JP2004012288A

JP2004012288A - 測位装置

Info

Publication number: JP2004012288A
Application number: JP2002165794A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ishigaki; 敏弘石垣
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】電源投入後の測位結果が正常か異常かを判定できる測位装置を提供する。
【解決手段】ＧＰＳ衛星からの電波を受信して位置を測位する第１の測位手段（測位演算部４）と、固定局との通信によって概略の位置を求める第２の測位手段（ＰＨＳ５）と、第１の測位手段（測位演算部４）で測位した位置が正常かどうかを判定する位置異常判定手段（位置異常検出部６）とを備え、位置異常判定手段（位置異常検出部６）が、電源投入後に第１の測位手段（測位演算部４）で測位した位置が第２の測位手段（ＰＨＳ５）で求めた位置から予め定めた一定距離より離れている場合に異常と判定し、信号処理部３に、衛星信号の捕捉制御および衛星データの収集を初めからやり直させるようにする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）衛星などの測位衛星からの電波を受信して位置を測位する測位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して位置を測位する測位装置では、ＧＰＳ受信機で複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信し、それぞれのＧＰＳ衛星からの電波の伝搬時間を測定して各ＧＰＳ衛星との距離を算出し、各ＧＰＳ衛星が送信する衛星データに含まれる詳細軌道情報と時刻情報とから各ＧＰＳ衛星の位置を求めるようにしている。
【０００３】
そして、４つ以上のＧＰＳ衛星の電波を受信して連立方程式を立て、これを解くことで、受信機の３次元の測位位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と受信機時計の誤差の、４つの未知数を求める。船舶用やカーナビゲーションシステム用などのように高度が急激に変化しない用途では、前回３次元の測位位置を求めたときの高度を用いたり、地図からの高度情報を取得したりするなどして、３つのＧＰＳ衛星の電波を受信して２次元の測位位置と受信機時計の誤差の、３つの未知数を求めることもある。
【０００４】
このようにしてＧＰＳ衛星からの電波を受信して測位位置を求めることから、ＧＰＳ衛星の異常などにより、測定した電波の伝搬時間が大幅に誤っていたり、復調した軌道情報に誤りがあったりした場合には、実際の位置とは大幅に異なる測位位置を出力する可能性がある。特に、測位装置の電源投入後に初めて算出した測位位置は、測位装置の電源断時からそれ以降にＧＰＳ受信機が移動している可能性もあり、最後に求めた測位位置をバックアップしていてもそれと比較して正常であるかどうかを容易には判断できないという問題がある。
【０００５】
従来、このような問題を解決する測位装置として、特開２００１−８３２２７号公報に記載されたものが知られている。
【０００６】
図８は、このような従来の測位装置の構成を示しており、以下、この測位装置について、概略説明する。
【０００７】
従来の測位装置は、図８に示すように、ＧＰＳ衛星から送信される電波を受信するＧＰＳアンテナ８１と、周波数変換を行う周波数変換部８２と、衛星信号の捕捉制御を行って電波の伝搬時間測定と衛星データの復調を行う信号処理部８３と、測定した電波の伝搬時間と衛星データを用いてＧＰＳ受信機の測位位置を算出する測位演算部８４と、測位演算部８４で求めた測位位置が正常か異常かを判定する位置異常検出部８６とで構成されている。
【０００８】
ＧＰＳ衛星からの電波をＧＰＳアンテナ８１で受信すると、これが周波数変換部８２で中間周波数信号に周波数変換される。中間周波数信号は、信号処理部８３に送られ、信号処理部８３で、周波数およびコード位相のサーチを行い、信号が検出されると、同期制御を行って同期を保持する。同期が取れている衛星については、コード位相を用いて衛星から電波が送信された時刻を求め、受信した時刻との差から電波の伝搬時間を求める。
【０００９】
そして、同時に信号処理部８３で並行して衛星データの復調を行う。測位演算部８４では、信号処理部８３で測定した電波の伝搬時間と衛星データに含まれる詳細軌道情報および時刻情報を用いて、各ＧＰＳ衛星との距離の算出と各ＧＰＳ衛星の位置の算出を行って連立方程式を立て、受信機の測位位置と受信機時計の誤差を求める。
【００１０】
測位演算部８４で求められた受信機の測位位置は、位置異常検出部８６において以下の手順で正しい位置か否かが判定され、正しい位置と判定された場合にのみ外部へ出力される。
【００１１】
位置異常検出部８６では、受信機の電源が遮断される直前まで測位していた測位位置と時刻とをバックアップされたメモリに保存しておき、電源が遮断される直前の時刻から電源投入後初回の測位時刻までの経過時間にＧＰＳ受信機を搭載している移動体の推定最大速度（例えば自動車であれば約２００ｋｍ／ｈ）をかけて移動可能距離を求め、電源が遮断される直前まで測位していた位置と移動可能距離から移動範囲枠を決める。
【００１２】
電源投入後初回の測位位置がこの移動範囲枠内にあれば正常と判定し、枠外であれば異常と判定する。異常と判定された場合には、信号処理部８３において、周波数およびコード位相のサーチ動作と衛星データの復調処理を初めからやり直す。
【００１３】
このように、従来のＧＰＳ受信機においても、移動範囲枠を設定することによって、電源投入後初回の測位位置の異常を判定することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の測位装置では、長期間電源を遮断していた場合、その後の移動範囲枠が広域になって実質的に異常を判定できないという問題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題点を解決するものであり、長時間電源が遮断されていた場合でも、電源投入後初回の測位位置の異常を容易に判定することができる測位装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の測位装置は、第１および第２の測位手段と、第１および第２の測位手段によってそれぞれ測位された測位位置を互いに比較する比較手段と、比較手段によって比較された測位位置が予め定めた距離以上離れていたとき、第１の測位手段で測位された測位位置が異常であると判断する異常判断手段とを備えた構成とした。
【００１７】
この構成により、電源が遮断されていた時間に関わらず、第１および第２の測位手段によって測位された位置から、第１の測位手段によって測位された位置が正常か異常かを容易に判定することができ、移動範囲が広域になって判定が行えなくなるというようなことがなくなるという作用を有する。
【００１８】
また、本発明の測位装置は、衛星からの電波を受信して位置を測位する第１の測位手段と、地上の固定局との通信によって位置を測位する第２の測位手段と、第１ならびに第２の測位手段によってそれぞれ測位された測位位置が予め定めた距離以上離れていたとき、第１の測位手段で測位された測位位置が異常であると判断する異常判断手段とを備えた構成とした。
【００１９】
この構成により、衛星からの電波を受信して位置を測位する第１の測位手段の測位結果を、地上の固定局との通信によって測位位置を求める第２の測位手段の測位結果に基き、異常であるかどうかを容易に判断することができる。
【００２０】
また、本発明の測位装置は、第２の測位手段が、受信エリアが限定された電波発信源の電波を受信して、概略の位置を求める測位手段である構成とした。この構成により、第１の測位手段によって測位された位置が、受信エリアが限定された電波を受信して、概略の位置を求める第２の測位手段の測位結果に基づき、正常か、異常か判断されることになる。
【００２１】
また、本発明の測位装置は、電波発信源が、携帯電話機の基地局、簡易型携帯電話機の基地局、放送局、および無線通信局の内の少なくとも１つである構成とした。
【００２２】
この構成により、第１の測位手段によって測位された位置が、携帯電話機の基地局、簡易型携帯電話機の基地局、放送局、および無線通信局の内の少なくとも１つからの電波を受信して、概略の位置を求める第２の測位手段の測位結果に基づき、正常か、異常か判断されることになる。
【００２３】
また、本発明の測位装置は、第２の測位手段が、地図情報を記憶しておく地図情報記憶手段を備えた構成とした。この構成により、電源投入後に第１の測位手段で測位した位置が、保持している地図情報のエリア内か否かで位置の異常を検出することができる。
【００２４】
また、本発明の測位装置は、地図情報を、利用者が予め使用する地域として定めた地図情報である構成とした。この構成により、電源投入後に第１の測位手段で測位した位置が、保持している利用者が予め使用する地域として定めた地図情報のエリア内か否かで位置の異常を検出することができる。
【００２５】
また、本発明の測位装置は、異常判断手段で異常と判断されたとき、位置測位時に使用した各衛星の位置及び各衛星までの距離について、第２の測位手段によって測位された概略の測位位置を基準にしてそれぞれ正常か異常かの判定を行い、異常な衛星を検出する異常衛星検出手段を更に備えた構成とした。
【００２６】
この構成により、電源投入後に、第１の測位手段によって測位された位置が異常であった場合に、異常であった衛星以外は、同期の継続と、既に収集した衛星データの利用が共に可能となるため、再度第１の測位手段によって位置を測位するまでの時間を短縮することができる。
【００２７】
また、本発明の測位装置は、異常な衛星を検出したとき、第２の測位手段によって測位された概略の測位位置に対する異常な衛星の仰角を計算し、この仰角に基づいて衛星データの再収集の必要性を判断する判断手段を更に備えた構成とした。
【００２８】
この構成により、異常な衛星と判断された原因が衛星データでない場合に、既に収集した衛星データの利用が可能となるため、再度第１の測位手段によって位置を測位するまでの時間を短縮することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態における測位装置は、ＧＰＳ衛星（図示せず）からの電波を受信するＧＰＳアンテナ１と、ＧＰＳアンテナ１で受信された信号を中間周波数に変換する周波数変換部２と、周波数変換された信号を信号処理する信号処理部３と、信号処理された情報をもとに位置を測位する測位演算部４と、簡易型の携帯電話機（ＰＨＳ）５と、位置異常検出部６とから構成されている。ここで、ＰＨＳ５は、地上の固定局との通信によって概略の位置を求めることができる手段であればよく、携帯電話機であっても良い。
【００３１】
次に、本実施の形態における測位装置について、図２を用いて、その動作を説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態における測位装置の位置異常検出処理の流れを示すフロー図である。
【００３２】
本実施の形態において、電源を投入すると、その後、ＧＰＳアンテナ１は、ＧＰＳ衛星から送信される電波を受信して周波数変換部２へ送り、周波数変換部２は、受信した信号を中間周波数信号に変換して信号処理部３へ送る。信号処理部３は、複数の衛星に対して衛星信号の捕捉制御を行って、電波の伝搬時間測定と衛星データの復調を行い、測位演算部４は、信号処理部３で測定した電波の伝搬時間と衛星データを用いてＧＰＳ受信機の位置を算出する（ステップ１０１）。算出された位置データは、位置異常検出部６へ送られる。
【００３３】
ＰＨＳ５は、並行して基地局（図示せず）との通信を行い、基地局の位置を概略位置として取得する（ステップ１０２）。取得された概略位置データは、位置異常検出部６へ送られる。なお、このとき、ＰＨＳ５では、複数の基地局の電波強度を測定することで概略位置データの精度を向上させるようにしてもよい。
【００３４】
位置異常検出部６は、測位演算部４で算出した位置がＰＨＳ５で取得した概略位置から一定距離内にあるか否かを判定し（ステップ１０３）、一定距離内にある場合には、その位置データは正常として外部へ出力する（ステップ１０５）。その後は、電源が遮断されるまで衛星信号の受信および受信機位置の算出処理を継続する。一定距離については、ＰＨＳ５で取得できる概略位置の精度から予め決めておけばよい。
【００３５】
一定距離内にない場合には、位置異常と判定して外部へ測位位置データを出力せず、信号処理部３に位置異常を知らせる。信号処理部３では、位置異常の通知を受けると、受信中の全衛星について、衛星信号の捕捉を初めからやり直すとともに、保持している衛星データを破棄して衛星データの再収集を行う（ステップ１０４）。衛星信号の捕捉と衛星データの再収集が完了すると、測位演算部４での受信機位置算出処理（ステップ１０１）を再度行い、その後は同様の動作を繰り返す。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、ＰＨＳや携帯電話機で概略位置を取得して正常な位置の範囲を求めており、ＧＰＳ衛星からの信号を用いて算出した位置の判定を常に正しく行うことができる。特に、電源投入後初回の測位位置に対しては、電源遮断時間に関わらず、位置の異常判定を早期に正確に行えるという利点を有する。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図である。図３において、図１と同一の符号を付したものは、図１に示すものと実質同一のものを示している。したがって、これらの同一符号を付したものについては、その詳細な説明を省略し、異なる点のみ詳細に説明する。
【００３８】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、ＰＨＳ５の代わりにＦＭ受信機７とＦＭ受信機７による受信エリアの情報を記憶しておく受信エリア情報記憶部８を備えた点である。なお、ここで、ＦＭ受信機７は、受信エリアが限定された地上放送や無線通信局の受信部であればよく、例えば、ＡＭ受信機、テレビ受信機や船舶局受信機、航空交通管制局受信機、タクシー無線受信機、電波灯台と言われる無線標識局用受信機などであってもよい。
【００３９】
次に、本実施の形態について、図３を用いて、その動作を説明する。なお、説明に当たっては、第１の実施の形態と異なる点を主に説明する。
【００４０】
電源投入後、測位演算部４でＧＰＳ衛星信号を用いて受信機位置を算出するのと並行して、ＦＭ受信機７では周波数のサーチを行って受信可能な周波数を検出し、位置異常検出部６へ送る。受信エリア情報記憶部８には、予め各放送局の周波数と受信エリア情報が記憶されており、位置異常検出部６では、ＦＭ受信機７で検出された受信可能な周波数を基に、受信エリア情報記憶部８に記憶された各放送局の周波数から受信エリア情報を引き出し、現在位置の存在可能範囲を求める。
【００４１】
そして、測位演算部４で算出した位置が先に求められた現在位置の存在可能範囲内にあるか否かを判断し、これによって位置の異常判定を行う。その後の処理は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。船舶局、航空交通管制局、タクシー無線、電波灯台と言われる無線標識局でも、それらの基地局の周波数と受信可能エリア情報を受信エリア情報記憶部８に記憶しておけば、それらを受信できる受信機によってＦＭ受信機７と同様の手順で実施できる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、ＦＭ受信機７で検出した受信可能周波数と受信エリア情報記憶部８に記憶されている各放送局の周波数と受信エリア情報から、現在位置の存在可能範囲を求めているので、ＧＰＳ衛星信号を用いて算出した位置データの異常を正しく判定することができる。
【００４３】
なお、実施の形態では、第１の測位手段として、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して位置を測位する測位手段、第２の測位手段として、携帯電話機、簡易型携帯電話機、ラジオ受信機、テレビ受像機、固定基地局、放送局、無線通信局など受信エリアが限定された電波発信源の電波を受けて概略の位置を測位する測位手段をそれぞれ用いているが、これらは、いずれもこれらに限定されず、受信エリア情報が取得可能でその電波が受信可能であれば如何なる電波発信源であってもよい。
【００４４】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図である。図４において、図１と同一の符号を付したものは、図１に示すものと実質同一のものを示している。したがって、これらの同一符号を付したものについては、その詳細な説明を省略し、異なる点のみ詳細に説明する。
【００４５】
第３の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、ＰＨＳ５の代わりに地図情報記憶部９を備えた点である。
【００４６】
次に、本実施の形態について、図４を用いて、その動作を説明する。なお、説明に当たっては、第１の実施の形態と異なる点を主に説明する。
【００４７】
電源投入後、測位演算部４で算出された受信機の測位位置データは、位置異常検出部６へ送られる。地図情報記憶部９には、ユーザーが予め使用する地域の地図情報を記憶しておく。
【００４８】
位置異常検出部６では、測位演算部４で算出された測位位置データが地図情報記憶部９に記憶された地図情報が存在する範囲内にあるか否かによって位置データの異常判定を行う。その後の処理は、第１の実施の形態と同様であり、その説明は省略する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、ユーザーが予め使用する地域の地図情報を地図情報記憶部９に記憶しておくことにより、この地図情報記憶部９に記憶された地図情報に基づいてＧＰＳ衛星からの信号を用いて算出した測位位置データの異常を正しく判定することができる。
【００５０】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１と同一の符号を付したものは、図１に示すものと実質同一のものを示している。したがって、これらの同一符号を付したものについては、その詳細な説明を省略し、異なる点のみ詳細に説明する。
【００５１】
第４の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、異常衛星検出部１０を備え、位置異常となった原因の衛星を特定するようにした点である。
【００５２】
次に、本実施の形態について、図６を用いて、その動作を説明する。なお、ここで、図６は、本実施の形態において実行される異常衛星検出処理の流れを示すフロー図である。説明に当たっては、第１の実施の形態と異なる点を主に説明する。
【００５３】
電源投入後、位置異常検出部６で位置の異常を検出するまでの動作、すなわち、図２において、ステップ１０３の「ない」までは、第１の実施の形態と同じである。位置異常検出部６で測位位置データの異常を検出すると、異常衛星検出部１０は、測位位置データの異常検出に用いた概略位置と各衛星の位置から各衛星との距離を算出する（ステップ２０１）。そして、算出した各衛星との距離と、衛星信号を受信して測定した各衛星との距離とを比較し、その差が予め定めた一定値以上の衛星については、衛星の位置または測定した衛星との距離が誤っていると判断し、異常な衛星とみなす（ステップ２０２）。
【００５４】
異常衛星検出部１０は、信号処理部３に異常と判断された異常衛星を知らせ、信号処理部３では、異常衛星の通知を受けると、異常衛星について、衛星信号の捕捉を初めからやり直すとともに、保持している衛星データを破棄して衛星データの再収集を行う（ステップ２０３）。その後の処理は、図２におけるステップ１０１に移行し、第１の実施の形態と同じ動作を行う。
【００５５】
以上のように、本実施の形態によれば、異常衛星以外の衛星は、同期の継続と、既に収集した衛星データの利用が可能となるため、再度測位演算部４で位置を求めるまでの時間を短縮することができる。
【００５６】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態における測位装置は、第４の実施の形態と同様、図５に示すように構成されている。第５の実施の形態において、第４の実施の形態と異なる点は、異常衛星検出部１０で異常衛星を特定したときに、位置の異常検出に用いた概略位置に対する異常衛星の仰角を計算し、この仰角によって衛星データの再収集が必要か否かを判断するようにした点である。
【００５７】
次に、本実施の形態について、図７を用いて、その動作を説明する。なお、ここで、図７は、本実施の形態において実行する異常衛星検出処理の流れを示すフロー図である。説明に当たっては、第１、４の実施の形態と異なる点を主に説明する。
【００５８】
電源投入後、異常衛星検出部１０で異常衛星を検出するまでの動作、すなわち、ステップ２０２までの動作は、第４の実施の形態と同じである。異常衛星検出部１０で異常衛星を検出すると、信号処理部３に異常衛星を通知するとともに、概略位置に対する異常衛星の仰角を計算し（ステップ３０１）、例えば、仰角が０度未満、すなわち、あたかも地球の裏に存在するかのように算出された場合には、衛星の位置が異常なため衛星データの再収集が必要と判断して（ステップ３０２）、信号処理部３に衛星データの再収集を指示する。
【００５９】
信号処理部３では、異常衛星の通知を受けると、異常衛星について、衛星信号の捕捉を初めからやり直すとともに、衛星データの再収集を指示された場合には保持している衛星データを破棄して衛星データの再収集を行う（ステップ３０３）。衛星データの再収集を指示されない場合には、異常衛星について、衛星信号の捕捉を初めからやり直すだけで既に収集した衛星データは保持しておく（ステップ３０４）。その後の処理は、第４の実施の形態と同じである。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、異常衛星であっても、衛星データの再収集が必要でない場合は、それを判断して、既に収集した衛星データを利用可能とするため、再度測位演算部４で位置を求めるまでの時間を短縮することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の測位装置によれば、電源が遮断されていた時間が長時間であっても、第２の測位手段によって測位された位置から、第１の測位手段によって測位された位置が正常か、異常かを容易に判定することができ、電源投入後初回の測位位置の異常をより正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態における測位装置で実行する位置異常検出処理の流れを示すフロー図
【図３】本発明の第２の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第４および第５の実施の形態における測位装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第４の実施の形態における測位装置で実行する異常衛星検出処理の流れを示すフロー図
【図７】本発明の第５の実施の形態における測位装置で実行する異常衛星検出処理の流れを示すフロー図
【図８】従来の測位装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１　ＧＰＳアンテナ
２　周波数変換部
３　信号処理部
４　測位演算部
５　ＰＨＳ
６　位置異常検出部
７　ＦＭ受信機
８　受信エリア情報記憶部
９　地図情報記憶部
１０　異常衛星検出部

Claims

第１および第２の測位手段と、前記第１および第２の測位手段によってそれぞれ測位された測位位置を互いに比較する比較手段と、前記比較手段によって比較された測位位置が予め定めた距離以上離れていたとき、前記第１の測位手段で測位された測位位置が異常であると判断する異常判断手段とを備えた測位装置。
衛星からの電波を受信して位置を測位する第１の測位手段と、地上の固定局との通信によって位置を測位する第２の測位手段と、前記第１ならびに第２の測位手段によってそれぞれ測位された測位位置が予め定めた距離以上離れていたとき、前記第１の測位手段で測位された測位位置が異常であると判断する異常判断手段とを備えた測位装置。
前記第２の測位手段が、受信エリアが限定された電波発信源の電波を受信して、概略の位置を求める測位手段であることを特徴とする請求項１または２記載の測位装置。
前記電波発信源が、携帯電話機の基地局、簡易型携帯電話機の基地局、放送局、および無線通信局の内の少なくとも１つであることを特徴とする請求項３記載の測位装置。
前記第２の測位手段が、地図情報を記憶しておく地図情報記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の測位装置。
前記地図情報は、利用者が予め使用する地域として定めた地図情報であることを特徴とする請求項５記載の測位装置。
前記異常判断手段で異常と判断されたとき、位置測位時に使用した各衛星の位置及び前記各衛星までの距離について、前記第２の測位手段によって測位された概略の測位位置を基準にしてそれぞれ正常か異常かの判定を行い、異常な衛星を検出する異常衛星検出手段を更に備えたことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の測位装置。
前記異常な衛星を検出したとき、前記第２の測位手段によって測位された概略の測位位置に対する前記異常な衛星の仰角を計算し、前記仰角に基づいて衛星データの再収集の必要性を判断する判断手段を更に備えたことを特徴とする請求項７記載の測位装置。