專利名稱：導航裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用了GPS(Global Positioning System全球定位系統)接收機和自主導航傳感器的、進行測位及地圖匹配的導航裝置。

背景技術：
裝載于汽車上的導航裝置，在地圖的道路上進行本車位置顯示、及道路引導等。當在道路上顯示本車位置時，導航裝置利用GPS、和包含車速傳感器及角速度傳感器的自主導航傳感器，來測量本車的運動，通過地圖匹配處理，在由地圖數據所表示的道路鏈上進行位置辨識。然而，關于自主導航傳感器，由于將從速度傳感器輸出的脈沖轉換為距離的比率(稱為“比例因子Scale Factor”)對于每個車輛會不同，另外，角速度傳感器的偏置電壓(稱為“偏移”)會產生溫度漂移，因此需要一直確認產生的誤差，并適當校正。
另外，關于GPS，有如下所述的使用上的問題。
(1)對于GPS測位，在其原理上，需要來自3個以上的GPS衛(wèi)星的電波。然而，在由于道路周邊的大廈等而使本車的上空的視野狹窄時，來自GPS衛(wèi)星的電波被阻斷。在由于該阻斷而使得能夠使用的GPS衛(wèi)星的數量不到3個時，不能進行測位，從而可利用性降低。以下，將此稱作“可利用性問題”。
(2)在道路周邊存在大廈等時，由于來自GPS衛(wèi)星的電波經大廈反射，而使得在來自GPS衛(wèi)星的電波到達地面上的GPS接收機之前將經過多個路徑(多徑)，因此傳播遲延時間變長。關于GPS測位，由于是根據將傳播延遲時間換算為距離而獲得的偽距離來測量本車位置的，所以在產生多徑時，本車位置的誤差變大。以下，將此稱作“多徑問題”。
如上所述，關于城市中的GPS測位，由于存在可利用性降低、另外產生多徑從而本車位置的誤差增大的問題，所以在現有的導航裝置中，為了排除因這樣的GPS測位所引起的問題，使用從自主導航傳感器獲得的測量數據，來對道路鏈上的本車位置進行修正。
作為這樣的技術，專利文獻1揭示了為了提高測位運算結果的精度而使用卡爾曼濾波器的GPS接收機及車載導航系統。該專利文獻1所揭示的GPS接收機及車載導航系統，為了將GPS測位運算所使用的卡爾曼濾波器的收斂向正確的方向引導，而采用了使地圖匹配的結果反饋給卡爾曼濾波器的結構。這是以使用從自主導航傳感器獲得的測量數據來進行地圖匹配的結果的位置精度、高于使用GPS測位數據來進行地圖匹配的結果為前提進行的。
另外，專利文獻2揭示了帶有DR(自主測位Dead Reckoning)功能的GPS接收機。該專利文獻2所揭示的GPS接收機，采用例如將導航裝置中的地圖匹配的結果反饋給GPS接收機、以消除測位誤差的結構。此外，在帶有DR功能的GPS接收機中，分別進行DR測位與GPS測位，而非利用卡爾曼濾波器等進行復合測位。
另外，專利文獻3揭示了能夠不招致降低可利用性、減小偽距離誤差、提高測位精度的GPS接收機。該專利文獻3所揭示的GPS接收機采用了以下結構即，利用不易受到多徑的影響的偽距離變化率(根據載波頻率的多普勒頻移進行測量)，將易受到多徑的影響的偽距離(根據傳播遲延時間進行測量)平滑化，從而即使在發(fā)生了瞬間的電波阻斷時，也利用根據GPS衛(wèi)星與本車的相對運動推定出的偽距離變化率，對偽距離進行插值，用于測位計算。通過這樣，力圖消除多徑問題及可利用性問題。
專利文獻1 日本專利特開2001-272239號公報 專利文獻2 日本專利特開2002-213979號公報 專利文獻3 日本專利特開2006-322846號公報 然而，在利用GPS接收機和自主導航傳感器進行測位及地圖匹配的導航裝置中，為了使用GPS測位的結果，最低條件為接收來自在本車的上空存在的3個以上的GPS衛(wèi)星的電波，GPS接收機能夠進行2維測位或3維測位。
然而，在沿道路有大廈等林立的城市等的道路上，由于大廈等而使本車的上空的視野狹窄，從而能夠接收電波的GPS衛(wèi)星的數量不到3個時，發(fā)生GPS的可利用性降低這樣的可利用性問題。另外，在這樣的位置，經常接收經大廈等反射的電波，從而發(fā)生在GPS測位的結果中容易產生較大的誤差的多徑問題。因此，現有的導航裝置中采用了以下結構即，能夠使用自主導航傳感器所測量的本車(使用者)的移動距離和轉彎角度，來求取本車的位置(自主測位)，修正道路鏈上等的本車位置。
然而，例如在從立體停車場等這樣的道路外開始行駛時，若自主測位所求取的本車的位置及方位的誤差變大，則其后行駛在道路上時，會產生與錯誤的道路鏈上進行匹配的誤匹配。此時，若處于不可進行GPS測位的狀態(tài)，則誤匹配的狀態(tài)繼續(xù)。若本車的當前位置不正確，則導航裝置的路徑引導等也會出錯。
對于這樣的問題，在專利文獻1所揭示的技術中，以使用自主導航傳感器獲得的測量數據進行地圖匹配的結果的位置精度、高于使用GPS測位數據進行地圖匹配的結果為前提，采用了使地圖匹配的結果反饋給卡爾曼濾波器、以引導GPS測位運算所使用的卡爾曼濾波器的收斂方向的結構。然而，如上所述，存在以下缺點即，在地圖匹配的結果不正確時，誤匹配的結果阻礙正常的GPS測位，妨礙正確的道路鏈上的位置辨識。
另外，對于上述的問題，在專利文獻2所揭示的技術中，嘗試利用地圖匹配的結果來消除自主測位的誤差。然而，該技術與上述的專利文獻1所揭示的技術一樣，在正確完成地圖匹配時有效，如上所述，在GPS測位之前產生誤匹配的狀態(tài)下，不能獲得所期望的效果。
另外，對于上述的問題，在專利文獻3所揭示的技術中，利用不易受到多徑的影響的偽距離變化率，將易受到多徑的影響的偽距離平滑化，以減小多徑的影響。另外，在發(fā)生了瞬間的電波阻斷時，利用根據GPS衛(wèi)星和本車的相對運動而估計出的偽距離變化率，對偽距離進行插值，用于測位計算，通過這樣來減輕可利用性的降低及多徑的影響。然而，在接通電源后、可用于測位的來自GPS衛(wèi)星的電波的數量不到3個時，由于用該技術也不能進行GPS測位，所以不能獲得所期望的效果。
本發(fā)明是為了消除上述各種問題而完成的，其目的在于，提供一種能不招致降低可利用性、減輕多徑的影響、提高測位精度的導航裝置。


發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明所涉及的導航裝置包括電波接收部，該電波接收部接收從多個GPS衛(wèi)星發(fā)射出的電波；信號處理部，該信號處理部識別作為電波接收部所接收的電波的發(fā)射源的GPS衛(wèi)星，測量該識別出的GPS衛(wèi)星的偽距離及偽距離變化率，并且提取該電波中包含的導航消息；GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部，該GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部根據信號處理部所提取的導航消息，計算GPS衛(wèi)星的位置及速度；偽距離誤差估計部，該偽距離誤差估計部基于信號處理部所測量的偽距離和偽距離變化率，估計偽距離誤差；使用者位置觀測部，該使用者位置觀測部利用信號處理部所測量的偽距離、GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所計算的GPS衛(wèi)星的位置、及偽距離誤差估計部所估計的偽距離誤差，來計算自身的位置；使用者速度及方位觀測部，該使用者速度及方位觀測部根據信號處理部所測量的偽距離變化率、GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所計算的GPS衛(wèi)星的位置、以及使用者位置觀測部所計算的自身的位置，來計算自身的速度；以及使用者方位搜索部，該使用者方位搜索部在偽距離誤差估計部所估計的偽距離誤差中的多徑誤差小于規(guī)定值時，將計算出的偽距離變化率、與信號處理部所測量的偽距離變化率一致的方位作為自身的方位進行搜索，所述計算出的偽距離變化率是基于具有在預定角度范圍內改變了方位時的從使用者位置觀測部獲得的位置以及從使用者速度及方位觀測部獲得的速度的自身、與具有GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所估計的位置及速度的GPS衛(wèi)星的相對運動而進行計算的。
根據本發(fā)明所涉及的導航裝置，能夠對每個從GPS衛(wèi)星接收的電波判斷是否有多徑影響，只要能接收1個無多徑影響的GPS衛(wèi)星電波，則即使在由于用于測位的GPS衛(wèi)星的數量為1個或2個而不能進行GPS測位時，也能檢測本車的方位。其結果，能夠不招致降低可利用性，減輕多徑的影響，提高測位精度。



圖1是將本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。
圖2是將本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置的動作、以測位處理為中心進行表示的流程圖。
圖3是用于說明裝載了本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置的汽車行駛在城市的道路上時的GPS衛(wèi)星電波的接收狀況的圖。
圖4是表示本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置中的、通過GPS測位而獲得的本車的方位及速度的變化的例子的圖。
圖5是表示本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置中的偽距離變化率的測量值和估計值(估計條件移動/靜止)的變化的例子的圖。
圖6是表示本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置中的、在-180～-20度的角度范圍內具有20度大小的方位誤差而計算出的偽距離變化率(估計值)的波形的圖。
圖7是用于說明本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置中的、修正本車的方位的狀況的圖。
圖8是用于說明本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置中的、位置誤差圓內的位置更新范圍的圖。
圖9是將本發(fā)明實施方式2所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。
圖10是將本發(fā)明實施方式2所涉及的導航裝置的動作、以測位處理為中心進行表示的流程圖。
圖11是將本發(fā)明實施方式3所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。
圖12是將本發(fā)明實施方式3所涉及的導航裝置的動作、以測位處理為中心進行表示的流程圖。
圖13是將本發(fā)明實施方式4所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。
圖14是將本發(fā)明實施方式4所涉及的導航裝置的動作、以測位處理為中心進行表示的流程圖。
圖15是用于說明本發(fā)明實施方式4所涉及的導航裝置中的、角速度傳感器的偏移校正的圖。
圖16是將本發(fā)明實施方式5所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。
圖17是將本發(fā)明實施方式5所涉及的導航裝置的動作、以測位處理為中心進行表示的流程圖。
圖18是用于說明本發(fā)明實施方式5所涉及的導航裝置中的、本車的方位修正狀況及地圖匹配狀況的圖。
圖19是用于說明本發(fā)明實施方式5所涉及的導航裝置中的、利用地圖匹配設定的候選的圖。
圖20是將本發(fā)明實施方式6所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。
圖21是將本發(fā)明實施方式6所涉及的導航裝置的動作、以測位處理為中心進行表示的流程圖。
圖22是用于說明本發(fā)明實施方式6所涉及的導航裝置中的、行駛過環(huán)狀橋后的本車的方位修正狀況及地圖匹配狀況的圖。

具體實施例方式 下面，參照附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。
實施方式1 圖1是將本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。該導航裝置包括電波接收部11、信號處理部12、GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部13、偽距離誤差估計部14、使用者位置觀測部15、使用者速度及方位觀測部16、以及使用者方位搜索部17。
電波接收部11包括接收從本車的上空存在的多個GPS衛(wèi)星發(fā)射的電波(以下，稱為“GPS衛(wèi)星電波”)的GPS天線。電波接收部11將通過利用該GPS天線接收GPS衛(wèi)星電波而獲得的接收信號，傳送到信號處理部12。
信號處理部12根據從電波接收部11傳送來的接收信號，識別發(fā)射GPS衛(wèi)星電波的GPS衛(wèi)星，對每個GPS衛(wèi)星，根據GPS衛(wèi)星電波的傳播延遲時間，來計算偽距離，并且根據GPS衛(wèi)星電波的載波頻率的多普勒頻移，來計算偽距離變化率。而且，信號處理部12從由電波接收部11傳送來的接收信號，提取記述了GPS衛(wèi)星的軌道信息等的導航消息、及GPS衛(wèi)星電波的接收時刻等。將該信號處理部12的信號處理的結果，傳送到GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部13、偽距離誤差估計部14、使用者位置觀測部15、使用者速度及方位觀測部16、以及使用者方位搜索部17。
GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部13利用信號處理部12所提取的GPS衛(wèi)星電波的接收時刻、和導航消息中包含的軌道信息(星歷表等)，來計算時時刻刻變化的GPS衛(wèi)星的位置及速度。將該GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部13的計算結果，傳送到使用者位置觀測部15、使用者速度及方位觀測部16、以及使用者方位搜索部17。
偽距離誤差估計部14利用信號處理部12所提取的GPS衛(wèi)星電波的接收時刻、和導航消息中包含的校正參數(通過電離層時的偽距離誤差的校正參數、裝載于GPS衛(wèi)星上的時鐘的誤差的校正參數)等，來估計GPS衛(wèi)星電波到達GPS天線為止的電波傳播遲延時間中包含的各種誤差分量(GPS衛(wèi)星裝載時鐘誤差、電離層電波傳播延遲誤差、對流層電波傳播延遲誤差、多徑誤差、以及接收機噪聲等)。將偽距離誤差估計部14所估計的誤差分量，傳送到使用者位置觀測部15及使用者方位搜索部17。
使用者位置觀測部15利用從信號處理部12傳送來的每個GPS衛(wèi)星的偽距離、GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部13所計算的接收時刻的GPS衛(wèi)星的狀態(tài)(位置及速度)、偽距離誤差估計部14所估計的偽距離的誤差分量、以及本車的位置(前次的計算值)，根據預定的計算公式，對本車的當前位置進行測位，并且計算導航裝置的內置時鐘的誤差。
使用者速度及方位觀測部16利用信號處理部12所計算的GPS衛(wèi)星電波的接收時刻的每個GPS衛(wèi)星的偽距離變化率、GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部13所計算的接收時刻的GPS衛(wèi)星的狀態(tài)(位置及速度)、偽距離誤差估計部14所估計的偽距離的誤差、以及使用者的位置，計算本車的速度及方位，并傳送到使用者方位搜索部17。
關于偽距離誤差估計部14所估計的偽距離誤差(多徑誤差)在規(guī)定值以下的GPS衛(wèi)星電波，使用者方位搜索部17將信號處理部12所計算的偽距離變化率、與該使用者方位搜索部17所估計的偽距離變化率進行比較，以搜索兩者一致時的估計值的計算中所用的方位(表示本車的方位)。
接下來，以按照預定周期啟動的測位處理為中心，參照圖2所示的流程圖及圖3～圖8所示的說明圖，來說明如上所述那樣構成的、本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置的動作。
在測位處理中，首先，檢查是否有GPS接收(步驟ST11)。即，信號處理部12通過觀察從由電波接收部11傳送來的接收信號提取的GPS衛(wèi)星電波的接收時刻的更新狀態(tài)等，來檢查是否有GPS衛(wèi)星電波接收。在該步驟ST11中，若判斷為無GPS接收，則測位處理結束。
另一方面，在步驟ST11中，若判斷為有GPS接收，則計算GPS衛(wèi)星的狀態(tài)(位置及速度)(步驟ST12)。即，GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部13根據信號處理部12所提取的GPS衛(wèi)星電波的接收時刻、倒算出GPS衛(wèi)星電波的發(fā)送時刻后，利用每個GPS衛(wèi)星的導航消息中包含的軌道信息(星歷表)，使用預定的計算公式計算GPS衛(wèi)星電波的發(fā)送時刻的GPS衛(wèi)星的位置及速度，并將該計算結果傳送到使用者位置觀測部15、使用者速度及方位觀測部16、以及使用者方位搜索部17。
接著，計算偽距離誤差(GPS衛(wèi)星裝載時鐘誤差、大氣中電波傳播延遲誤差)(步驟ST13)。即，偽距離誤差估計部14使用導航消息中包含的預定參數，作為從信號處理部12傳送來的偽距離中包含的誤差，按照下面的(1)式及(2)式，來計算GPS衛(wèi)星裝載時鐘誤差及大氣中(電離層和對流層)電波傳播延遲誤差。此外，在(2)式中，關于GPS接收機噪聲，由于在信號處理部12的各信道中大致是相同的，所以在接收到無多徑的影響的GPS衛(wèi)星電波時預先進行求取。
[數學式1] dρ(T2)＝ρcτ-(||Ps-Po||+c(dT2-dT1)+ε)…(1) 式中， dρ(T2)GPS衛(wèi)星與本車間的偽距離的誤差

T1GPS衛(wèi)星電波的發(fā)送時刻(＝T2-||Ps-Po||/C)[s] T2GPS衛(wèi)星電波的接收時刻[s] PsGPS衛(wèi)星的位置(根據導航消息進行計算)，(xs，ys，zs)[m] Po本車的位置，(xo，yo，zo)[m] ||Ps-Po||GPS衛(wèi)星位置Ps與本車位置Po的直線距離[m] ＝((xs-xo)2+(ys-yo)2+(zs-zo)2)1/2 c光的速度(＝2.99792458×108)[m/s] τGPS衛(wèi)星與本車間的電波傳送時間[s] ρcτ偽距離(＝cτ)[m] dT1GPS衛(wèi)星裝載時鐘誤差(利用導航消息進行計算)[s] dT2導航裝置內置時鐘誤差[s] ε偽距離的誤差(按(2)式進行計算)[m] diono電離層電波傳播延遲誤差[m] dtrop對流層電波傳播延遲誤差[m] dmp多徑誤差(未知數)[m] [數學式2] ε＝ρcτ-(||Ps-Po||+c(dT2-dT1)+diono+drcv+dtrop)…(2) 式中， diono電離層電波傳播延遲誤差(利用導航消息進行計算)[m] dtrop對流層電波傳播延遲誤差(用預定誤差模型進行計算)[m] drcv接收機噪聲(接收機信道共享)[m] dmp多徑誤差(＝0；高仰角的GPS衛(wèi)星時)[m] 接著，估計偽距離誤差(多徑誤差)(步驟ST14)。即，偽距離誤差估計部14將信號處理部12所測量的偽距離的差分、與偽距離變化率進行比較，計算該偽距離中包含的多徑誤差，將計算結果傳送到使用者位置觀測部15及使用者方位搜索部17。此外，關于多徑誤差的計算，由于在專利文獻3中進行了詳細的記載，因此請根據需要進行參照。
接著，計算偽距離的誤差方差(步驟ST15)。即，關于步驟ST14所計算的偽距離誤差(多徑誤差)，偽距離誤差估計部14對每個GPS衛(wèi)星電波，計算每預定時間的方差，并將計算結果傳送到使用者位置觀測部15及使用者方位搜索部17。
接著，檢查偽距離誤差是否小于規(guī)定值(步驟ST16)。即，使用者方位搜索部17將在步驟ST14中計算并從偽距離誤差估計部14傳送來的偽距離誤差(僅多徑誤差)、與規(guī)定值進行比較。在該步驟ST16中，若判斷為偽距離誤差不到規(guī)定值，則判斷為可進行本車的方位搜索，順序前進至步驟ST17。另一方面，在步驟ST16中，若判斷為偽距離誤差在規(guī)定值以上，則判斷為不可進行本車的方位搜索，順序跳過步驟ST17而前進至步驟ST18。
例如，當本車行駛在田園的道路上時，對于接收到的幾乎所有的GPS衛(wèi)星電波，進行步驟ST17的處理，但當本車行駛在城市的道路上時，由于GPS衛(wèi)星電波例如圖3所示那樣，被沿道路林立的大廈等阻斷、或反射，因此不是對于接收到的幾乎所有的GPS衛(wèi)星電波進行步驟ST17的處理。此外，即使正行駛在城市的道路上，關于本車上空的仰角較大的方向(天頂方向)的GPS衛(wèi)星或道路方向的GPS衛(wèi)星(也有較低仰角的情況)，由于不易受到多徑的影響，所以即使是城市，也能離散地在步驟ST17中進行處理。
在步驟ST17中，搜索本車的方位。即，使用者方位搜索部17對信號處理部12所測量的、不受多徑的影響的偽距離變化率進行分析，以搜索本車的方位。圖4是表示通過GPS測位所獲得的本車的方位、及速度的變化的例子?，F在，當本車的方位及速度分別如圖4(a)及圖4(b)所示那樣變化時，信號處理部12所測量的偽距離變化率在圖5中表示作為“測量值”。圖5示出了偽距離變化率的測量值和估計值(估計條件移動/靜止)的變化的例子。圖6是表示在-180～-20度的角度范圍內具有20度大小的方位誤差而計算出的偽距離變化率(估計值)的波形的圖。
該偽距離變化率由于是根據GPS衛(wèi)星電波的載波頻率的多普勒頻移進行測量的，所以若已知GPS衛(wèi)星的位置及速度、和本車的位置及速度，則作為兩者的相對運動能夠按照下面的(3)式進行計算。若本車處于靜止狀態(tài)，則使(3)式的本車的速度為0而計算出的偽距離變化率的波形為圖5的“估計值(靜止)”所示的那樣，但若本車處于行駛狀態(tài)，則根據本車的方位及速度，“估計值(靜止)”的波形發(fā)生變化，變?yōu)椤肮烙嬛?移動)”所示那樣。
在該步驟ST17中，計算在預定角度范圍內改變了本車的方位時的本車的速度矢量及偽距離變化率，以將通過該計算獲得的波形、與通過測量獲得的波形(“測量值”)的差異在規(guī)定值以下時的方位看作本車的方位的方式進行搜索。在該步驟ST17中進行了方位的搜索時，將搜索出的方位與本車的方位進行比較。然后，若兩者相差一定角度以上，則判斷為本車的方位的誤差較大，以搜索出的方位為基準，如圖7所示那樣，修正本車的方位。
[數學式3] Δρrate-est＝LOSx×(Vsx-Vox)+LOSy(Vsy-Voy)+LOSz(Vsz-Voz)…(3) 其中， LOSx＝(xO-xS)/||Ps-Po|| LOSy＝(yO-yS)/||Ps-Po|| LOSz＝(zO-zS)/||Ps-Po|| ||Ps-Po||＝{(xS-xO)2+(yS-yO)2+(zS-zO)2}1/2 式中， Δρrate-est偽距離變化率的估計值[m/s] PsGPS衛(wèi)星的位置(根據導航消息進行計算)，(xs，ys，zs)[m] VsGPS衛(wèi)星的速度(根據導航消息進行計算)，(vs，vs，vs)[m] Po本車的位置，(xo，yo，zo)[m] Vs本車的速度，(vs，vs，vs)[m] ||Ps-Po||GPS衛(wèi)星位置與本車位置之間的距離[m] LOS從本車觀察GPS衛(wèi)星的視線方向矢量(line of site vector) 接著，檢查是否為4個衛(wèi)星以上且在預定次數以內(步驟ST18)。即，使用者速度及方位觀測部16檢查是否是能夠接收的GPS衛(wèi)星電波的數量為4個以上、且收斂計算次數在預定次數以內。在該步驟ST18中，當GPS衛(wèi)星電波的數量不滿4個、或收斂計算次數超過了預定次數時，判斷為不能進行測位，測位處理結束。
另一方面，在步驟ST18中，若判斷為4個衛(wèi)星以上、且在預定次數以內，則計算本車的速度(矢量)(步驟ST19)。即，使用者速度及方位觀測部16利用偽距離變化率、從GPS 星狀態(tài)估計部13傳送來的接收時刻的GPS衛(wèi)星的位置及速度、以及本車的位置及速度、和從信號處理部12傳送來的GPS衛(wèi)星電波的接收時刻的每個GPS衛(wèi)星的偽距離變化率，按照(4)式，計算本車的速度矢量，并且根據計算出的X、Y、Z軸的速度分量及本車的位置，計算本車的方位(標量)((4)式中的n為矩陣的要素號碼，而非PRN(Pseudo Random Noise code偽隨機噪聲碼))。此外，(4)式是設(3)式中的Vo＝0后的數學式。
[數學式4] Δρrate-est＝LOSx×Vsx+LOSy×Vsy+LOSz×Vsz…(4) 式中， Δρrate-mes偽距離變化率的測量值[m/s] Δρrate-est偽距離變化率的估計值[m/s] Vo本車的速度(Vox，Voy，Voz，Vot)[m/s] A導航矩陣 W加權矩陣 σδρ偽距離誤差的標準偏差 接著，計算本車的位置(矢量)(步驟ST20)。即，作為使偽距離誤差的平方和為最小的解，使用者位置觀測部15例如使用(5)式，利用加權最小2乘法等，求取本車的位置誤差和導航裝置的內置時鐘的誤差，從而對本車的位置和導航裝置的內置時鐘進行修正。在此，當在步驟ST17中搜索到方位時，如圖8的位置誤差圓內的位置更新范圍所示，進行調整，使得在包含該方位的預定角度范圍內更新位置。接著，觀察本車的位置誤差，以檢查是否收斂了(步驟ST21)。即，使用者位置觀測部15觀察本車的位置誤差，判斷是否收斂了。若位置誤差不到規(guī)定值，則作為能夠對本車的位置進行測位，而結束測位處理，若位置誤差在規(guī)定值以上，則判斷為未收斂，順序返回至步驟ST12，重復執(zhí)行上述的處理(經多次后收斂)。
[數學式5] Po＝Po+δPo R＝{(Psx-Pox)2+(Psy-Poy)2+(Psz-Poz)2}1/2 式中， δPo本車的位置誤差(δPox，δPoy，δPoz，δPot)[m] (δPot/c、時鐘誤差) Po本車的位置(Pox，Poy，Poz，Pot)[m] A導航矩陣 W加權矩陣 σδρ偽距離誤差的標準偏差 c光的速度(＝2.99792458×108)[m/s] 此外，上述測位處理中，采用了利用加權最小2乘法來計算本車的速度和位置的結構，但也能夠采用利用逐次計算或卡爾曼濾波器等進行計算的結構。
如上所述，根據本發(fā)明實施方式1所涉及的導航裝置，由于對易受到多徑的影響的偽距離的差分、與不易受到多徑的影響的偽距離變化率進行比較，求取由多徑的影響而引起的偽距離誤差，所以能夠對于每個GPS衛(wèi)星掌握多徑的影響。
另外，關于無多徑的影響的偽距離變化率，由于比較測量值與估計值，根據兩者一致時的估計值的計算中所使用的方位，能夠檢測本車的方位，因此，例如當在城市的大廈林立的街道上本車上空的視野受到限制、因而能夠用于測位的GPS衛(wèi)星的數量變?yōu)榱?個或2個時，或者當在電源接通后仍只有1個或2個GPS衛(wèi)星電波能夠接收時，現有的導航裝置不能進行GPS測位，停止了對本車的位置和方位的更新，但根據本實施方式1所涉及的導航裝置，能夠檢測本車的方位，能夠通知給司機等。
實施方式2 圖9是將本發(fā)明實施方式2所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。本實施方式2所涉及的導航裝置采用了以下結構即，在實施方式1所涉及的導航裝置中，追加速度傳感器21及使用者速度測量部22，并且變更使用者速度及方位觀測部16的功能。以下，關于與實施方式1所涉及的導航裝置的構成部分相同的構成部分，標注實施方式1所使用的標號，并省略其說明，僅說明不同的構成部分。
速度傳感器21輸出與本車的速度對應的脈沖信號。將從該速度傳感器21輸出的脈沖信號，傳送到使用者速度測量部22。使用者速度測量部22將從速度傳感器21傳送來的脈沖信號，換算為本車的速度。將該使用者速度測量部22所獲得的本車的速度，傳送到使用者速度及方位觀測部16。使用者速度及方位觀測部16將GPS和速度傳感器21一起使用，測量本車的速度(矢量)，在此基礎上，根據XYZ各軸的速度和本車的位置，計算方位。
接下來，以測位處理為中心，參照圖10所示的流程圖，說明如上所述構成的、本發(fā)明實施方式2所涉及的導航裝置的動作。此外，對于進行與圖2的流程圖所示的實施方式1所涉及的導航裝置中進行的處理相同的處理的步驟，標注與圖2所使用的標號相同的標號，并省略其說明，以進行不同的處理的步驟為中心進行說明。
在測位處理中，首先計算本車的速度(標量)(步驟ST31)。即，使用者速度測量部22將從速度傳感器21傳送來的脈沖信號，換算為本車的速度(標量)，傳送到使用者速度及方位觀測部16。接著，檢查是否有GPS接收(步驟ST11)。在該步驟ST11中，若判斷為無GPS接收，則測位處理結束。另一方面，在步驟ST11中，若判斷為有GPS接收，則計算GPS衛(wèi)星的狀態(tài)(位置及速度)(步驟ST12)。
接著，計算偽距離誤差(GPS衛(wèi)星裝載時鐘誤差、大氣中電波傳播延遲誤差)(步驟ST13)。接著，估計偽距離誤差(多徑誤差)(步驟ST14)。接著，計算偽距離的誤差方差(步驟ST15)。接著，檢查偽距離誤差是否小于規(guī)定值(步驟ST16)。在該步驟ST16中，若判斷為偽距離誤差不到規(guī)定值，則判斷為可進行本車的方位搜索，順序前進至步驟ST32。另一方面，在步驟ST16中，若偽距離誤差在規(guī)定值以上，則判斷為不可進行本車的方位搜索，順序跳過步驟ST32而前進至步驟ST18。
在步驟ST32中，計算本車的方位(標量)和位置。即，使用者方位搜索部17計算在預定角度范圍內改變了本車的方位時的本車的速度矢量及偽距離變化率，以將通過該計算獲得的波形、與通過測量獲得的波形(參照圖5的“測量值”)的差異在規(guī)定值以下時的方位看作本車的方位的方式進行搜索，并且根據速度和方位，計算本車的移動量，估計前次的測位處理所求取的本車的位置。若在其后進行的步驟ST20中不能計算本車的位置，則將該步驟ST32所估計的位置作為本次的測位處理中的本車的位置來輸出。
此外，當計算本車的速度矢量時，在周期性地執(zhí)行的測位處理的最初的計算中，在包含前次的預測處理所求取的本車的方位的較大角度范圍內改變方位，并將速度傳感器21及使用者速度測量部22所測量的速度(標量)轉換為速度矢量，但隨著收斂計算的進行，包含步驟ST33所求取的本車的方位的角度范圍逐漸變窄。此外，當不符合步驟ST18的條件、而未在步驟ST33中計算本車的方位時，照舊保持較大的角度范圍。然后，在該步驟ST32中搜索了方位時，與本車的方位進行比較。若兩者相差一定角度以上，則判斷為本車的方位的誤差較大，以搜索出的方位為基準，如圖7所示那樣，修正本車的方位。
如上所述，根據本發(fā)明實施方式2所涉及的導航裝置，由于基于來自速度傳感器21的脈沖信號來測量本車的速度，所以總是能夠求取高精度的本車的速度。另外，在獲取了無多徑的影響的偽距離變化率時進行的本車的方位搜索中，由于使用了該高精度的速度，所以能夠求取高精度的本車的方位。
因此，例如當在城市的大廈林立的街道上本車上空的視野受到限制、因而能夠用于測位的GPS衛(wèi)星的數量變?yōu)榱?個或2個時，或者當在電源接通后仍只有1個或2個GPS衛(wèi)星電波能夠接收時，現有的導航裝置不能進行GPS測位，停止了對本車的位置和方位的更新，但根據本實施方式2所涉及的導航裝置，由于能夠通過只從1個GPS衛(wèi)星接收無多徑的影響的偽距離變化率來檢測本車的方位，從而能夠基于本車的速度和方位、來估計本車的位置，提高可利用性。
實施方式3 圖11是將本發(fā)明實施方式3所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。本實施方式3所涉及的導航裝置采用了以下結構即，從實施方式2所涉及的導航裝置中去除使用者速度及方位觀測部16，并且追加角速度傳感器23、使用者轉彎角度測量部24、以及使用者狀態(tài)測量部25，另外，變更使用者位置觀測部15及使用者方位搜索部17的功能，而且將使用者速度測量部22的輸出從傳送到使用者速度及方位觀測部16、變更至傳送到使用者狀態(tài)測量部25。以下，關于與實施方式2所涉及的導航裝置的構成部分相同的構成部分，標注實施方式2所使用的標號，并省略其說明，僅說明不同的構成部分。
角速度傳感器23輸出與本車的轉彎角速度對應的信號。將從該角速度傳感器23輸出的信號，傳送到使用者轉彎角度測量部24。使用者轉彎角度測量部24根據從角速度傳感器23傳送來的信號，測量本車的轉彎角度。將該使用者轉彎角度測量部24所測量的本車的轉彎角度，傳送到使用者狀態(tài)測量部25。
使用者狀態(tài)測量部25利用從使用者速度測量部22傳送來的速度、和從使用者轉彎角度測量部24傳送來的轉彎角度，執(zhí)行自主測位計算，更新本車的位置、速度、以及方位。
使用者位置觀測部15與實施方式1所涉及的導航裝置一樣，利用GPS衛(wèi)星電波來觀測本車的位置，但在本實施方式3所涉及的導航裝置中，對使用者狀態(tài)測量部15所測量的本車的位置進行修正。
另外，使用者方位搜索部17分析偽距離變化率，以搜索本車的方位，但關于本車的位置、方位、以及速度，是利用使用者狀態(tài)測量部25所計算的結果，關于改變方位的角度范圍，是采用包含使用者狀態(tài)測量部25所計算的方位的預定的角度范圍。
接下來，以測位處理為中心，參照圖12所示的流程圖，說明如上所述構成的、本發(fā)明實施方式3所涉及的導航裝置的動作。此外，對于進行與圖10的流程圖所示的實施方式2所涉及的導航裝置中進行的處理相同的處理的步驟，標注與圖10所使用的標號相同的標號，并省略其說明，以進行不同的處理的步驟為中心進行說明。
在測位處理中，首先計算本車的速度(標量)(步驟ST31)。接著，計算本車的轉彎角度(標量)(步驟ST41)。即，使用者轉彎角度測量部24根據從角速度傳感器23傳送來的信號，測量本車的轉彎角度。接著，計算本車的位置(矢量)(步驟ST42)。即，使用者狀態(tài)測量部25利用從使用者速度測量部22傳送來的速度、和從使用者轉彎角度測量部24傳送來的轉彎角度，執(zhí)行自主測位計算，求取本車的位置、方位、以及速度。
接著，檢查是否有GPS接收(步驟ST11)。在該步驟ST11中，若判斷為無GPS接收，則測位處理結束。另一方面，在步驟ST11中，若判斷為有GPS接收，則計算GPS衛(wèi)星的狀態(tài)(位置及速度)(步驟ST12)。接著，計算偽距離誤差(GPS衛(wèi)星裝載時鐘誤差、大氣中電波傳播延遲誤差)(步驟ST13)。接著，估計偽距離誤差(多徑誤差)(步驟ST14)。接著，計算偽距離的誤差方差(步驟ST15)。接著，檢查偽距離誤差是否小于規(guī)定值(步驟ST16)。在該步驟ST16中，若判斷為偽距離誤差不到規(guī)定值，則判斷為可進行本車的方位搜索，順序前進至步驟ST43。另一方面，在步驟ST16中，若偽距離誤差在規(guī)定值以上，則判斷為不可進行本車的方位搜索，順序前進至步驟ST18。
在步驟ST43中，計算本車的方位(標量)。即，使用者方位搜索部17計算在預定的角度范圍內改變了本車的方位時的本車的速度矢量及偽距離變化率，以將通過該計算獲得的波形、與通過測量獲得的波形(參照圖5的“測量值”)的差異在規(guī)定值以下時的方位看作本車的方位的方式進行搜索。
此外，當計算本車的速度矢量時，在包含步驟ST42中使用者狀態(tài)測量部25所求取的本車的方位的預定角度范圍內改變方位，并將速度傳感器21及使用者速度測量部22所測量的速度(標量)轉換為速度矢量，但隨著步驟ST12至步驟ST21的GPS測位的收斂計算的進行，包含步驟ST42所求取的本車的方位的角度范圍逐漸變窄。然后，在該步驟ST43中搜索了方位時，與步驟ST42所求取的本車的方位進行比較。若兩者相差一定角度以上，則判斷為本車的方位的誤差較大，以搜索出的方位為基準，如圖7所示那樣，修正本車的方位。
如上所述，根據本發(fā)明實施方式3所涉及的導航裝置，由于基于來自速度傳感器21的信號和來自角速度傳感器23的信號來測量本車的速度及轉彎角度，所以總是能夠求取高精度的本車的速度及轉彎角度。另外，在接收到無多徑的影響的偽距離變化率時進行的本車的方位搜索中，由于使用了該高精度的速度，所以能夠求取高精度的本車的方位。通過這樣，由于即使是城市、也能適當地校正本車的方位，所以自主測位的方位精度穩(wěn)定。另外，由于以在多徑的影響較小時利用GPS測位求取的位置為基準，適當地修正使用者狀態(tài)測量部25所求取的本車的位置(自主測位)，所以作為自主測位的缺點的誤差累積得到改善，自主測位的位置精度也變得穩(wěn)定。
實施方式4 圖13是將本發(fā)明實施方式4所涉及的導航裝置的結構、以測位所需的部分為中心進行表示的框圖。本實施方式4所涉及的導航裝置采用了以下結構即，在實施方式3所涉及的導航裝置中，追加角速度傳感器校正部26。以下，關于與實施方式3所涉及的導航裝置的構成部分相同的構成部分，標注實施方式3所使用的標號，并省略其說明，僅說明不同的構成部分。
角速度傳感器校正部26將使用者狀態(tài)測量部25所計算的方位、和使用者方位搜索部17所計算的方位輸入，對根據角速度傳感器23的輸出電壓測量本車的轉彎角度時使用的校正參數(偏置電壓)進行校正。將該角速度傳感器校正部26所校正的校正參數，作為偏移誤差，傳送到使用者轉彎角度測量部24。使用者轉彎角度測量部24在利用從角速度傳感器校正部26傳送來的偏移誤差、對偏置電壓進行校正后，根據從角速度傳感器23傳送來的信號，測量本車的轉彎角度。
接下來，以測位處理為中心，參照圖14所示的流程圖、及圖15所示的說明角速度傳感器的偏移誤差的校正的說明圖，說明如上所述構成的、本發(fā)明實施方式4所涉及的導航裝置的動作。此外，對于進行與圖12的流程圖所示的實施方式3所涉及的導航裝置中進行的處理相同的處理的步驟，標注與圖12所使用的標號相同的標號，并省略其說明，以進行不同的處理的步驟為中心進行說明。
圖14的流程圖所示的測位處理中，采用了以下結構即，在圖12的流程圖所示的測位處理的步驟ST43與步驟ST18之間，追加角速度傳感器的校正處理(步驟ST51)。在該角速度傳感器的校正處理中，使用者轉彎角度測量部24在利用從角速度傳感器校正部26傳送來的校正參數、對偏置電壓進行校正后，根據從角速度傳感器23傳送來的電壓信號，測量本車的轉彎角度。
例如，如圖15所示，在本車直線行駛(圖15中的點線箭頭所示的行駛方向)時，若使用者狀態(tài)測量部25所計算的本車的位置的軌跡(圖15中的實線所示的行駛軌跡)表現出稍稍轉向左方，則使用者狀態(tài)測量部25所計算的方位、與使用者方位搜索部17所計算的方位的差異，成為如圖15中的虛線所示那樣。例如利用多項式近似曲線來分析該方位差的變化，若確認出一定的傾向，則能夠根據多項式近似曲線的參數，來檢測角速度傳感器23的偏置電壓的誤差。角速度傳感器校正部26在檢測出該偏置電壓的誤差時，將此誤差傳送到使用者轉彎角度測量部24。使用者轉彎角度測量部24利用從角速度傳感器校正部26傳送來的偏置電壓的誤差，對偏置電壓進行校正，根據角速度傳感器的輸出電壓，測量角速度。
如上所述，根據本發(fā)明實施方式4所涉及的導航裝置，由于即使在角速度傳感器23中產生溫度漂移，也能夠檢測出角速度傳感器23的偏置電壓誤差并進行校正，所以使用者轉彎角度測量部24能夠高精度地測量轉彎角度。通過這樣，能夠很好地維持使用者狀態(tài)測量部25所測量(自主測位)的本車的位置及方位的精度。
實施方式5 圖16是將本發(fā)明實施方式5所涉及的導航裝置的結構、以測位及地圖匹配所需的部分為中心進行表示的框圖。本實施方式4所涉及的導航裝置采用了以下結構即，在實施方式2所涉及的導航裝置中，追加地圖數據存儲部31及道路對照部32。以下，關于與實施方式2所涉及的導航裝置的構成部分相同的構成部分，標注實施方式2所使用的標號，并省略其說明，僅說明不同的構成部分。
地圖數據存儲部31存儲了包括關于預定范圍的道路的、線性數據和坐標點等所代表的道路鏈等的地圖數據。儲存于該地圖數據存儲器31的地圖數據由道路對照部32讀出。
道路對照部32將使用者位置觀測部15所觀測的本車的位置及使用者方位搜索部17所搜索的方位、與從地圖數據存儲部31中讀出的道路鏈的位置及方位進行對照，在能夠以不低于規(guī)定的可靠性確認為匹配的道路鏈上，設定多個本車的當前位置的候選，從多個候選中選擇一個要顯示的候選，將候選的位置作為本車的位置。而且，道路對照部32基于使用者速度及方位觀測部所計算的速度、和使用者方位搜索部17所搜索的方位，更新道路鏈上的候選的位置，并且根據使用者方位搜索部17所搜索的方位、與道路鏈的方位的差異，來評價候選的可靠性，在所有候選中將可靠性最高的候選的位置選出作為使用者的位置。
接下來，以測位處理為中心，參照圖17所示的流程圖、圖18所示的表示本車的方位修正狀況及地圖匹配狀況的說明圖、以及圖19所示的用于說明通過地圖匹配所設定的候選的說明圖，說明如上所述構成的、本發(fā)明實施方式5所涉及的導航裝置的動作。此外，關于地圖匹配的處理內容，由于在日本國專利第3745165號公報中進行了說明，所以請根據需要進行參照。
圖17的流程圖所示的測位處理采用了以下結構即，在圖10的流程圖所示的測位處理的步驟ST21的后面，追加地圖匹配處理(步驟ST61)。在該地圖匹配處理中，當在步驟ST32或步驟ST20中計算了本車位置時，道路對照部32根據存儲于地圖數據存儲部31的地圖數據，檢索以本車位置為中心的預定范圍內的道路鏈，以尋找本車的位置與道路鏈的最短距離(垂直線距離)為規(guī)定值以下、且方位與行駛軌跡匹配的道路鏈上的位置。
例如，在圖18所示的情況下，在時刻t0接通電源后、到時刻t1之間，由于因方位誤差，而不能提取本車的方位與道路鏈的方位的差異在規(guī)定角度以內的道路鏈，因此不能在道路鏈上設定候選。然而，在時刻t1由使用者方位搜索部17檢測出方位時，由于知道本車的方位誤差，所以以電源剛接通后的位置為中心，對行駛軌跡進行仿射變換，將本車的位置從P1A(t1)向P1B(t2)修正。由于就在其后能夠立即提取本車的方位與附近的道路鏈的方位之差在規(guī)定角度以內的道路鏈，所以在道路鏈上設定候選，從而以后能夠在道路鏈上更新位置。
另外，如圖19所示，在從1條路分岔為2條的道路處于平行走向關系時，例如若在時刻t2時能夠檢測出方位，則使檢測出的方位與道路鏈方位較接近的那一條的道路鏈上的候選的可靠性大于其它候選，能夠決定作為本車的位置。
如上所述，根據本發(fā)明實施方式5所涉及的導航裝置，能夠對每個GPS衛(wèi)星電波判斷有沒有多徑影響，只要接收一個不受多徑影響的GPS衛(wèi)星電波，就能夠檢測出本車的方位。通過這樣，由于對于GPS位置誤差圓、能夠限制本車存在的方位角范圍，所以能夠不太受到由多徑引起精度降低的對GPS測位結果的影響而進行地圖匹配。其結果，能夠在地圖顯示畫面的道路上穩(wěn)定且順利地求取本車的方位及位置。通過這樣，導航裝置能夠適當地進行道路引導等。
另外，由于對于通過地圖匹配所設定的多個候選，只要接收一個不受多徑的影響的GPS衛(wèi)星電波，則即使在多徑環(huán)境下也能夠評價方位的可靠性，所以能夠減少與方位不同的道路鏈進行匹配這樣的誤匹配。
實施方式6. 圖20是將本發(fā)明實施方式6所涉及的導航裝置的結構、以測位和地圖匹配所需的部分為中心進行表示的框圖。本實施方式6所涉及的導航裝置采用了以下結構即，在實施方式4所涉及的導航裝置中，追加地圖數據存儲部31及道路對照部32。以下，關于與實施方式4所涉及的導航裝置的構成部分相同的構成部分，標注實施方式4所使用的標號，并省略其說明，僅說明不同的構成部分。
地圖數據存儲部31存儲包括關于預定范圍的道路的、線性數據和坐標點等所代表的道路鏈等的地圖數據。存儲于該地圖數據存儲器31的地圖數據由道路對照部32讀出。
道路對照部32將使用者狀態(tài)測量部25所計算的位置及方位、與從地圖數據存儲部31中讀出的道路鏈的位置及方位進行對照，在能夠以不低于規(guī)定的可靠性確認為匹配的道路鏈上，設定多個本車的當前位置的候選，從多個候選中選擇一個要顯示的候選，將候選的位置作為本車的位置。而且，道路對照部32基于使用者速度測量部22所計算的速度、和使用者轉彎角度測量部24所計算的轉彎角度，更新道路鏈上的候選的位置，并且根據使用者方位搜索部所搜索的方位、與道路鏈的方位的差異，來評價候選的可靠性，在所有候選中將可靠性最高的候選位置選出作為使用者的位置。
接下來，以測位處理為中心，參照圖21所示的流程圖、圖19所示的用于說明通過地圖匹配所設定的候選的說明圖、以及圖22所示的用于說明環(huán)狀橋行駛后的本車的方位修正狀況及地圖匹配狀況的說明圖，說明如上所述構成的、本發(fā)明實施方式6所涉及的導航裝置的動作。
圖21的流程圖所示的測位處理采用了以下結構即，在圖14的流程圖所示的測位處理的步驟ST21的后面，追加地圖匹配處理(步驟ST61)。在該地圖匹配處理中，當在步驟ST32或步驟ST20中計算了本車位置時，道路對照部32根據存儲于地圖數據存儲部31的地圖數據，檢索以本車位置為中心的預定范圍內的道路鏈，以尋找本車的位置與道路鏈的最短距離(垂直線距離)為規(guī)定值以下、且方位與行駛軌跡匹配的道路鏈上的位置。
例如，在如圖19所示那樣的、從一條路分岔為兩條的道路處于平行走向的情況下，基于速度傳感器21所測量的速度和角速度傳感器23所測量的轉彎角度、在道路鏈上更新位置時，一般判斷是在分岔后的道路鏈的僅某一條上設定候選、還是在兩條上都設定候選。在圖19所示的情況下，作為考慮了速度和轉彎角度的誤差的結果，示出在兩條道路鏈上設定了候選的情況。此時，若在時刻t2時能夠檢測出方位，則使檢測出的方位與道路鏈方位較接近的那一條的道路鏈上的候選的可靠性大于其它候選，來決定作為本車的位置。
另外，如圖22所示，在本車繞環(huán)狀橋1周并前進至高度較低的道路的情況下，若行駛在環(huán)狀橋時、速度傳感器21所測量的行駛距離比道路鏈長要長，則在已通過環(huán)狀橋并前進至高度較低的道路時，以往，由于本車的方位誤差、而不能提取本車的方位與附近的道路鏈方位之差在規(guī)定角度以內的道路鏈，從而不能在道路鏈上設定本車的位置的候選。然而，若使用者方位搜索部17檢測出方位，則由于能夠檢測本車的方位誤差并進行校正，所以就在其后立即提取附近的道路鏈，在道路上修正本車的位置。
如上所述，根據本發(fā)明實施方式6所涉及的導航裝置，由于在使用速度傳感器21所測量的速度和角速度傳感器23所測量的轉彎角度、繼續(xù)更新道路鏈上的候選的位置時，即使由于道路鏈的數字化誤差、傳感器的誤差、計算值的舍入誤差的累積等原因而在道路鏈上的候選位置產生誤差，也通過只從一個GPS衛(wèi)星接收無多徑的影響的偽距離變化率而知道正確的方位，所以能夠修正道路鏈上的候選的位置。
另外，由于能夠對每個GPS衛(wèi)星電波判斷有沒有多徑影響，而且只要接收一個不受多徑的影響的GPS衛(wèi)星電波，就能夠檢測出本車的方位，所以對于GPS位置誤差圓能夠限制本車存在的方位角范圍，能夠不太受到由多徑引起精度降低的對GPS測位結果的影響而進行順利的地圖匹配。
另外，由于對于通過地圖匹配所設定的多個候選，只要接收一個不受多徑的影響的GPS衛(wèi)星電波，則即使在多徑環(huán)境下也能夠評價方位的可靠性，所以能夠防止與方位不同的道路鏈進行匹配這樣的誤匹配，能夠更順利地更新位置。另外，由于能夠限定為方位匹配的候選而削減候選數，所以能夠減輕地圖匹配處理的負荷，從而能夠以更短的周期執(zhí)行地圖匹配。
另外，由于能夠將計算偽距離變化率的估計值的本車的方位、限制在包含候選存在的道路鏈的方位的預定的角度，所以即使對接收到的所有GPS衛(wèi)星電波無多徑影響時，也不增大方位搜索的處理負荷。通過這樣，還可以縮短實施地圖匹配的周期。
而且，由于只要接收一個不受多徑的影響的GPS衛(wèi)星電波，就能夠檢測出本車的方位，所以即使在道路鏈上的汽車的位置中有誤差，也能夠每次在分岔點、交叉點、或方位變化點附近改變汽車的方向時，立即修正本車的位置。另外，例如即使是大轉彎的一條路，有時道路鏈的長度與實際行駛了的距離也會產生顯著不同，在此情況下，也能夠每次在改變本車的方向時，立即將汽車的位置修正為適當的位置。
實施方式7 上述實施方式1至實施方式6所涉及的導航裝置，采用了在能夠正確地測量出本車的速度后、檢測正確的本車的方位的結構，而本實施方式7所涉及的導航裝置，在雖然本車的速度誤差較大、但先正確地檢測出了本車的方位時，進行校正，使得本車的速度變?yōu)檫m當的速度。
在導航裝置中，還追加使用者速度搜索部(省略圖示)，該使用者速度搜索部例如在直線行駛中通過GPS測位確認了本車的方位正確時，為了估計偽距離變化率，將在預定范圍內改變與本車的速度相乘的系數而計算出的估計值、與接收到的測量值進行比較，以搜索兩者的波形一致時的系數(速度傳感器21的比例因子)。然后，在使用者速度搜索部檢測出速度傳感器21的比例因子時，使用者速度測量部使用該比例因子，根據速度傳感器21的脈沖，測量本車的速度。
根據該結構，由于當本車的方位誤差較小時，為了估計偽距離變化率，使方位固定，反過來將在預定范圍內改變與本車的速度相乘的系數而計算出的估計值、與接收到的測量值進行比較，使用兩者的波形一致時的系數來校正速度，所以只要能夠接收一個無多徑影響的GPS衛(wèi)星電波，則即使在由于能用于測位的GPS衛(wèi)星的數量為1個或2個而不能進行GPS測位時，也能夠進行校正，使得本車的速度變?yōu)檫m當的速度。
實施方式8 雖然上述實施方式1至實施方式6所涉及的導航裝置采用了以下結構即，在接收到無多徑影響的GPS衛(wèi)星電波時，利用分析偽距離變化率而檢測出的方位，以用于修正本車的方位或評價地圖匹配的候選的可靠性，但能夠采用以下結構即，當在同一時刻接收無多徑的影響的多個GPS衛(wèi)星電波、并檢測出多個方位時，對檢測出的多個方位進行統計處理，然后進行上述的處理。根據該結構，能夠檢測出更正確的本車的方位。
另外，能夠采用以下結構即，當在即使只有1個無多徑的影響的GPS衛(wèi)星電波的情況下、但在多個地點也檢測出方位時，對檢測出的多個方位進行統計處理，然后進行上述的處理。根據該結構，能夠檢測出更正確的本車的方位。
工業(yè)上的實用性 如上所述，根據本發(fā)明所涉及的導航裝置，由于采用了以下結構即，能夠對從GPS衛(wèi)星接收的每個電波判斷是否有多徑影響，只要能接收1個無多徑影響的GPS衛(wèi)星電波，則即使在由于用于測位的GPS衛(wèi)星的數量為1個或2個而不能進行GPS測位時，也能檢測本車的方位，所以能夠不招致降低可利用性，減輕多徑的影響，提高測位精度，因此適用于利用了GPS接收機和自主導航傳感器來進行測位及地圖匹配的導航裝置等。
權利要求
1.一種導航裝置，包括
電波接收部，該電波接收部接收從多個GPS衛(wèi)星發(fā)射出的電波；
信號處理部，該信號處理部識別作為所述電波接收部所接收的電波的發(fā)射源的GPS衛(wèi)星，測量該識別出的GPS衛(wèi)星的偽距離及偽距離變化率，并且提取該電波中包含的導航消息；
GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部，該GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部根據所述信號處理部所提取的導航消息，計算GPS衛(wèi)星的位置及速度；
偽距離誤差估計部，該偽距離誤差估計部基于所述信號處理部所測量的偽距離和偽距離變化率，估計偽距離誤差；
使用者位置觀測部，該使用者位置觀測部利用所述信號處理部所測量的偽距離、所述GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所計算的GPS衛(wèi)星的位置、以及所述偽距離誤差估計部所估計的偽距離誤差，來計算自身的位置；
使用者速度及方位觀測部，該使用者速度及方位觀測部根據所述信號處理部所測量的偽距離變化率、所述GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所計算的GPS衛(wèi)星的位置、以及所述使用者位置觀測部所計算的自身的位置，來計算自身的速度；以及
使用者方位搜索部，該使用者方位搜索部在所述偽距離誤差估計部所估計的偽距離誤差中的多徑誤差小于規(guī)定值時，將計算出的偽距離變化率、與所述信號處理部所測量的偽距離變化率一致的方位作為自身的方位進行搜索，所述計算出的偽距離變化率是基于具有在預定角度范圍內改變了方位時的從所述使用者位置觀測部獲得的位置以及從所述使用者速度及方位觀測部獲得的速度的自身、與具有所述GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所估計的位置及速度的GPS衛(wèi)星的相對運動而進行計算的。
2.如權利要求1所述的導航裝置，其特征在于，包括
速度傳感器，該速度傳感器輸出與自身的速度對應的信號；以及
使用者速度測量部，該使用者速度測量部根據來自所述速度傳感器的信號，測量自身的速度；
使用者速度及方位觀測部基于所述使用者速度測量部所測量的速度，計算自身的速度。
3.如權利要求1所述的導航裝置，其特征在于，包括
地圖數據存儲部，該地圖數據存儲部存儲了包含道路鏈的預定范圍的地圖數據；以及
道路對照部，該道路對照部將使用者位置觀測部所計算的位置及使用者方位搜索部所搜索的方位、與存儲于所述地圖數據存儲部的道路鏈的位置及方位進行對照，在自身存在的可能性較高的道路鏈上，設定自身的位置的候選。
4.如權利要求3所述的導航裝置，其特征在于，
道路對照部基于使用者速度及方位觀測部所計算的速度、和使用者方位搜索部所搜索的方位，更新道路鏈上的候選的位置，并且根據所述使用者方位搜索部所搜索的方位、與道路鏈的方位的差異，來評價候選的可靠性，在所有候選中將可靠性最高的候選的位置選出作為自身的位置。
5.一種導航裝置，包括
速度傳感器，該速度傳感器輸出與自身的速度對應的信號；
使用者速度測量部，該使用者速度測量部根據來自所述速度傳感器的信號，測量自身的速度；
角速度傳感器，該角速度傳感器輸出與自身的轉彎角度對應的信號；
使用者轉彎角度測量部，該使用者轉彎角度測量部根據來自所述角速度傳感器的信號，測量自身的轉彎角度；
使用者狀態(tài)測量部，該使用者狀態(tài)測量部利用所述使用者速度測量部所測量的速度、和所述使用者轉彎角度測量部所測量的轉彎角度，計算自身的位置、速度、以及方位；
電波接收部，該電波接收部接收從多個GPS衛(wèi)星發(fā)射出的電波；
信號處理部，該信號處理部識別作為所述電波接收部所接收的電波的發(fā)射源的GPS衛(wèi)星，測量該識別出的GPS衛(wèi)星的偽距離及偽距離變化率，并且提取該電波中包含的導航消息；
GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部，該GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部根據所述信號處理部所提取的導航消息，計算GPS衛(wèi)星的位置及速度；
偽距離誤差估計部，該偽距離誤差估計部基于所述信號處理部所測量的偽距離和偽距離變化率，估計偽距離誤差；
使用者位置觀測部，該使用者位置觀測部利用所述信號處理部所測量的偽距離、所述GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所計算的GPS衛(wèi)星的位置、以及所述偽距離誤差估計部所估計的偽距離誤差，來求取自身的位置，對所述使用者狀態(tài)測量部所計算的位置進行修正；以及
使用者方位搜索部，該使用者方位搜索部在所述偽距離誤差估計部所估計的偽距離誤差中的多徑誤差小于規(guī)定值時，將計算出的偽距離變化率、與所述信號處理部所測量的偽距離變化率一致的方位作為自身的方位進行搜索，所述計算出的偽距離變化率是基于具有在預定角度范圍內改變了方位時的所述使用者狀態(tài)測量部所計算的位置及速度的自身、與具有所述GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部所估計的位置及速度的GPS衛(wèi)星的相對運動而進行計算的。
6.如權利要求5所述的導航裝置，其特征在于，
包括角速度傳感器校正部，該角速度傳感器校正部基于使用者狀態(tài)測量部所計算的方位、和使用者方位搜索部所搜索的方位，求取角速度傳感器的偏移誤差，
使用者轉彎角度測量部在根據從所述角速度傳感器校正部傳送來的偏移誤差、對來自角速度傳感器的信號進行修正后，測量自身的轉彎角度。
7.如權利要求6所述的導航裝置，其特征在于，還包括
地圖數據存儲部，該地圖數據存儲部存儲了包含道路鏈的預定范圍的地圖數據；以及
道路對照部，該道路對照部將使用者狀態(tài)測量部所計算的位置及方位、與存儲于所述地圖數據存儲部的道路鏈的位置及方位進行對照，在自身存在的可能性較高的道路鏈上，設定自身的位置的候選。
8.如權利要求7所述的導航裝置，其特征在于，
道路對照部基于使用者速度測量部所計算的速度、和使用者轉彎角度測量部所計算的轉彎角度，更新道路鏈上的候選的位置，并且根據使用者方位搜索部所搜索的方位、與道路鏈的方位的差異，來評價候選的可靠性，在所有候選中將可靠性最高的候選位置選出作為自身的位置。
9.如權利要求1所述的導航裝置，其特征在于，
使用者方位搜索部在基于從多個GPS衛(wèi)星發(fā)射出的電波、求取偽距離變化率的測量值與估計值一致的方位時，基于對求取的多個方位進行統計處理的結果，決定自身的方位。
10.如權利要求5所述的導航裝置，其特征在于，
使用者方位搜索部在基于從多個GPS衛(wèi)星發(fā)射出的電波、求取偽距離變化率的測量值與估計值一致的方位時，基于對求取的多個方位進行統計處理的結果，決定自身的方位。
11.如權利要求1所述的導航裝置，其特征在于，
使用者方位搜索部在多個地點求取偽距離變化率的測量值與估計值一致的方位時，基于對求取的多個方位進行統計處理的結果，決定自身的方位。
12.如權利要求5所述的導航裝置，其特征在于，
使用者方位搜索部在多個地點求取偽距離變化率的測量值與估計值一致的方位時，基于對求取的多個方位進行統計處理的結果，決定自身的方位。
13.如權利要求3所述的導航裝置，其特征在于，
使用者方位搜索部在包含道路對照部所設定的多個候選的各個候選存在的道路鏈的方位的預定角度范圍內，將偽距離變化率的測量值與估計值一致的方位，作為自身的方位進行搜索。
14.如權利要求7所述的導航裝置，其特征在于，
使用者方位搜索部在包含道路對照部所設定的多個候選的各個候選存在的道路鏈的方位的預定角度范圍內，將偽距離變化率的測量值與估計值一致的方位，作為自身的方位進行搜索。
15.如權利要求3所述的導航裝置，其特征在于，
道路對照部在設定的候選為道路鏈的分岔點、交叉點、或方位變化點的預定范圍內存在時，將位置修正到最接近使用者方位搜索部所求取的方位的道路鏈上。
16.如權利要求7所述的導航裝置，其特征在于，
道路對照部在設定的候選為道路鏈的分岔點、交叉點、或方位變化點的預定范圍內存在時，將位置修正到最接近使用者方位搜索部所求取的方位的道路鏈上。
17.如權利要求2所述的導航裝置，其特征在于，
還包括使用者速度搜索部，該使用者速度搜索部搜索與自身的速度相乘的系數，使得在自身的方位與使用者方位搜索部所搜索的方位一致時，基于自身與GPS衛(wèi)星的相對運動而計算出的偽距離變化率、和信號處理部所測量的偽距離變化率一致，并且使用者速度測量部將來自速度傳感器的信號與該系數相乘，以測量自身的速度。
18.如權利要求5所述的導航裝置，其特征在于，
還包括使用者速度搜索部，該使用者速度搜索部搜索與自身的速度相乘的系數，使得在自身的方位與使用者方位搜索部所搜索的方位一致時，基于自身與GPS衛(wèi)星的相對運動而計算出的偽距離變化率、和信號處理部所測量的偽距離變化率一致，并且使用者速度測量部將來自速度傳感器的信號與該系數相乘，以測量自身的速度。
全文摘要
一種導航裝置包括信號處理部(12)，該信號處理部(12)測量電波接收部11所接收的電波的發(fā)射源的GPS衛(wèi)星的偽距離及偽距離變化率，并且從電波獲得導航消息；GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部利用率(13)，該GPS衛(wèi)星狀態(tài)估計部利用率(13)根據導航消息，計算GPS衛(wèi)星位置及速度；偽距離誤差估計部(14)，該偽距離誤差估計部(14)基于偽距離和偽距離變化率，估計偽距離誤差；使用者位置觀測部(15)，該使用者位置觀測部(15)根據偽距離、GPS衛(wèi)星位置、以及偽距離誤差，計算自身位置；使用者速度及方位觀測部(16)，該使用者速度及方位觀測部(16)根據偽距離變化率、GPS衛(wèi)星位置、以及自身位置，計算自身速度；以及使用者方位搜索部(17)，該使用者方位搜索部(17)在偽距離誤差中的多徑誤差不到規(guī)定值時，將基于在預定角度范圍內變更方位時的自身與GPS星的相對運動而計算出的偽距離變化率、與測量出的偽距離變化率一致的方位，作為自身的方位進行搜索。
文檔編號G08G1/0969GK101809409SQ20088010656
公開日2010年8月18日 申請日期2008年7月7日 優(yōu)先權日2007年9月10日
發(fā)明者石上忠富, 藤井將智, 韓敬華, 大內定美, 加藤博明, 仁田武志, 毛利篤史 申請人:三菱電機株式會社