JPH0816698B2 - 移動体の衛星航法装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、衛星からの電波を受信して、地上を走行す
る車両等の測位を行う移動体の衛星航法装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、走行車両の位置を検出し、ナビゲーションを行
う装置として、地磁気センサ、レートジャイロセンサ等
を用いて測位を行う手段がある。しかし、このような手
段では、走行距離が積算されるにしたがって誤差が累積
されるという問題点がある。

これを解決する装置として、複数の衛星からの電波
（以下、衛星電波という。）に基づいて車両の位置を検
出するGPS（Global Positioning System）がある。

すなわち、第２図に示すように、衛星１が所定の軌道
に21個配置されて、これにより地上のあらゆる場所にて
常時４つ以上の衛星電波を受信できるようになってい
る。一方、移動体側の衛星航法装置では、複数の衛星電
波を受信機にて受信し、各衛星を中心とした移動体との
距離を３つ測定し、衛星を半径とした円の交点を求め
る。ここで、３つの電波を受信すれば、移動体の測位が
可能になるが、実際には、電波の伝搬時間を測定するた
めには、受信側に非常に正確な時計を持つ必要があり、
これは困難であるため、実際には、４番目の衛星電波を
時間補正用として用いて衛星との距離を求めていること
から、４つの衛星電波を受信している。このようにして
円の交点で求めた移動体の現位置を経度、緯度及び高度
に換算して、表示装置の地図上に移動体の現位置を表示
している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記３次元的に測位する装置では、地上に衛
星電波を遮る建物等があった場合に、３つ以下の衛星電
波しか受信できない場合があり、このとき、２次元測位
しかできず、走行車両の正確な位置が不明になるという
問題点がある。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明は、第１
図に示すように、 複数の衛星からの電波に基づいて移動体の測位を行う
衛星航法装置において、 高度を含む地図情報を予め記憶している地図情報記憶
手段Ｃと、 少なくとも３個以上の衛星からの電波を受信して各電
波を分離して出力する受信機Ａと、 この受信機Ａからの各電波に基づいて各衛星との距離
を測定する第１の演算手段Ｂと、 上記受信機Ａにて受信した電波が３個であるか否かを
判定する判定手段Ｄと、 この判定手段Ｄにより受信した電波が３個であると判
定された場合に、上記衛星からの電波とは別の情報を用
いて移動体の位置を検出する検出手段Ｆと、 この検出手段Ｆからの情報に基づいて上記地図情報か
ら高度推定値を設定する推定高度設定手段Ｇと、 上記第１の演算手段Ｂにて求めた距離と上記推定高度
設定手段Ｇにて設定した高度推定値とに基づいて移動体
の現位置を求める第２の演算手段Ｅと を具備することを特徴とする移動体の衛星航法装置を
要旨とする。

また、上記検出手段Ｆは、例えば、地磁気方位センサ
やジャイロセンサであってもよい。

［作用］ まず、本発明において、少なくとも、３つ以上の衛星
電波を受信機Ａにて受信し、各電波を分離して出力す
る。これらの各電波は、第１の演算手段Ｂに入力されて
各衛星との距離が測定される。

一方、判定手段Ｄが受信機Ａにて受信した電波が３個
であるか否かを判定し、検出手段Ｆがこの判定手段Ｄに
より受信した電波が３個であると判定された場合に、衛
星からの電波とは別の情報を用いて移動体の位置を検出
する。そして、推定高度設定手段Ｇがこの検出手段Ｆか
らの情報に基づいて地図情報から高度推定値を設定し、
第２の演算手段Ｅが第１の演算手段Ｂにて求めた距離と
推定高度設定手段Ｇにて設定した高度推定値とに基づい
て移動体の現位置を求める。

したがって、衛星との距離が３つしか求められない場
合であっても、地図情報記憶手段Ｃに記憶された地図情
報により補償されて、移動体の現位置が求められるの
で、精度の高い現位置が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明す
る。

第３図は衛星航法装置を示すブロック図であり、所定
の軌道上を移動している人工衛星からの電波、すなわ
ち、1.575GHzと1.227GHzのスペクトラム拡散変調を行っ
た衛星電波を受信して所定の処理をすることにより、車
両の現位置を求めて表示する装置である。

第３図において、衛星航法装置は、アンテナ部65、本
体部66、電子制御回路90、表示装置14から構成されてい
る。

上記アンテナ部65は、アンテナ71,第１受信周波数変
換器72および第１受信局部発信器72aから構成され、ア
ンテナ71で受信された1.575［GHz］の信号が第１受信周
波数変換器72にて第１受信局部発信器72aの発信信号と
混合されて、75.42［MHz］の第１中間周波数に変換され
て本体部66に伝送される。

本体部66では、該伝送された信号が第２受信周波数変
換器73にて第２受信局部発信器73aの発信信号と混合さ
れて10.7［MHz］の第２中間周波数に変換され、その後
に、第１チャンネル74,第２チャンネル75,第３チャンネ
ル76,第４チャンネル77に配分される。各チャンネル74
ないし77の構成は同様であるので、第１チャンネル74を
一例として説明する。

第１チャンネル74のスペクトラム逆拡散器81に入力さ
れた第２中間周波数の信号は、疑似雑音発生器82から出
力される疑似雑音と混合されて、もとのPSK（Phase Sh
ift Keying）信号に復調される。その後、帯域ろ波器8
3を通過し、後述する電子制御回路90により制御される
第３受信局部発信器84の局部発信周波数を用いて第３中
間周波数変換器85で455［KHz］の第３中間周波数に変換
される。

該第３中間周波数に変換された信号は、ドップラーシ
フトを含まないように補正されている。この信号は、復
調器86により復調されて、電子制御回路90に入力され
る。

また、ディジタルカウンタで構成されたレンジ測定器
87は、各衛星から受信点までの距離に相当する疑似レン
ジ信号を測定して電子制御回路90に出力する。

電子制御回路90は、CPU90a,ROM90b,RAM90cを中心に論
理演算回路として構成され、コモンバス90dを介して入
出力部90eに接続されて各チャンネル74ないし77、およ
び表示装置14との間で信号の伝達を行う。

次に、上記衛星航法装置62の電子制御回路90により実
行される車両の測位処理について第４図のフローチャー
トに基づいて説明する。本フローチャートは、所定距離
走行する毎に繰り返して実行される。

まず、ステップ100にて、受信機の本体部66から車両
と衛星との距離を読み込んだ後に、ステップ110に進
み、３次元測位が可能か否かの判定が行われる。すなわ
ち、衛星からの電波が４つ受信でき、３次元測位に必要
な衛星と車両との４つの距離情報が求めらる状態である
か否かについて判定し、４つ以上求められる状態である
場合には、ステップ120にて３次元測位による車両の現
位置が求められる。

３次元測位の処理は、第５図に示すフローチャートに
より実行される。

すなわち、ステップ400にて、ROM90bに記憶されてい
る各衛星の軌道要素に基づいて、測位精度が最高となる
４つの衛星の組み合わせを選択する処理が行われる。次
にステップ405に進み、上記４つの衛星に対応した疑似
雑音符号を設定する。続くステップ410にて、該疑似雑
音符号を各チャンネルの疑似雑音発生器82に出力する。
次にステップ415に進み、ドップラー周波数を算出す
る。続くステップ420にて、該ドップラー周波数に応じ
て定めた第３受信局部発信周波数を第３受信局部発信器
84に出力する。次に、ステップ425に進み、衛星からの
信号と同期が完了するまで待機し、同期するとステップ
430に進む。

ステップ430では、復調器86で復調されたデータを読
み込む処理が行われる。続くステップ435では、該デー
タ中の衛星の軌道要素を使用して所定の時刻の各衛星の
位置を算出する処理が行われる。これは、ケプラーの方
程式を繰り返して解くことにより実現される。次にステ
ップ440に進み、レンジ側定器87からレンジ測定値を読
み込む処理が行われる。次に、ステップ445にて、受信
点の緯度、経度、高度および受信側の時計とGPS時間と
の差を未知数とした方程式を解くことにより、受信点の
現在位置を算出する処理が行われる。

すなわち、各衛星と受信点間との電波伝搬時間から各
衛星までの距離を求め、衛星を中心とする各距離を各々
半径として、各衛星を中心とする球の交点が受信点の現
在位置となる。こうして求められた現位置は、第４図の
ステップ180にて表示装置14の地図上に表示される。

一方、第４図のステップ110にて、３次元測位ができ
ないと判定された場合、すなわち、衛星からの電波が３
つしか受信できず、衛星との距離が３つしか求められな
い状態の場合には、ステップ130にて、２次元測位の処
理が初めてか否かの判定が行われる。ここで、初めてと
判定された場合には、ステップ140にて、車両の現位置
の高度E0を推定する。高度は、地磁気方位センサ又はジ
ャイロセンサ等の検出手段を用いて移動体の現位置を測
位し、この現位置に対応する地図上の高度により現位置
での高度情報を初期値として出力する。

ついで、ステップ150に進み、高度情報を含んだ地図
情報をROM90bから読み込んだ後に、２次元測位による距
離とステップ140にて求めた推定高度E0とから車両の現
位置（N1,E1）を演算する（ステップ160）。ここで、車
両の現位置は、地球の中心として推定高度E0を半径とし
た１つの球と衛星との３つの距離とを第５図と同様な処
理により現位置を求める。次に、ステップ170にて、車
両の現位置（N1,E1）および地図とを用いて、地図上の
位置に対応する高度H1（＝（N1,E1））が演算される。
そして、ステップ180にて、車両の現位置が表示装置14
の画面上の地図に表示されて、一旦本処理を終了する。

そして、次回の処理にて、２次元測位状態が継続して
いる場合、つまり、ステップ130にて、２次元測位が初
めてでないと判定された場合には、ステップ150にて地
図情報の読み込みの後に、ステップ160にて、前回の処
理（ステップ170）にて求めた高度E1と今回の処理で求
めた衛星との３つの距離から車両の現位置（N2,E2）が
求められる。そして、この現位置（N2,E2）における地
図上に対応する高度E2（＝（N2,E2））を求めて、さら
に前回求めた高度情報E1をE2に更新するとともに、表示
装置14に車両の現位置（N2,E2）を表示する。

以後、この処理を繰り返すことにより、車両の２次元
測位の距離と、逐次更新される高度とから、車両の現位
置（Nn,En）が求められて、表示装置14に表示される。

したがって、上記実施例によれば、衛星電波の障害等
により３次元測位が不可能になった場合に、地図上の高
度情報に補足された２次元測位が行われる。

すなわち、上記第４図のフローチャートでは、車両の
現位置（Nn,En）に対応する高度を、予め記憶されてい
る地図上の高度情報により求めて、この高度を３次元測
位が不可能な場合の補足情報として用いている。

このような第４図のフローチャートの処理を繰り返し
て行うことで現位置は、第６図のように車両の真の現位
置に逐次近づいていく。というのは、車両は山岳地帯を
走行以外には、走行の際に、通常、高度の急激な変化が
ないために、真の現在地を（N,E）とすると、測位した
位置は、（N1,E1）→（N2,E2）→（N3,E3）へと、逐次
真の位置に近づいていく。

特に、演算の繰り返し処理の途中にて、正しい高度Hn
が求められると（偶然に求められた場合も含む。）、急
速に、真の現位置を求めることができる。そして、一旦
真の現位置における高度情報が求められると以後の現位
置の演算結果は、すべて真の現位置を出力することにな
る。

つまり、山岳地帯以外の地域を走行中の車両では、地
表上の高度は、どこでもあまり差がないので、大体の高
度情報を与えた後に、地図情報から精度のよい高度情報
が得られるので、迅速に車両の現在位置を正確に求める
ことができる。

しかも、従来の技術で説明したような、位置を地磁気
センサ等により求めるものより、精度の高い現在位置が
求めることができる。

なお、上記実施例では、３次元測位の保障装置として
用いているが、２次元測位の装置として単独で構成して
簡単な構成の衛星航法装置としてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、検出手段が検
出する移動体の現位置に基づいて、予め記憶された地図
情報から高度推定値を設定し、この設定された高度推定
値と３個の衛星からの情報とから現位置を測位するの
で、たとえば、急に高度が変化した道路にさしかかり、
しかも３個の衛星からしか情報が得られなかった場合で
も、高度が変化した後の高度に応じた高度推定値により
現位置が測位され、測位精度を向上させることができ
る。また、たとえば、３次元測位を行っている場合に、
地上に衛星からの電波を遮る建物等があっても、走行車
両の正確な位置を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成の一例を示す構成図、第２図はGP
Sの原理を説明する説明図、第３図は本発明の一実施例
による車両の衛星航法装置を示すシステム構成図、第４
図は同実施例により処理されるフローチャート、第５図
は３次元測位による処理を示すフローチャート、第６図
は同実施例の作用を説明する説明図である。 Ａ……受信機、Ｂ……第１の演算手段 Ｃ……地図情報記憶手段 Ｄ……判定手段 Ｅ……第２の演算手段 Ｆ……検出手段 Ｇ……推定高度設定手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の衛星からの電波に基づいて移動体の
   測位を行う衛星航法装置において、 高度を含む地図情報を予め記憶している地図情報記憶手
   段と、 少なくとも３個以上の衛星からの電波を受信して各電波
   を分離して出力する受信機と、 この受信機からの各電波に基づいて各衛星との距離を測
   定する第１の演算手段と、 上記受信機にて受信した電波が３個であるか否かを判定
   する判定手段と、 この判定手段により受信した電波が３個であると判定さ
   れた場合に、上記衛星からの電波とは別の情報を用いて
   移動体の位置を検出する検出手段と、 この検出手段からの情報に基づいて上記地図情報から高
   度推定値を設定する推定高度設定手段と、 上記第１の演算手段にて求めた距離と上記推定高度設定
   手段にて設定した高度推定値とに基づいて移動体の現位
   置を求める第２の演算手段と を具備することを特徴とする移動体の衛星航法装置。
2. 【請求項２】上記検出手段は、地磁気方位センサ又はジ
   ャイロセンサのいずれかであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の移動体の衛星航法装置。