JP5423036B2

JP5423036B2 - 位置算出方法及び位置算出装置

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Publication number: JP5423036B2
Application number: JP2009035183A
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Inventors: 真秀寺島
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Filing date: 2009-02-18
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Description

本発明は、位置算出方法及び位置算出装置に関する。

測位用信号を利用した位置算出装置としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた位置算出装置が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵されて利用されている。

位置算出装置は、複数のＧＰＳ衛星の衛星位置、衛星速度及び衛星移動方向等の衛星情報やＧＰＳ衛星から自機までの擬似距離等の情報に基づいて、自機の位置を未知数として所定の位置算出計算を行うことで位置を算出する。また、位置算出装置に具備されているクロックのバイアスによって、算出される擬似距離には誤差が重畳している。このクロックバイアスを較正することは非常に困難であるため、このクロックバイアスも未知数として含めて位置算出計算を行うことが一般的である。

クロックに関わる誤差には、クロックバイアスの他に、計時している時刻そのものに含まれる誤差（以下、「時刻誤差」と称す。）がある。擬似距離を算出する際に求める衛星の位置は、計時している時刻が基準となる。このため、時刻誤差によって衛星の位置がずれると擬似距離が不正確となり、算出される位置の正確性に影響を与える。例えば特許文献１には、時刻誤差を加味して位置を算出する技術が開示されている。

特表２００４−５１８１３５号公報

位置を正確に求めるためには、擬似距離を算出する際の衛星位置が正確である必要がある。具体的には、時刻誤差が１０ミリ秒以下程度であることが要求される。そのため、受信したＧＰＳ衛星信号と同期を取ることで時刻誤差の問題を解決するのが一般的であった。

しかしながら、衛星信号の受信強度が大きい場合には問題ないが、位置算出装置が屋内等の環境に位置している場合には、受信信号の強度は弱く、ＧＰＳ衛星信号と同期を取って正確な時刻情報を得ることができない。そのため、高精度の時刻を得ることができず、正確な位置算出を行うことが困難であるという問題があった。

本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、時刻誤差を求めることなく位置を算出することができる全く新しい位置算出手法を提案することを目的としている。

以上の課題を解決するための第１の形態は、衛星軌道情報に基づいて、位置算出時刻における測位用衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向を含む衛星情報を算出することと、前記測位用衛星から衛星信号を受信して擬似距離を算出することと、複数の測位用衛星に係る、前記衛星情報と前記擬似距離とを用いて前記位置算出時刻に含まれる時刻誤差を求める算出式に基づいて、前記ユーザーの位置を算出することと、を含む位置算出方法である。

また、他の形態として、衛星軌道情報に基づいて、位置算出時刻における測位用衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向を含む衛星情報を算出する衛星情報算出部と、前記測位用衛星から衛星信号を受信して擬似距離を算出する擬似距離算出部と、複数の測位用衛星に係る、前記衛星情報と前記擬似距離とを用いて前記位置算出時刻に含まれる時刻誤差を求める算出式に基づいて、前記ユーザーの位置を算出する位置算出部と、を備えた位置算出装置を構成してもよい。

この第１の形態等によれば、衛星軌道情報に基づいて、位置算出時刻における測位用衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向を含む衛星情報を算出する。また、測位用衛星から衛星信号を受信して擬似距離を算出する。そして、複数の測位用衛星に係る、衛星情報と擬似距離とを用いて位置算出時刻に含まれる時刻誤差を求める算出式に基づいて、ユーザーの位置を算出する。

時刻誤差はクロックバイアスではなく、位置算出装置が計時している時刻そのものに含まれる誤差であり、測位用衛星に依らずに一定である。この性質に基づいて、複数の測位用衛星に係る時刻誤差の算出式を用いることで、ユーザーの位置を算出することが可能となる。特許文献１の技術においては時刻誤差を未知数として求める必要があった。それに対して、第１の形態等においては時刻誤差を未知数として求めることなくユーザーの位置を算出することが可能となるため、特許文献１の技術と比較して未知数が少ない演算となり、特許文献１の技術よりも演算量を低減させることが可能となる。

また、第２の形態として、第１の形態の位置算出方法であって、前記ユーザーの位置を算出することは、前記複数の測位用衛星に係る前記算出式を連立させることによって、前記時刻誤差を未知数から削除することを含む位置算出方法を構成してもよい。

この第２の形態によれば、複数の測位用衛星に係る時刻誤差の算出式を連立させることによって時刻誤差を未知数から削除するため、時刻誤差を求めることなくユーザーの位置を算出することが可能となる。

また、第３の形態として、第１又は第２の形態の位置算出方法であって、前記算出式は、前記測位用衛星から前記ユーザーに向かう方向に対する当該測位用衛星の速度成分を更に用いて前記時刻誤差を求める式である位置算出方法を構成してもよい。

この第３の形態によれば、測位用衛星からユーザーに向かう方向に対する当該測位用衛星の速度成分を更に用いた時刻誤差の算出式を用いてユーザーの位置を算出する。測位用衛星は移動しているため、時刻誤差が存在すると、ユーザーが想定している測位用衛星の位置と実際の測位用衛星の位置とはずれることになる。すなわち、ユーザーの位置と測位用衛星の見かけ上の位置（位置算出装置が計時している時刻から求めた測位用衛星の位置）とを結ぶ幾何学的な距離と、ユーザーが実際に観測する擬似距離とは乖離した値となる。このことを考慮して、測位用衛星からユーザーに向かう方向に対する測位用衛星の速度成分を時刻誤差の算出式に加味することにしたものである。

また、第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の位置算出方法であって、前記算出式は、未知数であるクロックバイアスを更に用いて前記時刻誤差を求める式である位置算出方法を構成してもよい。

この第４の形態によれば、未知数であるクロックバイアスを更に用いた時刻誤差の算出式を用いてユーザーの位置を算出する。時刻誤差とは別に、クロックには、バイアスによる誤差成分が存在するため、これを時刻誤差の算出式に加味することにしたものである。

位置算出の原理の説明図。携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。ＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。ＲＡＭに格納されるデータの一例を示す図。メジャメントデータのデータ構成の一例を示す図。衛星データのデータ構成の一例を示す図。メイン処理の流れを示すフローチャート。位置算出処理の流れを示すフローチャート。位置算出処理の流れを示すフローチャート。

以下、図面を参照して、位置算出装置を備えた電子機器の一種である携帯型電話機１に本発明を適用した場合の実施形態について説明する。携帯型電話機１は、ユーザーによって携帯されて移動する。このため、本実施形態では、携帯型電話機１がユーザーと同視できるものとして説明する。尚、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけではない。

１．原理
携帯型電話機１は、ユーザーが通話やメールの送受信等を行うための電子機器であり、通話やメールの送受信といった携帯型電話機としての本来の機能の他、位置を算出する機能をなす位置算出装置を具備している。携帯型電話機１は、複数のＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号に基づいて位置を算出し、算出した位置をプロットしたナビゲーション画面を表示部に表示させる。

ＧＰＳ衛星は、測位用衛星の一種であり、６つの地球周回軌道面それぞれに４機以上ずつ配置され、原則、地球上のどこからでも常時４機以上の衛星が幾何学的配置のもとで観測できるように運用されている。ＧＰＳ衛星は、アルマナックやエフェメリス等の航法データをＧＰＳ衛星信号に含めて発信している。ＧＰＳ衛星信号は、衛星毎に異なる拡散符号の一種であるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＰＲＮコードは、コード長１０２３チップを１ＰＮフレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号である。

図１は、本実施形態における位置算出の原理を説明するための図である。本実施形態における位置算出方法では、携帯型電話機１に搭載されているクロックが計時している時刻に内在する時刻誤差「Δｔ」が最も重要な誤差の１つである。このため、図１は、分かり易くするために、時刻誤差「Δｔ」に着目した図とし、クロックバイアス「ｂ」による誤差成分については図示を省略している。

地球中心を原点Ｏとする地球基準座標系を考え、原点Ｏを基準とした場合の携帯型電話機１の位置を３次元のベクトル「ｒ_u」で表す。携帯型電話機１の位置は未知であるため、ベクトル「ｒ_u」の３次元の位置成分は未知数である。ベクトル「ｒ_u」で表される携帯型電話機１の位置をＡとする。また、携帯型電話機１の移動速度及び移動方向を移動速度ベクトル「ｓ_u」で表す。

また、携帯型電話機１に搭載されているクロックが計時している時刻であって、位置算出を行う際の時刻（以下、「位置算出時刻」と称す。）におけるｊ番目のＧＰＳ衛星ＳＶｊの衛星位置を、３次元のベクトル「ｒ_j」で表す。ベクトル「ｒ_j」の３次元の位置成分は、エフェメリス等の衛星軌道情報と位置算出時刻とを用いて算出することができるため既知である。但し、注意しなければならないのは、位置算出時刻には時刻誤差「Δｔ」が内在しているため、ベクトル「ｒ_j」で表される衛星位置は、ＧＰＳ衛星ＳＶｊの推測される位置（以下、「見かけ上の衛星位置」と称す。）であって真の衛星位置ではない。この見かけ上の衛星位置をＢとする。

ＧＰＳ衛星ＳＶｊは、図１において点線で表される衛星軌道に沿って移動している。ＧＰＳ衛星ＳＶｊの衛星速度及び衛星移動方向を衛星移動速度ベクトル「ｓ_j」で表す。この場合、ＧＰＳ衛星ＳＶｊの真の位置は、ベクトル「ｒ_j」で表される見かけ上の衛星位置Ｂから衛星移動方向に「｜ｓ_j｜・Δｔ」だけ離れた位置Ｃである。

携帯型電話機１は、ＧＰＳ衛星ＳＶｊから受信したＧＰＳ衛星信号のＰＲＮコードの位相（以下、「コード位相」と称す。）を検出することによって、携帯型電話機１とＧＰＳ衛星ＳＶｊ間の擬似距離を算出することができる。このコード位相から算出することができる擬似距離のことを、観測される擬似距離という意味で「観測擬似距離」と称し、「ρ_j」で表す。図１では「ＡＣ＝ρ_j」である。

携帯型電話機１の位置ＡとＧＰＳ衛星ＳＶｊの見かけ上の衛星位置Ｂとの間の距離は「｜ｒ_j−ｒ_u｜」で表すことができる。すなわち「ＡＢ＝｜ｒ_j−ｒ_u｜」である。この「｜ｒ_j−ｒ_u｜」で表される距離は、見かけ上の衛星位置Ｂに基づいて算出される予想される擬似距離であるため、観測擬似距離と区別して「予想擬似距離」と称する。携帯型電話機１の位置Ａは未知であるため、予想擬似距離の値は未知である。

図１において、線分ＡＢ上に、ＡＣ＝ＡＤとなるような位置Ｄを定める。この場合、線分ＢＤの長さは、時刻誤差「Δｔ」に起因する擬似距離の誤差成分となる。この擬似距離の誤差成分を「Ｅ_j」で表す。すなわち「ＢＤ＝Ｅ_j」である。この場合、図１において、ＡＢ−ＢＤ＝ＡＣの関係より、次式（１）が成立する。

誤差成分「Ｅ_j」は、ＧＰＳ衛星ＳＶｊから携帯型電話機１に向かう方向（視線方向と逆方向）に、ＧＰＳ衛星ＳＶｊが時刻誤差「Δｔ」の間に進んだ距離（視線方向の距離）であると仮定することができる。より詳細には、視線方向と逆方向の単位ベクトル「Ｕ_j」と、携帯型電話機１とＧＰＳ衛星ＳＶｊの相対速度ベクトル「Ｖ_j」とを用いて、誤差成分「Ｅ_j」を次式（２）のように表すことができる。

すなわち、単位ベクトル「Ｕ_j」と相対速度ベクトル「Ｖ_j」との内積（相対速度の視線方向成分）に時刻誤差「Δｔ」を乗算することで得られる視線方向の距離が、誤差成分「Ｅ_j」となる。

ここまで時刻誤差「Δｔ」による誤差成分のみに着目して説明したが、実際には、クロックのバイアスに起因する誤差成分についても考慮しなければならない。クロックバイアスが存在するため、携帯型電話機１の真の位置は、図１に示した位置ベクトル「ｒ_u」で表される位置ではない。このクロックバイアスによる誤差分を距離に換算して予想擬似距離に加える。これにより、次式（３）が成立する。

但し、「ｂ_u」はクロックバイアスであり、「ｃ」は光速度である。

この式に補正項を加え、式を整理すると、次式（４）が導かれる。

ここで、式（４）において「ｑ_j」で表される補正項は、ｊ番目のＧＰＳ衛星についての電離層遅延補正、対流圏遅延補正、ＧＰＳ衛星が有するクロックのクロック誤差補正、地球の自転による影響補正等の合計を意味する。この補正項を擬似距離に加算するのは、上述した電離層遅延、対流圏遅延、ＧＰＳ衛星が有するクロックのクロック誤差補正、地球の自転による影響等を補正し、正確な擬似距離を求めるという理由によるものである。

式（２）を「Δｔ」について解き、式（４）を代入すると、次式（５）が導かれる。

時刻誤差「Δｔ」は、位置算出装置の時刻の誤差であるため、ＧＰＳ衛星に依らずに一定である。すなわち、ｊ番目のＧＰＳ衛星について算出される時刻誤差「Δｔ」と、ｋ番目のＧＰＳ衛星について算出される時刻誤差「Δｔ」とは等しく、次式（６）が成立する。

この関係を利用して、本実施形態では、複数のＧＰＳ衛星の中から基準衛星を１つ決定する。基準衛星は、例えば、受信したＧＰＳ衛星信号の信号強度が最も大きな衛星としてもよいし、仰角が最も高い衛星としてもよい。また、単純に番号が最も小さい衛星としてもよい。

そして、当該基準衛星についての時刻誤差「Δｔ」の算出式と、残余の衛星についての時刻誤差「Δｔ」の算出式とを連立させた連立方程式を規定する。そして、この連立方程式を解くことで、携帯型電話機１の位置を算出する。尚、実際には、ニュートン法等の手法を用いた収束演算を行うことで、携帯型電話機１の位置を近似的に求めることになる。これにより、時刻誤差の項をキャンセルして、時刻誤差を求めることなく携帯型電話機１の位置を算出することが可能となる。

２．機能構成
図２は、携帯型電話機１の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機１は、ＧＰＳアンテナ１０と、ＧＰＳ受信部２０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）４０と、操作部５０と、表示部６０と、携帯電話用アンテナ６５と、携帯電話用無線通信回路部７０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）８０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９０とを備えて構成される。

ＧＰＳアンテナ１０は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ（Radio Frequency）信号を受信するアンテナであり、受信した信号をＧＰＳ受信部２０に出力する。

ＧＰＳ受信部２０は、ＧＰＳアンテナ１０から出力された信号に基づいて携帯型電話機１の位置を計測する位置算出回路であり、いわゆるＧＰＳ受信機に相当する機能ブロックである。ＧＰＳ受信部２０は、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部２１と、ベースバンド処理回路部３０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部２１と、ベースバンド処理回路部３０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。

ＲＦ受信回路部２１は、ＲＦ信号の処理回路ブロックであり、所定の発振信号を分周或いは逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、ＧＰＳアンテナ１０から出力されたＲＦ信号に乗算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部３０に出力する。

ベースバンド処理回路部３０は、ＲＦ受信回路部２１から出力されたＩＦ信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出す回路部である。ベースバンド処理回路部３０は、演算制御部３１と、ＲＯＭ３５と、ＲＡＭ３７と、時計部３９とを備えて構成される。また、演算制御部３１は、メジャメント取得演算部３３を備えて構成される。

メジャメント取得演算部３３は、ＲＦ受信回路部２１から出力された受信信号（ＩＦ信号）からＧＰＳ衛星信号を捕捉する回路部であり、相関演算部３３１を備えて構成されている。メジャメント取得演算部３３は、捕捉したＧＰＳ衛星信号の受信周波数やコード位相等の情報を取得し、メジャメント観測値としてホストＣＰＵ４０に出力する。

相関演算部３３１は、受信信号に含まれるＰＲＮコードとレプリカコードとの相関を、例えばＦＦＴ（Fast Fourier transform）演算を用いて算出し積算する相関演算処理を行って、ＧＰＳ衛星信号を捕捉する。レプリカコードとは、擬似的に発生させた捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号に含まれるＰＲＮコードを模擬した信号である。

捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号が間違いなければ、そのＧＰＳ衛星信号に含まれるＰＲＮコードとレプリカコードとは一致し（捕捉成功）、間違っていれば一致しない（捕捉失敗）。そのため、算出された相関値のピークを判定することによってＧＰＳ衛星信号の捕捉が成功したか否かを判定でき、レプリカコードを次々に変更して、同じ受信信号との相関演算を行うことで、ＧＰＳ衛星信号を捕捉することが可能となる。

また、相関演算部３３１は、上述した相関演算処理を、レプリカコードの発生信号の周波数及び位相を変更しつつ行っている。レプリカコードの発生信号の周波数と受信信号の周波数とが一致し、且つ、ＰＲＮコードとレプリカコードとの位相が一致した場合に、相関値が最大となる。

より具体的には、捕捉対象のＧＰＳ衛星信号に応じた所定の周波数及び位相の範囲をサーチ範囲として設定する。そして、このサーチ範囲内で、ＰＲＮコードの開始位置（コード位相）を検出するための位相方向の相関演算と、周波数を検出するための周波数方向の相関演算とを行う。サーチ範囲は、例えば、周波数についてはＧＰＳ衛星信号の搬送波周波数である１．５７５４２［ＧＨｚ］を中心とする所定の周波数掃引範囲、位相についてはＰＲＮコードのチップ長である１０２３チップのコード位相範囲内に定められる。

時計部３９は、時刻を計時するクロックであり、計時時刻をホストＣＰＵ４０に出力する。ホストＣＰＵ４０は、時計部３９から出力される計時時刻を用いて位置を算出する。また、ホストＣＰＵ４０は、基地局からアシスト情報として取得した参照時刻、又は、位置算出計算を行うことで得られたクロックバイアス及び時刻誤差に基づいて、時計部３９を較正する。

ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電話機１の各部を統括的に制御するプロセッサーである。また、ホストＣＰＵ４０は、位置算出処理を行って携帯型電話機１の位置を計測して表示部６０に表示させる出力位置を決定し、当該出力位置をプロットしたナビゲーション画面を生成して表示部６０に表示させる。

操作部５０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号をホストＣＰＵ４０に出力する。この操作部５０の操作により、通話要求やメール送受信要求、ナビゲーション画面の表示要求等の各種指示入力がなされる。

表示部６０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ４０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部６０には、ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。

携帯電話用アンテナ６５は、携帯型電話機１の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。

携帯電話用無線通信回路部７０は、ＲＦ変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。

ＲＯＭ８０は、読み取り専用の不揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ４０が携帯型電話機１を制御するためのシステムプログラムや、位置算出機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ９０は、読み書き可能な揮発性の記憶装置であり、ホストＣＰＵ４０により実行されるシステムプログラム、各種処理プログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを形成している。

３．データ構成
図３は、ＲＯＭ８０に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ８０には、ホストＣＰＵ４０により読み出され、メイン処理（図７参照）として実行されるメインプログラム８０１が記憶されている。また、メインプログラム８０１には、位置算出処理（図８及び図９参照）として実行される位置算出プログラム８０１１がサブルーチンとして含まれている。

メイン処理では、ホストＣＰＵ４０は、携帯型電話機１の本来の機能である通話やメールの送受信のための処理を行う他、携帯型電話機１の位置を算出する処理を行う。メイン処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。

位置算出処理とは、ホストＣＰＵ４０が、上述した原理に基づいて位置算出計算を行って携帯型電話機１の位置を算出し、算出位置をプロットしたナビゲーション画面を生成して表示部６０に表示させる処理である。位置算出処理についても、フローチャートを用いて詳細に後述する。

図４は、ＲＡＭ９０に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ９０には、アシストデータ９０１と、初期位置９０３と、位置算出時刻９０５と、メジャメントデータ９０７と、衛星データ９０９とが記憶される。

アシストデータ９０１は、携帯型電話機１の電源投入後の初回の位置算出の場合に、携帯型電話機１の基地局から取得する位置算出用のアシスト情報が記憶されたデータであり、参照位置９０１１と、参照時刻９０１３と、衛星軌道情報９０１５とがこれに含まれる。

参照位置９０１１は、電源投入後の初回の位置算出において携帯型電話機１が初期位置として参照する位置である。参照位置９０１１は、例えば基地局の設置位置とすることができる。

参照時刻９０１３は、電源投入後の初回の位置算出において携帯型電話機１が初期時刻として参照する時刻である。参照時刻９０１３は、例えば基地局の時計が計時している時刻とすることができる。

衛星軌道情報９０１５は、全てのＧＰＳ衛星の概略の衛星軌道のデータであるアルマナックや、各ＧＰＳ衛星それぞれについての詳細な衛星軌道のデータであるエフェメリスである。

初期位置９０３は、ホストＣＰＵ４０が位置算出計算を行う際に使用する計算上の初期位置である。電源投入後の初回の位置算出では、基地局から取得した参照位置９０１１を初期位置９０３として計算を行い、２回目以降の位置算出では、前回の位置算出計算により得られた算出位置を初期位置９０３として計算を行う。

位置算出時刻９０５は、ホストＣＰＵ４０が位置算出計算を行う際に使用する時刻であり、時計部３９から出力される計時時刻である。

図５は、メジャメントデータ９０７のデータ構成の一例を示す図である。メジャメントデータ９０７には、各衛星９０７１それぞれについて、当該衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相が、メジャメント観測値９０７３として対応付けて記憶されている。例えば、衛星「Ｓ１」についてのメジャメント観測値は、受信周波数が「ｆ１」であり、コード位相が「ＣＰ１」である。

図６は、衛星データ９０９のデータ構成の一例を示す図である。衛星データ９０９には、各衛星９０９１それぞれについて、当該衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向が、衛星情報９０９３として対応付けて記憶されている。例えば、衛星「Ｓ１」についての衛星情報は、衛星位置が「（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）」、衛星移動速度が「Ｖ１」、衛星移動方向が「（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１）」である。

４．処理の流れ
図７は、ＲＯＭ８０に記憶されているメインプログラム８０１がホストＣＰＵ４０により読み出されて実行されることで、携帯型電話機１において実行されるメイン処理の流れを示すフローチャートである。

メイン処理は、ホストＣＰＵ４０が、操作部５０を介してユーザーにより電源投入操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理である。また、特に説明しないが、以下のメイン処理の実行中は、ＧＰＳアンテナ１０によるＲＦ信号の受信や、ＲＦ受信回路部２０によるＲＦ信号のＩＦ信号へのダウンコンバージョンが行われ、ＩＦ信号がベースバンド処理回路部３０に随時出力される状態にあるものとする。また、メジャメント取得演算部３３により、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数及びコード位相の算出が随時行われるものとする。

先ず、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してユーザーによりなされた指示操作を判定し（ステップＡ１）、指示操作が通話指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；通話指示操作）、通話処理を行う（ステップＡ３）。具体的には、携帯電話用無線通信回路部７０に無線基地局との間の基地局通信を行わせ、携帯型電話機１と他機との間の通話を実現する。

また、ステップＡ１において指示操作がメール送受信指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；メール送受信指示操作）、ホストＣＰＵ４０は、メール送受信処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、携帯電話用無線通信回路部７０に基地局通信を行わせ、携帯型電話機１と他機との間のメールの送受信を実現する。

また、ステップＡ１において指示操作が位置算出指示操作であると判定した場合は（ステップＡ１；位置算出指示操作）、ホストＣＰＵ４０は、ＲＯＭ８０から位置算出プログラム８０１１を読み出して実行することで、位置算出処理を行う（ステップＡ７）。

図８及び図９は、位置算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ホストＣＰＵ４０は、携帯型電話機１の電源投入後の初回の位置算出であるか否かを判定し（ステップＢ１）、初回の位置算出ではないと判定した場合は（ステップＢ１；Ｎｏ）、ステップＢ９へと処理を移行する。

また、初回の位置算出であると判定した場合は（ステップＢ１；Ｙｅｓ）、ホストＣＰＵ４０は、基地局から参照位置９０１１、参照時刻９０１３及び衛星軌道情報９０１５をアシスト情報として取得し、ＲＡＭ９０にアシストデータ９０１として記憶させる（ステップＢ３）。

そして、ホストＣＰＵ４０は、参照位置９０１１を初期位置９０３としてＲＡＭ９０に記憶させるとともに（ステップＢ５）、参照時刻９０１３を用いてベースバンド処理回路部３０に設けられている時計部３９の時刻を較正する（ステップＢ７）。

その後、ホストＣＰＵ４０は、捕捉対象衛星判定処理を行う（ステップＢ９）。具体的には、時計部３９が計時している時刻である位置算出時刻９０５において、初期位置９０３の天空に位置するＧＰＳ衛星を衛星軌道情報９０１５を用いて判定して、捕捉対象衛星とする。

次いで、ホストＣＰＵ４０は、ステップＢ９で判定した各捕捉対象衛星それぞれについて、ループＡの処理を実行する（ステップＢ１１〜Ｂ２５）。ループＡの処理では、ホストＣＰＵ４０は、当該捕捉対象衛星をベースバンド処理回路部３０に設けられている演算制御部３１に捕捉させる衛星捕捉処理を行う（ステップＢ１３）。

その後、ホストＣＰＵ４０は、メジャメント取得演算部３３から当該捕捉対象衛星のメジャメント観測値９０７３を取得し、当該捕捉対象衛星の番号９０７１と対応付けてＲＡＭ９０にメジャメントデータ９０７として記憶させる（ステップＢ１５）。

そして、ホストＣＰＵ４０は、ＲＡＭ９０に記憶されている衛星軌道情報９０１５及び位置算出時刻９０５を用いて、当該捕捉対象衛星の衛星位置、衛星速度及び衛星移動方向を算出して衛星情報９０９３とし、当該捕捉対象衛星の番号９０９１と対応付けてＲＡＭ９０に衛星データ９０９として記憶させる（ステップＢ１７）。

次に、ホストＣＰＵ４０は、初期位置９０３と当該捕捉対象衛星の衛星位置とを用いて、当該捕捉対象衛星と携帯型電話機１間の予想擬似距離を算出する（ステップＢ１９）。また、ホストＣＰＵ４０は、メジャメントデータ９０７に記憶されている当該捕捉対象衛星のメジャメント観測値のコード位相を用いて、当該捕捉対象衛星と携帯型電話機１間の観測擬似距離を算出する（ステップＢ２１）。

尚、上述した原理説明において予想擬似距離は携帯型電話機１の位置ＡとＧＰＳ衛星ＳＶｊの見かけ上の衛星位置Ｂとの間の距離としたが、携帯型電話機１の位置Ａは未知数であるため、このままでは予想擬似距離を算出することができない。そこで、本実施形態では、初期位置９０３と当該捕捉対象衛星の見かけ上の衛星位置との間の距離を予想擬似距離として算出する。そして、当該予想擬似距離を用いた時刻誤差の算出式を連立させ、収束計算を実行することによって、未知数である携帯型電話機１の位置を算出するようになっている。

その後、ホストＣＰＵ４０は、初期位置９０３から当該捕捉対象衛星の衛星位置に向かう視線方向の単位ベクトルを算出するとともに、携帯型電話機１と当該捕捉対象衛星の相対速度ベクトルを算出する（ステップＢ２３）。そして、ホストＣＰＵ４０は、次の捕捉対象衛星へと処理を移行する。

全ての捕捉対象衛星についてステップＢ１３〜Ｂ２３の処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、ループＡの処理を終了する（ステップＢ２５）。その後、ホストＣＰＵ４０は、捕捉対象衛星の中から基準衛星を１つ決定する（ステップＢ２７）。

次いで、ホストＣＰＵ４０は、基準衛星についての時刻誤差の算出式と、残余の捕捉対象衛星についての時刻誤差の算出式とを連立させて、最小二乗法を用いて収束計算を実行する（ステップＢ２９）。そして、ホストＣＰＵ４０は、収束計算で求められた算出位置でＲＡＭ９０の初期位置９０３を更新する（ステップＢ３１）。また、収束計算で求められたクロックバイアス及び時刻誤差を用いて時計部３９の計時時刻を較正する（ステップＢ３３）。

そして、ホストＣＰＵ４０は、算出位置をプロットしたナビゲーション画面を生成して表示部６０に表示させる（ステップＢ３５）。その後、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してユーザーにより位置算出終了指示操作がなされたか否かを判定し（ステップＢ３７）、なされなかったと判定した場合は（ステップＢ３７；Ｎｏ）、ステップＢ９に戻る。また、位置算出終了指示操作がなされたと判定した場合は（ステップＢ３７；Ｙｅｓ）、位置算出処理を終了する。

図７のメイン処理に戻って、ステップＡ３〜Ａ７の何れかの処理を行った後、ホストＣＰＵ４０は、操作部５０を介してユーザーにより電源切断指示操作がなされたか否かを判定し（ステップＡ９）、なされなかったと判定した場合は（ステップＡ９；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、電源切断指示操作がなされたと判定した場合は（ステップＡ９；Ｙｅｓ）、メイン処理を終了する。

５．作用効果
位置算出装置を具備した携帯型電話機１は、衛星軌道情報に基づいて、位置算出時刻におけるＧＰＳ衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向を含む衛星情報を算出する。また、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ衛星信号を受信して擬似距離を算出する。そして、複数のＧＰＳ衛星に係る、衛星情報と擬似距離とを用いて位置算出時刻に含まれる時刻誤差を求める算出式に基づいて、携帯型電話機１の位置を算出する。この際、複数の測位用衛星に係る時刻誤差の算出式を連立させることで、時刻誤差を未知数から削除する。

時刻誤差は携帯型電話機１の計時時刻に含まれる誤差であり、ＧＰＳ衛星に依らずに一定である。そのため、基準とするＧＰＳ衛星について定式化される時刻誤差の算出式と、残余のＧＰＳ衛星について定式化される時刻誤差の算出式とを連立させることで、時刻誤差を未知数から削除し、時刻誤差を求めることなく携帯型電話機１の位置を算出することが可能となる。また、本実施形態の手法では、従来の手法と比べて未知数が少ない演算となるため、従来の手法よりも演算量を低減させることができる。

また、本実施形態では、携帯型電話機１の時計部３９のクロックバイアスに起因する擬似距離の誤差成分を時刻誤差の算出式に加味するとともに、ＧＰＳ衛星から携帯型電話機１に向かう方向に対する当該ＧＰＳ衛星の速度成分に起因する擬似距離の誤差成分を時刻誤差の算出式に加味することにしている。これにより、想定される誤差成分を適切に考慮して、携帯型電話機１の位置を正確に求めることが可能となる。

６．変形例
６−１．電子機器
本発明は、携帯型電話機の他にも、位置算出装置を備えた電子機器であれば何れの電子機器にも適用可能である。例えば、ノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置、携帯型ナビゲーション装置等についても同様に適用可能である。

６−２．衛星位置算出システム
上述した実施形態では、衛星位置算出システムとしてＧＰＳを例に挙げて説明したが、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛星位置算出システムであってもよい。

６−３．処理の分化
ホストＣＰＵ４０が実行する処理の一部又は全部を、ベースバンド処理回路部３０の演算制御部３１が行う構成としてもよい。例えば、演算制御部３１は、メジャメント取得演算部３３により演算されたメジャメント観測値（受信周波数及びコード位相）を用いて位置算出処理を行って算出位置を求め、ホストＣＰＵ４０に出力する。そして、ホストＣＰＵ４０は、演算制御部３１から入力した出力位置を各種アプリケーションに利用する。

６−４．時計部
上述した実施形態では、ベースバンド処理回路部３０に時計部３９を設けるものとして説明したが、ベースバンド処理回路部３０とは別に時計部を独立して設けることとしてもよい。また、演算制御部３１が、回路動作用のクロック信号に基づいて時刻を計時することで、時計部としての機能を発揮するようにしてもよい。

１携帯型電話機、１０ＧＰＳアンテナ、２０ＧＰＳ受信部、
２１ＲＦ受信回路部、３０ベースバンド処理回路部、３１演算制御部、
３３メジャメント取得演算部、３５ＲＯＭ、３７ＲＡＭ、３９時計部、
４０ホストＣＰＵ、５０操作部、６０表示部、６５携帯電話用アンテナ、
７０携帯電話用無線通信回路部、８０ＲＯＭ、９０ＲＡＭ

Claims

衛星軌道情報に基づいて、位置算出時刻における測位用衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向を含む衛星情報を算出することと、
前記測位用衛星から衛星信号を受信して擬似距離を算出することと、
複数の測位用衛星に係る、前記衛星情報と前記擬似距離とクロックバイアスとを用いて前記位置算出時刻に含まれる時刻誤差を求める算出式を連立させた連立方程式を立てることによって、前記時刻誤差を未知数から削除することと、
前記時刻誤差を未知数から削除した連立方程式を解くことによって、ユーザーの位置を算出することと、
を含む位置算出方法。
前記算出式は、前記測位用衛星から前記ユーザーに向かう方向に対する当該測位用衛星の速度成分を更に用いて前記時刻誤差を求める式である、
請求項１に記載の位置算出方法。
衛星軌道情報に基づいて、位置算出時刻における測位用衛星の衛星位置、衛星移動速度及び衛星移動方向を含む衛星情報を算出する衛星情報算出部と、
前記測位用衛星から衛星信号を受信して擬似距離を算出する擬似距離算出部と、
複数の測位用衛星に係る、前記衛星情報と前記擬似距離とクロックバイアスとを用いて前記位置算出時刻に含まれる時刻誤差を求める算出式を連立された連立方程式を立てることによって、前記時刻誤差を未知数から削除し、前記時刻誤差を未知数から削除した連立方程式を解くことによって、ユーザーの位置を算出する位置算出部と、
を備えた位置算出装置。