位置計算方法及位置計算裝置的製作方法

2023-12-07 03:54:21

專利名稱：位置計算方法及位置計算裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種位置計算方法及位置計算裝置。
背景技術：
作為利用定位信號的位置計算裝置，公知有利用GPS (GlobalPositioning System:全球定位系統)的位置計算裝置，這種位置計算裝置被內置在可攜式電話機或車 載導航裝置等中而被利用。位置計算裝置基於多個GPS衛星的衛星位置、衛星速度及衛星移動方向等衛星信 息和從GPS衛星到本機的偽距等信息，將本機的位置作為未知數進行規定的位置算出計 算，從而計算出位置。此外，因位置計算裝置所具有的時鐘的偏差，從而在計算出的偽距中 重疊有誤差。由於校準該時鐘偏差非常困難，所以通常也將該時鐘偏差包含作為未知數來 進行位置算出計算。在與時鐘有關的誤差中，除時鐘偏差外還有正在計時的時刻本身所包含的誤差 (以下稱為「時刻誤差」)。計算偽距時求得的衛星位置以正在計時的時刻為基準。因此，當 因時刻誤差導致衛星位置偏離時則偽距不準確，從而影響到計算出的位置的準確性。例如， 在日本專利文獻1中披露有加進時刻誤差計算出位置的技術。日本專利文獻1 日本特表2004-518135號公報為了準確地求得位置，需要計算偽距時的衛星位置準確。具體地說，要求時刻誤差 為10毫秒以下左右。因此，一般通過取得與接收到的GPS衛星信號同步來解決時刻誤差的 問題。不過，在衛星信號的接收強度大時沒有問題，但在位置計算裝置位於室內等環境 時，則接收信號的強度弱，不能取得與GPS衛星信號同步而獲得準確的時刻信息。因此，存 在不能獲得高精度的時刻、很難進行準確的位置計算的問題。

發明內容
鑑於上述的問題，本發明的目的在於提供一種無需求得時刻誤差即可計算出位置 的全新的位置計算方法。用於解決上述問題的第一方面的發明是一種位置計算方法，包括基於衛星軌道 信息，計算出包含位置計算時刻時的定位衛星的衛星位置、衛星移動速度及衛星移動方向 的衛星信息；從上述定位衛星接收衛星信號，計算出偽距；以及基於與多個定位衛星相關 的、用上述衛星信息和上述偽距求得上述位置計算時刻中包含的時刻誤差的計算公式，計 算出上述用戶的位置。此外，作為另一方面的發明，也可以是位置計算裝置，該位置計算裝置包括衛星 信息計算部，基於衛星軌道信息，計算出包含位置計算時刻時的定位衛星的衛星位置、衛星 移動速度及衛星移動方向的衛星信息；偽距計算部，從上述定位衛星接收衛星信號，計算出 偽距；以及位置計算部，基於與多個定位衛星相關的、用上述衛星信息和上述偽距求得上述位置計算時刻中包含的時刻誤差的計算公式，計算出上述用戶的位置。根據該第一方面的發明等，基於衛星軌道信息，計算出包含位置計算時刻時的定 位衛星的衛星位置、衛星移動速度及衛星移動方向的衛星信息。從定位衛星接收衛星信號， 計算出偽距。接著，基於與多個定位衛星相關的、利用衛星信息和偽距求得位置計算時刻中 包含的時刻誤差的計算公式，計算出用戶的位置。時刻誤差不是時鐘偏差，而是位置計算裝置正在計時的時刻本身所包含的誤差， 與定位衛星無關而保持固定。基於該性質，通過利用與多個定位衛星相關的時刻誤差的計 算公式，可以計算出用戶的位置。在日本專利文獻1的技術中，需要求得時刻誤差作為未知 數。針對於此，在第一方面的發明等中無需將時刻誤差作為未知數求得即可計算出用戶的 位置，所以與日本專利文獻1的技術相比，運算的未知數少，與日本專利文獻1的技術相比 能夠進一步減少運算量。此外，作為第二方面的發明，也可以構成為在第一方面發明的位置計算方法中，計 算出上述用戶的位置包括使與上述多個定位衛星相關的上述計算公式聯立，從而從未知數 中去除上述時刻誤差。根據該第二方面的發明，由於使與多個定位衛星相關的時刻誤差的計算公式聯 立，從而從未知數中去除時刻誤差，所以可以無需求得時刻誤差即可計算出用戶的位置。此外，作為第三方面的發明，也可以構成為在第一方面發明或第二方面發明的位 置計算方法中，上述計算公式是還用從上述定位衛星朝向上述用戶的方向上的該定位衛星 的速度分量求得上述時刻誤差的公式。根據該第三方面的發明，利用還用了對於從定位衛星朝向用戶的方向的該定位衛 星的速度分量的時刻誤差的計算公式，計算出用戶的位置。由於定位衛星進行移動，所以當 時刻誤差存在時，用戶設想到的定位衛星的位置和實際的定位衛星的位置會產生偏離。也 就是說，連結用戶位置和定位衛星的表面上的位置(從位置計算裝置正在計時的時刻求得 的定位衛星的位置)的幾何學距離與用戶實際觀測的偽距是相背離的值。考慮到該情況， 從而在時刻誤差的計算公式中加進從定位衛星朝向用戶的方向上的定位衛星的速度分量。此外，作為第四方面的發明，也可以構成為在第一至第三方面發明的任一方面發 明的位置計算方法中，上述計算公式是還利用作為未知數的時鐘偏差求得上述時刻誤差的 公式。根據該第四方面的發明，利用還用了作為未知數的時鐘偏差的時刻誤差的計算公 式，計算出用戶的位置。由於除時刻誤差外，時鐘中還存在由偏差引起的誤差分量，所以將 其加進時刻誤差的計算公式中。


圖1是位置計算原理的說明圖；圖2是表示可攜式電話機的功能結構的框圖；圖3是表示存儲到ROM中的一例數據的示意圖；圖4是表示存儲到RAM中的一例數據的示意圖；圖5是表示測量數據的一例數據結構的示意圖；圖6是表示衛星數據的一例數據結構的示意圖。
圖7是表示主處理流程的流程圖。圖8是表示位置計算處理流程的流程圖。圖9是表示位置計算處理流程的流程圖。
具體實施例方式下面，參照附圖對將本發明應用於作為一種具有位置計算裝置的電子設備的便攜 式電話機1時的實施方式進行說明。可攜式電話機1由用戶攜帶進行移動。因此，在本實 施方式中，可以將可攜式電話機1視為用戶來進行說明。另外，可適用本發明的實施方式並 不限定於以下描述的實施方式。1.原理可攜式電話機1是用於用戶進行通話、收發電子郵件等的電子設備，除具有通話、 收發電子郵件等作為可攜式電話機的普通功能之外，還具備實現計算位置的功能的位置計 算裝置。可攜式電話機1基於從多個GPS衛星發送的GPS衛星信號算出位置，並使標繪了 計算出的位置的導航畫面顯示在顯示部上。GPS衛星是定位衛星的一種，分別在圍繞地球的6個軌道面上各配置4顆以上，原 則上，以在幾何學的配置下在地球上的任何地方總是可以觀測到4顆以上的衛星的方式來 進行運用。GPS衛星將曆書、星曆表等導航數據包含在GPS衛星信號中進行發送。GPS衛星 信號是通過利用對應每個衛星而不同的一種擴頻碼、即PRN(Pseudo Random Noise 偽隨機 噪聲)碼的直接序列擴頻方式被調製的1. 57542GHz的通信信號。PRN碼是將1023碼片的 碼長作為1PN幀的重複周期為1ms的偽隨機噪聲碼。圖1是用於說明本實施方式中的位置計算原理的示意圖。在本實施方式中的位置 計算方法中，裝在可攜式電話機1中的時鐘正在進行計時的時刻所固有的時刻誤差「 At」 是最重要的誤差之一。因此，為了容易理解，將圖1作為著眼於時刻誤差「At」的圖，對時 鍾偏差「b 」所引起的誤差分量省略圖示。考慮一個將地球中心作為原點0的地球基準坐標系，且將以原點0為基準時的便 攜式電話機1的位置用三維矢量「ru」表示。由於可攜式電話機1的位置為未知，所以矢量 「ru」的三維位置分量是未知數。將以矢量「ru」表示的可攜式電話機1的位置視為A。此 外，將可攜式電話機1的移動速度及移動方向用移動速度矢量「su」表示。此外，將在裝在可攜式電話機1中的時鐘正在進行計時的時刻、也就是進行位置 計算時的時刻(以下，稱為「位置計算時刻」。)時的第j個GPS衛星SVj的衛星位置用三 維矢量「r/』表示。矢量「r/』的三維位置分量由於可以用星曆表等衛星軌道信息和位置計 算時刻計算得出，所以為已知。但是，必須注意的是由於在位置計算時刻內部存在時刻誤差 「 At」，所以以矢量「r/』表示的衛星位置是GPS衛星SVj的推測位置(以下，稱為「表面上 (見力上)的衛星位置」。)，並不是真實的衛星位置。將該表面上的衛星位置視為B。GPS衛星SVj沿著在圖1中以虛線表示的衛星軌道移動。將GPS衛星SVj的衛星 速度及衛星移動方向用衛星移動速度矢量「s/』表示。在這種情況下，GPS衛星SVj的真實 位置是從以矢量「r/』表示的表面上的衛星位置B向衛星移動方向偏離「|Sj| At」的位置 C0可攜式電話機1能夠通過檢測出從GPS衛星SVj接收到的GPS衛星信號的PRN碼的相位(以下，稱為「碼相位」。)，計算出可攜式電話機1和GPS衛星SVj之間的偽距。基 於被觀測到的偽距的意義將根據該碼相位能夠計算出的偽距稱為「觀測偽距」，「 P /』並用 「P/』表示。在圖1中「Ac = P/，。 可攜式電話機1的位置A和GPS衛星SVj的表面上的衛星位置B之間的距離可以 用"IrjIuI 」表示。也就是說，「AB= Irj-Ij 」。由於以該「 |I^ruI 」表示的距離是基於表面 上的衛星位置B計算出的預測的偽距，為了與觀測偽距進行區別而將其稱為「預測偽距」。 由於可攜式電話機1的位置A為未知，所以預測偽距的值為未知。在圖1中，在線段AB上確定使得AC = AD的位置D。在這種情況下，線段BD的長 度成為因時刻誤差「At」而導致的偽距的誤差分量。將該偽距的誤差分量用「E/』表示。也 就是說，為「BD = Ε/，。這時，在圖1中，基於AB-BD = AC的關係，下面公式(1)成立。公式1formula see original document page 6誤差分量「Ε/』可以假設為GPS衛星SVj在時刻誤差「 At」期間沿從GPS衛星SVj 朝向可攜式電話機1的方向(視線方向的反方向)前進的距離(視線方向的距離)。更詳 細地說，能夠利用視線方向的反方向的單位矢量「U/』和可攜式電話機1與GPS衛星SVj的 相對速度矢量「V/』，以如下公式⑵表示誤差分量「Ε/』。公式 2 formula see original document page 6也就是說，通過將時刻誤差「At」與單位矢量「U/』和相對速度矢量「V/』的內積 (相對速度的視線方向分量)相乘而獲得的視線方向的距離是誤差分量「Ε/』。在這裡，雖然只對時刻誤差「At」所引起的誤差分量著重進行了說明，但在實際上 也必須考慮因時鐘偏差而導致的誤差分量。由於存在有時鐘偏差，所以可攜式電話機1的 真實位置不是圖1所示的位置矢量「ru」所表示的位置。將該時鐘偏差所引起的誤差換算 成距離再加上預測偽距。由此，下面公式(3)成立。公式 3 formula see original document page 6在此，「bu」是時鐘偏差，「C」是光速。向該公式增加修正項並將公式進行整理，則導出下面公式(4)。公式 4 formula see original document page 6(4)在這裡，在公式(4)中以「q/』表示的修正項意味著對第j個GPS衛星的電離層延 遲修正、對流層延遲修正、GPS衛星所具有的時鐘的時鐘誤差修正、及地球自傳引起的影響 修正等的合計。將該修正項與偽距相加就是基於修正上述的電離層延遲、對流層延遲、GPS 衛星所具有的時鐘的時鐘誤差、地球自傳引起的影響等以求得正確的偽距這一理由。當解出公式⑵中的「At」並代入公式(4)，則導出有下面公式(5)。公式 5
formula see original document page 7由於時刻誤差「At」是位置計算裝置的時刻誤差，所以與GPS衛星無關而保持固 定。也就是說，針對第j個GPS衛星計算的時刻誤差「At」和針對第k個GPS衛星計算的 時刻誤差「At」相等，並且，下面公式(6)成立。公式6 formula see original document page 7利用該關係，在本實施方式中，從多個GPS衛星中確定一個基準衛星。基準衛星例 如既可以是接收到的GPS衛星信號的信號強度最大的衛星，也可以是仰角最高的衛星。此 夕卜，還可以單純是編號最小的衛星。而且，規定使關於該基準衛星的時刻誤差「 At」的計算公式和關於剩餘衛星的時 亥IJ誤差「 At」的計算公式聯立的聯立方程式。接著，通過解出該聯立方程式，計算出可攜式 電話機1的位置。另外，在實際上，通過進行利用牛頓法等方法的收斂運算，能夠近似地求 得可攜式電話機1的位置。由此，可以取消時刻誤差項，無需求得時刻誤差即可計算出便攜 式電話機1的位置。2.功能結構圖2是表示可攜式電話機1的功能結構的框圖。可攜式電話機1包括GPS天線10、 GPS接收部20、主機CPU (Central ProcessingUnit 中央處理器)40、操作部50、顯示部60、 可攜式電話機用天線65、可攜式電話機用無線通信電路部70、ROM (Read OnlyMemory 只讀 存儲器)80、RAM (Random Access Memory 隨機存取存儲器)90。GPS天線10是接收包含從GPS衛星發送的GPS衛星信號的RF (Radio Frequency 射頻)信號的天線，並將接收到的信號輸出給GPS接收部20。GPS接收部20是基於從GPS天線10輸出的信號計測可攜式電話機1的位置的位 置計算電路，是相當於所謂的GPS接收機的功能塊。GPS接收部20包括RF接收電路部21 和基帶處理電路部30。另外，RF接收電路部21和基帶處理電路部30既可以作為各自獨立 的LSI (Large Scale Integration 大規模集成(電路))進行製造，也可以製造為一個芯 片。RF接收電路部21是RF信號的處理電路塊，通過分頻或遞增規定的振蕩信號，生成 用於RF信號乘法運算的振蕩信號。而且，通過將生成的振蕩信號與從GPS天線10輸出的RF 信號相乘，從而將RF信號降頻轉換成中頻信號(以下，稱為「IFdntermediateFrequency 中間頻率)信號」。)，並在放大IF信號之後，通過A/D轉換器轉換成數位訊號向基帶處理 電路部30輸出。基帶處理電路部30是對從RF接收電路部21輸出的IF信號進行相關處理等，從 而捕捉、提取GPS衛星信號，並對數據解碼，取出導航信息、時刻信息等的電路部。基帶處理 電路部30包括運算控制部31、ROM 35、RAM 37及時鐘部39。此外，運算控制部31具有測 量(measurement)取得運算部33。測量取得運算部33是從自RF接收電路部21輸出的接收信號(IF信號)中捕捉GPS衛星信號的電路部，具有相關運算部331。測量取得運算部33取得捕捉到的GPS衛星 信號的接收頻率、碼相位等信息，並作為測量觀測值輸出給主機CPU 40。
相關運算部331進行用例如FFT (Fast Fourier Transform 快速傅立葉變換)運 算計算並累積(積算)接收信號所包含的PRN碼和複製碼之間的相關的相關運算處理，從 而捕捉GPS衛星信號。複製碼是模擬偽產生的包含在要捕捉的GPS衛星信號中的PRN碼的 信號。如果要捕捉的GPS衛星信號沒錯，則其GPS衛星信號所包含的PRN碼和複製碼一 致(捕捉成功)，如錯誤，則不一致(捕捉失敗)。因此，通過判定計算出的相關值的峰值， 便能夠判定GPS衛星信號的捕捉是否成功，並通過依次變更複製碼，進行與同一接收信號 的相關運算，實現捕捉GPS衛星信號。此外，相關運算部331在變更複製碼的產生信號的頻率及相位的同時，進行上述 的相關運算處理。當複製碼的產生信號的頻率和接收信號的頻率一致、且PRN碼和複製碼 的相位一致時，則相關值為最大。更具體地說，將與捕捉對象的GPS衛星信號相應的規定頻率及相位範圍設定為搜 索範圍。然後，在該搜索範圍內，進行用於檢測PRN碼的開始位置(碼相位)的相位方向的 相關運算和用於檢測頻率的頻率方向的相關運算。檢索範圍被規定為例如頻率是在以GPS 衛星信號的載波頻率、即1. 57542GHz為中心的規定掃頻範圍內，相位是在PRN碼的碼片長、 即1023碼片的碼相位範圍內。時鐘部39是對時刻進行計時的時鐘，並將計時時刻輸出給主機CPU 40。主機CPU 40用從時鐘部39輸出的計時時刻計算出位置。此外，主機CPU 40基於從基站作為輔助信 息取得的參照時刻或通過進行位置算出計算獲得的時鐘偏差及時刻誤差，校準時鐘部39。主機CPU 40是按照存儲在ROM 80中的系統程序等各種程序對可攜式電話機1的 各部進行總括控制的處理器。此外，主機CPU40確定通過進行位置計算處理計測可攜式電 話機1的位置並使其顯示在顯示部60上的輸出位置，生成標繪了該輸出位置的導航畫面， 並將該導航畫面顯示在顯示部60上。操作部50例如是通過觸摸面板或按鈕開關等構成的輸入裝置，將被按下的鍵或 按鈕的信號輸出給主機CPU 40。通過操作該操作部50，實現通話請求、收發電子郵件請求、 導航畫面的顯示請求等各種指令輸入。顯示部60由LCD (Liquid Crystal Display 液晶顯示器)等構成，是基於從CPU 40輸入的顯示信號進行各種顯示的顯示裝置。在顯示部60上顯示有導航畫面、時刻信息寸。可攜式電話機用天線65是與可攜式電話機1的通信服務運營商所設置的無線基 站之間進行可攜式電話機用無線信號的收發的天線。可攜式電話機用無線通信電路部70是由RF轉換電路、基帶處理電路等構成的便 攜式電話機的通信電路部，通過進行可攜式電話機用無線信號的調製、解調等，實現通話、 收發電子郵件等。ROM 80是只讀的非易失性存儲裝置，存儲用於主機CPU 40控制可攜式電話機1的 系統程序、用於實現位置計算功能的各種程序、數據等。RAM 90是可讀寫的易失性存儲裝置，形成暫時存儲由主機CPU 40執行的系統程序、各種處理程序、各種處理的處理中數據、處理結果等的工作區。3.數據結構圖3是表示ROM 80所存儲的一例數據的示意圖。ROM 80存儲有由主機CPU 40讀 出並作為主處理(參照圖7)執行的主程序801。此外，主程序801中包含有作為位置計算 處理(參照圖8及圖9)執行的位置計算程序8011作為 子程序。在主處理中，主機CPU 40除進行用於實現可攜式電話機1的原有功能的通話、收 發電子郵件的處理之外，還進行計算出可攜式電話機1的位置的處理。對主處理，利用流程 圖進行詳細的後述。位置計算處理是主機CPU 40基於上述的原理進行位置算出計算，從而計算出便 攜式電話機1的位置，並生成標繪了算出位置的導航畫面，使該導航畫面顯示在顯示部60 上的處理。對位置計算處理，也利用流程圖進行詳細的後述。圖4是表示存儲在RAM 90中的一例數據的示意圖。RAM 90存儲有輔助數據901、 初始位置903、位置計算時刻905、測量數據907及衛星數據909。輔助數據901是存儲有在可攜式電話機1電源接通後的初次位置計算時、從便攜 式電話機1的基站取得的位置計算用的輔助信息的數據，其中包含有參照位置9011、參照 時刻9013及衛星軌道信息9015。參照位置9011是可攜式電話機1在電源接通後的初次位置計算中作為初始位置 進行參照的位置。參照位置9011例如可以是基站的設置位置。參照時刻9013是可攜式電話機1在電源接通後的初次位置計算中作為初始時刻 進行參照的時刻。參照時刻9013例如可以是基站的時鐘正在計時的時刻。衛星軌道信息9015是曆書或星曆表，其中，曆書是所有GPS衛星的概略衛星軌道 的數據，星曆表是各GPS衛星各自的詳細衛星軌道的數據。初始位置903是主機CPU 40在進行位置算出計算時使用的計算上的初始位置。 在電源接通後的初次位置計算中，將從基站取得的參照位置9011作為初始位置903進行計 算，在第二次以後的位置計算中，將通過上次位置算出計算獲得的算出位置作為初始位置 903進行計算。位置計算時刻905是主機CPU 40在進行位置算出計算時使用的時刻，是從時鐘部 39輸出的計時時刻。圖5是表示測量數據907的一例數據結構的示意圖。在測量數據907中，針對各 衛星9071中的每一個，使從該衛星接收到的GPS衛星信號的接收頻率和碼相位作為測量觀 測值9073相互對應並進行存儲。例如，關於衛星「Si」的測量觀測值是接收頻率為「Π」，碼 相位為「CP1」。圖6是表示衛星數據909的一例數據結構的示意圖。在衛星數據909中，針對各 衛星9091，使該衛星的衛星位置、衛星移動速度及衛星移動方向作為衛星信息9093相互對 應並進行存儲。例如，關於衛星「Si」的衛星信息是衛星位置為「(Xsl，Ysl, Zsl)」，衛星移 動速度為「VI」，衛星移動方向為「 (Vxl, Vyl, Vzl) 」。4.處理流程圖7是通過主機CPU 40讀出並執行ROM 80所存儲的主程序801，從而在可攜式電 話機1中執行的主處理的流程圖。
主處理是主機CPU 40在檢測出用戶通過操作部50進行了電源接通操作的情況下 開始執行的處理。此外，雖然未特別說明，但在以下的主處理的執行中，視為GPS天線10進 行了 RF信號的接收，RF接收電路部20進行了 RF信號的向IF信號的降頻轉換，且IF信號 處於隨時向基帶處理電路部30輸出的狀態。此外，主處理被視為隨時通過測量取得運算部 33進行GPS衛星信號的接收頻率及碼相位的計算。首先，主機CPU 40判定用戶通過操作部50進行的指令操作(步驟Al)、在判定指 令操作為通話指令操作的情況下(步驟Al 通話指令操作)，則進行通話處理(步驟A3)。 具體地說，使可攜式電話機用無線通信電路部70進行與無線基站之間的基站通信，實現便 攜式電話機1與其他話機之間的通話。此外，在步驟Al中判定指令操作為收發電子郵件指令操作的情況下(步驟Al 收 發電子郵件指令操作)，主機CPU 40進行收發電子郵件處理(步驟A5)。具體地說，使便攜 式電話機用無線通信電路部70進行基站通信，實現可攜式電話機1與其他話機之間的電子 郵件的收發。此外，當在步驟Al中判定指令操作為位置計算指令操作時(步驟Al 位置計算指令操作)，則主機CPU 40從ROM 80讀出並執行位置計算程序8011來進行位置計算處理(步 驟 A7)。圖8及圖9是表示位置計算處理流程的流程圖。首先，主機CPU 40判定是否為可攜式電話機1通電後的初次位置計算(步驟Bi)， 在判定不是初次位置計算的情況下(步驟Bl 否)，處理向步驟B9轉移。此外，在判定為是初次位置計算的情況下(步驟Bl 是)，主機CPU 40從基站取得 參照位置9011、參照時刻9013及衛星軌道信息9015作為輔助信息，並將它們作為輔助數據 901存儲到RAM 90中(步驟B3)。然後，主機CPU 40在使參照位置9011作為初始位置903存儲到RAM 90中的同時 (步驟B5)，用參照時刻9013校準設置在基帶處理電路部30中的時鐘部39的時刻(步驟 B7)。之後，主機CPU40進行捕捉對象衛星判定處理(步驟B9)。具體地說，在時鐘部39 正在進行計時的時刻、即位置計算時刻905，用衛星軌道信息9015判定位於初始位置903上 空的GPS衛星，將其作為捕捉對象衛星。然後，主機CPU 40分別對步驟B9中判定的各捕捉對象衛星執行循環A的處理(步 驟Bll B25)。在循環A的處理中，主機CPU40進行使基帶處理電路部30中設置的運算控 制部31捕捉該捕捉對象衛星的衛星捕捉處理(步驟B13)。之後，主機CPU 40從測量取得運算部33中取得該捕捉對象衛星的測量觀測值 9073，並與該捕捉對象衛星的編號9071相對應地作為測量數據907存儲到RAM 90中(步 驟B15)。然後，主機CPU 40用RAM 90所存儲的衛星軌道信息9015及位置計算時刻905，計 算出該捕捉對象衛星的衛星位置、衛星速度及衛星移動方向，將它們作為衛星信息9093，並 與該捕捉對象衛星的編號9091相對應地作為衛星數據909存儲到RAM 90中(步驟B17)。接著，主機CPU 40用初始位置903和該捕捉對象衛星的衛星位置，計算出該捕捉 對象衛星和可攜式電話機1之間的預測偽距(步驟B19)。此外，主機CPU 40用存儲在測量數據907中的該捕捉對象衛星的測量觀測值的碼相位，計算出該捕捉對象衛星和可攜式電 話機1之間的觀測偽距(步驟B21)。值得一提的是，雖然在上述的原理說明中將預測偽距設為可攜式電話機1的位置 A和GPS衛星SVj的表面上的衛星位置B之間的距離，但是由於可攜式電話機1的位置A是 未知數，所以僅僅如此是不能計算出預測偽距的。因而，在本實施方式中，將初始位置903 和該捕捉對象衛星的表面上的衛星位置之間的距離作為預測偽距計算出。接著，通過使利 用該預測偽距的時刻誤差的計算公式聯立來執行收斂計算，從而計算出作為未知數的便攜 式電話機1的位置。之後，主機CPU 40在計算出從初始位置903向著該捕捉 對象衛星的衛星位置的視 線方向的單位矢量的同時，計算出可攜式電話機1和該捕捉對象衛星的相對速度矢量(步 驟B23)。接著，主機CPU 40將處理轉移至下一捕捉對象衛星。在對所有的捕捉對象衛星進行了步驟B13 B23的處理之後，主機CPU 40結束循 環A的處理(步驟B25)。之後，主機CPU 40從捕捉對象衛星中確定一個基準衛星(步驟 B27)。接著，主機CPU 40使關於基準衛星的時刻誤差的計算公式和關於剩餘的捕捉對 象衛星的時刻誤差的計算公式聯立，利用最小二乘法執行收斂計算(步驟B29)。接下來， 主機CPU 40用在收斂計算中求得的算出位置更新RAM 90的初始位置903 (步驟B31)。此 夕卜，用在收斂計算中求得的時鐘偏差及時刻誤差校準時鐘部39的計時時刻(步驟B33)。接下來，主機CPU 40生成標繪了算出位置的導航畫面，並使該導航畫面顯示在顯 示部60上(步驟B35)。之後，主機CPU 40判定用戶是否通過操作部50進行了位置計算結 束指令操作(步驟B37)，在判定為未操作的情況下(步驟B37:否)，則返回到步驟B9。在 判定進行了位置計算結束指令操作的情況下(步驟B37 是)，則結束位置計算處理。在返回到圖7的主處理，進行了步驟A3 A7中的任一個處理之後，主機CPU 40判 定用戶是否通過操作部50進行了斷電指令操作(步驟A9)，在判定為未操作的情況下(步 驟A9:否)，則返回到步驟Al。在判定進行了斷電指令操作的情況下(步驟A9:是)，則結 束主處理。5.作用效果具有位置計算裝置的可攜式電話機1基於衛星軌道信息，計算出包含位置計算時 刻時的GPS衛星的衛星位置、衛星移動速度及衛星移動方向的衛星信息。並且，從GPS衛星 接收GPS衛星信號計算出偽距。而且，基於與多個GPS衛星相關的、用衛星信息和偽距求得 位置計算時刻所包含的時刻誤差的計算公式，計算出可攜式電話機1的位置。這時，通過使 與多個定位衛星相關的時刻誤差的計算公式聯立，從未知數中去除時刻誤差。時刻誤差是可攜式電話機1的計時時刻所包含的誤差，與GPS衛星無關而保持固 定。因此，通過使關於作為基準的GPS衛星的公式化的時刻誤差的計算公式和關於剩餘GPS 衛星的公式化的時刻誤差的計算公式聯立，從未知數中去除時刻誤差，從而可以無需求得 時刻誤差而計算出可攜式電話機1的位置。此外，在本實施方式的方法中，由於與現有方法 相比運算的未知數少，所以能夠比現有方法更減少運算量。此外，在本實施方式中，在時刻誤差的計算公式中加進因可攜式電話機1的時鐘 部39的時鐘偏差而導致的偽距的誤差分量，並在時刻誤差的計算公式中加進從GPS衛星朝向可攜式電話機1的方向上的該GPS衛星的速度分量所導致的偽距的誤差分量。通過這樣， 適當地考慮了設想到的誤差分量，從而可以準確地求得可攜式電話機1的位置。6.變形例6-1.電子設備本發明除可應用於可攜式電話機之外，還可應用於包括位置計算裝置的任意電子 設備。例如對筆記本式電腦、PDA(PersonalDigital Assistant 個人數字助理)、車載導航 裝置、可攜式導航裝置等也同樣可以應用。6-2.衛星位置計算系統在上述的實施方式中，對GPS作為衛星位置計算系統的例子進行了說明，但也 可以是 WAAS(Wide Area Augmentation System 廣域增強系統)、QZSS (Quasi Zenith Satellite System 準天頂衛星系統)、GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System 全球導航衛星系統)、及GALILEO等其它衛星位置計算系統。6-3.處理的分化也可以採用基帶處理電路部30的運算控制部31進行主機CPU40所執行的一部分 或全部處理的結構。例如，運算控制部31利用由測量取得運算部33運算得到的測量觀測 值(接收頻率及碼相位)進行位置計算處理，求得算出位置，並向主機CPU 40進行輸出。然 後，主機CPU 40將從運算控制部31輸入來的輸出位置在各種應用程式中進行利用。6-4.時鐘部在上述的實施方式中，對將時鐘部39設置在基帶處理電路部30中的結構進行了說明，但也可以與基帶處理電路部30分開而獨立設置時鐘部。此外，運算控制部31也可以 基於電路操作用的時鐘信號對時刻進行計時，從而發揮作為時鐘部的功能。附圖標記說明1 可攜式電話機10 GPS天線20 GPS接收部21 RF接收電路部30基帶處理電路部31運算控制部33 測量取得運算部35 ROM37 RAM39 時鐘部40 主機CPU50 操作部60 顯示部65可攜式電話機用天線70可攜式電話機用無線通信電路部80 ROM90 RAM
權利要求
一種位置計算方法，包括基於衛星軌道信息，計算出包含位置計算時刻時的定位衛星的衛星位置、衛星移動速度及衛星移動方向的衛星信息；從所述定位衛星接收衛星信號，計算出偽距；以及基於與多個定位衛星相關的、用所述衛星信息和所述偽距求得所述位置計算時刻中包含的時刻誤差的計算公式，計算出所述用戶的位置。
2.根據權利要求1所述的位置計算方法，其中，計算出所述用戶的位置包括使與所述多個定位衛星相關的所述計算公式聯立而從未 知數中消除所述時刻誤差。
3.根據權利要求1或2所述的位置計算方法，其中，所述計算公式是還用從所述定位衛星朝向所述用戶的方向上的該定位衛星的速度分 量求得所述時刻誤差的公式。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的位置計算方法，其中，所述計算公式是還用作為未知數的時鐘偏差求得所述時刻誤差的公式。
5.一種位置計算裝置，包括衛星信息計算部，基於衛星軌道信息，計算出包含位置計算時刻時的定位衛星的衛星 位置、衛星移動速度及衛星移動方向的衛星信息；偽距計算部，從所述定位衛星接收衛星信號，計算出偽距；以及位置計算部，基於與多個定位衛星相關的、用所述衛星信息和所述偽距求得所述位置 計算時刻中包含的時刻誤差的計算公式，計算出所述用戶的位置。
全文摘要
本發明提供一種無需求得時刻誤差即可計算出位置的全新的位置計算方法和位置計算裝置。具有位置計算裝置的可攜式電話機(1)基於衛星軌道信息，計算出包含位置計算時刻時的定位衛星的衛星位置、衛星移動速度及衛星移動方向的衛星信息。並且，從GPS衛星接收GPS衛星信號，計算出偽距。接著，基於與多個定位衛星相關的、用衛星信息和偽距求得位置計算時刻中包含的時刻誤差的計算公式，計算出可攜式電話機(1)的位置。這時，通過使與多個定位衛星相關的時刻誤差的計算公式聯立，從未知數中去除時刻誤差。
文檔編號H04W64/00GK101806881SQ20101011152
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月11日 優先權日2009年2月18日
發明者寺島真秀 申請人:精工愛普生株式會社