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专利名称：位置计算方法及位置计算装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位置计算方法及位置计算装置。
背景技术：
作为利用了定位信号的定位系统，公知有GPS (Global Positioning System 全球定位系统)，并在便携式电话机或车载导航装置等所内置的位置计算装置中被利用。在GPS 中，基于多个GPS卫星的位置和从各GPS卫星到位置计算装置的伪距等信息，进行用于求出位置计算装置的位置坐标和时钟误差的位置算出计算。作为利用了卫星定位系统的位置算出计算，已知利用了使用对多个定位卫星计算出的伪距、并使可能包含在伪距中的误差(以下称为“伪距的误差”)的平方和最小化的所谓的最小二乘法的位置算出计算(例如，日本专利文献1)。日本专利文献1 日本特开2009-97897号公报利用最小二乘法的位置算出计算通常是在已成功捕获的定位卫星数量比未知数多的状态(所谓的超定状态)下近似地求出位置计算装置的位置坐标及时钟误差的有效方法。不过，利用最小二乘法计算出的位置未必是可靠的。确实，只要能够将伪距的误差始终视为白噪声(白噪音)，则利用最小二乘法计算出的位置也许能可靠。从数学上说，伪距的误差的分布是按照正态分布(高斯分布)那样的情况。不过，这终归是理想的情况。在卫星定位系统中，因各种误差因素的存在而在被测定的伪距中可能存在有多种误差。其典型例是多路径。在所谓的多路径环境中，卫星信号通过两个以上的路径才能到达到位置计算装置。位置计算装置所接收的信号成为在从定位卫星发送出的卫星信号、即直达波信号中重叠有建筑物或地面等所反射的反射波或透过了障碍物的透射波、衍射障碍物的衍射波等的间接波信号的信号(多路径信号)。间接波信号以比直达波信号长的路径长度到达到位置计算装置。因受到该间接波信号的影响而在位置计算装置所测定的伪距中可能包含有不按照正态分布的不明确的误差。

发明内容
本发明是鉴于上述问题进行的，目的在于提供一种新的位置计算方法。为了解决上述问题，本发明第一方面涉及的位置计算方法包括从定位卫星接收卫星信号，计算伪距；使用用混合正态分布表示所述伪距所包含的误差的分布的混合正态分布模型计算位置。并且，作为其它方面，还可以构成位置计算装置，该位置计算装置具备伪距计算部，从定位卫星接收卫星信号，计算伪距；以及位置计算部，使用用混合正态分布表示所述伪距所包含的误差的分布的混合正态分布模型计算位置。根据该第一方面等，从定位卫星接收卫星信号计算出伪距。而且，使用用混合正态分布表示伪距所包含的误差的分布的混合正态分布模型，计算出位置。根据该新的方法，能够使伪距所包含的误差的分布遵循混合正态分布的状况下的位置计算的准确性提高。并且，也可以根据第一方面的位置计算方法构成第二方面的位置计算方法，其中， 所述混合正态分布模型用以所述误差为变量的概率密度函数来定义。并且，也可以根据第二方面的位置计算方法构成第三方面的位置计算方法，其中， 所述计算位置就是重复进行使用所述位置的假想位置计算所述伪距所包含的误差、使用所述混合正态分布模型计算与所述误差对应的概率、以及使用所述概率更新所述假想位置， 从而进行所述计算位置。根据该第三方面的位置计算方法，使用作为被假想的位置的假想位置计算出伪距所包含的误差，并使用混合正态分布模型计算出与该误差对应的概率。而且，使用该概率更新假想位置。重复进行该一连串的处理计算出位置。通过使用混合正态分布模型计算出与伪距所包含的误差对应的概率、并使用该概率更新假想位置的方法，可求出接近真正位置的位置。并且，也可以构成第四方面的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了第一正态分布模型和峰值小于所述第一正态分布模型的峰值的第二正态分布模型的模型。根据该第四方面的位置计算方法，由于是对误差以不同的比例混入到伪距中的状况进行假想而得的模型，所以能够提高在所述状况下位置计算的准确性。并且，也可以构成第五方面的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了第一正态分布模型和标准偏差大于所述第一正态分布模型的标准偏差的第二正态分布模型的模型。根据该第五方面的位置计算方法，由于是对更宽误差幅度的误差混入到伪距中的状况进行假想而得的模型，所以能够提高在该状况下位置计算的准确性。并且，也可以构成第六方面的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了第一正态分布模型和误差的预期值大于所述第一正态分布模型的误差的预期值的第二正态分布模型的模型。根据该第六方面的位置计算方法，由于是对更大的误差混入到伪距中的状况进行假想而得的模型，所以能够提高在所述状况下位置计算的准确性。并且，也可以构成第七方面的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了表示接收所述卫星信号的直达波时所述伪距所包含的误差的分布的第一正态分布模型和表示接收所述卫星信号的间接波时所述伪距所包含的误差的分布的第二正态分布模型的模型。根据该第七方面的位置计算方法，由于是对所谓的多路径环境进行假想而得的模型，所以能够提高在多路径环境中位置计算的准确性。


图1是位置计算的原理的说明图。图2是伪距残差的正态分布模型的说明图。图3是多路径环境的说明图。图4是码相位检测的原理的说明图。
图5是示出在多路径环境下的自相关的一例的图。图6是示出在多路径环境下的自相关的一例的图。图7是示出伪距残差GMM函数的图。图8是最大似然估计法的说明图。图9是示出实验结果的一例的图。图10是示出实验结果的一例的图。图11是示出便携式电话机的功能构成的一例的框图。图12是示出基带处理电路部的电路构成的一例的图。图13是示出不同卫星测量数据的数据构成的一例的图。图14是示出不同卫星位置计算诸量数据的数据构成的一例的图。图15是示出基带处理的流程的流程图。图16是示出位置计算处理的流程的流程图。图17是示出第二伪距残差GMM函数的图。图18是在变形例中的多路径的说明图。图19是示出在变形例中的试验结果的一例的图。图20是示出第二基带处理的流程的流程图。
具体实施例方式下面，参照附图，对适用本发明的优选实施方式进行说明。另外，当然可适用本发明的实施方式并不限于以下说明的实施方式。1.原理首先，对现有的位置计算的原理进行说明，接着，对本实施方式的位置计算的原理进行说明。本实施方式是利用作为卫星定位系统的一种的GPS(Global Positioning System:全球定位系统)进行位置计算的实施方式。图1是位置计算的原理的说明图。首先定义变量。用变量“k”的值“k= 1、2.......”表示作为定位卫星的一种的GPS卫星的编号。并且，在以下的数学式中，用上标
表示GPS卫星的编号，为了与指数进行区别，用括号括起来表示。将第k个GPS卫星的位置矢量标记为矢量标记P(k) = (X(k)，y(k)，z(k))。GPS卫星的位置矢量诸如用历书或星历表等卫星轨道信息和时刻信息来计算出。并且，将表示位置计算装置的实际位置的位置坐标用矢量标记表示为“ρ = (X，y， ζ)”。实际位置“P”是未知数，并是最终想求出的值。另一方面，将表示作为位置计算装置 (用户)的假想的位置的假想位置的位置坐标用矢量标记表示为"Pa= (xa，ya，za)”。假想位置“Pa”是在位置计算处理中，通过重复计算随时被更新的值。另外，GPS卫星的位置坐标及位置计算装置的位置坐标意思为在任意的坐标系中的位置坐标。例如，可以用作为三维正交坐标系的一种的地球基准坐标系中的位置坐标来定义。将作为位置计算装置所装载的内部时钟的实际偏差的实际时钟偏差表示为“b”。 实际时钟偏差“b”是未知数，并是最终想求出的值。并且，将作为位置计算装置的内部时钟的假想的偏差的假想时钟偏差表示为“ba”。假想时钟偏差“ba”是在位置计算处理中通过
5重复计算随时被更新的值。并且，在本实施例中，为了方便，将由位置计算装置的位置及时钟偏差构成的四维矢量定义为位置计算装置的状态“S”。也就是说，定义为“S= (p，b)”。而且，将由位置计算装置的假想位置及假想时钟偏差构成的四维矢量定义为位置计算装置的假想状态“Sa”。 也就是说，定义为"Sa= (pa，ba)”。接着，将位置计算装置和GPS卫星间的伪距表示为“ P。”。并且，将使用位置计算装置的假想位置"Pa”和GPS卫星的卫星位置“P(k)”计算出的位置计算装置和GPS卫星间的几何距离表示为“P广。伪距“ ρ。”可以使用位置计算装置利用GPS卫星信号并作为测量信息取得的码相位计算出。码相位是位置计算装置已接收到的GPS卫星信号的扩展码的相位。GPS卫星信号是通过作为扩展码的一种的CA (Coarse and Acquisition 粗捕获)码，以作为扩频方式被公知的 CDMA (Code Division MultipleAccess 码分多址)方式调制成的 1. 57542“GHz” 的通信信号。CA码是将码长1023码元视为IPN帧的重复周期Ims的伪随机噪音码，且每个卫星各不相同。在理论上，可以考虑在GPS卫星和位置计算装置间排列有多个CA码。在GPS卫星和位置计算装置间的距离未必正好为CA码的整数倍的长度，可能产生有余数部分。相当于该伪距的余数部分的是GPS卫星信号的CA码的相位。另外，伪距的整数部分可使用位置计算装置的初始位置和根据卫星轨道信息计算出的卫星位置计算出。 化。
于是，上述的伪距“P。”及几何距离"Pa”可以如下式(1)及⑵那样进行公式 (数学式1)
权利要求
1.一种位置计算方法，包括从定位卫星接收卫星信号，计算伪距；以及使用用混合正态分布表示所述伪距所包含的误差的分布的混合正态分布模型计算位置。
2.根据权利要求1所述的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型用以所述误差为变量的概率密度函数来定义。
3.根据权利要求2所述的位置计算方法，其中，所述计算位置就是重复进行使用所述位置的假想位置计算所述伪距所包含的误差、使用所述混合正态分布模型计算与所述误差对应的概率、以及使用所述概率更新所述假想位置，从而进行所述计算位置。
4.根据权利要求1所述的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了第一正态分布模型和峰值小于所述第一正态分布模型的峰值的第二正态分布模型的模型。
5.根据权利要求1所述的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了第一正态分布模型和标准偏差大于所述第一正态分布模型的标准偏差的第二正态分布模型的模型。
6.根据权利要求1所述的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了第一正态分布模型和误差的预期值大于所述第一正态分布模型的误差的预期值的第二正态分布模型的模型。
7.根据权利要求1所述的位置计算方法，其中，所述混合正态分布模型是至少混合了表示接收所述卫星信号的直达波时所述伪距所包含的误差的分布的第一正态分布模型和表示接收所述卫星信号的间接波时所述伪距所包含的误差的分布的第二正态分布模型的模型。
8.—种位置计算装置，具备伪距计算部，从定位卫星接收卫星信号，计算伪距；以及位置计算部，使用用混合正态分布表示所述伪距所包含的误差的分布的混合正态分布模型计算位置。
全文摘要
本发明提供了一种位置计算方法和位置计算装置。该位置计算方法包括从定位卫星接收卫星信号，计算伪距；以及使用用混合正态分布表示所述伪距所包含的误差的分布的混合正态分布模型计算位置。
文档编号G01S19/40GK102262234SQ20111013928
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月26日 优先权日2010年5月27日
发明者白井翼 申请人:精工爱普生株式会社