JP2017181109A - 受信機、測位システム、車両及び測位方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測位解が収束するまでの時間を短縮する。【解決手段】受信機１００は、入力部１０１と、測位計算部１０２とを備える。受信機１００は、移動体に搭載されており、受信機１００の入力部１０１は、外部から当該移動体の位置を示す位置データ２０１の入力を受ける機能要素である。受信機１００の測位計算部１０２は、干渉測位を行い、入力部１０１を介して入力された位置データ２０１から、干渉測位で生じたアンビギュイティを計算する機能要素である。【選択図】図１

Description

本発明は、受信機、測位システム、車両及び測位方法に関するものである。

Ａ−ＧＰＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）は、受信機が、アルマナック及びエフェメリスを含む航法メッセージを衛星から受信しなければ測位計算を始めることができないという課題に対して、受信機に航法メッセージを外部から与えることで測位計算の開始を早めるという技術である。

特表２００８−５４５９９２号公報

従来から用いられているＡ−ＧＰＳでは、衛星からの航法メッセージを外部から受信機に入力することで測位開始までの時間を短縮することができるが、センチメートル級測位において測位解が収束するまでの時間を短縮することはできない。

本発明は、測位解が収束するまでの時間を短縮することを目的とする。

本発明の一態様に係る受信機は、
移動体に搭載され、
外部から前記移動体の位置を示す位置データの入力を受ける入力部と、
干渉測位を行い、前記入力部を介して入力された位置データから、前記干渉測位で生じたアンビギュイティを計算する測位計算部とを備える。

本発明では、移動体に搭載された受信機が、外部から入力された、その移動体の位置を示す位置データから、干渉測位で生じたアンビギュイティ、すなわち、測位解を計算するため、測位解が収束するまでの時間を短縮することができる。

実施の形態１に係る受信機の構成を示すブロック図。 実施の形態１に係る測位システムの構成を示すブロック図。 実施の形態１に係る受信機によるアンビギュイティの計算のしくみを示す図。 従来例の動作と実施の形態１に係る測位システムの動作とを示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一又は相当する部分については、その説明を適宜省略又は簡略化する。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、本実施の形態に係る受信機１００の構成を説明する。

受信機１００は、入力部１０１と、測位計算部１０２とを備える。

後述するように、受信機１００は、移動体に搭載されており、入力部１０１は、外部から当該移動体の位置を示す位置データ２０１の入力を受ける機能要素である。

測位計算部１０２は、干渉測位を行い、入力部１０１を介して入力された位置データ２０１から、干渉測位で生じたアンビギュイティを計算する機能要素である。

本実施の形態において、測位計算部１０２は、ＧＰＳ衛星１１０を利用するだけでなく、準天頂衛星１２０を活用して高精度測位を行う。具体的には、測位計算部１０２は、ＧＰＳ衛星１１０からの観測データ１１１と、準天頂衛星１２０からの補強データ１２１とを用いて、センチメートル級のＲＴＫ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）測位を行う。観測データ１１１は、ＧＰＳ衛星１１０から受信したアルマナック及びエフェメリスを含む航法メッセージと、受信波から算出した疑似距離、搬送波位相、ドップラー及びＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）であり、測位計算部１０２に入力される。なお、アルマナック及びエフェメリスを含む航法メッセージは、従来のＡ−ＧＰＳと同じように、外部からインターネット等を介して測位計算部１０２に入力されてもよい。補強データ１２１は、準天頂衛星１２０から測位計算部１０２に直接入力されてもよいし、地上の補強情報配信センタ１３０のサーバ装置から測位計算部１０２に入力されてもよい。測位計算部１０２は、観測データ１１１及び補強データ１２１を用いた高精度測位を行う際に、測位解がセンチメートル級に収束する時間を外部からの位置データ２０１を用いることで短縮する。

本実施の形態において、入力部１０１及び測位計算部１０２の機能は、ソフトウェアにより実現される。

図示していないが、受信機１００は、アンテナ、増幅回路、フィルタ、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路、ベースバンド回路、プロセッサ、メモリといったハードウェアを備える。

メモリには、入力部１０１及び測位計算部１０２の機能を実現するプログラムが記憶されている。このプログラムは、プロセッサに読み込まれ、プロセッサによって実行される。

入力部１０１及び測位計算部１０２の処理の結果を示す情報、データ、信号値、及び、変数値は、メモリ、又は、プロセッサ内のレジスタ又はキャッシュメモリに記憶される。

図２を参照して、本実施の形態に係る測位システム２００の構成を説明する。

測位システム２００は、前述した受信機１００を備えるとともに、記憶装置２１０と、撮影装置２２０と、処理装置２３０とを備える。

記憶装置２１０は、複数の地物３０１の位置が記録された高精度地図２１１を記憶する装置である。すなわち、記憶装置２１０は、複数の地物３０１の位置を記憶する装置である。記憶装置２１０は、具体的には、フラッシュメモリ、又は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）である。

測位システム２００の少なくとも受信機１００及び撮影装置２２０は、前述した移動体である車両３００に搭載されており、撮影装置２２０は、車両３００の周辺に存在する地物３０１の画像２２１を撮影する装置である。撮影装置２２０は、具体的には、車載カメラである。

処理装置２３０は、記憶装置２１０に記憶された高精度地図２１１と、撮影装置２２０により撮影された画像２２１とから、車両３００の位置データ２０１を生成し、位置データ２０１を受信機１００の測位計算部１０２に入力する装置である。処理装置２３０は、具体的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

本実施の形態では、受信機１００及び撮影装置２２０だけでなく、記憶装置２１０及び処理装置２３０も車両３００に搭載されているが、記憶装置２１０及び処理装置２３０が車両３００の外部に設置されてもよいし、記憶装置２１０のみが車両３００の外部に設置されてもよい。記憶装置２１０及び処理装置２３０が車両３００の外部に設置される場合、処理装置２３０は、処理装置２３０は、図示していない通信装置を介して、受信機１００及び撮影装置２２０と無線通信を行うことで、必要なデータをやり取りする。記憶装置２１０のみが車両３００の外部に設置される場合、処理装置２３０は、図示していない通信装置を介して、記憶装置２１０と無線通信を行うことで、必要なデータをやり取りする。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１から図４を参照して、本実施の形態に係る測位システム２００の動作を説明する。測位システム２００の動作は、本実施の形態に係る測位方法に相当する。

本実施の形態において、測位システム２００は、高精度ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）データである高精度地図２１１と、カメラデータである画像２２１より、仮想ＧＣＰ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）を生成する。そして、測位システム２００は、センチメートル級の測位計算に際し、高精度Ａ−ＧＰＳ情報として、自己位置を受信機１００の測位計算部１０２に与えることでアンビギュイティを瞬時にフィックス（ＦＩＸ）させることができる。

従来のＡ−ＧＰＳは、受信機の信号捕捉、すなわち、観測データ１１１の生成をアシストするものであり、与えられる情報は衛星の軌道を計算するためのアルマナック及びエフェメリスである。本実施の形態では、図１に示したように、受信機１００の測位計算部１０２に対して、高精度な自己位置を示す位置データ２０１がアシスト情報として与えられることで、６０秒程度の時間を要するＲＴＫのアンビギュイティ収束までの時間を短縮することが可能になる。

近年、自動運転が現実のものとなりつつあり、自動運転のための高精度地図基盤の整備が行われようとしている。本実施の形態では、図２に示したように、処理装置２３０が、高精度地図２１１とカメラの画像２２１とを用いて、車両３００の位置を特定し、アシスト情報として受信機１００の測位計算部１０２に対して、位置データ２０１を与える。具体的には、処理装置２３０は、撮影装置２２０により撮影された画像２２１から、車両３００と車両３００の周辺に存在する地物３０１との位置関係を特定する。処理装置２３０は、特定した位置関係と記憶装置２１０に記憶された当該地物３０１の位置とから、車両３００の位置を自己位置として計算する。そして、処理装置２３０は、計算した位置を示す位置データ２０１をアシスト情報として受信機１００の入力部１０１を介して受信機１００の測位計算部１０２に入力する。

受信機１００の測位計算部１０２によるＲＴＫ測位においては、ＧＰＳ衛星１１０と受信機１００との間の距離Ｒは以下の式で表される。

ここで、Φは位相積算値であり、受信機１００にて観測可能であり、観測データ１１１の一部として測位計算部１０２に与えられる。λは波長であり、Ｎはアンビギュイティ、すなわち、波の数である。このＮを整数に収束させることができればセンチメートル級の測位精度が得られる。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、測位計算部１０２が、アシスト情報である位置データ２０１により示された位置より、アンビギュイティを強制的に整数値に確定させることでアンビギュイティをフィックスさせる。これにより、従来はアンビギュイティをフィックスさせるまでの時間として６０秒程度の時間を要していたのに対し、本実施の形態では瞬時にアンビギュイティをフィックスさせることが可能となる。

前述したように、地物３０１の位置は、高精度地図２１１より得られる。車両３００の位置は、撮影装置２２０のステレオ視により地物３０１の位置から得られる。より具体的には、車両３００に設置されている撮影装置２２０と受信機１００のＧＰＳアンテナとの位置関係が、車両３００若しくは測位システム２００の製造時に確定している、すなわち、事前に分かっているので、ＧＰＳアンテナの位置（ｘ，ｙ，ｚ）が分かる。ＧＰＳ衛星１１０の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、エフェメリスより計算したものを補強データ１２１の一部のデータを用いて補正することで求められる。そして、ＧＰＳ衛星１１０の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とＧＰＳアンテナの位置（ｘ，ｙ，ｚ）からＧＰＳ衛星１１０とＧＰＳアンテナとの間の距離Ｒが求められる。上の式において、Φは観測量であることから、未知数はＮのみであり、Ｎを決定できる。

従来より、位置が既知であるＧＣＰを用いてカーナビゲーションのアプリケーション上で位置を補正するという手法がある。この従来の手法では、図４に示すように、まず、ＧＰＳ衛星１１０からの観測データ１１１を用いて測位計算が行われる。その結果、衛星測位による位置情報が得られる。次に、車速データ及びジャイロデータを用いてＤＲ（Ｄｅａｄ Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）が行われる。その結果、ＧＰＳとＩＮＳ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ
Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）とを複合した位置情報が得られる。次に、ＧＣＰ補正によりアプリケーション上で位置情報が補正され、補正後の位置情報に基づいて車両位置が表示される。その結果、一時的に正しい車両位置が表示されるが、測位計算において測位解が収束していなければ、時間とともに表示される車両位置がずれていく。

これに対し、本実施の形態では、アプリケーションではなく、受信機１００の測位計算部１０２で直接ＧＣＰを用いた補正を行うことにより、継続して高精度な位置の特定が可能になる。すなわち、本実施の形態では、図４に示すように、まず、ＧＰＳ衛星１１０からの観測データ１１１と、ＧＣＰ補正用の高精度アシスト情報である位置データ２０１とを用いて測位計算部１０２により測位計算が行われる。その結果、衛星測位による高精度な位置情報が得られる。次に、車速データ及びジャイロデータを用いてＤＲが行われる。その結果、ＧＰＳとＩＮＳとを複合した高精度な位置情報が得られる。次に、その高精度な位置情報に基づいてアプリケーションにより車両位置が表示される。本実施の形態では、測位計算部１０２により測位解が収束しているため、継続して正しい車両位置が表示される。

＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態では、車両３００に搭載された受信機１００が、外部から入力された、車両３００の位置を示す位置データから、干渉測位で生じたアンビギュイティ、すなわち、測位解を計算するため、測位解が収束するまでの時間を短縮することができる。

本実施の形態によれば、外部から受信機１００にアシスト情報を与えることで測位解を瞬時にセンチメートル級に収束させることができるようになり、実運用上、収束時間が課題となるセンチメートル級測位の可用性が向上する。

＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、受信機１００の入力部１０１及び測位計算部１０２の機能がソフトウェアにより実現されるが、入力部１０１及び測位計算部１０２の機能は、ハードウェア、又は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態を部分的に実施しても構わない。なお、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１００ 受信機、１０１ 入力部、１０２ 測位計算部、１１０ ＧＰＳ衛星、１１１ 観測データ、１２０ 準天頂衛星、１２１ 補強データ、１３０ 補強情報配信センタ、２００ 測位システム、２０１ 位置データ、２１０ 記憶装置、２１１ 高精度地図、２２０ 撮影装置、２２１ 画像、２３０ 処理装置、３００ 車両、３０１ 地物。

Claims (4)

1. 移動体に搭載される受信機において、
   外部から前記移動体の位置を示す位置データの入力を受ける入力部と、
   干渉測位を行い、前記入力部を介して入力された位置データから、前記干渉測位で生じたアンビギュイティを計算する測位計算部と
   を備える受信機。
2. 請求項１に記載の受信機と、
   複数の地物の位置を記憶する記憶装置と、
   前記移動体の周辺に存在する地物の画像を撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置により撮影された画像から、前記移動体と前記移動体の周辺に存在する地物との位置関係を特定し、特定した位置関係と前記記憶装置に記憶された当該地物の位置とから、前記移動体の位置を計算し、計算した位置を示す位置データを前記受信機の前記入力部を介して前記受信機の測位計算部に入力する処理装置と
   を備える測位システム。
3. 請求項２に記載の測位システムの少なくとも受信機及び撮影装置が搭載された前記移動体である車両。
4. 移動体の位置を示す位置データを、前記移動体に搭載される受信機に入力し、前記受信機により干渉測位を行い、入力した位置データから、前記干渉測位で生じたアンビギュイティを計算する測位方法。

Images