测位系统、测位用ic芯片、测位方法和测位程序的制作方法

专利名称：测位系统、测位用ic芯片、测位方法和测位程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及估计接收机的位置的测位系统、测位用ic芯片、测位方
法和测位程序。
背景技术：
以往，公知有利用GPS (Global Positioning System:全球定位系统) 以及Galileo等来对接收机进行测位的技术。在这些系统中，根据从作为 测位用的信号发送源的卫星(包含伪卫星)到接收机的距离来进行测位。 并且，也存在并用来自卫星的信号和移动体通信网的信号来进行测位的 被称为混合模式(Hybrid)的测位方式。
在上述的测位方法中，根据从卫星发送并由接收机接收的测位用的
信号的发送时刻和接收时刻，计算从卫星到接收机的距离，使用所计算
出的距离执行测位计算。如果能够准确地计算出从多个卫星到接收机的
距离和各卫星的位置，则通过计算以这些卫星的位置为中心、以所计算
出的距离为半径的球的交点，就能够计算出接收机的位置。但是，在上
述距离的计算中，存在能够产生误差的各种因素，所以，难以计算出准
确的距离。因此，能够根据所计算出的多个卫星和接收机之间的距离，
利用最小二乘法等方法来计算接收机的位置。这样的方法例如记载于下 述非特许文献1中。井坂丈泰，"GPS技術入門"，东京电机大学出版局， 2003年2月28日，36—41页。
为了计算出卫星的位置，需要准确地得知卫星的轨道信息和发送时 刻。通常，能够通过接收从卫星发送的导航消息来得知卫星的轨道信息 和发送时刻。而另一方面，存在不能够正确地对发送时刻进行检测的情 况。例如在处于室内等GPS信号的强度下降等的情况下，在所检测到的
发送时刻信息中会产生错误。在这种情况下，由于所检测到的发送时刻 信息的错误，不能准确地计算卫星的位置，因此不能够准确地计算出以 卫星的位置为中心的球。其结果，很难计算出接收机的准确位置。
这样，在使用卫星的测位方法中，信号的发送时刻的估计会对测位 精度产生较大的影响。另外，发送时刻的估计精度根据如何选择在测位 中所使用的卫星而产生很大的区别。尤其在能够进行接收的卫星的数量 较少的情况下，或者在混合模式测位法等中，存在利用所使用的卫星很 难对发送时刻进行估计的情况。

发明内容
本发明是为了解决以上的问题而完成的，其目的在于，提供能够以 较高的精度估计来自信号发生源的信号的发送时刻、并能够根据该估计
以较高的精度来测定接收机的位置的测位系统、测位用IC芯片、测位方
法和测位程序。
为了达成上述目的，本发明的测位系统估计接收机的位置，其特征
在于，该测位系统具有速度矢量计算单元，其根据从多个信号发送源 发送并被接收机接收的多个信号，来计算各信号发送源的速度矢量；信 号发送源选择单元，其从速度矢量计算单元所计算出的多个速度矢量生 成速度矢量的集合，并根据所生成的速度矢量的集合从多个信号发送源 中选择多个信号发送源；位置计算单元，其根据从信号发送源选择单元 所选择的信号发送源发送并被接收机接收的信号，在将多个时刻作为该 信号的发送时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机的位置；发送时刻 设定单元，其评价由位置计算单元所计算出的接收机的多个位置的精度， 并从与该多个位置对应的多个时刻中设定一个时刻作为发送时刻；以及 估计位置设定单元，其将与发送时刻设定单元所设定的一个发送时刻对 应的接收机的位置设定为该接收机的估计位置。
另外，本发明的测位用IC芯片估计接收机的位置，其特征在于，该 测位用IC芯片具有速度矢量计算单元，其根据从多个信号发送源发送 并被接收机接收的多个信号，来计算各信号发送源的速度矢量；信号发送源选择单元，其从速度矢量计算单元所计算出的多个速度矢量生成速 度矢量的集合，并根据所生成的速度矢量的集合从多个信号发送源中选
择多个信号发送源；位置计算单元，其根据从信号发送源选择单元所选 择的信号发送源发送并被接收机接收的信号，在将多个时刻作为该信号 的发送时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机的位置；发送时刻设定 单元，其评价由位置计算单元所计算出的接收机的多个位置的精度，并 从与该多个位置对应的多个时刻中设定一个时刻作为发送时刻；以及估 计位置设定单元，其将与所述发送时刻设定单元所设定的一个发送时刻 对应的接收机的位置设定为该接收机的估计位置。
另外，本发明的测位方法是测位系统估计接收机的位置的方法，其 特征在于，该测位方法具有以下步骤速度矢量计算步骤，在该步骤中， 测位系统根据从多个信号发送源发送并被接收机接收的多个信号，来计 算各信号发送源的速度矢量；信号发送源选择步骤，在该步骤中，测位 系统从在速度矢量计算步骤中所计算出的多个速度矢量生成速度矢量的 集合，并根据所生成的速度矢量的集合从所述多个信号发送源中选择多 个信号发送源；位置计算步骤，在该步骤中，测位系统根据从在信号发 送源选择步骤中所选择的信号发送源发送并被接收机接收的信号，在将 多个时刻作为该信号的发送时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机的 位置；发送时刻设定步骤，在该步骤中，测位系统评价在位置计算步骤 中所计算出的接收机的多个位置的精度，并从与该多个位置对应的多个 时刻中设定一个时刻作为发送时刻；以及估计位置设定步骤，在该步骤 中，将与在发送时刻设定步骤中所设定的一个发送时刻对应的接收机的 位置设定为该接收机的估计位置。
另外，本发明的测位程序使计算机估计接收机的位置，其特征在于， 该测位程序使计算机执行以下功能速度矢量计算功能，其根据从多个 信号发送源发送并被接收机接收的多个信号，来计算各信号发送源的速 度矢量；信号发送源选择功能，其从速度矢量计算功能所计算出的多个 速度矢量中生成速度矢量的集合，并根据所生成的速度矢量的集合从多 个信号发送源中选择多个信号发送源；位置计算功能，其根据从信号发 送源选择功能所选择的信号发送源发送并被接收机接收的信号，在将多 个时刻作为该信号的发送时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机的位 置；发送时刻设定功能，其评价由位置计算功能所计算出的接收机的多 个位置的精度，并从与该多个位置对应的多个时刻中设定一个时刻作为 发送时刻；以及估计位置设定功能，其将与发送时刻设定功能所设定的 一个发送时刻对应的接收机的位置设定为该接收机的估计位置。
根据这样的测位系统、测位用IC芯片、测位方法和测位程序，首先， 根据从多个信号发送源发送并被接收机接收的多个信号计算各信号发送 源的速度矢量。接着，根据基于所计算出的速度矢量而生成的速度矢量 的集合，从上述多个信号发送源中选择多个信号发送源。接着，根据来 自所选择的信号发送源的信号，按照多个时刻中的每一个来计算接收机 的位置。接着，对所计算出的多个位置进行评价，从与该多个位置对应 的多个时刻中设定一个时刻作为信号的发送时刻。然后，将与所设定的 一个发送时刻对应的接收机的位置设定为估计位置。
作为专致的研究结果，本发明人得到了这样的认识可以根据多个 信号发送源的相对位置的时间变化来控制从这些信号发送源发送的多个 信号的发送时刻的估计。能够从表示信号发送源的运行方向和速度大小 (速度)的速度矢量导出信号发送源的相对位置的时间变化。因此，通 过根据速度矢量的集合选择信号发送源，并根据来自所选择的信号源的 信号从多个时刻中选择一个时刻作为信号的发送时刻，从而能够以较高 的精度对来自信号发生源的信号的发送时刻进行估计。并且，通过将与 被设定为发送时刻的一个时刻对应的接收机的位置，设定为该接收机的 估计位置，能够以较高的精度测定接收机的位置。
在本发明的测位系统中，优选的是信号发送源选择单元计算速度 矢量的集合的矢量和，并根据所计算出的矢量和来从多个信号发送源中 选择多个信号发送源。
在这种情况下，计算速度矢量的集合的矢量和，并根据该矢量和来 选择多个信号发送源。这样，通过使用计算起来比较简便的矢量和，能 够更简便地进行发送时刻的估计。
在本发明的测位系统中，优选的是信号发送源选择单元生成由速 度矢量计算单元所计算出的多个速度矢量构成的集合，并且在所生成的 速度矢量的集合的矢量和的大小小于等于预定的阈值的情况下，信号发 送源选择单元选择与该多个速度矢量对应的多个信号发送源。
在这种情况下，生成与作为信号的发送方的多个信号发送源对应的 多个速度矢量的集合，并计算所生成的集合的矢量和。并且，在所计算 出的矢量和的大小小于等于预定的阈值的情况下，选择所有的作为信号 的发送方的多个信号发送源。通常，可以认为，矢量和的大小越小多个 信号发送源的相对位置的变动就越大，从而能够以较高的精度估计发送 时刻。因此，通过使用阈值来评价矢量和的大小，能够将发送时刻的估 计精度保持在一定水平以上。
在本发明的测位系统中，优选的是信号发送源选择单元生成多个 集合，并针对所生成的多个集合分别计算各自的矢量和，选择与构成所 计算出的多个矢量和中最小矢量和的速度矢量对应的信号发送源，其中， 所述集合是由个数少于速度矢量计算单元所计算出的速度矢量的个数的 速度矢量构成。
在这种情况下，生成多个由个数少于作为信号的发送方的信号发送 源的个数的速度矢量构成的集合，并针对所生成的多个集合分别计算各 自的矢量和。并且，选择与构成所计算出的多个矢量和中最小的矢量和 的速度矢量对应的信号发送源。通常，可以认为，矢量和的大小越小多 个信号发送源的相对位置的变动就越大，从而能够以较高的精度估计发 送时刻。因此，通过选择与矢量和的大小为最小的集合对应的信号发送 源，能够获得发送时刻的估计精度最高的信号发送源的集合。
在本发明的测位系统中，优选的是信号发送源选择单元计算表示 构成集合的速度矢量的偏差的值，并根据所计算出的值从多个信号发送 源中选择多个信号发送源。
在这种情况下，计算表示构成速度矢量的集合的速度矢量的偏差的 值，并根据该值选择多个信号发送源。这样，通过使用表示偏差的值， 能够准确地导出信号发送源的相对位置的变化，其结果，能够以更高的 精度进行发送时刻的估计。
在本发明的测位系统中，优选的是信号发送源选择单元生成由速 度矢量计算单元所计算出的多个速度矢量构成的集合，并且在表示构成 所生成的集合的速度矢量的偏差的值大于等于预定的阈值的情况下，信 号发送源选择单元选择与该多个速度矢量对应的多个信号发送源。
在这种情况下，生成与作为信号的发送方的多个信号发送源对应的 多个速度矢量的集合，并计算表示构成所生成的集合的速度矢量的偏差 的值。并且，在所计算出的值大于等于预定的阈值的情况下，选择所有 的作为信号的发送方的多个信号发送源。可以认为，表示速度矢量的偏 差的值越大多个信号发送源的相对位置的变动就越大，从而能够以较高 的精度估计发送时刻。因此，通过利用阈值来评价表示速度矢量的偏差 的值，能够将发送时刻的估计精度保持在一定水平以上。
在本发明的测位系统中，优选的是信号发送源选择单元生成多个 集合，并针对所生成的多个集合分别计算表示构成该集合的速度矢量的 偏差的值，选择与导出所计算出的多个值中的最大值的速度矢量对应的 所述信号发送源，其中，所述集合是由个数少于速度矢量计算单元所计 算出的速度矢量的个数的速度矢量构成。
在这种情况下，生成多个由个数少于作为信号的发送方的信号源的 个数的速度矢量构成的集合，并针对所生成的多个集合分别计算表示速 度矢量的偏差的值。并且，选择与导出所计算出的多个值中的最大值的 速度矢量对应的信号发送源。可以认为，表示速度矢量的偏差的值越大 多个信号发送源的相对位置的变动就越大，从而能够以较高的精度估计 发送时刻。因此，通过选择与表示速度矢量的偏差的值为最大的集合对 应的信号发送源，能够获得发送时刻的估计精度最高的信号发送源的集合。
根据这样的测位系统、测位用IC芯片、测位方法和测位程序，根据
速度矢量的集合选择信号发送源，根据来自所选择的信号发送源的信号， 按照多个时刻中的每一个计算接收机的位置，对所计算出的位置进行评 价，由此来将一个时刻设定为信号的发送时刻，所以能够以较高的精度估计来自信号发生源的信号的发送时刻，并能够根据该估计以较高的精 度测定接收机的位置。


图1是示出本发明的实施方式的接收机和GPS卫星的图。
图2是示出实施方式的测位的原理的图。
图3是示出实施方式的测位的原理的图。
图4是示出实施方式的测位的原理的图。
图5与时刻对应的GPS卫星的位置的图。
图6是示出伪时钟偏置的概念的图。
图7是示出TOW与伪时钟偏置的方差之间的关系的图表。
图8是示出GPS卫星的相对位置发生变化的示例的图。
图9是示出GPS卫星的相对位置没有发生变化的示例的图。
图IO是示出速度矢量和的概念的图，(a)与图8对应，(b)与图9 对应。
图11是示出图1所示的接收机的功能结构的图。
图12是示出图1所示的接收机的硬件结构的图。
图13是示出在图1所示的接收机中执行的处理(测位方法)的流程图。
图14是示出实施方式的测位程序的结构的图。
具体实施例方式
下面，在参考附图的同时详细说明本发明的实施方式。另外，在附 图说明中对相同或同等的要素附上相同的标号，省略重复说明。
首先，使用图l，说明作为实施方式的测位系统的接收机10和作为 信号发送源的多个GPS卫星20。图1是示出接收机10和GPS卫星20 的图。另外，在图1中虽然示出了4个GPS卫星(GPS卫星20a 20d)， 但是不对GPS卫星20的个数进行限定。
接收机IO是测位装置，其接收从多个GPS卫星20作为电波而发送
的测位用信号(Measurement),并利用该测位用信号估计自身的位置。 除了进行测位的功能以外，接收机10还可以具有进行移动体通信的功能。 接收机10例如是手机等移动通信终端。在用户对接收机10进行了指示 测位的输入等的情况下，接收机10测定自身的位置。
GPS卫星20对应于时刻而位于预定的位置，并从该位置发送用于测 位的测位用信号。GPS卫星20在高度约2万km的6个环绕轨道上各配 置4 5个，并伴随时间的经过在环绕轨道上移动。在GPS卫星20发送 的测位用信号中，包含有用于区别指定GPS卫星20的识别信息、表示 GPS卫星20的轨道的信息以及表示发送了信号的时刻的信息。
使用图2 4简单说明本实施方式的测位的原理。这里，将接收机 10从4个GPS卫星20a 20d接收测位用信号的情况作为例子来说明。 接收机10根据来自GPS卫星20a 20d的测位用信号，计算这些GPS卫 星20a 20d之间的距离。具体而言，接收机10通过对测位用信号的传 播时间(从信号由GPS卫星20a 20d发送后到由接收机10接收为止的 时间)乘以光速，来计算接收机自身与GPS卫星20a 20d之间的距离a d。使用在GPS卫星20a 20d中都相同的测位用信号的发送时刻tt、在 接收机10中对各测位用信号的接收时刻^ t^以及光速，并通过下式来 计算距离a 距离d。
距离a-光速x (tra—tt)
距离b-光速x (trb—tt)
距离c^光速x (tre—tt)
距离d-光速X (trd — tt)
如果能够准确地计算出GPS卫星20a 20d和接收机IO之间的距离， 则如图2所示，以GPS卫星20a的位置为中心、以距离a为半径的球(圆) 21a，与针对GPS卫星20b 20d以同样方式所导出的球(圆)21b 21d 的交点31，就是接收机10的位置。
但是，通常，所计算出的距离a d包含误差，该误差是由以下因素 所引起的GPS卫星20a 20d和接收机IO之间的时钟的偏差、多路径、 GPS卫星20a 20d的轨道信息的误差以及大气层的变动等。因此，如图3所示，所导出的球(圆)22a 22d，与以准确的距离(实际的距离)为 半径的球(圆)21a 21d存在偏差。这里，如果准确的距离和所计算出 的距离之间的偏差23a 23d在GPS卫星20a 20d之间相等，则接收机 IO可以利用最小二乘法等准确地计算出分别与球(圆)22a 22d距离相 等的位置31，来作为接收机10的位置。在该情况下，在接收机10的位 置的计算中，最少需要利用4个GPS卫星20。
但是，如图4所示，通常，准确的距离和所计算出的距离之间的偏 差23a 23d的大小在GPS卫星20a 20d之间是各不相同的。在该情况 下，通过最小二乘法等计算出的、分别与球(圆)22a 22d距离相等的 位置31，与接收机10的实际位置32存在偏差。
这样，所计算出的位置和实际位置之间的误差、即测位误差是由于 GPS卫星20a 20d和接收机10之间的、准确的距离和所计算出的距离 之间的偏差23a 23d的不一致而产生的。
这里，GPS卫星20a 20d和接收机10之间的距离(伪距离)prn(n=l 4)可以如下表示。式1
<formula>complex formula see original document page 14</formula>
<formula>complex formula see original document page 14</formula> ( 1 )
<formula>complex formula see original document page 14</formula>
<formula>complex formula see original document page 14</formula>
另外，^是从GPS卫星20a 20d到接收禾几10的实际距离，dkn是 GPS卫星20a 20d的时钟和接收机10的时钟之间的偏差，|3 是卫星间
的时钟的偏差。这些误差要素rn、 Clkn、 Pn是由轨道信息的误差和大气层的 变动等原因所引起的误差，是可以进行校正的。与之相对，En是由其他的 多路径和Pn校正后残留的误差等所导致的距离的误差，是无法进行校正 的。
因为各GPS卫星20a 20d彼此取得时钟的同步，所以，误差要素 clkn在各GPS卫星20a 20d之间为相同的值。即，dk是接收机10的时 钟偏置。并且，误差要素&可以利用GPS卫星20的导航消息的参数来 进行校正。另一方面，误差要素8 包含根据环境等而变化的成分和A校
正后残留的误差，所以，在各GPS卫星20a 20d之间是不同的，并且， 事实上不可能通过计算进行求解或通过实际观测来进行校正。即，上述 的测位误差是由^所导致的。
接着，将利用最小二乘法等所计算出的接收机10的位置到GPS卫 星20a 20d的各距离r，n，与针对GPS卫星20a 20d所计算并且校正后 的伪距离prn之间的差定义为伪时钟偏置。若将伪时钟偏置设为A^则Ar。 =prn—r，n。如图6所示，伪时钟偏置是从以GPS卫星20a 20d的位置为 中心、以伪距离piv为半径的球(圆)22a 22d到所计算出的接收机10 的位置31的距离24a 24d。
将上述式(1)中的r。设为r'n时，伪时钟偏置AL可以如下式那样表
不o
<formula>complex formula see original document page 15</formula>
这里，dk，是GPS卫星20a 20d的时钟和接收机10的时钟之间的 偏差等的共有的成分。s'n是与r'n对应的误差的变动成分(不可以校正 的成分)。这里，可以认为，s'n越接近零，伪距离就越准确，Afn在多个 GPS卫星20a 20d之间为一致的值。另一方面，s，n越远离零，伪距离 pr。就越不准确，Ar。在多个GPS卫星20a 20d之间为不一致的值。并且， 如果伪距离prn不准确，则所计算出的接收机的位置从正确的位置偏离的 可能性也就越大。即，能够根据伪时钟偏置的偏差，来判断所计算出的 接收机的位置是否正确(GPS测位精度)。
在GPS测位中，需要知道在测位用信号的发送时刻下的GPS卫星 20的位置。通常，在GPS测位中，根据从GPS卫星20发送的导航消息 中的卫星轨道参数，计算在一定范围内的任意时刻下的GPS卫星20位置。 因此，为了计算GPS卫星20的准确位置，需要准确的发送时刻。通常， 能够从导航消息中取得发送时刻信息。但是，如果由于GPS信号强度下 降等原因而导致所取得的发送时刻信息TOW有误，则所计算出的GPS 卫星20的位置产生偏差，从而GPS测位的精度大幅恶化。
如图5所示，GPS卫星20以几km/s的速度移动。当发送时刻信息
(TOW)有误时，虽然GPS卫星20在发送测位用信号时实际位于位置 Pl，但是，作为位于与位置P1不同的位置P2的GPS卫星20来进行测 位计算。其结果，错误地计算了接收机10的位置。因此，在本实施方式 中，如前所述，在使用伪时钟偏置时，可以进行GPS测位精度的评价， 由此可以避免这样的状况，从而进行准确的测位。
接收机10从接收到的导航消息中取得发送时刻信息(TOW)，并根 据该时刻信息，决定进行搜索的时刻范围(搜索时间)和搜索步幅。接 着，在搜索时间内，接收机10利用卫星轨道参数等来计算被搜索步幅所 划分出的多个发送时刻(以下也称作"搜索时刻")下的各GPS卫星20a 20d的位置。然后，接收机IO根据对应于该多个发送时刻所计算出的各 GPS卫星20a 20d的位置、和从接收机10到GPS卫星20a 20d的伪距 离来计算接收机IO在每个发送时刻的位置。
接着，接收机10根据按照每个发送时刻所计算出的接收机10的位 置，来按照每个发送时刻计算伪时钟偏置Ar。 (TOW)。接着，接收机10 按照每个发送时刻计算伪时钟偏置A^ (TOW)的偏差。另外，作为表示 伪时钟偏置的偏差的方法，可以使用方差或与平均值的差的最大值等。 这里，作为示例，在利用方差cy^(T。wJ来表示偏差时，图7所示的曲线 图示出了TOW与方差(JwT。w 之间的关系。在图7的曲线图中，横轴表 示TOW，纵轴表示方差cJw丽)2。图7中的实线Le表示包含误差的伪时 钟偏置的时间经过，虚线Li表示不存在误差的理想的伪时钟偏置的时间 经过。
如图7所示，如果正确的发送时刻Tp在搜索范围内，则GPS卫星 20必定在接近该发送时刻Tp的位置之后远离。测位误差随着接近正确的 发送时刻Tp而减小，然后，随着离开正确的发送时刻Tp而增大。即，测 位误差在正确的发送时刻Tp时达到最小。因此，如图7所示，表示测位 误差的伪时钟偏置Arn (TOW)的方差cj^(T。w^的时间曲线也向下凸出， 并且伪时钟偏置Ar。 (TOW)的方差OwT。w 在正确的发送时刻Tp达到最 小。
因此，接收机10在进行搜索的时刻的范围中，只要将伪时钟偏置Afn
(TOW)的方差(J^(T。wJ为最小的发送时刻Tp作为正确的发送时刻，并 将该发送时刻Tp时的测位结果作为测位的最终结果即可。而且，可以在 对Tp进行搜索后，通过其他途径来计算发送时刻Tp的测位结果，并且， 也可以使用在Tp搜索时所计算出的位置。
这样，能够通过伪时钟偏置来导出正确的发送时刻Tp是因为GPS 卫星20a 20d的相对位置按每个发送时刻而不同。g卩，是因为GPS卫星 20a 20d的速度矢量(移动的高度、单位时间内的移动距离)彼此各不 相同。其结果，是因为GPS卫星20a 20d的相对位置按每个发送时刻而 不同。例如，如图8 (a) (c)所示，如果GPS卫星20a 20d的速度 矢量ra rd彼此不同，则GPS卫星20a 20d的相对位置在发送时刻t, t3变动。其结果，伪时钟偏置的方差也按照每个发送时刻而变动。因此， 接收机10能够导出伪时钟偏置为最小的发送时刻t2，进而能够根据GPS 卫星20a 20d的位置Pa Pd以较高的精度来计算接收机10的位置31 。
但是，如图9 (a) (c)所示，在GPS卫星20a 20d的速度矢量 ra ra相同，其结果，GPS卫星20a 20d的相对位置在发送时刻ti t3没 有变化的情况下，伪时钟偏差的方差也不发生变化。在该情况下，接收 机10不能够导出伪时钟偏置为最小的发送时刻t2。因此，接收机10不能 够根据GPS卫星20a 20d的位置Pa Pd来计算自身的位置31 。
因此，需要从作为所接收到的信号的发送方的多个GPS卫星20中， 决定能够导出正确的发送时刻的GPS卫星20的集合。例如，需要从5 个以上的GPS卫星20中决定在图8 (a) (c)中所示的GPS卫星20a 20d。
为此，在本实施方式中，首先，接收机10计算各GPS卫星20的速 度矢量。接着，接收机10从所计算出的多个速度矢量生成一个以上的速 度矢量的集合，并根据所生成的速度矢量的集合来选择多个GPS卫星20。
虽然可以想到若干根据速度矢量的集合来选择GPS卫星20的方法， 但是，在这里作为一个示例，简单地说明根据速度矢量的和(矢量和) 来进行选择的方法。生成发送矢量的集合的接收机IO针对各集合计算速 度矢量的和(矢量和)。可以认为，该矢量和越小，与集合中包含的各速
度矢量对应的各GPS卫星20的相对位置按照每个发送时刻发生变动的可 能性就越高。例如，对于各GPS卫星20的相对位置发生变动的图8的情 况，如图10 (a)所示的那样，矢量和r^比较小。与之相对，对于各GPS 卫星20的相对位置没有发生变动的图9的情况，如图IO (b)所示，矢
量和fT2变大。
最终，接收机10选择与矢量和为最小的集合对应的多个GPS卫星 20。由此，接收机10能够导出伪时钟偏置为最小的正确的发送时刻，并 能够计算出在该发送时刻下的自身的位置，因此，接收机10的用户能够 取得精度较高的当前位置。
接着，使用图11和图12说明成为测位对象和测位主体的接收机10 的功能结构。图11是示出图1所示的接收机10的功能结构的图。图12 是示出接收机10的硬件结构的图。另外，在以下的说明中，是以该情况 为前提的所计算出的伪距离prn是被执行过!3n校正的。
如图11所示，接收机10具有信号接收部11、速度矢量计算部12、 卫星选择部13、距离计算部14、位置计算部15、距离差计算部16、位 置精度评价部17、卫星精度评价部18、以及输出部19。另外，接收机 10还具有进行上述移动体通信的功能。
如图12所示，接收机10由以下硬件构成CPU (Central Processing Unit:中央处理单元)101、 RAM (Random Access Memory:随机存取存 储器)102、 ROM (Read Only Memory:只读存储器)103、操作部104、 无线通信部105、显示器106、天线107以及测位用IC芯片108。通过使 这些硬件工作，来实现图11所示的各种功能。尤其，测位用IC芯片108 具有速度矢量计算部12、卫星选择部13、距离计算部14、位置计算部 15、距离差计算部16、位置精度评价部17、以及卫星精度评价部18的 各种功能。另外，接收机10也可以不具有测位用IC芯片108，而是通过 其他硬件(例如，CPU 101、 RAM 102、 ROM 103等)来实现图11的各 种功能。
返回图11，信号接收部11是用于接收从GPS卫星20发送的信号的 单元。信号接收部11将接收到的信号中所包含的信息输出到速度矢量计 算部12、距离计算部14、以及位置计算部15。信号接收部11具有时钟 的功能，并且信号接收部11将上述信息和表示接收到测位用信号的接收 时刻的信息一并输出到距离计算部14。另外，信号接收部11从多个GPS 卫星20接收信号。
速度矢量计算部12是速度矢量计算单元，其根据从多个GPS卫星 20发送并被信号接收部11接收的多个信号，来计算各GPS卫星20的速 度矢量。速度矢量计算部12将所计算出的各GPS卫星20的速度矢量输 出到卫星选择部13。
虽然可以想到若干速度矢量的计算方法，但是，在这里说明根据卫 星轨道参数来计算在时刻t时的GPS卫星的速度矢量的方法。
分别将GPS卫星20的椭圆轨道的长半径、离心率、轨道倾斜角、 升交点赤经、近地点角距设为a、 e、 i、 Q、①。速度矢量计算部12首先 利用下式计算表示GPS卫星20的平均角速度的平均运动n。另外，K是 地球引力常数。式2
接着，速度矢量计算部12利用下式计算平均近点角M。另外，tp表 示GPS卫星20通过近地点(GPS卫星20与地球最接近的地点)的时刻。 M=n (t—tp)
接着，速度矢量计算部12通过将所计算出的平均近点角M代入到 下面的开普勒式中来计算离心近点角E。 M=E—e sinE
接着，速度矢量计算部12利用下式计算GPS卫星20在轨道面坐标 系中的速度矢量r。式3
<formula>complex formula see original document page 20</formula>
接着，速度矢量计算部12利用下式将计算出的轨道面坐标系内的速 度矢量r变换到惯性坐标系中。另外，Rz (a)表示使惯性坐标系的z轴 旋转角度a的矢量，Rx (a)表示使惯性坐标系的x轴旋转角度a的矢量。
<formula>complex formula see original document page 20</formula>
然后，速度矢量计算部12利用下式将惯性坐标系中的速度矢量ri 变换到ECEF坐标系中。 <formula>complex formula see original document page 20</formula>
由此，速度矢量计算部12取得在时刻t时的ECEF坐标系中的速度 矢量i"t。速度矢量计算部12预先存储有用于执行这样的一系列的运算的 程序，并且根据需要来读出，由此针对各GPS卫星20计算ECEF坐标系 中的速度矢量iY。另外，以下还将ECEF坐标系中的速度矢量rT表示为 X (x， y， z)。
当然，速度矢量计算部12也可以利用其他方法来计算速度矢量。例 如，速度矢量计算部12也可以根据GPS卫星20伴随着时间经过的位置 的变化量来计算速度矢量。
卫星选择部13是信号发送源选择单元，其从由速度矢量计算部12 所计算出的多个速度矢量生成速度矢量的集合，并根据所生成的速度矢 量的集合，从作为多个信号的发送方的多个GPS卫星20中选择多个GPS 卫星20，其中，该多个信号是由信号接收部11接收的。卫星选择部13 将表示所选择的GPS卫星20的卫星选择信息输出到位置计算部15。
用于选择GPS卫星20的方法不限于一种。以下，示出了一些GPS 卫星20的选择方法。
首先，说明第一方法。在该情况下，卫星选择部13生成集合C，该 集合C是由所输入的m个速度矢量足(Xl， yP Zl) Xm (xm， ym， zm) 构成的。接着，卫星选择部13针对所生成的集合C计算三维速度矢量的
矢量和，并判断该矢量和的大小是否小于等于阈值THa。然后，在矢量和
的大小小于等于阈值THa的情况下，卫星选择部13选择与所输入的m个 速度矢量对应的m个GPS卫星20来作为用于位置估计的信号发送源。 这里，m个速度矢量的矢量和v可以按如下这样来表示。式4
<formula>complex formula see original document page 21</formula>
然后，利用|| v ll来表示矢量和v的大小(norm，模)。因此，在|| v ||^THa 时，卫星选择部13选择m个GPS卫星20。
另外，矢量和的计算不限于式(2)所表示的方法。例如，卫星选择 部13也可以将所输入的m个速度矢量X, (Xl， yi， Zl) Xm (Xm， ym， zm)都变换到局部正交坐标系中，并根据变换后的速度矢量来计算二维 速度矢量的矢量和。具体而言，卫星选择部13利用如下所示的式子来计 算二维速度矢量的矢量和v'。另外，将变换后的速度矢量设为X' j
(x' i， y',式5
<formula>complex formula see original document page 21</formula>3)
这时，矢量和v'的大小为H v' ||。之后，卫星选择部13比较预定的 阈值TH' a和模Uv' ||，如果llv' II^TH' a，则选择m个GPS卫星20。
接着，说明第二方法。在该情况下，卫星选择部13生成多个集合， 并针对所生成的多个集合分别计算矢量和，选择与构成所计算出的多个 矢量和中最小矢量和的速度矢量对应的GPS卫星20，其中，所述集合是
由个数少于所输入的速度矢量的个数的速度矢量构成。即，为了以更高 的精度来计算接收机10的位置，卫星选择部13将用于测位的GPS卫星
20的范围縮小。另外，不对要选择的GPS卫星20的个数的设定方法进 行限定。例如，卫星选择部13可以预先存储该个数，并根据需要来读出， 也可以根据从其它结构要素输入的信息来决定要选择的GPS卫星20的个 数。
作为一个示例，说明在向卫星选择部13输入6个速度矢量Xi (Xl， yi， Zl) X6 (x6， y6， z6)时，卫星选择部13从6个GPS卫星20a GPS 卫星20f中选择5个GPS卫星20的处理。另外，将与GPS卫星20a GPS卫星20f对应的速度矢量分别设为Xt X6。在该情况下，首先，卫 星选择部13生成由5个速度矢量构成的集合。换言之，卫星选择部13 生成由与5个速度矢量对应的5个GPS卫星20构成的集合。由卫星选择 部13所生成的集合的个数为6C5=6种。具体而言，卫星选择部13生成如 下所示的速度矢量的集合Cn (n=l 6)。
接着，卫星选择部13针对所生成的速度矢量的集合Cn (n=l 6)， 分别使用式(2)来计算矢量和vn (n=l 6)，进而计算矢量和的大小llvn II (n=l 6)。接着，卫星选择部13导出矢量和的大小为最小的速度矢量 的集合，并选择与所导出的集合对应的GPS卫星20。例如，当在|| vn|| (n=l 6)中llv3ll为最小时，卫星选择部13选择与集合Q对应的GPS 卫星20a、 20b、 20c、 20e、 20f。
另外，卫星选择部13也可以将二维速度矢量的矢量和应用于第二方 法。并且，不对卫星选择部13在一次处理中所选择的GPS卫星20的个 数进行限定。卫星选择部13可以基于6个速度矢量而选择4个GPS卫星 20，也可以基于2个速度矢量而选择1个GPS卫星20。
接着，说明第三方法。在该情况下，卫星选择部13通过对速度矢量
C产(Xp X2， X3， X4
C之二 (Xp X之j X4
c3= (xP x2， x3， x5
C4二 (Xp X2> X4j X5
(Xl ，X3 X4 y X5
(X2j X3j X4， X5
x5) x6) x6) x6) x6)的方向上的偏差、速度矢量的大小上的偏差、或者它们双方的偏差进行
评价，来选择GPS卫星20。
作为一个示例，首先，卫星选择单元13生成集合C，该集合C由所 输入的m个速度矢量X, (Xl， y,， Zl) Xm (xm， ym， zm)构成。接着， 卫星选择部13将所输入的m个速度矢量X, (Xl， yi， Zl) Xm (xm， ym， zm)变换到局部正交坐标系中，从而取得在该坐标系下的速度矢量X', (x' ,， y' " z',) X' m (x' m， y' m， z' m)。接着，卫星选择部 13针对各变换后的速度矢量通过下式计算二维速度方向6j。
ei二tarT乂y'i/x'i) (i = 1 m) ... (4)
接着，卫星选择部13针对所生成的集合C，评价所计算出的二维速 度方向上的偏差。卫星选择部13例如根据样本方差或与平均值的差的最 大值等，来评价二维速度方向上的偏差。
对于使用样本方差来评价偏差的情况，卫星选择部13使用下式来计 算对速度矢量的集合的评价值h。
式6
<formula>complex formula see original document page 23</formula> (5)
另外，在使用与平均值的差的最大值来评价偏差的情况下，卫星选 择部13使用下式来计算对速度矢量的集合C的评价值h。
式7
<formula>complex formula see original document page 23</formula> (6)
卫星选择部13可以使用任意的方法来计算评价值h。该评价值h是
表示集合C的偏差的值。接着，卫星选择部13判断该评价值h是否大于 等于预定的阈值THc。然后，当feTHe时，卫星选择部13选择与m个速 度矢量分别对应的m个GPS卫星20。
在卫星选择部13根据速度矢量的大小的偏差来选择GPS卫星20的 情况下也要进行同样的运算，并且如果表示偏差的评价值大于等于预定 的偏差，则选择m个GPS卫星20。并且，也可以如下这样地构成卫星选 择部13:在表示速度矢量的方向上的偏差的评价值与表示速度矢量的大 小上的偏差的评价值的和大于等于预定的阈值的情况下，卫星选择部13 选择m个GPS卫星20。
接着，说明第四方法。在该情况下，卫星选择部13利用上述第三方 法来将用于测位的GPS卫星20的范围縮小。但是，卫星选择部13不是 根据矢量和而是根据速度矢量的偏差来选择GPS卫星20。
作为一个示例，说明在向卫星选择部13输入6个速度矢量X, (Xl， yi， Zl) X6 (x6, y6， z6)时，卫星选择部13从6个GPS卫星20a GPS 卫星20f中选择5个GPS卫星20的处理。另外，将与GPS卫星20a GPS卫星20f对应的速度矢量分别设为X, X6。在该情况下，首先，卫 星选择部13将所输入的6个速度矢量X, (Xl， yi， Zl) X6 (x6， y6， z6) 变换到局部正交坐标系中，从而取得在该坐标系下的速度矢量X' , (x' ,，y' ,， z',) X' 6 (x' 6， y' 6， z' 6)。接着，卫星选择部13针对 各变换后的速度矢量通过式(4)计算二维速度方向。
接着，卫星选择部13按照下面的方式生成由5个速度矢量构成的集 合Cn (n=l 6)。
Ci= (Xi， X2， X3， X4， X5) (Xi ， X2 ， X3 ， X4 ， Xg )
c3= (x,， x2, x3， x5， x6)
〇4= ( Xi ， X2 ， X4 ， X5 ， )
(Xi， X3， X4， X5， xj
c6= (x2， x3， X4， x5， x6)
接着，卫星选择部13利用上式(5)或式(6)来针对所生成的各速度矢量的集合Cn (n=l 6)计算偏差的评价值hn (n=l 6)。
在只基于速度矢量的方向上的偏差来縮小GPS卫星20的范围的情 况下，卫星选择部13选择与评价值为最大的集合对应的GPS卫星20。 例如，如果评价值hs大于其它的评价值，则卫星选择部13选择GPS卫 星20a、 20c、 20d、 20e、 20f。在只基于速度矢量的大小上的偏差来縮小 GPS卫星20的范围的情况下，卫星选择部13也执行同样的处理。
另一方面，在基于速度矢量的方向上的偏差和大小上的偏差来选择 GPS卫星20的情况下，卫星选择部13计算表示速度矢量的方向上的偏 差的评价值han，并按照该评价值从小到大的顺序来对各集合Cn附上1 6的编号。并且，卫星选择部13计算表示速度矢量的大小上的偏差的评 价值hbn，并按照该评价值从小到大的顺序来对各集合Cn附上1 6的编 号。然后，卫星选择部13按照每个集合Cn来计算编号的和，并选择与 该和为最大的集合对应的GPS卫星。
例如，在评价值han的大小关系为ha3< ha4 <ha5< ha^ha^ ha2，评价 值hbn的大小关系为hb4< hb5 <hb,< hb2<hb6< hb3的情况下，对各集合Cn 所附上的编号的和如下所示。
Cl-..5+3 = 8
C2…6+4 = 10
C3...1+6 = 7
C4…2+l =3
C5'-.3+2 = 5
C6…4+5-9
在该情况下，卫星选择单元13选择与集合C2对应的GPS卫星20a、 20b、 20c、 20d、 20f。另外，在该第四方法中，也没有对卫星选择单元 13在一次处理中所选择的GPS卫星20的个数进行限定。例如，可以基 于6个速度矢量而选择4个GPS卫星20，也可以基于10个速度矢量而 选择9个GPS卫星20。
为了执行上述功能，卫星选择部13预先存储有用于选择GPS卫星 20的程序(例如，用于执行第一方法的程序)，并根据需要来读出。距离计算部14是根据从信号接收部11输入的信息来计算各GPS卫 星20和接收机10之间的距离的单元。距离计算部14根据从信号接收部 11输入的信息中包含的信号发送时刻以及表示接收时刻的信息，来计算 时间差，并对所计算出的时间差乘以光速，由此计算伪距离。距离计算 部14根据GPS卫星20的识别信息，按照每个GPS卫星20计算伪距离。 为此，距离计算部14预先存储有用于计算伪距离的程序，并根据需要来 读出。另外，距离计算方法不限于这样的方法，只要是根据测位用信号 来进行计算的方法，就可以是包含现有方法在内的任何方法。距离计算 部14将表示所计算出的各距离的信息输出到位置计算部15和距离差计 算部16。
位置计算部15是位置计算单元，其根据从卫星选择部13所选择的 GPS卫星20发送并被信号接收部11接收的信号，在将多个时刻作为该 信号的发送时刻时，按照每个该时刻计算接收机10的位置。具体而言， 位置计算部15根据从信号接收部11输入的GPS卫星20的轨道信息和发 送时刻信息等，来指定从卫星选择部13输入的卫星选择信息所表示的多 个GPS卫星20的位置。接着，位置计算部15利用被指定的GPS卫星 20的位置来计算接收机10的位置。
首先，位置计算部15根据从卫星选择部13输入的卫星选择信息， 来决定进行位置指定的GPS卫星20。例如，在从信号接收部ll输入的 信息是与6个GPS卫星20a 20f有关的信息、并且从卫星选择部13输 入的卫星选择信息示出了 GPS卫星20a 20d的情况下，位置计算部15 决定只对GPS卫星20a 20d的位置进行指定。
接着，位置计算部15利用发送时刻信息来决定搜索时间和搜索步 幅。例如，位置计算部15以由发送时刻信息所示的时刻为中心，将其前 后几秒 几十秒左右(例如5秒)的范围设定为搜索时间，并且设定几 毫秒 几百毫秒左右(例如100ms)的搜索步幅。为此，位置计算部15 预先存储有用于决定搜索时间和搜索步幅的程序。
接着，位置计算部15按照在搜索时内被搜索步幅所划分出的每个时 刻(搜索时刻)，根据卫星轨道参数等来计算作为计算对象的GPS卫星20的位置。接着，位置计算部15根据按照每个搜索时刻所计算出的各 GPS卫星20的位置以及从距离计算部14输入的表示各伪距离的信息， 利用最小二乘法的算法等，来按照每个搜索时刻计算接收机10的位置。 位置计算部15计算表示GPS卫星20的位置和接收机10的位置的信息， 来作为例如表示纬度和经度(对于GPS卫星20，也可以是高度)的坐标。 位置计算部15将表示按照每个搜索时刻所计算出的接收机10和各GPS 卫星20的位置的信息输出到距离差计算部16。
距离差计算部16是这样的单元其根据从位置计算部15输入的接 收机10和多个GPS卫星20的位置，来计算接收机10和各GPS卫星20 之间的距离r，n，并按照每个GPS卫星20来计算该距离r，n与从距离计算 部14输入的伪距离prn之间的差Afn。由于从位置计算部15输入按照每个 搜索时刻所计算出的接收机10和多个GPS卫星20的位置，因此距离差 计算部16计算各搜索时刻下的伪时钟偏置Ai^ (TOW)。距离差计算部16 将所计算出的多个伪时钟偏置Arn (TOW)输出到位置精度评价部17。
位置精度评价部17是发送时刻设定单元，其评价由位置计算部15 所计算出的接收机10的多个位置的精度，并从与该多个位置对应的多个 时刻中设定一个时刻作为发送时刻。并且，位置精度评价部17也是估计 位置设定单元，其将与被设定的一个发送时刻对应的接收机10的位置设 定为接收机IO的估计位置。
具体而言，位置精度评价部17按照每个搜索时刻计算从距离差计算 部16输入的每个GPS卫星20a 20d的伪时钟偏置Arn (TOW)的偏差， 并根据所计算出的偏差，来评价由位置计算部15所计算出的接收机10 的位置的精度。位置精度评价部17将伪时钟偏置Arn (TOW)的方差cr^ ^2用作表示偏差的值。接着，位置精度评价部17将在搜索时间内伪 时钟偏置的方差c^(T。w)s为最小的时刻设定为正确的发送时刻Tp。然后， 位置精度评价部17将正确的发送时刻Tp时的测位结果釆用为最终结果。 即，位置精度评价部17将与正确的发送时刻Tp对应的接收机10的位置 设定为接收机10的估计位置。另外，与正确的发送时刻Tp对应的接收机 10的位置是在位置计算部15中根据该发送时刻Tp所计算出的测位结果。
另外，以下，将与发送时刻Tp对应的伪时钟偏置表示为Aiv (Tp)， 将与发送时刻Tp对应的伪时钟偏置的方差表示为CT^(Tp)2。
接着，位置精度评价部17根据方差a^,TpJ来评价接收机10的位置 的精度。为此，位置精度评价部17预先存储有用于评价的程序，并根据 需要来读出该程序。
例如，在方差CI^(TpJ比预先设定的阈值大的情况下，位置精度评价
部17评价为所计算出的接收机10的位置精度差，在所计算出的方差cr^ (Tp,2比预先设定的阈值小的情况下，位置精度评价部17评价为接收机10
的位置精度高。并且，位置精度评价部17也可以将方差CJ^(TpJ本身用
作表示所计算出的接收机10的位置精度的值(表示实际的接收机10的
位置和所计算出的位置乖离的程度的值)。在该情况下，方差CJ^(Tp^的
值越小，接收机10的位置精度越高。并且，也可以将位置精度评价部17 构成为其通过对方差CI^(TpJ乘以预先经过调整而设定的系数，来估计 实际的接收机10的位置和所计算出的位置之间的乖离量。
位置精度评价部17将方差cj^(Tp，2以及正确的发送时刻Tp时的测位 结果(被设定为接收机10的估计位置的测位结果)输出到卫星精度评价 部18。另外，在接收机10中适当应用表示位置精度评价部17进行的评 价的信息。
例如，在判断为精度高时(得到了表示一定以上的精度的结果时)， 位置精度评价部17将测位结果(表示由位置计算部15所计算出的接收 机10的位置的信息)输出到输出部19。这时，也可以将位置精度评价部 17构成为将表示位置精度评价部17进行的评价的信息与测位结果一并 输出到输出部19。与之相对，在判断为精度差时(没有得到表示一定以 上的精度的结果时)，为了将由位置计算部15指定了位置的GPS卫星20 的范围縮小而再次进行测位，位置精度评价部17将表示縮小了范围的 GPS卫星20的个数的信息输出到卫星选择部13。另外，在判断为精度差 时，位置精度评价部17也可以结束测位处理。
卫星精度评价部18是这样的单元根据从位置精度评价部17输入 的各GPS卫星20的伪时钟偏置Arn (Tp)在各GPS卫星20间的偏差，来
评价在由位置计算部15计算接收机1G的位置时所使用的GPS卫星20 的精度。所谓GPS卫星20的精度是表示如下的程度，即使用来自各 GPS卫星20的信号，并通过距离计算部14，如何能够计算出误差的变动 成分s，小的伪距离p^。
由卫星精度评价部18所进行的评价是基于如下情况的在误差的变 动成分s，小时，伪时钟偏置Ar。 (Tp)在多个GPS卫星20间的偏差小， 在s，大时，伪时钟偏置Ar。 (Tp)在多个GPS卫星20间的偏差变大。位 置精度评价部17根据伪时钟偏置AL (Tp)，对各GPS卫星20a 20d进 行分组(clustering)。通过分组，能够提取出与其他GPS卫星相比，具有 很大不同的伪时钟偏置Arn (Tp)的GPS卫星。例如，卫星精度评价部18 将根据伪时钟偏置Arn (Tp)而被提取出的GPS卫星20的精度评价为低。 另外，卫星精度评价部18预先存储有用于评价各GPS卫星20的精度的 程序，并根据需要来进行读出从而进行评价。
在接收机10中适当应用表示卫星精度评价部18进行的各GPS卫星 20的精度评价的信息。例如，在被判断为精度差的GPS卫星20的数量 为一定数量以下时，卫星精度评价部18将测位结果(表示由位置计算部 15所计算出的接收机10的位置的信息)输出到输出部19。并且，卫星 精度评价部18也可以将表示GPS卫星20的评价的信息与测位结果一并 输出到输出部19。与之相对，在被判断为精度差的GPS卫星20的数量 为一定数量以上时，为了将由位置计算部15指定了位置的GPS卫星20 的范围縮小而再次进行测位，卫星精度评价部18将表示縮小了范围的 GPS卫星20的个数的信息输出到卫星选择部13。另外，在被判断为精度 差的GPS卫星20的数量为一定数量以上时，卫星精度评价部18也可以 结束测位处理。
输出部19是通过画面显示或声音等输出从位置精度评价部17和卫 星精度评价部18输入的信息的单元。在所输出的信息中，例如包含有表 示由位置计算部15所计算出的接收机10的位置的信息。接收机10的用 户通过参照所输出的信息，能够知道接收机10的位置、即自身所处的位置。
接着，使用图13，说明图1所示的接收机10的处理，并同时说明 本实施方式的测位方法。图13是示出接收机10的处理的流程图。
例如，由接收机10的用户通过操作部104输入测位请求而使接收机 IO开始测位处理。当然，也可以利用由接收机10内所执行的其他应用程 序输出测位要求等其他方法来开始测位处理。
首先，信号接收部11接收从多个GPS卫星20发送来的测位用信号 (步骤S01)。信号接收部11将所接收到的信号中包含的信息输出到速度 矢量计算部12和距离计算部14。
接着，距离计算部14根据从信号接收部11输入的信息，来计算各 GPS卫星20与接收机10之间的距离(伪距离)(步骤S02)。距离计算 部14将表示伪距离的信息输出到位置计算部15和距离差计算部16。
接着，速度矢量计算部12根据从信号接收部11输入的信息，来计 算各GPS卫星20的速度矢量(步骤S03，速度矢量计算步骤)。例如， 速度矢量计算部12使用上述方法，按照每个GPS卫星20来计算ECFF 坐标系下的速度矢量，并将计算结果输出到卫星选择部13。另外，也可 以并行地执行速度矢量计算部12的速度矢量的计算和距离计算部14的 伪距离的计算。
接着，卫星选择部13从所计算出的多个速度矢量生成速度矢量的集 合，并根据所生成速度矢量的集合，从作为由信号接收部ll所接收到的 多个信号的发送方的多个GPS卫星20中选择多个GPS卫星20(步骤S04， 信号发送源选择步骤)。卫星选择部13将表示所选择的GPS卫星20的卫 星选择信息输出到位置计算部15。
如上所述，虽然存在多个GPS卫星20的选择方法，但是卫星选择 部13可以根据测位要求的内容等来选择任意的方法。例如，在判断是否 选择所有的与所输入的m个速度矢量对应的m个GPS卫星20时，卫星 选择部13可以使用上述第一方法或上述第三方法。并且，在从与所输入 的m个速度矢量对应的m个GPS卫星20中选择n个(其中，m>n) GPS卫星20时，卫星选择部13可以使用上述第二方法或上述第四方法。
接着，位置计算部15根据所输入的卫星选择信息，来从与信号接收
部11所接收到的多个信号对应的多个GPS卫星20中提取出指定了位置 的GPS卫星20。然后，位置计算部15根据表示所提取出的GPS卫星20 的位置的信息、和从距离计算部14输入的表示各伪距离的信息，来计算 接收机10的位置(步骤S05，位置计算步骤)。位置计算部15将表示所 计算出的接收机10的位置的信息输出到距离差计算单元16。
接着，距离差计算单元16根据从位置计算部15输入的接收机10的 位置到多个GPS卫星20的各距离、以及从距离计算部14输入的接收机 10的位置到多个GPS卫星20的各伪距离，来按照每个GPS卫星20计 算作为这两种距离的差的伪时钟偏置Arn (TOW)(步骤S06)。距离差计 算部16将所计算出的伪时钟偏置Arn (TOW)输出到位置精度评价部17 和卫星精度评价部18。
接着，位置精度评价部17和卫星精度评价部18评价测位精度(步 骤S07)。即，位置精度评价部17根据伪时钟偏置Arn (TOW)在多个GPS 卫星20间的偏差，来评价由位置计算部15所计算出的接收机10的位置 的精度。
这时，位置精度评价部17将伪时钟偏置的方差CJ^(TOw^为最小的时刻设定为正确的发送时刻Tp (发送时刻设定步骤)。并且，位置精度评价 部17将被设定为正确的发送时刻的发送时刻Tp时的测位结果设定为最 终结果(接收机10的估计位置)(估计位置设定步骤)。
并且，卫星精度评价部18根据伪时钟偏置Arn (TOW)在多个GPS 卫星20间的偏差，评价位置计算部15在计算接收机10的位置时所利用 的各GPS卫星20的精度。
在位置精度评价部17和卫星精度评价部18根据上述评价而判断为 取得了预定精度的测位结果时(步骤S08;是)，位置精度评价部17将测 位结果(表示位置计算部15所计算出的接收机10的位置的信息)输出 到输出部19，输出部19将该测位结果输出(步骤S09)。由此，接收机 10的用户能够知道测位结果。
与之相对，在位置精度评价部17和卫星精度评价部18判断为没有 得到预定精度的测位结果时(步骤S08;否)，位置精度评价部17和卫星精度评价部18判断为再次执行测位，并将表示縮小了范围的GPS卫星 20的个数的信息输出到卫星选择部13。由此，反复进行上述步骤S04 S08的处理。例如，在根据来自6个GPS卫星20的信号所计算出的接收 机10的位置的精度没有满足一定水平的情况下，位置精度评价部17和 卫星精度评价部18将用于使6个GPS卫星20的范围縮小到5个的信息 输出到卫星选择部13。在该情况下，卫星选择部13按照上述第二方法或 第四方法的示例那样来选择5个GPS卫星20。
但是，并不一定必须要进行这样的反复处理，而也可以在预定的定 时结束测位处理。例如，在指定了位置的GPS卫星20的个数小于等于预 定的阈值(例如，小于等于4)的情况下，位置精度评价部17和卫星精 度评价部18判断为即使再縮小GPS卫星20的范围也无法进行一定精度 的测位，也可以结束处理。
另外，在重复上述步骤S04 S08的处理时，卫星选择部13也可以 在每次处理时都变更选择GPS卫星20的方法。例如，卫星选择部13可 以在第一次的处理中使用上述第一方法，而在第二次的处理(第一次的 重复处理)中，使用第二方法。
接着，说明用于使计算机执行上述一系列的对接收机IO迸行测位的 处理的测位程序。如图14所示，测位程序81被存储到程序存储区域80a 内，该程序存储区域80a形成在计算机所具有的记录介质80中。
测位程序81构成为具有统一控制测位处理的主模块81a、信号接 收模块81b、速度矢量计算模块81c、卫星选择模块81d、距离计算模块 81e、位置计算模块81f、距离差计算模块81g、位置精度评价模块81h、 卫星精度评价模块81i以及输出模块81j。通过执行信号接收模块81b、 速度矢量计算模块81c、卫星选择模块81d、距离计算模块81e、位置计 算模块81f、距离差计算模块81g、位置精度评价模块81h、卫星精度评 价模块81i以及输出模块81j而实现的功能，分别与上述接收机10的信 号接收部11、速度矢量计算部12、卫星选择部13、距离计算部14、位 置计算部15、距离差计算部16、位置精度评价部17、卫星精度评价部 18以及输出部19的功能相同。
另外，测位程序81还可以构成为，其一部分或全部经由通信线路等 传送介质传送，由其他设备接收并记录(包含安装)。
如以上说明所述，根据本实施方式，通过根据速度矢量的集合选择 GPS卫星20，并根据来自所选择的GPS卫星20的信号从多个时刻中设 定一个时刻作为信号的发送时刻，从而能够以较高的精度对来自GPS卫 星20的信号的发送时刻进行估计。并且，通过将与被设定为发送时刻的 一个时刻对应的接收机10的位置设定为该接收机10的估计位置，从而 能够以较高的精度测定接收机10的位置。
在本实施方式中，可以根据速度矢量的集合的矢量和来选择多个 GPS卫星20。由于能够简便地计算出矢量和，所以在使用该方法时，能 够更简便地进行发送时刻的估计。
尤其在采用上述第一方法的情况下，由于使用阈值来评价矢量和的 大小，因此能够将发送时刻的估计精度保持在一定水平以上。并且，在 采用上述第二方法的情况下，由于选择与矢量和的大小为最小的集合对 应的GPS卫星20，因此能够获得发送时刻的估计精度最高的GPS卫星 20的集合。
并且，在本实施方式中，可以根据表示构成速度矢量的集合的速度 矢量的偏差的值来选择多个GPS卫星20。通过使用该值，能够更准确地 导出GPS卫星20的相对位置的变化，其结果，能够以更高的精度进行发 送时刻的估计。
尤其在采用上述第三方法的情况下，由于使用阈值来评价表示速度 矢量的偏差的值，因此能够将发送时刻的估计精度保持在一定水平以上。 并且，在采用上述第四方法的情况下，由于选择与表示速度矢量的偏差 的值为最大的集合对应的GPS卫星20，因此能够获得发送时刻的估计精 度最高的GPS卫星20的集合。
以上，根据本发明的实施方式对本发明进行了详细的说明。但是， 本发明不限于上述实施方式。可以在不脱离本发明主旨的范围内，对本 发明进行以下的各种变形。
在上述实施方式中，卫星选择部13根据速度矢量来选择GPS卫星
20，但是GPS卫星20的选择方法不限于此。例如，卫星选择部13也可 以一并使用以往所公知的方法和利用速度矢量的方法来选择GPS卫星 20。
作为以往所公知的方法，例如可以列举出如下方法利用信号的C/N (信噪比)来按照每个GPS卫星评价接收灵敏度的方法、根据伪距离的 均方根误差(RMS: Root Mean Square)来评价各伪距离的偏差的方法、 使用精度下降率(DOP: Dilution Of Precision)来评价GPS卫星在几何 学上的配置的方法。其中，使用C/N的方法和使用均方根误差的方法都 是评价GPS卫星单体的方法，而使用精度下降率的方法则是与上述实施 方式相同地对GPS卫星的集合进行评价的方法。
例如，卫星选择部13也可以首先提取出C/N、均方根误差和精度下 降率分别大于等于预定的阈值的GPS卫星20，利用上述实施方式的方法 即基于速度矢量的方法，来从所提取出的GPS卫星20中选择特定的GPS 卫星20。
在上述实施方式中，使用了伪时钟偏置来评价测位精度，但是也可 以使用RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring:接收机自主完 好性监测)等其他方法来评价测位精度。另外，RAIM例如被详细地记载 于下述非特许文献2中。 BW Parkinson, JJ Spilker， "Global Positioning System: Theory and Applications Volume II - Chapter 5"， American Institute of Aeronautics and Astronautics， Inc., p.p.143—164， 1996。
并且，在上述实施方式中，将GPS卫星20用作信号发送源，但是 也可以将伪卫星、构成移动体通信网的基站等用作信号发送源。
并且，在上述实施方式中，测位的主体是接收机IO，也是测位的对 象，但是，测位的主体和测位的对象也可以不一致。例如，测位的主体 也可以通过与接收机IO分开构成的测位服务器来构成。测位服务器例如 可以经由移动体通信网与接收机10连接，从接收机10接收测位所需要
的信息，来进行测位。测位服务器也可以从接收机io接收必要的信息， 来进行与测位有关的所有运算。或者，也可以通过接收机io接收并取得
表示所计算出的GPS卫星20和接收机10之间的距离的信息，并根据所 取得的表示距离的信息，进行与测位有关的运算。权利要求书中所记载 的测位系统可以应用于接收机和服务器等的任意的装置。
权利要求
1.一种测位系统，其估计接收机的位置，其特征在于，该测位系统具有速度矢量计算单元，其根据从多个信号发送源发送并被所述接收机接收的多个信号，来计算各信号发送源的速度矢量；信号发送源选择单元，其从所述速度矢量计算单元所计算出的多个速度矢量生成速度矢量的集合，并根据所生成的速度矢量的集合从所述多个信号发送源中选择多个信号发送源；位置计算单元，其根据从所述信号发送源选择单元所选择的信号发送源发送并被所述接收机接收的信号，在将多个时刻作为该信号的发送时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机的位置；发送时刻设定单元，其评价由所述位置计算单元所计算出的所述接收机的多个位置的精度，并从与该多个位置对应的多个时刻中设定一个时刻作为发送时刻；以及估计位置设定单元，其将与所述发送时刻设定单元所设定的一个发送时刻对应的所述接收机的位置设定为该接收机的估计位置。
2. 根据权利要求1所述的测位系统，其特征在于， 所述信号发送源选择单元计算所述速度矢量的集合的矢量和，并根据所计算出的矢量和，从所述多个信号发送源中选择多个信号发送源。
3. 根据权利要求2所述的测位系统，其特征在于，所述信号发送源选择单元生成由所述速度矢量计算单元所计算出的 多个速度矢量构成的集合，并且在所生成的速度矢量的集合的矢量和的 大小小于等于预定的阈值的情况下，所述信号发送源选择单元选择与该 多个速度矢量对应的多个信号发送源。
4. 根据权利要求2所述的测位系统，其特征在于，所述信号发送源选择单元生成多个所述集合，并针对所生成多个集 合分别计算矢量和，选择与构成所计算出的多个矢量和中最小矢量和的 速度矢量对应的所述信号发送源，其中，所述集合是由个数少于所述速度矢量计算单元所计算出的速度矢量的个数的速度矢量构成。
5. 根据权利要求1所述的测位系统，其特征在于， 所述信号发送源选择单元计算表示构成所述集合的速度矢量的偏差的值，并根据所计算出的值从所述多个信号发送源中选择多个信号发送源。
6. 根据权利要求5所述的测位系统，其特征在于， 所述信号发送源选择单元生成由所述速度矢量计算单元所计算出的多个速度矢量构成的集合，并且在表示构成所生成的集合的速度矢量的 偏差的值大于等于预定的阈值的情况下，所述信号发送源选择单元选择 与该多个速度矢量对应的多个信号发送源。
7. 根据权利要求5所述的测位系统，其特征在于，所述信号发送源选择单元生成多个所述集合，并针对所生成的多个 集合分别计算表示构成该集合的速度矢量的偏差的值，选择与导出所计 算出的多个值中最大值的速度矢量对应的所述信号发送源，其中，所述 集合是由个数少于所述速度矢量计算单元所计算出的速度矢量的个数的 速度矢量构成。
8. —种测位用IC芯片，其估计接收机的位置，其特征在于，该测 位用IC芯片具有速度矢量计算单元，其根据从多个信号发送源发送并被所述接收机 接收的多个信号，来计算各信号发送源的速度矢量；信号发送源选择单元，其从所述速度矢量计算单元所计算出的多个 速度矢量生成速度矢量的集合，并根据所生成的速度矢量的集合从所述 多个信号发送源中选择多个信号发送源；位置计算单元，其根据从所述信号发送源选择单元所选择的信号发 送源发送并被所述接收机接收的信号，在将多个时刻作为该信号的发送 时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机的位置；发送时刻设定单元，其评价由所述位置计算单元所计算出的所述接 收机的多个位置的精度，并从与该多个位置对应的多个时刻中设定一个 时刻作为发送时刻；以及估计位置设定单元，其将与所述发送时刻设定单元所设定的一个发 送时刻对应的所述接收机的位置设定为该接收机的估计位置。
9. 一种测位方法，该方法是测位系统估计接收机的位置的方法，其 特征在于，该测位方法具有以下步骤-速度矢量计算步骤，在该步骤中，所述测位系统根据从多个信号发 送源发送并被所述接收机接收的多个信号，来计算各信号发送源的速度信号发送源选择步骤，在该步骤中，所述测位系统从在所述速度矢 量计算步骤中所计算出的多个速度矢量生成速度矢量的集合，并根据所 生成的速度矢量的集合从所述多个信号发送源中选择多个信号发送源；位置计算步骤，在该步骤中，所述测位系统根据从在所述信号发送源选择步骤中所选择的信号发送源发送并被所述接收机接收的信号，在 将多个时刻作为该信号的发送时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机 的位置；发送时刻设定步骤，在该步骤中，所述测位系统评价在所述位置计 算步骤中所计算出的所述接收机的多个位置的精度，并从与该多个位置 对应的多个时刻中设定一个时刻作为发送时刻；以及估计位置设定步骤，在该步骤中，将与在所述发送时刻设定步骤中 所设定的一个发送时刻对应的所述接收机的位置设定为该接收机的估计 位置。
10. —种测位程序，其使计算机估计接收机的位置，其特征在于， 该测位程序使计算机执行以下功能速度矢量计算功能，其根据从多个信号发送源发送并被所述接收机 接收的多个信号，来计算各信号发送源的速度矢量；信号发送源选择功能，其从所述速度矢量计算功能所计算出的多个 速度矢量生成速度矢量的集合，并根据所生成的速度矢量的集合从所述 多个信号发送源中选择多个信号发送源；位置计算功能，其根据从所述信号发送源选择功能所选择的信号发送源发送并被所述接收机接收的信号，在将多个时刻作为该信号的发送时刻时，按照每个该时刻计算所述接收机的位置；发送时刻设定功能，其评价由所述位置计算功能所计算出的所述接 收机的多个位置的精度，并从与该多个位置对应的多个时刻中设定一个 时刻作为发送时刻；以及估计位置设定功能，其将与所述发送时刻设定功能所设定的一个发 送时刻对应的所述接收机的位置设定为该接收机的估计位置。
全文摘要
本发明提供测位系统、测位用IC芯片、测位方法和测位程序，能够高精度地估计来自信号发生源的信号的发送时刻，根据该估计高精度地测定接收机的位置。接收机(10)具有速度矢量计算部(12)，根据从多个GPS卫星(20)发送的多个信号计算各GPS卫星的速度矢量；卫星选择部(13)，由多个速度矢量生成速度矢量的集合，根据该集合，从多个GPS卫星中选择多个GPS卫星；位置计算部(15)，根据来自所选择的GPS卫星的信号，在将多个时刻作为该信号的发送时刻时，按每个该时刻计算接收机(10)的位置；位置精度评价单元(17)，评价所计算的接收机(10)的多个位置的精度，从与该多个位置对应的多个时刻中设定一时刻作为发送时刻，将与该一个发送时刻对应的接收机(10)的位置设定为估计位置。
文档编号G08G1/005GK101344585SQ20081013032
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月11日 优先权日2007年7月13日
发明者小田恭弘, 沈纪恽, 泷石浩生 申请人:株式会社Ntt都科摩