JP2995852B2

JP2995852B2 - 車両用ｇｐｓ航法システム

Info

Publication number: JP2995852B2
Application number: JP29424290A
Authority: JP
Inventors: 義隆尾崎; 光雄奥村; 白井　　和成
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JPH04166781A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は航法システムに係り、特に、車両に採用する
に適したGPS航法システムに関する。

（従来技術）従来、この種のGPS航法システムにおいては、特開昭6
3−198887号公報に示されているように、各人工衛星か
らの衛星軌道及び時刻に関する各情報の受信に基いて各
人工衛星の位置と自己位置との距離を測定して自己位置
を測位し、さらに、各人工衛星の位置から誤差の生じる
方向を求め、この誤差方向との関連により道路地図情報
を利用して測位値を補正するようにしたものがある。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような構成において、三つの人工衛星
を利用して測位する場合には、高度値を与えた上で同一
高度面内で二次元測位を行うこととなるため、測位結果
には、上述の距離の測定誤差に加え、高度値の設定誤差
も含まれることとなる。しかしながら、上述の構成で
は、高度設定誤差が測位結果に与える影響までは考慮さ
れておらず、その結果、二次元測位における測位誤差予
測の精度が低いという不具合があった。

そこで、本発明は、このようなことに対処すべく、車
両用GPS航法システムにおいて、二次元測位をするにあ
たり、高度設定誤差をも考慮して、測位誤差の予測精度
を高めようとするものである。

（課題を解決するための手段）上記課題の解決にあたり、本発明によれば、第１図に
て示すごとく、車両に装備されて複数の人工衛星S1,S2,…,Siからの
送信電波を受信する受信手段１と、この受信手段１の受信電波に基いて車両の位置を測位
するとともにこの測位値の誤差の予測精度を演算する測
位演算手段２とを備えたGPS航法システムにおいて、測位演算手段２は、高度設定誤差を予測する予測手段
2aと、この予測手段2aによって予測された高度設定誤差
により生じる測距精度を演算する測距精度演算手段2bと
を具備して、二次元測位時に、少なくとも前記予測精度
に前記測距精度を合成して新たな測位誤差の予測精度を
演算することを特徴とする車両用GPS航法システムが提
供される。

（作用効果）このように、本発明では、二次元測位における高度設
定誤差が測位結果に与える影響を考慮した構成を採るの
で、測位誤差の予測精度を高めることができる。その結
果、当該予測精度の活用により、当該車両の位置に対す
るより一層正確な把握が可能となる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第
２図は、本発明が車両用ナビゲータに適用された例を示
している。このナビゲータは、方位センサ10を有してお
り、この方位センサ10は、当該車両の方位を検出し方位
検出信号を発生する。車速センサ20は、当該車両の車速
を検出しこの検出結果に比例する車速パルスを順次発生
する。GPS受信装置30は、四つ又は三つの人工衛星から
の各送信電波を受信部30aにて受信し、この受信電波に
基き第３図〜第５図に示す各フローチャートに従い測位
プログラムをマイクロコンピュータ30bにより実行し
て、三次元測位又は二次元測位及びその予測精度等のた
めの演算処理をする。但し、測位プログラムはマイクロ
コンピュータ30bのROMに予め記憶されている。

地図メモリ40は、コンパクトディスク等の大容量記憶
素子からなるもので、この地図メモリ40には、所定範囲
の地図データ（道路形状データを含む）が予め記憶され
ている。コントロールスイッチ50は、地図メモリ40の記
憶地図データ中から表示地図を選択するとき、或いは初
期値をマイクロコンピュータ60に入力するときに操作さ
れる。マイクロコンピュータ60は、表示プログラムを、
第８図に示すフローチャートに従い、方位センサ10、車
速センサ20、GPS受信装置30、地図メモリ40及びコント
ロールスイッチ50との協働により実行し、この実行中に
おいて、CRT80に接続したCRTコントローラ70の制御に必
要な演算処理をする。但し、表示プログラムはマイクロ
コンピュータ60のROMに予め記憶されている。

以上のように構成した本実施例において、当該車両の
走行状態にて本発明装置を作動させれば、マイクロコン
ピュータ30bが第３図のフローチャートに従い測位プロ
グラムの実行をステップ100にて開始するとともに、マ
イクロコンピュータ60が第８図のフローチャートに従い
ステップ200にて表示プログラムの実行を開始する。ス
テップ100での実行開始後、マイクロコンピュータ30b
が、第３図及び第４図にて示すごとく、測位プログラム
を第１測位誤差演算ルーティン110に進める。

しかして、この第１測位誤差演算ルーティン110にお
いては、そのステップ111にて、GPS受信装置30の受信部
30aにより受信された四つの人工衛星からの各軌道デー
タを表わす各送信電波に基き各人工衛星の各三次元位置
が演算され、また衛星電波の到達時間より各衛星とGPS
受信装置30との間の距離が演算され、かつこれら演算結
果に応じてGPS受信装置30の三次元位置（即ち、経度、
緯度及び高度）が測位置として演算される。但し、送信
電波を受信できている人工衛星が三つしかない場合は、
高度値を任意に設定することにより、三つの人工衛星を
用いてGPS受信装置30の二次元位置（即ち、経度、緯
度）が測位値としてステップ111にて演算される。従っ
て、以下の各ステップ112〜115の演算は、三次元測位を
行った場合と、二次元測位を行った場合で異なる。

しかして、三次元測位の場合にあっては、ステップ11
2において、GPS受信装置30の測位値を中心として、東、
北及び真上を三軸とするx,y,z直交座標系を定め、GPS受
信装置30の測位値から各人工衛星の位置に向かう単位ベ
クトルをそれぞれ求め、これら各単位ベクトルを上述の
直交座標系の各座標軸成分に分割し、各人工衛星の時計
の時刻とGPS受信装置30の時刻との間の時計ズレ量ｔに
対する係数「１」を加えてＡ行列を次のように完成す
る。

但し、Ａ行列において、ｉ＝0,1,2,3とすれば、αｉ
＝∂r_i/∂Lg,β_ｉ＝∂r_i/∂Lt,γｉ＝∂r_i/∂ｈが成立
する。ここに、γｉはGPS受信装置30と衛星との間の距
離を表わす。また、Lg,Lt,hは、GPS受信装置30の三次元
位置を特定する経度、緯度及び高度を表わす。また、L
g,Lt,hはx,y,zの各座標にそれぞれ対応する。

然る後、ステップ113において、ステップ112における
Ａ行列に基き、以下のように、分散・共分散行列（A^T・
Ａ）^-1を演算する。

ついで、ステップ114において、上述の分散・共分散
行列（A^T・Ａ）^-1の固有値λを演算する。かかる場合、
この固有値λは、以下のように、誤差成分の最大となる
方向の分散λと、誤差成分の最小となる方向の分散λ
ｓとの二つの値として得られる。

但し、（A^T・Ａ）^-1の固有値λは、測距誤差を「１」
としたときの測位誤差の分散を与えるものであることを
考慮し、λ及びλｓに関する各式（３）、（４）にお
いては、User Equivalent Range Error（以下、UEREと
いう）で、測位に使用している衛星のうちの最大値UERE
maxを乗じることにより、λ及びλｓを実際の測位誤
差の分散（１σ）として求める。なお、「１σ」は68.3
％の確率を表わす。

かかる場合、UEREは、次の両式（５），（６）のいず
れかに基き、URA及びGPS受信装置30の内部で発生する測
距離誤差（以下、受信装置内測距誤差という）に応じて
演算される。

但し、URA≠15とする。なお、URA＝15は、誤差の予測
をしていないことを表わす。また、URAは、各人工衛星
からの受信電波で特定される人工衛星毎の測距誤差の予
測値を表わすパラメータであって、各人工衛星の時計及
び詳細軌道データを原因として生じる測距誤差成分を含
む。

このようにしてステップ114における演算処理が終了
すると、次のステップ115において、測位誤差の分散が
最大となる方向、即ち、三次元測位時の測位値が確率１
σにて存在する楕円の長軸長さσ_Ｌの方向θ_Ｌ、及び測
位誤差の分散が最小となる方向、即ち、前記楕円の短軸
長さσ_Ｓの方向θ_Ｓが次の各式（７），（８）によって
演算される。

なお、上述した各式（１）〜（８）はマイクロコンピ
ュータ30bのROMに予め記憶されている。

次に、二次元側位を行った場合の各ステップ112〜115
の演算について示す。ステップ112では、二次元側位の
場合は高度の測定を行わないのでＡ行列の要素からγの
項がなくなる。更に測位に使用する衛星が三つであるの
で四番目の衛星の項がなくなり以下のようにＡ行列を完
成する。

ステップ113の分散・共分散行列（A^T・Ａ）^-1は、以
下の様になる。

以下、ステップ114・115については、三次元の場合と
全く同様に求める事ができる。三次元測位の場合は、以
上で測位演算は、終了する。二次元測位の場合は、測位
誤差の要因として更に、高度設定値の誤差が考えられる
ので、これが測位値に与える誤差を求めるため、測位プ
ログラムを第２測位誤差演算ルーティン120（第３図及
び第５図参照）に進める。このことは、ルーティン120
は二次元測位時のみ実行されることを意味する。

しかして、マイクロコンピュータ30bが、ステップ121
にて、三次元測位時のステップ111にて求めた高度を高
度設定値として採用し、その精度（VDOP×UERE）を高度
設定誤差Δｈとする。但し、VDOPは、高さ方向の測位精
度の劣化を表わす指数である。なお、二次元測位が連続
する場合には、上述の高度設定誤差Δｈに加え、高度値
の設定に採用した三次元測位値と現在の二次元測位値と
から求められるGPS受信装置30の移動量に比例した高度
設定誤差の増加をも考慮する。この増加は、土地の勾配
に基く値であって、測位精度の予測値よりも大きな誤差
をもつ測位値を出力しないようにするために、山岳地等
を想定した上で、大きめの値とする必要がある。

ついで、マイクロコンピュータ30bが、ステップ122に
て、高度設定誤差Δｈに起因して生じる各人工衛星毎の
測距誤差Δr_iを次式（９）に基きGPS受信装置30から各
人工衛星へ向かう各単位ベクトルの高さ方向への方向余
弦（ステップ112におけるγ₀,γ₁,γ_２に相当）及び高
度設定誤差Δｈに応じて演算する。

然る後、マイクロコンピュータ30bが、ステップ123に
おいて、測距誤差Δr_iに起因して生じる測位誤差、即
ち、経度方向のズレΔLg、緯度方向のズレΔLt,及びGPS
受信装置30の時計と各人工衛星の時計とのズレΔＢを次
式（10）に基きステップ112におけるＡ行列の二次元測
位相当成分の行列（式（1a））に応じて演算する。

かかる場合、高度設定誤差Δｈが予測値と異なる場合
の測位誤差はズレの方向が同一であっても、その大きさ
は高度設定誤差Δｈに比例して変化することが、式（1
0）から理解される。しかして、高度設定誤差の予測値
としてその１σの大きさを予測したとすれば、測位値
は、真の位置を中心とし（ΔLt,ΔLg）と（−ΔLt,−Δ
Lg）とを結ぶ線上に確率１σにて得られると予測され
る。なお、上述した各式（９），（10）はマイクロコン
ピュータ30bのROMに予め記憶されている。

このようにして第２測位誤差演算ルーティン120の実
行が終了すると、マイクロコンピュータ30bが、ステッ
プ130（第３図参照）にて、第１及び第２の測位誤差演
算ルーティン110,120で得た各測位誤差を第６図にて示
すように合成する。この合成によれば、測距誤差による
測位誤差の分布を示す楕円の中心を、GPS受信装置30の
真の位置を中心とする直交座標系において、（ΔLt,ΔL
g）から（−ΔLt,−ΔLg）だけ移動したときにできる楕
円図形の範囲内に、測位点が１σで含まれると予測され
る。三次元測位の場合は、ステップ110で求めたとお
り、第７図に示した楕円図形の範囲内に、測位点が１σ
で含まれると予測される。このことは、GPS受信装置30
の二次元測位及び三次元測位における測位精度が高精度
にて予測できたことを意味する。但し、現実には真の位
置が不明なため、測位値を中心に予測精度の範囲を描け
ば、この範囲内に真の位置が確率１σで含まれる。な
お、マイクロコンピュータ30bは、ステップ130にて、上
述の測位値及びその予測精度をマイクロコンピュータ30
に付与する。

一方、上述のようにステップ200での実行開始後、マ
イクロコンピュータ60が、表示プログラムを推測航法演
算処理ルーティン210に進める。しかして、この推測航
法演算処理ルーティン210においては、マイクロコンピ
ュータ60内に記憶された当該車両の最終位置或いはコン
トロールスイッチ50により入力された当該車両の位置を
初期値とし、方位センサ10からの方位検出信号の値及び
車速センサ20からの各車速パルスに基く車速に応じて当
該車両の相対的移動量を演算して同車両の現在位置を推
測演算する。

以上のような推測航法演算処理ルーティン210の実行
後、マイクロコンピュータ60がマップマッチング処理ル
ーティン220の実行に移行する。このマップマッチング
処理ルーティン220においては、方位センサ10からの方
位検出信号及び車速センサ20からの各車速パルスに誤差
が混入している場合には、推測航法演算処理ルーティン
210における当該車両の推測演算位置にも誤差が生じる
とともにこの誤差が累積的に増大してゆくことを考慮し
て、かかる累積位置誤差を、地図メモリ40の道路形状デ
ータに基いて補正する。かかる場合、この補正による現
在位置の精度は、道路形状を参照しているため、非常に
高く維持される。

然る後、マイクロコンピュータ60が、ステップ230に
おいて、マップマッチング処理ルーティン220にて補正
した推測演算処理とマイクロコンピュータ30bからの入
力測位値との間のズレがマイクロコンピュータ30bによ
る予測精度内にあるか否かにつき判別する。しかして、
予測精度内になければ、マイクロコンピュータ60がステ
ップ230にて「NO」と判別し、ステップ240にて、マイク
ロコンピュータ30bによる測位値を当該車両の現在位置
とセットし、ステップ250にて、同現在位置を地図メモ
リ40からの地図データにデータとして合成して表示デー
タを作成するとともにこの表示データを表示出力信号と
して発生する。一方、ステップ230での判別が「YES」に
なる場合には、マイクロコンピュータ60が、ステップ25
0にて、上述のマップマッチングで求めた現在位置を上
述と同様に地図データに合成して表示データを作成し表
示出力信号を発生する。なお、GPS受信装置30による測
位が、人工衛星からの送信電波の遮断等で不可能な場合
には、上述の表示データの作成は、マップマッチングで
求めた現在位置を利用してなされる。

上述のようにマイクロコンピュータ60が表示出力信号
を発生すると、CRTコントローラ70が前記表示データの
内容をCRT80に表示させる。かかる場合、上述のように
ステップ230での判別が「NO」となった場合には、GPS受
信装置30による測位値で特定される当該車両の現在位置
が地図上に表示される。一方、上述のようにステップ23
0での判別が「YES」となった場合には、マップマッチン
グにより補正した現在位置が地図上に表示される。

以上説明したように、第２測位誤差演算ルーティン12
0の実行のもとに、二次元測位時の高度設定誤差による
測位誤差の影響をも考慮して当該車両の現在位置を決定
するようにしたので、従来のように、二次元測位時にHD
OPが小さいときに測位値の精度を良いものとして誤判断
してしまうこともなく、現在位置の予測精度を高めるこ
とができる。従って、CRT80の表示内容によって当該車
両の位置を精度よく認識できる。かかる場合、意図的な
精度劣化（Selective availability）が行なわれたり、
或いは、人工衛星の故障や経年変化等による精度劣化が
生じた場合でも、URAの値を上述のように予測精度のパ
ラメータとしてとりこむことにより正確な予測が可能と
なる。

なお、前記実施例においては、二次元測位時の高度設
定にあたり、三次元測位時の高度値を採用した例につい
て説明したが、これに代えて、予め地図データに含めた
高度値、気圧の変化等を利用した高度計の出力、或いは
サインポスト等の位置情報をもつ標識で特定される高度
値を利用して実施するようにしてもよい。

また、前記実施例においては、予測誤差を精度よく求
める方法について説明したが、これに限らず、第２測位
誤差演算ルーティン120の活用により、正確な経度・緯
度が得られていることを前提に、高度値をも求めるよう
にしてもよい。かかる場合、例えば、サインポストから
の情報或いはマップマッチングで交差点の右左折等によ
り確度の高い位置決定ができたとき等において、正確な
経度・緯度が分かったときにGPS受信装置30の二次元測
位が終了しておりその測位値が一定方向にずれている場
合、高度設定値に誤差が存在すると考えられる。これに
対して、実際の高度値を求めるにあたっては、ステップ
121におけるΔｈを「１」としたときの測位誤差を演算する。そして、GPS受信装置30の測位値と、その
他の情報から得られた真の位置との距離を求め、この距
離を前記演算測位誤差で除算すれば、高度の設定誤差が
得られる。なお、測位値の真値に対するズレの方向がΔ
Lg,ΔLtの示す方向であれば、高度の設定値が大きい。
一方、逆方向のズレの場合には、高度の設定値が小さ
い。

また、前記実施例においては、マップマッチングで決
定した現在位置が、GPS受信装置30の予測精度１σの外
に存在する場合には、GPS受信装置30の測位置を当該車
両の現在位置とするようにしたが、地図が詳細に作成さ
れているために、正確なマップマッチングが可能な場合
には、GPS受信装置30の測位値の使用範囲を、予測精度
１σから２σ或いは３σに拡大するようにして実施して
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲の記載に対する対応図、第２図
は本発明を適用した車両用ナビゲータのブロック図、第
３図〜第５図は第２図のGPS受信装置のマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャート、第６図は二次元測
位時の測位誤差の合成説明図、第７図は三次元測位時の
測位誤差の説明図、及び第８図は第２図のマイクロコン
ピュータ60の作用を示すフローチャートである。符号の説明 30……GPS受信装置、30a……受信部、30b……マイクロ
コンピュータ。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−198887（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−127172（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 G01C 21/00 - 21/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に装備されて複数の人工衛星からの送
信電波を受信する受信手段と、この受信手段の受信電波に基いて車両の位置を測位する
とともにこの測位値の誤差の予測精度を演算する測位演
算手段とを備えたGPS航法システムにおいて、前記測位演算手段は、高度設定誤差を予測する予測手段
と、この予測手段によって予測された高度設定誤差によ
り生じる測距精度を演算する測距精度演算手段とを具備
して、二次元測位時に、少なくとも前記予測精度に前記
測距精度を合成して新たな測位誤差の予測精度を演算す
ることを特徴とする車両用GPS航法システム。