卫星测位装置、当前位置确定方法及导航装置

摘要

提供一种提高测位精度的稳定性的卫星测位装置和导航装置。从GPS接收机(5)获取表示在卫星测位中可使用的卫星的可使用卫星数据(302)，参照可使用卫星履历数据(303)，将此次和过去n次连续地成为可使用的卫星作为备选卫星抽出。然后，从备选卫星中，以前次使用卫星在此次中也作为使用卫星而被优先选择的方式选择4个使用卫星，并将其设置在使用卫星数据(304)中。GPS接收机(5)进行利用使用卫星数据(304)所表示的4个使用卫星的三维测位。另一方面，在可抽出的备选卫星未满4个为3个的情况下，通过将抽出的3个备选卫星选择为使用卫星并设置在使用卫星数据(304)中，使得GPS接收机(5)进行使用3个使用卫星的二维测位，在可抽出的备选卫星未满3个的情况下则不进行卫星测位。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在GPS等的卫星测位系统中，根据来自卫星的接收信号测定自身位置的卫星测位装置。

背景技术

作为由多个卫星和与汽车等移动体一同移动的卫星测位装置构成的卫星导航系统，广泛利用了GPS(Global Positioning System：全球定位系统)。

作为在这样的GPS中的卫星测位装置的GPS接收机中的测位技术，已知一种通过只使用从仰角高的卫星接收的信号进行测位，以降低由于建筑物等产生的多路径对测位精度的影响的技术(例如专利文献1)。

此外，作为GPS接收机中的测位技术，已知一种从可接收信号的卫星当中，求出依据卫星几何学的配置关系确定的测位精度(DOP：Dilution of Precision：精度衰减因子)成为最佳值的卫星的组合，并使用从属于所求出的组合的卫星接收的信号进行测位的技术(例如专利文献2)。

专利文献1：日本专利公开：特开平6-281721号公报

专利文献2：日本专利公开：特开平5-297104号公报

卫星测位装置中的测位精度和误差的倾向因测位中所使用的卫星的组合而变动。为此，测位中所使用的卫星组合频繁变化时，卫星导航装置中的测位稳定性劣化，测位位置容易发生跳跃或偏移。并且，产生这种测位位置的跳跃或偏移时，很难通过表示测位位置的履历的轨迹和道路地图的地图匹配等校正手法，将通过卫星导航装置测位的位置校正为正确的位置。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种适于精度更高的、具有稳定性的测位的卫星测位装置。

为了实现前述目的，本发明的根据从卫星接收的信号进行测位的卫星测位装置被构成为，包含有在进行各次卫星测位之际，从其信号被接收的卫星中，将满足规定条件的多个卫星选定为作为可用于卫星测位的卫星的可使用卫星的可使用卫星选定部；在进行各次卫星测位之际，从所述可使用卫星选定部所选定的多个可使用卫星中，选择规定数目的作为在此次卫星测位中使用的卫星的使用卫星，使得在前次卫星测位中作为使用卫星而选择的规定数目的卫星被包含在所述多个可使用卫星中的情况下、在该前次卫星测位中作为使用卫星而选择的规定数目的卫星优先作为此次卫星测位中使用的使用卫星而被选择的使用卫星选择部；使用从所述使用卫星选择部选择的使用卫星所接收的信号，进行各次卫星测位的卫星测位部。

根据这样的卫星测位装置，在同样的卫星组合可连续地在卫星测位中使用的情况下，由于同样的卫星组合连续地用于卫星测位中，因此可实现同样的卫星组合优先使用的卫星测位，可实现抑制使用的卫星的组合频繁变化的稳定的卫星测位。

另外，为了实现前述目的，本发明的根据从卫星接收的信号进行测位的卫星测位装置被构成为，包含有在进行各次卫星测位之际，从其信号被接收的卫星中，将满足规定条件的多个卫星选定为作为可用于卫星测位的卫星的可使用卫星的可使用卫星选定部；在进行各次卫星测位之际，将通过所述可使用卫星选定部以规定数目以上地连续地、继续选定为所述可使用卫星的卫星，作为备选卫星选择的备选卫星选择部；在进行各次卫星测位之际，从所述备选卫星选择部选定的多个备选卫星中，选择规定数目的作为在此次卫星测位中使用的卫星的使用卫星，使得在前次卫星测位中作为使用卫星而选择的规定数目的卫星在成为所述备选卫星时、在该前次卫星测位中作为使用卫星而选择的规定数目的卫星优先被选择为此次卫星测位中使用的使用卫星的使用卫星选择部；使用从所述使用卫星选择部选择的使用卫星所接收的信号，进行各次卫星测位的卫星测位部。

根据这样的卫星测位装置，从到现在为止在规定期间以上处于可稳定地用于卫星测位的状态的卫星中，以尽可能地在此次卫星测位中使用的卫星组合与前次卫星测位中使用的卫星的组合相同的方式选择此次卫星测位中使用的卫星。在此，到现在为止在规定期间以上处于可稳定地用于卫星测位状态的卫星在今后也可稳定地用于卫星测位的可能性高。

因此，可实现更稳定地连续使用同样的卫星组合的卫星测位。

在此，在具有这样的备选卫星选择部的卫星测位装置中，在前述使用卫星选择部中，在所述备选卫星选择部所选择的备选卫星为n(但是，n为4以上的整数)以上的情况下，将n个卫星选择为所述此次测位中使用的使用卫星，在所述卫星测位部中，在所述使用卫星选择部所选择的使用卫星的数目为n的情况下，也可以进行使用从该n个使用卫星接受的信号的三维测位。并且，此时前述n可以为4个。

另外，进一步在这种情况下，最好是在所述使用卫星选择部中，在所述备选卫星选择部所选择的备选卫星为3的情况下，将该3个卫星选择为所述此次测位中使用的使用卫星，在所述卫星测位部中，在所述使用卫星选择部所选择的使用卫星数目为3的情况下，进行使用从该3个使用卫星接收的信号的二维测位。

这样，成为可稳定使用的卫星的卫星数目只是3个的情况下，继续使用4个以上卫星的三维测位时产生的可能性高的、使用的卫星组合的频繁变化得到抑制的同时，能够进行稳定的二维测位。

另外，在具有以上的备选卫星选择部的卫星测位装置中，在所述备选卫星选择部中，最好在进行各次卫星测位之际，在通过所述可使用卫星选定部以连续规定数目以上连续地、将作为所述可使用卫星而被继续选定的卫星的、在最近的规定期间内信号的接收强度的变动电平比规定电平小的卫星作为备选卫星选择。

这样，能够实现抑制多路径影响的卫星测位。

此外，在以上的各卫星测位装置中，在所述可使用卫星选定部中，可将至少仰角比规定角度大的卫星作为所述可使用卫星选定。或者，可将至少信号的接收强度的电平比规定电平大的卫星作为所述可使用卫星选定。或者，可将属于DOP(Dilution of Precision：精度衰减因子)最佳或规定电平以上为良好的卫星的组合的卫星，作为所述可使用卫星选定。

在此，以上的卫星测位装置可用于导航装置中的当前位置的确定。即，例如，导航装置可由具有以上的备选卫星选择部的卫星测位装置、通过自主式导航测位进行测位的自主式导航测位装置、根据所述卫星测位装置所测位的位置和所述自主式导航测位装置所测位的位置确定当前位置的当前位置算出部构成。并且，在这张情况下，所述当前位置算出部最好在所述备选卫星选择部所选择的备选卫星未满3个的情况下，只根据所述自主式导航测位装置所测位的位置来确定当前位置。

这样，在规定期间以上处于可稳定地用于卫星测位的状态下的卫星未满3个时，通过不使用卫星测位的位置，而是通过以自主式导航测位所测位的位置为基准算出当前位置，能够将使用的卫星组合的频繁变化所致的卫星测位位置精度的劣化对当前位置计算的影响加以排除，能够进行稳定的当前位置的计算。

根据以上所述的本发明，能够提供一种适用于精度更好的具有稳定性的测位的卫星测位装置。

附图说明

图1为表示根据本发明实施例的导航系统的构成的框图，

图2为表示本发明实施例中所表示的导引图像的例子的视图，

图3为表示根据本发明实施例的卫星测位动作的概要的视图，

图4为表示根据本发明实施例的使用卫星选择处理的流程图，

图5为表示根据本发明实施例的使用卫星选择处理的处理例的视图，

图6为表示根据本发明实施例的使用卫星选择处理的处理例的视图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施例，以搭载在汽车上的导航系统的应用为例进行说明。

图1中表示了根据本实施例的导航系统的构成。

如图所示，车载系统构成为具有导航装置1、操作部2、显示装置3、车辆状态传感器4和GPS接收机5。这里，车辆状态传感器4为作为角加速度传感器或地磁传感器的方位传感器和作为车速脉冲传感器等的车速传感器等的检测出车辆状态的传感器群。

并且，导航装置具有作为存储道路地图数据的DVD驱动器或HDD等存储装置的道路地图数据存储部11、当前位置算出部12、地图匹配处理部13、路线搜索部14、存储器15、控制部16，和导引图像生成部17。

当前位置算出部12具有根据自主式导航进行测位的自主式导航测位部121，和控制GPS接收机5以执行通过卫星测位而进行的测位的卫星测位控制部122。

在这样的构成中，当前位置算出部12的自主式导航测位部121反复地进行如下处理，即，通过对所设置的基准位置，加上由车辆状态传感器4所输出的车速或前进方位求出的车辆的变位，将进行测位的测位位置作为第1测位位置而输出。另外，当前位置算出部12的卫星测位控制部122反复地进行如下处理，即，在控制GPS接收机5的测位参数的同时在GPS接收机5中进行卫星测位，并将GPS接收机5测位的卫星测位位置作为第2测位位置而输出。

接着，地图匹配处理部13反复地进行如下处理，即，根据当前位置算出部12输出的第1测位位置和第2测位位置，进行与从道路地图数据存储部11读出的前次确定的当前位置的周边道路地图的地图匹配处理，算出当前位置或车辆的前进方向并设置于存储器15中，并且根据需要将设置于自主式导航测位部121中的基准位置加以更新。更具体地说，地图匹配处理部13例如以如下方式算出当前位置。即，在以卫星测位控制部122所输出的第2测位位置为中心的规定半径的圆内存在自主式导航测位部121输出的第1测位位置的情况下，将第1测位位置作为临时当前位置，将与临时当前位置或者通过临时当前位置的轨迹和地图的地图匹配处理而求出的临时当前位置最匹配的道路上的位置作为当前位置而算出。另一方面，在以卫星测位控制部122所输出的第2测位位置为中心的规定半径的圆内不存在自主式导航测位部121输出的第1测位位置的情况下，将第2测位位置作为临时当前位置，将与临时当前位置或者通过临时当前位置的轨迹和地图的地图匹配处理而求出的临时当前位置最匹配的道路上的位置作为当前位置而算出，并且将设置于自主式导航测位部121中的基准位置更新为第2测位位置或所算出的当前位置。

但是，在地图匹配处理部13中，作为使用当前位置算出部12所输出的第1测位位置和第2测位位置，以及道路地图进行当前位置的算出的算法，和自主式导航测位部121的基准位置更新的算法，也可适用如上所述的算法以外的各种算法。

但是，在本实施例中，地图匹配处理部13在由卫星测位控制部122通知卫星测位失败的情况下，将第1测位位置作为临时当前位置，将与临时当前位置或者通过临时当前位置的轨迹与地图的地图匹配处理而求出的临时当前位置最匹配的道路上的位置作为当前位置算出。

接着，路线搜索部14，搜索从存储器15中所设置的当前位置开始到控制部16通过操作部2从使用者接收并设置于存储器15中的目的地为止的路线作为推荐道路，并将所搜索的推荐路线设置于存储器15中。

另外，导引图像生成部17，在存储于地图数据记录部的道路地图上，生成表示存储器15中所设置的当前位置或推荐路线或目的地的导引图像，并在显示装置3上显示。

图2为表示这样显示在显示装置3上的导引图像例的视图，图示的导引图像，表示了在本车位置周边的道路地图图像201上，表明当前位置的当前位置标记202或表明推荐路线的路线图形203等。另外，在道路地图图像201的显示范围内包含目的地的情况下，表明目的地的目的地标记204也将在道路图像上被表示出来。

另外，在设置于存储器15中的当前位置处于目的地附近时，控制部16判定为到达目的地，并且执行清除设置在存储器15中的目的地和推荐路线的处理。

以下，对这样的导航装置中的卫星测位控制部122的第2测位位置的输出动作进行详细说明。

如图1所示，GPS接收机5具有天线51、RF处理部52、卫星过滤器53、卫星测位部54和接收机控制部55。RF处理部52从天线51中的接收电波将来自各卫星的基带信号解调，作为来自各卫星的信号，与来自各卫星的接收电波的电场强度一同送至卫星过滤器53。卫星过滤器53从在接收RF处理部52中可以接收信号的卫星中，选择可用于测位的卫星。接收机控制部55将关于卫星过滤器53所选择的卫星的信息通知给卫星测位控制部122。另外，接收机控制部55使卫星测位部54中执行使用来自由卫星测位控制部122指定的卫星的信号的卫星测位，并将卫星测位部54所测位的位置作为卫星测位位置向卫星测位控制部122输出。

这里，在卫星过滤器53中，作为从其信号被接收的卫星中选择可用于测位的卫星的算法，例如可以使用将以下条件适当组合的算法。

i来自选择的卫星的接收电波的电场强度必须在规定值以上。

ii选择的卫星的仰角必须在规定角度以上。

iii选择的卫星必须是属于由卫星的几何学的配置关系而确定的DOP为最佳的组合的卫星。

另外，尽管作为DOP，表示水平方向位置的确定精度的HDOP、表示垂直方向位置的确定精度的VDOP、表示水平和垂直方向位置的确定精度的PDOP、表示时刻的确定精度的TDOP、总体上表示水平和垂直方向的位置和时刻的确定精度的GDOP是公知的，但在本实施例中，在可用于测位的卫星的选择中使用DOP时，使用GDOP或PDOP中的任意一个，优选的是使用GDOP。

如图3所示，卫星测位控制部122执行使用卫星选择处理310。在该使用卫星选择处理310中，从接收机控制部55，读取关于卫星过滤器53选择的各卫星的信息作为可使用卫星数据302。接收机控制部55将作为该关于卫星过滤器53选择的各卫星的信息的、至少包含有作为卫星的标识符的卫星号码和表示来自该卫星的接收电波的电场强度电平的接收电平的信息，作为可使用卫星数据302传送至卫星测位控制部122。

随后，接收可使用卫星数据302的卫星测位控制部122的使用卫星选择处理310，根据可使用卫星数据302和可使用卫星履历数据303，从信息包含于可使用卫星数据302中的卫星中，选择实际用于卫星测位的卫星，将选择的卫星的指定作为使用卫星数据304，传送至接收机控制部55。于是，接收的可使用卫星数据302累积在可使用卫星履历数据303中。

在此，使用卫星选择处理310在作为实际用于卫星测位的卫星不能选择3个以上的卫星的情况下，通知地图匹配处理部13卫星测位失败。如前所述，在这种情况下，地图匹配处理部13将自主式导航测位部121算出的第1测位位置作为临时当前位置，将与临时当前位置或者通过临时当前位置的轨迹和地图的地图匹配处理而求出的临时当前位置最匹配的道路上的位置作为当前位置算出。

接收到使用卫星数据304的接收机控制部55，使卫星测位部54执行根据来自由使用卫星数据304所指定的卫星的接收信号的卫星测位，并将卫星测位部54测位的位置作为测位数据306，传送至卫星测位控制部122。另外，卫星测位部54根据需要，也可以利用卫星过滤器53为了选择能够在卫星测位中使用的卫星而算出的关于各卫星的仰角或方位等的值，进行卫星测位。

在此，接收机控制部55在由使用卫星数据304所指定的卫星数在4个以上时，使得卫星测位部54执行通过卫星测位算出水平方向位置(纬度、经度)和垂直方向位置(高度)的三维测位，而在由使用卫星数据304指定的卫星数为3个时，使得卫星测位部54执行假定以最近算出的规定数目的垂直方向位置的平均值为垂直方向位置的、通过卫星测位算出水平方向位置的二维测位。此外，在使卫星测位部54执行二维测位时，在测位数据306中，将包含有作为垂直方向位置的被假定的垂直方向位置。

另一方面，卫星测位控制部122将这样接收的测位数据306所表示的位置作为前述的第2测位位置输出。

以下，对这样进行实际的选择用于卫星测位的卫星的使用卫星选择处理3 10加以详细说明。

图4中示出了使用卫星选择处理310的次序。这里，卫星测位控制部122定期地(例如每1秒)执行该使用卫星选择处理310。

如图所示，在该处理中，首先，从GPS接收机5获取可使用卫星数据302(步骤402)。然后，在可使用卫星数据302所表示的可用于卫星测位的卫星中，抽出在过去n次(例如10次)的可使用卫星履历数据303中全部被登录的卫星。之后，从抽出的卫星中，将可使用卫星数据302所表示的接收电平，和通过过去n次的可使用卫星履历数据所表示的接收电平而被表示的该卫星最近的接收电平的变动比规定值小的卫星作为备选卫星抽出(步骤404)。

并且，如上所述的可抽出的备选卫星在4个以上时(步骤406)，则从抽出的4个以上的备选卫星中，以作为前次使用卫星选择的备选卫星此次作为使用卫星而被优先选择地方式，选择4个使用卫星。另外，选择的4个备选卫星的卫星号码被设置在使用卫星数据304中，传送至GPS接收机5(步骤414)，并进入到步骤412。另外，在这种情况下，如前所述，由GPS接收机5的卫星测位部54，执行采用使用卫星数据304所表示的4个使用卫星的三维测位。

接下来，在可抽出的备选卫星未满4个的情况下(步骤406)，检查备选卫星数是否为3(步骤408)，如为3，则将抽出的3个备选卫星选择为使用卫星，将3个使用卫星的卫星号码设置于使用卫星数据304中，传送至GPS接收机5(步骤416)，并进入步骤412。另外，在这种情况下，如前所述，由GPS接收机5的卫星测位部54，执行采用使用卫星数据304所表示的3个使用卫星的二维测位。

另一方面，在可抽出的第1备选卫星未满3个的情况下(步骤408)，向地图匹配处理部13通知卫星测位失败(步骤410)，进入步骤412。

然后，在步骤412中，将可使用卫星数据302累积在可使用卫星履历数据304中，结束此次处理。

以上对使用卫星选择处理310进行了说明。

为使目前的说明更明了，在假设在以上的使用卫星选择处理310中使用的n为5，并且由卫星过滤器53选择的可使用卫星的信号电平全部为稳定而进行说明时，根据以上的使用卫星选择处理310，将执行如下的使用卫星的选择。

即，如图5a所示，在此次(T)的可使用卫星数据302和过去5次(T-1～T-5)的可使用卫星履历数据304中全都包含1、5、8、9、11号卫星的情况下，其中作为前次(T-1)使用卫星而被选择的卫星号为1、5、9、11的卫星，作为此次(T)的使用卫星而被选择，并设置于使用卫星数据304中。然后，进行使用该4个使用卫星的三维测位。另外，如图所示，一旦在卫星号为1、5、9、11的卫星作为使用卫星而被选择之后，只要可使用卫星数据302中继续包含卫星号1、5、9、11，该卫星号1、5、9、11的卫星就将作为使用卫星而被继续选择。

另外，如图5b所示，在这样以使用卫星而被继续选择的卫星号为1、5、9、11的卫星中，卫星号11不包含在此次(T)的可使用卫星数据302中的情况下，此次(T)的可使用卫星数据302和过去5次(T-1～T-5)的可使用卫星履历数据303中全都包含的卫星号为1、2、5、8、9的卫星中的4个卫星作为使用卫星而被选择。并且，此时，作为前次(T-1)使用卫星而被选择过的卫星号为1、5、9的卫星优先作为使用卫星而被选择。结果，作为此次(T)的使用卫星，卫星号为1、5、9这3个使用卫星被选择，并且作为剩余的一个卫星，选择卫星号为2、8中的任一卫星号(图示例中为卫星号8)的卫星。结果，在图示例中，卫星号为1、5、8、9的卫星作为此次(T)的使用卫星而被选择。然后，进行使用该4个使用卫星的三维测位。这样，一旦在卫星号为1、5、8、9的卫星作为使用卫星而被选择之后，只要可使用卫星数据302中继续包含卫星号1、5、8、9，该卫星号1、5、8、9的卫星就将继续作为使用卫星而被选择。

接着，如图5c所示，在如图5a中所表示的以使用卫星而被继续选择的卫星号1、5、9、11的卫星当中，卫星号11不包含于此次(T)的可使用卫星数据302中的情况下，在此次(T)的可使用卫星数据302和过去5次(T-1～T-5)的可使用卫星履历数据303中全都包含的卫星号只为1、5、8卫星这3个时，这3个卫星被选择为使用卫星。然后，进行使用该3个使用卫星的二维测位。

并且，在这样卫星号为1、5、8的卫星作为使用卫星而被选择之后，只要在各次的可使用卫星数据302和此前5次(T-1～T-5)的可使用卫星履历数据304中全都包含的卫星号只是1、5、8卫星这3个，该卫星号1、5、8的3个卫星就将作为使用卫星而被继续选择。

另一方面，此后，如图5d所示，在此次(T)的可使用卫星数据302和过去5次(T-1～T-5)的可使用卫星履历数据303中全都包含的卫星号的数目变化为卫星号1、5、8、13这4个以上时，这些卫星中的4个卫星作为使用卫星而被选择，并且再次开始使用4个使用卫星的三维测位。并且，此后，只要可使用卫星数据302中继续包含卫星号1、5、8、13，该卫星号1、5、8、13的卫星就将作为使用卫星而被继续选择。

如图6a所示，在此次(T)的可使用卫星数据302和过去5次(T-1～T-5)的可使用卫星履历数据303中全都包含的卫星号只为1、5时，作为无使用卫星状态，停止卫星测位，通知地图匹配部卫星测位失败。

之后，如图6b所示，在此次(T)的可使用卫星数据302和过去5次(T-1～T-5)的可使用卫星履历数据303中全都包含的卫星号变为3个以上的时间点上(图示例中，为卫星号1、5、13)，再次开始上述的使用卫星的选择和与使用卫星数目相对应的卫星测位。

以上对本发明的实施例进行了说明。

如上所述，根据本实施例，到当前为止在规定期间以上处于稳定地可用于卫星测位的状态的卫星在4个以上时，从该4个以上的卫星当中，选择此次卫星测位使用的4个卫星，以尽可能地使得在此次卫星测位中使用的4个卫星的组合，与前次卫星测位中使用的4个卫星的组合相同。这里，到当前为止在规定期间以上处于稳定地可用于卫星测位状态下的卫星，在今后也可稳定地用于卫星测位的可能性较高。

因此，实现了稳定地使用同样的卫星的组合的三维测位。另一方面，在规定期间以上处于稳定地可用于卫星测位状态下的卫星只是3个时，由于使用该3个卫星进行二维测位，因此在继续使用4个卫星的三维测位的情况下产生的可能性较高的使用卫星的组合频繁变化得到抑制的同时，能够进行稳定的二维测位。

此外，进一步，在规定期间以上处于可稳定地用于卫星测位状态下的卫星未满3个时，由于不用卫星测位的位置，而是以通过自主式导航测位所测位的位置为基准，算出当前位置，从而在抑制卫星测位继续时产生的可能性较高的、使用卫星的组合频繁变化所致的算出当前位置精度的劣化的同时，能够稳定地进行当前位置的算出。

另外，由于对于接收电平不稳定的卫星不将其选择为使用卫星，因此能够实现消除多路径影响的卫星测位。

这里，作为导航装置，实际上可以使用具有CPU或存储器15或外部存储装置等构成的计算机，另外，在这种情况下，前述使用卫星选择处理310也可通过执行该计算机定义以上处理的程序来实现。