移動單元定位裝置的製作方法

2023-12-10 00:45:41 1

專利名稱：移動單元定位裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動單元定位裝置，其測量移動單元等的位置。

背景技術：
傳統地，公知通過聯立速度方程計算在地心直角坐標系上的用戶速度及其時間偏移率的方法。使用由聯立位置方程確定的地心直角坐標系上的用戶位置來構造聯立速度方程。通過解聯立速度方程來確定地心直角坐標系上的速度相對於時間的微分值。通過經由將地心直角坐標系變換為用戶位置處的地心直角坐標系獲得地心直角坐標系上的速度相對於時間的微分值，來計算用戶所需的每個值。例如，參考日本專利No.2963912。
通常，在GPS(全球定位系統)定位中，基於從多個衛星接收信號的結果來進行移動單元的位置的測量。此時，從各個衛星到移動單元的無線電傳播路徑彼此不同，並且在基於從各個衛星接收到的信號獲得的測量值(例如，偽距離)中包含對於各個衛星而言不同的誤差。為此，當執行GPS定位時，存在為各個衛星分配權重的情況。
傳統地，在許多情況下，根據定位計算的先前瞬時的剩餘差(residualdifference)，或者從各個衛星接收到的信號的強度的差，來確定在上述權重分配中使用的權重係數。但是，存在如下問題使用所確定的權重係數不能適當地反應每個衛星的不同誤差。


發明內容
根據本發明的一個方面，揭示了一種改善的移動單元定位裝置，其中去除了上述問題。
根據本發明的一個方面，揭示了一種移動單元定位裝置，其能夠執行適當地反映對於每個衛星而言不同誤差的加權定位計算。
在解決或減少上述問題中的一個或多個的本發明的實施例中，揭示了一種移動單元定位裝置，其中在移動單元處觀測來自多個衛星的衛星信號上承載的偽噪聲碼的相位，來測量所述移動單元的位置，所述移動單元定位裝置包括偽距離測量部分，其利用在所述移動單元的停止期間獲得的所述偽噪聲碼相位的觀測值，來針對每個衛星測量在所述移動單元的停止期間所述多個衛星中的一個衛星與所述移動單元之間的偽距離；誤差指標值計算部分，其基於在所述移動單元的停止期間在多個時間點由所述偽距離測量部分測量得到的所述偽距離，來針對每個衛星計算誤差指標值，所述誤差指標值表示測量得到的所述偽距離的誤差；權重係數確定部分，其基於由所述誤差指標值計算部分針對每個衛星計算得到的所述誤差指標值，來確定對於每個衛星的權重係數；以及定位計算部分，其利用由所述權重係數確定部分針對每個衛星確定的所述權重係數來執行加權定位計算，以利用在所述移動單元的移動期間獲得的所述偽噪聲碼相位的觀測值來確定所述移動單元在移動期間的位置。
上述移動單元定位裝置可以被配置為使得所述誤差指標值是方差或標準偏差。
上述移動單元定位裝置可以被配置為還包括誤差平均部分，所述誤差平均部分基於在所述移動單元的停止期間的多個時間點由所述偽距離測量部分測量得到的所述偽距離，來針對每個衛星計算測量得到的偽距離的誤差平均值，使得所述定位計算部分利用通過由所述誤差平均部分計算得到的所述誤差平均值進行校正的所述相位的觀測值，來確定所述移動單元在移動期間的位置。
在解決或減少上述問題中的一個或多個的本發明的實施例中，揭示了一種移動單元定位裝置，其中在移動單元處觀測來自多個衛星的衛星信號的載波的都卜勒頻率，以測量所述移動單元的速度，所述移動單元定位裝置包括移動單元速度計算部分，其利用在所述移動單元的停止期間獲得的都卜勒頻率的觀測值，來針對每個衛星計算在所述移動單元的停止期間所述移動單元的速度；誤差指標值計算部分，其基於在所述移動單元的停止期間在多個時間點由所述移動單元速度計算部分計算得到的所述移動單元速度，來針對每個衛星計算誤差指標值，所述誤差指標值表示計算得到的所述移動單元速度的誤差；權重係數確定部分，其基於由所述誤差指標值計算部分針對每個衛星計算得到的所述誤差指標值，來針對每個衛星確定權重係數；以及定位計算部分，其利用由所述權重係數確定部分針對每個衛星確定的所述權重係數來執行加權定位計算，以利用在所述移動單元的移動期間獲得的所述都卜勒頻率的觀測值來確定所述移動單元在移動期間的速度。
上述移動單元定位裝置可以被配置為使得所述誤差指標值是方差或標準偏差。
上述移動單元定位裝置可以被配置為還包括衛星選擇部分，所述衛星選擇部分基於由所述移動單元速度計算部分針對每個衛星計算得到的移動單元速度，來選擇所述多個衛星中用於所述加權定位計算的一個衛星。
上述移動單元定位裝置可以被配置為還包括移動單元停止判定部分，所述移動單元停止判定部分基於布置在所述移動單元中的傳感器的輸出信號來判定所述移動單元是否處於停止狀態，使得所述衛星選擇部分根據由所述誤差指標值計算部分針對每個衛星計算得到的所述誤差指標值，來選擇所述多個衛星中用於所述加權定位計算的一個衛星。
上述移動單元定位裝置可以被配置為使得所述衛星選擇部分優先選擇由所述誤差指標值計算部分計算得到的誤差指標值較小的衛星。
上述移動單元定位裝置可以被配置為使得所述誤差指標值是以下各個值或以下各個值的組合中的任一種在由所述移動單元停止判定部分判定的所述移動單元的停止期間的多個時間點由所述移動單元速度計算部分計算得到的所述移動單元速度的平均值、計算得到的所述移動單元速度的誤差的方差、計算得到的所述移動單元速度的誤差的標準偏差、將計算得到的所述移動單元速度施加至低通濾波器而獲得的低通值、以及所述低通值的改變率。
根據本發明的實施例，可以提供一種移動單元定位裝置，其能夠執行適當地反映對於每個衛星而言不同誤差的加權定位計算。



圖1是示出本發明的實施例中移動單元定位裝置所應用的GPS的總體構成的圖。
圖2是示出車載裝置的構成的圖。
圖3是示出GPS接收器的內部構成的圖。
圖4是示出此實施例的定位部分的構成的框圖。
圖5是用於解釋由此實施例的定位部分執行的車輛位置定位處理的流程圖。
圖6是用於解釋由此實施例的定位部分執行的車輛速度定位處理的流程圖。
圖7是示出在本發明的另一個實施例中的定位部分的構成的框圖。
圖8是用於解釋由此實施例的定位部分執行的位置定位處理的流程圖。
圖9是用於解釋在圖8的定位處理中的位置數據處理(步驟S818)的流程圖。
圖10是用於解釋在圖8的定位處理中的另一種位置數據處理(步驟S818)的流程圖。

具體實施例方式 現在將參考附圖給出關於本發明實施例的說明。
圖1是示出本發明實施例中的移動單元定位裝置所應用於其的GPS(全球定位系統)的總體構成的圖。
如圖1所示，該GPS包括GPS衛星10和機動車輛90，GPS衛星10繞地球沿軌道飛行，車輛90位於地球上並可在地球的表面上移動。
車輛90是移動單元的示例。移動單元的其他示例包括諸如摩託車之類的信息終端、軌道火車、船舶、航空器、叉式升運機(fork lift)、自動機械和諸如可隨著其佔有者的移動而移動的蜂窩電話之類的信息終端。
每個GPS衛星10一直向地球傳播導航訊息(衛星信號)。導航訊息包含相應GPS衛星10的衛星軌道信息(星曆數據或曆書數據)、其時鐘的校正值、以及電離層的校正係數。
導航訊息通過C/A(粗捕獲)碼散播並承載於L1波(頻率1575.42MHz)，並且其一直向地球廣播。L1波是由C/A碼調製的正弦波和由P碼(精測距碼)調製的餘弦波的組合波，並且其經歷積分調製。C/A碼和P碼是偽噪聲碼，其由其中-1和1以給定周期的間隔隨機地排列的碼序列組成。
目前，24個GPS衛星10在約20,000km的高度繞地球沿軌道飛行，並且在六個繞地球的軌道平面(其軌道傾角是約55度)的每個軌道平面中均勻地布置了四個GPS衛星10。因此，在地球上對天空開放的任意位置，總是可以觀測到GPS衛星10中的五個或更多個。
如圖1所示，作為本發明的移動單元定位裝置的車內裝置1布置在車輛90內。圖2示出了車內裝置1的構成。
如圖2所示，車內裝置1包括作為主要部件的GPS接收器20和車輛停止判斷部分40。GPS接收器20的功能將在後文說明。
車輛停止判斷部分40判斷車輛90是否處於停止狀態。具有判斷車輛停止的許多方法，並且可以任意採用這些方法中的任一者。例如，車輛停止判斷部分40可以基於布置在車輛90中的加速度傳感器或角速度傳感器的輸出信號(微分值等)來判斷車輛是否處於停止狀態。
可替換的，車輛停止判斷部分40可以基於布置在車輛90中的輪速傳感器的輸出信號，來判斷車輛是否處於停止狀態。可替換的，車輛停止判斷部分40可以代替或附加於輪速傳感器的輸出信號而使用能夠輸出於車速相關的物理量的其他車內傳感器(例如，感測變速器的輸出軸的轉速、檢測制動踏板的操作狀況、或檢測檔位的傳感器)的輸出信號，來判斷車輛是否處於停止狀態。
圖3示出了GPS接收器20的內部構成。
以下，為了說明的方便，將對從多個衛星中的某個GPS衛星10接收到的衛星信號的信號處理(一個信道的信號處理)給出說明。
以針對來自可觀測的GPS衛星101、102、103的各個衛星的信號並行的方式，來對每個觀測周期執行信號處理。
GPS接收器20包括GPS天線21、RF(射頻)電路22、A/D(模擬到數字)轉換電路24、DDL(延時鎖定環路)110、PLL(相位鎖定環路)120、衛星位置計算部分124、以及濾波器130。
DDL 110包括互相關計算部分111、112，相位提前部分113，相位延遲部分114，相移量計算部分115，相位校正量計算部分116，複製C/A碼產生部分117，偽距離計算部分118，以及定位部分50。
GPS天線21接收從GPS衛星101發送的衛星信號，並將接收到的衛星信號轉換為電壓信號(在此實施例中，其頻率是約1.5GHz)。此1.5GHz電壓信號被稱為RF(射頻)信號。
RF電路22將經由GPS天線21接收到的較弱的RF信號放大到能夠在隨後的部分中進行A/D轉換的程度，並將RF信號的頻率轉換為能夠對RF信號的頻率進行信號處理的中頻(通常，在1MHz-20MHz的範圍內)。通過RF信號頻率的降頻轉換獲得的信號被稱為IF(中頻)信號。
A/D轉換電路24將從RF電路22接收到的IF信號(模擬信號)轉換為能夠執行數位訊號處理的數字IF信號。此數字IF信號被供應至DDL110、PLL 120和其他部分。
DDL 110的複製C/A碼產生部分117產生複製C/A碼。複製C/A碼具有與來自GPS衛星10的衛星信號所承載的C/A碼相同的+1和-1的碼序列。
由複製C/A碼產生部分117產生的複製C/A碼經由相提前部分113被供應至互相關計算部分111。即，提前的複製碼被供應至互相關計算部分111。由相提前部分113將所供應的複製C/A碼的相位提前了預定相位。假定由相提前部分113引起的相位提前量被設定為θ1。
數字IF信號在混合器(未示出)處與由PLL 120產生的複製載波疊加，並且得到的信號也被供應至互相關計算部分111。
互相關計算部分111利用輸入的數字IF信號和具有相位提前量θ1的提前複製碼來計算相關值(提前相關值ECA)。例如，由以下方程計算提前相關值ECA 提前相關值ECA＝∑{(數字IF)×(提前複製碼)} 此外，由複製C/A碼產生部分117產生的複製C/A碼經由相位延遲部分114被供應至互相關計算部分112。即，延遲複製碼被供應至互相關計算部分112。由相位延遲部分114將複製C/A碼的相位延遲了預定相位。由相位延遲部分114引起的相位延遲量與θ1相同，但是相位延遲量的符號與相位提前量的符號相反。
此外，數字IF信號在混合器(未示出)處與由PLL 120產生的複製載波疊加，並且得到的信號也被供應至互相關計算部分112。
互相關計算部分112利用輸入的數字IF信號和具有相位延遲量θ1的延遲複製碼來計算相關值(延遲相關值LCA)。例如，由以下方程計算延遲相關值LCA 延遲相關值ECA＝∑{(數字IF)×(延遲複製碼)} 以此方式，互相關計算部分111和112執行其中相關器間隔(correlator interval)(所謂「間隔」)被設定為2θ1的相關值計算。分別由互相關計算部分111和112計算得到的提前相關值ECA和延遲相關值LCA被供應至相位改變量計算部分115。
相移量計算部分115計算數字IF信號與由複製C/A碼產生部分117產生的複製C/A碼之間的相位差。即，相位改變量計算部分115計算(或估計)所產生的複製C/A碼與接收到的C/A碼的相移量Δφ。例如，由以下方程計算複製C/A碼的相移量Δφ Δφ＝(ECA-LCA)/2(ECA+LCA) 這樣計算得到的相移量Δφ被供應至相位校正量計算部分116。
相位校正量計算部分116計算用於抵消相移量Δφ的合適相位校正量。例如，由以下方程計算合適的相位校正量 (相位校正量)＝(P增益)×(相移量Δφ)+(I增益)×∑(相移量Δφ) 此方程表示使用PI控制的反饋控制，並且通過響應和波動的平衡考慮在內來分別以實驗方式確定P增益和I增益。以此方式，計算得到的相位校正量被供應至複製C/A碼產生部分117。
複製C/A碼產生部分117將正被產生的複製C/A碼的相位校正了由相位校正量計算部分116計算的相位校正量。即，校正了複製C/A碼的跟蹤點。
這樣產生的複製C/A碼經由相位提前部分113和相位延遲部分114被供應至互相關計算部分111和112，並被供應至偽距離計算部分118。在互相關計算部分111和112中，這樣產生的複製C/A碼被用於下一個觀測周期輸入的IF數位訊號的校正值計算。
偽距離計算部分118基於由複製C/A碼產生部分117產生的複製C/A碼的相位信息來計算偽距離ρ1′。例如，由以下方程計算偽距離ρ1′ ρ1′＝N1×300 其中偽距離ρ所附的「′」表示不執行對偽距離的濾波，下標「1」表示基於GPS衛星101的C/A碼計算的特定偽距離，「N1」表示GPS衛星101與車輛90之間C/A碼的比特數。基於由複製C/A碼產生部分117產生的複製C/A碼的相位和設置在GPS接收器1中的本地時鐘來計算「N1」。在以上方程中的數值「300」由以下情況獲得與1比特相當的單位時間是1微秒，並且與C/A碼相當的長度是約300m(1微秒×光速)。
以此方式，表示計算得到的偽距離ρ1′的信號從DDL 110供應至濾波器130。
在PLL 120中，利用內部產生的載波複製信號來測量經過都卜勒變換的接收到的載波的都卜勒頻率Δf1。即，PLL 120基於複製載波的頻率fr和已知的載波頻率fL1(＝1575.42MHz)來測量都卜勒頻率Δf1(＝fr-fL1)。供應至PLL 120的數字IF信號是通過混合器(未示出)而與來自DDL 110的複製C/A碼疊加的數字IF信號。來自PLL 120的表示都卜勒頻率Δf1的信號被供應至濾波器130和定位部分50。
在濾波器130中，利用都卜勒頻率Δf1執行偽距離ρ1′的濾波。例如，由以下等式計算在由濾波器130濾波之後的偽距離ρ1。
等式1 在以上等式中，(i)表示當前周期，(i-1)表示先前周期，M表示權重係數。在考慮精確度和響應性的平衡的情況下，確定M的值。ΔV表示GPS衛星101和車輛90之間的相對速度(都卜勒速度)。例如，由以下方程計算ΔV ΔfL1＝ΔV·fL1/(c-ΔV) 其中c表示光速。由以上等式1進行的濾波可以是所謂載波平滑。利用上述窗口濾波器(hatch filter)或卡爾曼濾波器(Kalman filter)來實現該濾波。表示偽距離ρ1的信號被供應至定位部分50。
衛星位置計算部分124基於導航訊息的衛星軌道信息，來計算GPS衛星101在世界坐標系上的當前位置S1＝(X1，Y1，Z1)及其移動速度V1＝(V1，V1，V1)。可以通過將計算得到的衛星位置S1的當前周期值和先前周期值之間的差除以計算周期的時間段來計算衛星移動速度向量V1＝(V1，V1，V1)。以此方式，由衛星位置計算部分124計算得到的衛星位置S1和衛星移動速度向量V1被供應至定位部分50。
接著，將解釋此實施例的定位部分50的構成。圖4示出了此實施例的定位部分50的構成。
如圖4所示，此實施例的定位部分50包括σv計算部分42、dave計算部分44、σd計算部分46、權重矩陣產生部分48、以及加權定位計算部分49。將參考圖5和圖6解釋部分42、44、46、48和49的各自功能。
圖5是用於解釋由此實施例的定位部分50執行的車輛位置定位處理的流程圖。
在從車輛90的點火開關打開的瞬間到點火開關關閉的瞬間的有效操作時段期間，對於每個預定周期重複執行如圖5所示的處理例程。預定周期可以等於上述觀測周期。
在步驟S500，對計數器進行初始化。即，將計數器的值設定為1。
在步驟S502，基於來自車輛停止判斷部分40的判斷結果來判定車輛90當前是否處於停止狀態。當車輛90處於停止狀態時，控制進行至步驟S504。通常，此狀況可以是在發動機起動之後車輛90開始行駛之前的狀況，或者在車輛開始行駛之後車輛90在交通信號前暫時停止的狀況。
另一方面，當車輛90正在移動時，控制進行至步驟S514。
在步驟S504，判定計數器的當前值是否等於1。當計數器的當前值等於1時，控制進行至步驟S506，否則(即，當計數器的當前值大於1時)，控制進行至步驟S508。
在步驟S506，將基於最新定位結果得到的車輛90的位置(Xu，Yu，Zu)存儲作為緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)。緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)可以是通過加權定位計算而計算得到的，或者可以是通過其他定位方法(例如，慣性導航)計算得到的。
當使用慣性導航時，優選地使用如下慣性導航，其中通過將利用車載相機得到的道路信號的圖像識別結果與包括已知道路信號的位置信息進行匹配而校正得到的車輛位置被用作初始位置。
在步驟S508，將計數器的值增加1。
在步驟S510，由dave計算部分44來針對每個GPS衛星10j計算當前可以觀測到的GPS衛星10j的偽距離ρj的誤差的平均值dave_j(所謂「值域誤差平均值dave_j」)。後綴「j」表示當前能夠觀測到的GPS衛星10的衛星編號(j＝1，2，3，4，...)，並且是對於各個GPS衛星10而言特定的值。
應該注意，值域誤差平均值dave_j是在車輛的停止狀態下觀測到的偽距離ρj的誤差的平均值。例如，如下計算值域誤差平均值dave_j。
等式2 其中n表示數據項的數量。在此示例中，n＝(計數器值)。dj(i)表示在假定dj(1)表示在檢測到車輛停止之後的的一個周期檢測到的偽距離ρj(i)的誤差的情況下，對於第i個周期檢測到的偽距離ρj(i)的誤差。例如，利用緊接著車輛停止之後的定位結果具有最高定位精度的原理，通過以下等式來計算dj(i)。
等式3 在以上等式中，(Xj(i)，Yj(i)，Zj(i))表示對於第i個周期計算得到的衛星位置。由衛星位置計算部分124對於與第i個周期對應的周期計算得到的衛星位置Sj被用作(Xj(i)，Yj(i)，Zj(i))。(Xu0，Yu0，Zu0)表示在以上步驟S506存儲的緊接著車輛停止之後的車輛位置u0。類似地，ρj(i)表示對於第i個周期計算得到的GPS衛星10j的偽距離ρj。c·ΔT表示GPS接收器20中的時鐘誤差。隨後通過加權定位計算部分49確定的值可以被用作c·ΔT。
在步驟S512，σd計算部分46對於每個GPS衛星10j計算針對當前能夠觀測到的GPS衛星10j計算得到的偽距離ρj的誤差的標準差σd_j(所謂「值域誤差標準差σd_j」)。
類似地，應該注意，值域誤差標準差σd_j是在車輛的停止狀態下觀測到的偽距離ρj的誤差的標準差。例如，通過以下方程來計算值域誤差標準差σd_j σd_j2＝∑(dj(i)-dave_j)2/n 在以上方程中，σd_j2表示偽距離ρj的誤差dj的方差。可以利用由dave計算部分44計算得到的各個值dj(i)和dave_j來計算值域誤差標準差σd_j。
以此方式，當車輛90處於停止狀態時，重複步驟S508和步驟S510的處理。基於當車輛90處於停止狀態下的任意時間觀測到的數據，對於每個預定周期針對各個GPS衛星10j計算值域誤差平均值dave_j和值域誤差標準差σd_j。
當然，隨著在車輛90處於停止狀態下時的周期數i增大，樣本數量增大，並且值域誤差平均值dave_j和值域誤差標準差σd_j的可靠性也因此提高。
以此方式，在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的值域誤差平均值dave_j和值域誤差標準差σd_j在隨後的步驟S514-S518中被有效地用於在車輛停止之後車輛90開始移動以後對車輛90的位置的定位。
在步驟S514，判定計數器的值是否大於預定閾值。在此判斷中，判定在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的值域誤差平均值dave_j和值域誤差標準差σd_j是否可靠。在對該因素進行考慮的情況下，將該預定閾值設定為合適值。例如，針對10-20或更多個樣本數量，該預定閾值可以設定為在11和21之間的範圍內的任意值。
當計數器的值大於預定閾值時，控制進行至步驟S516。當計數器的值小於預定閾值時，判定在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的值域誤差平均值dave_j和值域誤差標準差σd_j的可靠性為低(例如，當車輛停止的時間非常短時)。在此情況下，結束當前周期的處理例程，並且控制返回到步驟S500。
在步驟S516，基於在車輛停止期間的最後一個周期在以上步驟S510和S512計算得到的值域誤差平均值dave_j和值域誤差標準差σd_j，通過權重矩陣產生部分48來確定權重矩陣W的各個分量。權重矩陣W的分量除了其對角分量之外均為零，並且對於各個對角分量代入由σd計算部分46計算得到的值域誤差標準差σd_j。
以下，為了方便描述，假定當前可以觀測到四個GPS衛星101、102、103和104。在此情況下，權重矩陣W由以下等式表示。
等式4 在步驟S518，加權定位計算部分49基於對於當前周期觀測到的偽距離ρ1、ρ2、ρ3和ρ4，利用在以上步驟S516產生的權重矩陣W執行加權定位計算，以確定車輛90的當前位置(Xu，Yu，Zu)。
例如，利用如下所述的加權最小二乘法來執行加權定位計算。
首先，作為前提，在偽距離ρj、衛星位置(Xj，Yj，Zj)和車輛位置(Xu，Yu，Zu)之間滿足以下等式。
等式5 假定b＝c·ΔT，未知值(Xu，Yu，Zu)被設定為狀態量η，並且其中通過狀態量η使以上等式5線性化的通用近似方程如下。
等式6 假定狀態量η的初始近似值被設定為(0，0，0，0)，則Δρj由以下等式表示。
等式光學拾取器7 等式6的部分微分項由以下等式表示 等式8 如果將Δρj假定為觀測量zj，則如下利用觀測矩陣H來表示觀測量zj與狀態量η之間的關係。
zj＝H·ηT 在以上方程中，四個GPS衛星101、102、103和104的觀測量z和觀測矩陣H如下表示。
等式9 因此，可以如下利用權重矩陣W來確定狀態量η。
等式10 η＝(HTWH)-1HTWz 優選地，在上述加權定位計算中，通過值域誤差平均值dave_j校正的校正偽距離ρj被用作觀測量zj，而不是將偽距離ρj用作觀測量zj。
即，優選的觀測量zj如下表示。
等式11 這樣獲得的針對車輛90的位置(Xu，Yu，Zu)的定位結果可以輸出至例如導航系統。
在步驟S520，基於來自車輛停止判斷部分40的判斷結果，判定車輛90的移動狀態是否改變為停止狀態。當車輛90從移動狀態改變為停止狀態時，控制返回至步驟S500。另一方面，當車輛90正在移動時，控制進行至步驟S518。在此情況下，基於在車輛90的移動期間的任意時間觀測到的偽距離ρj和衛星位置(Xj，Yj，Zj)，來連續地執行S518的處理。
當在車輛90的移動期間能夠觀測到的GPS衛星10改變時，可以根據GPS衛星10的改變來再次確定權重矩陣W。例如，當某個GPS衛星10k的觀測變為不可能時，產生其中將與GPS衛星10k相關的分量去除的權重矩陣W，並接著基於其中將GPS衛星10k的觀測量zk去除的、應用於其他GPS衛星10j的觀測量zj，來執行加權定位計算。
當觀測到新的GPS衛星10k(其在車輛90處於停止狀態的情況下未曾觀測到)時，未針對新的GPS衛星10k計算值域誤差平均值dave_j和值域誤差標準差σd_j。在此情況下，可以對於權重矩陣的對角分量利用合適的加權因子的初始值來執行加權定位計算。
根據圖5的車輛位置定位處理，基於當車輛90處於停止狀態的情況下各個GPS衛星10j的觀測數據來計算被用作權重矩陣W的加權因子的值域誤差平均值dave_j，並且能以良好的可靠性建立權重矩陣W的加權因子。因為當車輛90處於停止狀態時不存在由車輛90的移動引起的誤差因子的影響，所以能以高精度對各個GPS衛星10j估計包括在各個GPS衛星10j的觀測數據(偽距離ρj的觀測值)中的誤差。因此，根據圖5的車輛位置定位處理，在車輛90的停止期間建立合適的權重矩陣W，並可以在車輛90的移動期間獲得精確的定位結果。
因為通過值域誤差平均值dave_j來校正偽距離ρj，並執行加權定位計算，所以可以獲得精確的定位結果。即，通過利用值域誤差平均值dave_j來去除偽距離ρj中包括的誤差，並可以獲得精確的定位結果。
因為在車輛90處於停止狀態的情況下基於各個GPS衛星10j的觀測數據來計算值域誤差平均值dave_j，所以可以使定位結果的精度較高。
在如圖5所示的車輛位置定位處理中，偽距離ρj的誤差的方差σd_j2可以代替值域誤差標準差σd_j代入權重矩陣W的對角分量。
圖6是用於解釋由此實施例的定位部分50執行的車速定位處理的流程圖。
在從車輛90的點火開關打開的瞬間到點火開關關閉的瞬間的有效操作時段期間，對於每個預定周期重複執行如圖6所示的處理例程。預定周期可以等於上述觀測周期。
雖然圖6的處理例程與圖5的處理例程分開地圖示，但是這些例程可以分別並行地執行。或者，這些例程可以集成為一個處理例程，並可以由此實施例的定位部分50來執行該集成的處理例程。
在步驟S600，對計數器進行初始化。即，將計數器的值設定為1。
在步驟S602，基於來自車輛停止判斷部分40的判斷結果來判定車輛90當前是否處於停止狀態。當車輛90處於停止狀態時，控制進行至步驟S604。另一方面，當車輛90正在移動時，控制進行至步驟S614。
在步驟S604，判定計數器的當前值是否等於1。當計數器的當前值等於1時，控制進行至步驟S606。另一方面，當計數器的當前值大於1時，控制進行至步驟S608。
在步驟S606，將基於最新定位結果得到的車輛90的位置(Xu，Yu，Zu)存儲作為緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)。緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)可以是通過加權定位計算而計算得到的，或者可以是通過其他定位方法(例如，慣性導航)計算得到的。
在步驟S608，將計數器的值增加1。
在步驟S610，由σv計算部分42來針對每個GPS衛星10j計算在車輛90到GPS衛星10j的視線方向上車速Vu_j的誤差的標準差σv_j(所謂「速度標準差σv_j」)。
應該注意，速度標準差σv_j是在車輛的停止狀態下觀測到的車速Vu_j的誤差的標準差。例如，通過以下方程計算GPS衛星10j的速度標準差σv_j σv_j2＝∑(Vu_j(i)-Vave_j)2/n 在以上方程中，σv_j2表示車速Vu_j的誤差的方差，Vu_j(i)表示在假定Vu_j(1)表示對於在檢測到車輛停止之後的第一個周期計算得到的針對GPS衛星10j的車速Vu_j的情況下、對於第i個周期計算的針對GPS衛星10j的車速Vu_j，並且Vave_j表示對於各個周期計算得到的Vu_j(i)的平均值。例如，由以下等式來計算Vave_j 等式12 其中n表示數據項的數量。在此示例中，n＝(計數器值)。考慮到車輛90處於停止狀態的情況，Vave_j的值可以被設定為零。在此情況下，速度標準差σv_j實質上是車速Vu_j的誤差的標準差。
利用GPS衛星10j的都卜勒值域dρj、在車輛90到GPS衛星10j的視線方向上的單位向量lj(i)、和衛星移動速度向量Vj＝(Vj(i)，Vj(i)，Vj(i))之間的關係，如下計算車速Vu_j(i)。
等式13 Vu_j(i)＝dρj-lj·Vj 例如，利用載波的波長λ(已知)以及在周期(i)獲得的GPS衛星10j的都卜勒頻率Δfj，通過方程dρj(i)＝λ·Δfj(i)來計算都卜勒值域dρj(i)。在上述方程中，lj·Vj是單位向量lj和衛星移動速度Vj的內積。例如，利用在以上步驟S606存儲的緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)、GPS衛星10j的位置S(i)＝(Xj，Yj，Zj)以及車輛90與GPS衛星10j之間的距離rj(i)，如下計算單位向量lj(i)。
等式14 lj＝1/rj(i)·(Xj(i)-Xu0，Yj(i)-Yu0，Zj(i)-Zu0) 在以上等式中，rj(i)由以下方程表示。
等式15 以此方式，當車輛90處於停止狀態下時，重複步驟S608和步驟S610的處理，並基於車輛90的停止狀態期間觀察到的數據，對於每個預定周期針對各個GPS衛星10j計算速度標準差σv_j。當然，隨著在車輛90處於停止狀態下時的周期數(i)增大，樣本數量增大，並且速度標準差σv_j的可靠性也因此提高。
因此，在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的速度標準差σv_j在隨後的步驟S614-S618中被有效地用於在停止狀態之後車輛90開始行駛時對車輛90的速度的定位。
在步驟S614，判定計數器的值是否大於預定閾值，在此判斷中，判定在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的速度標準差σv_j是否可靠。在對該因素進行考慮的情況下，將該預定閾值設定為合適值。例如，針對10-20或更多個樣本數量，該預定閾值可以設定為在11和21之間的範圍內的任意值。
當計數器的值大於預定閾值時，控制進行至步驟S616。當計數器的值小於預定閾值時，判定在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的速度標準差σv_j的可靠性為低(例如，當車輛停止的時間非常短時)。在此情況下，結束當前周期的處理例程，並且控制返回到步驟S600。
在步驟S616，基於在車輛停止期間的最後一個周期在以上步驟S610計算得到的速度標準差σv_j，通過權重矩陣產生部分48來確定權重矩陣W_v的各個分量。權重矩陣W_v的分量除了其對角分量之外均為零，並且對於各個對角分量代入由σv計算部分42計算得到的速度標準差σv_j。
以下，為了方便描述，假定當前可以觀測到四個GPS衛星101、102、103和104。在此情況下，權重矩陣W_v由以下等式表示。
等式16 在步驟S618，加權定位計算部分49基於對於當前周期觀測到的都卜勒值域dρ1、dρ2、dρ3和dρ4，利用在以上步驟S616產生的權重矩陣W_v執行加權定位計算，以確定車輛90的當前車速v＝(vu，vu，vu)。
例如，利用如下所述的加權最小二乘法來執行加權定位計算。
首先，作為前提，在都卜勒值域dρj、衛星移動速度向量V和車輛90的車輛速度向量v＝(vu，vu，vu)之間滿足以下等式。
等式17 在以上等式中，附加於字符頂部的黑點表示點(時間微分)。例如，都卜勒值域dρj的時間微分表示為ρj點(時間微分)。
因為I點和T點表示電離層誤差的變化量和對流層誤差的變化量，並且它們非常小，所以它們由白噪聲ε表示。b點表示時鐘誤差的微分值。當使用來自四個GPS衛星101、102、103和104的觀測數據時，以上等式17可以如下修改。
等式18 使以上等式18的左側矩陣成為觀測量z，基於都卜勒頻率Δfi(i)，通過方程dρj(i)＝λ·Δfj(i)來計算GPS衛星10j的觀測量zj的「dρj」。GPS衛星10j的觀測量zj的「lj·Vj」是對於周期(i)的單位向量lj(i)和衛星移動速度向量Vj(i)的內積。例如，基於導航信息的衛星軌道信息，由衛星位置計算部分124來計算衛星移動速度向量Vj(i)。例如，可以利用由加權定位計算部分49針對周期(i)計算得到的車輛90的位置的定位結果(Xu(i)，Yu(i)，Zu(i))，如下計算對於周期(i)的單位向量lj(i)(圖5的步驟S518)。
等式19 lj＝1/rj(i)·(Xj(i)-Xu，Yj(i)-Yu，Zj(i)-Zu) 如下建立觀測矩陣G。
等式20 狀態量η包括車輛90的車速向量v＝(vu，vu，vu)和b點。如果假定η＝(v，b點)，則可以如下利用權重矩陣W_v來確定狀態量η。
等式21 η＝(GTW_vG)-1GTW_vz 這樣針對車輛90的車速向量v獲得的定位結果可以輸出至例如導航系統。
在步驟S620，基於來自車輛停止判斷部分40的判斷結果，判定車輛90的移動狀態是否改變為停止狀態。當車輛90從移動狀態改變為停止狀態時，控制返回至步驟S600。另一方面，當車輛90正在移動時，控制進行至步驟S618。在此情況下，基於在車輛90的移動期間的任意時間觀測到的都卜勒值域dρj、衛星移動速度向量Vj等，來連續地執行S618的處理。
當在車輛90的移動期間能夠觀測到的GPS衛星10改變時，可以根據GPS衛星10的改變來再次確定權重矩陣W_v。例如，當某個GPS衛星10k的觀測變為不可能時，產生其中將與GPS衛星10k相關的分量去除的權重矩陣W_v，並接著基於其中將GPS衛星10k的觀測量zk去除的、應用於其他GPS衛星10j的觀測量zj，來執行加權定位計算。
當觀測到新的GPS衛星10k(其在車輛90處於停止狀態的情況下未曾觀測到)時，未針對新的GPS衛星10k計算速度標準差σv_k。在此情況下，可以對於權重矩陣的對角分量利用合適的加權因子的初始值來執行加權定位計算。
根據圖6的車輛位置定位處理，基於當車輛90處於停止狀態的情況下各個GPS衛星10j的觀測數據來計算被用作權重矩陣W_v的加權因子的速度標準差σv_k，並且能以良好的可靠性建立權重矩陣W_v的加權因子。因為當車輛90處於停止狀態時不存在由車輛90的移動引起的誤差因子的影響，所以能以高精度對各個GPS衛星10j估計包括在各個GPS衛星10j的觀測數據(都卜勒值域dρj的觀測值)中的誤差。因此，根據圖6的車輛速度定位處理，在車輛90的停止期間建立合適的權重矩陣W_v，並可以在車輛90的移動期間獲得精確的定位結果。
在如圖6所示的車輛速度定位處理中，方差σv_j2可以代替速度標準差σd_j代入權重矩陣W_v的對角分量。
本發明不限於上述實施例，而可以在不偏離本發明範圍的情況下進行各種改變和修改。
例如，可選地，可以在考慮其他因素的情況下建立上述實施例中的權重矩陣W和加權因子W_v，所述其他因素例如時在先前周期的定位計算時的殘差，各個衛星的仰角差，以及從各個衛星接收的衛星信號的強度差。
在上述實施例中，利用C/A碼來計算偽距離ρ。可選地，可以基於另一偽噪聲碼(例如L2波的P碼)來測量偽距離ρ。因為在P碼的情況下其被編碼為W碼，所以通過利用互相關系統的DLL，在執行P碼同步時獲得P碼。
注意到P碼是GPS衛星101中第0比特，通過測量在車輛90接受的P碼的第Mp比特，可以將基於P碼的偽距離ρ確定為ρ′P＝Mp×30。
在上述實施例中，已經描述了其中將本發明應用於GPS的示例。但是，本發明也可應用於其他GNSS(全球導航衛星系統)，例如除了GPS之外的衛星系統，伽利略(Galileo)等。
接著，圖7示出了本發明的另一實施例中定位部分50的構成。
如圖7所示，此實施例的定位部分50包括車速計算部分52，對由車速計算部分52計算的車速進行存儲的存儲器54，誤差指標值計算部分56，衛星選擇部分58，以及定位計算部分59。將參考圖8至圖GPS衛星10來解釋部分52、54、56、58和59的各個功能。
圖8是用於解釋由此實施例的定位部分50執行的定位處理的流程圖。
在從車輛90的點火開關打開的瞬間到點火開關關閉的瞬間的有效操作時段期間，對於每個預定周期重複執行如圖8所示的處理例程。預定周期可以等於上述觀測周期。
在步驟S800，對計數器和存儲器54進行初始化。即，將計數器的值設定為1，並對存儲器54中的數據進行初始化(清除)。
在步驟S802，基於來自車輛停止判斷部分40的判斷結果來判定車輛90當前是否處於停止狀態。
當車輛90處於停止狀態時，控制進行至步驟S804。通常，此狀況可以是在發動機起動之後車輛90開始行駛之前的狀況，或者在車輛開始行駛之後車輛90在交通信號前暫時停止的狀況。另一方面，當車輛90正在移動時，控制進行至步驟S814。
在步驟S804，判定計數器的值當前是否等於1。當計數器的值當前等於1時，控制進行至步驟S806。另一方面，當計數器的值大於1時，控制進行至步驟S808。
在步驟S806，將基於最新定位結果得到的車輛90的位置(Xu，Yu，Zu)存儲作為緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)。
緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)可以是通過加權定位計算而計算得到的，或者可以是通過其他定位方法(例如，慣性導航)計算得到的。當使用慣性導航時，優選地使用如下慣性導航，其中通過將利用車載相機得到的道路信號的圖像識別結果與包括已知道路信號的位置信息進行匹配而校正得到的車輛位置被用作初始位置。
在步驟S808，將計數器的值增加1。
在步驟S810，關於當前能夠觀測到的GPS衛星10j，由車速計算部分52針對各個GPS衛星10j來計算在車輛90到GPS衛星10j的視線方向上的車速Vu_j。後綴「j」表示當前能夠觀測到的GPS衛星10的衛星編號(j＝1，2，3，4，...)，並且是對於各個GPS衛星10而言特定的值。
應該注意，車速Vu_j是在車輛的停止狀態下觀測到的車速Vu_j。利用GPS衛星10j的都卜勒值域dρj、在車輛90到GPS衛星10j的實現方向上的單位向量lj(i)和GPS衛星10j的衛星移動速度向量Vj＝(Vj(i)，Vj(i)，Vj(i))之間的關係，來計算車速Vu_j(i)。例如，由以下等式來計算車速Vu_j(i)，其中(i)表示在假定檢測到車速停止之後對於第一個周期獲得第一值的情況下，對於第i個周期獲得的值。
等式22 Vu_j(i)＝dρj-lj·Vj 例如，利用載波的波長λ(已知)以及在周期(i)獲得的GPS衛星10j的都卜勒頻率Δfj，通過方程dρj(i)＝λ·Δfj(i)來計算都卜勒值域dρj(i)。在上述等式22中，lj·Vj是單位向量lj和衛星移動速度Vj的內積。例如，利用在以上步驟S806存儲的緊接著車輛停止之後的車輛位置u0＝(Xu0，Yu0，Zu0)、GPS衛星10j的位置S(i)＝(Xj，Yj，Zj)以及車輛90與GPS衛星10j之間的距離rj(i)，如下計算單位向量lj(i)。
等式23 lj＝1/rj(i)·(Xj(i)-Xu0，Yj(i)-Yu0，Zj(i)-Zu0) 在以上等式23中，rj(i)由以下方程表示。
等式24 可選地，可以利用從濾波器130輸入的對於當前周期的偽距離ρj(i)，以及從濾波器130輸入的對於先前周期的偽距離ρj(i-1)，由以下求近似來計算車速Vu_j(i)。
等式25 其中Δt表示偽距離ρj的採樣周期(觀測周期)。
可選地，可以利用對於當前周期觀測到的載波相位的積分值φj(i)，以及對於先前周期觀測到的載波相位的積分值φj(i-1)，由以下求近似來計算車速Vu_j(i)。
等式26
為了測量載波相位的積分值φ(i)，需要利用通過近似估計法(例如，幹涉定位法)估計的積分值偏差。但是，因為可以適當獲得先前周期和當前周期之間積分值φj的差，所以可以使用合適的積分值偏差。
優選地，對於各個GPS衛星10j共同地使用以上描述的三種車速Vu_j的計算方法中的一種。這是因為應該在相同條件下相對估計各個GPS衛星10j的車速Vu_j。
此時，可以通過將合適的加權因子與利用全部三種上述計算方法或者其中任意兩種方法計算得到的各個車速Vu_j相結合，來計算對於各個GPS衛星10j的最終車速Vu_j。
可選地，考慮如下表1所示的三種計算方法的特徵，可以根據對於每次發生車輛停止時的狀況來選擇三種上述車速Vu_j的計算方法中的一種。例如，在檢測到多條路徑的狀況下，可以選擇對於多條路徑具有良好抵抗的等式22或等式26的計算方法，或者可以將相對較大的權重給予等式22或等式26的計算值。例如，在其中由於GIM(全球電離層圖，Global Ionoshere Map)等導致容易受到來自電離層的影響的狀況下，可以採用對於來自電離層的影響具有良好抵抗的等式22的計算方法，或者可以將相對較大的權重給予等式22的計算值。
表1 計算方法特徵 都卜勒(等式22) -較小受到電離層的影響 -對多條路徑的良好抵抗 -可以輸出一個樣本 偽值域(等式25) -可以測量距衛星的距離 載波(等式26)-對噪聲的良好抵抗 -對多條路徑的良好抵抗 以此方式，由車速計算部分52計算的車速Vu_j(i)存儲在存儲器54中。因此，當車輛90處於停止狀態時，重複步驟S808和步驟S810的處理。基於在車輛90處於停止狀態時的任意時間觀測到的數據，對於每個預定周期針對各個GPS衛星10j計算速度標準差σv_j，並在任意時間將其存儲在存儲器54中。
當然，隨著在車輛90處於停止狀態下時的周期數i增大，樣本數量增大，並且速度標準差σv_j的可靠性也因此提高。
以此方式，當車輛90處於停止狀態時計算得到的車速Vu_j在隨後的步驟S814-S818中被有效地用於在停止狀態之後車輛90開始行駛時對車輛90的位置的定位。
在步驟S814，判定計數器的值是否大於預定閾值，在此判斷中，判定在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的車速Vu_j是否可靠。在對該因素進行考慮的情況下，將該預定閾值設定為合適值。例如，針對10-20或更多個樣本數量，該預定閾值可以設定為在11和21之間的範圍內的任意值。
當計數器的值大於預定閾值時，控制進行至步驟S816。當計數器的值小於預定閾值時，判定在車輛90處於停止狀態的情況下計算得到的車速Vu_j的可靠性為低(例如，當車輛停止的時間非常短時)。在此情況下，結束當前周期的處理例程，並且控制返回到步驟S800。
在步驟S816，基於在車輛90處於停止狀態時計算得到的車速(存儲器54中的存儲數據)，由誤差指標值計算部分56對於各個GPS衛星10j來計算表示車速Vu_j的誤差的指標值qj。
應該注意，因為車速Vu_j是當車輛90處於停止狀態時的速度，所以車速Vu_j的真實值是零。因此，車速Vu_j的值表示計算得到的車速Vu_j的誤差。例如，可以通過以下等式來將表示車速Vu_j的誤差的指標值qj計算作為車速Vu_j的誤差的平均值Vave_j 等式27 其中n表示數據項的數量。在此示例中，n＝(計數器值)。
可選地，可以通過以下等式來將誤差指標值qj計算作為車速Vu_j的誤差的方差σv_j2。
等式28 其中可以通過以上等式27來計算Vave_j，或者考慮到車輛90處於停止狀態的事實，使用固定值零。
可選地，可以將誤差指標值qj計算為車速Vu_j的誤差的標準差σv_j。即，可以將其計算為qj＝σv_j。可選地，誤差指標值qj可以是通過將車速Vu_j施加至低通濾波器獲得的低通值LPFv_j。例如，可以使用具有給定時間常數τ的由以下等式表示的低通濾波器來用於計算對於周期(i)的低通值LPFv_j。
等式29 其中ST表示車速Vu_j的數據的採樣間隔。相繼或者一併將車輛停止期間獲得的對於各個周期(i＝1，2，3，...，n)的車速Vu_j(i)施加至低通濾波器，並將最終獲得的低通值LPFv_j(n)作為誤差指標值qj處理。
可選地，可以通過以下等式將誤差指標值qj(i)計算作為低通值LPFv_j的改變率ΔLPFv_j。
等式30 其中m是預定正數，並且是通過實驗預定的。即使在m＞n時也可以使用以上等式30。以上等式30用於確定對於周期(m)的低通值LPFV_j(m)與對於最後周期(n)的低通值LFV_j(n)之間的低通值改變率ΔLPFv_j。可選地，可以通過分別在多個周期之間獲得多個低通值改變率，並對所述多個變化率取平均，來確定低通值改變率。
可選地，可以通過將包括平均值Vave_j、方差σv_j2、標準差σv_j、低通值LPFv_j和低通值改變率ΔLPFv_j在內的上述指標值中的兩個或多個進行組合，來計算誤差指標值qj。在此情況下，考慮如下表2所示的各個誤差指標值的特徵，可以根據狀況向各個指標值施加並結合合適的權重。
可選地，考慮如下表2所示的各個誤差指標值的特徵，可以根據狀況選擇各個誤差指標值中的合適一個。
例如，當車輛停止的時間較短，並且需要從十個或更少樣本獲取數據項時，可以使用低通值LPFv_j或低通值的改變率ΔLPFv_j。當低通值LPFv_j和/或低通值改變率ΔLPFv_j與其他誤差指標值組合時，可以將相對較大的權重給予低通值LPFv_j和/或低通值改變率ΔLPFv_j。
當低通值LPFv_j或低通值改變率ΔLPFv_j用作誤差指標值qj時，可以使得在圖8的步驟S814使用的閾值較小。
相反，當車輛停止的時間較長，並且從十個或更多個樣本獲取數據項時，可以使用平均值Vave_j、方差σv_j2和標準差σv_j中的一個，並可以給予其相對較大的權重。
表2 誤差指標值 特徵 車速的平均值 -由電離層引起的偏移可測 -需要相對較大數量的數據項(例如， 10個樣本或更多) 車速的誤差的方差 -可以估計衛星信號的精度(可靠性) (標誌差) -需要相對較大數量的數據項(例如， 10個樣本或更多) 低通值改變率 -可以進行最近狀態中的界定 -可以估計新特徵中的趨勢 -採樣數量較小 不過，優選地對各個GPS衛星10j共同地使用相同的誤差指標值qj。這是因為需要在相同條件下相對估計對於各個GPS衛星10j的誤差指標值qj。
在步驟S818，執行定位計算處理。稍後將參考圖9或圖10解釋此處理的細節。
在步驟S820，基於來自車輛停止判斷部分40的判斷結果，判定車輛90的移動狀態是否改變為停止狀態。
當車輛90從移動狀態改變為停止狀態時，控制返回至步驟S800。另一方面，當車輛90仍處於移動狀態時，控制進行至步驟S818。即，基於在移動期間的任意時間觀測到的偽距離ρj和衛星位置(Xj，Yj，Zj)等，來在車輛90的移動期間連續地執行S818的處理。
圖9是用於解釋圖8的定位計算處理(步驟S818)的流程圖。
在步驟S900，判定當前觀測到的GPS衛星10j的數量是否大於為定位所需的衛星數量(可觀測衛星的數量)。
為定位所需的衛星數量是應該根據定位方法確定的數量。例如，該數量可以設定為3。例如，在其中排除時鐘誤差的定位方法的情況下，該數字可以設定為4或更多。
當可觀測衛星的數量大於所需衛星數量時，控制進行至步驟S902。當可觀測衛星的數量不大於所需衛星數量時，控制進行至步驟S904。
在步驟S902，基於在圖8的步驟S816計算得到的各個GPS衛星10j的誤差指標值qj，由衛星選擇部分58從當前可觀測的GPS衛星10j中選擇一些用於定位的GPS衛星10k。
此時，衛星選擇部分58優先選擇所具有的誤差指標值qj的絕對值較小的GPS衛星10j。例如，當所需衛星數量是4時，衛星選擇部分58在按照誤差指標值qj的絕對值的升序排列中選擇誤差指標值qj的絕對值最小的四個GPS衛星10j，作為用於定位的GPS衛星10k。換言之，衛星選擇部分58忽略誤差指標值qj的降序排列中具有較大絕對值的GPS衛星10j，直到達到所需衛星數量。
在步驟S904，由衛星選擇部分58將全部當前可觀測的GPS衛星10j用作用於定位的GPS衛星10k。
在步驟S906，從對於當前周期從濾波器130輸入的各個GPS衛星10j的偽距離ρj(i)中，基於在以上步驟S902或S904選擇的GPS衛星10k的偽距離ρk，由定位計算部分59執行車輛90的當前位置(Xu(i)，Yu(i)，Zu(i))的定位。利用最小二乘法等，由以下等式來執行車輛90的當前位置的定位。
等式31 其中c·ΔT表示GPS接收器20中的時鐘誤差。在此情況下，當所選擇的GPS衛星的數量是4時，獲得四項對於GPS衛星10k的等式31，並執行其中去除了時鐘誤差c·ΔT的對車輛90的當前位置的定位。
此時，上述GPS衛星10k的誤差指標值qk可以用於權重矩陣的對角分量，並可以執行加權定位計算。
在以上步驟S906，可以基於在以上步驟S902或S904從對於當前周期輸入的各個GPS衛星10j的偽距離ρj(i)中選擇的GPS衛星10k的都卜勒值域dρk，以及GPS衛星10k的衛星移動速度向量Vk＝(Vk，Vk，Vk)，由定位計算部分59執行車輛90的當前車速v＝(vu(i)，vu(i)，vu(i))的定位。
等式32 在以上等式中，附加於字符頂部的黑點表示點(時間微分)。例如，都卜勒值域dρk的時間微分表示為ρk點(時間微分)。
因為I點和T點表示電離層誤差的變化量和對流層誤差的變化量，並且它們非常小，所以它們由白噪聲ε表示。(Vk-V)·lk的Vk·lk部分是對於周期(i)的單位向量lk(i)和衛星移動速度向量Vk的內積。可以基於導航信息的衛星軌道信息，由衛星位置計算部分124來計算衛星移動速度向量Vk，並且可以，可以利用由定位計算部分59針對周期(i)計算得到的車輛90的位置的定位結果(Xu，Yu，Zu)，如下計算對於單位向量lk(i)。
等式33 lj＝1/rj(i)·(Xj(i)-Xu，Yj(i)-Yu，Zj(i)-Zu) 在車輛90的速度的定位的情況下，上述選擇的GPS衛星10k的誤差指標值qk用於加權矩陣的對角分量，並且可以執行加權定位計算。
圖10是用於解釋圖8的另一定位數據處理(步驟S818)的流程圖。
在步驟S1000，基於在圖8的以上步驟S816對各個GPS衛星10j計算得到的誤差指標值qj，由衛星選擇部分58從選擇其誤差指標值qj的絕對值小於預定值的GPS衛星10k。
在步驟S1002，判定在以上步驟S1000選擇的GPS衛星10k的數量是否大於為定位所需的衛星的數量。例如，為定位所需的衛星數量可以設定為3。在其中去除了時鐘誤差的定位方法的情況下，該數量可以設定為4或更多。
當所選擇的GPS衛星10k的數量大於所需衛星的數量時，控制進行至步驟S1004。另一方面，當所選擇GPS衛星10k的數量不大於所需衛星的數量時，控制進行至步驟S1006。
在步驟S1004，基於在以上步驟S1000選擇的全部GPS衛星10k的觀測數據，由定位計算部分59執行對車輛90的當前位置和速度的定位。定位方法可以與圖9的步驟S906相同。當所選擇的GPS衛星10k的數量是5或更多時，可以從車輛90的位置和速度計算確定具有最可能的最終位置和速度的定位結果。
在步驟S1006，利用INS傳感器等根據慣性導航方法，由定位計算部分59執行定位。
根據上述實施例的移動單元定位裝置，當車輛90處於停止狀態時基於各個GPS衛星10j的觀測數據來計算各個GPS衛星10j的車速Vu_j。並且可以相對推定各個GPS衛星10j之間的誤差指標值qj，能夠以良好的精度在GPS衛星10j之間比較包括在各個GPS衛星10j的觀測數據中的誤差因子的大小。
如上所述，本發明不限於上述實施例，並可以在不偏離本發明範圍的情況下進行各種改變和修改。
例如，在上述實施例中，車速計算部分52可以計算車速Vu_j的絕對值。在此情況下，誤差指標值計算部分56可以基於車速Vu_j的絕對值來計算上述誤差指標值qj。
在上述實施例中，車速計算部分52可以合適地針對各個GPS衛星10j使用上述三種車速Vu_j的計算方法中的任意一種。
例如，針對位於由於GIM等容易受到電離層影響的位置的GPS衛星10j，可以採用不易受電離層影響的等式22的計算方法，並可以將較大的權重給予等式22的計算值。
類似地，在上述實施例中，誤差指標值計算部分56可以合適地針對各個GPS衛星10j使用上述多種誤差指標值qj的計算方法中的任意一種。
在上述實施例中，利用C/A碼來計算偽距離ρ。可選地，可以基於其他偽噪聲碼(例如L2波的P碼)，來測量偽距離ρ。因為在P碼的情況下其被編碼為W碼，所以通過利用互相關系統的DLL，在執行P碼同步時獲得P碼。
注意到P碼是GPS衛星101中第0比特，通過測量在車輛90接受的P碼的第Mp比特，可以將基於P碼的偽距離ρ確定為ρ′P＝Mp×30。
在上述實施例中，已經描述了其中將本發明應用於GPS的示例。但是，本發明也可應用於其他GNSS(全球導航衛星系統)，例如除了GPS之外的衛星系統，伽利略(Galileo)等。
本發明基於2007年2月26日遞交的日本專利申請No.2007-045882和2007年3月30日遞交的日本專利申請No.2007-094610，並要求享有其優先權，其全文通過引用被結合於此。
權利要求
1.一種移動單元定位裝置，其中在移動單元處觀測來自多個衛星的衛星信號上承載的偽噪聲碼的相位，來測量所述移動單元的位置，所述移動單元定位裝置包括
偽距離測量部分，其利用在所述移動單元的停止期間獲得的所述偽噪聲碼相位的觀測值，來針對每個衛星測量在所述移動單元的停止期間所述多個衛星中的一個衛星與所述移動單元之間的偽距離；
誤差指標值計算部分，其基於在所述移動單元的停止期間在多個時間點由所述偽距離測量部分測量得到的所述偽距離，來針對每個衛星計算誤差指標值，所述誤差指標值表示測量得到的所述偽距離的誤差；
權重係數確定部分，其基於由所述誤差指標值計算部分針對每個衛星計算得到的所述誤差指標值，來確定對於每個衛星的權重係數；以及
定位計算部分，其利用由所述權重係數確定部分針對每個衛星確定的所述權重係數來執行加權定位計算，以利用在所述移動單元的移動期間獲得的所述偽噪聲碼相位的觀測值來確定所述移動單元在移動期間的位置。
2.根據權利要求1所述的移動單元定位裝置，其中，所述誤差指標值是方差或標準偏差。
3.根據權利要求1所述的移動單元定位裝置，還包括誤差平均部分，所述誤差平均部分基於在所述移動單元的停止期間的多個時間點由所述偽距離測量部分測量得到的所述偽距離，來針對每個衛星計算測量得到的偽距離的誤差平均值，
其中，所述定位計算部分利用通過由所述誤差平均部分計算得到的所述誤差平均值進行校正的所述相位的觀測值，來確定所述移動單元在移動期間的位置。
4.一種移動單元定位裝置，其中在移動單元處觀測來自多個衛星的衛星信號的載波的都卜勒頻率，以測量所述移動單元的速度，所述移動單元定位裝置包括
移動單元速度計算部分，其利用在所述移動單元的停止期間獲得的都卜勒頻率的觀測值，來針對每個衛星計算在所述移動單元的停止期間所述移動單元的速度；
誤差指標值計算部分，其基於在所述移動單元的停止期間在多個時間點由所述移動單元速度計算部分計算得到的所述移動單元速度，來針對每個衛星計算誤差指標值，所述誤差指標值表示計算得到的所述移動單元速度的誤差；
權重係數確定部分，其基於由所述誤差指標值計算部分針對每個衛星計算得到的所述誤差指標值，來針對每個衛星確定權重係數；以及
定位計算部分，其利用由所述權重係數確定部分針對每個衛星確定的所述權重係數來執行加權定位計算，以利用在所述移動單元的移動期間獲得的所述都卜勒頻率的觀測值來確定所述移動單元在移動期間的速度。
5.根據權利要求4所述的移動單元定位裝置，其中，所述誤差指標值是方差或標準偏差。
6.根據權利要求4所述的移動單元定位裝置，還包括衛星選擇部分，所述衛星選擇部分基於由所述移動單元速度計算部分針對每個衛星計算得到的移動單元速度，來選擇所述多個衛星中用於所述加權定位計算的一個衛星。
7.根據權利要求6所述的移動單元定位裝置，還包括移動單元停止判定部分，所述移動單元停止判定部分基於布置在所述移動單元中的傳感器的輸出信號來判定所述移動單元是否處於停止狀態，
其中，所述衛星選擇部分根據由所述誤差指標值計算部分針對每個衛星計算得到的所述誤差指標值，來選擇所述多個衛星中用於所述加權定位計算的一個衛星。
8.根據權利要求7所述的移動單元定位裝置，其中，所述衛星選擇部分優先選擇由所述誤差指標值計算部分計算得到的誤差指標值較小的衛星。
9.根據權利要求7所述的移動單元定位裝置，其中，所述誤差指標值是以下各個值或以下各個值的組合中的任一種在由所述移動單元停止判定部分判定的所述移動單元的停止期間的多個時間點由所述移動單元速度計算部分計算得到的所述移動單元速度的平均值、計算得到的所述移動單元速度的誤差的方差、計算得到的所述移動單元速度的誤差的標準偏差、將計算得到的所述移動單元速度施加至低通濾波器而獲得的低通值、以及所述低通值的改變率。
10.一種移動單元定位方法，其中在移動單元處觀測來自多個衛星的衛星信號上承載的偽噪聲碼的相位，來測量所述移動單元的位置，所述移動單元定位方法包括以下步驟
利用在所述移動單元的停止期間獲得的所述偽噪聲碼相位的觀測值，來針對每個衛星測量在所述移動單元的停止期間所述多個衛星中的一個衛星與所述移動單元之間的偽距離；
基於所述測量步驟中在所述移動單元的停止期間在多個時間點測量得到的所述偽距離，來針對每個衛星計算誤差指標值，所述誤差指標值表示測量得到的所述偽距離的誤差；
基於在所述計算步驟中針對每個衛星計算得到的所述誤差指標值，來針對每個衛星確定權重係數；並且
利用在所述確定步驟中針對每個衛星確定的所述權重係數來執行加權定位計算，以利用在所述移動單元的移動期間獲得的所述偽噪聲碼相位的觀測值來確定所述移動單元在移動期間的位置。
全文摘要
在移動單元定位裝置中，在移動單元處觀測來自衛星的衛星信號上承載的偽噪聲碼的相位，來測量移動單元的位置。利用在移動單元的停止期間獲得的所述相位的觀測值，來針對每個衛星測量在移動單元的停止期間多個衛星中的一個衛星與移動單元之間的偽距離。基於在移動單元的停止期間在多個時間點由偽距離測量部分測量得到的偽距離，來針對每個衛星計算誤差指標值，所述誤差指標值表示測量得到的偽距離的誤差。基於針對每個衛星計算得到的誤差指標值，來確定對於每個衛星的權重係數。利用針對每個衛星確定的權重係數來執行加權定位計算，以利用在移動期間獲得的所述相位的觀測值來確定移動單元在移動期間的位置。還提出了一種利用相似方法測量位置的其他裝置，但是在此情況下，誤差指標是基於所計算的移動單元速度的誤差，而不是基於偽距離。
文檔編號G01S19/00GK101606080SQ200880004728
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月19日 優先權日2007年2月26日
發明者上田晃宏, 前田巖夫, 永宮清美, 田島靖裕, 長谷川直人 申請人:豐田自動車株式會社