JP2001305210A

JP2001305210A - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2001305210A
Application number: JP2000124935A
Authority: JP
Inventors: Wakio Yamada; 和喜男山田; Junichi Suzuki; 淳一鈴木; Takuya Suefuji; 卓也末藤; Masahito Fukuda; 正仁福田; Ikuo Tsujimoto; 郁夫辻本; Kenji Okuno; 健治奥野; Kazuhiro Kawamoto; 和宏川本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ＧＰＳ技術とＰＨＳ公衆網におけるＰＨＳ端末
の位置検出技術とを併用することにより比較的高い精度
で受信位置を測位することを可能にする。【解決手段】ＧＰＳ受信部１２はＧＰＳ衛星からのＧＰ
Ｓ信号を受信し、ＰＨＳ受信部２２はＰＨＳ基地局２と
の交信が可能になっている。ＧＰＳ測位演算部１３で
は、ＧＰＳ受信部１２で受信した３個以上のＧＰＳ衛星
からのＧＰＳ信号により測位位置に関する第１の確率密
度関数を求める。また、ＰＨＳ電波強度測定部２３で
は、ＰＨＳ受信部２２が交信しているＰＨＳ基地局２の
位置と受信強度とに基づいて測位位置に関する第２の確
率密度関数を求める。現在位置推定部３１では、第１お
よび第２の確率密度関数から最尤値が得られる位置を求
めて測位位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳ衛星からの
ＧＰＳ信号およびＰＨＳ公衆網を併用することによって
受信位置を測位する位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球を周回する複数個の人工衛星
から送信される衛星信号を受信することにより、受信位
置を測定する測位システムが普及してきている。この種
の測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning S
ystem）が広く知られている。ＧＰＳに用いる受信装置
では、図８に示すように、ＧＰＳアンテナ１１によって
人工衛星（以下、「ＧＰＳ衛星」という）からのＧＰＳ
信号を受信し、ＧＰＳ受信部１２においてＧＰＳ信号を
捕捉するとともに、航法データ（航法メッセージ）を復
調することによってＧＰＳ信号を送信したＧＰＳ衛星を
特定する。受信装置では、３個以上（一般には４個以
上）のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に受信し、Ｇ
ＰＳ受信部１２からの出力は測位演算処理部１３′に入
力され、測位演算処理部１３′では、航法メッセージか
ら求めた各ＧＰＳ衛星の位置情報および時刻情報と、各
ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の送信時刻と受信時刻との
時間差（到達時間データ）と、受信周波数とに基づいて
各ＧＰＳ衛星までの疑似距離およびドップラーシフトを
算出し、これらと受信装置内のクロック信号の誤差（つ
まり、各疑似距離に等しく含まれる誤差であるクロック
バイアス）を含めて受信位置を２次元的ないし３次元的
に決定する。こうして求めた測位位置は現在位置出力部
６を通して出力される。

【０００３】ところで、受信装置においてＧＰＳ信号を
受信しているＧＰＳ衛星の幾何学的配置により測位誤差
の大きさが変化することが知られている。また、ＧＰＳ
信号には精度劣化信号が含まれているから、ＧＰＳ信号
のみで測位すれば１００ｍ程度の誤差が含まれることに
なる。しかも、ＧＰＳ技術によって受信位置を測位する
には、３個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に
受信する必要があるが、市街地などではビルや高架によ
ってＧＰＳ信号が遮られ、３個以上のＧＰＳ衛星からの
ＧＰＳ信号を同時に受信するという条件が満たされない
場合がある。

【０００４】一方、ＰＨＳ公衆網においてはＰＨＳ端末
の位置を求める技術が用いられており、この技術におい
ては位置を特定しようとするＰＨＳ端末と交信している
ＰＨＳ基地局のＩＤ番号（ＣＳ−ＩＤ）をセンタ局に送
信することによって、ＰＨＳ基地局がＰＨＳ端末と交信
可能な範囲程度の精度で位置情報を得ることが可能にな
っている。また、位置を特定しようとするＰＨＳ端末が
複数のＰＨＳ基地局と交信可能である場合には、ＰＨＳ
端末と交信可能なＰＨＳ基地局により囲まれる範囲内に
ＰＨＳ端末が存在するものと判断することができる。た
とえば、ＰＨＳ端末と交信可能なＰＨＳ基地局が２個で
あれば両ＰＨＳ基地局を結ぶ直線を直径とする円内と
し、３個であればすべてのＰＨＳ基地局を通る円内、あ
るいはＰＨＳ基地局を頂点とする三角形内などとする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、ＰＨＳ端末の位置を求める技術は、ＰＨＳ基地局
の位置に対してＰＨＳ端末との交信が可能な範囲程度の
精度しか得られないものであり、通常は１００〜５００
ｍ程度の誤差を含むものである。また、ＧＰＳによる位
置の測定精度は３個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号
を同時に受信することができるときには１００ｍ前後の
精度での測位が可能であるが、上述したように市街地で
は３個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に受信
できない場合も多い。

【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、ＧＰＳ技術とＰＨＳ公衆網における
ＰＨＳ端末の位置検出技術とを併用することにより比較
的高い精度で受信位置を測位することを可能にした位置
検出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ＧＰ
Ｓ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部と、Ｐ
ＨＳ基地局との交信が可能なＰＨＳ受信部と、ＧＰＳ受
信部で受信したＧＰＳ信号により求めたＧＰＳ衛星まで
の疑似距離とＰＨＳ受信部を通して求めたＰＨＳ基地局
の位置とから尤度が最大になる測位位置を求める測位演
算処理部とを備えるものである。この構成によれば、Ｇ
ＰＳ衛星からのＧＰＳ信号から得られる位置情報だけで
はなくＰＨＳ基地局との交信により得られる位置情報も
併せて用いるから、ＧＰＳ信号のみで位置が検出できる
場合には測位位置をより高い精度で求めることが可能に
なる。また、ＧＰＳ信号のみでは位置が検出できない場
合でもＰＨＳ基地局との交信によって得た位置情報を加
味することで測位位置を求めることが可能になる場合が
ある。たとえば、市街地などで２個のＧＰＳ衛星からし
かＧＰＳ信号が得られない場合であってもＰＨＳ基地局
との交信が可能であれば、定点の位置情報を３個以上得
ることが可能になり、測位位置を２次元的に特定できる
ことになる。つまり、測位可能性を高めることができ
る。一方、ＰＨＳ基地局の設置数が少ない郊外などで
は、３個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信でき
る可能性が高いから、ＧＰＳ信号のみで測位が可能にな
る。このように、市街地と郊外とにかかわらず測位位置
の特定が可能になる。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で受信した３
個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により測位位置に
関する第１の確率密度関数を求めるＧＰＳ測位演算部
と、ＰＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位置と
受信強度とに基づいて測位位置に関する第２の確率密度
関数を求めるＰＨＳ電波強度測定部と、第１および第２
の確率密度関数から最尤値が得られる位置を求めて測位
位置とする現在位置推定部とから成るものである。この
構成によれば、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号のみで測位
位置を特定できる場合において、ＰＨＳ基地局との交信
で得られる位置情報を加味することで測位精度を高める
ことが可能になる。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で受信した複
数個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により各ＧＰＳ衛星
までの疑似距離をそれぞれ求める疑似距離計測部と、Ｐ
ＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位置と受信強
度とに基づいて既知位置のＰＨＳ基地局までの距離を求
めるＰＨＳ電波強度測定部と、測位位置の緯度および経
度とクロックバイアスとを未知数とし、測位位置と各Ｇ
ＰＳ衛星との疑似距離およびＰＨＳ基地局までの距離
と、推定される測位位置に対する各ＧＰＳ衛星およびＰ
ＨＳ基地局の方向余弦ベクトルとで得られる非線形連立
方程式の最小２乗推定量として未知数である測位位置の
緯度および経度とクロックバイアスとを求める最小２乗
収束演算測位位置計算部とから成るものである。この構
成によれば、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号のみでは測位
位置を特定することができない場合でも、ＰＨＳ基地局
との交信により得られる位置情報を加えることで測位位
置を特定することが可能になる。つまり、市街地などに
おいて２個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号しか受信でき
ないような場合でもＰＨＳ基地局との交信が可能であれ
ば、測位位置を求めることが可能になる。

【００１０】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、疑似距離計測部で求めた各ＧＰＳ衛星までの疑似距
離に等しい重み係数を乗算する第１の重みづけ部と、Ｐ
ＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ基地局までの距離に
重み係数を乗算する第２の重みづけ部を設け、重みづけ
された値を最小２乗収束演算測位位置計算部に与えるも
のである。この構成によれば、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ
信号から得られる疑似距離とＰＨＳ基地局との交信によ
って得られるＰＨＳ基地局までの距離との精度の相違を
重みづけによって軽減することができ、より信頼性の高
い測位が可能になる。

【００１１】請求項５の発明は、請求項３の発明におい
て、疑似距離計測部で求めた各ＧＰＳ衛星までの疑似距
離にそれぞれ個別に重み係数を乗算する第１の重みづけ
部と、ＰＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ基地局まで
の距離に重み係数を乗算する第２の重みづけ部を設け、
重みづけされた値を最小２乗収束演算測位位置計算部に
与えるものである。この構成によれば、ＧＰＳ衛星から
のＧＰＳ信号から得られる疑似距離とＰＨＳ基地局との
交信によって得られるＰＨＳ基地局までの距離との精度
の相違を重みづけによって軽減することができるのはも
ちろん、各ＧＰＳ衛星ごとに異なる疑似距離の精度の相
違についても重みづけによって軽減することができるか
ら、より信頼性の高い測位が可能になる。

【００１２】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で受信した複
数個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により各ＧＰＳ衛星
までの疑似距離をそれぞれ求める疑似距離計測部と、Ｐ
ＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位置と受信強
度とに基づいて既知位置のＰＨＳ基地局までの距離を求
めるＰＨＳ電波強度測定部と、疑似距離計測部で求めた
疑似距離およびＰＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ基
地局までの距離にＧＰＳ信号を受信するＧＰＳアンテナ
およびＰＨＳ基地局と交信するＰＨＳアンテナを搭載し
た移動体の動特性を加味してカルマンフィルタにより測
位位置の緯度および経度とクロックバイアスとを求める
カルマンフィルタ測位位置計算部とから成るものであ
る。この構成によれば、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の
みで測位位置を特定できる場合において、ＰＨＳ基地局
との交信で得られる位置情報を加味することで測位精度
を高めることが可能になる。しかも、移動体に搭載され
測位位置が時々刻々変化する場合でも精度のよい測位が
可能になる。

【００１３】請求項７の発明は、請求項６の発明は、前
記カルマンフィルタ測位位置計算部で用いる測位位置の
初期推定値をＰＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局
の位置とするものである。この構成によれば、初期推定
値が大幅にずれることがなく、立ち上がりから短時間で
精度のよい測位が可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本実施形態
では、ＧＰＳ技術のみでも受信位置の測位が可能な場
合、つまり、３個以上（３次元的に測位する場合には４
個以上）のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に受信す
ることができることを前提とし、ＰＨＳ端末の位置を特
定する技術を併用することによって測位精度を高める例
を示す。

【００１５】すなわち、ＧＰＳ技術においては受信装置
においてＧＰＳ信号を受信しているＧＰＳ衛星の幾何学
的配置により測位誤差の大きさが変化することが知られ
ている。この種の測位誤差は受信装置からＧＰＳ衛星ま
での距離のばらつきが大きいほど大きくなり、水平面上
では誤差の分布が楕円状をなすことが知られている。こ
のことは、受信装置から見た各ＧＰＳ衛星の方向を成分
とする行列（観測行列という）の数学的性質から導き出
され、誤差が分布する楕円を誤差楕円と呼んでいる（図
２に誤差楕円Ｅ１を例示している）。すなわち、楕円の
長径方向においては測位の誤差が大きく、楕円の短径方
向においては誤差が小さいことになる。また、誤差楕円
Ｅ１の中心をＧＰＳ信号により求めた位置Ｐ１とするこ
とができる。

【００１６】一方、ＰＨＳ技術を用いた測位では、従来
構成として説明したように、ＰＨＳ基地局とＰＨＳ端末
との交信範囲程度の精度での測位が可能であって、さら
にＰＨＳ基地局からの電波の出力は既知であるから、Ｐ
ＨＳ端末において受信する電波の電界強度を加味すれ
ば、ＰＨＳ端末が存在する範囲を狭めることが可能にな
る。ここでは、ＰＨＳ基地局とＰＨＳ端末との交信範囲
をＰＨＳ基地局を中心とする円で近似する。実際には建
造物などの影響によって交信範囲は円形にはならない
が、近似モデルとしては比較的よいモデルであると言え
る。つまり、ＰＨＳ端末での受信強度（電波の電界強
度）を加味すれば、ＰＨＳ端末が存在すると推定される
範囲は円環状の範囲になる。たとえば、図２においてＰ
ＨＳ基地局の位置をＰ２とし、ＰＨＳ端末との交信範囲
をＤ２とするとき、電界強度から求められるＰＨＳ端末
の存在範囲をＥ２で表される円環状の範囲と推定するこ
とができる。

【００１７】以上のことから、ＧＰＳ信号を受信する受
信装置とＰＨＳ端末とが同じ位置に存在し、かつ誤差楕
円Ｅ１とＰＨＳ端末の存在範囲Ｅ２とが図２のように表
されるとすれば、誤差楕円Ｅ１と存在範囲Ｅ２との重複
する範囲内に求める位置が含まれている可能性が高いと
言える。ここで、誤差楕円Ｅ１と存在範囲Ｅ２とには位
置を変数とする確率密度関数を設定することが可能であ
るから、両者の重複する範囲において存在確率がもっと
も高い位置を求めれば、よい精度で位置を求めることが
可能になる。つまり、図３に示すように、ＧＰＳ技術に
よって推定される受信装置の位置（つまり、測位位置）
に対して受信装置が存在する確率に関する確率分布関数
がＰＤ１であり、ＰＨＳ基地局の位置がＰ１であるとき
のＰＨＳ端末での受信強度から得られるＰＨＳ端末の位
置に対してＰＨＳ端末が存在する確率に関する確率分布
関数がＰＤ２であるとすると、両確率分布関数ＰＤ１，
ＰＤ２から最尤値が得られる位置を求める位置Ｐ０とす
ることができるのである。

【００１８】以下では、上述した原理を実現する装置に
ついて説明する。図１に示すように、本実施形態におけ
る位置検出装置１は、ＧＰＳ受信装置とＰＨＳ端末との
機能を備えるものである。すなわち、位置検出装置１
は、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳアンテナ１１と、ＧＰ
Ｓ信号から航法データを復調するとともに受信周波数を
求めるＧＰＳ受信部１２と、ＰＨＳ基地局２からの電波
を受信するためのＰＨＳアンテナ２１と、ＰＨＳ基地局
からの受信信号から位置データを復調するＰＨＳ受信部
２２とを備える。ＰＨＳ受信部２２はＰＨＳ基地局２と
の間で下り信号だけではなく上り信号も扱うことができ
るように構成されている。ＧＰＳ受信部１２の出力はＧ
ＰＳ測位演算部１３に入力されて受信位置が測位され
る。ただし、この受信位置は誤差楕円Ｅ１（つまり、確
率密度関数ＰＤ１）として表される。

【００１９】一方、ＰＨＳ基地局２は公衆網３を介して
センタ局４と接続されている。ＰＨＳ受信部２２ではＰ
ＨＳ基地局２と交信可能であるときに、そのＰＨＳ基地
局２の識別番号（ＣＳ−ＩＤ）を知ることができる。ま
た、センタ局４では各ＰＨＳ基地局２のＣＳ−ＩＤと、
その設置位置とをデータベースとして保有している。し
たがって、ＰＨＳ受信部２２はセンタ局４に接続し、Ｐ
ＨＳ基地局２との交信によって知ったＣＳ−ＩＤをセン
タ局４に送信することで、当該ＰＨＳ基地局２の位置情
報を公衆網３を通してセンタ局４から受け取る。ＰＨＳ
基地局２の位置情報は緯度と経度とを示すデータであっ
て、ＰＨＳ基地局２の位置情報がわかればＰＨＳ受信部
２２の受信位置を大略知ることができる。さらに、ＰＨ
Ｓ受信部２２ではＰＨＳ基地局２からの受信信号をＰＨ
Ｓ電波強度測定部２３に入力し、ＰＨＳ基地局２から受
信した電波の電界強度をＰＨＳ電波強度測定部２３によ
って測定する。ここで、各ＰＨＳ基地局２からの電波の
出力電力は既知であるから、３次元空間に放射された電
波の距離に対する減衰特性に当てはめることによって、
ＰＨＳ電波強度測定部２３で測定した電界強度をＰＨＳ
基地局２からの距離に換算することができる。すなわ
ち、上述した円環状の存在範囲Ｅ２（つまり、確率密度
関数ＰＤ２）を求めることができる。ただし、市街地な
どでは建造物などによって電波が反射されるから、円環
状の存在範囲Ｅ２を正確に設定することはできないが、
簡易的にはＰＨＳ基地局２の位置を中心とし、受信電波
の電界強度を距離に換算した円環状の存在範囲Ｅ２を設
定することでＰＨＳ受信部２２の存在する範囲を比較的
よい精度で推定することが可能である。また、ここでは
位置検出装置が地上に存在するものと仮定している。

【００２０】上述したＧＰＳ測位演算部１３とＰＨＳ電
波強度測定部２３とは現在位置推定部３１とともに測位
演算処理部５を構成しており、ＧＰＳ測位演算部１３と
ＰＨＳ電波強度測定部２３とにおいてそれぞれ求めた確
率密度関数ＰＤ１，ＰＤ２を現在位置推定部３１に入力
し、現在位置推定部３１において２つの確率密度関数Ｐ
Ｄ１，ＰＤ２から受信位置の存在確率の最尤値を求め、
最尤値が得られる位置を、現在位置出力部６を通して出
力するのである。つまり、ＧＰＳ技術から得られる誤差
楕円Ｅ１の範囲のみに基づいて測位位置を求める場合
や、ＰＨＳ技術から得られる存在範囲Ｅ２のみに基づい
て測位位置を求める場合に比較すると、高い信頼度で測
位位置を求めることができる。

【００２１】（第２の実施の形態）本実施形態は、測位
に必要な個数のＧＰＳ衛星よりも少ない個数のＧＰＳ衛
星からのＧＰＳ信号しか受信することができない場合に
おいて、ＰＨＳ技術を併用することで測位を可能とする
ものである。たとえば、３次元的に測位するには４個以
上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を同時に受信する必要
があるが、３個以下のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号しか
受信することができなければ２次元的にしか測位するこ
とはできない。また、２個以下のＧＰＳ衛星からのＧＰ
Ｓ信号しか受信できなければＧＰＳ技術を用いるだけで
は、２次元的にも測位することはできないことになる。

【００２２】以下では２次元的に測位しようとする場合
について、２個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号しか受信
できない場合を想定して説明する。図４に示すように、
本実施形態では、第１の実施の形態におけるＧＰＳ測位
演算部１２に代えて疑似距離計測部１４を設け、現在位
置推定部３１に代えて最小２乗収束演算測位位置計算部
３２を設けている。最小２乗収束演算測位位置計算部３
２での処理については後述する。

【００２３】まず、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に基づ
く処理について説明する。ＧＰＳ信号はＧＰＳアンテナ
１１で受信されＧＰＳ受信部１２に入力され、ＧＰＳ受
信部１２で復調された航法メッセージなどが疑似距離計
測部１４に入力される。疑似距離計測部１４では各ＧＰ
Ｓ衛星までの疑似距離をそれぞれ求める。ただし求めた
疑似距離はＧＰＳ受信部２２のクロックバイアスを含ん
でいる。

【００２４】一方、ＰＨＳ受信部２２では、第１の実施
の形態と同様に、ＰＨＳアンテナ２１で受信しているＰ
ＨＳ基地局２からの電波に相当する受信信号をＰＨＳ電
波強度測定部２３に入力する。したがって、ＰＨＳ電波
強度測定部２３では、受信信号の電界強度を距離に換算
する。また、ＰＨＳ受信部２２ではセンタ局４に問い合
わせることによってＰＨＳ基地局２の位置情報を求める
ことができる。

【００２５】上述のようにして２個のＧＰＳ衛星までの
疑似距離とＰＨＳ基地局までの距離（推定距離）とが求
まれば、測位位置の緯度Ｌａｔおよび経度ＬｏｎとＧＰ
Ｓ受信部２２のクロックバイアスＴとの３つの未知数に
対して、数１に示す連立方程式を設定することができ
る。

【００２６】

【数１】

【００２７】数１において、ＧＰＳ＿ｐｒ１およびＧＰ
Ｓ＿ｐｒ２は疑似距離計測部１４で求めた２個のＧＰＳ
衛星までのそれぞれの疑似距離、ＰＨＳ＿ｒはＰＨＳ電
波強度測定部２３で求めたＰＨＳ基地局２までの推定距
離である。また、Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ
３１，Ｈ３２は、位置検出装置１から各ＧＰＳ衛星およ
びＰＨＳ基地局２との幾何学的位置関係によって決定さ
れる方位の方向余弦である。上述の演算は繰り返し行わ
れており、方向余弦は推定される前回の受信位置と現在
の衛星位置との間の距離との差から求められる。ＧＰＳ
技術においては方向余弦行列を求める技術は周知であ
り、ＰＨＳ基地局２に関する方向余弦も同様にして求め
ることができる。また、数１におけるΔは前回の値との
差分を意味する。

【００２８】数１に示す連立方程式は非線形連立方程式
であって解を一意には決定できないから、最小２乗収束
演算を行うことによって（つまり、最小２乗推定量とし
てΔＸを求めることによって）、未知数である測位位置
の緯度および経度とクロックバイアスとの最尤推定値を
求める。この演算は最小２乗収束演算測位位置計算部３
２で行う。求めた測位位置は現在位置出力部６を通して
出力される。他の構成および動作は第１の実施の形態と
同様である。

【００２９】（第３の実施の形態）本実施形態は、２次
元的に測位する場合について第１の実施の形態と同様に
３個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信可能である場
合について、第１の実施の形態よりもさらに高精度で測
位位置を求めることができるようにした例を示す。本実
施形態は、ＧＰＳ技術を用いて得られる測位位置と、Ｐ
ＨＳ技術を用いて得られる測位位置との信頼性の相違を
考慮したものである。すなわち、第１の実施形態および
第２の実施の形態でも説明したように、ＧＰＳ技術とＰ
ＨＳ技術とを併用して求める測位位置は最尤値として確
率的に求めているから、信頼性の異なる値を同じ重みで
組み合わせて用いると、測位位置の精度が低下する可能
性がある。

【００３０】そこで、本実施形態では、ＧＰＳ技術によ
り得られる情報と、ＰＨＳ技術により得られる情報とに
対して数２のような形でそれぞれ重みづけを行い、重み
づけを行った値を用いて最尤値としての測位位置を求め
るのである。

【００３１】

【数２】

【００３２】ただし、数２において、ｗ＿ｇは各ＧＰＳ
衛星までの疑似距離の推定誤差分散の逆数であり、ｗ＿
ｐｈｓはＰＨＳ基地局２までの推定距離の推定誤差分散
の逆数である。

【００３３】すなわち、図５に示すように、測位演算処
理部５では、第２の実施の形態と同様の疑似距離計測部
１４およびＰＨＳ電波強度測定部２３を設けて、それぞ
れ各ＧＰＳ衛星までの疑似距離とＰＨＳ基地局２までの
推定距離を求める。こうして求めた疑似距離および推定
距離に対して最小２乗収束演算を適用すれば、測位位置
を最尤値として求めることができるのであるが、本実施
形態では、疑似距離および推定距離から測位位置を直接
求めるのではなく、疑似距離と推定距離とにそれぞれ適
宜の重み係数を乗算する重みづけ部１５，２５を設けて
おき、重みづけを行った後の値に最小２乗収束演算を施
すようにしてある。したがって、本実施形態において
は、重みづけ部１５，２５の出力に対して最小２乗収束
演算を行って測位位置を求める最小２乗収束演算測位位
置計算部３３を設け、最小２乗収束演算測位位置計算部
３３で求めた測位位置は現在位置出力部６を通して出力
される。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様
である。

【００３４】（第４の実施の形態）第３の実施の形態で
は、各ＧＰＳ衛星までの疑似距離に対して同じ重み係数
ｗ＿ｇを乗じているが、数３のように、各ＧＰＳ衛星ま
での疑似距離に対してそれぞれ異なる重み係数ｗ＿ｇ
１，ｗ＿ｇ２，ｗ＿ｇ３を乗じるようにすれば、さらに
高い精度で測位位置を求めることが可能になる。各ＧＰ
Ｓ衛星について求める重み係数は、各ＧＰＳ信号の受信
強度に応じた信頼性に基づいて設定される。すなわち、
受信したＧＰＳ信号に含まれるＣ／Ｎ（キャリアノイズ
比）が大きいほど誤差分散が小さいものとして各重み係
数ｗ＿ｇ１，ｗ＿ｇ２，ｗ＿ｇ３をそれぞれ設定する。

【００３５】

【数３】

【００３６】ただし、数３において、ｗ＿ｇ１，ｗ＿ｇ
２，ｗ＿ｇ３は各ＧＰＳ衛星までのそれぞれの疑似距離
の推定誤差分散の逆数であり、ｗ＿ｐｈｓはＰＨＳ基地
局２までの推定距離の推定誤差分散の逆数である。

【００３７】本実施形態では、図５に示した第３の実施
の形態の構成に対して重みづけ部１５で各疑似距離ごと
に設定した重み係数を乗じる点のみが相違し、他の構成
および動作は第３の実施の形態と同様である。

【００３８】（第５の実施の形態）本実施形態は、測位
位置が時々刻々変化する場合、つまり移動体で測位する
のに適した構成例を示す。ここでは、移動体の動特性を
考慮し、第１の実施の形態における現在位置推定部３１
に代えて図６のようにカルマンフィルタ測位位置計算部
３４を用いる。カルマンフィルタ測位位置計算部３４
は、カルマンフィルタを用いて測位位置を求めるもので
あって、数４に示す演算処理を行うように構成されてい
る。また、移動体ダイナミクスパラメータ記憶部３５を
設けて移動体の動特性をカルマンフィルタに与えるよう
に構成してある。ここで、観測値については第４の実施
の形態と同様に、受信強度に応じた観測値の信頼性を考
慮する。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様
である。

【００３９】

【数４】

【００４０】（第６の実施の形態）本実施形態は、第５
の実施の形態と同様にカルマンフィルタ測位位置計算部
３４を備えるものである。ただし、図７のように、ＰＨ
Ｓ受信部２２から出力されるＰＨＳ基地局２の位置情報
をカルマンフィルタの初期推定値として与えるために初
期推定値入力部３６を設けている。

【００４１】一般に、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に基
づいて求めた疑似距離を用いて測位する場合に、カルマ
ンフィルタの初期推定値を真の位置とは大きく異なる位
置に設定していると、ＧＰＳ衛星が大きな誤差を発生す
るような位置関係であるような条件下では、正規分布す
る定常的なノイズとは異なった突発的な計測ノイズによ
って真の位置とは大きく離れた位置に測位してしまうと
いう現象がまれに発生し、誤差劣化の一因となることが
ある。

【００４２】本実施形態では、カルマンフィルタ測位位
置計算部３４における測位位置の初期推定値としてＰＨ
Ｓ基地局２の位置を用いることによって、カルマンフィ
ルタ測位位置計算部３４で求めた測位位置（測位解）
が、初期推定値として入力したＰＨＳ基地局２の位置か
ら大きく離れ、明らかに受信エリア外と考えられるよう
な測位解が得られたときに、異常であると判断すること
ができ、異常データを排除することが可能になる。他の
構成および動作は第５の実施の形態と同様である。

【００４３】なお、上述した各実施形態においてはＰＨ
Ｓ受信部２２において１つのＰＨＳ基地局２から得られ
る位置情報のみを用いる例を示したが、複数個のＰＨＳ
基地局２と交信が可能であれば、それらを併せて用いれ
ばよく、同じ処理手順でより精度よく測位位置を特定す
ることが可能になる。

【００４４】

【発明の効果】請求項１の発明は、ＧＰＳ衛星からのＧ
ＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部と、ＰＨＳ基地局との
交信が可能なＰＨＳ受信部と、ＧＰＳ受信部で受信した
ＧＰＳ信号により求めたＧＰＳ衛星までの疑似距離とＰ
ＨＳ受信部を通して求めたＰＨＳ基地局の位置とから尤
度が最大になる測位位置を求める測位演算処理部とを備
えるものであり、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号から得ら
れる位置情報だけではなくＰＨＳ基地局との交信により
得られる位置情報も併せて用いるから、ＧＰＳ信号のみ
で位置が検出できる場合には測位位置をより高い精度で
求めることが可能になる。また、ＧＰＳ信号のみでは位
置が検出できない場合でもＰＨＳ基地局との交信によっ
て得た位置情報を加味することで測位位置を求めること
が可能になる場合がある。たとえば、市街地などで２個
のＧＰＳ衛星からしかＧＰＳ信号が得られない場合であ
ってもＰＨＳ基地局との交信が可能であれば、定点の位
置情報を３個以上得ることが可能になり、測位位置を２
次元的に特定できることになる。つまり、測位可能性を
高めることができる。一方、ＰＨＳ基地局の設置数が少
ない郊外などでは、３個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ
信号を受信できる可能性が高いから、ＧＰＳ信号のみで
測位が可能になる。このように、市街地と郊外とにかか
わらず測位位置の特定が可能になる。

【００４５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で受信した３
個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により測位位置に
関する第１の確率密度関数を求めるＧＰＳ測位演算部
と、ＰＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位置と
受信強度とに基づいて測位位置に関する第２の確率密度
関数を求めるＰＨＳ電波強度測定部と、第１および第２
の確率密度関数から最尤値が得られる位置を求めて測位
位置とする現在位置推定部とから成るものであり、ＧＰ
Ｓ衛星からのＧＰＳ信号のみで測位位置を特定できる場
合において、ＰＨＳ基地局との交信で得られる位置情報
を加味することで測位精度を高めることが可能になる。

【００４６】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で受信した複
数個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により各ＧＰＳ衛星
までの疑似距離をそれぞれ求める疑似距離計測部と、Ｐ
ＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位置と受信強
度とに基づいて既知位置のＰＨＳ基地局までの距離を求
めるＰＨＳ電波強度測定部と、測位位置の緯度および経
度とクロックバイアスとを未知数とし、測位位置と各Ｇ
ＰＳ衛星との疑似距離およびＰＨＳ基地局までの距離
と、推定される測位位置に対する各ＧＰＳ衛星およびＰ
ＨＳ基地局の方向余弦ベクトルとで得られる非線形連立
方程式の最小２乗推定量として未知数である測位位置の
緯度および経度とクロックバイアスとを求める最小２乗
収束演算測位位置計算部とから成るものであり、ＧＰＳ
衛星からのＧＰＳ信号のみでは測位位置を特定すること
ができない場合でも、ＰＨＳ基地局との交信により得ら
れる位置情報を加えることで測位位置を特定することが
可能になる。つまり、市街地などにおいて２個のＧＰＳ
衛星からのＧＰＳ信号しか受信できないような場合でも
ＰＨＳ基地局との交信が可能であれば、測位位置を求め
ることが可能になる。

【００４７】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、疑似距離計測部で求めた各ＧＰＳ衛星までの疑似距
離に等しい重み係数を乗算する第１の重みづけ部と、Ｐ
ＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ基地局までの距離に
重み係数を乗算する第２の重みづけ部を設け、重みづけ
された値を最小２乗収束演算測位位置計算部に与えるも
のであり、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号から得られる疑
似距離とＰＨＳ基地局との交信によって得られるＰＨＳ
基地局までの距離との精度の相違を重みづけによって軽
減することができ、より信頼性の高い測位が可能にな
る。

【００４８】請求項５の発明は、請求項３の発明におい
て、疑似距離計測部で求めた各ＧＰＳ衛星までの疑似距
離にそれぞれ個別に重み係数を乗算する第１の重みづけ
部と、ＰＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ基地局まで
の距離に重み係数を乗算する第２の重みづけ部を設け、
重みづけされた値を最小２乗収束演算測位位置計算部に
与えるものであり、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号から得
られる疑似距離とＰＨＳ基地局との交信によって得られ
るＰＨＳ基地局までの距離との精度の相違を重みづけに
よって軽減することができるのはもちろん、各ＧＰＳ衛
星ごとに異なる疑似距離の精度の相違についても重みづ
けによって軽減することができるから、より信頼性の高
い測位が可能になる。

【００４９】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で受信した複
数個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により各ＧＰＳ衛星
までの疑似距離をそれぞれ求める疑似距離計測部と、Ｐ
ＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位置と受信強
度とに基づいて既知位置のＰＨＳ基地局までの距離を求
めるＰＨＳ電波強度測定部と、疑似距離計測部で求めた
疑似距離およびＰＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ基
地局までの距離にＧＰＳ信号を受信するＧＰＳアンテナ
およびＰＨＳ基地局と交信するＰＨＳアンテナを搭載し
た移動体の動特性を加味してカルマンフィルタにより測
位位置の緯度および経度とクロックバイアスとを求める
カルマンフィルタ測位位置計算部とから成るものであ
り、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号のみで測位位置を特定
できる場合において、ＰＨＳ基地局との交信で得られる
位置情報を加味することで測位精度を高めることが可能
になる。しかも、移動体に搭載され測位位置が時々刻々
変化する場合でも精度のよい測位が可能になる。

【００５０】請求項７の発明は、請求項６の発明は、前
記カルマンフィルタ測位位置計算部で用いる測位位置の
初期推定値をＰＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局
の位置とするものであり、初期推定値が大幅にずれるこ
とがなく、立ち上がりから短時間で精度のよい測位が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図２】同上の原理説明図である。

【図３】同上の動作説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図６】本発明の第５の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図７】本発明の第６の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図８】従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１位置検出装置２ＰＨＳ基地局３公衆網４センタ局５測位演算処理部６現在位置出力部１１ＧＰＳアンテナ１２ＧＰＳ受信部１３ＧＰＳ測位演算部１４疑似距離計測部１５重みづけ部２１ＰＨＳアンテナ２２ＰＨＳ受信部２３ＰＨＳ電波強度測定部２５重みづけ部３１現在位置推定部３２最小２乗収束演算測位位置計算部３３最小２乗収束演算測位位置計算部３４カルマンフィルタ測位位置計算部３５移動体ダイナミクスパラメータ記憶部３６初期推定値入力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者末藤卓也大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者福田正仁大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者辻本郁夫大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者奥野健治大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者川本和宏大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 2F029 AA07 AB07 AC02 AC13 AD03 5H180 AA21 BB05 FF05 FF07 FF27 5J062 AA06 BB01 BB05 CC07 CC18 DD21 FF01 5K067 AA14 AA33 BB04 BB36 DD19 DD43 DD44 DD57 EE02 EE10 EE16 EE23 FF03 FF16 HH07 JJ52 JJ54 JJ56 JJ64 KK01 9A001 CC05 JJ78

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する
ＧＰＳ受信部と、ＰＨＳ基地局との交信が可能なＰＨＳ
受信部と、ＧＰＳ受信部で受信したＧＰＳ信号により求
めたＧＰＳ衛星までの疑似距離とＰＨＳ受信部を通して
求めたＰＨＳ基地局の位置とから尤度が最大になる測位
位置を求める測位演算処理部とを備えることを特徴とす
る位置検出装置。
【請求項２】前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で
受信した３個以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により
測位位置に関する第１の確率密度関数を求めるＧＰＳ測
位演算部と、ＰＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局
の位置と受信強度とに基づいて測位位置に関する第２の
確率密度関数を求めるＰＨＳ電波強度測定部と、第１お
よび第２の確率密度関数から最尤値が得られる位置を求
めて測位位置とする現在位置推定部とから成ることを特
徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で
受信した複数個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により各
ＧＰＳ衛星までの疑似距離をそれぞれ求める疑似距離計
測部と、ＰＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位
置と受信強度とに基づいて既知位置のＰＨＳ基地局まで
の距離を求めるＰＨＳ電波強度測定部と、測位位置の緯
度および経度とクロックバイアスとを未知数とし、測位
位置と各ＧＰＳ衛星との疑似距離およびＰＨＳ基地局ま
での距離と、推定される測位位置に対する各ＧＰＳ衛星
およびＰＨＳ基地局の方向余弦ベクトルとで得られる非
線形連立方程式の最小２乗推定量として未知数である測
位位置の緯度および経度とクロックバイアスとを求める
最小２乗収束演算測位位置計算部とから成ることを特徴
とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項４】疑似距離計測部で求めた各ＧＰＳ衛星ま
での疑似距離に等しい重み係数を乗算する第１の重みづ
け部と、ＰＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ基地局ま
での距離に重み係数を乗算する第２の重みづけ部を設
け、重みづけされた値を最小２乗収束演算測位位置計算
部に与えることを特徴とする請求項３記載の位置検出装
置。
【請求項５】疑似距離計測部で求めた各ＧＰＳ衛星ま
での疑似距離にそれぞれ個別に重み係数を乗算する第１
の重みづけ部と、ＰＨＳ電波強度測定部で求めたＰＨＳ
基地局までの距離に重み係数を乗算する第２の重みづけ
部を設け、重みづけされた値を最小２乗収束演算測位位
置計算部に与えることを特徴とする請求項３記載の位置
検出装置。
【請求項６】前記測位演算処理部が、ＧＰＳ受信部で
受信した複数個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により各
ＧＰＳ衛星までの疑似距離をそれぞれ求める疑似距離計
測部と、ＰＨＳ受信部が交信しているＰＨＳ基地局の位
置と受信強度とに基づいて既知位置のＰＨＳ基地局まで
の距離を求めるＰＨＳ電波強度測定部と、疑似距離計測
部で求めた疑似距離およびＰＨＳ電波強度測定部で求め
たＰＨＳ基地局までの距離にＧＰＳ信号を受信するＧＰ
ＳアンテナおよびＰＨＳ基地局と交信するＰＨＳアンテ
ナを搭載した移動体の動特性を加味してカルマンフィル
タにより測位位置の緯度および経度とクロックバイアス
とを求めるカルマンフィルタ測位位置計算部とから成る
ことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項７】前記カルマンフィルタ測位位置計算部で
用いる測位位置の初期推定値をＰＨＳ受信部が交信して
いるＰＨＳ基地局の位置とすることを特徴とする請求項
６記載の位置検出装置。