(57)【要約】【課題】ＧＰＳ方位計において、整数値バイアスを少ない計算負荷により短時間で導出する。【解決手段】ＧＰＳアンテナ９および１０のアンテナ間距離を、ＧＰＳ衛星１１からの測位信号の搬送波の１／２波長以下とするとともに、ＧＰＳ信号受信部７および８が用いる基準クロックを共通にすることによって、方位計算部１２は、ＧＰＳ信号受信部７および８から得られる信号を用いて、搬送波位相観測値の一重差方程式に含まれる整数値バイアスを簡単な代数計算だけで解ける。【選択図】図１
2010197353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星からの測位信号搬送波を捕捉する第１のアンテナと第２のアンテナと、
前記第１のアンテナに接続され、前記第１のアンテナで捕捉された測位信号搬送波の受信処理を行う第１の信号受信部と、
前記第２のアンテナに接続され、前記第２のアンテナで捕捉された測位信号搬送波の受信処理を行う第２の信号受信部とを有し、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の距離が、測位信号搬送波の波長の１／２以下であり、
前記第１の信号受信部と前記第２の信号受信部が、共通の基準クロックを用いていることを特徴とする計算機装置。
【請求項２】
前記第１の信号受信部と前記第２の信号受信部は、それぞれ、受信処理において測位信号搬送波の搬送波位相観測値を導出し、
前記計算機装置は、更に、
測位信号搬送波の一重差の整数値バイアスを、前記第１の信号受信部の搬送波位相観測値と前記第２の信号受信部の搬送波位相観測値との差における整数部分とする整数値バイアス導出部を有することを特徴とする請求項１に記載の計算機装置。
【請求項３】
φｕｒが、前記第１の信号受信部の搬送波位相観測値と前記第２の信号受信部の搬送波位相観測値との差を意味し、
｜ｍｏｄ（φｕｒ，１）｜が、φｕｒの小数部分の絶対値を意味し、
ａが、所定の定数を意味し、
σｃｐが、搬送波位相観測値の誤差分布が標準分布に従う場合の測位信号搬送波の一重差の誤差標準偏差を意味し、
λが、測位信号搬送波の波長を意味する場合に、
前記整数値バイアス導出部は、
｜｜ｍｏｄ（φｕｒ，１）｜−０．５｜＜ａ・σｃｐ／λ
に該当するφｕｒを破棄することを特徴とする請求項２に記載の計算機装置。
【請求項４】
前記計算機装置は、移動体に搭載されており、
前記計算機装置は、更に、
前記第１の信号受信部で受信処理された測位信号と前記第２の信号受信部で受信処理された測位信号を用いて、前記移動体の速度ベクトルを導出する速度ベクトル導出部を有し、
前記整数値バイアス導出部は、
前記速度ベクトル導出部により導出された前記移動体の速度ベクトルを用いて、測位信号搬送波の一重差の整数値バイアスを算出し、
前記第１の信号受信部の搬送波位相観測値と前記第２の信号受信部の搬送波位相観測値との差における整数部分から得られた整数値バイアスと、前記移動体の速度ベクトルを用いて算出した整数値バイアスとを比較し、２つの整数値バイアスが所定の誤差範囲内で一致しない場合に、当該２つの整数値バイアスを破棄することを特徴とする請求項２又は３に記載の計算機装置。
【請求項５】
前記整数値バイアス導出部は、
前記速度ベクトル導出部により導出された前記移動体の速度ベクトルの大きさが所定の閾値以上の場合に、前記移動体の速度ベクトルを用いて、測位信号搬送波の一重差の整数値バイアスを算出し、
前記移動体の速度ベクトルの大きさが所定の閾値未満の場合に、測位信号搬送波の一重差の整数値バイアスを、前記第１の信号受信部の搬送波位相観測値と前記第２の信号受信部の搬送波位相観測値との差の最近傍整数とすることを特徴とする請求項４に記載の計算機装置。
【請求項６】
前記整数値バイアス導出部は、
測位信号搬送波の一重差の整数値バイアスを用いて、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを結ぶベクトルの向きを算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の計算機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）などのＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて自動車などの移動体の方位角を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＧＰＳ衛星から送信される電波を複数のＧＰＳアンテナで受信して、搬送波位相観測値を用いてアンテナ間相対位置を高精度に求める搬送波位相相対測位（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ  ＧＰＳ）が測量などに用いられている。
リアルタイムにこのような計算を行う手法はＲＴＫ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）などと呼ばれる。
このような計算手法を自動車や船舶などの移動体に応用すれば、移動体に設置したＧＰＳアンテナ間のベクトル（基線ベクトル）が計算され、移動体の方位を求めることが可能である。
【０００３】
このような搬送波位相相対測位を行う上で重要な技術となるのが、搬送波位相の整数値バイアス（波数不確定性：整数アンビギュイティ）の決定手法である。
ＧＰＳ受信機はＧＰＳ衛星から送信される信号の搬送波位相は測定できるが、ＧＰＳアンテナとＧＰＳ衛星間の距離は事前に分からないため、両者の間に入る搬送波の波数は不明である。この波数を整数値バイアスと呼んでいる。
この整数値バイアスはそのままでは求められないため、通常は、ある衛星からの測位信号を複数のＧＰＳアンテナおよび受信機で受信した際に得られる搬送波位相の位相差（一重差）を計算し、さらに二つのＧＰＳ衛星に対する一重差の差分（二重差）を求めて、その二重差の式に現れる整数値バイアスの二重差を１つの整数として求めることでＧＰＳアンテナ間の方位を決定する。
整数値バイアスの決定手法にはいくつかあるが、基本的には、可能性のある値を候補として選び、種々の検定方法によって最も確からしい解を選ぶものである。
【０００４】
これらの技術においては、ＧＰＳアンテナ間の距離、すなわち基線長が方位角精度を決定する重要な要素となる。
特許文献１においてもこの点について触れており、ＧＰＳアンテナ間距離はできるだけ長くとるのが普通である。
【０００５】
なお、ＧＰＳ受信機から得られる位置や速度の情報を元に移動体の方位角を計算する手法もあるが、そのような方法では移動体が静止している間は方位角を計算することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６７７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＧＰＳ搬送波位相相対測位を用いて方位角を計算する装置において、ＧＰＳアンテナ間距離すなわち基線長を長くすると装置が大型化し、それを設置できる移動体が限定されてしまうという課題がある。
また、短時間に整数値バイアスを決定するには２周波ＧＰＳ受信機を使う必要があり、装置が高価になりがちである。
さらに、２周波ＧＰＳ受信機を用いても整数値バイアスの決定には良好な観測状態が継続することが必要であり、瞬時に整数値バイアスが決定できることはほとんどない。
搬送波位相観測値のサイクルスリップや観測衛星数の減少によって整数値バイアスを再度決める必要が生じると、その再決定にも時間がかかる。
【０００８】
このような課題があるため、ＧＰＳによる方位角計測装置が一般消費者向けの製品となることは難しく、一般消費者向けの製品化には装置の小型化、低価格化と、方位角を得るまでの所要時間を短縮するなどの改善が必要である。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決することを主な目的の一つとし、整数値バイアスを短時間に求めることが可能な装置を実現することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る計算機装置は、
測位衛星からの測位信号搬送波を捕捉する第１のアンテナと第２のアンテナと、
前記第１のアンテナに接続され、前記第１のアンテナで捕捉された測位信号搬送波の受信処理を行う第１の信号受信部と、
前記第２のアンテナに接続され、前記第２のアンテナで捕捉された測位信号搬送波の受信処理を行う第２の信号受信部とを有し、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間の距離が、測位信号搬送波の波長の１／２以下であり、
前記第１の信号受信部と前記第２の信号受信部が、共通の基準クロックを用いていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１のアンテナと第２のアンテナとの間の距離を測位信号搬送波の波長の１／２以下とし、第１の信号受信部と第２の信号受信部が共通の基準クロックを用いることで少ない計算負荷により短時間で整数値バイアスを求めることができ、このため、装置の小型化を図ることができ、また、整数値バイアスを利用する計算の所要時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るＧＰＳ方位計の構成例を示す図。
【図２】実施の形態１に係るＧＰＳデータ処理部の処理を示すフローチャート図。
【図３】実施の形態２に係る車両方位角と速度ベクトルとの関係を示す図。
【図４】実施の形態２に係るＧＰＳデータ処理部の処理を示すフローチャート図。
【図５】実施の形態１及び２に係るＧＰＳ方位計のハードウェア構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
前述したように、複数のＧＰＳアンテナとＧＰＳ受信機を用いて、搬送波位相相対測位によりＧＰＳアンテナ間ベクトル（基線ベクトル）を求めることで、それを搭載している移動体などの方位を得ることができる。
そのような装置はＧＰＳ方位計などと呼ばれ、２周波ＧＰＳ受信機の使用、長基線化（アンテナ間距離を広げる）、慣性装置との複合処理、などによって高精度化が図られてきた。
その結果、大型化、高価格化する傾向にあり、一般消費者向けの製品にはなりにくいものであった。また、ソフトウェアの処理も、搬送波の二重差観測値の整数値バイアス（アンビギュイティ）を解く計算が必要であるなど、計算負荷が大きいという特徴があった。
従来このような装置の場合、長基線化によって方位角計算精度の向上を図るが、本実施の形態ではアンテナ間距離を測定する搬送波の１／２波長（またはそれ以下）にする。また、複数のＧＰＳ信号受信部の基準クロックを共通にすることによって、それらから得られる搬送波位相観測値の一重差方程式に含まれる整数値バイアスを簡単な代数計算だけで解けるという利点が生まれる。
短基線長ゆえ、得られる方位角精度は５〜１０度程度となるが、計算負荷をかなり低減させることができるうえ、装置の小型化、低価格化が可能となる。
以下、本実施の形態に係るＧＰＳ方位計を図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係るＧＰＳ方位計１００（計算機装置）の構成例を示す。
ＧＰＳ搬送波位相相対測位計算にはＧＰＳアンテナおよび、ＧＰＳ受信機が複数必要である。
本実施の形態では、図１のように、ＧＰＳアンテナ９とＧＰＳアンテナ１０の二つのＧＰＳアンテナを備え、それをＧＰＳ受信機１に入力する。
ＧＰＳ受信機１には２つのＧＰＳ信号受信部７および８があり、それぞれＧＰＳ  ＲＦ部２および３と、ＧＰＳベースバンド部５および６を備える。
ＧＰＳ  ＲＦ部２および３は、共通の基準クロック４を使ってＲＦ信号の受信およびデジタル信号化を行うことで、ＧＰＳクロック誤差が共通の値をとる。
ＧＰＳベースバンド部５および６では、それぞれ測位用コード信号の捕捉処理や搬送波レプリカの作成およびそのカウントを行い、擬似距離や擬似距離変化率、搬送波位相観測値などを生成する。
ＧＰＳデータ処理部１４には、位置および速度を計算する位置・速度計算部１３と、方位計算部１２を備える。
ＧＰＳデータ処理部１４には、ＧＰＳベースバンド部５および６から擬似距離、擬似距離変化率、搬送波位相観測値とＧＰＳ時刻とＧＰＳ衛星軌道パラメータ（Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）が渡され、ＧＰＳ方位計１００が設置された移動体の方位角が計算される。
ＧＰＳアンテナ９および１０は第１のアンテナおよび第２のアンテナの例であり、ＧＰＳ信号受信部７および８は第１の信号受信部および第２の信号受信部の例である。
また、方位計算部１２は、ＧＰＳ衛星１１（測位衛星）からの測位信号搬送波の整数値バイアスを導出し、導出した整数値バイアスを用いて移動体の方位角を計算しており、整数値バイアス導出部の例である。
また、位置・速度計算部１３は、移動体の速度ベクトルを導出しており、速度ベクトル導出部の例である。位置・速度計算部１３の詳細は、実施の形態２で説明する。
【００１５】
図１では、ＧＰＳ衛星１１（ＰＲＮ番号がＫ）からの信号を受信している様子を示しており、１ｒ（ｋ）はＧＰＳアンテナ９および１０から見たＧＰＳ衛星１１の方向への単位ベクトルを表し、ＧＰＳアンテナ１０からＧＰＳアンテナ９へのベクトルをｘｕｒで示し、このベクトルｘｕｒの長さをＲとする。
【００１６】
本実施の形態では、ＧＰＳ信号受信部７および８が共通基準クロック４を用い、また、ＧＰＳアンテナ９とＧＰＳアンテナ１０との間の距離Ｒを測位信号の搬送波（Ｌ１搬送波）の波長の１／２以下としている。
そして、このようにＧＰＳ信号受信部７および８が共通基準クロック４を用い、距離Ｒを測位信号の搬送波（Ｌ１波）の波長の１／２以下とすることにより、方位計算部１２は、ＧＰＳベースバンド部５および６から入力した２つの搬送波位相観測値の差における整数部分を測位信号搬送波の一重差の整数値バイアスとすることができる。
【００１７】
以下にて、ＧＰＳ信号受信部７および８が共通基準クロック４を用い、距離Ｒを測位信号の搬送波（Ｌ１波）の波長の１／２以下とすることで、方位計算部１２が複雑な計算を行わずに一重差の整数値バイアスを取得することができる原理を説明する。
【００１８】
まず、ＧＰＳベースバンド部５および６から出力される搬送波位相の観測方程式は次のように表せる。
【００１９】
【数１】
2010197353.tif 000003
【００２０】
ただし、式（１）において、φは搬送波位相測定値［ｃｙｃｌｅ］、λはＧＰＳ衛星のＬ１搬送波の波長［ｍ］、Ｉは電離層伝搬遅延［ｍ］、Ｔは対流圏伝搬遅延［ｍ］、δｔｒはＧＰＳ受信機クロック誤差［ｓ］、δｔ（ｋ）はＧＰＳ衛星クロック誤差［ｓ］、Ｎは整数値バイアス、εφは測定値誤差［ｃｙｃｌｅ］である。
また、上添え字ｋはｋ番目の衛星に対する観測値であることを示し、下添え字ｒは受信機ｒに関する値であることを示す。
【００２１】
また、衛星ｋに対する受信機ｒとｕの搬送波位相観測値の一重差方程式は、２つのＧＰＳ受信機クロックが共通であることからδｕ＝δｒとなり、次式のように表される。
なお、次式において、φｕｒ（ｋ）は、ＧＰＳアンテナ９から出力された衛星ｋについての搬送波位相測定値（φｒ（ｋ））とＧＰＳアンテナ１０から出力された衛星ｋについての搬送波位相測定値（φｕ（ｋ））との一重差である。
また、ｒｕｒ（ｋ）は、衛星ｋとＧＰＳアンテナ９との距離（ｒｒ（ｋ））と衛星ｋとＧＰＳアンテナ１０との距離（ｒｕ（ｋ））との差である。
【００２２】
【数２】
2010197353.tif 000004
【００２３】
ここで、衛星ｋとＧＰＳアンテナ９との距離（ｒｒ（ｋ））と衛星ｋとＧＰＳアンテナ１０との距離（ｒｕ（ｋ））との差ｒｕｒ（ｋ）は、受信機ｒから衛星ｋ方向を見る方向で大きさが１の衛星方向視線ベクトル１ｒ（ｋ）とベクトルｘｕｒを用いて、次のように表せる。
【００２４】
【数３】
2010197353.tif 000005
【００２５】
そして、数式（２）のｒｕｒ（ｋ）に数式（３）を代入し、複数の衛星に対する一重差方程式を行列形式でまとめると次のようになる。
【００２６】
【数４】
2010197353.tif 000006
【００２７】
そして、アンテナ間距離をＲ＝λ／２として、誤差ベクトルεφ，ｕｒを無視して数式（４）を書き換えると次のようになる。
【００２８】
【数５】
2010197353.tif 000007
【００２９】
数式（５）の右辺はｘｕｒ／Ｒが大きさ１のベクトルなので右辺の各行は大きさ１のベクトルどうしの内積となり、大きさは必ず１以下となる。
したがって、数式（５）の左辺の括弧内の各要素の絶対値は必ず０．５以下となる。
よって、Ｎが整数値であることを考えると、数式（５）の整数値バイアス部分は一意に決めることができる。
たとえば、φｕｒ（１）＝１００．１であれば、Ｎｕｒ（１）＝１００であることが決まる。
Ｎが決定されると、数式（５）は未知数がベクトルｘｕｒの変数３つだけであるから、観測方程式は最低３つあればよいことになる。
ただし、ＧＰＳアンテナからＧＰＳ衛星方向への視線方向ベクトル１ｒ（ｋ）を求める際には、観測方程式が４つ必要になることもある。
視線方向ベクトル計算に用いる計算手法は、公知の手法を用いればよい。また、観測方程式が４個以上ある場合には数式（５）による最小二乗計算を行うが、観測値数の冗長性を利用した各種誤り検出手法を用いて異常な観測値を検出する方法を合わせて用いても良い。
なお、数式（５）のベクトル１ｒ（ｋ）は、位置・速度計算部１３がＧＰＳ測位信号から算出する。
【００３０】
以上のように、ＧＰＳ信号受信部の基準クロックを共通にすることと、アンテナ間距離をＲ＝λ／２とすることにより、方位計算部１２は、ＧＰＳベースバンド部５および６から入力した２つの搬送波位相観測値の差φｕｒの最近傍整数を求めるだけで、搬送波位相観測値の一重差方程式に含まれる整数値バイアスを非常に簡単に決定できる。
そして、その結果複雑な計算を行うことなく数式（５）によりアンテナ間基線ベクトルｘｕｒが決定され方位角が求められる。
【００３１】
ただし、実際にはこれだけではうまく行かないケースが存在する。
たとえば、φｕｒ（１）＝１００．５０１のときφｕｒ（１）＝１０１となるが、数式（４）に含まれていた観測誤差εφ，ｕｒを考慮すれば正しくはφｕｒ（１）＝１００．４８８でありφｕｒ（１）＝１００とすべきであった可能性もある。
このように、正しくない整数値バイアスに決定してしまうことがありえるため、それを防ぐ手段を考える必要がある。
【００３２】
このため、標準正規分布の累積分布関数を以下のように表す。
【００３３】
【数６】
2010197353.tif 000008
【００３４】
搬送波位相観測値の誤差分布が標準分布に従うとして、その一重差の誤差標準偏差をσｃｐ［ｃｙｃｌｅ］とすると、正しくない整数値バイアスに決定してしまう確率は次のように計算される。
【００３５】
【数７】
2010197353.tif 000009
【００３６】
例えば、σｃｐ＝０．０２／λの場合、Ｐｅ≒０．０８４である。
そこで、観測誤差の大きさと、搬送波位相観測値の一重差φｕｒの関係によって、観測値の一部を棄却してしまう方法を考える。
ａをある定数として、方位計算部１２は、以下の条件を満たすφｕｒを棄却するものとする。
【００３７】
【数８】
2010197353.tif 000010
【００３８】
上記の式（８）において、｜ｍｏｄ（φｕｒ，１）｜はφｕｒの少数部分の絶対値である。このとき、整数値バイアスが誤って決定されてしまう確率は次のように計算される。
【００３９】
【数９】
2010197353.tif 000011
【００４０】
例としてａ＝１．０，σｃｐ＝０．０２／λの場合を計算すると、Ｐｅ≒０．００１７８５となり、９９．８％以上の確率で正しく整数値バイアスが決定できることになる。
【００４１】
以上の議論は、１エポックの観測値のみを使って方位角を決定する場合に関するものである。
整数値バイアスの誤決定による方位角計算値の誤りを防ぐため、連続した幾つかのエポックの観測値を使ってもよい。
一定の時間に渡って整数値バイアスを決定する計算を継続して行い、その間に決定される整数値バイアスが変化しないことを確認すれば、整数値バイアスの決定が正しく行われている可能性が高いといえる。
その観測値を方位角計算に利用するようにすれば、方位角計算を誤る可能性は極めて低くなる。
【００４２】
以上の説明をもとに、本実施の形態に係るＧＰＳデータ処理部１４の動作を説明する。
図２は、本実施の形態に係るＧＰＳデータ処理部１４の動作の概要を示すフローチャートである。
【００４３】
まず、方位計算部１２が、ベースバンド部５および６から、搬送波位相測定値φｕ（ｋ）およびφｒ（ｋ）を入力し（Ｓ２０１）、これらの差をとりφｕｒ（ｋ）を導出する（Ｓ２０２）。
次に、方位計算部１２は、Ｓ２０２で導出したφｕｒ（ｋ）が、上記の数式（８）に該当するか否かを判断し（Ｓ２０３）、数式（８）に該当する場合は、このφｕｒ（ｋ）を破棄する。
数式（８）に該当しない場合は、このφｕｒ（ｋ）の最近傍整数を、測位信号搬送波の一重差の整数値バイアスとし、また、同様の処理を他の測位衛星に対しても行って、上記の数式（５）を用いて、移動体の方位角（ベクトルｘｕｒ）を決定する（Ｓ２０７）。
また、方位計算部１２の処理と並行して、位置・速度計算部１３が、ＧＰＳ衛星からの測位信号に基づき、ＧＰＳ衛星に対する移動体の位置を計算し（Ｓ２０５）、また、衛星方向視線ベクトル１ｒ（ｋ）を算出し（Ｓ２０６）、方位角決定処理（Ｓ２０７）において、衛星方向視線ベクトル１ｒ（ｋ）が利用される。
【００４４】
このように、本実施の形態によれば、ＧＰＳ信号受信部の基準クロックを共通にし、アンテナ間距離をＲ＝λ／２とすることにより、方位計算部は、２つのＧＰＳベースバンド部から入力した２つの搬送波位相観測値の差φｕｒにおける最近傍整数を計算するだけで、搬送波位相観測値の一重差方程式に含まれる整数値バイアスを非常に簡単に決定できる。
そして、その結果複雑な計算を行うことなくによりアンテナ間基線ベクトルが決定され方位角が求められる。
【００４５】
なお、これまででは、アンテナ間距離Ｒ＝λ／２として説明した。
アンテナ間距離が長いほど方位角が高精度に得られるが、設計上の理由等によりＲ＝λ／２以下のアンテナ間距離としてもよい。
【００４６】
以上、本実施の形態では、
移動体等に距離Ｒを隔てて設置された２つのＧＰＳアンテナと、
その２つのＧＰＳアンテナに接続される２つのＧＰＳ信号受信部と、
２つのＧＰＳ信号受信部から出力される搬送波位相観測値（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）をもとに、距離ＲのＧＰＳアンテナ位相中心間を結ぶベクトルの向きを算出する方位計算部とを備え、
２つのＧＰＳ信号受信部が共通の基準クロックを用い、
距離Ｒが受信対象測位信号搬送波波長の２分の１以下であり、
搬送波の受信機間一重差方程式の整数値バイアス部（アンビギュイティ）を瞬時に簡単な計算で求めることができ、方位角を簡単な計算で瞬時に得られるＧＰＳ方位角計算装置を説明した。
【００４７】
また、本実施の形態では、数式８を使って整数値バイアスの誤決定の可能性がある観測値を棄却するＧＰＳ方位角計算装置を説明した。
【００４８】
実施の形態２．
【００４９】
実施の形態１では、観測値の一部を棄却するアルゴリズムを用いたが、数式（８）の変数ａを大きくすると、棄却される観測値が多くなり方位角計算に使える観測値の数が少なくなってしまう。
観測値が３つ以上あれば方位角は計算できるが、都市部などの観測可能な衛星数が少ない環境では、変数ａをできるだけ小さくしたい。
また、変数ａを小さくすると整数値バイアスの決定を誤る確率が上昇することを考えれば変数ａをできるだけ大きくしたい。
このような相反する要求がある中で、ＧＰＳ受信機１の搬送波位相観測ノイズσｃｐの大きさを参考に適当なａの値を決定することになるが、整数値バイアスの誤決定を完全には防ぎきれない場合もある。
そこで、位置・速度計算部１３から得た速度データを使い、整数値バイアスの誤決定を判定する方法を考える。
【００５０】
図３は、ＧＰＳ方位計１００に接続する２つのＧＰＳアンテナを車両の前後方向に配置した例である。
このとき、ＧＰＳの測位計算によって得られる速度のベクトルｖｇｐｓは、速度が一定以上の大きさであれば、車両の方位角ベクトルｘｕｒと向きが良く一致する。
そこで、以下の数式（１０）から車両の方位角ベクトルｘｕｒを求め、数式（１０）から求めた方位角ベクトルｘｕｒを数式（５）に代入し、観測値から得た搬送波位相の一重差から、整数値バイアスＮを実数値として計算する。
このＮと実施の形態１で計算していたＮを比較することで、整数値バイアス計算の誤まりの可能性を検出できる。
そこで、たとえば両者のＮの差が０．１以上の場合に求めたＮは誤りであるとしてその観測値を除外するなどの措置が取れる。
【００５１】
【数１０】
2010197353.tif 000012
【００５２】
ここで判定の閾値を０．１としたが、これは使用するハードウェアの性能なども考慮して適当に決めればよい。
誤りを除外したあとの整数値バイアスは、移動体が静止しても搬送波位相観測値のサイクルスリップが起きないかぎりそのまま利用できる（毎回再計算する必要がない）ため、ＧＰＳ速度ｖｇｐｓを整数値バイアスＮの誤り検出に用いることは、静止時の方角計算精度向上にも寄与することになる。
【００５３】
なお、ｖｇｐｓが大きい時には数式（１０）により方位角を得ても良いが、誤りを除外したあとの観測値とＮを用いて再度、数式（５）からｘｕｒを計算し、車両の方位角を決定してもよい。
【００５４】
車両が静止しているか非常に速度が遅い時には、ｖｇｐｓの向きとｘｕｒの向きの一致がよくないため、ｖｇｐｓの絶対値が一定値以下となったら実施の形態１で説明した棄却方法のみを用いるように切り替えればよい。以上の処理の流れを図４に示す。
【００５５】
まず、位置・速度計算部１３が、ＧＰＳ信号から、ＧＰＳ速度計算（Ｓ４０１）とＧＰＳ位置計算（Ｓ４０９）を行い、方位計算部１２は、位置・速度計算部１３のＧＰＳ速度計算から得られた速度のベクトルｖｇｐｓが所定の閾値以下であるかを判断し（Ｓ４０２）、速度ベクトルｖｇｐｓが閾値以下であれば（Ｓ４０２でＹＥＳ）、実施の形態１に示したＳ２０１〜Ｓ２０４の処理を行って整数値バイアスを決定し（Ｓ４０８）、位置・速度計算部１３が算出した衛星方向視線ベクトル１ｒ（ｋ）を用いて方位角を決定する（Ｓ４０７）。
一方、速度ベクトルｖｇｐｓが閾値を超える場合は（Ｓ４０２でＮＯ）は、方位計算部１２は、Ｓ２０１〜Ｓ２０４の処理を行って整数値バイアスを決定するとともに（Ｓ４０３）、数式（１０）から車両の方位角ベクトルｘｕｒを求め（Ｓ４０４）、数式（１０）から求めた方位角ベクトルｘｕｒを数式（５）に代入し、観測値から得た搬送波位相の一重差から、整数値バイアスＮを実数値として計算する（Ｓ４０５）。
そして、方位計算部１２は、Ｓ４０３で求めた整数値バイアスと、Ｓ４０５で実数として求めた整数値バイアスを比較し（Ｓ４０６）、両者がほぼ一致している場合は、Ｓ４０３で求めた整数値バイアスと、位置・速度計算部１３が算出した衛星方向視線ベクトル１ｒ（ｋ）を用いて方位角を決定する（Ｓ４０７）。
Ｓ４０３で求めた整数値バイアスとＳ４０５で求めた実数の整数値バイアスの差が大きい場合は、Ｓ４０３で求めた整数値バイアスとＳ４０５で求めた整数値バイアスの両者を棄却し、対応する衛星の一重差観測方程式を数式（５）から削除する。
【００５６】
なお、ＧＰＳ方位計１００を他の航法装置または航法プログラムと組み合わせて利用する場合などは、そこから得られる方位角情報を観測値の棄却に利用する方法なども考えられる。
【００５７】
また、ｖｇｐｓによる整数値バイアスの検証処理を一定時間連続して行い、全ての観測値に対して誤りが検出されなかった場合のみ観測値を用いることにすれば方位角計算の精度を高めることができる。
【００５８】
このように、本実施の形態によれば、移動体の速度ベクトルを用いるため、都市部などの観測可能な衛星数が少ない環境でも、短時間に整数値バイアスを求めることができる。
【００５９】
以上、本実施の形態では、ＧＰＳの速度計算結果を使って整数値バイアスを求めることで、整数値バイアスの誤決定が起きないようにする手法と、数式８を使って整数値バイアスの誤決定の可能性がある観測値を棄却する手法を組み合わせて利用するＧＰＳ方位角計算装置を説明した。
【００６０】
最後に、実施の形態１及び２に示したＧＰＳ方位計１００のハードウェア構成例について説明する。
図５は、実施の形態１及び２に示すＧＰＳ方位計１００のハードウェア資源の一例を示す図である。
なお、図５の構成は、あくまでもＧＰＳ方位計１００のハードウェア構成の一例を示すものであり、ＧＰＳ方位計１００のハードウェア構成は図５に記載の構成に限らず、他の構成であってもよい。
【００６１】
図５において、ＧＰＳ方位計１００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。
ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介して、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９１３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９１４、通信ボード９１５、カーナビゲーション装置等の表示装置９０１、テンキー等のキーボード９０２、マウス９０３、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
また、ＣＰＵ９１１は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤコンバータ）９０８とＲＦフロントエンド回路９０７を介してＧＰＳアンテナ９０６と接続される。
ＧＰＳアンテナ９０６からのＲＦ信号はＲＦフロントエンド回路９０７で必要な処理が行われた後、アナログ・デジタル変換器９０８でデジタルデータに変換された後、ＣＰＵ９１１で処理される。
更に、ＣＰＵ９１１は、ＦＤＤ９０４（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、コンパクトディスク装置９０５（ＣＤＤ）と接続していてもよい。また、磁気ディスク装置９２０の代わりに、光ディスク装置、メモリカード（登録商標）読み書き装置などの記憶装置でもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶装置の一例である。
通信ボード９１５、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４などは、入力装置の一例である。
また、通信ボード９１５、表示装置９０１などは、出力装置の一例である。
【００６２】
通信ボード９１５は、無線ネットワークに接続可能である。例えば、通信ボード９１５は、無線通信網を介してインターネット、ＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、ＳＡＮ（ストレージエリアネットワーク）などに接続することが可能である。
【００６３】
磁気ディスク装置９２０には、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。また、ウィンドウシステム９２２を搭載していてもよい。
プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１がオペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステム９２２を利用しながら実行する。
【００６４】
また、ＲＡＭ９１４には、ＣＰＵ９１１に実行させるオペレーティングシステム９２１のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。
また、ＲＡＭ９１４には、ＣＰＵ９１１による処理に必要な各種データが格納される。
【００６５】
また、ＲＯＭ９１３には、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）プログラムが格納され、磁気ディスク装置９２０にはブートプログラムが格納されている。
ＧＰＳ方位計１００の起動時には、ＲＯＭ９１３のＢＩＯＳプログラム及び磁気ディスク装置９２０のブートプログラムが実行され、ＢＩＯＳプログラム及びブートプログラムによりオペレーティングシステム９２１が起動される。
【００６６】
上記プログラム群９２３には、実施の形態１及び２の説明において「〜部」として説明している機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
【００６７】
ファイル群９２４には、実施の形態１及び２の説明において、「〜の判断」、「〜の計算」、「〜の算出」、「〜の比較」、「〜の更新」、「〜の設定」、「〜の登録」、「〜の選択」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。
「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。
抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリ等に一時的に記憶される。
また、実施の形態１及び２で説明しているフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、ＦＤＤ９０４のフレキシブルディスク、ＣＤＤ９０５のコンパクトディスク、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他光ディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記録される。また、データや信号は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。
【００６８】
また、実施の形態１及び２の説明において「〜部」として説明しているものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明しているものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、実施の形態１及び２の「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、実施の形態１及び２の「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００６９】
このように、実施の形態１及び２に示すＧＰＳ方位計１００は、処理装置たるＣＰＵ、記憶装置たるメモリ、磁気ディスク等、入力装置たるキーボード、マウス、通信ボード等、出力装置たる表示装置、通信ボード等を備えるコンピュータであり、上記したように「〜部」として示された機能をこれら処理装置、記憶装置、入力装置、出力装置を用いて実現するものである。
【符号の説明】
【００７０】
１  ＧＰＳ受信機、２  ＧＰＳ  ＲＦ部、３  ＧＰＳ  ＲＦ部、４  共通基準クロック、５  ＧＰＳベースバンド部、６  ＧＰＳベースバンド部、７  ＧＰＳ信号受信部、８  ＧＰＳ信号受信部、９  ＧＰＳアンテナ、１０  ＧＰＳアンテナ、１１  ＧＰＳ衛星Ｋ、１２  方位計算部、１３  位置・速度計算部、１４  ＧＰＳデータ処理部、１００  ＧＰＳ方位計、２００  車両。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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