专利名称：计算位置的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于计算位置的方法以及系统。
背景技术：
作为利用定位用信号的定位系统，公知有GPS (Global Positioning System 全球定位系统)，其用于内置在便携式电话机或车载导航装置等中的位置计算装置。在GPS中进行如下的位置算出计算基于多个GPS卫星的位置、从各GPS卫星到位置计算装置的伪距等信息来求出位置计算装置的位置坐标与时钟误差。利用针对每个卫星而不同的被称为CA(Coarse and Acquisition，粗获码)码的扩频码来调制从GPS卫星发送的GPS卫星信号。位置计算装置进行接收信号与作为CA码的复制码的复制CA码的相关运算，并基于该相关值来捕获GPS卫星信号。在此情况下，从微弱的接收信号中捕获GPS卫星信号时，为了简化相关值的峰值的检测，使用在规定的累积时间累积利用相关运算获得的相关值的方法。然而，根据导航信息，扩频调制GPS卫星信号的CA码自身每20毫秒进行 BPSK (Binary Phase Shift Keying 二进制相移键控)调制，因而每20毫秒CA码的极性可以反转。因此，在跨过此反转定时累积相关值的情况下，可能累积符号不同的相关值。作为解决此问题的技术，已知有例如专利文献1中所公开的那样基于从外部获取的极性反转定时的信息来累积相关值的技术。在先专利文献专利文献专利文献1 日本专利特开2001-349935号公报根据专利文献1的技术，相关累积时间可设得长于20毫秒。然而，由于延长相关累积时间会产生其他的问题，多普勒就是问题之一。例如，如果位置计算装置的移动速度变化，则多普勒频率会变动。其结果，存在如下的情况在长时间的相关累积期间搜索频率逐渐变动，从而偏离当初的频率搜索范围。例如，在位置计算装置以1[G]的加速度移动的情况下，多普勒频率的变动量变为50[Hz/s]。也就是说，移动速度变动时，实际的搜索频率背离原来假想的搜索频率。理论上，如果多普勒频率不变动的话，随着相关值的累积，某一指定的频率的相关累积值变大，应该能通过其相关累积值的峰值来容易地判断指定频率(=接收频率)。然而，现实中因为多普勒频率发生变动，所以实际的搜索频率与原来假想的频率之间产生偏差，导致该指定频率自身也发生变动。结果出现进行一定时间以上的相关累积时反而难以判断相关累积值的峰值的情况。这导致即使延长相关累积时间也无法捕获卫星信号。
发明内容
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种考虑多普勒频率的变动，从而可以适当地进行相关处理的方法以及系统。为了解决上述问题的本发明第一方面的方法中，所述方法利用第一单元和第二单元来计算位置，所述第一单元对接收卫星信号所得的接收信号进行相关处理来捕捉所述卫星信号，并计算位置和速度，所述第二单元至少能检测速度，所述方法包括计算判断速度， 所述判断速度是利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果而判断出的速度；利用所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差来计算所述判断速度的误差；利用所述判断速度来确定在所述第一单元确定搜索所述卫星信号的频率时所使用的多普勒频率；利用所述判断速度的误差来确定所述第一单元进行所述相关处理时的相关累积时间；以及利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果来计算位置。此外，作为本发明另一方面的系统包括第一单元，对接收卫星信号所得的接收信号进行相关处理来捕捉所述卫星信号，并计算位置和速度；第二单元，至少能检测速度；判断速度计算部，计算判断速度，所述判断速度是利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果而判断出的速度；误差计算部，利用所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差来计算所述判断速度的误差；多普勒频率确定部，利用所述判断速度来确定在所述第一单元确定搜索所述卫星信号的频率时所使用的多普勒频率；相关累积时间确定部，利用所述判断速度的误差来确定所述第一单元进行所述相关处理时的相关累积时间；以及位置计算部，利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果来计算位置。根据本发明的第一方面等，根据利用卫星信号来计算出位置及速度的第一单元的计算结果、和至少能检测速度的第二单元的检测结果来计算出判断速度。此外，使用第一单元的计算误差和第二单元的检测误差来计算出判断速度的误差。然后，使用判断速度来确定第一单元确定搜索频率时所用的多普勒频率，与此同时使用判断速度的误差来确定第一单元进行相关处理时的相关累积时间。并且，使用第一单元的计算结果和第二单元的检测结果来计算出位置。可用由第二单元检测的速度来预测由于第一单元的移动引起的多普勒频率。然而，假想的多普勒频率可对应第一单元的移动状态等而变动。这种情况下的多普勒频率的误差(=多普勒频率的变动量)可基于速度的误差而近似。因此，通过使用第一单元的计算结果和第二单元的检测结果而计算出的判断速度中可包括的误差(判断速度的误差)， 从而能够确定考虑了多普勒频率的变动的适当的相关累积时间。此外，在本发明的第二方面中，也可以构成为如下的方法，计算所述判断速度的误差包括计算朝向发送所述卫星信号的定位用卫星的视线方向上的所述判断速度的误差。根据本发明的第二方面，计算朝向发送所述卫星信号的定位用卫星的视线方向上的判断速度的误差。通过计算出朝向定位用卫星的视线方向上的判断误差能适当地求出多普勒频率的误差。另外，根据本发明第一方面或第二方面的方法，在本发明的第三方面中，计算所述判断速度的误差包括对所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差进行加权平均。在此情况下，在本发明的第四方面中，也可以构成为如下的方法，在本发明第三方面的位置计算方法中的进行所述加权平均包括根据移动状态改变所述加权平均的权重。
根据本发明的第四方面，通过根据移动状态来确定重视、信赖第一单元的计算误差和第二单元的检测误差之中的哪一个来进行加权平均，从而可更准确地求出判断速度的误差。另外，在本发明的第五方面中，也可以构成为如下的方法，在本发明第三方面或第四方面的位置计算方法中的进行所述加权平均包括根据所述第一单元是否处于能计算位置的状态以及所述第二单元是否处于能检测的状态来改变所述加权平均的权重。根据本发明的第五方面，通过根据第一单元是否处于能计算位置的状态以及上述第二单元是否处于能检测的状态来改变加权平均的权重，从而能实现与卫星信号的接收环境或第二单元的检测状态等相应的适当的判断速度的误差的计算。例如在隧道内等中有时暂时无法接收卫星信号，对这样的状态也能适当地对应。而且，在本发明的第六方面中，也可以构成为如下的方法，在本发明第三方面至第五方面中任一方面的方法中的进行所述加权平均包括根据所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差的相对值来改变所述加权平均的权重。根据本发明的第六方面，通过根据第一单元的计算误差和第二单元的检测误差的相对值来改变加权平均的权重，从而能进一步提高求得的判断速度的误差的准确性。另外，根据本发明第一方面至第六方面中任一方面，在本发明的第七方面中，也可以构成为如下的方法，所述第一单元是每经过所述相关累积时间都合计相关累积值来进行所述相关处理，且以规定的时间间隔进行通过执行所述相关处理来计算位置的处理的单元，所述方法还包括根据所述规定的时间间隔和所述相关累积时间，调整单次所述相关处理中的所述相关累积值的合计的完成定时。根据本发明的第七方面，第一单元是每经过相关累积时间都合计相关累积值来进行相关处理。而且，以规定的时间间隔进行通过执行相关处理来计算位置，并基于规定的时间间隔和相关累积时间来调整单次相关处理中的相关累积值的合计的完成定时。由于使用判断速度的误差来确定相关累积时间，所以不一定始终是固定的。然而， 根据本发明的第七方面，即使相关累积时间变化，也可调整单次相关处理中的相关累积值的合计的完成定时，以便每次经过各相关累积时间都可适当地合计相关累积值。
图1是示出位置计算系统的功能结构的一例的框图。图2是示出GPS单元的功能结构的一例的框图。图3是速度/速度误差数据的数据结构的一例的示意图。图4是输出类型判断用表的表结构的一例的示意图。图5是加权平均权重模式数据的数据结构的一例的示意图。图6是示出多普勒误差确定处理的流程的流程图。图7是示出速度误差计算处理的流程的流程图。图8是速度误差计算的原理的说明图。图9是示出位置/速度计算处理的流程的流程图。图10是示出卫星信号捕获处理的流程的流程图。图11是示出相关累积处理的流程的流程图。
图12是确定相关累积时间的原理的说明图。图13是示出位置/速度综合处理的流程的流程图。图14是示出变形例中的位置计算系统的功能结构的一例的框图。图15是示出变形例中的加权平均权重模式数据的一例的示意图。图16是示出变形例中的相关累积时间确定用表的表结构的一例的示意图。
具体实施例方式下面，参考附图来说明本发明的优选实施方式。此外，当然能适用本发明的实施方式不仅限于以下说明的实施方式。1.系统构成图1是示出本实施方式中的位置计算系统1(位置计算装置)的功能结构的框图。 位置计算系统1是位置计算装置的一种，在本实施方式中以汽车或巴士这样的移动体上搭载的导航装置为例来进行说明。但是，也可适用于包括智能手机的便携式电话机、笔记本电脑、PDA(Perscmal Digital Assistant 个人数码助理)这样的其他的电子设备。位置计算系统1构成为相对于移动体的相对位置被固定的方式，并能通过方位传感器单元80，将移动体的前进方向作为位置计算系统1的前进方向进行检测。位置计算系统1是计算机系统，其包括处理部10、输入部20、显示部30、通信部 40、INS (Inertial Navigation System 惯性导航系统)单元 50、GPS (Glottal Positioning System 全球定位系统)单元60、速度传感器单元70、方位传感器单元80。通过第一数据总线45来连接处理部10、输入部20、显示部30与通信部40。另外， 通过第二数据总线90来连接处理部10、INS单元50、GPS单元60、速度传感器单元70、方位传感器单元80。处理部10是整体控制位置计算系统1的控制装置，作为其功能部，构成为包括多普勒误差确定部11、位置/速度综合处理部(以下称为“GPA(Generic Position Algorithm 通用定位算法)”)15。多普勒误差确定部11是确定因位置计算系统1的移动而产生的多普勒频率的假想的变动量(以下称为「多普勒误差」)的处理电路模块。虽然因位置计算系统1的移动而产生多普勒效应，但在该情况下的多普勒频率根据位置计算系统1的移动状态等而变动。 多普勒误差确定部11使用来自各单元的单元信息，将此多普勒频率的变动量作为多普勒误差进行计算。多普勒误差确定部11包括数字信号处理器(DSP (Digital Signal Processor 数字信号处理器))等处理器以及存储器，将后述的多普勒误差确定处理作为数字信号处理来实行。多普勒误差确定部11具有作为保存各种数据的存储器的存储部12。存储部12 由 ROM (Read Only Memory :只读存储器)、闪存 ROM、RAM (Random Access Memory 随机访问存储器)等存储装置构成，存储部12用于存储处理部10控制位置计算系统1的系统程序、多普勒误差确定部11确定多普勒误差的程序或数据等。另外，存储部12 形成暂时存储多普勒误差确定部11执行的各种程序、各种处理的处理中数据、处理结果等的工作区域。存储部12存储有例如，从各单元输出的单元信息的数据即单元数据121、使用单
7元信息计算出的位置计算系统1的速度以及速度误差的数据即速度/速度误差数据123、用于判断各单元的单元信息的输出类型的输出类型判断用表125、确定加权平均各单元的单元信息时权重的模式的加权平均权重模式数据127。图3是速度/速度误差数据123的数据结构的一例的示意图。速度/速度误差数据123中，按时间序列，与时刻1231对应地存储有使用各单元的单元信息而计算出的速度 /速度误差1233。多普勒误差确定部11基于单元数据121中存储的单元信息计算出位置计算系统1在地球基准正交坐标系中的速度以及速度误差，并将其存储在速度/速度误差数据123中。将INS单元50、GPS单元60、速度传感器单元70以及方位传感器单元80的各单元输出的信息称为“单元信息”。在本实施方式中，GPS单元60计算出ECEF(Earth Centered EarthFixed 地心地固系)坐标系中的位置、速度及他们的误差。另一方面，INS单元50计算出ENU (East North Up 北天东系)坐标系中的位置、速度及他们的误差。另外，速度传感器单元70检测相对于位置计算系统1的前进方向的速度及其误差，方位传感器单元80检测表示位置计算系统1 的前进方向的方位及其误差。多普勒误差确定部11基于通过第二数据总线90从各单元获取的单元信息计算ECEF坐标系中的位置计算系统1的速度以及速度误差。ECEF坐标系作为地球中心地球固定坐标系而为人所知，是以地球的中心(地球重心)为原点，以地球自转轴为Z轴、格林威治子午面与赤道面相交的轴为X轴、与此两轴正交的轴为Y轴的三轴正交坐标系。另外，ENU坐标系作为东北上坐标系而为人所知，是以地表面附近的某点为原点，以天顶方向(相对于地表面的垂直线的上方向)为U轴、东方向为 E轴、北方向为N轴的三轴正交坐标系。可通过矩阵运算等来变换ENU坐标系与ECEF坐标系的坐标转换本身。图4是输出类型判断用表125的表结构的一例的示意图。输出类型判断用表125 中存储有各单元的单元信息的输出状态1251以及与各输出状态1251 —一对应的输出类型
1邪3。输出状态1251是表示从各单元是否输出有单元信息的信息，对处于单元信息已输出的状态的单元存储“〇”、对单元信息未输出的单元存储“ X ”。此外，对于速度传感器单元70以及方位传感器单元80，由于利用来自两个的传感器单元的检测结果来计算速度误差，所以归纳表示为“速度/方位”，只在从两者的传感器单元都输出单元信息的情况下存储“〇”。因此，输出状态1251可以说是表示各单元的当前的状态是否为可算出或检测单元信息的状态的信息。例如，INS单元50、GPS单元60以及速度/方位传感器单元70、80的所有的单元都输出单元信息的状态为“类型A”。例如，在位置计算系统1位于天空敞开的地方且各单元同时无问题地工作的情况下选择类型A。虽然INS单元50以及GPS单元60处于输出的状态，但速度/方位传感器单元70、 80处于未输出状态的情况为“类型B”。例如，虽处于能接收来自GPS卫星的卫星信号的接收环境，但速度/方位传感器单元70、80因某种原因而发生故障的情况等，相当于该类型B。虽然INS单元50以及速度/方位传感器单元70、80处于输出状态，但GPS单元60 处于不输出状态的情况为“类型C”。例如，在隧道内、建筑物内等不能接收来自GPS卫星的 GPS卫星信号，只有GPS单元60处于未输出单元信息(不能输出)的状态下的情况，是该类型C。多普勒误差确定部11基于各单元的单元信息的输出状况来识别输出状态1251。 并且，参考输出类型判断用表125，判断出与识别出的输出状态1251相对应的输出类型
1邪3。图5是加权平均权重模式数据127的数据结构的一例的示意图。在加权平均权重模式数据127中，对应存储有输出类型1271、移动状态1273、加权平均权重模式1275。输出类型1271与图4的输出类型判断用表125的输出类型1253相对应。移动状态1273是位置计算系统1的当前的移动状态，存储有例如表示处于停止状态的“停止”、表示处于等速移动状态的“等速”、表示处于加速状态或减速状态的“加速/减速”等多个移动状态。加权平均权重模式1275是加权平均计算INS单元50的速度误差、GPS单元60的速度误差、速度/方位传感器单元70、80的速度误差时的各速度误差的权重的模式。也就是说，对INS单元50的速度误差的权重“ α ”、对GPS单元60的速度误差的权重“ β ”、对速度/方位传感器单元70、80的速度误差的权重“ Y，，的值的组合被确定为加权平均权重模式。其中，“α+β + γ = 1”。在移动状态是“停止”的情况下，信赖速度/方位传感器70、80的单元信息，确定使对速度/方位传感器70、80的速度误差的权重“ Y ”较大。这是因为考虑到在停止状态下速度/方位传感器70、80的检测精度较高，但INS单元50或GPS单元60的计算精度下降。在移动状态为“等速”的情况下，信赖GPS单元60的单元信息，确定使对GPS单元 60的速度误差的权重“ β ”较大。这是因为在等速状态下GPS单元60的计算精度特别高。另外，在移动状态为“加速/减速”的情况下，信赖INS单元50的单元信息，确定使对INS单元50的速度误差的权重“ α ”较大。这是因为考虑到在加减速状态下INS单元 50的计算精度上升，但GPS单元60的追随性变差、计算精度下降。此外，这些权重的确定方法充其量只是一例，可以适当地改变设定。多普勒误差确定部11判断各单元的当前的输出状态1251，同时基于单元数据 121中存储的单元信息的履历来判断位置计算系统1的当前的移动状态1273。并且，基于输出类型判断用表125来确定与判断出的当前各单元的输出状态1251对应的输出类型 1253(1271)。而且，基于加权平均权重模式数据127来确定与输出类型1271以及移动状态 1273相对应的加权平均权重模式1275。然后，通过使用读出的加权平均权重模式1275加权平均在速度误差计算处理中计算出的各单元的速度误差，从而计算出平均速度误差。平均速度误差是相当于位置计算系统1的判断速度的误差的值。另外，多普勒误差确定部11通过第二数据总线90从GPS单元60获取GPS卫星的卫星位置、卫星速度等信息(以下称为“卫星信息”)，同时获取通过GPA 15求出的位置计算系统1的最终的综合信息(以下称为“综合终端信息”)。并且，使用获取的卫星信息和综合终端信息求出从位置计算系统1到GPS卫星的视线方向，并将求出的视线方向上的平均速度误差作为多普勒误差进行计算。GPA 15是如下的处理部通过利用例如卡尔曼滤波器(Kalman filter)综合运算从各种传感器单元输出的位置和速度，从而计算出最终的位置计算系统1的位置和速度、即综合位置以及综合速度。此综合位置以及综合速度是综合终端信息。此GPA 15的功能通过例如CPU或DSP等处理器来实现。GPA 15将获得的综合终端信息显示在显示部30上， 同时输出至多普勒误差确定部11。综合速度是相当于位置计算系统1的判断速度的值。输入部20是由例如触摸面板、按钮开关等构成的输入装置，将由用户按下的键和按钮的信号输出至处理部10。通过来自此输入部20的操作输入，可输入位置计算请求等各种指示。显示部30由LCD (Liquid Crystal Display 液晶显示器)等构成，其是基于从处理部10输入的显示信号进行各种显示的显示装置。在显示部30上显示有位置显示画面、 时刻信息等。通信部40是用于按照处理部10的控制进行位置计算系统1与外部装置之间的通信的通信装置。此功能通过例如有线通信用组建、采用IEEE802. 11的无线LAN、采用扩频方式的无线通信组建等来实现。另外，在便携式电话机中适用位置计算系统1的情况下，通信部40也可以是便携式电话用的通信装置。INS单元50是传感器单元的一种，其是如下的惯性导航系统(位置计算系统) 基于采用IMUdnertial Measurement Unit 惯性测量单元)51测量的加速度以及角速度进行公知的惯性导航运算处理，从而计算、检测INS单元50的位置以及速度。另外，基于由 IMU 51测量的加速度误差以及角速度误差来计算计算出的位置以及速度中包括的误差。在本实施方式中，INS单元50随时计算ENU坐标系中的位置以及速度，同时随时计算他们的误差即位置误差以及速度误差。并且，通过第二数据总线90将这些信息作为单元信息输出至处理部10。IMU 51构成为具有例如加速度传感器和陀螺传感器，其能检测ENU坐标系的正交三轴各自的轴方向的加速度以及各轴的绕轴角速度。加速度传感器以及陀螺传感器分别是测量加速度以及角速度的传感器。另外，IMU 51构成为随时地计算并输出测量的加速度以及角速度中可包括的误差。例如，可以考虑如下的结构对应存储从测量开始起的经过时间与测量值中可包括的误差，并输出与从测量开始起的经过时间相应的误差的结构；对应存储测量环境的温度与测量值中可包括的误差，并输出对应于当前的环境温度的误差的结构等。此外，加速度传感器以及陀螺传感器可以是分别独立的传感器，也可以是一体型的传感器。另外，也可基于加速度传感器的检测结果来检测/输出速度。GPS单元60是位置计算单元的一种，利用从作为定位用卫星的一种的GPS卫星发送的GPS卫星信号进行公知的位置算出计算以及速度算出计算。本实施方式中，GPS单元 60计算出ECEF坐标系中的位置和速度、以及作为这些计算结果中可包括的误差的位置误差以及速度误差。并且，将这些信息作为单元信息通过第二数据总线90输出至处理部10。速度传感器单元70是传感器单元的一种，其是具有检测位置计算系统1的移动速度的传感器的速度检测单元，也可以是利用例如多普勒效应的单元或利用空间滤波器 (spatial filter)的单元等任一方式的单元。例如在汽车中适用位置计算系统1的情况下，也可将汽车上安装的车速计作为速度传感器单元70。本实施方式中，速度传感器单元70输出位置计算系统1(移动体)的前进方向上的移动速度以及移动速度中可包括的速度误差。速度误差可以考虑构成为例如根据从测量开始起的经过时间来确定、或与测量环境温度相对应地确定，并根据经过时间和环境温度来加以输出。并且，将这些信息作为单元信息通过第二数据总线90输出至处理部10。方位传感器单元80是传感器单元的一种，其是具有例如根据磁场的强度来增减电阻值和阻抗值的元件等构成的两轴的地磁传感器的方位检测单元。本实施方式中，方位传感器单元80将位置计算系统1(移动体)的前进方向作为方位来进行检测，同时输出检测方位中包括的方位误差。与速度传感器单元70相同，方位误差可以考虑构成为例如根据从测量开始起的经过时间来确定、或与测量环境温度相对应地确定，并根据经过时间和环境温度来加以输出。并且，将这些信息作为单元信息通过第二数据总线90输出至处理部10。2. GPS单元的构成图2是示出GPS单元60的功能结构的一例的框图。GPS单元60构成为包括GPS 天线61、RF(Radic) Frequency 无线电频率)接收电路部63以及基带处理电路部65。GPS天线61是接收包括从GPS卫星发送的GPS卫星信号的RF信号的天线，其将接收信号输出至RF接收电路部63。RF接收电路部63是RF信号的处理电路模块，将接收到的RF信号降频转换成中频信号(以下，称为“ IFantermediate Frequency 中间频率)信号”。)，并在放大IF信号等之后，通过A/D转换器转换成数字信号，向基带处理电路部65输出。由RF接收电路部63与基带处理电路部65构成GPS接收部。此外，RF接收电路部63和基带处理电路部65既可以分别作为独立的LSI (Large Scale Integration 大规模集成电路)进行制造，也可以制造为一个芯片。基带处理电路部65是如下的电路部对从RF接收电路部63输出的IF信号进行相关运算处理等，捕获、提取GPS卫星信号，对数据译码，取出导航信息、时刻信息等。基带处理电路部65构成为包括卫星信号捕获部651、位置/速度计算部653、存储部655。卫星信号捕获部651是从作为RF接收电路部63输出的IF信号的接收信号捕获 GPS卫星信号的电路部，卫星信号捕获部651包括相关器6511、复制码信号产生部6513。相关器6511是进行从RF接收电路部63输入的转换为IF信号的接收信号、与从复制码信号产生部6513输入的复制码信号的相关运算的相关器(correlator)。相关器6511 将通过进行相关运算求出的相关值输出至位置/速度计算部653。复制码信号产生部6513是生成作为GPS卫星信号的扩频码的CA码的复制码信号的电路部。复制码信号产生部6513根据从相关累积时间确定部6533输出的相关累积时间， 改变并生成复制码信号的相位，并向相关器6511输出。位置/速度计算部653是利用通过卫星信号捕获部651捕获的GPS卫星信号进行公知的位置/速度计算，从而计算GPS单元60的位置及速度的电路部，位置/速度计算部 653构成为包括相关累积处理部6531以及相关累积时间确定部6533作为处理电路模块。相关累积处理部6531是进行根据由相关累积时间确定部6533确定的相关累积时间累积从卫星信号捕获部651的相关器6511输出的相关值的相关累积处理的处理部。此处理部通过CPU、DSP等处理器来实现。相关累积时间确定部6533是确定相关累积处理部6531进行相关累积处理时的相关累积时间的处理部。相关累积时间确定部6533也可通过CPU、DSP等处理器来实现。相关累积时间确定部6533通过第二数据总线90从处理部10获取由多普勒误差确定部11确定的多普勒误差。并且，使用获取的多普勒误差来计算、确定相关累积时间，并输出至相关累积处理部6531。存储部655由ROM、闪存ROM、RAM等存储装置构成，存储部655用于存储基带处理电路部65的系统程序、用于实现相关累积处理功能、位置/速度计算功能等的各种程序、数据等。另外，存储部655具有暂时存储各种处理的处理中数据、处理结果等的工作区域。在存储部655中存储有例如位反转模式数据6551、卫星轨道数据6553、多普勒误差 6555。位反转模式数据6551是存储有接收信号的CA码的位反转模式的数据。可将位反转模式数据6551作为辅助数据从例如位置计算系统1的辅助服务器中获取。在将位置计算系统1适用于便携式电话机的情况下，也可将位反转模式数据6551作为辅助数据从便携式电话机的基站获取。通过使用位反转模式数据6551，从而可延长相关累积时间来进行相关累积处理。 调制GPS卫星信号的CA码每20毫秒根据导航信息进行BPSK调制。因此，在相关累积时间超过20毫秒的情况下，导航信息的极性反转导致CA码的值反转，改变相关值的符号，从而相关累积处理中存在相关值相抵的问题。然而，如果接收信号的位反转模式已知的话，则可能对齐(调整)相关值的符号后进行累积，从而能防止相关值的相抵。卫星轨道数据6553是历书、星历等数据，其中，历书存储了所有GPS卫星的概略卫星轨道信息，星历存储了各GPS卫星各自的详细卫星轨道信息。可通过解码从GPS卫星接收到的GPS卫星信号获取卫星轨道数据6553、或从便携式电话机的基站或辅助服务器中获取卫星轨道数据6553。多普勒误差6555是通过第二数据总线90从多普勒误差确定部11获取的多普勒误差。3.处理的流程3-1.多普勒误差确定部11的处理图6是示出处理部10的多普勒误差确定部11执行的多普勒误差确定处理的流程的流程图。首先，多普勒误差确定部11判断输出单元信息的单元(步骤Al)。并且，参考存储部12的输出类型判断用表125，判断与来自各单元的输出状态1251相对应的输出类型 1253(步骤 A3)。接下来，多普勒误差确定部11基于存储部12的单元数据121中存储的各单元信息的履历来判断位置计算系统1的移动状态1273(步骤A5)。例如，可以在各单元信息的速度变为相当于停止的速度(“0”或与其接近的值)的情况下判断为“停止”、满足等速速度条件(速度随时间变化小的状态持续指定时间以上)的情况下判断为“等速”、满足加减速条件(速度随时间急剧变化的情况)的情况下判断为“加速/减速”。此外，在根据各单元信息的履历的判断结果为互不相同的判断结果的情况下，与上述的加权平均权重模式1275相同，可以在作“停止”判断时重视速度/方位传感器70、80 的单元信息，在作“等速”判断时重视GPS单元60的单元信息，在作“加速/减速”判断时重视INS单元50的单元信息。并且，多普勒误差确定部11参考存储部12的加权平均权重模式数据127，选择与步骤A3中选择的输出类型1271和步骤A5中判断的移动状态1273对应的加权平均权重模式1275(步骤A7)。随后多普勒误差确定部11进行速度误差计算处理(步骤A9)。图7是示出速度误差计算处理的流程的流程图。首先，多普勒误差确定部11对在步骤Al中判断出的各单元分别执行循环A的处理(步骤Bl B19)。循环A的处理中，多普勒误差确定部11判断该单元的类别(步骤B3)， 在该单元是GPS单元60的情况下(步骤B3 ；GPQ，转移到对下一单元的处理。本实施方式中，由于GPS单元60输出ECEF坐标系中的速度以及速度误差，所以无需进行坐标转换。另一方面，在该单元为速度传感器单元70的情况下(步骤B3 ；速度传感器)，多普勒误差确定部11判断是否有来自方位传感器单元80的输出(步骤B5)，判断为有的情况下 (步骤B5 ；是)使用速度传感器单元70以及方位传感器单元80的检测结果，计算出ECEF 坐标系中的速度误差(步骤B7 B15)。图8是用于说明计算ECEF坐标系中的速度误差的原理的图。图8中，横轴表示以东方向为正的东西方向，纵轴表示以北方向为正的南北方向。装载有位置计算系统1的移动体的前进方向的速度由速度传感器单元70来检测，其前进方向的方位由方位传感器单元80来检测。因此，定义将由速度传感器单元70检测出的速度设为速度矢量的长度(大小)、将由方位传感器单元80检测出的检测方位设为速度矢量的方向的速度矢量。图8中速度矢量V就是这个。从速度传感器单元70输出的检测速度的误差是沿着此速度矢量V的朝向的方向的误差，从方位传感器单元80输出的检测方位的误差是此速度矢量V的方向(以图8的坐标原点为中心的中心角或相对于东西方向所成的角度)上的误差。因此，首先，以速度矢量V的终点为基准，计算出从速度传感器单元70输出的检测速度的误差的范围Ll (图7的步骤B7)。由于此范围Ll是装载有位置计算系统1的移动体的前后方向(移动前方/后方方向)的误差的范围，以下称为“前后方向的速度误差范围”。随后，以速度矢量V的朝向为基准，计算出相当于从方位传感器单元80输出的检测方位的误差的范围的速度矢量V的朝向的偏差幅度。将此偏差幅度作为从速度矢量V的终点开始与速度矢量V的朝向正交的方向的范围L2进行计算(图7的步骤B9)。由于此范围L2是装载有位置计算系统1的移动体的移动方向上的左右方向的误差的范围，所以以下称为“左右方向的速度误差范围”。接下来，计算出以前后方向的速度误差范围“Li”与左右方向的速度误差范围 “L2”中值较大一方的速度误差范围为对角线的正方形的速度误差区域S (图7的步骤Bll)。 图8中，由于Ll大于L2，所以可以计算出以Ll为对角成分的速度误差区域S。然后，将计算出的速度误差区域S的东西方向的长度作为速度误差的东西方向成分(E成分)进行计算， 将南北方向的长度作为速度误差的南北方向成分(N成分)进行计算(图7的步骤B13)。 此外，将速度误差的上下方向成分(U成分)例如设为固定值。通过以上的方式求出ENU坐标系中的速度误差。如果这样求得ENU坐标系中的速度误差，则进行坐标转换运算，并计算出ECEF坐标系中的速度误差(图7的步骤BK)。然后，转移至下一单元的处理。另一方面，在判断出传感器单元为INS单元50的情况下(步骤B5 ；INS)，多普勒误差确定部11进行坐标转换运算，并将INS单元50检测出的ENU坐标系中的速度误差转
13换为ECEF坐标系中的速度误差(步骤B17)。然后，多普勒误差确定部11转移至下一单元的处理。对所有的单元进行步骤B3 B17的处理后，多普勒误差确定部11结束循环A的处理(步骤B19)。之后，多普勒误差确定部11将对应各单元获取的ECEF坐标系中的速度误差作为速度/速度误差数据123存储在存储部12中(步骤B21)。然后，多普勒误差确定部11结束速度误差计算处理。回到图6的多普勒误差确定处理，进行速度误差计算处理后，多普勒误差确定部 11利用在步骤A9中计算出的速度误差，根据在步骤A7中选择的加权平均权重模式，通过计算(“INS单元50的速度误差” X α + "GPS单元60的速度误差” X β + “根据速度/方位传感器单元70、80求出的速度误差” X γ)来计算出平均速度误差(步骤All)。接下来，多普勒误差确定部11通过第二数据总线90从GPS单元60获取卫星信息， 同时从GPA 15获取综合终端信息(步骤Al； )。然后，多普勒误差确定部11利用获取的卫星信息以及综合终端信息，计算出从位置计算系统1到GPS卫星的视线方向(步骤A15)。具体地说，使用位置计算系统1的综合终端位置(Xu, Yu, Zu)和捕获对象卫星的卫星位置(&口1口2^，根据下式(1)来计算出观测矩阵“H”。观测矩阵是表示从位置计算系统1到GPS卫星的视线方向的矩阵。[数1]
权利要求
1.一种方法，所述方法利用第一单元和第二单元来计算位置，所述第一单元对接收卫星信号所得的接收信号进行相关处理来捕捉所述卫星信号，并计算位置和速度，所述第二单元至少能检测速度，所述方法的特征在于，包括计算判断速度，所述判断速度是利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果而判断出的速度；利用所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差来计算所述判断速度的误差；利用所述判断速度来确定在所述第一单元确定搜索所述卫星信号的频率时所使用的多普勒频率；利用所述判断速度的误差来确定所述第一单元进行所述相关处理时的相关累积时间；以及利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果来计算位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述判断速度的误差包括计算朝向发送所述卫星信号的定位用卫星的视线方向上的所述判断速度的误差。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述判断速度的误差包括对所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差进行加权平均。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进行所述加权平均包括根据移动状态改变所述加权平均的权重。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进行所述加权平均包括根据所述第一单元是否处于能计算位置的状态以及所述第二单元是否处于能检测的状态来改变所述加权平均的权重。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进行所述加权平均包括根据所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差的相对值来改变所述加权平均的权重。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一单元是每经过所述相关累积时间都合计相关累积值来进行所述相关处理，且以规定的时间间隔进行通过执行所述相关处理来计算位置的处理的单元，所述方法还包括根据所述规定的时间间隔和所述相关累积时间，调整单次所述相关处理中的所述相关累积值的合计的完成定时。
8.一种系统，其特征在于，包括第一单元，对接收卫星信号所得的接收信号进行相关处理来捕捉所述卫星信号，并计算位置和速度；第二单元，至少能检测速度；判断速度计算部，计算判断速度，所述判断速度是利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果而判断出的速度；误差计算部，利用所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差来计算所述判断速度的误差；多普勒频率确定部，利用所述判断速度来确定在所述第一单元确定搜索所述卫星信号的频率时所使用的多普勒频率；相关累积时间确定部，利用所述判断速度的误差来确定所述第一单元进行所述相关处理时的相关累积时间；以及位置计算部，利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果来计算位置。
全文摘要
本发明公开了用于计算位置的方法以及系统。所述方法利用第一单元和第二单元来计算位置，所述第一单元对接收卫星信号所得的接收信号进行相关处理来捕捉所述卫星信号，计算位置和速度，所述第二单元至少能检测速度，所述方法包括计算判断速度，所述判断速度是利用所述第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果而判断出的速度；利用所述第一单元的计算误差和所述第二单元的检测误差来计算所述判断速度的误差；利用所述判断速度来确定在所述第一单元确定搜索所述卫星信号的频率时所使用的多普勒频率；利用所述判断速度的误差来确定所述第一单元进行所述相关处理时的相关累积时间；利用第一单元的计算结果和所述第二单元的检测结果来计算位置。
文档编号G01S19/42GK102162732SQ20101059480
公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月18日
发明者水落俊一 申请人:精工爱普生株式会社