CN101809409B - 导航装置 - Google Patents

Abstract

一种导航装置包括：信号处理部(12)，该信号处理部(12)测量电波接收部11所接收的电波的发射源的GPS卫星的伪距离及伪距离变化率，并且从电波获得导航消息；GPS卫星状态估计部利用率(13)，该GPS卫星状态估计部利用率(13)根据导航消息，计算GPS星位置及速度；伪距离误差估计部(14)，该伪距离误差估计部(14)基于伪距离和伪距离变化率，估计伪距离误差；使用者位置观测部(15)，该使用者位置观测部(15)根据伪距离、GPS卫星位置、以及伪距离误差，计算自身位置；使用者速度及方位观测部(16)，该使用者速度及方位观测部(16)根据伪距离变化率、GPS卫星位置、以及自身位置，计算自身速度；以及使用者方位搜索部(17)，该使用者方位搜索部(17)在伪距离误差中的多径误差不到规定值时，将基于在预定角度范围内变更方位时的自身与GPS星的相对运动而计算出的伪距离变化率、与测量出的伪距离变化率一致的方位，作为自身的方位进行搜索。

Description

导航装置

技术领域

本发明涉及利用了GPS(Global Positioning System：全球定位系统)接收机和自主导航传感器的、进行测位及地图匹配的导航装置。

背景技术

装载于汽车上的导航装置，在地图的道路上进行本车位置显示、及道路引导等。当在道路上显示本车位置时，导航装置利用GPS、和包含车速传感器及角速度传感器的自主导航传感器，来测量本车的运动，通过地图匹配处理，在由地图数据所表示的道路链上进行位置辨识。然而，关于自主导航传感器，由于将从速度传感器输出的脉冲转换为距离的比率(称为“比例因子：Scale Factor”)对于每个车辆会不同，另外，角速度传感器的偏置电压(称为“偏移”)会产生温度漂移，因此需要一直确认产生的误差，并适当校正。

另外，关于GPS，有如下所述的使用上的问题。

(1)对于GPS测位，在其原理上，需要来自3个以上的GPS卫星的电波。然而，在由于道路周边的大厦等而使本车的上空的视野狭窄时，来自GPS卫星的电波被阻断。在由于该阻断而使得能够使用的GPS卫星的数量不到3个时，不能进行测位，从而可利用性降低。以下，将此称作“可利用性问题”。

(2)在道路周边存在大厦等时，由于来自GPS卫星的电波经大厦反射，而使得在来自GPS卫星的电波到达地面上的GPS接收机之前将经过多个路径(多径)，因此传播迟延时间变长。关于GPS测位，由于是根据将传播延迟时间换算为距离而获得的伪距离来测量本车位置的，所以在产生多径时，本车位置的误差变大。以下，将此称作“多径问题”。

如上所述，关于城市中的GPS测位，由于存在可利用性降低、另外产生多径从而本车位置的误差增大的问题，所以在现有的导航装置中，为了排除因这样的GPS测位所引起的问题，使用从自主导航传感器获得的测量数据，来对道路链上的本车位置进行修正。

作为这样的技术，专利文献1揭示了为了提高测位运算结果的精度而使用卡尔曼滤波器的GPS接收机及车载导航系统。该专利文献1所揭示的GPS接收机及车载导航系统，为了将GPS测位运算所使用的卡尔曼滤波器的收敛向正确的方向引导，而采用了使地图匹配的结果反馈给卡尔曼滤波器的结构。这是以使用从自主导航传感器获得的测量数据来进行地图匹配的结果的位置精度、高于使用GPS测位数据来进行地图匹配的结果为前提进行的。

另外，专利文献2揭示了带有DR(自主测位：Dead Reckoning)功能的GPS接收机。该专利文献2所揭示的GPS接收机，采用例如将导航装置中的地图匹配的结果反馈给GPS接收机、以消除测位误差的结构。此外，在带有DR功能的GPS接收机中，分别进行DR测位与GPS测位，而非利用卡尔曼滤波器等进行复合测位。

另外，专利文献3揭示了能够不招致降低可利用性、减小伪距离误差、提高测位精度的GPS接收机。该专利文献3所揭示的GPS接收机采用了以下结构：即，利用不易受到多径的影响的伪距离变化率(根据载波频率的多普勒频移进行测量)，将易受到多径的影响的伪距离(根据传播迟延时间进行测量)平滑化，从而即使在发生了瞬间的电波阻断时，也利用根据GPS卫星与本车的相对运动推定出的伪距离变化率，对伪距离进行插值，用于测位计算。通过这样，力图消除多径问题及可利用性问题。

专利文献1：

日本专利特开2001-272239号公报

专利文献2：

日本专利特开2002-213979号公报

专利文献3：

日本专利特开2006-322846号公报

然而，在利用GPS接收机和自主导航传感器进行测位及地图匹配的导航装置中，为了使用GPS测位的结果，最低条件为：接收来自在本车的上空存在的3个以上的GPS卫星的电波，GPS接收机能够进行2维测位或3维测位。

然而，在沿道路有大厦等林立的城市等的道路上，由于大厦等而使本车的上空的视野狭窄，从而能够接收电波的GPS卫星的数量不到3个时，发生GPS的可利用性降低这样的可利用性问题。另外，在这样的位置，经常接收经大厦等反射的电波，从而发生在GPS测位的结果中容易产生较大的误差的多径问题。因此，现有的导航装置中采用了以下结构：即，能够使用自主导航传感器所测量的本车(使用者)的移动距离和转弯角度，来求取本车的位置(自主测位)，修正道路链上等的本车位置。

然而，例如在从立体停车场等这样的道路外开始行驶时，若自主测位所求取的本车的位置及方位的误差变大，则其后行驶在道路上时，会产生与错误的道路链上进行匹配的误匹配。此时，若处于不可进行GPS测位的状态，则误匹配的状态继续。若本车的当前位置不正确，则导航装置的路径引导等也会出错。

对于这样的问题，在专利文献1所揭示的技术中，以使用自主导航传感器获得的测量数据进行地图匹配的结果的位置精度、高于使用GPS测位数据进行地图匹配的结果为前提，采用了使地图匹配的结果反馈给卡尔曼滤波器、以引导GPS测位运算所使用的卡尔曼滤波器的收敛方向的结构。然而，如上所述，存在以下缺点：即，在地图匹配的结果不正确时，误匹配的结果阻碍正常的GPS测位，妨碍正确的道路链上的位置辨识。

另外，对于上述的问题，在专利文献2所揭示的技术中，尝试利用地图匹配的结果来消除自主测位的误差。然而，该技术与上述的专利文献1所揭示的技术一样，在正确完成地图匹配时有效，如上所述，在GPS测位之前产生误匹配的状态下，不能获得所期望的效果。

另外，对于上述的问题，在专利文献3所揭示的技术中，利用不易受到多径的影响的伪距离变化率，将易受到多径的影响的伪距离平滑化，以减小多径的影响。另外，在发生了瞬间的电波阻断时，利用根据GPS卫星和本车的相对运动而估计出的伪距离变化率，对伪距离进行插值，用于测位计算，通过这样来减轻可利用性的降低及多径的影响。然而，在接通电源后、可用于测位的来自GPS卫星的电波的数量不到3个时，由于用该技术也不能进行GPS测位，所以不能获得所期望的效果。

本发明是为了消除上述各种问题而完成的，其目的在于，提供一种能不招致降低可利用性、减轻多径的影响、提高测位精度的导航装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明所涉及的导航装置包括：电波接收部，该电波接收部接收从多个GPS卫星发射出的电波；信号处理部，该信号处理部识别作为电波接收部所接收的电波的发射源的GPS卫星，测量该识别出的GPS卫星的伪距离及伪距离变化率，并且提取该电波中包含的导航消息；GPS卫星状态估计部，该GPS卫星状态估计部根据信号处理部所提取的导航消息，计算GPS卫星的位置及速度；伪距离误差估计部，该伪距离误差估计部基于信号处理部所测量的伪距离和伪距离变化率，估计伪距离误差；使用者位置观测部，该使用者位置观测部利用信号处理部所测量的伪距离、GPS卫星状态估计部所计算的GPS卫星的位置、及伪距离误差估计部所估计的伪距离误差，来计算自身的位置；使用者速度及方位观测部，该使用者速度及方位观测部根据信号处理部所测量的伪距离变化率、GPS卫星状态估计部所计算的GPS卫星的位置、以及使用者位置观测部所计算的自身的位置，来计算自身的速度；以及使用者方位搜索部，该使用者方位搜索部在伪距离误差估计部所估计的伪距离误差中的多径误差小于规定值时，将计算出的伪距离变化率、与信号处理部所测量的伪距离变化率一致的方位作为自身的方位进行搜索，所述计算出的伪距离变化率是基于具有在预定角度范围内改变了方位时的从使用者位置观测部获得的位置以及从使用者速度及方位观测部获得的速度的自身、与具有GPS卫星状态估计部所估计的位置及速度的GPS卫星的相对运动而进行计算的。

根据本发明所涉及的导航装置，能够对每个从GPS卫星接收的电波判断是否有多径影响，只要能接收1个无多径影响的GPS卫星电波，则即使在由于用于测位的GPS卫星的数量为1个或2个而不能进行GPS测位时，也能检测本车的方位。其结果，能够不招致降低可利用性，减轻多径的影响，提高测位精度。

附图说明

图1是将本发明实施方式1所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。

图2是将本发明实施方式1所涉及的导航装置的动作、以测位处理为中心进行表示的流程图。

图3是用于说明装载了本发明实施方式1所涉及的导航装置的汽车行驶在城市的道路上时的GPS卫星电波的接收状况的图。

图4是表示本发明实施方式1所涉及的导航装置中的、通过GPS测位而获得的本车的方位及速度的变化的例子的图。

图5是表示本发明实施方式1所涉及的导航装置中的伪距离变化率的测量值和估计值(估计条件：移动/静止)的变化的例子的图。

图6是表示本发明实施方式1所涉及的导航装置中的、在-180～-20度的角度范围内具有20度大小的方位误差而计算出的伪距离变化率(估计值)的波形的图。

图7是用于说明本发明实施方式1所涉及的导航装置中的、修正本车的方位的状况的图。

图8是用于说明本发明实施方式1所涉及的导航装置中的、位置误差圆内的位置更新范围的图。

图9是将本发明实施方式2所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。

图10是将本发明实施方式2所涉及的导航装置的动作、以测位处理为中心进行表示的流程图。

图11是将本发明实施方式3所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。

图12是将本发明实施方式3所涉及的导航装置的动作、以测位处理为中心进行表示的流程图。

图13是将本发明实施方式4所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。

图14是将本发明实施方式4所涉及的导航装置的动作、以测位处理为中心进行表示的流程图。

图15是用于说明本发明实施方式4所涉及的导航装置中的、角速度传感器的偏移校正的图。

图16是将本发明实施方式5所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。

图17是将本发明实施方式5所涉及的导航装置的动作、以测位处理为中心进行表示的流程图。

图18是用于说明本发明实施方式5所涉及的导航装置中的、本车的方位修正状况及地图匹配状况的图。

图19是用于说明本发明实施方式5所涉及的导航装置中的、利用地图匹配设定的候选的图。

图20是将本发明实施方式6所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。

图21是将本发明实施方式6所涉及的导航装置的动作、以测位处理为中心进行表示的流程图。

图22是用于说明本发明实施方式6所涉及的导航装置中的、行驶过环状桥后的本车的方位修正状况及地图匹配状况的图。

具体实施方式

下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式。

实施方式1

图1是将本发明实施方式1所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。该导航装置包括：电波接收部11、信号处理部12、GPS卫星状态估计部13、伪距离误差估计部14、使用者位置观测部15、使用者速度及方位观测部16、以及使用者方位搜索部17。

电波接收部11包括接收从本车的上空存在的多个GPS卫星发射的电波(以下，称为“GPS卫星电波”)的GPS天线。电波接收部11将通过利用该GPS天线接收GPS卫星电波而获得的接收信号，传送到信号处理部12。

信号处理部12根据从电波接收部11传送来的接收信号，识别发射GPS卫星电波的GPS卫星，对每个GPS卫星，根据GPS卫星电波的传播延迟时间，来计算伪距离，并且根据GPS卫星电波的载波频率的多普勒频移，来计算伪距离变化率。而且，信号处理部12从由电波接收部11传送来的接收信号，提取记述了GPS卫星的轨道信息等的导航消息、及GPS卫星电波的接收时刻等。将该信号处理部12的信号处理的结果，传送到GPS卫星状态估计部13、伪距离误差估计部14、使用者位置观测部15、使用者速度及方位观测部16、以及使用者方位搜索部17。

GPS卫星状态估计部13利用信号处理部12所提取的GPS卫星电波的接收时刻、和导航消息中包含的轨道信息(星历表等)，来计算时时刻刻变化的GPS卫星的位置及速度。将该GPS卫星状态估计部13的计算结果，传送到使用者位置观测部15、使用者速度及方位观测部16、以及使用者方位搜索部17。

伪距离误差估计部14利用信号处理部12所提取的GPS卫星电波的接收时刻、和导航消息中包含的校正参数(通过电离层时的伪距离误差的校正参数、装载于GPS卫星上的时钟的误差的校正参数)等，来估计GPS卫星电波到达GPS天线为止的电波传播迟延时间中包含的各种误差分量(GPS卫星装载时钟误差、电离层电波传播延迟误差、对流层电波传播延迟误差、多径误差、以及接收机噪声等)。将伪距离误差估计部14所估计的误差分量，传送到使用者位置观测部15及使用者方位搜索部17。

使用者位置观测部15利用从信号处理部12传送来的每个GPS卫星的伪距离、GPS卫星状态估计部13所计算的接收时刻的GPS卫星的状态(位置及速度)、伪距离误差估计部14所估计的伪距离的误差分量、以及本车的位置(前次的计算值)，根据预定的计算公式，对本车的当前位置进行测位，并且计算导航装置的内置时钟的误差。

使用者速度及方位观测部16利用信号处理部12所计算的GPS卫星电波的接收时刻的每个GPS卫星的伪距离变化率、GPS卫星状态估计部13所计算的接收时刻的GPS卫星的状态(位置及速度)、伪距离误差估计部14所估计的伪距离的误差、以及使用者的位置，计算本车的速度及方位，并传送到使用者方位搜索部17。

关于伪距离误差估计部14所估计的伪距离误差(多径误差)在规定值以下的GPS卫星电波，使用者方位搜索部17将信号处理部12所计算的伪距离变化率、与该使用者方位搜索部17所估计的伪距离变化率进行比较，以搜索两者一致时的估计值的计算中所用的方位(表示本车的方位)。

接下来，以按照预定周期启动的测位处理为中心，参照图2所示的流程图及图3～图8所示的说明图，来说明如上所述那样构成的、本发明实施方式1所涉及的导航装置的动作。

在测位处理中，首先，检查是否有GPS接收(步骤ST11)。即，信号处理部12通过观察从由电波接收部11传送来的接收信号提取的GPS卫星电波的接收时刻的更新状态等，来检查是否有GPS卫星电波接收。在该步骤ST11中，若判断为无GPS接收，则测位处理结束。

另一方面，在步骤ST11中，若判断为有GPS接收，则计算GPS卫星的状态(位置及速度)(步骤ST12)。即，GPS卫星状态估计部13根据信号处理部12所提取的GPS卫星电波的接收时刻、倒算出GPS卫星电波的发送时刻后，利用每个GPS卫星的导航消息中包含的轨道信息(星历表)，使用预定的计算公式计算GPS卫星电波的发送时刻的GPS卫星的位置及速度，并将该计算结果传送到使用者位置观测部15、使用者速度及方位观测部16、以及使用者方位搜索部17。

接着，计算伪距离误差(GPS卫星装载时钟误差、大气中电波传播延迟误差)(步骤ST13)。即，伪距离误差估计部14使用导航消息中包含的预定参数，作为从信号处理部12传送来的伪距离中包含的误差，按照下面的(1)式及(2)式，来计算GPS卫星装载时钟误差及大气中(电离层和对流层)电波传播延迟误差。此外，在(2)式中，关于GPS接收机噪声，由于在信号处理部12的各信道中大致是相同的，所以在接收到无多径的影响的GPS卫星电波时预先进行求取。

[数学式1]

dρ(T₂)＝ρ_cτ-(||Ps-Po||+c(dT₂-dT₁)+ε)…(1)

式中，

dρ(T₂)：GPS卫星与本车间的伪距离的误差

T₁：GPS卫星电波的发送时刻(＝T₂-||Ps-Po||/C)[s]

T₂：GPS卫星电波的接收时刻[s]

Ps：GPS卫星的位置(根据导航消息进行计算)，(x_s，y_s，z_s)[m]

Po：本车的位置，(x_o，y_o，z_o)[m]

||Ps-Po||：GPS卫星位置Ps与本车位置Po的直线距离[m]

              ＝((x_s-x_o)²+(y_s-y_o)²+(z_s-z_o)²)^1/2

c：光的速度(＝2.99792458×108)[m/s]

τ：GPS卫星与本车间的电波传送时间[s]

ρ_cτ：伪距离(＝cτ)[m]

dT₁：GPS卫星装载时钟误差(利用导航消息进行计算)[s]

dT₂：导航装置内置时钟误差[s]

ε：伪距离的误差(按(2)式进行计算)[m]

d_iono：电离层电波传播延迟误差[m]

d_trop：对流层电波传播延迟误差[m]

d_mp：多径误差(未知数)[m]

[数学式2]

ε＝ρ_cτ-(||Ps-Po||+c(dT₂-dT₁)+d_iono+d_rcv+d_trop)…(2)

式中，

d_iono：电离层电波传播延迟误差(利用导航消息进行计算)[m]

d_trop：对流层电波传播延迟误差(用预定误差模型进行计算)[m]

d_rcv：接收机噪声(接收机信道共享)[m]

d_mp：多径误差(＝0；高仰角的GPS卫星时)[m]

接着，估计伪距离误差(多径误差)(步骤ST14)。即，伪距离误差估计部14将信号处理部12所测量的伪距离的差分、与伪距离变化率进行比较，计算该伪距离中包含的多径误差，将计算结果传送到使用者位置观测部15及使用者方位搜索部17。此外，关于多径误差的计算，由于在专利文献3中进行了详细的记载，因此请根据需要进行参照。

接着，计算伪距离的误差方差(步骤ST15)。即，关于步骤ST14所计算的伪距离误差(多径误差)，伪距离误差估计部14对每个GPS卫星电波，计算每预定时间的方差，并将计算结果传送到使用者位置观测部15及使用者方位搜索部17。

接着，检查伪距离误差是否小于规定值(步骤ST16)。即，使用者方位搜索部17将在步骤ST14中计算并从伪距离误差估计部14传送来的伪距离误差(仅多径误差)、与规定值进行比较。在该步骤ST16中，若判断为伪距离误差不到规定值，则判断为可进行本车的方位搜索，顺序前进至步骤ST17。另一方面，在步骤ST16中，若判断为伪距离误差在规定值以上，则判断为不可进行本车的方位搜索，顺序跳过步骤ST17而前进至步骤ST18。

例如，当本车行驶在田园的道路上时，对于接收到的几乎所有的GPS卫星电波，进行步骤ST17的处理，但当本车行驶在城市的道路上时，由于GPS卫星电波例如图3所示那样，被沿道路林立的大厦等阻断、或反射，因此不是对于接收到的几乎所有的GPS卫星电波进行步骤ST17的处理。此外，即使正行驶在城市的道路上，关于本车上空的仰角较大的方向(天顶方向)的GPS卫星或道路方向的GPS卫星(也有较低仰角的情况)，由于不易受到多径的影响，所以即使是城市，也能离散地在步骤ST17中进行处理。

在步骤ST17中，搜索本车的方位。即，使用者方位搜索部17对信号处理部12所测量的、不受多径的影响的伪距离变化率进行分析，以搜索本车的方位。图4是表示通过GPS测位所获得的本车的方位、及速度的变化的例子。现在，当本车的方位及速度分别如图4(a)及图4(b)所示那样变化时，信号处理部12所测量的伪距离变化率在图5中表示作为“测量值”。图5示出了伪距离变化率的测量值和估计值(估计条件：移动/静止)的变化的例子。图6是表示在-180～-20度的角度范围内具有20度大小的方位误差而计算出的伪距离变化率(估计值)的波形的图。

该伪距离变化率由于是根据GPS卫星电波的载波频率的多普勒频移进行测量的，所以若已知GPS卫星的位置及速度、和本车的位置及速度，则作为两者的相对运动能够按照下面的(3)式进行计算。若本车处于静止状态，则使(3)式的本车的速度为0而计算出的伪距离变化率的波形为图5的“估计值(静止)”所示的那样，但若本车处于行驶状态，则根据本车的方位及速度，“估计值(静止)”的波形发生变化，变为“估计值(移动)”所示那样。

在该步骤ST17中，计算在预定角度范围内改变了本车的方位时的本车的速度矢量及伪距离变化率，以将通过该计算获得的波形、与通过测量获得的波形(“测量值”)的差异在规定值以下时的方位看作本车的方位的方式进行搜索。在该步骤ST17中进行了方位的搜索时，将搜索出的方位与本车的方位进行比较。然后，若两者相差一定角度以上，则判断为本车的方位的误差较大，以搜索出的方位为基准，如图7所示那样，修正本车的方位。

[数学式3]

Δρ_rate-est＝LOS_x×(Vs_x-Vo_x)+LOS_y(Vs_y-Vo_y)+LOS_z(Vs_z-Vo_z)…(3)

其中，

LOS_x＝(x_O-x_S)/||Ps-Po||

LOS_y＝(y_O-y_S)/||Ps-Po||

LOS_z＝(z_O-z_S)/||Ps-Po||

||Ps-Po||＝{(x_S-x_O)²+(y_S-y_O)²+(z_S-z_O)²}^1/2

式中，

Δρ_rate-est：伪距离变化率的估计值[m/s]

Ps：GPS卫星的位置(根据导航消息进行计算)，(x_s，y_s，z_s)[m]

Vs：GPS卫星的速度(根据导航消息进行计算)，(v_s，v_s，v_s)[m]

Po：本车的位置，(x_o，y_o，z_o)[m]

Vs：本车的速度，(v_s，v_s，v_s)[m]

||Ps-Po||：GPS卫星位置与本车位置之间的距离[m]

LOS：从本车观察GPS卫星的视线方向矢量(line of site vector)

接着，检查是否为4个卫星以上且在预定次数以内(步骤ST18)。即，使用者速度及方位观测部16检查是否是能够接收的GPS卫星电波的数量为4个以上、且收敛计算次数在预定次数以内。在该步骤ST18中，当GPS卫星电波的数量不满4个、或收敛计算次数超过了预定次数时，判断为不能进行测位，测位处理结束。

另一方面，在步骤ST18中，若判断为4个卫星以上、且在预定次数以内，则计算本车的速度(矢量)(步骤ST19)。即，使用者速度及方位观测部16利用伪距离变化率、从GPS  星状态估计部13传送来的接收时刻的GPS卫星的位置及速度、以及本车的位置及速度、和从信号处理部12传送来的GPS卫星电波的接收时刻的每个GPS卫星的伪距离变化率，按照(4)式，计算本车的速度矢量，并且根据计算出的X、Y、Z轴的速度分量及本车的位置，计算本车的方位(标量)((4)式中的n为矩阵的要素号码，而非PRN(Pseudo Random Noise code：伪随机噪声码))。此外，(4)式是设(3)式中的Vo＝0后的数学式。

[数学式4]

Δρ_rate-est＝LOS_x×Vs_x+LOS_y×Vs_y+LOS_z×Vs_z…(4)

$\mathrm{Vo}={\left(A^T\mathrm{WA}\right)}^{-1}\left(A^{T}W\right)\×\left|\begin{array}{cc}{{\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{rate}-\mathrm{mes}}}^1& {{-\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{rate}-\mathrm{est}}}^1\\ {{\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{rate}-\mathrm{mes}}}^2& {{-\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{rate}-\mathrm{est}}}^2\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ {{\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{rate}-\mathrm{mes}}}^n& {{-\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{rate}-\mathrm{est}}}^{n1}\end{array}\right|$

$W=\left|\begin{array}{cccc}1/{\left({{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{\δ\ρ}}}^1\right)}^2& 0& 0& 0\\ 0& 1/{\left({{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{\δ\ρ}}}^1\right)}^2& 0& 0\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ 0& 0& 0& 1/{\left({{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{\δ\ρ}}}^1\right)}^2\end{array}\right|$

$A=\left|\begin{array}{cccc}{\mathrm{LOS}}_x^1& {\mathrm{LOS}}_y^1& {\mathrm{LOS}}_z^1& 1\\ {\mathrm{LOS}}_x^2& {\mathrm{LOS}}_y^2& {\mathrm{LOS}}_z^2& 1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ {\mathrm{LOS}}_x^n& {\mathrm{LOS}}_y^n& {\mathrm{LOS}}_z^n& 1\end{array}\right|$

式中，

Δρ_rate-mes：伪距离变化率的测量值[m/s]

Δρ_rate-est：伪距离变化率的估计值[m/s]

Vo：本车的速度(Vox，Voy，Voz，Vot)[m/s]

A：导航矩阵

W：加权矩阵

σ_δρ：伪距离误差的标准偏差

接着，计算本车的位置(矢量)(步骤ST20)。即，作为使伪距离误差的平方和为最小的解，使用者位置观测部15例如使用(5)式，利用加权最小2乘法等，求取本车的位置误差和导航装置的内置时钟的误差，从而对本车的位置和导航装置的内置时钟进行修正。在此，当在步骤ST17中搜索到方位时，如图8的位置误差圆内的位置更新范围所示，进行调整，使得在包含该方位的预定角度范围内更新位置。接着，观察本车的位置误差，以检查是否收敛了(步骤ST21)。即，使用者位置观测部15观察本车的位置误差，判断是否收敛了。若位置误差不到规定值，则作为能够对本车的位置进行测位，而结束测位处理，若位置误差在规定值以上，则判断为未收敛，顺序返回至步骤ST12，重复执行上述的处理(经多次后收敛)。

[数学式5]

$\mathrm{\δPo}={\left(A^T\mathrm{WA}\right)}^{-1}\left(A^{T}W\right)\×\left|\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}^1-R^1\\ {\mathrm{\ρ}}^2-R^2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ρ}}^n-R^n\end{array}\right|...\left(5\right)$

Po＝Po+δPo

R＝{(P_sx-P_ox)²+(P_sy-P_oy)²+(P_sz-P_oz)²}^1/2

式中，

δPo：本车的位置误差(δPo_x，δPo_y，δPo_z，δPo_t)[m]

(δPo_t/c、时钟误差)

Po：本车的位置(Po_x，Po_y，Po_z，Po_t)[m]

A：导航矩阵

W：加权矩阵

σ_δρ：伪距离误差的标准偏差

c：光的速度(＝2.99792458×108)[m/s]

此外，上述测位处理中，采用了利用加权最小2乘法来计算本车的速度和位置的结构，但也能够采用利用逐次计算或卡尔曼滤波器等进行计算的结构。

如上所述，根据本发明实施方式1所涉及的导航装置，由于对易受到多径的影响的伪距离的差分、与不易受到多径的影响的伪距离变化率进行比较，求取由多径的影响而引起的伪距离误差，所以能够对于每个GPS卫星掌握多径的影响。

另外，关于无多径的影响的伪距离变化率，由于比较测量值与估计值，根据两者一致时的估计值的计算中所使用的方位，能够检测本车的方位，因此，例如当在城市的大厦林立的街道上本车上空的视野受到限制、因而能够用于测位的GPS卫星的数量变为了1个或2个时，或者当在电源接通后仍只有1个或2个GPS卫星电波能够接收时，现有的导航装置不能进行GPS测位，停止了对本车的位置和方位的更新，但根据本实施方式1所涉及的导航装置，能够检测本车的方位，能够通知给司机等。

实施方式2

图9是将本发明实施方式2所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。本实施方式2所涉及的导航装置采用了以下结构：即，在实施方式1所涉及的导航装置中，追加速度传感器21及使用者速度测量部22，并且变更使用者速度及方位观测部16的功能。以下，关于与实施方式1所涉及的导航装置的构成部分相同的构成部分，标注实施方式1所使用的标号，并省略其说明，仅说明不同的构成部分。

速度传感器21输出与本车的速度对应的脉冲信号。将从该速度传感器21输出的脉冲信号，传送到使用者速度测量部22。使用者速度测量部22将从速度传感器21传送来的脉冲信号，换算为本车的速度。将该使用者速度测量部22所获得的本车的速度，传送到使用者速度及方位观测部16。使用者速度及方位观测部16将GPS和速度传感器21一起使用，测量本车的速度(矢量)，在此基础上，根据XYZ各轴的速度和本车的位置，计算方位。

接下来，以测位处理为中心，参照图10所示的流程图，说明如上所述构成的、本发明实施方式2所涉及的导航装置的动作。此外，对于进行与图2的流程图所示的实施方式1所涉及的导航装置中进行的处理相同的处理的步骤，标注与图2所使用的标号相同的标号，并省略其说明，以进行不同的处理的步骤为中心进行说明。

在测位处理中，首先计算本车的速度(标量)(步骤ST31)。即，使用者速度测量部22将从速度传感器21传送来的脉冲信号，换算为本车的速度(标量)，传送到使用者速度及方位观测部16。接着，检查是否有GPS接收(步骤ST11)。在该步骤ST11中，若判断为无GPS接收，则测位处理结束。另一方面，在步骤ST11中，若判断为有GPS接收，则计算GPS卫星的状态(位置及速度)(步骤ST12)。

接着，计算伪距离误差(GPS卫星装载时钟误差、大气中电波传播延迟误差)(步骤ST13)。接着，估计伪距离误差(多径误差)(步骤ST14)。接着，计算伪距离的误差方差(步骤ST15)。接着，检查伪距离误差是否小于规定值(步骤ST16)。在该步骤ST16中，若判断为伪距离误差不到规定值，则判断为可进行本车的方位搜索，顺序前进至步骤ST32。另一方面，在步骤ST16中，若伪距离误差在规定值以上，则判断为不可进行本车的方位搜索，顺序跳过步骤ST32而前进至步骤ST18。

在步骤ST32中，计算本车的方位(标量)和位置。即，使用者方位搜索部17计算在预定角度范围内改变了本车的方位时的本车的速度矢量及伪距离变化率，以将通过该计算获得的波形、与通过测量获得的波形(参照图5的“测量值”)的差异在规定值以下时的方位看作本车的方位的方式进行搜索，并且根据速度和方位，计算本车的移动量，估计前次的测位处理所求取的本车的位置。若在其后进行的步骤ST20中不能计算本车的位置，则将该步骤ST32所估计的位置作为本次的测位处理中的本车的位置来输出。

此外，当计算本车的速度矢量时，在周期性地执行的测位处理的最初的计算中，在包含前次的预测处理所求取的本车的方位的较大角度范围内改变方位，并将速度传感器21及使用者速度测量部22所测量的速度(标量)转换为速度矢量，但随着收敛计算的进行，包含步骤ST33所求取的本车的方位的角度范围逐渐变窄。此外，当不符合步骤ST18的条件、而未在步骤ST33中计算本车的方位时，照旧保持较大的角度范围。然后，在该步骤ST32中搜索了方位时，与本车的方位进行比较。若两者相差一定角度以上，则判断为本车的方位的误差较大，以搜索出的方位为基准，如图7所示那样，修正本车的方位。

如上所述，根据本发明实施方式2所涉及的导航装置，由于基于来自速度传感器21的脉冲信号来测量本车的速度，所以总是能够求取高精度的本车的速度。另外，在获取了无多径的影响的伪距离变化率时进行的本车的方位搜索中，由于使用了该高精度的速度，所以能够求取高精度的本车的方位。

因此，例如当在城市的大厦林立的街道上本车上空的视野受到限制、因而能够用于测位的GPS卫星的数量变为了1个或2个时，或者当在电源接通后仍只有1个或2个GPS卫星电波能够接收时，现有的导航装置不能进行GPS测位，停止了对本车的位置和方位的更新，但根据本实施方式2所涉及的导航装置，由于能够通过只从1个GPS卫星接收无多径的影响的伪距离变化率来检测本车的方位，从而能够基于本车的速度和方位、来估计本车的位置，提高可利用性。

实施方式3

图11是将本发明实施方式3所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。本实施方式3所涉及的导航装置采用了以下结构：即，从实施方式2所涉及的导航装置中去除使用者速度及方位观测部16，并且追加角速度传感器23、使用者转弯角度测量部24、以及使用者状态测量部25，另外，变更使用者位置观测部15及使用者方位搜索部17的功能，而且将使用者速度测量部22的输出从传送到使用者速度及方位观测部16、变更至传送到使用者状态测量部25。以下，关于与实施方式2所涉及的导航装置的构成部分相同的构成部分，标注实施方式2所使用的标号，并省略其说明，仅说明不同的构成部分。

角速度传感器23输出与本车的转弯角速度对应的信号。将从该角速度传感器23输出的信号，传送到使用者转弯角度测量部24。使用者转弯角度测量部24根据从角速度传感器23传送来的信号，测量本车的转弯角度。将该使用者转弯角度测量部24所测量的本车的转弯角度，传送到使用者状态测量部25。

使用者状态测量部25利用从使用者速度测量部22传送来的速度、和从使用者转弯角度测量部24传送来的转弯角度，执行自主测位计算，更新本车的位置、速度、以及方位。

使用者位置观测部15与实施方式1所涉及的导航装置一样，利用GPS卫星电波来观测本车的位置，但在本实施方式3所涉及的导航装置中，对使用者状态测量部15所测量的本车的位置进行修正。

另外，使用者方位搜索部17分析伪距离变化率，以搜索本车的方位，但关于本车的位置、方位、以及速度，是利用使用者状态测量部25所计算的结果，关于改变方位的角度范围，是采用包含使用者状态测量部25所计算的方位的预定的角度范围。

接下来，以测位处理为中心，参照图12所示的流程图，说明如上所述构成的、本发明实施方式3所涉及的导航装置的动作。此外，对于进行与图10的流程图所示的实施方式2所涉及的导航装置中进行的处理相同的处理的步骤，标注与图10所使用的标号相同的标号，并省略其说明，以进行不同的处理的步骤为中心进行说明。

在测位处理中，首先计算本车的速度(标量)(步骤ST31)。接着，计算本车的转弯角度(标量)(步骤ST41)。即，使用者转弯角度测量部24根据从角速度传感器23传送来的信号，测量本车的转弯角度。接着，计算本车的位置(矢量)(步骤ST42)。即，使用者状态测量部25利用从使用者速度测量部22传送来的速度、和从使用者转弯角度测量部24传送来的转弯角度，执行自主测位计算，求取本车的位置、方位、以及速度。

接着，检查是否有GPS接收(步骤ST11)。在该步骤ST11中，若判断为无GPS接收，则测位处理结束。另一方面，在步骤ST11中，若判断为有GPS接收，则计算GPS卫星的状态(位置及速度)(步骤ST12)。接着，计算伪距离误差(GPS卫星装载时钟误差、大气中电波传播延迟误差)(步骤ST13)。接着，估计伪距离误差(多径误差)(步骤ST14)。接着，计算伪距离的误差方差(步骤ST15)。接着，检查伪距离误差是否小于规定值(步骤ST16)。在该步骤ST16中，若判断为伪距离误差不到规定值，则判断为可进行本车的方位搜索，顺序前进至步骤ST43。另一方面，在步骤ST16中，若伪距离误差在规定值以上，则判断为不可进行本车的方位搜索，顺序前进至步骤ST18。

在步骤ST43中，计算本车的方位(标量)。即，使用者方位搜索部17计算在预定的角度范围内改变了本车的方位时的本车的速度矢量及伪距离变化率，以将通过该计算获得的波形、与通过测量获得的波形(参照图5的“测量值”)的差异在规定值以下时的方位看作本车的方位的方式进行搜索。

此外，当计算本车的速度矢量时，在包含步骤ST42中使用者状态测量部25所求取的本车的方位的预定角度范围内改变方位，并将速度传感器21及使用者速度测量部22所测量的速度(标量)转换为速度矢量，但随着步骤ST12至步骤ST21的GPS测位的收敛计算的进行，包含步骤ST42所求取的本车的方位的角度范围逐渐变窄。然后，在该步骤ST43中搜索了方位时，与步骤ST42所求取的本车的方位进行比较。若两者相差一定角度以上，则判断为本车的方位的误差较大，以搜索出的方位为基准，如图7所示那样，修正本车的方位。

如上所述，根据本发明实施方式3所涉及的导航装置，由于基于来自速度传感器21的信号和来自角速度传感器23的信号来测量本车的速度及转弯角度，所以总是能够求取高精度的本车的速度及转弯角度。另外，在接收到无多径的影响的伪距离变化率时进行的本车的方位搜索中，由于使用了该高精度的速度，所以能够求取高精度的本车的方位。通过这样，由于即使是城市、也能适当地校正本车的方位，所以自主测位的方位精度稳定。另外，由于以在多径的影响较小时利用GPS测位求取的位置为基准，适当地修正使用者状态测量部25所求取的本车的位置(自主测位)，所以作为自主测位的缺点的误差累积得到改善，自主测位的位置精度也变得稳定。

实施方式4

图13是将本发明实施方式4所涉及的导航装置的结构、以测位所需的部分为中心进行表示的框图。本实施方式4所涉及的导航装置采用了以下结构：即，在实施方式3所涉及的导航装置中，追加角速度传感器校正部26。以下，关于与实施方式3所涉及的导航装置的构成部分相同的构成部分，标注实施方式3所使用的标号，并省略其说明，仅说明不同的构成部分。

角速度传感器校正部26将使用者状态测量部25所计算的方位、和使用者方位搜索部17所计算的方位输入，对根据角速度传感器23的输出电压测量本车的转弯角度时使用的校正参数(偏置电压)进行校正。将该角速度传感器校正部26所校正的校正参数，作为偏移误差，传送到使用者转弯角度测量部24。使用者转弯角度测量部24在利用从角速度传感器校正部26传送来的偏移误差、对偏置电压进行校正后，根据从角速度传感器23传送来的信号，测量本车的转弯角度。

接下来，以测位处理为中心，参照图14所示的流程图、及图15所示的说明角速度传感器的偏移误差的校正的说明图，说明如上所述构成的、本发明实施方式4所涉及的导航装置的动作。此外，对于进行与图12的流程图所示的实施方式3所涉及的导航装置中进行的处理相同的处理的步骤，标注与图12所使用的标号相同的标号，并省略其说明，以进行不同的处理的步骤为中心进行说明。

图14的流程图所示的测位处理中，采用了以下结构：即，在图12的流程图所示的测位处理的步骤ST43与步骤ST18之间，追加角速度传感器的校正处理(步骤ST51)。在该角速度传感器的校正处理中，使用者转弯角度测量部24在利用从角速度传感器校正部26传送来的校正参数、对偏置电压进行校正后，根据从角速度传感器23传送来的电压信号，测量本车的转弯角度。

例如，如图15所示，在本车直线行驶(图15中的点线箭头所示的行驶方向)时，若使用者状态测量部25所计算的本车的位置的轨迹(图15中的实线所示的行驶轨迹)表现出稍稍转向左方，则使用者状态测量部25所计算的方位、与使用者方位搜索部17所计算的方位的差异，成为如图15中的虚线所示那样。例如利用多项式近似曲线来分析该方位差的变化，若确认出一定的倾向，则能够根据多项式近似曲线的参数，来检测角速度传感器23的偏置电压的误差。角速度传感器校正部26在检测出该偏置电压的误差时，将此误差传送到使用者转弯角度测量部24。使用者转弯角度测量部24利用从角速度传感器校正部26传送来的偏置电压的误差，对偏置电压进行校正，根据角速度传感器的输出电压，测量角速度。

如上所述，根据本发明实施方式4所涉及的导航装置，由于即使在角速度传感器23中产生温度漂移，也能够检测出角速度传感器23的偏置电压误差并进行校正，所以使用者转弯角度测量部24能够高精度地测量转弯角度。通过这样，能够很好地维持使用者状态测量部25所测量(自主测位)的本车的位置及方位的精度。

实施方式5

图16是将本发明实施方式5所涉及的导航装置的结构、以测位及地图匹配所需的部分为中心进行表示的框图。本实施方式4所涉及的导航装置采用了以下结构：即，在实施方式2所涉及的导航装置中，追加地图数据存储部31及道路对照部32。以下，关于与实施方式2所涉及的导航装置的构成部分相同的构成部分，标注实施方式2所使用的标号，并省略其说明，仅说明不同的构成部分。

地图数据存储部31存储了包括关于预定范围的道路的、线性数据和坐标点等所代表的道路链等的地图数据。储存于该地图数据存储器31的地图数据由道路对照部32读出。

道路对照部32将使用者位置观测部15所观测的本车的位置及使用者方位搜索部17所搜索的方位、与从地图数据存储部31中读出的道路链的位置及方位进行对照，在能够以不低于规定的可靠性确认为匹配的道路链上，设定多个本车的当前位置的候选，从多个候选中选择一个要显示的候选，将候选的位置作为本车的位置。而且，道路对照部32基于使用者速度及方位观测部所计算的速度、和使用者方位搜索部17所搜索的方位，更新道路链上的候选的位置，并且根据使用者方位搜索部17所搜索的方位、与道路链的方位的差异，来评价候选的可靠性，在所有候选中将可靠性最高的候选的位置选出作为使用者的位置。

接下来，以测位处理为中心，参照图17所示的流程图、图18所示的表示本车的方位修正状况及地图匹配状况的说明图、以及图19所示的用于说明通过地图匹配所设定的候选的说明图，说明如上所述构成的、本发明实施方式5所涉及的导航装置的动作。此外，关于地图匹配的处理内容，由于在日本国专利第3745165号公报中进行了说明，所以请根据需要进行参照。

图17的流程图所示的测位处理采用了以下结构：即，在图10的流程图所示的测位处理的步骤ST21的后面，追加地图匹配处理(步骤ST61)。在该地图匹配处理中，当在步骤ST32或步骤ST20中计算了本车位置时，道路对照部32根据存储于地图数据存储部31的地图数据，检索以本车位置为中心的预定范围内的道路链，以寻找本车的位置与道路链的最短距离(垂直线距离)为规定值以下、且方位与行驶轨迹匹配的道路链上的位置。

例如，在图18所示的情况下，在时刻t0接通电源后、到时刻t1之间，由于因方位误差，而不能提取本车的方位与道路链的方位的差异在规定角度以内的道路链，因此不能在道路链上设定候选。然而，在时刻t1由使用者方位搜索部17检测出方位时，由于知道本车的方位误差，所以以电源刚接通后的位置为中心，对行驶轨迹进行仿射变换，将本车的位置从P1A(t1)向P1B(t2)修正。由于就在其后能够立即提取本车的方位与附近的道路链的方位之差在规定角度以内的道路链，所以在道路链上设定候选，从而以后能够在道路链上更新位置。

另外，如图19所示，在从1条路分岔为2条的道路处于平行走向关系时，例如若在时刻t2时能够检测出方位，则使检测出的方位与道路链方位较接近的那一条的道路链上的候选的可靠性大于其它候选，能够决定作为本车的位置。

如上所述，根据本发明实施方式5所涉及的导航装置，能够对每个GPS卫星电波判断有没有多径影响，只要接收一个不受多径影响的GPS卫星电波，就能够检测出本车的方位。通过这样，由于对于GPS位置误差圆、能够限制本车存在的方位角范围，所以能够不太受到由多径引起精度降低的对GPS测位结果的影响而进行地图匹配。其结果，能够在地图显示画面的道路上稳定且顺利地求取本车的方位及位置。通过这样，导航装置能够适当地进行道路引导等。

另外，由于对于通过地图匹配所设定的多个候选，只要接收一个不受多径的影响的GPS卫星电波，则即使在多径环境下也能够评价方位的可靠性，所以能够减少与方位不同的道路链进行匹配这样的误匹配。

实施方式6.

图20是将本发明实施方式6所涉及的导航装置的结构、以测位和地图匹配所需的部分为中心进行表示的框图。本实施方式6所涉及的导航装置采用了以下结构：即，在实施方式4所涉及的导航装置中，追加地图数据存储部31及道路对照部32。以下，关于与实施方式4所涉及的导航装置的构成部分相同的构成部分，标注实施方式4所使用的标号，并省略其说明，仅说明不同的构成部分。

地图数据存储部31存储包括关于预定范围的道路的、线性数据和坐标点等所代表的道路链等的地图数据。存储于该地图数据存储器31的地图数据由道路对照部32读出。

道路对照部32将使用者状态测量部25所计算的位置及方位、与从地图数据存储部31中读出的道路链的位置及方位进行对照，在能够以不低于规定的可靠性确认为匹配的道路链上，设定多个本车的当前位置的候选，从多个候选中选择一个要显示的候选，将候选的位置作为本车的位置。而且，道路对照部32基于使用者速度测量部22所计算的速度、和使用者转弯角度测量部24所计算的转弯角度，更新道路链上的候选的位置，并且根据使用者方位搜索部所搜索的方位、与道路链的方位的差异，来评价候选的可靠性，在所有候选中将可靠性最高的候选位置选出作为使用者的位置。

接下来，以测位处理为中心，参照图21所示的流程图、图19所示的用于说明通过地图匹配所设定的候选的说明图、以及图22所示的用于说明环状桥行驶后的本车的方位修正状况及地图匹配状况的说明图，说明如上所述构成的、本发明实施方式6所涉及的导航装置的动作。

图21的流程图所示的测位处理采用了以下结构：即，在图14的流程图所示的测位处理的步骤ST21的后面，追加地图匹配处理(步骤ST61)。在该地图匹配处理中，当在步骤ST32或步骤ST20中计算了本车位置时，道路对照部32根据存储于地图数据存储部31的地图数据，检索以本车位置为中心的预定范围内的道路链，以寻找本车的位置与道路链的最短距离(垂直线距离)为规定值以下、且方位与行驶轨迹匹配的道路链上的位置。

例如，在如图19所示那样的、从一条路分岔为两条的道路处于平行走向的情况下，基于速度传感器21所测量的速度和角速度传感器23所测量的转弯角度、在道路链上更新位置时，一般判断是在分岔后的道路链的仅某一条上设定候选、还是在两条上都设定候选。在图19所示的情况下，作为考虑了速度和转弯角度的误差的结果，示出在两条道路链上设定了候选的情况。此时，若在时刻t2时能够检测出方位，则使检测出的方位与道路链方位较接近的那一条的道路链上的候选的可靠性大于其它候选，来决定作为本车的位置。

另外，如图22所示，在本车绕环状桥1周并前进至高度较低的道路的情况下，若行驶在环状桥时、速度传感器21所测量的行驶距离比道路链长要长，则在已通过环状桥并前进至高度较低的道路时，以往，由于本车的方位误差、而不能提取本车的方位与附近的道路链方位之差在规定角度以内的道路链，从而不能在道路链上设定本车的位置的候选。然而，若使用者方位搜索部17检测出方位，则由于能够检测本车的方位误差并进行校正，所以就在其后立即提取附近的道路链，在道路上修正本车的位置。

如上所述，根据本发明实施方式6所涉及的导航装置，由于在使用速度传感器21所测量的速度和角速度传感器23所测量的转弯角度、继续更新道路链上的候选的位置时，即使由于道路链的数字化误差、传感器的误差、计算值的舍入误差的累积等原因而在道路链上的候选位置产生误差，也通过只从一个GPS卫星接收无多径的影响的伪距离变化率而知道正确的方位，所以能够修正道路链上的候选的位置。

另外，由于能够对每个GPS卫星电波判断有没有多径影响，而且只要接收一个不受多径的影响的GPS卫星电波，就能够检测出本车的方位，所以对于GPS位置误差圆能够限制本车存在的方位角范围，能够不太受到由多径引起精度降低的对GPS测位结果的影响而进行顺利的地图匹配。

另外，由于对于通过地图匹配所设定的多个候选，只要接收一个不受多径的影响的GPS卫星电波，则即使在多径环境下也能够评价方位的可靠性，所以能够防止与方位不同的道路链进行匹配这样的误匹配，能够更顺利地更新位置。另外，由于能够限定为方位匹配的候选而削减候选数，所以能够减轻地图匹配处理的负荷，从而能够以更短的周期执行地图匹配。

另外，由于能够将计算伪距离变化率的估计值的本车的方位、限制在包含候选存在的道路链的方位的预定的角度，所以即使对接收到的所有GPS卫星电波无多径影响时，也不增大方位搜索的处理负荷。通过这样，还可以缩短实施地图匹配的周期。

而且，由于只要接收一个不受多径的影响的GPS卫星电波，就能够检测出本车的方位，所以即使在道路链上的汽车的位置中有误差，也能够每次在分岔点、交叉点、或方位变化点附近改变汽车的方向时，立即修正本车的位置。另外，例如即使是大转弯的一条路，有时道路链的长度与实际行驶了的距离也会产生显著不同，在此情况下，也能够每次在改变本车的方向时，立即将汽车的位置修正为适当的位置。

实施方式7

上述实施方式1至实施方式6所涉及的导航装置，采用了在能够正确地测量出本车的速度后、检测正确的本车的方位的结构，而本实施方式7所涉及的导航装置，在虽然本车的速度误差较大、但先正确地检测出了本车的方位时，进行校正，使得本车的速度变为适当的速度。

在导航装置中，还追加使用者速度搜索部(省略图示)，该使用者速度搜索部例如在直线行驶中通过GPS测位确认了本车的方位正确时，为了估计伪距离变化率，将在预定范围内改变与本车的速度相乘的系数而计算出的估计值、与接收到的测量值进行比较，以搜索两者的波形一致时的系数(速度传感器21的比例因子)。然后，在使用者速度搜索部检测出速度传感器21的比例因子时，使用者速度测量部使用该比例因子，根据速度传感器21的脉冲，测量本车的速度。

根据该结构，由于当本车的方位误差较小时，为了估计伪距离变化率，使方位固定，反过来将在预定范围内改变与本车的速度相乘的系数而计算出的估计值、与接收到的测量值进行比较，使用两者的波形一致时的系数来校正速度，所以只要能够接收一个无多径影响的GPS卫星电波，则即使在由于能用于测位的GPS卫星的数量为1个或2个而不能进行GPS测位时，也能够进行校正，使得本车的速度变为适当的速度。

实施方式8

虽然上述实施方式1至实施方式6所涉及的导航装置采用了以下结构：即，在接收到无多径影响的GPS卫星电波时，利用分析伪距离变化率而检测出的方位，以用于修正本车的方位或评价地图匹配的候选的可靠性，但能够采用以下结构：即，当在同一时刻接收无多径的影响的多个GPS卫星电波、并检测出多个方位时，对检测出的多个方位进行统计处理，然后进行上述的处理。根据该结构，能够检测出更正确的本车的方位。

另外，能够采用以下结构：即，当在即使只有1个无多径的影响的GPS卫星电波的情况下、但在多个地点也检测出方位时，对检测出的多个方位进行统计处理，然后进行上述的处理。根据该结构，能够检测出更正确的本车的方位。

工业上的实用性

如上所述，根据本发明所涉及的导航装置，由于采用了以下结构：即，能够对从GPS卫星接收的每个电波判断是否有多径影响，只要能接收1个无多径影响的GPS卫星电波，则即使在由于用于测位的GPS卫星的数量为1个或2个而不能进行GPS测位时，也能检测本车的方位，所以能够不招致降低可利用性，减轻多径的影响，提高测位精度，因此适用于利用了GPS接收机和自主导航传感器来进行测位及地图匹配的导航装置等。

Claims (18)

1.一种导航装置，包括：

电波接收部，该电波接收部接收从多个GPS卫星发射出的电波；

信号处理部，该信号处理部识别作为所述电波接收部所接收的电波的发射源的GPS卫星，测量该识别出的GPS卫星的伪距离及伪距离变化率，并且提取该电波中包含的导航消息；

GPS卫星状态估计部，该GPS卫星状态估计部根据所述信号处理部所提取的导航消息和GPS卫星电波的接收时刻，计算GPS卫星的位置及速度；

伪距离误差估计部，该伪距离误差估计部使用基于所述信号处理部所提取的导航消息中包含的预定参数而求出的GPS卫星装载时钟误差、大气中电波传播延迟误差、以及基于伪距离的差分与伪距离变化率求出的多径误差，估计伪距离误差；

使用者位置观测部，该使用者位置观测部利用所述信号处理部所测量的伪距离、所述GPS卫星状态估计部所计算的GPS卫星的位置、所述伪距离误差估计部所估计的伪距离误差、以及所计算的前次的本车的位置，来计算自身的位置；

使用者速度及方位观测部，该使用者速度及方位观测部根据所述信号处理部所测量的伪距离变化率、所述GPS卫星状态估计部所计算的GPS卫星的位置、所述使用者位置观测部所计算的自身的位置、以及所述伪距离误差估计部所估计的伪距离误差，来计算自身的速度；以及

使用者方位搜索部，该使用者方位搜索部在所述伪距离误差估计部所估计的伪距离误差中的多径误差小于规定值时，将计算出的伪距离变化率、与所述信号处理部所测量的伪距离变化率一致的方位作为自身的方位进行搜索，所述计算出的伪距离变化率是基于具有在预定角度范围内改变了方位时的从所述使用者位置观测部获得的位置以及从所述使用者速度及方位观测部获得的速度的自身、与具有所述GPS卫星状态估计部所估计的位置及速度的GPS卫星的相对运动而进行计算的。

2.如权利要求1所述的导航装置，其特征在于，包括：

速度传感器，该速度传感器输出与自身的速度对应的信号；以及

使用者速度测量部，该使用者速度测量部根据来自所述速度传感器的信号，测量自身的速度；

使用者速度及方位观测部基于所述使用者速度测量部所测量的速度，计算自身的速度。

3.如权利要求1所述的导航装置，其特征在于，包括：

地图数据存储部，该地图数据存储部存储了包含道路链的预定范围的地图数据；以及

道路对照部，该道路对照部将使用者位置观测部所计算的位置及使用者方位搜索部所搜索的方位、与存储于所述地图数据存储部的道路链的位置及方位进行对照，在自身存在的可能性较高的道路链上，设定自身的位置的候选。

4.如权利要求3所述的导航装置，其特征在于，

道路对照部基于使用者速度及方位观测部所计算的速度、和使用者方位搜索部所搜索的方位，更新道路链上的候选的位置，并且根据所述使用者方位搜索部所搜索的方位、与道路链的方位的差异，来评价候选的可靠性，在所有候选中将可靠性最高的候选的位置选出作为自身的位置。

5.如权利要求1所述的导航装置，其特征在于，

使用者方位搜索部在基于从多个GPS卫星发射出的电波、求取伪距离变化率的测量值与估计值一致的方位时，基于对求取的多个方位进行统计处理的结果，决定自身的方位。

6.如权利要求1所述的导航装置，其特征在于，

使用者方位搜索部在多个地点求取伪距离变化率的测量值与估计值一致的方位时，基于对求取的多个方位进行统计处理的结果，决定自身的方位。

7.如权利要求3所述的导航装置，其特征在于，

使用者方位搜索部在包含道路对照部所设定的多个候选的各个候选存在的道路链的方位的预定角度范围内，将伪距离变化率的测量值与估计值一致的方位，作为自身的方位进行搜索。

8.如权利要求3所述的导航装置，其特征在于，

道路对照部在设定的候选为道路链的分岔点、交叉点、或方位变化点的预定范围内存在时，将位置修正到最接近使用者方位搜索部所求取的方位的道路链上。

9.如权利要求2所述的导航装置，其特征在于，

还包括使用者速度搜索部，该使用者速度搜索部搜索与自身的速度相乘的系数，使得在自身的方位与使用者方位搜索部所搜索的方位一致时，基于自身与GPS卫星的相对运动而计算出的伪距离变化率、和信号处理部所测量的伪距离变化率一致，并且使用者速度测量部将来自速度传感器的信号与该系数相乘，以测量自身的速度。

10.一种导航装置，包括：

速度传感器，该速度传感器输出与自身的速度对应的信号；

使用者速度测量部，该使用者速度测量部根据来自所述速度传感器的信号，测量自身的速度；

角速度传感器，该角速度传感器输出与自身的转弯角速度对应的信号；

使用者转弯角度测量部，该使用者转弯角度测量部根据来自所述角速度传感器的信号，测量自身的转弯角度；

使用者状态测量部，该使用者状态测量部利用所述使用者速度测量部所测量的速度、和所述使用者转弯角度测量部所测量的转弯角度，计算自身的位置、速度、以及方位；

电波接收部，该电波接收部接收从多个GPS卫星发射出的电波；

信号处理部，该信号处理部识别作为所述电波接收部所接收的电波的发射源的GPS卫星，测量该识别出的GPS卫星的伪距离及伪距离变化率，并且提取该电波中包含的导航消息；

GPS卫星状态估计部，该GPS卫星状态估计部根据所述信号处理部所提取的导航消息，计算GPS卫星的位置及速度；

伪距离误差估计部，该伪距离误差估计部基于所述信号处理部所测量的伪距离和伪距离变化率，估计伪距离误差；

使用者位置观测部，该使用者位置观测部利用所述信号处理部所测量的伪距离、所述GPS卫星状态估计部所计算的GPS卫星的位置、以及所述伪距离误差估计部所估计的伪距离误差，来求取自身的位置，对所述使用者状态测量部所计算的位置进行修正；以及

使用者方位搜索部，该使用者方位搜索部在所述伪距离误差估计部所估计的伪距离误差中的多径误差小于规定值时，将计算出的伪距离变化率、与所述信号处理部所测量的伪距离变化率一致的方位作为自身的方位进行搜索，所述计算出的伪距离变化率是基于具有在预定角度范围内改变了方位时的所述使用者状态测量部所计算的位置及速度的自身、与具有所述GPS卫星状态估计部所估计的位置及速度的GPS卫星的相对运动而进行计算的。

11.如权利要求10所述的导航装置，其特征在于，

包括角速度传感器校正部，该角速度传感器校正部基于使用者状态测量部所计算的方位、和使用者方位搜索部所搜索的方位，求取角速度传感器的偏移误差，

使用者转弯角度测量部在根据从所述角速度传感器校正部传送来的偏移误差、对来自角速度传感器的信号进行修正后，测量自身的转弯角度。

12.如权利要求11所述的导航装置，其特征在于，还包括：

地图数据存储部，该地图数据存储部存储了包含道路链的预定范围的地图数据；以及

道路对照部，该道路对照部将使用者状态测量部所计算的位置及方位、与存储于所述地图数据存储部的道路链的位置及方位进行对照，在自身存在的可能性较高的道路链上，设定自身的位置的候选。

13.如权利要求12所述的导航装置，其特征在于，

道路对照部基于使用者速度测量部所计算的速度、和使用者转弯角度测量部所计算的转弯角度，更新道路链上的候选的位置，并且根据使用者方位搜索部所搜索的方位、与道路链的方位的差异，来评价候选的可靠性，在所有候选中将可靠性最高的候选位置选出作为自身的位置。

14.如权利要求10所述的导航装置，其特征在于，

使用者方位搜索部在基于从多个GPS卫星发射出的电波、求取伪距离变化率的测量值与估计值一致的方位时，基于对求取的多个方位进行统计处理的结果，决定自身的方位。

15.如权利要求10所述的导航装置，其特征在于，

使用者方位搜索部在多个地点求取伪距离变化率的测量值与估计值一致的方位时，基于对求取的多个方位进行统计处理的结果，决定自身的方位。

16.如权利要求12所述的导航装置，其特征在于，

使用者方位搜索部在包含道路对照部所设定的多个候选的各个候选存在的道路链的方位的预定角度范围内，将伪距离变化率的测量值与估计值一致的方位，作为自身的方位进行搜索。

17.如权利要求12所述的导航装置，其特征在于，

道路对照部在设定的候选为道路链的分岔点、交叉点、或方位变化点的预定范围内存在时，将位置修正到最接近使用者方位搜索部所求取的方位的道路链上。

18.如权利要求10所述的导航装置，其特征在于，

还包括使用者速度搜索部，该使用者速度搜索部搜索与自身的速度相乘的系数，使得在自身的方位与使用者方位搜索部所搜索的方位一致时，基于自身与GPS卫星的相对运动而计算出的伪距离变化率、和信号处理部所测量的伪距离变化率一致，并且使用者速度测量部将来自速度传感器的信号与该系数相乘，以测量自身的速度。

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