定位装置及定位方法与流程
本发明涉及使用gnss(globalnavigationsatellitesystem：全球导航卫星系统)接收机等来进行车道等级精度的定位的定位装置(locatordevice)及定位方法。
背景技术：
一般的车载导航装置使用gnss接收机和自主传感器来对搭载了该车载导航装置的车辆(以下称为“本车”)运动进行观测及测量，从而推定本车的位置。另外，车载导航装置通过利用地图数据的地图匹配处理来确定道路上的本车位置，并且也进行表示本车位置的地图显示、路径引导等。现有的车载导航装置由于使用了将各道路作为一条链路来表现的地图数据，因此gnss接收机所要求的定位精度是能够确定行驶道路的程度(在开放天空中为数m的定位精度)。因此，采用廉价的车载用的gnss接收机。
然而近年来，随着车载导航装置的性能提高、地图信息的高精细化、自动驾驶技术的开发等，需要一种以车道等级来推定本车位置的技术。在通过车道等级来推定本车位置的情况下，需要gnss定位的高精度化，特别是在产生多路径(来自gnss卫星的电波被道路周边的建筑物等反射后由gnss天线接收的现象)的环境中，需要可靠地防止精度下降的本车位置推定技术。在实现这样的本车位置推定技术的基础之上，需要一种以下的技术。此外，在以下说明中，有时将gnss卫星简单地称为“卫星”，有时将gnss卫星产生的电波称为“卫星电波”。
车载用的廉价的gnss接收机根据gnss卫星产生的电波的传输时间来求出gnss卫星和本车之间的两点间距离，采用通过三角测量的原理来求出本车位置以及接收机时钟误差的编码定位(根据电波传输时间求出的gnss卫星和本车之间的两点间距离被称为“伪距”)。然而，在多路径的环境下，由于gnss接收机无法正确观测电波传输时间，因此会产生定位误差(多路径所引起的定位误差称为“多路径误差”)。该问题由于能够通过增加不易产生多路径的高仰角卫星的使用机会而使问题变小，因此利用与多个定位卫星系统(例如gps(globalpositioningsystem:全球定位系统)、qzss(quasi-zenithstellitesystem:准天顶卫星系统)、glonass(globalnavigationsatellitesystem:全球导航卫星系统)、beidou(beidounavigationstellitesystem:北斗卫星导航系统)、galileo等)相对应的多gnss接收机作为车载使用。
然而，即使使用多gnss接收机也无法完全消除多路径的问题。因此，除了多gnss接收机以外，需要在soc(system-on-a-chip:片上系统)侧根据从各种gnss卫星获取的raw数据来推定多路径误差并进行定位计算，从而抑制定位精度的下降。在通过soc进行定位计算的情况下，需要应对各gnss的raw数据的式样以及各gnss时系的差异。另外仅gps的raw数据通过soc处理时，由于定位中所使用的卫星(定位使用卫星)数量比多gnss接收机少而变得不利，因此该不利因素的弥补方法成为技术问题。
另一方面，下文阐述的专利文献1中，提出有抑制多路径环境中的定位精度下降的技术。专利文献1的技术中，为了即使在每个时期(epoch)(gps接收机的定位周期)的gps定位精度中存在偏差也能够高精度地求出本车位置，将利用多普勒频率计算出的速度矢量在预先确定的时间内进行累积来计算本车轨迹。并且，针对构成本车位置的轨迹的多个地点，平行移动本车位置的轨迹，以使得轨迹上的本车位置与gnss卫星的位置之间的几何学的两点间距离与伪距之差成为最小，从而计算本车位置。根据该技术，由于根据累积速度矢量所得的轨迹来求出本车的方位(行进方向)，因此无需方位相关的参数而能够简易地计算本车位置。另外，通过利用速度矢量，即使在定位使用卫星数量不足的情况下，也能够连续地计算轨迹，因此能够以误差数m的精度来推定本车位置。
另外，下文阐述的专利文献2中，关于利用卡尔曼滤波法(kf法：kalmanfiltermethod)来对gps定位的偏差进行平滑的gps定位，提出有即使刚通过隧道后的定位精度较低，也能够避免在这之后定位精度下降状态持续的技术。专利文献2的技术中，在当前时期中设定本车位置可能存在的第一范围，并且基于第一范围设定在通过隧道后重新开始定位的过去时期中本车位置可能存在的第二范围。第一范围基于根据由gps卫星的配置确定的精度下降率(dop:dilutionofprecision:精度衰减因子)求出的误差的协方差矩阵以及伪距误差来计算得到。第二范围有时基于当前时期中的本车的方位和速度使第一范围移位而求出。若在通过隧道之后重新开始定位的过去时期中定位出的本车位置未包含在第二范围内，则在下一时期中的卡尔曼滤波器计算中，不使用该过去时期的本车位置，从而能够防止定位精度下降的状态持续。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5673071号公报
专利文献2：日本专利特开2009－236517号公报
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
(1)多路径环境下的定位精度下降的抑制
本发明所要解决的技术问题之一是抑制多路径环境下的精度下降，并且确保车道等级的精度。在特定的卫星电波中发生多路径的情况下，若soc无法正确识别由于多路径误差而产生的定位精度的下降，则会产生本车位置被错误修正的问题。为了解决该问题，soc有时进行根据gnss接收机的raw数据求出本车位置的误差的复合定位。若在定位使用卫星中即使包含有一个产生了多路径的卫星，则由于在复合定位出的本车位置中会产生误差，因此需要将产生了多路径的卫星从定位使用卫星中去除、或者正确求出伪距的多路径误差并进行修正。
专利文献1的技术中，虽然定位计算中使用最小二乘法(ls方法：leastsquaresmethod)，但是由于最小二乘法以误差具有随机性为前提，因此在伪距等中需要去除产生较大误差、偏斜的误差的地点。即使将包含有多路径误差的伪距用于定位计算，也需要决定本车位置的轨迹长度以能够确保随机性。然而，多路径发生情况会因场所、时刻而变化，由于持续产生局部的偏斜的误差，因此难以确定轨迹的长度。在精度降低的本车位置的比例增加的高层建筑街道等中，无法确保误差的随机性，从而本车位置的精度无法上升至车道等级。
专利文献2的技术仅针对本车刚从隧道出来重新开始定位之后的区间，在多路径的发生区间中，未对应于在卡尔曼滤波器的推定值中残留有较大误差的情况。另外，即使本车上空的定位使用卫星的配置(dop)良好，也不能认为没有多路径影响。并且，在过去时期的定位精度良好而当前时期的定位精度较差的情况下，以及从隧道出口到当前时期为止定位精度持续较低状态的情况下，在精度较差的当前时期的gps位置中可能会存在卡尔曼滤波器的内部数据被错误修正的问题，从而难以充分抑制在多路径环境下定位精度的下降。
(2)利用多gnss接收机时的计算负荷的降低
利用多gnss接收机、或者双频gps接收机的raw数据进行gnss定位时，由于定位使用卫星数量变多，因此矩阵计算量单纯地增加。若在定位使用卫星中包含有受多路径影响的raw数据，则每时期的收敛计算次数增加，从而产生计算不可能性上升的问题。在专利文献1，2中未记载有对该问题的对应策略。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种实现高定位精度、并且能够使每时期的计算负荷可以降低的定位装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的定位装置包括：gnss接收机，该gnss接收机输出基于从gnss(globalnavigationsatellitesystem)卫星接收到的电波以及从定位增强卫星接收到的定位增强信号计算出的本车的位置、速度以及方位、从gnss卫星的电波提取出的raw数据以及定位增强信号；自主导航部，该自主导航部通过自主导航计算本车的位置；伪距平滑部，该伪距平滑部使用包含在raw数据中的载波相位对gnss卫星和本车的位置间的伪距进行平滑；gnss接收机定位误差评价部，该gnss接收机定位误差评价部对gnss接收机计算出的本车的位置的可靠性进行评价；gnss定位部，该gnss定位部基于伪距的平滑值、定位增强信号以及gnss卫星的轨道对本车的位置进行计算；复合定位部，该复合定位部基于gnss定位部计算出的本车的位置来对自主导航部所执行的自主导航的误差进行计算，并且基于自主导航的误差对自主导航部计算出的本车的位置进行修正。
发明效果
复合定位部通过对自主导航的误差进行计算并且修正自主导航部计算出的本车的位置，从而获得较高定位精度。另外，通过分散定位处理来抑制计算负荷。另外，若分散定位处理，则能够容易仅获得本车的位置和方位中的一方，或使得在定位处理的中途对各个误差进行确认，从而能够提高定位的鲁棒性。
本发明的目的、特征、方式及优点可通过下述详细说明及附图来得以更为明确。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的定位装置的结构的框图。
图2是表示实施方式1所涉及的定位装置的定位部的主处理的流程图。
图3是表示图2的步骤st109的处理的流程图。
图4是表示图2的步骤st114的处理的流程图。
图5是表示图2的步骤st116的处理的流程图。
图6是用于说明多gnss接收机的定位误差(方位)评价方法的图。
图7是用于说明多gnss接收机的定位误差(方位)评价方法的图。
图8是用于说明多gnss接收机的定位误差(方位)评价方法的图。
图9是用于说明多gnss接收机的定位误差(位置)评价方法的图。
图10是用于说明多gnss接收机的定位误差(位置)评价方法的图。
图11是用于说明多gnss接收机的定位误差(位置)评价方法的图。
图12是用于说明raw数据(伪距)的误差评价以及定位使用卫星的选择处理的图。
图13是用于说明raw数据(伪距)的误差评以及定位使用卫星的选择处理的图。
图14是用于说明raw数据(伪距)的误差评价以及定位使用卫星的选择处理的图。
图15是用于说明raw数据(伪距)的误差评价以及定位使用卫星的选择处理的图。
图16是用于说明raw数据(伪距)的误差评价以及定位使用卫星的选择处理的图。
图17是用于说明raw数据(伪距)的误差评价以及定位使用卫星的选择处理的图。
图18是用于说明gnss-kf解位置的有效性判断方法的图。
图19是用于说明gnss-kf解位置的有效性判断方法的图。
图20是用于说明dr位置的误差修正的图。
图21是用于说明dr位置的误差修正的图。
图22是用于说明实施方式2所涉及的定位装置中的复合定位的图。
图23是用于说明实施方式2所涉及的定位装置中的复合定位的图。
图24是表示实施方式3所涉及的定位装置的结构的框图。
图25是表示实施方式3所涉及的定位装置的定位部的主处理的流程图。
图26是表示图25的步骤st514的处理的流程图。
图27是表示定位装置的定位部的硬件结构的示例的图。
图28是表示定位装置的定位部的硬件结构的示例的图。
具体实施方式
(1)多路径环境下的定位精度下降的抑制
如之前所述，车载用廉价的gnss接收机根据gnss卫星产生的电波的传输时间求出gnss卫星和本车的两点间距离，采用通过三角测量的原理求出本车位置以及接收机时钟误差的编码定位。然而，在多路径环境下，由于gnss接收机无法正确观测电波传输时间，因此产生多路径误差等定位误差。该问题通过增加难以产生多路径的高仰角卫星的使用机会而能够使问题变小，因此利用与多个定位卫星系统相对应的多gnss接收机作为车载使用。
然而，即使使用多gnss接收机也无法完全消除多路径的问题。为此，除了多gnss接收机以外，需要在soc侧根据从各种gnss卫星获取的raw数据来推定多路径误差并进行定位计算，从而抑制定位精度的下降。在通过soc进行定位计算的情况下，需要应对各gnss的raw数据的式样以及各gnss时系的差异。另外仅gps的raw数据通过soc处理时，由于定位中所使用的卫星(定位使用卫星)数量比多gnss接收机少而变得不利，因此弥补该不利因素成为技术问题。
本发明所要解决的技术问题之一是抑制多路径环境下的精度下降，并且确保车道等级的精度。在特定的卫星电波中发生多路径的情况下，若soc无法正确识别由于多路径误差而产生的定位精度的下降，则会产生本车位置被错误修正的问题。为了解决该问题，soc有根据gnss接收机的raw数据求出本车位置的误差而进行复合定位的情况。若在定位使用卫星中即使包含有一个产生了多路径的卫星，则由于在进行了复合定位的本车位置中会产生误差，因此需要将产生了多路径的卫星从定位使用卫星中去除、或者正确求出伪距的多路径误差并进行修正。
专利文献1的技术中，虽然定位计算中使用最小二乘法，但是由于最小二乘法以误差具有随机性为前提，因此需要去除伪距等产生较大误差、偏斜的误差的地点。即使将包含有多路径误差的伪距用于定位计算，也需要决定本车位置的轨迹长度以能够确保随机性。然而，多路径发生情况会因场所、时刻而变化，由于持续产生局部有偏斜的误差，因此难以确定轨迹的长度。在精度降低的本车位置的比例增加的高层建筑街道等中，无法确保误差的随机性，从而本车位置的精度无法上升至车道等级。
专利文献2的技术仅针对本车刚从隧道出来重新开始定位之后的区间，在多路径的发生区间中，未对应于在卡尔曼滤波器的推定值中残留有较大误差的情况。另外，即使本车上空的定位使用卫星的配置(dop)良好，也不能认为没有多路径影响。并且，在过去时期的定位精度良好而当前时期的定位精度较差的情况下，以及从隧道出口到当前时期为止定位精度持续较低状态的情况下，在精度较差的当前时期的gps位置中可能会存在卡尔曼滤波器的内部数据被错误修正的问题，从而难以充分抑制在多路径环境下定位精度的下降。
(2)利用了载波相位的gnss接收机的高精度化
提出有定位精度能够提高至1m左右(cep(circularerrorprobaility：圆概率误差)50％概率)的被称为精密单点定位(ppp:precisepointpositioning)的技术。ppp利用从sbas(satellitebasedaugmentationsystem:静止卫星型卫星导航增强系统)卫星获得的定位增强数据(卫星时钟误差、卫星轨道误差、电离层传输延迟、对流层传输延迟)来修正伪距的误差，并且利用载波相位对伪距进行平滑(cs:载波平滑)。然而，若由于建筑物等使得卫星电波被暂时地阻断，则会产生无法连续使用载波相位的被称为“周跳”的问题。为此，在重新开始对卫星电波的接收时正确地初始化伪距平滑值(利用载波相位而被平滑化的伪距)成为技术问题。
(3)利用传感器学习的自主导航的精度稳定化
车载用的廉价的自主传感器在传感器的0点输出的变动量以及灵敏度的变动量较大。利用这样的自主传感器，为了进行位置误差较小的自主导航，更合适地进行自主传感器的0点输出以及灵敏度的学习成为技术问题。
(4)修正自主导航误差的复合定位
在利用复合定位求出自主导航的位置误差时，在同时求出自主传感器的0点输出和灵敏度的误差的情况下，由于复合定位的状态量的参数增加，因此会存在增加矩阵计算的问题。在利用廉价的soc进行定位计算时，计算负荷的抑制也成为技术问题。
(5)本车上空的视野限制导致的定位精度降低的抑制
在本车上空的视野被限制的状态下，由于定位使用卫星数量变少、或者定位使用卫星的配置偏向特定方向，因此以几何学而言定位使用卫星配置变差且定位精度下降。另外，即使在开放天空下，也存在定位使用卫星数量变少、或者定位使用卫星的配置偏向特定方向的情况。由此希望抑制该定位精度的下降。
专利文献1的技术中，虽然定位计算中利用最小二乘法，但在卫星配置偏向特定方向的状态下，难以决定轨迹的长度以使得能够确保误差的随机性。另外，在隧道出口处由于补充gnss接收机的电波的卫星数量较少，因此处于本车上空的视野接近于受到限制状况的状态。为此，虽然也能够考虑应用专利文献2的技术，但是在过去时期的定位精度良好而当前时期的定位精度较差的情况下、以及从隧道出口到当前时期为止定位精度持续较低状态的情况下，在精度较差的当前时期的gps位置中还是可能会存在卡尔曼滤波器的内部数据被错误修正的问题，从而难以充分抑制定位精度的下降。
(6)自主导航导致的定位精度下降的抑制
在使用gnss接收机的定位结果对自主导航的误差进行修正的疏耦合、以及使用gnss接收机所获得的raw数据对自主导航的误差进行计算并修正的紧耦合中，为了避免定位精度下降的本车位置的错误修正，定位方法存在有从复合定位适当切换至自主导航的情况。然而，若自主导航持续较长时间，则由于自主导航的累积误差而无法维持车道等级的定位精度。专利文献1中虽然设想进行复合定位，但专利文献1中未对该问题的对应策略进行明确记载。
(7)多普勒频率的观测误差导致的定位精度下降的抑制
若在通过地下通道时产生多普勒频率的观测误差，则在根据多普勒频率计算出的本车的方位中产生误差，从而计算出的本车位置存在偏离至实际行驶车道的旁边车道的情况。另外，若用于抑制由gnss接收机定位出的车辆位置的偏差的平滑较强，则即使天空开放，之后一段时间由gnss接收机定位出的本车位置中仍然残留有误差。由于专利文献1、2的技术均不是以实现车道等级的定位精度为目的，因此专利文献1、2中未对该技术问题明确记载有对应策略。
(8)紧接着重新开始卫星电波的接收后的精度下降的抑制
在gnss定位中使用利用载波相位而进行了平滑的伪距的情况下，由于卫星电波的阻断中无法更新伪距平滑值，因此在重新开始卫星电波的接收时利用伪距对伪距平滑值进行初始化。若利用带有较大误差的伪距用于该初始化，则伪距平滑值中残留有误差。若伪距平滑值中残留有误差，则即使天空开放，由gnss定位所测量的位置误差可能也大于不对伪距进行平滑时的误差。在专利文献1、2中未记载有对该问题的对应策略。
(9)利用多gnss接收机时的计算负荷的降低
利用多gnss接收机、或者双频gps接收机的raw数据进行gnss定位时，由于定位使用卫星数量变多，因此矩阵计算量单纯地增加。若在定位使用卫星中包含有受多路径影响的raw数据，则每时期的收敛计算次数增加，从而产生计算不可能性上升的问题。在专利文献1、2中未记载有对该问题的对应策略。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的定位装置的结构的框图。图1中，定位装置的结构以在搭载了该定位装置的车辆(以下成为“本车”)的位置的定位中所必需的部分为中心进行表示。如图1所示，该定位装置包括多gnss接收机10和定位部100。
多gnss接收机10包括多gnss天线，该多gnss天线接收从存在于本车上空的多个gnss卫星发射出的电波、以及从广播定位增强信号的定位增强卫星即sbas卫星广播的电波。上述多个gnss卫星中至少包含gps、qzs、glonass、beidou、galileo的各个卫星中的gps卫星，多gnss接收机10接收至少来自gps卫星的l1信号。在定位增强信号中包含卫星时钟误差、卫星轨道误差、电离层传输延迟、对流层传输延迟的各种修正信息。
多gnss接收机10基于接收到的各种的卫星电波来获取定位计算中所必需的raw数据(伪距(观测值)、多普勒频率、载波相位、导航信息、gnss-time等)，对本车的位置、速度、方位等进行计算，并将计算出的定位结果(本车的位置、速度、方位)、raw数据、以及定位增强信号输出至定位部100。多gnss接收机10的定位结果即本车的位置、速度、方位用ecef(earthcenteredearthfixed:地心地固)坐标系的位置、位置的移动量、位置的移动方向来表示。以下，将多gnss接收机10的定位结果即本车的位置、速度、方位分别称为“gnss位置”、“gnss速度”、“gnss方位”。
定位部100包括gnss输出数据转换部101、gnss卫星行为推定部102、gnss定位部(ls方法)103、gnss接收机时钟误差修正部104、伪距平滑部105、定位使用卫星选择及raw误差评价部106(以下称为“定位使用卫星选择/raw误差评价部106”)、gnss接收机定位误差评价部107以及gnss定位部(kf方法)108，以作为进行gnss定位所涉及处理的要素。另外，定位部100包括复合定位部(kf方法)109，以作为进行复合定位所涉及处理的要素。并且，定位部100包括速度传感器110、距离测量部111、速度传感器sf修正部112、角速度传感器113、偏航角测量部114、角度速传感器修正部115以及自主导航部116，以作为进行自主导航所涉及处理的要素。
gnss输出数据转换部101针对多gnss接收机10接收到电波的每个gnss卫星来计算距离变化，该距离变化是从多gnss接收机10输出的raw数据中所包括的伪距的时间差分值。另外，gnss输出数据转换部101将多gnss接收机10输出的多普勒频率以及载波相位分别转换成与距离变化相同单位[m/s]的距离变化率。
gnss卫星行为推定部102利用多gnss接收机10输出的各个gnss卫星的导航消息和sbas卫星的定位增强信号来计算gnss-time中的gnss卫星的位置和速度。
gnss定位部(ls方法)103利用gnss卫星行为推定部102计算出的gnss卫星的位置、以及多gnss接收机10接收到的各个gnss卫星的伪距，根据最小二乘法来计算本车的位置、速度及方位、以及多gnss接收机10的接收机时钟误差(偏离误差)。以下，将gnss定位部(ls方法)103计算出的本车的位置、速度及方位分别称为“gnss-ls解位置”、“gnss-ls解速度”、及“gnss-ls解方位”。
gnss接收机时钟误差修正部104更精密地重新计算gnss定位部(ls方法)103所求得的接收机时钟误差。以下，将gnss接收机时钟误差修正部104所求得的精密的接收机时钟误差称为“精密时钟误差”。
伪距平滑部105使用多gnss接收机10接收到电波的各个卫星的载波相位来对伪距进行平滑。
定位使用卫星选择/raw误差评价部106对分别包含于从多gnss接收机10接收到的raw数据所包含的伪距(观测值)、以及伪距平滑部105计算出的伪距平滑值中的未知误差进行评价，并且基于该评价结果，选择gnss定位部(ls方法)103以及gnss定位部(kf方法)108在定位计算中使用的gnss卫星以及伪距(观测值或平滑值)。
gnss接收机定位误差评价部107通过对多gnss接收机10的定位结果的误差进行评价，从而判断多gnss接收机10的定位结果有无可靠性。
gnss定位部(kf方法)108利用从sbas卫星获取到的定位增强信号、gnss接收机时钟误差修正部104计算出的多gnss接收机10的精密时钟误差(偏离误差以及漂移误差)，在对包含于定位计算所使用的伪距或伪距平滑值中的各种误差进行修正的基础之上，基于gnss卫星行为推定部102计算出的卫星的轨道(位置、速度)，利用卡尔曼滤波法进行对本车位置进行计算的高精度定位(ppp)。
复合定位部(kf方法)109基于gnss输出数据转换部101计算出的距离变化率来计算自主导航部116中的自主导航的误差(方位的误差)，并且利用gnss定位部(kf方法)108计算出的本车位置等来计算自主导航部116中的自主导航的误差(位置的误差和速度的误差)。
速度传感器110输出与本车的移动距离相对应的脉冲信号(车速脉冲)。距离测量部111以固定周期测量从速度传感器110输出的脉冲数，并根据该测量值计算本车的移动距离和速度。速度传感器sf修正部112根据由gnss定位计算出的本车速度和速度传感器110的脉冲数来计算表示速度传感器110输出的每1个脉冲的距离的sf(比例因子)系数并对设定于距离测量部111中的sf系数进行修正。
角速度传感器113将定位装置的壳体的垂直方向作为传感器检测轴，本车的角速度(偏航率)所对应的信号与0点输出相加并输出。偏航角测量部114以固定周期对角速度传感器113的输出进行测量并根据该测量结果计算本车的偏航角。角速度传感器修正部115求出角速度传感器113的0点输出，并且对设定于偏航角测量部114的角速度传感器113的0点输出进行修正。
另外，速度传感器110、距离测量部111、速度传感器sf修正部112、角速度传感器113、偏航角测量部114以及角速度传感器修正部115未必一定要配置于定位装置内，也可例如使用具有与搭载在本车中的这些部件相同的功能的设备。
自主导航部116利用距离测量部111计算出的本车的移动距离、以及偏航角测量部114计算出的本车的偏航角，根据自主导航(dr:deadreckoning，航位推算)计算本车位置、本车速度以及本车方位并更新。此时，自主导航部116利用复合定位部(kf方法)109求出的自主导航的误差，对通过自主导航得出的本车位置、本车速度以及本车方位进行修正。该修正后的本车位置、本车速度以及本车方位从定位装置输出。以下，将自主导航部116计算出的本车的位置、速度以及方位分别称为“dr位置”、“dr速度”以及“dr方位”。
接着，对实施方式1所涉及的定位装置的动作进行说明。图2是表示定位部100的主处理的流程图。图3～图5分别表示gnss定位部(ls方法)103、gnss定位部(kf方法)108以及复合定位部(kf方法)109的各个处理的流程图。以预先确定的周期执行图2的流程，并且分别在图2的流程的步骤st109、st114以及st116执行图3～图5的流程。接着，基于这些流程对实施方式1所涉及的定位装置的动作进行说明。
若开始图2的主处理，则定位部100将处理初始化(步骤st101)。由此，设定于定位部100中的gnss定位解的状态为“无ls解”以及“无kf解”，复合定位解的状态为“无kf解”。
接着，进行自主导航相关的以下从步骤st102到步骤st105的处理。
步骤st102中，距离测量部111将sf系数与以固定周期测量到的速度传感器110的脉冲数相乘来求出本车的移动距离，并且，利用使该脉冲数通过了低通滤波器后的数值来计算本车的移动速度。
步骤st103是在本车停车中进行的处理，在该步骤中，角速度传感器修正部115对角速度传感器113的0点输出进行修正。即，角速度传感器修正部115若根据距离测量部111计算出的本车的移动距离判断本车处于停车中，则求出停车中的角速度传感器113的输出的平均值，将该平均值作为角速度传感器113的0点输出设定在偏航角测量部114中。针对该处理，在本发明人提出申请的专利第3137784号公报以及专利第3751513号公报中进行详细说明。
步骤st104中，偏航角测量部114通过从在每个预先确定的时刻测量到的角速度传感器113的输出减去0点输出而计算偏航角。
步骤st105中，自主导航部116利用自主导航进行本车位置(dr位置)的定位。即，自主导航部116利用根据速度传感器110以及角速度传感器113的输出信号计算出的本车的移动距离和偏航角，求出每隔预先确定的周期的移动矢量(相当于dr速度以及dr方向)，通过将该移动矢量与前次计算出的本车位置进行相加来更新本车位置。
接着，进行gnss定位以及复合定位相关的以下从步骤st106到步骤st119的处理。
步骤st106中，gnss输出数据转换部101在多gnss接收机10的定位时刻对多gnss接收机10在定位中使用的gnss卫星(定位使用卫星)的数量进行确认。若定位卫星数量在4个以上(步骤st106中为是)，则前进至步骤st107,若卫星数量不满4个(步骤st106中为否)，则前进至后文阐述的步骤st118。
步骤st107中，gnss输出数据转换部101对多gnss接收机10输出的数据进行转换处理。具体而言，gnss输出数据转换部101利用式(1)，将多gnss接收机10输出的伪距转换成其时间差分值即距离变化。另外，gnss输出数据转换部101利用式(2)以及式(3)，将多gnss接收机10输出的多普勒频率以及载波相位分别转换成与距离变化相同单位[m/s]的距离变化率。并且，gnss输出数据转换部101利用式(4)，根据自主导航部116利用自主导航计算出的本车的位置以及速度，计算gnss卫星的距离变化率的预测值。上述处理针对多gnss接收机10接收到电波的各个gnss卫星来执行。
[数学式1]
δρicτ_j＝{ρicτ_j-ρicτ_j-1}/δt···(1)
其中：
δρicτ_j：本次的周期j中的卫星i的距离变化[m/s]
ρicτ_j：在本次的周期j中从卫星i输出的伪距[m]
ρicτ_j-1：在前次的周期j-1中从卫星i输出的伪距[m]
δt：定位处理的周期[s]
[数学式2]
δρirate_j＝fdop_j·c/fl1···(2)
其中：
δρirate_j：本次的周期j中的卫星i的距离变化率(多普勒频率换算)[m/s]，
fdop_j：在本次的周期j中从卫星i输出的多普勒频率[hz]
fl1：l1载波频率[hz]
c：光速[m/s]
[数学式3]
δρiφ_j＝(cpil1_j-cpil1_j-1)λl1/δt···(3)
其中，
δρiφ_j：本次的周期j中的卫星i的距离变化率(载波相位换算)[m/s]
cpil1_j：本次的周期j中从卫星i输出的l1频带的载波相位的累积值[cycles]
cpil1_j-1：本次的周期j-1中从卫星i输出的l1频带的载波相位的累积值[cycles]
λl1：l1频带的波长[m/cycle]
[数学式4]
其中，
δρirate-s_j：本次的周期j中的卫星i的距离变化率预测值(假设停车中)[m/s]
δρirate-m_j：本次的周期j中的卫星i的距离变化率预测值(假设行驶中)[m/s]
pis_j：本次的周期j中的卫星i的位置(xis，yis，zis)[m]
vis：本次的周期j中的卫星i的速度(visx，visy，visz)[m/s]
p0_j：本次的周期j中的本车位置(x0，y0，z0)[m]
v0_j：本次的周期j中的本车速度(v0x，v0y，v0z)[m/s]
||pis-p0||：本次的周期j中的卫星i的位置和本车位置之间的距离[m]
losij：本次的周期j中的从本车观察卫星i的视线方向矢量(lineofsitevector)。
另外，式(1)以及式(2)中求出的距离变化以及距离变化率是对gnss卫星的卫星时钟误差以及多gnss接收机10的接收机时钟误差修正前的值，式(4)中求出的距离变化率的预测值是对这些误差进行修正后的值。
步骤st108中，gnss接收机定位误差评价部107对多gnss接收机10的定位结果的误差进行评价，从而判断多gnss接收机10的定位结果有无可靠性。具体而言，gnss接收机定位误差评价部107如图6所示，通过将多gnss接收机10计算出的本车位置(gnss位置)的移动方向和多gnss接收机10计算出的本车方位(gnss方位)进行比较来推定gnss方位的误差。如图7所示，即使自主导航部116计算的dr方向固定，多gnss接收机10计算的gnss方位也容易受gnss定位误差的影响而产生偏差。另外，gnss接收机定位误差评价部107如图8所示，针对各个定位使用卫星的多普勒频率，将根据自主导航的位置信息计算出的距离变化率的波形与将多gnss接收机10输出的多普勒频率进行转换而获得的距离变化率(修正接收机时钟的漂移误差后的量)的波形进行比较。
其结果，若gnss方位的误差在规定值以下，并且所有定位使用卫星中上述两个距离变化率的波形一致，则gnss接收机定位误差评价部107判定gnss方位的可靠性较高。但是，gnss方位的误差超过规定值的情况下，或者，任意定位使用卫星中上述两个距离变化率的波形不一致的情况下，判定gnss方位的可靠性较低。针对这些处理，在本发明人提出申请的专利第4988028号公报以及专利第5855249号公报中进行详细说明。
并且，若上述两个距离变化率相一致，则如图9所示，gnss接收机定位误差评价部107对表示gnss位置在时期间的变化的移动矢量(△pxe,△pye,△pye)和表示gnss速度及gnss方位的速度矢量(vxe△t,vye△t,vze△t)进行比较，通过对两者的差异进行确认来推定多gnss接收机10测定到的gnss位置的相对误差。若如图9示出的(1)(2)(3)全部都在规定值以下，则gnss接收机定位误差评价部107判断为gnss位置的相对位置精度可靠，若(1)(2)(3)中的任一个超过规定值，则gnss接收机定位误差评价部107判断为gnss位置的相对位置精度不可靠。
另外，如图10或图11所示，gnss接收机定位误差评价部107根据预先确定的时期部分的最近的gnss位置的履历以及dr位置的履历来求出gnss位置的轨迹和dr位置的轨迹，并在进行affine(仿射)转换以使得两者的轨迹一致的基础上进行比较，从而在构成轨迹的各位置处求出gnss位置和dr位置的差异的偏差。并且，gnss接收机定位误差评价部107根据gnss位置和dr位置的差异的偏差、由多gnss接收机10用于定位的gnss卫星的几何学配置确定的精度降低率(dop)的值等，来推定gnss位置的绝对误差。针对该处理，在本发明人提出申请的专利第5855249号公报中进行详细说明。
其结果，若gnss位置的绝对误差在规定值以下，并且相对位置精度可靠，则gnss接收机定位误差评价部107判断为gnss位置的绝对位置可靠。然而，gnss位置的绝对误差范围超过规定值的情况下，或者相对位置精度不可靠的情况下，gnss接收机定位误差评价部107判断为gnss位置的绝对位置不可靠。
步骤st109中，gnss定位部(ls方法)103通过利用最小二乘法的gnss定位来执行本车位置的测量、即本车的定位。该处理中，除本车位置(gnss-ls解位置)、本车速度(gnss-ls解速度)、以及本车方位(gnss-ls解方位)之外，也计算多gnss接收机10的接收机时钟误差(偏离误差)。后文中使用图3对步骤st109的处理的详细进行说明。
步骤st110中，gnss接收机时钟误差修正部104利用通过gnss定位部(ls方法)103计算出的接收机时钟误差(偏离误差)、raw数据等来计算多gnss接收机10的更精密的接收机时钟误差、即精密时钟误差(偏离误差以及漂移误差)。针对该处理，在本发明人提出申请的国际申请pct/jp2016/057337中进行详细说明。
步骤st111中，伪距平滑部105针对多gnss接收机10接收到电波的卫星，利用载波相位来对伪距进行平滑。利用载波相位的伪距的平滑通过式(5)进行。
[数学式5]
ρism_j＝{{ρij+(ρism_j-1+δρiφ_jδt)·(m-1)}/m···(5)
其中：
ρism_j：本次的周期j中的卫星i的伪距的平滑值[m]
ρij：本次的周期j中的卫星i的伪距的观测值[m]
δρiφ_j：本次的周期j中的卫星i的距离变化率(载波相位换算)[m/s]
m：hatch滤波的加权系数(2以上)。
步骤st112中，定位使用卫星选择/raw误差评价部106对分别包含于从多gnss接收机10接收到的raw数据所包含的伪距(观测值)以及伪距平滑部105计算出的伪距平滑值中的未知误差进行评价，并且基于该评价结果，选择gnss定位部(ls方法)103在定位计算中使用的gnss卫星以及伪距(观测值或平滑值的任何一个)。
定位使用卫星选择/raw误差评价部106针对多gnss接收机10接收到电波的gnss卫星来求出伪距的位置误差。如图12所示，伪距的未知误差作为从伪距减去已知误差、及gnss卫星的位置与本车位置(通过自主导航求出的本车位置(dr位置))的两点间距离而得到的残差来求出。如图13所示，作为已知误差，存在有根据sbas卫星的定位增强信号计算出的卫星轨道误差、卫星时钟误差、电离层传输延迟误差、对流层传输延迟误差等。在此，由gnss接收机时钟误差修正部104计算出的精密时钟误差用作为卫星时钟误差。另外，图13所示出的多路径误差包含在未知误差中。
另外，定位使用卫星选择/raw误差评价部106针对伪距平滑部105计算出的伪距平滑值，也计算从伪距平滑值减去上述已知的误差后的未知误差。
并且，定位使用卫星选择/raw误差评价部106如图14或图15所示，选择伪距的观测值(此处称为“伪距观测值”)或伪距平滑值的未知误差在预先确定的阈值以下的卫星作为定位使用卫星。图14的示例中，瞬时多路径发生在卫星a中，伪距观测值的未知误差变大，卫星a被排除在定位使用卫星之外。
并且，定位使用卫星选择/raw误差评价部106选择伪距观测值和伪距平滑值中未知误差较小的一个，作为定位使用卫星的伪距。通常，伪距平滑值的未知误差比伪距观测值的未知误差要小，但若紧接着卫星电波被阻断之后在伪距平滑值中残留有误差，则如图16所示，未知误差可能存在变得比伪距观测值要大的情况。图16的示例中，卫星b的伪距平滑值中残留有误差的结果是卫星b的伪距平滑值的未知误差变大，从而卫星b从定位使用卫星中被排除。
步骤st113是用于预先确认是否能够实施高精度定位(ppp)的处理。步骤st113中，定位使用卫星选择/raw误差评价部106确认在所选择的定位使用卫星中选择伪距平滑值作为伪距的卫星的数量，并且基于该数量判断是否能够进行高精度定位。若选择伪距平滑值作为伪距的卫星的数量在规定值以上(具体而言4个以上)，则判断能够进行高精度定位(步骤st113中为是)，并且前进至步骤st114。若选择伪距平滑值作为伪距的卫星的数量不足规定值，则判断不能够进行高精度定位(步骤st113中为否)，并且前进至后文阐述的步骤st118。如图17所示，利用伪距平滑值进行定位时，位置精度变高。
步骤st114中，gnss定位部(kf方法)108通过利用卡尔曼滤波法的gnss定位来进行本车位置的高精度定位(ppp)。后文中利用图4在后文对该处理的详细进行说明。
步骤st115中，复合定位部(kf方法)109利用在步骤st109中计算出的gnss-ls解方位来计算自主导航中的本车方位(dr方位)的误差。在步骤st108中判断为gnss方位可靠，并且，在步骤st109中计算出的gnss-ls解方位和多gnss接收机10输出的gnss方位之间的差异在规定值以下的情况下执行该处理。gnss-ls解方位根据gnss卫星的多普勒频率计算所得，由于不直接受多路径的影响，因此能够稳定地计算出dr方位的误差。
步骤st116中，复合定位部(kf方法)109利用将参照的gnss定位位置作为观测值的卡尔曼滤波法来计算本车位置(dr位置)的误差以及本车速度(dr速度)的误差。后文中利用图5对该处理的详细进行说明。
步骤st117中，自主导航部116利用在步骤st115以及st116中计算出的自主导航的误差(dr位置、dr速度以及dr方位的各个误差)，对在步骤st105中得出的自主导航定位结果(dr位置、dr速度以及dr方位)进行修正。
步骤st118中，速度传感器sf修正部112对速度传感器110输出的表示每1个脉冲的距离的sf系数进行计算，并且对设定于距离测量部111中的sf系数进行修正。针对该处理，在本发明人提出申请的专利第3321096号公报以及专利第3727489号公报、专利第5606656号公报中进行详细说明。
步骤st119是在本车行驶中进行的处理，角速度传感器修正部115对角速度传感器113的0点输出进行修正。即，在本车的行驶中由于温度漂移而变动的角速度传感器113的0点输出以本车方位(dr方位)为基准进行学习，并且基于该学习结果对0点输出进行修正。针对该处理，在本发明人提出申请的专利第3321096号公报以及专利第3727489号公报中进行详细说明。另外，本车是否处于行驶中根据距离测量部111计算出的本车的移动距离能够进行判断。若步骤st119的处理结束，则结束图2的流程。
接着，利用图3对图2的步骤st109的处理的详细进行说明。图2的步骤st109中执行图3所示的步骤st201到步骤st211的处理。
步骤st201中，gnss定位部(ls方法)103将设定于定位部100中的gnss定位解的状态设为“无ls解”。
步骤st202中，gnss卫星行为推定部102利用多gnss接收机10输出的导航消息和定位增强信号(卫星轨道误差)来计算gnss-time中的定位使用卫星的行为(位置和速度)。另外，gnss-time在收敛计算中渐渐地被正确地计算出。
步骤st203中，gnss定位部(ls方法)103利用式(6)将多gnss接收机10所输出的伪距修正成通过减去各种误差而获得的值。该处理针对多gnss接收机10接收到电波的各个卫星来执行。
[数学式6]
ρicτ’＝ρicτ+dtisat-dtrcv-bias-diono-dtrop···(6)
其中，
ρicτ’：对卫星时钟误差、电离层延迟误差以及对流层延迟误差进行修正的卫星i的伪距(第1修正伪距)[m]
dtisat：卫星i的卫星时钟误差[m]
dtrcv-bias：接收机时钟的偏离误差[m]
diono：电离层电波传输延迟误差[m]
dtrop：对流层电波传输延迟误差[m]
步骤st204中，定位使用卫星选择/raw误差评价部106与图2的步骤st112同样地选择定位使用卫星。
步骤st205中，gnss定位部(ls方法)103根据如式(7)所示的最小二乘法的计算式来计算本车的位置(gnss-ls解位置)和接收机时钟误差(偏离误差)。
[数学式7]
其中：
pis：卫星i的位置(xis，yis，zis)[m]
p0：本车位置(x0，y0，z0)[m]
dp0：本车位置的变化量(dx0，dyy0，dz0，trcv-drift)[m]
a：导航矩阵
n：接收卫星数量
||pis-p0||：卫星i的位置和本车位置间的距离[m]
losi：从本车观察卫星i时的视线方向矢量(lineofsitevector)(losix，losiy，losiz)
步骤st206中，gnss定位部(ls方法)103对当前时期的收敛计算次数进行确认。若收敛计算次数在规定值以下(步骤st206中为是)，则前进至步骤st207。若收敛计算次数超过规定值(步骤st206中为否)，则判断为无法收敛且跳过图3的处理。
步骤st207中，gnss定位部(ls方法)103对当前时期的gnss-ls解位置的变化量进行确认。若gnss-ls解位置的变化量在规定值以下(步骤st207中为是)，则判断为完成收敛且前进至步骤st208。若gnss-ls解位置的变化量超过规定值(步骤st207中为否)，则判断为无法收敛，更新时刻并返回至步骤st202。
步骤st208中，gnss定位部(ls方法)103将gnss定位解的状态设为“有ls解”。
步骤st209中，gnss定位部(ls方法)103利用式(8)来计算本车的速度(gnss-ls解速度)。
[数学式8]
其中，
δρirate-s：卫星i的距离变化率的预测值(假设停车中)[m/s]
δρirate：根据卫星i的多普勒频率计算出的距离变化率[m/s]
dtrcv-drift：接收机时钟漂移误差[m/s]
步骤st210中，gnss定位部(ls方法)103根据在步骤st209中计算出的gnss-ls解速度的矢量来计算本车的方位(gnss-ls解方位)。
步骤st211中，gnss定位部(ls方法)103通过与利用图9～图11所说明的gnss位置的误差以及可靠性的评价方法相同的方法来对gnss-ls解位置的误差以及可靠性进行评价。
接着，利用图4对图2的步骤st114的处理的详细进行说明。图2的步骤st114中执行图4所示的步骤st301到步骤st309的处理。
步骤st301中，gnss定位部(kf方法)108将设定于定位部100中的gnss定位解的状态设为“无kf解”。
步骤st302中，gnss卫星行为推定部102与图3的步骤st202相同地对gnss-time中的定位使用卫星的行为(位置和速度)进行计算。另外，gnss-time在收敛计算中渐渐地被正确地计算出。
步骤st303以及步骤st304中，通过与图3的步骤st203以及步骤st204相同的方法，gnss定位部(kf方法)108对多gnss接收机10输出的各卫星的伪距进行修正，并且定位使用卫星选择/raw误差评价部106选择定位使用卫星。
步骤st305中，gnss定位部(kf方法)108根据如式(9)所示的卡尔曼滤波器的计算式来计算本车的位置。以下，将gnss定位部(kf方法)108计算出的本车位置称为“gnss-kf解位置”。
[数学式9]
其中：
xj＝[pgxj，pgyj，pgzj，pgtj]t
[数学式10]
x：将通过卡尔曼滤波器计算出的本车位置和接收机时钟误差(偏离误差)设为参数的状态变量
y：卡尔曼滤波器的观测值
(针对定位使用卫星，对伪距和两点间距离的差异进行设定)
f：卡尔曼滤波器的驱动矩阵
h：卡尔曼滤波器的观测矩阵
(针对定位使用卫星，设定从本车观察卫星的视线方向矢量)
k：卡尔曼滤波器的增益
p：卡尔曼滤波器的误差协方差矩阵
qw：卡尔曼滤波器的过程误差协方差矩阵
(如图9－11所示求出kf解的误差，设定其方差)
qv：卡尔曼滤波器的观测误差协方差矩阵
(针对定位使用卫星，设定伪距的误差方差)
σpgx：gnss定位的位置误差(gnss位置误差)的x坐标的标准差
σpgy：gnss定位的位置误差(gnss位置误差)的y坐标的标准差
σpgz：gnss定位的位置误差(gnss位置误差)的z坐标的标准差
下标j|j：当前epoch(j)的推定值
下标j|j-1：基于1epoch前(j-1)的当前epoch(j)的预测值
步骤st306中，gnss定位部(kf方法)108对当前时期的收敛计算次数进行确认。若收敛计算次数在规定值以下(步骤st306中为是)，则前进至步骤st307。若收敛计算次数超过规定值(步骤st306中为否)，则判断为无法收敛且跳过图4的处理。
步骤st307中，gnss定位部(kf方法)108对当前时期的gnss-kf解位置的变化量进行确认。若gnss-kf解位置的变化量在规定值以下(步骤st307中为是)，则判断为完成收敛且前进至步骤st308。若gnss-kf解位置的变化量超过规定值(步骤st306中为否)，则判断为无法收敛，更新时刻并返回至步骤st302。
步骤st308中，gnss定位部(kf方法)108将gnss定位解的状态设为“有kf解”。
步骤st309中，gnss定位部(kf方法)108通过与利用图9～图11所说明的gnss位置的误差以及可靠性的评价方法相同的方法来对gnss-kf解位置的误差以及可靠性进行评价。另外，步骤st309中，多gnss接收机10的定位结果为可靠的情况下，若如图18所示那样gnss-kf解位置在gnss位置的定位误差范围内则判断该gnss-kf解位置有效，若如图19所示那样gnss-kf解位置未在gnss位置的定位误差范围内则判断该gnss-kf解位置无效。另外，在多gnss接收机10的定位结果不可靠的情况下，若定位使用卫星中包含的ppp卫星(选择伪距平滑值作为伪距的卫星)在预先确定的个数以上，则判断gnss-kf解位置有效。
接着，利用图5对图2的步骤st116的处理的详细进行说明。图5的步骤st116中执行图5所示的步骤st401到步骤st406的处理。
步骤st401中，复合定位部(kf方法)109将设定于定位部100中的复合定位解的状态设为“无kf解”。
步骤st402中，通过卡尔曼滤波法，复合定位部(kf方法)109计算针对图2的步骤st105中所更新的本车位置(dr位置)以及本车速度(dr速度)的各修正量(dr位置以及dr速度通过将根据速度传感器110以及角速度传感器113的输出信号计算出的当前时期中的本车的移动矢量(速度矢量)与前一时期中计算出的本车位置相加来进行更新)。具体而言，复合定位部(kf方法)109根据式(10)中示出的卡尔曼滤波器的计算式，以gnss定位部(kf方法)108计算出的gnss-kf解位置为基准进行计算。
[数学式11]
其中：
xj＝[pdxj，pdyj，pdzj，vdxj，vdyj，vdzj]t
yj＝[pgxj，pgyj，pgzj，vgxj，vgyj，vgzj]t
ej＝[εpdxj，εpdyj，εpdzj，εvdxj，εvdyj，εvdzj]t
[数学式12]
x：将通过卡尔曼滤波器计算出的本车位置误差和本车速度误差设为参数的状态变量
y：卡尔曼滤波器的观测值
(将复合定位用kf解的位置误差和速度误差设为参数的变量)
(位置误差设定为gnss定位用kf解和复合定位用kf解的差异，速度误差设定为ls解和自主导航的速度的差异)
f：卡尔曼滤波器的驱动矩阵
h：卡尔曼滤波器的观测矩阵
k：卡尔曼滤波器的增益
p：卡尔曼滤波器的误差协方差矩阵
qw：卡尔曼滤波器的过程误差协方差矩阵
(·针对位置误差，如图9-11所示那样求出并设定其方差；
·针对速度误差，设定利用自主传感器和多普勒得到的两速度矢量差异的方差。)
qv：卡尔曼滤波器的观测误差协方差矩阵
(针对定位使用卫星，设定伪距的误差方差)
e：卡尔曼滤波器的控制输入
σpdx：自主导航的位置误差(dr位置误差)的x坐标的标准差
σpdy：自主导航的位置误差(dr位置误差)的y坐标的标准差
σpdz：自主导航的位置误差(dr位置误差)的z坐标的标准差
σvdx：自主导航的速度误差的x坐标的标准差
σvdy：自主导航的速度误差的y坐标的标准差
σvdz：自主导航的速度误差的z坐标的标准差
σpgx：gnss定位的位置误差(gnss位置误差)的x坐标的标准差
σpgy：gnss定位的位置误差(gnss位置误差)的y坐标的标准差
σpgz:gnss定位的位置误差(gnss位置误差)的z坐标的标准差
σvgx:gnss定位的速度误差的x坐标的标准差
σvgy:gnss定位的速度误差的y坐标的标准差
σvgz:gnss定位的速度误差的z坐标的标准差
通过kf解得到的dr位置的修正量由图20所示的、与速度传感器110以及角速度传感器113的误差所引起的本车位置的移动量的误差(速度矢量的误差)、dr位置以及dr速度各自的过程误差、以及gnss-kf解位置的观测误差相对应的卡尔曼滤波器增益所决定。然而，在参照的gnss位置可靠，并且如图21那样在gnss-kf解位置和dr位置之间产生规定值以上的固定的差异(偏差)的情况下，复合定位部(kf方法)109将该差异判断为通过自主导航得出的本车位置的残留误差，将该差异的平均值控制输入到卡尔曼滤波器的状态变量并修正dr位置，从而计算dr位置的修正量。
步骤st403中，复合定位部(kf方法)109对当前时期的收敛计算次数进行确认。若收敛计算次数在规定值以下(步骤st403中为是)，则前进至步骤st404。若收敛计算次数超过规定值(步骤st403中为否)，则判断为无法收敛且跳过图3的处理。
步骤st404中，复合定位部(kf方法)109对当前时期的kf解的变化量进行确认。若kf解的变化量在规定值以下(步骤st404中为是)，则判断为完成收敛且前进至步骤st405。若kf解的变化量超过规定值(步骤st404中为否)，则判断为无法收敛，更新时刻并返回至步骤st402。
步骤st405中，复合定位部(kf方法)109将复合定位解的状态设为“有kf解”。
步骤st406中，复合定位部(kf方法)109通过与利用图9～图11所说明的gnss位置的误差以及可靠性的评价方法相同的方法来对kf解的误差以及可靠性进行评价。然而，在dr位置的移动量和移动方向达到规定值以上的情况下，判断kf解无效。
另外，当gnss定位部(kf方法)108计算出的gnss-kf解位置在图4的步骤st309中被判断为无效时，复合定位部(kf方法)109将多gnss接收机10计算出的gnss位置(可靠的位置)和dr位置相比较，若两者间的距离分离预先确定的阈值以上，则利用多gnss接收机10的定位结果来初始化卡尔曼滤波器。
实施方式1所涉及的定位装置中，由于分散了定位处理，即使无法获得全部的定位结果(位置以及方位)，也能够获得部分的定位结果(位置或者方位)，并且也能够在定位处理的途中对各误差进行确认。可以通过多种对于提高定位鲁棒性不可或缺的方法来计算相同的信息，并且可以使用廉价的soc来力图降低成本。
另外，多gnss接收机10即使不对应在天空开放下的精密单点定位(ppp)，但也可以执行ppp。另外，由于明显包含多路径误差的伪距被排除在定位使用卫星之外，因此，即使在多路径环境、本车上空的视野受限的环境中也可以执行ppp。
一般地，仅使用gps卫星的raw数据的ppp的情况下，若本车上空的视野受限、或受到多路径影响，则在ppp中能够利用的卫星数量下降，从而定位精度下降的风险变高。本实施方式的定位装置中，多gnss接收机10使用不受多路径影响的高仰角gps卫星以外的卫星来定位，使用该多gnss接收机10的定位结果，能够进行ppp的精度确认。因此，能够事先防止在复合定位中使用精度已经下降的ppp的定位结果，从而即使在拥有许多高层建筑的城市地区也能够稳定定位精度。
即使是由于例如定位使用卫星数量的减少而导致仅使用了gps卫星的ppp的定位结果中产生了位置偏差的情况，利用可靠的多gnss接收机10的定位结果，也能够防止位置偏差大到一定以上的情况，因此即使是城市地区，定位精度也能够稳化。
由于与自主导航的位置误差独立地能够对方位误差进行修正，因此即使由于多路径影响无法稳定计算出位置误差的情况下，也能够对方位误差连续稳定地进行修正。通过修正自主导航的方位，能够在本车行驶过程中对角速度传感器的0点输出进行修正，从而能够抑制自主导航的累积误差。另外，还有如下优点：不必勉强使用受多路径影响的gnss定位结果而使得自主导航的位置精度降低。
在确认gnss接收机的定位结果是否是与自主导航一致的高精度的定位结果的基础之上，进行自主导航的修正，因此能够进行实现车道等级精度所需的平稳的本车位置的更新(修正)。另外，由于自主导航的位置误差的修正频度降低，当难以实现车道等级精度时，利用可靠的多gnss定位结果能够快速初始化自主导航。
另外，gnss位置的精度易于在多路径环境等中下降，而在本实施方式中，独立地对gnss位置进行误差评价，并且当该误差较小，gnss位置的可靠性较高时，gnss位置用于自主导航的位置修正。因此，大幅降低对自主导航的方位误差、接收机时钟误差、自主传感器误差进行误修正的风险。
[变形例]
实施方式1中，作为gsss接收机示出利用与多个定位卫星系统相对应的多gnss接收机10的示例，取而代之地也可利用能够获得定位增强信号的gps接收机。另外，以上的说明中，在作为多gnss接收机10的定位结果的gnss位置可靠的情况下，在各种的计算中示出使用gnss位置的示例，但也可完全不使用多gnss接收机10的定位结果而仅使用gnss定位部(kf方法)108的定位结果。即使采用这种结构，也可以抑制多路径环境中定位精度的下降。
实施方式1中，利用卡尔曼滤波器的gnss定位计算中，作为定位使用卫星的伪距示出了混合存在伪距观测值和伪距平滑值的示例，但是仅使用伪距平滑值也能够实现车道等级的高精度定位。
另外，实施方式1中，示出了根据多普勒频率计算gnss方位的示例，但也可进一步利用载波相位对多普勒频率的可靠性进行评价。由此，可以提高自主导航的方位精度，并且可以降低勉强使用可靠性下降的gnss定位结果而导致本车位置精度下降的风险。
在构成定位部100的soc的处理负荷的余裕范围内，也可增加gnss定位部(kf方法)108以及复合定位部(kf方法)109执行的卡尔曼滤波计算的状态变量的参数。由此,能够进一步抑制在多路径环境等下的精度下降。
另外，实施方式1中，作为自主传感器，使用作为速度传感器110和角速度传感器113的单轴的角速度传感器，取而代之地，也可使用3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，以三维进行自主导航。在该情况下，本车即使在有起伏、高低差或者路面倾斜的道路行驶，也能够达到高精度的定位。
定位增强信号可以不必从sbas卫星获得，并且若可以获得等于或高于sbas的精度，则可以通过通信获得定位增强信号，或者也可从其他卫星获得定位增强信号。
定位装置利用收录了车道等级的车道信息的高精度地图，进行车道单位的地图匹配(车道匹配)，并且，以高可靠性进行行驶车道的确定时，以进行了地图匹配的行驶车道上的本车位置的坐标为基准求出复合定位用的kf解的误差，该误差也可用于kf解的控制输入。由此，能够进一步抑制在多路径环境下的定位精度下降。针对车道匹配，阐述在本发明人提出申请的专利第3559142号公报、专利第3568768号公报中。
(实施方式2)
实施方式2是对是实施方式1中的复合定位功能的扩展。实施方式2的定位装置的基本的结构以及动作与实施方式1相同，因此，在此仅对与实施方式1不同的部分进行说明。
实施方式2中，复合定位部(kf方法)109如图22所示，制作与预先确定的时期部分对应的量的过去的履历信息(包含通过自主导航得出的本车位置(dr位置)、参照的gnss定位结果、raw数据)，并且对于这些履历信息进行复合定位。即，复合定位部(kf方法)109利用复合定位计算在过去时期中的自主导航的误差，并且基于该误差针对该过去时期的履历信息进行修正，并且对比其新的履历信息以及最新的履历信息也进行同样地修正。
但是，在进行复合定位的过去时期(计算出自主导航的误差的过去时期)中，参照的gnss位置的误差在超过预先确定的阈值的情况下，或者，通过自主导航得出的本车位置(dr位置)的误差的变化量超过所确定的阈值的情况下，则如下那样进行处理。即，复合定位部(kf方法)109对最新时期的raw数据(伪距)进行确认，若在最新时期的raw数据中没有预先确定的阈值以上的误差，则判断该过去时期的误差是多路径误差，并且针对履历信息不进行修正。例如，如图23所示，若在已经执行复合定位的过去时期中因多路径误差导致gnss位置的精度下降，则复合定位部(kf方法)109确认最新时期的履历信息，若所确认的履历信息中gnss定位结果的精度恢复，则放弃基于该过去时期的自主导航的误差对履历信息的修正。
或者，在上述那样的情况下，确认该过去时期的下一时期是否也发生同样的误差，若发生与该过去时期相同的误差，则判断该过去时期的误差不是多路径误差而是自主导航的误差，从而也可对履历信息进行修正(在下一时期中若不发生与该过去时期相同的误差，则对履历信息不进行修正)。
实施方式2所涉及的定位装置中，由于使用通过复合定位获得的过去时期中的自主导航的误差，对比其更新的时期的履历信息进行修正，因此不易受暂时的gnss定位精度下降的影响，从而能够实现稳定的定位性能。
(实施方式3)
图24是表示实施方式3所涉及的定位装置的结构的框图。图24的定位装置的结构相对于图1的结构，构成为省略定位部100的gnss定位部(kf方法)108，将其整合到复合定位部(kf方法)109。
实施方式3的复合定位部(kf方法)109利用sbas卫星的定位增强信号(卫星轨道误差、卫星时钟误差、电离层传输延迟误差、对流层传输延迟误差)、gnss接收机时钟误差修正部104计算出的多gnss接收机10的精密时钟误差(偏离误差以及漂移误差)，对在定位计算中使用的伪距或者伪距平滑值、以及距离变化率中包含的各种的误差进行修正。并且，复合定位部(kf方法)109利用gnss卫星行为推定部102计算出的gnss卫星的位置以及速度，通过ppp定位对自主导航部116计算出的本车位置(dr位置)以及本车速度(dr速度)的误差进行收敛计算。
对实施方式3所涉及的定位装置的动作进行说明。图25是表示定位部100的主处理的流程图。图26是表示复合定位部(kf方法)109的处理的流程图。图25的流程以预先确定的周期执行，图26的流程在图25的步骤st514中执行。
图25的主处理中，步骤st501～st513的处理与图2的步骤st101～st113相同。另外，本实施方式中，由于省略gnss定位部(kf方法)108，因此不设定表示有无kf解的gnss定位解的状态。
在步骤st513中，在判断能够进行高精度定位(ppp定位)的情况下(步骤st513中为是)，执行以下的步骤st514至步骤st516，在判断为无法进行ppp定位的情况下(步骤st513中为否)，前进至步骤st517。
步骤st514是将图2的步骤st114与步骤st116整合后的步骤。步骤st514中，复合定位部(kf方法)109使用根据定位使用卫星的伪距(观测值或平滑值)、距离变化率、gnss卫星的轨道(位置以及速度)、定位增强信号计算出的各种的误差、以及接收机时钟误差，通过卡尔曼滤波法对自主导航部116计算出的本车位置(dr位置)和本车速度(dr速度)的修正量进行ppp定位。后文中利用图26对该处理的详细进行说明。
步骤st515是与图2的步骤st115相同的处理，复合定位部(kf方法)109利用在步骤st509中计算出的gnss-ls解方位来计算自主导航中的本车方位(dr方法)的误差。在步骤st508中判断gnss方位可靠，并且，在步骤st509中计算出的gnss-ls解方位和多gnss接收机10输出的gnss方位之差在规定值以下的情况下执行该处理。
步骤st516是与图2的步骤st117相同的处理，自主导航部116利用在步骤st514以及步骤st515中计算出的自主导航的误差(dr位置、dr速度以及dr方位的各误差)来对通过自主导航得出的定位结果进行修正。
步骤st517以及步骤st518中，分别进行与图2的步骤st118以及步骤st119相同的处理。若步骤st518的处理结束，则结束图25的流程。
接着，利用图26对图25的步骤st514的处理的详细进行说明。图25的步骤st514中执行图26所示的步骤st601到步骤st609的处理。
步骤st601中，复合定位部(kf方法)109将设定于定位部100中的复合定位解的状态设为“无kf解”。
步骤st602是与图3的步骤st202相同的处理，gnss卫星行为推定部102利用多gnss接收机10输出的导航消息和定位增强信号(卫星轨道误差)来计算gnss-time中的定位使用卫星的行为(位置和速度)。另外，gnss-time在收敛计算中渐渐地被正确地计算出。
步骤st603以及步骤st604中，复合定位部(kf方法)109通过与图3的步骤st203以及步骤st204相同的方法，对多gnss接收机10输出的各卫星的伪距进行修正，在此基础上选择定位使用卫星。
步骤st605中,复合定位部(kf方法)109利用卡尔曼滤波器计算，计算通过自主导航得出的本车位置(dr位置)以及本车速度(dr速度)的各修正量。该卡尔曼滤波器的计算式是通用公式。即，卡尔曼滤波器的状态变量是自主导航部116的位置、速度、以及接收机时钟误差(偏差误差以及漂移误差)，是对位置偏差进行修正的控制输入。观测值是定位使用卫星的伪距和距离变化率。
通过kf解得到的dr位置的修正量由图20所示的、与速度传感器110以及角速度传感器113的误差所引起的本车位置的移动量的误差(速度矢量的误差)、dr位置以及dr速度各自的过程误差、以及gnss-kf解位置的观测误差相对应的卡尔曼滤波器增益所决定。然而，在参照的gnss位置可靠，并且如图21那样在gnss-kf解位置和dr位置之间产生规定值以上的稳定的差异的情况下，复合定位部(kf方法)109通过将该差异的平均值控制输入至卡尔曼滤波器的状态变量来对dr位置进行修正。
步骤st606中，复合定位部(kf方法)109对当前时期的收敛计算次数进行确认。若收敛计算次数在规定值以下(步骤st606中为是)，则前进至步骤st607。若收敛计算次数超过规定值(步骤st606中为否)，则判断为无法收敛且跳过图26的处理。
步骤st607中，复合定位部(kf方法)109对当前时期的kf解的变化量进行确认。若kf解的变化量在规定值以下(步骤st607中为是)，则判断为完成收敛且前进至步骤st608。若kf解的变化量超过规定值(步骤st607中为否)，则判断为无法收敛，更新时刻并返回至步骤st602。
步骤st608中，复合定位部(kf方法)109将复合定位解的状态设为“有kf解”。
步骤st609中，复合定位部(kf方法)109通过与利用图9～图11所说明的gnss位置的误差以及可靠性的评价方法相同的方法来对kf解的误差以及可靠性进行评价。
实施方式3中，通过将卡尔曼滤波器的计算式整合成一个，虽然不能获得部分结果(本车位置或本车方位)，并且计算负荷略高于实施方式1的计算负荷，但除此之外能够获得与实施方式1相同的效果。
(硬件结构的示例)
图27以及图28是分别表示定位部100的硬件结构的一个示例的图。图1中示出的定位部100的各要素通过例如图27中示出的处理电路50来实现。即，处理电路50连接到多gnss接收机10，该多gnss接收机10输出基于从gnss卫星接收到的电波以及从定位增强卫星接收到的定位增强信号计算出的本车的位置、从gnss卫星的电波提取出的raw数据以及定位增强信号，该处理电路50包括：自主导航部116，该自主导航部116通过自主导航计算本车的位置；伪距平滑部105，该伪距平滑部105利用包含在raw数据中的载波相位对gnss卫星和本车的位置间的伪距进行平滑；gnss接收机定位误差评价部107，该gnss接收机定位误差评价部107对多gnss接收机10计算出的本车的位置的可靠性进行评价；gnss定位部(kf方法)108，该gnss定位部(kf方法)108基于伪距的平滑值、定位增强信号以及gnss卫星的轨道对本车的位置进行计算；复合定位部(kf方法)109，该复合定位部(kf方法)109基于gnss定位部(kf方法)108计算出的本车的位置来对自主导航部116所执行的自主导航的误差进行计算，并且基于自主导航的误差对自主导航部116计算出的本车的位置进行修正。处理电路50可以应用专用的硬件，也可以应用执行储存于存储器的程序的处理器、中央处理装置(cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)、处理装置、运算装置、微处理器、微计算机、dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器))。
在处理电路50为专用硬件的情况下，处理电路50例如相当于单一电路、复合电路、编程处理器、并联编程处理器、asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)、fpga(field-programmablegatearray：现场可编程门阵列)或它们的组合等。定位部100的各要素的功能可以分别利用多个处理电路来实现，也可以将这些功能集成并利用一个处理电路来实现。
图28示出使用处理器51来构成处理电路50的情况下的定位部100的硬件结构。该情况下，定位部100的各要素的功能由软件等(软件、固件或软件和固件)的组合来实现。软件等记述为程序，存储于存储器52中。作为处理电路50的处理器51读取存储在存储器52中的程序并执行，从而实现各部分的功能。即，定位部100包括存储器52，该存储器52用于存储在利用处理电路50来执行时最终执行如下处理的程序，即：从多gnss接收机10接收基于从gnss卫星接收到的电波以及从定位增强卫星接收到的定位增强信号所计算出的本车位置、从gnss卫星的电波提取出的raw数据以及定位增强信号的处理；通过自主导航来计算本车位置的第1定位处理；利用包含在raw数据中的载波相位对gnss卫星和本车位置间的伪距进行平滑的处理；对多gnss接收机10计算出的本车位置的可靠性进行评价的处理；基于伪距的平滑值、定位增强信号以及gnss卫星的轨道对本车位置进行计算的第2定位处理；基于在第2定位处理中计算出的本车位置来对第1定位处理中的自主导航的误差进行计算的处理；以及基于自主导航的误差对在第1定位处理中计算出的本车位置进行修正的处理。换言之，可以认为该程序是使计算机执行定位部100的各要素的动作的步骤、方法的程序。
这里，存储器52例如可以是ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、rom(readonlymemory：只读存储器)、闪存、eprom(erasableprogrammablereadonlymemory：可擦除可编程只读存储器)、eeprom(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory：电可擦可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、hdd(harddiskdrive：硬盘驱动器)、磁盘、软盘、光盘、压缩磁盘、小型磁盘、dvd(digitalversatiledisc：数字通用盘)以及其驱动装置等、或者今后使用的所有存储介质。
以上，对定位部100的各要素的功能由硬件和软件等中的任一方来实现的结构进行了说明。但并不局限于此，也可以采用定位部100的一部分要素由专用的硬件实现、另一部分要素由软件等来实现的结构。例如，对于一部分要素，可利用作为专用的硬件的处理电路50来实现其功能，对于其他的一部分要素，可通过由作为处理器51的处理电路50读取出储存于存储器52的程序并加以执行来实现其功能。
由此，定位部100能利用硬件、软件等或它们的组合来实现上述各功能。
如上所述，本发明所涉及的定位装置包括：gnss接收机，该gnss接收机输出基于从gnss(globalnavigationsatellitesystem：全球导航卫星系统)卫星接收到的电波以及从定位增强卫星接收到的定位增强信号所计算出的车辆的位置、速度以及方位、从gnss卫星的电波提取出的raw数据以及定位增强信号；自主导航部，该自主导航部通过自主导航计算出车辆的位置；伪距平滑部，该伪距平滑部利用包含在raw数据中的载波相位对gnss卫星和车辆的位置间的伪距进行平滑；gnss接收机定位误差评价部，该gnss接收机定位误差评价部对gnss接收机计算出的车辆的位置的可靠性进行评价；gnss定位部，该gnss定位部基于伪距的平滑值、定位增强信号以及gnss卫星的轨道对车辆的位置进行计算；复合定位部，该复合定位部基于gnss定位部计算出的车辆的位置对自主导航部所执行的自主导航的误差进行计算，并且基于自主导航的误差对自主导航部计算出的车辆的位置进行修正。
另外，复合定位部根据自主导航部计算出的车辆位置的履历以及gnss接收机计算出的车辆位置的履历，对过去时期中的自主导航的误差进行计算，并且基于该过去时期中的自主导航的误差对自主导航部计算出的车辆位置的履历以及最新的车辆位置进行修正。
另外，gnss接收机定位误差评价部基于如下任何一个，对gnss接收机计算出的车辆的位置的可靠性进行评价：(a)gnss接收机计算出的车辆的位置的移动矢量和gnss接收机计算出的表示车辆的速度以及方位的速度矢量间的差异、(b)gnss接收机计算出的车辆的位置和自主导航部计算出的车辆的位置间的差异、以及(c)基于gnss接收机在定位中所使用的gnss卫星的几何学配置的dop(dilutionofprecision：精度衰减因子)。
另外，gnss定位部将未知误差在预先确定的阈值以下的gnss卫星选择作为定位使用卫星，该未知误差是从伪距或伪距的平滑值中减去来自定位增强信号的已知误差、以及gnss卫星的位置和自主导航部计算出的车辆位置之间的两点间距离而获得的残差。
另外，gnss定位部通过卡尔曼滤波法的收敛计算来计算车辆的位置，在gnss接收机定位误差评价部判断gnss接收机的定位结果可靠的情况下，若在收敛计算中所获得的车辆的位置未在gnss接收机的定位误差范围内，则gnss定位部判断该车辆的位置无效。
另外，复合定位部以根据gnss卫星的多普勒频率计算出的车辆的方位作为基准，对自主导航的方位误差进行计算，并且通过将gnss定位部计算出的车辆的位置设为观测值的卡尔曼滤波法的收敛计算来对自主导航的位置误差进行计算。
另外，复合定位部在判断gnss定位部计算出的车辆的位置无效的情况下，若gnss接收机计算出的车辆的位置和自主导航部计算出的车辆的位置之间的距离分离预先确定的阈值以上，则利用gnss接收机的定位结果来对卡尔曼滤波器进行初始化。
另外，若在gnss定位部计算出的车辆的位置和自主导航部计算出的车辆的位置之间产生固定的差异的情况下，复合定位部通过将该差异控制输入至卡尔曼滤波器的状态变量来计算自主导航的误差。
另外，在计算出自主导航的误差的过去时期中，gnss定位部计算出的车辆的位置的误差超过预先确定的阈值的情况下，或者，自主导航部计算出的车辆的位置的误差的变化量超过预先确定的阈值的情况下，复合定位部对最新时期的伪距进行确认，若最新时期的伪距不存在阈值以上的误差，则不对自主导航部计算出的车辆的位置的履历以及最新的车辆的位置进行修正。
另外，在计算出自主导航的误差的过去时期中，gnss定位部计算出的车辆的位置的误差超过预先确定的阈值的情况下，或者，自主导航部计算出的车辆的位置的误差的变化量超过预先确定的阈值的情况下，复合定位部对该过去时期的下一时期是否也产生同样的误差进行确认，若未产生同样的误差，则不对自主导航部计算出的车辆的位置的履历以及最新的车辆的位置进行修正。
并且，本发明所涉及的定位装置中的定位方法中，定位装置的gnss接收机输出基于从gnss(globalnavigationsatellitesystem)卫星接收到的电波以及从定位增强卫星接收到的定位增强信号所计算出的车辆的位置、速度以及方位、从gnss卫星的电波提取出的raw数据以及定位增强信号；定位装置的自主导航部通过自主导航计算出车辆的位置；定位装置的伪距平滑部利用包含在raw数据中的载波相位对gnss卫星和车辆的位置间的伪距进行平滑；定位装置的gnss接收机定位误差评价部对gnss接收机计算出的车辆的位置的可靠性进行评价；定位装置的gnss定位部基于伪距的平滑值、定位增强信号以及gnss卫星的轨道计算出车辆的位置；定位装置的复合定位部基于gnss定位部计算出的车辆的位置对自主导航部执行的自主导航的误差进行计算，并且基于自主导航的误差对自主导航部计算出的车辆的位置进行修正。
另外，本发明在其发明范围内可对各实施方式进行自由地组合，可对各实施方式进行适当地变形、省略。
本发明详细地进行了说明，但上述说明在所有形态中都只是示例，本发明并不局限于此。未举例示出的无数变形例可解释为是不脱离本发明范围而可设想到的。
标号说明
10多gnss接收机，100定位部，101gnss输出数据转换部，102gnss卫星行为推定部，103gnss定位部(ls方法)，104gnss接收机时钟误差修正部，105伪距平滑部，106定位使用卫星选择/raw误差评价部，107gnss接收机定位误差评价部，108gnss定位部(kf方法)，109复合定位部(kf方法)，110速度传感器，111距离测量部，112速度传感器sf修正部，113角速度传感器，114偏航角测量部，115角速度传感器修正部，116自主导航部，50处理电路，51处理器，52存储器。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！