特許 6017983 車両位置計測方法、および車両位置計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017983

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】車両位置計測方法、および車両位置計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/22 20100101AFI20161020BHJP

【ＦＩ】

   G01S19/22

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-20572(P2013-20572)

(22)【出願日】2013年2月5日

(65)【公開番号】特開2014-153084(P2014-153084A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2015年5月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(72)【発明者】

【氏名】山本 春生

(72)【発明者】

【氏名】高須 知二

(72)【発明者】

【氏名】久保 信明

(72)【発明者】

【氏名】安田 明生

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０３２３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０５４４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１２８０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４２９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５３０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０５４４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／１０５４４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０８０９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４９６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４５１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３３１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２４８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２３６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１２８４０７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

衛星から受信した衛星信号に基づいて車両の位置を計測する車両位置計測方法であって、
各候補衛星の衛星信号を捕捉する捕捉ステップと、
前記捕捉した衛星信号に係る擬似距離を算出する擬似距離算出ステップと、
前記捕捉した衛星信号に係るドップラシフト周波数を算出するドップラシフト周波数算出ステップと、
前記候補衛星それぞれについて、１）第１のエポックで算出された擬似距離と第２のエポックで算出された擬似距離の差から擬似距離変化量を算出することと、２）前記第１のエポックで算出されたドップラシフト周波数と前記第２のエポックで算出されたドップラシフト周波数の平均周波数、及び、前記第１のエポックと前記第２のエポック間の時間間隔を用いて当該候補衛星と前記車両との相対移動量を算出することと、３）前記疑似距離変化量と前記相対移動量との差である乖離量を算出することと、を実行する乖離量算出ステップと、
前記候補衛星の中から前記乖離量の小さい順に所定数の前記候補衛星を測位に使用する衛星として選択する衛星選択ステップと、
前記選択した衛星の衛星信号に基づいて測位する測位ステップと、
を含む車両位置計測方法。

【請求項2】

衛星から受信した衛星信号に基づいて車両の位置を測位する車両位置計測システムであって、
各候補衛星の衛星信号を捕捉する捕捉部と、
前記捕捉した衛星信号に係る擬似距離を算出する擬似距離算出部と、
前記捕捉した衛星信号に係るドップラシフト周波数を算出するドップラシフト周波数算出部と、
前記候補衛星それぞれについて、１）第１のエポックで算出された擬似距離と第２のエポックで算出された擬似距離の差から擬似距離変化量を算出することと、２）前記第１のエポックで算出されたドップラシフト周波数と前記第２のエポックで算出されたドップラシフト周波数の平均周波数、及び、前記第１のエポックと前記第２のエポック間の時間間隔を用いて当該候補衛星と前記車両との相対移動量を算出することと、３）前記疑似距離変化量と前記相対移動量との差である乖離量を算出することと、を実行する乖離量算出部と、
前記候補衛星の中から前記乖離量の小さい順に所定数の前記候補衛星を測位に使用する衛星として選択する衛星選択部と、
前記選択した衛星の衛星信号に基づいて測位する測位部と、
を備えた車両位置計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の位置を計測するための車両位置計測方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道の安全な運行には列車の位置の把握が不可欠である。
位置検出方式としては、例えば軌道回路を用いる方式、速度発電機を利用する方式（例えば、特許文献１）、ＧＰＳ（Global Positioning System）による測位情報を利用する方式（例えば、特許文献２、特許文献３）等が知られるところである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２０７３４号公報

【特許文献2】特開２００６−２４０４７８号公報

【特許文献3】特開２００２−３３５６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

軌道回路等の地上設備を必要としない、或いは、最低限に抑える車両位置の計測は、例えば閑散線区などにおいて要望が高い。軌道回路に代わってＧＰＳによる測位情報を利用する場合には、計測誤差をいかに小さくするかが重要とされる。ＧＰＳの計測誤差の一つとして「マルチパス（多重反射）」が知られる。マルチパスは、地表面や樹木、建物などから反射された信号が、ＧＰＳ衛星からの直線経路外から届き、直線経路で到達した信号に干渉することで生じる誤差である。なお、ＧＰＳ衛星以外の衛星測位システムを利用する場合にもマルチパスの問題がある。また、自動車等の列車以外の車両にもこの問題がある。

【0005】

本発明がなされた目的は、衛星測位システムを利用して車両位置を計測する場合に、マルチパスの影響を低減させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するための第１の発明は、衛星から受信した衛星信号に基づいて車両の位置を計測する車両位置計測方法であって、各候補衛星の衛星信号を捕捉する捕捉ステップ（例えば、図７のステップＳ２）と、
前記捕捉した衛星信号に係る擬似距離を算出する擬似距離算出ステップ（例えば、図７のステップＳ８）と、
前記捕捉した衛星信号に係るドップラシフト周波数を算出するドップラシフト周波数算出ステップ（例えば、図７のステップＳ１０）と、
前記候補衛星それぞれについて、前記算出した擬似距離に基づく擬似距離変化量と、前記算出したドップラシフト周波数に基づく当該候補衛星と当該車両との相対移動量との乖離量を算出する乖離量算出ステップ（例えば、図７のステップＳ２４）と、
前記算出した乖離量を用いて、前記候補衛星の中から測位に使用する衛星を選択する衛星選択ステップ（例えば、図７のステップＳ４０）と、
前記選択した衛星の衛星信号に基づいて測位する測位ステップ（例えば、図７のステップＳ４６）と、を含む車両位置計測方法である。

【0007】

また別形態として、衛星から受信した衛星信号に基づいて車両の位置を測位する車両位置計測システムであって、各候補衛星の衛星信号を捕捉する捕捉部（例えば、図３のＣＰＵ２４、ベースバンド処理部３０、捕捉部３０１、図７のステップＳ２）と、
前記捕捉した衛星信号に係る擬似距離を算出する擬似距離算出部（例えば、図３のＣＰＵ２４、ベースバンド処理部３０、擬似距離算出部３０３、図７のステップＳ８）と、
前記捕捉した衛星信号に係るドップラシフト周波数を算出するドップラシフト周波数算出部（例えば、図３のＣＰＵ２４、ベースバンド処理部３０、ドップラシフト周波数算出部３０５、図７のステップＳ１０）と、
前記候補衛星それぞれについて、前記算出した擬似距離に基づく擬似距離変化量と、前記算出したドップラシフト周波数に基づく当該候補衛星と当該車両との相対移動量との乖離量を算出する乖離量算出部（例えば、図３のＣＰＵ２４、乖離量算出部３２、図７のステップＳ２４）と、
前記算出した乖離量を用いて、前記候補衛星の中から測位に使用する衛星を選択する衛星選択部（例えば、図３のＣＰＵ２４、衛星選択部３６、図７のステップＳ４０）と、
前記選択した衛星の衛星信号に基づいて測位する測位部（例えば、図３のＣＰＵ２４、測位演算部３８、図７のステップＳ４６））と、を備えた車両位置計測システムを構成できる。

【0008】

第１の発明等によれば、衛星信号を用いて車両の位置を計測することができる。そして、位置計測に当たっては、候補衛星それぞれについて、擬似距離に基づく擬似距離変化量と、ドップラシフト周波数に基づく当該候補衛星と車両との相対移動量との乖離量を算出できる。擬似距離変化量は原理的にマルチパスの影響を受け易いが、ドップラシフト周波数はマルチパスの影響を受け難い。よって、これら両者の差である乖離量は、マルチパスの影響度合を示す指数と言える。従って、算出した乖離量を用いて候補衛星の中から測位に使用する衛星を選択することで、マルチパスの影響を低減することができる。

【0009】

より具体的には、第２の発明として、前記乖離量算出ステップは、第１のエポックで算出した擬似距離と第２のエポックで算出した擬似距離の差から前記擬似距離変化量を算出するステップ（例えば図７のステップＳ１２）と、
前記第１のエポックで算出したドップラシフト周波数と前記第２のエポックで算出したドップラシフト周波数の平均周波数、及び、前記第１のエポックと前記第２のエポック間の時間間隔を用いて前記相対移動量を算出するステップ（例えば、図７のステップＳ２０）と、を含む第１の発明の車両位置計測方法を構成することができる。

【0010】

そして、第１の発明及び第２の発明を、鉄道に適用するならば、第３の発明として、前記車両を、軌道を走行する列車とし、前記軌道に沿った区域別に定めた前記乖離量を判定するための判定基準値の中から、前記測位の結果に対応する判定基準値を選択する判定基準値選択ステップ（例えば、図７のステップＳ２６）を更に含み、前記衛星選択ステップを、前記選択した判定基準値と、前記算出した乖離量とを比較し、当該比較結果に基づいて、測位に使用する衛星を選択するステップとした第１又は第２の発明の車両位置計測方法を構成すると良い。

【0011】

第３の発明によれば、第１又は第２の発明と同様の効果が得られるとともに、軌道沿いの区域別の判定基準値を用いることで、場所によってマルチパスの影響が変化するような軌道であっても、マルチパスの影響を適切に低減できる。例えば、比較的マルチパスの影響が高くなる区域では、他の区域よりも判定基準値を大きめに設定するならば、判定基準を厳しくし過ぎた結果、測位に使用できる衛星数が限られてしまい測位できなくなることを避けつつ、マルチパスの影響が大きい衛星の使用を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】車両位置計測システムの構成例を示す図。

【図2】車両位置計測システムがマルチパスの影響を低減する原理図。

【図3】車両位置計測システムの機能構成例を示す機能ブロック図。

【図4】判定基準値設定データのデータ構成の一例を示す図。

【図5】擬似距離履歴データのデータ構成の一例を示す図。

【図6】ドップラシフト周波数履歴データのデータ構成の一例を示す図。

【図7】一回の測位を行うための処理の流れを説明するためのフローチャート。

【図8】乖離量履歴データのデータ構成の一例を示す図。

【図9】変形例における、一回の測位を行うための処理の流れを説明するためのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0013】

〔第１実施形態〕
本発明を適用した車両位置計測システムについて説明する。尚、本実施形態ではＧＰＳを利用するものとして説明するが、他の衛星測位システムに適宜置き換えることができる。また、車両位置の計測タイミングを以降では「エポック」と呼ぶこととする。

【0014】

［システム構成の説明］
図１は、本実施形態における車両位置計測システムの構成例を示す図である。尚、車両位置計測システム２へ電力を供給する回路等についての説明は省略している。

【0015】

本実施形態の車両位置計測システム２は、軌道３を走行する車両である列車４の位置を計測するシステムであって列車４に搭載される。
車両位置計測システム２は、ＧＰＳ衛星６から送信される衛星信号７を受信するＧＰＳアンテナ２１と、ＲＦ（Radio Frequency）受信部２２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４と、ＩＣメモリ２６と、ＲＴＣ（Real Time Clock）２７と、通信Ｉ／Ｆ（Interface）２８とを有する。ＲＦ受信部２２、ＣＰＵ２４、ＩＣメモリ２６、ＲＴＣ２７および通信Ｉ／Ｆ２８は、バス２９によりデータ送受可能に接続されている。

【0016】

ＧＰＳアンテナ２１は、ＧＰＳ衛星６から発信される電波を電気信号に変換してＲＦ受信部２２へ出力する。
ＲＦ受信部２２は、ＧＰＳアンテナ２１から入力した信号を中間周波数に変換し、デジタル信号に変換してデジタルＩＦ信号として出力する。ＲＦ受信部２２は、例えば、各種フィルタ回路や低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）の他、中間周波数のＩＦ信号（ＩＦ：Intermediate Frequency）へ変換するダウンコンバータ、ダウンコンバートされたＩＦ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、等を有する。尚、ＲＦ受信部２２は、公知のＧＰＳ用のフロントエンドアナログ回路や、フロントエンドＩＣを流用可能である。

【0017】

ＣＰＵ２４は、（１）ＲＦ受信部２２から入力されるデジタルＩＦ信号をもとに衛星信号の捕捉や追尾、擬似距離の算出、アルマナック（Almanac）やエフェメリス（Ephemeris）等の航法メッセージのデコードなどを含む所謂ベースバンド処理、（２）測位演算処理、（３）測位結果である位置座標を通信Ｉ／Ｆ２８へ出力する外部出力制御処理、を実行することができる。

【0018】

ＩＣメモリ２６は、ＣＰＵ２４による演算処理に必要なプログラムやデータを一時的或いは不揮発に記憶する情報記憶媒体である。ＲＡＭやＲＯＭにより実現される。また、代替の記憶部として、ハードディスクを備えることとしてもよい。

【0019】

ＲＴＣ２７は、車両位置計測システム２における基準時刻を出力する。適宜、図示されないバッテリーに接続された構成とすると良い。

【0020】

通信Ｉ／Ｆ２８は、当該計測システム外の装置とのデータ通信を実現する。いわゆるインタフェースＩＣ、通信端子、無線装置等を適宜流用可能である。例えば、車両位置情報（本実施形態では、ＧＰＳ座標値）等を、当該計測システム外へ出力することができる。

【0021】

尚、ＣＰＵ２４とＩＣメモリ２６は、１チップのシステムＬＳＩとして実現されるとしても良い。また、ＧＰＳアンテナ２１やＲＦ受信部２２を更に含めた一つのモジュールとして実現される構成でも良い。

【0022】

［原理の説明］
図２は、車両位置計測システム２がマルチパスの影響を低減する原理を説明するための図である。車両位置計測システム２は、エポックｔ１においてＧＰＳアンテナ２１でＧＰＳ衛星６（６ａ）から衛星信号７（７ａ）を受信する。このとき、受信した衛星信号７（７ａ）に基づいて、ＧＰＳ衛星星６（６ａ）から列車４（４ａ）までの擬似距離Ｌ１と、両者の相対移動に係るドップラシフト周波数ｆｄ１とを求めることができる。

【0023】

同様に、時間間隔△ｔ後のエポックｔ２において、車両位置計測システム２は、時間間隔△ｔの間に移動したＧＰＳ衛星６（６ｂ）から衛星信号７（７ｂ）を受信する。そして、この時受信した衛星信号に基づいて、ＧＰＳ衛星６（６ｂ）から列車４（４ｂ）までの擬似距離Ｌ２と、両者の相対移動速度に基づくドップラシフト周波数ｆｄ２とを求めることができる。

【0024】

ここで、時間間隔△ｔの間に移動した列車４の移動距離に関連して二つのパラメータを考える。１）擬似距離変化量△Ｌと、２）ＧＰＳ衛星６と列車４との相対移動量△Ｄである。

【0025】

擬似距離変化量△Ｌは、最新のエポックｔ２（第２のエポック）における擬似距離Ｌ２と、最も時間的に近い過去のエポックｔ１（第１のエポック）における擬似距離Ｌ１との差から求められる（図２中の数式Ａ）。

【0026】

相対移動距離△Ｄは、ａ）最新のエポックｔ２（第２のエポック）におけるドップラシフト周波数ｆｄ２と最も時間的に近い過去のエポックｔ１（第１のエポック）におけるドップラシフト周波数ｆｄ１との平均値と、ｂ）衛星信号の搬送波波長λと、ｃ）最新のエポックｔ２から最も時間的に近い過去のエポックｔ１までのエポックの時間間隔△ｔとの積を求め、その正負符合を逆転することで得られる（図２中の数式Ｂ）。

【0027】

そして、ドップラシフト周波数ｆｄｉ（ｉ＝１，２，…）が原理的に擬似距離Ｌｉ（ｉ＝１，２，…）よりもマルチパスの影響を受け難い点に着目すると、もしマルチパスの影響が皆無で且つその他の誤差要因を考慮しないと仮定すると、擬似距離変化量△Ｌと相対移動量△Ｄとが一致するはずである。反対に、マルチパスの影響を受けていれば擬似距離変化量△Ｌと相対移動量△Ｄとの乖離が大きくなる。

【0028】

位置座標を算出するためには少なくとも４機のＧＰＳ衛星が必要であり、数が多ければそれだけ高精度且つ高速に位置座標を算出できる。天空には４機を超えるＧＰＳ衛星が常に配置されているため、測位に用いるＧＰＳ衛星を選択することが可能である。
そこで、本実施形態では擬似距離変化量△Ｌと相対移動量△Ｄの差すなわち両者の乖離量Ｑｅ（図２中の数式Ｃ）を、候補となるＧＰＳ衛星（候補衛星）別に求め、それぞれの乖離量Ｑｅを用いて測位に使用する衛星を選択することでマルチパスの影響を低減する。具体的には、本実施形態では、マルチパス誤差を含む許容できる誤差の上限として「判定基準値ｋ」を設定し、乖離量Ｑｅが当該判定基準値ｋより大きければマルチパスの影響を強く受けていると見なし、測位に使用する衛星の候補から除外することとする。

【0029】

尚、第１のエポックと第２のエポックとは、１エポック差とすると最も精度良くマルチパスの影響を低減できる。

【0030】

［機能構成の説明］
図３は、本実施形態における車両位置計測システム２の機能構成例を示すブロック図である。車両位置計測システム２のＣＰＵ２４は、ベースバンド処理部３０と、乖離量算出部３２と、判定基準値選択部３４と、衛星選択部３６と、測位演算部３８と、を有する。

【0031】

ベースバンド処理部３０は、衛星信号の捕捉や追跡、航法メッセージのデコードを行う。また、ベースバンド処理部３０は、捕捉部３０１と、擬似距離算出部３０３と、ドップラシフト周波数算出部３０５とを有する。尚、デコードされた航法メッセージは、ＩＣメモリ２６に記憶される（航法メッセージ４４）。

【0032】

捕捉部３０１は、測位に使用する候補となるＧＰＳ衛星（候補衛星）の衛星信号を捕捉する。例えば、取得済の航法メッセージ４４に基づいて各ＧＰＳ衛星の位置を予測計算し、可視範囲内のＧＰＳ衛星のＣ／Ａコード（レプリカコード）を生成し、デジタルＩＦ信号との相関値がピークとなるようにＣ／Ａコード位相制御する。

【0033】

擬似距離算出部３０３は、捕捉できたＧＰＳ衛星別に擬似距離Ｌｉ（ｉ＝１，２，…）を算出する。擬似距離の算出方法は従来公知の方法と同様である。例えば、受信したＧＰＳ衛星信号に示されている発信時刻と、ＲＴＣ２７の計時時刻に基づく受信時刻との差から擬似距離を求めてもよい。算出された擬似距離Ｌｉ（ｉ＝１，２，…）は、ＩＣメモリ２６の擬似距離履歴データ４８に衛星ＩＤと、エポックＩＤ（例えば、エポックの示す時刻、又は起動から連番付与される識別情報）と対応づけて格納される。

【0034】

ドップラシフト周波数算出部３０５は、捕捉できたＧＰＳ衛星別にドップラシフト周波数ｆｄｉ（ｉ＝１，２，…）を算出する。ドップラシフト周波数の算出方法は従来公知の方法と同様である。例えば、捕捉した衛星信号の受信周波数から搬送波周波数（１．５７５４２［ＧＨｚ］）を減算して求めても良い。算出されたドップラシフト周波数ｆｄｉ（ｉ＝１，２，…）は、ＩＣメモリ２６のドップラシフト周波数履歴データ５０に衛星ＩＤと、エポックＩＤと対応づけて格納される。

【0035】

尚、本実施形態ではベースバンド処理部３０をＣＰＵ２４の演算処理によって実現する構成としたが、公知のベースバンド処理ＩＣなどのハードウェアを流用し、ベースバンド処理部３０をＣＰＵ２４とは独立したプロセッサで実現することもできる。

【0036】

乖離量算出部３２は、捕捉されたＧＰＳ衛星別に、（１）算出された擬似距離Ｌｉ（ｉ＝１，２，…）に基づく擬似距離変化量△Ｌと、（２）算出されたドップラシフト周波数ｆｄｉ（ｉ＝１，２，…）に基づく当該ＧＰＳ衛星と車両との相対移動量△Ｄと、（３）擬似距離変化量△Ｌと相対移動量△Ｄとの差である乖離量Ｑｅと、を算出する。

【0037】

判定基準値選択部３４は、乖離量Ｑｅを判定するための判定基準値の中から、判定基準値を選択する。本実施形態では、車両の例として軌道３を走行する列車４を挙げている。そこで、軌道３に沿って予め「区域」を定めておき、その区域別の判定基準値ｋを定義する判定基準値設定データ４２をＩＣメモリ２６に記憶させておく。そして、判定基準値選択部３４は、最後に算出した列車４の位置座標に該当する区域の判定基準値ｋを判定基準値設定データ４２から選択する。

【0038】

衛星選択部３６は、乖離量Ｑｅを用いて、捕捉できるＧＰＳ衛星（候補衛星）の中から測位に使用する衛星を選択する。具体的には、候補衛星毎に得られた乖離量Ｑｅと、判定基準値選択部３４で選択した判定基準値ｋとを比較し、乖離量Ｑｅが判定基準値ｋ以上の候補衛星を選択しない。
より具体的には、本実施形態では、乖離量Ｑｅが判定基準値ｋ以上となる候補衛星の衛星ＩＤを除外衛星リスト６０に登録する。一方、乖離量Ｑｅが判定基準値ｋ未満の候補衛星の衛星ＩＤが除外衛星リスト６０に登録されていた場合には登録を抹消する。衛星選択部３６は、この除外衛星リスト６０に登録されている候補衛星を除いて測位に使用する衛星を選択する。

【0039】

測位演算部３８は、衛星選択部３６により測位に使用する衛星として選択されたＧＰＳ衛星の衛星信号から位置座標を算出し、ＩＣメモリ２６に位置座標６２を記憶する。

【0040】

ＩＣメモリ２６は、揮発性及び不揮発性のＩＣメモリで実現できる。本実施形態のＩＣメモリ２６は、測位プログラム４０と、判定基準値設定データ４２と、航法メッセージ４４と、擬似距離履歴データ４８と、ドップラシフト周波数履歴データ５０と、除外衛星リスト６０と、位置座標６２とを記憶する。

【0041】

測位プログラム４０は、ＣＰＵ２４が読み出して実行することにより、ベースバンド処理部３０、乖離量算出部３２、判定基準値選択部３４、衛星選択部３６、測位演算部３８としての機能を実現させるためのプログラムである。尚、ベースバンド処理部３０をハードウェア回路として実現する構成の場合には、測位プログラム４０を、乖離量算出部３２、判定基準値選択部３４、衛星選択部３６、測位演算部３８としての機能を実現させるためのプログラムとしたり、専用回路として実現することができる。

【0042】

判定基準値設定データ４２は、乖離量Ｑｅを判定する判定基準値を定義する。例えば、図４に示すように、区域４２１別に、衛星方位条件４２３と判定基準値４２５とを対応付けて格納する。区域４２１は、例えば、ある駅（α駅）からの距離や位置座標の範囲を定義する。衛星方位条件４２３は、車両の進行方向を基準とする方位範囲（例えば、−３０°〜＋３０°）として定義してもよいし、東西南北を基準として定義してもよい。

【0043】

航法メッセージ４４は、受信したＧＰＳ衛星信号をデコードすることで得られるデータであり、各ＧＰＳ衛星の衛星軌道情報を含む。なお、測位を開始する前の当初の航法メッセージ４４、或いは、それに含まれる衛星軌道情報のみを、通信Ｉ／Ｆ２８を介して外部から取得することとしてもよい。

【0044】

擬似距離履歴データ４８は、ＧＰＳ衛星別の擬似距離Ｌの履歴を格納する。例えば図５に示すように、衛星ＩＤ４８１と、エポックＩＤ４８３に対応付けられた擬似距離値４８５とを格納する。エポックＩＤ４８３には、例えば計測時刻を利用できる。

【0045】

ドップラシフト周波数履歴データ５０は、ＧＰＳ衛星別のドップラシフト周波数ｆｄの履歴を格納する。例えば図６に示すように、衛星ＩＤ５０１と、エポックＩＤ５０３に対応づけられたドップラシフト周波数値５０５とを格納する。

【0046】

除外衛星リスト６０は、測位に使用するのに不適と判断された衛星ＩＤを登録する。
本実施形態では、ＧＰＳ衛星別に乖離量Ｑｅと判定基準値ｋとが比較され、判定基準値ｋ以上であれば当該ＧＰＳ衛星の衛星ＩＤが登録される。判定基準値ｋ未満であれば登録抹消される。なお、判定基準値ｋを超える場合に衛星ＩＤを登録し、判定基準値ｋ以下の場合に衛星ＩＤの登録を抹消することとしてもよい。要は、判定基準値ｋが閾値となるということである。

【0047】

位置座標６２は、車両（本実施形態では列車４）の位置座標である。
その他、ＩＣメモリ２６にはベースバンド処理に必要な各種情報を格納することができるものとする。

【0048】

［動作の説明］
次に、本実施形態における車両位置計測システム２の動作説明として、ＣＰＵ２４における測位関連の処理の流れに付いて説明する。尚、航法メッセージ４４のデコード・更新についてはＧＰＳを用いた公知の測位技術と同様に実現できるのでここでの説明は省略する。また、電源投入直後の、航法メッセージ４４の再取得と、可視可能なＧＰＳ衛星６の位置の予測計算と、当該衛星からの衛星信号を探すサーチを行うが、それらも公知の測位技術と同様に実現できるので説明は省略する。

【0049】

図７は、ＣＰＵ２４における一回の測位を行うための処理の流れを説明するためのフローチャートであって、車両位置計測システム２が起動している間、エポックの時間差と同じ周期で繰返し実行される。

【0050】

同処理において、ＣＰＵ２４は先ず、ＧＰＳ衛星６の捕捉処理を実行する（ステップＳ２）。例えば、ＲＦ受信部２２から入力されたデジタルＩＦ信号（受信信号）とレプリカコードとの相関演算を、ＧＰＳ衛星別に定められたレプリカコードを変更しながら行い、相関が取れた場合に、該当するＧＰＳ衛星の信号を捕捉したと判定する。

【0051】

次に、ＣＰＵ２４は、捕捉した各ＧＰＳ衛星６それぞれについてループＡを実行する（ステップＳ４〜Ｓ３６）。
ループＡでは、先ず処理対象としているＧＰＳ衛星６の今回のエポックにおける擬似距離Ｌを算出し、擬似距離履歴データ４８に格納する（ステップＳ８；図５参照）。次いで、処理対象のＧＰＳ衛星６の今回のエポックにおけるドップラシフト周波数ｆｄを算出し、ドップラシフト周波数履歴データ５０に格納する（ステップＳ１０；図６参照）。

【0052】

次に、擬似距離変化量△Ｌを算出する（ステップＳ１２）。
図２の数式Ａを参照して述べるならば、ステップＳ８で新たに算出した擬似距離Ｌを第２のエポックにおける「擬似距離Ｌ２」とし、擬似距離履歴データ４８に登録されている「時間的に最も近い過去のエポック」における擬似距離値４８５を第１のエポックにおける「擬似距離Ｌ１」として、擬似距離変化量△Ｌを算出する。

【0053】

もし、一つ前のエポックにおいて擬似距離が算出できていれば、実質的に直前のエポックにおける擬似距離に基づいて擬似距離変化量△Ｌが算出される。仮に、一つ前のエポックにおいて跨線橋をくぐり抜けた時など、一時的に当該ＧＰＳ衛星を捕捉できていなかったとしても、更にそれより過去のエポックにおいて擬似距離を算出できていれば、擬似距離変化量△Ｌを算出できる。しかし、コールドスタート時や長いトンネル通過などＧＰＳ衛星６を長時間に渡って捕捉できない状況から抜けた直後などでは、「時間的に最も近い過去のエポック」に該当する擬似距離４８５が無いケースがある。その場合はステップＳ１２で擬似距離変化量△Ｌは算出できないことになる。そこで、擬似距離変化量△Ｌが算出できなければ（ステップＳ１４のＮＯ）、当該処理対象のＧＰＳ衛星６の衛星ＩＤを除外衛星リスト６０に登録し（ステップＳ１６）、ループＡを終了する（ステップＳ３６）。

【0054】

もし、ステップＳ１２で擬似距離変化量△Ｌを算出できたならば（ステップＳ１４のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は次に相対移動量△Ｄを算出する（ステップＳ２０）。
図２の数式Ｂを参照して述べるならば、ステップＳ１０で新たに算出したドップラシフト周波数ｆｄを第２のエポックにおける「ドップラシフト周波数ｆｄ２」とし、ドップラシフト周波数履歴データ５０に登録されている「時間的に最も近い過去のエポック」におけるドップラシフト周波数値５０５を第１のエポックにおける「ドップラシフト周波数ｆｄ１」として、エポック時間差△ｔを今エポックと時間的に最も近い過去のエポックとの時間差として、相対移動距離△Ｄを算出する。

【0055】

先ほどの擬似距離変化量△Ｌの算出と同様の理由で相対移動距離△Ｄが算出できなければ（ステップＳ２２のＮＯ）、ＣＰＵ２４は当該処理対象のＧＰＳ衛星６の衛星ＩＤを除外衛星リスト６０に登録し（ステップＳ１６）、ループＡを終了する（ステップＳ３６）。

【0056】

もし、相対移動距離△Ｄが算出できたならば（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、次に処理対象のＧＰＳ衛星６についての乖離量Ｑｅを算出する（ステップＳ２４；図２の数式Ｃ参照）。

【0057】

次いで、判定基準値設定データ４２を参照して、最後に算出した位置座標６２から該当する区域４２１を割り出すとともに、航法メッセージ４４に含まれる衛星軌道情報に基づいて処理対象のＧＰＳ衛星６の方位に該当する衛星方位条件４２３を選択する。そして、選択した判定基準値４２５を、今回の判定に使用する判定基準値ｋとする（ステップＳ２６；図４参照）。
そして、この判定基準値ｋと乖離量Ｑｅとを比較し、乖離量Ｑｅが判定基準値ｋ以上であれば（ステップＳ２８のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は当該処理対象のＧＰＳ衛星６の衛星ＩＤを除外衛星リスト６０に登録し（ステップＳ１６）、ループＡを終了する（ステップＳ３６）。もし、乖離量Ｑｅが判定基準値ｋ未満であれば（ステップＳ２８のＮＯ）、ＣＰＵ２４は当該処理対象のＧＰＳ衛星６の衛星ＩＤを除外衛星リスト６０から登録抹消し（ステップＳ３０）、ループＡを終了する（ステップＳ３６）。

【0058】

ステップＳ２にて捕捉された全てのＧＰＳ衛星６についてループＡを実行したならば、ＣＰＵ２４は、捕捉されたＧＰＳ衛星６のうち除外衛星リスト６０に登録されている衛星を除外した中から、所定数の測位に使用する衛星を選択する（ステップＳ４０）。もし、ここで測位に必要な所定数の衛星を選択できなければ（ステップＳ４４のＮＯ）、測位演算は行わずにステップＳ２に戻る。もし、所定数の衛星を選択できれば（ステップＳ４４のＹＥＳ）、それら選択した衛星を使用して測位演算を実行して今回のエポックにおける位置座標を算出して、ＩＣメモリ２６に位置座標６２に記憶する（ステップＳ４６）。

【0059】

以上、本実施形態によれば、原理的にマルチパスの影響を受け易い擬似距離変化量と、マルチパスの影響を受けにくいドップラシフト周波数に基づく相対移動量との乖離量から、マルチパスの影響を受けているかどうかを検定することが可能となる。

【0060】

また、本実施形態では、擬似距離とドップラシフト周波数の履歴データを保持するので、擬似距離変化量△Ｌを、最新のエポックにおける擬似距離と、当該エポックと最も時間的に近い過去のエポックにおける擬似距離から算出することができる。また、当該過去のエポックにおけるドップラシフト周波数を取得して相対移動量△Ｄを算出できる。
よって、常時は時間的に連続するエポック間での擬似距離及びドップラシフト周波数に基づいて精度良くマルチパスの影響を検定できる。仮に跨線橋をくぐり抜けた時など、一時的にＧＰＳ衛星からの電波が正しく受信できなかったエポックが単数回又は複数回連続して有ったとしても、それらよりも過去のエポックに遡って擬似距離やドップラシフト周波数を参照し、当該過去のエポックまでの時間差△ｔに基づいて相対移動距離△Ｄを算出できるので、マルチパスの影響の検定を継続的に実現することができる。

【0061】

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の形態はこれに限定されるものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

【0062】

［その１］
例えば、上記実施形態では、乖離量Ｑｅと判定基準値ｋとを比較することで、測位演算に使用しない衛星をふるい落としているが、判定基準値ｋの設定を省略することもできる。例えば、乖離量算出部３２が、ＩＣメモリ２６にＧＰＳ衛星別に算出した乖離量Ｑｅを記憶する構成とし、記憶された乖離量Ｑｅの小さいほうから順に測位演算に使用する衛星を選択する構成も可能である。

【0063】

具体的には、乖離量算算出部３２は、図８に示すように、衛星別の乖離量履歴データ６４をＩＣメモリ２６に記憶する。乖離量履歴データ６４は、衛星ＩＤ６４１別に、エポックＩＤ６４３と、当該エポックにおいて算出された乖離量値６４５とを対応付けて格納する。

【0064】

そして、図９に示すように、ステップＳ１６、ステップＳ２６〜Ｓ３０に代えて、（１）ステップＳ２４で算出した乖離量ＱｅをループＡでの処理対象ＧＰＳ衛星に対応する乖離量履歴データ６４に記憶するステップＳ３２と、（２）ステップＳ１４で否定判定の場合、及びステップＳ２２で否定判定の場合に、ループＡでの処理対象ＧＰＳ衛星に対応する乖離量履歴データ６４に所定値（例えばＮＵＬＬ）を格納するステップＳ３４と、を実行する。

【0065】

次いで、ループＡの処理の後、最新（今回）のエポックにおける乖離量Ｑｅが、小さい方から順に所定数（４個以上であり、例えば５個でもよいし、４個でもよい。）のＧＰＳ衛星を選択する（ステップＳ４２）。そして、選択したＧＰＳ衛星の衛星信号を用いて位置座標を算出する（ステップＳ４６）。
この場合、乖離量Ｑｅは、ＧＰＳ衛星を選択するか否かの指標値となる。

【0066】

［その２］
また、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、ＧＰＳ以外の衛星測位システムに本発明を適用することも可能である。
また、車両を列車としたが、自動車に適用することも可能である。

【符号の説明】

【0067】

２…車両位置計測システム
３…軌道
４…列車
６…ＧＰＳ衛星
７…衛星信号
２１…ＧＰＳアンテナ
２２…ＲＦ受信部
２４…ＣＰＵ
２６…ＩＣメモリ
２８…通信Ｉ／Ｆ
３０…ベースバンド処理部
３０１…捕捉部
３０３…擬似距離算出部
３０５…ドップラシフト周波数算出部
３２…乖離量算出部
３４…判定基準値選択部
３６…衛星選択部
３８…測位演算部
４０…測位プログラム
４２…判定基準値設定データ
４４…航法メッセージ
４８…擬似距離履歴データ
５０…ドップラシフト周波数履歴データ
６０…除外衛星リスト
６２…位置座標
６４…乖離量履歴データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】