JP5251090B2

JP5251090B2 - 測位方法、プログラム及び測位装置

Info

Publication number: JP5251090B2
Application number: JP2007309995A
Authority: JP
Inventors: 俊一水落; 美幸村口; 浩一郎矢野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: US8339310B2; US20090140924A1; US20100280780A1; US7777673B2; JP2009133716A

Description

本発明は、測位方法、プログラム及び測位装置に関する。

人工衛星を利用した測位システムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が
広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された測位装置に利
用されている。ＧＰＳでは、自機の位置を示す３次元の座標値と、時計誤差との４つのパ
ラメータの値を、複数のＧＰＳ衛星の位置や各ＧＰＳ衛星から自機までの擬似距離等の情
報に基づいて求める測位演算を行うことで、自機の現在位置を測位する。

しかし、測位用衛星からの衛星信号を用いた測位では、いわゆるマルチパスによる影響
等、種々の誤差要因が存在しており、測位誤差の発生を回避することが困難であるため、
測位誤差を低減させるための様々な技術が考案されている。その一例として、特許文献１
には、カルマンフィルタを用いた測位処理に関する技術が開示されている。
特開２００１−３３７１５６号公報

測位処理としては、一般に、最小二乗法を用いた測位処理と、特許文献１に開示されて
いるようなカルマンフィルタを用いた測位処理とが広く知られている。しかし、この２種
類の測位処理を併用することはなく、何れか一方の処理のみを用いる場合が一般的であっ
た。そこで、この２種類の測位処理を適切に併用することで測位結果の精度向上を図るこ
とが本発明の第１の目的である。

以上の課題を解決するための第１の発明は、測位用信号に基づいて最小二乗法を用いた
第１の測位処理を行い、該測位結果を基礎値として前記測位用信号に基づいてカルマンフ
ィルタを用いた第２の測位処理を行う第１の測位モードと、前回行った前記第２の測位処
理の測位結果を基礎値として更に前記第２の測位処理を行う第２の測位モードとのうち、
今回の測位モードで実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度を判定することと、前
記精度判定結果に応じて、次回以降の測位モードを前記第１の測位モード又は前記第２の
測位モードに切り替えることと、を含む測位方法である。

また、第９の発明として、測位用信号に基づいて最小二乗法を用いた第１の測位処理を
行い、該測位結果を基礎値として前記測位用信号に基づいてカルマンフィルタを用いた第
２の測位処理を行う第１の測位モードと、前回行った前記第２の測位処理の測位結果を基
礎値として更に前記第２の測位処理を行う第２の測位モードとのうち、今回の測位モード
で実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度を判定する判定部と、前記判定部による
判定結果に応じて、次回以降の測位モードを前記第１の測位モード又は前記第２の測位モ
ードに切り替えるモード切替部と、を備え、前記モード切替部により切り替えられた測位
モードに従って測位処理を実行する測位装置を構成してもよい。

この第１の発明等によれば、第１の測位モードは、測位用信号に基づいて最小二乗法を
用いた第１の測位処理を行い、該測位結果を基礎値として測位用信号に基づいてカルマン
フィルタを用いた第２の測位処理を行うモードである。すなわち、第１の測位モードを実
行した場合には、先ず最小二乗法を用いた第１の測位処理が行われ、その後にカルマンフ
ィルタを用いた第２の測位処理が行われる。

一方、第２の測位モードは、前回行った第２の測位処理の測位結果を基礎値として更に
第２の測位処理を行うモードである。第１の測位モードと第２の測位モードとは、何れの
モードにおいてもカルマンフィルタを用いた第２の測位処理を行う。従い、第２の測位モ
ードは、前回の測位モードが第１の測位モードであれ、第２の測位モードであれ、何れの
場合においてもカルマンフィルタを用いた第２の測位処理を継続的に行うモードであると
言える。

今回の測位モードで実行した第２の測位処理の測位結果の精度が判定され、当該精度判
定結果に応じて、次回以降の測位モードが第１の測位モード又は第２の測位モードに切り
替えられる。第２の測位モードに切り替えられた場合には、カルマンフィルタを用いた第
２の測位処理が継続的に行われることとなり、第１の測位モードに切り替えられた場合に
は、カルマンフィルタを用いた第２の測位処理の継続は中断される。すなわち、最小二乗
法を用いた第１の測位処理が行われた後に、その測位結果を基礎値としてカルマンフィル
タを用いた第２の測位処理が行われる。

よって、カルマンフィルタを用いた第２の測位処理の測位結果の精度に応じて、当該第
２の測位処理を継続するか、一旦最小二乗法を用いた第１の測位処理を行うのかを適切に
切り替えることが可能となり、ひいては、測位結果の精度を向上させることが可能となる
。

また、第２の発明として、第１の発明の測位方法であって、前記切り替えることは、今
回の測位モードが前記第１の測位モードであり、且つ、前記精度判定結果が所定の精度良
好条件を満たす結果であった場合に、次回以降の測位モードを前記第２の測位モードに切
り替えることを含む測位方法を構成してもよい。

この第２の発明によれば、今回の測位モードが第１の測位モードである場合に、第２の
測位処理の測位結果の精度が良好であると判定された場合は、次回以降の測位モードを第
２の測位モードに切り替える。

また、第３の発明として、第１又は第２の発明の測位方法であって、直前に行った前記
第２の測位処理からの経過時間が所定の時間超過条件を満たしたか否かを判定することと
、今回の測位モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記所定の時間超過条件を満
たしたと判定された場合に、次回以降の測位モードを前記第１の測位モードに切り替える
ことと、を含む測位方法を構成してもよい。

この第３の発明によれば、今回の測位モードが第２の測位モードである場合に、直前に
行われた第２の測位処理から長時間が経過したと判定された場合は、次回以降の測位モー
ドを第１の測位モードに切り替える。

また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の測位方法であって、今回の測位
モードが前記第１の測位モードである場合、前記精度判定結果が所定の精度良好条件を満
たす結果であれば、当該第１の測位モードにおける前記第２の測位処理で求められた測位
位置を現在位置の候補位置とし、満たさない結果であれば、当該第１の測位モードにおけ
る前記第１の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とすることと、前記現
在位置の候補位置を用いて出力位置を決定して出力することと、を含む測位方法を構成し
てもよい。

この第４の発明によれば、今回の測位モードが第１の測位モードであり、第２の測位処
理の測位結果の精度が良好であると判定された場合は、当該第２の測位処理で求められた
測位位置が現在位置の候補位置とされる。また、第２の測位処理の測位結果の精度が良好
ではないと判定された場合は、第１の測位処理で求められた測位位置が現在位置の候補位
置とされる。このようにして決定した現在位置の候補位置を用いて出力位置を決定するこ
とで、信頼性の高い出力位置を提供することが可能となる。

また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の測位方法であって、今回の測位
モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記精度判定結果が所定の精度良好条件を
満たす結果である場合に、当該第２の測位モードにおける前記第２の測位処理で求められ
た測位位置を現在位置の候補位置とすることと、今回の測位モードが前記第２の測位モー
ドであり、且つ、前記精度判定結果が所定の精度良好条件を満たさない結果である場合に
、前記第１の測位処理を実行し、該第１の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候
補位置とすることと、前記現在位置の候補位置を用いて出力位置を決定して出力すること
と、を含む測位方法を構成してもよい。

この第５の発明によれば、今回の測位モードが第２の測位モードであり、第２の測位処
理の測位結果の精度が良好であると判定された場合は、当該第２の測位処理で求められた
測位位置が現在位置の候補位置とされる。また、第２の測位処理の測位結果の精度が良好
ではないと判定された場合は、第１の測位処理が実行されて、求められた測位位置が現在
位置の候補位置とされる。このようにして決定した現在位置の候補位置を用いて出力位置
を決定することで、信頼性の高い測位位置を提供することが可能となる。

また、第６の発明として、第１〜第４の何れかの発明の測位方法であって、今回の測位
モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記精度判定結果が所定の精度良好条件を
満たす結果である場合に、当該第２の測位モードにおける前記第２の測位処理で求められ
た測位位置を現在位置の候補位置とすることと、今回の測位モードが前記第２の測位モー
ドであり、且つ、前記精度判定結果が所定の精度良好条件を満たさない結果である場合に
、当該第２の測位モードにおける前記第２の測位処理で使用された測位用信号のうち、所
定の低精度要因条件を満たす測位用信号を除いた残余の測位用信号を用いて前記第１の測
位処理を実行し、該第１の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とするこ
とと、前記現在位置の候補位置を用いて出力位置を決定して出力することと、を含む測位
方法を構成してもよい。

この第６の発明によれば、今回の測位モードが第２の測位モードであり、第２の測位処
理の測位結果の精度が良好であると判定された場合は、第２の測位処理で求められた測位
位置が現在位置の候補位置とされる。また、第２の測位処理の測位結果の精度が良好では
ないと判定された場合は、当該第２の測位処理で使用された測位用信号のうち、精度を低
下させる要因となった測位用信号が除外されて、残余の測位用信号を用いて第１の測位処
理が実行される。これにより、第２の測位処理の測位結果の精度が良好でない場合であっ
ても、より確からしい現在位置の候補位置を求めることができる。

また、第７の発明として、第４〜第６の何れかの発明の測位方法であって、前記現在位
置の候補位置が前記第１の測位処理及び第２の測位処理のうちの何れの測位処理で求めら
れた測位位置であるかに応じて予め定められたフィルター処理を行うことで前記候補位置
を補正して前記出力位置を決定することを含む測位方法を構成してもよい。

この第７の発明によれば、現在位置の候補位置の種類に応じたフィルター処理を実行す
ることで、当該候補位置の補正を適切に行うことができ、その結果、より信頼性の高い出
力位置を提供することが可能となる。

また、第８の発明として、第１〜第７の何れかの発明の測位方法を、測位装置に内蔵さ
れたコンピュータに実行させるためのプログラムを構成してもよい。

以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態の一例を説明する。尚、以下では、測
位装置を備えた電子機器として携帯型電話機を例に挙げ、測位システムとしてＧＰＳを用
いた場合について説明するが、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるわけでは
ない。

１．原理
携帯型電話機１は、測位用衛星であるＧＰＳ衛星から発信（送出）されている測位用信
号としてのＧＰＳ衛星信号を受信し、受信したＧＰＳ衛星信号に重畳されているＧＰＳ衛
星の軌道情報（エフェメリスデータやアルマナックデータ）等の航法メッセージに基づい
て、ＧＰＳ衛星の位置、移動方向、速度等の衛星情報を算出する。ＧＰＳ衛星信号は、Ｃ
／Ａ（Coarse and Acquisition）コードと呼ばれるスペクトラム拡散変調された信号であ
り、１．５７５４２［ＧＨｚ］を搬送波周波数とするＬ１帯の搬送波に重畳されている。

尚、ＧＰＳ衛星は、６つの周回軌道面それぞれに４機ずつ配置され、原則、地球上のど
こからでも常時４機以上の衛星が幾何学的配置のもとで観測できるように運用されている
。以下では、捕捉したＧＰＳ衛星信号を発信したＧＰＳ衛星を、他のＧＰＳ衛星と区別す
るために「捕捉衛星」と称する。

また、携帯型電話機１は、内蔵している水晶時計により特定されるＧＰＳ衛星信号の受
信時刻と、当該受信したＧＰＳ衛星信号のＧＰＳ衛星からの送信時刻との差に基づいて、
捕捉衛星から自機までの電波伝搬時間を計算する。そして、計算した電波伝搬時間に光速
度を乗算することで、捕捉衛星から自機までの距離（疑似距離）を計算する。

携帯型電話機１は、自機の位置を示す３次元の座標値と、時計誤差との４つのパラメー
タの値を、複数の捕捉衛星の衛星情報や各捕捉衛星から自機までの距離（擬似距離）等の
情報に基づいて算出する測位演算を行うことで、自機の現在位置を測位する。

本実施形態では、捕捉したＧＰＳ衛星信号に基づいて最小二乗法を用いた第１の測位処
理（以下、「ＬＳ測位処理」と称す。）を行い、該測位結果を基礎値として当該ＧＰＳ衛
星信号に基づいてカルマンフィルタを用いた第２の測位処理（以下「ＫＦ測位処理」と称
す。）を行う第１の測位モードと、前回行ったＫＦ測位処理の測位結果を基礎値として更
にＫＦ測位処理を行う第２の測位モードとの２種類の測位モードが予め定められている。

そして、携帯型電話機１は、今回の測位モードで実行したＫＦ測位処理の測位結果の精
度を判定し、当該精度判定結果に応じて、次回以降の測位モードを第１の測位モード又は
第２の測位モードに切り替える処理を行う。この測位モードの切り替えに係る処理は、本
実施形態における最も特徴的な処理の１つであるため、詳細に後述する。また、ＬＳ測位
処理は周知の処理であるため説明を省略し、ここでは本実施形態におけるＫＦ測位処理に
ついて詳細に説明する。

カルマンフィルタは、誤差を含む観測値を利用して、時々刻々と変化する状態量を推定
する確率理論に基づく推定方法である。本実施形態では、携帯型電話機１の状態を状態ベ
クトル「Ｘ」で表し、状態ベクトル「Ｘ」と真値との誤差の共分散を誤差共分散行列「Ｐ
」で表す。

状態ベクトル「Ｘ」は、携帯型電話機１の３次元の位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、クロ
ックバイアス（ｂ）、３次元の速度ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ）及びクロックドリフト（ｄ）
を成分とする８次元のベクトルである。また、誤差共分散行列「Ｐ」は、状態ベクトル「
Ｘ」の各成分の誤差の共分散を示す８×８の行列である。

ＫＦ測位処理では、状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」の予測処理（Predic
tion）及び補正処理（Correction）を行う。以下説明においては、この計算処理上の時間
経過（計算処理上の所定時間間隔）を表す単位を「１時刻」と称し、時刻１つ１つを進め
ながら、各時刻毎に携帯型電話機１の現在位置を測位する。

図１は、本実施形態におけるＫＦ測位処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、携帯型電話機１の速度を予測する速度予測処理を行う（ステップＡ１）。具体的
には、式（１）及び式（２）に従って、現在の状態ベクトル「Ｘ」及び誤差共分散行列「
Ｐ」の予測値を算出する。

ここで、各式における下付きの添え字「ｔ」は時刻を示しており、上付きの添え字「−
」は予測値、「＋」は補正値、「Ｔ」は転置行列をそれぞれ示している。また、「φ」は
、状態遷移行列と呼ばれる８×８の行列であり、「Ｑ」は、プロセスノイズと呼ばれる８
×８の行列である。状態遷移行列「φ」及びプロセスノイズ「Ｑ」の行と列の並びは、状
態ベクトル「Ｘ」の８次元の成分（ｘ，ｙ，ｚ，ｂ，ｕ，ｖ，ｗ，ｄ）にそれぞれ対応し
ている。

本実施形態では、次式（３）で表される状態遷移行列「φ」を用いて計算を行う。

但し、「ｄｔ」は、前回のＫＦ測位処理時の時刻と現在（今回）の時刻との時刻差であ
る。

式（１）からわかるように、速度予測処理では、１時刻前の状態ベクトル「Ｘ」の補正
値を現在の状態ベクトル「Ｘ」の予測値とする。すなわち、携帯型電話機１の現在の速度
が、１時刻前に求められた速度と同一であると予測する。速度予測処理を行った後、予測
速度を補正する速度補正処理を行う（ステップＡ３）。

図２は、速度補正処理の流れを示すフローチャートである。
速度補正処理では、各捕捉衛星について、ループＡの処理を繰り返し実行する（ステッ
プＢ１〜Ｂ１９）。ループＡでは、先ず当該捕捉衛星の位置、移動方向及び速度の情報（
衛星情報）と、状態ベクトル「Ｘ」の予測値から得られる携帯型電話機１の位置、移動方
向及び速度の情報（以下、包括的に「自機情報」と称す。）とに基づいて、携帯型電話機
１から当該捕捉衛星への視線方向を示す視線方向行列「Ｈ」を算出する（ステップＢ３）
。

次いで、当該捕捉衛星からのＧＰＳ衛星信号を受信した受信周波数を取得して、受信周
波数に関する実測値（以下、受信したＧＰＳ衛星信号に関する実測値のことを「メジャメ
ント実測値」と称す。）とする（ステップＢ５）。ＧＰＳ衛星信号の周波数は、１．５７
５４２［ＧＨｚ］に規定されているが、ＧＰＳ衛星と携帯型電話機１との相対的な移動方
向・移動速度の変化に応じて携帯型電話機１での受信周波数が変化する。この周波数偏移
がいわゆるドップラー周波数であり、受信周波数はドップラー周波数による偏移後の周波
数である。

また、当該捕捉衛星の衛星情報と自機情報とに基づいて、当該ＧＰＳ衛星信号の受信周
波数を予測して、受信周波数に関する予測値（以下、メジャメント実測値を予測した値の
ことを「メジャメント予測値」と称す。）とする（ステップＢ７）。そして、受信周波数
に関して、ステップＢ５で取得したメジャメント実測値と、ステップＢ７で算出したメジ
ャメント予測値との差を算出して、当該捕捉衛星の観測値「Ｚ」とする（ステップＢ９）
。

ＧＰＳ衛星信号の受信周波数の実測値と予測値との差をカルマンフィルタの入力値とす
ることで、状態ベクトル「Ｘ」の３次元の速度ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ）及びクロックドリ
フト（ｄ）の変化量を求めることができる。尚、この場合、状態ベクトル「Ｘ」の３次元
の位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）及びクロックバイアス（ｂ）の変化量は「０」である。

その後、ステップＢ９で算出した観測値「Ｚ」の測定誤差を示す行列である測定誤差行
列「Ｒ」を設定する（ステップＢ１１）。そして、速度予測処理で算出された誤差共分散
行列「Ｐ」の予測値と、視線方向行列「Ｈ」と、測定誤差行列「Ｒ」とを用いて、次式（
４）に従ってカルマンゲイン「Ｋ」を算出する（ステップＢ１３）。

そして、カルマンゲイン「Ｋ」と、観測値「Ｚ」と、視線方向行列「Ｈ」とを用いて、
次式（５）に従って状態ベクトルの差分「ΔＸ」を算出する（ステップＢ１５）。

また、カルマンゲイン「Ｋ」と、視線方向行列「Ｈ」と、誤差共分散行列「Ｐ」の予測
値とを用いて、次式（６）に従って誤差共分散行列「Ｐ」を補正する（ステップＢ１７）
。

但し、「Ｉ」は単位行列である。

ステップＢ３〜Ｂ１７の処理を全捕捉衛星について順次行い、状態ベクトルの差分「Δ
Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」を更新していく。そして、次式（７）に従って、速度予測
処理で算出された状態ベクトル「Ｘ」の予測値に、状態ベクトルの差分「ΔＸ」を加算し
て状態ベクトル「Ｘ」を補正することで、携帯型電話機１の速度を決定する（ステップＢ
２１）。

ステップＢ２１で得られた状態ベクトル「Ｘ」は、３次元の速度ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ
）及びクロックドリフト（ｄ）が、それぞれ予測値から補正されたものとなっている。こ
れは、上述したように、ＧＰＳ衛星信号の受信周波数に関するメジャメント実測値とメジ
ャメント予測値との差を観測値「Ｚ」として、状態ベクトルの差分「ΔＸ」を算出したこ
とによるものである。補正後の状態ベクトル「Ｘ」の３次元の速度ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ
）から算出される速度が、現在の時刻の携帯型電話機１の速度となる。

図１のＫＦ測位処理に戻って、速度補正処理を行った後、携帯型電話機１の位置を予測
する位置予測処理を行う（ステップＡ５）。具体的には、次式（８）に従って、速度補正
処理で得られた状態ベクトル「Ｘ」の補正値に状態遷移行列「φ」を乗算することで、状
態ベクトル「Ｘ」の予測値を算出する。

式（３）からわかるように、状態遷移行列「φ」のうち、３次元の速度ベクトル（ｕ，
ｖ，ｗ）に対応する３×３の行列部分の対角成分は、前回の時刻と現在の時刻との時刻差
「ｄｔ」となっている。従って、状態ベクトル「Ｘ」の補正値に状態遷移行列「φ」を乗
算した場合、その位置成分に着目すると、１時刻前の測位位置に予測移動距離が加算され
ることになり、携帯型電話機１の現在の予測位置が算出される。位置予測処理を行った後
、予測位置を補正する位置補正処理を行う（ステップＡ７）。

図３は、位置補正処理の流れを示すフローチャートである。
位置補正処理の流れは速度補正処理の流れとほぼ同一であるため、異なる部分を中心に
説明する。位置補正処理では、当該捕捉衛星から受信したＧＰＳ衛星信号のコード位相を
取得してコード位相に関するメジャメント実測値とし（ステップＣ５）、当該ＧＰＳ衛星
信号のコード位相を予測してコード位相に関するメジャメント予測値とする（ステップＣ
７）。そして、このコード位相に関するメジャメント実測値とメジャメント予測値との差
を算出して、カルマンフィルタの入力値である観測値「Ｚ」とする（ステップＣ９）。

ここで、コード位相とは、ＧＰＳ衛星信号に変調されているＣ／Ａコードの位相のこと
であり、当該ＧＰＳ衛星と携帯型電話機１間の距離を示す距離相当値である。観念的には
、ＧＰＳ衛星と携帯型電話機１との間には、Ｃ／Ａコードが連続的に並んでいると考える
ことができるが、ＧＰＳ衛星から携帯型電話機１までの距離がＣ／Ａコードの長さの整数
倍になるとは限らない。この場合、Ｃ／Ａコードの長さの整数倍に端数部分を加えた長さ
がＧＰＳ衛星と携帯型電話機１間の距離になるが、この端数部分に相当する位相がコード
位相である。

尚、コード位相は距離に換算して表すことも可能であるため、コード位相に関するメジ
ャメント実測値とメジャメント予測値との差を観測値「Ｚ」として位置補正処理を行うこ
とは、捕捉衛星と携帯型電話機１間の距離（Ｃ／Ａコードの長さの整数倍に端数部分を加
えた長さ）の実測値と予測値との差を観測値「Ｚ」として位置補正処理を行うことと等価
である。このため、コード位相は、捕捉衛星と携帯型電話機１間の距離に相当する値とい
える。

ＧＰＳ衛星信号のコード位相に関するメジャメント実測値とメジャメント予測値との差
をカルマンフィルタの入力値とすることで、状態ベクトル「Ｘ」の３次元の位置ベクトル
（ｘ，ｙ，ｚ）及びクロックバイアス（ｂ）の変化量を求めることができる。尚、この場
合、３次元の速度ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ）及びクロックドリフト（ｄ）の変化量は「０」
である。

ステップＣ３〜Ｃ１７の処理を全捕捉衛星について順次行い、状態ベクトルの差分「Δ
Ｘ」及び誤差共分散行列「Ｐ」を更新していく。そして、式（７）に従って、位置予測処
理で算出された状態ベクトル「Ｘ」の予測値に、状態ベクトルの差分「ΔＸ」を加算して
状態ベクトル「Ｘ」を補正することで、携帯型電話機１の測位位置を決定する（ステップ
Ｃ２１）。

ステップＣ２１で得られた状態ベクトル「Ｘ」は、３次元の位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ
）及びクロックバイアス（ｂ）が、それぞれ予測値から補正されたものとなっている。こ
れは、上述したように、ＧＰＳ衛星信号のコード位相の実測値と予測値との差を観測値「
Ｚ」として、状態ベクトルの差分「ΔＸ」を算出したことによるものである。補正後の状
態ベクトル「Ｘ」の３次元の位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）で表される位置が、最終的に求
めた現在の時刻における測位位置となる。

２．機能構成
図４は、携帯型電話機１の機能構成を示すブロック図である。携帯型電話機１は、ＧＰ
Ｓアンテナ１０と、ＧＰＳ受信部２０と、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal
Oscillator）４０と、ホストＣＰＵ（Central Processing Unit）５０と、操作部６０と
、表示部７０と、携帯電話用アンテナ８０と、携帯電話用無線通信回路部９０と、ＲＯＭ
（Read Only Memory）１００と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１０とを備えて構成
される。

ＧＰＳアンテナ１０は、ＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号
を受信するアンテナであり、受信した信号をＧＰＳ受信部２０に出力する。

ＧＰＳ受信部２０は、ＧＰＳアンテナ１０から出力された信号に基づいて携帯型電話機
１の現在位置を測位する測位部であり、いわゆるＧＰＳ受信機に相当する機能ブロックで
ある。ＧＰＳ受信部２０は、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部２１と、ベースバンド
処理回路部３０とを備えて構成される。尚、ＲＦ受信回路部２１と、ベースバンド処理回
路部３０とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも
、１チップとして製造することも可能である。

ＲＦ受信回路部２１は、高周波信号（ＲＦ信号）の回路ブロックであり、ＴＣＸＯ４０
により生成された発振信号を分周或いは逓倍することで、ＲＦ信号乗算用の発振信号を生
成する。そして、生成した発振信号を、ＧＰＳアンテナ１０から出力されたＲＦ信号に乗
算することで、ＲＦ信号を中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）
信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジ
タル信号に変換して、ベースバンド処理回路部３０に出力する。

ベースバンド処理回路部３０は、ＲＦ受信回路部２１から出力されたＩＦ信号に対して
相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや
時刻情報等を取り出して測位演算を行う回路部である。ベースバンド処理回路部３０は、
演算制御部３１と、ＲＯＭ３５と、ＲＡＭ３７とを備えて構成される。また、演算制御部
３１は、メジャメント取得演算部３２と、測位演算部３３とを備えて構成される。

尚、メジャメント取得演算部３２と、測位演算部３３とは、それぞれ別のＬＳＩとして
製造することも、１チップとして製造することも可能である。また、本実施形態において
は現在位置の測位演算そのものは測位演算部３３で実行することとして説明するが、測位
演算部３３で実行する処理の一部又は全部をホストＣＰＵ５０で実行することとしてもよ
いのは勿論である。

メジャメント取得演算部３２は、ＲＦ受信回路部２１から出力された受信信号（ＩＦ信
号）から、ＧＰＳ衛星信号の捕捉・追尾を行う回路部であり、相関演算部３２１を備えて
構成されている。メジャメント取得演算部３２は、捕捉・追尾したＧＰＳ衛星信号の受信
周波数やコード位相等の情報を取得し、メジャメント実測値として測位演算部３３に出力
する。

相関演算部３２１は、受信信号に含まれるＣ／Ａコードとレプリカコードとの相関を、
例えばＦＦＴ演算を用いて算出するコヒーレント処理（相関処理）を行い、このコヒーレ
ント処理の結果である相関値を所定秒数分（例えば「１秒分」）積算して積算相関値を算
出するインコヒーレント処理（相関値積算処理）を行うことで、ＧＰＳ衛星信号を捕捉す
る。レプリカコードとは、擬似的に発生させた捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号に含まれ
るＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードの一種であるＣ／Ａコードを模擬した信号であ
る。Ｃ／Ａコードは、１０２３チップで構成されている。

捕捉しようとするＧＰＳ衛星信号が間違いなければ、そのＧＰＳ衛星信号に含まれるＣ
／Ａコードとレプリカコードとは一致し（捕捉成功）、間違っていれば一致しない（捕捉
失敗）。そのため、算出された積算相関値のピークを判定することによってＧＰＳ衛星信
号の捕捉が成功したか否かを判定でき、レプリカコードを次々に変更して、同じ受信信号
との相関演算を行うことで、ＧＰＳ衛星信号を捕捉することが可能となる。

また、相関演算部３２１は、上述したコヒーレント処理を、レプリカコードの発生信号
の周波数、及び、Ｃ／Ａコードとレプリカコードとを相関演算する際の位相を変更しつつ
行っている。レプリカコードの発生信号の周波数と受信信号の周波数とが一致し、且つ、
Ｃ／Ａコードとレプリカコードとの位相が一致した場合に、積算相関値が最大となる。

より具体的には、捕捉対象のＧＰＳ衛星信号に応じた所定の周波数及びコード位相の範
囲をサーチ範囲として設定する。そして、このサーチ範囲内で、Ｃ／Ａコードの開始位置
（コード位相）を検出するための位相方向の相関演算と、周波数を検出するための周波数
方向の相関演算とを行う。サーチ範囲は、周波数についてはＧＰＳ衛星信号の搬送波周波
数である１．５７５４２［ＧＨｚ］を中心とする所定の周波数掃引範囲、コード位相につ
いてはＣ／Ａコードのチップ長である１０２３チップのコード位相範囲内に定められる。

測位演算部３３は、メジャメント取得演算部３２から入力したメジャメント実測値に基
づいて携帯型電話機１の現在位置を測位する測位演算を行う回路部である。特に、本実施
形態では、測位演算部３３は、第１の測位モードと第２の測位モードとの２種類の測位モ
ードを相互に切り替えながら、携帯型電話機１の現在位置を測位する。

図５は、ＲＯＭ３５に格納されたデータの一例を示す図である。ＲＯＭ３５には、測位
演算部３３により読み出され、ベースバンド処理（図９参照）として実行されるベースバ
ンド処理プログラム３５１が記憶されている。また、ベースバンド処理プログラム３５１
には、ＧＰＳ測位処理（図１０及び図１１参照）として実行されるＧＰＳ測位プログラム
３５１１と、ＬＳ測位処理として実行されるＬＳ測位プログラム３５１３と、ＫＦ測位処
理（図１〜図３参照）として実行されるＫＦ測位プログラム３５１５とがサブルーチンと
して含まれている。

ベースバンド処理とは、測位演算部３３が、ＧＰＳ測位処理を行って出力位置を決定し
、当該出力位置をホストＣＰＵ５０に出力する処理である。ベースバンド処理については
、フローチャートを用いて詳細に後述する。

ＧＰＳ測位処理とは、測位演算部３３が、第１の測位モードと第２の測位モードとの２
種類の測位モードを相互に切り替えながら測位処理を行って出力候補位置を決定するとと
もに、フィルター処理の一種であるＰＶフィルター処理を行って当該出力候補位置を補正
することで、出力位置を決定する処理である。ＧＰＳ測位処理についても、フローチャー
トを用いて詳細に後述する。

ＬＳ測位処理とは、測位演算部３３が、複数の捕捉衛星について最小二乗法を用いた測
位演算を行うことで、携帯型電話機１の現在位置を測位する処理である。ＬＳ測位処理に
ついては公知の処理内容であるため、詳細な説明を省略する。

ＫＦ測位処理とは、測位演算部３３が、複数の捕捉衛星についてカルマンフィルタを用
いた測位演算を行うことで、携帯型電話機１の現在位置を測位する処理である。ＫＦ測位
処理については、図１〜図３を参照して説明した通りである。

図６は、ＲＡＭ３７に格納されるデータの一例を示す図である。ＲＡＭ３７には、ＫＦ
パラメータデータ３７１と、捕捉衛星別メジャメントデータ３７３と、測位モード設定デ
ータ３７５と、計測履歴データ３７７と、前回ＫＦ測位時刻データ３７９とが記憶される
。

ＫＦパラメータデータ３７１は、ＫＦ測位処理において用いられるカルマンフィルタの
各種パラメータ（以下、「ＫＦパラメータ」と称す。）の値が記憶されたデータであり、
ＫＦ測位処理において測位演算部３３により更新される。

図７は、捕捉衛星別メジャメントデータ３７３のデータ構成例を示す図である。捕捉衛
星別メジャメントデータ３７３には、捕捉衛星３７３１と、メジャメント実測値３７３３
と、メジャメント予測値３７３５とが対応付けて記憶される。捕捉衛星３７３１には、当
該捕捉衛星の番号が記憶され、メジャメント実測値３７３３及びメジャメント予測値３７
３５には、当該捕捉衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の受信周波数やコード位相の実測値
及び予測値がそれぞれ記憶される。

例えば、捕捉衛星「Ｓ１」についてのメジャメント実測値は、受信周波数が「ＳＦｒｅ
ｑ１」、コード位相が「ＳＣＰ１」であり、メジャメント予測値は、受信周波数が「ＥＦ
ｒｅｑ１」、コード位相が「ＥＣＰ１」である。ＫＦ測位処理では、測位演算部３３は、
メジャメント実測値とメジャメント予測値との差を観測値「Ｚ」として、速度補正処理及
び位置補正処理を行う。

測位モード設定データ３７５は、ＧＰＳ測位処理において測位演算部３３により次の時
刻の測位モードとして設定された測位モードについてのデータであり、第１の測位モード
及び第２の測位モードの何れかが記憶される。

図８は、計測履歴データ３７７のデータ構成例を示す図である。計測履歴データ３７７
には、各時刻３７７１毎に、測位モード３７７２と、推定誤差３７７３と、速度ベクトル
３７７４と、ＬＳ測位位置３７７５と、ＫＦ測位位置３７７６と、推測航法演算位置３７
７７と、出力候補位置３７７８と、出力位置３７７９とが対応付けて記憶される。

測位モード３７７２は、当該時刻において設定されていた測位モードである。また、推
定誤差３７７３は、ＫＦ測位位置３７７６に含まれることが推定される誤差の値であり、
次式（９）に従って算出される。

但し、「σ」は推定誤差、「Ｐ_xx」、「Ｐ_yy」及び「Ｐ_zz」は、８×８の誤差共分散行
列「Ｐ」のｘｘ成分、ｙｙ成分及びｚｚ成分をそれぞれ示している。

速度ベクトル３７７４には、ＫＦ測位処理が行われた場合には、速度補正処理で求めら
れた３次元の速度ベクトルが記憶され、ＫＦ測位処理が行われなかった場合には、ＬＳ測
位処理において捕捉衛星から受信したＧＰＳ衛星信号のドップラー周波数の変化に基づい
て計測された３次元の速度ベクトルが記憶される。速度ベクトル３７７４は、例えば地球
基準座標系における３次元の単位ベクトルで表される。

ＬＳ測位位置３７７５は、ＬＳ測位処理で求められた測位位置である。ＫＦ測位位置３
７７６は、ＫＦ測位処理で求められた測位位置である。また、推測航法演算位置３７７７
は、１時刻前の出力位置３７７９と現在の時刻の速度ベクトル３７７４とを用いた推測航
法演算処理により求められた位置である。

出力候補位置３７７８は、現在位置の候補位置として求められた位置であり、第１の測
位モードではＬＳ測位位置、第２の測位モードではＬＳ測位位置又はＫＦ測位位置とされ
る。また、出力位置３７７９は、ホストＣＰＵ５０に出力する位置として求められた位置
であり、ＰＶフィルター処理により出力候補位置３７７８を補正することで決定される。
ＬＳ測位位置３７７５〜出力位置３７７９は、例えば地球基準座標系における３次元の位
置座標で表される。

例えば、時刻「ｔ１」における測位モードは「第２の測位モード」であり、推定誤差は
「σ１」、速度ベクトルは「（ＶＸ１，ＶＹ１，ＶＺ１）」である。また、ＬＳ測位位置
は「−（無し）」、ＫＦ測位位置は「（ＸＫ１，ＹＫ１，ＺＫ１）」、推測航法演算位置
は「（ＸＥ１，ＹＥ１，ＺＥ１）」である。そして、出力候補位置はＫＦ測位位置の「（
ＸＫ１，ＹＫ１，ＺＫ１）」であり、出力位置は「（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）」である。計測
履歴データ３７７は、ＧＰＳ測位処理において、原則として１秒毎に測位演算部３３によ
り更新される。

前回ＫＦ測位時刻データ３７９は、ＫＦ測位処理が最後に行われた時刻（以下、「前回
ＫＦ測位時刻」と称す。）が記憶されたデータであり、ＧＰＳ測位処理においてＫＦ測位
処理が行われる毎に測位演算部３３により更新される。尚、以下の説明では、前回ＫＦ測
位時刻において求められたＫＦ測位位置のことを、「前回ＫＦ測位位置」と称する。

ＴＣＸＯ４０は、所定の発振周波数で発振信号を生成する温度補償型水晶発振器であり
、生成した発振信号をＲＦ受信回路部２１及びベースバンド処理回路部３０に出力する。

ホストＣＰＵ５０は、ＲＯＭ１００に記憶されているシステムプログラム等の各種プロ
グラムに従って携帯型電話機１の各部を統括的に制御するプロセッサである。ホストＣＰ
Ｕ５０は、測位演算部３３から入力した出力位置をプロットしたナビゲーション画面を、
表示部７０に表示させる。

操作部６０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等により構成される入力装置であ
り、押下されたキーやボタンの信号をホストＣＰＵ５０に出力する。この操作部６０の操
作により、通話要求やメールの送受信要求等の各種指示入力がなされる。

表示部７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、ホストＣＰＵ５
０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部７０には、
ナビゲーション画面や時刻情報等が表示される。

携帯電話用アンテナ８０は、携帯型電話機１の通信サービス事業者が設置した無線基地
局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。

携帯電話用無線通信回路部９０は、ＲＦ変換回路、ベースバンド処理回路等によって構
成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで
、通話やメールの送受信等を実現する。

ＲＯＭ１００は、ホストＣＰＵ５０が携帯型電話機１を制御するためのシステムプログ
ラムや、ナビゲーション機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している
。

ＲＡＭ１１０は、ホストＣＰＵ５０により実行されるシステムプログラム、各種処理プ
ログラム、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを形
成している。

３．処理の流れ
図９は、測位演算部３３によりＲＯＭ３５に記憶されているベースバンド処理プログラ
ム３５１が読み出されて実行されることで、携帯型電話機１において実行されるベースバ
ンド処理の流れを示すフローチャートである。ベースバンド処理は、ＲＦ受信回路部２１
によるＧＰＳ衛星信号の受信と併せて、測位演算部３３が、操作部６０に測位開始指示の
操作がなされたことを検出した場合に実行を開始する処理であり、各種アプリケーション
の実行といった各種の処理と並行して行われる処理である。

尚、携帯型電話機１の電源のＯＮ／ＯＦＦとＧＰＳの起動／停止とを連動させ、携帯型
電話機１の電源投入操作を検出した場合に処理の実行を開始させることにしてもよい。原
則として、測位演算は「１秒」毎に行われるものとする。また、特に説明しないが、以下
のベースバンド処理の実行中は、ＧＰＳアンテナ１０によるＲＦ信号の受信や、ＲＦ受信
回路部２１によるＩＦ信号へのダウンコンバート、メジャメント取得演算部３２によるメ
ジャメント実測値の取得・算出等が随時行われている状態にあるものとする。

先ず、測位演算部３３は、初期設定を行う（ステップＳ１）。具体的には、ＫＦパラメ
ータを初期化し、ＲＡＭ３７のＫＦパラメータデータ３７１に記憶させる。また、測位モ
ード設定を第１の測位モードとし、ＲＡＭ３７の測位モード設定データ３７５に記憶させ
る。次いで、測位演算部３３は、ＲＯＭ３５に記憶されているＧＰＳ測位プログラム３５
１１を読み出して実行することで、ＧＰＳ測位処理を行う（ステップＳ３）。

図１０及び図１１は、ＧＰＳ測位処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、測位演算部３３は、ＲＡＭ３７の測位モード設定データ３７５を参照し、現在設
定されている測位モードを判定する（ステップＴ１）。そして、第１の測位モードである
と判定した場合は（ステップＴ１；第１の測位モード）、ＲＯＭ３５に記憶されているＬ
Ｓ測位プログラム３５１３を読み出して実行することでＬＳ測位処理を行う（ステップＴ
３）。

具体的には、ＲＡＭ３７の捕捉衛星別メジャメントデータ３７３を参照し、複数の捕捉
衛星についてのコード位相に関するメジャメント実測値３７３３に基づいて、最小二乗法
を用いた測位演算を行ってＬＳ測位位置３７７５を求める。また、受信周波数に関するメ
ジャメント実測値３７３３に基づいて速度ベクトル３７７４を求める。そして、求めたＬ
Ｓ測位位置３７７５及び速度ベクトル３７７４を、ＲＡＭ３７の計測履歴データ３７７に
記憶させる。

次いで、測位演算部３３は、測位に成功したか否かを判定し（ステップＴ５）、失敗し
たと判定した場合は（ステップＴ５；Ｎｏ）、出力位置を不定として（ステップＴ７）、
ＧＰＳ測位処理を終了する。例えば、捕捉衛星数（メジャメント実測値の数）が測位可能
衛星数に満たなかった場合には、測位失敗となる。測位可能衛星数は、例えば現在位置の
緯度・経度・高度を求める３次元測位では「４個」、緯度・経度を求める２次元測位では
「３個」である。

一方、測位に成功したと判定した場合は（ステップＴ５；Ｙｅｓ）、測位演算部３３は
、ＫＦパラメータの初期化直後であるか否かを判定し（ステップＴ８）、初期化直後では
ないと判定した場合は（ステップＴ８；Ｎｏ）、ＫＦ測位間隔不適条件が成立したか否か
を判定する（ステップＴ９）。具体的には、ＲＡＭ３７の計測履歴データ３７７及び前回
ＫＦ測位時刻データ３７９を参照し、（ａ）前回ＫＦ測位時刻から「６０秒以上」が経過
している、（ｂ）前回ＫＦ測位時刻から「５秒以上」が経過しており、且つ、前回ＫＦ測
位位置からの移動距離が「５０ｍ以上」である、の何れかの条件が成立した場合に、ＫＦ
測位間隔不適条件が成立したものと判定する。

初回の測位では、ＫＦ測位処理がまだ１回も行われておらず、前回ＫＦ測位時刻及び前
回ＫＦ測位位置が存在しないため、上記（ａ）及び（ｂ）の条件を判定することができな
い。そこで、前回のＫＦ測位情報が存在する場合、すなわちＫＦパラメータの初期化直後
ではない場合に限り（ステップＴ８；Ｎｏ）、ＫＦ測位間隔不適条件の成否を判定するこ
とにしている（ステップＴ９）。

そして、ＫＦ測位間隔不適条件が成立したと判定した場合は（ステップＴ９；Ｙｅｓ）
、測位演算部３３は、ＲＡＭ３７のＫＦパラメータデータ３７１に記憶されているＫＦパ
ラメータを初期化した後（ステップＴ１０）、ステップＴ１９へと処理を移行する。また
、ＫＦ測位間隔不適条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＴ９；Ｎｏ）、ス
テップＴ１３へと処理を移行する。

一方、ステップＴ８においてＫＦパラメータの初期化直後であると判定した場合は（ス
テップＴ８；Ｙｅｓ）、測位演算部３３は、ＫＦ初期設定を行う（ステップＴ１１）。具
体的には、ステップＴ３のＬＳ測位処理で求めたＬＳ測位位置３７７５及び速度ベクトル
３７７４を、状態ベクトル「Ｘ」の位置成分及び速度成分にそれぞれ設定して基礎値とす
る。また、状態ベクトル「Ｘ」の他の成分に所定値を設定するとともに、誤差共分散行列
「Ｐ」の各成分に所定値を設定して、ＲＡＭ３７のＫＦパラメータデータ３７１に記憶さ
せる。

そして、測位演算部３３は、ＲＯＭ３５に記憶されているＫＦ測位プログラム３５１５
を読み出して実行することで、ＫＦ測位処理を行う（ステップＴ１３）。そして、求めた
ＫＦ測位位置３７７６及び速度ベクトル３７７４をＲＡＭ３７の計測履歴データ３７７に
記憶させるとともに、現在の時刻を前回ＫＦ測位時刻データ３７９に記憶させる。

次いで、測位演算部３３は、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立したか否かを判定する（
ステップＴ１５）。具体的には、ＲＡＭ３７の捕捉衛星別メジャメントデータ３７３及び
計測履歴データ３７７を参照し、（１）メジャメント実測値３７３３の数が「４個以上」
である、（２）現在の時刻の推定誤差３７７３と１時刻前の推定誤差３７７３との差が「
１０以下」である、（３）第１の測位モードで過去に「２回以上」測位を行っている、の
条件が全て成立した場合に、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立したものと判定する。

そして、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＴ１
５；Ｎｏ）、測位演算部３３は、ステップＴ１９へと処理を移行する。また、ＫＦ測位結
果精度良好条件が成立したと判定した場合は（ステップＴ１５；Ｙｅｓ）、測位モード設
定を第２の測位モードに切り替えて（ステップＴ１７）、ＲＡＭ３７の測位モード設定デ
ータ３７５を更新する。

次いで、測位演算部３３は、ＲＡＭ３７の計測履歴データ３７７に記憶されている現在
の時刻のＬＳ測位位置３７７５を出力候補位置３７７８に決定し（ステップＴ１９）、計
測履歴データ３７７に記憶させる。そして、推測航法演算処理を行う（ステップＴ２１）
。具体的には、計測履歴データ３７７に記憶されている１時刻前の出力位置３７７９に現
在の時刻の速度ベクトル３７７４を加算することで推測航法演算位置３７７７を求め、計
測履歴データ３７７に記憶させる。

その後、測位演算部３３は、ＲＡＭ３７の計測履歴データ３７７に記憶されている現在
の時刻の出力候補位置３７７８を判定し、出力候補位置３７７８がＬＳ測位位置３７７５
であると判定した場合は（ステップＴ２３；ＬＳ測位位置）、ＰＶフィルター処理の重み
「α」を「０．８」とする（ステップＴ２５）。また、出力候補位置３７７８がＫＦ測位
位置３７７６であると判定した場合は（ステップＴ２３；ＫＦ測位位置）、ＫＦ測位処理
の結果に基づいて算出される推定誤差「σ」の値を判定する（ステップＴ２７）。

そして、推定誤差「σ」が「２００以上」である場合は（ステップＴ２７；２００≦σ
）、測位演算部３３は、ＰＶフィルター処理の重み「α」を「０．５」とする（ステップ
Ｔ２９）。また、推定誤差「σ」が「１０以上２００未満」である場合は（ステップＴ２
７；１０≦σ＜２００）、重み「α」を「０．２」とする（ステップＴ３１）。

そして、ステップＴ２５、Ｔ２９及びＴ３１の何れかにおいて重み「α」を設定した後
、測位演算部３３は、ＰＶフィルター処理を行って出力候補位置３７７８を補正して出力
位置３７７９を決定する（ステップＴ３３）。具体的には、ＲＡＭ３７の計測履歴データ
３７７に記憶されている現在の時刻の出力候補位置３７７８及び推測航法演算位置３７７
７と、設定した重み「α」とを用いて、次式（１０）に従って出力位置３７７９を算出す
る。

但し、「ｐ」は出力位置、「ｐ_C」は出力候補位置、「ｐ_E」は推測航法演算位置である
。

式（１０）によれば、重み「α」が大きいほど、推測航法演算位置が重視され、重み「
α」が小さいほど、出力候補位置が重視されることがわかる。従って、出力候補位置がＬ
Ｓ測位位置である場合には、出力候補位置よりも推測航法演算位置を重視し、出力候補位
置がＫＦ測位位置であり、且つ、当該ＫＦ測位位置の推定誤差「σ」が比較的小さい場合
には、推測航法演算位置よりも出力候補位置を重視することになる。測位演算部３３は、
決定した出力位置３７７９を計測履歴データ３７７に記憶させた後、ＧＰＳ測位処理を終
了する。

また、ステップＴ２７において推定誤差「σ」が「１０未満」であると判定した場合は
（ステップＴ２７；σ＜１０）、測位演算部３３は、計測履歴データ３７７に記憶されて
いる現在の時刻の出力候補位置３７７８を出力位置３７７９に決定して（ステップＴ３５
）、計測履歴データ３７７に記憶させる。そして、測位演算部３３は、ＧＰＳ測位処理を
終了する。

出力候補位置がＫＦ測位位置であり、且つ、当該ＫＦ測位位置の推定誤差「σ」が極め
て小さい場合には、出力候補位置を信頼することにして、ＰＶフィルター処理を行わずに
当該出力候補位置を出力位置に決定することにしている。

一方、ステップＴ１において測位モードが「第２の測位モード」であると判定した場合
は（ステップＴ１；第２の測位モード）、測位演算部３３は、ＫＦ測位間隔不適条件が成
立したか否かを判定する（ステップＴ３７）。このＫＦ測位間隔不適条件の判定は、ステ
ップＴ９における判定と同一である。

そして、ＫＦ測位間隔不適条件が成立したと判定した場合は（ステップＴ３７；Ｙｅｓ
）、測位演算部３３は、ＲＡＭ３７のＫＦパラメータデータ３７１に記憶されているＫＦ
パラメータを初期化する（ステップＴ３９）。その後、ＲＡＭ３７の測位モード設定デー
タ３７５に記憶されている測位モード設定を、第１の測位モードに切り替える（ステップ
Ｔ４１）。

次いで、測位演算部３３は、ＲＯＭ３５に記憶されているＬＳ測位プログラム３５１３
を読み出して実行することで、ＬＳ測位処理を行う（ステップＴ４３）。そして、求めた
ＬＳ測位位置３７７５及び速度ベクトル３７７４を、ＲＡＭ３７の計測履歴データ３７７
に記憶させる。

その後、測位演算部３３は、測位に成功したか否かを判定し（ステップＴ４５）、失敗
したと判定した場合は（ステップＴ４５；Ｎｏ）、ステップＴ７へと処理を移行する。ま
た、測位に成功したと判定した場合は（ステップＴ４５；Ｙｅｓ）、ステップＴ４３のＬ
Ｓ測位処理で求めたＬＳ測位位置３７７５を出力候補位置３７７８に決定して（ステップ
Ｔ４７）、ＲＡＭ３７の計測履歴データ３７７に記憶させた後、ステップＴ２１へと処理
を移行する。

また、ステップＴ３７においてＫＦ測位間隔不適条件が成立しなかったと判定した場合
は（ステップＴ３７；Ｎｏ）、測位演算部３３は、ＲＯＭ３５に記憶されているＫＦ測位
プログラム３５１５を読み出して実行することで、ＫＦ測位処理を行う（ステップＴ４９
）。そして、求めたＫＦ測位位置３７７６及び速度ベクトル３７７４をＲＡＭ３７の計測
履歴データ３７７に記憶させるとともに、現在の時刻を前回ＫＦ測位時刻データ３７９に
記憶させる。

ステップＴ４９のＫＦ測位処理では、測位演算部３３は、ＲＡＭ３７の計測履歴データ
３７７に記憶されている前回ＫＦ測位位置及び前回ＫＦ測位時刻の速度ベクトルを状態ベ
クトル「Ｘ」の位置成分及び速度成分の基礎値として測位演算を行う。尚、前回ＫＦ測位
位置ではなく、１時刻前の出力位置を基礎値として測位演算を行うこととしてもよいし、
前回ＫＦ測位時刻の速度ベクトルではなく、１時刻前の速度ベクトルを基礎値として測位
演算を行うこととしてもよい。

次いで、測位演算部３３は、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立したか否かを判定する（
ステップＴ５１）。このＫＦ測位結果精度良好条件の判定は、ステップＴ１５における判
定と同一である。そして、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立しなかったと判定した場合は
（ステップＴ５１；Ｎｏ）、ステップＴ４３へと処理を移行する。

また、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立したと判定した場合は（ステップＴ５１；Ｙｅ
ｓ）、測位演算部３３は、ステップＴ４９のＫＦ測位処理で求めたＫＦ測位位置３７７６
を出力候補位置３７７８に決定して（ステップＴ５３）、ＲＡＭ３７の計測履歴データ３
７７に記憶させた後、ステップＴ２１へと処理を移行する。

図９のベースバンド処理に戻って、ＧＰＳ測位処理を行った後、測位演算部３３は、出
力位置３７７９を決定したか否かを判定し（ステップＳ５）、出力位置３７７９が不定で
あったと判定した場合は（ステップＳ５；Ｎｏ）、ステップＳ９へと処理を移行する。ま
た、出力位置３７７９を決定したと判定した場合は（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ＲＡＭ３
７の計測履歴データ３７７に記憶されている現在の時刻の出力位置３７７９をホストＣＰ
Ｕ５０に出力する（ステップＳ７）。

そして、測位演算部３３は、操作部６０に対してユーザにより測位終了指示がなされた
か否かを判定し（ステップＳ９）、なされなかったと判定した場合は（ステップＳ９；Ｎ
ｏ）、ステップＳ３に戻る。また、測位終了指示がなされたと判定した場合は（ステップ
Ｓ９；Ｙｅｓ）、ベースバンド処理を終了する。

４．実験結果
図１２は、ＬＳ測位処理のみを行った場合の従来の実験結果の一例を示す図である。携
帯型電話機１を携行したユーザが、点線の矢印で示した軌跡に従って道路上を走行した場
合の各時刻における出力位置の軌跡を示している。この結果を見ると、一点鎖線で示した
部分Ｐ１〜Ｐ３において位置飛びが発生しており、特に部分Ｐ２では、真の軌跡から大き
くかけ離れた位置まで位置飛びが発生していることがわかる。

図１３は、ＫＦ測位処理のみを行った場合の従来の実験結果の一例を示す図である。こ
の結果を見ると、一点鎖線で示した部分Ｐ４及びＰ５において、出力位置が真位置から外
れていることがわかる。ＫＦ測位処理では、出力位置が一旦真位置から外れると、信頼性
の高いメジャメント実測値が得られるまでの間、出力位置が真位置から外れ続ける傾向が
ある。

図１４は、本実施形態の処理を行った場合の実験結果の一例を示す図である。図１２の
結果と比べると、位置飛びの発生が抑えられていることがわかる。また、図１３の結果と
比べても、真位置からの出力位置のずれが小さくなっており、測位結果の精度が大幅に改
善されていることが確認できる。

５．作用効果
本実施形態によれば、第１の測位モードは、ＬＳ測位処理を行ってその測位結果を基礎
値としてＫＦ測位処理を行うモードである。一方、第２の測位モードは、前回行ったＫＦ
測位処理の測位結果を基礎値として更にＫＦ測位処理を行うモードである。第１の測位モ
ードと第２の測位モードとは、何れのモードにおいてもＫＦ測位処理を行う。従い、第２
の測位モードは、１時刻前（前回）の測位モードが第１の測位モードであれ、第２の測位
モードであれ、何れの場合においてもＫＦ測位処理を継続的に行うモードであると言える
。

第１の測位モードと第２の測位モードとのうち、現在の時刻（今回）の測位モードで実
行したＫＦ測位処理の測位結果の精度に応じて、次の時刻（次回）以降の測位モードが第
１の測位モード又は第２の測位モードに切り替えられる。第２の測位モードに切り替えら
れた場合には、ＫＦ測位処理が継続的に行われることとなり、第１の測位モードに切り替
えられた場合には、ＫＦ測位処理の継続は中断されて、一旦ＬＳ測位処理が行われた後に
、その測位結果を基礎値としたＫＦ測位処理が行われる。

よって、ＫＦ測位処理の測位結果の精度に応じて、ＫＦ測位処理を継続するか、一旦Ｌ
Ｓ測位処理を行うのかを適切に切り替えることが可能となり、ひいては、測位結果の精度
を向上させることが可能となる。

６．変形例
６−１．電子機器
本発明は、測位装置を備えた電子機器であれば何れの電子機器にも適用可能である。例
えば、ノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション
装置等についても同様に適用可能である。

６−２．衛星測位システム
上述した実施形態では、衛星測位システムとしてＧＰＳを例に挙げて説明したが、ＷＡ
ＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）
、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ等の他の衛
星測位システムであってもよい。

６−３．処理の分化
測位演算部３３が実行する処理の一部又は全部を、ホストＣＰＵ５０が実行することに
してもよい。例えば、ホストＣＰＵ５０が測位モードの判定や切り替えを行い、測位演算
部３３が、ＬＳ測位処理やＫＦ測位処理を行うこととしてもよい。また、ＬＳ測位処理及
びＫＦ測位処理も含めて、測位演算部３３が実行する処理の全てをホストＣＰＵ５０が実
行することにしてもよい。

６−４．第１の測位モードにおける出力候補位置の決定
上述した実施形態では、第１の測位モードでは、必ずＬＳ測位位置を出力候補位置に決
定するものとして説明したが、ＫＦ測位処理の測位結果の精度が良好である場合は、ＫＦ
測位位置を出力候補位置に決定することとしてもよい。この場合に測位演算部３３が行う
第２のＧＰＳ測位処理の流れを示すフローチャートを、図１５に示す。尚、図１０のＧＰ
Ｓ測位処理と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略し、図１０のＧＰ
Ｓ測位処理とは異なる部分を中心に説明する。

第２のＧＰＳ測位処理では、測位演算部３３は、ステップＴ１０においてＫＦパラメー
タを初期化した後、又は、ステップＴ１５においてＫＦ測位結果精度良好条件が成立しな
かったと判定した場合に（ステップＴ１５；Ｎｏ）、ＬＳ測位位置を出力候補位置に決定
する（ステップＵ１）。そして、ステップＴ２１の推測航法演算処理へと移行する。

また、ステップＴ１５においてＫＦ測位結果精度良好条件が成立したと判定した場合は
（ステップＴ１５；Ｙｅｓ）、測位演算部３３は、測位モード設定を第２の測位モードに
切り替えた後（ステップＴ１７）、ＫＦ測位位置を出力候補位置に決定する（ステップＵ
３）。そして、ステップＴ２１の推測航法演算処理へと移行する。

６−５．第２の測位モードにおけるＬＳ測位処理
上述した実施形態では、第２の測位モードにおいて、ＫＦ測位処理の測位結果の精度が
良好でない場合は、ＬＳ測位処理を行い、求めたＬＳ測位位置を出力候補位置に決定する
ものとして説明した。しかし、ＫＦ測位処理の測位結果の精度が良好でないということは
、ＫＦ測位処理で使用したメジャメント実測値の中に、信頼性の低いメジャメント実測値
が含まれていることが想定される。

そこで、ＫＦ測位処理の測位結果の精度が良好でない場合には、信頼性の低いメジャメ
ント実測値（＝信頼性の低いＧＰＳ衛星信号）を除外して、ＬＳ測位処理を行うことにし
てもよい。この場合に測位演算部３３が行う第３のＧＰＳ測位処理のうち、図１１に対応
する部分を図１６に示す。尚、図１１のＧＰＳ測位処理と同一のステップについては同一
の符号を付して説明を省略し、図１１のＧＰＳ測位処理とは異なる部分を中心に説明する
。

第３のＧＰＳ測位処理では、ステップＴ５１においてＫＦ測位結果精度良好条件が成立
しないと判定した場合に（ステップＴ５１；Ｎｏ）、測位演算部３３は、コード位相に関
する観測値「Ｚ」が所定の閾値を超えた捕捉衛星３７３１を判別する（ステップＶ１）。
次いで、ＲＡＭ３７の捕捉衛星別メジャメントデータ３７３に記憶されているメジャメン
ト実測値３７３３のうち、判別した捕捉衛星３７３１のメジャメント実測値３７３３を削
除する（ステップＶ３）。そして、残余のメジャメント実測値３７３３を用いてＬＳ測位
処理を行う（ステップＴ４３）。

観測値「Ｚ」は、メジャメント実測値とメジャメント予測値との差であるため、観測値
「Ｚ」が大きいほど、メジャメント実測値はメジャメント予測値と乖離しており、当該メ
ジャメント実測値は信頼性の低いものである可能性が高い。従って、観測値「Ｚ」が所定
の閾値を超えた捕捉衛星のメジャメント実測値を除外して、残余のメジャメント実測値を
用いてＬＳ測位処理を行うことで、ＬＳ測位処理の測位結果の精度を向上させることがで
き、その結果、より信頼性の高い出力位置を提供することが可能となる。

６−６．推測航法演算処理
上述した実施形態では、推測航法演算処理において、１時刻前の出力位置に現在の時刻
の速度ベクトルを加算することで推測航法演算位置を求めるものとして説明したが、１時
刻前の出力位置に１時刻前の速度ベクトルを加算することで推測航法演算位置を求めるこ
とにしてもよい。また、１時刻前の出力位置に、１時刻前の速度ベクトルと現在の時刻の
速度ベクトルとを平均した速度ベクトルを加算することで推測航法演算位置を求めること
にしてもよい。

また、ＫＦ測位処理では、位置予測処理（図１のステップＡ５）を行って予測位置を算
出することにしている。そこで、ＫＦ測位処理を行った場合には推測航法演算処理を行わ
ずに、位置予測処理で求めた予測位置と出力候補位置とを用いてＰＶフィルター処理を行
って、出力位置を決定することとしてもよい。

６−７．フィルター処理
上述した実施形態では、フィルター処理の一例としてＰＶフィルター処理を例に挙げて
説明したが、フィルター処理は他にも適宜選択可能である。例えば、現在の時刻の出力候
補位置と１時刻前の出力位置との２値平滑化を行う２値平滑化フィルター処理を行って出
力位置を決定することにしてもよいし、現在の時刻の出力候補位置と過去所定期間分（例
えば「１０秒分」）の出力位置とを用いた多値回帰推定を行う多値回帰推定フィルター処
理を行って出力位置を決定することにしてもよい。

６−８．ＫＦ測位間隔不適条件
上述した実施形態では、（ａ）前回ＫＦ測位時刻から「６０秒以上」が経過している、
（ｂ）前回ＫＦ測位時刻から「５秒以上」が経過しており、且つ、前回ＫＦ測位位置から
の移動距離が「５０ｍ以上」である、の何れかの条件が成立した場合に、ＫＦ測位間隔不
適条件が成立したと判定するものとして説明したが、（ａ）及び（ｂ）の両方の条件が成
立した場合に、ＫＦ測位間隔不適条件が成立したと判定することにしてもよい。すなわち
、前回ＫＦ測位時刻から「６０秒以上」が経過しており、且つ、前回ＫＦ測位位置からの
移動距離が「５０ｍ以上」である場合に、ＫＦ測位間隔不適条件が成立したものと判定す
る。また、「６０秒」や「５秒」、「５０ｍ」といった数値は一例であり、適宜に設定し
てよい。

６−９．ＫＦ測位結果精度良好条件
また、上述した実施形態では、（１）メジャメント実測値の数が「４個以上」である、
（２）現在の時刻の推定誤差と１時刻前の推定誤差との差が「１０以下」である、（３）
第１の測位モードで過去に「２回以上」測位を行っている、の条件が全て成立した場合に
、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立したと判定するものとして説明したが、（１）〜（３
）の何れかの条件が成立した場合に、ＫＦ測位結果精度良好条件が成立したと判定するこ
とにしてもよい。

また、ＫＦ測位結果精度良好条件としては、他にも様々なものが考えられる。例えば、
（４）ＧＰＳ衛星信号の受信環境が、強信号を受信可能な環境である「強電界環境」であ
ること、（５）捕捉衛星のＧＰＳ衛星信号の信号強度の平均値が所定値以上であること、
（６）捕捉衛星の天空配置の指標値であるＰＤＯＰ（Position Dilution Of Precision）
値が所定値未満であること、等をＫＦ測位結果精度良好条件として判定を行うことにして
もよい。

ＫＦ測位処理の流れを示すフローチャート。速度補正処理の流れを示すフローチャート。位置補正処理の流れを示すフローチャート。携帯型電話機の機能構成を示すブロック図。ＲＯＭに格納されたデータの一例を示す図。ＲＡＭに格納されたデータの一例を示す図。捕捉衛星別メジャメントデータのデータ構成例を示す図。計測履歴データのデータ構成例を示す図。ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。ＧＰＳ測位処理の流れを示すフローチャート。ＧＰＳ測位処理の流れを示すフローチャート。ＬＳ測位処理のみを行った場合の実験結果の一例を示す図。ＫＦ測位処理のみを行った場合の実験結果の一例を示す図。本実施形態の処理を行った場合の実験結果の一例を示す図。第２ＧＰＳ測位処理の流れを示すフローチャート。第３ＧＰＳ測位処理の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１携帯型電話機、１０ＧＰＳアンテナ、２０ＧＰＳ受信部、
２１ＲＦ受信回路部、３０ベースバンド処理回路部、３１演算制御部、
３２メジャメント取得演算部、３３測位演算部、３５ＲＯＭ、
３７ＲＡＭ、４０ＴＣＸＯ、５０ホストＣＰＵ、６０操作部、
７０表示部、８０携帯電話用アンテナ、９０携帯電話用無線通信回路部、
１００ＲＯＭ、１１０ＲＡＭ

Claims

測位用信号に基づいて最小二乗法を用いた第１の測位処理と、前記測位用信号に基づいてカルマンフィルタを用いた第２の測位処理とを行う測位方法であって、
今回行った前記第１の測位処理の測位結果を基礎値として前記第２の測位処理を行う第１の測位モードと、前記第１の測位処理を行わず、前回行った前記第２の測位処理の測位結果を基礎値として前記第２の測位処理を行う第２の測位モードとのうち、今回の測位モードで行った前記第２の測位処理の測位結果の精度を判定することと、
前記判定により前記今回の測位モードで実行した第２の測位処理の測位結果の精度が良好である場合には、前記第２の測位モードで次回の測位処理を行うことと、
を含む測位方法。
前記第２の測位モードで次回の測位処理を行うこととは、今回の測位モードが前記第１の測位モードであり、且つ、前記判定により前記今回の測位モードで実行した第２の測位処理の測位結果の精度が良好である場合に、次回の測位モードを前記第1の測位モードから前記第２の測位モードに切り替えて、前記第２の測位モードで次回の測位処理を行うことである、請求項１に記載の測位方法。
前回の測位モードで実行した前記第２の測位処理からの経過時間が所定の時間超過条件を満たしか否かを判定することを更に含み、
今回の測位モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記所定の時間超過条件を満たしたと判定された場合には、前記第２の測位処理の測位結果の精度を判定する処理を行わずに、次回の測位モードを前記第１の測位モードに切り替える、請求項１又は２に記載の測位方法。
今回の測位モードが前記第１の測位モードである場合、前記第1の測位モードで実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度が良好であれば、前記第１の測位モードで実行した前記第２の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とし、前記第1の測位モードで実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度が良好でなければ、前記第１の測位モードで実行した前記第１の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とすることと、
前記現在位置の候補位置を用いて出力位置を決定し、出力することと、
を更に含む請求項１又は２に記載の測位方法。
今回の測位モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記第２の測位モードで実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度が良好である場合に、前記第２の測位モードで実行した前記第２の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とすることと、
今回の測位モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記第２の測位モードで実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度が良好でない場合に、前記第１の測位処理を実行し、当該第１の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とすることと、
前記現在位置の候補位置を用いて出力位置を決定し、出力することと、
を更に含む請求項１、２又は４の何れか一項に記載の測位方法。
今回の測位モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記第２の測位モードで実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度が良好である場合に、前記第２の測位モードで実行した前記第２の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とすることと、
今回の測位モードが前記第２の測位モードであり、且つ、前記第２の測位モードで実行した前記第２の測位処理の測位結果の精度が良好でない場合に、前記第２の測位モードで実行した前記第２の測位処理で使用された測位用信号のうち、所定の低精度要因条件を満たす測位用信号を除いた残余の測位用信号を用いて前記第１の測位処理を実行し、当該第１の測位処理で求められた測位位置を現在位置の候補位置とすることと、
前記現在位置の候補位置を用いて出力位置を決定し、出力することと、
を更に含む請求項１、２又は４の何れか一項に記載の測位方法。
前記出力位置を決定することは、前記現在位置の候補位置が前記第１の測位処理及び第２の測位処理のうちの何れの測位処理で求められた測位位置であるかに応じて予め定められたフィルター処理を行うことで前記候補位置を補正して前記出力位置を決定することを含む、請求項４〜６の何れか一項に記載の測位方法。
請求項１〜７の何れか一項に記載の測位方法を、測位装置に内蔵されたコンピュータに実行させるプログラム。
測位用信号に基づいて最小二乗法を用いた第１の測位処理と、前記測位用信号に基づいてカルマンフィルタを用いた第２の測位処理とを行う測位装置であって、
今回行った前記第１の測位処理の測位結果を基礎値として前記第２の測位処理を行う第１の測位モードと、前記第１の測位処理を行わず、前回行った前記第２の測位処理の測位結果を基礎値として前記第２の測位処理を行う第２の測位モードとのうち、今回の測位モードで行った前記第２の測位処理の測位結果の精度を判定する判定部を含み、
前記判定により前記今回の測位モードで実行した第２の測位処理の測位結果の精度が良好である場合には、前記第２の測位モードで次回の測位処理を行う、
測位装置。