离系数。由此，能够在距离系数的计算中抑制多路径的影响，从而能够提高距离系数的计算精度，进而能够提高距离测量部130中加速度等的定位精度。在以上的说明中，对接收卫星为多个的情况进行了说明，但并不限于此，在接收卫星为一个的情况下也是同样。即，对于一个接收卫星，在被判断为不存在多路径影响的情况下，也可以基于由本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o、以及速度传感器15输出的脉冲信号来计算距离系数。

并且，在本实施方式3中，基于本车速度V_o，来判断是否正在进行距离系数的计算精度较低的倾斜道路行驶和低速行驶，在判断为未进行上述行驶的情况下对距离系数进行计算。由此，能够提高距离系数的计算精度，进而能够提高距离测量部130中加速度等的定位精度。

即使在进行倾斜道路行驶和低速行驶的情况下，距离系数计算部129也可以在一定条件下对距离系数进行计算。例如，距离系数计算部129根据距离系数的计算值的收敛状态来对距离系数进行加权平均，并且根据该距离系数的收敛状况改变校正等级。于是，即使在进行倾斜道路行驶时和低速行驶时，只要校正等级在预先设定的等级以上(只要收敛的可能性较高)，则距离系数计算部129也可通过改变距离系数的加权来计算出距离系数。

在以上的说明中，距离系数计算部129在本车速度V_o的垂直方向的速度v_oz的绝对值在规定值以上的情况下判断为行驶在倾斜道路上，但并不限于此。例如，距离系数计算部129也可以在可根据本车速度V_o的水平方向的速度(v_ox和v_oy的合成矢量的大小)、以及垂直方向的速度v_oz计算得到的俯仰角(车辆的前进方向与xy平面所成的角度)的绝对值在规定值以上的情况下判断为行驶在倾斜道路上。

在以上的说明中，距离系数计算部129在本车速度V_o的大小为规定值以下的情况下判断为以低速进行行驶，但并不限于此。例如，距离系数计算部129也可以在距离测量部130测量得到的传感器本车速度V_osen为规定值以下的情况下判断为以低速进行行驶。

<实施方式4>

图15是表示本发明实施方式4所涉及的导航装置的结构中、对本车位置等进行定位所需的结构的框图。本实施方式4是实施方式3的扩展方式，省略与实施方式3相同的部分的说明，主要对不同部分进行说明。

图15所示的导航装置构成为在图10所示的导航装置的定位部12的外部增加加速度传感器17，在该定位部12的内部增加俯仰角计算部133、加速度传感器校正部134以及俯仰角测量部135。

加速度传感器17在本车的前进方向上设置有传感器检测轴，在每个规定时刻向加速度传感器校正部134输出与导航装置的沿着该前进方向的加速度(第2加速度)相对应的电压。严格来说，加速度传感器17输出的电压中不仅包括与沿着前进方向的加速度相对应的电压，还附加有与重力加速度相对应的电压、以及与加速度传感器17安装到车辆的安装误差相对应的零点电压。

俯仰角计算部133基于由本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o(v_ox，v_oy，v_oz)，在每个规定时刻计算出与车辆相关的第1俯仰角，并在每个规定时刻将该第1俯仰角输出到加速度传感器校正部134。以下，将由俯仰角计算部133计算得到的第1俯仰角称为“计算俯仰角”。

加速度传感器校正部134基于来自距离测量部130的加速度、来自加速度传感器17的输出电压、以及来自俯仰角计算部133的计算俯仰角，对加速度传感器17的零点电压进行校正，并根据该零点电压计算相对于车辆的前进方向的传感器安装角。于是，加速度传感器校正部134在每个规定时刻将经过校正的零点电压输出到俯仰角测量部135，并在每个规定时刻将传感器安装角输出到本车位置推定部132。

此处，如实施方式3的步骤S42(图11)中所说明的那样，距离测量部130在每个规定时刻测量沿车辆的前进方向的加速度(第1加速度)，但该加速度是通过低通滤波器滤波而得到的。因此，距离测量部130所测量得到的加速度中会因低通滤波器而产生延迟时间，因而，由距离测量部130测量得到的加速度的时间轴相对于俯仰角计算部133计算得到的计算俯仰角的时间轴、以及从加速度传感器17输出的输出电压的时间轴或多或少存在一定的延迟。其结果是存在以下问题，即：加速度传感器校正部134的校正精度或多或少都会有一定程度的恶化。

因此，本实施方式4所涉及的加速度传感器校正部134使来自加速度传感器17的输出电压、以及来自俯仰角计算部133的计算俯仰角通过低通滤波器(未图示)，以使得来自加速度传感器17的输出电压的时间轴、以及来自俯仰角计算部133的计算俯仰角的时间轴与来自距离测量部130的加速度的时间轴(存在延迟的时间轴)相一致。于是，加速度传感器校正部134构成为：基于利用该低通滤波器而使得时间轴保持一致的来自距离测量部130的加速度、来自加速度传感器17的输出电压、以及来自俯仰角计算部133的计算俯仰角，来对加速度传感器17的零点电压进行校正。

俯仰角测量部135基于来自距离测量部130的加速度、来自加速度传感器17的输出电压、以及来自加速度传感器校正部134的零点电压，来测量与车辆相关的第2俯仰角。以下，将由俯仰角测量部135计算得到的第2俯仰角称为“测量俯仰角”。

此处，如上所述，由于基于通过低通滤波器后的输出电压等来校正上述零点电压，因此，经过加速度传感器校正部134校正后的零点电压的时间轴与距离测量部130测量得到的加速度的时间轴保持一致。然而，这些时间轴相对于加速度传感器17输出的输出电压的时间轴仍然存在延迟。其结果是，与上述情况相同地存在以下问题，即：俯仰角测量部135的测量精度或多或少都会有一定程度的恶化。

因此，本实施方式4所涉及的俯仰角测量部135使来自加速度传感器17的输出电压通过低通滤波器(未图示)，以使得来自加速度传感器17的输出电压的时间轴与来自距离测量部130的加速度的时间轴(存在延迟的时间轴)、以及来自加速度传感器校正部134的零点电压的时间轴(存在延迟的时间轴)相一致。于是，俯仰角测量部135构成为：基于利用该低通滤波器而使得时间轴保持一致的来自距离测量部130的加速度、来自加速度传感器17的输出电压、以及来自加速度传感器校正部134的零点电压，来对测量俯仰角进行测量。

接着，参照表示定位部12在每个处理周期所进行的定位处理的图16和图17的流程图，对图15的导航装置的动作进行说明。此外，在以下的动作说明中，关于与实施方式3相同的部分省略详细说明，对不同部分进行说明。

在步骤S61～S63中，进行与上述步骤S41～S43(图11)相同的动作。其中，在步骤S62中，除了步骤S42的动作，即除了距离测量部130对移动距离、传感器本车速度V_osen以及加速度进行测量之外，加速度传感器17还输出与沿着导航装置的前进方向的加速度相对应的电压。

在步骤S64中，俯仰角测量部135使加速度传感器17在步骤S62中输出的电压通过上述低通滤波器。接着，在相同的步骤S64中，俯仰角测量部135基于时间轴保持一致的来自距离测量部130的加速度、来自加速度传感器17的输出电压、以及来自加速度传感器校正部134的零点电压(例如，在上次的定位处理中由步骤S79校正后的零点电压)，在每个规定时刻对测量俯仰角进行测量。

另外，测量俯仰角的计算公式例如记载于日本专利4443621号公报中，可以将其应用于本发明。图18示出对于与实施方式3的说明中所使用的图12～14相同的数据，俯仰角测量部135所测量得到的测量俯仰角的一个示例。

在步骤S64之后，在步骤S65(图16)中，本车位置推定部132基于在每个规定时刻测量得到的来自俯仰角测量部135的测量俯仰角、以及来自加速度传感器校正部134的传感器安装角，对随着角速度传感器16的检测轴的倾斜而产生的偏航角测量部131的偏航角的灵敏度的下降进行校正。与此同时，本车位置推定部132与上述步骤S44(图11)相同，基于步骤S62中测量得到的移动距离、以及步骤S63中测量得到的偏航角，求得水平方向(xy平面上的方向)上本车的移动量(本车位置的变化量)，由此来推定传感器本车位置。另外，关于伴随着角速度传感器的检测轴的倾斜而进行的偏航角的校正以及水平方向上移动距离的计算，例如记载于日本专利4443621号公报，可以将其应用于本发明。

在步骤S65之后，在图17所示的步骤S66～步骤S77中，进行与上述步骤S45～S56(图11)相同的动作。

在步骤S78中(即，在步骤S72中被判断为不存在多路径影响的接收卫星的个数在三个以上，且在步骤S75中判断为本车位置P_o收敛之后)，俯仰角计算部133根据由本车速度计算部127计算得到的本车速度V_o的水平速度(v_ox和v_oy的合成矢量的大小)、以及垂直方向的速度v_oz计算出下式(11)所示的计算俯仰角θ_pit-g。

[数学式11]

θ_{pit - g} = \tan^{- 1} \frac{v_{oz}}{\sqrt{{v_{ox}}^{2} + {v_{oy}}^{2}}} \cdot \cdot \cdot (11)

这里，

θ_pit-g:计算俯仰角[rad]

在步骤S79中，加速度传感器校正部134在来自距离测量部130的传感器本车速度V_osen的大小(或者本车速度V_o的大小)在规定值以下的情况下判断为以低速进行行驶，并且在来自俯仰角计算部133的计算俯仰角θ_pit-g的绝对值在规定值以上的情况下判断为行驶在倾斜道路上。

接着，在相同的步骤S79中(即，在步骤S72中判断为不存在多路径影响之后)，加速度传感器校正部134在判断为不是低速行驶时且不是倾斜道路行驶时的情况下，使来自加速度传感器17的输出电压、以及来自俯仰角计算部133的计算俯仰角θ_pit-g通过上述低通滤波器。于是，加速度传感器校正部134构成为：基于时间轴保持一致的来自距离测量部130的加速度、来自加速度传感器17的输出电压、以及来自俯仰角计算部133的计算俯仰角θ_pit-g，来对加速度传感器17的零点电压进行校正。

另外，本实施方式4所涉及的加速度传感器校正部134构成为以比GPS卫星的观测周期要短的周期对零点电压进行校正。具体而言，加速度传感器校正部134在GPS观测周期的期间内将倾斜道路的倾斜度视为固定，在比该周期要短的周期内的传感器测量时刻对加速度传感器17的零点电压进行校正。另外，加速度传感器校正部134根据加速度传感器17的零点电压来计算上述传感器安装角，该计算方法记载于例如日本专利4443621号公报中，可以将其用于本发明。

在步骤S79结束后，本次定位处理结束。

根据上述实施方式4所涉及的导航装置，对于加速度传感器校正部134中零点电压的校正，由于使校正所需的信息的时间轴一致，因此，能够稳定地且更高精度地对零点电压进行校正。

本实施方式4所涉及的加速度传感器校正部134与实施方式3中所说明的距离系数的计算一样，在倾斜道路行驶时以及低速行驶时不对零点电压进行校正，因此，能够防止零点电压的校正精度下降，从而能够提高俯仰角的精度。在以上的说明中，在计算俯仰角θ_pit-g的绝对值在规定值以上的情况下，判断为行驶在倾斜道路上，但并不限于此，在本车速度V_o的垂直方向的速度v_oz的绝对值在规定值以上的情况下，也可以判断为行驶在倾斜道路上。

在本实施方式4中，对于俯仰角测量部135中测量俯仰角的测量，由于使测量所需的信息的时间轴一致，因此，能够稳定地以更高的精度对测量俯仰角进行测量。

在本实施方式4中，能够在传感器测量时刻对零点电压进行校正，因此，能够缩短该校正所需的时间。

此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。

标号说明

15速度传感器、16角速度传感器、17加速度传感器、121GPS输出数据计算部、123内置时钟误差推定部、125距离变化率推定部、127本车速度计算部、128多路径发生评价部、129距离系数计算部、130距离测量部、131偏航角测量部、132本车位置推定部、133俯仰角计算部、134加速度传感器校正部、135俯仰角测量部。

Claims

1.一种定位装置，该定位装置是移动体的定位装置，其特征在于，包括：

计算部，该计算部基于来自GPS卫星的发送信号计算与该GPS卫星之间的伪距的时间差分来作为伪距变化率，并且基于所述发送信号的多普勒频移计算第1距离变化率；

内置时钟误差推定部，该内置时钟误差推定部基于所述伪距变化率与所述第1距离变化率之间的差异，推定所述移动体侧的内置时钟的误差来作为内置时钟误差；

距离变化率推定部，该距离变化率推定部根据基于所述发送信号而得到的所述GPS卫星的位置和速度、以及所述移动体的位置，来推定所述移动体停止时的第2距离变化率，并基于所述内置时钟误差来修正由所述计算部计算得到所述第1距离变化率；以及

移动体速度计算部，该移动体速度计算部根据包含基于所述发送信号得到的所述GPS卫星的位置和所述移动体的位置的导航矩阵、由所述距离变化率推定部推定得到的所述第2距离变化率、以及经过所述距离变化率推定部修正后的所述第1距离变化率，计算出与构成正交坐标系的三轴方向的各方向相关的所述移动体的第1速度。

2.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，

还包括：多路径发生评价部，该多路径发生评价部判断由所述内置时钟误差推定部推定得到的所述内置时钟误差的变化是否大于规定值，

所述内置时钟误差推定部通过将被所述多路径发生评价部判断为大于所述规定值的所述内置时钟误差除外，或减小该内置时钟误差的加权系数，来推定用于所述距离变化率推定部的所述内置时钟误差。

3.如权利要求2所述的定位装置，其特征在于，

所述计算部分别对多个所述GPS卫星生成多个所述伪距变化率和多个所述第1距离变化率，

所述内置时钟误差推定部对于多个所述GPS卫星分别推定出多个所述内置时钟误差，

所述多路径发生评价部判断由所述内置时钟误差推定部推定得到的多个所述内置时钟误差的变化是否大于规定值，

所述内置时钟误差推定部将多个所述内置时钟误差中的被所述多路径发生评价部判断为大于所述规定值的所述内置时钟误差除外，或减小该内置时钟误差的加权系数，对由此得到的所述内置时钟误差进行平均，由此来推定用于所述距离变化率推定部的所述内置时钟误差。

4.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，还包括：

速度传感器，该速度传感器输出与所述移动体的移动距离相对应的脉冲信号；

距离系数计算部，该距离系数计算部基于所述移动体速度计算部计算得到的所述第1速度，判断所述移动体是否进行规定的行驶，在判断为未进行该规定的行驶的情况下，基于该第1速度与所述速度传感器输出的脉冲信号来计算距离系数。

5.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，还包括：

多路径发生评价部，该多路径发生评价部判断由所述内置时钟误差推定部推定得到的所述内置时钟误差的变化是否大于规定值；

速度传感器，该速度传感器输出与所述移动体的移动距离相对应的脉冲信号；以及

距离系数计算部，该距离系数计算部在由所述多路径发生评价部判断为所述内置时钟误差的变化在所述规定值以下的情况下，基于所述移动体速度计算部计算得到的所述第1速度、以及所述速度传感器输出的脉冲信号，来计算距离系数。

6.如权利要求5所述的定位装置，其特征在于，

所述距离系数计算部在被所述多路径发生评价部判断为所述内置时钟误差的变化在所述规定值以下的所述GPS卫星的个数为规定个数以上的情况下，基于所述移动体速度计算部计算得到的所述第1速度、以及所述速度传感器输出的脉冲信号，来计算所述距离系数。

7.如权利要求4或5所述的定位装置，其特征在于，还包括：

距离测量部，该距离测量部基于所述速度传感器输出的所述脉冲信号、以及距离系数来测量所述移动体的前进方向的第1加速度；

加速度传感器，该加速度传感器输出与沿所述定位装置的所述前进方向的第2加速度相对应的电压；

俯仰角计算部，该俯仰角计算部基于所述移动体速度计算部计算得到的所述第1速度，来计算第1俯仰角；以及

加速度传感器校正部，该加速度传感器校正部基于时间轴保持一致的来自所述距离测量部的所述第1加速度、来自所述加速度传感器的所述电压、以及来自所述俯仰角计算部的所述第1俯仰角，来对所述加速度传感器的零点电压进行校正。

8.如权利要求7所述的定位装置，其特征在于，还包括：

俯仰角测量部，该俯仰角测量部基于时间轴保持一致的来自所述距离测量部的所述第1加速度、来自所述加速度传感器的所述电压、以及来自所述加速度传感器校正部的所述零点电压，来测量第2俯仰角。

9.如权利要求8所述的定位装置，其特征在于，

所述加速度传感器校正部以比所述GPS卫星的观测周期要短的周期对所述零点电压进行校正。

10.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，还包括：

距离测量部，该距离测量部基于所述速度传感器输出的所述脉冲信号、以及距离系数来测量所述移动体的移动距离；

角速度传感器，该角速度传感器输出与所述定位装置的偏航率相对应的电压；

偏航角测量部，该偏航角测量部基于所述角速度传感器输出的电压，来测量偏航角；以及

移动体位置推定部，该移动体位置推定部基于所述距离测量部测量得到的所述移动距离、以及所述偏航角测量部测量得到的所述偏航角，来推定所述移动体的位置和方位，

所述距离变化率推定部不使用基于所述发送信号得到的所述移动体的位置，而使用由所述移动体位置推定部推定得到的所述移动体的位置和方位来推定所述第2距离变化率。

11.如权利要求10所述的定位装置，其特征在于，

所述距离测量部基于所述速度传感器输出的所述脉冲信号、以及所述距离系数来测量所述移动体的第2速度，

所述定位装置还包括：多路径发生评价部，该多路径发生评价部判断由所述内置时钟误差推定部推定得到的所述内置时钟误差的变化是否在规定值以上，

所述距离变化率推定部在被所述多路径发生评价部判断为所述内置时钟误差的变化大于所述规定值的情况下，根据基于所述发送信号而得到的该GPS卫星的位置和速度、由所述移动体位置推定部推定得到的所述移动体的位置和方位、以及由所述距离测量部测量得到的所述第2速度，来推定所述移动体行驶时的第3距离变化率，

所述移动体速度计算部在被所述多路径发生评价部判断为所述内置时钟误差的变化大于所述规定值的情况下，不使用经过所述距离变化率推定部修正的所述第1距离变化率，而使用由所述距离变化率推定部推定得到的所述第3距离变化率来计算所述第1速度。

12.如权利要求11所述的定位装置，其特征在于，

所述内置时钟误差推定部对多个所述GPS卫星分别推定出多个所述内置时钟误差，

所述多路径发生评价部判断由所述内置时钟误差推定部推定得到的多个所述内置时钟误差的变化是否在规定值以上，

所述距离变化率推定部对于被所述多路径发生评价部判断为小于所述规定值的所述GPS卫星，在推定所述第2距离变化率的同时对所述第1距离变化率进行修正，对于被所述多路径发生评价部判断为大于所述规定值的所述GPS卫星，推定所述第2和第3距离变化率，

所述移动体速度计算部基于经过所述距离变化率推定部修正的所述第1距离变化率和由所述距离变化率推定部推定得到的所述第3距离变化率中的至少一个、以及由所述距离变化率推定部推定得到的所述第2距离变化率，来计算所述第1速度。