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JPH0820504B2 - Ｇｐｓ航法装置 - Google Patents

Ｇｐｓ航法装置

Info

Publication number
JPH0820504B2
JPH0820504B2 JP62236092A JP23609287A JPH0820504B2 JP H0820504 B2 JPH0820504 B2 JP H0820504B2 JP 62236092 A JP62236092 A JP 62236092A JP 23609287 A JP23609287 A JP 23609287A JP H0820504 B2 JPH0820504 B2 JP H0820504B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
satellite
area
reception probability
distribution
building height
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP62236092A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6479679A (en
Inventor
訓利 西川
美俊 藤元
孔一 浅野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP62236092A priority Critical patent/JPH0820504B2/ja
Priority to US07/247,537 priority patent/US4949268A/en
Publication of JPS6479679A publication Critical patent/JPS6479679A/ja
Publication of JPH0820504B2 publication Critical patent/JPH0820504B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/28—Satellite selection
    • G—PHYSICS
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/421—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system
    • G01S19/426—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/01—Determining conditions which influence positioning, e.g. radio environment, state of motion or energy consumption
    • G01S5/011—Identifying the radio environment

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車で市街地のように建物などの電波遮
蔽物の多い場所を走行する際に、位置測定に用いる適切
な衛星の組み合わせを選択する機能を有するGPS航法装
置に関する。
（従来の技術） Grobal Positioning System（GPS）航法装置は、同時
に３個あるいは４個の衛星からの電波を受信し、ユーザ
ー位置の測位を行なうものである。
３個あるいは４個の衛星を選択する際には、測位精度
ができる限り高くなる組み合わせ、すなわち３次元利用
者位置の放射状方向誤差を表わすPosition Dilution Of
Precision（PDOP）、または水平方向の放射状方向誤差
を表わすHorizontal Dilution Of Precision（HDOP）を
最小にする組み合わせを一般に選択する方法がとられて
いる。
高層建物が多い市街地、あるいは山間部を走行する場
合、建物や山等によって電波が遮蔽されることがしばし
ば起こり、端にPDOPまたはHDOPを最小にする組み合わせ
とするだけでは、実際にはGPS航法装置の利用範囲（地
域）が大幅に制限されることになる。
このような制限を緩和するために、自動車が走行する
予定地域の地図地形情報を記憶する記憶部を設け、その
地図地形情報としては地図を郊外領域と市街地領域とに
分ける情報と、郊外領域では山の位置、高さを示す山岳
情報を含んでおり、郊外領域を走行中は記憶部の山岳情
報に基づき受信不能な衛星を衛星選択から除外し、市街
地領域では、ユーザからみた衛星の仰角が高い衛星を
選択する、衛星の方位が自動車の進行方向またはその
逆方向にある衛星を選択する、たびたび受信不能とな
る衛星を選択から除外するという方法が提案されている
（特開昭61−198074号公報）。しかしながら、市街地の
建物高の分布は、場所により様々であり、上記の方法の
等の衛星選択法では、走行地の建物高の分布状況
に最も適した衛星を幅広く選択することはできなかっ
た。
（発明が解決しようとする問題点） 従って本発明は、GPS航法装置を備えた自動車が走行
位置を測位する際、その地域において衛星を受信するこ
とができる確率を予測し、さらに、GPS航法装置による
測位が可能となる確率が高い衛星の組み合わせを選択で
きるGPS航法装置を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段および作用） 第１の発明 本発明は、自動車用GPS航法装置において、自動車が
走行する予定地域の地図とその地域の建物高の分布を表
わす情報を記録した地図情報部と、この地図情報部から
の建物高の分布を表す情報をもとに衛星の受信確率を計
算する受信確率演算部と、受信確率演算部の出力に基づ
きその地域において最も受信確率の高い衛星の組み合わ
せを選択する衛星選択部とを設けたことを特徴とする。
上記構成において、地図情報部には自動車が走行する
予定地域の地図とその地域の建物高の分布を表わす情報
例えばその地域を複数に区画した各区画（セル）ごとの
平均建物高および最低建物高を予め記録しておく。受信
確率演算部は、この地図情報部から現在走行中のセルに
対応する建物高の分布を表す情報を基礎にして衛星の受
信確率を計算する。衛星選択部は、受信確率演算部の出
力に基づきその地域において最も受信確率の高い衛星の
組み合わせを選択する。
従って、本発明によれば、市街地走行中にその地域に
おいて最も位置測位に適した衛星を容易に選択すること
ができる。
第２の発明 また、本発明は、自動車GPS航法装置において、自動
車が走行する予定地域の地図と、その地域を複数に区画
した各区画ごとの平均建物高，最低建物高等からなるそ
の地域の建物高の分布を表す情報とを記録した地図情報
部と、この地図情報部からの建物高の分布を表す情報を
もとに衛星の受信確率を計算する受信確率演算部と、PD
OP（またはHDOP）を算出するPDOP（またはHDOP）演算部
と、地図情報部から得られる現在走行している地域の平
均建物高の情報をもとに、PDOP（またはHDOP）演算部で
求めたPDOP（またはHDOP）が最小となる衛星の組み合わ
せか受信確率が最大となる衛星の組み合わせかのいずれ
かを優先して選択し、走行地域における建物高の分布に
応じて最適な衛星の組み合わせを選択する優先判定部と
を有することを特徴とする。
上記構成において、地図情報部は、建物高の分布を表
わす情報として地域を複数に区画した各区画ごとの平均
建物高，最低建物高等を記憶している。優先判定部は、
地図情報部から得られる現在走行している地域の平均建
物高の情報をもとに、PDOPが最小となる衛星の組み合わ
せかまたは受信確率演算部で得られた受信確率が最大と
なる衛星の組み合わせかのいずれか一方を優先して選択
し、走行地域における建物高の分布に応じて最適な衛星
の組み合わせを選択する。
（実施例） GPS衛星からの電波は、擬似雑音コード（Psudo Noise
Code:PNコード:2進符号で０と１がランダムにかつ同数
に出現するコード）で搬送波を変調したスペクトラム拡
散方式を用いている。このような信号で変調した電波は
雑音的な性質を持っているが、変調に使用したのと同じ
パターンのPNコードを受信機側で掛け合わせ、さらに、
受信電波のPNコードと受信機のPNコードとのパターンの
位相が完全に一致すれば両者の相互相関が取れ、その電
波を信号として再現できる（これをスペクトラム拡散と
呼ぶ）。さらに、GPS衛星では利用者へのGPS利用上の各
種の情報（アルマナックデータと呼ぶ）、例えば衛星の
状態、起動データ、衛星上の原子時計の誤差などを送る
ために、PNコードを毎秒50ビットのデータ信号により１
次変調している。そのため、搬送波の変調は２次変調と
呼ばれている。これらのデータ信号は、受信電波をスペ
クトラム逆拡散をしたのち、さらに同期検波などの方法
で復調することができる。
本発明では、地図および建物高の分布情報，自動車の
移動方向ならびに衛星の位置（仰角，方位角）をもと
に、衛星の受信確率とPDOPを計算し、受信確率が最高と
なる衛星の組み合わせを選択する。そして、決定された
衛星に対応したPNコードを発生してスペクトラム逆拡散
を行ない、受信を行なう。
GPS航法ではユーザー位置を計算するため、スペクト
ラム逆拡散の過程で受信電波のPNコードと受信機側で発
生するPNコードとの相関をとる際のタイミングから、衛
星までの距離を測定する。しかし、その測定値は受信機
内の時計のオフセットなどに対する誤差を含んでいるの
でそれらを擬似距離と呼んでいる。受信部においてスペ
クトラム逆拡散がなされ、次にデータ復調・擬似距離演
算部にて擬似距離が求められ、また衛星からのデータが
復調されると、これらの情報が現在位置演算部に送ら
れ、一般によく知られた次の航法方程式からユーザー位
置が計算される。
ｉ衛星までの擬似距離をｉとすると、それは次式で
表せる。
ｉ＝Ri＋ＣΔＴAi＋Ｃ（ΔTu＋ΔＴSui） ここでRiは衛星とユーザーの間の真の距離、Ｃは光の速
度、ΔＴAiは電波の電離層での伝播遅延、ΔTuはGPSシ
ステム時間に対するユーザー時計のオフセット・ΔＴSu
iはGPSシステム時間に対する衛星ｉの時計のオフセット
である。ここで、ΔＴSuiおよびΔＴAiは、衛星から送
られる情報により求めることができ、上式ではΔTuとユ
ーザーの３次元位置の４つ未知数があることになるの
で、４個の衛星についてｉを測定すればユーザーの３
次元位置を求めることができる。簡易的に、例えば、ユ
ーザーの３次元位置のうち高さに関する値を予め設定し
ておけば３個の衛星についてのみｉを測定すれば２次
元位置を求めることもできる。
航法方程式から計算されたユーザー位置は地図・現在
位置表示部に走行地域の地図と共に表示される。
本発明では、衛星の受信確率を求める部分が特に重要
である。まず、その受信確率の計算方法について概要を
述べる。
衛星と自動車間の電波伝播を考える場合、衛星からの
電波を受信できるのは一般に直接波が到達する領域（照
射領域）と考えてよく、建物の影となるような領域（影
領域）では、照射領域との境界付近を除きほとんど受信
不可能である。計算の単純化を考え、電波を受信できる
のは照射領域のみと考えると、第２図に示す如く、自動
車において電波を受信できる確率は、自動車から衛星が
直接見える確率、即ち見通し率に等しいこととなる。同
時にこの見通し率は建物の高さが第２図における自動車
と衛星とを結んだ直線に接する建物のエッジの高さHoよ
り低い確率に等しいことになる。
東京都区内における建物高の調査から、建物高の分布
はある地区ごとに指数分布となることが文献［小川、佐
藤著「都市内伝播路の見通し率推定法と無線ゾーン構成
法」、信学技報、AP82−57］に明らかにされている。こ
れは、都市内における一般的な傾向と考えられる。各地
域ごとの特徴は、建物高分布の平均高さと統計データ
にある建物高のうちの最低高Hminで表わすことができる
ことがわかっている。即ち、１階あたりの高さを同じと
すると、Ｈ以上の高さの建物の累積確率分布Ｂ（Ｈ）
は、 で近似できる。これから、ある単位地域ごと（例えば、
半径数kmのセルごととか、町ごとという分け方）の平均
建物高と最低建物高を調べておけば、上式によってその
地域の建物高の累積分布が推定できる。
今、道路を走行する自動車に至る電波に対し、建物に
よる遮蔽は道路沿いの建物にのみ依存すると考える。第
３図（ａ），（ｂ）は衛星からの電波が自動車に到達す
る様子を示したものであり、走行方向に対する衛星の方
位角を便宜的にφｏとする。φｏは方位センサからの情
報と衛星の方位角情報から求めることができる。図中の
距離ｌは、建物から自動車までの距離をＤとすると、 ｌ＝D/sinφｏで表わされる。衛星からの電波が自動車
のアンテナに到達するかどうかの境となる建物高Hoは、 Ho＝ｈ＋Dtanθ/sinφｏ ・・・・（２） と表わされる。ここで、ｈは受信アンテナ高であり、θ
は衛星の仰角である。D,hなどは予め設定した値を用い
る。
建物の高さがHoより高い確率はＢ（Ho）で表わすこと
ができるので、衛星からの電波を受信できる確率Ｐは次
式で近似できる。
Ｐ＝１−Ｂ（Ho） ・・・・（３） 地図情報部に適当な地区ごとの平均建物高と最低建
物高Hminを記憶させておくことで、仰角θ，走行方向に
対する方位角φｏの衛星からの電波を受信できる確率
は、次式から求めることができることになる。
交差点内あるいはその付近を走行する際には、交差す
る道路沿いの建物高の分布によ衛星の見通し率が影響さ
れることがあるので、これを考慮すればより正確な受信
確率を求めることもできるが、実際には全走行距離に対
する交差点内の距離の占める割合が小さいので、考慮し
なくてもほとんど問題ない。
また、建物のエッジからの回折波が存在するため、照
射領域と影領域の境界付近では、影領域においても一部
受信可能な領域がある。従って、実際には受信確率が予
測値より高くなると考えられるが、これを補正する方法
の一例として、衛星の仰角θを実際の値よりわずか（Δ
θ：受信機の感度やφｏに依存するが、３゜〜８゜程度
が適当）に高い位置にある（θ＋Δθ）として受信確率
を計算することで、回折波の影響を補正することが可能
である。
第４図は、名古屋市内桜通りを走行中に衛星からの電
波を受信できる確率を、仰角θに対して以上の方法で計
算した結果と実験値を示したものである。両者はよく一
致しており、十分正確に受信確率を予測できるものと考
えられる。
以上のようにして、自動車が走行する地域において、
その時点に上空にある衛星の受信確率を予測し、その地
域で最も受信確率が高い衛星を選択することが可能とな
る。
以下、実施例に基づき２次元測位を行う場合の動作に
ついて説明を行なう。
第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック図
である。
移動方向検出部２は、方位センサ部１の出力に基づき
自動車がどちらの方向に走行しているかを検出するもの
で、その出力は受信確率演算部11の入力に接続されてい
る。
ユーザー操作部４は、走行する日時および初期位置を
入力するためのもので、衛星位置演算部３の入力に接続
されている。
衛星位置演算部３は、ユーザー操作部４からの日時お
よび初期位置情報と、データ復調・擬似距離演算部９か
らのアルマナックデータに基づいて、現在上空にある衛
星の位置と数を演算するものである。
上記構成において、地図情報部５には自動車が走行す
る予定地域の道路や建物、地名などを示す地図と、その
地域の建物高の分布を表す情報を予め記録しておく。こ
こで、建物高の分布を表す情報とは、地図上の地域全体
を複数に区画した各区画毎に、その区画内に含まれる全
建物と平均高さ（平均建物高Ｈ）と最低高さ（最低建物
高Hmin）を表している。
第５図は建物高の分布に関するデータの一例を示すも
ので、データは、半径ｒkmの円で囲まれた正六角形の蜂
の巣状に地図を分割し、それぞれの区画（セル）に番号
をつけ、対応する平均建物高と最低建物高Hminを関連
付けて記憶されている。
現在地周辺建物高分布決定部６は、現在位置演算部10
で求められた位置情報に基づいて、ユーザーが地図上の
どの区画にいるかを地図情報部５から決定し、さらにそ
の区画に対応している記憶された建物高分布データを読
み取り受信確率演算部11に出力するものである。
受信部８は、アンテナ部７で受信した電波を増幅する
回路と、PNコード発生部14で作られたPNコードとを掛け
合わせてスペクトラム逆拡散を行い衛星から送られてく
るデータを復調できるような信号にもどす回路とからな
る。
データ復調・擬似距離演算部９は、受信部８で受信し
た信号を復調して衛星から送られてくる各種の情報を得
るとともに、PNコードの相関のタイミングから衛星と車
両との間の擬似距離を求めるものである。
現在位置演算部10はデータ復調・擬似距離演算部９の
出力に基づき前述の航法方程式により現在のユーザー位
置を求めるものである。
受信確率演算部11は、移動方向検出部２からの自動車
の移動方向を表すデータと衛星の方位角から求められる
φｏ、現在地周辺建物高分布決定部６からの現在地の属
するセルの平均建物高、最低建物高Hmin、受信アンテ
ナ高さｈ、建物から自動車までの距離Ｄ、および衛星位
置演算部３からの衛星の仰角θ等をもとに、各衛星の受
信確率Ｐを前記（４）式により計算するとともに、現在
上空にある複数の衛星のうち３つを選ぶのに考えられる
全ての組み合わせについて、３つの衛星の全てを受信で
きる確率即ち各衛星の受信確率の積を計算するものであ
る。
PDOP演算部12は、衛星位置演算部３からの衛星位置情
報をもとに複数の衛星のうち３つを選ぶのに考えられる
全ての組み合わせについてPDOPを計算するものである。
衛星選択部13は、PDOP演算部12の出力する各衛星の組
み合わせのPDOPを予め定められた基準値Loと比較して基
準値Loより小さい衛星の組み合わせを選択し、選択した
衛星の組み合わせ中で最も受信確率が高い組み合わせを
選択するものである。
PNコード発生部14は、衛星選択部13で選択された組み
合わせの各々の衛星に対応するPNコードを発生し受信部
８へ送るものである。
地図・現在位置表示部15は、現在位置演算部10からの
現在位置情報と地図情報部５からの地図データとを表示
するものである。また、測位に必要な人工衛星がないと
きにはその旨表示する。
次に、第１実施例について、自動車が走行している場
合のGPS航法装置の２次元位置測位の動作を説明する。
第５図は、建物高分布に関するデータ（平均建物高
と最低建物高Hmin）を記録しておく地域を示した一例を
示すものである。半径ｒの円で囲まれる正六角形の蜂の
巣状に地図を区画し、そ れぞれの区画（セル）ごとに対応した建物高に関するデ
ータを地図データと共に記録しておく。第６図は本発明
を説明するための図で、西方向に走行している自動車の
上空に、ある時点に存在する５つの衛星の配置を示して
いる。これらの衛星の仰角θと走行方向に対する方位角
φｏは第１表に示されている。以下、第７図の動作フロ
ー図にしたがい、動作を説明する。
ユーザー操作部４により日時および初期位置の入力を
行い（１）、ユーザー操作部４から送られた日時および
初期位置情報とデータ復調・擬似距離演算部９からのア
ルマナックデータより衛星位置演算部３において現在上
空にある衛星の数Ｎと位置（この場合、第１表に示され
るものであったと仮定する）を求める（２）。また、Ｎ
≧３であるかどうかを調べ（３）、Ｎ≧３であるときに
はさらにＮ≠３であるかどうか即ちＮ＝３かあるいはＮ
＞３かを調べる（４）。その結果、Ｎ＜３のときはGPS
航法はできないのでその旨を地図・現在位置表示部15に
表示するとともにＮ≧３となるまでステップ（２），
（３），（５）を繰り返す。Ｎ＝３のときは、選択する
衛星の組は１つだけなので、その３つの衛星を受信部８
で受信する。Ｎ＞３のときは各衛星ごとの受信確率の計
算を行う（６）。即ち、まず、現在地周辺建物高分布決
定部６からの現在の走行地域付近の建物高の分布に関す
るデータ（n,Hnmin）と、移動方向検出部２からの移
動方向データとを受信確率演算部11に入力する（15）。
そして、各衛星の受信確率を前記（４）式により計算す
る（６）。
さらに、第６図の５つの衛星のうち３つを選ぶのに考
えられる全ての組み合わせについて、３つの衛星の全て
を受信できる確率即ち先に求めた各衛星の受信確率の積
を受信確率演算部11で計算し、 またPDOP演算部12で上記全ての組み合わせについてPDOP
を計算する（７）。
第２表はPDOPが10以下となる衛星の組み合わせについ
て名古屋栄地区の建物高の分布に関するデータをもと
に、受信確率を計算した一例を示したものである。
衛星選択部13は、PDOPが予め定められた基準値Loより
小さい衛星の組み合わせの中で最も受信確率が高い組み
合わせを選択する。即ち、受信確率が最高となる３つの
衛星の組み合わせを決定し（８）、次にPDOP＜Loを調べ
て（９）、NOであれば受信確率が次に高い３つの衛星を
決定する（10）。但し、他に選択すべき組み合わせがな
いときは（２）にもどる。PDOP＜Loを調べてYESであれ
ば基準値Loより小さい衛星の組み合わせの中で最も受信
確率の高い組み合わせとなり、測位に使用する３つの衛
星として指定する。一例として、第２表の結果（Lo＝1
0）を用いると、＃2,＃４および＃５の３つが選択され
る。受信確率が同じときは、PDOPが小さい方の組み合わ
せが優先される。
指定された組み合わせの各々の衛星に対し、PNコード
発生部14はPNコードを発生し、受信部８にてスペクトラ
ム逆拡散を行なう（11）。
次に、データ復調・擬似距離演算部９にて、衛星から
送られてくるデータを復調とするとともに、擬似距離の
測定を行なう（12）。
次に、３つの衛星からの復調データと擬似距離データ
をもとに、現在位置演算部10は一般によく知られた航法
方程式からユーザーの位置を計算し（13）、結果を地図
・現在位置表示部15に地図とともに表示する（14）。
以上のとおりこの第１実施例は、地図情報部５に適当
に区画した各地区ごとの平均建物高および最低建物高か
らなる建物高の分布に関するデータを地図データととも
に記憶させておく。そして受信確率演算部11で、地図情
報部５に記憶された走行地域の建物高の分布に関するデ
ータに基づき仰角θ、方位角φｏの衛星からの電波を受
信できる確率を（４）式により計算し、このような確率
計算結果をも用いて最適な衛星の組を選択するので、市
街地でのGPS航法の利用率を高くすることができる。
以上は２次元位置の測位の例を示すものであり、高さ
方向の位置データは予め与えておくが、３次元位置の測
位に対しても、４つの衛星を利用する以外は以上の手順
と同様に考えることができる。
第８図は本発明の第２実施例の構成を示したものであ
る。この実施例では、単に受信確率が最大となる組み合
わせを選ぶのではなく、建物高の平均値（）のデータ
から、現在地では受信確率かPDOPのどちらを優先して選
択するべきかを判断して受信を行なう。さらに、衛星に
より測位が不適当である場合には、距離センサと方位セ
ンサから移動軌跡および現在地を求める積算航法に切り
換え、衛星が利用できなくても連続して測位を行なうよ
うにした例である。第８図において、第１図の第１実施
例と同一の要素には同一の符号を用いている。この第２
実施例は、第１の実施例において、距離パルス発生部1
6、移動軌跡演算部17、位置演算部18を含む積算航法部1
9と、受信確率・PDOP優先判定部20と、衛星・積算航法
選択部21とを付加した構成を有している。
距離パルス発生部16は、車輪などに取り付けたセンサ
により移動距離を測定するものである。
移動軌跡演算部17は、距離パルス発生部16からの移動
距離信号と、移動方向検出部２からの移動方向信号をも
とに移動軌跡を求めるものである。移動軌跡の原点は、
ユーザー操作部４から入力される初期位置が初期値とし
て用いられるがGPS航法が適切に動作し始めると、位置
演算部10の結果を移動軌跡演算部17が読み込み、改めて
その位置を原点として移動軌跡を求める。
位置演算部18は移動軌跡演算部17からの移動軌跡信号
から現在の走行地点を求めるものである。
なお、これらの要素1,2,16,17,18からなる積算航法部
19そのものは、この分野において周知のものであるの
で、詳細な説明は省略する。
受信確率・PDOP優先判定部20は、現在地周辺建物高分
布決定部６から出力される現在地周辺の平均建物高と
予め定められた基準値Ho（５〜8m程度とするのが適当）
との大小を比較し、PDOPあるいは受信確率のどちらを優
先して衛星の組み合わせを選択するかを決定するもので
ある。一般にPDOPは衛星が天空において広く散らばって
いるほど小さい値となり測位精度が高くなるが、PDOPが
小さいときの衛星の位置は水平線に近い場合が多い。そ
のため走行地域周辺の平均建物高が高い場合には、PDOP
を優先して衛星を選択するとほとんど受信できないこと
になる。このような場合には、受信確率の高い衛星を優
先して選択した方がよい結果となる。
衛星・積算航法選択部21は、衛星航法によって求めら
れた現在地データと積算航法によって求められた現在地
データを別々に記憶しており、順次、現在位置演算部10
および位置演算部18の出力によって書き加えられるよう
になっている。そして、GPS航法の動作が適切でない場
合、即ち、現在上空にある衛星の数が測位に必要な数よ
り少ない場合、PDOPが一定の基準値Loより大きい場合お
よび受信確率が一定の基準値Poより小さい場合に、積算
航法を選択し、それ以外の場合にGPS航法を選択して常
時現在地を地図・現在位置表示部15および現在地周辺建
物高分布決定部６に出力するものである。
以下、第９図に示す動作フローに従って第２実施例の
動作を説明する。
実施例１で述べたのと同様に、ユーザー操作部４から
のユーザーの入力に応じて、GPS航法部22は現在受信可
能な衛星に対して受信確率とPDOPの計算を行なう。衛星
の数が測位に必要な数（２次元測位では３つ）より少な
い場合、GPS航法は行なわず、積算航法部19により現在
位置を求める（14）。
積算航法部19では、距離パルス発生部16により移動距
離を求め、方位センサ１と移動方向検出部２により移動
方向を求める（25）。
これらの検出した移動距離および移動方向をもとに移
動軌跡演算部17で移動軌跡を演算する（26）。
そして、位置演算部18は移動軌跡演算部17からの移動
軌跡に基づき現在地を求める（27）。
また、地図情報部５に記録された建物高の分布に関す
るデータのうち、現在地周辺の平均建物高（ｎ）と予
め定められた基準値Ho（５〜8m程度の値とするのが適
当）との大小を比較する（20）。
もし、ｎ＜Hoであれば走行中の平均的な受信確率が
高いと判断し、PDOPが最小となる衛星の組み合わせを優
先して選択する（21）。ただし、決定された組み合わせ
について、受信確率およびPDOPが予め定めた基準値Poお
よびLoに対し、受信確率≧PoかつPDOP＜Loであるか否か
を調べる（22）。否であれば、PDOPが次に小さい組み合
わせを決定する（23）。この組み合わせについて再度、
上記の条件を満足するか判断する。以上の手順を繰り返
し、決定された衛星を受信する（11）。
最後まで受信確率≧PoかつPDOP＜Loの条件を満足しな
かった場合には、条件を満足する地域にくるまで積算航
法部19からの結果を現在地として表示する。
受信部８においては３つの衛星を独立して受信する
が、全ての衛星についてデータ復調と擬似距離の測定が
可能となったならば、現在位置演算部10にて現在地を計
算し、地図・現在位置表示部15に出力する（13,14）。
次に、ｎ≧Hoの場合は、その地域内での受信確率が
小さいと判断し、受信確率が最大となる衛星の組み合わ
せを優先して選択する（８）。ただし、決定された組み
合わせについて、ｎ＜Hoの場合と同様な手順でPDOP＜
Loかつ受信確率≧Poの条件を満たすかどうか判断し
（９）、満たすなら衛星の受信を行ない（11）、満たさ
ないなら積算航法を行なう（25,26）。
移動軌跡演算部17は、以上で述べた動作とは別に常時
平行して自動車の走行軌跡を記録し、積算航法に切り換
えられた時には位置演算部18を介して即座に現在位置デ
ータを地図・現在位置表示部15に出力する。このデータ
は、次のGPS航法への切換えのタイミングを決定するた
め、現在地周辺の建物高の分布の決定やさらに受信確率
の計算などに利用される。
また、衛星による測位を行なっている場合には、その
測位データによって積算航法部19の記録データ（現在地
データ）を随時更新することにより、積算航法の欠点で
ある累積誤差の発生を小さくすることが可能である。
この第２実施例によれば、第１実施例の特徴に加え
て、積算航法部19を有し、衛星・積算航法選択部21によ
り、現在受信可能な衛星の数が測位に必要な数より少な
い場合、PDOPが一定の基準値Loより大きい場合および受
信確率が一定の基準値Poより小さい場合等のGPS航法の
動作が適切でない場合に、これを補うように積算航法で
現在位置の測位を行うので、広範囲の地域で利用するこ
とが可能になる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明により、自動車の走行地
域の建物高の分布に関するデータや衛星位置の情報およ
び走行方向に関する情報をもとに、その地域でGPS航法
装置による測位が可能となる確率が高くその地域で最も
適した衛星の組み合わせを選択することができ、従来に
比べ精度よく測位を行うことが可能となり、衛星による
航法を自動車においてより有効に利用することができる
ようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１を表わす構成図、第２図ない
し第６図は本発明における受信確率についての説明図、
第７図は本発明の第１実施例の動作を説明する動作フロ
ー図、第８図は本発明の第２実施例の構成図、第９図は
本発明の第２実施例の動作を説明する動作フロー図であ
る。 １……方位センサ部、２……移動方向検出部、３……衛
星位置演算部、４……ユーザー操作部、５……地図情報
部、６……現在地周辺建物高分布決定部、７……アンテ
ナ部、８……受信部、９……データ復調・擬似距離演算
部、10……現在位置演算部、11……受信確率演算部、12
……PDOP演算部、13……衛星選択部、14……PNコード発
生部、15……地図・現在位置表示部、16……距離パルス
発生部、17……移動軌跡演算部、18……位置演算部、19
……積算航法部、20……受信確率・PDOP優先判定部、21
……衛星・積算航法選択部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自動車GPS航法装置において、 自動車が走行する予定地域の地図と、その地域の建物高
    の分布を表す情報とを記録した地図情報部と、 該地図情報部からの前記建物高の分布を表す情報をもと
    に衛星の受信確率を計算する受信確率演算部と、 該受信確率演算部の出力に基づきその地域において最も
    前記受信確率の高い衛星の組み合わせを選択する衛星選
    択部と を設けたことを特徴とするGPS航法装置。
  2. 【請求項２】自動車GPS航法装置において、 自動車が走行する予定地域の地図と、その地域を複数に
    区画した各区画ごとの平均建物高，最低建物高等からな
    るその地域の建物高の分布を表す情報とを記録した地図
    情報部と、 該地図情報部からの前記建物高の分布を表す情報をもと
    に衛星の受信確率を計算する受信確率演算部と、 PDOP（またはHDOP）を算出するPDOP（またはHDOP）演算
    部と、前記地図情報部から得られる現在走行している地
    域の前記平均建物高と予め定める基準値との大小関係に
    基づいて、前者が大きい場合には前記受信確率が最大と
    なる前記衛星の組み合わせを、後者が大きい場合には前
    記PDOP（または前記HDOP）が最小となる前記衛星の組み
    合わせをそれぞれ優先して選択し、走行地域における前
    記建物高の分布に応じて最適な衛星の組み合わせを選択
    する優先判定部と を有することを特徴とするGPS航法装置。
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