JPH04164277A - 移動体の現在位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、移動体の現在位置を測定する装置に関する。

従未肢景 従来、移動体の現在位置を測定する装置として、人工衛
星や地上の基地局などによる複数の位置局によって設定
される座標上における移動体の現在位置を、各位置局の
送信装置から送信されるそれぞれの位置に関するデータ
を移動体に搭載した受信装置によって受信しながら、移
動体と各位置局の相対的な位置関係にしたがう所定の演
算処理によって求めるＧＰＳ　（グローバルポジショニ
ングシステム）航法によるものがある。

しかし、このＧＰＳ航法によるものでは、ＧＰＳ座標上
における絶対位置をその都度精度良く測定することがで
きるが、一箇所において複数の位置局からの送信データ
をそれぞれ受信できることが移動体の現在位置の測定条
件となっており、市街地などで建物などが邪魔して現在
位置の測定条件となる複数の位置局からの送信データを
受信できない場合には移動体の現在位置を測定すること
ができなくなってしまうという問題がある。

そのため従来では、ＧＰＳ航法により移動体の現在位置
を測定するに際して、その測定条件を満たす複数の位置
局からの送信データを受信することができなくなったと
きには、移動体に搭載した距離センサおよび方向センサ
によって移動体の走行距離と進行方向とを検出しながら
、二次元座標上にＪ３ける現在位置を累積的な演算処理
によって求めていく自立慣性航法に切り換えるようにし
ている。

しかし、自立慣性航法によるものではセンサ精度などに
起因した位置誤差が否めず、移動体の走行が進むにした
がってその誤差が累積されてしまい、この自立慣性航法
を長く続けると位置精度がα（下し、てしまうという問
題がある。

最近、このような問題を解決するため、ＧＰＳ航法によ
り移動体の現在位置を測定するに際して、その測定条件
を満たす複数の位置局からの位置データを受信すること
ができない場合であっても、少なくとも１つの位置局か
らの送信データを受信することができる場合には、自立
慣性航法を利用して、移動体の現在位置を測定すること
ができるようにした移動体の現在位置測定装置が開発さ
れている。

それは、ある地点で１つの人工衛星からの送信データを
受信し、その後移動体が走行して他の地点で１つの人工
衛星からの送信データを受信した場合、自立慣性航法に
よってその間の移動体の移動ベクトルを求め、その移動
ベクＩ・ルと各地点で受信されたデータとを用いた演算
処理によって移動体の現在位置を求めるようにしている
（特開昭６１−１３７００９号公報参照）。

しかし、このような測定手段をとるのでは、異なる地点
でそれぞれ１つの人工衛星からの送信データを受信でき
なければＫｉｌ＋定不能になってしまうとともに、何れ
も位置が不確定な２つの観測地点とその各地点において
観測された人工衛星との相対的な位置関係にもとづく演
算処理によって現在位置を求めるようにしているので、
その演算処理か複雑になっている。

目的 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、一箇所で
複数の位置局からの送信データを受信できなくなってＧ
　Ｉ）　Ｓ航法による現在位置の測定条件が満たされな
くなったとき、１つの位置局からの送信データが受信で
きれば自立慣性航法を利用して現在位置の測定を可能に
する際、１地点で１つの位置局からの送信データを受信
するだけで、簡単か演算処理によって移動体の現在位置
を求めることができるようにした移動体の現在位置８１
す定装置を提供するものである。

構ｌ又 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する０、 人工衛星または地上１−の基地局などのＧＰＳ座標上に
設置された１つの位置局からの送信データしか受信でき
ないときの本発明による移動体の現在位置の測定の原理
について、第２図および第３図とともに説明をする。

まず、移動体の走行途中におけるＧＰＳ座標上の基準位
置Ａ　（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）を設定する。

ここでＧＰＳ座標とは、地球の中心を原点とする三次元
座標である。

例えば、この基準位置Ａは、一箇所においてＧＰＳ航法
による測定条件を満たす複数の位置局からの送信データ
を受信したときに従来のＧＰＳ航法によって求められる
移動体の現在位置である。

次いで、その基準位置Ａを初期設定位置として、従来の
自立慣性航法によって移動体の走行にしたがう二次元座
標上における位置を逐次求めていく。

そして、現在位置Ｂ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）においてＧＰＳ座
標上の位置（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）に設置された１つの人
工衛星Ｓが観測されたとき、Ａ、−８間の直線距離Ｉ２
を算出するとともに、そのときの受信データにしたがっ
て現在位置Ｂと人工衛星Ｓとの間の距離りを測定する。

人工衛星Ｓからの送信データは、衛星の位置情報と送信
時刻情報とを含んでおり、そのデータを受信することに
より、その衛星Ｓの位置（Ｘ、ｓ。

ＹＳ、Ｚｓ）を知ることができるとともに、原子時計を
もって所定のタイミングで送信される電波が受信される
までの伝搬遅延時間を計測することによって計測位置と
その衛星Ｓとの間の距離りが求めらオしる。

なお、人工衛星の原子時計と移動体に搭載された受信装
置側の時計とのずれは、以前の一箇所においてＧＰＳ航
法による測定条件を満たす複数の位置局からの送信デー
タを受信したときの状態から推定が可能である。

しかして、測定対象となる未知の移動体の現在位置Ｂ　
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と既知の人工衛星Ｓの位置（ＸＳ、Ｙｓ
、Ｚｓ）才ｊよびその間の距離１つとのあいだで次式が
成立することになる。

Ｄ＝Ｊ（Ｘ　ｓ’−”Ｘ）（”ｉ’　ｓ　−Ｙ）（Ｚ　
ｓ　−Ｚ）−（１）同じく、測定対象となる移動体の現
在位置Ｂ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と既知の基準位置Ａ（Ｘｏ、Ｙ
ｏ。

Ｚｏ）およびその間の距離りとのあいだで次式が成立す
ることになる。

Ｌ　＝　、ｆ　Ｘ　ｏ−Ｘ　　Ｙ　ｏ　−Ｙ■７］＝］
ゴー　（２）ここで、第、３図に示すように、現在位置
Ｂ　（Ｘ。

Ｙ、Ｚ）をＧＰＳ座標上における原点Ｏから距離ｒにあ
る地球ＧＬＢ−ヒの位置とし、その位置Ｂと原点０とを
結ぶ線のＸ軸からの角度をψ、Ｚ軸からの角度をＯとす
ると、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ次式によって与えられる。

Ｘ＝ｒ＋５ＪｎＯ瞥ＣＯ８ψ　　　　　　・◆（３）Ｙ
−ｒ＋５ｉｎＯＴｓ］ｎψ　　　　　　・　（／Ｉ）Ｚ
＝　ｒ　′ｃｏｓＯ−（５） ここで、地球中心の原点Ｏからの距離ｒは、高度側を用
いて測定が可能であり、またはその現在位置Ｂが存在す
る地図の海抜データから得ることが可能である。あるい
は、地球表面に凹凸がないものと擬制して、その距離ｒ
を定数として取り扱うようにしてもよい。

したがって、（３）〜（５）式を用いて極座標−８＝ 変換すると、（］）、（２）式のパラメータは０゜ψの
みとなり、その連立方程式を解くことによって未知数Ｏ
１ψを求めることができ、それにより目的とする移動体
の現在位置Ｂ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が求められる。

その際、（１）、（２）式の連立方程式が２乗の式なの
で方程式の解が２つ求まるが、自立慣性航法によって求
めた移動体の位置を中心とした、その誤差を考慮した一
定の範囲内に入っている解の位置を現在位置とすればよ
い。

なお、基準位置Ａを設定する場合、それが従来の自立慣
性航法によって求められ、かつＧＰＳ座標上の位置に変
換された移動体の位置であってもよい。

また、自立慣性航法によって求められる移動体の位置は
、その位置が求められる際の累積誤差を考慮したうえで
、移動体の走行にしたがって逐次求められる移動体の位
置のデータをメモリに連続的に記憶保持していくことに
より得られる移動体の走行軌跡のパターンと、移動体の
位置が更新的に表示されていく地図上の道路のパターン
とのマツチングがとられて、そのマツチングがとられた
地図の道路上にくるように修正された移動体の位置であ
る。

移動体の走行軌跡と地図上の道路とのパターンのマツチ
ングをとって、累積誤差によって地図上の道路から外れ
た移動体の位置を修正する手段としては、例えば特開平
］、−４１８１．７号公報によって公知となっている手
段が適用される。

また基準位置Ａは、移動体が地上に設置されたサインポ
ストなどの位置標識を通過する際に、その位置標識から
発せられるＧＰＳ座標上の位置信号を受信することによ
って得られる位置であってもよい。

さらに基準位置Ａは、それがＧＰＳ座標上における既知
の位置として、手動によって設定されるようにしてもよ
い。

第１図は本発明による移動体の現在位置測定装置の一実
施例を示すもので、基本的な構成部分が、アンテナＡＮ
Ｔを介してＧＰＳ座標上に複数設置された人工衛星から
の送信データを受信するＧＰＳ受信部１と、一箇所にお
いて受信されたＧＰＳ航法による測定条件を満たす複数
の人工衛星からの送信データにもとづいて移動体の位置
を所定の演算処理によって求めるＧＰＳ航法測定部２と
、そのＧＰＳ航法測定部２によって求められた移動体の
位置を前記基準位置（Ａ）としてその位置のデータをメ
モリ４に格納するメモリ制御部３と、距離センサ６によ
って移動体の走行距離を、方向センサ７によって移動体
の進行方向をそれぞれ検出しながら、メモリ４から読み
出されてメモリ制御部３を通して与えられる位置データ
にしたがう基準位置（Ａ）を初期設定位置として、移動
体の二次元座標上の位置を累積的な演算処理によって逐
次求めて、その求められた位置を前記現在位置（Ｂ）と
して基準位置（Ａ、）との間の直線距離（Ｌ　）を算出
する自立慣性航法測定部５と、ＧＰＳ受信部１から与え
られる１つの人工衛星における受信データ、メモリ制御
部３から与えられる基準位置（Ａ）のデータ、自立慣性
航法測定部５から与えられる距離（Ｌ）のデータおよび
移動体に搭載した高度計測部９から与えられる高度のデ
ータにしたがって、前述したように現在位！　（Ｂ）と
そのとき観測されている１つの人工衛星（Ｓ）との間の
距離（Ｄ）および地球中心からの現在位置までの距離ｒ
をそれぞれ求めたうえて、前記（１）、（２）式にもと
づく連立方程式を解くための所定の演算処理をなして現
在位置（Ｂ）を求める複合演算処理部８とによって構成
されている。

また、基準位置設定部１０が設けられており、前述した
ように、サインポストなどの位置標識から発せられるＧ
ＰＳ座標」二の位置信号を受信することによって、薫た
は手動操作によって、あるいは前記マツプマツチングの
手段によって基準位置（Ａ）を設定することができるよ
うになっている。

そして、メモリ制御部３の制御下において、Ｇｐｓ航法
測定部２で基準位置が求められ、基準位置設定部１０で
基準位置が設定されるたびに、その位置データがメモリ
４に更新的に記憶される。

また、この実施例では、複合演算処理部８からＵ、えら
れる現在位置のデータＰＤＩ、ＧＰＳ航法測定部２から
与えられる現在位置のデータＰ　Ｉ）　２、または自立
慣性航法測定部５から与えられる現在位置（ＧＰＳ座標
上の位置に変換されている）のデータＰＤ３にしたがっ
て、表示部１２の画面に写し出された道路地図上に移動
体の現在位置を表示させる表示制御部１１が設けられて
いる。

表示制御部１１は、操作部１３から入力される地図およ
びその表示縮尺率の選択指定に応じて記憶媒体再生部１
４を介してＣＤ−’ＲＯＭなどの地図情報記憶媒体１５
から地図情報を選択的に読み出して表示部１２の画面に
所定の地図面像を写し出すとともに、その画面に写し出
された地図」−にその縮尺率にしたがって移動体の現在
位置を更新的に表示させていく。

なお、各構成部の動作およびその間における各種データ
の授受は、図示しないＣＰＵ　（マイクロコンピュータ
）を用いたプログラム制御によって集中的に行われる。

また、各構成部の演算処理をマイクロコンピュータによ
って実行させるようにしてもよいことはいうまでもない
。

このように構成された移動体の現在位置測定装置の動作
について、第４図のフローチャー１〜とともに、以下説
明する。

移動体の初期設定位置からの走行に際して、自立慣性航
法測定部５において、移動体の走行にしたがう現在位置
の算出が行われる（ステップ１）。

その際、人工衛星を全く観測できず、ＧＰＳ受信部Ｉに
ゼいて人工衛星からの送信データが受信されない場合に
は、自立慣性航法測定部５によって求められた現在位置
のデータが表示制御部１．１に与えられて、表示部１２
に自立慣性航法による移動体の現在位置表示がなされる
（ステップ２）。

また、その際、ＧＰＳ受信部Ｉにおいて、ＧＰＳ航法に
よる測定条件を満たす３つ以上の人工衛星からの送信デ
ータが受信された場合、ＧＰＳ航法測定部２において移
動体の現在位置が求められ、その現在位置のデータが表
示制御部１１に与えられて、表示部Ｉ２にＧＰＳ航法に
よる移動体の現在位置表示がなされる（ステップ３，４
）。

以後、そのＧＰＳ航法によって求められた移動体の現在
位置を初期設定位置として、自立慣性航法による移動体
の現在位置の算出およびその表示が継続して行われる。

また、その際、ＧＰＳ受信部１において、１つまたは２
つの人工衛星からの送信データが受信された場合、複合
演算処理部８において移動体の現在位置が求められ、そ
の現在位置のデータが表示制御部１１に与えられて、表
示部１２に本発明によるＧＰＳ航法と自立慣性航法とを
組み合せた複合的な演算処理による移動体の現在位置表
示がなされる（ステップ５，６）。

以後、その複合演算処理によって求められた移動体の現
在位置を初期設定位置として、自立慣性航法による移動
体の現在位置の算出およびその表示が継続して行われる
。

一沈果 以−１−１本発明による移動体の現在位置測定装置Ｌ：
あって＋ｊ、一箇所で複数の人工＃ｆ星などのｃＪ）Ｓ
座標」二に設置された位置局からの送信データを＝１５
− 受信できなくなってＧＰＳ航法による現在位置の測定条
件が満たされなくなったときでも、ＧＰＳ座標上に基準
位置を設定して、その基準位置から現在位置に至るまで
の間の直ｍ距離を自立慣性航法によって求めるようにす
ることにより、１地点において１つの位置局からの送信
データを受信できれば現在位置の測定が可能になり、Ｇ
ＰＳＰＩ５．標」二における位置がそれぞれ既知の基準
位Ｗおよび位置局と未知の現在位置との相対的な位置関
係にもとづく簡単な演算処理によって、現在位置を容易
にかつ精度良く求めることができるという優れた利点を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による移動体の現在位置測定装置の一実
施例を示すブロック構成図、第２図はＧＰＳ座標上にお
ける基準位置、人工衛星および現在位置の位置関係を示
す図、第３図は地球の中心を原点としたＧＰＳ座標上の
現在位置を示す図、第４図は同実施例における処理のフ
ローチャー１・である。 １・Ｇｌ’Ｓ受信部　２・・Ｇ　Ｐ　Ｓ航法測定部　：
３メモリ制御部　４　・メモリ　５・・自立慣性航法測
定部　６・・・距離センサ　７・・・方向センサ　８・
複合演算処理部　９・・高度側測部　１０・・基準位置
設定部　１１・・・表示制御部　１２・・・表示部　１
３−・操作ｆｆ１ｌｌ／ｌ・・・記憶媒体再生部　１５
　地図情報記憶媒体　Ａ・・・基準位置　Ｂ　現在位置
　Ｓ・・人工衛星

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＧＰＳ座標上の基準位置を設定する手段と、自立慣
   性航法によって移動体が前記基準位置を通って現在位置
   に至るまでの間の直線距離を求める手段と、人工衛星ま
   たは地上の基地局などの前記座標上に設置された１つの
   位置局から送信されるデータを受信して、その局の位置
   およびその位置局と現在位置との間の距離を求める手段
   と、前記基準位置、前記局の位置、基準位置と現在位置
   との間の直線距離および前記位置局と現在位置との間の
   距離にしたがって前記座標上の現在位置を演算処理によ
   って求める手段とによって構成された移動体の現在位置
   測定装置。 ２、基準位置が、一箇所において複数の位置局から送信
   されるデータを受信したときにＧＰＳ航法によって求め
   られる移動体の位置であることを特徴とする前記第１項
   の記載による移動体の現在位置測定装置。 ３、基準位置が、自立慣性航法によって求められ、かつ
   ＧＰＳ座標上の位置に変換された移動体の位置であるこ
   とを特徴とする前記第１項の記載による移動体の現在位
   置測定装置。 ４、基準位置が、地上に設置されたサインポストなどの
   位置標識を移動体が通過する際に、その位置標識から発
   せられる位置信号を受信することによって得られる位置
   であることを特徴とする前記第１項の記載による移動体
   の現在位置測定装置。 ５、基準位置が、ＧＰＳ座標上における既知の位置とし
   て手動によって設定されることを特徴とする前記第１項
   の記載による移動体の現在位置測定装置。 ６、ＧＰＳ座標上の現在位置を求めるための演算処理が
   、１つの位置局の位置、現在位置およびその間の距離に
   よって成立する第１の式と、基準位置、現在位置および
   その間の直線距離によって成立する第２の式とによる連
   立方程式の解を求めるものであることを特徴とする前記
   第１項の記載による移動体の現在位置測定装置。