【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用ナビゲーション装置に関する。より詳細にはコード位相を用いた測位法と、搬送波位相を用いた測位法とを併用して自車位置の検出を精度良く継続的に行なえる車載用ナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の多くにナビゲーション装置が搭載されるようになっている。従来の一般的なナビゲーション装置では、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から送信されているＣ／Ａコード信号を利用した単独測位が実行されている。この単独ＧＰＳ測位は測位精度が十数ｍ程度もあり、誤差が大きい。また、コード位相を用いる他の測位方法として、Ｄ−ＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−ＧＰＳ）測位も知られている。このＤ−ＧＰＳは単独ＧＰＳ測位を応用したもので、２台以上の受信機を使ってＧＰＳ衛星からの電波を受信する。受信機の１つを既知点（基準点）とすることで相対測位によりナビゲーション装置（他方の受信機に相当する）側の測位精度を向上させる。このＤ−ＧＰＳ測位による測位精度は数ｍ程度にまで向上するが未だ誤差が大きい。
【０００３】
また、従来から測量分野では高精度な測位を必要とするため搬送波位相を利用したＲＴＫ（リアルタイムキネマティク：Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）−ＧＰＳ測位法が利用されている。搬送波位相は、単独ＧＰＳ測位やＤ−ＧＰＳ測位で用いる擬似距離よりも分解度が千倍程度も高い。よって、このＲＴＫ−ＧＰＳ測位法を用いた場合の測位精度は数ｍｍ〜数十ｃｍ程度と極めて高い。このＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、ＧＰＳ測量技術に無線を組込み、位置が既知の参照地点（基準点）で観測したＧＰＳ衛星からの情報（位相情報、擬似距離及び基準局の位置座標等）を、測位する地点（移動局）に送信する。そして、移動局内の受信機で解析することにより高精度な測量結果を得る。しかし、このＲＴＫ−ＧＰＳ測位法は、基準点の設定や複雑なデータ解析処理を移動局側で行なう等の問題があり、車載ナビゲーション装置では従来、採用されていなかった。
【０００４】
ところが、昨今、ＶＲＳ（仮想基準点：Ｖｅｒｔｕａｌ ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｔａｔｏｉｏｎ）を利用した仮想基準点式ＲＴＫ−ＧＰＳ測位（以下、ＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位）が実施化され、上述したユーザ側の面倒が解消され車載ナビゲーション装置でも利用できるような環境が整ってきた。これに関連する技術として、例えば特許文献１がある。この特許文献１では、上記Ｄ−ＧＰＳ測位及びＲＴＫ−ＧＰＳ測位でＶＲＳ方式を採用した技術を開示している。この特許文献１は、ＶＲＳ方式を採用することにより位置制度は向上するが、その一方でＶＲＳ情報配信サーバとの双方向通信が必要となり通信費用が上昇するので、これを抑制することができる移動局測位システムを提案している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１８２７０号 公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１で提案する移動局測位システムは、主にＰＤＡや携帯型ノートパソコン等の携帯端末を持って人が移動するという形態を想定しており、測位精度を上げると共に通信費用を抑制する発明である。しかしながら、車両に搭載されるナビゲーション装置にこの発明を適用することは困難である。車両に搭載されるナビゲーション装置の場合、車両が広範囲を移動し、その移動速度も速いという特質がある。そして、車両が市街地やトンネルなどを通過したときにも、ナビゲーション装置は正常に機能することが要求される。
【０００７】
しかし、上記ＲＴＫ−ＧＰＳ測位は衛星からの電波が瞬時でも途絶えると測位を行なえなくなり、さらに測位を再開するのにも時間を要するという欠点がある。よって、車載用ナビゲーション装置でＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を採用すると、非測位状態が頻繁に発生することになる。このような車載ナビゲーション装置に独特な問題は、上記特許文献１の移動局測位システムでは対処できない。
【０００８】
したがって、本発明は、上記の従来の課題を解決して、ＧＰＳ衛星からの電波受信状態に応じて測位手段を切替え、高度な自車位置の検出を継続して行なえるナビゲーション装置を提供することを主な目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、コード位相を用いる第１の測位手段と、搬送波位相を用いる第２の測位手段とを備え、ＧＰＳ衛星から送信される電波の受信状態に応じて、前記第１の測位手段と前記第２の測位手段とを切替えて測位を実行する車載用ナビゲーション装置により達成される。本発明によると、ＧＰＳ衛星からの電波受信状態に応じて第１の測位手段及び前記第２の測位手段の内から、好ましい方の手段に切替えて測位が実行できるので、電波の受信状態にかかわらず精度良く、継続して自車位置が検出できる車載用ナビゲーション装置を提供できる。特に、第２の測位手段は搬送波位相を用いて測位を行なうので、従来よりも測位精度が著しく向上する。その結果、本車載用ナビゲーション装置では全体として自車位置検出の精度を向上させることができる。
【００１１】
なお、ＧＰＳ衛星から送信される電波の受信状態が良好であるときに第２の測位手段を用いた測位を実行することが望ましい。電波の受信状態が良好であるときに、搬送波位相を用いて測位精度を高めた自車位置検出を行なえる。また、前記第１の測位手段は、単独ＧＰＳ測位とＤ−ＧＰＳ測位のいずれか一方を実行することができる。また、前記第２の測位手段は、仮想基準点式ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行することができる。仮想基準点式のＲＴＫ−ＧＰＳ測位法は従来のように基準点をユーザ側で設定する必要がなく、また、処理が複雑な解析処理を情報センタ等側で行なえるので車載ナビゲーション装置でも採用できる。
【００１２】
そして、自車位置を検出するための慣性センサをさらに含み、該慣性センサの誤差補正は、前記第２の測位手段が取得するデータに基づいて実行されることがより望ましい。前記慣性センサは、速度センサ、加速度センサ及び３次元ジャイロセンサの少なくとも１つを含むことができる。慣性センサの出力は自車高度や自車勾配を求めるのに使用される。慣性センサの誤差は、第２の測位手段が取得したデータに基づいて正確に補正できるので、さらに自車位置検出の精度をさらに向上させることができる。
【００１３】
そして、本発明には、ＧＰＳ衛星から送信される電波の受信状態に応じ、コード位相を用いる第１の測位手段と、搬送波位相を用いる第２の測位手段とを切替えて測位を実行する車載用ナビゲーション装置の測位方法を含むことができる。前記第２の測位手段は仮想基準点式ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を用い、ＧＰＳ衛星から送信される電波の受信状態が良好であるときに測位を実行することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係るナビゲーション装置１が利用するＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位システムの大略を示した概念図である。後述するように本ナビゲーション装置１は、図１では図示していないＧＰＳ受信機及びこれを制御する制御部を備えている。ＧＰＳ受信機は、第１の測位機能と第２の測位機能とを備えている。このＧＰＳ受信機は、第１の測位手段として機能したときにはコード位相を用いて単独ＧＰＳ測位又はＤ−ＧＰＳ測位により現在の自車位置と方位を測定する。なお、以下では単独ＧＰＳ測位を行うものとして説明する。また、このＧＰＳ受信機は本ナビゲーション装置を全体的コントロールする制御部によって制御されており、この制御部がＧＰＳ受信機からの出力及び他のセンサからの出力に基づいて最終的に自車位置および方位を算出する。また、ＧＰＳ受信機が、第２の測位手段として機能したときには搬送波位相を用いた高精度なＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位が実行される。
【００１５】
ＧＰＳ受信機が実行する２つの測位法は、ＧＰＳ衛星９から送信された電波をＧＰＳアンテナ２で受信したときの状態に応じて切替えられる。より具体的には、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星９からの電波をＧＰＳアンテナ２で良好に受信できるときにＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行する。それ以外の時には、ＧＰＳ受信機は単独ＧＰＳ測位を実行する。本ナビゲーション装置１に含まれる上記ＧＰＳ受信機及び制御部を含む詳細な構成については後に図２を用いて詳細に説明する。
【００１６】
再度図１を参照して、本ナビゲーション装置１が実行するＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位の概略を説明する。本ナビゲーション装置１にはデータ送受信用の通信端末３が接続されている。図１で例示しているのは携帯電話（ＰＨＳも含む）である。図１で示すＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位システムでは、電子基準点６が数十キロ程度の間隔で設置されている。これら電子基準点６はＧＰＳ衛星から電波を受信するためのＧＰＳアンテナ７とＶＲＳ情報センタ５と交信するためのアンテナ８を備えている。これら電子基準点６で受信したデータは、ＶＲＳ情報センタ５に収集されている。
【００１７】
これと並行して、ナビゲーション装置１はＧＰＳアンテナ２で受信したＧＰＳ信号を利用してＧＰＳ測位を行なう。ナビゲーション装置１はこの測位情報を、携帯電話３を介して、ＶＲＳ情報センタ５に送信する。これに対してＶＲＳ情報センタ５は、ナビゲーション装置１の周辺にＶＲＳ（仮想基準点）４を設定し、ＧＰＳ衛星の軌道誤差や電離層における大気の誤差などを考慮した補正データをナビゲーション装置１側に配信する。ナビゲーション装置１側では、自身のＧＰＳアンテナ２で受信したＧＰＳ情報をこの補正データに基づいて修正して正確な自己位置を測位する。このように実行したＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位の測位精度は、数ｍｍ〜数十ｃｍと高い精度となる。
【００１８】
ところが、上記ＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態が良くない場所での測位が困難であるという弱点がある。車載されたナビゲーション装置１は、市街地、トンネルを通過したとき等は多々このような電波状態に遭遇する。そこで、本ナビゲーション装置１では、このようなときには単独ＧＰＳ測位法による測位を実行して自車位置を常に検出できるようにする。このように構成することで、本ナビゲーション装置１では継続的なナビゲーションを行いながら、可能なときに高精度なＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行するので正確な位置検出が可能となる。以下、図２を参照して、ナビゲーション装置１の詳細な構成を説明する。
【００１９】
図２は、ナビゲーション装置１の構成を示したブロック図である。ディスクドライバ１１、操作部１２、通信機１３、上記ＧＰＳ受信機１４、車速センサ１５、ジャイロセンサ１６、加速度センサ１７、ＶＩＣＳセンサ１８、ナビゲーションコントローラ２０、ディスプレイ４０及びスピーカ４１を含んでいる。
【００２０】
ディスクドライバ１１は、地図表示や経路探索などに必要な各種の地図データ並びに必要に応じてプログラムを格納したＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＨＤＤなどの記録媒体からデータやプログラムを読み出す。これらのデータは後述するバッファメモリ２１に格納されて利用される。操作部１２には、ユーザが各種の指示をナビゲーションコントローラ２０に入力するためのリモコンや入力キーを含めることができる。通信機１３は、サービスセンタ（メーカその他の機関のサービスセンタ）と通信するための車載電話が含まれる。ここでは、図１に対応させてＶＲＳ情報センタ５に接続するための携帯電話３を付加した図を示しているが、車載電話でＶＲＳ情報センタ５にアクセスできる場合には携帯電話３は省略できる。
【００２１】
そして、前述したＧＰＳ受信機１４は、ＧＰＳ衛星から送られてくるＧＰＳ信号をＧＰＳアンテナ２を介して受信し、現在の自車位置と自車方位を検出するための測位を行なう。この測位では、単独ＧＰＳ測位と高精度な位置検出ができるＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位とを併用する。ＧＰＳアンテナ２でＧＰＳ衛星９からの電波を良好に受信できるときにＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行する。より具体的には、ＧＰＳ受信機１４は複数のＧＰＳ衛星から送られてくる電波を受信して、三次元測位処理又は二次元測位処理を行って、車両の絶対位置及び方位測定する。されに測位時刻も合わせて算出する。単独ＧＰＳ測位のときには、この算出データに基づいて自車位置と方位を測定する。ＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位のときには、この算出データをＶＲＳ情報センタに送信し、これに対してＶＲＳ情報センタから配信される補正データに基づいて自車位置と方位を測定する。ＧＰＳ受信機１４の出力信号は制御部２９に供給される。
【００２２】
また、本ナビゲーション装置１は、車両の自立航法のための３種類の慣性センサを備えている。１つ目の車速センサ１５は、一定の走行距離ごとに発生するパルスに応じた車速を出力する。２つ目のジャイロセンサ１６は、自車方位を検出するためのセンサである。車両方位は、現時点における自車位置と１サンプリング時間ΔＴ前の自車位置とから求まる方位を所定数サンプリングして計算する。また、３つめの加速度センサ１７は、車両の加速度を検出する。上記ＧＰＳ受信機１４、車速センサ１５、ジャイロセンサ１６及び加速度センサ１７の検出信号は、制御部２９に供給される。本ナビゲーション装置１による自車位置検出は制御部２９により全体的に制御されており、制御部２９が自車位置及び方位を最終的に算出する。
【００２３】
上記車速センサ１５、ジャイロセンサ１６及び加速度センサ１７は自律航法を可能とするもので、ＧＰＳ受信機１４を用いた電波航法によるナビゲーションを補完する。本ナビゲーション装置１は、これらセンサにより自車位置を正確に把握できるようになっている。
【００２４】
また、本ナビゲーション装置１は、上記３つの慣性センサからの出力を利用して、自車の高度変化量や自車勾配を求め、自車位置検出の精度向上を図っている。しかし、これら慣性センサの出力から得られる車両高度は絶対的なものではなく相対的なものとなる。さらに、これら慣性センサの出力には時間経過と共に誤差が蓄積されるという問題がある。ＧＰＳ受信機１４がＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行するときにＶＲＳ情報センタから取得する補正データには絶対高度のデータが含まれる。そこで、本ナビゲーション装置１では、ＧＰＳ受信機１４が単独ＧＰＳ測位で自車位置を検出しているときには従来通りに慣性センサの補正を行なうが、ＧＰＳ受信機１４がＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行したときには補正データに基づいた誤差補正を実行する。これによりより高度な自車位置検出が可能となる。
【００２５】
なお、ＶＩＣＳセンサ１８は、ＶＩＣＳセンタから光ビーコンや電波ビーコンなどを介して提供される交通情報を受信する。光ビーコンや電波ビーコンを発信する発信器の下を車両が通過すると、発信器から車両に道路情報が送信される。この道路情報の中には、発信器の位置データが含まれ、車両が走行している道路周辺の渋滞を確認できるようになっている。
【００２６】
ディスプレイ４０は、ナビゲーションコントローラ２０から出力される画像データに基づいて、自車周辺の地図画像を車両位置マークや出発地マーク、目的地マークなど共に表示したり、この地図上に案内ルート等の誘導経路や料金所に関する案内やユーザに提供する情報が有るときにはこれも合わせて表示する。スピーカ４１は、ナビゲーションコントローラ２０から出力される音声データに基づいて、ユーザに種々のメッセージを出力する。
【００２７】
ナビゲーションコントローラ２０は、バッファメモリ２１、インタフェース（Ｉ／Ｆ）２２〜２８、制御部２９、地図描画部３０、操作画面・マーク発生部３１、ルート記憶部３２、ルート描画部３３、マーク記憶部３４、マーク描画部３５、画像合成部３６、バックアップメモリ３７、音声出力部３８及び接続ＩＤ記憶部３９を含んでいる。バッファメモリ２１は、前記ディクスドライバ１１がＤＶＤ等の記録媒体から読み出した地図データやプログラムを一時格納する。なお、インタフェース２２〜２８はそれぞれ操作部１２、通信機１３、ＧＰＳ受信機１４、車速センサ１５、ジャイロセンサ１６、加速度センサ１７、及びＶＩＣＳセンサ１８に接続され、制御部２９とのインタフェースを形成する。
【００２８】
制御部２９は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、ナビゲーションコントローラ２０全体を制御する。例えば、制御部２９はＧＰＳ受信機１４のＧＰＳ信号や、自律航法にかかる車速センサ１５、ジャイロセンサ１６、加速度センサ１７及びＶＩＣＳセンサ１８の出力信号を処理して自車位置や自車方位を算出したり、読み出した地図データを用いて設定された探索条件で出発地から目的地までのルートを探索するなど、通常のナビゲーション装置に係る種々の処理を実行する。
【００２９】
地図描画部３０は、バッファメモリ２１に読み出された地図データを用いて地図画像の描画処理を行う。操作画面・マーク発生部３１は、動作状況に応じて各種メニュー画面（操作画面）及び自車位置マーク、カーソルなどの各種マークを生成する。ルート記憶部は、制御部２９によって探索された誘導経路のデータを記憶する。具体的には、ルート記憶部３２は制御部２９によって探索された誘導経路の出発地から目的地までの全てのノード（経緯度で表示された点の座標）に関するデータ及びその探索中に変更された誘導経路のデータを記憶する。
【００３０】
ルート描画部３３は、ルート記憶部３２から誘導経路のデータ（ノード列）を読み出して、誘導経路を他の道路とは異なる色及び線幅で描画する。マーク記憶部３４は、地図画面上で対象物件の位置を指示する情報として付与される所定形状のアイコン（ブランドアイコン、カテゴリアイコンなど）及びこのアイコンに代えて付与される単純な形状のマークに係るデータを予め記憶する。マーク描画部３５は、制御部２９の制御に基づいてマーク記憶部３４から読み出されたデータの描画処理を行う。画像合成部３６は、地図描画部３０、操作画面・マーク発生部３１、ルート描画部３３及びマーク描画部３５から出力される画像を合成してディスプレイ４０に出力する。
【００３１】
音声出力部３８は、制御部２９からの信号に基づいて音声信号をスピーカ４１に出力する。制御部２９が案内手段として機能してバッファメモリ２１から読出しを行ったＥＴＣゲート案内データに音声データが含まれているときには、このスピーカ４１からＥＴＣゲートに誘導する音声案内が出力される。接続ＩＤ記憶部３９は、メーカその他機関のサービスセンタのアドレス、接続ＩＤ、パスワードなどを記憶する。バックアップメモリ３７はＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成され、バックアップすべき各種データをバックアップする。
【００３２】
以上の構成を備えた本ナビゲーション装置１の制御部２９により実行される測位処理の一例を図を参照して説明する。図３はＧＰＳ受信機１４を制御する制御部２９によって実行される処理例を示したフローチャートである。このフローチャートはナビゲーション装置１の電源が投入されたときに起動される。このフローチャートでは、制御部２９によりまず試行的に測位演算が実行される（Ｓ１１）。このステップ１１に続くステップ１２で、制御部２９が測位を行なえたか否かを確認する。ステップ１２で測位を行なえたことを確認すると、さらにＶＲＳ−ＲＴＫ測位であるか否かを断する（Ｓ１３）。なお、ステップ１２で測位が行なえなかったと判断した場合には、ＧＰＳ信号の受信状態が悪いと予想できるので強制的に単独ＧＰＳ測位モードを設定しての測位を実行する（Ｓ１４）。
【００３３】
そして、制御部２９がステップ１３でＶＲＳ−ＲＴＫ測位が実行されたことを確認した場合には、さらにＶＲＳ情報センタ５から送信された補正データに含まれる絶対高度データを利用して慣性センサ１５，１６，１７に関する誤差補正を合わせて実行する（Ｓ１５）。この補正が実行されることにより、自車高度及び自車勾配を算出するデータがより正確になるので、更にナビゲーション装置１による自車位置検出の精度が向上する。一方、ステップ１３でＶＲＳ−ＲＴＫ測位でないとされた場合には、従来方式での誤差補正を実行する（Ｓ１６）。両ステップ１５、１６で誤差補正までの処理が完了した後は、ＧＰＳ衛星の捕捉数の確認、受信強度の平均、誤差情報を閾値と比較する等の手法によりナビゲーション装置１の電波受信状態を確認する（Ｓ１７）。このステップ１７で電波受信状態が良好であると確認した場合にはＶＲＳ−ＲＴＫ測位モードを設定して測位を継続する（Ｓ１９）。その逆に、ステップ１７で電波受信状態が良好でないと確認した場合には単独ＧＰＳ測位モードを設定しての測位を継続する（Ｓ１４）。ナビゲーション装置１の電源がオン状態にあるときには、図３に示すフローチャートによる処理を継続する。
【００３４】
以上のように、本ナビゲーション装置１ではＧＰＳ電波の受信状態が良好であるときに、ＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位法による測位を実行するので、自車位置検出の精度が向上する。そして、ＧＰＳ電波の受信状態まで配慮して、受信状態が良くないときには単独ＧＰＳ測位よる測位を実行するので継続的な自車位置検出が可能となる。さらに、自車位置検出に用いる慣性センサの誤差をＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行したときに合わせて修正するので、さらに検出精度を向上させた自車位置検出が可能となる。
【００３５】
さらに、制御部２９により実行される測位処理の他例を図４を参照して説明する。この図４で示すのは、電波受信状態を確認してから何れかの測位処理を実行するようにした処理のフローチャートである。制御部２９は、ＧＰＳ衛星の捕捉数の確認、受信強度の平均、誤差情報を閾値と比較する等の手法によりナビゲーション装置１の電波受信状態を確認し（Ｓ２１）、これに基づいて電波受信状態が良好か否かを確認する（Ｓ２２）。そして、電波受信状態が良好であると確認した場合にはＶＲＳ−ＲＴＫ測位モードを設定して測位を実行する（Ｓ２３）。その逆に、電波受信状態が良好でないと確認した場合には単独ＧＰＳ測位モードを設定しての測位を実行する（Ｓ２６）。
【００３６】
ＶＲＳ−ＲＴＫ測位モードでは、ＲＴＫ測位を実行し（Ｓ２４）、さらにＶＲＳ情報センタ５から送信された補正データに含まれる絶対高度データを利用して慣性センサ１５，１６，１７に関する誤差補正が合わせて実行する（Ｓ２５）。また、単独ＧＰＳ測位モードでは、単独ＧＰＳ測位を実行し（Ｓ２７）、さらに従来方式での誤差補正を実行する（Ｓ２８）。これらの処理が完了すると再度ステップ２１からの処理を繰り返す。
【００３７】
この図４に示すフローチャートに基づいた処理を制御部２９が実行しても、ＧＰＳ電波の受信状態が良好であるときに、ＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位法による測位を実行するので、自車位置検出の精度が向上する。そして、受信状態が良くないときには単独ＧＰＳ測位よる測位を実行するので、継続的な自車位置検出が可能となる。同様に、自車位置検出に用いる慣性センサの誤差をＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行したときに合わせて修正するので自車位置検出の精度が向上する。
【００３８】
なお、図３及び図４に示したフローチャートでは、単独ＧＰＳ測位を実行した場合には、従来の方式で慣性センサの誤差補正を実行しているが、ＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位を実行した場合のときだけ補正を行なうようにしてもよい。また、単独ＧＰＳ測位に代えてＤ−ＧＰＳ測位を行なうようにしてもよい。
【００３９】
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上記載したように、本発明によると、ＧＰＳ衛星からの電波受信状態に応じて第１の測位手段及び前記第２の測位手段の内から、好ましい方の手段に切替えて測位が実行できるので、電波の受信状態にかかわらず常に正確な自車位置検出が可能な車載用ナビゲーション装置を提供できる。特に、第２の測位手段は搬送波位相を用いた測位を実行するので、従来よりも測位精度を向上させて自車位置を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るナビゲーション装置が利用するＶＲＳ−ＲＴＫ−ＧＰＳ測位システムの大略を示した概念図である。
【図２】ナビゲーション装置の構成を示したブロック図である。
【図３】ナビゲーション装置の制御部によって実行される処理例を示したフローチャートである。
【図４】電波受信状態を確認してから何れかの測位処理を実行するようにした処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ ナビゲーション装置
２ ＧＰＳアンテナ
３ 携帯電話
４ ＶＲＳ（仮想基準点）
５ ＶＲＳ情報センタ
６ 電子基準点
９ ＧＰＳ衛星
１３ 通信機
１４ ＧＰＳ受信機
２０ コントローラ
２９ 制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-vehicle navigation device. More specifically, the present invention relates to an in-vehicle navigation device capable of continuously detecting the position of the vehicle with high accuracy by using a positioning method using a code phase and a positioning method using a carrier phase.
[0002]
[Prior art]
In recent years, navigation devices have been installed in many vehicles. In a conventional general navigation apparatus, single positioning using a C / A code signal transmitted from a GPS (Global Positioning System) satellite is executed. This single GPS positioning has a positioning accuracy of about several tens of meters and has a large error. As another positioning method using a code phase, D-GPS (Differential-GPS) positioning is also known. This D-GPS applies single GPS positioning, and receives radio waves from GPS satellites using two or more receivers. By using one of the receivers as a known point (reference point), the positioning accuracy on the navigation device (corresponding to the other receiver) side is improved by relative positioning. The positioning accuracy by this D-GPS positioning is improved to about several meters, but the error is still large.
[0003]
Conventionally, in the surveying field, RTK (Real Time Kinematic) -GPS positioning method using a carrier phase is used because highly accurate positioning is required. The carrier wave phase is about 1000 times higher in resolution than the pseudorange used in single GPS positioning or D-GPS positioning. Therefore, the positioning accuracy when this RTK-GPS positioning method is used is extremely high, about several millimeters to several tens of centimeters. This RTK-GPS positioning incorporates radio into the GPS surveying technology and measures information from GPS satellites (phase information, pseudorange, position coordinates of the reference station, etc.) observed at a reference point (reference point) whose position is known. Send to a point (mobile station). And a highly accurate survey result is obtained by analyzing with the receiver in a mobile station. However, this RTK-GPS positioning method has problems such as setting a reference point and performing complicated data analysis processing on the mobile station side, and has not been conventionally used in an in-vehicle navigation device.
[0004]
However, recently, virtual reference point type RTK-GPS positioning (hereinafter referred to as VRS-RTK-GPS positioning) using a VRS (Virtual Reference Point) has been implemented, and the above-described troubles on the user side have been eliminated and in-vehicle navigation. An environment that can be used with equipment has been established. As a technique related to this, there is, for example, Patent Document 1. In this patent document 1, the technique which employ | adopted the VRS system in the said D-GPS positioning and RTK-GPS positioning is disclosed. In this patent document 1, the position system is improved by adopting the VRS method, but on the other hand, bidirectional communication with the VRS information distribution server is required and the communication cost is increased. A local positioning system is proposed.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-318270 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
The mobile station positioning system proposed in the above-mentioned Patent Document 1 mainly assumes a form in which a person moves with a portable terminal such as a PDA or a portable notebook personal computer, and increases the positioning accuracy and suppresses communication costs. It is an invention. However, it is difficult to apply the present invention to a navigation device mounted on a vehicle. In the case of a navigation device mounted on a vehicle, there is a characteristic that the vehicle moves over a wide range and its moving speed is fast. The navigation device is required to function normally even when the vehicle passes through an urban area or a tunnel.
[0007]
However, the RTK-GPS positioning has a drawback that positioning cannot be performed if the radio wave from the satellite is interrupted even momentarily, and it takes time to restart positioning. Therefore, when VRS-RTK-GPS positioning is adopted in the vehicle-mounted navigation device, a non-positioning state frequently occurs. Such a problem peculiar to the in-vehicle navigation device cannot be dealt with by the mobile station positioning system of Patent Document 1.
[0008]
Accordingly, the present invention provides a navigation device that solves the above-described conventional problems and switches the positioning means according to the radio wave reception state from the GPS satellite, and can continuously detect the advanced vehicle position. Is the main purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
[0010]
The object includes a first positioning means using a code phase and a second positioning means using a carrier phase, and the first positioning means and the second positioning means according to a reception state of a radio wave transmitted from a GPS satellite. This is achieved by an in-vehicle navigation device that performs positioning by switching to the second positioning means. According to the present invention, the positioning can be executed by switching to the preferred one from the first positioning means and the second positioning means in accordance with the radio wave reception state from the GPS satellite. Therefore, it is possible to provide a vehicle-mounted navigation device that can continuously detect the position of the vehicle with high accuracy. In particular, since the second positioning means performs positioning using the carrier phase, the positioning accuracy is significantly improved as compared with the prior art. As a result, the vehicle-mounted navigation device can improve the accuracy of vehicle position detection as a whole.
[0011]
Note that it is desirable to perform positioning using the second positioning means when the reception state of the radio wave transmitted from the GPS satellite is good. When the radio wave reception state is good, the vehicle position can be detected with improved positioning accuracy using the carrier wave phase. Further, the first positioning means can execute either single GPS positioning or D-GPS positioning. Further, the second positioning means can execute virtual reference point type RTK-GPS positioning. The virtual reference point type RTK-GPS positioning method does not require the user to set a reference point as in the prior art, and can also be used in an in-vehicle navigation system because analysis processing with complicated processing can be performed on the information center side. .
[0012]
It is more preferable that an inertial sensor for detecting the vehicle position is further included, and the error correction of the inertial sensor is executed based on data acquired by the second positioning means. The inertial sensor may include at least one of a speed sensor, an acceleration sensor, and a three-dimensional gyro sensor. The output of the inertial sensor is used to determine the vehicle altitude and vehicle gradient. Since the error of the inertial sensor can be accurately corrected based on the data acquired by the second positioning means, the accuracy of the vehicle position detection can be further improved.
[0013]
And in this invention, according to the reception state of the electromagnetic wave transmitted from a GPS satellite, the 1st positioning means which uses a code phase, and the 2nd positioning means which uses a carrier wave phase are switched, and vehicle-mounted for performing positioning A navigation device positioning method may be included. The second positioning means preferably uses virtual reference point type RTK-GPS positioning, and performs positioning when the reception state of radio waves transmitted from GPS satellites is good.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a VRS-RTK-GPS positioning system used by the navigation device 1 according to the embodiment. As will be described later, the navigation device 1 includes a GPS receiver (not shown in FIG. 1) and a control unit that controls the GPS receiver. The GPS receiver has a first positioning function and a second positioning function. When this GPS receiver functions as the first positioning means, it uses the code phase to measure the current position and direction of the vehicle by single GPS positioning or D-GPS positioning. In the following description, it is assumed that single GPS positioning is performed. The GPS receiver is controlled by a control unit that controls the navigation device as a whole. The control unit finally determines the vehicle position and the vehicle position based on the output from the GPS receiver and the output from other sensors. Calculate the bearing. Further, when the GPS receiver functions as the second positioning means, highly accurate VRS-RTK-GPS positioning using the carrier phase is executed.
[0015]
The two positioning methods executed by the GPS receiver are switched according to the state when the radio wave transmitted from the GPS satellite 9 is received by the GPS antenna 2. More specifically, the GPS receiver performs VRS-RTK-GPS positioning when the GPS antenna 2 can successfully receive the radio wave from the GPS satellite 9. At other times, the GPS receiver performs single GPS positioning. A detailed configuration including the GPS receiver and the control unit included in the navigation device 1 will be described later in detail with reference to FIG.
[0016]
With reference to FIG. 1 again, the outline of VRS-RTK-GPS positioning which this navigation apparatus 1 performs is demonstrated. The navigation device 1 is connected to a communication terminal 3 for data transmission / reception. FIG. 1 illustrates a mobile phone (including PHS). In the VRS-RTK-GPS positioning system shown in FIG. 1, electronic reference points 6 are installed at intervals of about several tens of kilometers. These electronic reference points 6 are provided with a GPS antenna 7 for receiving radio waves from GPS satellites and an antenna 8 for communicating with the VRS information center 5. Data received at these electronic reference points 6 is collected in the VRS information center 5.
[0017]
In parallel with this, the navigation apparatus 1 performs GPS positioning using the GPS signal received by the GPS antenna 2. The navigation device 1 transmits this positioning information to the VRS information center 5 via the mobile phone 3. On the other hand, the VRS information center 5 sets a VRS (virtual reference point) 4 around the navigation device 1 and sends correction data that takes into account orbit errors of GPS satellites and atmospheric errors in the ionosphere to the navigation device 1 side. To deliver. On the navigation device 1 side, the GPS information received by its own GPS antenna 2 is corrected based on this correction data, and an accurate self-position is determined. The positioning accuracy of the VRS-RTK-GPS positioning executed in this way is as high as several mm to several tens cm.
[0018]
However, the VRS-RTK-GPS positioning has a weak point that it is difficult to measure in a place where the reception state of the radio wave from the GPS satellite is not good. The vehicle-mounted navigation device 1 often encounters such a radio wave state when passing through an urban area or a tunnel. Therefore, in this navigation device 1, in such a case, positioning by the single GPS positioning method is performed so that the own vehicle position can always be detected. With this configuration, the navigation device 1 performs highly accurate VRS-RTK-GPS positioning when possible while performing continuous navigation, so that accurate position detection is possible. Hereinafter, the detailed configuration of the navigation device 1 will be described with reference to FIG.
[0019]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the navigation device 1. It includes a disk driver 11, an operation unit 12, a communication device 13, the GPS receiver 14, a vehicle speed sensor 15, a gyro sensor 16, an acceleration sensor 17, a VICS sensor 18, a navigation controller 20, a display 40, and a speaker 41.
[0020]
The disk driver 11 reads data and programs from various map data necessary for map display, route search, and the like and recording media such as a CD-ROM, DVD, and HDD that store programs as necessary. These data are stored and used in a buffer memory 21 described later. The operation unit 12 can include a remote controller and input keys for the user to input various instructions to the navigation controller 20. The communication device 13 includes an in-vehicle phone for communicating with a service center (a service center of a manufacturer or other organization). Here, a diagram in which a mobile phone 3 for connecting to the VRS information center 5 is added corresponding to FIG. 1 is shown, but the mobile phone 3 can be omitted when the VRS information center 5 can be accessed by an in-vehicle phone. .
[0021]
The GPS receiver 14 described above receives a GPS signal transmitted from a GPS satellite through the GPS antenna 2 and performs positioning for detecting the current vehicle position and vehicle direction. In this positioning, a single GPS positioning and a VRS-RTK-GPS positioning capable of highly accurate position detection are used in combination. When the GPS antenna 2 can satisfactorily receive radio waves from the GPS satellite 9, VRS-RTK-GPS positioning is executed. More specifically, the GPS receiver 14 receives radio waves transmitted from a plurality of GPS satellites, performs a three-dimensional positioning process or a two-dimensional positioning process, and measures the absolute position and direction of the vehicle. In addition, the positioning time is also calculated. During single GPS positioning, the vehicle position and direction are measured based on this calculated data. At the time of VRS-RTK-GPS positioning, the calculated data is transmitted to the VRS information center, and the vehicle position and direction are measured based on the correction data distributed from the VRS information center. The output signal of the GPS receiver 14 is supplied to the control unit 29.
[0022]
In addition, the navigation device 1 includes three types of inertial sensors for vehicle self-contained navigation. The first vehicle speed sensor 15 outputs a vehicle speed corresponding to a pulse generated at every constant travel distance. The second gyro sensor 16 is a sensor for detecting the vehicle direction. The vehicle azimuth is calculated by sampling a predetermined number of azimuths determined from the current vehicle position at the present time and the vehicle position one sampling time before ΔT. The third acceleration sensor 17 detects the acceleration of the vehicle. Detection signals from the GPS receiver 14, the vehicle speed sensor 15, the gyro sensor 16 and the acceleration sensor 17 are supplied to the control unit 29. The vehicle position detection by the navigation device 1 is entirely controlled by the control unit 29, and the control unit 29 finally calculates the vehicle position and direction.
[0023]
The vehicle speed sensor 15, the gyro sensor 16 and the acceleration sensor 17 enable autonomous navigation, and complement navigation by radio navigation using the GPS receiver 14. The navigation apparatus 1 can accurately grasp the own vehicle position by these sensors.
[0024]
Further, the navigation device 1 uses the outputs from the three inertia sensors to obtain the amount of change in the altitude of the vehicle and the gradient of the vehicle, thereby improving the accuracy of vehicle position detection. However, the vehicle height obtained from the outputs of these inertial sensors is not absolute but relative. Furthermore, there is a problem that errors are accumulated with the passage of time in the outputs of these inertial sensors. The correction data acquired from the VRS information center when the GPS receiver 14 performs VRS-RTK-GPS positioning includes absolute altitude data. Therefore, in the present navigation device 1, when the GPS receiver 14 detects the position of the vehicle by single GPS positioning, the inertial sensor is corrected as before, but the GPS receiver 14 performs VRS-RTK-GPS positioning. When this occurs, error correction based on the correction data is executed. As a result, it is possible to detect the vehicle position at a higher level.
[0025]
The VICS sensor 18 receives traffic information provided from the VICS center via an optical beacon or a radio beacon. When a vehicle passes under a transmitter that transmits an optical beacon or a radio beacon, road information is transmitted from the transmitter to the vehicle. The road information includes position data of the transmitter so that traffic congestion around the road on which the vehicle is traveling can be confirmed.
[0026]
Based on the image data output from the navigation controller 20, the display 40 displays a map image around the host vehicle together with a vehicle position mark, a departure point mark, a destination mark, etc., and guides a guidance route or the like on this map. When there is guidance on the route or toll booth or information to be provided to the user, it is also displayed. The speaker 41 outputs various messages to the user based on the audio data output from the navigation controller 20.
[0027]
The navigation controller 20 includes a buffer memory 21, interfaces (I / F) 22 to 28, a control unit 29, a map drawing unit 30, an operation screen / mark generation unit 31, a route storage unit 32, a route drawing unit 33, and a mark storage unit 34. , A mark drawing unit 35, an image composition unit 36, a backup memory 37, an audio output unit 38, and a connection ID storage unit 39. The buffer memory 21 temporarily stores map data and programs read by the disk driver 11 from a recording medium such as a DVD. The interfaces 22 to 28 are connected to the operation unit 12, the communication device 13, the GPS receiver 14, the vehicle speed sensor 15, the gyro sensor 16, the acceleration sensor 17, and the VICS sensor 18, respectively, and form an interface with the control unit 29. .
[0028]
The control unit 29 is configured by a microcomputer, for example, and controls the navigation controller 20 as a whole. For example, the control unit 29 processes the GPS signal of the GPS receiver 14 and the output signals of the vehicle speed sensor 15, the gyro sensor 16, the acceleration sensor 17, and the VICS sensor 18 for autonomous navigation to calculate the vehicle position and vehicle direction. And various processes related to a normal navigation device are executed, such as searching for a route from the departure place to the destination under a search condition set using the read map data.
[0029]
The map drawing unit 30 performs a map image drawing process using the map data read to the buffer memory 21. The operation screen / mark generating unit 31 generates various menu screens (operation screens) and various marks such as a vehicle position mark and a cursor according to the operation status. The route storage unit stores the guidance route data searched by the control unit 29. Specifically, the route storage unit 32 is changed during the search for data on all nodes (coordinates of points displayed in longitude and latitude) from the starting point to the destination of the guidance route searched by the control unit 29. Memorize the guidance route data.
[0030]
The route drawing unit 33 reads the guidance route data (node sequence) from the route storage unit 32 and draws the guidance route with a color and line width different from those of other roads. The mark storage unit 34 relates to a predetermined shape icon (brand icon, category icon, etc.) given as information indicating the position of the target property on the map screen and a simple shape mark given instead of this icon. Data is stored in advance. The mark drawing unit 35 performs a drawing process of data read from the mark storage unit 34 based on the control of the control unit 29. The image synthesis unit 36 synthesizes the images output from the map drawing unit 30, the operation screen / mark generation unit 31, the route drawing unit 33, and the mark drawing unit 35 and outputs them to the display 40.
[0031]
The audio output unit 38 outputs an audio signal to the speaker 41 based on the signal from the control unit 29. When voice data is included in the ETC gate guidance data read out from the buffer memory 21 by the control unit 29 functioning as guidance means, voice guidance for guiding to the ETC gate is output from the speaker 41. The connection ID storage unit 39 stores the address of a service center of a manufacturer or other organization, a connection ID, a password, and the like. The backup memory 37 is composed of a nonvolatile memory such as an EEPROM or a flash memory, and backs up various data to be backed up.
[0032]
An example of the positioning process executed by the control unit 29 of the navigation device 1 having the above configuration will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing executed by the control unit 29 that controls the GPS receiver 14. This flowchart is activated when the navigation apparatus 1 is powered on. In this flowchart, the positioning calculation is first executed on a trial basis by the control unit 29 (S11). In step 12 following step 11, it is confirmed whether or not the control unit 29 has been able to perform positioning. If it is confirmed in step 12 that the positioning has been performed, it is further determined whether or not the VRS-RTK positioning is performed (S13). If it is determined in step 12 that the positioning could not be performed, it can be predicted that the reception state of the GPS signal is bad, so the positioning is forcibly performed by setting the single GPS positioning mode (S14).
[0033]
When the control unit 29 confirms that the VRS-RTK positioning has been executed in step 13, the inertial sensor 15, using the absolute altitude data included in the correction data transmitted from the VRS information center 5. The error correction related to 16, 17 is executed together (S15). By executing this correction, the data for calculating the vehicle altitude and the vehicle gradient becomes more accurate, and the accuracy of the vehicle position detection by the navigation device 1 is further improved. On the other hand, if it is determined in step 13 that the VRS-RTK positioning is not performed, error correction by the conventional method is executed (S16). After the processing up to error correction is completed in both steps 15 and 16, the radio wave reception status of the navigation device 1 is confirmed by methods such as confirmation of the number of GPS satellites captured, average of received intensity, and error information is compared with a threshold value. (S17). If it is confirmed in step 17 that the radio wave reception state is good, the VRS-RTK positioning mode is set and positioning is continued (S19). Conversely, if it is confirmed in step 17 that the radio wave reception state is not good, the positioning with the single GPS positioning mode set is continued (S14). When the navigation apparatus 1 is powered on, the processing according to the flowchart shown in FIG. 3 is continued.
[0034]
As described above, since the navigation apparatus 1 performs positioning by the VRS-RTK-GPS positioning method when the reception state of the GPS radio wave is good, the accuracy of the vehicle position detection is improved. In consideration of the reception state of the GPS radio wave, positioning by single GPS positioning is executed when the reception state is not good, so that the vehicle position can be continuously detected. Furthermore, since the error of the inertial sensor used for the vehicle position detection is corrected when the VRS-RTK-GPS positioning is executed, the vehicle position detection with further improved detection accuracy becomes possible.
[0035]
Furthermore, another example of the positioning process executed by the control unit 29 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of a process in which any positioning process is executed after confirming the radio wave reception state. The control unit 29 confirms the radio wave reception state of the navigation device 1 by a method such as confirmation of the number of GPS satellites captured, average reception intensity, and error information is compared with a threshold (S21), and based on this, the radio wave reception state Is confirmed to be good (S22). When it is confirmed that the radio wave reception state is good, the VRS-RTK positioning mode is set and positioning is executed (S23). On the contrary, when it is confirmed that the radio wave reception state is not good, positioning is performed with the single GPS positioning mode set (S26).
[0036]
In the VRS-RTK positioning mode, RTK positioning is executed (S24), and error correction relating to the inertial sensors 15, 16, and 17 is performed using absolute altitude data included in the correction data transmitted from the VRS information center 5. Execute (S25). In the single GPS positioning mode, single GPS positioning is executed (S27), and error correction in the conventional method is further executed (S28). When these processes are completed, the process from step 21 is repeated again.
[0037]
Even if the control unit 29 executes the processing based on the flowchart shown in FIG. 4, when the GPS radio wave reception state is good, positioning by the VRS-RTK-GPS positioning method is executed. Improves accuracy. When the reception state is not good, positioning by single GPS positioning is executed, so that the vehicle position can be continuously detected. Similarly, since the error of the inertial sensor used for vehicle position detection is corrected when VRS-RTK-GPS positioning is executed, the accuracy of vehicle position detection is improved.
[0038]
In the flowcharts shown in FIG. 3 and FIG. 4, when single GPS positioning is executed, error correction of the inertial sensor is executed by a conventional method, but when VRS-RTK-GPS positioning is executed. You may make it correct only when. Further, D-GPS positioning may be performed instead of single GPS positioning.
[0039]
The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.・ Change is possible.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, positioning can be executed by switching from the first positioning means and the second positioning means to the preferred means according to the radio wave reception state from the GPS satellite. It is possible to provide an in-vehicle navigation device that can always detect the vehicle position accurately regardless of the reception state of radio waves. In particular, since the second positioning means performs positioning using the carrier wave phase, it is possible to detect the position of the host vehicle with improved positioning accuracy as compared with the prior art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a VRS-RTK-GPS positioning system used by a navigation device according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a navigation device.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing executed by a control unit of the navigation device.
FIG. 4 is a flowchart of a process in which any positioning process is executed after the radio wave reception state is confirmed.
[Explanation of symbols]
1 Navigation device 2 GPS antenna 3 Mobile phone 4 VRS (virtual reference point)
5 VRS Information Center 6 Electronic Reference Point 9 GPS Satellite 13 Communication Device 14 GPS Receiver 20 Controller 29 Control Unit