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POSITION DETECTOR, POSITION DETECTION SYSTEM, AND POSITION DETECTION METHOD

Patent code P150012492
Posted date Oct 28, 2015
Application number P2014-060084
Publication number P2015-072252A
Patent number P6216970
Date of filing Mar 24, 2014
Date of publication of application Apr 16, 2015
Date of registration Oct 6, 2017
Priority data
  • P2013-106442 (May 20, 2013) JP
  • P2013-182191 (Sep 3, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)上條 俊介
  • (In Japanese)三浦 俊祐
Applicant
  • (In Japanese)一般財団法人生産技術研究奨励会
Title POSITION DETECTOR, POSITION DETECTION SYSTEM, AND POSITION DETECTION METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To stably determine an accurate present position to be outputted in a short time and at low cost even under an environment in which satellite signals from a positioning satellite are complicatedly affected by a structure and the topography or the like.
SOLUTION: A position detector includes: a reception unit which receives satellite signals from a positioning satellite and which calculates a pseudo distance up to the positioning satellite on the basis of the satellite signals; and a positioning unit which calculates an initial position on the basis of the pseudo distance calculated by the reception unit, which calculates the pseudo distance up to the positioning satellite in a plurality of positions around the initial position using the three-dimensional map information and a ray-tracing method, which selects a candidate position among the plurality of positions on the basis of the pseudo distance; and which determines a present position on the basis of the candidate position in which the initial position to the distance is small to the extent that a prescribed condition is satisfied.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来、車両用ナビゲーション装置、携帯電話機、スマートフォン等の可搬装置においては、GPS(Global Positioning System)受信器を含む位置検出装置を備え、地球を周回するGPS衛星からの信号を受信し、現在位置を検出して表示画面等に出力するようになっている。

しかし、可搬装置を有する車両や人物が都市部や山間部を通過する際には、GPS衛星が発信する電波は、高層ビル等の構造物や樹木、地形等による遮蔽(へい)、反射、回折、散乱等の影響を受け、様々なパスを経由してGPS受信器に到達することとなる。つまり、都市部や山間部では、GPS受信器がマルチパスの影響を受けることとなるので、位置検出装置は、正確な現在位置を出力することができなくなる。

そこで、補正によってマルチパスの影響を排除して、現在位置を正確に検出する位置検出装置が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、位置検出装置、位置検出システム及び位置検出方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、
該受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、該初期位置の周囲にメッシュを設定し、該メッシュの格子点である複数位置を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて評価位置を算出し、該評価位置と前記初期位置との距離が閾値以下である探索点を候補位置として選択し、選択した候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを有することを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】
 
前記測位ユニットは、選択した候補位置の周囲にメッシュを設定し、前記探索点の設定、前記探索点擬似距離の算出、前記評価位置の算出、及び、前記候補位置の選択を繰り返す請求項1に記載の位置検出装置。

【請求項3】
 
前記測位ユニットは、選択した候補位置の数が所定数未満である場合、前記初期位置との距離が最小の候補位置を現在位置に決定し、選択した候補位置の数が前記所定数以上である場合、前記初期位置との距離が閾値以下の候補位置を再度選択し、再度選択した候補位置に対して前記初期位置との距離の逆数で重みを付けた平均値を算出して現在位置を決定する請求項1又は2に記載の位置検出装置。

【請求項4】
 
測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、
該受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、該初期位置の周囲にランダムに複数位置を設定し、該複数位置を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて候補位置を選択し、該候補位置と前記初期位置との距離に基づく値を尤度とし、前記候補位置の尤度に応じた加重平均を現在位置と決定する測位ユニットとを有することを特徴とする位置検出装置。

【請求項5】
 
測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットと、
該受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、該初期位置の周囲に複数位置を設定し、該複数位置を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離又はLOS及びNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度が高い探索点を候補位置として選択し、前記初期位置との距離が所定条件を満たす程度に小さい候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットとを有することを特徴とする位置検出装置。

【請求項6】
 
前記測位ユニットは、前記候補位置を選択する基準に、前記探索点擬似距離の集合と、前記受信ユニットが算出した擬似距離の集合との類似度を更に加える請求項1~4のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項7】
 
前記測位ユニットは、前記初期位置を算出する位置算出部と、前記複数位置を探索する周辺探索部と、前記候補位置を選択する候補位置選択部と、前記現在位置を決定する現在位置決定部とを備える請求項1~6のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項8】
 
前記測位衛星からの電波伝播が前記3次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記電波伝播がLOS及びNLOSの2つの場合を仮定して、双方において前記測位衛星までの擬似距離を算出し、LOS又はNLOSのうちの尤もらしい方を選択する請求項1~7のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項9】
 
前記測位衛星からの電波伝播が前記3次元地図情報に含まれる構造物のエッジを基準とした一定範囲を通過する場合、前記エッジの存在位置に誤差モデルを仮定し、前記電波伝播がLOSである確率及びNLOSである確率を定義する請求項1~7のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項10】
 
前記測位衛星からの電波伝播が、前記3次元地図情報に含まれる構造物に反射する反射パスであると仮定したときと比較して、直接パスであると仮定したときの方が前記初期位置を算出する際の最小2乗法の残差が小さい場合には、前記構造物が存在しないと判定する請求項1~7のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項11】
 
前記構造物が存在しないとの判定が複数の位置検出装置によって行われた場合、前記判定を3次元地図情報に反映させる請求項10に記載の位置検出装置。

【請求項12】
 
前記測位衛星からの受信電力の強度が弱い場合、前記受信ユニットが備えるコリレータが出力する相関波の波形に基づき、前記測位衛星からの電波伝播がLOSであるかNLOSであるかを判定する請求項1~7のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項13】
 
前記相関波の左右対称性が高いときは、前記測位衛星からの電波伝播がLOSであって逆相マルチパスであると判定する請求項12に記載の位置検出装置。

【請求項14】
 
前記測位衛星からの受信電力の強度が強い場合、3次元地図情報及びレイトレーシング法を用いて前記測位衛星からの電波伝播がLOSであるかNLOSであるかを判定し、LOSであるときは、遅延を考慮して擬似距離を補正する請求項1~7のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項15】
 
遅延距離に応じたマルチパス誤差を算出し、該マルチパス誤差によって前記擬似距離を補正する請求項14に記載の位置検出装置。

【請求項16】
 
前記3次元地図情報に含まれる構造物の壁面に対する垂線方向の位置エラーの可能性を考慮し、前記壁面の座標を前記垂線方向に変化させ、最小2乗法の残差が小さくなる位置を探索し、該位置が前記壁面の位置であると推定する請求項1~7のいずれか1項に記載の位置検出装置。

【請求項17】
 
測位衛星からの衛星信号を受信し、該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出する受信ユニットを備える位置検出装置と、
該位置検出装置と通信可能に接続されたサーバとを有する位置検出システムであって、
前記サーバは、受信ユニットが算出した擬似距離に基づいて初期位置を算出し、該初期位置の周囲にメッシュを設定し、該メッシュの格子点である複数位置を探索点に設定し、各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、該探索点擬似距離に基づいて評価位置を算出し、該評価位置と前記初期位置との距離が閾値以下である探索点を候補位置として選択し、選択した候補位置に基づいて現在位置を決定する測位ユニットを備え、決定した現在位置を前記位置検出装置に送信することを特徴とする位置検出システム。

【請求項18】
 
測位衛星からの衛星信号を受信し、
該衛星信号に基づき、前記測位衛星までの擬似距離を算出し、
該擬似距離に基づいて初期位置を算出し、
該初期位置の周囲にメッシュを設定し、
該メッシュの格子点である複数位置を探索点に設定し、
各探索点から各測位衛星までの擬似距離であって、3次元地図情報とレイトレーシング法とによって推定したNLOS反射パス遅延距離を含む探索点擬似距離を算出し、
該探索点擬似距離に基づいて評価位置を算出し、
該評価位置と前記初期位置との距離が閾値以下である探索点を候補位置として選択し、選択した候補位置に基づいて現在位置を決定することを特徴とする位置検出方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014060084thum.jpg
State of application right Registered


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